JP2022159633A - Ｉｇｚｏ焼結体、その製造方法及びスパッタリングターゲット - Google Patents
Ｉｇｚｏ焼結体、その製造方法及びスパッタリングターゲット Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022159633A JP2022159633A JP2021063938A JP2021063938A JP2022159633A JP 2022159633 A JP2022159633 A JP 2022159633A JP 2021063938 A JP2021063938 A JP 2021063938A JP 2021063938 A JP2021063938 A JP 2021063938A JP 2022159633 A JP2022159633 A JP 2022159633A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sintered body
- less
- target
- sintered
- formwork
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 41
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 49
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 37
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 23
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 21
- 238000009415 formwork Methods 0.000 claims description 19
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 14
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 8
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 6
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 3
- 239000013077 target material Substances 0.000 claims description 3
- 238000009694 cold isostatic pressing Methods 0.000 claims description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 26
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 24
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 20
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 14
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 12
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 12
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 9
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 6
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 5
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 5
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 5
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 3
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 2
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 2
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007088 Archimedes method Methods 0.000 description 1
- 238000004438 BET method Methods 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009837 dry grinding Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007561 laser diffraction method Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 1
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000000790 scattering method Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 239000001993 wax Substances 0.000 description 1
- 238000001238 wet grinding Methods 0.000 description 1
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 1
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
【課題】本発明の目的は、密度および抗折強度が高く、スパッタリングターゲットに使用された場合においても割れの少ないＩＧＺＯ焼結体、及びその製造方法を提供することにある。【解決手段】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、焼結体中の炭素量が０．００５ｗｔ％以下であり、結晶粒径が５μｍ以下、かつ焼結体の相対密度が９８％以上であることを特徴とする焼結体。【選択図】 図1
Description
本発明は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に用いられるインジウム、ガリウム、亜鉛及び酸素からなるＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ（ＩＧＺＯ）半導体薄膜等の形成に用いられるスパッタリングターゲット、及びその製造方法に関するものである。
近年、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）やフレキシブルディスプレイなど多様なフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）が提案されており、低温で薄膜形成が可能で、比較的高い移動度を有するＴＦＴが要望されている。ＩＧＺＯ半導体薄膜は、結晶性のシリコン薄膜よりも低温で形成でき、かつ非結晶性のシリコン薄膜よりも移動度が高いことから、ＦＰＤ用のＴＦＴ材料として注目されている（例えば、特許文献１、２参照）。また、ＩＧＺＯ膜は可視透過性を有しているため、液晶表示素子等のスイッチング素子や駆動回路素子等多岐にわたる用途に使用されている。このような用途では極力高い透過率を持つ薄膜材料が望まれている。
これら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、スパッタリング法が用いられる。一般的に、平板形スパッタリングターゲットにおいても円筒形スパッタリングターゲットにおいても、ターゲットとしてはＩＧＺＯ焼結体が用いられる。ＩＧＺＯ焼結体としては、層状の構造を持つホモロガス結晶構造を有するものが主に用いられているが、層状構造による異方性のため焼結体強度が低く、放電時のプラズマによる熱応力が特定部位に集中すると、その応力によりターゲットが割れ易いという問題があった。
ＩＧＺＯ焼結体の強度の改善方法として、特許文献３でスピネル構造を含む結晶相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４では、スピネル構造とビックスバイト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とＺｎの組成比を適宜決定することができず、焼結体の組成比によらないで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、著しく強度が低いために焼結体の強度の改善が強く望まれていた。
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５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はないが、一般的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。
また、焼結体に不純物を添加し特性を改善する方法も知られており、特許文献６および特許文献７には１００ｐｐｍから１００００ｐｐｍの正四価以上の金属元素をＩＧＺＯターゲットに含有させ、焼結体の抵抗（バルクの抵抗）を１×１０－３Ω・ｃｍ未満に低下させてアーキングを低下させているが、不純物を多量に添加する場合、ＩＧＺＯ膜の特性が悪化する可能性があるため、有効な方法とは言えない。
本発明の目的は、不純物が少なく、密度および抗折強度が高く、スパッタリングターゲットに使用された場合においても割れの少ないＩＧＺＯ焼結体及びその製造方法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、含有炭素量が０．００５ｗｔ％以下であり、結晶粒径が５μｍ以下かつ焼結体の相対密度が９８％以上とすることで抗折強度を高められること、また、大型の焼結体においても研削加工で割れることなく、さらに、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、割れることなく、優れた高パワー耐性を示すスパッタリングターゲットが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の態様は以下の通りである。
（１） 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、焼結体中の炭素量が０．００５ｗｔ％以下であり、結晶粒径が５μｍ以下、かつ焼結体の相対密度が９８％以上であることを特徴とする焼結体。
（２） 抗折強度が１５０ＭＰａ以上であることを特徴とする（１）に記載の焼結体。
（３） ターゲット面の面積が２００ｃｍ２以上であって、形状が平板形であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の焼結体。
（４） ターゲット面の面積が４８６ｃｍ２以上であって、形状が円筒形であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の焼結体。
（５） （１）から（４）のいずれかに記載の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。
（６） 炭化水素系化合物含有量が０．６％以下である、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含有する原料粉末を混合し、成形型内に充填し、冷間静水圧プレスにより成形した成形体を利用する焼結体の製造方法であって、複数の型枠部材からなる組立式型枠、該組立式型枠の内面に沿って移動可能に設けられた上パンチおよび前記組立式型枠に接して設けられた底板を備えるとともに、加圧終了後の減圧時に生じる成形体の膨張に併せて、前記組立式型枠を構成する型枠部材が移動可能な構造を有する成形型を利用し成形し、得られた成形体を焼成することを特徴とする（１）から（４）のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
（７） 組立式型枠に接して設けられた底板が、前記組立式型枠の内面に沿って移動することができないように構成されている成形型を利用することを特徴とする（６）に記載の焼結体の製造方法。
（８） 底板が上パンチよりも圧縮変形の少ない材料により構成される成形型を利用することを特徴とする（６）又は（７）に記載の焼結体の製造方法。
（９） 成形体を電磁波加熱を用いて焼成することを特徴とする（６）から（８）のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
（１） 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、焼結体中の炭素量が０．００５ｗｔ％以下であり、結晶粒径が５μｍ以下、かつ焼結体の相対密度が９８％以上であることを特徴とする焼結体。
（２） 抗折強度が１５０ＭＰａ以上であることを特徴とする（１）に記載の焼結体。
（３） ターゲット面の面積が２００ｃｍ２以上であって、形状が平板形であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の焼結体。
（４） ターゲット面の面積が４８６ｃｍ２以上であって、形状が円筒形であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の焼結体。
（５） （１）から（４）のいずれかに記載の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。
（６） 炭化水素系化合物含有量が０．６％以下である、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含有する原料粉末を混合し、成形型内に充填し、冷間静水圧プレスにより成形した成形体を利用する焼結体の製造方法であって、複数の型枠部材からなる組立式型枠、該組立式型枠の内面に沿って移動可能に設けられた上パンチおよび前記組立式型枠に接して設けられた底板を備えるとともに、加圧終了後の減圧時に生じる成形体の膨張に併せて、前記組立式型枠を構成する型枠部材が移動可能な構造を有する成形型を利用し成形し、得られた成形体を焼成することを特徴とする（１）から（４）のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
（７） 組立式型枠に接して設けられた底板が、前記組立式型枠の内面に沿って移動することができないように構成されている成形型を利用することを特徴とする（６）に記載の焼結体の製造方法。
（８） 底板が上パンチよりも圧縮変形の少ない材料により構成される成形型を利用することを特徴とする（６）又は（７）に記載の焼結体の製造方法。
（９） 成形体を電磁波加熱を用いて焼成することを特徴とする（６）から（８）のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のＩＧＺＯ焼結体はインジウム、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、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するＩＧＺＯ焼結体の焼結体中の炭素量が０．００５ｗｔ％以下であり、結晶粒径が５μｍ以下、かつ焼結体の相対密度が９８％以上だと抗折強度が高く、スパッタリングターゲットに使用された場合においても割れの少ないＩＧＺＯ焼結体となる。
本発明のＩＧＺＯ焼結体の炭素量は０．００５ｗｔ％以下であり、好ましくは０．００３ｗｔ％以下、さらに好ましくは０．００１ｗｔ％以下である。そうすることで炭素を起点としたクラック発生を低減することが可能となる。
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。好ましくは０．１μｍ以上、特に好ましくは１μｍ以上である。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９８％以上であり、９９％以上が好ましい。相対密度が９８％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。
さらに、本発明のＩＧＺＯ焼結体は、結晶粒界に存在するポアと結晶粒内に存在するポアの個数の比（結晶粒界のポア個数／結晶粒内のポア個数）が０．５以上であることが好ましい。ＩＧＺＯ焼結体がホモロガス結晶構造を有する場合、結晶粒内に層状の構造体を有している。この層状の構造体は焼結体の鏡面研磨面をエッチングすることで容易に確認することができるが、ＩＧＺＯ焼結体のクラックは、この結晶粒内に存在する層状構造体上を進行する場合が多い。このため、結晶粒内にポアが存在すると破壊源となり、焼結体の強度を著しく低下させてしまう。したがって、結晶粒内に存在するポアが少ない方が良く、粒内に存在するポアを減らし、粒界と粒内に存在するポアの比（結晶粒界のポア個数／結晶粒内のポア個数）を大きくすることで焼結体の強度を効果的に高めることができる。粒界と粒内に存在するポアの比（結晶粒界のポア個数／結晶粒内のポア個数）としては、０．５以上が好ましく、より好ましくは１以上で、さらに好ましくは３以上である。
本発明のＩＧＺＯ焼結体の抗折強度は１５０ＭＰａ以上であることが好ましい。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。なお、本発明において、抗折強度はＪＩＳＲ１６０１の３点曲げ試験に準拠して測定した。
本発明のＩＧＺＯ焼結体は、ターゲット面の面積が、２００ｃｍ２以上、好ましく４００ｃｍ２以上、さらに好ましくは６００ｃｍ２以上、特に好ましくは１２００ｃｍ２以上である、また、ターゲット面の形状は、平板系、円筒形のいずれであってもよい。特に、ターゲット面の面積が１３０２ｃｍ２以上であって、形状が平板形又はターゲット面の面積が４８６ｃｍ２以上であって、形状が円筒形であることが好ましい。
なお、本発明のＩＧＺＯ焼結体におけるインジウム、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生成する組成であれば特に制限はなく、金属元素の原子比換算でＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１の組成とすることが好ましい。
本発明のＩＧＺＯ焼結体は、炭素以外に鉄等の金属不純物を含有していてもよく、該金属不純物の含有量５０ｐｐｍ以下が好ましく、さらに好ましく３０ｐｐｍ以下、特に好ましくは２０ｐｐｍ以下である。
次に本発明のＩＧＺＯ焼結体の製造方法について説明する。
本発明のＩＧＺＯ焼結体の製造方法は、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含有する原料粉末を混合（原料混合工程）し、成形型内に充填し、冷間静水圧プレスにより成形した成形体を利用する焼結体の製造方法であって、複数の型枠部材からなる組立式型枠、該組立式型枠の内面に沿って移動可能に設けられた上パンチおよび前記組立式型枠に接して設けられた底板を備えるとともに、加圧終了後の減圧時に生じる成形体の膨張に併せて、前記組立式型枠を構成する型枠部材が移動可能な構造を有する成形型を利用し成形（成形工程）し、得られた成形体を焼成（焼成工程）する、製造方法である。以下、工程毎に詳細に説明する。
（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り、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り、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を利用して形成されたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）に、悪影響が及ぼされる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特に制限はなく、金属元素の原子比換算でＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１の組成とすることが好ましい。
原料粉末の結晶子径が大きいと焼成時において局所的に加熱され、割れたり、異常粒成長を引き起こしたりするため、原料粉末の結晶子径を６０ｎｍ以下とすることが好ましい。原料粉末の結晶子径が６０ｎｍよりも大きい場合、各原料粉末を混合する前に予め粉砕処理することや混合時の粉末処理で同時に粉砕することも可能である。原料粉末の粉砕と混合は同じ装置を用いて行う場合が多いので、製造工程の簡略化を考慮すると、粉砕と混合を同時に行う方が好ましい。
これら各粉末の粉砕混合方法は、特に限定されるものではなく、ジルコニア、アルミナ、ナイロン樹脂等のボールやビーズを用いた乾式、湿式のメディア撹拌型ミルやメディアレスの容器回転式、機械撹拌式や気流式等の粉砕混合方法が例示される。具体的には、ボールミル、ビーズミル、アトライタ、振動ミル、遊星ミル、ジェットミル、二軸遊星撹拌式混合機等が挙げられる。その中でも容器や粉砕メディアからの炭化水素系不純物が混入する場合、焼結時に残留するため、セラミックス容器ならびにセラミックスメディアを利用した乾式、もしくは湿式粉砕混合方法を利用することが好ましく、さらに好ましくは湿式型の混合が好ましい。
また、粉砕により結晶子径を小さくしても、粉末の凝集体が存在すると焼成後の密度が充分に上昇しない場合があり、粉砕後の粉末の粒径は微細であるほど好ましい。粉末の粒径はレーザー回折／散乱法で測定した時に、平均粒径として１．０μｍ以下であることが好ましく、更に好ましくは０．１から１．０μｍである。また、ＢＥＴ法により測定した粉末の比表面積は１１ｍ２／ｇ以上であることが好ましく、更に好ましくは１２ｍ２／ｇ以上である。こうすることにより、焼結粒子が小さく、焼結密度の高い焼結体を得ることが可能となる。湿式法のボールミルやビーズミル、アトライタ、振動ミル、遊星ミル、ジェットミル等を用いる場合には、粉砕後のスラリーを乾燥する必要がある。この乾燥方法は特に限定されるものではないが、例えば、濾過乾燥、流動層乾燥、噴霧乾燥等が例示できる。
また、酸化物粉末以外の粉末を使用する場合や焼成時を容易にするため予めＩｎＧａＺｎＯ４を生成させる場合は、混合後に９００から１２００℃で仮焼を行うことも出来る。仮焼粉末を使用する場合も粉砕して、平均粒径を１．０μｍ以下とすることが好ましく、０．１から１．０μｍとすることがさらに好ましい。なお、成形処理に際しては、ポリビニルアルコール、アクリル系ポリマー、メチルセルロース、ワックス類、オレイン酸等の炭化水素系化合物の成形助剤を原料粉末に極力添加しないことが好ましい。スラリー化する際に必要な最低限の炭化水素系化合物の分散剤とすることが好ましく、さらに好ましくは分散剤を利用しないことにある。
原料粉末の炭化水素系化合物の含有量が０．６ｗｔ％以下であることが好ましく、さらに好ましくは０．３ｗｔ％以下、さらに好ましくは０．２ｗｔ％以下、更に好ましくは０．１ｗｔ％以下、特に、原料粉末に炭化水素系化合物を含有しないことがさらに好ましい。
（２）成形工程
成形方法は、原料粉末（仮焼した場合には仮焼した混合粉末）を目的とした形状に成形できる成形方法を適宜選択することが可能であるが、冷間静水圧プレスにより成形した成形体を利用する焼結体の製造方法であって、複数の型枠部材からなる組立式型枠、該組立式型枠の内面に沿って移動可能に設けられた上パンチおよび前記組立式型枠に接して設けられた底板を備えるとともに、加圧終了後の減圧時に生じる成形体の膨張に併せて、前記組立式型枠を構成する型枠部材が移動可能な構造を有する成形型を利用する。なお、前記底板は前記組立式型枠の内面に沿って移動することができないように構成されていることが好ましい。また、前記底板又は下パンチは前記上パンチよりも圧縮変形の少ない材料で構成されていることが好ましく、特に、前記底板又は下パンチが金属製であり、前記上パンチが樹脂製であることが好ましい。
成形方法は、原料粉末（仮焼した場合には仮焼した混合粉末）を目的とした形状に成形できる成形方法を適宜選択することが可能であるが、冷間静水圧プレスにより成形した成形体を利用する焼結体の製造方法であって、複数の型枠部材からなる組立式型枠、該組立式型枠の内面に沿って移動可能に設けられた上パンチおよび前記組立式型枠に接して設けられた底板を備えるとともに、加圧終了後の減圧時に生じる成形体の膨張に併せて、前記組立式型枠を構成する型枠部材が移動可能な構造を有する成形型を利用する。なお、前記底板は前記組立式型枠の内面に沿って移動することができないように構成されていることが好ましい。また、前記底板又は下パンチは前記上パンチよりも圧縮変形の少ない材料で構成されていることが好ましく、特に、前記底板又は下パンチが金属製であり、前記上パンチが樹脂製であることが好ましい。
その成形型は、成形型内に原料粉末を充填し圧縮して成形体を製造するための成形型であって、加圧圧縮時には充填した原料粉末に対して実質的に１軸方向からのみ加圧し、加圧終了後の減圧時には成形体に対して実質的に等方的に圧力を開放可能な構造を有していることを特徴とする圧縮成形用成形型である。なお、成形体の板面を水平にした状態で成形を行う場合、成形体の自重や、上パンチの重量による力が成形体に作用するが、本発明の成形体では、成形体の板面の面積が大きいため、これらの力による圧力は無視することができる。
さらに、本発明の上記成形型では、組立式型枠を構成する型枠部材の少なくとも一部が、隣接する型枠部材の端部と係合し、成形時の加圧下において、組立式型枠が形成する原料粉末充填室の開口形状が所定の大きさ以下にならないように制限する構造を、その端部に有していることが好ましい。なお、本発明においては、原料粉末充填室は組立式型枠の内面、上パンチの底面及び底板(又は下パンチ)の上面により構成される空間を意味するが、この原料粉末充填室の上パンチの底面に平行な面での断面形状を原料粉末充填室の開口形状又は組立式型枠の開口形状と称する。
また、底板及び上パンチの原料粉末に接する面は各々１つの平面で構成されていても良く、また、底板が互いに移動可能な複数の底板構成部材からなり、かつ、前記底板の原料粉末に接する面に少なくとも１つの凹部を有するものであっても良い。同様に、上パンチが互いに移動可能な複数の上パンチ構成部材からなり、かつ、前記上パンチの原料粉末に接する面に少なくとも１つの凹部を有するものであっても良い。
成形圧力は成形体に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く、成形密度は可能な限り高めた方が好ましい。そのために冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）成形におけるＣＩＰ圧力は充分な圧密効果を得るため１ｔｏｎ／ｃｍ２以上が好ましく、さらに好ましくは２ｔｏｎ／ｃｍ２以上、とりわけ好ましくは２から３ｔｏｎ／ｃｍ２である。
（３）焼成工程
次に得られた成形体を焼成する。焼成に際しては、電磁波加熱を用いて焼成することが好ましく、使用される焼成炉としては、バッチ式、連続式、外部加熱式とのハイブリット式等の種々の焼成炉を使用することができる。
次に得られた成形体を焼成する。焼成に際しては、電磁波加熱を用いて焼成することが好ましく、使用される焼成炉としては、バッチ式、連続式、外部加熱式とのハイブリット式等の種々の焼成炉を使用することができる。
一般的にセラミックス材料の焼成に用いられる電気炉のような外部加熱の場合、焼結体の外表面から焼結が進行するために、焼結体の中心部でクローズドポアとなりポアが残り易く、特にＩＧＺＯのように結晶の成長速度が速い材料では、結晶粒子の内部（粒内）にポアが取り込まれ易く、高密度で均一な焼結体が得られ難い。さらに、層状で異方性を持つＩＧＺＯの結晶構造では、一次粒子が成長するとその異方性のために結晶粒子の間（粒界）に隙間が発生し、ポアが集合し大きなポアとなり易い。したがって、特にＩＧＺＯのように結晶の粒成長が速く異方性を持つ材料は、電気炉のような外部加熱では、高密度でかつ微細な組織をもつ焼結体を得ることが困難である。ここで述べられる一次粒子とは焼結体を断面研磨後、エッチング後に観察される粒子径を指す。
一方、電磁波加熱による自己発熱の場合、焼結体自身が内部から加熱され、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る理想的な焼結が可能である。また、電磁波加熱は、急速に加熱しても焼結体自身の内部から自己発熱により加熱されるため、大型品でも温度分布が少なく、焼成において割れ難く、さらに、自己発熱により均一に加熱されるために、焼成の保持時間も短くすることができ、結晶粒子の成長を抑制することが可能である。
しかし、電磁波加熱による自己発熱は、外部加熱のようにどのような材料で適用できるものではなく、加熱のし易さは、被加熱材料の電磁波吸収特性に依存する。電磁波吸収特性は、誘電損失が大きい物質ほど良く、誘電損失の小さい物質では電磁波を吸収せず、電磁波加熱ができない。誘電損失は個々の物質により決まるが、誘電損失には温度依存性があり、物質によっては温度により電磁波吸収特性が大きく異なるものがある。電磁波吸収特性が異なる物質が共存する場合、吸収特性の良い物質が存在するところで局所的に加熱され、吸収特性の悪いところでは加熱されないため、試料内で温度分布が発生し割れたり、局所的な異常粒成長を引き起こしたりする。このため、電磁波吸収特性が異なる物質が共存する場合、割れのない均一な焼結体を得るのが困難である。
本発明のＩＧＺＯ焼結体において、金属元素の原子比換算でＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１の組成となるように原料を配合する場合、原料として酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛を用いると、酸化インジウムは室温付近の低温から高温まで電磁波吸収特性が良好な自己発熱し易い物質であるが、酸化ガリウムは電磁波吸収特性が悪く自己発熱し難い物質であり、さらに酸化亜鉛は低温域では電磁波吸収特性が悪く特定の温度を超えると電磁波吸収特性が良くなる温度依存性を示す物質である。すなわち、ＩＧＺＯは、電磁波吸収特性が全く異なる材料が共存する複合材料系であり、上記説明のように電磁波加熱をした場合、局所的な加熱による割れや異常粒成長などを引き起こし、均一な焼結体を得ることが困難な材料である。
しかしながら、ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造のみを有するＩＧＺＯ焼結体の焼成において、原料粉末のＸ線回折から求められる結晶子径を６０ｎｍ以下に粉末を調製することで、電磁波加熱においても割れがない均一な焼結体を得ることが可能となる。複数の原料を混合した複合原料の場合、本願で言う原料粉末のＸ線回折から求められる結晶子径とは、各原料の結晶構造に由来するＸ線回折ピークからそれぞれ別々に結晶子径を算出したときの最大の値である。
電磁波を用いた加熱は、吸収した電磁波により物質内部の双極子が振動・回転・衝突・摩擦を引き起こし、物質の自己発熱によって加熱される。すなわち、結晶粒子の内部で自己発熱が起きるが、その発生する熱量は結晶粒子の大きさによって決まるため、原料粉末の結晶粒子を小さくすることで、局所的に発生する発熱を小さく、さらに分散することができ、自己発熱の違いによる温度分布を小さく抑えることができる。これにより、電磁波吸収特性が異なる材料が共存するＩＧＺＯでも、割れが無く、均一な焼結体を得ることが可能となる。
本発明のＩＧＺＯ焼結体は、電磁波加熱であり自己発熱による均一加熱のため、高密度化に必要な十分な焼成温度であるにも関わらず、急速加熱や保持時間を短くすることで、結晶粒子の成長を抑制し、高密度で、高強度な焼結体を得ることができる。
本発明で用いる電磁波としてはマグネトロンまたはジャイロトロン等から発生する連続またはパルス状の２．４５ＧＨｚ等のマイクロ波、２８ＧＨｚ等のミリ波、またはサブミリ波が利用できる。電磁波の周波数の選択は、被焼成物の電磁波吸収特性から適切なものを選択することができるが、発振器のコスト等の経済性を考慮すると２．４５ＧＨｚのマイクロ波が好ましい。
電磁波による焼成の場合、成形体はセッターの上に置かれ、断熱材で囲まれる。この際、断熱材の内側に等温熱障壁を設置することも可能である。セッターや等温熱障壁の材質は焼成温度にて耐熱性を有する材料を選択すればよく、アルミナ、ムライト、ジルコニア、ＳｉＣ等が挙げられる。
焼成時の昇温速度については特に限定はなく、高強度の焼結体を得るために、２０から６００℃／時間が好ましく、好ましくは１００から６００℃／時間、より好ましくは３００から６００℃／時間、さらに好ましくは４００から６００℃／時間とする。電磁波による焼成は自己発熱による加熱であるため、被焼成物内の温度分布が小さく、特に大型焼成物を速い昇温速度で加熱しても割れの発生が非常に少ない。なお水分や炭化水素系化合物を含む成形体の場合、特に大型の成形体では水分やバインダー成分が揮発する際に、急激な体積膨張を伴うと成形体が割れることがある。このため、水分やバインダー成分が揮発している温度領域、例えば１００から４００℃の温度域においては昇温速度を２０から１００℃／時間とすることが好ましい。
焼成温度は、１３００℃から１５００℃が好ましい。この温度範囲であれば、得られる焼結体は、十分にＩｎＧａＺｎＯ４のホモロガス結晶構造となる。
焼成温度での保持時間は特に限定はなく、５時間以内が好ましい。また、降温速度は、焼成温度から１１００℃までは２５０℃／時間以上が好ましく、好ましくは３００℃／時間以上である。この温度域を２５０℃／時間以上で降温することで焼結体の表面へ取り込まれる酸素を少なくすることができ、焼結体表面の色むらを抑制することが可能である。これ以外の温度域では、降温速度については特に限定はなく、焼結炉の容量、焼結体のサイズ及び形状、割れ易さなどを考慮して適宜決定することができる。
焼成時の雰囲気としては特に制限はなく、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。また、焼結体表面の色むらの抑制や焼結体の比抵抗を下げる目的で、焼成温度からの降温時に、窒素等の非酸化性雰囲気とすることも可能である。
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こともできる。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。
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こともできる。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、特に限定はなく、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１００ｍｍ×横２００ｍｍ（ターゲット面の面積２００ｃｍ２）以上の大型の焼結体を作製することができる。その焼結体サイズは大きい程生産効率が高くなる。その面積は４００ｃｍ２以上が好ましく、さらに好ましくは１２００ｃｍ２以上である。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はなく、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。
ターゲットの表面粗さは特に限定はなく、表面粗さを小さくするためには研削時間がかかり経済的で無いため、表面粗さ（Ｒａ）は１μｍ以上が好ましい。
本発明では、ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造のみを有するＩＧＺＯ焼結体において、高密度かつ高強度を有する焼結体を得ることができる。このような焼結体を平板形スパッタリングターゲットまたは円筒形スパッタリングターゲットとして使用した場合、割れの問題の発生が少なく、異常放電（アーキング）の発生が少ない高品質のターゲットを製造することができる。また、焼結体の強度が高いために焼結体の加工が容易となり、大型のターゲットを歩留りよく作製することができる。
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、本実施例における各測定は以下のように行った。
（１）焼結体の密度
焼結体の相対密度は、ＪＩＳＲ１６３４に準拠して、アルキメデス法によりかさ密度を測定し、真密度で割って相対密度を求めた。焼結体の真密度は、Ｘ線回折の結晶格子から算出される６．３８ｇ／ｃｍ３（ＭａｔｅｒｉａｌｓＤａｔａＩｎｃ．ＪＡＤＥ７（ｖｅｒ．７ｊ）ＦｉｌｅＮｏ．００－０３８－１１０４参照）を用いた。
焼結体の相対密度は、ＪＩＳＲ１６３４に準拠して、アルキメデス法によりかさ密度を測定し、真密度で割って相対密度を求めた。焼結体の真密度は、Ｘ線回折の結晶格子から算出される６．３８ｇ／ｃｍ３（ＭａｔｅｒｉａｌｓＤａｔａＩｎｃ．ＪＡＤＥ７（ｖｅｒ．７ｊ）ＦｉｌｅＮｏ．００－０３８－１１０４参照）を用いた。
（２）結晶子径
各原料粉末のメインピークを含む範囲のＸ線回折パターンを測定し、Ｘ線回折ピークからＳｃｈｅｒｒｅｒの式により結晶子径を算出した。なお、複数の原料を混合した複合原料の場合、各原料の結晶構造に帰属できるＸ線回折ピークの中で最大強度のピークから算出した。
（Ｘ線回折試験の測定条件）
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°
（３）Ｘ線回折測定
鏡面研磨した焼結体試料の２θ＝２０から７０°の範囲のＸ線回折パターンを測定し、ＩｎＧａＺｎＯ４の回折パターン（（株）リガク社のＸ線回折解析ソフトＪＡＤＥ７．０のデーターベースＮｏ：０１－０７０－３６２６）と比較した。
（Ｘ線回折試験の測定条件）
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°
（４）平均一次粒子径
鏡面研磨し、エッチング処理した焼結体試料を走査型電子顕微鏡で観察し、得られた焼結体組織画像から直径法で一次粒子径を測定した。少なくとも任意の３点以上を観察し、３００個以上の粒子について測定し、その５０％粒子径を平均一次粒子径とした。
（エッチング条件）
溶液：塩酸３Ｎ
温度：５０℃
時間：７０から８０秒
（走査電子顕微鏡の測定条件）
加速電圧：４０ｋＶ、４０ｍＡ
（５）ポア個数
（４）と同様にして、得られた焼結体組織写真から結晶粒界と粒内に存在するポアの個
数を測定した。少なくとも任意の３点以上を観察し、５００個以上のポアの測定を行った。
各原料粉末のメインピークを含む範囲のＸ線回折パターンを測定し、Ｘ線回折ピークからＳｃｈｅｒｒｅｒの式により結晶子径を算出した。なお、複数の原料を混合した複合原料の場合、各原料の結晶構造に帰属できるＸ線回折ピークの中で最大強度のピークから算出した。
（Ｘ線回折試験の測定条件）
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°
（３）Ｘ線回折測定
鏡面研磨した焼結体試料の２θ＝２０から７０°の範囲のＸ線回折パターンを測定し、ＩｎＧａＺｎＯ４の回折パターン（（株）リガク社のＸ線回折解析ソフトＪＡＤＥ７．０のデーターベースＮｏ：０１－０７０－３６２６）と比較した。
（Ｘ線回折試験の測定条件）
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°
（４）平均一次粒子径
鏡面研磨し、エッチング処理した焼結体試料を走査型電子顕微鏡で観察し、得られた焼結体組織画像から直径法で一次粒子径を測定した。少なくとも任意の３点以上を観察し、３００個以上の粒子について測定し、その５０％粒子径を平均一次粒子径とした。
（エッチング条件）
溶液：塩酸３Ｎ
温度：５０℃
時間：７０から８０秒
（走査電子顕微鏡の測定条件）
加速電圧：４０ｋＶ、４０ｍＡ
（５）ポア個数
（４）と同様にして、得られた焼結体組織写真から結晶粒界と粒内に存在するポアの個
数を測定した。少なくとも任意の３点以上を観察し、５００個以上のポアの測定を行った。
（６）抗折強度
ＪＩＳＲ１６０１に準拠して測定した。
（抗折強度の測定条件）
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）炭素量測定
焼結体中の炭素量は炭素量分析装置（ＬＥＣＯ社製）を利用し測定を行った。
ＪＩＳＲ１６０１に準拠して測定した。
（抗折強度の測定条件）
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）炭素量測定
焼結体中の炭素量は炭素量分析装置（ＬＥＣＯ社製）を利用し測定を行った。
（実施例１から３）
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となるように秤量し得た。秤量した粉末を純水にてスラリー化し、そのスラリー濃度を５０ｗｔ％とした状態で、０．３ｍｍφのジルコニアビーズを用いて湿式ビーズミルの処理回数を変えて、実施例１から３の３種類のスラリーを得た。この時スラリー粘度が１０００ｐｓ以下となるように適宜分散剤（ＤＩＳＰＥＸ（登録商標） ＡＡ ４０４０／ＢＡＳＦ社製）を添加した。添加量は酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛粉末の合計量に対し０．１～０．２ｗｔ％とした。次に、これらの粉砕処理を行ったスラリーを噴霧乾燥機により造粒乾燥を行い、原料粉末を得た。粉砕の処理回数と得られた粉末のＸ線回折から算出した結晶子径等の測定結果を表１に示す。
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となるように秤量し得た。秤量した粉末を純水にてスラリー化し、そのスラリー濃度を５０ｗｔ％とした状態で、０．３ｍｍφのジルコニアビーズを用いて湿式ビーズミルの処理回数を変えて、実施例１から３の３種類のスラリーを得た。この時スラリー粘度が１０００ｐｓ以下となるように適宜分散剤（ＤＩＳＰＥＸ（登録商標） ＡＡ ４０４０／ＢＡＳＦ社製）を添加した。添加量は酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛粉末の合計量に対し０．１～０．２ｗｔ％とした。次に、これらの粉砕処理を行ったスラリーを噴霧乾燥機により造粒乾燥を行い、原料粉末を得た。粉砕の処理回数と得られた粉末のＸ線回折から算出した結晶子径等の測定結果を表１に示す。
これら粉末を用いて、３００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で金型プレスにより３０ｍｍ×３０ｍｍ×１０ｍｍｔの成形体を作製後、２ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力でＣＩＰ処理した。
次にこの成形体をマイクロ波焼成炉（周波数＝２．４５ＧＨｚ）でアルミナ製のセッターの上に設置して、以下の条件で焼成し、焼結体を得た。
（焼成条件）
焼成温度：１４００℃
保持時間：１時間
昇温速度：３００℃／時間
雰囲気：大気
降温速度：３００℃／時間（１４００℃から１１００℃まで）
得られた焼結体の焼成割れの状況、相対密度、Ｘ線回折の測定結果を表１に示す。
（焼成条件）
焼成温度：１４００℃
保持時間：１時間
昇温速度：３００℃／時間
雰囲気：大気
降温速度：３００℃／時間（１４００℃から１１００℃まで）
得られた焼結体の焼成割れの状況、相対密度、Ｘ線回折の測定結果を表１に示す。
（比較例１）
湿式ビーズミルにて粉砕処理を１回行った以外は、実施例１と同様の方法で焼結体を得た。得られた粉末のＸ線回折から算出した結晶子径の測定結果と、得られた焼結体の焼成割れの状況、相対密度、Ｘ線回折の測定結果等を表１に示す。
湿式ビーズミルにて粉砕処理を１回行った以外は、実施例１と同様の方法で焼結体を得た。得られた粉末のＸ線回折から算出した結晶子径の測定結果と、得られた焼結体の焼成割れの状況、相対密度、Ｘ線回折の測定結果等を表１に示す。
（比較例２）
実施例１と同様に原料粉末を秤量し、秤量した粉末と直径１５ｍｍの鉄心入りナイロン製ボールをポリエチレン製のポットに入れ、乾式ボールミルにより２４時間混合し、混合粉末を調製した。得られた粉末のＸ線回折から算出した結晶子径の測定結果等を表１に示す。
実施例１と同様に原料粉末を秤量し、秤量した粉末と直径１５ｍｍの鉄心入りナイロン製ボールをポリエチレン製のポットに入れ、乾式ボールミルにより２４時間混合し、混合粉末を調製した。得られた粉末のＸ線回折から算出した結晶子径の測定結果等を表１に示す。
次に、この粉末を実施例１と同様の方法にて成形および焼成を行った。得られた焼結体の焼成割れの状況、相対密度、Ｘ線回折等の測定結果を表１に示す。均一に混合できず、また、ナイロンやポリエチレンが混入し炭素量が増加した。
（実施例４から８）
実施例２の粉末を用いて、成形体の大きさを１２０ｍｍ×２１０ｍｍ×１０ｍｍ
ｔ（スパッタ面面積２５２ｃｍ２相当）とし、平板形の成形体を作製するにあたり、上記成形体を得ることが可能なサイズ（図２）の成形型を利用し、５の部分に粉末を充填、上パンチ１、緩衝材６を載せた上で全体を真空包装し、ＣＩＰ装置にて２ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力で加圧し、成形体を得た。マイクロ波焼成の条件を一部変更した以外、実施例１と同様の方法で５種類の焼結体を得た。焼成条件と得られた焼結体の相対密度、結晶粒径、ポア個数比（粒界／粒内）、抗折強度、Ｘ線回折等の測定結果を表２に示す。
実施例２の粉末を用いて、成形体の大きさを１２０ｍｍ×２１０ｍｍ×１０ｍｍ
ｔ（スパッタ面面積２５２ｃｍ２相当）とし、平板形の成形体を作製するにあたり、上記成形体を得ることが可能なサイズ（図２）の成形型を利用し、５の部分に粉末を充填、上パンチ１、緩衝材６を載せた上で全体を真空包装し、ＣＩＰ装置にて２ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力で加圧し、成形体を得た。マイクロ波焼成の条件を一部変更した以外、実施例１と同様の方法で５種類の焼結体を得た。焼成条件と得られた焼結体の相対密度、結晶粒径、ポア個数比（粒界／粒内）、抗折強度、Ｘ線回折等の測定結果を表２に示す。
（実施例９、比較例３、４）
実施例２の粉末を用いて、成形体の大きさを１２０ｍｍ×２１０ｍｍ×１０ｍｍｔとし、バインダーとしてポリビニルアルコールを原料に対し１％混合した以外、実施例１と同様の方法で成形体を得た。次に、この成形体を電気炉でアルミナ製のセッターの上に設置して、表２に示した焼成条件以外は、以下の条件で焼成し、実施例９、比較例３、４の３種類の焼結体を得た。
（比較例５）
バインダーを添加せずに成形した以外は比較例３と同様の方法で成形を行ったが、成形割れを生じたため、焼結体を作製することができなかった。
（焼成条件）
雰囲気：大気
降温速度：２００℃／時間（１４００℃から１１００℃まで）
得られた焼結体の相対密度、結晶粒径、ポア個数比（粒界／粒内）、抗折強度、Ｘ線回折等の測定結果を表２に示す。
実施例２の粉末を用いて、成形体の大きさを１２０ｍｍ×２１０ｍｍ×１０ｍｍｔとし、バインダーとしてポリビニルアルコールを原料に対し１％混合した以外、実施例１と同様の方法で成形体を得た。次に、この成形体を電気炉でアルミナ製のセッターの上に設置して、表２に示した焼成条件以外は、以下の条件で焼成し、実施例９、比較例３、４の３種類の焼結体を得た。
（比較例５）
バインダーを添加せずに成形した以外は比較例３と同様の方法で成形を行ったが、成形割れを生じたため、焼結体を作製することができなかった。
（焼成条件）
雰囲気：大気
降温速度：２００℃／時間（１４００℃から１１００℃まで）
得られた焼結体の相対密度、結晶粒径、ポア個数比（粒界／粒内）、抗折強度、Ｘ線回折等の測定結果を表２に示す。
（実施例１０から１３）
平板形および円筒形の種々の大きさの成形体を作製した以外、実施例５と同様の方法で焼結体を作製した。次に、これら焼結体をターゲットとするために、平板形の焼結体は平面研削盤により、円筒形の焼結体は円筒研削盤により加工を実施した。加工後の焼結体に割れは認められなかった。得られた焼結体のサイズおよび割れ発生の有無等を表３に示す。
平板形および円筒形の種々の大きさの成形体を作製した以外、実施例５と同様の方法で焼結体を作製した。次に、これら焼結体をターゲットとするために、平板形の焼結体は平面研削盤により、円筒形の焼結体は円筒研削盤により加工を実施した。加工後の焼結体に割れは認められなかった。得られた焼結体のサイズおよび割れ発生の有無等を表３に示す。
作製した焼結体のうち、実施例１２の円筒形焼結体をチタン製のバッキングチューブにそれぞれボンディングしてターゲットとした後、回転カソード型のスパッタ装置に取り付け、下記条件にて残厚み１ｍｍまでスパッタリングを行った。その後、ターゲット表面を観察し、割れが発生していないことを確認した。
（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：１ｋＷ（１０．６Ｗ／ｃｍ２）
ターゲット回転：５ｒｐｍ
（比較例６，７）
平板形および円筒形の種々の大きさの成形体を作製した以外、比較例３と同様の方法で焼結体を作製した。次に、これら焼結体をターゲットとするために、平板形の焼結体は平面研削盤により、円筒形の焼結体は円筒研削盤により加工を実施した。得られた焼結体のサイズおよび割れ発生の有無等を表３に示す。
（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：１ｋＷ（１０．６Ｗ／ｃｍ２）
ターゲット回転：５ｒｐｍ
（比較例６，７）
平板形および円筒形の種々の大きさの成形体を作製した以外、比較例３と同様の方法で焼結体を作製した。次に、これら焼結体をターゲットとするために、平板形の焼結体は平面研削盤により、円筒形の焼結体は円筒研削盤により加工を実施した。得られた焼結体のサイズおよび割れ発生の有無等を表３に示す。
作製した焼結体のうち、比較例６の円筒形焼結体をチタン製のバッキングチューブにボンディングしてターゲットとした後、回転カソード型のスパッタ装置に取り付け、実施例１４と同様の条件にてスパッタリングを行った。その後、ターゲット表面を観察し、スパッタリングの初期（３ｋＷｈ）に割れが発生したことを確認した。
１、１１ 上パンチ
２、１２ 組立式型枠
２ａ、１２ａ 型枠部材
２ｂ、１２ｂ 型枠部材
３、１３ 底板
４、１４ 台座
５ 原料粉末
６ 緩衝材
７、８ 段部
２、１２ 組立式型枠
２ａ、１２ａ 型枠部材
２ｂ、１２ｂ 型枠部材
３、１３ 底板
４、１４ 台座
５ 原料粉末
６ 緩衝材
７、８ 段部
Claims (9)
- 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、焼結体中の炭素量が０．００５ｗｔ％以下であり、結晶粒径が５μｍ以下、かつ焼結体の相対密度が９８％以上であることを特徴とする焼結体。
- 抗折強度が１５０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の焼結体。
- ターゲット面の面積が２００ｃｍ２以上であって、形状が平板形であることを特徴とする請求項１又は２記載の焼結体。
- ターゲット面の面積が４８６ｃｍ２以上であって、形状が円筒形であることを特徴とする請求項１又は２記載の焼結体。
- 請求項１から４のいずれかに記載の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。
- 炭化水素系化合物含有量が０．６％以下である、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含有する原料粉末を混合し、成形型内に充填し、冷間静水圧プレスにより成形した成形体を利用する焼結体の製造方法であって、複数の型枠部材からなる組立式型枠、該組立式型枠の内面に沿って移動可能に設けられた上パンチおよび前記組立式型枠に接して設けられた底板を備えるとともに、加圧終了後の減圧時に生じる成形体の膨張に併せて、前記組立式型枠を構成する型枠部材が移動可能な構造を有する成形型を利用し成形し、得られた成形体を焼成することを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の焼結体の製造方法。
- 組立式型枠に接して設けられた底板が、前記組立式型枠の内面に沿って移動することができないように構成されている成形型を利用することを特徴とする請求項６に記載の焼結体の製造方法。
- 底板が上パンチよりも圧縮変形の少ない材料により構成される成形型を利用することを特徴とする請求項６又は７に記載の焼結体の製造方法。
- 成形体を電磁波加熱を用いて焼成することを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021063938A JP2022159633A (ja) | 2021-04-05 | 2021-04-05 | Ｉｇｚｏ焼結体、その製造方法及びスパッタリングターゲット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021063938A JP2022159633A (ja) | 2021-04-05 | 2021-04-05 | Ｉｇｚｏ焼結体、その製造方法及びスパッタリングターゲット |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022159633A true JP2022159633A (ja) | 2022-10-18 |
Family
ID=83641438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021063938A Pending JP2022159633A (ja) | 2021-04-05 | 2021-04-05 | Ｉｇｚｏ焼結体、その製造方法及びスパッタリングターゲット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2022159633A (ja) |
-
2021
- 2021-04-05 JP JP2021063938A patent/JP2022159633A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5904056B2 (ja) | Ｉｇｚｏ焼結体、その製造方法及びスパッタリングターゲット | |
| WO2014021334A1 (ja) | 酸化物焼結体、及びスパッタリングターゲット | |
| JP6264846B2 (ja) | 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 | |
| JP2013129545A (ja) | Ｉｇｚｏ焼結体、その製造方法及びスパッタリングターゲット | |
| KR101648656B1 (ko) | Li 함유 인산염 화합물 소결체 및 스퍼터링 타깃, 및 그 제조 방법 | |
| JP5218032B2 (ja) | 透明導電膜用焼結体の製造方法 | |
| JP5998712B2 (ja) | Ｉｇｚｏ焼結体、及びスパッタリングターゲット並びに酸化物膜 | |
| JP2001322871A (ja) | 希土類元素を含有する酸化物焼結体およびその製造方法 | |
| JP6070171B2 (ja) | Ｉｇｚｏ焼結体およびスパッタリングターゲット | |
| JP2022159633A (ja) | Ｉｇｚｏ焼結体、その製造方法及びスパッタリングターゲット | |
| JP2014125422A (ja) | 酸化物焼結体、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 | |
| JP6582698B2 (ja) | 酸化物焼結体及びスパッタリングターゲット | |
| TWI711596B (zh) | 氧化物燒結體、其製造方法及濺鍍靶材 | |
| TWI651268B (zh) | 氧化物燒結體、其製造方法、濺鍍靶材及薄膜 | |
| JP6705202B2 (ja) | 酸化物焼結体及びその製造方法 | |
| JP5309975B2 (ja) | 透明導電膜用焼結体及びスパッタリングターゲット並びにその製造方法 | |
| JP4835542B2 (ja) | 導電性セラミックス焼結体の製造方法 | |
| JP5685810B2 (ja) | 透明導電膜用焼結体の原料粉末 | |
| JP5169969B2 (ja) | 透明導電膜用焼結体の製造方法 | |
| JP6492877B2 (ja) | 酸化物焼結体及びその製造方法 | |
| JP2014125365A (ja) | Ｉｇｚｏ原料粉末 | |
| JP6883431B2 (ja) | ＬｉＣｏＯ２焼結体およびその製造方法 | |
| JP5740992B2 (ja) | 酸化物焼結体、それから成るターゲットおよび透明導電膜 | |
| WO2017119381A1 (ja) | 酸化物焼結体、その製造方法及びスパッタリングターゲット | |
| JP2017178691A (ja) | アルミナ焼結体の製法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240311 |