JP2012224903A - Oxide sputtering target, and method for manufacturing the same - Google Patents

Oxide sputtering target, and method for manufacturing the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxide sputtering target for forming a protective film of an optical recording medium, which can be manufactured through a simplified step without inducing any cracking or elution of In and can achieve high density, and to provide a method for manufacturing the same.SOLUTION: The oxide sputtering target comprises ZrO, InOand ZnO and has a structure in which the ZrOphase is surrounded by a phase containing a multiple oxide phase comprising oxides of In and Zn. Furthermore, based on the total amount of metal components excluding unavoidable impurities, when the atom ratio of Zr is A% and the atom ratio of In and Zn is the remainder, the composition thereof preferably satisfies the relations: 0<A≤47.6 and 0.22≤In (atom ratio)/Zn (atom ratio)≤4.68.

Description

本発明は、光記録媒体の保護膜を成膜するための酸化物スパッタリングターゲットおよびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to an oxide sputtering target for forming a protective film of an optical recording medium and a method for manufacturing the same.

近年、写真や動画の高画質化に伴い、光記録媒体等へ記録する際のデジタルデータが増大し、記録媒体の高容量化が求められ、既に、高記録容量の光記録媒体として二層記録方式により50GBの容量を有したBlu−ray Disc(登録商標)が販売されている。このBlu−ray Disc(登録商標)は、今後もさらなる高容量化が望まれており、記録層の多層化による高容量化の研究が盛んに行われている。   In recent years, with the improvement of the picture quality of photographs and moving images, digital data when recording on an optical recording medium or the like has increased, and there has been a demand for an increase in the capacity of the recording medium. Blu-ray Disc (registered trademark) having a capacity of 50 GB depending on the system is on the market. The Blu-ray Disc (registered trademark) is desired to have a higher capacity in the future, and research on increasing the capacity by increasing the number of recording layers has been actively conducted.

Blu−ray Disc(登録商標)を構成する誘電体保護膜用の材料としては、Zrを主成分とし、さらにIn,Si,Cr,Al,Ce,Ti,Sn,Ga,Laのうち1種または2種以上と酸素とを含む酸化物系材料が提案されている(特許文献1参照)。
また、そのような膜を成膜するスパッタリングターゲット材料として、上記組成においてZrの90%以上がZrとInとの複合酸化物相となってターゲット素地中に分散している耐割れ性に優れたZrO−In系光記録媒体保護膜形成用スパッタリングターゲットが提案されている(特許文献2参照)。
As a material for the dielectric protective film constituting the Blu-ray Disc (registered trademark), Zr is a main component, and one of In, Si, Cr, Al, Ce, Ti, Sn, Ga, and La is used. An oxide-based material containing two or more types and oxygen has been proposed (see Patent Document 1).
Further, as a sputtering target material for forming such a film, it has excellent crack resistance in which 90% or more of Zr in the above composition is a composite oxide phase of Zr and In and is dispersed in the target substrate. A sputtering target for forming a protective film for a ZrO 2 —In 2 O 3 optical recording medium has been proposed (see Patent Document 2).

特開2005−56545号公報JP 2005-56545 A 特開2009−62585号公報JP 2009-62585 A

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
記録層に有機色素を用いた安価な光記録媒体の保護膜を形成する材料には高い生産性が求められているが、上記従来のスパッタリングターゲットでは、使用時の割れを防止するためにZrOとInとを粉砕混合、乾燥、焼成、壊砕し、更にその他の酸化物を加えた後、粉砕混合、乾燥、成形、焼成するといった多数の工程が必要であり、生産性が悪いという問題があった。
また、上記従来のスパッタリングターゲットを簡便に作製する目的でホットプレスにて作製を行った場合、ZrOを高温でホットプレスすると、冷却の際にZrOの相転移により体積が膨張して割れる問題やInが溶出するという問題があり、高密度なスパッタリングターゲットを得ることができなかった。また、Inの溶出しない温度で作製したスパッタリングターゲットは比抵抗が高く、スパッタ時に割れが生じたり、パーティクルが発生する問題もあった。
The following problems remain in the conventional technology.
High productivity is required for a material for forming a protective film for an inexpensive optical recording medium using an organic dye in the recording layer. However, in the conventional sputtering target, ZrO 2 is used to prevent cracking during use. And In 2 O 3 are pulverized and mixed, dried, fired and crushed, and after adding other oxides, many processes such as pulverized and mixed, dried, molded and fired are required, resulting in poor productivity. There was a problem.
In addition, when the conventional sputtering target is manufactured by a hot press for the purpose of easily manufacturing the above-mentioned conventional sputtering target, if ZrO 2 is hot pressed at a high temperature, the volume is expanded and cracked due to the phase transition of ZrO 2 during cooling. And there is a problem that In elutes, and a high-density sputtering target cannot be obtained. In addition, the sputtering target produced at a temperature at which In does not elute has a high specific resistance, and there is a problem that cracking occurs or particles are generated during sputtering.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、光記録媒体保護膜形成用として、ホットプレスにて製造する際の割れやInの溶出がなく製造工程を簡素化でき、高密度の酸化物スパッタリングターゲットおよびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and can be used for forming a protective film for an optical recording medium without cracking or elution of In during hot press production, simplifying the production process, and high-density oxidation. An object of the present invention is to provide a sputtering target and a manufacturing method thereof.

本発明者らは、ZrO−In系のスパッタリングターゲットについて研究を進めたところ、原料にZnO(酸化亜鉛)を加えることにより、ホットプレスにて製造する際の割れやInの溶出なしに高密度なスパッタリングターゲットをホットプレス等の加圧焼結で作製可能なことを見出した。 The inventors of the present invention have made researches on a ZrO 2 —In 2 O 3 -based sputtering target, and by adding ZnO (zinc oxide) to the raw material, there is no cracking or In elution during production by a hot press. It has been found that a high-density sputtering target can be produced by pressure sintering such as hot pressing.

したがって、本発明は、上記知見から得られたものであり、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の酸化物スパッタリングターゲットは、ZrO,InおよびZnOを含有し、ZrO相の周囲がInとZnとの酸化物からなる複合酸化物相を含む相で囲まれた組織を有することを特徴とする。 Therefore, the present invention has been obtained from the above findings, and the following configuration has been adopted in order to solve the above problems. That is, the oxide sputtering target of the present invention contains ZrO 2 , In 2 O 3 and ZnO, and the periphery of the ZrO 2 phase is surrounded by a phase including a complex oxide phase composed of an oxide of In and Zn. It is characterized by having an organization.

この酸化物スパッタリングターゲットでは、ZrO,InおよびZnOを含有し、ZrO相の周囲がInとZnとの酸化物からなる複合酸化物相を含む相で囲まれた組織を有するので、比抵抗が下がり、高密度となる。 This oxide sputtering target contains ZrO 2 , In 2 O 3 and ZnO, and has a structure in which the periphery of the ZrO 2 phase is surrounded by a phase including a composite oxide phase composed of an oxide of In and Zn. The specific resistance is lowered and the density is increased.

また、本発明の酸化物スパッタリングターゲットは、不可避不純物を除いた全金属成分量に対する原子比で、Zr:A%,InおよびZn:残とされており、これらの成分組成が、0<A≦47.6、0.22≦In(原子比)/Zn(原子比)≦4.68、の関係を満たすことを特徴とする。
この酸化物スパッタリングターゲットでは、ZrO,InおよびZnOを含有し、Zr,In,Znの成分組成が、上記の関係を満たすので、ホットプレス等の加圧焼結で製造可能になり、生産性に優れていると共に、ターゲットは比抵抗が低く高密度であり、スパッタ中において割れやパーティクルの発生も低減することができる。また、ターゲットの比抵抗が低くなるため、RFスパッタだけでなく、DCスパッタも可能になる。なお、DCスパッタの場合、成膜速度が高いと共に、酸素雰囲気中で行うことにより、酸素欠損を防ぎ、膜の透明度を維持することができる。また、特許文献1に記載のようなZrO,InにSiOを添加した従来の膜と比較しても、同等の屈折率と消衰係数を有する膜が得られる。
Further, the oxide sputtering target of the present invention has an atomic ratio with respect to the total amount of metal components excluding inevitable impurities, Zr: A%, In and Zn: the balance, and the composition of these components is 0 <A ≦ 47.6 and 0.22 ≦ In (atomic ratio) / Zn (atomic ratio) ≦ 4.68 are satisfied.
This oxide sputtering target contains ZrO 2 , In 2 O 3 and ZnO, and the component composition of Zr, In, Zn satisfies the above relationship, and therefore can be manufactured by pressure sintering such as hot pressing. In addition to excellent productivity, the target has a low specific resistance and a high density, and it is possible to reduce the generation of cracks and particles during sputtering. Moreover, since the specific resistance of the target is reduced, not only RF sputtering but also DC sputtering is possible. In the case of DC sputtering, the deposition rate is high, and oxygen vacancy can be prevented and the transparency of the film can be maintained by performing it in an oxygen atmosphere. Even when compared with a conventional film in which SiO 2 is added to ZrO 2 , In 2 O 3 as described in Patent Document 1, a film having an equivalent refractive index and extinction coefficient can be obtained.

ここで、本発明の金属成分元素の含有割合を上記のごとく限定した理由は、以下のとおりである。
Zr:
Zrが、不可避不純物を除いた全金属成分量に対する原子比で47.6原子%を超えるとスパッタリングターゲットの比抵抗が上昇し、DCスパッタが困難となる。なお、特許文献1の段落番号[0085]などに記載のようなZrO添加による効果(保護膜としての保存特性)を十分に得るためには、Zrは6.1原子%以上であることが好ましい。
In(原子比)/Zn(原子比):
In/Znが、4.68を超えると焼結中に金属Inが溶出する場合がある。また、0.22未満であると、「Semiconductor FPD World 2010.2 pp.38〜40」に記載のように、スパッタ膜が結晶化するおそれがある。スパッタ膜が結晶化すると、結晶粒界を経路とし水蒸気等が膜を通り抜けてしまうため、保護膜としての機能が低下するおそれがある。
Here, the reason for limiting the content ratio of the metal component element of the present invention as described above is as follows.
Zr:
When Zr exceeds 47.6 atomic% in terms of the atomic ratio with respect to the total amount of metal components excluding inevitable impurities, the specific resistance of the sputtering target increases and DC sputtering becomes difficult. In order to sufficiently obtain the effect (preservation characteristics as a protective film) by adding ZrO 2 as described in paragraph No. [0085] of Patent Document 1, Zr should be 6.1 atomic% or more. preferable.
In (atomic ratio) / Zn (atomic ratio):
If In / Zn exceeds 4.68, metal In may elute during sintering. If it is less than 0.22, the sputtered film may crystallize as described in “Semiconductor FPD World 2010.2 pp. 38-40”. When the sputtered film is crystallized, water vapor or the like passes through the crystal grain boundary as a path, and the function as a protective film may be reduced.

本発明の酸化物スパッタリングターゲットの製造方法は、上記本発明の酸化物スパッタリングターゲットを製造する方法であって、ZrO粉とIn粉とZnO粉とを混合して混合粉末を作製する工程と、該混合粉末を加圧焼結する工程と、を有していることを特徴とする。
また、本発明の酸化物スパッタリングターゲットの製造方法は、上記本発明の酸化物スパッタリングターゲットを製造する方法であって、In粉とZnO粉とを混合し、この混合粉末を仮焼して一次混合粉末を作製する工程と、該一次混合粉末とZrO粉とを混合して二次混合粉末を作製する工程と、該二次混合粉末を加圧焼結する工程と、を有していることを特徴とする。
The manufacturing method of the oxide sputtering target of the present invention is a method of manufacturing the above-described oxide sputtering target of the present invention, and a mixed powder is prepared by mixing ZrO 2 powder, In 2 O 3 powder, and ZnO powder. And a step of pressure-sintering the mixed powder.
Further, the method of manufacturing an oxide sputtering target of the present invention is a method of producing an oxide sputtering target of the present invention, by mixing the In 2 O 3 powder and ZnO powder, calcining the mixed powder A step of producing a primary mixed powder, a step of mixing the primary mixed powder and ZrO 2 powder to produce a secondary mixed powder, and a step of pressure-sintering the secondary mixed powder. It is characterized by.

すなわち、これらの酸化物スパッタリングターゲットの製造方法では、ZrO粉とIn粉とZnO粉とを用いるので、InとZnOとが部分的に反応してInが安定化され溶け出し難くなると共に、ZrOが他の金属酸化物と反応せずにそのまま残ることで、ZrO相の周囲を少なくともIn酸化物とZn酸化物とからなる相が囲んだ組織が得られる。このように半導体的な性質をもつ酸化物が導電経路を形成する組織を有した酸化物スパッタリングターゲットは比抵抗が小さくなり易く、DCスパッタが可能となる。 That is, in these oxide sputtering target manufacturing methods, since ZrO 2 powder, In 2 O 3 powder, and ZnO powder are used, In 2 O 3 and ZnO partially react to stabilize In 2 O 3. As a result, ZrO 2 remains as it is without reacting with other metal oxides, so that a structure in which at least a phase composed of In oxide and Zn oxide surrounds the ZrO 2 phase is obtained. It is done. As described above, the oxide sputtering target having a structure in which an oxide having a semiconductor property forms a conductive path is likely to have a low specific resistance and can be subjected to DC sputtering.

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る酸化物スパッタリングターゲットによれば、ZrO,InおよびZnOを含有し、ZrO相の周囲がInとZnとの酸化物からなる複合酸化物相を含む相で囲まれた組織を有し、特にZrO,InおよびZnOを含有し、Zr,In,Znの成分組成が、上記の関係を満たすので、ホットプレス等の加圧焼結で製造可能になり、生産性に優れていると共に、比抵抗が低く高密度が得られ、スパッタ中において割れやパーティクルの発生も低減することができる。
また、本発明に係る酸化物スパッタリングターゲットの製造方法によれば、ZrO粉とIn粉とZnO粉とを用いることで、InとZnOとが部分的に反応してInが安定化され溶け出し難くなると共に、ZrOが他の金属酸化物と反応せずにそのまま残ることで、ZrO相の周囲を少なくともIn酸化物とZn酸化物とからなる相が囲んだ組織が得られる。
したがって、本発明の酸化物スパッタリングターゲットを用いることで、直流マグネトロンスパッタにて高い成膜速度で透明度が高く屈折率の良好な膜を安定して成膜することができ、高記録容量の光記録媒体を構成する誘電体保護膜を作製するスパッタリングターゲットとして好適である。
The present invention has the following effects.
That is, according to the oxide sputtering target according to the present invention, ZrO 2 , In 2 O 3 and ZnO are contained, and the ZrO 2 phase is a phase including a complex oxide phase composed of an oxide of In and Zn. It has an enclosed structure, especially contains ZrO 2 , In 2 O 3 and ZnO, and the composition of Zr, In and Zn satisfies the above relationship, so it can be manufactured by pressure sintering such as hot pressing. Thus, the productivity is excellent, the specific resistance is low, the density is high, and the generation of cracks and particles during sputtering can be reduced.
In addition, according to the method of manufacturing an oxide sputtering target according to the present invention, In 2 O 3 and ZnO partially react with each other by using ZrO 2 powder, In 2 O 3 powder, and ZnO powder. 2 O 3 is stabilized and difficult to dissolve, and ZrO 2 remains as it is without reacting with other metal oxides, so that a phase composed of at least an In oxide and a Zn oxide is formed around the ZrO 2 phase. Enclosed tissue is obtained.
Therefore, by using the oxide sputtering target of the present invention, it is possible to stably form a film having a high transparency and a high refractive index at a high film formation speed by direct current magnetron sputtering, and optical recording with a high recording capacity. It is suitable as a sputtering target for producing a dielectric protective film constituting a medium.

本発明に係る酸化物スパッタリングターゲットおよびその製造方法の実施例において、作製したスパッタリングターゲットのX線回折(XRD)結果を示すグラフである。It is a graph which shows the X-ray-diffraction (XRD) result of the produced sputtering target in the Example of the oxide sputtering target which concerns on this invention, and its manufacturing method. 本発明に係る酸化物スパッタリングターゲットおよびその製造方法の実施例において、作製したスパッタリングターゲットの断面組織をEPMAにより測定した各元素の元素分布像である。In the Example of the oxide sputtering target which concerns on this invention, and its manufacturing method, it is an element distribution image of each element which measured the cross-sectional structure | tissue of the produced sputtering target by EPMA.

以下、本発明の酸化物スパッタリングターゲットおよびその製造方法の一実施形態を説明する。   Hereinafter, an embodiment of an oxide sputtering target and a method for producing the same according to the present invention will be described.

本実施形態の酸化物スパッタリングターゲットは、高記録容量の光記録媒体を構成する誘電体保護膜を作製するためのスパッタリングターゲットであって、ZrO,InおよびZnOを含有し、ZrO相の周囲がInとZnとの酸化物からなる複合酸化物相を含む相で囲まれた組織を有する。
また、本実施形態の酸化物スパッタリングターゲットは、ZrO,InおよびZnOを含有し、不可避不純物を除いた全金属成分量に対する原子比で、Zr:A%,InおよびZn:残とされており、これらの成分組成が、0<A≦47.6、0.22≦In(原子比)/Zn(原子比)≦4.68、の関係を満たしている。
The oxide sputtering target of this embodiment is a sputtering target for producing a dielectric protective film constituting an optical recording medium having a high recording capacity, and contains ZrO 2 , In 2 O 3 and ZnO, and contains ZrO 2. The periphery of the phase has a structure surrounded by a phase including a composite oxide phase composed of an oxide of In and Zn.
Moreover, the oxide sputtering target of this embodiment contains ZrO 2 , In 2 O 3 and ZnO, and has an atomic ratio with respect to the total amount of metal components excluding inevitable impurities, Zr: A%, In and Zn: Therefore, these component compositions satisfy the relationship of 0 <A ≦ 47.6, 0.22 ≦ In (atomic ratio) / Zn (atomic ratio) ≦ 4.68.

この本実施形態の酸化物スパッタリングターゲットを製造する方法は、ZrO粉とIn粉とZnO粉とを混合して混合粉末を作製する工程と、該混合粉末を加圧焼結する工程と、を有している。 The method of manufacturing the oxide sputtering target of this embodiment includes a step of mixing a ZrO 2 powder, an In 2 O 3 powder, and a ZnO powder to produce a mixed powder, and a step of pressure-sintering the mixed powder. And have.

この製法の一例について詳述すれば、まず酸化ジルコニウム(化学式:ZrO)、酸化インジウム(化学式:In)、酸化亜鉛(化学式:ZnO)の各原料粉末を、含有金属が所定の比率になるように秤量する。なお、原料の酸化ジルコニウムを部分安定化ジルコニア(例えば、YやCaOを5〜10wt%添加して製造された酸化ジルコニウム)としても構わない。 An example of this production method will be described in detail. First, raw material powders of zirconium oxide (chemical formula: ZrO 2 ), indium oxide (chemical formula: In 2 O 3 ), and zinc oxide (chemical formula: ZnO) are contained in a predetermined ratio of contained metals. Weigh so that The raw material zirconium oxide may be partially stabilized zirconia (for example, zirconium oxide produced by adding 5 to 10 wt% of Y 2 O 3 or CaO).

この秤量した原料粉末とその3倍量(重量比)のジルコニアボール(直径5mm)とをポリ容器に入れ、ボールミル装置にて18時間湿式混合する。なお、この際の溶媒には、例えばアルコールを用いる。次に、得られた混合粉末を乾燥後、例えば目開き:500μmの篩にかけ、焼結体形成用の原料粉末とし、黒鉛製のモールドに充填した後、800〜1200℃、望ましくは950〜1100℃にて2〜9時間、200〜400kgf/cmの圧力にて真空または不活性ガス雰囲気中でホットプレスし、スパッタリングターゲットとする。 The weighed raw material powder and 3 times its amount (weight ratio) of zirconia balls (diameter 5 mm) are put in a plastic container and wet mixed in a ball mill apparatus for 18 hours. In addition, alcohol is used for the solvent in this case, for example. Next, the obtained mixed powder is dried and then passed through, for example, a sieve having an opening of 500 μm to form a raw material powder for forming a sintered body, filled in a graphite mold, and then 800 to 1200 ° C., preferably 950 to 1100. Hot pressing is performed in a vacuum or an inert gas atmosphere at a pressure of 200 to 400 kgf / cm 2 at 2 ° C. for 2 to 9 hours to obtain a sputtering target.

また、本実施形態の酸化物スパッタリングターゲットを製造する別の方法は、In粉とZnO粉とを混合し、この混合粉末を仮焼して一次混合粉末を作製する工程と、該一次混合粉末とZrO粉とを混合して二次混合粉末を作製する工程と、該二次混合粉末を加圧焼結する工程と、を有している。 In addition, another method of manufacturing the oxide sputtering target of the present embodiment includes a step of mixing In 2 O 3 powder and ZnO powder, calcining the mixed powder to produce a primary mixed powder, and the primary a step of preparing a secondary mixed powder mixing powder and a ZrO 2 powder were mixed, and has a step of pressure sintering the secondary mixed powder, a.

この製法の一例について詳述すれば、まず酸化インジウム、酸化亜鉛の各原料粉末を、含有金属が所定の比率になるように秤量する。この秤量した原料粉末とその3倍量(重量比)のジルコニアボール(直径5mm)とをポリ容器に入れ、ボールミル装置にて18時間湿式混合する。なお、この際の溶媒には、例えばアルコールを用いる。次に、得られた混合粉末を乾燥後、例えば目開き:500μmの篩にかけ、950〜1100℃にて2〜20時間、大気中または酸素雰囲気中で焼成し、仮焼粉の一次混合粉末とする。   If an example of this manufacturing method is explained in full detail, first, each raw material powder of an indium oxide and a zinc oxide will be measured so that a containing metal may become a predetermined ratio. The weighed raw material powder and 3 times its amount (weight ratio) of zirconia balls (diameter 5 mm) are put in a plastic container and wet mixed in a ball mill apparatus for 18 hours. In addition, alcohol is used for the solvent in this case, for example. Next, after drying the obtained mixed powder, for example, it is passed through a sieve having an opening of 500 μm and fired at 950 to 1100 ° C. for 2 to 20 hours in the air or in an oxygen atmosphere. To do.

さらに、得られた一次混合粉末に酸化ジルコニウムを所定原子比になるように加え、この混合粉末とその5倍量(重量比)のジルコニアボール(直径5mm)とをポリ容器に入れ、ボールミル装置にて24時間湿式混合して二次混合粉末とする。なお、この際の溶媒には、例えばアルコールを用いる。得られた二次混合粉末を乾燥後、例えば目開き:500μmの篩にかけ、焼結体形成用の原料粉末とし、黒鉛製のモールドに充填した後、800〜1200℃、望ましくは950〜1100℃にて2〜9時間、200〜400kgf/cmの圧力にて真空または不活性ガス雰囲気中でホットプレスし、スパッタリングターゲットとする。 Furthermore, zirconium oxide is added to the obtained primary mixed powder so as to have a predetermined atomic ratio, and this mixed powder and a zirconia ball (diameter: 5 mm) of 5 times its weight (weight ratio) are put in a plastic container and placed in a ball mill apparatus. For 24 hours to obtain a secondary mixed powder. In addition, alcohol is used for the solvent in this case, for example. After the obtained secondary mixed powder is dried, for example, it is passed through a sieve having an opening of 500 μm to form a raw material powder for forming a sintered body, filled in a graphite mold, and then 800 to 1200 ° C., preferably 950 to 1100 ° C. For 2 to 9 hours at a pressure of 200 to 400 kgf / cm 2 in a vacuum or an inert gas atmosphere to obtain a sputtering target.

このように本実施形態の酸化物スパッタリングターゲットでは、ZrO,InおよびZnOを含有し、ZrO相の周囲がInとZnとの酸化物からなる複合酸化物相を含む相で囲まれた組織を有するので、比抵抗が下がり、高密度となる。
特に、ZrO,InおよびZnOを含有し、Zr,In,Znの成分組成が、上記の関係を満たすので、ホットプレス等の加圧焼結で製造可能になり、生産性に優れていると共に、比抵抗が低く高密度が得られ、割れやパーティクルの発生も低減することができる。また、比抵抗が低くなるため、RFスパッタだけでなく、DCスパッタも可能になる。なお、DCスパッタの場合、成膜速度が高いと共に、スパッタ中に酸素を混合した雰囲気中でスパッタすることにより、酸素欠損を防ぎ、膜の透明度を維持することができる。また、従来のSiOを入れた場合と同等の屈折率と消衰係数を有する膜が得られる。
Thus, in the oxide sputtering target of the present embodiment, ZrO 2 , In 2 O 3 and ZnO are contained, and the periphery of the ZrO 2 phase is surrounded by a phase including a complex oxide phase composed of an oxide of In and Zn. As a result, the resistivity decreases and the density increases.
In particular, it contains ZrO 2 , In 2 O 3 and ZnO, and since the component composition of Zr, In, Zn satisfies the above relationship, it can be manufactured by pressure sintering such as hot pressing, and is excellent in productivity. In addition, the specific resistance is low and the density is high, and the generation of cracks and particles can be reduced. In addition, since the specific resistance is low, not only RF sputtering but also DC sputtering is possible. In the case of DC sputtering, the film formation rate is high, and sputtering is performed in an atmosphere in which oxygen is mixed during sputtering, whereby oxygen deficiency can be prevented and the transparency of the film can be maintained. In addition, a film having a refractive index and extinction coefficient equivalent to those obtained when conventional SiO 2 is added can be obtained.

また、本実施形態の酸化物スパッタリングターゲットの製造方法では、ZrO粉とIn粉とZnO粉とを用いるので、InとZnとが部分的に反応してInが安定化され溶け出し難くなると共に、Zrが他の金属と反応せずにそのまま残ることで、ZrO相の周囲を少なくともIn酸化物とZn酸化物とからなる相が囲んだ組織が得られる。 Further, in the method of manufacturing an oxide sputtering target of the present embodiment, since the use of the ZrO 2 powder and In 2 O 3 powder and ZnO powder, partially reacted and the In and Zn In melts stabilized In addition to being difficult, Zr remains as it is without reacting with other metals, thereby obtaining a structure in which the ZrO 2 phase is surrounded by at least a phase composed of In oxide and Zn oxide.

上記本実施形態に基づいて実際に作製した酸化物スパッタリングターゲットおよびその製造方法の実施例について、評価を行った結果を説明する。
[実施例1]
酸化ジルコニウム(純度:3N、平均粒径:10μm)、酸化インジウム(純度:3N、平均粒径:6μm)、酸化亜鉛(純度:3N、平均粒径:1.4μm)の各原料粉末を、Zrが0.6原子%、In/Znが2.5(原子比)になるように秤量した。
この秤量した原料粉末とその3倍量(重量比)のジルコニアボール(直径5mm)とをポリ容器に入れ、ボールミル装置にて18時間湿式混合する。なお、この際の溶媒には、アルコールを用いた。次に、得られた混合粉末を乾燥後、目開き:500μmの篩にかけ、焼結体形成用の原料粉末とし、黒鉛製のモールドに充填した後、1050℃にて3時間、350kgf/cmの圧力にて真空ホットプレスし、実施例1のスパッタリングターゲットを得た。
The result of having evaluated about the Example of the oxide sputtering target actually produced based on the said this embodiment and its manufacturing method is demonstrated.
[Example 1]
Each raw material powder of zirconium oxide (purity: 3N, average particle size: 10 μm), indium oxide (purity: 3N, average particle size: 6 μm), and zinc oxide (purity: 3N, average particle size: 1.4 μm) was converted into Zr. Is 0.6 atomic% and In / Zn is 2.5 (atomic ratio).
The weighed raw material powder and 3 times its amount (weight ratio) of zirconia balls (diameter 5 mm) are put in a plastic container and wet mixed in a ball mill apparatus for 18 hours. In addition, alcohol was used for the solvent in this case. Next, the obtained mixed powder was dried, passed through a sieve having an opening of 500 μm, used as a raw material powder for forming a sintered body, filled in a graphite mold, and then 350 kgf / cm 2 at 1050 ° C. for 3 hours. A vacuum hot press was performed at a pressure of 1 to obtain a sputtering target of Example 1.

[実施例2]
実施例1と同様の原料粉であって、Zrが6.1原子%、In/Znが4.68(原子比)になるように秤量した。秤量後の各工程は、実施例1と同様にして、実施例2のスパッタリングターゲットを作製した。
[実施例3]
実施例1と同様の原料粉であって、Zrが47.6原子%、In/Znが0.22(原子比)になるように秤量した。秤量後の各工程は、実施例1と同様にして、実施例3のスパッタリングターゲットを作製した。
[実施例4]
実施例1と同様の原料粉であって、酸化インジウム、酸化亜鉛の各原料粉末を、In/Znが0.22(原子比)になるように秤量した。この秤量した原料粉末とその3倍量(重量比)のジルコニアボール(直径5mm)とをポリ容器に入れ、ボールミル装置にて18時間湿式混合する。なお、この際の溶媒には、アルコールを用いた。次に、得られた混合粉末を乾燥後、目開き:500μmの篩にかけ、焼結体形成用の原料粉末とし、黒鉛製のモールドに充填した後、1100℃にて3時間、大気中にて焼成し、仮焼粉の一次混合粉末とした。
[Example 2]
The raw material powder was the same as in Example 1, and weighed so that Zr was 6.1 atomic% and In / Zn was 4.68 (atomic ratio). Each step after the weighing was performed in the same manner as in Example 1, and the sputtering target of Example 2 was produced.
[Example 3]
The raw material powder was the same as in Example 1, and weighed so that Zr was 47.6 atomic% and In / Zn was 0.22 (atomic ratio). Each step after weighing was performed in the same manner as in Example 1, and the sputtering target of Example 3 was produced.
[Example 4]
The same raw material powder as in Example 1, and each raw material powder of indium oxide and zinc oxide was weighed so that In / Zn was 0.22 (atomic ratio). The weighed raw material powder and 3 times its amount (weight ratio) of zirconia balls (diameter 5 mm) are put in a plastic container and wet mixed in a ball mill apparatus for 18 hours. In addition, alcohol was used for the solvent in this case. Next, the obtained mixed powder is dried, passed through a sieve having an opening of 500 μm, used as a raw material powder for forming a sintered body, filled in a graphite mold, and then at 1100 ° C. for 3 hours in the air. Firing was performed to obtain a primary mixed powder of calcined powder.

さらに、得られた一次混合粉末に酸化ジルコニウムが47.6原子%になるように加え、この混合粉末とその5倍量(重量比)のジルコニアボール(直径5mm)とをポリ容器に入れ、ボールミル装置にて24時間湿式混合して二次混合粉末とした。なお、この際の溶媒には、アルコールを用いた。得られた二次混合粉末を乾燥後、目開き:500μmの篩にかけ、1050℃にて3時間、350kgf/cmの圧力にて真空ホットプレスし、実施例4のスパッタリングターゲットを得た。 Further, zirconium oxide is added to the obtained primary mixed powder so as to be 47.6 atomic%, and this mixed powder and its five times amount (weight ratio) zirconia balls (diameter 5 mm) are put in a plastic container, and a ball mill The mixture was wet mixed for 24 hours to form a secondary mixed powder. In addition, alcohol was used for the solvent in this case. The obtained secondary mixed powder was dried, sieved through a sieve of 500 μm, and vacuum hot pressed at 1050 ° C. for 3 hours at a pressure of 350 kgf / cm 2 to obtain a sputtering target of Example 4.

[比較例1]
実施例1と同様の原料粉であって、酸化インジウム、酸化亜鉛の各原料粉末を、In/Znが0.15(原子比)になるように秤量した。秤量後の各工程は、実施例1と同様にして、比較例1のスパッタリングターゲットを作製した。
[Comparative Example 1]
The same raw material powder as in Example 1, and each raw material powder of indium oxide and zinc oxide was weighed so that In / Zn was 0.15 (atomic ratio). Each step after the weighing was performed in the same manner as in Example 1, and a sputtering target of Comparative Example 1 was produced.

[比較例2]
実施例1と同様の原料粉であって、Zrが49.0原子%、In/Znが4.9(原子比)になるように秤量した。秤量後の各工程は、実施例1と同様にして、比較例2のスパッタリングターゲットを作製した。
[Comparative Example 2]
The raw material powder was the same as in Example 1, and weighed so that Zr was 49.0 atomic% and In / Zn was 4.9 (atomic ratio). Each step after the weighing was performed in the same manner as in Example 1, and a sputtering target of Comparative Example 2 was produced.

[従来例]
酸化ジルコニウム(純度:3N、平均粒径:10μm)、酸化インジウム(純度:3N、平均粒径:6μm)、酸化ケイ素(純度:4N、平均粒径:0.2μm)の各原料粉末を、Zrが16.9原子%、In/Siが3.03(原子比)になるように秤量した。秤量後の各工程は、実施例1と同様にして、従来例のスパッタリングターゲットを作製した。
[Conventional example]
Each raw material powder of zirconium oxide (purity: 3N, average particle size: 10 μm), indium oxide (purity: 3N, average particle size: 6 μm), and silicon oxide (purity: 4N, average particle size: 0.2 μm) was converted into Zr. Was 16.9 atomic% and In / Si was 3.03 (atomic ratio). Each process after the weighing was performed in the same manner as in Example 1 to produce a sputtering target of a conventional example.

<評価>
各実施例・比較例のスパッタリングターゲットについて、ホットプレス後の金属溶出の有無を確認し、相対密度を求めた。
相対密度は、焼結体を所定寸法に機械加工した後、重量を測定し、嵩密度を求めた後、理論密度で割ることで、算出した。尚、理論密度は以下のようにして求めた。
<Evaluation>
About the sputtering target of each Example and the comparative example, the presence or absence of the metal elution after hot pressing was confirmed, and the relative density was calculated | required.
The relative density was calculated by machining the sintered body to a predetermined size, measuring the weight, obtaining the bulk density, and dividing by the theoretical density. The theoretical density was determined as follows.

金属溶出の有無は、X線回折測定の結果、金属の回折ピークが見られるか否かにより確認した。X線回折の測定条件は次のとおりである。   The presence or absence of metal elution was confirmed by whether or not a metal diffraction peak was observed as a result of X-ray diffraction measurement. The measurement conditions of X-ray diffraction are as follows.

試料の準備:試料はSiC−Paper(grit 180)にて湿式研磨、乾燥の後、測定試料とした。
装置:理学電気社製(RINT−Ultima/PC)
管球:Cu
管電圧:40kV
管電流:40mA
走査範囲(2θ):5°〜90°
スリットサイズ:発散(DS)2/3度、散乱(SS)2/3度、受光(RS)0.8mm
測定ステップ幅:2θで0.02度
スキャンスピード:毎分2度
試料台回転スピード:30rpm
評価の結果を表1に示す。また、実施例1のスパッタリングターゲットのX線回折測定結果を図1に示す。
Preparation of sample: The sample was wet-polished with SiC-Paper (grit 180) and dried, and then used as a measurement sample.
Equipment: Rigaku Electric (RINT-Ultima / PC)
Tube: Cu
Tube voltage: 40 kV
Tube current: 40 mA
Scanning range (2θ): 5 ° to 90 °
Slit size: Divergence (DS) 2/3 degree, Scattering (SS) 2/3 degree, Light reception (RS) 0.8mm
Measurement step width: 0.02 degrees at 2θ Scan speed: 2 degrees per minute Sample stage rotation speed: 30 rpm
The evaluation results are shown in Table 1. Moreover, the X-ray-diffraction measurement result of the sputtering target of Example 1 is shown in FIG.

表1より、ZnOを含有させた実施例1では、金属の溶出がない高密度なスパッタリングターゲットが得られることがわかる。また、図1に示すように、実施例のスパッタリングターゲットでは、ZrOに帰属する回折ピークが確認された。 From Table 1, it can be seen that in Example 1 containing ZnO, a high-density sputtering target without metal elution is obtained. Further, as shown in FIG. 1, the sputtering target of Example, a diffraction peak attributable to ZrO 2 was confirmed.

<EPMA分析>
実施例1のスパッタリングターゲットについて、その組織観察をEPMA(フィールドエミッション型電子線プローブ)にて、反射電子像(CP)および各元素の組成分布を示す元素分布像を用いて実施した。上記反射電子像および元素分布像を図2に示す。
なお、EPMAによる元素分布像は、本来カラー像であるが、白黒像に変換して記載しているため、濃淡の淡い部分(比較的白い部分)が所定元素の濃度が高い部分となっている。
これら画像から、実施例1のスパッタリングターゲットは、ZrOがそのまま残っており、その周囲をIn酸化物とZn酸化物とからなる相が囲んだ組織を有していることがわかる。
<EPMA analysis>
The structure of the sputtering target of Example 1 was observed with an EPMA (field emission electron beam probe) using a reflected electron image (CP) and an element distribution image showing the composition distribution of each element. The reflected electron image and element distribution image are shown in FIG.
The element distribution image by EPMA is originally a color image, but is described after being converted into a black and white image, and thus a light and dark portion (relatively white portion) is a portion where the concentration of the predetermined element is high. .
From these images, it can be seen that the sputtering target of Example 1 has the structure in which ZrO 2 remains as it is and the periphery is surrounded by a phase composed of In oxide and Zn oxide.

<比抵抗測定>
スパッタリングターゲットの比抵抗測定は、三菱化学製抵抗測定器ロレスタGPを用いて測定した。
<Specific resistance measurement>
The specific resistance of the sputtering target was measured using a resistance measuring instrument Loresta GP manufactured by Mitsubishi Chemical.

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態および上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態および上記実施例では、加圧焼結をホットプレスによって行っているが、他の方法としてHIP法(熱間等方加圧式焼結法)等を採用しても構わない。
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment and the above examples, pressure sintering is performed by hot pressing, but as another method, a HIP method (hot isostatic pressing method) or the like may be employed.

Claims (4)

ZrO,InおよびZnOを含有し、
ZrO相の周囲がInとZnとの酸化物からなる複合酸化物相を含む相で囲まれた組織を有することを特徴とする酸化物スパッタリングターゲット。
Containing ZrO 2 , In 2 O 3 and ZnO,
An oxide sputtering target characterized in that the ZrO 2 phase has a structure surrounded by a phase including a composite oxide phase composed of an oxide of In and Zn.
請求項1に記載の酸化物スパッタリングターゲットにおいて、
不可避不純物を除いた全金属成分量に対する原子比で、Zr:A%,InおよびZn:残とされており、これらの成分組成が、
0<A≦47.6、
0.22≦In(原子比)/Zn(原子比)≦4.68、
の関係を満たすことを特徴とする酸化物スパッタリングターゲット。
In the oxide sputtering target according to claim 1,
In the atomic ratio to the total metal component amount excluding inevitable impurities, Zr: A%, In and Zn: the balance, the composition of these components is
0 <A ≦ 47.6,
0.22 ≦ In (atomic ratio) / Zn (atomic ratio) ≦ 4.68,
An oxide sputtering target characterized by satisfying the relationship:
請求項1または2に記載の酸化物スパッタリングターゲットを製造する方法であって、
ZrO粉とIn粉とZnO粉とを混合して混合粉末を作製する工程と、
該混合粉末を加圧焼結する工程と、を有していることを特徴とする酸化物スパッタリングターゲットの製造方法。
A method for producing the oxide sputtering target according to claim 1, comprising:
Mixing ZrO 2 powder, In 2 O 3 powder and ZnO powder to produce a mixed powder;
And a step of pressure-sintering the mixed powder. A method for producing an oxide sputtering target.
請求項1または2に記載の酸化物スパッタリングターゲットを製造する方法であって、
In粉とZnO粉とを混合し、この混合粉末を仮焼して一次混合粉末を作製する工程と、
該一次混合粉末とZrO粉とを混合して二次混合粉末を作製する工程と、
該二次混合粉末を加圧焼結する工程と、を有していることを特徴とする酸化物スパッタリングターゲットの製造方法。
A method for producing the oxide sputtering target according to claim 1, comprising:
A step of mixing In 2 O 3 powder and ZnO powder and calcining this mixed powder to produce a primary mixed powder;
Mixing the primary mixed powder and ZrO 2 powder to produce a secondary mixed powder;
And a step of pressure-sintering the secondary mixed powder. A method for producing an oxide sputtering target.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015189632A (en) * 2014-03-28 2015-11-02 出光興産株式会社 oxide sintered body and sputtering target

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