[发明专利]氧化锌系透明导体及该透明导体形成用溅射靶以及该溅射靶的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及以氧化锌为主成分的氧化锌系透明导体及该透明导体 形成用溅射靶以及该溅射靶的制造方法。另外，这里所使用的透明导 体一词中包含透明导电膜。

背景技术

目前，作为平板显示器等的透明电极使用最多的材料是在氧化铟 (In₂O₃)中掺杂适量的锡(Sn)而得到的ITO(Indium Tin Oxide)。ITO成为 透明导体的主角的理由在于，ITO的电阻率低、在可见光范围内的透射 率高这些透明导体所要求的各种特性优于其它材料系的透明导体。

但是，ITO中所使用的原料铟(In)存在由于昂贵而使成品的成本增 加和伴随稀缺资源所造成的资源枯竭而产生的材料供给的问题，作为 ITO替代材料的开发，正在积极地进行以氧化锌为主成分的氧化锌系透 明导体的开发，但与ITO相比电阻率仍然存在相当大的不足。

其理由在于，迄今为止的绝大多数的氧化锌系透明导体材料的开 发方针都不过是单一掺杂剂的研究。即，其方针是从元素周期表中寻 找通过添加到作为母材的氧化锌中而成为释放电子的n型掺杂剂的元 素，具体而言，是在优选范围内掺杂例如具有比锌的价数2价大的原 子价的侯选元素来制造靶，并溅射成膜来评价膜的电阻率。

基于该开发方针，进行了具有3价(参照专利文献1)和4价(参照 专利文献按2)原子价的掺杂剂的研究，从而发现了各种候选掺杂剂， 其中最适合的有镓(Ga)和铝(Al)，但实际情况是，即使是添加了它们的 氧化锌系透明导体，现状中这些透明导体的电阻率也远不及ITO的电 阻率。

因此，近来除了向氧化锌中添加n型掺杂剂之外，开始尝试再添 加另1种类的元素或化合物。例如，专利文献3记载了通过在氧化锌 与具有正三价原子价的元素的氧化物中含有银而对透明导电膜的电阻 率化具有效果，但该方法中降低电阻率的效果不充分。

另外，专利文献4公开了通过在氧化锌中同时添加n型掺杂剂和 钴(Co)或钒(V)来控制化学特性而得到所希望的蚀刻速度的方法，但是 由该方法得到的氧化锌系膜的电阻率显示出随着添加的钴等的浓度的 增加而增大的现象，因而并不是以降低电阻率为目的的发明。

专利文献1：日本特开昭61-205619号公报

专利文献2：日本特开昭62-154411号公报

专利文献3：日本特开平9-320344号公报

专利文献4：日本特开2002-75062号公报

发明内容

如前所述，在不含有昂贵且存在资源枯竭可能的In原料的作为 ITO替代材料的氧化锌系透明导体的开发中，最佳单一掺杂剂的研究已 经达到极限，另外，即使仅考虑金属的电阻率比添加了n型掺杂剂的 氧化锌小这一理由而不考虑其它特性来进行添加，如果添加至高浓度， 则不仅电阻率不减小，而且会引起作为透明导体重要特性的透射率的 降低。

但是，另一方面，如果只添加为低浓度，则降低电阻率的效果不 充分。本发明是鉴于这种状况而进行的，其目的在于，提供具有与ITO 相当的低电阻率的氧化锌系透明导电膜。

本发明人为了解决上述问题而进行了潜心研究，结果得到如下见 解：对于添加至氧化锌中的金属，着眼于其与氧化锌的润湿性，选择 润湿性的相关参数为优选值的金属并将其添加至氧化锌中，由此能够 进一步降低氧化锌系透明导体的电阻率。

通过向氧化锌中添加n型掺杂剂而产生载流子，通过该载流子移 动而产生电流流动，为了减小电阻率，优选增大载流子浓度或增大迁 移率。但是，如果载流子浓度过高，则等离子体频率所规定的波长以 上的长波长范围中的膜的透射率降低。

目前，氧化锌系透明导体的载流子浓度已经达到接近可见光范围 的上限的程度，在此浓度以上的添加对增加载流子浓度没有效果，相 反，如果在此浓度以上添加n型掺杂剂，则不产生载流子，而成为中 性杂质散射的原因，使迁移率降低的不良影响增大。

因此，为了降低电阻率，提高迁移率是有效的，有为了改善结晶 性而在高温下成膜的方法，但成膜时的温度受到基板等的能够加热的 最高温度的限制，通常为约200℃，最高至300℃，不适合进行在此温 度以上的高温成膜。