JP6264846B2 - 酸化物焼結体、スパッタリングターゲットおよびその製造方法 - Google Patents
酸化物焼結体、スパッタリングターゲットおよびその製造方法Info
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Description
本発明は、主にインジウム、ガリウム、亜鉛、酸素から構成される酸化物半導体膜用スパッタリングターゲット（ＩＧＺＯターゲット）に関するものである。
酸化インジウム−酸化ガリウム−酸化亜鉛を含む酸化物（ＩＧＺＯ）又はこれらを主成分とする酸化物半導体膜は、アモルファスシリコン膜よりも移動度が大きいという利点があり、高移動度が求められる有機ＥＬ用ＴＦＴ素子用途として応用が進んでいる。
ＩＧＺＯ薄膜の形成は、大面積化が容易でかつ高性能の膜が得られることから、ＩＧＺＯ焼結体を用いたスパッタリング法によるのが一般的である。特に近年、ＩＧＺＯ半導体膜の製品実用化が格段に進み、量産の為の大型スパッタリングターゲットの需要が増しているが、この大型ターゲットを使用した際に発生するＩＧＺＯ薄膜の特性のばらつきや、大型ターゲットの製造歩留まり低下、更にはスパッタリング時の割れの問題が顕著となっている。
ＩＧＺＯ薄膜特性のばらつきは、スパッタリング法により形成されたＩＧＺＯ薄膜中のＩｎ、Ｇａ、Ｚｎの元素組成比が、ターゲット使用率の上昇に伴い変動する問題であり、特に薄膜中の亜鉛元素低下の傾向が指摘されている。この為、ＴＦＴ特性のばらつきが生じ、品質不良の原因となっている。既に特許文献１には、焼結体中に複数の結晶相が存在すると薄膜組成が変動し易いとの指摘がされている。しかしながら、実際にはホモロガス単相構造のみから構成されるターゲットであっても、組成変動の問題が発生しており、特に大型ターゲットを用いた量産工程での特性のバラツキが問題となっている。
焼結体の割れの問題に関しては、ＩＧＺＯ焼結体の結晶組織は、異方性の高い層状構造を持つホモロガス結晶構造を含むことが多く、このような焼結体の強度は従来の酸化物ターゲットと比べて極端に低いという問題がある。この為、ターゲット製造時における割れ発生の問題や、スパッタリング時に発生する熱応力によりターゲット割れの問題が発生している。また、ターゲット割れの問題は、焼結体の大きさが大きくなるほど発生する応力が大きくなる為、より発生し易い傾向にある。
ＩＧＺＯ焼結体の強度を改善する方法として、特許文献２ではスピネル構造を含む結晶層とすることで抗折強度を５８ＭＰａに高くすることが示されている。また、特許文献３では、スピネル構造とビックスバイト構造とを含む結晶相とすることで抗折強度１４．３ｋｇ／ｍｍ２（約１４０ＭＰａ）を得ている。しかしながら、これらの方法ではＩＧＺＯ膜の組成が限定されてしまうために、膜特性の最適化のためにＩＧＺＯ焼結体のＩｎ、Ｇａ、Ｚｎの各組成比を適宜決定することができず、また、前述のように複数の結晶相を含む焼結体では薄膜組成変動の問題が指摘されていることから、焼結体の組成比によらず焼結体の強度を高める方法が望まれていた。特に、ホモロガス結晶構造のみとなる組成比の場合、著しく強度が低い為、焼結体の強度の改善が強く望まれている。
また、焼結体の強度を改善する方法として、焼結体の高密度化が有効であることが知られているが、ＩＧＺＯ焼結体は結晶成長が比較的早いために、ポア（気泡）が焼結体内部に残り易く高密度な焼結体を得ることは難しい。特許文献４には、焼結の保持時間を２０時間以上とし、密度９８％の焼結体を得ている。しかし、焼結体の結晶成長が促進されるため粒径は７μｍ以上と大きくなり、焼結体の強度の記述なないが、一般にこのように粒径が成長した場合には焼結体の強度は低い。特に、ホモロガス構造の様な層状構造のみの焼結体の場合には更に強度が低下し易い。
本発明の目的は、特に酸化物半導体膜用大型スパッタリングターゲットの課題である、ＩＧＺＯ薄膜の特性バラツキを改善させると共に、ターゲット製造時およびスパッタリング時の割れの発生を改善させることにより、酸化物半導体膜用途に最適の高品質かつ高歩留まりのＩＧＺＯスパッタリングターゲットを提供することにある。
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造を有する焼結体において、焼結体の結晶粒径、相対密度、および抗折強度を一定の値に制御することによって、量産装置で要求される大型サイズのターゲット製造における歩留まりを改善させると共に、高いパワーを投入可能な円筒形スパッタリングターゲットとして用いた場合においても、スパッタリング時の割れ発生を改善させる効果を見出し、本発明を完成するに至った。
さらに、焼結体のオープンポア率を抑制することによって、抗折強度が高められると共に、スパッタリング成膜後のＩＧＺＯ薄膜中の組成変動を抑えることが可能となることを見出した。
本発明の態様は以下のとおりである。
（１）少なくともＩｎ、Ｇａ及びＺｎを含有する酸化物焼結体であって、ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造を有し、酸化物焼結体の結晶粒径が５μｍ以下、かつ相対密度が９５％以上であり、かつ、酸化物焼結体の抗折強度が１００ＭＰａ以上であることを特徴とする酸化物焼結体。
（２）酸化物焼結体のオープンポア率が０．２％以下であることを特徴とする（１）に記載の酸化物焼結体。
（３）酸化物焼結体中の６０μｍ×８０μｍの範囲に存在する長さ３μｍ以上の微小クラックの本数が、２０本以下であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の酸化物焼結体。
（４）組成式がＩｎＧａＺｎＯｘで表され、前記組成式中のｘが３．３≦ｘ≦３．６であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の酸化物焼結体。
（５）ターゲット面の面積が１３０２ｃｍ２以上である平板形状、または、ターゲット面の面積が４８６ｃｍ２以上である円筒形状であることを特徴とする（１）から（４）に記載の酸化物焼結体。
（６）上述の（１）から（５）に記載の酸化物焼結体をターゲット材として用いることを特徴とするスパッタリングターゲット。
（７）スパッタリング成膜したＩＧＺＯ薄膜中の亜鉛元素の組成変動率が５％未満であることを特徴とする（６）に記載のスパッタリングターゲット。
（８）少なくともＩｎ、Ｇａ及びＺｎを含有する酸化物焼結体であって、ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造を有する酸化物焼結体の製造方法において、各元素の酸化物粉末を湿式媒体ミル処理することによって得られる混合粉末の比表面積が１２．０〜１５．０ｍ２／ｇかつ平均粒径が０．３５〜０．４５μｍの範囲であり、混合粉末中の酸化亜鉛の結晶子径が６０ｎｍ以下である混合粉末を用いることを特徴とする、（１）〜（５）に記載の酸化物焼結体の製造方法。
（９）前記混合粉末において、さらに、３００〜７５０℃の温度領域における体積膨張率が２．１％以下、かつ１０００〜１２００℃の温度領域における体積膨張率が４．２％以下である混合粉末を用いることを特徴とする、（８）に記載の酸化物焼結体の製造方法。
（１）少なくともＩｎ、Ｇａ及びＺｎを含有する酸化物焼結体であって、ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造を有し、酸化物焼結体の結晶粒径が５μｍ以下、かつ相対密度が９５％以上であり、かつ、酸化物焼結体の抗折強度が１００ＭＰａ以上であることを特徴とする酸化物焼結体。
（２）酸化物焼結体のオープンポア率が０．２％以下であることを特徴とする（１）に記載の酸化物焼結体。
（３）酸化物焼結体中の６０μｍ×８０μｍの範囲に存在する長さ３μｍ以上の微小クラックの本数が、２０本以下であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の酸化物焼結体。
（４）組成式がＩｎＧａＺｎＯｘで表され、前記組成式中のｘが３．３≦ｘ≦３．６であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の酸化物焼結体。
（５）ターゲット面の面積が１３０２ｃｍ２以上である平板形状、または、ターゲット面の面積が４８６ｃｍ２以上である円筒形状であることを特徴とする（１）から（４）に記載の酸化物焼結体。
（６）上述の（１）から（５）に記載の酸化物焼結体をターゲット材として用いることを特徴とするスパッタリングターゲット。
（７）スパッタリング成膜したＩＧＺＯ薄膜中の亜鉛元素の組成変動率が５％未満であることを特徴とする（６）に記載のスパッタリングターゲット。
（８）少なくともＩｎ、Ｇａ及びＺｎを含有する酸化物焼結体であって、ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造を有する酸化物焼結体の製造方法において、各元素の酸化物粉末を湿式媒体ミル処理することによって得られる混合粉末の比表面積が１２．０〜１５．０ｍ２／ｇかつ平均粒径が０．３５〜０．４５μｍの範囲であり、混合粉末中の酸化亜鉛の結晶子径が６０ｎｍ以下である混合粉末を用いることを特徴とする、（１）〜（５）に記載の酸化物焼結体の製造方法。
（９）前記混合粉末において、さらに、３００〜７５０℃の温度領域における体積膨張率が２．１％以下、かつ１０００〜１２００℃の温度領域における体積膨張率が４．２％以下である混合粉末を用いることを特徴とする、（８）に記載の酸化物焼結体の製造方法。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の酸化物焼結体は、少なくともインジウム、ガリウム、亜鉛及び酸素を含んでなり、ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造を有する焼結体である。本発明で言う「ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造を有する焼結体」とは、Ｘ線回折パターンがＩｎＧａＺｎＯ４の回折パターンと一致したピークを含む焼結体を言う。また、本発明で言う「ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造のみを有する焼結体」とは、Ｘ線回折パターンがＩｎＧａＺｎＯ４の回折パターンと一致し、ＩｎＧａＺｎＯ４の回折パターンに帰属されないピークを含まないことを意味する。
本発明によれば、ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造を有し、酸化物焼結体の結晶粒径が５μｍ以下、かつ相対密度が９５％以上であり、かつ、酸化物焼結体の抗折強度が１００ＭＰａ以上となり、焼結体製造時およびスパッタリングターゲットとして用いた場合においても割れの無いＩＧＺＯ焼結体となる。
本発明のＩＧＺＯ焼結体の結晶粒径は５μｍ以下であり、好ましくは４．５μｍ以下であり、さらに好ましくは４μｍ以下である。焼結体の結晶粒径が小さいほど、スパッタリングターゲットとして用いる場合、ターゲットから元素が均一に飛び出すために結晶粒径は小さいほど好ましい。
本発明のＩＧＺＯ焼結体の相対密度は９５％以上であり、好ましくは９７％以上、より好ましくは９８％以上で、さらに好ましくは９９％以上である。相対密度が９５％を下回る焼結体をターゲットとして用いると、スパッタリング中に異常放電が発生しやすくなる場合があり、異常放電により発生したパーティクルにより膜の品質が悪化して歩留りが低下する可能性があるからである。
本発明の酸化物焼結体の抗折強度は１００ＭＰａ以上であり、１５０ＭＰａ以上であることが好ましく、２００ＭＰａ以上であることがより好ましい。酸化物焼結体の強度が高ければ研削加工においても割れが発生しにくく、歩留りが高いために生産性が良い。更に、スパッタリング中に高いパワーが投入される円筒形スパッタリングターゲットに使用した場合においても、割れの問題が発生しにくい。
また、本発明のＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造を有するＩＧＺＯ酸化物焼結体のオープンポア率は、０．２％以下であることが好ましい。酸化物焼結体のオープンポア率は０．１５％以下であることがより好ましく、０．１０％以下であることが更に好ましい。酸化物焼結体のオープンポア率が０．２％以下であると、スパッタリング薄膜の組成変動現象を抑制されると共に、ターゲット製造時およびスパッタリング時の割れの発生の少ないＩＧＺＯ焼結体となる。
オープンポアとは、焼結体の最表面への開放経路を有する空隙（空孔やクラック）を指し、その空隙が直接焼結体の表面へ開放している場合だけでなく、他の空隙を介しながら表面へ開放している空隙を指す。オープンポア率とは、焼結体体積とオープンポア体積の総量に対するオープンポア体積の割合のことを言う。オープンポアが一定割合以上存在すると、焼結体内部に雰囲気等からの水分が吸着され、ＩＧＺＯ膜中の各元素組成の変動原因となる為、極力低減させることが好ましい。
本発明の酸化物焼結体においては、焼結体の６０μｍ×８０μｍの範囲に存在する長さ３μｍ以上の微小クラックの本数が２０本以下であることが好ましく、１０本以下であることがより好ましい。さらに好ましくは長さ１５μｍ以上のクラックを有さないことが好ましい。本発明者らは、ＩＧＺＯスパッタ膜の組成変動現象について詳細な原因調査を行なった。高密度のＩＧＺＯ焼結体を得るためには、原料よりなる成形体を十分な高温で焼成する必要がある。しかし、一般に高密度ＩＧＺＯ焼結体の内部にはＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造には特有の層状の微小クラックが存在し、この微小クラックが多くなると、薄膜の組成変動がより顕著となることが判明した。つまり、微小クラックが多く存在する焼結体は、雰囲気中の水分やターゲット洗浄工程における洗浄液との接触により、内部クラック層に水分を吸着、含有する。このようなターゲットを用いて成膜した場合、ターゲットから叩き出された亜鉛原子が水分子によって散乱され、亜鉛原子の膜付着率が極端に低下する結果、ＩＧＺＯ膜の組成変動が生じることを突き止めた。
さらに、本発明の酸化物焼結体においては、組成式がＩｎＧａＺｎＯｘで表され、前記組成式中の酸素含有量ｘの値が３．３以上３．６以下であることが特に好ましい。本酸素含有量は、ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造の構成元素である酸素元素の一部に欠損を生じさせることにより得られるものである。酸素含有量を上記の範囲とすることにより、酸化物焼結体の強度が更に向上し、スパッタリング時のアーキングやパーティクル発生を更に低減させることが可能となる。また、この焼結体を用いて作製したＩＧＺＯ膜は、薄膜表面の平坦性に優れており、ＴＦＴ特性の安定性向上の効果も有する。
また、本発明の酸化物焼結体は、Ｘ線回折における入射角（２θ）が、３０．３°〜３０．９°における回折強度をＩ１、および３１．１°〜３１．５°における回折強度をＩ２とした場合、回折強度比Ｉ１／Ｉ２が０．８５以上１．２５以下であることが好ましい。回折強度比Ｉ１／Ｉ２が０．９０以上１．１０以下であることがより好ましい。回折強度比Ｉ１／Ｉ２の上昇は、ＩｎＧａＺｎＯ４結晶相のＣ軸方向の成長が選択的に進んでいることを示すものである。本発明者らは、Ｃ軸方向へ結晶粒子の成長が一定の水準を越えると、結晶粒子内に大量の層状の微小クラックが入り易くなることを見出し、回折強度比の値を一定値以下とすることにより、微小クラックの少ない焼結体を得ることに成功した。一方、回折強度比が０．８５未満の場合は、所望の焼結体密度が得られ難くなり、強度低下およびスパッタリング時の異常放電につながる為好ましくない。
なお、酸化物焼結体のインジウム、ガリウムおよび亜鉛の比率は、ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造を含有する組成であれば特に限定されないが、ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造のみを有する焼結体は特に本発明の効果が大きく、好適である。
次に、本発明の酸化物焼結体の製造方法について、工程毎に説明する。
（１）原料混合工程
原料粉末は特に限定されるものではなく、例えば、インジウム、ガリウム、亜鉛の塩化物、硝酸塩、炭酸塩等の金属塩粉末を用いることも可能であるが、取り扱い性を考慮すると酸化物粉末が好ましい。
原料粉末は特に限定されるものではなく、例えば、インジウム、ガリウム、亜鉛の塩化物、硝酸塩、炭酸塩等の金属塩粉末を用いることも可能であるが、取り扱い性を考慮すると酸化物粉末が好ましい。
各原料粉末の純度は、９９．９％以上が好ましく、より好ましくは９９．９９％以上である。純度が低いと、含有される不純物により、本発明のＩＧＺＯ焼結体を用いたスパッタリングターゲットで形成されたＴＦＴに、悪影響を及ぼすことがあるからである。
これらの原料の配合は、ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造を生成する組成であれば本願の効果を得ることができる為、特に制限はない。各原料粉末の比表面積および平均粒径は、次工程である粉砕・混合処理により、本願発明に必要な物性を有する粉末を得るために重要である。本願では、酸化インジウムの比表面積が１０．０〜１３．０ｍ２／ｇかつ平均粒径が０．９〜１．３μｍ、酸化ガリウムの比表面積が１０．０〜１７．０ｍ２／ｇかつ平均粒径が１．８〜２．５μｍ、酸化亜鉛の比表面積が３．０〜１５．０ｍ２／ｇかつ平均粒径を０．２〜１．５μｍである粉末を原料として用いることが好ましい。酸化亜鉛原料に関しては、その比表面積が１０．０〜１３．０ｍ２／ｇかつ平均粒径が０．２０〜０．３５μｍである粉末を用いることにより、所望とする物性がより得易くなるため、特に好ましい。
次に、これら原料粉末を粉砕・混合する。本発明においては、この粉砕・混合において適切な処理を行ない、所望の物性を有する混合粉を得ることが特に重要である。本発明においては、混合・粉砕能力において優れる湿式処理法を用いることが最も好ましい。具体的にはジルコニア製のビーズを用いた湿式ビーズミル粉砕・混合が好ましい。適切な湿式ビーズミル粉砕・混合を施すことによって、粉砕・混合後の粉末の比表面積が１２．０〜１５．０ｍ２／ｇかつ平均粒径が０．３５〜０．４５μｍの範囲であり、更に、処理後の混合粉末中の酸化亜鉛の結晶子径が６０ｎｍ以下であることを満たす原料粉末を得ることが本願において極めて重要である。粉砕・混合後の粉末の比表面積については、１２．５〜１４．５ｍ２／ｇの範囲にあることがより好ましい。これらの物性範囲に調整することにより、原料粉末の活性が飛躍的に向上し、焼成工程における焼結反応性が飛躍的に改善する。そして、従来よりも低温、短時間で緻密化が可能となるだけでなく、ＩｎＧａＺｎＯ４のホモロガス結晶粒子におけるＣ軸方向への選択的粒成長が抑制され、焼結体中の微小クラック発生を抑制することが可能となる。
上記に加え、処理後の粉末は、本粉末より作製した成形体の体積膨張率が３００〜７５０℃の温度領域において２．１％以下、かつ１０００〜１２００℃の温度領域において４．２％以下であることが好ましい。３００〜７５０℃の温度領域において１．３％以下、１０００℃〜１２００℃の温度領域の温度領域においては２．５％以下であることがより好ましく、３００〜７５０℃の温度領域において０．０８％以下、１０００℃〜１２００℃の温度領域の温度領域においては０．１３％以下であることが更に好ましい。
本願における体積膨張率は、主として各原料粉末の均一混合性を示す指標である。混合粉末中の各原料の分散状態が適切でない場合、焼成工程においてＩｎＧａＺｎＯ４が形成される過程で激しい体積膨張が発生し、焼成割れの原因となる。上記範囲に設定することによって、比較的早い昇温速度下でも、大型サイズのターゲットの焼成割れのリスクが大幅に低減される。
上記物性を満たすＩＧＺＯ混合原料を得る為には、適切なビーズミル装置粉砕・混合条件下にて処理を行なう必要がある。例えば、ミル容積２Ｌのビーズミル装置にて粉末２５ｋｇを処理する場合、下記の条件で行うことが好ましい。
スラリー中の固形分濃度は３０％〜７０％、より好ましくは４０％〜５５％とする。固形分濃度が高くなり過ぎると処理能力が低下し、所望する粉末物性値が得られない。特に酸化亜鉛は粘度上昇の原因となり易く、他の原料との混合性を大きく損ねる原因となることから、適正範囲内に調整することが重要である。一方、スラリー中の固形分濃度が低くなりすぎると、処理量自体が減ってしまう為、好ましくない。
粉砕メディアは、粉砕能力の高いジルコニアビーズを用い、ビーズ径はφ０．２ｍｍ〜φ０．４ｍｍの範囲内とする。ミルに投入するビーズの総量は５．０〜６．５ｋｇの範囲とし、ミル容積に対するビーズ充填率としては７５〜８５％の範囲とする。
スラリー温度についても厳密に管理する必要があり、ミル入口スラリー温度を１５℃以下、好ましくは１２℃以下に管理すると共に、ミル出口のスラリー温度を２１℃以下となるように常時管理する必要がある。ミル処理によって、スラリー温度は急激に上昇することから、スラリータンクには適切な冷却機構を備えておくことが好ましい。
分散剤の種類は特に問わないが、特に酸化亜鉛粉末のスラリー粘度変化を一定範囲内に抑える必要があり、この為スラリーｐＨは５〜９の中性域付近となるように調整を行なう。分散剤添加量が多いと、スプレー乾燥後の粉末顆粒の強度が高くなりすぎる為、成形体の強度低下につながり、成形体の焼成割れの原因となる。この為添加量は一般的な添加量よりも少なくする必要があり、０．９ｗｔ％以下が好ましく、０．７ｗｔ％以下とすることがより好ましい。
ミル内へのスラリー供給量はミルへの負担の大きい１〜２パスまでは０．６Ｌ／ｍｉｎ〜１．５Ｌ／ｍｉｎとし、その後は１．５Ｌ／ｍｉｎ〜３．１Ｌ／ｍｉｎとすると効率的に処理が進み、全体のパス回数の低減が図れる為好ましい。パス回数が過度に上昇すると、ミル内壁からの不純物混入によりスパッタ薄膜のＴＦＴとしての特性不良の原因となるため、好ましくない。
ミルの周速は５．５ｍ／ｓｅｃ〜９．５ｍ／ｓｅｃの範囲に設定し、６．０ｍ／ｓｅｃ〜８．０ｍ／ｓｅｃの範囲とすることがより好ましい。処理のバッチによっては同一条件であってもスラリー粘度が何らかの要因によって上昇することがあるが、この場合は分散剤量を上記範囲内の内で適宜追添加し、スラリー粘度を常に３０００ｍＰａ・ｓとしておくことが重要であり、これによって安定した処理が可能となる。
上記の条件を踏まえて、５〜２０パス、より好ましくは５〜１５パス循環させて粉砕処理を行なうことにより、所望の物性値を有する混合粉末が得ることができる。パス回数が不足すると、焼成割れの原因となるだけでなく、高密度焼結体が得られにくくなる。高密度体を得る為には高温または長時間の焼成が必要となり、従来のＩＧＺＯ焼結体と同様に内部に微小クラックを生じ易くなる。一方、パス回数が増加し、過度に比表面積を上昇、あるいは平均粒子径を低下させた場合も、粉末のかさ密度が低下し、成形性の低下により歩留まり低下の原因となると共に、粉末の再凝集が進む結果、高密度焼結体が得られにくくなる。この場合も、高密度焼結体を得る為に高温または長時間の焼成を行なう必要が生じるため、従来ＩＧＺＯ同様、内部に微小クラックを生じ易くなる。
湿式混合処理を行った場合の、最終的な粉末の状態は特に限定されない。鋳込み成形等の湿式成形方法では、スラリーをそのまま用いることが可能であるが、乾式で成形する場合には、粉末の流動性が高く成形体密度が均一となる造粒粉末を用いるのが望ましい。造粒方法についても特に限定しないが、噴霧造粒、流動層造粒、転動造粒、撹拌造粒などが使用できる。特に、操作が容易で、多量に処理できる噴霧造粒を用いることが望ましい。
（２）成形工程
次に、この粉末を成形する。ここでは一例として乾式粉末を用いた乾式成形について説明する。プレス圧力は用いる粉末の物性によって適宜変更可能であるが、一般的には１００〜５００ｋｇ／ｃｍ２である。成形圧力はクラック等の発生がなく、取り扱いが可能な成形体であれば特に限定されるものではない。また、プレス成形後の成形密度をより高める為に冷間静水圧成形（ＣＩＰ）を行うことが好ましい。ＣＩＰ圧力も用いる粉末物性によって適宜変更可能であるが、１０００〜３５００ｋｇ／ｃｍ２の範囲が一般的である。
次に、この粉末を成形する。ここでは一例として乾式粉末を用いた乾式成形について説明する。プレス圧力は用いる粉末の物性によって適宜変更可能であるが、一般的には１００〜５００ｋｇ／ｃｍ２である。成形圧力はクラック等の発生がなく、取り扱いが可能な成形体であれば特に限定されるものではない。また、プレス成形後の成形密度をより高める為に冷間静水圧成形（ＣＩＰ）を行うことが好ましい。ＣＩＰ圧力も用いる粉末物性によって適宜変更可能であるが、１０００〜３５００ｋｇ／ｃｍ２の範囲が一般的である。
（３）焼成工程
続いて焼成工程を行なう。焼成方法は、原料粉末の焼結挙動に適した様々な焼成方法（常圧焼結、加圧焼結など）を用いる事が可能であり、特に制限されるものではなく、電気炉、ガス炉、ＨＩＰ（等方熱間プレス）、ＨＰ（ホットプレス）および電磁波焼成炉等を使用することが出来るが、電磁波加熱が特に好ましい。電磁波加熱により、焼結体自身が内部から加熱されるため、オープンポアの状態で焼結体の中心部から均一に焼結が進行し、ポアが焼結体の外に吐き出され、また、大型品でも温度分布が少なく、焼成において割れ難くなる。さらに、電磁波加熱を用いた場合、焼結体の含有酸素量を大幅に低減させることが可能となる。電磁波加熱方式では、成形体内部と外部の収縮速度が同一に保たれることにより、大気雰囲気焼成であっても焼結体内部においても十分な酸素欠損を形成させることが出来、焼結体の酸素含有量を大幅に低減させることが可能となる。
続いて焼成工程を行なう。焼成方法は、原料粉末の焼結挙動に適した様々な焼成方法（常圧焼結、加圧焼結など）を用いる事が可能であり、特に制限されるものではなく、電気炉、ガス炉、ＨＩＰ（等方熱間プレス）、ＨＰ（ホットプレス）および電磁波焼成炉等を使用することが出来るが、電磁波加熱が特に好ましい。電磁波加熱により、焼結体自身が内部から加熱されるため、オープンポアの状態で焼結体の中心部から均一に焼結が進行し、ポアが焼結体の外に吐き出され、また、大型品でも温度分布が少なく、焼成において割れ難くなる。さらに、電磁波加熱を用いた場合、焼結体の含有酸素量を大幅に低減させることが可能となる。電磁波加熱方式では、成形体内部と外部の収縮速度が同一に保たれることにより、大気雰囲気焼成であっても焼結体内部においても十分な酸素欠損を形成させることが出来、焼結体の酸素含有量を大幅に低減させることが可能となる。
本発明では、ＩｎＧａＺｎＯ４のホモロガス結晶粒子におけるＣ軸方向への粒成長を抑制する観点から、比較的早い昇温速度で昇温させることが好ましい。具体的には、２０〜６００℃／時間、好ましくは１００〜６００℃／時間、より好ましくは２００〜６００℃／時間、さらに好ましくは３００〜６００℃／時間である。また、３００〜７５０℃、および１０００℃〜１２００℃の温度領域を２００℃／時間以上の昇温速度で昇温させる場合については、ビーズミル粉砕・混合後の粉末の体積膨張率が３００〜７５０℃の温度領域において１．３％以下、１０００℃〜１２００℃の温度領域においては２．５％以下である混合粉末を用いることが、大型ターゲットの焼成割れを防止する観点から好ましい。
保持温度は１３５０℃〜１４５０℃が好ましい。温度が高過ぎるとＩｎＧａＺｎＯ４の結晶粒成長が急激に進行し、異常粒成長による強度低下によって焼成割れが発生し、歩留まりが低下する。逆に保持温度が低すぎると、緻密化が進まない為に、高密度焼結体が得られず、スパッタリング中のアーキング増加の原因となることから好ましくない。
上記温度にて保持時間を３時間以下、好ましくは５分以上６０分以下とする。保持時間が長くなると、ＩｎＧａＺｎＯ４のホモロガス結晶粒子におけるＣ軸方向への選択的な粒成長が進行しやすくなり、焼結体内部に微小クラックが発生する為、好ましくない。保持時間が短いと十分な焼結が進まず、低密度や密度ムラ等の問題が生じるため、ある程度の保持時間が必要となるが、本発明における混合粉末は、極短時間の保持時間で高密度化し、大型ターゲットの焼成においても密度ムラのない焼結体を得ることが可能である。
降温速度は、熱衝撃による割れのない様、一般的な抵抗加熱式電気炉においては例えば３００℃／ｈ以下の温度で冷却される。また、焼結体中の酸素欠損量を増加させるには、１０００℃までの高温域を４００℃／ｈ以上の速度で冷却させることがより効果的である。焼成時の雰囲気は特に制限されないが、亜鉛の昇華を抑制するために大気または酸素雰囲気とすることが好ましい。
（４）ターゲット化工程
得られた焼結体は、平面研削盤、円筒研削盤、旋盤、切断機、マシニングセンター等の機械加工機を用いて、板状、円状、円筒状等の所望の形状に研削加工する。さらに、必要に応じて無酸素銅やチタン等からなるバッキングプレート、バッキングチューブにインジウム半田等を用いて接合（ボンディング）することにより、本発明の焼結体をターゲット材としたスパッタリングターゲットを得ることができる。
得られた焼結体は、平面研削盤、円筒研削盤、旋盤、切断機、マシニングセンター等の機械加工機を用いて、板状、円状、円筒状等の所望の形状に研削加工する。さらに、必要に応じて無酸素銅やチタン等からなるバッキングプレート、バッキングチューブにインジウム半田等を用いて接合（ボンディング）することにより、本発明の焼結体をターゲット材としたスパッタリングターゲットを得ることができる。
焼結体のサイズは、特に限定されないが、本発明による焼結体は強度が高いため大型のターゲットを製造することが可能となる。平板形スパッタリングターゲットの場合、縦３１０ｍｍ×横４２０ｍｍ（ターゲット面の面積１３０２ｃｍ２）以上の大型の焼結体を作製することができる。また、円筒形スパッタリングターゲットの場合、外径９１ｍｍΦ×１７０ｍｍ（ターゲット面の面積４８６ｃｍ２）以上の大型の焼結体を作製することができる。なお、ここで言うターゲット面の面積とは、スパッタリングされる側の焼結体表面の面積を言う。なお、複数の焼結体から構成される多分割ターゲットの場合、それぞれの焼結体の中でスパッタリングされる側の焼結体表面の面積が最大のものを多分割ターゲットにおけるターゲット面の面積とする。
また、ターゲットの厚みは特に限定されないが、４ｍｍ以上１５ｍｍ以下が好ましい。４ｍｍより薄い場合は、ターゲット利用率が低く経済的でない。また、１５ｍｍより厚い場合には、焼結体の重量が重くなるため、ターゲット化工程でハンドリング設備等が必要となる。
本発明では、少なくともＩｎ、Ｇａ及びＺｎを含有する酸化物焼結体であって、ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造を有する焼結体において、焼結体の結晶粒径、相対密度、及び抗折強度を一定の値に制御することによって、量産装置で要求される大型サイズのターゲット製造における歩留まりを改善させると共に、高いパワーを投入可能な円筒形スパッタリングターゲットとして用いた場合においても、スパッタリング時の割れ発生を抑制することが可能となる。
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はここに記載の方法に限定されるものではない。なお、本実施例における主な測定条件は、以下に記載の通りである。
（１）焼結体の密度
ＪＩＳ Ｒ １６３４に準拠して、アルキメデス法により式（１）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 （１）
焼結体の理論密度（ｄ）は、焼結体中のＩｎ、Ｇａ、Ｚｎを酸化物に換算して、それぞれ酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛としたときに、それぞれの量ａ（ｇ）、ｂ（ｇ）、ｃ（ｇ）と、それぞれの真密度７．１８（ｇ／ｃｍ３）、５．９５（ｇ／ｃｍ３）、５．６７（ｇ／ｃｍ３）を用いて、（２）式のように相加平均から算出した。
ｄ＝（ａ＋ｂ＋ｃ）／（（ａ／７．１８）＋（ｂ／５．９５）＋（ｃ／５．６７）） （２）
（２）オープンポア率
上記アルキメデス法において算出した焼結体体積と、式（３）によって算出したオープンポア体積とから、（４）式により算出した。
オープンポア体積＝（抱水重量−乾燥重量）／水の密度 （３）
オープンポア率＝
（オープンポア体積／（焼結体体積＋オープンポア体積））×１００（％） （４）
（３）結晶子径
混合粉末のＸ線回折パターンを下記条件にて測定し、得られた酸化亜鉛の１０２ピークを用いて、Ｓｃｈｅｒｒｅｒの式から結晶子径を算出した。
走査方法 ：ステップスキャン法（ＦＴ法）
Ｘ線源 ：ＣｕＫα
パワー ：４０ｋＶ、４０ｍＡ
ステップ幅 ：０．０１°
測定範囲 ：酸化亜鉛（１０２ピーク） ４６．８°≦２θ≦４８．２°
（４）Ｘ線回折測定
最表面より０．５ｍｍ以上研削した後の任意の１０箇所をサンプリングし、鏡面研磨した焼結体試料の２θ＝２０〜７０°の範囲のＸ線回折パターンを下記条件にて測定し、ＩｎＧａＺｎＯ４の回折パターン（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｄａｔａ Ｉｎｃ． ＪＡＤＥ７（ｖｅｒ．７ｊ） Ｆｉｌｅ Ｎｏ．００−０３８−１１０４参照）と比較した。
走査方法 ：ステップスキャン法（ＦＴ法）
Ｘ線源 ：ＣｕＫα
パワー ：４０ｋＶ、４０ｍＡ
ステップ幅 ：０．０２°
（５）微小クラックの観察
最表面より０．５ｍｍ以上研削した後の任意の１０箇所をサンプリングする。機械研磨段階でのクラック発生を防止する為、断面イオンミリング法（装置：クロスセクションポリッシャ ＩＢ−０９０２０ＣＰ 日本電子製）で観察面を作成し、その後観察面に導電性コーティング（オスミウムコート）を施した後、観察を行った。
装置 ：ＦＥ−ＳＥＭ（ＪＳＭ−７６００Ｆ 日本電子製）
加速電圧 ：１０ｋＶ（倍率：１５００倍）
検出器 ：反射電子検出器
計測方法 ：任意の６０μｍ×８０μｍの領域内において、長さ３μｍ以上のクラックの本数をカウントする。クラックの端部が他の１本以上のクラックの端部と繋がっていると認められる場合には、それらを合わせて１本としてカウントする。２本以上のクラックが交差していると認められる場合には、それぞれ独立してカウントする。
（６）抗折強度
最表面より０．５ｍｍ以上研削した後の焼結体より下記寸法のサンプルを切り出し、ＪＩＳ Ｒ １６０１に準拠して測定した。
試験方法 ：３点曲げ試験
支点間距離 ：３０ｍｍ
試料サイズ ：３×４×４０ｍｍ
ヘッド速度 ：０．５ｍｍ／ｍｉｎ
（７）体積膨張率
本発明では昇温時に発生する成形体の体積膨張を体積膨張率として定義する。本発明における体積膨張率とは、以下の手順にて算出される値である。測定用のサンプルには、２０００ｋｇ／ｃｍ２にて冷間静水圧成形（ＣＩＰ）を行った後の直径が２８〜３０ｍｍ、厚さ６〜８ｍｍの形状のものを使用する。焼成は、一般的な常圧焼成法により、所定の焼成温度Ｔにて焼成を行う。体積膨張率は焼成前の直径をＬ０、焼成温度Ｔにおける焼結体の当該直径Ｌよりα＝（Ｌ−Ｌ０）／Ｌ０×１００（％）として算出される。焼成条件は、昇温速度および降温速度を共に１００℃／ｈ、温度Ｔでの保持時間を１時間とし、雰囲気は大気雰囲気にて焼成を行う。焼成温度Ｔを２０℃ステップで変化させ、各焼成温度Ｔにおける体積膨張率をプロットし、スムージングすることにより、所定の温度域での体積膨張率プロファイルを得る。
（８）結晶粒径（Ｄ５０）
測定装置 ：レーザ回折式粒度分布測定装置（島津製作所製、ＳＡＬＤ−７１００）
測定方法 ：秤量した原料粉末０．３〜０．５ｇをヘキサメタリン酸ナトリウム溶液（０．２％）３０ｍｌに入れ、超音波分散機にて出力２００Ｗで１分間分散させた後に測定する。
（９）酸素含有量
最表面より０．５ｍｍ以上研削した後の焼結体よりサンプル切り出しを行い、インパルス炉溶融−赤外線吸収法（ＬＥＣＯ社製、ＴＣ４３６ 酸素・窒素分析装置を使用）にて測定した。装置のキャリブレーションにはＬＥＣＯ社標準試料を使用した。測定は、任意の５箇所について行い、その平均値を正式データとした。
（１）焼結体の密度
ＪＩＳ Ｒ １６３４に準拠して、アルキメデス法により式（１）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 （１）
焼結体の理論密度（ｄ）は、焼結体中のＩｎ、Ｇａ、Ｚｎを酸化物に換算して、それぞれ酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛としたときに、それぞれの量ａ（ｇ）、ｂ（ｇ）、ｃ（ｇ）と、それぞれの真密度７．１８（ｇ／ｃｍ３）、５．９５（ｇ／ｃｍ３）、５．６７（ｇ／ｃｍ３）を用いて、（２）式のように相加平均から算出した。
ｄ＝（ａ＋ｂ＋ｃ）／（（ａ／７．１８）＋（ｂ／５．９５）＋（ｃ／５．６７）） （２）
（２）オープンポア率
上記アルキメデス法において算出した焼結体体積と、式（３）によって算出したオープンポア体積とから、（４）式により算出した。
オープンポア体積＝（抱水重量−乾燥重量）／水の密度 （３）
オープンポア率＝
（オープンポア体積／（焼結体体積＋オープンポア体積））×１００（％） （４）
（３）結晶子径
混合粉末のＸ線回折パターンを下記条件にて測定し、得られた酸化亜鉛の１０２ピークを用いて、Ｓｃｈｅｒｒｅｒの式から結晶子径を算出した。
走査方法 ：ステップスキャン法（ＦＴ法）
Ｘ線源 ：ＣｕＫα
パワー ：４０ｋＶ、４０ｍＡ
ステップ幅 ：０．０１°
測定範囲 ：酸化亜鉛（１０２ピーク） ４６．８°≦２θ≦４８．２°
（４）Ｘ線回折測定
最表面より０．５ｍｍ以上研削した後の任意の１０箇所をサンプリングし、鏡面研磨した焼結体試料の２θ＝２０〜７０°の範囲のＸ線回折パターンを下記条件にて測定し、ＩｎＧａＺｎＯ４の回折パターン（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｄａｔａ Ｉｎｃ． ＪＡＤＥ７（ｖｅｒ．７ｊ） Ｆｉｌｅ Ｎｏ．００−０３８−１１０４参照）と比較した。
走査方法 ：ステップスキャン法（ＦＴ法）
Ｘ線源 ：ＣｕＫα
パワー ：４０ｋＶ、４０ｍＡ
ステップ幅 ：０．０２°
（５）微小クラックの観察
最表面より０．５ｍｍ以上研削した後の任意の１０箇所をサンプリングする。機械研磨段階でのクラック発生を防止する為、断面イオンミリング法（装置：クロスセクションポリッシャ ＩＢ−０９０２０ＣＰ 日本電子製）で観察面を作成し、その後観察面に導電性コーティング（オスミウムコート）を施した後、観察を行った。
装置 ：ＦＥ−ＳＥＭ（ＪＳＭ−７６００Ｆ 日本電子製）
加速電圧 ：１０ｋＶ（倍率：１５００倍）
検出器 ：反射電子検出器
計測方法 ：任意の６０μｍ×８０μｍの領域内において、長さ３μｍ以上のクラックの本数をカウントする。クラックの端部が他の１本以上のクラックの端部と繋がっていると認められる場合には、それらを合わせて１本としてカウントする。２本以上のクラックが交差していると認められる場合には、それぞれ独立してカウントする。
（６）抗折強度
最表面より０．５ｍｍ以上研削した後の焼結体より下記寸法のサンプルを切り出し、ＪＩＳ Ｒ １６０１に準拠して測定した。
試験方法 ：３点曲げ試験
支点間距離 ：３０ｍｍ
試料サイズ ：３×４×４０ｍｍ
ヘッド速度 ：０．５ｍｍ／ｍｉｎ
（７）体積膨張率
本発明では昇温時に発生する成形体の体積膨張を体積膨張率として定義する。本発明における体積膨張率とは、以下の手順にて算出される値である。測定用のサンプルには、２０００ｋｇ／ｃｍ２にて冷間静水圧成形（ＣＩＰ）を行った後の直径が２８〜３０ｍｍ、厚さ６〜８ｍｍの形状のものを使用する。焼成は、一般的な常圧焼成法により、所定の焼成温度Ｔにて焼成を行う。体積膨張率は焼成前の直径をＬ０、焼成温度Ｔにおける焼結体の当該直径Ｌよりα＝（Ｌ−Ｌ０）／Ｌ０×１００（％）として算出される。焼成条件は、昇温速度および降温速度を共に１００℃／ｈ、温度Ｔでの保持時間を１時間とし、雰囲気は大気雰囲気にて焼成を行う。焼成温度Ｔを２０℃ステップで変化させ、各焼成温度Ｔにおける体積膨張率をプロットし、スムージングすることにより、所定の温度域での体積膨張率プロファイルを得る。
（８）結晶粒径（Ｄ５０）
測定装置 ：レーザ回折式粒度分布測定装置（島津製作所製、ＳＡＬＤ−７１００）
測定方法 ：秤量した原料粉末０．３〜０．５ｇをヘキサメタリン酸ナトリウム溶液（０．２％）３０ｍｌに入れ、超音波分散機にて出力２００Ｗで１分間分散させた後に測定する。
（９）酸素含有量
最表面より０．５ｍｍ以上研削した後の焼結体よりサンプル切り出しを行い、インパルス炉溶融−赤外線吸収法（ＬＥＣＯ社製、ＴＣ４３６ 酸素・窒素分析装置を使用）にて測定した。装置のキャリブレーションにはＬＥＣＯ社標準試料を使用した。測定は、任意の５箇所について行い、その平均値を正式データとした。
（ビーズミル処理による混合粉末の作成）
純度９９．９９％以上の酸化インジウム粉末、酸化ガリウム粉末、酸化亜鉛粉末を、金属元素の原子比換算でＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１となるように１５．０ｋｇ秤量した。秤量した粉末を純水１０ｋｇにてスラリー化し、ポリアクリレート系分散剤を９０ｇ（０．６ｗｔ％）入れ、固形分濃度６０％のスラリーを作成した。内容積２．５Ｌのビーズミル装置にφ０．３ｍｍジルコニアビーズを８０％充填し、ミル周速７．５ｍ／ｓｅｃ、スラリー供給量２．５Ｌ／ｍｉｎにてスラリーをミル内に循環させ、粉砕、混合処理を行った。さらに、スラリー供給タンクの温度を１０℃〜１２℃、スラリー出口温度を１８℃〜２０℃の範囲内で温度管理を行い、ミル内への循環回数（パス回数）を増減させることにより、粉末物性の異なる混合粉末を作成した。その後、得られたスラリーを噴霧乾燥した後、体積膨張率測定用のサンプルを作成し、前述記載の方法にて体積膨張率の測定を行った。表１にパス回数別の混合粉末物性を示す。
純度９９．９９％以上の酸化インジウム粉末、酸化ガリウム粉末、酸化亜鉛粉末を、金属元素の原子比換算でＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１となるように１５．０ｋｇ秤量した。秤量した粉末を純水１０ｋｇにてスラリー化し、ポリアクリレート系分散剤を９０ｇ（０．６ｗｔ％）入れ、固形分濃度６０％のスラリーを作成した。内容積２．５Ｌのビーズミル装置にφ０．３ｍｍジルコニアビーズを８０％充填し、ミル周速７．５ｍ／ｓｅｃ、スラリー供給量２．５Ｌ／ｍｉｎにてスラリーをミル内に循環させ、粉砕、混合処理を行った。さらに、スラリー供給タンクの温度を１０℃〜１２℃、スラリー出口温度を１８℃〜２０℃の範囲内で温度管理を行い、ミル内への循環回数（パス回数）を増減させることにより、粉末物性の異なる混合粉末を作成した。その後、得られたスラリーを噴霧乾燥した後、体積膨張率測定用のサンプルを作成し、前述記載の方法にて体積膨張率の測定を行った。表１にパス回数別の混合粉末物性を示す。
成形型に条件（ａ）の混合粉末をタッピングしながら充填し、２ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力でＣＩＰ処理して平板型成形体を３枚と円筒型成形体を３個得た。次にこの成形体を抵抗加熱型の電気炉にセットし、アルミナ製のセッターの上に設置して、下記条件にて焼成し、概寸：縦４２０ｍｍ×横３１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの平板型焼結体（ターゲット面の面積：１３０２ｃｍ２）３枚と、外径９１ｍｍ×高さ１７０ｍｍ×厚さ７ｍｍ（ターゲット面の面積：４８６ｃｍ２）の円筒型焼結体を３個得た。
得られた焼結体の相対密度を測定した結果、相対密度の平均は９８．７％であり、焼成割れを目視で観察した結果、平板型の焼結体には割れは認められなかった。円筒型の焼結体においては、３個中１個に僅かなクラックが発生していた。焼成条件および焼成歩留まりを表２に、得られた平板型焼結体の内１枚について測定した焼結体諸物性の値を表３に示す。
次に、得られた平板型焼結体を１０１．６ｍｍΦ×６ｍｍｔに加工した後、無酸素銅製のバッキングプレートにインジウムハンダによりボンディングしてスパッタリングターゲットとした。このターゲットを用いて下記条件にて、スパッタリングを行いＩＧＺＯ膜をガラス基板上に成膜した。
（スパッタリング条件）
ガス：アルゴン、酸素（１０％）
圧力：０．３Ｐａ
電源：ＤＣ
投入パワー：５００Ｗ（５．３Ｗ／ｃｍ２）
ターゲット回転：５ｒｐｍ
（薄膜変動の評価方法）
組成変動の経時変化を評価する為、ターゲット使用率０％（初期）から１００％（ライフエンド）の間を使用率１０％刻みで成膜したＩＧＺＯ薄膜について、セイコーインスツルメンツ（株）製ＩＣＰ（誘導結合アルゴンプラズマ）発光分析装置およびパーキンエルマー製ＩＣＰ質量分析装置を用いて薄膜中のＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ比を測定した。得られた分析結果の平均値［Ｚｎ］ａｖｅ（ｍｏｌ％）と最大値［Ｚｎ］ｍａｘ（ｍｏｌ％）および最小値［Ｚｎ］ｍｉｎ（ｍｏｌ％）より、下記式（５）より組成変動率を算出した。
組成変動率（％）＝（［Ｚｎ］ｍａｘ−［Ｚｎ］ｍｉｎ）／［Ｚｎ］ａｖｅ×１００（％）・・・（５）
算出された組成変動率は５％未満であり、有意な薄膜組成変動は認められなかった。
（アーキングの測定）
上記スパッタリングターゲットを以下の条件にてアーキング数をカウントしたところ、ア−キング回数は１８回であった。
（スパッタリング条件）
ガス：アルゴン、酸素（１０％）
圧力：０．３Ｐａ
電源：ＤＣ
投入パワー：５００Ｗ（５．３Ｗ／ｃｍ２）
ターゲット回転：５ｒｐｍ
（薄膜変動の評価方法）
組成変動の経時変化を評価する為、ターゲット使用率０％（初期）から１００％（ライフエンド）の間を使用率１０％刻みで成膜したＩＧＺＯ薄膜について、セイコーインスツルメンツ（株）製ＩＣＰ（誘導結合アルゴンプラズマ）発光分析装置およびパーキンエルマー製ＩＣＰ質量分析装置を用いて薄膜中のＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ比を測定した。得られた分析結果の平均値［Ｚｎ］ａｖｅ（ｍｏｌ％）と最大値［Ｚｎ］ｍａｘ（ｍｏｌ％）および最小値［Ｚｎ］ｍｉｎ（ｍｏｌ％）より、下記式（５）より組成変動率を算出した。
組成変動率（％）＝（［Ｚｎ］ｍａｘ−［Ｚｎ］ｍｉｎ）／［Ｚｎ］ａｖｅ×１００（％）・・・（５）
算出された組成変動率は５％未満であり、有意な薄膜組成変動は認められなかった。
（アーキングの測定）
上記スパッタリングターゲットを以下の条件にてアーキング数をカウントしたところ、ア−キング回数は１８回であった。
放電電圧：２００Ｗ
スパッタガス流量：Ａｒ４０ｓｃｃｍ
スパッタガス圧：０．４５Ｐａ
アーク検出電圧：２８０Ｖ（放電開始電圧−５０Ｖに設定）
放電時間：２０ｈ。
スパッタガス流量：Ａｒ４０ｓｃｃｍ
スパッタガス圧：０．４５Ｐａ
アーク検出電圧：２８０Ｖ（放電開始電圧−５０Ｖに設定）
放電時間：２０ｈ。
（実施例２）
条件（ｂ）の混合粉末を用い、実施例１と同様の方法で平板型成形体を３枚と円筒型成形体を３個得た。次にこの成形体を抵抗加熱型の電気炉にセットし、アルミナ製のセッターの上に設置して、表２記載の条件にて焼成し、概寸：縦４２０ｍｍ×横３１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの平板型焼結体（ターゲット面の面積：１３０２ｃｍ２）３枚と、外径９１ｍｍ×高さ１７０ｍｍ×厚さ７ｍｍ（ターゲット面の面積：４８６ｃｍ２）の円筒型焼結体を３個得た。
条件（ｂ）の混合粉末を用い、実施例１と同様の方法で平板型成形体を３枚と円筒型成形体を３個得た。次にこの成形体を抵抗加熱型の電気炉にセットし、アルミナ製のセッターの上に設置して、表２記載の条件にて焼成し、概寸：縦４２０ｍｍ×横３１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの平板型焼結体（ターゲット面の面積：１３０２ｃｍ２）３枚と、外径９１ｍｍ×高さ１７０ｍｍ×厚さ７ｍｍ（ターゲット面の面積：４８６ｃｍ２）の円筒型焼結体を３個得た。
得られた焼結体の相対密度を測定した結果、相対密度の平均は９８．８％であり、焼成割れを目視で観察した結果、平板型の焼結体には割れは認められなかった。円筒型の焼結体においては、３個中１個に僅かなクラックが発生していた。焼成条件および焼成歩留まりを表２に、得られた平板型焼結体の内１枚について測定した焼結体諸物性の値を表３に示す。
さらに、実施例１と同様の方法でスパッタリングターゲットの作成を行い、スパッタリング成膜後の薄膜組成変動を評価した。その結果、組成変動率は５％未満であり、有意な薄膜組成変動は認められなかった。
（実施例３）
条件（ｂ）の混合粉末を用い、実施例１と同様の方法で平板型成形体を３枚と円筒型成形体を３個得た。次にこの成形体を抵抗加熱型の電気炉にセットし、アルミナ製のセッターの上に設置して、表２記載の条件にて焼成し、概寸：縦４２０ｍｍ×横３１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの平板型焼結体（ターゲット面の面積：１３０２ｃｍ２）３枚と、外径９１ｍｍ×高さ１７０ｍｍ×厚さ７ｍｍ（ターゲット面の面積：４８６ｃｍ２）の円筒型焼結体を３個得た。
条件（ｂ）の混合粉末を用い、実施例１と同様の方法で平板型成形体を３枚と円筒型成形体を３個得た。次にこの成形体を抵抗加熱型の電気炉にセットし、アルミナ製のセッターの上に設置して、表２記載の条件にて焼成し、概寸：縦４２０ｍｍ×横３１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの平板型焼結体（ターゲット面の面積：１３０２ｃｍ２）３枚と、外径９１ｍｍ×高さ１７０ｍｍ×厚さ７ｍｍ（ターゲット面の面積：４８６ｃｍ２）の円筒型焼結体を３個得た。
得られた焼結体の相対密度を測定した結果、相対密度の平均は９９．１％であり、焼成割れを目視で観察した結果、平板型の焼結体には割れは認められなかった。円筒型の焼結体においては、３個中１個に僅かなクラックが発生していた。焼成条件および焼成歩留まりを表２に、得られた平板型焼結体の内１枚について測定した焼結体諸物性の値を表３に示す。
さらに、実施例１と同様の方法でスパッタリングターゲットの作成を行い、スパッタリング成膜後の薄膜組成変動を評価した。その結果、組成変動率は５％未満であり、有意な薄膜組成変動は認められなかった。
（実施例４）
条件（ｃ）の混合粉末を用い、実施例１と同様の方法で平板型成形体を３枚と円筒型成形体を３個得た。次にこの成形体を抵抗加熱型の電気炉にセットし、アルミナ製のセッターの上に設置して、表２記載の条件にて焼成し、概寸：縦４２０ｍｍ×横３１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの平板型焼結体（ターゲット面の面積：１３０２ｃｍ２）３枚と、外径９１ｍｍ×高さ１７０ｍｍ×厚さ７ｍｍ（ターゲット面の面積：４８６ｃｍ２）の円筒型焼結体を３個得た。
条件（ｃ）の混合粉末を用い、実施例１と同様の方法で平板型成形体を３枚と円筒型成形体を３個得た。次にこの成形体を抵抗加熱型の電気炉にセットし、アルミナ製のセッターの上に設置して、表２記載の条件にて焼成し、概寸：縦４２０ｍｍ×横３１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの平板型焼結体（ターゲット面の面積：１３０２ｃｍ２）３枚と、外径９１ｍｍ×高さ１７０ｍｍ×厚さ７ｍｍ（ターゲット面の面積：４８６ｃｍ２）の円筒型焼結体を３個得た。
得られた焼結体の相対密度を測定した結果、相対密度の平均は９９．２％であり、焼成割れを目視で観察した結果、平板型の焼結体には割れは認められなかった。円筒型の焼結体においては、３個中１個に僅かなクラックが発生していた。焼成条件および焼成歩留まりを表２に、得られた平板型焼結体の内１枚について測定した焼結体諸物性の値を表３に示す。
さらに、実施例１と同様の方法でスパッタリングターゲットの作成を行い、スパッタリング成膜後の薄膜組成変動を評価した。その結果、組成変動率は５％未満であり、有意な薄膜組成変動は認められなかった。また、実施例１と同様の方法にてアーキング測定を実施したところ、アーキング数は１６回であった。
（実施例５）
条件（ｄ）の混合粉末を用い、実施例１と同様の方法で平板型成形体を３枚と円筒型成形体を３個得た。次にこの成形体をマイクロ波炉にセットし、アルミナ製のセッターの上に設置して、表２記載の条件にて焼成し、概寸：縦４２０ｍｍ×横３１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの平板型焼結体（ターゲット面の面積：１３０２ｃｍ２）３枚と、外径９１ｍｍ×高さ１７０ｍｍ×厚さ７ｍｍ（ターゲット面の面積：４８６ｃｍ２）の円筒型焼結体を３個得た。
条件（ｄ）の混合粉末を用い、実施例１と同様の方法で平板型成形体を３枚と円筒型成形体を３個得た。次にこの成形体をマイクロ波炉にセットし、アルミナ製のセッターの上に設置して、表２記載の条件にて焼成し、概寸：縦４２０ｍｍ×横３１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの平板型焼結体（ターゲット面の面積：１３０２ｃｍ２）３枚と、外径９１ｍｍ×高さ１７０ｍｍ×厚さ７ｍｍ（ターゲット面の面積：４８６ｃｍ２）の円筒型焼結体を３個得た。
得られた焼結体の相対密度を測定した結果、相対密度の平均は９９．１％であり、焼成割れを目視で観察した結果、平板型、円筒型焼結体共に割れは認められなかった。焼成条件および焼成歩留まりを表２に、得られた平板型焼結体の内１枚について測定した焼結体諸物性の値を表３に示す。
さらに、実施例１と同様の方法でスパッタリングターゲットの作成を行い、スパッタリング成膜後の薄膜組成変動を評価した。その結果、組成変動率は５％未満であり、有意な薄膜組成変動は認められなかった。また、実施例１と同様の方法にてアーキング測定を実施したところ、アーキング数に顕著な減少が認められた。
（実施例６）
条件（ｃ）の混合粉末を用い、実施例１と同様の方法で平板型成形体を３枚と円筒型成形体を３個得た。次にこの成形体をマイクロ波炉にセットし、アルミナ製のセッターの上に設置して、表２記載の条件にて焼成し、概寸：縦４２０ｍｍ×横３１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの平板型焼結体（ターゲット面の面積：１３０２ｃｍ２）３枚と、外径９１ｍｍ×高さ１７０ｍｍ×厚さ７ｍｍ（ターゲット面の面積：４８６ｃｍ２）の円筒型焼結体を３個得た。
条件（ｃ）の混合粉末を用い、実施例１と同様の方法で平板型成形体を３枚と円筒型成形体を３個得た。次にこの成形体をマイクロ波炉にセットし、アルミナ製のセッターの上に設置して、表２記載の条件にて焼成し、概寸：縦４２０ｍｍ×横３１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの平板型焼結体（ターゲット面の面積：１３０２ｃｍ２）３枚と、外径９１ｍｍ×高さ１７０ｍｍ×厚さ７ｍｍ（ターゲット面の面積：４８６ｃｍ２）の円筒型焼結体を３個得た。
得られた焼結体の相対密度を測定した結果、相対密度の平均は９９．１％であり、焼成割れを目視で観察した結果、平板型、円筒型焼結体共に割れは認められなかった。焼成条件および焼成歩留まりを表２に、得られた平板型焼結体の内１枚について測定した焼結体諸物性の値を表３に示す。
さらに、実施例１と同様の方法でスパッタリングターゲットの作成を行い、スパッタリング成膜後の薄膜組成変動を評価した。その結果、組成変動率は５％未満であり、有意な薄膜組成変動は認められなかった。また、実施例１と同様の方法にてアーキング測定を実施したところ、アーキング数に顕著な減少が認められた。
（比較例１）
条件（ｅ）の混合粉末を用い、実施例１と同様の方法で平板型成形体を３枚得た。次にこの成形体を抵抗加熱型の電気炉にセットし、アルミナ製のセッターの上に設置して、表２記載の条件にて焼成し、概寸：縦４２０ｍｍ×横３１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの平板型焼結体（ターゲット面の面積：１３０２ｃｍ２）を３枚得た。
条件（ｅ）の混合粉末を用い、実施例１と同様の方法で平板型成形体を３枚得た。次にこの成形体を抵抗加熱型の電気炉にセットし、アルミナ製のセッターの上に設置して、表２記載の条件にて焼成し、概寸：縦４２０ｍｍ×横３１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの平板型焼結体（ターゲット面の面積：１３０２ｃｍ２）を３枚得た。
得られた焼結体の相対密度を測定した結果、相対密度の平均は９６．６％であり、焼成割れを目視で観察した結果、３枚中２枚にクラックが発生していた。焼成条件および焼成歩留まりを表２に、得られた平板型焼結体の内１枚について測定した焼結体諸物性の値を表３に示す。
さらに、実施例１と同様の方法でスパッタリングターゲットの作成を行い、スパッタリング成膜後の薄膜組成変動を評価した。その結果、組成変動率は１１．７％であり、明らかな薄膜組成変動が認められた。
（比較例２）
条件（ｅ）の混合粉末を用い、実施例１と同様の方法で平板型成形体を３枚と円筒型成形体を３個得た。次にこの成形体を抵抗加熱型の電気炉にセットし、アルミナ製のセッターの上に設置して、表２記載の条件にて焼成し、概寸：縦４２０ｍｍ×横３１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの平板型焼結体（ターゲット面の面積：１３０２ｃｍ２）３枚と、外径９１ｍｍ×高さ１７０ｍｍ×厚さ７ｍｍ（ターゲット面の面積：４８６ｃｍ２）の円筒型焼結体を３個得た。
条件（ｅ）の混合粉末を用い、実施例１と同様の方法で平板型成形体を３枚と円筒型成形体を３個得た。次にこの成形体を抵抗加熱型の電気炉にセットし、アルミナ製のセッターの上に設置して、表２記載の条件にて焼成し、概寸：縦４２０ｍｍ×横３１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの平板型焼結体（ターゲット面の面積：１３０２ｃｍ２）３枚と、外径９１ｍｍ×高さ１７０ｍｍ×厚さ７ｍｍ（ターゲット面の面積：４８６ｃｍ２）の円筒型焼結体を３個得た。
得られた焼結体の相対密度を測定した結果、相対密度の平均は９９．０％であり、焼成割れを目視で観察した結果、平板型焼結体においては３枚中２枚に、円筒型焼結体では３個全てにクラックが発生していた。焼成条件および焼成歩留まりを表２に、得られた平板型焼結体の内１枚について測定した焼結体諸物性の値を表３に示す。
さらに、実施例１と同様の方法でスパッタリングターゲットの作成を行い、スパッタリング成膜後の薄膜組成変動を評価した。その結果、組成変動率は１４．９％であり、明らかな薄膜組成変動が認められた。また、実施例１と同様の方法にてアーキング測定を実施したところ、アーキング数は６５回であった。
（比較例３）
条件（ｆ）の混合粉末を用い、実施例１と同様の方法で平板型成形体を３枚得た。次にこの成形体を抵抗加熱型の電気炉にセットし、アルミナ製のセッターの上に設置して、表２記載の条件にて焼成し、概寸：縦４２０ｍｍ×横３１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの平板型焼結体（ターゲット面の面積：１３０２ｃｍ２）を３枚得た。
条件（ｆ）の混合粉末を用い、実施例１と同様の方法で平板型成形体を３枚得た。次にこの成形体を抵抗加熱型の電気炉にセットし、アルミナ製のセッターの上に設置して、表２記載の条件にて焼成し、概寸：縦４２０ｍｍ×横３１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの平板型焼結体（ターゲット面の面積：１３０２ｃｍ２）を３枚得た。
得られた焼結体の相対密度を測定した結果、相対密度の平均は９８．３％であり、焼成割れを目視で観察した結果、３枚中１枚にクラックが発生していた。焼成条件および焼成歩留まりを表２に、得られた平板型焼結体の内１枚について測定した焼結体諸物性の値を表３に示す。
さらに、実施例１と同様の方法でスパッタリングターゲットの作成を行い、スパッタリング成膜後の薄膜組成変動を評価した。その結果、組成変動率は１２．１％であり、明らかな薄膜組成変動が認められた。
（比較例４）
条件（ｅ）の混合粉末を用い、実施例１と同様の方法で平板型成形体を３枚と円筒型成形体を３個得た。次にこの成形体を抵抗加熱型の電気炉にセットし、アルミナ製のセッターの上に設置して、表２記載の条件にて焼成し、概寸：縦４２０ｍｍ×横３１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの平板型焼結体（ターゲット面の面積：１３０２ｃｍ２）３枚と、外径９１ｍｍ×高さ１７０ｍｍ×厚さ７ｍｍ（ターゲット面の面積：４８６ｃｍ２）の円筒型焼結体を３個得た。得られた焼結体の相対密度を測定した結果、相対密度の平均は９８．８％であり、焼成割れを目視で観察した結果、平板型焼結体においては３枚中２枚に、円筒型焼結体では３個全てにクラックが発生していた。焼成条件および焼成歩留まりを表２に、得られた平板型焼結体の内１枚について測定した焼結体諸物性の値を表３に示す。
条件（ｅ）の混合粉末を用い、実施例１と同様の方法で平板型成形体を３枚と円筒型成形体を３個得た。次にこの成形体を抵抗加熱型の電気炉にセットし、アルミナ製のセッターの上に設置して、表２記載の条件にて焼成し、概寸：縦４２０ｍｍ×横３１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの平板型焼結体（ターゲット面の面積：１３０２ｃｍ２）３枚と、外径９１ｍｍ×高さ１７０ｍｍ×厚さ７ｍｍ（ターゲット面の面積：４８６ｃｍ２）の円筒型焼結体を３個得た。得られた焼結体の相対密度を測定した結果、相対密度の平均は９８．８％であり、焼成割れを目視で観察した結果、平板型焼結体においては３枚中２枚に、円筒型焼結体では３個全てにクラックが発生していた。焼成条件および焼成歩留まりを表２に、得られた平板型焼結体の内１枚について測定した焼結体諸物性の値を表３に示す。
さらに、実施例１と同様の方法でスパッタリングターゲットの作成を行い、スパッタリング成膜後の薄膜組成変動を評価した。その結果、組成変動率は１２．１％であり、明らかな薄膜組成変動が認められた。また、実施例１と同様の方法にてアーキング測定を実施したところ、アーキング数は７３回であった。
（比較例５）
条件（ｅ）の混合粉末を用い、実施例１と同様の方法で平板型成形体を３枚と円筒型成形体を３個得た。次にこの成形体をマイクロ波炉にセットし、アルミナ製のセッターの上に設置して、表２記載の条件にて焼成し、概寸：縦４２０ｍｍ×横３１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの平板型焼結体（ターゲット面の面積：１３０２ｃｍ２）３枚を得た。
得られた焼結体の相対密度を測定した結果、相対密度の平均は９７．１％であり、焼成割れを目視で観察した結果、３枚中２枚にクラックが発生していた。焼成条件および焼成歩留まりを表２に、得られた平板型焼結体の内１枚について測定した焼結体諸物性の値を表３に示す。
条件（ｅ）の混合粉末を用い、実施例１と同様の方法で平板型成形体を３枚と円筒型成形体を３個得た。次にこの成形体をマイクロ波炉にセットし、アルミナ製のセッターの上に設置して、表２記載の条件にて焼成し、概寸：縦４２０ｍｍ×横３１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの平板型焼結体（ターゲット面の面積：１３０２ｃｍ２）３枚を得た。
得られた焼結体の相対密度を測定した結果、相対密度の平均は９７．１％であり、焼成割れを目視で観察した結果、３枚中２枚にクラックが発生していた。焼成条件および焼成歩留まりを表２に、得られた平板型焼結体の内１枚について測定した焼結体諸物性の値を表３に示す。
さらに、実施例１と同様の方法でスパッタリングターゲットの作成を行い、スパッタリング成膜後の薄膜組成変動を評価した。その結果、組成変動率は１０．９％であり、明らかな薄膜組成変動が認められた。
Claims (7)
- 少なくともＩｎ、Ｇａ及びＺｎを含有する酸化物焼結体であって、ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造を有し、酸化物焼結体の結晶粒径が５μｍ以下、相対密度が９５％以上であり、オープンポア率が０．２％以下、かつ、酸化物焼結体の抗折強度が１００ＭＰａ以上であることを特徴とする酸化物焼結体。
- 酸化物焼結体中の６０μｍ×８０μｍの範囲に存在する長さ３μｍ以上の微小クラックの本数が、２０本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。
- 組成式がＩｎＧａＺｎＯｘで表され、前記組成式中のｘ が３．３≦ｘ≦３．６であることを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物焼結体。
- ターゲット面の面積が１３０２ｃｍ２以上である平板形状、または、ターゲット面の面積が４８６ｃｍ２以上である円筒形状であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項に記載の酸化物焼結体。
- 請求項１乃至４いずれか一項に記載の酸化物焼結体をターゲット材として用いることを特徴とするスパッタリングターゲット。
- 少なくともＩｎ、Ｇａ及びＺｎを含有する酸化物焼結体であって、ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造を有する酸化物焼結体の製造方法において、各元素の酸化物粉末を湿式媒体ミル処理することによって得られる混合粉末の比表面積が１２．０〜１５．０ｍ２／ｇかつ平均粒径が０．３５〜０．４５μｍの範囲であり、混合粉末中の酸化亜鉛の結晶子径が６０ｎｍ以下である混合粉末を用いることを特徴とする、請求項１乃至４いずれか一項に記載の酸化物焼結体の製造方法。
- 前記混合粉末より作製した成形体の、３００〜７５０℃の温度領域における体積膨張率が２．１％以下、かつ１０００〜１２００℃の温度領域における体積膨張率が４．２％以下である混合粉末を用いることを特徴とする、請求項６に記載の酸化物焼結体の製造方法。
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