TWI649293B - Sintered body, sputtering target and manufacturing method thereof - Google Patents
Sintered body, sputtering target and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- TWI649293B TWI649293B TW106129196A TW106129196A TWI649293B TW I649293 B TWI649293 B TW I649293B TW 106129196 A TW106129196 A TW 106129196A TW 106129196 A TW106129196 A TW 106129196A TW I649293 B TWI649293 B TW I649293B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- sputtering target
- sintered body
- volume resistivity
- less
- thickness direction
- Prior art date
Links
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 title claims abstract description 74
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 27
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 19
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 16
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 16
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 6
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 5
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 22
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 21
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 10
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 7
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 4
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 3
- 238000007088 Archimedes method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910007570 Zn-Al Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 1
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 description 1
- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/453—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zinc, tin, or bismuth oxides or solid solutions thereof with other oxides, e.g. zincates, stannates or bismuthates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/08—Oxides
- C23C14/086—Oxides of zinc, germanium, cadmium, indium, tin, thallium or bismuth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
- C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3284—Zinc oxides, zincates, cadmium oxides, cadmiates, mercury oxides, mercurates or oxide forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3286—Gallium oxides, gallates, indium oxides, indates, thallium oxides, thallates or oxide forming salts thereof, e.g. zinc gallate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本發明提供一種燒結體、濺射靶及其製造方法,所述燒結體能夠在IZO靶中有效抑制燒結體表面和內部的體積電阻率的偏差。本發明的燒結體是由In、Zn、O所組成之氧化物的燒結體,從所述燒結體的表面沿厚度方向1mm的深度位置的體積電阻率Rs與從所述燒結體的表面沿厚度方向4mm的深度位置的體積電阻率Rd之差除以所述4mm的深度位置的體積電阻率Rd的比率,即(Rs-Rd)/Rd的絕對值以百分率表示為20%以下。
Description
本發明涉及一種由In、Zn、O所組成的燒結體、包含所述燒結體被稱為所謂IZO靶之用於形成透明導電膜等的濺射靶及其製造方法,尤其提出一種能夠有助於濺射時形成穩定的IZO膜的技術。
例如,在製造搭載在個人電腦或文字處理器等上的液晶顯示器(LCD)、電致發光器(EL)及其他各種顯示裝置用電極、觸摸面板以及電子紙等的電極時,有時會採用濺射法在濺射靶的玻璃或塑膠等之成膜用基板上形成包含金屬複合氧化物的透明導電膜。
作為這種透明導電膜,目前光透過性及導電性優異的ITO(Indium Tin Oxide,銦錫氧化物)膜是主流,為了生成由In、Sn、O所組成的該ITO膜,廣泛使用ITO靶。
但是,由於ITO膜的耐濕性較低,有因濕氣導致電阻值增大的缺點,因此作為上述透明導電膜,正在研究以由In、Zn、O所組成的IZO(Indium Zinc Oxide,銦鋅氧化物)膜來代替該ITO膜,以及使用IZO靶以生成IZO膜。
然而,為了進行穩定的成膜,除了要求濺射靶高密度、低電阻以外,靶的密度和電阻在靶整體上是均勻的也很重要。
特別是電阻,若靶的厚度方向上的體積電阻率的偏差大,則在濺射中膜特性發生變化的同時,在由多個塊組合的濺射靶中也易於發生塊之間的體積電阻率的偏差,從而損害靶整體的品質穩定性。因此,在濺射靶中,需要確保厚度方向上的體積電阻率的均勻性。在以往的IZO靶中,由於厚度方向的體積電阻率的偏差大,因此存在不能形成穩定的IZO膜的問題。
另外,體積電阻率一般具有以下趨勢,與構成濺射靶的燒結體的內部相比,在燒結體的表面變高。但認為即使燒結體的體積電阻率在厚度方
向上不均勻,通過增加燒結體的表面的磨削量來製備濺射靶,也能夠在一定程度上確保體積電阻率的均勻性。但在這種情況下,由於需要根據磨削量的增大而增厚設定燒結體的厚度來製造,因此擔心在厚度方向的中央位置的密度的降低或因磨削量的增大而導致產品成品率的下降。
關於這種體積電阻率,在專利文獻1中記載了如下內容,在製造至少含有氧化銦和氧化鋅的濺射靶時,在燒成流程後,“對於得到的燒結體,為了將整體的體積電阻均勻化,雖然是任意流程,但較佳在還原流程中進行還原處理”。
另外,在專利文獻2中記載了如下內容,高密度低電阻的In-Sn-Zn-Al系的濺射靶的體積電阻率較佳為10mΩcm以下,以及在製造所述靶時之燒結後的降溫時,為了防止裂紋的發生,並得到規定的晶型,將其降溫速度設為10℃/分以下,進一步設為5℃/分以下等。
另外,專利文獻3涉及ITO靶而不是IZO靶,其揭露了靶的厚度方向的體積電阻率的差異為20%以下的濺射靶。在該專利文獻3中記載了如下內容,為了減小靶的厚度方向的體積電阻率之差,主要通過將降溫時的環境設為大氣環境,平均冷卻速度設為0.1~3.0℃/分。而且顯示了燒結體中的體積電阻率之差與採用靶來成膜的薄膜的電阻之差之間存在較高的相關度。
[先前技術文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-68993號公報
[專利文獻2]日本特開2014-218706號公報
[專利文獻3]國際公開第2014/156234號
在上述專利文獻1中,沒有記載任何關於降低厚度方向的體積電阻率的偏差的內容。另外,假設即使通過在燒結後作為其他流程進行還原處理,能夠實現體積電阻率的均勻化,由於這種其他流程的導入會導致成本的增大和工時的增加,因此從生產上的觀點來看是不希望的。
專利文獻2雖然提到了關於較佳體積電阻率低的內容,但是關於厚度方向的體積電阻率的偏差並未進行任何探討,關於降溫流程的記載也不是以體積電阻率的穩定化為目的的。
由於專利文獻3涉及ITO靶而不是IZO靶,其提出的技術不能直接應用於IZO靶。特別是IZO靶與ITO靶不同,由於燒結體表面存在表面變質層,表面變質層附近的體積電阻率會進一步增高,因此在IZO靶中,通過專利文獻3所記載的降溫流程的技術,不能充分地降低其體積電阻率的偏差。
本發明的問題在於,解決以往技術所存在的這種問題,目的在於提供一種燒結體、濺射靶及其製造方法,所述燒結體能夠在IZO靶中有效抑制燒結體表面和內部的體積電阻率的偏差。
在製造IZO靶時,將形成為規定形狀的成型體進行加熱燒結時,為了提高燒結體的密度以及實現優異的膜特性,在升溫過程中,較佳導入有氧氣的氧氣燒結或大氣燒結。但發明人經過深入研究的結果是得到了如下見解,若在降溫過程中也是導入有氧氣的環境,則作為燒結體的表面附近的氧氣損失減少的結果,濺射靶的厚度方向上的體積電阻率之差的差異很大。
因此發現,成型體的加熱燒結後的降溫時的環境與升溫時不同,通過設置為氮氣環境或氬氣環境,能夠抑制燒結體的表面附近的氧氣損失的減少,抑制厚度方向上的體積電阻率的偏差,製造具有更加均勻的體積特性的濺射靶。
在該見解的基礎上,本發明的燒結體是由In、Zn、O所組成之氧化物的燒結體,從所述燒結體的表面沿厚度方向為1mm的深度位置的體積電阻率Rs與從所述燒結體的表面沿厚度方向為4mm的深度位置的體積電阻率Rd之差除以該4mm的深度位置的體積電阻率Rd的比率,即(Rs-Rd)/Rd的絕對值以百分率表示為20%以下。
在此,所述比率(Rs-Rd)/Rd的絕對值以百分率表示較佳為15%以下,進一步地,更佳為10%以下。
上述燒結體能夠是含有7at%~20at%,較佳10at%~17at%的Zn/(In+Zn)的燒結體。
另外,本發明的濺射靶是由In、Zn、O所組成的氧化物的濺射靶,從所述濺射靶的表面沿厚度方向為0mm的深度位置的體積電阻率Rf與從所述濺射靶的表面沿厚度方向為3mm的深度位置的體積電阻率Ra之差除以該3mm的深度位置的體積電阻率Ra的比率,即(Rf-Ra)/Ra的絕對值以百分率表示為20%以下。
在此,上述比率(Rf-Ra)/Ra的絕對值以百分率表示較佳為15%以下,進一步地,更佳為10%以下。
上述濺射靶能夠是含有7at%~20at%,較佳10at%~17at%的Zn/(In+Zn)的濺射靶。
本發明的濺射靶的製造方法包括:將含有氧化銦粉末及氧化鋅粉末的粉末原料進行混合並成型;將由此得到的成型體進行加熱燒結,將成型體進行加熱燒結後的降溫在氮氣環境或氬氣環境下進行。
在該製造方法中,較佳將所述降溫時的降溫速度設為超過1℃/分,更佳設為3℃/分。
另外,在該製造方法中,較佳在大氣或氧氣環境下進行成型體的加熱燒結。
根據本發明,由於能夠縮小濺射靶的表面和內部的體積電阻率之差,因此濺射時的膜特性的變化減少,能夠實現形成穩定的薄膜。另外,由於製造穩定品質的濺射靶所需要的燒結體表面的磨削量變少,因此能夠改善材料的成品率。
以下對本發明的實施方式進行詳細說明。
本發明的一個實施方式的燒結體是由銦、鋅以及氧所組成的燒結體,從所述燒結體的表面沿厚度方向為1mm的深度位置的體積電阻率Rs與從所述燒結體的表面沿厚度方向為4mm的深度位置的體積電阻率Rd之差除以該4mm的深度位置的體積電阻率Rd的比率,即(Rs-Rd)/Rd的絕對值以百分率表示為20%以下。
另外,本發明的一個實施方式的濺射靶是由燒結體所組成的濺射靶,所述燒結體由銦、鋅以及氧所組成。從所述濺射靶的表面沿厚度方向為0mm的深度位置(即,濺射靶的表面位置)的體積電阻率Rf與從所述濺射靶的表面沿厚度方向為3mm的深度位置的體積電阻率Ra之差除以該3mm的深度位置的體積電阻率Ra的比率,即(Rf-Ra)/Ra的絕對值以百分率表示為20%以下。
(組成)
構成濺射靶的燒結體由In、Zn以及O所組成,例如包含以通式In2O3(ZnO)m表示的非晶質氧化物。在此,通式中的m是整數,該m值能夠取3~20的範圍內的值。
鋅以鋅的原子比Zn/(In+Zn)表示有時含有7at%~20at%,典型地有時含有10at%~17at%。鋅的量能夠根據目標膜的導電性適當更改。
In、Zn等的成分的含量能夠通過X射線螢光分析(XRF)進行測量。
上述燒結體除了In和Zn以外,在不損害本發明的特性的範圍內也可以含有其他的元素。例如,在含有Fe、Al、Si、Cu以及Pb中的至少一種元素的情況下,這些各元素的含量能夠設定為100wtppm以下。另外,在含有Sn和Zr中的至少一種元素的情況下,這些各元素的含量能夠設定為1000wtppm以下。
(體積電阻率)
在燒結體的實施方式中,如下文所述,從加熱燒結並降溫後得到的燒結體的表面沿厚度方向磨削1mm而露出的面(1mm的深度位置)的體積電阻率Rs與從所述燒結體的表面沿厚度方向磨削4mm而露出的面(4mm的
深度位置)的體積電阻率Rd之差除以該4mm的深度位置的靶面的體積電阻率Rd的比率,即(Rs-Rd)/Rd的絕對值以百分率表示為20%以下。
若該比率(Rs-Rd)/Rd超過20%,則由於將燒結體用於濺射靶時之濺射中的膜特性變化而不能進行穩定的成膜,因此為了用於濺射靶,需要對燒結體表面進行大量的磨削。其結果是,為了製造規定厚度的濺射靶,必須預先預測該磨削量,製備厚度厚的燒結體,在這種情況下,擔心厚度方向的中央位置的密度的降低,另外,因磨削量的增大而導致成品率的下降。
因此,從該觀點出發,(Rs-Rd)/Rd的比率較佳為15%以下,尤其更佳為10%以下。
另外,在濺射靶的實施方式中,較佳地,對燒結體進行研磨而得到的濺射靶的表面(0mm的深度位置)的體積電阻率Rf與從所述濺射靶的表面沿厚度方向磨削3mm而露出的面(3mm的深度位置)的體積電阻率Ra之差除以在該3mm的深度位置的體積電阻率Ra的比率,即(Rf-Ra)/Ra的絕對值以百分率表示為20%以下。
由此,能夠在濺射時實現穩定的成膜。換言之,若該比率超過20%,則在濺射時,隨著厚度的減少,膜特性也發生變化,因此成膜不穩定。
比率(Rf-Ra)/Ra較佳為15%以下,更佳為10%以下。
燒結體或濺射靶的上述體積電阻率的測量能夠針對以下的面進行。由JIS R6001(1998)中規定之#400之細微性研磨用微粉的磨削部件以0.2mm的磨削厚度進行精加工後的面。
上述體積電阻率能夠根據JIS 1637中記載的四探針法進行測量。更具體而言,在將燒結體或濺射靶的測量面沿縱向和橫向以3×3進行九等分後的四個角落的區域和中央區域共5個地方進行測量。能夠將該5個地方的測量值的平均值作為本發明的體積電阻率。測量點例如能夠作為各個區域的中心。
(結晶粒徑)
通過設定上文所述的厚度方向的電阻差,從而能夠將自表面磨削1mm的面的組織的結晶粒的大小Ds與自表面磨削4mm的面(例如厚度方向
的中心位置的面)的結晶粒的大小Dd的差異設定為20%以下。結晶粒的大小從靶表面的中心的5mm的角中選擇任意4處進行觀察。之後,利用編碼法從300倍SEM圖像的照片中求出結晶粒大小的平均值。上述結晶粒的差異是將自表面磨削1mm的面和自表面磨削4mm的面(例如厚度中心位置的面)進行比較,將各自大小的相對差(Ds-Dd)/Dd的絕對值作為結晶粒徑的差異。
另外,構成濺射靶的燒結體的平均結晶粒徑例如能夠為1.0μm~5.0μm,較佳為2.0μm~3.0μm。結晶粒徑能夠在將燒結體的一部分切斷並對切斷面進行鏡面研磨後,通過對SEM圖像進行觀察而測量。
(密度)
燒結體、濺射靶的相對密度能夠為95%以上,較佳為98%以上。
特別是在本發明中,由於通過降低厚度方向的體積電阻率的偏差,能夠減少由燒結體製備濺射靶時的研磨量,因此也能夠提高在厚度方向的中心位置的密度。換言之,若厚度方向的體積電阻率的偏差大,則預計製備濺射靶時的研磨量會變多,需要預先製備厚度厚的燒結體。但在這種情況下,由於厚度厚,在加熱燒結時熱難以傳導到厚度方向的中心附近,從而導致得到的燒結體或濺射靶的厚度方向的中心位置的密度低下。
相對密度能夠由根據原料粉的密度計算的理論密度和利用阿基米德法測量的燒結體的密度通過以下公式算出:相對密度=(利用阿基米德法測量的密度)÷(理論密度)×100(%)。另外,IZO 10.7%的理論密度為7.00g/cm3。
(製造方法)
以上所述的燒結體、濺射靶,例如能夠通過以下所述的方法製造。
首先,例如將至少含有氧化銦粉末和氧化鋅粉末的原料粉末根據需要與成型黏合劑混合。
接著,將混合的粉末原料填充到模具中加壓成型,並製備規定形狀的成型體。在此,例如可以使400~1000kgf/cm2的壓力作用1分鐘~3分鐘。
之後將該成型體在燒結爐內,例如加熱到1350℃~1500℃的溫度並進行燒結。該加熱溫度的保持時間能夠為1小時~100小時,較佳為5小時~30
小時。在能夠得到密度高、膜特性優異的濺射靶的方面,該加熱燒結較佳在大氣或氧氣環境等的氧化環境下進行。
上述加熱燒結後的降溫重要的是,不在大氣或氧氣環境下而在氮氣環境或氬氣環境下進行冷卻。通過在氮氣環境下進行冷卻,抑制了燒結體的表面附近的氧氣損失的減少,能夠將燒結體的厚度方向的體積電阻率的偏差抑制到上述的程度。換言之,在大氣環境或氧氣環境下進行該降溫的情況下,表面附近的氧氣損失減少,由此導致厚度方向的體積電阻率變動大而變得不均勻。
為了進一步得到抑制氧氣損失的減少的效果,加熱燒結後的降溫速度較佳為超過1℃/分的速度,更佳為超過3℃/分的速度,尤其特佳為超過5℃/分的速度。由此,進一步抑制了燒結體的厚度方向上的體積電阻率的偏差,從而能夠製造具有更加均勻的體積電阻率的燒結體。
降溫例如可以通過向燒結爐內導入調整溫度後的冷氣較佳氮氣、氬氣來進行。
上述的環境、降溫速度較佳至少在1400℃~1000℃的範圍內進行,不足1000℃也能夠進行自然降溫。這是由於在IZO靶中,特別是高溫區域的降溫速度、降溫環境會對其體積特性產生很大影響。
將降溫後得到的燒結體的單側表面,沿燒結體的厚度方向,通過機械磨削或化學磨削等的公知的方法對其厚度例如磨削1%~20%,較佳1%~10%。具體而言,該磨削量,在燒結體的厚度方向上例如能夠為0.1mm~2.0mm,較佳為0.1mm~1.0mm。但是,製造濺射靶時的磨削量並不限於這個範圍,能夠為任意的量。該磨削能夠使用JIS R6001(1998)中規定之#80之細微性研磨用微粉的磨削部件進行。
在該實施方式中,如上文所述在厚度方向上的體積電阻率的偏差小,因此需要的磨削量變少。由此,能夠改善材料的成品率。
(實施例)
接著,根據本發明試製濺射靶,並確認了其性能,因此下面進行說明。但是,此處的說明的目的僅是示例,並不限於此。
以如表1所示的各組成將氧化銦粉末和氧化鋅粉末進行混合並粉碎,將其投入到模具中,使800kgf/cm2的壓力作用1分鐘而得到成型體。將該成型體在電爐內加熱到1400℃,將其保持10小時並燒結後進行降溫。
在此,加熱燒結後的降溫在實施例1~7中是在氮氣環境下進行,而在對比例1~5中是在大氣環境下進行。另外,在實施例1~7及對比例1~5中,如表1所示,使加熱燒結時的升溫、保持環境、以及降溫速度發生變化。表1所示的降溫速度是位於1400℃~1000℃之間時的速度,溫度降低到不足1000℃後為自然降溫。
對於如此得到的燒結體,使用#80的研磨用微粉的砂紙,從燒結體的表面沿厚度方向手動磨削1mm而製備濺射靶。進一步地,通過同樣的磨削方法,最終將燒結體的表面磨削到5mm左右,在其中途的各深度位置,使用NPS株式會社製造的電阻率測量器(型號:Σ-5+)測量體積電阻率,分別測量了距離燒結體的表面1mm的深度位置的體積電阻率Rs、距離燒結體的表面4mm的深度位置的體積電阻率Rd、以及燒結體的表面的體積電阻率Rb。在測量各體積電阻率之前,使用#400的研磨用微粉的砂紙,將測量面手動磨削精加工0.2mm的厚度。另外,利用這些資料,分別計算出Rs和Rd之差的比率(Rs-Rd)/Rd×100、Rb和Rd之差的比率(Rb-Rd)/Rd×100。將其結果表示在表1中。
另外,在該實施例中,距離燒結體的表面1mm的深度位置的體積電阻率Rs與距離濺射靶的表面0mm的深度位置的體積電阻率Rf相等。另外,距離燒結體的表面4mm的深度位置的體積電阻率Rd與距離濺射靶的表面的3mm的深度位置的體積電阻率Ra相等。
表1中,“差值比率的最大值(%)”是計算在到達5mm左右的深度位置之前的各深度位置處所測量的體積電阻的最大和最小之差的比率。另外,“確認到20%時的磨削量(mm)”,是指以磨削量4mm的深度位置的體積電阻率作為基準的體積電阻比率,隨著從表面向深處,變為20%時的磨削量。
另外,對實施例1中的結晶粒進行了測量,距離燒結體表面1mm的磨削面是2.45μm,4mm的磨削面是2.59μm,相對差(Ds-Dd)/Dd的絕對值是5.4%。
如表1中所示,在使降溫環境為氮氣的實施例1~7中,無論升溫、保持環境為氧氣還是大氣,而且無論其組成,燒結體的1mm深度位置的體積電阻率Rs和燒結體的4mm深度位置的體積電阻率Rd之差的比率均為20%以下,實現了體積電阻率的降低以及偏差的抑制。
特別是,在利用超過5℃/分的高速進行降溫的實施例3和6中,實現了進一步的體積電阻率的降低以及偏差的抑制。
與之相對,在對比例1~5中,在將成型體進行加熱燒結後,因在大氣環境下進行降溫,燒結體的1mm深度位置的體積電阻率Rs和燒結體的4mm深度位置的體積電阻率Rd之差的比率超過20%,變得相當大,成為體積電阻率的偏差較大的燒結體。
通過以上所述可知,通過本發明,能夠有效抑制燒結體表面和內部的體積電阻率的偏差。
Claims (26)
- 一種燒結體,是由In、Zn、O所組成之氧化物的燒結體,從所述燒結體的表面沿厚度方向1mm的深度位置的體積電阻率Rs與從所述燒結體的表面沿厚度方向4mm的深度位置的體積電阻率Rd之差除以所述4mm的深度位置的體積電阻率Rd的比率,即(Rs-Rd)/Rd的絕對值以百分率表示為20%以下。
- 根據申請專利範圍第1項所述的燒結體,其中,所述比率,即(Rs-Rd)/Rd的絕對值以百分率表示為15%以下。
- 根據申請專利範圍第1項所述的燒結體,其中,所述比率,即(Rs-Rd)/Rd的絕對值以百分率表示為10%以下。
- 根據申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的燒結體,其中,含有7at%~20at%的Zn/(In+Zn)。
- 根據申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的燒結體,其中,含有10at%~17at%的Zn/(In+Zn)。
- 根據申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的燒結體,其中,自所述燒結體的表面沿厚度方向磨削1mm的面的結晶粒的大小Ds與自所述燒結體的表面沿厚度方向磨削4mm的面的結晶粒的大小Dd的差除以該磨削4mm的面的結晶粒的大小Dd的比率,即(Ds-Dd)/Dd的絕對值以百分率表示為20%以下。
- 根據申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的燒結體,其中,所述燒結體包含以通式In2O3(ZnO)m表示的非晶質氧化物,其中3m20。
- 根據申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的燒結體,其中,所述燒結體還含有100wtppm以下的從Fe、Al、Si、Cu以及Pb中選擇的至少一種元素,並且含有1000wtppm以下的Sn和Zr中的至少一種元素。
- 根據申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的燒結體,其中,平均結晶粒徑為1.0μm~5.0μm。
- 根據申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的燒結體,其中,相對密度為95%以上。
- 一種濺射靶,是由In、Zn、O所組成之氧化物的濺射靶,從所述濺射靶的表面沿厚度方向0mm的深度位置的體積電阻率Rf與從所述濺射靶的表面沿厚度方向3mm的深度位置的體積電阻率Ra之差除以所述3mm的深度位置的體積電阻率Ra的比率,即(Rf-Ra)/Ra的絕對值以百分率表示為20%以下。
- 根據申請專利範圍第11項所述的濺射靶,其中,所述比率,即(Rf-Ra)/Ra的絕對值以百分率表示為15%以下。
- 根據申請專利範圍第11項所述的濺射靶,其中,所述比率,即(Rf-Ra)/Ra的絕對值以百分率表示為10%以下。
- 根據申請專利範圍第11項至第13項中任一項所述的濺射靶,其中,所述濺射靶含有7at%~20at%的Zn/(In+Zn)。
- 根據申請專利範圍第11項至第13項中任一項所述的濺射靶,其中,所述濺射靶含有10at%~17at%的Zn/(In+Zn)。
- 根據申請專利範圍第11項至第13項中任一項所述的濺射靶,其中,自所述濺射靶的表面沿厚度方向磨削0mm的面的結晶粒的大小Ds與自所述濺射靶的表面沿厚度方向磨削3mm的面的結晶粒的大小Dd的差除以該磨削3mm的面的結晶粒的大小Dd的比率,即(Ds-Dd)/Dd的絕對值以百分率表示為20%以下。
- 根據申請專利範圍第11項至第13項中任一項所述的濺射靶,其中,所述濺射靶包含以通式In2O3(ZnO)m表示的非晶質氧化物,其中3m20。
- 根據申請專利範圍第11項至第13項中任一項所述的濺射靶,其中,所述濺射靶還含有100wtppm以下的從Fe、Al、Si、Cu以及Pb中選擇的至少一種元素,並且含有1000wtppm以下的Sn和Zr中的至少一種元素。
- 根據申請專利範圍第11項至第13項中任一項所述的濺射靶,其中,平均結晶粒徑為1.0μm~5.0μm。
- 根據申請專利範圍第11項至第13項中任一項所述的濺射靶,其中,相對密度為95%以上。
- 一種濺射靶的製造方法,包括:將含有氧化銦粉末和氧化鋅粉末的粉末原料進行混合並成型,將由此得到的成型體進行加熱燒結;以及將所述成型體進行加熱燒結後的降溫在氮氣環境或氬氣環境下進行。
- 根據申請專利範圍第21項所述之濺射靶的製造方法,其中,所述降溫時的降溫速度是超過1℃/分的速度。
- 根據申請專利範圍第21項所述之濺射靶的製造方法,其中,所述降溫時的降溫速度是超過3℃/分的速度。
- 根據申請專利範圍第21項至第23項中任一項所述之濺射靶的製造方法,其中,在大氣或氧氣環境下進行成型體的加熱燒結。
- 根據申請專利範圍第21項至第23項中任一項所述之濺射靶的製造方法,其中,將所述粉末原料進行混合並成型時,使400~1000kgf/cm2的壓力作用1分鐘~3分鐘。
- 根據申請專利範圍第21項至第23項中任一項所述之濺射靶的製造方法,其中,將所述成型體進行加熱燒結時,以1350℃~1500℃的溫度對所述成型體加熱1小時~100小時。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016167135A JP6267297B1 (ja) | 2016-08-29 | 2016-08-29 | 焼結体、スパッタリングターゲット及びその製造方法 |
| JP2016-167135 | 2016-08-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201806909A TW201806909A (zh) | 2018-03-01 |
| TWI649293B true TWI649293B (zh) | 2019-02-01 |
Family
ID=61020963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW106129196A TWI649293B (zh) | 2016-08-29 | 2017-08-28 | Sintered body, sputtering target and manufacturing method thereof |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6267297B1 (zh) |
| KR (1) | KR101921827B1 (zh) |
| CN (1) | CN107779821B (zh) |
| TW (1) | TWI649293B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6533869B2 (ja) * | 2017-03-31 | 2019-06-19 | Jx金属株式会社 | スパッタリングターゲット及びその製造方法 |
| JP6724057B2 (ja) * | 2018-03-30 | 2020-07-15 | Jx金属株式会社 | スパッタリングターゲット部材 |
| JP2020143359A (ja) * | 2019-03-08 | 2020-09-10 | Jx金属株式会社 | スパッタリングターゲット部材の製造方法及びスパッタリングターゲット部材 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW524870B (en) * | 1999-05-10 | 2003-03-21 | Nikko Materials Co Ltd | Sputtering target and the production method |
| JP2010024087A (ja) * | 2008-07-18 | 2010-02-04 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 酸化物焼結体の製造方法、酸化物焼結体、スパッタリングタ−ゲット、酸化物薄膜、薄膜トランジスタの製造方法及び半導体装置 |
| WO2014112368A1 (ja) * | 2013-01-15 | 2014-07-24 | 出光興産株式会社 | スパッタリングターゲット、酸化物半導体薄膜及びそれらの製造方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10297962A (ja) * | 1997-04-28 | 1998-11-10 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | スパッタリングターゲット用ZnO−Ga2O3系焼結体およびその製造方法 |
| JPH11302835A (ja) * | 1998-04-21 | 1999-11-02 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ZnO系焼結体の製造方法 |
| US6669830B1 (en) * | 1999-11-25 | 2003-12-30 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | Sputtering target, transparent conductive oxide, and process for producing the sputtering target |
| JP2008156708A (ja) * | 2006-12-25 | 2008-07-10 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 透明導電膜の製造方法 |
| WO2010125801A1 (ja) * | 2009-05-01 | 2010-11-04 | 株式会社アルバック | ZnO-Ga2O3系スパッタリングターゲット用焼結体及びその製造方法 |
| JP6225530B2 (ja) * | 2013-07-19 | 2017-11-08 | 三菱マテリアル株式会社 | スパッタリングターゲット及びその製造方法 |
-
2016
- 2016-08-29 JP JP2016167135A patent/JP6267297B1/ja active Active
-
2017
- 2017-08-24 CN CN201710734442.2A patent/CN107779821B/zh active Active
- 2017-08-25 KR KR1020170107874A patent/KR101921827B1/ko active Active
- 2017-08-28 TW TW106129196A patent/TWI649293B/zh active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW524870B (en) * | 1999-05-10 | 2003-03-21 | Nikko Materials Co Ltd | Sputtering target and the production method |
| JP2010024087A (ja) * | 2008-07-18 | 2010-02-04 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 酸化物焼結体の製造方法、酸化物焼結体、スパッタリングタ−ゲット、酸化物薄膜、薄膜トランジスタの製造方法及び半導体装置 |
| WO2014112368A1 (ja) * | 2013-01-15 | 2014-07-24 | 出光興産株式会社 | スパッタリングターゲット、酸化物半導体薄膜及びそれらの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107779821A (zh) | 2018-03-09 |
| JP2018035013A (ja) | 2018-03-08 |
| CN107779821B (zh) | 2020-12-18 |
| TW201806909A (zh) | 2018-03-01 |
| KR20180025225A (ko) | 2018-03-08 |
| KR101921827B1 (ko) | 2019-02-13 |
| JP6267297B1 (ja) | 2018-01-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2012118150A1 (ja) | 酸化物焼結体およびスパッタリングターゲット | |
| CN105246855A (zh) | 氧化物烧结体和溅射靶、以及其制造方法 | |
| CN108930015A (zh) | 氧化铟-氧化锌类(izo)溅射靶及其制造方法 | |
| TWI649293B (zh) | Sintered body, sputtering target and manufacturing method thereof | |
| JP5081959B2 (ja) | 酸化物焼結体及び酸化物半導体薄膜 | |
| TWI778100B (zh) | 氧化物燒結體及濺鍍靶 | |
| CN115819083B (zh) | 氧化钼基烧结体、使用该烧结体的薄膜、包含该薄膜的薄膜晶体管及显示装置 | |
| JP6453990B2 (ja) | 焼結体、スパッタリングターゲット及びその製造方法 | |
| JP2011074479A (ja) | 透明導電性酸化亜鉛系薄膜製造用のイオンプレーティング用ターゲット、および透明導電性酸化亜鉛系薄膜 | |
| CN108698932B (zh) | 氧化物烧结体及氧化物透明导电膜 | |
| JP5081960B2 (ja) | 酸化物焼結体及び酸化物半導体薄膜 | |
| JP6233233B2 (ja) | スパッタリングターゲット及びその製造方法 | |
| TWI696597B (zh) | 燒結體、濺鍍靶材及燒結體的製造方法 | |
| CN115925414B (zh) | 氧化钼基烧结体、使用该烧结体的薄膜、包含该薄膜的薄膜晶体管及显示装置 | |
| JP7203088B2 (ja) | 酸化物焼結体、スパッタリングターゲットおよび透明導電膜 | |
| TWI418529B (zh) | Oxide sintered body and oxide semiconductor thin film | |
| JP7726991B2 (ja) | スパッタリングターゲット及びその製造方法 | |
| WO2013042747A1 (ja) | 酸化物焼結体およびその製造方法並びに酸化物透明導電膜 | |
| JP5156181B2 (ja) | 酸化インジウム・酸化亜鉛焼結体の製造方法 | |
| WO2015068535A1 (ja) | スパッタリングターゲットおよびその製造方法 | |
| TW201805459A (zh) | 氧化物燒結體、濺鍍靶材以及氧化物透明導電膜及其製造方法 | |
| TW202336249A (zh) | 氧化物膜及氧化物濺鍍靶 |