[发明专利]氧化物烧结体和其制造方法、靶及透明导电膜

说明书

本发明是2010年07月29日申请的发明名称为“氧化物烧结体和其制造方法、靶及透明导电膜”的第201080034732.2号发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及氧化物烧结体和其制造方法、靶、及透明导电膜，更详细来说，涉及能够实现适合于蓝色LED及太阳能电池的透明导电膜的高速成膜和无结节成膜的溅射用靶、用于得到它的最佳氧化物烧结体及其制造方法。

背景技术

透明导电膜具有高导电性并在可见光区域具有高透过率，因此被用于太阳能电池及液晶表示元件、其它各种感光元件的电极等。此外，还被用作汽车窗和建筑用的热线反射膜、抗静电膜、冷冻陈列柜等的各种防模糊用的透明发热体。

在作为实用的透明导电膜而为人熟知的膜中，有氧化锡(SnO₂)类、氧化锌(ZnO)类、氧化铟(In₂O₃)类薄膜。对于氧化锡类，已被使用的有含有锑作为掺杂剂的薄膜(ATO)和含有氟作为掺杂剂的薄膜(FTO)。在氧化锌类中，已被使用的有含有铝作为掺杂剂的薄膜(AZO)和含有镓作为掺杂剂的薄膜(GZO)。但是，工业上最常使用的透明导电膜是氧化铟类。其中含有锡作为掺杂剂的氧化铟被称作ITO(铟-锡氧化物)膜，尤其易于获得低电阻膜，因此得到了广泛地使用。

低电阻的透明导电膜适宜被用于太阳能电池、液晶、有机电致发光及无机电致发光等表面元件及触摸板等广泛的用途。作为这些透明导电膜的制造方法，常用的是溅射法及离子镀法。特别是溅射法，是进行蒸气压低的材料成膜时、以及需要进行精密的膜厚控制时的有效手段，操作非常简便，因此在工业上得到了广泛地应用。

溅射法中采用溅射用靶作为薄膜的原料。靶是构成所要形成薄膜的元素的固体材料，其采用金属、金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物等烧结体或者根据情况采用单晶。在该方法中，通常使用真空装置，在一旦形成高真空后，通入稀有气体(氩气等)，在约10Pa以下的气压下，以基板为阳极、靶作为阴极，在它们之间引发辉光放电，产生氩气等离子体，并使等离子体中的氩阳离子轰击阴极靶，由此使迸出的靶成分颗粒堆积在基板上而形成膜。

溅射法按氩气等离子体的发生方法进行分类，采用高频等离子体的称为高频溅射法，采用直流等离子体的称为直流溅射法。

通常，直流溅射法由于与高频溅射法相比成膜速度更快、电源设备更廉价、成膜操作更简便等原因，在工业上得到了广泛地使用。但是，相对于即使采用绝缘性靶也能成膜的高频溅射法，直流溅射法中必须采用导电性靶。

溅射的成膜速度与靶物质的化学键有密切的关系。溅射是利用具有动能的氩阳离子轰击靶表面，使靶表面物质获取能量而迸出的现象，靶物质的离子间的键或者原子间的键越弱，则由溅射迸出的概率就越高。

在通过溅射法形成ITO等氧化物的透明导电膜时，有使用作为膜构成金属的合金靶(在ITO膜的情况下为In-Sn合金)，在氩气和氧气的混合气体中通过反应性溅射法形成氧化物膜的成膜方法，和使用由作为膜构成金属的氧化物组成的烧结体靶(在ITO膜的情况下为In-Sn-O烧结体)，通过在氩气和氧气的混合气体中进行溅射的反应性溅射法形成氧化物膜的成膜方法。

这其中使用合金靶的方法，溅射中的氧气供给量很大，而膜的性能(电阻率、透光率)对成膜速率和成膜过程中通入的氧气量的依赖性极大，因而难以稳定地制造具有固定膜厚、性能的透明导电膜。

另一方面，对于采用金属氧化物靶的方法，供给膜的一部分氧是由靶通过溅射而提供的，其余不足的氧量是作为氧气提供的，与使用合金靶时相比，膜的性能(电阻率、透光率等)对成膜速率及成膜过程中通入的氧气量的依赖性小，能够更稳定地制造具有固定膜厚、性能的透明导电膜，因此，工业上采用的是使用氧化物靶的方法。

考虑到这些背景技术，通过溅射法进行透明导电膜的成膜、量产时，主要采用使用金属氧化物靶的直流溅射法。这种情况下，若考虑生产性及制造成本，直流溅射时的氧化物靶的性质变得尤为重要。即，在输入相同电力的情况下，能够获得更高成膜速度的氧化物靶是有用的。此外，输入越高的直流电力，成膜速度越快，因此，在工业上是即使输入高的直流电力，也不会因靶的破裂或者结节产生而导致电弧等异常放电而可以稳定地成膜的氧化物靶是有用的。