JP4947942B2 - Sputtering target - Google Patents
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Description
本発明は、焼結して作製したスパッタリングターゲット(以下、単に、スパッタリングターゲット、あるいはターゲットと称する場合がある。)、スパッタリングターゲットの製造方法に関する。 The present invention relates to a sputtering target produced by sintering (hereinafter sometimes simply referred to as a sputtering target or a target) and a method for producing a sputtering target.
近年、表示装置の発展はめざましく、液晶表示装置(LCD)や、エレクトロルミネッセンス表示装置(EL)、あるいはフィールドエミッションディスプレイ(FED)等が、パーソナルコンピュータや、ワードプロセッサ等の事務機器や、工場における制御システム用の表示装置として使用されている。そして、これら表示装置は、いずれも表示素子を透明導電性酸化物により挟み込んだサンドイッチ構造を備えている。 In recent years, the development of display devices has been remarkable, and liquid crystal display devices (LCD), electroluminescence display devices (EL), field emission displays (FED), etc. are used in personal computers, office equipment such as word processors, and control systems in factories. It is used as a display device. Each of these display devices has a sandwich structure in which a display element is sandwiched between transparent conductive oxides.
このような透明導電性酸化物としては、非特許文献1に開示されているように、スパッタリング法、イオンプレーティング法、あるいは蒸着法によって成膜されるインジウム錫酸化物(以下、ITOと略称することがある)が主流を占めている。 As such a transparent conductive oxide, as disclosed in Non-Patent Document 1, indium tin oxide (hereinafter abbreviated as ITO) formed by sputtering, ion plating, or vapor deposition. Is the mainstream.
かかるITOは、所定量の酸化インジウムと、酸化錫とからなり、透明性や導電性に優れるほか、強酸によるエッチング加工が可能であり、さらに基板との密着性にも優れているという特徴がある。 Such ITO consists of a predetermined amount of indium oxide and tin oxide, and is excellent in transparency and conductivity, and can be etched with a strong acid, and also has excellent adhesion to the substrate. .
ITOは、透明導電性酸化物の材料として優れた性能を有するものの、希少資源であるだけでなく、生体に対して有害でもあるインジウムを大量に含有(90原子%程度)させなければならないという問題があった。また、インジウム自体がスパッタ時のノジュール(突起物)発生の原因となり、このターゲット表面に発生したノジュールも異常放電の原因の一つにもなっていた。特に、エッチング性の改良を目的としたアモルファスITO膜の成膜に際しては、そのスパッタリングチャンバー内に微量の水や水素ガスを導入するために、ターゲット表面のインジウム化合物が還元されてノジュールがさらに発生しやすいという問題が見られた。そして、異常放電が発生すると飛散物が成膜中又は成膜直後の透明導電性酸化物に異物として付着するという問題が見られた。 Although ITO has excellent performance as a transparent conductive oxide material, it has a problem that it must contain a large amount (about 90 atomic%) of indium that is not only a scarce resource but also harmful to living organisms. was there. Further, indium itself causes nodules (projections) during sputtering, and the nodules generated on the target surface are also a cause of abnormal discharge. In particular, when forming an amorphous ITO film for the purpose of improving the etching property, in order to introduce a small amount of water or hydrogen gas into the sputtering chamber, the indium compound on the target surface is reduced and further nodules are generated. There was a problem that it was easy. And when abnormal discharge generate | occur | produced, the problem that a scattered matter adhered as a foreign material to the transparent conductive oxide during film-forming or just after film-forming was seen.
このように、供給の不安定性(希少性)、有害性の問題からITO中のインジウムを減らす必要があった。しかし、酸化錫の酸化インジウムへの最大固溶限界は10%前後と考えられ、ITO中のインジウムの含有量を90原子%以下に削減しようとするとターゲット中に酸化錫がクラスター状に残ってしまう。酸化錫の抵抗はITOの100倍以上大きいのでスパッタ中に電荷が蓄積しアーキングが発生しターゲット表面が破壊され微細な破片が飛散しノジュール、パーティクルが発生する等の問題が発生していた(非特許文献2)。そのためインジウムの含有量を90原子%以下にすることは困難であった。 Thus, it was necessary to reduce indium in ITO due to problems of supply instability (rareness) and harmfulness. However, the maximum solid solubility limit of tin oxide in indium oxide is considered to be around 10%, and if the indium content in ITO is reduced to 90 atomic% or less, tin oxide remains in a cluster form in the target. . Since the resistance of tin oxide is 100 times greater than that of ITO, problems such as accumulation of charge during sputtering, arcing, destruction of the target surface, scattering of fine fragments, generation of nodules and particles have occurred (non- Patent Document 2). Therefore, it has been difficult to reduce the indium content to 90 atomic% or less.
また、実質的にIn2O3で表されるビックスバイト構造化合物からなる焼結体であるITOターゲットの検討がなされているが(特許文献1)、ITOターゲットでは、Sn3In4O12等が生成し易く、実質ビックスバイト構造化合物からなる焼結体が製造できたとしても製造条件範囲が狭く、安定して製造することが困難であった。また、インジウムの含有量を減らすと実質ビックスバイト構造化合物からなる焼結体の製造は困難であった。 Moreover, although the ITO target which is a sintered compact which consists of a bixbite structure compound substantially represented by In 2 O 3 has been studied (Patent Document 1), Sn 3 In 4 O 12 or the like is used for the ITO target. Even if a sintered body substantially comprising a bixbite structure compound could be produced, the production condition range was narrow and it was difficult to produce stably. Further, when the content of indium was reduced, it was difficult to produce a sintered body substantially comprising a bixbite structure compound.
また、インジウムと亜鉛からなるIZOターゲットでは、亜鉛が15〜20原子%の範囲内ではIn2O3(ZnO)m(mは2〜20の整数)で表される六方晶層状化合物が生成することが知られている(非特許文献3)。これらの結晶型は、ZnOに比べるとターゲットの抵抗を下げ、相対密度を上げる効果があった。しかし、そのようなターゲットはインジウム量を減らす(亜鉛量を増やす)と、ターゲットの抵抗が高くなったり、相対密度が低くなったりして、ターゲットの強度が低下する、成膜速度が遅くなる等の問題がおきるおそれがあった。 Further, in an IZO target composed of indium and zinc, a hexagonal layered compound represented by In 2 O 3 (ZnO) m (m is an integer of 2 to 20) is generated when zinc is in the range of 15 to 20 atomic%. It is known (Non-Patent Document 3). These crystal types have the effect of lowering the resistance of the target and raising the relative density compared to ZnO. However, such a target reduces the amount of indium (increases the amount of zinc), the resistance of the target increases, the relative density decreases, the strength of the target decreases, the film formation rate decreases, etc. There was a risk of problems.
本発明は、抵抗が低く、理論相対密度が高く、強度が高いターゲット、インジウム含有量が低減されたターゲット、スパッタリング法を用いて透明導電膜を成膜する際に発生する異常放電を抑制し安定にスパッタリングを行うことができるターゲット及びその製造方法を提供するものである。 The present invention suppresses abnormal discharge that occurs when a transparent conductive film is formed by using a sputtering method and a stable target that has low resistance, high theoretical relative density, high strength, a target with reduced indium content, and sputtering. A target capable of performing sputtering and a method for manufacturing the same are provided.
本発明者らは、上記問題点を解決すべく鋭意研究を重ね、ターゲットの結晶構造を、実質的にビックスバイト構造にすることでこれらの問題を解決できると同時に、インジウム含有量を60〜75原子%の範囲内に削減しても、IZO並みのエッチング加工性とITO並みの膜性能を示しうることを見出した。 The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above problems, and can solve these problems by making the crystal structure of the target substantially a bixbite structure, while at the same time reducing the indium content to 60 to 75. It has been found that even if it is reduced within the range of atomic%, etching processability similar to that of IZO and film performance equivalent to that of ITO can be exhibited.
また、このターゲットを用いてスパッタリングで成膜した透明導電膜はインジウムが削減されていても導電性、エッチング性、耐熱性等に優れ、液晶ディスプレイに代表されるディスプレイやタッチパネル、太陽電池等各種の用途に適していること、成膜条件を調整するなどしてTFT(薄膜トランジスタ)に代表される透明酸化物半導体の成膜にも適用できることを見出し、本発明を完成させた。 In addition, the transparent conductive film formed by sputtering using this target is excellent in conductivity, etching property, heat resistance, etc. even if indium is reduced, and various types of displays such as liquid crystal displays, touch panels, solar cells, etc. The present invention has been completed by finding out that it is suitable for use and can be applied to film formation of a transparent oxide semiconductor typified by TFT (Thin Film Transistor) by adjusting film formation conditions.
本発明によれば、以下のスパッタリングターゲット等が提供される。
[1]インジウム、錫及、亜鉛及び酸素を含有し、X線回折(XRD)によってビックスバイト構造化合物のピークのみが実質的に観測されることを特徴とするスパッタリングターゲット。
[2]前記ビックスバイト構造化合物が、In2O3で表されることを特徴とする上記[1]記載のスパッタリングターゲット。
[3]In/(In+Sn+Zn)で表される原子比が0.6より大きく0.75より小さい範囲内の値であり、かつ、Sn/(In+Sn+Zn)で表される原子比が0.11〜0.23の範囲内の値であることを特徴とする上記[1]又は[2]記載のスパッタリングターゲット。
[4]X線回折(XRD)におけるピークについて、ビックスバイト構造化合物の最大ピーク位置が、単結晶粉末のものに対してプラス方向(広角側)にシフトしていることを特徴とする上記[1]〜[3]のいずれか記載のスパッタリングターゲット。
According to the present invention, the following sputtering target and the like are provided.
[1] A sputtering target containing indium, tin, zinc, and oxygen, wherein only a peak of a bixbite structure compound is substantially observed by X-ray diffraction (XRD).
[2] The sputtering target according to [1], wherein the bixbite structure compound is represented by In 2 O 3 .
[3] The atomic ratio represented by In / (In + Sn + Zn) is a value within a range larger than 0.6 and smaller than 0.75, and the atomic ratio represented by Sn / (In + Sn + Zn) is 0.11 to 0.11. The sputtering target according to [1] or [2], wherein the sputtering target has a value within a range of 0.23.
[4] Regarding the peak in X-ray diffraction (XRD), the maximum peak position of the bixbite structure compound is shifted in the plus direction (wide angle side) relative to that of the single crystal powder [1] ] The sputtering target according to any one of [3].
[5]電子線マイクロアナライザー(EPMA)で観察したZn凝集体の平均径が50μm以下であることを特徴とする上記[1]〜[4]のいずれか記載のスパッタリングターゲット。
[6]Cr、Cdの含有量が各々10ppm(質量)以下であることを特徴とする上記[1]〜[5]のいずれか記載のスパッタリングターゲット。
[7]Fe、Si、Ti、Cuの含有量が各々10ppm(質量)以下であることを特徴とする上記[1]〜[6]のいずれか記載のスパッタリングターゲット。
[8]ビックスバイト構造化合物の結晶粒径が20μm以下であることを特徴とする上記[1]〜[7]のいずれか記載のスパッタリングターゲット。
[5] The sputtering target according to any one of [1] to [4] above, wherein the average diameter of Zn aggregates observed with an electron beam microanalyzer (EPMA) is 50 μm or less.
[6] The sputtering target according to any one of [1] to [5], wherein the Cr and Cd contents are each 10 ppm (mass) or less.
[7] The sputtering target according to any one of [1] to [6], wherein the contents of Fe, Si, Ti, and Cu are each 10 ppm (mass) or less.
[8] The sputtering target according to any one of [1] to [7] above, wherein the crystal grain size of the bixbite structure compound is 20 μm or less.
[9]バルク抵抗が0.2〜100mΩ・cmの範囲内であることを特徴とする上記[1]〜[8]のいずれか記載のスパッタリングターゲット。
[10]理論相対密度が90%以上であることを特徴とする上記[1]〜[9]のいずれか記載のスパッタリングターゲット。
[11]スパッタリングターゲットの原料であるインジウム、錫及び亜鉛の化合物を、In/(In+Sn+Zn)で表される原子比が0.6より大きく0.75より小さい範囲内であり、かつ、Sn/(In+Sn+Zn)で表される原子比が0.11〜0.23の範囲内の配合した混合物を得る工程と、
該混合物を加圧成形し成形体を作る工程と、
該成形体の温度を10〜1,000℃/時間の範囲内で昇温する工程と、
該成形体を1,100〜1,700℃の範囲内の温度で焼成して焼結体を得る工程と、
該焼結体を10〜1,000℃/時間の範囲内で冷却する工程と、
を含むことを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
[9] The sputtering target according to any one of [1] to [8] above, wherein the bulk resistance is in the range of 0.2 to 100 mΩ · cm.
[10] The sputtering target according to any one of [1] to [9], wherein the theoretical relative density is 90% or more.
[11] A compound of indium, tin and zinc, which is a raw material of the sputtering target, has an atomic ratio represented by In / (In + Sn + Zn) within a range larger than 0.6 and smaller than 0.75, and Sn / ( A step of obtaining a blended mixture having an atomic ratio represented by (In + Sn + Zn) within a range of 0.11 to 0.23;
Pressure-molding the mixture to produce a molded body;
A step of raising the temperature of the molded body within a range of 10 to 1,000 ° C./hour;
Firing the molded body at a temperature in the range of 1,100 to 1,700 ° C. to obtain a sintered body;
Cooling the sintered body within a range of 10 to 1,000 ° C./hour;
The manufacturing method of the sputtering target characterized by including.
[12]上記[1]〜[10]のいずれか記載のスパッタリングターゲットをスパッタリング法により成膜してなることを特徴とする透明導電膜。
[13]上記[12]記載の透明導電膜をエッチングすることによって作製されたことを特徴とする透明電極。
[14]電極端部のテーパー角が30〜89度であることを特徴とする上記[13]記載の透明電極。
[15]上記[12]記載の透明導電膜を、1〜10質量%蓚酸含有水溶液で20〜50℃の温度範囲でエッチングすることを特徴とする透明電極の作製方法。
[12] A transparent conductive film obtained by forming the sputtering target according to any one of [1] to [10] above by a sputtering method.
[13] A transparent electrode produced by etching the transparent conductive film according to [12].
[14] The transparent electrode as described in [13] above, wherein the taper angle of the electrode end is 30 to 89 degrees.
[15] A method for producing a transparent electrode, wherein the transparent conductive film according to [12] is etched with a 1 to 10% by mass oxalic acid-containing aqueous solution in a temperature range of 20 to 50 ° C.
本発明によれば、抵抗が低く、理論相対密度が高く、強度が高いスパッタリングターゲットが提供される。
本発明によれば、インジウム含有量が低減されていても、スパッタリング法を用いて透明導電膜を成膜する際に発生する異常放電を抑制し安定にスパッタリングを行うことができるターゲットが提供される。
According to the present invention, a sputtering target having low resistance, high theoretical relative density, and high strength is provided.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if indium content is reduced, the target which can suppress the abnormal discharge generate | occur | produced when forming a transparent conductive film using sputtering method, and can perform sputtering stably is provided. .
本発明によれば、本発明のターゲットを用いてスパッタリング法で成膜した、インジウムが削減されていても、導電性、エッチング性、耐熱性等に優れ、液晶ディスプレイに代表されるディスプレイやタッチパネル、太陽電池等各種の用途に適した透明導電膜が提供される。 According to the present invention, a film formed by sputtering using the target of the present invention is excellent in conductivity, etching property, heat resistance, etc. even if indium is reduced, and a display or touch panel represented by a liquid crystal display, A transparent conductive film suitable for various uses such as solar cells is provided.
以下、本発明を詳細に説明する。
I.スパッタリングターゲット
(I−1)スパッタリングターゲットの構成
本発明のスパッタリングターゲット(以下、本発明のターゲットということがある)は、インジウム、錫及、亜鉛及び酸素を含有し、X線回折(XRD)によってビックスバイト構造化合物のピークのみが実質的に観測されることを特徴とする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
I. Sputtering Target (I-1) Structure of Sputtering Target The sputtering target of the present invention (hereinafter sometimes referred to as the target of the present invention) contains indium, tin, zinc, and oxygen, and is vixed by X-ray diffraction (XRD). Only the peak of the bite structure compound is substantially observed.
ここで、ビックスバイト構造化合物について説明する。ビックスバイト(bixbyite)は、希土類酸化物C型あるいはMn2O3(I)型酸化物とも言われる。「透明導電膜の技術」((株)オーム社出版、日本学術振興会、透明酸化物・光電子材料第166委員会編、1999)等に開示されている通り、化学量論比がM2X3(Mは陽イオン、Xは陰イオンで通常酸素イオン)で、一つの単位胞はM2X316分子、合計80個の原子(Mが32個、Xが48個)により構成されている。本発明のターゲットの構成成分であるビックスバイト構造化合物は、これらの内、In2O3で表される化合物、すなわちX線回折で、JCPDS(Joint Committee on Powder Diffraction Standards)データベースのNo.06−0416のピークパターンか、あるいは類似の(シフトした)パターンを示すものであることが好ましい。 Here, the bixbite structure compound will be described. Bixbyite is also called rare earth oxide C-type or Mn 2 O 3 (I) -type oxide. As disclosed in “Technology of Transparent Conductive Films” (Ohm Publishing Co., Ltd., Japan Society for the Promotion of Science, Transparent Oxide / Optoelectronic Materials 166th Committee, 1999), the stoichiometric ratio is M 2 X 3 (M is a cation, X is an anion, usually an oxygen ion), and one unit cell is composed of 16 molecules of M 2 X 3 , a total of 80 atoms (M is 32, X is 48) Yes. Among these, the bixbite structure compound which is a constituent component of the target of the present invention is a compound represented by In 2 O 3 , that is, X-ray diffraction, which is No. 06-JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) database. It is preferably a peak pattern of 0416 or a similar (shifted) pattern.
尚、結晶構造中の原子やイオンが一部他の原子で置換された置換型固溶体、他の原子が格子間位置に加えられた侵入型固溶体もビックスバイト構造化合物に含まれる。 The bixbite structure compound also includes a substitutional solid solution in which atoms and ions in the crystal structure are partially substituted with other atoms, and an interstitial solid solution in which other atoms are added to interstitial positions.
ターゲット中の化合物の結晶状態は、ターゲット(焼結体)から採取した試料をX線回折法により観察することによって判定することができる。 The crystal state of the compound in the target can be determined by observing a sample collected from the target (sintered body) by an X-ray diffraction method.
「X線回折(XRD)によってビックスバイト構造化合物のピークのみが実質的に観測される」とは、X線回折で、JCPDS(Joint Committee on Powder Diffraction Standards)データベースのNo.06−0416(In2O3単結晶粉末)のピークパターン、あるいはそれと類似の(シフトした)パターンを示し、他の構造の最大ピークがビックスバイト構造化合物の最大ピークの5%未満で十分に小さいか、あるいは実質確認できないことを意味する。
また、特にX線回折法により、SnO2やSn3In4O12のピークがビックスバイト構造化合物の最大ピークの3%未満で十分に小さいか,あるいは実質確認できないことが好ましい。これらの化合物が存在すると、ターゲットの抵抗が高くなったり、スパッタ時にターゲット上に電荷(チャージ)が発生しやすくなり、異常放電やノジュール発生の原因となるおそれがある。
“Substantially only the peak of the bixbite structure compound is observed by X-ray diffraction (XRD)” means that X-ray diffraction is No. 06-0416 (In 2 in JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) database). O 3 single crystal powder) or a similar (shifted) pattern, and the maximum peak of the other structure is less than 5% of the maximum peak of the bixbite structure compound, or is sufficiently small or substantially unidentifiable Means that.
In particular, it is preferable that the peak of SnO 2 or Sn 3 In 4 O 12 is sufficiently small at less than 3% of the maximum peak of the bixbite structure compound by X-ray diffraction method, or it cannot be substantially confirmed. When these compounds are present, the resistance of the target becomes high, and electric charges are easily generated on the target at the time of sputtering, which may cause abnormal discharge or nodule generation.
本発明のターゲットは、In/(In+Sn+Zn)で表される原子比が0.6より大きく0.75より小さい範囲内の値であり、かつ、Sn/(Sn+Zn)で表される原子比が0.4〜0.6の範囲内の値であることが好ましい。
In/(In+Sn+Zn)で表される原子比は、不等式で表すと、
0.6<In/(In+Sn+Zn)<0.75
となり、0.6及び0.75を含まない。
一方、Sn/(In+Sn+Zn)で表される原子比は、
0.11≦Sn/(In+Sn+Zn)≦0.23
で表され、0.11及び0.23を含む。
In the target of the present invention, the atomic ratio represented by In / (In + Sn + Zn) is a value within a range larger than 0.6 and smaller than 0.75, and the atomic ratio represented by Sn / (Sn + Zn) is 0. A value within the range of .4 to 0.6 is preferable.
When the atomic ratio represented by In / (In + Sn + Zn) is expressed by an inequality,
0.6 <In / (In + Sn + Zn) <0.75
And does not include 0.6 and 0.75.
On the other hand, the atomic ratio represented by Sn / (In + Sn + Zn) is
0.11 ≦ Sn / (In + Sn + Zn) ≦ 0.23
And includes 0.11 and 0.23.
In/(In+Sn+Zn)で表される原子比は、0.6以下であると、ビックスバイト構造単層構造が不安定となり他の結晶型が発生するおそれがあり、0.75以上であると、スパッタリングで作製した膜が結晶化しやすくエッチング速度が遅くなったりエッチング後に残さが発生するおそれがある。また、インジウムの削減効果が不十分となる。In/(In+Sn+Zn)で表される原子比は、0.61〜0.69の範囲内の値であることがより好ましく、0.61〜0.65の範囲内の値であることがさらに好ましい。 If the atomic ratio represented by In / (In + Sn + Zn) is 0.6 or less, the bixbite structure single layer structure may become unstable and other crystal types may be generated. If it is 0.75 or more, A film formed by sputtering is likely to be crystallized, and the etching rate may be slow, or a residue may be generated after etching. In addition, the effect of reducing indium is insufficient. The atomic ratio represented by In / (In + Sn + Zn) is more preferably a value within the range of 0.61 to 0.69, and still more preferably a value within the range of 0.61 to 0.65. .
Sn/(In+Sn+Zn)で表される原子比が0.11より小さいと、In2O3(ZnO)m(mは2〜20の整数)で表される六方晶層状化合物やZnOが生成しターゲットの抵抗が上がるおそれがあり、0.23より大きいと、Sn3In4O12、SnO2、SnO等が生成しターゲットの抵抗が上がったりノジュールが発生するおそれがある。
Sn/(In+Sn+Zn)で表される原子比は、0.11〜0.21の範囲内の値であることがより好ましく、0.11〜0.19の範囲内の値であることがさらに好ましく、0.12〜0.19の範囲内の値であることが特に好ましい。
When the atomic ratio represented by Sn / (In + Sn + Zn) is smaller than 0.11, a hexagonal layered compound represented by In 2 O 3 (ZnO) m (m is an integer of 2 to 20) or ZnO is generated and the target If it is larger than 0.23, Sn 3 In 4 O 12 , SnO 2 , SnO, etc. may be generated and the resistance of the target may be increased or nodules may be generated.
The atomic ratio represented by Sn / (In + Sn + Zn) is more preferably a value within the range of 0.11 to 0.21, and even more preferably a value within the range of 0.11 to 0.19. A value in the range of 0.12 to 0.19 is particularly preferable.
さらに、Zn/(In+Sn+Zn)で表される原子は、0.03〜0.3の範囲内の値であることが好ましく、0.06〜0.3の範囲内の値であることがより好ましく、0.12〜0.3の範囲内の値であることが特に好ましい。Zn/(In+Sn+Zn)で表される原子が0.03より少ないと、エッチング残渣が残るおそれがあり、0.3より多いと、大気下での耐熱性が悪化したり、成膜速度が遅くなるおそれがある。 Furthermore, the atom represented by Zn / (In + Sn + Zn) preferably has a value in the range of 0.03 to 0.3, more preferably in the range of 0.06 to 0.3. A value in the range of 0.12 to 0.3 is particularly preferable. If the number of atoms represented by Zn / (In + Sn + Zn) is less than 0.03, an etching residue may remain. If more than 0.3, the heat resistance in the atmosphere is deteriorated or the film formation rate is decreased. There is a fear.
ここで、本発明のターゲットにおける上記原子比は、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析によって測定することができる。 Here, the atomic ratio in the target of the present invention can be measured by inductively coupled plasma (ICP) emission analysis.
本発明のターゲットは、In2O3粉末のX線回折(XRD)ピーク位置に対する、ビックスバイト構造化合物のピーク位置がプラス方向(広角側)にシフトしていることが好ましい。プラス方向(広角側)にシフトしていることはインジウムイオンよりイオン半径の小さい陽イオンが固溶置換し格子間距離が短くなっていることを意味するものと推察される。なお、In2O3粉末のX線回折(XRD)ピーク位置(パターン)は、JCPDS(Joint Committee on Powder Diffraction Standards)データベースのNo.06−0416に公開されている。
ビックスバイト構造化合物の最大ピーク位置のシフトは、0.1度より小さいとビックスバイト構造化合物への他原子の固溶が不十分となり他の結晶型が析出するおそれがある。
ビックスバイト構造化合物のピーク位置のシフトは、最大ピークの位置(2θ)で0.05度以上が好ましく、0.1度以上がより好ましく、0.2度以上が特に好ましい。
In the target of the present invention, the peak position of the bixbite structure compound is preferably shifted in the plus direction (wide angle side) with respect to the X-ray diffraction (XRD) peak position of the In 2 O 3 powder. The shift in the positive direction (wide angle side) is presumed to mean that a cation having an ion radius smaller than that of the indium ion is replaced by a solid solution and the interstitial distance is shortened. The X-ray diffraction (XRD) peak position (pattern) of In 2 O 3 powder is disclosed in No. 06-0416 of the JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) database.
If the shift of the maximum peak position of the bixbite structure compound is less than 0.1 degree, the solid solution of other atoms in the bixbite structure compound becomes insufficient, and other crystal forms may be precipitated.
The shift of the peak position of the bixbite structure compound is preferably 0.05 degree or more, more preferably 0.1 degree or more, and particularly preferably 0.2 degree or more at the maximum peak position (2θ).
ここで、ピークのシフト角は、X線回折のチャートを解析することによって測定することができる。
図1は、後述する実施例1で製造された本発明のターゲットのX線回折のチャートであり、ビックスバイト構造化合物の最大ピーク位置のシフトが0.4度であったことを示している。
Here, the peak shift angle can be measured by analyzing an X-ray diffraction chart.
FIG. 1 is an X-ray diffraction chart of the target of the present invention produced in Example 1 described later, and shows that the shift of the maximum peak position of the bixbite structure compound was 0.4 degrees.
本発明のターゲットは、電子線マイクロアナライザー(EPMA)で観察したZn凝集部の平均径が50μm以下であることが好ましい。
Zn凝集部の平均径が50μmを超えていると、Zn凝集体の部分が応力集中点となり、強度が低下したり、電荷(チャージ)が発生し、異常放電が起こるおそれがあり、好ましくない。
Zn凝集部の平均径は、30μm以下であることがより好ましく、15μm以下であることがさらに好ましい。
また、ターゲット断面積に対するZn凝集体の面積比は、通常10%以下、好ましくは5%以下、より好ましくは1%以下である。
In the target of the present invention, it is preferable that the average diameter of Zn agglomerated parts observed with an electron beam microanalyzer (EPMA) is 50 μm or less.
If the average diameter of the Zn agglomerated part is more than 50 μm, the Zn agglomerated part becomes a stress concentration point, and the strength may be reduced, or an electric charge (charge) may occur and abnormal discharge may occur, which is not preferable.
The average diameter of the Zn agglomerated part is more preferably 30 μm or less, and further preferably 15 μm or less.
The area ratio of the Zn aggregate to the target cross-sectional area is usually 10% or less, preferably 5% or less, more preferably 1% or less.
本発明のターゲットは、Cr、Cdの含有量が各々10ppm(質量)以下であることが好ましい。
Cr、Cdは本発明のターゲットにおける不純物であり、その含有量が各々10ppm(質量)を超えると、他の結晶型の核となり、ビックスバイト構造をとり難くなるおそれがある。また、成膜し、液晶表示装置に用いた際に、耐久性が低下したり、焼き付きが発生し易くなるおそれがある。
上記Zn凝集部分を除くと、In、Sn、Znともほぼ均一に分散していることが好ましい。
Cr、Cdの含有量は各々5ppm以下であることがより好ましく、各々1ppm以下であることが特に好ましい。
The target of the present invention preferably has a Cr and Cd content of 10 ppm (mass) or less.
Cr and Cd are impurities in the target of the present invention. When the content exceeds 10 ppm (mass), it becomes a nucleus of another crystal type and there is a possibility that it is difficult to take a bixbite structure. In addition, when a film is formed and used in a liquid crystal display device, durability may be reduced or image sticking may easily occur.
Except for the Zn agglomerated portion, it is preferable that In, Sn, and Zn are substantially uniformly dispersed.
The content of Cr and Cd is more preferably 5 ppm or less, and particularly preferably 1 ppm or less.
本発明のターゲットは、Fe、Si、Ti、Cuの含有量が各々10ppm(質量)以下であることが好ましい。
Fe、Si、Ti、Cuは、本発明のターゲットにおける不純物であり、その含有量が各々10ppm(質量)を超えると、他の結晶型が発生し易くなり、ビックスバイト構造をとり難くなるおそれがある。
Fe、Si、Ti、Cuの含有量は、各々5ppm以下であることがより好ましく、各々1ppm以下であることが特に好ましい。
上記の不純物元素の含有量は、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法によって測定できる。
また、本発明の効果を損なわない範囲内でMg、B、Gaを含有させて透過率を改善したり、Alを加えて耐熱性を改善したり、Zrを加えて耐薬品性を改善してもよい。
In the target of the present invention, the contents of Fe, Si, Ti, and Cu are each preferably 10 ppm (mass) or less.
Fe, Si, Ti, and Cu are impurities in the target of the present invention. When the content exceeds 10 ppm (mass), other crystal types are likely to be generated, and it may be difficult to take a bixbite structure. is there.
The content of Fe, Si, Ti, and Cu is more preferably 5 ppm or less, and particularly preferably 1 ppm or less.
The content of the impurity element can be measured by inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry.
In addition, Mg, B and Ga are added within the range not impairing the effects of the present invention, the transmittance is improved, Al is added to improve heat resistance, and Zr is added to improve chemical resistance. Also good.
本発明のターゲットにおいては、ビックスバイト構造化合物の結晶粒径が20μm以下であることが好ましい。
ビックスバイト構造化合物の結晶粒径が20μmを超えると、粒界が応力集中点となり、強度が低下したり、ターゲット表面の平滑性が損なわれ易くなるおそれがある。
ビックスバイト構造化合物の結晶粒径は、8μm以下であることがより好ましく、4μm以下であることが特に好ましい。
ビックスバイト構造化合物の結晶粒径は、電子線マイクロアナライザー(EPMA)によって測定できる。
In the target of the present invention, the crystal grain size of the bixbite structure compound is preferably 20 μm or less.
When the crystal grain size of the bixbite structure compound exceeds 20 μm, the grain boundary becomes a stress concentration point, and the strength may be lowered, or the smoothness of the target surface may be easily impaired.
The crystal grain size of the bixbite structure compound is more preferably 8 μm or less, and particularly preferably 4 μm or less.
The crystal grain size of the bixbite structure compound can be measured by an electron beam microanalyzer (EPMA).
本発明のターゲットは、バルク抵抗が0.2〜100mΩ・cmの範囲内であることが好ましい。
バルク抵抗が0.2mΩ・cmより小さいと、成膜した膜よりも抵抗が低くなり飛散した膜がノジュールの原因となるおそれがあり、100mΩ・cmより大きいと、スパッタリングが安定しないおそれがある。
本発明のターゲットのバルク抵抗は、0.3〜10mΩ・cmの範囲内であることがより好ましく、0.4〜6mΩ・cmの範囲内であることがさらに好ましく、0.4〜4mΩ・cmの範囲内であることが特に好ましい。
本発明のターゲットのバルク抵抗は、四探針法によって測定することができる。
The target of the present invention preferably has a bulk resistance in the range of 0.2 to 100 mΩ · cm.
If the bulk resistance is less than 0.2 mΩ · cm, the resistance is lower than the deposited film and the scattered film may cause nodules. If the bulk resistance is more than 100 mΩ · cm, sputtering may not be stable.
The bulk resistance of the target of the present invention is more preferably in the range of 0.3 to 10 mΩ · cm, further preferably in the range of 0.4 to 6 mΩ · cm, and 0.4 to 4 mΩ · cm. It is particularly preferable that the value falls within the range.
The bulk resistance of the target of the present invention can be measured by the four probe method.
本発明のターゲットは、理論相対密度が90%以上であることが好ましい。ターゲットの理論相対密度が90%より小さいと放電中にターゲットが割れる原因となるおそれがある。
本発明のターゲットの理論相対密度は、94%以上であることがより好ましく、95%以上であることがさらに好ましく、98%以上であることが特に好ましい。
The target of the present invention preferably has a theoretical relative density of 90% or more. If the theoretical relative density of the target is less than 90%, the target may break during discharge.
The theoretical relative density of the target of the present invention is more preferably 94% or more, further preferably 95% or more, and particularly preferably 98% or more.
ここで、ターゲットの理論相対密度は、次のようにして求める。
ZnO、SnO2、In2O3の比重を各々5.66g/cm3、6.95g/cm3、7.12g/cm3として、その量比から密度を計算し、アルキメデス法で測定した密度との比率を計算して理論相対密度とする。
Here, the theoretical relative density of the target is obtained as follows.
ZnO,
本発明のターゲットの抗折力は、10kg/mm2以上であることが好ましく、11kg/mm2以上であることがより好ましく、12kg/mm2以上であることが特に好ましい。ターゲットの運搬、取り付け時に荷重がかかり、ターゲットが破損するおそれがあるという理由で、ターゲットには、一定以上の抗折力が要求され、10kg/mm2未満では、ターゲットとしての使用に耐えられないおそれがある。
ターゲットの抗折力は、JIS R 1601に準じて測定することができる。
The bending strength of the target of the present invention is preferably 10 kg / mm 2 or more, more preferably 11 kg / mm 2 or more, and particularly preferably 12 kg / mm 2 or more. The target is required to have a certain level of bending force because a load is applied during transportation and mounting of the target, and the target may be damaged. If the target is less than 10 kg / mm 2 , it cannot be used as a target. There is a fear.
The bending strength of the target can be measured according to JIS R 1601.
(I−2)スパッタリングターゲットの製造方法
本発明のスパッタリングターゲットの製造方法(以下、本発明のターゲット製造方法ということがある)は、スパッタリングターゲットの原料であるインジウム、錫及び亜鉛の化合物を、In/(In+Sn+Zn)で表される原子比が0.6より大きく0.75より小さい範囲内であり、かつ、Sn/(In+Sn+Zn)で表される原子比が0.11〜0.23の範囲内の配合した混合物を得る工程と、
該混合物を加圧成形し成形体を作る工程と、
該成形体の温度を10〜1000℃/時間で昇温する工程と、
該成形体を1100〜1700℃の温度で焼成して焼結体を得る工程と、
該焼結体を10〜1000℃/時間で冷却する工程と、
を含むことを特徴とする。
(I-2) Method for Producing Sputtering Target The method for producing a sputtering target of the present invention (hereinafter sometimes referred to as the target producing method of the present invention) includes a compound of indium, tin, and zinc, which are raw materials of a sputtering target, and In. The atomic ratio represented by / (In + Sn + Zn) is in the range of greater than 0.6 and smaller than 0.75, and the atomic ratio represented by Sn / (In + Sn + Zn) is in the range of 0.11 to 0.23. Obtaining a blended mixture of
Pressure-molding the mixture to produce a molded body;
A step of raising the temperature of the molded body at 10 to 1000 ° C./hour;
Firing the molded body at a temperature of 1100 to 1700 ° C. to obtain a sintered body;
Cooling the sintered body at 10 to 1000 ° C./hour;
It is characterized by including.
以下、本発明のターゲット製造方法を工程毎に説明する。
(1)配合工程
配合工程は、スパッタリングターゲットの原料である金属化合物を混合する必須工程である。
原料としては、粒径6μm以下のインジウム化合物の粉末、亜鉛化合物の粉末、及びそれらの粉末の粒径よりも小さい粒径の錫化合物粉末を用いることが好ましい。錫化合物粉末の粒径が、インジウム化合物の粉末、亜鉛化合物の粉末の粒径と同じか又はそれらより大きいと、SnO2がターゲット中に存在(残存)しビックスバイト構造が生成しづらくなったり、ターゲットのバルク抵抗を高くするおそれがあるためである。
また、錫化合物粉末の粒子径がインジウム化合物粉末及び亜鉛化合物粉末の粒子径よりも小さいことが好ましく、錫化合物粉末の粒子径はインジウム化合物粉末の粒子径の2分の1以下であるとさらに好ましい。また、亜鉛化合物粉末の粒子径がインジウム化合物粉末の粒子径よりも小さいとビックスバイト構造が生成しやすく特に好ましい。
ターゲットの製造原料に用いる各金属化合物は、通常の混合粉砕機、例えば湿式ボールミルやビーズミル、あるいは超音波装置を用いて、均一に混合・粉砕することが好ましい。
Hereinafter, the target manufacturing method of this invention is demonstrated for every process.
(1) Compounding process The compounding process is an essential process for mixing a metal compound that is a raw material of the sputtering target.
As a raw material, it is preferable to use an indium compound powder having a particle size of 6 μm or less, a zinc compound powder, and a tin compound powder having a particle size smaller than the particle size of those powders. When the particle size of the tin compound powder is the same as or larger than the particle size of the indium compound powder and the zinc compound powder, SnO 2 is present (remains) in the target, making it difficult to form a bixbite structure, This is because the bulk resistance of the target may be increased.
Further, the particle diameter of the tin compound powder is preferably smaller than the particle diameter of the indium compound powder and the zinc compound powder, and the particle diameter of the tin compound powder is more preferably half or less of the particle diameter of the indium compound powder. . In addition, it is particularly preferable that the zinc compound powder has a particle size smaller than that of the indium compound powder because a bixbite structure is easily generated.
Each metal compound used as a target raw material is preferably mixed and pulverized uniformly using an ordinary mixing and pulverizing machine such as a wet ball mill, a bead mill, or an ultrasonic device.
ターゲットの原料であるインジウム、錫及び亜鉛の酸化物は、In/(In+Sn+Zn)で表される原子比が0.6より大きく0.75より小さい範囲内であり、かつ、Sn/(In+Sn+Zn)で表される原子比が0.11〜0.23の範囲内で配合する必要がある。上記範囲をはずれると、前記効果を有する本発明のターゲットは得られない。 An oxide of indium, tin, and zinc, which is a target raw material, has an atomic ratio represented by In / (In + Sn + Zn) within a range larger than 0.6 and smaller than 0.75, and Sn / (In + Sn + Zn). It is necessary to mix the expressed atomic ratio within the range of 0.11 to 0.23. If it is out of the above range, the target of the present invention having the above effects cannot be obtained.
インジウムの化合物としては、例えば、酸化インジウム、水酸化インジウム等が挙げられる。
錫の化合物としては、例えば、酸化錫、水酸化錫等が挙げられる。
亜鉛の化合物としては、例えば、酸化亜鉛、水酸化亜鉛等が挙げられる。
各々の化合物として、焼結のしやすさ、副生成物の残存のし難さから、酸化物が好ましい。
各原料の純度は、通常2N(99質量%)以上、好ましくは3N(99.9質量%)以上、より好ましくは4N(99.99質量%)以上である。純度が2Nより低いと、Cr、Cd等の重金属等が含まれることあり、これらの重金属等が含まれていると、このターゲットを用いて作製した透明導電膜の耐久性が損なわれたり、製品に有害性が生じるおそれがある。
Examples of the indium compound include indium oxide and indium hydroxide.
Examples of the tin compound include tin oxide and tin hydroxide.
Examples of the zinc compound include zinc oxide and zinc hydroxide.
As each compound, an oxide is preferable because it is easy to sinter and it is difficult to leave a by-product.
The purity of each raw material is usually 2N (99% by mass) or more, preferably 3N (99.9% by mass) or more, more preferably 4N (99.99% by mass) or more. If the purity is lower than 2N, heavy metals such as Cr and Cd may be included. If these heavy metals are included, the durability of the transparent conductive film produced using this target may be impaired. May be harmful.
ターゲットの製造原料である金属酸化物を粉砕する場合、粉砕後の金属酸化物の粒径は、通常10μm以下、好ましくは3μm以下、より好ましくは1μm以下、さらに好ましくは0.1μm以下である。金属酸化物の粒径が大きすぎると、ターゲットの密度が上がり難くなるおそれがある。
ターゲットの原料となる金属化合物の粉砕後の粒径は、JIS R 1619に準じて測定することができる。
When pulverizing the metal oxide that is the raw material for producing the target, the particle size of the pulverized metal oxide is usually 10 μm or less, preferably 3 μm or less, more preferably 1 μm or less, and even more preferably 0.1 μm or less. If the particle size of the metal oxide is too large, the target density may be difficult to increase.
The particle size after pulverization of the metal compound as the target raw material can be measured according to JIS R 1619.
(2)仮焼工程
仮焼工程は、インジウム化合物と亜鉛化合物及び錫化合物の混合物を得た後、この混合物を仮焼する、必要に応じて設けられる工程である。
(2) Calcination process A calcination process is a process provided as needed, after obtaining the mixture of an indium compound, a zinc compound, and a tin compound, and calcining this mixture.
インジウム化合物と亜鉛化合物及び錫化合物の混合物を得た後、この混合物を仮焼することが好ましい。但し、液晶パネル用途等の大型ターゲットの場合、結晶型が安定しないことがあるため、このような場合には仮焼工程を経ない方が好ましい。 After obtaining a mixture of an indium compound, a zinc compound and a tin compound, this mixture is preferably calcined. However, in the case of a large target such as a liquid crystal panel application, the crystal form may not be stable. In such a case, it is preferable not to undergo a calcination step.
仮焼工程においては、500〜1,200℃で、1〜100時間の条件で上記金属化合物の混合物を熱処理することが好ましい。500℃未満又は1時間未満の熱処理条件では、インジウム化合物や亜鉛化合物、錫化合物の熱分解が不十分となる場合があるためである。一方、熱処理条件が、1,200℃を超えた場合又は100時間を超えた場合には、粒子の粗大化が起こる場合があるためである。したがって、特に好ましいのは、800〜1,200℃の温度範囲で、2〜50時間の条件で、熱処理(仮焼)することである。 In the calcination step, it is preferable to heat-treat the mixture of the metal compounds at 500 to 1,200 ° C. for 1 to 100 hours. This is because the thermal decomposition of the indium compound, the zinc compound, and the tin compound may be insufficient under heat treatment conditions of less than 500 ° C. or less than 1 hour. On the other hand, when the heat treatment condition exceeds 1,200 ° C. or exceeds 100 hours, grain coarsening may occur. Therefore, it is particularly preferable to perform heat treatment (calcination) in the temperature range of 800 to 1,200 ° C. for 2 to 50 hours.
尚、ここで得られた仮焼物は、成形して焼結する前に粉砕するのが好ましい。この仮焼物の粉砕は、ボールミル、ロールミル、パールミル、ジェットミル等を用いて、粒径が0.01〜1.0μmになるようにするのがよい。
仮焼物の粒径は、JIS R 1619に記載の方法に準じて測定することができる。
The calcined product obtained here is preferably pulverized before being molded and sintered. The calcined product is preferably pulverized by using a ball mill, a roll mill, a pearl mill, a jet mill or the like so that the particle size becomes 0.01 to 1.0 μm.
The particle size of the calcined product can be measured according to the method described in JIS R 1619.
(3)成形工程
成形工程は、金属酸化物の混合物(上記仮焼工程を設けた場合には仮焼物)を加圧成形して成形体とする必須の工程である。成形工程において、得られた仮焼物を用いてターゲットとして好適な形状に成形する。仮焼工程を設けた場合には得られた仮焼物の微粉末を造粒した後、プレス成形により所望の形状に成形することができる。
(3) Molding process The molding process is an essential process for pressure-molding a mixture of metal oxides (or a calcined product when the calcining process is provided) to form a compact. In the forming step, the obtained calcined product is used to form a shape suitable as a target. When the calcination step is provided, the obtained calcined fine powder can be granulated and then formed into a desired shape by press molding.
本工程で用いることができる成形処理としては、金型成形、鋳込み成形、射出成形等が挙げられるが、焼結密度の高い焼結体を得るためには、CIP(冷間静水圧)等で成形した後、後述する焼結処理を行うのが好ましい。
尚、成形処理に際しては、ポリビニルアルコールやメチルセルロース、ポリワックス、オレイン酸等の成形助剤を用いてもよい。
Examples of the molding process that can be used in this step include mold molding, cast molding, injection molding, and the like. In order to obtain a sintered body having a high sintering density, CIP (cold isostatic pressure) or the like can be used. After the molding, it is preferable to perform a sintering process described later.
In the molding process, molding aids such as polyvinyl alcohol, methylcellulose, polywax, and oleic acid may be used.
(4)焼成工程
焼結工程は、上記成形工程で得られた微粉末を造粒した後、プレス成形により所望の形状に成形した成形体を焼成する必須の工程である。焼成工程は、成形工程で得られた成形体の温度を10〜1,000℃/時間の範囲内で昇温する工程と、該成形体を1,100〜1,700℃の範囲内の温度で焼成して焼結体を得る工程と、得られた焼結体を10〜1,000℃/時間の範囲内で冷却する工程とを包含する。
焼成は、熱間静水圧(HIP)焼成等によって行うことができる。
(4) Firing step The sintering step is an essential step of granulating the fine powder obtained in the molding step and then firing the compact formed into a desired shape by press molding. The firing step includes a step of increasing the temperature of the molded body obtained in the molding step within a range of 10 to 1,000 ° C./hour, and a temperature within the range of 1,100 to 1,700 ° C. And a step of obtaining a sintered body by firing at a step of cooling the obtained sintered body within a range of 10 to 1,000 ° C./hour.
Firing can be performed by hot isostatic pressure (HIP) firing or the like.
焼成条件は、通常1,100〜1,700℃の範囲内、好ましくは1,260〜1,640℃の範囲内、より好ましくは1,310〜1,590℃の範囲内、特に好ましくは1,360〜1,540℃の範囲内において、30分〜360時間の範囲内、好ましくは8〜180時間の範囲内、より好ましくは12〜120時間の範囲内で焼成することが好ましい。 The firing conditions are usually in the range of 1,100 to 1,700 ° C., preferably in the range of 1,260 to 1,640 ° C., more preferably in the range of 1,310 to 1,590 ° C., particularly preferably 1. In the range of 360 to 1,540 ° C., firing is preferably performed within a range of 30 minutes to 360 hours, preferably within a range of 8 to 180 hours, and more preferably within a range of 12 to 120 hours.
焼成は、酸素ガス雰囲気又は酸素ガス加圧下に行うことが好ましい。原料粉末混合物を、酸素ガスを含有しない雰囲気で焼成すると、焼成中に原料から酸素等のガス成分が脱離し、組成が変化してしまうおそれがある。また、1,700℃以上の温度において焼成すると、六方晶層状化合物の生成が優先し、ビックスバイト結晶の生成が十分でなくなるおそれや成分の一部がガス化し組成比の制御が難しくなるおそれがある。また、1,100℃より低いと目的とする結晶型が生成せずターゲットの焼結密度が上がらずターゲットの抵抗が上がったり、強度が低下するおそれがある。また、焼結温度が1,100℃より低いと抵抗の高い他の結晶型が生成したり、原料組成が残存したり、ターゲットの相対密度が低下するおそれがある。焼結時間が30分より短いと、原料組成が残存したり、ターゲットの相対密度が低下するおそれがある。 Firing is preferably performed in an oxygen gas atmosphere or under an oxygen gas pressure. When the raw material powder mixture is fired in an atmosphere not containing oxygen gas, gas components such as oxygen may be desorbed from the raw material during the firing, and the composition may change. In addition, when fired at a temperature of 1,700 ° C. or higher, the formation of hexagonal layered compounds has priority, and there is a possibility that the formation of bixbite crystals may not be sufficient, or that some of the components may gasify and control of the composition ratio may be difficult. is there. On the other hand, when the temperature is lower than 1,100 ° C., the target crystal form is not generated, and the sintered density of the target is not increased, so that the resistance of the target is increased or the strength is decreased. On the other hand, if the sintering temperature is lower than 1,100 ° C., another crystal type with high resistance may be formed, the raw material composition may remain, or the relative density of the target may be reduced. If the sintering time is shorter than 30 minutes, the raw material composition may remain or the relative density of the target may be reduced.
また、成形体の昇温速度は、通常10〜1,000℃/時間の範囲内、好ましくは20〜600℃/時間の範囲内、より好ましくは30〜300℃/時間の範囲内である。1,000℃/時間より速いと六方晶層状化合物等が生成し、ビックスバイト構造化合物が十分生成しなくなくなる場合がある。10℃/時間より遅いと時間がかかりすぎ生産性が落ちるおそれがある。 Moreover, the temperature increase rate of a molded object is usually in the range of 10 to 1,000 ° C./hour, preferably in the range of 20 to 600 ° C./hour, more preferably in the range of 30 to 300 ° C./hour. If it is faster than 1,000 ° C./hour, a hexagonal layered compound or the like is produced, and the bixbite structure compound may not be produced sufficiently. If it is slower than 10 ° C./hour, it takes too much time and the productivity may decrease.
また、焼結体の降温速度は、通常10〜1,000℃/時間の範囲内、好ましくは15〜600℃/時間の範囲内、より好ましくは20〜300℃/時間、特に好ましくは30〜100℃/時間の範囲内である。1,000℃/時間より速いと六方晶層状化合物が生成し、ビックスバイト構造の形成が十分でなくなるおそれやターゲットにクラックが発生するおそれがある。10℃/時間より遅いと時間がかかりすぎ生産性が落ちるおそれがある。
さらに、降温速度は昇温速度より遅い方が好ましく、60%以下がより好ましく,40%以下が特に好ましい。降温速度は昇温速度より遅いと比較的短い製造時間で目的とするターゲットを製造することができる。
The temperature drop rate of the sintered body is usually within the range of 10 to 1,000 ° C./hour, preferably within the range of 15 to 600 ° C./hour, more preferably 20 to 300 ° C./hour, and particularly preferably 30 to Within the range of 100 ° C./hour. If it is faster than 1,000 ° C./hour, a hexagonal layered compound is produced, and there is a possibility that the formation of the bixbite structure will not be sufficient and cracks may occur in the target. If it is slower than 10 ° C./hour, it takes too much time and the productivity may decrease.
Further, the temperature lowering rate is preferably slower than the temperature rising rate, more preferably 60% or less, and particularly preferably 40% or less. If the rate of temperature decrease is slower than the rate of temperature increase, the target can be manufactured in a relatively short manufacturing time.
(5)還元工程
還元工程は、上記焼成工程で得られた焼結体のバルク抵抗をターゲット全体として均一化するために還元処理を行う、必要に応じて設けられる工程である。
本工程で適用することができる還元方法としては、例えば、還元性ガスによる方法や真空焼成又は不活性ガスによる還元等が挙げられる。
(5) Reduction process A reduction process is a process provided as needed which performs a reduction process in order to equalize the bulk resistance of the sintered compact obtained at the above-mentioned calcination process as the whole target.
Examples of the reduction method that can be applied in this step include a method using a reducing gas, vacuum firing, or reduction using an inert gas.
また、還元性ガスによる場合、水素、メタン、一酸化炭素や、これらのガスと酸素との混合ガス等を用いることができる。 In the case of using a reducing gas, hydrogen, methane, carbon monoxide, a mixed gas of these gases and oxygen, or the like can be used.
また、不活性ガス中での焼成による還元の場合、窒素、アルゴンや、これらのガスと酸素との混合ガス等を用いることができる。 In the case of reduction by firing in an inert gas, nitrogen, argon, a mixed gas of these gases and oxygen, or the like can be used.
尚、還元温度は100〜800℃、好ましくは200〜800℃である。また、還元時間は、0.01〜10時間、好ましくは0.05〜5時間である。 The reduction temperature is 100 to 800 ° C, preferably 200 to 800 ° C. The reduction time is 0.01 to 10 hours, preferably 0.05 to 5 hours.
(6)加工工程
加工工程は、上記のようにして焼結して得られた焼結体を、さらにスパッタリング装置への装着に適した形状に切削加工し、またバッキングプレート等の装着用治具を取り付けるための、必要に応じて設けられる工程である。
(6) Processing step The processing step is to cut the sintered body obtained by sintering as described above into a shape suitable for mounting on a sputtering apparatus, and to mount a jig such as a backing plate. It is the process provided as needed for attaching.
ターゲットの厚みは通常2〜20mm、好ましくは3〜12mm、特に好ましくは4〜6mmである。また、複数のターゲットを一つのバッキングプレートに取り付け実質一つのターゲットとしてもよい。また、表面は80〜10000番のダイヤモンド砥石により仕上げを行うことが好ましく、100〜4000番のダイヤモンド砥石により仕上げを行うことがより好ましい。200〜1000番のダイヤモンド砥石により仕上げを行うことが特に好ましい。80番より小さいダイヤモンド砥石を使用するとターゲットが割れやすくなるおそれがある。 The thickness of the target is usually 2 to 20 mm, preferably 3 to 12 mm, particularly preferably 4 to 6 mm. Also, a plurality of targets may be attached to one backing plate to form a substantially single target. Further, the surface is preferably finished with a 80 to 10000 diamond grindstone, and more preferably with a 100 to 4000 diamond grindstone. It is particularly preferable to perform finishing with a 200-1000 diamond grindstone. If a diamond grindstone smaller than No. 80 is used, the target may be easily broken.
本発明のターゲットを製造するには、上記本発明ターゲット製造方法を用いることが好ましいが、ターゲットの上記粒径の原料を上記特定の原子比で混合し、上記焼成工程における焼結条件(昇温相度、降温速度、焼結温度、焼結時間)を用いさえすれば、それ以外の工程については、特に限定されず、例えば、特開2002−69544号公報、特開2004−359984号公報、特許第3628554号等に開示されている公知の方法や、次のような方法を採用することもできる。また、これらの方法の一部を組合せた製造方法を用いてもよい。 In order to produce the target of the present invention, it is preferable to use the above-described target production method of the present invention. Other steps are not particularly limited as long as the temperature, the temperature lowering rate, the sintering temperature, and the sintering time are used. For example, JP 2002-69544 A, JP 2004-359984 A, A known method disclosed in Japanese Patent No. 3628554 and the following method can also be employed. Moreover, you may use the manufacturing method which combined some of these methods.
工業用スパッタリングターゲットの製造方法(1)
(i)秤量された原料を水、助剤とともにボールミル・ビーズミル等で湿式混合・粉砕する。
(ii)得られた原料混合物をスプレードライヤー等で乾燥・造粒し造粒粉末を作る。
(iii)得られた造粒粉末をプレス成型した後、ゴム型でSIP成型する。
(iv)得られた成型体を酸素加圧下で焼成し焼成体を得る。
(v)得られた焼成体をダイヤモンドカッター・ウォーターカッター等で切削後、ダイヤモンド砥石等で研磨する。
(vi)イタルインジウム等の蝋剤を塗布し銅等でできたバッキングプレートと貼り合わせる。
(vii)蝋剤処理、酸化層除去等のためのバッキングプレート研磨、ターゲット表面処理を行う。
Manufacturing method of industrial sputtering target (1)
(i) The weighed raw materials are wet-mixed and pulverized together with water and auxiliaries using a ball mill or bead mill.
(ii) The obtained raw material mixture is dried and granulated with a spray dryer or the like to produce a granulated powder.
(iii) The obtained granulated powder is press-molded and then SIP-molded with a rubber mold.
(iv) The obtained molded body is fired under oxygen pressure to obtain a fired body.
(v) The obtained fired body is cut with a diamond cutter, a water cutter or the like and then polished with a diamond grindstone or the like.
(vi) A wax agent such as italindium is applied and bonded to a backing plate made of copper or the like.
(vii) Backing plate polishing and target surface treatment for wax agent treatment, oxide layer removal, etc.
工業用スパッタリングターゲットの製造方法(2)
(i)秤量された原料をボールミル等で乾式混合・粉砕し造粒粉末を作る。
(ii)得られた造粒粉末をプレス成型する。
(iii)得られた成型体を大気圧で焼成し焼成体を得る。
Industrial sputtering target manufacturing method (2)
(i) The weighed raw materials are dry mixed and pulverized with a ball mill or the like to produce granulated powder.
(ii) The obtained granulated powder is press-molded.
(iii) The obtained molded body is fired at atmospheric pressure to obtain a fired body.
工業用スパッタリングターゲットの製造方法(3)
(i)秤量された原料をボールミル等で乾式混合・粉砕し造粒粉末を作る。
(ii)得られた造粒粉末をボールミル・Vブレンダー等で湿式混合・粉砕し造粒分散液を得る。
(iii)得られた造粒分散液から鋳込み成型で成型体を得る。
(iv)得られた成型体を支持体上で空気に接触させ乾燥した後、大気圧で焼成し焼成体を得る。
Manufacturing method of industrial sputtering target (3)
(i) The weighed raw materials are dry mixed and pulverized with a ball mill or the like to produce granulated powder.
(ii) The obtained granulated powder is wet-mixed and pulverized with a ball mill, V blender or the like to obtain a granulated dispersion.
(iii) A molded body is obtained by casting from the obtained granulated dispersion.
(iv) The molded body obtained is brought into contact with air on the support and dried, and then fired at atmospheric pressure to obtain a fired body.
II.透明導電膜
(II−1)透明導電膜の構成
本発明の透明導電膜は、上記本発明のスパッタリングターゲットをスパッタリング法により成膜してなることを特徴とする。
II. Transparent conductive film (II-1) Configuration of transparent conductive film The transparent conductive film of the present invention is formed by film-forming the sputtering target of the present invention by a sputtering method.
本発明の透明導電膜は、非晶質又は微結晶のものであることが好ましく、非晶質のものであることが特に好ましい。結晶性であると、後述する透明電極作製時のエッチング速度が遅くなったり、エッチング後に残さが残ったり、透明電極を作製した際に、電極端部のテーパー角が30〜89度に入らなかったりするおそれがある。 The transparent conductive film of the present invention is preferably amorphous or microcrystalline, and particularly preferably amorphous. If it is crystalline, the etching rate during the production of the transparent electrode described later becomes slow, the residue remains after etching, or when the transparent electrode is produced, the taper angle of the electrode end does not fall within 30 to 89 degrees. There is a risk.
本発明の透明導電膜は、金属配線エッチング液であるPAN(リン酸、酢酸、硝酸の混酸)に対する耐性を有することが好ましい。透明導電膜がPAN耐性を有すると、透明導電膜上に金属配線を成膜後、透明導電膜を溶かすことなく金属配線のエッチングを行うことができる。 The transparent conductive film of the present invention preferably has resistance to PAN (phosphoric acid, acetic acid, nitric acid mixed acid) which is a metal wiring etching solution. When the transparent conductive film has PAN resistance, the metal wiring can be etched without dissolving the transparent conductive film after forming the metal wiring on the transparent conductive film.
(II−2)透明導電膜の製造方法
本発明の透明導電膜を製造するためのスパッタリング法及びスパッタリング条件に特に制限はないが、直流(DC)マグネトロン法、交流(AC)マグネトロン法、高周波(RF)マグネトロン法が好ましい。液晶(LCD)パネル用途では装置が大型化するため、DCマグネトロン法、ACマグネトロン法が好ましく、安定成膜可能なACマグネトロン法が特に好ましい。
(II-2) Production Method of Transparent Conductive Film There are no particular restrictions on the sputtering method and sputtering conditions for producing the transparent conductive film of the present invention, but a direct current (DC) magnetron method, an alternating current (AC) magnetron method, a high frequency ( The RF) magnetron method is preferred. For liquid crystal (LCD) panel applications, the apparatus becomes large, so the DC magnetron method and the AC magnetron method are preferable, and the AC magnetron method capable of stable film formation is particularly preferable.
スパッタ条件としては、スパッタ圧力が通常0.05〜2Paの範囲内、好ましくは0.1〜1Paの範囲内、より好ましくは0.2〜0.8Paの範囲内、到達圧力が通常10−3〜10−7Paの範囲内、好ましくは5×10−4〜10−6Paの範囲内、より好ましくは10−4〜10−5Paの範囲内、基板温度が通常25〜500℃の範囲内、好ましくは50〜300℃の範囲内、より好ましくは100〜250℃の範囲内である。 As sputtering conditions, the sputtering pressure is usually in the range of 0.05 to 2 Pa, preferably in the range of 0.1 to 1 Pa, more preferably in the range of 0.2 to 0.8 Pa, and the ultimate pressure is usually 10 −3. 10 −7 Pa, preferably 5 × 10 −4 to 10 −6 Pa, more preferably 10 −4 to 10 −5 Pa, and substrate temperature is usually 25 to 500 ° C. Of these, preferably in the range of 50 to 300 ° C, more preferably in the range of 100 to 250 ° C.
導入ガスとして、通常Ne、Ar、Kr、Xe等の不活性ガスを用いることができるが、これらのうち、成膜速度が速い点でARが好ましい。また、Zn/Sn<1の場合、導入ガスに酸素を0.01〜5%含ませると、ターゲットのバルク抵抗が下がりやすく好ましい。Zn/Sn>2の場合、導入ガスに水素を0.01〜5%含ませると、得られる透明導電膜の抵抗が下がりやすく好ましい。 As the introduction gas, an inert gas such as Ne, Ar, Kr, or Xe can be used. Of these, AR is preferable because the film forming speed is high. In addition, in the case of Zn / Sn <1, it is preferable that 0.01 to 5% of oxygen is included in the introduced gas because the bulk resistance of the target is easily lowered. In the case of Zn / Sn> 2, it is preferable that 0.01 to 5% of hydrogen is included in the introduced gas because the resistance of the obtained transparent conductive film tends to decrease.
本発明の透明導電膜は、インジウムが削減されていても、導電性、エッチング性、耐熱性等に優れている。また、本発明の透明導電膜は、金属又は合金用のエッチング液であるリン酸系エッチング液でもエッチング可能であり、金属又は合金と一括してエッチングを行うことができるという利点を有している。 The transparent conductive film of the present invention is excellent in conductivity, etching property, heat resistance and the like even if indium is reduced. Further, the transparent conductive film of the present invention can be etched with a phosphoric acid-based etchant that is an etchant for metal or alloy, and has an advantage that etching can be performed together with a metal or alloy. .
本発明の透明導電膜は、その比抵抗が1200μΩ・cm以下であることが好ましく、900μΩ・cm以下であることがより好ましく、600μΩ・cm以下であることが特に好ましい。比抵抗が1200μΩ・cmを超えると、抵抗を下げるために膜厚を厚くしなければならなくなるという不都合がある。
透明導電膜の比抵抗は、四探針法により測定することができる。
The specific resistance of the transparent conductive film of the present invention is preferably 1200 μΩ · cm or less, more preferably 900 μΩ · cm or less, and particularly preferably 600 μΩ · cm or less. When the specific resistance exceeds 1200 μΩ · cm, there is a disadvantage that the film thickness must be increased in order to reduce the resistance.
The specific resistance of the transparent conductive film can be measured by a four probe method.
本発明の透明導電膜の膜厚は、通常1〜500nmの範囲内、好ましくは10〜240nmの範囲内、より好ましくは20から190nmの範囲内、特に好ましくは30〜140nmの範囲内である。膜厚が500nmより厚いと、部分的に結晶化したり、透過率が低下したり、成膜時間が長くなるおそれがある。1nmより薄いと、基板の影響を受けやすくなり、比抵抗が安定しないおそれがある。
透明導電膜の膜厚は、触針法により測定できる。
The film thickness of the transparent conductive film of the present invention is usually in the range of 1 to 500 nm, preferably in the range of 10 to 240 nm, more preferably in the range of 20 to 190 nm, and particularly preferably in the range of 30 to 140 nm. When the film thickness is thicker than 500 nm, there is a possibility that it may be partially crystallized, the transmittance may be reduced, or the film formation time may be long. If it is thinner than 1 nm, it is likely to be affected by the substrate and the specific resistance may not be stable.
The film thickness of the transparent conductive film can be measured by a stylus method.
III.透明電極
(III−1)透明電極の構成
本発明の透明電極は、上記本発明の透明導電膜をエッチングすることによって作製されたことを特徴とする。従って、本発明の透明電極は、上記本発明の透明導電膜の上記特性を備えている。
本発明の透明電極は、電極端部のテーパー角が30〜89度の範囲内であることが好ましく、35〜85度の範囲内がより好ましく、40〜80度の範囲内が特に好ましい。電極端部のテーパー角は、断面を電子顕微鏡(SEM)で観察することによって測定することができる。
III. Structure of transparent electrode (III-1) transparent electrode The transparent electrode of the present invention is produced by etching the transparent conductive film of the present invention. Therefore, the transparent electrode of the present invention has the above characteristics of the transparent conductive film of the present invention.
In the transparent electrode of the present invention, the taper angle at the end of the electrode is preferably in the range of 30 to 89 degrees, more preferably in the range of 35 to 85 degrees, and particularly preferably in the range of 40 to 80 degrees. The taper angle of the electrode end can be measured by observing the cross section with an electron microscope (SEM).
電極端部のテーパー角が30度より小さいと電極エッジ部分の距離が長くなり、液晶パネルや有機ELパネルを駆動させた場合、画素周辺部と内部とでコントラストに差が出る場合がある。また、89度を超えるとエッジ部分の電極割れや剥離が起こり配向膜の不良や断線の原因となるおそれがある。
また、本発明の透明電極は、電極端部のテーパー角の調整が容易なのでテーパー角の調整が困難な有機膜上に設ける場合に特に適している。
When the taper angle of the electrode end is smaller than 30 degrees, the distance between the electrode edge portions becomes long, and when the liquid crystal panel or the organic EL panel is driven, there is a case where the contrast is different between the pixel peripheral portion and the inside. On the other hand, if it exceeds 89 degrees, electrode cracking or peeling at the edge portion may occur, which may cause alignment film failure or disconnection.
The transparent electrode of the present invention is particularly suitable for the case where it is provided on an organic film where it is difficult to adjust the taper angle because it is easy to adjust the taper angle of the electrode end.
(III−2)透明電極の作製方法
本発明の透明電極の作製方法は、上記本発明の透明導電膜を、1〜10質量%蓚酸含有水溶液で20〜50℃の温度範囲でエッチングすることを特徴とする。
蓚酸含有水溶液の蓚酸含有量は1〜5質量%であることがより好ましい。
本発明の透明電極の作製方法においては、電極端部のテーパー角が30〜89度の範囲内である透明電極を作製することが好ましい。
(III-2) Method for Producing Transparent Electrode The method for producing a transparent electrode of the present invention comprises etching the transparent conductive film of the present invention with a 1 to 10% by mass oxalic acid-containing aqueous solution in a temperature range of 20 to 50 ° C. Features.
The oxalic acid content of the oxalic acid-containing aqueous solution is more preferably 1 to 5% by mass.
In the method for producing a transparent electrode of the present invention, it is preferable to produce a transparent electrode having a taper angle of 30 to 89 degrees at the electrode end.
成膜された透明導電膜を、35℃の5質量%蓚酸水溶液によってエッチングする場合のエッチング速度は、通常10〜500nm/分の範囲内、好ましくは20〜150nm/分の範囲内、特に好ましくは30〜100nm/分の範囲内である。10nm/分より遅いと生産タクトが遅くなるばかりでなく、得られる透明電極上にエッチング残渣が残るおそれがある。500nm/分より早いと早すぎて線幅等が制御できないおそれがある。 The etching rate in the case of etching the formed transparent conductive film with a 5% by mass aqueous oxalic acid solution at 35 ° C. is usually in the range of 10 to 500 nm / min, preferably in the range of 20 to 150 nm / min, particularly preferably. It is within the range of 30 to 100 nm / min. If it is slower than 10 nm / min, not only the production tact time will be slow, but also etching residues may remain on the resulting transparent electrode. If it is faster than 500 nm / min, it may be too early to control the line width and the like.
また、成膜された透明導電膜が金属配線エッチング液であるPAN(リン酸、酢酸、硝酸の混酸)に対する耐性を有すると、透明導電膜上に金属配線を成膜後、透明導電膜を溶かすことなく金属配線のエッチングを行うことができる。PAN耐性は、PANによるエッチング速度が50℃で20nm/分以下であることが好ましく、10nm/分以下であることがさらに好ましい。 Also, if the formed transparent conductive film has resistance to PAN (phosphoric acid, acetic acid, nitric acid mixed acid) which is a metal wiring etching solution, the transparent conductive film is dissolved after forming the metal wiring on the transparent conductive film. The metal wiring can be etched without any problem. The PAN resistance is preferably 20 nm / min or less, more preferably 10 nm / min or less, at an etching rate of PAN of 50 nm.
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。
実施例1
(1)スパッタリングターゲットの製造
原料として、純度4N、平均粒径2μmの酸化インジウム、純度4N、平均粒径0.6μmの酸化亜鉛、純度4N、平均粒径0.5μmの酸化錫とを、〔In/(In+Sn+Zn)〕で表される原子比が0.64、〔Sn/(In+Sn+Zn)〕で表される原子比が0.18、〔Zn/(In+Sn+Zn)〕原子比で表されるが0.18となるように混合して、これを湿式ボールミルに供給し、20時間混合粉砕して、原料微粉末を得た。
得られた原料微粉末を造粒した後、直径10cm、厚さ5mmの寸法にプレス成形して、これを焼成炉に装入し、酸素ガス加圧下に、1,400℃において、48時間の条件で焼成して、焼結体(ターゲット)を得た。昇温速度は、180℃/時間、降温速度は60℃/時間であった。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited to these Examples at all.
Example 1
(1) Production of sputtering target As raw materials, purity 4N, indium oxide with an average particle size of 2 μm, purity 4N, zinc oxide with an average particle size of 0.6 μm, purity 4N, tin oxide with an average particle size of 0.5 μm, [ The atomic ratio represented by In / (In + Sn + Zn)] is 0.64, the atomic ratio represented by [Sn / (In + Sn + Zn)] is 0.18, and the atomic ratio represented by [Zn / (In + Sn + Zn)] is 0. The mixture was fed to a wet ball mill and mixed and ground for 20 hours to obtain a raw material fine powder.
After granulating the obtained raw material fine powder, it was press-molded into dimensions of 10 cm in diameter and 5 mm in thickness, charged in a firing furnace, and subjected to 48 hours at 1,400 ° C. under oxygen gas pressure. The sintered body (target) was obtained by firing under conditions. The temperature increase rate was 180 ° C./hour, and the temperature decrease rate was 60 ° C./hour.
(2)ターゲットの評価
得られたターゲットにつき、密度、バルク抵抗値、X線回折分析、結晶粒径及び各種物性を測定した。その結果、理論相対密度は96%であり、四探針法により測定したバルク抵抗値は、0.6mΩ・cmであった。
また、この焼結体から採取した試料について、X線回折法により透明導電材料中の結晶状態を観察した結果、得られたターゲット中に、ビックスバイト構造化合物のみが確認された。特に、SnO2やSn3In4O12に帰属されるピークは確認できなかった。図1に得られたターゲットのX線回折のチャートを示す。
(2) Evaluation of target The obtained target was measured for density, bulk resistance value, X-ray diffraction analysis, crystal grain size and various physical properties. As a result, the theoretical relative density was 96%, and the bulk resistance value measured by the four-probe method was 0.6 mΩ · cm.
Further, as a result of observing the crystal state in the transparent conductive material by X-ray diffraction method for the sample collected from this sintered body, only the bixbite structure compound was confirmed in the obtained target. In particular, a peak attributed to SnO 2 or Sn 3 In 4 O 12 could not be confirmed. FIG. 1 shows an X-ray diffraction chart of the target obtained.
さらに、得られた焼結体を樹脂に包埋し、その表面を粒径0.05μmのアルミナ粒子で研磨した後、電子線マイクロアナライザー(EPMA)であるJXA−8621MX(日本電子社製)により5,000倍に拡大した焼結体表面の30μm×30μm四方の枠内で観察される結晶粒子の最大径を測定した。3個所の枠内で同様に測定したそれぞれの最大粒子径の平均値を算出し、この焼結体のビックスバイト構造化合物の結晶粒径が2.5/μmであることを確認した。
ターゲットの元素分析を行ったところ、Cr、Cdの含有量は1ppm未満であった。
Further, the obtained sintered body was embedded in a resin, and the surface thereof was polished with alumina particles having a particle diameter of 0.05 μm, and then the electron beam microanalyzer (EPMA) JXA-8621MX (manufactured by JEOL Ltd.) was used. The maximum diameter of the crystal particles observed within a 30 μm × 30 μm square frame on the surface of the sintered body magnified 5,000 times was measured. The average value of the maximum particle diameters measured in the same manner within three frames was calculated, and it was confirmed that the crystal grain size of the bixbite structure compound of this sintered body was 2.5 / μm.
As a result of elemental analysis of the target, the content of Cr and Cd was less than 1 ppm.
また、(1)で得られた焼結体を切削加工して、直径約10cm、厚さ約5mmのスパッタリングターゲットを作製し、スパッタリング法により透明導電膜の成膜を行った。 Further, the sintered body obtained in (1) was cut to produce a sputtering target having a diameter of about 10 cm and a thickness of about 5 mm, and a transparent conductive film was formed by a sputtering method.
(3)透明導電性酸化物(透明導電膜)の成膜
上記(2)で得られたスパッタリングターゲットを、DCマグネトロンスパッタリング装置に装着し、室温において、ガラス基板上に透明導電膜を成膜した。
ここでのスパッタ条件としては、スパッタ圧力1×10−1Pa、到達圧力5×10−4Pa、基板温度200℃、投入電力120W、成膜時間15分間とした。
この結果、ガラス基板上に、膜厚が約100nmの透明導電性酸化物が形成された透明導電ガラスが得られた。
(3) Film formation of transparent conductive oxide (transparent conductive film) The sputtering target obtained in (2) above was mounted on a DC magnetron sputtering apparatus, and a transparent conductive film was formed on a glass substrate at room temperature. .
The sputtering conditions used here were a sputtering pressure of 1 × 10 −1 Pa, an ultimate pressure of 5 × 10 −4 Pa, a substrate temperature of 200 ° C., an input power of 120 W, and a film formation time of 15 minutes.
As a result, a transparent conductive glass in which a transparent conductive oxide having a film thickness of about 100 nm was formed on the glass substrate was obtained.
(4)スパッタ状態の評価
(i)異常放電の発生数
(1)で得られたスパッタリングターゲットを、DCマグネトロンスパッタリング装置に装着し、アルゴンガスに3%の水素ガスを添加した混合ガスを用いた他は、上記(3)と同一条件下に、240時間連続してスパッタリングを行い異常放電の有無をモニターしたが1度も確認されなかった。
(4) Evaluation of sputtering state
(i) Number of occurrences of abnormal discharge The sputtering target obtained in (1) was mounted on a DC magnetron sputtering apparatus, and a mixed gas in which 3% hydrogen gas was added to argon gas was used. Under the same conditions as above, sputtering was continued for 240 hours and the presence or absence of abnormal discharge was monitored, but it was never confirmed.
(ii)ノジュール発生数
上記(i)と同じ条件で8時間連続してスパッタリングを行った。次いで、スパッタリング後のターゲットの表面を実体顕微鏡により30倍に拡大して観察した。ターゲット上の任意の3点で視野900mm2中における20μm以上のノジュール発生数をそれぞれ測定し、平均値を求めた。
(ii) Number of nodules generated Sputtering was performed continuously for 8 hours under the same conditions as in (i) above. Subsequently, the surface of the target after sputtering was magnified 30 times with a stereomicroscope and observed. The number of nodules generated at 20 μm or more in a visual field of 900 mm 2 was measured at any three points on the target, and the average value was obtained.
(5)透明導電膜の物性の評価
上記(3)で得られた透明導電ガラス上の透明導電膜の導電性について、四探針法により比抵抗を測定したところ、500μΩ・cmであった。
また、この透明導電膜は、X線回折分析により非晶質であることを確認した。一方、膜表面の平滑性についても、P−V値(JISB0601準拠)が5nmであることから、平滑性が良好であることを確認した。
さらに、この透明導電膜の透明性については、分光光度計により波長500nmの光線についての光線透過率が90%であり、透明性においても優れたものであった。
(5) Evaluation of physical properties of transparent conductive film Regarding the conductivity of the transparent conductive film on the transparent conductive glass obtained in (3) above, the specific resistance was measured by a four-probe method, and was 500 μΩ · cm.
The transparent conductive film was confirmed to be amorphous by X-ray diffraction analysis. On the other hand, the smoothness of the film surface was confirmed to be good because the PV value (based on JISB0601) was 5 nm.
Furthermore, regarding the transparency of this transparent conductive film, the light transmittance for light with a wavelength of 500 nm was 90% by a spectrophotometer, and the transparency was also excellent.
さらに、この透明導電膜を5質量%蓚酸35℃でエッチングを行ったところ、エッチング速度は80nm/分であった。
また、代表的なリン酸系金属配線用エッチング液であるPAN(硝酸3.3質量%、リン酸91.4質量%、酢酸10.4質量%の混酸)によるエッチング速度が50℃で20nm/分以下であり、PAN耐性は良好であった。
尚、表1において、PAN耐性の評価の表示は、50℃、20nm/分以下を「○」で表し、50℃、20nm/分を超える場合を「×」で表す。
Furthermore, when this transparent conductive film was etched at 35 ° C. with 5 mass% oxalic acid, the etching rate was 80 nm / min.
Moreover, the etching rate by PAN (a mixed acid of 3.3% by mass of nitric acid, 91.4% by mass of phosphoric acid, and 10.4% by mass of acetic acid) which is a typical phosphoric acid-based metal wiring etching solution is 20 nm / 50 ° C. The PAN resistance was good.
In Table 1, the PAN resistance evaluation is represented by “◯” when 50 ° C. and 20 nm / min or less, and by “X” when exceeding 50 ° C. and 20 nm / min.
尚、X線回折測定(XRD)の測定条件は以下の通りであった。
装置:(株)リガク製Ultima−III
X線:Cu−Kα線(波長1.5406Å、グラファイトモノクロメータにて単色化)
2θ−θ反射法、連続スキャン(1.0°/分)
サンプリング間隔:0.02°
スリット DS,SS:2/3°、RS:0.6mm
The measurement conditions for X-ray diffraction measurement (XRD) were as follows.
Device: Rigaku Ultima-III
X-ray: Cu-Kα ray (wavelength 1.5406mm, monochromatized with graphite monochromator)
2θ-θ reflection method, continuous scan (1.0 ° / min)
Sampling interval: 0.02 °
Slit DS, SS: 2/3 °, RS: 0.6 mm
実施例2、3及び比較例1〜3
原料の組成比を表1のような原子比となるように調整した他は実施例1と同様にスパッタリングターゲット及び透明導電膜を作製し、評価した。但し、比較例1は、RFマグネトロンスパッタリングを使用した。評価した結果を表1に示す。
Examples 2, 3 and Comparative Examples 1-3
A sputtering target and a transparent conductive film were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the composition ratio of the raw materials was adjusted to the atomic ratio as shown in Table 1. However, in Comparative Example 1, RF magnetron sputtering was used. The evaluation results are shown in Table 1.
実施例4
実施例1と同じ組成の実質的にビックスバイト構造化合物からなる大型ターゲットを製造し、DCマグネトロンスパッタリング、及び蓚酸エッチングにより、有機膜上にテレビ用液晶ディスプレイの電極を作製した。この電極を用いて作製したパネルの点灯試験を行ったところ、ITOを用いたものに遜色のない性能が得られた。
また、10,000時間の連続点灯でも焼き付き等の不具合が発生しなかった。
Example 4
A large target substantially composed of a bixbite structure compound having the same composition as in Example 1 was manufactured, and an electrode of a liquid crystal display for television was formed on the organic film by DC magnetron sputtering and oxalic acid etching. When the lighting test of the panel produced using this electrode was conducted, performance comparable to that using ITO was obtained.
Also, no troubles such as burn-in occurred even after 10,000 hours of continuous lighting.
本発明によれば、スパッタリング法を用いて透明導電膜を成膜する際に発生する異常放電を抑制し安定にスパッタリングを行うことのできる、インジウム含有量が低減された、抵抗が低く、理論相対密度が高く、強度が高いスパッタリングターゲットが得られる。
本発明のスパッタリングターゲットを用いることにより、ノジュールの発生がなく、比抵抗が低く、適度な蓚酸エッチング速度を有し、PAN耐性を有する透明導電膜及び透明電極が得られる。
本発明の透明電極は、特に、電極の微細加工が必要なアクティブマトリックス型の表示装置に有用である。
また、本発明のターゲットは安定にスパッタリングが行なえるため、成膜条件を調整するなどしてTFT(薄膜トランジスタ)に代表される透明酸化物半導体の成膜にも適用できる。
According to the present invention, it is possible to suppress abnormal discharge generated when a transparent conductive film is formed using a sputtering method and perform stable sputtering, the indium content is reduced, the resistance is low, and the theoretical relative A sputtering target having high density and high strength can be obtained.
By using the sputtering target of the present invention, it is possible to obtain a transparent conductive film and a transparent electrode which are free from nodules, have a low specific resistance, have an appropriate oxalic acid etching rate, and have PAN resistance.
The transparent electrode of the present invention is particularly useful for an active matrix display device that requires fine processing of the electrode.
In addition, since the target of the present invention can perform sputtering stably, it can be applied to film formation of a transparent oxide semiconductor typified by a TFT (Thin Film Transistor) by adjusting film formation conditions.
本発明による透明導電膜は、各種の表示装置を構成する部品として有用である。 The transparent conductive film according to the present invention is useful as a component constituting various display devices.
Claims (10)
The sputtering target according to any one of claims 1 to 9, wherein a theoretical relative density is 90% or more.
Priority Applications (12)
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