JP6946770B2 - Composite oxide transparent conductive film and base material with transparent conductive film - Google Patents
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Description
本発明は、複合酸化物透明導電膜及び透明導電膜付基材に関するものである。 The present invention relates to a composite oxide transparent conductive film and a substrate with a transparent conductive film.
現状の素子または電子機器において、特にタッチパネル付ディスプレイなどでは、素子構造を根本的に変更して、ディスプレイ内部にタッチパネルを組み込んだ一つの素子とすることにより、より軽量化、薄型化を可能にする試みが検討されている(例えば、特許文献1参照)。 In the current elements or electronic devices, especially in displays with touch panels, the element structure is fundamentally changed to make one element with a touch panel inside the display, which makes it possible to make the device lighter and thinner. Attempts are being considered (see, for example, Patent Document 1).
こうした動きの中で、現状の透明導電膜からなるタッチパネルを上記ディスプレイに用いる場合、有機物と接した基材もしくは有機物を含有した基材のような樹脂基材上に製膜する機会が生じたことで、製造におけるプロセス温度がより低く制限されるようになった。樹脂基板を用いて、200℃程度のプロセス温度で抵抗の低い透明導電膜を製膜することはできるが(例えば、特許文献2参照)、上記の素子構造では、液晶などの分子が分解しない温度、例えば170℃以下の温度で低抵抗が達成できる透明導電膜が必要とされている。さらに近年では、耐熱性が比較的乏しい有機基材を用いた場合には、150℃以下で低抵抗化が可能な透明導電膜が求められており、より低温で低抵抗が達成されるという技術への需要が高まっている。 In such a movement, when the current touch panel made of a transparent conductive film is used for the display, there is an opportunity to form a film on a resin base material such as a base material in contact with an organic substance or a base material containing an organic substance. As a result, the process temperature in manufacturing has been restricted to a lower level. A transparent conductive film having low resistance can be formed by using a resin substrate at a process temperature of about 200 ° C. (see, for example, Patent Document 2), but in the above element structure, a temperature at which molecules such as liquid crystal do not decompose. For example, a transparent conductive film capable of achieving low resistance at a temperature of 170 ° C. or lower is required. Furthermore, in recent years, when an organic substrate having relatively poor heat resistance is used, a transparent conductive film capable of lowering resistance at 150 ° C. or lower has been required, and a technique for achieving low resistance at lower temperatures. Demand for
本発明の目的は、150℃以下の低温プロセスにおいて、有機物と構造上不可分な基材もしくは有機基材上においても低抵抗を達成できる酸化物透明導電膜、当該酸化物透明導電膜付基材及びそれらの製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is an oxide transparent conductive film capable of achieving low resistance even on a substrate structurally inseparable from an organic substance or an organic substrate in a low temperature process of 150 ° C. or lower, the substrate with the oxide transparent conductive film, and the substrate. The purpose is to provide a method for producing them.
このような状況に鑑み、本発明者等は鋭意検討の結果、低温プロセスにおいても低抵抗を示す酸化物透明導電膜、当該酸化物透明導電膜付基材及びそれらの製造方法を見出した。 In view of such a situation, as a result of diligent studies, the present inventors have found an oxide transparent conductive film showing low resistance even in a low temperature process, the base material with the oxide transparent conductive film, and a method for producing them.
すなわち、本発明は、
[1]インジウムと、周期表4〜5族元素から選ばれる1種類以上の元素Mを含み、インジウムをIn、水素をHとしたときに、水素を以下の範囲で含有しており、
11at%≦ H/(In+M+H) ≦30at%
波長350nmから800nmの領域における波長をλ、薄膜の屈折率をn、消衰係数をkとしたときに、n2−k2で定義される誘電パラメーターDが以下の式の範囲内であることを特徴とする酸化物透明導電膜。
2.2+0.5568exp(−(λ−350)/31.60))+
3.5853exp(−(λ−350)/645.72))≦ D ≦
3.0+0.5568exp(−(λ−350)/31.60))+
3.5853exp(−(λ−350)/645.72))
[2]元素Mが、Hfであることを特徴とする[1]に記載の酸化物透明導電膜。
[3]元素Mが、HfとTaであることを特徴とする[1]に記載の酸化物透明導電膜。
[4]有機物と構造上不可分な基材もしくは有機基材上に、[1]乃至[3]のいずれかに記載の酸化物透明導電膜を積層した酸化物透明導電膜付基材。
[5]スパッタリング法で酸化物透明導電膜を製造する方法であって、導入ガス圧をP(Pa)としたときの製膜チャンバーの真空度を6.0×10−5≦ P ≦7.0×10−4Paとし、放電電力をW(W/cm2)、導入ガスの流量をF(sccm)としたときに、
0.1≦ W/(P2×F) ≦0.25
を満たすように製膜することを特徴とする[1]乃至[3]のいずれかに記載の酸化物透明導電膜の製造方法。
に関するものである。
That is, the present invention
[1] Indium and one or more elements M selected from the elements of Groups 4 to 5 of the periodic table are contained, and when indium is In and hydrogen is H, hydrogen is contained in the following range.
11 at% ≤ H / (In + M + H) ≤ 30 at%
When the wavelength in the wavelength region of 350 nm to 800 nm is λ, the refractive index of the thin film is n, and the extinction coefficient is k, the dielectric parameter D defined by n 2- k 2 is within the range of the following equation. An oxide transparent conductive film characterized by.
2.2 + 0.5568exp (-(λ-350) /31.60)) +
3.5853exp (-(λ-350) /645.72)) ≤ D ≤
3.0 + 0.5568exp (-(λ-350) /31.60)) +
3.5853exp (-(λ-350) /645.72))
[2] The oxide transparent conductive film according to [1], wherein the element M is Hf.
[3] The oxide transparent conductive film according to [1], wherein the elements M are Hf and Ta.
[4] A base material with an oxide transparent conductive film in which the oxide transparent conductive film according to any one of [1] to [3] is laminated on a base material that is structurally inseparable from an organic substance or an organic base material.
[5] A method for producing an oxide transparent conductive film by a sputtering method, in which the degree of vacuum of the film forming chamber when the introduced gas pressure is P (Pa) is 6.0 × 10 −5 ≦ P ≦ 7. When 0 × 10 -4 Pa, the discharge power is W (W / cm 2 ), and the flow rate of the introduced gas is F (sccm).
0.1 ≤ W / (P 2 x F) ≤ 0.25
The method for producing an oxide transparent conductive film according to any one of [1] to [3], which comprises forming a film so as to satisfy the above conditions.
It is about.
以下に、本発明の詳細を説明する。 The details of the present invention will be described below.
本発明の酸化物透明導電膜は、インジウムと、周期表4〜5族元素から選ばれる1種類以上の元素Mを含み、インジウムをIn、水素をHとしたときに、水素を以下の範囲で含有しており、
11at%≦ H/(In+M+H) ≦30at%
波長350nmから800nmの領域における波長をλ、薄膜の屈折率をn、消衰係数をkとしたときに、n2−k2で定義される誘電パラメーターDが以下の式の範囲内であることを特徴とする。
2.2+0.5568exp(−(λ−350)/31.60))+
3.5853exp(−(λ−350)/645.72))≦ D ≦
3.0+0.5568exp(−(λ−350)/31.60))+
3.5853exp(−(λ−350)/645.72))
上記式で表される領域を、横軸を波長(nm)としてプロットすると図1のようになる。
The oxide transparent conductive film of the present invention contains indium and one or more elements M selected from the elements of Groups 4 to 5 of the periodic table, and when indium is In and hydrogen is H, hydrogen is contained in the following range. Contains and
11 at% ≤ H / (In + M + H) ≤ 30 at%
When the wavelength in the wavelength region of 350 nm to 800 nm is λ, the refractive index of the thin film is n, and the extinction coefficient is k, the dielectric parameter D defined by n 2- k 2 is within the range of the following equation. It is characterized by.
2.2 + 0.5568exp (-(λ-350) /31.60)) +
3.5853exp (-(λ-350) /645.72)) ≤ D ≤
3.0 + 0.5568exp (-(λ-350) /31.60)) +
3.5853exp (-(λ-350) /645.72))
The region represented by the above equation is plotted with the wavelength (nm) on the horizontal axis as shown in FIG.
また、以下の式の範囲内となることがより好ましい。
2.2+0.5568exp(−(λ−350)/31.60))+
3.5853exp(−(λ−350)/645.72))≦ D ≦
2.6+0.5568exp(−(λ−350)/31.60))+
3.5853exp(−(λ−350)/645.72))
上記式で表される領域を、横軸を波長(nm)としてプロットすると図1のようになる。
Further, it is more preferable that the content is within the range of the following formula.
2.2 + 0.5568exp (-(λ-350) /31.60)) +
3.5853exp (-(λ-350) /645.72)) ≤ D ≤
2.6 + 0.5568exp (-(λ-350) /31.60)) +
3.5853exp (-(λ-350) /645.72))
The region represented by the above equation is plotted with the wavelength (nm) on the horizontal axis as shown in FIG.
波長350nmから800nmの領域において、誘電パラメーターDが上述の式の範囲内とすることにより、移動度が高く、近赤外領域の透過率が高い透明導電膜とすることができる。なお、誘電パラメーターDは分光エリプソメーター等を用いて測定することができ、実際の素子に用いられている透明導電膜に関しては、透明導電膜が積層膜内に埋没した状態においても走査型電子顕微鏡(SEM)と透過型電子顕微鏡(TEM)による構造解析と分光エリプソメトリーを組み合わせることにより測定することも可能である。 By setting the dielectric parameter D within the range of the above formula in the wavelength region of 350 nm to 800 nm, a transparent conductive film having high mobility and high transmittance in the near infrared region can be obtained. The dielectric parameter D can be measured using a spectroscopic ellipsometer or the like, and the transparent conductive film used in the actual element is a scanning electron microscope even when the transparent conductive film is embedded in the laminated film. It is also possible to measure by combining structural analysis by (SEM) and a transmission electron microscope (TEM) and spectroscopic ellipsometry.
薄膜は酸化インジウムを主成分とし、かつ添加元素として周期表4〜5族元素(元素M)及び水素を含有する。また、元素Mとして2種類以上の元素を用いることも電気抵抗を低くできるため好ましい。元素Mに2種類以上の元素を用いる場合は、4族元素を多めに添加することがより好ましい。 The thin film contains indium oxide as a main component and contains elements of Groups 4 to 5 (element M) of the periodic table and hydrogen as additional elements. It is also preferable to use two or more kinds of elements as the element M because the electric resistance can be lowered. When two or more kinds of elements are used for the element M, it is more preferable to add a large amount of Group 4 elements.
また、酸化インジウムに元素Mを加える際に、インジウムをIn、元素MをMとしたときに、原子比での含有比率は、0.5at%≦ M/(In+M)であることが、電気抵抗を下げるために好ましい。低温プロセスで電気抵抗を低く抑えるためには、0.5at%≦ M/(In+M) ≦3.5at%がより好ましく、1at%≦ M/(In+M) ≦3at%であることがさらに好ましい。最も好ましくは2.2at%≦ M/(In+M) ≦3.0at%である。また、これらの添加元素のなかで4族元素と5族元素を同時に用いる場合には、インジウム、4族元素及び5族元素をそれぞれIn、M4及びM5としたときに、原子比で0.2at%≦ M4/(In+M4+M5) ≦3.0at%、0.02at%≦ M5/(In+M4+M5) ≦1.3at%であることが好ましい。さらに、M4とM5の比率(M4/M5)は1.6≦ (M4/M5) ≦3.0である場合が好ましい。 Further, when the element M is added to indium oxide, when indium is In and the element M is M, the content ratio in atomic ratio is 0.5 at% ≤ M / (In + M). Preferred for lowering. In order to keep the electrical resistance low in the low temperature process, 0.5 at% ≤ M / (In + M) ≤ 3.5 at% is more preferable, and 1 at% ≤ M / (In + M) ≤ 3 at% is further preferable. Most preferably, 2.2 at% ≤ M / (In + M) ≤ 3.0 at%. When group 4 and group 5 elements are used at the same time among these additive elements, the atomic ratio is 0.2 at when indium, group 4 and group 5 elements are set to In, M4 and M5, respectively. % ≤ M4 / (In + M4 + M5) ≤ 3.0 at%, 0.02 at% ≤ M5 / (In + M4 + M5) ≤ 1.3 at%. Further, the ratio of M4 to M5 (M4 / M5) is preferably 1.6 ≦ (M4 / M5) ≦ 3.0.
なお、本発明においては、不可避的な微量の不純物の混入は問わない。 In the present invention, unavoidable trace amounts of impurities may be mixed.
また、このとき膜中に含まれる水素の含有量は、以下の範囲であることが必要である
11at%≦ H/(In+M+H) ≦30at%
好ましくは、以下の範囲であり、
13at%≦ H/(In+M+H) ≦24at%
さらに好ましくは、以下の範囲である
13at%≦ H/(In+M+H) ≦22at%。
At this time, the content of hydrogen contained in the membrane must be in the following range: 11 at% ≤ H / (In + M + H) ≤ 30 at%.
The range is preferably as follows:
13 at% ≤ H / (In + M + H) ≤ 24 at%
More preferably, the range is 13 at% ≤ H / (In + M + H) ≤ 22 at%.
膜中の水素含有量を制御する方法としては、特に制限されるものではないが、水素ガスのプロセスガス中への導入、製膜時におけるチャンバーの真空度、基板やチャンバー中の吸着水などを利用することができる。また、製膜時におけるスパッタ電力とガス圧、ガス流量によって、膜中の水素含有量を変化させることも可能である。 The method for controlling the hydrogen content in the membrane is not particularly limited, but the introduction of hydrogen gas into the process gas, the degree of vacuum of the chamber during film formation, the adsorbed water in the substrate and the chamber, etc. It can be used. It is also possible to change the hydrogen content in the film depending on the sputter power, gas pressure, and gas flow rate during film formation.
また、周期表4〜5族元素から選ばれる元素Mとしては、少なくとも1種類を選ぶことができる。好ましくは複数種類を用いることが好ましい。特に4族元素と5族元素からそれぞれ1種類以上を選択することが好ましい。最も好ましくは4族元素からハフニウム、5族元素からタンタルを選択した場合である。さらに、本発明の膜は、インジウムと、周期表4〜5族元素からなる群の1種以上の元素M、水素を含んでいても良い。しかしながら、インジウムと、周期表4〜5族元素からなる群の1種以上の元素M、水素からなることが好ましく、さらにはインジウム、タンタル、ハフニウム及び水素からなることが好ましい。 Further, as the element M selected from the elements of Groups 4 to 5 of the periodic table, at least one type can be selected. It is preferable to use a plurality of types. In particular, it is preferable to select one or more of each of Group 4 elements and Group 5 elements. Most preferably, hafnium is selected from Group 4 elements and tantalum is selected from Group 5 elements. Further, the film of the present invention may contain indium, one or more elements M of the group consisting of elements of Groups 4 to 5 of the periodic table, and hydrogen. However, it is preferably composed of indium and one or more elements M and hydrogen in the group consisting of elements of Groups 4 to 5 of the periodic table, and more preferably indium, tantalum, hafnium and hydrogen.
また、本発明の透明積層基材における透明基材は、ガラス材料、または樹脂材料からなる透明基材を用いることが好ましい。ガラス材料としては、ソーダライムガラス、パイレックス(登録商標)ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等を挙げることができる。また、樹脂基板としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート、又は変性ポリエステル等のポリエステル系樹脂フィルム、ポリエチレン(PE)樹脂フィルム、ポリプロピレン(PP)樹脂フィルム、ポリスチレン樹脂フィルム、又は環状オレフィン系樹脂等のポリオレフィン類樹脂フィルム、ポリ塩化ビニル、又はポリ塩化ビニリデン等のビニル系樹脂フィルム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂フィルム、ポリサルホン(PSF)樹脂フィルム、ポリエーテルサルホン(PES)樹脂フィルム、ポリカーボネート(PC)樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム、ポリイミド樹脂フィルム、アクリル樹脂フィルム、及びトリアセチルセルロース(TAC)樹脂フィルム等を挙げることができる。これらは、用途及び目的に応じて適宜選択可能である。中でも透明性、耐熱性、取り扱いやすさ、強度及びコストの点から、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリエーテルサルホンフィルム、又はポリカーボネートフィルムが好ましく、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、又は二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムがより好ましい。 Further, as the transparent base material in the transparent laminated base material of the present invention, it is preferable to use a transparent base material made of a glass material or a resin material. Examples of the glass material include soda lime glass, Pyrex (registered trademark) glass, non-alkali glass, and quartz glass. The resin substrate includes a polyester resin film such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate, or modified polyester, a polyethylene (PE) resin film, a polypropylene (PP) resin film, a polystyrene resin film, or a cyclic olefin resin. Polyethylene resin film such as, polyvinyl chloride, vinyl resin film such as polyvinylidene chloride, polyether ether ketone (PEEK) resin film, polysalphon (PSF) resin film, polyether salphon (PES) resin film, polycarbonate. (PC) resin film, polyamide resin film, polyimide resin film, acrylic resin film, triacetyl cellulose (TAC) resin film and the like can be mentioned. These can be appropriately selected according to the intended use and purpose. Among them, biaxially stretched polyethylene terephthalate film, biaxially stretched polyethylene naphthalate film, polyether sulfone film, or polycarbonate film is preferable from the viewpoint of transparency, heat resistance, ease of handling, strength and cost, and biaxially stretched polyethylene terephthalate. A film or a biaxially stretched polyethylene naphthalate film is more preferable.
本発明の酸化物透明導電膜は、150℃以下の低プロセス温度であっても抵抗率が3.0×10−4Ω・cm以下の低抵抗であり、結晶性の薄膜となる。有機物と構造上不可分な基材もしくは有機基材上に製膜しても、好適な特性を示す。 The oxide transparent conductive film of the present invention has a resistivity of 3.0 × 10 -4 Ω · cm or less even at a low process temperature of 150 ° C. or less, and is a crystalline thin film. Even if a film is formed on a base material that is structurally inseparable from an organic substance or an organic base material, it exhibits suitable properties.
次に、本発明の酸化物透明導電膜の製造方法について説明する。 Next, the method for producing the oxide transparent conductive film of the present invention will be described.
本発明の製造方法においては、放電電力と導入ガス圧に加えて、導入ガスの流量を併せて調整する必要がある。放電電力と導入ガス圧が同一であっても導入ガス流量が異なると、プラズマの状態が変化して、堆積する膜のスパッタ粒子の運動が変化するため、膜質に影響を及ぼすためである。 In the manufacturing method of the present invention, it is necessary to adjust the flow rate of the introduced gas in addition to the discharge power and the introduced gas pressure. This is because even if the discharge power and the introduced gas pressure are the same, if the introduced gas flow rate is different, the state of the plasma changes and the movement of the sputtered particles of the deposited film changes, which affects the film quality.
すなわち、スパッタリングによる製膜時におけるスパッタリングターゲットに対する単位面積当たりの放電電力をW(W/cm2)、製膜時におけるチャンバー内の導入ガス圧をP(Pa)としたときの製膜チャンバーの真空度を6.0×10−5≦ P ≦7.0×10−4Paとし、このときの導入ガス流量をF(sccm)としたときに、
0.1≦ W/(P2×F) ≦0.25
とすることを特徴とする。特に、0.1≦ W/(P2×F) ≦0.15とすることが好ましい。
That is, the vacuum of the film-forming chamber when the discharge power per unit area with respect to the sputtering target during film-forming by sputtering is W (W / cm 2 ) and the introduction gas pressure in the chamber during film-forming is P (Pa). When the degree is 6.0 × 10 -5 ≦ P ≦ 7.0 × 10 -4 Pa and the introduced gas flow rate at this time is F (sccm),
0.1 ≤ W / (P 2 x F) ≤ 0.25
It is characterized by. In particular, it is preferable that 0.1 ≦ W / (P 2 × F) ≦ 0.15.
使用するスパッタリングターゲットとしては特に制限はないが、上述した組成(インジウムと、周期表4〜5族元素から選ばれる1種類以上の元素を含む)を有するスパッタリングターゲットを用いることが好ましい。詳しくは、酸化インジウムを主成分とし、かつ添加元素として周期表4〜5族元素(元素M)を含有するターゲットであることが好ましく、元素Mに2種類以上の元素を用いる場合は、4族元素を多めに添加することがより好ましい。 The sputtering target to be used is not particularly limited, but it is preferable to use a sputtering target having the above-mentioned composition (including indium and one or more elements selected from the elements of Groups 4 to 5 of the periodic table). Specifically, it is preferable that the target contains indium oxide as a main component and contains an element of Group 4 to 5 (element M) of the periodic table as an additive element. When two or more kinds of elements are used for the element M, Group 4 It is more preferable to add a large amount of elements.
また、ターゲットとして酸化インジウムに元素Mを加える際に、インジウムをIn、元素MをMとしたときに、原子比での含有比率は、0.5at%≦ M/(In+M)であることが、得られる薄膜の電気抵抗を下げるために好ましい。低温プロセスで電気抵抗を低く抑えるためには、0.5at%≦ M/(In+M) ≦3.5at%がより好ましく、1at%≦ M/(In+M) ≦3at%であることがさらに好ましい。最も好ましくは2.2at%≦ M/(In+M) ≦3.0at%である。また、これらの添加元素のなかで4族元素と5族元素を同時に用いる場合には、インジウム、4族元素及び5族元素をそれぞれIn、M4及びM5としたときに、原子比で0.2at%≦ M4/(In+M4+M5) ≦3.0at%、0.02at%≦ M5/(In+M4+M5) ≦1.3at%であることが好ましい。さらに、M4とM5の比率(M4/M5)は1.6≦ (M4/M5) ≦3.0である場合が好ましい。 Further, when element M is added to indium oxide as a target, when indium is In and element M is M, the content ratio in atomic ratio is 0.5 at% ≤ M / (In + M). It is preferable to reduce the electrical resistance of the obtained thin film. In order to keep the electrical resistance low in the low temperature process, 0.5 at% ≤ M / (In + M) ≤ 3.5 at% is more preferable, and 1 at% ≤ M / (In + M) ≤ 3 at% is further preferable. Most preferably, 2.2 at% ≤ M / (In + M) ≤ 3.0 at%. When group 4 and group 5 elements are used at the same time among these additive elements, the atomic ratio is 0.2 at when indium, group 4 and group 5 elements are set to In, M4 and M5, respectively. % ≤ M4 / (In + M4 + M5) ≤ 3.0 at%, 0.02 at% ≤ M5 / (In + M4 + M5) ≤ 1.3 at%. Further, the ratio of M4 to M5 (M4 / M5) is preferably 1.6 ≦ (M4 / M5) ≦ 3.0.
なお、本発明の製造方法に供するターゲットにおいては、不可避的な微量の不純物の混入は問わない。 In the target used in the production method of the present invention, unavoidable trace amounts of impurities may be mixed.
また、周期表4〜5族元素から選ばれる元素Mとしては、少なくとも1種類を選ぶことができる。好ましくは複数種類を用いることが好ましい。特に4族元素と5族元素からそれぞれ1種類以上を選択することが好ましい。最も好ましくは4族元素からハフニウム、5族元素からタンタルを選択した場合である。さらに、前記ターゲットとしては、インジウムと、周期表4〜5族元素からなる群の1種以上の元素Mを含んでいても良い。しかしながら、インジウムと、周期表4〜5族元素からなる群の1種以上の元素Mからなることが好ましく、さらにはインジウム、タンタルおよびハフニウムからなることが好ましい。 Further, as the element M selected from the elements of Groups 4 to 5 of the periodic table, at least one type can be selected. It is preferable to use a plurality of types. In particular, it is preferable to select one or more of each of Group 4 elements and Group 5 elements. Most preferably, hafnium is selected from Group 4 elements and tantalum is selected from Group 5 elements. Further, the target may include indium and one or more elements M in the group consisting of elements of Groups 4 to 5 of the periodic table. However, it is preferably composed of indium and one or more elements M in the group consisting of elements of Groups 4 to 5 of the periodic table, and more preferably indium, tantalum and hafnium.
スパッタリング法としては、DCスパッタリング法、RFスパッタリング法、ACスパッタリング法、DCマグネトロンスパッタリング法、RFマグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法等を適宜選択することができ、これらの中、大面積に均一に、かつ高速製膜可能な点でDCマグネトロンスパッタリング法、RFマグネトロンスパッタリング法が好ましい。 As the sputtering method, a DC sputtering method, an RF sputtering method, an AC sputtering method, a DC magnetron sputtering method, an RF magnetron sputtering method, an ion beam sputtering method and the like can be appropriately selected. The DC magnetron sputtering method and the RF magnetron sputtering method are preferable because they can form a film at high speed.
スパッタリング時の導入ガスは、通常、不活性ガス、例えばアルゴンガスが用いられる。必要に応じて、酸素ガス、窒素ガス、水素ガス等を用いてもよい。 As the introduction gas during sputtering, an inert gas such as argon gas is usually used. If necessary, oxygen gas, nitrogen gas, hydrogen gas and the like may be used.
本発明は、低温プロセスにおいても低抵抗を達成することができる酸化物透明導電膜に関するものであり、表示素子、検出素子、光電変換素子などに好適に用いることができ、優れた特性を有する電子機器となる。 The present invention relates to an oxide transparent conductive film capable of achieving low resistance even in a low temperature process, can be suitably used for a display element, a detection element, a photoelectric conversion element, and the like, and has excellent characteristics. It becomes a device.
本発明を以下の実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、評価方法は以下の通りである。 The present invention will be specifically described with reference to the following examples, but the present invention is not limited thereto. The evaluation method is as follows.
(1)酸化物透明導電膜の製膜
所望の組成を有する焼結体を作製して、4インチφのスパッタリングターゲットとして用いることにより、所望の組成を有する酸化物透明導電膜を作製した。詳細な製膜条件を以下に示す。
(1) Film formation of transparent oxide conductive film A sintered body having a desired composition was prepared and used as a sputtering target having a diameter of 4 inches to prepare a transparent oxide conductive film having a desired composition. Detailed film forming conditions are shown below.
下記スパッタリング条件で酸化物透明導電膜を製膜し、評価を行った。 An oxide transparent conductive film was formed under the following sputtering conditions and evaluated.
(スパッタリング条件)
・装置:DCマグネトロンスパッタリング装置(アルバック社製)
・磁界強度:1000Gauss(ターゲット直上、水平成分)
・ターゲット基板間距離:90mm
・基板温度:室温(約25℃)
・導入ガスの種類:アルゴン+酸素
(酸素/(アルゴン+酸素)=0.005(体積比))
・使用基板:PETフィルム(東洋紡 A4100) 厚さ125μm
(製膜後の後処理条件)
基材に製膜した酸化物透明導電膜を大気中で60分間、表1に示す温度で熱処理を行った。
(Sputtering conditions)
・ Equipment: DC magnetron sputtering equipment (manufactured by ULVAC, Inc.)
-Magnetic field strength: 1000 Gauss (directly above the target, horizontal component)
・ Distance between target substrates: 90 mm
-Substrate temperature: Room temperature (about 25 ° C)
-Type of introduced gas: Argon + oxygen (oxygen / (argon + oxygen) = 0.005 (volume ratio))
-Substrate used: PET film (Toyobo A4100) Thickness 125 μm
(Post-treatment conditions after film formation)
The oxide transparent conductive film formed on the substrate was heat-treated in the air for 60 minutes at the temperatures shown in Table 1.
膜の組成、結晶性、電気抵抗は、以下の方法で測定した。 The composition, crystallinity, and electrical resistance of the film were measured by the following methods.
(組成)
ICP−MS(誘導結合プラズマ質量分析)装置により定量した。
(composition)
It was quantified by an ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometry) apparatus.
(結晶性)
透明導電膜の結晶性は、X線回折試験で同定した。測定条件は以下の通りである。
・X線源:CuKα
・パワー:40kV、40mA
・走査速度:1°/分
得られた回折パターンを解析した結果、(222)が観測されたものを結晶膜であると判断し、回折ピークが観測されないものを非晶質と判断した。
(crystalline)
The crystallinity of the transparent conductive film was identified by an X-ray diffraction test. The measurement conditions are as follows.
・ X-ray source: CuKα
・ Power: 40kV, 40mA
-Scanning speed: 1 ° / min As a result of analyzing the obtained diffraction pattern, the one in which (222) was observed was judged to be a crystal film, and the one in which no diffraction peak was observed was judged to be amorphous.
(抵抗率)
薄膜の抵抗率は、HL5500(日本バイオ・ラッド ラボラトリーズ社製)を用いて測定した。
(Resistivity)
The resistivity of the thin film was measured using HL5500 (manufactured by Japan Bio-Rad Laboratories).
実施例1〜8、比較例1〜6
酸化物透明導電膜の製膜には、DCマグネトロンスパッタリング装置(アルバック社製)に、表1の膜組成となるように添加元素を添加した、酸化インジウムを主成分とした焼結体をスパッタリングターゲットとして用いた。
Examples 1-8, Comparative Examples 1-6
For the film formation of the oxide transparent conductive film, a sintered body containing indium oxide as a main component, which is obtained by adding an additive element to a DC magnetron sputtering device (manufactured by ULVAC, Inc.) so as to have the film composition shown in Table 1, is a sputtering target. Used as.
その後、加熱せずに室温で表1の条件になるように放電電力W(W/cm2)、導入ガス圧をP(Pa)、導入ガスの流量F(sccm)、製膜チャンバーの真空度を調整して、基板上に透明導電膜を堆積させた。 After that, the discharge power W (W / cm 2 ), the introduced gas pressure P (Pa), the introduced gas flow rate F (sccm), and the degree of vacuum of the film forming chamber so as to meet the conditions shown in Table 1 at room temperature without heating. Was adjusted to deposit a transparent conductive film on the substrate.
堆積した膜を室温から昇温レート50℃/分で加熱し、140℃にて60分大気アニールを行い、結晶化の有無を確認した、結果を表1、表2に示す。 The deposited film was heated from room temperature at a heating rate of 50 ° C./min and air-annealed at 140 ° C. for 60 minutes to confirm the presence or absence of crystallization. The results are shown in Tables 1 and 2.
実施例9〜12
大気アニールの条件以外は実施例1〜8、比較例1〜6と同様の手法で、表1の膜組成となるようなスパッタリングターゲットを用い、表1の条件で基板上に透明導電膜を堆積させた。堆積した膜を室温から昇温レート50℃/分で加熱し、表1に記載の温度で大気アニールを、実施例9〜11では60分、実施例12では5分行い、結晶化の有無を確認した、結果を表1、表2に示す。
Examples 9-12
A transparent conductive film is deposited on the substrate under the conditions shown in Table 1 using a sputtering target having the film composition shown in Table 1 in the same manner as in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 6 except for the conditions for atmospheric annealing. I let you. The deposited film is heated from room temperature at a temperature rise rate of 50 ° C./min, and atmospheric annealing is performed at the temperatures shown in Table 1 for 60 minutes in Examples 9 to 11 and 5 minutes in Example 12, and the presence or absence of crystallization is checked. The confirmed results are shown in Tables 1 and 2.
Claims (3)
11at%≦ H/(In+M+H) ≦30at%
波長350nmから800nmの領域における波長をλ、薄膜の屈折率をn、消衰係数をkとしたときに、n2−k2で定義される誘電パラメーターDが以下の式の範囲内であることを特徴とする酸化物透明導電膜。
2.2+0.5568exp(−(λ−350)/31.60))+
3.5853exp(−(λ−350)/645.72))≦ D ≦
3.0+0.5568exp(−(λ−350)/31.60))+
3.5853exp(−(λ−350)/645.72)) Indium, consists element M Hf and Ta, indium In, hydrogen is taken as H, are contained in the following ranges hydrogen,
11 at% ≤ H / (In + M + H) ≤ 30 at%
When the wavelength in the wavelength region of 350 nm to 800 nm is λ, the refractive index of the thin film is n, and the extinction coefficient is k, the dielectric parameter D defined by n 2- k 2 is within the range of the following equation. An oxide transparent conductive film characterized by.
2.2 + 0.5568exp (-(λ-350) /31.60)) +
3.5853exp (-(λ-350) /645.72)) ≤ D ≤
3.0 + 0.5568exp (-(λ-350) /31.60)) +
3.5853exp (-(λ-350) /645.72))
0.1≦ W/(P2×F) ≦0.25
を満たすように製膜することを特徴とする請求項1に記載の酸化物透明導電膜の製造方法。 A method for producing an oxide transparent conductive film by a sputtering method, in which the degree of vacuum of the film forming chamber when the introduced gas pressure is P (Pa) is 6.0 × 10 −5 ≦ P ≦ 7.0 × 10. When -4 Pa, the discharge power is W (W / cm 2 ), and the flow rate of the introduced gas is F (sccm),
0.1 ≤ W / (P 2 x F) ≤ 0.25
Method of manufacturing an oxide transparent conductive film according to claim 1, characterized in that the film formation to meet.
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