JPH01234558A - 透明導電膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は膜の形成方法に関し、特に透明導電膜の形成方
法に関する。

［従来の技術］ 透明導電膜の形成方法として真空蒸着やスパッタリング
が知られている。通常、透明導電膜は可視光（４００−
８００ｎｎ＋）に対する８０％以上の光透過率と数１０
０Ω／口以下の電気抵抗率を有することか望まれる。亜
鉛酸化物（ＺｎＯｘ）Ｈの形成を例にとって、説明する
。

真空蒸着では、膜を構成する物質またはその構成元素を
含む物質（母材）を加熱して蒸発させ、基板上に膜を堆
積させる。たとえば、第２Ａ図に示すように１反応室２
８内にＯカス−０２ガスと不活性カスの混合ガス等の雰
囲気カス２０を１０−３〜１Ｏ−６Ｔｏｒｒ導入し、雰
囲気内でＺｎ。

ＺｎＯ等の母材２１を電子ビーム加熱又は抵抗加熱によ
り蒸発させ、基板２２上に蒸着させる。母材かＺｎの場
合は、雰囲気中の酸素と化合したＺｎｏが、・母材がＺ
ｎＯの場合は、欠乏する酸素を雰囲気中の酸素から補給
したＺｎＯか、基板上に堆積する６膜を強固に付着させ
、透明度をよくするためにはヒータ２３で基板２２を加
熱する。蒸着時に併せてクロー放電を起こし、飛翔中の
被膜物質を反応させなり励起させなりするイオンブレー
ティングも知られている。

スパッタリングでは、第２Ｂ図に示すように直流や高周
波等の電界中でＡｒ等の導入カス２６を放電させ、カス
イオンを電気的に加速してＺｎＯ等のターゲラ１〜２５
に衝突させる。ターゲット２５の材料は衝突によりたた
き出され、基板２２上に膜を形成する。膜を強固に付着
させ、透明度をよくするために、ヒータ２３で基板２２
を加熱する。ＺｎＯの代わりにＺｎを用い、雰囲気に酸
素を含ませる方法もある。雰囲気の圧力は１〜１Ｏ−３
Ｔｏｒｒ位である。

これらの方法において、作成する膜を透明にするために
は、基板を加熱しなければならない。しかし、同時に導
電性を自由に制御することは困難である。また、スパッ
タリングによれば反応室全体で放電か起き反応室の壁面
材料や壁面に付着した不純物（水１酸素、窒素等）が飛
び出して膜中に入り込みやすい問題もある。

透明度を別としても、十分な膜強度を得るには成膜時も
しくは成膜後に２００　’Ｃ以上に加熱することが望ま
しい。しかし、工程数はできるたけ少ないほうか好まし
い。また、高温で形成された膜を室温に戻す時、基板と
の熱膨脹率の差により剥離または欠陥が生じやすい。た
とえば、ガラス基板上にＺｎＯを蒸着した場合、基板を
加熱、冷却するとピンホールを作りやすい。また、高温
に弱い基板材料は使用できない。

［発明か解決しようとする問題点］ 従来、透明導電膜の形成において、所望の導電性（電気
抵抗率）１光透過率特性を有する膜を形成することは容
易でなかった。

また十分な基板加熱なしに、基板に強固に密着する膜を
形成することら困難であった。

蒸着では雰囲気カスを用いたとしても、そのガスは活性
化できない。イオンブレーティングではカスと母材の蒸
気を独立に制御することは困難である。スパッリングで
はカスを活性化はできるか活性化の状態か制御困難であ
る。このため、膜質制御が困難である。

本発明の目的は、所望の導電性と光透過率とを有する膜
を容易に再現性よく形成する方法を提供することである
。

さらに他の目的は、特に基板加熱をしなくても。

密着性良く、所望の特性を有する透明導電膜を形成でき
る方法を提供することである。

［問題点を解決するための手段］ 蒸着装置内に蒸着源と別にガス活性化装置を設け、−Ｒ
材を蒸発させ、基板上に膜を堆積させる際。

カスを活性化し、同時に基板に当てる。

活性化としては、イオン化、高エネルギ化、ラジカル化
、高運動エネルギ化等がある。

活性化のパラメータとしては、活性化の種類。

活性化の程度、カス種、カス量、を材との比率。

基板加熱との併用の場合の併用程度等がある。

［作用］ 活性化カスは基板上で母材の蒸着に種々の作用を及ぼす
ことがてきる。

母材の蒸発とカスの活性化とが別個に行なわれるので、
それぞれを所望の条件に制御できる。

たとえば、活性化したカスは基板に当たる時エネルギを
放出し、基板加熱と同様の効果を発揮する。この作用に
よって、蒸着膜の透明度（光透過率）を上げることがで
きる。また、蒸着膜の強度（密着性）を上げることがで
きる。

活性化ガスと蒸着母材とを反応させることもできる。反
応は部分的なものでもよい。たとえば。

酸化物のように蒸着すると酸素が欠乏気味になるような
場合、その欠乏する酸素を補給する。それによって光透
過率の制御を行うこともできる。

［実施例］ 第１図を参照して本発明の１実施例による透明導電膜の
形成を説明する。反応室１中には接地電位に接続された
基板３が置かれ、シャッタ４で蒸発装置６と切離し可能
とされている。基板３上にはヒータ２が配置されており
、基板を加熱することかできる。蒸発装置６は加熱源１
６と蒸発母材１７を含む。カス活性化装置１１はイオン
源１２と加速電源１３とを含む。バルブ８は雰囲気調整
用のカス７を導入する。もう１つのバルブ１０は活性化
用のガス９を導入する。活性化用ガス９はイオン源１２
内でイオン化され、加速電源１３によって加速されて、
活性化される。反応室１は真空排気系１９によって排気
できる。

母材１７は、形成する透明導電膜の構成元素を含むもの
であり、亜鈴、亜鈴とアルミニウム、亜鉛とカリウム、
亜鉛とインジウム、錫、カドミウム−錫、それらの酸化
物等からなる。たとえば、■族元素の酸化物と■族元素
との組み合わせの場合、■族元素の酸化物は安定な化合
物半導体であるが、■族元素はその中で導電性付与不純
物となる。

加熱源１６は、抵抗加熱１電子ビーム加熱、高周波誘導
加熱等によって母材１７を蒸発させる。

活性化装置１１はカスを化学的ないし物理的に活性化な
いし励起するものである。たとえばイオン化、高エネル
ギ化、ラジカル化、高運動エネルギ化等するものであり
、好ましくは基板に向かって速度を持つ活性化ガス粒子
束をつくる。典型的にはイオン源１２と加速装置１３を
含む。イオン源１２は例えばカウフマンイオン源等の熱
陰極型イオン源で構成できる。

活性化用のガスはアルゴン（Ａｒｌ、ヘリウム（Ｈｅ）
、キセノン（Ｘｅ）等の化学的不活性カス、酸素、水素
等の化学的活性カス、上記化学的不活性カスと化学的活
性カスの混合カスから選ばれる。たとえば酸化物膜に対
する酸素等作成する膜の構成元素か、不活性ガス等膜中
に取り込まれにくい、または膜から容易に抜は出るもの
で不純物として残りにくいものである。

活性化カスは、たとえばカウフマンイオン源である。イ
オン源１２内に導入され、その中で分解。

イオン化される。イオン化されたガス粒子は、加速電源
１３により基板３とイオン源１２間に印加された数１０
〜１０００ボルトの直流電圧によって作られる電界によ
って加速され、基板３に到達する。

蒸着の際は、反応室１を排気系９により１０−６〜１０
−７Ｔ　ｏ　ｒ　ｒ程度の十分低い圧力まで予備排気す
る。その後、加熱源１６により母材１７を蒸発させる。

蒸発速度は蒸発速度モニタ５によりモニタされ、コント
ロールされる。一方力ス活性化装置１１により活性化用
導入カス９を活性化する。

また必要に応じ雰囲気を雰囲気調整用ガス７で調整する
。母材１７の蒸気と活性化した導入カス９か基板３上お
よび基板３近傍で作用する。蒸気の量とカスの量、加速
電圧等の活性化状態等を制御することて、所望の導電性
、透明度を持つ薄膜を基板上に形成できる。

透明導電膜は、可視光に対する光透過率８０％以上、電
気抵抗率ｌＸｌ０’Ωｃｍ以下を有することが好ましい
。電気抵抗率がｌＸｌ０’Ωｃｍの場合面抵抗は膜厚５
００Ａで２００Ω／口、１０００Ａで１００Ω／口等と
なる。用途に応じ面抵抗。

膜厚を選択する。

［ＺｎＯ透明導電膜の場合］ ａ、透明度 ＺｎとＯとの組成比か約１：１てあり、ＺｎとＯとが規
則正しく、ＺｎＯの結晶配置で並び結合すると透明にな
ると考えられる。従来法の加熱はこの規則正しい配置を
実現するためのマイグレーションエネルギを与えるもの
と考えられる。本実施例の活性化イオンは加速エネルギ
およびイオン、ラジカルの化学的活性度か結晶配置を実
現するマイグレーションエネルギ等を与えるものと考え
られる。加速エネルギ、イオン（ラジカル）量を調整す
ることで膜を透明にできる６条件をすらずと、膜の透明
度は落ちる。ＺｎとＯとの結合か出来能くなるためと考
えられる。ＺｎとＯとの混合割合を変えることによって
も透明度を制御できる。Ｏに対してＺｎか多くなるほど
、透明度は低くなる。

ＺｎＯを母材として使用した場合も、雰囲気の酸素分圧
を調整することで、透明度を制御できる６ｂ、導電性 ＺｎＯ結晶は、通常透明で高抵抗（ρ＞１０８゛Ωｃｍ
）である。透明かつ導電性とするためには、組成を制御
する方法がある。さらに結晶性も関係する。ます、透明
なＺｎＯ結晶（規則正しい結合状態）になる条件を選ぶ
。つき′に、得られた化学量論的組成を動かして、Ｚｎ
かＯに対して少しく例えは数％）多くなるようにすると
、低抵抗となる。結晶性か悪いと導電性も悪くなる。低
抵抗を得るためには、結晶性かよくなるように活性化イ
オンの照射等を制御する。

以下この方法により形成した透明導電膜の例のデータを
示す。

例 材料　導入　反応室　加速　成膜　光透　抵抗率カス　
圧力　　電圧　速度　過率 Ｔｏｒｒ　　　　　Ｖ　　　　　　Ａ／ｓ　　　　χ　
　　　　ΩＣ「Ｉ　　Ｚｎ０　　八ｒ　　　　　〜１０
　　　　１００　　　１　　　　　９０　　　　１０−
’２２ｎＯＡｒ　　　〜１０　　５００　１　　９５　
　１０”３、Ｚｎ　　Ｏ〜１０　　１００　２　　９０
　　１０’（たたし、基板加熱はおこなっていない）サ
ンプル１は極めて低い抵抗率を得る例である。

反応室圧力を低くすることで酸素分圧を低くし、Ｚｎに
対するＯの比率を低くしている。加速電圧を１００Ｖに
することで、結晶性を得ている。

サンプル２は高い抵抗率を有する膜を作る例である。反
応室圧力を高くして酸素分圧を上げ、はぼ化学量論的組
成を達成するようにしている。反応室圧力が上がると、
イオンは衝突でエネルギを失うので加速電圧を５００■
と増加して、結晶性を得ている。

サンプル３は母材にＺｎを使用した場合の例である。母
材に酸素か含まれていないので、雰囲気を酸素とし、圧
力も高めにしている。条件を選ぶことで抵抗率はもっと
低くできるものと考えられる。

このように、母材の蒸着と活性化カスの照射を併用する
ことにより、所望の光透過度と所望の導電性を有する透
明導電膜を得ることかてきる。透明電極として所望され
る８０％以上の光透過率を確実に得ることかできる。所
望の面抵抗率を比較的薄い膜で実現できる。

さらに、基板加熱の効果を活性化されたカスで出すこと
かできるため、従来より低温て成膜か可能である。この
ため耐熱性の低い例えばポリスチレン等の高分子フィル
ム上へまた顔料等を塗布した基板上へ成膜か可能である
。また、耐熱性か低く、高温処理による不純物の混入に
影響され易い半導体より成る各種デバイス、電界発光（
ＥＬ）。

液晶（ＬＣ）等の表示デバイスや太陽電池、薄膜１〜ラ
ンジスタ（ＴＦＴ）等のアモルファスシリコン系の薄膜
デバイスに使用か可能である。

［発明の効果］ 母材の蒸気と活性化されたガスを独立に制御できるなめ
、得られる透明導電膜の膜質１例えば導電性、透明度等
を高い自由度でコントロールすることか可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を実施するための成膜装置の
概略断面図、第２Ａ図と第２Ｂ図は従来技術による成膜
方法を実施するなめの成膜装置の概略断面図である。 符号の説明 １　　　反応室 ３　　　基板 ４　　　シャッタ ６　　　蒸発装置 １６　　　加熱源 １７　　　　ｉ材 ７　　　雰囲気調整用カス ９活性化用カス １１　　　カス活性化装置 １２　　　イオン源 １３　　　加速用電源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、真空装置内で基板上に所望の透明度、導電性を
   もった透明導電膜を形成する方法であって、該透明導電
   膜の構成元素を含む母材を加熱蒸発して、その蒸気を基
   板に当て、同時に所定のガスを活性化して活性化ガスを
   基板に当て、基板上に透明導電膜を形成することを特徴
   とする透明導電膜の形成方法。