JP3632781B2 - 酸化物焼結体 - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、酸化インジウム・酸化錫(以下、「ITO」という)焼結体に関し、特にスパッタリング法によって透明導電膜を形成する際のスパッタリング用ターゲットとして極めて優れた性能を有するITO焼結体に関する。
【0002】
【従来の技術】
ITO焼結体をスパッタリングして得られる透明導電膜は、その比抵抗値の低さから有望な膜として注目されている。例えば300℃程度の高温に加熱された基板上に、適当な条件でITOを物理蒸着することにより、透明性が良く且つ比抵抗値が2.0×10−4Ω・cm以下の良質なITO膜が得られる。
【0003】
このような高温に加熱された基板上に比抵抗値の低いITO膜を成膜するためのITO焼結体として、特開昭62−21751号公報にはIn粉末とSnO粉末を適当な量だけ配合し、混合・粉砕を行い、これを成形し仮焼した後再度粉砕を行って粉末とし、得られた仮焼済み粉末を、更に成形・焼結して製造されたITO焼結体、また、混合・粉砕した後ホットプレスのような高温加圧下で焼結する方法が開示されている。また、特開平2−115326号公報にはIn粉末と金属錫粉末とを適当な量だけ配合し、仮焼した後再度粉砕を行って粉末とし、得られた仮焼済み粉末を、更にホットプレスを行うITO焼結体の製造方法が開示されている。
【0004】
しかし、このようにして得られたITO焼結体を用いてスパッタリングを行うと、異常放電現象の発生によりプラズマ状態が不安定になり、安定した成膜が行われず、スパッタされた膜の構造が悪化し、膜の特性値が劣化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、ターゲット表面にノジュールが生じ、これにより成膜速度が低下し、生産性が低下するという問題が生じる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明は、上述したITOターゲットのスパッタリングにかかわる問題点を解決し、異常放電現象の発生およびノジュールの生成を有効に抑制することが可能な酸化物焼結体を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の酸化物焼結体は、インジウム、錫および酸素を主成分とする酸化物焼結体であって、インジウム、錫および酸素以外の不純物のうち、周期律表のIIIb族およびIVb族に属する元素の量が合計で50重量ppm以下であることを特徴とする。
【0007】
即ち、異常放電現象の発生およびノジュールの生成は、ITOターゲット中に含まれるAl、Si等周期律表のIIIb族およびIVb族に属する元素が凝集している部分を起点として生じており、これらの不純物元素含有量を特に低く抑えることにより異常放電現象の発生およびノジュールの生成を有効に抑制することを可能としたものである。
【0008】
【作用】
(ITO焼結体)
本発明のITO焼結体は、実質的にインジウム、錫および酸素からなるものであり、In−SnO系のものである。この組成自体は公知のITO焼結体と同様である。一般に錫の平均組成は3〜12重量%であり、インジウムの平均組成は70〜78重量%にある。
【0009】
本発明のITO焼結体においては、インジウム、錫および酸素以外の不純物のうち、周期律表のIIIb族およびIVb族に属する元素の量が合計で50重量ppm以下、好ましくは30重量ppm以下、更に好ましくは10重量ppm以下であることが必要である。
【0010】
上述した不純物元素以外の不純物元素については、本発明の目的を達成する上では特に限定されないが、スパッタリングによって成膜された薄膜の透明性、電気伝導性を考慮すると、合計量が100重量ppm以下であることが好ましい。
【0011】
焼結体の密度は特に限定されないが、本発明の目的をより効果的に達成するためには、相対密度で85%以上が好ましく、更に高密度であればより好ましい効果が得られる。
【0012】
(ITO焼結体の製造)
本発明のITO焼結体の製造には平均粒径が1μm以下の微細なInおよびSnO酸化物粉末を原料として用いることが望ましい。これらの酸化物粉末の純度は99.99重量%以上であることが必要であるが、これを超える純度の粉末は特に必要としない。また、これを超える純度の粉末は高価であるため使用することは経済上好ましくない。
【0013】
原料粉末の混合には例えば湿式ボールミルを用いる。ボールは高純度かつ高密度のイットリア安定型ジルコニアボールを用いることができ、混合時間は12時間以下が望ましい。
【0014】
また従来技術の例に述べられている仮焼は行わない方がよい。これは、仮焼の際大気中および仮焼を行う際に用いる容器からの汚染を防止するためである。仮焼を行わない場合、焼結工程で割れ、欠け等の不良が発生しやすくなるが、この問題については焼結工程を工夫することにより解決できる。
【0015】
成形はビニル製の型を用いて静水圧加圧プレスによって行うことができる。混合から成形までの工程は、好ましくはクリーンルームで行うのがよいが、粉末を大気に接することを極力抑えた閉空間で行うことによっても十分目的を達成することができる。
【0016】
焼結は、例えば、高純度アルミナ板の上に高純度ITO焼結板をおき、その上にITO焼結体を0.1mm以下に粉砕した粉末を敷き、更にその上に成形体を置いて行う。焼結温度は1550℃以下であることが重要である。また焼結雰囲気は酸素ガスの気流中で行う必要がある。アルミナ板は純度が低いとITO焼結板と反応しやすく、ITO焼結板の寿命が短くなる為に用いる必要がある。ITO焼結板を用いるのは、成形体への不純物元素の拡散を防止するためである。ITO焼結体の粉砕粉末を用いるのは、成形体が焼結収縮する際、滑りを良くするためであり、大型の成形体の場合には多めに、小型の成形体の場合には用いる必要がない場合もある。
【0017】
焼結工程より後の工程は従来と同様の工程でよい。
【0018】
【実施例】
以下に実施例を用いて本発明の優れた効果を説明する。
実施例1 ・・・ 平均粒径0.2μm、純度99.99重量%の酸化インジウム粉末に、平均粒径0.5μm、純度99.99重量%の酸化錫粉末を原料粉末とした。これら原料粉末を、錫組成が7.8重量%となるように配合し、バインダーとして1重量%のPVAを添加した後、高純度ジルコニアボールによる湿式ボールミルで3時間混合し、乾燥および造粒した。高純度ジルコニアボールは、組成が重量比で、ZrO:94.9%、Y:5.0%のものを用いた。
【0019】
ビニル製の型にこの粉末を充填した後、3ton/cmでCIP成形した。焼結は酸素ガスを5l/minで流しながら1500℃にて5時間保持した。成形体の設置方法は前述したように、高純度アルミナ板の上にITO焼結板を置き、その上にITO焼結体の粉砕粉を厚さ1mmになるように敷き、更にその上に成形体を設置した。高純度アルミナ板は、組成が重量比で、Al:99.9%のものを用いた。得られた焼結体を127mm×507mm、厚さ6mmの大きさの長方形焼結体に加工した。
【0020】
焼結体の密度および不純物元素量を測定した後、スパッタリング用ターゲット材として使用し、DCマグネトロンスパッタ法によってスパッタリングを行った。使用開始から20時間経過後の10分間当たりの異常放電回数の測定と、40時間経過後のターゲット表面のノジュールの生成状況の観察を行った。得られた結果を表1に示す。
【0021】
実施例2 ・・・ 平均粒径0.2μm、純度99.99重量%の酸化インジウム粉末に、平均粒径0.5μm、純度99.99重量%の酸化錫粉末を原料粉末とし、これらの粉末を錫組成が7.8重量%となるように配合し、バインダーとして1重量%のPVAを添加した後、実施例1と同じ高純度ジルコニアボールによる湿式ボールミルで3時間混合し乾燥および造粒の後使用した。ビニル製の型に粉末を充填した後3ton/cmでCIP成形した。なお、原料粉末の開封から成形工程で型に粉末を充填し密閉するまでをクラス1000のクリーンルーム内で行った。焼結は酸素ガスを5l/minで流しながら1500℃にて5時間保持した。成形体の設置方法は前述したように、実施例1と同じ高純度アルミナ板の上にITO焼結板を置き、その上にITO焼結体の粉砕粉を厚さ1mmになるように敷き、更にその上に成形体を設置した。得られた焼結体を127mm×507mm、厚さ6mmの大きさの長方形焼結体に加工した。焼結体の密度および不純物元素量を測定した後スパッタリング用ターゲット材として使用し、DCマグネトロンスパッタ法によってスパッタリングを行った。使用開始から20時間経過後の10分間当たりの異常放電回数の測定と、40時間経過後のターゲット表面のノジュールの生成状況の観察を行った。得られた結果を表1に示す。
【0022】
実施例3 ・・・ 平均粒径0.2μm、純度99.99重量%の酸化インジウム粉末に、平均粒径0.5μm、純度99.99重量%の酸化錫粉末を原料粉末とし、これらの粉末を錫組成が7.8重量%となるように配合し、バインダーとして1重量%のPVAを添加した後、実施例1と同じ高純度ジルコニアボールによる湿式ボールミルで12時間混合し乾燥および造粒の後使用した。ビニル製の型に粉末を充填した後3ton/cmでCIP成形した。焼結は酸素ガスを5l/minで流しながら1500℃にて5時間保持した。成形体の設置方法は前述したように、実施例と同じ高純度アルミナ板の上にITO焼結板を置き、その上にITO焼結体の粉砕粉を厚さ1mmになるように敷き、更にその上に成形体を設置した。得られた焼結体を127mm×507mm、厚さ6mmの大きさの長方形焼結体に加工した。焼結体の密度および不純物元素量を測定した後スパッタリング用ターゲット材として使用し、DCマグネトロンスパッタ法によってスパッタリングを行った。使用開始から20時間経過後の10分間当たりの異常放電回数の測定と、40時間経過後のターゲット表面のノジュールの生成状況の観察を行った。得られた結果を1表に示す。
【0023】
比較例1 ・・・ 平均粒径0.2μm、純度99.99重量%の酸化インジウム粉末に、平均粒径0.5μm、純度99.99重量%の酸化錫粉末を原料粉末とし、これらの粉末を錫組成が7.8重量%となるように配合し、バインダーとして1重量%のPVAを添加した後、高純度ジルコニアボールによる湿式ボールミルで3時間混合し乾燥および造粒の後使用した。ビニル製の型に粉末を充填した後3ton/cmでCIP成形した。焼結は酸素ガスを5l/minで流しながら1500℃にて5時間保持した。成形体の設置方法は低純度アルミナ板 の上にITO焼結体の粉砕粉を厚さ0.2mmになるように敷き、その上に成形体を設置した。低純度アルミナ板は、組成が重量比で、Al:92%、SiO:7%のものを用いた。
【0024】
得られた焼結体を127mm×507mm、厚さ6mmの大きさの長方形焼結体に加工した。焼結体の密度および不純物元素量を測定した後スパッタリング用ターゲット材として使用し、DCマグネトロンスパッタ法によってスパッタリングを行った。使用開始から20時間経過後の10分間当たりの異常放電回数の測定と、40時間経過後のターゲット表面のノジュールの生成状況の観察を行った。得られた結果を表1に示す。
【0025】
比較例2 ・・・ 平均粒径0.2μm、純度99.99重量%の酸化インジウム粉末に平均粒径0.5μm、純度99.99重量%の酸化錫粉末を原料粉末とし、これらの粉末を錫組成が7.8重量%となるように配合し、バインダーとして1重量%のPVAを添加した後、純度90%のジルコニアボールによる湿式ボールミルで24時間混合し乾燥および造粒の後使用した。ビニル製の型に粉末を充填した後3ton/cmでCIP成形した。焼結は酸素ガスを5l/minで流しながら1500℃にて5時間保持した。成形体の設置方法は前述したように、高純度アルミナ板の上にITO焼結板を置き、その上にITO焼結体の粉砕粉を厚さ1mmになるように敷き、更にその上に成形体を設置した。得られた焼結体を127mm×507mm、厚さ6mmの大きさの長方形焼結体に加工した。焼結体の密度および不純物元素量を測定した後スパッタリング用ターゲット材として使用し、DCマグネトロンスパッタ法によってスパッタリングを行った。使用開始から20時間経過後の10分間当たりの異常放電回数の測定と、40時間経過後のターゲット表面のノジュールの生成状況の観察を行った。得られた結果を表1に示す。
なお、焼結体密度は、真密度に対する実測密度の割合、即ち相対密度を%で示した。
【0026】
【表1】
Figure 0003632781
【0027】
表1より、本発明の酸化物焼結体を用いた場合は、従来のものを用いた場合に比べて、成膜時の異常放電の回数が減少し、ターゲット表面のノジュールの発生も減少していることがわかる。
【0028】
【発明の効果】
本発明によれば、スパッタリング中の異常放電回数がきわめて少なく、また長時間使用後においてもノジュールが発生しないITOターゲットを提供することができる。

Claims (1)

  1. インジウム、錫および酸素を主成分とする酸化物焼結体において、インジウム、錫および酸素以外の不純物のうち、周期律表のIIIb族およびIVb族に属する元素の量が合計で50重量ppm以下であることを特徴とする酸化物焼結体。
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