JP5437919B2 - ITO sputtering target and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、ITOスパッタリングターゲットに関し、さらに詳しくは、SnO2の含有量が5質量%以下であっても、ボンディング時に割れが発生しにくいITOスパッタリングターゲットに関する。 The present invention relates to an ITO sputtering target. More specifically, the present invention relates to an ITO sputtering target that hardly causes cracking during bonding even when the SnO 2 content is 5% by mass or less.

ITO(Indium-Tin-Oxide)膜は高い透過性と電気伝導性を有することから、フラットパネルディスプレイの透明電極やタッチパネルなどに広く利用されている。透明電極用のITO膜は、通常SnO2換算で10質量%程度のSnを含有するが、タッチパネル用のITO膜としては、比較的高抵抗であることが要求されることから、Snの含有量がSnO2換算で3質量%前後のITO膜が使用されている。ITO膜は、一般にITOスパッタリングターゲットをスパッタリングすることにより形成される。ITOスパッタリングターゲットは一般にCu製のバッキングプレートにボンディングされて使用される。このため、タッチパネル用のITO膜を形成するときには、一般にSnの含有量がSnO2換算で3質量%程度であるITOスパッタリングターゲットをCu製のバッキングプレートにボンディングしてスパッタリングが行われている。 ITO (Indium-Tin-Oxide) films are widely used for transparent electrodes and touch panels of flat panel displays because of their high permeability and electrical conductivity. The ITO film for transparent electrodes usually contains about 10% by mass of Sn in terms of SnO 2 , but the ITO film for touch panels is required to have a relatively high resistance, so the content of Sn However, an ITO film of about 3% by mass in terms of SnO 2 is used. The ITO film is generally formed by sputtering an ITO sputtering target. The ITO sputtering target is generally used by being bonded to a Cu backing plate. For this reason, when forming an ITO film for a touch panel, sputtering is generally performed by bonding an ITO sputtering target having a Sn content of about 3 mass% in terms of SnO 2 to a Cu backing plate.

しかし、Snの含有量が少ないITOスパッタリングターゲット、たとえばSnの含有量がSnO2換算で5質量%以下であるITOスパッタリングターゲットは脆く、割れやすいことが知られている。特に、Snの含有量がSnO2換算で5質量%以下であるITOスパッタリングターゲットは、Cu製等のバッキングプレートにボンディングするときに割れを起こしやすいことが知られている。 However, it is known that an ITO sputtering target having a small Sn content, for example, an ITO sputtering target having a Sn content of 5% by mass or less in terms of SnO 2 is brittle and easily cracked. In particular, it is known that an ITO sputtering target having a Sn content of 5% by mass or less in terms of SnO 2 is likely to crack when bonded to a backing plate made of Cu or the like.

ITOスパッタリングターゲットの割れを防止する技術としては、たとえば特開平9−125236号公報に、In、Oおよび0.1質量%以上のSnからなり、相対密度90%以上であって、残留応力xが−200≦x≦200MPaであるインジウム酸化物系焼結体が開示されている。この文献においては、焼結体に−200≦x≦200MPaの範囲からはずれるような大きな残留応力xがあると、焼結体に割れやクラックが生じるので好ましくないとされている。   As a technique for preventing the cracking of the ITO sputtering target, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 9-125236, it is composed of In, O and 0.1 mass% or more of Sn, the relative density is 90% or more, and the residual stress x is An indium oxide-based sintered body in which −200 ≦ x ≦ 200 MPa is disclosed. In this document, if the sintered body has a large residual stress x that deviates from the range of −200 ≦ x ≦ 200 MPa, it is not preferable because the sintered body is cracked or cracked.

特開平6−316760号公報には、1〜20重量%の酸化錫成分と、残部の酸化インジウム成分とからなる粉末を成形焼結したITO多孔質焼結体で、前記粉末を大気中にて1200〜1600℃で仮焼を行い、仮焼後の粉末をボールミル混合した後、造粒、成形し、900〜1100℃にて焼結して得られるITO多孔質焼結体が開示されている。特開平6−64959号公報には、焼結密度が90%以上100%以下、焼結粒径が1μm以上20μm以下、かつ(In0.6Sn0.4)23の量が10%以下であるITO焼結体が開示されている。 また特開平5−311428号公報には、焼結密度90%以上100%以下、焼結粒径1μm以上20μm以下である高密度ITO焼結体が開示されている。 JP-A-6-316760 discloses an ITO porous sintered body obtained by molding and sintering a powder composed of 1 to 20% by weight of a tin oxide component and the remainder of an indium oxide component. An ITO porous sintered body obtained by calcining at 1200 to 1600 ° C., ball milling the powder after calcining, granulating and forming, and sintering at 900 to 1100 ° C. is disclosed. . In JP-A-6-64959, the sintering density is 90% or more and 100% or less, the sintered particle diameter is 1 μm or more and 20 μm or less, and the amount of (In0.6Sn0.4) 2 O 3 is 10% or less. An ITO sintered body is disclosed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-31428 discloses a high-density ITO sintered body having a sintered density of 90% to 100% and a sintered particle diameter of 1 μm to 20 μm.

しかし、これらいずれのITO焼結体においても、Snの含有量がSnO2換算で5質量%以下である場合においては、割れを十分に防止することはできず、特に、バッキングプレートにボンディングするときに生じる割れを防止することは困難であった。 However, in any of these ITO sintered bodies, when the Sn content is 5% by mass or less in terms of SnO 2 , cracking cannot be sufficiently prevented, particularly when bonding to a backing plate. It was difficult to prevent cracks that occurred in the film.

特開平9−125236号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-125236 特開平6−316760号公報JP-A-6-316760 特開平6−64959号公報JP-A-6-64959 特開平5−311428号公報JP-A-5-311428

本発明は、Snの含有量が少なくても割れが生じにくく、特にバッキングプレートにボンディングするときに割れが発生しにくいITO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。   An object of the present invention is to provide an ITO sputtering target in which cracking is unlikely to occur even when the Sn content is small, and in particular, cracking is unlikely to occur when bonding to a backing plate.

本発明者は、前記目的を達成するために鋭意研究した結果、ITOスパッタリングターゲットに特定の大きさの圧縮の残留応力を付与すると、Snの含有量を少なくしても割れが生じにくく、特にバッキングプレートにボンディングするときに割れが発生しにくくなることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive research to achieve the above object, the present inventor has found that when a specific amount of compressive residual stress is applied to an ITO sputtering target, cracking is unlikely to occur even if the Sn content is reduced, and particularly the backing. It has been found that cracks are less likely to occur when bonding to a plate, and the present invention has been completed.

すなわち前記目的を達成する本発明は、Snの含有量がSnO2換算で5質量%以下であるITOスパッタリングターゲットであって、残留応力が−650〜−200MPaであることを特徴とするITOスパッタリングターゲットである。 That is, the present invention for achieving the above object is an ITO sputtering target having a Sn content of 5% by mass or less in terms of SnO 2 , wherein the residual stress is −650 to −200 MPa. It is.

このITOスパッタリングターゲットの好ましい態様として、
Snの含有量がSnO2換算で4質量%以下であり、
Snの含有量がSnO2換算で1〜4質量%である。
As a preferable aspect of this ITO sputtering target,
The Sn content is 4% by mass or less in terms of SnO 2 ,
The Sn content is 1 to 4% by mass in terms of SnO 2 .

また、前記ITOスパッタリングターゲットは、
熱膨張係数が2.386×10-5/℃以下である金属材料からなるバッキングプレートにボンディングされて使用されるITOスパッタリングターゲットである場合には、残留応力が−600〜−200MPaであることが好ましく、
熱膨張係数が2.386×10-5/℃より大きい金属材料からなるバッキングプレートにボンディングされて使用されるITOスパッタリングターゲットである場合には、残留応力が−650〜−250MPaであることが好ましい。
The ITO sputtering target is
When the ITO sputtering target is used by being bonded to a backing plate made of a metal material having a thermal expansion coefficient of 2.386 × 10 −5 / ° C. or less, the residual stress may be −600 to −200 MPa. Preferably
In the case of an ITO sputtering target used by being bonded to a backing plate made of a metal material having a thermal expansion coefficient of greater than 2.386 × 10 −5 / ° C., the residual stress is preferably −650 to −250 MPa. .

他の発明は、ITOスパッタリングターゲット製造用原料粉末を焼結炉内で1450〜1700℃の焼結温度で焼結し、得られたITO焼結体を、焼結炉内の温度を前記焼結温度から700〜900℃まで300℃/h以上の速度で降下させ、その後10〜100℃/hの速度で降下させることにより冷却することを特徴とする前記ITOスパッタリングターゲットの製造方法である。   In another invention, the raw material powder for producing the ITO sputtering target is sintered in a sintering furnace at a sintering temperature of 1450 to 1700 ° C., and the obtained ITO sintered body is sintered at the temperature in the sintering furnace. The method of manufacturing the ITO sputtering target, wherein the temperature is lowered from 700 to 900 ° C. at a rate of 300 ° C./h or more and then cooled at a rate of 10 to 100 ° C./h.

本発明のITOスパッタリングターゲットは、Snの含有量がSnO2換算で5質量%以下であっても割れにくく、Cu製のバッキングプレート等にボンディングするときであっても割れを生じにくい。本発明のITOスパッタリングターゲットの製造方法によれば、上記ITOスパッタリングターゲットを効率良く製造することができる。 The ITO sputtering target of the present invention hardly breaks even when the Sn content is 5% by mass or less in terms of SnO 2 , and does not easily crack even when bonding to a Cu backing plate or the like. According to the method for producing an ITO sputtering target of the present invention, the ITO sputtering target can be produced efficiently.

本発明に係るITOスパッタリングターゲットは、Snの含有量がSnO2換算で5質量%以下であり、残留応力が−650〜−200MPaであることを特徴とする。以下、本発明に係るITOスパッタリングターゲットを詳述する。 The ITO sputtering target according to the present invention is characterized in that the Sn content is 5% by mass or less in terms of SnO 2 and the residual stress is −650 to −200 MPa. Hereinafter, the ITO sputtering target according to the present invention will be described in detail.

本発明に係るITOスパッタリングターゲットは、残留応力が−650〜−200MPaである。残留応力は、その数値が正のときに引張りの残留応力となり、負のときに圧縮の残留応力となる。したがって、本発明のITOスパッタリングターゲットは圧縮の残留応力を有する。   The ITO sputtering target according to the present invention has a residual stress of −650 to −200 MPa. The residual stress becomes a tensile residual stress when the numerical value is positive, and becomes a compressive residual stress when the numerical value is negative. Therefore, the ITO sputtering target of the present invention has a compressive residual stress.

本発明において、残留応力は、一般的な残留応力の測定方法であるX線回折法を用いて測定した。具体的には、パナリティカル X'Pert PROを用いて、X線管球:Cuターゲット、回折角:2θ=30.6゜(In23(222))、測定法:ψ0側傾法、弾性定数:178GPa、ポアソン比:0.33の測定条件で測定した。 In the present invention, the residual stress was measured using an X-ray diffraction method which is a general method for measuring residual stress. Specifically, using panalical X'Pert PRO, X-ray tube: Cu target, diffraction angle: 2θ = 30.6 ° (In 2 O 3 (222)), measurement method: ψ0 side tilt method, The measurement was performed under the measurement conditions of an elastic constant: 178 GPa and a Poisson's ratio: 0.33.

本発明のITOスパッタリングターゲットは、上記範囲の残留応力を有することにより、Snの含有量がSnO2換算で5質量%以下であっても割れにくく、特にバッキングプレートにボンディングするときに割れを生じにくい。 Since the ITO sputtering target of the present invention has a residual stress in the above range, it is difficult to crack even if the Sn content is 5% by mass or less in terms of SnO 2 , and particularly difficult to crack when bonding to a backing plate. .

これは次のような理由によると考えられる。バッキングプレートは通常Cu製である。スパッタリングターゲットとバッキングプレートとをボンディングするときには、スパッタリングターゲットおよびバッキングプレートを約200℃に加熱し、スパッタリングターゲットおよびバッキングプレートのそれぞれのボンディング面にボンディング剤を塗布し、それぞれのボンディング面を貼り合わせて両者を圧着する。その後、スパッタリングターゲットおよびバッキングプレートを冷却することによりボンディングが完了する。この冷却のときに、スパッタリングターゲットおよびバッキングプレートはともに収縮するが、バッキングプレートの材料であるCu等はITOよりも熱膨張係数が大きいので、バッキングプレートはスパッタリングターゲットよりも大きく収縮する。つまり、バッキングプレートより収縮率の小さいスパッタリングターゲットは、ボンディング面に平行な方向において、バッキングプレートが収縮した長さより短い長さしか収縮できない。このため、上記冷却により、スパッタリングターゲットは、その中央部が上側(バッキングプレートがある側の反対側)に持ち上がるように反り、パッタリングターゲットの上面(ボンディング面とは反対側の面)部に引張りの応力が生じることになる。ITOなどのセラミックスは一般に圧縮の力には強いが、引張りの力には弱い。このため、冷却時に加わる引張りの応力によりITOスパッタリングターゲットに割れが生じやすくなる。このとき本発明のITOスパッタリングターゲットであれば、前述のとおり圧縮の残留応力を有するので、冷却により引張りの応力が加わっても、本スパッタリングターゲットが有する圧縮の残留応力によってその引張りの応力が打ち消される結果、割れが生じにくい。   This is considered to be due to the following reasons. The backing plate is usually made of Cu. When bonding the sputtering target and the backing plate, the sputtering target and the backing plate are heated to about 200 ° C., a bonding agent is applied to the bonding surfaces of the sputtering target and the backing plate, and the bonding surfaces are bonded together. Crimp the. Thereafter, the sputtering is completed by cooling the sputtering target and the backing plate. During this cooling, both the sputtering target and the backing plate shrink, but Cu or the like, which is the material of the backing plate, has a larger thermal expansion coefficient than ITO, and therefore the backing plate shrinks more than the sputtering target. That is, a sputtering target having a shrinkage rate smaller than that of the backing plate can shrink only a length shorter than the length of shrinking of the backing plate in the direction parallel to the bonding surface. For this reason, the above-described cooling causes the sputtering target to warp so that the center part is lifted upward (on the opposite side to the side where the backing plate is located), and is pulled to the upper surface (surface opposite to the bonding surface) part of the sputtering target. The stress of this will arise. Ceramics such as ITO are generally strong in compressive force but weak in tensile force. For this reason, it becomes easy to produce a crack in an ITO sputtering target by the tensile stress added at the time of cooling. At this time, if the ITO sputtering target of the present invention has a compressive residual stress as described above, even if a tensile stress is applied by cooling, the tensile stress is canceled by the compressive residual stress of the sputtering target. As a result, cracking is difficult to occur.

スパッタリングターゲットの残留応力が−200MPa以下である(スパッタリングターゲットの圧縮の残留応力が、−200MPaに相当する圧縮の残留応力以上である)と、上記の引張りの応力に対する十分な緩衝力が得られるので、スパッタリングターゲットの割れを十分に防止することができる。ただし、残留応力が−650MPaより小さい(スパッタリングターゲットの圧縮の残留応力が、−650MPaに相当する圧縮の残留応力より大きい)と、スパッタリングターゲットがその圧縮の残留応力に耐えられなくなり、焼成終了時や加工時などに割れが生じやすくなるので好ましくない。一方、スパッタリングターゲットの残留応力が−200MPaより大きい(スパッタリングターゲットの圧縮の残留応力が、−200MPaに相当する圧縮の残留応力より小さい)と、上記の引張りの応力に対する十分な緩衝力が得られないので、スパッタリングターゲットの割れを十分には防止できない。したがって、たとえば特開平9−125236号公報に記載された残留応力xが−200≦x≦200MPaである焼結体は、上記の引張りの応力を打ち消すだけの十分な圧縮の残留応力がないか、または逆に引張りの残留応力を有するので、バッキングプレートへのボンディング時に割れが生じやすい。   If the residual stress of the sputtering target is −200 MPa or less (the compressive residual stress of the sputtering target is equal to or greater than the compressive residual stress corresponding to −200 MPa), a sufficient buffering force against the tensile stress can be obtained. The cracking of the sputtering target can be sufficiently prevented. However, if the residual stress is smaller than −650 MPa (the compressive residual stress of the sputtering target is larger than the compressive residual stress corresponding to −650 MPa), the sputtering target cannot withstand the compressive residual stress, and at the end of firing or This is not preferable because cracks are likely to occur during processing. On the other hand, if the residual stress of the sputtering target is larger than −200 MPa (the compressive residual stress of the sputtering target is smaller than the compressive residual stress corresponding to −200 MPa), sufficient buffering force against the tensile stress cannot be obtained. Therefore, it is not possible to sufficiently prevent the sputtering target from cracking. Therefore, for example, a sintered body having a residual stress x described in JP-A-9-125236 with −200 ≦ x ≦ 200 MPa does not have a compressive residual stress sufficient to cancel the tensile stress described above. On the contrary, since it has a tensile residual stress, cracking is likely to occur during bonding to the backing plate.

前述のとおり、ボンディング時のスパッタリングターゲットの割れは、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとの熱膨張係数の差に起因して生じると考えられる。バッキングプレートの材料の種類により熱膨張係数は異なるので、バッキングプレートの材料の種類によりスパッタリングターゲットとバッキングプレートとの熱膨張係数の差も異なり、その熱膨張係数の差が大きいバッキングプレートの場合のほうが、スパッタリングターゲットは割れやすくなる。このため、ボンディング時のスパッタリングターゲットの割れを確実に防止するためには、バッキングプレートを形成する金属材料の熱膨張係数が大きいほどITOスパッタリングターゲットの残留応力を小さく(圧縮の残留応力を大きく)することが望ましい。   As described above, it is considered that the cracking of the sputtering target during bonding is caused by the difference in thermal expansion coefficient between the sputtering target and the backing plate. Since the thermal expansion coefficient differs depending on the type of backing plate material, the difference in thermal expansion coefficient between the sputtering target and the backing plate also differs depending on the type of backing plate material. The sputtering target is easily broken. For this reason, in order to surely prevent the sputtering target from cracking during bonding, the residual stress of the ITO sputtering target is reduced (the compressive residual stress is increased) as the thermal expansion coefficient of the metal material forming the backing plate is increased. It is desirable.

具体的には、バッキングプレートを形成する金属材料の熱膨張係数が2.386×10-5/℃より大きい場合には、このバッキングプレートにボンディングするITOスパッタリングターゲットの残留応力としては−650〜−250MPaであることが好ましく、より好ましくは−500〜−300MPaであり、最適値としては−400MPa前後である。したがって、たとえば、Al製のバッキングプレートを使用する場合には、ITOスパッタリングターゲットの残留応力は前記範囲内であることが好ましい。 Specifically, when the thermal expansion coefficient of the metal material forming the backing plate is larger than 2.386 × 10 −5 / ° C., the residual stress of the ITO sputtering target bonded to the backing plate is −650 to − The pressure is preferably 250 MPa, more preferably −500 to −300 MPa, and the optimum value is around −400 MPa. Therefore, for example, when an Al backing plate is used, the residual stress of the ITO sputtering target is preferably within the above range.

一方、バッキングプレートを形成する金属材料の熱膨張係数が2.386×10-5/℃以下である場合には、このバッキングプレートにボンディングするITOスパッタリングターゲットの残留応力としては−600〜−200MPaであることが好ましく、より好ましくは−450〜−250MPaであり、最適値としては−350MPa前後である。したがって、たとえば、Cu、ステンレス鋼、Ni合金およびTi合金製のバッキングプレートを使用する場合には、ITOスパッタリングターゲットの残留応力は前記範囲内であることが好ましい。
なお、本発明において熱膨張係数の数値は化学大辞典(縮刷版、共立出版(株)(1984年))に準拠する。
On the other hand, when the thermal expansion coefficient of the metal material forming the backing plate is 2.386 × 10 −5 / ° C. or less, the residual stress of the ITO sputtering target bonded to the backing plate is −600 to −200 MPa. It is preferable that there is, more preferably −450 to −250 MPa, and an optimum value is around −350 MPa. Therefore, for example, when using a backing plate made of Cu, stainless steel, Ni alloy and Ti alloy, the residual stress of the ITO sputtering target is preferably within the above range.
In addition, in this invention, the numerical value of a thermal expansion coefficient is based on a chemical dictionary (reduced edition, Kyoritsu Publishing Co., Ltd. (1984)).

本発明に係るITOスパッタリングターゲットは、SnをSnO2換算で0質量%を超えて5質量%以下含有し、好ましくは0質量%を超えて4質量%含有し、より好ましくは1〜4質量%含有する。Snの含有量がSnO2換算で5質量%を超えると、スパッタリングターゲットの強度が高くなり、ボンディングの冷却時にバッキングプレートから上述のような引張りの応力を受けても割れが生じにくいので、スパッタリングターゲットの残留応力を制御する必要性は小さい。Snの含有量がSnO2換算で5質量%以下であると、スパッタリングターゲットの強度が低く、前記引張りの応力を受けたときに割れが生じやすいので、スパッタリングターゲットの残留応力を制御する必要性が大きく、また残留応力を前記範囲内にすることにより十分な割れ防止が可能である。Snの含有量がSnO2換算で4質量%以下であると、特に前記引張りの応力を受けたときの割れが生じやすいので、スパッタリングターゲットの残留応力を制御する必要性が大きく、残留応力を前記範囲内にしたときの割れ防止効果が大きい。また、Snの含有量がSnO2換算で1〜4質量%であると、スパッタリングターゲットの残留応力を前記範囲にすることが容易であるので特に好ましい。 The ITO sputtering target according to the present invention contains Sn in an amount of more than 0 mass% and 5 mass% or less in terms of SnO 2 , preferably more than 0 mass% and 4 mass%, more preferably 1 to 4 mass%. contains. If the Sn content exceeds 5% by mass in terms of SnO 2 , the strength of the sputtering target will increase, and cracking will not easily occur even when subjected to the above tensile stress from the backing plate during cooling of the bonding. There is little need to control the residual stress. If the Sn content is 5% by mass or less in terms of SnO 2 , the strength of the sputtering target is low, and cracking is likely to occur when subjected to the tensile stress, so there is a need to control the residual stress of the sputtering target. Large cracking can be prevented by making the residual stress within the above range. When the Sn content is 4% by mass or less in terms of SnO 2 , cracking is particularly likely to occur when the tensile stress is applied. Therefore, there is a great need to control the residual stress of the sputtering target, and the residual stress is The effect of preventing cracking when it is within the range is great. Moreover, it is especially preferable that the content of Sn is 1 to 4% by mass in terms of SnO 2 because the residual stress of the sputtering target can be easily within the above range.

本発明に係るITOスパッタリングターゲットの形状および大きさとしては、特に制限はなく、いかなる形状および大きさのスパッタリングターゲットであっても、その残留応力が前記範囲内であれば、割れの発生を有効に防止できる。ただし、スパッタリングターゲットのボンディング面に平行な面の面積が大きいほど冷却時に反る力が大きくなり、引張りの応力が大きくなるので、スパッタリングターゲットが有する圧縮の残留応力は大きいほうが割れにくい。また、スパッタリングターゲットの厚みが小さいほど、冷却時に反りやすく、引張りの応力が大きくなるので、スパッタリングターゲットが有する圧縮の残留応力は大きいほうが割れにくい。したがって、スパッタリングターゲットのボンディング面に平行な面の面積が大きいほど、またはスパッタリングターゲットの厚みが小さいほど、スパッタリングターゲットの残留応力は前記範囲内で小さい(圧縮の残留応力が大きい)ほうが好ましい。   The shape and size of the ITO sputtering target according to the present invention is not particularly limited, and any shape and size of the sputtering target can effectively generate cracks if the residual stress is within the above range. Can be prevented. However, the greater the area of the surface parallel to the bonding surface of the sputtering target, the greater the warping force during cooling and the greater the tensile stress. Therefore, the larger the compressive residual stress of the sputtering target, the less likely it is to crack. In addition, the smaller the thickness of the sputtering target, the more likely it is warped during cooling and the greater the tensile stress, so the larger the compressive residual stress the sputtering target has, the more difficult it is to crack. Therefore, the larger the area of the surface parallel to the bonding surface of the sputtering target, or the smaller the thickness of the sputtering target, the smaller the residual stress of the sputtering target within the above range (higher compressive residual stress).

本発明に係るITOスパッタリングターゲットの相対密度としては、95%以上であることが好ましく、97%以上であることがより好ましい。相対密度が95%以上であると、割れが生じにくく、またスパッタ時にアーキングやパーティクルの発生を抑制でき、良好なスパッタリングが可能になる。   The relative density of the ITO sputtering target according to the present invention is preferably 95% or more, and more preferably 97% or more. When the relative density is 95% or more, cracking hardly occurs, arcing and particle generation can be suppressed during sputtering, and good sputtering becomes possible.

本発明に係るITOスパッタリングターゲットの製造方法には特に制限はないが、好適な製造方法として、ITO成形体を焼結した後、得られた焼結体を冷却するときに、焼結温度から一定の温度までは急冷し、その温度から室温まで徐冷する方法を挙げることができる。この方法においては、高温域において急冷を行うことによりスパッタリングターゲットに圧縮の残留応力を生じさせる。一方、低温域においては、冷却時にスパッタリングターゲットと外気との温度差が生じやすいので、高温域と同様に急冷を行うと、その温度差に起因して発生する熱応力によりスパッタリングターゲットに割れが生じやすいことから、割れを防止するために徐冷を行う。以下、この方法につき詳述する。   Although there is no restriction | limiting in particular in the manufacturing method of the ITO sputtering target which concerns on this invention, When sintering the obtained sintered compact after sintering an ITO molded object, it is constant from sintering temperature. There can be mentioned a method of rapidly cooling to the above temperature and gradually cooling from that temperature to room temperature. In this method, compressive residual stress is generated in the sputtering target by quenching in a high temperature range. On the other hand, in the low temperature range, a temperature difference between the sputtering target and the outside air tends to occur at the time of cooling. Therefore, if the quenching is performed in the same manner as in the high temperature range, the sputtering target is cracked by the thermal stress generated due to the temperature difference. Since it is easy, slow cooling is performed to prevent cracking. Hereinafter, this method will be described in detail.

原料粉末であるIn23粉末とSnO2粉末とを、SnO2粉末の含有量が5質量%以下となるように混合して混合粉末を作製する。In23粉末のBET(Brunauer-Emmett-Teller)法で測定した比表面積は通常1〜40m2/gであり、SnO2粉末のBET法で測定した比表面積は通常1〜40m2/gである。混合粉末のBET法で測定した比表面積は通常1〜40m2/gである。 A mixed powder is prepared by mixing In 2 O 3 powder and SnO 2 powder, which are raw material powders, so that the content of SnO 2 powder is 5% by mass or less. The specific surface area of the In 2 O 3 powder measured by the BET (Brunauer-Emmett-Teller) method is usually 1 to 40 m 2 / g, and the specific surface area of the SnO 2 powder measured by the BET method is usually 1 to 40 m 2 / g. It is. The specific surface area of the mixed powder measured by the BET method is usually 1 to 40 m 2 / g.

また、原料粉末としてIn23粉末およびSnO2粉末の替わりに、Snの含有量がSnO2換算で5質量%以下であるITO粉末を用いてもよく、ITO粉末とIn23粉末、ITO粉末とSnO2粉末、またはITO粉末とIn23粉末とSnO2粉末とを、Snの含有量がSnO2換算で5質量%以下となるように混合して使用してもよい。 In addition, instead of In 2 O 3 powder and SnO 2 powder, ITO powder having a Sn content of 5% by mass or less in terms of SnO 2 may be used as the raw material powder. ITO powder and In 2 O 3 powder, ITO powder and SnO 2 powder, or ITO powder, In 2 O 3 powder and SnO 2 powder may be mixed and used so that the Sn content is 5% by mass or less in terms of SnO 2 .

混合方法には特に制限はなく、例えばポットに入れて、ボールミル混合により行うことができる。
混合粉末は、そのまま成形して成形体とし、これを焼結することもできるが、必要により混合粉末にバインダーを加えて成形して成形体としてもよい。このバインダーとしては、公知の粉末冶金法において成形体を得るときに使用されるバインダー、例えばポリビニルアルコール等を使用することができる。また得られた成形体は、必要に応じて公知の粉末冶金法において採用される方法により脱脂してもよい。成形方法も、公知の粉末冶金法において採用される方法、たとえば鋳込み成形を適用することができる。成形体の密度は通常50〜75%である。
There is no restriction | limiting in particular in a mixing method, For example, it can put in a pot and it can carry out by ball mill mixing.
The mixed powder can be molded as it is to form a molded body, which can be sintered. However, if necessary, the mixed powder can be molded by adding a binder to form a molded body. As this binder, the binder used when obtaining a molded object in a well-known powder metallurgy method, for example, polyvinyl alcohol etc., can be used. Moreover, you may degrease the obtained molded object by the method employ | adopted in a well-known powder metallurgy method as needed. As the molding method, a method employed in a known powder metallurgy method, for example, cast molding can be applied. The density of the molded body is usually 50 to 75%.

得られた成形体を焼結して、焼結体を得る。焼結に使用する焼結炉としては、冷却時に冷却速度をコントロールすることができれば特に制限はなく、粉末冶金に一般的に使用される焼結炉で差し支えない。焼結雰囲気としては特に制限はなく、大気雰囲気とすることができる。   The obtained molded body is sintered to obtain a sintered body. The sintering furnace used for sintering is not particularly limited as long as the cooling rate can be controlled during cooling, and may be a sintering furnace generally used for powder metallurgy. There is no restriction | limiting in particular as sintering atmosphere, It can be set as air atmosphere.

昇温速度は、高密度化および割れ防止の観点から、通常100〜500℃/hである。焼結温度は、通常1450〜1700℃、好ましくは1500〜1600℃であり、焼結温度での保持時間は通常3〜30h、好ましくは5〜10hである。焼結温度および保持時間が前記範囲内であると、高密度の焼結体を得ることができる。   The rate of temperature increase is usually 100 to 500 ° C./h from the viewpoint of increasing the density and preventing cracking. The sintering temperature is usually 1450 to 1700 ° C, preferably 1500 to 1600 ° C, and the holding time at the sintering temperature is usually 3 to 30 hours, preferably 5 to 10 hours. When the sintering temperature and the holding time are within the above ranges, a high-density sintered body can be obtained.

焼結が完了した後、焼結炉内の温度を、前記焼結温度から700〜900℃まで、好ましくは750〜850℃まで、さらに好ましくは800℃前後まで高速度で降下させる。つまり、この温度範囲において焼結体を急冷する。この温度範囲において焼結体を急冷することで、焼結体に残留応力を付与することができ、またこのような高温域であれば焼結体を急冷しても、焼結体に割れが発生する可能性は低い。この温度範囲での降温速度は300℃/h以上であり、好ましくは300〜900℃/h、より好ましくは400〜800℃/h、さらに好ましくは500〜700℃/hである。降温速度が300℃/hより小さいと、スパッタリングターゲットに前記範囲の残留応力を確実に付与することが困難である。また、降温速度が大きいほどスパッタリングターゲットに大きな残留応力を付与することができるが、降温速度が大きすぎるとヒーターが急冷に耐え切れず、劣化しやすくなるので、降温速度は900℃/h以下であることが好ましい。   After the sintering is completed, the temperature in the sintering furnace is lowered at a high speed from the sintering temperature to 700 to 900 ° C., preferably to 750 to 850 ° C., more preferably around 800 ° C. That is, the sintered body is rapidly cooled in this temperature range. By rapidly cooling the sintered body within this temperature range, residual stress can be applied to the sintered body, and even if the sintered body is rapidly cooled in such a high temperature range, the sintered body is not cracked. It is unlikely to occur. The temperature lowering rate in this temperature range is 300 ° C./h or more, preferably 300 to 900 ° C./h, more preferably 400 to 800 ° C./h, and further preferably 500 to 700 ° C./h. If the rate of temperature decrease is less than 300 ° C./h, it is difficult to reliably apply the residual stress in the above range to the sputtering target. In addition, the larger the temperature decrease rate, the greater the residual stress can be applied to the sputtering target. However, if the temperature decrease rate is too large, the heater cannot withstand rapid cooling and easily deteriorates, so the temperature decrease rate is 900 ° C./h or less. Preferably there is.

その後、焼結炉内の温度を、たとえば室温まで、低速度で降下させる。つまり、この温度範囲において焼結体を徐冷する。この温度範囲において焼結体を徐冷することにより、前述のとおり焼結体の割れを防止することができる。この温度範囲での降温速度は、10〜100℃/hであり、好ましくは10〜50℃/h、より好ましくは10〜30℃/hである。このような降温速度で冷却を行うと、焼結体の割れを確実に防止できるとともに、製造効率を損なうことがない。   Thereafter, the temperature in the sintering furnace is lowered at a low speed, for example, to room temperature. That is, the sintered body is gradually cooled in this temperature range. By slowly cooling the sintered body within this temperature range, cracking of the sintered body can be prevented as described above. The temperature lowering rate in this temperature range is 10 to 100 ° C./h, preferably 10 to 50 ° C./h, more preferably 10 to 30 ° C./h. When cooling is performed at such a temperature lowering rate, the sintered body can be reliably prevented from cracking and the production efficiency is not impaired.

降温速度の調整方法には特に制限はない。高速度での降温は、たとえば焼結炉のヒーターを切ったり、炉内に冷却ガスを送風したりすることなどにより行うことができる。低速度での降温は、たとえば焼結炉のヒーターの温度を制御することによって行うことができる。   There is no particular limitation on the method for adjusting the temperature drop rate. The temperature can be lowered at a high speed, for example, by turning off the heater of the sintering furnace or blowing a cooling gas into the furnace. The temperature can be lowered at a low speed, for example, by controlling the temperature of the heater of the sintering furnace.

このようにして得られたITO焼結体を、必要に応じて所望の形状に切り出し、研削等することによりITOスパッタリングターゲットとすることができる。
本発明のITOスパッタリングターゲットは、通常バッキングプレートにボンディングして使用される。バッキングプレートは、通常Cu、Alまたはステンレス製である。ボンディング剤は、従来のITOスパッタリングターゲットのボンディングに使用されるボンディング剤、たとえばInメタルを用いることができる。ボンディング方法も、従来のITOスパッタリングターゲットのボンディング方法と同様である。たとえば、本発明のITOスパッタリングターゲットおよびバッキングプレートをボンディング剤が融解する温度、たとえば約200℃に加熱し、スパッタリングターゲットおよびバッキングプレートのそれぞれのボンディング面にボンディング剤を塗布し、それぞれのボンディング面を貼り合わせて両者を圧着した後、冷却する。あるいは、本発明のITOスパッタリングターゲットおよびバッキングプレートのそれぞれのボンディング面にボンディング剤を塗布し、それぞれのボンディング面を貼り合わせて、スパッタリングターゲットおよびバッキングプレートをボンディング剤が融解する温度、たとえば約200℃に加熱した後、冷却する。前述のとおり、本発明のITOスパッタリングターゲットは、このボンディング時において従来のITOスパッタリングターゲットよりも割れが生じる可能性がはるかに小さい。
The ITO sintered body thus obtained can be cut into a desired shape as necessary and ground to obtain an ITO sputtering target.
The ITO sputtering target of the present invention is usually used by bonding to a backing plate. The backing plate is usually made of Cu, Al or stainless steel. As the bonding agent, a bonding agent used for bonding a conventional ITO sputtering target, for example, In metal can be used. The bonding method is the same as the conventional ITO sputtering target bonding method. For example, the ITO sputtering target and the backing plate of the present invention are heated to a temperature at which the bonding agent melts, for example, about 200 ° C., the bonding agent is applied to the bonding surfaces of the sputtering target and the backing plate, and the bonding surfaces are attached. The two are pressed together and then cooled. Alternatively, a bonding agent is applied to the bonding surfaces of the ITO sputtering target and the backing plate of the present invention, the bonding surfaces are bonded together, and the sputtering target and the backing plate are melted at a temperature at which the bonding agent melts, for example, about 200 ° C. Cool after heating. As described above, the ITO sputtering target of the present invention is much less likely to crack during the bonding than the conventional ITO sputtering target.

[実施例1〜12、比較例1〜6]
BET法で測定した比表面積が表1に示した値であるIn23粉末とSnO2粉末とを、SnO2の含有量が表1に示した量となるようにボールミルを用いて混合し、混合粉末を調製した。得られた混合粉末のBET法で測定した比表面積を表1に示した。
[Examples 1 to 12, Comparative Examples 1 to 6]
The In 2 O 3 powder and SnO 2 powder whose specific surface area measured by the BET method is the value shown in Table 1 were mixed using a ball mill so that the SnO 2 content would be the amount shown in Table 1. A mixed powder was prepared. Table 1 shows the specific surface area of the obtained mixed powder measured by the BET method.

混合粉末に、4質量%に希釈したポリビニルアルコールを混合粉末に対して6質量%添加し、乳鉢を用いてポリビニルアルコールを粉末によく馴染ませ、5.5メッシュの篩に通した。得られた粉末をプレス用の型に充填し、プレス圧1t/cm2で60秒間成形して、200mm×500mm×10mmの成形体を得た。 6% by mass of polyvinyl alcohol diluted to 4% by mass with respect to the mixed powder was added to the mixed powder, and the polyvinyl alcohol was well adapted to the powder using a mortar and passed through a 5.5 mesh sieve. The obtained powder was filled in a press mold and molded at a press pressure of 1 t / cm 2 for 60 seconds to obtain a molded body of 200 mm × 500 mm × 10 mm.

得られた成形体を容量が約1m3の焼結炉に入れ、炉内に1L/hで酸素をフローさせ、焼成雰囲気を酸素フロー雰囲気とし、昇温速度を350℃/h、焼結温度を1550℃、焼結温度での保持時間を9hとして焼結した。 The obtained molded body was put into a sintering furnace having a capacity of about 1 m 3 , oxygen was flowed into the furnace at 1 L / h, the firing atmosphere was an oxygen flow atmosphere, the heating rate was 350 ° C./h, the sintering temperature Was sintered at 1550 ° C. and the holding time at the sintering temperature was 9 h.

その後、得られた焼結体を、表1に示す冷却条件で冷却した。
降温速度の調整は、高速度での降温の場合には、焼結炉のヒーターを切り、炉内に冷却ガスを送風することにより行い、低速度での降温(30℃/h)の場合には、焼結炉のヒーターの温度を制御することによって行った。
Thereafter, the obtained sintered body was cooled under the cooling conditions shown in Table 1.
The temperature drop rate is adjusted by turning off the heater of the sintering furnace and blowing cooling gas into the furnace when the temperature is lowered at a high speed, and when the temperature is lowered at a low speed (30 ° C./h). Was performed by controlling the temperature of the heater of the sintering furnace.

以上のようにして、176mm×440mm×8.8mmのITOスパッタリングターゲットを得た。
このITOスパッタリングターゲットに対して、以下の評価を行った。結果を表1に示した。
As described above, an ITO sputtering target of 176 mm × 440 mm × 8.8 mm was obtained.
The following evaluation was performed on this ITO sputtering target. The results are shown in Table 1.

<相対密度>
前記スパッタリングターゲットの相対密度をアルキメデス法に基づき測定した。具体的には、スパッタリングターゲットの空中重量を体積(=スパッタリングターゲット焼結体の水中重量/計測温度における水比重)で除し、下記式(X)に基づく理論密度ρ(g/cm3)に対する百分率の値を相対密度(単位:%)とした。
<Relative density>
The relative density of the sputtering target was measured based on the Archimedes method. Specifically, the air weight of the sputtering target is divided by the volume (= the weight of the sputtering target sintered body in water / the water specific gravity at the measurement temperature), and the theoretical density ρ (g / cm 3 ) based on the following formula (X) The percentage value was defined as the relative density (unit:%).

Figure 0005437919
(式(X)中、C1〜Ciはそれぞれターゲット焼結体の構成物質の含有量(重量%)を
示し、ρ1〜ρiはC1〜Ciに対応する各構成物質の密度(g/cm3)を示す。)。
Figure 0005437919
(In the formula (X), C 1 to C i indicate the content (% by weight) of the constituent material of the target sintered body, and ρ 1 to ρ i are the densities of the constituent materials corresponding to C 1 to C i. (G / cm 3 ).

具体的には、理論密度(真密度または計算密度)ρは、ρiをIn23で7.179g/cm3、SnO2で6.95g/cm3として、各組成の焼結体で計算した。たとえば理論密度ρは、1%SnO2では7.177g/cm3、3%SnO2では7.172g/cm3、5%SnO2では7.167g/cm3である。 Specifically, the [rho theoretical density (true density or calculated density), the [rho i as 7.179g / cm 3, 6.95g / cm 3 with SnO 2 in an In 2 O 3, a sintered body of each composition Calculated. For example, the theoretical density [rho, a 1% SnO 2 In 7.177g / cm 3, in 3% SnO 2 7.172g / cm 3 , 5% SnO 2 In 7.167g / cm 3.

<残留応力の評価>
得られたITOスパッタリングターゲットの残留応力は、パナリティカル X'Pert PROを用いて、X線管球:Cuターゲット、回折角:2θ=30.6゜(In23(222))、測定法:ψ0側傾法、弾性定数:178GPa、ポアソン比:0.33の測定条件で測定した。
<Evaluation of residual stress>
The residual stress of the obtained ITO sputtering target was measured using X-ray tube: Cu target, diffraction angle: 2θ = 30.6 ° (In 2 O 3 (222)), using a panoramic X'Pert PRO : Ψ0 side tilt method, elastic constant: 178 GPa, Poisson's ratio: 0.33.

<バッキングプレートへのボンディング時に生じる割れの評価>
上記割れの評価を、実施例1〜6で得られたITOスパッタリングターゲットに対してはCu製のバッキングプレート(寸法:190mm×440mm×6mm)を用いて行い、実施例7〜12で得られたITOスパッタリングターゲットに対してはAl製のバッキングプレート(寸法:190mm×440mm×6mm)を用いて行い、比較例1〜6で得られたITOスパッタリングターゲットに対しては前記Cu製のバッキングプレートおよび前記Al製のバッキングプレートの両方を用いて行った。
<Evaluation of cracks generated during bonding to backing plate>
The cracks were evaluated using Cu backing plates (dimensions: 190 mm × 440 mm × 6 mm) for the ITO sputtering targets obtained in Examples 1 to 6, and obtained in Examples 7 to 12. For the ITO sputtering target, an Al backing plate (dimensions: 190 mm × 440 mm × 6 mm) is used, and for the ITO sputtering target obtained in Comparative Examples 1 to 6, the Cu backing plate and the above This was performed using both Al backing plates.

バッキングプレートおよびITOスパッタリングターゲットのそれぞれのボンディング面にInを下塗りし、それぞれのボンディング面が密着するようにITOスパッタリングターゲットとバッキングプレートとを貼り合わせた。Inが融解する200℃まで温度を上げた後、室温まで冷却(放冷)することによりITOスパッタリングターゲットとバッキングプレートとのボンディングを行った。ボンディングされたITOスパッタリングターゲットに割れが生じているか否かを肉眼で観察し、以下の基準で割れを評価した。
○:割れが観察されなかった
×:割れが観察された
In was primed on the bonding surfaces of the backing plate and the ITO sputtering target, and the ITO sputtering target and the backing plate were bonded so that the bonding surfaces were in close contact with each other. After raising the temperature to 200 ° C. at which In melts, the ITO sputtering target and the backing plate were bonded by cooling to room temperature (cooling). Whether or not the bonded ITO sputtering target was cracked was observed with the naked eye, and the crack was evaluated according to the following criteria.
○: No crack was observed ×: Crack was observed

Figure 0005437919
表1より、Cu製およびAl製のいずれのバッキングプレートの場合にも、SnO2含有量が同じであっても、残留応力が−200MPaより大きいITOスパッタリングターゲットにはボンディング時に割れが発生し、残留応力が−200〜−650MPaの範囲のITOスパッタリングターゲットにはボンディング時に割れが発生しなかった。このように、本発明のITOスパッタリングターゲットは、Snの含有量がSnO2換算で5質量%以下であっても、Cu製およびAl製のバッキングプレート等にボンディングするときに割れが発生しにくいことが確認された。
Figure 0005437919
According to Table 1, in both cases of Cu and Al backing plates, even if the SnO 2 content is the same, an ITO sputtering target having a residual stress of greater than −200 MPa is cracked during bonding and remains. The ITO sputtering target having a stress in the range of −200 to −650 MPa did not crack during bonding. As described above, the ITO sputtering target of the present invention is less susceptible to cracking when bonded to a Cu or Al backing plate or the like, even if the Sn content is 5% by mass or less in terms of SnO 2. Was confirmed.

Claims (6)

Snの含有量がSnO2換算で5質量%以下であるITOスパッタリングターゲットであって、残留応力が−650〜−200MPaであることを特徴とするITOスパッタリングターゲット。 An ITO sputtering target having a Sn content of 5% by mass or less in terms of SnO 2 and having a residual stress of −650 to −200 MPa. Snの含有量がSnO2換算で4質量%以下であることを特徴とする請求項1に記載のITOスパッタリングターゲット。 The ITO sputtering target according to claim 1, wherein the Sn content is 4% by mass or less in terms of SnO 2 . Snの含有量がSnO2換算で1〜4質量%であることを特徴とする請求項1に記載のITOスパッタリングターゲット。 The ITO sputtering target according to claim 1, wherein the Sn content is 1 to 4% by mass in terms of SnO 2 . 熱膨張係数が2.386×10-5/℃以下である金属材料からなるバッキングプレートにボンディングされて使用されるITOスパッタリングターゲットであって、残留応力が−600〜−200MPaであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のITOスパッタリングターゲット。 An ITO sputtering target used by being bonded to a backing plate made of a metal material having a thermal expansion coefficient of 2.386 × 10 −5 / ° C. or less, wherein the residual stress is −600 to −200 MPa. The ITO sputtering target according to any one of claims 1 to 3. 熱膨張係数が2.386×10-5/℃より大きい金属材料からなるバッキングプレートにボンディングされて使用されるITOスパッタリングターゲットであって、残留応力が−650〜−250MPaであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のITOスパッタリングターゲット。 An ITO sputtering target used by being bonded to a backing plate made of a metal material having a thermal expansion coefficient larger than 2.386 × 10 −5 / ° C., and having a residual stress of −650 to −250 MPa. The ITO sputtering target in any one of Claims 1-3. ITOスパッタリングターゲット製造用原料粉末を焼結炉内で1450〜1700℃の焼結温度で焼結し、得られたITO焼結体を、焼結炉内の温度を前記焼結温度から700〜900℃まで300℃/h以上の速度で降下させ、その後10〜100℃/hの速度で降下させることにより冷却することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のITOスパッタリングターゲットの製造方法。   The raw material powder for producing the ITO sputtering target was sintered in a sintering furnace at a sintering temperature of 1450 to 1700 ° C., and the obtained ITO sintered body was subjected to a temperature in the sintering furnace of 700 to 900 from the sintering temperature. 6. The production of an ITO sputtering target according to claim 1, wherein cooling is performed by lowering to 300 ° C. at a rate of 300 ° C./h or more and then lowering at a rate of 10 to 100 ° C./h. Method.
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