JP2007009268A

JP2007009268A - スパッタリングターゲットの製造方法

Info

Publication number: JP2007009268A
Application number: JP2005190805A
Authority: JP
Inventors: Seiichiro Takahashi; 誠一郎高橋; Hiroshi Watanabe; 渡辺　　弘
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2007-01-18
Also published as: CN100513354C; KR100814320B1; CN1891662A; TW200710245A; KR20070001811A; TWI306124B

Abstract

【課題】ターゲットのライフを伸ばすことができ、また、高密度なスパッタリングターゲットを得ることができるスパッタリングターゲットの製造方法を提供する。
【解決手段】酸化インジウム粉末及び酸化錫粉末を含む混合粉末からなる原料粉末を焼成してスパッタリングターゲットを製造する際に、少なくとも酸化インジウムを１１００℃〜１３００℃で仮焼して原料の混合粉末とし、この混合粉末を前記仮焼した温度から１５０℃以上高い温度で焼成する。
【選択図】なし

Description

本発明は、スパッタリングターゲットの製造方法に関する。

一般的に、薄膜を成膜する方法の１つとしてスパッタリング法が知られている。スパッタリング法とは、スパッタリングターゲットをスパッタリングすることにより薄膜を得る方法であり、大面積化が容易であり、高性能の膜が効率よく成膜できるため、工業的に利用されている。また、近年、スパッタリングの方式として、反応性ガスの中でスパッタリングを行う反応性スパッタリング法や、ターゲットの裏面に磁石を設置して薄膜形成の高速化を図るマグネトロンスパッタリング法なども知られている。

このようなスパッタリング法で用いられる薄膜のうち、特に、酸化インジウム−酸化錫（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２の複合酸化物、以下、「ＩＴＯ」という）膜は、可視光透過性が高く、かつ導電性が高いので透明導電膜として液晶表示装置やガラスの結露防止用発熱膜、赤外線反射膜等に幅広く用いられている。

このため、より効率よく低コストで成膜するために、現在においてもスパッタ条件やスパッタ装置などの改良が日々行われており、装置を如何に効率的に稼働させるかが重要となる。また、このようなＩＴＯスパッタリングにおいては、新しいスパッタリングターゲットをセットしてから初期アーク（異常放電）がなくなって製品を製造できるまでの時間が短いことと、一度セットしてからどれくらいの期間使用できるか（積算スパッタリング時間：ターゲットライフ）が問題となる。

このようなＩＴＯスパッタリングターゲットは、酸化インジウム粉末及び酸化錫粉末を所定の割合で混合して乾式又は湿式で成形し、焼結したものであり（特許文献１）、高密度のＩＴＯ焼結体を得るための高分散性の酸化インジウム粉末が提案されている（特許文献２，３，４等参照）。

一方、共沈法により湿式合成されたＩＴＯ粉末をＩＴＯ焼結体とすることも知られており（特許文献５等参照）、同様に高密度な焼結体を得るためのＩＴＯ粉末の湿式合成方法が多数提案されている（特許文献６〜９等参照）。

しかしながら、依然として、ＩＴＯ粉末の製造方法に大きく縛られることなく、また、焼結条件等を高度に制御しなくても、比較的容易に高密度の焼結体が得られ、この結果、ライフの長いターゲットを得ることができるスパッタリングターゲットの製造方法を求める要望が多い。

特開昭６２−２１７５１号公報特開平５−１９３９３９号公報特開平６−１９１８４６号公報特開２００１−２６１３３６号公報特開昭６２−２１７５１号公報特開平９−２２１３２２号公報特開２０００−２８１３３７号公報特開２００１−１７２０１８号公報特開２００２−６８７４４号公報

本発明はこのような事情に鑑み、ターゲットのライフを伸ばすことができ、また、高密度なスパッタリングターゲットを得ることができるスパッタリングターゲットの製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決する本発明の第１の態様は、酸化インジウム粉末及び酸化錫粉末を含む原料を混合し焼成してスパッタリングターゲットを製造する際に、少なくとも酸化インジウム粉末を１１００℃〜１３００℃で仮焼して原料の混合粉末とし、この混合粉末を前記仮焼した温度から１５０℃以上高い温度で焼成することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法にある。

かかる第１の態様では、少なくとも酸化インジウム粉末を所定温度で仮焼することにより原料中の炭素含有量を著しく低減でき、且つ混合粉末を仮焼温度より高い所定温度で焼成することにより、高密度でターゲットライフの長いスパッタリングターゲットとすることができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記酸化インジウム粉末の仮焼後の炭素含有量を５０ｐｐｍ以下とすることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法にある。

かかる第２の態様では、仮焼後の酸化インジウム粉末の炭素含有量を５０ｐｐｍ以下とすることにより、焼成後のターゲットライフを確実に向上させることができる。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記酸化インジウムの仮焼を、その後のＢＥＴ比表面積が０．８〜４ｍ^２／ｇとなるように行うことを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法にある。

かかる第３の態様では、ＢＥＴ比表面積を所定の範囲となるように仮焼することにより、焼成後のターゲット密度を向上できると共にターゲットライフを確実に向上させることができる。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記仮焼中、及び仮焼した後混合粉末を焼成するまでの間、原料と炭酸ガスとの接触を避けるように処理することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法にある。

かかる第４の態様では、原料と炭酸ガスとの接触を避けることにより、仮焼した原料中の炭素濃度を確実に低下させることができる。

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、焼成後の密度を９９％以上とすることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法にある。

かかる第５の態様では、スパッタリングターゲットの密度を９９％以上とすることにより、ターゲットライフを確実に向上させることができる。

本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、錫含有量がＳｎＯ_２換算で２．３〜４５質量％であることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法にある。

かかる第６の態様では、錫含有量が所定の範囲にあるので、所望の導電性を有する薄膜が形成できる。

以上説明したように、本発明では、原料粉末を所定の温度で仮焼し、且つその後焼成温度を所定の温度範囲で行うことにより、ターゲットライフが長いスパッタリングターゲットを製造できる。

本発明のスパッタリングターゲットの製造方法は、酸化インジウム粉末及び酸化錫粉末を含む原料を混合し焼成してスパッタリングターゲットを製造する際に、少なくとも酸化インジウム粉末を１１００℃〜１３００℃で仮焼し、その後、混合粉末を前記仮焼した温度から１５０℃以上高い温度で焼成するものである。

本発明方法において、原料のうち、少なくとも酸化インジウム粉末を仮焼するのは、酸化インジウム粉末中に含まれる炭素含有量を低減するためであり、炭素含有量を有効に低減するためには、１１００℃〜１３００℃、好ましくは１１５０〜１３００℃で仮焼する必要がある。これより低温で仮焼しても、炭素が原料粉末に化学吸着されているために低減せず、一方、これより高温で仮焼すると、炭素含有量は低減するが、焼成過程で問題が生じる。すなわち、仮焼後、仮焼温度より１５０℃以上高温で焼成することにより、高密度のスパッタリングターゲットを得ることができるが、１３００℃より高い温度で仮焼した場合には、ＢＥＴ比表面積が所定範囲より小さくなってしまい、高密度なターゲットが得られない虞がある。

このような点から、本発明方法では、１１００℃〜１３００℃、好ましくは１１５０℃〜１３００℃で仮焼するのが好ましい。

なお、スパッタリングターゲットの製造において問題になるのは、酸化インジウム粉末に化学吸着した炭素であり、酸化錫には炭素は殆ど吸着されず、問題にならない。従って、本発明方法で、「少なくとも酸化インジウム粉末を１１００℃〜１３００℃で仮焼して原料の混合粉末とし」とは、少なくとも酸化インジウム粉末を仮焼すればよく、酸化錫粉末は必ずしも仮焼する必要はないという意味である。すなわち、酸化インジウム粉末及び酸化錫を用いる場合には、少なくとも酸化インジウム粉末のみを仮焼すればよいが、勿論、両者を混合した状態で仮焼してもよいという意味である。また、酸化インジウム粉末及び酸化錫粉末に加えて酸化インジウム−酸化錫粉末（ＩＴＯ粉末）を加えた混合粉末を用いてもよいが、ＩＴＯ粉末においては酸化インジウム中に錫が固溶しているため、炭素の吸着の点では問題ではないので、必ずしも仮焼する必要はないが、勿論、仮焼してもよい。

本発明方法において、上述したように仮焼した酸化インジウム粉末中の炭素含有量は、５０ｐｐｍ以下、好ましくは２０ｐｐｍ以下、特に好ましくは１０ｐｐｍ以下とするのが好ましい。原料粉末に含有される炭素は後述するように、ターゲットライフに影響し、５０ｐｐｍを越える炭素を含有した原料粉末を焼結したスパッタリングターゲットはターゲットライフが著しく短くなるからである。ここで、炭素含有量が５０ｐｐｍより多い原料粉末を用いてスパッタリングターゲットとすると、金属酸化物が炭素により還元されるため、ターゲット内に金属部位が確認されるが、炭素含有量が５０ｐｐｍ以下の原料粉末を用いると、このような金属部位は観察されないことが確認された。なお、酸化インジウム粉末中の炭素含有量は、炭素・硫黄測定装置（例えば、（株）堀場製作所製のＥＭＩＡ−２２００）を用いて測定することができる。なお、酸化インジウム粉末を含む混合粉末を仮焼した場合には、測定される炭素含有量は全て酸化インジウムに起因すると推定されるので、酸化インジウム粉末の含有量から酸化インジウム粉末に含まれる炭素含有量を算出することができる。

このような目的から、本発明方法では、仮焼中、及び仮焼した後、焼成するまでの間、当該原料と炭酸ガスとの接触を避けるように処理するのが望ましい。これは、仮焼した酸化インジウム粉末に炭酸ガスが吸着して炭素含有量が増大するのを防止するためである。

また、本発明方法では、酸化インジウム粉末の仮焼を、その後のＢＥＴ比表面積が０．８〜４ｍ^２／ｇなるように行うのが好ましい。ＢＥＴ比表面積をこの範囲にすることにより、焼成した際に高密度のスパッタリングターゲットを得ることができるからである。

本発明方法では、上述したように所定温度で仮焼した酸化インジウムを含む混合粉末を焼成してスパッタリングターゲットとするが、この際、焼成後の密度を９９％以上とするのが望ましい。高密度なスパッタリングターゲットほどターゲットライフが向上するからである。

かかる本発明方法で用いる原料の製造方法は特に限定されず、目的の組成のスパッタリングターゲットを得ることができる原料を用意すればよい。なお、原料は、例えば、酸化インジウム粉末及び酸化錫を所定の割合で混合して用いる場合には、混合前に仮焼しても、混合した後仮焼してもよく、仮焼して混合する場合には、上述したように少なくとも酸化インジウム粉末を仮焼すればよい。

ここで、スパッタリングターゲットの原料は、錫含有量がＳｎＯ_２換算で２．３〜４５質量％であるようにするのが好ましい。所望の導電性を有する薄膜が形成できるようにするためである。例えば、ＳｎＯ_２固溶量が２．３質量％以上であるものは、錫含有量は最低でもＳｎＯ_２換算で２．３質量％であり、一方、４５質量％を超える場合には、例えば、スパッタリングターゲットとして薄膜を形成した際にＳｎＯ_２が析出して導電性を阻害するから、共に好ましくない。

次いで、本発明方法で原料を焼成してスパッタリングターゲットを得る工程の一例を説明する。

原料を混合した混合粉末は、例えば、従来から公知の各種湿式法又は乾式法を用いて成形し、焼成する。

乾式法としては、コールドプレス（ＣｏｌｄＰｒｅｓｓ）法やホットプレス（ＨｏｔＰｒｅｓｓ）法等を挙げることができる。コールドプレス法では、ＩＴＯ粉を成形型に充填して成形体を作製し、大気雰囲気下または酸素雰囲気下で焼成・焼結させる。ホットプレス法では、ＩＴＯ粉を成形型内で直接焼結させる。

湿式法としては、例えば、濾過成形法（特開平１１−２８６００２号公報参照）を用いるのが好ましい。この濾過成形法は、セラミックス原料スラリーから水分を減圧排水して成形体を得るための非水溶性材料からなる濾過式成形型であって、１個以上の水抜き孔を有する成形用下型と、この成形用下型の上に載置した通水性を有するフィルターと、このフィルターをシールするためのシール材を介して上面側から挟持する成形用型枠からなり、前記成形用下型、成形用型枠、シール材、およびフィルターが各々分解できるように組立てられており、該フィルター面側からのみスラリー中の水分を減圧排水する濾過式成形型を用い、混合粉、イオン交換水と有機添加剤からなるスラリーを調製し、このスラリーを濾過式成形型に注入し、該フィルター面側からのみスラリー中の水分を減圧排水して成形体を製作し、得られたセラミックス成形体を乾燥脱脂後、焼成する。

各方法において、焼成温度は、例えば、ＩＴＯターゲットの場合には、１３００〜１６００℃が好ましく、さらに好ましくは、１４５０〜１６００℃である。その後、所定寸法に成形・加工のための機械加工を施しターゲットとする。

一般的には、成形後、厚さ調整のために表面を研削し、さらに、表面を平滑にするために、何段階かの研磨を施すが、所定の表面処理を施して、マイクロクラックを除去するようにするのが好ましい。

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、これに限定されるものではない。

（実施例１）
湿式合成された酸化インジウム粉末を１１００℃で仮焼した酸化インジウム粉末９０質量％と、同様に湿式合成された酸化錫を１０５０℃で仮焼した酸化錫粉末１０質量％とを実施例１の原料粉末とした。

（実施例２）
湿式合成された酸化インジウム粉末を１１５０℃で仮焼した酸化インジウム粉末９０質量％と、同様に湿式合成された酸化錫を１０５０℃で仮焼した酸化錫粉末１０質量％とを実施例２の原料粉末とした。

（実施例３）
湿式合成された酸化インジウム粉末を１２００℃で仮焼した酸化インジウム粉末９０質量％と、同様に湿式合成された酸化錫を１０５０℃で仮焼した酸化錫粉末１０質量％とを実施例３の原料粉末とした。

（実施例４）
湿式合成された酸化インジウム粉末を１２５０℃で仮焼した酸化インジウム粉末９０質量％と、同様に湿式合成された酸化錫を１０５０℃で仮焼した酸化錫粉末１０質量％とを実施例４の原料粉末とした。

（実施例５）
湿式合成された酸化インジウム粉末を１３００℃で仮焼した酸化インジウム粉末９０質量％と、同様に湿式合成された酸化錫を１０５０℃で仮焼した酸化錫粉末１０質量％とを実施例５の原料粉末とした。

（比較例１）
湿式合成された酸化インジウム粉末を１０００℃で仮焼した酸化インジウム粉末９０質量％と、同様に湿式合成された酸化錫を１０００℃で仮焼した酸化錫粉末１０質量％とを比較例１の原料粉末とした。

（試験例１）
炭素・硫黄測定装置（（株）堀場製作所製のＥＭＩＡ−２２００）を用いて、各実施例および比較例の仮焼後の酸化インジウム粉末中の炭素含有量を測定した。結果を表１に示す。また、仮焼後の酸化インジウム粉末のＢＥＴ法での比表面積を併せて表１に示す。

（製造例１）
実施例１の原料をドライボールミルで混合・解砕し、これをさらにウェットボールミルにより解砕してスラリーとし、このスラリーを濾過式成形型に注入し、フィルター面側からのみスラリー中の水分を減圧排水して成形体を製作し、得られたセラミックス成形体を乾燥脱脂した。この成形体の脱脂後の相対密度は、理論密度７．１５の６７．７％であった。

これを１６００℃で焼成し、焼結体であるスパッタリングターゲットを得た。この相対密度は９９．９％であった。

（製造例２）
実施例４の原料をドライボールミルで混合・解砕し、これをさらにウェットボールミルにより解砕してスラリーとし、このスラリーを濾過式成形型に注入し、フィルター面側からのみスラリー中の水分を減圧排水して成形体を製作し、得られたセラミックス成形体を乾燥脱脂した。この成形体の脱脂後の相対密度は、理論密度７．１５の６８．０％であった。

これを１６００℃で焼成し、焼結体であるスパッタリングターゲットを得た。この相対密度は９９．０％であった。

（比較製造例１）
比較例１の原料をドライボールミルで混合・解砕し、これをさらにウェットボールミルにより解砕してスラリーとし、このスラリーを濾過式成形型に注入し、フィルター面側からのみスラリー中の水分を減圧排水して成形体を製作し、得られたセラミックス成形体を乾燥脱脂した。この成形体の脱脂後の相対密度は、理論密度７．１５の６０．０％であった。

（試験例２）
製造例１、２及び比較製造例１のスパッタリングターゲットを用いてアーキング特性を測定した。すなわち、以下のような条件にてＤＣマグネトロンスパッタによって連続スパッタリングし、５０Ｃｏｕｎｔｓライフを測定した。ここで、５０Ｃｏｕｎｔｓライフは、各ターゲット使用開始時から投入電力量１０Ｗｈ／ｃｍ^２まで初期アーク回数を除き、累積アーキング回数が５０回となったときの投入電力量（Ｗｈ／ｃｍ^２）をいう。なお、アーキングの検出は、ランドマークテクノロジー社製のアーク検出装置（ＭＡＭＧｅｎｅｓｉｓ）により行った。結果は下記表２に示す。

この結果、本発明方法により所定温度で仮焼した酸化インジウム粉末を用いたスパッタリングターゲットは、仮焼温度が低い酸化インジウム粉末を用いた比較製造例と比較してアーキング特性が優れており、ターゲットライフが長いことがわかった。

（スパッタリング条件）
ターゲット寸法：直径６ｉｎｃｈ、厚さ６ｍｍ
スパッタ方式：ＤＣマグネトロンスパッタ
排気装置：ロータリーポンプ＋クライオポンプ
到達真空度：３．０×１０^−７［Ｔｏｒｒ］
Ａｒ圧力：３．０×１０^−３［Ｔｏｒｒ］
酸素分圧：３．０×１０^−５［Ｔｏｒｒ］
スパッタ電力：３００Ｗ（電力密度１．６Ｗ／ｃｍ^２）

Claims

酸化インジウム粉末及び酸化錫粉末を含む原料を混合し焼成してスパッタリングターゲットを製造する際に、少なくとも酸化インジウム粉末を１１００℃〜１３００℃で仮焼して原料の混合粉末とし、この混合粉末を前記仮焼した温度から１５０℃以上高い温度で焼成することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
請求項１において、前記酸化インジウム粉末の仮焼後の炭素含有量を５０ｐｐｍ以下とすることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
請求項１又は２において、前記酸化インジウムの仮焼を、その後のＢＥＴ比表面積が０．８〜４ｍ^２／ｇとなるように行うことを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
請求項１〜３の何れかにおいて、前記仮焼中、及び仮焼した後混合粉末を焼成するまでの間、原料と炭酸ガスとの接触を避けるように処理することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
請求項１〜４の何れかにおいて、焼成後の密度を９９％以上とすることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
請求項１〜５の何れかにおいて、錫含有量がＳｎＯ_２換算で２．３〜４５質量％であることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。