(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１０ｐｐｍを越え１質量％未満のＳｂ２Ｏ３と、合計質量が１〜２０質量％であるＴａ２Ｏ５および／またはＮｂ２Ｏ５と、残部としてのＳｎＯ２および不可避不純物とからなる焼結体からなる、ＳｎＯ２系スパッタリングターゲット。
【請求項２】
Ｓｂ２Ｏ３の含有量が１１〜９０００ｐｐｍである、請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項３】
Ｓｂ２Ｏ３の含有量が１００〜６０００ｐｐｍである、請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項４】
Ｓｂ２Ｏ３の含有量が３００〜２０００ｐｐｍである、請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項５】
Ｔａ２Ｏ５の含有量が１〜１５質量％であり、かつＮｂ２Ｏ５の含有量が１〜１５質量％である、請求項１〜４のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｎＯ２系スパッタリングターゲットに関するものであり、具体的には、フラットパネルディスプレイ、タッチパネル、太陽電池等の各種用途において、透明電極、帯電防止、電磁波遮蔽、ガスバリア、熱線反射等の各種膜機能を確保するために使用される、ＳｎＯ２系スパッタリングターゲットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＳｎＯ２系薄膜は、フラットパネルディスプレイ、タッチパネル、太陽電池等の幅広い用途に用いられている。このＳｎＯ２系薄膜は、工業的には、スプレー法やＣＶＤ法により製造されるのが主流である。しかし、これらの方法は、膜厚を大面積に均一化することには適しておらず、成膜プロセスの制御も困難であり、さらには成膜時に高温になったり汚染物質である塩素系ガスを生成し得たりすることから、これらの欠点の無い新たな製造方法が求められている。
【０００３】
一方、スパッタリング法によるＳｎＯ２系薄膜の製造も試みられており、そのためのスパッタリングターゲットとして、ターゲットの比抵抗を下げるためにＳｂ２Ｏ３が添加されたＳｎＯ２−Ｓｂ２Ｏ３ターゲットが専ら工業的に実用化されている。しかしながら、従来のＳｎＯ２系焼結体ターゲットは積算電力の増加にともない膜付着量が増えると、スパッタカソードの周辺構造物からの膜剥離によるパーティクルが多く発生しがちであった。このパーティクルが薄膜に付着すると薄膜の性能を悪化させ薄膜欠陥の原因ともなりうることも知られている。このため、スパッタリングの際に、周辺構造物からの膜剥離の少ないＳｎＯ２系スパッタリングターゲットが求められている。
【０００４】
ＳｎＯ２−Ｓｂ２Ｏ３系の材料としては、例えば以下のものが提案されている。合計量が酸化物換算で２０質量％以下のＮｂまたはＮｂおよびＴａと、不可避的不純物として１０ｐｐｍ以下のＳｂ２Ｏ３と、残部ＳｎＯ２とからなる、１４５０℃以上で焼結した焼結体が知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、１０．２質量％のＳｂ２Ｏ３を含む、８２０℃以下で焼結したＳｎＯ２−Ｓｂ２Ｏ３焼結体が知られている（例えば、特許文献２を参照）。また、Ｓｂ２Ｏ３を３〜１０質量％含み、残部がＳｎＯ２および不可避的不純物からなる、８００℃で焼結した酸化錫−酸化第一アンチモン焼結体ターゲットが知られている（例えば、特許文献３を参照）。また、６質量％の酸化アンチモンと、５〜２０質量％の酸化亜鉛と、残部ＳｎＯ２とからなる、１５００℃で焼結した錫−アンチモン酸化物焼結体ターゲットが知られている（例えば、特許文献４を参照）。しかしながら、これらのいずれの文献においても、１０ｐｐｍを越え１質量％未満のＳｂ２Ｏ３を含む焼結体からなり、スパッタ膜の膜応力が絶対値で小さく、スパッタリングの際にスパッタカソードの周辺構造物からの膜剥離が少ない、ＳｎＯ２系スパッタリングターゲットについての知見は何ら示されていない。
【０００５】
【特許文献１】特許第３９５７９１７号公報
【特許文献２】特許第３６６２１６８号公報
【特許文献３】特許第３７１００２１号公報
【特許文献４】特開２００３−７３８１９号公報
【発明の概要】
【０００６】
本発明者らは、今般、ＳｎＯ２系スパッタリングターゲットにおいて、Ｓｂ２Ｏ３添加量を１０ｐｐｍを越え１質量％未満に特定することにより、得られたＳｎＯ２系焼結体をスパッタリングターゲットとして使用すると、膜応力が絶対値で小さいスパッタ膜が得られ、スパッタリングの際にスパッタカソードの周辺構造物からの膜剥離が少ないことを知見した。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、スパッタ膜の膜応力が絶対値で小さく、スパッタリングの際にスパッタカソードの周辺構造物からの膜剥離が少ない、１０ｐｐｍを越え１質量％未満のＳｂ２Ｏ３を含んでなる焼結体からなるＳｎＯ２系焼結体ターゲットを提供することにある。
【０００８】
すなわち、本発明によるＳｎＯ２系スパッタリングターゲットは、１０ｐｐｍを越え１質量％未満のＳｂ２Ｏ３と、合計質量が２０質量％以下であるＴａ２Ｏ５および／またはＮｂ２Ｏ５と、残部としてのＳｎＯ２および不可避不純物とからなる焼結体からなるものである。
【発明の具体的説明】
【０００９】
ＳｎＯ２系スパッタリングターゲット
本発明によるＳｎＯ２系スパッタリングターゲットは、１０ｐｐｍを越え１質量％未満のＳｂ２Ｏ３と、合計質量が２０質量％以下、好ましくは１〜２０質量％であるＴａ２Ｏ５および／またはＮｂ２Ｏ５と、残部としてのＳｎＯ２および不可避不純物とからなる焼結体からなる。このようなＳｎＯ２系焼結体をスパッタリングターゲットとして使用すると、膜応力が絶対値で小さいスパッタ膜が得られ、スパッタリングの際にスパッタカソードの周辺構造物からの膜剥離を少なくすることができる。
【００１０】
本発明の好ましい態様によれば、Ｓｂ２Ｏ３の含有量は１１〜９０００ｐｐｍであるのが好ましく、より好ましくは１００〜６０００ｐｐｍであり、さらに好ましくは３００〜２０００ｐｐｍである。この組成範囲内の焼結体からなるスパッタリングターゲットを用いたスパッタリングにおいては、得られるスパッタ膜の膜応力を絶対値でより小さくして、スパッタリングの際にスパッタカソードの周辺構造物からの膜剥離をより少なくすることができる。
【００１１】
本発明の好ましい態様によれば、Ｔａ２Ｏ５の含有量は好ましくは０〜１５質量％であり、かつＮｂ２Ｏ５の含有量は好ましくは０〜１５質量％である。この組成範囲内の原料混合粉末を用いることで、比較的大型の焼結体を製造することのできるコールドプレス法や、鋳込み法により焼結体を作製することができ、しかも１３００℃以上の高温条件で焼結を行うことができる。
【００１２】
本発明の好ましい態様によれば、本発明によるスパッタリングターゲットは、１３００℃以上で焼結した焼結体からなるのが好ましく、より好ましくは１３５０〜１６５０℃であり、さらに好ましくは１５００〜１６５０℃である。この温度範囲で焼結した焼結体は、液相焼結が充分に進行しており、焼結密度の高い焼結体となることができる。
【００１３】
本発明の好ましい態様によれば、本発明によるスパッタリングターゲットは、相対密度が６０％以上である焼結体からなるのが好ましく、より好ましくは７５％以上であり、さらに好ましくは９５％以上である。この相対密度の範囲では、スパッタリング時の成膜速度を速くし、またターゲットの使用期間を長くし、さらにスパッタリング中のアーキングを少なくすることができる。また、焼結密度が高くなると、焼結体内部の気泡などを低減することができる。
【００１４】
本発明の好ましい態様によれば、本発明によるスパッタリングターゲットをスパッタリングに用いた際に、膜応力の絶対値が１０５０ＭＰａ以下であるスパッタ膜を得ることが好ましく、より好ましくは１０００ＭＰａ以下である。この膜応力値の範囲内においては、スパッタカソードの周辺構造物からの膜剥離が少なく、膜剥離によるパーティクルの発生を抑制することができる。
【００１５】
ＳｎＯ２系スパッタリングターゲットの製造方法
本発明によるＳｎＯ２系スパッタリングターゲットの製造方法は特に限定されないが、以下に示される好ましい態様に従い行うことができる。すなわち、本発明の好ましい態様によれば、まず、ＳｎＯ２を主成分とし、Ｓｂ２Ｏ３を１０ｐｐｍを越え１質量％未満含み、Ｔａ２Ｏ５および／またはＮｂ２Ｏ５を合計質量で２０質量％以下含む、未焼結の成形体を用意する。本発明において未焼結の成形体は、上記組成を含む原料粉を成形したものであればいかなる方法により成形されたものであってもよく、例えば、ＳｎＯ２粉末、Ｓｂ２Ｏ３粉末、Ｔａ２Ｏ５粉末、およびＮｂ２Ｏ５粉末を上記組成を満たすような配合量比で混合して原料粉を調製し、この原料粉を成形することにより作製することができる。
【００１６】
本発明の好ましい態様によれば、原料粉を用いた未焼結体の成形体は、原料粉にバインダーを添加して所定の形状を付与し易くするのが好ましい。このようなバインダーとしては、加熱により消失ないし飛散する公知のバインダーであれば限定されず、ポリビニルアルコール水溶液等が使用可能である。乾燥および加熱の方法は限定されるものではないが、先ず５０〜１３０℃で５〜３０時間乾燥を行い、次いで５００〜８００℃で６〜２４時間加熱して脱脂を行うのが好ましい。
【００１７】
本発明の好ましい態様によれば、上記の通り用意された未焼結の成形体を１３００℃以上で焼結するのが好ましく、より好ましくは１３５０〜１６５０℃であり、さらに好ましくは１５００〜１６５０℃である。この温度範囲で焼結を行うことにより、液相焼結が充分に進行して焼結密度を高くすることができ、さらには、ＳｎＯ２の溶融を防止して所望の形状の焼結体の作製を行い易くすることができる。
【００１８】
本発明の好ましい態様によれば、焼結は、２〜２０時間行われるのが好ましく、より好ましくは３〜１２時間であり、さらに好ましくは４〜８時間である。この範囲内であると、電力消費量を抑制し、かつ高い生産性を確保しながら、充分に焼結を行うことができる。
【００１９】
本発明の好ましい態様によれば、焼結は、高い焼結密度を確保するために酸素含有雰囲気下で行われるのが好ましく、例えば、酸素加圧雰囲気下、酸素雰囲気下、あるいは大気雰囲気下で行うことができる。
【実施例】
【００２０】
例１〜３７
（１）スパッタリングターゲットの作製
まず、以下の４種類の原料粉末を用意した。
ＳｎＯ２粉末：純度９９．９９％（４Ｎ）、平均粒径０．７〜１．１μｍ、比表面積２．０〜２．７ｍ２／ｇ
Ｔａ２Ｏ５粉末：純度９９．９％（３Ｎ）、平均粒径０．６〜０．８μｍ、比表面積２．０〜３．１ｍ２／ｇ
Ｎｂ２Ｏ５粉末：純度９９．９％（３Ｎ）、平均粒径０．６〜１．０μｍ、比表面積２．１〜２．７ｍ２／ｇ
Ｓｂ２Ｏ３粉末：純度９９．９％（３Ｎ）、平均粒径０．６〜１．０μｍ、
各例について、上記４種類の原料粉末を、それぞれ秤量し、ドライボールミルで２１時間混合した。この混合粉にポリビニルアルコール水溶液を添加し、充分混合した後、４００×８００ｍｍ寸法の金型に充填し、８００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力にてプレス成形した。この成形体を８０℃で１２時間乾燥させた。この乾燥体を、酸素雰囲気下で、表１に示される焼成温度で８時間焼成し、焼結体を得た。この際、昇温速度は４００℃／時間、降温速度は１００℃／時間に制御した。得られた焼結体を直径１５２．４ｍｍ、厚さ５ｍｍの大きさに機械加工して、ＳｎＯ２系スパッタリングターゲットを得た。また、焼結体の加工端材について、乳鉢を用いて粉砕し、テフロン（登録商標）製容器に、その粉砕粉、硝酸と塩酸の混酸、および超純水を加え加水分解した後、定溶液とした。得られた定溶液中のＴａ、Ｎｂ、およびＳｂの各元素の測定を、ＩＣＰ質量分析装置（Ａｇｉｌｅｎｔ社製４５００）を用いて、ＩＣＰ質量分析法で行った。酸化物換算した値を表１に示す。
【００２１】
（２）評価
得られたスパッタリングターゲットについて、以下に示される各種評価試験を行った。
【００２２】
評価１：相対密度の測定
各スパッタリングターゲットの相対密度をアルキメデス法により測定した。このとき、各原料の密度をＳｎＯ２：６．９５ｇ／ｃｍ３、Ｔａ２Ｏ５：８．７４ｇ／ｃｍ３、Ｎｂ２Ｏ５：４．４７ｇ／ｃｍ３として加重平均密度（理論密度）を算出し、この加重平均密度を１００％として相対密度を算出した。その結果は、表１に示される通りであった。
【００２３】
評価２：スパッタ膜の膜応力の評価
例１〜３７で得られたスパッタリングターゲットを無酸素銅製のバッキングプレートにメタルボンディングした。そして、メタルボンディングした各スパッタリングターゲットについて、以下に示されるスパッタ条件で、直流電源を用いたスパッタリングを行い、シリコンウェーハにスパッタ成膜した。
カソード：強磁場磁気回路
ターゲット／基板間距離：５０ｍｍ
スパッタ室到達圧力：＜１×１０−４Ｐａ
基板温度：室温（加熱無し）
導入ガス：アルゴン＋酸素（酸素濃度１体積％）
導入ガス分圧：０．６７Ｐａ
直流印加電力：３６０Ｗ
膜厚：５００ｎｍ
基板：φ４ｉｎｃｈ×５２５μｍ  シリコンウェーハ
【００２４】
こうして得られたスパッタ膜について、 ＦＬＸ−２３２０−５（東朋テクノロジー社製）を用いて曲率半径を測定し、以下の計算式を用いて、応力を算出した。膜応力の負符号は圧縮応力であることを示す。
σ＝Ｅｂ２／｛６（１‐ν）*ｒｄ}
σ：応力
Ｅ：基板のヤング率
ｂ：基板の厚さ
ν：基板のポアソン比
ｄ：膜厚
ｒ：成膜後の基板の曲率半径（ニュートン法により測定）
【００２５】
結果は表１に示される通りであり、本発明の組成を満たすスパッタリングターゲットを用いて成膜したスパッタ膜は、いずれも低い膜応力を有することが分かる。
【００２６】
評価３：膜剥離の評価
例１〜３７で得られたスパッタリングターゲットを、図１に示されるスパッタリング装置を用いて以下の通りにして膜剥離の評価を行った。図１に示されるスパッタリング装置は、チャンバー１内に、ターゲット２が載置されるためのバッキングプレート３と、バッキングプレート３と対向して設けられる基板ホルダー４とを備えてなる。そして、チャンバー１内には、ターゲット２およびバッキングプレート３の側面を保護するアースシールド５と、チャンバー１への被膜形成を防止する防着板６とがさらに設けられる。
【００２７】
まず、各スパッタリングターゲットを、チャンバー１内のバッキングプレート３にメタルボンディングした。そして、メタルボンディングしたターゲット２について、以下に示されるスパッタ条件で、連続放電した。連続放電後、基板ホルダー４、アースシールド５、および防着板６に付着した膜を観察し、明らかに膜剥離しているものを×、そうでないものを○とした。
カソード：強磁場磁気回路
スパッタ室到達圧力：＜１×１０−４Ｐａ
導入ガス：アルゴン＋酸素（酸素濃度１体積％）
導入ガス分圧：０．６７Ｐａ
直流印加電力：３６０Ｗ
膜厚：５００ｎｍ
スパッタ時間：連続３０ｈｒ放電
アースシールド：アランダム＃６０ブラスト処理品
基板ホルダー：アランダム＃６０ブラスト処理品
防着板：アランダム＃６０ブラスト処理品
【００２８】
結果は表１に示される通りであり、本発明の組成を満たすスパッタリングターゲットを用いて連続放電した後、図１に示される基板ホルダー４、アースシールド５、および防着板６に付着した膜はいずれも膜剥離を生じないことが分かる。
【００２９】
【表１】
0005249560.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】膜剥離の評価に用いたスパッタリング装置の概略模式図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  チャンバー
２  ターゲット
３  バッキングプレート
４  基板ホルダー
５  アースシールド
６  防着版
【図１】
0005249560.tif 000003