JPH08246143A - 酸化物焼結体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 インジウム、錫および酸素を主成分とし、相
対密度が８５％以上で、かつ、直径２μｍ以上の空孔の
面積基準の個数分布が任意表面で２０％以下である酸化
物焼結体。又、インジウム、錫および酸素を主成分と
し、相対密度が８５％以上で、かつ、直径２μｍ以上の
空孔の９５％以上が断面形状の扁平率が２以下の概ね球
状である酸化物焼結体。 【効果】 スパッタリング中の異常放電回数がきわめて
少なく、また長時間使用後においてもノジュールが発生
しないＩＴＯターゲットが提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタリング法によ
って透明導電膜を形成する際のスパッタリング用ターゲ
ットとして極めて優れた性能を有する、酸化インジウム
・酸化錫（以下、「ＩＴＯ」という）焼結体に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＴＯ焼結体をスパッタリングして得ら
れる透明導電膜は、その比抵抗値の低さから有望な膜と
して注目されている。例えば３００℃程度に加熱された
基板上に適当な条件でＩＴＯをスパッタリングすること
により、透明性が良くかつ比抵抗値が２．０×１０^-4Ω
・ｃｍ以下の良質なＩＴＯ膜が得られる。

【０００３】このような抵抗値の低いＩＴＯ膜を成膜す
るためのＩＴＯ焼結体として、特開昭６２−２１７５１
号公報には酸化インジウム粉末と酸化錫粉末との適当な
量を配合し、混合・粉砕して、これを成形し仮焼した後
再度粉砕を行い、得られた仮焼済み粉末を、更に成形・
焼結して製造されたＩＴＯ焼結体が開示されている。こ
のようにして得られたＩＴＯ焼結体を用いてスパッタリ
ングを行うと、異常放電の発生によりプラズマ状態が不
安定になり、スパッタされた膜の構造が悪化し、膜の特
性値が劣化するという不都合を生じる。また、異常放電
が頻繁に発生する状況下で長時間ターゲットを使用して
いると、ターゲット表面にノジュールが生じ、これによ
り成膜速度が低下するという問題も生じる。これらの問
題の原因がターゲット中に存在する空孔にあると考え、
空孔の数を減らすことにより解決しようという試みがな
されている。例えば、特開平２−１１５３２６号公報に
は酸化インジウム粉末と金属錫粉末を適当な量だけ配合
し、仮焼した後再度粉砕を行って粉末とし、得られた仮
焼済み粉末を、加圧下での焼結法であるホットプレスに
よって高密度の、すなわち空孔数の少ないＩＴＯ焼結体
の製造方法が開示されている。

【０００４】しかし、このようにして得られたＩＴＯタ
ーゲットでさえも工業的に十分満足できるターゲットと
はいい難い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したＩ
ＴＯターゲットのスパッタリングにかかわる問題点を解
決し、異常放電の発生およびノジュールの生成を有効に
抑制することが可能な酸化物焼結体を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第１の本発明の酸化物焼結体は、インジウム、錫およ
び酸素を主成分とし、相対密度が８５％以上で、かつ、
直径２μｍ以上の空孔の面積基準の個数分布が任意表面
で２０％以下であることを特徴とする。又、第２の本発
明の酸化物焼結体は、インジウム、錫および酸素を主成
分とし、相対密度が８５％以上で、かつ、直径２μｍ以
上の空孔の９５％以上が断面形状の扁平率が２以下の概
ね球状であることを特徴とする。

【０００７】

【作用】異常放電現象の発生およびノジュールの生成を
抑制するためには空孔の数を減少させるだけでは不十分
であり、空孔の分布状態および、あるいは空孔の形状を
コントロールしなくてはならない。即ち異常放電やノジ
ュールの生成は、空孔が集中し電気伝導度が悪化してい
る微小領域や、空孔が鋭角の突起やくぼみを持ち電荷が
集中しやすい部分、あるいは空孔が互いにつながりなが
ら連続していて電荷の通過を妨げる部分を起点として生
じているため、これらの組織上の微小な欠陥を除去する
ことにより異常放電の発生およびノジュールの生成を有
効に抑制することが可能となるのである。

【０００８】（ＩＴＯ焼結体）本発明のＩＴＯ焼結体は
実質的にインジウム、錫および酸素を主成分とするもの
であり、酸化インジウム・酸化錫系のものである。この
組成自体は公知のＩＴＯ焼結体と同様であり、一般に錫
の平均組成は３〜１２重量％であり、インジウムの平均
組成は７０〜７８重量％である。

【０００９】焼結体の密度は相対密度が８５％以上でな
くてはならない。相対密度が９０％以上であれば更に好
ましい。相対密度が８５％未満であるとターゲット内に
存在する空孔の個数が多くなり、ターゲット全体の電気
伝導度が悪化してしまい、本発明の効果が得られなくな
る。なお相対密度は、理論密度を７．１５ｇ／ｃｍ³と
して計算される。

【００１０】また直径１０μｍ以上の粗大な空孔は存在
しないことが好ましい。但し本発明の要件を満たす空孔
であれば存在していたとしても本発明の効果を損なうこ
とはない。

【００１１】第１の本発明においては、直径２μｍ以上
の空孔の面積基準の個数分布が任意表面で２０％以下で
なくてはならない。上記個数分布が２０％を超える微小
領域が存在すると、それは空孔が集中していることを意
味するが、電気伝導度が他の領域と比較して相対的に高
くなり、異常放電やノジュールの起点となり易いからで
ある。なお、直径２μｍ未満の空孔の存在は電気伝導度
に与える影響が無視し得るほど小さいため、考慮する必
要はない。

【００１２】空孔の面積基準の個数分布は、例えば、焼
結体の任意表面を鏡面に研磨した後、異なる２０以上の
視野で１０００倍の倍率で撮影された一辺１００ｍｍの
写真に存在する空孔の数を平均して求められる。

【００１３】第２の本発明においては、空孔の形状は限
りなく球形に近いことが必要である。空孔が長くつなが
っていたり、鋭角の突起やくぼみをもっていると、その
部分に電荷が集中し易く異常放電やノジュールの起点と
なり易い。従って、直径２μｍ以上の空孔の９５％以上
が断面形状の扁平率が２以下の概ね球状であることが必
要である。

【００１４】なお、上記第１、第２の発明は組み合わさ
れていても良い。

【００１５】（ＩＴＯ焼結体の製造）第１の本発明のＩ
ＴＯ焼結体において空孔の分布が均一な焼結体を得るた
めには、原料粉末の選択と、混合・粉砕工程および成形
工程が極めて重要となる。

【００１６】また、第２の本発明において空孔の形状を
コントロールするためには、焼結温度および焼結時間、
昇温速度を正確にコントロールする必要がある。

【００１７】原料粉末にはいずれも一次粒径が０．２μ
ｍ以下、平均粒径が１μｍ以下の微細なＩｎ₂Ｏ₃および
ＳｎＯ₂酸化物粉末を用いる。原料粉末の一次粒径は微
細である方が好ましい。また、原料粉末の混合・粉砕に
は湿式ボールミルを用いる。混合には直径５ｍｍ以下の
ボールを使用し、ボールの挿入量は重量比で原料粉末の
２倍以上とする。また混合時間は１８時間以上とする。
この条件は原料粉末の凝集を解砕するために必要な条件
である。

【００１８】なお、従来技術の例に述べられている仮焼
は行わない。これは仮焼によって粉末の粒度が大きくな
ると、焼結体の空孔の分布が不均一になるめである。

【００１９】混合・粉砕を行われたスラリーは、３０μ
ｍから６０μｍの大きさで球形に造粒することが好まし
い。造粒方法としては例えばスプレードライヤーがあ
る。

【００２０】成形は静水圧加圧プレスによって行う。一
軸のプレスであると厚み方向で空孔の分布が不均一にな
るので好ましくない。

【００２１】焼結温度は１４５０℃以上、１５５０℃以
下とする。焼結温度が１４５０℃未満であると、空孔の
形状が球形にならず、また１５５０℃よりも高温である
と空孔どうしの結合が起こり、空孔が粗大化あるいは連
続化してしまう。焼結保持時間は５時間以上１５時間以
下とする。昇温速度は特に１０００℃以上の温度範囲で
制御する必要があり、３℃／ｍｉｎ以上、１０℃／ｍｉ
ｎ以下とする。また焼結雰囲気を酸素ガスの気流中とす
ると高密度の焼結体が得られる。

【００２２】

【実施例】以下に実施例を用いて本発明の優れた効果を
説明する。実施例１は第１、第２の本発明の要件を兼ね
備えた実施例、実施例２は第１の本発明の実施例、実施
例３は第２の本発明の実施例、比較例１、２はいずれの
要件も満たさない例である。である。

【００２３】実施例１ ・・・ ＢＥＴ比表面積から求
めた一次粒径が０．０４μｍ、平均粒径が０．２μｍの
酸化インジウム粉末と、ＢＥＴ比表面積から求めた一次
粒径が０．０９μｍ、平均粒径が０．５μｍの酸化錫粉
末を原料粉末とし、これらの粉末を酸化錫組成が１０重
量％となるように配合した。粉末を５ｋｇ、成形用バイ
ンダーとしてＰＶＡを５０ｇ、直径３ｍｍのφジルコニ
アボールを１２ｋｇ、イオン交換水を７．５ｋｇを容量
２０リットルの樹脂ポットに入れて２４時間混合し、取
り出した後スプレードライヤーで造粒した。造粒粉をビ
ニル製の型に充填し３ｔｏｎ／ｃｍ²でＣＩＰ成形し
た。焼結は酸素ガスを５ｌ／ｍｉｎで流しながら１５０
０℃にて１０時間保持した。また１０００℃から１５０
０℃までの昇温速度は５℃／ｍｉｎである。得られた焼
結体を幅１２７ｍｍ、長さ５０７ｍｍ、厚さ６ｍｍに加
工した。

【００２４】焼結体の密度および任意の２０視野の空孔
の分布および形状を観察した後スパッタリング用ターゲ
ット材として使用し、ＤＣマグネトロンスパッタ法によ
ってスパッタリングを行った。使用開始から２０時間経
過後の１０分間当たりの異常放電回数の測定と、４０時
間経過後のターゲット表面のノジュールの生成状況の観
察を行った。直径２μｍ以上の空孔の面積基準の個数分
布（％）、断面形状の扁平率が２以下の概ね球状である
直径２μｍ以上の空孔の存在率（％）、焼結体密度
（％）、異常放電回数（／１０分）、ノジュールの発生
状況を表１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】実施例２ ・・・ ＢＥＴ比表面積から求
めた一次粒径が０．０４μｍ、平均粒径が０．２μｍの
酸化インジウム粉末と、ＢＥＴ比表面積から求めた一次
粒径が０．０９μｍ、平均粒径０．５μｍの酸化錫粉末
を原料粉末とし、これらの粉末を酸化錫組成が１０重量
％となるように配合した。粉末を５ｋｇ、成形用バイン
ダーとしてＰＶＡを５０ｇ、直径３ｍｍのφジルコニア
ボールを１２ｋｇ、イオン交換水を７．５ｋｇを容量２
０リットルの樹脂ポットに入れて２４時間混合し、取り
出した後スプレードライヤーで造粒した。造粒粉をビニ
ル製の型に充填し３ｔｏｎ／ｃｍ²でＣＩＰ成形した。
焼結は酸素ガスを５ｌ／ｍｉｎで流しながら１４００℃
にて１５時間保持した。また１０００℃から１５００℃
までの昇温速度は１℃／ｍｉｎである。焼結体の大き
さ、および試験方法は実施例１と同様である。得られた
結果を表１に示す。

【００２７】実施例３ ・・・ ＢＥＴ比表面積から求
めた一次粒径が０．０４μｍ、平均粒径が０．２μｍの
酸化インジウム粉末と、ＢＥＴ比表面積から求めた一次
粒径が０．０９μｍ、平均粒径０．５μｍの酸化錫粉末
を原料粉末とし、これらの粉末を酸化錫組成が１０重量
％となるように配合した。粉末を５ｋｇ、成形用バイン
ダーとしてＰＶＡを５０ｇ、直径２０ｍｍのφジルコニ
アボールを５ｋｇ、イオン交換水を７．５ｋｇを容量２
０リットルの樹脂ポットに入れて２４時間混合し、取り
出した後スプレードライヤーで造粒した。造粒粉をビニ
ル製の型に充填し３ｔｏｎ／ｃｍ²でＣＩＰ成形した。
焼結は酸素ガスを５ｌ／ｍｉｎで流しながら１５００℃
にて１０時間保持した。また１０００℃から１５００℃
までの昇温速度は５℃／ｍｉｎである。焼結体の大き
さ、および試験方法は実施例１と同様である。得られた
結果を表１に示す。

【００２８】比較例１ ・・・ ＢＥＴ比表面積から求
めた一次粒径が０．０４μｍ、平均粒径が０．２μｍの
酸化インジウム粉末と、ＢＥＴ比表面積から求めた一次
粒径が０．０９μｍ、平均粒径０．５μｍの酸化錫粉末
を原料粉末とし、これらの粉末を酸化錫組成が１０重量
％となるように配合した。粉末を５ｋｇ、成形用バイン
ダーとしてＰＶＡを５０ｇ、直径２０ｍｍのφジルコニ
アボールを５ｋｇ、イオン交換水を７．５ｋｇを容量２
０リットルの樹脂ポットに入れて２４時間混合し、取り
出した後スプレードライヤーで造粒した。造粒粉をビニ
ル製の型に充填し３ｔｏｎ／ｃｍ²でＣＩＰ成形した。
焼結は酸素ガスを５ｌ／ｍｉｎで流しながら１４００℃
にて２０時間保持した。また１０００℃から１５００℃
までの昇温速度は１℃／ｍｉｎである。焼結体の大き
さ、および試験方法は実施例１と同様である。得られた
結果を表１に示す。

【００２９】比較例２ ・・・ ＢＥＴ比表面積から求
めた一次粒径が０．３μｍ、平均粒径が２μｍの酸化イ
ンジウム粉末と、ＢＥＴ比表面積から求めた一次粒径が
０．５μｍ、平均粒径３μｍの酸化錫粉末を原料粉末と
し、これらの粉末を酸化錫組成が１０重量％となるよう
に配合した。粉末を５ｋｇ、成形用バインダーとしてＰ
ＶＡを５０ｇ、直径２０ｍｍのφジルコニアボールを５
ｋｇ、イオン交換水を７．５ｋｇを容量２０リットルの
樹脂ポットに入れて２４時間混合し、取り出した後スプ
レードライヤーで造粒した。造粒粉をグラファイト型に
充填し真空ホットプレスを用いて８００℃、０．６ｔｏ
ｎ／ｃｍ²の条件で成形・焼結を行った。焼結体の大き
さ、および試験方法は実施例１と同様である。得られた
結果を表１に示す。

【００３０】表１より、本発明の実施例は比較例と比べ
て、

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、スパッタリング中の異
常放電回数がきわめて少なく、また長時間使用後におい
てもノジュールが発生しないＩＴＯターゲットを提供す
ることができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インジウム、錫および酸素を主成分と
   し、相対密度が８５％以上で、かつ、直径２μｍ以上の
   空孔の面積基準の個数分布が任意表面で２０％以下であ
   ることを特徴とする酸化物焼結体。
2. 【請求項２】 インジウム、錫および酸素を主成分と
   し、相対密度が８５％以上で、かつ、直径２μｍ以上の
   空孔の９５％以上が断面形状の扁平率が２以下の概ね球
   状であることを特徴とする酸化物焼結体。