KR102237339B1 - Sputtering target and method for producing same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 스퍼터링 타깃은, 화학식 : ZnxSnyOz (단, x + y = 2, 또한, z = x + 2y - α(x + 2y)) 의 조성을 갖고, 결손 계수 α = 0.002 ∼ 0.03 및 산소의 성분비 z = 2.1 ∼ 3.8 의 조건을 만족시키는 ZnSn 산화물로 이루어지는 소결체로서, 상기 소결체의 두께 방향에 있어서의 비저항의 평균에 대한 편차가 50 % 이하이다.The sputtering target of the present invention has a composition of the formula: Zn x Sn y O z (however, x + y = 2, further z = x + 2y-α (x + 2y)), and the defect coefficient α = 0.002 to 0.03 And a sintered body made of ZnSn oxide that satisfies the condition of the oxygen component ratio z=2.1 to 3.8, wherein the sintered body has a variation of the average specific resistance in the thickness direction of 50% or less.

Description

스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법{SPUTTERING TARGET AND METHOD FOR PRODUCING SAME}Sputtering target and its manufacturing method TECHNICAL FIELD

본 발명은, 직류 (DC) 스퍼터링으로, ZnSn 산화물에 의한 균일한 반도체막이나, 금속 박막용 보호막 등을 안정적으로 성막 가능한 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a sputtering target capable of stably forming a uniform semiconductor film of ZnSn oxide, a protective film for metal thin films, and the like by direct current (DC) sputtering, and a method of manufacturing the same.

본원은, 2013년 8월 6일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2013-163051호, 및 2014년 8월 1일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2014-157914호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2013-163051 filed in Japan on August 6, 2013, and Japanese Patent Application No. 2014-157914 filed in Japan on August 1, 2014, I use the content here.

액정 디스플레이나 태양 전지 등에 있어서의, 도전성이며 또한 광에 대해 투명한 전극의 재료로서, 산화아연 (ZnO) 이나 산화주석 (SnO2) 의 혼합물 (ZnSn 산화물 : ZTO) 을 사용하는 것이 제안되어 있다. 또한, ZnO, SnO2 는 모두 반도체이기 때문에, ZTO 는 투명 전극으로서만이 아니라 산화물 반도체로서 사용할 수도 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 을 참조). 특히, ZTO 스퍼터링 타깃을 사용하여, 실용적인 이동도를 갖는 반도체인 Zn2SnO4 박막을 실온에서 성막할 수 있다. 이것을, 예를 들어, 유기 필름 상에 형성하여 박막 트랜지스터 (TFT) 의 재료로서 사용할 수 있다. 이 경우, 상기 투명 전극의 경우와 달리, 스퍼터링 타깃의 도전율이 높아지지 않기 때문에, 성막은 직류 (DC) 스퍼터링법보다 고주파 (RF) 스퍼터링법에 의해 실시되는 경우가 많다.It is proposed to use a mixture of zinc oxide (ZnO) or tin oxide (SnO 2 ) (ZnSn oxide: ZTO) as a material for an electrode that is conductive and transparent to light in a liquid crystal display or a solar cell. In addition, since both ZnO and SnO 2 are semiconductors, ZTO can be used not only as a transparent electrode but also as an oxide semiconductor (for example, refer to Patent Document 1). In particular, a Zn 2 SnO 4 thin film, which is a semiconductor having practical mobility, can be formed at room temperature using a ZTO sputtering target. This can be formed, for example, on an organic film and used as a material for a thin film transistor (TFT). In this case, unlike the case of the transparent electrode, since the conductivity of the sputtering target does not increase, film formation is often performed by a high-frequency (RF) sputtering method rather than a direct current (DC) sputtering method.

또, 상기의 Zn2SnO4 박막은, 투명하며 고굴절률의 특성을 갖는 점에서, Au 박막, Ag 박막, Cu 박막 등의 금속막으로 이루어지는 투명 원적외선 반사막의 보호막으로서도 이용되고 있다. 높은 투과율을 확보하면서, 양호한 원적외선 반사 성능을 얻기 위해서, 예를 들어, Ag 박막 상에, 투명 고굴절률막으로서 Zn2SnO4 박막이 적층 형성된다. 이 적층 형성에도 스퍼터링법이 채용되고 있다.In addition, since the Zn 2 SnO 4 thin film is transparent and has high refractive index characteristics, it is also used as a protective film for a transparent far-infrared reflective film made of a metal film such as an Au thin film, an Ag thin film, and a Cu thin film. In order to obtain good far-infrared reflection performance while securing high transmittance, for example, a Zn 2 SnO 4 thin film is formed as a transparent high refractive index film on an Ag thin film. The sputtering method is also adopted for this lamination formation.

상기 서술한 바와 같이, Zn2SnO4 자체가 고저항이기 때문에, Zn2SnO4 로 이루어지는 스퍼터링 타깃에서는 DC 스퍼터링이 가능해질 정도의 도전율이 되지 않는다. 이 스퍼터링 타깃을 사용하여 Zn2SnO4 박막을 성막하려면, RF 스퍼터링법을 채용할 수밖에 없고, 성막 속도도 느리다. 그래서, Zn2SnO4 박막을 성막하기 위한 스퍼터링 타깃에 있어서의 저항을 낮게 하기 위해서, ZnSnO3 을 주상으로 하거나, 혹은, 도펀트를 첨가하거나 하여, 스퍼터링 타깃의 저항을 낮게 하고, DC 스퍼터링을 가능하게 하는 것이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 2 ∼ 4 참조).As described above, since Zn 2 SnO 4 itself has high resistance, a sputtering target made of Zn 2 SnO 4 does not have a conductivity such that DC sputtering becomes possible. In order to form a Zn 2 SnO 4 thin film using this sputtering target, an RF sputtering method must be employed, and the film forming speed is also low. Therefore, in order to lower the resistance in the sputtering target for forming a Zn 2 SnO 4 thin film, ZnSnO 3 is used as the main phase or a dopant is added to lower the resistance of the sputtering target, and DC sputtering is possible. It is proposed to do this (see, for example, Patent Documents 2 to 4).

일본 공개특허공보 2010-037161호Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2010-037161 일본 공개특허공보 2007-277075호Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-277075 일본 공개특허공보 2007-314364호Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-314364 일본 공개특허공보 2012-121791호Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-121791

상기 서술한 바와 같이, 상기 특허문헌 2, 3 에서 제안된 ZnSnO3 을 주상으로 하는 ZTO 스퍼터링 타깃에서는, 타깃의 비저항을 낮게 할 수 있었다고 해도, 이 ZTO 스퍼터링 타깃을 사용하여 스퍼터링 성막된 막은 캐리어 농도가 높고 저저항으로서, 반도체막으로서 적합한 것이 되지 않는다. As described above, in the ZTO sputtering target having ZnSnO 3 as the main phase proposed in Patent Documents 2 and 3, even if the specific resistance of the target was able to be lowered, the film sputtered by using this ZTO sputtering target has a carrier concentration. It has high and low resistance, so it is not suitable as a semiconductor film.

한편, Zn2SnO4 를 함유한 스퍼터링 타깃을 환원 분위기하에서 처리하여, ZnSn 산화물에 있어서의 산소 결손의 증가를 촉진시킴으로써 저저항화를 실현하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 이 수법에 의한 것에서는 그 처리 공정이 증가하므로 생산성이 나쁘다. 나아가서는, 고밀도인 스퍼터링 타깃을 환원 처리하였다고 해도, 타깃의 표면 부분에 있어서는 산소 결손의 증가가 촉진되지만, 타깃 내부를 향해서는 환원이 진행되지 않고, 타깃 두께 방향에 있어서 환원 상태가 변화되기 때문에, 타깃 중심부에 있어서의 산소 결손의 증가를 기대할 수 없다.On the other hand, it is proposed to realize a low resistance by treating a sputtering target containing Zn 2 SnO 4 in a reducing atmosphere to promote an increase in oxygen vacancies in the ZnSn oxide. However, in the case of this method, since the treatment process increases, productivity is poor. Furthermore, even if the high-density sputtering target is subjected to reduction treatment, an increase in oxygen vacancies is promoted in the surface portion of the target, but the reduction does not proceed toward the inside of the target, and the reduction state changes in the target thickness direction. An increase in oxygen vacancies in the target center cannot be expected.

예를 들어, 직경 100 ㎜, 두께 10 ㎜ 의 사이즈를 초과하는 ZTO 스퍼터링 타깃을 제조하고자 한 경우, 타깃 표면 부분은 충분히 환원되지만, 타깃 내부로 나아감에 따라 환원의 효과가 불충분한 상이 잔류해 버린다. 그 때문에, 이 스퍼터링 타깃의 두께 방향에 걸쳐 비저항의 편차가 발생한다. 이 스퍼터링 타깃으로 스퍼터링을 실시하면, 표면 부분에서는 비저항이 낮고, DC 스퍼터링이 가능하다. 그러나, 스퍼터링의 진행에 수반하여, 타깃이 그 내부까지 파내어져 가면, 비저항이 높은 부분이 표면에 노출되기 때문에, 이상 방전이 다발하고, 스퍼터링을 안정적으로 실시할 수 없게 되며, 성막 속도도 변화되어 버린다. 이와 같이, DC 스퍼터링을 안정적으로 실시할 수 없게 될 뿐만 아니라, 균일한 막을 성막할 수 없다는 문제가 있었다.For example, in the case of attempting to manufacture a ZTO sputtering target exceeding a size of 100 mm in diameter and 10 mm in thickness, the surface portion of the target is sufficiently reduced, but as it advances inside the target, an image in which the effect of reduction is insufficient remains. Therefore, variation in specific resistance occurs over the thickness direction of this sputtering target. When sputtering is performed with this sputtering target, the specific resistance is low in the surface portion, and DC sputtering is possible. However, with the progress of sputtering, when the target is dug up to the inside, since the portion with high specific resistance is exposed on the surface, abnormal discharges occur frequently, sputtering cannot be stably performed, and the film formation rate is also changed. Discard it. In this way, not only it becomes impossible to stably perform DC sputtering, there is also a problem that a uniform film cannot be formed.

또, 상기 특허문헌 3 에 개시된 ZTO 스퍼터링 타깃은, ZnSnO3 을 주상으로 하는 것이지만, SnO2 상을 함유하고 있다. 이 SnO2 상이 스퍼터링 타깃 중에 존재하면, DC 스퍼터링을 사용한 스퍼터링 성막에 있어서, 이상 방전이나 파티클의 발생 원인이 되고, 또한, 타깃 자체가 균열되기 쉬워진다는 문제가 있었다.Moreover, although the ZTO sputtering target disclosed in the said patent document 3 has ZnSnO 3 as a main phase, it contains SnO 2 phase. When this SnO 2 phase is present in the sputtering target, there is a problem that abnormal discharge and generation of particles are caused in the sputtering film formation using DC sputtering, and the target itself is easily cracked.

그래서, 본 발명은, ZnSn 산화물 (ZTO) 스퍼터링 타깃의 두께 방향 (이로전 깊이 방향) 에 걸쳐, 균일하게 또한 충분히 산소 결손의 증가를 촉진시킴과 함께, 소결시의 환원 반응을 촉진시켜, 두께 방향의 전역에서 타깃 비저항을 더욱 낮게 하고, 타깃 수명까지 항상 안정적인 DC 스퍼터링이 가능하고, 스퍼터링시에도 잘 균열되지 않으며, 반도체막이나 금속 박막용 보호막 등의 성막에 바람직한, ZnSn 산화물로 이루어지는 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention promotes the increase of oxygen vacancies uniformly and sufficiently over the thickness direction (depth direction before transfer) of the ZnSn oxide (ZTO) sputtering target, and promotes the reduction reaction during sintering, and the thickness direction A sputtering target made of ZnSn oxide, suitable for forming a semiconductor film or a protective film for metal thin films, and the It is an object of the present invention to provide a manufacturing method.

상기 서술한 ZnSn 산화물 (ZTO) 스퍼터링 타깃에서는, 그 타깃의 비저항이 타깃 표면부에 있어서는 낮고, 타깃 내부로 나아갈수록 높아지고 있는 것에 착안하여, 이 비저항을 타깃 내부에서도 저하시키면 되고, 그것과 함께, 비저항의 변화를 일정하게 하는 수법으로서, 소정량의 산화아연 (ZnO) 분말과 산화주석 (SnO2) 분말의 혼합체를 건조시켜 조립 (造粒) 한 후, 환원성 분위기에서 열처리를 실시한 후에 비산화성 분위기에서 가압 소결하면 된다는 지견이 얻어졌다. 그 열처리에 있어서, 혼합체의 내부까지 환원이 촉진되어, 그 혼합체 전체에 걸쳐 환원이 진행되고, 산소 결손 상태가 생성된다. 이로써, 타깃 두께 방향의 전역에서 타깃 비저항이 낮아짐과 함께, 소결시의 산소 원자의 이동을 촉진시키는 결과, 소결체의 밀도가 향상된다. 그 결과, 항상 안정적인 DC 스퍼터링이 가능한 ZTO 스퍼터링 타깃이 얻어지는 것이 판명되었다.In the above-described ZnSn oxide (ZTO) sputtering target, paying attention to the fact that the specific resistance of the target is low at the target surface portion and increases as it goes inside the target. As a method of making the change of a certain amount constant, dry a mixture of a predetermined amount of zinc oxide (ZnO) powder and tin oxide (SnO 2 ) powder, granulate it, heat treatment in a reducing atmosphere, and then in a non-oxidizing atmosphere. The knowledge that pressure sintering is sufficient was obtained. In the heat treatment, reduction is promoted to the inside of the mixture, reduction proceeds throughout the mixture, and an oxygen-deficient state is generated. Thereby, the target specific resistance is lowered throughout the entire target thickness direction, and as a result of promoting the movement of oxygen atoms during sintering, the density of the sintered body is improved. As a result, it was found that a ZTO sputtering target capable of always stable DC sputtering was obtained.

그래서, 시판되는 산화아연 분말 (ZnO 분말) 과 산화주석 분말 (SnO2 분말) 을, Zn 및 Sn 의 원자비를 1 : 1 의 배합으로 습식 볼 밀 또는 비드 밀로 혼합하여 얻은 혼합체를 건조시켜 조립한 후, 카본 도가니에 투입하고, 800 ℃, 3 시간, 진공 중에서 열처리를 실시하였다. 그 후, 얻어진 분말을 분쇄하고, 900 ℃, 3 시간, 29.4 ㎫ (300 kgf/㎠) 의 조건에서 가압 소결하여, ZnSn 산화물 (ZTO) 소결체를 얻었다. 이 ZTO 소결체를 소정 형상으로 기계 가공하여 ZTO 스퍼터링 타깃을 제작한 결과, 타깃의 두께 방향의 전역에서 타깃 비저항을 더욱 낮게 할 수 있었던 것이 확인되었다. 이 ZTO 스퍼터링 타깃을 사용한 ZTO 막의 성막에서는, 항상 안정적인 DC 스퍼터링이 가능하다는 것이 확인되었다.So, commercially available zinc oxide powder (ZnO powder) and tin oxide powder (SnO 2 powder) were mixed with a wet ball mill or bead mill in a ratio of 1: 1 in the atomic ratio of Zn and Sn, and then dried and granulated. Thereafter, it was put into a carbon crucible, and heat treatment was performed in a vacuum at 800° C. for 3 hours. Then, the obtained powder was pulverized, and pressure sintered at 900°C for 3 hours and under the conditions of 29.4 MPa (300 kgf/cm 2) to obtain a ZnSn oxide (ZTO) sintered body. As a result of manufacturing a ZTO sputtering target by machining this ZTO sintered compact into a predetermined shape, it was confirmed that the target specific resistance could be further lowered over the entire thickness direction of the target. In film formation of a ZTO film using this ZTO sputtering target, it was confirmed that stable DC sputtering was always possible.

이것은, 가압 소결을 실시하기 전의 혼합체 단계에서 환원성 분위기에서 열처리하도록 하였기 때문에, 혼합체의 전역에 있어서 충분한 환원이 실시되고, 가압 소결된 ZTO 소결체의 내부까지 두께 방향의 전역에서 산소 결손 상태로 할 수 있었던 것이 타깃 비저항의 보다 추가적인 저하에 기여하고 있다는 지견이 얻어졌다.Since this was heat-treated in a reducing atmosphere at the stage of the mixture before pressure sintering was performed, sufficient reduction was performed throughout the mixture, and oxygen deficiency was achieved throughout the thickness direction to the inside of the pressure sintered ZTO sintered body. It has been found that this contributes to a further lowering of the target specific resistance.

따라서, 본 발명은, 상기 지견으로부터 얻어진 것으로, 상기 과제를 해결하기 위해서 이하의 구성을 채용하였다.Accordingly, the present invention is obtained from the above findings, and adopts the following configuration in order to solve the above problems.

(1) 본 발명의 스퍼터링 타깃은, 화학식 : ZnxSnyOz (단, x + y = 2, 또한, z = x + 2y - α(x + 2y)) 의 조성을 갖고, 결손 계수 α = 0.002 ∼ 0.03 및 산소의 성분비 z = 2.1 ∼ 3.8 의 조건을 만족시키는 ZnSn 산화물로 이루어지는 소결체로서, 상기 소결체의 두께 방향에 있어서의 비저항의 평균에 대한 편차가 50 % 이하이다. (1) The sputtering target of the present invention has a composition of the formula: Zn x Sn y O z (however, x + y = 2, and also z = x + 2y-α (x + 2y)), and the defect coefficient α = A sintered body made of ZnSn oxide that satisfies the conditions of 0.002 to 0.03 and the oxygen component ratio z = 2.1 to 3.8, and the variation of the average specific resistance in the thickness direction of the sintered body is 50% or less.

(2) 상기 (1) 의 스퍼터링 타깃에 있어서, 밀도비가 90 % 이상으로 되어 있다.(2) In the sputtering target of the above (1), the density ratio is 90% or more.

(3) 상기 (1), (2) 의 스퍼터링 타깃에 있어서, 항절 강도가 100 N/㎟ 이상으로 되어 있다. (3) In the sputtering target of the above (1) and (2), the breaking strength is 100 N/mm 2 or more.

(4) 상기 (1) ∼ (3) 의 스퍼터링 타깃에 있어서, 비저항이 1 Ω·㎝ 이하로 되어 있다. (4) In the sputtering targets of the above (1) to (3), the specific resistance is 1 Ω·cm or less.

(5) 본 발명은, 상기 (1) ∼ (4) 의 스퍼터링 타깃을 제조하는 방법으로서, 그 제조 방법에서는, 소정량의 산화아연 분말 및 산화주석 분말의 혼합체를 건조시켜 조립 후, 환원성 분위기 중에서 가열을 실시하는 열처리 공정과, 열처리된 상기 혼합체를 비산화성 분위기 중에서 가압 소결하여 소결체를 얻는 소결 공정을 갖고, 상기 열처리 공정에 있어서 산소 결손 상태가 증가된다.(5) The present invention is a method of manufacturing the sputtering targets of the above (1) to (4). In the manufacturing method, a mixture of a predetermined amount of zinc oxide powder and tin oxide powder is dried, granulated, and then in a reducing atmosphere. A heat treatment step of performing heating and a sintering step of obtaining a sintered body by pressing the heat-treated mixture in a non-oxidizing atmosphere, and an oxygen deficiency state in the heat treatment step is increased.

(6) 상기 (5) 의 제조 방법에서는, 상기 열처리 공정과 상기 소결 공정이 가열로 내에 있어서 연속하여 실시된다.(6) In the manufacturing method of the above (5), the heat treatment step and the sintering step are continuously performed in a heating furnace.

이상과 같이, 본 발명의 ZnSn 산화물 (ZTO) 스퍼터링 타깃의 소결체는, 산소 결손 상태가 잔존한 채로 되어 있고, 소결체 내부의 전역에 있어서 산소 결손 상태가 증가하고 있다. 이 때문에, 타깃 두께 방향 (이로전 깊이 방향) 의 전역에서 비저항이 DC 스퍼터링 가능한 정도로 낮아지고, 또한, 타깃 두께 방향에 있어서의 비저항의 편차가 작아진다. 그 결과, 타깃 수명까지 DC 스퍼터링을 안정적으로 실시할 수 있고, 또한, 스퍼터링시에 있어서의 타깃의 균열도 억제할 수 있으며, 게다가 균일한 성막을 실현할 수 있다.As described above, in the sintered body of the ZnSn oxide (ZTO) sputtering target of the present invention, the oxygen vacancy state remains, and the oxygen vacancy state is increasing throughout the interior of the sintered body. For this reason, the specific resistance is lowered to the extent that DC sputtering is possible in the entire target thickness direction (depth direction before transfer), and the variation in the specific resistance in the target thickness direction is small. As a result, DC sputtering can be stably performed up to the target life, and cracking of the target at the time of sputtering can be suppressed, and further, uniform film formation can be realized.

또, 본 발명의 제조 방법은, 소정량의 산화아연 분말 및 산화주석 분말의 혼합체를 건조시켜 조립 후, 환원성 분위기 중에서 가열을 실시하는 열처리 공정과, 열처리된 상기 혼합체를 비산화성 분위기에서 가압 소결하여 소결체를 얻는 소결 공정을 구비하므로, 상기 열처리 공정에 있어서, 산소 결손 상태의 증가가 촉진되게 되고, 상기 소결 공정에 있어서는 산소 결손 상태가 잔존한 채로 소결된다. 그 때문에, 소결체 내부까지 환원이 진행된 것과 동일한 상태가 되어, 소결체 내부의 전역에 있어서 산소 결손 상태가 균일하게 증가하고 있다. 본 발명의 제조 방법에 의하면, 타깃 두께 방향의 전역에서 비저항이 낮으며, 또한, 비저항의 편차가 작은 ZTO 스퍼터링 타깃을 제조할 수 있다.In addition, the manufacturing method of the present invention includes a heat treatment step in which a predetermined amount of a mixture of zinc oxide powder and tin oxide powder is dried and granulated, and then heated in a reducing atmosphere, and the heat-treated mixture is pressurized and sintered in a non-oxidizing atmosphere. Since a sintering step for obtaining a sintered body is provided, an increase in oxygen vacancies is promoted in the heat treatment step, and in the sintering step, sintering is performed while remaining oxygen vacancies. Therefore, it becomes the same state as the reduction proceeded to the inside of the sintered body, and the state of oxygen vacancies uniformly increases throughout the inside of the sintered body. According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a ZTO sputtering target having a low specific resistance across the entire target thickness direction and a small variation in specific resistance.

따라서, 본 발명의 스퍼터링 타깃에 의하면, 두께 방향의 전역에서 타깃 비저항이 낮고, 또한, 타깃면 내에서 일정해지기 때문에, 항상 안정적인 DC 스퍼터링이 가능해지므로, 생산성 향상에 기여한다.Therefore, according to the sputtering target of the present invention, since the target specific resistance is low in the entire thickness direction and is constant within the target surface, stable DC sputtering is always possible, which contributes to productivity improvement.

도 1 은, 스퍼터링 타깃의 스퍼터면 내 방향의 비저항 측정을 설명하는 도면이다.1: is a figure explaining the measurement of the specific resistance of a sputtering target in the direction inside a sputtering surface.

다음으로, 본 발명의 실시형태에 관련된 산화물 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법의 실시형태에 대해 설명한다. Next, an oxide sputtering target according to an embodiment of the present invention and an embodiment of a manufacturing method thereof will be described.

본 실시형태의 스퍼터링 타깃은, 화학식 : ZnxSnyOz 의 조성을 갖는 ZnSn 산화물로 이루어지는 소결체로 구성되어 있다. 아연 (Zn) 과 주석 (Sn) 의 성분은, x + y = 2 를 만족시키는 것을 조건으로 하여, Zn 과 Sn 의 성분비가 목표로 하는 ZnSn 산화물막의 범위가 되도록 설정된다. 또한, Zn2SnO4 자체는 고비저항이므로, ZnSn 산화물 (Zn2SnO4) 을 산소 결손 상태로 함으로써, 타깃 비저항을 저하시킨다. 이 산소 결손 상태의 ZnSn 산화물에 있어서의 산소 (O) 의 성분비 z 에 대해, z = 2.1 ∼ 3.8 로 하는 것이 바람직하다.The sputtering target of this embodiment is constituted by a sintered body made of ZnSn oxide having a composition of the formula: Zn x Sn y O z. The components of zinc (Zn) and tin (Sn) are set so that the component ratio of Zn and Sn is in the range of the target ZnSn oxide film on the condition that x+y=2 is satisfied. Further, since Zn 2 SnO 4 itself has a high specific resistance, the target specific resistance is lowered by making the ZnSn oxide (Zn 2 SnO 4) into an oxygen-deficient state. It is preferable to set z=2.1 to 3.8 with respect to the component ratio z of oxygen (O) in this oxygen-deficient ZnSn oxide.

여기서, 산소 결손 상태의 증가가 촉진된 것을 나타내는 결손 계수를 α 로 하면, 산소 결손 상태가 증가된 ZnSn 산화물의 화학식 : ZnxSnyOz 에 있어서의 산소의 성분비 z 는, z = x + 2y - α(x + 2y) 로 나타낼 수 있다. ZnO 분말과 SnO2 분말을 x + y = 2 의 조건이 만족되도록 배합하고, 이들의 혼합체를 열처리 함으로써, 이 혼합체에 있어서의 결손 계수 α 가 조정되고, 산소의 성분비가 변화된다. 이 결손 계수 α 가 조정된 혼합체를 비산화성 분위기하에서 핫 프레스하면, 산소 결손 상태가 증가된 ZnSn 산화물로 이루어지는 소결체를 얻을 수 있다. 또한, 결손 계수 α = 0.002 ∼ 0.03 의 범위로 하여, 산소의 성분비 z = 2.1 ∼ 3.8 을 달성하였다.Here, if a defect factor indicates that the increase of the oxygen deficiency state stimulated by α, the formula of ZnSn oxide of the oxygen deficiency state increase: composition ratio z of oxygen in the Zn x Sn y O z is, z = x + 2y It can be represented by -α(x+2y). By blending the ZnO powder and the SnO 2 powder so as to satisfy the condition of x + y = 2 and heat-treating the mixture, the defect coefficient α in the mixture is adjusted and the oxygen component ratio is changed. By hot pressing the mixture in which the defect coefficient α is adjusted in a non-oxidizing atmosphere, a sintered body made of ZnSn oxide having an increased oxygen defect state can be obtained. Moreover, by setting it as the range of the defect coefficient α=0.002 to 0.03, the oxygen component ratio z=2.1 to 3.8 was achieved.

본 실시형태의 스퍼터링 타깃에서는, 결손 계수 α = 0.002 ∼ 0.03 의 범위로 한다. 결손 계수 α 가 0.03 을 초과하면, 조직 중의 산화주석 (SnO2) 의 일부가 환원되고, 금속 주석 (Sn) 이 용출될 가능성이 있다. 이 Sn 이 용출되어 있으면, 제조시에 노 내에 Sn 이 부착되어, 노에 대한 데미지가 될 뿐만 아니라, 노 내 청소로 인한 생산성의 저하가 초래되고, 나아가서는 용출된 만큼의 Sn 에 의해 스퍼터링 타깃의 조성이 편차나는 것이 문제가 된다. 한편, 결손 계수 α 가 0.002 미만이면, 타깃 비저항이 저하되지 않기 때문에, DC 스퍼터링을 실시하는 것이 어려워진다. 그래서, 본 실시형태에서는, 결손 계수 α 를 0.002 이상 0.03 이하의 범위 내로 하고 있다. 또한, 결손 계수 α 를 0.008 이상 0.02 이하로 하는 것이 보다 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다.In the sputtering target of the present embodiment, the defect coefficient α is in the range of 0.002 to 0.03. When the defect coefficient α exceeds 0.03, a part of tin oxide (SnO 2 ) in the structure may be reduced, and metallic tin (Sn) may be eluted. If this Sn is eluted, Sn adheres to the furnace during manufacture, causing damage to the furnace, and lowering productivity due to cleaning in the furnace. It is a problem that the composition deviates. On the other hand, if the defect coefficient α is less than 0.002, since the target specific resistance does not decrease, it becomes difficult to perform DC sputtering. Therefore, in the present embodiment, the defect coefficient α is in the range of 0.002 or more and 0.03 or less. In addition, although it is more preferable to set the defect coefficient α to be 0.008 or more and 0.02 or less, it is not limited thereto.

또, 산소의 성분비 z 가 2.1 미만이면, ZnO 분말의 비율이 지나치게 높아져 성막 속도가 저하될 우려가 있다. 한편, 산소의 성분비 z 가 3.8 을 초과하면, SnO2 분말의 비율이 지나치게 높아져 비저항의 상승, 이상 방전의 증가, 스퍼터시의 균열 등이 발생하기 쉬워질 우려가 있다. 그래서, 본 실시형태에서는, 산소의 성분비 z 를 2.1 이상 3.8 이하의 범위 내로 하고 있다. 또한, 산소의 성분비 z 를 2.7 이상 3.6 이하로 하는 것이 보다 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다.In addition, when the oxygen component ratio z is less than 2.1, the ratio of the ZnO powder becomes too high, and there is a fear that the film formation rate decreases. On the other hand, when the oxygen component ratio z exceeds 3.8, the proportion of SnO 2 powder becomes too high, and there is a concern that the specific resistance increases, abnormal discharge increases, cracks during sputtering, and the like are liable to occur. Therefore, in the present embodiment, the oxygen component ratio z is in the range of 2.1 or more and 3.8 or less. Moreover, although it is more preferable to make the component ratio z of oxygen into 2.7 or more and 3.6 or less, it is not limited to this.

또한, 본 실시형태의 스퍼터링 타깃에서는, 상기 소결체의 두께 방향에 있어서의 비저항의 평균에 대한 편차를 50 % 이하로 하였다. 이와 같이 한정한 이유는, 이 편차가 50 % 를 초과하면, 안정적인 DC 스퍼터링을 실시할 수 없게 되고, 균일한 성막이 얻어지지 않게 되기 때문이다. 타깃 두께 방향에 있어서의 비저항의 편차를 줄임으로써, 타깃 수명까지 DC 스퍼터링을 안정화할 수 있음과 함께, 균일한 성막을 도모할 수 있다. 또한, 스퍼터링시에 있어서의 타깃 균열을 억제할 수 있다. 또한, 상기 소결체의 두께 방향에 있어서의 비저항의 평균에 대한 편차를 30 % 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.In addition, in the sputtering target of this embodiment, the variation with respect to the average of the specific resistance in the thickness direction of the said sintered body was made into 50% or less. The reason for this limitation is that when this variation exceeds 50%, stable DC sputtering cannot be performed, and uniform film formation cannot be obtained. By reducing the variation of the specific resistance in the target thickness direction, DC sputtering can be stabilized until the target lifespan, and uniform film formation can be achieved. Moreover, target cracking at the time of sputtering can be suppressed. Further, it is more preferable that the variation of the specific resistance in the thickness direction of the sintered body with respect to the average is 30% or less.

여기서, 본 실시형태의 스퍼터링 타깃에 있어서, 밀도비를 90 % 이상으로 한 경우에는, 스퍼터시에 균열이 잘 발생하지 않고, 성막 속도를 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 이 작용 효과를 확실하게 성공시키기 위해서는, 밀도비를 95 % 이상으로 하는 것이 바람직하다.Here, in the sputtering target of the present embodiment, when the density ratio is set to 90% or more, cracks are less likely to occur during sputtering, and the film formation speed can be improved. In addition, in order to reliably succeed in this effect, the density ratio is preferably set to 95% or more.

또, 본 실시형태의 스퍼터링 타깃에 있어서, 항절 강도를 100 N/㎟ 이상으로 한 경우에는, 역시, 스퍼터시에 균열이 잘 발생하지 않고, 성막 속도를 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 이 작용 효과를 확실하게 성공시키기 위해서는, 항절 강도를 130 N/㎟ 이상으로 하는 것이 바람직하다.In addition, in the sputtering target of the present embodiment, when the transverse strength is 100 N/mm 2 or more, cracks do not easily occur during sputtering, and the film formation speed can be improved. In addition, in order to reliably succeed in this action and effect, it is preferable to set the cross section strength to 130 N/mm 2 or more.

또한, 본 실시형태의 스퍼터링 타깃에 있어서, 비저항을 1 Ω·㎝ 이하로 한 경우에는, DC 스퍼터링을 안정적으로 실시할 수 있고, 성막 속도를 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 이 작용 효과를 확실하게 성공시키기 위해서는, 비저항을 0.1 Ω·㎝ 이하로 하는 것이 바람직하다.In addition, in the sputtering target of the present embodiment, when the specific resistance is set to 1 Ω·cm or less, DC sputtering can be stably performed and the film forming speed can be improved. In addition, in order to reliably succeed in this effect, the specific resistance is preferably 0.1 Ω·cm or less.

또, 본 실시형태의 제조 방법은, DC 스퍼터링이 가능하고, 반도체막이나 금속 박막용 보호막 등의 성막에 적합한 타깃 비저항이 얻어짐과 함께, 또한, 타깃 두께 방향에 관련된 비저항의 편차를 줄인 ZTO 스퍼터링 타깃을 얻는 것을 목적으로 하고 있다. 그리고 본 실시형태의 제조 방법은, 소정량의 산화아연 (ZnO) 분말 및 산화주석 (SnO2) 분말의 혼합체를 건조시켜 조립 후, 환원성 분위기 중에서 가열을 실시하는 열처리 공정과, 열처리된 상기 혼합체를 비산화성 분위기 중에서 가압 소결하여 소결체를 얻는 소결 공정을 갖고 있고, 상기 열처리 공정에 있어서, ZnO 의 산소 결손 상태가 증가된다. 또한, 산소 결손 상태를 나타내는 결손 계수 α 에 대해서는, 상기 열처리 공정에 있어서의 환원 처리의 온도와 처리 시간에 따라 변화되고, 온도가 높을수록, 또, 시간이 길수록 커진다.In addition, in the manufacturing method of the present embodiment, DC sputtering is possible, a target specific resistance suitable for film formation such as a semiconductor film or a protective film for a metal thin film is obtained, and ZTO sputtering in which the variation in specific resistance related to the target thickness direction is reduced. It aims to get a target. In addition, the manufacturing method of this embodiment includes a heat treatment step of drying and granulating a mixture of a predetermined amount of zinc oxide (ZnO) powder and tin oxide (SnO 2 ) powder, followed by heating in a reducing atmosphere, and the heat-treated mixture. It has a sintering step in which a sintered body is obtained by pressure sintering in a non-oxidizing atmosphere, and in the heat treatment step, the oxygen vacancies of ZnO are increased. In addition, the defect coefficient α indicating the oxygen vacancies varies depending on the temperature and treatment time of the reduction treatment in the heat treatment step, and increases as the temperature increases and the time increases.

상기 열처리 공정에서는, 화학식 : ZnxSnyOz 의 조성에 있어서의 x + y = 2 의 조건을 만족시키도록 ZnO 분말과 SnO2 분말을 배합하고, 습식 볼 밀 또는 비드 밀로 혼합하여 얻은 혼합체를 건조시켜 조립한 후, 카본 도가니에 투입하여 진공 중에서 열처리가 실시된다. 이 열처리에 의해 산소 결손이 촉진되어, 산소 (O) 의 결손 계수 α = 0.002 ∼ 0.03 의 범위를 실현할 수 있다. 다음의 소결 공정에서는, 얻어진 혼합체를, 800 ∼ 980 ℃, 2 ∼ 9 시간, 9.8 ∼ 49 ㎫ (100 ∼ 500 kgf/㎠) 의 조건, 구체적으로는, 예를 들어, 900 ℃, 3 시간, 29.4 ㎫ (300 kgf/㎠) 의 조건에서 가압 소결하여, ZnSn 산화물 (ZTO) 소결체가 얻어진다. 이 소결 공정에서 얻어지는 소결체에는, 소결 후에 있어서도 두께 방향의 전역에서 산소 결손 상태가 잔존한 채로 되어 있다. 그리고, 소결체를 자연 냉각시키고 노로부터 꺼내어 그 소결체를 기계 가공하고, 배킹 플레이트를 접착하여 ZTO 스퍼터링 타깃이 제작된다. 그 결과, 타깃 두께 방향에 있어서의 비저항의 편차를 줄일 수 있고, 타깃 수명까지 DC 스퍼터링을 안정적으로 실시할 수 있다.In the heat treatment step, the mixture obtained by mixing ZnO powder and SnO 2 powder so as to satisfy the condition of x + y = 2 in the composition of the formula: Zn x Sn y O z , and mixing with a wet ball mill or bead mill After drying and granulating, it is put into a carbon crucible and heat treatment is performed in a vacuum. Oxygen vacancies are promoted by this heat treatment, and the range of the oxygen (O) deficit coefficient α = 0.002 to 0.03 can be realized. In the following sintering process, the obtained mixture was subjected to conditions of 800 to 980°C, 2 to 9 hours, and 9.8 to 49 MPa (100 to 500 kgf/cm 2 ), specifically, for example, 900°C, 3 hours, 29.4 Pressurization sintering is performed under the conditions of MPa (300 kgf/cm 2) to obtain a ZnSn oxide (ZTO) sintered body. In the sintered compact obtained in this sintering step, even after sintering, the oxygen vacancies remain in the entire thickness direction. Then, the sintered body is naturally cooled, taken out from the furnace, the sintered body is machined, and a backing plate is bonded to produce a ZTO sputtering target. As a result, it is possible to reduce the variation of the specific resistance in the target thickness direction, and DC sputtering can be stably performed until the target life.

또한, 이상의 설명에서는, 열처리 공정과 소결 공정을 별도의 가열로를 사용하여 제조하는 경우에 대해 설명하였지만, 동일한 가열로를 사용하여 열처리 공정과 소결 공정을 연속하여 실시할 수도 있다. 예를 들어, 카본제의 몰드에 조립 후의 분말을 충전하고, 진공 중에서 900 ℃ 까지 가열한 후, 그대로 29.4 ㎫ (300 kgf/㎠) 의 프레스압을 3 시간 가하여 핫 프레스에 의한 소결을 실시하도록 해도 된다. 여기서는, 프레스압을 가하는 전단계의 가열에 의해 산소 결손 상태의 증가가 촉진되고, 이 산소 결손 상태가 증가된 결과, 소결이 진행되게 되므로, 소결 후에 있어서도 두께 방향의 전역에서 산소 결손 상태가 잔존한 채로 되어 있어, 별도의 가열로를 사용한 경우와 동일한 소결체가 얻어진다.In addition, in the above description, a case in which the heat treatment process and the sintering process are manufactured using separate heating furnaces has been described, but the heat treatment process and the sintering process may be successively performed using the same heating furnace. For example, a carbon mold may be filled with powder after granulation, heated to 900°C in a vacuum, and then subjected to sintering by hot pressing by directly applying a press pressure of 29.4 MPa (300 kgf/cm 2) for 3 hours. do. Here, the increase of the oxygen deficiency state is promoted by heating in the previous step of applying the press pressure, and as a result of this increase in the oxygen deficiency state, sintering proceeds, so that the oxygen deficiency state remains in the entire thickness direction even after sintering. As a result, the same sintered body as in the case of using a separate heating furnace is obtained.

다음으로, 본 발명의 실시형태에 관련된 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법에 대해, 이하에 실시예에 의해 구체적으로 설명한다.Next, a sputtering target according to an embodiment of the present invention and a method for producing the same will be specifically described below by way of examples.

[실시예][Example]

먼저, 순도 4N 이고 평균 입경 : D50 = 1.0 ㎛ 의 산화아연 (ZnO) 분말, 순도 4N 이고 평균 입경 : D50 = 15 ㎛ 의 산화주석 (SnO2) 분말을 준비하였다. 이들 각 분말을 표 1 에 나타내어지는 조성이 되도록 칭량하였다. 이 칭량한 각 원료 분말과 그 3 배량 (중량비) 의 지르코니아 볼 (직경 5 ㎜ 와 10 ㎜ 를 동일 중량) 을 폴리 용기에 넣고, 볼 밀 장치로 24 시간 습식 혼합하여 혼합 분말을 얻었다. 또한, 이 때의 용매에, 예를 들어, 알코올을 사용한다. 또한, 상기 서술한 지르코니아 볼 대신에 지르코니아 비드 (직경 0.5 ㎜) 를 사용하여, 비드 밀 장치에 의해 혼합하여 혼합 분말을 얻어도 된다.First, a zinc oxide (ZnO) powder having a purity of 4N and an average particle diameter: D 50 = 1.0 µm, and a tin oxide (SnO 2 ) powder having a purity of 4N and an average particle diameter: D 50 = 15 µm were prepared. Each of these powders was weighed so as to obtain the composition shown in Table 1. Each of the weighed raw material powders and zirconia balls (diameter 5 mm and 10 mm in the same weight) of three times (weight ratio) were placed in a poly container, and wet-mixed with a ball mill device for 24 hours to obtain a mixed powder. In addition, alcohol is used as a solvent at this time, for example. Further, instead of the above-described zirconia balls, zirconia beads (diameter 0.5 mm) may be used and mixed with a bead mill device to obtain a mixed powder.

이 볼 밀 혼합 (또는 비드 밀 혼합) 으로 얻어진 슬러리를 건조 후, 조립하여 가열로에 장입하였다. 여기서 가열을 개시하여 열처리 공정으로 이행하였다. 이 열처리 공정에서는, 진공 중에서 800 ℃ 까지 승온되고, 산소 결손 상태의 증가가 촉진된다. 이어서, 가열로의 온도를 더욱 상승시켜 소결 공정으로 이행하였다. 실시예 1 ∼ 7 에서는, 온도 900 ℃ 에서 29.4 ㎫ (300 kgf/㎠) 의 프레스압을 3 시간 가하여 핫 프레스에 의한 소결을 실시하였다. 실시예 8 에서는, 온도 930 ℃ 에서 34.3 ㎫ (350 kgf/㎠) 의 프레스압을 3 시간 가하여 핫 프레스에 의한 소결을 실시하였다. 실시예 9 에서는, 온도 900 ℃ 에서 34.3 ㎫ (350 kgf/㎠) 의 프레스압을 3 시간 가하여 핫 프레스에 의한 소결을 실시하였다. 실시예 10 에서는, 온도 850 ℃ 에서 29.4 ㎫ (300 kgf/㎠) 의 프레스압을 3 시간 가하여 핫 프레스에 의한 소결을 실시하였다. 또한, 소결 공정은 진공 중에서 실시하였다.After drying the slurry obtained by this ball mill mixing (or bead mill mixing), it was granulated and charged into a heating furnace. Here, heating was started and the process shifted to the heat treatment process. In this heat treatment step, the temperature is raised to 800° C. in a vacuum, and an increase in oxygen vacancies is promoted. Subsequently, the temperature of the heating furnace was further increased to shift to the sintering process. In Examples 1-7, a press pressure of 29.4 MPa (300 kgf/cm 2) was applied at a temperature of 900°C for 3 hours, and sintering was performed by hot pressing. In Example 8, a press pressure of 34.3 MPa (350 kgf/cm 2) was applied at a temperature of 930°C for 3 hours to perform sintering by hot pressing. In Example 9, a press pressure of 34.3 MPa (350 kgf/cm 2) was applied at 900°C for 3 hours, and sintering was performed by hot pressing. In Example 10, a press pressure of 29.4 MPa (300 kgf/cm 2) was applied at a temperature of 850°C for 3 hours to perform sintering by hot pressing. In addition, the sintering process was performed in a vacuum.

소결 공정을 종료하고 얻어진 소결체를 가열로로부터 꺼내고, 그 소결체를 기계 가공하여, 직경 125 ㎜ 를 갖는 실시예 1 ∼ 10 의 ZTO 스퍼터링 타깃을 제작하였다.After the sintering process was completed, the obtained sintered body was taken out from the heating furnace, and the sintered body was machined to prepare ZTO sputtering targets of Examples 1 to 10 having a diameter of 125 mm.

[비교예] [Comparative Example]

상기 실시예의 ZTO 스퍼터링 타깃과 비교하기 위해서, 표 1 에 나타내어지는 비교예 1 ∼ 4 의 ZTO 스퍼터링 타깃을 준비하였다. 핫 프레스의 조건은 실시예 1 과 동일하게 하였다. 비교예 1 ∼ 4 모두, 각 실시예의 경우와 마찬가지로, ZnO 분말과 SnO2 분말의 혼합에 의해 혼합 분말을 얻었지만, 비교예 1 에서는, SnO2 분말이 많이 배합되고, 산소의 성분비 z 가 3.8 을 초과하였다. 비교예 2 에서는, ZnO 분말이 많이 배합되고, 산소의 성분비 z 가 2.1 미만이었다. 또, 비교예 3, 4 에서는, ZnO 분말과 SnO2 분말의 배합은 실시예 3, 6 ∼ 10 과 동일하였지만, 비교예 3, 4 모두 산소 결손 상태를 나타내는 결손 계수 α 가 본 실시형태의 범위를 일탈하고 있었다.In order to compare with the ZTO sputtering target of the above example, the ZTO sputtering targets of Comparative Examples 1 to 4 shown in Table 1 were prepared. The hot press conditions were the same as in Example 1. In all of Comparative Examples 1 to 4, as in the case of each example, a mixed powder was obtained by mixing ZnO powder and SnO 2 powder, but in Comparative Example 1, a large number of SnO 2 powders were blended, and the oxygen component ratio z was 3.8. Exceeded. In Comparative Example 2, many ZnO powders were blended, and the oxygen component ratio z was less than 2.1. Further, in Comparative Examples 3 and 4, the blending of ZnO powder and SnO 2 powder was the same as in Examples 3 and 6 to 10, but in Comparative Examples 3 and 4, the defect coefficient α indicating the oxygen deficiency state was within the range of this embodiment. Was deviating.

<결손 계수 α> <Defect coefficient α>

여기서, 얻어진 실시예 및 비교예의 ZTO 스퍼터링 타깃을 구성하는 ZnSn 산화물의 결손 계수 α 를 이하의 순서로 산출하였다. Here, the defect coefficient α of the ZnSn oxide constituting the ZTO sputtering targets of the obtained Examples and Comparative Examples was calculated in the following procedure.

(순서 1) 타깃을 분쇄하여 얻어진 ZnSn 산화물 분말을, 100 ℃ 에서 1 시간 가열하여 건조시켰다.(Procedure 1) The ZnSn oxide powder obtained by pulverizing the target was heated at 100°C for 1 hour and dried.

(순서 2) 건조 후의 ZnSn 산화물 분말 1 g 칭량하고, 미리 열처리하여 항량 (恒量) 된 도가니에 넣었다. 여기서, 건조 후의 ZnSn 산화물 분말의 중량을 a, 도가니의 중량을 b 로 한다.(Step 2) 1 g of the dried ZnSn oxide powder was weighed, heat-treated beforehand, and placed in a constant weight crucible. Here, the weight of the dried ZnSn oxide powder is a and the weight of the crucible is b.

(순서 3) 전기로에서 800 ℃, 2 시간의 가열을 실시하고, 데시케이터 내에서 30 ∼ 60 분간 방랭한 후, 정밀 칭량하였다. 이것을 항량에 이를 때까지 반복하였다. 열처리 후의 ZnSn 산화물 분말과 도가니의 중량을 c 로 한다.(Procedure 3) After heating at 800°C for 2 hours in an electric furnace, and standing to cool in a desiccator for 30 to 60 minutes, it was precisely weighed. This was repeated until a constant weight was reached. The weight of the ZnSn oxide powder and the crucible after heat treatment is taken as c.

(순서 4) 이하의 계산식에 따라 산소 결손 계수 α 를 산출하였다. 또한, 산소의 원자량을 [O], Zn 의 원자량을 [Zn], Sn 의 원자량을 [Sn] 으로 한다.(Step 4) The oxygen deficiency coefficient α was calculated according to the following calculation formula. In addition, the atomic weight of oxygen is [O], the atomic weight of Zn is [Zn], and the atomic weight of Sn is [Sn].

Figure 112016007993548-pct00001
Figure 112016007993548-pct00001

순서 1 ∼ 순서 4 를 3 회 반복 실시하고, 얻어진 결손 계수 α 의 평균치를 표 1 에 나타낸다.Steps 1 to 4 were repeated 3 times, and the average value of the obtained defect coefficient α is shown in Table 1.

Figure 112016007993548-pct00002
Figure 112016007993548-pct00002

<비저항의 측정> <Measurement of specific resistance>

얻어진 실시예 및 비교예의 ZTO 스퍼터링 타깃에 대해, 저항 측정 장치에 의해 비저항을 측정하였다.About the obtained ZTO sputtering targets of Examples and Comparative Examples, specific resistance was measured with a resistance measuring device.

여기서, 직경 125 ㎜ × 두께 10 ㎜ 의 ZTO 스퍼터링 타깃을 전술한 제조 방법으로 제작하고, 이로전 깊이 방향 (타깃의 두께 방향) 으로 표면 (0 ㎜) 으로부터 2 ㎜, 5 ㎜ 까지 깎고, 그곳에서의 비저항을 측정하였다. 또, 두께 방향의 비저항의 편차를 변동 계수의 백분율로 나타냈다. 또한, 변동 계수는 타깃 두께 방향에 있어서의 비저항의 표준 편차를 타깃 두께 방향 비저항의 평균치로 나누어 구하였다.Here, a ZTO sputtering target having a diameter of 125 mm x 10 mm in thickness was prepared by the above-described manufacturing method, and cut from the surface (0 mm) to 2 mm and 5 mm in the depth direction (thickness direction of the target) before the erosion, and therein The specific resistance was measured. In addition, the variation in the specific resistance in the thickness direction was expressed as a percentage of the coefficient of variation. In addition, the coefficient of variation was obtained by dividing the standard deviation of the specific resistance in the target thickness direction by the average value of the specific resistance in the target thickness direction.

또한, 실시예 및 비교예의 ZTO 스퍼터링 타깃의 표면 (0 ㎜) 과, 표면 (0 ㎜) 으로부터 2 ㎜, 5 ㎜ 의 위치에 있어서, 도 1 에 나타낸 타깃 스퍼터면 내의 5 개 지점 (A ∼ E) 의 측정점에 대해 비저항을 측정하였다. 측정된 면 내의 비저항의 평균치를 표 2 에 나타냈다. 또한, 측정점 A ∼ E 는, 스퍼터면의 중심을 원점으로 하는 XY 좌표 상에 있어서, A (X = 0 ㎜, Y = 55 ㎜), B (X = -55 ㎜, Y = 0 ㎜), C (X = 0 ㎜, Y = 0 ㎜), D (X = 55 ㎜, Y = 0 ㎜), E (X = 0 ㎜, Y = -55 ㎜) 로 하였다.In addition, at the surface (0 mm) of the ZTO sputtering target of Examples and Comparative Examples, and at positions 2 mm and 5 mm from the surface (0 mm), five points in the target sputtering surface shown in Fig. 1 (A to E) The specific resistance was measured for the measurement point of. Table 2 shows the average value of the measured specific resistance in the plane. In addition, the measurement points A to E are A (X = 0 mm, Y = 55 mm), B (X = -55 mm, Y = 0 mm), C on the XY coordinate with the center of the sputtering surface as the origin. (X = 0 mm, Y = 0 mm), D (X = 55 mm, Y = 0 mm), E (X = 0 mm, Y = -55 mm).

이 측정에 있어서는, 저항 측정 장치로서 미츠비시 화학 주식회사 제조의 저저항률계 (Loresta-GP) 를 사용하고, 4 탐침법으로 비저항 (Ω·㎝) 을 측정하였다. 측정시의 온도는 23 ± 5 ℃, 습도는 50 ± 20 % 였다.In this measurement, a low resistivity meter (Loresta-GP) manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd. was used as a resistance measuring device, and specific resistance (Ω·cm) was measured by a four-probe method. The temperature at the time of measurement was 23±5°C, and the humidity was 50±20%.

<밀도비> <Density ratio>

얻어진 실시예 및 비교예의 ZTO 스퍼터링 타깃에 대해 밀도비를 구하였다.The density ratio was calculated|required for the ZTO sputtering target of the obtained Example and the comparative example.

소결체를 소정 치수로 기계 가공한 후, 중량을 측정하여 부피 밀도를 구한 후, 이론 밀도 ρfn 으로 나눔으로써 밀도비를 산출하였다. 또한, 이론 밀도 ρfn 은, 원료의 중량에 기초하여 이하의 식에 의해 산출하였다. 또한, SnO2 의 밀도를 ρ1, SnO2 의 질량% 를 C1, ZnO 의 밀도를 ρ2, ZnO 의 질량% 를 C2 로 한다.After the sintered body was machined to a predetermined size, the weight was measured to obtain the bulk density, and then the density ratio was calculated by dividing by the theoretical density ρ fn. In addition, the theoretical density ρ fn was calculated by the following formula based on the weight of a raw material. Further, the density of SnO 2 is ρ 1 , the mass% of SnO 2 is C 1 , the density of ZnO is ρ 2 , and the mass% of ZnO is C 2 .

Figure 112016007993548-pct00003
Figure 112016007993548-pct00003

<항절 강도> <Sectional strength>

표 1 에 나타낸 실시예 및 비교예의 ZTO 스퍼터링 타깃과 동일한 방법에 의해, 각각의 조성에 대응하는 시험편 (3 ㎜ × 4 ㎜ × 35 ㎜) 을 제작하고, 시마즈 제작소 제조 오토그래프 AG-X 를 사용하여, 압입 속도 0.5 ㎜/min 으로 응력 곡선을 측정하고, 탄성 영역의 최대점 응력을 구하고, 이것을 항절 강도로 하였다.By the same method as the ZTO sputtering targets of the Examples and Comparative Examples shown in Table 1, test pieces (3 mm × 4 mm × 35 mm) corresponding to each composition were prepared, and using an autograph AG-X manufactured by Shimadzu Corporation. , The stress curve was measured at an indentation speed of 0.5 mm/min, and the maximum point stress in the elastic region was determined, and this was taken as the modulus strength.

Figure 112016007993548-pct00004
Figure 112016007993548-pct00004

다음으로, 얻어진 실시예 및 비교예의 ZTO 스퍼터링 타깃에 대해, 스퍼터링시의 이상 방전 발생 횟수, 성막 속도 및 스퍼터링시의 타깃 균열의 유무를 측정하였다.Next, with respect to the obtained ZTO sputtering targets of Examples and Comparative Examples, the number of occurrences of abnormal discharge at the time of sputtering, the film formation rate, and the presence or absence of target cracks at the time of sputtering were measured.

<이상 방전 횟수> <Number of abnormal discharges>

얻어진 실시예 및 비교예의 ZTO 스퍼터링 타깃에 대해, 스퍼터링시의 이상 방전 발생 횟수를 이하의 순서로 측정하였다. With respect to the obtained ZTO sputtering targets of Examples and Comparative Examples, the number of occurrences of abnormal discharge during sputtering was measured in the following procedure.

실시예 및 비교예의 ZTO 스퍼터링 타깃을 사용하여, 이하의 성막 조건에 의해 성막 시험을 실시하였다. Using the ZTO sputtering targets of Examples and Comparative Examples, a film formation test was performed under the following film formation conditions.

·전원 : DC 800 W/DC 1200 W 의 2 조건 Power: DC 800 W/DC 1200 W 2 conditions

·전압 : 0.4 Pa Voltage: 0.4 Pa

·스퍼터링 가스 : Ar = 28.5 sccm, O2 = 1.5 sccm Sputtering gas: Ar = 28.5 sccm, O 2 = 1.5 sccm

·타깃-기판 (TS) 거리 : 70 ㎜ ·Target-substrate (TS) distance: 70 ㎜

상기 성막 조건에 있어서 1 시간의 스퍼터링을 실시하고, 마이크로·아크 이상 방전의 발생 횟수를 스퍼터 전원 장치에 부속된 아킹 카운터로 자동적으로 측정하였다. 이 측정 결과를 표 3 에 나타낸다.In the above film forming conditions, sputtering was performed for 1 hour, and the number of occurrences of micro-arc abnormal discharge was automatically measured with an arcing counter attached to the sputtering power supply device. Table 3 shows the measurement results.

<성막 속도의 측정> <Measurement of film formation speed>

성막 속도의 측정은, 상기 서술한 성막 조건에 있어서 100 초간 스퍼터링을 실시하고, 마스킹을 실시한 유리 기판에 타깃재를 퇴적시키고, 마스킹을 제거한 후에 생긴 단차의 높이를 단차계를 사용하여 측정하고, 성막 속도를 산출하였다. 그 측정 결과를 표 3 에 나타냈다.In the measurement of the film formation rate, sputtering was performed for 100 seconds under the film formation conditions described above, a target material was deposited on a masked glass substrate, and the height of the step generated after removing the masking was measured using a step gauge, and film formation. The speed was calculated. Table 3 shows the measurement results.

<타깃 균열의 관측> <Observation of target crack>

상기 서술한 이상 방전의 발생 횟수를 측정한 후에, 타깃 표면을 육안으로 관찰하고, 균열의 유무를 확인하였다. 그 관측 결과를 표 3 에 나타냈다. 표 3 에서는, 타깃 균열이 확인된 경우를 「있음」으로, 그리고, 타깃 균열이 확인되지 않았던 경우를 「없음」으로 각각 표시하였다.After measuring the number of occurrences of the above-described abnormal discharge, the target surface was visually observed, and the presence or absence of cracks was confirmed. Table 3 shows the observation results. In Table 3, the case where the target crack was confirmed was indicated as "Yes", and the case where the target crack was not confirmed was indicated as "None", respectively.

Figure 112016007993548-pct00005
Figure 112016007993548-pct00005

이상의 각 표에 나타내어진 결과에 의하면, 실시예의 ZTO 스퍼터링 타깃의 어느 것에 있어서도, 결손 계수 α 가 0.002 ∼ 0.03 의 범위 내에 있고, 타깃 두께 방향의 전체에 걸쳐 저저항화를 도모할 수 있고, 타깃 두께 방향의 편차가 적은 것을 알 수 있었다. 또한, 이와 같은 실시예의 ZTO 스퍼터링 타깃을 사용한 스퍼터링에 있어서도, 이상 방전의 발생을 대폭 저감시킬 수 있고, 또한, DC 800 W 의 조건하에서는 타깃 균열은 확인되지 않았다. 따라서, 타깃 두께 방향의 전역에서 타깃 비저항을 낮게 할 수 있었으므로, 항상 안정적인 DC 스퍼터링이 가능해지고, 성막 속도도 향상되면서, 균일한 막을 형성할 수 있었다.According to the results shown in each of the above tables, in any of the ZTO sputtering targets of the examples, the defect coefficient α is in the range of 0.002 to 0.03, and the resistance can be reduced over the entire target thickness direction, and the target thickness It was found that there was little deviation in direction. In addition, even in sputtering using the ZTO sputtering target of such an example, the occurrence of abnormal discharge can be significantly reduced, and no target crack was observed under the conditions of DC 800 W. Therefore, since the target specific resistance could be lowered all over the target thickness direction, stable DC sputtering was always possible, the film formation speed was improved, and a uniform film could be formed.

또한, 밀도비가 87 %, 항절 강도가 89 N/㎟ 로 된 실시예 10 에서는, DC 800 W 의 조건하에서는 타깃 균열이 확인되지 않았지만, DC 1200 W 의 조건하에서는 타깃 균열이 인정되었다. 또, 이상 방전 횟수가 약간 많아져 있다.Further, in Example 10 in which the density ratio was 87% and the breaking strength was 89 N/mm 2, no target crack was observed under the conditions of DC 800 W, but the target crack was recognized under the conditions of DC 1200 W. Moreover, the number of abnormal discharges is slightly increased.

이에 대하여, 밀도비가 97 %, 항절 강도가 141 N/㎟ 로 된 실시예 8, 및, 밀도비가 95 %, 항절 강도가 130 N/㎟ 로 된 실시예 9 에 있어서는, DC 1200 W 의 조건하에 있어서도 타깃 균열이 확인되지 않고, 이상 방전 발생 횟수도 억제되어 있는 것이 확인되었다.In contrast, in Example 8 in which the density ratio was 97% and the breaking strength was 141 N/mm2, and Example 9 in which the density ratio was 95% and the breaking strength was 130 N/mm2, even under the conditions of DC 1200 W. It was confirmed that no target crack was observed, and the number of occurrences of abnormal discharge was also suppressed.

한편, 비교예의 ZTO 스퍼터링 타깃 모두, 실시예와 마찬가지로, ZnO 분말과 SnO2 분말의 혼합에 의해 혼합 분말을 얻었다. 비교예 1 에서는, SnO2 분말이 많이 배합되어 있고, 산소의 성분비 z 가 3.8 을 초과하고 있기 때문에, 비저항이 높고, 이상 방전 횟수도 많으며, 또한, 스퍼터링시에 균열이 확인되었으므로, 성막을 실시할 수 없었다. 비교예 2 에서는, ZnO 분말이 많이 배합되어 있고, 산소의 성분비 z 가 2.1 미만이기 때문에, 성막 속도가 향상되지 않았다. 비교예 3, 4 에서는, 산소 결손 상태를 나타내는 결손 계수 α 가 0.002 ∼ 0.03 의 범위를 일탈하고, 비교예 3 에서는, 결손 계수 α 가 지나치게 작기 때문에, 도전성이 작고, 타깃 두께 방향의 비저항이 측정 범위 외로 지나치게 높아, DC 스퍼터링을 실시할 수 없고, 비교예 4 에서는, 결손 계수 α 가 지나치게 높기 때문에, 스퍼터링 타깃 내에 있어서 금속 (Sn) 의 용출이 있고, 스퍼터링을 실시할 수 없었다.On the other hand, in both the ZTO sputtering targets of the comparative examples, as in the examples, mixed powders were obtained by mixing ZnO powder and SnO 2 powder. In Comparative Example 1, a large amount of SnO 2 powder was blended, and since the oxygen component ratio z exceeded 3.8, the specific resistance was high, the number of abnormal discharges was also large, and cracks were confirmed during sputtering, so that the film formation was performed. Couldn't. In Comparative Example 2, a large amount of ZnO powder was blended, and since the oxygen component ratio z was less than 2.1, the film formation rate was not improved. In Comparative Examples 3 and 4, the defect coefficient α representing the oxygen defect state deviated from the range of 0.002 to 0.03, and in Comparative Example 3, since the defect coefficient α was too small, the conductivity was small, and the specific resistance in the target thickness direction was within the measurement range. It was too high to the outside, and DC sputtering could not be performed, and in Comparative Example 4, since the defect coefficient α was too high, there was elution of the metal (Sn) in the sputtering target, and sputtering could not be performed.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, ZTO 스퍼터링 타깃의 두께 방향의 전역에서 비저항이 저하되며, 또한, 비저항의 편차도 저감시킬 수 있다. 이와 같은 효과는, 그 타깃 형상이 평탄 (평판상) 이어도 또 원통이어도 동일하다. 또한, 본 발명의 열처리 공정에서는 카본 도가니를 사용하여 진공 중에서 실시함으로써 환원성의 분위기로 하고 있지만, CO, SO2, H2 등의 환원성 가스를 사용해도 된다. 또, 실시예, 비교예에 있어서의 소결 공정은 진공 중에서 실시하고 있지만 비산화성 분위기이면 동일한 효과가 얻어진다.As described above, according to the present invention, the specific resistance is lowered throughout the thickness direction of the ZTO sputtering target, and variations in specific resistance can also be reduced. Such an effect is the same even if the target shape is flat (flat plate shape) or cylinder. In addition, in the heat treatment step of the present invention, a reducing atmosphere is obtained by carrying out in a vacuum using a carbon crucible, but a reducing gas such as CO, SO 2 or H 2 may be used. Moreover, although the sintering process in Examples and Comparative Examples is performed in a vacuum, the same effect is obtained if it is a non-oxidizing atmosphere.

산업상 이용가능성Industrial applicability

본 발명의 스퍼터링 타깃에 의하면, 반도체막이나 금속 박막용 보호막 등을 직류 (DC) 스퍼터링으로 타깃의 수명까지 안정적으로 성막하는 것이 가능하다. 또, 본 발명의 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 의하면, 반도체막이나 금속 박막용 보호막 등을 직류 (DC) 스퍼터링으로 타깃의 수명까지 안정적으로 성막하는 것이 가능한 스퍼터링 타깃을 제조할 수 있다.According to the sputtering target of the present invention, it is possible to stably form a semiconductor film, a protective film for a metal thin film, or the like by direct current (DC) sputtering until the life of the target. Further, according to the method for producing a sputtering target of the present invention, a sputtering target capable of stably forming a semiconductor film, a protective film for a metal thin film, or the like through direct current (DC) sputtering for the life of the target can be produced.

Claims (6)

화학식 : ZnxSnyOz (단, x + y = 2, 또한, z = x + 2y - α(x + 2y)) 의 조성을 갖고, 결손 계수 α = 0.002 ∼ 0.03 및 산소의 성분비 z = 2.1 ∼ 3.8 의 조건을 만족시키는 ZnSn 산화물로 이루어지는 소결체로서,
상기 소결체의 두께 방향에 있어서의 비저항의 평균에 대한 편차가 50 % 이하이고,
상기 소결체는, 내부까지 두께 방향의 전역에서 산소 결손 상태인 스퍼터링 타깃.
Chemical formula: Zn x Sn y O z (however, x + y = 2, and z = x + 2y-α (x + 2y)) has a composition, a defect coefficient α = 0.002 to 0.03, and a component ratio of oxygen z = 2.1 A sintered body made of ZnSn oxide satisfying the conditions of -3.8,
The deviation from the average of the specific resistance in the thickness direction of the sintered body is 50% or less,
The sintered body is a sputtering target in an oxygen-deficient state in the entire thickness direction to the inside.
제 1 항에 있어서,
밀도비가 90 % 이상으로 되어 있는, 스퍼터링 타깃.
The method of claim 1,
A sputtering target having a density ratio of 90% or more.
제 1 항에 있어서,
항절 강도가 100 N/㎟ 이상으로 되어 있는, 스퍼터링 타깃.
The method of claim 1,
A sputtering target having a breaking strength of 100 N/mm2 or more.
제 1 항에 있어서,
비저항이 1 Ω·㎝ 이하로 되어 있는, 스퍼터링 타깃.
The method of claim 1,
A sputtering target with a specific resistance of 1 Ω·cm or less.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 스퍼터링 타깃을 제조하는 방법으로서,
소정량의 산화아연 분말 및 산화주석 분말의 혼합체를 건조시켜 조립 후, 환원성 분위기 중에서 가열을 실시하는 열처리 공정과,
열처리된 상기 혼합체를 비산화성 분위기 중에서 2 ~ 9 시간 가압 소결하여 소결체를 얻는 소결 공정을 갖고,
상기 열처리 공정에 있어서 산소 결손 상태가 증가되고,
상기 소결체는, 내부까지 두께 방향의 전역에서 산소 결손 상태인 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
As a method for producing the sputtering target according to any one of claims 1 to 4,
A heat treatment step of drying and granulating a mixture of a predetermined amount of zinc oxide powder and tin oxide powder, followed by heating in a reducing atmosphere; and
It has a sintering step of obtaining a sintered body by pressing the heat-treated mixture for 2 to 9 hours in a non-oxidizing atmosphere,
In the heat treatment process, oxygen vacancies are increased,
The method of manufacturing a sputtering target in which the sintered body is in an oxygen-deficient state in the entire thickness direction to the inside.
제 5 항에 있어서,
상기 열처리 공정과 상기 소결 공정은, 가열로 내에 있어서 연속하여 실시되는, 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
The method of claim 5,
The heat treatment step and the sintering step are performed continuously in a heating furnace.
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