KR100323297B1 - 투명도전막 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투명도전막에 관한 것으로, 가시광 투과율, 전기저항율이 양호하고, 60% 질산에칭으로 200Å/min 이상으로 에칭가능한 화소전극과 공통전극에 사용할 때에 양호한 성능을 발휘하는 투명도전막을 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 투명도전막은 In의 산화물을 주성분으로, Ge를 함유하고, 상기 Ge 함유량이 Ge량과 In량의 합계에 대하여 2∼10원자%인 것, 및 상기 Ge 함유량이 4.5∼10원자%이고 비정질인 것이 특징이며, 상기 Ge 함유량이 Sn량과 In량의 합계에 대하여 5원자% 이하가 되도록 Sn을 함유해도 되는 투명도전막이다. 또, In의 산화물을 주성분으로 하고, 상기 Ge 함유량이 Ge량과 In량의 합계에 대하여 2∼7원자%이고, 전기저항율이 10×10^-4Ωcm 이하이며, 가시광 투과율 90% 이상인 투명도전막이다.

상기 Ge의 첨가와 적당한 성막 조건으로 저전기저항율, 고투과율, 가공성이 우수한 막을 얻을 수 있다.

Description

투명도전막{TRANSPARENT CONDUCTING FILM}

투명도전막은 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display; 이하, LCD라 함), 전계발광 표시장치, 태양전지의 투명전극, 터치패널, 대전방지막, 가스센서 등에 적용되고 있다. 이들중에서도 LCD는 종래의 브라운관에 비해 박형, 경량, 저전력으로, 게다가 높은 해상도가 얻어지기 때문에 최근 그 용도가 확대하고 있다. 또, 최근의 LCD의 고성능화에 따라 투명도전막이 매우 요구되고 있고, 용도에 따라 요구되는 성능이 세분화되고 있다.

예를 들어, TFT형(Thin Film Transister; 박막트랜지스터형)이라 불리우는 LCD는 2매의 투명도전막이 투명전극으로 사용되고 있다. 이 2매의 투명전극은 그 사이에 액정분자를 배치한 구조를 가지고 있으며, 백라이트로부터의 투사광이 1매째의 투명전극, 액정분자, 2매째의 투명전극을 투과하여 화면상에 투사된다. 이때, 가하는 전압에 따라 액정분자가 그 방향을 변화시키는 성질을 가지며, 또한, 액정분자의 방향에 따라 투과율이 변화되는 성질을 이용하여, 투명전극간에 가하는 전압을 조정함으로써 화면상에 투과하는 광량을 제어할 수 있다. 그리고, 투명전극과 액정분자로 되는 다수의 화소를 형성하면 디스플레이로서 임의의 화상을 표시하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 2매의 투명도전막은 성능이 모두 높은 가시광 투과율을 갖는 것이 요구되나, 기타 요구되는 성능은 약간 상이하다.

상기 투명전극의 하나는 표시전극이라 불리우는 화소전극이다. 화상표시를 위해서는 화소를 형성할 필요가 있고, 화소에 따라 투명전극도 에칭에 의해 패턴형성된다. 화소전극으로서의 투명도전막에는 10㎛ 이하의 가공정밀도, 향후에는 1㎛ 정도로 가공이 가능할 것이다. 투명도전막 가공은, 질산, 염산, 염산·질산, 불산, 염화 제2철 수용액, 혹은 이들 혼합액에 산화제를 첨가한 것 등의 에칭액에 의한 웨트에칭이 주류이다.

화소전극에는 각각 Al나 W 등의 금속배선이 접속돼 있고, 화소전극에는 이들 배선을 통하여 전력이 공급된다. 따라서, 화소전극에 요구되는 저항율은 공통전극에 비해 높아도 좋으며, 1×10^-3Ωcm의 저항율이 적당하다.

그런데, 화소전극은 통상 화면사이즈 이상의 크기의 박막을 성막한 후, 웨트에칭에 의해 화소사이즈 패턴을 형성할 필요가 있다. 따라서, 생산성이나 에칭패턴을 정밀하고도 미세하기 위하여 에칭속도가 빠른 것이 요구된다. 현재, 화소전극에 사용되는 투명도전막은 Sn을 첨가한 In₂O₃막(Indium Tin Oxide; 이하 ITO막이라 함)이다. 공통전극에 사용되는 막과 성막조건을 바꿈으로써 에칭 특성을 양호하게 한ITO가 일반적으로 사용되고 있다. 예를 들어, 특개평 제4-48516호 공보에는 ITO막을 저온으로 성막함으로써 비정질의 ITO막을 성막하는 방법이 개시되고, 특개평 제3-64450호 공보에는 스퍼터링가스중에 수소 등의 가스를 도입하여 성막하는 방법이 개시되고 있다. 그러나, 저온성막한 ITO막은 전기저항율이 높아짐과 동시에 가시광 투과율도 감소하여 낮아지는 문제등이 있고, 또, 스퍼터링가스중에 수소 등을 갖는 방법에 있어서는 충분한 스퍼터링레이트가 얻어지지 않는 문제등이 있었다. 현재, 화소전극에 사용되는 ITO막 성능은, 전기저항율 1×10^-3Ωcm, 가시광 투과율 80%(막두께 1000Å), 60% 질산에서의 에칭속도는 100Å/min 이하로서, 금후 고도의 정밀화 및 미세화로 진행되는 LCD에 대응하기에는 충분한 에칭속도라고는 할 수 없었다.

투명전극의 다른 한쪽은 공통전극이라 불리우는 화면사이즈와 같은 정도의 크기를 갖는 박막전극으로, 모든 화소에 공통의 전극으로서 작용한다. 공통전극은 화면사이즈와 같은 정도이고, 최근의 LCD의 대형화에 따라 그 사이즈도 대형화하고 있으며, 그 때문에 공통전극의 저전기저항화가 필요하게 되고 있다. 전기저항이 높으면 소비전력이 커지게 되고, 전압강하에 따른 화상의 불균일화의 원인이 될 수 있다. 즉, 공통전극에는 높은 투과성능 외에 낮은 전기저항의 성능을 갖는 것이 요망되고 있다.

현재, 이 공통전극에 사용되고 있는 투명도전막도 또한 ITO막이다. 그러나 ITO의 모체인 In₂O₃은 산화물 반도체이고, 결정중에 함유되는 산소결함에 캐리어전자가 공급되어 도전성을 나타내는 투명도전물질이다. 여기서 Sn을 첨가하면 캐리어전자가 대폭 증가하여 높은 도전성을 나타내게 된다고 생각되고 있다. 한편, ITO막의 투과율을 감소시키는 원인은 막중의 산소결함이라고 생각되고 있다. 산소결함량이 적을 경우에는 결함 준위에 따른 가시광 흡수가 적고 투과율이 상승한다. 즉, 종래의 ITO막에서는 산소결함량이 저저항과 고투과율에 대하여 반대의 효과를 미치고, 어느 한쪽의 우수한 막은 얻어지는 것이나, 양자를 높은 레벨로 달성하기는 어렵고, 최근의 화면 대형화에 따라 점점 고도화하는 요망에 부응할 수 있는 막은 아니었다.

또, 특개평 제9-50711호 공보에는 In₂O₃을 주성분으로 하고, Ga가 함유하여 조성되는 투명도전막이 개시되어 있으며, 전기저항율이 7×10^-5Ωcm, 가시광 투과율이 92%가 얻어졌다고 기재되어 있다. 그러나, 본 발명자등이 Ga를 함유한 투명도전막에 대하여 특성을 조사하였던 바, 상기 특성은 별개의 막에서는 달성가능하나, 동시에는 달성되지 않았고, 이 투명도전막에 있어서도 고투과율과 저전기저항을 동시에 양립시키기는 곤란하였다.

본 발명은 이같은 현상을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 가시광 투과율, 전기저항율이 양호하고, 또한 60% 질산에칭으로 200Å/min 이상으로 에칭가능한 화소전극에 사용할 때에 양호한 성능을 발휘하는 투명도전막, 또한 가시광 투과율 90% 이상으로 또 전기저항율이 적어도 10×10^-4Ωcm 이하이고, 공통전극에 사용할 때에 양호한 성능을 발휘하는 투명도전막을 제공함에 있다.

본 발명자등은 In의 산화물, 예를 들어 In₂O₃을 주성분으로 하는 투명도전막에 산소결함과 무관하게 캐리어전자를 방출시키는 특성을 갖는 Ge를 In과 Ge의 합계량에 대하여 2∼10% 함유시킴으로써 스퍼터링 분위기의 산소분압에 관계없이 여러가지 성막조건으로 저전기저항율의 막을 성막가능하다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다. 또, 본 발명자등은 원자반경이 1.22Å로 작은 Ge를 In 산화물, 예를 들어 산화이리듐(:In₂O₃)에 함유시킴으로써 결정구조가 용이하게 붕괴되어 비정질막이 되기 쉽다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 투명도전막이란, 청구항 제1∼6항에 기재된 투명도전막으로, 즉, In의 산화물을 주성분으로 하는 투명도전막이고, Ge를 함유하고, 상기 Ge 함유량이 Ge량과 In량의 합계에 대하여 2∼10원자%인 것을 특징으로 하는 투명도전막으로, 상기 Ge 함유량이 4.5∼10원자%이고 비정질인 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 투명도전막이며, 또한 Sn을 함유하여도 되고, 상기 Ge 함유량이 Sn량과 In량의 합계에 대하여 5원자% 이하인 투명도전막이다. Sn을 함유시키면 전기저항율이 양호해지나, 5% 보다 많아지면 전기저항율에 악영향이 있어, 5% 이하로 하는 것이 좋다.

또, In의 산화물을 주성분으로 하고, 상기 Ge 함유량이 Ge량과 In량의 합계에 대하여 2∼7원자%이고, 전기저항율이 10×10^-4Ωcm 이하이며, 가시광 투과율 90% 이상인 투명도전막이다.

또한, 본 발명의 투명도전막은 In의 산화물을 주성분으로 하면 좋으며, In의산화물이 막전체 중량의 90% 이상을 가지면 좋으나, 상기 투명도전막에서 함유하는 성분(즉, In의 산화물, Ge, Sn) 외에 불가피하게 함유되는 불순물만일 경우는 더욱 양호한 결과를 가져온다.

도 1은 성막한 투명도전막의 X선 회절강도 표시도,

도 2는 Ge 함유량과 투명도전막 성능(전기저항율과 투과율)의 관계 표시도.

본 발명에 관한 투명도전막은, 스퍼터링법에 의해 다음과 같이 성막할 수 있다. 즉, 스퍼터링 장치내에 기판을 배치하고, 한편, 스퍼터링 타겟으로서 예를 들어, In₂O₃타겟상에 Ge 칩을 설치한 복합 타겟을 배치하고, 산소가스를 함유하는 불활성가스 분위기중에서 상기 기판을 가열한 상태로 하여, 이 기판과 상기 복합타겟 사이에 전계를 인가함으로써 기판상에 Ge를 함유하는 In₂O₃으로 되는 투명도전막을 형성(성막)할 수 있다. 이 때, 막중 Ge 함유량, 성막온도(기판의 가열온도), 불활성 가스분위기 압력, 불활성 가스분위기중의 산소분압, 성막속도, 성막전력 등을 적절히 선택함으로써 본 발명의 투명도전막을 얻을 수 있다. 또, 상기 복합타겟에서의 In₂O₃타겟과 Ge 칩의 표면적 비율을 바꿈으로써 Ge 함유량을 변화시킬 수 있다.

본 발명자등은 스퍼터링법에 의해 여러가지 조성의 투명도전막을 형성하고, 그 조성, 구조 및 투명도전막으로서의 특성을 조사하였다. 그 결과, In 산화물을 주성분으로 하는 투명도전막으로서, Ge 중량을 In과 Ge를 합계한 중량에 대하여 4.5∼12% 함유할 경우, 비정질로 60% 질산의 에칭에 있어서 200Å/min 이상의 속도로 에칭이 가능하고, 또한 10×10^-3Ωcm 이하의 저전기저항율을 가짐과 동시에 80%이상의 고가시광 투과율을 갖는 막으로 성막할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 이같은 막은 LCD의 투명전극, 특히 화소전극으로서 적합하게 이용할 수 있다.

또, 본 발명자등은 In 산화물을 주성분으로 하는 투명도전막으로서, Ge 중량을 In과 Ge를 합계한 중량에 대하여 2∼7% 함유할 경우, 전기저항율이 10×10^-4이하로 가시광 투과율 90% 이상의 막을 성막할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 이같은 막은 LCD의 투명전극, 특히 공통전극에 적합하게 이용할 수 있다

종래, 투명도전막으로 사용되었던 ITO, 즉 Sn을 도핑한 In₂O₃의 도전기구는 다음과 같다. 즉, In₂O₃중의 산소결함이 Sn이 복합결함을 형성하고, 캐리어전자를 방출한다. 여기서, Sn은 산소결함에서 전자 방출을 촉진하는 작용을 담당하고 있다. 그 때문에, Sn을 첨가하고 있다고는 하나, 전기저항율을 저하시키기 위해서는 적당량의 산소결함이 필요하다. 한편, 산소결함은 동시에 가시광을 흡수하는 성질을 가지고 있고, 산소결함은 도전성에 있어서는 플러스이나 가시광 투과율에는 마이너스라고 하는 투과도전막 성능에 있어 상반된 양면을 가지고 있다.

또, In과 Sn은 원자번호가 이웃끼리의 원자로서, 원자반경은 각각 1.44Å, 1.41Å로 극히 가까운 값이다. 그 때문에 In과 Sn이 치환되더라도 결정의 변형은 작고, 스퍼터링 법으로 성막한 막은 결정질이 되기 쉽다.

상기와 같은 성질을 갖는 ITO막을 비정질화, 저전기저항율화, 혹은 고투과율화하는데는, 각각 다음과 같은 성막방법이 적당하며, 이같은 성막방법을 선택할 필요가 있었다. 즉, 비정질막을 얻기 위하여는 저온으로 성막할 필요가 있다. 저전기저항율의 막을 얻기 위하여는 고온이고 또한 적당한 산소분압하, 예를 들어 0.0005∼0.002mTorr로 성막할 필요가 있다. 또, 고투과율막을 얻기 위하여는 고온이고 또한 고산소분압하에서 성막할 필요가 있다.

ITO막의 막질과 성막방법에는 이상과 같은 관계가 존재하기 때문에, 저전기저항율(10×10^-4Ωcm 이하)이고 또한 고투과율(90% 이상)을 갖는 막을 성막하는 것은 곤란하며, 불가능하였다. 또, 비정질막이고 높은 에칭속도(60% 질산에칭으로 200Å/min 이상)를 가지고, 전기저항율과 고투과율 양자가 양호한 막을 성막하는 것도 곤란하였다. 예를 들어, 투과율을 높게 하기 위하여는 높은 산소분압하에서 성막할 필요가 있고, 그리하면 전기저항율도 상승한다. 비정질로 하기 위하여는 저온성막할 필요가 있으나, 그리하면 전기저항율 상승과 투과율 감소를 야기한다.

본 발명자등은 In₂O₃을 주성분으로 하고, Sn과는 상이한 원소를 첨가한 막에 대하여 연구하였다. 그 결과, 어느 일정한 성막조건에서는 Ge 첨가가 상기 문제를 해결한다는 것을 발견하였다.

즉, Ge를 첨가한 In₂O₃막의 캐리어전자는 In₂O₃막의 산소결함과는 관계없고, Ge가 직접 방출한 전자가 주체로 되어 있는 것, 그 때문에 산소결함의 양을 자유롭게 변화시켜도 막의 전기저항율이 크게 변화되지 않고, 산소결함량을 감소시켜도 전기저항율은 상승하지 않는 것, 그 때문에 전기저항율을 손상하지 않고 산소결함량을 감소시킬 수 있고, 그에 따라 고투과율을 얻을 수 있는 것을 발견하였다.

또, Ge의 원자반경은 1.22Å으로 In의 원자반경에 비해 작고, In과 Ge가 치환될 경우, 결정구조에 변형을 일으킨다. 그 때문에, 일정량의 Ge를 첨가하여 성막조건을 제어하면 용이하게 결정구조가 무너져서 비정질막이 된다. 그 결과, 종래의 ITO막으로는 쉽게 성막할 수 없었던 비정질막이 Ge를 함유한 In₂O₃막에서는 성막가능하고, 가열기판상에서도(즉, 저온성막하지 않더라도) 비정질막이 얻어진다는 것을 알았다. 그리고, 이같은 비정질막은 에칭이 용이하고 가공성이 우수하다는 것이 확인되었다.

그런데, Ge 첨가 In₂O₃막은 종래부터 알려져 있다. 예를 들어, 특개평 제62-202415호 공보에는 400℃의 성막조건으로 Ge 함유 In₂O₃막을 성막하는 기술이 개시돼 있다. 그러나, 이 공보에 기재된 Ge 첨가 In₂O₃막은 막결함 해소 등을 도모한 것으로, 상기와 같은 400℃의 성막조건에서는 비정질의 막은 얻어지지 않는다. 이와 같이, 단순히 Ge를 첨가하는 것만으로는 비정질막으로 할 수는 없고, 에칭이 용이한 막을 얻을 수는 없다. 비정질막을 얻는데는, 우선 In₂O₃막중에 함유되는 Ge량을 In과 Ge 합계량에 대하여 4.5∼10%(바람직하게는 4.5∼7%)로 할 필요가 있고, 또한, 적당한 성막조건으로 성막할 필요가 있다. 이하에 성막조건을 상세히 설명한다.

스퍼터링법으로 성막할 때, 막의 특성(즉, 비정질, 전기저항율, 투과율)은특히 성막온도(기판의 가열온도), 불활성 가스분위기중의 산소분압, 성막속도에 영향을 받는다. 이들 파라미터는 막특성에 복잡하게 영향을 주고 있으며, 하나의 파라미터 값을 바꾸면 다른 파라미터의 바람직한 범위가 변화된다고 하는 관계에 있다. 따라서, 각 파라미터 범위를 한정적으로 언급할 수는 없으나 하기 성막조건으로 본 발명의 비정질막은 성막된다.

성막온도와 막의 결정구조는 낮으면 낮을수록 막질은 비정질이 되고, 에칭속도가 향상된다. 반대로 높으면 결정구조로 되기 쉽고, 400℃에서는 결정화하고, 에칭이 불가능이 된다. 비정질막을 얻기 위한 성막온도는 Ge량이 관계하고 있으며, 20℃의 성막온도에서는 Ge량을 4.5원자% 이상이 될 필요가 있고, 200℃의 성막온도에서는 Ge량을 7원자% 이상으로 할 필요가 있다.(타 조건이 성막전력: 2.0W/㎠, 성막속도 20Å/s, 전체압력 1mTorr, 산소분압 0.02mTorr의 경우) 또, 성막온도는 전기저항율과 투과율에도 영향을 미치고, 성막온도가 높을수록 전기저항율이 저하되고, 투과율이 증가한다. 따라서, 성막온도는 원하는 막특성에 따라 Ge량과 조합시켜서 선택이 가능하나, 20∼200℃ 범위로 선택하는 것이 좋다.

성막속도는 늦으면 늦을수록 막이 비정질이 되나, 전기저항율이 증가한다. 따라서, 전기저항율과의 밸런스를 생각하면 10∼50Å/s 범위를 선택하는 것이 좋다.

산소분압의 막의 결정구조에의 영향은 거의 없고, 산소분압은 적절히 선택가능하다. 투과율은 산소분압이 높을수록 증가한다. 따라서, 투과율을 생각하면 높은 쪽이 좋다. 그러나, 전기저항율은 0.04mTorr를 초과하면 약간이기는 하나 증가경향이 있고, 0.01∼0.04mTorr에서 선택하는 것이 좋으며, 투과율과 전기저항율의 밸런스에서 비정질막을 얻는데는 0.015∼0.025mTorr 범위가 좋다.

다음에, 전기저항율이 10×10^-4이하이고, 또한, 투과율이 90% 이상의 투명도전막을 얻는 방법을 설명한다. 이같은 투명도전막을 얻기 위하여는 Ge 함유량을 2∼7%로 할 필요가 있고, 또한, 이하의 성막조건을 선택함으로써 얻을 수 있다. 또, Ge량이 7%를 초과하면 투과율이 감소되고, 2% 미만에서는 전기저항율이 상승한다. 더 바람직한 범위는 4.5∼7원자%이다.

이같은 투명도전막을 성막하는데는, 적정한 성막속도로 성막할 필요가 있다. 성막속도가 늦으면 전기저항율이 상승하고, 반대로 성막속도가 빠르면 투과율이 저하한다. 따라서, 저전기저항율이고 또한 고투과율의 막을 얻기 위하여는 45∼100Å/s 범위로 성막하는 것이 좋다.

스퍼터링 가스중의 산소분압은 투과율에 영향을 미치고, 산소분압이 높을수록 투과율도 높다. 전기저항율에의 영향에 대해서는, 본 발명에서는 Ge가 캐리어전자를 방출하고 있기 때문에, 고산소분압하에서도 전기저항율 상승은 거의 없으나 0.04mTorr를 초과하면 약간 상승하기 때문에, 산소분압은 0.01∼0.04mTorr로 선택하는 것이 좋다. 또한, 투과율을 극력 높이기 위해서는 0.03∼0.04mTorr 범위로 하는 것이 좋다.

성막온도는 높을수록 전기저항율을 내리고 투과율을 올린다. 따라서, 보다 높은 쪽이 좋으나, 에칭이 되지 않게 되기 때문에 실온에서 300℃까지로 선택하는것이 좋다. 반대로 본 발명에서는 성막온도를 올리지 않더라도 전기저항율과 투과율이 함께 우수한 막의 성막방법을 발견하고 있으며, 컬러필터나 플라스틱 기판상에 이같은 성능의 막을 성막할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 저전기저항율(10×10^-4Ωcm 이하), 고가시광 투과율 (90% 이상)을 가지고, 또한 가공성이 양호(60% 질산에칭으로 200Å/s 이상)한 막도 얻을 수 있다.

이와 같이 본 발명에 관한 투명도전막은 우수한 특성을 가지고 있기 때문에 LCD나 태양전지 등의 투명전극으로서 적합하게 사용할 수 있다.

실험 1

스퍼터링 타겟으로서, In₂O₃타겟(순도 99.95%)상에 Ge의 칩(순도 99.99%) 혹은 GeO₂칩(순도 99.9%)과, Sn의 칩(순도 99.99%) 혹은 SnO₂칩(순도 99.9%)을 소정량 설치한 복합타겟 또는 Ge와 Sn을 소정량 함유하는 In₂O₃타겟을 사용하여 유리기판(코닝사제 #7059)상에 투명도전막을 형성(성막)하였다. 이때의 성막조건은 하기와 같다.

기판온도(성막온도) --------- 200℃

분위기가스 ----------------- 2.0% O₂함유 Ar

분위기가스압 --------------- 2mTorr

전력 ----------------------- 3.0W/㎠

성막속도 ------------------- 40Å/sec

상기 성막에 의해 얻은 투명도전막에 대하여 X선회절장치로 X선회절패턴을 측정하였다. 그 결과인 X선회절도를 도 1에 도시한다. 막구조는 비정질인 것을 알 수 있다.

또, 4단자(탐침)법에 의해 비저항(전기저항율)을 측정하고 자기 분광광도계로 가시광 투과율(550nm)을 측정하였다. 또, 60% 질산을 사용하여 에칭(20℃)하고, 에칭속도를 측정하였다. 이들 결과를 표 1에 표시한다.

실험 2

스퍼터링 타겟으로서, In₂O₃타겟(순도 99.95%)상에 Ge의 칩(순도 99.99%) 혹은 GeO₂칩(순도 99.9%)을 소정량 설치한 복합타겟 또는 Ge를 소정량 함유하는 In₂O₃타겟을 사용하여 유리기판상에 투명도전막을 형성하였다. 이때의 성막조건은 하기와 같다.

기판온도(성막온도) --------- 200℃

분위기가스 ----------------- 2.0% O₂함유 Ar

분위기가스압 --------------- 2mTorr

전력 ----------------------- 4.5W/㎠

성막속도 ------------------- 25Å/sec

상기 성막에 의해 얻은 투명도전막에 대하여 실험 1의 경우와 같은 방법에 의해 X선회절패턴을 측정하였다. 그 결과인 X선회절도를 도 1에 도시한다. 막구조는 비정질인 것을 알 수 있다.

또, 실험 1의 경우와 같은 방법에 의해 비저항(전기저항율), 가시광 투과율, 에칭속도를 측정하였다. 이들 결과를 표 1에 표시한다.

실험 3

실험 2의 경우와 같은 스퍼터링 타겟을 사용하여 같은 유리기판상에 투명도전막을 형성하였다. 이때의 성막조건은 하기와 같다.

기판온도(성막온도) --------- 200℃

분위기가스 ----------------- 2.0% O₂함유 Ar

분위기가스압 --------------- 4mTorr

전력 ----------------------- 4.5W/㎠

성막속도 ------------------- 25Å/sec

상기 성막에 의해 얻은 투명도전막에 대하여 실험 1의 경우와 같은 방법에 의해 X선회절패턴을 측정하였다. 그 결과인 X선회절도를 도 1에 도시한다. 막구조는 비정질인 것을 알 수 있다.

또, 실험 1의 경우와 같은 방법에 의해 비저항(전기저항율), 가시광 투과율 및 에칭속도를 측정하였다. 이들 결과를 표 1에 표시한다.

실험 4

실험 2의 경우와 같은 스퍼터링 타겟을 사용하여 같은 유리기판상에 투명도전막을 형성하였다. 이때의 성막조건은 하기와 같다.

기판온도(성막온도) --------- 200℃

분위기가스 ----------------- 2.0% O₂함유 Ar

분위기가스압 --------------- 2mTorr

전력 ----------------------- 4.5W/㎠

성막속도 ------------------- 40Å/sec

상기 성막에 의해 얻은 투명도전막에 대하여 실험 1의 경우와 같은 방법에 의해 X선회절패턴을 측정하였다. 그 결과인 X선회절도를 도 1에 도시한다. 막구조는 비정질인 것을 알 수 있다.

또, 실험 1의 경우와 같은 방법에 의해 비저항(전기저항율), 가시광 투과율 및 에칭속도를 측정하였다. 이들 결과를 표 1에 표시한다.

실험 5

스퍼터링 타겟으로서, In₂O₃타겟(순도 99.95%)상에 Sn의 칩(순도 99.99%) 혹은 SnO₂칩(순도 99.9%)를 소정량 설치한 복합타겟 또는 Sn을 소정량 함유하는 In₂O₃타겟을 사용하여 유리기판상에 투명도전막을 형성하였다. 이때의 성막조건은 하기와 같다.

기판온도(성막온도) --------- 200℃

분위기가스 ----------------- 0.1% O₂함유 Ar

분위기가스압 --------------- 1mTorr

전력 ----------------------- 2.0W/㎠

성막속도 ------------------- 12Å/sec

상기 성막에 의해 얻은 투명도전막에 대하여 실험 1의 경우와 같은 방법에 의해 X선회절패턴을 측정하였다. 그 결과인 X선회절도를 도 1에 도시한다. 막구조는 비정질이 아니고, 결정질인 것을 알 수 있다.

또, 실험 1의 경우와 같은 방법에 의해 비저항(전기저항율), 가시광 투과율 및 에칭속도를 측정하였다. 이들 결과를 표 1에 표시한다.

실험 6

실험 5의 경우와 같은 스퍼터링 타겟을 사용하여 같은 유리기판상에 투명도전막을 형성하였다. 이때의 성막조건은 하기와 같다.

기판온도(성막온도) --------- 20℃

분위기가스 ----------------- 0.1% O₂함유 Ar

분위기가스압 --------------- 1mTorr

전력 ----------------------- 2.0W/㎠

성막속도 ------------------- 12Å/sec

상기 성막에 의해 얻은 투명도전막에 대하여 실험 1의 경우와 같은 방법에 의해 X선회절패턴을 측정하였다. 그 결과, 막구조는 비정질이 아니라 결정질인 것이 확인되었다.

또, 실험 1의 경우와 같은 방법에 의해 비저항(전기저항율), 가시광 투과율,및 에칭속도를 측정하였다. 이들 결과를 표 1에 표시한다.

실험 7

실험 2의 경우와 같은 스퍼터링 타겟을 사용하여 같은 유리기판상에 투명도전막을 형성하였다. 이때의 성막조건은 하기와 같다.

기판온도(성막온도) --------- 20℃

분위기가스 ----------------- 2.0% O₂함유 Ar

분위기가스압 --------------- 1mTorr

전력 ----------------------- 2.0W/㎠

성막속도 ------------------- 25Å/sec

상기 성막에 의해 얻은 투명도전막에 대하여 실험 1의 경우와 같은 방법에 의해 X선회절패턴을 측정하였다. 그 결과 막구조는 비정질이 아니고 결정질인 것이 확인되었다.

또, 실험 1의 방법에 의해 비저항(전기저항율), 가시광 투과율 및 에칭속도를 측정하였다. 이들 결과를 표 1에 표시한다.

실험 8

실험 2의 경우와 같은 스퍼터링 타겟을 사용하여 같은 유리기판상에 투명도전막을 형성하였다. 이때의 성막조건은 하기와 같다.

기판온도(성막온도) --------- 20℃

분위기가스 ----------------- 2.0% O₂함유 Ar

분위기가스압 --------------- 1mTorr

전력 ----------------------- 2.0W/㎠

성막속도 ------------------- 25Å/sec

상기 성막에 의해 얻은 투명도전막에 대하여 실험 1의 경우와 같은 방법에 의해 X선회절패턴을 측정하였다. 그 결과 막구조는 비정질인 것이 확인되었다.

또, 실험 1의 방법에 의해 비저항(전기저항율), 가시광 투과율, 및 에칭속도를 측정하였다. 이들 결과를 표 1에 표시한다.

실험 9

실험 2의 경우와 같은 스퍼터링 타겟을 사용하여 같은 유리기판상에 투명도전막을 형성하였다. 이때의 성막조건은 하기와 같다.

기판온도(성막온도) --------- 20℃

분위기가스 ----------------- 2.0% O₂함유 Ar

분위기가스압 --------------- 1mTorr

전력 ----------------------- 2.0W/㎠

성막속도 ------------------- 20Å/sec

상기 성막에 의해 얻은 투명도전막에 대하여 실험 1과 같은 방법에 의해 전기저항율, 가시광 투과율, 및 에칭속도를 측정하였다. 이들 결과를 표 1에 표시한다.

실험 10

실험 2의 경우와 같은 스퍼터링 타겟을 사용하여 같은 유리기판상에 투명도전막을 형성하였다. 이때의 성막조건은 하기와 같다.

기판온도(성막온도) --------- 200℃

분위기가스 ----------------- 2.0% O₂함유 Ar

분위기가스압 --------------- 1mTorr

전력 ----------------------- 2.0W/㎠

성막속도 ------------------- 20Å/sec

상기 성막에 의해 얻은 투명도전막에 대하여 실험 1과 같은 방법에 의해 전기저항율, 가시광 투과율, 및 에칭속도를 측정하였다. 이들 결과를 표 1에 표시한다.

실험 11

실험 2의 경우와 같은 스퍼터링 타겟을 사용하여 같은 유리기판상에 투명도전막을 형성하였다. 이때의 성막조건은 하기와 같다.

기판온도(성막온도) --------- 200℃

분위기가스 ----------------- 2.0% O₂함유 Ar

분위기가스압 --------------- 2mTorr

전력 ----------------------- 4.5W/㎠

성막속도 ------------------- 75Å/sec

상기 성막에 의해 얻은 투명도전막에 대하여 실험 1과 같은 방법에 의해 전기저항율, 가시광 투과율, 및 에칭속도를 측정하였다. 이들 결과를 표 1에 표시한다.

실험 12

실험 2의 경우와 같은 스퍼터링 타겟을 사용하여 같은 유리기판상에 투명도전막을 형성하였다. 이때의 성막조건은 하기와 같다.

기판온도(성막온도) --------- 20℃

분위기가스 ----------------- 3.0% O₂함유 Ar

분위기가스압 --------------- 2mTorr

전력 ----------------------- 4.5W/㎠

성막속도 ------------------- 90Å/sec

상기 성막에 의해 얻은 투명도전막에 대하여 실험 1과 같은 방법에 의해 전기저항율, 가시광 투과율, 및 에칭속도를 측정하였다. 이들 결과를 표 1에 표시한다.

실험No.	성막온도	산소분압(mTorr)	성막속도(Å/sec)	전력(W/cm2)	Ge량(원자%)	Sn량(원자%)	두께(Å)	가시광투과도(%)	저항(×10-4)	에칭속도(Å/min)
1	200	0.04	40	3.0	9.8	4.8	1600	81.3	29.2	830
2	20	0.04	25	4.5	6.1		1600	90.7	14.4	480
3	200	0.08	25	4.5	7.1		1500	90.6	3.7	290
4	200	0.04	40	4.5	8.8		1600	83.8	10.1	585
5	200	0.001	12	2.0		9.8	1800	88.6	2.6	＜1
6	20	0.001	12	2.0		9.8	1800	83.0	8.7	80
7	200	0.02	25	2.0	1.6		1700	91.8	36.0	20
8	20	0.02	25	2.0	13.6		1750	38.5	46.0	970
9	20	0.02	20	2.0	6		1300	90.2	4.2	720
10	200	0.02	20	2.0	7		1300	90.3	3.8	201
11	200	0.04	75	4.5	6		2200	91.0	1.7	＜1
12	20	0.06	90	4.5	3.8		1500	91.0	3.6	＜1

실험 1∼4의 투명도전막은 투과율이 80% 이상이고, 또한 에칭속도가 200Å/min 이상이기 때문에 화소전극으로서 양호하게 사용할 수 있다. 실험 5와 6의 투명도전막은 In 산화물에 Sn만을 함유한 막으로, 투과율은 80% 이상이나 에칭속도가 대단히 작다. 실험 7의 투명도전막은 Ge 함유량이 적고 투과율은 91.8%로 매우 높게 되기는 하나 에칭속도가 늦다. 반대로 실험 8의 투명도전막은 Ge량이 많고 에칭속도는 크게 되는 것이나, 투과율이 매우 낮다. 실험 9와 10의 투명도전막은 투과율, 전기저항, 에칭속도 3부분 모두 양호한 막이다. 실험 11과 12는 에칭은 불가하나 투과율, 전기저항면에서 성능이 높고, 공통전극으로서 양호하게 사용할 수 있다.

실험 13

스퍼터링 타겟으로서 In₂O₃타겟(순도 99.95%, 상대밀도 95%)상에 5mm 각의 Ge칩(순도 99.9%)을 소정량 설치한 복합타겟 또는 Ge를 소정량 함유하는 In₂O₃타겟을 사용하여 유리기판상에 두께: 1500Å의 Ge 첨가 In₂O₃막을 마그네트론 스퍼터링법에 의해 성막하였다. 이 때의 성막조건은 하기와 같다.

성막온도(기판온도) --------- 200℃

분위기가스 ----------------- O₂함유 Ar

산소분압 ------------------- 0.04mTorr

전력 ----------------------- 4.5W/㎠

상기 성막에 의해 얻은 투명도전막(Ge 첨가 In₂O₃막)에 대하여 실험 1의 경우와 같은 방법에 의해 전기저항율 및 가시광투과율(550nm)을 측정하였다. 그 결과를 도 2에 도시한다.

Ge량이 2∼10원자% 범위에서 저항율이 10×10^-4Ωcm 이하가 되고, Ge량이 7원자% 이하에서 투과율이 90% 이상의 투명도전막이 된다.

본 발명에 의해 낮은 전기저항율, 높은 가시광 투과율 및 가공성이 우수한 투명도전막을 얻을 수 있다.

Claims (6)

1. In 산화물을 주성분으로 하는 투명도전막으로서, Ge를 함유하고, 상기 Ge 함유량이 Ge량과 In량의 합계에 대하여 2∼10원자%이고, 가시광투과율이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 투명도전막.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 Ge 함유량이 4.5∼10원자%이고, 또한 비정질인 것을 특징으로 하는 투명도전막.
3. 제 2 항에 있어서, Sn을 함유하고 가공성이 우수한 것을 특징으로 하는 투명도전막.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 Sn 함유량이 Sn량과 In량의 합계에 대하여 5원자% 이하이고, 가공성이 우수한 것을 특징으로 하는 투명도전막.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 Ge 함유량이 2∼7원자%이고, 전기저항율이 10×10^-4Ωcm 이하이며, 또한 가시광 투과율이 90% 이상인 것을 특징으로 하는 투명도전막.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 Ge 함유량이 4.5∼7원자%이고, 또한 비정질인 것을특징으로 하는 투명도전막.