(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉｎ、Ｓｎ、Ｍｇ及びＯからなる焼結体から構成されるＭｇ含有ＩＴＯスパッタリングターゲットの製造方法において、前記焼結体を製造するための原料粉末中のＭｇ源となる粉末として、インジウム酸マグネシウム粉末及び／又はスズ酸マグネシウム粉末を用いることを特徴とするＭｇ含有ＩＴＯスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項２】
酸化インジウム粉末及び酸化スズ粉末と、インジウム酸マグネシウム粉末及び／又はスズ酸マグネシウム粉末とを混合し、成形した後、焼結してＩｎ、Ｓｎ、Ｍｇ及びＯからなる焼結体を得ることを特徴とするＭｇ含有ＩＴＯスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項３】
酸化インジウム−酸化スズ複合酸化物粉末と、インジウム酸マグネシウム粉末及び／又はスズ酸マグネシウム粉末とを混合し、成形した後、焼結してＩｎ、Ｓｎ、Ｍｇ及びＯからなる焼結体を得ることを特徴とするＭｇ含有ＩＴＯスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項４】
焼結体中のＭｇの含有量が、Ｍｇ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｍｇ）の原子比で０．１〜２０．０％の割合であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＭｇ含有ＩＴＯスパッタリングターゲットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明導電膜製造の際に使用されるスパッタリングターゲットの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）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、抵抗膜方式のタッチパネル、太陽電池用窓材、帯電防止膜、電磁波防止膜、防曇膜、センサ等の広範囲な分野に渡って用いられている。
【０００３】
このようなＩＴＯ薄膜に新たな機能を持たせることを目的として、第３元素を添加する試みがなされている。例えば、薄膜の低抵抗率化を目的としてＴａ、Ｈｆを添加する方法、ノジュール発生量低減を目的としてＣｅを添加する方法、エッチング特性の改善を目的としてＣ、Ｆ、Ｂ等を添加する方法、薄膜の高抵抗率化を目的としてＡｌおよび／またはＳｉを添加する方法等を例示することができる。
【０００４】
一方、ＩＴＯ薄膜を得る方法としては、スプレー分解法、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とに大別することができるが、とりわけスパッタリング法は、薄膜の大面積化が容易でかつ高性能な膜を得ることができるので広く利用されている。
【０００５】
スパッタリングでのＩＴＯ成膜を行なう場合、アーキングが多く発生すると、形成された薄膜中に異物欠陥が発生する。これは液晶表示装置等のフラットパネルディスプレイにおける製造歩留まり低下の原因となり、アーキング発生を抑制できるスパッタリングターゲットが強く望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らはＩＴＯ薄膜の耐久性（耐湿性、耐高温性）向上を目的として、第３元素としてＭｇを添加する方法を開発した。このＭｇ含有ＩＴＯ薄膜は、膜表面が平坦でエッチング特性が向上する、薄膜の抵抗率がＩＴＯに比べ若干高いといった特徴を併せ持ち、さらに耐熱性、耐湿性に優れていることから、特に抵抗膜式のタッチパネル用透明導電膜として優れた特徴を有している。
【０００７】
Ｉｎ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｏを含有するターゲットは、酸化インジウム粉末、酸化スズ粉末および酸化マグネシウム粉末あるいは水酸化マグネシウム粉末を混合し、成形、焼結するといった方法で製造されていた（特開平１０−２９０６１０号公報、特開平１１−２７０００５号公報）。しかしながらこのような方法では、スパッタリング時にアーキングが多く発生し、フラットパネルディスプレイにおける製造歩留まりの点で大きな課題を有していた。
【０００８】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、実質的にＩｎ、Ｓｎ、ＭｇおよびＯからなり、アーキングの発生を抑制できるＭｇ含有ＩＴＯスパッタリングターゲットの製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記問題を解決するためにＭｇ源となる原料粉末について検討を進めた結果、Ｍｇ源となる原料粉末としてインジウム酸マグネシウム粉末あるいはスズ酸マグネシウム粉末を用いることにより上記問題を解決できることを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
すなわち本発明は、実質的にＩｎ、Ｓｎ、Ｍｇ及びＯからなる焼結体から構成されるＭｇ含有ＩＴＯスパッタリングターゲットの製造方法において、前記焼結体を製造するための原料粉末中のＭｇ源となる粉末として、インジウム酸マグネシウム粉末及び／又はスズ酸マグネシウム粉末を用いることを特徴とするＭｇ含有ＩＴＯスパッタリングターゲットの製造方法に関し、特に、酸化インジウム粉末及び酸化スズ粉末と、インジウム酸マグネシウム粉末及び／又はスズ酸マグネシウム粉末とを混合し、成形した後、焼結して実質的にＩｎ、Ｓｎ、Ｍｇ及びＯからなる焼結体を得ることを特徴とするＭｇ含有ＩＴＯスパッタリングターゲットの製造方法、並びに、酸化インジウム−酸化スズ複合酸化物粉末と、インジウム酸マグネシウム粉末及び／又はスズ酸マグネシウム粉末とを混合し、成形した後、焼結して実質的にＩｎ、Ｓｎ、Ｍｇ及びＯからなる焼結体を得ることを特徴とするＭｇ含有ＩＴＯスパッタリングターゲットの製造方法に関するものである。
【００１１】
以下に本発明を更に詳細に説明する。
【００１２】
本発明の方法において、Ｍｇ含有ＩＴＯスパッタリングターゲットを構成する焼結体の原料粉末としては、例えば、▲１▼酸化インジウム粉末、酸化スズ粉末及びインジウム酸マグネシウム粉末を混合したもの、▲２▼酸化インジウム粉末、酸化スズ粉末及びスズ酸マグネシウム粉末を混合したもの、▲３▼酸化インジウム粉末、酸化スズ粉末、インジウム酸マグネシウム粉末及びスズ酸マグネシウム粉末を混合したもの、▲４▼酸化インジウム−酸化スズ複合酸化物粉末とインジウム酸マグネシウム粉末とを混合したもの、▲５▼酸化インジウム−酸化スズ複合酸化物粉末とスズ酸マグネシウム粉末とを混合したもの、▲６▼酸化インジウム−酸化スズ複合酸化物粉末、インジウム酸マグネシウム及びスズ酸マグネシウム粉末を混合したもの等を用いることができる。なお、本発明の酸化インジウム−酸化スズ複合酸化物粉末とは、▲１▼スズが固溶した酸化インジウム粉末、▲２▼酸化スズと酸化インジウムの化合物（Ｉｎ4Ｓｎ3Ｏ12）粉末、▲３▼酸化インジウム粉末、酸化スズ粉末、スズが固溶した酸化インジウム粉末及び／又は酸化スズと酸化インジウムの化合物（Ｉｎ4Ｓｎ3Ｏ12）粉末で構成される粉末、等の酸化物粉末であり、例えば、酸化インジウム粉末と酸化スズ粉末の混合粉末を焼成して固相反応させた後粉砕する、あるいは、インジウムイオンとスズイオンを含む溶液からの共沈物を仮焼した後粉砕する等により得ることができる。
【００１３】
ここで、原料粉末中のマグネシウム源としてインジウム酸マグネシウム粉末あるいはスズ酸マグネシウム粉末以外の粉末を用いた場合、焼結体中にＭｇの偏析が多く存在する。そのような焼結体からなるスパッタリングターゲットでは、スパッタリング中にアーキングの発生が起こりやすくなる。
【００１４】
これに対して、原料粉末中のマグネシウム源としてインジウム酸マグネシウム粉末あるいはスズ酸マグネシウム粉末を用いれば、原料粉末中のインジウム源やスズ源に関わらず、焼結体中にＭｇの偏析が存在せず、スパッタリング中のアーキングを抑制できるという優れた利点がある。
【００１５】
Ｍｇ含有ＩＴＯスパッタリングターゲットを製造する際には、焼結体の密度を高めるためボールミル等の粉砕装置を用いて、原料粉末を構成する酸化インジウム粉末、酸化スズ粉末及びインジウム酸マグネシウム粉末あるいはスズ酸マグネシウム粉末を、最大粒径が１μｍ以下、平均粒径が０．４μｍ以下に粉砕しておくことが望ましい。このことは、酸化インジウム−酸化スズ複合酸化物粉末を用いる場合も、また、インジウム酸マグネシウム粉末及びスズ酸マグネシウム粉末の両者を同時に用いる場合も同様である。尚本発明でいう粒径とは２次粒径を意味し、平均粒径とは粒度の体積での累積分布の５０％に相当する粉末の粒子径を意味する。
【００１６】
ここで、原料粉末中の酸化スズ粉末の混合量は、得られる焼結体中のＳｎとＩｎに関して、Ｓｎ／（Ｓｎ＋Ｉｎ）が原子比で１．９〜１４％となるような混合量とすることが好ましい。より好ましくは、４〜１１％である。この範囲にあれば、本発明の方法により得られるターゲットを用いてＭｇ含有ＩＴＯ薄膜を製造した際に、得られる薄膜の抵抗率を最も低下させることができる。
【００１７】
原料粉末中のインジウム酸マグネシウム粉末あるいはスズ酸マグネシウム粉末の混合量は、得られる焼結体中のＳｎ、Ｉｎ及びＭｇに関して、Ｍｇ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｍｇ）が原子比で０．１〜２０．０％となる混合量とすることが好ましい。より好ましくは０．１〜１５．０％、さらに好ましくは０．５〜１３．０％である。得られる焼結体中のＭｇ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｍｇ）が０．１％より少ないと、エッチング特性及び耐久性が劣り適切でない場合があり、２０．０％を超えると、抵抗率が高くなりすぎる場合がある。なお、焼結時の原料粉末中のＳｎ、Ｉｎ、Ｍｇの蒸発が無視できない場合は、蒸発による組成ずれを考慮して原料粉末の混合比を調整する。原料粉末としてインジウム酸マグネシウム粉末とスズ酸マグネシウム粉末の両者を同時に混合する場合も同様である。
【００１８】
上記の原料粉末の混合は、ボールミルなどの公知の方法により、乾式混合あるいは湿式混合して行えばよい。
【００１９】
次に、得られた混合粉末を用いてＭｇ含有ＩＴＯ焼結体からなるＭｇ含有ＩＴＯスパッタリングターゲットを製造する。Ｍｇ含有ＩＴＯ焼結体の製造方法について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。
【００２０】
前述のようにして得られた酸化インジウム粉末、酸化スズ粉末およびインジウム酸マグネシウム粉末あるいはスズ酸マグネシウム粉末の混合粉末に必要に応じて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成形体を製造する。
【００２１】
プレス法により成形体を製造する場合には、所定の金型に混合粉末を充填した後、粉末プレス機を用いて１００〜３００ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレスを行う。粉末の成形性が悪い場合には、必要に応じてパラフィンやポリビニルアルコール等のバインダーを添加してもよい。
【００２２】
鋳込法により成形体を製造する場合には、上記した原料粉末である酸化インジウム粉末、酸化スズ粉末およびインジウム酸マグネシウム粉末あるいはスズ酸マグネシウム粉末の混合粉末にバインダー、分散剤、イオン交換水を添加し、ボールミル等により混合することにより鋳込成形体製造用スラリーを製造する。続いて、得られたスラリーを用いて鋳込を行う。鋳型にスラリーを注入する前に、スラリーの脱泡を行うことが好ましい。脱泡は、例えばポリアルキレングリコール系の消泡剤をスラリーに添加して真空中で脱泡処理を行えばよい。続いて、鋳込み成形体の乾燥処理を行う。
【００２３】
次に、得られた成形体に必要に応じて、冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）等の緻密化処理を行う。この際ＣＩＰ圧力は充分な圧密効果を得るため２ｔｏｎ／ｃｍ2以上が好ましく、さらに２〜５ｔｏｎ／ｃｍ2であることが好ましい。
【００２４】
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、成形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。
【００２５】
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、いかなる方法でも適用可能であるが、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。またこれ以外にも、ホットプレス（ＨＰ）法、熱間静水圧プレス（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。
【００２６】
焼結条件についても適宜選択することができるが、Ｍｇ含有ＩＴＯスパッタリングターゲットを製造する場合、充分な密度上昇効果を得るため及び酸化スズの蒸発を抑制するために、焼結温度は１４５０〜１６５０℃であることが望ましい。また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時間以上であることが好ましく、さらに５〜３０時間であることが好ましい。
【００２７】
次に、得られた焼結体を機械加工等により所望の形状に加工し、この加工されたＭｇ含有ＩＴＯ焼結体を必要に応じて例えば無酸素銅からなるバッキングプレートにインジウム半田等を用いて接合することにより、Ｍｇ含有ＩＴＯスパッタリングターゲットが製造される。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を実施例により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。
【００２９】
実施例１
Ｉｎ2Ｏ3粉末（平均粒径０．３８μｍ）４５０重量部、ＳｎＯ2粉末（平均粒径０．３８μｍ）５０重量部およびインジウム酸マグネシウム粉末（平均粒径０．４０μｍ）３０重量部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。
【００３０】
この粉末を金型に入れ、３００ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレスして成形体とした。成形体のサイズは１５０ｍｍ×３００ｍｍ×１０ｍｍｔであり、これらの成形体を３ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力でＣＩＰによる緻密化処理を行った。次に該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。
（焼結条件）
焼結温度：１５００℃、昇温速度：２５℃／Ｈｒ、焼結時間：６時間、酸素圧：５０ｍｍＨ2Ｏ（ゲージ圧）、酸素線速（酸素流入速度／焼結炉床面積）：２．７ｃｍ／分
得られた焼結体を湿式加工法により１００ｍｍ×２００ｍｍ×６ｍｍｔの焼結体に加工し、インジウム半田を用いて無酸素銅製のバッキングプレートにボンディングしてターゲットとした。このターゲットを用いて以下の条件でスパッタリングを行った。
装置：ＤＣマグネトロンスパッタ装置
磁界強度：１０００Ｇａｕｓｓ（ターゲット直上、水平成分）
スパッタリングガス：Ａｒ＋Ｏ2
スパッタリングガス圧：５ｍＴｏｒｒ
Ｏ2／Ａｒ：０．６％（体積比）
ＤＣパワー：６００Ｗ
３０時間の連続放電を実施した間に発生したアーキング数は、１０３回であった。
【００３１】
実施例２
Ｉｎ2Ｏ3粉末（平均粒径０．３８μｍ）４５０重量部、ＳｎＯ2粉末（平均粒径０．３８μｍ）５０重量部およびスズ酸マグネシウム粉末（平均粒径０．４０μｍ）３０重量部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。
【００３２】
この粉末を金型に入れ、３００ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレスして成形体とした。成形体のサイズは１５０ｍｍ×３００ｍｍ×１０ｍｍｔであり、これらの成形体を３ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力でＣＩＰによる緻密化処理を行った。
【００３３】
該成形体を実施例１と同様の条件で焼結した。
【００３４】
この焼結体を湿式加工法により１００ｍｍ×２００ｍｍ×６ｍｍｔの焼結体に加工し、インジウム半田を用いて無酸素銅製のバッキングプレートにボンディングしてターゲットとした。得られたターゲットを実施例１と同様の条件でスパッタリングし、アーキング発生数を調べた。
【００３５】
放電終了時のアーキング数は１０５回であった。
【００３６】
実施例３
共沈法により作製された酸化インジウム−酸化スズ複合酸化物粉末（平均粒径０．３８μｍ）５００重量部、スズ酸マグネシウム粉末（平均粒径０．４０μｍ）３０重量部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。
【００３７】
この粉末を金型に入れ、３００ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレスして成形体とした。成形体のサイズは１５０ｍｍ×３００ｍｍ×１０ｍｍｔであり、これらの成形体を３ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力でＣＩＰによる緻密化処理を行った。
【００３８】
該成形体を実施例１と同様の条件で焼結した。
【００３９】
この焼結体を湿式加工法により１００ｍｍ×２００ｍｍ×６ｍｍｔの焼結体に加工し、インジウム半田を用いて無酸素銅製のバッキングプレートにボンディングしてターゲットとした。得られたターゲットを実施例１と同様の条件でスパッタリングし、アーキング発生数を調べた。
【００４０】
放電終了時のアーキング数は１０４回であった。
【００４１】
実施例４
Ｉｎ2Ｏ3粉末（平均粒径０．３８μｍ）４５０重量部、ＳｎＯ2粉末（平均粒径０．３８μｍ）５０重量部、インジウム酸マグネシウム粉末（平均粒径０．４０μｍ）１５重量部およびスズ酸マグネシウム粉末（平均粒径０．４０μｍ）１５重量部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。
【００４２】
この粉末を金型に入れ、３００ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレスして成形体とした。成形体のサイズは１５０ｍｍ×３００ｍｍ×１０ｍｍｔであり、これらの成形体を３ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力でＣＩＰによる緻密化処理を行った。
【００４３】
該成形体を実施例１と同様の条件で焼結した。
【００４４】
この焼結体を湿式加工法により１００ｍｍ×２００ｍｍ×６ｍｍｔの焼結体に加工し、インジウム半田を用いて無酸素銅製のバッキングプレートにボンディングしてターゲットとした。得られたターゲットを実施例１と同様の条件でスパッタリングし、アーキング発生数を調べた。
【００４５】
放電終了時のアーキング数は１０２回であった。
【００４６】
比較例１
Ｉｎ2Ｏ3粉末（平均粒径０．３８μｍ）４５０重量部、ＳｎＯ2粉末（平均粒径０．３８μｍ）５０重量部および酸化マグネシウム粉末（平均粒径０．４０μｍ）３０重量部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。
【００４７】
この粉末を金型に入れ、３００ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレスして成形体とした。成形体のサイズは１５０ｍｍ×３００ｍｍ×１０ｍｍｔであり、これらの成形体を３ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力でＣＩＰによる緻密化処理を行った。
【００４８】
該成形体を実施例１と同様の条件で焼結した。
【００４９】
この焼結体を湿式加工法により１００ｍｍ×２００ｍｍ×６ｍｍｔの焼結体に加工し、インジウム半田を用いて無酸素銅製のバッキングプレートにボンディングしてターゲットとした。得られたターゲットを実施例１と同様の条件でスパッタリングし、アーキング発生数を調べた。
【００５０】
放電終了時のアーキング数は９８６回であった。
【００５１】
比較例２
Ｉｎ2Ｏ3粉末（平均粒径０．３８μｍ）４５０重量部、ＳｎＯ2粉末（平均粒径０．３８μｍ）５０重量部および水酸化マグネシウム粉末（平均粒径０．４０μｍ）３０重量部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。
【００５２】
この粉末を金型に入れ、３００ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレスして成形体とした。成形体のサイズは１５０ｍｍ×３００ｍｍ×１０ｍｍｔであり、これらの成形体を３ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力でＣＩＰによる緻密化処理を行った。
【００５３】
該成形体を実施例１と同様の条件で焼結した。
【００５４】
この焼結体を湿式加工法により１００ｍｍ×２００ｍｍ×６ｍｍｔの焼結体に加工し、インジウム半田を用いて無酸素銅製のバッキングプレートにボンディングしてターゲットとした。得られたターゲットを実施例１と同様の条件でスパッタリングし、アーキング発生数を調べた。
【００５５】
放電終了時のアーキング数は１００２回であった。
【００５６】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、Ｍｇ含有ＩＴＯスパッタリングターゲットのＭｇ源としてインジウム酸マグネシウム粉末あるいはスズ酸マグネシウム粉末を用いることにより、アーキングの発生を抑制できるＭｇ含有ＩＴＯスパッタリングターゲットを製造することができる。