(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分としてのＺｎＯとＧａ２Ｏ３とを含み、
Ｇａ２Ｏ３の含有量は、Ｇａ２Ｏ３及びＺｎＯの合計量に対して１８〜２５モル％であり、
ＺｎＯを主成分とするマトリクス中にＧａ２Ｏ３を主成分とする粒子が分散した構造を有し、
前記Ｇａ２Ｏ３を主成分とする粒子の平均粒径が１．５μｍ〜１０μｍである、スパッタリングターゲット。
【請求項２】
請求項１に記載のスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により、透明導電性酸化物薄膜を成膜する工程を備える、透明導電性酸化物薄膜の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により、基材上に透明導電性酸化物薄膜を成膜する工程を備える、導電性フィルムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリングターゲット、透明導電性酸化物薄膜、及び該透明導電性酸化物薄膜を有する導電性フィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
透明導電性酸化物薄膜は、光線透過性と導電性とを兼ね備えるため、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、及びエレクトロルミネッセンスパネル（有機ＥＬ、無機ＥＬ）などのディスプレイ、並びに、タッチパネル、太陽電池などの透明電極として使用されている。また、これらの他に、電磁波遮断膜及び赤外線防止膜等にも使用されている。
【０００３】
透明導電性酸化物薄膜を成膜する方法としては、スパッタリング法が頻繁に用いられる。特許文献１には、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）がドーピングされた酸化亜鉛（ＺｎＯ）系スパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により、薄層トランジスタ用の遮断膜を成膜することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−５５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、スマートフォン及びタブレット端末が急速に普及していることなどに伴い、ディスプレイ、タッチパネル等の機器にはさらなる性能の向上が求められている。そのため、このような機器で使用される透明導電性酸化物薄膜としては、光線透過性及び導電性の両方がより高い水準であるものが望まれている。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、高い光線透過性及び導電性を兼ね備えた透明導電性酸化物薄膜を成膜することが可能なスパッタリングターゲット、それを用いて成膜される透明導電性酸化物薄膜、及び該透明導電性酸化物薄膜を有する導電性フィルム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】
【０００７】
本発明のスパッタリングターゲットは、主成分としてのＺｎＯとＧａ２Ｏ３とを含み、Ｇａ２Ｏ３の含有量は、Ｇａ２Ｏ３及びＺｎＯの合計量に対して１８〜２５モル％であり、ＺｎＯを主成分とするマトリクス中にＧａ２Ｏ３を主成分とする粒子が分散した構造を有し、Ｇａ２Ｏ３を主成分とする粒子の平均粒径が１．５μｍ〜１０μｍである。上記スパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により成膜された透明導電性酸化物薄膜は、高い光線透過性及び導電性を兼ね備える。
【０００８】
本発明は、上記スパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により成膜された透明導電性酸化物薄膜を提供する。本発明の透明導電性酸化物薄膜は高い光線透過性及び導電性を兼ね備えるため、タッチパネル、ディスプレイ等の用途に好適に用いることができる。
【０００９】
また、本発明は、基材と、該基材上に成膜された上記透明導電性酸化物薄膜と、を備える導電性フィルムを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高い光線透過性及び導電性を兼ね備える透明導電性酸化物薄膜を成膜することが可能なスパッタリングターゲット、それを用いて成膜される透明導電性酸化物薄膜、及び該透明導電性酸化物薄膜を有する導電性フィルムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例５で得られたスパッタリングターゲットの、ＥＰＭＡによる元素マッピングを示す。
【図２】本実施形態に係る積層体の模式図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（スパッタリングターゲット）
本実施形態に係るスパッタリングターゲットは、主成分としてのＺｎＯとＧａ２Ｏ３とを含み、Ｇａ２Ｏ３の含有量は、Ｇａ２Ｏ３及びＺｎＯの合計量に対して１８〜２５モル％であり、ＺｎＯを主成分とするマトリクス中にＧａ２Ｏ３を主成分とする粒子が分散した構造を有し、Ｇａ２Ｏ３を主成分とする粒子の平均粒径が１．５μｍ〜１０μｍである。なお、主成分とは、上記スパッタリングターゲット、粒子、及びマトリクスのそれぞれにおいて主成分として記載された成分が、最大モル比を占めていることを意味する。
【００１３】
Ｇａ２Ｏ３及びＺｎＯの合計量は、スパッタリングターゲットの構成成分の全モル量に対して、９５モル％以上が好ましく、９９モル％以上が好ましい。
【００１４】
また、本実施形態に係るスパッタリングターゲットは、上記以外に不可避的不純物粒子を含むことができる。不可避不純物粒子としては、例えば、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｄ等を含む粒子が挙げられ、それぞれ、１０００ｍａｓｓ  ｐｐｍ程度まで許容することができる。
【００１５】
上記Ｇａ２Ｏ３を主成分とする粒子におけるＧａ２Ｏ３の含有量は、当該粒子に含まれる構成成分の全モル量に対して６０モル％以上であると、スパッタリングターゲットの電気抵抗値が小さくなるため好ましい。また、上記Ｇａ２Ｏ３を主成分とする粒子の平均粒径としては、３〜９μｍであるとより好ましい。なお、平均粒径は、例えば、断面電子顕微鏡写真の定方向接線径の平均値より取得できる。また、本発明に係わる諸検討において、Ｇａ２Ｏ３を主成分とする粒子の平均粒径が１０μｍを超えるスパッタリングターゲットの試作も行ったが、平均粒径が１０μｍを超えるものは、焼成工程の歩留が悪化し安定して作製できなかった。
【００１６】
また、上記マトリクスにおけるＺｎＯの含有量は、当該マトリクスに含まれる構成成分の全モル量に対して６０モル％以上であると、スパッタリングターゲットの電気抵抗値が小さくなるため好ましい。
【００１７】
スパッタリングターゲットの形状や大きさ等は特に限定されず、例えば、直径１２７〜３００ｍｍ程度の円板とすることができる。
【００１８】
上記スパッタリングターゲットは、電気抵抗値（比抵抗）を０．０１Ωｃｍ以下とすることができる。このようにスパッタリングターゲット自体の電気抵抗値が小さいため、本実施形態のスパッタリングターゲットは、ＤＣスパッタリング法による成膜に使用することができる。
【００１９】
また、スパッタリングターゲットの密度としては、５．７０〜５．７７ｇｃｍ３であることが好ましい。スパッタリングターゲットの密度をこのような範囲とすることで、電気抵抗値（比抵抗）が０．０１Ωｃｍ以下となる傾向がある。
【００２０】
（スパッタリングターゲットの製造方法）
本実施形態にかかるスパッタリングターゲットの製造方法の一例について説明する。
【００２１】
まず、所望のスパッタリングターゲットと同じ組成を有する原料粉体を用意する。原料粉体には、Ｇａ２Ｏ３粉末、ＺｎＯ粉末が含まれる。
【００２２】
Ｇａ２Ｏ３粉末の純度は９９．９質量％以上であることが好ましい。Ｇａ２Ｏ３の粉末の平均粒径が１〜１０μｍであると、スパッタリングターゲットの構造が上述の分散構造となりやすいため好ましい。
【００２３】
ＺｎＯ粉末の純度は９９．５質量％以上であることが好ましい。また、ＺｎＯの粉末の平均粒径は特に限定されないが、０．１〜１０μｍであると、焼結性を高くなる傾向にあるため好ましい。
【００２４】
上述の各成分の粉末を混合することにより、原料粉体を得る。混合方法は特に限定されないが、ボールミル中で混合することが好ましい。ボールミル中での混合は、乾式でも、湿式でもよい。湿式の場合には、溶媒として、例えばエタノール、アセトン、変性アルコールなどを使用できる。ボールミルにおける混合機及び混合媒体としては、例えば、それぞれアルミナポット及びアルミナボールを挙げることができる。混合時間は、特に限定されないが、１６〜３０時間であると、Ｇａ２Ｏ３を主成分とする粒子の平均粒径が１．５μｍ〜１０μｍとなりやすいため好ましい。
【００２５】
続いて、得られた原料粉体を、真空雰囲気下でホットプレスすることにより成形体を得る。プレス方法は特に限定されず、等方プレスでも、一軸プレスでもよい。プレス圧も特に限定されないが、例えば、１５〜４９ＭＰａ（１５０〜５００ｋｇｆ／ｃｍ２）とすることができる。焼成温度は９００〜１１００℃とすることが好ましい。焼成温度における安定時間は特に限定されないが、１〜５時間とすることができる。
【００２６】
上記成形体を焼成することにより得られた焼結体を所定の大きさに切断等の加工をして、スパッタリングターゲットが完成する。スパッタリングターゲットの形状や大きさ等は特に限定されず、例えば、直径１２７〜３００ｍｍ程度の円板とすることができる。
【００２７】
（透明導電性酸化物薄膜の製造方法）
以下、本実施形態に係るスパッタリングターゲットを使用した薄膜の製造方法の一例について説明する。
【００２８】
まず、上記スパッタリングターゲットを用意する。スパッタリングターゲットの主面に銅製の冷却板をＩｎなどでボンディングする。
【００２９】
冷却板を取り付けたスパッタリングターゲットをスパッタリング装置に搭載し、スパッタリングガス雰囲気下でスパッタリング法を行って基材上に透明導電性酸化物薄膜を成膜する。スパッタリング法としては、ＤＣスパッタリング法及びＲＦスパッタリング法のいずれであってもよいが、安価な電源を使用できる点、成膜速度が大きい点、基材の温度上昇が少ない点等からＤＣスパッタリング法であることが好ましい。また、マグネトロンスパッタリングであってもよい。スパッタリングガスとしては、Ａｒ等の希ガスを用いることができる。
【００３０】
上記のとおり成膜することにより、透明導電性酸化物薄膜を得ることができる。本実施形態に係る透明導電性酸化物薄膜は、光線透過性及び導電性に優れる。また、リン酸、酢酸、硝酸等によるエッチング性が良好であり、精細なパターンの電極を作製することも可能である。
【００３１】
透明導電性酸化物薄膜の屈折率としては、特に制限はなく、薄膜の用途によって適宜調節することができるが、例えば、波長３８０ｎｍの光に対して、１．８〜２．０とすることができる。また、透明導電性酸化物薄膜は、可視光領域全体にわたって透明であり、例えば、その光線透過率を、３８０〜８００ｎｍの波長範囲にわたって、９３％以上とすることができる。透明導電性酸化物薄膜の導電性としては、例えば、表面抵抗で１Ｅ＋４〜１Ｅ＋５Ω／□とすることができる。
【００３２】
上記透明導電性酸化物薄膜の厚みは、特に限定されず、用途に応じて適宜調節可能であるが、光線透過性及び導電性を両立する観点から、２０〜１００ｎｍであることが好ましい。
【００３３】
上記透明導電性酸化物薄膜の用途としては、タッチパネルの抵抗膜、ディスプレイ等の透明電極などが挙げられる。
【００３４】
（透明導電性酸化物薄膜を用いた導電性フィルム）
上記透明導電性酸化物薄膜を用いて、図２に示す導電性フィルム１００を作製することができる。導電性フィルム１００は、フィルム基材１１上に、金属酸化物層１３、及びＡｇ合金層１５、ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３層１７をこの順に積層したものである。ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３層１７は、上記透明導電性酸化物薄膜である。ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３層１７には配線電極用の金属配線（図示せず）が設けられる。
【００３５】
フィルム基材１１としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステルフィルム、ポリエチレン及びポリプロピレン等のポリオレフィンフィルム、ポリカーボネートフィルム、アクリルフィルム、ノルボルネンフィルム、ポリアリレートフィルム、ポリエーテルスルフォンフィルム、ジアセチルセルロースフィルム、並びにトリアセチルセルロースフィルム等が挙げられる。これらのうち、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及びポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステルフィルムなどの有機樹脂フィルムが挙げられる。フィルム基材１１の厚みは、例えば１０〜２００μｍである。このようなフィルム基材１１は、透明であり、かつ柔軟性に優れるため、上記積層体をタッチパネル、フレキシブルな有機ＥＬ照明等の透明電極、又は電磁波シールドとしても用いる場合に有用である。
【００３６】
金属酸化物層１３は、上記の透明導電性酸化物薄膜により形成されていてもよいが、それ以外の金属酸化物の層であってもよい。金属酸化物層１３を形成する金属酸化物としては、特に限定されないが、ＺｎＯを主成分として、Ｉｎ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｇａ２Ｏ３、ＧｅＯ２、ＳｎＯ２、Ｎｂ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｓｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＺｒＯ２の少なくとも1種類を含む金属酸化膜であることが好ましい。このような組成であればＤＣスパッタリングが可能で、高透明性、高腐食耐性な金属酸化膜を得ることが可能となる。
【００３７】
金属酸化物層１３の厚さは、例えば、２０〜７０ｎｍであると、種々のタッチパネルに適した厚さとなるため好ましい。
【００３８】
金属酸化物層１３は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、又はＣＶＤ法などの真空成膜法によって作製することができる。これらのうち、成膜室を小型化できる点、及び、成膜速度が速い点で、スパッタリング法が好ましい。スパッタリング法としては、ＤＣマグネトロンスパッタリング法が挙げられる。スパッタリングターゲットとしては、酸化物ターゲット、金属又は半金属ターゲットを用いることができる。
【００３９】
Ａｇ合金層１５は、銀を含む合金の層である。Ａｇ合金を構成するＡｇ以外の金属元素としては、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｄ、Ｂｉ，Ｃｕ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ａｌ、Ｇａ及びＧｄから選ばれる少なくとも１種が挙げられる。好ましいＡｇ合金としては、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｂｉ、Ａｇ−Ｎｄ、Ａｇ−Ｉｎ及びＡｇ−Ｎｂが挙げられる。このようなＡｇ合金は、添加物を含有していてもよい。Ａｇ合金層１５における添加物の含有量は、例えば０．３〜２．５重量％である。該含有量が０．３重量％よりも少ない場合、耐食性向上の効果が得難くなる傾向にある。一方、該含有量が、２．５重量％を超えると、全光線透過率が低下する傾向、又は抵抗値が高くなる傾向にある。金属層１６の厚さは、種々の用途に適した厚さとする観点から、例えば３〜１５ｎｍである。
【００４０】
Ａｇ合金層１５は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、又はＣＶＤ法などの真空成膜法によって作製することができる。これらのうち、成膜室を小型化できる点、及び成膜速度が大きい点で、スパッタリング法が好ましい。スパッタリング法としては、ＤＣマグネトロンスパッタリング法が挙げられる。スパッタリングターゲットとしては、上記組成のＡｇ合金ターゲットを用いることができる。
【００４１】
本実施形態に係る導電性フィルム１００は、金属配線側に上記透明導電性酸化物薄膜の層が形成されているため、Ａｇ合金層１５の腐食を防止することができ、Ａｇ合金層１５の高導電性をメタル配線に伝達可能であり、かつ光学干渉効果による透過率を向上するという効果も得られる。このような導電性フィルムは、タッチパネル用途に好適に用いることができる。なお、上記透明導電性酸化物薄膜を有する導電性フィルムはこの態様に限定されないことは言うまでもない。
【実施例】
【００４２】
実施例１〜７、及び比較例１〜８の各スパッタリングターゲットの原料として、表１に示される比率でＺｎＯ粉末及びＧａ２Ｏ３粉末を用意した。ＺｎＯ粉末の純度は９９．５％、平均粒径は０．５μｍ、Ｇａ２Ｏ３粉末の純度は９９．９％、平均粒径は２μｍであった。これらの粉末を、アルミナ製のボールミルポット中で、媒体としてアルミナボールを使用し、それぞれ表１に示される混合時間で混合して原料粉体を得た。混合は湿式で行い、溶媒として変性アルコールを使用した。
【００４３】
得られた原料粉体を、真空雰囲気下、グラファイトモールド中でホットプレス焼成して焼結体を得た。ホットプレス焼成の条件は、ホットプレス圧力２０ＭＰａ（２００ｋｇｆ／ｃｍ２）、焼成温度１０００℃、安定時間１２０分であった。
【００４４】
得られた焼結体を、平面研削盤と円筒研磨機により２００ｍｍφ、厚さ６ｍｍに切り出してスパッタリングターゲットを得た。実施例５のスパッタリングターゲットについてＥＰＭＡを用いて元素マッピングを行った。図１に、それぞれ（ａ）ＧａのＫα線、（ｂ）ＺｎのＫα線による元素マッピングを示す。図の黒い部分が元素の存在を示す。図１の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ＺｎＯを主成分とするマトリクス１中にＧａ２Ｏ３を主成分とする粒子２が分散した構造が観察された。また、図１の（ａ）から、Ｇａ２Ｏ３を主成分とする粒子２の平均粒径は４μｍと求められた。そして、同様の方法で各スパッタリングターゲットにおけるＧａ２Ｏ３を主成分とする粒子２の平均粒径を求めた。結果を表１に示す。
【００４５】
（スパッタリングターゲットの評価）
（１）電気抵抗値（比抵抗）
実施例１〜７及び比較例１〜８で得られた各スパッタリングターゲットについて、比抵抗測定器を用いてＪＩＳ  Ｋ−７１９４に規定される４探針法により電気抵抗値を測定した結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】
0005929979.tif 000002
【００４７】
実施例１〜７及び比較例１〜８の各スパッタリングターゲットを用いたＤＣスパッタリング法により、厚さ１００μｍのＰＥＴ基材上に透明導電性酸化物薄膜を成膜した。成膜された各透明導電性酸化物薄膜の厚さはいずれも７０ｎｍとした。スパッタリングガスとしてはＡｒとＯ２ガスとを用い、スパッタリング圧力を０．４８Ｐａ、Ｏ２ガス量をＯ２／Ａｒ＝１．６％とした。成膜パワーは１．０ｋＷとし、成膜時間を調整した。
【００４８】
（透明導電性酸化物薄膜の評価）
実施例１〜７及び比較例１〜８の各スパッタリングターゲットを用いて成膜された透明導電性酸化物薄膜について、４端子抵抗率計（商品名：ロレスタＧＰ、三菱化学株式会社製）を用いて表面抵抗値を測定した。また、分光色差計ＣＭ−５、コニカミノルタ製を用いて、波長３８０ｎｍにおける屈折率及び光線透過率を測定した。それぞれ結果を表２に示す。
【００４９】
【表２】
0005929979.tif 000003
【符号の説明】
【００５０】
１…ＺｎＯを主成分とするマトリクス、２…Ｇａ２Ｏ３を主成分とする粒子、１００…導電性フィルム、１７…ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３層（透明導電性酸化物薄膜）、１５…Ａｇ合金層、１３…金属酸化物層、１１…フィルム基材。
【図２】
0005929979.tif 000004
【図１】
0005929979.tif 000005