JP2008121091A - Sputtering target for depositing fluorescent film for electroluminescent element, causing little generation of particle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、各種電子機器、情報機器のディスプレイなどに使用されるエレクトロルミネッセンス素子を構成する蛍光体膜をスパッタリングにより形成するためのスパッタリングターゲットに関するものであり、特にユーロピウム添加バリウムチオアルミネート蛍光体膜(BaAl2S4:Eu)をH2Sガスを含む雰囲気中で行う反応性スパッタリング法により形成する際にパーティクル発生の少ないエレクトロルミネッセンス素子における蛍光体膜を形成するためのスパッタリングターゲットに関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a sputtering target for forming a phosphor film constituting an electroluminescence element used for displays of various electronic devices and information devices by sputtering, and in particular, a europium-added barium thioaluminate phosphor film. The present invention relates to a sputtering target for forming a phosphor film in an electroluminescence device with less generation of particles when (BaAl 2 S 4 : Eu) is formed by a reactive sputtering method performed in an atmosphere containing H 2 S gas. .
近年、各種電子機器、情報機器のディスプレイなどにエレクトロルミネッセンス素子が使用されるようになり、このエレクトロルミネッセンス素子には蛍光体膜が使用されている。エレクトロルミネッセンス素子は一般にガラス基板の上に下部透明電極を形成し、この下部透明電極の上に第一絶縁膜を形成し、この第一絶縁膜の上に蛍光体膜を形成し、この蛍光体膜の上に蛍光体膜が第二絶縁膜および第一絶縁膜に包まれるように第二絶縁膜を形成し、この第二絶縁膜の上に上部電極を形成した構造を有しており、この構造は広く知られている。
このエレクトロルミネッセンス素子に使用される蛍光体膜一つとしてユーロピウム添加バリウムチオアルミネート蛍光体膜(BaAl2S4:Eu)が知られている。このユーロピウム添加バリウムチオアルミネート蛍光体膜は、母体成分がバリウムチオアルミネート(BaAl2S4)からなり、発光中心となる不純物がユーロピウム(Eu)からなるもので、このユーロピウム添加バリウムチオアルミネート蛍光体膜はAl2S3ペレットとEuF3とを添加したBaSペレットを蒸発源として二元パルス電子ビーム蒸着法によって最初にアモルファス相の薄膜を作製し、その後アニール炉により熱処理を行うことで結晶化させることにより作製している。しかし、この方法によると、蛍光体膜は最終工程で熱処理を行う必要があり、この熱処理は900℃以上の高温に加熱する必要があることから、エレクトロルミネッセンス素子を構成する電極や絶縁層に悪影響を与えるため、完全に結晶化したEuを添加したバリウムチオアルミネートを得ることは困難であった。
そくで、近年、トリエチルアルミニウム(Al(C2H5)3)、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)またはトリイソブチルアルミニウム(Al(i−C4H9)3)有機金属材料と、金属バリウム(Ba)と金属ユーロピウム(Eu)、塩化ユーロピウム(EuCl3)および弗化ユーロピウム(EuF3)のいずれか1種と硫化水素(H2S)を原料とし、電子線(EB)蒸着法によりユーロピウム添加バリウムチオアルミネート蛍光体膜を製造する方法が開発され提案されている(特許文献1参照)。さらに、ユーロピウム添加バリウムチオアルミネート蛍光体膜(BaAl2S4:Eu)そのものの記載はないが、一般に、エレクトロルミネッセンス素子における蛍光体膜を多元スパッタリング法により形成することは知られている(特許文献2、3参照)。
As one of the phosphor films used in this electroluminescence element, a europium-doped barium thioaluminate phosphor film (BaAl 2 S 4 : Eu) is known. This europium-added barium thioaluminate phosphor film has a matrix component made of barium thioaluminate (BaAl 2 S 4 ) and an impurity that becomes a light emission center made of europium (Eu). The phosphor film is formed by first forming an amorphous phase thin film by a dual pulse electron beam evaporation method using a BaS pellet to which Al 2 S 3 pellet and EuF 3 are added as an evaporation source, and then performing a heat treatment in an annealing furnace. It is made by making it. However, according to this method, the phosphor film needs to be heat-treated in the final step, and since this heat treatment needs to be heated to a high temperature of 900 ° C. or higher, it adversely affects the electrodes and insulating layers constituting the electroluminescent element. Therefore, it was difficult to obtain barium thioaluminate added with fully crystallized Eu.
Recently, triethylaluminum (Al (C 2 H 5 ) 3 ), trimethylaluminum (Al (CH 3 ) 3 ) or triisobutylaluminum (Al (i-C 4 H 9 ) 3 ) organometallic material, metal By using one of barium (Ba), metal europium (Eu), europium chloride (EuCl 3 ), and europium fluoride (EuF 3 ) and hydrogen sulfide (H 2 S) as raw materials, an electron beam (EB) deposition method is used. A method for producing a europium-added barium thioaluminate phosphor film has been developed and proposed (see Patent Document 1). Furthermore, although there is no description of the europium-added barium thioaluminate phosphor film (BaAl 2 S 4 : Eu) itself, it is generally known that a phosphor film in an electroluminescence element is formed by a multi-source sputtering method (patent) References 2 and 3).
近年、ディスプレイはますます大型化し、したがってこの大型のディスプレイに使用するエレクトロルミネッセンス素子もますます大型化しているが、前記蒸着方法で広い面積のユーロピウム添加バリウムチオアルミネート蛍光体膜を製造するには限界があること、一層広い面積の薄膜を形成するには蒸着法よりもスパッタリング法で形成する方が有利であることなどから、近年、大型のエレクトロルミネッセンス素子に使用する広い面積のユーロピウム添加バリウムチオアルミネート蛍光体膜を多元スパッタリング法により製造する研究がなされている。 In recent years, displays have become increasingly larger, and therefore, the electroluminescent elements used in these large displays have also become larger. However, in order to produce a large area europium-doped barium thioaluminate phosphor film by the above-described deposition method. In recent years, it is more advantageous to form a thin film with a larger area by sputtering rather than vapor deposition. Therefore, in recent years, a large area of europium-doped barium thiol used for large electroluminescence devices has been used. Studies have been made on producing aluminate phosphor films by multi-source sputtering.
しかし、多元スパッタリング法でユーロピウム添加バリウムチオアルミネート蛍光体膜を製造とすると、Ba、AlおよびEuの各元素を同時にスパッタさせるためにBa、AlおよびEuの各元素からなる大型のターゲットをスパッタリング装置に同時にセットする必要があることから、スパッタリング装置を大型化しなければならない。
そのために、Ba、AlおよびEuの各要素粉末を膜特性から定めたAl:20〜50質量%、Eu:1〜10質量%を含有し、残部がBaからなる成分組成となるように配合し混合して混合粉末を作製し、この混合粉末をプレス成形し、真空中で焼結またはホットプレスすることによりターゲットを作製し、このターゲットを用いて硫化水素雰囲気中でスパッタすることによりユーロピウム添加バリウムチオアルミネート蛍光体膜(BaAl2S4:Eu)を形成する研究がなされている。
しかし、この成分組成を有するターゲットを用いて硫化水素雰囲気中でスパッタすることにより前記ユーロピウム添加バリウムチオアルミネート蛍光体膜形成すると、スパッタに際して異常放電を起こしやすく、したがってパーティクルが発生しやすいという欠点があった。
However, when a europium-added barium thioaluminate phosphor film is manufactured by a multi-source sputtering method, a large target made of Ba, Al, and Eu elements is sputtered to simultaneously sputter Ba, Al, and Eu elements. Therefore, the sputtering apparatus must be enlarged.
Therefore, each element powder of Ba, Al, and Eu is blended so that it contains Al: 20 to 50% by mass and Eu: 1 to 10% by mass determined from the film characteristics, and the balance is composed of Ba. A mixed powder is prepared by mixing, press-molding the mixed powder, a target is prepared by sintering or hot pressing in vacuum, and europium-added barium is sputtered in a hydrogen sulfide atmosphere using the target. Studies have been made to form a thioaluminate phosphor film (BaAl 2 S 4 : Eu).
However, when the europium-added barium thioaluminate phosphor film is formed by sputtering in a hydrogen sulfide atmosphere using a target having this component composition, there is a drawback that abnormal discharge is likely to occur during sputtering, and thus particles are likely to be generated. there were.
そこで、本発明者らは、スパッタに際してパーティクル発生の少ないエレクトロルミネッセンス素子における蛍光体膜を形成するためのスパッタリングターゲットを開発すべく研究を行った。その結果、
(イ)前記蛍光体膜を形成するためのスパッタリングターゲットに含まれる酸素がスパッタに際してパーティクル発生に大きく影響を及ぼすことからスパッタに際してパーティクルの発生を少なくするには前記蛍光体膜を形成するためのスパッタリングターゲットに含まれる酸素を可及的に少なくすることが好ましく、前記蛍光体膜を形成するためのスパッタリングターゲットに含まれる酸素を1.5質量%以下とすることが好ましいこと、
(ロ)前記蛍光体膜を形成するためのスパッタリングターゲットに含まれる酸素を1.5質量%以下とするには不活性ガス中で溶解し鋳造してインゴットを作製し、このインゴットを不活性ガス中で粉砕して合金粉末を作製し、この合金粉末を不活性ガス雰囲気中で黒鉛鋳型に充填することにより達成でき、このようにして得られた蛍光体膜を形成するためのスパッタリングターゲットの成分組成はAl:20〜50質量%、Eu:1〜10質量%、酸素:1.5質量%以下を含有し、残部がBaおよび不可避不純物からなる組成を有すること、
(ハ)前記蛍光体膜を形成するためのパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲットは、Euが固溶したBaとAlの金属間化合物相を有する組織からなり、このEuが固溶したBaとAlの金属間化合物相は、BaAl4金属間化合物のBaにEuが固溶している金属間化合物相と、Ba7Al13金属間化合物のBaにEuが固溶している金属間化合物相とから構成されていること、などの研究結果が得られたのである。
Accordingly, the present inventors have studied to develop a sputtering target for forming a phosphor film in an electroluminescence element that generates less particles during sputtering. as a result,
(A) Oxygen contained in the sputtering target for forming the phosphor film greatly affects the generation of particles during sputtering, so that the generation of particles during sputtering can be reduced by sputtering for forming the phosphor film. It is preferable to reduce oxygen contained in the target as much as possible, and oxygen contained in the sputtering target for forming the phosphor film is preferably 1.5% by mass or less,
(B) In order to reduce the oxygen contained in the sputtering target for forming the phosphor film to 1.5% by mass or less, an ingot is produced by melting and casting in an inert gas, and the ingot is made into the inert gas. The component of the sputtering target for forming the phosphor film obtained in this way can be achieved by pulverizing in to produce an alloy powder and filling this graphite powder into a graphite mold in an inert gas atmosphere. The composition contains Al: 20 to 50% by mass, Eu: 1 to 10% by mass, oxygen: 1.5% by mass or less, with the balance being composed of Ba and inevitable impurities,
(C) The sputtering target with less generation of particles for forming the phosphor film is composed of a structure having an intermetallic compound phase of Ba and Al in which Eu is dissolved, and the metal of Ba and Al in which Eu is dissolved. The intermetallic phase is composed of an intermetallic compound phase in which Eu is solid-dissolved in Ba of the BaAl 4 intermetallic compound and an intermetallic compound phase in which Eu is solid-solved in Ba of the Ba 7 Al 13 intermetallic compound. The research results were obtained.
この発明は、かかる研究結果に基づいて成されたものであって、
(1)Al:20〜50質量%、Eu:1〜10質量%、酸素:1.5質量%以下を含有し、残部がBaおよび不可避不純物からなる組成、並びにEuが固溶したBaとAlの金属間化合物相を有する組織からなるエレクトロルミネッセンス素子における蛍光体膜を形成するためのパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲット、
(2)前記Euが固溶したBaとAlの金属間化合物相は、BaAl4金属間化合物におけるBaにEuが固溶している金属間化合物相とBa7Al13金属間化合物におけるBaにEuが固溶している金属間化合物相とからなる前記(1)記載のエレクトロルミネッセンス素子における蛍光体膜を形成するためのパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲット、に特徴を有するものである。
The present invention has been made based on such research results,
(1) Al: 20 to 50% by mass, Eu: 1 to 10% by mass, oxygen: 1.5% by mass or less, the balance of Ba and inevitable impurities, and Ba and Al in which Eu is dissolved A sputtering target with less generation of particles for forming a phosphor film in an electroluminescence device composed of a structure having an intermetallic compound phase of
(2) The intermetallic compound phase of Ba and Al in which Eu is solid-solved includes the intermetallic compound phase in which Eu is solid-solved in Ba in the BaAl 4 intermetallic compound and the Eu in Ba in the Ba 7 Al 13 intermetallic compound. This is characterized by a sputtering target with less generation of particles for forming a phosphor film in the electroluminescence device according to (1), which comprises an intermetallic compound phase in which is dissolved.
この発明の蛍光体膜を形成するためのパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲットを製造するには、先ず、原料として、金属Ba、金属Alおよび金属Euを用意し、これら原料をアルミナルツボに装入し、Arなどの不活性ガス雰囲気中で高周波真空溶解炉により溶解し、得られた溶湯を不活性ガス雰囲気中で金型に鋳込んでインゴットを作製し、得られたインゴットを高純度アルゴンガスブロー内で粉砕して粒径が500μm以下の粉末を作製し、この粉末を不活性ガス中で黒鉛型に充填したのち温度:500〜800℃、圧力:10〜50MPaにて1〜8時間保持する条件のホットプレスを行うことによりホットプレス体を作製し、このホットプレス体を切削加工することによりエレクトロルミネッセンス素子における蛍光体膜を形成するためのパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲットを作製することができる。このようにして得られた蛍光体膜を形成するためのパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲットに含まれる酸素含有量は可及的に低いことが好ましく、1.5質量%以下(一層好ましくは1.0質量%以下)となることが好ましいが、工業的に生産しょうとすると、0.2質量%未満に下げることは不可能ではないがコストがかかる。 In order to produce a sputtering target with less generation of particles for forming the phosphor film of the present invention, first, as a raw material, metal Ba, metal Al and metal Eu are prepared, and these raw materials are charged into an alumina crucible, Melting in an inert gas atmosphere such as Ar using a high-frequency vacuum melting furnace, casting the resulting molten metal in a mold in an inert gas atmosphere to produce an ingot, and placing the resulting ingot in a high-purity argon gas blow To prepare a powder having a particle size of 500 μm or less by pulverizing with, and filling this powder in an inert gas into a graphite mold, and then maintaining the temperature at 500 to 800 ° C. and pressure: 10 to 50 MPa for 1 to 8 hours A hot-pressed body was produced by performing hot pressing, and the fluorescence in the electroluminescence device was cut by cutting the hot-pressed body. It can be manufactured particles less sputtering target of occurrence for forming a film. The oxygen content contained in the sputtering target with less generation of particles for forming the phosphor film thus obtained is preferably as low as possible, and is 1.5% by mass or less (more preferably 1.0%). It is preferable to be less than 0.2% by mass, but it is not impossible to reduce it to less than 0.2% by mass, but it is expensive.
広い面積のエレクトロルミネッセンス素子における蛍光体膜をスパッタリング法により形成するに際し、パーティクルの発生を抑制することができ、ディスプレイ産業の発展に大いに貢献し得るものである。 When a phosphor film in a wide area electroluminescent device is formed by sputtering, the generation of particles can be suppressed, which can greatly contribute to the development of the display industry.
実施例1
原料として、金属Al、金属Baおよび金属Euを用意し、これら原料を表1に示される割合で配合し混合してアルミナルツボに装入し、高純度Arガス雰囲気中、高周波真空溶解炉により表1に示される温度で溶解し、得られた溶湯を表1に示される鋳込み温度に保持したのち高純度Arガス雰囲気中で金型に鋳込んでインゴットを作製し、得られたインゴットを高純度アルゴンガスブロー内で粉砕して平均粒径:70μmの粉末を作製し、この粉末を表1に示される雰囲気中で黒鉛型に充填し、Arガス雰囲気中で温度:650℃、圧力:40MPaにて2時間保持する条件のホットプレスを行ったのち機械加工することにより表2に示される成分組成を有し、直径:150mm、厚さ:6mmの寸法を有する本発明ホットプレス体ターゲット1〜5を作製し、これら本発明ホットプレス体ターゲット1〜5からブロックを切り出してX線回折を行い、その結果を表2に示した。なお、酸素含有量は赤外線吸収法により測定した。
Example 1
Metal Al, metal Ba, and metal Eu are prepared as raw materials. These raw materials are blended and mixed in the proportions shown in Table 1 and charged into an alumina crucible, which is displayed in a high-purity Ar gas atmosphere using a high-frequency vacuum melting furnace. After melting at the temperature shown in 1 and maintaining the obtained molten metal at the casting temperature shown in Table 1, the ingot was produced by casting into a mold in a high purity Ar gas atmosphere. The powder was pulverized in an argon gas blow to prepare a powder having an average particle size of 70 μm, and this powder was filled into a graphite mold in the atmosphere shown in Table 1, and the temperature was 650 ° C. and the pressure was 40 MPa in an Ar gas atmosphere. The hot-press body of the present invention having the component composition shown in Table 2 by hot pressing under conditions of holding for 2 hours and having a diameter: 150 mm and thickness: 6 mm To prepare Tsu bets 1-5, these from the present invention hot-pressed body target 1-5 cut blocks subjected to X-ray diffraction, and the results are shown in Table 2. The oxygen content was measured by an infrared absorption method.
次に、これら本発明ホットプレス体ターゲット1〜5を使用し、下記の条件でスパッタを行い、パーティクルカウンターを用いて基板上に付着しているスパッタ中に発生した0.5μm以上のパーティクルの数を測定し、その結果を表2に示した。 Next, the number of particles having a size of 0.5 μm or more generated during sputtering using the hot press body targets 1 to 5 of the present invention and sputtering under the following conditions and adhering on the substrate using a particle counter. The results are shown in Table 2.
従来例1
原料として、Al粉末、Ba粉末およびEu粉末を用意し、これら原料を表1に示される割合で配合し混合してアルミナルツボに装入し、高純度Arガス雰囲気中、高周波真空溶解炉により表1に示される温度で溶解し、得られた溶湯を表1に示される鋳込み温度に保持したのち金型に鋳込んでインゴットを作製し、得られたインゴットを大気中で粉砕して平均粒径:70μmの原料粉末を作製し、これら原料粉末を表1に示される雰囲気中で黒鉛型に充填し、温度:650℃、圧力:40MPaにて2時間保持する条件のホットプレスを行うことにより表2に示される成分組成を有し直径:150mm、厚さ:6mmの寸法を有する従来ホットプレス体ターゲット1〜5を作製し、これら従来ホットプレス体ターゲット1〜5からブロックを切り出してX線回折を行い、その結果を表2に示した。
Conventional Example 1
Prepare Al powder, Ba powder and Eu powder as raw materials, mix and mix these raw materials in the proportions shown in Table 1, and charge them in an alumina crucible. 1 is melted at the temperature shown in FIG. 1, and the obtained molten metal is held at the casting temperature shown in Table 1 and then cast into a mold to produce an ingot. : 70 μm raw material powder was prepared, and these raw material powders were filled in a graphite mold in the atmosphere shown in Table 1, and subjected to hot pressing under conditions of holding at a temperature of 650 ° C. and a pressure of 40 MPa for 2 hours. The conventional hot press body targets 1 to 5 having the component composition shown in FIG. The X-ray diffraction was performed by cutting out, and the results are shown in Table 2.
次に、これら本発明ホットプレス体ターゲット1〜5および従来ホットプレス体ターゲット1〜5を使用し、DCマグネトロンスパッタリング装置を使用し、下記の条件でスパッタを行い、パーティクルカウンターを用いて基板に付着している0.5μm以上のパーティクルの数を測定し、その結果を表2に示した。 Next, using the hot-pressed body targets 1 to 5 of the present invention and the conventional hot-pressed body targets 1 to 5, using a DC magnetron sputtering apparatus, sputtering was performed under the following conditions, and adhered to the substrate using a particle counter. The number of particles having a size of 0.5 μm or more was measured, and the results are shown in Table 2.
スパッタ条件:
スパッタガス:ArガスとH2Sの混合ガス(混合ガス流量:50sccm)、
混合ガス圧力:0.67Pa(そのうちH2S分圧:0.2Pa)
スパッタ電力:400W(DC)、
基板ザイズ:直径125mm、
ターゲットと基板との距離:70mm、
スパッタ時間:1分間、
Sputtering conditions:
Sputtering gas: Ar gas and H 2 S mixed gas (mixed gas flow rate: 50 sccm),
Mixed gas pressure: 0.67 Pa (including H 2 S partial pressure: 0.2 Pa)
Sputtering power: 400W (DC)
Substrate size: 125mm diameter
The distance between the target and the substrate: 70 mm,
Sputtering time: 1 minute
表1〜2に示される結果から、Al:20〜50質量%、Eu:1〜10質量%、酸素:1.5質量%以下を含有し、残部がBaおよび不可避不純物からなる組成、並びにBaにEuが固溶したBaA14金属間化合物とBaにEuが固溶したBa7Al13金属間化合物相を有する組織からなる本発明ホットプレス体ターゲット1〜5は、これより酸素を多く含む従来ホットプレス体ターゲット1〜5に比べて、スパッタ中に発生するパーティクルの数が少ないことが分かる。 From the results shown in Tables 1 and 2, Al: 20 to 50% by mass, Eu: 1 to 10% by mass, oxygen: 1.5% by mass or less, the balance being Ba and inevitable impurities, and Ba The hot press target 1 to 5 of the present invention, which has a structure having a BaA1 4 intermetallic compound in which Eu is solid-dissolved in Eu and a Ba 7 Al 13 intermetallic compound phase in which Eu is solid-dissolved in Ba, has a conventional oxygen richer content. It can be seen that the number of particles generated during sputtering is smaller than that of the hot press target 1 to 5.
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120703 |