JP2009155177A - Metallic tin-containing indium oxide sintered compact, sputtering target, and method for manufacturing the same - Google Patents

Metallic tin-containing indium oxide sintered compact, sputtering target, and method for manufacturing the same Download PDF

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Futoshi Utsuno
太 宇都野
Kazuyoshi Inoue
一吉 井上
Katsunori Honda
克典 本田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sputtering target suppressing the generation of nodules during sputtering. <P>SOLUTION: The indium oxide sintered compact contains metallic tin, and the metallic tin is dispersed in the sintered compact. It is preferable that the bulk resistance thereof is ≥0.5 mΩcm and the density thereof is ≥6.8 g/cm<SP>3</SP>. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、スパッタリングによってITO膜(Indium−Tin Oxide膜)を形成させる際に使用する金属スズ含有酸化インジウム焼結体(タ−ゲット)に関する。   The present invention relates to a metal tin-containing indium oxide sintered body (target) used when forming an ITO film (Indium-Tin Oxide film) by sputtering.

酸化インジウム及び酸化スズからなるITO膜は、導電性と可視光透過性を有しているので、液晶表示装置等の表示装置の透明電極や、スイッチング素子、駆動回路素子等、多岐の用途に使用されている。
ITO膜の成膜に使用するITOターゲットにおいて、酸化スズは、酸化インジウム中に固溶することにより、ITOターゲット中にキャリヤーを発生していると考えられている。
ITO film made of indium oxide and tin oxide has conductivity and visible light transmission, so it can be used for various applications such as transparent electrodes, switching elements, and drive circuit elements in display devices such as liquid crystal display devices. Has been.
In an ITO target used for forming an ITO film, tin oxide is considered to generate carriers in the ITO target by being dissolved in indium oxide.

ITOターゲットを使用したITO膜の形成においては、成膜時のノジュールの発生が問題となっている。ノジュールとは、スパッタ中にターゲット表面に出現する黒色突起物で、これが発生するとパーティクルが増加したり、異常放電が起きやすくなり、ITO膜の不良を生じさせる一因となる。   In the formation of an ITO film using an ITO target, the generation of nodules during film formation is a problem. A nodule is a black protrusion that appears on the surface of a target during sputtering. If this occurs, particles increase or abnormal discharge tends to occur, which causes a defect in the ITO film.

ノジュールの発生原因については、以下のような説がある。
(1)空孔内に堆積した低級酸化物が核となって掘れ残るとする説
(2)ターゲット上に柱状晶的なInの成長物が発生し、それを核としてターゲットが掘れ残るとする説
(3)スパッタリングチャンバー内に発生した高抵抗のパーティクルがターゲット上に付着し、これを核として掘れ残りが発生するとする説
(4)スパッタリング率の入射角度依存性により掘れ残りが発生するとする説
(5)異常放電により発生する高抵抗物質を核として掘れ残りが発生するとする説
There are the following theories about the cause of nodules.
(1) Theory that lower oxides accumulated in vacancies remain as nuclei (2) Columnar In 2 O 3 growth occurs on the target, and the target is excavated using this as a nucleus Theory of remaining (3) Theory that high-resistance particles generated in the sputtering chamber adhere to the target and leave a digging residue as a nucleus. (4) The digging residue occurs due to the incident angle dependence of the sputtering rate. Theory (5) Theory that digging remains with high resistance material generated by abnormal discharge as the core

その他、酸化スズ粒子がITOターゲット中に存在することによりノジュールが発生するという考えがあり、酸化スズを酸化インジウム中に完全固溶する製造方法が提案されている。   In addition, there is an idea that nodules are generated by the presence of tin oxide particles in the ITO target, and a manufacturing method in which tin oxide is completely dissolved in indium oxide has been proposed.

ノジュールの防止策としては、以下のような対策が提案されている。
(1)ターゲットの高密度化
(2)ターゲット表面の表面粗さの低下
(3)ターゲットの一体成型化(分割のないもの)
(4)エロージョンへのパーティクル付着防止
(5)ターゲットのエッジ部等でのアーキング防止処理
しかしながら、ノジュールの発生を完全に抑えることは、未だ達成されていない。
The following measures have been proposed to prevent nodules.
(1) Densification of target (2) Decrease in surface roughness of target surface (3) Integrated molding of target (thing without division)
(4) Preventing adhesion of particles to erosion (5) Preventing arcing at the edge of the target etc. However, it has not yet been achieved to completely suppress the generation of nodules.

スパッタリングに用いるITOタ−ゲットについて、これまで幾つかの提案がある。例えば、特許文献1にはホットプレス法により製造したITOタ−ゲットが記載されている。
しかし、この方法で製造したタ−ゲットは、真空中でグラファイトモ−ルドと接しているタ−ゲット表層部分が還元され、内部と表面近傍で組成が異なり、スパッタリング中にスパッタリング条件を精密に制御する必要があり、さらには、ホットプレス法は、製造コストが高く、大量生産には向いていなかった。
There have been several proposals for ITO targets used for sputtering. For example, Patent Document 1 describes an ITO target manufactured by a hot press method.
However, in the target manufactured by this method, the surface part of the target that is in contact with the graphite mold in a vacuum is reduced, and the composition differs between the inside and the surface, and the sputtering conditions are precisely controlled during sputtering. Furthermore, the hot press method has a high manufacturing cost and is not suitable for mass production.

また、ターゲット内に金属相を有するものが提案されている。
例えば、特許文献2には、酸化インジウムと酸化スズの混合物を水素により還元することにより金属を析出させて、金属インジウムと金属スズを生成していると考えられるターゲットを開示している。
また、特許文献3には、金属インジウムと金属スズの混合融液を、酸素含有雰囲気下でスプレイして、表面を酸化した金属粉末より、熱間圧縮もしくは静水圧熱間圧縮によりターゲットを製造する方法が記載されている。この文献においても、金属相は、金属インジウムと金属スズの混合相になっている。
Moreover, what has a metal phase in a target is proposed.
For example, Patent Document 2 discloses a target that is thought to produce metal indium and metal tin by depositing metal by reducing a mixture of indium oxide and tin oxide with hydrogen.
In Patent Document 3, a mixed melt of metal indium and metal tin is sprayed in an oxygen-containing atmosphere, and a target is manufactured by hot compression or isostatic hot compression from a metal powder whose surface is oxidized. A method is described. Also in this document, the metal phase is a mixed phase of metal indium and metal tin.

尚、酸化スズと酸化インジウムを焼結してITOを得る場合、酸化スズは、酸化インジウムに固溶置換し、酸化インジウム中に均一に分散し、酸化スズ単体として存在することはない。この場合、酸化インジウムの結晶は、異常成長し、巨大な結晶になることがある。また、この巨大な結晶粒子は、スパッタ中のほれ残りとなり、ノジュールの起点となる場合がある。
特開昭56−54702号公報 特開平8−41634号公報 特開平9−170076号公報
In the case where ITO is obtained by sintering tin oxide and indium oxide, the tin oxide is dissolved in indium oxide and dispersed uniformly in indium oxide, and does not exist as a single tin oxide. In this case, the crystal of indium oxide may grow abnormally and become a huge crystal. In addition, the enormous crystal particles may be left behind during sputtering and may be a starting point for nodules.
JP-A-56-54702 JP-A-8-41634 JP-A-9-170076

上述した特許文献2及び3に記載されている金属相を有するターゲットでは、金属インジウムを含んでいるが、金属インジウムは融点が低く、そのままターゲット中に存在すると、スパッタ中に溶融し飛散するため、異物の原因になることがあった。また、ターゲット中に酸化インジウムと金属インジウムが存在する場合、低級酸化インジウム(InO)等が生成するが、この低級酸化物は絶縁体であり、ノジュール発生の原因となる。従って、金属インジウムが存在する場合には、ノジュールの発生を抑えることが出来なかった。 In the target having the metal phase described in Patent Documents 2 and 3 described above, metal indium is included, but since metal indium has a low melting point and is present in the target as it is, it melts and scatters during sputtering. It could cause foreign matter. In addition, when indium oxide and metallic indium are present in the target, lower indium oxide (In 2 O) or the like is generated, but this lower oxide is an insulator and causes nodule generation. Therefore, nodule generation could not be suppressed when metallic indium was present.

また、酸化インジウムと酸化スズは1200℃以上の温度で、InSn12を生成することが知られている。これは、固溶限界以上の酸化スズが酸化インジウムと反応して生成していると考えられる。一般に、酸化インジウムと酸化スズの固溶限界は、5重量%未満であると言われている(「透明導電膜の技術」日本学術振興会 透明酸化物光・電子材料第166委員会、p91.)。上記のInSn12は、酸化スズの添加量を30重量%以上とすることで確認することができるが、一般のITOにおいては、酸化スズの添加量は、3〜20重量%、好ましくは5〜15重量%であり、この領域では、酸化スズは、酸化インジウムに固溶していると考えられていた。
しかしながら、実際にはInSn12が生成している場合が多かった。この場合、酸化スズが完全固溶した部分と、InSn12なる結晶領域では、抵抗値が異なり、InSn12の抵抗値が一桁以上高くなる。これもノジュールの発生や異常放電の原因になる。
Indium oxide and tin oxide are known to produce In 4 Sn 3 O 12 at a temperature of 1200 ° C. or higher. This is thought to be due to the reaction of tin oxide above the solid solubility limit with indium oxide. In general, it is said that the solid solution limit of indium oxide and tin oxide is less than 5% by weight (“Transparent Conductive Film Technology” Japan Society for the Promotion of Science, Transparent Oxide Optical / Electronic Materials 166th Committee, p91. ). The above In 4 Sn 3 O 12 can be confirmed by setting the addition amount of tin oxide to 30% by weight or more, but in general ITO, the addition amount of tin oxide is 3 to 20% by weight, Preferably, it is 5 to 15% by weight. In this region, it was considered that tin oxide was dissolved in indium oxide.
In practice, however, In 4 Sn 3 O 12 was often generated. In this case, a portion where tin oxide is completely dissolved, the In 4 Sn 3 O 12 becomes crystalline regions have different resistance values, the resistance value of In 4 Sn 3 O 12 is increased more than one order of magnitude. This also causes nodules and abnormal discharge.

本発明の目的は、スパッタ時のノジュールの発生を抑制できるスパッタリングターゲットを提供することである。   An object of the present invention is to provide a sputtering target capable of suppressing the generation of nodules during sputtering.

本発明者らは鋭意検討の結果、酸化インジウム中に金属スズを分散させた焼結体からなるターゲットではノジュールの発生が抑えられることを見出し、本発明を完成させた。
本発明によれば、以下の酸化インジウム焼結体等が提供される。
1.金属スズ及び酸化インジウムを含む焼結体であって、前記金属スズが焼結体中で分散している酸化インジウム焼結体。
2.バルク抵抗が0.5mΩcm以上で、密度が6.8g/cm以上である1に記載の酸化インジウム焼結体。
3.上記1又は2に記載の酸化インジウム焼結体からなるスパッタリングターゲット。
4.酸化インジウム及び金属スズを粉砕・混合する工程と、前記工程で得た粉末を成型する工程と、成型体を焼結する工程を有し、前記焼結工程における焼結温度を700〜1200℃とし、焼結圧力を100MPa〜300MPaとし、焼結時間を5時間以上とする1又は2に記載の酸化インジウム焼結体の製造方法。
As a result of intensive studies, the present inventors have found that generation of nodules can be suppressed in a target made of a sintered body in which metallic tin is dispersed in indium oxide, and the present invention has been completed.
According to the present invention, the following indium oxide sintered body and the like are provided.
1. A sintered body containing metal tin and indium oxide, wherein the metal tin is dispersed in the sintered body.
2. 2. The indium oxide sintered body according to 1, having a bulk resistance of 0.5 mΩcm or more and a density of 6.8 g / cm 3 or more.
3. A sputtering target comprising the indium oxide sintered body according to 1 or 2 above.
4). It has a step of pulverizing and mixing indium oxide and metal tin, a step of molding the powder obtained in the above step, and a step of sintering the molded body, and the sintering temperature in the sintering step is 700 to 1200 ° C. The method for producing an indium oxide sintered body according to 1 or 2, wherein the sintering pressure is 100 MPa to 300 MPa, and the sintering time is 5 hours or more.

本発明では、スパッタリング中のノジュールの発生を抑えることができる酸化インジウムターゲットを提供できる。   The present invention can provide an indium oxide target that can suppress the generation of nodules during sputtering.

本発明の酸化インジウム焼結体は金属スズが分散していることを特徴とする。これによって、金属スズを酸化インジウムの格子間や結晶粒界に存在させることができ、余分なInSn12で表される化合物の生成を低減できる。
酸化インジウム焼結体に占める金属スズの含有量は、1重量%〜30重量%である。好ましくは3重量%〜20重量%であり、特に好ましくは5重量%〜15重量%である。
酸化インジウム焼結体の組織構造は、X線回折で測定されるチャートを解析することにより同定できる。また、分散とは焼結体中に金属スズ粒子そのものがおおむね均一に分布していることをいう。分散の状態はEPMAで亜鉛と酸素を測定することで判別可能であり、平均粒径はEPMAの画像データより求められる。金属スズの平均粒径は好ましくは10ミクロン以下、より好ましくは5ミクロン以下、さらに好ましくは3ミクロン以下である。
The indium oxide sintered body of the present invention is characterized in that metallic tin is dispersed. As a result, metallic tin can be present between the lattices of indium oxide and at the crystal grain boundaries, and generation of an extra compound represented by In 4 Sn 3 O 12 can be reduced.
The content of metal tin in the indium oxide sintered body is 1% by weight to 30% by weight. Preferably they are 3 weight%-20 weight%, Especially preferably, they are 5 weight%-15 weight%.
The structure of the indium oxide sintered body can be identified by analyzing a chart measured by X-ray diffraction. Further, the dispersion means that the metal tin particles themselves are distributed almost uniformly in the sintered body. The state of dispersion can be discriminated by measuring zinc and oxygen with EPMA, and the average particle diameter is obtained from the image data of EPMA. The average particle size of metallic tin is preferably 10 microns or less, more preferably 5 microns or less, and even more preferably 3 microns or less.

本発明の酸化インジウム焼結体は、バルク抵抗が0.5mΩcm以上であることが好ましい。焼結体のバルク抵抗が0.5mΩcm未満では、ノジュールの発生が激増するおそれがある。好ましくは、0.8mΩcm以上であり、より好ましくは1mΩcmである。一方、バルク抵抗の上限は特に制限しないが15mΩcm以下がよく、好ましくは10mΩcm、より好ましくは5mΩcm以下である。15mΩcmよりも大きい場合、ノジュール発生は少ないものの、DCスパッタリング中に異常放電を起こす場合がある。   The indium oxide sintered body of the present invention preferably has a bulk resistance of 0.5 mΩcm or more. If the bulk resistance of the sintered body is less than 0.5 mΩcm, the generation of nodules may increase drastically. Preferably, it is 0.8 mΩcm or more, more preferably 1 mΩcm. On the other hand, the upper limit of the bulk resistance is not particularly limited, but is preferably 15 mΩcm or less, preferably 10 mΩcm, more preferably 5 mΩcm or less. When it is larger than 15 mΩcm, nodule generation is small, but abnormal discharge may occur during DC sputtering.

本発明の場合、成膜された膜が剥がれたイエローフレークや、ターゲットより飛び出した粒子がターゲット上に堆積して出来る堆積物の抵抗値は、おおよそ成膜された膜の抵抗値と同じとなると考えられる。また、焼結体(ターゲット)のバルク抵抗と成膜された膜の関係は以下のように考えられる。
ターゲットのバルク抵抗>イエローフレーク又は粒子の堆積物のバルク抵抗
In the case of the present invention, the yellow flakes from which the formed film has been peeled off, or the resistance value of the deposit formed by depositing particles protruding from the target on the target is approximately the same as the resistance value of the formed film. Conceivable. Further, the relationship between the bulk resistance of the sintered body (target) and the formed film is considered as follows.
Bulk resistance of target> Bulk resistance of yellow flake or particle deposit

本発明の場合は、堆積物のバルク抵抗はターゲットのバルク抵抗より小さいので、スパッタ中にプラズマに接触しても再スパッタされて、薄膜へと成膜されるためノジュールとなることはない。   In the case of the present invention, since the bulk resistance of the deposit is smaller than the bulk resistance of the target, even if it contacts the plasma during sputtering, it is re-sputtered and formed into a thin film, so that no nodules are formed.

一方、通常のITOターゲットの場合、バルク抵抗は0.1mΩcm程度か、それ以下である。この場合、イエローフレーク又は粒子の堆積物のバルク抵抗は0.1mΩcm超であり、堆積物のバルク抵抗がターゲットのバルク抵抗より大きくなる。そのため、堆積物はスパッタ中のプラズマにより還元され、堆積物のバルク抵抗はさらに大きくなる。また、同時に黒色化してノジュールに成長する。   On the other hand, in the case of a normal ITO target, the bulk resistance is about 0.1 mΩcm or less. In this case, the bulk resistance of the yellow flake or particle deposit is greater than 0.1 mΩcm, and the bulk resistance of the deposit is greater than the bulk resistance of the target. Therefore, the deposit is reduced by the plasma during sputtering, and the bulk resistance of the deposit is further increased. At the same time, it blackens and grows into nodules.

本発明の酸化インジウム焼結体は、密度が6.8g/cm以上であることが好ましい。焼結体の密度が6.8g/cm未満の場合、スパッタリング中にターゲットの破損や堆積速度低減のおそれがある。密度は、より好ましくは、6.8g/cm〜7.2g/cmであり、特に好ましくは、7.0g/cm〜7.2g/cmである。 The indium oxide sintered body of the present invention preferably has a density of 6.8 g / cm 3 or more. When the density of the sintered body is less than 6.8 g / cm 3 , the target may be damaged or the deposition rate may be reduced during sputtering. Density, more preferably from 6.8g / cm 3 ~7.2g / cm 3 , particularly preferably from 7.0g / cm 3 ~7.2g / cm 3 .

本発明の酸化インジウム焼結体は、例えば、酸化インジウム及び金属スズを出発原料として、以下の工程を有する製造方法によって得ることができる。
(1)酸化インジウム及び金属スズを粉砕・混合する工程
(2)混合した粉末を成型する工程
(3)成型体を焼結する工程
The indium oxide sintered body of the present invention can be obtained, for example, by a production method having the following steps using indium oxide and metal tin as starting materials.
(1) Step of grinding and mixing indium oxide and metal tin (2) Step of molding the mixed powder (3) Step of sintering the molded body

上記工程(1)では、出発原料である酸化インジウム及び金属スズを粉砕・混合する。粉砕・混合の手段は、特に制限されず、本技術分野にて公知の手段が採用できる。例えば、ボールミル等の乾式粉砕機が使用できる。
酸化インジウム及び金属スズについては、特に制限はなく、工業的に入手可能なものが使用できる。
In the step (1), indium oxide and metal tin which are starting materials are pulverized and mixed. The means for pulverization / mixing is not particularly limited, and means known in the art can be employed. For example, a dry pulverizer such as a ball mill can be used.
About indium oxide and metallic tin, there is no restriction | limiting in particular and what can be obtained industrially can be used.

出発原料に占める酸化インジウムの添加量は、70重量%〜99重量%が好ましく、特に、80重量%〜95重量%が好ましい。
また、金属スズの添加量は、1重量%〜30重量%が好ましく、特に、5重量%〜15重量%が好ましい。
尚、出発原料には、本発明の効果を損なわない程度において、金属亜鉛、金属ガリウム、金属ゲルマニウム、金属アルミニウム、金属銅、金属コバルト、金属ニッケル、金属チタン、金属ニオブ、金属タンタル、金属タングステン、金属モリブデン及びこれらの酸化物、並びにランタンノイド酸化物(セリウム、プラセオジウム、ネオジウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テリビウム、ディプロシウム、ホロニウム、エルビウム、ツリウム、イッテリビウム、ルテチウム)等を添加してもよい。
The amount of indium oxide added to the starting material is preferably 70% by weight to 99% by weight, and particularly preferably 80% by weight to 95% by weight.
Moreover, the addition amount of metal tin is preferably 1% by weight to 30% by weight, and particularly preferably 5% by weight to 15% by weight.
The starting material is metal zinc, metal gallium, metal germanium, metal aluminum, metal copper, metal cobalt, metal nickel, metal titanium, metal niobium, metal tantalum, metal tungsten, to the extent that the effects of the present invention are not impaired. Metallic molybdenum and oxides thereof, and lanthanoid oxides (cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, diprosium, holonium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium) and the like may be added.

上記工程(2)では混合原料を成形する。成型の手段は、特に制限されず、本技術分野にて公知の手段が採用できる。例えば、静水圧プレス機が使用できる。   In the step (2), the mixed raw material is formed. The means for molding is not particularly limited, and means known in this technical field can be adopted. For example, a hydrostatic press can be used.

上記工程(3)では、工程(2)で得た成型物を焼結する。
本発明では金属スズを原料として用いるが、金属スズの融点は230℃と低いため、常圧焼結法や大気焼結法等の方法では、高密度の結晶が得られない。そこで、本発明では成型物に圧力をかけた状態で焼結する。
具体的に、本発明では焼結圧力を100MPa〜300MPaとする。好ましくは、120MPa〜200MPaとする。これにより、高密度の焼結体が得られるようになる。尚、焼結圧力が100MP未満では、焼結時間が長くなりすぎる場合がある。一方、300MPa超では装置が高額になる場合がある。
In the step (3), the molded product obtained in the step (2) is sintered.
In the present invention, metallic tin is used as a raw material. However, since the melting point of metallic tin is as low as 230 ° C., high-density crystals cannot be obtained by methods such as atmospheric pressure sintering and atmospheric sintering. Therefore, in the present invention, the molding is sintered in a state where pressure is applied.
Specifically, in the present invention, the sintering pressure is set to 100 MPa to 300 MPa. Preferably, it is set to 120 MPa to 200 MPa. Thereby, a high-density sintered body can be obtained. If the sintering pressure is less than 100 MP, the sintering time may be too long. On the other hand, if it exceeds 300 MPa, the apparatus may be expensive.

焼結時の温度は700〜1200℃とする。好ましくは800℃〜1100℃である。焼結温度が700℃未満では、焼結が進まない場合があり、一方、1200℃を越えると、金属スズの染み出しが起こる場合がある。   The temperature at the time of sintering shall be 700-1200 degreeC. Preferably it is 800 to 1100 degreeC. If the sintering temperature is less than 700 ° C., the sintering may not proceed. On the other hand, if it exceeds 1200 ° C., the metal tin may ooze out.

焼結時間は、5時間以上100時間未満がよい。5時間未満では、焼結密度が向上しない場合があり、100時間以上では経済的でない。焼結時間は8〜40時間が好ましく、10〜25時間がより好ましい。   The sintering time is preferably 5 hours or more and less than 100 hours. If it is less than 5 hours, the sintered density may not be improved, and if it is 100 hours or more, it is not economical. The sintering time is preferably 8 to 40 hours, more preferably 10 to 25 hours.

尚、焼結体中に金属スズ粒子を分散させるため、及び焼結速度を向上させるためには、使用する酸化インジウム粉末、金属スズの粒径を調製すればよい。具体的に、酸化インジウム粉末の平均粒径は0.5μm〜1μmとすることが好ましく、金属スズの平均粒径は0.5μm〜1μmとすることが好ましい。
尚、平均粒径は窒素吸着によるBET比表面積測定法により比表面積を測定し、下記式から算出した値である。
平均粒径(μm)=6/(密度×比表面積)
また、粒径の制御は上記工程(1)で実施できる。
In order to disperse the metal tin particles in the sintered body and improve the sintering rate, the particle size of the indium oxide powder and metal tin to be used may be adjusted. Specifically, the average particle size of the indium oxide powder is preferably 0.5 μm to 1 μm, and the average particle size of metal tin is preferably 0.5 μm to 1 μm.
The average particle diameter is a value calculated from the following formula by measuring the specific surface area by the BET specific surface area measurement method by nitrogen adsorption.
Average particle diameter (μm) = 6 / (density × specific surface area)
The particle size can be controlled in the above step (1).

金属スズは焼結体中において、酸化インジウムの格子間や結晶粒に存在するように分散させることが重要である。特に結晶粒界(三重点)に分散させることが好ましい。三重点に分散させることにより、酸化インジウムの異常粒成長を抑える結果となり、さらにノジュールの発生を抑えることが出来るようになる。
金属スズが、酸化インジウムの格子間や結晶粒に存在しているか、又は三重点に存在しているかは、インジウム、スズ、酸素をEPMA分析することにより判断できる。
本発明の製造方法で得られる焼結体では、金属スズは上記の位置に存在している。
It is important that metal tin is dispersed in the sintered body so as to exist in the lattice of indium oxide and in the crystal grains. In particular, it is preferable to disperse at crystal grain boundaries (triple points). Dispersing them at the triple point results in suppressing the abnormal grain growth of indium oxide and further suppressing the generation of nodules.
Whether metal tin is present in the lattice of indium oxide, in crystal grains, or at triple points can be determined by EPMA analysis of indium, tin, and oxygen.
In the sintered body obtained by the production method of the present invention, metallic tin is present at the above position.

本発明の焼結体を研磨等することにより、本発明のスパッタリングターゲットが製造できる。得られたスパッタリングターゲットをバッキングプレートへボンディングすることにより、スパッタ装置に装着して使用できる。
本発明のターゲットをスパッタして成膜される膜は、基本的にITO膜であり、通常のITO膜と同様な低抵抗の膜が得られる。
The sputtering target of the present invention can be produced by polishing the sintered body of the present invention. By bonding the obtained sputtering target to a backing plate, the sputtering target can be mounted and used.
The film formed by sputtering the target of the present invention is basically an ITO film, and a low resistance film similar to a normal ITO film can be obtained.

実施例1
平均粒径が1μm以下で、BET表面積が5〜12m/gである酸化インジウム粉255gと、平均粒径が0.5〜3μmの金属スズ23g(金属スズの含有率:9wt%)を原料とした。これらの混合物を乾式粉砕機により混合、粉砕した。
得られた粉体を、一軸プレスにより成型し、その後、静水圧プレス機により50MPa〜400MPaにて成型した。
成形物をタンタルカプセルに真空封入し、圧力を250MPa、焼結温度を800℃とし、20時間焼結することにより焼結体を得た。
Example 1
Raw material is 255 g of indium oxide powder having an average particle size of 1 μm or less and a BET surface area of 5 to 12 m 2 / g and metal tin 23 g (metal tin content: 9 wt%) having an average particle size of 0.5 to 3 μm. It was. These mixtures were mixed and pulverized by a dry pulverizer.
The obtained powder was molded by a uniaxial press and then molded by a hydrostatic press at 50 MPa to 400 MPa.
The molded product was vacuum-sealed in a tantalum capsule, the pressure was 250 MPa, the sintering temperature was 800 ° C., and the sintered body was obtained by sintering for 20 hours.

この焼結体についてX線回折を行った。焼結体のX線チャートを図1に示す。
このチャートでは、酸化インジウムのピークと金属スズのピークは観察されたが、酸化スズのピーク及びInSn12に起因するピークは観察されなかった。
尚、チャートの下部に示したピークパターンは、JCPDSデータベースから引用したものである。
30ミクロン角の視野内でEPMA分析により焼結体の組織構造を調べたところ、金属スズが均一に分散していることを確認し、その平均粒径1μmであった。
This sintered body was subjected to X-ray diffraction. An X-ray chart of the sintered body is shown in FIG.
In this chart, an indium oxide peak and a metal tin peak were observed, but a tin oxide peak and a peak attributed to In 4 Sn 3 O 12 were not observed.
The peak pattern shown at the bottom of the chart is quoted from the JCPDS database.
When the microstructure of the sintered body was examined by EPMA analysis within a 30 micron square field of view, it was confirmed that metal tin was uniformly dispersed, and the average particle diameter was 1 μm.

焼結体を直径が4インチで5mm厚に研削し、銅板に金属インジウムにてボンディングしてターゲットとした。
得られたターゲットの密度は6.85g/cm、バルク抵抗は5.3mΩcmであった。
尚、ターゲットの密度は、一定の大きさに切り出したターゲットの重量と外形寸法より算出した。また、バルク抵抗は抵抗率計ロレスタ(三菱化学株式会社製)を用いて四探針法によって測定した。
The sintered body was ground to 4 mm in diameter and 5 mm thick, and bonded to a copper plate with metallic indium to obtain a target.
The density of the obtained target was 6.85 g / cm 3 , and the bulk resistance was 5.3 mΩcm.
The density of the target was calculated from the weight of the target cut out to a certain size and the external dimensions. The bulk resistance was measured by a four-probe method using a resistivity meter Loresta (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).

このターゲットについて、ノジュールの発生試験を実施した。具体的に、島津製作所社製のスパッタ装置(HSM−552)を使用して、25時間連続(10kWhr)スパッタした後、ターゲット表面を観察し、ノジュールの発生状況を確認した。試験はスパッタ圧を0.3Pa(アルゴン100%雰囲気下)、出力を400Wとし、DCスパッタリングとした。
その結果、ノジュールの発生は確認できなかった。図2に試験後のスパッタリングターゲットの写真を示す。
A nodule generation test was performed on this target. Specifically, using a sputtering apparatus (HSM-552) manufactured by Shimadzu Corporation, sputtering was continued for 25 hours (10 kWhr), and then the target surface was observed to confirm the occurrence of nodules. In the test, the sputtering pressure was 0.3 Pa (under 100% argon atmosphere), the output was 400 W, and DC sputtering was used.
As a result, no nodules could be confirmed. FIG. 2 shows a photograph of the sputtering target after the test.

続いて、ターゲット周辺に堆積した堆積物、及び装置内に堆積したイエローフレークをターゲット上に付着させ、この状態で連続4時間スパッタリングを行い、付着物の様子を観察した。
図3(a)は、ターゲットにイエローフレーク等を付着させた状態の写真である。図3(b)はスパッタ後のターゲットの写真である。
スパッタは、スパッタ圧を0.3Pa(アルゴン100%雰囲気下)、出力を200Wとし、DCスパッタリングとした。
その結果、試験開始当初はアーキングが観察されたが、しばらくするとアーキングは観察されなくなった。終了後、ターゲット表面を確認したところ、付着させた堆積物及びイエローフレークは、ともに再スパッタされて消滅し、ノジュールの発生は観察されなかった。
Subsequently, deposits deposited around the target and yellow flakes deposited in the apparatus were adhered onto the target, and sputtering was continued for 4 hours in this state to observe the state of the deposit.
FIG. 3A is a photograph in a state where yellow flakes and the like are attached to the target. FIG. 3B is a photograph of the target after sputtering.
Sputtering was performed by DC sputtering with a sputtering pressure of 0.3 Pa (under 100% argon atmosphere) and an output of 200 W.
As a result, arcing was observed at the beginning of the test, but after a while arcing was not observed. When the target surface was confirmed after completion, the deposited deposits and yellow flakes were both resputtered and disappeared, and no nodules were observed.

次に、実施例1のターゲットを使用して膜を形成した。スパッタ条件は、スパッタ圧力を0.3Pa(アルゴン98%、酸素2%の雰囲気下)とし、出力400WのDCスパッタリングとし、250℃に加熱したガラス基板に成膜した。これにより、膜厚150nmの薄膜を形成した。得られた薄膜付基板の光線透過率(波長550nm)は90%であり、薄膜の比抵抗は167μΩcmであった。   Next, a film was formed using the target of Example 1. The sputtering conditions were a sputtering pressure of 0.3 Pa (under an atmosphere of 98% argon and 2% oxygen), DC sputtering with an output of 400 W, and film formation on a glass substrate heated to 250 ° C. As a result, a thin film having a thickness of 150 nm was formed. The obtained substrate with a thin film had a light transmittance (wavelength of 550 nm) of 90%, and the specific resistance of the thin film was 167 μΩcm.

実施例2
金属スズの含有量を5wt%とした他は、実施例1と同様にしてスパッタリングターゲットを作製し、評価した。
得られたターゲットの密度は6.82g/cmであった。また、バルク抵抗は4.2mΩcmであった。また、透明導電膜の比抵抗は190μΩcmであった。
実施例1と同様に30ミクロン角の視野内でEPMA分析により焼結体の組織構造を調べたところ、金属スズが均一に分散していることを確認し、その平均粒径0.9μmであった。
Example 2
A sputtering target was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the content of metal tin was 5 wt%.
The density of the obtained target was 6.82 g / cm 3 . The bulk resistance was 4.2 mΩcm. The specific resistance of the transparent conductive film was 190 μΩcm.
As in Example 1, the microstructure of the sintered body was examined by EPMA analysis within a 30 micron square field of view. As a result, it was confirmed that the tin metal was uniformly dispersed, and the average particle size was 0.9 μm. It was.

実施例3
金属スズの含有量を15wt%とした他は、実施例1と同様にしてスパッタリングターゲットを作製し、評価した。
得られたターゲットの密度は6.86g/cmであった。また、バルク抵抗は2.5mΩcmであった。また、透明導電膜の比抵抗は183μΩcmであった。
実施例1と同様に30ミクロン角の視野内でEPMA分析により焼結体の組織構造を調べたところ、金属スズが均一に分散していることを確認し、その平均粒径1.2μmであった。
Example 3
A sputtering target was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the content of metal tin was 15 wt%.
The density of the obtained target was 6.86 g / cm 3 . The bulk resistance was 2.5 mΩcm. The specific resistance of the transparent conductive film was 183 μΩcm.
As in Example 1, the microstructure of the sintered body was examined by EPMA analysis within a 30 micron square field of view. As a result, it was confirmed that the metal tin was uniformly dispersed, and the average particle size was 1.2 μm. It was.

実施例2及び3で作製したターゲットについて、実施例1と同様にノジュール発生試験を行った。その結果、両ターゲットともノジュールの発生は確認できなかった。   The target produced in Examples 2 and 3 was subjected to a nodule generation test in the same manner as in Example 1. As a result, generation of nodules could not be confirmed for both targets.

比較例1
市販のITOターゲット(相対密度99.8%、密度7.12g/cm、バルク抵抗0.1mΩcm)を実施例1と同じ装置に装着し、同じ条件でノジュールの発生を確認した。
その結果、大量のノジュールが確認できた。図4に試験後のスパッタリングターゲットの写真を示す。
また、ターゲット表面のノジュールを除去、清掃した後、実施例1と同様にターゲット周辺上の堆積物及びイエローフレークをターゲット表面に付着させ、再度スパッタを行い、ターゲット表面を確認した。その結果、大量のノジュールが発生した。
図5(a)は、ターゲットにイエローフレーク等を付着させた状態の写真である。図5(b)はスパッタ後のターゲットの写真である。
Comparative Example 1
A commercially available ITO target (relative density 99.8%, density 7.12 g / cm 3 , bulk resistance 0.1 mΩcm) was mounted on the same apparatus as in Example 1, and generation of nodules was confirmed under the same conditions.
As a result, a large amount of nodules was confirmed. FIG. 4 shows a photograph of the sputtering target after the test.
Further, after removing and cleaning nodules on the target surface, deposits and yellow flakes around the target were adhered to the target surface in the same manner as in Example 1, and sputtering was performed again to confirm the target surface. As a result, a large amount of nodules was generated.
FIG. 5A is a photograph of a state in which yellow flakes and the like are attached to the target. FIG. 5B is a photograph of the target after sputtering.

評価例
比較例1で使用したITOターゲットの断面を鏡面研磨し、電子線マイクロアナライザ(EPMA)により組成分析した。図6にEPMA分析結果を示す。この結果、Snが偏析した部分が観察された。
また、このターゲットについてX線回折を行った。焼結体のX線チャートを図7に示す。この結果、ターゲットにInSn12が存在することが確認された。偏析したSnはInSn12であるがこの平均粒径1.8μmであった。
また、同じ鏡面部分を走査型拡がり抵抗顕微鏡(SSRM)により観察し、ターゲット組織(結晶粒子)の導電性を測定した。図8にSSRM分析の結果を示す。この結果、周辺部位(海領域)より、一桁以上抵抗が高い部分(島領域)が観察された。EPMA分析及びXRD観察の結果から、抵抗の高い部分はInSn12であると同定できる。
Evaluation Example The cross section of the ITO target used in Comparative Example 1 was mirror-polished and the composition was analyzed by an electron beam microanalyzer (EPMA). FIG. 6 shows the results of EPMA analysis. As a result, a portion where Sn was segregated was observed.
Further, X-ray diffraction was performed on this target. An X-ray chart of the sintered body is shown in FIG. As a result, it was confirmed that In 4 Sn 3 O 12 was present in the target. The segregated Sn was In 4 Sn 3 O 12 but had an average particle size of 1.8 μm.
In addition, the same mirror surface portion was observed with a scanning spread resistance microscope (SSRM), and the conductivity of the target structure (crystal particles) was measured. FIG. 8 shows the result of the SSRM analysis. As a result, a portion (island region) having a resistance higher by one digit or more than that of the surrounding region (sea region) was observed. From the results of EPMA analysis and XRD observation, the portion with high resistance can be identified as In 4 Sn 3 O 12 .

本発明の酸化インジウム焼結体は、各種表示装置の透明電極や半導体素子で使用される導電膜を形成する際に使用されるスパッタリングターゲットとして好適である。   The indium oxide sintered body of the present invention is suitable as a sputtering target used when forming a conductive film used in transparent electrodes and semiconductor elements of various display devices.

実施例1で作製した焼結体のX線回折チャートである。2 is an X-ray diffraction chart of a sintered body produced in Example 1. FIG. 実施例1のノジュール発生試験後のターゲットの写真である。2 is a photograph of a target after a nodule generation test of Example 1. FIG. 実施例1のターゲットの付着物の様子を観察した写真であり、図3(a)は、ターゲットにイエローフレーク等を付着させた状態の写真であり、図3(b)はスパッタ後のターゲットの写真である。FIG. 3A is a photograph observing the state of deposits on the target of Example 1, FIG. 3A is a photograph of a state in which yellow flakes and the like are adhered to the target, and FIG. 3B is a photograph of the target after sputtering. It is a photograph. 比較例1のノジュール発生試験後のターゲットの写真である。6 is a photograph of a target after a nodule generation test of Comparative Example 1. 比較例1のターゲットの付着物の様子を観察した写真であり、図5(a)は、ターゲットにイエローフレーク等を付着させた状態の写真であり、図5(b)はスパッタ後のターゲットの写真である。FIG. 5A is a photograph observing the appearance of the target deposit in Comparative Example 1, FIG. 5A is a photograph of a state in which yellow flakes and the like are adhered to the target, and FIG. 5B is a photograph of the target after sputtering. It is a photograph. 比較例1で使用したターゲットのEPMA分析の結果である。It is the result of the EPMA analysis of the target used in Comparative Example 1. 比較例1で使用したターゲットのX線回折チャートである。3 is an X-ray diffraction chart of a target used in Comparative Example 1. 比較例1で使用したターゲットのSSRM分析の結果である。It is a result of the SSRM analysis of the target used in comparative example 1.

Claims (4)

金属スズ及び酸化インジウムを含む焼結体であって、前記金属スズが焼結体中で分散している酸化インジウム焼結体。   A sintered body containing metal tin and indium oxide, wherein the metal tin is dispersed in the sintered body. バルク抵抗が0.5mΩcm以上で、密度が6.8g/cm以上である請求項1に記載の酸化インジウム焼結体。 The indium oxide sintered body according to claim 1, wherein the bulk resistance is 0.5 mΩcm or more and the density is 6.8 g / cm 3 or more. 請求項1又は2に記載の酸化インジウム焼結体からなるスパッタリングターゲット。   A sputtering target comprising the indium oxide sintered body according to claim 1. 酸化インジウム及び金属スズを粉砕・混合する工程と、
前記工程で得た粉末を成型する工程と、
成型体を焼結する工程を有し、
前記焼結工程における焼結温度を700〜1200℃とし、焼結圧力を100MPa〜300MPaとし、焼結時間を5時間以上とする請求項1又は2に記載の酸化インジウム焼結体の製造方法。
Crushing and mixing indium oxide and metallic tin;
A step of molding the powder obtained in the above step;
Having a step of sintering the molded body,
The method for producing an indium oxide sintered body according to claim 1 or 2, wherein a sintering temperature in the sintering step is 700 to 1200 ° C, a sintering pressure is 100 MPa to 300 MPa, and a sintering time is 5 hours or more.
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