KR101668963B1

KR101668963B1 - 산화물 소결체 및 그 제조 방법, 산화물 스퍼터링 타깃 그리고 도전성 산화물 박막

Info

Publication number: KR101668963B1
Application number: KR1020150139701A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 나라
Original assignee: 제이엑스금속주식회사
Priority date: 2014-10-06
Filing date: 2015-10-05
Publication date: 2016-10-24
Also published as: TWI537404B; TW201614084A; KR20160041013A; CN109437856A; CN105481352A; JP5876172B1; JP2016074579A

Abstract

인듐 (In), 티탄 (Ti), 아연 (Zn), 주석 (Sn) 및 산소 (O) 로 이루어지고, Ti 에 대한 In 의 함유량이 원자수 비로 3.0 ≤ In/Ti ≤ 5.0, In 과 Ti 에 대한 Zn 과 Sn 의 함유량이 원자수 비로 0.2 ≤ (Zn ＋ Sn)/(In ＋ Ti) ≤ 1.5, Sn 에 대한 Zn 의 함유량이 원자수 비로 0.5 ≤ Zn/Sn ≤ 7.0 의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 산화물 소결체.
체적 저항률이 낮고, DC 스퍼터링이 가능하며, 투명하고 고굴절률의 도전막을 형성할 수 있다.

Description

산화물 소결체 및 그 제조 방법, 산화물 스퍼터링 타깃 그리고 도전성 산화물 박막{OXIDE SINTERED COMPACT AND METHOD OF PRODUCING SAME, OXIDE SPUTTERING TARGET, AND CONDUCTIVE OXIDE FILM}

본 발명은, 산화물 소결체, 산화물 스퍼터링 타깃 및 도전성 산화물 박막 그리고 산화물 소결체의 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 고투과율이면서 또한 고굴절률로 아모르퍼스의 도전성 산화물 박막을 형성하는 데에 적합한 산화물 소결체 스퍼터링 타깃에 관한 것이다.

디스플레이나 터치 패널 등의 각종 광 디바이스에 있어서 가시광을 이용하는 경우, 사용하는 재료는 투명할 필요가 있고, 특히, 가시광 영역의 전역에 있어서, 높은 투과율을 갖는 것이 요망된다. 또, 각종 광 디바이스에서는, 구성되는 막 재료나 기판과의 계면에서의 굴절률 차에 의한 광 손실이 발생하는 경우가 있고, 이들 광 손실을 개선하는 방법으로서, 굴절률이나 광학막 두께 조정을 위한 광학 조정막을 도입한다는 방법이 있다. 광학 조정막에 요구되는 굴절률은, 각종 디바이스의 구조에 따라 상이하므로, 폭넓은 범위의 굴절률이 필요하게 된다. 또 사용되는 장소에 따라서는 도전성이 필요하게 되는 경우도 있다.

또, 광학 조정막에 필요하게 되는 특성으로서, 종래는, 굴절률이나 소쇠 계수 (고투과율) 가 주요했지만, 최근에는, 추가적인 고성능화를 위해서, 굴절률이나 소쇠 계수 (고투과율) 외에도, 도전성이나 에칭성 (에칭 가능), 내수성, 아모르퍼스 막과 같은 복수의 특성의 공존이 요구되고 있다. 이와 같은 복수의 특성을 공존시키기 위해서는, 단체의 산화물막으로는 곤란하고, 복수의 산화물을 혼합시킨 복합 산화물막이 필요하다. 특히, 삼원계 이상의 산화물을 혼합시킨 복합 산화물막이 유효하다.

일반적으로 투명하고 도전성이 있는 재료로는, ITO (산화인듐-산화주석), IZO (산화인듐-산화아연), GZO (산화갈륨-산화아연), AZO (산화알루미늄-산화아연)등이 알려져 있다. 그러나, 이들 재료는 파장 550 ㎚ 에 있어서의 굴절률이 1.95 ∼ 2.05 정도의 범위에 수렴되는 것으로, 광학 조정을 위한 고굴절률재 (n ＞ 2.05) 로는 사용할 수 없다. 또, ITO 는, 투과율을 높이기 위해서, 성막시에 기판 가열하거나, 또는, 성막 후에 어닐이 필요하게 되기 때문에, 가열할 수 없는 플라스틱 기판이나 유기 EL 디바이스 용도 등으로의 사용은 어렵다는 문제가 있다. 또, IZO 는, 단파장측에 흡수를 갖기 때문에, 황색을 띤 막이 되어 버린다는 문제가 있다.

이와 같은 문제에 대해, 본 발명자는 이전에, 조성 조정한 산화물 소결체 스퍼터링 타깃을 이용하여, 고투과율이면서 또한 고굴절률의 도전성 아모르퍼스 박막을 형성하는 것에 성공하였다 (특허문헌 1). 그런데 연구를 진행시킨 결과, 조성 범위 중에는 얻어진 박막이 결정화막이 되는 조성 범위를 포함하고 있어, 플렉시블 디바이스로서 사용하는 경우나 수분으로부터의 보호가 필요한 경우에는, 이와 같은 결정화막은 적합하지 않은 경우가 있었다. 또한, 박막의 용도에 따라서는, 결정화막인 편이 바람직한 경우도 있고, 특허문헌 2 에서는, 박막 트랜지스터용인 경우, 비정질막으로는 안정적인 막이 얻어지지 않는다고 되어 있다. 또, 종래에는, 투명 도전막으로서의 넓은 조성 범위가 알려져 있어도 (예를 들어, 특허문헌 3), 막의 결정질성에 대해서까지 특별히 의식되는 경우는 없었다.

일본 특허출원 2013-220805호 국제 공개 WO2012/153507호 일본 특허공보 제4994068호 국제 공개 WO2010/058533호

본 발명은, 가시광의 고투과율과 고굴절률을 실현할 수 있는, 도전성 박막을 얻는 것이 가능한 소결체를 제공하는 것을 과제로 한다. 이 박막은, 투과율이 높고, 또한, 굴절률이 높기 때문에, 디스플레이나 터치 패널 등의 광 디바이스용의 박막, 특히 광학 조정용의 박막으로서 유용하다. 또, 본 발명은, 상대 밀도가 높고, 체적 저항률이 낮으며, DC 스퍼터링이 가능한 스퍼터링 타깃을 제공하는 것을 과제로 한다. 본 발명은, 광 디바이스의 특성의 향상, 설비 비용의 저감화, 성막의 특성을 대폭으로 개선하는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명자들은 예의 연구를 실시한 결과, 하기에 제시하는 재료계를 채용함으로써, 고투과율이면서 또한 고굴절률의 도전성 박막을 얻는 것이 가능해지고, 양호한 광학 특성을 확보할 수 있으며, 나아가서는, DC 스퍼터링에 의한 안정적인 성막이 가능하고, 그 박막을 사용하는 광 디바이스의 특성 개선, 생산성 향상이 가능하다는 지견을 얻었다.

본 발명자는 이 지견에 기초하여, 하기의 발명을 제공한다.

1) 인듐 (In), 티탄 (Ti), 아연 (Zn), 주석 (Sn) 및 산소 (O) 로 이루어지고, Ti 에 대한 In 의 함유량이 원자수 비로 3.0 ≤ In/Ti ≤ 5.0, In 과 Ti 에 대한 Zn 과 Sn 의 함유량이 원자수 비로 0.2 ≤ (Zn ＋ Sn)/(In ＋ Ti) ≤ 1.5, Sn 에 대한 Zn 의 함유량이 원자수 비로 0.5 ≤ Zn/Sn ≤ 7.0 의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 산화물 소결체.

2) 상대 밀도가 90 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 상기 1) 에 기재된 산화물 소결체.

3) 체적 저항률이 10 Ω㎝ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) 또는 2) 에 기재된 산화물 소결체.

4) 인듐 (In), 티탄 (Ti), 아연 (Zn), 주석 (Sn) 및 산소 (O) 로 이루어지고, Ti 에 대한 In 의 함유량이 원자수 비로 3.0 ≤ In/Ti ≤ 5.0, In 과 Ti 에 대한 Zn 과 Sn 의 함유량이 원자수 비로 0.2 ≤ (Zn ＋ Sn)/(In ＋ Ti) ≤ 1.5, Sn 에 대한 Zn 의 함유량이 원자수 비로 0.5 ≤ Zn/Sn ≤ 7.0 의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 막.

5) 파장 550 ㎚ 에 있어서의 굴절률이 2.05 이상인 것을 특징으로 하는 상기 4) 에 기재된 막.

6) 파장 405 ㎚ 에 있어서의 소쇠 계수가 0.05 이하인 것을 특징으로 하는 상기 4) 또는 5) 에 기재된 막.

7) 체적 저항률이 1 ㏁㎝ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 4) ∼ 6) 중 어느 하나에 기재된 막.

8) 아모르퍼스인 것을 특징으로 하는 상기 4) ∼ 7) 중 어느 하나에 기재된 막.

9) 상기 1) ∼ 3) 중 어느 하나에 기재된 산화물 소결체의 제조 방법으로서, 원료 분말을 불활성 가스 또는 진공 분위기하, 900 ℃ 이상 1300 ℃ 이하에서 가압 소결하거나 또는 원료 분말을 프레스 성형한 후, 이 성형체를 불활성 가스 또는 진공 분위기하, 1000 ℃ 이상 1500 ℃ 이하에서 상압 소결하는 것을 특징으로 하는 산화물 소결체의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 상기에 나타내는 재료계를 채용함으로써, 고투과율이면서 또한 고굴절률의 도전성 막 (특히, 아모르퍼스막) 을 얻는 것이 가능해져, 원하는 광학 특성을 확보할 수 있음과 함께, 양호한 에칭성이나 고온 고습 내성을 확보할 수 있다. 또, 본 발명은, 각종 광 디바이스의 특성의 향상, 설비 비용의 저감화, 성막 속도의 향상에 의한 생산성의 대폭적인 개선이라는 우수한 효과를 갖는다.

도 1 은, 본 발명의 스퍼터링에 의해 형성한 막의 X 선 회절 스펙트럼을 나타내는 도면이다.

본 발명의 산화물 소결체는, 인듐 (In), 티탄 (Ti), 아연 (Zn), 주석 (Sn) 및 산소 (O) 로 이루어지고, Ti 에 대한 In 의 함유량이 원자수 비로 3.0 ≤ In/Ti ≤ 5.0, In 과 Ti 에 대한 Zn 과 Sn 의 함유량이 원자수 비로 0.2 ≤ (Zn ＋ Sn)/(In ＋ Ti) ≤ 1.5, Sn 에 대한 Zn 의 함유량이 원자수 비로 0.5 ≤ Zn/Sn ≤ 7.0 의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 산화물 소결체로 이루어지는 스퍼터링 타깃을 사용함으로써, 고투과율이면서 또한 고굴절률로서, 아모르퍼스의 도전성 산화물막을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 재료는, 인듐 (In), 티탄 (Ti), 아연 (Zn), 주석 (Sn) 및 산소 (O) 를 구성 원소로 하지만, 그 재료 중에는 불가피적 불순물도 함유된다.

In-Ti-Zn-O (산화인듐-산화티탄-산화아연) 의 막은, 양호한 도전성을 갖는 조성 영역에서는 결정화되기 쉽고, 또, 스퍼터링시 (산소 도입 있음) 에 고투과율화와 저저항화가 상반되는 특성이 되어, 특성 조정이 어렵다는 문제가 있다. ZnO 의 함유량이 많은 경우, ZnO 의 산소 결손에 의한 도전성이 주가 되는데, 이 산소 결손은 도전성을 발현시키는 (저저항화하는) 한편, 광 흡수를 일으켜 버리기 (저투과율화) 때문이다. 그러나, 이 계에 소정 비율의 주석 (Sn) 을 첨가함으로써, IZTO 의 호모로거스 구조를 형성 (결정화) 하고자 하는데, 스퍼터링과 같은 급랭 성막 하에서는 결정화되지 않고, 아모르퍼스화할 수 있다. 또, 이와 같은 주석의 첨가는, 고투과율화와 저저항화를 양립시킬 수 있으므로, 특성의 조정이 용이해진다. 이것은, 주석 첨가에 의해 상기 서술한 도전성 메카니즘이 변화되었기 때문인 것으로 생각된다.

또한, 소정 비율의 주석 첨가는, 양호한 에칭성이나 고온 고습 내성을 부여한다는 부차적인 작용 효과를 갖는다.

본 발명에 있어서, Ti 에 대한 In 의 함유량을 원자수 비로 3.0 ≤ In/Ti ≤ 5.0 의 관계식을 만족하도록 한다. 이 범위를 초과하면, 원하는 광학적, 전기적 특성이 얻어지지 않고, 특히, 원자수 비 In/Ti 가 3.0 미만이면 고저항이 되고, 한편, 원자수 비 In/Ti 가 5.0 을 초과하면 광 흡수가 커짐과 함께, 고굴절률이 얻어지지 않는다는 문제가 있다. 단, 상기의 범위를 초과하는 경우라고 해도, Ti 에 대한 In 의 함유량이 원자수 비로 2.5 ≤ In/Ti ≤ 7.0 이면, 비교적 양호한 광학적, 전기적 특성이 얻어진다.

또, 본 발명에 있어서, In 과 Ti 의 합계 함유량에 대한 Zn 과 Sn 의 합계 함유량을 원자수 비로 0.1 ≤ (Zn ＋ Sn)/(In ＋ Ti) ≤ 3.0 의 관계식을 만족하도록 한다. 이 범위를 초과하면 원하는 광학적, 전기적 특성이 얻어지지 않으므로 바람직하지 않다. 특히, 원자수 비 (Zn ＋ Sn)/(In ＋ Ti) 가 0.1 미만이면 고저항이라는 문제가 있고, 한편, 원자수 비 (Zn ＋ Sn)/(In ＋ Ti) 가 3.0 을 초과하면, 막이 결정화되어 버리고, 또, 광 흡수가 커진다는 문제가 있다. 단, 상기의 범위를 초과하는 경우라고 해도, In 과 Ti 의 합계 함유량에 대한 Zn 과 Sn 의 합계 함유량이 원자수 비로 0.1 ≤ (Zn ＋ Sn)/(In ＋ Ti) ≤ 3.5 이면, 비교적 양호한 광학적, 전기적 특성이 얻어진다.

또한, 본 발명에 있어서, Sn 에 대한 Zn 의 함유량을 원자수 비로 0.5 ≤ Zn/Sn ≤ 7.0 의 관계식을 만족하도록 한다. 이 범위를 초과하면, 원하는 광학적, 전기적 특성이 얻어지지 않으므로 바람직하지 않다. 특히, 원자수 비 Zn/Sn 이 0.5 미만이면 고저항이 되고, 한편, 원자수 비 Zn/Sn 이 7.0 을 초과하면, 막이 결정화되어 버리고, 또, 광 흡수가 커진다는 문제가 있다. 단, 상기의 범위를 초과하는 경우라고 해도, Sn 에 대한 Zn 의 함유량이 원자수 비로 0.1 ≤ Zn/Sn ≤ 10.0 이면, 비교적 양호한 광학적, 전기적 특성이 얻어진다.

본 발명의 소결체는, 인듐 (In), 티탄 (Ti), 아연 (Zn) 및 주석 (Sn) 이 상기 원자수 비를 만족하는 것을 특징으로 하는 것이지만, 각 성분의 함유량은, In 함유량이 In₂O₃ 환산으로 5 ∼ 50 ㏖％, Ti 함유량이 TiO₂ 환산으로 4 ∼ 40 ㏖％, Zn 함유량이 ZnO 환산으로 4 ∼ 60 ㏖％, Sn 함유량이 SnO 환산으로 5 ∼ 40 ㏖％ 로 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 조성 범위의 소결체 타깃은, 우수한 광학적 특성이나 전기적 특성의 도전성 박막을 얻는 데에 유효하다. 또한, 상기에서는, 소결체 중의 각 금속의 함유량을 산화물 환산으로 기재하고 있는데, 이것은 원료의 배합을 산화물로 조정하는 데에 적합하기 때문이다. 또, 통상의 분석 장치에 있어서는, 산화물이 아니라 각 금속 원소의 함유량 (중량％) 이 특정 가능하다. 따라서, 타깃의 각 조성을 특정하기 위해서는, 각 금속 원소의 함유량을, 각 산화물을 상정하여 환산한 양 (㏖％) 으로 특정하면 된다.

본 발명의 소결체는, 스퍼터링 타깃으로서 사용하는 경우, 상대 밀도 90 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 밀도의 향상은, 스퍼터막의 균일성을 높이고, 또 스퍼터시의 파티클의 발생을 억제할 수 있다는 효과를 갖는다. 상대 밀도 90 ％ 이상은, 후술하는 본 발명의 소결체의 제조 방법에 의해 실현할 수 있다.

또, 본 발명의 소결체는, 스퍼터링 타깃으로서 사용하는 경우, 체적 저항률 10 Ω㎝ 이하로 하는 것이 바람직하다. 체적 저항률의 저하에 의해, DC 스퍼터에 의한 성막이 가능해진다. DC 스퍼터는 RF 스퍼터에 비해, 성막 속도가 빠르고, 스퍼터링 효율이 우수하여, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, 제조 조건에 따라서는, RF 스퍼터를 실시하는 경우도 있지만, 그 경우에도, 성막 속도의 향상이 있다.

본 발명의 스퍼터링에 의해 제조되는 박막은, 아모르퍼스인 것을 특징으로 한다. 아모르퍼스 막은, 플렉시블 디바이스용 재료나 수분 저투과율 (수분 보호) 의 재료로서 특히 적합하다. 또, 본 발명의 박막은, 파장 550 ㎚ 에 있어서의 굴절률 2.05 이상을 달성할 수 있다. 또, 본 발명의 박막은, 파장 405 ㎚ 에 있어서의 소쇠 계수 0.05 이하를 달성할 수 있다. 또한 본 발명의 박막은, 체적 저항률 1 ㏁㎝ 이하를 달성할 수 있다. 이와 같은 고굴절률이고 투과율이 높은 도전성의 박막은, 광학 조정용의 박막으로서, 디스플레이나 터치 패널 등의 광 디바이스용으로 유용하다. 특히, 본 발명은, 파장 405 ㎚ 에 있어서의 소쇠 계수가 0.05 이하로 가시광의 단파장역에 있어서 흡수가 거의 없는 고굴절률의 막을 얻을 수 있기 때문에, 원하는 광학 특성을 얻기 위해서 우수한 재료계라고 할 수 있다.

본 발명의 소결체는, 각 구성 금속의 산화물 분말로 이루어지는 원료 분말을, 불활성 가스 분위기 또는 진공 분위기하, 900 ℃ 이상 1300 ℃ 이하에서 가압 소결하거나, 또는 원료 분말을 프레스 성형한 후, 이 성형체를 불활성 가스 또는 진공 분위기하, 1000 ℃ 이상 1500 ℃ 이하에서 상압 소결하는 것이 바람직하다. 가압 소결에서 900 ℃ 미만, 상압 소결에서 1000 ℃ 미만으로 하면, 고밀도의 소결체가 얻어지지 않고, 한편, 가압 소결에서 1300 ℃ 초과, 상압 소결에서 1500 ℃ 초과로 하면, 재료의 증발에 의한 조성 편차나 밀도의 저하가 발생하기 때문에, 바람직하지 않다. 또, 1300 ℃ 초과에서 가압 소결하면, 카본제의 형 (型) 과 반응할 우려도 있다. 프레스 압력은, 150 ∼ 500 kgf/㎠ 로 하는 것이 바람직하다. 또한, 특허문헌 4 에서는, Zn 과 Sn 의 양방을 고용한 In₂O₃ 상을 석출시키기 위해서 2 단 소결을 실시하고, 그것에 의해, 체적 저항률을 낮추고 있지만, 본 발명에서는, 산소 결손에 의해 도전성을 부여하기 때문에, 이와 같은 2 단계 소결은 실시하지 않는다.

또한 밀도를 향상시키기 위해서는, 원료 분말을 칭량, 혼합한 후, 이 혼합 분말을 가소 (假燒) (합성) 하고, 그 후, 이것을 미분쇄한 것을 소결용 분말로서 사용하는 것이 유효하다. 이와 같이 미리 합성과 미분쇄를 실시함으로써 균일 미세한 원료 분말을 얻을 수 있고, 치밀한 소결체를 제조할 수 있다. 미분쇄 후의 입경에 대해서는, 평균 입경 5 ㎛ 이하, 바람직하게는, 평균 입경 2 ㎛ 이하로 한다. 또, 가소 온도는, 바람직하게는 800 ℃ 이상 1200 ℃ 이하로 한다. 이와 같은 범위로 함으로써, 소결성이 양호해져, 추가적인 고밀도화가 가능해진다.

본 발명 (실시예, 비교예를 포함한다) 에 있어서의 평가 방법 등은 이하와 같다.

(성분 조성에 대해)

장치 : SII 사 제조 SPS3500DD

방법 : ICP-OES (고주파 유도 결합 플라즈마 발광 분석법)

(밀도 측정에 대해)

치수 측정 (노기스), 중량 측정

(상대 밀도에 대해)

하기, 이론 밀도를 사용하여 산출한다.

상대 밀도 (％) = 치수 밀도/이론 밀도 × 100

이론 밀도는, 각 금속 원소의 산화물 환산 배합비로부터 계산한다.

In 의 In₂O₃ 환산 중량을 a (wt％), Ti 의 TiO₂ 환산 중량을 b (wt％),

Zn 의 ZnO 환산 중량을 c (wt％), Sn 의 SnO₂ 환산 중량을 d (wt％)

로 했을 때,

이론 밀도 = 100/(a/7.18 ＋ b/4.26 ＋ c/5.61 ＋ d/7.0)

또, 각 금속 원소의 산화물 환산 밀도는 하기 값을 사용.

In₂O₃ : 7.18 g/㎤, TiO₂ : 4.26 g/㎤, ZnO : 5.61 g/㎤, SnO₂ : 7.0 g/㎤,

(체적 저항률, 표면 저항률에 대해)

장치 : NPS 사 제조 저항률 측정기 Σ-5＋

방법 : 직류 4 탐침법

또한, 막에 대해서는, 표면 저항률을 측정하고, 다음 식에 의해 체적 저항률을 산출한다.

체적 저항률 (Ω㎝) = 표면 저항률 (Ω/sq) × 막 두께 (㎝)

(굴절률, 소쇠 계수에 대해)

장치 : SHIMADZU 사 제조 분광 광도계 UV-2450

방법 : 투과율, 표리면 반사율로부터 산출

(성막 방법, 조건에 대해)

장치 : ANELVA SPL-500

기판 : φ 4 inch

기판 온도 : 실온

(결정성 평가에 대해)

유리 기판 상에 500 ∼ 1000 ㎚ 성막한 샘플에 대해, X 선 회절법 (장치 : 리가쿠사 제조 UltimaIV, Cu-Kα 선, 관 전압 : 40 kV, 전류 : 30 mA, 2θ―θ 반사법, 스캔 속도 : 8.0°/min, 샘플링 간격 : 0.02°) 에 의해 해석을 실시한다. 2θ = 10°∼ 60°에 검출되는 최대 피크 강도 I_MAX 에 대해, 백그라운드 강도 I_BG 와의 비 I_MAX/I_BG 의 값으로 결정성의 평가를 실시한다. 또한, 백그라운드 강도에 대해서는, I_MAX 의 저각도측 및 고각도측의 피크가 관찰되지 않는 영역의 평균 강도 (범위로서 2θ = 1°∼ 10°) 를 사용한다. 예를 들어, I_BG = {(10°∼ 20°의 평균 강도) ＋ (50 °∼ 60°의 평균 강도)}/2 와 같이 구한다. 아모르퍼스 막의 판정으로서, I_MAX/I_BG ≤ 10 인 경우에 아모르퍼스 막으로서 판정한다.

(에칭성에 대해)

성막 샘플에 대해, 에칭액 (각종 산) 에 의해 에칭 가능한 것을 ○, 에칭할 수 없거나 혹은 지나치게 용해되는 것을 × 라고 판단한다.

(고온 고습 내성에 대해)

온도 80 ℃, 습도 80 ％ 조건하에서 48 시간 보관 후, 광학 정수 및 저항 측정을 실시하여, 특성차가 10 ％ 미만인 경우에는 ○, 10 ％ 이상인 경우에는 × 라고 판단한다.

실시예

이하, 실시예 및 비교예에 기초하여 설명한다. 또한, 본 실시예는 어디까지나 일례이고, 이 예에 의해 조금도 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명은 특허청구범위에 의해서만 제한되는 것이고, 본 발명에 포함되는 실시예 이외의 여러 가지 변형을 포함하는 것이다.

(실시예 1)

In₂O₃ 분말, TiO₂ 분말, ZnO 분말, SnO₂ 분말을 준비하고, 이들 분말을 표 1 에 기재되는 배합비로 조합 (調合) 하여, 혼합하였다. 다음으로, 이 혼합 분말을 대기 중, 온도 1050 ℃ 에서 가소한 후, 습식 미분쇄 (ZrO₂ 비드 사용) 로 평균 입경 2 ㎛ 이하로 분쇄하고, 건조 후, 눈금 150 ㎛ 의 체로 체 분별을 실시하였다. 그 후, 이 미분쇄 분말을 아르곤 분위기하, 온도 1100 ℃, 압력 250 kgf/㎠ 의 조건에서 핫 프레스 소결하였다. 그 후, 이 소결체를 기계 가공하여 타깃 형상으로 마무리하였다. 또한, 스퍼터링 타깃의 성분 조성을 분석한 결과, 원료 분말의 배합비와 동등해지는 것을 확인하였다.

다음으로, 상기의 마무리 가공한 직경 6 인치의 타깃을 사용하여, 스퍼터링을 실시하였다. 스퍼터 조건은, DC 스퍼터, 스퍼터 파워 500 W, 산소를 2 vol％ 함유하는 Ar 가스압 0.5 Pa 로 하고, 막 두께 5000 Å 로 성막하였다. 또한, 스퍼터시의 기판 가열이나 스퍼터 후의 어닐은 실시하지 않았다.

이상의 결과를 표 1 에 나타낸다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 스퍼터링 타깃은, 상대 밀도가 97.5 ％ 에 달하고, 체적 저항률은 6.3 mΩ㎝ 가 되어, 안정적인 DC 스퍼터를 할 수 있었다. 그리고, 스퍼터 성막한 박막은, 굴절률이 2.11 (파장 550 ㎚), 소쇠 계수가 0.03 (파장 405 ㎚), 체적 저항률이 4.9 × 10^-1 Ω㎝ 이고, 고굴절률이면서 또한 고투과율의 도전성 막이 얻어졌다. 또 결정화 평가의 결과, 도 1 에 나타내는 바와 같이, I_MAX/I_BG = 4 로, 아모르퍼스 막인 것이 확인되었다.

(실시예 2)

In₂O₃ 분말, TiO₂ 분말, ZnO 분말, SnO₂ 분말을 준비하고, 이들 분말을 표 1 에 기재되는 배합비로 조합하여, 혼합하였다. 다음으로, 이 혼합 분말을 대기 중, 온도 1050 ℃ 에서 가소한 후, 습식 미분쇄 (ZrO₂ 비드 사용) 로 평균 입경 2 ㎛ 이하로 분쇄하고, 건조 후, 눈금 150 ㎛ 의 체로 체 분별을 실시하였다. 그 후, 이 미분쇄 분말을 아르곤 분위기하, 온도 1150 ℃, 압력 250 kgf/㎠ 의 조건에서 핫 프레스 소결하였다. 그 후, 이 소결체를 기계 가공하여 타깃 형상으로 마무리하였다. 다음으로, 상기의 마무리 가공한 직경 6 인치의 타깃을 사용하여, 실시예 1 과 동일한 조건에서 스퍼터링을 실시하였다.

이상의 결과를 표 1 에 나타낸다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 스퍼터링 타깃은, 상대 밀도가 97.7 ％ 에 달하고, 체적 저항률은 4.4 mΩ㎝ 가 되어, 안정적인 DC 스퍼터를 할 수 있었다. 그리고, 스퍼터 성막한 박막은, 굴절률이 2.11 (파장 550 ㎚), 소쇠 계수가 0.02 (파장 405 ㎚), 체적 저항률이 9.8 Ω㎝ 이고, 고굴절률이면서 또한 고투과율의 도전성 막이 얻어졌다. 또 결정화 평가의 결과, 도 1 에 나타내는 바와 같이, I_MAX/I_BG = 4 로, 아모르퍼스 막인 것이 확인되었다.

(실시예 3)

이상의 결과를 표 1 에 나타낸다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 스퍼터링 타깃은, 상대 밀도가 99.5 ％ 에 달하고, 체적 저항률은 3.7 mΩ㎝ 가 되어, 안정적인 DC 스퍼터를 할 수 있었다. 그리고, 스퍼터 성막한 박막은, 굴절률이 2.10 (파장 550 ㎚), 소쇠 계수가 0.02 (파장 405 ㎚), 체적 저항률이 3.8 × 10² Ω㎝ 이고, 고굴절률이면서 또한 고투과율의 도전성 막이 얻어졌다. 또, 결정화 평가의 결과, I_MAX/I_BG = 4 로, 아모르퍼스 막인 것이 확인되었다.

(실시예 4)

이상의 결과를 표 1 에 나타낸다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 스퍼터링 타깃은, 상대 밀도가 100.9 ％ 에 달하고, 체적 저항률은 1.5mΩ㎝ 가 되어, 안정적인 DC 스퍼터를 할 수 있었다. 그리고, 스퍼터 성막한 박막은, 굴절률이 2.11 (파장 550 ㎚), 소쇠 계수가 0.02 (파장 405 ㎚), 체적 저항률이 1.6 × 10³ Ω㎝ 이고, 고굴절률이면서 또한 고투과율의 도전성 막이 얻어졌다. 또, 결정화 평가의 결과, I_MAX/I_BG = 4 로, 아모르퍼스 막인 것이 확인되었다.

(실시예 5)

이상의 결과를 표 1 에 나타낸다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 스퍼터링 타깃은, 상대 밀도가 100.3 ％ 에 달하고, 체적 저항률은 1.7mΩ㎝ 가 되어, 안정적인 DC 스퍼터를 할 수 있었다. 그리고, 스퍼터 성막한 박막은, 굴절률이 2.11 (파장 550 ㎚), 소쇠 계수가 0.02 (파장 405 ㎚), 체적 저항률이 3.6 × 10³ Ω㎝ 이고, 고굴절률이면서 또한 고투과율의 도전성 막이 얻어졌다. 또, 결정화 평가의 결과, I_MAX/I_BG = 4 로, 아모르퍼스 막인 것이 확인되었다.

(비교예 1)

In₂O₃ 분말, TiO₂ 분말, SnO₂ 분말을 준비하고, 이들 분말을 표 1 에 기재되는 배합비로 조합하여, 혼합하였다. 또한, ZnO 분말은 첨가하지 않았다. 다음으로, 이 혼합 분말을 아르곤 분위기하, 온도 1050 ℃, 압력 350 kgf/㎠ 의 조건에서 핫 프레스 소결하였다. 그 후, 이 소결체를 기계 가공하여 타깃 형상으로 마무리하였다.

다음으로, 상기의 마무리 가공한 직경 6 인치의 타깃을 사용하여, 스퍼터링을 실시하였다. 단, 비교예 1 은, 타깃 (소결체) 의 체적 저항률이 500 kΩ㎝ 초과로 높아, DC 스퍼터는 불가능하였다. 그 때문에, RF 스퍼터를 사용하여 스퍼터링을 실시하였다. 파워 등의 조건은 DC 스퍼터와 동일하게 하였다. 그 결과, 스퍼터 성막한 박막은, 체적 저항률이 1 ㏁㎝ 초과로 고저항이 되어, 원하는 도전성 막은 얻어지지 않았다.

(비교예 2)

In₂O₃ 분말, TiO₂ 분말, ZnO 분말을 준비하고, 이들 분말을 표 1 에 기재되는 배합비로 조합하여, 혼합하였다. 또한, SnO₂ 분말은 첨가하지 않았다. 다음으로, 이 혼합 분말을 아르곤 분위기하, 온도 1050 ℃, 압력 350 kgf/㎠ 의 조건에서 핫 프레스 소결하였다. 그 후, 이 소결체를 기계 가공하여 타깃 형상으로 마무리하였다. 다음으로, 상기의 마무리 가공한 직경 6 인치의 타깃을 사용하여, 실시예 1 과 동일한 조건에서 스퍼터링을 실시하였다. 그 결과, 스퍼터 성막한 박막은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, I_MAX/I_BG = 101 이고, 아모르퍼스 막으로는 되지 않고, 또, 소쇠 계수가 0.05 초과 (파장 405 nm) 로 저파장역에 있어서 광의 흡수가 발생하여, 원하는 고투과율 막이 얻어지지 않았다.

(비교예 3)

In₂O₃ 분말, TiO₂ 분말, ZnO 분말을 준비하고, 이들 분말을 표 1 에 기재되는 배합비로 조합하여, 혼합하였다. 또한, SnO₂ 분말은 첨가하지 않았다. 다음으로, 이 혼합 분말을 아르곤 분위기하, 온도 1150 ℃, 압력 250 kgf/㎠ 의 조건에서 핫 프레스 소결하였다. 그 후, 이 소결체를 기계 가공하여 타깃 형상으로 마무리하였다. 다음으로, 상기의 마무리 가공한 직경 6 인치의 타깃을 사용하여, 실시예 1 과 동일한 조건에서 스퍼터링을 실시하였다. 그 결과, 스퍼터 성막한 박막은, 체적 저항률이 1 MΩ㎝ 초과로 고저항이 되어, 원하는 도전성막이 얻어지지 않았다. 또한, 결정화 평가 결과, 아모르퍼스 막인 것이 확인되었다.

(비교예 4)

In₂O₃ 분말, TiO₂ 분말, ZnO 분말, SnO₂ 분말을 준비하고, 이들 분말을 표 1에 기재되는 배합비로 조합하여, 혼합하였다. 또한, Ti 에 대한 In 의 함유량이 규정보다 많아지도록 배합하였다. 다음으로, 이 혼합 분말을 아르곤 분위기하, 온도 1050 ℃, 압력 350 kgf/㎠ 의 조건에서 핫 프레스 소결하였다. 그 후, 이 소결체를 기계 가공하여 타깃 형상으로 마무리하였다. 다음으로, 상기의 마무리 가공한 직경 6 인치의 타깃을 사용하여, 실시예 1 과 동일한 조건에서 스퍼터링을 실시하였다. 그 결과, 스퍼터 성막한 박막은, 소쇠 계수가 0.05 초과 (파장 405 ㎚) 가 되어, 원하는 투과율의 막이 얻어지지 않았다.

(비교예 5)

In₂O₃ 분말, TiO₂ 분말, ZnO 분말, SnO₂ 분말을 준비하고, 이들 분말을 표 1 에 기재되는 배합비로 조합하여, 혼합하였다. 또한, In 과 Ti 에 대한 Zn 과 Sn 의 합계 함유량이 규정보다 많아지도록 배합하였다. 다음으로, 이 혼합 분말을 아르곤 분위기하, 온도 1050 ℃, 압력 350 kgf/㎠ 의 조건에서 핫 프레스 소결하였다. 그 후, 이 소결체를 기계 가공하여 타깃 형상으로 마무리하였다. 다음으로 상기의 마무리 가공한 직경 6 인치의 타깃을 사용하여, 실시예 1 과 동일한 조건에서 스퍼터링을 실시하였다. 그 결과, 스퍼터 성막한 박막은, 아모르퍼스 막이 되지 않고, 또, 소쇠 계수가 0.05 초과 (파장 405 ㎚) 가 되어, 저파장역에 있어서 광의 흡수가 발생하여, 원하는 고투과율막이 얻어지지 않았다.

본 발명의 스퍼터링에 의해 형성되는 박막은, 디스플레이나 터치 패널에 있어서의 광학 조정용의 박막이나 광 디스크 구조의 일부를 형성하여, 투과율, 굴절률, 도전성에 있어서, 매우 우수한 특성을 갖는다는 효과가 있다.

또, 본 발명의 소결체로 이루어지는 스퍼터링 타깃은, 체적 저항률값이 낮고, 고밀도이므로, 안정적인 DC 스퍼터를 가능하게 한다. 그리고, 이 DC 스퍼터링의 특징인 스퍼터의 제어성을 용이하게 하고, 성막 속도를 올려, 스퍼터링 효율을 향상시킬 수 있다는 현저한 효과가 있다. 또, 성막할 때에 스퍼터시에 발생하는 파티클을 저감시켜, 막의 품질을 향상시킬 수 있다.

Claims

인듐 (In), 티탄 (Ti), 아연 (Zn), 주석 (Sn) 및 산소 (O) 로 이루어지고, Ti 에 대한 In 의 함유량이 원자수 비로 3.0 ≤ In/Ti ≤ 5.0, In 과 Ti 에 대한 Zn 과 Sn 의 함유량이 원자수 비로 0.5 ≤ (Zn ＋ Sn)/(In ＋ Ti) ≤ 1.5, Sn 에 대한 Zn 의 함유량이 원자수 비로 0.5 ≤ Zn/Sn ≤ 7.0 의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학 조정막 형성용 산화물 소결체.
제 1 항에 있어서,
상대 밀도가 90 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 광학 조정막 형성용 산화물 소결체.
제 1 항에 있어서,
체적 저항률이 10 Ω㎝ 이하인 것을 특징으로 하는 광학 조정막 형성용 산화물 소결체.
제 2 항에 있어서,
체적 저항률이 10 Ω㎝ 이하인 것을 특징으로 하는 광학 조정막 형성용 산화물 소결체.
인듐 (In), 티탄 (Ti), 아연 (Zn), 주석 (Sn) 및 산소 (O) 로 이루어지고, Ti 에 대한 In 의 함유량이 원자수 비로 3.0 ≤ In/Ti ≤ 5.0, In 과 Ti 에 대한 Zn 과 Sn 의 함유량이 원자수 비로 0.5 ≤ (Zn ＋ Sn)/(In ＋ Ti) ≤ 1.5, Sn 에 대한 Zn 의 함유량이 원자수 비로 0.5 ≤ Zn/Sn ≤ 7.0 의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학 조정막.
제 5 항에 있어서,
파장 550 ㎚ 에 있어서의 굴절률이 2.05 이상인 것을 특징으로 하는 광학 조정막.
제 5 항에 있어서,
파장 405 ㎚ 에 있어서의 소쇠 계수가 0.05 이하인 것을 특징으로 하는 광학 조정막.
제 6 항에 있어서,
파장 405 ㎚ 에 있어서의 소쇠 계수가 0.05 이하인 것을 특징으로 하는 광학 조정막.
제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
체적 저항률이 1 ㏁㎝ 이하인 것을 특징으로 하는 광학 조정막.
제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
아모르퍼스인 것을 특징으로 하는 광학 조정막.
제 9 항에 있어서,
아모르퍼스인 것을 특징으로 하는 광학 조정막.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 소결체의 제조 방법으로서, 원료 분말을 불활성 가스 또는 진공 분위기하, 900 ℃ 이상 1300 ℃ 이하에서 가압 소결하거나 또는 원료 분말을 프레스 성형한 후, 이 성형체를 불활성 가스 또는 진공 분위기하, 1000 ℃ 이상 1500 ℃ 이하에서 상압 소결하는 것을 특징으로 하는 산화물 소결체의 제조 방법.