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JP7282766B2 - 酸化物焼結体およびスパッタリングターゲット - Google Patents
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JP7282766B2 - 酸化物焼結体およびスパッタリングターゲット - Google Patents

酸化物焼結体およびスパッタリングターゲット Download PDF

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Description

開示の実施形態は、酸化物焼結体およびスパッタリングターゲットに関する。
従来、ＩＧＺＯ（Indium Gallium Zinc Oxide）などの酸化物半導体薄膜を成膜するためのスパッタリングターゲットが知られている。かかるスパッタリングターゲットに用いられる酸化物焼結体は、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは１～２０の整数）で表されるホモロガス構造化合物と、ＺｎＧａ２Ｏ４で表されるスピネル構造化合物とを含む（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００８－１６３４４１号公報
しかしながら、従来のスパッタリングターゲットに用いられる酸化物焼結体は、抗折強度が５０ＭＰａ程度であることから、かかる酸化物焼結体を用いてスパッタリングターゲットを製造する際や、かかるスパッタリングターゲットでスパッタリングを行う際に、酸化物焼結体が破損しやすいという課題があった。
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、破損を抑制することができる酸化物焼結体およびスパッタリングターゲットを提供することを目的とする。
実施形態の一態様に係る酸化物焼結体は、インジウム、ガリウムおよび亜鉛を含む酸化物焼結体であって、ＩｎＧａＺｎＯ４またはＩｎＧａＺｎ２Ｏ５で表されるホモロガス構造化合物と、ＺｎＧａ２Ｏ４で表されるスピネル構造化合物とを含み、抗折強度が１８０ＭＰａ以上である。
実施形態の一態様によれば、酸化物焼結体の破損を抑制することができる。
図１は、実施例１における酸化物焼結体のＳＥＭ画像である。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する酸化物焼結体およびスパッタリングターゲットの実施形態について説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施形態の酸化物焼結体は、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）および亜鉛（Ｚｎ）を含む。たとえば、実施形態の酸化物焼結体は、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、酸素（Ｏ）とからなり、スパッタリングターゲットとして用いることができる。
そして、実施形態の酸化物焼結体は、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは整数）で表されるホモロガス構造化合物のうち、ＩｎＧａＺｎＯ４（すなわち、ｍ＝１）またはＩｎＧａＺｎ２Ｏ５（すなわち、ｍ＝２）で表されるホモロガス構造化合物と、ＺｎＧａ２Ｏ４で表されるスピネル構造化合物とを含み、抗折強度が１８０ＭＰａ以上である。
これにより、かかる酸化物焼結体を用いてスパッタリングターゲットを製造する際や、かかるスパッタリングターゲットでスパッタリングを行う際に、酸化物焼結体が破損することを抑制することができる。
また、実施形態の酸化物焼結体は、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは整数）で表されるホモロガス構造化合物のうち、ＩｎＧａＺｎＯ４（すなわち、ｍ＝１）またはＩｎＧａＺｎ２Ｏ５（すなわち、ｍ＝２）で表されるホモロガス構造化合物と、ＺｎＧａ２Ｏ４で表されるスピネル構造化合物からなり、抗折強度が１８０ＭＰａ以上であることが好ましい。
なお、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは整数）で表されるホモロガス構造化合物のうち、ｍが３以上（たとえば、ＩｎＧａＺｎ３Ｏ６）で表されるホモロガス構造化合物が含まれると、ホモロガス構造化合物の平均面積円相当径が大きくなり抗折強度が低くなる傾向にある。そのため、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは整数）で表されるホモロガス構造化合物のうち、ｍが３以上で表されるホモロガス構造化合物は含まれない方が好ましい。
なお、実施形態の酸化物焼結体は、抗折強度が１９０ＭＰａ以上であることがより好ましく、２００ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。抗折強度の上限値は特に定めるものではないが、通常５００ＭＰａ以下である。
また、実施形態の酸化物焼結体は、各元素の原子比が、以下の式（１）～（３）を満たすことが好ましい。
０．０８＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．３１ ・・（１）
０．３５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８ ・・（２）
０．２３＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．４６ ・・（３）
これにより、酸化物焼結体の比抵抗を低減することができる。したがって、実施形態によれば、かかる酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとして用いた場合に、安価なＤＣ電源を用いたスパッタリングが可能となり、成膜レートを向上させることができる。
また、実施形態の酸化物焼結体は、各元素の原子比が、以下の式（４）～（６）を満たすことが好ましく、
０．０８＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２０ ・・（４）
０．４０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８ ・・（５）
０．２５≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．４６ ・・（６）
各元素の原子比の原子比が、以下の式（７）～（９）を満たすことがより好ましく、
０．１３＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．１９ ・・（７）
０．４０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．５５ ・・（８）
０．２７≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．４６ ・・（９）
各元素の原子比の原子比が、以下の式（１０）～（１２）を満たすことがより好ましく、
０．１４≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．１９ ・・（１０）
０．４１≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．５３ ・・（１１）
０．３０≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．４５ ・・（１２）
各元素の原子比の原子比が、以下の式（１３）～（１５）を満たすことがさらに好ましい。
０．１４＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．１８ ・・（１３）
０．４１≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．５２ ・・（１４）
０．３１≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．４５ ・・（１５）
これにより、かかる酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとして用いた場合に、アーキングの発生を低減させることができる。
また、実施形態の酸化物焼結体は、原料等に由来する不可避不純物が含まれ得る。実施形態の酸化物焼結体における不可避不純物としてはＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌ等があげられ、それらの含有量は各々通常１００ｐｐｍ以下である。
また、実施形態の酸化物焼結体は、焼結体の断面観察において、ホモロガス構造化合物の平均面積円相当径が１０μｍ以下であることが好ましく、ホモロガス構造化合物の平均アスペクト比が２．０以下であることが好ましい。これにより、酸化物焼結体内の結晶組織を微細化することができることから、酸化物焼結体の抗折強度を向上させることができる。
なお、実施形態の酸化物焼結体は、ホモロガス構造化合物の平均面積円相当径が８．０μｍ以下であることがより好ましく、７．０μｍ以下であることがさらに好ましく、６．０μｍ以下であることが一層好ましく、５．０μｍ以下であることがより一層好ましい。ホモロガス構造化合物の平均面積円相当径の下限値は特に定めるものではないが、通常２．０μｍ以上である。
また、実施形態の酸化物焼結体は、ホモロガス構造化合物の平均アスペクト比が１．９以下であることがより好ましく、１．８以下であることがさらに好ましく、１．７５以下であることが一層好ましい。ホモロガス構造化合物の平均アスペクト比の下限値は特に定めるものではないが、通常１．０以上である。
また、実施形態の酸化物焼結体は、焼結体の断面観察において、スピネル構造化合物の平均面積円相当径が５．０μｍ以下であることが好ましく、スピネル構造化合物の平均アスペクト比が２．０以下であることが好ましい。これにより、酸化物焼結体内の結晶組織を微細化することができることから、酸化物焼結体の抗折強度を向上させることができる。
なお、実施形態の酸化物焼結体は、スピネル構造化合物の平均面積円相当径が４．５μｍ以下であることがより好ましく、４．０μｍ以下であることがさらに好ましく、３．８μｍ以下であることが一層好ましい。スピネル構造化合物の平均面積円相当径の下限値は特に定めるものではないが、通常２．０μｍ以上である。
また、実施形態の酸化物焼結体は、スピネル構造化合物の平均アスペクト比が１．８以下であることがより好ましく、１．７以下であることがさらに好ましく、１．６以下であることが一層好ましい。スピネル構造化合物の平均アスペクト比の下限値は特に定めるものではないが、通常１．０以上である。
また、実施形態の酸化物焼結体は、焼結体の断面観察において、スピネル構造化合物の面積率が１５％以上であることが好ましい。これにより、酸化物焼結体の相対密度が高くなり、また抗折強度を向上させることができる。
なお、実施形態の酸化物焼結体は、スピネル構造化合物の面積率が２５％以上であることがより好ましく、３５％以上であることがさらに好ましく、４０％以上であることが一層好ましく、４５％以上であることがさらに一層好ましい。
また、実施形態の酸化物焼結体は、スピネル構造化合物の面積率が８０％以下であることが好ましい。これにより、酸化物焼結体の比抵抗を低減させることができる。
なお、実施形態の酸化物焼結体は、スピネル構造化合物の面積率が７０％以下であることがより好ましく、６５％以下であることがさらに好ましく、６０％以下であることが一層好ましく、５５％以下であることがさらに一層好ましい。
また、実施形態の酸化物焼結体は、相対密度が９９．５％以上であることが好ましい。これにより、かかる酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとして用いた場合に、ＤＣスパッタリングの放電状態を安定させることができる。
相対密度が９９．５％以上であると、かかる酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとして用いた場合に、スパッタリングターゲット中に空隙を少なくでき、大気中のガス成分の取り込みを防止しやすい。また、スパッタリング中に、かかる空隙を起点とした異常放電やスパッタリングターゲットの割れ等が生じにくくなる。
なお、実施形態の酸化物焼結体は、相対密度が９９．８％以上であることがより好ましく、１００．０％以上であることがさらに好ましく、１００．５％以上であることが一層好ましく、１０１．０％以上であることがさらに一層好ましい。相対密度の上限値は特に定めるものではないが、通常１０５％である。
また、実施形態の酸化物焼結体は、比抵抗が５．０×１０－１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。これにより、かかる酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとして用いた場合に、安価なＤＣ電源を用いたスパッタリングが可能となり、成膜レートを向上させることができる。
なお、実施形態の酸化物焼結体は、比抵抗が５．０×１０－２Ω・ｃｍ以下であることがより好ましく、比抵抗が４．０×１０－２Ω・ｃｍ以下であることがさらに好ましく、３．５×１０－２Ω・ｃｍ以下であることが一層好ましい。比抵抗の下限値は特に定めるものではないが、通常１．０×１０－4Ω・ｃｍ以上である。なお、実施形態の酸化物焼結体の比抵抗はＪＩＳ Ｋ ７１９４にしたがって測定することができる。
＜酸化物スパッタリングターゲットの各製造工程＞
実施形態の酸化物スパッタリングターゲットは、たとえば以下に示すような方法により製造することができる。まず、原料粉末を混合する。原料粉末としては、通常Ｉｎ２Ｏ３粉末、Ｇａ２Ｏ３粉末およびＺｎＯ粉末である。
各原料粉末の混合比率は、酸化物焼結体における所望の構成元素比になるように適宜決定される。
各原料粉末は、事前に乾式混合してもよい。かかる乾式混合の方法には特に制限はなく、たとえば、各原料粉末およびジルコニアボールをポットに入れて混合するボールミル混合を用いることができる。このように混合された混合粉末から成形体を作製する方法としては、たとえばスリップキャスト法や、ＣＩＰ（Cold Isostatic Pressing：冷間等方圧加圧法）などが挙げられる。つづいて、成形方法の具体例として、２種類の方法についてそれぞれ説明する。
（スリップキャスト法）
ここで説明するスリップキャスト法では、混合粉末と有機添加物とを含有するスラリーを、分散媒を用いて調製し、かかるスラリーを型に流し込んで分散媒を除去することにより成形を行う。ここで用いることができる有機添加物は、公知のバインダーや分散剤などである。
また、スラリーを調製する際に用いる分散媒には特に制限はなく、目的に応じて、水やアルコールなどから適宜選択して用いることができる。また、スラリーを調製する方法にも特に制限はなく、たとえば、混合粉末と、有機添加物と、分散媒とをポットに入れて混合するボールミル混合を用いることができる。このようにして得られたスラリーを型に流し込み、分散媒を除去して成形体を作製する。ここで用いることができる型は、金属型や石膏型、加圧して分散媒除去を行う樹脂型などである。
（ＣＩＰ法）
ここで説明するＣＩＰ法では、混合粉末と有機添加物とを含有するスラリーを、分散媒を用いて調製し、かかるスラリーを噴霧乾燥して得られた乾燥粉末を型に充填して加圧成形を行う。ここで用いることができる有機添加物は、公知のバインダーや分散剤などである。
また、スラリーを調製する際に用いる分散媒には特に制限はなく、目的に応じて、水やアルコールなどから適宜選択して用いることができる。また、スラリーを調製する方法にも特に制限はなく、たとえば、混合粉末と、有機添加物と分散媒とをポットに入れて混合するボールミル混合を用いることができる。
このようにして得られたスラリーを噴霧乾燥して、含水率が１％以下の乾燥粉末を作製し、かかる乾燥粉末を型に充填してＣＩＰ法により加圧成形して、成形体を作製する。
次に得られた成形体を焼成し、焼結体を作製する。かかる焼結体を作製する焼成炉には特に制限はなく、セラミックス焼結体の製造に使用可能である焼成炉を用いることができる。かかる焼成は、酸素が存在する雰囲気下で行うとよい。
本発明において、焼成温度は１４５０℃以上が必要であり、１４８０℃以上であることが好ましい。焼成温度を１４５０℃以上とすることで本発明の高密度、高強度の焼結体を得ることができる。一方、焼結体の組織の肥大化を抑制して割れを防止する観点から、焼成温度は１６００℃以下であることが好ましく、１５５０℃以下であることがさらに好ましい。
次に得られた焼結体を切削加工する。かかる切削加工は、平面研削盤などを用いて行う。また、切削加工後の表面粗さＲａは、切削加工に用いる砥石の砥粒の大きさを選定することにより、適宜制御することができる。
切削加工した焼結体を基材に接合することによってスパッタリングターゲットを作製する。基材の材質にはステンレスや銅、チタンなどを適宜選択することができる。接合材にはインジウムなどの低融点半田を使用することができる。
［実施例１］
平均粒径が０．６μｍであるＩｎ２Ｏ３粉末と、平均粒径が１．５μｍであるＧａ２Ｏ３粉末と、平均粒径が０．８μｍであるＺｎＯ粉末とをポット中でジルコニアボールによりボールミル乾式混合して、混合粉末を調製した。
なお、原料粉末の平均粒径は、日機装株式会社製の粒度分布測定装置ＨＲＡを用いて測定した。かかる測定の際、溶媒には水を使用し、測定物質の屈折率２．２０で測定した。また、以下に記載の原料粉末の平均粒径についても同様の測定条件とした。なお、原料粉末の平均粒径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による累積体積５０容量％における体積累積粒径Ｄ５０である。
なお、かかる混合粉末の調製の際、すべての原料粉末に含まれる金属元素の原子比が、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝０．１７：０．５０：０．３３となるように各原料粉末を配合した。
次に、混合粉末が調製されたポットに、混合粉末に対して０．２質量％のバインダーと、混合粉末に対して０．６質量％の分散剤と、分散媒として混合粉末に対して２０質量％の水とを加え、ボールミル混合してスラリーを調製した。
次に、調製されたスラリーを、フィルターを挟んだ金属製の型に流し込み、排水して成形体を得た。次に、この成形体を焼成して焼結体を作製した。かかる焼成は酸素濃度が２０％である雰囲気中、焼成温度１５００℃、焼成時間８時間、昇温速度５０℃／ｈ、降温速度５０℃／ｈで行った。
次に、得られた焼結体を切削加工し、表面粗さＲａが１．０μｍである幅２１０ｍｍ×長さ７１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの酸化物焼結体を得た。なお、かかる切削加工には＃１７０の砥石を使用した。
［実施例２、３］
実施例１と同様な方法を用いて、酸化物焼結体を得た。なお、実施例２、３では、混合粉末の調製の際、すべての原料粉末に含まれる金属元素の原子比が、表１に記載の原子比となるように各原料粉末を配合した。
［比較例１～４］
実施例１と同様な方法を用いて、酸化物焼結体を得た。なお、比較例１～４では、混合粉末の調製の際、すべての原料粉末に含まれる金属元素の原子比が、表１に記載の原子比となるように各原料粉末を配合した。
なお、実施例１～３および比較例１～４において、各原料粉末を調製する際に計量した各元素の比率が、得られた酸化物焼結体における各元素の比率と等しいことをＩＣＰ－ＡＥＳ（Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy：誘導結合プラズマ発光分光法）により測定した。
つづいて、上記にて得られた実施例１～３および比較例１～４の酸化物焼結体について、相対密度の測定を行った。かかる相対密度は、アルキメデス法に基づき測定した。
具体的には、酸化物焼結体の空中質量を体積（焼結体の水中質量／計測温度における水比重）で除し、理論密度ρ（ｇ／ｃｍ３）に対する百分率の値を相対密度（単位：％）とした。
また、かかる理論密度ρ（ｇ／ｃｍ３）は、酸化物焼結体の製造に用いた原料粉末の質量％および密度から算出した。具体的には、下記の式（７）により算出した。
ρ＝｛（Ｃ１／１００）／ρ１＋（Ｃ２／１００）／ρ２＋（Ｃ3／１００）／ρ３｝－１ ・・（７）
なお、上記式中のＣ１～Ｃ３およびρ１～ρ３は、それぞれ以下の値を示している。
・Ｃ１：酸化物焼結体の製造に用いたＩｎ２Ｏ３粉末の質量％
・ρ１：Ｉｎ２Ｏ３の密度（７．１８ｇ／ｃｍ３）
・Ｃ２：酸化物焼結体の製造に用いたＧａ２Ｏ３粉末の質量％
・ρ２：Ｇａ２Ｏ３の密度（５．９５ｇ／ｃｍ３）
・Ｃ３：酸化物焼結体の製造に用いたＺｎＯ粉末の質量％
・ρ３：ＺｎＯの密度（５．６０ｇ／ｃｍ３）
つづいて、上記にて得られた実施例１～３および比較例１～４のスパッタリングターゲット用酸化物焼結体について、それぞれ比抵抗（バルク抵抗）の測定を行った。
具体的には、三菱化学株式会社製ロレスタ（登録商標）ＨＰ ＭＣＰ－Ｔ４１０（直列４探針プローブ ＴＹＰＥ ＥＳＰ）を用いて、加工後の酸化物焼結体の表面にプローブをあてて、ＡＵＴＯ ＲＡＮＧＥモードで測定した。測定箇所は酸化物焼結体の中央付近および４隅の計５か所とし、各測定値の平均値をその焼結体のバルク抵抗値とした。
つづいて、上記にて得られた実施例１～３および比較例１～４のスパッタリングターゲット用酸化物焼結体について、それぞれ抗折強度の測定を行った。かかる抗折強度は、ワイヤー放電加工により酸化物焼結体から切り出した試料片（全長３６ｍｍ以上、幅４．０ｍｍ、厚さ３．０ｍｍ）を用い、ＪＩＳ－Ｒ－１６０１（ファインセラミックスの曲げ強度試験方法）の３点曲げ強さの測定方法にしたがって測定した。
つづいて、上記にて得られた実施例１～３および比較例１～４の酸化物焼結体について、それぞれＸ線回折（X-Ray Diffraction：ＸＲＤ）測定を行い、Ｘ線回折チャートを得た。そして、得られたＸ線回折チャートにより、酸化物焼結体に含まれる構成相を同定した。
なお、かかるＸ線回折測定の具体的な測定条件は以下の通りであった。
・装置：ＳｍａｒｔＬａｂ（株式会社リガク製、登録商標）
・線源：ＣｕＫα線
・管電圧：４０ｋＶ
・管電流：３０ｍＡ
・スキャン速度：５ｄｅｇ／ｍｉｎ
・ステップ：０．０２ｄｅｇ
・スキャン範囲：２θ＝２０度～８０度
つづいて、上記にて得られた実施例１～３および比較例１～４のスパッタリングターゲット用酸化物焼結体の表面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）を用いて観察するとともに、結晶の構成相や結晶形状の評価を行った。
具体的には、酸化物焼結体を切断して得られた切断面を、エメリー紙＃１８０、＃４００、＃８００、＃１０００、＃２０００を用いて段階的に研磨し、最後にバフ研磨して鏡面に仕上げた。
その後、４０℃のエッチング液（硝酸（６０～６１％水溶液、関東化学（株）製）、塩酸（３５．０～３７．０％水溶液、関東化学（株）製）および純水を体積比でＨＣｌ：Ｈ２Ｏ：ＨＮＯ３＝１：１：０．０８の割合で混合）に２分間浸漬してエッチングを行った。
そして、現れた面を走査型電子顕微鏡（ＳＵ３５００、（株）日立ハイテクノロジーズ製）を用いて観察した。なお、結晶形状の評価では、倍率５００倍、１７５μｍ×２５０μｍの範囲のＢＳＥ－ＣＯＭＰ像を無作為に１０視野撮影し、図１に示すような組織のＳＥＭ画像を得た。
図１は、実施例１における酸化物焼結体のＳＥＭ画像である。なお、図１において、色が薄い結晶がホモロガス構造化合物であり、色が濃い結晶がスピネル構造化合物である。
また、粒子解析には、アメリカ国立衛生研究所（ＮＩＨ：National Institutes of Health）が提供する画像処理ソフトウェアＩｍａｇｅＪ １．５１ｋ（http://imageJ.nih.gov/ij/）を用いた。
まず、上記にて得られたＢＳＥ－ＣＯＭＰ像を、ホモロガス構造化合物の粒界に沿って描画を行い、全ての描画が完了した後、画像補正（Image→Adjust→Threshold）を行い、スピネル構造化合物を除去した。画像補正後に残ったノイズは、必要に応じて除去（Process→Noise→Despeckle）を行った。
その後、粒子解析を実施（Analyze→Analyze Particles）して、各粒子における面積、アスペクト比を得た。その後、得られた各粒子における面積から、面積円相当径を算出した。１０視野において算出された全粒子のそれらの平均値を、本発明におけるホモロガス構造化合物（なお、表１ではＩＧＺＯ相と記載する。）の平均面積円相当径、平均アスペクト比とした。
次に、上記にて得られたＢＳＥ－ＣＯＭＰ像を、スピネル構造化合物の粒界に沿って描画を行い、全ての描画が完了した後、画像補正（Image→Adjust→Threshold）を行い、ホモロガス構造化合物を除去した。画像補正後に残ったノイズは、必要に応じて除去（Process→Noise→Despeckle）を行った。
その後、粒子解析を実施（Analyze→Analyze Particles）して、各粒子における面積、アスペクト比を得た。その後、得られた各粒子における面積から、面積円相当径を算出した。１０視野において算出された全粒子のそれらの平均値を、本発明におけるスピネル構造化合物（なお、表１ではＧＺＯ相と記載する。）の平均面積円相当径、平均アスペクト比とした。
ここで、上述の実施例１～３および比較例１～４について、混合粉末の際に含有する各元素の原子比と、酸化物焼結体の相対密度、比抵抗（バルク抵抗）、抗折強度、構成相、ホモロガス構造化合物（ＩＧＺＯ相）およびスピネル構造化合物（ＧＺＯ相）の平均面積円相当径および平均アスペクト比、およびスピネル構造化合物（ＧＺＯ相）の面積率の測定結果とを表１に示す。
Figure 0007282766000001
実施例１～３の酸化物焼結体は、相対密度がすべて９９．５％以上であることがわかる。したがって、実施形態によれば、かかる酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとして用いた場合に、ＤＣスパッタリングの放電状態を安定させることができる。
また、実施例１～３の酸化物焼結体は、比抵抗がすべて５．０×１０－１Ωｃｍ以下であることがわかる。したがって、実施形態によれば、酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとして用いた場合に、安価なＤＣ電源を用いたスパッタリングが可能となり、成膜レートを向上させることができる。
また、実施例１～３の酸化物焼結体は、抗折強度がすべて１８０ＭＰａ以上であることがわかる。したがって、実施形態によれば、かかる酸化物焼結体を用いてスパッタリングターゲットを製造する際や、かかるスパッタリングターゲットでスパッタリングを行う際に、酸化物焼結体が破損することを抑制することができる。
また、実施例１～３の酸化物焼結体は、ＩｎＧａＺｎＯ４またはＩｎＧａＺｎ２Ｏ５で表されるホモロガス構造化合物と、ＺｎＧａ２Ｏ４で表されるスピネル構造化合物とを含んでいることがわかる。したがって、実施形態によれば、抗折強度が高いＩＧＺＯ酸化物焼結体を実現することができる。
また、実施例１～３と比較例２、３との比較により、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは整数）で表されるホモロガス構造化合物のうち、ｍが３以上で表されるホモロガス構造化合物が含まれることによって、抗折強度が低下していることがわかる。
また、ＩｎＧａＺｎＯ４またはＩｎＧａＺｎ２Ｏ５で表されるホモロガス構造化合物を含むとともに、上記の式（１）～（３）に示した範囲でＩｎ、ＧａおよびＺｎを含有する実施例１～３と、かかる範囲でＩｎ、ＧａまたはＺｎを含有しない比較例４との比較により、かかる範囲でＩｎ、ＧａおよびＺｎを含有することによって、比抵抗が５．０×１０－１Ωｃｍ以下に低減していることがわかる。
また、スピネル構造化合物の面積率が８０％以下である実施例１～３と、スピネル構造化合物の面積率が８０％より大きい比較例４との比較により、スピネル構造化合物の面積率を８０％以下にすることによって、比抵抗が低減していることがわかる。
また、実施例１～３の酸化物焼結体は、ホモロガス構造化合物の平均面積円相当径がすべて１０μｍ以下であり、また、ホモロガス構造化合物の平均アスペクト比が２．０以下であることがわかる。これにより、酸化物焼結体内の結晶組織を微細化することができることから、酸化物焼結体の抗折強度を向上させることができる。
また、実施例１～３の酸化物焼結体は、スピネル構造化合物の平均面積円相当径がすべて５μｍ以下であり、また、スピネル構造化合物の平均アスペクト比が２．０以下であることがわかる。これにより、酸化物焼結体内の結晶組織を微細化することができることから、酸化物焼結体の抗折強度を向上させることができる。
また、実施例１～３の酸化物焼結体は、スピネル構造化合物の面積率がすべて１５％以上であることがわかる。これにより、酸化物焼結体の抗折強度を向上させることができる。
次に、上述の実施例１～３および比較例１～４の酸化物焼結体各１０枚について、基材にＩｎ半田を用いて接合を行った。その結果、実施例１～３および比較例１の酸化物焼結体に割れは見られなかった。一方、比較例２～４の酸化物焼結体にはそれぞれ３枚、４枚、２枚の割れが見られた。
次に、上述の実施例１～３および比較例２、３の酸化物焼結体を用いてスパッタリングを行い、アーキングの発生量からターゲットの評価を行った。なお、比較例１、４の酸化物焼結体は比抵抗が高くＤＣスパッタリングができなかった。
（スパッタリング条件）
装置：ＤＣマグネトロンスパッタ装置、排気系クライオポンプ、ロータリーポンプ
到達真空度：３×１０－６Ｐａ
スパッタ圧力：０．４Ｐａ
酸素分圧：１×１０－３Ｐａ
投入電力量時間：２Ｗ／ｃｍ２
時間：１０時間
（アーキングカウンター）
型式：μArc Moniter MAM Genesis MAM データコレクター Ver.2.02
（LANDMARK TECHNOLOGY社製）
（アーキング評価）
Ａ：２０回以下
Ｂ：２１～５０回
Ｃ：５１～１００回
Ｄ：１０１回以上
また、スパッタリング後に酸化物焼結体の割れの確認も行った。上記評価結果を表２に示す。
Figure 0007282766000002
各元素の原子比が式（７）～（９）を満たす実施例１、２と、各元素の原子比の原子比が式（７）～（９）を満たさない比較例２、３との比較により、各元素の原子比が式（７）～（９）を満たすことによって、アーキングおよび酸化物焼結体の割れの発生が低減していることがわかる。
また、各元素の原子比が式（１３）～（１５）を満たす実施例１と、各元素の原子比が式（１３）～（１５）を満たさない実施例２との比較により、各元素の原子比が式（１３）～（１５）を満たすことによって、アーキングの発生がさらに低減していることがわかる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。たとえば、実施形態では、板状の酸化物焼結体を用いてスパッタリングターゲットが作製された例について示したが、酸化物焼結体の形状は板状に限られず、円筒状など、どのような形状であってもよい。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

Claims (14)

  1. インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、酸素と、不可避不純物とからなる酸化物焼結体であって、
    インジウムと、ガリウムと、亜鉛との原子比が
    ０．０８＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．１９
    ０．３５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
    ０．２３＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．４６
    を満たし、
    ＩｎＧａＺｎＯ４またはＩｎＧａＺｎ２Ｏ５で表されるホモロガス構造化合物と、ＺｎＧａ２Ｏ４で表されるスピネル構造化合物とを含み、
    前記ＺｎＧａ ２ Ｏ ４ で表されるスピネル構造化合物の面積率が２５％以上であり、
    抗折強度が１８０ＭＰａ以上である酸化物焼結体。
  2. 各元素の原子比が下記式を満たす請求項１に記載の酸化物焼結体。
    ０．０８＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．１９
    ０．４０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
    ０．２５≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．４６
  3. 各元素の原子比が下記式を満たす請求項１または２に記載の酸化物焼結体。
    ０．１３＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．１９
    ０．４０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．５５
    ０．２７≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．４６
  4. 各元素の原子比が下記式を満たす請求項１～３のいずれか一つに記載の酸化物焼結体。
    ０．１４≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．１９
    ０．４１≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．５３
    ０．３０≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．４５
  5. 各元素の原子比が下記式を満たす請求項１～４のいずれか一つに記載の酸化物焼結体。
    ０．１４＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．１８
    ０．４１≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．５２
    ０．３１≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．４５
  6. 前記ホモロガス構造化合物の平均面積円相当径が１０μｍ以下である
    請求項１～５のいずれか一つに記載の酸化物焼結体。
  7. 前記ホモロガス構造化合物の平均アスペクト比が２．０以下である
    請求項１～６のいずれか一つに記載の酸化物焼結体。
  8. 前記スピネル構造化合物の平均面積円相当径が５μｍ以下である
    請求項１～７のいずれか一つに記載の酸化物焼結体。
  9. 前記スピネル構造化合物の平均アスペクト比が２．０以下である
    請求項１～８のいずれか一つに記載の酸化物焼結体。
  10. 前記スピネル構造化合物の面積率が８０％以下である
    請求項１～９のいずれか一つに記載の酸化物焼結体。
  11. 相対密度が９９．５％以上である
    請求項１～１０のいずれか一つに記載の酸化物焼結体。
  12. 比抵抗が５．０×１０－１Ωｃｍ以下である
    請求項１～１１のいずれか一つに記載の酸化物焼結体。
  13. ＩｎＧａＺｎＯ４またはＩｎＧａＺｎ２Ｏ５で表されるホモロガス構造化合物と、ＺｎＧａ２Ｏ４で表されるスピネル構造化合物からなる請求項１～１２のいずれか一つに記載の酸化物焼結体。
  14. 請求項１～１３のいずれか一つに記載の酸化物焼結体をターゲット材として用いる
    スパッタリングターゲット。
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