JP2002373527A

JP2002373527A - 透明電極膜及び同電極膜を形成するためのスパッタリングターゲット

Info

Publication number: JP2002373527A
Application number: JP2001182782A
Authority: JP
Inventors: Masataka Yahagi; 政隆矢作; Masakatsu Ubusawa; 正克生澤
Original assignee: Nikko Materials Co Ltd
Current assignee: Nippon Mining Holdings Inc
Priority date: 2001-06-18
Filing date: 2001-06-18
Publication date: 2002-12-26
Anticipated expiration: 2021-06-18
Also published as: JP4794757B2

Abstract

(57)【要約】【課題】良好な可視光の透過率とある程度の電気抵抗
を維持しながら、エッチング特性に優れた透明電極膜を
提供することにある。また、この透明電極膜を形成する
スパッタリングプロセスにおいて、ノジュールの形成や
異常放電を少なくすることができるターゲットを提供す
る。さらにターゲットの製造に際して、焼結性の高い粉
体を供給するための粉砕工程において、粉砕メディア
（ジルコニア）からの汚染（コンタミ）を無視できる組
成のターゲットを提供する。【解決手段】酸化インジウム中に酸化ジルコニウム５
重量％（超）〜１０重量％含有することを特徴とする透
明電極膜。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、タッチパネル等
に用いられる透明電極膜及び同電極膜を形成するための
スパッタリングターゲットに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＴＯ（インジウム−錫を主成分とする
複合酸化物：Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２）膜は液晶ディスプ
レーを中心とする表示デバイス等の透明電極（膜）とし
て広く使用されている。このＩＴＯ膜を形成する方法と
して、真空蒸着法やスパッタリング法など、一般に物理
蒸着法と言われている手段によって行われており、特に
操作性や膜の安定性からマグネトロンスパッタリング法
を用いて形成されている。スパッタリング法による膜の
形成は、陰極に設置したターゲットにＡｒイオンなどの
正イオンを物理的に衝突させ、その衝突エネルギーでタ
ーゲットを構成する材料を放出させて、対面している陽
極側の基板にターゲット材料とほぼ同組成の膜を積層す
ることによって行われる。スパッタリング法による被覆
法は処理時間や供給電力等を調節することによって、安
定した成膜速度でオングストローム単位の薄い膜から数
十μｍの厚い膜まで形成できるという特徴を有してい
る。

【０００３】ところで、現在最も多く使用されているＩ
ＴＯ系の透明電極膜は、可視光の透過率及び導電性には
優れているが、主として以下のような問題点がある。そ
の１つは、膜質が均一でなく、かつ回路形成時のエッチ
ング特性が悪いことである。近年ディスプレー装置や表
示入力装置においては、画素密度を増大させて緻密な画
面とすることが求められているが、これに伴って透明電
極パターンの緻密化が要求されている。例えば、液晶デ
ィスプレー装置においては配線幅が２０〜５０μｍとい
う細線に形成される部分もあり、高度のエッチング加工
性が要求されている。このようなＩＴＯの透明電極膜の
欠点を改善したものとして、ＩＸＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３−Ｚｎ
Ｏ）膜の提案がなされている。しかし、これはＩＴＯ膜
に比べエッチング性が著しく大きいが、導電性に劣り、
また酸やアルカリ等に対する耐薬品性あるいは耐水性等
が不十分であるという問題がある。さらに向上したエッ
チング性が災いとなって、オーバーエッチングとなる傾
向があり、必ずしも適切な材料とは言い難い面がある。

【０００４】その２の問題は、ＩＴＯ透明電極膜形成用
ターゲットに錫リッチ相が存在することである。この錫
リッチ相は後述するノジュールの発生原因となる。すな
わち、ＩＴＯ膜をスパッタリングにより形成する場合に
ノジュールと呼ばれる微細な突起物がターゲット表面の
エロージョン部に発生し、これにより異常放電やスプラ
ッシュを引き起こし、スパッタレートを低下させるとい
う問題である。さらに、このノジュールに起因する異常
放電やスプラッシュが原因となってスパッタチャンバ内
に粗大な粒子（パーティクル）が浮遊し、これが形成し
ている膜に付着して品質を低下させる原因となる。以上
から、実際の製造に際しては、ターゲットに発生したノ
ジュールを定期的に除去することが必要となり、これが
著しく生産性を低下させるという問題があり、ノジュー
ルの発生の少ないターゲットが求められている。

【０００５】その３の問題は、上記のような問題からノ
ジュールの低減方法として焼結体の密度を可能な限り上
げるために焼結体中の空孔を少なくすることが提案さ
れ、成形前の粉体を一層微粉にすることが求められた。
一般に、微粉砕はジルコニアビーズ及びジルコニアの内
壁をもつ容器を使用して行われているが、このような粉
砕メディアからの汚染（コンタミ）、すなわちジルコニ
アがターゲット材に混入するという問題があった。ま
た、一方では加圧状態での焼結が必要であり、密度をさ
らに上昇させるために設備をよりいっそう大型にする必
要があるという問題があり、さらに工業的にも効率の良
い方法とは言えなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の諸問
題点の解決、良好な可視光の透過率とある程度の電気抵
抗を維持しながら、エッチング特性に優れた透明電極膜
を提供することにある。また、この透明電極膜を形成す
るスパッタリングプロセスにおいて、ノジュールの形成
や異常放電を少なくすることができるターゲットを提供
する。さらにターゲットの製造に際して、焼結性の高い
粉体を供給するための粉砕工程において、粉砕メディア
（ジルコニア）からの汚染（コンタミ）を無視できる組
成のターゲットを提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、１．酸化インジウム中に酸化ジルコニウム５重量％
（超）〜１０重量％含有することを特徴とする透明電極
膜２．酸化インジウム中に酸化ジルコニウム５重量％
（超）〜１０重量％含有することを特徴とする透明電極
膜を形成するためのスパッタリングターゲットを提供す
る。３．ＥＰＭＡ観察によるジルコニウム相の径が５μｍ以
下であることを特徴とする上記２記載の透明電極膜を形
成するためのスパッタリングターゲット。

【０００８】

【発明の実施の形態】透明導電膜の導電性は、一般に面
積抵抗（Ω／□）で表され、通常５Ω／□程度という面
積抵抗が要求されており、上記のような液晶ディスプレ
ー画面に適用する場合においては液晶画面の高精細化と
ともにさらに低い面積抵抗が要求されている。面積抵抗
は比抵抗を透明導電膜の厚みで割った値で表される。し
たがって、透明導電膜の面積導電率は導電率（比抵抗の
逆数）と、膜厚の積で表現され、この導電率σ（Ω^−１
・ｃｍ^−１）は膜に含まれるキャリヤ（正孔又は電子）
の持つ電荷ｅ（クーロン）とキャリヤ移動度μ（ｃｍ^２
／Ｖ・ｓｅｃ）及びキャリヤ濃度ｎ（ｃｍ^−３）の積で
表される（σ（Ω^−１・ｃｍ^−１）＝ｅ・μ・ｎ）。し
たがって、透明導電膜の導電率を向上させ、比抵抗（抵
抗率とも云う）と面積抵抗とを低下させるためには、キ
ャリヤ移動度μ（ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ）及びキャリヤ濃
度ｎ（ｃｍ^−３）のいずれか一方又は双方を増大させれ
ばよい。

【０００９】このことから、キャリヤ濃度ｎを高めるた
めのドーパントとして、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）
に高濃度（〜５重量％まで）で固溶する酸化ジルコニウ
ム（ＺｒＯ_２）に着目した。この酸化ジルコニウムドー
パントは後述するように、良好な可視光の透過率と高導
電性を維持することができることが判明した。これにつ
いては、本発明者らは既に、特願２００１−０２５０７
８として提起している。他方、このことから酸化ジルコ
ニウム（ＺｒＯ_２）の含有量が５重量％を超え増加して
いくに伴って、得られる膜の比抵抗は高くなっていくこ
とが理解できる。したがって、ある程度高い比抵抗を有
する膜を得るためには、このジルコニウム濃度の調整が
有効であることが分かった。すなわち、このような比較
的高い比抵抗を有する膜は、タッチパネルの原料として
さらに有効である。また、この酸化ジルコニウムドーパ
ントは、耐酸性に関してＩＴＯの成分であるＳｎＯ_２程
高くないがＺｎＯ程卑ではなく、適度なエッチング特性
が得られるという優れた特長がある。

【００１０】さらに、本発明はターゲット中のジルコニ
ウム相の径を５μｍ以下とすることができる。なお、タ
ーゲット中では酸化インジウムと酸化ジルコニウムの複
合酸化物又は酸化インジウムへの固溶体として存在する
が、酸化ジルコニウムの濃度が５％近傍までは酸化ジル
コニウムが固溶し、その量が増えると固溶しきれずにＥ
ＰＭＡ観察によるジルコニウム相が析出してくる。この
ジルコニウム相はターゲット中では異相であり、これが
大きくなると長時間のスパッタリングにおいてはノジュ
ールの発生やアーキングの原因となり、極端な場合はス
パッタ膜の組成が不均一となる可能性もある。したがっ
て、このようなジルコニウム含有析出相を５μｍ以下と
し、均一分散させることによってノジュールの発生やア
ーキングを防止することができる。

【００１１】さらに、スパッタリング時の膜特性を左右
する要因として、上記に示すようにターゲットの密度が
挙げられ、ターゲットの密度が高いほど安定したスパッ
タリング特性と良好な膜が得られる。ターゲットの密度
を向上させるためには、成形前の粉体が細かければ細か
いほど良いことが知られている。酸化インジウムに加え
るドーパントとして上記の酸化ジルコニウム（ジルコニ
ア）を用いることができると同時に、酸化ジルコニウム
を微粉砕用のメディアとして用いる、即ちジルコニアビ
ーズやジルコニアライニングの容器を使用して粉砕する
ことができ、粉砕メディア自体が汚染源（コンタミ源）
とならないという大きな利点がある。これによって、粉
砕のレベルを向上させ、従来に比べてはるかに高純度で
かつ高密度のスパッタリングターゲットを得ることがで
きる。また、このような高密度ターゲットを使用するこ
とにより、ノジュールの発生を抑え、このノジュールに
起因する異常放電やスプラッシュが原因となって生ずる
パーティクルの発生を抑え、導電膜の品質低下を効果的
に抑制できるという特長を有する。

【００１２】

【実施例及び比較例】次に、本発明の実施例について説
明する。なお、本実施例はあくまで一例であり、この例
に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思
想の範囲内で、実施例以外の態様あるいは変形を全て包
含するものである。

【００１３】（実施例１〜３）酸化インジウム（Ｉｎ_２
Ｏ_３）粉に酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）粉を６、７、
８重量％となるように秤量した後、ジルコニア（ＺｒＯ
_２）ボール（ビーズ）を粉砕メディアとして用い、アト
ライタで混合・微粉砕を行い、メジアン径で０．８μｍ
の混合粉体スラリーを得た。なお、上記酸化ジルコニウ
ム粉を６、７、８重量％とした場合について、それぞれ
実施例１、２、３とする。このスラリーを造粒し、球状
の造粒粉を得た。さらにこの造粒粉をプレス成型し、さ
らにＣＩＰ（等方冷間プレス）を行った。そしてこの成
形体を酸素雰囲気中１６４０°Ｃの温度で４時間焼結を
行い、焼結体（以下、「ＩＺＯ焼結体」という。）を得
た。焼結密度は９９％以上に達した。この焼結体を研
削、切断を行い、所定形状のスパッタリング用ターゲッ
トに加工した。

【００１４】次に、このＩＺＯ焼結体ターゲットを用い
てガラス基板にＤＣスパッタにより、次の条件で透明電
極膜を形成した。スパッタガス：Ａｒ＋Ｏ_２スパッタガス圧：０．５Ｐａ電力量：６０Ｗ成膜速度：約３００Å／ｍｉｎこの場合のノジュールの発生量（被覆率）を測定した
が、本実施例のＩＺＯ焼結体におけるノジュールの被覆
率は１０％以下であった。

【００１５】また、成膜の比抵抗（Ω・ｃｍ）及び５５
０ｎｍでの透過率％の膜特性を調べ、その結果を表１に
示す。なお、表１においては室温、酸素濃度１％成膜時
の膜特性を示す。また、比較のために、同様の条件で作
製したＩＴＯ膜（比較例１）及びＩＸＯ膜（比較例２）
の比抵抗（Ω・ｃｍ）及び５５０ｎｍでの透過率％の膜
特性を表１に掲載した。この表１から明らかなように、
比抵抗は高くなり、透過率は本発明の実施例と比較例１
のＩＴＯとは殆ど遜色なく、本発明の実施例の良好な可
視光の透過率と高い比抵抗を示しているのが分かる。ま
た、酸化ジルコニウムの増加量とスパッタリングにより
得られた膜の比抵抗とはある程度相関があり、酸化ジル
コニウムの増加とともに膜の比抵抗が高くなる傾向が見
られた。一般に、ＩＴＯ膜に対して本発明のＩＺＯ焼結
体ターゲットを使用したＩＺＯ膜は基板温度を上げて成
膜した状態での膜特性には大差ないが、室温で成膜した
膜での特性がより優れているという結果が得られた。

【００１６】

【表１】

【００１７】実施例１〜３及び比較例１、２のターゲッ
ト中の酸化ジルコニウム濃度と密度の測定結果を表２に
示す。この表２に示されているように、実施例１〜３の
相対密度はいずれも９７％を超えており、酸化ジルコニ
ウム濃度の増加とともに相対密度は向上している。この
表に示していないが、酸化ジルコニウム濃度１０ｗｔ％
では、相対密度９８．７％に達した。これによって、均
一かつ品質に優れたスパッタ膜の形成が可能となる。こ
れに対し、比較例１及び２のターゲットの密度はそれぞ
れ９３％、８７％であり、本実施例よりも低く悪い結果
が得られた。そして、ノジュール被覆率は７０％に達し
た。さらに、酸化ジルコニウムの濃度が増した場合に、
固溶しきれずにジルコニウム相（酸化ジルコニウム相）
が析出してくる様子を観察した。図１は、酸化ジルコニ
ウム含有量６ｗｔ％のターゲット（実施例１）のＥＰＭ
Ａ観察結果（１０００倍）である。この図１では、ジル
コニウム相の径が１μｍ未満の微細な析出物が見られ
る。この程度の析出物は、スパッタリングの際のノジュ
ールやアーキングの発生はなく、またスパッタ膜の組成
が不均一となる虞もない。

【００１８】近年、器機の軽量化及びコスト削減からガ
ラス基板に替えてプラスチックシートやフイルムを使用
する傾向にある。プラスチックスは耐熱性に劣るので、
基板を加熱しない、あるいは低温での成膜が求められて
いる。したがって、上記のような室温又は低温での膜特
性に優れている本件発明の透明電極は、この目的に合致
し、優れた材料と言える。また、比較例１及び２では、
本実施例と同等の０．８μｍ以下までの粉砕を実施する
と、ジルコニアのコンタミが著しく増大しているのが確
認できた。

【００１９】

【表２】

【００２０】次に、上記実施例と比較例１及び２の透明
電極膜について、基板温度とエッチング速度との関係を
表３に示す。エッチャントはＨＣｌ：Ｈ_２Ｏ：ＨＮＯ_３
＝１：１：０．０８の混酸を用いた。表３から明らかな
ように、ＩＴＯである比較例１に対して、基板温度が室
温の場合及び２００°Ｃの場合、いずれも本実施例であ
るＩＺＯのエッチング速度が勝っていることが分かる。
特に基板温度が２００°Ｃの場合に、その差が著しい。
また、比較例２のＩＸＯでは室温のエッチング性は９２
７００Å／ｍｉｎ、２００°Ｃでは９０９００Å／ｍｉ
ｎと異常に高いが、反面オーバーエッチングになりやす
く、好ましくない。

【００２１】

【表３】

【００２２】

【発明の効果】良好な可視光の透過率とある程度の比較
的高い比抵抗を維持しながら、適度なエッチング性を備
えた透明電極膜を得るものであり、また透明電極膜を形
成するスパッタリングプロセスにおいて、高密度でノジ
ュール発生が少ない焼結体ターゲットを効率的に製造
し、これによってノジュールの発生に伴う生産性の低下
や品質の低下を抑制し、さらに粉砕メディアからの汚染
（コンタミ）を無視できるターゲットを得ることができ
るという優れた特長を有する。また、室温又は低温での
膜特性に優れており、液晶ディスプレー等の軽量化から
ガラス基板に替えて耐熱性に劣るプラスチックシートや
フイルムを基板とする場合に、特に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＥＰＭＡ観察によるジルコニウム相の析出物を
示す図である。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/285 Ｈ０１Ｌ 21/285 ＳＦターム(参考） 2H092 KB05 KB14 NA29 4K029 AA09 BA45 BA50 BC09 CA05 DC05 DC09 DC34 4M104 AA10 BB36 DD39 DD40 DD42 GG20 HH20 5B087 BC33 CC11 CC16 CC36 5G307 FB01 FC09 FC10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化インジウム中に酸化ジルコニウム５
重量％（超）〜１０重量％含有することを特徴とする透
明電極膜。
【請求項２】酸化インジウム中に酸化ジルコニウム５
重量％（超）〜１０重量％含有することを特徴とする透
明電極膜を形成するためのスパッタリングターゲット。
【請求項３】ＥＰＭＡ観察によるジルコニウム相の径
が５μｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の透
明電極膜を形成するためのスパッタリングターゲット。