KR102045661B1

KR102045661B1 - Izo 소결체 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR102045661B1
Application number: KR1020177029392A
Authority: KR
Inventors: 다카시 가케노; 요헤이 야마구치; 요스케 엔도
Original assignee: 제이엑스금속주식회사
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2019-11-15
Also published as: WO2017168797A1; TW201802030A; CN107614741B; JP2017179537A; KR20170128479A; CN107614741A; TWI644866B; JP6078189B1

Abstract

산화인듐-산화아연계 산화물 (IZO) 소결체 타깃으로서, 타깃을 구성하는 산화물이 In₂O₃ 과 Zn_kIn₂O_k+3 (k ＝ 3, 4, 5) 의 복합 산화물이고, 타깃의 상대 밀도가 98.4 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 IZO 소결체 스퍼터링 타깃. IZO 소결체의 고밀도화를 도모하고, 결정립 간에 잔류하는 미세한 구멍 (마이크로포어) 을 저감시킴으로써, 성막의 품질을 향상시키는 것을 과제로 한다.

Description

IZO 소결체 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법{IZO SINTERED COMPACT SPUTTERING TARGET AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은 산화인듐-산화아연계 산화물 소결체 (IZO) 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

산화인듐-산화주석계 산화물 (「ITO」라고 표기된다.) 이나 산화인듐-산화아연계 산화물 (「IZO」라고 표기된다) 등의 산화인듐을 주성분으로 하는 산화물의 박막은, 높은 도전성과 가시광역에서의 투과성을 갖기 때문에, 액정 디스플레이 장치 등의 각종 플랫 패널 디스플레이 장치의 화소 전극으로서 널리 사용되고 있다.

특히, IZO 에 관해서는, 안정적인 비정질의 막이 얻어지기 때문에, 에칭 특성이 양호하고, 막 표면의 평탄도도 높은 것 등의 특성을 갖고 있다. 투명 도전성 박막의 형성 방법으로는, 이들 산화물 소결체로부터 제조된 스퍼터링 타깃을 사용한 스퍼터링법이 널리 실시되고 있다.

스퍼터링 타깃으로서 필요한 특성에는 각종의 것이 있지만, 그 중에서도 소결체의 밀도는 중요하다. 밀도가 낮으면 스퍼터 성막 당초에는 특별히 문제가 없는 경우라도, 스퍼터를 장시간 계속해 가면, 타깃 표면에 흑색의 돌기물인 노듈이 생성되게 되고, 그 부분을 기점으로 하여, 이상 방전이 일어나고, 제조된 막에 파티클이 부착되거나 하여, 양호한 막을 얻을 수 없게 되며, 수율, 생산성의 현저한 저하를 일으키기 때문이다.

ITO 의 고밀도화에 대해서는, 지금까지 다양한 보고가 있으며 (특허문헌 1), 고밀도화가 이루어져 오고 있다. 또, IZO 에 관해서도 몇 가지의 보고가 있다 (특허문헌 2, 3).

예를 들어, 하기 특허문헌 1 에는, ITO 에 아연 등의 금속 원소를 첨가함으로써, 고밀도의 ITO 소결체가 얻어지는 것이 나타나 있다. 그러나, 이 기술은 어디까지나 산화인듐과 산화주석이 기본 성분이며, 그 중량비가 약 90 : 10 으로, 주석이 산화물 소결체 중에 고농도로 첨가되어 있는 ITO 에 대한 소결 밀도의 향상에 관한 기술이다.

특허문헌 2 에는, IZO 에 미량의 주석을 첨가함으로써, IZO 스퍼터링 타깃의 벌크 저항을 저하시키는 기술이 나타나 있다. 그러나, 이 기술은 주석을 전기적 도펀트로서 작용시키는 효과를 이용한 것으로, 실시예의 No.101 ∼ No.103 의 결과로부터는, 확실히 주석의 첨가 농도가 증가함에 따라, 벌크 저항이 저하되어 가는 것이 나타나 있지만, 소결체의 밀도에 관해서는, 반대로 주석의 첨가 농도가 증가함에 따라 작아지고 있다. 즉, IZO 에 관해서는, 주석 첨가는 소결체의 밀도 향상에는 역효과인 것이 나타나 있다.

특허문헌 3 은, IZO 에 사용하는 원료분 (粉) 성상을 제어함과 함께, 소결시의 승온 속도를 빠르게 함으로써 밀도를 향상시키고 있다. 그러나, 가소 (假燒) 한 산화아연분과 산화인듐분을 혼합하고, 이 혼합 분말을 성형한 후에 소결한 경우에 적용되는 것으로, 후술하는 본 발명에서 사용하고 있는 산화인듐과 산화아연을 혼합한 후에 가소하고, 이 가소분을 성형, 소결한 경우와는 상이하다.

특허문헌 4 에는, 단락 [0038] 에 있어서, 「혼합 후의 산화인듐과 산화아연의 혼합 분말은 육방정 층상 화합물의 생성을 촉진시키기 위해서 가소 처리해도 된다. 가소 온도는 800 ∼ 1500 ℃ 가 바람직하고, 보다 바람직하게는 900 ∼ 1400 ℃, 특히 바람직하게는 1000 ∼ 1300 ℃ 이다. 800 ℃ 미만에서는 육방정 층상 화합물이 생성되지 않고, 1500 ℃ 를 초과하면 산화인듐 또는 산화아연의 증발이 일어난다.」라고 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 4 에서는, 실제로는 가소를 1000 ℃ 에서 실시하고 있으며, 이 온도에서는 충분한 밀도의 향상은 얻어지지 않았다.

일본 공개특허공보 평7-54132호 일본 특허공보 제3721080호 일본 특허공보 제3734540호 일본 공개특허공보 평09-071860호

본 발명은, 산화인듐분과 산화아연분을 가소하여 얻어진 가소분을 성형, 소결함으로써 얻어지는, IZO 소결체 스퍼터링 타깃에 관한 것으로, IZO 소결체의 고밀도화를 도모하고, 결정립 간에 잔류하는 미세한 구멍 (마이크로포어) 을 저감시킴으로써, 성막의 품질을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 예의 연구한 결과, 산화인듐분과 산화아연분을 가소할 때, 가소 조건을 엄밀하게 제어함으로써, 지금까지보다 고밀도이고, 또한 마이크로포어가 적은 소결체가 얻어지는 것을 밝혔다. 본 발명은, 이하의 IZO 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

1) 산화인듐-산화아연계 산화물 (IZO) 소결체 타깃으로서, 타깃을 구성하는 산화물이 In₂O₃ 과 Zn_kIn₂O_k+3 (k ＝ 3, 4, 5) 의 복합 산화물이고, 타깃의 상대 밀도가 98.4 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 IZO 소결체 스퍼터링 타깃.

2) 타깃에 존재하는 50 ∼ 300 ㎚ 의 마이크로포어의 수가 10 개 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) 에 기재된 IZO 소결체 스퍼터링 타깃.

3) Zn 과 In 의 원자비 Zn/(In ＋ Zn) 이 0.1 ∼ 0.2 의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 상기 1) 또는 2) 에 기재된 IZO 소결체 스퍼터링 타깃.

4) 타깃의 체적 저항률이 5.0 mΩ·㎝ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) ∼ 3) 중 어느 하나에 기재된 IZO 소결체 스퍼터링 타깃.

5) 타깃의 명도가 분광 색차계에 있어서의 측정값 L^* 이 35 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) ∼ 4) 중 어느 하나에 기재된 IZO 소결체 스퍼터링 타깃.

6) 산화인듐분과 산화아연분을 가소한 가소분을 성형, 소결하여 제조되는 IZO 소결체 스퍼터링 타깃의 제조 방법으로서, 1150 ℃ 이상 1300 ℃ 이하, 5 ∼ 20 시간 동안 가소함과 함께, 가소 도중, 상변화하는 온도역에서 3 시간 이상 유지하는 것을 특징으로 하는 IZO 소결체 스퍼터링 타깃의 제조 방법.

7) 가소분의 산화물 구조를 In₂O₃ 과 Zn_kIn₂O_k+3 (k ＝ 3, 4) 의 복합 산화물로 하는 것을 특징으로 하는 상기 6) 에 기재된 IZO 소결체 스퍼터링 타깃의 제조 방법.

8) 가소분을, 비표면적을 1.0 ∼ 10.0 ㎡/g, 평균 입자경을 1.0 ∼ 2.0 ㎛ 의 범위로 조정하는 것을 특징으로 하는 상기 6) 또는 7) 에 기재된 IZO 소결체 스퍼터링 타깃의 제조 방법.

9) 소결 온도를 1400 ℃ 이상 1500 ℃ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 상기 6) ∼ 8) 중 어느 하나에 기재된 IZO 소결체 스퍼터링 타깃의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 결정립계에 잔존하는 미세한 구멍 (마이크로포어) 을 저감시킨 IZO 소결체를 고밀도로 제조할 수 있기 때문에, 스퍼터링 타깃으로 가공할 때에 연삭량이 적어, 생산성을 향상시킬 수 있다. 또, 이 IZO 타깃을 사용하여 스퍼터링한 경우에는, 안정적인 박막 특성 (막의 균일성) 이 얻어지고, 또한 장시간의 스퍼터링 후에 있어서도, 타깃 표면의 노듈의 발생을 억제하고, 아킹의 발생을 억제할 수 있으며, 스퍼터시의 이상 방전이나 막에 대한 파티클 발생 등을 방지할 수 있다는 우수한 효과를 갖는다.

도 1 은 좌측이 비교예 12 의 경면 연마 후의 소결체 표면 2,000 배의 사진이고, 우측이 실시예 2 의 경면 연마 후의 소결체 표면 2,000 배의 사진이다.
도 2 는 본 발명의 스퍼터링 타깃에 있어서, 마이크로포어의 측정 장소를 나타내는 도면이다.

종래, HIP (열간 정수압 프레스) 등을 사용하여 소결함으로써 고밀도화가 도모되고 있었지만, 이와 같은 소결 방법을 변경하는 것에 의한 고밀도화에는 한계가 있었다. 이 원인에 대해 더욱 분석을 진행한 결과, 소결 원료가 In₂O₃ 과 ZnO 인 경우, 소결 온도가 높아짐에 따라, In 과 Zn 의 복합 산화물인 Zn_kIn₂O_k+3 (k ＝ 3, 4, 5) 의 상변화 (k 가 큰 값으로부터 k ＝ 3 에 가까워진다) 가 급속히 진행되기 때문에 밀도가 높아지지 않는 것을 생각할 수 있었다. 통상, k 의 값이 작은 것이 밀도의 향상을 기대할 수 있지만, 상변화의 급속한 진행은, 오히려 밀도의 향상을 방해함과 함께, 포어의 발생이나 소결체의 색을 옅게 한다는 문제를 발생시키고 있었다.

이와 같은 점에서, 본 발명에서는, In₂O₃ 과 ZnO 의 혼합분을 미리 적절한 조건으로 가소함으로써, 상변화의 급속한 진행을 억제하고 (k 의 값을 그다지 변화시키지 않는다), 밀도의 향상 등 소결체의 특성을 개선하는 것이다. 그리고, 본 발명에 의해 얻어지는 IZO 스퍼터링 타깃은, In₂O₃ 과 Zn_kIn₂O_k+3 (k ＝ 3, 4, 5 중 어느 1 종 이상을 포함한다) 의 복합 산화물로 구성됨과 함께, 종래에는 달성할 수 없었던 상대 밀도 98.4 ％ 이상을 실현한 것을 특징으로 하는 것이다. 여기서, 상대 밀도는, 이론 밀도 6.999 g/㎤ 에 대한 아르키메데스 밀도의 비로 구해지는 것이다.

또, 본 발명의 스퍼터링 타깃은, 고밀도화와 함께 결정립계에 잔존하는 미세한 구멍 (마이크로포어) 을 저감시킬 수 있다는 특징을 갖는다. 바람직하게는, 타깃에 존재하는 50 ∼ 300 ㎚ 의 마이크로포어의 수가 10 개 이하/2600 ㎛² 이다. 이로써, 스퍼터시의 이상 방전이나 막에 대한 파티클 발생 등을 방지할 수 있다.

본 발명에 있어서, 마이크로포어란, 주로 입계에 잔존하는 미세한 구멍을 말하며, SEM 으로 관찰했을 때에 주로 입계에 보여지는 검게 보이는 부위를 가리킨다. 간단히 포어나 미세공으로도 불린다. SEM 이미지에서 ×2000 의 시야 (2600 ㎛² 에 상당한다) 를 1 시야로 하여, 도 2 에 나타내는 바와 같이 스퍼터링 타깃의 3 지점, 2 시야 (표면과 단면 (斷面)) 에 대해 각각 마이크로포어의 개수를 측정하여 6 지점의 평균의 수를 포어의 수로 한다.

본 발명의 스퍼터링 타깃은, Zn 과 In 의 원자비 Zn/(In ＋ Zn) 이 0.1 ∼ 0.2 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이 조성 범위는, 스퍼터링 타깃을 사용하여 형성되는 박막이, 투명 도전막으로서의 기능을 발휘하기 위해서 소망되는 범위이며, 소결체 조직의 제어 등과는 무관하다. 상기 Zn 과 In 의 원자비는, 원료의 산화인듐분과 산화아연분의 혼합비를 조정함으로써 원하는 범위로 할 수 있다. 또, 타깃의 조성은, 타깃을 분쇄하고, 습식 분석 (ICP 분석), 건식 분석 (XRF 분석) 으로 확인할 수 있다. 또한, Zn 의 양이 적은 경우, 상기 k 의 값이 작아지는 경향이 있고, Zn 의 양이 많은 경우, k 의 값이 커지는 경향이 있다.

또, 본 발명의 스퍼터링 타깃은, 체적 저항률이 5.0 mΩ·㎝ 이하인 것이 바람직하다. 타깃의 저저항화는 스퍼터링의 안정성에 기여할 수 있다. 또한, 본 발명의 스퍼터링 타깃은, 분광 색차계에 의한 측정값 L^* 이 35 이하인 것이 바람직하다. 타깃의 명도가 스퍼터링 특성에 직접적인 영향을 미치는 경우는 없지만, 타깃의 외관이 나쁘면 제품으로서 채용되기 어려운 경우가 있고, 또 통상, 타깃은 복수의 소결체를 나열하여 하나로 하는데, 소결체를 나열했을 때 각 소결체의 색의 차이를 작게 함으로써 제품의 외관을 개선할 수 있다. 또한, k 의 값이 크면 색이 옅고, 밀도가 낮은 경향이 있다.

다음으로, 본 발명의 산화인듐-산화아연계 산화물 (IZO) 소결체 타깃의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 산화물 소결체는, 각 원료분의 혼합, 가소, 분쇄, 성형, 소결의 프로세스에 의해 제조할 수 있다. 원료분으로는, 산화인듐분 및 산화아연분으로서, 비표면적이 3 ∼ 10 ㎡/g 인 것을 사용한다. 비표면적이 동일한 것이 효율적인 혼합 등에 유리한 경우도 있지만, 가소를 실시하는 경우에는, 비표면적의 차이가 어느 정도 있는 것이, 보다 양호하게 가소가 진행되는 경우도 있다.

다음으로, 각 원료분을 원하는 조성비가 되도록 칭량 후, 혼합을 실시한다. 혼합 방법으로는, 볼 밀을 사용한 습식 혼합을 실시한 후, 얻어진 슬러리를 건조시키는 방법 등을 들 수 있다. 또, 습식 혼합의 경우, 적절히 분산제를 첨가함으로써 슬러리의 균일성을 높일 수도 있다. 그 밖의 방법에서도 원료의 균일 혼합이라는 취지를 실현할 수 있는 방법이면 상관없다.

다음으로, 혼합분을 전기로에서, 산소 농도 20 vol％ 이상의 분위기 중, 1150 ℃ 이상 1300 ℃ 이하의 온도 범위, 5 시간 이상 20 시간 이하 유지함으로써, 혼합분의 가소를 실시한다.

여기서, 복합 산화물인 Zn_kIn₂O_k+3 에 대해, k ＝ 5, 4, 3 의 순서로 완만하게 상변화시키는 것이 중요하다. k ＝ 5 는 1100 ℃ 부근, k ＝ 4 는 1200 ℃ 부근, k ＝ 3 은 1260 ℃ 부근에서 상변화가 발생하기 때문에, 각각의 온도역 (1100 ℃ ∼ 1110 ℃, 1200 ℃ ∼ 1210 ℃, 1260 ℃ ∼ 1270 ℃) 에서, 각각 3 시간 이상 유지함으로써, k 의 값이 작은, 균질의 가소분을 얻는 것이 가능해진다. 또한, 예를 들어, 가소의 최고 온도가 1150 ℃ 인 경우에는, 당연히 1200 ℃ 부근이나 1260 ℃ 부근의 도중 유지는 불필요하다.

이 가소분은 본 발명의 IZO 소결체 스퍼터링 타깃을 특징짓는 것으로, 결정립계에 잔존하는 미세한 구멍 (마이크로포어) 을 저감시킨 IZO 소결체를 고밀도로 제조할 수 있는 바람직한 조건이다. 또한, 1300 ℃ 를 초과하는 온도에서는 생산성이 열등하긴 하지만, 가소분으로서의 특성을 저해하는 것은 아니다.

다음으로 조대화한 가소분을 분쇄한다. 분쇄 후의 가소분의 비표면적이 1.0 ∼ 10.0 ㎡/g, 평균 입자경 (메디안경) 이 0.5 ∼ 2.0 ㎛ 의 범위가 될 때까지 실시하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 비표면적이 1.0 ∼ 5.0 ㎡/g, 평균 입자경 (메디안경) 이 1.0 ∼ 2.0 ㎛ 의 범위이다. 분쇄 방법에는 요구하는 입도, 피분쇄 물질에 따라 여러 가지 방법이 있지만, 비드 밀 등의 습식 매체 교반 밀, 제트 밀로 불리는 기류 분쇄 방법, 혹은 이것들을 병용할 수 있다.

다음으로, 필요에 따라 미 (微) 분쇄한 가소분의 조립 (造粒) 을 실시한다. 이것은, 조립에 의해 분체의 유동성을 향상시킴으로써, 다음 공정의 프레스 성형시에 분체를 균일하게 금형에 충전하고, 균질의 성형체를 얻기 위함이다. 조립에는 여러 가지 방식이 있지만, 프레스 성형에 적합한 조립분을 얻는 방법의 하나로, 분무식 건조 장치 (스프레이 드라이어) 를 사용하는 방법이 있다. 또, 슬러리 중에 폴리비닐알코올 (PVA) 등의 바인더를 첨가하고 조립분 중에 함유시킴으로써, 성형체 강도를 향상시킬 수 있다.

다음으로, 프레스 성형을 실시한다. 분말을 금형에 충전하고, 400 ∼ 1000 kgf/㎠ 의 압력을 1 ∼ 3 분간 유지하여 성형한다. 압력 400 kgf/㎠ 미만이면, 충분한 강도와 밀도의 성형체를 얻을 수 없고, 또 압력 1000 kgf/㎠ 이상에서는, 성형체를 금형으로부터 꺼낼 때에, 성형체 자신이 압력으로부터 해방되는 것에 의한 변형 때문에 파괴되는 경우가 있어, 생산상 바람직하지 않다. 프레스 성형에 의해 얻어진 성형체는, 추가로 정수압 가압 장치 (CIP) 에 의해 1600 ∼ 2000 kgf/㎠ 로 가압해도 된다. 이로써, 더욱 균일하고 밀도가 높은 성형체를 얻을 수 있다.

다음으로, 전기로를 사용하고, 산소 분위기 중에서 성형체를 소결하여, 소결체를 얻는다. 바람직한 소결 조건으로는, 승온 속도 3.0 ℃/min 으로 실온 ∼ 1000 ℃ 까지 승온 후, 승온 속도 0.5 ∼ 2.0 ℃/min 으로 1400 ℃ 이상 1500 ℃ 이하까지 승온한 후, 10 ∼ 26 시간 온도를 유지하고, 그 후, 노랭 또는 강온 속도 1.0 ∼ 5.0 ℃/min 으로 강온하는 것이다. 이 경우, 소결 온도가 1400 ℃ 보다 낮으면, 고밀도의 소결체를 얻을 수 없다. 또, 1500 ℃ 를 초과하는 소결 온도에서는, 산화아연의 휘발에 의해, 소결 밀도의 저하나 조성 어긋남이 발생하고, 또 노 히터 수명이 저하된다는 비용적 문제도 있기 때문에, 상한은 1500 ℃ 로 하는 것이 바람직하다.

소결 온도에 있어서의 유지 시간이 10 시간보다 짧으면 소결이 충분히 진행되지 않아, 소결체의 밀도가 충분히 높아지지 않거나, 소결체가 휘거나 한다. 유지 시간이 14 시간을 초과해도, 불필요한 에너지와 시간을 필요로 하는 낭비가 발생하여 생산상 바람직하지 않다. 승온 속도가 0.5 ℃/min 보다 작으면, 소정 온도가 될 때까지 불필요하게 시간을 필요로 하고, 승온 속도가 5.0 ℃/min 보다 크면, 노 내의 온도 분포가 균일하게 상승하지 않고, 불균일이 발생하거나 소결체가 균열되거나 하기 때문에, 주의가 필요하다. 이상의 소결 조건은, 바람직한 범위를 나타내는 것으로, 그 선택은 임의인 것을 기본으로 한다.

후술하는 실시예, 비교예를 포함하여, 본 발명에 있어서의 평가 방법 등은 이하와 같다.

(산화물의 동정)

타깃을 구성하는 산화물의 동정 (同定) 은, BRUKER 제조의 전자동 다목적 X 선 회절 장치 (형식 : D8-ADVANCE) 를 사용하여 실시한다. 먼저, 측정 시료를 100 ㎛ 이하의 분말상으로 하고, 분말 X 선 회절법을 사용하여 X 선 회절 프로파일을 얻는다. 다음으로, 얻어진 X 선 회절 프로파일을 백그라운드 제거, Kα2 제거 등의 데이터 처리를 실시한 후, ICDD (International Centre for Diffraction Data) 의 PDF (Powder Diffraction File) 를 사용하여, k 의 상 (相) 의 동정을 실시한다.

(체적 저항률의 측정)

체적 저항률은, 엔피에스 주식회사 제조, 형식 : Σ-5+ 를 사용하여 측정한다. 먼저, 측정 시료의 표면에 금속제의 탐침을 4 개 일직선 상에 세우고, 외측의 2 탐침 간에 일정 전류를 흘리고, 내측의 2 탐침 간에 발생하는 전위차를 측정하여 저항을 구한다. 다음으로, 구한 저항에 시료 두께, 보정 계수 RCF (Resistivity Correction Factor) 를 곱하여, 체적 저항률을 산출한다.

(타깃의 명도)

타깃의 명도는, 니폰 전색 공업 주식회사 제조, 형식 : NF333 을 사용하여 측정한다. 먼저, 시료 표면을 #400 정도의 표면 조도로 하고, 하기 측정 조건 등으로 측정을 실시한다. 다음으로, L^*a^*b^* 표색계를 사용하여, 타깃의 명도를 L^*, 색도를 a^*, b^* 로 나타낸다.

조명·수광 조건 : 0 °: 45 c (0 °조명 : 45 °원주 수광)

측정 방법 : 더블빔 방식, 선 (先) 분광 방식

측정 파장 : 400 ㎚ ∼ 700 ㎚, 20 ㎚ 간격 출력

측정 광원 : A, B, C, D50, D55, D65, D75, F2, F6, F2, F6, F7, F8, F10, F11, F12

관찰 조건 : 각 측정 광원의 2 °및 10 °시야

실시예

(실시예 1)

산화인듐분과 산화아연분을 소정의 비율로 혼합한 후, 이 혼합분을 대기 분위기 중에서 1300 ℃, 10 시간 가소하였다. 또, 가소 도중, 1100 ℃, 1200 ℃, 1260 ℃ 에 있어서 일정 시간 유지하였다. 그 가소분의 산화물 구조는 In₂O₃ 과 Zn_kIn₂O_k+3 (k ＝ 3) 의 복합 산화물이었다. 이 가소분을, 제트 밀 분쇄기와 습식 매체 교반 밀을 사용하여 미분쇄하고, 나아가 조립을 실시하여, 비표면적이 2.22 ㎡/g, 평균 입자경이 1.71 ㎛ 인 입자를 얻었다. 그리고, 이것을 성형하여, IZO 조성의 성형체를 제조하였다.

다음으로, 이 성형체를 산소 분위기 중, 1430 ℃ 의 소결 온도에서 14 시간 유지하고, 산화인듐-산화아연계 산화물 (IZO) 소결체를 제조하였다. 그 소결체의 Zn 과 In 의 원자비 Zn/(In ＋ Zn) 은 0.17 이고, 그 소결체의 산화물 구조는 In₂O₃ 과 Zn_kIn₂O_k+3 (k ＝ 3) 의 복합 산화물이었다. 나아가, 이 소결체를 기계 가공하여, 두께 10 ㎜ 의 IZO 타깃을 제조하였다. 이 결과, 타깃의 상대 밀도는 98.67 ％, 체적 저항률은 2.15 mΩ·㎝, 타깃의 명도 L^* 값은 31.7, 타깃 중의 마이크로포어의 평균 개수는 3 개/2600 ㎛² 이었다.

이와 같이, 상대 밀도가 높고, 명도가 낮다는 이상적인 IZO 소결체 스퍼터링 타깃을 제조할 수 있었다. 이 스퍼터링 타깃을 사용하여 스퍼터링을 실시한 결과, 장시간의 스퍼터링 후에 있어서도, 타깃 표면의 노듈의 발생을 억제하고, 또 아킹의 발생을 억제할 수 있으며, 스퍼터시의 이상 방전이나 막에 대한 파티클 발생 등의 방지 효과가 확인되었다. 그리고, 안정적인 박막 특성 (막의 균일성) 을 얻을 수 있었다.

이상의 결과를 표 1 에 나타낸다.

(실시예 2 - 16)

실시예 2 - 16 에서는, 표 1 에 나타내는 바와 같이, 가소 조건 (가소 온도, 가소 시간, 가소시 도중 유지 온도, 가소시 도중 유지 시간), 가소분의 분쇄 조건, 소결 조건 (소결 온도, 소결 시간), 소결체의 조성비 (원료의 혼합비 등) 의 조건을 각각 변화시켰다. 그 결과, 표 1 에 나타내는 바와 같이, 상대 밀도가 높고, 명도가 낮다는 이상적인 IZO 소결체 스퍼터링 타깃을 제조할 수 있었다. 이 스퍼터링 타깃을 사용하여 스퍼터링을 실시한 결과, 장시간의 스퍼터링 후에 있어서도, 타깃 표면의 노듈의 발생을 억제하고, 또 아킹의 발생을 억제할 수 있으며, 스퍼터시의 이상 방전이나 막에 대한 파티클 발생 등의 방지 효과가 확인되었다. 그리고, 안정적인 박막 특성 (막의 균일성) 을 얻을 수 있었다.

(비교예 1 - 12)

비교예 1 - 12 에서는, 표 1 에 나타내는 바와 같이, 가소 조건 (가소 없음, 가소 온도, 가소 시간, 가소시 도중 유지 없음, 가소시 도중 유지 온도, 가소시 도중 유지 시간), 가소분의 분쇄 조건, 소결 조건 (소결 온도, 소결 시간), 소결체의 조성비 (원료의 혼합비 등) 의 조건을 각각 변화시켰다. 그 결과, 표 1 에 나타내는 바와 같이, 어느 경우도 상대 밀도 98.4 ％ 를 달성할 수 없었다. 또, 마이크로포어의 수도 비교적 많은 것으로 되어 있었다. 이들 스퍼터링 타깃을 사용하여 스퍼터링을 실시한 결과, 장시간의 스퍼터링 후에 있어서 파티클의 증가가 보여졌다.

산업상 이용가능성

본 발명에 의하면, 고밀도이고, 결정립계에 잔존한 미세한 구멍 (마이크로포어) 을 저감시킨 IZO 소결체를 제조할 수 있기 때문에, 스퍼터링 타깃으로 가공할 때에 사용 불가 부분의 연삭량이 적어, 생산성을 향상시킬 수 있다. 또, 이 IZO 타깃을 사용하여 스퍼터링한 경우에는, 안정적인 박막 특성 (막의 균일성) 을 얻을 수 있고, 또한 장시간의 스퍼터링 후에 있어서도, 타깃 표면의 노듈의 발생을 억제하고, 아킹의 발생을 억제할 수 있으며, 스퍼터시의 이상 방전이나 막에 대한 파티클 발생 등의 방지 효과가 있다는 우수한 효과를 갖기 때문에, 액정 디스플레이 장치 등의 각종 플랫 패널 디스플레이 장치의 화소 전극 등의 전극재로서 유용하다.

Claims

산화인듐-산화아연계 산화물 (IZO) 소결체 타깃으로서, 타깃을 구성하는 산화물이 In₂O₃ 과 Zn_kIn₂O_k+3 (k ＝ 3, 4, 5 중 어느 1 종 이상) 의 복합 산화물이고, 타깃의 상대 밀도가 98.4 ％ 이상이고, 타깃에 존재하는 50 ∼ 300 ㎚ 의 마이크로포어의 수가 10 개 이하이며 Zn 과 In 의 원자비 Zn/(In ＋ Zn) 이 0.1 ∼ 0.2 의 범위에 있고,
상기 마이크로 포어의 수는, 상기 타깃에서 3 개의 지점을 잘라내고, SEM 으로 마이크로 포어를 관찰했을 때의 SEM 이미지에서 ×2000 의 시야 (2600 ㎛² 에 상당한다) 를 1 시야로 하여, 상기 1 시야에 있어서 상기 3 개의 지점의 각각의 표면 및 단면인 총 6 개의 지점에서 각각 관찰되는 마이크로 포어의 개수의 평균인 것을 특징으로 하는 IZO 소결체 스퍼터링 타깃.
제 1 항에 있어서,
타깃의 체적 저항률이 5.0 mΩ·㎝ 이하인 것을 특징으로 하는 IZO 소결체 스퍼터링 타깃.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
타깃의 명도가 분광 색차계에 있어서의 측정값 (L^*) 이 35 이하인 것을 특징으로 하는 IZO 소결체 스퍼터링 타깃.
산화인듐분과 산화아연분을 가소한 가소분을 성형, 소결하여 제조되는 IZO 소결체 스퍼터링 타깃의 제조 방법으로서, 1150 ℃ 이상 1300 ℃ 이하, 5 ∼ 20 시간 동안 가소함과 함께, 가소 도중, 가소분이 Zn_kIn₂O_k+3에 있어서의 적어도 k=3, 4, 5 중 어느 하나 이상의 상변화하는 온도역에서 3 시간 이상 유지하는 것을 특징으로 하는 IZO 소결체 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제 4 항에 있어서,
가소분의 산화물 구조를 In₂O₃ 과 Zn_kIn₂O_k+3 (k ＝ 3, 4 중 어느 1 종 이상) 의 복합 산화물로 하는 것을 특징으로 하는 IZO 소결체 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
가소분을, 비표면적을 1.0 ∼ 10.0 ㎡/g, 평균 입자경을 1.0 ∼ 2.0 ㎛ 의 범위로 조정하는 것을 특징으로 하는 IZO 소결체 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
소결 온도를 1400 ℃ 이상 1500 ℃ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 IZO 소결체 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
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