[发明专利]氧化镓－氧化锌类溅射靶、透明导电膜及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及可以得到能够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)类溅射靶(GZO类靶)及使用该靶的透明导电膜的形成方法以及由该方法形成的透明导电膜。 

背景技术

以往，作为透明导电膜，ITO(氧化铟中掺杂锡)膜透明且导电性优良，在液晶显示器、电致发光显示器等显示装置的透明电极(膜)或太阳能电池等的广泛用途中使用。但是，该ITO的主要成分铟价格昂贵，因此存在制造成本方面差的问题。 

由于这样的问题，提出了使用GZO膜作为ITO的替代品。该GZO是以氧化镓(Ga₂O₃)-氧化锌(ZnO)为主要成分的氧化锌类膜，因此具有价格便宜的优点。GZO膜已知存在由于主成分ZnO的氧缺乏而使导电性增加的现象，如果导电性和光透过性的膜特性与ITO近似，则有可能利用会增加。 

作为形成该GZO膜的方法，主要是通过溅射法进行，特别是从操作性和膜稳定性方面考虑，使用直流(DC)溅射或高频(RF)溅射或磁控管溅射法形成GZO膜。 

通过溅射法形成膜，是通过使Ar离子等正离子对阴极上设置的靶进行物理冲击，由该冲击能而释放出靶的构成材料，而在相对的阳极侧的衬底上层压与靶材料基本相同组成的膜来进行的。 

另外，利用该溅射法的被覆法，具有通过调节处理时间和供给电力等，可以以稳定的成膜速度形成从埃单位的薄膜至数十μm的厚膜的特征。 

关于用于形成这样的GZO膜的烧结体溅射靶或由其形成的透明导电膜，提出了几项技术。 

例如，专利文献1在其一部分中，作为不发生异常放电、并且可以形成具有稳定性的薄膜的氧化锌类烧结体靶，提出了一部分靶材料具有Ga₂O₃-ZnO靶烧结体，并且以选择性地添加了1～5重量％的氧化钛、氧化锗、氧化铝、氧化镁、氧化铟和氧化锡的氧化锌为主要成分的靶。 

在专利文献2中，作为不发生异常放电、并且可以形成具有稳定性的薄膜的GZO烧结体溅射靶，提出了通过使氧化锌与氧化镓的粉末的粒径微细至1μm以下、将烧结温度调节至1300～1550℃、以及在引入氧的同时进行烧结而提高密度的技术。 

在专利文献3中，作为长期异常放电发生少、透过率高并且电阻值低的GZO烧结体溅射靶，提出了添加3～7原子％的Ga、以及0.3～3原子％的选自Al、B、In、Ge、Si、Sn和Ti的第三元素的ZnO类烧结体。 

在专利文献4中，为了防止氧化锌与水反应而使得电特性、光学特性发生变化，提出了在由氢气和惰性气体组成的气氛中进行溅射的技术。 

一般而言，在形成GZO膜时特别成为问题的是伴随溅射的进行在靶表面的腐蚀部产生称为结核的微细突起物，进而由该结核引起的异常放电和飞溅使粗大粒子(颗粒)在溅射室内浮动并附着在形成的膜 上，成为使质量下降的原因。另外，上述异常放电会产生等离子体放电状态不稳定、不能稳定地成膜的问题。 

因此，在衬底上形成导电膜时，需要定期除去在溅射靶上产生的结核，这会产生显著降低生产率的问题，因此，需要结核产生少、并且不产生异常放电现象的靶。 

特别是最近具有显示器大型化的趋势，要求大面积的成膜，因此特别需要可以稳定成膜的靶。 

上述专利文献中指出了异常放电的问题，作为减少异常放电的措施，在如上所述的专利文献1中提出了选择性地添加1～5重量％的氧化钛、氧化锗、氧化铝、氧化镁、氧化铟和氧化锡，在专利文献3中提出了添加0.3～3原子％的选自Al、B、In、Ge、Si、Sn和Ti的第三元素。 

这些技术都是通过提高烧结体的密度、减少烧结体中的空隙来防止异常放电。但是，存在的问题是：即使通过这样的添加材料，烧结密度也不会充分上升，并且体积电阻值高。 

而且，虽然靶的制造工序有改善，但是制造工序的复杂化成为成本高的主要原因，并且在通过改良烧结方法或装置提高密度时，存在需要大型设备的问题，不能说是工业上有效的方法。 

另外，GZO烧结体靶存在下列缺点：根据烧结条件不同，体积电阻值及密度变化大并且缺乏稳定性，而且烧结时容易与给定器(セツタ一)等反应而产生组成偏差。