JP2023155427A - Ｉｇｚｏスパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、組織内微小クラック数、焼結体組織内空孔数、表面粗さから選択される少なくとも一つの特性について均一性を向上させることが可能なＩＧＺＯスパッタリングターゲットを提供することを目的とする。【解決手段】本発明のＩＧＺＯスパッタリングターゲットは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）及び不可避的不純物からなる酸化物焼結体を有するスパッタリングターゲットであって、前記酸化物焼結体の表面において、当該表面の端部から中央側へ１０ｍｍの位置での明度Ｌｅ＊から、当該表面の中央部での明度Ｌｃ＊を減じたΔＬ＊が、ΔＬ＊＜３．０を満たし、前記酸化物焼結体の相対密度が９７．０％以上であることを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、ＩＧＺＯスパッタリングターゲットに関する。

従来、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）において、そのバックプレーンのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）に、α－Ｓｉ（アモルファスシリコン）が用いられてきた。しかし、α－Ｓｉでは十分な電子移動度が得られず、近年では、α－Ｓｉよりも電子移動度が高いＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系酸化物（ＩＧＺＯ）を用いたＴＦＴの研究開発が行われている。そして、ＩＧＺＯ－ＴＦＴを用いた次世代高機能フラットパネルディスプレイが一部実用化され、注目を集めている。

ここで、ＩＧＺＯ膜は、主として、ＩＧＺＯ焼結体から作製されるスパッタリングターゲットをＤＣスパッタリングして成膜することで得ることができ、また、より高品質のＩＧＺＯ膜を得ることが可能なスパッタリングターゲットが検討されている（例えば、特許文献１）。

国際公開第２０１７／１３１１１１号

スパッタリングターゲットのＩＧＺＯ焼結体は、所望の酸化金属を混合成型した成型体を焼成して酸化物焼結体を製造し、次いで、所望の形状、寸法になるように切断することで製造することができる。ところが、成型体を焼成した後の酸化物焼結体は高い均一性の高い特性を有している場合であっても、スパッタリングターゲットを製造する過程で所望の形状、寸法になるように切断した後の酸化物焼結体は、組織内微小クラック数、焼結体組織内空孔数、表面粗さから選択される少なくとも一つの特性について均一性が低下することがあった。このような場合、当該スパッタリングターゲットを用いたスパッタリング時にパーティクル発生量が増加し高品質のＩＧＺＯ膜を得にくくなる懸念があった。

そこで、本発明は、組織内微小クラック数、焼結体組織内空孔数、表面粗さから選択される少なくとも一つの特性について均一性を向上させることが可能なＩＧＺＯスパッタリングターゲットを提供することを目的とする。

本発明者らは、上述した従来技術の課題を解決するために鋭意検討した結果、焼成し切断して得た酸化物焼結体においては、当該焼結体中の位置によって特性の差、特に焼結体の表面の明度Ｌ＊に差が生じ得ることを見出した。そして、この要因は、焼成した後の酸化物焼結体の切断時の加工ダメージによって、酸化物焼結体の端部において組織内微小クラック数または焼結体組織内空孔の少なくとも一方が局所的に増加し、或いは、表面粗さが大きくなるためであることを見出した。さらには、その端部における変化の結果として、端部における明度Ｌ＊が中央部における明度Ｌ＊に対して増加していることを見出した。また、酸化物焼結体に存在するクラックの量を低減するために酸化物焼結体の密度を低くしすぎると、酸化物焼結体上に生じ、ＩＧＺＯ膜の品質低下につながるノジュールが、発生しやすくなることも見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は以下の通りである。

本発明のＩＧＺＯスパッタリングターゲットは一実施形態において、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）及び不可避的不純物からなる酸化物焼結体を有するスパッタリングターゲットであって、前記酸化物焼結体の表面において、当該表面の端部から中央側へ１０ｍｍの位置での明度Ｌｅ＊から、当該表面の中央部での明度Ｌｃ＊を減じたΔＬ＊が、ΔＬ＊＜３．０を満たし、前記酸化物焼結体の相対密度が９７．０％以上である。

本発明の一実施形態によれば、組織内微小クラック数、焼結体組織内空孔数、表面粗さから選択される少なくとも一つの特性について均一性を向上させることが可能なＩＧＺＯスパッタリングターゲットを提供することができる。

以下、本発明の実施形態（以下、「本実施形態」という。）を詳細に説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

本実施形態のＩＧＺＯスパッタリングターゲット（以下、「スパッタリングターゲット」とも称す）は、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）及び不可避的不純物からなる酸化物焼結体を有するＩＧＺＯスパッタリングターゲットである。本実施形態のスパッタリングターゲットは、半導体膜を形成するために用いることができ、具体的には有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）やフレキシブルディスプレイなどのＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、半導体製品の透明半導体膜等を形成するために用いることができる。

ここで、本実施形態のスパッタリングターゲットの酸化物焼結体は、Ｉｎ₂Ｏ₃－Ｇａ₂Ｏ₃－ＺｎＯを主成分とする複合酸化物から構成される。
より詳細には、たとえば酸化物焼結体中のＩｎ含有量を１００としたときのＧａ含有量目標値、Ｚｎ含有量目標値がそれぞれ１００となる組成では、原子数比率でＧａが１００±３０、Ｚｎが１００±３０であることが好ましい。なお、酸化物焼結体中のＩｎ、Ｇａ、Ｚｎの含有量は、蛍光Ｘ線、ＩＣＰ－ＡＥＳなどの方法で測定することができる。

また、本実施形態において、酸化物焼結体は、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）の他に、他の添加元素を更に含有することができ、具体的には、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙ、およびＴｉの群から選ばれる少なくとも１種以上を含有してもよい。これらの他の添加元素の総量は、５０～１０００質量ｐｐｍであることが好ましく、より好ましくは、１００～５００質量ｐｐｍである。これら他の添加元素の総量を、１０００質量ｐｐｍ以下とすることにより、所望の組織粒径、焼結体密度を有する焼結体を得ることができ、５０質量ｐｐｍ以上とすることにより、添加元素を添加することによる効果を十分に得ることができる。なおここでの添加元素は粉砕メディア摩耗による不可避的不純物としての混入も含む。
また、本実施形態においては、酸化物焼結体は、他の添加元素をさらに含有する場合には、少なくとも錫（Ｓｎ）を含有することが好ましく、これにより、組織粒径、対組織内微小クラック耐性を制御することができる。また、少なくとも錫を含有する場合には、錫の含有量は１０００質量ｐｐｍ以下が好ましく、より好ましくは５００質量ｐｐｍ以下である。

また、不可避的不純物とは、概ね金属あるいは金属酸化物製品において、原料中に存在したり、製造工程において不可避的に混入したりするもので、例えば原料粉粉砕時のメディアなどが挙げられる。本来は不要なものであるが、微量であり、金属あるいは金属酸化物製品の特性に影響を及ぼさないため、許容されている不純物である。本実施形態に係るスパッタリングターゲットにおいて、不可避的不純物の総量は一般的には１０００質量ｐｐｍ以下であり、典型的には５００質量ｐｐｍ以下であり、より典型的には２００質量ｐｐｍ以下である。

本実施形態では、スパッタリングターゲットの酸化物焼結体の表面において、当該表面の端部から中央側へ１０ｍｍの位置での明度をＬｅ＊とし、当該酸化物焼結体の表面の中央部での明度をＬｃ＊とし、明度Ｌｅ＊からＬｃ＊を減じた明度の差をΔＬ＊とするとき、明度の差ΔＬ＊はΔＬ＊＜３．０を満たしている。
ここで、明度（Ｌ＊）は、ＪＩＳ Ｚ ８７２９で定義されているカラーシステムの３つの要素のうちの１つに属すところ、明度が大きくなると、色はより輝き明るく、白に近づく。つまり、酸化物焼結体の表面の明度が大きいほど、可視光の乱反射が大きいと考えられ、焼結体組織内微小クラック、焼結体組織内空孔の少なくとも一方が多く存在していること、若しくは表面粗さが大きいことを示す。本実施形態においては、スパッタリングターゲットが明度の差ΔＬ＊がΔＬ＊＜３．０を満たすことにより、組織内微小クラック数、焼結体組織内空孔数、表面粗さから選択される少なくとも一つの特性について、スパッタリングターゲットの酸化物焼結体の端部と、中央部とで大きな差がない。したがって、本実施形態のスパッタリングターゲットは、切断加工時の加工ダメージの少なく均一性が向上した酸化物焼結体を有する。そして、このような酸化物焼結体を有するスパッタリングターゲットを用いたスパッタリングにより、高品質のＩＧＺＯ膜を形成することができると推定される。
なお、本実施形態において、同様な観点からは、スパッタリングターゲットが明度の差ΔＬ＊＜２．５を満たすことが好ましく、より好ましくはΔＬ＊＜２．０である。

本明細書において、明度の測定は、スパッタリングターゲットの酸化物焼結体の表面を、＃８０～＃８００の砥石を用いて表面研磨を行った後、簡易型分光色差計（日本電色工業社製、型番：ＮＦ３３３）により測定することができる。
また、明度Ｌｅ＊、Ｌｃ＊の測定対象であるスパッタリングターゲットの酸化物焼結体の表面とは、スパッタリングターゲットを使用する際、スパッタリングされる側の酸化物焼結体の表面である。具体的には、酸化物焼結体が例えば円盤状や矩形状であれば当該表面は、例えばバッキングプレートとの接合面とは逆側の酸化物焼結体の表面（平面）であり、酸化物焼結体が円筒状であれば円筒の外周面である。
さらに、明度Ｌｅ＊は、より具体的には、スパッタリングターゲットの酸化物焼結体の表面のうち、当該酸化物焼結体の端部から中央側へ１０ｍｍ離間した位置を３箇所測定した値を算術平均した値であり、また、当該酸化物焼結体の端部とは、スパッタリングターゲットの酸化物焼結体の端部の中でも、焼成後の酸化物焼結体を切断加工して形成された端部を指す。また、端部から中央側へとは、端部の輪郭に直交する方向を指す。
また、明度Ｌｃ＊は、より具体的には、スパッタリングターゲットの酸化物焼結体の表面のうち中央部で３箇所測定した値を算術平均した値であり、また、当該酸化物焼結体の表面の中央部とは、スパッタリングターゲットの酸化物焼結体の表面のうち、当該酸化物焼結体の端部（焼成後の酸化物焼結体を切断加工して形成された端部や切断加工を経ていない端部も含む）から中央側へ１０ｍｍ超離間した領域を指す。

また、本実施形態において、スパッタリングターゲット中の酸化物焼結体の明度の差ΔＬ＊がΔＬ＊＜３．０を満たす方法としては、酸化物焼結体の切断加工時の加工ダメージを少なくすること、具体的には、切断時の切込み速度を抑えることや砥石を細かくすることが挙げられる。しかし、スパッタリングターゲットの生産性の確保の観点からは、酸化物焼結体自体が、そのような切断加工時の加工ダメージに対する強度を有することも好ましい。
切断加工時の加工ダメージに対する強度を有する酸化物焼結体としては、酸化物焼結体の焼成温度、最高焼成温度の保持時間、焼成時の雰囲気を調整することで得ることができる。具体的には、焼成温度について、焼成温度が比較的高い場合、酸化物焼結体の組織全体に微小クラックが生じ得る。この場合、焼結体組織内の残留応力が緩和された状態であり、切断加工時のダメージで微小クラックは大きく進展しない傾向があるため、酸化物焼結体の端部付近の明度Ｌｅ＊と酸化物焼結体の中央部の明度Ｌｃ＊の差ΔＬ＊は大きくなりにくい。
一方、焼成温度が比較的低い場合、酸化物焼結体の組織中の粒子が強固となり得るので、切断加工時において、組織全体的に、加工ダメージにより発生し得る微小クラックを低減することができ、切断加工を行っても酸化物焼結体の端部近傍の明度Ｌｅ＊と酸化物焼結体の中央部の明度Ｌｃ＊の差ΔＬ＊は小さくなりやすい。また、このときの組織中の組織粒径が微小である場合には組織自体がさらに強固になり、切断加工時のダメージにより微小クラックはほとんど進展せず、酸化物焼結体の端部近傍の明度Ｌｅ＊と酸化物焼結体の中央部の明度Ｌｃ＊の差ΔＬ＊はより小さくなりやすい。
さらに、焼成温度が中程度の場合、焼結後の酸化物焼結体において組織全体にクラックがない、若しくはあってもごくわずかとなり得る。しかしこの場合は、焼成過程で生じる焼結体組織内の残留応力が存在していると考えられ、切断加工時のダメージにより微小クラックが進展しやすいので、この結果、ターゲット端部近傍の明度Ｌｅ＊と中央部の明度Ｌｃ＊の差ΔＬ＊が大きくなり得る。

続いて、最高焼成温度の保持時間の調整による切断加工時の加工ダメージに対する強度を向上させる方法について説明する。酸化物焼結体においては、最高焼成温度の保持時間が長いほど焼成後の組織全体に微小クラックが生じ得る。しかし、保持時間が比較的長い場合には、切断加工時のダメージで微小クラックが進展したとしても、酸化物焼結体の端部付近の明度Ｌｅ＊と酸化物焼結体の中央部の明度Ｌｃ＊の差ΔＬ＊は大きくなりにくい。
また、保持時間が比較的短い場合、組織全体におけるクラックの発生を低減することができ、切断加工を行っても酸化物焼結体の端部近傍の明度Ｌｅ＊と酸化物焼結体の中央部の明度Ｌｃ＊の差ΔＬ＊は小さくなりやすい。
さらに、保持時間が中程度の場合、焼結後の酸化物焼結体において組織全体にクラックがない、若しくはあってもごくわずかとなる。しかしこの場合は、焼成過程で生じる焼結体組織内の残留応力が存在していると考えられ、切断加工時のダメージにより微小クラックが進展しやすいので、この結果、ターゲット端部近傍の明度Ｌｅ＊と中央部の明度Ｌｃ＊の差ΔＬ＊が大きくなり得る。

次いで、酸化物焼結体を得る際の焼成の雰囲気について、酸素雰囲気とすることが好ましく、酸素雰囲気とすることで焼結性が上がり、大気雰囲気の焼成と比較して明度の差ΔＬ＊が大きくなる傾向となる。

さらに、切断加工時の加工ダメージに対する強度を有する酸化物焼結体としては、焼結体組織の密度（相対密度）を調整することでも得ることができる。一般にスパッタリングターゲットは密度が低い場合、ノジュール発生の原因となり得るが、ＩＧＺＯ系ターゲットでは酸化物焼結体密度が高すぎる場合、メカニズムは明らかになっていないが組織内の局所的応力が緩和されず、クラックが進展しやすい。一方、密度が低すぎる場合、微小クラックは進展し難いが、ノジュール発生の懸念が高くなる。

すなわち、本実施形態において、ノジュールの発生抑制の観点からは、相対密度が９７．０％以上であり、好ましくは９８．０％以上ある。一方、微小クラックの進展を抑制する観点からは、相対密度が９９．３％以下であることが好ましい。
なお、相対密度は、組成によって定まる理論密度に対するアルキメデス密度の比で求められる。

ここで、上記理論密度は、スパッタリングターゲットの酸化物焼結体の各構成元素において、酸素を除いた元素の酸化物の理論密度から算出される密度の値である。酸化物焼結体の成分分析を行い、それにより得られる構成元素Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの合計１００ａｔ％に対するＩｎ、Ｇａ、Ｚｎのそれぞれの原子比（ａｔ％）から換算して求めた酸化物質量比（質量％）、並びにＩｎ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃及びＺｎＯの単体密度を用いて理論密度を算出する。具体的には、Ｉｎ₂Ｏ₃の単体密度を７．１８（ｇ／ｃｍ³）、Ｇａ₂Ｏ₃の単体密度を５．９５（ｇ／ｃｍ³）、ＺｎＯの単体密度を５．６１（ｇ／ｃｍ³）とし、また、Ｉｎ₂Ｏ₃の質量比をＷ_In2O3（質量％）、Ｇａ₂Ｏ₃の質量比をＷ_Ga2O3（質量％）、ＺｎＯの質量比をＷ_ZnO（質量％）として、理論密度（ｇ／ｃｍ³）＝（７．１８×Ｗ_In2O3＋５．９５×Ｗ_Ga2O3＋５．６１×Ｗ_ZnO）／１００で算出される。

なお、この相対密度は、スパッタリングターゲットの焼結体をＩｎ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、ＺｎＯの混合物と仮定して計算される理論密度を基準とするものであり、対象とする焼結体の密度の真の値は上記の理論密度より高くなることもあることから、ここでいう相対密度は１００％を超えることもあり得る。

本実施形態のスパッタリングターゲットの酸化物焼結体の相対密度は、焼成最高温度、焼成保持時間、焼成雰囲気などを調整することにより上記の範囲に制御することができる。

また、本実施形態において、酸化物焼結体の組織粒径が１．５μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは３．０μｍ以上１０μｍ以下である。当該組織粒径が大きい場合、１５μｍ超となると、スパッタリング時に粗大パーティクルが生じる懸念がある。また、当該組織粒径が１．５μｍ未満となると、焼結が不十分となり十分な密度が得られない懸念がある。

また、組織粒径は、コード法で測定される組織粒径である。組織粒径の測定は、まず、ターゲットから観察用サンプルを切り出し、切り出したサンプルの表面について鏡面研磨を施し、鏡面研磨されたサンプルの表面の組織写真を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で１０００倍の倍率で５視野撮影し、撮影した画像上に２本直線を引いて、各直線が結晶粒子と交わる長さの算術平均値を測定し、算術平均値を組織粒径（結晶粒径）とした。
コード法で測定される酸化物焼結体の組織粒径は、焼成最高温度、焼成保持時間、焼成雰囲気などを調整することで制御することができる。

ここで、本実施形態において、酸化物焼結体はスパッタリングターゲットの一部として、必要に応じてバッキングプレートとボンディング材により接合されたものとすることができるが、スパッタリングターゲット中の酸化物焼結体は、円形平板状、矩形平板状、または円筒形状とすることができる。
また、スパッタリングターゲット中の酸化物焼結体の厚みは、１８ｍｍ以下とすることができ、好ましくは１５ｍｍ以下である。また、当該厚みは、３ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは６ｍｍ以上である。厚みが３ｍｍ以上であることにより、ターゲットの使用期間を長くすることができ、スパッタ装置のダウンタイムを減少させ、生産性を向上させることができる。また、ターゲットの厚みが厚すぎると、焼結時に十分な密度を得られない傾向があることから、１８ｍｍ以下であることが好ましい。

つづいて、本実施形態のスパッタリングターゲットの製造方法を説明する。
本実施形態のスパッタリングターゲットは、原料の混合粉砕工程、造粒工程、成型工程、焼成工程の各工程を経て作製することができる。
混合粉砕工程では、原料粉として、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）粉、酸化ガリウム（Ｇａ₂Ｏ₃）粉、酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉を準備する。
酸化インジウム粉としては、メジアン径（Ｄ５０）：０．５～３μｍ、比表面積：４～１０ｍ²／ｇ、であり、酸化ガリウム粉としては、メジアン径（Ｄ５０）：０．５～４μｍ、比表面積：６～３０ｍ²／ｇ、であり、酸化亜鉛粉としては、メジアン径（Ｄ５０）：０．１～２μｍ、比表面積：２～２０ｍ²／ｇを使用することが好ましい。

次に、各原料粉を所望の組成比となるように秤量後、混合粉砕を行う。粉砕方法には求める粒度、被粉砕物質に応じて様々な方法があるが、湿式または乾式によるボールミル、振動ミル、ビーズミル等を用いることができる。均一で微細な結晶粒を得るには、短時間で凝集体の解砕効率が高く、添加物の分散状態も良好となるビーズミル混合法が好ましい。

次に、造粒工程において、微粉砕したスラリーの造粒を行う。これは、造粒により粉体の流動性を向上させることで、次工程のプレス成型時に粉体を均一に金型へ充填し、均質な成型体を得るためである。造粒には様々な方式があるが、プレス成型に適した造粒粉を得る方法の一つに、噴霧式乾燥装置（スプレードライヤー）を用いる方法がある。これは粉体をスラリーとし、熱風中に液滴として分散させ、瞬間的に乾燥させる方法であり、１０～５００μｍの球状の造粒粉を連続的に得ることができる。

スプレードライヤーによる乾燥では、熱風の入口温度、および出口温度の管理が重要である。入口と出口との温度差が大きければ単位時間当たりの乾燥量が増加し生産性が向上するが、入口温度が高すぎると、粉体、および添加したバインダーが熱により変質し、望まれる特性が得られない場合がある。また、出口温度が低すぎると、造粒粉が十分に乾燥されない場合がある。

また、スラリー中にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等のバインダーを添加し造粒粉中に含有させることで、成型体の強度を向上させることができる。ＰＶＡの添加量は、ＰＶＡ６質量％含有水溶液を原料粉に対して５０～２５０ｃｃ／ｋｇ添加することができる。さらに、バインダーに適した可塑剤も添加することで、プレス成型時の造粒粉の圧壊強度を調節することもできる。また、得られた造粒粉に、少量の水を添加し湿潤させることで成型体の強度を向上する方法もある。

次いで、成型工程において、造粒粉に対して、金型プレスまたは冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）により、例えば１ｔｏｎ／ｃｍ²以上の圧力で１～３分間保持して、成型体を得る。

続いて、焼成工程において、例えば電気炉を使用し、常圧焼結法のほか、ホットプレス、酸素加圧、熱間静水圧等の加圧焼結法も採用することができる。ただし、製造コストの低減、大量生産の可能性、容易に大型の焼結体を製造できるといった観点から、常圧焼結法を採用することが好ましい。

また焼成工程における焼成雰囲気は、雰囲気中に酸素が含まれることが好ましく、より好ましくは酸素雰囲気である。酸素を含むことで、酸化物焼結体のバルク抵抗を所望の範囲にしやすくすることができる。
また、常圧焼結法では、通常、成型体を大気中にて焼成して焼結させるところ、酸素を導入して焼成する場合の酸素流量としては、５～２０００Ｌ／ｍｉｎが好ましい。

焼成工程における最高焼成温度は、１２００～１５００℃とすることができ、好ましくは１２２０～１３６０℃である。当該最高焼成温度を当該範囲にすることにより、明度の差ΔＬ＊がΔＬ＊＜３．０を満たし、且つ、酸化物焼結体の相対密度を所定の範囲にしやすくすることができる。
また、最高焼成温度での保持時間は、５～１００時間とすることができ、好ましくは１０～１００時間とすることができ、より好ましくは２０～８０時間である。当該最高焼成温度の保持時間を当該範囲にすることにより、明度の差ΔＬ＊がΔＬ＊＜３．０を満たし、且つ、酸化物焼結体の相対密度を所定の範囲にしやすくすることができる。

さらに、焼結に際しての昇温速度は、１０００℃以上の温度範囲における昇温速度を０．１～５℃／ｍｉｎであることが好ましく、より好ましくは０．３～３℃／ｍｉｎであり、さらに好ましくは０．５～２℃／ｍｉｎである。この温度範囲での昇温速度が５℃／ｍｉｎ以上とすると量産時の工程安定性の観点から好ましくない。また、この温度範囲での昇温速度を０．１℃／ｍｉｎ以下とすると生産性の観点から好ましくない。
また、上記の所定の温度範囲外における昇温速度は、特に限定されず任意の昇温速度で行うことができる。

さらに、焼結後の成型体（焼結体）の６００℃以上の温度範囲での降温を、降温速度１０℃／ｍｉｎ以下で行うことができる。降温速度を１０℃／ｍｉｎ以下にすることにより、熱応力による焼結体の割れを抑制することができる。なお、ここで、降温速度を１０℃／ｍｉｎ以下とする温度範囲を６００℃以上とするのは、焼結体の降温時において６００℃以上の焼結体で熱応力が大きくなりやすいためである。
なお、降温速度は５℃／ｍｉｎ以下であることが好ましく、より好ましくは３℃／ｍｉｎ以下である。また、降温速度は、生産性の観点から０．１℃／ｍｉｎ以上であることが好ましく、より好ましくは０．５℃／ｍｉｎ以上である。
また、上記の所定の温度範囲外における降温速度は、特に限定されず任意の降温速度で行うことができる。

本実施形態のスパッタリングターゲットの製造方法において、上記の焼成工程を経て得られた焼結体は、必要に応じて、平面研削機、円筒研削機、マシニング等の加工機で所望の形状に加工することにより、スパッタリングターゲットを作製できる。スパッタリングターゲットの形状には特に制約はない。例えば、円盤状、矩形状、円筒状などとすることができる。スパッタリングターゲットは必要に応じてバッキングプレートとボンディング材により接合して用いてもよい。

なお、酸化物焼結体の切断方法としては、切断用ホイール砥石を用いて切断することができる。当該ホイール砥石としては、金属材料で形成されたものが好ましく、また、粒度は＃６０～＃４００が好ましく、より好ましくは＃８０～＃２８０である。酸化物焼結体の形状が円筒状である場合には、切断は、酸化物焼結体を軸周りに例えば５～２００ｒｐｍで回転させながら、酸化物焼結体の外周面から０．１～１０ｍｍ／分の速さで切り込むことで行うことができる。また、酸化物焼結体の形状が円盤状または矩形状である場合には、切断は、酸化物焼結体の表面から０．１～１００ｍｍ／分の速さで切り込むことで行うことができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明のスパッタリングターゲットは、上記の例に限定されることは無く、適宜変更を加えることができる。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例になんら限定されるものではない。

（スパッタリングターゲットの作製）
実施例１～３１、及び比較例１～９のスパッタリングターゲットの酸化物焼結体の原料粉として、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）粉、酸化ガリウム（Ｇａ₂Ｏ₃）粉、酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉を準備した。
実施例１、３～７、９、１１、１３～２０、２２～３０、及び比較例１、２、４、５、８、９のスパッタリングターゲットでは、酸化インジウム粉として、メジアン径（Ｄ５０）：１．６μｍ、比表面積：４．２ｍ²／ｇ、酸化ガリウム粉として、メジアン径（Ｄ５０）：１．７μｍ、比表面積：１１．７ｍ²／ｇ、酸化亜鉛粉として、メジアン径（Ｄ５０）：０．６μｍ、比表面積：３．９ｍ²／ｇであるものを使用した。
実施例２、８、１０、１２、２１、３１、及び比較例３、６、７のスパッタリングターゲットでは、酸化インジウム粉として、メジアン径（Ｄ５０）：１．４μｍ、比表面積：５．０ｍ²／ｇ、酸化ガリウム粉として、メジアン径（Ｄ５０）：１．７μｍ、比表面積：１１．７ｍ²／ｇ、酸化亜鉛粉として、メジアン径（Ｄ５０）：０．６μｍ、比表面積：３．９ｍ²／ｇであるものを使用した。また、実施例２、８、１０、１２、２１、３１及び比較例３、６、７では、原料として酸化錫（ＳｎＯ₂）粉も表１に記載の量で含有させており（表１では錫原子の含有量）、酸化錫粉は、メジアン径（Ｄ５０）：１．５μｍ、比表面積：５．７ｍ²／ｇのものを使用した。

次に、各原料粉を表１に記載の組成比（原子比率）となるように秤量後、ビーズミルにて湿式で混合粉砕を行った。なお、粉砕した後のスラリー中の各原料粉末は粒度が０．６μｍであった。次いで、粉砕したスラリーの造粒を行った。造粒は粉体をスラリーとし、スプレードライヤーを用いて熱風中に液滴として分散させ、瞬間的に乾燥させることで、４９μｍの球状の造粒粉を連続的に得た。

次に、実施例５、１１～１４、１６～２１、２３、２５～３１、及び比較例３～７については、造粒粉を金型に充填し、１８００ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力を、１分間保持して成型し、直径１３０ｍｍ、厚さ２１ｍｍの円盤状の成型体を得た。また、実施例３、１５、２４、比較例１、２、９については、造粒粉を金型に充填し、１８００ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力を、１分間保持して成型し、軸方向長さ１６００ｍｍ、外径１９７ｍｍ、内径１５７ｍｍの円筒状の成型体を得た。また、実施例１、２、４、６～１０、２２、比較例８については、造粒粉を金型に充填しコールドプレスののち、１８００ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力を、１分間保持して成型し、幅５５０ｍｍ、長さ５９５ｍｍ、厚さ１６ｍｍの矩形状の成型体を得た。
そして、それらの成型体を、電気炉を使用し、表１の雰囲気下で焼成して酸化物焼結体を得た。具体的には、表１に記載の条件で、成型体を昇温した後、表１に記載の焼結温度および時間で焼成した。なお、１０００℃から最高温度に到達するまでの昇温速度は１℃／ｍｉｎとし、最高温度保持完了後、６００℃に冷却されるまでの降温速度は１．５℃／ｍｉｎとした。

次いで、実施例５、１１～１４、１６～２１、２３、２５～３１、及び比較例３～７については、得られた酸化物焼結体を直径１００ｍｍ、厚さ１５ｍｍの円盤状に加工した。酸化物焼結体の切断方法としては、メタル＃１４０切断用ホイール砥石を用いて、酸化物焼結体の表面から５０ｍｍ／分の速度で当該砥石を当てて切断した。
また、実施例３、１５、２４、比較例１、２、９については、得られた酸化物焼結体を軸方向長さ５０ｍｍ、外径１５３ｍｍ、内径１３５ｍｍの円筒状に加工した。酸化物焼結体の切断方法としては、メタル＃１４０切断用ホイール砥石を用いて、酸化物焼結体を２０ｒｐｍで軸方向に回転させながら、酸化物焼結体の表面から１ｍｍ／分の速度で当該砥石を当てて切断した。
また、実施例１、２、４、６～１０、２２、比較例８については、得られた酸化物焼結体を幅４５０ｍｍ、長さ４５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの矩形状に加工した。酸化物焼結体の切断方法としては、メタル＃１４０切断用ホイール砥石を用いて、酸化物焼結体の表面から５０ｍｍ／分の速度で当該砥石を当てて切断した。
上記のようにして加工した後の酸化物焼結体を表１に示す粒度の研磨材で表面仕上げを行った。表面仕上げを行った酸化物焼結体について、後述する評価を行った。

なお、各成型体の焼成において、炉容積２．２ｍ³の電気炉と（表１では炉（大）と表記）、炉容積０．０６ｍ³の電気炉（表１では炉（小）と表記）を用いた。

得られた酸化物焼結体について、下記のような評価を行った。下記の評価結果について、表２に示す。
（１）酸化物焼結体の密度および相対密度
ＪＩＳ Ｒ １６３４に準拠して、アルキメデス法により下記式により算出した焼結体の体積と乾燥重量からかさ密度を算出し、これを理論密度で除することにより相対密度とした。
焼結体体積＝（抱水重量－水中重量）／水の密度
焼結体の理論密度は、構成元素Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの合計１００ａｔ％に対するＩｎ、Ｇａ、Ｚｎのそれぞれの原子比（ａｔ％）から換算して求めたＩｎ₂Ｏ₃の質量比Ｗ_In2O3（質量％）、Ｇａ₂Ｏ₃の質量比Ｗ_Ga2O3（質量％）、ＺｎＯの質量比Ｗ_ZnO（質量％）、並びに、Ｉｎ₂Ｏ₃の単体密度７．１８（ｇ／ｃｍ³）、Ｇａ₂Ｏ₃の単体密度５．９５（ｇ／ｃｍ³）、ＺｎＯの単体密度５．６１（ｇ／ｃｍ³）を用いて、下記式のように算出した。
理論密度（ｇ／ｃｍ³）＝（７．１８×Ｗ_In2O3＋５．９５×Ｗ_Ga2O3＋５．６１×Ｗ_ZnO）／１００

（２）コード法で測定される酸化物焼結体の組織粒径
コード法で測定される酸化物焼結体の組織粒径は、表１に示す粒度の研磨材で表面仕上げした後の酸化物焼結体から観察用サンプルを切り出し、切り出したサンプルの表面について鏡面研磨を施した。鏡面研磨されたサンプルの表面の組織写真を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で１０００倍の倍率で５視野撮影し、コード法の評価方法で複数視野（５視野）の結晶粒径（組織粒径）を算術平均値として算出した。コード法では、各表面組織写真に任意の長さの２本の直線を引き、直線が横切った粒子の数で当該直線の長さを割り、この値を表面組織写真の縮尺に当てはめて換算し、合計１０本の直線から得た値に基づいて算術平均の結晶粒径を算出した。

（３）明度Ｌｅ＊およびＬｃ＊
表１に示す粒度の研磨材で表面仕上げを行った酸化物焼結体の明度Ｌｅ＊およびＬｃ＊の測定は、簡易型分光色差計（日本電色工業社製、ＮＦ３３３）により測定した。

表２に示されるように、酸化物焼結体の明度Ｌｅ＊、明度Ｌｃ＊、明度の差ΔＬ＊、相対密度のそれぞれの値は、酸化物焼結体を得るための原料の成型体を焼結する際、高い酸素分圧下で行うとともに、焼成温度、焼成時間、焼成雰囲気、昇降温速度の調整、焼成後のアニール処理、組成の微調整等により、所望の範囲にすることができた。
そして、酸化物焼結体の明度の差ΔＬ＊、相対密度のそれぞれの値を所定の範囲にした実施例１～３１では、組織内微小クラック数、焼結体組織内空孔数、表面粗さから選択される少なくとも一つの特性について均一性が向上したＩＧＺＯスパッタリングターゲットを提供することができ、それにより高品質のＩＧＺＯ膜を得られると推定される。

本発明によれば、組織内微小クラック数、焼結体組織内空孔数、表面粗さから選択される少なくとも一つの特性について均一性を向上させることが可能なＩＧＺＯスパッタリングターゲットを提供することができる。

Claims (6)

1. インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）及び不可避的不純物からなる酸化物焼結体を有するスパッタリングターゲットであって、
   前記酸化物焼結体の表面において、当該表面の端部から中央側へ１０ｍｍの位置での明度Ｌｅ＊から、当該表面の中央部での明度Ｌｃ＊を減じたΔＬ＊が、ΔＬ＊＜３．０を満たし、
   前記酸化物焼結体の相対密度が９７．０％以上である、ＩＧＺＯスパッタリングターゲット。
2. 前記酸化物焼結体の組織粒径が１．５～１５μｍである、請求項１に記載のＩＧＺＯスパッタリングターゲット。
3. 前記酸化物焼結体の相対密度が９９．３％以下である、請求項１または２に記載のＩＧＺＯスパッタリングターゲット。
4. 前記酸化物焼結体が円形平板状、矩形平板状、または円筒形状である、請求項１～３のいずれかに記載のＩＧＺＯスパッタリングターゲット。
5. 前記酸化物焼結体の中のＩｎ含有量を１００とするとき、原子数比率でＧａが１００±３０、Ｚｎが１００±３０である、請求項１～４のいずれかに記載のＩＧＺＯスパッタリングターゲット。
6. 前記酸化物焼結体の厚みが１５ｍｍ以下である、請求項１～５のいずれかに記載のＩＧＺＯスパッタリングターゲット。