JP3030913B2 - Ito焼結体の製造方法 - Google Patents

Ito焼結体の製造方法

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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、透明導電膜作成に使用
されるITO焼結体の製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】液晶表示素子や表示デバイスの電極として
幅広く使用されている透明導電性膜として、 SnO2 を含
有させたIn2 O 3膜(以下、ITO膜という)が一般的
によく知られている。このITO膜の成膜法としては、
真空蒸着法、各種スパッタ法があり、特にスパッタ法の
うちでもDCマグネトロンスパッタ法が、成膜速度や膜
特性の制御性、生産性に優れていることから広く使用さ
れている。このDCマグネトロンスパッタ法は、予め基
板を高温に加熱しておき、酸素ガスを含む不活性ガス雰
囲気中でスパッタ装置の電極間に直流電界を加えること
により、In2 O 3 − SnO2 (ITO)ターゲットを上記
基板上にスパッタすることにより良好な比抵抗値を有す
るITO膜を形成するというものである。ここで使用さ
れるITOターゲットの製造方法としては、経済的に有
利であり且つ大型品の製造も有利に行ない得る所謂常圧
焼結法が主に採用されている。この常圧焼結法は、例え
ば、In2 O 3 粉末と SnO2 粉末とを混合し、1000〜1200
℃の温度で固溶化処理を行なった後に、プレス成形を行
ない、次いで1350〜1500℃の温度で焼結を行なうという
方法である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】然しながら、上記の方
法で製造されたITOターゲットを用いてスパッタリン
グを行なう場合、その成膜中に異常放電現象を生じ、こ
のためにプラズマ状態が不安定となり、安定した成膜が
行なわれず、膜構造が悪化して膜特性が低下するという
不都合を生じる。また異常放電現象が頻繁に発生する状
況下において長時間ITOターゲットを使用している
と、ターゲット表面に変質層が生じ、これにより成膜速
度が低下するという問題も起こっている。従って、本発
明の目的は、スパッタリングによる成膜に際して、異常
放電現象の発生を有効に抑制することが可能なITO焼
結体を製造する方法を提供するこにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、In2 O
3 粉末と SnO2 粉末とを混合し、得られた混合粉末に
レス成形を行ない、次いで1350〜1500℃の温度で焼結を
行ない、得られた焼結体について、 0.4〜1.5 Paにおけ
る無酸素雰囲気中において、 500〜800 ℃の温度条件下
で熱処理を行なうことを特徴とするITO焼結体の製造
方法が提供される。
【0005】
【作用】即ち本発明は、従来公知の常圧焼結法により得
られたITO焼結体について、一定条件下においてさら
に熱処理を行なうことが重要な特徴である。スッパタリ
ング中の異常放電現象は、ターゲットにアルゴンイオン
が衝突した際に該ターゲットから二次電子が放出され、
ターゲット内に正の電荷が蓄積することに起因するもの
である。常圧焼結法により得られたITO焼結体におい
ては、スズが集中的に多量に存在する部分がある。例え
ば、上記により得られた焼結体の断面を電子線マイクロ
アナライザーによる面分析を行ない、スズの分散度合を
示す電子顕微鏡写真を図2に示す。この図において、白
い部分がスズを表し、凝集部分が存在していることが理
解される。この部分は導電性が低く、この結果として電
荷が蓄積し易くなり、異常放電現象を発生する原因とな
る。本発明においては、上記の熱処理を行なうことによ
り、スズが均一に分散され、これによってスパッタリン
グに際して電荷の蓄積が防止され、異常放電現象を有効
に回避することが可能となったものである。例えば、上
述した焼結体に熱処理を行なったものについて、同様の
面分析を行ない、スズの分散度合を示す電子顕微鏡写真
を図1に示すが、この図によれば、図1では凝集してい
たスズが有効に拡散されていることが理解される。
【0006】本発明の製造法において、原料粉末として
は、酸化インジウム(In2 O 3 )粉末と酸化スズ( SnO
2 )粉末とを使用する。これら原料粉末は、以下の工程
での熱処理等を有効に行なうために、例えば酸化インジ
ウムではその平均粒径が 0.1μm 以下、酸化スズでは 1
μm 以下の範囲にあることが望ましい。一般に、平均粒
径が上記範囲よりも大であるときには、粉砕等により粒
度調整を行なった後に使用に供することが好適である。
本発明においては、先ず、上記原料粉末を十分に均一に
混合し、混合粉末を調製する。各原料粉末の混合比は、
目的とするITO焼結体のインジウム含量及びスズ含量
に応じて設定される。本発明で製造するITO焼結体
は、実質的にインジウム、スズ及び酸素から成るもので
あり、通常、スズの平均組成が 4〜12重量%であり、イ
ンジウムの平均組成が70〜78重量%の範囲にある。従っ
て、平均組成がこのような範囲となるように、上記原料
粉末の混合比が設定される。
【0007】
【0008】次いで得られた混合粉末について、適当な
金型を用いてプレス成形が行なわれる。この成形圧力
は、一般に1ton/cm2 以上、特に2ton/cm2 以上の圧力
とすることが好適である。かかるプレス成形を行なうこ
とにより、高密度、例えば相対密度が80%以上の焼結体
を得ることができる。またこのプレス成形は、一般に、
パラフィンワックス、ポリビニルアルコール等のバイン
ダーを用いて行なわれる。このようなバインダーの使用
量は、通常、固溶化処理された混合粉末当たり 1〜2 重
量%の範囲である。
【0009】上記で得られた成形体について、1350〜15
00℃の温度において焼結が行なわれる。この焼結は、電
気伝導性に寄与しない凝集した Sn02 相を消失せしめる
ために行なわれる。例えば、この焼結を1350℃よりも低
い温度で行なうと、凝集したSn02 相が安定に存在する
ために、比抵抗値の低い良質なITO膜を得ることが困
難となり、また1500℃よりも高い温度で焼結を行なう
と、スズの凝集を生じるおそれがある。焼結時間は、一
般に 3〜10時間程度で十分である。またこの焼結は、大
気中等の酸素雰囲気下で行なわれる。無酸素雰囲気下で
焼結を行なうと、スズ原子が還元により飛散するという
不都合を生じる。
【0010】本発明方法においては、上記の焼結体につ
いて、 0.4〜1.5 Paの無酸素雰囲気中において、 500〜
800 ℃の温度条件下での熱処理が行なわれる。後述する
実施例の結果からも明らかな通り(例えば図2参照)、
上記焼結体では、スズの固溶化が不十分であるために、
スズの凝集が部分的に生じている。このスズの凝集を解
消するために上記の熱処理を行なうのである。
【0011】本発明において、無酸素雰囲気で熱処理を
行なうのは、焼結体内のスズを活性化させることによ
り、スズ自体を拡散させ、これによりその凝集を改善す
るためである。尚、無酸素雰囲気とは、上記圧力条件を
満足するような所謂真空雰囲気を意味するが、上記圧力
条件を満足している限りにおいて、例えばAr等の不活性
ガス雰囲気であってもよい。上記の熱処理を0.4 Paより
も低い圧力下で行なうと、焼結体中の酸素濃度が低下す
るとともに、凝集しているスズが選択的に蒸発するため
に、スズ量が低下するという不都合を生じる(比較例3
参照)。また1.5Paよりも高い圧力で熱処理を行なう
と、スズの拡散を有効に行なうことができず、この結
果、スパッタリングにおける異常放電の抑制を行なうと
いう本発明の目的を達成することができない。
【0012】さらに上記熱処理を 500℃よりも低い温度
で行なった場合にもスズの拡散を有効に行なうことがで
きず(比較例2参照)、 800℃よりも高い温度で熱処理
を行なった場合には、焼結体中の酸素濃度が低下すると
ともに、凝集しているスズが選択的に蒸発するために、
スズ量が低下するという不都合を生じる(比較例2参
照)。上述した熱処理は、凝集したスズが有効に拡散し
て均一に分散されるまで行なわれるが、一般的には、1
時間以上、特に2〜3時間程度行なえば十分である。
【0013】
【実施例】実施例1 平均粒径0.07μm の酸化インジウム粉末と、平均粒径が
0.5μm の酸化スズ粉末とを使用し、組成比がIn2 O
3 : SnO2 =90:10(重量比)となるように両者を混合
した。この混合粉末に1重量%のパラフィンワックスバ
インダー及び純水を加えた後、10mm径のジルコニアボー
ルを用いて24時間ボールミル混合を行なった。次いでこ
の混合粉末を乾燥し、2ton/cm2 の圧力でプレス成形し
た後、大気中にて1400℃×5時間の焼結を行ない、径75
mm×厚み5mmの焼結体を得た。次いで、真空ポンプにて
排気を行ない、0.4 Paの真空中において、 500℃の温度
で2時間、上記焼結体の熱処理を行なった(実施例
1)。上記の如くして得られた焼結体の断面を研磨した
後、電子線マイクロアナライザー(EPMA)による面分析
を行ない、スズの分散性を調べた。その結果を表す電子
顕微鏡写真(×700 )を図1に示す。また比較のため
に、熱処理前の焼結体について、同様にEPMAによる面分
析を行なった(比較例1)。この結果を図2に示す。こ
の図1及び2から明らかな通り、熱処理前の焼結体では
スズの凝集部(図中、白い部分がスズである)が多く存
在しているが、熱処理後の焼結体では、スズが均一に分
散していることが理解される。また上記熱処理前後の焼
結体について、化学分析を行なってスズの平均組成値を
求め、さらに四探針法によりターゲット表面抵抗を測定
した。これらの結果を表1に示す。さらに上記熱処理後
の焼結体をスパッタリング用ターゲットとして使用し、
DCマグネトロンスパッタ法により16時間の連続スパッ
タを行ない、1時間当たりに発生した異常放電の回数を
測定した。また16時間経過後の表面状態、及び16時間ス
パッタ後の成膜速度の、1時間スパッタ後の成膜速度に
対する変化の割合を測定した。さらに併せてその際の基
板温度 200℃の比抵抗値を四探針法により測定した。こ
れらの結果は表2に示す。尚、表面状態は、ターゲット
表面積中の黒化した面積が占める割合で示した。
【0014】実施例2 焼結後の熱処理の温度を 800℃に変更した以外は実施例
1と全く同様にして焼結体の作成及びその後の熱処理を
行なった。得られた熱処理後の焼結体について、実施例
1と同様の測定を行ない、その結果を、図3、表1〜2
に示した。
【0015】実施例3 焼結後の熱処理の際の圧力を1.5 Paに変更した以外は実
施例2と全く同様にして焼結体の作成及びその後の熱処
理を行なった。得られた熱処理後の焼結体について、実
施例1と同様の測定を行ない、その結果を、図4、表1
〜2に示した。
【0016】実施例4 焼結後の熱処理の際の雰囲気を、真空ポンプにて排気を
行なった後にアルゴン導入したアルゴン雰囲気中(圧力
0.4 Pa)とした以外は実施例1と全く同様にして焼結体
の作成及びその後の熱処理を行なった。得られた熱処理
後の焼結体について、実施例1と同様の測定を行ない、
その結果を、図5、表1〜2に示した。
【0017】比較例2 焼結後の熱処理の温度を 300℃に変更した以外は実施例
1と全く同様にして焼結体の作成及びその後の熱処理を
行なった。得られた熱処理後の焼結体について、実施例
1と同様の測定を行ない、その結果を、図6、表1〜2
に示した。
【0018】比較例3 焼結後の熱処理の温度を1000℃に変更した以外は実施例
1と全く同様にして焼結体の作成及びその後の熱処理を
行なった。得られた熱処理後の焼結体について、実施例
1と同様に、EPMAによる面分析、スズの平均組成値の測
定、四探針法によるターゲット表面抵抗測定を行ない、
その結果を、図7及び表1に示した。比較例4 焼結後の熱処理の際の圧力を0.1 Paに変更した以外は実
施例2と全く同様にして焼結体の作成及びその後の熱処
理を行なった。得られた熱処理後の焼結体について、実
施例1と同様にスズの平均組成値の測定、四探針法によ
るターゲット表面抵抗測定を行ない、その結果を、表1
に示した。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】
【発明の効果】本発明にしたがって、焼結体について熱
処理を行なうことにより、凝集しているスズが有効に拡
散し均一に分散し、この結果として、これをターゲット
として用いたスパッタリングにおいて、異常放電を有効
に回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1における熱処理後の焼結体のEPMA面
分析におけるスズ分散度合を示す電子顕微鏡写真を表す
図。
【図2】 実施例1における熱処理前の焼結体のEPMA面
分析におけるスズ分散度合を示す電子顕微鏡写真を表す
図。
【図3】 実施例2における熱処理後の焼結体のEPMA面
分析におけるスズ分散度合を示す電子顕微鏡写真を表す
図。
【図4】 実施例3における熱処理後の焼結体のEPMA面
分析におけるスズ分散度合を示す電子顕微鏡写真を表す
図。
【図5】 実施例4における熱処理後の焼結体のEPMA面
分析におけるスズ分散度合を示す電子顕微鏡写真を表す
図。
【図6】 比較例2における熱処理後の焼結体のEPMA面
分析におけるスズ分散度合を示す電子顕微鏡写真を表す
図。
【図7】 比較例3における熱処理後の焼結体のEPMA面
分析におけるスズ分散度合を示す電子顕微鏡写真を表す
図。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 In2 O 3 粉末と SnO2 粉末とを混合し、
    得られた混合粉末にプレス成形を行ない、次いで1350〜
    1500℃の温度で焼結を行ない、得られた焼結体につい
    て、 0.4〜1.5 Paにおける無酸素雰囲気中において、 5
    00〜800 ℃の温度条件下で熱処理を行なうことを特徴と
    するITO焼結体の製造方法。
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