JP3943612B2

JP3943612B2 - 導電性透明基材およびその製造方法

Info

Publication number: JP3943612B2
Application number: JP24716795A
Authority: JP
Inventors: 重和笘井; 暁海上
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 1995-09-26
Filing date: 1995-09-26
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2015-09-26
Also published as: JPH0992037A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性透明基材およびその製造方法に関し、特に電気絶縁性透明基板の上に透明導電膜を設けてなるタイプの導電性透明基材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）等を始めとする表示装置の急速な進歩に伴い、透明電極の占める役割もますます重要になってきた。この透明電極の材料には、一般にＩＴＯ膜が用いられている。これはＩＴＯ膜は透明性や導電性が高い上、経時安定性にも優れているためである。ＩＴＯ膜を得るための手法としては、ゾルゲル法やスプレーパイロリシス法を始めとする湿式製膜法、蒸着法やスパッタリング法を始めとする乾式製膜法等があるが、現在はＩＴＯターゲットをスパッタリングして得る方法が主流となっている。これは、スパッタリング法が表面が平滑で低抵抗な薄膜が均一に得られるという点で、他の製膜法と比較して優れているためである。
【０００３】
ところが最近は表示材料の大面積化、高精細化に伴って、ＩＴＯ膜の透明電極としての要求仕様がますます厳しくなってきた。すなわち、従来のＩＴＯ膜と比較して光線透過率を下げることなく、より低抵抗なものが必要とされている。特にＥＬ用電極用途に対しては、極めて表面平滑性に優れているものも望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の要求を満足するＩＴＯ膜を得るためには、例えば（１）高密度ターゲット品を使用する（特開平２−２９７８１３号公報）、（２）対向ターゲット式スパッタリング装置を用いて製膜を行なう（特開平５−３０７９１４号公報）等、材料、プロセス、装置各方面からの解決を図った手法が開示、提案されてきた。
【０００５】
しかしながら、これらの手法はいずれも多結晶化したＩＴＯ膜を得ることを前提としているため、低抵抗化の要求に関しては解決の方向に向かっているものの、多結晶構造のバルク、粒界に起因する表面凹凸の問題は、依然未解決の状態であった。
【０００６】
これに対して、ターゲットとしてＩｎ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系材料を用いてスパッタリング製膜を行なえば、非晶質でありながら低抵抗な透明導電膜が得られることが知られている（特開平６−３１８４０６号公報）。すなわちＩｎ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系の透明電極膜は、バルク、粒界等の構造を有しない完全非晶質構造であるため、非常に表面が緻密であり、その結果エッチングの精細度においても非常に優れた性能を有している。
【０００７】
しかし、このＩｎ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系の透明電極膜も抵抗値及び平滑性（表面の凹凸が小さいこと）が必ずしも満足のいくものではないため、前述したような大面積、高精細表示材料用途に対しては、その要求に十分対応しきれていないという問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは鋭意検討を行なった結果、ターゲットとしてインジウム元素および亜鉛元素の原子比を所定範囲に規定したＩｎ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系材料を用い、これを２００Ｖ未満という低電圧でスパッタリングを行なうことにより、極めて低い抵抗値を有し、かつ極めて優れた表面平滑性を有する透明導電膜を透明基板上に設けることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
従って本発明は、主要カチオン元素としてインジウム（Ｉｎ）および亜鉛（Ｚｎ）を、インジウム元素および亜鉛元素の原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）が０．８以上０．９未満となるように含有する非晶質酸化物からなり、比抵抗が２．０×１０^-4Ω・ｃｍ以下であり、表面の凹凸が１０ｎｍ以内である透明導電膜が透明基板上に設けられていることを特徴とする導電性透明基材を第一の要旨とする。
【００１０】
また本発明は、酸化インジウムおよび酸化亜鉛を含有する組成物からなる焼結体ターゲットを用いたスパッタリング法により、主要カチオン元素としてインジウム（Ｉｎ）および亜鉛（Ｚｎ）を含有する非晶質酸化物からなる透明導電膜を透明基板上に形成するにあたり、ターゲットのインジウム元素および亜鉛元素の原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）を０．８２以上０．９２未満とし、ターゲット印加電圧を２００Ｖ未満とすることを特徴とする前記導電性透明基材の製造方法を第二の要旨とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
先ず本発明の導電性透明基材について説明する。
【００１２】
本発明の導電性透明基材は、主要カチオン元素としてインジウム（Ｉｎ）および亜鉛（Ｚｎ）を、インジウム元素および亜鉛の原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）が０．８以上０．９未満となるように含有する非晶質酸化物からなり、比抵抗が２．０×１０^-4Ω・ｃｍ以下であり、表面の凹凸が１０ｎｍ以内である透明導電膜が透明基材上に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明において、透明導電膜が設けられている透明基板は可視光の透過率が７０％以上である電気絶縁性基板であればよく、その具体例としてはアルカリガラス、無アルカリガラス等のガラスからなる基板はもちろんのこと、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリアリレート樹脂等のポリエステル樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、アモルファスポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂等からなるフィルムもしくはシート等が挙げられる。これらの材質は最終的に用いる製品の用途に応じて最適なものが適宜選択される。
【００１４】
本発明の導電性透明基材において、上記透明基板上に設けられている透明導電膜は、主要カチオン元素としてインジウム（Ｉｎ）および亜鉛（Ｚｎ）を、インジウム元素および亜鉛元素の原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）が０．８以上０．９未満となるように含有する非晶質酸化物からなる。
【００１５】
透明導電膜中のインジウム元素および亜鉛元素の原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）を０．８以上０．９未満に限定する理由は、前記元素比が０．８未満の場合、比抵抗が２．０×１０^-4Ω・ｃｍ以下の透明電極膜が得られにくくなり、また、前記元素比が０．９以上の場合には、酸化インジウムが結晶化しやすくなるため、膜表面の高平滑性の効果が得られにくくなるからである。
【００１６】
本発明の導電性透明基材において、透明導電膜の比抵抗は２．０×１０^-4Ω・ｃｍ以下に限定される。その理由は、比抵抗は２．０×１０^-4Ω・ｃｍを超えると、大面積、高精細のＬＣＤやＥＬの電極として用いるには抵抗が高過ぎるため、表示部において十分なコントラストが得られなかったり、クロストークが発生することがあり、十分な表示性能が得られないからである。比抵抗は１．６×１０^-4Ω・ｃｍ以下が好ましい。
【００１７】
さらに本発明の導電性透明基材において、透明導電膜の表面凹凸は１０ｎｍ以内に限定される。
【００１８】
ここに「表面凹凸」とは、透明導電膜の表面における最大凹部と最大凸部との間の距離を意味し、例えば以下のような方法で求められる。
【００１９】
測定機器として、触針式表面粗さ計（例えば、スローン社製ＤＥＫＴＡＫ３０３０）を用い、これを透明導電膜上の任意の位置で２０ｍｇの荷重下で、１ｍｍにわたって掃引させ、最大凹部と最大凸部との間の距離を測定する。この測定を５回行ない、その平均値を、本発明における表面凹凸とする。
【００２０】
表面凹凸が１０ｎｍを超える場合、特にＥＬ用透明電極として用いたときに発光欠陥や輝度ムラ等の不具合が生じやすくなる。表面凹凸のより好ましい値は５ｎｍ以内、さらに好ましくは２ｎｍ以内である。
【００２１】
次に本発明の導電性透明基材の製造方法について説明する。
【００２２】
本発明の導電性透明基材の製造方法においては、スパッタリングターゲットとして、酸化インジウムおよび酸化亜鉛を含有する組成物からなる焼結体ターゲットを用いる。この焼結体ターゲットの好ましいものとして、従来公知のＩｎ₂Ｏ₃（ＺｎＯ）_m（ｍ＝２〜２０、好ましくはｍ＝２〜８、特に好ましくはｍ＝２〜６）で表される六方晶層状化合物を含む焼結体ターゲットを用いるのが好ましい。この焼結体ターゲットは、前記した六方晶層状化合物のみから実質的に構成されていてもよく、また六方晶層状化合物の他に酸化インジウムまたは酸化亜鉛を含有していてもよい。上記の各種酸化物の純度はできるだけ高いものが好ましく、９８％以上が望ましく、９９％以上が特に望ましい。
【００２３】
本発明の方法で用いるターゲットにおいては、インジウム元素および亜鉛元素の原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）が０．８２以上０．９２未満に限定される。これは、スパッタリング製膜によって得られる透明導電膜のインジウム元素および亜鉛元素の原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）がターゲットにおける両元素の原子比と比較して若干小さくなるためであり、これは本発明者により実験的に確認されていることである。
【００２４】
本発明の方法においては、上記ターゲットをスパッタリングすることにより、主要カチオン元素としてインジウム（Ｉｎ）および亜鉛（Ｚｎ）を所定のＩｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）比で含有する非晶質酸化物からなる透明導電膜が透明基板上に形成されるが、本発明の方法は、上記スパッタリングにおけるターゲット印加電圧を２００Ｖ未満とすることを必須の要件とする。
【００２５】
ターゲット印加電圧を２００Ｖ未満に限定する理由は、２００Ｖを超えると、プラズマによるダメージを受けるため、伝導度および表面平滑性の低下を招く恐れがあるからである。ターゲット印加電圧の好ましい値は１８０Ｖ未満、さらに好ましくは１６０Ｖ未満である。なお、導電膜のプラズマによるダメージを防ぐためには、ターゲット印加電圧はできる限り低い方がよいが、極端に低い電圧の場合は生産性の問題が生じてくる。従って、最適印加電圧値は要求される導電性と生産性を総合的に考慮した上で適宜選択される。
【００２６】
スパッタリングにおけるその他の条件は特に限定されるものではない。すなわち、スパッタリング方式としては、ＲＦスパッタリング、ＤＣスパッタリング等を採用することができる。
【００２７】
しかし生産性や得られる膜の膜特性の観点から、工業的には一般的にＤＣスパッタリングが好ましいので、このＤＣスパッタリングのスパッタリング条件を以下に示す。
【００２８】
スパッタリング雰囲気はアルゴンガス等の不活性ガス、または不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスとし、スパッタ時の雰囲気ガスは１×１０^-4〜５×１０^-2Torr程度とする。スパッタ時の真空度が１×１０^-4Torr未満ではプラズマの安定性が悪く、５×１０^-2Torrを超えると得られる非晶質酸化物薄膜の透明基材への密着性が悪くなる。
【００２９】
なお、例えば特開平３−２４９１７１号公報で開示されているように、ＤＣ電界にＲＦ電界を重畳すれば、さらに印加電圧を下げることができ、導電膜のプラズマによるダメージをより一層低減することが可能となる。
【００３０】
本発明の方法において、ターゲット表面における平行磁場強度は、電磁石をターゲットの裏面に設置し、電磁石への電流を制御することにより調整したが、ターゲット中央部における平行磁場強度は４００ガウス以上が好ましい。４００ガウス未満では、低電圧で安定した放電を行なうことが困難であるため、２００Ｖ未満の電圧で製膜、生産を行なうことがむずかしくなる。平行磁場強度のより好ましい値は５００ガウス以上である。
【００３１】
基板温度は、基板の種類により異なり、ガラス基板の場合は０〜４００℃、好ましくは１００〜４００℃とすることができるが、プラスチック基板の場合は、プラスチックの種類にもよるが一般に０〜１３０℃、好ましくは８０〜１２０℃である。
【００３２】
本発明の方法により得られた導電性透明基材は、その透明導電膜が極めて低い抵抗値を有し、かつ極めて優れた表面平滑性を有するため、最近の表示材料において切望されている大面積、高精細のＬＣＤやＥＬ用透明電極膜として最適である。
【００３３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
【００３４】
なお、本実施例および比較例における評価項目と評価に用いた装置は以下の通りである。
【００３５】

【００３６】
【実施例１】
透明基板として厚さ１．１ｍｍの無アルカリガラス（コーニング社製、品番：＃７０５９）を用い、スパッタリングターゲットとしてＩｎ₂Ｏ₃（ＺｎＯ）₄で表される六方晶層状化合物と、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）とからなる焼結体（ＩｎとＺｎの原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．８８、相対密度９０％）を用いて、以下の条件で透明電極膜を製膜した。
【００３７】
ターゲットサイズ：直径４インチ、厚さ５ｍｍ
放電方式：直流マグネトロン
スパッタ電圧：１８０Ｖ
バックグランド圧力：１×１０^-6Torr
導入ガス：９７ｖｏｌ％Ａｒ＋３ｖｏｌ％Ｏ₂混合ガス
プレスパッタ圧力：３×１０^-3Torr
プレスパッタ時間：５分
スパッタ圧力：３×１０^-3Torr
スパッタ時間：４分
基板温度：室温
ターゲット中央部磁場強度：５００ガウス
上述の条件でスパッタリングを行なうことにより、目的とする透明電極膜が得られ、同時に目的とする導電性透明基材が得られた。このようにして得られた導電性透明基材上の透明電極膜について、比抵抗、膜厚、Ｉｎ−Ｚｎ組成、表面凹凸を測定した。結果を表１に示す。
【００３８】
【実施例２】
放電を行なう際に、ＤＣ放電にＲＦ放電（１３．５６ＭＨｚ、出力５００Ｗ）を重畳したことの他は実施例１と同様にして目的とする導電性透明基材を得た。なお、このときのスパッタ電圧は１４０Ｖまで低下した。このようにして得られた導電性透明基材上の透明電極膜について、実施例１と同様の評価、測定を行なった。結果を表１に示す。
【００３９】
【実施例３】
基板温度を３００℃としたことの他は実施例１と同様にして目的とする導電性透明基材を得た。このようにして得られた導電性透明基材上の透明電極膜について、実施例１と同様の評価、測定を行なった。結果を表１に示す。
【００４０】
【比較例１】
ターゲット中央部平行磁場強度を３００ガウス、スパッタ電圧を３００Ｖとした以外は実施例１と同様にして目的とする導電性透明基材を得た。このようにして得られた導電性透明基材上の透明電極膜について、実施例１と同様の評価、測定を行なった。結果を表１に示す。
【００４１】
【比較例２】
スパッタリングターゲットとしてＩｎ₂Ｏ₃（ＺｎＯ）₄で表される六方晶層状化合物と、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）とからなる焼結体（Ｉｎの原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）が０．５０であり、本発明の範囲外である。なお相対密度は９０％で実施例１のものと同一である。）を用いた以外は実施例１と同様にして目的とする導電性透明基材を得た。このようにして得られた導電性透明基材上の透明電極膜について、実施例１と同様の評価、測定を行なった。結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】

【００４３】
表１より、本発明の方法で得られた実施例１〜３の導電性透明基材においては、その電極膜の比抵抗が２．０×１０^-4Ω・ｃｍ以下であり、表面凹凸も１０ｎｍ以内であった。
【００４４】
これに対してスパッタ電圧を本発明の限定範囲外の３００Ｖとして得た比較例１の導電性透明基板においては透明導電膜の比抵抗が３．９×１０^-4Ω・ｃｍ、表面凹凸が１６ｎｍであり、抵抗値および表面凹凸が高かった。
【００４５】
またインジウムと亜鉛のターゲット組成および薄膜組成Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）がそれぞれ０．５０および０．４９であり、本発明の範囲外の比較例２の場合、比抵抗が５．０×１０^-4Ω・ｃｍで抵抗値が高かった。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の導電性透明基材は、その透明導電膜が極めて低い抵抗値を有し、かつ極めて表面平滑性に優れているという特徴を有している。
【００４７】
従って本発明によれば、ＬＣＤやＥＬ等に代表される表示材料の大面積化、高精細化に伴って厳しくなってきた透明導電膜の諸要求物性を満足することが可能となる。

Claims

主要カチオン元素としてインジウム（Ｉｎ）および亜鉛（Ｚｎ）を、インジウム元素および亜鉛元素の原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）が０．８以上０．９未満となるように含有する非晶質酸化物からなり、比抵抗が２．０×１０^-4Ω・ｃｍ以下であり、表面の凹凸が１０ｎｍ以内である透明導電膜が透明基板上に設けられていることを特徴とする導電性透明基材。
酸化インジウムおよび酸化亜鉛を含有する組成物からなる焼結体ターゲットを用いたスパッタリング法により、主要カチオン元素としてインジウム（Ｉｎ）および亜鉛（Ｚｎ）を含有する非晶質酸化物からなる透明導電膜を透明基板上に形成するにあたり、ターゲットにおけるインジウム元素および亜鉛元素の原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）を０．８２以上０．９２未満とし、ターゲット印加電圧を２００Ｖ未満とすることを特徴とする請求項１に記載の導電性透明基材の製造方法。
ターゲット中央部における平行磁場強度が４００ガウス以上である、請求項２に記載の方法。