JP2013237908A - Sputtering target for forming thin film and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an Sn-Nb sputtering target in which the frequency of generation of abnormal discharge is reduced during sputtering, and which has a high strength and an improved crack resistance of the target, and to provide a manufacturing method thereof.SOLUTION: A sputtering target for forming a thin film is produced such that Nb crushed powder and Sn powder are mixed to make a mixture at a weight ratio where the amount of the Sn powder is equal to or more than that of the Nb crushed powder, and the mixture is pressurized and baked at a temperature less than the melting point of Sn to make a sintered body. The Nb forms a dispersed phase in the Sn matrix of the sintered body, and a shape derived from the crushed powder is kept.

Description

本発明は、光ディスクの記録層、特に、相変化型光ディスクの記録層(Sn−Nb)の形成に好適な、耐割れ性に優れた薄膜形成用スパッタリングターゲット及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a sputtering target for forming a thin film excellent in cracking resistance and suitable for forming a recording layer of an optical disc, in particular, a recording layer (Sn—Nb) of a phase change optical disc, and a method for producing the same.

近年、スパッタリング法を用いた薄膜の作製が盛んに行われている。例えば、光ビームを利用して情報を記録するDVD、BDなどの光ディスクにおける保護層、記録層などの薄膜の成膜には、スパッタリング法が用いられている。これらの薄膜の高性能化、高付加価値化のために、そのスパッタリングターゲットとして、2つ以上の成分からなる複合系ターゲットが求められている。   In recent years, production of thin films using a sputtering method has been actively performed. For example, a sputtering method is used to form a thin film such as a protective layer and a recording layer in an optical disc such as a DVD or a BD that records information using a light beam. In order to improve the performance and value of these thin films, a composite target composed of two or more components is required as the sputtering target.

従来、スパッタリングターゲットを作製する方法として、溶融法、ホットプレス法、常圧焼結法などが用いられている。しかし、高融点金属やセラミックスのような融点の高い物質と低融点物質との複合系ターゲットを作製しようとすると、従来のスパッタリング法では、各成分の密度差による相分離や、各成分の融点の違いによる組成変化、低融点金属の融解による流出などの問題が生じるため、均一で高密度のターゲットを作製することができなかった。   Conventionally, as a method for producing a sputtering target, a melting method, a hot press method, an atmospheric pressure sintering method, or the like is used. However, when trying to fabricate a composite target of a high melting point material such as a high melting point metal or ceramic and a low melting point material, the conventional sputtering method may cause phase separation due to the density difference of each component or the melting point of each component. Due to problems such as composition changes due to differences and outflow due to melting of low melting point metals, a uniform and high density target could not be produced.

例えば、高融点物質の粉末と低融点金属の粉末との混合物を室温で加圧成形する方法もあるが、この方法によって高密度のスパッタリングターゲットを作成するには、1000〜3500kgf/cmの加圧、又は、それ以上の高圧の加圧成形が必要であり、高密度のスパッタリングターゲットを作製しようとすると、装置が非常に大型化し、装置のコストなどによる製造コストの大幅な上昇を招いた。 For example, there is a method in which a mixture of a powder of a high melting point material and a powder of a low melting point metal is pressed at room temperature, but in order to produce a high-density sputtering target by this method, an additive of 1000 to 3500 kgf / cm 2 is used. Pressure or higher pressure molding is required, and if an attempt is made to produce a high-density sputtering target, the apparatus becomes very large, leading to a significant increase in manufacturing cost due to the cost of the apparatus.

さらに、この方法により作製されたスパッタリングターゲットは、室温において高圧で成形されるため、ターゲット内部に残留応力が発生することになり、そのターゲットのボンディングや、スパッタリング成膜時の熱履歴により、ターゲット長に対して0.5〜2%の不可逆の伸びが生じ、ターゲットの寸法安定性が得られないという問題や、スパッタリング中のターゲットの割れや脱落等の問題があった。   Furthermore, since the sputtering target produced by this method is molded at a high pressure at room temperature, residual stress is generated inside the target, and the target length depends on the bonding of the target and the thermal history during sputtering film formation. However, there was a problem that irreversible elongation of 0.5 to 2% was generated and the dimensional stability of the target could not be obtained, and there were problems such as cracking and dropping off of the target during sputtering.

そこで、これらの問題を解決するものとして、特許文献1によれば、複数成分からなる薄膜をスパッタリングで形成するためのスパッタリングターゲットの製造方法が提案されている。この製造方法では、加圧状態で熱処理を行う際の熱処理温度を、複数種類の成分のうちで最も融点の低い成分の融点をTmとしたとき、(Tm×0.70)℃又は(Tm×0.85)℃からTmまでの温度範囲に設定して、複合系ターゲットを得ている。   In order to solve these problems, Patent Document 1 proposes a sputtering target manufacturing method for forming a thin film composed of a plurality of components by sputtering. In this manufacturing method, when the heat treatment temperature at the time of performing heat treatment in a pressurized state is Tm, which is the lowest melting point component among a plurality of types of components, (Tm × 0.70) ° C. or (Tm × 0.85) A composite target is obtained by setting the temperature range from ° C to Tm.

また、特許文献2によれば、更なる、高融点物質と低融点金属との複合系薄膜を作製するためのスパッタリングターゲットの製造方法が提案されている。この製造方法では、Zr、Ti、Ta、Hf、Mo、W、Nb、La、Si、Ni、C、B及びCrからなる群から選択される少なくとも1種の元素の単体または化合物の粉末と、In、Sn、Zn及びAlからなる群から選択される少なくとも1種の金属を含む低融点金属の粉末との混合物を、低融点金属の融点より50℃低い温度以上低融点金属の融点未満の温度で加熱し、500kgf/cm以下の圧力で加圧して成形することにより、スパッタリングターゲットを得ている。 Further, according to Patent Document 2, a sputtering target manufacturing method for manufacturing a composite thin film of a high melting point substance and a low melting point metal has been proposed. In this production method, a simple substance or a compound powder of at least one element selected from the group consisting of Zr, Ti, Ta, Hf, Mo, W, Nb, La, Si, Ni, C, B, and Cr; A mixture of a powder of a low melting point metal containing at least one metal selected from the group consisting of In, Sn, Zn, and Al with a temperature that is 50 ° C. lower than the melting point of the low melting point metal and lower than the melting point of the low melting point metal The sputtering target is obtained by heating and molding at a pressure of 500 kgf / cm 2 or less.

特開昭63−128141号公報JP 63-128141 A 特許第3827725号明細書Japanese Patent No. 3827725

一方、書換え可能な大容量相変化型光ディスクにおける記録層として、SnとNbとの2成分からなる薄膜を形成することが期待されているが、この薄膜の形成にあたっては、SnとNbとの2成分を含むスパッタリングターゲットを作製する必要がある。しかしながら、特許文献1、2には、SnとNbとの2成分を含むスパッタリングターゲットの作製について示されていない。   On the other hand, as a recording layer in a rewritable large-capacity phase change optical disc, it is expected to form a thin film composed of two components of Sn and Nb. In forming this thin film, two layers of Sn and Nb are expected. It is necessary to produce a sputtering target containing components. However, Patent Documents 1 and 2 do not disclose the production of a sputtering target containing two components of Sn and Nb.

このSn−Nbスパッタリングターゲットにおける成分Snの融点は、231.93℃、成分Nbの融点は、2415℃であって、両成分の融点に、極端な差がある。そこで、このSn−Nbスパッタリングターゲットを上述の製造方法によって作製したのでは、高密度で高強度のターゲットが得られないだけでなく、さらに、そのスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング成膜時においても、異常放電の頻度が高く、ターゲットの割れも多く発生した。   The melting point of the component Sn in this Sn—Nb sputtering target is 231.93 ° C., the melting point of the component Nb is 2415 ° C., and there is an extreme difference between the melting points of both components. Therefore, when this Sn—Nb sputtering target was produced by the above-described manufacturing method, not only a high-density and high-strength target could be obtained, but also when sputtering film formation using the sputtering target was performed, The frequency of discharge was high, and many target cracks occurred.

そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、相変化型光ディスクの記録層(Sn−Nb)の形成に好適であって、スパッタリング時の異常放電の発生頻度が低減され、かつ、ターゲットの耐割れ性を向上した高密度で高強度のSn−Nbスパッタリングターゲット及びその製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and is suitable for forming a recording layer (Sn—Nb) of a phase change optical disc, and the occurrence frequency of abnormal discharge during sputtering is reduced. An object of the present invention is to provide a high-density and high-strength Sn—Nb sputtering target with improved crack resistance of the target and a method for producing the same.

上記従来の製造方法によれば、所定の比率で複数種類の成分を混合した混合体を、各成分のうち最も融点の低い成分の融点より低い温度で熱処理しつつ、加圧処理して、ターゲット状に成形している。この加圧成形においては、最も融点の低い成分のみが、融点より低い温度の熱処理によって非常に活性な状態となり、他の成分との間でバインダー的な役割を果たし、さらに、これに加圧効果が加わり、各成分との結合力が高まるという原理に基づいている。そのため、製造されたスパッタリングターゲットは、ターゲットとしての機械的強度を有するとともに、熱処理温度が低いため、熱処理前の仕込み組成が熱処理後においても、そのまま維持され、スパッタリング成膜時においても、成膜された薄膜の組成も仕込み組成に非常に近いものが得られている。   According to the conventional manufacturing method, a mixture obtained by mixing a plurality of types of components at a predetermined ratio is subjected to pressure treatment while heat-treating at a temperature lower than the melting point of the lowest melting component among the components, and the target. It is shaped into a shape. In this pressure molding, only the component with the lowest melting point becomes a very active state by heat treatment at a temperature lower than the melting point and plays a role as a binder with other components. Is based on the principle that the binding force with each component is increased. Therefore, the manufactured sputtering target has mechanical strength as a target and has a low heat treatment temperature, so that the charged composition before the heat treatment is maintained as it is even after the heat treatment, and the film is formed even during the sputtering film formation. In addition, the composition of the thin film is very close to the charged composition.

本発明者らは、上述の原理を利用して、SnとNbとの2成分による場合であっても、より一層高密度で高強度のSn−Nbスパッタリングターゲットを製造し、スパッタリング時の異常放電の発生頻度を低減すべく、かつ、ターゲットの耐割れ性を向上すべく研究を行った。この研究において、Nbには、破砕粉末を用い、特定の組成比、特定の平均粒径比に設定したSnとNbの2成分からなるスパッタリングターゲットを作製したところ、より一層高密度で高強度のSn−Nbスパッタリングターゲットが得られ、このターゲットを用いたスパッタリング時にも、異常放電の発生頻度を低減でき、かつ、ターゲットの割れが発生しないことが判明した。   The inventors of the present invention manufactured an even higher density and high strength Sn—Nb sputtering target using the above-described principle, even when using two components of Sn and Nb, and produced abnormal discharge during sputtering. Research was conducted to reduce the frequency of occurrence and to improve the crack resistance of the target. In this research, a crushed powder was used for Nb, and when a sputtering target composed of two components of Sn and Nb set to a specific composition ratio and a specific average particle size ratio was produced, a higher density and higher strength were obtained. An Sn—Nb sputtering target was obtained, and it was found that the frequency of occurrence of abnormal discharge can be reduced and cracking of the target does not occur even during sputtering using this target.

そこで、本発明者らは、平均粒径:50μmのSn粉末を55wt%、平均粒径:45μmのNb破砕粉末を45wt%配合して混合し、真空雰囲気内で、温度190℃、550kgf/cmの条件で2時間の加圧焼結を行って、Sn−Nbスパッタリングターゲットを製造した。製造されたスパッタリングターゲットにおける組成成分について分析を行った。その分析結果が図1に示されている。 Therefore, the inventors mixed 55 wt% of Sn powder with an average particle diameter of 50 μm and 45 wt% of Nb crushed powder with an average particle diameter of 45 μm, and mixed them in a vacuum atmosphere at a temperature of 190 ° C. and 550 kgf / cm. The Sn-Nb sputtering target was manufactured by performing pressure sintering for 2 hours under the condition of 2. The composition component in the manufactured sputtering target was analyzed. The analysis result is shown in FIG.

図1の写真は、製造されたスパッタリングターゲットについて、EPMA(フィールドエミッション型電子線プローブ)にて得られた元素分布像であり、図中の写真から、SnとNbの各元素の組成分布の様子を観察することができる。
なお、EPMAによる元素分布像は、本来カラー像であるが、図1の写真では、白黒像に変換して示しているため、その写真中において、白いほど、当該元素の濃度が高いことを表している。具体的には、Snに関する分布像では、白く現れ、連続的に分布し、Nbに関する分布像では、Nb元素が不定形の白い島状に存在している。これらのことから、ターゲット素地中では、島状のNbが分散し、Snがその島状のNbを取り囲むように存在していることが分かる。このスパッタリングターゲットは、低温加熱加圧焼成により軟化して連続相を形成してなるSn素地において、Nb破砕粉末が分散分布した組織を有していること、即ち、Nbが、連続相を形成するSnの素地中において、分散相を形成し、かつ、破砕粉に由来する形状を保持していることが確認された。
The photograph in FIG. 1 is an element distribution image obtained by EPMA (Field Emission Electron Beam Probe) for the manufactured sputtering target. From the photograph in the figure, the composition distribution of each element of Sn and Nb Can be observed.
Note that the element distribution image by EPMA is originally a color image, but in the photograph of FIG. 1, it is converted into a black and white image. Therefore, the whiter in the photograph, the higher the concentration of the element. ing. Specifically, in the distribution image related to Sn, it appears white and is distributed continuously, and in the distribution image related to Nb, the Nb element exists in an indefinite white island shape. From these, it can be seen that island-like Nb is dispersed in the target substrate, and Sn exists so as to surround the island-like Nb. This sputtering target has a structure in which Nb pulverized powder is dispersed and distributed in an Sn substrate that is softened by low-temperature heating and pressure firing to form a continuous phase, that is, Nb forms a continuous phase. In the Sn substrate, it was confirmed that a dispersed phase was formed and a shape derived from crushed powder was maintained.

一方、上述したように製造されたSn−NbスパッタリングターゲットにおけるSnとNbとの結合部分について、X線回折(XRD)によるライン分析を行ったところ、Sn部分では、Snのみのピークが現れ、Nb部分では、Nbのみのピークが現れ、それぞれが結晶相として存在していることが分かる。しかし、SnとNbとの境界においては、SnNb合金相は、確認されなかった。NbがSnの素地中において分散相を形成していることが確認された。Sn単体であれば、延性に優れているため、割れ難くなるが、SnNb合金相が形成されていると、割れ易くなる。   On the other hand, when the line analysis by X-ray diffraction (XRD) was performed on the Sn and Nb bonding portion in the Sn—Nb sputtering target manufactured as described above, only the Sn peak appeared in the Sn portion, and Nb In the portion, only Nb peaks appear, and it can be seen that each exists as a crystal phase. However, the SnNb alloy phase was not confirmed at the boundary between Sn and Nb. It was confirmed that Nb formed a dispersed phase in the Sn substrate. If it is Sn simple substance, since it is excellent in ductility, it will become difficult to crack, but if SnNb alloy phase is formed, it will become easy to crack.

また、この製造されたSn−Nbスパッタリングターゲットについて、嵩密度、密度比、最大応力を調べたところ、十分な高密度、高強度の結果が得られていることが確認された。また、このスパッタリングターゲットを用いてスパッタリング成膜を行ったところ、発生する異常放電は少なく、ターゲット自体が割れることがなかった。   Moreover, when the bulk density, density ratio, and maximum stress were investigated about this manufactured Sn-Nb sputtering target, it was confirmed that the result of sufficient high density and high intensity was obtained. Moreover, when sputtering film formation was performed using this sputtering target, the abnormal discharge generated was small and the target itself was not cracked.

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。
(1)本発明の薄膜形成用スパッタリングターゲットは、SnとNbを主成分とする焼結体であって、Nbは、前記焼結体のSn素地中において分散相を形成し、かつ、破砕粉に由来する形状を保持していることを特徴としている。
(2)(1)の薄膜形成用スパッタリングターゲットは、前記分散相を形成するNbは、70μm以下の平均粒径を有していることを特徴としている。
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.
(1) The sputtering target for forming a thin film of the present invention is a sintered body mainly composed of Sn and Nb, and Nb forms a dispersed phase in the Sn substrate of the sintered body, and crushed powder. It is characterized by having a shape derived from.
(2) The sputtering target for forming a thin film according to (1) is characterized in that Nb forming the dispersed phase has an average particle diameter of 70 μm or less.

(3)また、本発明の薄膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法は、Nb破砕粉末とSn粉末とを、重量比でSn粉末がNb破砕粉末に対して同等又はそれ以上に配合し混合して混合体を作製し、前記混合体を、Snの融点未満の温度で加圧焼成することを特徴としている。
(4)(3)の製造方法は、前記Sn粉末は、前記Nb破砕粉末の平均粒径に対して0.2〜5倍の平均粒径を有することを特徴としている。
(5)(3)又は(4)の製造方法は、500kgf/cm以上の圧力で加圧焼成することを特徴としている。
(3) Moreover, the manufacturing method of the sputtering target for thin film formation of this invention mix | blends Nb pulverized powder and Sn powder by mix | blending and mixing Sn powder with Nb pulverized powder by equality or more with respect to weight ratio. A body is prepared, and the mixture is subjected to pressure firing at a temperature lower than the melting point of Sn.
(4) The manufacturing method of (3) is characterized in that the Sn powder has an average particle size of 0.2 to 5 times the average particle size of the Nb crushed powder.
(5) The production method of (3) or (4) is characterized by pressure baking at a pressure of 500 kgf / cm 2 or more.

本発明に係る光ディスク記録層形成用のSn−Nbスパッタリングターゲットの製造においては、上述したように、最も融点の低い成分のみが、融点より低い温度の熱処理によって非常に活性な状態となり、他の成分との間でバインダー的な役割を果たし、さらに、これに加圧効果が加わり、各成分との結合力が高まるという原理を利用していることを考慮すると、焼結温度の最適化を行うことが、高密度化、高強度化に対して重要であり、これによって、スパッタリングターゲットの耐割れ性の向上を図ることができ、結果として、スパッタリング時の異常放電を抑制することができる。   In the production of the Sn—Nb sputtering target for forming an optical disk recording layer according to the present invention, as described above, only the component having the lowest melting point is brought into a very active state by the heat treatment at a temperature lower than the melting point. Considering the fact that it plays the role of a binder between the two and further uses the principle that a pressurizing effect is added to this to increase the bonding force with each component, the sintering temperature should be optimized. However, this is important for increasing the density and increasing the strength, whereby the cracking resistance of the sputtering target can be improved, and as a result, abnormal discharge during sputtering can be suppressed.

そこで、先ず、耐割れ性の向上を図る方策の一つとして、Nbについて、破砕粉末を用いることとした。これは、破砕粉末の個々が不定形の形状であるため、その表面積を増加させるとともに、Sn粉末との混合時に原料粉末間の比重の違いによる分離を抑制して、ターゲットの強度を高めている。Snは、どのような形状の粉末であってもよいが、Nb破砕粉末と混合されるとき、均一な混合体が得られるように選択される。そこで、Sn粉末とNb破砕粉末とは、同程度の平均粒径を有するものが最も好ましいが、Nb破砕粉末が10〜70μmの平均粒径を有する場合には、Sn粉末の平均粒径をNb破砕粉末の平均粒径に対して0.2〜5倍の平均粒径とすることができる。   Therefore, first, as one of the measures for improving the crack resistance, crushed powder is used for Nb. This is because each of the crushed powder has an irregular shape, so that its surface area is increased, and separation due to the difference in specific gravity between raw material powders is suppressed when mixing with Sn powder, thereby increasing the strength of the target. . Sn can be a powder of any shape, but is selected so as to obtain a uniform mixture when mixed with Nb crushed powder. Therefore, the Sn powder and the Nb crushed powder are most preferably those having the same average particle diameter. However, when the Nb crushed powder has an average particle diameter of 10 to 70 μm, the Sn powder has an average particle diameter of Nb. The average particle size can be 0.2 to 5 times the average particle size of the crushed powder.

Nb破砕粉末の平均粒径が70μmを超えると、異常放電の原因となるので好ましくない。なお、Nb破砕粉末の凝集により混合不均一な状態となる場合があるので、Nb破砕粉末の平均粒径は10μm以上であることがより好ましい。
光ディスク記録層としては、一般に、Nb:30〜70wt%、残部:Snの組成が知られており、スパッタリングターゲットとしても同様の組成が要求される。
If the average particle size of the Nb crushed powder exceeds 70 μm, abnormal discharge is caused, which is not preferable. In addition, since mixing may become inhomogeneous due to aggregation of the Nb crushed powder, the average particle size of the Nb crushed powder is more preferably 10 μm or more.
As the optical disk recording layer, the composition of Nb: 30 to 70 wt% and the balance: Sn is generally known, and the same composition is required for the sputtering target.

次に、耐割れ性の向上を図る方策の一つとして、Sn粉末とNb破砕粉末の混合体を成形するときの成形圧力の最適化が挙げられる。本発明のSn−Nbスパッタリングターゲットの製造においては、Nb破砕粉末を用いることから、成形時には、嵩密度の関係で、高圧力によって加圧せざるを得ない。ところで、成形圧力を高くすれば、焼成温度を低くでき、反対に、焼成温度を、Snの融点未満の範囲で、高く設定すれば、成形圧力を低くできる。そこで、本発明では、500kgf/cm以上、より好ましくは、550kgf/cm以上で加圧しながら焼成することとした。 Next, as one of the measures for improving the crack resistance, optimization of molding pressure when molding a mixture of Sn powder and Nb crushed powder can be mentioned. In the production of the Sn—Nb sputtering target of the present invention, Nb crushed powder is used, and therefore, it is unavoidable to press with a high pressure due to the bulk density at the time of molding. By the way, if the molding pressure is increased, the firing temperature can be lowered, and conversely, if the firing temperature is set higher in the range below the melting point of Sn, the molding pressure can be lowered. Therefore, in the present invention, 500 kgf / cm 2 or more, more preferably, to a firing under pressure at 550 kgf / cm 2 or more.

圧力が、500kgf/cm以上であれば、より高密度で耐割れ性に優れたターゲットを得ることができる。なお、装置に高い付加が掛かることを防ぐため、圧力は2000kgf/cm以下であることが好ましい。
一方、Snの融点は、231℃であるので、焼成温度については、180℃以上で、Snの融点未満とした。
焼成温度が、180℃未満であると、高密度が得られず、耐割れ性に劣り、Snの融点以上だと、Sn原料が溶融し、意図した組成のターゲットが得られないため好ましくない。
Sn粉末の平均粒径がNb破砕粉末の平均粒径に対して、0.2倍未満であると、Sn粉末の凝集により混合不均一な状態となり、5倍を超えると異常放電の原因となるので好ましくない。
焼成時間は、温度分布を均一にして密度のむらを防止するため、2時間以上であることが好ましく、エネルギーロスを防止するため、3時間以下であることが好ましい。
When the pressure is 500 kgf / cm 2 or more, a target having higher density and excellent crack resistance can be obtained. In addition, in order to prevent a high addition from being applied to the apparatus, the pressure is preferably 2000 kgf / cm 2 or less.
On the other hand, since the melting point of Sn is 231 ° C., the firing temperature is 180 ° C. or higher and lower than the melting point of Sn.
When the firing temperature is less than 180 ° C., high density cannot be obtained and crack resistance is inferior. When the firing temperature is higher than the melting point of Sn, the Sn raw material is melted and a target having the intended composition cannot be obtained.
When the average particle size of the Sn powder is less than 0.2 times the average particle size of the Nb crushed powder, the Sn powder is agglomerated due to the aggregation of the Sn powder, and when it exceeds 5 times, abnormal discharge is caused. Therefore, it is not preferable.
The firing time is preferably 2 hours or more in order to make the temperature distribution uniform and prevent uneven density, and is preferably 3 hours or less in order to prevent energy loss.

本発明によれば、相変化型光ディスクの記録層(Sn−Nb)の形成に好適であって、スパッタリング時の異常放電の発生頻度が低減され、かつ、スパッタリングターゲットの耐割れ性を向上した高密度で高強度のSn−Nbスパッタリングターゲット及びその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is suitable for forming a recording layer (Sn—Nb) of a phase change optical disc, and the occurrence frequency of abnormal discharge during sputtering is reduced, and the cracking resistance of the sputtering target is improved. It is possible to provide an Sn—Nb sputtering target having high density and high strength and a method for manufacturing the same.

本発明に係るSn−Nbスパッタリングターゲットの一具体例についてEPMAにより測定したSn−Nbの元素分布画像である。It is the element distribution image of Sn-Nb measured by EPMA about one specific example of the Sn-Nb sputtering target which concerns on this invention.

つぎに、本発明の薄膜形成用のSn−Nbスパッタリングターゲット及びその製造方法について、以下に、実施例により具体的に説明する。   Next, the Sn—Nb sputtering target for forming a thin film and the method for producing the same of the present invention will be specifically described below with reference to examples.

〔実施例〕
本発明の実施例の製造は、以下の条件で行った。
まず、以下に示した表1に記載の組成となるように、Nb粉末(純度3N)とSn粉末(純度3N)を秤量し、これらをロッキングミキサーにて30分、乾式混合し、混合体を作製した。Nb粉末の形状、粒径、Sn粉末の粒径は、表1に記載の通りである。
〔Example〕
Manufacture of the Example of this invention was performed on condition of the following.
First, Nb powder (purity 3N) and Sn powder (purity 3N) were weighed so as to have the composition shown in Table 1 below, and these were dry-mixed for 30 minutes with a rocking mixer, and the mixture was Produced. The shape of Nb powder, the particle diameter, and the particle diameter of Sn powder are as shown in Table 1.

<Nb粉末>
上述のNb粉末のうち、破砕粉は、振動ミルを用いて、Nbのインゴットを粉砕して調整した。一方、球状粉は、ガスアトマイズ法により調整したものを用いた。
<Nb powder>
Among the Nb powders described above, the crushed powder was prepared by pulverizing an Nb ingot using a vibration mill. On the other hand, the spherical powder used what was adjusted by the gas atomization method.


次に、得られた混合体を乾燥後、190℃の温度にて、2時間、表2に記載の圧力で真空ホットプレスし、焼結体を得た。
このようにホットプレスした焼結体を、ターゲットの指定形状(直径125mm、厚さ10mm)に機械加工し、加工したものを無酸素銅からなるバッキングプレートにボンディングして、実施例1〜11、比較例1のスパッタリングターゲットを作製した。
なお、比較例1は、Nb球状粉末が用いられた場合を示している。
Next, the obtained mixture was dried and then vacuum hot pressed at a temperature of 190 ° C. for 2 hours under the pressure shown in Table 2 to obtain a sintered body.
The sintered body thus hot-pressed was machined into a target shape (diameter 125 mm, thickness 10 mm), and the processed one was bonded to a backing plate made of oxygen-free copper. A sputtering target of Comparative Example 1 was produced.
In addition, the comparative example 1 has shown the case where Nb spherical powder is used.

次に、表1及表2に示された上記実施例1〜11及び比較例1のスパッタリングターゲットについて、以下のように、嵩密度、密度比、最大応力の測定を行い、さらに、スパッタリング時の異常放電を観測し、ターゲットの割れの有無を確認した。   Next, for the sputtering targets of Examples 1 to 11 and Comparative Example 1 shown in Tables 1 and 2, the bulk density, the density ratio, and the maximum stress are measured as follows, and further, the sputtering target is measured. Abnormal discharge was observed and the presence or absence of cracks in the target was confirmed.

<密度測定>
チョウバランス社製自動比重測定装置「アルキメデス(駆動部SA301、データ処理部SA601)」によって測定した。
<Density measurement>
It was measured by an automatic specific gravity measuring device “Archimedes (drive unit SA301, data processing unit SA601)” manufactured by Chow Balance.

<密度比測定>
下記の方法により理論密度を算出した。
元素A及び元素Bにより構成される合金において、元素Aの含有量をWa(wt%),密度をDa(g/cm)、元素Bの含有量をWb(wt%),密度をDb(g/cm)とするとき、元素A及び元素Bから構成される二元系合金の密度:Dab(g/cm)は、以下の計算式により算出する。
Dab=100/[(Wa/Da)+(Wb/Db)]
ここで求めた理論密度Dabと測定したターゲットの密度とから、その比(ターゲット密度/理論密度×100%)を密度比とした。
<Density ratio measurement>
The theoretical density was calculated by the following method.
In an alloy composed of the element A and the element B, the content of the element A is Wa (wt%), the density is Da (g / cm 3 ), the content of the element B is Wb (wt%), and the density is Db ( g / cm 3 ), the density Dab (g / cm 3 ) of the binary alloy composed of the element A and the element B is calculated by the following calculation formula.
Dab = 100 / [(Wa / Da) + (Wb / Db)]
From the theoretical density Dab obtained here and the measured density of the target, the ratio (target density / theoretical density × 100%) was defined as the density ratio.

<最大応力測定>
島津製作所製オートグラフ:AG−Xを用い、押し込み速度0.5mm/minの三点曲げ試験にて応力曲線を測定し、弾性領域の最大応力を測定した。
<Maximum stress measurement>
Using Shimadzu Autograph: AG-X, the stress curve was measured by a three-point bending test with an indentation speed of 0.5 mm / min, and the maximum stress in the elastic region was measured.

<その他>
さらに、EPMAによるスパッタリングターゲットの組織観察およびICP法(高周波誘導結合プラズマ法)によるターゲット中の金属成分であるSn、Nbの定量分析を行った。
スパッタリングターゲットの組織観察は、焼結したスパッタリングターゲットの破片を樹脂で埋め、平坦な面になるように湿式研磨後、EPMA(電子線マイクロアナライザ:JEOL製 JXA−8500F)にて、Sn、Nbの各元素の面分布(MAPPING)測定にて行った。観察条件は、加速電圧15kV、照射電流50nA、スキャンタイプ:片方向、ピクセル(X、Y):(240、180)、スポットサイズ(X、Y):(1μm、1μm)、測定時間10msとした。また、観察倍率を2000倍とし、240×180μmの範囲を数回に分けて元素分布(マッピング)を測定した。得られたマッピングイメージによると、実施例のターゲットはいずれも、SnがNbを取り囲む組織、即ち、NbがSnの素地中において分散相を形成し、かつ、破砕粉に由来する形状を保持している組織を有していることが確認された。
また、ICP法による定量分析により、配合組成とターゲットの組成にずれが無いことが確認された。
<Others>
Furthermore, the structure of the sputtering target was observed with EPMA, and Sn and Nb, which are metal components in the target, were quantitatively analyzed by the ICP method (high frequency inductively coupled plasma method).
The structure of the sputtering target was observed by filling the debris of the sintered sputtering target with a resin, wet polishing so as to be a flat surface, and then using EPMA (electron beam microanalyzer: JXA-8500F manufactured by JEOL) with Sn, Nb. The surface distribution (MAPPING) of each element was measured. The observation conditions were an acceleration voltage of 15 kV, an irradiation current of 50 nA, a scan type: one direction, a pixel (X, Y): (240, 180), a spot size (X, Y): (1 μm, 1 μm), and a measurement time of 10 ms. . In addition, the observation magnification was 2000 times, and the element distribution (mapping) was measured by dividing the 240 × 180 μm range into several times. According to the obtained mapping image, all of the targets of the examples have a structure in which Sn surrounds Nb, that is, a dispersed phase is formed in a substrate where Nb is Sn, and a shape derived from crushed powder is maintained. It was confirmed that it has a certain organization.
Moreover, it was confirmed by the quantitative analysis by the ICP method that there is no difference between the blend composition and the target composition.

<異常放電回数>
通常のマグネトロンスパッタ装置に、前記はんだ付けしたターゲットを取り付け、1×10−4Paまで排気した後、Arガス圧:0.5Pa、投入電力:DC300W、ターゲット基板間距離:60mmの条件で、スパッタリングを行った。スパッタリング時の異常放電回数は、MKSインスツルメンツ社製DC電源(型番:RPDG−50A)におけるアーク発生のカウント機能により、放電開始から30分間の異常放電回数を計測した。
<Number of abnormal discharge>
After attaching the soldered target to a normal magnetron sputtering apparatus and exhausting to 1 × 10 −4 Pa, sputtering is performed under the conditions of Ar gas pressure: 0.5 Pa, input power: DC 300 W, and distance between target substrates: 60 mm. Went. The number of abnormal discharges during sputtering was determined by measuring the number of abnormal discharges for 30 minutes from the start of discharge using the arc generation counting function in a DC power source (model number: RPDG-50A) manufactured by MKS Instruments.

<ターゲット割れ発生の確認>
上記のスパッタリング後に、スパッタリングターゲットに割れが発生しているかどうかにつき、目視で観察した。
以上の結果を、以下の表2に示した。
<Confirmation of target cracking>
After the above sputtering, whether or not a crack was generated in the sputtering target was visually observed.
The above results are shown in Table 2 below.


以上の様に、実施例1乃至11のいずれのスパッタリングターゲットにおいても、Nb破砕粉の平均粒径を70μm以下とし、Sn/Nb粒径比を0.2〜7とし、Sn粉末とNb破砕粉末の配合比(wt%)については、重量比でSn粉末がNb破砕粉末に対して同等又はそれ以上に配合し混合した混合体を加圧焼成して、焼結体を得て、スパッタリングターゲットを作製したところ、その焼結体において、Snの連続相中に、Nbの分散相が形成され、かつ、破砕粉に由来する形状が保持されている組織を確認できた。
そして、表1及び表2によれば、実施例1乃至11のいずれのスパッタリングターゲットについても、密度比及び最大応力が向上していることが確認され、スパッタリング時の異常放電の発生頻度が低減されているとともに、ターゲット割れの発生は観察されなかった。
As described above, in any of the sputtering targets of Examples 1 to 11, the average particle size of Nb crushed powder is 70 μm or less, the Sn / Nb particle size ratio is 0.2 to 7, and Sn powder and Nb crushed powder are used. As for the blending ratio (wt%), the mixture obtained by mixing and mixing the Sn powder with the Nb crushed powder at a weight ratio equal to or higher than that is mixed with pressure to obtain a sintered body. As a result, in the sintered body, a structure in which a dispersed phase of Nb was formed in the Sn continuous phase and a shape derived from crushed powder was maintained.
And according to Table 1 and Table 2, it is confirmed that the density ratio and the maximum stress are improved for any of the sputtering targets of Examples 1 to 11, and the frequency of occurrence of abnormal discharge during sputtering is reduced. In addition, no target cracking was observed.

これらに対して、比較例1のスパッタリングターゲットでは、Nb粉末が球状粉であること以外は、実施例の条件と同様であるが、得られた焼結体においては、球状粉形状が保持される結果、密度比及び最大応力の向上が見られないだけでなく、異常放電も多く発生し、ターゲット割れがあった。   On the other hand, in the sputtering target of Comparative Example 1, except that the Nb powder is a spherical powder, it is the same as the conditions of the example, but in the obtained sintered body, the spherical powder shape is maintained. As a result, the density ratio and the maximum stress were not improved, and many abnormal discharges were generated, causing target cracks.

以上の様に、実施例1乃至11のスパッタリングターゲットによれば、スパッタリング時の異常放電の発生頻度が低減され、かつ、スパッタリングターゲットの耐割れ性を向上した高密度で高強度のSn−Nbスパッタリングターゲット及びその製造方法を提供することができるので、DVD、BDなどの光ディスクにおける保護層、記録層などの薄膜の成膜、例えば、相変化型光ディスクの記録層の形成に好適である。

As described above, according to the sputtering targets of Examples 1 to 11, high-density and high-strength Sn—Nb sputtering in which the frequency of occurrence of abnormal discharge during sputtering is reduced and the crack resistance of the sputtering target is improved. Since a target and a method for manufacturing the target can be provided, it is suitable for forming a thin film such as a protective layer and a recording layer in an optical disk such as a DVD or a BD, for example, forming a recording layer in a phase change optical disk.

Claims (5)

SnとNbを主成分とする焼結体であって、
Nbは、前記焼結体のSn素地中において分散相を形成し、破砕粉に由来する形状を保持していることを特徴とする薄膜形成用スパッタリングターゲット。
A sintered body mainly composed of Sn and Nb,
A sputtering target for forming a thin film, wherein Nb forms a dispersed phase in the Sn substrate of the sintered body and maintains a shape derived from crushed powder.
前記分散相を形成するNbは、70μm以下の平均粒径を有していることを特徴とする請求項1に記載の薄膜形成用スパッタリングターゲット。   2. The sputtering target for forming a thin film according to claim 1, wherein Nb forming the dispersed phase has an average particle diameter of 70 [mu] m or less. Nb破砕粉末とSn粉末とを、重量比でSn粉末がNb破砕粉末に対して同等又はそれ以上に配合し混合して混合体を作製し、
前記混合体を、Snの融点未満の温度で加圧焼成することを特徴とする薄膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法。
Nb crushed powder and Sn powder are mixed in a weight ratio so that Sn powder is equal to or more than Nb crushed powder and mixed to produce a mixture,
A method for producing a sputtering target for forming a thin film, wherein the mixture is subjected to pressure firing at a temperature lower than the melting point of Sn.
前記Sn粉末は、前記Nb破砕粉末の平均粒径に対して0.2〜5倍の平均粒径を有することを特徴とする請求項3に記載の薄膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法。   The said Sn powder has an average particle diameter of 0.2-5 times with respect to the average particle diameter of the said Nb crushing powder, The manufacturing method of the sputtering target for thin film formation of Claim 3 characterized by the above-mentioned. 500kgf/cm以上の圧力で加圧焼成することを特徴とする請求項3又は4に記載の薄膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法。



The method for producing a sputtering target for forming a thin film according to claim 3 or 4, wherein pressure firing is performed at a pressure of 500 kgf / cm 2 or more.



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