(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的にインジウム、スズおよび酸素からなるＩＴＯ焼結体を、バッキングプレートに金属接合剤により接合してなるＩＴＯスパッタリングターゲットにおいて、金属接合剤が露出した部分の一部あるいは全部をインジウムおよびスズからなる合金で覆ったことを特徴とするＩＴＯスパッタリングターゲット。
【請求項２】
ＩＴＯ焼結体の相対密度が、９９％以上であることを特徴とする請求項１に記載のＩＴＯスパッタリングターゲット。
【請求項３】
ＩＴＯ焼結体のスパッタリング面の平均線中心粗さ（Ｒａ）が０．８μｍ以下、かつ最大高さ（Ｒｙ）が６．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のＩＴＯスパッタリングターゲット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明導電性薄膜製造の際に使用されるＩＴＯスパッタリングターゲットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ（ＩＴＯ）薄膜は高導電性、高透過率といった特徴を有し、更に微細加工も容易に行えることから、フラットパネルディスプレイ用表示電極、太陽電池用窓材、帯電防止膜等の広範囲な分野に渡って用いられている。特に液晶表示装置を始めとしたフラットパネルディスプレイ分野では近年大型化および高精細化が進んでおり、その表示用電極であるＩＴＯ薄膜に対する需要もまた急速に高まっている。
【０００３】
このようなＩＴＯ薄膜の製造方法はスプレー熱分解法、ＣＶＤ法等の化学的成膜法と電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等の物理的成膜法に大別することができる。中でもスパッタリング法は大面積化が容易でかつ高性能の膜が得られる成膜法であることから、様々な分野で使用されている。
【０００４】
スパッタリング法によりＩＴＯ薄膜を製造する場合、用いるスパッタリングターゲットとしては金属インジウムおよび金属スズからなる合金ターゲット（ＩＴターゲット）あるいは酸化インジウムと酸化スズからなる複合酸化物ターゲット（ＩＴＯターゲット）が用いられる。このうち、ＩＴＯターゲットを用いる方法は、ＩＴターゲットを用いる方法と比較して、得られた膜の抵抗値および透過率の経時変化が少なく成膜条件のコントロールが容易であるため、ＩＴＯ薄膜製造方法の主流となっている。
【０００５】
ＩＴＯターゲットをアルゴンガスと酸素ガスとの混合ガス雰囲気中で連続してスパッタリングした場合、積算スパッタリング時間の増加と共にターゲット表面にはノジュールと呼ばれる黒色の付着物が析出する。インジウムの低級酸化物と考えられているこの黒色の付着物は、ターゲットのエロージョン部の周囲に析出するため、スパッタリング時の異常放電の原因となりやすく、またそれ自身が異物（パーティクル）の発生源となることが知られている。
【０００６】
その結果、連続してスパッタリングを行うと、形成された薄膜中に異物欠陥が発生し、これが液晶表示装置等のフラットパネルディスプレイの製造歩留まりを低下させる原因となっていた。特に近年、フラットパネルディスプレイの分野では、高精細化が進んでおり、このような薄膜中の異物欠陥は素子の動作不良を引き起こすため、特に解決すべき重要な課題となっていた。
【０００７】
このような問題を解決するため、例えば特開平０８−０６０３５２号のように、ターゲットの密度を６．４ｇ／ｃｍ３以上とするとともにターゲットの表面粗さを制御することにより、ノジュールの発生を低減できることが報告されている。
【０００８】
しかしながら、近年、液晶表示素子の高精細化、高性能化にともない形成される薄膜の性能を向上させることを目的として、低い印加電力で放電を行う成膜方法が採用されるようになってきた。この低い印加電力での成膜により、上記のような手法を取り入れたターゲットを用いた場合においても、ノジュールが発生し問題となってきている。これは、印加電力が低下されたことにより、一度発生したノジュールの核が、強い印加電力によって消滅することなく、掘れ残りの核となる確率が増加したことによると考えられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ノジュールの発生しやすい、低い印加電力で放電を行う成膜方法を用いた場合においてもターゲット表面に発生するノジュール量を低減できるＩＴＯスパッタリングターゲットを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等はＩＴＯスパッタリングターゲットのノジュールの発生量を低減させるため、ノジュールの形成原因について詳細な検討を行った。その結果、一部のノジュールは、ＩＴＯ焼結体とバッキングプレートとの接合に用いているハンダ材である金属インジウムが、スパッタリング中にターゲット表面のエロージョン部に付着し、付着した金属インジウムを核としてターゲットが掘れ残り、ノジュールとなることを発見した。金属インジウムが、掘れ残りを発生させる核となる原因は未だ明らかではないが、ターゲット表面に付着した金属インジウムは、スパッタリングガス中に含まれる酸素と反応して酸化インジウムを形成し、この酸化インジウムはＩＴＯと比べて抵抗率が非常に高いために掘れ残るものと考えられる。
【００１１】
そこで本発明者等は、ＩＴＯスパッタリングターゲットの構造について詳細な検討を行った。その結果、バッキングプレート上にインジウム半田を用いてＩＴＯ焼結体とバッキングプレートとを接合した後に、半田材が露出した部分の一部あるいは全部をインジウムおよびスズからなる合金で覆うことにより前記問題点を解決できることを見いだし、本発明を完成させるに至った。
【００１２】
即ち、本発明は、実質的にインジウム、スズおよび酸素からなるＩＴＯ焼結体を、バッキングプレートに金属接合剤により接合してなるＩＴＯスパッタリングターゲットにおいて、金属接合剤が露出した部分の一部あるいは全部をインジウムおよびスズからなる合金で覆ったことを特徴とするＩＴＯスパッタリングターゲットに関する。
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１４】
本発明に使用されるＩＴＯ焼結体は、特に限定されるものではないが、例えば、以下のような方法で製造することができる。
【００１５】
始めに、酸化インジウム粉末と酸化スズ粉末との混合粉末或いはＩＴＯ粉末等にバインダー等を加え、プレス法或いは鋳込法等の成形方法により成形してＩＴＯ成形体を製造する。この際、使用する粉末の平均粒径が大きいと焼結後の密度が充分に上昇しない場合があるので、使用する粉末の平均粒径は１．５μｍ以下であることが望ましく、更に好ましくは０．１〜１．５μｍである。こうすることにより、より焼結密度の高い焼結体を得ることが可能となる。
【００１６】
また、混合粉末またはＩＴＯ粉末中の酸化スズ含有量は、スパッタリング法により薄膜を製造した際に比抵抗が低下する５〜１５重量％とすることが望ましい。
【００１７】
次に得られた成形体に必要に応じて、ＣＩＰ等の圧密化処理を行う。この際ＣＩＰ圧力は充分な圧密効果を得るため２ｔｏｎ／ｃｍ２以上、好ましくは２〜３ｔｏｎ／ｃｍ２であることが望ましい。ここで始めの成形を鋳込法により行った場合には、ＣＩＰ後の成形体中に残存する水分およびバインダー等の有機物を除去する目的で脱バインダー処理を施してもよい。また、始めの成形をプレス法により行った場合でも、成型時にバインダーを使用したときには、同様の脱バインダー処理を行うことが望ましい。
【００１８】
このようにして得られた成形体を焼結炉内に投入して焼結を行う。焼結方法としては、いかなる方法でも用いることができるが、生産設備のコスト等を考慮すると大気中焼結が望ましい。しかしこの他ＨＰ法、ＨＩＰ法および酸素加圧焼結法等の従来知られている他の焼結法を用いることができることは言うまでもない。
【００１９】
焼結条件についても適宜選択することができるが、充分な密度上昇効果を得るため、また酸化スズの蒸発を抑制するため、焼結温度が１４５０〜１６５０℃であることが望ましい。焼結時の雰囲気としては大気或いは純酸素雰囲気であることが好ましい。また焼結時間についても充分な密度上昇効果を得るために５時間以上、好ましくは５〜３０時間であることが望ましい。
【００２０】
本発明において、使用するＩＴＯ焼結体の密度は特に限定されないが、焼結体のポアのエッジ部での電界集中による異常放電やノジュールの発生をより抑制するため、相対密度で９９％以上とすることが好ましく、より好ましくは９９．５％以上である。
【００２１】
なお、本発明でいう相対密度（Ｄ）とは、Ｉｎ２Ｏ３およびＳｎＯ２の真密度の相加平均から求められる理論密度（ｄ）に対する相対値を示している。相加平均から求められる理論密度（ｄ）とは、焼結体組成において、Ｉｎ２Ｏ３およびＳｎＯ２粉末の混合量（ｇ）をそれぞれａ、ｂとしたとき、Ｉｎ２Ｏ３およびＳｎＯ２の真密度７．１８、６．９５（ｇ／ｃｍ３）を用いて、
ｄ＝（ａ＋ｂ）／（（ａ／７．１８）＋（ｂ／６．９５））により求められる。そして、焼結体の測定密度をｄ１とすると、その相対密度Ｄ（％）は式：Ｄ＝（ｄ１／ｄ）×１００で求められる。
【００２２】
続いて上記の方法等により製造したＩＴＯ焼結体を所望の大きさに研削加工した後、前記ＩＴＯ焼結体のスパッタリング面を機械的に研磨し、スパッタリング面の平均線中心粗さ（Ｒａ）を０．８μｍ以下、かつ、最大高さ（Ｒｙ）を６．５μｍ以下に加工することが好ましい。より好ましくは、Ｒａが０．１μｍ以下、かつ、Ｒｙが２μｍ以下である。こうすることにより、ターゲット表面の凹凸部で発生する異常放電や異常放電によるノジュールの形成を効果的により抑制することが可能となる。なお、ここでいうＲａ、およびＲｙの定義および測定方法は、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４に記載の通りである。
【００２３】
上記ＩＴＯ焼結体は、高密度であるほど硬度が高く、研削加工中に焼結体内部にクラックを生じ易いので、加工は湿式加工で行うことが望ましい。
【００２４】
このようにして得られた、ＩＴＯ焼結体をバッキングプレート上に接合する。本発明に使用されるバッキングプレートは特に限定されないが、無酸素銅およびリン青銅等があげられる。また、金属接合剤としては、インジウム半田等が好ましい。インジウム半田は柔らかく、スパッタリング中にＩＴＯ焼結体部分が加熱されて膨張した際に、焼結体の割れを防止する効果が大きいからである。
【００２５】
接合は、例えば、次に示すような工程で行えばよい。まず、ＩＴＯ焼結体とバッキングプレートとを使用する金属接合剤の融点以上に加熱する。次に加熱されたＩＴＯ焼結体およびバッキングプレートの接合面に接合剤を塗布する。次に接合剤塗布済みのＩＴＯ焼結体とバッキングプレートの接合面同士を合わせてバッキングプレート上の所望の位置に配置した後、ターゲット−バッキングプレート接合体の冷却を行う。
【００２６】
本発明は、接合の際に露出した（はみ出た）接合剤部分の一部または全部をインジウムおよびスズからなる合金で被覆することに特徴があるが、この被覆をターゲット−バッキングプレート接合体の冷却時に行うことにより、被覆のために接合体を再加熱する作業等を省略することができ、好ましい。
【００２７】
具体的には、接合体の温度が、インジウム−スズ合金の融点より１〜５℃高い温度の時に、インジウム−スズ合金を、その融点より１〜５℃高い温度に加熱して、接合剤露出部分に塗布し被覆する。このとき、インジウム−スズ合金を必要以上に塗布すると、合金がターゲット部材から著しくはみ出し、はみ出した部分がスパッタリング中にプラズマによって叩き出され、叩き出された粒子が基板に到達するとパーティクルとなり製品の歩留まりを低下させてしまうので、１ｍｍ以下とすることが望ましい。その後、室温まで冷却することにより、本発明のＩＴＯターゲットを得ることができる。
【００２８】
インジウムースズ合金としては、酸化物を形成した際に掘れ残りが発生しないようにＩＴＯ焼結体と同様に低い抵抗率が得られるような組成のものが適しており、Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ）で２〜１５重量％、好ましくは４〜１２重量％のものが好ましい。
【００２９】
スパッタリングは、スパッタリングガスとして、アルゴンなどの不活性ガスなどに必要に応じて酸素ガスなどが加えられ、通常２〜１０ｍＴｏｒｒにこれらのガス圧を制御しながら、行われる。スパッタリングのための電力印可方式としては、ＤＣ、ＲＦあるいはこれらを組み合わせたものが使用可能であるが、放電の安定性を考慮し、ＤＣあるいはＤＣにＲＦを重畳したものが好ましい。ターゲットに加えられる電力密度については特に制限はないが、本発明のターゲットは、近年の低電力放電（２．０Ｗ／ｃｍ２以下）の条件下において、特に有効である。
【００３０】
また、本発明によるスパッタリングターゲットは、ＩＴＯに付加機能を持たせることを目的として第３の元素を添加したターゲットにおいても有効である。第３元素としては、例えば、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ等を例示することができる。これら元素の添加量は、特に限定されるものではないが、ＩＴＯの優れた電気光学的特性を劣化させないため、（第３元素の酸化物の総和）／（ＩＴＯ＋第３元素の酸化物の総和）／１００で０％を超え２０％以下（重量比）とすることが好ましい。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明を実施例をもって更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３２】
実施例１
平均粒径１．３μｍの酸化インジウム粉末９００ｇと平均粒径０．７μｍの酸化スズ粉末１００ｇをポリエチレン製のポットに入れ、乾式ボールミルにより７２時間混合し、混合粉末を製造した。前記混合粉末のタップ密度を測定したところ２．０ｇ／ｃｍ３であった。
【００３３】
この混合粉末を金型に入れ、３００ｋｇ／ｃｍ２の圧力でプレスして成形体とした。この成形体を３ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力でＣＩＰによる緻密化処理を行った。次にこの成形体を純酸素雰囲気焼結炉内に設置して、以下の条件で焼結した。
【００３４】
（焼結条件）
焼結温度：１５００℃、昇温速度：２５℃／Ｈｒ、焼結時間：１０時間、焼結炉への導入ガス：酸素、導入ガス線速：２．６ｃｍ／分、
得られた焼結体の密度をＪＩＳ  Ｒ１６３４−１９９８に基づきアルキメデス法により測定したところ７．１１ｇ／ｃｍ３（相対密度：９９．４％）であった。
【００３５】
この焼結体を湿式加工法により１０１．６ｍｍ×１７７．８ｍｍ、厚さ６ｍｍの焼結体に加工し、さらに焼結体のスパッタリング面の表面粗さをＲａ＝０．７μｍ、Ｒｙ＝５．２μｍに機械加工した。
【００３６】
次に、この焼結体とバッキングプレートとを１５６℃まで加熱した後、それぞれの接合面にインジウム半田を塗布した。次に、焼結体をバッキングプレート所望に位置に配置した後１４９℃まで冷却した。次に、接合部の側面のインジウム半田材が露出した部分の全周に渡って、スズを１０重量％含有し、１４９℃まで加熱したインジウム−スズ合金（融点：約１４５℃）を塗布した後、室温まで冷却してＩＴＯターゲットを得た。
【００３７】
このターゲットを以下のスパッタリング条件でスパッタリングした。
【００３８】
ＤＣ電力    ：３００ｗ
スパッタガス：Ａｒ＋Ｏ２
ガス圧      ：５ｍＴｏｒｒ
Ｏ２／Ａｒ  ：０．１％
以上の条件により連続的にスパッタリング試験を６０時間実施した。放電後のターゲットの外観写真をコンピュータを用いて画像処理を行いノジュール発生量を調べた。その結果、ターゲット表面の１２％の部分にノジュールが発生したにすぎなかった。
【００３９】
実施例２
実施例１と同様の方法でＩＴＯ焼結体を得た。得られた焼結体の密度を測定したところ７．１１ｇ／ｃｍ３（相対密度：９９．４％）であった。
【００４０】
この焼結体を湿式加工法により１０１．６ｍｍ×１７７．８ｍｍ、厚さ６ｍｍの焼結体に加工し、さらに焼結体のスパッタリング面の表面粗さをＲａ＝０．０８μｍ、Ｒｙ＝０．８μｍに機械加工した。
【００４１】
次に、この焼結体とバッキングプレートとを１５６℃まで加熱した後、それぞれの接合面にインジウム半田を塗布した。次に、焼結体をバッキングプレート所望に位置に配置した後１５０℃まで冷却した。次に、接合部の側面のインジウム半田材が露出した部分の全周に渡って、スズを１０重量％含有し、１５０℃まで加熱したインジウム−スズ合金を露出部に塗布した後、室温まで冷却してＩＴＯターゲットを得た。
【００４２】
このターゲットを実施例１と同じ条件で６０時間スパッタリングを行った。
【００４３】
放電後のターゲットの外観写真をコンピュータを用いて画像処理を行いノジュール発生量を調べた。その結果、ターゲット表面の５％の部分にノジュールが発生したにすぎなかった。
【００４４】
比較例１
実施例１と同じ条件でＩＴＯ焼結体を製造した。得られた焼結体の密度をアルキメデス法により測定したところ７．１１ｇ／ｃｍ３（相対密度：９９．４％）であった。
【００４５】
この焼結体を湿式加工法により１０１．６ｍｍ×１７７．８ｍｍ、厚さ６ｍｍの焼結体に加工し、さらに焼結体のスパッタリング面の表面粗さをＲａ＝０．７μｍ、Ｒｙ＝５．２μｍに機械加工した。
【００４６】
このようにして得られた、焼結体とバッキングプレートとを１５６℃まで加熱した後、それぞれの接合面にインジウム半田を塗布した。次に、焼結体をバッキングプレートの所定の位置に配置した後、室温まで冷却し、ターゲットとした。
【００４７】
このターゲットを実施例１と同様のスパッタリング条件で連続的にスパッタリング試験を６０時間実施した。放電後のターゲットの外観写真をコンピュータを用いて画像処理を行いノジュール発生量を調べた。その結果、ターゲット表面の５９％の部分にノジュールが発生していた。
【００４８】
【発明の効果】
本発明により、半田材として用いている金属インジウム起因によるノジュールの発生を防止することができる。