JPWO2015068535A1 - Sputtering target and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

本発明は、金属性亜鉛の含有量が100ppm以下である酸化亜鉛原料を用いて製造された、酸化亜鉛を含有するスパッタリングターゲット、および酸化亜鉛原料の金属性亜鉛の含有量を減少させる工程、および前記工程で得られた金属性亜鉛の含有量が100ppm以下である酸化亜鉛原料を用いてスパッタリングターゲットを製造する工程を含むスパッタリングターゲットの製造方法である。本発明のスパッタリングターゲットは、酸化亜鉛を含有するスパッタリングターゲットであり、スパッタリング中にアーキングやノジュールの発生が少ない。本発明のスパッタリングターゲットの製造方法は、酸化亜鉛を含有し、スパッタリング中にアーキングやノジュールの発生が少ないスパッタリングターゲットを効率的に製造することができる。The present invention provides a sputtering target containing zinc oxide produced using a zinc oxide raw material having a metallic zinc content of 100 ppm or less, and a step of reducing the metallic zinc content of the zinc oxide raw material, and It is a manufacturing method of a sputtering target including the process of manufacturing a sputtering target using the zinc oxide raw material whose metal zinc content obtained at the said process is 100 ppm or less. The sputtering target of the present invention is a sputtering target containing zinc oxide and generates less arcing and nodules during sputtering. The sputtering target production method of the present invention can efficiently produce a sputtering target containing zinc oxide and generating less arcing and nodules during sputtering.

Description

本発明は、スパッタリングターゲットおよびその製造方法に関し、詳しくは、スパッタ特性が改善された酸化亜鉛を含有するスパッタリングターゲットおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a sputtering target and a manufacturing method thereof, and more particularly to a sputtering target containing zinc oxide with improved sputtering characteristics and a manufacturing method thereof.

AZO(ZnO−Al23)薄膜に代表される透明導電膜は、高い導電性と優れた透光性を有しており、液晶ディスプレーや太陽電池用の薄膜として使用されている。また、IGZO(In23−Ga23−ZnO)薄膜に代表される半導体膜は、液晶表示装置(LCD)、エレクトロルミネッセンス表示装置(EL)およびフィールドエミッションディスプレイ(FED)などの各種表示装置において、表示素子に駆動電圧を印加して表示装置を駆動させるスイッチング素子として薄膜トランジスタ(TFT)に使用されている。このように、亜鉛を構成元素として含む薄膜は多くの分野に使用されている。A transparent conductive film typified by an AZO (ZnO—Al 2 O 3 ) thin film has high conductivity and excellent translucency, and is used as a thin film for liquid crystal displays and solar cells. Further, semiconductor films typified by IGZO (In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO) thin films are various displays such as a liquid crystal display (LCD), an electroluminescence display (EL), and a field emission display (FED). In a device, a thin film transistor (TFT) is used as a switching element for driving a display device by applying a driving voltage to the display element. Thus, thin films containing zinc as a constituent element are used in many fields.

これら薄膜を作製する方法としては、スプレー法、ディップ法、真空蒸着法、スパッタリング法等があるが、製造コスト、生産性、大面積均一性、膜質、膜の特性(導電率、透光性等)の点でスパッタリング法が比較的優れているので、スパッタリング法が現在の生産技術の主流となっている。   As a method for producing these thin films, there are a spray method, a dip method, a vacuum deposition method, a sputtering method, etc., but manufacturing cost, productivity, large area uniformity, film quality, film characteristics (conductivity, translucency, etc.) The sputtering method has become the mainstream of the current production technology because the sputtering method is relatively superior in terms of

これらスパッタリングで使用されるターゲットについては、アーキングやノジュールの発生を抑制するなど、スパッタ特性を改善することが求められている。アーキングやノジュールの発生を抑制する観点から、ターゲットが高密度であることやターゲットの分割数が少ないこと、つまりターゲットを構成する分割ターゲット材の数が少ないことが良いことが知られている。しかし、ターゲットの構成元素である金属元素がスパッタ特性に与える影響についてはよく分かっていない。   For the targets used in these sputtering methods, it is required to improve the sputtering characteristics such as suppressing the generation of arcing and nodules. From the viewpoint of suppressing the occurrence of arcing and nodules, it is known that the target has a high density and the number of target divisions is small, that is, the number of divided target materials constituting the target is small. However, it is not well understood about the influence of the metal element which is a constituent element of the target on the sputtering characteristics.

特許文献1には、IZO(In23−ZnO)ターゲットにおいてターゲットの強度を上げるために金属亜鉛を添加する方法が記載されている。Patent Document 1 describes a method of adding metallic zinc to increase the strength of a target in an IZO (In 2 O 3 —ZnO) target.

特許文献2には、酸化亜鉛系スパッタリングターゲットにおいて、その抵抗を下げるために金属亜鉛を添加する方法が記載されている。   Patent Document 2 describes a method in which zinc metal is added to lower the resistance of a zinc oxide-based sputtering target.

特開2009−144226号公報JP 2009-144226 A 特開2008−115453号公報JP 2008-115453 A

本発明の目的は、スパッタリング中にアーキングやノジュールの発生が少ない、酸化亜鉛を含有するスパッタリングターゲットを提供することである。   An object of the present invention is to provide a sputtering target containing zinc oxide that generates less arcing and nodules during sputtering.

本発明者は、酸化亜鉛を含有するスパッタリングターゲットにおいて、原料として用いる酸化亜鉛に含有される金属性亜鉛を一定量以下にすることにより、アーキングやノジュールの少ない優れたターゲットが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。   The present inventors have found that in a sputtering target containing zinc oxide, by making the metallic zinc contained in zinc oxide used as a raw material a certain amount or less, an excellent target with less arcing and nodules can be obtained. The present invention has been completed.

すなわち本発明は、金属性亜鉛の含有量が100ppm以下である酸化亜鉛原料を用いて製造された、酸化亜鉛を含有するスパッタリングターゲットであり、好ましくは金属性亜鉛の含有量が10ppm以下である酸化亜鉛原料を用いて製造された、酸化亜鉛を含有するスパッタリングターゲットである。   That is, the present invention is a sputtering target containing zinc oxide, produced using a zinc oxide raw material having a metallic zinc content of 100 ppm or less, preferably an oxidation having a metallic zinc content of 10 ppm or less. A sputtering target containing zinc oxide manufactured using a zinc raw material.

前記スパッタリングターゲットとしては、たとえば亜鉛とアルミニウムとの酸化物からなるAZO製や亜鉛とインジウムとガリウムとの酸化物からなるIGZO製が挙げられる。   Examples of the sputtering target include AZO made of an oxide of zinc and aluminum and IGZO made of an oxide of zinc, indium and gallium.

また、本発明は、酸化亜鉛原料の金属性亜鉛の含有量を減少させる工程、および前記工程で得られた金属性亜鉛の含有量が100ppm以下である酸化亜鉛原料を用いてスパッタリングターゲットを製造する工程を含むスパッタリングターゲットの製造方法である。   Moreover, this invention manufactures a sputtering target using the process which reduces content of metallic zinc of a zinc oxide raw material, and the zinc oxide raw material whose content of metallic zinc obtained at the said process is 100 ppm or less. It is a manufacturing method of a sputtering target including a process.

前記製造方法において、前記酸化亜鉛原料の金属性亜鉛の含有量を減少させる工程が、酸化亜鉛原料を熱処理する工程であることが好ましい。   In the manufacturing method, it is preferable that the step of reducing the content of metallic zinc in the zinc oxide raw material is a step of heat-treating the zinc oxide raw material.

本発明のスパッタリングターゲットは、酸化亜鉛を含有するスパッタリングターゲットであり、スパッタリング中にアーキングやノジュールの発生が少ない。本発明のスパッタリングターゲットの製造方法は、酸化亜鉛を含有し、スパッタリング中にアーキングやノジュールの発生が少ないスパッタリングターゲットを効率的に製造することができる。   The sputtering target of the present invention is a sputtering target containing zinc oxide and generates less arcing and nodules during sputtering. The sputtering target production method of the present invention can efficiently produce a sputtering target containing zinc oxide and generating less arcing and nodules during sputtering.

<スパッタリングターゲット>
本発明のスパッタリングターゲットは、金属性亜鉛の含有量が100ppm以下である酸化亜鉛原料を用いて製造された、酸化亜鉛を含有するスパッタリングターゲットである。
<Sputtering target>
The sputtering target of this invention is a sputtering target containing zinc oxide manufactured using the zinc oxide raw material whose content of metallic zinc is 100 ppm or less.

前記酸化亜鉛原料は通常、酸化亜鉛粉末である。本発明のスパッタリングターゲットは通常、酸化亜鉛粉末を用いて製造される。本発明のスパッタリングターゲットの具体的な製造方法は後述する。   The zinc oxide raw material is usually zinc oxide powder. The sputtering target of the present invention is usually produced using zinc oxide powder. A specific method for producing the sputtering target of the present invention will be described later.

酸化亜鉛原料は、金属性亜鉛の含有量が100ppm以下であり、好ましくは10ppm以下であり、さらに好ましくは2ppm以下である。ここでppmは質量ppm(ppmw)を意味する。   The zinc oxide raw material has a metallic zinc content of 100 ppm or less, preferably 10 ppm or less, more preferably 2 ppm or less. Here, ppm means mass ppm (ppmw).

ターゲットの原料に使用できる酸化亜鉛粉末は、高純度の金属亜鉛を高温にして揮発させ、その亜鉛蒸気と空気中の酸素とを反応させて製造される。このとき、反応条件により未反応の金属性亜鉛が酸化亜鉛粉末中に残留する。金属性亜鉛が多く含まれている酸化亜鉛原料を用いて作製されたターゲットには金属性亜鉛の含有量が多い部位が点在する。またこれらの部位は、その他の部分に比べて酸素含有量が少ないと考えられる。ターゲットに酸素含有量が少ない部位が存在すると、その部位だけ局所的に周囲と電気抵抗値が異なるので、均一なスパッタリングができなくなる。それにより、アーキングやノジュールが発生しやすくなると考えられる。一方、金属性亜鉛の含有量が少ない酸化亜鉛原料を用いて製造されたスパッタリングターゲットでは、金属性亜鉛の含有量が多い部位が少なく、酸素含有量が少ない部位も少なくなるので、局所的に抵抗が異なる箇所が少なくなり、その結果スパッタ中のアーキングやノジュールの発生を減少させることができ、均一なスパッタリングが可能になる。本発明者は以上の知見を独自に見出し、本発明を完成させたものである。   Zinc oxide powder that can be used as a target raw material is produced by volatilizing high-purity metallic zinc at a high temperature and reacting the zinc vapor with oxygen in the air. At this time, unreacted metallic zinc remains in the zinc oxide powder depending on the reaction conditions. A target produced using a zinc oxide raw material containing a large amount of metallic zinc is dotted with portions having a high content of metallic zinc. In addition, these parts are considered to have less oxygen content than other parts. If there is a part with a low oxygen content in the target, the electrical resistance value is locally different from that part only, and uniform sputtering cannot be performed. As a result, arcing and nodules are likely to occur. On the other hand, in sputtering targets manufactured using a zinc oxide raw material with a low metallic zinc content, there are few parts with a high metallic zinc content and there are few parts with a low oxygen content. As a result, the occurrence of arcing and nodules during sputtering can be reduced, and uniform sputtering becomes possible. The present inventor has found the above knowledge uniquely and completed the present invention.

酸化亜鉛原料の金属性亜鉛の含有量が少ないほど、アーキングやノジュールの発生は少なくなる。酸化亜鉛原料の金属性亜鉛の含有量が100ppm以下であると、アーキングやノジュールの発生を実用上十分に減少させることができる。   The smaller the metallic zinc content of the zinc oxide raw material, the less arcing and nodules are generated. When the content of metallic zinc in the zinc oxide raw material is 100 ppm or less, the generation of arcing and nodules can be sufficiently reduced practically.

本発明のスパッタリングターゲットはセラミックス製スパッタリングターゲットであることが好ましい。酸化亜鉛を含むものであれば、セラミックスの種類や組成比等には特に制限はなく、たとえば酸化アルミニウム−酸化亜鉛(AZO)、酸化インジウム−酸化ガリウム−酸化亜鉛(IGZO)等が挙げられる。   The sputtering target of the present invention is preferably a ceramic sputtering target. If it contains zinc oxide, there is no restriction | limiting in particular in the kind of ceramics, a composition ratio, etc. For example, an aluminum oxide zinc oxide (AZO), an indium oxide gallium oxide zinc oxide (IGZO) etc. are mentioned.

前記セラミックス製スパッタリングターゲットは、酸化亜鉛原料と該セラミックスを作製するのに必要なその他の金属酸化物原料とから製造される。たとえば、AZO製スパッタリングターゲットの場合には、該ターゲットは通常酸化亜鉛粉末と酸化アルミニウム粉末とから製造される。IGZO製スパッタリングターゲットの場合には、該ターゲットは通常酸化亜鉛粉末と酸化インジウム粉末と酸化ガリウム粉末とから製造される。これらの原料のうち金属性亜鉛を含有する可能性があるのは酸化亜鉛原料のみであり、他の原料には実質的に金属性亜鉛が含有されていることはない。   The ceramic sputtering target is manufactured from a zinc oxide raw material and other metal oxide raw materials necessary for producing the ceramic. For example, in the case of an AZO sputtering target, the target is usually manufactured from zinc oxide powder and aluminum oxide powder. In the case of an IGZO sputtering target, the target is usually manufactured from zinc oxide powder, indium oxide powder, and gallium oxide powder. Among these raw materials, only zinc oxide raw materials may contain metallic zinc, and other raw materials are substantially free of metallic zinc.

本発明のスパッタリングターゲットがAZO製スパッタリングターゲットである場合、Alの含有量はAl23量換算で0.1〜10質量%、Znの含有量はZnO量換算で90〜99.9質量%のものが一般的である。AlおよびZnの含有量が前記範囲内であると、ターゲットが低抵抗になるという利点がある。When the sputtering target of the present invention is an AZO sputtering target, the Al content is 0.1 to 10% by mass in terms of Al 2 O 3 and the Zn content is 90 to 99.9% by mass in terms of ZnO. The ones are common. There exists an advantage that a target becomes low resistance in content of Al and Zn in the said range.

本発明のスパッタリングターゲットがIGZO製スパッタリングターゲットである場合、例えば、Inの含有量はIn23量換算で43.7〜44.7質量%、Gaの含有量はGa23量換算で29.2〜30.6質量%、残部がZnOおよび不可避的不純物のものである。In、GaおよびZnの含有量が前記範囲内であると、スパッタリングにより良好なTFT(薄膜トランジスタ:Thin Firm Transistor)特性が得られるという利点がある。When the sputtering target of the present invention is an IGZO sputtering target, for example, the In content is 43.7 to 44.7% by mass in terms of In 2 O 3 content, and the Ga content is in terms of Ga 2 O 3 content. 29.2 to 30.6% by mass, the balance being ZnO and inevitable impurities. When the contents of In, Ga and Zn are within the above ranges, there is an advantage that good TFT (Thin Film Transistor) characteristics can be obtained by sputtering.

本発明のスパッタリングターゲットの形状としては、板状および円筒形状などを挙げることができる。   Examples of the shape of the sputtering target of the present invention include a plate shape and a cylindrical shape.

本発明のスパッタリングターゲットは、常法により低融点半田を使用して基材に接合してスパッタリングに使用することができる。   The sputtering target of the present invention can be used for sputtering by bonding to a substrate using a low melting point solder by a conventional method.

本発明のスパッタリングターゲットは、前述のとおりスパッタリング中にアーキングやノジュールの発生が少ない。なお、スパッタリング中のアーキングの発生とノジュールの発生とはパラレルの関係にあり、ノジュールの発生が少なければアーキングの発生も少ないと評価できる。
<スパッタリングターゲットの製造方法>
前記スパッタリングターゲットは、従来知られている製造方法に従って製造することができる。すなわち原料粉末を成形し、得られた成形体を焼成して製造できる。成形法として例えば次に紹介するキャスト法を用いることができる。ただし、成形法としては、原料を乾燥・造粒したものを一軸プレスして成形体を得る方法や、CIP成形(Cold Isostatic Pressing(冷間等方圧成形))により成形する方法等も用いることができる。ここでは一例として、キャスト法を用いて平板状のセラミックス製スパッタリングターゲットを製造する方法を説明する。この製造方法は円筒形状ターゲットに対しても適用可能である。
As described above, the sputtering target of the present invention generates less arcing and nodules during sputtering. It should be noted that the occurrence of arcing during sputtering and the generation of nodules are in a parallel relationship, and it can be evaluated that the occurrence of arcing is small if the generation of nodules is small.
<Manufacturing method of sputtering target>
The sputtering target can be manufactured according to a conventionally known manufacturing method. That is, it can be produced by molding raw material powder and firing the obtained molded body. As the molding method, for example, the following casting method can be used. However, as a molding method, a method of obtaining a molded body by uniaxial pressing of a dried and granulated raw material, a method of molding by CIP molding (Cold Isostatic Pressing), or the like is also used. Can do. Here, as an example, a method of manufacturing a flat ceramic sputtering target using a casting method will be described. This manufacturing method can also be applied to a cylindrical target.

当該製造方法は、セラミックス原料粉末および有機添加物を含有するスラリーを型に流し込んで、次いで排水して成形し、成形体を作製する工程1、前記成形体を乾燥する工程2、前記乾燥された成形体を焼成して焼成体を得る工程3、および前記焼成体を加工してターゲットを得る工程4を含む製造方法である。
(工程1)
工程1では、セラミックス原料粉末および有機添加物を含有するスラリーを型に流し込んで、次いで排水して成形し、成形体を作製する。
In the manufacturing method, a slurry containing a ceramic raw material powder and an organic additive is poured into a mold, and then drained and molded to produce a molded body, Step 1 for drying the molded body, Step 2 for drying the molded body, and the dried It is a manufacturing method including the step 3 for obtaining a fired body by firing the molded body and the step 4 for obtaining a target by processing the fired body.
(Process 1)
In step 1, a slurry containing ceramic raw material powder and an organic additive is poured into a mold, and then drained and molded to produce a molded body.

セラミックス原料粉末は酸化亜鉛粉末を含む。この酸化亜鉛粉末の金属性亜鉛含有量は100ppm以下である。   The ceramic raw material powder contains zinc oxide powder. The metallic zinc content of this zinc oxide powder is 100 ppm or less.

工程1の前に、酸化亜鉛原料の金属性亜鉛の含有量を減少させる工程を実施することができる。前述のとおり、酸化亜鉛原料の金属性亜鉛の含有量が少ないほど、アーキングやノジュールの発生が少ないターゲットが得られるので、工程1の前に、酸化亜鉛原料の金属性亜鉛の含有量を減少させる工程を実施することは有効である。この工程を行うことにより、金属性亜鉛含有量が100ppm以下である酸化亜鉛原料の金属性亜鉛の含有量をさらに減少させてから工程1を行うことができる。また、酸化亜鉛原料の金属性亜鉛の含有量が100ppmより多い場合には、酸化亜鉛原料の金属性亜鉛の含有量を減少させて100ppm以下にしてから工程1を行うことができる。   Prior to step 1, a step of reducing the content of metallic zinc in the zinc oxide raw material can be performed. As described above, the smaller the content of metallic zinc in the zinc oxide raw material, the lower the generation of arcing and nodules. Therefore, before step 1, the metallic zinc content in the zinc oxide raw material is reduced. It is effective to carry out the process. By performing this step, step 1 can be performed after further reducing the metallic zinc content of the zinc oxide raw material having a metallic zinc content of 100 ppm or less. Further, when the content of metallic zinc in the zinc oxide raw material is more than 100 ppm, Step 1 can be performed after the content of metallic zinc in the zinc oxide raw material is reduced to 100 ppm or less.

酸化亜鉛原料の金属性亜鉛の含有量を減少させる方法には特に制限はないが、酸化亜鉛原料を熱処理する方法、いわゆる仮焼する方法が最も効果的である。熱処理は通常大気中で行われ、熱処理温度は通常800〜1200℃、好ましくは800〜1000℃である。熱処理温度が800℃より低いと金属性亜鉛の減少が効率的に進行せず、また一方、1200℃より高いと一次粒子が成長して比表面積が低下し、成形後の焼結が不十分になり、焼結体の密度が低下することがある。熱処理時間は通常3〜12時間、好ましくは5〜8時間である。金属性亜鉛の含有量を減少させる程度は、適宜熱処理温度および熱処理時間等により調整することができる。   A method for reducing the content of metallic zinc in the zinc oxide raw material is not particularly limited, but a method of heat-treating the zinc oxide raw material, that is, a so-called calcination method is the most effective. The heat treatment is usually performed in the atmosphere, and the heat treatment temperature is usually 800 to 1200 ° C, preferably 800 to 1000 ° C. When the heat treatment temperature is lower than 800 ° C., the reduction of metallic zinc does not proceed efficiently. On the other hand, when the heat treatment temperature is higher than 1200 ° C., primary particles grow and the specific surface area decreases, resulting in insufficient sintering after molding. Thus, the density of the sintered body may decrease. The heat treatment time is usually 3 to 12 hours, preferably 5 to 8 hours. The degree to which the content of metallic zinc is reduced can be appropriately adjusted by the heat treatment temperature, the heat treatment time, and the like.

セラミックスがAZOである場合、セラミックス原料粉末として、Al23粉末およびZnO粉末の混合粉末を使用でき、さらにAZO粉末を併用してもよい。Al23粉末、ZnO粉末およびAZO粉末は、BET法で測定した比表面積がそれぞれ通常1〜20m2/gである。Al23粉末、ZnO粉末およびAZO粉末の混合比率は、本ターゲットにおける構成元素の含有量が前述の範囲内になるように適宜決定される。本製造方法においては、Al23粉末およびZnO粉末の混合粉末をセラミックス原料粉末として使用する場合、セラミックス原料粉末におけるAl23粉末およびZnO粉末の含有量(質量%)が、最終的に得られるターゲットにおけるAl23量置換でのAlの含有量(質量%)およびZnO量置換でのZnの含有量(質量%)と同視できることが確認されている。When the ceramic is AZO, a mixed powder of Al 2 O 3 powder and ZnO powder can be used as the ceramic raw material powder, and an AZO powder may be used in combination. The Al 2 O 3 powder, ZnO powder and AZO powder each have a specific surface area of usually 1 to 20 m 2 / g measured by the BET method. The mixing ratio of the Al 2 O 3 powder, the ZnO powder, and the AZO powder is appropriately determined so that the content of the constituent elements in the target is within the above range. In this production method, when a mixed powder of Al 2 O 3 powder and ZnO powder is used as the ceramic raw material powder, the content (mass%) of the Al 2 O 3 powder and ZnO powder in the ceramic raw material powder is finally It has been confirmed that the obtained target can be equated with the Al content (mass%) in the Al 2 O 3 substitution and the Zn content (mass%) in the ZnO substitution.

なお比表面積は、例えば全自動比表面積測定装置(株式会社マウンテック製、Macsorb(登録商標) HM model−1210)を使用し、吸着ガスとして窒素30%、ヘリウム70%を含む混合ガスを用い、BET一点法で測定することができる。   The specific surface area is, for example, a fully automatic specific surface area measuring device (Macsorb (registered trademark) HM model-1210, manufactured by Mountec Co., Ltd.), a mixed gas containing 30% nitrogen and 70% helium as an adsorption gas, and BET It can be measured by the single point method.

セラミックスがIGZOである場合、セラミックス原料粉末として、In23粉末、Ga23粉末およびZnO粉末の混合粉末を使用でき、さらにIGZO粉末を併用してもよい。In23粉末、Ga23粉末、ZnO粉末およびIGZO粉末は、BET法で測定した比表面積がそれぞれ通常1〜20m2/gである。In23粉末、Ga23粉末、ZnO粉末およびIGZO粉末の混合比率は、本ターゲットにおける構成元素の含有量が前述の範囲内になるように適宜決定される。本製造方法においては、In23粉末、Ga23粉末およびZnO粉末の混合粉末をセラミックス原料粉末として使用する場合、セラミックス原料粉末におけるIn23粉末、Ga23粉末およびZnO粉末の含有量(質量%)が、最終的に得られるターゲットにおけるIn23量置換でのIn含有量(質量%)、Ga23量置換でのGa含有量(質量%)及びZnO量置換でのZnの含有量(質量%)と同視できることが確認されている。When the ceramic is IGZO, a mixed powder of In 2 O 3 powder, Ga 2 O 3 powder and ZnO powder can be used as the ceramic raw material powder, and IGZO powder may be used in combination. In 2 O 3 powder, Ga 2 O 3 powder, ZnO powder and IGZO powder each have a specific surface area of usually 1 to 20 m 2 / g measured by the BET method. The mixing ratio of the In 2 O 3 powder, the Ga 2 O 3 powder, the ZnO powder, and the IGZO powder is appropriately determined so that the content of the constituent elements in the target is within the above-described range. In this production method, when a mixed powder of In 2 O 3 powder, Ga 2 O 3 powder and ZnO powder is used as the ceramic raw material powder, In 2 O 3 powder, Ga 2 O 3 powder and ZnO powder in the ceramic raw material powder are used. The content (mass%) of In is the In content (mass%) in the substitution of In 2 O 3 in the target finally obtained, the Ga content (mass%) in the substitution of Ga 2 O 3 and the amount of ZnO It has been confirmed that it can be equated with the Zn content (% by mass) in the substitution.

粉末の混合方法には特に制限はなく、例えば、各粉末およびジルコニアボールをポットに入れ、ボールミル混合することができる。   There is no restriction | limiting in particular in the mixing method of powder, For example, each powder and a zirconia ball | bowl can be put into a pot, and ball mill mixing can be carried out.

前記有機添加物は、スラリーや成形体の性状を好適に調整するために添加される物質である。有機添加物としては、バインダー、分散剤を挙げることができる。バインダーとしては、エマルジョン系のバインダーが一般的であり、分散剤としてはポリカルボン酸アンモニウム等が一般的である。   The organic additive is a substance added in order to suitably adjust the properties of the slurry and the molded body. Examples of the organic additive include a binder and a dispersant. As the binder, an emulsion-based binder is generally used, and as the dispersant, ammonium polycarboxylate or the like is generally used.

セラミックス原料粉末および有機添加物を含有するスラリーを調製する際に使用する分散媒には特に制限はなく、目的に応じて、水、アルコール等から適宜選択して使用することができる。   There is no restriction | limiting in particular in the dispersion medium used when preparing the slurry containing ceramic raw material powder and an organic additive, According to the objective, it can select from water, alcohol, etc. suitably and can be used.

セラミックス原料粉末および有機添加物を含有するスラリーを調製する方法には特に制限はなく、例えば、セラミックス原料粉末、有機添加物および分散媒をポットに入れ、ボールミル混合する方法が使用できる。   The method for preparing the slurry containing the ceramic raw material powder and the organic additive is not particularly limited, and for example, a method in which the ceramic raw material powder, the organic additive and the dispersion medium are placed in a pot and ball mill mixed can be used.

得られたスラリーを型に流し込んで、次いで排水して成形を行う。型としては、石膏型や加圧して排水を行う樹脂型が一般的である。
(工程2)
工程2では、工程1で成形した成形体を乾燥する。
The obtained slurry is poured into a mold and then drained to perform molding. As the mold, a gypsum mold or a resin mold that discharges water under pressure is common.
(Process 2)
In step 2, the molded body formed in step 1 is dried.

乾燥は成形体を一定環境下に静置することにより行われる。乾燥温度は、通常25〜100℃、好ましくは25〜50℃である。乾燥時間は通常10〜72時間、好ましくは24〜48時間である。
(工程3)
工程3では、工程2で得られた乾燥された成形体を焼成する。焼成炉には特に制限はなく、セラミックス製ターゲットの製造に従来使用されている焼成炉を使用することができる。
Drying is performed by leaving the compact in a constant environment. A drying temperature is 25-100 degreeC normally, Preferably it is 25-50 degreeC. The drying time is usually 10 to 72 hours, preferably 24 to 48 hours.
(Process 3)
In step 3, the dried molded body obtained in step 2 is fired. There is no restriction | limiting in particular in a baking furnace, The baking furnace conventionally used for manufacture of the ceramic targets can be used.

焼成温度は、セラミックスがAZOである場合は、通常1250〜1500℃、好ましくは1300℃〜1450℃、より好ましくは1350℃〜1450℃である。セラミックスがIGZOである場合は、通常1300〜1500℃、好ましくは1400℃〜1450℃である。焼成温度が高いほど高密度のターゲットが得られるが、高すぎるとターゲットの焼結組織が肥大化して割れやすくなる。
(工程4)
工程4では、工程3で得られた焼成体を切削加工する。加工は、平面研削盤等を用いて行う。加工後の表面粗度Raは、砥石の砥粒の大きさを選定することにより制御することができる。この表面粗度Raの値としては、アーキングやノジュールの発生をさらに抑制する観点から1.5μm以下が好ましく、さらに1.0μm以下が好ましく、0.8μm以下が最も好ましい。
When the ceramic is AZO, the firing temperature is usually 1250 to 1500 ° C, preferably 1300 ° C to 1450 ° C, more preferably 1350 ° C to 1450 ° C. When ceramics are IGZO, they are 1300-1500 degreeC normally, Preferably it is 1400-1450 degreeC. The higher the firing temperature, the higher the density of the target is obtained. However, when the firing temperature is too high, the sintered structure of the target is enlarged and easily cracked.
(Process 4)
In step 4, the fired body obtained in step 3 is cut. Processing is performed using a surface grinder or the like. The surface roughness Ra after processing can be controlled by selecting the size of the abrasive grains of the grindstone. The value of the surface roughness Ra is preferably 1.5 μm or less, more preferably 1.0 μm or less, and most preferably 0.8 μm or less from the viewpoint of further suppressing the generation of arcing and nodules.

実施例および比較例において得られたスパッタリングターゲットの相対密度およびノジュールの有無についての評価方法は以下の通りである。AZOスパッタリングターゲット(実施例1〜6、比較例1、2)に対する評価結果を表1に、IGZOスパッタリングターゲット(実施例7〜9、比較例3、4)に対する評価結果を表2に示した。   The evaluation method about the relative density of the sputtering target obtained in the Example and the comparative example, and the presence or absence of a nodule is as follows. The evaluation results for the AZO sputtering target (Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 and 2) are shown in Table 1, and the evaluation results for the IGZO sputtering target (Examples 7 to 9 and Comparative Examples 3 and 4) are shown in Table 2.

また、表1および表2に、実施例および比較例で調製したセラミックス原料粉末に含まれる金属酸化物粉末の含有量ならびに実施例および比較例で使用したZnO粉末の金属性亜鉛含有量を示した。ZnO粉末の金属性亜鉛含有量の測定方法は後述の通りである。
1.相対密度
スパッタリングターゲットの相対密度は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。
ρ=((C1/100)/ρ1+(C2/100)/ρ2+・・・+(Ci/100)/ρi-1 ・・・(X)
(式中C1〜Ciはそれぞれスパッタリングターゲット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。)
2.ノジュールの有無
スパッタリングターゲットをCu製の基材に、低融点半田としてインジウムを使用して接合し、下記条件でスパッタを行った。
Tables 1 and 2 show the content of the metal oxide powder contained in the ceramic raw material powders prepared in the examples and comparative examples, and the metallic zinc content of the ZnO powder used in the examples and comparative examples. . The measuring method of metallic zinc content of ZnO powder is as mentioned later.
1. 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 in water / the specific gravity of water at the measurement temperature), and the percentage value with respect to the theoretical density ρ (g / cm 3 ) based on the following formula (X) is obtained. Relative density (unit:%) was used.
ρ = ((C 1/100 ) / ρ 1 + (C 2/100) / ρ 2 + ··· + (C i / 100) / ρ i) -1 ··· (X)
(In the formula, C 1 to C i indicate the content (% by weight) of the constituent material of the sputtering target, respectively, and ρ 1 to ρ i are the density of each constituent material corresponding to C 1 to C i (g / cm 3 ). Is shown.)
2. Presence or absence of nodules A sputtering target was bonded to a Cu substrate using indium as a low melting point solder, and sputtering was performed under the following conditions.

<スパッタリング条件>
装置:DCマグネトロンスパッタ装置、排気系クライオポンプ、ロータリーポンプ
到達真空度:3×10-4Pa
スパッタ圧力:0.4Pa
酸素分圧:4×10-2Pa
スパッタ後のターゲットの表面を写真撮影し、画像解析により、ターゲット表面の面積に対するターゲット表面におけるノジュールの面積の比率(%)をノジュールの量として評価した。AZOではノジュール量が10.0%以下、IGZOではノジュール量が6.0%以下であると、実用上好適なスパッタリングが実施できていると評価される。
3.ZnO粉末の金属性亜鉛含有量
ビーカーにZnO粉末を10g量り採り、塩化アンモニウム10%液100mlとアンモニア水20mlを加えて加熱溶解した。静置した後、液を捨て、残渣に再び塩化アンモニウム10%液100mlとアンモニア水20mlを加えて加熱溶解した。ZnOが完全に溶解するまで5回以上前記工程を繰り返した。最終残渣を純水にて洗浄し、濾過した後、塩酸にて溶解し10mlに定容してICP−AESにて定量分析を行った。この定量値がZnO粉末中の金属性亜鉛含有量に相当する。
<AZOスパッタリングターゲット>
[実施例1]
金属性亜鉛の含有量が2ppm未満で、BET法により測定された比表面積が4m2/gであるZnO粉末と、BET法により測定された比表面積が5m2/gであるAl23粉末とをポット中でジルコニアボールによりボールミル混合して、セラミックス原料粉末を調製した。セラミックス原料粉末におけるAl23粉末の含有量は5質量%、ZnO粉末の含有量は95質量%であった。
<Sputtering conditions>
Equipment: DC magnetron sputtering equipment, exhaust system cryopump, rotary pump Ultimate vacuum: 3 × 10 −4 Pa
Sputtering pressure: 0.4 Pa
Oxygen partial pressure: 4 × 10 -2 Pa
The surface of the target after sputtering was photographed, and the ratio (%) of the nodule area on the target surface to the target surface area was evaluated as an amount of nodule by image analysis. When AZO has a nodule amount of 10.0% or less and IGZO has a nodule amount of 6.0% or less, it is evaluated that practically suitable sputtering can be carried out.
3. Metallic zinc content of ZnO powder 10 g of ZnO powder was weighed into a beaker, 100 ml of 10% ammonium chloride solution and 20 ml of aqueous ammonia were added and dissolved by heating. After allowing to stand, the liquid was discarded, and 100 ml of 10% ammonium chloride solution and 20 ml of aqueous ammonia were added to the residue and dissolved by heating. The above process was repeated 5 times or more until ZnO was completely dissolved. The final residue was washed with pure water, filtered, dissolved in hydrochloric acid, made up to a volume of 10 ml, and quantitatively analyzed by ICP-AES. This quantitative value corresponds to the metallic zinc content in the ZnO powder.
<AZO sputtering target>
[Example 1]
The content of metallic zinc is less than 2ppm, Al 2 O 3 powder is a ZnO powder specific surface area measured by the BET method is 4m 2 / g, the measured specific surface area by the BET method 5 m 2 / g Were mixed by ball milling with zirconia balls in a pot to prepare a ceramic raw material powder. The content of Al 2 O 3 powder in the ceramic raw material powder was 5% by mass, and the content of ZnO powder was 95% by mass.

このポットに、バインダーとしてセラミックス原料粉末に対して0.2質量%のアクリルエマルジョンバインダー、分散剤としてセラミックス原料粉末に対して0.5質量%のポリカルボン酸アンモニウム、および分散媒としてセラミックス原料粉末に対して20質量%の水を加え、ボールミル混合してスラリーを調製した。このスラリーを石膏型に流し込み、次いで排水して、成形体を得た。   In this pot, 0.2% by mass of an acrylic emulsion binder with respect to the ceramic raw material powder as a binder, 0.5% by mass of ammonium polycarboxylate with respect to the ceramic raw material powder as a dispersing agent, and a ceramic raw material powder as a dispersion medium On the other hand, 20% by mass of water was added, and ball mill mixing was performed to prepare a slurry. This slurry was poured into a gypsum mold and then drained to obtain a molded body.

得られた成形体を25℃で48時間乾燥した後、焼成して焼成体を作製した。焼成は、焼成温度1400℃、焼成時間10時間、昇温速度300℃/h、降温速度50℃/hで行った。   The obtained molded body was dried at 25 ° C. for 48 hours and then fired to produce a fired body. Firing was performed at a firing temperature of 1400 ° C., a firing time of 10 hours, a heating rate of 300 ° C./h, and a cooling rate of 50 ° C./h.

得られた焼成体を切削加工して表面粗度Raを0.8μmとし、直径が152.4mmで厚みが6mmであるAZOスパッタリングターゲットを得た。加工には#170の砥石を使用した。
[実施例2〜4]
実施例2〜4については、セラミックス原料粉末におけるAl23粉末の含有量を表1に示したように変更し、残部をZnO粉末にしたこと以外は全て実施例1と同様して実施例1と同寸法のAZOスパッタリングターゲットを製造した。
[実施例5]
実施例1におけるZnO粉末の替わりに、金属性亜鉛の含有量が97ppmで、BET法により測定された比表面積が3m2/gであるZnO粉末を使用したこと以外は全て実施例1と同様にして実施例1と同寸法のAZOスパッタリングターゲットを製造した。
[実施例6]
金属性亜鉛の含有量が200ppmで、BET法により測定された比表面積が3m2/gであるZnO粉末を、大気中で、800℃で5時間仮焼した。仮焼後のZnO粉末の金属性亜鉛の含有量は32ppmであった。実施例1におけるZnO粉末の替わりに前記仮焼後のZnO粉末を使用したこと以外は全て実施例1と同様にして実施例1と同寸法のAZOスパッタリングターゲットを製造した。
[比較例1]
実施例1におけるZnO粉末の替わりに、金属性亜鉛の含有量が200ppmで、BET法により測定された比表面積が4m2/gであるZnO粉末を使用したこと以外は全て実施例1と同様にして実施例1と同寸法のAZOスパッタリングターゲットを製造した。
[比較例2]
実施例1におけるZnO粉末の替わりに、金属性亜鉛の含有量が1200ppmで、BET法により測定された比表面積が4m2/gであるZnO粉末を使用したこと以外は全て実施例1と同様にして実施例1と同寸法のAZOスパッタリングターゲットを製造した。
<IGZOスパッタリングターゲット>
[実施例7]
金属性亜鉛の含有量が2ppm未満で、BET法により測定された比表面積が4m2/gであるZnO粉末と、BET法により測定された比表面積が7m2/gであるIn23粉末と、BET法により測定された比表面積が10m2/gであるGa23粉末をポット中でジルコニアボールによりボールミル混合して、セラミックス原料粉末を調製した。セラミックス原料粉末におけるIn23粉末の含有量は44.2質量%、ZnO粉末の含有量は25.9質量%、Ga23粉末の含有量は29.9質量%であった。
The obtained fired body was cut to obtain an AZO sputtering target having a surface roughness Ra of 0.8 μm, a diameter of 152.4 mm, and a thickness of 6 mm. A # 170 grindstone was used for processing.
[Examples 2 to 4]
Examples 2 to 4 were all the same as Example 1 except that the content of Al 2 O 3 powder in the ceramic raw material powder was changed as shown in Table 1 and the remainder was changed to ZnO powder. An AZO sputtering target having the same dimensions as 1 was produced.
[Example 5]
Instead of the ZnO powder in Example 1, the same procedure as in Example 1 was used except that a ZnO powder having a metallic zinc content of 97 ppm and a specific surface area measured by the BET method of 3 m 2 / g was used. An AZO sputtering target having the same dimensions as in Example 1 was manufactured.
[Example 6]
A ZnO powder having a metallic zinc content of 200 ppm and a specific surface area measured by the BET method of 3 m 2 / g was calcined at 800 ° C. for 5 hours in the air. The content of metallic zinc in the ZnO powder after calcination was 32 ppm. An AZO sputtering target having the same dimensions as in Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the calcined ZnO powder was used instead of the ZnO powder in Example 1.
[Comparative Example 1]
Instead of the ZnO powder in Example 1, the same procedure as in Example 1 was used except that a ZnO powder having a metallic zinc content of 200 ppm and a specific surface area measured by the BET method of 4 m 2 / g was used. An AZO sputtering target having the same dimensions as in Example 1 was manufactured.
[Comparative Example 2]
Instead of the ZnO powder in Example 1, the same procedure as in Example 1 was used except that a ZnO powder having a metallic zinc content of 1200 ppm and a specific surface area measured by the BET method of 4 m 2 / g was used. An AZO sputtering target having the same dimensions as in Example 1 was manufactured.
<IGZO sputtering target>
[Example 7]
The content of metallic zinc is less than 2ppm, In 2 O 3 powder is a ZnO powder specific surface area measured by the BET method is 4m 2 / g, the measured specific surface area by the BET method 7m 2 / g Then, Ga 2 O 3 powder having a specific surface area measured by the BET method of 10 m 2 / g was ball mill mixed with zirconia balls in a pot to prepare a ceramic raw material powder. The content of In 2 O 3 powder in the ceramic raw material powder was 44.2% by mass, the content of ZnO powder was 25.9% by mass, and the content of Ga 2 O 3 powder was 29.9% by mass.

このポットに、バインダーとしてセラミックス原料粉末に対して0.2質量%のアクリルエマルジョンバインダー、分散剤としてセラミックス原料粉末に対して0.6質量%のポリカルボン酸アンモニウム、および分散媒としてセラミックス原料粉末に対して20質量%の水を加え、ボールミル混合してスラリーを調製した。このスラリーを石膏型に流し込み、次いで排水して、成形体を得た。   In this pot, 0.2 mass% acrylic emulsion binder as a binder with respect to the ceramic raw material powder, 0.6 mass% ammonium polycarboxylate with respect to the ceramic raw material powder as a dispersing agent, and ceramic raw material powder as a dispersion medium. On the other hand, 20% by mass of water was added, and ball mill mixing was performed to prepare a slurry. This slurry was poured into a gypsum mold and then drained to obtain a molded body.

得られた成形体を25℃で48時間乾燥した後、焼成して焼成体を作製した。焼成は、焼成温度1400℃、焼成時間10時間、昇温速度300℃/h、降温速度50℃/hで行った。   The obtained molded body was dried at 25 ° C. for 48 hours and then fired to produce a fired body. Firing was performed at a firing temperature of 1400 ° C., a firing time of 10 hours, a heating rate of 300 ° C./h, and a cooling rate of 50 ° C./h.

得られた焼成体を切削加工して表面粗度Raを0.7μmとし、直径が152.4mmで厚みが6mmであるIGZOスパッタリングターゲット得た。加工には、#170の砥石を使用した。
[実施例8]
実施例7におけるZnO粉末の替わりに、金属性亜鉛の含有量が97ppmで、BET法により測定された比表面積が3m2/gであるZnO粉末を使用したこと以外は全て実施例7と同様にして実施例7と同寸法のIGZOスパッタリングターゲットを製造した。
[実施例9]
金属性亜鉛の含有量が200ppmで、BET法により測定された比表面積が4m2/gであるZnO粉末を、大気中で、800℃で5時間仮焼した。仮焼後のZnO粉末の金属性亜鉛の含有量は32ppmであった。実施例7におけるZnO粉末の替わりに前記仮焼後のZnO粉末を使用したこと以外は全て実施例7と同様にして実施例7と同寸法のIGZOスパッタリングターゲットを製造した。
[比較例3]
実施例7におけるZnO粉末の替わりに、金属性亜鉛の含有量が200ppmで、BET法により測定された比表面積が4m2/gであるZnO粉末を使用したこと以外は全て実施例7と同様にして実施例7と同寸法のIGZOスパッタリングターゲットを製造した。
[比較例4]
実施例7におけるZnO粉末の替わりに、金属性亜鉛の含有量が1200ppmで、BET法により測定された比表面積が3m2/gであるZnO粉末を使用したこと以外は全て実施例7と同様にして実施例7と同寸法のIGZOスパッタリングターゲットを製造した。
The obtained fired body was cut to obtain an IGZO sputtering target having a surface roughness Ra of 0.7 μm, a diameter of 152.4 mm, and a thickness of 6 mm. For processing, a # 170 grindstone was used.
[Example 8]
Instead of the ZnO powder in Example 7, the same procedure as in Example 7 was used except that a ZnO powder having a metallic zinc content of 97 ppm and a specific surface area measured by the BET method of 3 m 2 / g was used. An IGZO sputtering target having the same dimensions as in Example 7 was produced.
[Example 9]
A ZnO powder having a metallic zinc content of 200 ppm and a specific surface area measured by the BET method of 4 m 2 / g was calcined at 800 ° C. for 5 hours in the air. The content of metallic zinc in the ZnO powder after calcination was 32 ppm. An IGZO sputtering target having the same dimensions as in Example 7 was produced in the same manner as in Example 7 except that the calcined ZnO powder was used instead of the ZnO powder in Example 7.
[Comparative Example 3]
Instead of the ZnO powder in Example 7, the same procedure as in Example 7 was used except that a ZnO powder having a metallic zinc content of 200 ppm and a specific surface area measured by the BET method of 4 m 2 / g was used. An IGZO sputtering target having the same dimensions as in Example 7 was produced.
[Comparative Example 4]
Instead of the ZnO powder in Example 7, the same procedure as in Example 7 was used except that a ZnO powder having a metallic zinc content of 1200 ppm and a specific surface area measured by the BET method of 3 m 2 / g was used. An IGZO sputtering target having the same dimensions as in Example 7 was produced.

Figure 2015068535
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Figure 2015068535
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Claims (6)

金属性亜鉛の含有量が100ppm以下である酸化亜鉛原料を用いて製造された、酸化亜鉛を含有するスパッタリングターゲット。   The sputtering target containing zinc oxide manufactured using the zinc oxide raw material whose content of metallic zinc is 100 ppm or less. 金属性亜鉛の含有量が10ppm以下である酸化亜鉛原料を用いて製造された、酸化亜鉛を含有するスパッタリングターゲット。   The sputtering target containing zinc oxide manufactured using the zinc oxide raw material whose content of metallic zinc is 10 ppm or less. AZO製である請求項1または2に記載のスパッタリングターゲット。   The sputtering target according to claim 1 or 2, wherein the sputtering target is made of AZO. IGZO製である請求項1または2に記載のスパッタリングターゲット。   The sputtering target according to claim 1 or 2, wherein the sputtering target is made of IGZO. 酸化亜鉛原料の金属性亜鉛の含有量を減少させる工程、および前記工程で得られた金属性亜鉛の含有量が100ppm以下である酸化亜鉛原料を用いてスパッタリングターゲットを製造する工程を含むスパッタリングターゲットの製造方法。   A step of reducing the content of metallic zinc in a zinc oxide raw material, and a step of producing a sputtering target using a zinc oxide raw material in which the content of metallic zinc obtained in the step is 100 ppm or less Production method. 前記酸化亜鉛原料の金属性亜鉛の含有量を減少させる工程が、酸化亜鉛原料を熱処理する工程である請求項5に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。   The method for producing a sputtering target according to claim 5, wherein the step of reducing the content of metallic zinc in the zinc oxide raw material is a step of heat-treating the zinc oxide raw material.
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