KR102188417B1 - 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

[과제] 아크를 억제한 IGZO 스퍼터링 타깃을 제공하는 것이다.
[해결 수단] In, Ga, Zn, O를 포함하는 IGZO 스퍼터링 타깃으로서,
원자비로
0.30≤In/(In＋Ga＋Zn)≤0.36,
0.30≤Ga/(In＋Ga＋Zn)≤0.36,
0.30≤Zn/(In＋Ga＋Zn)≤0.36,
인 IGZO 스퍼터링 타깃이고,
상대 밀도가 96% 이상이며,
스퍼터링 타깃 표면에서의 결정립의 평균 입경이 30.0 ㎛ 이하이고, 또한
스퍼터링 타깃 표면에서의 입경의 차이가 20% 이하(1.0≤Dmax/Dmin≤1.2)인 것을 특징으로 하는 IGZO 스퍼터링 타깃.

Description

스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법
본 발명은, 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, IGZO 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래, IGZO 박막은, 박막 트랜지스터로서의 응용이 기대되었고, 특히 디스플레이에 대한 응용에 관심이 모아지고 있었다. 이 IGZO 박막은 주로 스퍼터링에 의해 형성된다.
스퍼터링법에 따라서 박막을 형성할 때, 미립자가 발생하면 패턴 불량 등의 원인이 된다. 이 미립자의 발생 원인으로 가장 많은 것은, 스퍼터링 중에 발생하는 이상 방전(아크(arcing))이다. 특히, 타깃 표면에서 아크가 발생하면, 아크가 발생한 주변의 타깃재가 클러스터 모양(덩어리 상태)으로 타깃에서 방출된다. 그리고 이 클러스터 상태의 타깃재가 기판에 부착된다.
최근의 디스플레이 정밀도의 문제로부터, 스퍼터 시의 미립자는 종래보다 엄격하게 요구되고 있다. 이러한 스퍼터 시의 문제를 해결하기 위해서, 타깃의 밀도를 향상시키거나, 결정립을 제어해서 고강도 타깃을 얻기 위해 시도되어 왔다.
일본 공개특허 2014-125422호 공보에서는, IGZO 박막 특성의 불균형 개선 및 타깃 제조시 및 스퍼터링 시의 균열 발생의 개선을 목적으로 하여, X선 회절에서의 입사각(2θ)의 회절 강도비를 제어하는 것을 개시하고 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허 2014-125422호 공보
최근, 디스플레이의 품질 요구 향상, 새로운 디바이스에 대한 산화물 반도체 응용을 배경으로 하여 아크 억제가 강하게 요구된다. 이러한 사정에 비추어 볼 때, 본 발명은, 종래보다 더욱 아크 발생을 억제한 IGZO 스퍼터링 타깃을 제공하는 것을 목적으로 한다.
IGZO 타깃의 소결체(소결 직후)의 조직 구조는, 일반적으로 타깃의 표면부에 변질층이 존재한다. 그리고 이 변질층에는 입자 내에 균열이 많이 존재한다. 여기서, 통상은 표면을 충분히 연삭함으로써 표면의 변질층을 제거한다.
그러나 충분히 연삭을 해서 변질층을 제거했다고 해도, 여전히 아크가 발생하는 경우가 있었다. 본 발명자가 조사한 결과, 이하의 사실을 발견했다. 타깃재의 연삭 후 표면(스퍼터면)에 있어서, 결정립의 크기에 차이가 생기면, 아크가 발생하는 것으로 판명되었다. 게다가 상세한 원인을 검토한 결과, 이것은 소결 직후의 소결체에 휘어짐이 생기는 것이 원인이었다. 보다 구체적으로는, 휘어짐이 발생한 소결체를 제품으로서 평평한 타깃재에 가공할 목적으로, 보통은 연삭을 실시한다. 도 2에 나타내듯이, 통상은 평면 연삭을 실시할 목적으로, 연삭면의 부분에 따라서 연삭량이 다르다. 예를 들면, 도 2의 중앙부와 단부는, 같은 면으로 비교했을 때에 연삭량이 달라져 버린다. 그 결과, 연삭 전의 소결체 표면으로부터 거리가 다른 부위가 타깃 표면에 노출된다.
이러한 거리의 차이에 의해서, 열처리 온도의 영향이 다른 부위, 즉 결정립 크기가 다른 면이 동일한 표면에 노출한다.
본 발명자가 열심히 연구한 결과, 성형체의 소결에서 소결 온도에 도달하기 전에 특정 온도에서 유지하여 재료가 휘어지는 양을 억제할 수 있다는 점을 발견했다. 게다가, 연삭 후에 노출되는 재료 표면의 결정립의 균일성을 확보할 수 있다는 점을 발견했다.
상기 지견에 의거하여 본 발명은 이하와 같이 특정된다.
(발명 1)
In, Ga, Zn, O를 포함하는 IGZO 스퍼터링 타깃으로서,
원자비로
0.30≤In/(In＋Ga＋Zn)≤0.36,
0.30≤Ga/(In＋Ga＋Zn)≤0.36,
0.30≤Zn/(In＋Ga＋Zn)≤0.36,
인 IGZO 스퍼터링 타깃이고,
상대 밀도가 96% 이상이며,
스퍼터링 타깃 표면에서의 결정립의 평균 입경이 30.0 ㎛ 이하이고,
스퍼터링 타깃 표면에서의 입경의 차이가 20% 이하(1.0≤Dmax/Dmin≤1.2)인 것을 특징으로 하는 IGZO 스퍼터링 타깃.
(발명 2)
발명 1에 기재한 IGZO 스퍼터링 타깃으로서,
굽힘 강도가 40~100 MPa이고,
또 굽힘 강도의 차이가 20% 이하(1.0≤Smax/Smin≤1.2)인 것을 특징으로 하는 IGZO 스퍼터링 타깃.
(발명 3)
IGZO 스퍼터링 타깃의 제조 방법으로써, 상기 방법은,
발명 1 또는 2에 기재한 원소의 조성을 가지는 성형체를 1300~1500 ℃에서 5~24시간 소결하는 공정,
소결체를 연삭하는 공정을 포함하고,
상기 소결하는 공정은, 성형체를 800℃~1000 ℃에서 0.5~3시간 유지하는 것을 포함하며,
상기 소결 후의 소결체의 굽힘량이 2.0 mm 이하이고,
상기 연삭하는 공정은, 휘어짐이 해소된 후, 다시 0.5 mm 이상 추가로 연삭하는 것을 포함하는, IGZO 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
일 측면에 있어서, 본 발명은, 스퍼터링 타깃 표면에서의 입경의 차이가 20% 이하이다. 이에 따라서, 스퍼터 시의 아크 등을 억제할 수 있다. 또, 일 측면에 있어서, 본 발명은 스퍼터링 타깃 표면에서의 강도의 차이가 20% 이하이다. 이에 따라서, 분열의 발생 등을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 1은 입경 및 강도의 샘플링 방법을 나타낸 도면이다.
도 2는 소결체의 굽힘량 및 연삭량을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시형태에 대해서 설명한다. 이하의 설명은, 본 발명의 이해를 촉진하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 범위를 한정하는 것을 의도하는 것은 아니다.
1.　타깃재의 특성
(1) 형상
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 스퍼터링 타깃의 형상은 평판이다. 다른 실시형태에 있어서, 스퍼터링 타깃의 형상은 직사각형의 평판이다.
(2) 성분
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 스퍼터링 타깃은 In, Ga, Zn 및 O를 포함하는 IGZO 스퍼터링 타깃이다.
다른 일 실시형태에 있어서, IGZO 스퍼터링 타깃은 In, Ga, Zn 각각을 이하의 원자비로 포함할 수 있다.
0.30≤In/(In＋Ga＋Zn)≤0.36
0.30≤Ga/(In＋Ga＋Zn)≤0.36
0.30≤Zn/(In＋Ga＋Zn)≤0.36
보다 바람직하게는, 이하의 원자비로 포함할 수 있다.
0.32≤In/(In＋Ga＋Zn)≤0.34
0.32≤Ga/(In＋Ga＋Zn)≤0.34
0.32≤Zn/(In＋Ga＋Zn)≤0.34
또, 상술한 원소 이외에, 잔부로서 예를 들면 Sn 및/또는 Zr를 포함해도 좋다. 함유량으로는, 예를 들면, 각각 1000 질량ppm 이하, 바람직하게는 500 질량ppm 이하여도 좋고, 전형적으로는 Sn에 대해 400 질량ppm 이하, 및/또는 Zr에 대해서 200 질량ppm 이하이다. 하한치에 대해서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 각각 0 질량ppm 이상, 전형적으로는 Zr에 대해서 100 질량ppm 이상 및/또는 Sn에 대해서 300 질량ppm 이상이어도 좋다.
또한, 스퍼터링 타깃재를 구성하는 원소의 종류 및 함유량의 특정은, X선 형광 분석(XRF) 등에 의해서 가능하다. 또, In, Ga, Zn 이외의 원소에 대해서는, 발광 분광 분석(ICP)에 따라서 특정하는 것도 가능하다.
(3) 조직
본 발명의 일 실시형태에 있어서, IGZO 스퍼터링 타깃은, 상동(相同) 결정 구조를 가진다. 여기서, 상동 구조란 In, Ga 및 Zn을 포함하는 산화물의 경우, InGaO3(ZnO)m(m은 1~20의 자연수)의 조성식으로 나타나는 육방정 기초의 층상 구조를 가리킨다. 본 발명의 다른 일 실시형태에 있어서, IGZO 스퍼터링 타깃은 InGaZnO4(InGaO3(ZnO)m, m=1)로 나타나는 상동 구조를 주로 가진다. 예를 들면, IGZO 스퍼터링 타깃은 상동 결정 구조를 80% 이상, 보다 바람직하게는 85% 이상의 비율로 가진다.
또한, 상동 결정 구조의 유무는 XRD로 피크를 검출함으로써 판별 가능하다. 본 발명의 일 실시형태에 있어서, IGZO 스퍼터링 타깃은 XRD로 분석하면 InGaZnO4에 상당하는 피크를 가진다(변형 등의 피크 시프트가 ±1˚여도 좋다). 또한, 본 발명의 일 실시형태에 있어서, IGZO 스퍼터링 타깃은 XRD로 분석하면 InGaZnO4와 일치하지 않는(변형 등의 피크 시프트를 고려해도 일치하지 않는다) 상의 피크 강도와, InGaZnO4와의 피크 강도의 비(比)가 20% 이하(바람직하게는 15% 이하)이다.
상기 XRD의 측정 조건은, 예를 들면 이하와 같을 수 있다.
· X선 회절 장치：주식회사 리가쿠제의 전자동 수평형 다목적 X선 회절 장치 SmartLab(X선원：Cu선)；
· 고니오미터：Ultima IV
· 관 전압：40 kV,
· 관 전류：30 mA,
· 스캔 속도：5˚/분,
· 스텝：0.02˚
백그라운드 제거：피크 강도는 X선 회절로 얻어진 데이터에서 백그라운드를 제거하고, 각각의 피크 강도를 산출한다. 백그라운드 제거 방법은 Sonneveld-Visser법을 사용할 수 있다.
원료가 상술한 In, Ga, Zn의 원자비로 구성되고, 또한 후술하는 온도에서 소결함으로써, 상동 결정 구조를 가지는 IGZO 스퍼터링 타깃을 제조할 수 있다.
(4) 입경
본 발명의 일 실시형태에 있어서, IGZO 스퍼터링 타깃의 결정 입경은 30.0 ㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 25.0 ㎛ 이하이다. 이 범위이면, 미립자나 크랙 등을 적절히 억제할 수 있다. 하한치에 대해서는, 특별히 한정되지 않지만, 전형적으로는 5.0 ㎛ 이상, 또는 7.0 ㎛ 이상이어도 좋다.
또한, 본 명세서에서 언급하는 결정 입경은 이하와 같이 정의된다. 타깃재를 도 1에 나타내듯이, 9개의 구획(세로 3등분×가로 3등분)으로 분할한다. 그 9구획의 중앙으로부터 샘플을 잘라낸다. 각 샘플에 대해서, 샘플의 표면(제품면측)과 이면(배킹 플레이트와의 접착면측) 각각에 대해서 거울면 연마·에칭(2분)을 실시하고, FE―EPMA에 의해 조직을 관찰한다. 관찰·보존한 조직 사진에서, 입자 수(N)=200이 될 때까지 사진상에 직선을 긋고, 직선상에 존재하는 입자 수(N≥200)와 직선의 총 길이(L)를 이용해서 L/N로 그 관찰 부위, 즉 각 구획의 표면·이면의 각 입경을 산출한다. 표면·이면에서의 입경 산출을 각 구획(18구획)에서 실시하고, 표면의 9구획의 입경을 D1~D9로 하며, 이면의 9구획의 입경을 D10~D18이라고 정의한다. 그 18개소에서의 입경 측정치로부터, 타깃재의 입경의 차이의 최대와 최소를 산출한다. 또, 타깃의 평균 입경은 각 샘플의 N, L의 합계(Nsum, Lsum)로부터, Lsum/Nsum으로 평균 입경을 산출한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, IGZO 스퍼터링 타깃의 결정 입경의 차이는 20% 이하이다. 바람직하게는 15% 이하이다. 또한, 본 명세서에서 말하는 결정 입경의 차이는, 상술한 결정 입경 D1~D18 중에서, 최대치(Dmax)와 최소치(Dmin)의 비(Dmax/Dmin)로 나타낼 수 있다. 하한치에 대해서는, 특별히 규정되지 않지만, 전형적으로는 0% 이상, 1% 이상, 또는 3% 이상이어도 좋다.
(5) 상대 밀도
본 발명의 일 실시형태에 있어서, IGZO 스퍼터링 타깃의 상대 밀도는 96% 이상이고, 바람직하게는 96.3% 이상이다. 96% 이상이면, 아크의 발생이 더욱 억제된다. 상한치에 대해서는, 특별히 규정되지 않지만, 전형적으로는 100% 이하, 99% 이하, 98% 이하, 또는 97% 이하여도 좋다.
또한, 본 명세서에서 언급하는 상대 밀도는 (실측 밀도/진밀도)×100(%)로 산출했다. 여기서, 「실측 밀도」의 측정은 아르키메데스법을 이용했다. 「진밀도」는 타깃의 각 원소의 분석치(중량%비)로부터, 각 산화물인 In2O3, Ga2O3, ZnO로 환산하여 계산한다. 각 산화물의 밀도는 In2O3：7.18g/㎤, Ga2O3：6.44g/㎤, ZnO：5.61g/㎤를 이용하였다.
(6) 굽힘 강도
본 발명의 일 실시형태에 있어서, IGZO 스퍼터링 타깃의 굽힘 강도는 40~100 MPa이고, 보다 바람직하게는 70~100 MPa이다. 굽힘 강도는 상기 결정 입경과 동일하게 재료를 9분할해서 측정한다. 보다 구체적으로는, 9개의 구획(세로 3등분×가로 3등분)의 중심부분을 후술하는 시료의 사이즈가 되도록 잘라낸다. 그리고 9구획 각각에서 잘라낸 시료로부터 측정한 굽힘 강도의 값을 각각 S1~S9라고 정의한다. 그리고 S1~S9의 평균치를 IGZO 스퍼터링 타깃의 굽힘 강도로 한다.
여기서 굽힘 강도는 JIS R 1601에 준거해서 측정할 수 있다. 상기 JIS 규격에서는 시료의 두께가 3 mm로 정해져 있다. 상기 두께로 가공할 목적으로, 표면 및 이면으로부터 같은 양만큼 연삭한다. 그리고 9구획으로 분할한 후, 4×40 mm의 직사각형 크기가 되도록 각 구획의 중앙 부분으로부터 시료를 잘라낸다. 구체적으로는 이하와 같다.
(굽힘 강도의 측정 조건)
시험 방법：3점 굽힘 시험
지점간 거리：30 mm
시료 크기：3×4×40 mm
헤드 속도：0.5 mm/분
본 발명의 일 실시형태에 있어서, IGZO 스퍼터링 타깃의 굽힘 강도의 차이는 20% 이하여도 좋다. 보다 바람직하게는 16% 이하여도 좋다. 타깃재는 전체적인 굽힘 강도가 크더라도, 부분적으로 굽힘 강도가 작은 부분이 있으면 거기로부터 균열이 생길 가능성이 있다. 그러나 본 발명의 IGZO 스퍼터링 타깃은 굽힘 강도의 차이 20% 이하인 점에서 보다 효과적으로 균열의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 설명하는 굽힘 강도의 차이는, 상술한 굽힘 강도 S1~S9 중에서, 최대치(Smax)와 최소치(Smin)와의 비(Smax/Smin)로 나타낼 수 있다. 하한치에 대해서는, 특별히 규정되지 않지만, 전형적으로는 0% 이상, 1% 이상, 또는 3% 이상이어도 좋다.
2.　타깃재의 제조 방법
(1) 분말
In, Ga, Zn을 각각 포함하는 분말을 이용할 수 있다. 보다 구체적으로는, In 화합물의 분말, Ga 화합물의 분말, Zn 화합물의 분말을 이용할 수 있다. 혹은 이 원소들의 결합을 포함하는 분말을 이용해도 좋다. In 화합물의 분말의 예로서는, 산화 인듐, 수산화 인듐 등을 들 수 있다. Ga 화합물의 분말의 예로서는, 산화 갈륨, 질산 갈륨 등을 들 수 있다. Zn 화합물의 분말의 예로서는, 산화 아연, 수산화 아연 등을 들 수 있다. 배합량에 대해서는, 상술한 In, Ga, Zn의 원자비를 실현할 수 있는 양이면 좋다.
(2) 혼합 및 분쇄
다음으로, 이들의 원료 분말을 분쇄해서 혼합한다. 원료 분말의 분쇄 혼합 처리는 건식법 또는 습식법을 사용할 수 있다. 건식법에는, 산화 지르코늄, 알루미나, 나일론 수지 등의 볼이나 비즈를 이용한 건식법을 들 수 있다. 한편, 습식법에는, 상기 볼이나 비즈를 이용한 미디어 교반형 밀을 들 수 있다. 또, 습식법에는, 미디어리스의 용기 회전식, 기계 교반식, 기류식의 습식법을 들 수 있다. 여기서, 일반적으로 습식법은 건식법에 비해서 분쇄 및 혼합 능력이 뛰어나다. 따라서, 습식법을 이용하여 혼합하는 것이 바람직하다.
분쇄 후의 입자 크기에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 작을 수록 상대 밀도를 높게 할 수 있기 때문에 바람직하다. 또, 분쇄가 충분하지 않으면, 제조한 타깃 중에 각 성분이 편석되어, 고저항률 영역과 저저항률 영역이 존재하게 된다. 이에 따라서, 스퍼터 성막시에 고저항율 영역에서의 대전 등에 의한 아크 등의 이상 방전의 원인이 되어 버린다. 따라서, 충분한 혼합과 분쇄가 필요하다.
(3) 성형
다음으로, 혼합 분말을 금형에 충전하고, 면압 400~1000 kgf/㎠, 1~3분 유지하는 조건으로 1축 프레스 하여 성형체를 얻는다. 면압 400 kgf/㎠ 미만이면 충분한 밀도의 성형체를 얻을 수 없다. 또, 1000 kgf/㎠를 초과하는 면압은 생산상 특별히 필요하지 않다. 즉, 과도한 면압을 가해도 성형체의 밀도는 어느 일정한 수치 이상 향상하기 어려워진다. 또, 1000 kgf/㎠를 초과하는 면압을 가하면, 1축 프레스로는 원리적으로 성형체 내에 밀도 분포가 생기기 쉽고, 소결시의 변형이나 균열의 원인이 된다.
다음으로, 이 성형체를 비닐로 2겹으로 진공 포장하여, 압력 1500~4000 kgf/㎠, 1~3분 유지하는 조건으로 CIP(냉간 등방압 가압법)를 실시한다. 압력 1500 kgf/㎠ 미만이면, 충분한 CIP 효과를 얻을 수 없다. 한편 4000 kgf/㎠를 초과하는 압력을 가해도, 성형체의 밀도는 어느 일정 수치 이상은 향상하기 어려워진다. 따라서, 4000 kgf/㎠를 초과하는 면압은 생산상 특별히 필요하지 않다. 성형체의 크기에 대해서는, 특별히 규정되지 않지만, 두께가 너무 크면, 상대 밀도가 높은 소결체를 얻기 곤란해진다. 따라서, 소결체의 두께가 15 mm 이하가 되도록, 성형체의 두께를 조절하는 것이 바람직하다.
(4) 소결
상기 성형체는 적절한 소결 온도로 소결해서 소결체를 얻을 수 있다. 소결 온도까지 승온시키기 전에, 일단 특정 조건의 범위 내에서 유지시키는 것이 바람직하다. IGZO의 소결체는 온도에 의존해서 다양한 상(相)이 증가 및 감소한다. 예를 들면, I2O3 및 ZnGa2O4 등의 상은, 승온해서 800 ℃ 이상이 되면 감소하는 경향에 있다. 한편, InGaZnO4의 상은, 승온해서 1000 ℃를 넘으면 급격하게 성장을 개시하는 경향에 있다. 거기서, 800 ℃~1000 ℃의 온도 범위에서 단숨에 승온시키지 않고 유지함으로써, 휘어지는 상태의 원인이 되는 현상(즉, 소결체 내부에서의 IGZO 상의 성장 정도에 차이가 생기는 현상)을 억제할 수 있다. 그리고 IGZO상의 성장 정도의 차이가 억제된 상태에서 소결할 수 있다. 이러한 이유로부터, 800 ℃ 이상 1000 ℃ 이하(바람직하게는 850 ℃~1000 ℃, 더욱 바람직하게는 880 ℃~920 ℃)로 하는 것이 바람직하다. 처리 시간에 대해서는, 0.5시간 이상이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1시간 이상이다. 상한 시간에 대해서는, 3시간 이하인 것이 바람직하다. 이 이유는, 3시간보다 길어지면, IGZO상의 성장이 소결체 전체로 진행해 버려서, 소결체 중의 기공이 빠지기 어려워지고, 상대 밀도의 저하나 타깃의 굽힘 강도의 저하 등으로 이어지기 때문이다.
예를 들면, 상기 시간 동안, 고정된 온도로 처리해도 좋다. 혹은, 상기 시간 동안, 승온 속도를 작게 해서(예를 들면, 0.1~0.3 ℃/분), 상술한 소결 온도에 도달할 때까지 일정시간 걸리도록 해도 좋다. 소결 온도에 이르기까지, 상기와 같이 유지함으로써, 소결체의 휘어짐을 억제할 수 있다. 이러한 처리 공정은 「1. 타깃재의 특성」, 「(2) 성분」 섹션에서 말한 조성, 및/또는 「(3) 조직」 섹션에서 말한 조직 구조를 가지는 소결체의 휘어짐을 억제하는 경우에 특히 유효하다.
다음으로, 성형체를 온도 1300~1500 ℃(바람직하게는 1350~1450 ℃), 5~24시간(바람직하게는 10시간~22시간, 더욱 바람직하게는 15~21시간), 대기 분위기 또는 산소 분위기에서 소결하여 소결체를 얻을 수 있다. 소결 온도가 1300 ℃보다 낮으면 충분한 밀도의 소결체를 얻을 수 없다. 또, 결정상 InGaZnO4을 충분히 얻을 수 없다. 소결 온도가 1500 ℃를 초과하면 소결체 중의 결정립 크기가 너무 커져서, 소결체의 기계적 강도를 저하시킬 우려가 있다. 또 시간이 5시간 미만이면 충분한 밀도의 소결체를 얻을 수 없고, 시간이 24시간보다 길면 생산 비용의 관점에서 바람직하지 않다.
또 성형·소결 공정에서는, 상술한 방법 이외에도, HP(핫 프레스)나 HIP(열간 등방압 가압법)를 이용할 수 있다. 이상과 같이 하여 얻어진 소결체는 연삭, 연마 등의 기계 가공에 의해 타깃 형상으로 함으로써, 스퍼터링 타깃을 작성할 수 있다.
소결체의 굽힘량은 2.0 mm 이하이고, 보다 바람직하게는 1.5 mm 이하이다. 2.0 mm 이하이면, 연삭 후의 타깃재 표면의 결정 입경의 차이가 일정한 수치 이하로 억제할 수 있다. 그리고 아크의 발생을 억제할 수 있다. 하한치에 대해서는 특별히 규정되지 않고, 0 mm 이상, 0.5 mm 이상, 또는 0.8 mm 이상이어도 좋다.
또한, 본 명세서에서 말하는 굽힘량은, 간이 굽힘 측정기(측정부：키엔스제 LK-085)를 이용하고, 소결 후(기계가공 전)의 소결체에서 높이(Z 좌표)가 가장 높은 곳과 가장 낮은 곳의 높이의 차이를 「굽힘량」이라고 한다.
(5) 연삭
소결체가 얻어진 후, 평탄한 형태로 가공할 목적으로, 또한 변질층을 제거할 목적으로 연삭한다. 연삭은 양쪽 모두의 면으로부터 실시하여 평판의 타깃재를 얻을 수 있다. 따라서, 적어도 평탄한 형태를 얻을 때까지 연삭할 필요가 있다. 예를 들면, 굽힘량이 2.0 mm 이상이면, 적어도 2.0 mm 이상 연삭할 필요가 있다. 보다 바람직하게는, 휘어짐이 해소될 때까지 연삭한 후, 추가로 ＋0.5 mm 이상 연삭할 수 있다(즉, 평면으로부터의 연삭량을 0.5 mm 이상, 보다 바람직하게는 0.8 mm 이상). 이에 따라서, 연삭 후의 타깃재 표면에서의 결정 입경의 차이를 작게 할 수 있다. 또, 이에 따라서, 휘어짐이 해소될 때까지 연삭했을 때에 표면의 일부에 잔존하는 변질층을 제거할 수 있다. 또한, 「휘어짐이 해소」된 상태란, 굽힘량이 0 mm인 경우 뿐만 아니라, 굽힘량이 0.1 mm 이하인 상태를 가리킨다. 연삭량의 상한치에 대해서는, 수율이 저하한다는 이유로, 상술한 「휘어짐이 해소될 때까지」의 연삭량과 「추가 연삭」량을 맞춘 최대 표면 연삭량이 3.0 mm 이하인 것이 바람직하다. 연삭량의 하한치에 대해서는, 전형적인 굽힘량이 0.5 mm 이상인 점, 및 바람직한 추가 연삭량이 0.5 mm 이상이라는 이유로부터, 상술한 「휘어짐이 해소될 때까지」의 연삭량과 「추가 연삭」량을 맞춘 최대 표면 연삭량이 1.0 mm 이상인 것이 바람직하다.
이상의 공정을 거쳐서, 본 발명이 목적으로 하는 IGZO 스퍼터링 타깃을 얻을 수 있다.
3.　타깃재의 유용성
본 발명의 일 실시형태에 있어서, IGZO 스퍼터링 타깃을 이용하여 통상 실시되는 스퍼터법(예：DC 스퍼터법 등)으로 성막할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 있어서, IGZO 스퍼터링 타깃은 휘어짐이 적기 때문에 평탄한 상태로 가공할 때까지의 연삭량이 종래보다 적다. 따라서, 재료 손실을 경감할 수 있다. 또, 휘어짐이 적기 때문에, 스퍼터면의 균일성을 확보할 수 있다. 따라서, 아크를 억제할 수 있다. 또, 재료 전체로서의 강도가 일정 이상이고, 또한 강도의 차이도 적기 때문에, 균열이나 크랙이 잘 발생하지 않는다.
[실시예]
(1) 각종 시험 조건
이하의 조건으로 시험을 실시했다.
(1-1) 타깃재의 분석
형광 X선 분석(XRF)에 따른 In, Ga, Zn의 원소 분석을 실시했다.
(1-2) 입경 평가방법
상기 「1.　타깃재의 특성」의 「(4) 입경」 항에서 설명한 방법으로 평가했다.
(1-3) 강도 측정 방법
상기 「1.　타깃재의 특성」의 「(6) 굽힘 강도」 항에서 설명한 방법으로 평가했다.
(1-4) 굽힘량의 측정
간이 굽힘 측정기(측정부: 키엔스제 LK-085)를 이용하여 소결 후(기계가공 전)의 소결체에서 높이(Z좌표)가 가장 높은 곳과 가장 낮은 곳이라는 높이 차이를 「굽힘량」으로 했다.
(1-5) 상대 밀도
상기 「1.　타깃재의 특성」의 「(5) 상대 밀도」 항에서 설명한 방법으로 평가했다.
(1-6) 스퍼터 조건
얻어진 소결체를 이용하여, 이하의 조건으로 DC 스퍼터링을 실시했다.
스퍼터 가스：Ar：100%
스퍼터 가스압：0.5 Pa
투입 전력：500 W
투입 전력량：20 kWh
기판 온도：실온
(2) 실시예 및 비교예
In2O3 분말, Ga2O3 분말, ZnO 분말로 이루어지는 기본 재료(모재)를, 각 금속 원소의 비율 In：Ga：Zn가 대체로 1：1：1이 되도록(구체적으로는, 표 1에 기재한 원자비가 되도록) 습식에서 혼합·미분쇄 한 후, 스프레이 드라이어로 건조·조립해서 원료가루를 얻었다. 이것을 금형에 투입하여, 800 kgf/㎠의 압력을 1분 동안에 걸쳐서 작용시켜 성형체를 얻었다. 이 성형체를 전기로(電氣爐) 내에서 표 1의 조건에 따라 가열하여(300~900 ℃ 사이는 5 ℃/분의 속도로 승온, 900 ℃ 이후는 0.5 ℃/분의 속도로 승온) 소결체를 얻었다(비교예 5 이외에는 두께 10 mm). 그 후, 표 1의 조건에 따라서, #80~#400의 숫돌을 이용한 평면 연삭기로 연삭하여 스퍼터링 타깃을 제작했다(타깃 표면 마무리는 #400).
Figure 112018086166426-pct00001
그 후, 상술한 조건으로 상대 밀도, 강도, 입경을 평가했다. 또, 상술한 조건으로 스퍼터링을 실시하여 아크의 유무를 조사했다. 결과를 표 2에 나타냈다.
타깃 평가
밀도 평가 결정립 평가 강도 평가 스퍼터 평가
밀도
gcm-3 		상대
밀도
%		 평균
입경
㎛		 최대
입경
Dmax
㎛		 최소
입경
Dmin
㎛		 입경 차이
Dmax/Dmin		 최대
강도
Smax
MPa		 최소 강도
Smin
MPa		 강도 차이
Smax/Smin		 아크 수
×103
(타깃 라이프100%)
실시예1 6.326 96.3 9.0 9.6 8.6 1.12 77 71 1.08 2.0
실시예2 6.324 96.3 8.7 8.8 8.4 1.05 81 72 1.13 1.7
실시예3 6.326 96.3 8.5 9.1 8.3 1.10 83 74 1.12 2.1
비교예1 6.329 96.4 8.5 9.5 7.8 1.22 90 68 1.32 5.4
실시예4 6.322 96.3 20.9 22.9 20.2 1.13 58 50 1.16 4.8
비교예2 6.321 96.2 20.2 23.6 17.7 1.33 64 45 1.42 8.5
비교예3 6.323 96.3 14.5 33.2 9.4 3.53 68 27 2.52 13.3
비교예4 6.322 96.3 12.8 19.3 9.5 2.03 71 33 2.15 9.8
비교예5 6.267 95.4 8.6 7.4 6.8 1.09 84 79 1.06 7.7
900 ℃에서 유지시킨 실시예 1~3의 타깃은 굽힘량이 적고, 입경이나 강도의 차이가 작았다. 또, 일정 이상의 상대 밀도도 확보할 수 있었다. 또, 아크의 발생도 일정 이하에 억제할 수 있었다. 한편, 900 ℃에서 유지하지 않았던 비교예 1은 굽힘량이 커져서, 결과적으로 입경의 차이도 커졌다. 그리고 아크의 발생이 많아졌다.
실시예 4와 비교예 2는, 소결 온도를 높게 해서 결정 입경을 크게 만든 예이다. 여기서, 실시예 1~3과 비교예 1의 대비와 같은 경향을 볼 수 있었다.
비교예 3~4는, 실시예 1과 같이 900 ℃에서 유지시켰지만, 연삭량이 불충분했기 때문에 표면에 변질층이 잔존하거나, 또는 입경의 차이가 커져 버렸다.
비교예 5는, 실시예 1과 같은 입경의 차이를 달성하기 위해서, 소결체의 두께를 20 mm로 하고, 그 만큼 연삭량을 많이 해서 작성한 예이다. 입경의 차이 자체는, 실시예 1~3과 동일한 정도로 억제할 수 있었지만, 상대 밀도가 낮아져 버렸다. 그 결과, 아크 발생이 여전히 많았다.
본 명세서에 있어서, 「또는」 이나 「혹은」이라는 기재는, 선택사항의 어느 1개만 만족시키는 경우나, 모든 선택사항을 만족시키는 경우를 포함한다. 예를 들면, 「A 또는 B」, 「A 혹은 B」라는 기재의 경우, A를 만족시키고 B를 만족시키지 않는 경우와, B를 만족시키고 A를 만족시키지 않는 경우와, A를 만족시키고 B를 만족시키는 경우를 모두 포함하는 것을 의도한다.
이상, 본 발명의 구체적인 실시형태에 대해 설명했다. 상기 실시형태는, 본 발명의 구체적인 예에 지나지 않고, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되지 않는다. 예를 들면, 상술한 실시형태의 하나에 개시된 기술적 특징은, 다른 실시형태에 적용할 수 있다. 또, 특정 방법에 대해서는, 일부의 공정을 다른 공정의 순서와 바꿀 수도 있고, 특정의 2개 공정 사이에 공정을 추가해도 좋다. 본 발명의 범위는 특허 청구의 범위에 의해 규정된다.

Claims (3)

  1. In, Ga, Zn, O를 포함하는 IGZO 스퍼터링 타깃으로서,
    원자비로
    0.30≤In/(In＋Ga＋Zn)≤0.36,
    0.30≤Ga/(In＋Ga＋Zn)≤0.36,
    0.30≤Zn/(In＋Ga＋Zn)≤0.36,
    인 IGZO 스퍼터링 타깃이고,
    상대 밀도가 96% 이상이며,
    스퍼터링 타깃 표면에서의 결정립의 평균 입경이 30.0㎛ 이하이고, 또한
    스퍼터링 타깃 표면에서의 입경의 차이가 20% 이하(1.0≤Dmax/Dmin≤1.2)인 것을 특징으로 하는 IGZO 스퍼터링 타깃.
  2. 제1항에 기재한 IGZO 스퍼터링 타깃으로서,
    굽힘 강도가 40~100MPa이고,
    또한, 굽힘 강도의 차이가 20% 이하(1.0≤Smax/Smin≤1.2)인 것을 특징으로 하는 IGZO 스퍼터링 타깃.
  3. IGZO 스퍼터링 타깃의 제조 방법으로써, 상기 방법은,
    제1항 또는 제2항에 기재한 원소의 조성을 가지는 성형체를 800℃~1000℃에서 0.5~3시간 유지하는 공정과,
    상기 유지한 후, 상기 성형체를 1300~1500 ℃에서 5~24시간 소결하는 공정과,
    소결체를 연삭하는 공정을 포함하고,
    상기 소결 후 소결체의 굽힘량이 2.0 mm 이하이고,
    상기 연삭하는 공정은, 휘어짐이 해소된 후, 0.5 mm 이상 추가 연삭하는 것을 포함하는,
    IGZO 스퍼터링 타깃의 제조 방법
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