DE19721989A1 - Dielektrikum-Sputtertarget mit hoher Festigkeit und ein Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Dielektrikum-Sputtertarget mit hoher Festigkeit und ein Verfahren zu dessen Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Sputtertarget aus Dielektrika bzw. ein Dielektri­ kum-Sputtertarget mit hoher Festigkeit zum Bilden von Kondensatorfilmen hoch integrierter Halbleiterspeicher der nächsten Generation und von dünnen Filmen aus funktionalen Dielektrika sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Es ist bekannt, wie in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung 6-330297 beschrieben ist, daß Sputterfilme in sehr hoher Geschwindigkeit gebildet werden können, weil die Anwendung eines stabilen Sputtergleichstroms durch Vermindern des elektrischen Widerstands des Targets aus gesinterten Körpern bis 10 Ω·m oder weniger ermöglicht wird, wenn Pulver aus (Ba, Sr) Ti-Oxiden zum Bilden eines Targets aus Sauerstoffmangel- bzw. Sauerstoff-Fehlstellen- Oxiden in einem Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre gesintert werden.
In jüngster Zeit werden Sputterverfahren, die unter einer höheren elektrischen Leistung angewendet werden können, zum Bilden von Sputterfilmen in hoher Geschwindigkeit benötigt. Jedoch treten im Stand der Technik insofern Probleme auf, daß die Target-Materialien während des Sputterverfahrens unter einer hohen elektrischen Leistung brüchig bzw. spröde und leicht rissig werden, wodurch eine stabile Filmbildung in hoher Geschwindigkeit gestört wird.
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dielektrikum-Sputter­ target mit hoher thermischer Stoß- bzw. Schlagfestigkeit und ausgezeichneten Eigenschaften bereitzustellen, wobei während des Sputterverfahrens unter einer höheren elektrischen Leistung keine Risse bzw. Brüche induziert werden.
Das Verfahren zum Erreichen der Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die Schritte des Herstellens gesinterter Körper von dem Sputtertarget, dargestellt durch eine allgemeine Formel mit Sauerstoff-Mangel bzw. Sauer­ stoff-Fehlstellen von Ba1-xSrxTiO3-y(0 < x < 1 und 0 < y 0,03), des Heißpressens eines Pulvermaterials mit einer mittleren Primärteilchengröße von 1 µm oder weniger bei einer Sintertemperatur von 1100°C bis 1300°C für eine Sinterdauer von 1 h bis 10 h bei maximaler Temperatur unter einem Druck von 10 MPa bis 50 MPa in einem Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre und des Einstellens der mittleren Korngröße des gesinterten Körpers auf 0,3 bis 5 µm, der maxi­ malen Korngröße auf 20 µm oder weniger, der relativen Dichte auf 95% bis 99%, der Reinheit auf 4N oder mehr, des Gehalts an K auf 1 ppm oder weniger, von Na auf 2 ppm oder weniger, von Al auf 5 ppm oder weniger, von Si auf 20 ppm oder weniger und von Fe auf 2 ppm oder weniger.
Das Sputtertarget, welches unter Verwendung des Targetmaterials aus diesem gesinterten Körper hergestellt wird, weist eine Struktur mit einer hohen Dichte und feiner Mikrostruktur auf, und ist hinsichtlich der Dreipunktbiegefestigkeit, die 150 MPa oder mehr beträgt, was zwei- bis fünfmal soviel wie die von herkömm­ lichen Materialien ist, verbessert. Verbesserungen hinsichtlich der Festigkeit des Dielektrikum-Sputtertargets können sich nach dem Erfordernis zum Sputtern unter einer hohen Gleichstromleistung richten. Insbesondere wurde festgestellt, daß die Gehalte an Verunreinigungsspuren wie K, Na usw., große Auswirkungen auf die Biegefestigkeit des gesinterten Körpers zeigen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch Bereitstellung
  • (1) eines Dielektrikum-Sputtertargets mit hoher Festigkeit, wobei in einem ge­ sinterten Körper des Sputtertargets, dargestellt durch eine allgemeine Formel mit Sauerstoff-Mangel bzw. Sauerstoff-Fehlstellen von Ba1-xSrxTiO3-y(0 < x < 1 und 0 < y 0,03), die mittlere Korngröße des gesinterten Körpers 0,3 bis 5 µm, die maximale Korngröße 20 µm oder weniger, die relative Dichte 95% bis 99%, die Reinheit 4N oder mehr, der Gehalt an K 1 ppm oder weniger, der Gehalt an Na 2 ppm oder weniger, der Gehalt an Al 5 ppm oder weniger, der Gehalt an Si 20 ppm oder weniger, der Gehalt an Fe 2 ppm oder weniger und die Biegefestigkeit des gesinterten Körpers 150 MPa oder mehr betragen, und
  • (2) eines Verfahrens zum Herstellen des Dielektrikum-Sputtertargets mit hoher Festigkeit nach (1), wobei ein Pulvermaterial mit einer mittleren Pri­ märteilchengröße von 1 µm oder weniger bei einer Sintertemperatur von 1100 bis 130°C für eine Sinterdauer von 1 h bis 10 h bei maximaler Temperatur unter einem Druck von 10 MPa bis 50 MPa in einem Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre heißgepreßt wird, gelöst.
Im folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen gemäß der vorliegen­ den Erfindung beschrieben.
Zunächst werden hochgereinigte Pulver von BaO, SrO und TiO₂ durch Um­ kristallisation oder Destillation erhalten. Diese Pulver werden in einem vorbe­ stimmten Verhältnis gemischt und das Gemisch wird bei 1100°C an Luft hitze­ behandelt, anschließend zerkleinert und gemahlen, wodurch ein Pulver von (Ba, Sr)TiO₃ mit einer Kristallstruktur vom Perovskit-Typ mit einer Reinheit von 4N oder mehr erhalten wird. Die mittlere Primärteilchengröße des Pulvers beträgt 0,05 bis 1 µm.
Das vorgenannte Pulver wird in eine Graphitform zum Heißpressen gefüllt und einem Heißpressen in einem Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre bei einer Sintertemperatur von 1100°C bis 1300°C für eine Sinterdauer von 1 h bis 10 h bei maximaler Temperatur unter einem Druck von 10 MPa bis 50 MPa unter­ worfen. Demgemäß wird ein gesinterter Körper, dargestellt durch eine allgemeine Formel mit Sauerstoff-Fehlstellen von Ba1-xSrxTiO3-y(0 < x < 1 und 0 < y 0,03), mit einer mittleren Teilchengröße von 0,3 bis 5 µm, einer maximalen Teilchengröße von 20 µm oder weniger und einer relativen Dichte von 95% bis 99% hergestellt.
Die Biegefestigkeit wird unter Verwendung eines Teststücks, welches aus dem vorgenannt hergestellten, gesinterten Körper ausgeschnitten wird, gemessen. Die mittlere Biegefestigkeit des Teststücks beträgt 50 MPa oder mehr, was 2- bis 5mal so hoch ist wie die herkömmlicher gesinterter Körper.
Der vorgenannte gesinterte Körper wird anschließend zu einer Platte mit einer Dimension von 125 mm (Durchmesser) × 5 mm (Dicke) geformt, welche an eine Grund- bzw. Trägerplatte aus Kupfer unter Verwendung von In-Sn-Lot gebunden wird. Das derart hergestellte Sputtertarget wird einem Bruchfestigkeitstest unter einer Gleichstrom-Sputterleistung und einem Filmbildungsgeschwindigkeitstest unterworfen. Die Ergebnisse zeigen, daß ein Sputtern ohne Brechen des Testtar­ gets bis zu einer Gleichstrom-Sputterleistung von 500 W oder weniger möglich ist, und die maximale Filmbildungsgeschwindigkeit beträgt 250 Ångstrom (im fol­ genden als Å bezeichnet)/min oder mehr, ein Wert, der 2- bis 3mal so hoch wie der für herkömmliche ist. Diese Ergebnisse zeigen, daß der erfindungsgemäße, gesinterte Körper ein Dielektrikum-Sputtertarget mit hoher Festigkeit ist, der ein ausgezeichnetes Verhalten auch bei Sputterbedingungen unter einer hohen Sputterleistung aufweist.
Das Pulvermaterial zum Herstellen des gesinterten Körpers wird durch wiederhol­ tes Umkristallisieren und Destillieren hochgereinigt, wodurch neben den Ver­ unreinigungsspuren, die in dem Pulvermaterial enthalten sind, der Gehalt an Kalium auf 1 ppm oder weniger, an Na auf 2 ppm oder weniger, an Al auf 5 ppm oder weniger, an Si auf 20 ppm oder weniger und an Fe auf 2 ppm oder weniger eingestellt wird. Das derart erhaltene Sputtertarget kann einem Sputtern unter einer höheren Sputterleistung unterworfen werden, ohne irgendwelche Bruch­ stellen hervorzurufen. Außerdem wird eine höhere maximale Filmbildungsge­ schwindigkeit erreicht, was zeigt, daß die Reinigung des Pulvermaterials die Eigenschaften des Dielektrikum-Sputtertargets mit hoher Festigkeit verbessert.
Im folgenden werden die Gründe für die Beschränkungen der Werte in den vorgenannten Bereichen angeführt:
(a) Mittlere Korngröße des gesinterten Körpers
Wenn der Wert 5 µm überschreitet, wird die mittlere Bruchfestigkeit vermindert, was zum Brechen des Sputtertargetmaterials während des Sputterns auch bei niedriger Sputterleistung führt. Wenn andererseits der Wert weniger als 0,3 µm beträgt, ist es schwierig, einen gesinterten Körper mit einer hohen Dichte durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahrens herzustellen. Daher wird der Wert auf einen Bereich von 0,3 bis 5 µm beschränkt.
(b) Maximale Korngröße des gesinterten Körpers
Der Wert wird auf 20 µm oder weniger beschränkt, da, wenn der Wert über 20 µm liegt, die durchschnittliche Bruchfestigkeit des gesinterten Körpers deutlich vermindert wird, was zum Brechen des Targetmaterials während des Sputterns auch bei niedriger Sputterleistung führt.
(c) Relative Dichte des gesinterten Körpers
Der Grund für die Beschränkung des Wertes auf einen Bereich von 95% bis 99% beruht darauf, daß die hohe Festigkeit des gesinterten Körpers verlorengeht, wenn die Dichte weniger als 95% beträgt, während dagegen, wenn der Wert 99% überschreitet, die thermische Schlagfestigkeit reduziert wird.
(d) Reinheit des gesinterten Körpers
Die Reinheit wird auf 4N vorbestimmt, da ein beschleunigtes Wachstum bzw. Ausdehnen der Körnung in dem gesinterten Körper bei einer Reinheit unterhalb 4N beobachtet werden kann.
(e) Gehalte an Verunreinigungsspuren
Die Gehalte an K, Na, Al, Si und Fe, welche jeweils Verunreinigungen sind, werden, sofern erforderlich, auf 1 ppm oder weniger K, 2 ppm oder weniger Na, 5 ppm oder weniger Al, 20 ppm oder weniger Si und 2 ppm oder weniger Fe eingestellt, um ein Brechen des Targetmaterials zu verhindern.
(f) Mittlere Primärteilchengröße des Pulvermaterials
Der Wert sollte wünschenswerterweise 1 µm oder weniger sein, da die Korn­ größe des gesinterten Körpers mehr als 5 µm betragen würde, wenn der Wert 1 µm überschreitet, was zu einer Verminderung der durchschnittlichen Bruchfestig­ keit und damit zum Brechen des Targetmaterials während des Sputterns unter niedriger Gleichstromleistung führt.
(g) Sintertemperatur und Sinterdauer
Die Sintertemperatur und die Sinterdauer haben die Wirkung der Kontrolle hinsichtlich der Dichte und Korngröße des gesinterten Körpers aus Oxiden. Wenn die Sintertemperatur und die Sinterdauer bei maximaler Temperatur weniger als 1100°C bzw. 1 h betragen, kann die erforderliche hohe Dichte nicht erreicht werden. Wenn dagegen die Werte 1300°C und 10 h überschreiten, würde die Korngröße aufgrund von Kornwachstum außerhalb des benötigten Bereichs liegen. Daher ist es erwünscht, daß die Sintertemperatur und die Sinterdauer bei maximaler Temperatur in einem Bereich von 1100°C bis 1300°C bzw. 1 h bis 10 h eingestellt werden.
(h) Druck beim Heißpressen
Der Druck während des Heißpressens hat ebenfalls die Wirkung bezüglich der Kontrolle der Dichte und der Teilchengröße des gesinterten Körpers aus Oxiden. Ein Druckbereich von 10 MPa bis 50 MPa ist zum sicheren Erhalten der vorbe­ stimmten Dichte und Teilchengröße erwünscht.
Die folgenden Beispiele werden zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung herangezogen und bedeuten keinesfalls eine Einschränkung des in den Ansprüchen gekennzeichneten Gegenstands der vorliegenden Erfindung.
Beispiele 1 bis 8
Pulver von hochgereinigtem BaO und SrO werden durch Hitzezersetzung von jeweils durch Umkristallisation hochgereinigtem Ba-Acetat und Sr-Acetat erhal­ ten.
Durch Destillation hochgereinigtes Titantetrapropoxid wird in Isopropylalkohol gelöst und durch Zufügen von Wasser hydrolysiert. Ein Pulver von hochge­ reinigtem TiO₂ wird durch Hitzezersetzung des Niederschlags nach der Hydrolyse erhalten.
Diese erhaltenen Pulver, wie vorgenannt beschrieben, werden in einem vor­ bestimmten Mischungsverhältnis gemischt, und das Gemisch wird bei 1100°C an Luft hitzebehandelt, gefolgt von Grobzerkleinern und Mahlen, wodurch ein Pulver von (Ba0,5Sr0,5)TiO3,00 mit einer Reinheit von 4 N ("Neuner") oder mehr und einer Kristallstruktur vom Perovskit-Typ erhalten wird.
Die mittlere Primärteilchengröße jedes Pulvers ist in Tabelle I, Spalte d, gezeigt. Durch Ändern des Grobzerkleinerns und der Mahlbedingung wird ein Pulver von 0,3 µm bis 0,9 µm erhalten.
Das Pulver wird in eine Heißpress-Graphitform zur Herstellung eines gesinterten Körpers mit einem Durchmesser von 130 mm gefüllt und einem Heißpressen in einem Vakuum (5 × 10-2 Pa) unter einem Druck von 20 MPa für eine Retentions­ zeit von 3 h bei einer Temperatur zwischen 1150 ∼ 1300°C unterworfen, wodurch ein gesinterter Körper mit einer unterschiedlichen Dichte (relative Dichte von 95 ∼ 99%) erhalten wird. Die Daten der Sintertemperatur, Dichte und relativen Dichte sind in Tabelle I, Spalten f, k und l, gezeigt.
Nach Beseitigung seiner rauhen Oberfläche durch Naßschleifen der Oberfläche und Polieren ist jeder gesinterte Körper schwarz. Der spezifische Widerstand jedes gesinterten Körpers (= Target) ist in Tabelle I, Spalte r, gezeigt.
Das Analysenergebnis zeigt, daß die Formel der Zusammensetzung des ge­ sinterten Körpers durch (Ba0,5Sr0,5)TiO2,97-2,99 ausgedrückt wird. Dies zeigt die Anwesenheit von Sauerstoff-Fehlstellen aufgrund des Sinterns in einer reduzie­ renden Atmosphäre.
Die durchschnittliche Korngröße an der polierten Oberfläche jedes gesinterten Körpers, wie mittels eines Intercept-Verfahrens durch ein Rasterelektronenmikro­ skop (REM) bestimmt, ist in Tabelle I, Spalte m, gezeigt. Die maximale und mi­ nimale Korngrößenverteilung, bestimmt durch eine Bildanalyse, werden in Tabelle I, Spalten n und o, gezeigt. Diese Daten liegen in dem Bereich von 0,1 bis 20 µm.
Die Gehalte an Verunreinigungen werden quantitativ an den Grenzzonenpositio­ nen bzw. äußeren Bereichen jedes gesinterten Körpers für Na, K, Al, Si und Fe analysiert und sind in Tabelle I, Spalte p, gezeigt.
Teststücke mit einer Dimension von 4 mm × 3 mm × 40 mm werden von dem gesinterten Körper, der unter der gleichen Bedingung wie vorgenannt beschrie­ ben hergestellt wird, ausgeschnitten. Zehn Teststücke werden durch Polieren der Oberfläche der Teststücke mit einem Blatt eines #1500 Schleifpolierpapiers nach einer C 0,1-gradigen Entgradung bzw. Anfasung hergestellt.
Der Biegefestigkeitstest wird für jedes Teststück zur Messung der Biegefestigkeit ausgeführt. Die durchschnittliche Biegefestigkeit jedes Teststücks wird in Tabelle I, Spalte q, gezeigt.
Der wie zuvor beschrieben hergestellte, gesinterte Körper, wird in eine Scheibe mit einer Dimension von 125 mm im Durchmesser und 5 mm in der Dicke geformt. Ein Dielektrikum-Sputtertarget mit hoher Festigkeit gemäß der vor­ liegenden Erfindung wird durch Verbinden bzw. Aufbringen der Scheibe auf eine Grund- bzw. Trägerplatte aus Kupfer unter Verwendung von In-Sn-Lot her­ gestellt. Das Target wird einem Bruchfestigkeitstest und einem Filmbildungs- Geschwindigkeits-Test durch Anlegen einer Gleichstrom-Sputterleistung unter den Testbedingungen, wie in Tabelle II gezeigt, unterworfen. Die Ergebnisse werden in Tabelle I, Spalten s und t, gezeigt. Diese Ergebnisse zeigen, daß ein Sputtern ohne Brechen möglich ist, bis die Gleichstromleistung auf 600 W erhöht wird. Die maximale Filmbildungsgeschwindigkeit beträgt 230 ∼ 410 Å/min.
a: Zusammensetzung des Ausgangsmaterials
b: Calcinierungstemperatur (°C)
c: Reinheit
d: Mittlere Primärteilchengröße (µm)
e: Zusammensetzung des Targets
f: Sintertemperatur (°C)
g: Sinterdauer bei maximaler Temperatur (Std. bzw. h)
h: Druck beim Heißpressen (MPa)
i: Atmosphäre beim Heißpressen
j: Vakuumgrad (Pa)
k: Dichte des gesinterten Körpers (g/cm³)
l: Relative Dichte (%)
m: Durchschnittliche Korngröße (µm)
n: Minimale Korngröße (µm)
o: Maximale Korngröße (µm)
p: Gehalt an Verunreinigung (ppm)
q: Biegefestigkeit (MPa)
r: Spezifischer Widerstand (× 10-3 Ω·cm)
s: Bruch-Gleichstromleistung (W)
t: Sputterrate (Å/min)
Tabelle II Biegefestigkeitstest unter Gleichstrom-Sputtern
Angelegte elektrische Leistung (W): 50, 100, 150, 200 - - - (schrittweises Erhöhen um 50 (W))
Filmbildungsdauer (min): 10
Substrat: ⌀ 12,7 cm (5 inch) Siliciumwafer
Distanz zwischen Substrat und Target: 70 (mm)
Temperatur des Substrats (°C): 600
Sputter-Gasdruck (Pa): 1
Sputtergas: Ar/O₂ = 9/1
Vergleichsbeispiele 1 bis 3
Pulver von (Ba0,5Sr0,5)TiO3,00 mit einer Reinheit von 4N oder mehr mit einer Kristallstruktur vom Perovskit-Typ werden in der gleichen Weise wie die vorher beschriebenen Beispiele hergestellt.
Danach werden in der gleichen Weise, wie die vorher beschriebenen Beispiele, Targets hergestellt, und verschiedene Untersuchungen werden durchgeführt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle I gezeigt, und die Formeln der Zusammenset­ zungen der gesinterten Körper werden durch (Ba0,5Sr0,5)Tio2,37·2,98 dargestellt.
Vergleichsbeispiele 4 bis 10
Pulver von BaTiO₃ mit einer Reinheit von 3N und einer mittleren Primärteilchen­ größe von 0,1 µm und Pulver von SrTiO₃ mit einer Reinheit von 3N und einer mittleren Primärteilchengröße von 0,1 µm werden naßvermischt. Das Gemisch wird bei 1150°C an Luft calciniert, gefolgt von Grobzerkleinern und Mahlen, wodurch ein Pulver von (Ba0,5Sr0,5)TiO3,00 mit einer Reinheit von 3N und einer Kristallstruktur vom Perovskit-Typ erhalten wird.
Danach werden in der gleichen Weise wie für die zuvor beschriebenen Beispiele Targets hergestellt, und verschiedene Untersuchungen werden durchgeführt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle I gezeigt, und die Formeln der Zusammenset­ zungen der gesinterten Körper werden durch (Ba0,5Sr0,5)TiO2,97 dargestellt.
Wie in den experimentellen Ergebnissen gezeigt, werden Sputterfilme in hoher Geschwindigkeit ohne ein Brechen im Target aus den Dielektrika 1 bis 8 mit hoher Festigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet, auch wenn die elektrische Sputterleistungsdichte erhöht wird, wohingegen Hochgeschwindig­ keits-Filmbildung in den Vergleichstargets 1 bis 10 unmöglich war, da sie bei ge­ ringerer elektrischer Sputterleistungsdichte brechen. Dies beruht darauf, daß die Targetmaterialien, welche das Sputter-Target gemäß der vorliegenden Erfindung aufbauen, aufgrund ihrer hohen Reinheit, hohen Dichte und feinen Mikrostruktur eine hohe Festigkeit aufweisen.

Claims (2)

1. Dielektrikum-Sputtertarget mit hoher Festigkeit, wobei in einem ges­ interten Körper des Sputtertargets, dargestellt durch eine allgemeine Formel mit Sauerstoff-Fehlstellen von Ba1-xSrxTiO3-y(0 < x < 1 und 0 < y 0,03), die mittlere Korngröße des gesinterten Körpers 0,3 bis 5 µm, die maximale Korngröße 20 µm oder weniger, die relative Dichte 95% bis 99%, die Reinheit 4N oder mehr, der Gehalt an K 1 ppm oder weniger, der Gehalt an Na 2 ppm oder weniger, der Gehalt an Al 5 ppm oder weni­ ger, der Gehalt an Si 20 ppm oder weniger, der Gehalt an Fe 2 ppm oder weniger und die Biegefestigkeit des gesinterten Körpers 150 MPa oder mehr betragen.
2. Verfahren zur Herstellung des Dielektrikum-Sputtertargets mit hoher Festigkeit nach Anspruch 1, wobei ein Pulvermaterial mit einer mittleren Primärteilchengröße von 1 µm oder weniger bei einer Sintertemperatur von 1100°C bis 1300°C für eine Sinterdauer von 1 h bis 10 h bei einer Maximaltemperatur unter einem Druck von 10 MPa bis 50 MPa in einem Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre heißgepreßt wird.
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Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW509728B (en) * 1997-10-01 2002-11-11 Japan Energy Corp BaxSr1-xTiO3-y target materials for sputtering
US6506289B2 (en) 2000-08-07 2003-01-14 Symmorphix, Inc. Planar optical devices and methods for their manufacture
US7469558B2 (en) * 2001-07-10 2008-12-30 Springworks, Llc As-deposited planar optical waveguides with low scattering loss and methods for their manufacture
US7404877B2 (en) * 2001-11-09 2008-07-29 Springworks, Llc Low temperature zirconia based thermal barrier layer by PVD
US6884327B2 (en) 2002-03-16 2005-04-26 Tao Pan Mode size converter for a planar waveguide
US7378356B2 (en) * 2002-03-16 2008-05-27 Springworks, Llc Biased pulse DC reactive sputtering of oxide films
US20030175142A1 (en) * 2002-03-16 2003-09-18 Vassiliki Milonopoulou Rare-earth pre-alloyed PVD targets for dielectric planar applications
US8021778B2 (en) * 2002-08-09 2011-09-20 Infinite Power Solutions, Inc. Electrochemical apparatus with barrier layer protected substrate
US8236443B2 (en) * 2002-08-09 2012-08-07 Infinite Power Solutions, Inc. Metal film encapsulation
US8431264B2 (en) * 2002-08-09 2013-04-30 Infinite Power Solutions, Inc. Hybrid thin-film battery
US8404376B2 (en) 2002-08-09 2013-03-26 Infinite Power Solutions, Inc. Metal film encapsulation
US8394522B2 (en) * 2002-08-09 2013-03-12 Infinite Power Solutions, Inc. Robust metal film encapsulation
US9793523B2 (en) 2002-08-09 2017-10-17 Sapurast Research Llc Electrochemical apparatus with barrier layer protected substrate
US20070264564A1 (en) 2006-03-16 2007-11-15 Infinite Power Solutions, Inc. Thin film battery on an integrated circuit or circuit board and method thereof
US8445130B2 (en) * 2002-08-09 2013-05-21 Infinite Power Solutions, Inc. Hybrid thin-film battery
AU2003261463A1 (en) * 2002-08-27 2004-03-19 Symmorphix, Inc. Optically coupling into highly uniform waveguides
US8728285B2 (en) * 2003-05-23 2014-05-20 Demaray, Llc Transparent conductive oxides
US7238628B2 (en) * 2003-05-23 2007-07-03 Symmorphix, Inc. Energy conversion and storage films and devices by physical vapor deposition of titanium and titanium oxides and sub-oxides
KR20060061366A (ko) * 2003-09-03 2006-06-07 가부시키 가이샤 닛코 마테리알즈 스퍼터링용 타겟트
US20050061857A1 (en) * 2003-09-24 2005-03-24 Hunt Thomas J. Method for bonding a sputter target to a backing plate and the assembly thereof
DE602005017512D1 (de) * 2004-12-08 2009-12-17 Symmorphix Inc Abscheidung von licoo2
US7959769B2 (en) * 2004-12-08 2011-06-14 Infinite Power Solutions, Inc. Deposition of LiCoO2
US7838133B2 (en) * 2005-09-02 2010-11-23 Springworks, Llc Deposition of perovskite and other compound ceramic films for dielectric applications
AT9543U1 (de) * 2006-07-07 2007-11-15 Plansee Se Verfahren zur herstellung einer elektrisch leitfähigen schicht
JP2010505044A (ja) * 2006-09-29 2010-02-18 インフィニット パワー ソリューションズ， インコーポレイテッド フレキシブル基板のマスキングおよびフレキシブル基板上にバッテリ層を堆積させるための材料拘束
US8197781B2 (en) * 2006-11-07 2012-06-12 Infinite Power Solutions, Inc. Sputtering target of Li3PO4 and method for producing same
JP4970550B2 (ja) * 2007-12-18 2012-07-11 Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 酸化チタンを主成分とする薄膜、酸化チタンを主成分とする薄膜の製造に適した焼結体スパッタリングターゲット及び酸化チタンを主成分とする薄膜の製造方法
US8268488B2 (en) 2007-12-21 2012-09-18 Infinite Power Solutions, Inc. Thin film electrolyte for thin film batteries
KR20150128817A (ko) * 2007-12-21 2015-11-18 사푸라스트 리써치 엘엘씨 전해질 막을 위한 표적을 스퍼터링하는 방법
WO2009089417A1 (en) 2008-01-11 2009-07-16 Infinite Power Solutions, Inc. Thin film encapsulation for thin film batteries and other devices
JP5595377B2 (ja) * 2008-04-02 2014-09-24 インフィニット パワー ソリューションズ， インコーポレイテッド エネルギー取入れに関連したエネルギー貯蔵デバイスに対する受動的過不足電圧の制御および保護
JP2012500610A (ja) 2008-08-11 2012-01-05 インフィニット パワー ソリューションズ， インコーポレイテッド 電磁エネルギー獲得ための統合コレクタ表面を有するエネルギーデバイスおよびその方法
JP5650646B2 (ja) 2008-09-12 2015-01-07 インフィニット パワー ソリューションズ， インコーポレイテッド 電磁エネルギーを介したデータ通信のための一体型伝導性表面を有するエネルギーデバイスおよび電磁エネルギーを介したデータ通信のための方法
US8508193B2 (en) * 2008-10-08 2013-08-13 Infinite Power Solutions, Inc. Environmentally-powered wireless sensor module
JP2012527737A (ja) * 2009-05-20 2012-11-08 インフィニット パワー ソリューションズ， インコーポレイテッド 電気化学デバイスを固定具の中および固定具上に一体化する方法
DE102009031302A1 (de) * 2009-06-30 2011-01-05 O-Flexx Technologies Gmbh Verfahren zur Herstellung von thermoelektrischen Schichten
JP5492998B2 (ja) * 2009-09-01 2014-05-14 インフィニット パワー ソリューションズ， インコーポレイテッド 薄膜バッテリを組み込んだプリント回路基板
JP2013528912A (ja) 2010-06-07 2013-07-11 インフィニット パワー ソリューションズ， インコーポレイテッド 再充電可能高密度電気化学素子
JP5958028B2 (ja) * 2012-04-02 2016-07-27 ソニー株式会社 スパッタリングターゲットの製造方法
JP2017014551A (ja) * 2015-06-29 2017-01-19 Tdk株式会社 スパッタリングターゲット
US11227751B1 (en) * 2020-07-01 2022-01-18 Applied Materials, Inc. Plasma chamber target for reducing defects in workpiece during dielectric sputtering

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06264231A (ja) * 1993-03-11 1994-09-20 Mitsubishi Materials Corp 高誘電体薄膜製造用ターゲット材およびその製造法
JPH06264230A (ja) * 1993-03-11 1994-09-20 Mitsubishi Materials Corp 高誘電体薄膜製造用ターゲット材およびその製造法
JPH06330297A (ja) * 1993-05-21 1994-11-29 Vacuum Metallurgical Co Ltd 誘電体薄膜形成用スパッタリングターゲット

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4534956A (en) * 1983-07-08 1985-08-13 General Electric Company Molten salt synthesis of barium and/or strontium titanate powder
US4888246A (en) * 1985-05-23 1989-12-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Dielectric thin film, and method for making the thin film
US5614252A (en) * 1988-12-27 1997-03-25 Symetrix Corporation Method of fabricating barium strontium titanate
DE4143454C2 (de) * 1991-07-01 1995-01-05 Fuller H B Licensing Financ Verfahren zur Herstellung eines wasserdampfdurchlässigen Materials sowie ein solches Material
US5359760A (en) * 1993-04-16 1994-11-01 The Curators Of The University Of Missouri On Behalf Of The University Of Missouri-Rolla Method of manufacture of multiple-element piezoelectric transducer
US5709783A (en) * 1993-11-18 1998-01-20 Mcdonnell Douglas Corporation Preparation of sputtering targets
US5557286A (en) * 1994-06-15 1996-09-17 The Penn State Research Foundation Voltage tunable dielectric ceramics which exhibit low dielectric constants and applications thereof to antenna structure
US5635433A (en) * 1995-09-11 1997-06-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Ceramic ferroelectric composite material-BSTO-ZnO
US5771567A (en) * 1996-08-29 1998-06-30 Raytheon Company Methods of fabricating continuous transverse stub radiating structures and antennas

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06264231A (ja) * 1993-03-11 1994-09-20 Mitsubishi Materials Corp 高誘電体薄膜製造用ターゲット材およびその製造法
JPH06264230A (ja) * 1993-03-11 1994-09-20 Mitsubishi Materials Corp 高誘電体薄膜製造用ターゲット材およびその製造法
JPH06330297A (ja) * 1993-05-21 1994-11-29 Vacuum Metallurgical Co Ltd 誘電体薄膜形成用スパッタリングターゲット

Also Published As

Publication number Publication date
KR970074971A (ko) 1997-12-10
DE19721989C2 (de) 1998-09-24
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KR100496115B1 (ko) 2005-09-08
JPH09316630A (ja) 1997-12-09
JP3346167B2 (ja) 2002-11-18
US6176986B1 (en) 2001-01-23

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