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特開2022-169502透明導電膜としての機能を有する積層体及びその製造方法並びに当該積層体製造用の酸化物スパッタリングターゲット
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  • 特開-透明導電膜としての機能を有する積層体及びその製造方法並びに当該積層体製造用の酸化物スパッタリングターゲット 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022169502
(43)【公開日】2022-11-09
(54)【発明の名称】透明導電膜としての機能を有する積層体及びその製造方法並びに当該積層体製造用の酸化物スパッタリングターゲット
(51)【国際特許分類】
   H01B 5/14 20060101AFI20221101BHJP
   H01B 13/00 20060101ALI20221101BHJP
   C03C 17/34 20060101ALI20221101BHJP
   C23C 14/08 20060101ALI20221101BHJP
   C23C 14/58 20060101ALI20221101BHJP
【FI】
H01B5/14 A
H01B13/00 503B
C03C17/34 Z
C23C14/08 N
C23C14/08 D
C23C14/58 A
【審査請求】有
【請求項の数】8
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022109298
(22)【出願日】2022-07-06
(62)【分割の表示】P 2022014394の分割
【原出願日】2022-02-01
(31)【優先権主張番号】P 2021074650
(32)【優先日】2021-04-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】502362758
【氏名又は名称】JX金属株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002860
【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】奈良 淳史
【テーマコード(参考)】
4G059
4K029
5G307
5G323
【Fターム(参考)】
4G059AA01
4G059AA08
4G059AC12
4G059EA01
4G059EA03
4G059EA05
4G059GA01
4G059GA04
4G059GA12
4K029AA09
4K029AA24
4K029BA43
4K029BA45
4K029BA50
4K029BB02
4K029BB08
4K029BC09
4K029BD02
4K029CA06
4K029DA04
4K029DA08
4K029DC05
4K029DC09
4K029DC34
4K029DC35
4K029GA01
5G307FA01
5G307FB01
5G307FC09
5G307FC10
5G323BA02
5G323BB05
5G323BC01
(57)【要約】
【課題】既存のITO膜より低抵抗率(高伝導率)かつ高透過率の積層体を提供することを課題とする。
【解決手段】ITO膜と酸化膜が積層した積層体であって、表面抵抗が40Ω/sq.以下であり、可視光平均透過率が90%以上であり、ITO膜の膜厚と前記酸化膜との膜厚との比(ITO膜の膜厚/酸化膜の膜厚)が15未満である積層体。ITO膜と酸化膜が積層した積層体であって、220℃で大気アニールを実施した場合の当該積層体の表面抵抗をR1とし、550℃で大気アニールを実施した場合の当該積層体の表面抵抗をR2としたとき、R2/R1≦1.0であることを特徴とする積層体。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ITO膜と酸化膜が積層した積層体であって、表面抵抗が40Ω/sq.以下であり、可視光平均透過率が90%以上であって、前記酸化膜の膜厚が90nm未満であり、ITO膜の膜厚と前記酸化膜との膜厚との比(ITO膜の膜厚/酸化膜の膜厚)が15未満であることを特徴とする積層体。
【請求項2】
ITO膜と酸化膜が積層した積層体であって、220℃で大気アニールを実施した場合の当該積層体の表面抵抗をR1とし、550℃で大気アニールを実施した場合の当該積層体の表面抵抗をR2としたとき、R2/R1≦1.0であることを特徴とする積層体。
【請求項3】
前記の表面抵抗R1と表面抵抗R2との比R2/R1≦0.5であることを特徴とする請求項2に記載の積層体。
【請求項4】
220℃の大気アニールを実施した場合の当該積層体の可視光平均透過率が85%以上であることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の積層体。
【請求項5】
550℃の大気アニールを実施した場合の当該積層体の可視光平均透過率が90%以上であることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の積層体。
【請求項6】
前記ITO膜の屈折率をn1とし、前記酸化膜の屈折率をn2としたとき、n1>n2であることを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の積層体。
【請求項7】
前記酸化膜は、Zn、Ga、Siのいずれか1種以上を含むことを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載の積層体。
【請求項8】
ITO膜と酸化膜が積層した積層体であって、前記酸化膜は、ZnをZnO換算で0mol%以上69mol%未満含有し、GaをGa換算で9mol%以上100mol%以下含有し、SiをSiO換算で0mol%以上60mol%未満含有し、前記酸化膜の膜厚が90nm未満であり、ITO膜の膜厚と前記酸化膜との膜厚との比(ITO膜の膜厚/酸化膜の膜厚)が15未満であることを特徴とする積層体。
【請求項9】
前記酸化膜は、ZnをZnO換算で10mol%を超え60mol%未満含有し、GaをGa換算で10mol%以上60mol%以下含有し、SiをSiO換算で25mol%以上50mol%未満含有することを特徴とする請求項8に記載の積層体。
【請求項10】
前記酸化膜は、アモルファスであることを特徴とする請求項1~9のいずれか一項に記載の積層体。
【請求項11】
請求項1~10のいずれか一項に記載の積層体の製造方法であって、ITO膜に酸化膜を積層し、得られた積層体を200℃以上でアニールすることを特徴とする積層体の製造方法。
【請求項12】
請求項1~10のいずれ一項に記載の積層体を製造するための酸化物スパッタリングターゲットであって、ZnをZnO換算で0mol%以上69mol%未満含有し、GaをGa換算で9mol%以上100mol%以下含有し、SiをSiO換算で0mol%以上60mol%未満含有する酸化物スパッタリングターゲット。
【請求項13】
ZnをZnO換算で10mol%を超え60mol%未満含有し、GaをGa換算で10mol%以上60mol%以下含有し、SiをSiO換算で25mol%以上
50mol%未満含有することを特徴とする請求項12に記載の酸化物スパッタリングターゲット。
【請求項14】
さらに、焼結助剤として、B、P、V、Sb、TeO、Tl、PbO、Bi、MoOのいずれか一種以上を含有する請求項12又は13に記載の酸化物スパッタリングターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、透明導電膜としての機能を有する積層体及び当該積層体の製造方法並びに当該積層体製造用の酸化物スパッタリングターゲットに関する。
【背景技術】
【0002】
ITO(Indium-Tin-Oxide)膜は、低抵抗率、高透過率、微細加工容易性等の特徴を有し、これらの特徴が他の透明導電膜より優れていることから、フラットパネルディスプレイ用の表示電極を始めとして、広範囲の分野に亘って使用されている。現在、産業利用上のITO膜の多くは、大面積均一性に優れ、生産性良く作製できることから、ITO焼結体をスパッタリングターゲットとして使用して成膜する、いわゆるスパッタ成膜法で作製されている。
【0003】
ITO膜は、結晶化させることで、低抵抗かつ透明な膜となるため、成膜後、220~250℃程度でアニールすることが行われている。一方、さらに、低抵抗率かつ高透過率の膜が望まれており、300℃以上の温度でアニールすることも試されている。しかし、アニールを行うと、透過率が向上する一方、抵抗率が上昇してしまい、現状は、さらなる低抵抗率と高透過率を共に備えた膜が得られていない。なお、出願人は、以前、低温で、低抵抗なITO膜を形成することができる技術を提案した(例えば、特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2020-164930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、ITO膜より低い抵抗率(表面抵抗)かつ高透過率の積層体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の課題を解決するために、本発明者は鋭意研究を行った結果、ITO膜上に特定の酸化膜を積層した積層体とすることで、アニールによる抵抗率(表面抵抗)の上昇を防ぎつつ、高透過率を維持できるとの知見が得られた。このような知見に鑑み、本開示は以下の態様を提供するものである。
【0007】
本発明の一態様は、ITO膜に酸化膜が積層された積層体であり、表面抵抗が40Ωcm/sq.以下、かつ、可視光平均透過率が90%以上であり、前記酸化膜の膜厚が90nm未満であり、ITO膜の膜厚と前記酸化膜との膜厚との比(ITO膜の膜厚/酸化膜の膜厚)が15未満であることを特徴とする積層体である。
【0008】
本発明の別の態様は、ITO膜と酸化膜が積層した積層体であって、220℃で大気アニールを実施した場合の当該積層体の表面抵抗をR1とし、550℃で大気アニールを実施した場合の当該積層体の表面抵抗をR2としたとき、R2/R1≦1.0であることを特徴とする積層体である。
【0009】
また、本発明の別の態様は、ITO膜と酸化膜が積層した積層体であって、前記酸化膜は、ZnをZnO換算で0mol%以上69mol%未満含有し、GaをGa換算
で9mol%以上100mol%以下含有し、SiをSiO換算で0mol%以上60mol%未満含有し、前記酸化膜の膜厚が90nm未満であり、ITO膜の膜厚と前記酸化膜との膜厚との比(ITO膜の膜厚/酸化膜の膜厚)が15未満であることを特徴とする積層体である。
【0010】
さらに、本発明の別の態様は、ZnをZnO換算で10mol%を超え60mol%未満含有し、GaをGa換算で10mol%以上60mol%以下含有し、SiをSiO換算で25mol%以上50mol%未満含有する酸化物スパッタリングターゲットである。
【発明の効果】
【0011】
本発明に係る積層体は、ITO膜に比べて、低い抵抗率(表面抵抗)かつ高透過率という優れた特性を備える。また、ITO膜に特定の酸化膜を積層することで、簡便に、良好な特性を備えた透明導電膜(積層体)を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】本実施形態の積層体における酸化膜(Zn-Ga-Si-O)に相当する組成と発明の効果との関係を示す組図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
インジウム(In)、スズ(Sn)、及び酸素(O)を主成分とするITO膜は、低抵抗率、高透過率、微細加工容易性等の特徴を有し、これらの特徴が、他の透明導電膜よりも優れていることから、フラットパネルディスプレイなど幅広い用途で使用されている。一方、ITO膜の更なる低抵抗率化、高透過率化が求められており、他の元素を添加する等して特性を改善させる試みが継続的に実施されている。
【0014】
ITO膜は、結晶化させることで低抵抗かつ透明な膜となるため、成膜後に、大気中、220~250℃程度でアニールして結晶化させることが行われる。このとき、より高い温度(300℃以上)でアニールすることで透過率を向上させることができるが、抵抗率が上昇してしまう。これは、高温アニール時にITO膜のキャリア濃度が低下するためと考えられる。したがって、高温アニールによるキャリア濃度の低下を抑えるためにITO膜に酸化膜を積層することで、抵抗率の上昇を防ぐことができるのではないかと考えた。
【0015】
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、ITO膜に特定の酸化膜を形成することにより、アニールによるキャリア濃度の低下を抑えて抵抗率の上昇を防ぎつつ、かつ、高い透過率を維持できることを見出した。以下、本発明の実施形態について、詳述する。
【0016】
本明細書中、ITO膜は、In、Snを含む酸化物からなり、その組成範囲に特に制限はないが、例えば、SnをSnO換算で50wt%(約65mol%)以下含有し、残部にIn及び不可避的不純物からなるITOを用いることができる。
【0017】
第一の実施形態は、ITO膜に酸化膜を積層した積層体であり、表面抵抗が40Ω/sq.以下であり、かつ、可視光平均透過率が90%以上である積層体である。本実施形態の積層体は、ITO膜(単膜)に比べて、低抵抗率かつ高透過率を達成することができるという優れた効果を有する。表面抵抗は、好ましくは30Ω/sq.以下、より好ましくは20Ω/sq.以下である。また、可視光平均透過率は、好ましくは93%以上である。なお、表面抵抗及び透過率はアニール温度によって変化するため、積層体をアニールした温度は問わず、上記表面抵抗かつ透過率を達成していれば、本実施形態の積層体に含まれるものである。
【0018】
第一の実施形態において、ITOに積層する酸化膜の膜厚は90nm未満である。好ましくは70nm以下、さらに好ましくは50nm以下である。膜厚が厚過ぎると、積層体の抵抗率が上昇することがある。一方、膜厚が薄過ぎると、ITO膜のキャリア濃度の低下を十分に抑制できないことがあるため、10nm以上であることが好ましい。キャリア濃度低下の抑制効果や透過率は、酸化膜の組成の影響を受けるため、膜厚は、酸化膜の組成を考慮して調整することができる。
【0019】
第一の実施形態において、ITO膜厚とITOに積層する酸化膜の膜厚との比(ITO膜厚/酸化物膜厚)は15未満である。好ましくはITO膜厚/酸化物膜厚が10以下である。ITO膜は、結晶化により表面粗さが大きくなるが、膜厚が厚くなるほど表面粗さが大きくなる。ITO膜の表面粗さに対して、酸化膜の膜厚が薄すぎると、ITO膜のキャリア濃度の低下を十分に抑制することができないことがあるためである。
【0020】
第二の実施形態に係る積層体は、ITO膜と酸化膜が積層した積層体であって、220℃で大気アニールを実施した場合の当該積層体の表面抵抗をR1とし、550℃で大気アニールを実施した場合の当該積層体の表面抵抗をR2としたとき、R2/R1≦1.0を満たすものである。本実施形態の積層体は、ITO膜(単膜)に比べて、低抵抗率かつ高透過率を達成することができるという優れた効果を有する。好ましくは、R2/R1≦0.5を満たすことである。ITO単膜(膜厚100nm)の場合、R2/R1は1.53程度であり、本実施形態の積層体は、アニール温度を高くしても、抵抗率の上昇を抑制できるという優れた効果を有する。
【0021】
本実施形態に係る積層体は、透明導電膜として使用することができ、その場合は高透過率であることが求められる。本実施形態に係る積層体は、大気中、220℃でアニールを実施した場合の可視光平均透過率が85%以上であることが好ましく、大気中、550℃でアニールを実施した場合の可視光平均透過率を90%以上であることが好ましい。
【0022】
本実施形態に係る積層体は、ITO膜の屈折率をn1とし、酸化膜の屈折率をn2としたとき、n1>n2を満たすことが好ましい。ITO膜上に、ITO膜より屈折率の低い酸化膜を積層することで、反射率を減らして、透過率を向上させることができる。これにより、透明導電膜としての使用に適した積層体とすることができる。
【0023】
本実施形態に係る積層体において、ITO膜に積層する酸化膜は、ITO膜のキャリア濃度の低下を妨げる膜であれば、特に制限されないが、好ましくは、Zn、Ga、Siのいずれか1種以上を含有するものである。なお、ITO膜自体も酸化膜といえるが、本願明細書中の酸化膜には、下地と同組成のITO膜は含まない。
【0024】
第三の実施形態に係る積層体は、ITO膜と酸化膜が積層した積層体であって、前記酸化膜が、ZnをZnO換算で0mol%以上69mol%未満含有し、GaをGa換算で9mol%以上100mol%以下含有し、SiをSiO換算で0mol%以上60mol%未満含有するものである。本実施形態の積層体は、ITO膜(単膜)に比べて、低抵抗率かつ高透過率を達成することができるという優れた効果を有する。
好ましくは、ZnをZnO換算で10mol%を超え60mol%未満含有し、GaをGa換算で10mol%以上60mol%以下含有し、SiをSiO換算で25mol%以上50mol%未満含有するものである。
【0025】
本実施形態に係る積層体において、酸化膜がアモルファス状態であることが好ましい。本実施形態の積層体をアニールすると、ITO膜は結晶化するが、積層された酸化膜はアモルファスの状態を維持し、このアモルファスの状態を維持できることが抵抗率の上昇の抑制に大きく寄与しているものと考えられる。
【0026】
本発明の実施形態に係る積層体の製造方法について、以下に具体的に説明する。以下は例示であって、この製造方法に限定する意図はなく、積層体自体の製造方法にあっては、他の方法を採用することができる。なお、開示する製造方法が不必要に不明瞭となることを避けすために、周知の製造工程や処理動作の詳細な説明は省略する。
【0027】
In、Snを含む酸化物からなるITOスパッタリングターゲット、Zn、Ga、Siを含む酸化物からなるZn-Ga-Si-Oスパッタリングターゲットを準備する。まず、ITOスパッタリングターゲットをスパッタ装置の真空チャンバー内に装着し、スパッタリングターゲットに対向する基板に成膜を行う。その後、Zn-Ga-Si-Oスパッタリングターゲットを用いて、基板に成膜されたITO膜に酸化膜を形成する。ITO膜や酸化膜の膜厚は、スパッタパワーやスパッタ時間によって調整することができる。
【0028】
スパッタリング法は、真空中で成膜するため、成膜過程でスパッタリングターゲットを構成する金属成分が消失したり、他の金属成分が混入したり、することがなく、通常、スパッタリングターゲットの組成が膜の組成に反映されることになる。後述する、実施例、比較例においては、便宜上、スパッタリングターゲットの組成を表記している。
【0029】
スパッタリング条件は、例えば以下の通りとすることができる。スパッタリング条件は、所望する膜厚や組成などによって、適宜、変更することができる。
(スパッタリングの条件)
スパッタ装置:ANELVA製C-7500L
スパッタパワー:DC500~1000W
(DCスパッタ不可なターゲットはRF500~1000W)
ガス圧:0.5Pa
基板加熱:室温
酸素濃度:0%、1%、2%
【0030】
その後、ITO膜に所定の酸化膜が形成された積層体をスパッタ装置から取り出した後、大気中、200~600℃でアニールを行ってITO膜を結晶化させる。アニール温度は、所望の抵抗率や透過率、基材の耐熱温度などを考慮して、適宜、決定することができる。アニール雰囲気については、大気に限らず、真空や窒素雰囲気でも良い。以上によって、本実施形態に係る積層体を製造することができる。
【0031】
酸化膜の形成に用いるスパッタリングターゲットとして、酸化膜と同組成のスパッタリングターゲットを使用することができるが、2種以上のスパッタリングターゲットを使用してコスパッタにより成膜することもできる。上記では、Zn-Ga-Si-Oスパッタリングターゲットを例示したが、Zn-Ga-Oスパッタリングターゲット、Zn-Si-O-スパッタリングターゲット、Ga-Si-Oスパッタリングターゲット、ZnOスパッタリングターゲット、Gaスパッタリングターゲット、SiOスパッタリングターゲット等を使用することができる。また、スパッタリングは、酸化膜の成膜に適した方法であるが、他の化学的或いは物理的な蒸着方法を用いてもよい。
【0032】
また、酸化膜の形成に用いるスパッタリングターゲットには、焼結助剤として、B、P、V、Sb、TeO、Tl、PbO、Bi、MoOが含まれていてもよい。これらの焼結助剤は低融点の酸化物であり、焼結温度を低くしても緻密な焼結体(スパッタリングターゲット)を作製することができる。焼結助剤の添加量は特に制限はないが、酸化膜用ターゲットの基本組成に対して、0.5wt%以上、3.0wt%以下とすることが好ましい。0.5wt%未満であると、焼結助剤として添加の効果が薄く、3.0wt%超とすると、酸化膜の特性に影響を及ぼす可能性があ
るためである。0.5wt%以上、3.0wt%以下であれば、酸化膜の良好な特性を維持したまま低温焼結が可能となる。
【0033】
本明細書中、積層体は、以下の方法によって、その特性を評価した。
(膜の表面抵抗について)
ITO膜に酸化膜を積層した積層体において、酸化膜側から表面抵抗を測定した。
方式:定電流印加方式
装置:NPS社製 抵抗率測定器 Σ-5+
方法:直流4探針法
高抵抗(100kΩ/sq.以上)の場合
方式:定電圧印加方式
装置:三菱化学アナリテック社製 高抵抗率計 ハイレスタ-UX
方法:MCC-A法(JIS K 6911)
リング電極プローブ:URS
測定電圧:1~1000V
【0034】
(膜の透過率について)
ITO膜に酸化膜を積層した積層体において、酸化膜側から透過率を測定した。
可視光平均透過率
装置:SHIMADZU社製 分光光度計 UV-2450、UV-2600
リファレンス:未成膜ガラス基板(EagleXG)
測定波長:380~780nm
ステップ:5nm
【0035】
(膜厚について)
装置:BRUKER製 触針式薄膜段差計 Dektak XT
【0036】
(膜の屈折率について)
装置:SHIMADZU社製 分光光度計 UV-2450
方法:透過率、表裏面反射率から算出
【0037】
(膜のキャリア濃度、キャリア移動度について)
ITO膜に酸化膜を積層した積層体において、酸化膜側からキャリア濃度及びキャリア移動度を測定した。
原理:ホール測定
装置:Lake Shore 8400型
【0038】
(膜の結晶質、アモルファス性について)
X線回折スペクトルにおいて、膜材料に起因する明瞭な回折ピークが確認された場合に結晶質膜と判断し、明瞭な回折ピークが見られず、ハローパターンのみの場合には、アモルファス膜と判断した。
原理:X線回折法
装置:リガク社製UltimaIV
管球:Cu-Kα線
管電圧:40kV
管電流:30mA
測定方法:2θ-θ反射法
測定範囲:20~90°
スキャン速度:8°/min
サンプリング間隔:0.02°
測定サンプル:膜厚300nm以上の単膜の膜面を測定した。
【実施例0039】
以下、実施例及び比較例に基づいて説明する。なお、本実施例はあくまで一例であり、この例によって何ら制限されるものではない。すなわち、本発明は特許請求の範囲によってのみ制限されるものであり、本発明に含まれる実施例以外の種々の変形を包含するものである。
【0040】
(参考例)
In:90wt%(83mol%)、SnO:10wt%(17mol%)から構成されるITO焼結体スパッタリングターゲットをスパッタ装置に取り付け、上記条件でスパッタリングを実施し、基板上に膜厚が100nmのITO膜を形成した。その後、220℃と550℃の異なる温度で、大気中、30分間アニールを実施した。以上により得られたITO膜について、表面抵抗及び可視光の平均透過率を測定した。その結果を表1に示す。なお、表中「as-depo」とあるのは、成膜後アニールを実施していない膜を意味する。
【0041】
表1から、ITO膜は、220℃でアニールすると、結晶化して表面抵抗が急激に低下したが、550℃でアニールすると、表面抵抗が上昇した。ITO膜では、R2/R1が1.0を超えており、低温アニール(220℃)と比較して、高温アニール(550℃)の場合、表面抵抗が上昇することが分かる。一方、アニールの温度を550℃とすると、透過率は90%以上まで向上した。
【0042】
(実施例1)
Zn-Ga-Si-O焼結体からなるスパッタリングターゲットをスパッタ装置に取り付けて、上記条件にてスパッタリングを実施し、参考例と同様の条件で作製したITO膜(膜厚100nm)上に膜厚が20nmの酸化膜(Zn-Ga-Si-O)を積層した。スパッタリングターゲットの組成(酸化物換算)はZnO:Ga、SiO=40:20:40(mol%)とした。その後、220℃と550℃の異なる温度で、大気中、30分間アニールを実施した。以上により得られた積層体について、表面抵抗及び可視光の平均透過率を測定した。その結果を表1に示す。
【0043】
表1の通り、積層体について、220℃でアニールすると、ITO膜が結晶化して抵抗率が急激に低下した。一方、ITO膜(単膜)とは異なり、550℃でアニールすると、抵抗率が低下した。R2/R1は1.0を大きく下回り、高温アニール(550℃)によって、表面抵抗が大幅に低下することが分かる。また、アニールの温度を550℃とすると、透過率は90%以上まで向上した。このようにITO膜と酸化膜を積層した積層体とすることにより、既存のITO膜では得られなかった低抵抗率かつ高透過率の実現を可能とした。
【0044】
(実施例2~23)
実施例1と同様に、ITO膜(膜厚100nm)上に膜厚が20nmの酸化膜(Zn-Ga-Si-O)を積層した。各実施例では、表1の通り、スパッタリングターゲットの組成(酸化物換算)及び成膜時の酸素濃度を調整した。また、実施例22、23においてスパッタリングターゲットに焼結助剤としてBを1.0wt%添加した。その後、220℃と550℃の異なる温度で、大気中、30分間アニールを実施した。以上により得られた積層体について、表面抵抗及び可視光の平均透過率を測定した。その結果を表1に示す。
【0045】
表1の通り、積層体について、一定温度以上でアニールすると、ITO膜が結晶化して
表面抵抗が急激に低下した。一方、ITO膜(単膜)とは異なり、550℃でアニールすると表面抵抗が低下した。R2/R1は1.0を大きく下回り、高温アニール(550℃)によって、表面抵抗が大幅に低下することが分かる。また、アニールの温度を550℃とすると、透過率は90%以上まで向上した。また、いずれの積層体においても、酸化膜はアモルファスを維持していた。このようにITO膜と酸化膜を積層した積層体とすることにより、ITO膜(単膜)では得られなかった低抵抗率かつ高透過率の実現を可能とした。
【0046】
(比較例1~4)
実施例1と同様に、ITO膜(膜厚100nm)上に膜厚が20nmの酸化膜(Zn-Ga-Si-O)を積層した。各比較例では、表1の通りにスパッタリングターゲットの組成(酸化物換算)及び成膜時の酸素濃度を調整した。その後、220℃と550℃の異なる温度で、大気中、30分間アニールを実施した。以上により得られた積層体について、表面抵抗及び可視光の平均透過率を測定した。その結果を表1に示す。
【0047】
表1の通り、積層体について、220℃でアニールすると、ITO膜が結晶化して表面抵抗が急激に低下した。一方、550℃でアニールすると、表面抵抗が上昇した。比較例では、いずれもR2/R1が1.0を超えており、低温アニール(220℃)と比較して、高温アニール(550℃)の場合、表面抵抗が上昇することが分かる。一方、550℃でアニールすると、透過率は90%以上まで向上した。
【0048】
実施例1~21、比較例1~4におけるスパッタリングターゲットの組成(酸化膜の組成に相当)と本発明の効果(低抵抗かつ高透過率)との関係を示す組成図を図1に示す。
【0049】
【表1】
【0050】
(実施例24~25)
表2の各種酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲットをスパッタ装置に取り付けて、上記条件にてスパッタリングを実施し、参考例と同様の条件で作製したITO膜(膜厚100nm)上に膜厚が20nmの酸化膜を積層した。このとき、表2に示すように、スパッタリングターゲットの組成(酸化物換算)を変化させた。その後、温度を変えて大気中にて30分間アニールを実施した。以上により得られた積層体について、表面抵抗及び可視光の平均透過率を測定した。その結果を表2に示す。なお、表中「as-depo
」とあるのは、成膜後、アニールを実施していない膜を意味する。
【0051】
表2の通り、積層体について、220℃でアニールすると、ITO膜が結晶化して抵抗率が急激に低下した。一方、ITO膜(単膜)とは異なり、550℃でアニールすると、表面抵抗が低下した。R2/R1は1.0を大きく下回り、高温アニール(550℃)によって、表面抵抗が大幅に低下することが分かる。また、アニールの温度を550℃とすると、透過率は90%以上まで向上した。また、いずれの積層体においても、酸化膜はアモルファスを維持していた。このようにITO膜と酸化膜を積層した積層体とすることにより、ITO膜(単膜)では得られなかった低抵抗かつ高透過率の実現を可能とした。
【0052】
(比較例5~10)
各種の酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲットをスパッタ装置に取り付けて、上記条件にてスパッタリングを実施し、参考例と同様の条件で作製したITO膜(膜厚100nm)上に膜厚が20nmの酸化膜を積層した。このとき、表2に示すように、スパッタリングターゲットの組成(酸化物換算)を変化させた。その後、温度を変えて大気中にて30分間アニールを実施した。以上により得られた積層体について、表面抵抗及び可視光の平均透過率を測定した。その結果を表2に示す。
【0053】
表2の通り、積層体について、220℃でアニールすると、ITO膜が結晶化して表面抵抗が急激に低下した。一方、550℃でアニールすると、表面抵抗が上昇した。比較例では、いずれもR2/R1が1.0を超えており、低温アニール(220℃)と比較して、高温アニール(550℃)の場合、表面抵抗が上昇することが分かる。一方、アニールの温度を550℃とすると、透過率は90%以上まで向上した。
【0054】
【表2】
【0055】
(実施例26~34)
Zn-Ga-Si焼結体からなるスパッタリングターゲットをスパッタ装置に取り付けて、上記条件にてスパッタリングを実施し、参考例と同様の条件で作製したITO膜上に酸化膜を積層した。このとき、各実施例において、ITO膜の膜厚と酸化膜の膜厚を変化させた。スパッタリングターゲットの組成(酸化物換算)はZnO:Ga、SiO=40:20:40(mol%)とした。
その後、温度を変えて大気中にて30分間アニールを実施した。以上により得られた積層体について、表面抵抗及び可視光の平均透過率を測定した。その結果を表3に示す。なお、表中「as-depo」とあるのは、成膜後、アニールを実施していない膜を意味する。
【0056】
表3の通り、積層体について、220℃でアニールすると、ITO膜が結晶化して表面抵抗が急激に低下した。一方、ITO膜(単膜)とは異なり、550℃でアニールすると表面抵抗が低下した。R2/R1は1.0を大きく下回り、高温アニール(550℃)によって、抵抗率が大幅に低下することが分かる。また、アニールの温度を550℃とすると、透過率は90%以上まで向上した。また、いずれの積層体においても、酸化膜はアモルファスを維持していた。このようにITO膜と酸化膜を積層した積層体とすることにより、ITO膜(単膜)では得られなかった低抵抗かつ高透過率の実現を可能とした。
【0057】
(比較例11~12)
Zn-Ga-Si焼結体からなるスパッタリングターゲットをスパッタ装置に取り付けて、上記条件にてスパッタリングを実施し、参考例と同様の条件で作製したITO膜上に酸化膜を積層した。このとき、各比較例において、ITO膜の膜厚と酸化膜の膜厚を変化させた。なお、スパッタリングターゲットの組成(酸化物換算)はZnO:Ga、SiO=40:20:40(mol%)とした。
その後、温度を変えて大気中にて30分間アニールを実施した。以上により得られた積層体について、表面抵抗及び可視光の平均透過率を測定した。その結果を表3に示す。
【0058】
表3の通り、積層体について、220℃でアニールすると、ITO膜が結晶化して表面抵抗が急激に低下した。一方、550℃でアニールすると、表面抵抗が上昇した。比較例では、いずれもR2/R1が1.0を超えており、低温アニール(220℃)と比較して、高温アニール(550℃)の場合、表面抵抗が上昇することが分かる。一方、アニールの温度を550℃とすると、透過率は90%以上まで向上した。
【0059】
【表3】
【産業上の利用可能性】
【0060】
本発明の積層体は、ITO膜(単膜)に比べて、低抵抗でかつ高透過率という優れた特性を得ることができる。また、本発明は、ITO膜に積層することで、簡便に良好な特性を備えた透明導電膜(積層体)を提供することができるという優れた効果を有する。本発明に係る積層体は、特に、高温でのアニールが可能なガラス基板やSi基板を用いるデバイス(フラットパネルディスプレイ、マイクロLED等)における透明導電膜として有用である。
図1
【手続補正書】
【提出日】2022-07-06
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ITO膜と酸化膜が積層した積層体であって、220℃で大気アニールを実施した場合の当該積層体の表面抵抗をR1とし、550℃で大気アニールを実施した場合の当該積層体の表面抵抗をR2としたとき、R2/R1≦1.0であることを特徴とする積層体。
【請求項2】
前記表面抵抗R1と表面抵抗R2との比R2/R1≦0.5であることを特徴とする請求項1に記載の積層体。
【請求項3】
220℃の大気アニールを実施した場合の当該積層体の可視光平均透過率が85%以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の積層体。
【請求項4】
550℃の大気アニールを実施した場合の当該積層体の可視光平均透過率が90%以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の積層体。
【請求項5】
前記ITO膜の屈折率をn1とし、前記酸化膜の屈折率をn2としたとき、n1>n2であることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の積層体。
【請求項6】
前記酸化膜は、アモルファスであることを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の積層体。
【請求項7】
前記酸化膜の膜厚が90nm未満であり、ITO膜の膜厚と前記酸化膜との膜厚との比(ITO膜の膜厚/酸化膜の膜厚)が15未満であることを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載の積層体。
【請求項8】
請求項1~7のいずれか一項に記載の積層体の製造方法であって、ITO膜に酸化膜を積層し、得られた積層体を200℃以上でアニールすることを特徴とする積層体の製造方法。