(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎとＳｂとＯからなり原子比Ｉｎ：Ｓｂが１：０．９〜１．１であるターゲットとＳｂからなるターゲットを同時にスパッタすることを特徴とするＩｎＳｂＯ4含有透明導電性膜の製造方法。
【請求項２】
ＩｎとＳｂとＯからなり原子比Ｉｎ：Ｓｂが１：０．９〜１．１であるターゲットとＳｂからなるターゲットに加えて、Ｓｎ、ＳｎＯ2、ＨｆおよびＨｆＯ2からなる群から選ばれる１種以上からなるターゲットを同時にスパッタする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
ＩｎとＳｂとＯからなり原子比Ｉｎ：Ｓｂが１：０．９〜１．１であるターゲットとＳｂからなるターゲットの面積比が１：０．００１〜０．１である請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
Ｓｎおよび／またはＨｆとＩｎとＳｂとＯからなり原子比Ｉｎ：Ｓｂが１：０．９〜１．１であるターゲットとＳｂからなるターゲットを同時にスパッタすることを特徴とするＩｎＳｂＯ4含有透明導電性膜の製造方法。
【請求項５】
Ｓｎおよび／またはＨｆとＩｎとＳｂとＯからなり原子比Ｉｎ：Ｓｂが１：０．９〜１．１であるターゲットとＳｂからなるターゲットの面積比が１：０．００１〜０．１である請求項４に記載のＩｎＳｂＯ4含有透明導電膜の製造方法。
【請求項６】
スパッタにより形成された後に５００℃〜１０００℃の温度範囲で焼成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法により製造された原子比Ｉｎ：Ｓｂ＝１：０．８〜１．５のＩｎＳｂＯ4含有透明導電性膜。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＩｎＳｂＯ4含有の透明導電性膜およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透明導電性膜は、液晶ディスプレイ、太陽電池の電極、窓ガラスの熱線反射膜、帯電防止膜などに用いられている。その中でも酸化インジウムに酸化錫を２〜２０重量％含有させた酸化インジウム−酸化錫固溶体（以下ＩＴＯと称する。）膜は、高い導電性すなわち低い抵抗率と、優れた透光性を有するため広く用いられている。
【０００３】
しかし、ＩＴＯは高価な酸化インジウムが８０〜９８重量％を占めるので高価であり、さらに可視光の短い波長から紫外線に至る波長の光を吸収するため、透明性に問題があった。
【０００４】
ＩＴＯに代わる透明導電性膜用の物質としてさまざまな複合酸化物が検討されており、その一つとしてＩｎＳｂＯ4が提案されている。ＩｎＳｂＯ4は、高価な酸化インジウムを重量基準で半分程度しか含まないのでＩＴＯより安価であり、さらに可視光の短い波長から紫外線に至る波長の光の吸収が少ないのでＩＴＯより透明性に優れているが、ＩｎＳｂＯ4含有の透明導電性膜は得られていない。例えば、特開平９−７１４１９号公報には、酸化インジウム粉末と酸化アンチモン粉末の混合粉末を成形して焼結してＩｎＳｂＯ4を含む焼結体を製造する方法が開示されているが、ＩｎＳｂＯ4含有透明導電性膜は開示されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、ＩｎとＳｂとＯからなり原子比Ｉｎ：Ｓｂが１：０．９〜１．１である焼結体をターゲットとしてスパッタして膜を製造すると、得られた膜の組成はＩｎＳｂＯ4の化学量論比から大幅に外れてＩｎが多い組成となり、その結果低い抵抗率を有する膜を得ることができないというＩｎＳｂＯ4特有の課題を見出した。
本発明の目的は、抵抗率が低いＩｎＳｂＯ4含有透明導電性膜およびそのスパッタ法による製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、かかる状況下鋭意研究を重ねた結果、その課題を解決するための手段として、スパッタを行うときに、ＩｎとＳｂとＯからなり原子比Ｉｎ：Ｓｂが１：０．９〜１．１であるターゲットと同時に、金属Ｓｂからなるターゲットをスパッタすることにより、ＩｎとＳｂの原子比がＩｎＳｂＯ4の化学量論比に近く、低い抵抗率を有するＩｎＳｂＯ4含有透明導電性膜が製造できることを見出した。さらに、ＩｎとＳｂとＯからなり原子比Ｉｎ：Ｓｂが１：０．９〜１．１であるターゲットとＳｂからなるターゲットに加えて、Ｓｎ、ＳｎＯ2、ＨｆおよびＨｆＯ2からなる群から選ばれる１種以上からなるターゲットを同時にスパッタするかまたは、Ｓｎおよび／またはＨｆとＩｎとＳｂとＯからなり原子比Ｉｎ：Ｓｂが１：０．９〜１．１であるターゲットと金属Ｓｂからなるターゲットを同時にスパッタすることにより、Ｓｎおよび／またはＨｆがドープされ、ＩｎとＳｂの原子比がＩｎＳｂＯ4の化学量論比に近く、低い抵抗率を有するＩｎＳｂＯ4含有透明導電性膜が製造できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
すなわち本発明は、ＩｎとＳｂとＯからなり原子比Ｉｎ：Ｓｂが１：０．９〜１．１である焼結体からなるターゲットとＳｂからなるターゲットとを同時にスパッタすることによるＩｎＳｂＯ4含有導透明電性膜の製造方法を提供する。また本発明は、ＩｎとＳｂとＯからなり原子比Ｉｎ：Ｓｂが１：０．９〜１．１であるターゲットとＳｂからなるターゲットに加えて、Ｓｎ、ＳｎＯ2、ＨｆおよびＨｆＯ2からなる群から選ばれる１種以上からなるターゲットを同時にスパッタするＩｎＳｂＯ4含有透明導電性膜の製造方法を提供する。また本発明は、Ｓｎおよび／またはＨｆとＩｎとＳｂとＯからなり原子比Ｉｎ：Ｓｂが１：０．９〜１．１であるターゲットとＳｂからなるターゲットを同時にスパッタするＩｎＳｂＯ4含有導透明電性膜の製造方法を提供する。さらに本発明は、上記の製造方法により製造された原子比Ｉｎ：Ｓｂ＝１：０．８〜１．５のＩｎＳｂＯ4含有透明導電性膜を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明について詳しく説明する。
本発明においてはＩｎとＳｂとＯからなる単相の複合酸化物で原子比Ｉｎ：Ｓｂが１：０．８〜１．５（原子比Ｓｂ／Ｉｎ＝０．８〜１．５）の場合をすべてＩｎＳｂＯ4と称する。
【０００９】
本発明の製造方法においては、ＩｎとＳｂとＯからなり原子比Ｉｎ：Ｓｂが０．９〜１．１であるターゲット（以下ＩｎＳｂＯ4ターゲットと称する。）かまたは、Ｓｎおよび／またはＨｆとＩｎとＳｂとＯからなり原子比Ｉｎ：Ｓｂが１：０．９〜１．１であるターゲット（以下ＩｎＳｂＯ4：Ｓｎ／Ｈｆターゲットと称する。）を用いる。
【００１０】
ＩｎＳｂＯ4ターゲットおよびＩｎＳｂＯ4：Ｓｎ／Ｈｆターゲットにおいて、ＩｎとＳｂの原子比はＩｎＳｂＯ4の化学量論比であるＩｎ：Ｓｂが１：１付近の１：０．９〜１．１であればよい。原子比Ｓｂ／Ｉｎが０．９より小さい場合や１．１より大きい場合は、抵抗率の低いＩｎＳｂＯ4含有透明導電性膜（以下単に「膜」ということがある。）を得ることが困難となる。
【００１１】
本発明の製造方法において用いるＩｎＳｂＯ4ターゲットは、ＩｎＳｂＯ4からなるターゲットの場合も、酸化インジウムと酸化アンチモンの混合物からなり原子比Ｉｎ：Ｓｂが０．９〜１．１である場合も含むが、ターゲットにはＩｎＳｂＯ4が含有されていることが好ましい。ＩｎＳｂＯ4：Ｓｎ／ＨｆターゲットにおいてもＩｎＳｂＯ4が含有されている場合も酸化インジウムと酸化アンチモンの混合物からなり原子比Ｉｎ：Ｓｂが０．９〜１．１である場合も含むが、ターゲットにはＩｎＳｂＯ4が含有されていることが好ましい。
【００１２】
本発明の製造方法において、Ｓｎおよび／またはＨｆがＩｎＳｂＯ4ターゲットに含有されたＩｎＳｂＯ4：Ｓｎ／Ｈｆターゲットを用いると、ＩｎＳｂＯ4ターゲットを用いる場合よりスパッタにより製造された膜の比抵抗がさらに低くなる傾向があり、ＩｎＳｂＯ4ターゲットよりＩｎＳｂＯ4：Ｓｎ／Ｈｆターゲットを用いる製造方法が好ましい。ＩｎＳｂＯ4：Ｓｎ／ＨｆターゲットにおいてＳｎとＨｆはドーパントであり、Ｓｎおよび／またはＨｆの合計の含有量は、原子比でＳｎ、Ｈｆ、ＩｎおよびＳｂを合計した量を１としたときの０．２以下が好ましい。０．２を超えると低い抵抗率を有する膜が得られないおそれがある。
【００１３】
ＩｎＳｂＯ4ターゲットとＳｂからなるターゲットに加えて、Ｓｎ、ＳｎＯ2、ＨｆおよびＨｆＯ2からなる群から選ばれる１種以上からなるターゲットを同時にスパッタすることによってもＨｆおよび／またはＳｎをドープすることができ、得られる膜の抵抗率は、ＩｎＳｂＯ4ターゲットとＳｎからなるターゲットのみを用いたスパッタにより製造される場合より低くなる傾向があるので、好ましい製造方法である。Ｓｎ、ＳｎＯ2、ＨｆおよびＨｆＯ2からなる群から選ばれる１種以上からなるターゲットのスパッタ面の合計の面積は、ＩｎＳｂＯ4ターゲットのスパッタ面の面積の合計を１としたときの０．２以下であることが好ましい。０．２を超えると低い抵抗率を有する膜が得られないおそれがある。なお、Ｓｎ、ＳｎＯ2、ＨｆおよびＨｆＯ2からなる群から選ばれる１種以上からなるターゲットは１種以上を各々複数用いることができる。
【００１４】
本発明の製造方法において用いるすべてのターゲット、すなわちＳｎ、ＳｎＯ2、ＨｆおよびＨｆＯ2からなる群から選ばれる１種以上からなるターゲット、ＩｎＳｂＯ4ターゲットおよびＩｎＳｂＯ4：Ｓｎ／Ｈｆターゲットにおいて、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｉｎ、ＳｂおよびＯ以外の元素でＴｉ、Ｚｒ、Ｓｉ、ＧｅおよびＰｂ以外の元素は不純物であり、不純物は少ない方が好ましい。低い抵抗率を有する膜を得るには、該ターゲット中の不純物量は１重量％以下が好ましい。Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｉ、ＧｅおよびＰｂの酸化物は、膜の表面平滑性の向上、緻密さの向上または抵抗率の低下あるいはスパッタ速度向上等の目的で添加されることがある。
【００１５】
本発明の製造方法においては、金属Ｓｂからなるターゲットを用いる。金属Ｓｂからなるターゲットは、金属Ｓｂを加工してターゲットに好適な円板、四角板等の板状とすることにより製造することができる。
【００１６】
ＩｎＳｂＯ4ターゲットとＳｂターゲットを同時にスパッタする場合は、本発明の製造方法においては上記２種類のターゲットを同時に用いてスパッタを行うのであって、ターゲットを交換して交互にスパッタを行った場合、例えばＩｎＳｂＯ4ターゲットのみを用いてスパッタを行った後にＳｂターゲットのみを用いてスパッタを行うことを交互に繰り返した場合は、低い抵抗率を有する膜を得ることが困難となる。ＩｎＳｂＯ4：Ｓｎ／ＨｆターゲットとＳｂターゲットを用いる場合、さらにＳｎ、ＳｎＯ2、ＨｆおよびＨｆＯ2からなる群から選ばれる１種以上からなるターゲットを用いる場合も同様に、同時にスパッタを行う。
【００１７】
本発明の製造方法においては、ＩｎＳｂＯ4ターゲットまたはＩｎＳｂＯ4：Ｓｎ／Ｈｆターゲットのスパッタ面の面積をＳ１（複数のターゲットを用いた場合は合計値）、Ｓｂからなるターゲットのスパッタ面の面積をＳ２（複数のターゲットを用いた場合は合計値）としたとき、Ｓ１：Ｓ２＝１：０．００１〜０．１であることが好ましい。Ｓ１を１としたときにＳ２が０．００１未満または０．１を超える場合は、低い抵抗率を有する膜が得られないおそれがある。
【００１８】
本発明の製造方法で用いるＩｎＳｂＯ4ターゲットは、酸化インジウム粉末と酸化アンチモン粉末を混合して成形し、焼結することにより製造することができる。原料となる酸化インジウム粉末と酸化アンチモン粉末は、不純物含有量が各々１重量％以下である高純度の粉末が好ましい。
本発明の製造方法で用いるＩｎＳｂＯ4：Ｓｎ／Ｈｆターゲットは、酸化錫粉末および／または酸化ハフニウム粉末、酸化インジウム粉末、酸化アンチモン粉末を混合して成形し、焼結することにより製造することができる。原料となる酸化錫粉末および／または酸化ハフニウム粉末、酸化インジウム粉末および酸化アンチモン粉末は、不純物含有量が各々１重量％以下である高純度の粉末が好ましい。
【００１９】
酸化インジウム粉末と酸化アンチモン粉末の混合方法は、工業的に通常用いられるボールミル、振動ミル、アトライター、Ｖ型混合機等を用いることができる。ボールミル、振動ミル、アトライター等を用いて湿式による混合も行うことができる。湿式混合の場合は、混合工程後に加熱乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等の方法により乾燥させることができる。
【００２０】
得られた混合粉末を成形して成形体とすることができるが、成形することなくホットプレスや熱間静水圧プレスにより焼結して焼結体とすることもできる。得られた混合粉末を成形または焼結するのではなく、該混合粉末を６００℃〜１２００℃で焼成（仮焼と称する。）して粉砕してＩｎＳｂＯ4が含まれる仮焼粉末としてから成形または焼結を行うこともでき、仮焼粉末とする工程を行うことが好ましい。
【００２１】
成形する場合は、工業的に通常用いられる一軸プレス、静水圧プレスにより成形を行うことができる。成形圧は通常１０〜３００ＭＰａの範囲が用いられる。成形体の形状は、ターゲットに好適な円板または四角板状とすることができ、成形体の密度は通常は理論密度の３５〜６５％である。
【００２２】
焼結は空気等の酸素含有雰囲気中において常圧で９００〜１７００℃の温度範囲で行うことができる。焼結は電気炉、ガス炉等通常工業的に用いられる炉を用いることができる。焼結によりターゲットに用いることができる焼結体を得ることができるが、切断や研削により寸法を調整することができる。なお、寸法の調整は、加工が容易な成形体の切断、研削等により行うこともできる。
【００２３】
Ｓｎ、ＳｎＯ2、ＨｆおよびＨｆＯ2からなる群から選ばれる１種以上からなるターゲットのうち、ＳｎＯ2および／またはＨｆＯ2からなるターゲットについても同様に製造することができ、Ｓｎおよび／またはＨｆからなるターゲットは金属製であるので、ターゲットに好適な円板、四角板等の板状とすることにより製造することができる。金属であるＳｎおよび／またはＨｆと酸化物であるＳｎＯ2および／またはＨｆＯ2からなるターゲットは、ＳｎＯ2および／またはＨｆＯ2からなる多孔質焼結体を作製し、金属であるＳｎおよび／またはＨｆを溶融させ前記多孔質焼結体に含浸させて製造することができる。
【００２４】
本発明の製造方法により、今まで製造が困難であった低い抵抗率を有し透明性の高いＩｎＳｂＯ4含有透明導電性膜を得ることができる。ＩｎＳｂＯ4含有透明導電性膜の組成は、原子比Ｉｎ：Ｓｂが１：０．８〜１．５の範囲であれば、Ｓｂ2Ｏ4、Ｓｂ2Ｏ5、Ｓｂ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3等の組成を含んでいてもよい。Ｉｎを１としたときのＳｂの原子比が０．８未満である場合か、または１．５を超える場合は、低い抵抗率が得られない。
【００２５】
本発明の製造方法のスパッタにより得られたＩｎＳｂＯ4含有透明導電性膜を、成膜後５００℃〜１０００℃の温度範囲で焼成することにより、抵抗率が低下することがあり、成膜後５００℃〜１０００℃の温度範囲で焼成する工程を行うことが好ましい。焼成温度が５００℃未満では抵抗率低下の効果が無いおそれがあり、１０００℃を超える場合は、抵抗率が上昇するおそれがある。焼成後の導電膜の組成も原子比Ｉｎ：Ｓｂが１：０．８〜１．５の範囲であり、Ｓｂの原子比が０．８未満である場合かまたは１．５を超える場合は、低い抵抗率が得られない。
【００２６】
【実施例】
以下本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２７】
実施例１
酸化インジウム粉末（Ｉｎ2Ｏ3、株式会社高純度化学研究所製、純度９９．９９％）と酸化アンチモン粉末（Ｓｂ2Ｏ3、純正化学株式会社製、高純度セラミックスグレード）とをＩｎ：Ｓｂ＝１：１となるように秤量し、直径５ｍｍのジルコニア製のボールとエタノールを用いて湿式ボールミルにより混合した。得られたスラリーを加熱乾燥させてエタノールを除去し、アルミナ製ルツボに入れて７００℃で５時間空気雰囲気中で仮焼した。得られた粉末はＸ線回折によりＳｂ2Ｏ4（ＪＣＰＤＳカードＮｏ．１１０６９４）、Ｉｎ2Ｏ3（ＪＣＰＤＳカードＮｏ．６０４１６）およびＩｎＳｂＯ4（ＪＣＰＤＳカードＮｏ．１５０５２２）の混合物であった。得られた仮焼粉末を、直径２ｍｍのジルコニア製のボールとエタノールを用いて湿式ボールミルにより粉砕した。得られたスラリーを加熱乾燥させてエタノールを除去した後、再度エタノール中に分散させ、バインダーとしてポリビニルブチラール（積水化学工業株式会社製、商品名エスレックスＢ）を加えて攪拌し乾燥させた。得られた粉末を金型を用いて一軸プレスにより１００ＭＰａの圧力で円板状に成形し、さらにＣＩＰ（冷間静水圧プレス）により１５０ＭＰａの圧力をかけて成形した。得られた円板状成形体を空気雰囲気中常圧で１０００℃で５時間焼結した。得られた焼結体をＸ線回折により分析した結果、Ｓｂ2Ｏ4、Ｉｎ2Ｏ3およびＩｎＳｂＯ4の混合物であった。
【００２８】
得られた焼結体と金属アンチモンの円板をターゲットとしてスパッタ装置（ＡＮＥＬＶＡ製Ｌ−３３２Ｈ型）の同じチェンバーに設置し、膜を付ける基板としてシリコン基板をスパッタ装置に設置した。焼結体とＳｂターゲットのスパッタ面の面積比は１：０．００４４であった。Ａｒガスをスパッタ装置に導入して、圧力１Ｐａ、電力５０Ｗ、基板温度４００℃の条件でスパッタを行った。膜が付着した基板を９００℃で焼成した。得られた透明導電性膜の組成を分析した結果、Ｉｎ：Ｓｂ＝１．００：０．９２であり、膜の抵抗率は６×１０-3Ωｃｍであった。膜は目視において透明であった。
【００２９】
実施例２
実施例１で得られた焼結体と実施例１と同様の金属アンチモンの円板と、ＳｎＯ2の円板とをターゲットとしてスパッタ装置に設置し、膜を付ける基板としてシリコン基板をスパッタ装置に設置した。実施例１と同じ条件でスパッタを行い、得られた膜を７００℃で焼成した。焼成後に得られた膜の組成を分析した結果、Ｓｎのドープ量は４．５原子％であり、膜の抵抗率は９×１０-3Ωｃｍと低かった。膜は目視において透明であった。
【００３０】
実施例３
実施例１で得られた焼結体と実施例１と同様の金属アンチモンの円板と、ＨｆＯ2の円板とをターゲットとしてスパッタ装置に設置し、膜を付ける基板としてシリコン基板をスパッタ装置に設置した。実施例１と同じ条件でスパッタを行い、得られた膜を７００℃で焼成した。焼成後に得られた膜の組成を分析した結果、Ｈｆのドープ量は２．４原子％であり、膜の抵抗率は５×１０-3Ωｃｍと低かった。膜は目視において透明であった。
【００３１】
比較例１
実施例１で得られた焼結体のみをターゲットとしてスパッタ装置に設置し、膜を付ける基板としてシリコン基板をスパッタ装置に設置した。実施例１と同じ条件でスパッタおよび焼成を行った。得られた膜の組成を分析した結果、Ｉｎ：Ｓｂ＝１：０．６７であり、膜の抵抗率は１×１０-1Ωｃｍと高かった。膜は目視において透明であった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の製造方法により、ＩＴＯと比較して安価で透明性に優れた透明導電性膜を製造することができるので、工業的に有用である。