JP2020196660A - 酸化物焼結体及びスパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、割れの発生を抑制可能な酸化物焼結体の提供を課題とする。【解決手段】本発明の一態様に係る酸化物焼結体は、Ｉｎ、Ｚｎ及びＦｅを含む酸化物焼結体であって、酸化亜鉛の結晶粒を実質的に有さず、Ｉｎ酸化物の結晶粒とＺｎＩｎ酸化物の結晶粒とを有し、上記Ｉｎ酸化物の結晶粒がＦｅを実質的に含まないＩｎ２Ｏ３結晶単相構造であり、上記ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒がＦｅを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、酸化物焼結体及びスパッタリングターゲットに関する。

アモルファス酸化物半導体は、例えばアモルファスシリコン半導体に比べて薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）を形成した際のキャリア移動度が高い。また、アモルファス酸化物半導体は光学バンドギャップが大きく、可視光の透過性が高い。さらに、アモルファス酸化物半導体の薄膜は、アモルファスシリコン半導体よりも低温で成膜することができる。これらの特徴を活かして、アモルファス酸化物半導体の薄膜は、高解像度で高速駆動できる次世代の大型ディスプレイや、低温での成膜が要求される樹脂基板を用いた可撓性ディスプレイへの応用が期待されている。

アモルファス酸化物半導体としては、インジウムを含む非晶質酸化物半導体が提案されており、インジウム、ガリウム、亜鉛及び酸素を含むＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＧＺＯ）アモルファス酸化物半導体や、インジウム、ガリウム、亜鉛、スズ及び酸素を含むＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＩＧＺＴＯ）アモルファス酸化物半導体が注目されている。

アモルファス酸化物半導体の薄膜は、このアモルファス酸化物半導体と同じ組成を有する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って形成される。このスパッタリング法では、スパッタリング中に異常放電が生じると、スパッタリングターゲットが割れることがある。そのため、スパッタリングターゲットの割れを抑制するため、スパッタリングターゲット中の結晶相の含有量を調節することが検討されている（特開２０１４−５８４１５号公報参照）。

特開２０１４−５８４１５号公報

上記公報には、インジウム、ガリウム、亜鉛、スズ及び酸素を含むスパッタリングターゲットにおいて、スパッタリング中におけるスパッタリングターゲットの割れを抑制すべく、ＩｎＧａＺｎ_２Ｏ_５相の体積割合を３％以下に抑えることが記載されている。

しかしながら、本発明者等が鋭意検討したところ、ＩｎＧａＺｎ_２Ｏ_５等の結晶相の体積割合を制御するのみではスパッタリング中におけるスパッタリングターゲットの割れを十分に抑制することができない場合があることが分かった。

本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、割れの発生を抑制可能な酸化物焼結体及び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。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る酸化物焼結体は、Ｉｎ、Ｚｎ及びＦｅを含む酸化物焼結体であって、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の結晶粒を実質的に有さず、Ｉｎ酸化物の結晶粒とＺｎＩｎ酸化物の結晶粒とを有し、上記Ｉｎ酸化物の結晶粒がＦｅを実質的に含まないＩｎ_２Ｏ_３結晶単相構造であり、上記ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒がＦｅを含む。

当該酸化物焼結体は、ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒がＦｅを含むことで、酸化亜鉛の結晶粒を実質的に有さず、かつＺｎＩｎ酸化物の結晶粒を有する構成を得られる。当該酸化物焼結体は、酸化亜鉛の結晶粒を実質的に有さず、Ｉｎ酸化物の結晶粒とＺｎＩｎ酸化物の結晶粒とを有し、上記Ｉｎ酸化物の結晶粒がＦｅを実質的に含まないＩｎ_２Ｏ_３結晶単相構造であることで、割れの発生を抑制することができる。

上記ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒が、Ｚｎ_２Ｉｎ_２Ｏ_５結晶単相構造ではないことが好ましい。このように、上記ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒が、Ｚｎ_２Ｉｎ_２Ｏ_５結晶単相構造ではないことで、強度を大きくしやすい。その結果、割れの発生をより確実に抑制することができる。

上記ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒が、Ｚｎ_３Ｉｎ_２Ｏ_６、Ｚｎ_４Ｉｎ_２Ｏ_７及びＺｎ_５Ｉｎ_２Ｏ_８の結晶構造の少なくともいずれか１つを有するとよい。このように、上記ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒が、Ｚｎ_３Ｉｎ_２Ｏ_６、Ｚｎ_４Ｉｎ_２Ｏ_７及びＺｎ_５Ｉｎ_２Ｏ_８の結晶構造の少なくともいずれか１つを有することによって、バルク抵抗を抑えつつ、強度を大きくしやすい。

当該酸化物焼結体は、ＺｎＩｎＦｅ酸化物の結晶粒を実質的に有しないことが好ましい。これにより、Ｆｅの含有割合を抑えつつ、酸化亜鉛の結晶粒を実質的に有さず、かつＺｎＩｎ酸化物の結晶粒を有する上述の構成を容易に得られる。

当該酸化物焼結体は、Ｉｎ、Ｚｎ及びＦｅの合計原子数に対し、Ｉｎの原子数が４５ａｔｍ％以上８０ａｔｍ％以下、Ｚｎの原子数が２０ａｔｍ％以上５５ａｔｍ％以下、Ｆｅの原子数が０．１ａｔｍ％以上１．５ａｔｍ％以下であるとよい。これにより、バルク抵抗を抑えつつ強度を大きくしやすい。その結果、割れの発生をより確実に抑制することができる。

当該酸化物焼結体のバルク抵抗としては１×１０^−２Ωｃｍ以下が好ましい。このように、バルク抵抗が上記上限以下であることによって、スパッタリング中における放電の不安定化を抑制することができ、異常放電に起因する当該酸化物焼結体の割れの発生を十分に抑制することができる。

当該酸化物焼結体の相対密度としては９６％以上が好ましい。このように、相対密度が上記下限以上であることによって、強度を大きくすることで割れの発生を十分に抑制することができる。

上記課題を解決するためになされた本発明の他の一態様に係るスパッタリングターゲットは、Ｉｎ、Ｚｎ及びＦｅを含むスパッタリングターゲットであって、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の結晶粒を実質的に有さず、Ｉｎ酸化物の結晶粒とＺｎＩｎ酸化物の結晶粒とを有し、上記Ｉｎ酸化物の結晶粒がＦｅを実質的に含まないＩｎ_２Ｏ_３結晶単相構造であり、上記ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒がＦｅを含む。

当該スパッタリングターゲットは割れの発生を抑制することができる。

なお、本発明において、「結晶粒」とは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって１０００倍で観察した反射電子像における粒界相に囲まれた領域をいう。また、「結晶粒がＦｅを含む」とは、エネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＸ）によって結晶粒の元素分析を行った場合にＦｅがその結晶粒中に０．１ａｔｍ％以上検出されることをいい、「結晶粒がＦｅを実質的に含まない」とは、Ｆｅがその結晶粒中に０．１ａｔｍ％以上検出されないことをいう。「結晶粒を実質的に有しない」とは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって１０００倍で観察した反射電子像において粒界相に囲まれる領域が視認されないことをいう。「バルク抵抗」とは、４探針法で測定される体積抵抗をいう。「相対密度」とは、（実測密度／真密度）×１００［％］で算出される値をいう。また、「実測密度」とは、アルキメデス法によって求められる値をいう。

以上説明したように、本発明に係る酸化物焼結体及びスパッタリングターゲットは、割れの発生を抑制することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る酸化物焼結体を示す模式的断面図である。 図２は、Ｎｏ．３の酸化物焼結体の反射電子像である。 図３は、Ｎｏ．４の酸化物焼結体の反射電子像である。 図４は、Ｎｏ．５の酸化物焼結体の反射電子像である。 図５は、Ｎｏ．６の酸化物焼結体の反射電子像である。 図６は、Ｎｏ．７の酸化物焼結体の反射電子像である。 図７は、Ｎｏ．１の酸化物焼結体の反射電子像である。 図８は、Ｎｏ．９の酸化物焼結体の反射電子像である。 図９は、Ｎｏ．１０の酸化物焼結体の反射電子像である。 図１０は、Ｎｏ．１２の酸化物焼結体の反射電子像である。 図１１は、Ｎｏ．９の酸化物焼結体のＸ線回折スペクトルの解析結果である。 図１２は、Ｎｏ．１０の酸化物焼結体のＸ線回折スペクトルの解析結果である。 図１３は、Ｎｏ．１３の酸化物焼結体のＸ線回折スペクトルの解析結果である。 図１４は、Ｎｏ．１４の酸化物焼結体のＸ線回折スペクトルの解析結果である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。

［酸化物焼結体］
図１の酸化物焼結体１は、Ｉｎ（インジウム）、Ｚｎ（亜鉛）及びＦｅ（鉄）を含む。当該酸化物焼結体１は、Ｉｎ酸化物の結晶粒と、ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒とを有する。当該酸化物焼結体１は、酸化亜鉛の結晶粒を実質的に有しない（すなわち、Ｚｎ以外の金属元素を実質的に含まない酸化物の結晶粒を実質的に有しない）。上記ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒はＦｅを含む。上記Ｉｎ酸化物の結晶粒は、Ｆｅを実質的に含まないＩｎ_２Ｏ_３結晶単相構造である。なお、Ｉｎ酸化物の結晶粒の結晶構造及びＺｎＩｎ酸化物の結晶粒の結晶構造は、各結晶粒のＸ線回折スペクトルを解析して求めることができる。

当該酸化物焼結体１は、金属元素として、Ｉｎ、Ｚｎ及びＦｅと不可避的不純物とを含んでいてもよい。換言すると、当該酸化物焼結体１は、Ｉｎ、Ｚｎ及びＦｅ以外の金属元素を実質的に含まないことが好ましい。

当該酸化物焼結体１は、例えばアモルファス酸化物半導体の薄膜を形成可能なスパッタリングターゲットに用いられる。Ｉｎは、上記薄膜のキャリア移動度の向上に寄与する。また、Ｚｎは、上記薄膜のアモルファス構造の安定化に寄与する。

上述のように、Ｆｅは、上記ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒に含まれる。詳しくは、当該酸化物焼結体１は、Ｚｎ及びＩｎ以外の金属元素を実質的に含まないＺｎＩｎ酸化物の結晶粒を有しており、このＺｎＩｎ酸化物の結晶粒の結晶構造中にＦｅが固溶している。当該酸化物焼結体１は、ＦｅをＺｎＩｎ酸化物の結晶粒の結晶構造中に固溶させることで、Ｆｅの微量の添加によって、酸化亜鉛とＩｎ酸化物との化合物（具体的には、Ｉｎ_２Ｏ_３とＺｎＯとの化合物）である上記ＺｎＩｎ酸化物の成長を大幅に促すことができる。すなわち、当該酸化物焼結体１は、Ｆｅの微量の添加によって、酸化亜鉛の結晶粒をなくすと共に、上記ＺｎＩｎ酸化物の体積率を大幅に高めることができる。これにより、当該酸化物焼結体１は、Ｚｎの均一分散性を高めやすいと考えられる。

上記ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒は、Ｚｎ_２Ｉｎ_２Ｏ_５結晶単相構造ではないことが好ましい。当該酸化物焼結体１は、Ｆｅの添加量が増加すると、上記ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒としてＺｎ_２Ｉｎ_２Ｏ_５の割合が大きくなる。また、例えばＦｅの添加量が大きくなり過ぎると、上記ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒がＺｎ_２Ｉｎ_２Ｏ_５結晶単相構造となり、結晶内の空孔面積が大きくなるとともに微小なクラックが形成されやすくなる。そのため、当該酸化物焼結体１は、上記ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒が、Ｚｎ_２Ｉｎ_２Ｏ_５結晶単相構造ではないことで、強度を大きくし、割れの発生をより確実に抑制することができる。また、当該酸化物焼結体１は、上記ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒が、Ｚｎ_２Ｉｎ_２Ｏ_５結晶単相構造ではないことで、Ｆｅの添加量を抑え、バルク抵抗を小さく制御しやすい。

上記ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒が、Ｚｎ_３Ｉｎ_２Ｏ_６、Ｚｎ_４Ｉｎ_２Ｏ_７及びＺｎ_５Ｉｎ_２Ｏ_８の結晶構造の少なくともいずれか１つを有することが好ましい。これにより、当該酸化物焼結体１は、バルク抵抗を抑えると共に強度を大きくしやすい。この場合、上記ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒は、Ｚｎ_２Ｉｎ_２Ｏ_５の結晶構造を有しないことが好ましい。

当該酸化物焼結体１は、ＺｎＩｎＦｅ酸化物の結晶粒を実質的に有しないことが好ましい。これにより、当該酸化物焼結体１は、Ｆｅの含有割合を抑えつつ、酸化亜鉛の結晶粒を実質的に有さず、かつＺｎＩｎ酸化物の結晶粒を有する上述の構成を容易に得られる。つまり、当該酸化物焼結体１は、上述のように、ＦｅをＺｎＩｎ酸化物の結晶粒の結晶構造中に選択的に固溶させることで、Ｆｅの含有割合を抑えつつ、酸化亜鉛の結晶粒をなくすと共に、ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒を効率的に成長させることができる。

Ｉｎ、Ｚｎ及びＦｅの合計原子数に対するＩｎの原子数の下限としては、４５ａｔｍ％が好ましく、５０ａｔｍ％がより好ましい。一方、上記原子数の上限としては、８０ａｔｍ％が好ましく、７５ａｔｍ％がより好ましく、７０ａｔｍ％がさらに好ましい。上記原子数が上記下限に満たないと、当該酸化物焼結体１を用いて形成されるアモルファス酸化物半導体の薄膜のキャリア移動度が不十分になるおそれがある。逆に、上記原子数が上記上限を超えると、上記薄膜のリーク電流が増大したり、閾値電圧が負側にシフトしたりするため、上記薄膜が導体化するおそれがある。

Ｉｎ、Ｚｎ及びＦｅの合計原子数に対するＺｎの原子数の下限としては、２０ａｔｍ％が好ましく、２５ａｔｍ％がより好ましく、３０ａｔｍ％がさらに好ましい。一方、上記原子数の上限としては、５５ａｔｍ％が好ましく、５０ａｔｍ％がより好ましい。上記原子数が上記下限に満たないと、他の金属原子数が相対的に大きくなることで、上記薄膜が導体化するおそれがある。逆に、上記原子数が上記上限を超えると、キャリア濃度が抑制され、上記薄膜のキャリア移動度が不十分となるおそれがある。

Ｉｎ、Ｚｎ及びＦｅの合計原子数に対するＦｅの原子数の下限としては、０．１ａｔｍ％が好ましく、０．３ａｔｍ％がより好ましい。一方、上記原子数の上限としては、１．５ａｔｍ％が好ましく、１．０ａｔｍ％がより好ましい。上記原子数が上記下限に満たないと、ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒の成長を十分に促進することができないおそれがある。一方、上記原子数が上記上限を超えると、当該酸化物焼結体１のバルク抵抗が大きくなるおそれや、当該酸化物焼結体１の相対密度が不十分となるおそれがある。

当該酸化物焼結体１は、Ｉｎ、Ｚｎ及びＦｅの合計原子数に対し、Ｉｎの原子数が４５ａｔｍ％以上８０ａｔｍ％以下、Ｚｎの原子数が２０ａｔｍ％以上５５ａｔｍ％以下、Ｆｅの原子数が０．１ａｔｍ％以上１．５ａｔｍ％以下であることが好ましく、Ｉｎの原子数が５０ａｔｍ％以上７０ａｔｍ％以下、Ｚｎの原子数が３０ａｔｍ％以上５０ａｔｍ％以下、Ｆｅの原子数が０．１ａｔｍ％以上１．０ａｔｍ％以下であることがより好ましい。当該酸化物焼結体１は、Ｉｎ、Ｚｎ及びＦｅの原子数を上記範囲内に調節することで、バルク抵抗を抑えつつ強度を大きくしやすい。その結果、割れの発生をより確実に抑制することができる。

当該酸化物焼結体１のバルク抵抗の上限としては、１×１０^−２Ωｃｍが好ましく、５×１０^−３Ωｃｍがより好ましく、４×１０^−３Ωｃｍがさらに好ましい。上記バルク抵抗が上記上限を超えると、スパッタリング中に放電の不安定化を招来するおそれがあり、異常放電に起因して当該酸化物焼結体１に割れが生じるおそれがある。なお、上記バルク抵抗の下限としては、特に限定されるものではないが、例えば１×１０^−４Ωｃｍとすることができる。

当該酸化物焼結体１の相対密度の下限としては、９６％が好ましく、９７％がより好ましい。上記相対密度が上記下限に満たないと、強度が不十分となり割れを生じるおそれがある。なお、上記相対密度は大きい方が好ましく、その上限としては、例えば１００％とすることができる。

＜利点＞
当該酸化物焼結体１は、ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒がＦｅを含むことで、酸化亜鉛の結晶粒を実質的に有さず、かつＺｎＩｎ酸化物の結晶粒を有する構成を容易に得られる。当該酸化物焼結体１は、酸化亜鉛の結晶粒を実質的に有さず、Ｉｎ酸化物の結晶粒とＺｎＩｎ酸化物の結晶粒とを有し、上記Ｉｎ酸化物の結晶粒がＦｅを実質的に含まないＩｎ_２Ｏ_３結晶単相構造であることで、割れの発生を抑制することができる。

［スパッタリングターゲット］
次に、本発明の他の一態様であるスパッタリングターゲットについて説明する。当該スパッタリングターゲットは、Ｉｎ、Ｚｎ及びＦｅを含むスパッタリングターゲットであって、酸化亜鉛の結晶粒を実質的に有さず、Ｉｎ酸化物の結晶粒とＺｎＩｎ酸化物の結晶粒とを有し、上記Ｉｎ酸化物の結晶粒がＦｅを実質的に含まないＩｎ_２Ｏ_３結晶単相構造であり、上記ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒がＦｅを含む。当該スパッタリングターゲットは、図１の酸化物焼結体１を有する。当該スパッタリングターゲットの具体的構成は、当該酸化物焼結体１と同じである。

＜利点＞
当該スパッタリングターゲットは、当該酸化物焼結体１と同様に割れの発生を抑制することができる。

［その他の実施形態］
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

例えば、当該酸化物焼結体及びスパッタリングターゲットは、他の金属元素として、例えばＳｎ（錫）を含んでいてもよい。

以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。

（ホットプレスによる酸化物焼結体の作製）
〔Ｎｏ．１、Ｎｏ．２〕
純度９９．９９％の酸化亜鉛粉末（ＺｎＯ）、純度９９．９９％の酸化インジウム粉末（Ｉｎ_２Ｏ_３）、純度９９．４％の酸化鉄粉末（Ｆｅ_２Ｏ_３）を表１に示す原子数比率で配合して原料粉末を得た。この原料粉末に水を加えて、ナイロンポッド及びメディアとしてジルコニアボールを使用したボールミルで１８時間混合及び粉砕した。次に、得られた混合粉末を乾燥して造粒を行った。造粒後の混合粉末を黒鉛型にセットし、表１の条件でホットプレスを行った。このホットプレスでは、炉内にはＮ_２ガスを導入し、Ｎ_２雰囲気下で焼結した。

得られた酸化物焼結体のＸ線回折スペクトルを解析し、Ｉｎ酸化物、酸化亜鉛及びＺｎＩｎ酸化物の結晶粒の結晶構造及び含有割合を求めた。その結果を表２に示す。

表１及び表２に示すように、Ｆｅの微量の添加によって、Ｉｎ_２Ｏ_３とＺｎＯとの化合物であるＺｎＩｎ酸化物（Ｚｎ_５Ｉｎ_２Ｏ_８）の成長が大幅に促進されていることが分かる。

（常圧焼結による酸化物焼結体の作製）
〔Ｎｏ．３〜Ｎｏ．８〕
純度９９．９９％の酸化亜鉛粉末（ＺｎＯ）、純度９９．９９％の酸化インジウム粉末（Ｉｎ_２Ｏ_３）、純度９９．４％の酸化鉄粉末（Ｆｅ_２Ｏ_３）を表３に示す原子数比率で配合して原料粉末を得た。水と、ポリビニルアルコールを主成分とするバインダーと、アクリル系重合体を主成分とする分散剤とを加えて、ナイロンポッド及びメディアとしてジルコニアボールを使用したボールミルで３時間混合及び粉砕した。次に、得られた混合粉末を乾燥して造粒を行った。造粒後の混合粉末を成形型に入れ、冷間静水圧プレスで３ｔｏｎ／ｃｍ^２で加圧して成形体を得た。この成形体を、常圧、大気雰囲気下で１５５０℃まで昇温し、２時間保持後、自然降温して焼結し、Ｎｏ．３〜Ｎｏ．８の酸化物焼結体を得た。Ｎｏ．３〜Ｎｏ．７について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって１０００倍で観察した反射電子像を図２〜図６に示す。

〔結晶構造〕
Ｎｏ．３〜Ｎｏ．８について、Ｘ線回折スペクトルを解析し、Ｉｎ酸化物、酸化亜鉛及びＺｎＩｎ酸化物の結晶粒の結晶構造を求めた。図２〜図６に示すように、Ｎｏ．３〜Ｎｏ．７は、Ｉｎ酸化物の結晶粒（Ｉｎ_２Ｏ_３結晶単相構造）Ｘ及びＺｎＩｎ酸化物の結晶粒Ｙを有する一方、酸化亜鉛の結晶粒を実質的に有していない。また、Ｘ線回折スペクトルの解析の結果、Ｆｅの添加量が０．９ａｔｍ％以下であるＮｏ．３、Ｎｏ．４及びＮｏ．７では、ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒がＺｎ_３Ｉｎ_２Ｏ_６の結晶単相構造であるのに対し、Ｆｅの添加量を１．５ａｔｍ％に増やしたＮｏ．５では、ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒がＺｎ_３Ｉｎ_２Ｏ_６とＺｎ_２Ｉｎ_２Ｏ_５とを有しており、Ｚｎ_３Ｉｎ_２Ｏ_６内に縞状組織が現れている。また、Ｆｅの添加量を５．０ａｔｍ％まで増加させたＮｏ．６では、上記縞状組織はなくなっており、ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒は、Ｚｎ_２Ｉｎ_２Ｏ_５の結晶単相構造となっている。

図２、図３及び図６から分かるように、Ｆｅの添加量を０．９ａｔｍ％まで増加させていくことで、Ｉｎ酸化物の結晶粒（Ｉｎ_２Ｏ_３）の面積が低下すると共に、ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒（Ｚｎ_３Ｉｎ_２Ｏ_６）の面積が増大している。また、図２〜図６から分かるように、Ｆｅの添加量が多くなるに伴って、結晶粒内の空孔Ｚの面積が大きくなっている。加えて、図５から分かるように、Ｆｅの添加量を５．０ａｔｍ％まで増加させたＮｏ．６では、微小なクラックが形成されている。

〔相対密度〕
Ｎｏ．３〜Ｎｏ．８について、アルキメデス法で計測した相対密度を表４に示す。

〔バルク抵抗〕
Ｎｏ．３〜Ｎｏ．８について、４探針法で測定したバルク密度を表４に示す。

表４から分かるように、Ｆｅの添加量が多くなるにつれて酸化物焼結体の相対密度が小さくなっており、Ｆｅの添加量が５．０ａｔｍ％になると相対密度は８７％程度まで小さくなっている。

また、表４から分かるように、Ｆｅの添加量が１．５ａｔｍ％以下の場合にはバルク抵抗は３．７×１０^−３Ωｃｍ以下に制御できているが、Ｆｅの添加量が５．０ａｔｍ％まで増加するとバルク抵抗は８×１０^−３以上に増加すると共に不安定化している。

〔Ｆｅの存在場所〕
ホットプレス法で作製したＮｏ．１の酸化物焼結体の反射電子像を図７に示す。表２にも示すように、この酸化物焼結体のＸ線回折スペクトルを解析したところ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＺｎＯ及びＺｎ_５Ｉｎ_２Ｏ_８以外の結晶粒は観察されなかった。この酸化物焼結体におけるＩｎ酸化物の結晶粒（Ｉｎ_２Ｏ_３結晶単相構造）Ｘ、ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒（Ｚｎ_５Ｉｎ_２Ｏ_８結晶単相構造）Ｙ、及び酸化亜鉛の結晶粒（ＺｎＯ結晶単相構造）Ｐに対し、エネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＸ）によって元素分析を行った結果を表５に示す。

上述のように、Ｘ線回折スペクトルの解析の結果、Ｎｏ．１の酸化物焼結体からはＺｎＩｎＦｅ酸化物の結晶粒は観察されなかった。一方、エネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＸ）による元素分析では、表５に示すように、ＦｅはＺｎＩｎ酸化物の結晶粒にのみ含まれることが分かった。このことから、Ｆｅは、ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒の結晶構造中に選択的に固溶していると考えられる。

（常圧焼結による酸化物焼結体の作製）
〔Ｎｏ．９〜Ｎｏ．Ｎｏ．１４〕
純度９９．９９％の酸化亜鉛粉末（ＺｎＯ）、純度９９．９９％の酸化インジウム粉末（Ｉｎ_２Ｏ_３）、純度９９．４％の酸化鉄粉末（Ｆｅ_２Ｏ_３）を表６に示す原子数比率で配合して原料粉末を得た。水と、ポリビニルアルコールを主成分とするバインダーと、アクリル系重合体を主成分とする分散剤とを加えて、ナイロンポッド及びメディアとしてジルコニアボールを使用したボールミルで３時間混合及び粉砕した。次に、得られた混合粉末を乾燥して造粒を行った。造粒後の混合粉末を成形型に入れ、冷間静水圧プレスで３ｔｏｎ／ｃｍ^２で加圧して成形体を得た。この成形体を、常圧、大気雰囲気下で１５５０℃まで昇温し、２時間保持後、自然降温して焼結し、Ｎｏ．９〜Ｎｏ．１４の酸化物焼結体を得た。Ｎｏ．９、Ｎｏ．１０及びＮｏ．１２について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって５０００倍で観察した反射電子像を図８〜図１０に示す。

〔結晶構造〕
Ｎｏ．９、Ｎｏ．１０、Ｎｏ．１３及びＮｏ．１４について、Ｘ線回折スペクトルを解析し、結晶性評価を行った。Ｎｏ．９、Ｎｏ．１０、Ｎｏ．１３及びＮｏ．１４のＸ線回折スペクトルの解析結果を図１１〜図１４に示す。なお、結晶性評価は、Ｘ線回折スペクトルのピークを各結晶粒の特定の結晶面に帰属させることで行った。

図１１に示すように、Ｎｏ．９は、Ｉｎ_２Ｏ_３結晶粒、Ｚｎ_３Ｉｎ_２Ｏ_６結晶粒、Ｚｎ_２Ｉｎ_２Ｏ_５結晶粒の３相から構成され、ＺｎＯ結晶粒は存在しないことが確認された。図１２に示すように、Ｎｏ．１０は、Ｉｎ_２Ｏ_３結晶粒及びＺｎ_３Ｉｎ_２Ｏ_６結晶粒の２相から構成され、ＺｎＯ結晶粒は存在しないことが確認された。一方、Ｉｎの原子数に対するＺｎの原子数の比（Ｚｎ／Ｉｎ）が０．１０と小さいＮｏ．１３は、図１３に示すように、Ｉｎ_２Ｏ_３結晶粒及びＺｎ_２Ｉｎ_２Ｏ_５結晶粒の２つの結晶粒が確認されており、ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒がＺｎ_２Ｉｎ_２Ｏ_５の結晶単相構造であることが分かった。また、Ｉｎの原子数に対するＺｎの原子数の比（Ｚｎ／Ｉｎ）が８．８１と大きいＮｏ．１４は、図１４に示すように、ＺｎＩｎ酸化物及びＩｎ_２Ｏ_３結晶粒を含まないＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_１７という単相構造の結晶相から構成されていることが確認された。

〔Ｆｅの存在場所〕
Ｎｏ．９、Ｎｏ．１０及びＮｏ．１２について、Ｉｎ酸化物の結晶粒（Ｉｎ_２Ｏ_３結晶単相構造）Ｘ、並びにＺｎＩｎ酸化物の結晶粒（Ｚｎ_２Ｉｎ_２Ｏ_５結晶粒Ｙ１及びＺｎ_３Ｉｎ_２Ｏ_６結晶粒Ｙ２）に対し、エネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＸ）によって元素分析を行った。この分析結果を表７に示す。

Ｘ線回折スペクトルの解析の結果、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１０及びＮｏ．１２の酸化物焼結体からはＺｎＩｎＦｅ酸化物の結晶粒は観察されなかった。一方、エネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＸ）による元素分析では、表７に示すように、ＦｅはＺｎＩｎ酸化物の結晶粒にのみ含まれることが分かった。このことから、Ｆｅは、ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒の結晶構造中に選択的に固溶していると考えられる。

なお、Ｎｏ．１１についても、Ｘ線回折スペクトルを解析し、Ｉｎ酸化物、酸化亜鉛及びＺｎＩｎ酸化物の結晶粒の結晶構造を求めたところ、Ｉｎ酸化物の結晶粒（Ｉｎ_２Ｏ_３結晶単相構造）及びＺｎＩｎ酸化物の結晶粒（Ｚｎ_３Ｉｎ_２Ｏ_６結晶単相構造）の２相から構成され、ＺｎＯ結晶粒は存在しないことが確認された。Ｎｏ．１１についてエネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＸ）によって元素分析を行った結果、ＦｅはＩｎ酸化物の結晶粒からは検出されない一方、積算時間を長くすることでＺｎＩｎ酸化物の結晶粒からは検出された。

以上説明したように、本発明の一態様に係る酸化物焼結体は、割れの発生を抑制できるので、スパッタリングターゲットとして好適に用いられる。

１ 酸化物焼結体
Ｘ Ｉｎ酸化物の結晶粒
Ｙ、Ｙ１、Ｙ２ ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒
Ｚ 空孔
Ｐ 酸化亜鉛の結晶粒

Claims (9)

1. Ｉｎ、Ｚｎ及びＦｅを含む酸化物焼結体であって、
   酸化亜鉛（ＺｎＯ）の結晶粒を実質的に有さず、
   Ｉｎ酸化物の結晶粒とＺｎＩｎ酸化物の結晶粒とを有し、
   上記Ｉｎ酸化物の結晶粒がＦｅを実質的に含まないＩｎ_２Ｏ_３結晶単相構造であり、
   上記ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒がＦｅを含む酸化物焼結体。
2. 上記ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒が、Ｚｎ_２Ｉｎ_２Ｏ_５結晶単相構造ではない請求項１に記載の酸化物焼結体。
3. 上記ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒が、Ｚｎ_３Ｉｎ_２Ｏ_６、Ｚｎ_４Ｉｎ_２Ｏ_７及びＺｎ_５Ｉｎ_２Ｏ_８の結晶構造の少なくともいずれか１つを有する請求項１又は請求項２に記載の酸化物焼結体。
4. ＺｎＩｎＦｅ酸化物の結晶粒を実質的に有しない請求項１、請求項２又は請求項３に記載の酸化物焼結体。
5. Ｉｎ、Ｚｎ及びＦｅの合計原子数に対し、
   Ｉｎの原子数が４５ａｔｍ％以上８０ａｔｍ％以下、
   Ｚｎの原子数が２０ａｔｍ％以上５５ａｔｍ％以下、
   Ｆｅの原子数が０．１ａｔｍ％以上１．５ａｔｍ％以下
   である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の酸化物焼結体。
6. バルク抵抗が１×１０^−２Ωｃｍ以下である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の酸化物焼結体。
7. 相対密度が９６％以上である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の酸化物焼結体。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の酸化物焼結体を有するスパッタリングターゲット。
9. Ｉｎ、Ｚｎ及びＦｅを含むスパッタリングターゲットであって、
   酸化亜鉛（ＺｎＯ）の結晶粒を実質的に有さず、
   Ｉｎ酸化物の結晶粒とＺｎＩｎ酸化物の結晶粒とを有し、
   上記Ｉｎ酸化物の結晶粒がＦｅを実質的に含まないＩｎ_２Ｏ_３結晶単相構造であり、
   上記ＺｎＩｎ酸化物の結晶粒がＦｅを含むスパッタリングターゲット。

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