DE2930373A1 - Verfahren zum herstellen transparenter, elektrisch leitender indiumoxid (in tief 2 o tief 3 )-schichten - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 79 p 7 5 3 4 BRD

Verfahren zum Herstellen transpar ent ei·, elektrisch leitender Indiumoxid (In₂O,)-Schichten

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen transparenter, elektrisch leitender Indiumoxid (In₂O^)-Schichten auf temperaturempfindlichen Unterlagen durch Hochfrequenzkathodenzerstäubung von Indium-Zinn-Legierungstargets im Vakuum unter Verwendung eines Reaktionsgases.

Die für das Herstellen derartiger Schichten bisher eingesetzten Verfahren und Substanzen, wie z.B. zinndotiertes Indiumoxid (In₂O,:Sn), antimondotiertes Zinnoxid (SnO₂:Sb) und Kadmiumstannat (Cd₂SnO^), erfordern sämtlich entweder während der Herstellung oder nachträglich die Anwendung einer Temperaturbehandlung bei Temperaturen zwischen etwa 200 und 7CX)⁰C, um optimale elektrische und optische Eigenschaften der Schich-

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ten zu gewährleisten. Dabei ist es unerheblich, ob durch die Temperaturbehandlung ein bei der Herstellung entstandenes Sauerstoffdefizit aufgefüllt oder ein Sauerstoffüberschuß ausgetrieben werden soll (J.Vac.Sei. Technol. 15 (4), JuI./Aug. 1978, 1565-1567).

Für bestimmte Anwendungszwecke, z.B. bei Verwendung thermisch nicht sehr stabiler Schichtträger wie Kunststoffolien und Faseroptiken oder beim Aufbringen auf bereits in einem früheren Arbeitsschritt abgeschiedener thermisch instabiler Schichten ist weder eine Erhitzung während des Abscheideprozesses noch eine nachträgliche Temperaturbehandlung wünschenswert.

Für derartige Zwecke wurden bisher z.B. sehr dünne teiltranaparente Metallschichten aus Gold verwendet. Die Lichtabsorption von Gold ist jedoch schon bei einer Dicke von 10 nm mit etwa 50 % sehr hoch. Ebenfalls ist die geringe mechanische Härte und die schlechte Haftfestigkeit dieser Schichten nachteilig.

Auch bei den bisherigen Versuchen, Oxidhalbleiterschichten auf kalten Unterlagen niederzuschlagen, mußte, je nach der vorgesehenen Anwendung, entweder auf optimale optische Durchlässigkeit oder auf optimale Leitfähigkeit verzichtet werden (Appl.Phys.16, 239-246 (1978); Japanese Journal of Applied Physics Vol. 17, No.7, July 1978, 1191-1196).

Es ist zwar durch Hochfrequenzionenplattieren in Argon-Sauer stoff gemischen gelungen, leitfähige, transparente Schichten aus In₂O, auf wassergekühlten Polyesterfolien oder Glas niederzuschlagen; die erhaltenen Werte für den spezifischen Widerstand liegen jedoch mit

S « 8 . 10""^-TL.cm noch etwa 40 mal höher als die, die von gleichen Schichten mit thermischer Nachbehandlung

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bekannt sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem es möglich ist, transparente elektrisch leitende Oxidschichten aus Indiumoxid ohne jegliche Temperaturbehandlung herzustellen, so daß auch thermisch nicht stabile Schichtträger verwendet werden können.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Reaktionsgas Wasserdampf mit einem Druck zwischen 10 mbar und 5x10 ^J mbar verwendet wird und daß die verwendeten temperaturempfindlichen Unterlagen während der Beschichtung wassergekühlt werden.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, Wasserdampf mit einem Druck von 3x10~^ mbar zu verwenden. Als temperaturempfindliche Unterlagen dienen z.B. Polyesterfolien, Faseroptiken oder Glas mit thermisch instabilen

Schichten wie WO₃.

Die Erfindung baut auf der Erkenntnis auf, daß sowohl beim kathodischen Aufstäuben von zinndotierten In₂O,-Schichten in Sauerstoff oder auch in Sauerstoff-Argon-

Gemischen je nach Höhe des Sauerstoffdruckes bzw.

-anteiles entweder Schichten mit Sauerstoffdefizit oder SauerstoffÜberschuß entstehen. Während die ersteren insbesondere schlechtere optische Eigenschaften aufweisen, wird Im zweiten Fall zwar eine gute optische Transmission erreicht, jedoch nach Höhe des Sauerstoff-Überschusses nur eine mäßige Leitfähigkeit. Der übergang zwischen diesen beiden Schichtmodifikationen findet in einem eng begrenzten Druckbereich statt, so daß Schichten mit optimalen Eigenschaften ohne zusätzliche Heizung während des Herstellungsprozesses nicht reproduzierbar zu gewinnen waren.

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Gemäß der Erfindung wird daher Wasserdampf als Reaktionsgas verwendet, das bei seiner Zersetzung im Hochfrequenz-Plasma zwar einerseits Sauerstoff für die Oxidation der abgestäubten In-Partikel liefert, andererseits jedoch gleichzeitig eine reduzierende Komponente freisetzt, die eine zu starke Oxidation des Targets und der entstehenden Schicht verhindert.

Anhand der Zeichnung und eines Ausführungsbeispiels

wird die Erfindung näher erläutert.

Bei» Hochfrequenz-Kathodenzerstäuben von In:Sn-Legierungstargets der Zusammensetzung 80 Gew.% In und 20 Qew.tf Sn und bei Verwendung von Wasserdampf als Reaktionsgas «it einem Arbeitsdruck von 3x10""-⁵ mbar wurden hochtransparente Schichten mit einem spezifischen Schichtwiderstand von 6 bis 8 . 10"Vl.cm erhalten. Die verwendeten Glasplatten und Faseroptiken als temperaturempfindliche Unterlagen wurden während der Beschichtung wassergekühlt. Bei Schichtdicken von 150 mn wurden Flächenwiderstände von 50/1/a ohne Nachbehandlung erzielt. Diese Schichteigenschaften kommen den Eigenschaften von nachgetemperten Schichten am nächsten.

In Fig. 1 ist die optische Transmission im sichtbaren Wellenlängenbereich für eine in Wasserdampf aufgestäubte In₂0,-Schicht und für eine in Sauerstoffatmosphäre aufgestäubte und anschließend bei 500⁰C in Stickstoff-Wasserstoff mit dem Verhältnis 90:10 nachgetemperte In₂O,-Schicht aufgezeichnet. Beide Schichten hatten einen Flächenwiderstand von etwa 2OiVa . Auf der Abszisse ist die Lichtwellenlänge TV, in nm und auf der Ordinate die Lichtdurchlässigkeit D in Prozenten dargestellt. Am Verlauf der Kurven 1 und 2 ist zu erkennen, daß die im Wasserdampf aufgestäubte Schicht gemäß Kurve 1 trotz der höheren Schichtdicke d * 335 nm in der Transmission der

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in Sauerstoffatmosphäre aufgestäubten Schicht gemäß Kurve 2 mit einer Schichtdicke d « 120 nm gleichwertig ist.

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Zusammenfassung

Verfahren zum Herstellen transparenter, elektrisch leitender Indiumoxid-Schichten

Zum Herstellen transparenter, elektrisch leitender Indiumoxidschichten auf temperaturempfindlichen Unterlagen durch Hochfrequenzkathodenzerstäubung im Vakuum von Indium/Zinn-Legierungstargets wird als Reaktionsgas

Wasserdampf mit einem Druck zwischen 10"** mbar und 5x10 «bar verwendet. Die verwendeten temperaturempfindlichen Unterlagen wie z.B. Polyesterfolien, Faseroptiken oder Glas mit thermisch instabilen Schichten wie WO,, werden während der Beschichtung wassergekühlt. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß nach dem Niederschlagen keine Temperaturbehandlung erforderlich ist.

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Claims (3)

-/- VPA 79 P 753 4 BRD Patentansprüche

1.) Verfahren zum Herstellen transparenter, elektrisch leitender Indiumoxid (In₂O,)-Schichten auf temperaturempfindlichen Unterlagen durch Hochfrequenzkathodenzeratäubung von Indium/Zinn-Legierungstargets im Vakuum unter Verwendung eines Reaktionsgases, dadurch gekennzeichnet , daß als Reaktionsgas Wasserdampf mit einem Druck zwischen 10 mbar und 5x10"^ mbar verwendet wird und daß die verwendeten temperaturempfindlichen Unterlagen während der Beschichtung wassergekühlt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e 15kennzeichnet , daß Wasserdampf mit einem Druck von 3x10"' mbar verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß als temperaturempfindliche Unterlagen Polyesterfolien, Faseroptiken oder Glas mit thermisch instabilen Schichten wie WO, verwendet werden.

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