TWI683018B - Izo靶材及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種濺鍍膜的膜電阻不易受到濺鍍時的氧濃度影響的IZO靶材。一種IZO靶材,具有如下的整體組成:含有In、Sn和Zn,以原子比計滿足Zn/(In+Sn+Zn)=0.030~0.250、Sn/(In+Sn+Zn)=0.002~0.080,餘量由O和不可避免的雜質構成,該IZO靶材具有靶材組織,該靶材組織中分散有通過FE-EPMA特定的、含有In、Sn和O的粒徑為200nm以上的Sn偏析粒。

Description

IZO靶材及其製造方法
本發明涉及一種銦鋅氧化物(IZO)靶材及其製造方法。另外,本發明還涉及一種銦鋅氧化物(IZO)靶材和使用了該靶材的成膜方法。
以銦鋅氧化物(In2 O3 -ZnO:通常稱作IZO)的燒結體為材料的濺鍍靶材被廣泛用於液晶顯示裝置的透明導電性薄膜或氣體感測器等多個電子組件。與作為代表性的透明導電性薄膜的ITO膜相比,IZO膜具有以下優點:蝕刻速度快、顆粒的產生少,可獲得非晶膜等。然而,IZO存在以下問題:體積電阻率較ITO高,而且在膜電阻中可見偏差。因此,特別是在DC磁控濺鍍過程中,濺鍍中的放電有時會變得不穩定。
專利文獻1(日本特開平6-234565號公報)中記載著:通過在IZO中摻雜Sn等具有正三價以上的原子價的元素,可得到導電性優異的透明導電膜。
在專利文獻2(國際公開第2000/68456號)中,記載著以提供一種透明導電膜形成用IZO濺鍍靶材為目的的發明,該IZO濺鍍靶材通過添加非常微量的Sn來降低體積電阻值,且在濺鍍中能夠穩定地放電。具體而言,記載著一種以In和Zn氧化物作為主要成分的透明導電膜形成用IZO濺鍍靶材,其特徵在於含有100~2000ppm的Sn。
專利文獻3(日本特開2017-014534號公報)中記載著:在專利文獻2所記載的濺鍍靶材中,靶材表面容易產生色斑,需要研磨表面直至色斑消失。而且,還提出將Sn的含量設為多於2000ppm且在20000ppm以下(超過2000ppm~20000ppm),以消除色斑。 現有技術文獻
專利文獻 專利文獻1:日本特開平6-234565號公報; 專利文獻2:國際公開第2000/68456號; 專利文獻3:日本特開2017-014534號公報。
技術問題
然而,在使用專利文獻1~3所記載的IZO靶材時,明確了濺鍍膜的膜電阻容易依賴于濺鍍時的氣氛中的氧濃度。更詳細而言,在使用這些IZO靶材進行濺鍍時,隨著濺鍍時的氣氛中氧濃度的降低,濺鍍膜的膜電阻處於明顯增高的趨勢。另外,還瞭解到:即使添加Sn,也未必能夠降低體積電阻。通過應用,可謀求在低氧濃度、進而在無氧條件下的濺鍍,因此希望能夠減輕膜電阻的氧濃度依賴性。特別是,由於近年來受到關注的有機EL不耐氧,因此要求在無氧導入下成膜,所以即使在低氧濃度下也可得到膜電阻低的濺鍍膜是有利的。
本發明鑒於上述情況而創作,將提供一種濺鍍膜的膜電阻不易受到濺鍍時的氧濃度影響的IZO靶材作為課題之一。本發明以提供這樣的IZO靶材的製造方法作為另一課題。本發明以提供使用了本發明所涉及的IZO靶材的成膜方法作為又一課題。 解決問題的方案
本發明人為了解決上述課題而進行深入研究時瞭解到:具有在IZO的母相中分散著含有In和Sn的Sn偏析粒的燒結體組織的IZO靶材是有效的。這樣的IZO靶材可以通過在IZO靶材的原料粉中添加ITO粉來製造。使用具有該組織的IZO靶材作為濺鍍靶材進行成膜時可知:相對於濺鍍氣氛中的氧濃度的變化,膜電阻率不易發生變動。雖然濺鍍中的氧濃度往往根據所使用的用途而不同,但在獲得品質穩定的濺鍍膜方面,膜電阻率不易依賴於濺鍍氣氛中的氧濃度是有利的。
以上述認知為基礎而完成的本發明,其一個側面涉及一種IZO靶材,該IZO靶材具有如下的整體組成:含有In、Sn和Zn,以原子比計滿足Zn/(In+Sn+Zn)=0.030~0.250、Sn/(In+Sn+Zn)=0.002~0.080,且餘量由O和不可避免的雜質構成,該IZO靶材具有靶材組織,所述靶材組織中分散有通過FE-EPMA特定的、含有In、Sn和O的粒徑為200nm以上的Sn偏析粒。
在一實施方式中,本發明所涉及的IZO靶材含有In、Sn和Zn,以原子比計滿足Sn/(In+Sn+Zn)=0.010~0.030。
在另一實施方式中,本發明所涉及的IZO靶材含有In、Sn和Zn,以原子比計滿足Zn/(In+Sn+Zn)=0.040~0.200。
在本發明所涉及的IZO靶材的又一實施方式中,粒徑為200nm以上的Sn偏析粒以0.003個/μm2 以上的個數密度存在於靶材組織中。
在本發明所涉及的IZO靶材的又一實施方式中,粒徑為1000nm以上的Sn偏析粒以0.0003個/μm2 以上的個數密度存在於靶材組織中。
在又一實施方式中,本發明所涉及的IZO靶材的相對密度為90%以上。
在又一實施方式中,本發明所涉及的IZO靶材的體積電阻為0.3mΩ・cm以上且不足7.0mΩ・cm。
在本發明所涉及的IZO靶材的又一實施方式中,上述Sn偏析粒的平均粒徑為450nm以上且9000nm以下。
在本發明所涉及的IZO靶材的又一實施方式中,粒徑為10000nm以上的Sn偏析粒以0.0002個/μm2 以下的個數密度存在於靶材組織中。
在本發明所涉及的IZO靶材的又一實施方式中,還含有B,以原子比計滿足B/(In+Sn+Zn+B)=0.036以下。
本發明的另一側面為本發明所涉及的IZO靶材的製造方法,該方法包括將ITO粉、In2 O3 粉和ZnO粉的混合物燒結的工序。
在本發明所涉及的IZO靶材的製造方法的一實施方式中,構成ITO粉的各粒子含有In和Sn,以原子比計滿足6≤In/Sn≤36。
本發明的又一側面為本發明所涉及的IZO靶材的製造方法,該方法包括將ITO粉、In2 O3 粉、ZnO粉和B2 O3 粉的混合物燒結的工序。
本發明的又一側面涉及一種成膜方法,該方法包括使用本發明所涉及的IZO靶材進行濺鍍的工序。
在本發明所涉及的成膜方法的一實施方式中,在氧濃度為0.1vol%以下的氣氛氣體中實施濺鍍工序。 發明效果
本發明所涉及的IZO靶材具有如下特性:相對於濺鍍氣氛中的氧濃度的變化,所得的膜電阻的變動小。因此,可以獲得品質穩定的濺鍍膜,而與氧濃度無關。本發明對於像有機EL這樣要求在無氧導入下成膜的應用特別有用。
(1. 整體組成) 本發明所涉及的IZO靶材在一實施方式中具有如下的整體組成:含有In、Sn和Zn,使以原子比計滿足Zn/(In+Sn+Zn)=0.030~0.250、Sn/(In+Sn+Zn)=0.002~0.080,且餘量由O和不可避免的雜質構成。整體組成是指包括分散在燒結體的組織中的Sn偏析粒在內的燒結體的整體組成。
將Zn/(In+Sn+Zn)設為0.030以上的原因在於:通過使Zn的量處於適當的範圍,可獲得導電性良好的濺鍍膜。Zn/(In+Sn+Zn)較佳為0.030以上,更較佳為0.040以上。另外,將Zn/(In+Sn+Zn)設為0.250以下的原因在於:若Zn的量過多,則濺鍍膜的導電性會變差。Zn/(In+Sn+Zn)較佳為0.250以下,更較佳為0.200以下。
將Sn/(In+Sn+Zn)設為0.002以上的原因在於:使體積電阻的降低和抑制相對於濺鍍氣氛中氧濃度變化的膜電阻的變動的效果顯著發揮。Sn/(In+Sn+Zn)較佳為0.002以上,更較佳為0.005以上,進一步較佳為0.010以上。另外,將Sn/(In+Sn+Zn)設為0.080以下的原因在於:若添加該量以上,則燒結體密度過度降低,使得體積電阻容易升高,另外還擔心顆粒的增加等針對濺鍍的不良影響。Sn/(In+Sn+Zn)較佳為0.065以下,更較佳為0.060以下,進一步較佳為0.030以下。
不可避免的雜質是指原料中存在的、或者在製造工序中不可避免地混入的物質,本來是不需要的物質,但因其微量、且不會給燒結體的特性帶來顯著影響,因此是可接受的雜質。
本發明所涉及的IZO靶材在一實施方式中還含有B,使B/(In+Sn+Zn+B)以原子比計為0.036以下。B例如來自B2 O3 。由於B2 O3 的熔點低至450℃,因此燒結中在燒結體內生成液相,使燒結性提高,可以提高密度。為了優先發揮提高燒結性的效果,B/(In+Sn+Zn+B)較佳0.004以上,若過度添加,則體積電阻大幅上升,因此較佳B/(In+Sn+Zn+B)=0.036以下。
(2. Sn偏析粒) 本發明所涉及的IZO靶材在一實施方式中具有燒結體組織,該燒結體組織在主要由氧化銦(In2 O3 )和銦與鋅的複合氧化物(Znk In2 Ok+3 、k=2~7(k為整數))構成的母相中分散著含有In、Sn和O、且粒徑為200nm以上的Sn偏析粒。母相中可以包含氧化銦和氧化鋅的任一種或兩種氧化物。使用具有在母相中分散著粒徑為200nm以上的Sn偏析粒的燒結體組織的濺鍍靶材時,濺鍍膜對濺鍍氣氛中的氧濃度的依賴性降低。因此,即使濺鍍氣氛中的氧濃度根據用途而變化,但也能夠得到穩定的膜電阻率的濺鍍膜。
為了顯著發揮導電性提高效果和抑制相對於濺鍍氣氛中的氧濃度變化的膜電阻的變動的效果,較佳粒徑為200nm以上的Sn偏析粒以0.003個/μm2以上的個數密度存在於燒結體組織中,較佳以0.0045個/μm2 以上的個數密度存在於燒結體組織中,更較佳以0.01個/μm2 以上的個數密度存在於燒結體組織中。但是,若粒徑為200nm以上的Sn偏析粒的個數密度過剩,則在靶材中的Sn的原子濃度相同的情況下進行比較時,由於一個個的Sn偏析粒的Sn濃度下降,因此以SnO2 的形式添加而接近Sn擴散的狀態,有可能不易獲得本來的濺鍍特性。因此,粒徑為200nm以上的Sn偏析粒較佳以0.1個/μm2 以下的個數密度存在於燒結體組織中,更較佳以0.08個/μm2 以下的個數密度存在於燒結體組織中,更進一步較佳以0.04個/μm2 以下的個數密度存在於燒結體組織中。
另外,為了顯著發揮導電性提高效果和抑制相對於濺鍍氣氛中的氧濃度變化的膜電阻的變動的效果,較佳粒徑為1000nm以上的Sn偏析粒以0.0003個/μm2 以上的個數密度存在於燒結體組織中,較佳以0.001個/μm2 以上的個數密度存在於燒結體組織中,更較佳以0.003個/μm2 以上的個數密度存在於燒結體組織中。但是,若粒徑為1000nm以上的Sn偏析粒的個數密度過剩,則燒結性下降,燒結體密度降低,體積電阻上升,或者擔心成為顆粒的原因。因此,粒徑為1000nm以上的Sn偏析粒較佳以0.03個/μm2 以下的個數密度存在於燒結體組織中,更較佳以0.026個/μm2 以下的個數密度存在於燒結體組織中,進一步較佳以0.02個/μm2 以下的個數密度存在於燒結體組織中。
另外,過大的Sn偏析粒有可能成為弧放電的原因,因此較佳粒徑為10000nm以上的Sn偏析粒以0.0002個/μm2 以下的個數密度存在於燒結體組織中,較佳以0.0001個/μm2 以下的個數密度存在於燒結體組織中,更較佳以0.00005個/μm2 以下的個數密度存在於燒結體組織中。
為了顯著發揮抑制相對於濺鍍氣氛中的氧濃度變化的膜電阻的變動的效果,Sn偏析粒的平均粒徑較佳為450nm以上,更較佳為800nm以上,更進一步較佳為900nm以上。若Sn偏析粒的平均尺寸過大,則體積電阻增大,還有可能成為弧放電的原因,因此Sn偏析粒的平均粒徑較佳為9000nm以下,更較佳為6000nm以下,更進一步較佳為3000nm以下。
在本發明中,Sn偏析粒的粒徑和個數密度通過以下的方法來測定。作為測定儀器,使用FE-EPMA(電場發射型電子探針微量分析儀)。在實施例中使用JXA-8500F(日本電子製造的FE-EPMA)。
測定樣品:垂直於濺鍍面切割濺鍍靶材,對截面進行鏡面研磨,觀察1/2厚度的部分。
觀察方法:利用FE-EPMA所附帶的面分析功能,在下述條件下實施面分析。 ・加速電壓:15.0kV ・照射電流:1.0~2.5×10-7A ・倍率:2000倍 ・測定方式:光束掃描 ・光束徑(μm):0 ・測定時間(ms):5 ・累積:1 ・測定元素和分光晶體:In(PETH)、Zn(LIFH)、Sn(PETH)、O(LDE1) ・測定視野(每個視野):50μm×50μm ・圖元:256×256
按照上述順序實施面分析,將元素映射圖像進行灰度顯示時,得到了第1圖(實施例3)或第2圖(比較例2)的測定資料。雖然Lv也可通過手動來操作,但直接使用機械自動算出的Lv。在實施例3中,可見Sn偏析成粗粒狀的位置(Sn的元素映射圖像最淺的部分),與之相對,在比較例4中未見粗粒狀的偏析。認為在比較例4中沒有看到Sn偏析粒的原因在於:當投入SnO2 粉作為原料時,Sn擴散至In2 O3 粒中,達到了FE-EPMA的檢測下限以下的濃度。另一方面,雖然並不意圖限定本發明,但關於在添加粗大的ITO粉時Sn沒有擴散的原因,雖然只是推測,但考慮如下:認為擴散的驅動力依賴於濃度梯度,在SnO2 粉和ITO粉中,由於ITO粉中的Sn濃度低,因此在ITO粉中Sn不易向周圍擴散。
利用粒子測量功能,由所得的Sn的灰度圖像測定Sn偏析粒的各粒徑和Sn偏析粒的個數密度。下面,雖然是JXA-8500F所附帶的分析軟體中的實施順序,但也可以使用同樣的影像處理軟體。首先,從濾波器專案開始實行平滑濾波。實施例3的例子見第3圖。然後,實施二值化。關於二值化中的閾值,雖然是手動設定閾值使面分析中的Sn偏析粒形狀的獲取不會過多或不足,但以在灰度圖像內與較大的Sn偏析粒合併、形狀獲取不會以過多或不足的方式設定閾值。實施例3的例子見第4圖。
之後,進行二值化圖像的標記。在本軟體內,標記處理的選擇專案選擇“3連接”、“外周的粒子未進行標記”。然後,進行標記圖像的測量,機械算出各Sn偏析粒的圓當量直徑。以各Sn偏析粒的圓當量直徑作為Sn偏析粒的粒徑,分別對粒徑為200nm以上、1000nm以上和10000nm以上的粒子個數計數,求出作為測定視野的2500μm2中存在的粒子個數,用個數除以測定視野面積,從而得到個數密度(個/μm2)。另外,Sn偏析粒的平均粒徑是由機械算出的各Sn偏析粒的圓當量直徑而求得的。在5個以上的測定視野中進行上述順序,以其平均值作為測定結果。
(3. 體積電阻率) 本發明的一實施方式所涉及的IZO靶材由於Sn偏析粒分散在組織中,所以與現有的IZO靶材相比可以大幅降低體積電阻率。具體而言,本發明所涉及的IZO靶材在一實施方式中可以具有不足7.0mΩ・cm的體積電阻率。本發明所涉及的IZO靶材的體積電阻率較佳為3.0mΩ・cm以下,更較佳為2.0mΩ・cm以下。對體積電阻率的下限沒有限定,但從IZO的物質界限來看,本發明所涉及的IZO靶材的體積電阻率通常為0.3mΩ・cm以上,典型的是0.5mΩ・cm以上。
在本發明中,靶材的體積電阻率是使用電阻率測定儀通過四探針法進行測定。由於在燒結體表面存在Zn量少的變質層,所以磨削0.5mm,用研磨紙精磨至#400。在實施例中,使用以下的裝置進行測定。 電阻率測定儀:型號FELL-TC-100-SB-Σ5+(NPS株式會社製造) 測定夾具RG-5
(4. 相對密度) 在進行弧放電少的穩定的濺鍍方面,較佳相對密度高的靶材。本發明所涉及的IZO靶材在一實施方式中相對密度為90%以上。相對密度較佳為92%以上,更較佳為95%以上,更進一步較佳為96%以上,例如可以是90~99%。相對密度是通過阿基米德密度相對於根據組成確定的基準密度的比而求出的。
這裡,進行濺鍍靶材的成分分析,根據由此得到的In、Zn、Sn和B各自相對於In、Zn、Sn和B的總計100at%的原子比(at%)進行換算,利用所求得的氧化物重量比(重量%)以及In2 O3 、ZnO、SnO2 和B2 O3 的單體密度算出基準密度。具體而言,In2 O3 的單體密度為7.18(g/cm3 )、ZnO的單體密度為5.61(g/cm3 )、SnO2 的單體密度為6.95(g/cm3 )、B2 O3 的單體密度為1.85、In2 O3 的重量比設為WIn2O3 (重量%)、ZnO的重量比設為WZnO (重量%)、SnO2 的重量比設為WSnO2 (重量%)、B2O3 的重量比設為WB2O3 ,根據基準密度(g/cm3 )=(7.18×WIn2O3 +5.61×WZnO +6.95×WSnO2 +1.85×WB2O3 )/100來計算。其中,在未添加B時,將WB2O3 設為0來計算基準密度。
此外,該相對密度是以假定濺鍍靶材為In2 O3 、ZnO和SnO2 的混合物而算得的基準密度為基準的密度,作為物件的濺鍍靶材的密度的真實值有時還會高於上述的基準密度,因此這裡所說的相對密度有時還可超過100%。
(5. 製造方法) 接下來,依次說明本發明所涉及的IZO靶材的製造方法的較佳例。
(5-1 ITO粉的準備) 首先,進行由Sn、In、O和不可避免的雜質構成的氧化物燒結體的粉末(ITO粉)的準備。利用公知的方法製造ITO燒結體,再將其粉碎,即可獲得ITO粉。或者,為了容易進行粉碎,也可以通過將In2 O3 和SnO2 的混合粉燒結(稱作臨時燒結)、粉碎來製作ITO粉。
ITO粉最終在燒結體中作為上述Sn偏析粒的原料。關於構成ITO粉的各粒子的組成,出於提高導電性的原因,較佳In與Sn的原子比為6≤In/Sn,更較佳為7≤In/Sn,更進一步較佳為9≤In/Sn。另外,在ITO粉中,即使Sn的量過少,導電性也會下降,因此In與Sn的原子比較佳為In/Sn≤36,更較佳為In/Sn≤25,更進一步較佳為In/Sn≤15。
ITO燒結體可以通過將SnO2 粉和In2 O3 粉以規定的配比進行粉碎混合後再進行燒結而制得。作為原料的SnO2 粉和In2 O3 粉,從防止未預期的不良的角度考慮,較佳使用高純度的原料、例如純度為99品質%以上、進一步為99.9品質%以上的原料。原料粉的平均粒徑例如可以設為0.5μm~2.5μm。這裡,在本說明書中,當提到粉末的平均粒徑時,是指通過鐳射衍射、散射法按體積基準求出細微性的累積分佈時的中值粒徑(D50)。粉碎混合方法有各種方法,但可以適當採用利用珠磨機等濕式介質攪拌磨的濕式粉碎混合。進行濕式粉碎混合時,還可以通過適當添加分散劑來提高漿料的均勻性。即使是其他方法,只要是能夠實現原料的均勻混合這一要旨的方法即可。
對通過粉碎混合後得到的混合粉進行加壓成型。加壓成型是通過將混合粉填充至金屬模、並例如以30~60MPa的壓力保持1~3分鐘來進行。在加壓成型前,根據需要可以實施造粒。通過造粒使粉體的流動性提高,從而在下一工序的加壓成型時可以將粉體均勻填充至金屬模,獲得均勻的成型體。造粒有各種方式,但得到適合加壓成型的造粒粉的方法之一有使用噴霧式乾燥裝置(噴霧乾燥器)的方法。另外,通過在漿料中添加聚乙烯醇(PVA)等粘合劑而使其含在造粒粉中,可以提高成型體強度。此外,在加壓成型後可以進行冷等靜壓加壓成型(CIP)。
成型體的燒結可以使用電爐在氧氣氣氛中實施。較佳將燒結溫度設為1300~1600℃進行燒結。在得到高密度的燒結體方面,較佳燒結溫度為1300℃以上。另外,從通過氧化錫的揮發來預防燒結密度的下降或者產生組成偏差的角度考慮,燒結溫度較佳為1600℃以下。當成型體包含粘合劑時,在達到燒結溫度的升溫途中,根據需要可以導入脫粘合劑工序。
燒結溫度下的保持時間根據成型體尺寸來適當選擇,一般說來,若短於5小時,則燒結無法充分進行,燒結體的密度沒有充分變高、或者燒結體發生翹曲。即使保持時間超過30小時,也是浪費不必要的能量和時間,在生產上不較佳。
通過將所得的ITO燒結體粉碎,得到ITO粉。作為粉碎方法,例如可以列舉缽杵和研缽的組合、錘式磨、以及球形磨,其中從生產率的角度考慮較佳球形磨。另外,更較佳利用濕式砂磨機等進一步磨細。為了除去ITO粉的粗大顆粒而進行篩分。篩例如可以使用孔徑為150μm以下的篩。篩分後的ITO粉的平均粒徑(D50)較佳達到10μm以下,更較佳達到5μm以下。另外,與In2 O3 粉和ZnO粉混合前的ITO粉的平均粒徑較佳達到0.4μm以上,更較佳達到0.9μm以上。
(5-2 IZO靶材的製造) 本發明所涉及的IZO靶材可如下製造:將In2 O3 粉、ZnO粉和上述得到的ITO粉進行粉碎混合,使上述的Zn/(In+Sn+Zn)和Sn/(In+Sn+Zn)達到規定的原子比,之後進行燒結,即可制得。另外,根據需要可以添加B2 O3 粉。燒結可以在臨時燒結後進行。對具體的順序進行例示性的說明。首先,以規定的配比稱量In2 O3 粉、ZnO粉和視需要而定的B2 O3 粉,之後進行微粉碎混合。為了使ITO粉盡可能均勻混合而不進行微粉碎,較佳在In2 O3 粉、ZnO粉和視需要而定的B2 O3 粉的微粉碎混合停止的5~10分鐘前直接以漿料形式混合ITO粉。從防止未預期的不良的角度考慮,作為原料的In2 O3 粉、ZnO粉和根據需要而添加的B2 O3 粉較佳使用高純度的粉末、例如純度為99品質%以上、進一步為99.9品質%以上的粉末。作為混合方法,可以列舉使用砂磨機等濕式介質攪拌磨進行濕式粉碎混合的方法。進行濕式粉碎混合時,通過適當添加分散劑,還可以提高漿料的均勻性。即使是其他方法,只要是能夠實現原料的均勻混合這一要旨的方法即可。
對於微粉碎混合後的混合粉,為了提高其燒結性,較佳將平均粒徑設為2μm以下,更較佳設為1.5μm以下。由於過度粉碎會增加來自珠粒等的污染量,因此微粉碎混合後的混合粉的平均粒徑較佳設為0.3μm以上,更較佳設為0.5μm以上。此外,上述平均粒徑是指包括ITO粉在內的平均粒徑。
對微粉碎混合後的混合粉進行加壓成型。加壓成型是通過將混合粉填充至金屬模、並例如以30~60MPa的壓力保持1~3分鐘來進行。通過加壓成型得到的成型體,可以再利用等靜壓加壓裝置(CIP)在140~200MPa下進行加壓。由此,可獲得更均勻且密度高的成型體。
在加壓成型前,根據需要可以實施造粒。通過造粒提高粉體的流動性,從而在下一工序的加壓成型時將粉體均勻填充至金屬模,可得到均勻的成型體。造粒有各種方式,但得到適合加壓成型的造粒粉的方法之一有使用噴霧式乾燥裝置(噴霧乾燥器)的方法。另外,通過在漿料中添加聚乙烯醇(PVA)等粘合劑使其包含在造粒粉中,可以提高成型體強度。
成型體的燒結可以使用電爐在氧氣氣氛中實施。較佳將燒結溫度設為1300~1500℃進行燒結。在得到高密度的燒結體方面,較佳燒結溫度為1300℃以上。另外,從通過氧化鋅的揮發來防止燒結密度的下降或發生組成偏差的角度考慮,燒結溫度較佳為1500℃以下。當成型體包含粘合劑時,在達到燒結溫度的升溫途中,根據需要可以導入脫粘合劑工序。
燒結溫度下的保持時間根據成型體尺寸來適當選擇,若短於5小時,則燒結未充分進行,燒結體的密度沒有充分變高、或者是燒結體翹曲。即使保持時間超過30小時,也是白白浪費不必要的能量和時間,在生產上不較佳。
將如此操作而得到的IZO燒結體用平面磨削機、圓筒磨削機、機械加工等的加工儀加工成所期望的形狀,從而可以製作濺鍍靶材。對濺鍍靶材的形狀沒有特別限定。例如可以形成圓盤狀、矩形、圓筒狀等。濺鍍靶材根據需要可以通過接合材料與背板接合後使用。
(6. 成膜) 本發明的一個側面提供一種成膜方法,該方法包括使用本發明所涉及的IZO靶材進行濺鍍的工序。本發明所涉及的IZO靶材具有如下特性:相對於濺鍍氣氛中的氧濃度的變化,所得的膜電阻的變動小。因此,使用本發明所涉及的IZO靶材時,能夠獲得品質穩定的濺鍍膜,而與氧濃度無關。在一實施方式中,濺鍍時的氣氛氣體中的氧濃度為2vol%以下。在另一實施方式中,濺鍍時的氣氛氣體中的氧濃度為1vol%以下。在又一實施方式中,濺鍍時的氣氛氣體中的氧濃度為0.5vol%以下。在又一實施方式中,濺鍍時的氣氛氣體中的氧濃度為0.1vol%以下。在又一實施方式中,濺鍍時的氣氛氣體中的氧濃度為0vol%。作為濺鍍時的氣氛氣體,可以列舉氬(Ar)與氧的混合氣體。
實施例 下面,同時給出本發明的實施例和比較例,但這些實施例是為了更好地理解本發明及其優點而提供的,並非意圖限定發明。
<1. ITO粉的準備> 以SnO2:In2O3=10:90(其中,實施例16中SnO2:In2O3=15:80、實施例17中SnO2:In2O3=5:95)的品質比混合SnO2粉和In2O3粉,之後進行濕式微粉碎混合(使用ZrO2珠粒)。在通過濕式微粉碎混合得到的漿料中添加聚乙烯醇(PVA)作為粘合劑進行造粒,得到造粒粉。將造粒粉在30MPa下加壓成型至Φ280mm×20mmt,在氧氣氣氛的電爐內、在1500℃下燒結20小時,從而製造ITO燒結體。使用缽杵和研缽粉碎所得的ITO燒結體,使用球形磨進行粉碎,再使用球磨機進行濕式微粉碎,用孔徑為150μm的篩進行篩分,得到ITO粉。根據試驗編號,篩分調整ITO粉的平均粒徑。
<2. 燒結體的製造> 根據表1-1中記載的試驗編號準備In2O3粉、ZnO粉、SnO2粉、B2O3粉。接下來,通過濕式微粉碎(使用ZrO2珠粒)將這些粉末粉碎混合。在該粉碎混合停止的5分鐘前添加之前準備的ITO粉,使最終達到表1-1所記載的金屬原子比。粉碎混合後的漿料(混合粉)的平均粒徑在所有試驗例中均為0.3~0.8μm的範圍。通過在粉碎混合後的漿料中添加PVA進行造粒,得到造粒粉。但是,對於表中記為“有”“臨時燒結”的試驗例,將In2O3粉、ZnO粉和ITO粉在微粉碎前進行混合,使達到表1-1記載的金屬原子比,在1300℃下、在大氣中臨時燒結5小時,所得的塊用缽杵和研缽研碎,使用球磨機進行濕式微粉碎,直至平均粒徑為0.3~0.8μm的範圍。在所得漿料中添加PVA進行造粒,製成造粒粉。
之後,在各試驗例中,將造粒粉在30MPa下加壓成型至Φ280mm×20mmt,在140MPa下進行冷等靜壓加壓,形成成型體,之後在大氣氣氛的電爐內、在溫度1400℃下燒結10小時。此外,分析燒結體的成分組成,結果確認到與原料粉末的配比相同。
粉末的平均粒徑是指,使用株式會社堀場製作所製造的LA-960,利用鐳射衍射、散射法,按照體積基準計算細微性的累積分佈時的中值粒徑(D50)。
<3. Sn偏析粒的平均粒徑> 關於通過上述製造方法得到的各試驗例的燒結體,按照上述方法測定分散在組織中的Sn偏析粒的平均粒徑。結果見表1-2。
<4. Sn偏析粒的個數密度> 關於通過上述的製造方法得到的各試驗例的燒結體,按照上述方法測定分散在組織中的Sn偏析粒的個數密度。結果見表1-2。
<5. 體積電阻率> 對於通過上述製造方法得到的各試驗例的燒結體,使用以下的裝置,利用四探針法在室溫下測定體積電阻率。 電阻率測定儀:型號FELL-TC-100-SB-Σ5+(NPS株式會社製造) 測定夾具:RG-5 結果見表1-2。
<6. 相對密度> 關於通過上述的製造方法得到的各試驗例的燒結體,利用阿基米德法測定密度,求出其相對於由組成確定的基準密度的比例(%),作為相對密度。
<7. 濺鍍試驗> 對通過上述的製造方法得到的各試驗例的燒結體進行機械加工,精加工成直徑為8英寸、厚度為5mm的圓盤狀濺鍍靶材。關於圓筒形狀,通過圓筒磨削加工和車床加工進行精加工。接下來,使用該濺鍍靶材進行濺鍍。濺鍍條件如下。改變氣氛中的氧濃度,進行兩次濺鍍試驗。此外,濺鍍時的基板加熱或濺鍍後的退火均未進行。 濺鍍功率:1W/cm2 氣壓:0.5Pa(abs) 氣氛:(1)含有0vol%的氧的Ar:氣壓為0.5Pa(abs) (2)含有2vol%的氧的Ar:氣壓為0.5Pa(abs) 膜厚:1000Å
使用NPS株式會社製造的型號FELL-TC-100-SB-Σ5+薄膜電阻率測定儀,通過四探針法測定所得濺鍍膜的膜電阻率。結果見表1-2。 表1-1
Figure 02_image001
表1-2
Figure 02_image003
比較例4和比較例5是在原料中未添加SnO2 和ITO中的任一種的例子,相對於濺鍍氣氛中的氧濃度的變化,膜電阻大幅變動。
比較例1~3是在原料中添加了SnO2 的例子。相對於濺鍍氣氛中的氧濃度的變化,膜電阻的變動大,體積電阻率也大。顯示了SnO2 的添加與體積電阻的下降沒有直接聯繫。
實施例1~21是在原料中添加了ITO的例子。由於組成及分散在靶材的組織中的Sn偏析粒的大小適當,因此體積電阻率下降。另外,相對於濺鍍氣氛中的氧濃度的變化,膜電阻率的變動也少。
此外,實施例18由於Sn在靶材的整體組成中所占的比例大,所以與其他實施例相比,相對密度變低,體積電阻率大。另外,實施例19由於分散在靶材的組織中的Sn偏析粒的平均粒徑大,因此與其他實施例相比,體積電阻率大。
第1圖顯示實施例3的元素映射圖像。 第2圖顯示比較例2的元素映射圖像。 第3圖顯示實施例3的Sn面分析結果的平滑後的元素映射圖像。 第4圖顯示實施例3的Sn面分析結果的二值化後的元素映射圖像。

Claims (16)

  1. 一種IZO靶材,其中,具有如下的整體組成:含有In、Sn和Zn,以原子比計滿足Zn/(In+Sn+Zn)=0.030~0.250、Sn/(In+Sn+Zn)=0.002~0.080,餘量由O和不可避免的雜質構成,該IZO靶材具有靶材組織,該靶材組織中分散有通過FE-EPMA特定的、含有In、Sn和O的粒徑為200nm以上的Sn偏析粒。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的IZO靶材,其中,該IZO靶材含有In、Sn和Zn,以原子比計滿足Sn/(In+Sn+Zn)=0.010~0.030。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的IZO靶材,其中,該IZO靶材含有In、Sn和Zn,以原子比計滿足Zn/(In+Sn+Zn)=0.040~0.200。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的IZO靶材,其中,該IZO靶材含有In、Sn和Zn,以原子比計滿足Zn/(In+Sn+Zn)=0.040~0.200。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的IZO靶材,其中,粒徑為200nm以上的Sn偏析粒以0.003個/μm2以上的個數密度存在於靶材組織中。
  6. 如申請專利範圍第1至第4項中任一項所述的IZO靶材,其中,粒徑為1000nm以上的Sn偏析粒以0.0003個/μm2以上的個數密度存在於靶材組織中。
  7. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的IZO靶材,其中,該IZO靶材的相對密度為90%以上。
  8. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的IZO靶材,其中, 該IZO靶材的體積電阻為0.3mΩ.cm以上且不足7.0mΩ.cm。
  9. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的IZO靶材,其中,所述Sn偏析粒的平均粒徑為450nm以上且9000nm以下。
  10. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的IZO靶材,其中,粒徑為10000nm以上的Sn偏析粒以0.0002個/μm2以下的個數密度存在於靶材組織中。
  11. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的IZO靶材,其中,該IZO靶材還含有B,以原子比計滿足B/(In+Sn+Zn+B)
    Figure 107132416-A0305-02-0023-1
    0.036。
  12. 一種如申請專利範圍第1項至第10項中任一項所述的IZO靶材的製造方法,其中,該方法包括:將ITO粉、In2O3粉和ZnO粉的混合物進行燒結的工序。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的IZO靶材的製造方法,其中,構成ITO粉的各粒子含有In和Sn,以原子比計滿足6
    Figure 107132416-A0305-02-0023-2
    In/Sn
    Figure 107132416-A0305-02-0023-3
    36。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的IZO靶材的製造方法,其中,該方法包括:將ITO粉、In2O3粉、ZnO粉和B2O3粉的混合物進行燒結的工序。
  15. 一種成膜方法,其中,該方法包括:使用申請專利範圍第1項至第11項中任一項所述的IZO靶材進行濺鍍的工序。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的成膜方法,其中,在氧濃度為0.1vol%以下的氣氛氣體中實施濺鍍工序。
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