濺射靶材及導(dǎo)電金屬氧化物薄膜的制作方法
【專利摘要】一種濺射靶材，包含銦、第一金屬、第二金屬，及氧，基于銦、第一金屬及第二金屬的原子總含量以100at.%計，銦的原子含量范圍為10至20at.%，第一金屬的原子含量范圍為60至80at.%，第二金屬的原子含量范圍為10至20at.%，其中，第一金屬選自鋅、錫，及前述的組合，第二金屬選自鋁、鈦，及前述的組合。本發(fā)明還提供利用該濺射靶材經(jīng)濺射所形成的導(dǎo)電金屬氧化物薄膜，該導(dǎo)電金屬氧化物薄膜的電阻率高，進(jìn)而維持該導(dǎo)電金屬氧化物薄膜的預(yù)定厚度不被縮減且不易破損，有效提高該導(dǎo)電金屬氧化物薄膜應(yīng)用于光電元件的成品率。
【專利說明】濺射靶材及導(dǎo)電金屬氧化物薄膜
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種濺射靶材及導(dǎo)電金屬氧化物薄膜，特別是涉及一種經(jīng)濺射而形成電阻率高的導(dǎo)電金屬氧化物薄膜的濺射靶材及高電阻率導(dǎo)電金屬氧化物薄膜。
【背景技術(shù)】
[0002]一導(dǎo)電金屬氧化物薄膜通常是利用濺射工序沉積而得，能利用金屬或金屬合金靶材以反應(yīng)式濺射的方式制得，也能經(jīng)濺射一個成分相同的金屬氧化物濺射靶材而形成該導(dǎo)電金屬氧化物薄膜。
[0003]其中，由于一銦錫氧化物薄膜(下稱ITO薄膜)具備優(yōu)良的導(dǎo)電特性(也就是電阻率低)，且在可見光的照射下透明度也高，所以是發(fā)展最為成熟的導(dǎo)電金屬氧化物薄膜，亦是光電產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用最廣泛的導(dǎo)電金屬氧化物薄膜，特別是應(yīng)用作為光電元件的電極層或電流擴散層。
[0004]之后，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)該銦錫氧化物薄膜中還含有鋅，而形成一銦鋅錫氧化物薄膜時，除了維持高導(dǎo)電率的特性外，還在短波長范圍的光線的照射下具備更高的透光率。因此，銦鋅錫氧化物薄膜也是一種能被應(yīng)用作為透明導(dǎo)電薄膜(transparent conductingoxide)的導(dǎo)電金屬氧化物薄膜。
[0005]隨著市面上所需的產(chǎn)品日異多元化，對于導(dǎo)電金屬氧化物薄膜的特性的需求也不如以往一味地要求提升導(dǎo)電率，例如，應(yīng)用于觸控面板時，反而需要電阻值相對較高的導(dǎo)電金屬氧化物薄膜。而一般主要的做法是薄化ITO薄膜，以提升薄膜的電阻值；然而，一味地減低ITO薄膜厚度的做法,容易產(chǎn)生以下缺點(side effect),例如,薄膜過薄導(dǎo)致破損，或薄膜的厚度不均勻，其將致使電性不穩(wěn)定，且所制得的光電元件的成品率低落。
[0006]因此，有研究提出:以改變金屬元素或組成比例的做法，以相異的導(dǎo)電金屬氧化物薄膜取代傳統(tǒng)ITO薄膜，而該做法需考慮許多議題，除了該薄膜與其他元件間的相容性是否類似于ITO薄膜與其他元件間的相容性外，還需考慮工序設(shè)備、工序參數(shù)及廢料回收流程變更等問題，所以，此也成為業(yè)界研究的目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)前述，發(fā)明人努力研究如何利用類似于目前制作ITO薄膜的濺射工序，以一濺射靶材經(jīng)濺射形成一工序成品率高、品質(zhì)優(yōu)良，電阻率高的導(dǎo)電金屬氧化物薄膜，且不需變更目前工序設(shè)備與流程。
[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種經(jīng)濺射而形成高電阻率金屬氧化物的濺射靶材。
[0009]此外，本發(fā)明的另一目的，即在提供一種高電阻率的金屬氧化物薄膜。
[0010]本發(fā)明濺射靶材，包含銦、一第一金屬、一第二金屬，及氧。
[0011]基于銦、該第一金屬及該第二金屬的原子總含量以IOOat.%計，銦的原子含量范圍為10至20at.%，該第一金屬的原子含量范圍為60至80at.%，該第二金屬的原子含量范圍為10至20at.%，其中，該第一金屬選自鋅、錫，及前述的組合，該第二金屬選自鋁、鈦，及前述的組合。
[0012]較佳地，前述濺射靶材的銦的原子含量范圍為12至18at.%，該第一金屬的原子含量范圍為64至76at.%，該第二金屬的原子含量范圍為12至18at.%。
[0013]較佳地，前述濺射靶材的該第一金屬為錫及鋅，該第二金屬為鋁。
[0014]較佳地，前述濺射靶材的該第一金屬中錫的原子含量范圍為10至20at.%。
[0015]較佳地，前述濺射靶材的該第一金屬中鋅的原子含量范圍為10至20at.%。
[0016]較佳地，前述濺射靶材包含一成多晶相結(jié)構(gòu)的主成分，及一晶相結(jié)構(gòu)異于該主成分的副成分，且該主成分與該副成分皆具有銦、該第一金屬，及該第二金屬。
[0017]較佳地，前述濺射靶材的該副成分中鋁的原子含量百分比大于該主成分中鋁的原子含量百分比。
[0018]較佳地，前述濺射靶材借由X射線衍射測定，在衍射角為33.0°~35.0°的位置具有衍射波峰。
[0019]較佳地,前述派射祀材的電阻率大于5 X 10_3Ω-cm,且小于ΙΟ^Ω-αιι。
[0020]較佳地，前述濺射靶材的絕對密度大于6g/cm_3。
[0021]本發(fā)明導(dǎo)電金 屬氧化物薄膜，由上述的濺射靶材經(jīng)濺射所形成。
[0022]較佳地，前述導(dǎo)電金屬氧化物薄膜的該導(dǎo)電金屬氧化物薄膜在膜厚為IOOnm時的電阻值大于IO6 Ω。
[0023]較佳地，前述導(dǎo)電金屬氧化物薄膜的電阻率介于0.1 Ω -cm至I Ω -cm間。
[0024]較佳地，前述導(dǎo)電金屬氧化物薄膜的透光率大于85%。
[0025]本發(fā)明的有益效果在于:該濺射靶材所經(jīng)濺射所形成的導(dǎo)電金屬氧化物薄膜的電阻率高，進(jìn)而維持該導(dǎo)電金屬氧化物薄膜的預(yù)定厚度不被縮減且不易破損，有效提高該導(dǎo)電金屬氧化物薄膜應(yīng)用于光電元件的成品率。。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖示說明本發(fā)明的較佳實施例。
[0027]圖1是具體例I濺射靶材以掃描式電子顯微鏡進(jìn)行電子束掃描該較佳實施例的表面并分析背向散射電子所產(chǎn)生的信號圖；
[0028]圖2為圖1的局部放大圖；
[0029]圖3是一具體例I的能量散射光譜儀(Energy Dispersive Spectrometer,以下簡稱EDS)分析圖；
[0030]圖4是一具體例2的EDS分析圖；
[0031]圖5是一具體例I的X射線衍射儀(X-ray diffraction,以下簡稱XRD)測量圖；
[0032]圖6是一具體例2的XRD測量圖。
【具體實施方式】
[0033]本發(fā)明濺射靶材的較佳實施例包含銦、一第一金屬、一第二金屬，及氧，基于銦、該第一金屬及該第二金屬的原子總含量以IOOat.%計，銦的原子含量范圍為10至20at.%，該第一金屬的原子含量范圍為60至80at.%，該第二金屬的原子含量范圍為10至20at.%，其中，該第一金屬選自鋅、錫，及前述的組合，該第二金屬選自鋁、鈦，及前述的組合，且該第二金屬的氧化物的電阻率高于該第一金屬的氧化物的電阻率。
[0034]將該較佳實施例在一濺射機臺的腔體中經(jīng)濺射而形成一導(dǎo)電金屬氧化物薄膜時，由于濺射是以物理性沉積原理為主的方式形成薄膜，則含有銦、該第一金屬、該第二金屬，及氧的該濺射靶材所形成的該導(dǎo)電金屬氧化物薄膜也含有銦、該第一金屬、該第二金屬，及氧。
[0035]在此還需說明的是，雖然，導(dǎo)電金屬氧化物薄膜的特性除了受靶材成分組成的影響外，亦會受濺射環(huán)境及參數(shù)值設(shè)定的影響。例如，當(dāng)在濺射的過程中還通入氧氣至該濺射機臺的腔體中時，氧氣也會視環(huán)境(例如腔體的溫度或腔體的壓力或腔體中的氧氣含量)而與該濺射靶材的金屬成分反應(yīng)，進(jìn)而影響導(dǎo)電金屬氧化物薄膜的特性。但濺射環(huán)境及參數(shù)值設(shè)定對導(dǎo)電金屬氧化物薄膜電阻率的影響通常限制在一范圍內(nèi)，并沒有辦法在適當(dāng)?shù)臑R射條件下得到穩(wěn)定的高電阻值ITO薄膜或銦鋅錫氧化物薄膜。因此，較佳的方式仍然必須采用適當(dāng)成分及組成比例的金屬氧化物靶材以得到高電阻率的導(dǎo)電金屬氧化物薄膜。
[0036]該較佳實施例的該第二金屬的原子含量為10至20at.%，則經(jīng)濺射工序后所形成的導(dǎo)電金屬氧化物薄膜的成分也含有該第二金屬，且該導(dǎo)電金屬氧化物薄膜的電阻值大于相同厚度的ITO薄膜的片電阻，也大于相同厚度的銦鋅錫氧化物薄膜的片電阻；再者，其透光率仍與目前銦鋅錫氧化物薄膜的透光率相當(dāng)。具體地說，當(dāng)該導(dǎo)電金屬氧化物薄膜在膜厚為IOOnm時，其電阻值大于IO6 Ω，且平均透光率大于85%。
[0037]且還需提出來說明的是，該較佳實施例所形成的導(dǎo)電金屬氧化物薄膜的電阻率大于銦鋅錫氧化物薄膜的電阻率的其中一個原因為:加入預(yù)定濃度的鋁原子或鈦原子與銦鋅錫形成電阻率較高的化合物，因而降低電子移動率，而提升電阻率。
[0038]特別的是， 若該較佳實施例的該第二金屬的原子含量小于IOat.%，則經(jīng)濺射工序后易形成該第二金屬的原子含量過低的導(dǎo)電金屬氧化物薄膜；以鋁作為該第二金屬舉例作說明，當(dāng)一導(dǎo)電金屬氧化物薄膜中的鋁含量過低時，鋁原子占據(jù)原鋅或銦的晶格位置而產(chǎn)生取代效應(yīng)，因而增加氧化物中的載流子濃度，導(dǎo)致導(dǎo)電金屬氧化物薄膜的導(dǎo)電率上升。
[0039]除此之外，若該較佳實施例的該第二金屬的原子含量大于20at.%，其材料中絕緣性高的氧化鋁或氧化鈦含量過高，將致使經(jīng)濺射所形成的導(dǎo)電金屬氧化物薄膜的電阻值過聞而導(dǎo)電能力不足。
[0040]更精確地，該較佳實施例的銦的含量范圍為12至18at.%，該第一金屬的原子含量范圍為64至76at.%，該第二金屬的原子含量范圍為12至18at.%。
[0041]且較佳地，該第一金屬為錫及鋅，該第二金屬為鋁，且鋅的原子含量范圍為10至20at.%，或錫的原子含量范圍為10至20at.%，皆進(jìn)而使經(jīng)濺射而形成的導(dǎo)電金屬氧化物薄膜在膜厚為IOOnm時的電阻值大于5 X IO6 Ω，且在波長范圍為300至1300nm的光線照射時的透光率大于87%。
[0042]更佳地，該較佳實施例含有一主成分，及一晶格結(jié)構(gòu)異于該主成分的副成分，該主成分與該副成分皆含有銦、該第一金屬，及該第二金屬。該副成分中該第二金屬的原子含量百分比大于該主成分中該第二金屬的原子含量百分比，推測該副成分中含有電阻率較高的化合物；此處所稱的原子含量百分比亦分別基于主成分或副成分中的銦、該第一金屬，及該第二金屬的原子總含量以IOOat.%計。
[0043]較佳地，該濺射靶材的電阻率大于5 X 10_3 Ω -cm,且小于KT1 Ω -cm,以確保濺射工序可以在直流濺射下進(jìn)行。
[0044]以下，將以第一金屬為錫及鋅，且第二金屬為鋁，詳細(xì)說明本發(fā)明濺射靶材的較佳實施例的制作方法。
[0045]首先，分別準(zhǔn)備純度大于99.9%的一氧化銦粉末、一氧化鋅粉末、一氧化錫粉末，及一氧化鋁粉末。
[0046]接著，進(jìn)行一球磨步驟，先將該氧化銦粉末、該氧化鋅粉末、該氧化錫粉末，及該氧化鋁粉末混合而成一混合粉末，并置入一球磨機中，再在該球磨機中加入多數(shù)個氧化鋯球，而后，令這些氧化鋯球與該混合粉末連續(xù)球磨8小時以上，再將球磨后的混合粉末與這些氧化鋯球分離。
[0047]再來，進(jìn)行一造粒步驟，以噴霧干燥的方式將球磨后的混合粉末形成粒徑范圍為20至100 μ m的一造粒粉。
[0048]繼續(xù)，進(jìn)行一成型步驟，準(zhǔn)備一涂有一脫膜劑的模具，并置入該造粒粉，再在一壓力范圍為200至1200kg/cm3，且溫度范圍為30至50°C的環(huán)境壓制，而得到一相對密度范圍為50至65%的生胚祀材。
[0049]接著，進(jìn)行一燒結(jié)步驟，將該生胚靶材置于一通入有氧氣的高溫?zé)Y(jié)爐中，再以范圍為1300至1600°C的溫度燒結(jié)形成本發(fā)明濺射靶材的該較佳實施例。
[0050]最后，還可視需求進(jìn)行一整型步驟，對該較佳實施例進(jìn)行切割，而成預(yù)定的尺寸，并進(jìn)行表面研磨，使表面光滑且平整。
[0051]接下來， 為本發(fā)明濺射靶材的具體例與比較例，及其所形成的導(dǎo)電金屬氧化物薄膜的成分比例及特性的測量與分析。
[0052]《測量與分析》
[0053][具體例I]
[0054]該具體例I以上述該較佳實施例的制作方法所制得，采用19.2克純度大于99.9%的氧化銦粉末、11.3克氧化鋅粉末、62.5克氧化錫粉末，及7.0克氧化鋁粉末。當(dāng)以銦、鋅、錫、招的原子含量為IOOat.%計,該具體例I的銦的原子含量為16.7at.%,鋅的原子含量為
16.7at.%,錫的原子含量為50at.%,且招的原子含量為16.7at.%。(上述是分別將原子含量值四舍五入至小數(shù)點以下第I位表示)
[0055]繼續(xù)，將該具體例I作為濺射工序用的祀材，在功率密度為3W/cm2、溫度控制在室溫、通入流速實質(zhì)為70sccm的IS氣及流速實質(zhì)為4sccm的氧氣,及工作壓力為3.5mTorr的腔體環(huán)境，在一與該靶材間隔的基板上濺射形成一薄膜，并再濺射后以200°C回火，而制得一由該具體例I所形成的導(dǎo)電金屬氧化物薄膜。
[0056][具體例2]
[0057]該具體例2以類似該具體例I的制作方法所制得，采用23.7克純度大于99.9%的氧化銦粉末約、41.8克氧化鋅粉末、25.8克氧化錫粉末，及8.7克氧化鋁粉末。當(dāng)以銦、鋅、錫、招的原子含量為IOOat.%計,該具體例I的銦的原子含量為16.7at.%,鋅的原子含量為50at.%，錫的原子含量為16.7at.%，且招的原子含量為16.7at.%。(上述是分別將原子含量值四舍五入至小數(shù)點以下第I位表示)
[0058]繼續(xù)，將該具體例2作為濺射工序用的靶材，經(jīng)類似于該具體例I所經(jīng)的濺射工序，而形成一薄膜，并再濺射后以280°C回火，而制得一由該具體例2所形成的導(dǎo)電金屬氧化物薄膜。
[0059][比較例I]
[0060]該比較例I以類似該具體例I的制作方法所制得，其不同處在于是分別準(zhǔn)備73.2克純度大于99.9%的氧化銦粉末、9.8克氧化鋅粉末，及17.0克氧化錫粉末。
[0061]繼續(xù)，將該比較例I作為濺射工序用的靶材，經(jīng)類似于該具體例I所經(jīng)的濺射工序，而形成一薄膜，并再濺射后以280°C回火，而制得一由該比較例I所形成的導(dǎo)電金屬氧化物薄膜。
[0062][比較例2]
[0063]該比較例2以類似該具體例I的制作方法所制得，其不同處在于是分別準(zhǔn)備90克純度大于99.9%的氧化銦粉末10克氧化錫粉末。
[0064]繼續(xù)，將該比較例2作為濺射工序用的靶材，經(jīng)類似于該具體例I所經(jīng)的濺射工序，而形成一薄膜，并再濺射后以280°C回火，而制得一由該比較例2所形成的導(dǎo)電金屬氧化物薄膜(也就是ITO薄膜)
[0065][比較例3]
[0066]該比較例3以類似該具體例I的制作方法所制得，其不同處在于是分別準(zhǔn)備98克純度大于99.9%的氧化鋅粉末,及2克氧化鋁粉末。
[0067]繼續(xù)，將該比較例3作為濺射工序用的靶材，經(jīng)類似于該具體例I所經(jīng)的濺射工序，而形成一薄膜， 并再濺射后以170°C回火，而制得一由該比較例3所形成的導(dǎo)電金屬氧化物薄膜(也就是AZO薄膜)。
[0068]有關(guān)成分比例與特性的測量結(jié)果，分別列示如表1。
[0069]表1
【權(quán)利要求】
1.一種派射IE材，其特征在于，包含:銦、一第一金屬、一第二金屬，及氧，基于銦、該第一金屬及該第二金屬的原子總含量以IOOat.%計，銦的原子含量范圍為10至20at.%，該第一金屬的原子含量范圍為60至80at.%，該第二金屬的原子含量范圍為10至20at.%，其中，該第一金屬選自鋅、錫，及其組合，該第二金屬選自鋁、鈦，及其組合。
2.如權(quán)利要求1所述的濺射靶材，其特征在于:銦的原子含量范圍為12至18at.%，該第一金屬的原子含量范圍為64至76at.%,該第二金屬的原子含量范圍為12至18at.%。
3.如權(quán)利要求1所述的濺射靶材，其特征在于:該第一金屬為錫及鋅，該第二金屬為招。
4.如權(quán)利要求3所述的濺射靶材，其特征在于:錫的原子含量范圍為10至20at.%。
5.如權(quán)利要求3所述的濺射靶材，其特征在于:鋅的原子含量范圍為10至20at.%。
6.如權(quán)利要求3所述的濺射靶材，其特征在于:該濺射靶材包含一成多晶相結(jié)構(gòu)的主成分，及一晶相結(jié)構(gòu)異于該主成分的副成分，且該主成分與該副成分皆具有銦、該第一金屬，及該第二金屬。
7.如權(quán)利要求6所述的濺射靶材，其特征在于:該副成分中鋁的原子含量百分比大于該主成分中鋁的原子含量百分比。
8.如權(quán)利要求3所述的濺射靶材，其特征在于:借由X射線衍射測定，在衍射角為33.0°~35.0°的位置具有衍射波峰。
9.如權(quán)利要求3所述的濺射靶材，其特征在于:該濺射靶材的電阻率大于5 X 10 3 Ω -cm,且小于 10 1 Ω -cm。`
10.如權(quán)利要求3所述的濺射靶材，其特征在于:該濺射靶材的絕對密度大于6g/cnT3。
11.一種導(dǎo)電金屬氧化物薄膜，其特征在于，由上述第I~10項其中任一項所述的濺射靶材經(jīng)濺射所形成。
12.如權(quán)利要求11所述的濺射靶材，其特征在于:該導(dǎo)電金屬氧化物薄膜的電阻率介于 0.1 Ω -cm 至 I Ω -cm 間。
13.如權(quán)利要求11所述的濺射靶材，其特征在于:該導(dǎo)電金屬氧化物薄膜的透光率大于 85%。
【文檔編號】C23C14/08GK103849842SQ201310092782
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月3日
【發(fā)明者】盧明昌, 尹新淳, 張智詠, 曾浤豪 申請人:光洋應(yīng)用材料科技股份有限公司