(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
合計量が酸化物換算で２０重量％以下のＮｂまたはＮｂおよびＴａと、残部ＳｎＯ2および不可避的不純物とからなる、１４５０℃以上で焼結したＳｎＯ2系焼結体からなり、その焼結密度が４．０ｇ／ｃｍ3以上であることを特徴とする、薄膜形成用材料。
【請求項２】
前記ＳｎＯ2系焼結体が、合計量が酸化物換算で２０重量％以下のＮｂおよびＴａと、残部ＳｎＯ2および不可避的不純物とからなる、請求項１に記載の薄膜形成用材料。
【請求項３】
前記焼結体が、大気雰囲気または酸素雰囲気にて焼結してなる、請求項１または２に記載の薄膜形成用材料。
【請求項４】
前記不可避的不純物がＳｂ2Ｏ3を含有し、前記焼結体中のＳｂ2Ｏ3含有量が１０ｐｐｍ以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の薄膜形成用材料。
【請求項５】
実質的にＳｂ2Ｏ3を含有しない、請求項１〜３のいずれか一項に記載の薄膜形成用材料。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の薄膜形成用材料のスパッタリングターゲットへの使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリングターゲットなどの薄膜形成用材料に関し、特にプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）やタッチパネル等の透明導電膜の形成に使用するスパッタリングターゲットに好適なＳｎＯ2（酸化錫）系焼結体からなる薄膜形成用材料に関するものである。
【０００２】
ここで、ＳｎＯ2系焼結体とは、ＳｎＯ2を８０重量％以上、好ましくは９０重量％以上ならびに不可避的不純物を含む化合物からなる焼結体をいう。
【０００３】
【従来の技術】
近年、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に代わる表示デバイスとして、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）が注目されている。ＰＤＰはＬＣＤに比べて、バックライトを要しないため、表示装置をより薄く形成することができる等の利点を有しており、壁掛けＴＶ等への応用が期待されている。
【０００４】
ＰＤＰには、ＬＣＤと同様、透明電極が必要不可欠であり、ＩＴＯ（酸化インジウム−酸化錫）膜やＳｎＯ2系透明導電膜がこれに用いられている。ＩＴＯ膜は、低抵抗でエッチング特性にもすぐれているが、高価であり、またＰＤＰ製造プロセス上、耐熱性や耐薬品性において問題がある。一方、ＳｎＯ2系薄膜は、抵抗値の点ではＩＴＯ膜に劣るものの、比較的安価であり、耐熱性や耐薬品性にもすぐれているという利点を有している。
【０００５】
従来、ＳｎＯ2系焼結体においては、ＳｎＯ2薄膜の抵抗値を下げるために酸化第一アンチモン（Ｓｂ2Ｏ3）を添加することが行われている。このようなＳｂ2Ｏ3が添加されたＳｎＯ2焼結体からなるスパッタリングターゲットを製造するためには、ホットプレス（ＨＰ）法が一般に用いられている。ホットプレス法においては、圧力をかけながら焼結を行うため、焼成密度や強度をある程度向上させる上では有利であるものの、装置上の制限から大型の焼結体を得ることは容易ではない。したがって、従来、大型のスパッタリングターゲットを作製する場合、複数の焼結体を張り合わせてターゲットを構成することが一般に行われている。しかしながら、複数の継ぎ目を有するターゲットを使用してスパッタリングによりＳｎＯ2薄膜を形成する場合においては、継ぎ目からアーキングやノジュールが発生し、安定な成膜を行うことができないという問題がある。したがって、継ぎ目のないターゲットやより継ぎ目の少ないターゲットが要請されていることから、より大型の焼結体を製造する技術が求められている。
【０００６】
大型の焼結体を製造する方法としては、原料混合粉末をプレス成形して得た成形体を焼結するコールドプレス（ＣＰ）法や、原料混合粉末を鋳込み成形して得た成形体を焼結する鋳込み法がある。
【０００７】
しかしながら、Ｓｂ2Ｏ3が添加されたＳｎＯ2ターゲットを作製する場合、Ｓｂ2Ｏ3が約１０００℃前後の温度で、大気中、酸素雰囲気中、不活性ガス中あるいは真空中など一般的な雰囲気条件において溶融するため、少なくとも１０００℃以下の温度で熱処理する必要がある。したがって、ＣＰ法または鋳込み法によって焼結体を焼成する場合は、このように焼成温度に制限があるため、焼結が十分に進行せず、焼結が不十分な脆い焼結体しか得ることができないという問題がある。このような脆さを有する焼結体を用いてスパッタリングターゲットを作製する場合にあっては、その加工中に加工応力によって焼結体に割れや亀裂が生じたり、あるいはバッキングプレートへ焼結体をボンディングする際の熱応力によって割れが生じるという問題がある。このような割れが生じる傾向は、ターゲットの寸法が大型化するに従って顕著となる。
【０００８】
したがって、高温での焼結、たとえば１３００℃以上、好ましくは１４５０℃以上での高温での焼結が可能なＳｂ2Ｏ3に代わる添加剤が求められている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、比較的大型の焼結体を製造することのできるＣＰ法、鋳込み法により作製が可能であり、しかも１３００℃以上の高温条件での焼結することができる、組成のばらつきがなく、かつ、高密度のＳｎＯ2系焼結体からなる薄膜形成用材料を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明に係る薄膜形成用材料は、Ｇａ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏおよびＴａからなる群から選ばれた少なくとも１種を含有し、その添加量の合計が酸化物換算で２０重量％以下であるＳｎＯ2系焼結体からなり、その焼結密度が４．０ｇ／ｃｍ3以上であることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の好ましい態様においては、上記焼結体の焼結密度は５．０ｇ／ｃｍ3以上であり、さらに好ましくは、上記添加成分は、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏからなる群から選ばれた少なくとも１種からなり、焼結体の焼結密度は、６．６ｇ／ｃｍ3以上である。
【００１２】
また、本発明の他の好ましい態様においては、本発明による薄膜形成用材料は、Ｘ2Ｏ5（Ｘは任意の元素）の酸化物形態を有する元素を少なくとも１種含有し、その添加量の合計が酸化物換算で２０重量％以下であるＳｎＯ2系焼結体からなり、その焼結密度は４．０ｇ／ｃｍ3以上である。
【００１３】
さらに、この場合の好ましい態様においては、上記添加成分は、Ｎｂおよび／またはＴａからなる。
【００１４】
さらに、本発明に係る上記焼結体は、大気雰囲気または酸素雰囲気にて焼結してなるものであり、該焼結体は、実質的にＳｂ2Ｏ3を含有しない。
【００１５】
本発明による薄膜形成用材料は、所定のバッキングプレート等を具備することによってスパッタリングターゲットへの好適に適用され得る。したがって、本発明は、スパッタリングターゲットをも包含する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明による薄膜形成用材料は、Ｇａ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏおよびＴａからなる群から選ばれた少なくとも１種を含有し、その添加量の合計が酸化物換算で２０重量％以下であるＳｎＯ2系焼結体からなり、その焼結密度が４．０ｇ／ｃｍ3以上であることを特徴としている。
【００１７】
本発明者は、ＳｎＯ2系粉末にＧａ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏおよびＴａからなる群から選ばれた少なくとも１種を含有し、その添加量の合計が酸化物換算で２０重量％以下とし、この原料混合粉末を成形・焼結することにより、比較的大型の焼結体を製造することのできるＣＰ法、鋳込み法により作製が可能であり、しかも１３００℃以上の高温条件での焼結が可能になることを見出した。本発明によるＳｎＯ2系焼結体は、このような知見に基づいてなされたものである。
【００１８】
上記の添加成分の添加形態については、メタル粉、酸化物粉、窒化物粉、水酸化物粉、炭化物粉など特に形態を選ばないが、焼結中におけるガスの発生がないメタル粉、酸化物粉での添加が好ましく、比較的高温まで溶融しない酸化物粉がさらに好ましい。
【００１９】
混合方法は、不純物が混入せず、均一微細に混合できればよく、一般的には乾式混合、湿式混合などが知られている。また、共沈法などにより混合粉を作製する方法も有効である。
【００２０】
上記添加成分の添加量は、その合計が酸化物換算において、２０重量％以下であり、さらに好ましくは６重量％以下である。添加量が２０重量％を超えると、ＳｎＯ2焼結体の特性に悪影響を与えるためにである。具体的には、添加物の合計量が２０重量％を超えると、スパッタリングにより成膜されたＳｎＯ2系透明導電膜の透過率と比抵抗がともに低下するので、好ましくない。
【００２１】
本発明による薄膜形成溶材料を構成する焼結体は、好ましくは、その焼結密度が４．０ｇ／ｃｍ3以上であり、さらに好ましくは５．０ｇ／ｃｍ3以上である。さらに本発明の好ましい態様においては、上記添加成分は、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏからなる群から選ばれた少なくとも１種からなり、その焼結体の焼結密度は、６．６ｇ／ｃｍ3以上である。
【００２２】
また、本発明の他の好ましい態様においては、本発明による薄膜形成用材料は、Ｘ2Ｏ5（Ｘは任意の元素）の酸化物形態を有する元素を少なくとも１種含有し、その添加量の合計が酸化物換算で２０重量％以下であるＳｎＯ2系焼結体からなり、その焼結密度は４．０ｇ／ｃｍ3以上である。
【００２３】
さらに、この場合の好ましい態様においては、上記添加成分は、Ｎｂおよび／またはＴａからなる。
【００２４】
本発明による薄膜形成用材料は、所定のバッキングプレート等を具備することによってスパッタリングターゲットへの好適に適用され得る。したがって、本発明は、スパッタリングターゲットをも包含する。
【００２５】
本発明における焼結体の製造に際しては、原料粉末を常法にしたがって混合し、成形し、焼結する諸工程を含む。成形方法は特に限定されるものではなく、プレス成形、鋳込み成形などが考えられるが、所定の寸法に成形できれば、どのような成形方法でも本発明に適用することができる。
【００２６】
本発明における焼結体は実質的にＳｂ2Ｏ3を含有しなか、あるいは含有したとしても１０ｐｐｍ以下の不可避的含有量であることから、従来のようにＳｂ2Ｏ3を含有する原料混合物の焼結の場合のように焼結温度を１０００℃程度以上に上げることができないという焼結条件上の制限がない。すなわち、本発明においては、焼結温度条件として、１３００℃以上、好ましくは１４５０℃以上の温度条件を採用することができる。したがって、本発明においては、高温の焼結によって、強度の高い焼結体が得られることから、比較的大型の焼結体の製造に適したＣＰ法や鋳込み法を採用することが可能となる。
【００２７】
なお、焼結時間は得ようとする焼結体の寸法や組成によって適宜選択され得るが、１時間から３０時間が適当であり、好ましくは２時間から１０時間である。焼結雰囲気は、大気、酸素、還元雰囲気など特に限定される物ではないが、製造コストの観点から、大気中、酸素雰囲気中での焼結がより好ましく、大気雰囲気が特に好ましい。
【００２８】
本発明によれば、大型のＳｎＯ2系焼結体の製造が可能であり、製造法にもよるが、たとえば、３００×６００×８ｍｍ程度の比較的大型の焼結体を得ることができる。
【００２９】
また、一般に、本発明の焼結体をスパッタリングターゲットに適用する場合にあっては、焼結密度が高いほど成膜速度が速く、またターゲットの使用期間が長くなり、さらにスパッタリング中のアーキングが少なくなるなどの利点があるため、高密度の焼結体を形成することが望ましい。本発明においては、上述した組成の選択とともに焼結条件の最適化が図られることから、４．０ｇ／ｃｍ3以上の焼結密度、さらに好ましくは５．０ｇ／ｃｍ3以上、さらに好ましくは６．６ｇ／ｃｍ3以上の焼結密度を得ることが可能である。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上においても好ましい。
【００３０】
また、焼結体をスパッタリングターゲットとして用いる場合は、そのスパッタ面の表面粗さは、一般的にその組成の如何によらず、表面粗さ０．１〜６．０μｍ程度が適当である。
【００３１】
上述した本発明による焼結体は、ＣＰ法、鋳込み法による製造方法に特に適しているが、同様にＨＰ法、ＨＩＰ法（Ｈｏｔ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓ法）にも適用が可能である。
【００３２】
【実施例】
実施例１および比較例
純度９９．９９％、平均粒径０．８〜１．４μｍ（光透過法にて測定）、比表面積２．０〜３．０ｍ2／ｇの粉末に市販のＧａ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5、Ｍｎ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｔａ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3、ＧｅＯ2、ＳｉＯ2、Ｙ2Ｏ3粉末を各々５ｗｔ％添加した１２種類の混合粉末を得てそれぞれボールミルを用いて２０時間混合した。混合粉にポリビニルアルコール水溶液を添加して造粒し、４００ｍｍ×８００ｍｍの寸法のプレス金型に充填し、５００Ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレス成形した。この時の成形体の成形密度は３．３〜３．９ｇ／ｃｍ3であった。これを８０℃で１５時間乾燥したのち、２００℃〜６００℃にて脱脂した物を、酸素雰囲気１５００℃にて４時間焼結した。なお昇温速度、降温速度共に１００℃／ｈｒである。このようにして得られた焼結体を加工して、３００ｍｍ×６００ｍｍ×８ｍｍの寸法のスパッタリングターゲットを作製した。このスパッタリングターゲットの焼結密度を表１に示す。スパッタリングターゲットの表面粗さＲａは０．６μｍであった。スパッタリングターゲットの組成を分析するとそれぞれの混合粉と同じ組成であった。スパッタリングターゲットは着色されており高純度のＳｎＯ2を焼結したときの白色ではなかった。
実施例２
純度９９．９９％、平均粒径０．８〜１．４μｍ（光透過法にて測定）、比表面積２．０〜３．０ｍ2／ｇの粉末に市販のＮｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5粉末を５ｗｔ％添加し、ボールミルを用いて２０時間混合した。混合粉にポリビニルアルコール水溶液を添加し造粒して、４００ｍｍ×８００ｍｍの寸法のプレス金型に充填し、５００Ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレス成形した。この時の成形体の成形密度は３．３〜３．９ｇ／ｃｍ3であった。これを８０℃で１５時間乾燥した後、２００℃〜６００℃にて脱脂した物を、酸素雰囲気１５００℃にて４時間焼結した。なお昇温速度、降温速度共に１００℃／ｈｒである。このようにして得られた焼結体を加工しスパッタリングターゲットを作製した。このスパッタリングターゲットの焼結密度を表２に示す。スパッタリングターゲットの表面粗さＲａは０．６μｍであった。
【００３３】
【表１】
0003957917.tif 000002
【００３４】
【表２】
0003957917.tif 000003