JP2004143484A

JP2004143484A - 高濃度酸化スズｉｔｏターゲットとその製造方法

Info

Publication number: JP2004143484A
Application number: JP2002307326A
Authority: JP
Inventors: Shohei Mizunuma; 水沼　昌平; Takeshi Obara; 小原　剛
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2002-10-22
Filing date: 2002-10-22
Publication date: 2004-05-20
Anticipated expiration: 2022-10-22
Also published as: JP4120351B2

Abstract

【課題】成膜時に安定した成膜速度が得られ、かつ、異常放電が少なくなり、その結果として欠陥の少ないＩＴＯ膜を得ることを可能とする、高密度化させた高濃度酸化スズＩＴＯターゲットを、安定的かつ安価に提供する。
【解決手段】比表面積値が３〜１５ｍ^２／ｇであって、平均粒径が０．５μｍ以下である酸化インジウム粉末と、比表面積値が１０〜１５ｍ^２／ｇで、平均粒径が１．５μｍ以下、好ましくは１μｍ以下である酸化スズ粉末とを、酸化スズの含有量が２０質量％を超え、かつ、５０質量％以下となるように混合・粉砕して原料粉末を得た後、９８ＭＰａ以上の圧力で加圧成形して得た成形体を常圧酸素雰囲気中で１４００〜１６００℃の温度で焼結することにより、平均密度が７．０ｇ／ｃｍ^３以上である高濃度酸化スズＩＴＯターゲットを得る。
【選択図】　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイ、エレクトロ・ルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイ、タッチパネル等に用いる透明導電膜をスパッタリング法にて形成する際に用いる透明導電膜用スパッタリングターゲットおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、表示素子の発達に伴い、透明導電膜が広く用いられるようになってきている。特に、低抵抗、高透過率などの長所から、酸化インジウム−酸化スズからなるＩＴＯ薄膜を用いることが主流となっている。ＩＴＯ薄膜を大面積に均一に得る手段としては、酸化インジウム−酸化スズからなるＩＴＯターゲットを用いたスパッタリング法が優れており、現在主流となっている。
【０００３】
また、フィルム基板などの各種基板への成膜要望から、ＩＴＯ膜の非晶質化、高曲げ性能などの特性が求められている。その要求を満たすために、高濃度酸化スズＩＴＯターゲットが要望されている。
【０００４】
しかし、酸化スズは、酸化インジウムに比べて蒸気圧が高いため、焼結性において劣る。したがって、酸化スズ濃度が高くなるとともに、焼結性が悪くなり、ＩＴＯ焼結体の密度が低下してしまう。ＩＴＯ焼結体の密度が低いと、空孔が多くなり、スパッタリングによる成膜時にノジュールの発生が多く、成膜速度の低下、異常放電の発生が起こり、そのため、膜厚分布の悪化、パーティクルの生成による膜質の悪化が生じてしまう。
【０００５】
特開平２００１−７３１２３号公報では、平均粒径が０．５μｍ以下で、粒径０．１μｍ以上０．８μｍ以下の粒子が８５重量％以上を占める酸化インジウム粉末および酸化インジウム酸化スズ合成粉末からなる群より選ばれる１以上の粉末と、平均粒径２．５μｍ以下で、粒径が７．０μｍ以上の粉末が１０重量％以下を占める酸化スズ粉末とを、所望比率で混合した原料粉末、あるいはその原料粉末を顆粒状に整粒した粉末を用いて、高濃度酸化スズＩＴＯターゲットを製造する方法が提案されている。
【０００６】
しかし、この方法では、高濃度酸化スズＩＴＯターゲットを高密度にできるが、酸化スズが２０重量％を超える組成範囲では、安定的に平均密度７．０ｇ／ｃｍ^３以上とすることが困難である。
【０００７】
【先行文献１】
特開平２００１−７２１２３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、成膜時に安定した成膜速度が得られ、かつ、異常放電が少なくなり、その結果として欠陥の少ないＩＴＯ膜を得ることができる、高密度化させた高濃度酸化スズＩＴＯターゲットを提供する。
【０００９】
また、本発明は、高密度化させた高濃度酸化スズＩＴＯターゲットを、安定的に、かつ安価に製造できる方法を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による高濃度酸化スズＩＴＯターゲットは、酸化インジウム−酸化スズからなり、酸化スズの含有量が２０質量％を超えて、かつ、５０質量％以下であって、平均密度が７．０ｇ／ｃｍ^３以上であることを特徴とする。
【００１１】
原料粉末は、比表面積値が３〜１５ｍ^２／ｇであって、平均粒径が０．５μｍ以下である酸化インジウム粉末と、比表面積値が１０〜１５ｍ^２／ｇで、平均粒径が１．５μｍ以下である酸化スズ粉末を、酸化スズの含有量が２０質量％を超えて、かつ５０質量％以下となるように、混合・粉砕して得る。該原料粉末を９８ＭＰａ以上の圧力で成形体を得て、該成形体を１４００〜１６００℃の温度で焼結することにより、本発明による高濃度酸化スズＩＴＯターゲットを得る。
【００１２】
なお、酸化スズ粉末の平均粒径は１μｍ以下であることが好ましい。
【００１３】
一方、本発明による高濃度酸化スズＩＴＯターゲットの製造方法は、比表面積値が３〜１５ｍ^２／ｇであって、平均粒径が０．５μｍ以下である酸化インジウム粉末と、比表面積値が１０〜１５ｍ^２／ｇで、平均粒径が１．５μｍ以下である酸化スズ粉末とを、酸化スズの含有量が１０〜５０質量％となるように混合・粉砕して原料粉末を得た後、９８ＭＰａ以上の圧力で加圧成形して成形体を得て、該成形体を常圧の酸素雰囲気中で１４００〜１６００℃の温度で焼結することを特徴とする。
【００１４】
加圧成形前に前記原料粉末を平均粒径１０μｍ以上の顆粒状に造粒することが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の高濃度酸化スズＩＴＯターゲットの原料粉末は、比表面積値が３〜１５ｍ^２／ｇ、平均粒径が０．５μｍ以下である酸化インジウム粉末と、比表面積値が１０〜１５ｍ^２／ｇ、平均粒径が１．５μｍ以下である酸化スズ粉末である。
【００１６】
酸化インジウム粉末は、比表面積値が３ｍ^２／ｇ未満であると、一次粒子径が大きくなり、粒子間に生じる空孔も大きくなるため、焼結時にも空孔を除くことが困難となる。また、１５ｍ^２／ｇを超えると、一次粒子が小さすぎるために、凝集を生じやすく、成形体中に粗大空孔が生じやすく、焼結で空孔を除きがたくなる。一方、平均粒径が０．５μｍを超えると、粒子間に発生している凝集が多いために、粗大空孔が多く存在する。いずれの場合も、ＩＴＯ焼結体の密度低下を引き起こすことになる。
【００１７】
酸化スズ粉末についても、比表面積値が１０ｍ^２／ｇ未満、もしくは１５ｍ^２／ｇを超える場合には、酸化インジウム粉末の場合と同様の理由により、ＩＴＯ焼結体の密度低下を引き起こす。また、平均粒径が１．５μｍを超える場合には、粒子間に発生している凝集が多いために、粗大空孔が多く存在し、同様にＩＴＯ焼結体の密度低下を引き起こす。
【００１８】
なお、さらに安定して高密度のターゲットを得るためには、平均粒径が１μｍ以下であることが望ましい。
【００１９】
また、酸化スズ濃度が５０質量％を超えると、焼結時に酸化スズの揮発が激しくなり、体積拡散が生じにくくなるため、焼結密度を安定的に７．０ｇ／ｃｍ^３以上とすることが困難である。
【００２０】
原料粉末を混合・粉砕する方法としては、粒子間に存在する空孔を除去できる粉砕方法が望ましく、微粒子化が可能であるボールミル、ビーズミルが望ましい。
【００２１】
原料粉末を平均粒径１０μｍ以上に造粒することが望ましい。造粒する場合には、混合・粉砕時に、分散剤、ＰＶＡなどのバインダーを加えた上で行い、また、スプレードライヤーなどの乾燥設備を用いて行い、顆粒状の造粒粉を得ることが望ましい。これにより、流動性がよくなり、成形型への充填が容易となる。造粒粉の水分量を調整し、造粒粉が固くなりすぎないようにすることが望ましい。
【００２２】
原料粉末および造粒粉末を、９８ＭＰａ以上の圧力で加圧成形して、成形体を得る。９８ＭＰａ以下であると、粒子間に存在する空孔を除去することが困難となり、ＩＴＯ焼結体の密度低下をもたらす。また、成形体強度も低くなるため、安定した製造が困難となる。高圧力が得られるＣＩＰ（Ｃｏｌｄ　Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ　Ｐｒｅｓｓ）を用いることが望ましい。
【００２３】
前記成形体を常圧雰囲気中で、焼結保持温度を１４００〜１６００℃として焼結する。酸素雰囲気とは、純酸素雰囲気または高濃度酸素雰囲気である。焼結温度が１４００℃未満では、体積拡散・表面拡散が進まず、ＩＴＯ焼結体が高密度とならない。焼結温度が１６００℃を超えると、炉床板との反応が激しくなる。
【００２４】
【実施例】
［実施例１］
比表面積値１１．４ｍ^２／ｇ、平均粒径０．３７μｍの酸化インジウム粉末を８０質量％、比表面積値１１．３ｍ^２／ｇ、平均粒径１．３μｍの酸化スズ粉末２０質量％となるように秤量し、これにポリビニルアルコールと分散剤を原料粉末に対し各々１．２５質量％となるように加え、さらに純水を所定量加え、濃度６０質量％のスラリーを作製し、ボールミルにて２０時間程度混合・粉砕を行った。
【００２５】
混合・粉砕後のスラリーを熱風温度１５０℃でスプレードライヤーで乾燥し、粒径１０〜１００μｍ、タップ密度１．５６ｇ／ｃｍ^３の造粒粉を作製した。
【００２６】
この造粒粉を常温にて１９６ＭＰａの圧力で成形体を作製した。得られた成形体を、１５００℃で２０時間焼結し、２８０×１３０×１０ｍｍの焼結体を得た。得られた焼結体の密度は、７．１２ｇ／ｃｍ^３であった。
【００２７】
［実施例２］
比表面積値１１．３ｍ^２／ｇ、平均粒径０．３９μｍの酸化インジウム粉末を６４質量％、比表面積値１１．７ｍ^２／ｇ、平均粒径１．２μｍの酸化スズ粉末を３６質量％となるようにした以外は、実施例１と同様に、造粒粉を作製した。この造粒粉の粒径は１０〜１００μｍ、タップ密度は１．５１ｇ／ｃｍ^３であった。この造粒粉から、実施例１と同様に、焼結体を得た。得られた焼結体の密度は、７．０７ｇ／ｃｍ^３であった。
【００２８】
［実施例３］
比表面積値１１．３ｍ^２／ｇ、平均粒径０．３４μｍの酸化インジウム粉末を９０質量％、比表面積値１１．１ｍ^２／ｇ、平均粒径１．２μｍの酸化スズ粉末１０質量％となるように秤量し、これにバインダー、分散剤を原料粉末に対し各々１．２５質量％となるように加え、さらに純水を所定量加え、濃度６０質量％のスラリーを作製し、ビーズミルにて所定時間混合・粉砕を行った。
【００２９】
混合・粉砕後のスラリーを熱風温度１４０℃でスプレードライヤーで乾燥し、粒径１０〜１００μｍ、タップ密度１．５４ｇ／ｃｍ^３の造粒粉を作製した。
【００３０】
この造粒粉を常温にて２９４ＭＰａの圧力で成形体を作製した。得られた成形体を、１５５０℃で２５時間焼結し、２８０×１３０×１０ｍｍの焼結体を得た。得られた焼結体の密度は、７．１４０ｇ／ｃｍ^３であった。
【００３１】
［実施例４］
比表面積値１１．２ｍ^２／ｇ、平均粒径０．３５μｍの酸化インジウム粉末を５０質量％、比表面積値１２．５ｍ^２／ｇ、平均粒径１．２μｍの酸化スズ粉末を５０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様に、造粒粉を作製した。この造粒粉の粒径は１０〜１００μｍ、タップ密度は１．４９ｇ／ｃｍ^３であった。この造粒粉から、実施例１と同様に、焼結体を得た。得られた焼結体の密度は、７．０１０ｇ／ｃｍ^３であった。
【００３２】
［実施例５］
比表面積値１１．３ｍ^２／ｇ、平均粒径０．３９μｍの酸化インジウム粉末を６４質量％、比表面積値１１．８ｍ^２／ｇ、平均粒径０．９μｍの酸化スズ粉末３６質量％となるようにした以外は、実施例１と同様に、造粒粉を作製した。この造粒粉の粒径は１０〜１００μｍ、タップ密度は１．４５ｇ／ｃｍ^３であった。この造粒粉から、実施例１と同様に、焼結体を得た。得られた焼結体の密度は、７．０９０ｇ／ｃｍ^３であり、実施例２と比較し、密度上昇が確認された。
【００３３】
また、媒体からの不純物量が、４０ｐｐｍ以下となり、実施例２では５０ｐｐｍを超えるのに対し、低減されることが確認された。
【００３４】
［比較例１］
比表面積値１１．４ｍ^２／ｇ、平均粒径０．３７μｍの酸化インジウム粉末を８０質量％、比表面積値６．２ｍ^２／ｇ、平均粒径３．１μｍの酸化スズ粉末を２０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様に、造粒粉を作製した。この造粒粉の粒径は１０〜１００μｍ、タップ密度は１．５６ｇ／ｃｍ^３であった。この造粒粉から、実施例１と同様に、焼結体を得た。得られた焼結体の密度は、６．９０ｇ／ｃｍ^３であった。
【００３５】
［比較例２］
比表面積値１１．３ｍ^２／ｇ、平均粒径０．３９μｍの酸化インジウム粉末を６４質量％、比表面積値６．２ｍ^２／ｇ、平均粒径３．０μｍの酸化スズ粉末を３６質量％となるようにした以外は、実施例１と同様に、造粒粉を作製した。この造粒粉の粒径は１０〜１００μｍ、タップ密度は１．５６ｇ／ｃｍ^３であった。この造粒粉から、実施例１と同様に、焼結体を得た。得られた焼結体の密度は、６．６２ｇ／ｃｍ^３であった。
【００３６】
［比較例３］
比表面積値１１．１ｍ^２／ｇ、平均粒径０．３５μｍの酸化インジウム粉末を４５質量％、比表面積値６．２ｍ^２／ｇ、平均粒径３．０μｍの酸化スズ粉末を５５質量％となるようにした以外は、実施例１と同様に、造粒粉を作製した。この造粒粉の粒径は１０〜１００μｍ、タップ密度は１．６５ｇ／ｃｍ^３であった。この造粒粉から、実施例１と同様に、焼結体を得た。得られた焼結体の密度は、６．５２０ｇ／ｃｍ^３であった。
【００３７】
比表面積値１２．０ｍ^２／ｇ、平均粒径１．３μｍの酸化スズ粉末を用いた場合、焼結体の密度は、６．８５０ｇ／ｃｍ^３であった。
【００３８】
［比較例４］
比表面積値１１．０ｍ^２／ｇ、平均粒径０．３８μｍの酸化インジウム粉末を６４質量％、比表面積値２０．２ｍ^２／ｇ、平均粒径２．５μｍの酸化スズ粉末を３６質量％となるようにした以外は、実施例１と同様に、造粒粉を作製した。この造粒粉の粒径は１０〜１００μｍ、タップ密度は１．４９ｇ／ｃｍ^３であった。この造粒粉から、実施例１と同様に、焼結体を得た。得られた焼結体の密度は、６．７５０ｇ／ｃｍ^３であった。
【００３９】
［比較例５］
比表面積値１１．３ｍ^２／ｇ、平均粒径０．３９μｍの酸化インジウム粉末を６４質量％、比表面積値１１．７ｍ^２／ｇ、平均粒径１．２μｍの酸化スズ粉末を３６質量％となるようにした以外は、実施例１と同様に、造粒粉を作製した。この造粒粉をフルイにかけて、平均粒径が１０μｍ以下となるようにした。この造粒粉のタップ密度は１．７５ｇ／ｃｍ^３であった。この造粒粉から、実施例１と同様に、焼結体を得た。得られた焼結体の密度は、６．９００ｇ／ｃｍ^３であった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明により、原料粉末スラリーを粉砕・混合する時に、媒体等の摩耗から入る不純物を減少させることが可能となる。原料粉末が９９．９９％以上の純度を有すれば、本発明によるＩＴＯターゲットの純度は９９．９９％以上を十分に満たすことができる。
【００４１】
また、密度分布が少ない高密度ＩＴＯターゲットが得られるために、成膜中にノジュールの発生を抑えることができ、成膜の末期まで成膜密度の変化が小さくなるため、成膜段階での高収率が得られる。

Claims

酸化インジウム−酸化スズからなり、酸化スズの含有量が２０質量％を超え、かつ５０質量％以下であって、平均密度が７．０ｇ／ｃｍ^３以上である高濃度酸化スズＩＴＯターゲット。
比表面積値が３〜１５ｍ^２／ｇであって、平均粒径が０．５μｍ以下である酸化インジウム粉末と、比表面積値が１０〜１５ｍ^２／ｇで、平均粒径が１．５μｍ以下である酸化スズ粉末を混合・粉砕した後、９８ＭＰａ以上の圧力で成形体を得て、該成形体を１４００〜１６００℃の温度で焼結して得られる請求項１に記載の高濃度酸化スズＩＴＯターゲット。
酸化スズ粉末の平均粒径が１μｍ以下である請求項２に記載の高濃度酸化スズＩＴＯターゲット。
比表面積値が３〜１５ｍ^２／ｇであって、平均粒径が０．５μｍ以下である酸化インジウム粉末と、比表面積値が１０〜１５ｍ^２／ｇで、平均粒径が１．５μｍ以下である酸化スズ粉末とを、酸化スズの含有量が１０〜５０質量％となるように混合・粉砕して原料粉末を得た後、９８ＭＰａ以上の圧力で加圧成形して成形体を得て、該成形体を常圧の酸素雰囲気中で１４００〜１６００℃の温度で焼結することを特徴とする高濃度スズＩＴＯターゲットの製造方法。
加圧成形前に前記原料粉末を平均粒径１０μｍ以上の顆粒状に造粒する請求項４に記載の高濃度スズＩＴＯターゲットの製造方法。