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JP7576019B2 - IGZO sputtering target - Google Patents
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JP7576019B2 - IGZO sputtering target - Google Patents

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Description

本発明は、IGZOスパッタリングターゲットに関する。 The present invention relates to an IGZO sputtering target.

従来、FPD(フラットパネルディスプレイ)において、そのバックプレーンのTFT(薄膜トランジスタ)に、α-Si(アモルファスシリコン)が用いられてきた。しかし、α-Siでは十分な電子移動度が得られず、近年では、α-Siよりも電子移動度が高いIn-Ga-Zn-O系酸化物(IGZO)を用いたTFTの研究開発が行われている。そして、IGZO-TFTを用いた次世代高機能フラットパネルディスプレイが一部実用化され、注目を集めている。 Traditionally, α-Si (amorphous silicon) has been used for the TFTs (thin film transistors) on the backplane of FPDs (flat panel displays). However, α-Si does not provide sufficient electron mobility, and in recent years, research and development has been conducted on TFTs that use In-Ga-Zn-O oxide (IGZO), which has higher electron mobility than α-Si. Some next-generation high-performance flat panel displays using IGZO-TFTs have been put into practical use and are attracting attention.

ここで、IGZO膜は、主として、IGZO焼結体から作製されるスパッタリングターゲットをDCスパッタリングして成膜することで得ることができ、また、より高品質のIGZO膜を得ることが可能なスパッタリングターゲットが検討されている(例えば、特許文献1)。 Here, the IGZO film can be obtained by DC sputtering a sputtering target made from an IGZO sintered body, and sputtering targets capable of obtaining IGZO films of higher quality are being investigated (for example, Patent Document 1).

国際公開第2017/131111号International Publication No. 2017/131111

スパッタリングターゲットのIGZO焼結体は、所望の酸化金属を混合成型した成型体を焼成して酸化物焼結体を製造し、次いで、所望の形状、寸法になるように切断することで製造することができる。ところが、成型体を焼成した後の酸化物焼結体は高い均一性の高い特性を有している場合であっても、スパッタリングターゲットを製造する過程で所望の形状、寸法になるように切断した後の酸化物焼結体は、組織内微小クラック数、焼結体組織内空孔数、表面粗さから選択される少なくとも一つの特性について均一性が低下することがあった。このような場合、当該スパッタリングターゲットを用いたスパッタリング時にパーティクル発生量が増加し高品質のIGZO膜を得にくくなる懸念があった。 The IGZO sintered body for the sputtering target can be manufactured by producing an oxide sintered body by sintering a molded body obtained by mixing and molding the desired metal oxides, and then cutting the molded body into the desired shape and dimensions. However, even if the oxide sintered body after sintering the molded body has highly uniform properties, the oxide sintered body after cutting into the desired shape and dimensions in the process of manufacturing the sputtering target may have reduced uniformity in at least one property selected from the number of microcracks in the structure, the number of voids in the sintered body structure, and surface roughness. In such cases, there was a concern that the amount of particles generated during sputtering using the sputtering target would increase, making it difficult to obtain a high-quality IGZO film.

そこで、本発明は、組織内微小クラック数、焼結体組織内空孔数、表面粗さから選択される少なくとも一つの特性について均一性を向上させることが可能なIGZO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。 Therefore, the present invention aims to provide an IGZO sputtering target that can improve the uniformity of at least one characteristic selected from the number of microcracks in the structure, the number of voids in the sintered body structure, and surface roughness.

本発明者らは、上述した従来技術の課題を解決するために鋭意検討した結果、焼成し切断して得た酸化物焼結体においては、当該焼結体中の位置によって特性の差、特に焼結体の表面の明度L*に差が生じ得ることを見出した。そして、この要因は、焼成した後の酸化物焼結体の切断時の加工ダメージによって、酸化物焼結体の端部において組織内微小クラック数または焼結体組織内空孔の少なくとも一方が局所的に増加し、或いは、表面粗さが大きくなるためであることを見出した。さらには、その端部における変化の結果として、端部における明度L*が中央部における明度L*に対して増加していることを見出した。また、酸化物焼結体に存在するクラックの量を低減するために酸化物焼結体の密度を低くしすぎると、酸化物焼結体上に生じ、IGZO膜の品質低下につながるノジュールが、発生しやすくなることも見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は以下の通りである。
As a result of intensive research to solve the above-mentioned problems of the conventional technology, the present inventors have found that in an oxide sintered body obtained by firing and cutting, differences in characteristics, particularly differences in the lightness L* of the surface of the sintered body, may occur depending on the position in the sintered body. The inventors have found that this is because at least one of the number of microcracks in the structure or the voids in the structure of the sintered body increases locally at the end of the oxide sintered body due to processing damage during cutting of the oxide sintered body after firing, or the surface roughness increases. Furthermore, as a result of the change at the end, it has been found that the lightness L* at the end is increased relative to the lightness L* at the center. In addition, it has been found that if the density of the oxide sintered body is reduced too much in order to reduce the amount of cracks present in the oxide sintered body, nodules that are generated on the oxide sintered body and lead to a deterioration in the quality of the IGZO film are more likely to occur, and this has led to the completion of the present invention.
That is, the present invention is as follows.

本発明のIGZOスパッタリングターゲットは一実施形態において、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)及び不可避的不純物からなる酸化物焼結体を有するスパッタリングターゲットであって、前記酸化物焼結体の表面において、当該表面の端部から中央側へ10mmの位置での明度Le*から、当該表面の中央部での明度Lc*を減じたΔL*が、ΔL*<3.0を満たし、前記酸化物焼結体の相対密度が97.0%以上である。 In one embodiment, the IGZO sputtering target of the present invention is a sputtering target having an oxide sintered body made of indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn) and unavoidable impurities, and on the surface of the oxide sintered body, ΔL* obtained by subtracting the brightness Lc* at the center of the surface from the brightness Le* at a position 10 mm from the edge of the surface toward the center satisfies ΔL* < 3.0, and the relative density of the oxide sintered body is 97.0% or more.

本発明の一実施形態によれば、組織内微小クラック数、焼結体組織内空孔数、表面粗さから選択される少なくとも一つの特性について均一性を向上させることが可能なIGZOスパッタリングターゲットを提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide an IGZO sputtering target that can improve the uniformity of at least one characteristic selected from the number of microcracks in the structure, the number of voids in the sintered compact structure, and the surface roughness.

以下、本発明の実施形態(以下、「本実施形態」という。)を詳細に説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。 The following describes in detail an embodiment of the present invention (hereinafter, "the present embodiment"); however, the present invention is not limited to the present embodiment.

本実施形態のIGZOスパッタリングターゲット(以下、「スパッタリングターゲット」とも称す)は、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)及び不可避的不純物からなる酸化物焼結体を有するIGZOスパッタリングターゲットである。本実施形態のスパッタリングターゲットは、半導体膜を形成するために用いることができ、具体的には有機エレクトロルミネッセンス(EL)やフレキシブルディスプレイなどのFPD(フラットパネルディスプレイ)用のTFT(薄膜トランジスタ)、半導体製品の透明半導体膜等を形成するために用いることができる。 The IGZO sputtering target of this embodiment (hereinafter also referred to as "sputtering target") is an IGZO sputtering target having an oxide sintered body consisting of indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn) and unavoidable impurities. The sputtering target of this embodiment can be used to form a semiconductor film, specifically, it can be used to form TFTs (thin film transistors) for FPDs (flat panel displays) such as organic electroluminescence (EL) and flexible displays, transparent semiconductor films for semiconductor products, etc.

ここで、本実施形態のスパッタリングターゲットの酸化物焼結体は、In23-Ga23-ZnOを主成分とする複合酸化物から構成される。
より詳細には、たとえば酸化物焼結体中のIn含有量を100としたときのGa含有量目標値、Zn含有量目標値がそれぞれ100となる組成では、原子数比率でGaが100±30、Znが100±30であることが好ましい。なお、酸化物焼結体中のIn、Ga、Znの含有量は、蛍光X線、ICP-AESなどの方法で測定することができる。
Here, the oxide sintered body of the sputtering target of this embodiment is composed of a composite oxide containing In 2 O 3 --Ga 2 O 3 --ZnO as a main component.
More specifically, for example, in a composition in which the target Ga content and the target Zn content are each 100 when the In content in the oxide sintered body is taken as 100, it is preferable that the atomic ratio of Ga is 100±30 and that of Zn is 100±30. The contents of In, Ga, and Zn in the oxide sintered body can be measured by a method such as fluorescent X-ray or ICP-AES.

また、本実施形態において、酸化物焼結体は、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)の他に、他の添加元素を更に含有することができ、具体的には、Sn、Zr、Mg、Al、Si、Y、およびTiの群から選ばれる少なくとも1種以上を含有してもよい。これらの他の添加元素の総量は、50~1000質量ppmであることが好ましく、より好ましくは、100~500質量ppmである。これら他の添加元素の総量を、1000質量ppm以下とすることにより、所望の組織粒径、焼結体密度を有する焼結体を得ることができ、50質量ppm以上とすることにより、添加元素を添加することによる効果を十分に得ることができる。なおここでの添加元素は粉砕メディア摩耗による不可避的不純物としての混入も含む。
また、本実施形態においては、酸化物焼結体は、他の添加元素をさらに含有する場合には、少なくとも錫(Sn)を含有することが好ましく、これにより、組織粒径、対組織内微小クラック耐性を制御することができる。また、少なくとも錫を含有する場合には、錫の含有量は1000質量ppm以下が好ましく、より好ましくは500質量ppm以下である。
In this embodiment, the oxide sintered body may further contain other additive elements in addition to indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn), and may contain at least one selected from the group consisting of Sn, Zr, Mg, Al, Si, Y, and Ti. The total amount of these other additive elements is preferably 50 to 1000 mass ppm, and more preferably 100 to 500 mass ppm. By setting the total amount of these other additive elements to 1000 mass ppm or less, a sintered body having a desired grain size and sintered body density can be obtained, and by setting the total amount to 50 mass ppm or more, the effect of adding the additive elements can be fully obtained. The additive elements here also include unavoidable impurities due to grinding media wear.
In this embodiment, when the oxide sintered body further contains other additive elements, it is preferable that the oxide sintered body contains at least tin (Sn), which can control the grain size and the resistance to microcracks in the structure. When the oxide sintered body contains at least tin, the content of tin is preferably 1000 mass ppm or less, more preferably 500 mass ppm or less.

また、不可避的不純物とは、概ね金属あるいは金属酸化物製品において、原料中に存在したり、製造工程において不可避的に混入したりするもので、例えば原料粉粉砕時のメディアなどが挙げられる。本来は不要なものであるが、微量であり、金属あるいは金属酸化物製品の特性に影響を及ぼさないため、許容されている不純物である。本実施形態に係るスパッタリングターゲットにおいて、不可避的不純物の総量は一般的には1000質量ppm以下であり、典型的には500質量ppm以下であり、より典型的には200質量ppm以下である。 In addition, inevitable impurities are generally those that are present in the raw materials of metal or metal oxide products or that are inevitably mixed in during the manufacturing process, such as media used when grinding raw powder. Although they are essentially unnecessary, they are tolerated because they are present in trace amounts and do not affect the properties of the metal or metal oxide product. In the sputtering target according to this embodiment, the total amount of inevitable impurities is generally 1000 ppm by mass or less, typically 500 ppm by mass or less, and more typically 200 ppm by mass or less.

本実施形態では、スパッタリングターゲットの酸化物焼結体の表面において、当該表面の端部から中央側へ10mmの位置での明度をLe*とし、当該酸化物焼結体の表面の中央部での明度をLc*とし、明度Le*からLc*を減じた明度の差をΔL*とするとき、明度の差ΔL*はΔL*<3.0を満たしている。
ここで、明度(L*)は、JIS Z 8729で定義されているカラーシステムの3つの要素のうちの1つに属すところ、明度が大きくなると、色はより輝き明るく、白に近づく。つまり、酸化物焼結体の表面の明度が大きいほど、可視光の乱反射が大きいと考えられ、焼結体組織内微小クラック、焼結体組織内空孔の少なくとも一方が多く存在していること、若しくは表面粗さが大きいことを示す。本実施形態においては、スパッタリングターゲットが明度の差ΔL*がΔL*<3.0を満たすことにより、組織内微小クラック数、焼結体組織内空孔数、表面粗さから選択される少なくとも一つの特性について、スパッタリングターゲットの酸化物焼結体の端部と、中央部とで大きな差がない。したがって、本実施形態のスパッタリングターゲットは、切断加工時の加工ダメージの少なく均一性が向上した酸化物焼結体を有する。そして、このような酸化物焼結体を有するスパッタリングターゲットを用いたスパッタリングにより、高品質のIGZO膜を形成することができると推定される。
なお、本実施形態において、同様な観点からは、スパッタリングターゲットが明度の差ΔL*<2.5を満たすことが好ましく、より好ましくはΔL*<2.0である。
In this embodiment, when the lightness at a position 10 mm from the end of the surface of the oxide sintered body of the sputtering target is Le*, the lightness at the center of the surface of the oxide sintered body is Lc*, and the lightness difference obtained by subtracting Lc* from the lightness Le* is ΔL*, the lightness difference ΔL* satisfies ΔL* < 3.0.
Here, the lightness (L*) belongs to one of the three elements of the color system defined in JIS Z 8729, and as the lightness increases, the color becomes brighter and closer to white. In other words, the greater the lightness of the surface of the oxide sintered body, the greater the diffuse reflection of visible light, indicating that at least one of microcracks in the sintered body structure and voids in the sintered body structure is present in large numbers, or that the surface roughness is large. In this embodiment, the sputtering target satisfies the lightness difference ΔL* of ΔL*<3.0, so that there is no significant difference between the end and center of the oxide sintered body of the sputtering target in terms of at least one characteristic selected from the number of microcracks in the structure, the number of voids in the sintered body structure, and the surface roughness. Therefore, the sputtering target of this embodiment has an oxide sintered body with less processing damage during cutting and improved uniformity. It is estimated that a high-quality IGZO film can be formed by sputtering using a sputtering target having such an oxide sintered body.
From the same viewpoint, in this embodiment, the sputtering target preferably satisfies the difference in brightness ΔL*<2.5, and more preferably ΔL*<2.0.

本明細書において、明度の測定は、スパッタリングターゲットの酸化物焼結体の表面を、#80~#800の砥石を用いて表面研磨を行った後、簡易型分光色差計(日本電色工業社製、型番:NF333)により測定することができる。
また、明度Le*、Lc*の測定対象であるスパッタリングターゲットの酸化物焼結体の表面とは、スパッタリングターゲットを使用する際、スパッタリングされる側の酸化物焼結体の表面である。具体的には、酸化物焼結体が例えば円盤状や矩形状であれば当該表面は、例えばバッキングプレートとの接合面とは逆側の酸化物焼結体の表面(平面)であり、酸化物焼結体が円筒状であれば円筒の外周面である。
さらに、明度Le*は、より具体的には、スパッタリングターゲットの酸化物焼結体の表面のうち、当該酸化物焼結体の端部から中央側へ10mm離間した位置を3箇所測定した値を算術平均した値であり、また、当該酸化物焼結体の端部とは、スパッタリングターゲットの酸化物焼結体の端部の中でも、焼成後の酸化物焼結体を切断加工して形成された端部を指す。また、端部から中央側へとは、端部の輪郭に直交する方向を指す。
また、明度Lc*は、より具体的には、スパッタリングターゲットの酸化物焼結体の表面のうち中央部で3箇所測定した値を算術平均した値であり、また、当該酸化物焼結体の表面の中央部とは、スパッタリングターゲットの酸化物焼結体の表面のうち、当該酸化物焼結体の端部(焼成後の酸化物焼結体を切断加工して形成された端部や切断加工を経ていない端部も含む)から中央側へ10mm超離間した領域を指す。
In this specification, the lightness can be measured by polishing the surface of the oxide sintered body of the sputtering target with a grindstone of #80 to #800, and then measuring with a simplified spectrophotometer (manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd., model number: NF333).
The surface of the oxide sintered body of the sputtering target, which is the measurement target for the lightness Le* and Lc*, is the surface of the oxide sintered body on the side to be sputtered when the sputtering target is used. Specifically, if the oxide sintered body is, for example, disk-shaped or rectangular, the surface is, for example, the surface (flat surface) of the oxide sintered body on the opposite side to the bonding surface with the backing plate, and if the oxide sintered body is cylindrical, the outer circumferential surface of the cylinder.
More specifically, the lightness Le* is an arithmetic average of values measured at three positions on the surface of the oxide sintered body of the sputtering target, the positions being 10 mm away from the end of the oxide sintered body toward the center, and the end of the oxide sintered body refers to an end formed by cutting the oxide sintered body after firing, among the ends of the oxide sintered body of the sputtering target. Moreover, the term "from the end to the center" refers to a direction perpendicular to the outline of the end.
More specifically, the lightness Lc* is an arithmetic average of values measured at three locations in the center of the surface of the oxide sintered body of the sputtering target, and the center of the surface of the oxide sintered body refers to a region of the surface of the oxide sintered body of the sputtering target that is located more than 10 mm away from the end of the oxide sintered body (including an end formed by cutting the oxide sintered body after firing and an end not cut) toward the center.

また、本実施形態において、スパッタリングターゲット中の酸化物焼結体の明度の差ΔL*がΔL*<3.0を満たす方法としては、酸化物焼結体の切断加工時の加工ダメージを少なくすること、具体的には、切断時の切込み速度を抑えることや砥石を細かくすることが挙げられる。しかし、スパッタリングターゲットの生産性の確保の観点からは、酸化物焼結体自体が、そのような切断加工時の加工ダメージに対する強度を有することも好ましい。
切断加工時の加工ダメージに対する強度を有する酸化物焼結体としては、酸化物焼結体の焼成温度、最高焼成温度の保持時間、焼成時の雰囲気を調整することで得ることができる。具体的には、焼成温度について、焼成温度が比較的高い場合、酸化物焼結体の組織全体に微小クラックが生じ得る。この場合、焼結体組織内の残留応力が緩和された状態であり、切断加工時のダメージで微小クラックは大きく進展しない傾向があるため、酸化物焼結体の端部付近の明度Le*と酸化物焼結体の中央部の明度Lc*の差ΔL*は大きくなりにくい。
一方、焼成温度が比較的低い場合、酸化物焼結体の組織中の粒子が強固となり得るので、切断加工時において、組織全体的に、加工ダメージにより発生し得る微小クラックを低減することができ、切断加工を行っても酸化物焼結体の端部近傍の明度Le*と酸化物焼結体の中央部の明度Lc*の差ΔL*は小さくなりやすい。また、このときの組織中の組織粒径が微小である場合には組織自体がさらに強固になり、切断加工時のダメージにより微小クラックはほとんど進展せず、酸化物焼結体の端部近傍の明度Le*と酸化物焼結体の中央部の明度Lc*の差ΔL*はより小さくなりやすい。
さらに、焼成温度が中程度の場合、焼結後の酸化物焼結体において組織全体にクラックがない、若しくはあってもごくわずかとなり得る。しかしこの場合は、焼成過程で生じる焼結体組織内の残留応力が存在していると考えられ、切断加工時のダメージにより微小クラックが進展しやすいので、この結果、ターゲット端部近傍の明度Le*と中央部の明度Lc*の差ΔL*が大きくなり得る。
In the present embodiment, a method for making the difference ΔL* in lightness of the oxide sintered body in the sputtering target satisfy ΔL*<3.0 includes reducing processing damage during cutting of the oxide sintered body, specifically, reducing the cutting speed during cutting and using a fine grindstone. However, from the viewpoint of ensuring the productivity of the sputtering target, it is also preferable that the oxide sintered body itself has strength against such processing damage during cutting.
An oxide sintered body having strength against processing damage during cutting can be obtained by adjusting the firing temperature of the oxide sintered body, the holding time at the maximum firing temperature, and the atmosphere during firing. Specifically, when the firing temperature is relatively high, microcracks may occur throughout the structure of the oxide sintered body. In this case, the residual stress in the sintered body structure is relaxed, and the microcracks tend not to progress significantly due to damage during cutting, so the difference ΔL* between the lightness Le* near the end of the oxide sintered body and the lightness Lc* at the center of the oxide sintered body is unlikely to become large.
On the other hand, when the firing temperature is relatively low, the particles in the structure of the oxide sintered body can be made strong, so that during cutting, microcracks that may occur due to processing damage can be reduced throughout the structure, and even when cutting is performed, the difference ΔL* between the lightness Le* near the end of the oxide sintered body and the lightness Lc* at the center of the oxide sintered body tends to be small. Furthermore, when the grain size in the structure at this time is small, the structure itself becomes even stronger, microcracks due to damage during cutting hardly progress, and the difference ΔL* between the lightness Le* near the end of the oxide sintered body and the lightness Lc* at the center of the oxide sintered body tends to be smaller.
Furthermore, when the sintering temperature is moderate, there may be no cracks in the entire structure of the oxide sintered body after sintering, or even if there are, there may be only a few cracks. However, in this case, it is considered that there is residual stress in the sintered body structure generated during the sintering process, and microcracks are likely to progress due to damage during cutting processing, and as a result, the difference ΔL* between the lightness Le* near the target end and the lightness Lc* at the center may become large.

続いて、最高焼成温度の保持時間の調整による切断加工時の加工ダメージに対する強度を向上させる方法について説明する。酸化物焼結体においては、最高焼成温度の保持時間が長いほど焼成後の組織全体に微小クラックが生じ得る。しかし、保持時間が比較的長い場合には、切断加工時のダメージで微小クラックが進展したとしても、酸化物焼結体の端部付近の明度Le*と酸化物焼結体の中央部の明度Lc*の差ΔL*は大きくなりにくい。
また、保持時間が比較的短い場合、組織全体におけるクラックの発生を低減することができ、切断加工を行っても酸化物焼結体の端部近傍の明度Le*と酸化物焼結体の中央部の明度Lc*の差ΔL*は小さくなりやすい。
さらに、保持時間が中程度の場合、焼結後の酸化物焼結体において組織全体にクラックがない、若しくはあってもごくわずかとなる。しかしこの場合は、焼成過程で生じる焼結体組織内の残留応力が存在していると考えられ、切断加工時のダメージにより微小クラックが進展しやすいので、この結果、ターゲット端部近傍の明度Le*と中央部の明度Lc*の差ΔL*が大きくなり得る。
Next, a method for improving strength against damage during cutting by adjusting the holding time of the maximum firing temperature will be described. In an oxide sintered body, the longer the holding time of the maximum firing temperature, the more likely it is that microcracks will occur throughout the structure after firing. However, when the holding time is relatively long, even if microcracks develop due to damage during cutting, the difference ΔL* between the lightness Le* near the end of the oxide sintered body and the lightness Lc* at the center of the oxide sintered body is unlikely to become large.
Furthermore, when the holding time is relatively short, the occurrence of cracks throughout the structure can be reduced, and even when cutting is performed, the difference ΔL* between the lightness Le* near the end of the oxide sintered body and the lightness Lc* at the center of the oxide sintered body tends to be small.
Furthermore, when the holding time is intermediate, there are no cracks in the entire structure of the oxide sintered body after sintering, or if there are any, they are very few. However, in this case, it is considered that there is residual stress in the sintered body structure generated during the firing process, and microcracks are likely to progress due to damage during cutting processing, so that the difference ΔL* between the lightness Le* near the target end and the lightness Lc* at the center may become large.

次いで、酸化物焼結体を得る際の焼成の雰囲気について、酸素雰囲気とすることが好ましく、酸素雰囲気とすることで焼結性が上がり、大気雰囲気の焼成と比較して明度の差ΔL*が大きくなる傾向となる。 Next, it is preferable to use an oxygen atmosphere for the sintering atmosphere when obtaining an oxide sintered body, as using an oxygen atmosphere increases the sinterability and tends to increase the difference in brightness ΔL* compared to sintering in an air atmosphere.

さらに、切断加工時の加工ダメージに対する強度を有する酸化物焼結体としては、焼結体組織の密度(相対密度)を調整することでも得ることができる。一般にスパッタリングターゲットは密度が低い場合、ノジュール発生の原因となり得るが、IGZO系ターゲットでは酸化物焼結体密度が高すぎる場合、メカニズムは明らかになっていないが組織内の局所的応力が緩和されず、クラックが進展しやすい。一方、密度が低すぎる場合、微小クラックは進展し難いが、ノジュール発生の懸念が高くなる。 Furthermore, an oxide sintered body that has strength against processing damage during cutting can also be obtained by adjusting the density (relative density) of the sintered body structure. Generally, if the density of a sputtering target is low, it can cause nodules to form, but if the density of the oxide sintered body of an IGZO target is too high, local stress within the structure is not alleviated and cracks are likely to develop, although the mechanism is not clear. On the other hand, if the density is too low, microcracks are unlikely to develop, but there is a higher concern about nodule formation.

すなわち、本実施形態において、ノジュールの発生抑制の観点からは、相対密度が97.0%以上であり、好ましくは98.0%以上ある。一方、微小クラックの進展を抑制する観点からは、相対密度が99.3%以下であることが好ましい。
なお、相対密度は、組成によって定まる理論密度に対するアルキメデス密度の比で求められる。
That is, in this embodiment, from the viewpoint of suppressing the generation of nodules, the relative density is 97.0% or more, and preferably 98.0% or more, whereas from the viewpoint of suppressing the growth of microcracks, the relative density is preferably 99.3% or less.
The relative density is determined by the ratio of the Archimedes density to the theoretical density, which is determined by the composition.

ここで、上記理論密度は、スパッタリングターゲットの酸化物焼結体の各構成元素において、酸素を除いた元素の酸化物の理論密度から算出される密度の値である。酸化物焼結体の成分分析を行い、それにより得られる構成元素In、Ga、Znの合計100at%に対するIn、Ga、Znのそれぞれの原子比(at%)から換算して求めた酸化物質量比(質量%)、並びにIn23、Ga23及びZnOの単体密度を用いて理論密度を算出する。具体的には、In23の単体密度を7.18(g/cm3)、Ga23の単体密度を5.95(g/cm3)、ZnOの単体密度を5.61(g/cm3)とし、また、In23の質量比をWIn2O3(質量%)、Ga23の質量比をWGa2O3(質量%)、ZnOの質量比をWZnO(質量%)として、理論密度(g/cm3)=(7.18×WIn2O3+5.95×WGa2O3+5.61×WZnO)/100で算出される。 Here, the theoretical density is a density value calculated from the theoretical density of the oxide of each element of the oxide sintered body of the sputtering target, excluding oxygen. The theoretical density is calculated by performing a component analysis of the oxide sintered body, and using the oxide mass ratio (mass%) calculated by converting the atomic ratio (at%) of In, Ga, and Zn to the total of 100 at% of the constituent elements In, Ga , and Zn, and the simple substance densities of In2O3 , Ga2O3 , and ZnO. Specifically, the density of In2O3 is 7.18 ( g/ cm3 ), the density of Ga2O3 is 5.95 (g/ cm3 ), the density of ZnO is 5.61 (g/ cm3 ), the mass ratio of In2O3 is WIn2O3 (mass%), the mass ratio of Ga2O3 is WGa2O3 ( mass%), and the mass ratio of ZnO is WZnO ( mass %), and the theoretical density (g/ cm3 ) is calculated as (7.18 x WIn2O3 + 5.95 x WGa2O3 + 5.61 x WZnO )/100.

なお、この相対密度は、スパッタリングターゲットの焼結体をIn23、Ga23、ZnOの混合物と仮定して計算される理論密度を基準とするものであり、対象とする焼結体の密度の真の値は上記の理論密度より高くなることもあることから、ここでいう相対密度は100%を超えることもあり得る。 Note that this relative density is based on the theoretical density calculated by assuming that the sintered body of the sputtering target is a mixture of In2O3 , Ga2O3 , and ZnO . Since the true value of the density of the target sintered body may be higher than the theoretical density, the relative density referred to here may exceed 100%.

本実施形態のスパッタリングターゲットの酸化物焼結体の相対密度は、焼成最高温度、焼成保持時間、焼成雰囲気などを調整することにより上記の範囲に制御することができる。 The relative density of the oxide sintered body of the sputtering target of this embodiment can be controlled within the above range by adjusting the maximum firing temperature, firing holding time, firing atmosphere, etc.

また、本実施形態において、酸化物焼結体の組織粒径が1.5μm以上15μm以下であることが好ましく、さらに好ましくは3.0μm以上10μm以下である。当該組織粒径が大きい場合、15μm超となると、スパッタリング時に粗大パーティクルが生じる懸念がある。また、当該組織粒径が1.5μm未満となると、焼結が不十分となり十分な密度が得られない懸念がある。 In this embodiment, the grain size of the oxide sintered body is preferably 1.5 μm or more and 15 μm or less, and more preferably 3.0 μm or more and 10 μm or less. If the grain size is large, exceeding 15 μm, there is a concern that coarse particles may be generated during sputtering. If the grain size is less than 1.5 μm, there is a concern that sintering may be insufficient and sufficient density may not be obtained.

また、組織粒径は、コード法で測定される組織粒径である。組織粒径の測定は、まず、ターゲットから観察用サンプルを切り出し、切り出したサンプルの表面について鏡面研磨を施し、鏡面研磨されたサンプルの表面の組織写真を走査型電子顕微鏡(SEM)で1000倍の倍率で5視野撮影し、撮影した画像上に2本直線を引いて、各直線が結晶粒子と交わる長さの算術平均値を測定し、算術平均値を組織粒径(結晶粒径)とした。
コード法で測定される酸化物焼結体の組織粒径は、焼成最高温度、焼成保持時間、焼成雰囲気などを調整することで制御することができる。
The grain size is measured by the code method. The grain size is measured by cutting a sample for observation from the target, mirror-polishing the surface of the sample, taking a structural photograph of the mirror-polished sample surface in five fields of view at a magnification of 1000 times with a scanning electron microscope (SEM), drawing two straight lines on the photographed image, and measuring the arithmetic mean value of the lengths at which each straight line intersects with a crystal grain, and the arithmetic mean value is taken as the grain size (crystal grain size).
The grain size of the oxide sintered body measured by the cord method can be controlled by adjusting the maximum sintering temperature, sintering holding time, sintering atmosphere, and the like.

ここで、本実施形態において、酸化物焼結体はスパッタリングターゲットの一部として、必要に応じてバッキングプレートとボンディング材により接合されたものとすることができるが、スパッタリングターゲット中の酸化物焼結体は、円形平板状、矩形平板状、または円筒形状とすることができる。
また、スパッタリングターゲット中の酸化物焼結体の厚みは、18mm以下とすることができ、好ましくは15mm以下である。また、当該厚みは、3mm以上であることが好ましく、より好ましくは6mm以上である。厚みが3mm以上であることにより、ターゲットの使用期間を長くすることができ、スパッタ装置のダウンタイムを減少させ、生産性を向上させることができる。また、ターゲットの厚みが厚すぎると、焼結時に十分な密度を得られない傾向があることから、18mm以下であることが好ましい。
Here, in this embodiment, the oxide sintered body can be a part of a sputtering target, and can be bonded to a backing plate with a bonding material as necessary, and the oxide sintered body in the sputtering target can be in the shape of a circular plate, a rectangular plate, or a cylindrical shape.
The thickness of the oxide sintered body in the sputtering target can be 18 mm or less, preferably 15 mm or less. The thickness is preferably 3 mm or more, more preferably 6 mm or more. By making the thickness 3 mm or more, the usage period of the target can be extended, the downtime of the sputtering device can be reduced, and the productivity can be improved. If the thickness of the target is too thick, there is a tendency that sufficient density cannot be obtained during sintering, so the thickness is preferably 18 mm or less.

つづいて、本実施形態のスパッタリングターゲットの製造方法を説明する。
本実施形態のスパッタリングターゲットは、原料の混合粉砕工程、造粒工程、成型工程、焼成工程の各工程を経て作製することができる。
混合粉砕工程では、原料粉として、酸化インジウム(In23)粉、酸化ガリウム(Ga23)粉、酸化亜鉛(ZnO)粉を準備する。
酸化インジウム粉としては、メジアン径(D50):0.5~3μm、比表面積:4~10m2/g、であり、酸化ガリウム粉としては、メジアン径(D50):0.5~4μm、比表面積:6~30m2/g、であり、酸化亜鉛粉としては、メジアン径(D50):0.1~2μm、比表面積:2~20m2/gを使用することが好ましい。
Next, a method for producing the sputtering target of this embodiment will be described.
The sputtering target of this embodiment can be produced through the steps of mixing and pulverizing raw materials, a granulating step, a molding step, and a firing step.
In the mixing and grinding step, indium oxide (In 2 O 3 ) powder, gallium oxide (Ga 2 O 3 ) powder, and zinc oxide (ZnO) powder are prepared as raw material powders.
It is preferable to use indium oxide powder with a median diameter (D50) of 0.5 to 3 μm and a specific surface area of 4 to 10 m2 /g, gallium oxide powder with a median diameter (D50) of 0.5 to 4 μm and a specific surface area of 6 to 30 m2 /g, and zinc oxide powder with a median diameter (D50) of 0.1 to 2 μm and a specific surface area of 2 to 20 m2 /g.

次に、各原料粉を所望の組成比となるように秤量後、混合粉砕を行う。粉砕方法には求める粒度、被粉砕物質に応じて様々な方法があるが、湿式または乾式によるボールミル、振動ミル、ビーズミル等を用いることができる。均一で微細な結晶粒を得るには、短時間で凝集体の解砕効率が高く、添加物の分散状態も良好となるビーズミル混合法が好ましい。 Next, the raw powders are weighed to obtain the desired composition ratio, and then mixed and pulverized. There are various pulverization methods depending on the desired particle size and the material to be pulverized, and wet or dry ball mills, vibration mills, bead mills, etc. can be used. To obtain uniform and fine crystal particles, the bead mill mixing method is preferred, as it has high efficiency in breaking down aggregates in a short time and also provides good dispersion of additives.

次に、造粒工程において、微粉砕したスラリーの造粒を行う。これは、造粒により粉体の流動性を向上させることで、次工程のプレス成型時に粉体を均一に金型へ充填し、均質な成型体を得るためである。造粒には様々な方式があるが、プレス成型に適した造粒粉を得る方法の一つに、噴霧式乾燥装置(スプレードライヤー)を用いる方法がある。これは粉体をスラリーとし、熱風中に液滴として分散させ、瞬間的に乾燥させる方法であり、10~500μmの球状の造粒粉を連続的に得ることができる。 Next, in the granulation process, the finely ground slurry is granulated. This is to improve the fluidity of the powder by granulation, which allows the powder to be filled evenly into a mold during the next process of press molding, resulting in a homogeneous molded body. There are various methods of granulation, but one method for obtaining granulated powder suitable for press molding is to use a spray drying device (spray dryer). This method makes the powder into a slurry, disperses it as droplets in hot air, and dries it instantly, allowing for the continuous production of spherical granulated powder of 10 to 500 μm.

スプレードライヤーによる乾燥では、熱風の入口温度、および出口温度の管理が重要である。入口と出口との温度差が大きければ単位時間当たりの乾燥量が増加し生産性が向上するが、入口温度が高すぎると、粉体、および添加したバインダーが熱により変質し、望まれる特性が得られない場合がある。また、出口温度が低すぎると、造粒粉が十分に乾燥されない場合がある。 When drying with a spray dryer, it is important to control the inlet and outlet temperatures of the hot air. If the temperature difference between the inlet and outlet is large, the amount of dry material per unit time increases, improving productivity, but if the inlet temperature is too high, the powder and any added binders may be altered by the heat, and the desired characteristics may not be obtained. Also, if the outlet temperature is too low, the granulated powder may not be dried sufficiently.

また、スラリー中にポリビニルアルコール(PVA)等のバインダーを添加し造粒粉中に含有させることで、成型体の強度を向上させることができる。PVAの添加量は、PVA6質量%含有水溶液を原料粉に対して50~250cc/kg添加することができる。さらに、バインダーに適した可塑剤も添加することで、プレス成型時の造粒粉の圧壊強度を調節することもできる。また、得られた造粒粉に、少量の水を添加し湿潤させることで成型体の強度を向上する方法もある。 The strength of the molded body can be improved by adding a binder such as polyvinyl alcohol (PVA) to the slurry and incorporating it into the granulated powder. The amount of PVA added can be 50 to 250 cc/kg of an aqueous solution containing 6% by mass of PVA relative to the raw powder. Furthermore, the crushing strength of the granulated powder during press molding can be adjusted by adding a plasticizer suitable for the binder. Another method for improving the strength of the molded body is to add a small amount of water to the obtained granulated powder to moisten it.

次いで、成型工程において、造粒粉に対して、金型プレスまたは冷間静水圧プレス(CIP)により、例えば1ton/cm2以上の圧力で1~3分間保持して、成型体を得る。 Next, in the molding step, the granulated powder is pressed by a die or cold isostatic press (CIP) at a pressure of, for example, 1 ton/cm 2 or more for 1 to 3 minutes to obtain a molded body.

続いて、焼成工程において、例えば電気炉を使用し、常圧焼結法のほか、ホットプレス、酸素加圧、熱間静水圧等の加圧焼結法も採用することができる。ただし、製造コストの低減、大量生産の可能性、容易に大型の焼結体を製造できるといった観点から、常圧焼結法を採用することが好ましい。 Next, in the sintering process, for example, an electric furnace can be used, and in addition to atmospheric sintering, pressure sintering methods such as hot pressing, oxygen pressure, and hot isostatic pressure can also be used. However, from the viewpoints of reducing manufacturing costs, the possibility of mass production, and the ease of manufacturing large sintered bodies, it is preferable to use atmospheric sintering.

また焼成工程における焼成雰囲気は、雰囲気中に酸素が含まれることが好ましく、より好ましくは酸素雰囲気である。酸素を含むことで、酸化物焼結体のバルク抵抗を所望の範囲にしやすくすることができる。
また、常圧焼結法では、通常、成型体を大気中にて焼成して焼結させるところ、酸素を導入して焼成する場合の酸素流量としては、5~2000L/minが好ましい。
The firing atmosphere in the firing step preferably contains oxygen, and more preferably is an oxygen atmosphere. By containing oxygen, the bulk resistance of the oxide sintered body can be easily adjusted to a desired range.
In the normal pressure sintering method, the molded body is usually sintered by firing in the air, and when oxygen is introduced for firing, the flow rate of oxygen is preferably 5 to 2000 L/min.

焼成工程における最高焼成温度は、1200~1500℃とすることができ、好ましくは1220~1360℃である。当該最高焼成温度を当該範囲にすることにより、明度の差ΔL*がΔL*<3.0を満たし、且つ、酸化物焼結体の相対密度を所定の範囲にしやすくすることができる。
また、最高焼成温度での保持時間は、5~100時間とすることができ、好ましくは10~100時間とすることができ、より好ましくは20~80時間である。当該最高焼成温度の保持時間を当該範囲にすることにより、明度の差ΔL*がΔL*<3.0を満たし、且つ、酸化物焼結体の相対密度を所定の範囲にしやすくすることができる。
The maximum firing temperature in the firing step can be 1200 to 1500° C., and preferably 1220 to 1360° C. By setting the maximum firing temperature within this range, the difference in lightness ΔL* satisfies ΔL*<3.0, and the relative density of the oxide sintered body can be easily set within a predetermined range.
The holding time at the maximum firing temperature can be 5 to 100 hours, preferably 10 to 100 hours, and more preferably 20 to 80 hours. By setting the holding time at the maximum firing temperature within this range, the difference in lightness ΔL* satisfies ΔL*<3.0, and the relative density of the oxide sintered body can be easily set within a predetermined range.

さらに、焼結に際しての昇温速度は、1000℃以上の温度範囲における昇温速度を0.1~5℃/minであることが好ましく、より好ましくは0.3~3℃/minであり、さらに好ましくは0.5~2℃/minである。この温度範囲での昇温速度が5℃/min以上とすると量産時の工程安定性の観点から好ましくない。また、この温度範囲での昇温速度を0.1℃/min以下とすると生産性の観点から好ましくない。
また、上記の所定の温度範囲外における昇温速度は、特に限定されず任意の昇温速度で行うことができる。
Furthermore, the heating rate during sintering is preferably 0.1 to 5°C/min, more preferably 0.3 to 3°C/min, and even more preferably 0.5 to 2°C/min, in a temperature range of 1000°C or higher. A heating rate of 5°C/min or higher in this temperature range is not preferred from the viewpoint of process stability during mass production. Also, a heating rate of 0.1°C/min or lower in this temperature range is not preferred from the viewpoint of productivity.
Furthermore, the rate of temperature increase outside the above-mentioned predetermined temperature range is not particularly limited and can be any rate of temperature increase.

さらに、焼結後の成型体(焼結体)の600℃以上の温度範囲での降温を、降温速度10℃/min以下で行うことができる。降温速度を10℃/min以下にすることにより、熱応力による焼結体の割れを抑制することができる。なお、ここで、降温速度を10℃/min以下とする温度範囲を600℃以上とするのは、焼結体の降温時において600℃以上の焼結体で熱応力が大きくなりやすいためである。
なお、降温速度は5℃/min以下であることが好ましく、より好ましくは3℃/min以下である。また、降温速度は、生産性の観点から0.1℃/min以上であることが好ましく、より好ましくは0.5℃/min以上である。
また、上記の所定の温度範囲外における降温速度は、特に限定されず任意の降温速度で行うことができる。
Furthermore, the temperature of the molded body (sintered body) after sintering can be decreased at a rate of 10°C/min or less in a temperature range of 600°C or more. By decreasing the rate of temperature decrease to 10°C/min or less, cracking of the sintered body due to thermal stress can be suppressed. The reason why the temperature range in which the rate of temperature decrease is 10°C/min or less is set to 600°C or more is that thermal stress tends to increase in the sintered body at 600°C or more when the sintered body is decreased in temperature.
The temperature drop rate is preferably 5° C./min or less, more preferably 3° C./min or less. From the viewpoint of productivity, the temperature drop rate is preferably 0.1° C./min or more, more preferably 0.5° C./min or more.
Furthermore, the temperature decreasing rate outside the above-mentioned predetermined temperature range is not particularly limited and can be any desired temperature decreasing rate.

本実施形態のスパッタリングターゲットの製造方法において、上記の焼成工程を経て得られた焼結体は、必要に応じて、平面研削機、円筒研削機、マシニング等の加工機で所望の形状に加工することにより、スパッタリングターゲットを作製できる。スパッタリングターゲットの形状には特に制約はない。例えば、円盤状、矩形状、円筒状などとすることができる。スパッタリングターゲットは必要に応じてバッキングプレートとボンディング材により接合して用いてもよい。 In the sputtering target manufacturing method of this embodiment, the sintered body obtained through the above-mentioned firing process can be processed into a desired shape using a processing machine such as a surface grinder, a cylindrical grinder, or a machining machine, as necessary, to produce a sputtering target. There are no particular restrictions on the shape of the sputtering target. For example, it can be disk-shaped, rectangular, cylindrical, etc. If necessary, the sputtering target may be bonded to a backing plate using a bonding material.

なお、酸化物焼結体の切断方法としては、切断用ホイール砥石を用いて切断することができる。当該ホイール砥石としては、金属材料で形成されたものが好ましく、また、粒度は#60~#400が好ましく、より好ましくは#80~#280である。酸化物焼結体の形状が円筒状である場合には、切断は、酸化物焼結体を軸周りに例えば5~200rpmで回転させながら、酸化物焼結体の外周面から0.1~10mm/分の速さで切り込むことで行うことができる。また、酸化物焼結体の形状が円盤状または矩形状である場合には、切断は、酸化物焼結体の表面から0.1~100mm/分の速さで切り込むことで行うことができる。 The oxide sintered body can be cut using a cutting wheel. The wheel is preferably made of a metal material, and the grain size is preferably #60 to #400, and more preferably #80 to #280. When the oxide sintered body has a cylindrical shape, it can be cut by cutting into the outer periphery of the oxide sintered body at a speed of 0.1 to 10 mm/min while rotating the oxide sintered body around its axis at, for example, 5 to 200 rpm. When the oxide sintered body has a disk or rectangular shape, it can be cut by cutting into the surface of the oxide sintered body at a speed of 0.1 to 100 mm/min.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明のスパッタリングターゲットは、上記の例に限定されることは無く、適宜変更を加えることができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the sputtering target of the present invention is not limited to the above examples and can be modified as appropriate.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例になんら限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.

(スパッタリングターゲットの作製)
実施例1~31、及び比較例1~9のスパッタリングターゲットの酸化物焼結体の原料粉として、酸化インジウム(In23)粉、酸化ガリウム(Ga23)粉、酸化亜鉛(ZnO)粉を準備した。
実施例1、3~7、9、11、13~20、22~30、及び比較例1、2、4、5、8、9のスパッタリングターゲットでは、酸化インジウム粉として、メジアン径(D50):1.6μm、比表面積:4.2m2/g、酸化ガリウム粉として、メジアン径(D50):1.7μm、比表面積:11.7m2/g、酸化亜鉛粉として、メジアン径(D50):0.6μm、比表面積:3.9m2/gであるものを使用した。
実施例2、8、10、12、21、31、及び比較例3、6、7のスパッタリングターゲットでは、酸化インジウム粉として、メジアン径(D50):1.4μm、比表面積:5.0m2/g、酸化ガリウム粉として、メジアン径(D50):1.7μm、比表面積:11.7m2/g、酸化亜鉛粉として、メジアン径(D50):0.6μm、比表面積:3.9m2/gであるものを使用した。また、実施例2、8、10、12、21、31及び比較例3、6、7では、原料として酸化錫(SnO2)粉も表1に記載の量で含有させており(表1では錫原子の含有量)、酸化錫粉は、メジアン径(D50):1.5μm、比表面積:5.7m2/gのものを使用した。
(Preparation of sputtering target)
As raw material powders of the oxide sintered bodies of the sputtering targets of Examples 1 to 31 and Comparative Examples 1 to 9, indium oxide (In 2 O 3 ) powder, gallium oxide (Ga 2 O 3 ) powder, and zinc oxide (ZnO) powder were prepared.
In the sputtering targets of Examples 1, 3 to 7, 9, 11, 13 to 20, 22 to 30 and Comparative Examples 1, 2, 4, 5, 8, and 9, indium oxide powder with a median diameter (D50): 1.6 μm and specific surface area: 4.2 m2 /g, gallium oxide powder with a median diameter (D50): 1.7 μm and specific surface area: 11.7 m2 /g, and zinc oxide powder with a median diameter (D50): 0.6 μm and specific surface area: 3.9 m2 /g were used.
In the sputtering targets of Examples 2, 8, 10, 12, 21, and 31 and Comparative Examples 3, 6, and 7, the indium oxide powder had a median diameter (D50) of 1.4 μm and a specific surface area of 5.0 m 2 /g, the gallium oxide powder had a median diameter (D50) of 1.7 μm and a specific surface area of 11.7 m 2 /g, and the zinc oxide powder had a median diameter (D50) of 0.6 μm and a specific surface area of 3.9 m 2 /g. In Examples 2, 8, 10, 12, 21, and 31 and Comparative Examples 3, 6, and 7, tin oxide (SnO 2 ) powder was also contained as a raw material in the amount shown in Table 1 (Table 1 shows the content of tin atoms), and the tin oxide powder had a median diameter (D50) of 1.5 μm and a specific surface area of 5.7 m 2 /g.

次に、各原料粉を表1に記載の組成比(原子比率)となるように秤量後、ビーズミルにて湿式で混合粉砕を行った。なお、粉砕した後のスラリー中の各原料粉末は粒度が0.6μmであった。次いで、粉砕したスラリーの造粒を行った。造粒は粉体をスラリーとし、スプレードライヤーを用いて熱風中に液滴として分散させ、瞬間的に乾燥させることで、49μmの球状の造粒粉を連続的に得た。 Next, each raw material powder was weighed to have the composition ratio (atomic ratio) shown in Table 1, and then wet mixed and ground in a bead mill. Note that the particle size of each raw material powder in the slurry after grinding was 0.6 μm. Next, the ground slurry was granulated. For granulation, the powder was made into a slurry, dispersed as droplets in hot air using a spray dryer, and instantly dried to continuously obtain 49 μm spherical granulated powder.

次に、実施例5、11~14、16~21、23、25~31、及び比較例3~7については、造粒粉を金型に充填し、1800kgf/cm2の圧力を、1分間保持して成型し、直径130mm、厚さ21mmの円盤状の成型体を得た。また、実施例3、15、24、比較例1、2、9については、造粒粉を金型に充填し、1800kgf/cm2の圧力を、1分間保持して成型し、軸方向長さ1600mm、外径197mm、内径157mmの円筒状の成型体を得た。また、実施例1、2、4、6~10、22、比較例8については、造粒粉を金型に充填しコールドプレスののち、1800kgf/cm2の圧力を、1分間保持して成型し、幅550mm、長さ595mm、厚さ16mmの矩形状の成型体を得た。
そして、それらの成型体を、電気炉を使用し、表1の雰囲気下で焼成して酸化物焼結体を得た。具体的には、表1に記載の条件で、成型体を昇温した後、表1に記載の焼結温度および時間で焼成した。なお、1000℃から最高温度に到達するまでの昇温速度は1℃/minとし、最高温度保持完了後、600℃に冷却されるまでの降温速度は1.5℃/minとした。
Next, for Examples 5, 11 to 14, 16 to 21, 23, 25 to 31, and Comparative Examples 3 to 7, the granulated powder was filled into a mold, and a pressure of 1800 kgf/cm 2 was held for 1 minute to mold the powder, and a disk-shaped molded body having a diameter of 130 mm and a thickness of 21 mm was obtained. For Examples 3, 15, and 24, and Comparative Examples 1, 2, and 9, the granulated powder was filled into a mold, and a pressure of 1800 kgf/cm 2 was held for 1 minute to mold the powder, and a cylindrical molded body having an axial length of 1600 mm, an outer diameter of 197 mm, and an inner diameter of 157 mm was obtained. For Examples 1, 2, 4, 6 to 10, and 22, and Comparative Example 8, the granulated powder was filled into a mold, and after cold pressing, a pressure of 1800 kgf/cm 2 was held for 1 minute to mold the powder, and a rectangular molded body having a width of 550 mm, a length of 595 mm, and a thickness of 16 mm was obtained.
These molded bodies were then fired in an electric furnace under the atmosphere shown in Table 1 to obtain oxide sintered bodies. Specifically, the molded bodies were heated under the conditions shown in Table 1, and then fired at the sintering temperature and time shown in Table 1. The heating rate from 1000°C to the maximum temperature was 1°C/min, and after the maximum temperature was maintained, the heating rate was 1.5°C/min until the temperature was cooled to 600°C.

次いで、実施例5、11~14、16~21、23、25~31、及び比較例3~7については、得られた酸化物焼結体を直径100mm、厚さ15mmの円盤状に加工した。酸化物焼結体の切断方法としては、メタル#140切断用ホイール砥石を用いて、酸化物焼結体の表面から50mm/分の速度で当該砥石を当てて切断した。
また、実施例3、15、24、比較例1、2、9については、得られた酸化物焼結体を軸方向長さ50mm、外径153mm、内径135mmの円筒状に加工した。酸化物焼結体の切断方法としては、メタル#140切断用ホイール砥石を用いて、酸化物焼結体を20rpmで軸方向に回転させながら、酸化物焼結体の表面から1mm/分の速度で当該砥石を当てて切断した。
また、実施例1、2、4、6~10、22、比較例8については、得られた酸化物焼結体を幅450mm、長さ450mm、厚さ10mmの矩形状に加工した。酸化物焼結体の切断方法としては、メタル#140切断用ホイール砥石を用いて、酸化物焼結体の表面から50mm/分の速度で当該砥石を当てて切断した。
上記のようにして加工した後の酸化物焼結体を表1に示す粒度の研磨材で表面仕上げを行った。表面仕上げを行った酸化物焼結体について、後述する評価を行った。
Next, for Examples 5, 11 to 14, 16 to 21, 23, 25 to 31, and Comparative Examples 3 to 7, the obtained oxide sintered bodies were processed into disks having a diameter of 100 mm and a thickness of 15 mm. The oxide sintered bodies were cut by applying a metal #140 cutting wheel grindstone to the surface of the oxide sintered bodies at a speed of 50 mm/min.
In addition, for Examples 3, 15, and 24 and Comparative Examples 1, 2, and 9, the obtained oxide sintered bodies were processed into a cylindrical shape with an axial length of 50 mm, an outer diameter of 153 mm, and an inner diameter of 135 mm. The oxide sintered bodies were cut by using a metal #140 cutting wheel grindstone and rotating the oxide sintered bodies in the axial direction at 20 rpm, while applying the grindstone to the surface of the oxide sintered bodies at a speed of 1 mm/min.
In addition, for Examples 1, 2, 4, 6 to 10, and 22 and Comparative Example 8, the obtained oxide sintered bodies were processed into a rectangular shape with a width of 450 mm, a length of 450 mm, and a thickness of 10 mm. The oxide sintered bodies were cut by applying a metal #140 cutting wheel grindstone to the surface of the oxide sintered bodies at a speed of 50 mm/min.
The oxide sintered body after processing as described above was subjected to surface finishing with an abrasive having a grain size shown in Table 1. The oxide sintered body subjected to surface finishing was subjected to the evaluation described below.

なお、各成型体の焼成において、炉容積2.2m3の電気炉と(表1では炉(大)と表記)、炉容積0.06m3の電気炉(表1では炉(小)と表記)を用いた。 In firing each molded body, an electric furnace with a furnace volume of 2.2 m3 (referred to as "large furnace" in Table 1) and an electric furnace with a furnace volume of 0.06 m3 (referred to as "small furnace" in Table 1) were used.

得られた酸化物焼結体について、下記のような評価を行った。下記の評価結果について、表2に示す。
(1)酸化物焼結体の密度および相対密度
JIS R 1634に準拠して、アルキメデス法により下記式により算出した焼結体の体積と乾燥重量からかさ密度を算出し、これを理論密度で除することにより相対密度とした。
焼結体体積=(抱水重量-水中重量)/水の密度
焼結体の理論密度は、構成元素In、Ga、Znの合計100at%に対するIn、Ga、Znのそれぞれの原子比(at%)から換算して求めたIn23の質量比WIn2O3(質量%)、Ga23の質量比WGa2O3(質量%)、ZnOの質量比WZnO(質量%)、並びに、In23の単体密度7.18(g/cm3)、Ga23の単体密度5.95(g/cm3)、ZnOの単体密度5.61(g/cm3)を用いて、下記式のように算出した。
理論密度(g/cm3)=(7.18×WIn2O3+5.95×WGa2O3+5.61×WZnO)/100
The obtained oxide sintered body was evaluated as follows. The evaluation results are shown in Table 2.
(1) Density and relative density of oxide sintered body In accordance with JIS R 1634, the bulk density was calculated from the volume and dry weight of the sintered body calculated by the Archimedes method using the following formula, and the bulk density was divided by the theoretical density to obtain the relative density.
Volume of sintered body = (weight of hydrated body - weight in water) / density of water The theoretical density of the sintered body was calculated using the mass ratios of In2O3 W In2O3 (mass %), the mass ratio of Ga2O3 W Ga2O3 (mass %), and the mass ratio of ZnO W ZnO (mass %), which were calculated by converting the atomic ratios (at %) of In, Ga , and Zn to the total of 100 at % of the constituent elements In , Ga, and Zn, as well as the elemental densities of In2O3 (7.18 (g/ cm3 ), Ga2O3 (5.95 (g/ cm3 ), and ZnO (5.61 (g/ cm3 )), using the following formula:
Theoretical density (g/cm 3 ) = (7.18×W In2O3 +5.95×W Ga2O3 +5.61×W ZnO )/100

(2)コード法で測定される酸化物焼結体の組織粒径
コード法で測定される酸化物焼結体の組織粒径は、表1に示す粒度の研磨材で表面仕上げした後の酸化物焼結体から観察用サンプルを切り出し、切り出したサンプルの表面について鏡面研磨を施した。鏡面研磨されたサンプルの表面の組織写真を走査型電子顕微鏡(SEM)で1000倍の倍率で5視野撮影し、コード法の評価方法で複数視野(5視野)の結晶粒径(組織粒径)を算術平均値として算出した。コード法では、各表面組織写真に任意の長さの2本の直線を引き、直線が横切った粒子の数で当該直線の長さを割り、この値を表面組織写真の縮尺に当てはめて換算し、合計10本の直線から得た値に基づいて算術平均の結晶粒径を算出した。
(2) Grain size of the oxide sintered body measured by the code method The grain size of the oxide sintered body measured by the code method was measured by cutting out an observation sample from the oxide sintered body after surface finishing with an abrasive having a grain size shown in Table 1, and mirror polishing the surface of the cut sample. A micrograph of the surface of the mirror polished sample was taken in five fields of view at a magnification of 1000 times with a scanning electron microscope (SEM), and the crystal grain size (grain size of the grain) of multiple fields of view (five fields of view) was calculated as an arithmetic average value by the evaluation method of the code method. In the code method, two straight lines of arbitrary length were drawn on each surface texture photograph, the length of the straight lines was divided by the number of grains crossed by the straight lines, and this value was converted by applying it to the scale of the surface texture photograph, and the arithmetic average grain size was calculated based on the value obtained from a total of 10 straight lines.

(3)明度Le*およびLc*
表1に示す粒度の研磨材で表面仕上げを行った酸化物焼結体の明度Le*およびLc*の測定は、簡易型分光色差計(日本電色工業社製、NF333)により測定した。
(3) Lightness Le* and Lc*
The lightness Le* and Lc* of the oxide sintered bodies that had been surface-finished with the abrasives having the grain sizes shown in Table 1 were measured using a simplified spectrophotometer (NF333, manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.).

表2に示されるように、酸化物焼結体の明度Le*、明度Lc*、明度の差ΔL*、相対密度のそれぞれの値は、酸化物焼結体を得るための原料の成型体を焼結する際、高い酸素分圧下で行うとともに、焼成温度、焼成時間、焼成雰囲気、昇降温速度の調整、焼成後のアニール処理、組成の微調整等により、所望の範囲にすることができた。
そして、酸化物焼結体の明度の差ΔL*、相対密度のそれぞれの値を所定の範囲にした実施例1~31では、組織内微小クラック数、焼結体組織内空孔数、表面粗さから選択される少なくとも一つの特性について均一性が向上したIGZOスパッタリングターゲットを提供することができ、それにより高品質のIGZO膜を得られると推定される。
As shown in Table 2, the lightness Le*, lightness Lc*, lightness difference ΔL*, and relative density of the oxide sintered body could be adjusted to be within the desired range by sintering the raw material molded body to obtain the oxide sintered body under a high oxygen partial pressure, adjusting the firing temperature, firing time, firing atmosphere, and temperature increase/decrease rate, performing an annealing treatment after firing, fine-tuning the composition, and the like.
In Examples 1 to 31, in which the lightness difference ΔL* of the oxide sintered body and the relative density are set within a predetermined range, it is possible to provide an IGZO sputtering target having improved uniformity in at least one property selected from the number of microcracks in the structure, the number of voids in the sintered body structure, and the surface roughness, and it is presumed that this makes it possible to obtain a high-quality IGZO film.

本発明によれば、組織内微小クラック数、焼結体組織内空孔数、表面粗さから選択される少なくとも一つの特性について均一性を向上させることが可能なIGZOスパッタリングターゲットを提供することができる。 The present invention provides an IGZO sputtering target that can improve the uniformity of at least one characteristic selected from the number of microcracks in the structure, the number of voids in the sintered body structure, and surface roughness.

Claims (6)

インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)及び不可避的不純物からなり、焼成後に切断された酸化物焼結体を有するスパッタリングターゲットであって、
前記酸化物焼結体の表面において、当該表面の端部から中央側へ10mmの位置での明度Le*から、当該表面の中央部での明度Lc*を減じたΔL*が、ΔL*<3.0を満たし、
前記酸化物焼結体の相対密度が97.0%以上であり、
前記酸化物焼結体の前記表面が平面である、IGZOスパッタリングターゲット。
A sputtering target having an oxide sintered body composed of indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn) and inevitable impurities and cut after sintering,
In the surface of the oxide sintered body, ΔL* obtained by subtracting the lightness Lc* at the center of the surface from the lightness Le* at a position 10 mm from the end of the surface toward the center satisfies ΔL*<3.0,
The relative density of the oxide sintered body is 97.0% or more,
The IGZO sputtering target, wherein the surface of the oxide sintered body is flat.
前記酸化物焼結体の組織粒径が1.5~15μmである、請求項1に記載のIGZOスパッタリングターゲット。 The IGZO sputtering target according to claim 1, wherein the grain size of the oxide sintered body is 1.5 to 15 μm. 前記酸化物焼結体の相対密度が99.3%以下である、請求項1または2に記載のIGZOスパッタリングターゲット。 The IGZO sputtering target according to claim 1 or 2, wherein the relative density of the oxide sintered body is 99.3% or less. 前記酸化物焼結体が円形平板状、または矩形平板状である、請求項1~3のいずれかに記載のIGZOスパッタリングターゲット。 The IGZO sputtering target according to any one of claims 1 to 3, wherein the oxide sintered body has a circular plate shape or a rectangular plate shape . 前記酸化物焼結体の中のIn含有量を100とするとき、原子数比率でGaが100±30、Znが100±30である、請求項1~4のいずれかに記載のIGZOスパッタリングターゲット。 The IGZO sputtering target according to any one of claims 1 to 4, in which the atomic ratio of Ga is 100±30 and Zn is 100±30 when the In content in the oxide sintered body is 100. 前記酸化物焼結体の厚みが15mm以下である、請求項1~5のいずれかに記載のIGZOスパッタリングターゲット。 The IGZO sputtering target according to any one of claims 1 to 5, wherein the thickness of the oxide sintered body is 15 mm or less.
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