KR20090035908A - Method for preparing zinc oxide based transparent conductive thin film - Google Patents

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Abstract

A manufacturing method of a zinc oxide transparent conductive thin film is provided to improve the uniformity of the resistivity according to the location on a thin file surface. a manufacturing method of the zinc oxide transparent conductive thin film forms the zinc oxide transparent conductive thin film on materials by using a sputtering method. The size of the magnetic flux density applied at a sputtering target is 1.5 KG-4.5 KG range. The difference of the resistivity according to the location on the thin film surface is 10-50 % range of the maximum resistivity. The zinc oxide transparent conductive thin film has the resistivity of 2.00 x 10^4cm-5.00 x10^4Фcm range. The method is performed in the H2 mixed gas atmosphere of Ar or Ar and 0.1-10 vol%. The formed thickness of the thin film is 10-300nm range. The element furnace minor Al or Ga is added to the zinc oxide.

Description

산화아연계 투명도전성 박막의 제조방법.{METHOD FOR PREPARING ZINC OXIDE BASED TRANSPARENT CONDUCTIVE THIN FILM}METHODS FOR PREPARING ZINC OXIDE BASED TRANSPARENT CONDUCTIVE THIN FILM}

본 발명은 스퍼터링 방법으로 기재 상에 산화아연계 투명도전성 박막을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a zinc oxide transparent conductive thin film on a substrate by a sputtering method.

투명전극은 각종 디스플레이의 전극, 태양전지 등의 광전 변환 소자 및 터치 패널 등에 다양하게 사용되고 있으며, 유리, 투명필름 등의 투명 기판 위에 투명 도전성 박막을 형성하여 제조된다. 현재 주로 사용되고 있는 투명 도전성 재료는 주석(Sn)이 도핑된 인듐산화물(ITO, Indium tin oxide)로서, 투명도가 우수하고 낮은 비저항 (1×10-4 ~ 2×10-4 Ω㎝)을 갖는 것으로 알려져 있다.Transparent electrodes are used in various types of electrodes of various displays, photoelectric conversion elements such as solar cells, touch panels, and the like, and are manufactured by forming transparent conductive thin films on transparent substrates such as glass and transparent films. Currently, the transparent conductive material mainly used is indium tin oxide (ITO) doped with tin, and has excellent transparency and low specific resistance (1 × 10 −4 to 2 × 10 −4 Ωcm). Known.

투명 도전성 박막을 제조하는 방법은 스퍼터링(sputtering), 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD), 이온빔 증착(ion beam deposition), 펄스레이저 증착(pulsed laser deposition) 등의 진공 증착 방법과 스프레이 코팅(spray coating), 스핀 코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating)과 같은 습식방법 등의 다양한 방법이 있다. 이러한 방법들 중 스퍼터링과 같은 진공 증착 방식이 좀 더 선호되고 있으며, 진공 증착 방식은 플라즈마를 이용하기 때문에 높은 입자 에너지를 가진 막을 성장시킬 수 있어, 다른 방식보다 높은 밀도를 가지는 양질의 막을 얻을 수 있다. 또한, 추가적인 열처리 없이 낮은 온도에서도 양질의 박막을 성장시킬 수 있다는 장점도 있다. The method of manufacturing a transparent conductive thin film includes vacuum deposition methods such as sputtering, chemical vapor deposition (CVD), ion beam deposition, and pulsed laser deposition, and spray coating. There are various methods, such as coating, spin coating, and wet methods such as dip coating. Among these methods, a vacuum deposition method such as sputtering is more preferred, and since the vacuum deposition method uses plasma, it is possible to grow a film having high particle energy, thereby obtaining a high quality film having a higher density than other methods. . In addition, there is an advantage that the thin film of good quality can be grown at low temperature without additional heat treatment.

최근, 평면 디스플레이 시장이 커지면서 ITO에 대한 수요가 급속하게 증가하고 있지만, 인듐의 높은 가격으로 인한 수급 불안정 및 인체에의 유해성 때문에, ITO를 대체할 수 있는 저가의 투명 도전성 재료의 개발이 요구되는 실정이다.Recently, the demand for ITO is increasing rapidly as the flat display market grows. However, due to supply and demand instability due to high price of indium and harmfulness to human body, development of low-cost transparent conductive material that can replace ITO is required. to be.

그러한 대체물로서는 산화주석(SnO2) 및 산화아연(ZnO) 등이 고려되고 있다. 이와 관련하여, 산화아연에 알루미늄(Al)을 도핑하여 낮은 비저항(2×10-4 ~ 3×10-4 Ω㎝)을 가지는 도전성 박막을 제조하려는 시도 등이 있었다. 산화아연(ZnO)의 경우 넓은 밴드갭(~3.3ev)을 가지는 반도체 물질로서, 도핑을 통해 우수한 투과도(85% 이상)와 낮은 비저항을 가질 수 있다는 것이 알려졌으며, 도핑된 산화아연의 경우 비교적 저가이고, 인체에 무해한 재료이므로, ITO를 대체할 수 있는 재료로서 큰 관심을 받고 있다. 현재로서는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 규소(Si) 및/또는 인듐(In)이 첨가된 산화아연(ZnO)을 재료로 한 투명전극용 재료에 대해 주로 연구가 집중되고 있으나, 전기전도성 측면에서는 아직 ITO에 미치지 못하기 때문에, 이를 해결해야 하는 문제점 이 있다. Such substitutes include tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), and the like. In this regard, attempts have been made to produce a conductive thin film having a low specific resistance (2 × 10 −4 to 3 × 10 −4 Ωcm) by doping aluminum (Al) to zinc oxide. It is known that zinc oxide (ZnO) is a semiconductor material having a wide bandgap (~ 3.3ev), and can have excellent transmittance (more than 85%) and low resistivity through doping, and is relatively inexpensive for doped zinc oxide. And, since it is a material harmless to the human body, it is receiving great attention as a material that can replace ITO. Currently, research is mainly focused on materials for transparent electrodes made of zinc oxide (ZnO) containing aluminum (Al), gallium (Ga), silicon (Si) and / or indium (In). In terms of ITO, it still has to meet the needs of ITO.

스퍼터링 방법으로 다양한 기판 위에 산화아연계 투명도전성 박막을 증착시키는 경우, 일반적으로 시편 중앙 부분의 저항이 다른 부분의 저항보다 크게 나타나는 경향을 보이므로, 이러한 전기적 물성의 균일도에 대한 개선이 필요하였다. In the case of depositing a zinc oxide transparent conductive thin film on various substrates by the sputtering method, since the resistance of the center portion of the specimen generally tends to be larger than that of other portions, it is necessary to improve the uniformity of the electrical properties.

본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 스퍼터 장치 내에 사용되는 자석의 세기를 변화시킴으로써, 비저항의 균일도 향상을 가져올 수 있으며, 균일도를 개선하기 위한 다른 방법의 경우보다 더욱 낮은 비저항을 갖는 산화아연계 투명도전성 박막을 제조할 수 있음을 밝혀 내었다. 본 발명은 상기에 기초한 것이다. The present inventors can change the strength of the magnet used in the sputtering device to solve the above problems, it is possible to improve the uniformity of the resistivity, zinc oxide system having a lower resistivity than other methods for improving the uniformity It has been found that a transparent conductive thin film can be prepared. The present invention is based on the above.

본 발명은 스퍼터링 방법에 의하여 기재 상에 산화아연계 투명도전성 박막을 제조하는 방법에 있어서, 스퍼터링 타겟에 인가되는 자속밀도의 크기가 1.5KG ~ 4.5KG 범위인 것이 특징인 제조방법 및 상기 기재된 방법에 의해 제조되고, 박막 면 상의 위치에 따른 비저항의 차이가 최대 비저항의 10 ~ 50 %범위이며, 2.00 × 10-4 Ω㎝ ~ 5.00 ×10-4 Ω㎝ 범위의 비저항을 가지는 것이 특징인 산화아연계 투명도전성 박막을 제공한다. The present invention provides a method for producing a zinc oxide-based transparent conductive thin film on a substrate by a sputtering method, characterized in that the magnetic flux density applied to the sputtering target is in the range of 1.5KG to 4.5KG and the method described above. The zinc oxide system is characterized in that the difference in specific resistance according to the position on the thin film surface is in the range of 10 to 50% of the maximum specific resistance, and has a specific resistance in the range of 2.00 × 10 -4 Ωcm to 5.00 × 10 -4 Ωcm Provided is a transparent conductive thin film.

본 발명은 스퍼터링 방법으로 산화아연계 투명도전성 박막을 제조함에 있어 서, 스퍼터링 장치 내에 사용되는 자석의 세기를 조절함으로써, 박막 면 상의 위치에 따른 비저항의 균일성을 크게 개선할 수 있으며, 더욱 낮은 비저항을 갖는 산화아연계 투명도전성 박막을 제조할 수 있다. 또한, 박막의 물성 등에 영향을 줄 수 있는 다른 증착 조건의 변화없이, 단순히 스퍼터링 장치내의 자석을 교체함으로써, 간단히 비저항의 균일성을 향상시킬 수 있으며, 박막의 증착속도 또한 증가시킬 수 있다. In the present invention, in manufacturing a zinc oxide-based transparent conductive thin film by the sputtering method, by adjusting the strength of the magnet used in the sputtering device, it is possible to greatly improve the uniformity of the specific resistance according to the position on the thin film surface, the lower specific resistance Zinc oxide-based transparent conductive thin film can be prepared. In addition, by simply changing the magnet in the sputtering apparatus without changing other deposition conditions that may affect the properties of the thin film, the uniformity of the specific resistance can be simply improved, and the deposition rate of the thin film can also be increased.

박막 형성에 있어서 스퍼터링(sputtering)법은 아르곤 등의 스퍼터링 가스를 진공 챔버(chamber)내에 주입하고, 성막하고자 하는 타겟(target) 물질과 충돌시켜 플라즈마를 생성시킨 후, 이를 기판(substrate)에 코팅(coating)시키는 방법으로서, 그 중 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)은 발생된 플라즈마를 영구자석에서 발생하는 자속(flux)에 의해 집진하여 기판에 성막시키는 방법이다. 마그네트론(magnetron)은 주로 타겟 배면에 위치하게 되며, 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering) 법에 의하는 경우, 일반적인 스퍼터링 법보다 높은 성막 속도가 얻어지기 때문에 박막 증착 분야에서 넓게 사용된다. In forming a thin film, a sputtering method injects a sputtering gas such as argon into a vacuum chamber, collides with a target material to be formed, generates a plasma, and then coats it on a substrate. As a method of coating, magnetron sputtering is a method in which the generated plasma is collected by flux generated from a permanent magnet and deposited on a substrate. Magnetron (magnetron) is mainly located on the back of the target, the magnetron sputtering (magnetron sputtering) method is widely used in the field of thin film deposition because the higher film formation rate than the conventional sputtering method is obtained.

스퍼터링 방법이 개발된 초기에는 자석을 사용하지 않았지만, 최근의 스퍼터링 방법에서는 여러가지 효율 측면에서 거의 모든 경우 자석을 사용하게 되며, RF방식 또는 DC방식에 상관없이 모두 사용된다. 따라서, 본 발명의 방법은 자석을 구비한 스퍼터링 장치를 이용하는 모든 산화아연 박막 증착 방법에 이용될 수 있다. In the early days of sputtering methods, magnets were not used, but in recent years, sputtering methods use magnets in almost all aspects of efficiency, and are used regardless of RF or DC methods. Thus, the method of the present invention can be used for all zinc oxide thin film deposition methods using a sputtering apparatus with a magnet.

본 발명에서 사용되는 스퍼터링 장치는 내부에 타겟물질을 발생시키는 타겟; 상기 타겟과 일정거리 간격으로 기재가 안착되는 기재안착부가 형성된 진공챔버; 상기 진공챔버 내에 가스를 주입하기 위한 가스주입부; 상기 진공 챔버 내에 가스나 불순물을 제거하기 위한 진공펌프; 상기 진공챔버 외부에 형성되어 타겟에 자계를 형성하기 위한 자석(magnet); 및 상기 타겟과 웨이퍼에 전력을 공급하기 위한 전원공급부를 포함하는 것일 수 있다. Sputtering apparatus used in the present invention is a target for generating a target material therein; A vacuum chamber in which a base seating portion is formed on which the base is seated at a predetermined distance from the target; A gas injection unit for injecting gas into the vacuum chamber; A vacuum pump for removing gas or impurities in the vacuum chamber; A magnet formed outside the vacuum chamber to form a magnetic field on a target; And it may include a power supply for supplying power to the target and the wafer.

본 발명은 상기와 같은 스퍼터링법을 이용하여 기재 상에 산화아연계 투명도전성 박막을 제조함에 있어서, 스퍼터 장치에 부착되는 자석의 세기를 조절함으로써, 박막 면 상의 각 위치에서 비저항을 균일하게 할 수 있다. 즉, 상기 자석의 세기를 1.5 KG ~ 4.5 KG 범위로 조절하는 경우, 박막 면 상의 각 위치에서의 비저항의 균일도를 크게 개선시킬 수 있다. In the present invention, in producing a zinc oxide-based transparent conductive thin film on a substrate using the sputtering method as described above, by adjusting the strength of the magnet attached to the sputtering device, it is possible to uniformize the resistivity at each position on the thin film surface. . That is, when adjusting the strength of the magnet in the range of 1.5 KG to 4.5 KG, it is possible to greatly improve the uniformity of the specific resistance at each position on the thin film surface.

예를 들어, 약70 L 의 챔버와 75 W 의 파워를 사용하여 70mm × 70mm 크기의 기판을 코팅하는 마그네트론 스퍼터링 장치를 예를 들면, 5 KG의 자석이 타겟 배면에 부착되어 사용되는 것이 일반적이나, 이를 2.5 KG의 자석으로 교체하여 스퍼터링하는 경우, 다른 조건의 변화없이도 비저항의 균일도가 현저히 개선된 산화아연계 투명도전성 박막을 증착할 수 있다. For example, a magnetron sputtering device that coats a 70 mm by 70 mm substrate using about 70 L of chamber and 75 W of power, for example, a 5 KG magnet is typically used attached to the target backside. In the case of sputtering by replacing it with a magnet of 2.5 KG, it is possible to deposit a zinc oxide-based transparent conductive thin film having a significantly improved uniformity of specific resistance without changing other conditions.

일반적으로 스퍼터에 부착된 자석의 세기와 타겟에 형성되는 DC 바이어스(DC bias)는 서로 반대의 경향을 보이는 것으로 알려져 있으며, 자석의 세기가 감소할수록 DC 바이어스의 크기는 직선적으로 증가하는 것이 아니라 급격히 증가하는 것으로 알려져 있다. 따라서, DC 바이어스 만을 고려하면 에너지가 큰 입자들에 의한 충격으로 인하여 박막 면 중앙부분의 비저항이 크게 증가되어 비저항의 균일도가 더욱 나빠지게 될 것으로 예상할 수 있다. In general, it is known that the strength of the magnet attached to the sputter and the DC bias formed on the target tend to be opposite to each other, and as the strength of the magnet decreases, the magnitude of the DC bias does not increase linearly but increases rapidly. It is known. Therefore, considering only the DC bias, it can be expected that the specific resistance of the center portion of the thin film surface is greatly increased due to the impact caused by the particles having high energy, and thus the uniformity of the specific resistance becomes worse.

그러나, 본 발명은 스퍼터 장치에 부착되는 자석의 세기를 감소시킨 경우에도 오히려 비저항의 균일도가 현저히 개선되는 현상을 보여주는 바, 이는 단순히 DC 바이어스만에 의한 효과는 아닌 것으로 보이며, 타겟에 형성되는 자기장(magnetic field)의 변화 등의 영향이 복합적으로 작용한 결과인 것으로 판단된다. However, the present invention shows a phenomenon in which the uniformity of the specific resistance is significantly improved even when the strength of the magnet attached to the sputtering device is reduced, which does not seem to be simply an effect of DC bias alone, and the magnetic field formed on the target ( It is judged that the effect of the change of the magnetic field) is a result of the combined action.

본 발명에서 스퍼터링 타겟에 인가되는 자속밀도의 크기는 1.5 KG ~ 4.5 KG 범위일 수 있다. 자속밀도가 상기 범위보다 큰 경우에는 박막 면 상의 각 위치에서의 비저항의 편차가 너무 크기 때문에, 투명 도전막으로서의 바람직한 물성을 기대하기 어려우며, 자속밀도가 상기 범위보다 작은 경우에는 DC바이어스가 크기 때문에 박막의 물리적 데미지로 인한 전기적 물성이 저하되는 문제점이 있다. In the present invention, the magnitude of the magnetic flux density applied to the sputtering target may range from 1.5 KG to 4.5 KG. If the magnetic flux density is larger than the above range, the variation of the specific resistance at each position on the thin film surface is too large, so it is difficult to expect desirable physical properties as the transparent conductive film. If the magnetic flux density is smaller than the above range, the DC bias is large, so the thin film There is a problem that the electrical properties are degraded due to the physical damage of.

스퍼터링 방법에 의해 기재 상에 산화아연계 투명도전성 박막을 제조할때, 스퍼터링 타겟에 인가되는 자속밀도의 크기를 상기의 범위와 같이 조절함으로써, 박막 면 상의 각 위치에서의 비저항의 균일성을 크게 향상시킬 수 있으며, 바람직하게는 상기 박막 면 상의 위치에 따른 비저항의 차이가 최대 비저항의 10 ~ 50 % 범위가 되도록 하는 것일 수 있다. When manufacturing a zinc oxide-based transparent conductive thin film on a substrate by the sputtering method, by adjusting the magnitude of the magnetic flux density applied to the sputtering target as described above, the uniformity of the specific resistance at each position on the thin film surface is greatly improved. Preferably, the difference in specific resistance according to the position on the thin film surface may be to be in the range of 10 to 50% of the maximum specific resistance.

본 발명의 방법에 의해 산화아연계 투명도전성 박막을 제조하는 경우, 비저항 균일성을 향상시킬 수 있을 뿐 만 아니라, 박막의 비저항값도 종래의 균일 박막에 비해 낮출 수 있다.In the case of manufacturing the zinc oxide-based transparent conductive thin film by the method of the present invention, not only the resistivity uniformity can be improved, but also the resistivity of the thin film can be lowered as compared with the conventional uniform thin film.

종래에는 박막 면 상에서의 비저항의 균일도 향상을 위해 시편을 움직이거나 또는 스퍼터에 부착된 자석을 움직이는 방법을 사용하였다. 그러나, 이러한 방법을 사용하는 경우 균일도의 향상은 가져올 수 있으나, 평균적인 비저항 값이 상승하는 문제가 있었다. 그러나, 본 발명의 방법에 의할 경우, 균일도를 향상시킬 뿐 만 아니라, 평균 비저항 값도 낮출 수 있는 장점이 있다. (도 3참조) Conventionally, a method of moving a specimen or a magnet attached to a sputter is used to improve uniformity of resistivity on a thin film surface. However, in the case of using such a method, the uniformity may be improved, but there is a problem in that the average specific resistance value is increased. However, the method of the present invention not only improves the uniformity, but also has the advantage of lowering the average specific resistance value. (See Fig. 3)

따라서, 본 발명의 방법에 의하여 제조된 산화아연계 투명도전성 박막은 2.00 × 10-4 Ω㎝ ~ 5.00 ×10-4 Ω㎝ 범위의 비저항을 가지는 것일 수 있다. Therefore, the zinc oxide-based transparent conductive thin film manufactured by the method of the present invention may have a specific resistance in the range of 2.00 × 10 −4 cm 3 to 5.00 × 10 −4 cm 3.

본 발명의 방법에 의해 제조된 산화아연계 투명 도전성 박막은 산화아연(ZnO)로만 구성된 것일 수도 있으나, 전기전도성 향상을 위해 1종 이상의 도핑 물질을 포함한 것일 수도 있으며, 그러한 도핑 물질의 비제한적인 예로는 Al, Ga, Si, In, Ge 또는 Ti일 수 있고, 그 도핑량의 범위는 0.1wt% ~ 10wt% 범위일 수 있다. 도핑량이 상기 범위보다 작을 경우에는 도핑에 의한 전기전도성 향상 효과를 기대하기 힘들며, 상기 범위보다 클 경우에는 산화아연 결정의 구조가 유지되기 힘들고, 전자의 이동도 감소에 따라 박막의 전기전도성이 저해될 수 있다. The zinc oxide-based transparent conductive thin film manufactured by the method of the present invention may be composed of only zinc oxide (ZnO), but may include one or more doping materials to improve electrical conductivity, and non-limiting examples of such doping materials. May be Al, Ga, Si, In, Ge, or Ti, and the doping amount may range from 0.1 wt% to 10 wt%. When the doping amount is smaller than the above range, it is difficult to expect the effect of improving the electrical conductivity by doping. When the doping amount is larger than the above range, the structure of the zinc oxide crystal is hard to be maintained, and the electrical conductivity of the thin film may be impaired by the decrease of electron mobility. Can be.

한편, 본 발명의 제조방법으로 제조된 산화아연계 투명도전성 박막의 두께는 10 ~ 300nm 범위일 수 있다. 일반적으로 스퍼터링 방법을 통해서 제조된 도핑 산화아연 박막의 경우, ITO에 유사한 비저항(2×10-4 Ω㎝ ~ 3×10-4 Ω㎝)을 가지기 위해서는 500nm 이상의 비교적 두꺼운 막인 경우가 대부분이다. 비저항값은 단위면적, 단위길이당 저항값을 의미하기 때문에 막두께가 변하더라도 물질이 동일한 이 상 비저항값도 일정한 것이 원칙이나, 스퍼터링으로 제조한 산화아연 박막의 경우에는 두께가 두꺼울수록 결정립(crystallite)의 크기가 커지며, 전기전도성 역시 결정립의 크기에 비례하기 때문에 예외적으로 비저항값이 박막 두께에 의존하는 경향을 나타낸다. On the other hand, the thickness of the zinc oxide-based transparent conductive thin film manufactured by the manufacturing method of the present invention may be in the range of 10 ~ 300nm. In general, a doped zinc oxide thin film manufactured by a sputtering method is a relatively thick film of 500 nm or more in order to have a similar resistivity (2x10 -4 Ωcm ~ 3x10 -4 Ωcm) to ITO. The specific resistivity means the unit area and the resistance per unit length. Therefore, even if the film thickness changes, the same resistivity is the same even if the material is the same.However, in the case of the zinc oxide thin film manufactured by sputtering, the thicker the crystallite, ), The electrical resistance is also proportional to the size of the grains, so the exceptional resistance tends to depend on the thickness of the thin film.

물론 박막의 두께가 두꺼울 경우에는 투과도에 문제가 생길 수 있으므로, 투명 전극 재료로 사용되는 경우에는 박막 두께의 제한이 있을 수 있으나, 산화아연 박막의 경우에는 우수한 투과도(85% 이상) 때문에 두께가 증가하더라도 투과도의 저하가 그리 크게 나타나지 않는다.Of course, if the thickness of the thin film may cause a problem in the transmittance, the thickness of the thin film may be limited when used as a transparent electrode material, but in the case of zinc oxide thin film is increased due to the excellent transmittance (85% or more) Even if the decrease in the transmittance does not appear much.

다만, 막 두께가 두꺼우면 박막 제조시 증착 시간이 길어지게 되어 생산성이 떨어지게 되는 문제가 생길 수 있다. 따라서, 생산 공정의 측면에서는 보다 얇은 두께(약 300nm 이하)에서도 낮은 비저항을 갖게 하는 것이 생산시간을 단축하게 되어 유리할 수 있다. However, if the film thickness is high, the deposition time may be long when the thin film is manufactured, which may cause a problem that productivity is reduced. Therefore, in terms of the production process, having a low specific resistance even at a thinner thickness (about 300 nm or less) may shorten the production time and may be advantageous.

본 발명의 방법에 의해 스퍼터링을 행할 때, 챔버 내에 주입되는 가스는 아르곤(Ar) 단독 또는 아르곤(Ar)과 수소(H2) 0.1 ~ 10 vol% 혼합가스일 수 있다. 수소 가스를 포함하는 경우, 산화아연 박막에 산소 결핍(oxygen vacancy)이 형성되고 이러한 산소 결핍은 전자주게(donor)로 작용하여 전자 농도를 증가시키는 효과를 가져올 수 있으며, 이로 인하여 비저항이 감소하는 효과를 기대할 수 있다. When sputtering by the method of the present invention, the gas injected into the chamber may be argon (Ar) alone or a mixed gas of argon (Ar) and hydrogen (H 2 ) 0.1-10 vol%. When hydrogen gas is included, oxygen vacancy is formed in the zinc oxide thin film, and this oxygen deficiency may act as an electron donor to increase the electron concentration, thereby reducing the resistivity. You can expect.

본 발명의 방법에 의하여 제조되는 산화아연계 투명도전성 박막은 투명성 기재 상에 형성되게 되며, 그 기재의 비제한적인 예는 유리 기판 또는 플라스틱 기판 이 있고, 유리 기판의 비제한적인 예로는 TFT glass, 소다라임 글라스(soda-lime glass) 등이 있으며, 플라스틱 기판의 비제한적인 예로는 PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene 2,6-naphthalate), PES(polyether sulfone), PEI(polyether imide), PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate) 등이 있다. The zinc oxide-based transparent conductive thin film produced by the method of the present invention is formed on a transparent substrate, non-limiting examples of the substrate is a glass substrate or a plastic substrate, non-limiting examples of the glass substrate is TFT glass, Soda-lime glass, and the like, and non-limiting examples of plastic substrates include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene 2,6-naphthalate (PEN), polyether sulfone (PES), polyether imide (PEI), and PMMA (polymethylmethacrylate), PC (polycarbonate), and the like.

상기의 산화아연계 박막의 용도는 특정한 것으로 제한되지 않으나, 예컨대 투명도전성 박막으로 사용될 수 있으며, 이는 각종 디스플레이 장치의 투명 전극, 태양전지 등의 광전 변환 소자 및 터치 패널 등의 용도에 다양하게 사용될 수 있다. The use of the zinc oxide thin film is not limited to a specific one, but may be used as, for example, a transparent conductive thin film, which may be used in various applications such as transparent electrodes of various display devices, photoelectric conversion elements such as solar cells, and touch panels. have.

이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 자세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명이 이로써 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited thereto.

[실시예 1]Example 1

RF 마그네트론 스퍼터링 장치를 이용하여 유리 기판 위에 갈륨(Ga)이 5.5 wt% 도핑된 산화아연계 투명도전성 박막을 증착하였다. 이 때, 스퍼터링 타겟으로는 갈륨(Ga) 5.5 wt%가 함유되어 있는 산화아연(ZnO) 타겟을 이용하였다. 스퍼터(sputter)에 장착되는 자석(magnet)은 2.5 KG의 자속밀도를 갖는 것을 사용하였다. A gallium oxide (Ga) -doped zinc oxide-based transparent conductive thin film was deposited on a glass substrate using an RF magnetron sputtering device. At this time, a zinc oxide (ZnO) target containing 5.5 wt% of gallium (Ga) was used as the sputtering target. As a magnet mounted on the sputter, a magnet having a magnetic flux density of 2.5 KG was used.

이 때, 타겟에 걸리는 바이어스(bias) 전압은 약 -100 V 정도였으며, 스퍼터링 챔버 내의 압력은 3×10-3 torr, 아르곤(Ar) 가스의 유량은 50 sccm 이었다. At this time, the bias voltage applied to the target was about −100 V, the pressure in the sputtering chamber was 3 × 10 −3 torr, and the flow rate of argon (Ar) gas was 50 sccm.

제조된 산화아연계 투명도전성 박막의 두께는 약 150 nm 이었다. The thickness of the prepared zinc oxide transparent conductive thin film was about 150 nm.

[비교예 1]Comparative Example 1

스퍼터(sputter)에 장착되는 자석(magnet)을 5 KG의 자속밀도를 갖는 것을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 산화아연계 투명도전성 박막을 제조하였다. A zinc oxide transparent conductive thin film was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a magnet mounted on a sputter had a magnetic flux density of 5 KG.

도 1에 실시예 1과 비교예 1에서 사용된 자석의 개략적 모양과 세기를 나타내었다. 중앙과 주위의 자석의 극은 반대로 배치되고 두 자석 사이에 자장이 형성되어 두 자석 사이의 영역이 effective erosion영역이 된다.Figure 1 shows the schematic shape and strength of the magnet used in Example 1 and Comparative Example 1. The poles of the center and surrounding magnets are arranged oppositely and a magnetic field is formed between the two magnets so that the area between the two magnets becomes an effective erosion area.

도 2를 보면 자속밀도가 큰 자석을 사용한 비교예 1의 경우는 도전 박막 면 상의 위치에 따른 비저항의 균일도가 매우 나쁘게 나타났다. 중앙부분(position 0)에서 비저항이 급격히 증가하는 것을 볼 수 있으며, 이는 에너지가 큰 입자들의 충돌에 의한 결함 형성 때문인 것으로 생각된다.2, in the case of Comparative Example 1 using a magnet having a high magnetic flux density, the uniformity of the specific resistance according to the position on the surface of the conductive thin film was very bad. It can be seen that the specific resistance increases sharply in the center (position 0), which is thought to be due to defect formation due to collision of energetic particles.

자속밀도가 작은 자석을 사용한 실시예 1의 경우는 비저항의 분포가 비교예 1에 비해 크게 개선된 것을 알 수 있었다. In the case of Example 1 using a magnet having a low magnetic flux density, it was found that the distribution of the specific resistance was significantly improved compared to that of Comparative Example 1.

한편, 비교예 1의 경우 스퍼터링시 타겟에 형성되는 DC 바이어스(bias)가 -70 V 정도였으며, 박막의 증착속도는 7.3 nm /min이었으나, 스퍼터 장치의 자석 세기를 감소시킨 실시예 1의 경우 -100 V 정도의 DC 바이어스(bias)가 형성되었고 박막 증착속도 역시 9.5 nm/min으로 증가하는 경향을 보였다. Meanwhile, in Comparative Example 1, the DC bias formed on the target during sputtering was about -70 V, and the deposition rate of the thin film was 7.3 nm / min, but in Example 1 where the magnet strength of the sputtering device was reduced- DC bias of about 100 V was formed and thin film deposition rate also increased to 9.5 nm / min.

도 1은 실시예 1 및 비교예 1에서 사용된, 스퍼터(sputter)에 장착되는 건(gun) 내부의 자석(magnet)의 개략적 모양과 자석의 세기를 나타낸 그림이다. 1 is a diagram showing the schematic shape of the magnet inside the gun mounted on the sputter and the strength of the magnet used in Example 1 and Comparative Example 1. FIG.

도 2는 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 산화아연계 투명도전성 박막의 비저항을 도전막 면 상의 위치별로 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 2 is a graph showing the results of measuring the specific resistance of the zinc oxide transparent conductive thin films prepared in Example 1 and Comparative Example 1 for each position on the surface of the conductive film.

도 3은 일반적인 방법으로 제조된 산화아연계 투명도전성 박막과 본 발명의 실시예에 의해 제조된 박막의 위치에 따른 비저항 분포를 개략적으로 나타낸 그림이다. Figure 3 is a schematic diagram showing the specific resistance distribution according to the position of the zinc oxide-based transparent conductive thin film prepared by a general method and the thin film prepared by the embodiment of the present invention.

Claims (7)

스퍼터링 방법에 의하여 기재 상에 산화아연계 투명도전성 박막을 제조하는 방법에 있어서, 스퍼터링 타겟에 인가되는 자속밀도의 크기가 1.5 KG ~ 4.5 KG 범위인 것이 특징인 제조방법.A method for producing a zinc oxide-based transparent conductive thin film on a substrate by a sputtering method, wherein the magnitude of magnetic flux density applied to the sputtering target is in the range of 1.5 KG to 4.5 KG. 제 1항에 있어서, 상기 박막 면 상의 위치에 따른 비저항의 차이가 최대 비저항의 10 ~ 50 % 범위인 것이 특징인 제조방법. The method according to claim 1, wherein the difference in specific resistance according to the position on the thin film surface is in the range of 10 to 50% of the maximum specific resistance. 제 1항에 있어서, 상기 산화아연계 투명도전성 박막은 2.00 × 10-4 Ω㎝ ~ 5.00 ×10-4 Ω㎝ 범위의 비저항을 가지는 것이 특징인 제조방법.The method of claim 1, wherein the zinc oxide-based transparent conductive thin film has a specific resistance in a range of 2.00 × 10 −4 cm 3 to 5.00 × 10 −4 cm 3. 제 1항에 있어서, Ar; 또는 Ar과 0.1 ~ 10 vol%의 H2 혼합가스 분위기에서 스퍼터링 된 것이 특징인 제조방법.The compound of claim 1, further comprising Ar; Or Ar and sputtered in a H 2 mixed gas atmosphere of 0.1 ~ 10 vol%. 제 1항에 있어서, 형성되는 박막의 두께가 10 ~ 300 nm 범위인 것이 특징인 제조방법.The method according to claim 1, wherein the thickness of the formed thin film is in the range of 10 to 300 nm. 제 1항에 있어서, 산화아연에 포함되는 도판트 원소는 Al 또는 Ga 인 것이 특징인 제조방법.The method according to claim 1, wherein the dopant element contained in zinc oxide is Al or Ga. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조되고, 박막 면 상의 위치에 따른 비저항의 차이가 최대 비저항의 10 ~ 50 %범위이며, 2.00 × 10-4 Ω㎝ ~ 5.00 ×10-4 Ω㎝ 범위의 비저항을 가지는 것이 특징인 산화아연계 투명도전성 박막.Manufactured by the method according to any one of claims 1 to 6, the difference in specific resistance depending on the position on the thin film surface is in the range of 10 to 50% of the maximum specific resistance, 2.00 × 10 -4 Ωcm ~ 5.00 × 10 Zinc oxide-based transparent conductive thin film characterized by having a specific resistance in the range of -4 Ω㎝.
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KR20110083973A (en) * 2010-01-15 2011-07-21 순천대학교 산학협력단 Fabrication of oxide thin film transistor
CN102650033A (en) * 2011-02-24 2012-08-29 海洋王照明科技股份有限公司 Phosphor-doped zinc stannate transparent conductive film, and preparation method and application thereof
CN104060232A (en) * 2014-06-20 2014-09-24 江阴恩特莱特镀膜科技有限公司 Method for preparing hafnium-doped zinc oxide transparent conductive thin film

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