WO2016174877A1 - Itoスパッタリングターゲット材 - Google Patents

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WO2016174877A1
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石田 新太郎
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三井金属鉱業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an ITO sputtering target material, and more particularly to an ITO sputtering target material that is less susceptible to cracking during bonding and enables efficient film formation.
  • ITO (Indium-Tin-Oxide) films are widely used for transparent electrodes and touch panels of flat panel displays because of their high light transmission and electrical conductivity.
  • the ITO film for transparent electrodes normally contains about 10% by mass of Sn in terms of SnO 2 , but the ITO film used for touch panels has a Sn content of SnO 2 in terms of the heat treatment of the film. About 2.5 to 8.0% by mass is used.
  • the ITO film is generally formed by sputtering an ITO sputtering target material.
  • the ITO sputtering target material is generally used by being bonded to a Cu backing plate. For this reason, when forming an ITO film for a touch panel, generally, sputtering is performed by bonding an ITO sputtering target material having a Sn content capable of realizing a target film resistance to a Cu backing plate. ing.
  • an ITO sputtering target material having a Sn content of less than 10% by mass in terms of SnO 2 is brittle and easily cracked.
  • the Sn content is 3.5% by mass or less in terms of SnO 2
  • the tendency to break easily becomes prominent, which is a major obstacle in manufacturing the target.
  • these ITO sputtering target materials are caused by the fact that residual stress tends to remain at the time of firing in the manufacturing process and that the strength of the target material is low. Therefore, these ITO sputtering target materials are likely to crack when bonded to a backing plate made of Cu or the like.
  • nodules Furthermore, suppressing the generation of nodules when an ITO sputtering target material having a Sn content of less than 10% by mass in terms of SnO 2 is sputtered is another problem.
  • the generation of nodules can be improved by increasing the density of the target material. However, when the density of the target material is increased, the residual stress increases, and there is a problem that the target material is easily broken.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-147862 describes an average crystal grain size and a maximum agglomerated diameter of tin atoms for an indium oxide / tin oxide sintered body having a tin content of 3 to 12% by weight with little nodule generation. However, there is no mention of cracking of the target material.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-255022 discloses an ITO sintered body in which the content of tin oxide with respect to indium oxide is 1.5% or more and 3.5% or less in a single crystal phase of the sintered body. The relationship between the phase and the average crystal grain size and the bending strength (70 MPa or more) of the sintered body is described. However, with the ITO target material composed of this sintered body, the suppression of cracking is insufficient.
  • the present invention relates to an ITO sputtering target material having a Sn content of 2.8 to 3.5% by mass in terms of SnO 2 , which is less prone to cracking during bonding and has less nodule generation during sputtering.
  • An object is to provide a sputtering target material.
  • an ITO sputtering target material having a Sn content of 2.8 to 3.5 mass% in terms of SnO 2 , the target material is In 2 O. 3 has a phase in which SnO 2 is dissolved and an In 4 Sn 3 O 12 phase, the relative density of the target material is 98% or more, and the change length due to strain release of the target material is 50 ⁇ m per meter. It has been found that the above-described object can be achieved if the following is achieved. Furthermore, it has been found that in order to obtain these physical properties, it is necessary to perform cooling after firing the molded body at 60 ° C./hr or less.
  • the present invention provides a ITO sputtering target material content of Sn is 2.8 to 3.5 mass% in terms of SnO 2, phases SnO 2 was dissolved in In 2 O 3 and an In 4 Sn
  • the ITO sputtering target material has two phases of 3 O 12 phase, a relative density of 98% or more, and a change length due to strain release of 50 ⁇ m or less per meter.
  • the ITO sputtering target material preferably has a change length due to strain release of 40 ⁇ m or less per meter.
  • the ITO sputtering target material preferably has a bending strength of 13.0 kgf / mm 2 or more, and more preferably 14.0 kgf / mm 2 or more.
  • Another invention was obtained by firing a molded body made from a raw material for producing ITO containing SnO 2 raw material powder having an average particle size of 0.5 ⁇ m or more in a firing furnace at a firing temperature of 1500 to 1600 ° C.
  • the step of cooling the fired body by lowering the temperature in the firing furnace at a temperature lowering rate of 60 ° C./hr or less until the temperature in the firing furnace reaches a temperature range of 700 to 1100 ° C. from the firing temperature.
  • It is a manufacturing method of an ITO sputtering target material.
  • the ITO sputtering target material of the present invention has a composition that is extremely susceptible to cracking, such as Sn content of 2.8 to 3.5% by mass in terms of SnO 2 , and is difficult to crack during bonding, and during sputtering. In addition, since nodule generation is small, an efficient ITO thin film can be formed.
  • the method for producing an ITO sputtering target material of the present invention can produce the target material very efficiently.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a method for measuring a change length by strain release.
  • the ITO sputtering target material of the present invention (hereinafter also referred to as ITO target material) is an ITO target material having a Sn content of 2.8 to 3.5% by mass in terms of SnO 2 , and contains In 2 O 3 . It has two phases of a solid solution of SnO 2 and an In 4 Sn 3 O 12 phase, the relative density is 98% or more, and the change length due to strain release is 50 ⁇ m or less per meter.
  • the ITO sputtering target material of the present invention is not easily broken during bonding, and generates nodules during sputtering.
  • the conventional ITO target material having a Sn content of 2.8 to 3.5% by mass in terms of SnO 2 tends to generate residual stress and is brittle and easily cracked due to its low strength. If the firing temperature is lowered during the production of the ITO target material and the relative density of the target material is 97% or less, the residual stress is reduced and cracking is difficult, but nodules during sputtering increase. If the relative density of the ITO target material is 98% or more, nodules during sputtering are reduced, but residual stress is increased and cracking is likely to occur. That is, in the conventional ITO target material in which the Sn content is 2.8 to 3.5% by mass in terms of SnO 2 , it is difficult to achieve both cracking resistance and nodule suppression.
  • the present invention has succeeded in achieving both cracking resistance and nodule suppression in an ITO target material having a Sn content of 2.8 to 3.5% by mass in terms of SnO 2 .
  • Compatibility between crack difficulty and nodule suppression, ITO target material, and a phase which SnO 2 was dissolved in In 2 O 3, more than the phase in which the content is SnO 2 is dissolved in In 2 O 3 and Sn This was realized for the first time by having two phases of In 4 Sn 3 O 12 phase as a phase.
  • the production of ITO is usually performed by preparing a molded body from a mixed powder of In 2 O 3 powder and SnO 2 powder and firing the molded body. In this firing, SnO 2 is dissolved in In 2 O 3 .
  • mother e.g. Sn content in the ITO is 10% in terms of SnO 2
  • SnO 2 is not completely dissolved in the In 2 O 3
  • an In 4 Sn 3 O 12 phase which is a Sn-rich phase
  • the ITO having a SnO 2 content of 10% in terms of SnO 2 has two phases of a parent phase and an In 4 Sn 3 O 12 phase.
  • the present inventor has adopted a production method described later, so that the SnO 2 content is 2.8 to 3.5% by mass in terms of SnO 2 , while SnO 2 is a solid solution in In 2 O 3.
  • An ITO target material having two phases of In 4 Sn 3 O 12 phase, a relative density of 98% or more, and a change length due to strain release that is an index of residual stress is 50 ⁇ m or less per meter. Succeeded in doing. As a result, in the ITO target material having a SnO 2 content of 2.8 to 3.5% by mass, both cracking resistance and nodule suppression can be achieved.
  • An ITO target material having a SnO 2 content of 2.8 to 3.5% by mass has a structure having two phases of a phase in which SnO 2 is dissolved in In 2 O 3 and an In 4 Sn 3 O 12 phase.
  • the In 4 Sn 3 O 12 phase is dissolved and SnO 2 is dissolved in In 2 O 3. It is thought that this is due to a wedge-like function that strengthens the mutual coupling of SnO 2 in solid solution in In 2 O 3 by being present at the grain boundaries of the phases.
  • the ITO target material having the two phases can achieve nodule suppression by increasing the density, and on the other hand, even if residual stress occurs, it acquires a characteristic that is difficult to break if it is below a certain value. It may be possible.
  • ITO content of Sn is 10% in terms of SnO 2 may have a generally unbreakable properties than ITO content of SnO 2 is 2.8 to 3.5 mass%
  • the former ITO is As mentioned above, it consists of two phases, a phase in which SnO 2 is dissolved in In 2 O 3 and an In 4 Sn 3 O 12 phase, and the In 4 Sn 3 O 12 phase functions as described above. It is thought that it is because it is.
  • the ITO target material according to the present invention has a Sn content of 2.8 to 3.5% by mass in terms of SnO 2 .
  • the specific Sn content is determined from the above range depending on the physical properties required for the film obtained from the target material.
  • the relative density of the ITO target material according to the present invention is 98% or more, more preferably 98.5% or more, and further preferably 99.0% or more. When the relative density is 98% or more, generation of nodules can be suppressed during sputtering, and favorable sputtering can be achieved.
  • the change length of the ITO target material according to the present invention due to strain release is 50 ⁇ m or less per meter, and preferably 40 ⁇ m or less per meter.
  • the change length due to strain release means the difference between the length of the ITO target material before release and the length of the ITO target material after release when substantially all the residual stress of the ITO target material is released. To do.
  • the length of change due to strain release is a physical property value that serves as an indicator of residual stress.
  • the length of change due to strain release can be measured using a strain gauge. The measuring method of the change length by strain release of the ITO target material will be described in detail in Examples.
  • the ITO target material of the present invention has two phases of a solid solution of SnO 2 in In 2 O 3 and an In 4 Sn 3 O 12 phase. Although it is difficult, if there is a large residual stress in which the length of change due to strain release exceeds 50 ⁇ m per meter, the probability that a crack will occur in the subsequent processing or bonding process increases.
  • the ITO target material according to the present invention preferably has a bending strength of 13.0 kgf / mm 2 or more, and more preferably 14.0 kgf / mm 2 or more.
  • the ITO target material of the present invention satisfies this condition, the occurrence of cracks can be effectively prevented.
  • the shape and size of the ITO target material according to the present invention is not particularly limited, and the object of the present invention can be achieved as long as the above conditions are satisfied, regardless of the shape and size of the ITO target material.
  • Examples of the shape include a flat plate shape and a cylindrical shape.
  • the method for producing an ITO target material of the present invention comprises firing a molded body made from a raw material for producing ITO containing SnO 2 raw material powder having an average particle size of 0.5 ⁇ m or more in a temperature range of 1500 to 1600 ° C., A step of cooling the obtained fired body at a temperature lowering rate of 60 ° C./hr or less is included. With this manufacturing method, the ITO target material can be manufactured.
  • the raw material for producing ITO contains SnO 2 powder, and usually contains In 2 O 3 powder and SnO 2 powder.
  • a mixed powder is prepared by mixing In 2 O 3 powder and SnO 2 powder, which are raw material powders, so that the content of SnO 2 powder becomes a target composition of 2.8 to 3.5 mass%. Since each raw material powder usually has aggregated particles, it is preferable to pulverize and mix in advance, or to perform pulverization while mixing.
  • the average particle size of the In 2 O 3 powder is usually 0.2 to 1.5 ⁇ m, preferably 0.4 to 1.0 ⁇ m.
  • the average particle size of the SnO 2 powder is 0.5 ⁇ m or more, preferably 0.5 ⁇ m to 5.0 ⁇ m, more preferably 0.6 ⁇ m to 2.0 ⁇ m.
  • SnO 2 powder In the method for producing an ITO target material of the present invention, in order to obtain an ITO target material having two phases of a phase in which SnO 2 is dissolved in In 2 O 3 and an In 4 Sn 3 O 12 phase, SnO 2 powder The average particle size needs to be 0.5 ⁇ m or more.
  • an In 4 Sn 3 O 12 phase which is a phase rich in Sn, is formed during firing. This is because when the average particle size of SnO 2 powder is 0.5 ⁇ m or more, in the firing process of the molded body, SnO 2 is not completely dissolved in the In 2 O 3, SnO 2 is that has not been dissolved In This is considered to be for forming a 4 Sn 3 O 12 phase. On the other hand, if the average particle size of the SnO 2 powder is smaller than 0.5 ⁇ m, the In 4 Sn 3 O 12 phase is not formed.
  • the average particle diameter of SnO 2 powder is less than 0.5 ⁇ m, SnO 2 is easily dissolved in In 2 O 3 during the firing process of the molded body, and at least most of SnO 2 is made of In 2. This is considered to be due to being dissolved in O 3 . Therefore, it is necessary to intentionally use SnO 2 powder having a large average particle diameter of 0.5 ⁇ m or more.
  • the said average particle diameter is the volume cumulative particle diameter D50 in 50 volume% cumulative volume by the laser diffraction scattering type particle size distribution measuring method.
  • the raw material powder can be put in a pot and pulverized or mixed by a ball mill.
  • the mixed powder can be molded as it is to obtain a molded body, which can be sintered. However, if necessary, the mixed powder can be molded by adding a binder to form a molded body.
  • a binder used when obtaining a molded body by a known powder metallurgy method, for example, polyvinyl alcohol, an acrylic emulsion binder or the like can be used.
  • the molding method a method employed in a known powder metallurgy method, for example, cast molding can be applied.
  • the density of the molded body is usually 50 to 75%.
  • the obtained molded body is fired to obtain a fired body, which is cooled to obtain a sintered body.
  • the firing furnace used for firing is not particularly limited as long as the cooling rate can be controlled during cooling, and may be a firing furnace generally used for powder metallurgy.
  • An oxygen atmosphere is suitable as the firing atmosphere.
  • the heating rate is usually 100 to 500 ° C./h from the viewpoint of increasing the density and preventing cracking.
  • the firing temperature is 1500 to 1600 ° C, preferably 1520 to 1580 ° C. When the firing temperature is within the above range, a high-density sintered body can be obtained.
  • the holding time at the calcination temperature is usually 3 to 30 hours, preferably 5 to 20 hours. When the holding time is within the above range, it is easy to obtain a high-density sintered body.
  • the temperature in the firing furnace is set to 60 ° C./hr or less, preferably 30 ° C. until the temperature in the firing furnace reaches the temperature range of 700 to 1100 ° C. from the firing temperature, for example, reaches 800 ° C.
  • the obtained fired body is cooled by being lowered below / hr. By cooling at a temperature lowering rate within this range, the length of change due to strain release of the sintered body can be reduced, and 50 ⁇ m or less per meter can be achieved.
  • There is no particular limitation on the subsequent rate of temperature decrease in the firing furnace as long as cracking of the fired body can be prevented, and it can be set to 50 to 150 ° C./hr, for example.
  • the ITO target material of the present invention can be obtained by cutting the ITO sintered body thus obtained into a desired shape as necessary and grinding it.
  • the ITO target material of the present invention is usually used by bonding to a backing plate.
  • the backing plate is usually made of Cu, Al, Ti or stainless steel.
  • As the bonding material a bonding material used for bonding a conventional ITO target material, for example, In metal can be used.
  • the bonding method is the same as the conventional ITO target material bonding method.
  • the ITO target material and the backing plate of the present invention are heated to a temperature at which the bonding material melts, for example, about 200 ° C., the bonding material is applied to each bonding surface of the target material and the backing plate, and each bonding surface is affixed. The two are pressed together and then cooled.
  • the bonding material is applied to the bonding surfaces of the ITO target material and the backing plate of the present invention, the bonding surfaces are bonded together, and the temperature at which the bonding agent melts the target material and the backing plate, for example, about 200 ° C. Cool after heating.
  • the evaluation methods of ITO target materials obtained in the following examples and comparative examples are shown below.
  • Relative density The relative density of the ITO target material was measured based on the Archimedes method. Specifically, the air weight of the target material is divided by the volume (the weight of the target material in water / the specific gravity of water at the measurement temperature), and the percentage value with respect to the theoretical density ⁇ (g / cm 3 ) based on the following formula (X) is obtained. Relative density (unit:%) was used.
  • C1 to Ci each indicate the content (% by weight) of the constituent material of the target material, and ⁇ 1 to ⁇ i indicate the density (g / cm 3 ) of each constituent material corresponding to C1 to Ci.
  • HRA 9320-X100 laser diffraction scattering type particle size distribution measuring apparatus
  • the solvent water was used, and the measurement was performed at a refractive index of 2.20.
  • Measurement of bending strength The bending strength was measured according to JIS-R-1601.
  • a strain gauge (N11-FA-2-120-VSE1, nominal resistance value 120 ⁇ , gauge factor 2.0 / manufactured by Nippon Avionics Co., Ltd.) is attached to the surface of the cleaned target material with a special adhesive, and the target material is attached with a diamond band saw machine. Disconnected. As shown in FIG. 1, the cutting is performed so that a target material fragment 3 having a size of 20 ⁇ 20 mm is obtained in the direction parallel to the four sides of the strain gauge 1 around the strain gauge 1 to which the wiring 2 is attached. It was.
  • a change in the length of the target material caused by releasing the strain by cutting the target material was measured with a data logger (remote scanner DC6100 / manufactured by Nippon Avionics Co., Ltd.) to which the wiring 2 was connected. The measurement was performed at room temperature (25 ° C.).
  • the target material was bonded to a Cu flat backing plate having an area sufficient to bond the target material by the following method.
  • the target material and the backing plate were heated to 160 ° C.
  • In solder was applied as a bonding material to the bonding surfaces of the target material and the base material, the bonding surfaces were bonded together, and both were pressure-bonded, and then cooled.
  • the presence or absence of cracks in the target material during bonding was visually observed. When a crack was confirmed, it was evaluated as “Yes”, and when it was not confirmed, it was evaluated as “No”.
  • Sputtering was performed using DC magnetron sputtering.
  • Example 1 A content of SnO 2 powder of In 2 O 3 powder having an average particle diameter of 0.6 ⁇ m obtained by pulverizing in advance with a ball mill and SnO 2 powder having an average particle diameter of 0.8 ⁇ m is 3. Blended to 0% by mass, acrylic emulsion binder as binder is 0.3% by mass with respect to ceramic raw material powder, ammonium polycarboxylate as dispersant is 0.5% by mass with respect to ceramic raw material powder, and dispersed 20% by mass of water as a medium with respect to the ceramic raw material powder was added and mixed to prepare a slurry. This slurry was poured into a gypsum mold, and then drained to obtain a plate-shaped molded body having a length of 350 mm, a width of 1000 mm, and a thickness of 10 mm.
  • this molded body was dried and then fired to produce a fired body. Firing was performed in an oxygen atmosphere at a heating rate of 300 ° C./h and a firing temperature of 1550 ° C. for 10 hours. Thereafter, the fired body is cooled by lowering the temperature in the firing furnace at a rate of 30 ° C./hr until the temperature in the firing furnace reaches 800 ° C., and then the firing furnace until the temperature in the firing furnace reaches room temperature. The inner temperature was lowered by dropping at a rate of 100 ° C./hr to obtain a sintered body.
  • the obtained sintered body was cut to obtain a flat ITO target material having a surface roughness Ra of 0.7 ⁇ m and a length of 280 mm, a width of 750 mm, and a thickness of 6 mm.
  • a # 170 grindstone was used for processing.
  • the Sn content of the obtained ITO target material was 3.0% by mass in terms of SnO 2 and was the same as the Sn content of the raw material.
  • Example 2 In place of the SnO 2 powder with an average particle size of 0.8 [mu] m, except for using SnO 2 powder with an average particle size of 1.3 .mu.m, prepared as in Example 1 and evaluated.
  • Example 3 In place of the SnO 2 powder with an average particle size of 0.8 [mu] m, except that the average particle diameter was used SnO 2 powder is 0.6 .mu.m, prepared as in Example 1 and evaluated.
  • Example 4 Manufacture and evaluation were performed in the same manner as in Example 1 except that the cooling rate to 800 ° C. after firing was 50 ° C./hr.
  • Example 5 Manufacture and evaluation were performed in the same manner as in Example 1 except that the content of SnO 2 powder was 2.8% by mass.
  • Example 6 Manufacture and evaluation were performed in the same manner as in Example 2 except that the content of the SnO 2 powder was 2.8% by mass.
  • Example 7 Manufacture and evaluation were performed in the same manner as in Example 3 except that the content of the SnO 2 powder was 2.8% by mass.
  • Example 8 Manufacture and evaluation were performed in the same manner as in Example 4 except that the content of the SnO 2 powder was 2.8% by mass.
  • Example 9 Manufacture and evaluation were performed in the same manner as in Example 1 except that the content of the SnO 2 powder was 3.5% by mass.
  • Example 10 Manufacture and evaluation were performed in the same manner as in Example 2 except that the content of the SnO 2 powder was 3.5% by mass.
  • Example 11 Production and evaluation were performed in the same manner as in Example 3 except that the content of the SnO 2 powder was 3.5% by mass.
  • Example 12 Production and evaluation were performed in the same manner as in Example 4 except that the content of the SnO 2 powder was 3.5% by mass.

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Abstract

本発明は、Snの含有量がSnO2換算で2.8~3.5質量%であるITOスパッタリングターゲット材であって、In23にSnO2が固溶した相とIn4Sn312相との二相を有し、相対密度が98%以上であり、ひずみ解放による変化長さが1m当り50μm以下であるITOスパッタリングターゲット材である。本発明のITOスパッタリングターゲット材は、Snの含有量がSnO2換算で2.8~3.5質量%であるというきわめて割れを生じさせやすい組成を有しながら、ボンディング時に割れにくく、かつスパッタリング中にノジュールの発生が少ないので、効率的なITO薄膜の成膜が可能である。

Description

ITOスパッタリングターゲット材
 本発明は、ITOスパッタリングターゲット材に関し、さらに詳しくは、ボンディング時に割れが発生しにくく、効率的な成膜が可能なITOスパッタリングターゲット材に関する。
 ITO(Indium-Tin-Oxide)膜は高い光透過性と電気伝導性を有することから、フラットパネルディスプレイの透明電極やタッチパネルなどに広く利用されている。透明電極用のITO膜は、通常SnO2換算で10質量%程度のSnを含有するが、タッチパネル用に使用されるITO膜は、膜の熱処理との関係により、Snの含有量がSnO2換算で2.5~8.0質量%程度のものが使用されている。
 ITO膜は、一般にITOスパッタリングターゲット材をスパッタリングすることにより形成される。ITOスパッタリングターゲット材は一般にCu製のバッキングプレートにボンディングされて使用される。このため、タッチパネル用のITO膜を形成するときには、一般に、目的とする膜抵抗を実現することが可能なSnの含有量のITOスパッタリングターゲット材をCu製のバッキングプレートにボンディングしてスパッタリングが行われている。
 しかし、Snの含有量がSnO2換算で10質量%よりも少ないITOスパッタリングターゲット材は脆く、割れやすいことが知られている。特に、Snの含有量がSnO2換算で3.5質量%以下になると割れやすい傾向が顕著となり、ターゲットを製造する上で大きな障害となっている。これは、これらのITOスパッタリングターゲット材においては、製造過程の焼成時において残留応力が残りやすいこと、更にターゲット材の強度が低いことが原因であることが知られている。そのため、これらのITOスパッタリングターゲット材は、Cu製等のバッキングプレートにボンディングするときに割れを起こしやすい。
 さらに、Snの含有量がSnO2換算で10質量%よりも少ないITOスパッタリングターゲット材をスパッタリングしたときに、ノジュールの発生を抑制することも課題の一つである。このノジュールの発生については、ターゲット材の密度を高くすることで改善が可能である。しかし、ターゲット材の密度を高くすると残留応力が大きくなり、割れやすくなるという問題が発生する。
 また、焼成温度を下げて焼成密度を97%と低くした場合は、残留応力が小さく割れにくく、結晶組織も小さいITOターゲット材が得られるが、ターゲット材にピンホールが増加し、それが原因でスパッタリング時のノジュールが増加するという問題が発生する。つまり、ITOターゲット材を割れにくくすることとノジュールを抑制することとはトレードオフの関係にある。
 特開平10-147862号公報には、ノジュールの発生の少ない錫含有量が3~12重量%である酸化インジウム・酸化スズ焼結体に関し、結晶の平均粒径や錫原子の最大凝集径について述べられているが、ターゲット材の割れについては何ら言及されていない。
 また、特開2010-255022号公報には、酸化インジウムに対する酸化錫の含有量が質量比で1.5%以上3.5%以下であるITO焼結体において、焼結体の結晶相が単相であることや、平均結晶粒径と焼結体の曲げ強度(70MPa以上)との関係について記載されている。しかし、この焼結体から構成されるITOターゲット材では、割れの抑制は不十分である。
特開平10-147862号公報 特開2010-255022号公報
 本発明は、Snの含有量がSnO2換算で2.8~3.5質量%であるITOスパッタリングターゲット材において、ボンディング時に割れが発生しにくく、且つ、スパッタリング時のノジュールの発生量が少ないITOスパッタリングターゲット材を提供することを目的とする。
 本発明者は、前記目的を達成するために鋭意研究した結果、Snの含有量がSnO2換算で2.8~3.5質量%であるITOスパッタリングターゲット材において、ターゲット材が、In23にSnO2が固溶した相とIn4Sn312相との二相を有し、ターゲット材の相対密度が98%以上であり、ターゲット材のひずみ解放による変化長さが1m当り50μm以下であれば前記目的を達成できることを見出した。さらに、それらの物性を得るためには、成形体を焼成した後の冷却を60℃/hr以下で行うことが必要であることを見出した。
 すなわち、本発明は、Snの含有量がSnO2換算で2.8~3.5質量%であるITOスパッタリングターゲット材であって、In23にSnO2が固溶した相とIn4Sn312相との二相を有し、相対密度が98%以上であり、ひずみ解放による変化長さが1m当り50μm以下であるITOスパッタリングターゲット材である。
 前記ITOスパッタリングターゲット材は、ひずみ解放による変化長さが1m当り40μm以下であることが好ましい。
 前記ITOスパッタリングターゲット材は、抗折強度が13.0kgf/mm2以上であることが好ましく、14.0kgf/mm2以上であることがさらに好ましい。
 他の発明は、平均粒径が0.5μm以上であるSnO2原料粉末を含むITO製造用の原料から作製された成形体を焼成炉で1500~1600℃の焼成温度で焼成し、得られた焼成体を、焼成炉内の温度が前記焼成温度から700~1100℃の温度範囲に達するまで、焼成炉内の温度を60℃/hr以下の降温速度で降下させることにより冷却する工程を含む前記ITOスパッタリングターゲット材の製造方法である。
 本発明のITOスパッタリングターゲット材は、Snの含有量がSnO2換算で2.8~3.5質量%であるというきわめて割れを生じさせやすい組成を有しながら、ボンディング時に割れにくく、かつスパッタリング中にノジュールの発生が少ないので、効率的なITO薄膜の成膜が可能である。本発明のITOスパッタリングターゲット材の製造方法は、前記ターゲット材をきわめて効率的に製造できる。
図1は、ひずみ解放による変化長さの測定方法の説明図である。
 本発明のITOスパッタリングターゲット材(以下、ITOターゲット材ともいう)は、Snの含有量がSnO2換算で2.8~3.5質量%であるITOターゲット材であって、In23にSnO2が固溶した相とIn4Sn312相との二相を有し、相対密度が98%以上であり、ひずみ解放による変化長さが1m当り50μm以下である。本発明のITOスパッタリングターゲット材は、ボンディング時に割れにくく、かつスパッタリング中にノジュールの発生が少ない。
 前述のとおり、Snの含有量がSnO2換算で2.8~3.5質量%である従来のITOターゲット材は、残留応力が生じやすく、強度が低いことから脆く、割れやすい。ITOターゲット材の製造時に焼成温度を下げてターゲット材の相対密度を97%、あるいはそれ以下とすれば、残留応力が小さくなり割れにくくなるが、スパッタリング時のノジュールが増加するようになる。ITOターゲット材の相対密度を98%以上にすれば、スパッタリング時のノジュールが少なくなるが、残留応力が大きくなり割れやすくなる。つまり、Snの含有量がSnO2換算で2.8~3.5質量%である従来のITOターゲット材においては、割れにくさとノジュール抑制とを両立することができなかった。
 本発明は、Snの含有量がSnO2換算で2.8~3.5質量%であるITOターゲット材において、割れにくさとノジュール抑制とを両立させることに成功した。割れにくさとノジュール抑制との両立は、ITOターゲット材が、In23にSnO2が固溶した相と、Snの含有量がIn23にSnO2が固溶した相よりも多い相であるIn4Sn312相との二相を有するようにしたことにより初めて実現された。
 ITOの製造は、通常In23粉とSnO2粉との混合粉から成形体を作製し、この成形体を焼成することにより行われる。この焼成においてSnO2がIn23中に固溶していく。このとき、たとえばSnの含有量がSnO2換算で10%であるITOでは、SnO2がIn23に固溶しきれないので、In23にSnO2が固溶した相である母相のほかに、Snがリッチな相であるIn4Sn312相が形成される。その結果、SnO2の含有量がSnO2換算で10%であるITOは、母相とIn4Sn312相との二相を有する。一方、Snの含有量がSnO2換算で2.8~3.5質量%である従来のITOでは、Sn量が少なく、SnO2がIn23に完全に固溶できるので、In4Sn312相は形成されない。その結果、SnO2の含有量がSnO2換算で2.8~3.5質量%である従来のITOは、In23にSnO2が固溶した相のみの単一相からなる。
 本発明者は、後述の製造方法を採用することにより、SnO2の含有量がSnO2換算で2.8~3.5質量%でありながら、In23にSnO2が固溶した相とIn4Sn312相との二相を有し、さらに相対密度が98%以上であり、残留応力の指標となるひずみ解放による変化長さが1m当り50μm以下であるITOターゲット材を製造することに成功した。その結果、SnO2の含有量が2.8~3.5質量%であるITOターゲット材において、割れにくさとノジュール抑制との両立を可能にした。
 SnO2の含有量が2.8~3.5質量%であるITOターゲット材を、In23にSnO2が固溶した相とIn4Sn312相との二相を有する構造にすることにより、割れにくさとノジュール抑制との両立が可能となる理由は必ずしも明らかではないが、このような構造では、In4Sn312相が、In23にSnO2が固溶した相の粒界に存在することで、In23にSnO2が固溶した相相互の結合を強くするクサビのような働きをしていることによるのではないかと考えられる。その結果、前記二相を有するITOターゲット材は、高密度化させることによりノジュールの抑制を実現でき、その一方、残留応力が生じたとしても、それが一定値以下であれば割れにくい特性を獲得できるのではないかと考えられる。たとえばSnの含有量がSnO2換算で10%であるITOが、SnO2の含有量が2.8~3.5質量%であるITOよりも一般に割れにくい性質を有するのは、前者のITOは、前述のとおり、In23にSnO2が固溶した相とIn4Sn312相との二相からなっており、In4Sn312相が前記のような働きをしているからであるとも考えられる。
 本発明に係るITOターゲット材は、Snの含有量がSnO2換算で2.8~3.5質量%である。具体的なSnの含有量は、このターゲット材から得られる膜に要求される物性によって前記範囲内から決定される。
 本発明に係るITOターゲット材の相対密度は、98%以上であり、より好ましくは98.5%以上であり、さらに好ましくは99.0%以上である。相対密度が98%以上であると、スパッタ時にノジュールの発生を抑制でき、良好なスパッタリングが可能になる。
 本発明に係るITOターゲット材のひずみ解放による変化長さは1m当り50μm以下であり、1m当り40μm以下であることが好ましい。ひずみ解放による変化長さとは、ITOターゲット材が有する残有応力が実質的にすべて解放されたときの、その解放前のITOターゲット材の長さと解放後のITOターゲット材の長さとの差を意味する。ひずみ解放による変化長さは、残留応力の指標となる物性値である。ひずみ解放による変化長さは、ひずみゲージを用いて測定することができる。ITOターゲット材のひずみ解放による変化長さの測定方法については実施例において詳述する。本発明のITOターゲット材は、前述のとおり、In23にSnO2が固溶した相とIn4Sn312相との二相を有することから、残留応力が存在していても割れにくいが、ひずみ解放による変化長さが1m当り50μmを超えるような大きな残留応力が存在すると、その後の加工またはボンディング工程で割れが発生する確率が高くなる。
 本発明に係るITOターゲット材は、抗折強度が13.0kgf/mm2以上であることが好ましく、14.0kgf/mm2以上であることがより好ましい。本発明のITOターゲット材がこの条件をみたすと、さらに割れの発生を有効に防止することができる。
 本発明に係るITOターゲット材の形状および大きさには、特に制限はなく、いかなる形状および大きさのITOターゲット材であっても、上記条件を満たせば本発明の目的を達成することができる。形状としては、平板形および円筒形等が挙げられる。
 以下、本発明に係るITOターゲット材の製造方法につき詳述する。
 本発明のITOターゲット材の製造方法は、平均粒径が0.5μm以上であるSnO2原料粉末を含むITO製造用の原料から作製された成形体を1500~1600℃の温度範囲で焼成し、得られた焼成体を60℃/hr以下の降温速度で冷却する工程を含む。この製造方法により、上記のITOターゲット材を製造することができる。
 ITO製造用の原料は、SnO2粉末を含み、通常In23粉末およびSnO2粉末を含む。原料粉末であるIn23粉末とSnO2粉末とを、SnO2粉末の含有量が2.8~3.5質量%の目的組成となるように混合して混合粉末を作製する。各原料粉末は、通常は粒子が凝集しているため、事前に粉砕して混合するか、あるいは混合しながら粉砕を行うことが好ましい。
 In23粉末の平均粒径は通常0.2~1.5μm、好ましくは0.4~1.0μmである。SnO2粉末の平均粒径は0.5μm以上であり、好ましくは0.5μm~5.0μm、より好ましくは0.6μm~2.0μmである。本発明のITOターゲット材の製造方法において、In23にSnO2が固溶した相とIn4Sn312相との二相を有するITOターゲット材を得るためには、SnO2粉の平均粒径が0.5μm以上であることが必要である。SnO2粉の平均粒径が0.5μm以上であると、焼成時にSnがリッチな相であるIn4Sn312相が形成される。これは、SnO2粉の平均粒径が0.5μm以上である場合、前記成形体の焼成過程において、SnO2がIn23に固溶しきれず、固溶しきれなかったSnO2がIn4Sn312相を形成するためであると考えられる。一方、SnO2粉の平均粒径が0.5μmより小さいと、In4Sn312相が形成されなくなる。これは、SnO2粉の平均粒径が0.5μm未満である場合、前記成形体の焼成過程において、SnO2がIn23に固溶しやすくなり、SnO2の少なくとも大部分がIn23に固溶されるためであると考えられる。そのため、0.5μm以上という大きな平均粒径を有するSnO2粉末を意図的に使用する必要がある。なお、上記平均粒径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による累積体積50容量%における体積累積粒径D50である。
 原料粉末の粉砕方法や混合方法には特に制限はなく、例えば原料粉末をポットに入れて、ボールミルにより粉砕または混合を行うことができる。
 混合粉末は、そのまま成形して成形体とし、これを焼結することもできるが、必要により混合粉末にバインダーを加えて成形して成形体としてもよい。このバインダーとしては、公知の粉末冶金法において成形体を得るときに使用されるバインダー、例えばポリビニルアルコール、アクリルエマルジョンバインダー等を使用することができる。また得られた成形体は、必要に応じて公知の粉末冶金法において採用される方法により脱脂してもよい。成形方法も、公知の粉末冶金法において採用される方法、たとえば鋳込み成形を適用することができる。成形体の密度は通常50~75%である。
 得られた成形体を焼成して焼成体とし、これを冷却して焼結体を得る。焼成に使用する焼成炉としては、冷却時に冷却速度をコントロールすることができれば特に制限はなく、粉末冶金に一般的に使用される焼成炉で差し支えない。焼成雰囲気としては酸素雰囲気が適している。
 昇温速度は、高密度化および割れ防止の観点から、通常100~500℃/hである。焼成温度は、1500~1600℃であり、好ましくは1520~1580℃である。焼成温度が前記範囲内であると、高密度の焼結体を得ることができる。前記焼成温度での保持時間は通常3~30h、好ましくは5~20hである。保持時間が前記範囲内であると、高密度の焼結体を得やすい。
 焼成が完了した後、焼成炉内の温度が前記焼成温度から700~1100℃の温度範囲に達するまで、たとえば800℃に達するまで、焼成炉内の温度を60℃/hr以下、好ましくは30℃/hr以下で降下させて、得られた焼成体を冷却する。この範囲の降温速度で冷却することで焼結体のひずみ解放による変化長さを小さくすることができ、1m当り50μm以下にすることができる。その後の焼成炉内の温度の降下速度は、焼成体の割れの防止等が可能である限り特に制限はなく、たとえば50~150℃/hrとすることができる。
 このようにして得られたITO焼結体を、必要に応じて所望の形状に切り出し、研削等することにより本発明のITOターゲット材を得ることができる。
 本発明のITOターゲット材は、通常バッキングプレートにボンディングして使用される。バッキングプレートは、通常Cu、Al、Tiまたはステンレス製である。ボンディング材は、従来のITOターゲット材のボンディングに使用されるボンディング材、たとえばInメタルを用いることができる。ボンディング方法も、従来のITOターゲット材のボンディング方法と同様である。たとえば、本発明のITOターゲット材およびバッキングプレートをボンディング材が融解する温度、たとえば約200℃に加熱し、ターゲット材およびバッキングプレートのそれぞれのボンディング面にボンディング材を塗布し、それぞれのボンディング面を貼り合わせて両者を圧着した後、冷却する。あるいは、本発明のITOターゲット材およびバッキングプレートのそれぞれのボンディング面にボンディング材を塗布し、それぞれのボンディング面を貼り合わせて、ターゲット材およびバッキングプレートをボンディング剤が融解する温度、たとえば約200℃に加熱した後、冷却する。
 下記実施例および比較例で得られたITOターゲット材の評価方法を以下示す。
1.相対密度
 ITOターゲット材の相対密度はアルキメデス法に基づき測定した。具体的には、ターゲット材の空中重量を体積(ターゲット材の水中重量/計測温度における水比重)で除し、下記式(X)に基づく理論密度ρ(g/cm3)に対する百分率の値を相対密度(単位:%)とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
(式中C1~Ciはそれぞれターゲット材の構成物質の含有量(重量%)を示し、ρ1~ρiはC1~Ciに対応する各構成物質の密度(g/cm3)を示す。)
2.原料粉末の平均粒径
 原料粉末の平均粒径は、日機装株式会社製レーザー回折散乱式粒度分布測定装置(HRA 9320-X100)を用いて測定した。溶媒は水を使用し、測定物質の屈折率2.20で測定した。
3.抗折強度測定
 抗折強度は、JIS-R-1601に準拠して測定した。
4.ターゲット材の組織(結晶相)の特定
 電子顕微鏡観察によりIn23にSnO2が固溶した相を観察した。また、In4Sn312相の特定については、オージェ電子分光法によりSnの分布を調査することで行った。
 In23にSnO2が固溶した相およびIn4Sn312相が確認された場合は「二相」、In23にSnO2が固溶した相のみが確認された場合は「単一相」と評価した。
5. ターゲット材のひずみ解放による変化長さ(1ゲージ法2線式)
 清浄したターゲット材表面にひずみゲージ(N11-FA-2-120-VSE1、公称抵抗値120Ω、ゲージ率2.0/日本アビオニクス社製)を専用の接着剤で張り付け、ダイヤモンドバンドソーマシンでターゲット材を切断した。切断は、図1に示すように、配線2が取り付けられたひずみゲージ1を中心に、ひずみゲージ1の4辺と平行な方向に、20×20mmサイズのターゲット材断片3が得られるように行った。ターゲット材の切断によりひずみが解放されたことによって生じたターゲット材の長さの変化を、配線2が接続されたデータロガー(リモートスキャナ DC6100/日本アビオニクス社製)で測定した。測定は室温(25℃)で行った。
6.ボンディング時のターゲット材の割れ
 ターゲット材を、これをボンディングするのに十分な面積を有するCu製平板状バッキングプレートに次の方法によりボンディングした。ターゲット材およびバッキングプレートを160℃に加熱し、ターゲット材および基材のそれぞれのボンディング面にボンディング材としてIn半田を塗布し、それぞれのボンディング面を貼り合わせて両者を圧着した後、冷却した。ボンディング時のターゲット材の割れの有無を目視により観察した。割れが確認された場合は「有」、確認されなかった場合は「無」と評価した。
7.ノジュールの発生量評価
 ボンディング時に割れの生じなかったITOターゲットを、ノジュール評価用のサイズにワイヤーカットで切断し、下記条件でスパッタリングした。スパッタ後のターゲット材の表面を写真撮影し、撮影により得られた画像から画像解析ソフト(粒子解析Ver.3 日鉄住金テクノロジー株式会社製)を使用してノジュールの面積を求めた。得られたノジュールの面積から、ターゲット材表面におけるノジュールの面積の、ターゲット材表面の面積に対する比率(%)によりノジュールの発生量を評価した。
 スパッタリングは、DCマグネトロンスパッタリングを用いて行った。
 背圧:7.0×10-5[Pa]
 Ar分圧:4.0×10-1[Pa]
 O2分圧:4.0×10-5[Pa]
 Power:300[W](1.6W/cm2
 ターゲットサイズ:直径203.2mm、厚さ6mm
[実施例1]
 事前にボールミルで粉砕して得られた平均粒径が0.6μmであるIn23粉末と、平均粒径が0.8μmであるSnO2粉末とを、SnO2粉末の含有量が3.0質量%になるように配合し、バインダーとしてアクリルエマルジョンバインダーをセラミックス原料粉末に対して0.3質量%、分散剤としてポリカルボン酸アンモニウムをセラミックス原料粉末に対して0.5質量%、および分散媒として水をセラミックス原料粉末に対して20質量%加え、混合してスラリーを調製した。このスラリーを石膏型に流し込み、次いで排水して縦350mm、横1000mm、厚さ10mmの平板状の成形体を得た。
 次に、この成形体を乾燥後、焼成して焼成体を作製した。焼成は、酸素雰囲気中で昇温速度300℃/h、焼成温度1550℃で10時間行った。その後、焼成体を、焼成炉内の温度が800℃に達するまで焼成炉内の温度を30℃/hrの速度で降下させることにより冷却したのち、焼成炉内の温度が室温になるまで焼成炉内の温度を100℃/hrの速度で降下させることにより冷却し、焼結体を得た。
 さらに、得られた焼結体を切削加工し、表面粗度Raが0.7μmである、縦280mm、横750mm、厚さ6mmの平板状ITOターゲット材を得た。加工には、#170の砥石を使用した。
 得られたITOターゲット材のSnの含有量は、SnO2換算で3.0質量%であり、原料のSn含有量と同一であることを確認した。
 このITOターゲット材に対し上記評価を行った。
[実施例2]
 平均粒径が0.8μmであるSnO2粉末に替えて、平均粒径が1.3μmであるSnO2粉末を使用したこと以外は、実施例1と同様に製造、評価を行った。
[実施例3]
 平均粒径が0.8μmであるSnO2粉末に替えて、平均粒径が0.6μmであるSnO2粉末を使用したこと以外は、実施例1と同様に製造、評価を行った。
[実施例4]
 焼成後の800℃までの冷却速度を50℃/hrとしたこと以外は、実施例1と同様に製造、評価を行った。
[実施例5]
 SnO2粉末の含有量が2.8質量%になるように配合したこと以外は、実施例1と同様に製造、評価を行った。
[実施例6]
 SnO2粉末の含有量が2.8質量%になるように配合したこと以外は、実施例2と同様に製造、評価を行った。
[実施例7]
 SnO2粉末の含有量が2.8質量%になるように配合したこと以外は、実施例3と同様に製造、評価を行った。
[実施例8]
 SnO2粉末の含有量が2.8質量%になるように配合したこと以外は、実施例4と同様に製造、評価を行った。
[実施例9]
 SnO2粉末の含有量が3.5質量%になるように配合したこと以外は、実施例1と同様に製造、評価を行った。
[実施例10]
 SnO2粉末の含有量が3.5質量%になるように配合したこと以外は、実施例2と同様に製造、評価を行った。
[実施例11]
 SnO2粉末の含有量が3.5質量%になるように配合したこと以外は、実施例3と同様に製造、評価を行った。
[実施例12]
 SnO2粉末の含有量が3.5質量%になるように配合したこと以外は、実施例4と同様に製造、評価を行った。
[比較例1]
 平均粒径が0.8μmであるSnO2粉末に替えて、平均粒径が0.4μmであるSnO2粉末を使用したこと以外は、実施例1と同様に製造、評価を行った。
[比較例2]
 焼成後の800℃までの冷却速度を150℃/hrとしたこと以外は、実施例1と同様に製造、評価を行った。
[比較例3]
 焼成温度を1450℃としたこと以外は、実施例1と同様に製造、評価を行った。
 評価結果を表1に示す。表1の比較例1および2においては、ターゲット材がボンディング時に割れてしまったため、ノジュール発生量の評価は行わなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
1 ひずみゲージ
2 配線
3 ターゲット材断片

Claims (5)

  1.  Snの含有量がSnO2換算で2.8~3.5質量%であるITOスパッタリングターゲット材であって、In23にSnO2が固溶した相とIn4Sn312相との二相を有し、相対密度が98%以上であり、ひずみ解放による変化長さが1m当り50μm以下であるITOスパッタリングターゲット材。
  2.  ひずみ解放による変化長さが1m当り40μm以下である請求項1に記載のITOスパッタリングターゲット材。
  3.  抗折強度が13.0kgf/mm2以上である請求項1または2に記載のITOスパッタリングターゲット材。
  4.  抗折強度が14.0kgf/mm2以上である請求項1~3のいずれかに記載のITOスパッタリングターゲット材。
  5.  平均粒径が0.5μm以上であるSnO2原料粉末を含むITO製造用の原料から作製された成形体を焼成炉で1500~1600℃の焼成温度で焼成し、得られた焼成体を、焼成炉内の温度が前記焼成温度から700~1100℃の温度範囲に達するまで、焼成炉内の温度を60℃/hr以下の降温速度で降下させることにより冷却する工程を含む請求項1~4いずれかに記載のITOスパッタリングターゲット材の製造方法。
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