JP2000067657A

JP2000067657A - 赤外線透過に優れた透明導電膜及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000067657A
Application number: JP10239858A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takatsuji; 博史高辻; Tadashi Hiromori; 正廣森; Satoshi Tsuji; 智辻
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2000-03-03
Also published as: KR20000016930A; US20010008710A1

Abstract

(57)【要約】【課題】可視光線から赤外線にかけての広い波長領域
での光透過率に優れた透明導電膜を提供する。【解決手段】亜鉛−インジウム酸化物（ＩＺＯ）を主
成分とする膜を、低酸素雰囲気下で加熱処理すること
で、４５０〜３２００ｎｍの波長領域において、約８０
％以上の高い透過率を示す透明導電膜を得ることができ
る。この透明導電膜の抵抗率は、約３．０×１０^-3Ωｃ
ｍ以下である。このＩＺＯを主成分とする膜は、本質的
にアモルファス状あるいは微結晶よりなり、このような
膜はスパッタリング法で製膜される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主成分として亜鉛
−インジウム酸化物（ＩＺＯ：Indium-Zinc-oxide）を
含む透明な導電膜に関し、特に、赤外線領域での透過率
に優れた透明導電膜に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】透明導電膜は、その製造技術の進歩によ
り、より良導電性で高透過性のものが得られるようにな
り、近年、その適用範囲が拡大されてきた。特に、液
晶、エレクトロルミネッセンス、エレクトロクロミッ
ク、プラズマ等各ディスプレイ表示装置の透明電極とし
て使用され、パネルディスプレイ表示装置の普及に大き
く寄与している。ブラウン管表示面や計測機器の窓にお
ける帯電防止膜としても使用されている。また、航空
機、自動車、建築物等の窓ガラスの防曇防霜発熱体ある
いは熱線反射膜としての使用もよく知られている。

【０００３】一般にこれらの用途において、透明導電膜
は、高い導電性、優れた耐久性、成膜をはじめとする加
工性と並んで、高い可視光透過性が要求される。特に、
熱線反射膜として用いる場合は、赤外線領域の波長の光
に対する高い反射率が要求され、実現されてきた。

【０００４】ところが、透明導電膜の適用範囲が太陽電
池の透明電極、並びに通信装置や計測装置の窓材などに
広まるにつれ、より広い波長領域での透過性が求められ
るようになった。

【０００５】現在、最も一般的に使用されている透明導
電膜には、ＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）膜や酸化スズ
（ＳｎＯ₂）膜がある。しかし、Ｇ．Ｆｒａｎｋ他の論
文、Thin Solid Films, vol.77, p.107 (1981)に示され
たＩＴＯ膜及び酸化スズ膜の分光特性を表わすグラフに
よれば、これらの金属酸化膜は、可視光域では８０％以
上の透過率を有するものの、波長が約１０００ｎｍを越
えると急速に透過率が低下し、赤外線領域での光透過率
は極めて低いことがわかる。

【０００６】特開平８−２２７６１４号（対応米国特許
出願番号３３５６１５号）は、導電性にドープした亜鉛
−インジウム酸化物（ＩＺＯ）膜の光吸収係数が、ＩＴ
Ｏ膜のそれに比較して非常に小さいことを示している。
しかし、この導電性にドープしたＩＺＯ膜も、約７００
ｎｍより長波長側では吸収係数が増加し、約１２００ｎ
ｍより長波長側では急速に増加する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、可視
光線から赤外線にかけて広い波長領域での透過率に優れ
た透明導電膜を提供することである。特に、赤外線波長
領域で、従来の透明導電膜よりも優れた透過率を示す透
明導電膜を提供することである。

【０００８】本発明の他の目的は、可視光線から赤外線
にかけて広い波長領域での透過率に優れた透明導電膜を
製造する方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、亜鉛−
インジウム酸化物(ＩＺＯ)を主成分とする膜を、低酸素
雰囲気下で加熱処理することで、可視光線（４５０〜８
００ｎｍ）から赤外線（８００〜３２００ｎｍ）にかけ
ての波長領域で、約７０％以上の高い透過率を示す透明
導電膜とすることができる。約２００ｎｍ程度までの膜
厚で、このような高い透過率を実現することができる。
この透明導電膜の抵抗率は、約３．０×１０^-3Ωｃｍ以
下である。

【００１０】本発明の一態様によれば、亜鉛−インジウ
ム酸化物(ＩＺＯ)を主成分とする、約１００ｎｍの厚さ
の膜を、低酸素雰囲気下で、約２３０〜約３００℃で加
熱処理することで、可視光線から赤外線にかけての広い
波長領域で、約８０％以上の高い透過率を示す透明導電
膜とすることができる。

【００１１】本発明のＩＺＯを主成分とする膜は、望ま
しくは、亜鉛原子を約５〜約２０原子％含み、インジウ
ム原子を約５〜約４０原子％含む。さらに、低い抵抗率
を得るために、ドーパントを添加することができる。

【００１２】本発明のＩＺＯを主成分とする膜は、本質
的にアモルファス状あるいは２５０Åより小さい微結晶
よりなる膜、もしくは微結晶を含むアモルファス状の膜
であることを特徴とする。そのような膜は、スパッタリ
ング法で成膜可能である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本願発明は、亜鉛−インジウム酸
化物（ＩＺＯ）を主成分とする膜（以下、ＩＺＯ膜とい
う）が、低酸素雰囲気下で加熱処理されると、未処理の
ものに比べ赤外線領域での透過率が高くなることを見い
出したことに基づくものである。当業者にはよく知られ
ているように、ＩＴＯ膜では、熱還元処理により、特に
赤外線波長領域での透過率が低くなる。

【００１４】ＩＺＯ膜は、特開平７−１０６０１号明細
書に記載されているスプレーパイロリシス法、特開平６
−２３４５２１号明細書に記載されている塗布法、その
他、ＣＶＤ法、蒸着法などで成膜することもできるが、
ここでは、特開平６−３１８４０６号明細書に記載され
ているように、スパッタリング法で成膜したものについ
て説明する。

【００１５】スパッタリング法によるＩＺＯ膜は、酸化
インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）とを含む
複合酸化物の焼結体をターゲット材料とし、通常のスパ
ッタ装置を用いて形成された。ターゲット材料は、Ｉｎ
を約５〜約４０原子％、Ｚｎを約５〜約２０原子％含む
もので、例えば、出光興産から入手することができる。
ターゲット材料中には、第三金属元素として、スズ、ア
ルミニウム、ガリウム、ゲルマニウム、ケイ素、ジルコ
ニウム、またはチタンなどを含んでもよい。ＩＺＯ膜中
にこれらの第三元素がドーパントとして含まれることに
より、抵抗率を調節することができる。

【００１６】上述の材料よりなるターゲットを備えたス
パッタリング装置に、基板を載置する。基板としては、
ガラス、単結晶、半導体、プラスチック等が使用できる
が、ＩＺＯ膜の可視光／赤外線高透過性を活用するため
には、可視光／赤外線に透明な基板が適当である。基板
は、金属、酸化物や窒化物など無機物、及び高分子など
の、全面付着された膜あるいはパターニングされた膜を
さらに有していてもよい。また、記録ヘッド、電子デバ
イス、電気的素子、光学素子、センサーなどの構造物を
含んでいてもよい。基板温度は、室温〜約４００℃、好
ましくは室温〜約２５０℃の範囲とする。基板温度が高
過ぎると、基板が変形したり、得られたＩＺＯ膜の結晶
性が大きくなるなど、好ましくない。スパッタ装置は、
少なくとも約８．０×１０^-4Ｐａまで、真空排気され
る。好ましくは、約０．５〜約４．０×１０^-4Ｐａの真
空度とする。次に雰囲気ガスとして、アルゴン等不活性
ガス及び／または酸素ガスを約２〜約８ｍＴｏｒｒ導入
する。雰囲気ガス中の酸素ガス濃度は、約０．６〜約１
０％とするのが望ましい。雰囲気ガスをプラズマ化する
ために、電極間に印加電圧を加える。印加電圧は、使用
する装置の特性、真空度、基板の種類など様々な要因に
依存するが、通常の成膜条件である約２００〜約５００
Ｖ程度でよい。所望の厚さが得られた後、基板をスパッ
タ装置より取り出す。

【００１７】得られたＩＺＯ膜は、亜鉛原子を約５〜約
２０原子％含み、インジウム原子を約５〜約４０原子％
含む。前述の第三金属をドーパントとして含んでいても
よい。得られたＩＺＯ膜はアモルファス状あるいは微結
晶からなることが望ましい。結晶性のＩＺＯ膜は導電性
が低いことがわかっている。ここで得られた望ましいＩ
ＺＯ膜の抵抗率は、約１．０ｍΩｃｍ以下である。ま
た、スパッタ付着した、加熱処理前のＩＺＯ膜の可視光
／赤外線透過率スペクトルを図１に示す。可視光線領域
の７００ｎｍ付近の波長に弱い吸収が見られるが、この
ＩＺＯ膜の光透過特性は、ＩＴＯ膜のそれとほぼ同様で
あることがわかる。つまり、加熱処理前のＩＺＯ膜で
は、赤外線波長領域で透過率が減少し、特に２０００ｎ
ｍを越える長波長側では、約８０％より小さい透過率し
か得られない。

【００１８】次に、得られたＩＺＯ膜を低酸素雰囲気下
で加熱処理する。低酸素雰囲気とは、大気中の酸素濃度
より高い濃度の酸素を含まない雰囲気であり、例えば、
大気、窒素、あるいはアルゴンなどの不活性ガスよりな
る雰囲気をいう。この加熱処理は、窒素中で行われるこ
とが好ましいが、大気中で行うのが容易である。また、
加熱処理は、約１５０〜約３５０℃、好適には約２３０
〜約３００℃で、約１０〜約１２０分間行う。これより
高い温度では、基板が変形したり、ＩＺＯ膜が結晶化し
て導電性を低くするおそれがある。加熱処理後のＩＺＯ
膜は、非晶質を保っていることが、Ｘ線回折測定によっ
て確認された。

【００１９】加熱処理されたＩＺＯ膜の可視光／赤外線
透過率スペクトルを図１に合わせて示す。基礎吸収端
が、やや長波長側にずれたスペクトルが得られる。この
ことは、加熱処理によって、ＩＺＯ膜を形成する物質に
何らかの構造変化が生じたことを示している。また、加
熱処理前のＩＺＯ膜が、赤外線波長領域で、波長が長く
なるにつれて透過率が低下するのに対し、加熱処理後の
ＩＺＯ膜では、赤外線波長領域でも９０％程度の透過率
を示し続ける特徴が見られる。

【００２０】加熱処理されたＩＺＯ膜の抵抗率は約３．
０×１０^-3Ωｃｍ以下であった。これは、加熱処理前の
抵抗率に比べて、幾分高いが、実用上問題のない程度と
考えられる。

【００２１】このＩＺＯ膜は、塩酸、硝酸、シュウ酸な
どの酸水溶液をエッチング液として使用することでパタ
ーニングすることができる。例えば、エッチング液は、
約１〜約１０重量％のシュウ酸水溶液とし、約２０〜約
４５℃の液温でエッチングするのが適当である。

【００２２】本願発明のＩＺＯ透明導電膜は、可視光線
波長領域でも、従来の透明導電膜と同等の高い透過率を
有するので、従来の透明導電膜として使用することもで
きるが、特に赤外線波長領域で高い透過率を示す特性を
利用することで、例えば、太陽電池の透明電極として有
用である。

【００２３】また、チップオンガラス（ＣＯＧ）技術に
おいて、ガラス基板上に電子部品をはんだ付けする際、
本願発明の透明導電膜をガラス基板上のＩ／Ｏパッド電
極として使用すると、ガラス基板裏面より赤外線ビーム
を照射することで容易にはんだ付けすることができる。

【００２４】さらに、近年、通信媒体として赤外線を利
用したものが増えてきている。その発信／受信装置のシ
ールド材料、特に窓用シールド材料として本願発明の透
明導電膜を使用すると、光の効率を低くすることなく、
ノイズ漏洩防止及び外部ノイズの侵入防止を図ることが
できる。もちろん、通信用に限らず、その他の可視光／
赤外線を利用した装置、例えば、計測機器、センサー、
赤外線ランプヒータ、赤外線レーザなどのシールド材料
としても有用である。

【００２５】

【実施例１】ガラス基板を、ＤＣマグネトロン・スパッ
タリング装置に装着し、チャンバ内を約０．５×１０^-4
Ｐａまで真空減圧した。ターゲットには、インジウム及
び亜鉛の複合酸化物焼結体（Ｉｎを約３４．４原子％、
Ｚｎを約７．０原子％含む）を用いた。次に酸素ガスを
約６％含むアルゴンガスを約４．０ｍＴｏｒｒまで導入
し、基板温度を２１５℃とした。ターゲットに−４００
ＶのＲＦ電圧を印加して、スパッタリングにより、ガラ
ス基板上に約１００ｎｍの厚さＩＺＯ膜を得た。膜厚
は、接触式段差計によって測定した。ＩＺＯ膜が付着し
た基板をスパッタリング装置から取り出し、続いて加熱
チャンバに搬入した。加熱チャンバを窒素ガスで充填
し、チャンバ内を２８０℃まで昇温し、そのまま１２０
分間、ＩＺＯ膜を基板と共に加熱処理した。室温まで冷
却した後、ＩＺＯ膜の付着した基板を取り出した。

【００２６】得られたＩＺＯ膜の透過率を、紫外−可視
−近赤外吸光光度計（ＶａｒｉａｎＣａｒｙ５Ｇ）
で、ガラス基板を対照として、測定したところ、４５０
〜３２００ｎｍの範囲の波長において８０％以上の透過
率を示した（図１）。また、得られたＩＺＯ膜の抵抗率
を、四探針抵抗測定装置を用いて測定したところ、約
１．２ｍΩｃｍであった。

【００２７】

【比較例】実施例１同様の手順で、ＩＴＯ膜を形成し、
加熱処理した。得られたＩＴＯ膜について、透過率及び
抵抗率を測定した。得られた結果を表１及び図１に示
す。

【００２８】

【実施例２〜７】成膜時基板温度、加熱処理温度を表１
に示した値とした以外は、実施例１同様の手順で、ＩＺ
Ｏ膜を形成した。その結果を、同じ表１及び図２に示
す。

【００２９】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って製造されたＩＺＯ膜の光透過率
を、従来のＩＴＯ膜（未加熱処理）、本発明同様の加熱
処理を施したＩＴＯ膜、並びに未加熱処理のＩＺＯ膜の
それぞれの光透過率と比較して示すグラフ。

【図２】本発明の実施例に従って得られたＩＺＯ膜の光
透過率を示すグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者廣森正滋賀県野洲郡野洲町大字市三宅800番地日本アイ・ビー・エム株式会社野洲事業所内 (72)発明者辻智神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本アイ・ビー・エム株式会社大和事業所内Ｆターム(参考） 4K029 BA50 BB07 BB10 BC09 CA06 EA08 GA01 5G307 FA01 FA02 FB01 FC09 FC10 5G323 BA02 BB05 BC03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に付着された、亜鉛−インジウム酸
化物を含む透明導電膜を準備するステップと、前記透明導電膜を、低酸素雰囲気中で加熱するステップ
とを含む、赤外線波長領域における透過率に優れた透明
導電膜を有する構造体の製造方法。
【請求項２】前記加熱ステップは、前記透明導電膜を、
約１５０〜約３５０℃に加熱することを含む、請求項１
に記載の製造方法。
【請求項３】前記加熱ステップは、前記透明導電膜を、
約２３０〜約３００℃に加熱することを含む、請求項１
に記載の製造方法。
【請求項４】前記加熱ステップは、前記透明導電膜を、
約１０〜約１２０分間加熱することを含む、請求項２ま
たは３に記載の製造方法。
【請求項５】前記透明導電膜は、基板温度を室温ないし
約２５０℃の範囲とした、スパッタリング法により付着
される、請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】前記低酸素雰囲気は、窒素、大気及びこれ
らの混合気体からなる群から選択される、請求項１に記
載の製造方法。
【請求項７】前記低酸素雰囲気は、大気中の酸素濃度よ
り高い濃度の酸素を含まない、請求項１に記載の製造方
法。
【請求項８】前記透明導電膜は、本質的にアモルファス
状または微結晶である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項９】基板上に、亜鉛−インジウム酸化物を含む
透明導電膜を、約１００ｎｍまでの厚みで付着するステ
ップと、前記透明導電膜を、低酸素雰囲気中で、約２３０〜約３
００℃に加熱するステップとを含む、４５０〜３２００
ｎｍの波長領域において、約８０％以上の透過率を示す
透明導電膜の製造方法。
【請求項１０】基体上に亜鉛−インジウム酸化物を含む
透明導電膜を有する構造体であって、前記透明導電膜
は、８００〜３２００ｎｍの赤外線波長領域における透
過率が約７０％以上である構造体。
【請求項１１】前記赤外線波長領域における透過率が約
８０％以上である、請求項１０に記載の構造体。
【請求項１２】前記透明導電膜の、４５０〜８００ｎｍ
の可視光線波長領域における透過率が約８０％以上であ
る、請求項１０または１１に記載の構造体。
【請求項１３】前記透明導電膜は、亜鉛原子を約５〜約
２０原子％含み、インジウム原子を約５〜約４０原子％
含むことを特徴とする、請求項１０に記載の構造体。
【請求項１４】前記透明導電膜は、本質的にアモルファ
ス状または微結晶である、請求項１０に記載の構造体。
【請求項１５】前記透明導電膜の抵抗率が、約３．０×
１０^-3Ωｃｍ以下である、請求項１０に記載の構造体。
【請求項１６】前記透明導電膜は、約２００ｎｍ以下の
厚さを有する、請求項１０に記載の構造体。
【請求項１７】前記透明導電膜は、約１００ｎｍ以下の
厚さを有する、請求項１１に記載の構造体。
【請求項１８】亜鉛−インジウム酸化物を含む透明導電
膜を、低酸素雰囲気中で加熱して得られる、赤外線波長
領域における透過率に優れた透明導電膜。