专利名称：：透明绝缘膜及其制造方法、以及溅射靶的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种通过反应溅射形成的透明绝缘膜、该透明绝缘膜的制造方法以及溅射耙。
背景技术：
：近年来，已推进了利用电润湿(电毛细管现象)的电润湿装置的开发(例如，见PCT国际公开第WO99/18456号)。电润湿是这样一种现象，其中，在导电液体和电极之间施加的电压改变电极表面与液体之间的固-液界面能，乂人而改变液体表面的形一犬。典型的电润湿装置包括导电的第一液体、绝缘的第二液体、形成包含第一和第二液体的液体室的一对基板(下部和上部基板)、在下部基板的表面上形成的电极层、以及在电极层的表面上形成的绝缘层(例如，见日本未审查专利申请^^开第2003-302502号)。穿过在导电的第一液体和电极层之间的绝*彖层而施力。的电压，通过电润湿来改变第一和第二液体之间的界面的形状。如果第一和第二液体具有不同的^斤射率，则可形成一个变焦透4竟，其中两个液体之间的界面的形状随施加的电压而可逆地变^f匕。近来，已需要开发能够在低驱动电压下工作的可靠的电润湿装置。如上所述，电润湿装置响应于在导电液体和电极层之间施加的电压而工作。这个驱动电压与导电液体和电极层之间的绝缘层的介电常数成正比而与绝缘层的厚度成反比。因此，由具有较高介电常数的材料形成的较薄的绝缘层允许电润湿装置在较低驱动电压下工作。具有高介电常数的绝缘材料的一个实例是由诸如金属氧化物膜的绝缘无机晶体材料形成的溅射膜，例如，基于ZnO的绝缘膜。根据现有技术的方法，基于ZnO的绝缘膜是通过使用锌金属靶(锌:換重量计100%)的反应溅射而形成的。然而，因为ZnO在膜的形成过程中很容易结晶，所以获得的绝缘膜具有较差的表面平坦性，具有微小的突起(小丘)。这会导致介电击穿以及耐电压性能降低，因而使得难以形成稳定的绝缘膜。即，在导电液体和在电润湿装置中形成的在绝缘膜的局部凹凸峰区域上的绝缘膜(高介电常数膜)之间，可产生电流泄漏，因此增加了绝缘膜中介电击穿的风险。
发明内容希望提供一种具有较好的耐电压性能的薄的透明绝缘膜、这样的透明绝缘膜的制造方法以及在该制造方法中使用的溅射靶。才艮据本发明的一个实施方式的透明绝^彖膜制造方法包括以下步骤在惰性气体和氧气的混合气体的气氛中，通过使用锌铝合金靶(包含4姿重量计50%~90%的锌和按重量计10%~50%的铝)进行賊射而在基板上形成透明绝缘膜。在形成透明绝缘膜的步骤中，氧气的流量(sccm)占混合气体流量的比例优选为20%~80%。才艮据本发明的另一实施方式的透明绝^彖膜是通过以上透明绝缘膜的制造方法而在基板上形成的。该透明绝缘膜优选为非晶的。另外，该透明绝纟彖膜优选不具有微小的突起。除此之外，该透明绝缘膜优选耐受0.8MV/cm以上的电场强度。根据本发明的另一实施方式的溅射靶(其用于通过在惰性气体和氧气的混合气体的气氛中的反应溅射在基板上形成透明绝缘膜)是由包含按重量计50%~90%的锌和按重量计10%~50%的铝的锌铝合金形成的。上述透明绝缘膜制造方法可用于形成稳定的非晶态的透明绝缘膜，其为平坦的且不具有诸如小丘的微小突起。上述透明绝缘膜是稳定的非晶态的平坦透明绝缘膜，其适合作为例如用于电润湿装置的介电薄膜。上述溅射耙适用于通过溅射来形成稳定的非晶态的透明绝缘膜，其平坦且不具有诸如小丘的微小突起。图1是示出了根据本发明的一个实施方式的透明绝缘膜制造方法中所4吏用的溅射装置的结构的示意图2是示出了电润湿装置的示意性结构的侧截面图3是示出了图2中所示的电润湿装置的绝缘层的示意性结构的截面图；图4A和图4B分别是示出了实施例1和比较例1的X射线衍射的结果的曲线图5A和图5B分别是实施例1和比專交例1的原子力显孩t照片；以及图6是示出了实施例1和比專交例1的耐电压强度的测量结果的曲线图。具体实施例方式现在将描述根据本发明的实施方式的透明绝缘膜制造方法。虽然将参照图中所示的实施方式对本发明进行描述，但是本发明并不局限于此；只要保证本发明的优点，则任何修改都是允许的，并且因而包含在本发明的范围之中。图1是示出了根据该实施方式的透明绝缘膜制造方法中所使用的'减射装置的结构的示意图。参照图1,该賊射装置是一种DC溅射装置，其包括在室1中保持基板S的基板架2和在室1中保持靶3的靶架4。基板架2和耙架44皮此相对地进4亍i殳置，乂人而可在基4反S和萆巴3之间施力口电压。具体地说，基板S经由基板架2接地，而靶3经由靶架4与DC电源5相连。DC电源5向草巴3施加一个予页定的负电压(相只于于基4反S的才妾;也电^f立)。该賊射装置还包括在室1中作为抽真空系统的真空泵6。另外，该賊射装置还包括作为供气系统的氩气罐7、氧气罐8以及气体管道9。氩气罐7包含作为惰性气体(溅射气体)的氩气，而氧气罐8包含作为反应气体的氧气。这两种气体通过气体管道9提供给室1同时在气体管道9中的途中进行混合。气体管道9具有氩气流量控制器7a和氧气流量控制器8a，从而在将混合气体通过工艺气体进口9a导入室l之前，控制各自流量的比例和混合气体的流量。使用上述溅射装置通过以下步骤在基4反S上形成透明绝缘膜。(Sll)将基板S设置到基板架2上。可使用任何基板作为用于多种目的的基板S。为了形成电润湿装置，例如，可以使用透明聚合物基板，在其上形成电极层和晶体绝缘层。(S12)将靶3设置到靶架4上。所使用的靶3是由包含按重量计50%~90%的《辛和4安重量计10%~50%的铝、剩余部分为氧和附带杂质的锌铝合金而形成的溅射靶。(513)使用真空泵6将室l抽成真空。(514)在持续抽真空的同时，将包含预定比例的氩气和氧气的混合气体从氩气罐7和氧气罐8通过工艺气体进口9a导入室1中，/人而在室1中维持预定的气压(例如，0.1Pa~1.0Pa)。调整进行混合的气体的流量(sccm)之间的比例(反应气体的流量的比例)使得形成的透明绝缘膜具有绝缘特性(具有预定的电阻)。即，通过调整反应气体的流量的比例和4是供的电力而将氧气过量地导入膜中，从而使得膜具有绝缘特性。反应气体流量的比例优选为20%~80%。(S15)使用DC电源5在靶3和基板S之间施力口DC电压。这在气氛气体(氧气和氩气)中产生辉光放电，因而产生等离子体P。(S16)通过从DC电源5提供电力(例如，0.1W/cm2~7.8W/cm2)而开始溅射，在基板S上基于靶组成而形成透明绝缘膜la。当透明绝乡彖月莫la沉积为预定厚度时，终止溅射。以上根据该实施方式的透明绝缘膜制造方法可用于形成稳定的非晶态的透明绝缘膜，其呈现平坦的表面组织，没有微小的突起(小丘)，并且即使该膜较薄，即大约100nm厚，也可耐受0.8MV/cm以上的电场强度。此外，这种透明绝缘膜可应用于电润湿装置。图2是示出了^^艮据该实施方式的包括透明绝缘膜的电润湿装置10的示意性结构的侧截面图。4艮据该实施方式的电润湿装置10包括透4竟元件13,其在密封液体室18中所包含的第一液体11和第二液体12之间的界面13A处形成透镜表面。第一液体ll是导电的，而第二液体12是绝纟彖的。例如，电润湿装置10用于照明光学系统或相机闪光灯，并被配置为变焦透镜元件，即，一种透过电润湿装置10的光L的焦距可在其中随意改变的透镜元件。所使用的第一液体11可以是透明的导电液体，例如，诸如水、电解液(诸如氯化钾、氯化钠或氯化锂的电解质的水溶液)、4氐分子量的醇(例如，甲醇或乙醇)或室温:溶盐(例如，离子性液体)的才及性液体。所使用的第二液体12可以是透明的绝缘液体，例如，诸如烃(例如，癸烷、十二烷、十六烷或十一烷)、-圭油或氟化物的非极性溶剂。在该实施方式中，使用的第二液体12是具有比第一液体11更高的表面张力的液体，^旦不局限于此。为第一液体11和第二液体12所选的物质是不相溶的，并具有不同的4斤射率。确切地/说，在该实施方式中，所z使用的第一液体ll是氯化锂水溶液(浓度按重量计3.66%;折射率1.34)，而所使用的第二液体是石圭油(TSF437，由GEToshibaSiliconeCo.，Ltd.制造；折射率1.49)。另外，第一液体11和第二液体12优选具有相似的比重。如果需要，可将第一液体11和第二液体12进行染色。在通过彼此紧贴地堆叠一对基板(即，透明基板14和盖15)所构成的容器内部形成液体室18。透明基板14和盖15由诸如注射成型的塑料、玻璃或陶瓷的光学透明的绝缘材料形成。塑料的优选实例包括诸如聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)以及聚烯烃(PO)的透明聚合物。在该实施方式中，在透明基板14在液体室18侧上的表面中形成凹部14A以容纳透镜元件13。透明基板14的表面的形状不限于以上实例，而可以是〗壬<可形4犬。例3口，可改为形成平坦的表面。在透明基板14位于液体室18侧的表面上形成电极层16。电极层16由透明的电极材料形成。在该实施方式中，电极层16由具有选自包括ZnO的组中的至少两种金属氧化物的溅射膜而形成，例如，ZnO-Al203(AZO)的溅射膜，但所使用的膜并不局限于此，而是可替代为例如氧化铟锡(ITO)、ZnO-Ga203(GZO)或ZnO-Si02(SZO)。在电极层16上形成绝纟彖层17。图3是电才及层16及其邻近区域的截面图，示出了绝缘层17的结构。绝缘层17具有多层结构，其包括在电极层16上由绝缘无机晶体材料形成的第一绝缘膜17a、以及在第一绝缘膜17a上由绝缘无机非晶材料形成的第二绝缘膜17b。第一绝缘膜17a是通过诸如溅射或真空沉积的真空薄膜形成技术而形成的透明的氧化膜。第一绝缘膜17a本身是晶体绝缘膜，而第二绝缘膜17b本身是非晶绝缘膜。在第一绝缘膜17a(其为晶体)上形成第二绝缘膜17b,以覆盖在第一绝纟彖膜17a的表面上的凹凸。作为第一绝纟彖月莫17a，例如由ZnO、A1203、MgO、Hf02、Zr02、Fe2(33或Ti02形成的高介电常数膜是适合的。另一方面，作为第二绝缘膜17b,根据该实施方式的透明绝缘膜是适合的。在该实施方式中，第一绝缘膜17a由ZnO形成，而第二绝缘膜17b由ZnAlO形成；即，它们是由包含相同金属元素的氧化物形成。这提高了亲和性并因此增加了两种绝缘膜17a和17b之间的粘附力。另夕卜，在电极层16的材料(AZO)中也包含该金属元素。这增加了电极层16和第一绝缘膜17a之间的粘附力并且也"t是高了第一绝缘膜17a的晶体取向度，从而提供了更高的介电常数。尽管在该实施方式中第二绝缘膜17b的厚度与第一绝缘膜17a的厚度相似或比其更小，但是对第一绝缘膜17a和第二绝缘膜17b的厚度不作特别限制。这是因为第一绝缘膜17a(由于其结晶度而具有比第二绝缘膜17b更高的介电常数)主要决定绝缘层17的介电常数。另外，第二绝缘膜17b仅要求足够来緩和第一绝缘膜17a的表面粗4造度的厚度。除此之外，绝纟彖层17优选具有拒液表面(liquid-repellentsurface)。从这个观点看，根据该实施方式的透明绝缘膜适合作为第二绝缘膜17b。在形成电纟及层16的整个区域上形成绝纟彖层17以防止电一及层16和第一液体11(其为导电性)之间的电短路。绝缘层17相对于盖15而i殳置，在它们之间具有电4及构件19。电4及构件19用于向第一液体11施加外部电压，并且密封透明基板14与盖15之间的液体室18。这才羊配置的才艮4居该实施方式的电润湿装置10i殳置有电压供纟会源V,用于在电极层16与电极元件19(第一液体ll)之间施加一个驱动电压。第一液体11和第二液体12之间的界面13A的形状是球形或非球形的，其曲率随着从电压供给源V所提供的驱动电压而变化。界面13A形成透镜表面，其透镜光学能力取决于第一液体11和第二液体12之间的折射率的差异。因此可控制该驱动电压以改变通过盖15进入透明基^反14的光L的焦距。实施例现在将描述本发明的实施例和比较例。实施例1在以下条件下使用图1中所示的溅射装置制备透明绝缘膜(ZnAlO绝缘膜)，作为用于评价结晶度和表面平坦性的样品-基板S:硅晶片基板(基板温度室温).耙3:锌铝合金靶(锌按重量计70%;铝按重量计30%),反应气体流量的比例60%(氩气32sccm;氧气48sccm)(反应气体流量的比例)=(氧气流量)/{(氧气流量)+(氩气流量)}x100(%)沉积速率2.5nm/min厚度179nm(实际测量)另外，在以下条件下使用图1中所示的溅射装置制备用于评价绝缘特性的样品。基板S:玻璃基板(基板温度室温)(i)第一层(透明导电膜).耙3:AZO耙(ZnO-2wt%Al203).反应气体流量的比例适于保证导电性-厚度100■(ii)第二层(透明绝缘膜).耙3:锌铝合金靶(锌按重量计70%;铝按重量计30%).反应气体流量的比例60%(氩气32sccm;氧气48sccm)沉积速率2.5nm/min厚度100■(iii)第三层(电极膜)-耙3:铝金属把-导入的气体氩气比專交例1在以下条件下使用图1中所示的溅射装置制备透明绝缘膜(ZnAlO绝缘膜)，作为评价结晶度和表面平坦性的样品.基板S:珪晶片基板(基板温度室温)-靶3:锌金属靶.反应气体流量的比例60%(氩气32sccm;氧气48sccm)(反应气体流量的比例)=(氧气流量)/{(氧气流量)+(氩气流量)}x画(％)沉积速率2.5nm/min厚度167nm(实际测量)另外，在与如实施例1中相同的条件下制备用于评价绝缘特性的样品，^f旦是由以下条件形成第二层.輩巴3:锌金属把-反应气体流量的比例60%(氩气32sccm;氧气48sccm)沉积速率2.5nm/min厚度100nm对这样制备的样品进行结晶度、表面平坦性以及绝缘特性的评1"介。结果如下。(1)结晶度X射线书于射(XRD)的结果示于图4A和图4B中。根据图4A，发现实施例1的ZnAlO绝缘膜为非晶的，因为其未表现出明确的峰。相反地，根据图4B，发现比较例1的样品(ZnO绝缘膜)为晶体并具有c轴耳又向，因为其表现出了ZnO(002)的强峰。(2)表面平坦性使用原子力显微镜(AFM)检测样品的表面情况。其结果示于图5A和图5B中。图5A示出了实施例1的样品(ZnAlO绝缘膜)具有光滑的表面，没有如在比较例1的样品(图5B)上所见的孩丈小突起(小丘)。另夕卜，实施例1的样品具有0.26nm的平均表面湘L糙度(Ra),这意p未着该样品具有优良的平坦性。相反地，图5B示出了比较例1的样品(ZnO绝缘膜)具有聚集的微小晶体(其形成孩吏小突起(小丘))的表面组织。另夕卜，比较例1的样品具有0.8nm的平均表面粗糙度(Ra)。(3)绝缘特性图6示出了作为绝缘特性的评价的耐电压强度的测量结果。比较例1的样品发生介电击穿的电场强度为0.26MV/cm,而实施例1的样品为1.41MV/cm。这些结果说明了实施例1的样品具有较好的耐电压性能。表1总结了上述测量的结果。因此，才艮据该实施方式的透明绝缘膜的制造方法可用于形成适用于电润湿装置的稳定的非晶绝缘膜。<table>complextableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>本领域的技术人员应该理解，根据设计要求和其他因素，可以有多种修改、组合、再组合和改进，均应包含在所附的权利要求或其等同物的范围之内。权利要求1.一种透明绝缘膜制造方法，包括以下步骤在惰性气体和氧气的混合气体的气氛中，通过使用包含按重量计50％～90％的锌和按重量计10％～50％的铝的锌铝合金靶进行溅射而在基板上形成透明绝缘膜。2.根据权利要求1所述的透明绝缘膜制造方法，其中，在形成所述透明绝乡彖力莫的步骤中，所述氧气的流量(sccm)占所述混合气体的流量的比例是20%~80%。3.—种透明绝缘膜，其通过根据权利要求1或2所述的透明绝缘膜制造方法在基纟反上形成。4.根据权利要求3所述的透明绝缘膜，其中，所述膜为非晶的。5.根据权利要求3所述的透明绝缘膜，其中，所述膜没有微小的突起。6.根据权利要求3所述的透明绝缘膜，其中，所述膜耐受0.8MV/cm以上的电场强度。7.—种溅射靶，用于通过在惰性气体和氧气的混合气体气氛中进行反应賊射而在基板上形成透明绝缘膜，所述溅射靶包括含按重量计50°/。~90°/。的锌和按重量计10%~50%的铝的锌铝合金。全文摘要本发明公开了一种具有较好的耐电压性能的透明绝缘膜、这样的透明绝缘膜的制造方法、以及在该制造方法中所使用的溅射靶，其中该制造方法包括以下步骤在惰性气体和氧气的混合气体的气氛中，通过使用包含按重量计50％～90％的锌和按重量计10％～50％的铝的锌铝合金靶进行溅射而在基板上形成透明绝缘膜。文档编号G02B3/14GK101343727SQ20081013351公开日2009年1月14日申请日期2008年7月11日优先权日2007年7月12日发明者桐田科,河岛利孝申请人:索尼株式会社