JPH07224374A - スズドープ酸化インジウム膜の高抵抗化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】均一性に優れたスズドープ酸化インジウム膜を
得るＩＴＯ膜を提供する。 【構成】Ｓｎドープ量をＩｎに対して０．０５〜２．０
％、又は１０〜４０％で成膜し、酸素含有雰囲気にて２
００℃以上の温度で加熱処理、及び／又は加熱処理後、
酸素雰囲気下で冷却することによりＩＴＯ膜を得る。 【効果】２００〜３０００Ω／□の比較的高抵抗を有
し、リニアリティ値±２％以内の均一性に優れたＩＴＯ
膜が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスズドープ酸化インジウ
ム膜（以下、ＩＴＯと略す）の成膜方法に関するもので
あり、特にタッチパネルの透明電極として用いられるＩ
ＴＯ膜の高抵抗で均一性に優れた成膜方法に関する。

【従来の技術】

【０００２】ＩＴＯ膜は透明導電膜であり、ガラス基板
上に成膜したＩＴＯガラスは、例えば液晶ディスプレ
イ、エレクトロルミネッセンスディスプレイ、面発熱
体、タッチパネルの電極等に広く使用されている。この
様に広い分野で使用されると、使用目的によってＩＴＯ
膜の抵抗値は種々のものが要求される。すなわち、フラ
ットパネルディスプレイ用のＩＴＯ膜では低抵抗のもの
が要求されるが、タッチパネル用のＩＴＯ膜では逆に高
抵抗の膜が要求される。抵抗値をコントロールする方法
の中で最も普通に行われる方法は膜厚を変えることであ
った。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記のように膜厚を変
化させて抵抗値をコントロールすると、当然可視光透過
率が変化する。 シート抵抗＝比抵抗／膜厚 高抵抗ＩＴＯを得ようとする場合は膜厚を薄くする必要
があるが、通常の製法で成膜すると２００〜３０００Ω
／□のシート抵抗の膜を得るためには１０Å〜１００Å
の膜厚にする必要があるが、この場合は膜厚を均一にコ
ントロールするのは難しく、面内の抵抗値の均一性は悪
くなる傾向にある。また、可視光透過率を所定の値にし
ようとすると、膜厚が決定され、その膜厚で所定の抵抗
値の膜とするためには比抵抗をコントロールすることが
必要があった。

【０００４】ＩＴＯ膜が導電性を発現するメカニズム
は、酸化インジウム結晶中の微量の酸素欠陥と、Ｉｎ−
Ｏ結晶格子にＳｎが置換して生じる電子がキャリアとな
り、それが、電界中で移動することによる。従って、比
抵抗（ρ）はキャリア密度（ｎ）と移動度（μ）によっ
て決定され、次式が成り立つ。 ρ＝６．２４×１０¹⁸／（ｎ×μ） ・・・・・（１） ここで、ρ：Ωcm，ｎ：ｃｍ^-3，μ：ｃｍ² ／Ｖ・ｓｅ
ｃ である。

【０００５】ＩＴＯ膜の場合、通常３００Å以上の膜厚
では１００Ω／□以下のシート抵抗の膜となり、キャリ
ア密度として１０²⁰〜１０²¹、移動度として２０〜５
０、比抵抗は１×１０^-4〜３×１０^-4の値をとる。先に
述べたタッチパネル用のＩＴＯ膜の抵抗値は２００〜３
０００Ω／□程度のものが要求され、この場合、膜厚を
考慮すると、均一性に優れた膜を得るためには比抵抗値
は５×１０^-4以上が必要とされるが、この範囲での比抵
抗のコントロールは難しかった。

【０００６】また、最近開発されて市場の伸びが期待さ
れるペン入力タッチパネル用導電膜は、位置の認識精度
が高くなくてはならないことから、抵抗値の均一性優れ
た膜であることが要求される。抵抗値の均一性を評価す
る方法として、リニアリティ試験がある。これの方法は
透明導電膜の向かい合った２辺に銀ペースト等で低抵抗
の電極を作成し、両端の電極間の長さをＬ、印加電圧を
Ｖとする。透明導電膜の任意の点について、マイナス側
の電極からの距離をｌ、マイナス側の電極とその点の電
位差をｖとすると、（ｌ／Ｌ─ｖ／Ｖ）×１００の値を
リニアリティ（％）と定義する。リニアリティ値は位置
と電位のずれを定義する量であり、文字や図形を認識す
る目的で製作されるタッチパネルでは、通常、リニアリ
ティ値が±２％以内の透明導電膜が要求される。

【０００７】本発明は、前述の実情からみてなされたも
ので、シート抵抗値が２００〜３０００Ω／□であっ
て、かつ、均一性に優れたＩＴＯ膜を成膜する方法を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らはＩＴＯ膜を
高比抵抗化する方法について鋭意検討した結果、膜中ス
ズドープ量をインジウムに対し０．０５〜２．０重量％
或いは１０〜４０重量にすること、また、該方法と酸素
を含有雰囲気中で２００℃以上の温度で加熱処理を併用
することにより高抵抗な均一性に優れたＩＴＯ膜が得ら
れること、また、成膜後、酸素雰囲気下に冷却すると、
さらに高抵抗化ＩＴＯ膜が得られることを見いだし、本
発明を完成するに至った。以下、本発明を詳細に説明す
る。

【０００９】比抵抗をコントロールする方法は二通りあ
って、一つは（１）式のキャリア密度をコントロールす
る方法と、もう一つは移動度をコントロールする方法で
ある。キャリア密度をコントロールする方法としては酸
素欠陥量を変化させる方法と、スズドープ量を変化する
方法がある。酸素欠陥量は、雰囲気、温度によって変化
し、次式に示すように可逆的な反応を利用する。 In₂O₃→In₂O_3-X +X/2 O₂ →In₂O₃ ・・・・・（２） この反応は、高温で酸素を含む雰囲気においては酸素欠
陥量(X) が減少し、キャリア密度が減少するために高抵
抗化し、逆に高温、還元雰囲気又は非酸化性雰囲気では
酸素欠陥量が増加し、キャリア密度が増加するために低
抵抗化する。

【００１０】スズドープ量とキャリア密度の関係は、Ｓ
ｎ＝０のとき ｎ≒１０¹⁹であるが、Ｓｎが微量ドープ
されると飛躍的に増加し、Ｓｎ＝１重量％（Ｉｎ＝１０
０）のとき ｎ≒２×１０²⁰ となり、Ｓｎ＝３〜１０
重量％のとき最大値ｎ≒１０²¹ を示す。更にドープ量
が増加するとｎは単調減少する傾向を示し、Ｓｎ＝２０
重量％のとき ｎ≒５×１０²⁰となる。

【００１１】移動度（μ）はキャリア（電子又は正孔）
の動き易さに対応しており、主として、ＩＴＯ結晶性に
依存する量である。すなわち、結晶性が良好であって、
不純物が少なければキャリアの移動度は高い値となる
が、一方結晶性が悪く、結晶欠陥、転位、結晶粒界が多
いとキャリアがトラップされてしまうために低い値とな
る。また、不純物はキャリアの移動を阻害する大きな要
因であり、通常微量のドープで移動度に大きな影響を与
える。

【００１２】Ｓｎドープ量と移動度の関係は、Ｓｎ微量
ドープのとき移動度は４０以上の高い値を示すが、２重
量％以上のドープ量では単調に減少し、１０重量％以上
では３０以下の値となってしまう。

【００１３】これらの検討結果より、２００〜３０００
Ω／□でリニアリティ値が２％以内の均一性に優れたＩ
ＴＯ膜を得る方法として、Ｓｎドープ量をコントロール
する方法を見出した。すなわち、均一性を良くするには
１００Å以上の膜厚が必要であり、このとき比抵抗は３
×１０^-4以上の値でコントロールしなければならない。
すなわち、第一の方法として、Ｓｎドープ量がＩｎに対
して０．０５〜２．０重量％であるＩＴＯ膜とするこ
と、第二の方法としてＳｎドープ量がＩｎに対し１０〜
４０重量％であるＩＴＯ膜とすることで高抵抗の膜とな
る。

【００１４】Ｓｎドープ量がＩｎに対して０．０５〜
２．０重量％の膜は、キャリア密度が低く移動度が高い
膜であり、Ｓｎドープ量を０．０５％以内の精度でコン
トロールすることで面内シート抵抗の均一な膜が得られ
る。Ｓｎドープ量が０．１〜１．５重量％の範囲では次
の近似式により比抵抗（ρ）を推定することができる。 ｌｏｇρ＝−２．８３−０．４Ｘ ・・・・・（３） 但し、ρ：Ωcm Ｘ：Ｉｎに対するＳｎのｗｔ％

【００１５】Ｓｎドープ量がＩｎに対して１０〜４０重
量％の膜は、キャリア密度が約５×１０²⁰個/cm³であ
り、移動度は３０以下の値をとり、比抵抗は５〜８×１
０^-4Ωcmの値となる。この場合Ｓｎドープ量は数％オー
ダーの精度で良く、微量ドープの場合に比べてドープ量
の許容範囲が広く成膜し易い条件である。しかしなが
ら、このＳｎドープ量で８×１０^-4Ωcm以上の比抵抗を
得たい場合は、酸素欠陥量のコントロールにより、高比
抵抗化する必要がある。すなわち、成膜したＩＴＯ膜
を、酸素を含む雰囲気中で２００℃以上に加熱すること
で比抵抗をより増加することができる。２５０℃×３０
分の処理で約１．５倍、３００℃×３０分で約２倍、３
５０℃×３０分で約２．５倍に増加するので最終的な比
抵抗のコントロールが可能となる。

【００１６】ＩＴＯ膜を成膜する方法としては、一般に
知られている方法を採用できる。すなわち、スパッター
法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法、化学
気相成膜法（ＣＶＤ法）、パイロゾル法等において、Ｉ
ＴＯ膜中に前記の量Ｓｎがドープされるよう成膜するこ
とで、高抵抗ＩＴＯ膜が成膜される。得られる膜の透明
性、化学エッチングのし易さなど成膜方法によって条件
は異なるが、一般的にＬＣＤ用の低抵抗ＩＴＯ膜を成膜
する条件でＳｎのドープ量を変えることで対処すること
が可能である。

【００１７】すなわち、スパッター法では、ターゲット
のＳｎ組成を変え、電子ビーム蒸着法、イオンプレーテ
ィング法ではペレットのＳｎ組成を変え、ＣＶＤ法、パ
イロゾル法では原料中のＳｎ組成を変えれば良い。その
結果いずれの方法を用いて成膜しても、高抵抗の所定の
値にコントロールされたＩＴＯ膜が得られる。

【００１８】また、Ｓｎドープ量が１０〜４０重量％の
ＩＴＯ膜で８×１０^-4Ωｃｍ以上の比抵抗を得たい場合
は、スパッター法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーテ
ィング法の場合は、成膜終了と共に、真空の成膜室に酸
素を含むガスを導入し、所定時間２００℃以上の温度で
処理することにより、均一性の良好な高抵抗ＩＴＯ膜を
得ることができる。ＣＶＤ法、パイロゾル法の場合は成
膜終了後、酸素含有ガスを成膜室に導入し、所定時間２
００℃以上の温度で処理することにより、均一性の良好
なシート抵抗値２００〜３０００Ω／□、かつ、リニア
リティ値±２％以内のＩＴＯ膜を得ることができる。な
お、Ｓｎドープ量が０．０５〜２．０重量％の場合も同
様にして処理することもできる。

【００１９】通常の方法で得られるＩＴＯ膜の比抵抗は
３×１０^-4Ωｃｍ以下であり、２００〜３０００Ω／□
の抵抗の膜を得るためには、極端に膜厚を薄くしなけれ
ばならず、このため均一性の悪い膜しか得られなかっ
た。本発明はＳｎドープ量を０．０５〜２．０重量％又
は１０〜４０重量％にする方法であり、簡単に均一性の
良好な高抵抗の膜を得ることができる。

【００２０】

【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。ただし、本発明はこれらに何ら限定されるもの
ではない。 実施例１ 平均粒径０．２μm のＩｎ₂ Ｏ₃ 粉末と平均粒径０．６
μm のＳｎＯ₂ 粉末とをＩｎに対して０．４重量％にな
るよう配合し、ボールミル中で５時間粉砕した後、この
混合粉末を８００℃、４００Kg/cm²の条件でホットプレ
スして焼結体を得た。これをターゲットとして用い、ス
パッター成膜を行った。

【００２１】スパッター条件は、ＲＦスパッター装置を
用い、ガラス基板上に成膜した。ガラス基板は厚さ１ｍ
ｍで３０ｃｍ角のソーダライムガラス上に８００ÅのＳ
ｉＯ₂ 膜がコートされたものを用いた。ＲＦ出力２００
Ｗ，ガス組成はＡｒ：Ｏ₂ ＝９８：２、基板温度＝３０
０℃、成膜時間４分で行った。

【００２２】得られたＩＴＯ膜は、膜中のＳｎをＩＣＰ
発光分光法で分析したところ０．３重量％であり、膜厚
２５０Å、シート抵抗４５０Ω／□、比抵抗１．１×１
０^-3Ωcmであった。また、シート抵抗の均一性は±２５
Ω／□以内であり、リニアリティ値は、±１．１％以内
であり良好な膜であった。

【００２３】実施例２ 実施例１において、ＳｎＯ₂ 粉末の量を３０重量％にし
て焼結体を作製した。これをターゲットとして実施例１
と同じ条件でスパッター成膜を行った。得られたＩＴＯ
膜は、膜中のＳｎをＩＣＰ発光分光法で分析したところ
２４．６重量％であり膜厚２２０Å、シート抵抗３５０
Ω／□、比抵抗７．７×１０^-4Ωｃｍであった。また、
シート抵抗の均一性は±２０Ω／□以内、リニアリティ
値は±１．２％以内であり良好な膜であった。

【００２４】実施例３ 実施例１において、ＳｎＯ₂ 粉末の量を０．０８重量％
にして焼結体を作製した。これをターゲットとして、成
膜時間を３分とした以外は実施例１と同じ条件でスパッ
ター成膜を行った。得られたＩＴＯ膜は、膜中のＳｎを
ＩＣＰ発光分光法で分析したところ、０．０６５重量％
であり、膜厚１４０Å、シート抵抗１５００Ω／□、比
抵抗２．１×１０^-3Ωｃｍであった。また、シート抵抗
の均一性は±１２０Ω／□、リニアリティ値は±１．５
％以内であり良好な膜であった。

【００２５】実施例４ 実施例３と同様の成膜条件で成膜を行ったのち、空気を
導入しながら冷却した。得られたＩＴＯ膜は、膜中のＳ
ｎをＩＣＰ発光分光法で分析したところ、０．０６５重
量％であり、膜厚１４０Å、シート抵抗２６００Ω／
□、比抵抗３．６４×１０^-3Ωｃｍであった。また、シ
ート抵抗の均一性は±２２１Ω／□、リニアリティ値は
±１．６％以内であり良好な膜であった。

【００２６】実施例５ 実施例３において、ＳｎＯ₂ 粉末の量を３５重量％にし
て焼結体を作製した。これをターゲットとして実施例３
と同じ条件でスパッター成膜を行った。得られたＩＴＯ
膜は、膜中のＳｎをＩＣＰ発光分光法で分析したとこ
ろ、３１．０重量％であり、膜厚１５０Å、シート抵抗
６５０Ω／□、比抵抗９．７５×１０^-4Ωｃｍであっ
た。また、シート抵抗の均一性は±３３Ω／□、リニア
リティ値は±１．０％以内であり良好な膜であった。

【００２７】実施例６ 実施例５と同様の成膜条件で成膜を行ったのち、空気を
導入しながら冷却した。得られたＩＴＯ膜は、膜中のＳ
ｎをＩＣＰ発光分光法で分析したところ、３１．５重量
％であり、膜厚１５０Å、シート抵抗１３６０Ω／□、
比抵抗２．０×１０^-3Ωｃｍであった。また、シート抵
抗の均一性は±９５Ω／□、リニアリティ値は±１．１
％以内であり良好な膜であった。

【００２８】実施例７ 超音波霧化による常圧ＣＶＤ法（パイロゾル成膜法）に
よりＩＴＯ膜を成膜するに際し、インジウム原料として
ＩｎＣｌ₃ のメチルアルコール溶液を使用した。濃度は
０．１５ｍｏｌ／ｌで、ドープ用錫原料としてＳｎＣｌ
₄ のメチルアルコール溶液（濃度は０．２ｍｏｌ／ｌ）
を用い、Ｉｎに対して０．６５重量％Ｓｎを添加した溶
液を調製した。基板には厚さ１ｍｍで３０ｃｍ角のソー
ダライムガラス上に１０００ÅのＳｉＯ₂ 膜がコートさ
れたものを用いた。パイロゾル成膜装置に基板をセット
し５００℃に加熱し、超音波により２ｍｌ／ｍｉｎ霧化
させ基板に導入し、２分間成膜したのち、窒素雰囲気下
で冷却した。

【００２９】得られたＩＴＯ膜は、膜中のＳｎをＩＣＰ
発光分光法で分析したところ０．５重量％であり、膜厚
２００Å、シート抵抗４００Ω／□、比抵抗８．０×１
０^-4Ωcmであった。また、シート抵抗の均一性は±２０
Ω／□、リニアリティ値は±０．９％以内であり良好な
膜であった。

【００３０】実施例８ 実施例７においてＳｎを２５重量％添加した溶液を調製
し、実施例７と同様の条件で成膜を行った。得られたＩ
ＴＯ膜は、膜中のＳｎが１９．６重量％であり、膜厚２
４０Å、シート抵抗２７０Ω／□、比抵抗６．５×１０
^-4Ωcmであった。この膜を空気雰囲気中で電気炉にて３
００℃３０分加熱処理を行ったところ、シート抵抗４９
０Ω／□、比抵抗１．２×１０^-3Ωｃｍに増加した。ま
た、シート抵抗の均一性は±３０Ω／□、リニアリティ
値は±０．８％以内であった。

【００３１】実施例９ 実施例７においてＳｎを０．０６重量％添加した溶液を
調製し、成膜時間を１．５分とした以外は実施例７と同
様の条件で成膜を行い、窒素雰囲気下に冷却した。得ら
れたＩＴＯ膜は、膜中のＳｎが０．０５８重量％であ
り、膜厚１５０Å、シート抵抗１３００Ω／□、比抵抗
１．９５×１０^-3Ωｃｍであった。また、シート抵抗の
均一性は±９１Ω／□、リニアリティ値は±１．１％以
内であった。

【００３２】実施例１０ 実施例９と同様にして成膜後、空気雰囲気下で冷却し
た。得られたＩＴＯ膜は、膜中のＳｎが０．０５８重量
％であり、膜厚１５０Å、シート抵抗２１００Ω／□、
比抵抗３．１５×１０^-3Ωｃｍであった。また、シート
抵抗の均一性は±１６８Ω／□、リニアリティ値は±
１．３％以内であった。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、膜中のＳｎドープ量を
コントロールすることで比較的容易に均一性の良好な２
００Ω〜３０００Ω／□のシート抵抗、リニアリティ値
±２％以内のＩＴＯ膜を得ることができる。また、膜中
のＳｎドープ量コントロールに加えて、酸素含有雰囲気
中で２００℃以上の温度で加熱処理したり、冷却時に空
気を導入することによって、より高抵抗の膜を得ること
ができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】膜中のスズ含有量がインジウムに対して、
   ０．０５〜２．０重量％又は１０〜４０重量％であるこ
   とを特徴とするスズドープ酸化インジウム膜。
2. 【請求項２】請求項１記載のスズドープ酸化インジウム
   膜の成膜後、酸素を含む雰囲気中で２００℃以上の温度
   で加熱処理することを特徴とするスズドープ酸化インジ
   ウム膜の成膜方法。
3. 【請求項３】シート抵抗値が２００〜３０００Ω／□、
   リニアリティ値が±２％以内であることを特徴とする請
   求項１に記載のスズドープ酸化インジウム膜。