TWI515315B

TWI515315B - ITO sputtering target

Info

Publication number: TWI515315B
Application number: TW100121187A
Authority: TW
Inventors: Takashi Kakeno; Ryo Suzuki; Toshiya Kurihara; Yuichiro Nakamura; Kazuhiro Seki; Nobuhito Makino; Yoshikazu Kumahara
Original assignee: Jx Nippon Mining & Metals Corp
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2016-01-01
Also published as: KR101347967B1; WO2012066810A1; CN102906301B; JP5410545B2; JPWO2012066810A1; CN102906301A; TW201221670A; KR20120094086A

Description

ITO濺鍍靶

本發明係關於一種利用濺鍍法製作透明導電膜時所使用之濺鍍靶，特別係關於一種由複數片靶材構成且具有分割部之ITO濺鍍靶。

透明導電膜形成用ITO薄膜被廣泛用作以液晶顯示器、觸控面板、EL顯示器等為中心的顯示裝置之透明電極。多數情況ITO等透明導電膜形成用氧化物薄膜係藉由濺鍍而形成。

ITO(Indium Tin Oxide)薄膜由於高導電率、高穿透率之特徵故用於平板用顯示電極等。近年來，隨著平板顯示器(FPD)之大型化，ITO靶大型化之要求逐漸強烈。

然而，由於用於製造大型ITO之新設備投資或因翹曲等原因引起之良率下降，使得ITO靶大型化非常困難。因此，當前，大型ITO靶係使用將複數個小型ITO構件進行接合而成之多分割靶。

已知，若使用如上所述之多分割靶進行長時間之濺鍍，則於靶之表面，特別是分割部部分會有被稱作結球(nodule)之認為是銦之低級氧化物的黑色附著物析出，容易成為異常放電之原因，從而成為針對薄膜表面之微粒產生源。

對此，以往技術中有如下記載：利用在間隙部分之全部嵌入銦或各種合金之方法，能夠抑制濺鍍時結球之產生或異常放電。

例如，於專利文獻1，揭示有向間隙部分填充與靶主體之銦與錫之原子數比相等的銦-錫合金之方法。但是，為此，需要測定靶主體之銦與錫之原子數比，根據其結果而注入之銦-錫合金之組成每次均需要調整，因此在靶之生產性存在問題。

又，存在如下問題：由於將銦-錫合金注入至間隙部之全部，而使形成於其上部之膜之電性特性與形成於其他部分之膜之電性不同。

又，於專利文獻2中揭示有向間隙部分填充銦之方法，於專利文獻3揭示有填充熔點高於接合材料之合金之方法。

然而，該等方法亦會因為將銦等注入間隙部之全部，而有形成於其上部之膜之電性與形成於其他部分之膜之電性不同的問題。

於專利文獻4揭示有於間隙部分填充構成元素與金屬氧化物燒結體相同但其他組成不同之材料的方法。但是，當氧含量較少之情況時，由於具有與通常的合金幾乎無差異之特性，因此有形成於其上部之膜之電性與形成於其他部分之膜之電性不同之問題；又，相反地，當氧含量較多之情況時，由於與ITO之特性幾乎無差異，因此有於低溫無法熔解並流入至間隙部分之問題。

專利文獻1：日本特開平01-230768號公報

專利文獻2：日本特開平08-144052號公報

專利文獻3：日本特開2000-144400號公報

專利文獻4：日本特開2010-106330號公報

本發明之課題在於，提供如下之濺鍍靶：即使於對分割ITO靶進行連續濺鍍時，亦能夠抑制結球之產生或異常放電並且得到在與間隙部分相向之基板上所形成的膜之特性與其他部分的膜之特性無差別、即膜特性之均勻性較高的膜之ITO濺鍍靶，特別是FPD用濺鍍靶。

為了解決上述之課題，本發明人等潛心進行研究之後得到如下之見解：由複數之分割靶構成ITO濺鍍靶，並對該複數之分割靶之邊緣部進行設計，藉此排列分割靶而製作出大型靶，從而可提供能夠降低起因於各分割靶之邊緣部的微粒之產生所引起的不良之濺鍍靶，特別是FPD用濺鍍靶。

基於如此之見解，本發明，

1)提供一種ITO濺鍍靶，其係將複數之ITO分割靶排列於底板(backing plate)上且與該底板接合而構成者，僅於所排列之ITO分割靶之間的間隙側之側面具有選自銦、銦合金或錫合金之中之一種物質的被覆層。

2)又，本發明提供上述1)所述之ITO濺鍍靶，其中，銦合金或錫合金係選自In-Sn、In-Bi、In-Bi-Sn、In-Ga、In-Ga-Sn、In-Ga-Bi、Sn-Ga、Sn-Bi、Sn-Ga-Bi之中之任意一種物質。

3)又，本發明提供上述1)或2)所述之ITO濺鍍靶，其中，ITO分割靶之間的間隙為0.2～0.8mm。

4)又，本發明提供上述1)～3)中之任一項所述之ITO濺鍍靶，其中，被覆層之厚度為0.04～0.35mm，自間隙之大小減去被覆層之厚度而得到的間隙之大小為0.1～0.72mm。經上述調整後之本發明之濺鍍靶能夠提供即使在對分割ITO靶進行連續濺鍍時亦能夠抑制結球之產生或異常放電並且能得到在與間隙部分相向的基板上所形成的膜之特性與其他部分的膜之特性無差別、即膜特性之均勻性較高的膜之ITO濺鍍靶，特別是FPD用濺鍍靶，且具有能夠提高膜形成之良率，且能夠提高產品品質之優點。

本發明之ITO濺鍍靶係將複數之ITO分割靶排列於底板上並與該底板接合而構成的ITO濺鍍靶，且僅於所排列之ITO分割靶之間的間隙側之側面具有選自銦、銦合金或錫合金之中之一種物質的被覆層作為基礎。

即，排列於底板上之複數之ITO分割靶，並非各個側面密合，而是具有固定之間隔(間隙)。圖2表示其概念圖。另一方面，圖1表示用於說明本發明之代表性的ITO濺鍍靶之剖面圖。

該分割ITO靶之各構件，能夠以如下所述之方法進行製造。首先，以使得氧化錫成為10 wt%之方式來稱量氧化銦粉及氧化錫粉。

通常的ITO之氧化錫濃度為10 wt%，但是，亦可在透明導電體特性而能夠允許之範圍內，將氧化錫之濃度設為3～40 wt%之範圍。

接著，對所稱量之原料粉利用濕式介質攪拌研磨機等進行混合粉碎，並進行用於提高流動性之造粒，但是為了增加成形體強度，亦可向造粒時之漿料添加PVA等黏合劑。

接著，在進行了壓機成形(press forming)之後，於氧環境或大氣環境進行常壓燒結，而得到ITO燒結體。

對所得之ITO燒結體進行機械加工，分割ITO靶之各構件。此時較佳為對角進行去角加工，進行減小表面粗糙度之加工。關於分割ITO靶之個數，例如為了適合於FPD，可根據大型ITO靶之尺寸來決定。

此種ITO靶，俯視觀察時，一般呈矩形，因此可製作與此相對應地排列複數個長方形之分割ITO靶。然而，分割ITO靶不限定於長方形，當然亦可為其他形狀，例如正方形、三角形、扇形或者將該等形狀適當組合而進行製作。本發明包含該等情形。

於以上述方式製作之ITO靶之各構件之側面，將銦或銦合金等被覆於側面而形成上述物質之被覆層。關於形成該被覆層之方法，並無特別限制，但是，例如亦可使用在下述之底板進行接合之由銦或銦合金構成之焊料而形成。其他方法，可使用熱熔射法、電鍍法等。又，亦可僅對側面利用電解進行還原而使其成為In系金屬。

於形成被覆層之後，在由銅或銅合金等所構成之底板使用由銦或銦合金所構成之焊料，如上述圖1所示進行接合。

僅於側面附著銦或銦合金等之原因係，若不附著銦等，則容易產生以ITO靶之分割靶各構件之間的間隙之端部為起點之異常放電等，又，相反地，若如以往例般於間隙之全部嵌入銦等，則形成於該部分之上部的膜之電性與形成於其他部分的膜之電性不同。

需要調整ITO靶之分割靶各構件之間的間隙(間隔)，將該間隙設為0.2～0.8mm。此時之ITO分割靶之間的間隙係形成被覆層之前的間隙。僅於ITO分割靶之間隙側之側面，形成選自銦、銦合金或錫合金之中之一種物質的被覆層。之後，排列於底板上並與底板進行接合。

關於接合於底板上之各ITO分割靶，如上所述需要固定之間隙，其原因在於：若該間隙未達0.2mm，則難以防止在將多分割ITO靶之各構件貼附於底板後由於接合層(使用有焊料之接合層)冷卻時之熱收縮而引起的鄰接靶構件之間的碰撞導致之破損。

又，其原因在於：若相反地比0.8mm寬，則即使在各靶構件之側面形成有銦等，但因形成於側面之膜之電性與靶構件略有不同，故由於間隙(間隔)張開過大，而使濺鍍時之膜之面內均勻性劣化。

又，於ITO靶之濺鍍時及冷卻時，會重複地出現些微之熱膨脹及收縮，但由於分割靶之間隙具有對此進行適度調整之功能，因此亦有能夠防止靶龜裂或破裂之效果。

將形成於各ITO分割靶之側面的被覆層之厚度設為0.04～0.35mm。該被覆層之厚度係指與間隙相向的單面之厚度。該被覆層之目的在於，抑制結球之產生或異常放電，並且在與間隙部分相向的基板上所形成的膜之特性與其他部分的膜之特性無差別。

若被覆層之厚度未達0.04mm，則無該效果，若超過了0.35mm，則必需增大分割靶之間隙其本身，從而在膜之均勻性產生問題，因此較佳為將被覆層之厚度設為0.04～0.35mm。當然，根據分割靶之間隙，在上述範圍對被覆層之厚度進行調節。以上之結果，較佳為將自間隙之大小減去被覆層之厚度後所得之間隙之(大小)設為0.1～0.72mm。

附著於分割靶之側面之材料，較佳為銦、銦合金、錫合金。其原因在於，由於該等金屬或合金之熔點比較低，故容易附著於側面。又，作為銦合金及錫合金之較佳例，可列舉In-Sn、In-Bi、In-Bi-Sn、In-Ga、In-Ga-Sn、In-Ga-Bi、Sn-Ga、Sn-Bi、Sn-Ga-Bi。該等合金，特別是在形成與銦之合金之情形時，熔點比較低，為更佳之材料。

實施例

以下，基於實施例及比較例來進行說明。再者，本實施例僅為一例，本發明不受該例之任何限制。即，本發明僅由申請專利範圍所限制，其包含本發明中包含之實施例以外的各種變形。

(實施例1)

作為原料，將比表面積為5 m²/g之氧化銦粉末與氧化錫粉末以重量比9:1之比例混合而成之混合粉末於利用玻珠研磨機之濕式介質攪拌研磨機混合粉碎後，放入至壓機用模具，以700 Kg/cm²之壓力進行成形，製作出ITO成形體。

接著，將該ITO成形體在氧環境中以升溫速度5℃/min自室溫升溫至1500℃後，於1500℃保持溫度20小時，之後進行爐內冷卻，藉此完成燒結。

對於以上述所得之燒結體之表面，以平面磨床使用400號鑽石磨石研磨至厚度6.5mm，進而以鑽石切刀將側邊截斷成127mm×508mm之尺寸，從而製成ITO靶構件。製作出2片如此之加工體。

將該等燒結體設置於溫度設定為200℃之加熱板上並升溫後，僅於側面附著0.05mm厚之銦。

接著，將無氧銅製成之底板設置於溫度設定在200℃之加熱板上，將銦用作焊料，以使得其厚度成為大約0.2mm之方式進行塗佈。於該底板上，以設置0.4mm之間隙而使接合面彼此相向之方式來設置側面如上所述附著有銦的2片ITO燒結體，放置冷卻至室溫為止。根據上述內容，鄰接之分割靶之被覆層之間的距離(間隔)成為0.3mm。

將該靶安裝於SHINCRON製造之磁控管濺鍍裝置(BSC-7011)，以輸入電力為DC電源、2.3 W/cm²，氣體壓力為0.6Pa，以濺鍍氣體為氬氣(Ar)，氣體流量為300 Sccm，進行到濺鍍積分電力消耗量(integral power consumption)是120WHr/cm²為止。

在濺鍍中，測定出微電弧產生次數(次)。微電弧之判定基準係：檢測電壓為100V以上而釋放能量(電弧放電產生時之濺鍍電壓×濺鍍電流×產生時間)為10mJ以下。

當濺鍍積分電力消耗量達到160WHr/cm²後，將CORNING＃1737作為基板進行設置，將膜厚設為200nm，測定與間隙部相向之基板面及與此處起在相反方向分別距離2cm及分別距離4cm合計5個點之薄片電阻(sheet resistance)，求出平均值與薄片電阻之偏差(=100×2(最大薄片電阻值-最大薄片電阻值)/(最大薄片電阻值+最大薄片電阻值)%)，藉此來評價膜電阻均勻性(R1)。

表1表示該實施例1之R1(5個點之薄片電阻、平均值、薄片電阻之偏差)之結果。

又，表1亦同時表示間隙、附著於間隙之銦等之附著狀態、積分至120WHr/cm²為止的微電弧產生累計次數、膜特性等結果。

如上述表1、圖1所示，得到如下結果：實施例1之被覆於分割靶之側面的材料為銦(In)，被覆層之厚度為0.05mm，間隙為0.4mm，微電弧之產生次數為260次，薄片電阻之平均值為10.3Ω/□，薄片電阻之偏差為7.3%，薄片電阻之平均值為適度之數值，薄片電阻之偏差較少且微電弧之產生次數亦較少。

在ITO之情形時，可藉由薄片電阻評價基板上之膜之特性，薄片電阻之變動如此較少則意味著在基板上均勻地成膜。

(實施例2)

除了將被覆層之厚度改變為0.1mm之外，以與實施例1同樣之條件實施。將其結果同樣示於表1、圖1。鄰接之分割靶之被覆層之間的距離(間隔)成為0.2mm。

得到如下結果：微電弧之產生次數為232次，薄片電阻之平均值為10.2Ω/□，薄片電阻之偏差為7.0%，薄片電阻為適度之數值，薄片電阻之偏差較少且微電弧之產生次數亦較少。

在ITO之情形時，可藉由薄片電阻來評價基板上之膜之特性，薄片電阻之變動如此較少則意味著在基板上均勻地成膜。

(實施例3)

除了將間隙改變為0.2mm之外，以與實施例1同樣之條件實施。鄰接之分割靶之被覆層之間的距離(間隔)成為0.1mm。將其結果同樣示於表1、圖1。

得到如下結果：微電弧之產生次數為210次，薄片電阻之平均值為10.3 Ω/□，薄片電阻之偏差為4.9%，薄片電阻為適度之數值，薄片電阻之偏差較少且微電弧之產生次數亦較少。

(實施例4)

除了將附著於ITO分割靶側面之銦改變為錫濃度為10 at%之In-Sn合金之外，以與實施例1同樣之條件實施。將其結果同樣示於表1、圖1。鄰接之分割靶之被覆層之間的距離(間隔)成為0.3mm。

得到如下結果：微電弧之產生次數為212次，薄片電阻之平均值為10.4 Ω/□，薄片電阻之偏差為5.8%，薄片電阻為適度之數值，薄片電阻之偏差較少且微電弧之產生次數亦較少。

在ITO之情形時，能夠利用薄片電阻來評價基板上之膜之特性，薄片電阻之變動如此則較少意味著在基板上均勻地成膜。

(比較例1)

除了不於ITO分割靶側面附著任何物質而將分割靶之間隙設為0.4mm之外，以與實施例1同樣之條件實施。將其結果同樣示於表1。又，由於未在ITO分割靶側面形成被覆層，因此構造如圖2所示。

得到如下結果：微電弧之產生次數為750次，薄片電阻之平均值為10.2 Ω/□，薄片電阻之偏差為3.9%，薄片電阻之平均值為適度之數值，薄片電阻之偏差較少，但是，微電弧之產生次數變得極多。

(比較例2)

除了於ITO分割靶側面附著有0.02mm之銦(In)之外，以與實施例1同樣之條件實施。將其結果同樣示於表1、圖1。鄰接之分割靶之被覆層之間的距離(間隔)成為0.3mm。

得到如下結果：微電弧之產生次數為736次，薄片電阻之平均值為10.2 Ω/口，薄片電阻之偏差為3.9%，薄片電阻之平均值為適度之數值，薄片電阻之偏差較少，但是微電弧之產生次數變得極多。

(比較例3)

除了不於ITO分割靶側面附著任何物質而將分割靶之間隙設為0.2mm之外，以與實施例1同樣之條件實施。將其結果同樣示於表1。又，未在ITO分割靶側面形成被覆層，因此構造如圖2所示。

得到如下結果：微電弧之產生次數為508次，薄片電阻為10.2 Ω/□，薄片電阻之偏差為3.0%，薄片電阻之平均值為適度之數值，薄片電阻之偏差較少，但是與比較例1相比略微減少，而微電弧之產生次數變得極多。

(比較例4)

將分割靶之配置、即分割靶之間的間隙設為0.4mm，但在ITO分割靶之間填入了銦(In)。分割靶之間有間隙，但是，其間填入有其他物質，成為間隙實際上消除之狀態。除此以外，設為與實施例1同樣之條件。將其結果同樣示於表1。

微電弧之產生次數為240次，薄片電阻之平均值為9.4 Ω/□，薄片電阻之偏差為38.2%，微電弧之產生次數與實施例為相同程度，但是薄片電阻之平均值變差，薄片電阻之偏差變得極大。

在ITO之情形時，可藉由薄片電阻來評價基板上之膜之特性，但是，薄片電阻之變動如此較大則意味著基板上未均勻地成膜。

(比較例5)

將分割靶之配置、即分割靶之間的間隙設為0.2mm，但在ITO分割靶之間填入了銦(In)。分割靶之間有間隙，但是，其間填入有其他物質，成為間隙實際上消除之狀態。除此以外，設為與實施例1同樣之條件。將其結果同樣示於表1。

微電弧之產生次數為198次，薄片電阻之平均值為9.9 Ω/□，薄片電阻之偏差為17.6%，微電弧之產生次數與實施例幾乎為相同程度，但是，薄片電阻之平均值變差，薄片電阻之偏差變得極大。

根據上述之實施例、比較例可知，設為如下之構造極為重要，該構造係，將複數之ITO分割靶排列於底板上且與該底板接合而構成的ITO濺鍍靶，僅於所排列之ITO分割靶之間的間隙側之側面具有選自銦、銦合金或錫合金之中之一種物質的被覆層。

藉此，能夠抑制結球之產生或異常放電，並且在與間隙部分相向之基板上所形成之膜的特性與其他部分之膜的特性無差別，即能夠得到膜特性之均勻性較高的膜。

本發明之濺鍍靶能夠提供即使在對分割ITO靶進行連續濺鍍時，亦能夠抑制結球之產生或異常放電，並且能夠得到在與間隙部分相向的基板上所形成之膜的特性與其他部分的膜之特性無差別、即膜特性之均勻性較高的膜之ITO濺鍍靶，其具有能夠提高膜形成之良率，並提高產品之品質的較大之優點，且可提供可降低起因於分割靶部之微粒之產生所引起的不良率之大型濺鍍靶，因此作為FPD用濺鍍靶特別有效。

圖1係本發明之代表性的ITO濺鍍靶之剖面說明圖。

圖2係以固定之間隔(間隙)排列之以往型靶之說明圖。

Claims

一種ITO濺鍍靶，係將複數之ITO分割靶排列於底板上且與該底板接合而構成：其僅於所排列之ITO分割靶之間的間隙側之側面具有選自銦、銦合金或錫合金之中之一種物質的被覆層，且被覆層之厚度為0.04~0.35mm，自間隙之大小減去被覆層之厚度後所得的間隙之大小為0.1~0.72mm。
如申請專利範圍第1項所述之ITO濺鍍靶，其中，銦合金或錫合金係選自In-Sn、In-Bi、In-Bi-Sn、In-Ga、In-Ga-Sn、In-Ga-Bi、Sn-Ga、Sn-Bi、Sn-Ga-Bi之中之任意一種物質。
如申請專利範圍第1或2項所述之ITO濺鍍靶，其中，ITO分割靶之間的間隙為0.2~0.8mm。