JP2000273622A

JP2000273622A - 薄膜形成用材料

Info

Publication number: JP2000273622A
Application number: JP11084431A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Hayashi; 博光林; Naoki Ono; 野直紀尾
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2000-10-03
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: JP3957917B2

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的大型の焼結体を製造することのできる
ＣＰ法、鋳込み法により作製が可能であり、しかも１３
００℃以上の高温条件での焼結することができる、組成
のばらつきのなく、かつ、高密度のＳｎＯ₂系焼結体か
らなる薄膜形成用材料を提供すること。【解決手段】Ｇａ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、
ＣｏおよびＴａからなる群から選ばれた少なくとも１種
を含有し、その添加量の合計が酸化物換算で２０重量％
以下であるＳｎＯ₂系焼結体からなり、その焼結密度が
４．０ｇ／ｃｍ³以上であることを特徴とする薄膜形成
用材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリングタ
ーゲットなどの薄膜形成用材料に関し、特にプラズマデ
ィスプレイパネル（ＰＤＰ）やタッチパネル等の透明導
電膜の形成に使用するスパッタリングターゲットに好適
なＳｎＯ₂（酸化錫）系焼結体からなる薄膜形成用材料
に関するものである。

【０００２】ここで、ＳｎＯ₂系焼結体とは、ＳｎＯ₂を
８０重量％以上、好ましくは９０重量％以上ならびに不
可避的不純物を含む化合物からなる焼結体をいう。

【０００３】

【従来の技術】近年、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に代
わる表示デバイスとして、プラズマディスプレイパネル
（ＰＤＰ）が注目されている。ＰＤＰはＬＣＤに比べ
て、バックライトを要しないため、表示装置をより薄く
形成することができる等の利点を有しており、壁掛けＴ
Ｖ等への応用が期待されている。

【０００４】ＰＤＰには、ＬＣＤと同様、透明電極が必
要不可欠であり、ＩＴＯ（酸化インジウム−酸化錫）膜
やＳｎＯ₂系透明導電膜がこれに用いられている。ＩＴ
Ｏ膜は、低抵抗でエッチング特性にもすぐれているが、
高価であり、またＰＤＰ製造プロセス上、耐熱性や耐薬
品性において問題がある。一方、ＳｎＯ₂系薄膜は、抵
抗値の点ではＩＴＯ膜に劣るものの、比較的安価であ
り、耐熱性や耐薬品性にもすぐれているという利点を有
している。

【０００５】従来、ＳｎＯ₂系焼結体においては、Ｓｎ
Ｏ₂薄膜の抵抗値を下げるために酸化第一アンチモン
（Ｓｂ₂Ｏ₃）を添加することが行われている。このよう
なＳｂ₂Ｏ₃が添加されたＳｎＯ₂焼結体からなるスパッ
タリングターゲットを製造するためには、ホットプレス
（ＨＰ）法が一般に用いられている。ホットプレス法に
おいては、圧力をかけながら焼結を行うため、焼成密度
や強度をある程度向上させる上では有利であるものの、
装置上の制限から大型の焼結体を得ることは容易ではな
い。したがって、従来、大型のスパッタリングターゲッ
トを作製する場合、複数の焼結体を張り合わせてターゲ
ットを構成することが一般に行われている。しかしなが
ら、複数の継ぎ目を有するターゲットを使用してスパッ
タリングによりＳｎＯ₂薄膜を形成する場合において
は、継ぎ目からアーキングやノジュールが発生し、安定
な成膜を行うことができないという問題がある。したが
って、継ぎ目のないターゲットやより継ぎ目の少ないタ
ーゲットが要請されていることから、より大型の焼結体
を製造する技術が求められている。

【０００６】大型の焼結体を製造する方法としては、原
料混合粉末をプレス成形して得た成形体を焼結するコー
ルドプレス（ＣＰ）法や、原料混合粉末を鋳込み成形し
て得た成形体を焼結する鋳込み法がある。

【０００７】しかしながら、Ｓｂ₂Ｏ₃が添加されたＳｎ
Ｏ₂ターゲットを作製する場合、Ｓｂ₂Ｏ₃が約１０００
℃前後の温度で、大気中、酸素雰囲気中、不活性ガス中
あるいは真空中など一般的な雰囲気条件において溶融す
るため、少なくとも１０００℃以下の温度で熱処理する
必要がある。したがって、ＣＰ法または鋳込み法によっ
て焼結体を焼成する場合は、このように焼成温度に制限
があるため、焼結が十分に進行せず、焼結が不十分な脆
い焼結体しか得ることができないという問題がある。こ
のような脆さを有する焼結体を用いてスパッタリングタ
ーゲットを作製する場合にあっては、その加工中に加工
応力によって焼結体に割れや亀裂が生じたり、あるいは
バッキングプレートへ焼結体をボンディングする際の熱
応力によって割れが生じるという問題がある。このよう
な割れが生じる傾向は、ターゲットの寸法が大型化する
に従って顕著となる。

【０００８】したがって、高温での焼結、たとえば１３
００℃以上、好ましくは１４５０℃以上での高温での焼
結が可能なＳｂ₂Ｏ₃に代わる添加剤が求められている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、比較的大
型の焼結体を製造することのできるＣＰ法、鋳込み法に
より作製が可能であり、しかも１３００℃以上の高温条
件での焼結することができる、組成のばらつきがなく、
かつ、高密度のＳｎＯ₂系焼結体からなる薄膜形成用材
料を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明に係る薄膜形成用材料は、Ｇａ、Ｂｉ、Ｎ
ｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏおよびＴａからなる群から
選ばれた少なくとも１種を含有し、その添加量の合計が
酸化物換算で２０重量％以下であるＳｎＯ₂系焼結体か
らなり、その焼結密度が４．０ｇ／ｃｍ³以上であるこ
とを特徴とするものである。

【００１１】本発明の好ましい態様においては、上記焼
結体の焼結密度は５．０ｇ／ｃｍ³以上であり、さらに
好ましくは、上記添加成分は、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ
およびＣｏからなる群から選ばれた少なくとも１種から
なり、焼結体の焼結密度は、６．６ｇ／ｃｍ³以上であ
る。

【００１２】また、本発明の他の好ましい態様において
は、本発明による薄膜形成用材料は、Ｘ₂Ｏ₅（Ｘは任意
の元素）の酸化物形態を有する元素を少なくとも１種含
有し、その添加量の合計が酸化物換算で２０重量％以下
であるＳｎＯ₂系焼結体からなり、その焼結密度は４．
０ｇ／ｃｍ³以上である。

【００１３】さらに、この場合の好ましい態様において
は、上記添加成分は、Ｎｂおよび／またはＴａからな
る。

【００１４】さらに、本発明に係る上記焼結体は、大気
雰囲気または酸素雰囲気にて焼結してなるものであり、
該焼結体は、実質的にＳｂ₂Ｏ₃を含有しない。

【００１５】本発明による薄膜形成用材料は、所定のバ
ッキングプレート等を具備することによってスパッタリ
ングターゲットへの好適に適用され得る。したがって、
本発明は、スパッタリングターゲットをも包含する。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明による薄膜形成用材料は、
Ｇａ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏおよびＴａ
からなる群から選ばれた少なくとも１種を含有し、その
添加量の合計が酸化物換算で２０重量％以下であるＳｎ
Ｏ₂系焼結体からなり、その焼結密度が４．０ｇ／ｃｍ³
以上であることを特徴としている。

【００１７】本発明者は、ＳｎＯ₂系粉末にＧａ、Ｂ
ｉ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏおよびＴａからなる
群から選ばれた少なくとも１種を含有し、その添加量の
合計が酸化物換算で２０重量％以下とし、この原料混合
粉末を成形・焼結することにより、比較的大型の焼結体
を製造することのできるＣＰ法、鋳込み法により作製が
可能であり、しかも１３００℃以上の高温条件での焼結
が可能になることを見出した。本発明によるＳｎＯ₂系
焼結体は、このような知見に基づいてなされたものであ
る。

【００１８】上記の添加成分の添加形態については、メ
タル粉、酸化物粉、窒化物粉、水酸化物粉、炭化物粉な
ど特に形態を選ばないが、焼結中におけるガスの発生が
ないメタル粉、酸化物粉での添加が好ましく、比較的高
温まで溶融しない酸化物粉がさらに好ましい。

【００１９】混合方法は、不純物が混入せず、均一微細
に混合できればよく、一般的には乾式混合、湿式混合な
どが知られている。また、共沈法などにより混合粉を作
製する方法も有効である。

【００２０】上記添加成分の添加量は、その合計が酸化
物換算において、２０重量％以下であり、さらに好まし
くは６重量％以下である。添加量が２０重量％を超える
と、ＳｎＯ₂焼結体の特性に悪影響を与えるためにであ
る。具体的には、添加物の合計量が２０重量％を超える
と、スパッタリングにより成膜されたＳｎＯ₂系透明導
電膜の透過率と比抵抗がともに低下するので、好ましく
ない。

【００２１】本発明による薄膜形成溶材料を構成する焼
結体は、好ましくは、その焼結密度が４．０ｇ／ｃｍ³
以上であり、さらに好ましくは５．０ｇ／ｃｍ³以上で
ある。さらに本発明の好ましい態様においては、上記添
加成分は、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏからなる
群から選ばれた少なくとも１種からなり、その焼結体の
焼結密度は、６．６ｇ／ｃｍ³以上である。

【００２２】また、本発明の他の好ましい態様において
は、本発明による薄膜形成用材料は、Ｘ₂Ｏ₅（Ｘは任意
の元素）の酸化物形態を有する元素を少なくとも１種含
有し、その添加量の合計が酸化物換算で２０重量％以下
であるＳｎＯ₂系焼結体からなり、その焼結密度は４．
０ｇ／ｃｍ³以上である。

【００２３】さらに、この場合の好ましい態様において
は、上記添加成分は、Ｎｂおよび／またはＴａからな
る。

【００２４】本発明による薄膜形成用材料は、所定のバ
ッキングプレート等を具備することによってスパッタリ
ングターゲットへの好適に適用され得る。したがって、
本発明は、スパッタリングターゲットをも包含する。

【００２５】本発明における焼結体の製造に際しては、
原料粉末を常法にしたがって混合し、成形し、焼結する
諸工程を含む。成形方法は特に限定されるものではな
く、プレス成形、鋳込み成形などが考えられるが、所定
の寸法に成形できれば、どのような成形方法でも本発明
に適用することができる。

【００２６】本発明における焼結体は実質的にＳｂ₂Ｏ₃
を含有しなか、あるいは含有したとしても１０ｐｐｍ以
下の不可避的含有量であることから、従来のようにＳｂ
₂Ｏ₃を含有する原料混合物の焼結の場合のように焼結温
度を１０００℃程度以上に上げることができないという
焼結条件上の制限がない。すなわち、本発明において
は、焼結温度条件として、１３００℃以上、好ましくは
１４５０℃以上の温度条件を採用することができる。し
たがって、本発明においては、高温の焼結によって、強
度の高い焼結体が得られることから、比較的大型の焼結
体の製造に適したＣＰ法や鋳込み法を採用することが可
能となる。

【００２７】なお、焼結時間は得ようとする焼結体の寸
法や組成によって適宜選択され得るが、１時間から３０
時間が適当であり、好ましくは２時間から１０時間であ
る。焼結雰囲気は、大気、酸素、還元雰囲気など特に限
定される物ではないが、製造コストの観点から、大気
中、酸素雰囲気中での焼結がより好ましく、大気雰囲気
が特に好ましい。

【００２８】本発明によれば、大型のＳｎＯ₂系焼結体
の製造が可能であり、製造法にもよるが、たとえば、３
００×６００×８ｍｍ程度の比較的大型の焼結体を得る
ことができる。

【００２９】また、一般に、本発明の焼結体をスパッタ
リングターゲットに適用する場合にあっては、焼結密度
が高いほど成膜速度が速く、またターゲットの使用期間
が長くなり、さらにスパッタリング中のアーキングが少
なくなるなどの利点があるため、高密度の焼結体を形成
することが望ましい。本発明においては、上述した組成
の選択とともに焼結条件の最適化が図られることから、
４．０ｇ／ｃｍ³以上の焼結密度、さらに好ましくは
５．０ｇ／ｃｍ³以上、さらに好ましくは６．６ｇ／ｃ
ｍ³以上の焼結密度を得ることが可能である。また、焼
結密度が高くなると、焼結体内部の気泡などを低減する
上においても好ましい。

【００３０】また、焼結体をスパッタリングターゲット
として用いる場合は、そのスパッタ面の表面粗さは、一
般的にその組成の如何によらず、表面粗さ０．１〜６．
０μｍ程度が適当である。

【００３１】上述した本発明による焼結体は、ＣＰ法、
鋳込み法による製造方法に特に適しているが、同様にＨ
Ｐ法、ＨＩＰ法（ＨｏｔＩｓｏｓｔａｔｉｃＰｒｅ
ｓｓ法）にも適用が可能である。

【００３２】

【実施例】実施例１および比較例純度９９．９９％、平均粒径０．８〜１．４μｍ（光透
過法にて測定）、比表面積２．０〜３．０ｍ²／ｇの粉
末に市販のＧａ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｍｎ₂Ｏ₃、
Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇｅ
Ｏ₂、ＳｉＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃粉末を各々５ｗｔ％添加した１２
種類の混合粉末を得てそれぞれボールミルを用いて２０
時間混合した。混合粉にポリビニルアルコール水溶液を
添加して造粒し、４００ｍｍ×８００ｍｍの寸法のプレ
ス金型に充填し、５００Ｋｇ／ｃｍ²の圧力でプレス成
形した。この時の成形体の成形密度は３．３〜３．９ｇ
／ｃｍ³であった。これを８０℃で１５時間乾燥したの
ち、２００℃〜６００℃にて脱脂した物を、酸素雰囲気
１５００℃にて４時間焼結した。なお昇温速度、降温速
度共に１００℃／ｈｒである。このようにして得られた
焼結体を加工して、３００ｍｍ×６００ｍｍ×８ｍｍの
寸法のスパッタリングターゲットを作製した。このスパ
ッタリングターゲットの焼結密度を表１に示す。スパッ
タリングターゲットの表面粗さＲａは０．６μｍであっ
た。スパッタリングターゲットの組成を分析するとそれ
ぞれの混合粉と同じ組成であった。スパッタリングター
ゲットは着色されており高純度のＳｎＯ₂を焼結したと
きの白色ではなかった。実施例２純度９９．９９％、平均粒径０．８〜１．４μｍ（光透
過法にて測定）、比表面積２．０〜３．０ｍ²／ｇの粉
末に市販のＮｂ₂Ｏ₅、Ｔａ₂Ｏ₅粉末を５ｗｔ％添加し、
ボールミルを用いて２０時間混合した。混合粉にポリビ
ニルアルコール水溶液を添加し造粒して、４００ｍｍ×
８００ｍｍの寸法のプレス金型に充填し、５００Ｋｇ／
ｃｍ²の圧力でプレス成形した。この時の成形体の成形
密度は３．３〜３．９ｇ／ｃｍ³であった。これを８０
℃で１５時間乾燥した後、２００℃〜６００℃にて脱脂
した物を、酸素雰囲気１５００℃にて４時間焼結した。
なお昇温速度、降温速度共に１００℃／ｈｒである。こ
のようにして得られた焼結体を加工しスパッタリングタ
ーゲットを作製した。このスパッタリングターゲットの
焼結密度を表２に示す。スパッタリングターゲットの表
面粗さＲａは０．６μｍであった。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K029 BA47 BC09 DC05 DC09 5C094 AA42 AA43 AA46 AA55 BA31 EA05 GB01 JA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｇａ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃ
ｏおよびＴａからなる群から選ばれた少なくとも１種を
含有し、その添加量の合計が酸化物換算で２０重量％以
下であるＳｎＯ₂系焼結体からなり、その焼結密度が
４．０ｇ／ｃｍ³以上であることを特徴とする、薄膜形
成用材料。
【請求項２】焼結密度が５．０ｇ／ｃｍ³以上である、
請求項１に記載の薄膜形成用材料。
【請求項３】Ｎｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏからな
る群から選ばれた少なくとも１種を含有し、その焼結密
度が６．６ｇ／ｃｍ³以上である、請求項１に記載の薄
膜形成用材料。
【請求項４】前記焼結体が、大気雰囲気または酸素雰囲
気にて焼結してなる、請求項１に記載の薄膜形成用材
料。
【請求項５】前記焼結体中のＳｂ₂Ｏ₃含有量が１０ｐｐ
ｍ以下であるか、好ましくは実質的にＳｂ₂Ｏ₃を含有し
ない、請求項１に記載の薄膜形成用材料。
【請求項６】請求項１に記載の薄膜形成用材料のスパッ
タリングターゲットへの使用。
【請求項７】Ｘ₂Ｏ₅（Ｘは任意の元素）の酸化物形態を
有する元素を少なくとも１種含有し、その添加量の合計
が酸化物換算で２０重量％以下であるＳｎＯ₂系焼結体
からなり、その焼結密度が４．０ｇ／ｃｍ³以上である
ことを特徴とする、薄膜形成用材料。
【請求項８】Ｎｂおよび／またはＴａを含有する、請求
項７に記載の薄膜形成用材料。
【請求項９】前記焼結体が、大気雰囲気または酸素雰囲
気にて焼結してなる、請求項７に記載の薄膜形成用材
料。
【請求項１０】前記焼結体中のＳｂ₂Ｏ₃含有量が１０ｐ
ｐｍ以下であるか、好ましくは実質的にＳｂ₂Ｏ₃を含有
しない、請求項７に記載の薄膜形成用材料。
【請求項１１】請求項７に記載の薄膜形成用材料のスパ
ッタリングターゲットへの使用。