CN103917688B - 溅射靶材及其制造方法 - Google Patents

溅射靶材及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103917688B
CN103917688B CN201280054163.7A CN201280054163A CN103917688B CN 103917688 B CN103917688 B CN 103917688B CN 201280054163 A CN201280054163 A CN 201280054163A CN 103917688 B CN103917688 B CN 103917688B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sintered body
target material
sputtering target
purity
sputtering
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.)
Active
Application number
CN201280054163.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103917688A (zh
Inventor
冈本研
荒堀忠久
佐藤彰繁
宮下幸夫
草野英二
坂本宗明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ferrotec Material Technologies Corp
Original Assignee
Ferrotec Ceramics Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ferrotec Ceramics Corp filed Critical Ferrotec Ceramics Corp
Publication of CN103917688A publication Critical patent/CN103917688A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103917688B publication Critical patent/CN103917688B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414—Targets
    • H01J37/3426—Material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111—Fine ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/081—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/84—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing record carriers
    • G11B5/851—Coating a support with a magnetic layer by sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3488—Constructional details of particle beam apparatus not otherwise provided for, e.g. arrangement, mounting, housing, environment; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/3491—Manufacturing of targets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/661—Multi-step sintering
    • C04B2235/662—Annealing after sintering
    • C04B2235/663—Oxidative annealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/785—Submicron sized grains, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/786—Micrometer sized grains, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/963—Surface properties, e.g. surface roughness
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B11/00—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor
    • G11B11/10—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor using recording by magnetic means or other means for magnetisation or demagnetisation of a record carrier, e.g. light induced spin magnetisation; Demagnetisation by thermal or stress means in the presence or not of an orienting magnetic field
    • G11B11/105—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor using recording by magnetic means or other means for magnetisation or demagnetisation of a record carrier, e.g. light induced spin magnetisation; Demagnetisation by thermal or stress means in the presence or not of an orienting magnetic field using a beam of light or a magnetic field for recording by change of magnetisation and a beam of light for reproducing, i.e. magneto-optical, e.g. light-induced thermomagnetic recording, spin magnetisation recording, Kerr or Faraday effect reproducing
    • G11B11/10582—Record carriers characterised by the selection of the material or by the structure or form
    • G11B11/10586—Record carriers characterised by the selection of the material or by the structure or form characterised by the selection of the material
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/31—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive using thin films
    • G11B5/3103—Structure or manufacture of integrated heads or heads mechanically assembled and electrically connected to a support or housing
    • G11B5/3106—Structure or manufacture of integrated heads or heads mechanically assembled and electrically connected to a support or housing where the integrated or assembled structure comprises means for conditioning against physical detrimental influence, e.g. wear, contamination
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/332—Coating

Abstract

一种溅射靶材，其使用了以质量％计纯度为99.99％以上、相对密度为98％以上、且平均晶粒直径不足5μm的氧化铝烧结体，或使用了以质量％计纯度为99.999％以上、且相对密度为98％以上的氧化铝烧结体。若使用该溅射靶材，则能够得到具有优异的耐绝缘性和均质性的溅射膜。

Description

溅射靶材及其制造方法
技术领域
本发明涉及溅射靶材及其制造方法。
背景技术
溅射是通常使用辉光放电使经加速的离子碰撞溅射靶材，通过其动能使从靶材弹出的材料在基板上成膜的方法。在半导体、液晶、太阳能电池的领域等中作为制作薄膜装置等的结构的工具而被广泛使用。其中，在形成磁头、磁光盘或其它的保护膜或绝缘膜时，将使用了氧化铝烧结体的靶材(以下也称“氧化铝靶材”)用作膜材料的供给源。也用于对超硬工具的耐摩耗膜形成等。
氧化铝靶材通常为绝缘材料，所以氧化铝的溅射膜的形成使用高频溅射装置。该装置中，将氧化铝靶材接合于电极，将基板配置于该电极的对电极，在减压下、氩气等气氛等中，通过溅射放电来在基板上沉积氧化铝膜。
专利文献1公开了使用了平均晶粒直径为5μm以上且20μm以下、孔隙率为0.3％以上且1.5％以下的氧化铝烧结体的氧化铝·溅射·靶材。尤其在其权利要求2中记载了使用纯度为99.9％以上的氧化铝烧结体(通常称为“threenine”、表示为“3N”)，实施例中也示出了使用了3N的氧化铝粉末的例子。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-64034号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1的氧化铝·溅射·靶材具有即使输入高电力，或发生异常放电、发火花等也难以产生大的龟裂、裂纹等破损的性质。
但是，近年随着装置的高度化·微细化，有溅射膜的薄膜化的要求，对薄膜的物性方面的要求也变得越来越严格。为了赋予溅射膜优异的耐绝缘性和均质性，仅仅在溅射时的电力下靶材不产生龟裂裂纹等破损是不够的。另外，为了降低溅射膜的杂质，提高靶材材料的纯度是有效的。尤其，专利文献1中讨论的仅是纯度为99.9％以上(3N)的氧化铝烧结体，对得到更高物性有限制。
另一方面，对于绝缘膜的薄膜化除了膜材料自身为高绝缘耐压且可靠性高以外，如果溅射膜的膜厚分布等、膜质为非均质，则高性能装置的设计变得困难。但是，以往没有进行对这些技术事项的讨论。
本发明的目的在于提供能够赋予通过溅射形成的溅射膜优异的耐绝缘性和均质性的溅射靶材及其制造方法。
用于解决问题的方案
本发明人等为了解决上述课题，对用作各种装置的绝缘层的氧化铝薄膜的物性、尤其是通过溅射形成的溅射膜的耐绝缘性和均质性进行了深入研究。其结果发现，需要作为靶材的原料的氧化铝烧结体的进一步的高纯度化，需要使其纯度为99.99％以上(4N)、进一步为99.999％以上(5N)，进而，提高高纯度的氧化铝烧结体的相对密度和晶粒直径是有效的，从而完成了本发明。
本发明的主旨为下述(1)～(6)和(8)的溅射靶材、以及下述(7)的溅射靶材的制造方法。
(1)一种溅射靶材，其使用了以质量％计纯度为99.99％以上、相对密度为98％以上、且平均晶粒直径不足5μm的氧化铝烧结体。
(2)一种溅射靶材，其使用了以质量％计纯度为99.999％以上、且相对密度为98％以上的氧化铝烧结体。
(3)根据上述(2)的溅射靶材，其中，平均晶粒直径不足5μm。
(4)根据上述(1)～(3)中任一项所述的溅射靶材，其中，相对密度为99％以上。
(5)根据上述(1)～(3)中任一项所述的溅射靶材，其中，平均晶粒直径不足2μm。
(6)根据上述(4)的溅射靶材，其中，平均晶粒直径不足2μm。
(7)一种使用了以质量％计纯度99.99％以上的氧化铝烧结体的溅射靶材的制造方法，其特征在于，实施1250～1350℃的热压烧结得到烧结体后，在大气中实施1300～1700℃的退火处理。
(8)一种溅射靶材，其是通过上述(7)的制造方法得到的。
发明的效果
本发明的溅射靶材能够使使用该溅射靶材由溅射形成的溅射膜具有优异的耐绝缘性、和表面粗糙度小、优异的均质性。如此，具有优异的耐绝缘性和优异的均质性的溅射膜即使为极薄膜也成为具有稳定的电特性和介电常数的膜。
具体实施方式
1.氧化铝烧结体的纯度
本发明的溅射靶材需要使用以质量％计纯度为99.99％以上(4N)的氧化铝烧结体。即使采取对纯度为99.9％以上(3N)的氧化铝烧结体实施如后段所说明的那样热压烧结和退火处理等、各种对策，也不能赋予将其作为靶材而得到的溅射膜优异的绝缘耐压和良好的表面粗糙度。与其相对，若使用纯度为99.99％以上(4N)的氧化铝烧结体，无需实施这样特殊的热处理也能成为具有良好的相对密度和平均晶粒直径的烧结体。能够赋予将该烧结体作为靶材溅射而得到的溅射膜优异的绝缘耐压和良好的表面粗糙度。尤其优选不包含碱金属和卤素。
本发明的溅射靶材也可以使用以质量％计纯度为99.999％以上(5N)的氧化铝烧结体。其中，与使用了3N的氧化铝烧结体的溅射靶材相比较，使用了5N的氧化铝烧结体的溅射靶材与使用了4N的氧化铝烧结体的溅射靶材同样能够得到具有非常优异物性的溅射膜。
氧化铝烧结体是将具有与目标纯度同等水准纯度的原料粉末焙烧而得到。此处，4N氧化铝烧结体通常是将4N以上的原料粉末进行了粉碎、分级、造粒等前处理后，将其成形、烧结而制造的。另一方面，在制造5N氧化铝烧结体时，使用纯度为5N以上的原料粉末采用同样的制造步骤。然而，粉碎、分级、造粒等工序是对粉体进行直接处理而比较容易受到来自设备的杂质混入的步骤，在原料粉末的纯度为4N时没有问题，但为了维持5N的纯度(＝杂质不足10ppm)，一般的生产设备难以确保成形工序以及以后工序的5N纯度。
另一方面，不控制氧化铝原料粉末的粒径来直接进行成形和烧结时，纯度的维持比较容易。但是，由于不控制粉体的粒度分布，所以成形性或烧结性差，难以得到致密的烧结体。若采取在非常清洁的环境下使用专用的粒径调制设备，并在粒径调制后再次追加原料粉的精制工序等对策，虽然也可以利用具有纯度为5N以上的纯度的原料粉末进行常压致密烧结，但会极大增加包括设备投资在内的制造成本。因此，在5N的氧化铝烧结体的情况下，不利用通常的大气炉进行常压烧结而实施后段说明的热压烧结为佳。作为此后将常压烧结体致密化的手段，已知有HIP法，但HIP处理中晶粒生长，变得难以控制平均晶粒直径不足5μm。
2.相对密度
氧化铝烧结体中的气孔多时，最大的夹杂物为空气组成气体和水，即使是高纯度的氧化铝烧结体，在其相对密度低的情况下也会引起溅射而得到的溅射膜的低密度化和异常生长，使耐绝缘耐压降低。若溅射靶材的相对密度(实测密度除以理论密度的值用百分率表示的值)低，则使用该靶材通过溅射而得到的溅射膜的表面粗糙度变大、变得对薄膜的均质化产生不良影响。另外，基材中的气孔变多，由于基材内吸附微量的水分而在溅射步骤中放出水，对溅射膜的特性也产生不良影响。因此，需要使相对密度为98％以上。以能够将烧结过程的晶粒生长抑制为后述的平均晶粒直径的范围为前提条件，更优选的是99％以上、进一步优选的是99.5％以上。
3.平均晶粒直径
溅射靶材的平均晶粒直径大则使用该靶材通过溅射而得到的溅射膜的表面粗糙度变大，对薄膜的均质化产生不良影响。所以，优选平均晶粒直径尽量小。尤其使其为10μm以下为佳。平均晶粒直径更优选为不足5μm、特别优选为2μm以下。其中，纯度为4N的氧化铝烧结体必须使平均晶粒直径不足5μm。
需要说明的是，根据本发明人等的研究，通过使溅射靶材的纯度从3N提高到4N、进一步提高到5N，能够对溅射膜的物性产生良好的影响。但是，如前所述，对于5N的氧化铝烧结体，由于现在还没有确立以低成本用大气炉常压烧结制造致密的烧结体的技术，所以用热压烧结进行制造是有效的。在这方面，若是4N的氧化铝烧结体，则在即使为利用大气炉的常压焙烧也可得到致密的烧结体(即，能够使平均晶粒直径不足5μm)，所以与5N的氧化铝烧结体相比，可以以低成本得到高性能的靶材。
4.溅射靶材的制造方法
对发明的溅射靶材的制造方法没有特别的制约，可以通过利用大气炉的烧结进行制造。大气炉中的烧结可以如下进行：在使具有与目标纯度同等程度的纯度的原料粉体成形后，在例如1250～1700℃的大气炉中保持30～600分钟。关于成形，可以采用CIP、模压成形等手法，也可以在成形前适宜地实施粒度控制、添加了粘合剂等的造粒。大气炉的温度不足1250℃时，不能得到致密的烧结体，溅射膜的均质性和绝缘耐压恶化。另外，在这样的低温下烧结成的烧结体由于为多孔且强度差，所以存在由于溅射步骤时的异常放电等导致靶材破损的担心，靶材基材本身以微粒形式飞散而还成为溅射膜的缺陷的要因。
需要说明的是，成形前的原料粉末的粒度控制、造粒等工序有时导致纯度的降低，需要对原料的纯度维持予以特别的注意。另外，烧结体最表层部分容易受到来自焙烧炉材等的杂质元素污染，所以优选预先将整面磨削去除。
另一方面，若大气炉的温度超过1700℃，则晶粒生长变得过剩，产生不均匀的粗大粒而使溅射膜厚的均质性恶化。另外，若靶材中存在不均匀的粗大晶粒，则随着溅射的进行，有时大颗粒在处理室内以异物的形式脱落。产生脱落，靶材表面粗糙时，有时还使溅射膜的均质性恶化。保持时间不足30分钟时，则材料整体不能达到目标密度和晶粒直径，成为同一基材内的物性不均匀的要因。另一方面，保持时间超过600分钟时，产生不均匀的粗大粒而存在导致溅射膜质恶化的担心。
本发明的溅射靶材也可以如下制造而得到：对氧化铝烧结体实施在1250～1350℃下的热压烧结后，在大气中实施1300～1700℃的退火处理。使用热压烧结时，一般是将与目标烧结体同等纯度的粉末原料装填到炭制的铸模内，在真空或氮气、氩气等非氧化性气氛下使其单轴加压烧结。
热压烧结的温度不足1250℃时，不能充分确保烧结体的密度，牵连溅射膜的均质性和绝缘耐压恶化。另一方面，若温度超过1350℃，则虽然能够得到接近理论密度的致密烧结体，但烧结体内产生大量的氧缺陷，随着氧缺陷的增加烧结体的呈色从白色变化为灰色～黑色。将这样的缺乏氧的烧结体用于溅射靶材时，溅射膜也同样变为缺乏氧的状态，导致绝缘耐压等膜物性的恶化。即使实施后述的退火工序，氧缺陷的去除也只被限定于表层，而内层部的氧缺陷难以去除。
需要说明的是，即使热压温度为1350℃以下时，也发生氧缺陷，但这些氧缺陷可以通过后述的大气退火工序去除。
另一方面，也可以在溅射中向工艺气体中添加氧气来在膜沉积时弥补靶材材料所缺乏的氧。然而，来自靶材的氧原子在溅射的瞬间达到超过10000K的超高温域，而从外部作为工艺气体供给的氧原子为低温，因此难以吸收到溅射膜内。其结果，溅射膜中包裹了微小缺陷(空孔)等而膜质不稳定，有时绝缘耐压极度恶化。此外，在添加氧气的溅射中，需要降低成膜速度，对成品率方面也有不良影响，另外，也容易伴随膜质的经时变化。因此，具有氧缺陷的靶材不适用于极薄且具有可靠性的绝缘膜的形成。
热压烧结在例如30～600分钟的范围内进行为佳。压制时间不足30分钟时，传热和烧结未达到稳定状态而整体的致密化不足，或者仅外周致密化并积蓄残余应力，有时在溅射的冲击下，靶材基材破损。另一方面，压制时间超过600分钟时，烧结体的晶粒生长和氧缺陷增大，作为靶材材料时变得难以得到良好质量的溅射膜。
使热压烧结的压制压力为10MPa以上为佳。压制压力不足10MPa时，成为加压力不足且密度的降低、基材中产生局部的密度不均的原因。压制压力的上限在设备能力允许的范围内没有特别的限定。
在不实施大气退火处理时、或在热压烧结后实施大气退火处理其温度也不足1300℃时，不能充分去除烧结体中的氧缺陷，因此如前所述溅射膜的特性降低。另一方面，在退火温度超过1700℃时，晶粒生长变得过剩，产生不均匀的粗大粒，使溅射膜厚的均质性恶化。另外，若靶材中存在不均匀的粗大晶粒，则随着溅射的进行，有时大颗粒在处理室内以异物的形式脱落。产生脱落，靶材表面粗糙，则有时也使溅射膜的均质性恶化。
大气退火处理在例如30～600分钟的范围内进行为佳。退火时间不足30分钟时，材料整体不能达到目标密度、晶粒直径，成为同一基材内的物性不均匀的要因。另一方面，退火时间超过600分钟时，由于过剩晶粒生长而产生不均匀的粗大粒，存在导致溅射膜质的恶化之类的问题的担心。
尤其通过在前述的热压条件下将烧结体的相对密度调节为90～98％，在大气退火工序中进行烧结而使相对密度为98％以上、优选为99％以上，从而可以同时进行氧缺陷的去除、密度和晶粒的控制。如此得到的溅射靶材变为致密质、微晶且大体上不包含氧缺陷的靶材。另外，对氧缺陷的去除，可以通过烧结体的白色化确认。
烧结体的加工通过使用包含一般的金刚石磨粒的磨石的湿式磨削加工进行为佳。也可以根据需要增加抛光等研磨处理和/或喷砂等粗面化处理。磨削加工后，使用药液洗涤、纯水超声波洗涤等手法充分去除附着在表层的磨削液和磨削屑也是有效的。
实施例1
为了确认本发明的效果，准备具有表1所示纯度的氧化铝，在各种的制造条件下制作靶材(直径75mm、厚度5mm的圆板)。
＜烧结体的相对密度＞
根据JISR1634，用阿基米德法测定表观密度，氧化铝的理论密度为3.987g/cm3，求出相对于其的相对密度(％)。
＜烧结体的平均晶粒直径＞
从烧结体的内层部到Ra不足0.05μm为止进行镜面研磨，切出得到的试验片，在热浓磷酸中实施化学蚀刻处理直至晶粒露出。其后，用扫描电子显微镜(SEM)实施对晶粒的照片拍摄，根据JISR1670，在确保N＝100的任意视野内以圆当量直径作图，总计晶粒直径来算出平均晶粒直径(μm)。
＜烧结体的纯度＞
在对烧结体实施碱熔融等前处理并溶液化的基础上，用电感耦合等离子体发光分光分析(ICP-AES)和火焰分光光度计(Li，Na，K为对象)实施对Mg、Si、Fe、Cu、Ca、Cr、Ti、Ni、Mo、W、Co、Y、Zn、Mn、Li、Na和K这17种元素的定量分析，将对检出的元素的定量值换算为氧化物，从100％中扣除来求出氧化铝烧结体的纯度。
需要说明的是，将求得的烧结体的纯度为99.9％以上且不足99.99％称为3N，将99.99％以上且不足99.999％称为4N，将99.999％以上称为5N。
＜溅射靶材的表面精加工＞
用使用了#400号磨石的磨削加工实施烧蚀(erosion)面的精加工，使得到的各靶材材料的磨削面的轮廓算术平均偏差粗糙度(Ra)＝0.2～0.8μm的范围。
将上述各种靶材安装在加载互锁式超高真空高频溅射装置的腔室内，成膜，测定得到的溅射膜的物性值，进行评价实验。将其结果一并示于表1。
需要说明的是，在作为放电气体使用99.9995％的Ar气、流量为10sccm、放电压力为0.4Pa的条件下进行成膜。另外，成膜时的极限压力设为2.0×10-4Pa。投入电力设为150W。基板使用50mm的正方形硼硅酸盐玻璃与带氧化铟锡(IndiumTinOxide/ITO)膜的玻璃且具有两端宽5mm的ITO上部银电极的基板，使氧化铝溅射膜以膜厚400nm沉积。绝缘耐压测定用样品是在氧化铝溅射膜上通过溅射法形成9处直径3mm、膜厚100nm的Cu电极。需要说明的是，下述的测定是对靶材投入电力到达4.5kWh以后沉积的薄膜进行的。
＜溅射膜的表面粗糙度＞
溅射膜的表面粗糙度Ra(nm)是用扫描探针显微镜(AFM)在励磁电压1.36V、扫描范围1000nm、操纵杆长度125μm、针高10μm的条件下测定的。
＜溅射膜的绝缘耐压＞
使用电化学式分析器(ElectrochemicalAnalyzer)，在测定电位0～5V、扫描速度0.01V/s的条件下测定9处设置有Cu上部电极的部分的绝缘耐压值，求出9点的平均值作为溅射膜的绝缘耐压。
表1
如表1所示，No.1的纯度为4N，但烧结温度低至1200℃因而相对密度低、烧结体变为多孔。其结果，将其用于靶材通过溅射而得到的溅射膜中残留空孔，绝缘耐压极度恶化、膜的均质性也变得不良。No.2和3的纯度均为4N，相对密度、平均晶粒直径均良好，将其用于靶材通过溅射而得到的溅射膜的绝缘耐压、均质性均良好。
No.4的相对密度、平均晶粒直径均良好，但纯度为3N，因而将其用于靶材通过溅射而得到的溅射膜的绝缘耐压停留在中等程度、均质性差。No.5的纯度为4N，相对密度、平均晶粒直径均良好，将其用于靶材通过溅射而得到的溅射膜的绝缘耐压、均质性均良好。其中，由于在较高温度下进行烧结，而不及No.3。
No.6的纯度为4N，但在保持在过高温的大气炉内进行常压烧结，从而平均晶粒直径变大，将其用于靶材通过溅射而得到的溅射膜的绝缘耐压、均质性均劣化。No.7的纯度为5N，但进行了热压烧结而其后未进行退火处理，从而相对密度不足，将其用于靶材通过溅射而得到的溅射膜的绝缘耐压劣化。
No.8～10的纯度为5N，相对密度、平均晶粒直径均良好，将其用于靶材通过溅射而得到的溅射膜的绝缘耐压、均质性均良好。No.11的纯度为4N，相对密度、平均晶粒直径均良好，将其用于靶材通过溅射而得到的溅射膜的绝缘耐压、均质性均良好。No.12的纯度为5N，但存在因热压温度过高而在包含大量氧缺陷的情况下进行致密化，其后的大气退火也没能消除氧缺陷之类的问题，将其用于靶材通过溅射而得到的溅射膜的绝缘耐压、均质性均差。No.13的纯度为3N，相对密度、平均晶粒直径均良好，但将其用于靶材通过溅射而得到的溅射膜的均质性差。
产业上的可利用性
本发明的溅射靶材能够使使用该溅射靶材由溅射形成的溅射膜具有优异的耐绝缘性、和表面粗糙度小、优异的均质性。如此，具有优异的耐绝缘性和优异的均质性的溅射膜即使为极薄膜也成为具有稳定的电特性和介电常数的膜。

Claims (8)

1.一种溅射靶材，其特征在于，使用了以质量％计纯度为99.99％以上、相对密度为98％以上、且平均晶粒直径不足5μm的氧化铝烧结体。
2.一种溅射靶材，其特征在于，使用了以质量％计纯度为99.999％以上、且相对密度为98％以上的氧化铝烧结体，且该溅射靶材的平均晶粒直径为10μm以下。
3.根据权利要求2所述的溅射靶材，其特征在于，平均晶粒直径不足5μm。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的溅射靶材，其特征在于，相对密度为99％以上。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的溅射靶材，其特征在于，平均晶粒直径不足2μm。
6.根据权利要求4所述的溅射靶材，其特征在于，平均晶粒直径不足2μm。
7.一种使用了以质量％计纯度为99.99％以上的氧化铝烧结体的溅射靶材的制造方法，其特征在于，实施1250～1350℃下的热压烧结得到烧结体后，在大气中实施1300～1700℃的退火处理。
8.一种溅射靶材，其特征在于，其是通过权利要求7所述的制造方法得到的。
CN201280054163.7A 2011-11-04 2012-04-10 溅射靶材及其制造方法 Active CN103917688B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011-242540 2011-11-04
JP2011242540 2011-11-04
PCT/JP2012/059795 WO2013065337A1 (ja) 2011-11-04 2012-04-10 スパッタリングターゲットおよびその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103917688A CN103917688A (zh) 2014-07-09
CN103917688B true CN103917688B (zh) 2016-06-29

Family

ID=48191706

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280054163.7A Active CN103917688B (zh) 2011-11-04 2012-04-10 溅射靶材及其制造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10504706B2 (zh)
JP (1) JP5969493B2 (zh)
KR (1) KR101955746B1 (zh)
CN (1) CN103917688B (zh)
TW (1) TWI453294B (zh)
WO (1) WO2013065337A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106191777A (zh) * 2016-08-29 2016-12-07 基迈克材料科技（苏州）有限公司 一种氧化铝溅射靶材的制备方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6117425B2 (ja) * 2014-03-26 2017-04-19 Ｊｘ金属株式会社 炭化タングステン又は炭化チタンからなるスパッタリングターゲット
CN105331939B (zh) * 2014-08-15 2018-05-11 安泰科技股份有限公司 一种含硅合金靶材及其制备方法
CN106222618B (zh) * 2016-08-29 2018-12-18 基迈克材料科技（苏州）有限公司 SnO2掺杂ZnO溅射靶材的制备方法
JP6537715B2 (ja) * 2017-03-15 2019-07-03 Ｊｘ金属株式会社 Ａｌ２Ｏ３スパッタリングターゲット及びその製造方法
DE102019102657A1 (de) 2019-02-04 2020-08-06 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hochfrequenzdurchlässiges Bauteil und Verfahren zur Herstellung desselben

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0995773A (ja) * 1995-10-03 1997-04-08 Kobe Steel Ltd 真空装置用窓材の製造方法
JPH11240720A (ja) * 1998-02-27 1999-09-07 Mitsubishi Research Institute Inc 強誘電性酸化物の緻密質焼結体およびその製造法
JP2000064034A (ja) * 1998-08-19 2000-02-29 Toshiba Ceramics Co Ltd アルミナ・スパッタリング・ターゲット及びその製造方法並びに高周波スパッタリング装置
JP2001064426A (ja) * 1999-06-25 2001-03-13 Japan Polyolefins Co Ltd 多孔質フィルムおよびその製法
JP2006205558A (ja) * 2005-01-28 2006-08-10 Gunma Prefecture アルミナコーティング構造体およびその製造方法
WO2010018707A1 (ja) * 2008-08-11 2010-02-18 出光興産株式会社 酸化ガリウム－酸化スズ系酸化物焼結体及び酸化物膜

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4004452A (en) * 1974-04-23 1977-01-25 Ford Motor Company Air/fuel ratio sensor for air/fuel ratios in excess of stoichiometry
JPS60181270A (ja) * 1984-02-27 1985-09-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd スパツタ−用タ−ゲツトの製造方法
JPH06299347A (ja) * 1993-04-08 1994-10-25 Nippon Steel Corp 電気絶縁性板状材料の製造方法
JPH11241160A (ja) * 1998-02-26 1999-09-07 Sony Corp 絶縁膜の成膜方法及び薄膜磁気ヘッドの製造方法
JP2001348265A (ja) 2000-05-31 2001-12-18 Ngk Spark Plug Co Ltd アルミナ質焼結体及びその製造方法並びにこのアルミナ質焼結体を用いたセラミックヒータ、ガスセンサ素子及びこれを備えるガスセンサ
JP2001064424A (ja) * 2000-07-05 2001-03-13 Toyobo Co Ltd 透明ガスバリアフィルム
CN1556900A (zh) * 2001-09-28 2004-12-22 日本精工株式会社 滚动装置
US20030098102A1 (en) * 2001-11-13 2003-05-29 Perry Andrew C. High-purity aluminum sputter targets and method of manufacture
TWI390062B (zh) 2004-03-05 2013-03-21 Tosoh Corp 圓柱形濺射標靶，陶瓷燒結體，以及製造燒結體的方法
JP4961672B2 (ja) * 2004-03-05 2012-06-27 東ソー株式会社 円筒形スパッタリングターゲット並びにセラミックス焼結体及びその製造方法
WO2007111380A1 (en) * 2006-03-24 2007-10-04 Ngk Insulators, Ltd. Method for producing sintered body, and sintered body
JP5197975B2 (ja) * 2006-03-24 2013-05-15 日本碍子株式会社 焼結体、発光管及びその製造方法
JP5727130B2 (ja) 2008-08-18 2015-06-03 東ソー株式会社 複合酸化物焼結体及びその用途
JP2010087293A (ja) 2008-09-30 2010-04-15 Toshiba Corp 磁気抵抗効果素子の製造方法
CN101985735A (zh) 2009-07-29 2011-03-16 中国科学院福建物质结构研究所 一种氧化铝靶材和该靶材制备的透明导电薄膜
JP5488970B2 (ja) * 2009-12-16 2014-05-14 三菱マテリアル株式会社 透明導電膜、この透明導電膜を用いた太陽電池および透明導電膜を形成するためのスパッタリングターゲット

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0995773A (ja) * 1995-10-03 1997-04-08 Kobe Steel Ltd 真空装置用窓材の製造方法
JPH11240720A (ja) * 1998-02-27 1999-09-07 Mitsubishi Research Institute Inc 強誘電性酸化物の緻密質焼結体およびその製造法
JP2000064034A (ja) * 1998-08-19 2000-02-29 Toshiba Ceramics Co Ltd アルミナ・スパッタリング・ターゲット及びその製造方法並びに高周波スパッタリング装置
JP2001064426A (ja) * 1999-06-25 2001-03-13 Japan Polyolefins Co Ltd 多孔質フィルムおよびその製法
JP2006205558A (ja) * 2005-01-28 2006-08-10 Gunma Prefecture アルミナコーティング構造体およびその製造方法
WO2010018707A1 (ja) * 2008-08-11 2010-02-18 出光興産株式会社 酸化ガリウム－酸化スズ系酸化物焼結体及び酸化物膜

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106191777A (zh) * 2016-08-29 2016-12-07 基迈克材料科技（苏州）有限公司 一种氧化铝溅射靶材的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140073570A (ko) 2014-06-16
US10504706B2 (en) 2019-12-10
CN103917688A (zh) 2014-07-09
KR101955746B1 (ko) 2019-03-07
TW201319286A (zh) 2013-05-16
JPWO2013065337A1 (ja) 2015-04-02
TWI453294B (zh) 2014-09-21
US20150122642A1 (en) 2015-05-07
WO2013065337A1 (ja) 2013-05-10
JP5969493B2 (ja) 2016-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI498438B (zh) Sputtering target and its manufacturing method
CN103917688B (zh) 溅射靶材及其制造方法
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
EP2975156B1 (en) Sintered body comprising licoo2 sputtering target, and production method for sintered body comprising licoo2
US20120037502A1 (en) Sintered Body for ZnO-Ga2O3-Based Sputtering Target and Method of Producing the Same
KR101648656B1 (ko) Li 함유 인산염 화합물 소결체 및 스퍼터링 타깃, 및 그 제조 방법
CN113423860A (zh) 氧化物烧结体、溅射靶及溅射靶的制造方法
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
JP7456992B2 (ja) 酸化物焼結体、スパッタリングターゲット及びスパッタリングターゲットの製造方法
CN110770191A (zh) 氧化物烧结体、溅射靶和氧化物薄膜的制造方法
JP6158129B2 (ja) 酸化物焼結体及びスパッタリングターゲット
TW201605735A (zh) 氧化物燒結體、其製造方法、濺鍍靶材及薄膜
TWI836009B (zh) 氧化物燒結體、濺鍍靶材及濺鍍靶材之製造方法
TW201835360A (zh) ＡｌＯ濺鍍靶及其製造方法
WO2017064920A1 (ja) ＬｉＣｏＯ２含有焼結体およびＬｉＣｏＯ２含有スパッタリングターゲット、並びにＬｉＣｏＯ２含有焼結体の製造方法
JP2018035390A (ja) スパッタリングターゲットおよびその製造方法
JP5417720B2 (ja) ＺｎＯ蒸着材の製造方法及び該方法により製造された蒸着材を用いて蒸着膜を形成する方法
JP6160396B2 (ja) 透明導電膜の製造方法
JP2003226956A (ja) ＭｇＯ蒸着材およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant