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JP7723218B2 - Sintered oxide - Google Patents
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JP7723218B2 - Sintered oxide - Google Patents

Sintered oxide

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JP7723218B2 JP2024570662A JP2024570662A JP7723218B2 JP 7723218 B2 JP7723218 B2 JP 7723218B2 JP 2024570662 A JP2024570662 A JP 2024570662A JP 2024570662 A JP2024570662 A JP 2024570662A JP 7723218 B2 JP7723218 B2 JP 7723218B2
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Description

本発明は、In-Ga-Zn系複合酸化物を含む酸化物焼結体に関する。 The present invention relates to an oxide sintered body containing an In-Ga-Zn based composite oxide.

フラットパネルディスプレイ(以下、「FPD」という。)等の表示装置に使用される薄膜トランジスタ(以下、「TFT」という。)の技術分野においては、FPDの高機能化に伴い、従来のアモルファスシリコンに代わって、特許文献1、2に示すようなIn-Ga-Zn系複合酸化物(以下、「IGZO」という。)に代表される酸化物半導体の実用化が進んでいる。In the technical field of thin-film transistors (hereinafter referred to as "TFTs") used in display devices such as flat panel displays (hereinafter referred to as "FPDs"), as FPDs become more functional, oxide semiconductors, such as In-Ga-Zn composite oxides (hereinafter referred to as "IGZO") as shown in Patent Documents 1 and 2, are increasingly being used in place of conventional amorphous silicon.

また、近年では酸化物半導体は、高移動度(>10cm/Vs)と極低オフリーク電流(<10-22A/μm)とを両立できるという優れた特徴を有しており、半導体の製造工程において、BEOL互換プロセスによるSi-CMOS LSIとの混載、高集積化が可能な縦型FETのチャネル材料として期待されている。このような期待に伴って、酸化物半導体を成膜するためのスパッタリングターゲットに対する要求特性も高まっている。 In recent years, oxide semiconductors have been recognized as having the excellent characteristics of being able to combine high mobility (>10 cm 2 /Vs) with extremely low off-leakage current (<10-22 A/μm), and are expected to be used as channel materials for vertical FETs that can be integrated with Si-CMOS LSIs and highly integrated using BEOL compatible processes in the semiconductor manufacturing process. Along with these expectations, the required properties of sputtering targets for depositing oxide semiconductor films are also increasing.

特開2014-105124号公報JP 2014-105124 A 特開2011-195406号公報JP 2011-195406 A

しかしながら、特許文献1、2に開示された酸化物焼結体は、Ga粉末とZnO粉末とを混合し、仮焼することにより、先ずGaZnO粉末を製造した後、当該GaZnO粉末を粉砕し、In粉末と混合し、製造されたものであると、酸化物焼結体の焼結が十分に進まず、密度が上がらないという問題があった。また、GaZnO粉末は非常に硬いため、In粉末と混合する際、GaZnO粉末を粉砕する粉砕メディアであるZrOが削れてしまい、Zrを含む不純物が多く含有するという問題もあった。 However, the oxide sintered bodies disclosed in Patent Documents 1 and 2 were produced by first mixing Ga2O3 powder and ZnO powder and calcining the mixture to produce Ga2ZnO4 powder , then pulverizing the Ga2ZnO4 powder and mixing it with In2O3 powder. However, these sintered bodies had the problem that sintering did not proceed sufficiently and the density did not increase. Furthermore, because Ga2ZnO4 powder is very hard, when it is mixed with In2O3 powder , the ZrO2 used as a pulverizing medium for pulverizing the Ga2ZnO4 powder is scraped off, resulting in the production of a large amount of impurities including Zr.

本発明は、上記課題に鑑みて、相対密度が高く、またZrを含む不純物の含有量を大幅に低減した酸化物焼結体を提供する。 In consideration of the above problems, the present invention provides an oxide sintered body that has a high relative density and a significantly reduced content of impurities, including Zr.

上記課題を解決するためになされた本発明の酸化物焼結体は、In元素、Ga元素、及びZn元素を含む酸化物焼結体であって、InGaZnO結晶相と、GaZnO結晶相とを含み、相対密度が100.0%超であり、Zr含有量が100質量ppm以下であることを特徴とする。
本発明の酸化物焼結体は、In元素、Ga元素、及びZn元素を含む酸化物焼結体であって、InGaZnO結晶相と、GaZnO結晶相とを含み、相対密度が100.0%超であり、Zr含有量が100質量ppm以下であることにより、相対密度が高く、またZrを含む不純物の含有量を大幅に低減することができる。
The oxide sintered body of the present invention, which has been made to solve the above problems, is an oxide sintered body containing In, Ga, and Zn elements, and is characterized by including an In2Ga2ZnO7 crystal phase and a Ga2ZnO4 crystal phase, having a relative density of more than 100.0%, and having a Zr content of 100 mass ppm or less.
The oxide sintered body of the present invention is an oxide sintered body containing In, Ga, and Zn elements, and includes an In2Ga2ZnO7 crystal phase and a Ga2ZnO4 crystal phase . The oxide sintered body has a relative density of more than 100.0% and a Zr content of 100 mass ppm or less, so that the oxide sintered body has a high relative density and can significantly reduce the content of impurities including Zr.

本発明の酸化物焼結体は、In元素、Ga元素、及びZn元素を含む酸化物焼結体である。 The oxide sintered body of the present invention is an oxide sintered body containing In, Ga, and Zn elements.

また、本発明の酸化物焼結体、及びこれを用いてなるスパッタリングターゲット材は、InGaZnO結晶相と、GaZnO結晶相とを有する。本発明の酸化物焼結体は、InGaZnO結晶相と、GaZnO結晶相とが、まだら模様のように混在している。図2は、本発明の酸化物焼結体の表面を、走査型電子顕微鏡を用いて観察したSEM像であり、黒く見える領域(図2中のA)は、GaZnO結晶相を示し、白っぽく見える領域(図2中のB)は、InGaZnO結晶相を示す。 Furthermore, the oxide sintered body of the present invention and a sputtering target material using the same have an In2Ga2ZnO7 crystalline phase and a Ga2ZnO4 crystalline phase. The oxide sintered body of the present invention has a mottled mixture of the In2Ga2ZnO7 crystalline phase and the Ga2ZnO4 crystalline phase. Figure 2 is an SEM image of the surface of the oxide sintered body of the present invention observed using a scanning electron microscope, where the black region (A in Figure 2 ) indicates the Ga2ZnO4 crystalline phase and the whitish region (B in Figure 2 ) indicates the In2Ga2ZnO7 crystalline phase.

図2に示すSEM像は、次のように撮影することができる。本発明の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る。そして、鏡面に仕上げた当該切断面を1100℃で1時間サーマルエッチングを施し、走査型電子顕微鏡(SU3500、株式会社日立ハイテクノロジーズ製)を用いて観察し、当該切断面の粒界が現れたSEM像を撮影する。The SEM image shown in Figure 2 can be taken as follows: The cut surface obtained by cutting the oxide sintered body of the present invention is polished in stages using emery paper #180, #400, #800, #1000, and #2000, and finally buffed to a mirror finish. The mirror-finished cut surface is then thermally etched at 1100°C for 1 hour and observed using a scanning electron microscope (SU3500, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), and an SEM image showing the grain boundaries of the cut surface is taken.

また、本発明の酸化物焼結体、及びこれを用いてなるスパッタリングターゲット材に含まれるInGaZnO相と、GaZnO相とは、粉末X線回折法により得られたピークを同定することにより、確認することができる。具体的には、下記粉末X線回折測定条件に従い、X線回折測定を実施する。 Furthermore, the In2Ga2ZnO7 phase and the Ga2ZnO4 phase contained in the oxide sintered body of the present invention and the sputtering target material made using the same can be confirmed by identifying peaks obtained by powder X-ray diffraction. Specifically, X-ray diffraction measurement is performed according to the following powder X-ray diffraction measurement conditions.

=粉末X線回折測定条件=
・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
・X線解析ソフトウェア:PDXL2 Version2.1.3.6
= Powder X-ray diffraction measurement conditions =
Radiation source: CuKα ray Tube voltage: 40 kV
・Tube current: 30mA
Scan speed: 5 deg/min
Step: 0.02 deg
Scan range: 2θ = 20 degrees to 80 degrees X-ray analysis software: PDXL2 Version 2.1.3.6

X線回折測定の結果、InGaZnO相の結晶構造に対応するICDD(International Centre forDiffraction Data)カードNo.38-1097のX線回折パターンと照らし合わせて、当該X線回折パターンが一致すれば、本発明の酸化物焼結体にInGaZnO相が含まれると確認することができる。また、GaZnO相の結晶構造に対応するICDDカードNo.38-1240のX線回折パターンと照らし合わせて、当該X線回折パターンが一致すれば、本発明の酸化物焼結体にGaZnO相が含まれると確認することができる。 As a result of X-ray diffraction measurement, when the X-ray diffraction pattern matches with the X-ray diffraction pattern of ICDD (International Centre for Diffraction Data) card No. 38-1097 corresponding to the crystal structure of In 2 Ga 2 ZnO 7 phase, it can be confirmed that the oxide sintered body of the present invention contains the In 2 Ga 2 ZnO 7 phase. Furthermore, when the X-ray diffraction pattern matches with the X-ray diffraction pattern of ICDD card No. 38-1240 corresponding to the crystal structure of Ga 2 ZnO 4 phase, it can be confirmed that the oxide sintered body of the present invention contains the Ga 2 ZnO 4 phase.

また、本発明の酸化物焼結体、及びこれを用いてなるスパッタリングターゲット材の相対密度が100.0%超であると、スパッタリングの際、アーキングの発生回数を抑えられる観点で好ましい。これは、相対密度が向上することによって、酸化物焼結体、及びこれを用いてなるスパッタリングターゲット材の体積抵抗値が低下し、スパッタリング時の電荷集中が抑制されることからである。さらに、スパッタリング時の電荷集中による高電位箇所と電荷非集中による低電位箇所との形成が抑えられ、高電位箇所から低電位箇所への放電が生じにくくなり、アーキングの発生回数を減らすことができる。本発明の酸化物焼結体の相対密度が100.5%以上であるとより好ましく、101.0%以上であるとさらに好ましく、101.5%以上であると特に好ましく、102.0%以上であるとより特に好ましく、102.5%以上であるとまた特に好ましく、103.0%以上であるとさらに特に好ましい。なお、当該相対密度の上限は、特に限定されるものではないが、例えば105.0%以下である。 Furthermore, it is preferable for the oxide sintered body of the present invention and the sputtering target material made therefrom to have a relative density of over 100.0% in order to reduce the number of arcing events during sputtering. This is because an improved relative density reduces the volume resistivity of the oxide sintered body and the sputtering target material made therefrom, thereby suppressing charge concentration during sputtering. Furthermore, the formation of high-potential areas due to charge concentration and low-potential areas due to charge non-concentration during sputtering is suppressed, making it less likely that discharge will occur from high-potential areas to low-potential areas, thereby reducing the number of arcing events. It is more preferable for the oxide sintered body of the present invention to have a relative density of 100.5% or more, even more preferably 101.0% or more, particularly preferably 101.5% or more, even more particularly preferably 102.0% or more, even particularly preferably 102.5% or more, and even particularly preferably 103.0% or more. The upper limit of the relative density is not particularly limited, but is, for example, 105.0% or less.

ここで、本発明の酸化物焼結体、及びこれを用いてなるスパッタリングターゲット材の相対密度は、アルキメデス法に基づき、測定される。具体的には、ターゲット材の空中質量を体積(ターゲット材の水中質量/計測温度における水比重)で除し、下記式(X)に基づく理論密度ρ(g/cm)に対する百分率の値を相対密度(単位:%)とする。 Here, the relative density of the oxide sintered body of the present invention and the sputtering target material made using the same is measured based on Archimedes' method. Specifically, the mass of the target material in air is divided by the volume (mass of the target material in water/specific gravity of water at the measurement temperature), and the percentage of the theoretical density ρ (g/cm 3 ) based on the following formula (X) is taken as the relative density (unit: %).

(式中C~Cはそれぞれターゲット材の構成物質の含有量(質量%)を示し、ρ~ρはC~Cに対応する各構成物質の密度(g/cm)を示す。) (In the formula, C 1 to C i respectively represent the content (mass %) of the constituent substances of the target material, and ρ 1 to ρ i respectively represent the density (g/cm 3 ) of the constituent substances corresponding to C 1 to C i .)

本発明の酸化物焼結体、及びこれを用いてなるスパッタリングターゲット材の構成物質はIn、Ga、ZnOと考え、例えば以下のように、
:酸化物焼結体、又はターゲット材のInの質量%
ρ:Inの密度(7.18g/cm
:酸化物焼結体、又はターゲット材の、Gaの質量%
ρ:Gaの密度(5.95g/cm
:酸化物焼結体、又はターゲット材のZnOの質量%
ρ:ZnOの密度(5.60g/cm
を式(X)に適用することにより、理論密度ρを算出することができる。
The oxide sintered body of the present invention and the sputtering target material made using the same are considered to be composed of In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , and ZnO. For example, the following:
C 1 : mass% of In 2 O 3 in the oxide sintered body or target material
ρ 1 : density of In 2 O 3 (7.18 g/cm 3 )
C 2 : mass% of Ga 2 O 3 in the oxide sintered body or target material
ρ 2 : density of Ga 2 O 3 (5.95 g/cm 3 )
C3 : mass% of ZnO in the oxide sintered body or target material
ρ 3 : density of ZnO (5.60 g/cm 3 )
By applying the above to the equation (X), the theoretical density ρ can be calculated.

なお、上述したInの質量%、Gaの質量%、ZnOの質量%は、ICP-OES分析による酸化物焼結体、又はスパッタリングターゲット材の各元素の分析結果から求めることができる。 The above-mentioned mass % of In 2 O 3 , mass % of Ga 2 O 3 , and mass % of ZnO can be determined from the analysis results of each element of the oxide sintered body or sputtering target material by ICP-OES analysis.

また、本発明の酸化物焼結体中のZr含有量が100質量ppm以下であると、本発明の酸化物焼結体に含まれるZrを含む不純物が大幅に低減し、好ましい。また、本発明の酸化物焼結体中のZr含有量が50質量ppm以下であるとより好ましく、30質量ppm以下であるとさらに好ましく、20質量ppm以下であると特に好ましく、10質量ppm以下であるとより特に好ましく、5質量ppm以下であるとさらに特に好ましく、2質量ppm以下であるとまた特に好ましく、1質量ppm以下であるとよりまた特に好ましく、1質量ppm未満であるとよりさらに特に好ましい。 Furthermore, if the Zr content in the oxide sintered body of the present invention is 100 ppm by mass or less, the Zr-containing impurities contained in the oxide sintered body of the present invention are significantly reduced, and this is preferable. Furthermore, it is more preferable for the Zr content in the oxide sintered body of the present invention to be 50 ppm by mass or less, even more preferably 30 ppm by mass or less, particularly preferably 20 ppm by mass or less, even more particularly preferably 10 ppm by mass or less, even more particularly preferably 5 ppm by mass or less, even more particularly preferably 2 ppm by mass or less, even more particularly preferably 1 ppm by mass or less, and even more particularly preferably less than 1 ppm by mass.

ここで、本発明の酸化物焼結体中のZr含有量は、必要に応じて当該焼結体に、硝酸、過塩素酸、過酸化水素を添加し、加熱分解して溶液化し、ICP発光分光分析装置(アジレント・テクノロジーズ製:720 ICP-OES)を用いることにより、Zr濃度を測定することができる。 The Zr content in the oxide sintered body of the present invention can be measured by adding nitric acid, perchloric acid, or hydrogen peroxide to the sintered body as needed, decomposing it by heating to form a solution, and then using an ICP optical emission spectrometer (Agilent Technologies: 720 ICP-OES) to measure the Zr concentration.

また、本発明の酸化物焼結体は、ピンホール面積率が0.7%以下であることを特徴とする。
本発明の酸化物焼結体は、ピンホール面積率が0.7%以下であると、スパッタリングターゲット材として、高品質な薄膜を形成する点で好ましい。また、本発明の酸化物焼結体は、ピンホール面積率が0.6%以下であるとより好ましく、0.5%以下であるとさらに好ましく、0.4%以下であると特に好ましく、0.3%以下であるとまた特に好ましい。なお、当該ピンホール面積率の下限は、特に限定されるものではないが、例えば0.01%以上である。
The oxide sintered body of the present invention is characterized in that the pinhole area ratio is 0.7% or less.
The oxide sintered body of the present invention is preferably a sputtering target material having a pinhole area ratio of 0.7% or less, in terms of forming a high-quality thin film. Furthermore, the oxide sintered body of the present invention is more preferably a pinhole area ratio of 0.6% or less, even more preferably 0.5% or less, particularly preferably 0.4% or less, and particularly preferably 0.3% or less. The lower limit of the pinhole area ratio is not particularly limited, but is, for example, 0.01% or more.

ここで、ピンホール面積率は、次のように測定することができる。本発明の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、結晶相の評価を行うことにより、測定する。 Here, the pinhole area ratio can be measured as follows: The surface of the oxide sintered body of the present invention is measured by evaluating the crystalline phase using a scanning electron microscope (SEM).

具体的には、本発明の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る。そして、鏡面に仕上げた当該切断面を、走査型電子顕微鏡(SU3500、株式会社日立ハイテクノロジーズ製)を用いて、倍率1000倍、87.5μm×125μmの範囲のBSE-COMP像を無作為に10視野撮影して、10視野分のSEM像を得る。Specifically, the cut surface obtained by cutting the oxide sintered body of the present invention is polished in stages using emery paper #180, #400, #800, #1000, and #2000, and finally buffed to a mirror finish. Then, using a scanning electron microscope (SU3500, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), BSE-COMP images of the mirror-finished cut surface are taken at 1000x magnification, randomly selecting 10 fields of view within an area of 87.5 μm x 125 μm, to obtain SEM images for the 10 fields of view.

次に、各SEM像の円相当径0.1μm以上のピンホールが占める範囲を、Pictbear(フェンリル社製)を用いて、描画・色塗りつぶしを行う。さらに、粒子解析ソフトウェア(住友金属テクノロジー株式会社製:粒子解析Version3.0)を用いて、当該ピンホールを塗りつぶしたSEM像を認識させて、二値化する。この際、1画素がμm単位で表示されるように換算値を設定する。Next, the area of each SEM image occupied by pinholes with a circular equivalent diameter of 0.1 μm or greater is drawn and color-filled using Pictbear (Fenrir). Furthermore, particle analysis software (Sumitomo Metal Technology Co., Ltd.: Particle Analysis Version 3.0) is used to recognize and binarize the SEM image with the pinholes filled in. At this time, the conversion value is set so that one pixel is displayed in μm units.

その後、粒子解析ソフトウェアでピンホールと全体の面積をそれぞれ算出し、全体に対するピンホールの百分率を、面積率として求める。そして、10視野分のSEM像毎に得られた面積率の平均値を、本発明の酸化物焼結体におけるピンホール面積率とする。 Then, the pinhole and total areas are calculated using particle analysis software, and the percentage of pinholes relative to the total is calculated as the area ratio. The average area ratio obtained for each of the 10 SEM images is then used as the pinhole area ratio for the oxide sintered body of the present invention.

また、本発明の酸化物焼結体に含まれるInGaZnO相の平均粒径は、6.0μm以下であると、抗折強度が高くなる点で好ましい。当該InGaZnO相の平均粒径は、5.5μm以下であるとより好ましく、5.0μm以下であるとさらに好ましく、4.5μm以下であると特に好ましく、4.0μm以下であるとより特に好ましく、3.5μm以下であるとさらに特に好ましい。一方、当該InGaZnO相の平均粒径は、1.0μm以上であると好ましく、2.0μm以上であるとより好ましく、3.0μm以上であると特に好ましい。 Furthermore, the average particle size of the In 2 Ga 2 ZnO 7 phase contained in the oxide sintered body of the present invention is preferably 6.0 μm or less in terms of high bending strength. The average particle size of the In 2 Ga 2 ZnO 7 phase is more preferably 5.5 μm or less, even more preferably 5.0 μm or less, particularly preferably 4.5 μm or less, even more particularly preferably 4.0 μm or less, and even more particularly preferably 3.5 μm or less. On the other hand, the average particle size of the In 2 Ga 2 ZnO 7 phase is preferably 1.0 μm or more, more preferably 2.0 μm or more, and particularly preferably 3.0 μm or more.

本発明の酸化物焼結体に含まれるInGaZnO相の平均粒径、すなわち面積円相当径は、走査型電子顕微鏡を用いて撮影したSEM像を画像処理することにより、算出することができる。 The average particle size of the In 2 Ga 2 ZnO 7 phase contained in the oxide sintered body of the present invention, that is, the diameter of an equivalent circle with respect to area, can be calculated by image processing of an SEM image taken using a scanning electron microscope.

具体的には、本発明の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る。次に、鏡面に仕上げた当該切断面を1100℃で1時間サーマルエッチングを施し、走査型電子顕微鏡(SU3500、株式会社日立ハイテクノロジーズ製)を用いて観察し、倍率1000倍、87.5μm×125μmの範囲のBSE-COMP像を無作為に10視野撮影して、10視野分のSEM像を得る。Specifically, the cut surface obtained by cutting the oxide sintered body of the present invention is polished in stages using emery paper #180, #400, #800, #1000, and #2000, and finally buffed to a mirror finish. The mirror-finished cut surface is then thermally etched at 1100°C for 1 hour and observed using a scanning electron microscope (SU3500, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). BSE-COMP images are taken at 1000x magnification within a range of 87.5 μm x 125 μm, randomly selected from 10 fields of view, to obtain SEM images for the 10 fields of view.

得られたSEM像を、画像処理ソフトウェアImageJを用いて、InGaZnO相の粒界に沿って描画を行い、全ての描画が完了した後、粒子解析を実施し、各粒子における面積を得る。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。そして、これを10視野分のSEM像に対して実施し、算出された全粒子の面積円相当径の平均値を、InGaZnO相の面積円相当径とする。 The obtained SEM image was plotted along the grain boundaries of the In2Ga2ZnO7 phase using image processing software ImageJ. After all plotting was completed, particle analysis was performed to obtain the area of each particle. The area-equivalent circle diameter was then calculated from the area of each particle. This was performed on 10 SEM images, and the average of the calculated equivalent circle diameters of all particles was taken as the equivalent circle diameter of the In2Ga2ZnO7 phase .

また、本発明の酸化物焼結体に含まれるGaZnO相の平均粒径は、1.0μm以上4.5μm以下であると、異常放電が低減される点で好ましい。当該GaZnOの平均粒径は、1.5μm以上4.0μm以下であるとより好ましく、2.0μm以上3.5μm以下であるとさらに好ましい。 The average particle size of the Ga2ZnO4 phase contained in the oxide sintered body of the present invention is preferably 1.0 μm or more and 4.5 μm or less in terms of reducing abnormal discharge, more preferably 1.5 μm or more and 4.0 μm or less, and even more preferably 2.0 μm or more and 3.5 μm or less.

本発明の酸化物焼結体に含まれるGaZnO相の平均粒径、すなわち面積円相当径は、InGaZnO相の平均粒径と同様に、走査型電子顕微鏡を用いて撮影したSEM像を画像処理することにより、算出することができる。 The average particle size of the Ga 2 ZnO 4 phase contained in the oxide sintered body of the present invention, i.e., the area circle equivalent diameter, can be calculated by image processing of an SEM image taken using a scanning electron microscope, similar to the average particle size of the In 2 Ga 2 ZnO 7 phase.

具体的には、得られたSEM像を、画像処理ソフトウェアImageJを用いて、GaZnO相の粒界に沿って描画を行い、全ての描画が完了した後、粒子解析を実施し、各粒子における面積を得る。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。そして、これを10視野分のSEM像に対して実施し、算出された全粒子の面積円相当径の平均値を、GaZnO相の面積円相当径とする。 Specifically, the obtained SEM image was plotted along the grain boundaries of the Ga2ZnO4 phase using image processing software ImageJ. After all plotting was completed, particle analysis was performed to obtain the area of each particle. The equivalent area diameter was then calculated from the obtained area of each particle. This was performed on 10 SEM images, and the average of the calculated equivalent area diameters of all particles was taken as the equivalent area diameter of the Ga2ZnO4 phase .

また、本発明の酸化物焼結体は、前記In元素、Ga元素、及びZn元素の原子比が下記式を満たすことを特徴とする。
0.15<In/(In+Ga+Zn)<0.35
0.4<Ga/(In+Ga+Zn)<0.6
0.15<Zn/(In+Ga+Zn)<0.35
本発明の酸化物焼結体は、前記In元素、Ga元素、及びZn元素の原子比が上記3つの式を全て満たすことにより、本発明の酸化物焼結体にInGaZnO相と、GaZnO相とが最適な割合で含まれるため好ましい。
The oxide sintered body of the present invention is characterized in that the atomic ratio of the In element, the Ga element, and the Zn element satisfies the following formula:
0.15<In/(In+Ga+Zn)<0.35
0.4<Ga/(In+Ga+Zn)<0.6
0.15<Zn/(In+Ga+Zn)<0.35
The oxide sintered body of the present invention is preferable because the atomic ratios of the In element, Ga element, and Zn element satisfy all of the above three formulas, and therefore the oxide sintered body of the present invention contains the In 2 Ga 2 ZnO 7 phase and the Ga 2 ZnO 4 phase in an optimal ratio.

In/(In+Ga+Zn)は、0.17<In/(In+Ga+Zn)<0.33であるとより好ましく、0.2<In/(In+Ga+Zn)<0.3であるとさらに好ましい。 It is more preferable that In/(In+Ga+Zn) be 0.17<In/(In+Ga+Zn)<0.33, and even more preferable that In/(In+Ga+Zn) be 0.2<In/(In+Ga+Zn)<0.3.

また、Ga/(In+Ga+Zn)は、0.42<Ga/(In+Ga+Zn)<0.58であるとより好ましく、0.45<Ga/(In+Ga+Zn)<0.55であるとさらに好ましい。 Furthermore, it is more preferable that Ga/(In+Ga+Zn) be 0.42<Ga/(In+Ga+Zn)<0.58, and even more preferable that Ga/(In+Ga+Zn) be 0.45<Ga/(In+Ga+Zn)<0.55.

さらに、Zn/(In+Ga+Zn)は、0.17<Zn/(In+Ga+Zn)<0.33であるとより好ましく、0.2<Zn/(In+Ga+Zn)<0.3であるとさらに好ましい。 Furthermore, it is more preferable that Zn/(In+Ga+Zn) is 0.17<Zn/(In+Ga+Zn)<0.33, and even more preferable that 0.2<Zn/(In+Ga+Zn)<0.3.

ここで、本発明の酸化物焼結体におけるIn元素、Ga元素、及びZn元素の原子比は、In元素、Ga元素、及びZn元素の各濃度を、ICP発光分光分析装置(アジレント・テクノロジーズ製:720 ICP-OES)を用いることにより測定することができ、測定された各濃度から、当該原子比を算出することができる。 Here, the atomic ratios of In, Ga, and Zn elements in the oxide sintered body of the present invention can be measured by measuring the respective concentrations of In, Ga, and Zn elements using an ICP optical emission spectrometer (Agilent Technologies: 720 ICP-OES), and the atomic ratios can be calculated from the measured concentrations.

また、本発明の酸化物焼結体は、抗折強度が150MPa以上であることを特徴とする。
本発明の酸化物焼結体は、このように高い抗折強度を示すものであると、これをスパッタリングターゲット材として用いてスパッタリングを行う場合、スパッタリング中に意図しない異常放電が起こったとしても、当該ターゲット材に割れやクラックが生じにくいことから好ましい。本発明の酸化物焼結体は、抗折強度が160MPa以上であると好ましく、165MPa以上であるとより好ましく、170MPa以上であると特に好ましい。当該抗折強度の上限は、特に限定されるものではないが、例えば250MPa以下である。なお、抗折強度の具体的な測定方法は、後述する。
The oxide sintered body of the present invention is characterized in that it has a bending strength of 150 MPa or more.
The oxide sintered body of the present invention exhibits such high bending strength, and when it is used as a sputtering target material for sputtering, even if an unintended abnormal discharge occurs during sputtering, the target material is less likely to break or crack, which is preferable. The oxide sintered body of the present invention preferably has a bending strength of 160 MPa or more, more preferably 165 MPa or more, and particularly preferably 170 MPa or more. The upper limit of the bending strength is not particularly limited, but is, for example, 250 MPa or less. A specific method for measuring bending strength will be described later.

また、本発明のスパッタリングターゲット材は、上述した本発明の酸化物焼結体を含むことを特徴とする。
本発明のスパッタリングターゲット材は、上述した本発明の酸化物焼結体を含むことより、アーキングの発生回数を大幅に抑えることができることから、パーティクルの発生をより抑えることができ、高品質な酸化物半導体膜を歩留まり高く成膜することできる。また、酸化物半導体膜中にZrを含む不純物が混入することを大幅に低減することができる。
The sputtering target material of the present invention is characterized by including the oxide sintered body of the present invention described above.
The sputtering target material of the present invention contains the oxide sintered body of the present invention described above, and therefore the number of arcing occurrences can be significantly reduced, and the generation of particles can be further suppressed, allowing a high-quality oxide semiconductor film to be formed with a high yield. In addition, the inclusion of impurities containing Zr in the oxide semiconductor film can be significantly reduced.

また、本発明の酸化物焼結体の製造方法の一例として、濾過式成形法について、以下説明する。 Furthermore, as an example of a method for producing the oxide sintered body of the present invention, a filtration molding method will be described below.

先ず、原料であるIn粉末、Ga粉末、及びZnO粉末をそれぞれ秤量し、ポットに入れ、これらを粉砕混合し、そこに有機添加物や、分散媒を加えることにより、混合物スラリーが得られる。有機添加物としては、公知のバインダーや、分散剤などが挙げられる。また、分散媒は、特に制限はないが、用途に応じて、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。 First, the raw materials In2O3 powder , Ga2O3 powder , and ZnO powder are weighed and placed in a pot. They are then pulverized and mixed, and an organic additive and a dispersion medium are added to obtain a mixture slurry. Examples of the organic additive include known binders and dispersants. The dispersion medium is not particularly limited, and can be selected from water, alcohol, etc. depending on the application.

ここで、粉砕混合する方法としては、乾式粉砕、又は湿式粉砕であってもよい。 Here, the grinding and mixing method may be dry grinding or wet grinding.

具体的には、乾式粉砕は、ポットに、In粉末、Ga粉末、及びZnO粉末と、粉砕メディアとして、GaZnOボール(以下、GZOメディアという。)とを入れ、当該ポットをボールミル混合することにより、In粉末、Ga粉末、及びZnO粉末を乾式粉砕する。 Specifically, in the dry grinding, In 2 O 3 powder, Ga 2 O 3 powder, and ZnO powder, and Ga 2 ZnO balls (hereinafter referred to as GZO media) as grinding media are placed in a pot, and the pot is mixed in a ball mill to dry grind the In 2 O 3 powder, Ga 2 O 3 powder, and ZnO powder.

当該ポット内の乾式粉砕されたIn粉末、Ga粉末、及びZnO粉末を含む混合物を、フィルタを用いて、GZOメディアと分離し、その乾式粉砕されたIn粉末、Ga粉末、及びZnO粉末を含む混合物を得る。 The mixture containing the dry-milled In 2 O 3 powder, Ga 2 O 3 powder, and ZnO powder in the pot is separated from the GZO media using a filter to obtain a mixture containing the dry-milled In 2 O 3 powder, Ga 2 O 3 powder, and ZnO powder.

その後、さらに別のポットに、乾式粉砕されたIn粉末、Ga粉末、及びZnO粉末と、有機添加物(例えば、分散剤)と、分散媒(例えば、水)とを入れ、さらに粉砕メディアとして、GZOメディアを加え、当該ポットを混合することにより、これらの混合物をスラリー化させる。なお、乾式粉砕されたIn粉末、Ga粉末、及びZnO粉末を含む混合物を当該ポットから取り出さず、乾式粉砕された当該混合物が入った当該ポット内に、有機添加物(例えば、分散剤)と、分散媒(例えば、水)とを入れて、混合することによりスラリー化させてもよい。 Then, the dry-milled In2O3 powder, Ga2O3 powder, and ZnO powder, along with an organic additive (e.g., a dispersant) and a dispersion medium (e.g., water) are placed in another pot, and GZO media is added as a grinding medium. The pot is then mixed to form a slurry. Alternatively, instead of removing the mixture containing the dry-milled In2O3 powder, Ga2O3 powder, and ZnO powder from the pot, an organic additive (e.g., a dispersant) and a dispersion medium (e.g., water) may be added to the pot containing the dry-milled mixture and mixed to form a slurry.

一方、湿式粉砕は、ポットに、In粉末、Ga粉末、及びZnO粉末と、有機添加物(例えば、分散剤)と、分散媒(例えば、水)とを入れ、さらに粉砕メディアとして、GZOメディアを加え、当該ポットをボールミル混合することにより、In粉末、Ga粉末、及びZnO粉末を湿式粉砕する。 On the other hand, in wet grinding, In2O3 powder, Ga2O3 powder, ZnO powder, an organic additive (e.g., a dispersant), and a dispersion medium (e.g., water) are placed in a pot, and GZO media is further added as grinding media. The pot is then mixed in a ball mill to wet grind the In2O3 powder, Ga2O3 powder , and ZnO powder.

当該ポット内の湿式粉砕されたIn粉末、Ga粉末、及びZnO粉末を含む混合物スラリーを、フィルタを用いて濾過することにより、GZOメディアと分離し、その混合物スラリーを得る。 The mixture slurry containing the wet-milled In 2 O 3 powder, Ga 2 O 3 powder, and ZnO powder in the pot is filtered using a filter to separate it from the GZO media, thereby obtaining the mixture slurry.

このようにして得られた混合物スラリーを、成形型に流し込み、分散媒を除去することにより、成形体が得られる。成形型として、金属製成形型、石膏製成形型、樹脂製成形型などが挙げられる。The resulting mixture slurry is poured into a mold and the dispersion medium is removed to obtain a molded body. Examples of molds include metal molds, plaster molds, and resin molds.

得られた成形体を焼成することにより、焼成体が得られる。当該成形体が焼成される際、InGaZnO相及びGaZnO相が形成される。当該成形体の焼成温度は、1400℃超1530℃未満であると、高密度、且つ高強度の酸化物焼結体を得ることができる。そして、得られた焼成体を任意の形状に切削加工することにより、本発明の酸化物焼結体が得られる。 The resulting molded body is fired to obtain a fired body. When the molded body is fired, an In2Ga2ZnO7 phase and a Ga2ZnO4 phase are formed. When the firing temperature of the molded body is higher than 1400°C and lower than 1530°C, an oxide sintered body with high density and high strength can be obtained. The resulting fired body is then cut into any shape to obtain the oxide sintered body of the present invention.

また、本発明の酸化物焼結体の製造方法の別例として、CIP成形法について、以下説明する。 As another example of a method for producing the oxide sintered body of the present invention, the CIP molding method will be described below.

先ず、原料であるIn粉末、Ga粉末、及びZnO粉末を粉砕混合し、混合物スラリーを得るまでの工程は、上述した濾過式成形法と同じ工程であるため、説明は省略する。 First, the process of pulverizing and mixing the raw materials In 2 O 3 powder, Ga 2 O 3 powder, and ZnO powder to obtain a mixed slurry is the same as the process of the filtration-type molding method described above, so a description thereof will be omitted.

上述したようにして、得られた混合物スラリーを噴霧乾燥することにより、乾燥粉末が得られる。得られた乾燥粉末を成形型に充填し、加圧成形することにより、成形体が得られる。 As described above, the resulting mixture slurry is spray-dried to obtain a dry powder. The resulting dry powder is then filled into a mold and pressed into a compact.

次に、得られた成形体を焼成することにより、焼成体が得られる。当該成形体が焼成される際、InGaZnO相及びGaZnO相が形成される。当該成形体の焼成温度は、1400℃超1530℃未満であると、高密度、且つ高強度の酸化物焼結体を得ることができる。そして、得られた焼成体を任意の形状に切削加工することにより、本発明の酸化物焼結体が得られる。 Next, the obtained compact is fired to obtain a fired body. When the compact is fired, an In2Ga2ZnO7 phase and a Ga2ZnO4 phase are formed. When the firing temperature of the compact is higher than 1400°C and lower than 1530°C, an oxide sintered body with high density and high strength can be obtained. The obtained fired body is then cut into any shape to obtain the oxide sintered body of the present invention.

上述した本発明の酸化物焼結体の製造方法は、Ga粉末とZnO粉末とを粉砕混合し仮焼を行って、結晶質GaZnOからなる仮焼粉体を形成する工程を有しないことにより、仮焼粉体に含まれる非常に硬い特性を有する結晶質GaZnOが存在せず、ZrOからなる粉砕メディアを用いたとしても、得られた本発明の酸化物焼結体中のZrを含む不純物の含有量を大幅に低減することができる。また、ZrOからなる粉砕メディアの代わりに、GaZnOからなる粉砕メディアを用いることにより、得られた本発明の酸化物焼結体中のZrを含む不純物の含有量をさらに低減することができる。 The above-described method for producing an oxide sintered body of the present invention does not include a step of grinding and mixing Ga2O3 powder and ZnO powder and calcining them to form a calcined body made of crystalline Ga2ZnO4 . Therefore, the calcined powder does not contain crystalline Ga2ZnO4 , which has extremely hard properties, and even if grinding media made of ZrO2 are used, the content of impurities including Zr in the obtained oxide sintered body of the present invention can be significantly reduced. Furthermore, by using grinding media made of Ga2ZnO4 instead of grinding media made of ZrO2 , the content of impurities including Zr in the obtained oxide sintered body of the present invention can be further reduced.

上述した本発明の酸化物焼結体の製造方法により得られた本発明の酸化物焼結体と、基材をボンディングすることにより、本発明のスパッタリングターゲット材が得られる。基材として、Cu、Al、Ti、又はステンレス製が挙げられる。ボンディング材として、従来のITOターゲット材のボンディングに使用されるボンディング材、例えばInメタルを用いることができる。ボンディング方法も、従来のITOターゲット材のボンディング方法と同様である。The sputtering target material of the present invention can be obtained by bonding the oxide sintered body of the present invention obtained by the above-described method for producing an oxide sintered body of the present invention to a substrate. Examples of the substrate include Cu, Al, Ti, or stainless steel. The bonding material can be a bonding material used for bonding conventional ITO target materials, such as In metal. The bonding method is also the same as the bonding method for conventional ITO target materials.

本発明の膜の製造方法は、本発明のスパッタリングターゲット材を用いて、スパッタリングを行うことにより、基板上に薄膜を形成することを特徴とする。
本発明のスパッタリングターゲット材を用いて、スパッタリングを行うことにより、基板上に薄膜を形成することにより、高品質な薄膜を歩留まり高く成膜することできる。
The method for producing a film of the present invention is characterized in that a thin film is formed on a substrate by sputtering using the sputtering target material of the present invention.
By performing sputtering using the sputtering target material of the present invention to form a thin film on a substrate, it is possible to form a high quality thin film with a high yield.

具体的には、本発明のスパッタリングターゲット材を用いて、スパッタリングを行うことにより、基板上に高品質な薄膜、例えば酸化物半導体膜を形成することができる。ここで、基板としては、ガラス基板、樹脂基板、シリコン基板などが挙げられる。Specifically, by performing sputtering using the sputtering target material of the present invention, a high-quality thin film, such as an oxide semiconductor film, can be formed on a substrate. Examples of the substrate include a glass substrate, a resin substrate, and a silicon substrate.

なお、本明細書において「X~Y」(X,Yは任意の数字)と表現する場合、特に断らない限り、「X以上Y以下」の意と共に、「好ましくはXより大きい」或いは「好ましくはYより小さい」旨の意も包含する。また、「X以上」(Xは任意の数字)或いは「Y以下」(Yは任意の数字)と表現する場合、「Xより大きいことが好ましい」或いは「Y未満であることが好ましい」旨の意図も包含する。 In this specification, when "X to Y" (X and Y are any numbers) is expressed, unless otherwise specified, it means "X or more and Y or less," as well as "preferably greater than X" or "preferably smaller than Y." Furthermore, when "X or more" (X is any number) or "Y or less" (Y is any number), it also means "preferably greater than X" or "preferably less than Y."

本発明の酸化物焼結体は、相対密度が高く、またZrを含む不純物の含有量を大幅に低減するものである。 The oxide sintered body of the present invention has a high relative density and significantly reduces the content of impurities, including Zr.

本発明の実施例1~4、及び比較例1~5に係る酸化物焼結体の物性値及び測定結果の一覧表である。1 is a table listing the physical property values and measurement results of oxide sintered bodies according to Examples 1 to 4 of the present invention and Comparative Examples 1 to 5. 本発明に係る酸化物焼結体の表面を、走査型電子顕微鏡を用いて観察したSEM像である。1 is an SEM image of the surface of an oxide sintered body according to the present invention, observed using a scanning electron microscope.

以下、本発明に係る実施形態の酸化物焼結体について、以下の実施例によりさらに説明する。但し、以下の実施例は、本発明を限定するものではない。 The oxide sintered body according to an embodiment of the present invention will be further described below with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
In粉末(メジアン径D50が0.6μm)、Ga粉末(メジアン径D50が1.5μm)、及びZnO粉末(メジアン径D50が0.8μm)を、各粉末の混合比率が、InとGaとZnとの原子比がIn:Ga:Zn=1:2:1となるように秤量し、ポットに入れ、粉砕メディア(GZOメディア)を用いて、ボールミルで24時間乾式混合することにより、粉砕混合し、混合原料粉末を得た。なお、粉砕混合した後、混合原料粉末の仮焼は行わなかった。
Example 1
In2O3 powder (median diameter D50 0.6 μm), Ga2O3 powder (median diameter D50 1.5 μm), and ZnO powder (median diameter D50 0.8 μm) were weighed so that the atomic ratio of In to Ga to Zn was In:Ga:Zn = 1:2:1, placed in a pot, and dry-mixed in a ball mill using grinding media (GZO media) for 24 hours to obtain a mixed raw material powder. Note that after grinding and mixing, the mixed raw material powder was not calcined.

ここで、各粉末のメジアン径D50は、マイクロトラックベル株式会社製の粒度分布測定装置MT3300EXIIを用いて測定した。測定試料は、溶媒として水を用いた。また、測定物質の屈折率は2.20に設定した。 Here, the median diameter D50 of each powder was measured using a particle size distribution analyzer MT3300EXII manufactured by Microtrackbell Corporation. Water was used as the solvent for the measurement sample. The refractive index of the measurement material was set to 2.20.

次に、ポットに、バインダーとして混合原料粉末に対して0.2質量%のアクリルエマルジョンバインダーと、分散剤として混合原料粉末に対して0.6質量%のポリカルボン酸アンモニウムと、分散媒として混合原料粉末に対して20質量%の水とを加え、さらに粉砕メディア(GZOメディア)を用いて、24時間ボールミル混合して、混合物スラリーを得た。Next, 0.2% by mass of acrylic emulsion binder relative to the mixed raw material powder was added to the pot as a binder, 0.6% by mass of ammonium polycarboxylate relative to the mixed raw material powder as a dispersant, and 20% by mass of water relative to the mixed raw material powder as a dispersant.The mixture was then ball milled using grinding media (GZO media) for 24 hours to obtain a mixed slurry.

このようにして得られた混合物スラリーを、アルミニウム製成形型に流し込み、分散媒を排水し、成形体を得た。 The mixture slurry obtained in this way was poured into an aluminum mold, the dispersion medium was drained, and a molded body was obtained.

次に、得られた成形体を、大気雰囲気下中、焼成温度1410℃で、焼成時間10時間、昇温速度300℃/h、降温速度50℃/hで焼成することにより、焼成体を得た。そして、得られた焼成体を、幅寸法210mm×長さ寸法710mm×厚さ寸法6mmとなるように、切削加工し、実施例1に係る酸化物焼結体を得た。なお、切削加工には、#170の砥石を用いた。The resulting compact was then fired in an air atmosphere at a firing temperature of 1410°C for 10 hours at a heating rate of 300°C/h and a cooling rate of 50°C/h to obtain a fired body. The fired body was then machined to a width of 210 mm, length of 710 mm, and thickness of 6 mm to obtain the oxide sintered body according to Example 1. A #170 grinding wheel was used for the cutting process.

(実施例2)
実施例2では、焼成温度を1450℃に変更したこと以外、実施例1と同様な製造方法を実施し、実施例2に係る酸化物焼結体を得た。
Example 2
In Example 2, the same manufacturing method as in Example 1 was carried out except that the firing temperature was changed to 1450°C, and an oxide sintered body according to Example 2 was obtained.

(実施例3)
実施例3では、焼成温度を1500℃に変更したこと以外、実施例1と同様な製造方法を実施し、実施例3に係る酸化物焼結体を得た。
Example 3
In Example 3, the same manufacturing method as in Example 1 was carried out except that the firing temperature was changed to 1500°C, and an oxide sintered body according to Example 3 was obtained.

(実施例4)
実施例4では、粉砕メディアをZrOに変更し、また焼成温度を1450℃に変更したこと以外、実施例1と同様な製造方法を実施し、実施例4に係る酸化物焼結体を得た。
Example 4
In Example 4, the grinding media was changed to ZrO 2 and the firing temperature was changed to 1450 ° C., but the same manufacturing method as in Example 1 was carried out to obtain an oxide sintered body according to Example 4.

(比較例1)
比較例1では、焼成温度を1400℃に変更したこと以外、実施例1と同様な製造方法を実施し、比較例1に係る酸化物焼結体を得た。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the same manufacturing method as in Example 1 was carried out except that the firing temperature was changed to 1400°C, and an oxide sintered body according to Comparative Example 1 was obtained.

(比較例2)
比較例2では、焼成温度を1530℃に変更したこと以外、実施例1と同様な製造方法を実施し、比較例2に係る酸化物焼結体を得た。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, the same manufacturing method as in Example 1 was carried out except that the firing temperature was changed to 1530°C, and an oxide sintered body according to Comparative Example 2 was obtained.

(比較例3)
Ga粉末(メジアン径D50が1.5μm)と、ZnO粉末(メジアン径D50が0.8μm)とを、Ga:ZnO=1:1(GaとZnとの原子比がGa:Zn=2:1)となるように秤量し、分散媒として水を用い、粉砕メディア(ZrOボール)を用いて、ボールミルで6時間混合することにより、粉砕混合し、Ga-ZnO混合粉スラリーを得た。次に、得られたGa-ZnO混合粉スラリーをスプレードライヤーして、乾燥して、Ga-ZnO造粒粉を得た。さらに、得られたGa-ZnO造粒粉をアルミナ製るつぼに入れ、大気雰囲気中、仮焼温度900℃で5時間仮焼を行い、結晶質GaZnOを含む仮焼粉を得た。
(Comparative Example 3)
Ga2O3 powder (median diameter D50 : 1.5 μm) and ZnO powder (median diameter D50: 0.8 μm) were weighed out so that the Ga2O3 :ZnO ratio was 1:1 (the atomic ratio of Ga to Zn was Ga:Zn = 2:1), and the mixture was milled and mixed in a ball mill using water as a dispersion medium and milling media ( ZrO2 balls) for 6 hours to obtain a Ga2O3 - ZnO mixed powder slurry. The resulting Ga2O3 - ZnO mixed powder slurry was then dried using a spray dryer to obtain a Ga2O3 - ZnO granulated powder. Furthermore, the obtained Ga 2 O 3 —ZnO granulated powder was placed in an alumina crucible and calcined in an air atmosphere at a calcination temperature of 900° C. for 5 hours to obtain a calcined powder containing crystalline Ga 2 ZnO 4 .

得られた仮焼粉(結晶質GaZnOを含む)と、In粉末(メジアン径D50が0.6μm)とを、GaZnO:In=2:1(InとGaとZnとの原子比がIn:Ga:Zn=1:2:1)となるように秤量し、分散媒として水を用い、粉砕メディア(ZrOボール)を用いて、ボールミルで6時間混合することにより、粉砕混合し、GaZnO-In混合粉スラリーを得た。次に、得られたGaZnO-In混合粉スラリーをスプレードライヤーして、乾燥して、GaZnO-In造粒粉を得た。 The obtained calcined powder (containing crystalline Ga2ZnO4 ) and In2O3 powder (median diameter D50 of 0.6 μm) were weighed to a Ga2ZnO4 : In2O3 = 2: 1 (atomic ratio of In, Ga, and Zn: In:Ga : Zn = 1:2:1), and were pulverized and mixed in a ball mill using water as a dispersion medium and grinding media ( ZrO2 balls) for 6 hours to obtain a Ga2ZnO4 - In2O3 mixed powder slurry. Next, the obtained Ga2ZnO4 - In2O3 mixed powder slurry was dried using a spray dryer to obtain a Ga2ZnO4 - In2O3 granulated powder.

このようにして得られたGaZnO-In造粒粉を、面圧0.5tf/cmの条件でプレス成形し、さらに面圧1.5tf/cmの条件でCIP成形することにより、成形体を得た。 The Ga 2 ZnO 4 —In 2 O 3 granulated powder thus obtained was press-molded under a surface pressure of 0.5 tf/cm 2 , and then CIP-molded under a surface pressure of 1.5 tf/cm 2 to obtain a green body.

次に、得られた成形体を、大気雰囲気下中、焼成温度1450℃で、焼成時間10時間、昇温速度300℃/h、降温速度50℃/hで焼成することにより、焼成体を得た。そして、得られた焼成体を、幅寸法210mm×長さ寸法710mm×厚さ寸法6mmとなるように、切削加工し、比較例3に係る酸化物焼結体を得た。なお、切削加工には、#170の砥石を用いた。なお、比較例3で用いた、In粉末、Ga粉末、及びZnO粉末は、実施例1で用いたものと同じものである。 Next, the obtained compact was fired in an air atmosphere at a firing temperature of 1450°C for 10 hours at a heating rate of 300°C/h and a cooling rate of 50°C/h to obtain a fired body. The fired body was then cut to a width of 210 mm, a length of 710 mm, and a thickness of 6 mm to obtain an oxide sintered body according to Comparative Example 3. A #170 grinding wheel was used for the cutting. The In2O3 powder, Ga2O3 powder, and ZnO powder used in Comparative Example 3 were the same as those used in Example 1.

(比較例4)
比較例4では、焼成温度を1500℃に変更したこと以外、比較例3と同様な製造方法を実施し、比較例4に係る酸化物焼結体を得た。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, the same manufacturing method as in Comparative Example 3 was carried out except that the firing temperature was changed to 1500°C, and an oxide sintered body according to Comparative Example 4 was obtained.

(比較例5)
In粉末(メジアン径D50が0.6μm)、Ga粉末(メジアン径D50が1.5μm)、及びZnO粉末(メジアン径D50が0.8μm)を、各粉末の混合比率が、InとGaとZnとの原子比がIn:Ga:Zn=1:2:1となるように秤量し、ポットに入れ、粉砕メディア(ZrOボール)を用いて、ボールミルで24時間乾式混合することにより、粉砕混合し、混合原料粉末を得た。
(Comparative Example 5)
In 2 O 3 powder (median diameter D50: 0.6 μm), Ga 2 O 3 powder (median diameter D50: 1.5 μm), and ZnO powder (median diameter D50: 0.8 μm) were weighed out so that the mixing ratio of each powder was such that the atomic ratio of In to Ga to Zn was In:Ga:Zn = 1:2:1, and placed in a pot. The mixture was then dry-mixed in a ball mill using grinding media (ZrO 2 balls) for 24 hours to obtain a mixed raw material powder.

得られた混合原料粉末をアルミナ製るつぼに入れ、大気雰囲気中、仮焼温度900℃で5時間仮焼を行い、結晶質GaZnOを含む仮焼粉を得た。 The obtained mixed raw material powder was placed in an alumina crucible and calcined in an air atmosphere at a calcination temperature of 900° C. for 5 hours to obtain a calcined powder containing crystalline Ga 2 ZnO 4 .

次に、ポットに、バインダーとして仮焼粉に対して0.2質量%のアクリルエマルジョンバインダーと、分散剤として仮焼粉に対して0.6質量%のポリカルボン酸アンモニウムと、分散媒として仮焼粉に対して20質量%の水とを加え、さらに粉砕メディア(ZrOボール)を用いて、24時間ボールミル混合して、混合物スラリーを得た。 Next, 0.2% by mass of an acrylic emulsion binder relative to the calcined powder was added to the pot as a binder, 0.6% by mass of ammonium polycarboxylate relative to the calcined powder as a dispersant, and 20% by mass of water relative to the calcined powder as a dispersion medium, and the mixture was mixed in a ball mill using grinding media ( ZrO2 balls) for 24 hours to obtain a mixture slurry.

このようにして得られた混合物スラリーを、アルミニウム製成形型に流し込み、分散媒を排水し、成形体を得た。 The mixture slurry obtained in this way was poured into an aluminum mold, the dispersion medium was drained, and a molded body was obtained.

次に、得られた成形体を、大気雰囲気下中、焼成温度1430℃で、焼成時間10時間、昇温速度300℃/h、降温速度50℃/hで焼成することにより、焼成体を得た。そして、得られた焼成体を、幅寸法210mm×長さ寸法710mm×厚さ寸法6mmとなるように、切削加工し、比較例5に係る酸化物焼結体を得た。なお、切削加工には、#170の砥石を用いた。The resulting compact was then fired in an air atmosphere at a firing temperature of 1430°C for 10 hours at a heating rate of 300°C/h and a cooling rate of 50°C/h to obtain a fired body. The fired body was then machined to a width of 210 mm, length of 710 mm, and thickness of 6 mm to obtain the oxide sintered body according to Comparative Example 5. A #170 grinding wheel was used for the cutting process.

そして、実施例1~4、及び比較例1~5において得られた酸化物焼結体について、次のような物性を測定した。以下、測定した物性値、及びその物性値の測定方法を示すとともに、測定結果を図1に示す。The following physical properties were measured for the oxide sintered bodies obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5. The measured physical properties and the methods for measuring them are shown below, and the measurement results are shown in Figure 1.

〈元素分析〉
必要に応じて試料に、硝酸、過塩素酸、過酸化水素を添加し、加熱分解して溶液化し、ICP発光分光分析装置(アジレント・テクノロジーズ製:720 ICP-OES)を用いて、各元素濃度(In、Ga、Zn、及びZr濃度)を測定した。
<Elemental analysis>
Nitric acid, perchloric acid, or hydrogen peroxide was added to the sample as needed, and the sample was decomposed by heating to form a solution, and the concentrations of each element (In, Ga, Zn, and Zr) were measured using an ICP optical emission spectrometer (Agilent Technologies: 720 ICP-OES).

〈相対密度〉
実施例1~4、及び比較例1~5に係る酸化物焼結体の相対密度は、アルキメデス法に基づき、測定した。具体的には、ターゲット材の空中質量を体積(ターゲット材の水中質量/計測温度における水比重)で除し、上記式(X)に基づく理論密度ρ(g/cm)に対する百分率の値を相対密度(単位:%)とした。
<Relative density>
The relative densities of the oxide sintered bodies according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 were measured by the Archimedes method. Specifically, the mass of the target material in air was divided by the volume (mass of the target material in water/specific gravity of water at the measurement temperature), and the percentage of this value relative to the theoretical density ρ (g/cm 3 ) based on the above formula (X) was taken as the relative density (unit: %).

〈結晶粒径測定〉
実施例1~4、及び比較例1~5に係る酸化物焼結体の表面を、走査型電子顕微鏡を用いて撮影したSEM像から、InGaZnO相、及びGaZnO相の結晶粒径、すなわち面積円相当径を測定した。具体的には、実施例1~4、及び比較例1~5に係る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。次に、鏡面に仕上げた当該切断面を1100℃で1時間サーマルエッチングを施し、走査型電子顕微鏡(SU3500、株式会社日立ハイテクノロジーズ製)を用いて観察し、倍率1000倍、87.5μm×125μmの範囲のBSE-COMP像を無作為に10視野撮影して、10視野分のSEM像を得た。
<Crystal grain size measurement>
The crystal grain sizes, i.e., the area circle equivalent diameters, of the In 2 Ga 2 ZnO 7 phase and the Ga 2 ZnO 4 phase were measured from SEM images of the surfaces of the oxide sintered bodies according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 taken using a scanning electron microscope. Specifically, the cut surfaces obtained by cutting the oxide sintered bodies according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 were polished in stages using emery paper #180, #400, #800, #1000, and #2000, and finally buffed to a mirror finish. Next, the mirror-finished cut surfaces were thermally etched at 1100°C for 1 hour and observed using a scanning electron microscope (SU3500, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). BSE-COMP images were taken at 1000x magnification in a range of 87.5 μm × 125 μm, randomly selected from 10 fields of view, to obtain SEM images for the 10 fields of view.

さらに、得られたSEM像を、画像処理ソフトウェアImageJを用いて、InGaZnO相の粒界に沿って描画を行い、全ての描画が完了した後、粒子解析を実施し、各粒子における面積を得た。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。そして、これを10視野分のSEM像に対して実施し、算出された全粒子の面積円相当径の平均値を、InGaZnO相の面積円相当径とした。次に、得られたSEM像を、画像処理ソフトウェアImageJを用いて、GaZnO相の粒界に沿って描画を行い、同様に粒子解析を実施することによって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。そして、これを10視野分のSEM像に対して実施し、算出された全粒子の面積円相当径の平均値を、GaZnO相の面積円相当径とした。 Furthermore, the obtained SEM image was plotted along the grain boundaries of the In 2 Ga 2 ZnO 7 phase using image processing software ImageJ, and after all plotting was completed, particle analysis was performed to obtain the area of each particle. The equivalent area circle diameter was then calculated from the area of each obtained particle. This was performed on 10 SEM images, and the average value of the calculated equivalent area circle diameters of all particles was taken as the equivalent area circle diameter of the In 2 Ga 2 ZnO 7 phase. Next, the obtained SEM image was plotted along the grain boundaries of the Ga 2 ZnO 4 phase using image processing software ImageJ, and the equivalent area circle diameter was calculated from the area of each particle obtained by similarly performing particle analysis. This was performed on 10 SEM images, and the average value of the calculated equivalent area circle diameters of all particles was taken as the equivalent area circle diameter of the Ga 2 ZnO 4 phase.

〈X線回折による結晶相の特定〉
実施例1~4、及び比較例1~5に係る酸化物焼結体のX線回折による結晶相の特定は、株式会社リガクのSmartLab(登録商標)を用いて、上記粉末X線回折測定条件に従い、測定した。
Identifying crystalline phases by X-ray diffraction
The crystalline phases of the oxide sintered bodies according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 were identified by X-ray diffraction using SmartLab (registered trademark) manufactured by Rigaku Corporation under the above-mentioned powder X-ray diffraction measurement conditions.

〈抗折強度〉
実施例1~4、及び比較例1~5に係る酸化物焼結体の抗折強度を、島津製作所製オートグラフ(登録商標) AGS-500Bを用いて、JIS規格:JIS-R-1601(ファインセラミックスの曲げ強度試験法)に準拠して、測定した。具体的には、酸化物焼結体から切り出した試験片(全長36mm以上、幅4.0mm、厚さ3.0mm)を用いて、JIS-R-1601(ファインセラミックスの曲げ強度試験法)の3点曲げ強さの測定方法に従って測定した。
<Diverse bending strength>
The flexural strength of the oxide sintered bodies according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 was measured in accordance with JIS standard JIS-R-1601 (Testing method for bending strength of fine ceramics) using an Autograph (registered trademark) AGS-500B manufactured by Shimadzu Corporation. Specifically, the flexural strength was measured according to the three-point bending strength measurement method of JIS-R-1601 (Testing method for bending strength of fine ceramics) using test pieces (total length 36 mm or more, width 4.0 mm, thickness 3.0 mm) cut out from the oxide sintered bodies.

〈ピンホール面積率〉
実施例1~4、及び比較例1~5に係る酸化物焼結体のピンホール面積率は、酸化物焼結体の表面を、走査型電子顕微鏡を用いて、結晶相の評価を行うことにより、測定した。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。そして、鏡面に仕上げた当該切断面を、走査型電子顕微鏡(SU3500、株式会社日立ハイテクノロジーズ製)を用いて、倍率1000倍、87.5μm×125μmの範囲のBSE-COMP像を無作為に10視野撮影し、10視野分のSEM像を得た。
<Pinhole area ratio>
The pinhole area ratios of the oxide sintered bodies according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 were measured by evaluating the crystalline phase of the surface of the oxide sintered body using a scanning electron microscope. Specifically, the cut surface obtained by cutting the oxide sintered body was polished in stages using emery paper #180, #400, #800, #1000, and #2000, and finally buffed to a mirror finish. Then, BSE-COMP images of the mirror-finished cut surface were taken at random in 10 fields of view within a range of 87.5 μm × 125 μm at 1000x magnification using a scanning electron microscope (SU3500, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), and SEM images of the 10 fields of view were obtained.

次に、各SEM像の円相当径0.1μm以上のピンホールが占める範囲を、Pictbear(フェンリル社製)を用いて、描画・色塗りつぶしを行った。さらに、粒子解析ソフトウェア(住友金属テクノロジー株式会社製:粒子解析Version3.0)を用いて、当該ピンホールを塗りつぶしたSEM像を認識させて、二値化した。この際、1画素がμm単位で表示されるように換算値を設定した。その後、粒子解析ソフトウェアでピンホールと全体の面積をそれぞれ算出し、全体に対するピンホールの百分率を、面積率として求めた。そして、10視野分のSEM像毎に得られた面積率の平均値を、酸化物焼結体におけるピンホール面積率とした。Next, the area occupied by pinholes with a circle-equivalent diameter of 0.1 μm or more in each SEM image was drawn and color-filled using Pictbear (manufactured by Fenrir Corporation). Furthermore, particle analysis software (manufactured by Sumitomo Metal Technology Co., Ltd.: Particle Analysis Version 3.0) was used to recognize and binarize the SEM images with the pinholes filled in. The conversion value was set so that one pixel was displayed in μm units. The particle analysis software then calculated the pinhole and total areas, and the percentage of pinholes relative to the total was determined as the area ratio. The average area ratio obtained for each of the 10 SEM images was then used to determine the pinhole area ratio for the oxide sintered body.

〈アーキング評価〉
実施例1~4、及び比較例1~5に係る酸化物焼結体を用いて、以下のスパッタリング条件に従って、スパッタリングを行い、アーキングの発生回数を測定した。
Arcing evaluation
Using the oxide sintered bodies according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5, sputtering was carried out under the following sputtering conditions, and the number of times arcing occurred was measured.

=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:3×10-6[Pa]
・スパッタ圧力:0.4[Pa]
・酸素分圧:1×10-3[Pa]
・投入電力量時間:2W/cm
・時間:10時間
=Sputtering conditions=
Equipment: DC magnetron sputtering equipment, exhaust system cryopump, rotary pump. Ultimate vacuum: 3×10 −6 [Pa]
Sputtering pressure: 0.4 [Pa]
Oxygen partial pressure: 1 × 10 −3 [Pa]
・Input power time: 2W/ cm2
Duration: 10 hours

アーキングの発生回数は、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)を用い測定し、以下のように評価した。
A:非常に少ない(200回以下)
B:少ない(200回超250回以下)
C:やや多い(250回超300回以下)
D:非常に多い(300回超)
The number of arcing occurrences was measured using an arcing counter (model: μArc Monitor MAM Genesis MAM Data Collector Ver. 2.02 (manufactured by LANDMARK TECHNOLOGY)) and evaluated as follows.
A: Very few (less than 200 times)
B: Low (more than 200 times but less than 250 times)
C: Somewhat high (more than 250 times and less than 300 times)
D: Very often (over 300 times)

図1に示す通り、実施例1~4に係る酸化物焼結体は、相対密度が100.0%超であると、アーキングの発生回数を抑えることができた。 As shown in Figure 1, the oxide sintered bodies of Examples 1 to 4 were able to reduce the number of arcing occurrences when the relative density was above 100.0%.

実施例1~4に係る酸化物焼結体は、Zr含有量が100質量ppm以下であることから、Zrを含む不純物が含まれるのを低減することができた。また、実施例1~3に係る酸化物焼結体は、Zr含有量が1質量ppm未満であると、アーキングの発生回数が特に少なかった。 The oxide sintered bodies of Examples 1 to 4 had a Zr content of 100 ppm by mass or less, which reduced the amount of Zr-containing impurities. Furthermore, the oxide sintered bodies of Examples 1 to 3 had a particularly low incidence of arcing when the Zr content was less than 1 ppm by mass.

実施例1~4に係る酸化物焼結体は、ピンホール面積率が0.7%以下であると、アーキングの発生回数を抑えることができた。 The oxide sintered bodies of Examples 1 to 4 were able to reduce the number of arcing occurrences when the pinhole area ratio was 0.7% or less.

実施例1~4に係る酸化物焼結体は、抗折強度が150MPa以上であると、アーキングの発生回数を抑えることができた。 The oxide sintered bodies of Examples 1 to 4 were able to reduce the number of arcing occurrences when their flexural strength was 150 MPa or more.

実施例1~4、及び比較例1~5に係る酸化物焼結体は、X線回折測定の測定結果より、結晶相InGaZnO相、及びGaZnO相の2相の結晶相からなることが確認された。 The oxide sintered bodies according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 were confirmed to be composed of two crystalline phases, an In 2 Ga 2 ZnO 7- phase and a Ga 2 ZnO 4- phase, from the results of X-ray diffraction measurement.

本明細書開示の発明は、各発明や実施形態の構成の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な構成を本明細書開示の他の構成に変更して特定したもの、或いはこれらの構成に本明細書開示の他の構成を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して特定した上位概念化したものを含む。 The inventions disclosed in this specification include, in addition to the configurations of each invention and embodiment, to the extent applicable, those specified by changing these partial configurations to other configurations disclosed in this specification, or those specified by adding other configurations disclosed in this specification to these configurations, or those larger concepts specified by removing these partial configurations to the extent that partial effects are obtained.

本発明に係る酸化物焼結体は、相対密度が高く、またZrを含む不純物の含有量を大幅に低減したものであるから、スパッタリングターゲット材として好適である。また、本発明に係る酸化物焼結体は、従来のスパッタリングターゲットに比べアーキングの発生を抑制することができるため、不良品の発生を低減させることができる。これは、天然資源の持続可能な管理、効率的な利用、及び脱炭素(カーボンニュートラル)を達成することにつながる。 The oxide sintered body of the present invention has a high relative density and a significantly reduced content of impurities, including Zr, making it suitable as a sputtering target material. Furthermore, the oxide sintered body of the present invention can suppress arcing compared to conventional sputtering targets, thereby reducing the occurrence of defective products. This will lead to the sustainable management and efficient use of natural resources, and the achievement of decarbonization (carbon neutrality).

Claims (7)

In元素、Ga元素、及びZn元素を含む酸化物焼結体であって、
前記In元素、Ga元素、及びZn元素の原子比が下記式を満たし、
0.15<In/(In+Ga+Zn)<0.35
0.4<Ga/(In+Ga+Zn)<0.6
0.15<Zn/(In+Ga+Zn)<0.35
粉末X線回折により得られたピークを同定し、確認したInGaZnO結晶相と、GaZnO結晶相とを含み、
下記式(X)に基づく理論密度ρ(g/cm )に対する百分率の値である相対密度が100.0%超であり、
Zr含有量が質量ppm未満であることを特徴とする酸化物焼結体。
(式中C ~C はそれぞれターゲット材の構成物質の含有量(質量%)を示し、ρ ~ρ はC ~C に対応する各構成物質の密度(g/cm )を示す。)
An oxide sintered body containing In, Ga, and Zn elements,
the atomic ratio of the In element, the Ga element, and the Zn element satisfies the following formula:
0.15<In/(In+Ga+Zn)<0.35
0.4<Ga/(In+Ga+Zn)<0.6
0.15<Zn/(In+Ga+Zn)<0.35
The peaks obtained by powder X-ray diffraction were identified and confirmed to contain an In 2 Ga 2 ZnO 7 crystalline phase and a Ga 2 ZnO 4 crystalline phase,
The relative density , which is a percentage value of the theoretical density ρ (g/cm 3 ) based on the following formula (X), is more than 100.0%,
An oxide sintered body having a Zr content of less than 1 ppm by mass.
(In the formula, C 1 to C i respectively represent the content (mass %) of the constituent substances of the target material, and ρ 1 to ρ i respectively represent the density (g/cm 3 ) of the constituent substances corresponding to C 1 to C i .)
ピンホール面積率が0.7%以下であることを特徴とする請求項1に記載の酸化物焼結体。 The oxide sintered body according to claim 1, characterized in that the pinhole area ratio is 0.7% or less. 前記相対密度が100.5%以上であることを特徴とする請求項1、又は2に記載の酸化物焼結体。 The oxide sintered body according to claim 1 or 2, characterized in that the relative density is 100.5% or more. 前記相対密度が101.0%以上であることを特徴とする請求項1、又は2に記載の酸化物焼結体。 The oxide sintered body according to claim 1 or 2, characterized in that the relative density is 101.0% or more. 前記酸化物焼結体は、抗折強度が150MPa以上であることを特徴とする請求項1、又は2に記載の酸化物焼結体。 The oxide sintered body according to claim 1 or 2, characterized in that the oxide sintered body has a flexural strength of 150 MPa or more. 請求項1、又は2に記載の酸化物焼結体を含むことを特徴とするスパッタリングターゲット材。 A sputtering target material comprising the oxide sintered body according to claim 1 or 2. 請求項に記載のスパッタリングターゲット材を用いて、スパッタリングを行うことにより、基板上に薄膜を形成することを特徴とする膜の製造方法。 A method for producing a film, comprising sputtering the sputtering target material according to claim 6 to form a thin film on a substrate.
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