JPH04317455A - Ito焼結体の製造方法 - Google Patents

Ito焼結体の製造方法

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JPH04317455A
JPH04317455A JP3109706A JP10970691A JPH04317455A JP H04317455 A JPH04317455 A JP H04317455A JP 3109706 A JP3109706 A JP 3109706A JP 10970691 A JP10970691 A JP 10970691A JP H04317455 A JPH04317455 A JP H04317455A
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powder
sintering
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名手 達夫
Toshito Kishi
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、100
0〜1200℃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、 50
0〜800℃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( SnO2 )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 1μm 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】次いで、上記混合粉末について、1000
〜1200℃の温度で固溶化処理が行なわれる。この固
溶化処理は、粉末の焼結性を高めることにより得られる
ターゲット自体に割れが発生することを防止するため及
びインジウム中にスズを予め固溶化させておくことによ
りスズの凝集が生じるのを防止するためである。通常、
この固溶化処理は、3時間以上、好ましくは5時間以上
行なわれる。
【0008】上記の固溶化処理が行なわれた粉末につい
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2t
on/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
〜1500℃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Sn0
2 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 P
a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75m
m×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、 5
00℃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EP
MA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EP
MA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EP
MA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EP
MA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EP
MA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EP
MA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EP
MA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)

    【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、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13
    50〜1500℃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。
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