JP2015214437A - Oxide sintered body and sputtering target - Google Patents

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太 宇都野
Futoshi Utsuno
太 宇都野
恒太 寺井
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恒太 寺井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an In-Sn-Zn oxide-based sintered body which is suppressed non-sputtering during sputtering and reduced in cracking.SOLUTION: An oxide sintered body contains In, Sn and Zn, includes at least one of a HfOphase and a ZrOphase and has an average particle size of the HfOphase and the ZrOphase of 10 μm or smaller.

Description

本発明は、酸化物焼結体、及びそれからなるスパッタリングターゲットに関する。   The present invention relates to an oxide sintered body and a sputtering target comprising the same.

酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲットを使用して形成される酸化物膜は、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置等の透明電極、薄膜トランジスタ(TFT)の半導体層等に使用されている。
酸化物焼結体スパッタリングターゲットでは、その抵抗値が低いと、高抵抗であるリデポ膜(再付着膜)と低抵抗であるターゲットとの抵抗差によりノジュールが発生しやすくなり、その結果、アーキングが発生しやくなる。火の玉放電のようなアーキングが発生すると、ターゲットが割れるおそれがある。割れたターゲットでスパッタリング放電を行うと、割れ部分で発生するアーキングにより、均質な酸化物膜ができなくなるため、歩留り低下の原因となる。
An oxide film formed using a sputtering target made of an oxide sintered body is used for a transparent electrode such as a liquid crystal display device or an organic electroluminescence display device, a semiconductor layer of a thin film transistor (TFT), or the like.
In the oxide sintered sputtering target, when the resistance value is low, nodule is likely to be generated due to the difference in resistance between the high-deposition redeposition film (reattachment film) and the low-resistance target. It tends to occur. If arcing such as fireball discharge occurs, the target may break. When sputtering discharge is performed with a cracked target, a uniform oxide film cannot be formed due to arcing generated at the cracked portion, which causes a decrease in yield.

特に、In−Sn−Zn酸化物系焼結体は、焼成が容易であるため結晶相の粒子径が大きくなりやすく、また、抵抗値が小さい。ノジュールが発生した場合、結晶相が大きいと割れが一気に進行するため、ターゲットに亀裂や割れが発生しやすい。
In−Sn−Zn酸化物系焼結体について、例えば、特許文献1〜4を参照できる。
In particular, since the In—Sn—Zn oxide-based sintered body is easy to be fired, the particle diameter of the crystal phase tends to be large, and the resistance value is small. In the case where nodules are generated, if the crystal phase is large, cracks progress at a stretch, and therefore, cracks and cracks are likely to occur in the target.
For the In-Sn-Zn oxide-based sintered body, for example, Patent Documents 1 to 4 can be referred to.

特許第4846726号Japanese Patent No. 4846726 特許第4960244号Patent No. 4960244 特許第5188182号Patent No. 5188182 国際公開WO2012/067036International Publication WO2012 / 067036

本発明の目的は、スパッタリング時のアーキングを抑制し、割れの少ないIn−Sn−Zn酸化物系焼結体を提供することである。   An object of the present invention is to provide an In—Sn—Zn oxide-based sintered body that suppresses arcing during sputtering and has few cracks.

本発明者らは、In−Sn−Zn酸化物系焼結体中にHfO又はZrOを形成させることにより、結晶相の粒成長を抑制できることを見出し、本発明を完成させた。また、焼結体の過度な低抵抗化を抑制できることを見出した。
本発明によれば、以下の酸化物焼結体等が提供される。
1.In、Sn及びZnの各元素を含み、
HfO相又はZrO相の少なくとも一方を有し、
前記HfO相及びZrO相の平均粒子径が10μm以下であることを特徴とする酸化物焼結体。
2.全結晶相の平均粒子径が10μm以下であることを特徴とする1に記載の酸化物焼結体。
3.前記HfO相及びZrO相に、In又はSnの少なくとも一方の元素が固溶していることを特徴とする1又は2に記載の酸化物焼結体。
4.さらに、In相、ZnSnO相、及びZnSnO相、In・(ZnO)(mは1以上の整数である。)相から選択される相の少なくとも1つを含むことを特徴とする1乃至3のいずれかに記載の酸化物焼結体。
5.相対密度が95%以上であることを特徴とする1乃至4のいずれかに記載の酸化物焼結体。
6.抵抗値が2mΩ以上100mΩcm以下であることを特徴とする1乃至5のいずれかに記載の酸化物焼結体。
7.In、Sn、Zn、Hf及びZrの原子比が下記式(1)〜(4)を満たすことを特徴とする、1乃至6のいずれかに記載の酸化物焼結体。
0.20≦In/(In+Sn+Zn+X)≦0.70 (1)
0.01≦Sn/(In+Sn+Zn+X)≦0.40 (2)
0.01≦Zn/(In+Sn+Zn+X)≦0.60 (3)
0.002≦X/(In+Sn+Zn+X)≦0.25 (4)
(式中、Xは、Hf又はZrの少なくとも一方の元素を示す。)
8.上記1乃至7のいずれかに記載の酸化物焼結体を加工してなることを特徴とするスパッタリングターゲット。
9.上記8に記載のスパッタリングターゲットを用いて成膜されたことを特徴とする酸化物薄膜。
10.アモルファス膜であることを特徴とする9に記載の酸化物薄膜。
11.上記9又は10に記載の酸化物薄膜をチャネル層として有することを特徴とする薄膜トランジスタ。
The present inventors have found that the grain growth of the crystal phase can be suppressed by forming HfO 2 or ZrO 2 in the In—Sn—Zn oxide-based sintered body, and completed the present invention. It has also been found that excessive reduction in resistance of the sintered body can be suppressed.
According to the present invention, the following oxide sintered bodies and the like are provided.
1. Including each element of In, Sn and Zn,
Having at least one of HfO 2 phase or ZrO 2 phase,
The oxide sintered body, wherein the HfO 2 phase and the ZrO 2 phase have an average particle size of 10 μm or less.
2. 2. The oxide sintered body according to 1, wherein the average particle diameter of all crystal phases is 10 μm or less.
3. 3. The oxide sintered body according to 1 or 2, wherein at least one element of In or Sn is dissolved in the HfO 2 phase and the ZrO 2 phase.
4). Further, at least one of phases selected from an In 2 O 3 phase, a Zn 2 SnO 4 phase, a ZnSnO 3 phase, and an In 2 O 3. (ZnO) m (m is an integer of 1 or more) phase. The oxide sintered body according to any one of 1 to 3, wherein the oxide sintered body is included.
5. 5. The oxide sintered body according to any one of 1 to 4, wherein the relative density is 95% or more.
6). 6. The oxide sintered body according to any one of 1 to 5, wherein the resistance value is 2 mΩ or more and 100 mΩcm or less.
7). The oxide sintered body according to any one of 1 to 6, wherein an atomic ratio of In, Sn, Zn, Hf, and Zr satisfies the following formulas (1) to (4):
0.20 ≦ In / (In + Sn + Zn + X) ≦ 0.70 (1)
0.01 ≦ Sn / (In + Sn + Zn + X) ≦ 0.40 (2)
0.01 ≦ Zn / (In + Sn + Zn + X) ≦ 0.60 (3)
0.002 ≦ X / (In + Sn + Zn + X) ≦ 0.25 (4)
(In the formula, X represents at least one element of Hf or Zr.)
8). 8. A sputtering target obtained by processing the oxide sintered body according to any one of 1 to 7 above.
9. 9. An oxide thin film formed using the sputtering target according to 8 above.
10. 10. The oxide thin film according to 9, which is an amorphous film.
11. 11. A thin film transistor comprising the oxide thin film according to 9 or 10 as a channel layer.

本発明によれば、スパッタリング時のアーキングを抑制し、割れの少ないIn−Sn−Zn酸化物系焼結体を提供できる。その結果、安定したスパッタリングができるターゲットを提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the arcing at the time of sputtering can be suppressed and the In-Sn-Zn oxide type sintered compact with few cracks can be provided. As a result, a target capable of stable sputtering can be provided.

実施例1で作製した酸化物焼結体のX線回折パターンである。2 is an X-ray diffraction pattern of an oxide sintered body produced in Example 1. FIG. 実施例1で作製した酸化物焼結体の断面のSEM写真である。2 is a SEM photograph of a cross section of an oxide sintered body produced in Example 1. SEM−EDSにより、図2のSEM写真の視野におけるZr原子の分布状態を示した図である。It is the figure which showed the distribution state of Zr atom in the visual field of the SEM photograph of FIG. 2 by SEM-EDS. 図2のSEM写真に示した矢印部の相のEDSスペクトルである。It is an EDS spectrum of the phase of the arrow part shown in the SEM photograph of FIG. 実施例6で作製した酸化物焼結体の断面のSEM写真である。7 is a SEM photograph of a cross section of an oxide sintered body produced in Example 6. SEM−EDSにより、図5のSEM写真の視野におけるHf原子の分布状態を示した図である。It is the figure which showed the distribution state of the Hf atom in the visual field of the SEM photograph of FIG. 5 by SEM-EDS. 図5のSEM写真に示した矢印部の相のEDSスペクトルである。It is an EDS spectrum of the phase of the arrow part shown in the SEM photograph of FIG.

本発明の酸化物焼結体は、In、Sn及びZnの各元素を含み、かつ、HfO相又はZrO相の少なくとも一方を有する。そして、HfO相及びZrO相の平均粒子径が10μm以下であることを特徴とする。
HfO相及びZrO相が、平均粒子径10μm以下で焼結体中に分散していることにより、各相の粒成長を抑制する(ピニング効果)。これにより、焼結体内に形成される各相の粒子径を小さくできる。その結果、焼結体の強度を増すことができる。また、長いクラックの発生を抑制できるため、ターゲットの割れを抑制できる。
The oxide sintered body of the present invention contains each element of In, Sn, and Zn, and has at least one of an HfO 2 phase or a ZrO 2 phase. Then, wherein the average particle size of the HfO 2 phase and ZrO 2 phase is 10μm or less.
The HfO 2 phase and the ZrO 2 phase are dispersed in the sintered body with an average particle size of 10 μm or less, thereby suppressing grain growth of each phase (pinning effect). Thereby, the particle diameter of each phase formed in a sintered compact can be made small. As a result, the strength of the sintered body can be increased. Moreover, since generation | occurrence | production of a long crack can be suppressed, the crack of a target can be suppressed.

酸化物焼結体がHfO相又はZrO相を有することは、X線回折法により確認できる。
尚、Hf又はZrの一部はホモロガス相や他の結晶相に固溶していてもよくその他の化合物となっていてもよい。
It can be confirmed by an X-ray diffraction method that the oxide sintered body has an HfO 2 phase or a ZrO 2 phase.
A part of Hf or Zr may be dissolved in the homologous phase or other crystal phase or may be another compound.

酸化物焼結体に存在する相(粒子)に含まれる元素は、走査型電子顕微鏡及びエネルギー分散型X線分光装置(SEM−EDS)で特定する。具体的には、鏡面研磨した焼結体を、SEMで観察することにより粒子の位置及び形状を確認し、各粒子について、EDSにより粒子に含まれる元素を特定する。   The elements contained in the phase (particles) present in the oxide sintered body are specified by a scanning electron microscope and an energy dispersive X-ray spectrometer (SEM-EDS). Specifically, the position and shape of the particles are confirmed by observing a mirror-polished sintered body with an SEM, and the elements contained in the particles are identified by EDS for each particle.

HfO相及びZrO相の平均粒子径は、10μm以下である。5μm以下であることが好ましく、特に、3μm以下であることが好ましい。平均粒子径が10μm以下であれば、焼結体内の粒子径を抑制する効果を得やすい。その結果、粒子間にクラックが発生してもその長さが短いため、焼結体の割れを抑制できる。 The average particle size of the HfO 2 phase and the ZrO 2 phase is 10 μm or less. It is preferably 5 μm or less, and particularly preferably 3 μm or less. If the average particle size is 10 μm or less, it is easy to obtain the effect of suppressing the particle size in the sintered body. As a result, even if cracks occur between the particles, the length is short, so that the sintered body can be prevented from cracking.

本発明では、焼結体内に形成される全結晶相の平均粒子径が10μm以下であることが好ましい。さらに5μm以下であることが好ましく、特に、3μm以下であることが好ましい。平均粒子径が10μm以下であれば、粒子間にクラックが発生してもその長さが短いため、焼結体の割れを抑制できる。   In the present invention, the average particle diameter of all crystal phases formed in the sintered body is preferably 10 μm or less. Furthermore, it is preferable that it is 5 micrometers or less, and it is especially preferable that it is 3 micrometers or less. If the average particle diameter is 10 μm or less, even if cracks occur between the particles, the length is short, so that cracking of the sintered body can be suppressed.

各相の平均粒子径は、鏡面研磨した焼結体を、走査型電子顕微鏡(SEM)により観察して測定する。焼結体の表面の形状が円形の場合、円に内接する正方形を等面積に16分割し、また、焼結体の表面の形状が四角形の場合には、表面を等面積に16分割して、それぞれ16個のサンプルを作成して測定する。測定の詳細は、実施例に示す。   The average particle diameter of each phase is measured by observing a mirror-polished sintered body with a scanning electron microscope (SEM). When the shape of the surface of the sintered body is circular, the square inscribed in the circle is divided into 16 equal areas, and when the surface shape of the sintered body is square, the surface is divided into 16 equal areas. Each of 16 samples is prepared and measured. Details of the measurement are given in the examples.

尚、酸化物焼結体に添加物を加える方法は知られているが、本発明のように、焼結体中の割れを低減するために、焼結体内の粒界を制御し、放電安定性を向上するという考えはなかった。   In addition, although the method of adding an additive to oxide sintered compact is known, in order to reduce the crack in a sintered compact like this invention, the grain boundary in a sintered compact is controlled, discharge stability There was no idea of improving sex.

本発明では、HfO相及び/又はZrO相に、In又はSnの少なくとも一方の元素が固溶していてもよい。Inが固溶すると抵抗値が適度に低くなるため、HfO相及びZrO相の偏析によるアーキングが抑制できる。
In又はSnが固溶していることは、SEM−EDSで確認できる。
In the present invention, at least one element of In or Sn may be dissolved in the HfO 2 phase and / or the ZrO 2 phase. When In is dissolved, the resistance value is appropriately reduced, and therefore arcing due to segregation of the HfO 2 phase and the ZrO 2 phase can be suppressed.
It can be confirmed by SEM-EDS that In or Sn is dissolved.

本発明の酸化物焼結体では、上記相の他に、さらに、In相、ZnSnO相、ZnSnO相、及びIn・(ZnO)(mは1以上の整数である。)相から選択される相の少なくとも1つを含んでいてもよい。Inの原子比が高い場合、Inが多い領域ではIn相が含まれる。この場合、In相にHf又はZrの一部が固溶していてもよい。固溶した場合、In相の抵抗値が低下し、ターゲット抵抗値が適切な値になりやすいため、より安定なスパッタリング放電が可能である。
焼結体が上記の各相を含有することは、X線回折法により確認できる。具体的には、X線回折結果をICDD(International Centre for Diffraction Data)カードと照合することにより確認できる。In相は、例えば、ICDDカードNo.6−416のパターンを示す。ZnSnO相は、ICDDカードNo.24−1740のパターンを示す。ZnSnO相は、ICDDカードNo.77−4192のパターンを示す。In・(ZnO)は、例えば、m=2,3,4,5,8の場合は、それぞれICDDカードNo.20−1442、No.20−1439、No.20−1438、No.20−1440、No.1441のパターンを示す。
In the oxide sintered body of the present invention, in addition to the above phases, an In 2 O 3 phase, a Zn 2 SnO 4 phase, a ZnSnO 3 phase, and In 2 O 3. (ZnO) m (m is 1 or more) It may be an integer.) It may contain at least one of the phases selected from the phases. When the atomic ratio of In is high, an In 2 O 3 phase is included in a region where In is large. In this case, a part of Hf or Zr may be dissolved in the In 2 O 3 phase. When dissolved, the resistance value of the In 2 O 3 phase decreases and the target resistance value tends to be an appropriate value, so that more stable sputtering discharge is possible.
It can be confirmed by an X-ray diffraction method that the sintered body contains each of the above phases. Specifically, it can be confirmed by comparing the X-ray diffraction result with an ICDD (International Center for Diffraction Data) card. The In 2 O 3 phase is, for example, an ICDD card No. 6-416 pattern is shown. The Zn 2 SnO 4 phase is the ICDD card no. The pattern of 24-1740 is shown. The ZnSnO 3 phase is ICDD card no. 77-4192 is shown. In 2 O 3. (ZnO) m is, for example, in the case of m = 2, 3, 4, 5, 8, respectively, the ICDD card No. 20-1442, no. 20-1439, no. 20-1438, no. 20-1440, no. 1441 patterns are shown.

HfO相及びZrO相は、単斜晶系であることが好ましい。これにより、焼結体中の分散性をあげることができる。
単斜晶系であることは、X線回折法により確認できる。
The HfO 2 phase and the ZrO 2 phase are preferably monoclinic. Thereby, the dispersibility in a sintered compact can be raised.
The monoclinic system can be confirmed by an X-ray diffraction method.

酸化物焼結体の相対密度は95%以上であることが好ましく、97%以上がより好ましく、98%以上が特に好ましい。95%以上だとターゲットが割れにくく、異常放電をより抑制することができる。
相対密度は、アルキメデス法により測定した実測密度を原料の真密度の相加平均から算出される理論密度で割った値を百分率で示したものである。
The relative density of the oxide sintered body is preferably 95% or more, more preferably 97% or more, and particularly preferably 98% or more. If it is 95% or more, the target is difficult to break and abnormal discharge can be further suppressed.
The relative density is a percentage obtained by dividing the actual density measured by the Archimedes method by the theoretical density calculated from the arithmetic average of the true density of the raw material.

本発明の酸化物焼結体の抵抗値は、2mΩcm以上100mΩcm以下であることが好ましい。この範囲であれば、スパッタリング時のノジュールの発生をより抑制でき、その結果、アーキングも抑制できる。抵抗値は50mΩcm以下であることが好ましく、30mΩcm以下がより好ましく、20mΩcm以下が特に好ましい。50mΩcm以下であれば、アーキング異常放電がより起こりにくくなるため好ましい。30mΩcm以下であると通常のDCスパッタリングが可能である。20mΩcm以下であると弱磁場マグネトロンスパッタリングが可能である。
抵抗値は、三菱化学株式会社製の低抵抗率計「ロレスターEP」(JIS K 7194に準拠)によって測定することができる。測定の詳細は、実施例に示す。
The resistance value of the oxide sintered body of the present invention is preferably 2 mΩcm or more and 100 mΩcm or less. If it is this range, generation | occurrence | production of the nodule at the time of sputtering can be suppressed more, and as a result, arcing can also be suppressed. The resistance value is preferably 50 mΩcm or less, more preferably 30 mΩcm or less, and particularly preferably 20 mΩcm or less. If it is 50 mΩcm or less, an arcing abnormal discharge is less likely to occur, which is preferable. When it is 30 mΩcm or less, normal DC sputtering is possible. When it is 20 mΩcm or less, weak magnetic field magnetron sputtering is possible.
The resistance value can be measured by a low resistivity meter “Lorestar EP” (based on JIS K 7194) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. Details of the measurement are given in the examples.

本発明の酸化物焼結体の組成について、In、Sn、Zn及び、Hf及び又はZr(以下、Hf及び又はZrを纏めて元素Xということがある。)の原子比が下記式(1)〜(4)を満たすことが好ましい。
0.20≦In/(In+Sn+Zn+X)≦0.70 (1)
0.01≦Sn/(In+Sn+Zn+X)≦0.40 (2)
0.01≦Zn/(In+Sn+Zn+X)≦0.60 (3)
0.002≦X/(In+Sn+Zn+X)≦0.25 (4)
Regarding the composition of the oxide sintered body of the present invention, the atomic ratio of In, Sn, Zn, Hf, and / or Zr (hereinafter, Hf and / or Zr may be collectively referred to as element X) is represented by the following formula (1). It is preferable to satisfy (4).
0.20 ≦ In / (In + Sn + Zn + X) ≦ 0.70 (1)
0.01 ≦ Sn / (In + Sn + Zn + X) ≦ 0.40 (2)
0.01 ≦ Zn / (In + Sn + Zn + X) ≦ 0.60 (3)
0.002 ≦ X / (In + Sn + Zn + X) ≦ 0.25 (4)

式中、Xは、Hf又はZrの少なくとも一方の元素を示す。酸化物焼結体が一方の元素のみを含有する場合、XはHf又はZrを示し、両方を含有する場合、XはHf及びZrの合計を意味する。
上記原子比を満たすことにより、得られる酸化物薄膜を薄膜トランジスタに使用することで、移動度の高いトランジスタが得られる。
In the formula, X represents at least one element of Hf or Zr. When the oxide sintered body contains only one element, X represents Hf or Zr, and when both contain both, X means the sum of Hf and Zr.
By satisfying the above atomic ratio, a transistor with high mobility can be obtained by using the obtained oxide thin film for a thin film transistor.

本発明では、酸化物焼結体の原子比が下記の関係を満たすことがより好ましい。
0.30≦In/(In+Sn+Zn+X)≦0.65
0.05≦Sn/(In+Sn+Zn+X)≦0.35
0.10≦Zn/(In+Sn+Zn+X)≦0.55
0.025≦X/(In+Sn+Zn+X)≦0.20
In the present invention, it is more preferable that the atomic ratio of the oxide sintered body satisfies the following relationship.
0.30 ≦ In / (In + Sn + Zn + X) ≦ 0.65
0.05 ≦ Sn / (In + Sn + Zn + X) ≦ 0.35
0.10 ≦ Zn / (In + Sn + Zn + X) ≦ 0.55
0.025 ≦ X / (In + Sn + Zn + X) ≦ 0.20

本発明では、酸化物焼結体の原子比が下記の関係を満たすことがさらに好ましい。
0.33≦In/(In+Sn+Zn+X)≦0.60
0.10≦Sn/(In+Sn+Zn+X)≦0.30
0.20≦Zn/(In+Sn+Zn+X)≦0.50
0.003≦X/(In+Sn+Zn+X)≦0.15
In the present invention, it is more preferable that the atomic ratio of the oxide sintered body satisfies the following relationship.
0.33 ≦ In / (In + Sn + Zn + X) ≦ 0.60
0.10 ≦ Sn / (In + Sn + Zn + X) ≦ 0.30
0.20 ≦ Zn / (In + Sn + Zn + X) ≦ 0.50
0.003 ≦ X / (In + Sn + Zn + X) ≦ 0.15

酸化物焼結体の各金属元素の原子比は、原料の配合量により制御できる。また、各元素の原子比は、誘導結合プラズマ発光分析装置(ICP−AES)により含有元素を定量分析して求めることができる。
具体的に、ICP−AESを用いた分析では、酸化物焼結体を10μm以下に粉砕した粉体を酸などに溶かした溶液試料をネブライザーで霧状にして、アルゴンプラズマに導入すると、試料中の元素は熱エネルギーを吸収して励起され、軌道電子が基底状態から高いエネルギー準位の軌道に移る。この軌道電子は10−7〜10−8秒程度で、より低いエネルギー準位の軌道に移る。この際にエネルギーの差を光として放射し発光する。この光は元素固有の波長(スペクトル線)を示すため、スペクトル線の有無により元素の存在を確認できる(定性分析)。
The atomic ratio of each metal element in the oxide sintered body can be controlled by the blending amount of the raw materials. Further, the atomic ratio of each element can be obtained by quantitative analysis of the contained elements using an inductively coupled plasma emission spectrometer (ICP-AES).
Specifically, in the analysis using ICP-AES, when a solution sample obtained by dissolving a powder obtained by pulverizing an oxide sintered body to 10 μm or less in an acid or the like is atomized with a nebulizer and introduced into argon plasma, These elements are excited by absorbing thermal energy, and the orbital electrons move from the ground state to the high energy level orbit. These orbital electrons move to a lower energy level orbit in about 10 −7 to 10 −8 seconds. At this time, the energy difference is emitted as light to emit light. Since this light shows a wavelength (spectral line) unique to the element, the presence of the element can be confirmed by the presence or absence of the spectral line (qualitative analysis).

また、それぞれのスペクトル線の大きさ(発光強度)は試料中の元素数に比例するため、既知濃度の標準液と比較することで試料濃度を求めることができる(定量分析)。
定性分析で含有されている元素を特定後、定量分析で含有量を求め、その結果から各元素の原子比を求める。
In addition, since the magnitude (luminescence intensity) of each spectral line is proportional to the number of elements in the sample, the sample concentration can be obtained by comparing with a standard solution having a known concentration (quantitative analysis).
After identifying the elements contained in the qualitative analysis, the content is obtained by quantitative analysis, and the atomic ratio of each element is obtained from the result.

本発明の酸化物焼結体は、例えば、各金属元素を含有する原料粉末を焼成することにより製造できる。以下、製造工程について説明する。
(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、インジウム化合物の粉末、錫化合物の粉末、亜鉛化合物の粉末、元素Xの化合物の粉末等の粉末を用いる。インジウムの化合物としては、例えば、酸化インジウム、水酸化インジウム等が挙げられる。錫の化合物としては、例えば、第二酸化錫、第一酸化錫、水酸化錫等が挙げられる。亜鉛の化合物としては、例えば、酸化亜鉛、水酸化亜鉛等が挙げられる。各々の化合物として、焼成のしやすさ、副生成物の残存のし難さから、酸化物が好ましい。
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。
The oxide sintered body of the present invention can be produced, for example, by firing a raw material powder containing each metal element. Hereinafter, the manufacturing process will be described.
(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, powders such as indium compound powder, tin compound powder, zinc compound powder, and element X compound powder are used. Examples of the indium compound include indium oxide and indium hydroxide. Examples of the tin compound include tin dioxide, stannous oxide, and tin hydroxide. Examples of the zinc compound include zinc oxide and zinc hydroxide. As each compound, an oxide is preferable from the viewpoint of easiness of firing and the difficulty of leaving a by-product.
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.

原料の一次粒子の粒子径は、3μm以下であることが好ましく、より好ましくは1μm以下でありことが好ましく、さらに好ましくは0.5μm以下である。特に、元素Xの化合物の粒子径が大きい場合は、偏在して粗大粒として存在し、焼結体全体に均質な粒子径抑制効果があらわれないおそれがあるため、0.3μm以下であることが好ましい。   The particle diameter of the primary particles of the raw material is preferably 3 μm or less, more preferably 1 μm or less, and still more preferably 0.5 μm or less. In particular, when the particle size of the compound of element X is large, it is unevenly distributed and exists as coarse particles, and there is a possibility that a homogeneous particle size suppressing effect may not appear in the entire sintered body. preferable.

金属酸化物等のターゲットの製造に用いる原料を混合し、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。
尚、下記の成形工程での成型体密度の向上あるいは成型体の割れを抑制するために、ポリビニルアルコール(PVA)、メチルセルロース、ポリワックス、オレイン酸等の成形助剤を混合してもよい。さらに、成形時に成型体を金型からの離型剤を混合してもよい。
例えば、分散剤としてPVAを用いた場合、PVAの使用量は原料全量の5重量%以下であることが好ましく、より好ましくは3重量%以下、さらに好ましくは2重量%以下である。
離型剤としては例えばステアリン酸を用いてもよい。
It is preferable to mix the raw materials used for the production of the target such as metal oxide and uniformly mix and pulverize them using an ordinary mixing and pulverizing machine such as a wet ball mill, a bead mill or an ultrasonic device.
In addition, in order to improve the density of the molded body in the molding process described below or to suppress cracking of the molded body, molding aids such as polyvinyl alcohol (PVA), methylcellulose, polywax, oleic acid, etc. may be mixed. Furthermore, you may mix the mold release agent from a metal mold | die at the time of shaping | molding.
For example, when PVA is used as a dispersant, the amount of PVA used is preferably 5% by weight or less, more preferably 3% by weight or less, and still more preferably 2% by weight or less of the total amount of raw materials.
For example, stearic acid may be used as the mold release agent.

(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。尚、本工程は必要に応じて設けられる工程である。仮焼工程により、酸化物の密度を上げることが容易になるが、製造コストが上がるおそれがある。そのため、仮焼を行わずに密度を上げられることがより好ましい。
仮焼工程においては、500〜1500℃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, this process is a process provided as needed. The calcining step makes it easy to increase the oxide density, but the production cost may increase. Therefore, it is more preferable that the density can be increased without performing calcination.
In the calcination step, it is preferable to heat-treat the above mixture at 500 to 1500 ° 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(上記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必須の工程である。この工程により、ターゲットとして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、成形処理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、プレス成形(一軸成形)、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。
尚、単なるプレス成形(一軸プレス)であると圧力にムラ生じて、想定外の結晶型が生成してしまうおそれがある。
また、プレス成形(一軸プレス)後に、冷間静水圧(CIP)、熱間静水圧(HIP)等を行い2段階以上の成形工程を設けてもよい。
(3) Molding process The molding process is an indispensable process for pressure-molding the mixture obtained in the above-described blending process (or calcined product when the calcining process is provided) to form a compact. By this process, it is formed into a shape suitable as a target. When the calcination step is provided, the obtained calcined fine powder can be granulated and then molded into a desired shape by a molding process.
Examples of the molding process include press molding (uniaxial molding), mold molding, cast molding, injection molding, and the like. In order to obtain a target having a high sintered density, cold isostatic pressure (CIP) is used. It is preferable to mold.
In the case of simple press molding (uniaxial press), uneven pressure is generated, and an unexpected crystal form may be generated.
Moreover, after press molding (uniaxial pressing), cold isostatic pressure (CIP), hot isostatic pressure (HIP), etc. may be performed to provide two or more molding processes.

(4)焼成工程
焼成工程は、上記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。
焼成は、大気圧焼成又は熱間静水圧(HIP)焼成等によって行うことができる。
焼成条件としては、焼結炉内に成型体を設置後、120〜400℃で0.5〜6時間で成形体中の水分や成形助剤の脱脂をする工程を得ることが好ましい。
その後、昇温速度0.5〜5℃/分で800〜1200℃まで昇温し、その後、前期の昇温速度よりも遅い0.1〜3℃/分で焼結温度1280〜1500℃とすることが好ましい。焼結保持時間は、5〜72時間で、好ましくは8〜48時間、より好ましくは10〜36時間である。
(4) Firing step The firing step is an essential step of firing the molded body obtained in the molding step.
Firing can be performed by atmospheric pressure firing or hot isostatic pressure (HIP) firing.
As firing conditions, it is preferable to obtain a step of degreasing moisture and molding aid in the molded body at 120 to 400 ° C. for 0.5 to 6 hours after the molded body is placed in the sintering furnace.
Thereafter, the temperature was raised to 800 to 1200 ° C. at a temperature rising rate of 0.5 to 5 ° C./min, and thereafter the sintering temperature was 1280 to 1500 ° C. at 0.1 to 3 ° C./min, which was slower than the temperature rising rate of the previous period. It is preferable to do. The sintering holding time is 5 to 72 hours, preferably 8 to 48 hours, and more preferably 10 to 36 hours.

焼成後の降温過程では、1000〜1200℃までは0.1〜5℃/分で降温する。好ましくは0.2〜3℃、より好ましくは0.2〜1℃/分で降温する。さらに300〜500℃までは1〜5℃/分で降温し、さらに、室温までは3℃/分以下の降温速度で冷却する。
焼成する雰囲気は大気圧下の大気、大気流通、酸素流通系、又は酸素加圧下でもよい。酸素流通系での雰囲気が焼結体中のポアが少なくなるため好ましい。酸素流通量は炉内体積や成型体の設置方法にもよるが、炉内容積1mあたり0.1〜100L/分が好ましい。特に、1000℃以上の焼成工程で酸素流通するとポアが少なくなるため効果的である。
In the temperature lowering process after firing, the temperature is decreased from 0.1 to 5 ° C./min up to 1000 to 1200 ° C. The temperature is preferably lowered at 0.2 to 3 ° C, more preferably 0.2 to 1 ° C / min. Further, the temperature is lowered at 1 to 5 ° C./min up to 300 to 500 ° C., and further cooled to the room temperature at a temperature lowering rate of 3 ° C./min or less.
The atmosphere to be baked may be air under atmospheric pressure, air circulation, oxygen circulation system, or oxygen pressurization. An atmosphere in an oxygen flow system is preferable because pores in the sintered body are reduced. The oxygen flow rate is preferably 0.1 to 100 L / min per 1 m 3 of the furnace volume, although it depends on the furnace volume and the method of installing the molded body. In particular, when oxygen flows in a baking process at 1000 ° C. or higher, pores are reduced, which is effective.

(5)還元工程
還元工程は、上記焼成工程で得られた焼結体の抵抗をターゲット全体で均一化するためのものであり、必要に応じて設けられる工程である
本工程で適用することができる還元方法としては、例えば、還元性ガスによる方法や真空焼成又は不活性ガスによる還元等が挙げられる。
還元性ガスによる還元処理の場合、水素、メタン、一酸化炭素、又はこれらのガスと酸素との混合ガス等を用いることができる。
不活性ガス中での焼成による還元処理の場合、窒素、アルゴン、又はこれらのガスと酸素との混合ガス等を用いることができる。
還元処理時の温度は、通常100〜800℃、好ましくは200〜800℃である。また、還元処理の時間は、通常0.01〜10時間、好ましくは0.05〜5時間である。
(5) Reduction process The reduction process is for uniformizing the resistance of the sintered body obtained in the firing process over the entire target, and is a process provided as necessary. Examples of the reducing method that can be used include a method using a reducing gas, vacuum firing, or reduction using an inert gas.
In the case of reduction treatment with a reducing gas, hydrogen, methane, carbon monoxide, a mixed gas of these gases and oxygen, or the like can be used.
In the case of reduction treatment by firing in an inert gas, nitrogen, argon, a mixed gas of these gases and oxygen, or the like can be used.
The temperature at the time of a reduction process is 100-800 degreeC normally, Preferably it is 200-800 degreeC. The reduction treatment time is usually 0.01 to 10 hours, preferably 0.05 to 5 hours.

上記の酸化物焼結体を必要に応じて所望の形状に加工することにより、本発明のスパッタリングターゲットが得られる。
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に切削加工し、また、バッキングプレート等の装着用治具を取り付けるために行う。酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとするには、焼結体を、例えば、平面研削盤で研削して表面粗さRa5μm以下とする。さらに、スパッタリングターゲットのスパッタ面に鏡面加工を施して、平均表面粗さRaが1000オングストローム以下としてもよい。この鏡面加工(研磨)は機械的な研磨、化学研磨、メカノケミカル研磨(機械的な研磨と化学研磨の併用)等の、すでに知られている研磨技術を用いることができる。例えば、固定砥粒ポリッシャー(ポリッシュ液:水)で#2000以上にポリッシングしたり、又は遊離砥粒ラップ(研磨材:SiCペースト等)にてラッピング後、研磨材をダイヤモンドペーストに換えてラッピングすることによって得ることができる。このような研磨方法には特に制限はない。
The sputtering target of the present invention is obtained by processing the oxide sintered body into a desired shape as necessary.
The processing is performed to cut the oxide sintered body into a shape suitable for mounting on a sputtering apparatus and to attach a mounting jig such as a backing plate. In order to use the oxide sintered body as a sputtering target, the sintered body is ground with a surface grinder, for example, to have a surface roughness Ra of 5 μm or less. Further, the sputter surface of the sputtering target may be mirror-finished so that the average surface roughness Ra is 1000 angstroms or less. For this mirror finishing (polishing), a known polishing technique such as mechanical polishing, chemical polishing, mechanochemical polishing (a combination of mechanical polishing and chemical polishing) can be used. For example, polishing to # 2000 or more with a fixed abrasive polisher (polishing liquid: water) or lapping with loose abrasive lapping (abrasive: SiC paste, etc.), and then lapping by changing the abrasive to diamond paste Can be obtained by: Such a polishing method is not particularly limited.

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。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。   The obtained sputtering target is bonded to a backing plate. Further, a plurality of targets may be attached to one backing plate to make a substantially single target.

研磨後、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る。エアーブローで異物を除去する際には、ノズルの向い側から集塵機で吸気を行なうとより有効に除去できる。尚、以上のエアーブローや流水洗浄では限界があるので、さらに超音波洗浄等を行なうこともできる。この超音波洗浄は周波数25〜300KHzの間で多重発振させて行なう方法が有効である。例えば周波数25〜300KHzの間で、25KHz刻みに12種類の周波数を多重発振させて超音波洗浄を行なうのがよい。洗浄後は、110℃以下の温度で0.5〜48時間の間で十分乾燥するのがよい。   After polishing, the target is washed. For the cleaning treatment, air blow or running water cleaning can be used. When removing foreign matter by air blow, it is possible to remove the foreign matter more effectively by suctioning with a dust collector from the opposite side of the nozzle. In addition, since the above air blow and running water cleaning have a limit, ultrasonic cleaning etc. can also be performed. This ultrasonic cleaning is effective by performing multiple oscillations at a frequency of 25 to 300 KHz. For example, it is preferable to perform ultrasonic cleaning by causing multiple oscillations of 12 types of frequencies at intervals of 25 KHz between frequencies of 25 to 300 KHz. After washing, it is preferable to dry sufficiently at a temperature of 110 ° C. or less for 0.5 to 48 hours.

本発明の酸化物薄膜は、上記説明した本発明のスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング法により成膜して得られる。また、酸化物薄膜は、スパッタリングターゲットを用いて、蒸着法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法等により作製することもできる。   The oxide thin film of the present invention is obtained by forming a film by a sputtering method using the above-described sputtering target of the present invention. The oxide thin film can also be manufactured by a vapor deposition method, an ion plating method, a pulse laser vapor deposition method, or the like using a sputtering target.

本発明の酸化物薄膜は、電気特性、光学特性、エッチング特性が大面積で均一であることから、アモルファス膜であることが好ましい。
酸化物薄膜がアモルファス膜であることは、X線回折による測定結果が、特定の結晶ピークを示さないことにより確認できる。
ZrO及びHfOを添加することにより耐薬品性が向上し、電極とのエッチング速度の差を利用したバックチャネルエッチングが可能となる。
The oxide thin film of the present invention is preferably an amorphous film because electric characteristics, optical characteristics, and etching characteristics are uniform over a large area.
The fact that the oxide thin film is an amorphous film can be confirmed by the fact that the measurement result by X-ray diffraction does not show a specific crystal peak.
By adding ZrO 2 and HfO 2 , chemical resistance is improved, and back channel etching utilizing a difference in etching rate with the electrode becomes possible.

本発明の酸化物薄膜は、薄膜トランジスタ(TFT)に使用できる。特に、チャネル層として使用できる。本発明のTFTは、チャネル層として本発明の酸化物薄膜を有しておればよく、TFTの構造や電極等の構成部材は公知のものを適宜採用できる。   The oxide thin film of the present invention can be used for a thin film transistor (TFT). In particular, it can be used as a channel layer. The TFT of the present invention only needs to have the oxide thin film of the present invention as a channel layer, and known components can be appropriately employed as the TFT structure and electrodes.

実施例1
純度99.99%の酸化インジウム粉末、純度99.99%の第二酸化錫粉末、純度99.99%の酸化亜鉛粉末、及び酸化ジルコニウム粉末を、各金属元素の原子比が下記を満たすように秤量し、ビーズミルを使用して湿式混合粉砕した。
[In/(In+Sn+Zn+Zr)]=0.5
[Sn/(In+Sn+Zn+Zr)]=0.1
[Zn/(In+Sn+Zn+Zr)]=0.3
[Zr/(In+Sn+Zn+Zr)]=0.1
尚、湿式媒体攪拌ミルの媒体には0.2〜1mmφ粒径の異なる数種のジルコニアビーズを使用した。また、成形助剤としてポリビニルアルコール(PVA)を1質量%使用した。
各原料を混合粉砕後、スプレードライヤーで乾燥させた。0.5μm以上の粗粒を分級して得られた混合粉末を金型に充填し、1軸加圧及びCIP成型し成形体(直径101.6mm、厚さ8mm)を作製した。
得られた成形体を1L/分の酸素気流中、300℃で2時間、乾燥及び脱脂を行い、その後、1400℃で20時間焼成し、酸化物焼結体を作製した。昇温速度は1000℃まで1℃/分とし、その後0.5℃/分で昇温して焼成温度に到達させた。降温は1000℃まで0.5℃/分で冷却し、500℃まで1℃/分、その後は大気雰囲気で0.6℃/分で冷却した。
Example 1
Weigh indium oxide powder with a purity of 99.99%, tin dioxide powder with a purity of 99.99%, zinc oxide powder with a purity of 99.99%, and zirconium oxide powder so that the atomic ratio of each metal element satisfies the following: The mixture was then wet mixed and pulverized using a bead mill.
[In / (In + Sn + Zn + Zr)] = 0.5
[Sn / (In + Sn + Zn + Zr)] = 0.1
[Zn / (In + Sn + Zn + Zr)] = 0.3
[Zr / (In + Sn + Zn + Zr)] = 0.1
In addition, several kinds of zirconia beads having different particle diameters of 0.2 to 1 mmφ were used as the medium of the wet medium stirring mill. Moreover, 1 mass% of polyvinyl alcohol (PVA) was used as a shaping | molding adjuvant.
Each raw material was mixed and ground and then dried with a spray dryer. A mixed powder obtained by classifying coarse particles of 0.5 μm or more was filled in a mold, and uniaxial pressing and CIP molding were performed to produce a molded body (diameter 101.6 mm, thickness 8 mm).
The obtained molded body was dried and degreased at 300 ° C. for 2 hours in an oxygen stream of 1 L / min, and then fired at 1400 ° C. for 20 hours to produce an oxide sintered body. The heating rate was 1 ° C./min up to 1000 ° C., and then the temperature was raised at 0.5 ° C./min to reach the firing temperature. The temperature was lowered to 1000 ° C. at 0.5 ° C./min, to 500 ° C. at 1 ° C./min, and then cooled to 0.6 ° C./min in an air atmosphere.

得られた酸化物焼結体のX線回折パターンを図1に示す。X線回折により焼結体中にはIn相、スピネル相(ZnSnO)、ZrO相及びIn・(ZnO)相が存在することが確認された。 The X-ray diffraction pattern of the obtained oxide sintered body is shown in FIG. It was confirmed by X-ray diffraction that an In 2 O 3 phase, a spinel phase (Zn 2 SnO 4 ), a ZrO 2 phase, and an In 2 O 3. (ZnO) 3 phase were present in the sintered body.

図2は実施例1で作製した酸化物焼結体の断面のSEM写真である。図3はSEM−EDSにより、図2のSEM写真の視野におけるZr原子の分布状態を示した図である。図3において、明部がZr濃度の高い領域を示す。
図4は図2のSEM写真に示した矢印部の相のEDSスペクトルである。
図3により、本発明の酸化物焼結体ではZrO相が分散して偏析していることが確認できる。また、図4のEDSスペクトルから、ZrO相にはInが存在していることから、InがZrO相に固溶していることが確認された。
酸化物焼結体の組成、焼成条件、焼結体が有する結晶相を表1に示す。酸化物焼結体の抵抗値、相対密度、偏析相(ZrO相又はHfO相)の平均粒子径、及び全相の平均粒子径を表2に示す。
FIG. 2 is a SEM photograph of a cross section of the oxide sintered body produced in Example 1. FIG. 3 is a diagram showing a distribution state of Zr atoms in the field of view of the SEM photograph of FIG. 2 by SEM-EDS. In FIG. 3, the bright portion shows a region having a high Zr concentration.
FIG. 4 is an EDS spectrum of the phase indicated by the arrow shown in the SEM photograph of FIG.
From FIG. 3, it can be confirmed that the ZrO 2 phase is dispersed and segregated in the oxide sintered body of the present invention. Further, the EDS spectrum of FIG. 4, since the ZrO 2 phase are present an In, an In was confirmed to be solid-solved in ZrO 2 phase.
Table 1 shows the composition of the oxide sintered body, the firing conditions, and the crystal phase of the sintered body. Table 2 shows the resistance value, relative density, average particle size of the segregation phase (ZrO 2 phase or HfO 2 phase), and average particle size of all phases of the oxide sintered body.

尚、評価は以下の方法で実施した。
(1)抵抗値
三菱化学株式会社製の低抵抗率計「ロレスターEP」(JIS K 7194に準拠)によって測定した。得られた円形の焼結体の直交する2本の直径の交点と、その交点と端部の中点の4点、計5点で測定し、平均値を抵抗値とした。
(2)相対密度
得られた円形の焼結体の上下面を1mm研磨し、その中心部分をさらに2×2×0.5cmの直方体に成形したサンプルをアルキメデス法で実測密度を測定し、これを理論密度で除すことで相対密度を算出した。
(3)各結晶相の平均粒子径
得られた円形の焼結体の上下面を研磨し厚さを5mmとした。さらに、ウォータジェット切断機で直径101.6mmφに成形した。その円に内接する正方形を等面積に16分割し、さらにそれぞれの中心部分を1×1×0.5cmの直方体に成形後に、樹脂中に包埋して鏡面研磨したもの16個をサンプルとして用いた。尚、鏡面研磨は、焼結体のサンプリング時に生じる観察部表面の切断痕や荒削り時の研磨痕がなくなるまで行った。サンプルは除電用にオスミウムでコーティングした。SEM観察(日本電子(株)製JSM−6390A、加速電圧15kV)により3,000倍視野で40×25μm四方のサイズの観察像を撮影し、該範囲の中で観察される粒子について、その粒子径を測定し、16個のサンプルの枠内の粒子の粒子径の平均値を求め平均粒子径とした。粒子径は、JIS R 1670に基づき、結晶粒を円相当径として測定した。
尚、HfO及びZrO相の粒子の確認は、SEMに付属しているエネルギー分散型X線分析装置EDS装置(日本電子社製、EX−2300)により行った。EDSによる元素毎の位置を各々の特性X線を用いたマッピングにより測定し、Hf及びZr濃度が高い粒子のEDSのポイント元素定量分析でHfO相及びZrO相であることを確認した。
(4)結晶相
X線回折測定(XRD)により判定した。
・装置:(株)リガク製Ultima−III
・X線:Cu−Kα線(波長1.5406Å、グラファイトモノクロメータにて単色化)
・2θ−θ反射法、連続スキャン(1.0°/分)
・サンプリング間隔:0.02°
・スリット DS、SS:2/3°、RS:0.6mm
The evaluation was carried out by the following method.
(1) Resistance value Measured with a low resistivity meter “Lorestar EP” (based on JIS K 7194) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. Measurements were made at a total of 5 points, the intersection of two perpendicular diameters of the obtained circular sintered body, and the intersection and the middle point of the end, and the average value was taken as the resistance value.
(2) Relative Density The sample obtained by polishing the upper and lower surfaces of the obtained circular sintered body by 1 mm and further shaping the central part into a 2 × 2 × 0.5 cm rectangular parallelepiped was measured for the measured density by the Archimedes method. The relative density was calculated by dividing by the theoretical density.
(3) Average particle diameter of each crystal phase The upper and lower surfaces of the obtained circular sintered body were polished to a thickness of 5 mm. Furthermore, it shape | molded in diameter 101.6mmphi with the water jet cutting machine. The square inscribed in the circle is divided into 16 equal areas, and each center part is molded into a 1 × 1 × 0.5cm rectangular parallelepiped, embedded in resin and mirror-polished, and 16 pieces are used as samples. It was. The mirror polishing was performed until there were no cutting traces on the surface of the observation portion generated during sampling of the sintered body or polishing traces during rough cutting. The sample was coated with osmium for charge removal. An SEM observation (JEOL Co., Ltd. JSM-6390A, accelerating voltage 15 kV) was taken with an observation image having a size of 40 × 25 μm in a 3,000 × field of view. The diameter was measured, and the average value of the particle diameters of the particles in the frame of 16 samples was determined as the average particle diameter. The particle diameter was measured based on JIS R 1670 with crystal grains as equivalent circle diameters.
In addition, confirmation of the particles of HfO 2 and ZrO 2 phase was performed by an energy dispersive X-ray analyzer EDS apparatus (manufactured by JEOL Ltd., EX-2300) attached to the SEM. The position of each element by EDS was measured by mapping using each characteristic X-ray, and it was confirmed by EDS point element quantitative analysis of particles having high Hf and Zr concentrations that they were HfO 2 phase and ZrO 2 phase.
(4) Crystal phase Determined by X-ray diffraction measurement (XRD).
・ Device: ULTIMA-III manufactured by Rigaku Corporation
-X-ray: Cu-Kα ray (wavelength 1.5406mm, monochromatized with graphite monochromator)
・ 2θ-θ reflection method, continuous scan (1.0 ° / min)
・ Sampling interval: 0.02 °
・ Slit DS, SS: 2/3 °, RS: 0.6 mm

実施例2〜10、比較例1〜4
表1に示す元素Xの酸化物を使用し、各金属原子の原子比、焼成温度を変更した他は、実施例1と同様にして、酸化物焼結体を作製し、評価した。結果を表1及び2に示す。
図5は実施例6で作製した酸化物焼結体の断面のSEM写真である。図6は、SEM−EDSにより、図5のSEM写真の視野におけるHf原子の分布状態を示した図である。図7は、図5のSEM写真に示した矢印部の相のEDSスペクトルである。
図6により、本発明の酸化物焼結体ではHfO相が分散して偏析していることが確認できる。また、図7のEDSスペクトルから、HfO相にはInが存在していることから、InがHfO相に固溶していることが確認された。
Examples 2-10, Comparative Examples 1-4
An oxide sintered body was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the oxide of element X shown in Table 1 was used and the atomic ratio of each metal atom and the firing temperature were changed. The results are shown in Tables 1 and 2.
FIG. 5 is a SEM photograph of a cross section of the oxide sintered body produced in Example 6. FIG. 6 is a diagram showing a distribution state of Hf atoms in the field of view of the SEM photograph of FIG. 5 by SEM-EDS. FIG. 7 is an EDS spectrum of the phase indicated by the arrow shown in the SEM photograph of FIG.
FIG. 6 confirms that the HfO 2 phase is dispersed and segregated in the oxide sintered body of the present invention. Further, the EDS spectrum of FIG. 7, since the HfO 2 phases are present an In, an In was confirmed that the solid solution in HfO 2 phases.

本発明の酸化物焼結体はスパッタリングターゲットとして使用できる。本発明のスパッタリングターゲットは、アーキングが抑制でき、放電安定性に優れるので、大面積で均一な特性の酸化物薄膜が得られる。本発明のスパッタリングターゲットを用いて形成した薄膜は、薄膜トランジスタに使用できる。   The oxide sintered body of the present invention can be used as a sputtering target. Since the sputtering target of the present invention can suppress arcing and is excellent in discharge stability, an oxide thin film having a large area and uniform characteristics can be obtained. A thin film formed using the sputtering target of the present invention can be used for a thin film transistor.

Claims (11)

In、Sn及びZnの各元素を含み、
HfO相又はZrO相の少なくとも一方を有し、
前記HfO相及びZrO相の平均粒子径が10μm以下であることを特徴とする酸化物焼結体。
Including each element of In, Sn and Zn,
Having at least one of HfO 2 phase or ZrO 2 phase,
The oxide sintered body, wherein the HfO 2 phase and the ZrO 2 phase have an average particle size of 10 μm or less.
全結晶相の平均粒子径が10μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の酸化物焼結体。   2. The oxide sintered body according to claim 1, wherein an average particle diameter of all crystal phases is 10 μm or less. 前記HfO相及びZrO相に、In又はSnの少なくとも一方の元素が固溶していることを特徴とする請求項1又は2に記載の酸化物焼結体。 3. The oxide sintered body according to claim 1, wherein at least one element of In or Sn is dissolved in the HfO 2 phase and the ZrO 2 phase. さらに、In相、ZnSnO相、ZnSnO相、及びIn・(ZnO)(mは1以上の整数である。)相から選択される相の少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の酸化物焼結体。 Further, at least one of phases selected from an In 2 O 3 phase, a Zn 2 SnO 4 phase, a ZnSnO 3 phase, and an In 2 O 3. (ZnO) m (m is an integer of 1 or more) phase. The oxide sintered body according to claim 1, wherein the oxide sintered body is contained. 相対密度が95%以上であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の酸化物焼結体。   The oxide sintered body according to any one of claims 1 to 4, wherein a relative density is 95% or more. 抵抗値が2mΩ以上100mΩcm以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の酸化物焼結体。   The oxide sintered body according to any one of claims 1 to 5, wherein the resistance value is 2 mΩ or more and 100 mΩcm or less. In、Sn、Zn、Hf及びZrの原子比が下記式(1)〜(4)を満たすことを特徴とする、請求項1乃至6のいずれかに記載の酸化物焼結体。
0.20≦In/(In+Sn+Zn+X)≦0.70 (1)
0.01≦Sn/(In+Sn+Zn+X)≦0.40 (2)
0.01≦Zn/(In+Sn+Zn+X)≦0.60 (3)
0.002≦X/(In+Sn+Zn+X)≦0.25 (4)
(式中、Xは、Hf又はZrの少なくとも一方の元素を示す。)
The oxide sintered body according to any one of claims 1 to 6, wherein an atomic ratio of In, Sn, Zn, Hf, and Zr satisfies the following formulas (1) to (4).
0.20 ≦ In / (In + Sn + Zn + X) ≦ 0.70 (1)
0.01 ≦ Sn / (In + Sn + Zn + X) ≦ 0.40 (2)
0.01 ≦ Zn / (In + Sn + Zn + X) ≦ 0.60 (3)
0.002 ≦ X / (In + Sn + Zn + X) ≦ 0.25 (4)
(In the formula, X represents at least one element of Hf or Zr.)
請求項1乃至7のいずれかに記載の酸化物焼結体を加工してなることを特徴とするスパッタリングターゲット。   A sputtering target obtained by processing the oxide sintered body according to claim 1. 請求項8に記載のスパッタリングターゲットを用いて成膜されたことを特徴とする酸化物薄膜。   An oxide thin film formed using the sputtering target according to claim 8. アモルファス膜であることを特徴とする請求項9に記載の酸化物薄膜。   The oxide thin film according to claim 9, which is an amorphous film. 請求項9又は10に記載の酸化物薄膜をチャネル層として有することを特徴とする薄膜トランジスタ。   A thin film transistor comprising the oxide thin film according to claim 9 or 10 as a channel layer.
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