JP3004518B2 - スパッタリングターゲットとその製造方法 - Google Patents

スパッタリングターゲットとその製造方法

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JP3004518B2
JP3004518B2 JP5289203A JP28920393A JP3004518B2 JP 3004518 B2 JP3004518 B2 JP 3004518B2 JP 5289203 A JP5289203 A JP 5289203A JP 28920393 A JP28920393 A JP 28920393A JP 3004518 B2 JP3004518 B2 JP 3004518B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、透明導電膜を形成する
際に用いられるスパッタリング用ターゲットに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、酸化インジウムにスズをドープし
たITO(Indium-Tin-Oxide系)は、透明でかつ導電性
の酸化物としてよく知られており、太陽電池や液晶ディ
スプレイ等に用いられる透明導電膜として、広く用いら
れいる。また、最近、酸化亜鉛をベースとした透明導電
膜が、ITOと同程度の透明性、導電性を有する透明導
電膜として知られるようになり、高価なITOより酸化
亜鉛系のターゲットは安価であることから、工業的実用
化が期待されている。酸化亜鉛へのドーパントとしては
アルミニウムが最もよく知られているが、安定的に低抵
抗な膜を形成するには至っておらず、特公平3−720
11号公報に提案されているように他のドーパントの検
討もなされている。
【0003】今後、酸化亜鉛を主成分とした透明導電膜
は、従来のITO膜の代替あるいは補完材料としてます
ます期待が高まると思われる。そして、膜の成形方法と
しては緻密で膜質の良い膜が得られ易い、スパッタリン
グ法がもっとも適していると考えられる。
【0004】ところで、透明導電膜をスパッタリング法
で形成する場合、使用する電源にはDC(直流)方式と
RF(高周波)方式があるが、工業的には、大面積に適
応でき、操作性も比較的簡単で、装置価格も安価である
ことからDC方式が好ましい。しかし、DC方式はスパ
ッタリングターゲットが導電性であることが必要であ
り、使用するターゲット材の制約を受ける。
【0005】したがって、工業的な生産に有効なDC方
式のスパッタリング装置を用いるには、電気抵抗の低い
ターゲットの開発が必要不可欠である。また、DC方
式、RF方式いずれにもいえることだが、ターゲット材
は放電の安定性などから見て密度が高い方が好ましい。
【0006】主成分が酸化亜鉛のターゲットの作製法に
おいて、高密度で、低抵抗のターゲットを作製するには
1300℃を超える温度が必要であることが特開平2−
149459号公報において提案されている。しかし、
真空やアルゴンガスのような不活性ガス下で、1300
℃を超える高温で焼結すると、酸化亜鉛の分解蒸発が激
しくなり、原料の多くが揮散し、焼結体の激しい重量減
少が問題であった。また、1400℃以下の温度で焼結
すること特開平4−6144号公報において提案され
ているが、5.5g/cm3を超える焼結体は得られて
いない。また、焼結体の比抵抗も1mΩcm未満の低い
比抵抗を持つ焼結体は得られていない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術が有していた前述の欠点を解決しようとするもので
あり、高密度でかつ低抵抗のガリウムを含む酸化亜鉛焼
結体からなるスパッタリングターゲットとその製造方法
の提供を目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガリウムを含
む酸化亜鉛粉末を真空あるいは不活性ガス雰囲気中で最
高温度1000℃〜1200℃でホットプレスすること
によって作製される、密度5.5g/cm3を超え、
かつ、比抵抗が1mΩcmより低いことを特徴とするガ
リウムを含む酸化亜鉛焼結体からなるスパッタリングタ
ーゲットとその製造方法を提供するものである。
【0009】本発明のターゲットは、実質的に亜鉛・ガ
リウムの酸化物であり、Ga23として1重量%〜1
4重量%を含有するものである。
【0010】なお、本発明のターゲットには他の成分が
本発明の目的、効果を損なわない範囲において含まれて
いても差し支えないが可及的に少量にとどめることが望
ましい。
【0011】本発明において、ホットプレスの型材に
は、最も一般的なカーボン型を用いることができる。そ
の他、BNやAl23 などのホットプレスの型を用
ることもできる。ホットプレスの雰囲気は、カーボン
型のように空気中加熱により酸化するものは、真空ある
いはアルゴン、窒素などの不活性ガス雰囲気を用いるこ
とが好ましいことはもちろん、高密度、低抵抗のターゲ
ットを作製する点でも好ましい。
【0012】ホットプレスの温度は、1000℃〜12
00℃であることが緻密な焼結体が得られるという点で
望ましい。1000℃未満では、焼結が十分でなく、タ
ーゲットの密度が低いので好ましくない。また、120
0℃より高いと蒸発が激しいので、好ましくない。
【0013】
【作用】本発明において、ホットプレスはターゲットを
緻密化させ、高密度のターゲットを作製できる。その
際、雰囲気に真空あるいはアルゴンガスのような不活性
ガスを用いることにより、酸化亜鉛中に若干の酸素欠陥
が生じるため、キャリアとして働く電子が生じ、キャリ
ア濃度が高くなりこの結果極めて低い比抵抗を示すター
ゲットが得られる。また、酸素欠陥が生じるため物質移
動も容易になり、高密度に緻密化できる。
【0014】酸化亜鉛にガリウムが含まれることによ
り、このガリウムは酸化亜鉛の粒成長を適度に抑えるよ
うに働いて、ホットプレスの際の焼結体を緻密化させ
る。これにより、高密度で低抵抗のガリウムを含む酸化
亜鉛ターゲットを提供できる。
【0015】
【実施例】高純度のZnO粉末およびGa23粉末を準
備し、ZnO粉末とGa23末を表1に示す組成になる
ように、ボールミルで混合し、7種類のGa23−Zn
O粉末を調製した。これらの粉末をカーボン製のホット
プレス用型に充填し、アルゴン雰囲気中1100℃で1
時間保持の条件でホットプレスを行った。このときのホ
ットプレス圧力は100kg/cm2とした。得られた
焼結体の密度および4端子法により測定した比抵抗を
1に示す。表1より明らかなように、本発明のターゲッ
トはガリウムの含有量の広い範囲において、高密度で低
抵抗を示した。
【0016】また、表1には、焼結体を粉砕し酸溶解と
アルカリ溶融を連用して焼結体を水溶液化し、ICP組
成分析を行った結果を合わせて示した。本発明の方法に
より焼結体の組成は原料組成とほとんど変化しないこと
を確かめた。
【0017】この焼結体から直径3インチ、厚さ5mm
の寸法に切り出し、ターゲットを作製した。つぎに、こ
のターゲットについて、マグネトロンスパッタリング装
置を使用して、Ga23 −ZnO膜の成膜を行った。
この時の条件は投入電力:DC50W、圧力:5×10
-3Torr、基板温度:200℃の条件で行った。
【0018】また、基板には、ソーダライムアルカリガ
ラスにシリカをコートしたガラスを用いた。膜厚はおよ
そ500nmとなるように行ったが、成膜中、放電は安
定しており、まったく問題はなかった。成膜後、膜厚、
シート抵抗を測定し、膜厚、シート抵抗から膜の比抵抗
を計算した。その結果を表1に示す。表1より明らかな
ように、本発明のターゲットにより、低抵抗の透明
膜が形成できた。
【0019】
【比較例】高純度のZnO粉末およびGa23粉末を準
備し、ZnO粉末とGa23末を表2に示す組成になる
ように、ボールミルで混合し、3種類のGa23−Zn
O粉末を調製した。これらの粉末をカーボン製のホット
プレス用型に充填し、アルゴン雰囲気中900℃または
1300℃で1時間保持の条件でホットプレスを行っ
た。このときのホットプレス圧力は100kg/cm2
とした。得られた焼結体の密度および4端子法により測
定した比抵抗を表2に示す。表2より明らかなように高
密度で低抵抗なターゲットは作製できなかった。
【0020】また、アルゴン雰囲気中および空気中11
00℃で2時間保持の条件で常圧焼結法で同様のターゲ
ットの作製を試みた。このときのガリウム量はGa2
3 として6重量%を用いた。得られた焼結体の密度はア
ルゴン雰囲気中および空気中いずれも4.4g/cm3
で、比抵抗はアルゴン雰囲気の場合4. 0×10-2Ωc
m、空気中の場合、4端子法で測定できず、絶縁性に近
い高抵抗であった。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【発明の効果】本発明のターゲットを用いることによ
り、直流スパッタリングにおいても極めて安定に放電す
る、緻密で電気抵抗が低いターゲットが作製できる。ま
た、本発明のターゲットは1000℃〜1200℃の低
温で焼結されているため、気孔の大きさも小さく、気孔
率も極めて低く、またそのため強度が高く割れにくい。
したがって、このターゲットを用いれば成膜時に高いパ
ワーを投入でき、高速度で成膜できる。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガリウムを含む酸化亜鉛粉末を真空あるい
    は不活性ガス雰囲気中で最高温度1000℃〜1200
    ℃でホットプレスすることによって作製される、密度
    5.5g/cm3を超え、かつ、比抵抗が1mΩcmよ
    り低いことを特徴とするガリウムを含む酸化亜鉛焼結体
    からなるスパッタリングターゲット。
  2. 【請求項2】ガリウムを含む酸化亜鉛焼結体からなるス
    パッタリングターゲットの製造方法であって、ガリウム
    を含む酸化亜鉛粉末を真空あるいは不活性ガス雰囲気中
    で最高温度1000℃〜1200℃でホットプレスする
    ことによって作製する、密度5.5g/cm3を超
    え、かつ、比抵抗が1mΩcmより低いスパッタリング
    ターゲット造方法。
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