JP2014114473A - Flat plate type sputtering target and production method thereof - Google Patents
Flat plate type sputtering target and production method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014114473A JP2014114473A JP2012268395A JP2012268395A JP2014114473A JP 2014114473 A JP2014114473 A JP 2014114473A JP 2012268395 A JP2012268395 A JP 2012268395A JP 2012268395 A JP2012268395 A JP 2012268395A JP 2014114473 A JP2014114473 A JP 2014114473A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- igzo
- flat plate
- target
- sputtering target
- plate type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
本発明は、ＩＧＺＯ平板型スパッタリングターゲットおよびそれを製造する方法に関するものである。 The present invention relates to an IGZO flat plate type sputtering target and a method for producing the same.
近年、非晶質のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系ホモロガス酸化物材料（以下、「ＩＧＺＯ」と呼称する）を用いた透明性酸化物多結晶薄膜をチャネル層に用いたＴＦＴの開発が活発に行われている。上記薄膜は、低温で成膜でき、かつ可視光に透明であるため、プラスチック板やフィルムなどの基板上にフレキシブルな透明ＴＦＴを形成することが可能であるとされている。その形成手段として、大面積にわたり均一な薄膜を形成可能なスパッタリング法が有望である。 In recent years, TFTs using a transparent oxide polycrystalline thin film using an amorphous In—Ga—Zn—O-based homologous oxide material (hereinafter referred to as “IGZO”) as a channel layer have been actively developed. Has been done. Since the thin film can be formed at a low temperature and is transparent to visible light, it is said that a flexible transparent TFT can be formed on a substrate such as a plastic plate or a film. As a forming means, a sputtering method capable of forming a uniform thin film over a large area is promising.
しかしながら、従来のＩＧＺＯ焼結体から作製された平板型スパッタリングターゲットでは、焼結体内部に応力歪みが在留し易いため、焼結後に研削加工寸法以上の反りの発生により歩留まりを低下させたり、研削加工の際に焼結体に割れが発生したり、高出力ターゲットとして使用した場合に、スパッタリング中に発生した熱による歪みが起因となり、ターゲット材に割れが発生するなどの平板型スパッタリングターゲット特有の問題があった。 However, in a flat plate type sputtering target produced from a conventional IGZO sintered body, stress strain is likely to remain inside the sintered body, so that the yield may be reduced by the occurrence of warpage exceeding the grinding dimension after sintering or grinding. When processing a crack in the sintered body or when used as a high-power target, distortion due to heat generated during sputtering is caused, and the target material is cracked. There was a problem.
これに対して、ターゲット材に在留した応力歪みを緩和するために、バッキングプレートの材質、およびターゲットとバッキングプレートの厚みをバッキングプレートの各熱膨張係数およびヤング率、またターゲットとバッキングプレートの接合面に生じる剪断応力を有限要素法により計算し、計算された最大剪断応力がボンディング材の破壊強度以下となるように、バッキングプレートの材質，厚みおよびターゲットの厚みを決定する方法が提案されているが、バッキングプレート材およびターゲット材が限定される問題がある（例えば、特許文献１参照）。 On the other hand, in order to relieve the stress strain that stayed in the target material, the material of the backing plate, the thickness of the target and the backing plate, the thermal expansion coefficient and Young's modulus of the backing plate, and the joint surface of the target and the backing plate A method has been proposed for determining the material and thickness of the backing plate and the thickness of the target so that the calculated shear stress is calculated by the finite element method and the calculated maximum shear stress is less than the fracture strength of the bonding material. There is a problem that the backing plate material and the target material are limited (see, for example, Patent Document 1).
また、ターゲット材とバッキングプレートをボンディング材で接合する構造のターゲットでは、ボンディング材と接合するバッキングプレート面の一部に窪み状の凹部を設け、スパッタリング中に発生した熱による歪みを吸収させることでターゲット材の割れ発生を抑える方法（例えば、特許文献２参照）や、複合酸化物からなる上部主要部層とこの複合酸化物より熱膨張係数が小さい高融点金属からなる下部層とで構成することで耐熱応力割れ性に優れたターゲット材（例えば、特許文献３参照）が提案されているが、いずれもバッキングプレートの構造が複雑になり、製造コストがかかるという問題がある。 In addition, in a target having a structure in which a target material and a backing plate are bonded with a bonding material, a concave portion is provided on a part of the backing plate surface to be bonded to the bonding material to absorb distortion caused by heat generated during sputtering. A method of suppressing the occurrence of cracks in the target material (see, for example, Patent Document 2), or an upper main part layer made of a complex oxide and a lower layer made of a refractory metal having a smaller coefficient of thermal expansion than the complex oxide. Although target materials excellent in heat-resistant stress cracking properties (for example, see Patent Document 3) have been proposed, there is a problem that the structure of the backing plate is complicated and the manufacturing cost is increased.
さらに、焼成工程で得られたＩＧＺＯ焼結体のバルク抵抗をターゲット全体で均一化するため、還元性ガス雰囲気で、１００℃〜８００℃で焼成を行う方法（例えば、特許文献４参照）や、焼成後にＩＧＺＯ焼結体を酸素を含有した酸化雰囲気下で５００℃の温度で２時間保持する方法（例えば、特許文献５参照）が提案されているが、焼成温度が低いことから焼結体内部の応力歪みを取り除くには不十分であった。 Furthermore, in order to make the bulk resistance of the IGZO sintered body obtained in the firing step uniform across the entire target, a method of firing at 100 ° C. to 800 ° C. in a reducing gas atmosphere (for example, see Patent Document 4), A method of holding the IGZO sintered body at a temperature of 500 ° C. for 2 hours in an oxidizing atmosphere containing oxygen after firing has been proposed (for example, see Patent Document 5). It was not enough to remove the stress strain.
本発明の目的は、ターゲット材に残留した応力歪みがなく、高出力で使用しても割れが発生せず、安定して使用できるＩＧＺＯ平板型スパッタリングターゲットおよびその製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide an IGZO flat plate type sputtering target that has no residual stress and strain in the target material, does not crack even when used at a high output, and can be used stably, and a method for manufacturing the same.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、平板型ターゲット材内部に残留した応力歪みがないＩＧＺＯ平板型スパッタリングターゲットを製造するためには、研削加工前の焼結後のターゲット材をアニール加熱することが重要である事を見出した。これにより、高出力で使用しても割れが発生しないＩＧＺＯスパッタリングターゲットおよびその製造方法を見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have produced a sintered IGZO flat plate sputtering target free from stress strain remaining inside the flat target material. It was found that annealing the target material is important. As a result, an IGZO sputtering target that does not crack even when used at a high output and a method for producing the same are found, and the present invention has been completed.
以下、本発明のＩＧＺＯ平板型スパッタリングターゲットについて詳細に説明する。 Hereinafter, the IGZO flat plate type sputtering target of the present invention will be described in detail.
本発明のＩＧＺＯ平板型スパッタリングターゲットは、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、及び亜鉛元素（Ｚｎ）を含む酸化物結晶相を含むＩＧＺＯ焼結体を含んでなることを特徴とする。ＩＧＺＯ焼結体における３元素のモル比については特に制限はないが、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１であることが好ましい。 The IGZO flat plate type sputtering target of the present invention comprises an IGZO sintered body containing an oxide crystal phase containing indium element (In), gallium element (Ga), and zinc element (Zn). Although there is no restriction | limiting in particular about the molar ratio of 3 elements in an IGZO sintered compact, It is preferable that it is In: Ga: Zn = 1: 1: 1.
また、本発明のＩＧＺＯ平板型スパッタリングターゲットは、内部応力歪みが２００μｍ／ｍ以下であり、かつ抗折強度が１００ＭＰａ以上であることを特徴とする。ここで言う内部応力歪みとは、アニール加熱後４０時間以上放置した後のターゲット材料内部に滞留した応力歪みによる、１ｍ当たりのターゲット材料の変形量を示す。さらに、ここで言う抗折強度とは、決められた寸法に切り出された棒状の焼結体を３点曲げ試験で行った破壊強度の値（ＭＰａ）を示す。内部応力歪みが２００μｍ／ｍ以下であり、かつ抗折強度が１００ＭＰａ以上でないと、焼結体の研削加工時に割れが発生し易くなり、高出力ターゲットとして使用した場合、スパッタリング中に発生した熱による歪みが加わり、ターゲット材に割れが発生するなどの問題が発生する。 Further, the IGZO flat plate type sputtering target of the present invention is characterized in that the internal stress strain is 200 μm / m or less and the bending strength is 100 MPa or more. The internal stress strain referred to here indicates the amount of deformation of the target material per meter due to the stress strain retained inside the target material after being left for 40 hours or more after annealing and heating. Furthermore, the bending strength here refers to a value (MPa) of fracture strength obtained by conducting a three-point bending test on a rod-shaped sintered body cut to a predetermined size. If the internal stress strain is 200 μm / m or less and the bending strength is not 100 MPa or more, cracks are likely to occur during grinding of the sintered body, and when used as a high-power target, it is caused by heat generated during sputtering. Distortion is applied, causing problems such as cracks in the target material.
内部応力歪みの測定は、焼結後の研削加工前のターゲット材をアニール加熱し、その後４０時間以上放置した後の応力歪みによる変化量から、１ｍ当たりの変化量とすることで求めることができる。アニール加熱で在留した内部応力が低下していれば、アニール加熱後の放置で内部応力による歪みの発生が抑えられ、歪み変動が少なくなる。また、放置する時間は、歪みによる変動が落ち着くまで４０時間以上は必要である。内部応力歪みの測定は、ひずみゲージで測定することができる。ひずみゲージは、薄い電気絶縁物のベースの上に格子状の抵抗線またはフォトエッチング加工した抵抗泊等の抵抗体を形成し、引出線をつけたもので、これを測定対象物の表面に専用接着剤で接着して測定することが可能である。応力歪みにより測定対象物が伸縮した場合、伸縮に比例して金属（抵抗体）が伸縮し、抵抗値が変化する。この抵抗値変化により応力歪みを測定することができる。また、マイクロメーターやレーザー変位計などの測定器で測定することもできる。 The measurement of internal stress strain can be obtained by annealing the target material before grinding after sintering, and then determining the amount of change per meter from the amount of change due to stress strain after leaving it to stand for 40 hours or more. . If the internal stress stayed by annealing is reduced, the generation of strain due to the internal stress can be suppressed by leaving it after annealing and the strain fluctuation is reduced. Further, it is necessary that the time for leaving is 40 hours or more until the fluctuation due to the distortion is settled. The internal stress strain can be measured with a strain gauge. A strain gauge is a type of resistance wire such as a grid-like resistance wire or a photo-etched resistor stay formed on a thin base of electrical insulation, with a leader wire, which is dedicated to the surface of the object to be measured. It is possible to measure by adhering with an adhesive. When the measurement object expands and contracts due to stress strain, the metal (resistor) expands and contracts in proportion to the expansion and contraction, and the resistance value changes. Stress strain can be measured by this resistance value change. Moreover, it can also measure with measuring instruments, such as a micrometer and a laser displacement meter.
本発明のＩＧＺＯ平板型スパッタリングターゲットは、相対密度が９５％以上であることが好ましく、相対密度が９７％以上であることがより好ましい。ターゲットの相対密度が９５％未満では、ターゲット自体の強度が低下したり、アーキングなどが発生しやすく、成膜時の膜特性が安定しないことがある。 The relative density of the IGZO flat plate type sputtering target of the present invention is preferably 95% or more, and more preferably 97% or more. When the relative density of the target is less than 95%, the strength of the target itself is reduced, arcing or the like is likely to occur, and film characteristics during film formation may not be stable.
本発明のＩＧＺＯ平板型スパッタリングターゲットは、平均結晶粒径が１０μｍ以下の微細な結晶であることが好ましい。平均結晶粒径が１０μｍを超える場合にはアーキングなどが発生しやすく、成膜時の膜特性が安定しないことがある。なお、平均結晶粒径は、ターゲットを所定の大きさに切断後、その断面を研磨してその微細組織を反射型電子顕微鏡で観察して、インターセプト法により算出することが可能である。 The IGZO flat plate type sputtering target of the present invention is preferably a fine crystal having an average crystal grain size of 10 μm or less. When the average crystal grain size exceeds 10 μm, arcing or the like tends to occur, and the film characteristics during film formation may not be stable. The average crystal grain size can be calculated by the intercept method after cutting the target into a predetermined size, polishing the cross section and observing the microstructure with a reflection electron microscope.
次に、本発明の製造方法を工程ごとに詳細に説明する。 Next, the manufacturing method of this invention is demonstrated in detail for every process.
（１）配合工程
原料の配合工程は、本発明の酸化物に含有される金属元素の化合物を混合する必須の工程である。原料としては、酸化インジウムの粉末、酸化ガリウムの粉末、酸化亜鉛の粉末を用いることができる。原料の純度は、通常２Ｎ（９９質量％）以上、好ましくは３Ｎ（９９．９質量％）以上、特に好ましくは４Ｎ（９９．９９質量％）以上である。純度が２Ｎより低いと耐久性が低下したり、液晶側に不純物が入り、焼き付けが起こるおそれがある。
(1) Compounding Process The compounding process of raw materials is an essential process for mixing the metal element compound contained in the oxide of the present invention. As the raw material, indium oxide powder, gallium oxide powder, and zinc oxide powder can be used. The purity of the raw material is usually 2N (99% by mass) or more, preferably 3N (99.9% by mass) or more, particularly preferably 4N (99.99% by mass) or more. If the purity is lower than 2N, the durability may be lowered, or impurities may enter the liquid crystal side and baking may occur.
これらの原料を混合し、通常の混合粉砕機、例えば、湿式ボールミルやビーズミル又は超音波装置を用いて、均一に混合・粉砕することが好ましい。 It is preferable to mix these raw materials and uniformly mix and pulverize them using an ordinary mixing and grinding machine such as a wet ball mill, a bead mill or an ultrasonic device.
（２）仮焼工程
仮焼工程では、上記工程で得た混合物を仮焼する。なお、本工程は必要に応じて設ければよい。仮焼工程においては、５００〜１２００℃で、１〜１００時間の条件で上記の混合物を熱処理することが好ましい。
(2) Calcining step In the calcining step, the mixture obtained in the above step is calcined. In addition, what is necessary is just to provide this process as needed. In the calcination step, the above mixture is preferably heat-treated at 500 to 1200 ° C. for 1 to 100 hours.
（３）成形工程
成形工程は、上述した配合工程で得た混合物（仮焼工程を設けた場合には仮焼物）を加圧成形して成形体とする工程である。この工程により、ターゲットに好適な形状に成形する。仮焼工程を設けた場合には得られた仮焼物の微粉末を造粒した後、プレス成形により所望の形状に成形することができる。成形処理としては、例えば、金型成形、鋳込み成形、射出成形等が挙げられるが、焼結密度の高い焼結体（ターゲット）を得るためには、冷間静水圧（ＣＩＰ）等で成形するのが好ましい。成形体の厚みは５ｍｍ以上であることが好ましい。厚みが５ｍｍ未満であると、成形体が薄いことによる面内部位による焼結時の温度ムラ等が原因となり、焼結した際に所望の結晶型が得られない場合がある。成形体の厚みは６ｍｍ以上がより好ましく、７ｍｍ以上が特に好ましい。
(3) Molding process The molding process is a process of pressure-molding the mixture obtained in the above-described blending process (or calcined product if a calcining process is provided) to form a molded body. By this process, it is formed into a shape suitable for the target. When the calcination step is provided, the obtained calcined fine powder can be granulated and then formed into a desired shape by press molding. Examples of the molding process include mold molding, cast molding, and injection molding. In order to obtain a sintered body (target) having a high sintering density, molding is performed by cold isostatic pressure (CIP) or the like. Is preferred. The thickness of the molded body is preferably 5 mm or more. If the thickness is less than 5 mm, there may be a temperature unevenness during sintering due to the in-plane portion due to the thin molded body, and a desired crystal form may not be obtained when sintered. The thickness of the molded body is more preferably 6 mm or more, and particularly preferably 7 mm or more.
（４）焼結工程
焼結工程は、配合工程で得た混合物（仮焼工程を設けた場合には仮焼物）又は成形工程で得られた成形体を焼成する必須の工程である。焼結は、一般的に電気炉や熱間静水圧（ＨＩＰ）、マイクロ波焼成等によって行うことができる。焼結条件としては、大気雰囲気または酸素ガス雰囲気で、１２００〜１５５０℃において、３０分〜１０時間、より好ましくは１〜５時間焼結する。焼結温度が１２００℃未満であると、ターゲットの密度が上がりにくくなり、焼結に時間がかかり過ぎるおそれがある。一方、１５５０℃を超えると成分の気化により、組成がずれたり、炉を傷めたりするおそれがある。焼結時間が３０分未満であるとターゲットの密度が上がりにくく、１０時間より長いと製造時間がかかり過ぎコストが高くなるため、実用上採用できない。
(4) Sintering step The sintering step is an essential step of firing the mixture obtained in the blending step (or calcined product if a calcining step is provided) or the molded body obtained in the forming step. Sintering can generally be performed by an electric furnace, hot isostatic pressure (HIP), microwave firing, or the like. As sintering conditions, sintering is performed in an air atmosphere or an oxygen gas atmosphere at 1200 to 1550 ° C. for 30 minutes to 10 hours, more preferably 1 to 5 hours. If the sintering temperature is less than 1200 ° C., the density of the target is difficult to increase, and it may take too much time for sintering. On the other hand, if the temperature exceeds 1550 ° C., the composition may shift due to vaporization of the components, or the furnace may be damaged. If the sintering time is less than 30 minutes, it is difficult to increase the density of the target, and if it is longer than 10 hours, it takes too much production time and the cost becomes high, so that it cannot be used practically.
例えば、電気炉で焼成する場合の昇温速度は、クラックが発生しにくい点で１５０℃／時間以下が好ましく、１００℃／時間以下であることがより好ましい。また、焼成時の降温速度は、クラックが発生しにくい点で１５０℃／時間以下が好ましく、１００℃／時間以下であることがより好ましい。なお、昇温や降温は段階的に温度を変化させてもよい。 For example, the rate of temperature increase when firing in an electric furnace is preferably 150 ° C./hour or less, more preferably 100 ° C./hour or less, from the viewpoint that cracks are unlikely to occur. Moreover, the temperature lowering rate at the time of firing is preferably 150 ° C./hour or less, more preferably 100 ° C./hour or less, from the viewpoint that cracks are hardly generated. Note that the temperature may be increased or decreased stepwise.
（５）アニール加熱工程
アニール加熱工程は、研削加工前に９００℃〜１１００℃の温度で１０時間以上行うことが重要である。アニール加熱処理を行うことで、焼結体内部に在留した応力歪みを取り除くことができ、焼結後の応力歪みによるターゲットの反りを低減したり、研削加工の際、応力歪みによる焼成体に割れが発生しにくくなる。さらに、高出力でスパッタ放電した際、ターゲット材に割れが発生しにくくなる。さらに好ましいアニール処理温度は１０００℃〜１１００℃である。なお、アニール加熱処理は、焼結工程において、焼結後の降温工程中に９００℃〜１１００℃の温度で１０時間以上アニール加熱処理を行っても良い。また、アニール加熱温度が１１００℃を超えると、内部応力歪みは取り除くことができるが、結晶粒径が大きくなり、抵折強度が低下する。なお、アニール加熱処理での雰囲気は応力緩和に影響がなく、どの雰囲気でも可能であるが、コスト面から大気雰囲気焼成が好ましい。
(5) Annealing heating process It is important that the annealing heating process is performed at a temperature of 900 ° C. to 1100 ° C. for 10 hours or more before grinding. By performing annealing heat treatment, it is possible to remove the stress strain remaining inside the sintered body, reduce the warpage of the target due to the stress strain after sintering, or crack the fired body due to the stress strain during grinding. Is less likely to occur. Further, when sputtering discharge is performed at a high output, the target material is hardly cracked. A more preferable annealing temperature is 1000 ° C. to 1100 ° C. The annealing heat treatment may be performed in the sintering step at a temperature of 900 ° C. to 1100 ° C. for 10 hours or more during the temperature lowering step after sintering. Further, when the annealing heating temperature exceeds 1100 ° C., the internal stress distortion can be removed, but the crystal grain size increases and the bending strength decreases. Note that the atmosphere in the annealing heat treatment does not affect stress relaxation, and any atmosphere can be used, but air atmosphere baking is preferable from the viewpoint of cost.
（６）研削工程
アニール加熱処理後のＩＧＺＯ酸化物焼結体を必要に応じて所望の形状に研削加工する。研削加工は、上記の酸化物焼結体をスパッタリング装置への装着に適した形状及び所定の表面粗さとなるように旋盤研削盤などで加工を行う。
(6) Grinding process The annealed IGZO oxide sintered body is ground into a desired shape as necessary. Grinding is performed by using a lathe grinder or the like so that the oxide sintered body has a shape suitable for mounting on a sputtering apparatus and a predetermined surface roughness.
（７）ボンディング工程
研削加工後のＩＧＺＯ酸化物焼結体をバッキングプレートへボンディングする。研削加工後のＩＧＺＯ酸化物焼結体の厚みは通常２〜２０ｍｍ、より好ましくは６ｍｍ以上である。また、複数のターゲットを一つのバッキングプレートに取り付け、実質一つのターゲットとしてもよい。
(7) Bonding step The ground IGZO oxide sintered body is bonded to a backing plate. The thickness of the IGZO oxide sintered body after grinding is usually 2 to 20 mm, more preferably 6 mm or more. Further, a plurality of targets may be attached to one backing plate to make a substantially single target.
（８）洗浄工程
ボンディング工程終了後の平板型スパッタリングターゲットを洗浄する。洗浄処理にはエアーブローあるいは流水洗浄等を使用でき、さらに超音波洗浄等を行なうこともできる。
(8) Cleaning process The flat-plate-type sputtering target after the bonding process is cleaned. For the cleaning treatment, air blow or running water cleaning can be used, and ultrasonic cleaning or the like can also be performed.
本発明により、課題であった焼結後の応力歪みによるターゲットの反りによる歩留まり向上や研削加工の際、応力歪みによる焼成体に割れが発生しにくくなる。さらに、高出力でスパッタ放電した際、ターゲット材に割れが発生しにくくなることから、生産性が高く、品質の高いスパッタリングターゲットを得る事ができる。 According to the present invention, cracks are less likely to occur in the fired body due to stress strain when the yield is improved due to warping of the target due to stress strain after sintering, which has been a problem, or during grinding. Furthermore, since it becomes difficult to generate cracks in the target material when sputtering discharge is performed at a high output, a sputtering target with high productivity and high quality can be obtained.
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、本発明で得られたＩＧＺＯ平板型スパッタリングターゲットの評価は以下の通りである。
（内部応力歪み）
ＩＧＺＯ平板型スパッタリングターゲットをアニール加熱後、室温に戻した直後に、ターゲットの中心に東京測器研究所社製の１ゲージ式のひずみゲージ（電気抵抗式）を専用接着剤で固定する。その後、４０時間後に変化したひずみゲージの測定値から内部応力歪みを得ることが出来る。この測定値から単位長さ（１ｍ）当たりの変化量を内部応力歪み（μｍ／ｍ）とした。
（相対密度）
ＩＧＺＯ平板型スパッタリングターゲットを３ｃｍ角に切り出し、それをターゲット密度測定用試料とした。試料の乾燥重量（Ｗ１）、水中で煮沸冷却後の水中重量（Ｗ２）及び包水重量（Ｗ３）とし、密度測定時の温度から算出される水の密度（ρ１）から、（２）式に基づき、かさ密度（ρｂ）を算出した。ＩＧＺＯの真密度を６．３８ｇ／ｃｍ３と、測定方法は、ＪＩＳ規格（Ｒ１６３４）に準拠する方法で実施した。
ρｂ＝Ｗ１／（Ｗ３−Ｗ２）×ρ１ （２）
（抗折強度）
ＪＩＳ規格（Ｒ１６０１）に準拠する方法で測定した。測定条件は以下のとおりとした。
試験方法 ：３点曲げ試験
支点間距離：３０ｍｍ
試料サイズ：３×４×４０ｍｍ
ヘッド速度：０．５ｍｍ／ｍｉｎ
（厚み測定）
平板ターゲットの厚み測定は、ＩＧＺＯ平板型スパッタリングターゲットの厚みをノギスにて５点計測し、その平均値から算出した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention concretely, this invention is not limited to these Examples. In addition, evaluation of the IGZO flat plate type sputtering target obtained by this invention is as follows.
(Internal stress strain)
Immediately after the IGZO flat plate type sputtering target is annealed and returned to room temperature, a 1-gauge strain gauge (electric resistance type) manufactured by Tokyo Sokki Kenkyujo Co., Ltd. is fixed to the center of the target with a special adhesive. Thereafter, the internal stress strain can be obtained from the measured value of the strain gauge changed after 40 hours. From this measured value, the amount of change per unit length (1 m) was defined as internal stress strain (μm / m).
(Relative density)
An IGZO flat plate type sputtering target was cut into a 3 cm square and used as a target density measurement sample. From the density (ρ 1 ) of water calculated from the temperature at the time of density measurement, the dry weight (W1) of the sample, the weight in water after cooling by boiling in water (W2) and the weight of water covered (W3), (2) formula Based on the above, the bulk density (ρ b ) was calculated. The true density of IGZO was 6.38 g / cm 3, and the measurement method was carried out in accordance with the JIS standard (R1634).
ρ b = W1 / (W3-W2) × ρ 1 (2)
(Folding strength)
It measured by the method based on JIS specification (R1601). The measurement conditions were as follows.
Test method: 3-point bending test fulcrum distance: 30 mm
Sample size: 3x4x40mm
Head speed: 0.5 mm / min
(Thickness measurement)
The thickness measurement of the flat plate target was performed by measuring the thickness of the IGZO flat plate type sputtering target at five points with a caliper and calculating the average value.
実施例１
（１）酸化物焼結体の作製
出発原料として、Ｉｎ２Ｏ３（純度４Ｎ）、Ｇａ２Ｏ３（純度４Ｎ）及びＺｎＯ（純度４Ｎ）を使用した。これらの原料を、金属元素のモル比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１になるように秤量し、乾式媒体攪拌ミルを使用して混合粉砕した。なお、乾式媒体攪拌ミル媒体には１０ｍｍφの鉄芯入りナイロンボールを使用した。混合粉砕後、得られた混合粉末を金型に充填しプレス機にて加圧成形し、さらに、冷間静水圧（ＣＩＰ）で２０００ｋｇ／ｃｍ２の条件で成形体を作製した。その後、電気炉にて焼結した。焼結条件は以下のとおりとした。
昇温速度 ：１００℃／時間
焼結温度 ：１４５０℃
焼結時間 ：２時間
焼結雰囲気：大気
降温速度 ：１００℃／時間
（２）スパッタリングターゲットの作製
焼結後、研削加工前に大気中で１０００℃の温度で１０時間アニール加熱処理を行った。４０時間後、焼結体の内部応力歪みを測定したところ、１８０μｍ／ｍであり、抵折強度は１２０ＭＰａであった。また、この時の相対密度は９７％、平均結晶粒径は８μｍであった。その後、研削機で表面粗さＲａ５μｍ以下、厚み７ｍｍ、３００ｍｍ×３００ｍｍのターゲット材とした。この時、ターゲット材に歪みや割れの発生はなかった。次に、表面をエアーブローし、周波数２００ｋＨｚの周波数で３分間超音波洗浄した後、ターゲット材をインジウム半田にて無酸素銅製のバッキングププレートにボンディングしてターゲットとした。
Example 1
(1) Preparation of oxide sintered body In 2 O 3 (purity 4N), Ga 2 O 3 (purity 4N) and ZnO (purity 4N) were used as starting materials. These raw materials were weighed so that the molar ratio of metal elements was In: Ga: Zn = 1: 1: 1, and mixed and ground using a dry medium stirring mill. In addition, a nylon ball with a core of 10 mmφ was used as a dry medium stirring mill medium. After mixing and pulverizing, the obtained mixed powder was filled into a mold and pressure-molded with a press machine, and a molded body was produced under conditions of 2000 kg / cm 2 with cold isostatic pressure (CIP). Then, it sintered with the electric furnace. The sintering conditions were as follows.
Temperature increase rate: 100 ° C / hour Sintering temperature: 1450 ° C
Sintering time: 2 hours Sintering atmosphere: Air temperature drop rate: 100 ° C./hour (2) Production of sputtering target After sintering, annealing treatment was performed in air at a temperature of 1000 ° C. for 10 hours before grinding. After 40 hours, the internal stress strain of the sintered body was measured and found to be 180 μm / m and the bending strength was 120 MPa. At this time, the relative density was 97%, and the average crystal grain size was 8 μm. Then, it was set as the target material of surface roughness Ra5micrometer or less, thickness 7mm, and 300mmx300mm with the grinder. At this time, there was no distortion or cracking in the target material. Next, the surface was air blown and ultrasonically cleaned at a frequency of 200 kHz for 3 minutes, and then the target material was bonded to a backing plate made of oxygen-free copper with indium solder to obtain a target.
製造したターゲットをＤＣスパッタ成膜装置に装着し、０．４ＰａのＡｒ雰囲気下で、２ｋＷにて５０時間連続スパッタを行った結果、ターゲット表面にはほとんどノジュールの発生はなく、成膜時に異常放電もほとんど発生しなかった。ターゲット表面の割れもなかった。 As a result of mounting the manufactured target on a DC sputter deposition system and performing continuous sputtering for 50 hours at 2 kW in an Ar atmosphere of 0.4 Pa, almost no nodules are generated on the target surface, and abnormal discharge occurs during film formation. Hardly occurred. There was no crack on the target surface.
実施例２
実施例１と同様の方法で酸化物焼結体を作製した後、研削加工前に大気中で９００℃の温度で２０時間アニール加熱処理を行った。４０時間後、焼結体の内部応力歪みを測定したところ、１２０μｍ／ｍであり、抵折強度は１３０ＭＰａであった。また、この時の相対密度は９７％、平均結晶粒径は８μｍであった。作製したターゲット表面には割れはなかった。洗浄後、実施例１と同様にバッキングプレートにボンディングした後、実施例１と同様の条件でスパッタを行った結果、ターゲット表面にはほとんどノジュールの発生はなく、成膜時に異常放電もほとんど発生しなかった。ターゲット表面の割れもなかった。
Example 2
After producing the oxide sintered body by the same method as in Example 1, annealing treatment was performed in the atmosphere at a temperature of 900 ° C. for 20 hours before grinding. After 40 hours, when the internal stress strain of the sintered body was measured, it was 120 μm / m, and the bending strength was 130 MPa. At this time, the relative density was 97%, and the average crystal grain size was 8 μm. There was no crack in the produced target surface. After cleaning, after bonding to the backing plate in the same manner as in Example 1, sputtering was performed under the same conditions as in Example 1. As a result, almost no nodules were generated on the target surface, and abnormal discharge was also generated during film formation. There wasn't. There was no crack on the target surface.
実施例３
実施例１と同様の方法で酸化物焼結体を作製した後、研削加工前に大気中で１１００℃の温度で１０時間アニール加熱処理を行った。４０時間後、焼結体の内部応力歪みを測定したところ、１２０μｍ／ｍであり、抵折強度は１３０ＭＰａであった。また、この時の相対密度は９７％、平均結晶粒径は８μｍであった。作製したターゲット表面には割れはなかった。洗浄後、実施例１と同様にバッキングプレートにボンディングした後、実施例１と同様の条件でスパッタを行った結果、ターゲット表面にはほとんどノジュールの発生はなく、成膜時に異常放電もほとんど発生しなかった。ターゲット表面の割れもなかった。
Example 3
After producing the oxide sintered body by the same method as in Example 1, annealing treatment was performed at 1100 ° C. for 10 hours in the air before grinding. After 40 hours, when the internal stress strain of the sintered body was measured, it was 120 μm / m, and the bending strength was 130 MPa. At this time, the relative density was 97%, and the average crystal grain size was 8 μm. There was no crack in the produced target surface. After cleaning, after bonding to the backing plate in the same manner as in Example 1, sputtering was performed under the same conditions as in Example 1. As a result, almost no nodules were generated on the target surface, and abnormal discharge was also generated during film formation. There wasn't. There was no crack on the target surface.
実施例４
焼結後の降温工程中に大気中で１０００℃の温度で１０時間アニール加熱処理を行ったこと以外は、実施例１と同様の方法で酸化物焼結体を作製した。４０時間後、焼結体の内部応力歪みを測定したところ、１８０μｍ／ｍであり、抵折強度は１２０ＭＰａであった。また、この時の相対密度は９７％、平均結晶粒径は８μｍであった。作製したターゲット表面には割れはなかった。洗浄後、実施例１と同様にバッキングプレートにボンディングした後、実施例１と同様の条件でスパッタを行った結果、ターゲット表面にはほとんどノジュールの発生はなく、成膜時に異常放電もほとんど発生しなかった。ターゲット表面の割れもなかった。
Example 4
An oxide sintered body was produced in the same manner as in Example 1 except that the annealing heat treatment was performed in the atmosphere at a temperature of 1000 ° C. for 10 hours during the temperature lowering step after sintering. After 40 hours, the internal stress strain of the sintered body was measured and found to be 180 μm / m and the bending strength was 120 MPa. At this time, the relative density was 97%, and the average crystal grain size was 8 μm. There was no crack in the produced target surface. After cleaning, after bonding to the backing plate in the same manner as in Example 1, sputtering was performed under the same conditions as in Example 1. As a result, almost no nodules were generated on the target surface, and abnormal discharge was also generated during film formation. There wasn't. There was no crack on the target surface.
実施例５
焼結条件を以下のとおりとした以外、実施例１と同様の方法で酸化物焼結体を作製した後、研削加工前に大気中で１０００℃の温度で１０時間アニール加熱処理を行った。４０時間後、焼結体の内部応力歪みを測定したところ、１８０μｍ／ｍであり、抵折強度は１１０ＭＰａであった。また、この時の相対密度は９５％、平均結晶粒径は６μｍであった。作製したターゲット表面には割れはなかった。洗浄後、実施例１と同様にバッキングプレートにボンディングした後、実施例１と同様の条件でスパッタを行った結果、ターゲット表面にはほとんどノジュールの発生はなく、成膜時に異常放電もほとんど発生しなかった。ターゲット表面の割れもなかった。
昇温速度 ：１００℃／時間
焼結温度 ：１３５０℃
焼結時間 ：２時間
焼結雰囲気：大気
降温速度 ：１００℃／時間
比較例１
実施例１と同様の方法で酸化物焼結体を作製した後、研削加工前に大気中で１０００℃の温度で５時間アニール加熱処理を行った。４０時間後、焼結体の内部応力歪みを測定したところ、２２０μｍ／ｍであり、抵折強度は９０ＭＰａであった。また、この時の相対密度は９７％、平均結晶粒径は８μｍであった。作製したターゲット表面には割れはなかった。洗浄後、実施例１と同様にバッキングプレートにボンディングした後、実施例１と同様の条件でスパッタを行った結果、ターゲット表面にはほとんどノジュールの発生はなかったが、成膜時に異常放電が発生し、ターゲット表面の割れが認められた。
Example 5
An oxide sintered body was produced in the same manner as in Example 1 except that the sintering conditions were as follows, and then annealed at 1000 ° C. for 10 hours in the air before grinding. After 40 hours, when the internal stress strain of the sintered body was measured, it was 180 μm / m, and the bending strength was 110 MPa. The relative density at this time was 95%, and the average crystal grain size was 6 μm. There was no crack in the produced target surface. After cleaning, after bonding to the backing plate in the same manner as in Example 1, sputtering was performed under the same conditions as in Example 1. As a result, almost no nodules were generated on the target surface, and abnormal discharge was also generated during film formation. There wasn't. There was no crack on the target surface.
Temperature increase rate: 100 ° C / hour Sintering temperature: 1350 ° C
Sintering time: 2 hours Sintering atmosphere: Air temperature drop rate: 100 ° C./hour Comparative Example 1
After producing the oxide sintered body by the same method as in Example 1, annealing treatment was performed in the atmosphere at 1000 ° C. for 5 hours before grinding. After 40 hours, when the internal stress strain of the sintered body was measured, it was 220 μm / m, and the bending strength was 90 MPa. At this time, the relative density was 97%, and the average crystal grain size was 8 μm. There was no crack in the produced target surface. After cleaning, after bonding to the backing plate in the same manner as in Example 1, sputtering was performed under the same conditions as in Example 1. As a result, almost no nodules were generated on the target surface, but abnormal discharge occurred during film formation. Then, cracks in the target surface were observed.
比較例２
実施例１と同様の方法で酸化物焼結体を作製した後、研削加工前に大気中で８００℃の温度で２０時間アニール加熱処理を行った。４０時間後、焼結体の内部応力歪みを測定したところ、２５０μｍ／ｍであり、抵折強度は８０ＭＰａであった。また、この時の相対密度は９７％、平均結晶粒径は８μｍであった。作製したターゲット表面には割れはなかった。洗浄後、実施例１と同様にバッキングプレートにボンディングした後、実施例１と同様の条件でスパッタを行った結果、ターゲット表面にはほとんどノジュールの発生はなかったが、成膜時に異常放電が発生し、ターゲット表面の割れが認められた。
Comparative Example 2
After producing the oxide sintered body by the same method as in Example 1, annealing treatment was performed in the atmosphere at a temperature of 800 ° C. for 20 hours before grinding. After 40 hours, when the internal stress strain of the sintered body was measured, it was 250 μm / m, and the bending strength was 80 MPa. At this time, the relative density was 97%, and the average crystal grain size was 8 μm. There was no crack in the produced target surface. After cleaning, after bonding to the backing plate in the same manner as in Example 1, sputtering was performed under the same conditions as in Example 1. As a result, almost no nodules were generated on the target surface, but abnormal discharge occurred during film formation. Then, cracks in the target surface were observed.
比較例３
実施例１と同様の方法で酸化物焼結体を作製した後、研削加工前に大気中で１２００℃の温度で１５時間アニール加熱処理を行った。４０時間後、焼結体の内部応力歪みを測定したところ、８０μｍ／ｍであり、抵折強度は８０ＭＰａであった。また、この時の相対密度は９８％、平均結晶粒径は１２μｍであった。作製したターゲット表面には割れはなかった。洗浄後、実施例１と同様にバッキングプレートにボンディングした後、実施例１と同様の条件でスパッタを行った結果、ターゲット表面にはノジュールの発生が認められ、成膜時に異常放電が発生し、ターゲット表面の割れが認められた。
Comparative Example 3
After producing the oxide sintered body by the same method as in Example 1, annealing treatment was performed at 1200 ° C. for 15 hours in the air before grinding. After 40 hours, when the internal stress strain of the sintered body was measured, it was 80 μm / m, and the bending strength was 80 MPa. At this time, the relative density was 98%, and the average crystal grain size was 12 μm. There was no crack in the produced target surface. After cleaning, after bonding to the backing plate in the same manner as in Example 1, sputtering was performed under the same conditions as in Example 1. As a result, generation of nodules was observed on the target surface, and abnormal discharge occurred during film formation. Cracks on the target surface were observed.
比較例４
アニール加熱処理を実施しなかったこと以外、実施例１と同条件でターゲットの作製を行ったところ、研削加工時にターゲット材に割れが発生した。内部応力歪みを測定したところ、３００μｍ／ｍであった。
Comparative Example 4
When the target was produced under the same conditions as in Example 1 except that the annealing heat treatment was not performed, cracks occurred in the target material during grinding. When the internal stress strain was measured, it was 300 μm / m.
本発明のＩＧＺＯ平板スパッタリングターゲットは、ノートパソコンや携帯電話の表示素子に使用される薄膜トランジスタを安定に作製可能な平板型スパッタリングターゲットを提供することができる。 The IGZO flat plate sputtering target of the present invention can provide a flat plate sputtering target capable of stably producing a thin film transistor used for a display element of a notebook computer or a mobile phone.
１ ＩＧＺＯ酸化物ターゲット材
２ ボンディング材
３ バッキングプレート
1 IGZO
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012268395A JP2014114473A (en) | 2012-12-07 | 2012-12-07 | Flat plate type sputtering target and production method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012268395A JP2014114473A (en) | 2012-12-07 | 2012-12-07 | Flat plate type sputtering target and production method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014114473A true JP2014114473A (en) | 2014-06-26 |
Family
ID=51170792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012268395A Pending JP2014114473A (en) | 2012-12-07 | 2012-12-07 | Flat plate type sputtering target and production method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2014114473A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016027540A1 (en) * | 2014-08-22 | 2016-02-25 | 三井金属鉱業株式会社 | Target material, target material manufacturing method, and board-like target |
| US10047012B2 (en) | 2015-03-23 | 2018-08-14 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | Oxide sintered compact and sputtering target formed from said oxide sintered compact |
| US10161031B2 (en) | 2015-02-27 | 2018-12-25 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | Oxide sintered compact and sputtering target formed from said oxide sintered compact |
| CN113233888A (en) * | 2021-04-27 | 2021-08-10 | 先导薄膜材料（广东）有限公司 | Method for preparing IGZO target material by recycling IGZO waste biscuit |
-
2012
- 2012-12-07 JP JP2012268395A patent/JP2014114473A/en active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016027540A1 (en) * | 2014-08-22 | 2016-02-25 | 三井金属鉱業株式会社 | Target material, target material manufacturing method, and board-like target |
| CN106460163A (en) * | 2014-08-22 | 2017-02-22 | 三井金属矿业株式会社 | Target material, target material manufacturing method, and board-like target |
| JPWO2016027540A1 (en) * | 2014-08-22 | 2017-06-01 | 三井金属鉱業株式会社 | Target material, target material manufacturing method and flat target |
| US10161031B2 (en) | 2015-02-27 | 2018-12-25 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | Oxide sintered compact and sputtering target formed from said oxide sintered compact |
| US10047012B2 (en) | 2015-03-23 | 2018-08-14 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | Oxide sintered compact and sputtering target formed from said oxide sintered compact |
| CN113233888A (en) * | 2021-04-27 | 2021-08-10 | 先导薄膜材料（广东）有限公司 | Method for preparing IGZO target material by recycling IGZO waste biscuit |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2014105383A (en) | Cylindrical type sputtering target and manufacturing method of the same | |
| JP5205696B2 (en) | Gallium oxide based sintered body and method for producing the same | |
| CN105981132B (en) | The operation substrate and semiconductor composite substrate of semiconductor composite substrate | |
| TWI786060B (en) | Novel garnet compound, sintered body and sputtering target containing it | |
| JP2014114473A (en) | Flat plate type sputtering target and production method thereof | |
| WO2019189377A1 (en) | Aluminum nitride sheet | |
| CN103184419A (en) | Production method of aluminum-neodymium alloy target material | |
| TW201237200A (en) | Indium target and method for manufacturing same | |
| JP2021038143A (en) | Oxide sintered body, sputtering target, oxide semiconductor film and thin film transistor | |
| TWI491580B (en) | Tablet for vapor depositing and method for producing the same | |
| JP6285076B2 (en) | Oxide sintered body and sputtering target comprising the oxide sintered body | |
| CN107709270A (en) | Oxidate sintered body | |
| TWI778964B (en) | Oxide sintered body and sputtering target | |
| JP5292130B2 (en) | Sputtering target | |
| JP6731147B2 (en) | Oxide sputtering target material | |
| JP2019038720A (en) | Method of producing sintered body of cesium tungsten oxide, sintered body of cesium tungsten oxide, and oxide target | |
| JP7086080B2 (en) | Oxide sintered body and sputtering target | |
| CN109071361A (en) | Oxidate sintered body and sputtering target and its manufacturing method | |
| CN109071356A (en) | Oxidate sintered body and sputtering target and their manufacturing method | |
| JP6722736B2 (en) | Sintered body and sputtering target | |
| TWI737829B (en) | Oxide sintered body and sputtering target | |
| JPH07315915A (en) | Orientated alumina sintered compact | |
| TW201638364A (en) | ITO sputtering target material | |
| JP5754093B2 (en) | Zinc oxide sintered body, manufacturing method thereof, sputtering target, and manufacturing method of transparent film | |
| JPH10237636A (en) | Target essentially consisting of mgo and its production |