(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的にインジウム、スズ、ガリウムおよび酸素からなり、ガリウムがＧａ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｇａ）の比で０．１〜３．０原子％、かつスズがＳｎ／（Ｓｎ＋Ｉｎ）の比で１．９〜１４原子％の割合で添加されていることを特徴とする金属酸化物焼結体を用いたスパッタリングターゲット。
【請求項２】
実質的にインジウム、スズ、ガリウムおよび酸素からなり、ガリウムがＧａ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｇａ）の比で０．１〜３．０原子％、かつスズがＳｎ／（Ｓｎ＋Ｉｎ）の比で１．９〜１４原子％の割合で添加され、ドメイン構造を有しないことを特徴とする透明導電性膜。
【請求項３】
請求項第２項記載の透明導電性膜を含んでなるディスプレー機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性金属酸化物焼結体、ターゲット、薄膜およびその用途に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）薄膜は高導電性、高透過率といった特徴を有し、更に微細加工も容易に行えることから、フラットパネルディスプレイ用表示電極、太陽電池用窓材、帯電防止膜等の広範囲な分野に渡って用いられている。特に液晶表示装置を始めとしたフラットパネルディスプレイ分野では近年大型化および高精細化が進んでおり、その表示用電極であるＩＴＯ薄膜に対する需要もまた急速に高まっている。このようなＩＴＯ薄膜の製造方法はスプレー熱分解法、ＣＶＤ法等の化学的成膜法と電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等の物理的成膜法に大別することができる。中でもスパッタリング法は大面積化が容易でかつ高性能の膜が得られる成膜法であることから、様々な分野で使用されている。
【０００３】
スパッタリング法によりＩＴＯ薄膜を製造する場合、用いるスパッタリングターゲットとしては金属インジウムおよび金属スズからなる合金ターゲット（以降ＩＴターゲットと略する）あるいは酸化インジウムと酸化スズからなる複合酸化物ターゲット（以降ＩＴＯターゲットと略する）が用いられる。このうち、ＩＴＯターゲットを用いる方法は、ＩＴターゲットを用いる方法と比較して、得られた膜の抵抗値および透過率の経時変化が少なく成膜条件のコントロールが容易であるため、ＩＴＯ薄膜製造方法の主流となっている。
【０００４】
一般にＩＴＯ薄膜の抵抗率は、成膜時の基板温度に強く影響を受け、基板温度の上昇にともない抵抗率が低下することが知られている。ＩＴＯの結晶化温度は１５０℃のため、より低い抵抗率の薄膜を形成しようとするとＩＴＯ薄膜を結晶化させる必要がある。しかし、スパッタリング法を用いて結晶性ＩＴＯ薄膜を形成した場合、ＩＴＯ薄膜に特徴的なドメイン構造が形成されることもよく知られている。ドメイン構造とは、図１に示すような結晶配向がよくそろった１０〜３０ｎｍの結晶粒が集まって、２００〜３００ｎｍの結晶粒領域を形成したものである。このような構造は、真空蒸着法でＩＴＯ薄膜を形成した際には形成されない。このドメイン構造は、それぞれ異なった結晶配向性をもった小さなグレインの集まりであり、主に（１１１）、（１１０）または（１００）に配向している。また、この配向面によってプラズマダメージに対する耐性が異なるという特徴を有している。このため、成膜途中に、形成された膜がプラズマにより再スパッタリングされる際のスパッタリング速度が異なる。その結果、図２に示すような、（１００）面で厚く、（１１０）面で薄い表面が凸凹した薄膜が形成される。
【０００５】
一方、ＩＴＯ薄膜がよく使用される薄膜ディスプレー、特に液晶ディスプレーの分野では、画面の大型化および微細化が急速な勢いで進んでいる。このため、透明導電膜に対する要求として、大面積で、低抵抗で、かつ微細加工が容易な膜が要求されている。
【０００６】
しかしながら、大面積に均一成膜が可能なスパッタリング法を用いて、高い基板温度で成膜すると、前述したような表面の凹凸が激しい膜が形成されてしまい、エッチッグ残さの発生しやすい、即ち微細加工に不適当な薄膜が形成されるといった問題が生じていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、フラットパネルディスプレイの透明電極等に用いられるＩＴＯ薄膜を結晶化温度以上の基板温度でスパッタリング法により形成した場合においても、ドメイン構造を有さず平坦で、エッチング特性に優れた薄膜を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らはＩＴＯに異種元素をドープした導電性金属酸化物に関して鋭意検討を重ねた結果、ガリウムをドーパントとして含有するＩＴＯ薄膜において上記問題点を解決できることを見いだし、本発明を完成した。
【０００９】
即ち、本発明は、▲１▼実質的にインジウム、スズ、ガリウムおよび酸素からなり、ガリウムがＧａ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｇａ）の比で０．１〜５．０原子％の割合で添加されていることを特徴とする金属酸化物焼結体、▲２▼該焼結体を用いたターゲット、▲３▼実質的にインジウム、スズ、ガリウムおよび酸素からなり、ガリウムがＧａ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｇａ）の比で０．１〜５．０原子％の割合で添加されていることを特徴とする透明導電性膜、および▲４▼該透明導電性膜を含んでなるディスプレー機器に関するものである。
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１１】
本発明に関わる焼結体、この焼結体からなるスパッタリングターゲット、薄膜およびこの薄膜を含んでなるディスプレー機器は以下の方法で製造する。
【００１２】
始めに、焼結体の作製に用いる混合粉末の作製を行う。この混合粉末を作製するためには、酸化インジウム粉末と酸化スズ粉末と酸化ガリウム粉末とを混合しても良いし、酸化スズ固溶酸化インジウム粉末と酸化ガリウム粉末とを混合しても良い。ここで、酸化スズの混合量は、Ｓｎ／（Ｓｎ＋Ｉｎ）の比で１．９〜１４原子％とすることが好ましい。より好ましくは、４．６〜１１原子％である。これは、本発明のターゲットを用いてスパッタリングによりＩＴＯ薄膜を作製した際に、膜の抵抗率が最も低下する組成であるからである。
【００１３】
また、酸化ガリウムの混合量は、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｇａ）の比で０．１〜５．０原子％が好ましい。より好ましくは０．１〜３．０原子％である。酸化ガリウムの添加量が、前記範囲よりより少ないと、本発明の効果が薄れ、得られる薄膜がドメイン構造を示し、また、前記範囲を超えると、抵抗率が高くなりすぎるため適切でない。粉末の混合は、ボールミルなどにより乾式混合あるいは湿式混合して行う。
【００１４】
次に、得られた混合粉末を用いて酸化ガリウム含有ＩＴＯ焼結体を作製する。焼結体の作製方法については特に限定されるものではないが、例えば以下のような方法で製造することができる。
【００１５】
前述のようにして得られた混合粉末に必要に応じてバインダー等を加え、プレス法或いは鋳込法等の成形方法により成形して成形体を作製する。プレス法により成形体を製造する場合には、所定の金型に必要に応じてバイダー等を加えた前記の混合粉末を充填した後、粉末プレス機を用いて１００〜３００ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレスを行う。粉末の成形性が悪い場合には、必要に応じてパラフィンやポリビニルアルコール等のバインダーを添加してもよい。
【００１６】
鋳込法により成形体を製造する場合には前述の混合粉末にバインダー、分散剤、イオン交換水を添加し、ボールミル等により混合することにより鋳込成形体作製用スラリーを作製する。続いて、得られたスラリーを用いて鋳込を行う。鋳型にスラリーを注入する前に、スラリーの脱泡を行うことが好ましい。脱泡は、例えばポリアルキレングリコール系の消泡剤をスラリーに添加して真空中で脱泡処理を行えばよい。続いて、鋳込み成形体の乾燥処理を行う。
【００１７】
次に、得られた成形体に必要に応じて、ＣＩＰ（冷間等方圧プレス）等の圧密化処理を行う。この際ＣＩＰ圧力は充分な圧密効果を得るため２ｔｏｎ／ｃｍ2以上、好ましくは２〜５ｔｏｎ／ｃｍ2であることが望ましい。ここで始めの成形を鋳込法により行った場合には、ＣＩＰ後の成形体中に残存する水分およびバインダー等の有機物を除去する目的で脱バインダー処理を施してもよい。また、始めの成形をプレス法により行った場合でも、成型時にバインダーを使用したときには、同様の脱バインダー処理を行うことが望ましい。
【００１８】
このようにして得られた成形体を焼結炉内に投入して焼結を行う。焼結方法としては、いかなる方法でも適用可能であるが、生産設備のコスト等を考慮すると大気中焼結が望ましい。しかしこの他ＨＰ（ホットプレス）法、ＨＩＰ（熱間等方圧プレス）法および酸素加圧焼結法等の従来知られている他の焼結法を用いることができることは言うまでもない。また焼結条件についても適宜選択することができるが、充分な密度上昇効果を得るため、また酸化スズの蒸発を抑制するため、焼結温度が１４５０〜１６５０℃であることが望ましい。また焼結時の雰囲気としては大気或いは純酸素雰囲気であることが好ましい。また焼結時間についても充分な密度上昇効果を得るために５時間以上、好ましくは５〜３０時間であることが望ましい。このようにして本願第１の発明である、酸化ガリウム含有ＩＴＯ焼結体を作製することができる。
【００１９】
次に、得られた焼結体を所望の形状に研削加工した後、必要に応じて無酸素銅からなるバッキングプレートにインジウム半田等を用いて接合することにより、本願第２の発明である酸化ガリウム含有ＩＴＯスパッタリングターゲットが作製される。
【００２０】
得られたターゲットをスパッタリング装置内に設置し、アルゴンなどの不活性ガスと必要に応じて酸素ガスをスパッタリングガスとして用いて、ｄｃ或いはｒｆ電界を印加してスパッタリングを行うことにより、ガラス基板やフィルム基板上に本願第３の発明である酸化ガリウム含有ＩＴＯ薄膜が得られる。
【００２１】
基板上に形成された薄膜は、必要に応じて所望のパターンにエッチングされた後、本願第４の発明であるタッチパネルなどのディスプレー機器に使用される。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明を実施例をもって更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２３】
実施例１
酸化インジウム粉末４５０ｇ、酸化スズ粉末５０ｇおよび酸化ガリウム粉末０．５ｇをポリエチレン製のポットに入れ、乾式ボールミルにより７２時間混合し、混合粉末を作製した。
【００２４】
この混合粉末を金型に入れ、３００ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレスして成形体とした。この成形体を３ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力でＣＩＰによる緻密化処理を行った。次にこの成形体を純酸素雰囲気焼結炉内に設置して、以下の条件で焼結した。
【００２５】
（焼結条件）
焼結温度：１５００℃、昇温速度：２５℃／Ｈｒ、焼結時間：６時間、酸素圧：５０ｍｍＨ2Ｏ（ゲージ圧）、酸素線速：２．７ｃｍ／分
得られた焼結体の密度をアルキメデス法により測定したところ７．０８ｇ／ｃｍ3であった。 この焼結体の組成分析をＥＰＭＡを用いて行った。結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
0004403591.tif 000002
【００２７】
この焼結体を湿式加工法により直径４インチ厚さ６ｍｍの円板状に加工し、インジウム半田を用いて無酸素銅製のバッキングプレートにボンディングしてターゲットとした。
【００２８】
このターゲットを以下のスパッタリング条件でスパッタリングして薄膜の評価を行った。
【００２９】
（スパッタリング条件）
ＤＣ電力：２００Ｗ、ガス圧：５．０ｍＴｏｒｒ、Ａｒガス流量：５０ＳＣＣＭ、Ｏ2ガス流量：０．１ＳＣＣＭ、基板温度＝２００℃、膜厚＝３０００Ａ。
【００３０】
得られた膜の抵抗率は、２０５μΩ・ｃｍで、５５０ｎｍにおける透過率は８６．７％であった。なお、透過率は、空気をリファレンスとしてガラス基板込みの透過率として測定した。ガラス基板には、Ｃｏｒｎｉｎｇ社製＃７０５９を使用した。
【００３１】
次に、得られた薄膜の表面をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて観察した。結果を図３の写真に示す。ドメイン構造は、観察されなかった。
【００３２】
次に、ＥＰＭＡを用いて膜の組成を調べた。結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
実施例２
酸化インジウム粉末４５０ｇ、酸化スズ粉末５０ｇおよび酸化ガリウム粉末１７ｇをポリエチレン製のポットに入れ、乾式ボールミルにより７２時間混合し、混合粉末を作製した。
【００３５】
この混合粉末を金型に入れ、３００ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレスして成形体とした。この成形体を３ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力でＣＩＰによる緻密化処理を行った。次にこの成形体を純酸素雰囲気焼結炉内に設置して、実施例１と同じ条件で焼結した。
【００３６】
得られた焼結体の密度をアルキメデス法により測定したところ７．０７ｇ／ｃｍ3であった。 この焼結体の組成分析をＥＰＭＡを用いて行った。結果を表１に示す。
【００３７】
この焼結体を湿式加工法により直径４インチ厚さ６ｍｍの円板状に加工し、インジウム半田を用いて無酸素銅製のバッキングプレートにボンディングしてターゲットとした。
【００３８】
このターゲットを以下のスパッタリング条件でスパッタリングして薄膜の評価を行った。
【００３９】
（スパッタリング条件）
ＤＣ電力：２００Ｗ、ガス圧：５．０ｍＴｏｒｒ、Ａｒガス流量：５０ＳＣＣＭ、Ｏ2ガス流量：０．１ＳＣＣＭ、基板温度＝２００℃、膜厚＝３０００Ａ。
【００４０】
得られた膜の抵抗率は、５４０μΩ・ｃｍで、５５０ｎｍにおける透過率は８６．４％であった。透過率の測定条件は実施例１と同じ条件とした。
【００４１】
次に、得られた薄膜の表面をＳＥＭを用いて観察した。結果を図４の写真に示す。ドメイン構造は、観察されなかった。
【００４２】
次に、ＥＰＭＡを用いて膜の組成を調べた。結果を表２に示す。
【００４３】
比較例１
酸化インジウム粉末４５０ｇおよび酸化スズ粉末５０ｇをポリエチレン製のポットに入れ、乾式ボールミルにより７２時間混合し、混合粉末を作製した。
【００４４】
この混合粉末を金型に入れ、３００ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレスして成形体とした。この成形体を３ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力でＣＩＰによる緻密化処理を行った。次にこの成形体を純酸素雰囲気焼結炉内に設置して、実施例１と同じ条件で焼結した。
【００４５】
得られた焼結体の密度をアルキメデス法により測定したところ７．１２ｇ／ｃｍ3であった。 この焼結体の組成分析をＥＰＭＡを用いて行った。結果を表１に示す。
【００４６】
この焼結体を湿式加工法により直径４インチ厚さ６ｍｍの円板状に加工し、インジウム半田を用いて無酸素銅製のバッキングプレートにボンディングしてターゲットとした。
【００４７】
このターゲットを以下のスパッタリング条件でスパッタリングして薄膜の評価を行った。
【００４８】
（スパッタリング条件）
ＤＣ電力：２００Ｗ、ガス圧：５．０ｍＴｏｒｒ、Ａｒガス流量：５０ＳＣＣＭ、Ｏ2ガス流量：０．１ＳＣＣＭ、基板温度＝２００℃、膜厚＝３０００Ａ。
【００４９】
得られた膜の抵抗率は、２００μΩ・ｃｍで、５５０ｎｍにおける透過率は８６．７％であった。 透過率の測定条件は実施例１と同じ条件とした。
次に、得られた薄膜の表面をＳＥＭを用いて観察した。結果を図５の写真に示す。明瞭なドメイン構造が観察された。
【００５０】
次に、ＥＰＭＡを用いて膜の組成を調べた。結果を表２に示す。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の酸化ガリウム含有ＩＴＯ薄膜は、ＩＴＯと同程度の比抵抗を保ちながら、スパッタリングＩＴＯ薄膜に特有のドメイン構造を有していないので、微細加工の必要な高精細パネルに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ドメイン構造を有する従来のＩＴＯ薄膜の表面を示すＳＥＭ写真である。
【図２】ドメイン構造を有する従来のＩＴＯ薄膜の表面付近の断面形状を模式的に示す断面図である。
【図３】実施例１で得られたＩＴＯ薄膜の表面を示すＳＥＭ写真である。
【図４】実施例２で得られたＩＴＯ薄膜の表面を示すＳＥＭ写真である。
【図５】比較例１で得られたＩＴＯ薄膜の表面を示すＳＥＭ写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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