[发明专利]氧化镓－氧化锌系溅射靶、透明导电膜的形成方法及透明导电膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种可以得到能维持良好的可见光透过率和导电性的透明导电膜的氧化镓(Ga₂O₃)-氧化锌(ZnO)系溅射靶(GZO系靶)及使用该靶形成透明导电膜的方法及由此形成的透明导电膜。

背景技术

一直以来，作为透明导电膜的ITO(在氧化铟中掺杂锡)膜透明且导电性优异，用于液晶显示器、电致发光显示器等显示设备的透明电极(膜)或太阳能电池等宽广范围的用途。但该ITO存在的问题在于，由于作为主要成分的铟价格昂贵，因此在制造成本方面处于劣势。

根据这种现状，有使用GZO膜作为ITO的替代品的提案。由于该GZO是以氧化镓(Ga₂O₃)-氧化锌(ZnO)为主要成分的氧化锌系膜，因此具有价格低廉的优点。已知GZO膜因作为主要成分的ZnO的氧缺损而有导电性增加的现象，只要其导电性和光透过性之类的膜特性接近ITO，其利用率就有可能增大。

作为形成该GZO膜的方法，主要是利用溅射法来形成该GZO膜，尤其是从操作性和膜的稳定性方面考虑，可利用直流(DC)溅射或高频(RF)溅射或磁控管溅射法来形成该GZO膜。

利用溅射法形成膜通过如下操作来进行，即，使Ar离子等正离子物理碰撞设置于阴极的靶，利用其碰撞能使构成靶的材料释放，将和靶材料大致同组成的膜层压在对置的阳极侧的基板上。

而且，利用该溅射法的被覆法的特征在于，通过调节处理时间、供给电力等，可以以稳定的成膜速度形成以埃为单位的薄膜至数十μm厚的膜。

有许多提案涉及用于形成这样的GZO膜的烧结体溅射靶或由此形成的透明导电膜。

例如，在专利文献1中提案的是，其一部分作为不产生异常放电、可以形成具有稳定性的薄膜的氧化锌系烧结体靶，其一部分靶材料中具有Ga₂O₃-ZnO靶烧结体，且选择性地添加有1～5重量％的氧化钛、氧化锗、氧化铝、氧化镁、氧化铟、氧化锡的以氧化锌为主要成分的靶。

在专利文献2中提案的是，作为不产生异常放电、可以形成具有稳定性的薄膜的GZO烧结体溅射靶，将氧化锌和氧化镓粉末作成粒径微细至1μm以下的粉末、将烧结温度调整为1300～1550℃、一边导入氧一边进行烧结而提高其密度的技术。

在专利文献3中提案的是，作为长期使用时异常放电发生少、透过率高而电阻值低的GZO烧结体溅射靶，添加有3～7原子％的Ga、0.3～3原子％的选自Al、B、In、Ge、Si、Sn、Ti中的第3元素的ZnO类烧结体。

在专利文献4中提案的是，为了防止氧化锌和水反应而使电特性、光学特性发生变化，在由氢气和惰性气体形成的氛围中进行溅射的技术。

一般情况下，形成GZO膜时特别成问题的是，随着溅射而在靶表面的侵蚀部产生被称为结核(nodule)的微细突起物，而且该结核引起的异常放电或喷溅会导致粗大的粒子(颗粒)飘浮在溅射室内，这些颗粒附着于形成的膜上而致使其品质下降。另外，上述异常放电导致等离子放电状态不稳定，还会产生无法稳定成膜的问题。

因而，在基板上形成导电膜时，必须定期除去溅射靶上产生的结核，这样一来会导致生产效率显著降低，因此，期待一种结核发生少、不发生异常放电现象的靶。

尤其是最近有显示器大型化的趋势，要求大面积成膜，因此，特别需要能稳定成膜的靶。

上述专利文献指出了异常放电的问题，作为减少异常放电的对策，如上所述的专利文献1中提出的是选择性地添加1～5重量％的氧化钛、氧化锗、氧化铝、氧化镁、氧化铟、氧化锡，在专利文献3中提出的是添加0.3～3原子％的选自Al、B、In、Ge、Si、Sn、Ti中的第3元素。

这些对策都是通过提高烧结体的密度、减少烧结体中的空孔来防止异常放电的。但是，即使利用这样的添加材料，也还存在烧结密度不能充分上升以及体积(bulk)电阻值高的问题。

另外，还有靶的制造工序的改善，复杂的制造工序是导致成本升高的主要原因，而且改良烧结方法或装置而使密度上升时，存在需要使设备大型化的问题，在工业上不能说是有效的方法。

综合来看，通过添加微量元素、即改变GZO烧结体的成分组成，对于提高靶的密度、防止形成结核、抑制异常放电现象及产生颗粒而言是简单有效的方法，但成分组成的改变有时会使靶的体积电阻值变差，而且烧结密度也不一定能得到改善，因此上述专利文献所示的例子还不能说是充分的对策。