TWI400348B - Transparent conductive film forming method - Google Patents

Description

透明導電膜成膜方法

本發明是有關於一種成膜方法，特別是指一種透明導電膜成膜方法。

透明導電膜被廣泛應用在液晶、電漿、電致發光等平面顯示面板，以及非晶矽、微晶矽、CIGS等薄膜型太陽電池之透明電極層中，在習知技術中，薄膜比電阻最低之透明導電膜是以氧化銦為主成份並添加有氧化錫之銦錫氧化物薄膜(以下簡稱ITO)，該薄膜為目前應用最廣泛之透明導電膜，對於ITO薄膜，目前商業上之量產成膜方式是以直流磁控濺鍍的方式，藉由電漿離子化之氬離子轟擊成膜材料(即濺鍍標靶)，而使標靶內大量之原子從表面被擊出並飛濺沉積於基板上，以形成大面積的膜層，然而，由於ITO含大量稀有金屬銦，近年來，金屬銦日漸枯竭使得製造成本越趨昂貴，因此乃有氧化鋅系透明導電膜被提出，該類透明導電膜係以氧化鋅為主成份，並添加了n型掺雜元素(例如：硼、鋁、鎵、銦、釔、鈧、矽、鍺...等)，而獲得具透光性及導電性之氧化鋅透明導電膜，其中，最佳掺雜效果以鋁掺雜形成的鋅鋁氧化物(下稱AZO)，或鎵掺雜形成的鋅鎵氧化物兩種，而鋅鋁氧化物薄膜之原料氧化鋅與鋁皆為礦源豐富、成本低廉之金屬，因此，最具商業價值及競爭力。

然而，AZO透明導電膜的薄膜比電阻仍偏高，相較於 ITO透明導電膜，AZO透明導電膜的導電性仍不足，而且AZO透明導電膜在直流磁控濺鍍成膜時，會產生電阻分佈不均勻的問題，因此，AZO透明導電膜在商業實用上仍有差距。

如中華民國專利公開號第200821265號『透明導電膜之成膜方法』是揭露將AZO透明導電膜之薄膜比電阻和空間電阻分佈均勻性改善，其中，AZO透明導電膜除了掺雜鋁外，再添加第二種掺雜，如硼、鎵、銦、鉈等氧化物製作之標靶，經濺鍍成膜後，再經過250℃~500℃以下之溫度作熱處理，可降低薄膜比電阻，但是，缺點是硼、鎵、銦、鉈金屬氧化物之礦源稀少，導致原料成本居高不下，此外，成膜後經過高溫熱處理會對於該基板或前製程的其他膜層造成影響。

另外，如日本專利公告第2007-154255號，也是揭露一種透明導電膜的製造方法，於濺鍍時，通入適量氫氣並同時使用直流射頻的濺鍍方式，降低AZO透明導電膜電阻分佈不均的特性，但其缺點在於，必需另外改變商業量產機台之直流磁控設計，因而造成設備成本增加，而且，濺鍍過程中所通入的氫氣為易燃氣體，在使用上亦有安全的考量。

因此，本發明之目的，即在提供一種具有低薄膜比電阻且電阻分佈均勻的透明導電膜成膜方法。

於是，本發明透明導電膜成膜方法，是在一真空腔體 內濺鍍一標靶，該標靶包含一種主添加氧化物，該主添加氧化物為氧化鋅，其特徵在於：該標靶更具有一種副添加氧化物，該副添加氧化物具有鋁之氧化物，及碳元素，該碳元素含量為50 ppm~500 ppm。

本發明之功效在於，藉由在該標靶上添加有鋁之氧化物及碳元素，使該標靶的導電性提高，因而使成型之後的透明導電膜的薄膜比電阻降低，並且提升電阻分佈的均勻性，同時，由於鋁元素以及碳元素皆為礦藏豐富之物質，因此，該標靶製造成型能夠有效降低價格，並降低該氧化鋅鋁透明導電膜的製作成本，具有較佳的商業利用價值。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

如圖1所示，本發明透明導電膜成膜方法之較佳實施例，是在一濺鍍設備1的真空腔體11內濺鍍一標靶12，進而在該濺鍍設備1的基板13上沉積成一透明導電膜15，其中，該標靶12具有一種主添加氧化物，及一種副添加氧化物，而該主添加氧化物為氧化鋅，而該副添加氧化物具有鋁元素及碳元素。

該標靶12在製造時，是將氧化鋅、含鋁物質，及含碳物質進行研磨、混合、成型，最終在1100℃~1500℃下進行高溫燒結而獲得，在本實施例中，該含鋁物質為氧化鋁，該含碳物質為石墨(亦可為有機碳或碳化物)，而製作完成的 標靶12，該副添加氧化物的鋁元素含量是控制在0.5 wt%~3.5wt%，該副添加氧化物的碳元素含量是控制在50 ppm~500 ppm。

接著，說明該標靶12成型透明導電膜15之步驟，該濺鍍設備1的真空腔體11連通有一真空幫浦16，及一氣體供給裝置17，利用該真空幫浦16將該真空腔體11內予以真空排氣後，控制該真空幫浦16的真空度在5×10^-6 torr，可有效提高金屬薄膜之階梯覆蓋能力，並由該氣體供給裝置17對該真空腔體11供給氣體，使該真空腔體11充滿氬氣，但也可對該真空腔體11充填氬氣以及微量的氫氣，使該真空腔體11內的氣壓維持在2×10^-3 torr~4×10^-3 torr，用以形成特定壓力的成膜環境。

將完成燒結程序的標靶12，加工研磨成需要的尺寸和形狀，並且黏設於該濺鍍設備1的支撐背板14上，並將該基板13設置在該支撐台18上，而使該基板13表面朝向該標靶12，而該標靶12是電連接一設置在該真空腔體11外的電源19，同時將該真空腔體11置於接地電位的狀態，接著，對該標靶12施加電壓，其中，濺鍍標靶12的消耗功率為1.8 W/cm² ~5.5 W/cm² ，該標靶12的導電率為3330 S/cm以上，藉由將電漿離子化之氬離子轟擊該標靶12，該標靶12被濺射而放出濺鍍粒子，使該標靶12大量的原子從表面被擊出，並且飛濺沉積在該基板13上，而該基板13的溫度需加熱至200℃，以提高該基板13的鍍膜良率，進而形成大面積的氧化鋅鋁(AZO)透明導電膜15。

在此說明的是，本實施例之濺鍍作業是採用一般最常用之直流磁控濺鍍作業，當然，也可以採用射頻或直流射頻等方式，由於該直流磁控濺鍍的方式為熟知該項技術領域者皆能夠實施，在此不再詳加贅述。

如表一所示，為一添加有鋁及碳之標靶的實施例，與一添加鋁之標靶的比較例，該實施例與比較例是在相同的濺鍍條件下進行，相較之下，該實施例之薄膜比電阻為5.5 ×10^-4 (Ω-cm)，遠低於比較例9.85×10^-4 (Ω-cm)，由此可知，添加有鋁及碳之標靶具有較佳的導電率，另外，如圖2所示，為該實施例與比較例在濺鍍時的電阻分佈狀況，圖2中顯示實施例在進行濺鍍時，其電阻分佈具有較均勻的效果。

藉由上述之設計，該標靶12是由氧化鋅、氧化鋁，及石墨所製成，相較於習知所掺雜如硼、鎵、銦、鉈等氧化物，本發明所使用的氧化鋁及石墨取得容易、處理方便且價格低廉，進而降低該氧化鋅鋁(AZO)透明導電膜的製作成本，因而提高其市場的競爭力。

再者，藉由將碳元素以及鋁元素添加至該標靶12中，該標靶12實施濺鍍作業後，使該基板13表面所成型的透明導電膜15，能夠降低其薄膜比電阻並提升電阻分布均勻 性，因而可提升氧化鋅鋁(AZO)透明導電膜15之商業應用領域及使用時之穩定性，藉以替代成本昂貴的氧化銦錫(ITO)透明導電膜。

綜上所述，利用在該標靶12上添加有鋁之氧化物及碳元素，使該標靶12的導電性提高，因而使成型之後的透明導電膜15的薄膜比電阻降低，並且提升電阻分佈的均勻性，同時，由於鋁元素以及碳元素皆為礦藏豐富之物質，因此，該標靶12製造成型能夠有效降低價格，並降低該氧化鋅鋁(AZO)透明導電膜的製作成本，具有較佳的商業利用價值，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧濺鍍設備

11‧‧‧真空腔體

12‧‧‧標靶

13‧‧‧基板

14‧‧‧支撐背板

15‧‧‧透明導電膜

16‧‧‧真空幫浦

17‧‧‧氣體供給裝置

18‧‧‧支撐台

19‧‧‧電源

圖1是一示意圖，說明本發明透明導電膜成膜方法之較佳實施例；及圖2是一比較圖，說明該較佳實施例的電阻分佈情形。

1‧‧‧濺鍍設備

11‧‧‧真空腔體

12‧‧‧標靶

13‧‧‧基板

14‧‧‧支撐背板

15‧‧‧透明導電膜

16‧‧‧真空幫浦

17‧‧‧氣體供給裝置

18‧‧‧支撐台

19‧‧‧電源

Claims (7)

1. 一種透明導電膜成膜方法，是在一真空腔體內濺鍍一標靶，該標靶包含一種主添加氧化物，該主添加氧化物為氧化鋅，其特徵在於：該標靶更具有一種副添加氧化物，該副添加氧化物具有鋁之氧化物及碳元素，該碳元素含量為50 ppm~500 ppm。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之透明導電膜成膜方法，其中，該鋁元素含量為0.5wt%~3.5wt%。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之透明導電膜成膜方法，其中，該標靶的導電率為3330 S/cm以上。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之透明導電膜成膜方法，其中，該真空腔體的真空度在5×10^-6 torr以下。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之透明導電膜成膜方法，其中，濺鍍該標靶之功率為1.8 W/cm² ~5.5 W/cm² 。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之透明導電膜成膜方法，其中，濺鍍氣體為氬氣，氣壓為2×10^-3 torr~4×10^-3 torr。
7. 依據申請專利範圍第1項所述之透明導電膜成膜方法，其中，濺鍍氣體為氬氣與氫氣，氣壓為2×10^-3 torr~4×10^-3 torr。