JP2013194313A - Cu-Ga ALLOY SPUTTERING TARGET AND Cu-Ga ALLOY POWDER - Google Patents

Cu-Ga ALLOY SPUTTERING TARGET AND Cu-Ga ALLOY POWDER Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Cu-Ga alloy sputtering target, in which the density thereof is uniform at a center section and end sections, and which is excellent in the uniformity of the Ga concentration, and in which no cracking or chipping occurs during the target working and during sputtering, and generation of abnormal discharge is controlled.SOLUTION: A Cu-Ga alloy sputtering target is obtained by sintering after the heat treatment of Cu-Ga alloy powder, in which the Ga concentration is 15-45 mass%, the degree of compression is 0-25%, and the ratio of the tap density to the bulk density is 1.00-1.35.

Description

本発明は、CIGS(Cu−In−Ga−Se四元系合金)太陽電池の光吸収層の形成に使用されるCu−Ga合金スパッタリングターゲット及びこのターゲットに用いられるCu−Ga合金粉末に関するものである。   The present invention relates to a Cu—Ga alloy sputtering target used for forming a light absorption layer of a CIGS (Cu—In—Ga—Se quaternary alloy) solar cell and a Cu—Ga alloy powder used for this target. is there.

近年、クリーンエネルギーの一つとして、太陽光発電が注目されている。主に、結晶系Siの太陽電池が使用されているが、供給面やコストの問題から、変換効率の高いCIGS(Cu−In−Ga−Se四元系合金)系の太陽電池が注目されている。   In recent years, photovoltaic power generation has attracted attention as one of clean energy. Although crystalline Si solar cells are mainly used, CIGS (Cu—In—Ga—Se quaternary alloy) solar cells with high conversion efficiency are attracting attention because of supply and cost problems. Yes.

CIGS太陽電池は、基本構造として、ソーダライムガラス基板の上に形成された裏面電極となるMo電極層と、このMo電極層の上に形成された光吸収層となるCIGS膜(Cu−In−Ga−Se膜、又はCu−In−Ga−S−Se膜)と、光吸収層の上に形成されたZnS、CdSなどからなるバッファ層と、このバッファ層の上に形成された透明電極とを備える。   The CIGS solar cell has, as a basic structure, a Mo electrode layer to be a back electrode formed on a soda lime glass substrate and a CIGS film (Cu-In--) to be a light absorption layer formed on the Mo electrode layer. Ga-Se film or Cu-In-Ga-S-Se film), a buffer layer made of ZnS, CdS, etc. formed on the light absorption layer, and a transparent electrode formed on the buffer layer, Is provided.

Cu−In−Ga−Se四元系合金膜からなるCIGS光吸収層の形成方法としては、蒸着法が知られているが、より広い面積で均一な膜を得るためにスパッタリングにより作製された金属プリカーサ膜をセレン化する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   As a method for forming a CIGS light absorption layer made of a Cu—In—Ga—Se quaternary alloy film, a vapor deposition method is known, but a metal produced by sputtering to obtain a uniform film with a larger area. A method for selenizing a precursor film has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

スパッタ法は、Cu−Ga合金スパッタリングターゲットとInターゲットを使用してスパッタすることにより、金属プリカーサ膜を作製し、これをSe又はS雰囲気中で熱処理してCIGS膜を形成する方法である。このスパッタ法により形成されたCIGS膜の品質は、Cu−Ga合金スパッタリングターゲットの品質に大きく依存するため、高品質なCu−Ga合金スパッタリングターゲットが望まれている。   The sputtering method is a method in which a metal precursor film is produced by sputtering using a Cu—Ga alloy sputtering target and an In target, and this is heat-treated in a Se or S atmosphere to form a CIGS film. Since the quality of the CIGS film formed by this sputtering method largely depends on the quality of the Cu—Ga alloy sputtering target, a high quality Cu—Ga alloy sputtering target is desired.

特許3249408号公報Japanese Patent No. 3249408 特開2000−73163号公報JP 2000-73163 A 特開2008−138232号公報JP 2008-138232 A 特許第4649536号Japanese Patent No. 4649536 特開2010−265544号公報JP 2010-265544 A

ところで、近年、太陽電池メーカーによるCIGS層組成の最適化が進み、Ga濃度30質量%以上の濃度のCu−Ga合金スパッタリングターゲットが求められている。   By the way, in recent years, optimization of CIGS layer composition by a solar cell manufacturer has progressed, and a Cu—Ga alloy sputtering target having a Ga concentration of 30% by mass or more has been demanded.

Cu−Ga合金スパッタリングターゲットの製造方法としては、溶解法(例えば、特許文献2参照。)又は粉末冶金法(例えば、特許文献3乃至特許文献5参照。)による製造方法が知られている。   As a method for producing a Cu—Ga alloy sputtering target, a production method by a melting method (for example, see Patent Document 2) or a powder metallurgy method (for example, see Patent Documents 3 to 5) is known.

特許文献2では、溶解法によりCu−Ga合金スパッタリングターゲットを製造する方法が提案されているが、鋳造したGa濃度30質量%以上の合金は脆く、その後の加工でターゲットが割れてしまうという問題がある。   Patent Document 2 proposes a method for producing a Cu—Ga alloy sputtering target by a melting method, but the cast alloy having a Ga concentration of 30% by mass or more is brittle, and the target is cracked in subsequent processing. is there.

特許文献3では、Ga濃度30質量%以上で割れや欠損のないCu−Ga合金スパッタリングターゲットを粉末焼結法で製造する方法が提案されている。   Patent Document 3 proposes a method of manufacturing a Cu—Ga alloy sputtering target having a Ga concentration of 30% by mass or more and having no cracks or defects by a powder sintering method.

また、Cu−Ga合金スパッタリングターゲットを製造するあたり、原料となるCu−Ga合金粉末において嵩密度とタップ密度に差があると、ホットプレス等での粉の充填時に偏析が生じ、さらには押圧印加時に粉漏れが発生してしまう。これにより、ターゲットの歩留まりの低下、モールド類、押圧パンチ等の部材の汚れ或いは変形、如いては得られる焼結体の性能をも悪化、例えば、クラック、密度不均一、強度の悪化、Ga濃度の不均一、厚みムラ等を生じさせるという問題がある。   In addition, when producing a Cu-Ga alloy sputtering target, if there is a difference in bulk density and tap density in the Cu-Ga alloy powder as a raw material, segregation occurs during filling of the powder with a hot press or the like, and further press application Sometimes powder leaks. As a result, the yield of the target is reduced, the molds, dirt or deformation of the members such as the press punch, etc., and the performance of the obtained sintered body is also deteriorated, for example, cracks, density unevenness, strength deterioration, Ga concentration There is a problem that non-uniformity in thickness, uneven thickness, and the like are caused.

Cu−Ga合金スパッタリングターゲットの密度が不均一であったり、強度が不十分である場合には、スパッタリング中に異常放電(アーク放電)が発生し、スプラッシュが飛散して金属プリカーサ膜に付着したり、Cu−Ga合金スパッタリングターゲットから小片が脱落して金属プリカーサ膜に付着して太陽電池特性の低下や歩留まりの低下が生じるという問題が起きてしまう。このため、高品質なCu−Ga合金スパッタリングターゲットには、異常放電や粒子脱落が発生しないことも求められる。   When the density of the Cu—Ga alloy sputtering target is not uniform or the strength is insufficient, abnormal discharge (arc discharge) occurs during sputtering, splash splashes and adheres to the metal precursor film. Then, a small piece comes off from the Cu—Ga alloy sputtering target and adheres to the metal precursor film, resulting in a problem that the solar cell characteristics are lowered and the yield is lowered. For this reason, a high-quality Cu—Ga alloy sputtering target is also required not to cause abnormal discharge or particle dropout.

本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、中央部と端部とにおいて密度が均一であり、Ga濃度の均一性に優れ、ターゲット加工中及びスパッタリング中に割れ欠けがなく、異常放電の発生が抑制されたCu−Ga合金スパッタリングターゲットを提供すること、並びに、このようなターゲットを製造するために、Cu−Ga合金粉末の嵩密度とタップ密度の差が小さく、粒度偏析が起こりにくいCu−Ga合金粉末を提供することを目的とする。   The present invention has been proposed in view of such circumstances, the density is uniform at the center and the end, the Ga concentration is uniform, and there are no cracks during target processing and sputtering. To provide a Cu-Ga alloy sputtering target in which the occurrence of abnormal discharge is suppressed, and to produce such a target, the difference between the bulk density and the tap density of the Cu-Ga alloy powder is small, and the particle size segregation. An object of the present invention is to provide a Cu-Ga alloy powder that is less likely to cause oxidization.

上述した目的を達成する本発明に係るCu−Ga合金スパッタリングターゲットは、中央部と端部との密度差が0.10g/cm未満であることを特徴とする。 The Cu—Ga alloy sputtering target according to the present invention that achieves the above-described object is characterized in that the density difference between the central portion and the end portion is less than 0.10 g / cm 3 .

このCu−Ga合金スパッタリングターゲットは、中央部と端部とのGa濃度差が±2.0wt%以内であることを特徴とする。   This Cu—Ga alloy sputtering target is characterized in that the Ga concentration difference between the central portion and the end portion is within ± 2.0 wt%.

このCu−Ga合金スパッタリングターゲットは、空孔率が0.07%以下であることを特徴とする。   This Cu—Ga alloy sputtering target has a porosity of 0.07% or less.

このCu−Ga合金スパッタリングターゲットは、Ga濃度が15質量%〜45質量%であり、圧縮度が0%〜25%であり、かつタップ密度と嵩密度の比が1.00〜1.35であるCu−Ga合金粉末を熱処理後、焼結して得られることを特徴とする   This Cu-Ga alloy sputtering target has a Ga concentration of 15% by mass to 45% by mass, a compressibility of 0% to 25%, and a ratio of tap density to bulk density of 1.00 to 1.35. It is obtained by sintering a Cu-Ga alloy powder after heat treatment.

上述した目的を達成する本発明に係るCu−Ga合金粉末は、Ga濃度が15質量%〜45質量%であり、圧縮度が0%〜25%であり、かつタップ密度と嵩密度の比が1.00〜1.35であることを特徴とする。   The Cu—Ga alloy powder according to the present invention that achieves the above-mentioned object has a Ga concentration of 15% by mass to 45% by mass, a degree of compression of 0% to 25%, and a ratio of tap density to bulk density. It is 1.00-1.35.

本発明では、Cu−Ga合金スパッタリングターゲットの中央部と端部とにおいて密度差が0.10g/cm未満であるため、スパッタ時に異常放電が発生することを防止できる。 In the present invention, since the density difference is less than 0.10 g / cm 3 between the central portion and the end portion of the Cu—Ga alloy sputtering target, it is possible to prevent abnormal discharge from occurring during sputtering.

Cu−Ga系合金状態図である。It is a Cu-Ga type alloy phase diagram.

以下に、本発明を適用したCu−Ga合金粉末及びCu−Ga合金スパッタリングターゲットについて詳細に説明する。なお、本発明は、特に限定がない限り、以下の詳細な説明に限定されるものではない。まず、Cu−Ga合金スパッタリングターゲットの原料となるCu−Ga合金粉末について説明する。   The Cu—Ga alloy powder and the Cu—Ga alloy sputtering target to which the present invention is applied will be described in detail below. Note that the present invention is not limited to the following detailed description unless otherwise specified. First, the Cu-Ga alloy powder used as the raw material of a Cu-Ga alloy sputtering target is demonstrated.

<Cu−Ga合金粉末>
Cu−Ga合金粉末は、ターゲットを作製する際の熱処理工程や焼結工程で均一な組成、密度にするため、タップ密度、嵩密度、粒度分布が最適な範囲に制御されている。Cu−Ga合金粉末は、Ga濃度が15質量%〜45質量%であり、圧縮度が0%〜25%であり、かつタップ密度と嵩密度の比(Hausner比)が1.00〜1.35である。圧縮度及びHausner比は、流動性の程度を表す周知のパラメータである。
<Cu-Ga alloy powder>
The Cu-Ga alloy powder has a tap density, a bulk density, and a particle size distribution that are controlled in an optimal range in order to obtain a uniform composition and density in a heat treatment process and a sintering process in producing a target. The Cu-Ga alloy powder has a Ga concentration of 15% by mass to 45% by mass, a compressibility of 0% to 25%, and a tap density to bulk density ratio (Hausner ratio) of 1.00 to 1.%. 35. The degree of compression and the Hausner ratio are well-known parameters representing the degree of fluidity.

圧縮度(%)は、圧縮度(%)={(タップ密度―嵩密度)/タップ密度}×100により求めることができる。Hausner比は、タップ密度/嵩密度により求めることができる。嵩密度及びタップ密度は、JISR1628とJISZ2512に基づき測定することができる。   The degree of compression (%) can be determined by the degree of compression (%) = {(tap density−bulk density) / tap density} × 100. The Hausner ratio can be determined by the tap density / bulk density. The bulk density and the tap density can be measured based on JIS R1628 and JISZ2512.

一般に、Hausner比が減少すると粉末の流動性は良くなる。すなわち、嵩密度がタップ密度に接近する。つまり、粒子間の空間がより微細な粒子によって充填されるのが困難になる。各種寸法の粒子間に細かな粉末が蓄積すると粒子間力が増加し、その結果、粉末の全体の流動性が妨げられる。即ち、Hausner比は粒子間の配列状態を意味している。   In general, the powder fluidity improves as the Hausner ratio decreases. That is, the bulk density approaches the tap density. That is, it becomes difficult for the space between the particles to be filled with finer particles. Accumulation of fine powder between particles of various dimensions increases the interparticle force and consequently impedes the overall fluidity of the powder. That is, the Hausner ratio means an arrangement state between particles.

圧縮度が26%以上、Hausner比が1.35よりも大きい場合には、Cu−Ga合金粉末の流動性が悪く、後工程である焼結でクラックが発生しやすい。また、偏析が起これば粉末を焼結の型に詰める際に粉漏れが発生し、ターゲットの密度が不均一になる恐れがある。ターゲットの密度に低い箇所が発生した場合、すなわち空孔率が大きくなった場合には、後のスパッタでアーク等が発生する原因となり、望ましくない。   When the degree of compression is 26% or more and the Hausner ratio is greater than 1.35, the fluidity of the Cu—Ga alloy powder is poor, and cracks are likely to occur during the subsequent sintering. Further, if segregation occurs, powder leakage may occur when the powder is packed in a sintering mold, and the target density may become non-uniform. If a portion having a low target density occurs, that is, if the porosity increases, an arc or the like may be generated in the subsequent sputtering, which is not desirable.

したがって、Cu−Ga合金粉末では、圧縮度が0%〜25%であり、かつタップ密度と嵩密度の比が1.00〜1.35であることによって、流動性が良く、偏析が起こらず、ターゲットの密度が均一になり、空孔率を低減でき、スパッタ時のアークの発生を抑えることができる。   Therefore, in the Cu—Ga alloy powder, the degree of compression is 0% to 25%, and the ratio of the tap density to the bulk density is 1.00 to 1.35, so that the fluidity is good and segregation does not occur. The density of the target becomes uniform, the porosity can be reduced, and the generation of arc during sputtering can be suppressed.

また、Cu−Ga合金粉末は、Cu−Ga金属間化合物層におけるGaの濃度のばらつきが抑えられ、ばらつきは3.0質量%以内である。したがって、このCu−Ga合金粉末は、組成が均一で高品質なものである。したがって、Cu−Ga合金粉末を用いることで、組成が均一なCu−Ga合金スパッタリングターゲットを作製することができる。   Moreover, the Cu-Ga alloy powder suppresses the variation in the Ga concentration in the Cu-Ga intermetallic compound layer, and the variation is within 3.0% by mass. Therefore, this Cu-Ga alloy powder has a uniform composition and high quality. Therefore, by using the Cu—Ga alloy powder, a Cu—Ga alloy sputtering target having a uniform composition can be manufactured.

<Cu−Ga合金スパッタリングターゲット>
Cu−Ga合金スパッタリングターゲットは、上述したCu−Ga合金粉末を後述するように熱処理し、焼結することによって製造することができる。Cu−Ga合金スパッタリングターゲットは、圧縮度が0%〜25%であり、かつタップ密度と嵩密度の比(Hausner比)が1.00以上1.35以下であるCu−Ga合金粉末を用いることによって、焼結の際にホットプレス装置の型からCu−Ga合金粉末が漏れないため、Cu−Ga合金スパッタリングターゲットの中央部と端部との密度の差が小さくなる。Cu−Ga合金スパッタリングターゲットでは、アルキメデス法により測定して得られる中央部と端部とにおいて密度の差が0.10g/cm未満となる。また、空孔率が0.07%以下の緻密なものとなる。したがって、Cu−Ga合金スパッタリングターゲット中の空孔が少ないため、スパッタ時にアークが発生することを抑制できる。
<Cu-Ga alloy sputtering target>
The Cu—Ga alloy sputtering target can be manufactured by heat-treating and sintering the above-described Cu—Ga alloy powder as described later. The Cu—Ga alloy sputtering target uses a Cu—Ga alloy powder having a degree of compression of 0% to 25% and a ratio of tap density to bulk density (Hausner ratio) of 1.00 to 1.35. Thus, since Cu—Ga alloy powder does not leak from the mold of the hot press apparatus during sintering, the difference in density between the central portion and the end portion of the Cu—Ga alloy sputtering target is reduced. In the Cu—Ga alloy sputtering target, the density difference between the center and the end obtained by the Archimedes method is less than 0.10 g / cm 3 . In addition, it becomes dense with a porosity of 0.07% or less. Therefore, since there are few void | holes in a Cu-Ga alloy sputtering target, it can suppress that an arc generate | occur | produces at the time of sputtering.

また、このCu−Ga合金スパッタリングターゲットは、中央部と端部とのGa濃度の差が±2.0wt%以内であり、Ga濃度のばらつきが小さいため、組成が均一な高品質なものである。したがって、Cu−Ga合金スパッタリングターゲットを用いてスパッタした場合には、Ga濃度のばらつきが小さいため、均一な組成のスパッタ膜を形成することができる。   Further, this Cu—Ga alloy sputtering target is of high quality with a uniform composition because the difference in Ga concentration between the central portion and the end portion is within ± 2.0 wt% and the variation in Ga concentration is small. . Therefore, when sputtering is performed using a Cu—Ga alloy sputtering target, since the variation in Ga concentration is small, a sputtered film having a uniform composition can be formed.

以上のCu−Ga合金スパッタリングターゲットは、中央部と端部とにおいて密度が均一であり、Ga濃度の均一性に優れ、ターゲット加工中及びスパッタリング中に割れ欠けがなく、異常放電の発生が抑制された高品質なものであり、Ga濃度が均一なスパッタ膜を不具合が生じることなく成膜することができる。   The above Cu-Ga alloy sputtering target has a uniform density at the center and at the end, excellent Ga concentration uniformity, no cracking during target processing and sputtering, and the occurrence of abnormal discharge is suppressed. In addition, it is possible to form a sputtered film with high quality and uniform Ga concentration without causing any trouble.

<Cu−Ga合金スパッタリングターゲットの製造方法>
先ず、Cu−Ga合金粉末の製造方法について説明し、次にCu−Ga合金スパッタリングターゲットの製造方法を説明する。
<Method for producing Cu-Ga alloy sputtering target>
First, the manufacturing method of Cu-Ga alloy powder is demonstrated, and the manufacturing method of a Cu-Ga alloy sputtering target is demonstrated next.

(原料)
Cu−Ga合金粉末の原料には、Cu粉末及びGaを用いる。Cu粉末は、例えば、電解法又はアトマイズ法により製造される電解Cu粉又はアトマイズCu粉を使用することができる。電解Cu粉は、硫酸銅溶液等の電解液中で電気分解により陰極に海綿状又は樹枝状の形状のCuを析出させて製造される。アトマイズCu粉は、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、遠心アトマイズ法、メルトエクストラクション法等により球状又は不定形の形状のCu粉末が製造される。なお、Cu粉末は、これらの方法以外で製造されたものを使用してもよい。
(material)
Cu powder and Ga are used as raw materials for the Cu—Ga alloy powder. As the Cu powder, for example, electrolytic Cu powder or atomized Cu powder produced by an electrolytic method or an atomizing method can be used. The electrolytic Cu powder is produced by depositing spongy or dendritic Cu on the cathode by electrolysis in an electrolytic solution such as a copper sulfate solution. As for the atomized Cu powder, spherical or irregular shaped Cu powder is produced by a gas atomization method, a water atomization method, a centrifugal atomization method, a melt extraction method, or the like. In addition, you may use what was manufactured by Cu methods other than these methods.

Cu粉末の純度は、Cu−Ga合金スパッタリングターゲットから形成されるCIGS光吸収層の特性に影響を与えないように適宜選択される。Cu粉末中の酸素含有量が0.2質量%よりも多い場合には、後述する撹拌工程の処理が長時間になってしまうため、酸素含有量は0.2質量%以下であることが好ましい。また、Cu粉末中のFe、Ni、Crの含有量が3ppmよりも多い場合には、CIGS光吸収層の量子効率が低下してしまうため、Fe、Ni、Crは3ppm以下であることが好ましい。   The purity of the Cu powder is appropriately selected so as not to affect the characteristics of the CIGS light absorption layer formed from the Cu—Ga alloy sputtering target. When the oxygen content in the Cu powder is more than 0.2% by mass, the stirring process described later takes a long time, so the oxygen content is preferably 0.2% by mass or less. . Further, when the content of Fe, Ni, and Cr in the Cu powder is more than 3 ppm, the quantum efficiency of the CIGS light absorption layer is lowered, so that Fe, Ni, and Cr are preferably 3 ppm or less. .

Cu粉末の平均粒径は、5μm〜300μmであることが好ましい。Cu粉末の平均粒径が5μm以上である場合には、Cu粉末の飛散を防止する特別な取り扱いが不要となるとともに、Cu粉末の嵩容量の増加により合金粉末製造装置が大型化し、高額な装置が必要となることを防ぐことができる。また、Cu粉末の平均粒径が300μm以下である場合には、Gaが被覆しなければならないCu粉末の表面積(BET)が不足して、余剰となった未反応の液相のGaが残り易くなるのを防止することができる。これにより、Cu粉末の平均粒径が300μm以下である場合には、未反応の液相のGaの存在によりCu−Ga合金粉末の組成にばらつきが生じることを抑制できる。したがって、Cu粉末の平均粒径を5μm〜300μmとすることによって、Cu粉末の飛散防止の措置をとる必要がなく、合金粉末製造装置の大型化を防止でき、また未反応のGaの液相を少なくでき、Cu−Ga合金粉末の組成のばらつきを抑えることができる。   The average particle diameter of the Cu powder is preferably 5 μm to 300 μm. When the average particle size of the Cu powder is 5 μm or more, special handling for preventing the scattering of the Cu powder is not required, and the alloy powder production apparatus is increased in size due to the increase in the bulk capacity of the Cu powder. Can be prevented. In addition, when the average particle size of the Cu powder is 300 μm or less, the surface area (BET) of the Cu powder that must be coated with Ga is insufficient, and surplus unreacted liquid phase Ga tends to remain. Can be prevented. Thereby, when the average particle diameter of Cu powder is 300 micrometers or less, it can suppress that dispersion | variation arises in the composition of Cu-Ga alloy powder by presence of unreacted liquid phase Ga. Therefore, by setting the average particle size of the Cu powder to 5 μm to 300 μm, it is not necessary to take measures to prevent the Cu powder from scattering, the enlargement of the alloy powder manufacturing apparatus can be prevented, and the liquid phase of unreacted Ga can be reduced. The variation in the composition of the Cu—Ga alloy powder can be suppressed.

なお、Cu粉末の平均粒径は、Cu粉末の粒度分布をレーザー回折法で測定し、小径側から存在比率(体積基準)を積算して、その値が全粒径に渡った存在比率の積算値の半分になる粒径(D50)である。比表面積の値(以下BET値)は、BET法により求めることができる。   The average particle size of the Cu powder is obtained by measuring the particle size distribution of the Cu powder by a laser diffraction method, integrating the abundance ratio (volume basis) from the small diameter side, and integrating the abundance ratio over the entire particle diameter. The particle size (D50) is half of the value. The value of the specific surface area (hereinafter referred to as BET value) can be determined by the BET method.

(配合)
Cu粉末とGaとを上述した質量比85:15〜55:45の割合で配合する。Gaは、融点が低い金属(融点:29.78℃)であるため、加熱することにより容易に融解し、融解したGaがCu粉末を被覆する。Ga量が15質量%以上であることにより、Cu粉末の表面に短時間でGaによる均一被覆が可能となると共に、得られた粉末を焼結した際に均一な合金組織にすることが可能となる。また、Ga量が45質量%以下であることにより、Cu粉末の間に存在する多量のGaによって粉末同士が結合して塊状になるのを防ぎ、合金粉末の収率を向上させることができる。
(Combination)
Cu powder and Ga are blended in the above-described mass ratio of 85:15 to 55:45. Since Ga is a metal having a low melting point (melting point: 29.78 ° C.), it is easily melted by heating, and the melted Ga covers the Cu powder. When the amount of Ga is 15% by mass or more, the surface of the Cu powder can be uniformly coated with Ga in a short time, and a uniform alloy structure can be obtained when the obtained powder is sintered. Become. Moreover, when the amount of Ga is 45% by mass or less, it is possible to prevent the powders from being combined with each other by a large amount of Ga present between the Cu powders, and to improve the yield of the alloy powder.

(合金粉末作製工程)
次に、Cu粉末に所定量のGaを加えてCu−Ga合金粉末を作製する合金粉末作製工程を行う。
(Alloy powder production process)
Next, an alloy powder preparation process is performed in which a predetermined amount of Ga is added to the Cu powder to prepare a Cu—Ga alloy powder.

上述した質量比でCu粉末とGaとが配合された混合粉末を、真空又は不活性ガス雰囲気中で100℃〜300℃の温度で攪拌することにより、直接、Cu−Ga合金粉末を形成する。従来では、一旦CuとGaを高温にて溶解して合金化し、作製したCu−Ga合金インゴットを粉砕してCu−Ga合金粉末を得ていた。しかしながら、この合金粉末作製工程では、上記の条件の下で、Cu粉末とGaとを混合した混合粉末を100℃〜300℃の温度で撹拌することにより、Cu−Ga合金インゴットを作製して粉砕しなくても、原料の状態から直接Cu−Ga合金粉末を作製することができる。具体的には、上述した割合で秤量したCu粉末とGa小片を、Gaの融点よりも高くCuの融点よりも低い温度、即ち30℃〜300℃の範囲で温度を制御し、Cu粉末の表面にCu−Ga二元系合金を形成する。   Cu-Ga alloy powder is directly formed by stirring the mixed powder in which Cu powder and Ga are blended at the above-described mass ratio in a vacuum or an inert gas atmosphere at a temperature of 100 ° C to 300 ° C. Conventionally, Cu and Ga were once melted and alloyed at a high temperature, and the produced Cu—Ga alloy ingot was pulverized to obtain a Cu—Ga alloy powder. However, in this alloy powder production step, a Cu—Ga alloy ingot is produced and pulverized by stirring a mixed powder obtained by mixing Cu powder and Ga at a temperature of 100 ° C. to 300 ° C. under the above conditions. Even if it does not do, Cu-Ga alloy powder can be directly produced from the state of a raw material. Specifically, the Cu powder and Ga pieces weighed at the above-described ratio are controlled to a temperature higher than the melting point of Ga and lower than the melting point of Cu, that is, in the range of 30 ° C. to 300 ° C. A Cu—Ga binary alloy is formed.

Cu−Ga合金化物は、次のような過程を経て形成されるものと考えられる。融点を超えて液体となったGaは、混合のせん断運動によって小さな液滴になりながらCu粉末間に均一に分散する。分散したGa液滴は、Cu粉末の周囲に付着し、Cu粉末とGa液滴が接触するとCu粉末にGaの拡散が始まり、Ga濃度が高まるとともにCu−Ga金属間化合物を生成しながら合金化反応が進行する。このとき、Cu−Ga合金化物の表面は、Ga濃度の高いCu−Ga金属間化合物層であって、中心部は純Cuとなる。   The Cu-Ga alloy is considered to be formed through the following process. Ga, which has become liquid beyond the melting point, is uniformly dispersed between Cu powders while becoming small droplets by the shearing motion of mixing. The dispersed Ga droplets adhere to the periphery of the Cu powder, and when the Cu powder and Ga droplets come into contact with each other, the diffusion of Ga begins in the Cu powder, increasing the Ga concentration and forming an alloy while forming a Cu-Ga intermetallic compound. The reaction proceeds. At this time, the surface of the Cu—Ga alloyed material is a Cu—Ga intermetallic compound layer having a high Ga concentration, and the central portion is pure Cu.

このCu粉末とGaとの混合は、均一な合金化反応(均質化反応)の進行に有効である。また、混合のせん断運動は、粉同士の固着による塊状物の生成も抑制していると考えられる。塊状物が生成された場合には、後のホットプレス等の焼結工程において、焼結体中に空孔が形成されて、密度が不均一になってしまう。   This mixing of Cu powder and Ga is effective for the progress of a uniform alloying reaction (homogenization reaction). Moreover, it is considered that the shearing movement of the mixture also suppresses the formation of a lump due to the adhesion between the powders. When a lump is generated, voids are formed in the sintered body in a subsequent sintering process such as hot pressing, and the density becomes non-uniform.

Gaは、Cu粉末と同様に、Cu−Ga合金スパッタリングターゲットから形成されるCIGS光吸収層の特性に影響を与えないように適宜選択される。Gaの純度は、Cu粉末と同様に、Fe、Ni、Crが3ppmよりも多いとCIGS光吸収層の量子効率が低下してしまうので、Fe、Ni、Crは3ppm以下であることが好ましい。Ga中の酸素含有量が0.2質量%よりも多い場合には、スパッタリング中に異常放電が発生しやすいため、酸素含有量は0.2質量%以下であることが好ましい。   Similarly to Cu powder, Ga is appropriately selected so as not to affect the characteristics of the CIGS light absorption layer formed from the Cu—Ga alloy sputtering target. As with the Cu powder, the purity of Ga is preferably 3 ppm or less because the quantum efficiency of the CIGS light-absorbing layer is lowered when Fe, Ni, and Cr are more than 3 ppm. When the oxygen content in Ga is more than 0.2% by mass, abnormal discharge is likely to occur during sputtering. Therefore, the oxygen content is preferably 0.2% by mass or less.

Gaは、融点が低い金属(融点:29.78℃)である。Cu粉末に投入するGaは、融解した液体Gaである場合、直ちに攪拌を開始できるので好ましい。Gaの形状には、制限はないが、小片であると秤量が容易である。小片は、Gaを室温近傍で溶解して鋳造し、鋳造物を砕いて得ることができる。   Ga is a metal having a low melting point (melting point: 29.78 ° C.). Ga to be added to the Cu powder is preferably melted liquid Ga because stirring can be started immediately. Although there is no restriction | limiting in the shape of Ga, when it is a small piece, weighing is easy. The small piece can be obtained by melting and casting Ga in the vicinity of room temperature and crushing the casting.

Cu粉末とGaは、質量比で85:15〜55:45の割合で配合する。特に合金粉末作製工程では、Gaが15質量%以上であることにより、Cu粉末の表面にGaを短時間で均一に被覆することができ、Gaが45質量%以下であることにより、短時間で被覆したGaを合金化することができる。この合金粉末作製工程で形成されるCu−Ga合金粉末は、Cu粉末の表面にCu−Ga合金層が存在する。   Cu powder and Ga are blended at a mass ratio of 85:15 to 55:45. In particular, in the alloy powder preparation process, Ga can be uniformly coated on the surface of the Cu powder in a short time because Ga is 15% by mass or more. The coated Ga can be alloyed. The Cu—Ga alloy powder formed in this alloy powder production step has a Cu—Ga alloy layer on the surface of the Cu powder.

合金粉末作製工程は、真空又は不活性ガス雰囲気中で行う。合金粉末作製工程では、真空又は不活性ガス雰囲気中で合金化することによって、Cu−Ga合金粉末に酸素が含まれることを抑制できる。   The alloy powder preparation step is performed in a vacuum or an inert gas atmosphere. In the alloy powder production step, it is possible to suppress the inclusion of oxygen in the Cu—Ga alloy powder by alloying in a vacuum or an inert gas atmosphere.

真空又は不活性ガス雰囲気中の酸素分圧は、20Pa以下であることが好ましい。20Paより高い場合には、形成したCu−Ga合金粉末の酸素含有量が増加し、作製したスパッタリングターゲットの酸素含有量も増加して、大きな投入電力でスパッタすると異常放電を発生してしまう。不活性ガス雰囲気は、窒素ガス又はアルゴンガスが好ましい。   The oxygen partial pressure in a vacuum or an inert gas atmosphere is preferably 20 Pa or less. When it is higher than 20 Pa, the oxygen content of the formed Cu—Ga alloy powder increases, the oxygen content of the produced sputtering target also increases, and abnormal sputtering occurs when sputtered with a large input power. The inert gas atmosphere is preferably nitrogen gas or argon gas.

合金化する際の温度は、100℃〜300℃である。100℃よりも低い場合には、Cu粉末とGaの反応性が不十分となり、未反応のGaが残り、Cu−Ga合金粉末のGa濃度がばらついてしまう。300℃よりも高い場合には、Cu粉末の表面が合金化するが、温度が高くなるとCu−Ga合金粉末同士が凝集しはじめてしまう。この凝集は、攪拌によるせん断運動で解くことができるため、300℃より高温でCu−Ga合金粉末を形成することはできるが、攪拌装置の熱劣化が激しく、装置部品の交換の頻度を高めるためコスト高になってしまう。したがって、温度は、100℃〜300℃とすることによって、凝集することなく、Cu粉末とGaとを十分に反応させることができる。   The temperature at the time of alloying is 100 ° C to 300 ° C. When the temperature is lower than 100 ° C., the reactivity between the Cu powder and Ga becomes insufficient, unreacted Ga remains, and the Ga concentration of the Cu—Ga alloy powder varies. When the temperature is higher than 300 ° C., the surface of the Cu powder is alloyed, but when the temperature is increased, the Cu—Ga alloy powder begins to aggregate. Since this agglomeration can be solved by a shearing motion by stirring, a Cu-Ga alloy powder can be formed at a temperature higher than 300 ° C., but the thermal deterioration of the stirring device is severe and the frequency of replacement of device parts is increased. It becomes expensive. Therefore, by setting the temperature to 100 ° C. to 300 ° C., Cu powder and Ga can be sufficiently reacted without aggregation.

温度の保持時間は、30分〜4時間が好ましい。保持時間が30分よりも短い場合には、Cu粉末とGaの反応性が不十分となり、未反応のGaが残り、Cu−Ga合金粉末のGa濃度がばらついてしまう。保持時間が4時間より長い場合には、真空又は不活性ガス雰囲気であってもCu−Ga合金粉末の酸素含有量が増加してしまう。したがって、温度の保持時間は、30分〜4時間とすることによって、Cu粉末とGaとを十分に反応させ、Cu−Ga合金粉末の酸素含有量の増加を抑制できる。   The temperature holding time is preferably 30 minutes to 4 hours. When the holding time is shorter than 30 minutes, the reactivity between the Cu powder and Ga becomes insufficient, unreacted Ga remains, and the Ga concentration of the Cu—Ga alloy powder varies. When the holding time is longer than 4 hours, the oxygen content of the Cu—Ga alloy powder increases even in a vacuum or an inert gas atmosphere. Therefore, by setting the temperature holding time to 30 minutes to 4 hours, the Cu powder and Ga can be sufficiently reacted to suppress an increase in the oxygen content of the Cu-Ga alloy powder.

攪拌は、Cu粉末とGaとの接触頻度を上げて反応を進める効果と同時に、凝集を抑制して直接にCu−Ga合金粉末を形成することに有効である。   The agitation is effective for directly forming the Cu—Ga alloy powder while suppressing aggregation and increasing the contact frequency between the Cu powder and Ga.

攪拌装置は、撹拌工程と同様の円筒、ダブルコーン、ツインシェル等の回転容器型の攪拌装置や、固定容器内を攪拌羽根や攪拌ブレード等の攪拌子が運動する攪拌装置を使用することができる。上述した撹拌工程を施したCu粉末は、大気に触れると直ちに表面が酸化してGaとの反応性が低下してしまう。このため、合金粉末作製工程は、撹拌工程を行う同一の攪拌装置内で撹拌工程に続けて合金化を行うことによって、大気と遮断したままで行うことができるので好ましい。   As the stirring device, a rotating vessel type stirring device such as a cylinder, a double cone, or a twin shell similar to the stirring step, or a stirring device in which a stirring bar such as a stirring blade or a stirring blade moves in a fixed vessel can be used. . When the Cu powder subjected to the stirring step described above is exposed to the air, the surface is immediately oxidized and the reactivity with Ga is lowered. For this reason, the alloy powder production process is preferable because it can be performed while being isolated from the atmosphere by performing alloying after the stirring process in the same stirring apparatus that performs the stirring process.

撹拌工程及び合金粉末作製工程に使用する攪拌装置の容器及び攪拌子の材質は、耐熱性、耐磨耗性、Fe、Ni、Cr等の金属不純物の混入抑制等の観点から、窒化チタン(TiN)、窒化クロム(CrN)、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)(Diamond like Carbon)をコーティングしたステンレス材が好ましい。   The material of the stirrer vessel and stirrer used in the stirring step and the alloy powder preparation step is titanium nitride (TiN) from the viewpoint of heat resistance, wear resistance, suppression of metal impurities such as Fe, Ni, Cr, etc. ), Chromium nitride (CrN), and diamond-like carbon (DLC) (Diamond like Carbon) coated stainless steel material is preferable.

(混合・粉砕)
得られたCu−Ga合金粉末を粉砕・混合することで、粒径を揃え、粒度のばらつきを抑えることができる。粉砕・混合の雰囲気は、大気中または不活性ガス雰囲気が良い。粉砕・混合装置は、粉砕・混合が同時にできるボールミルが挙げられる。ボールはZrOやテフロン被服SUSボールも使用できる。その他、粉砕にはジェットミル・ハンマーミルを用いることができる。撹拌で使用したビーカーにボールを入れて羽根を回転させ粉砕することもできる。混合にはV型混合機やロッキングミキサーを使用することができる。
(Mixing and grinding)
By pulverizing and mixing the obtained Cu—Ga alloy powder, it is possible to make the particle sizes uniform and to suppress variations in particle sizes. The atmosphere for pulverization / mixing is preferably air or an inert gas atmosphere. Examples of the pulverizing / mixing device include a ball mill capable of simultaneously pulverizing and mixing. The ball can also be ZrO 2 or Teflon-coated SUS balls. In addition, a jet mill / hammer mill can be used for pulverization. It is also possible to put a ball in a beaker used for agitation and rotate the blade to pulverize. For mixing, a V-type mixer or a rocking mixer can be used.

以上のように、Cu−Ga合金粉末の製造方法では、Ga濃度が15質量%〜45質量%であり、圧縮度が0%〜25%であり、かつタップ密度と嵩密度の比が1.00〜1.35であるCu−Ga合金粉末を製造することができる。したがって、Cu−Ga合金粉末の製造方法では、嵩密度とタップ密度の差が小さく、粒度偏析が起こりにくいCu−Ga合金粉末を製造することができる。   As mentioned above, in the manufacturing method of Cu-Ga alloy powder, Ga density | concentration is 15 mass%-45 mass%, a compressibility is 0%-25%, and the ratio of tap density and bulk density is 1. Cu-Ga alloy powders that are 00 to 1.35 can be produced. Therefore, according to the method for producing Cu—Ga alloy powder, it is possible to produce a Cu—Ga alloy powder in which the difference between the bulk density and the tap density is small and particle size segregation hardly occurs.

次に、上述した撹拌工程及び合金粉末作製工程により得られたCu−Ga合金粉末を用いてCu−Ga合金スパッタリングターゲットを製造する製造方法について説明する。Cu−Ga合金スパッタリングターゲットの製造方法は、Cu−Ga合金粉末を熱処理する熱処理工程と、熱処理したCu−Ga合金粉末で焼結体を作製する焼結工程と、焼結体を表面処理してCu−Ga合金スパッタリングターゲットとする仕上げ工程とを有する。   Next, the manufacturing method which manufactures a Cu-Ga alloy sputtering target using the Cu-Ga alloy powder obtained by the stirring process and alloy powder preparation process mentioned above is demonstrated. The manufacturing method of the Cu-Ga alloy sputtering target includes a heat treatment step of heat-treating the Cu-Ga alloy powder, a sintering step of producing a sintered body with the heat-treated Cu-Ga alloy powder, and surface-treating the sintered body. And a finishing step for forming a Cu-Ga alloy sputtering target.

(熱処理工程)
熱処理工程は、上述した合金粉末作製工程により得られたCu−Ga合金粉末を、真空又は不活性ガス雰囲気中で250℃〜830℃の温度で熱処理する。
(Heat treatment process)
In the heat treatment step, the Cu—Ga alloy powder obtained by the above-described alloy powder production step is heat-treated at a temperature of 250 ° C. to 830 ° C. in a vacuum or an inert gas atmosphere.

先の合金粉末作製工程で作製したCu−Ga合金粉末は、Cu粒子表面にCu−Ga合金層が存在している。このCu−Ga合金層のGa濃度は、合金粉末作製工程でGaを配合した割合よりも高くなっている。即ち、熱処理を行う前の状態では、Cu粒子の内部とGaとの相互拡散が十分に起こっていないため、Cu粉末表面にはGaが多く存在している。Cu−Ga合金粉末は、Ga濃度が高くなると液相が出現する温度が低下するので、スパッタリングターゲットを作製しようとホットプレス装置でCu−Ga合金粉末を加圧した状態で加熱すると、焼結が開始されるよりも低い温度で高Ga合金層から液相が出現してしまう。これにより、Cu−Ga合金粉末は、流動してプレス型の隙間から押し出されてしまう。   The Cu—Ga alloy powder produced in the previous alloy powder production step has a Cu—Ga alloy layer on the surface of the Cu particles. The Ga concentration of the Cu—Ga alloy layer is higher than the proportion of Ga blended in the alloy powder production process. That is, in the state before the heat treatment, interdiffusion between the inside of the Cu particles and Ga does not occur sufficiently, so that a large amount of Ga exists on the surface of the Cu powder. Since the temperature at which the liquid phase appears decreases as the Ga concentration increases, the Cu-Ga alloy powder is sintered when heated in a state in which the Cu-Ga alloy powder is pressed with a hot press device to produce a sputtering target. A liquid phase will appear from the high Ga alloy layer at a temperature lower than that at which it is initiated. Thereby, Cu-Ga alloy powder will flow and will be pushed out from the crevice of a press type.

そこで、熱処理工程では、ホットプレスによる焼結を行う前に、Cu−Ga合金粉末を熱処理する。Cu−Ga合金粉末は、この熱処理により、Cu粒子表面のCu−Ga合金層に含まれる低融点のGaが熔け始めると同時に、Cu粒子表面のCu−Ga合金層中のGaと粒子内部のCuとが相互拡散して、Cu粒子の表面のGa濃度が低下し、液相の出現温度を高くすることができる。これにより、後に行う焼結工程では、ホットプレスによる焼結中にGaの液相が発生することなく焼結が進行してスパッタリングターゲットを作製することができる。   Therefore, in the heat treatment step, the Cu—Ga alloy powder is heat treated before sintering by hot pressing. With this heat treatment, the low melting point Ga contained in the Cu-Ga alloy layer on the surface of the Cu particles begins to melt, and at the same time, the Cu-Ga alloy powder in the Cu-Ga alloy layer on the Cu particle surface and the Cu inside the particles. Interdiffusion, the Ga concentration on the surface of the Cu particles is lowered, and the appearance temperature of the liquid phase can be increased. Thereby, in the sintering process performed later, sintering progresses without producing a Ga liquid phase during sintering by hot pressing, and a sputtering target can be produced.

熱処理の温度は、250℃〜830℃である。250℃よりも低い場合には、Cu粒子表面の合金層中のGaと粒子内部のCuとの相互拡散が十分に進まず高Ga濃度の合金層が残存して、ホットプレスによる焼結中にGa液相が出現してCu−Ga合金粉末の漏れが発生してしまう。830℃よりも高い場合には、多量の液相が発生してCu−Ga合金粉末と分離してしまう。   The temperature of heat processing is 250 to 830 degreeC. When the temperature is lower than 250 ° C., interdiffusion between Ga in the alloy layer on the Cu particle surface and Cu inside the particle does not proceed sufficiently, and a high Ga concentration alloy layer remains, and during sintering by hot pressing. The Ga liquid phase appears and the Cu—Ga alloy powder leaks. When the temperature is higher than 830 ° C., a large amount of liquid phase is generated and separated from the Cu—Ga alloy powder.

熱処理の温度は、合金粉末作製工程におけるGaの配合割合によって調整することが好ましい。熱処理中に少量の液相が発生して凝集体が形成された場合には、その凝集は弱いので後の焼結工程の焼結に影響はないが、高い温度で熱処理を行って多量の液相が出現した場合には、液相が集まってCu−Ga合金粉末と分離してしまい組成のばらつきが大きくなってしまう。このような液相の分離は、合金粉末作製工程におけるGaの配合割合に応じて熱処理温度を制御することにより効果的に抑制することができる。   It is preferable to adjust the temperature of heat processing with the mixing | blending ratio of Ga in an alloy powder preparation process. When a small amount of liquid phase is generated during the heat treatment and aggregates are formed, the aggregation is weak and does not affect the sintering in the subsequent sintering process. When a phase appears, the liquid phase collects and separates from the Cu—Ga alloy powder, resulting in a large variation in composition. Such separation of the liquid phase can be effectively suppressed by controlling the heat treatment temperature in accordance with the Ga mixing ratio in the alloy powder production process.

具体的に、合金粉末作製工程におけるGaの配合割合と熱処理温度との関係は図1に示す状態図で表される。状態図において、液相線で示す温度以上の領域は液相のみが存在する液相領域であり、固相線で示す温度以下の領域は固相のみが存在する固相領域であり、これらの線の間の温度領域は液相と固相の共存領域である。したがって、熱処理の温度は、250℃以上、固相線以下の温度とすることが好ましい。熱処理工程において、熱処理温度を250℃以上、固相線以下の温度とすることによって、液相が発生することなく、Cu粒子表面の合金層中のGaと粒子内部のCuとを相互拡散させることができる。   Specifically, the relationship between the blending ratio of Ga and the heat treatment temperature in the alloy powder production process is represented by the state diagram shown in FIG. In the phase diagram, the region above the temperature indicated by the liquidus is the liquid phase region where only the liquid phase exists, and the region below the temperature indicated by the solidus is the solid phase region where only the solid phase exists. The temperature region between the lines is the coexistence region of the liquid phase and the solid phase. Therefore, the temperature of the heat treatment is preferably 250 ° C. or more and not more than the solidus. In the heat treatment step, by setting the heat treatment temperature to 250 ° C. or higher and below the solidus line, mutual diffusion of Ga in the alloy layer on the surface of the Cu particles and Cu inside the particles is achieved without generating a liquid phase. Can do.

熱処理温度の保持時間は、30分以上4時間以下とすることが好ましい。保持時間が30分よりも短い場合には、CuとGaの相互拡散が不十分となり、次の焼結工程のホットプレスで液相が出現しプレス型からCu−Ga合金粉末が押し出されてしまう。保持時間が4時間よりも長い場合には、酸素分圧20Pa以下の真空又は不活性ガス雰囲気中であっても、Cu−Ga合金粉末の酸素含有量が増加し、作製したスパッタリングターゲットの酸素含有量も増加して、大きな投入電力でスパッタすると異常放電が発生してしまう。   The holding time of the heat treatment temperature is preferably from 30 minutes to 4 hours. When the holding time is shorter than 30 minutes, interdiffusion between Cu and Ga becomes insufficient, and a liquid phase appears in a hot press in the next sintering step, and Cu—Ga alloy powder is pushed out from the press die. . If the holding time is longer than 4 hours, the oxygen content of the Cu-Ga alloy powder increases even in a vacuum or inert gas atmosphere with an oxygen partial pressure of 20 Pa or less, and the oxygen content of the produced sputtering target When the amount is increased and sputtering is performed with a large input power, abnormal discharge occurs.

熱処理は、真空又は不活性ガス雰囲気中で行う。真空又は不活性雰囲気中の酸素分圧は、20Pa以下であることが好ましい。20Paより高い場合では、熱処理したCu−Ga合金粉末の酸素含有量が増加し、作製したスパッタリングターゲットの酸素含有量も増加して、大きな投入電力でスパッタすると異常放電が発生してしまう。不活性雰囲気は、窒素ガス又はアルゴンガスとすることが好ましい。   The heat treatment is performed in a vacuum or an inert gas atmosphere. The oxygen partial pressure in a vacuum or inert atmosphere is preferably 20 Pa or less. When the pressure is higher than 20 Pa, the oxygen content of the heat-treated Cu—Ga alloy powder increases, the oxygen content of the produced sputtering target also increases, and abnormal sputtering occurs when sputtering is performed with a large input power. The inert atmosphere is preferably nitrogen gas or argon gas.

この熱処理工程は、後述する焼結工程と同一のホットプレス装置内で行うことが好ましい。焼結工程と同一のホットプレス装置内で熱処理を行った場合には、熱処理装置を別に設ける必要がなく、熱処理後の冷却時間やCu−Ga合金粉末の取り出し工程も不要にできる。これにより、熱処理工程と焼結工程を同一のホットプレス装置で行った場合には、別の熱処理装置を用いて熱処理を行った場合に比べて、冷却時間が不要であるため、スパッタリングターゲットの作製時間を短縮でき、Cu−Ga合金粉末を取り出す必要がないため、収率が低くなることを防止できる。   This heat treatment step is preferably performed in the same hot press apparatus as the sintering step described later. When heat treatment is performed in the same hot press apparatus as the sintering process, it is not necessary to provide a separate heat treatment apparatus, and the cooling time after the heat treatment and the step of taking out the Cu—Ga alloy powder can be eliminated. As a result, when the heat treatment step and the sintering step are performed with the same hot press apparatus, the cooling time is not required as compared with the case where the heat treatment is performed with another heat treatment apparatus. Since the time can be shortened and there is no need to take out the Cu—Ga alloy powder, it is possible to prevent the yield from being lowered.

熱処理工程を焼結工程と同一のホットプレス装置内で行う際には、プレス圧力はCu−Ga合金粉末に対して無負荷とするか、又は0.1MPa以下の圧力とすることが好ましい。0.1MPa以下の圧力というのは、ホットプレス装置の上パンチの自重による圧力に相当し、無負荷又は0.1MPa以下の圧力というのは実質的にCu−Ga合金粉末に圧力がかかっていない状態である。このような状態にすることで、液相が出現したとしても、Cu−Ga合金粉末がホットプレス装置のプレス型から漏れ出ることを防止できる。   When the heat treatment step is performed in the same hot press apparatus as the sintering step, it is preferable that the press pressure is no load on the Cu—Ga alloy powder or a pressure of 0.1 MPa or less. The pressure of 0.1 MPa or less corresponds to the pressure due to the weight of the upper punch of the hot press apparatus, and the pressure of no load or 0.1 MPa or less substantially does not apply pressure to the Cu-Ga alloy powder. State. By setting it as such a state, even if a liquid phase appears, it can prevent that Cu-Ga alloy powder leaks out from the press die of a hot press apparatus.

(焼結工程)
次に、前記熱処理工程で熱処理したCu−Ga合金粉末を、真空又は不活性ガス雰囲気中で250℃〜830℃の温度と、5MPa〜30MPaのプレス圧力とでホットプレス法により焼結する。
(Sintering process)
Next, the Cu—Ga alloy powder heat-treated in the heat treatment step is sintered by a hot press method at a temperature of 250 ° C. to 830 ° C. and a press pressure of 5 MPa to 30 MPa in a vacuum or an inert gas atmosphere.

ホットプレスの雰囲気は、真空又は不活性ガス雰囲気中とすることで、焼結体の酸素含有量の増加を抑制できる。真空又は不活性ガス雰囲気中の酸素分圧は、20Pa以下が好ましい。20Paより大きい場合では、形成したCu−Ga合金焼結体の酸素含有量が増加し、作製したスパッタリングターゲットの酸素含有量も増加して、大きな投入電力でスパッタすると異常放電が発生してしまう。不活性ガス雰囲気は、窒素ガス又はアルゴンガスが好ましい。   By setting the atmosphere of hot pressing in a vacuum or an inert gas atmosphere, an increase in the oxygen content of the sintered body can be suppressed. The oxygen partial pressure in a vacuum or an inert gas atmosphere is preferably 20 Pa or less. When the pressure is higher than 20 Pa, the oxygen content of the formed Cu—Ga alloy sintered body increases, the oxygen content of the produced sputtering target also increases, and abnormal sputtering occurs when sputtering is performed with a large input power. The inert gas atmosphere is preferably nitrogen gas or argon gas.

ホットプレスの温度は、250℃〜830℃とする。温度が250℃よりも低い場合には、Cu−Ga合金粉末の焼結が不十分で、空孔の多い焼結体となってしまう。空孔の多い焼結体をスパッタリングターゲットにしてスパッタした場合には、異常放電やスプラッシュが発生してしまう。温度が830℃よりも高い場合には、液相が出現し、焼結体を作製することができなくなってしまう。したがって、ホットプレスの温度は、250℃〜830℃とすることによって、液漏れが生じず、空孔の少ない焼結体を作製することができる。   The temperature of hot press shall be 250 to 830 degreeC. When the temperature is lower than 250 ° C., the Cu—Ga alloy powder is not sufficiently sintered, resulting in a sintered body with many voids. When sputtering is performed using a sintered body having a large number of pores as a sputtering target, abnormal discharge or splash occurs. When temperature is higher than 830 degreeC, a liquid phase will appear and it will become impossible to produce a sintered compact. Therefore, by setting the temperature of the hot press to 250 ° C. to 830 ° C., liquid leakage does not occur and a sintered body with few voids can be produced.

ホットプレスのプレス圧力は、5MPa〜30MPaとする。プレス圧力が5MPaよりも低い場合には、Cu−Ga合金粉末の焼結が不十分で空孔の多い焼結体となってしまう。プレス圧力を高くした場合には、焼結体は空孔が減少して密度が上昇するが、30MPaより高くしても密度はほとんど上昇しなくなってしまう。30MPaよりも高いプレス圧力でプレスしようとした場合には、プレス型を特別な材質に変更したり、大きな電力が必要になってくるので、プレス圧力は30MPa以下で十分である。   The press pressure of the hot press is 5 MPa to 30 MPa. When the pressing pressure is lower than 5 MPa, the sintering of the Cu—Ga alloy powder is insufficient and a sintered body with many voids is obtained. When the pressing pressure is increased, the sintered body is increased in density by decreasing the number of pores, but the density hardly increases even if the pressure is higher than 30 MPa. When trying to press at a press pressure higher than 30 MPa, the press die needs to be changed to a special material or large electric power is required.

焼結工程では、熱処理工程で用いたホットプレス装置からCu−Ga合金粉末を取り出さず、熱処理工程に引き続いて同一のホットプレス装置で加圧焼結を行い、ホットプレスの温度を熱処理工程の熱処理温度と同じにすることが好ましい。同一のホットプレス装置で熱処理及び焼結を行うようにした場合には、熱処理工程のための熱処理装置を別に用意する必要がなく、熱処理後の冷却時間が不要である。焼結工程では、ホットプレス温度を熱処理と同じ温度にすることで、熱処理に引き続いてプレス圧力を掛けるので容易に焼結を行うことができる。また、焼結工程では、同一のホットプレス装置内で熱処理も焼結も行うことによって、Cu−Ga合金スパッタリングターゲットの組成が変化したり、収率が低くなることを防止できる。   In the sintering process, the Cu-Ga alloy powder is not taken out from the hot press apparatus used in the heat treatment process, and pressure sintering is performed in the same hot press apparatus following the heat treatment process, and the temperature of the hot press is set as the heat treatment in the heat treatment process. The temperature is preferably the same. When heat treatment and sintering are performed with the same hot press apparatus, it is not necessary to prepare a separate heat treatment apparatus for the heat treatment step, and cooling time after the heat treatment is unnecessary. In the sintering step, by setting the hot press temperature to the same temperature as the heat treatment, a press pressure is applied subsequent to the heat treatment, so that the sintering can be easily performed. In the sintering process, the heat treatment and the sintering are performed in the same hot press apparatus, whereby the composition of the Cu—Ga alloy sputtering target can be prevented from changing and the yield can be prevented from being lowered.

Cu−Ga合金スパッタリングターゲットの製造方法において、熱処理・焼結工程で投入した合金粉末の重量と出来上がった焼結体の重量の差が小さいことが望ましい。重量差が大きい場合には、熱処理や焼結に際にホットプレス装置の型から粉漏れが生じたといえる。粉漏れを起こした場合には、Cu−Ga合金スパッタリングターゲットの中央部と端部で密度に差が発生する。密度が低いとスパッタ時にアークが発生するので望ましくない。   In the method for producing a Cu—Ga alloy sputtering target, it is desirable that the difference between the weight of the alloy powder charged in the heat treatment / sintering step and the weight of the finished sintered body is small. When the weight difference is large, it can be said that powder leakage occurred from the mold of the hot press apparatus during heat treatment and sintering. When powder leakage occurs, a difference in density occurs between the central portion and the end portion of the Cu—Ga alloy sputtering target. If the density is low, an arc is generated during sputtering, which is not desirable.

(仕上げ工程)
仕上げ工程は、焼結工程によって得られたCu−Ga合金の焼結体の表面を研削により平面に仕上げ、Cu製のバッキングプレートにボンディングすることにより、Cu−Ga合金スパッタリングターゲットを得る。
(Finishing process)
In the finishing step, the surface of the sintered body of the Cu—Ga alloy obtained in the sintering step is finished to a flat surface by grinding and bonded to a Cu backing plate to obtain a Cu—Ga alloy sputtering target.

以上のようなCu−Ga合金スパッタリングターゲットの製造方法では、中央部と端部とにおいて密度が均一であり、Ga濃度の均一性に優れたCu−Ga合金スパッタリングターゲットを製造することができる。このCu−Ga合金スパッタリングターゲットの製造方法では、中央部と端部との密度差が0.10g/cm未満であるCu−Ga合金スパッタリングターゲットを製造することができる。更に、得られたCu−Ga合金スパッタリングターゲットは、中央部と端部とのGa濃度差が±2.0wt%以内であり、空孔率が0.07%以下である。したがって、このCu−Ga合金スパッタリングターゲットの製造方法では、ターゲット加工中及びスパッタリング中に割れ欠けがなく、異常放電の発生が抑制されたCu−Ga合金スパッタリングターゲットを製造することができる。 In the method for producing a Cu—Ga alloy sputtering target as described above, it is possible to produce a Cu—Ga alloy sputtering target having a uniform density at the center and end portions and excellent Ga concentration uniformity. In this method for producing a Cu—Ga alloy sputtering target, a Cu—Ga alloy sputtering target having a density difference between the central portion and the end portion of less than 0.10 g / cm 3 can be produced. Furthermore, in the obtained Cu—Ga alloy sputtering target, the Ga concentration difference between the central portion and the end portion is within ± 2.0 wt%, and the porosity is 0.07% or less. Therefore, in this method for producing a Cu—Ga alloy sputtering target, it is possible to produce a Cu—Ga alloy sputtering target that is free from cracks during target processing and sputtering and in which the occurrence of abnormal discharge is suppressed.

以下、本発明を適用した具体的な実施例について説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。   Specific examples to which the present invention is applied will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

<実施例1>
[合金粉末作製工程]
先ず、電解Cu粉末(平均粒径156μm)4250gを、TiNコーティング容器及び攪拌子を備えた二軸遊星型5L混合撹拌装置(小平製作所製5XDmv−rr型)に投入した。容器内を真空度100Pa以下(酸素分圧20Pa以下)まで真空排気した後に、50℃に加温した液体Gaを、Cu粉末の入っている容器内に750g(Ga配合割合15質量%)投入した。攪拌しながら150℃、1時間保持した。室温まで冷却して取り出したCu−Ga合金粉末を顕微鏡観察したところ、Cu粉末表面の一部が合金化して灰白色になっていた。合金粉末1gのサンプルを採取してICP分析によりGa濃度を調べたところ、15.0質量%であった。
<Example 1>
[Alloy powder production process]
First, 4250 g of electrolytic Cu powder (average particle size 156 μm) was charged into a biaxial planetary type 5 L mixing and stirring device (5XDmv-rr type manufactured by Kodaira Seisakusho) equipped with a TiN coating container and a stirrer. After evacuating the inside of the container to a degree of vacuum of 100 Pa or less (oxygen partial pressure of 20 Pa or less), 750 g (Ga content ratio: 15 mass%) of liquid Ga heated to 50 ° C. was put into the container containing Cu powder. . It was kept at 150 ° C. for 1 hour with stirring. When the Cu—Ga alloy powder taken out after being cooled to room temperature was observed with a microscope, a part of the surface of the Cu powder was alloyed and turned grayish white. A sample of 1 g of the alloy powder was taken and the Ga concentration was examined by ICP analysis. As a result, it was 15.0% by mass.

[混合・粉砕工程]
次に、得られたCu−Ga合金粉末7000gを10Lポリ容器に移し替え、10mmφジルコニアボールを合金粉末と同重量の7000gを投入し、60rpmで3時間、乾式ボールミルを実施した。この粉を回収し、平均粒径(D50)を上述のレーザー回折法にて求めたところ、119μmであった。嵩密度は2.80g/cm、タップ密度は3.48g/cmであった。これより圧縮度は20%、Hausner比は1.24となり、流動性の良い粉が得られたといえる。
[Mixing and grinding process]
Next, 7000 g of the obtained Cu—Ga alloy powder was transferred to a 10 L plastic container, and 7000 g of a 10 mmφ zirconia ball having the same weight as the alloy powder was charged, and dry ball milling was performed at 60 rpm for 3 hours. This powder was recovered and the average particle diameter (D50) was determined by the laser diffraction method described above, and it was 119 μm. The bulk density was 2.80 g / cm 3 and the tap density was 3.48 g / cm 3 . As a result, the degree of compression was 20% and the Hausner ratio was 1.24, and it can be said that powder with good fluidity was obtained.

[熱処理工程]
次に、熱処理工程では、Cu−Ga合金粉末7000gをホットプレス用の内径500×130mmの黒鉛型にセットし、ホットプレス装置(IHI株式会社製)に取り付けた。装置内を50Pa以下(酸素分圧10Pa以下)まで真空排気しながら、プレス圧力は無負荷の状態で加熱し、温度820℃、1時間保持の条件で熱処理した。
[Heat treatment process]
Next, in the heat treatment step, 7000 g of Cu—Ga alloy powder was set in a graphite mold having an inner diameter of 500 × 130 mm for hot pressing, and attached to a hot pressing apparatus (manufactured by IHI Corporation). While the inside of the apparatus was evacuated to 50 Pa or less (oxygen partial pressure of 10 Pa or less), the press pressure was heated in an unloaded state, and heat treatment was performed at a temperature of 820 ° C. for 1 hour.

[焼結工程]
引き続いて焼結工程では、温度820℃のままプレス圧力30MPaを加圧し1時間保持の条件でホットプレスを実施し、長さ500mm×140mm、厚み13mmのCu−Ga合金焼結体(ターゲット材)を取り出した。このときのCu−Ga合金焼結体の重量は6972gで、黒鉛型の隙間から漏れた粉は28gと非常に少ない。また、クラックなども見られなかった。
[Sintering process]
Subsequently, in the sintering process, a hot press is performed under the condition of pressurizing 30 MPa while maintaining the temperature at 820 ° C. and maintaining for 1 hour, and a Cu—Ga alloy sintered body (target material) having a length of 500 mm × 140 mm and a thickness of 13 mm. Was taken out. The weight of the Cu—Ga alloy sintered body at this time is 6972 g, and the amount of powder leaking from the graphite-type gap is as very small as 28 g. Also, no cracks were found.

[評価]
同様の方法でCu−Ga合金焼結体を複数作製し、これらの焼結体を光学顕微鏡観察、電子線マイクロアナライザ分析(EPMA分析、Electron Probe MicroAnalyser)、アルキメデス密度測定に使用した。また、Cu−Ga合金焼結体を6インチφに加工し、バッキングプレートに接合してターゲットを作製し、スパッタ装置に取り付けてスパッタリングを行って、スパッタ膜の均一性、パーティクル、異常放電及びターゲットの割れ欠けの有無を調べた。
[Evaluation]
A plurality of Cu—Ga alloy sintered bodies were produced in the same manner, and these sintered bodies were used for optical microscope observation, electron beam microanalyzer analysis (EPMA analysis, Electron Probe MicroAnalyser), and Archimedes density measurement. In addition, a Cu-Ga alloy sintered body is processed into a 6-inch diameter, bonded to a backing plate to produce a target, attached to a sputtering apparatus, and sputtered to obtain sputtered film uniformity, particles, abnormal discharge, and target. The presence or absence of cracks was examined.

(空孔率・アルキメデス密度)
500×130×13mmのCu−Ga合金焼結体の中央部と4隅のうち無作為に選んだ1箇所を1cm角に切り出し、断面の研磨を行った。この研磨面を光学顕微鏡観察したところ中央部、端部いずれも緻密であった。空孔率は、研磨面を200倍で撮影した異なる5つ視野の画像から画像解析ソフトImageJを用いて空孔部分を抽出して面積割合を求めた。その結果、空孔率は中央部0.03%、端部0.05%と極めて少なかった。アルキメデス密度を測定したところ、中央部8.33g/cm、端部8.29g/cmであり、密度差は0.04g/cmであり、両者でほとんど差が見られなかった。ICPによりGa濃度を調査したところ、中央部15.1wt%、端部15.0wt%であり、濃度差は0.1wt%であり、Ga濃度においてもほとんど差がなかった。したがって、実施例1のCu−Ga合金焼結体は、中央部と端部とにおいて密度差が小さく、中央部及び端部が共に空孔が少ないことがわかる。また、Ga濃度が均一であることがわかる。
(Porosity / Archimedes density)
One portion randomly selected from the central portion and the four corners of the 500 × 130 × 13 mm Cu—Ga alloy sintered body was cut into a 1 cm square, and the cross section was polished. When this polished surface was observed with an optical microscope, both the center and end portions were dense. As for the porosity, the area ratio was obtained by extracting the void portion from the images of five different fields of view obtained by photographing the polished surface at 200 times using image analysis software ImageJ. As a result, the porosity was very small with 0.03% at the center and 0.05% at the end. Was measured Archimedes density, central portion 8.33 g / cm 3, an end portion 8.29 g / cm 3, the density difference is 0.04 g / cm 3, was observed little difference in both. When the Ga concentration was investigated by ICP, it was 15.1 wt% at the center and 15.0 wt% at the end, the concentration difference was 0.1 wt%, and there was almost no difference in the Ga concentration. Therefore, it can be seen that the Cu—Ga alloy sintered body of Example 1 has a small density difference between the central portion and the end portion, and both the central portion and the end portion have few holes. It can also be seen that the Ga concentration is uniform.

(平均結晶粒径)
平均結晶粒径を観察するにあたり、結晶粒が観察できるよう偏光観察に切り替えたところ、小さな結晶粒組織であった。電子顕微鏡で反射電子像を撮影し、JISH0501に記載の求積法で結晶粒径を求めたところ、18.9μmであった。
(Average crystal grain size)
In observing the average crystal grain size, switching to polarization observation so that crystal grains could be observed revealed a small crystal grain structure. A reflection electron image was taken with an electron microscope, and the crystal grain size was determined by the quadrature method described in JISH0501, and found to be 18.9 μm.

(異常放電)
スパッタ装置(アルバック社製SH−450)に作製したCu−Ga合金焼結体を取り付け真空度5×10−4Paまで真空排気した後、Arガス1Pa、DC投入電力500Wの条件で30分間スパッタした。このときの異常放電をアークモニター(アドバンスドエナジー社製)で測定した結果、アークは観測されなかった。
(Abnormal discharge)
A Cu—Ga alloy sintered body prepared in a sputtering apparatus (SH-450 manufactured by ULVAC, Inc.) is attached and evacuated to a vacuum degree of 5 × 10 −4 Pa, and then sputtered for 30 minutes under conditions of Ar gas 1 Pa and DC input power 500 W. did. As a result of measuring the abnormal discharge at this time with an arc monitor (manufactured by Advanced Energy), no arc was observed.

(ターゲットの割れ欠け)
スパッタ後のCu−Ga合金焼結体を観察したところ、割れ欠けは認められなかった。
(Target cracks)
When the sputtered Cu—Ga alloy sintered body was observed, no cracks were found.

<実施例2>
実施例2では、防錆剤処理された電解Cu粉末(平均粒径108μm)3500g、Ga1500g、熱処理工程及び焼結工程を800℃、とした以外は実施例1と同様にしてCu−Ga合金粉末、Cu−Ga合金焼結体(ターゲット材)を作製した。
<Example 2>
In Example 2, the Cu—Ga alloy powder was processed in the same manner as in Example 1 except that 3500 g of electrolytic Cu powder (average particle size 108 μm) treated with a rust preventive agent, 1500 g of Ga, and the heat treatment step and the sintering step were set to 800 ° C. Cu-Ga alloy sintered compact (target material) was produced.

Cu−Ga合金粉末についてD50は47μm、嵩密度3.46g/cm、タップ密度4.02g/cmであった。圧縮度は14%、Hausner比は1.16ときわめて流動性の良い粉が得られた。 For Cu-Ga alloy powder with a D50 of 47 [mu] m, a bulk density of 3.46 g / cm 3, was tapped density 4.02 g / cm 3. A powder with very good fluidity was obtained with a degree of compression of 14% and a Hausner ratio of 1.16.

Cu−Ga合金焼結体について、実施例1と同様に粉漏れ重量を確認したところ76gと少なく、クラックは見られなかった。実施例1と同様に光学顕微鏡観察、EPMA分析、空孔率は中央部、端部ともに0.05%、アルキメデス密度は中央部8.48g/cm、端部8.43g/cmであり、密度差は0.05g/cmであり、両者でほとんど差が見られなかった。Ga濃度を調査したところ、中央部30.1wt%、端部30.0wt%であり、濃度差は0.1wt%であり、Ga濃度においてもほとんど差がなかった。したがって、実施例2のCu−Ga合金焼結体は、中央部と端部とにおいて密度差が小さく、中央部及び端部が共に空孔が少ないことがわかる。また、Ga濃度が均一であることがわかる。 About the Cu-Ga alloy sintered compact, when the powder leakage weight was confirmed similarly to Example 1, it was as small as 76g and the crack was not seen. Similarly light microscopy as in Example 1, EPMA analysis, porosity central portion, 0.05% to end both Archimedes density center portion 8.48 g / cm 3, there at the end 8.43 g / cm 3 The difference in density was 0.05 g / cm 3 , and almost no difference was observed between the two. When the Ga concentration was investigated, it was 30.1 wt% at the center and 30.0 wt% at the end, the concentration difference was 0.1 wt%, and there was almost no difference in the Ga concentration. Therefore, it can be seen that the Cu—Ga alloy sintered body of Example 2 has a small difference in density between the central portion and the end portion, and both the central portion and the end portion have few holes. It can also be seen that the Ga concentration is uniform.

また、平均結晶粒径は8.8μmであった。DC500W30分間スパッタ時の異常放電は1回と極めて少なかった。ターゲットに割れ・欠けは見られなかった。   The average crystal grain size was 8.8 μm. The abnormal discharge at the time of sputtering for DC500W for 30 minutes was very small as one time. The target was not cracked or chipped.

<実施例3>
実施例3では、電解Cu粉末1800g、Ga1200g、熱処理工程の温度を400℃とし、焼結工程の温度を780℃とした以外は実施例1と同様にしてCu−Ga合金粉末、Cu−Ga合金焼結体を作製した。
<Example 3>
In Example 3, Cu-Ga alloy powder and Cu-Ga alloy were obtained in the same manner as in Example 1 except that 1800 g of electrolytic Cu powder, 1200 g of Ga, the temperature of the heat treatment step was 400 ° C., and the temperature of the sintering step was 780 ° C. A sintered body was produced.

Cu−Ga合金粉末についてD50は68μm、嵩密度4.30g/cm、タップ密度5.09g/cmであった。圧縮度は25%、Hausner比は1.33であった。 Regarding the Cu—Ga alloy powder, D50 was 68 μm, bulk density was 4.30 g / cm 3 , and tap density was 5.09 g / cm 3 . The degree of compression was 25% and the Hausner ratio was 1.33.

Cu−Ga合金焼結体について、実施例1と同様に粉漏れ重量を確認したところ67gと少なく、クラックは見られなかった。実施例1と同様に光学顕微鏡観察、EPMA分析、アルキメデス密度測定を行った結果、空孔率は中央部0.05%、端部0.07%とほとんど差は見られず、アルキメデス密度は中央部8.17g/cm、端部8.13g/cmであり、密度差は0.04g/cmであり、両者でほとんど差が見られなかった。Ga濃度を調査したところ、中央部40.2wt%、端部40.1wt%であり、濃度差は0.1wt%であり、Ga濃度においてもほとんど差がなかった。したがって、実施例3のCu−Ga合金焼結体は、中央部と端部とにおいて密度差が小さく、中央部及び端部が共に空孔が少ないことがわかる。また、Ga濃度が均一であることがわかる。 About the Cu-Ga alloy sintered compact, when the powder leakage weight was confirmed similarly to Example 1, it was as small as 67g and the crack was not seen. As a result of optical microscope observation, EPMA analysis, and Archimedes density measurement in the same manner as in Example 1, the porosity was 0.05% at the center and 0.07% at the end, and the Archimedes density was at the center. Part was 8.17 g / cm 3 , end part was 8.13 g / cm 3 , and the density difference was 0.04 g / cm 3 , and there was almost no difference between the two. When the Ga concentration was investigated, it was 40.2 wt% at the center and 40.1 wt% at the end, the concentration difference was 0.1 wt%, and there was almost no difference in the Ga concentration. Therefore, it can be seen that the Cu—Ga alloy sintered body of Example 3 has a small density difference between the central portion and the end portion, and both the central portion and the end portion have few holes. It can also be seen that the Ga concentration is uniform.

また、平均結晶粒径は9.9μmであった。DC500W30分間スパッタ時の異常放電は5回と少なかった。ターゲットに割れ・欠けは見られなかった。   The average crystal grain size was 9.9 μm. Abnormal discharge during DC500W for 30 minutes sputtering was as few as 5 times. The target was not cracked or chipped.

<比較例1>
比較例1では、ボールミルを実施しなかったこと以外は実施例2と同様にしてCu−Ga合金粉末、Cu−Ga合金焼結体を作製した。
<Comparative Example 1>
In Comparative Example 1, a Cu—Ga alloy powder and a Cu—Ga alloy sintered body were produced in the same manner as in Example 2 except that the ball mill was not performed.

Cu−Ga合金粉末について、D50は105μm、嵩密度2.46g/cm、タップ密度3.34g/cmであった。圧縮度は26%、Hausner比は1.36と高く、流動性は悪いものとなった。 Regarding the Cu—Ga alloy powder, D50 was 105 μm, the bulk density was 2.46 g / cm 3 , and the tap density was 3.34 g / cm 3 . The degree of compression was 26%, the Hausner ratio was as high as 1.36, and the fluidity was poor.

Cu−Ga合金焼結体について、実施例1と同様に粉漏れ重量を確認したところ263gと多く、全体にクラックが入っていた。実施例1と同様に光学顕微鏡観察、EPMA分析、アルキメデス密度測定を行った結果、空孔率は中央部0.04%、端部0.93%であった。アルキメデス密度は中央部8.48g/cm、端部8.35g/cmであり、密度差は0.13g/cmであり、差が見られた。Ga濃度は中央部30.1wt%、端部27.9wt%であり、濃度差は2.2wt%であり、Ga濃度において差がみられた。Cu−Ga合金焼結体の全体にクラックが入り、ターゲットにする面積を確保できなかったためスパッタ試験は出来なかった。したがって、比較例1のCu−Ga合金焼結体は、中央部と端部とにおいて密度差があり、端部に空孔が多いことがわかる。また、中央部と端とにおいて、Ga濃度にばらつきがあることがわかる。 About the Cu-Ga alloy sintered compact, when the powder leakage weight was confirmed similarly to Example 1, it was as many as 263g and the whole had a crack. As a result of optical microscope observation, EPMA analysis, and Archimedes density measurement in the same manner as in Example 1, the porosity was 0.04% at the center and 0.93% at the end. Archimedes density center portion 8.48 g / cm 3, an end portion 8.35 g / cm 3, the density difference is 0.13 g / cm 3, the difference was seen. The Ga concentration was 30.1 wt% at the center and 27.9 wt% at the end, and the difference in concentration was 2.2 wt%, indicating a difference in Ga concentration. Since the entire Cu—Ga alloy sintered body cracked and the target area could not be secured, a sputtering test could not be performed. Therefore, it can be seen that the Cu—Ga alloy sintered body of Comparative Example 1 has a density difference between the central portion and the end portion, and there are many holes in the end portion. It can also be seen that there is a variation in Ga concentration between the center and the edge.

<比較例2>
比較例2では、防錆剤処理された電解Cu粉末2250g、Ga750g、とした以外は比較例1と同様にしてCu−Ga合金粉末、Cu−Ga合金焼結体を作製した。
<Comparative example 2>
In Comparative Example 2, a Cu—Ga alloy powder and a Cu—Ga alloy sintered body were produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that 2250 g of electrolytic Cu powder treated with a rust inhibitor and 750 g of Ga were used.

Cu−Ga合金粉末についてD50は121μm、嵩密度2.27g/cm、タップ密度3.19g/cmであった。圧縮度は29%、Hausner比は1.41と高く、タップ密度測定後にガラス管の上部に粒度の大きい粉が集積していることが確認された。 Regarding the Cu—Ga alloy powder, D50 was 121 μm, the bulk density was 2.27 g / cm 3 , and the tap density was 3.19 g / cm 3 . The compressibility was 29% and the Hausner ratio was as high as 1.41, and it was confirmed that powder having a large particle size was accumulated on the upper part of the glass tube after the tap density measurement.

Cu−Ga合金焼結体について、実施例1と同様に粉漏れ重量を確認したところ318gと多く、一部にクラックが入っていた。実施例1と同様に光学顕微鏡観察、EPMA分析、アルキメデス密度測定を行った結果、空孔率は中央部0.05%、端部4.56%であった。アルキメデス密度は中央部8.52g/cmであり、端部7.15g/cmであり、密度差は1.37g/cmであり、かなりの差が見られた。Ga濃度は中央部25.1wt%、端部21.8wt%であり、濃度差は3.3wt%であり、かなりの差が見られた。また、比較例2では、Cu−Ga合金焼結体の一部にクラックが入ったが、ターゲットとして使用する面積は確保することができたため、スパッタ試験を行うことができた。スパッタ試験を行った結果、DC500W30分間スパッタ時の異常放電は19回と多かった。スパッタ試験後のターゲットには割れ・欠けは見られなかった。したがって、比較例2のCu−Ga合金焼結体は、中央部と端部とにおいて密度差があり、端部に空孔が多いことがわかる。また、中央部と端とにおいて、Ga濃度にばらつきがあることがわかる。 About the Cu-Ga alloy sintered compact, when the powder leakage weight was confirmed similarly to Example 1, it was as many as 318g and the crack had entered in part. As a result of performing optical microscope observation, EPMA analysis, and Archimedes density measurement in the same manner as in Example 1, the porosity was 0.05% at the center and 4.56% at the end. Archimedes density is a central portion 8.52 g / cm 3, an end portion 7.15 g / cm 3, the density difference is 1.37 g / cm 3, was observed significant difference. The Ga concentration was 25.1 wt% at the center and 21.8 wt% at the end, and the concentration difference was 3.3 wt%, showing a considerable difference. Moreover, in Comparative Example 2, although a part of the Cu—Ga alloy sintered body was cracked, an area used as a target could be secured, and thus a sputtering test could be performed. As a result of the sputter test, there were as many as 19 abnormal discharges during DC 500 W 30 minute sputtering. The target after the sputter test was not cracked or chipped. Therefore, it can be seen that the Cu—Ga alloy sintered body of Comparative Example 2 has a density difference between the central portion and the end portion, and there are many holes in the end portion. It can also be seen that there is a variation in Ga concentration between the center and the edge.

実施例及び比較例のCu−Ga合金粉末について表1にまとめ、Cu−Ga合金ターゲットについて表2及び表3にまとめた。   The Cu—Ga alloy powders of Examples and Comparative Examples are summarized in Table 1, and the Cu—Ga alloy targets are summarized in Tables 2 and 3.

Claims (5)

中央部と端部との密度差が0.10g/cm未満であることを特徴とするCu−Ga合金スパッタリングターゲット。 A Cu—Ga alloy sputtering target, wherein the density difference between the central portion and the end portion is less than 0.10 g / cm 3 . 上記中央部と上記端部とのGa濃度差が±2.0wt%以内であることを特徴とする請求項1記載のCu−Ga合金スパッタリングターゲット。   The Cu-Ga alloy sputtering target according to claim 1, wherein a Ga concentration difference between the central portion and the end portion is within ± 2.0 wt%. 空孔率が0.07%以下であることを特徴とする請求項1又請求項2記載のCu−Ga合金スパッタリングターゲット。   The Cu-Ga alloy sputtering target according to claim 1 or 2, wherein the porosity is 0.07% or less. Ga濃度が15質量%〜45質量%であり、圧縮度が0%〜25%であり、かつタップ密度と嵩密度の比が1.00〜1.35であるCu−Ga合金粉末を熱処理後、焼結して得られることを特徴とする請求項3記載のCu−Ga合金スパッタリングターゲット。   After heat-treating a Cu—Ga alloy powder having a Ga concentration of 15 mass% to 45 mass%, a compressibility of 0% to 25%, and a ratio of tap density to bulk density of 1.00 to 1.35 The Cu—Ga alloy sputtering target according to claim 3, obtained by sintering. Ga濃度が15質量%〜45質量%であり、
圧縮度が0%〜25%であり、かつタップ密度と嵩密度の比が1.00〜1.35であることを特徴とするCu−Ga合金粉末。
Ga concentration is 15% by mass to 45% by mass,
Cu-Ga alloy powder characterized by having a compressibility of 0% to 25% and a ratio of tap density to bulk density of 1.00 to 1.35.
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