JP2007284296A - Sintered compact, method of producing the same, transparent oxide film obtained by using the sintered compact and method of forming the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコンを含む透明酸化物薄膜を製造するためのスパッタリングターゲット用の焼結体に関するものである。さらに、該焼結体を用いて製造されるシリコンを含む透明酸化物薄膜に関するものであり、具体的には、光学薄膜として低屈折率(可視域で1.48以上1.6未満)の透明酸化物薄膜や、中間屈折率(可視域で1.6以上1.9以下)の透明酸化物薄膜、表面が平滑な非晶質透明導電性薄膜、表面が平滑な透明ガスバリア性薄膜に関するものである。 The present invention relates to a sintered body for a sputtering target for producing a transparent oxide thin film containing silicon. Furthermore, the present invention relates to a transparent oxide thin film containing silicon produced using the sintered body, and specifically, a transparent film having a low refractive index (from 1.48 to less than 1.6 in the visible range) as an optical thin film. It relates to oxide thin films, transparent oxide thin films having an intermediate refractive index (from 1.6 to 1.9 in the visible range), amorphous transparent conductive thin films with smooth surfaces, and transparent gas barrier thin films with smooth surfaces. is there.
透明酸化物薄膜は、各種光学部品や、ディスプレイ、太陽電池など主要な電子デバイスに必ず使われている。酸化物薄膜を形成する方法としては、スパッタリング法、蒸着法、イオンプレーティング法、及び溶液塗布法がよく用いられている。その中でも、スパッタリング法は、蒸気圧の低い材料を使用する場合や、精密な膜厚制御を必要とする場合に有効な方法であり工業的には最も広範に用いられている。 Transparent oxide thin films are always used in major electronic devices such as various optical components, displays, and solar cells. As a method for forming an oxide thin film, a sputtering method, a vapor deposition method, an ion plating method, and a solution coating method are often used. Among them, the sputtering method is effective when a material having a low vapor pressure is used or when precise film thickness control is required, and is most widely used industrially.
スパッタリング法は、一般にアルゴンガスを使用し、約10Pa以下のガス圧のもとで、基板を陽極とし、成膜する酸化物透明導電膜の原料となるスパッタリングターゲットを陰極として電圧を印加する。電圧を印加された電極間には、グロー放電が起こってアルゴンプラズマが発生し、プラズマ中のアルゴン陽イオンが陰極のスパッタリングターゲットに衝突する。この衝突によって次々と弾き飛ばされる粒子が基板上に順次堆積して薄膜を形成する。酸化物薄膜をスパッタリング法で作製する場合、膜中に所定量の酸素が導入されるよう、アルゴンガス中に酸素を混合するのが一般的である。 In the sputtering method, an argon gas is generally used, and a voltage is applied using a substrate as an anode and a sputtering target as a raw material for an oxide transparent conductive film to be formed as a cathode under a gas pressure of about 10 Pa or less. A glow discharge occurs between the electrodes to which a voltage is applied to generate argon plasma, and argon cations in the plasma collide with the cathode sputtering target. Particles that are flipped one after another by this collision are sequentially deposited on the substrate to form a thin film. When an oxide thin film is formed by a sputtering method, oxygen is generally mixed in argon gas so that a predetermined amount of oxygen is introduced into the film.
スパッタリング法は、アルゴンプラズマの発生方法によって分類される。高周波プラズマを用いるものは、高周波スパッタリング法といい、直流プラズマを用いるものは、直流スパッタリング法という。特に、直流スパッタリング法は、基板への熱ダメージが少なく、高速成膜が可能であり、電源設備が安価で、操作が簡便であるなどの特徴があるため、工業的には最適な成膜方法である。 Sputtering methods are classified according to the method of generating argon plasma. Those using high-frequency plasma are called high-frequency sputtering methods, and those using direct-current plasma are called DC sputtering methods. In particular, the direct current sputtering method has the characteristics that the thermal damage to the substrate is small, high-speed film formation is possible, the power supply equipment is inexpensive, and the operation is simple. It is.
高周波スパッタリング法は、導電性の材料だけではなく、絶縁性や高抵抗のターゲットから絶縁性や高抵抗の膜材料も安定に成膜することが可能である。高周波スパッタリング法では、電力が放電に効率よく導入されるように、通常、高周波電源とターゲットとの間にコイルとコンデンサーで構成されるインピーダンス整合回路を挿入するため、装置コストが高くなってしまう。また、該インピーダンス整合回路をスパッタ条件に応じて制御する必要があるため、高周波スパッタリング法は操作が複雑であり、成膜速度などの再現性で劣る。 In the high frequency sputtering method, not only a conductive material but also an insulating or high resistance film material can be stably formed from an insulating or high resistance target. In the high frequency sputtering method, an impedance matching circuit composed of a coil and a capacitor is usually inserted between the high frequency power source and the target so that electric power is efficiently introduced into the discharge. Further, since it is necessary to control the impedance matching circuit according to sputtering conditions, the high-frequency sputtering method is complicated in operation and inferior in reproducibility such as a film forming speed.
一方、直流スパッタリング法は、一般に、導電性のターゲットから導電性の薄膜を形成することが可能であり、絶縁性や高抵抗の膜の成膜では、アーキングが発生しやすくて不向きである。しかし、直流スパッタリング法の方が、高周波スパッタリング法と比べて操作が容易で、成膜速度などの再現性で優れている。したがって、コストおよび制御性の面において有利であり、工業的には広範に用いられている。 On the other hand, the direct current sputtering method can generally form a conductive thin film from a conductive target, and is not suitable for forming an insulating or high resistance film because arcing is likely to occur. However, the direct current sputtering method is easier to operate than the high frequency sputtering method, and is excellent in reproducibility such as a film forming speed. Therefore, it is advantageous in terms of cost and controllability, and is widely used industrially.
また、直流スパッタリング法の中でも、ターゲットに印加する負電圧を周期的に停止し、その間に低い正電圧を印加して正のチャージングを電子により中和するスパッタリング方法(直流パルシング法)もあり、酸素の反応性ガスを用いた反応性スパッタリングにおける絶縁膜(酸化珪素、窒化酸化珪素、酸化チタンなど)のアーキングを抑制しながら成膜することが可能であり、高周波スパッタリング法のようにインピーダンス整合回路を制御する必要がなく、成膜速度が高周波スパッタリング法よりも速いなどの利点がある。直流パルシング法によるスパッタリング成膜を行うための電源として、たとえば、ENI社製のRPGシリーズ、アドバンスドエナジー社製のMDX−SparcシリーズとPinnacleシリーズなどが知られている。 In addition, among DC sputtering methods, there is also a sputtering method (DC pulsing method) in which a negative voltage applied to a target is periodically stopped and a low positive voltage is applied therebetween to neutralize positive charging with electrons. It is possible to form a film while suppressing arcing of an insulating film (silicon oxide, silicon nitride oxide, titanium oxide, etc.) in reactive sputtering using a reactive gas of oxygen, and an impedance matching circuit like a high frequency sputtering method. Therefore, there is an advantage that the film forming speed is faster than that of the high frequency sputtering method. As a power source for performing sputtering film formation by the direct current pulsing method, for example, RPG series made by ENI, MDX-Sarc series and Pinnacle series made by Advanced Energy are known.
なお、直流スパッタリング法を用いて酸化物膜を成膜する場合には、導電性酸化物のスパッタリングターゲットを用いる必要がある。例えば、導電性酸化物の母体中に高抵抗或いは絶縁性物質が含まれたスパッタリングターゲットを用いて直流スパッタリングを行うと、アルゴン陽イオンの照射により高抵抗或いは絶縁性物質の部分が帯電し、絶縁破壊を起こしてアーク放電が発生し、安定して成膜することができない。特に、直流電力を多く投入するほど、高抵抗或いは絶縁性物質での帯電が起きやすく、成膜中のアーク放電発生頻度が増すため、高電力を投入して高成膜速度を得ることは不可能となってしまう。 Note that when an oxide film is formed by a direct current sputtering method, a conductive oxide sputtering target needs to be used. For example, when direct current sputtering is performed using a sputtering target in which a conductive oxide base material contains a high resistance or insulating material, the portion of the high resistance or insulating material is charged by the irradiation of argon cations and insulated. Breaking occurs and arc discharge occurs, and the film cannot be stably formed. In particular, as more DC power is applied, charging with a high resistance or insulating material is more likely to occur, and the frequency of arc discharge during film formation increases. Therefore, it is not possible to obtain a high film formation rate by applying high power. It becomes possible.
透明導電性薄膜は、高い導電性と可視光領域での高い透過率とを有する。このため、酸化物透明導電膜は太陽電池や液晶表示素子、その他各種受光素子の電極などに利用されているばかりでなく、近赤外域の波長での反射吸収特性を生かして自動車の窓ガラスや建築物の窓ガラス等に用いる熱線反射膜や、各種の帯電防止膜、冷凍ショーケースなどの防曇用の透明発熱体としても利用されている。 The transparent conductive thin film has high conductivity and high transmittance in the visible light region. For this reason, transparent oxide conductive films are not only used for solar cells, liquid crystal display elements, and other light receiving element electrodes, but also by utilizing reflection absorption characteristics at wavelengths in the near infrared region, It is also used as a heat-reflecting film used for window glass of buildings, various antistatic films, and a transparent heating element for anti-fogging such as a freezer showcase.
透明導電性薄膜には、アンチモンやフッ素をドーパントとして含む酸化錫(SnO2)や、アルミニウムやガリウムをドーパントとして含む酸化亜鉛(ZnO)や、錫をドーパントとして含む酸化インジウム(In2O3)などが広範に利用されている。特に、錫をドーパントとして含む酸化インジウム膜、すなわちIn2O3−Sn系膜はITO(Indium tin oxide、)膜と称され、特に低抵抗の膜が容易に得られることから、これまで良く用いられてきた。酸化錫系の透明導電性薄膜は主にCVD法で製造されているが、In2O3系やZnO系透明導電性薄膜は、そのほとんどが直流スパッタリング法で製造されており、原料として導電性酸化物のスパッタリングターゲットが用いられている。 Examples of transparent conductive thin films include tin oxide (SnO 2 ) containing antimony and fluorine as dopants, zinc oxide (ZnO) containing aluminum and gallium as dopants, and indium oxide (In 2 O 3 ) containing tin as dopants. Is widely used. In particular, an indium oxide film containing tin as a dopant, that is, an In 2 O 3 —Sn-based film is called an ITO (Indium tin oxide) film, and since a low-resistance film can be easily obtained, it has been frequently used so far. Has been. Tin oxide-based transparent conductive thin films are mainly manufactured by the CVD method, but most of the In 2 O 3 and ZnO-based transparent conductive thin films are manufactured by the direct current sputtering method, and they are conductive as raw materials. An oxide sputtering target is used.
また近年、透明導電膜の利用分野が拡大され、単なる高い導電性や高い透過率だけでは満足されなくなってきている。特に有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機ELと記す場合がある)の透明電極の用途としては、優れた導電性と優れた光透過性の他、膜表面の優れた平滑性が重要となってきている。 In recent years, the field of application of transparent conductive films has been expanded, and mere high conductivity and high transmittance have become unsatisfactory. In particular, as an application of a transparent electrode of an organic electroluminescence element (hereinafter sometimes referred to as organic EL), excellent smoothness of the film surface is important in addition to excellent conductivity and excellent light transmittance. Yes.
有機ELは高輝度、薄型・軽量化が可能で、応答速度が速い、視野角が広いなどの特長を有しているため、次世代のディスプレイとして期待されている。有機ELは、仕事関数の異なる二種類の電極の間に有機多層膜が挟まれた素子構造をもち、仕事関数の大きい電極(陽極)から発生する正孔と小さい電極(陰極)から発生する電子が有機多層膜中の発光層内で結合して発光し、発光方向側の電極に透明導電膜が用いられる。 Organic EL is expected as a next-generation display because it has features such as high brightness, thinness and light weight, fast response speed, and wide viewing angle. An organic EL has an element structure in which an organic multilayer film is sandwiched between two types of electrodes having different work functions, and holes generated from an electrode (anode) having a high work function and electrons generated from an electrode having a small work function (cathode). Are combined in the light emitting layer in the organic multilayer film to emit light, and a transparent conductive film is used for the electrode on the light emitting direction side.
有機ELにおける透明導電膜は、高い導電性(電流駆動の為)と高い光透過性の他に、仕事関数、表面平滑性などが要求される。透明導電膜の仕事関数は発光特性に大きく影響を与えるが、膜表面のUVオゾン処理や酸素プラズマ処理などの前処理である程度調整することができる。透明導電膜の表面平滑性も良好な発光特性を得るためには重要な要素である。有機発光層は多層構造の極薄膜(数百nm)であるため、これに接している透明導電膜の表面凹凸が大きいと、突起部に接する極薄有機層に電荷が集中し、最終的に破壊して非発光部分が発生してしまうからである。 A transparent conductive film in an organic EL is required to have a work function, surface smoothness, etc. in addition to high conductivity (for current driving) and high light transmittance. The work function of the transparent conductive film greatly affects the light emission characteristics, but can be adjusted to some extent by pretreatment such as UV ozone treatment or oxygen plasma treatment of the film surface. The surface smoothness of the transparent conductive film is also an important factor for obtaining good light emission characteristics. Since the organic light-emitting layer is a multi-layered ultrathin film (several hundreds of nanometers), if the surface roughness of the transparent conductive film in contact with the organic light emitting layer is large, the electric charge concentrates on the ultrathin organic layer in contact with the protrusion, and finally This is because the non-light emitting portion is generated due to the destruction.
特許文献1には、表面の平滑な透明導電性薄膜を得るために用いるスパッタリングターゲット用の酸化物焼結体が提案されている。即ち、インジウムとシリコンとを含む酸化物焼結体において、シリコン元素が酸化インジウム内に固溶していることを特徴とするスパッタリングターゲット用の酸化物焼結体である。この酸化物焼結体は、シリコンがドープされた酸化インジウムのビックスバイト型構造の結晶相を主相とし、珪酸インジウム化合物のトルトバイタイト型構造の結晶相が混在している。そして、このスパッタリングターゲットは、低抵抗の透明導電膜を得ることを目的としたものであり、シリコン元素の含有量がSi/In原子比で0.01以上0.17以下、すなわち、Inの酸化物とSiの酸化物の総量に対するSiの酸化物の重量比にすると0.431〜6.87重量%であることを特徴とすることが記載されている。 Patent Document 1 proposes an oxide sintered body for a sputtering target used for obtaining a transparent conductive thin film having a smooth surface. That is, in the oxide sintered body containing indium and silicon, the oxide sintered body for the sputtering target is characterized in that silicon element is dissolved in indium oxide. This oxide sintered body has a crystal phase of a bixbite type structure of indium oxide doped with silicon as a main phase, and a crystal phase of a tortobitite type structure of an indium silicate compound is mixed. This sputtering target is intended to obtain a low-resistance transparent conductive film, and the silicon element content is 0.01 to 0.17 in terms of Si / In atomic ratio, that is, oxidation of In It is described that the weight ratio of Si oxide to the total amount of the product and Si oxide is 0.431 to 6.87% by weight.
また、これに関連して、特許文献2には、透明導電膜の成膜材料として適した酸化インジウム焼結体、又は酸化インジウム及び酸化錫を含む焼結体において、酸化シリコンを含有していることを特徴とする、焼結性に優れた酸化インジウム系焼結体が提案されている。さらには、該シリコン及び/又はゲルマニウムの含有量がインジウム1モル当たり0.0001〜0.6である焼結性に優れた酸化インジウム系焼結体が提案されている。そして、特許文献2には、酸化インジウム系焼結体として、例えば、In2O3−SiO2系などが挙げられている。また、シリコンの出発物質としては、SiO2等の酸化物が一般的であるが、Si単体、Siの水酸化物、等も使用することができるとし、酸化物以外の出発物質を予め酸化物の形でとり込む、あるいは部分的にSiなどの形でとり込んでもよい、と記載されている。さらに、特許文献2には、シリコンの含有量について、より好ましくはインジウム1モル当たり0.01〜0.3モル、最も好ましくは0.02〜0.1モルであって、0.6モルを上回ると、キャリア電子の移動度が低下すると共に導電性を劣化させる方向に働くため好ましくない、と記載されている。 In relation to this, Patent Document 2 contains silicon oxide in an indium oxide sintered body suitable as a film forming material for a transparent conductive film, or a sintered body containing indium oxide and tin oxide. An indium oxide-based sintered body excellent in sinterability and characterized in that has been proposed. Furthermore, an indium oxide-based sintered body excellent in sinterability having a silicon and / or germanium content of 0.0001 to 0.6 per mole of indium has been proposed. Patent Document 2 includes, for example, an In 2 O 3 —SiO 2 system as an indium oxide-based sintered body. In addition, as a starting material for silicon, an oxide such as SiO 2 is generally used, but it is possible to use Si alone, a hydroxide of Si, and the like. It is described that it may be taken in in the form of Si, or partially in the form of Si or the like. Furthermore, in Patent Document 2, the silicon content is more preferably 0.01 to 0.3 mol, most preferably 0.02 to 0.1 mol, and 0.6 mol per mol of indium. It is described that if it exceeds the upper limit, the mobility of carrier electrons is lowered and the conductivity is deteriorated, which is not preferable.
光学的に有用な酸化物膜は数多く知られており、各酸化物膜の特徴をうまく組み合わせた積層体としての応用がなされている。代表的な応用例としては、特定の波長の光が選択的に反射または透過するように設計した多層の反射防止膜が挙げられる。その他には、反射増加膜、干渉膜、偏光膜など数多くの応用例があり、非常に多岐にわたっている。また、光学特性のみならず、帯電防止性、熱線遮蔽性、電磁波遮蔽性などの付加価値を付けた機能性多層膜も提案されている。
酸化物多層膜の分光特性は、消衰係数kをほぼゼロと見なすことができる場合、各層の可視域での屈折率nと膜厚dによって決定される。したがって、酸化物膜を用いた積層体の設計に際しては、多層膜を構成する各層のnとdのデータに基づいた計算による光学設計を行うのが一般的である。この場合、高屈折率膜と低屈折率膜を組み合わせることに加えて、さらに、その中間の屈折率を有する膜(中間屈折率膜)を追加することにより、より優れた光学特性をもつ多層膜の実現が容易になる。
Many optically useful oxide films are known, and are applied as a laminate in which the characteristics of each oxide film are well combined. A typical application example is a multilayer antireflection film designed to selectively reflect or transmit light of a specific wavelength. In addition, there are many application examples such as a reflection increasing film, an interference film, and a polarizing film, which are very diverse. Also, functional multilayer films with added values such as antistatic properties, heat ray shielding properties, electromagnetic wave shielding properties as well as optical properties have been proposed.
The spectral characteristics of the oxide multilayer film are determined by the refractive index n and the film thickness d in the visible region of each layer when the extinction coefficient k can be regarded as almost zero. Therefore, when designing a laminate using an oxide film, optical design is generally performed by calculation based on n and d data of each layer constituting the multilayer film. In this case, in addition to combining a high refractive index film and a low refractive index film, a multilayer film having superior optical characteristics can be obtained by adding a film having an intermediate refractive index (intermediate refractive index film). Is easy to realize.
一般に、高屈折率膜(n>1.9)としては、TiO2(n=2.4)、CeO2(n=2.3)、ZrO2(n=2.2)、Nb2O5(n=2.1)、Ta2O5(n=2.1)、WO3(n=2.0)などが知られている。また、低屈折率膜(n<1.6)としては、SiO2(n=1.46)、MgF2(n=1.38)などが知られている。また一般に、中間屈折率膜(n=1.6〜1.9)としては、Al2O3(n=1.64)、MgO(n=1.72)、Y2O3(n=1.87)などが知られている。 In general, as a high refractive index film (n> 1.9), TiO 2 (n = 2.4), CeO 2 (n = 2.3), ZrO 2 (n = 2.2), Nb 2 O 5 (N = 2.1), Ta 2 O 5 (n = 2.1), WO 3 (n = 2.0) and the like are known. Further, as the low refractive index film (n <1.6), SiO 2 (n = 1.46), MgF 2 (n = 1.38), etc. are known. In general, as the intermediate refractive index film (n = 1.6 to 1.9), Al 2 O 3 (n = 1.64), MgO (n = 1.72), Y 2 O 3 (n = 1). .87) is known.
ところで、中間屈折率膜の反射防止膜における有用性は、例えば、特許文献3に詳しく述べられている。すなわち、反射防止膜においては、利用可能な屈折率を有する膜材料の種類が多いほど、基板を含めた設計自由度を広げることができる。例えば、3層反射防止膜を考えた場合、ガラス基板(n=1.52)上に、中間屈折率膜(n=1.80)、高屈折率膜(n=2.10)、低屈折率膜(n=1.46)を順に積層することによって、理論上、反射率をゼロにすることが可能となる。 Incidentally, the usefulness of the intermediate refractive index film in the antireflection film is described in detail, for example, in Patent Document 3. That is, in the antireflection film, the greater the number of types of film material having an available refractive index, the greater the degree of design freedom including the substrate. For example, when considering a three-layer antireflection film, an intermediate refractive index film (n = 1.80), a high refractive index film (n = 2.10), a low refractive index on a glass substrate (n = 1.52). By laminating the rate films (n = 1.46) in order, the reflectivity can theoretically be made zero.
しかし、前記したAl2O3、MgO、Y2O3などの一般的な中間屈折率膜は、いずれも導電性に乏しく、酸化物のスパッタリングターゲットを用いた場合、直流スパッタリング法によって安定した成膜を得ることができない。したがって、直流スパッタリング法による成膜によって中間屈折率膜を得るためには、導電性を有する金属ターゲットを用いて、酸素を多く含む雰囲気で金属粒子と酸素を反応させながらスパッタリング(反応性スパッタリング法)を行うことが必要である。しかし、酸素を多く含む反応性スパッタリング法による成膜速度は極めて遅いため、生産性が著しく損なわれる。その結果、中間屈折率膜のコストが高くつき、製造上の大きな問題となっていた。 However, the above-described general intermediate refractive index films such as Al 2 O 3 , MgO, and Y 2 O 3 are all poor in conductivity, and when an oxide sputtering target is used, stable film formation by a DC sputtering method is possible. A membrane cannot be obtained. Therefore, in order to obtain an intermediate refractive index film by film formation by direct current sputtering, sputtering is performed while reacting metal particles and oxygen in an oxygen-rich atmosphere using a conductive metal target (reactive sputtering method). It is necessary to do. However, since the deposition rate by the reactive sputtering method containing a large amount of oxygen is extremely slow, productivity is significantly impaired. As a result, the cost of the intermediate refractive index film is high, which is a serious problem in manufacturing.
このような問題に対し、特許文献4には、Nbの酸化物とシリコンの酸化物とを含み、屈折率が1.6〜1.9である酸化物膜とその形成方法およびスパッタリングターゲットが提案されている。そして、中間屈折率(n=1.6〜1.9)を有する酸化物膜と、該酸化物膜を直流(DC)スパッタリング法で形成する場合に用いるスパッタリングターゲット、および該スパッタリングターゲットを用いて該酸化物膜を形成する方法が記載されている。 In order to solve such a problem, Patent Document 4 proposes an oxide film containing Nb oxide and silicon oxide and having a refractive index of 1.6 to 1.9, a method for forming the oxide film, and a sputtering target. Has been. An oxide film having an intermediate refractive index (n = 1.6 to 1.9), a sputtering target used when the oxide film is formed by a direct current (DC) sputtering method, and the sputtering target are used. A method of forming the oxide film is described.
しかし、Nbの酸化物とシリコンの酸化物は、焼結時に反応して複合酸化物を形成することがなく、焼結によって得られたスパッタリングターゲット中に各々が単体の酸化物として存在し、しかも、単体のシリコン酸化物は、絶縁体であるため、特許文献1に記載の酸化物膜の形成方法では、シリコン酸化物が、容易に帯電してしまい、DCスパッタリングにおいてアーク放電を引き起こし、安定して成膜することができない、という問題があった。 However, the oxide of Nb and the oxide of silicon do not react to form a composite oxide during sintering, and each exists as a single oxide in the sputtering target obtained by sintering, Since a single silicon oxide is an insulator, the oxide film forming method described in Patent Document 1 is easily charged with silicon oxide, causing arc discharge in DC sputtering and being stable. There was a problem that the film could not be formed.
また、特許文献4では、Nbの酸化物に酸素欠損を形成すると導電性が得られることが述べられているが、本来、Nbは酸化され易いため、特許文献1に記載の酸化物膜の形成方法では、成膜工程を繰り返しているうちにターゲット表面が酸化されて導電性が著しく低下し、安定放電が不可能になってしまう、という問題があった。 Patent Document 4 states that conductivity is obtained when oxygen deficiency is formed in an oxide of Nb. However, since Nb is naturally easily oxidized, the formation of the oxide film described in Patent Document 1 is described. The method has a problem that the target surface is oxidized while the film forming process is repeated, the conductivity is remarkably lowered, and stable discharge becomes impossible.
また、本願発明者等は、特願2005−242788号明細書において、直流スパッタリング法で、中間屈折率を有する酸化物膜を安定に成膜することが可能な酸化物焼結体を提案している。この酸化物焼結体は、主にインジウム、シリコンを含む酸化物からなり、インジウムに対するシリコンの原子数比率が0.65〜1.75であり、二酸化シリコンを含まず、さらに、トルトバイタイト型構造を有する珪酸インジウム化合物の結晶相を主相として構成されており、スパッタリングターゲットとして用いた場合に直流スパッタリング法で成膜することが可能であるように構成されている。 Further, the inventors of the present application proposed an oxide sintered body capable of stably forming an oxide film having an intermediate refractive index by a direct current sputtering method in Japanese Patent Application No. 2005-242788. Yes. This oxide sintered body is mainly composed of an oxide containing indium and silicon, the atomic ratio of silicon to indium is 0.65 to 1.75, does not contain silicon dioxide, and is a tortovite type. A crystal phase of an indium silicate compound having a structure is configured as a main phase, and when used as a sputtering target, a film can be formed by a direct current sputtering method.
プラスチック基板やフィルム基板は、ガラス基板と異なって、水蒸気や酸素などのガスを透過する。そのため、水蒸気や酸素などのガスの遮断が必要な食品や薬品などの変質を防止する目的の包装用途には、表面を酸化シリコンや酸化アルミニウム等の金属酸化物膜で覆ったガスバリア性フィルム(透明樹脂基板)が用いられてきた。また、電子機器の分野でも、たとえば、液晶表示素子や太陽電池、エレクトロルミネッセンス(EL)表示素子等の分野で、重くて割れやすく大面積化が難しいガラス基板に代わって透明な樹脂フィルム基材の採用が検討されている。 Unlike a glass substrate, a plastic substrate or a film substrate transmits gas such as water vapor or oxygen. Therefore, a gas barrier film (transparent) whose surface is covered with a metal oxide film such as silicon oxide or aluminum oxide is used for packaging purposes in order to prevent alteration of food and chemicals that require blocking of gas such as water vapor and oxygen. Resin substrates) have been used. Also, in the field of electronic equipment, for example, in the fields of liquid crystal display elements, solar cells, electroluminescence (EL) display elements, etc., a transparent resin film substrate is used instead of a glass substrate that is heavy and easily broken. Adoption is being considered.
また、液晶表示素子やEL表示素子などに利用されているガスバリア性フィルムには、近年、表示素子の展開に合わせて、軽量化、大型化という要求のほか、表面の優れた平滑性の要求も現れてきている。有機EL素子は前述したような構造をとり、ガスバリアフィルムの表面が凹凸であると、その表面に形成する電極の表面も凹凸になり発光特性に悪影響を及ぼす。 In addition, gas barrier films used in liquid crystal display elements and EL display elements have recently been required to be lighter and larger in size in accordance with the development of display elements, as well as to have excellent surface smoothness. It is appearing. The organic EL element has the structure as described above, and if the surface of the gas barrier film is uneven, the surface of the electrode formed on the surface also becomes uneven, which adversely affects the light emission characteristics.
特許文献5には、従来よりも表面平滑性が良好で、透明性も高く、かつ、高い水蒸気バリア性能を持つ透明樹脂基板と、これを用いたフレキシブル表示素子が提案されている。前記目的のため、酸化スズに、シリコン元素を、SiとSnの総和に対して0.2〜45原子%の割合で含ませた酸化スズ系の非晶質膜からなる透明酸化物膜をガスバリア層として利用した例が提案されている。この酸化スズ系の非晶質膜は、酸化シリコンや酸化アルミニウム、酸化窒化シリコン膜などの従来のガスバリア性薄膜と異なり、ガスバリア性に優れるだけでなく、表面平滑性に優れている。このようなガスバリア性薄膜を作製するための、シリコンとスズの総和に対して45原子%以下の割合でシリコンが含まれている酸化スズ焼結体が記載されている。 Patent Document 5 proposes a transparent resin substrate having better surface smoothness, higher transparency and higher water vapor barrier performance than before, and a flexible display element using the same. For this purpose, a transparent oxide film made of a tin oxide-based amorphous film in which silicon element is contained in tin oxide at a ratio of 0.2 to 45 atomic% with respect to the sum of Si and Sn is used as a gas barrier. An example of using it as a layer has been proposed. Unlike conventional gas barrier thin films such as silicon oxide, aluminum oxide, and silicon oxynitride films, this tin oxide-based amorphous film has not only excellent gas barrier properties but also excellent surface smoothness. A tin oxide sintered body containing silicon at a ratio of 45 atomic% or less with respect to the sum of silicon and tin for producing such a gas barrier thin film is described.
シリコン元素を含む透明酸化物薄膜は、上述のように、低屈折率(可視域で1.48以上1.6未満)の透明酸化物薄膜や、中間屈折率(可視域で1.6以上1.9以下)の光学薄膜用の透明酸化物薄膜や、表面が平滑な非晶質透明導電性薄膜、ガスバリア性に優れて表面が平滑な透明ガスバリア性薄膜などに用いられており、シリコン元素を含む酸化物焼結体ターゲットを用いてスパッタリング法で製造されている。 As described above, the transparent oxide thin film containing silicon element has a low refractive index (from 1.48 to less than 1.6 in the visible range) and an intermediate refractive index (from 1.6 to 1 in the visible range). .9 or less) for transparent oxide thin films for optical thin films, amorphous transparent conductive thin films with smooth surfaces, and transparent gas barrier thin films with excellent gas barrier properties and smooth surfaces. It is manufactured by a sputtering method using a sintered oxide target.
従来の技術では、シリコンを含む透明酸化物薄膜を得るためのスパッタリングターゲットを作製するためには、シリコン成分の原料として、酸化シリコン粉末(特許文献1、特許文献2)や金属シリコン粉末(特許文献5、特許文献2)が用いられてきた。しかし、金属シリコン粉末を原料に用いて、酸化物粉末と混合して焼結して得た場合、金属シリコンの酸化力が強いため、焼成時に金属シリコンと雰囲気中の酸素や周囲の酸化物粒子から奪った酸素と反応して、酸化シリコン相が生成されやすく、酸化シリコン相が焼結体中に存在すると、酸化シリコンは絶縁性材料であるため、このような焼結体をスパッタリングターゲットに用いるとアーキングが生じて安定に直流スパッタリングが行えないという欠点を有していた。 In the prior art, in order to produce a sputtering target for obtaining a transparent oxide thin film containing silicon, silicon oxide powder (Patent Document 1, Patent Document 2) or metal silicon powder (Patent Document) is used as a raw material for the silicon component. 5, Patent Document 2) has been used. However, when metallic silicon powder is used as a raw material and mixed with oxide powder and sintered, the oxidizing power of metallic silicon is strong, so metallic silicon and atmospheric oxygen and surrounding oxide particles during firing The silicon oxide phase is likely to be generated by reacting with oxygen taken from the silicon, and when the silicon oxide phase is present in the sintered body, the silicon oxide is an insulating material, so such a sintered body is used as a sputtering target. Arcing occurs and DC sputtering cannot be performed stably.
特許文献1や特許文献2に記載されているシリコンを含む酸化インジウム焼結体は、金属シリコン粉末と酸化インジウム粉末、或いは、酸化シリコン粉末と酸化インジウム粉末を混合して焼成して得ており、金属シリコンは酸素と反応して、中間生成物として酸化シリコンが形成され、酸化シリコンは酸化インジウムと反応して最終的にIn2Si2O7などの珪酸インジウム化合物を形成する。また、酸化シリコン粉末を原料として用いると、焼結体中に未反応の酸化シリコン粒子が存在する場合があり、酸化シリコンは絶縁性材料であるため、このような焼結体をスパッタリングターゲットに用いるとアーキングが生じて安定に直流スパッタリングが行えないという欠点を有していた。 The indium oxide sintered body containing silicon described in Patent Document 1 and Patent Document 2 is obtained by mixing and firing metal silicon powder and indium oxide powder, or silicon oxide powder and indium oxide powder, Metallic silicon reacts with oxygen to form silicon oxide as an intermediate product, and silicon oxide reacts with indium oxide to finally form an indium silicate compound such as In 2 Si 2 O 7 . In addition, when silicon oxide powder is used as a raw material, unreacted silicon oxide particles may be present in the sintered body, and silicon oxide is an insulating material. Therefore, such a sintered body is used as a sputtering target. Arcing occurs and DC sputtering cannot be performed stably.
酸化シリコンと酸化インジウムから作製する場合、酸化シリコンは、最終的にIn2Si2O7などの珪酸インジウム化合物を形成する。出発原料あるいは中間性生物として酸化シリコンが焼結体中に残存すると、直流スパッタリングを行う際にアーキングの原因となり安定に成膜ができないなどの問題が生じる。 When fabricated from silicon oxide and indium oxide, the silicon oxide ultimately forms an indium silicate compound such as In 2 Si 2 O 7 . If silicon oxide remains in the sintered body as a starting material or an intermediate organism, problems such as arcing may occur during direct current sputtering and stable film formation may occur.
直流パルシング法を用いれば、わずかな酸化シリコン相を含む場合は安定に成膜可能である。直流パルシング法とは、ターゲットに印加する負電圧を周期的に停止し、その間に低い正電圧を印加して正のチャージングを電子により中和するスパッタリング方法であり、広い意味で直流スパッタリング法に含まれる。この方法では、アーキングを抑制しながら成膜することが可能であり、高周波スパッタリング法のようにインピーダンス整合回路を制御する必要がなく、成膜速度が高周波スパッタリング法よりも速いなどの利点がある。 When the direct current pulsing method is used, a film can be stably formed when a slight silicon oxide phase is included. The DC pulsing method is a sputtering method in which a negative voltage applied to a target is periodically stopped, and a low positive voltage is applied between them to neutralize positive charging with electrons. included. In this method, it is possible to form a film while suppressing arcing, and it is not necessary to control the impedance matching circuit unlike the high frequency sputtering method, and there is an advantage that the film formation rate is faster than the high frequency sputtering method.
しかし、直流パルシング法でも高い投入電力を投入して高速成膜を行う場合、酸化シリコン相が含まれていると、チャージングを中和することができずにアーキングが発生してしまう。また、焼結体中にシリコン成分の割合が多くなって、酸化シリコン相が多くなると低い電力投入の直流パルシング法でもアーキングを抑制することは不可能である。このような場合は、工業的に実用的でない高周波スパッタリングで成膜しなければならなくなる。また、珪酸インジウムなどの化合物は導電性はあるものの、スパッタリング効率が非常に低い。シリコン成分を多く含む酸化インジウムの焼結体からは、シリコン成分量の多い透明酸化物膜が得られ、膜の可視域の屈折率は低下(酸化シリコン膜の屈折率(n=1.46)に近づく)して透過率は改善されるが、焼結体中に酸化シリコンが残存して直流スパッタリング法で安定に成膜することができない、焼結体中に珪酸インジウムの割合が多くなって成膜速度が急激に低下する等、スパッタリングターゲットとして用いる場合に実用面で大きな問題が発生じていた。 However, when high-speed film formation is performed by applying high input power even in the direct current pulsing method, if the silicon oxide phase is included, charging cannot be neutralized and arcing occurs. Further, when the ratio of the silicon component in the sintered body is increased and the silicon oxide phase is increased, it is impossible to suppress arcing even by a low-power DC pulsing method. In such a case, the film must be formed by high frequency sputtering which is not industrially practical. Moreover, although compounds such as indium silicate are conductive, sputtering efficiency is very low. A transparent oxide film having a large amount of silicon component is obtained from a sintered body of indium oxide containing a large amount of silicon component, and the refractive index in the visible region of the film is decreased (refractive index of silicon oxide film (n = 1.46)). The transmittance is improved, but silicon oxide remains in the sintered body and cannot be stably deposited by the DC sputtering method. The ratio of indium silicate in the sintered body increases. When it was used as a sputtering target, such as a rapid decrease in the film formation rate, there were significant problems in practical use.
また特許文献5に示されているようなシリコンを含む酸化スズ焼結体についても、上述のシリコンを含む酸化インジウム焼結体と全く同様である。焼結体中に酸化シリコン相が、出発原料の残留物として、或いは、中間生成物として含まれていると、直流スパッタリングの際にアーキングが生じてしまい安定な成膜ができない。直流パルシング法を用いれば、安定に成膜できるが、シリコン成分量が多く、酸化シリコン相の割合が焼結体中に多く含まれるようになるとアーキングを回避できなくなり、実用的でない高周波スパッタリングで成膜せざるを得ない。また、高い電力を投入して高速成膜を行おうとすると、アーキングを抑制することは不可能である。 The tin oxide sintered body containing silicon as shown in Patent Document 5 is exactly the same as the above-mentioned indium oxide sintered body containing silicon. If the silicon oxide phase is contained in the sintered body as a starting material residue or as an intermediate product, arcing occurs during direct current sputtering and stable film formation cannot be achieved. If the direct current pulsing method is used, stable film formation can be achieved, but if the silicon component is large and the silicon oxide phase is contained in a large amount in the sintered body, arcing cannot be avoided, and this is not possible with high-frequency sputtering, which is not practical. It must be filmed. Moreover, if high power is applied to perform high-speed film formation, it is impossible to suppress arcing.
また酸化シリコンと酸化スズは、反応して、SiSnO3などのスズ酸シリコン化合物も形成する。シリコン成分量が多い焼結体には、このような化合物の割合が多くなるため、スパッタリング効率が低下して実用的な成膜速度が得られないという問題が生じてしまう。 Silicon oxide and tin oxide react to form a silicon stannate compound such as SiSnO 3 . In a sintered body having a large amount of silicon component, since the ratio of such a compound is increased, there arises a problem that the sputtering efficiency is lowered and a practical film formation rate cannot be obtained.
また、シリコンを含む酸化亜鉛焼結体についても、上述のシリコンを含む酸化インジウム焼結体と全く同様である。焼結体中に酸化シリコン相が、出発原料の残留物として、或いは、中間生成物として含まれていると、直流スパッタリングの際にアーキングが生じてしまい安定な成膜ができない。直流パルシング法を用いれば、安定に成膜できるが、シリコン量が多くなって酸化シリコンの相が焼結体中に多く含まれるようになり、アーキングを回避できなくなる。そのため、実用的でない高周波スパッタリングで成膜しなければならなくなる。 The zinc oxide sintered body containing silicon is exactly the same as the above-described indium oxide sintered body containing silicon. If the silicon oxide phase is contained in the sintered body as a starting material residue or as an intermediate product, arcing occurs during direct current sputtering and stable film formation cannot be achieved. If the direct current pulsing method is used, a stable film can be formed, but the amount of silicon is increased and a silicon oxide phase is included in the sintered body, and arcing cannot be avoided. Therefore, the film must be formed by high frequency sputtering which is not practical.
本発明は、酸化インジウム薄膜や、酸化スズ薄膜、酸化亜鉛薄膜などの導電性酸化物に多くのシリコン元素を含むほど、可視域の屈折率は低下して、酸化シリコンの屈折率(n=1.46)に近づき、可視域の透過率の高い有用な膜が得られ、中間屈折率膜や低屈折率膜などの光学薄膜として有用であり、透過率の高いガスバリア膜としても有用であり、また、シリコン元素を少なめに含むと、導電性酸化物の高い導電性が維持されて、優れた導電性と表面平滑性を有する透明酸化物薄膜が得られることに着目してなされたものであり、その目的とするところは、これらの有用な透明酸化物薄膜を、直流スパッタリング法(直流パルシング法も含まれる)で高電力を投入しても安定且つ高速に製造することができるスパッタリングターゲット用焼結体と、透明酸化物薄膜、及びガスバリア性透明樹脂基板を提供することにある。 In the present invention, as the conductive oxide such as an indium oxide thin film, a tin oxide thin film, or a zinc oxide thin film contains more silicon elements, the refractive index in the visible region decreases, and the refractive index of silicon oxide (n = 1). .46), a useful film having a high transmittance in the visible region is obtained, is useful as an optical thin film such as an intermediate refractive index film or a low refractive index film, and is also useful as a gas barrier film having a high transmittance. In addition, it is made by paying attention to the fact that when a small amount of silicon element is contained, the high conductivity of the conductive oxide is maintained, and a transparent oxide thin film having excellent conductivity and surface smoothness can be obtained. The target is a sputtering target capable of producing these useful transparent oxide thin films stably and at high speed even when high power is applied by a direct current sputtering method (including a direct current pulsing method). It is to provide a sintered body, a transparent oxide thin film, and the gas-barrier transparent plastic substrate.
上記の目的を達成するため、本発明による焼結体は、導電性酸化物と炭化シリコンで構成されている焼結体であって、焼結体中のシリコン含有量が、焼結体中の全金属元素含有量に対して0.5〜99.5原子%の割合であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a sintered body according to the present invention is a sintered body composed of a conductive oxide and silicon carbide, and the silicon content in the sintered body is less than that in the sintered body. It is a ratio of 0.5 to 99.5 atomic% with respect to the total metal element content.
また、本発明による焼結体は、好ましくは、炭化シリコンが窒素、硼素、リン、アルミニウムの中から選ばれた少なくとも1種類の添加元素を含んでいることを特徴とする。 The sintered body according to the present invention is preferably characterized in that the silicon carbide contains at least one additive element selected from nitrogen, boron, phosphorus and aluminum.
また、本発明による焼結体は、好ましくは、導電性酸化物が、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズの群から選ばれた少なくとも1種類の材料を主成分として有することを特徴とする。 The sintered body according to the present invention is preferably characterized in that the conductive oxide has as a main component at least one material selected from the group of indium oxide, zinc oxide, and tin oxide.
本発明による焼結体の製造方法は、導電性酸化物の粉末と炭化シリコンの粉末を出発原料として、それらを混合し、その混合物を焼結して、焼結体を得ることを特徴とする。 The method for producing a sintered body according to the present invention is characterized in that a conductive oxide powder and a silicon carbide powder are used as starting materials, they are mixed, and the mixture is sintered to obtain a sintered body. .
また、本発明による焼結体の製造方法は、好ましくは、導電性酸化物が、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズの群から選ばれた少なくとも1種類の材料を主成分として有することを特徴とする。 The method for producing a sintered body according to the present invention is preferably characterized in that the conductive oxide has at least one material selected from the group of indium oxide, zinc oxide and tin oxide as a main component. To do.
また、本発明による焼結体の製造方法は、好ましくは、導電性酸化物の粉末の平均粒径が50μm以下であり、かつ、炭化シリコン粉末の平均粒径が50μm以下であることを特徴とする。 The method for producing a sintered body according to the present invention is preferably characterized in that the conductive oxide powder has an average particle size of 50 μm or less and the silicon carbide powder has an average particle size of 50 μm or less. To do.
また、本発明による焼結体の製造方法は、好ましくは、混合物をホットプレス法で焼結することを特徴とする。 The method for producing a sintered body according to the present invention is preferably characterized in that the mixture is sintered by a hot press method.
本発明による透明酸化物薄膜は、上記何れかの焼結体を原料として用いて、スパッタリング法で製造されたことを特徴とする透明酸化物薄膜であって、シリコンを含むことを特徴とする。 The transparent oxide thin film according to the present invention is a transparent oxide thin film produced by a sputtering method using any one of the above sintered bodies as a raw material, and contains silicon.
また、本発明による透明酸化物薄膜は、好ましくは、波長633nmにおける光の屈折率が1.6以上1.9以下の中間屈折率を有することをを特徴とする。 In addition, the transparent oxide thin film according to the present invention is preferably characterized in that the refractive index of light at a wavelength of 633 nm has an intermediate refractive index of 1.6 or more and 1.9 or less.
また、本発明による透明酸化物薄膜は、好ましくは、波長633nmにおける光の屈折率が1.48以上1.6未満の低屈折率を有することを特徴とする。 In addition, the transparent oxide thin film according to the present invention is preferably characterized in that the refractive index of light at a wavelength of 633 nm has a low refractive index of 1.48 or more and less than 1.6.
また、本発明による透明酸化物薄膜は、好ましくは、比抵抗が5.5×10-3Ωcm以下の導電性を有することを特徴とする。 In addition, the transparent oxide thin film according to the present invention is preferably characterized by having a specific resistance of 5.5 × 10 −3 Ωcm or less.
また、本発明による透明酸化物薄膜は、好ましくは、比抵抗が5.6×10-1Ωcm以下の導電性を有することを特徴とする。 In addition, the transparent oxide thin film according to the present invention is preferably characterized in that the specific resistance is 5.6 × 10 −1 Ωcm or less.
また、本発明による透明酸化物薄膜は、好ましくは、膜表面の中心線平均表面粗さRaが2.5nm以下であることを特徴とする。 The transparent oxide thin film according to the present invention is preferably characterized in that the center line average surface roughness Ra of the film surface is 2.5 nm or less.
本発明によるガスバリア性透明樹脂基板は、樹脂フィルム基材の少なくとも一方の面側に上記何れかに記載の透明酸化物薄膜が形成されたことを特徴とする。 A gas barrier transparent resin substrate according to the present invention is characterized in that the transparent oxide thin film described above is formed on at least one surface side of a resin film substrate.
また、本発明によるガスバリア性透明樹脂基板は、好ましくは、JIS規格のK7129法に従って測定されたモコン法による水蒸気透過率が0.01g/m2/day未満であることを特徴とする。 In addition, the gas barrier transparent resin substrate according to the present invention is preferably characterized in that the water vapor transmission rate by the Mocon method measured in accordance with the JIS standard K7129 method is less than 0.01 g / m 2 / day.
本発明による透明酸化物薄膜の製造方法は、上記何れかに記載の焼結体を原料として用いて、直流スパッタリング法で成膜して上記何れかに記載の透明酸化物薄膜を得ることを特徴とする。 The method for producing a transparent oxide thin film according to the present invention is characterized in that the transparent oxide thin film according to any one of the above is obtained by forming a film by a direct current sputtering method using the sintered body according to any of the above as a raw material. And
本発明の焼結体は、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズの群から選ばれた少なくとも1種類の導電性酸化物と炭化シリコンで構成されている焼結体であって、その焼結体中のシリコン含有量が、焼結体中の全金属元素含有量に対して0.5〜99.5原子%の割合であることを特徴としている。本焼結体を用いれば、シリコンを含む透明酸化物薄膜を直流スパッタリング法で、安定に、高速に成膜することが可能である。
得られたシリコンを含む透明酸化物薄膜には、中間屈折率(可視域で1.6以上1.9以下)、低屈折率(可視域で1.48以上1.6未満)の光学薄膜用の透明酸化物薄膜や、表面が平滑で低抵抗の高透過性の非晶質透明導電性薄膜、更に表面が平滑で防湿性に優れた透明ガスバリア性薄膜などが含まれ、本発明の焼結体を用いると、工業的に広範に利用されている直流スパッタリング法で、これらの薄膜が生産性高く製造することが可能となるため、産業上極めて価値が高い。
The sintered body of the present invention is a sintered body composed of at least one conductive oxide selected from the group of indium oxide, zinc oxide, and tin oxide and silicon carbide, and in the sintered body. The silicon content is a ratio of 0.5 to 99.5 atomic% with respect to the total metal element content in the sintered body. If this sintered body is used, a transparent oxide thin film containing silicon can be formed stably and at high speed by a direct current sputtering method.
The obtained transparent oxide thin film containing silicon has an intermediate refractive index (from 1.6 to 1.9 in the visible range) and a low refractive index (from 1.48 to less than 1.6 in the visible range) for optical thin films. Transparent oxide thin film, high-transparency amorphous transparent conductive thin film with a smooth surface and low resistance, and a transparent gas barrier thin film with a smooth surface and excellent moisture resistance. When the body is used, these thin films can be produced with high productivity by the direct current sputtering method widely used in the industry, and therefore, it is extremely valuable industrially.
以下、実施例の説明に先立ち、本発明者らが本発明に至った経緯、本発明の焼結体、その製造方法、および透明酸化物薄膜について詳述する。 Hereinafter, prior to the description of the examples, the background of the inventors to the present invention, the sintered body of the present invention, the production method thereof, and the transparent oxide thin film will be described in detail.
本発明者らは、酸化インジウム薄膜や、酸化スズ薄膜、酸化亜鉛薄膜などの導電性酸化物に多くのシリコン元素を含むほど、可視域の屈折率は低下して、酸化シリコンの屈折率(n=1.46)に近づき、可視域の透過率の高い有用な膜が得られ、中間屈折率膜や低屈折率膜などの光学薄膜として有用であり、透過率の高いガスバリア膜としても有用であり、また、シリコン元素を少なめに含むと、導電性酸化物の高い導電性が維持されて、優れた導電性と表面平滑性を有する透明酸化物薄膜が得られることに着目し、これらの有用な透明酸化物薄膜を、直流スパッタリング法で、安定に、しかも高速に製造するためのスパッタリングターゲット用焼結体として、シリコン元素を含有した焼結体ターゲットを製造するために利用可能なシリコン系粉末について鋭意検討し、シリコン成分の原料として炭化シリコン粉末に着目し、導電性酸化物と炭化シリコンとの焼結体をスパッタリングターゲットに用いることにより解決できることを見出し、本発明に至った。 The inventors of the present invention show that the more the silicon element is contained in the conductive oxide such as an indium oxide thin film, a tin oxide thin film, or a zinc oxide thin film, the lower the refractive index in the visible region, and the refractive index (n = 1.46), a useful film having a high transmittance in the visible region is obtained, and it is useful as an optical thin film such as an intermediate refractive index film or a low refractive index film, and also useful as a gas barrier film having a high transmittance. In addition, when containing a small amount of silicon element, the high conductivity of the conductive oxide is maintained, and a transparent oxide thin film having excellent conductivity and surface smoothness can be obtained. Silica that can be used to produce a sintered body target containing a silicon element as a sintered body for a sputtering target for producing a transparent oxide thin film stably and at high speed by a direct current sputtering method System powder intensively studied, focusing on the silicon carbide powder as a raw material for the silicon component, the sintered body of the conductive oxide and silicon carbide can be solved by using a sputtering target, have completed the present invention.
焼結体について
本発明の焼結体中のシリコン成分量、即ち炭化シリコン含有量が多い場合でも、直流スパッタリング用ターゲットとして用いても、アーキングが発生せず、シリコンを含有する透明酸化物薄膜を高速成膜速度で得られることを特徴としている。
本発明の焼結体中の炭化シリコンにはB,Al、P、N、などの微量の添加元素が含まれるのが好ましい。炭化シリコンは、微量の添加物(B,Al、P、Nなど)を含ませると半導体となり導電性を有するからである。また、炭化シリコンは、金属シリコンよりも酸化しにくい。よって、炭化シリコン粉末と導電性酸化物粉末とを混合して焼成すると、絶縁性の酸化シリコンや高抵抗のシリコンを含む複合酸化物が生成されにくく、炭化シリコンと導電性酸化物で構成された焼結体が得られる。このような炭化シリコンと導電性酸化物の焼結体をスパッタリングターゲットして用いると、焼結体中に絶縁性あるいは高抵抗物質を含まないため、高い直流電力を投入してもアーキングが発生しない。また、スパッタリングガスのアルゴンガス中に酸素ガスを導入すると、ターゲットからスパッタリング粒子として飛び出した炭素原子は酸化されて二酸化炭素ガス分子となり、膜の構成元素とはならずに系外に排除されるため、シリコン元素のみ含有した導電性酸化物の薄膜が得られることとなる。また炭化シリコンは、C/Si原子数比が1に近いものがよいが、C/Si原子数比が1からずれた組成のものでもかまわない。C/Si原子数比が0.4〜1.2の範囲内の組成の炭化シリコンであれば上記の特徴は得ることができる。
Regarding the sintered body, even if the silicon component amount in the sintered body of the present invention, that is, the silicon carbide content is large, even if it is used as a target for direct current sputtering, arcing does not occur, and a transparent oxide thin film containing silicon is used. It is characterized by being obtained at a high film formation rate.
The silicon carbide in the sintered body of the present invention preferably contains a trace amount of additive elements such as B, Al, P, and N. This is because silicon carbide becomes a semiconductor when it contains a trace amount of additives (B, Al, P, N, etc.) and has conductivity. Also, silicon carbide is less susceptible to oxidation than metal silicon. Therefore, when silicon carbide powder and conductive oxide powder are mixed and baked, a composite oxide containing insulating silicon oxide or high-resistance silicon is difficult to be formed, and is composed of silicon carbide and conductive oxide. A sintered body is obtained. When such a sintered body of silicon carbide and conductive oxide is used as a sputtering target, arcing does not occur even when high DC power is applied because the sintered body does not contain an insulating or high-resistance material. . In addition, when oxygen gas is introduced into the argon gas of the sputtering gas, carbon atoms jumping out from the target as sputtering particles are oxidized and become carbon dioxide gas molecules, which are excluded from the system without being a constituent element of the film. Thus, a conductive oxide thin film containing only silicon element is obtained. Silicon carbide may have a C / Si atom number ratio close to 1, but may have a composition in which the C / Si atom number ratio deviates from 1. The above characteristics can be obtained if silicon carbide has a composition with a C / Si atomic ratio in the range of 0.4 to 1.2.
まず、本発明に係る焼結体は、導電性酸化物の焼結体中に炭化シリコンの粒子が分散された形態をとるのが特徴である。本発明における導電性酸化物は、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫がより好ましいが、こればかりでなく、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化バナジウム、酸化セリウム、酸化アンチモンなど、酸素欠損の導入や、添加元素を含ませてn型またはp型の半導体的な導電性を発揮するものや金属的な導電性を発揮する材料にも適用できる。またこれらの酸化物同士の化合物や固溶体による導電性酸化物も含まれる。 First, the sintered body according to the present invention is characterized in that silicon carbide particles are dispersed in a conductive oxide sintered body. The conductive oxide in the present invention is more preferably, for example, indium oxide, zinc oxide, tin oxide, but not only this, but also titanium oxide, niobium oxide, tungsten oxide, molybdenum oxide, iridium oxide, ruthenium oxide, vanadium oxide, The present invention can also be applied to materials that exhibit n-type or p-type semiconductor conductivity by introducing oxygen vacancies or containing additional elements such as cerium oxide and antimony oxide, and materials that exhibit metallic conductivity. Also included are compounds of these oxides and conductive oxides of solid solutions.
添加元素を含ませた半導体的な導電性酸化物として、酸化インジウムの場合は、例えば、スズ、チタン、タングステン、モリブデン、ジルコニウム、シリコン、ゲルマニウム、などの、4価以上の価数をとりやすい元素が導電性を改善する有効な添加元素に相当する。酸化スズの場合は、アンチモン、タングステン、モリブデン、ニオブ、タンタルなどの主に5価以上の価数をとりやすい元素が導電性を改善する有効な添加元素に相当する。酸化亜鉛の場合は、例えば、ガリウム、アルミニウム、硼素、スズ、チタン、タングステン、モリブデン、ジルコニウム、シリコン、ゲルマニウムなどの、主に3価以上の価数をとりやすい元素が導電性を発揮する有効な添加元素に相当する。同様に、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化バナジウム、酸化セリウム、酸化アンチモンなどの導電性酸化物についても、構成金属元素の価数よりも大きな価数をとりやすい添加元素を含有することが導電性の改善に好ましい。 In the case of indium oxide as a semiconducting conductive oxide containing an additive element, for example, tin, titanium, tungsten, molybdenum, zirconium, silicon, germanium, etc. Corresponds to an effective additive element for improving conductivity. In the case of tin oxide, elements such as antimony, tungsten, molybdenum, niobium, and tantalum that tend to have a valence of 5 or more correspond to effective additive elements that improve conductivity. In the case of zinc oxide, for example, an element that tends to have a valence of 3 or more, such as gallium, aluminum, boron, tin, titanium, tungsten, molybdenum, zirconium, silicon, and germanium, is effective in exerting conductivity. Corresponds to additive element. Similarly, for conductive oxides such as titanium oxide, niobium oxide, tungsten oxide, molybdenum oxide, iridium oxide, ruthenium oxide, vanadium oxide, cerium oxide, and antimony oxide, the valence is larger than that of the constituent metal elements. It is preferable to contain an additive element that can be easily removed to improve conductivity.
焼結体の製造方法について
また、本発明に係る焼結体は、酸化インジウムや酸化亜鉛、酸化スズなどで代表される導電性酸化物の粉末と炭化シリコン粉末を混合して焼成して得ることができる。焼成方法は、常圧焼成法、ホットプレス法の何れの方法でもよいが、ホットプレス法の方が常圧焼成法よりも、低温で高密度で高強度に焼結させることが可能であるため、炭化シリコンの酸化によって生じるアーキングの原因となる酸化シリコンの生成を防ぐことができるため好ましい。
焼結性向上のためには、導電性酸化物粉末の平均粒径は50μm以下、炭化シリコン粉末の平均粒径は50μm以下であることが好ましい。いずれの粉末も上記の平均粒径を上回ると、焼結体の相対密度が低下するだけでなく、焼結体強度も低下する。特に、炭化シリコン粉末の平均粒径が50μmを上回った場合には、粉末の比表面積が低下するため、焼結過程で粒子同士のネッキングが不十分となり、結果的に、スパッタリングターゲットのクラック発生が起こりやすくなる。
Regarding the manufacturing method of the sintered body, the sintered body according to the present invention is obtained by mixing and firing a conductive oxide powder represented by indium oxide, zinc oxide, tin oxide, etc. and silicon carbide powder. Can do. The firing method may be either a normal pressure firing method or a hot press method, but the hot press method can be sintered at a lower temperature, higher density and higher strength than the normal pressure firing method. It is preferable because generation of silicon oxide that causes arcing caused by oxidation of silicon carbide can be prevented.
In order to improve the sinterability, the conductive oxide powder preferably has an average particle size of 50 μm or less, and the silicon carbide powder preferably has an average particle size of 50 μm or less. If any of the powders exceeds the above average particle diameter, not only the relative density of the sintered body is lowered but also the strength of the sintered body is lowered. In particular, when the average particle size of the silicon carbide powder exceeds 50 μm, the specific surface area of the powder decreases, so that the necking of the particles becomes insufficient during the sintering process, resulting in cracking of the sputtering target. It tends to happen.
また、ホットプレス法を用いることによって、還元雰囲気において高い圧力を加えることが可能となり、その結果、酸化シリコンを含まない高密度の焼結体を得ることができる。ホットプレス条件としては、温度800〜1000℃、及び圧力4.9〜49.0MPaの範囲であることが好ましい。焼結温度800℃未満の場合、十分焼結されない。一方、1000℃を上回ると、酸化インジウムが還元されて融点の低い金属インジウムとなり、融液状に滲みだしてしまう。また、圧力4.9MPa未満では十分焼結されないが、4.9MPa以上であれば十分焼結される。しかし、49.0MPaを上回ると、型として用いるカーボン製容器が強度的に耐えられずに割れてしまう問題が生じる。 Further, by using the hot pressing method, it is possible to apply a high pressure in a reducing atmosphere, and as a result, a high-density sintered body not containing silicon oxide can be obtained. As hot press conditions, a temperature of 800 to 1000 ° C. and a pressure of 4.9 to 49.0 MPa are preferable. When the sintering temperature is less than 800 ° C., it is not sufficiently sintered. On the other hand, when the temperature exceeds 1000 ° C., indium oxide is reduced to metal indium having a low melting point, and oozes into the melt. Further, when the pressure is less than 4.9 MPa, it is not sufficiently sintered, but when it is 4.9 MPa or more, it is sufficiently sintered. However, if it exceeds 49.0 MPa, a problem arises that the carbon container used as a mold cannot be tolerated in strength and breaks.
透明酸化物薄膜について
本発明の透明酸化物薄膜はシリコンを含むことを特徴とするが、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズなどの導電性酸化物と炭化シリコンで構成された本発明の焼結体から直流スパッタリング法で得ることができる。その場合の本発明の焼結体は、焼結体中のシリコン元素含有量が全金属元素含有量に対して0.5〜99.5原子%であることが必要である。
Regarding the transparent oxide thin film, the transparent oxide thin film of the present invention contains silicon, but the sintered body of the present invention is composed of a conductive oxide such as indium oxide, zinc oxide, tin oxide and silicon carbide. Can be obtained by a direct current sputtering method. In this case, the sintered body of the present invention requires that the silicon element content in the sintered body is 0.5 to 99.5 atomic% with respect to the total metal element content.
酸化インジウムと炭化シリコンで構成された焼結体の場合、焼結体中のシリコン元素の含有量が全金属元素含有量に対して0.5原子%以上35原子%以下のとき、比抵抗が3.8×10-4以上5.5×10-3Ωcm以下の高い導電性を有して、中心線表面平均粗さRaが2.5nm以下の表面平滑な透明酸化物膜を得ることができ好ましい。シリコン元素の含有量が全金属元素含有量に対して0.5原子%未満であると、表面の平滑な透明酸化物膜が得られないため、有機EL用の透明電極には利用できない。また、シリコン元素含有量が全金属元素の含有量に対して8原子%以上60原子%未満のとき、波長633nmにおける屈折率が1.6以上1.9以下の中間屈折率膜を得ることができ、シリコン元素含有量が全金属元素含有量に対する原子数比率で60原子%以上99.5原子%以下のとき、波長633nmにおける屈折率が1.48以上1.60未満の低屈折率膜を得ることができて好ましい。 In the case of a sintered body composed of indium oxide and silicon carbide, when the content of silicon element in the sintered body is 0.5 atomic% or more and 35 atomic% or less with respect to the total metal element content, the specific resistance is It is possible to obtain a transparent oxide film having a smooth surface with a high conductivity of 3.8 × 10 −4 or more and 5.5 × 10 −3 Ωcm or less and a centerline surface average roughness Ra of 2.5 nm or less. This is preferable. When the content of silicon element is less than 0.5 atomic% with respect to the total metal element content, a transparent oxide film having a smooth surface cannot be obtained, and therefore cannot be used for a transparent electrode for organic EL. Moreover, when the silicon element content is 8 atomic% or more and less than 60 atomic% with respect to the content of all metal elements, an intermediate refractive index film having a refractive index of 1.6 to 1.9 at a wavelength of 633 nm can be obtained. A low refractive index film having a refractive index of 1.48 or more and less than 1.60 at a wavelength of 633 nm when the silicon element content is 60 atomic% or more and 99.5 atomic% or less in terms of the atomic ratio with respect to the total metal element content. It can be obtained and is preferable.
また、酸化スズと炭化シリコンで構成された焼結体の場合、シリコン元素含有量が全金属元素の含有量に対して0.5原子%以上99.5原子%以下の割合のとき中心線表面平均粗さRaが2.5nm以下の表面平滑な透明酸化物膜が得られるが、シリコン元素の含有量が全金属元素の含有量に対して0.5原子%未満の場合や99.5原子%を超えると、表面粗度は大きくなってしまうため有機EL用途の防湿膜としては利用できない。そして、シリコン元素含有量量が全金属元素の含有量に対して0.5原子%以上25原子%以下のとき、比抵抗が1.5×10-3Ωcm以上5.6×10-1Ωcm以下の透明導電膜を得ることができ、また、シリコン元素含有量が全金属元素の含有量に対して5原子%以上63原子%以下のとき、波長633nmにおける屈折率が1.6以上1.9以下の中間屈折率膜を得ることができ、また、63原子%超99.5原子%以下のとき、波長633nmにおける屈折率が1.48以上1.60未満の低屈折率膜を得ることができるので好ましい。 In the case of a sintered body composed of tin oxide and silicon carbide, the surface of the center line when the silicon element content is a ratio of 0.5 atomic% or more and 99.5 atomic% or less with respect to the content of all metal elements A transparent oxide film having a smooth surface with an average roughness Ra of 2.5 nm or less can be obtained. However, when the content of silicon element is less than 0.5 atomic% with respect to the content of all metal elements, or 99.5 atoms If it exceeds 50%, the surface roughness becomes large, so it cannot be used as a moisture-proof film for organic EL applications. When the silicon element content is 0.5 atomic% or more and 25 atomic% or less with respect to the content of all metal elements, the specific resistance is 1.5 × 10 −3 Ωcm or more and 5.6 × 10 −1 Ωcm. The following transparent conductive film can be obtained, and when the silicon element content is 5 atomic% or more and 63 atomic% or less with respect to the content of all metal elements, the refractive index at a wavelength of 633 nm is 1.6 or more and 1. An intermediate refractive index film of 9 or less can be obtained, and a low refractive index film having a refractive index of 1.48 or more and less than 1.60 at a wavelength of 633 nm can be obtained when it is more than 63 atomic% and 99.5 atomic% or less. Is preferable.
また、酸化亜鉛と炭化シリコンで構成された焼結体の場合、シリコン元素含有量が全金属元素の含有量に対して0.5原子%以上23原子%以下のとき、比抵抗が8.5×10-4以上5.3×10-1Ωcm以下の導電性を有する透明酸化物膜を得ることができる。シリコン元素含有量が全金属元素の含有量対して10原子%以上55原子%以下のとき、波長633nmにおける屈折率が1.6以上1.9以下の中間屈折率膜を得ることができ、57原子%超99.5原子%以下のとき、波長633nmにおける屈折率が1.48以上1.60未満の低屈折率膜を得ることができるので好ましい。 In the case of a sintered body composed of zinc oxide and silicon carbide, when the silicon element content is 0.5 atomic% or more and 23 atomic% or less with respect to the content of all metal elements, the specific resistance is 8.5. A transparent oxide film having a conductivity of × 10 −4 or more and 5.3 × 10 −1 Ωcm or less can be obtained. When the silicon element content is 10 atomic% or more and 55 atomic% or less with respect to the content of all metal elements, an intermediate refractive index film having a refractive index of 1.6 to 1.9 at a wavelength of 633 nm can be obtained. When it is more than atomic percent and 99.5 atomic percent or less, a low refractive index film having a refractive index of 1.48 or more and less than 1.60 at a wavelength of 633 nm can be obtained, which is preferable.
本発明に係る焼結体は、基本的には、酸化シリコンを含まないが、炭化シリコンと導電性酸化物との界面に本発明の特徴を損なわない程度に(つまり高電力投入の直流スパッタリング法や直流パルシング法でアーキングが発生しない程度に)僅かに含まれていてもかまわない。 The sintered body according to the present invention basically does not contain silicon oxide, but does not impair the characteristics of the present invention at the interface between silicon carbide and conductive oxide (that is, DC sputtering method with high power input). Or to the extent that arcing does not occur in the DC pulsing method).
以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明する。
(In2O3−SiC系焼結体)
実施例1
シリコン元素の原子数比率が、インジウム元素とシリコン元素の原子数の総和に対して50原子%となるよう、平均粒径10μmのIn2O3粉末、および微量添加元素としてBを含む平均粒径10μmのSiC粉末を配合し、続いて三次元混合機にて攪拌し原料粉末とした。得られた混合粉末をカーボン製容器中に給粉し、ホットプレス法を用いて焼結した。焼結は、カーボン製容器の酸化による劣化を防止するため、Arガス雰囲気で行った。はじめに圧力を4.9MPaを固定し、焼結温度を1000℃とし、焼結時間は3時間とした。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
(In 2 O 3 —SiC sintered body)
Example 1
An average particle size including B as an additive element and an In 2 O 3 powder having an average particle size of 10 μm so that the atomic ratio of silicon element is 50 atomic% with respect to the total number of atoms of indium element and silicon element A 10 μm SiC powder was blended and subsequently stirred in a three-dimensional mixer to obtain a raw material powder. The obtained mixed powder was fed into a carbon container and sintered using a hot press method. Sintering was performed in an Ar gas atmosphere in order to prevent deterioration of the carbon container due to oxidation. First, the pressure was fixed at 4.9 MPa, the sintering temperature was 1000 ° C., and the sintering time was 3 hours.
得られた焼結体の端材について、粉末X線回折測定を実施した。その結果、ビックスバイト型構造の酸化インジウムと炭化シリコンの回折ピークのみ確認された。また、エネルギー分散型蛍光X線分析装置(EDX)搭載の走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた電子線回折、さらにはX線光電子分光分析装置(XPS)による分析を行ったところ、焼結体中には酸化シリコンの相の存在は認められず、酸化インジウム相と炭化シリコン相で構成されていることが確認された。またICP発光分析法で焼結体の組成を分析したところ、各金属元素(In、Si)の含有割合は、仕込みの割合と同じであった。 Powder X-ray diffraction measurement was performed on the end material of the obtained sintered body. As a result, only diffraction peaks of bixbite type indium oxide and silicon carbide were confirmed. Also, scanning electron microscope (SEM) mounted on energy dispersive X-ray fluorescence analyzer (EDX), electron diffraction using transmission electron microscope (TEM), and analysis by X-ray photoelectron spectrometer (XPS) As a result, the presence of a silicon oxide phase was not observed in the sintered body, and it was confirmed that the sintered body was composed of an indium oxide phase and a silicon carbide phase. When the composition of the sintered body was analyzed by ICP emission analysis, the content ratio of each metal element (In, Si) was the same as the charged ratio.
次に、これらの焼結体を直径152mm、厚み5mmの大きさに加工し、スパッタリング面をカップ砥石で磨いてターゲット面とし、無酸素銅製のバッキングプレートに金属インジウムを用いてボンディングして、スパッタリングターゲットを得た。
次に、上記のように実施例1の条件で製造された焼結体を加工等して各スパッタリングターゲットとして用いて、直流スパッタリングを行った。スパッタリング装置は、トッキ社製の直流マグネトロンスパッタリング装置を使用した。純度99.9999重量%のArガスとO2ガスを導入して全ガス圧を0.8Paとし、O2ガスの流量比率を2〜10%に設定した。投入電力をDC100Wとして通常の(パルス機能のない)直流電源で直流プラズマを発生させ、その後、徐々に電力を増加させてアーキングが発生する電力を見極めた。しかし、600W(ターゲットスパッタ面への投入電力密度が3.308W/cm2)まで直流電力を投入しても、アーク放電は生じず、安定した放電が可能で、高速成膜が可能であった。室温の石英基板上に得られた透明酸化物薄膜について、波長633nmにおける屈折率をエリプソメーターで測定すると、1.67であった。
Next, these sintered bodies are processed into a diameter of 152 mm and a thickness of 5 mm, the sputtering surface is polished with a cup grindstone to be a target surface, bonded to an oxygen-free copper backing plate using metallic indium, and sputtering is performed. Got the target.
Next, direct current sputtering was performed by processing the sintered body manufactured under the conditions of Example 1 as described above and using it as each sputtering target. The sputtering apparatus used was a DC magnetron sputtering apparatus manufactured by Tokki. Ar gas having a purity of 99.9999% by weight and O 2 gas were introduced to make the total gas pressure 0.8 Pa, and the flow rate ratio of O 2 gas was set to 2 to 10%. The input power was DC 100 W, DC plasma was generated with a normal DC power supply (without a pulse function), and then the power was gradually increased to determine the power at which arcing occurred. However, even when DC power is applied up to 600 W (power density applied to the target sputtering surface is 3.308 W / cm 2 ), arc discharge does not occur, stable discharge is possible, and high-speed film formation is possible. . The refractive index at a wavelength of 633 nm of the transparent oxide thin film obtained on the quartz substrate at room temperature was 1.67 when measured with an ellipsometer.
比較例1
平均粒径10μmのSiC粉末の代わりに、平均粒径10μmの金属シリコン粉末を用いた以外は実施例1と同じ条件で焼結体を作製した。実施例1と同様に焼結体の端材について分析を実施したところ、金属シリコン相と酸化インジウム相の他、金属シリコン相と酸化インジウム相の間に酸化シリコンの相が形成されていた。またICP発光分析法で焼結体の組成を分析したところ、各金属元素(In、Si)の含有割合は、仕込みの割合と同じであった。
実施例1と同様に、直径152mm、厚み5mmのスパッタリングターゲットを作製し、直流スパッタリングによる評価を実施した。投入電力が300W(ターゲットスパッタ面への投入電力密度が1.654W/cm2)においてアーキングが発生し、これ以上直流電力を投入することができなかった。よってこのような焼結体を用いたのでは高速成膜ができない。
次に直流電源としてENI社製RPG−50を用い、200kHzの直流パルシングを採用した直流電力を投入して、直流パルシングによるプラズマを発生させて成膜を試みたが、450W(ターゲットスパッタ面への投入電力密度が2.481W/cm2)以上の投入電力でアーキングが発生してしまった。よって直流パルシング法でも、このような焼結体を用いたのでは高速成膜ができない。
また、比較例1の焼結体を用いて、アーキングが発生しなかった投入電力200Wで成膜した時の成膜速度は、実施例1の焼結体を用いて同一成膜条件で成膜した時の成膜速度と比較して9割程度であり、生産性の面でも、実施例1の焼結体をターゲットに用いたほうが有効であることがわかった。
Comparative Example 1
A sintered body was produced under the same conditions as in Example 1 except that metal silicon powder having an average particle size of 10 μm was used instead of SiC powder having an average particle size of 10 μm. When the end material of the sintered body was analyzed in the same manner as in Example 1, a silicon oxide phase was formed between the metal silicon phase and the indium oxide phase in addition to the metal silicon phase and the indium oxide phase. When the composition of the sintered body was analyzed by ICP emission analysis, the content ratio of each metal element (In, Si) was the same as the charged ratio.
In the same manner as in Example 1, a sputtering target having a diameter of 152 mm and a thickness of 5 mm was prepared and evaluated by direct current sputtering. Arcing occurred when the input power was 300 W (the input power density to the target sputtering surface was 1.654 W / cm 2 ), and no DC power could be input. Therefore, high-speed film formation cannot be performed using such a sintered body.
Next, an RPG-50 manufactured by ENI was used as the DC power source, DC power using 200 kHz DC pulsing was applied, plasma was generated by DC pulsing, and deposition was attempted. Arcing occurred when the input power density was 2.481 W / cm 2 ) or more. Therefore, even with the direct current pulsing method, high-speed film formation cannot be achieved by using such a sintered body.
In addition, the film formation rate when the sintered body of Comparative Example 1 was used to form a film at an input power of 200 W where arcing did not occur was the same under the same film formation conditions using the sintered body of Example 1. As compared with the film forming speed at the time of the above, it is about 90%, and it has been found that it is more effective to use the sintered body of Example 1 as a target in terms of productivity.
比較例2
平均粒径10μmのSiC粉末の代わりに、平均粒径10μmのSiO2粉末を用いた以外は実施例1と同じ条件で焼結体を作製した。実施例1と同様に焼結体の端材について分析を実施したところ、酸化インジウム相の他、酸化シリコン相とIn2Si2O7の化合物相(JCPDSカードの31−600記載)が形成されていた。またICP発光分析法で焼結体の組成を分析したところ、各金属元素(In、Si)の含有割合は、仕込みの割合と同じであった。
実施例1と同様に、直径152mm、厚み5mmのスパッタリングターゲットを作製し、通常の(パルス機能のない)直流スパッタリングによる評価を実施した。投入電力が300W(ターゲットスパッタ面への投入電力密度が1.654W/cm2)においてアーキングが発生し、これ以上直流電力を投入することができなかった。また比較例1と同様に、直流パルシング法で成膜を試みたが、450W(ターゲットスパッタ面への投入電力密度が2.481W/cm2)以上の投入電力でアーキングが発生してしまった。よってこのような焼結体を用いたのでは高速成膜ができない。
また、比較例2の焼結体を用いて、アーキングが発生しなかったDC投入電力200W(パルス機能のない通常の直流電源を使用)で成膜した時の成膜速度は、実施例1の焼結体を用いて同一成膜条件で成膜した時の成膜速度と比較して85%程度であり、生産性の面でも、実施例1の焼結体をターゲットに用いたほうが有効であることがわかった。
Comparative Example 2
A sintered body was produced under the same conditions as in Example 1 except that SiO 2 powder having an average particle size of 10 μm was used instead of SiC powder having an average particle size of 10 μm. As a result of analyzing the sintered compacts in the same manner as in Example 1, a compound phase (described in JCPDS card 31-600) of silicon oxide phase and In 2 Si 2 O 7 was formed in addition to the indium oxide phase. It was. When the composition of the sintered body was analyzed by ICP emission analysis, the content ratio of each metal element (In, Si) was the same as the charged ratio.
In the same manner as in Example 1, a sputtering target having a diameter of 152 mm and a thickness of 5 mm was prepared, and evaluation by normal (without pulse function) direct current sputtering was performed. Arcing occurred when the input power was 300 W (the input power density to the target sputtering surface was 1.654 W / cm 2 ), and no DC power could be input. As in Comparative Example 1, film formation was attempted by the direct current pulsing method, but arcing occurred at an input power of 450 W (power density applied to the target sputtering surface was 2.481 W / cm 2 ) or more. Therefore, high-speed film formation cannot be performed using such a sintered body.
In addition, when the sintered body of Comparative Example 2 was used to form a film at a DC input power of 200 W (using a normal DC power supply having no pulse function) in which arcing did not occur, the film formation rate was as in Example 1. It is about 85% compared to the film formation rate when the sintered body is formed under the same film formation conditions. From the viewpoint of productivity, it is more effective to use the sintered body of Example 1 as a target. I found out.
実施例2
シリコンの原子数比率をシリコンとインジウムの原子数の総和に対して、75原子%にした以外は、実施例1と同様に焼結体を作製した。焼結体の端材について分析を実施したところ、酸化インジウム相と炭化シリコン相で構成されていることがわかった。またICP発光分析法で焼結体の組成を分析したところ、各金属元素(In、Si)の含有割合は、仕込みの割合と同じであった。
実施例1と同様に、直径152mm、厚み5mmのスパッタリングターゲットを作製し、直流スパッタリング(パルス機能のない通常の直流電源を使用)による評価を実施した。DC投入電力100〜600Wにおいてアーキングが発生せず、高速成膜にも対応できる焼結体が得られていることがわかった。
また室温の石英基板上にスパッタリングで得られた透明導電性薄膜についてエリプソメーターで波長633nmにおける屈折率を測定したところ、1.53であり低屈折率膜であることがわかった。よって、「ガラス基板上/中間屈折率膜/高屈折率膜/低屈折率膜」の3層構造の反射防止膜を作製する際の低屈折率膜として利用できる膜である。
Example 2
A sintered body was produced in the same manner as in Example 1 except that the atomic ratio of silicon was set to 75 atomic% with respect to the total number of silicon and indium atoms. An analysis of the end material of the sintered body revealed that it was composed of an indium oxide phase and a silicon carbide phase. When the composition of the sintered body was analyzed by ICP emission analysis, the content ratio of each metal element (In, Si) was the same as the charged ratio.
In the same manner as in Example 1, a sputtering target having a diameter of 152 mm and a thickness of 5 mm was prepared and evaluated by direct current sputtering (using a normal direct current power source having no pulse function). It was found that arcing did not occur at a DC input power of 100 to 600 W, and a sintered body that could cope with high-speed film formation was obtained.
Moreover, when the refractive index in wavelength 633nm was measured with the ellipsometer about the transparent conductive thin film obtained by sputtering on the quartz substrate at room temperature, it turned out that it is 1.53 and is a low refractive index film | membrane. Therefore, it is a film that can be used as a low refractive index film when producing an antireflection film having a three-layer structure of “on glass substrate / intermediate refractive index film / high refractive index film / low refractive index film”.
比較例3
平均粒径10μmのSiC粉末の代わりに、平均粒径10μmの金属シリコン粉末を用いた以外は実施例2と同じ条件で焼結体を作製した。実施例1と同様に焼結体の端材について分析を実施したところ、酸化インジウム相の他、酸化シリコン相とIn2Si2O7の化合物相が形成されていた。またICP発光分析法で焼結体の組成を分析したところ、各金属元素(In、Si)の含有割合は、仕込みの割合と同じであった。
実施例1と同様に、直径152mm、厚み5mmのスパッタリングターゲットを作製し、直流スパッタリングによる評価を実施した。投入電力が300Wにおいてアーキングが発生し、これ以上直流電力を投入することができなかった。また比較例1と同様に、直流パルシング法で成膜を試みたが、400W(ターゲットスパッタ面への投入電力密度が2.205W/cm2)以上の投入電力でアーキングが発生してしまった。よってこのような焼結体を用いたのでは高速成膜ができない。
また、比較例3の焼結体を用いて、アーキングが発生しなかったDC投入電力200W(通常の直流電源を使用)で成膜した時の成膜速度は、実施例2の焼結体を用いて同一成膜条件で成膜した時の成膜速度と比較して75%程度であり、生産性の面でも、実施例2の焼結体をターゲットに用いたほうが有効であることがわかった。
Comparative Example 3
A sintered body was produced under the same conditions as in Example 2 except that metal silicon powder having an average particle size of 10 μm was used instead of SiC powder having an average particle size of 10 μm. As a result of analysis of the end material of the sintered body in the same manner as in Example 1, a compound phase of silicon oxide phase and In 2 Si 2 O 7 was formed in addition to the indium oxide phase. When the composition of the sintered body was analyzed by ICP emission analysis, the content ratio of each metal element (In, Si) was the same as the charged ratio.
In the same manner as in Example 1, a sputtering target having a diameter of 152 mm and a thickness of 5 mm was prepared and evaluated by direct current sputtering. Arcing occurred when the input power was 300 W, and no more DC power could be input. Further, as in Comparative Example 1, film formation was attempted by the direct current pulsing method, but arcing occurred at an input power of 400 W (power density applied to the target sputtering surface was 2.205 W / cm 2 ) or more. Therefore, high-speed film formation cannot be performed using such a sintered body.
Moreover, the film formation speed when using the sintered body of Comparative Example 3 at a DC input power of 200 W (using a normal DC power supply) in which arcing did not occur was the same as that of the sintered body of Example 2. It is about 75% compared to the film formation rate when the film is formed under the same film formation conditions, and it is understood that it is more effective to use the sintered body of Example 2 as a target in terms of productivity. It was.
実施例3
シリコンの原子数比率をシリコンとインジウムの原子数の総和に対して、95原子%にした以外は、実施例1と同様に焼結体を作製した。焼結体の端材についても実施例1と同様に分析を実施したところ、酸化インジウム相と炭化シリコン相で構成されていることがわかった。
実施例1と同様に、直径152mm、厚み5mmのスパッタリングターゲットを作製し、通常の(パルス機能のない)直流電源を用いた直流スパッタリングによる評価を実施した。投入電力100〜600Wにおいてアーキングが発生せず、高速成膜にも対応できる焼結体が得られていることがわかった。また、ICP発光分析法で焼結体の組成を分析したところ、各金属元素(In、Si)の含有割合は、仕込みの割合と同じであった。
実施例1と同様に、直径152mm、厚み5mmのスパッタリングターゲットを作製し、直流スパッタリングによる評価を実施した。投入電力100〜600W(ターゲットスパッタ面への投入電力密度が0.551〜3.308W/cm2)においてアーキングが発生せず、高速成膜にも対応できる焼結体が得られていることがわかった。
また室温の石英基板上にスパッタリングで得られた透明導電性薄膜についてエリプソメーターで波長633nmにおける屈折率を測定したところ、1.48であり低屈折率膜であることがわかった。よって、「ガラス基板上/中間屈折率膜/高屈折率膜/低屈折率膜」の3層構造の反射防止膜を作製する際の低屈折率膜として利用できる膜である。
Example 3
A sintered body was produced in the same manner as in Example 1 except that the atomic ratio of silicon was 95 atomic% with respect to the total number of silicon and indium atoms. As for the end material of the sintered body, an analysis was performed in the same manner as in Example 1. As a result, it was found that it was composed of an indium oxide phase and a silicon carbide phase.
In the same manner as in Example 1, a sputtering target having a diameter of 152 mm and a thickness of 5 mm was prepared, and evaluation by direct current sputtering using a normal direct current power source (without a pulse function) was performed. It was found that arcing did not occur at an input power of 100 to 600 W, and a sintered body that could cope with high-speed film formation was obtained. Further, when the composition of the sintered body was analyzed by ICP emission analysis, the content ratio of each metal element (In, Si) was the same as the charged ratio.
In the same manner as in Example 1, a sputtering target having a diameter of 152 mm and a thickness of 5 mm was prepared and evaluated by direct current sputtering. A sintered body that does not generate arcing at an input power of 100 to 600 W (an input power density to the target sputtering surface of 0.551 to 3.308 W / cm 2 ) and can handle high-speed film formation is obtained. all right.
Moreover, when the refractive index in wavelength 633nm was measured with the ellipsometer about the transparent conductive thin film obtained by sputtering on the quartz substrate at room temperature, it turned out that it is 1.48 and is a low refractive index film | membrane. Therefore, it is a film that can be used as a low refractive index film when producing an antireflection film having a three-layer structure of “on glass substrate / intermediate refractive index film / high refractive index film / low refractive index film”.
比較例4
平均粒径10μmのSiC粉末の代わりに、平均粒径10μmの金属シリコン粉末を用いた以外は実施例3と同じ条件で焼結体を作製した。実施例1と同様に焼結体の端材について分析を実施したところ、酸化インジウム相の他、酸化シリコン相とIn2Si2O7の化合物相が形成されていた。また、ICP発光分析法で焼結体の組成を分析したところ、各金属元素(In、Si)の含有割合は、仕込みの割合と同じであった。
実施例1と同様に、直径152mm、厚み5mmのスパッタリングターゲットを作製した。直流スパッタリングでは300W(ターゲットスパッタ面への投入電力密度が1.654W/cm2)以上でアーキングが発生してしまい、300Wを超える電力の投入は困難であった。また、直流パルシング電源としてENI社製RPG−50を用い、200kHzの直流パルシング法による直流スパッタリングを試みたが、500W(ターゲットスパッタ面への投入電力密度が2.757W/cm2)以上の電力投入でアーキングが発生してしまった。よってこのような焼結体を用いたのでは高速成膜ができない。
また、比較例4の焼結体を用いて、直流パルシング法でアーキングが発生しなかった投入電力200Wで成膜した時の成膜速度は、実施例3の焼結体を用いて同一成膜条件の直流パルシング法で成膜した時の成膜速度と比較して72%程度であり、生産性の面でも、実施例3の焼結体をターゲットに用いたほうが有効であることがわかった。
Comparative Example 4
A sintered body was produced under the same conditions as in Example 3 except that metal silicon powder having an average particle size of 10 μm was used instead of SiC powder having an average particle size of 10 μm. As a result of analysis of the end material of the sintered body in the same manner as in Example 1, a compound phase of silicon oxide phase and In 2 Si 2 O 7 was formed in addition to the indium oxide phase. Further, when the composition of the sintered body was analyzed by ICP emission analysis, the content ratio of each metal element (In, Si) was the same as the charged ratio.
As in Example 1, a sputtering target having a diameter of 152 mm and a thickness of 5 mm was produced. In DC sputtering, arcing occurred at 300 W (power density applied to the target sputtering surface is 1.654 W / cm 2 ) or more, and it was difficult to input power exceeding 300 W. In addition, DC sputtering by the 200 kHz DC pulsing method was attempted using an ENI RPG-50 as the DC pulsing power source, but the power input was 500 W (power density applied to the target sputtering surface was 2.757 W / cm 2 ) or more. And arcing has occurred. Therefore, high-speed film formation cannot be performed using such a sintered body.
In addition, when the sintered body of Comparative Example 4 was used to form a film at an input power of 200 W where arcing did not occur in the direct current pulsing method, the same film formation rate was obtained using the sintered body of Example 3. It was about 72% compared with the film formation rate when the film was formed by the direct current pulsing method, and it was found that it is more effective to use the sintered body of Example 3 as a target in terms of productivity. .
実施例4
シリコンの原子数比率をシリコンとインジウムの原子数の総和に対して、0.5原子%にした以外は、実施例1と同様に焼結体を作製した。焼結体の端材について分析を実施したところ、酸化インジウム相と炭化シリコン相で構成されていることがわかった。また、ICP発光分析法で焼結体の組成を分析したところ、各金属元素(In、Si)の含有割合は、仕込みの割合と同じであった。
実施例1と同様に、直径152mm、厚み5mmのスパッタリングターゲットを作製し、直流スパッタリングによる評価を実施した。投入電力100〜600W(ターゲットスパッタ面への投入電力密度が0.551〜3.308W/cm2)においてアーキングが発生せず、高速成膜にも対応できる焼結体が得られていることがわかった。
また室温の石英基板上にスパッタリングで得られた透明導電性薄膜についてエリプソメーターで波長633nmにおける屈折率を測定したところ、1.98であり高屈折率膜であった。また膜厚200nmの透明酸化物薄膜について、原子間力顕微鏡にて表面平滑性を調べたところ、中心線平均粗さR aは1.5nmであり、同様の成膜条件で作製したITO膜(10wt%SnO2含有ターゲットを使用)のRa値が3.5nmよりも低い値であり、Si添加により表面平滑性が良好となっていることが明らかとなった。また比抵抗は5.5×10-4Ωcmであり、膜自体の可視域の平均透過率は91%以上であり、透明導電膜として優れた特徴を有していることがわかった。
Example 4
A sintered body was produced in the same manner as in Example 1 except that the atomic ratio of silicon was 0.5 atomic% with respect to the total number of silicon and indium atoms. An analysis of the end material of the sintered body revealed that it was composed of an indium oxide phase and a silicon carbide phase. Further, when the composition of the sintered body was analyzed by ICP emission analysis, the content ratio of each metal element (In, Si) was the same as the charged ratio.
In the same manner as in Example 1, a sputtering target having a diameter of 152 mm and a thickness of 5 mm was prepared and evaluated by direct current sputtering. A sintered body that does not generate arcing at an input power of 100 to 600 W (an input power density to the target sputtering surface of 0.551 to 3.308 W / cm 2 ) and can handle high-speed film formation is obtained. all right.
Further, when the refractive index at a wavelength of 633 nm was measured with an ellipsometer on the transparent conductive thin film obtained by sputtering on a quartz substrate at room temperature, it was 1.98, which was a high refractive index film. Further, when the surface smoothness of the transparent oxide thin film having a thickness of 200 nm was examined with an atomic force microscope, the center line average roughness Ra was 1.5 nm, and the ITO film ( Ra value of 10 wt% SnO 2 -containing target) is lower than 3.5 nm, and it was revealed that the surface smoothness was improved by adding Si. Further, the specific resistance was 5.5 × 10 −4 Ωcm, the average transmittance of the visible region of the film itself was 91% or more, and it was found that the film had excellent characteristics as a transparent conductive film.
比較例5
平均粒径10μmのSiC粉末の代わりに、平均粒径10μmの金属シリコン粉末を用いた以外は実施例4と同じ条件で焼結体を作製した。実施例1と同様に焼結体の端材について分析を実施したところ、酸化インジウム相の他、僅かな酸化シリコン相とIn2Si2O7の化合物相が形成されていた。また、ICP発光分析法で焼結体の組成を分析したところ、各金属元素(In、Si)の含有割合は、仕込みの割合と同じであった。
実施例1と同様に、直径152mm、厚み5mmのスパッタリングターゲットを作製した。直流投入電力100〜600Wにおいてアーキングが発生しなかった。アーキングが発生しなかったのは、酸化シリコン相の割合が非常に少なかったからである。得られた膜の特性(表面平滑性、導電性、光透過性)は実施例4で獲られた膜とほぼ同等であった。
しかし、比較例5の焼結体を用いて、直流スパッタリング法で成膜したときの時の成膜速度は、実施例4の焼結体を用いて同一成膜条件で成膜したときと比較して94%程度であり、生産性の面でも、実施例4の焼結体をターゲットに用いたほうが有効であることがわかった。
Comparative Example 5
A sintered body was produced under the same conditions as in Example 4 except that metal silicon powder having an average particle size of 10 μm was used instead of SiC powder having an average particle size of 10 μm. When the end material of the sintered body was analyzed in the same manner as in Example 1, a slight silicon oxide phase and an In 2 Si 2 O 7 compound phase were formed in addition to the indium oxide phase. Further, when the composition of the sintered body was analyzed by ICP emission analysis, the content ratio of each metal element (In, Si) was the same as the charged ratio.
As in Example 1, a sputtering target having a diameter of 152 mm and a thickness of 5 mm was produced. Arcing did not occur at a DC input power of 100 to 600 W. The reason why arcing did not occur is that the proportion of the silicon oxide phase was very small. The properties (surface smoothness, conductivity, light transmittance) of the obtained film were almost the same as those obtained in Example 4.
However, the film forming speed when the film was formed by the direct current sputtering method using the sintered body of Comparative Example 5 was compared with that when the film was formed under the same film forming conditions using the sintered body of Example 4. In view of productivity, it was found that it was more effective to use the sintered body of Example 4 as a target.
実施例5
シリコンの原子数比率をシリコンとインジウムの原子数の総和に対して、10原子%にした以外は、実施例1と同様に焼結体を作製した。焼結体の端材について分析を実施したところ、酸化インジウム相と炭化シリコン相で構成されていることがわかった。また、ICP発光分析法で焼結体の組成を分析したところ、各金属元素(In、Si)の含有割合は、仕込みの割合と同じであった。
実施例1と同様に、直径152mm、厚み5mmのスパッタリングターゲットを作製し、通常の(パルス機能のない)直流電源を用いた直流スパッタリングによる評価を実施した。投入電力100〜600W(ターゲットスパッタ面への投入電力密度が0.551〜3.308W/cm2)においてアーキングが発生せず、高速成膜にも対応できる焼結体が得られていることがわかった。
また室温の石英基板上にスパッタリングで得られた透明導電性薄膜についてエリプソメーターで波長633nmにおける屈折率を測定したところ、1.88であり高屈折率膜であった。また膜厚200nmの透明酸化物薄膜について、原子間力顕微鏡にて表面平滑性を調べたところ、中心線平均粗さR aは1.2nmであり、同様の成膜条件で作製したITO膜(10wt%SnO2含有ターゲットを使用)のRa値3.8nmよりも低い値であり、Si添加により表面平滑性が良好となっていることが明らかとなった。また比抵抗は6.6×10-4Ωcmであり、膜自体の可視域の平均透過率は91%以上であり、透明導電膜として優れた特徴を有していることがわかった。
Example 5
A sintered body was prepared in the same manner as in Example 1 except that the atomic ratio of silicon was changed to 10 atomic% with respect to the total number of silicon and indium atoms. An analysis of the end material of the sintered body revealed that it was composed of an indium oxide phase and a silicon carbide phase. Further, when the composition of the sintered body was analyzed by ICP emission analysis, the content ratio of each metal element (In, Si) was the same as the charged ratio.
In the same manner as in Example 1, a sputtering target having a diameter of 152 mm and a thickness of 5 mm was prepared, and evaluation by direct current sputtering using a normal direct current power source (without a pulse function) was performed. A sintered body that does not generate arcing at an input power of 100 to 600 W (an input power density to the target sputtering surface of 0.551 to 3.308 W / cm 2 ) and can handle high-speed film formation is obtained. all right.
Moreover, when the refractive index in wavelength 633nm was measured with the ellipsometer about the transparent conductive thin film obtained by sputtering on the quartz substrate of room temperature, it was 1.88 and was a high refractive index film | membrane. Further, when the surface smoothness of the transparent oxide thin film having a film thickness of 200 nm was examined with an atomic force microscope, the center line average roughness Ra was 1.2 nm, and an ITO film produced under the same film formation conditions ( 10% by weight of SnO 2 -containing target) was lower than the Ra value of 3.8 nm, and it was revealed that the surface smoothness was improved by the addition of Si. The specific resistance was 6.6 × 10 −4 Ωcm, the average transmittance in the visible region of the film itself was 91% or more, and it was found that the film had excellent characteristics as a transparent conductive film.
比較例6
平均粒径10μmのSiC粉末の代わりに、平均粒径10μmの金属シリコン粉末を用いた以外は実施例5と同じ条件で焼結体を作製した。実施例1と同様に焼結体の端材について分析を実施したところ、酸化インジウム相の他、酸化シリコン相と、In2Si2O7の化合物相が形成されていた。また、ICP発光分析法で焼結体の組成を分析したところ、各金属元素(In、Si)の含有割合は、仕込みの割合と同じであった。
実施例1と同様に、直径152mm、厚み5mmのスパッタリングターゲットを作製した。直流投入電力100〜600Wにおいてアーキングが発生しなかった。得られた膜の特性(表面平滑性、導電性、光透過性)は実施例5で得られた膜とほぼ同等であった。
しかし、比較例6の焼結体を用いて、直流スパッタリング法で成膜したときの成膜速度は、実施例5の焼結体を用いて同一成膜条件で成膜したときと比較して92%程度であり、生産性の面でも、実施例5の焼結体をターゲットに用いたほうが有効であることがわかった。
Comparative Example 6
A sintered body was produced under the same conditions as in Example 5 except that metal silicon powder having an average particle size of 10 μm was used instead of SiC powder having an average particle size of 10 μm. When the end material of the sintered body was analyzed in the same manner as in Example 1, a silicon oxide phase and an In 2 Si 2 O 7 compound phase were formed in addition to the indium oxide phase. Further, when the composition of the sintered body was analyzed by ICP emission analysis, the content ratio of each metal element (In, Si) was the same as the charged ratio.
As in Example 1, a sputtering target having a diameter of 152 mm and a thickness of 5 mm was produced. Arcing did not occur at a DC input power of 100 to 600 W. The characteristics (surface smoothness, conductivity, light transmittance) of the obtained film were almost the same as those of the film obtained in Example 5.
However, the film formation rate when the direct current sputtering method was used to form a film using the sintered body of Comparative Example 6 was higher than when the film was formed under the same film formation conditions using the sintered body of Example 5. From the viewpoint of productivity, it was found that it was more effective to use the sintered body of Example 5 as a target.
実施例6
酸化インジウムと炭化シリコンの配合比を、インジウム元素とシリコン元素の含有量の総和に対してシリコン元素の含有量が0.5原子%以上99.5原子%以下の範囲内で変えて、実施例1と同様に焼結体を作製したが、酸化インジウム相と炭化シリコン相で構成された焼結体を得ることができ、通常の(パルス機能のない)直流電源を使用した直流スパッタリング法で室温の石英基板上に透明酸化物膜を作製した。焼結体中と透明酸化物膜におけるインジウムとシリコンの原子数量の総和に対するシリコン原子数量の割合を比較すると、同じであった。焼結体のシリコン元素の含有量がインジウム元素とシリコン元素の含有量の総和に対して0.5原子%以上35原子%以下のとき、比抵抗が3.8×10-4以上5.5×10-3Ωcm以下の高い導電性を有して、中心線平均表面粗さRaが2.5nm以下の表面平滑な透明酸化物膜を得ることができ、シリコン元素の含有量が8原子%以上60原子%未満のとき、波長633nmにおける屈折率が1.6以上1.9以下の中間屈折率膜を得ることができ、シリコン元素の含有量が60原子%以上99.5原子%以下のとき、波長633nmにおける屈折率が1.48以上1.60未満の低屈折率膜を得ることができることがわかった。
Example 6
The mixing ratio of indium oxide and silicon carbide was changed so that the content of silicon element was in the range of 0.5 atomic% to 99.5 atomic% with respect to the total content of indium element and silicon element. The sintered body was prepared in the same manner as in No. 1, but a sintered body composed of an indium oxide phase and a silicon carbide phase was obtained, and the room temperature was obtained by a direct current sputtering method using a normal direct current power source (without a pulse function). A transparent oxide film was prepared on the quartz substrate. When the ratio of the silicon atomic quantity to the sum of the atomic quantities of indium and silicon in the sintered body and in the transparent oxide film was compared, it was the same. When the content of silicon element in the sintered body is 0.5 atomic% or more and 35 atomic% or less with respect to the total content of indium element and silicon element, the specific resistance is 3.8 × 10 −4 or more and 5.5. A transparent oxide film having a high conductivity of × 10 −3 Ωcm or less and a smooth surface smoothness with a centerline average surface roughness Ra of 2.5 nm or less can be obtained, and the silicon element content is 8 atomic%. When the content is less than 60 atomic%, an intermediate refractive index film having a refractive index of 1.6 to 1.9 at a wavelength of 633 nm can be obtained, and the silicon element content is 60 atomic% to 99.5 atomic%. It was found that a low refractive index film having a refractive index of 1.48 or more and less than 1.60 at a wavelength of 633 nm can be obtained.
(SnO2−SiC系焼結体)
実施例7
シリコンの原子数比率がシリコンとスズの原子数の総和に対して28原子%となるよう、平均粒径10μmのSnO2粉末、および微量添加元素としてAlを含む平均粒径10μmのSiC粉末を配合し、続いて三次元混合機にて攪拌し原料粉末とした。得られた混合粉末をカーボン製容器中に給粉し、各実施例において温度条件を異ならせて、ホットプレス法を用いて焼結した。焼結は、カーボン製容器の酸化による劣化を防止するため、Arガス雰囲気で行った。はじめに圧力を4.9MPaを固定し、焼結温度を1000℃とし、焼結時間は3時間とした。
得られた焼結体の端材について、実施例1と同様に、粉末X線回折測定(XRD)、エネルギー分散型蛍光X線分析装置(EDX)搭載の走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた電子線回折、さらにはX線光電子分光分析装置(XPS)の方法を用いて分析を行った。その結果、焼結体は酸化スズ相と炭化シリコン相で構成されており、焼結体中には酸化シリコンの相の存在は認められなかった。また、ICP発光分析法で焼結体の組成を分析したところ、各金属元素(Sn、Si)の含有割合は、仕込みの割合と同じであった。
(SnO 2 —SiC sintered body)
Example 7
Formulated with SnO 2 powder with an average particle size of 10 μm and SiC powder with an average particle size of 10 μm containing Al as a trace additive element so that the atomic ratio of silicon is 28 atomic% with respect to the total number of silicon and tin atoms Subsequently, the mixture was stirred with a three-dimensional mixer to obtain a raw material powder. The obtained mixed powder was fed into a carbon container and sintered using a hot press method with different temperature conditions in each example. Sintering was performed in an Ar gas atmosphere in order to prevent deterioration of the carbon container due to oxidation. First, the pressure was fixed at 4.9 MPa, the sintering temperature was 1000 ° C., and the sintering time was 3 hours.
About the end material of the obtained sintered body, as in Example 1, powder X-ray diffraction measurement (XRD), scanning electron microscope (SEM) equipped with an energy dispersive X-ray fluorescence analyzer (EDX), transmission type Analysis was performed using electron diffraction using an electron microscope (TEM), and further using an X-ray photoelectron spectrometer (XPS). As a result, the sintered body was composed of a tin oxide phase and a silicon carbide phase, and the presence of a silicon oxide phase was not observed in the sintered body. Further, when the composition of the sintered body was analyzed by ICP emission analysis, the content ratio of each metal element (Sn, Si) was the same as the charged ratio.
次に、これらの焼結体を直径152mm、厚み5mmの大きさに加工し、スパッタリング面をカップ砥石で磨いてターゲット面とし、無酸素銅製のバッキングプレートに金属インジウムを用いてボンディングして、スパッタリングターゲットを得た。 Next, these sintered bodies are processed into a diameter of 152 mm and a thickness of 5 mm, the sputtering surface is polished with a cup grindstone to be a target surface, bonded to an oxygen-free copper backing plate using metallic indium, and sputtering is performed. Got the target.
次に、上記のように実施例1の条件で製造された焼結体を加工等して各スパッタリングターゲットとして用いて、直流スパッタリングを行った。スパッタリング装置は、トッキ社製の直流マグネトロンスパッタリング装置を使用した。純度99.9999重量%のArガスとO2ガスを導入して全ガス圧を0.5Paとし、O2ガスの流量比率を2〜10%に設定した。直流電源としてENI社製RPG−50を用い、200kHzの直流パルシングを採用した直流電力をターゲット−基板間に投入して、直流パルシングによるプラズマを発生させた。投入電力を100Wとして直流プラズマを発生させ、その後、徐々に電力を増加させてアーキングが発生する電力を見極めた。しかし、600W(ターゲットスパッタ面への投入電力密度が3.308W/cm2)まで直流電力を投入しても、アーク放電は生じず、安定した放電が可能で、高速成膜が可能であった。
室温の石英基板上にスパッタリングで得られた透明導電性薄膜についてエリプソメーターで波長633nmにおける屈折率を測定したところ、1.80であり中間屈折率膜であった。
Next, direct current sputtering was performed by processing the sintered body manufactured under the conditions of Example 1 as described above and using it as each sputtering target. The sputtering apparatus used was a DC magnetron sputtering apparatus manufactured by Tokki. Ar gas having a purity of 99.9999% by weight and O 2 gas were introduced to make the total gas pressure 0.5 Pa, and the flow rate ratio of O 2 gas was set to 2 to 10%. Using RPG-50 manufactured by ENI as a DC power source, DC power employing 200 kHz DC pulsing was applied between the target and the substrate to generate plasma by DC pulsing. DC power was generated at an input power of 100 W, and then the power was gradually increased to determine the power at which arcing occurred. However, even when DC power is applied up to 600 W (power density applied to the target sputtering surface is 3.308 W / cm 2 ), arc discharge does not occur, stable discharge is possible, and high-speed film formation is possible. .
When the refractive index at a wavelength of 633 nm was measured with an ellipsometer on the transparent conductive thin film obtained by sputtering on a quartz substrate at room temperature, it was 1.80, which was an intermediate refractive index film.
次に樹脂フィルム基材として、アンダーコート付きのPESフィルム(住友ベークライト製、FST−UCPES、厚さ0.2mm)を用い、上記のマグネトロンスパッタリング装置のターゲットと対向面に設置し、200kHzの直流パルシングを採用した直流電力400W(ターゲットスパッタ面の単位面積あたりの投入電力が2.205W/cm2)を投入して、本発明の酸化物焼結体から、室温のフィルム基板上に200nmの膜厚の透明酸化物膜を形成した。透明酸化物膜の可視域の透過率は、アルゴンガス中に導入する酸素量が少ないほど低下したが、酸素量8%以上で透過率の高い透明酸化物膜が得られた。 Next, a PES film with an undercoat (manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd., FST-UCPES, thickness 0.2 mm) is used as a resin film substrate, and is placed on the surface facing the target of the above magnetron sputtering apparatus. A DC power of 400 W (power input per unit area of the target sputtering surface is 2.205 W / cm 2 ) was applied, and a film thickness of 200 nm was formed on the film substrate at room temperature from the oxide sintered body of the present invention. A transparent oxide film was formed. The transmittance in the visible region of the transparent oxide film decreased as the amount of oxygen introduced into the argon gas decreased, but a transparent oxide film having a high transmittance was obtained with an oxygen amount of 8% or more.
酸素量8%以上で得られた高透過性の透明酸化物膜の膜組成をICP発光分析法で測定したところ、シリコン含有量は酸化物焼結体の組成とほぼ同等だった。また得られた透明酸化物膜の結晶性をX線回折測定したところ、回折ピークは観察されず非晶質構造であることが確認された。また、原子間力顕微鏡(デジタルインスツルメンツ社製、NS−III、D5000システム)によって、膜表面の1μm×1μm領域の中心線平均表面粗さRaを試料中20ヶ所測定し平均値を求めたところ、2.2nmと表面平滑性の良い膜が得られた。
水蒸気透過率は、モコン法を用い、測定はMOCON社製PERMATRAN―W3/33を用いて、JIS規格のK7129法(温度40℃、湿度90%RH)に基づいて測定した。得られた前記フィルムの水蒸気透過率は、何れもモコン法の測定限界(0.01g/m2/day)未満であり、防湿膜として十分に機能していることがわかった。
When the film composition of a highly permeable transparent oxide film obtained with an oxygen content of 8% or more was measured by ICP emission analysis, the silicon content was almost the same as the composition of the oxide sintered body. Further, when the crystallinity of the obtained transparent oxide film was measured by X-ray diffraction, no diffraction peak was observed, and it was confirmed to be an amorphous structure. In addition, when the center line average surface roughness Ra of the 1 μm × 1 μm region of the film surface was measured at 20 points in the sample with an atomic force microscope (Digital Instruments, NS-III, D5000 system), the average value was obtained. A film having a surface smoothness of 2.2 nm was obtained.
The water vapor transmission rate was measured based on the JIS standard K7129 method (temperature 40 ° C., humidity 90% RH) using the MOCON method and PERMATRAN-W3 / 33 manufactured by MOCON. The water vapor permeability of the obtained film was less than the measurement limit (0.01 g / m 2 / day) of the Mocon method, and it was found that the film sufficiently functions as a moisture-proof film.
比較例7
平均粒径10μmのSiC粉末の代わりに、平均粒径10μmの金属シリコン粉末を用いた以外は実施例7と同じ条件で焼結体を作製した。実施例7と同様に焼結体の端材について分析を実施したところ、酸化スズ相と金属シリコン相の他、金属シリコン相と酸化スズ相の間に酸化シリコンの相が形成されていた。また、ICP発光分析法で焼結体の組成を分析したところ、各金属元素(Sn、Si)の含有割合は、仕込みの割合と同じであった。
実施例7と同様に、直径152mm、厚み5mmのスパッタリングターゲットを作製し、200kHzの直流パルシング法の直流スパッタリングによる評価を実施した。投入電力が300W(ターゲットスパッタ面への投入電力密度が1.654W/cm2)において激しくアーキングが発生し、これ以上直流電力を投入することができなかった。よってこのような焼結体を用いたのでは高速成膜ができない。
また、比較例7の焼結体を用いて、200Wにて安定に直流スパッタリング法で成膜したときの成膜速度は、実施例7の焼結体を用いて同一成膜条件で成膜したときと比較して85%程度であり、生産性の面でも、実施例7の焼結体よりも劣るといえる。
このような状況下で、アンダーコート付きのPESフィルム(住友ベークライト製、FST−UCPES、厚さ0.2mm)基板上に実施例7と同様の条件で膜厚200nmの透明酸化物膜を成膜し、実施例7と同様の条件でモコン法による水蒸気透過率を測定したが、15.6g/m2/day以上であり、防湿性は不十分であった。これは成膜時のアーキングにより、損傷して欠陥の生じた透明酸化物が製造されたからである。
Comparative Example 7
A sintered body was produced under the same conditions as in Example 7 except that metal silicon powder having an average particle size of 10 μm was used instead of SiC powder having an average particle size of 10 μm. When the end material of the sintered body was analyzed in the same manner as in Example 7, a silicon oxide phase was formed between the metal silicon phase and the tin oxide phase in addition to the tin oxide phase and the metal silicon phase. Further, when the composition of the sintered body was analyzed by ICP emission analysis, the content ratio of each metal element (Sn, Si) was the same as the charged ratio.
In the same manner as in Example 7, a sputtering target having a diameter of 152 mm and a thickness of 5 mm was produced, and evaluation by direct current sputtering using a direct current pulsing method of 200 kHz was performed. When the input power was 300 W (the input power density to the target sputtering surface was 1.654 W / cm 2 ), arcing occurred vigorously, and no more DC power could be input. Therefore, high-speed film formation cannot be performed using such a sintered body.
In addition, when the sintered body of Comparative Example 7 was used and the film was formed stably at 200 W by the DC sputtering method, the film formation rate was the same as that of the sintered body of Example 7 under the same film forming conditions. It is about 85% compared with the time, and it can be said that it is inferior to the sintered body of Example 7 also in terms of productivity.
Under such circumstances, a transparent oxide film having a film thickness of 200 nm is formed on a PES film with an undercoat (Sumitomo Bakelite, FST-UCPS, thickness 0.2 mm) under the same conditions as in Example 7. Then, the water vapor transmission rate by the Mocon method was measured under the same conditions as in Example 7. However, it was 15.6 g / m 2 / day or more, and the moisture resistance was insufficient. This is because a transparent oxide that is damaged and has defects is produced by arcing during film formation.
比較例8
平均粒径10μmのSiC粉末の代わりに、平均粒径10μmのSiO2粉末を用いた以外は実施例7と同じ条件で焼結体を作製した。実施例7と同様に焼結体の端材について分析を実施したところ、酸化スズ相の他、酸化シリコン相とSnSiO3の化合物相(JCPDSカードの記載)が形成されていた。またICP発光分析法で焼結体の組成を分析したところ、各金属元素(Sn、Si)の含有割合は、仕込みの割合と同じであった。
実施例5と同様に、直径152mm、厚み5mmのスパッタリングターゲットを作製し、200kHzの直流パルシング法の直流スパッタリングによる評価を実施した。投入電力が300W(ターゲットスパッタ面への投入電力密度が1.654W/cm2)においてアーキングが発生し、これ以上直流電力を投入することができなかった。よってこのような焼結体を用いたのでは高速成膜ができない。
また、比較例8の焼結体を用いて、200Wにて安定に直流スパッタリング法で成膜したときの成膜速度は、実施例7の焼結体を用いて同一成膜条件で成膜したときと比較して83%程度であり、生産性の面でも、実施例7の焼結体よりも劣るといえる。
Comparative Example 8
A sintered body was produced under the same conditions as in Example 7 except that SiO 2 powder having an average particle size of 10 μm was used instead of SiC powder having an average particle size of 10 μm. When the end material of the sintered body was analyzed in the same manner as in Example 7, a compound phase of the silicon oxide phase and SnSiO 3 (described in the JCPDS card) was formed in addition to the tin oxide phase. When the composition of the sintered body was analyzed by ICP emission analysis, the content ratio of each metal element (Sn, Si) was the same as the charged ratio.
In the same manner as in Example 5, a sputtering target having a diameter of 152 mm and a thickness of 5 mm was prepared, and evaluation by direct current sputtering using a direct current pulsing method of 200 kHz was performed. Arcing occurred when the input power was 300 W (the input power density to the target sputtering surface was 1.654 W / cm 2 ), and no DC power could be input. Therefore, high-speed film formation cannot be performed using such a sintered body.
In addition, when the sintered body of Comparative Example 8 was used and the film was formed stably at 200 W by the direct current sputtering method, the film formation rate was the same as that of the sintered body of Example 7 under the same film forming conditions. It is about 83% compared to the time, and it can be said that it is inferior to the sintered body of Example 7 in terms of productivity.
実施例8
酸化スズと炭化シリコンの配合比を、スズとシリコンの含有量の総和に対してシリコン含有量を0.5〜99.5原子%の範囲内で変えて、実施例7と同様に焼結体を作製した。酸化スズと炭化シリコンで構成された焼結体を得ることができ、全ての焼結体において、投入電力100〜600W(ターゲットスパッタ面への投入電力密度が0.551〜3.308W/cm2)においてアーキングが発生せず、高速成膜にも対応できる焼結体が得られていることがわかった。そしてこれらを用いて200kHzの直流パルシング法の直流スパッタリング法で透明酸化物膜を作製した。焼結体中と透明酸化物膜におけるスズとシリコンの含有量の総和に対するシリコン含有量の割合を比較すると、同じであった。焼結体中のシリコン含有量がスズとシリコンの含有量の総和に対して0.5〜99.5原子%の割合のとき中心線表面平均粗さRaが2.5nm以下の表面平滑な透明酸化物膜が得られた。焼結体のシリコン含有量がスズとシリコンの含有量の総和に対して0.5原子%以上25原子%以下のとき比抵抗が1.5×10-3Ωcm以上5.6×10-1Ωcm以下の透明導電膜を得ることができ、5原子%以上63原子%以下のとき波長633nmにおける屈折率が1.6以上1.9以下の中間屈折率膜を得ることができ、63原子%超99.5原子%以下のとき波長633nmにおける屈折率が1.48以上1.60未満の低屈折率膜を得ることができることがわかった。
Example 8
Sintered body in the same manner as in Example 7 except that the mixing ratio of tin oxide and silicon carbide was changed within the range of 0.5 to 99.5 atomic% with respect to the total content of tin and silicon. Was made. Sintered bodies composed of tin oxide and silicon carbide can be obtained. In all the sintered bodies, input power is 100 to 600 W (power density applied to the target sputtering surface is 0.551 to 3.308 W / cm 2. It was found that a sintered body capable of handling high-speed film formation was obtained without arcing. And using these, the transparent oxide film was produced by the direct current | flow sputtering method of the 200 kHz direct current | flow pulsing method. When the ratio of the silicon content to the total content of tin and silicon in the sintered body and in the transparent oxide film was compared, the results were the same. When the silicon content in the sintered body is in the range of 0.5 to 99.5 atomic% with respect to the total content of tin and silicon, the surface smooth transparency with a centerline surface average roughness Ra of 2.5 nm or less An oxide film was obtained. When the silicon content of the sintered body is 0.5 atomic% or more and 25 atomic% or less with respect to the total content of tin and silicon, the specific resistance is 1.5 × 10 −3 Ωcm or more and 5.6 × 10 −1. A transparent conductive film of Ωcm or less can be obtained, and an intermediate refractive index film having a refractive index of 1.6 to 1.9 at a wavelength of 633 nm can be obtained when it is 5 atomic% to 63 atomic%. It was found that a low refractive index film having a refractive index of 1.48 or more and less than 1.60 at a wavelength of 633 nm can be obtained when it is super 99.5 atomic% or less.
実施例9
酸化スズと炭化シリコンの配合比を変えて、実施例7と同様に、シリコン原子数量がスズとシリコンの総和に対して0.5、5、15、63、82、99.5原子%(全て分析値)の焼結体を作製し、アンダーコート付きのPESフィルム(住友ベークライト製、FST−UCPES、厚さ0.2mm)基板上に、実施例7と同様の条件で膜厚200nmの透明酸化物膜を作製した。焼結体中と透明酸化物膜におけるスズとシリコンの原子数量の総和に対するシリコン原子数量の割合を比較すると、ほぼ同じであった。全ての組成領域において、同様の方法で中心線平均表面粗さRaを測定すると、1.1〜2.5nmの表面平滑性の良い膜が得られた。従来良く防湿膜として使われているSiO2膜(SiターゲットからRFスパッタ法で形成)を、同一の基板上に膜厚200nmだけ成膜して中心線平均表面粗さRa値を測定すると3.9nmであり、本発明の薄膜の方が表面平滑性が著しく良好となっていることが明らかとなった。また、アンダーコート付きのPESフィルム(住友ベークライト製、FST−UCPES、厚さ0.2mm)上に実施例7と同様の条件で成膜を行って得られた膜付きフィルム基板について、実施例7と同様の条件で防湿性を評価したところ、全て、モコン法の測定限界(0.01g/m2/day)未満であり、防湿膜として十分に機能していることがわかった。
Example 9
By changing the compounding ratio of tin oxide and silicon carbide, the number of silicon atoms was 0.5, 5, 15, 63, 82, 99.5 atomic% (all in the total amount of tin and silicon) as in Example 7. (Analytical value) sintered body, transparent oxide with a film thickness of 200 nm on a PES film substrate (manufactured by Sumitomo Bakelite, FST-UCPES, thickness 0.2 mm) with an undercoat under the same conditions as in Example 7. A material film was prepared. When the ratio of the number of silicon atoms to the total number of tin and silicon atoms in the sintered body and the transparent oxide film was compared, it was almost the same. When the center line average surface roughness Ra was measured by the same method in all composition regions, a film having a good surface smoothness of 1.1 to 2.5 nm was obtained. 2. When a SiO 2 film (formed from an Si target by RF sputtering), which is conventionally used as a moisture-proof film, is formed on the same substrate by a film thickness of 200 nm and the center line average surface roughness Ra value is measured. It was 9 nm, and it became clear that the surface smoothness of the thin film of the present invention was remarkably good. In addition, Example 7 regarding a film substrate with a film obtained by performing film formation under the same conditions as Example 7 on a PES film with an undercoat (manufactured by Sumitomo Bakelite, FST-UCPES, thickness 0.2 mm) When the moisture resistance was evaluated under the same conditions as those described above, it was found that all were less than the measurement limit (0.01 g / m 2 / day) of the Mokon method and functioned sufficiently as a moisture barrier film.
(ZnO−SiC焼結体)
実施例10
シリコンの原子数比率が全金属元素(Zn、Si、Ga)の原子数の総和に対して28原子%となるよう微量添加元素としてNを含む平均粒径10μmのSiC粉末を、また、バリウム原子数比率が全金属元素(Zn、Si、Ga)の原子数の総和に対して5原子%となるよう平均粒径10μmのGa2O3粉末を、および平均粒径10μmのZnO粉末を配合し、続いて三次元混合機にて攪拌し、原料粉末とした。得られた混合粉末をカーボン製容器中に給粉し、各実施例において温度条件を異ならせて、ホットプレス法を用いて焼結した。焼結は、カーボン製容器の酸化による劣化を防止するため、Arガス雰囲気で行った。はじめに圧力を4.9MPaを固定し、焼結温度を1000℃とし、焼結時間は3時間とした。
(ZnO-SiC sintered body)
Example 10
SiC powder having an average particle diameter of 10 μm containing N as a trace additive element so that the atomic ratio of silicon is 28 atomic% with respect to the total number of atoms of all metal elements (Zn, Si, Ga), and barium atoms A Ga 2 O 3 powder with an average particle diameter of 10 μm and a ZnO powder with an average particle diameter of 10 μm are blended so that the number ratio is 5 atomic% with respect to the total number of atoms of all metal elements (Zn, Si, Ga). Subsequently, the mixture was stirred with a three-dimensional mixer to obtain a raw material powder. The obtained mixed powder was fed into a carbon container and sintered using a hot press method with different temperature conditions in each example. Sintering was performed in an Ar gas atmosphere in order to prevent deterioration of the carbon container due to oxidation. First, the pressure was fixed at 4.9 MPa, the sintering temperature was 1000 ° C., and the sintering time was 3 hours.
得られた焼結体の端材について、実施例1と同様に粉末X線回折測定、エネルギー分散型蛍光X線分析装置(EDX)搭載の走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた電子線回折、さらにはX線光電子分光分析装置(XPS)による分析を実施した。その結果、酸化亜鉛と炭化シリコンで構成されていることが確認された。また、焼結体中には酸化シリコンの相の存在は認められなかった。またICP発光分析法で焼結体の組成を分析したところ、各金属元素(Zn、Si、Ga)の含有割合は、仕込みの割合と同じであった。
次に、これらの焼結体を直径152mm、厚み5mmの大きさに加工し、スパッタリング面をカップ砥石で磨いてターゲット面とし、無酸素銅製のバッキングプレートに金属インジウムを用いてボンディングして、スパッタリングターゲットを得た。
About the end material of the obtained sintered body, as in Example 1, powder X-ray diffraction measurement, scanning electron microscope (SEM) equipped with energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer (EDX), transmission electron microscope (TEM) ) Analysis using an X-ray photoelectron spectrometer (XPS). As a result, it was confirmed that it was composed of zinc oxide and silicon carbide. In addition, the presence of a silicon oxide phase was not observed in the sintered body. Further, when the composition of the sintered body was analyzed by ICP emission analysis, the content ratio of each metal element (Zn, Si, Ga) was the same as the charged ratio.
Next, these sintered bodies are processed into a diameter of 152 mm and a thickness of 5 mm, the sputtering surface is polished with a cup grindstone to be a target surface, bonded to an oxygen-free copper backing plate using metallic indium, and sputtering is performed. Got the target.
次に、上記のように実施例1の条件で製造された焼結体を加工等して各スパッタリングターゲットとして用いて、通常の(パルスのない)直流スパッタリングを行った。スパッタリング装置は、トッキ社製の直流マグネトロンスパッタリング装置を使用した。純度99.9999重量%のArガスとO2ガスを導入して全ガス圧を0.5Paとし、O2ガスの流量比率を2〜10%に設定した。投入電力をDC100Wとして直流プラズマを発生させ、その後、徐々に電力を増加させてアーキングが発生する電力を見極めた。しかし、600W(ターゲットスパッタ面への投入電力密度が3.308W/cm2)まで直流電力を投入しても、アーク放電は生じず、安定した放電が可能で、高速成膜が可能であった。 Next, the sintered body manufactured under the conditions of Example 1 as described above was processed and used as each sputtering target, and normal (pulseless) direct current sputtering was performed. The sputtering apparatus used was a DC magnetron sputtering apparatus manufactured by Tokki. Ar gas having a purity of 99.9999% by weight and O 2 gas were introduced to make the total gas pressure 0.5 Pa, and the flow rate ratio of O 2 gas was set to 2 to 10%. DC power was generated with an input power of DC 100 W, and then the power was gradually increased to determine the power at which arcing occurred. However, even when DC power is applied up to 600 W (power density applied to the target sputtering surface is 3.308 W / cm 2 ), arc discharge does not occur, stable discharge is possible, and high-speed film formation is possible. .
樹脂フィルム基材として、アンダーコート付きのPESフィルム(住友ベークライト製、FST−UCPES、厚さ0.2mm)を用い、上記のマグネトロンスパッタリング装置のターゲットと対向する面に設置し、直流電力400W(ターゲットスパッタ面の単位面積あたりの投入電力が2.205W/cm2)を投入して、本発明の酸化物焼結体から、室温のフィルム基板上に200nmの膜厚の透明酸化物膜を形成した。透明酸化物膜の可視域の透過率は、アルゴンガス中に導入する酸素量が少ないほど低下したが、酸素量5%以上で透過率の高い透明酸化物膜が得られた。
酸素量5%以上で得られた高透過性の透明酸化物膜の膜組成をICP発光分析法で測定したところ、シリコン含有量は酸化物焼結体の組成とほぼ同等だった。また、得られた透明酸化物膜の結晶性をX線回折測定したところ、回折ピークは観察されず非晶質構造であることが確認された。また、原子間力顕微鏡(デジタルインスツルメンツ社製、NS−III、D5000システム)によって、膜表面の1μm×1μm領域の中心線平均表面粗さRaを試料中20ヶ所測定し平均値を求めたところ、0.8〜2.5nmと表面平滑性の良い膜が得られた。
水蒸気透過率は、モコン法を用い、測定はMOCON社製PERMATRAN―W3/33を用いて、JIS規格のK7129法(温度40℃、湿度90%RH)に基づいて測定した。得られた前記フィルムの水蒸気透過率は、何れもモコン法の測定限界(0.01g/m2/day)未満であり、防湿膜として十分に機能していることがわかった。
A PES film with an undercoat (manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd., FST-UCPES, thickness 0.2 mm) is used as the resin film substrate, and is installed on the surface facing the target of the above magnetron sputtering apparatus. The input power per unit area of the sputtering surface was 2.205 W / cm 2 ), and a transparent oxide film having a thickness of 200 nm was formed on the film substrate at room temperature from the oxide sintered body of the present invention. . The transmittance in the visible region of the transparent oxide film decreased as the amount of oxygen introduced into the argon gas decreased, but a transparent oxide film having a high transmittance was obtained when the oxygen amount was 5% or more.
When the film composition of a highly permeable transparent oxide film obtained with an oxygen content of 5% or more was measured by ICP emission analysis, the silicon content was almost the same as the composition of the oxide sintered body. Further, when the crystallinity of the obtained transparent oxide film was measured by X-ray diffraction, no diffraction peak was observed, and it was confirmed that the film had an amorphous structure. In addition, when the center line average surface roughness Ra of the 1 μm × 1 μm region of the film surface was measured at 20 points in the sample with an atomic force microscope (Digital Instruments, NS-III, D5000 system), the average value was obtained. A film having a surface smoothness of 0.8 to 2.5 nm was obtained.
The water vapor transmission rate was measured based on the JIS standard K7129 method (temperature 40 ° C., humidity 90% RH) using the MOCON method and PERMATRAN-W3 / 33 manufactured by MOCON. The water vapor permeability of the obtained film was less than the measurement limit (0.01 g / m 2 / day) of the Mocon method, and it was found that the film sufficiently functions as a moisture-proof film.
実施例11
酸化亜鉛と炭化シリコンの配合比を、全金属元素含有量の総和に対してシリコン含有量を0.5〜99.5原子%の範囲内で変えて、実施例10と同様に焼結体を作製し、直流スパッタリング法で透明酸化物膜を作製した。焼結体は酸化亜鉛と炭化シリコンで構成され、酸化シリコン相は存在していなかった。焼結体中と透明酸化物膜における亜鉛とシリコンとガリウムの含有量の総和に対するシリコン含有量と、ガリウム含有量の割合を比較すると、同じであった。そして、シリコン含有量が亜鉛とシリコンとガリウムの含有量の総和に対して0.5原子%以上23原子%以下のとき、比抵抗が8.5×10-4Ωcm以上5.3×10-1Ωcm以下の透明導電性膜を得ることができ、10原子%以上55原子%以下のとき波長633nmにおける屈折率が1.6以上1.9以下の中間屈折率膜を得ることができ、55原子%超99.5原子%以下のとき波長633nmにおける屈折率が1.48以上1.60未満の低屈折率膜を得ることができることがわかった。
Example 11
The compounding ratio of zinc oxide and silicon carbide was changed within the range of 0.5 to 99.5 atomic% with respect to the total content of all metal elements, and the sintered body was obtained in the same manner as in Example 10. The transparent oxide film was produced by direct current sputtering. The sintered body was composed of zinc oxide and silicon carbide, and no silicon oxide phase was present. When the ratio of the silicon content to the total content of zinc, silicon and gallium in the sintered body and in the transparent oxide film was compared with the ratio of the gallium content, the results were the same. When the silicon content is 0.5 atomic% or more and 23 atomic% or less with respect to the total content of zinc, silicon and gallium, the specific resistance is 8.5 × 10 −4 Ωcm or more and 5.3 × 10 −. A transparent conductive film of 1 Ωcm or less can be obtained, and an intermediate refractive index film having a refractive index of 1.6 to 1.9 at a wavelength of 633 nm when it is 10 atomic% to 55 atomic% can be obtained. It was found that a low refractive index film having a refractive index of 1.48 or more and less than 1.60 at a wavelength of 633 nm can be obtained when the atomic percentage is more than 9% and not more than 99.5 atomic%.
比較例9
平均粒径10μmのSiC粉末の代わりに、平均粒径10μmの酸化シリコン粉末を用いた以外は実施例10と同じ条件で焼結体を作製した。実施例10と同様に焼結体の端材について分析を実施したところ、酸化亜鉛相の他、酸化シリコンの相が形成されていた。
実施例10と同様に、直径152mm、厚み5mmのスパッタリングターゲットを作製し、直流スパッタリングによる評価を実施した。投入電力が300W(ターゲットスパッタ面への投入電力密度が1.654W/cm2)において激しくアーキングが発生し、これ以上直流電力を投入することができなかった。また比較例1と同様に、直流パルシング法で成膜を試みたが、400W以上の投入電力でアーキングが発生してしまった。よって、このような焼結体を用いたのでは、高速成膜ができないだけでなく、良質な膜が得られない。
また、比較例9の焼結体を用いて、200Wにて安定に直流スパッタリング法で成膜したときの成膜速度は、実施例10の焼結体を用いて同一成膜条件で成膜したときと比較して75%程度であり、生産性の面でも、実施例10の焼結体よりも生産性に劣るといえる。
Comparative Example 9
A sintered body was produced under the same conditions as in Example 10 except that silicon oxide powder having an average particle size of 10 μm was used instead of SiC powder having an average particle size of 10 μm. When the end material of the sintered body was analyzed in the same manner as in Example 10, a silicon oxide phase was formed in addition to the zinc oxide phase.
In the same manner as in Example 10, a sputtering target having a diameter of 152 mm and a thickness of 5 mm was prepared and evaluated by direct current sputtering. When the input power was 300 W (the input power density to the target sputtering surface was 1.654 W / cm 2 ), arcing occurred vigorously, and no more DC power could be input. In addition, as in Comparative Example 1, film formation was attempted by the direct current pulsing method, but arcing occurred with an input power of 400 W or more. Therefore, when such a sintered body is used, not only high-speed film formation cannot be performed, but also a high-quality film cannot be obtained.
In addition, when the sintered body of Comparative Example 9 was used and the film was formed stably at 200 W by the DC sputtering method, the film formation rate was the same as that of the sintered body of Example 10 under the same film forming conditions. It is about 75% compared to the time, and it can be said that the productivity is inferior to the sintered body of Example 10 in terms of productivity.
比較例10
酸化亜鉛と酸化シリコンの配合比を、シリコン元素が亜鉛元素とシリコン元素の総和に対して0.5〜99.5原子%の範囲内で変えて、比較例9と同様に焼結体を作製したが、何れも酸化シリコン相が生成されてしまい、直流スパッタリングで安定に成膜ができなかった。また比較例1と同様に、直流パルシング法で成膜を試みても、350W(ターゲットスパッタ面への投入電力密度が1.930W/cm2)以上の投入電力でアーキングが発生してしまった。したがって、比較例10の焼結体を用いたのでは、高速成膜ができず、良質な膜が得られなかった。
Comparative Example 10
A sintered body was produced in the same manner as in Comparative Example 9 by changing the compounding ratio of zinc oxide and silicon oxide within the range of 0.5 to 99.5 atomic% of silicon element with respect to the total of zinc element and silicon element. However, in any case, a silicon oxide phase was generated, and the film could not be stably formed by direct current sputtering. Similarly to Comparative Example 1, even when film formation was attempted by the direct current pulsing method, arcing occurred at an input power of 350 W (the power density applied to the target sputtering surface was 1.930 W / cm 2 ) or more. Therefore, when the sintered body of Comparative Example 10 was used, high-speed film formation could not be performed, and a high-quality film could not be obtained.
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