JP3632781B2

JP3632781B2 - 酸化物焼結体

Info

Publication number: JP3632781B2
Application number: JP04369295A
Authority: JP
Inventors: 俊人岸; 昌二高梨
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1995-03-03
Filing date: 1995-03-03
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2020-03-23
Also published as: JPH08246139A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、酸化インジウム・酸化錫（以下、「ＩＴＯ」という）焼結体に関し、特にスパッタリング法によって透明導電膜を形成する際のスパッタリング用ターゲットとして極めて優れた性能を有するＩＴＯ焼結体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＴＯ焼結体をスパッタリングして得られる透明導電膜は、その比抵抗値の低さから有望な膜として注目されている。例えば３００℃程度の高温に加熱された基板上に、適当な条件でＩＴＯを物理蒸着することにより、透明性が良く且つ比抵抗値が２．０×１０^−４Ω・ｃｍ以下の良質なＩＴＯ膜が得られる。
【０００３】
このような高温に加熱された基板上に比抵抗値の低いＩＴＯ膜を成膜するためのＩＴＯ焼結体として、特開昭６２−２１７５１号公報にはＩｎ_２Ｏ_３粉末とＳｎＯ_２粉末を適当な量だけ配合し、混合・粉砕を行い、これを成形し仮焼した後再度粉砕を行って粉末とし、得られた仮焼済み粉末を、更に成形・焼結して製造されたＩＴＯ焼結体、また、混合・粉砕した後ホットプレスのような高温加圧下で焼結する方法が開示されている。また、特開平２−１１５３２６号公報にはＩｎ_２Ｏ_３粉末と金属錫粉末とを適当な量だけ配合し、仮焼した後再度粉砕を行って粉末とし、得られた仮焼済み粉末を、更にホットプレスを行うＩＴＯ焼結体の製造方法が開示されている。
【０００４】
しかし、このようにして得られたＩＴＯ焼結体を用いてスパッタリングを行うと、異常放電現象の発生によりプラズマ状態が不安定になり、安定した成膜が行われず、スパッタされた膜の構造が悪化し、膜の特性値が劣化するという不都合を生じる。また、異常放電現象が頻繁に発生する状況下において長時間ＩＴＯターゲットを使用していると、ターゲット表面にノジュールが生じ、これにより成膜速度が低下し、生産性が低下するという問題が生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明は、上述したＩＴＯターゲットのスパッタリングにかかわる問題点を解決し、異常放電現象の発生およびノジュールの生成を有効に抑制することが可能な酸化物焼結体を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の酸化物焼結体は、インジウム、錫および酸素を主成分とする酸化物焼結体であって、インジウム、錫および酸素以外の不純物のうち、周期律表のＩＩＩｂ族およびＩＶｂ族に属する元素の量が合計で５０重量ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
【０００７】
即ち、異常放電現象の発生およびノジュールの生成は、ＩＴＯターゲット中に含まれるＡｌ、Ｓｉ等周期律表のＩＩＩｂ族およびＩＶｂ族に属する元素が凝集している部分を起点として生じており、これらの不純物元素含有量を特に低く抑えることにより異常放電現象の発生およびノジュールの生成を有効に抑制することを可能としたものである。
【０００８】
【作用】
（ＩＴＯ焼結体）
本発明のＩＴＯ焼結体は、実質的にインジウム、錫および酸素からなるものであり、Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２系のものである。この組成自体は公知のＩＴＯ焼結体と同様である。一般に錫の平均組成は３〜１２重量％であり、インジウムの平均組成は７０〜７８重量％にある。
【０００９】
本発明のＩＴＯ焼結体においては、インジウム、錫および酸素以外の不純物のうち、周期律表のＩＩＩｂ族およびＩＶｂ族に属する元素の量が合計で５０重量ｐｐｍ以下、好ましくは３０重量ｐｐｍ以下、更に好ましくは１０重量ｐｐｍ以下であることが必要である。
【００１０】
上述した不純物元素以外の不純物元素については、本発明の目的を達成する上では特に限定されないが、スパッタリングによって成膜された薄膜の透明性、電気伝導性を考慮すると、合計量が１００重量ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
焼結体の密度は特に限定されないが、本発明の目的をより効果的に達成するためには、相対密度で８５％以上が好ましく、更に高密度であればより好ましい効果が得られる。
【００１２】
（ＩＴＯ焼結体の製造）
本発明のＩＴＯ焼結体の製造には平均粒径が１μｍ以下の微細なＩｎ_２Ｏ_３およびＳｎＯ_２酸化物粉末を原料として用いることが望ましい。これらの酸化物粉末の純度は９９．９９重量％以上であることが必要であるが、これを超える純度の粉末は特に必要としない。また、これを超える純度の粉末は高価であるため使用することは経済上好ましくない。
【００１３】
原料粉末の混合には例えば湿式ボールミルを用いる。ボールは高純度かつ高密度のイットリア安定型ジルコニアボールを用いることができ、混合時間は１２時間以下が望ましい。
【００１４】
また従来技術の例に述べられている仮焼は行わない方がよい。これは、仮焼の際大気中および仮焼を行う際に用いる容器からの汚染を防止するためである。仮焼を行わない場合、焼結工程で割れ、欠け等の不良が発生しやすくなるが、この問題については焼結工程を工夫することにより解決できる。
【００１５】
成形はビニル製の型を用いて静水圧加圧プレスによって行うことができる。混合から成形までの工程は、好ましくはクリーンルームで行うのがよいが、粉末を大気に接することを極力抑えた閉空間で行うことによっても十分目的を達成することができる。
【００１６】
焼結は、例えば、高純度アルミナ板の上に高純度ＩＴＯ焼結板をおき、その上にＩＴＯ焼結体を０．１ｍｍ以下に粉砕した粉末を敷き、更にその上に成形体を置いて行う。焼結温度は１５５０℃以下であることが重要である。また焼結雰囲気は酸素ガスの気流中で行う必要がある。アルミナ板は純度が低いとＩＴＯ焼結板と反応しやすく、ＩＴＯ焼結板の寿命が短くなる為に用いる必要がある。ＩＴＯ焼結板を用いるのは、成形体への不純物元素の拡散を防止するためである。ＩＴＯ焼結体の粉砕粉末を用いるのは、成形体が焼結収縮する際、滑りを良くするためであり、大型の成形体の場合には多めに、小型の成形体の場合には用いる必要がない場合もある。
【００１７】
焼結工程より後の工程は従来と同様の工程でよい。
【００１８】
【実施例】
以下に実施例を用いて本発明の優れた効果を説明する。
実施例１・・・平均粒径０．２μｍ、純度９９．９９重量％の酸化インジウム粉末に、平均粒径０．５μｍ、純度９９．９９重量％の酸化錫粉末を原料粉末とした。これら原料粉末を、錫組成が７．８重量％となるように配合し、バインダーとして１重量％のＰＶＡを添加した後、高純度ジルコニアボールによる湿式ボールミルで３時間混合し、乾燥および造粒した。高純度ジルコニアボールは、組成が重量比で、ＺｒＯ_２：９４．９％、Ｙ_２Ｏ_３：５．０％のものを用いた。
【００１９】
ビニル製の型にこの粉末を充填した後、３ｔｏｎ／ｃｍ^２でＣＩＰ成形した。焼結は酸素ガスを５ｌ／ｍｉｎで流しながら１５００℃にて５時間保持した。成形体の設置方法は前述したように、高純度アルミナ板の上にＩＴＯ焼結板を置き、その上にＩＴＯ焼結体の粉砕粉を厚さ１ｍｍになるように敷き、更にその上に成形体を設置した。高純度アルミナ板は、組成が重量比で、Ａｌ_２Ｏ_３：９９．９％のものを用いた。得られた焼結体を１２７ｍｍ×５０７ｍｍ、厚さ６ｍｍの大きさの長方形焼結体に加工した。
【００２０】
焼結体の密度および不純物元素量を測定した後、スパッタリング用ターゲット材として使用し、ＤＣマグネトロンスパッタ法によってスパッタリングを行った。使用開始から２０時間経過後の１０分間当たりの異常放電回数の測定と、４０時間経過後のターゲット表面のノジュールの生成状況の観察を行った。得られた結果を表１に示す。
【００２１】
実施例２・・・平均粒径０．２μｍ、純度９９．９９重量％の酸化インジウム粉末に、平均粒径０．５μｍ、純度９９．９９重量％の酸化錫粉末を原料粉末とし、これらの粉末を錫組成が７．８重量％となるように配合し、バインダーとして１重量％のＰＶＡを添加した後、実施例１と同じ高純度ジルコニアボールによる湿式ボールミルで３時間混合し乾燥および造粒の後使用した。ビニル製の型に粉末を充填した後３ｔｏｎ／ｃｍ^２でＣＩＰ成形した。なお、原料粉末の開封から成形工程で型に粉末を充填し密閉するまでをクラス１０００のクリーンルーム内で行った。焼結は酸素ガスを５ｌ／ｍｉｎで流しながら１５００℃にて５時間保持した。成形体の設置方法は前述したように、実施例１と同じ高純度アルミナ板の上にＩＴＯ焼結板を置き、その上にＩＴＯ焼結体の粉砕粉を厚さ１ｍｍになるように敷き、更にその上に成形体を設置した。得られた焼結体を１２７ｍｍ×５０７ｍｍ、厚さ６ｍｍの大きさの長方形焼結体に加工した。焼結体の密度および不純物元素量を測定した後スパッタリング用ターゲット材として使用し、ＤＣマグネトロンスパッタ法によってスパッタリングを行った。使用開始から２０時間経過後の１０分間当たりの異常放電回数の測定と、４０時間経過後のターゲット表面のノジュールの生成状況の観察を行った。得られた結果を表１に示す。
【００２２】
実施例３・・・平均粒径０．２μｍ、純度９９．９９重量％の酸化インジウム粉末に、平均粒径０．５μｍ、純度９９．９９重量％の酸化錫粉末を原料粉末とし、これらの粉末を錫組成が７．８重量％となるように配合し、バインダーとして１重量％のＰＶＡを添加した後、実施例１と同じ高純度ジルコニアボールによる湿式ボールミルで１２時間混合し乾燥および造粒の後使用した。ビニル製の型に粉末を充填した後３ｔｏｎ／ｃｍ^２でＣＩＰ成形した。焼結は酸素ガスを５ｌ／ｍｉｎで流しながら１５００℃にて５時間保持した。成形体の設置方法は前述したように、実施例と同じ高純度アルミナ板の上にＩＴＯ焼結板を置き、その上にＩＴＯ焼結体の粉砕粉を厚さ１ｍｍになるように敷き、更にその上に成形体を設置した。得られた焼結体を１２７ｍｍ×５０７ｍｍ、厚さ６ｍｍの大きさの長方形焼結体に加工した。焼結体の密度および不純物元素量を測定した後スパッタリング用ターゲット材として使用し、ＤＣマグネトロンスパッタ法によってスパッタリングを行った。使用開始から２０時間経過後の１０分間当たりの異常放電回数の測定と、４０時間経過後のターゲット表面のノジュールの生成状況の観察を行った。得られた結果を１表に示す。
【００２３】
比較例１・・・平均粒径０．２μｍ、純度９９．９９重量％の酸化インジウム粉末に、平均粒径０．５μｍ、純度９９．９９重量％の酸化錫粉末を原料粉末とし、これらの粉末を錫組成が７．８重量％となるように配合し、バインダーとして１重量％のＰＶＡを添加した後、高純度ジルコニアボールによる湿式ボールミルで３時間混合し乾燥および造粒の後使用した。ビニル製の型に粉末を充填した後３ｔｏｎ／ｃｍ^２でＣＩＰ成形した。焼結は酸素ガスを５ｌ／ｍｉｎで流しながら１５００℃にて５時間保持した。成形体の設置方法は低純度アルミナ板の上にＩＴＯ焼結体の粉砕粉を厚さ０．２ｍｍになるように敷き、その上に成形体を設置した。低純度アルミナ板は、組成が重量比で、Ａｌ_２Ｏ_３：９２％、ＳｉＯ_２：７％のものを用いた。
【００２４】
得られた焼結体を１２７ｍｍ×５０７ｍｍ、厚さ６ｍｍの大きさの長方形焼結体に加工した。焼結体の密度および不純物元素量を測定した後スパッタリング用ターゲット材として使用し、ＤＣマグネトロンスパッタ法によってスパッタリングを行った。使用開始から２０時間経過後の１０分間当たりの異常放電回数の測定と、４０時間経過後のターゲット表面のノジュールの生成状況の観察を行った。得られた結果を表１に示す。
【００２５】
比較例２・・・平均粒径０．２μｍ、純度９９．９９重量％の酸化インジウム粉末に平均粒径０．５μｍ、純度９９．９９重量％の酸化錫粉末を原料粉末とし、これらの粉末を錫組成が７．８重量％となるように配合し、バインダーとして１重量％のＰＶＡを添加した後、純度９０％のジルコニアボールによる湿式ボールミルで２４時間混合し乾燥および造粒の後使用した。ビニル製の型に粉末を充填した後３ｔｏｎ／ｃｍ^２でＣＩＰ成形した。焼結は酸素ガスを５ｌ／ｍｉｎで流しながら１５００℃にて５時間保持した。成形体の設置方法は前述したように、高純度アルミナ板の上にＩＴＯ焼結板を置き、その上にＩＴＯ焼結体の粉砕粉を厚さ１ｍｍになるように敷き、更にその上に成形体を設置した。得られた焼結体を１２７ｍｍ×５０７ｍｍ、厚さ６ｍｍの大きさの長方形焼結体に加工した。焼結体の密度および不純物元素量を測定した後スパッタリング用ターゲット材として使用し、ＤＣマグネトロンスパッタ法によってスパッタリングを行った。使用開始から２０時間経過後の１０分間当たりの異常放電回数の測定と、４０時間経過後のターゲット表面のノジュールの生成状況の観察を行った。得られた結果を表１に示す。
なお、焼結体密度は、真密度に対する実測密度の割合、即ち相対密度を％で示した。
【００２６】
【表１】

【００２７】
表１より、本発明の酸化物焼結体を用いた場合は、従来のものを用いた場合に比べて、成膜時の異常放電の回数が減少し、ターゲット表面のノジュールの発生も減少していることがわかる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、スパッタリング中の異常放電回数がきわめて少なく、また長時間使用後においてもノジュールが発生しないＩＴＯターゲットを提供することができる。

Claims

インジウム、錫および酸素を主成分とする酸化物焼結体において、インジウム、錫および酸素以外の不純物のうち、周期律表のＩＩＩｂ族およびＩＶｂ族に属する元素の量が合計で５０重量ｐｐｍ以下であることを特徴とする酸化物焼結体。