JP5798482B2 - 第１の相および第２の相を含む酸化物スパッタターゲットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、第１および第２の金属の酸化物を含む第１の相と、金属を含む第２の相とを含む酸化物スパッタターゲットの製造方法に関する。
本発明はさらに、第１および第２の金属の酸化物を含む第１の相と、金属を含む第２の相とを含む酸化物スパッタターゲットに関する。

過去数十年の間に、マグネトロンスパッタリングは、薄膜、例えば金属コーティングまたはセラミックコーティングを付着させる周知の技術となった。

スパッタリングの技法は、一般に光学コーティングを付着させるために用いられる。光学コーティングの重要な群は、それらが導電率と光透過性を兼ね備えているということで、透明な導電性酸化物、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）である。用途は、フラットパネルディスプレー、スマートウィンドウ、タッチパネル、エレクトロルミネセントランプからＥＭＩ遮蔽用途まで幅広い。

ＩＴＯコーティングは、金属インジウムスズ合金ターゲットの反応性スパッタリングによって、またはセラミック酸化物ターゲットからの非反応性もしくは疑似反応性スパッタリングによって得ることができる。

金属インジウムスズ合金ターゲットの反応性スパッタリングの欠点は、所望の化学量論を基板上に均一に付着させることができ、かつ、そのプロセスが経時的に安定していること（ヒステリシス効果）を保証することのできる、精密な反応性ガス制御システムが必要であることである。米国特許出願公開第２００７／０１４１５３６号には、反応性スパッタプロセスにおいて用いられる金属ターゲットが記載されている。ヒステリシス効果は、ある量の酸化物を金属ターゲットに添加することにより制限される。

一方、酸化物ターゲットからのスパッタリングには、スパッタターゲット表面の浸食部分においてノジュール（ｎｏｄｕｌｅｓ）が形成されるという欠点がある。これらのノジュールは、インジウムおよび／またはスズの低レベル酸化物であると考えられている。

スパッタリング中にノジュールの数および大きさは増大し、ノジュールは徐々にターゲット表面全体に広がる。ノジュールの導電率はより低いため、異常放電（アーク放電）が起こり、不安定なスパッタプロセス及び付着させたコーティングの欠陥につながる可能性がある。

米国特許第５，４８０，５３２号には、酸化インジウム−酸化スズの熱間等方圧加圧により製造された酸化物ターゲットが記載されている。

本発明の目的は、先行技術の問題を回避する酸化物スパッタターゲットの製造方法を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、酸化物相と金属相とを含むスパッタターゲットを提供することである。

本発明のさらなる目的は、スパッタターゲットを高電力レベルで用いることができるように、導電率および熱伝導率の増大したスパッタターゲットを提供することである。

本発明の第１の態様によれば、酸化物スパッタターゲットの製造方法が提供される。その方法は、
ターゲットホルダーを供給するステップと；
少なくとも１種の酸化物と少なくとも１種の金属とを同時に噴霧することによってスパッタ可能材料（ｓｐｕｔｔｅｒａｂｌｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）の外層を前記ターゲットホルダー上に形成するステップであって、前記外層が第１の相および第２の相を含み、前記第１の相が少なくとも第１および第２の金属の酸化物を含み、前記第２の相がその金属相中に金属を含み、その金属相中の前記金属が前記第１の相の前記酸化物中または前記酸化物間に配置された不連続ボリュームを形成するステップとを含む。

好ましい実施形態では、第２の相はその金属相中の金属からなる。

好ましくは、外層はその金属相中に０．１〜２０重量％の金属を含む。より好ましくは、外層はその金属相中に１〜１５重量％の金属を含むか、または外層はその金属相中に１〜１０重量％の金属を含む。
最も好ましくは、外層はその金属相中に０．１〜５重量％、例えば２〜５重量％または３〜５重量％の金属を含み、その外層の残部は前記酸化物である。

好ましい実施形態では、金属相の金属は第１の相の酸化物の第１の金属からなる。代替実施形態では、金属相の金属は第１の相の酸化物の第２の金属からなる。

外層の第１の相は酸化物相であるのに対して、第２の相は金属相である。
本発明の目的において、「酸化物相」とは、酸化物を含む任意の相を意味する。
「金属相」とは、金属から作られたかまたは金属を含む任意の相を意味する。

上述の通り、その金属相中の金属は、その酸化物相中の酸化物のボリューム中または間に配置された不連続ボリュームを形成する。好ましくは、その金属相中の金属は、酸化物のボリュームによって完全に取り囲まれている。
これは、外層に２つの分離した相が存在しているが、その２相間に結晶粒界および／または相互拡散層が存在し得ることを意味する。結晶粒界はその２相が接触する界面である。相互拡散層はその２相が互いに混ざり合う層である。しかし、本発明による相互拡散層は、いくつかの原子層に限定される厚さを有する。

酸化物として第１の金属Ａおよび第２の金属Ｂのあらゆる酸化物を考えることができる。第１の金属Ａおよび第２の金属Ｂの酸化物を用いる本発明の目的において、第１の金属の酸化物と第２の金属の酸化物との任意の混合物（Ａ_ｘＯ_ｙおよびＢ_ｘＯ_ｙ）および化学量論（ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｅｒｉｃ）もしくは非化学量論いずれかの一般式Ａ_ｘＢ_ｙＯ_ｚの任意の複合酸化物が意味される。

例えば酸化インジウムスズとは、酸化インジウム（Ｉｎ_ｘＯ_ｙ）および酸化スズ（Ｓｎ_ｘＯ_ｙ）、例えばＩｎ_２Ｏ_３およびＳｎＯ_２などの任意の混合物および化学量論（ｓｔｏｉｃｈｉｍｅｔｒｉｃ）もしくは非化学量論いずれかの式Ｉｎ_ｘＳｎ_ｙＯ_ｚの複合酸化物を意味する。

原則として、第１の相、すなわち、酸化物相の酸化物の第１の金属としてまたは第２の金属としてあらゆる金属を考えることができる。好ましくは、第１の金属および第２の金属は、周期律表の第２ａ族の元素、周期律表の第２ｂ族の元素、周期律表の第３ａ族の元素、周期律表の第４ａ族の元素、チタン、ニオブ、タンタル、モリブデンおよびアンチモンからなる群から選択される。最も好ましくは、第１の金属および／または第２の金属は、マグネシウム、カルシウム、チタン、ニオブ、タンタル、モリブデン、亜鉛、カドミウム、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ゲルマニウム、スズまたはアンチモンを含む。

第１の金属は、好ましくは、マグネシウム、カルシウム、チタン、亜鉛、カドミウム、ガリウム、インジウムおよびスズからなる群から選択される。

第２の金属は、好ましくは、マグネシウム、カルシウム、チタン、ニオブ、タンタル、モリブデン、亜鉛、カドミウム、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ゲルマニウム、スズおよびアンチモンからなる群から選択される。

第１および第２の金属の好ましい酸化物は、酸化インジウムスズ、例えばＩｎ_４Ｓｎ_３Ｏ_１２、酸化インジウム亜鉛、酸化カドミウムスズ、酸化亜鉛スズ、例えばＺｎＳｎＯ_３およびＺｎ_２ＳｎＯ_４、酸化亜鉛インジウム、例えばＺｎ_２Ｉｎ_２Ｏ_５およびＺｎ_３Ｉｎ_２Ｏ_６、酸化亜鉛アルミニウム、酸化マグネシウムインジウムＭｇＩｎ_２Ｏ_４、酸化ガリウムインジウム、例えばＧａＩｎＯ_３および（ＧａＩｎ）_２Ｏ_３を含む。

金属相の金属は、好ましくは、周期律表の第２ａ族の元素、周期律表の第２ｂ族の元素、周期律表の第３ａ族の元素、周期律表の第４ａ族の元素ならびにチタン、ニオブ、タンタル、モリブデンおよびアンチモンからなる群から選択される。
周期律表の第２ａ族、第２ｂ族、第３ａ族および第４族の好ましい元素は、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、カドミウム、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ゲルマニウムおよびスズである。
金属相のさらなる好ましい金属はニオブである。

第１の相（酸化物相）と第２の相（金属相）の好ましい組合せは、
−酸化物相としての酸化インジウムスズと金属相としてのインジウム；
−酸化物相としての酸化インジウムスズと金属相としてのスズ；
−酸化物相としての酸化インジウムスズと金属相としての亜鉛
である。

本発明によるスパッタターゲットのターゲットホルダーはいかなる形状であってもよい。好ましいターゲットホルダーは、平面ターゲットホルダーまたは管状ターゲットホルダーである。

スパッタ可能材料の外層の形成が行われる前に結合（ボンド）層をターゲットホルダー上に形成することが好ましいことがある。結合層として、当技術分野で公知のあらゆる結合層を考えることができる。好ましい結合層は金属または金属合金を含む。

本発明の第２の態様によれば、スパッタターゲットが提供される。そのスパッタターゲットは、ターゲットホルダーと、ターゲットホルダー上に形成されたスパッタ可能材料の外層とを含む。外層は少なくとも第１の相と第２の相とを含む。その第１の相は少なくとも第１および第２の金属の酸化物を含み；第２の相はその金属相中に金属を含む。それによって、その金属相中の金属は前記第１の相の酸化物中または酸化物間に配置された不連続ボリュームを形成している。

好ましくは、外層はその金属相中に０．１〜２０重量％の金属を含む。より好ましくは、外層はその金属相中に１〜１５重量％の金属を含むか、または外層はその金属相中に１〜１０重量％の金属を含む。
最も好ましくは、外層はその金属相中に０．１〜５重量％、例えば２〜５重量％または３〜５重量％の金属を含み、その外層の残部は前記酸化物である。

好ましい実施形態では、金属相の金属は酸化物相の酸化物の第１の金属からなるか、または酸化物相の酸化物の第２の金属からなる。

本発明によるスパッタターゲットのターゲットホルダーはいかなる形状であってもよい。好ましいターゲットホルダーは、平面ターゲットホルダーまたは管状ターゲットホルダーである。

本発明によるスパッタターゲットの利点は、かかるターゲットのスパッタリング中にノジュール形成が回避されるということである。
さらに、本発明によるスパッタターゲットが高電力レベルで用いることができるように、導電率および熱伝導率が増大している。

ここで、添付の図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

本発明によるスパッタターゲットの第１の実施形態の断面を示す図である。 本発明によるスパッタターゲットの第２の実施形態の断面を示す図である。

図１を参照して、本発明によるスパッタターゲットの断面を説明する。外層１２はターゲットホルダー１４上に形成されている。外層は第１の相１６と第２の相１８とを含む。第１の相１６は酸化物相である。第２の相１８は金属相である。

第１の相１６は少なくとも第１の金属および第２の金属の酸化物、例えば酸化インジウムスズなどを含む。好ましい実施形態では、酸化物相はスプラット状構造（ｓｐｌａｔ−ｌｉｋｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有する酸化物ボリュームを含む。

第２の相１８は金属を含む。第２の相１８の金属は、好ましくは、第１の相１６の酸化物の第１の金属または第１の相１６の酸化物の第２の金属である。あるいは、第２の相１８の金属は、第１の相の第１の金属または第２の金属とは異なる金属を含む。

好ましい実施形態では、スパッタ可能材料の外層は、第１の相（酸化物相）としての酸化インジウムスズと第２の相（金属相）としてのスズとを含む。

第２の相１８の金属は、第１の相１６の酸化物のボリューム間に配置された不連続ボリュームを形成する。

図２は、本発明によるスパッタターゲットの代替実施形態の断面を示す。外層２２はターゲットホルダー２４上に形成されている。外層は第１の相２６と第２の相２８とを含む。第１の相２６は酸化物相である。第２の相２８は金属相である。

その金属相２８中の金属は、酸化物相２６の酸化物中に配置された不連続ボリュームを形成する。

Claims (10)

1. 酸化物スパッタターゲットの製造方法であって、
   ターゲットホルダーを供給するステップと；
   少なくとも１種の酸化物と少なくとも１種の金属とを同時に噴霧することによってスパッタ可能材料の外層を前記ターゲットホルダー上に形成するステップであって、前記外層が第１の相および第２の相を含み、前記第１の相が少なくとも第１および第２の金属の酸化物を含み、前記第２の相がその金属相中に金属を含み、その金属相中の前記金属が前記第１の相の前記酸化物中または前記酸化物間に配置された不連続ボリュームを形成し、前記外層がその金属相中に０．１〜２０重量％の金属を含むステップと
   を含む方法。
2. 前記外層がその金属相中に０．１〜５重量％の金属を含み、前記外層の残部が酸化物である、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の相の前記金属が、前記酸化物の前記第１の金属または前記酸化物の前記第２の金属からなる、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記酸化物の前記第１の金属および／または前記酸化物の前記第２の金属が、周期律表の第２ａ族の元素、周期律表の第２ｂ族の元素、周期律表の第３ａ族の元素、周期律表の第４ａ族の元素、チタン、ニオブ、タンタル、モリブデンおよびアンチモンからなる群から選択される、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記酸化物の前記第１の金属が、マグネシウム、カルシウム、チタン、亜鉛、カドミウム、ガリウム、インジウムおよびスズからなる群から選択される、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 前記酸化物の前記第２の金属が、マグネシウム、カルシウム、チタン、ニオブ、タンタル、モリブデン、亜鉛、カドミウム、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ゲルマニウム、スズおよびアンチモンからなる群から選択される、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 前記酸化物が、酸化インジウムスズ、酸化インジウム亜鉛、酸化カドミウムスズ、酸化亜鉛スズ、酸化亜鉛インジウム、酸化亜鉛アルミニウム、酸化マグネシウムインジウムおよび酸化ガリウムインジウムからなる群から選択される、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 前記金属相の前記金属が、周期律表の第２ａ族の元素、周期律表の第２ｂ族の元素、周期律表の第３ａ族の元素、周期律表の第４ａ族の元素、チタン、ニオブ、タンタル、モリブデンおよびアンチモンからなる群から選択される、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 前記ターゲットホルダーが平面または管状のターゲットホルダーを含む、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. スパッタ可能材料の前記外層の形成前に、結合層を前記ターゲットホルダー上に形成するステップをさらに含む、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。

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