(57)【要約】【課題】適切な機械的強度としつつ、バルク抵抗を有効に低減して、異常放電の発生を抑制することのできる焼結体、スパッタリングターゲットおよび、焼結体の製造方法を提供する。【解決手段】この発明の焼結体は、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含有する酸化物の焼結体であって、０．３１７＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０、０．３１７＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０、および、０．３１７＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０の関係を満たし、バルク抵抗値が１５ｍΩｃｍ以上かつ２５ｍΩｃｍ以下であり、抗折強度が４０ＭＰａ以上かつ５０ＭＰａ未満である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含有する酸化物の焼結体であって、０．３１７＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０、０．３１７＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０、および、０．３１７＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０の関係を満たし、バルク抵抗値が１５ｍΩｃｍ以上かつ２５ｍΩｃｍ以下であり、抗折強度が４０ＭＰａ以上かつ５０ＭＰａ未満である焼結体。
【請求項２】
平均結晶粒径が１５μｍ以上かつ２０μｍ以下である請求項１に記載の焼結体。
【請求項３】
焼結体断面のＳＥＭ画像において、９０μｍ×１２０μｍの観察視野内で、最も大きなポアの最小包含円の直径が３μｍ以下であり、０．５μｍ以上の直径を有する最小包含円に内包されるポアの個数が、５０個〜１００個である請求項１又は２に記載の焼結体。
【請求項４】
相対密度が９９％以上である請求項１〜３のいずれか一項に記載の焼結体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の焼結体を備えるスパッタリングターゲット。
【請求項６】
Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎの各酸化物粉末を、０．３１７＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０、０．３１７＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０、および、０．３１７＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０の関係を満たすように混合し、該粉末を成形し、それにより得られる成形体を、酸素分圧が２０％以下である大気もしくは窒素雰囲気の下、１４５０℃〜１５１０℃の温度で５時間〜２０時間にわたって加熱する、焼結体の製造方法。
【請求項７】
加熱時の前記温度に維持する時間を、１０時間〜２０時間とする、請求項６に記載の焼結体の製造方法。
【請求項８】
加熱時の前記温度を、１４６０℃〜１４９０℃とする、請求項６又は７に記載の焼結体の製造方法。
【請求項９】
加熱を電気炉内で行う、請求項７又は８に記載の焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種の表示デバイス等の製造に用いて好適な、いわゆるＩＧＺＯと称され得る焼結体、スパッタリングターゲットおよび、焼結体の製造方法に関するものであり、スパッタリング時の異常放電を有効に抑制することのできる技術を提案するものである。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータやワードプロセッサ等に搭載される液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）その他の種々の表示装置用電極、タッチパネル及び電子ペーパーなどのフィルム用電極等を製造するに当っては、スパッタリングにより、ガラス又はプラスチック等の成膜用基板上に、金属複合酸化物からなる透明導電膜を形成する。
【０００３】
このようなスパッタリングに用いるスパッタリングターゲットとしては、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含有し、ＩｎＧａＺｎＯ4（ＩｎＧａＯ3（ＺｎＯ））のホモロガス構造を有する酸化物の焼結体からなるＩＧＺＯスパッタリングターゲットがある。ＩＧＺＯスパッタリングターゲットは、それを用いたスパッタリングで可視透過性のＩＧＺＯ膜を形成することができるので、上記の表示デバイス製造等において広く使用されている。
【０００４】
この種のＩＧＺＯスパッタリングターゲットに関する技術としては、特許文献１〜３に記載されたもの等がある。
特許文献１では、ＩｎＧａＺｎＯ4で表される化合物を主成分とするスパッタリングターゲットで、正四価以上の金属元素を、スパッタリングターゲット中の全金属元素に対して１００ｐｐｍ〜１００００ｐｐｍ含むものが提案されている。このスパッタリングターゲットによれば、正四価以上の金属元素を所定の量で添加することにより、スパッタリング時の異常放電の発生を抑制できるとされている。
【０００５】
特許文献２には、酸化物焼結体を含むスパッタリングターゲットであって、前記酸化物焼結体が、ＩｎＧａＯ3（ＺｎＯ）で表されるホモロガス結晶構造のみを有する化合物からなり、Ｘ線回折で２θ＝６２〜６３度の間のピークが、ＩｎＧａＯ3（ＺｎＯ）の最大ピークの３％以下であり、酸素を除く原子比が下記の式：Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｇａ）≦０．２６を満たす、スパッタリングターゲットであって、前記スパッタリングターゲットの表面１０箇所のバルク抵抗の最大値／バルク抵抗値の最小値の比が１０以内である、スパッタリングターゲットが記載されている。これにより、薄膜トランジスタの特性に変化が少なく、トランジスタ特性が良好になり、バルク抵抗が均一で成膜時の成膜速度の変動が小さくなるとされている。
【０００６】
特許文献３には、密度および抗折強度が高く、スパッタリングターゲットに使用された場合においても割れの少ないＩＧＺＯ焼結体として、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含有する酸化物焼結体であって、ＩｎＧａＺｎＯ4で表されるホモロガス結晶構造のみを有し、焼結体の結晶粒径が５μｍ以下、かつ焼結体の相対密度が９８％以上であり、焼結体の結晶粒界に存在するポア（気孔）の個数と結晶粒内に存在するポア（気孔）の個数の比（結晶粒界のポア個数／結晶粒内のポア個数）が０．５以上であるものが記載されている。
【０００７】
特許文献４には、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、酸素（Ｏ）及び不可避的不純物からなる酸化物焼結体であって、抗折強度が５０ＭＰａ以上、バルク抵抗が１００ｍΩｃｍ以下であるＩＧＺＯ焼結体が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第５２４４３２７号公報
【特許文献２】特許第５９２８８５６号公報
【特許文献３】特許第５９０４０５６号公報
【特許文献４】国際公開第２０１６／１３６６１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述したようなスパッタリングターゲットでは、スパッタリング時の異常放電を抑制するには、ＩＧＺＯ焼結体のバルク抵抗を低減することが有効である。
ＩＧＺＯ焼結体のバルク抵抗を低下させる手法としては、原料粉末を所定の形状に成形した後に加熱して焼結させる際に、その加熱温度を高くすることが考えられるが、単純に加熱温度のみを変更して加熱温度を高くすると、焼結体の結晶粒径が大きくなる。この場合、焼結体の機械的強度が低下する結果として、スパッタリング時に割れが発生するという問題がある。
【００１０】
特許文献４に記載されたＩＧＺＯ焼結体は、バルク抵抗が低いが、抗折強度がある程度低くなっている（表１参照）。
一方、抗折強度が高すぎると、熱衝撃損傷抵抗係数が小さくなり、スパッタ時にターゲットに生じる熱応力でターゲットにクラックが生じる可能性があるという他の問題がある。
【００１１】
この発明は、従来技術が抱えるこのような問題を解決することを課題とするものであり、その目的とするところは、適切な機械的強度としつつ、バルク抵抗を有効に低減して、異常放電の発生を抑制することのできる焼結体、スパッタリングターゲットおよび、焼結体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明者は、焼結体を製造する際に、焼結時の雰囲気を、これまでの酸素雰囲気から大気もしくは窒素雰囲気に変更するとともに所定の酸素分圧とし、その上で、所定の温度範囲で加熱することにより、必要な抗折強度が確保されてなお、バルク抵抗が有効に低下することを見出した。
【００１３】
このような知見の下、この発明の焼結体は、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含有する酸化物の焼結体であって、０．３１７＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０、０．３１７＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０、および、０．３１７＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０の関係を満たし、バルク抵抗値が１５ｍΩｃｍ以上かつ２５ｍΩｃｍ以下であり、抗折強度が４０ＭＰａ以上かつ５０ＭＰａ未満である物である。
【００１４】
この発明の焼結体は、平均結晶粒径が１５μｍ以上かつ２０μｍ以下であることが好ましい。
また、この発明の焼結体は、焼結体断面のＳＥＭ画像において、９０μｍ×１２０μｍの観察視野内で、最も大きなポアの最小包含円の直径が３μｍ以下であり、０．５μｍ以上の直径を有する最小包含円に内包されるポアの個数が、５０個〜１００個であることが好ましい。
【００１５】
なお、この発明の焼結体は、相対密度が９９％以上であることが好ましい。
【００１６】
この発明のスパッタリングターゲットは、上記のいずれかの焼結体を備えるものである。
【００１７】
この発明の焼結体の製造方法は、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎの各酸化物粉末を、０．３１７＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０、０．３１７＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０、および、０．３１７＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０の関係を満たすように混合し、該粉末を成形し、それにより得られる成形体を、酸素分圧が２０％以下である大気もしくは窒素雰囲気の下、１４５０℃〜１５１０℃の温度で５時間〜２０時間にわたって加熱することにある。
【００１８】
この発明の焼結体の製造方法では、加熱時の前記温度に維持する時間を、１０時間〜２０時間とすることが好ましい。
また、この発明の焼結体の製造方法では、加熱時の前記温度を、１４６０℃〜１４９０℃とすることが好ましい。
そしてまた、この発明の焼結体の製造方法では、加熱を電気炉内で行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、適切な抗折強度を有し、しかもバルク抵抗が十分に低減された焼結体を得ることができる。それにより、これをスパッタリングターゲットとして用いてスパッタリングを行った場合、異常放電の発生を有効に抑制することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
この発明の一の実施形態の焼結体は、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎからなる酸化物を含む焼結体であって、０．３１７＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０、０．３１７＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０、および、０．３１７＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０の関係を満たす量で、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含有するものであり、バルク抵抗値が１５ｍΩｃｍ以上かつ２５ｍΩｃｍ以下であり、抗折強度が４０ＭＰａ以上かつ５０ＭＰａ未満である。
【００２１】
（組成）
焼結体はＩｎ、Ｇａ、Ｚｎ及びＯからなるものであり、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎは、０．３１７＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０、０．３１７＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０、および、０．３１７＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０の関係を満たす量で含まれる。これは、ＩＣＰ−ＭＳ、ＩＣＰ−ＯＥＳ、ＸＲＦ等の分析により確認することができる。
【００２２】
Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの組成が１：１：１から大きくずれると、ＩＧＺＯ（１１１）ではない相、例えばＩｎ2Ｏ3相やＺｎＧａ2Ｏ4相が生成し、スパッタリング時の異常放電の原因となる恐れがある。
それ故に、焼結体中のＩｎ、Ｇａ及びＺｎは、０．３１７＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０、０．３１７＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０、および、０．３１７＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０を満たすことがより一層好ましい。
【００２３】
（バルク抵抗）
スパッタリングターゲット用の焼結体では、バルク抵抗は非常に重要な特性である。これはすなわち、バルク抵抗が高すぎると、スパッタリング時に異常放電を防止するため、安価なＤＣ電源ではなく高価なＲＦ電源を用いる必要があり、またＲＦ電源はスパッタリング時の成膜レートが大幅に低下して、生産性が悪くなるからである。
【００２４】
それ故に、この実施形態では、焼結体のバルク抵抗値を、１５ｍΩｃｍ以上かつ２５ｍΩｃｍ以下とする。このような低いバルク抵抗値であると、スパッタリングターゲットとして用いた場合のスパッタリング時の異常放電を有効に抑制することができる。言い換えれば、バルク抵抗値が２５ｍΩｃｍを超えるものである場合、スパッタリングの際に異常放電が発生しやすくなる。なお、上述したＩｎ、Ｇａ、Ｚｎの組成範囲である場合、通常は、バルク抵抗値が１５ｍΩｃｍ以上となると考えられる。したがって、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの組成を上記の範囲とすれば必然的に、バルク抵抗値が１５ｍΩｃｍ以上になることが多い。
【００２５】
バルク抵抗値の測定は、焼結体の表面を＃８０の粒度の研削材により１ｍｍ〜３ｍｍ程度研削後、ＪＩＳ  Ｒ６００１（１９９８）に規定される♯４００の粒度の研磨用微粉の研削材により、０．２ｍｍ以上の研削厚みで仕上げた面に対して、ＪＩＳ  Ｒ１６３７に記載の四探針法に基づいて行うことができる。バルク抵抗値の測定箇所は前記研削面の３点とし、それらの測定箇所での測定値の平均値を採用する。
【００２６】
（抗折強度）
焼結体の抗折強度は、４０ＭＰａ以上かつ５０ＭＰａ未満である。焼結時の温度と雰囲気を調整することにより、上述したように低いバルク抵抗値としつつも、この範囲の強度を確保することができる。
【００２７】
焼結体の抗折強度が４０ＭＰａ未満である場合は、低い強度の故にスパッタリング時に割れが発生する可能性が高くなる。
【００２８】
一方、抗折強度が５０ＭＰａ以上である場合は、熱衝撃損傷抵抗係数が小さくなり、スパッタ時にターゲットに生じる熱応力でターゲットにクラックが生じる可能性がある。このことについて詳説すれば次のとおりである。
スパッタリングターゲットを用いてスパッタリングを行った際には、スパッタされる表面はＡｒイオンに叩かれて加熱される。これに対し、スパッタリングターゲットを張り付けているバッキングプレートは水冷されていることから、スパッタリングターゲットには温度分布が生じて熱応力が発生する。そのような熱応力（熱衝撃）に対する強さの指標としては、熱衝撃抵抗係数Ｒ、熱衝撃損傷抵抗係数Ｒ’’がある。スパッタリングターゲットに生じた温度差をΔＴ、スパッタリングターゲットのヤング率をＥ、熱膨張率をα、ポアソン比をν、抗折強度をσｆとすると、熱衝撃抵抗係数Ｒ、熱衝撃損傷抵抗係数Ｒ’’はそれぞれ次式で表される。
Ｒ＝（１−ν）／（Ｅα）σｆ
Ｒ’’＝Ｅ／｛（１−ν）σｆ2｝
熱衝撃抵抗係数Ｒは熱が加わった際のクラックの発生のしにくさを、また熱衝撃損傷抵抗係数Ｒ’’は発生したクラックの進展のしにくさを表す指標であり、どちらも値が大きいほうが材料が割れにくくなる。
ここで、ヤング率Ｅと抗折強度σｆは概して比例する関係にあることが一般的であり、抗折強度σｆが大きいとヤング率Ｅも大きい傾向がある。熱衝撃抵抗係数Ｒは抗折強度σｆが増加しても、ヤング率Ｅもそれに比例して増加するのであまり大きな変化はない。しかしながら、熱衝撃損傷抵抗係数Ｒ’’では分母のσｆが２乗で効くことから、抗折強度σｆはある程度小さいほうが、クラックが進展しにくくなる。
【００２９】
焼結体の抗折強度は、次のようにして測定する。焼結体から角棒状の試験片を切り出し、試験片の長手方向に＃８０の砥石で表面を研磨後、同じく長手方向に＃４００の砥石で研磨し、最終的に幅４ｍｍ、厚さ３ｍｍ、長さ５０ｍｍの試験片を１０本作製する。この際に、上記試験片の表面粗さを株式会社ミツトヨ製表面粗さ測定器ＳＪ−３０１で測定し、表面粗さＲａを１μｍ〜３μｍになるように研磨を行う。上記の試験片について、ＪＩＳ  Ｒ１６０１：２００８の測定方法に準拠して３点曲げ試験による抗折強度試験を行う。抗折強度試験は、試験片の表面粗さＲａ以外はＪＩＳ  Ｒ１６０１：２００８に従うものとする。
【００３０】
（平均結晶粒径）
焼結体の平均結晶粒径は１５μｍ以上かつ２０μｍ以下であることが、所要の強度を十分確実に確保できる点で好適である。平均結晶粒径が１５μｍ未満であると、焼結が十分に進行しておらず、焼結体中にポアが残存して強度の低下を招き、スパッタリング時に割れが発生する懸念がある。またＩＧＺＯ焼結体に応力が作用して破壊に至る場合、結晶粒界でのクラック発生が支配的であり、結晶粒径が大きいほどクラックが発生しやすくなり抗折強度が低下するため、平均結晶粒径が２０μｍを超える場合、抗折強度が著しく低下するおそれがある。
この観点から、焼結体の平均結晶粒径は１７μｍ以上かつ１８μｍ以下とすることがより一層好ましい。
【００３１】
平均結晶粒径を測定するには、焼結体の中央付近及び四隅の場所から合計５箇所採取してサンプルとする。各サンプルについてターゲット断面の任意の表面について３００倍のＳＥＭ像を撮影し、撮影した画像上に５本の直線を引いて、各直線が結晶粒子と交わる長さをコード長とし、これらコード長の平均値を求め、結晶粒径とする。
【００３２】
（ポア個数）
焼結体を製造する際に焼結時の雰囲気を大気もしくは窒素雰囲気とすると、焼結体中にポア（空孔）が発生することがある。このポアについては、焼結体断面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）画像において、９０μｍ×１２０μｍの観察視野内で、各ポアのサイズを、当該ポアを内包する最小包含円の直径で評価し、当該観察視野内の最も大きなポアの最小包含円の直径を測るとともに、最小包含円の直径が０．５μｍ以上となるポアの個数を数える。
【００３３】
上記の観察視野内で、最も大きなポアの最小包含円の直径が３μｍ以下であり、また、かかるポアの個数が、５０個〜１００個であれば、スパッタリング時の異常放電の発生をより有効に抑制することができる。上記の観察視野内に、最小包含円の直径が３μｍを超えるポアが存在すると、異常放電が多くなり量産に支障をきたすおそれがある。したがって、当該観察視野内の最も大きいポアの最小包含円の直径は、より好ましくは２μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下である。また、上記のポアの個数が多すぎる場合は、スパッタリングの際に異常放電が生じる確率が高くなることが懸念され、バルク抵抗値を低くしたことによる異常放電抑制の効果が減殺される可能性がある。
焼結体の任意の断面の任意の観察視野内で、最も大きなポアの最小包含円の直径と、最小包含円の直径が０．５μｍ以上となるポアの個数が、上述した規定を満たすことが好適である。
【００３４】
（密度）
焼結体の密度は、９９％以上、特に９９．５％以上であることが好ましい。密度が低い場合は、焼結体の強度の低下やスパッタ時の異常放電を引き起こす原因となることが懸念されるからである。密度は一般には、１００％以下となる。
【００３５】
ここで密度は、焼結体を、ＩｎＧａＺｎＯ4（ＩｎＧａＯ3（ＺｎＯ））の酸化物とみなした理論密度と、アルキメデス法で測定した焼結体の密度から、相対密度＝（アルキメデス法で測定した密度）÷（理論密度）×１００（％）の式にて算出することができる。ここで、理論密度には、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．０１−０７０−３６２５のＩＧＺＯ（１１１）の格子定数を元に算出した密度である６．３５７ｇ／ｃｍ3を用いる。
なお、この密度は、焼結体をＩｎＧａＺｎＯ4からなると仮定した場合の上記の理論密度を基準とするものであり、対象とする焼結体の密度の真の値は上記の理論密度より高くなることがあるので、ここでいう密度は１００％を超えることもあり得る。
【００３６】
（製造方法）
上述したような焼結体は、次に述べるような方法により製造することができる。
はじめに、酸化インジウム粉末、酸化ガリウム粉末および酸化亜鉛粉末を、０．３１７＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０、０．３１７＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０、および、０．３１７＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．３５０の関係を満たす比率で混ぜ合わせて、これを原料粉末とする。各酸化物粉末の純度は、好ましくは９９．９％以上、更に好ましくは９９．９９％以上とする。
【００３７】
原料粉末は、ビーズミルにより湿式混合・微粉砕し、スラリーを得る。原料粉末の平均粒径（Ｄ５０）を１μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以下とすることが好ましい。この平均粒径は、ＪＩＳ  Ｒ１６１９に準拠して測定することができる。
次に造粒を行う。これは、原料粉末の流動性を良くして、プレス成形時の充填状況を充分良好なものにするためである。バインダーの役割を果たすＰＶＡ（ポリビニルアルコール）をスラリー１ｋｇあたり１００〜２００ｃｃの割合で混合して、造粒機入口温度２００〜２５０℃、出口温度１００〜１５０℃、ディスク回転数８０００〜１００００ｒｐｍの条件で造粒する。
【００３８】
次いで、上記の造粒粉末を加圧成形して成形体を得る。所定サイズの型に造粒粉末を充填し、面圧力４０〜１００ＭＰａ、１〜３分間保持の条件で一軸プレスして成形体を得る。面圧力が４０ＭＰａ未満であると、十分な密度の成形体を得ることができず、一方、面圧力を１００ＭＰａ超にしても成形体密度は飽和して上がりにくくなるため、それ以上の面圧力は必要ない。
次に、ＣＩＰ（冷間等方圧加圧法）にて成形を行う。上記で得られた成型体をビニールで２重に真空パックし、圧力１５０〜４００ＭＰａ、１〜３分保持の条件でＣＩＰを施す。圧力１５０ＭＰａ未満であると、十分なＣＩＰの効果を得ることができず、一方、４００ＭＰａ以上の圧力を加えても、成形体の密度はある一定の値以上は向上しにくくなるため、４００ＭＰａ以上の面圧は生産上特に必要とされない。
【００３９】
その後、成形体を炉内で加熱して焼結させて、焼結体を得る。
焼結体のバルク抵抗を有効に低下させるため、焼結のための加熱時の雰囲気を大気もしくは窒素雰囲気とし、その酸素分圧を２０％以下とする。これにより、焼結体中に酸素欠損が生じて多くのキャリアが放出され、焼結体の低いバルク抵抗を実現することができる。酸素分圧は、酸素濃度計により測定することができる。
【００４０】
また、焼結のための加熱は、１４５０℃〜１５１０℃の範囲内の温度まで上昇させ、その温度を、５時間〜２０時間にわたって維持する。このような温度及び時間の条件とすることにより、焼結体から酸素が十分に抜けて酸素欠損によってバルク抵抗が低下する。また、結晶粒径を先に述べたような適切な範囲に制御するにより機械的強度の低下が防止される。それにより、焼結体で先述したような良好なバルク抵抗及び抗折強度を両立させることができる。
【００４１】
加熱時の温度が低すぎる場合は、焼結体のバルク抵抗を十分に低減させることができず、この一方で、温度が高すぎる場合は、焼結体のバルク抵抗は低下するが、結晶粒径が大きくなり、それにより、焼結体の機械的強度が低下して、スパッタリング時に割れが発生する。
また加熱の時間が短すぎる場合は、焼結体に十分な酸素欠陥が生じない結果として、バルク抵抗値が高くなり、また時間が長すぎる場合は、結晶粒子の成長が促進され過ぎて焼結体強度の低下を招く。
【００４２】
上記の観点より、焼結時の温度は１４５０℃〜１５１０℃、特に１４６０℃〜１４９０℃とすることが好ましく、その時間は１０時間〜２０時間、特に１２時間〜１５時間とすることが好ましい。
【００４３】
焼結のための加熱は、公知の様々な炉を用いて行うことができるが、電気エネルギーを熱エネルギーに変換して加熱する電気炉、なかでも、ジュール熱を利用する電気抵抗炉を用いることが好ましい。これ以外の炉を用いると、焼結体の特性に変化がもたらされる可能性がある。
【００４４】
以上に述べたようにして焼結体を製造することができる。
そして、このような焼結体の外面を、機械研削ないし化学研削等の公知の方法にて研削し、焼結体の所定の位置に基材をボンディングすることにより、スパッタリングターゲットを得ることができる。
【実施例】
【００４５】
次に、この発明の焼結体、スパッタリングターゲットを試作し、その性能を評価したので以下に説明する。但し、ここでの説明は単なる例示を目的としたものであり、それに限定されることを意図するものではない。
【００４６】
Ｉｎ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、ＺｎＯの各酸化物粉末を、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１となるように秤量・混合し、純水を加えた後ビーズミルに投入し平均粒径（Ｄ５０）が０．５μｍ以下となるまで混合粉砕して固形分３０〜５０％のスラリーを得た。次に、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）をスラリー１ｋｇあたり１２５ｃｃの割合で混合して、造粒機入口温度２２０℃、出口温度１２０℃、ディスク回転数９０００ｒｐｍの条件でスプレードライヤーにより乾燥・造粒し造粒粉を得た。
【００４７】
この造粒粉を、所定のサイズの型に造粒粉を充填し、面圧力１５０〜４００ＭＰａ、１〜３分間、一軸プレスして成形体を得た。成形体をビニールで２重に真空パックし、ＣＩＰにより３００ＭＰａの面圧力を、３分にわたって加圧し、それにより得られた成形体を、表１に示す条件の下で加熱して焼結させ、焼結体を得た。
【００４８】
比較例１〜５及び実施例１〜３の各焼結体について、密度、平均結晶粒径、バルク抵抗値、抗折強度、ポア個数のそれぞれを先述の方法にて測定した。その結果を表１に示す。
【００４９】
また、焼結体に研削加工を施して５”×２０”サイズとし、これに基材をボンディングしてスパッタリングターゲットを作製した。
各スパッタリングターゲットを用いて、室温、パワー１．５ｋＷ、圧力０．６Ｐａ、Ａｒガス流量３００ｓｃｃｍの条件の下で放電試験を行い、累積投入電力１６０Ｗｈまでのアーキングの回数（累積アーキング回数）を測定した。その結果も表１に示す。
【００５０】
【表１】
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【００５１】
実施例１〜３では、焼結条件を、酸素分圧が２０％以下の大気雰囲気とするとともに、１４５０℃〜１５１０℃の範囲内の温度としたことにより、所定の抗折強度でバルク抵抗が十分低くなり、その結果として、アーキング回数が比較的少なくなった。
【００５２】
比較例１では、焼結温度が低く、その雰囲気が酸素雰囲気であったことにより、バルク抵抗が高くなって、アーキング回数が多くなった。
比較例２〜４では、大気雰囲気としたが焼結温度が低いことにより、バルク抵抗はある程度低下したもののやや高く、さらに酸素分圧の低下に起因してポア個数が増大したことも相俟って、アーキング回数が多くなった。
比較例５は、焼結温度が高すぎたことにより、抗折強度が不足する結果となった。
【００５３】
したがって、この発明によれば、抗折強度を高く維持しつつ、バルク抵抗を低減することができるので、スパッタリング時の異常放電を有効に抑制できることが解かった。