專利名稱：濺射靶及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)透明導電薄膜的主要由In和Zn氧化物組成的IZO濺射靶，該靶的體電阻低，本發(fā)明還涉及這樣一種IZO濺射靶的制造方法。
背景技術(shù)：
由一些金屬間氧化物組成的透明導電薄膜具有高的電導率和可見光透過率，它們有各種應(yīng)用，例如液晶顯示設(shè)備、薄膜電發(fā)光顯示設(shè)備、放射性傳感器、用于終端設(shè)備的透明圖形輸入板、防止窗玻璃露水冷凝的加熱薄膜、用于抗靜電薄膜或太陽能熱收集器的選擇性滲透膜，以及觸摸板的電極。
由金屬間氧化物組成的這樣透明導電薄膜中，最普遍使用的是由氧化銦和氧化錫組成的透明導電薄膜，通常稱之ITO。
其他已知的透明導電薄膜包括由氧化銦和氧化鋅、加銻的氧化錫或加鋁的氧化鋅組成的那些透明導電薄膜。由于這些透明的導電薄膜在生產(chǎn)難易程度、價格和特性方面不同，所以它們的使用取決于應(yīng)用。
在這些透明導電薄膜中，曾提出使用主要由In和Zn氧化物(IZO)組成的透明導電薄膜，它們的蝕刻速率高于ITO薄膜。但是，由于IZO的體電阻高于ITO，所以濺射期間的放電可能變得不穩(wěn)定，特別是在DC磁電管濺射過程中更如此。
在氧化銦-基燒結(jié)體中，曾知道加入約5％錫可降低體電阻，并且在氧化銦-氧化鋅中也得到類似的效果。
但是，加入如此大量的錫可從主要由In和Zn氧化物組成的IZO組分系統(tǒng)中解離出來，但可生產(chǎn)出與IZO透明導電薄膜基本不同的In-Zn-Sn氧化物(ITZO)透明導電薄膜。
因此，由于失去了主要由In和Zn氧化物組成的IZO透明導電薄膜的特性，所以ITZO透明導電薄膜未必滿足該目的。

發(fā)明內(nèi)容
在考慮上述各個方面之后，本發(fā)明試圖改進主要由In和Zn氧化物組成的未喪失其特性的IZO透明導電薄膜，還通過加入極少量Sn以提供降低體電阻的用于生產(chǎn)透明導電薄膜的IZO濺射靶，該靶在濺射期間能夠穩(wěn)定放電；本發(fā)明還試圖提供一種生產(chǎn)這樣IZO濺射靶的方法，該靶可穩(wěn)定地高再現(xiàn)性地生產(chǎn)透明導電薄膜。
即，本發(fā)明提供(1)一種用于生產(chǎn)主要含有In和Zn氧化物的透明導電薄膜的IZO濺射靶，其特征在于它含有100-2000ppm錫；(2)一種用于生產(chǎn)主要含有In和Zn氧化物的透明導電薄膜的IZO濺射靶，其特征在于它含有100-1000ppm錫；(3)一種用于生產(chǎn)主要含有In和Zn氧化物的透明導電薄膜的IZO濺射靶，其特征在于它含有100-500ppm錫；(4)根據(jù)(1)-(3)中任一項所述的用于生產(chǎn)透明導電薄膜的IZO濺射靶，其特征在于其體電阻是1-5毫歐姆-厘米；(5)根據(jù)(1)-(4)中任一項所述的用于生產(chǎn)透明導電薄膜的IZO濺射靶，其特征在于含例如Fe、Al和Si每種不可避免的雜質(zhì)的含量小于10ppm；(6)根據(jù)(1)-(5)中任一項所述的用于生產(chǎn)透明導電薄膜的IZO濺射靶，其特征在于晶體粒度是4微米或更小；(7)根據(jù)(1)-(6)中任一項所述的用于生產(chǎn)透明導電薄膜的IZO濺射靶，其特征在于晶體粒度是3微米或更小；(8)根據(jù)(1)-(7)中任一項所述的用于生產(chǎn)透明導電薄膜的IZO濺射靶，其特征在于晶體粒度是2微米或更小；(9)一種用于生產(chǎn)主要含有In和Zn氧化物的透明導電薄膜的IZO濺射靶的生產(chǎn)方法，其特征在于含有0.5-25重量％的ZnO和100-2000ppm的Sn的In2O3和ZnO混合粉末在1100-1500℃進行燒結(jié)；(10)根據(jù)(9)項所述的用于生產(chǎn)主要含有In和Zn氧化物的透明導電薄膜的IZO濺射靶的生產(chǎn)方法，其特征在于它含有100-1000ppm的Sn；以及(11)根據(jù)(9)項所述的用于生產(chǎn)主要含有In和Zn氧化物的透明導電薄膜的IZO濺射靶的生產(chǎn)方法，其特征在于它含有100-500ppm的Sn。
附圖簡述

圖1是含有In和Zn氧化物作為主要組分的IZO濺射靶實施例和對比實施例中體電阻與Sn含量之間的關(guān)系圖。
圖2是體電阻與繪制在對數(shù)標度上直到100000ppm的Sn含量之間的關(guān)系圖。
實施本發(fā)明的最佳方式在生產(chǎn)主要由In和Zn氧化物組成的濺射靶時，例如，稱取平均粒度為2微米的氧化銦粉末和同樣平均粒度的氧化鋅粉末，使它們的重量比是90∶10，以及稱取100-2000ppm，優(yōu)選地是100-1000ppm，更優(yōu)選地是100-500ppm錫，往其中加入模制粘合劑，再均勻混合在一起。
其次，把混合粉末裝入模子中，壓塑，再在高溫1100-1500℃下燒結(jié)0-20小時。燒結(jié)的IZO濺射靶的晶體粒度調(diào)節(jié)到4微米或小于4微米，優(yōu)選地是3微米或小于3微米，更優(yōu)選地是2微米或小于2微米。
用表面研磨機將如此得到的燒結(jié)IZO濺射靶研磨到表面粗糙度Ra為5微米或5微米以下的IZO靶材料。
這里，IZO濺射靶的濺射表面可以鏡面拋光，得到表面粗糙度Ra為1000℃或1000℃以下。
對于這種鏡面加工(拋光)，可以使用如機械拋光、化學拋光和機械-化學拋光(機械拋光和化學拋光的組合)的已知拋光技術(shù)。
例如，使用#2000固定磨料顆粒拋光劑(拋光液水)拋光，或使用自由磨料顆粒研磨(磨料SiC漿料等)，接著使用金剛石漿料研磨，可以進行鏡面拋光。
對于這樣的拋光方法沒有任何特別的限制，但可以使用其他的拋光方法，只要達到本發(fā)明的上述平均表面粗糙度Ra。如此得到的IZO濺射靶與底板結(jié)合。
其次，實施清洗過程，例如空氣吹除或用流水洗滌。當采用空氣吹除外來物質(zhì)時，可用吸塵器抽吸空氣從面對管口的面上有效除去外來物質(zhì)。但是，由于上述空氣吹除或用流水洗滌受局限時，可進一步實施超聲清洗等。當在頻率25-300千赫茲實施多重振動時，超聲清洗是有效的。從25千赫茲到300千赫茲，以每25千赫茲為間隔選取12個頻率實施多重振動是優(yōu)選的。
因此，可以將用于生產(chǎn)透明導電薄膜的如此生產(chǎn)的IZO濺射靶的體電阻控制在1-5毫歐姆·厘米內(nèi)。
如上所述，使用低到2000ppm或更低的Sn含量而不改變IZO的組成可以降低IZO濺射靶的體電阻。
另外，在粘合以得到主要由In和Zn氧化物組成的IZO透明導電薄膜之后，使用IZO濺射靶進行濺射，該靶含有100-2000ppm，優(yōu)選地100-1000ppm，更優(yōu)選地100-500ppm的Sn。因此，透明導電薄膜的電阻率是1.0×10-4至1.0×10-3歐姆·厘米。
實施例和對比實施例本發(fā)明將對實施例與對比實施例作出比較說明。
在生產(chǎn)IZO濺射靶時，平均粒度為2微米的氧化銦粉末、同樣平均粒度的氧化鋅粉末和錫(Sn)稱重，達到表1中列出的重量比，往其中加入模制粘合劑，均勻混合在一起，再制粒。
然后，將混合粉末均勻地裝入模子里，使用冷壓機壓塑。如此得到的模制物在1430℃燒結(jié)爐中燒結(jié)7小時。另外，如此得到的燒結(jié)體表面用表面研磨機進行研磨，再用金剛石刀切下邊，得到IZO靶材料。
IZO靶材料密度是6.90克/厘米3，而平均晶體粒度是1.5微米。
表1


然后，該表面進行空氣吹除，再從25千赫茲到300千赫茲，按每25千赫茲間隔選取12個多重振動頻率進行超聲清洗3分鐘。然后干燥該表面，得到本發(fā)明實施例和對比實施例的IZO濺射靶。
如表1所示，樣品1-4不含任何錫(Sn)(對比實施例)，樣品5-8含有179ppm的Sn(實施例)；樣品9-15含有210ppm的Sn(實施例)；樣品16-27含有345ppm的Sn(實施例)；以及樣品28-31含有2100-3400ppm的Sn(對比實施例)。
但是，樣品32和33分別含有39000和78800ppm的Sn(對比實施例)，并且改變加入的量，以便Zn+Sn總量不變。如果Sn含量超過2000ppm，因失去IZO特性而不能夠達到本發(fā)明的目的。
IZO濺射靶的體電阻測量結(jié)果也列于表1中。圖1和2顯示出這些數(shù)據(jù)圖，以便易于觀察。
圖1顯示了從未加任何Sn到加入345ppm的Sn的數(shù)據(jù)圖；圖2顯示了從加179ppm的Sn到加入78800ppm的Sn的體電阻圖(圖2省略了未加任何Sn的數(shù)據(jù))。(以對數(shù)標度顯示加入的Sn量)。
如表1和圖1所示，Sn加入量從179ppm到345ppm時，體電阻是1-5歐姆·厘米(1-5×10-3歐姆·厘米)，表明低電阻值。
然而，在不加任何Sn的情況下，體電阻是約5毫歐姆·厘米或超過5毫歐姆·厘米，不可能達到穩(wěn)定的低體電阻值5毫歐姆·厘米或小于5毫歐姆·厘米。為了保持體電阻值穩(wěn)定地在5毫歐姆·厘米或小于5毫歐姆·厘米，曾證明Sn含量應(yīng)該是100ppm或100ppm以上。
另一方面，當Sn含量增加(加大量的Sn)時，可以達到較低的體電阻值，但是，如果Sn含量超過2000ppm，體電阻值降低減緩，并且不可能看到通過增加Sn含量而改善體電阻值的重大效果。
如前所述，如果加入Sn超過2000ppm，則IZO特性變壞，因此加入過量的Sn是不可取的。
由上述事實可以看到，為了降低體電阻值和保持IZO特性，可取的是燒結(jié)IZO靶中Sn含量是在100-2000ppm之內(nèi)，這可由表1和圖1和2所示的實施例所證實。
(所形成薄膜的特性評價)下面使用具有不同Sn含量的本發(fā)明IZO濺射靶制造薄膜，還評價了薄膜的特性。
使用如上述制造的具有不同Sn含量的三種直徑為4英寸的IZO濺射靶作為濺射靶。靶的Sn含量、密度和體電阻(特性值)列于表2。
即樣品101的Sn含量為0ppm，密度為6.84克/厘米3，而體電阻為5.22毫歐姆·厘米；樣品102的Sn含量為465ppm，密度為6.79克/厘米3，而體電阻為2.44毫歐姆·厘米；樣品103的Sn含量為2000ppm，密度為6.78克/厘米3，而體電阻為1.93毫歐姆·厘米。
表2(靶性質(zhì))

另外，上述的靶安裝在DC磁控管濺射設(shè)備中，在室溫下在SCG基體上生成薄膜。在濺射時，壓力預(yù)先降低到1.2×10-3帕斯卡或更低，然后分別加入Ar氣(純度99.9％)和Ar+1％O2混合氣體(純度99.99％)，達到真空壓力1.0帕斯卡，在電壓360V和電流0.11A的條件下，制成厚度150納米的薄膜。
在Ar氣氛下制成薄膜的特性列于表3，而在Ar+1％O2混合氣體中制成薄膜的特性列于表4。
表3(在Ar氣氛中制成薄膜的性質(zhì))

表4(在Ar+1％O2混合氣體中制成的薄膜的性質(zhì))

如上述表3所明顯看到的，當在Ar氣氛中生產(chǎn)薄膜時，而IZO靶的Sn含量分別是0(未加)、465ppm和2000ppm時，薄膜的透射系數(shù)是93.0％、94.4％和94.3％；電阻率是0.64毫歐姆·厘米、0.51毫歐姆·厘米和0.59毫歐姆·厘米。因此，未發(fā)現(xiàn)在Ar氣氛中制成薄膜的特性有很大變化。
還如上述表4所明顯看到的，當在Ar+1％O2混合氣體中生產(chǎn)薄膜還如上述表4所明顯看到的，當在Ar+1％O2混合氣體中生產(chǎn)薄膜時，而IZO靶的Sn含量分別是0(未加)、465ppm和2000ppm時，薄膜的透射系數(shù)是96.4％、94.5％和96.8％；電阻率是0.59毫歐姆.厘米、0.60毫歐姆.厘米和0.59毫歐姆·厘米。因此，在Ar+1％O2混合氣體中生產(chǎn)薄膜的特性也未發(fā)現(xiàn)很大的變化。
由上述結(jié)果證實了，加入100-2000ppm的Sn時，得到了與未加Sn的IZO濺射靶同樣質(zhì)量的薄膜，加入100-2000ppm的Sn不影響薄膜的特性。
如上所述，通過加入痕量Sn降低了IZO的體電阻值，并且穩(wěn)定地制成薄膜，而不改變通常的IZO特性。
工業(yè)應(yīng)用性用于生產(chǎn)本發(fā)明透明導電薄膜的IZO濺射靶，通過加入非常少量的Sn，可以相當大地、有效地降低體電阻，沒有顯著地失去主要由In和Zn氧化物(IZO)組成的透明導電薄膜的特性。另外，采用這樣一種靶的生產(chǎn)方法，可以穩(wěn)定地、高再現(xiàn)性地得到上述低體電阻的靶。
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)透明導電薄膜的IZO濺射靶，它主要含有In和Zn氧化物，其特征在于，它含有100-2000ppm Sn。
2.一種用于生產(chǎn)透明導電薄膜的IZO濺射靶，它主要含有In和Zn氧化物，其特征在于，它含有100-1000ppm Sn。
3.一種用于生產(chǎn)透明導電薄膜的IZO濺射靶，它主要含有In和Zn氧化物，其特征在于，它含有100-500ppm Sn。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的用于生產(chǎn)透明導電薄膜的IZO濺射靶，其特征在于，其體電阻是1-5毫歐姆·厘米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的用于生產(chǎn)透明導電薄膜的IZO濺射靶，其特征在于，如Fe、Al和Si不可避免的雜質(zhì)其每種含量均小于10ppm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的用于生產(chǎn)透明導電薄膜的IZO濺射靶，其特征在于，晶體粒度是4微米或更小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一權(quán)利要求所述的用于生產(chǎn)透明導電薄膜的IZO濺射靶，其特征在于，晶體粒度是3微米或更小。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一權(quán)利要求所述的用于生產(chǎn)透明導電薄膜的IZO濺射靶，其特征在于，晶體粒度是2微米或更小。
9.一種用于生產(chǎn)主要含有In和Zn氧化物的透明導電薄膜的IZO濺射靶的生產(chǎn)方法，其特征在于，含有0.5-25重量％ZnO和100-2000ppm的Sn的In2O3和ZnO混合粉末在1100-1500℃下進行燒結(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于生產(chǎn)主要含有In和Zn氧化物的透明導電薄膜的IZO濺射靶的制造方法，其特征在于，它含有100-1000ppm Sn。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于生產(chǎn)主要含有In和Zn氧化物的透明導電薄膜的IZO濺射靶的制造方法，其特征在于，它含有100-500ppm Sn。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)透明導電薄膜的IZO濺射靶,它含100－2000ppm的Sn,其主要由In和Zn的氧化物組成,本發(fā)明還涉及一種用于生產(chǎn)透明導電薄膜的IZO濺射靶的方法,該靶含100－2000ppm的Sn,它主要由在1100－1500℃下燒結(jié)In
文檔編號C23C14/08GK1350599SQ00807317
公開日2002年5月22日 申請日期2000年5月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月10日
發(fā)明者中島光一, 石塚慶一, 熊原吉一 申請人:株式會社日本能源