JP2011037679A - Multiple oxide sintered compact, sputtering target, multiple oxide amorphous film and production method thereof, and multiple oxide crystalline film and production method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】抵抗率が低く、光透過性に優れる複合酸化物結晶質膜を提供すること。
【解決手段】主として、インジウム、ストロンチウム及び酸素から構成される複合酸化物焼結体であって、上記複合酸化物焼結体中のインジウム、ストロンチウム及び錫の総原子数に対する、錫及びストロンチウムの原子数の比が、それぞれ0〜0.3及び0.0001〜0.05であり、相対密度が97%以上であり、平均粒径が7μm以下である、複合酸化物焼結体。
【選択図】なしA composite oxide crystalline film having low resistivity and excellent light transmittance is provided.
A composite oxide sintered body mainly composed of indium, strontium and oxygen, wherein the atoms of tin and strontium with respect to the total number of atoms of indium, strontium and tin in the composite oxide sintered body A composite oxide sintered body having a number ratio of 0 to 0.3 and 0.0001 to 0.05, a relative density of 97% or more, and an average particle size of 7 μm or less, respectively.
[Selection figure] None
Description
本発明は、複合酸化物焼結体、スパッタリングターゲット、複合酸化物非晶質膜及びその製造方法、並びに、複合酸化物結晶質膜及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a composite oxide sintered body, a sputtering target, a composite oxide amorphous film and a manufacturing method thereof, and a composite oxide crystalline film and a manufacturing method thereof.
酸化物透明導電膜は、可視光域における高い透過率と導電性を有し、液晶表示素子や太陽電池等の各種受光素子の電極に利用されている。また、自動車用・建築材用の熱線反射膜、帯電防止膜、或いは冷凍ショーケース等に用いられる防曇用発熱体等にも利用されている。なかでも酸化インジウム膜は、錫を添加したITO膜や、亜鉛を添加したIZO膜として広く利用されている。 The oxide transparent conductive film has high transmittance and conductivity in the visible light region, and is used for electrodes of various light receiving elements such as liquid crystal display elements and solar cells. Further, it is also used for heat-reflecting films for automobiles and building materials, antistatic films, anti-fogging heating elements used for refrigeration showcases, and the like. In particular, the indium oxide film is widely used as an ITO film to which tin is added or an IZO film to which zinc is added.
近年、酸化インジウム膜としては、酸化錫と酸化珪素を添加した高抵抗透明導電膜が提案されている(特許文献1)。また、酸化錫と酸化珪素を含有する酸化インジウム系透明導電膜であって、結晶化していないものが提案されている(特許文献2)。 In recent years, a high-resistance transparent conductive film to which tin oxide and silicon oxide are added has been proposed as an indium oxide film (Patent Document 1). Further, an indium oxide-based transparent conductive film containing tin oxide and silicon oxide that has not been crystallized has been proposed (Patent Document 2).
液晶等の表示素子や太陽電池等の各種受光素子の電極等に使用される透明導電膜としては、抵抗率が低く、光透過性に優れること求められる。また、多様な形態に対応するためには、パターニング性(パターニングとは、所定形状を形成することをいう。)に優れることが求められる。しかしながら、特許文献1に記載の高抵抗透明導電膜では、十分に低い抵抗率が得がたく、特許文献2に記載の酸化インジウム系透明導電膜では、結晶化していないためパターニング性に優れるものの、光透過性が十分ではなく、加熱により結晶化すると抵抗率が著しく上昇してしまう、という問題点がある。 A transparent conductive film used for a display element such as a liquid crystal or an electrode of various light receiving elements such as a solar cell is required to have low resistivity and excellent light transmittance. Further, in order to cope with various forms, it is required to have excellent patternability (patterning means forming a predetermined shape). However, the high resistance transparent conductive film described in Patent Document 1 is difficult to obtain a sufficiently low resistivity, and the indium oxide-based transparent conductive film described in Patent Document 2 is not crystallized and thus has excellent patternability. There is a problem that the light transmittance is not sufficient, and the resistivity increases remarkably when crystallized by heating.
そこで本発明は、抵抗率が低く、光透過性に優れる複合酸化物結晶質膜を提供することを目的とする。本発明の目的はまた、容易に結晶化して当該複合酸化物結晶質膜を形成可能な複合酸化物非晶質膜、当該複合酸化物結晶質膜を成膜可能なスパッタリングターゲット、及び当該スパッタリングターゲットとして使用可能な複合酸化物焼結体を提供することにある。本発明の目的はさらに、複合酸化物非晶質膜の製造方法及び複合酸化物結晶質膜の製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a complex oxide crystalline film having low resistivity and excellent light transmittance. Another object of the present invention is to provide a complex oxide amorphous film that can be easily crystallized to form the complex oxide crystalline film, a sputtering target capable of forming the complex oxide crystalline film, and the sputtering target. It is providing the complex oxide sintered compact which can be used as. Another object of the present invention is to provide a method for producing a complex oxide amorphous film and a method for producing a complex oxide crystalline film.
すなわち本発明は、主として、インジウム、ストロンチウム及び酸素から構成される複合酸化物焼結体であって、上記複合酸化物焼結体中のインジウム、ストロンチウム及び錫の総原子数に対する、錫及びストロンチウムの原子数の比が、それぞれ0〜0.3及び0.0001〜0.05であり、相対密度が97%以上であり、平均粒径が7μm以下である、複合酸化物焼結体を提供する。なお、本発明の複合酸化物焼結体は、微量の不可避不純物を含有しうるものである。 That is, the present invention is a composite oxide sintered body mainly composed of indium, strontium and oxygen, and tin and strontium with respect to the total number of atoms of indium, strontium and tin in the composite oxide sintered body. Provided is a composite oxide sintered body having an atomic ratio of 0 to 0.3 and 0.0001 to 0.05, a relative density of 97% or more, and an average particle size of 7 μm or less. . Note that the composite oxide sintered body of the present invention can contain a small amount of inevitable impurities.
このような複合酸化物焼結体は、抵抗率が低く、可視光領域だけでなく赤外領域においても光透過性に優れる複合酸化物結晶質膜を成膜可能な、スパッタリングターゲットとして有用である。また、当該スパッタリングターゲットによれば、複合酸化物の非晶質膜を成膜することもできる。この複合酸化物非晶質膜は、加熱により容易に結晶化し、低抵抗率で、且つ可視光領域だけでなく赤外領域においても高い光透過性を有する複合酸化物結晶質膜になる。そのため、この複合酸化物非晶質膜をエッチング等により所定の形状にパターニングした後、加熱することで、所定の形状を有する複合酸化物結晶質膜が得られる。 Such a composite oxide sintered body has a low resistivity and is useful as a sputtering target capable of forming a composite oxide crystalline film excellent in light transmittance not only in the visible light region but also in the infrared region. . Further, according to the sputtering target, an amorphous film of a composite oxide can be formed. This complex oxide amorphous film is easily crystallized by heating, and becomes a complex oxide crystalline film having low resistivity and high light transmittance not only in the visible light region but also in the infrared region. Therefore, the complex oxide amorphous film is patterned into a predetermined shape by etching or the like and then heated to obtain a complex oxide crystalline film having a predetermined shape.
すなわち本発明は、上記複合酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲットを提供する。このようなスパッタリングターゲットを用いたスパッタリングにより成膜された複合酸化物結晶質膜は、抵抗率が低く、可視光領域だけでなく赤外領域においても光透過性に優れる。また、このようなスパッタリングターゲットは、成膜時の異常放電が少なく、放電特性に優れる。本発明のスパッタリングターゲットは、中心線平均粗さが3μm以下であることが好ましく、これにより成膜時の異常放電の回数を一層抑制することができ、安定して複合酸化物膜を成膜することができる。 That is, this invention provides the sputtering target which consists of the said complex oxide sintered compact. A complex oxide crystalline film formed by sputtering using such a sputtering target has low resistivity and excellent light transmittance not only in the visible light region but also in the infrared region. Moreover, such a sputtering target has few abnormal discharges at the time of film-forming, and is excellent in discharge characteristics. The sputtering target of the present invention preferably has a center line average roughness of 3 μm or less, whereby the number of abnormal discharges during film formation can be further suppressed, and a composite oxide film can be stably formed. be able to.
本発明はまた、上記スパッタリングターゲットを用いたスパッタリングにより成膜された複合酸化物非晶質膜、並びに該複合酸化物非晶質膜を加熱してなる複合酸化物結晶質膜を提供する。このような複合酸化物非晶質膜はエッチング等により容易に加工でき、且つ加熱等により容易に結晶化できる。そのため、該複合酸化物非晶質膜から、所望の形状に成形された複合酸化物結晶質膜を容易に得ることができる。そして上記複合酸化物結晶質膜は、抵抗率が低く、可視光領域だけでなく赤外領域においても光透過性に優れたものとなる。上記加熱は200℃以上の加熱であることが好ましい。これにより複合酸化物非晶質膜の結晶化が充分に進行し、より低い抵抗率、並びに、可視光領域及び赤外領域におけるより優れた光透過性が得られる。 The present invention also provides a complex oxide amorphous film formed by sputtering using the sputtering target, and a complex oxide crystalline film formed by heating the complex oxide amorphous film. Such a complex oxide amorphous film can be easily processed by etching or the like, and can be easily crystallized by heating or the like. Therefore, a complex oxide crystalline film molded into a desired shape can be easily obtained from the complex oxide amorphous film. The complex oxide crystalline film has a low resistivity and excellent light transmittance not only in the visible light region but also in the infrared region. The heating is preferably heating at 200 ° C. or higher. As a result, the crystallization of the complex oxide amorphous film proceeds sufficiently, and lower resistivity and better light transmittance in the visible light region and the infrared region are obtained.
本発明はまた、上記スパッタリングターゲットを用いたスパッタリングにより、加熱された基板上に成膜された複合酸化物結晶質膜を提供する。このような複合酸化物結晶質膜は、抵抗率が低く、可視光領域だけでなく赤外領域においても光透過性に優れる。上記加熱は200℃以上の加熱であることが好ましい。これにより上記の効果が一層有効に得られる。 The present invention also provides a complex oxide crystalline film formed on a heated substrate by sputtering using the sputtering target. Such a complex oxide crystalline film has a low resistivity and excellent light transmittance not only in the visible light region but also in the infrared region. The heating is preferably heating at 200 ° C. or higher. Thereby, the above effect can be obtained more effectively.
上記複合酸化物結晶質膜は、Cuを線源とするX線回折測定において、ビックスバイト型構造の回折パターンを示すことが好ましい。ここでビックスバイト型構造の回折パターンを示す、とは、2θ=20〜40°の範囲内に検出される回折ピークが、酸化インジウムのビックスバイト型構造の(211)面、(222)面、(400)面、(411)面に指数付けられるピークであることを表す。このような回折パターンを示す複合酸化物結晶質膜は、低抵抗で可視光領域だけでなく赤外領域においても光透過性が良好であり、特に近紫外領域〜可視光領域の280〜500nmの波長範囲での光透過性が一層優れるようになる。 The complex oxide crystalline film preferably exhibits a diffraction pattern having a bixbyite structure in X-ray diffraction measurement using Cu as a radiation source. Here, the diffraction pattern of the bixbite type structure is shown, and the diffraction peak detected in the range of 2θ = 20 to 40 ° is a (211) plane of the bixbite type structure of indium oxide, (222) plane, This is a peak indexed on the (400) plane and (411) plane. The complex oxide crystalline film exhibiting such a diffraction pattern has a low resistance and good light transmission not only in the visible light region but also in the infrared region, and particularly in the near ultraviolet region to the visible light region of 280 to 500 nm. The light transmittance in the wavelength range is further improved.
本発明は、上記スパッタリングターゲットを用いたスパッタリングにより成膜する、複合酸化物非晶質膜の製造方法を提供する。本発明はまた、上記スパッタリングターゲットを用いたスパッタリングにより成膜された複合酸化物非晶質膜を加熱する、複合酸化物結晶質膜の製造方法を提供する。このような方法によれば、低抵抗で、且つ可視光領域だけでなく赤外領域においても光透過性が良好な複合酸化物結晶質膜を、簡便に得ることができる。 The present invention provides a method for producing a complex oxide amorphous film formed by sputtering using the above sputtering target. The present invention also provides a method for producing a composite oxide crystalline film, in which a composite oxide amorphous film formed by sputtering using the sputtering target is heated. According to such a method, it is possible to easily obtain a complex oxide crystalline film having low resistance and good light transmittance not only in the visible light region but also in the infrared region.
本発明によれば、抵抗率が低く、可視光領域だけでなく赤外領域においても光透過性に優れる複合酸化物結晶質膜を提供することができる。また、容易に結晶化して当該複合酸化物結晶質膜を形成可能な複合酸化物非晶質膜、当該複合酸化物結晶質膜を成膜可能なスパッタリングターゲット、及び当該スパッタリングターゲットとして使用可能な複合酸化物焼結体を提供することができる。さらに、複合酸化物非晶質膜の製造方法及び複合酸化物結晶質膜の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a complex oxide crystalline film having a low resistivity and excellent light transmittance not only in the visible light region but also in the infrared region. Also, a composite oxide amorphous film that can be easily crystallized to form the composite oxide crystalline film, a sputtering target that can form the composite oxide crystalline film, and a composite that can be used as the sputtering target An oxide sintered body can be provided. Furthermore, a method for producing a complex oxide amorphous film and a method for producing a complex oxide crystalline film can be provided.
(複合酸化物焼結体)
本実施形態に係る複合酸化物焼結体は、主として、インジウム、ストロンチウム及び酸素から構成される複合酸化物焼結体であって、上記複合酸化物焼結体中のインジウム、ストロンチウム及び錫の総原子数に対する、錫及びストロンチウムの原子数の比が、それぞれ0〜0.3及び0.0001〜0.05であり、相対密度が97%以上であり、平均粒径が7μm以下である。このような複合酸化物焼結体は、抵抗率が低く、可視光領域だけでなく赤外領域においても光透過性に優れる複合酸化物結晶質膜を成膜可能な、スパッタリングターゲットとして有用である。また、当該スパッタリングターゲットによれば、複合酸化物の非晶質膜を成膜することもできる。この複合酸化物非晶質膜は、加熱により容易に結晶化し、低抵抗率で、且つ可視光領域だけでなく赤外領域においても高光透過性の複合酸化物結晶質膜になる。そのため、複合酸化物非晶質膜をエッチング等により所定の形状にパターニングした後、加熱することで、所定の形状を有する複合酸化物結晶質膜が得られる。
(Composite oxide sintered body)
The composite oxide sintered body according to the present embodiment is a composite oxide sintered body mainly composed of indium, strontium and oxygen, and is a total of indium, strontium and tin in the composite oxide sintered body. The ratio of the number of atoms of tin and strontium to the number of atoms is 0 to 0.3 and 0.0001 to 0.05, respectively, the relative density is 97% or more, and the average particle size is 7 μm or less. Such a composite oxide sintered body has a low resistivity and is useful as a sputtering target capable of forming a composite oxide crystalline film excellent in light transmittance not only in the visible light region but also in the infrared region. . Further, according to the sputtering target, an amorphous film of a composite oxide can be formed. This complex oxide amorphous film is easily crystallized by heating, and becomes a complex oxide crystalline film having low resistivity and high light transmittance not only in the visible light region but also in the infrared region. Therefore, a complex oxide crystalline film having a predetermined shape can be obtained by patterning the complex oxide amorphous film into a predetermined shape by etching or the like and then heating.
主として、インジウム、ストロンチウム及び酸素から構成される複合酸化物焼結体とは、複合酸化物焼結体を構成する原子の総数基準で、インジウム、ストロンチウム及び酸素の総数が85%以上であることを示す。この合計が90%以上であると好ましい。 The composite oxide sintered body mainly composed of indium, strontium and oxygen means that the total number of indium, strontium and oxygen is 85% or more based on the total number of atoms constituting the composite oxide sintered body. Show. This total is preferably 90% or more.
また、複合酸化物焼結体中のインジウム、ストロンチウム及び錫の総原子数に対する、錫の原子数の比は、好ましくは0.01〜0.25であり、より好ましくは0.05〜0.2であり、さらに好ましくは0.07〜0.17である。複合酸化物焼結体中の錫の含有量が上記範囲内であることで、得られる複合酸化物結晶質膜の抵抗率並びに可視光領域及び赤外領域における光透過率がより良好になる。また、このような複合酸化物焼結体から得られる複合酸化物非晶質膜は、加熱により結晶化した複合酸化物結晶質膜になる。 The ratio of the number of tin atoms to the total number of indium, strontium, and tin atoms in the composite oxide sintered body is preferably 0.01 to 0.25, more preferably 0.05 to 0.00. 2, more preferably 0.07 to 0.17. When the content of tin in the composite oxide sintered body is within the above range, the resistivity of the obtained composite oxide crystalline film and the light transmittance in the visible light region and the infrared region become better. Moreover, the complex oxide amorphous film obtained from such a complex oxide sintered body becomes a complex oxide crystalline film crystallized by heating.
また、複合酸化物焼結体中のインジウム、ストロンチウム及び錫の総原子数に対する、ストロンチウムの原子数の比は、好ましくは0.0005〜0.045であり、より好ましくは0.001〜0.04である。複合酸化物焼結体中のストロンチウムの含有量が上記範囲内であることで、当該複合酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとして成膜される複合酸化物膜の抵抗率並びに可視光領域及び赤外領域における光透過率がより良好になる。 The ratio of the number of strontium atoms to the total number of indium, strontium and tin in the composite oxide sintered body is preferably 0.0005 to 0.045, more preferably 0.001 to 0.00. 04. When the content of strontium in the composite oxide sintered body is within the above range, the resistivity of the composite oxide film formed using the composite oxide sintered body as a sputtering target, the visible light region, and the infrared region. The light transmittance in the region becomes better.
相対密度は、以下の算出方法により得られる値を示す。
複合酸化物焼結体中のインジウム、錫及びストロンチウムを、それぞれ酸化インジウム(In2O3)、酸化錫(SnO2)及び酸化ストロンチウム(SrO)として換算して重量比率を求める。ここで求めたIn2O3、SnO2及びSrOの重量比率を、それぞれa%、b%及びc%とする。次に、真密度を、In2O3は7.18g/cm3、SnO2は6.95g/cm3、SrOは4.7g/cm3として、下記式(I)から理論密度A(g/cm3)を算出する。
A=(a+b+c)/((a/7.18)+(b/6.95)+(c/4.7)) (I)
The relative density indicates a value obtained by the following calculation method.
The weight ratio is determined by converting indium, tin and strontium in the composite oxide sintered body into indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ) and strontium oxide (SrO), respectively. The weight ratios of In 2 O 3 , SnO 2 and SrO determined here are a%, b% and c%, respectively. Then, the true density, an In 2 O 3 is 7.18g / cm 3, SnO 2 is 6.95 g / cm 3, SrO as 4.7 g / cm 3, the theoretical density from the following formula (I) A (g / Cm 3 ).
A = (a + b + c) / ((a / 7.18) + (b / 6.95) + (c / 4.7)) (I)
また、複合酸化物焼結体の焼結密度B(g/cm3)を、JIS−R1634−1998に準拠してアルキメデス法により測定する。 Further, the sintered density B (g / cm 3 ) of the composite oxide sintered body is measured by Archimedes method in accordance with JIS-R1634-1998.
このようにして得られた理論密度A及び焼結密度Bから、下記式(II)により相対密度(%)が得られる。
相対密度(%)=(B/A)×100 (II)
From the theoretical density A and the sintered density B thus obtained, the relative density (%) is obtained by the following formula (II).
Relative density (%) = (B / A) × 100 (II)
複合酸化物焼結体の相対密度は、97%以上であり、98%以上であることが好ましく、99%以上であることがより好ましい。これにより、得られる複合酸化物結晶質膜がより低抵抗になり、且つ可視光領域だけでなく赤外領域においても光透過性がより良好になる傾向がある。 The relative density of the composite oxide sintered body is 97% or more, preferably 98% or more, and more preferably 99% or more. As a result, the resulting composite oxide crystalline film has a lower resistance, and the light transmittance tends to be better not only in the visible light region but also in the infrared region.
平均粒径は、例えば、複合酸化物焼結体の一面について、鏡面研磨及び塩酸溶液によるケミカルエッチングを行って観察面とし、当該観察面を走査型電子顕微鏡で観察して、その観察写真等から測定することができる。 The average particle size is, for example, one surface of the composite oxide sintered body, which is subjected to mirror polishing and chemical etching with a hydrochloric acid solution to obtain an observation surface. The observation surface is observed with a scanning electron microscope, and the observation photograph is used. Can be measured.
複合酸化物焼結体の平均粒径は、好ましくは5μm以下、より好ましくは4μm以下である。これにより、得られる複合酸化物結晶質膜がより低抵抗になり、可視光領域のみならず赤外領域の光透過性にも一層優れるようになる。また、平均粒径が上記上限値以下である複合酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲットは、異常放電の一因となるノジュールの発生を効果的に低減することができる。一方、平均粒径は、通常0.001μm以上である。平均粒径が0.001μm未満の複合酸化物焼結体を得るためには、例えば、1次粒径の平均値が0.001μm未満の原料粉末を用いることとなる。このような原料粉末を用いた場合、成形が非常に困難となり、製造効率が低下する傾向にある。 The average particle size of the composite oxide sintered body is preferably 5 μm or less, more preferably 4 μm or less. As a result, the obtained complex oxide crystalline film has a lower resistance, and is more excellent in light transmittance not only in the visible light region but also in the infrared region. Moreover, the sputtering target which consists of complex oxide sintered compact whose average particle diameter is below the said upper limit can reduce effectively generation | occurrence | production of the nodule which becomes a cause of abnormal discharge. On the other hand, the average particle size is usually 0.001 μm or more. In order to obtain a composite oxide sintered body having an average particle size of less than 0.001 μm, for example, a raw material powder having an average primary particle size of less than 0.001 μm is used. When such a raw material powder is used, it becomes very difficult to mold, and the production efficiency tends to decrease.
次に、本実施形態に係る複合酸化物焼結体の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the composite oxide sintered body according to the present embodiment will be described.
複合酸化物焼結体は、例えば、インジウム、ストロンチウム及び錫の総原子数に対する錫及びストロンチウムの原子数の比が上記範囲内となるように原料金属化合物を混合し、混合物を焼成して得られる。 The composite oxide sintered body is obtained, for example, by mixing raw metal compounds so that the ratio of the number of atoms of tin and strontium to the total number of atoms of indium, strontium and tin is within the above range, and firing the mixture .
原料金属化合物としては、金属酸化物(酸化インジウム、酸化錫、酸化ストロンチウム及びこれらの複合酸化物等)、金属硝酸塩、金属塩化物、金属炭酸塩、金属アルコキシド、金属水酸化物等を使用できる。これらのうち、取扱性が良好であり複合酸化物焼結体を効率よく製造できるため、インジウム源としては酸化インジウム、錫源としては酸化錫、ストロンチウム源としては酸化ストロンチウム及び炭酸ストロンチウムが、それぞれ好ましい。 As the raw material metal compound, metal oxides (indium oxide, tin oxide, strontium oxide, and complex oxides thereof), metal nitrates, metal chlorides, metal carbonates, metal alkoxides, metal hydroxides, and the like can be used. Among these, indium oxide is preferable as an indium source, tin oxide is preferable as a tin source, and strontium oxide and strontium carbonate are preferable as a strontium source because of good handling properties and efficient production of a composite oxide sintered body. .
原料金属化合物は、粉末状であることが好ましく、取扱性が一層良好になることから、平均粒径が1.5μm以下であることが好ましく、0.1〜1.5μmであることがより好ましい。このように原料金属化合物の平均粒径を調製することで、上記所定の範囲内の相対密度を有する複合酸化物焼結体が得られやすくなる。 The raw material metal compound is preferably in the form of a powder, and the handleability is further improved, so that the average particle size is preferably 1.5 μm or less, more preferably 0.1 to 1.5 μm. . Thus, by preparing the average particle diameter of the raw material metal compound, a complex oxide sintered body having a relative density within the predetermined range can be easily obtained.
原料金属化合物の混合は、乾式又は湿式混合により行うことができ、混合方法は特に限定されるものではない。混合方法としては、例えば、ジルコニア、アルミナ、ナイロン樹脂等のボールやビーズを用いた乾式、湿式のメディア攪拌型ミルや、メディアレスの容器回転式混合、機械撹拌式混合等の混合方法が挙げられる。より具体的には、ボールミル、ビーズミル、アトライタ、振動ミル、遊星ミル、ジェットミル、V型混合機、パドル式混合機、二軸遊星撹拌式混合機等が挙げられる。 The mixing of the raw material metal compounds can be performed by dry or wet mixing, and the mixing method is not particularly limited. Examples of the mixing method include dry and wet media agitation mills using balls and beads such as zirconia, alumina, and nylon resin, medialess container rotation mixing, mechanical agitation mixing, and the like. . More specifically, a ball mill, a bead mill, an attritor, a vibration mill, a planetary mill, a jet mill, a V-type mixer, a paddle type mixer, a biaxial planetary stirring type mixer, and the like can be given.
湿式法のボールミルやビーズミル、アトライタ、振動ミル、遊星ミル、ジェットミル等により混合した場合、混合物を乾燥させてから焼成を行うことが好ましい。また、液相法により原料金属化合物を混合した場合、すなわち金属塩溶液やアルコキシド溶液を原料として用いた場合には、溶液中から析出させた沈殿類(主に原料金属の水酸化物の混合物)を回収し、乾燥させてから焼成を行うことが好ましい。乾燥方法は特に限定されるものではなく、濾過乾燥、流動層乾燥、噴霧乾燥等により行うことができる。 When mixed by a wet method such as a ball mill, a bead mill, an attritor, a vibration mill, a planetary mill, or a jet mill, the mixture is preferably dried before firing. In addition, when raw material metal compounds are mixed by the liquid phase method, that is, when a metal salt solution or alkoxide solution is used as a raw material, precipitates precipitated mainly from the solution (mainly a mixture of raw metal hydroxides) It is preferable to perform baking after recovering and drying. The drying method is not particularly limited, and can be performed by filtration drying, fluidized bed drying, spray drying, or the like.
上記混合により得られる混合物は、焼成を行う前に、仮焼してもよい。仮焼温度は、500〜1200℃が好ましく、仮焼時間は1〜3時間が好ましい。仮焼して得られる仮焼粉末は、解砕して平均粒径を0.1〜1.5μmとしておくことが好ましい。また、仮焼粉末は、造粒処理等により、以降の工程での操作性を向上させてもよい。特に原料金属化合物が金属塩である場合、又は液相法により混合物を調製した場合、このような仮焼を行うことが好ましい。 The mixture obtained by the above mixing may be calcined before firing. The calcination temperature is preferably 500 to 1200 ° C., and the calcination time is preferably 1 to 3 hours. The calcined powder obtained by calcining is preferably crushed to have an average particle size of 0.1 to 1.5 μm. Moreover, the calcined powder may improve the operability in the subsequent steps by granulation treatment or the like. In particular, when the raw metal compound is a metal salt, or when a mixture is prepared by a liquid phase method, it is preferable to perform such calcination.
また、上記混合物は、必要に応じて仮焼した後、所望の形状に成形することが好ましい。成形方法は、プレス成形法、鋳込み成形法等、所望の形状に成形できる成形方法を適宜選択することができ、特に限定されるものではない。成形時の圧力は、クラック等の発生が無く取扱が可能な成形体が得られる圧力であることが好ましい。また、成形体の密度が、できる限り高くなるように成形することが好ましく、この観点からは冷間静水圧成形(CIP)等の方法により成形することが好ましい。 Moreover, it is preferable to shape | mold the said mixture in a desired shape, after calcining as needed. The molding method is not particularly limited, and a molding method that can be molded into a desired shape, such as a press molding method or a cast molding method, can be appropriately selected. The pressure at the time of molding is preferably a pressure at which a molded body that can be handled without cracks is obtained. Moreover, it is preferable to shape | mold so that the density of a molded object may become as high as possible, From this viewpoint, it is preferable to shape | mold by methods, such as cold isostatic pressing (CIP).
成形方法において、必要に応じて成形性を向上させるための有機系添加剤を用いることもできる。このような添加剤を用いて成形した場合、成形体中に残存する水分や有機系添加剤を十分に除去することが好ましく、除去の方法としては成形体を加熱する方法等が挙げられる。なお加熱温度は、残存する水分量、残存する有機系添加剤量、有機系添加剤の種類等に応じて、適宜選択することができ、好適には80〜500℃である。 In the molding method, an organic additive for improving moldability can be used as necessary. In the case of molding using such an additive, it is preferable to sufficiently remove moisture and organic additives remaining in the molded body, and examples of the removal method include a method of heating the molded body. The heating temperature can be appropriately selected according to the amount of remaining moisture, the amount of remaining organic additive, the type of organic additive, and the like, and is preferably 80 to 500 ° C.
焼成は、複合酸化物焼結体の相対密度及び平均粒径が上述の数値範囲を満たす条件で行えば特に限定されず、例えば、昇温速度10〜400℃/時間(好ましくは、10〜200℃/時間)、焼結保持温度1400℃以上1650℃以下(好ましくは、1500℃以上1650℃以下)、焼結保持時間1時間以上(好ましくは、5〜20時間)、降温速度10〜500℃/時間(好ましくは、焼結保持温度から1200℃までは100〜500℃/時間、1200℃からは10〜100℃/時間)、の条件で行うことができる。これらの条件は適宜変更してもよいが、昇温速度及び降温速度が上記範囲内であることで、焼成時間の短縮及び複合酸化物焼結体の割れ防止という効果が奏される。また、焼結保持温度が上記範囲内であることで、酸化インジウム格子中への酸化錫の固溶が促進され、本発明の効果をより良好に得ることができる。さらに、焼結保持時間が上記範囲内であることで、高密度の複合酸化物焼結体が得られやすくなる。 The firing is not particularly limited as long as the relative density and the average particle diameter of the composite oxide sintered body satisfy the above numerical range. For example, the heating rate is 10 to 400 ° C./hour (preferably 10 to 200). ° C./hour), sintering holding temperature 1400 ° C. to 1650 ° C. (preferably 1500 ° C. to 1650 ° C.), sintering holding time 1 hour or more (preferably 5 to 20 hours), cooling rate 10 to 500 ° C. / Hour (preferably 100 to 500 ° C./hour from sintering holding temperature to 1200 ° C., 10 to 100 ° C./hour from 1200 ° C.). Although these conditions may be changed as appropriate, the effects of shortening the firing time and preventing cracking of the composite oxide sintered body are exhibited when the rate of temperature rise and the rate of temperature fall are within the above ranges. Moreover, when the sintering holding temperature is within the above range, the solid solution of tin oxide in the indium oxide lattice is promoted, and the effects of the present invention can be obtained better. Furthermore, when the sintering holding time is within the above range, a high-density composite oxide sintered body can be easily obtained.
焼成は、酸素含有雰囲気下で行うことが好ましく、酸素気流中で行うことがより好ましい。さらに、酸素気流中での焼成においては、炉内に酸素を導入する際の酸素流量(L/min)の値と上記混合物の仕込み量(kg)の値との比が、仕込み量/酸素流量で1.0以下となるように炉内に酸素を導入することが好ましい。これにより、高密度の複合酸化物焼結体が得られやすくなり、本発明の効果が一層良好に奏される。 Firing is preferably performed in an oxygen-containing atmosphere, and more preferably in an oxygen stream. Furthermore, in firing in an oxygen stream, the ratio of the value of the oxygen flow rate (L / min) when introducing oxygen into the furnace and the value of the charge amount (kg) of the above mixture is the charge amount / oxygen flow rate. It is preferable to introduce oxygen into the furnace so as to be 1.0 or less. Thereby, it becomes easy to obtain a high-density composite oxide sintered body, and the effect of the present invention is further improved.
なお、相対密度97%以上、平均粒径7μm以下である複合酸化物焼結体は、例えば、原料金属化合物の平均粒径を0.1〜1.5μm、焼結保持温度を1500〜1650℃、焼結保持時間を2〜10時間、且つ、焼結時の降温速度を焼結保持温度から1200℃までは100〜500℃/時間、とすることで容易に製造することができる。 The composite oxide sintered body having a relative density of 97% or more and an average particle size of 7 μm or less has an average particle size of the raw metal compound of 0.1 to 1.5 μm and a sintering holding temperature of 1500 to 1650 ° C., for example. It can be easily manufactured by setting the sintering holding time to 2 to 10 hours, and the temperature decreasing rate during sintering from 100 to 500 ° C./hour from the sintering holding temperature to 1200 ° C.
(スパッタリングターゲット)
本実施形態に係るスパッタリングターゲットは、上記複合酸化物焼結体からなることを特徴とする。このようなスパッタリングターゲットを用いたスパッタリングにより成膜された複合酸化物結晶質膜は、抵抗率が低く、可視光領域だけでなく赤外領域においても光透過性に優れる。また、このようなスパッタリングターゲットは、成膜時の放電特性に優れるため、安定して複合酸化物膜を成膜することができる。本実施形態においては、複合酸化物焼結体をそのままスパッタリングターゲットとしてもよく、複合酸化物焼結体を所定の形状に加工してスパッタリングターゲットとしてもよい。
(Sputtering target)
The sputtering target according to the present embodiment is characterized by comprising the composite oxide sintered body. A complex oxide crystalline film formed by sputtering using such a sputtering target has low resistivity and excellent light transmittance not only in the visible light region but also in the infrared region. Moreover, since such a sputtering target is excellent in the discharge characteristic at the time of film-forming, it can form a complex oxide film stably. In the present embodiment, the complex oxide sintered body may be used as it is as a sputtering target, or the complex oxide sintered body may be processed into a predetermined shape as a sputtering target.
スパッタリングターゲットは、スパッタ面の表面粗さが、中心線平均粗さ(Ra)で3μm以下であることが好ましく、2μm以下であることがより好ましい。これにより成膜時の異常放電の回数を一層抑制することができ、安定して複合酸化物膜を成膜することができる。中心線平均粗さは、複合酸化物焼結体のスパッタ面を番手を変えた砥石等で機械加工する方法、サンドブラスト等で噴射加工する方法等の方法により調整することができる。また、中心線平均粗さは、例えば、測定面を表面性状測定装置で評価することにより求めることができる。 In the sputtering target, the surface roughness of the sputtering surface is preferably 3 μm or less, more preferably 2 μm or less, in terms of centerline average roughness (Ra). As a result, the number of abnormal discharges during film formation can be further suppressed, and a complex oxide film can be formed stably. The centerline average roughness can be adjusted by a method such as a method of machining the sputter surface of the composite oxide sintered body with a grindstone or the like having a different count, a method of spraying with a sandblast or the like. The centerline average roughness can be determined by, for example, evaluating the measurement surface with a surface texture measuring device.
(複合酸化物結晶質膜)
本実施形態に係る複合酸化物結晶質膜は、上記スパッタリングターゲットを用いたスパッタリングにより成膜されることを特徴とし、このような複合酸化物結晶質膜は、抵抗率が低く、可視光領域だけでなく赤外領域においても光透過性に優れる。
(Composite oxide crystalline film)
The composite oxide crystalline film according to this embodiment is formed by sputtering using the above sputtering target, and such a composite oxide crystalline film has a low resistivity and is only in the visible light region. In addition, it is excellent in light transmittance even in the infrared region.
複合酸化物結晶質膜は、スパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により成膜されことが好ましい。スパッタリング法としては、DCスパッタリング法、RFスパッタリング法、DCマグネトロンスパッタリング法、RFマグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法等を適宜選択することができ、これらのうち、大面積に均一に、且つ高速成膜することが可能であるため、DCマグネトロンスパッタリング法、RFマグネトロンスパッタリング法が好ましい。 The complex oxide crystalline film is preferably formed by a sputtering method using a sputtering target. As a sputtering method, a DC sputtering method, an RF sputtering method, a DC magnetron sputtering method, an RF magnetron sputtering method, an ion beam sputtering method, or the like can be selected as appropriate, and among these, a large area can be uniformly formed at a high speed. Therefore, the DC magnetron sputtering method and the RF magnetron sputtering method are preferable.
複合酸化物結晶質膜は、上記スパッタリングターゲットを用いたスパッタリングにより成膜された複合酸化物非晶質膜を、加熱して製造することができる。このようにして製造された複合酸化物結晶質膜は、抵抗率が低く、可視光領域及び赤外領域における光透過性に一層優れる。加熱温度は200℃以上の加熱であることが好ましい。これにより複合酸化物非晶質膜の結晶化が十分に進行し、より良好な抵抗率並びに可視光領域及び赤外領域における光透過性が得られる。 The composite oxide crystalline film can be manufactured by heating a composite oxide amorphous film formed by sputtering using the sputtering target. The complex oxide crystalline film manufactured in this way has a low resistivity and is further excellent in light transmittance in the visible light region and the infrared region. The heating temperature is preferably 200 ° C. or higher. As a result, the crystallization of the complex oxide amorphous film proceeds sufficiently, and better resistivity and light transmittance in the visible light region and the infrared region can be obtained.
複合酸化物非晶質膜は、可視光領域及び赤外領域における光透過性に優れ、エッチング等により容易に加工できる。そのため、スパッタリングターゲットを用いたスパッタリングにより成膜され、さらにエッチング等によりパターニングされた複合酸化物非晶質膜を、加熱することにより、所定の形状を有する複合酸化物結晶質膜を製造することができる。 The complex oxide amorphous film is excellent in light transmittance in the visible light region and the infrared region, and can be easily processed by etching or the like. Therefore, a complex oxide crystalline film having a predetermined shape can be manufactured by heating a complex oxide amorphous film formed by sputtering using a sputtering target and patterned by etching or the like. it can.
複合酸化物非晶質膜の成膜は、膜の結晶化が起こらない成膜温度、例えば、室温(約25℃)〜150℃以下で行う。成膜温度としては、上記上限値以下の温度から、基板等の特性にあわせて適宜選択することができるが、低温である方が装置上、材料上の制約が少なくなるため、100℃以下が好ましい。 The complex oxide amorphous film is formed at a film formation temperature at which film crystallization does not occur, for example, room temperature (about 25 ° C.) to 150 ° C. or less. The film formation temperature can be appropriately selected from the temperature below the upper limit value according to the characteristics of the substrate and the like. However, the lower the temperature, the less the restrictions on the apparatus and material, so that the temperature is 100 ° C. or less. preferable.
複合酸化物非晶質膜は、200℃以上に加熱することにより結晶化し、複合酸化物結晶質膜となる。この加熱は、大気中で行ってもよく、窒素やアルゴン等の非酸化性ガス雰囲気又は不活性ガス雰囲気下で行ってもよく、真空中で行ってもよい。加熱時間は、加熱温度や雰囲気とのかねあいによるが、通常数時間以内で結晶化が完了する。 The complex oxide amorphous film is crystallized by heating to 200 ° C. or higher to become a complex oxide crystalline film. This heating may be performed in the air, in a non-oxidizing gas atmosphere such as nitrogen or argon, in an inert gas atmosphere, or in a vacuum. Although the heating time depends on the heating temperature and the atmosphere, crystallization is usually completed within several hours.
また、複合酸化物結晶質膜は、スパッタリングターゲットを用いたスパッタリングにより、加熱された基板上に成膜することでも製造することができる。このようにして製造された複合酸化物結晶質膜は、膜全体が結晶質であり、抵抗率が均一に低くなり、可視光領域及び赤外領域における光透過性に一層優れる。基板の加熱温度は、200℃以上であることが好ましく、これにより上記の効果が一層有効に得られる。 The complex oxide crystalline film can also be manufactured by forming a film on a heated substrate by sputtering using a sputtering target. The composite oxide crystalline film manufactured in this way is crystalline as a whole, has a uniform low resistivity, and is further excellent in light transmittance in the visible light region and the infrared region. The heating temperature of the substrate is preferably 200 ° C. or higher, whereby the above effect can be obtained more effectively.
ここで、複合酸化物結晶質膜とは、膜を構成する複合酸化物が実質的に結晶構造を有している膜を示す。また、複合酸化物非晶質膜とは、膜を構成する複合酸化物が実質的に結晶構造を有していない膜を示す。なお、本実施形態において、実質的に結晶構造を有するとは、X線回折測定において結晶構造由来の回折パターンが観測されることを表し、実質的に結晶構造を有していないとは、X線回折測定において結晶構造由来の回折パターンが観測されないことを表す。 Here, the complex oxide crystalline film refers to a film in which the complex oxide constituting the film has a substantially crystalline structure. The complex oxide amorphous film refers to a film in which the complex oxide constituting the film has substantially no crystal structure. In the present embodiment, having substantially a crystal structure means that a diffraction pattern derived from the crystal structure is observed in X-ray diffraction measurement, and not having a crystal structure substantially means that X This means that the diffraction pattern derived from the crystal structure is not observed in the line diffraction measurement.
複合酸化物結晶質膜は、Cuを線源とするX線回折測定において、ビックスバイト型構造の回折パターンを示すことが好ましい。ここでビックスバイト型構造の回折パターンを示す、とは、2θ=20〜40°の範囲内に検出される回折ピークが、酸化インジウムのビックスバイト構造の(211)面、(222)面、(400)面、(411)面に指数付けられるピークであることを表す。このような回折パターンを示す複合酸化物結晶質膜は、ビックバイト型の結晶構造を有し、低抵抗で可視光領域だけでなく赤外領域においても光透過性が良好であり、特に近紫外領域〜可視光領域の280〜500nmの波長範囲での光透過性が一層優れるようになる。 The complex oxide crystalline film preferably exhibits a bixbite structure diffraction pattern in X-ray diffraction measurement using Cu as a radiation source. Here, a diffraction pattern of a bixbite structure is shown. The diffraction peaks detected in the range of 2θ = 20 to 40 ° are (211) plane, (222) plane of bixbite structure of indium oxide, ( 400) plane and (411) plane. A complex oxide crystalline film exhibiting such a diffraction pattern has a bigbite type crystal structure, low resistance and good light transmission not only in the visible light region but also in the infrared region. The light transmittance in the wavelength range of 280 to 500 nm from the region to the visible light region is further improved.
複合酸化物結晶質膜がビックバイト型の結晶構造を有することでこのような効果が奏される理由は、必ずしも明らかではないが、電子軌道の重なりが良好となり、キャリア密度が適切な量となることで、280〜500nmの波長範囲での光透過性が一層優れるようになるものと考えられる。 The reason why such an effect can be obtained by having the big oxide type crystal structure in the complex oxide crystalline film is not necessarily clear, but the electron orbit overlap is good and the carrier density is an appropriate amount. Thus, it is considered that the light transmittance in the wavelength range of 280 to 500 nm is further improved.
本実施形態に係る複合酸化物結晶質膜は、低抵抗で、且つ可視光領域だけでなく赤外領域においても良好な光透過性を示すため、液晶等の表示素子や太陽電池等の各種受光素子の電極等に使用される透明導電膜として好適に利用できる。 The complex oxide crystalline film according to the present embodiment has low resistance and good light transmission not only in the visible light region but also in the infrared region. It can utilize suitably as a transparent conductive film used for the electrode etc. of an element.
本発明を、実施例と比較例により具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 The present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.
(実施例1〜8、比較例1〜6)
インジウム、錫及びストロンチウムの原子数の比が表1に記載の値となるように、純度99.99%、平均粒径0.5μmの酸化インジウム粉末、純度99.99%、平均粒径0.5μmの酸化錫粉末及び純度99.9%、平均粒径1μmの炭酸ストロンチウム粉末を、乾式ボールミルで混合した。次いで、大気中、1000℃で2時間仮焼した後、乾式ボールミルで解砕した。得られた粉末を3.0ton/cm2でCIP成形し、純酸素雰囲気焼結炉内に設置して、以下の条件で焼結して複合酸化物焼結体を得た。
(Examples 1-8, Comparative Examples 1-6)
Indium oxide powder having a purity of 99.99% and an average particle size of 0.5 μm, a purity of 99.99%, and an average particle size of 0.8 so that the ratio of the number of atoms of indium, tin, and strontium is the value shown in Table 1. 5 μm tin oxide powder and strontium carbonate powder having a purity of 99.9% and an average particle diameter of 1 μm were mixed in a dry ball mill. Subsequently, after calcining in air | atmosphere at 1000 degreeC for 2 hours, it crushed with the dry-type ball mill. The obtained powder was CIP-molded at 3.0 ton / cm 2 , placed in a pure oxygen atmosphere sintering furnace, and sintered under the following conditions to obtain a composite oxide sintered body.
[焼結条件]
・昇温速度 :50℃/時間
・焼結温度 :1600℃
・保持時間 :5時間
・焼結雰囲気:昇温時の室温から降温時の100℃まで純酸素ガスを炉内に導入
・酸素流量 :仕込重量(kg)/酸素流量(L/min)=0.8
・降温速度 :100℃/時間
[Sintering conditions]
・ Temperature increase rate: 50 ° C./hour ・ Sintering temperature: 1600 ° C.
-Holding time: 5 hours-Sintering atmosphere: Pure oxygen gas is introduced into the furnace from room temperature when the temperature is raised to 100 ° C when the temperature is lowered-Oxygen flow rate: Charged weight (kg) / Oxygen flow rate (L / min) = 0 .8
・ Cooling rate: 100 ℃ / hour
得られた複合酸化物焼結体の特性を、以下のように評価した。評価結果を表1に示す。 The characteristics of the obtained composite oxide sintered body were evaluated as follows. The evaluation results are shown in Table 1.
[複合酸化物焼結体の焼結密度の測定方法]
複合酸化物焼結体の焼結密度は、JIS−R1634−1998に準拠してアルキメデス法で測定した。この焼結密度から、上述の方法により相対密度を求めた。
[Method for measuring sintered density of composite oxide sintered body]
The sintered density of the composite oxide sintered body was measured by Archimedes method in accordance with JIS-R1634-1998. From this sintered density, the relative density was determined by the method described above.
[複合酸化物焼結体の平均粒径の測定方法]
複合酸化物焼結体を適当な大きさに切断した後、観察面を鏡面研磨し、次に塩酸溶液でケミカルエッチングを行った。この観察面を、走査型電子顕微鏡等を用いて観察し、観察写真から平均粒径を求めた。
[Measuring method of average particle diameter of composite oxide sintered body]
After the composite oxide sintered body was cut to an appropriate size, the observation surface was mirror-polished, and then chemical etching was performed with a hydrochloric acid solution. This observation surface was observed using a scanning electron microscope or the like, and the average particle diameter was determined from the observation photograph.
次に、複合酸化物焼結体を4インチφサイズに加工し、ダイヤモンド砥石を用いた平面研削盤による機械加工によりスパッタ面を作製して、スパッタリングターゲットを得た。得られたスパッタリングターゲットについて、以下のように中心線平均粗さと放電特性を評価した。評価結果を表1に示す。 Next, the composite oxide sintered body was processed into a 4-inch φ size, and a sputter surface was produced by machining with a surface grinder using a diamond grindstone to obtain a sputtering target. About the obtained sputtering target, centerline average roughness and discharge characteristics were evaluated as follows. The evaluation results are shown in Table 1.
[スパッタリングターゲットの中心線平均粗さの測定方法]
スパッタリングターゲットのスパッタ面を測定面とし、当該測定面を表面性状測定装置(ミツトヨ社製、SV−3100)で評価し、中心線平均粗さを求めた。
[Measurement method of centerline average roughness of sputtering target]
The sputtering surface of the sputtering target was used as the measurement surface, and the measurement surface was evaluated with a surface property measuring device (SV-3100, manufactured by Mitutoyo Corporation) to determine the centerline average roughness.
[スパッタリングターゲットの放電特性の評価]
下記スパッタリング条件下で、1時間当りに発生した異常放電の回数を観測した。
<スパッタリング条件>
・装置 :DCマグネトロンスパッタ装置(アルバック社製)
・磁界強度 :1000Gauss(ターゲット直上、水平成分)
・基板温度 :室温(約25℃)
・到達真空度 :5×10−5Pa
・スパッタリングガス :アルゴン+酸素(酸素の占める体積割合が0.5%)
・スパッタリングガス圧:0.5Pa
・DCパワー :300W
・スパッタリング時間 :30時間
[Evaluation of discharge characteristics of sputtering target]
The number of abnormal discharges generated per hour was observed under the following sputtering conditions.
<Sputtering conditions>
・ Equipment: DC magnetron sputtering equipment (manufactured by ULVAC)
Magnetic field strength: 1000 Gauss (directly above the target, horizontal component)
-Substrate temperature: Room temperature (about 25 ° C)
・ Achieved vacuum: 5 × 10 −5 Pa
Sputtering gas: Argon + oxygen (volume ratio of oxygen is 0.5%)
・ Sputtering gas pressure: 0.5 Pa
・ DC power: 300W
・ Sputtering time: 30 hours
次に、得られたスパッタリングターゲットをターゲットとし、DCマグネトロンスパッタリング法により、下記の条件で成膜して複合酸化物膜を得た。さらに、得られた複合酸化物膜を、大気中、250℃で1時間加熱した。 Next, using the obtained sputtering target as a target, a complex oxide film was obtained by DC magnetron sputtering under the following conditions. Further, the obtained composite oxide film was heated in the atmosphere at 250 ° C. for 1 hour.
[スパッタリング成膜条件]
・装置 :DCマグネトロンスパッタ装置(アルバック社製)
・磁界強度 :1000Gauss(ターゲット直上、水平成分)
・基板温度 :室温(約25℃)
・到達真空度 :5×10−5Pa
・スパッタリングガス :アルゴン+酸素(酸素の占める体積割合(%)を、酸素量として表2に記載した。)
・スパッタリングガス圧:0.5Pa
・DCパワー :300W
・膜厚 :150nm
・使用基板 :無アルカリガラス(コーニング社製#1737ガラス)
厚さ0.7mm
[Sputtering film formation conditions]
・ Equipment: DC magnetron sputtering equipment (manufactured by ULVAC)
Magnetic field strength: 1000 Gauss (directly above the target, horizontal component)
-Substrate temperature: Room temperature (about 25 ° C)
・ Achieved vacuum: 5 × 10 −5 Pa
Sputtering gas: Argon + oxygen (The volume ratio (%) occupied by oxygen is shown in Table 2 as the amount of oxygen.)
・ Sputtering gas pressure: 0.5 Pa
・ DC power: 300W
-Film thickness: 150 nm
-Substrate used: non-alkali glass (Corning # 1737 glass)
Thickness 0.7mm
加熱前後の複合酸化物膜の特性を、それぞれ以下のように測定した。測定結果を表2に示す。 The characteristics of the composite oxide film before and after heating were measured as follows. The measurement results are shown in Table 2.
[複合酸化物膜の組成]
ICP発光分光分析装置(セイコーインスツルメンツ社製)を用いて、ICP発光分析法により、インジウム、錫及びストロンチウムの定量を行った。定量の結果、複合酸化物膜におけるインジウム、錫及びストロンチウムは、複合酸化物焼結体製造時の原子数の比とほぼ同様の比で含有されていた。
[Composition of composite oxide film]
Indium, tin, and strontium were quantified by ICP emission analysis using an ICP emission spectroscopic analyzer (manufactured by Seiko Instruments Inc.). As a result of quantification, indium, tin, and strontium in the composite oxide film were contained in a ratio almost the same as the ratio of the number of atoms at the time of manufacturing the composite oxide sintered body.
[複合酸化物膜の結晶性評価]
下記の測定条件でX線回折試験を行い、ビックスバイト型構造の回折パターン(具体的には、2θ=20〜40°の範囲内に検出され、(211)面、(222)面、(400)面、(411)面に指数付けられるピーク)が観測されたものを結晶質、観測されなかったものを非晶質として評価した。なお、ビックスバイト型構造以外の結晶構造を示す回折パターンは観測されなかった。
<測定条件>
・X線源 :CuKα
・パワー :40kV、40mA
・走査速度 :1°/分
[Evaluation of crystallinity of composite oxide film]
An X-ray diffraction test was performed under the following measurement conditions, and a diffraction pattern having a bixbite structure (specifically, detected within a range of 2θ = 20 to 40 °, (211) plane, (222) plane, (400 ) And (411) peaks indexed were evaluated as crystalline, and those not observed were evaluated as amorphous. Note that a diffraction pattern showing a crystal structure other than the bixbite structure was not observed.
<Measurement conditions>
-X-ray source: CuKα
・ Power: 40kV, 40mA
・ Scanning speed: 1 ° / min
[複合酸化物膜の抵抗率の測定]
日本バイオ・ラッド ラボラトリーズ社製HL5500を用いて、四探針法により複合酸化物膜の抵抗率を測定した。
[Measurement of resistivity of composite oxide film]
Using HL5500 manufactured by Nippon Bio-Rad Laboratories, the resistivity of the composite oxide film was measured by the four-probe method.
[複合酸化物膜の光透過率の測定]
基板を含めた光透過率を、分光光度計U−4100(日立製作所社製)でした。測定範囲は、波長240nmから2600nmとした。測定結果のうち、400nm、550nm及び1200nmにおける光透過率を、表2に示す。
[Measurement of light transmittance of composite oxide film]
The light transmittance including the substrate was a spectrophotometer U-4100 (manufactured by Hitachi, Ltd.). The measurement range was a wavelength from 240 nm to 2600 nm. Among the measurement results, light transmittances at 400 nm, 550 nm and 1200 nm are shown in Table 2.
[複合酸化物膜の結晶化温度の評価]
基板上に成膜した複合酸化物膜を、100℃、150℃、200℃、250℃で1時間加熱した試料について、それぞれ上記の結晶性評価を行い結晶化の有無を観測した。
[Evaluation of crystallization temperature of composite oxide film]
The sample obtained by heating the complex oxide film formed on the substrate at 100 ° C., 150 ° C., 200 ° C., and 250 ° C. for 1 hour was subjected to the above-described crystallinity evaluation, and the presence or absence of crystallization was observed.
(実施例9〜10、比較例7〜8)
インジウム、錫及びストロンチウムの原子数の比が表3に記載の値となるように、純度99.99%、平均粒径0.5μmの酸化インジウム粉末、純度99.99%、平均粒径0.5μmの酸化錫粉末及び純度99.9%、平均粒径1μmの炭酸ストロンチウム粉末を、乾式ボールミルで混合した。次いで、大気中、1000℃で2時間仮焼した後、乾式ボールミルで解砕した。得られた粉末を3.0ton/cm2でCIP成形し、純酸素雰囲気焼結炉内に設置して、以下の条件で焼結して複合酸化物焼結体を得た。
(Examples 9 to 10, Comparative Examples 7 to 8)
Indium oxide powder having a purity of 99.99% and an average particle size of 0.5 μm, a purity of 99.99%, and an average particle size of 0.8 so that the ratio of the number of atoms of indium, tin, and strontium is the value shown in Table 3. 5 μm tin oxide powder and strontium carbonate powder having a purity of 99.9% and an average particle diameter of 1 μm were mixed in a dry ball mill. Subsequently, after calcining in air | atmosphere at 1000 degreeC for 2 hours, it crushed with the dry-type ball mill. The obtained powder was CIP-molded at 3.0 ton / cm 2 , placed in a pure oxygen atmosphere sintering furnace, and sintered under the following conditions to obtain a composite oxide sintered body.
[焼結条件]
・昇温速度 :50℃/時間
・焼結温度 :1600℃(実施例9及び10、比較例8及び9)
1300℃(比較例7)
・保持時間 :5時間(実施例9及び10、比較例7及び9)
24時間(比較例8)
・焼結雰囲気:昇温時の室温から降温時の100℃まで純酸素ガスを炉内に導入
・酸素流量 :仕込重量(kg)/酸素流量(L/min)=0.8
・降温速度 :100℃/時間
[Sintering conditions]
-Temperature rising rate: 50 ° C / hour-Sintering temperature: 1600 ° C (Examples 9 and 10, Comparative Examples 8 and 9)
1300 ° C. (Comparative Example 7)
Holding time: 5 hours (Examples 9 and 10, Comparative Examples 7 and 9)
24 hours (Comparative Example 8)
・ Sintering atmosphere: Pure oxygen gas is introduced into the furnace from room temperature when the temperature is raised to 100 ° C. when the temperature is lowered. ・ Oxygen flow rate: charged weight (kg) / oxygen flow rate (L / min) = 0.8
・ Cooling rate: 100 ℃ / hour
得られた複合酸化物焼結体の特性を、上記の方法により評価した。評価結果を表3に示す。 The properties of the obtained composite oxide sintered body were evaluated by the above methods. The evaluation results are shown in Table 3.
次に、複合酸化物焼結体を4インチφサイズに加工し、ダイヤモンド砥石を用いた平面研削盤による機械加工によりスパッタ面を作製して、スパッタリングターゲットを得た。このとき、ダイヤモンド砥石の番手を適宜調整することで、スパッタリングターゲットの中心線平均粗さを調整した。得られたスパッタリングターゲットについて、上記の方法により中心線平均粗さと放電特性を評価した。評価結果を表3に示す。 Next, the composite oxide sintered body was processed into a 4-inch φ size, and a sputter surface was produced by machining with a surface grinder using a diamond grindstone to obtain a sputtering target. At this time, the center line average roughness of the sputtering target was adjusted by appropriately adjusting the count of the diamond grindstone. About the obtained sputtering target, the center line average roughness and the discharge characteristics were evaluated by the above method. The evaluation results are shown in Table 3.
次に、得られたスパッタリングターゲットをターゲットとし、DCマグネトロンスパッタリング法により、下記の条件で成膜して複合酸化物膜を得た。さらに、得られた複合酸化物膜を、250℃で1時間加熱した。 Next, using the obtained sputtering target as a target, a complex oxide film was obtained by DC magnetron sputtering under the following conditions. Further, the obtained composite oxide film was heated at 250 ° C. for 1 hour.
[スパッタリング成膜条件]
・装置 :DCマグネトロンスパッタ装置(アルバック社製)
・磁界強度 :1000Gauss(ターゲット直上、水平成分)
・基板温度 :室温(約25℃)
・到達真空度 :5×10−5Pa
・スパッタリングガス :アルゴン+酸素(酸素の占める体積割合を、酸素量として表4に記載した。)
・スパッタリングガス圧:0.5Pa
・DCパワー :300W
・膜厚 :150nm
・使用基板 :無アルカリガラス(コーニング社製#1737ガラス)
厚さ0.7mm
[Sputtering film formation conditions]
・ Equipment: DC magnetron sputtering equipment (manufactured by ULVAC)
Magnetic field strength: 1000 Gauss (directly above the target, horizontal component)
-Substrate temperature: Room temperature (about 25 ° C)
・ Achieved vacuum: 5 × 10 −5 Pa
Sputtering gas: Argon + oxygen (The volume ratio of oxygen is described in Table 4 as the amount of oxygen.)
・ Sputtering gas pressure: 0.5 Pa
・ DC power: 300W
-Film thickness: 150 nm
-Substrate used: non-alkali glass (Corning # 1737 glass)
Thickness 0.7mm
加熱前後の複合酸化物膜の特性を、それぞれ上記の方法により測定した。測定結果を表4に示す。 The characteristics of the composite oxide film before and after heating were measured by the above methods. Table 4 shows the measurement results.
以上のように、複合酸化物焼結体中の錫及びストロンチウムの原子数の比、相対密度及び平均粒径を所定の値とすることにより、複合酸化物の非晶質膜を得ることができ、この非晶質膜は容易に結晶化でき、低抵抗でかつ可視光領域だけでなく赤外光領域においても光透過性に優れる複合酸化物結晶質膜が得られる。さらに、このような複合酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲットは、安定した放電特性を有するようになる。 As described above, the composite oxide amorphous film can be obtained by setting the ratio of the number of tin and strontium atoms, the relative density, and the average particle size in the composite oxide sintered body to predetermined values. This amorphous film can be easily crystallized, and a complex oxide crystalline film having low resistance and excellent light transmittance not only in the visible light region but also in the infrared light region can be obtained. Furthermore, a sputtering target made of such a complex oxide sintered body has stable discharge characteristics.
Claims (11)
前記複合酸化物焼結体中のインジウム、ストロンチウム及び錫の総原子数に対する、錫及びストロンチウムの原子数の比が、それぞれ0〜0.3及び0.0001〜0.05であり、相対密度が97%以上であり、平均粒径が7μm以下である、複合酸化物焼結体。 A composite oxide sintered body mainly composed of indium, strontium and oxygen,
The ratio of the number of atoms of tin and strontium to the total number of atoms of indium, strontium and tin in the composite oxide sintered body is 0 to 0.3 and 0.0001 to 0.05, respectively, and the relative density is A composite oxide sintered body having 97% or more and an average particle size of 7 μm or less.
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