WO2018179595A1 - スパッタリングターゲット、スパッタリングターゲットの製造方法、非晶質膜、非晶質膜の製造方法、結晶質膜及び結晶質膜の製造方法 - Google Patents

スパッタリングターゲット、スパッタリングターゲットの製造方法、非晶質膜、非晶質膜の製造方法、結晶質膜及び結晶質膜の製造方法 Download PDF

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    • C04B2235/77Density

Definitions

  • the present invention relates to a sputtering target, a sputtering target manufacturing method, an amorphous film, an amorphous film manufacturing method, a crystalline film, and a crystalline film manufacturing method.
  • the transparent conductive oxide film is excellent in light transmittance and conductivity, and is used for various applications.
  • Typical examples of the transparent conductive oxide film include a zinc oxide-based oxide film and a tin oxide-based oxide film, but the most frequently used is an indium oxide-based oxide film, which is ITO (Indium Tin Oxide).
  • ITO films Widely known as a membrane. ITO films are used in a wide range of fields, including display electrodes for flat panel displays, because they are superior to other transparent conductive films in features such as low resistivity, high transmittance, and ease of microfabrication. Yes.
  • Examples of the method for producing the transparent conductive oxide film include an ion plating method, a vapor deposition method, a sputtering method, and the like.
  • the sputtering method has an advantage that the film thickness can be easily controlled.
  • Patent Document 1 contains tantalum oxide and titanium oxide in a total amount of 5.2 to 9.2% by mass, and the mass ratio of titanium oxide / tantalum oxide is 0.022 to 0.160. And the remainder is indium oxide, the relative density is 97% or more, and the specific resistance is 5 ⁇ 10 ⁇ 4 ⁇ ⁇ cm or less, which discloses an indium oxide-based sputtering target. And according to such a structure, it consists of a large sized sintered compact which can be applied to the DC sputtering method which can mass-produce a transparent conductive oxide film industrially, has a high relative density, and has a low ratio. It is described that an indium oxide-based sputtering target having resistance can be provided.
  • an object of the present invention is to provide a high-density sputtering target containing In, Ta, and Ti. Another object of the present invention is to provide a high-density sputtering target containing In, Ta, Ti, and Sn.
  • the present inventor controls In, Ta, and Ti by controlling the content of Ta and Ti in the target to a predetermined atomic ratio (at%). It has been found that a high-density sputtering target can be provided. In addition, by controlling the content of Ta, Ti and Sn in the target to a predetermined atomic ratio (at%), it is possible to provide a high-density sputtering target containing In, Ta, Ti and Sn. I found.
  • the sputtering target of the present invention has a relative density of 98.5% or more.
  • the sputtering target of the present invention has a relative density of 98.8% or more.
  • the sputtering target of the present invention has a relative density of 98.9% or more.
  • a phase having a high Ta or Ti concentration by surface analysis using FE-EPMA and a phase having a maximum diameter of 5 ⁇ m or more is observed in a field of view in an SEM image of 50 ⁇ m ⁇ 50 ⁇ m. 3 or less.
  • the raw material powder is heated to 1300 to 1400 ° C. at a temperature rising rate of 1 to 5 ° C./min, and the temperature is maintained for 5 to 60 hours.
  • This is a method for producing a sputtering target of the present invention in which sintering is performed by lowering the temperature at ⁇ 3 ° C./min.
  • the raw material powder contains Ta 2 O 5 and TiO 2 , and the average particle diameter D50 of the Ta 2 O 5 and the TiO 2 is both 2.0 ⁇ m or less. And the BET specific surface area is 2.0 m 2 / g or more.
  • the sputtering target of the present invention has a relative density of 98.5% or more.
  • the sputtering target of the present invention has a relative density of 98.8% or more.
  • the sputtering target of the present invention has a relative density of 98.9% or more.
  • a phase having a high Ta, Ti or Sn concentration and a phase having a maximum diameter of 5 ⁇ m or more is a phase having a maximum diameter of 5 ⁇ m or more, as determined by surface analysis using FE-EPMA. 3 or less in the field of view in the SEM image of 50 ⁇ m ⁇ 50 ⁇ m.
  • the raw material powder is heated to 1300 to 1400 ° C. at a heating rate of 1 to 5 ° C./min, and the temperature is maintained for 5 to 60 hours. Thereafter, sintering is performed by lowering the temperature at a temperature lowering rate of 0.1 to 3 ° C./min.
  • Ta 2 O 5 TiO 2 and SnO 2 is contained in the raw material powder, the average of the Ta 2 O 5, the TiO 2 and the SnO 2
  • the particle diameter D50 is 2.0 ⁇ m or less, and the BET specific surface area is 2.0 m 2 / g or more.
  • the present invention is an amorphous film manufacturing method for forming an amorphous film by sputtering a substrate using the sputtering target of the present invention.
  • the present invention is an amorphous film having the same composition as the sputtering target of the present invention.
  • the present invention is a method for producing a crystalline film, wherein the amorphous film is crystallized by annealing the amorphous film of the present invention.
  • the present invention is a crystalline film having the same composition as the sputtering target of the present invention.
  • a high-density sputtering target containing In, Ta, and Ti can be provided. Further, according to the present invention, it is possible to provide a high-density sputtering target containing In, Ta, Ti, and Sn.
  • tissue image of the surface analysis by FE-EPMA It is an example of the structure
  • the sputtering target is an oxide target mainly containing an In oxide.
  • the Ta content in the target is atomic ratio (at%) and Ta / (In + Ta + Ti) is less than 0.08 at%, there is a problem that the density of the target is lowered. There arises a problem that the resistance of the manufactured film is increased. Moreover, when the Ti content in the target is less than 0.03 at% in terms of atomic ratio (at%) in terms of Ti / (In + Ta + Ti), there arises a problem that the density of the target is reduced. The problem arises that the resistance of the film produced by the method becomes high.
  • the target of the present invention has a high density by controlling the contents of Ta and Ti.
  • the target of the present invention preferably has a relative density of 98.5% or more, more preferably 98.8% or more, and even more preferably 98.9% or more.
  • the “relative density” is a value calculated by (actual density / true density) ⁇ 100 (%).
  • the “measured density” can calculate the weight / volume from each measured value, but the Archimedes method is generally used, and the same method is also adopted in the present invention.
  • the “true density” can be calculated from the analysis values (weight% ratio) of each element of the target in terms of each oxide, In 2 O 3 , TiO 2 , and Ta 2 O 5 .
  • As the density of each oxide In 2 O 3 : 7.18 g / cm 3 , Ta 2 O 5 : 8.74 g / cm 3 , and TiO 2 : 4.26 g / cm 3 are used.
  • the sputtering target can be subjected to surface analysis by FE-EPMA.
  • a composition image is observed by surface analysis of Ta or Ti by FE-EPMA, an In 2 O 3 phase as a parent phase and a phase having a high concentration of Ta or Ti therein are confirmed. be able to.
  • the Ta or Ti concentration analysis values of the high-concentration phase and the surrounding phase are compared, and the phase in which the concentration of the high-concentration phase / ambient phase is 5 times or more is defined as the phase with a high Ta or Ti concentration.
  • This “phase with a high Ta or Ti concentration” is defined as a sub-phase, and the surrounding phase is defined as a main phase.
  • the number of phases having a maximum diameter of 5 ⁇ m or more in the subphase is 3 or less in the field of view of a 50 ⁇ m ⁇ 50 ⁇ m SEM image. Moreover, it is more preferable that the number of phases having a maximum diameter of 4 ⁇ m or more in the sub phase is 3 or less in a visual field of 50 ⁇ m ⁇ 50 ⁇ m. According to such a configuration, color unevenness on the target appearance can be suppressed, and an effect that the composition of the film after sputtering becomes uniform can be obtained.
  • FIG. 1 shows an example of a structural image of surface analysis by FE-EPMA. At this time, for example, a circle having a diameter of 5 ⁇ m on the tissue image as shown in FIG.
  • the maximum diameter is determined to be 5 ⁇ m or more.
  • the number of visual fields is 3 or less after any of the three visual fields are selected.
  • the sputtering target is an oxide target mainly containing an In oxide.
  • the Ta content in the target is atomic ratio (at%) and Ta / (In + Ta + Ti + Sn) is less than 0.08 at%, there is a problem that the density of the target is lowered. There arises a problem that the resistance of the manufactured film is increased.
  • the Ti content in the target is less than 0.03 at% in terms of atomic ratio (at%) of Ti / (In + Ta + Ti + Sn)
  • the density of the target is reduced, and when it exceeds 1.25 at%, sputtering is performed. The problem arises that the resistance of the film produced by the method becomes high.
  • the Sn content in the target is less than 0.04 at% in terms of atomic ratio (at%) Sn / (In + Ta + Ti + Sn)
  • the atomic ratio (at%) of Ta, Ti, and Sn of the sputtering target can be obtained by measuring using the ICP method. Further, the In atomic ratio (at%) can be obtained by subtracting the atomic ratio (at%) of Ta, Ti, and Sn from the whole.
  • the target of the present invention has a high density by controlling the contents of Ta, Ti and Sn.
  • the target of the present invention preferably has a relative density of 98.5% or more, more preferably 98.8% or more, and even more preferably 98.9% or more.
  • the “relative density” is a value calculated by (actual density / true density) ⁇ 100 (%).
  • the “measured density” can calculate the weight / volume from each measured value, but the Archimedes method is generally used, and the same method is also adopted in the present invention.
  • the “true density” can be calculated from the analysis values (weight% ratio) of each element of the target by converting them into respective oxides In 2 O 3 , SnO 2 , TiO 2 , and Ta 2 O 5. .
  • the density of each oxide is In 2 O 3 : 7.18 g / cm 3 , SnO 2 : 6.95 g / cm 3 , Ta 2 O 5 : 8.74 g / cm 3 , TiO 2 : 4.26 g / cm 3 Is used.
  • the sputtering target can be subjected to surface analysis by FE-EPMA.
  • the sputtering target of the present invention has an In 2 O 3 + SnO 2 phase as a parent phase and a concentration of Ta, Ti or Sn and its concentration when a composition image is observed by surface analysis of Ta, Ti or Sn by FE-EPMA.
  • a high phase can be confirmed.
  • the Ta, Ti, or Sn concentration analysis values of the high-concentration phase and the surrounding phase are compared, and the high-concentration phase / phase where the surrounding phase is 5 times or more is compared with the concentration of Ta, Ti, or Sn. Define as high phase.
  • phase with a high concentration of Ta, Ti or Sn is defined as a sub-phase, and the surrounding phase is defined as a main phase. It is preferable that the number of phases having a maximum diameter of 5 ⁇ m or more in the subphase is 3 or less in the visual field of 50 ⁇ m ⁇ 50 ⁇ m. Moreover, it is more preferable that the number of phases having a maximum diameter of 4 ⁇ m or more in the sub phase is 3 or less in a visual field of 50 ⁇ m ⁇ 50 ⁇ m. According to such a configuration, color unevenness on the target appearance can be suppressed, and an effect that the composition of the film after sputtering becomes uniform can be obtained.
  • the maximum diameter is determined to be 5 ⁇ m or more for a subphase that does not fit in a circle having a diameter of 5 ⁇ m on the tissue image (cannot be covered with a circle having a diameter of 5 ⁇ m).
  • the number of visual fields is 3 or less after any of the three visual fields are selected.
  • the target manufacturing method of the present invention will be described.
  • indium oxide powder, tantalum oxide powder, and titanium oxide powder as raw materials are weighed at a predetermined ratio and mixed.
  • indium oxide powder, tantalum oxide powder, titanium oxide powder and tin oxide powder as raw materials are weighed and mixed at a predetermined ratio.
  • the mixed powder it is preferable to finely pulverize the mixed powder. This is due to the uniform dispersion of the raw material powder in the target.
  • the presence of the raw material powder having a large particle size means that the composition is uneven depending on the location, and abnormal discharge during sputter film formation occurs. May cause this.
  • the mixed powder is granulated. This is to improve the fluidity of the raw material powder and to make the filling state during press molding sufficiently satisfactory.
  • the granulated powder is filled in a mold of a predetermined size and press molded to obtain a molded body.
  • the molded powder is heated to 1300 to 1400 ° C. at a temperature rising rate of 1 to 5 ° C./minute, held at that temperature for 5 to 60 hours, and then cooled at a temperature falling rate of 0.1 to 3 ° C./minute. Sintering is performed by lowering the temperature. If the rate of temperature rise is less than 1 ° C / min, it takes time to reach the predetermined temperature. If the rate of temperature rise is greater than 5 ° C / min, the temperature distribution in the furnace will increase uniformly. However, unevenness of the sintered body may occur, cracks may occur depending on the size of the sintered body, and warpage may increase.
  • the sintering temperature is lower than 1300 ° C., the density of the sintered body is not sufficiently increased, and when it exceeds 1400 ° C., the life of the furnace heater is reduced. If the holding time is shorter than 5 hours, the reaction between the raw material powders does not proceed sufficiently, the density of the sintered body does not increase sufficiently, and if the sintering time exceeds 60 hours, the reaction has occurred sufficiently, so it is unnecessary. Waste of energy and time is generated, which is not preferable in production.
  • the temperature lowering rate is less than 0.1 ° C./min, the bulk resistance of the target is increased, and the temperature lowering time becomes longer, which is not preferable for production. When the temperature lowering rate is higher than 3 ° C./min, there is a problem that the target is easily broken.
  • Ta 2 O 5 and TiO 2 powders are selected as raw powders, and the average particle diameter D50 of the Ta 2 O 5 and TiO 2 is selected.
  • D50 of the Ta 2 O 5 and TiO 2 is selected.
  • both the average particle diameter D50 of Ta 2 O 5 and TiO 2 is at 2.0 ⁇ m or less, and, BET specific surface area of 2.0 m 2 / g or more
  • the phase having a high dispersibility of Ti and Ta and a high concentration of Ta and Ti and having a maximum diameter of 5 ⁇ m or more is 3 or less in a visual field of 50 ⁇ m ⁇ 50 ⁇ m. According to such a configuration, color unevenness on the target appearance can be suppressed, and an effect that the composition of the film after sputtering becomes uniform can be obtained.
  • the average particle diameter D50 of Ta 2 O 5 and TiO 2 is more preferably 1.0 ⁇ m or less, and the BET specific surface area is more preferably 4.0 m 2 / g or more.
  • the lower limit of ta 2 O 5 and an average particle diameter D50 of TiO 2 is not particularly limited, is, for example 0.1 ⁇ m or more.
  • the upper limit of a BET specific surface area is not specifically limited, For example, it is 20.0 m ⁇ 2 > / g or less.
  • a sputtering target comprising an In, Ta, Ti and Sn of the present invention, Ta 2 O 5, the TiO 2 and SnO 2 powder selected as a raw material powder, the Ta 2 O 5, TiO 2 and SnO 2
  • the average particle diameter D50 is preferably 2.0 ⁇ m or less and the BET specific surface area is preferably 2.0 m 2 / g or more.
  • the average particle diameter D50 of Ta 2 O 5 , TiO 2 and SnO 2 is 2.0 ⁇ m or less and the BET specific surface area is 2.0 m 2 / g or more
  • the dispersibility of Ti, Ta, and Sn The phase having a high Ta, Ti and Sn concentration and having a maximum diameter of 5 ⁇ m or more is 3 or less in a visual field of 50 ⁇ m ⁇ 50 ⁇ m. According to such a configuration, the unevenness of color on the appearance of the target can be suppressed, the effect of uniforming the composition of the film after sputtering can be obtained, and the oxide target having the effect of higher density and less arcing can be obtained. can get.
  • the average particle diameter D50 of Ta 2 O 5 , TiO 2 and SnO 2 is more preferably 1.0 ⁇ m or less, and the BET specific surface area is more preferably 4.0 m 2 / g or more.
  • the lower limit of the average particle diameter D50 of Ta 2 O 5 , TiO 2 and SnO 2 is not particularly limited, but is, for example, 0.1 ⁇ m or more.
  • the upper limit of a BET specific surface area is not specifically limited, For example, it is 20.0 m ⁇ 2 > / g or less.
  • Cylindrical grinding of the outer periphery of the oxide sintered body obtained under the manufacturing conditions as described above and surface grinding of the surface side are performed.
  • the thickness is about 4 to 6 mm and the diameter is processed to a size corresponding to the sputtering apparatus, and is made of copper.
  • a sputtering target is obtained by bonding an indium-based alloy or the like as a bonding metal to a backing plate such as.
  • an amorphous film and manufacturing method thereof By sputtering the substrate under appropriate sputtering conditions using the sputtering target, an amorphous film having the same composition as the sputtering target that is a raw material can be manufactured.
  • the amorphous film obtained as described above is crystallized by annealing at 180 ° C. or higher, and a crystalline film having the same composition as the oxide target as a raw material can be produced. Crystallization is judged by whether or not a peak can be confirmed by X-ray diffraction (XRD) measurement.
  • XRD X-ray diffraction
  • the “peak” for example, the maximum peak (222) plane of cubic (Ia-3) In 2 O 3 is selected, and the maximum intensity between 30 ° and 31 ° at which this (222) plane appears is When it is within 1.5 times the average peak intensity at 30 ° and 31 °, it can be determined that the In 2 O 3 peak is amorphous and does not exist.
  • the measurement conditions of the X-ray diffraction can be set as follows. ⁇ Rigaku Co., Ltd. device Ultimate (X-ray source: Cu wire) ⁇ Tube voltage: 40kV ⁇ Tube current: 30mA ⁇ Scanning speed: 5 ° / min ⁇ Step: 0.2 °
  • the peak intensity is calculated by removing the background from the data obtained by X-ray diffraction and calculating each peak intensity. For background removal, PDXL (Sonneveld-Visser method) is used.
  • the mixed powder was granulated, the granulated powder was filled into a mold of a predetermined size, and press molded to obtain a molded body. Subsequently, the molded powder is heated to a sintering temperature at a predetermined heating rate according to the sintering temperature and sintering conditions described in Tables 2 and 4, and the temperature is maintained for a predetermined time. Sintering was performed by lowering the temperature at a temperature lowering rate to obtain a sputtering target.
  • the atomic ratio (at%) of Ta, Ti, and Sn of the sputtering target was obtained by measuring using the ICP method.
  • the In atomic ratio (at%) was obtained by subtracting the atomic ratio (at%) of Ta, Ti, and Sn from the whole.
  • FE-EPMA- Surface analysis of the sputtering target by FE-EPMA was performed. Specifically, for a sputtering target, when a composition image is observed by surface analysis of Ta, Ti, or Sn by FE-EPMA, an In 2 O 3 + SnO 2 phase that becomes a parent phase and a Ta, Ti, or Sn therein A high concentration phase was confirmed. Next, the Ta, Ti, or Sn concentration analysis values of the high-concentration phase and the surrounding phase are compared, and the high-concentration phase / phase where the surrounding phase is 5 times or more is compared with the concentration of Ta, Ti, or Sn. Defined as high phase.
  • phase with a high concentration of Ta, Ti, or Sn was defined as a subphase, and the surrounding phase was defined as a main phase. Then, the number of phases having a maximum diameter of 5 ⁇ m or more in the subphase was evaluated in a 50 ⁇ m ⁇ 50 ⁇ m visual field.
  • the relative density of the sputtering target was measured.
  • the relative density was calculated by (actual density / true density) ⁇ 100 (%).
  • the “measured density” was measured using the Archimedes method.
  • the “true density” was replaced by a weighted average from the mixing ratio of each oxide used as a raw material. In the target, calculation is performed by converting the analysis values (weight% ratio) of each element into In 2 O 3 , SnO 2 , TiO 2 , and Ta 2 O 5 that are oxides.
  • the density of each oxide is In 2 O 3 : 7.18 g / cm 3 , SnO 2 : 6.95 g / cm 3 , Ta 2 O 5 : 8.74 g / cm 3 , TiO 2 : 4.26 g / cm 3 Was used.

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Abstract

In、Ta及びTiを含み、且つ、高密度の酸化物ターゲットを提供する。In、Ta及びTiを含む酸化物のターゲットであって、Ta及びTiの含有量がそれぞれ原子比(at%)で、Ta/(In+Ta+Ti)=0.08~0.45at%、及び、Ti/(In+Ta+Ti)=0.03~1.25at%を満たすスパッタリングターゲット。

Description

スパッタリングターゲット、スパッタリングターゲットの製造方法、非晶質膜、非晶質膜の製造方法、結晶質膜及び結晶質膜の製造方法
 本発明は、スパッタリングターゲット、スパッタリングターゲットの製造方法、非晶質膜、非晶質膜の製造方法、結晶質膜及び結晶質膜の製造方法に関する。
 透明導電酸化物膜は、光透過性及び導電性に優れており、種々の用途に用いられている。透明導電酸化物膜の代表としては、酸化亜鉛系酸化物膜や酸化錫系酸化物膜があるが、最も多く使用されているものは酸化インジウム系酸化物膜であり、ITO(Indium Tin Oxide)膜として広く知られている。ITO膜は、低抵抗率、高透過率、微細加工容易性等の特徴が、他の透明導電膜より優れていることから、フラットパネルディスプレイ用表示電極をはじめとして、広範囲の分野にわたって使用されている。
 透明導電酸化物膜の製造方法としては、イオンプレーティング法、蒸着法またはスパッタリング法等が挙げられ、この中でもスパッタリング法は特に膜厚制御がし易いという利点等がある。
 近年、透明導電酸化物膜をスパッタリング法で製造する際に用いるスパッタリングターゲットとして、透明導電酸化物膜の屈折率の制御等の観点から、Ta及びTiを添加元素として含むものが研究・開発されている。
 このような技術として、例えば特許文献1には、酸化タンタルおよび酸化チタンを合計量で5.2~9.2質量%含有し、酸化チタン/酸化タンタルの質量比が0.022~0.160で、残部が酸化インジウムであり、相対密度が97%以上で、比抵抗が5×10-4Ω・cm以下であることを特徴とする、酸化インジウム系スパッタリングターゲットが開示されている。そして、このような構成によれば、透明導電酸化物膜を工業的に量産可能な直流スパッタリング法に適用することができる大型の焼結体からなり、高い相対密度を有し、かつ、低い比抵抗を有する酸化インジウム系スパッタリングターゲットを提供することができると記載されている。
特許第5170009号公報
 しかしながら、従来、酸化インジウムを主成分とし、酸化タンタル、酸化チタンを含む原料粉末を粉砕、造粒、焼結して得られた焼結体を用いてスパッタリングターゲットを製造しても、高密度のターゲット材が得られず、未だ開発の余地がある。
 そこで、本発明は、In、Ta及びTiを含み、且つ、高密度のスパッタリングターゲットを提供することを課題とする。また、本発明は、In、Ta、Ti及びSnを含み、且つ、高密度のスパッタリングターゲットを提供することを別の課題とする。
 本発明者は、このような問題を解決するため種々の検討を行った結果、ターゲットにおけるTa及びTiの含有量に関し所定の原子比(at%)に制御することで、In、Ta及びTiを含み、且つ、高密度のスパッタリングターゲットを提供することができることを見出した。また、ターゲットにおけるTa、Ti及びSnの含有量に関し所定の原子比(at%)に制御することで、In、Ta、Ti及びSnを含み、且つ、高密度のスパッタリングターゲットを提供することができることを見出した。
 上記知見を基礎にして完成した本発明は一側面において、In、Ta及びTiを含む酸化物のターゲットであって、Ta及びTiの含有量がそれぞれ原子比(at%)で、Ta/(In+Ta+Ti)=0.08~0.45at%、及び、Ti/(In+Ta+Ti)=0.03~1.25at%を満たすスパッタリングターゲットである。
 本発明のスパッタリングターゲットは一実施形態において、相対密度で98.5%以上である。
 本発明のスパッタリングターゲットは別の一実施形態において、相対密度で98.8%以上である。
 本発明のスパッタリングターゲットは更に別の一実施形態において、相対密度で98.9%以上である。
 本発明のスパッタリングターゲットは更に別の一実施形態において、FE-EPMAによる面分析でTaまたはTiの濃度が高い相で、最大径5μm以上である相が、50μm×50μmのSEM像での視野で3個以下である。
 本発明は別の一側面において、原料粉を成型した後、昇温速度1~5℃/分で1300~1400℃まで加熱し、当該温度を5~60時間保持した後、降温速度0.1~3℃/分で降温させることで焼結を行う本発明のスパッタリングターゲットの製造方法である。
 本発明のスパッタリングターゲットの製造方法は一実施形態において、前記原料粉にTa25及びTiO2が含まれ、前記Ta25及び前記TiO2の平均粒径D50がいずれも2.0μm以下であり、且つ、BET比表面積が2.0m2/g以上である。
 本発明は更に別の一側面において、In、Ta、Ti及びSnを含む酸化物のターゲットであって、Ta、Ti及びSnの含有量がそれぞれ原子比(at%)で、Ta/(In+Ta+Ti+Sn)=0.08~0.45at%、Ti/(In+Ta+Ti+Sn)=0.03~1.25at%、及び、Sn/(In+Ta+Ti+Sn)=0.04~0.40at%を満たすスパッタリングターゲットである。
 本発明のスパッタリングターゲットは更に別の一実施形態において、相対密度で98.5%以上である。
 本発明のスパッタリングターゲットは更に別の一実施形態において、相対密度で98.8%以上である。
 本発明のスパッタリングターゲットは更に別の一実施形態において、相対密度で98.9%以上である。
 本発明のスパッタリングターゲットは更に別の一実施形態において、FE-EPMAによる面分析で、Ta、TiまたはSnの濃度が高い相で、最大径5μm以上である相が最大径5μm以上である相が、50μm×50μmのSEM像での視野で3個以下である。
 本発明のスパッタリングターゲットの製造方法は別の一実施形態において、原料粉を成型した後、昇温速度1~5℃/分で1300~1400℃まで加熱し、当該温度を5~60時間保持した後、降温速度0.1~3℃/分で降温させることで焼結を行う。
 本発明のスパッタリングターゲットの製造方法は更に別の一実施形態において、前記原料粉にTa25、TiO2及びSnO2が含まれ、前記Ta25、前記TiO2及び前記SnO2の平均粒径D50がいずれも2.0μm以下であり、且つ、BET比表面積が2.0m2/g以上である。
 本発明は更に別の一側面において、本発明のスパッタリングターゲットを用いて基板をスパッタすることで非晶質膜を作製する非晶質膜の製造方法である。
 本発明は更に別の一側面において、本発明のスパッタリングターゲットと同じ組成を有する非晶質膜である。
 本発明は更に別の一側面において、本発明の非晶質膜をアニールすることによって、非晶質膜を結晶化させる結晶質膜の製造方法である。
 本発明は更に別の一側面において、本発明のスパッタリングターゲットと同じ組成を有する結晶質膜である。
 本発明によれば、In、Ta及びTiを含み、且つ、高密度のスパッタリングターゲットを提供することができる。また、本発明によれば、In、Ta、Ti及びSnを含み、且つ、高密度のスパッタリングターゲットを提供することができる。
FE-EPMAによる面分析の組織像の例である。 副相が組織像上で直径が5μmの円内に収まる例(分散性が良い例)と、収まらない例(分散性が悪い例)を示す模式図である。
 (In、Ta及びTiを含むスパッタリングターゲット)
 本発明のスパッタリングターゲットは一側面において、In、Ta及びTiを含む酸化物のターゲットであって、Ta及びTiの含有量がそれぞれ原子比(at%)で、Ta/(In+Ta+Ti)=0.08~0.45at%、及び、Ti/(In+Ta+Ti)=0.03~1.25at%を満たすスパッタリングターゲットである。当該スパッタリングターゲットはInの酸化物を主とする酸化物のターゲットである。
 ターゲットにおけるTaの含有量が原子比(at%)について、Ta/(In+Ta+Ti)で0.08at%未満であるとターゲットの密度が低下するという問題が生じ、0.45at%を超えるとスパッタリング法により作製した膜の抵抗が高くなるという問題が生じる。また、ターゲットにおけるTiの含有量が原子比(at%)について、Ti/(In+Ta+Ti)で0.03at%未満であるとターゲットの密度が低下するという問題が生じ、1.25at%を超えるとスパッタリング法により作製した膜の抵抗が高くなるという問題が生じる。また、Ta及びTiの含有量が原子比(at%)について、Ta/(In+Ta+Ti)=0.10~0.40at%、及び、Ti/(In+Ta+Ti)=0.40~1.05at%を満たすのが好ましく、Ta/(In+Ta+Ti)=0.15~0.35at%、及び、Ti/(In+Ta+Ti)=0.70~0.95at%を満たすのがより好ましい。
 本発明のターゲットは、Ta及びTiの含有量を制御することで高密度となっている。本発明のターゲットは、相対密度が98.5%以上であるのが好ましく、98.8%以上であるのがより好ましく、98.9%以上であるのが更により好ましい。ここで、当該「相対密度」とは、(実測密度/真密度)×100(%)で算出される値である。ここで、「実測密度」とは重量/体積を各測定値から計算できるが、一般的にはアルキメデス法が用いられ、本発明でも同方法を採用する。また、「真密度」はターゲットの各元素の分析値(重量%比)から、各酸化物であるIn23、TiO2、Ta25に換算して計算することができる。各酸化物の密度は、In23:7.18g/cm3、Ta25:8.74g/cm3、TiO2:4.26g/cm3を用いている。
 スパッタリングターゲットは、FE-EPMAによる面分析を行うことができる。本発明のスパッタリングターゲットは、FE-EPMAによるTaまたはTiの面分析で組成像を観察したときに、母相となるIn23相とその中にTaまたはTiと濃度が高い相を確認することができる。次に、この濃度が高い相及び周囲の相のTaまたはTiの濃度分析値を比較し、濃度が高い相/周囲の相が5倍以上となる相をTaまたはTiの濃度が高い相と定義する。この「TaまたはTiの濃度が高い相」を副相と定義し、周囲の相を主相と定義する。ターゲットは、副相で最大径5μm以上である相が、50μm×50μmのSEM像の視野で3個以下であることが好ましい。また、副相で最大径4μm以上である相が、50μm×50μmの視野で3個以下であることがより好ましい。このような構成によれば、ターゲット外観上の色ムラを抑えられ、スパッタリング後の膜の組成が均一になるという効果が得られる。図1にFE-EPMAによる面分析の組織像の例を示した。なお、この際に、例えば、図2(面分析でのTi、Taの分散性の模式図:分散性が良い例、分散性が悪い例)に示すように組織像上で直径が5μmの円内に収まらない(直径が5μmの円で覆い隠せない)副相に関しては、最大径が5μm以上と判断する。また、視野の選択に関しては、3視野を任意で選択した後、いずれの視野でも3個以下であることが好ましい。
 (In、Ta、Ti及びSnを含むスパッタリングターゲット)
 また、本発明のスパッタリングターゲットは別の一側面において、In、Ta、Ti及びSnを含む酸化物のターゲットであって、Ta、Ti及びSnの含有量がそれぞれ原子比(at%)で、Ta/(In+Ta+Ti+Sn)=0.08~0.45at%、Ti/(In+Ta+Ti+Sn)=0.03~1.25at%、及び、Sn/(In+Ta+Ti+Sn)=0.04~0.40at%を満たすスパッタリングターゲットである。当該スパッタリングターゲットはInの酸化物を主とする酸化物のターゲットである。
 ターゲットにおけるTaの含有量が原子比(at%)について、Ta/(In+Ta+Ti+Sn)で0.08at%未満であるとターゲットの密度が低下するという問題が生じ、0.45at%を超えるとスパッタリング法により作製した膜の抵抗が高くなるという問題が生じる。また、ターゲットにおけるTiの含有量が原子比(at%)について、Ti/(In+Ta+Ti+Sn)で0.03at%未満であるとターゲットの密度が低下するという問題が生じ、1.25at%を超えるとスパッタリング法により作製した膜の抵抗が高くなるという問題が生じる。また、ターゲットにおけるSnの含有量が原子比(at%)について、Sn/(In+Ta+Ti+Sn)で0.04at%未満であるとターゲットの密度が低下するという問題が生じ、0.40at%を超えるとスパッタリング法により作製した膜の抵抗が高くなるという問題が生じる。また、Ta、Ti及びSnの含有量がそれぞれ原子比(at%)について、Ta/(In+Ta+Ti+Sn)=0.10~0.40at%、及び、Ti/(In+Ta+Ti+Sn)=0.40~1.05at%、及び、Sn/(In+Ta+Ti+Sn)=0.15~0.35at%を満たすのが好ましく、Ta/(In+Ta+Ti+Sn)=0.15~0.35at%、及び、Ti/(In+Ta+Ti+Sn)=0.70~0.95at%、及び、Sn/(In+Ta+Ti+Sn)=0.20~0.30at%を満たすのがより好ましい。
 本発明において、スパッタリングターゲットのTa、Ti、Snの原子比(at%)は、ICP法を用いて測定することで得られる。また、In原子比(at%)は、全体からTa、Ti、Snの原子比(at%)を引くことで得られる。
 本発明のターゲットは、Ta、Ti及びSnの含有量を制御することで高密度となっている。本発明のターゲットは、相対密度が98.5%以上であるのが好ましく、98.8%以上であるのがより好ましく、98.9%以上であるのが更により好ましい。ここで、当該「相対密度」とは、(実測密度/真密度)×100(%)で算出される値である。ここで、「実測密度」とは重量/体積を各測定値から計算できるが、一般的にはアルキメデス法が用いられ、本発明でも同方法を採用する。また、「真密度」はターゲットの各元素の分析値(重量%比)から、各酸化物であるIn23、SnO2、TiO2、Ta25に換算して計算することができる。各酸化物の密度は、In23:7.18g/cm3、SnO2:6.95g/cm3、Ta25:8.74g/cm3、TiO2:4.26g/cm3を用いている。
 スパッタリングターゲットは、FE-EPMAによる面分析を行うことができる。本発明のスパッタリングターゲットは、FE-EPMAによるTa、TiまたはSnの面分析で組成像を観察したときに、母相となるIn23+SnO2相とその中にTa、TiまたはSnと濃度が高い相を確認することができる。次に、この濃度が高い相及び周囲の相のTa、TiまたはSnの濃度分析値を比較し、濃度が高い相/周囲の相が5倍以上となる相をTa、TiまたはSnの濃度が高い相と定義する。この「Ta、TiまたはSnの濃度が高い相」を副相と定義し、周囲の相を主相と定義する。ターゲットは、副相で最大径5μm以上である相が、50μm×50μmの視野で3個以下であることが好ましい。また、副相で最大径4μm以上である相が、50μm×50μmの視野で3個以下であることがより好ましい。このような構成によれば、ターゲット外観上の色ムラを抑えられ、スパッタリング後の膜の組成が均一になるという効果が得られる。図1にFE-EPMAによる面分析の組織像の例を示した。なお、この際に、例えば、図2に示すように組織像上で直径が5μmの円内に収まらない(直径が5μmの円で覆い隠せない)副相に関しては、最大径が5μm以上と判断する。また、視野の選択に関しては、3視野を任意で選択した後、いずれの視野でも3個以下であることが好ましい。
 (スパッタリングターゲットの製造方法)
 次に、本発明のターゲットの製造方法について説明する。まず、本発明のIn、Ta及びTiを含むスパッタリングターゲットについては、原料である酸化インジウム粉末、酸化タンタル粉末、酸化チタン粉末を所定の割合で秤量し、混合する。
 また、本発明のIn、Ta、Ti及びSnを含むスパッタリングターゲットについては、原料である酸化インジウム粉末、酸化タンタル粉末、酸化チタン粉末、酸化スズ粉末を所定の割合で秤量し、混合する。
 次に、混合粉の微粉砕を行うのが好ましい。これは原料粉のターゲット中での均一分散化のためであり、粒径の大きい原料粉が存在するということは、場所により組成むらが生じていることになり、スパッタ成膜時の異常放電の原因となるおそれがある。
 次に、混合粉の造粒を行う。これは、原料粉の流動性を良くして、プレス成型時の充填状況を充分良好なものにするためである。次に、所定サイズの型に造粒粉を充填し、プレス成型して成形体を得る。
 次に、成型した粉体に対し、昇温速度1~5℃/分で1300~1400℃まで加熱し、当該温度を5~60時間保持した後、降温速度0.1~3℃/分で降温させることで焼結を行う。昇温速度が1℃/分より小さいと、所定温度になるまでに不必要に時間を要してしまい、昇温速度が5℃/分より大きいと、炉内の温度分布が均一に上昇せずに、焼結体にむらが生じる、焼結体サイズによっては割れが発生する、また、反りが大きくなる恐れがある。焼結温度が1300℃より低いと、焼結体の密度が充分大きくならず、1400℃を超えると炉ヒーター寿命が低下してしまう。保持時間が5時間より短いと、原料粉間の反応が充分進まず、焼結体の密度が充分大きくならず、焼結時間が60時間を越えると、反応は充分起きているので、不必要なエネルギーと時間を要する無駄が生じて生産上好ましくない。降温速度が0.1℃/分より小さいと、ターゲットのバルク抵抗が高くなり、また、降温時間が長くなり生産上好ましくない。降温速度が3℃/分より大きいと、ターゲットが割れやすくなるという問題が生じる。
 本発明の本発明のIn、Ta及びTiを含むスパッタリングターゲットの製造方法においては、原料粉としてTa25及びTiO2の粉末を選択し、当該Ta25及びTiO2の平均粒径D50がいずれも2.0μm以下であり、且つ、BET比表面積が2.0m2/g以上であるのが好ましい。原料粉にTa25及びTiO2が含まれ、Ta25及びTiO2の平均粒径D50がいずれも2.0μm以下であり、且つ、BET比表面積が2.0m2/g以上であると、TiやTaの分散性が高く、Ta、Tiの濃度が高い相で、最大径5μm以上である相が、50μm×50μmの視野で3個以下となる。このような構成によれば、ターゲット外観上の色ムラを抑えられ、スパッタリング後の膜の組成が均一になるという効果が得られる。Ta25及びTiO2の平均粒径D50はいずれも1.0μm以下であるのがより好ましくBET比表面積は4.0m2/g以上であるのがより好ましい。Ta25及びTiO2の平均粒径D50の下限は特に限定されないが、例えば0.1μm以上である。また、BET比表面積の上限は特に限定されないが、例えば20.0m2/g以下である。
 本発明のIn、Ta、Ti及びSnを含むスパッタリングターゲットの製造方法においては、原料粉としてTa25、TiO2及びSnO2の粉末を選択し、当該Ta25、TiO2及びSnO2の平均粒径D50がいずれも2.0μm以下であり、且つ、BET比表面積が2.0m2/g以上であるのが好ましい。Ta25、TiO2及びSnO2の平均粒径D50がいずれも2.0μm以下であり、且つ、BET比表面積が2.0m2/g以上であると、Ti、Ta、Snの分散性が高く、Ta、Ti、Snの濃度が高い相で、最大径5μm以上である相が、50μm×50μmの視野で3個以下となる。このような構成によれば、ターゲット外観上の色ムラを抑えられ、スパッタリング後の膜の組成が均一になるという効果が得られ、さらに高密度でアーキング発生が少ないという効果を有する酸化物ターゲットが得られる。Ta25、TiO2及びSnO2の平均粒径D50はいずれも1.0μm以下であるのがより好ましくBET比表面積は4.0m2/g以上であるのがより好ましい。Ta25、TiO2及びSnO2の平均粒径D50の下限は特に限定されないが、例えば0.1μm以上である。また、BET比表面積の上限は特に限定されないが、例えば20.0m2/g以下である。
 上記の様な製造条件によって得られた酸化物焼結体の外周の円筒研削、面側の平面研削を行い、例えば厚さ4~6mm程度、直径はスパッタ装置に対応したサイズに加工し、銅製等のバッキングプレートに、インジウム系合金などをボンディングメタルとして貼り合わせることでスパッタリングターゲットとする。
 (非晶質膜及びその製造方法)
 上記スパッタリングターゲットを用いて、適切なスパッタ条件で基板をスパッタすることで原料であるスパッタリングターゲットと同じ組成を有する非晶質膜を作製することができる。
 (結晶質膜及びその製造方法)
 上記の様にして得られた非晶質膜を180℃以上でアニールすることで結晶化し、原料である酸化物ターゲットと同じ組成を有する結晶質膜を作製することができる。結晶化に関しては、X線回折(XRD)測定で、ピークを確認できるか否かで判断する。当該「ピーク」は、例えば、立方晶系(Ia-3)In23の最大ピーク(222)面を選択し、この(222)面が表れる30°~31°間での最大強度が、30°及び31°でのピーク強度平均の1.5倍以内に収まっている際には、In23のピークは存在しない非晶質であると判断できる。
 上記X線回折(XRD)の測定条件は以下のように設定することができる。
 ・株式会社リガク製の装置Ultima(X線源:Cu線)
 ・管電圧:40kV
 ・管電流:30mA
 ・スキャンスピード:5°/min
 ・ステップ:0.2°
 ピーク強度は、X線回折で得られたデータからバックグラウンドを除去して、それぞれのピーク強度を算出する。バックグラウンド除去は、PDXL(Sonneveld-Visser法)を使用する。
 以下、本発明及びその利点をより良く理解するための実施例を提供するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
 (実施例1~25及び比較例1~8の作製)
 実施例1~25及び比較例1~8として、表1~4に記載の組成、平均粒径D50及びBET比表面積を有する酸化インジウム粉末、酸化タンタル粉末、酸化チタン粉末、酸化スズ粉末の混合粉を準備し、当該混合粉の微粉砕を行った。
 次に、混合粉の造粒を行い、所定サイズの型に造粒粉を充填し、プレス成型して成形体を得た。続いて、成型した粉体に対し、表2及び4に記載の焼結温度及び焼結条件に従って、所定の昇温速度で焼結温度まで加熱し、当該温度を所定時間保持した後、所定の降温速度で降温させることで焼結を行い、スパッタリングターゲットとした。
 (評価)
 -スパッタリングターゲットの各元素の原子比(at%)-
 スパッタリングターゲットのTa、Ti、Snの原子比(at%)は、ICP法を用いて測定することで得た。また、In原子比(at%)は、全体からTa、Ti、Snの原子比(at%)を引くことで得た。
 -FE-EPMAによる面分析-
 スパッタリングターゲットのFE-EPMAによる面分析を行った。具体的には、スパッタリングターゲットについて、FE-EPMAによるTa又はTi又はSnの面分析で組成像を観察したときに、母相となるIn23+SnO2相とその中にTa又はTi又はSnと濃度が高い相を確認した。次に、この濃度が高い相及び周囲の相のTa又はTi又はSnの濃度分析値を比較し、濃度が高い相/周囲の相が5倍以上となる相をTa又はTi又はSnの濃度が高い相と定義した。また、この「Ta又はTi又はSnの濃度が高い相」を副相と定義し、周囲の相を主相と定義した。そして、副相で最大径5μm以上である相について、50μm×50μmの視野で何個存在するか評価した。
 -相対密度-
 スパッタリングターゲットの相対密度を測定した。相対密度は(実測密度/真密度)×100(%)で算出した。ここで、「実測密度」の測定はアルキメデス法を用いた。「真密度」は、原料に用いた各酸化物の混合比から加重平均によって代替した。なお、ターゲットにおいては各元素の分析値(重量%比)から、各酸化物であるIn23、SnO2、TiO2、Ta25に換算して計算する。各酸化物の密度は、In23:7.18g/cm3、SnO2:6.95g/cm3、Ta25:8.74g/cm3、TiO2:4.26g/cm3を用いた。
 -スパッタリングターゲットのバルク抵抗-
 スパッタリングターゲットのバルク抵抗を四探針法により測定した。使用した装置は以下の通りである。
 ・エスピイエス株式会社製抵抗測定器(形式番号Σ―5+、製造番号15008279)
 ・プローブ:四探針プローブ(FELL-TL-100-SB-Σ―5+)
 ・測定治具:RG-5
 製造条件及び評価結果を表1~4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004

Claims (18)

  1.  In、Ta及びTiを含む酸化物のターゲットであって、Ta及びTiの含有量がそれぞれ原子比(at%)で、Ta/(In+Ta+Ti)=0.08~0.45at%、及び、Ti/(In+Ta+Ti)=0.03~1.25at%を満たすスパッタリングターゲット。
  2.  相対密度で98.5%以上である請求項1に記載のスパッタリングターゲット。
  3.  相対密度で98.8%以上である請求項1に記載のスパッタリングターゲット。
  4.  相対密度で98.9%以上である請求項1に記載のスパッタリングターゲット。
  5.  FE-EPMAによる面分析でTaまたはTiの濃度が高い相で、最大径5μm以上である相が、50μm×50μmのSEM像での視野で3個以下である請求項1~4のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。
  6.  原料粉を成型した後、昇温速度1~5℃/分で1300~1400℃まで加熱し、当該温度を5~60時間保持した後、降温速度0.1~3℃/分で降温させることで焼結を行う請求項1~5のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
  7.  前記原料粉にTa25及びTiO2が含まれ、前記Ta25及び前記TiO2の平均粒径D50がいずれも2.0μm以下であり、且つ、BET比表面積が2.0m2/g以上である請求項6に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
  8.  In、Ta、Ti及びSnを含む酸化物のターゲットであって、Ta、Ti及びSnの含有量がそれぞれ原子比(at%)で、Ta/(In+Ta+Ti+Sn)=0.08~0.45at%、Ti/(In+Ta+Ti+Sn)=0.03~1.25at%、及び、Sn/(In+Ta+Ti+Sn)=0.04~0.40at%を満たすスパッタリングターゲット。
  9.  相対密度で98.5%以上である請求項8に記載のスパッタリングターゲット。
  10.  相対密度で98.8%以上である請求項8に記載のスパッタリングターゲット。
  11.  相対密度で98.9%以上である請求項8に記載のスパッタリングターゲット。
  12.  FE-EPMAによる面分析で、Ta、TiまたはSnの濃度が高い相で、最大径5μm以上である相が最大径5μm以上である相が、50μm×50μmのSEM像での視野で3個以下である請求項8~11のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。
  13.  原料粉を成型した後、昇温速度1~5℃/分で1300~1400℃まで加熱し、当該温度を5~60時間保持した後、降温速度0.1~3℃/分で降温させることで焼結を行う請求項8~12のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
  14.  前記原料粉にTa25、TiO2及びSnO2が含まれ、前記Ta25、前記TiO2及び前記SnO2の平均粒径D50がいずれも2.0μm以下であり、且つ、BET比表面積が2.0m2/g以上である請求項13に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
  15.  請求項1~5及び8~12のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲットを用いて基板をスパッタすることで非晶質膜を作製する非晶質膜の製造方法。
  16.  請求項1または8に記載のスパッタリングターゲットと同じ組成を有する非晶質膜。
  17.  請求項16に記載の非晶質膜をアニールすることによって、非晶質膜を結晶化させる結晶質膜の製造方法。
  18.  請求項1または8に記載のスパッタリングターゲットと同じ組成を有する結晶質膜。
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