(57)【要約】【課題】  本発明は、低抵抗な膜を得るためのスパッタリング用ターゲットおよびそれを用いて形成される透明導電膜及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  酸化亜鉛、酸化アルミニウム及びフッ素を含有し、前記フッ素の量が全原子数に対して０．１原子％以上０．５原子％未満であるスパッタリング用ターゲット。また、酸化亜鉛、酸化アルミニウム及びフッ化アルミニウムを含有し、フッ素の量が全原子数に対して０．１原子以上０．５原子％未満であるターゲットを使用し、スパッタリングにより基板上に透明導電膜を形成する透明導電膜の製造方法。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化亜鉛、酸化アルミニウム及びフッ素を含有し、前記フッ素の量が全原子数に対して０．１原子％以上０．５原子％未満であることを特徴とするスパッタリング用ターゲット。
【請求項２】
酸化アルミニウムの量が全原子数に対して１〜４原子％であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング用ターゲット。
【請求項３】
フッ化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のスパッタリング用ターゲット。
【請求項４】
請求項1乃至３のいずれかに記載のスパッタリング用ターゲットを用いて得られることを特徴とする透明導電膜。
【請求項５】
酸化亜鉛、酸化アルミニウム及びフッ化アルミニウムを含有し、フッ素の量が全原子数に対して０．１原子％以上０．５原子％未満であるターゲットを使用し、スパッタリングにより基板上に透明導電膜を形成することを特徴とする透明導電膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸化亜鉛を主材料とするスパッタリング用ターゲットおよび該ターゲットを用いてなる透明導電膜及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来主に使われている透明導電膜は、酸化インジウムに酸化錫を添加したＩＴＯや酸化錫に酸化アンチモン、フッ素をドープしたＴＡＯ、ＴＦＯ等である。酸化インジウムに酸化錫を添加したＩＴＯはインジウムが希少金属で高価であるために、コスト高という問題があった。またＴＡＯやＴＦＯは透明性が低く、導電性も不十分であった。
一方で酸化亜鉛は資源が豊富にあり低コストで高い透明性や導電性、および化学的安定性を有しており、透明導電膜として注目されている。酸化亜鉛系透明導電膜はスパッタリング法をはじめとし、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、めっき法など各種製膜法で形成させることが出来る。その中でもスパッタリング法は、比較的結晶性が良好で大面積に膜を形成させるのに適した方法である。
【０００３】
従来、酸化亜鉛膜にアルミニウムやガリウム等を添加することにより、高い導電性を得られることが知られている（例えば、特許文献１参照）。一方、酸化アルミニウムを添加した酸化亜鉛を用いてスパッタリング法により低抵抗な膜を形成することも提案されている。しかし従来の技術によれば、酸化亜鉛系透明導電膜が実用レベルにいたることはなかった。これは通常のスパッタリング法では放電空間で発生する高エネルギー荷電粒子が基板表面に入射することによって膜中に残留応力を発生させると共に、さまざまな結晶欠陥が生じる。その結果ドーピング効果の低下やキャリア移動度の減少により、膜の低抵抗化が妨げられていた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６２４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような課題に対処しようとするものであり、低抵抗な膜を得るためのスパッタリング用ターゲットおよびそれを用いて形成される透明導電膜及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するために種々の研究を重ねた結果、酸化亜鉛を主材料とし、アルミニウムとフッ素が添加されたターゲットを用いることで本発明を完成するに至った。
前記課題を解決する第１の態様は、酸化亜鉛、酸化アルミニウム及びフッ素を含有し、前記フッ素の量が全原子数に対して０．１原子％以上０．５原子％未満であることを特徴とするスパッタリング用ターゲットである。
【０００７】
また、第２の態様は、第１の態様に加えて酸化アルミニウムの量が全原子数に対して１〜４原子％であることを特徴とするスパッタリング用ターゲットである。
また、第３の態様は、第１又は２の態様に加えてフッ化アルミニウムを含むことを特徴とするスパッタリング用ターゲットである。
また、本発明の透明導電膜は、前記第1乃至３の態様のスパッタリング用ターゲットを用いて得られることを特徴とする。
また、本発明の透明導電膜の製造方法は、酸化亜鉛、酸化アルミニウム及びフッ化アルミニウムを含有し、フッ素の量が全原子数に対して０．１原子％以上０．５原子％未満であるターゲットを使用し、スパッタリングにより基板上に透明導電膜を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によればアルミニウム添加酸化亜鉛にさらにフッ素を添加したターゲットを用いて酸化亜鉛透明導電膜を作成することにより、従来の酸化亜鉛透明導電膜よりも低抵抗化を達成させることができた。
特許文献１では、フッ化亜鉛を用いて透明導電膜を作製しているが、フッ素の量が０．５〜３原子％である。本発明においては、０．５原子％未満と非常に微量でフッ素の低抵抗効果を発揮することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の透明導電膜の製造方法に適用するスパッタリング装置の一例を示す。スパッタリング装置においては真空排気系８とスパッタガス導入管６がチャンバ（スパッタ室）１００と連結されている。
チャンバ１００内にマグネットを内蔵した陰極３により支持されたターゲット４と透明導電膜を形成するガラス基板２を陽極１と対向配置する。
【００１０】
まず、チャンバ１００内を２．０×１０−３Ｔｏｒｒ以下まで減圧し、安定化させた後、セラミックヒータ５の電源を入れてガラス基板２を１００℃程度に加熱し、アルゴンガスをスパッタガス導入管６からチャンバ１００内に２．０×１０−３Ｔｏｒｒ程度になるように供給する。
チャンバ１００内の圧力は、１×１０−３〜１０×１０−３Ｔｏｒｒの範囲で調整するのが好ましい。１×１０−３Ｔｏｒｒ未満の圧力では、放電が安定せず、異常放電しやすくなる。１０×１０−３Ｔｏｒｒより高い圧力では、プラズマ密度が低くなり、スパッタ効率が悪くなると共に、粗密な膜になりやすい。
ガラス基板２の温度は１００℃〜２００℃の範囲で調整するのが好ましい。２００℃より高い温度では抵抗率に起因する電子濃度の低下が起りやすく、１００℃未満の温度では、抵抗率に起因する酸化亜鉛の結晶化が十分に行われなくなり、抵抗率の上昇が起りやすいためである。
【００１１】
次にチャンバ１００内の圧力が安定した後、高周波電源７により陰極３に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加し、１００Ｗの出力でターゲット４をスパッタさせ、２時間堆積反応を行う。出力は８０Ｗから１２０Ｗの範囲で調整するのが好ましい。８０Ｗ未満の出力では十分な結晶成長を達成することができず、抵抗率の上昇をもたらしやすい。１２０Ｗより高い場合では逆に薄膜表面に損傷を与えてしまい、結晶構造の乱れた膜ができ、抵抗率が上昇しやすい。
スパッタさせ堆積された透明導電膜の厚さは５０〜４０００Å程度である。
【００１２】
前記ターゲット４としては、酸化亜鉛、アルミニウム及びフッ素を含有し、前記フッ素の量が全原子数に対して０．１原子％以上０．５原子％未満であることが必要であり、更に０．１原子％以上０．４原子％以下が好ましい。フッ素の量が全原子数に対して０．１原子％未満である場合は、フッ素添加の効果が現れず、抵抗率が低下しない。一方、０．５原子％以上である場合は、電子濃度の低下を招き、抵抗率が上昇してしまう。また、ターゲット４としては、酸化アルミニウムの量が全原子数に対して１〜４原子％であることが、電子濃度を上昇させ、抵抗率を低下させるために好ましい。
上記のようにターゲット４のフッ素の量及びアルミニウムの量を調整するために、酸化亜鉛（以下、ＺｎＯという）、酸化アルミニウム（以下、Ａｌ２Ｏ３という）及びフッ化アルミニウム（以下、ＡｌＦ３という）を用いることが必要である。ターゲット４は、これらのＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３及びＡｌＦ３を粉末にしたものを混合して陰極３上におかれる。特にターゲット４のフッ素の量及びアルミニウムの量を調整するために、ＡｌＦ３の量を変えることが容易に制御することができるため好ましい。
【００１３】
本発明のターゲット４としては、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ５）、酸化テルル（ＴｅＯ２）などの酸化物を含有してもよい。
【００１４】
本発明における基板としては特に制限はなく、金属、金属酸化物、ガラス、セラミックス、プラスチック等、通常真空製膜で製膜する際に使用される基板はいずれも使用することが出来る。また基板の加熱温度も２０℃〜５００℃程度好ましくは２０℃〜２００℃程度の範囲で選択することができる。
【００１５】
次に実施例により本発明を説明するが、以下の具体例は本発明を限定するものではない。
【実施例１】
【００１６】
図１の高周波マグネトロンスパッタリング装置を使用し、陽極１上にガラス基板２を設置し、陰極上３にはターゲット４として、ＺｎＯ粉末とＡｌ２Ｏ３粉末（酸化アルミニウムの量が全原子数に対して２．５原子％）とＡｌＦ３粉末（フッ素の量が全原子数に対して０．１原子％）とをよく混合したものを配置した。
チャンバ１００内を２．０×１０−３Ｔｏｒｒ以下まで減圧し、安定化させた後、セラミックヒータ５の電源を入れてガラス基板２を１００℃に加熱し、スパッタガス導入管６からアルゴンガスをチャンバ１００内に２．０×１０−３Ｔｏｒｒになるように供給した。
【００１７】
チャンバ１００内の圧力が安定した後、高周波電源７により陰極に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加し、１００Ｗの出力でターゲット４をスパッタさせ、２時間堆積反応を行った。
得られた膜の抵抗率及び電子濃度はファンデアポール法によって測定し、抵抗率６．３×１０−４ Ω・ｃｍ、電子濃度４．１×１０２０ｃｍ−３であった。
【実施例２】
【００１８】
ターゲット４に添加するＡｌＦ３粉末としてフッ素の量が全原子数に対して０．２原子％のものを使用する以外はすべて実施例１と同じとし、スパッタリング法により透明導電膜を形成した。得られた膜の抵抗率は４．７×１０−４Ω・ｃｍ、電子濃度４．５×１０２０ｃｍ−３であった。
【実施例３】
【００１９】
ターゲット４に添加するＡｌＦ３粉末としてフッ素の量が全原子数に対して０．４原子％のものを使用する以外はすべて実施例１と同じとし、透明導電膜を形成した。得られた膜の抵抗率６．８×１０−４Ω・ｃｍ、電子濃度５．０×１０２０ｃｍ−３であった。
【００２０】
［比較例１］
ターゲット４としてＡｌＦ３粉末を含有させない以外（フッ素の量が全原子数に対して０原子％）はすべて実施例１と同じとし、透明導電膜を形成した。得られた膜の抵抗率７．５×１０−４Ω・ｃｍ、電子濃度３．９×１０２０ｃｍ−３であった。
【００２１】
［比較例２］
ターゲット４に添加するＡｌＦ３粉末としてフッ素の量が全原子数に対して０．６原子％のものを使用する以外はすべて実施例１と同じとし、透明導電膜を形成した。得られた膜の抵抗率１．１×１０−３Ω・ｃｍ、電子濃度３．７×１０２０ｃｍ−３であった。
【００２２】
得られたアルミニウム、フッ素ドープ酸化亜鉛透明導電膜について、膜の抵抗率とターゲット中のフッ素量との関係を測定した結果を図２に示した。
図２に見られるようにフッ素の量が全原子数に対して０．１原子％以上０．５原子％未満の実施例１〜３の場合は、膜の抵抗率が極めて低いことが確認された。特にフッ素の量が全原子数に対して０．１原子％以上０．４原子％以下の場合では、抵抗率が７．０×１０−４Ω・ｃｍより低く、極めて抵抗を低減させる効果があることが確認された。
【００２３】
また、得られたアルミニウム、フッ素ドープ酸化亜鉛透明導電膜について、膜の電子濃度とターゲット中のフッ素量との関係を測定した結果を図３に示した。
図３に見られるようにフッ素の量が全原子数に対して０．１原子％以上０．５原子％未満の実施例１〜３の場合は、４．０×１０２０ｃｍ−３以上の電子濃度を有し高いことが確認された。電子濃度が高い場合は、導電性に起因する電子の数が多いため、抵抗率を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に用いられるスパッタリング装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例の結果から得られた膜の抵抗率とターゲット中のフッ素量との関係を示した図である。
【図３】本発明の実施例の結果から得られた膜の電子濃度とターゲット中のフッ素量との関係を示した図である。
【符号の説明】
【００２５】
１    陽極
２    ガラス基板
３    陰極
４    ターゲット
５    セラミックヒータ
６    スパッタガス導入管
７    高周波電源
８    真空排気系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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