JPH07100852B2 - Ｉｔｏスパッタリングタ−ゲット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、スパッタリングによ
ってＩＴＯ膜（Indium-Tin Oxide膜) を形成させる際に
使用するタ−ゲットに関するものである。

【０００２】

【従来技術とその課題】"ＩＴＯ膜" と呼ばれる「ｎ型
導電性の半導体特性」を示す In₂Ｏ₃ ，SnＯ₂酸化物膜
は、非常に高い導電性を有しているほか、高い可視光透
過性（透明性）をも有していることから、これらの特性
を生かして液晶表示装置，薄膜エレクトロルミネッセン
ス表示装置，放射線検出素子，端末機器の透明タブレッ
ト，窓ガラスの結露防止用発熱膜，帯電防止膜或いは太
陽光集熱器用選択透過膜等、多岐にわたる用途に供され
ている。このＩＴＯ膜の形成手段としては、化合物の熱
分解を利用したスプレイ法やＣＶＤ法等の化学的成膜
法、或いは真空蒸着法やスパッタリング法等の物理的成
膜法等が知られているが、特に最近、「大面積で成膜す
ることが可能でかつ低抵抗膜を再現性良く形成できる」
との利点が注目されて“スパッタリング法”の採用が広
まってきている。

【０００３】ところで、スパッタリング法にてＩＴＯ膜
を形成する場合には酸化インジウムと酸化錫から成るス
パッタリングタ−ゲット（以降“ＩＴＯタ−ゲット”と
略称する）が使用されるが、このＩＴＯタ−ゲットとし
ては、酸化インジウムと酸化錫の粉末混合体、或いはこ
れにド−パントを添加した粉末混合体を常温でプレス成
形し、この成形体を大気中にて１２５０〜１６５０℃で
焼結してから更に機械加工を施したものが一般に用いら
れてきた。

【０００４】しかしながら、上記方法 (コ−ルドプレス
大気焼結後に機械加工を施す方法)で製造されたＩＴＯ
タ−ゲットには (A) スパッタリングの際にア−キングと呼ばれる異常放
電が発生し、成膜操作の安定性が害される頻度が高い， (B) スパッタリング装置のリ−クに伴う「タ−ゲット表
面へのガス吸着量」が多く、これが膜質を低下させる， (C) スパッタリング装置に格別なリ−ク防止対策を講じ
た場合でも形成されるＩＴＯ膜の透明度が悪化する現象
が起きがちで、良好な膜質を安定して確保することが難
しい， 等の不都合が指摘されており、このため“スパッタリン
グ作業性”や“形成されるＩＴＯ膜品質”の面でより優
れた結果が得られるＩＴＯタ−ゲットが強く望まれてい
た。

【０００５】また、近年、焼結タ−ゲットを製造するた
めの前記一連の工程のうち、 "粉末原料の成形工程" に
ホットプレスを適用した手法（以降“ホットプレス法”
と称する）も実施されるようになったが、この方法で焼
結され、機械加工が施されて得られたＩＴＯタ−ゲット
でも上述の問題に関してはそれほど顕著な改善が見られ
ないばかりか、更に (a) 設備のイニシャルコストが高騰する上、設備の大型
化も困難となる， (b) 金型等も高価なものを必要とするので、ランニング
コストが高くなる， (c) 一操業に要する時間が長くなるため量産性に劣る， 等の新たな製造上の問題が生じ、これらが結局はタ−ゲ
ット価格に影響することから、やはり工業的に十分満足
できる手段とは言い難かった。

【０００６】このようなことから、本発明が目的とした
のは、従来材に指摘された上記問題点が解消され、スパ
ッタリング時の異常放電，ガス吸着量等が極力少なく、
十分に優れた透明度を有する高品質ＩＴＯ膜が安定して
形成されるＩＴＯ焼結タ−ゲットをコスト安く提供する
ことであった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成すべく様々な観点に立って実験・研究を重ねたと
ころ、「ＩＴＯ焼結タ−ゲットの特性に影響を及ぼす要
因は多岐にわたって存在するものの、 中でもタ−ゲット
中の窒素含有率が“形成されるＩＴＯ膜の透明度", "エ
ッチング特性", "耐熱性”や、スパッタリング時の“異
常放電", "タ−ゲットのガス吸着量”に及ぼす影響は非
常に大きく、 この窒素含有率を特定値以下に抑制するこ
とができればＩＴＯ焼結タ−ゲットに指摘された前記問
題点は顕著に改善される」との結論を得るに至った。

【０００８】しかし、実際には、窒素含有率を上述の如
き良好な特性が確保される程度にまで抑えたＩＴＯ焼結
タ−ゲットを工業的に量産できる技術は未だ確立されて
いないというのが現状であった。即ち、コ−ルドプレス
大気焼結法又はホットプレス法により焼結され、機械加
工を経て得られる“従来のＩＴＯ焼結タ−ゲット”で
は、注意深い操業下で得られたものであっても窒素含有
率は７ppm を下回ることがなかった。これは、上記従来
法では“得られるＩＴＯ焼結タ−ゲット”中に生じるク
ロ−ズドポア（タ−ゲット中にあって外部に開放されて
いない空孔）の低減に限界があり、そのため該クロ−ズ
ドポアに内包されがちな窒素の含有率も必然的に高くな
ってしまうことによるものと考えられた。

【０００９】しかるに、ＩＴＯ膜の透明度，エッチング
特性，耐熱性の安定、スパッタリング時における異常放
電，ガス吸着の防止等の点で顕著な改善効果が認められ
るのは、タ−ゲット中の窒素含有率は５ppm 以下の領域
であり、ＩＴＯ焼結タ−ゲットの窒素含有率をこのよう
に細かい範囲に収めるための工業的手段は知られていな
かったのである。

【００１０】そこで、本発明者等は、窒素含有率に特に
影響するクロ−ズドポアが極力少ないＩＴＯ焼結タ−ゲ
ットを工業的規模で安定生産できる手段を求めて更に研
究を続けた結果、次に示すような新しい知見を得ること
ができた。 a) ＩＴＯ焼結タ−ゲットの製造に当って“圧縮成形し
た酸化物粉末混合体の焼結”を１気圧以上の高い酸素分
圧雰囲気中で実施し、これを常法に従って機械加工に付
すと、前記酸化物粉末混合体の圧縮成形にコ−ルドプレ
ス法を適用した場合であってもクロ−ズドポアが極力少
なくて窒素含有率の極めて低い“ＩＴＯ焼結タ−ゲッ
ト”を安定して確保できるようになり、スパッタリング
時の異常放電やガス吸着量が極力抑えられる上、「タ−
ゲットに内包された窒素がスパッタリング時にインジウ
ムと反応して生じる黒色の窒化インジウム（InＮ）の混
入」に起因したＩＴＯ膜の透明度低下，エッチング特性
のバラツキ，耐熱性の低下をも十分に抑制することが可
能となる。

【００１１】b) また、“ＩＴＯタ−ゲット”の焼結を
高い酸素分圧雰囲気中で実施した場合には、上述したク
ロ−ズドポアの現象等により、得られる“ＩＴＯ焼結タ
−ゲット”の密度を７g/cm³ を超える程度（理論密度９
７〜９９％程度）にまで高めることもできるため（従来
のコ−ルドプレス大気焼結法で得られるものは密度が4.
2 〜5.8 g/cm³ と理論密度の精々６０〜８０％程度であ
り、 従来のホットプレス法で得られるものでも密度が6.
0 〜6.7g/cm³と理論密度の８３〜９３％程度である）、
広い密度範囲の“ＩＴＯ焼結タ−ゲット”が実現される
上に、上記のような高密度品とすることによって“ＩＴ
Ｏ焼結タ−ゲット”に望まれる前記特性の更なる改善も
可能である。

【００１２】c) ただ、上述した各種特性の改善にはＩ
ＴＯ焼結タ−ゲットの窒素含有率は勿論のこと、材料そ
のものの密度自体も深く係わっていることは言うまでも
ないが、バルク抵抗値も密接に関連しており、材料の密
度とバルク抵抗値が特定の領域に調整されると成膜操作
の安定性が一段と改善され、高性能ＩＴＯ膜の形成性は
より一層向上する。

【００１３】本発明は、上記知見事項等に基づいて完成
されたものであり、 「含まれる窒素量が５ppm 以下で 、 かつ密度Ｄ(g/cm³）
とバルク抵抗値ρ(mΩcm）が a) 6.20 ≦ Ｄ ≦ 7.23 ， b) −0.0676Ｄ＋0.887 ≧ ρ ≧ −0.0761Ｄ＋0.66
6 ， なる２つの式を同時に満たして成るところの“酸化イン
ジウムと酸化錫を主成分とした原料から粉末冶金法にて
製造されたＩＴＯタ−ゲット”を提供し、 安定したスパ
ッタリング作業下で透明度等に優れた高品質ＩＴＯ膜を
能率良く形成う知るようにした点」 に大きな特徴を有している。

【００１４】なお、本発明において、ＩＴＯ焼結タ−ゲ
ットの“窒素含有率", "密度Ｄ”及び“バルク抵抗値
ρ”を前記の如き範囲に限定した理由は次の通りであ
る。 (A) 窒素含有率 ＩＴＯ焼結タ−ゲットの窒素含有率はタ−ゲットに内包
されるクロ−ズドポア内の窒素量に大きな影響を受ける
が、その含有率が５ppm を超えるとスパッタリング時に
おける異常放電やタ−ゲット表面への吸着ガス量を十分
に抑制することができなくなるばかりか、前述したよう
に、含有窒素とインジウムがスパッタリング時に反応し
て黒色窒化インジウム（InＮ）を生成し、ＩＴＯ膜中に
混入して透明度の低下，エッチング特性のバラツキ，耐
熱性の低下という現象が顕著になる。従って、窒素含有
率を５ppm 以下と限定した。なお、窒素含有率：５ppm
以下の“ＩＴＯ焼結タ−ゲット”は、既に述べた通り、
圧縮成形した原料酸化物粉末混合体の焼結を１気圧以上
の高い酸素分圧雰囲気中で実施する（酸素雰囲気中焼結
法）ことによって製造できる。

【００１５】(B) 密度Ｄ、及びバルク抵抗値 ＩＴＯ焼結タ−ゲットの密度Ｄもスパッタリング作業性
（異常放電の発生，成膜速度，成膜速度安定性，タ−ゲ
ット表面へのガス吸着量）や膜質に少なからぬ影響を及
ぼすが、そのほかバルク抵抗値とも密接に関連するので
適正に調整するのが望ましい。そして、タ−ゲットの密
度Ｄが6.20g/cm³ を下回ると上記特性への悪影響が生じ
始め、一方、7.23g/cm³ を上回る領域にまでＩＴＯ焼結
タ−ゲットの密度を上昇させるのは「酸素雰囲気中焼結
法」によっても非常に困難で、コスト的な不利を招く。
従って、ＩＴＯ焼結タ−ゲットの密度は6.20〜7.23g/cm
³に調整するのが望ましい。

【００１６】ＩＴＯ焼結タ−ゲットのバルク抵抗値ρ
は、その密度Ｄに大きく依存する傾向があり、例えば図
１に示されるように密度が高くなると急激に低下する傾
向を示す。そして、このバルク抵抗値が低い程スパッタ
時における異常放電の発生が少ないので好ましいが、密
度6.20〜7.23g/cm³ の領域で ρ ＜ −0.0761Ｄ＋0.666 を達成することは「酸素雰囲気中焼結法」によっても非
常に困難である。一方、ＩＴＯ焼結タ−ゲットのバルク
抵抗値ρが ρ ＞ −0.0676Ｄ＋0.887 の領域になるとスパッタ時における異常放電の発生が多
くなって成膜操作の安定性が損なわれるばかりか、成膜
速度も不安定となってスパッタの進行に伴い成膜速度が
低下する現象が著しくなる。従って、ＩＴＯ焼結タ−ゲ
ットのバルク抵抗値ρは −0.0676Ｄ＋0.887 ≧ ρ ≧−0.0761Ｄ＋0.666 の範囲に調整するのが望ましい。なお、本発明係わる
“ＩＴＯ焼結タ−ゲット”の“密度”と“バルク抵抗
値”との関係をグラフで表わすと図２のようになる。

【００１７】また、本発明に係わるＩＴＯ焼結タ−ゲッ
トの窒素含有率，密度並びにバルク抵抗値の制御幅は、
原料粉の調整もさることながら、原料粉をプレス成形す
る際のプレス圧，焼結時の雰囲気（酸素分圧），焼結温
度等を調節することで一層拡大することができる。

【００１８】さて、先にも述べたように、本発明に係わ
るＩＴＯ焼結タ−ゲットは、常法の如く酸化インジウム
と酸化錫を主成分とする粉末混合体をプレス成形し焼結
してＩＴＯタ−ゲットを製造する際に、前記焼結を“１
気圧（絶対圧）以上に加圧された純酸素ガス雰囲気", "
Ｏ₂ 分圧が１気圧以上である混合ガス雰囲気”等の加圧
酸素雰囲気中で行うことにより得られるものであるが、
焼結工程を加圧酸素雰囲気とすることで性能の良好な上
記製品が得られる理由は、現在のところ未だ明確ではな
い。

【００１９】しかしながら、「焼結をＮ₂ やArの如き不
活性なガスの雰囲気中で実施した場合にはＩＴＯの分解
が生じて密度や性能が低下する」との事実と、大気中で
あってもＩＴＯは高温に加熱されると酸素を解離し易い
性質を有することから、焼結時に酸素加圧することで高
温加熱によるＩＴＯの解離が効果的に防止されると共
に、酸素が焼結助剤的な働きをしてクロ−ズドポアの抑
制，これらも加味されての密度向上，バルク抵抗の低下
等に寄与しているのではないかと推測される。また、加
圧酸素雰囲気中での焼結温度は従来の大気中焼結の場合
と同様に１６００〜１７００℃程度が適当であり、焼結
時間は３時間以上とするのが望ましい（焼結時間は長い
ほど好結果が得られる）。

【００２０】続いて、本発明を実施例により比較例と対
比しながら更に具体的に説明する。

【実施例】まず、平均粒径が２μｍの酸化インジウム粉
と同じ粒度の酸化錫粉を重量比で９０：１０となるよう
に均一に混合し、これに成形用バインダ−を加えてか
ら、コ−ルドプレスの場合は金型（１６５^W ×５２
０^L ）へ、ホットプレスの場合はグラファイト型（２３
０φ）へそれぞれ均一に充填した。続いて、次の各工程
に従い 「本発明品１」, 「本発明品２」, 「比較品３：コ−
ルドプレス大気焼結品」 及び 「比較品４：ホットプレス
品」 なるＩＴＯ焼結タ−ゲットを得た。

【００２１】本発明品１： 金型に充填した原料混合粉を油圧プレスにて８００kg/c
m²の圧力で加圧してから、これを８０℃に加熱してバイ
ンダ−中の水分を蒸発させて乾燥し、次いで加圧焼結炉
により 1.5気圧（絶対圧）の純酸素ガス雰囲気中にて１
６５０℃で９時間焼結する。次に、得られた焼結体の表
面を平面研削盤で削り、更に側辺をダイヤモンドカッタ
−で切断してタ−ゲット製品とした。このようにして得
られたＩＴＯ焼結タ−ゲット製品の窒素含有率は１ppm
未満（検出下限：１ppm)、密度は6.90g/cm³ 、バルク抵
抗値は0.15 mΩcmであった。

【００２２】本発明品２： 金型に充填した原料混合粉を油圧プレスにて９５０kg/c
m²の圧力で加圧してから、これを８０℃に加熱してバイ
ンダ−中の水分を蒸発させて乾燥し、次いで加圧焼結炉
により 3.5気圧（絶対圧）の純酸素ガス雰囲気中にて１
６５０℃で９時間焼結する。次に、得られた焼結体の表
面を平面研削盤で削り、更に側辺をダイヤモンドカッタ
−で切断してタ−ゲット製品とした。このようにして得
られたＩＴＯ焼結タ−ゲット製品の窒素含有率は１ppm
未満、密度は7.23g/cm³ 、バルク抵抗値は0.12 mΩcmで
あった。

【００２３】比較品３（コ−ルドプレス大気焼結品）： 金型に充填した原料混合粉を油圧プレスにて９５０kg/c
m²の圧力で加圧してから、これを８０℃に加熱してバイ
ンダ−中の水分を蒸発させて乾燥し、次いで大気中にて
１６５０℃で１０時間焼結する。次に、得られた焼結体
の表面を平面研削盤で削り、側辺をダイヤモンドカッタ
−で切断してタ−ゲット製品とした。得られたＩＴＯ焼
結タ−ゲット製品の窒素含有率は３６ppm 、密度は5.54
g/cm³ 、バルク抵抗値は0.84 mΩcmであった。

【００２４】比較品４（ホットプレス品）： グラファイト型へ８０℃に加熱して乾燥後冷却した原料
混合粉を充填し、Ar雰囲気中にて加圧力：３００kg/c
m²，加熱温度：９００℃，加圧加熱時間：１時間なる条
件でホットプレスして焼結を行った。次に、得られた焼
結体の表面を平面研削盤で削り、更に側辺をダイヤモン
ドカッタ−で切断してタ−ゲット製品とした。このよう
にして得られたＩＴＯ焼結タ−ゲット製品の窒素含有率
は７ppm 、密度は6.42g/cm³ 、バルク抵抗値は0.60 mΩ
cmであった。

【００２５】次に、これらタ−ゲットを用い、インライ
ン式スパッタリングマシンによって下記条件でＩＴＯ膜
形成試験を実施し、その際の成膜状況を調査した。 スパッタパワ−： 1.2Ｗ/cm²， ガス圧：５×10^-3Torr， Ｏ₂ 組成：１％ 。 上記試験結果を表１にまとめて示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】なお、表１における「透明度の低下」につ
いては、厚さ 1.1mmのガラス基板上に膜厚が１５００Å
のＩＴＯ膜を形成し、波長５５０nmにおけるＩＴＯ膜の
透過率（ガラス基板を含んだ値）を測定した後、その値
を主観的に判断してランク分 けしたものである。 また、
表１における「異常放電回数」は、スパッタ操業におい
て約２０時間の連続放電を一バッチとして、９バッチ目
の10〜11時間目の間の１時間に発生した異常放電の回数
を各サンプルについて測定したものである。表１に示さ
れる結果からも、「比較品（コ−ルドプレス大気焼結
品，ホットプレス品）」を使用した場合に比べ、「本発
明品」を使用した場合には良好な成膜作業性下で優れた
透明度の高品質ＩＴＯ膜を形成できることが明らかであ
る。

【００２８】

【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、透明度の高いＩＴＯ膜が得られるスパッタ性能に優
れた安価なＩＴＯ焼結タ−ゲットを提供することが可能
となり、該タ−ゲットを用いれば基板上に品質の優れた
ＩＴＯ膜を作業性良く安定形成することができるなど、
産業上極めて有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＩＴＯ焼結タ−ゲットの密度に対するバルク抵
抗の変化傾向を示すグラフである。

【図２】本発明に係わるＩＴＯ焼結タ−ゲットの密度と
バルク抵抗との関係を示したグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−207858（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−150252（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−297812（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−297813（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化インジウムと酸化錫を主成分とした
   原料から粉末冶金法により製造されたＩＴＯスパッタリ
   ングタ−ゲットであって、含まれる窒素量が５ppm 以下
   で、かつ密度Ｄ(g/cm³）とバルク抵抗値ρ(mΩcm）が下
   記２つの式を同時に満たして成るＩＴＯスパッタリング
   タ−ゲット。 a) 6.20 ≦ Ｄ ≦ 7.23 ， b) −0.0676Ｄ＋0.887 ≧ ρ ≧ −0.0761Ｄ＋0.66
   6 。