JP2007008780A - Ｉｚｏスパッタリングターゲットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＩＺＯスパッタリングターゲットの製造において、ＩＺＯスパッタリングターゲットとしての特性を維持しつつ、工程を削減し、かつ焼結温度を下げることにより生産性の向上及び製造コストの低減が可能となる製造方法を提供すること。
【解決手段】 特定の性状を有する酸化インジウム粉末と酸化亜鉛粉末とを、又はこれらの粉末を主成分とする原料粉末を混合粉砕して微粉末を得る混合粉砕工程、前記微粉末を成型して成型物を得る成型工程、前記成型物を加圧下、酸素雰囲気中１１００〜１２５０℃で焼結して焼結体を得る焼結工程を含むことを特徴とするＩＺＯスパッタリングターゲットの製造方法である。

Description

本発明は、酸化インジウム及び酸化亜鉛又はこれらの粉末を主成分とするＩＺＯスパッタリングターゲットの製造方法に関する。

液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス表示装置は、表示性能に優れ、かつ消費電力が少ないことから、携帯電話やパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、テレビジョンなどの表示機器に広く用いられている。
これら表示機器に使用される透明導電膜としては、インジウムスズ酸化物（以下、ＩＴＯと略称する。）膜が主流を占めている。それは、このＩＴＯ膜が、光線透過率が高く、導電性に優れているほか、エッチング加工が可能であり、さらに基板との密着性にも優れているからである。通常、このＩＴＯ膜は、スパッタリング法やイオンプレーティング法、蒸着法によって製膜されている。

しかし、ＩＴＯは、上記の性質に関しては優れた性能を有するが、ＩＴＯのターゲットを用いて製膜された透明伝導膜は、そのエッチングに際して、王水や塩酸、臭化水素酸などの強酸を用いる必要があることから、薄膜型液晶表示装置における配線材料までエッチングされるという問題があった。
また、ＩＴＯは結晶性を有することから、エッチング加工に際し、透明導電膜の結晶粒の界面の部位からエッチングされる。これにより、透明導電膜のエッチング部位に、この結晶粒子が取り残され、表示素子とした場合に導通による表示不良の原因になるという問題もある。

そこで、ＩＴＯ以外の組合せによる素材の検討がなされている。例えば酸化亜鉛と酸化錫を主原料としたもの、酸化錫にアンチモンを添加したもの、酸化亜鉛にアルミニウムを添加したもの、あるいは酸化インジウムと酸化亜鉛を主成分とするＩＺＯ等が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。中でも、酸化インジウムと酸化亜鉛を主成分とするＩＺＯは、ＩＴＯに比べてエッチング速度が大きいという特徴を有することから、注目を集めている。

一般に、ＩＴＯスパッタリングターゲットは酸化インジウムおよび酸化亜鉛の粉末を混合、粉砕、乾燥、仮焼、粉砕、造粒、成型、焼結という多くの工程を経て製造されている（例えば、特許文献３参照）。このような多くの工程にわたるスパッタリングターゲットの製造は、生産性の低下を招き、コスト増になる要因となっているが、工程の削減などの改善は、十分に検討されていない。ＩＺＯスパッタリングターゲットの製造においても、前記のような従来通りの製造工程が踏襲され、工程の削減などの製造面での改善がなされていないのが現状であり、生産性の向上及び製造コストの低減が望まれている。

特開平８−１７１８２４号公報 特開２０００−２５６０５９号公報 国際公開第ＷＯ２００３／１４４０９号

本発明は、このような状況の下で、ＩＺＯスパッタリングターゲットの製造において、ＩＺＯスパッタリングターゲットとしての特性を維持しつつ、工程を削減し、かつ焼結温度を下げることにより生産性の向上及び製造コストの低減が可能となる製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、特定の性状を有する酸化インジウム粉末と酸化亜鉛粉末とを、又はこれらの粉末を主成分とする原料粉末を用いることで、ＩＺＯスパッタリングターゲットとしての特性を維持しつつ、製造工程の削減し、かつ焼結温度を下げることが可能となることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。

すなわち、本発明は、
（１）酸化インジウム粉末と酸化亜鉛粉末とを、又はこれらの粉末を主成分とする原料粉末を混合粉砕して微粉末を得る混合粉砕工程、前記微粉末を成型して成型物を得る成型工程、前記成型物を加圧下、酸素雰囲気中１１００〜１２５０℃で焼結して焼結体を得る焼結工程を含むことを特徴とするＩＺＯスパッタリングターゲットの製造方法であって、前記酸化インジウム粉末の比表面積が８〜１０ｍ²／ｇであり、前記酸化亜鉛粉末の比表面積が１０ｍ²／ｇ以上であるＩＺＯスパッタリングターゲットの製造方法、
（２）酸化インジウム粉末と酸化亜鉛粉末とを、又はこれらの粉末を主成分とする原料粉末を混合粉砕して微粉砕を得る混合粉砕工程、前記微粉末を成型して成型物を得る成型工程、前記成型物を加圧下、酸素雰囲気中１１００〜１２５０℃で焼結して焼結体を得る焼結工程を含むことを特徴とするＩＺＯスパッタリングターゲットの製造方法であって、前記酸化インジウム粉末の粒度分布のメジアン径が１〜２μｍであり、前記酸化亜鉛粉末の粒度分布のメジアン径が６５ｎｍ〜０．２μｍであり、前記混合粉砕工程後の平均メジアン径が０．５〜１μｍであるＩＺＯスパッタリングターゲットの製造方法、
（３）前記成型工程の前に、仮焼しないことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のＩＺＯスパッタリングターゲットの製造方法、及び
（４）前記焼結体の密度が６．５ｇ／ｃｍ³以上であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のＩＺＯスパッタリングターゲットの製造方法、
を提供するものである。

本発明によれば、ＩＺＯスパッタリングターゲットの製造において、ＩＺＯスパッタリングターゲットとしての特性を維持しつつ、工程を削減し、かつ焼結温度を低くすることにより生産性の向上及び製造コストの低減が可能となる製造方法を提供することができる。

［原料粉末］
本発明は、特定の性状を有する酸化インジウム粉末と酸化亜鉛粉末とを、又はこれらの粉末を主成分とする原料粉末を用いることで、製造工程の削減と焼結温度を低くすることを可能とするものである。
本発明で原料として用いる酸化インジウム粉末及び酸化亜鉛粉末の比表面積は、スパッタリングターゲット表面のホワイトスポット（白色斑点むら）と呼ばれる欠損の発現を低減するために、各々８〜１０ｍ²／ｇ及び１０ｍ²／ｇ以上であることを要する。
また、本発明で原料として用いる酸化インジウム粉末及び酸化亜鉛粉末の粒度分布のメジアン径は、ホワイトスポットの発現を低減するために、各々１〜２μｍ及び６５ｎｍ〜０．２μｍであることを要する。混合粉砕工程後の微粉末の平均メジアン径は、微細にするほど良いが、０．５〜１μｍとなるように粉砕する。この範囲内であれば、高密度のＩＺＯスパッタリングターゲットを得ることができ、粉砕時の粉砕機などからの不純物の混入量を低減させることが可能となる。なお、前記の原料となる粉末は、前記比表面積及びメジアン径を、両方満足することが好ましい。

前記酸化インジウム粉末と酸化亜鉛粉末の使用量は、重量比で７５：２５〜９５：５が好ましく、８０:２０〜９４：６がさらに好ましい。
本発明の製造にかかるＩＺＯスパッタリングターゲットの原料は、酸化インジウム及び酸化亜鉛を主成分とする限り、該ターゲットの特性を向上させる目的で、他の成分を添加してもよい。例えば、ＩＺＯスパッタリングターゲットのバルク電気抵抗値を低くするために、１００〜２０００ｐｐｍ程度の錫、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、ゲルマニウム、セリウム等の正４価の元素を添加することができる。

［製造方法］
ＩＺＯスパッタリングターゲットは、次のようにして製造される。酸化インジウム粉末と酸化亜鉛の粉末との、又はこれらの粉末を主成分とする混合物を湿式粉砕した微粉末を、スプレードライヤー等を用いて乾燥させた粒子をプレス成型し焼結した後、その成型物の焼結体に切削加工を施すことにより製造することができる。
混合粉砕工程とは、上記酸化インジウム粉末と酸化亜鉛粉末とを、又はこれらの粉末を主成分とする原料粉末は、湿式混合粉砕機、例えば湿式ボールミルやビーズミル、超音波などを用いて、均一に混合・粉砕して微粉末を得る工程である。粉砕した微粉末の粒径は、前記のようにＩＺＯスパッタリングターゲットの密度、及び粉砕時の粉砕機などからの不純物の混入量低減の観点より調整する。
ついで、得られた微粉末を乾燥させる。微粉末の乾燥には、スプレードライヤー、一般の粉末用乾燥機等を使用することができる。
乾燥した微粉末は、金型に充填して一般のコールドプレス機等を用いて所望の形状にプレス成型する成型工程を経る。プレス成型は、一軸プレス、冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）等を用いてすることができる。
プレス成型して得られた成型物は、焼結工程を経て、ＩＺＯスパッタリングターゲット用焼結体となる。焼結は、酸素雰囲気下で行われる。酸素雰囲気とは、酸素濃度が２１％〜５０％未満、好ましくは２１％〜４０％未満であることをいう。この範囲内であれば、効率よく焼結することが可能であり、焼成炉が焼損することもない。なお、空気雰囲気でも焼結することもできる。また、焼結は、焼結密度を高くし、焼結炉を含めた焼結装置がコストアップしないようにする目的で、加圧下、大気圧超〜０．５ＭＰａで行われる。
焼結温度は１１００〜１２５０℃、好ましくは１１５０〜１２５０℃であり、この範囲内にあれば、焼結密度は高くなり、製造コストを低減することができる。焼結時間は焼結密度を高くし、製造コストを低減するために、２〜４８時間、好ましくは１０〜３６時間であり、焼結時の好ましい昇温速度は２〜２４℃／分である。
得られた成型物の焼結体からスパッタリングターゲットを製作するには、この焼結体をスパッタリング装置への装着に適した形状に切削加工して、これに装着用治具の取付をすればよい。この際、該ターゲットの平均表面粗さを向上させるために、鏡面加工をしてもよい。この鏡面加工には、化学研磨、機械研磨、化学機械研磨等の一般的な研磨方法を用いることができる。

このように、特定の性状を有する酸化インジウム粉末と酸化亜鉛粉末とを、又はこれらの粉末を主成分とする原料粉末を用いることで、一般的にプレス成型による成型工程前に行っていた仮焼工程を経ることなく、また、焼結温度を低くしても、６．５ｇ／ｃｍ³以上の高密度を有するＩＺＯスパッタリングターゲット用焼結体を得ることができる。得られた焼結体を切削加工して製造したＩＺＯスパッタリングターゲットは、高密度であり、かつ該ターゲット表面にはホワイトスポット（白色斑点むら）と呼ばれる欠陥が存在しない優れた特性を有する。本発明の製造方法は、ＩＺＯスパッタリングターゲットの特性を維持しつつ、工程を削減し、かつ焼結温度を低くすることにより生産性の向上及び製造コストの低減が図れるものである。

本発明の製造方法により得られたＩＺＯスパッタリングターゲットは、上記のような特性を有することで、スパッタリング法により製膜する際にターゲット表面にノジュールと呼ばれる黒色の析出物（突起物）の発生を抑制する。従って、製膜速度の低下を招くことなく、異常放電で飛散したノジュールによる透明導電膜への異物混入を起こすこともないので、安定したスパッタを可能とし、また、膜特性に優れた透明伝導膜を得ることができる。

次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、この例によってなんら限定されるものではない。
実施例１
比表面積が９ｍ²／ｇである酸化インジウム粉末９０重量部と比表面積が１２ｍ²／ｇである酸化亜鉛粉末１０重量部とを、湿式ビーズミルを用いて２４時間混合粉砕した。媒体には、１ｍｍφのジルコニアビーズを使用した。混合粉砕後、スプレードライヤーで乾燥させて得た微粉末を、金型に充填してコールドプレス及び冷間等方圧プレスを用いて１ｔ／ｃｍ²でプレス成型した。得られたられた成型物を、焼成炉に装入し、０．１５ＭＰａの加圧下において酸素濃度２５％の酸素雰囲気中１２３０℃で２４時間焼結した。得られたＩＺＯスパッタリングターゲット用焼結体は、仮焼工程が無いにもかかわらず、６．７２ｇ／ｃｍ³と高密度の焼結体であった。

実施例２
メジアン径が１．５μｍである酸化インジウム粉末９０重量部とメジアン径が０．１μｍである酸化亜鉛粉末１０重量部とを、湿式ビーズミルを用いて２４時間混合粉砕し、粉砕後のメジアン径を０．８μｍとした。媒体には、１ｍｍφのジルコニアビーズを使用した。混合粉砕後、スプレードライヤーで乾燥させて得た微粉末を、金型に充填してコールドプレス及び冷間等方圧プレスを用いて１ｔ／ｃｍ²でプレス成型した。得られた成型物を、焼成炉に装入し、０．１２ＭＰａの加圧下において酸素濃度３０％の酸素雰囲気中１１８０℃で２４時間焼結した。得られたＩＺＯスパッタリングターゲット用焼結体は、仮焼工程が無いにもかかわらず、６．６５ｇ／ｃｍ³と高密度の焼結体であった。

比較例１
比表面積が９ｍ²／ｇである酸化インジウム粉末を９０重量部と比表面積が３ｍ²／ｇである酸化亜鉛粉末１０重量部とを、湿式ビーズミルを用いて２４時間混合粉砕した。媒体には、１ｍｍφのジルコニアビーズを使用した。混合粉砕後、スプレードライヤーで乾燥させて得た微粉末を、金型に充填してコールドプレス及び冷間等方圧プレスを用いて１ｔ／ｃｍ²でプレス成型した。得られた成型物を、焼成炉に装入し、空気雰囲気中で１４００℃、大気圧で２４時間焼結した。得られたＩＺＯスパッタリングターゲット用焼結体の密度は６．１０ｇ／ｃｍ³と低いものであった。

比較例２
メジアン径が１．５μｍである酸化インジウム粉末９０重量部とメジアン径が１．０μｍである酸化亜鉛粉末１０重量部とを、湿式ビーズミルを用いて２４時間混合粉砕し、粉砕後のメジアン径を１．２μｍとした。媒体には、１ｍｍφのジルコニアビーズを使用した。混合粉砕後、スプレードライヤーで乾燥させて得た微粉末を、金型に充填してコールドプレス及び冷間等方圧プレスを用いて１ｔ／ｃｍ²でプレス成型した。得られた成型物を、焼成炉に装入し、空気雰囲気中で１２００℃、大気圧で２４時間焼結した。得られたＩＺＯスパッタリングターゲット用焼結体の密度は６．００ｇ／ｃｍ³と低いものであった。

比較例３
比較例１及び比較例２において、混合粉砕後、かつプレス成型前に、空気雰囲気中１２００℃で仮焼を２時間行い、得られた仮焼粉末を湿式ビーズミルを用いて粉砕する以外は、比較例１及び比較例２と同様にしてＩＺＯスパッタリングターゲット用焼結体を得た。得られた焼結体の密度は、各々６．７３ｇ／ｃｍ³、６．７３ｇ／ｃｍ³と高くなった。前記密度の上昇は仮焼を行ったことによるものであり、実施例１及び実施例２よりも高密度の焼結体を得られたが、仮焼工程及び粉砕工程が追加されたことで生産性は低下した。

本発明によれば、ＩＺＯスパッタリングターゲットの製造において、ＩＺＯスパッタリングターゲットとしての特性を維持しつつ、工程を削減し、かつ焼結温度を下げることにより生産性を向上させて、製造コストの低減を図ることができる。

Claims (4)

1. 酸化インジウム粉末と酸化亜鉛粉末とを、又はこれらの粉末を主成分とする原料粉末を混合粉砕して微粉末を得る混合粉砕工程、前記微粉末を成型して成型物を得る成型工程、前記成型物を加圧下、酸素雰囲気中１１００〜１２５０℃で焼結して焼結体を得る焼結工程を含むことを特徴とするＩＺＯスパッタリングターゲットの製造方法であって、前記酸化インジウム粉末の比表面積が８〜１０ｍ²／ｇであり、前記酸化亜鉛粉末の比表面積が１０ｍ²／ｇ以上であるＩＺＯスパッタリングターゲットの製造方法。
2. 酸化インジウム粉末と酸化亜鉛粉末とを、又はこれらの粉末を主成分とする原料粉末を混合粉砕して微粉砕を得る混合粉砕工程、前記微粉末を成型して成型物を得る成型工程、前記成型物を加圧下、酸素雰囲気中１１００〜１２５０℃で焼結して焼結体を得る焼結工程を含むことを特徴とするＩＺＯスパッタリングターゲットの製造方法であって、前記酸化インジウム粉末の粒度分布のメジアン径が１〜２μｍであり、前記酸化亜鉛粉末の粒度分布のメジアン径が６５ｎｍ〜０．２μｍであり、前記混合粉砕工程後の平均メジアン径が０．５〜１μｍであるＩＺＯスパッタリングターゲットの製造方法。
3. 前記成型工程の前に、仮焼しないことを特徴とする請求項１又は２に記載のＩＺＯスパッタリングターゲットの製造方法。
4. 前記焼結体の密度が６．５ｇ／ｃｍ³以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＩＺＯスパッタリングターゲットの製造方法。