JP2014185384A - Cu-Ga SPUTTERING TARGET AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME - Google Patents

Cu-Ga SPUTTERING TARGET AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME Download PDF

Info

Publication number
JP2014185384A
JP2014185384A JP2013062675A JP2013062675A JP2014185384A JP 2014185384 A JP2014185384 A JP 2014185384A JP 2013062675 A JP2013062675 A JP 2013062675A JP 2013062675 A JP2013062675 A JP 2013062675A JP 2014185384 A JP2014185384 A JP 2014185384A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
sputtering target
molded body
volume
mesh
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2013062675A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6007840B2 (en
Inventor
Akiro Ando
彰朗 安藤
Hiroaki Sakamoto
広明 坂本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp filed Critical Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Priority to JP2013062675A priority Critical patent/JP6007840B2/en
Publication of JP2014185384A publication Critical patent/JP2014185384A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6007840B2 publication Critical patent/JP6007840B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Cu-Ga sputtering target of which strength with respect to cutting parallel to a target plane sputtered is secured even if Ga content is increased, and which can effectively suppress generation of splash, and a manufacturing method of the target.SOLUTION: A Cu-Ga sputtering target is provided, which has a Cu single area and a Ga containing area which is adjacent to the Cu single area, and contains at least Cu and Ga. Ga content to a total weight of the Cu single area and the Ga containing area is 20-65 mass%. An area ratio of the Cu single target on an arbitrary plane parallel to a target plane sputtered is 8% or more. Ga concentration gradient in a reaction phase formed between the Ga containing area and the Cu single area is 3.3 mass%/μm or less.

Description

本発明は、CIGS太陽電池の製造に好適なCu−Gaスパッタリングターゲット及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a Cu-Ga sputtering target suitable for manufacturing CIGS solar cells and a method for manufacturing the same.

近時、CIGS(Cu(In,Ga)Se2)太陽電池の製造方法として、CuGaInのプレカーサを形成した後に、このプレカーサをSe化処理して、CIGS合金を作製するというセレン化処理の方法が量産技術として利用されている。CuGaInのプレカーサを形成するための方法としては、例えば、Cu、Ga及びInを同時に蒸着するという方法、Cu−Gaターゲットを用いたスパッタリングを行った後にInターゲットを用いたスパッタリングを行うという方法が挙げられる。 Recently, as a method of manufacturing a CIGS (Cu (In, Ga) Se 2 ) solar cell, there is a selenization treatment method in which a precursor of CuGaIn is formed and then this precursor is Se-treated to produce a CIGS alloy. It is used as mass production technology. Examples of a method for forming a precursor of CuGaIn include a method of vapor-depositing Cu, Ga and In simultaneously, and a method of performing sputtering using an In target after performing sputtering using a Cu-Ga target. It is done.

CIGS型太陽電池については、非特許文献1に記載されているようにGa含有率が増すと太陽電池の効率が上昇することが知られている。その一方で、Cu−Ga合金は、Ga含有率が高くなるほど脆く割れやすくなる。この割れは、スパッタリングされるターゲット表面に平行な切断(スライス)を行う際に現れやすい。そこで、Gaを高濃度で含有しながら割れにくいCu−Gaスパッタリングターゲットについて種々の検討が行われている。例えば、特許文献1には、Gaを高濃度で含有するCu−Gaの溶湯を作製した後、冷却速度を厳密に制御してインゴットを得ることが記載されている。また、特許文献2には、特定の組成の2種類の粉末のホットプレスを行うことにより、高Ga含有Cu−Ga二元系合金粒を低Ga含有Cu−Ga二元系合金の粒界相で包囲した組織のホットプレス体を作製するという方法が記載されている。   About a CIGS type solar cell, it is known that the efficiency of a solar cell will rise, if Ga content rate increases, as described in nonpatent literature 1. On the other hand, the Cu—Ga alloy becomes brittle and easily cracked as the Ga content increases. This crack is likely to appear when cutting (slicing) parallel to the surface of the target to be sputtered. Therefore, various studies have been conducted on Cu—Ga sputtering targets that contain Ga at a high concentration and are difficult to break. For example, Patent Document 1 describes that after a Cu-Ga melt containing Ga at a high concentration is prepared, an ingot is obtained by strictly controlling the cooling rate. Patent Document 2 discloses that a high Ga content Cu—Ga binary alloy grain is converted to a grain boundary phase of a low Ga content Cu—Ga binary alloy by performing hot pressing of two kinds of powders having a specific composition. Describes a method for producing a hot-pressed body having a structure surrounded by.

しかしながら、特許文献1に記載された方法を実行するためには煩雑な温度制御が必要となるため、特許文献1に記載された方法は工業的な量産に適さない。また、特許文献2に記載された方法では、切削時の割れを抑制できる可能性はあるものの、ホットプレス体からスパッタリングターゲットを得るための切断(スライス)に耐え得るほどの強度を得ることは困難である。更に、特許文献2に記載された方法で製造されたターゲットを用いたスパッタリングを行うと、異常放電に伴うスプラッシュが頻発する虞がある。   However, since complicated temperature control is required to execute the method described in Patent Document 1, the method described in Patent Document 1 is not suitable for industrial mass production. In addition, with the method described in Patent Document 2, there is a possibility that cracking during cutting may be suppressed, but it is difficult to obtain a strength sufficient to withstand cutting (slicing) for obtaining a sputtering target from a hot press body. It is. Furthermore, when sputtering is performed using a target manufactured by the method described in Patent Document 2, splash associated with abnormal discharge may occur frequently.

特開2000−073163号公報JP 2000-073163 A 特開2008−138232号公報JP 2008-138232 A 特開2011−241452号公報JP 2011-241452 A 特開2012−017481号公報JP 2012-017481 A 特開2012−072466号公報JP 2012-072466 A

化合物薄膜太陽電池の最新技術(和田隆博、2007、シーエムシー出版)The latest technology of compound thin film solar cells (Takahiro Wada, 2007, CMC Publishing)

本発明は、Ga含有率を高くしてもスパッタリングされるターゲット面に平行な切断に対する強度を確保するとともに、スプラッシュの発生を効果的に抑制することができるCu−Ga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。   The present invention provides a Cu-Ga sputtering target and a method for producing the same that can ensure the strength against cutting parallel to the target surface to be sputtered even when the Ga content is increased, and can effectively suppress the occurrence of splash. The purpose is to provide.

本発明は、以下の通りである。
(1)Cu単体領域と、
前記Cu単体領域に隣接し、少なくともCu及びGaを含有するGa含有領域と、
を有し、
前記Cu単体領域及び前記Ga含有領域の総質量に対するGa含有率が20質量%乃至65質量%であり、
スパッタリングされるターゲット面と平行な任意の断面において前記Cu単体領域の面積率が8%以上であり、
前記Ga含有領域と前記Cu単体領域との間に形成される反応相におけるGaの濃度勾配が3.3質量%/μm以下であることを特徴とするCu−Gaスパッタリングターゲット。
(2)さらに、スパッタリングされるターゲット面と平行な任意の断面における1×1mmあたりの前記Cu単体領域の面積率が8%以上である領域が少なくとも半径700μm以内の間隔で互いに存在することを特徴とする(1)に記載のCu−Gaスパッタリングターゲット。
(3)前記Ga含有領域には、CuGa合金のγ相が形成されており、前記反応相は前記γ相と前記Cu単体領域との間に形成される相であることを特徴とする(1)又は(2)に記載のCu−Gaスパッタリングターゲット。
(4)Cuからなるメッシュを複数枚重ねて空隙率が27.5体積%〜86体積%の成形体を得る工程と、
前記成形体における前記メッシュの空隙にGaを含侵させる工程と、
真空中350℃〜750℃で0.5時間〜5時間保持することによって前記含侵されたGaと前記メッシュとを反応させてCuGa合金領域を形成する工程と、
を有することを特徴とするCu−Gaスパッタリングターゲットの製造方法。
(5)Cuからなるメッシュ及びCu板を複数枚重ねて空隙率が27.5体積%〜73体積%の成形体を得る工程と、
前記成形体における前記メッシュの空隙にGaを含侵させる工程と、
真空中350℃〜750℃で0.5時間〜5時間保持することによって前記含侵されたGaと前記メッシュとを反応させてCuGa合金領域を形成する工程と、
を有することを特徴とするCu−Gaスパッタリングターゲットの製造方法。
(6)スプリング状のワイヤを加圧して空隙率が27.5体積%〜73体積%の成形体を得る工程と、
前記成形体における前記メッシュの空隙にGaを含侵させる工程と、
真空中350℃〜750℃で0.5時間〜5時間保持することによって前記含侵されたGaと前記メッシュとを反応させてCuGa合金領域を形成する工程と、
を有することを特徴とするCu−Gaスパッタリングターゲットの製造方法。
(7)Cu板を所定の間隔で並べてCu板の間の空隙部分の体積率が27.5体積%〜73体積%の成形体を得る工程と、
前記成形体における前記Cu板の間の空隙にGaを含侵させる工程と、
真空中350℃〜750℃で0.5時間〜5時間保持することによって前記含侵されたGaと前記Cu板とを反応させてCuGa合金領域を形成する工程と、
を有することを特徴とするCu−Gaスパッタリングターゲットの製造方法。
(8)前記CuGa合金領域を形成する工程においては、真空中500℃〜600℃で1時間〜3時間保持することを特徴とする(4)〜(7)のいずれか1つに記載のCu−Gaスパッタリングターゲットの製造方法。
The present invention is as follows.
(1) Cu simple substance region;
A Ga-containing region adjacent to the Cu single region and containing at least Cu and Ga;
Have
Ga content rate with respect to the total mass of the Cu simple substance region and the Ga-containing region is 20 mass% to 65 mass%,
In any cross section parallel to the target surface to be sputtered, the area ratio of the Cu single region is 8% or more,
A Cu—Ga sputtering target, wherein a Ga concentration gradient in a reaction phase formed between the Ga-containing region and the Cu simple region is 3.3 mass% / μm or less.
(2) Furthermore, the area | region where the area ratio of the said Cu single-piece | unit area | region per 1 * 1mm in the arbitrary cross sections parallel to the target surface sputter | sputtered exists in the space | interval within a radius of at least 700 micrometers at least. The Cu—Ga sputtering target according to (1).
(3) A CuGa alloy γ phase is formed in the Ga-containing region, and the reaction phase is a phase formed between the γ phase and the Cu single region (1). ) Or Cu-Ga sputtering target according to (2).
(4) A step of obtaining a molded body having a porosity of 27.5% by volume to 86% by stacking a plurality of meshes made of Cu;
Impregnating Ga into voids of the mesh in the molded body;
Forming a CuGa alloy region by reacting the impregnated Ga and the mesh by holding at 350 ° C. to 750 ° C. in vacuum for 0.5 to 5 hours;
A method for producing a Cu-Ga sputtering target, comprising:
(5) A step of obtaining a molded body having a porosity of 27.5% by volume to 73% by stacking a plurality of Cu meshes and Cu plates;
Impregnating Ga into voids of the mesh in the molded body;
Forming a CuGa alloy region by reacting the impregnated Ga and the mesh by holding at 350 ° C. to 750 ° C. in vacuum for 0.5 to 5 hours;
A method for producing a Cu-Ga sputtering target, comprising:
(6) a step of pressing a spring-like wire to obtain a molded body having a porosity of 27.5% by volume to 73% by volume;
Impregnating Ga into voids of the mesh in the molded body;
Forming a CuGa alloy region by reacting the impregnated Ga and the mesh by holding at 350 ° C. to 750 ° C. in vacuum for 0.5 to 5 hours;
A method for producing a Cu-Ga sputtering target, comprising:
(7) A step of obtaining a molded body in which the Cu plates are arranged at a predetermined interval and the volume ratio of the gap portion between the Cu plates is 27.5% by volume to 73% by volume;
Impregnating Ga into the gaps between the Cu plates in the molded body;
Forming a CuGa alloy region by reacting the impregnated Ga and the Cu plate by holding at 350 ° C. to 750 ° C. in vacuum for 0.5 to 5 hours;
A method for producing a Cu-Ga sputtering target, comprising:
(8) In the step of forming the CuGa alloy region, Cu is held at 500 ° C. to 600 ° C. for 1 hour to 3 hours in a vacuum, Cu according to any one of (4) to (7) -Manufacturing method of Ga sputtering target.

本発明によれば、Ga含有率を高くしてもスパッタリングされるターゲット面に平行な切断に対する強度を十分に確保することができ、さらにはスプラッシュの発生を効果的に抑制することができる。   According to the present invention, even when the Ga content is increased, the strength against cutting parallel to the target surface to be sputtered can be sufficiently ensured, and further, the occurrence of splash can be effectively suppressed.

1×1mmあたりのCu単体領域の面積率が8%以上である領域が少なくとも半径700μm以内の間隔で互いに存在する条件を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conditions where the area | region where the area ratio of the Cu single-piece | unit area | region per 1 * 1mm exists 8% or more mutually exists at the space | interval within the radius of 700 micrometers at least. Cuメッシュの構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of Cu mesh. Cuメッシュを重ねて得られた成形体の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the molded object obtained by accumulating Cu mesh. 成形体にGaチップが載せられた状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which Ga chip | tip was mounted on the molded object. GaとCuとが合金化している様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a mode that Ga and Cu are alloying. Cu−Ga合金の二元系状態図である。It is a binary system phase diagram of a Cu-Ga alloy. Ga含有領域の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of Ga containing area | region. CuメッシュとCu板とを交互に並べて得られた成形体の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the molded object obtained by arranging Cu mesh and Cu board alternately. スプリング状のCuワイヤを分散させた状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the state which disperse | distributed spring-like Cu wire.

スパッタリングターゲットのうちで、成膜に寄与する部分はエロージョン部のみである。そして、スパッタリングターゲットが複合材料から構成されている場合には、各材料のエロージョン部における面積比によって、各材料のスパッタされる量が決まり、形成されるスパッタ膜中の成分の比が決まる。   Of the sputtering target, the only part contributing to film formation is the erosion part. When the sputtering target is made of a composite material, the amount of each material sputtered is determined by the area ratio of the erosion portion of each material, and the ratio of components in the formed sputtered film is determined.

従って、Ga含有率が高いCu−Gaスパッタ膜を形成しようとする場合には、Cu−Gaスパッタリングターゲットのエロージョン部全体が、均一にGa含有率が高い領域となっている必要はなく、エロージョン部の全体の面積比でGa含有部分が大きくなっていればよい。つまり、Cu−Gaスパッタリングターゲット内にGaが存在しない領域とCuが存在しない領域とが混在していてもよい。   Therefore, when a Cu-Ga sputtered film having a high Ga content is to be formed, the entire erosion part of the Cu-Ga sputtering target does not need to be a region having a high Ga content uniformly, and the erosion part. It is only necessary that the Ga-containing portion is large in the total area ratio. That is, a region where Ga is not present and a region where Cu is not present may be mixed in the Cu—Ga sputtering target.

そこで、本願発明者らは、この点に着目し、鋭意検討を行った。そして、この結果、Cu−Gaスパッタリングターゲットの構造をCu単体領域(Cu骨材)にGaを有するCuGa合金を分散させたものとすれば、Cu単体領域により高い強度を確保して良好な加工性を得ながら、Ga含有率が高いCu−Gaスパッタ膜を形成することが可能になることを見出した。   Therefore, the inventors of the present application paid attention to this point and conducted intensive studies. As a result, if the structure of the Cu—Ga sputtering target is made by dispersing a CuGa alloy having Ga in a Cu simple substance region (Cu aggregate), high strength is secured in the Cu simple substance region and good workability is achieved. It was found that a Cu—Ga sputtered film having a high Ga content can be formed.

但し、Cu単体領域と高Ga含有CuGa合金領域とが接している場合には、スパッタリングが進行するに連れて、Cu単体領域と高Ga含有CuGa合金領域との界面でスパッタされる量の差により段差が大きく生じる。スパッタリングターゲットに段差の大きな部分が存在する場合には、この部分を突起部として電荷集中が生じて異常放電が発生し、スプラッシュが飛んでしまう。Cu単体領域と高Ga含有CuGa合金領域とが接している場合には、このようなスプラッシュの問題が生じる可能性がある。   However, when the Cu simple substance region and the high Ga content CuGa alloy region are in contact with each other, due to the difference in the amount sputtered at the interface between the Cu simple substance region and the high Ga content CuGa alloy region as the sputtering proceeds. A large step occurs. When a portion having a large step exists in the sputtering target, charge concentration occurs using this portion as a protrusion, abnormal discharge occurs, and splash occurs. When the Cu simple substance region and the high Ga content CuGa alloy region are in contact with each other, such a splash problem may occur.

そこで、本願発明者らは、この点に着目し、更に鋭意検討を行った。そして、この結果、Cu単体領域と高Ga含有CuGa合金領域との間に低Ga含有CuGa合金領域を介在させれば、低Ga含有CuGa合金がCuと高Ga含有CuGa合金との中間的にスパッタされるため、スパッタリングが進行しても大きな段差が生じにくくなることを見出した。さらに、Cu単体領域と低Ga含有CuGa合金領域との間に合金反応相ができると、Gaの含有量の変化が傾斜的に変化し、それによりスパッタされやすさが傾斜的に変化するため、異常放電の発生を抑えることが可能となるのである。   Therefore, the inventors of the present application paid attention to this point and further studied diligently. As a result, if the low Ga-containing CuGa alloy region is interposed between the single Cu region and the high Ga-containing CuGa alloy region, the low Ga-containing CuGa alloy is sputtered between Cu and the high Ga-containing CuGa alloy. Therefore, it has been found that even if the sputtering progresses, a large step is hardly generated. Furthermore, when an alloy reaction phase is formed between the Cu simple substance region and the low Ga-containing CuGa alloy region, the change in the Ga content changes in a slope, and thereby the easiness of sputtering changes in a slope. It is possible to suppress the occurrence of abnormal discharge.

ここで、Cu単体領域と高Ga含有CuGa合金との間に低Ga含有CuGa合金を介在させる場合に、Cu単体領域は、高い強度を確保する役割を担うため、ある程度残留されたものであることが必要である。本発明者は、鋭意検討を行ったところ、スパッタリングターゲットのスパッタリングされるターゲット面と平行な任意の断面において前記Cu単体領域の面積率が8%以上であれば、スパッタリングされる表面に平行な切断(スライス)を行う際に高い強度を確保することができる知見を得た。   Here, when a low Ga-containing CuGa alloy is interposed between the Cu simple substance region and the high Ga-containing CuGa alloy, the Cu simple substance region has a role of ensuring high strength and therefore remains to some extent. is necessary. As a result of diligent study, the present inventor has found that when the area ratio of the Cu single region is 8% or more in an arbitrary cross section parallel to the sputtering target surface of the sputtering target, the cutting is performed parallel to the sputtering surface. The knowledge which can ensure high intensity | strength when performing (slice) was acquired.

Cu単体領域の面積率が8%以上とした理由は、面積率が8%未満であると、Cu単体領域による脆性改善効果が小さくなり過ぎるため、加工時にひび割れを生じてしまう可能性がある。なお、Cu単体領域の面積率の上限については特に規定しないが、Ga含有率及びCuGa合金の割合によって計算される。なお、好ましくはCu単体領域の面積率が10%以上である。   The reason why the area ratio of the Cu simple substance region is 8% or more is that if the area ratio is less than 8%, the effect of improving brittleness due to the Cu simple substance region becomes too small, and there is a possibility that cracking may occur during processing. Note that the upper limit of the area ratio of the Cu single region is not particularly defined, but is calculated based on the Ga content and the ratio of the CuGa alloy. In addition, Preferably, the area ratio of Cu simple substance area | region is 10% or more.

Ga含有率については、Cu単体領域及びCuGa合金の総質量に対して20質量%〜65質量%とする。Ga含有率が20質量%未満であると、目的とする太陽電池としての効率が得られない。また、Ga含有率が65質量%を超えると、スパッタリングされる表面に平行な切断(スライス)を行う際に高い強度を確保するためのCu単体領域の割合が小さ過ぎるため、目的とする強度が得られず、さらには、太陽電池としての効率が逆に低下してしまう。また、Cu、Ga以外に、金型の成分や大気中の酸素などの不可避的不純物が微量に含まれているものとする。   About Ga content rate, it is set as 20 mass%-65 mass% with respect to Cu total area | region and the total mass of a CuGa alloy. If the Ga content is less than 20% by mass, the efficiency of the intended solar cell cannot be obtained. Further, when the Ga content exceeds 65% by mass, the ratio of the Cu single region for ensuring high strength when performing cutting (slicing) parallel to the surface to be sputtered is too small, and thus the intended strength is obtained. In addition, the efficiency as a solar cell is reduced. In addition to Cu and Ga, a small amount of inevitable impurities such as mold components and atmospheric oxygen are included.

また、スプラッシュの発生を抑制するために、スパッタリングが進行しても大きな段差が生じにくくなるようCuGa合金とCu単体領域との間に形成される合金反応相におけるGaの濃度勾配を3.3質量%/μm以下とする。Gaの濃度勾配が3.3質量%/μmを超えると、スパッタリングによって生じる凹凸が急峻なものとなり、凸部でスプラッシュが発生しやすくなる。   Moreover, in order to suppress the occurrence of splash, the mass concentration gradient of Ga in the alloy reaction phase formed between the CuGa alloy and the Cu simple substance region is 3.3 mass so that a large step is less likely to occur even when the sputtering proceeds. % / Μm or less. When the Ga concentration gradient exceeds 3.3% by mass / μm, unevenness caused by sputtering becomes steep, and splash is likely to occur at the protrusions.

また、より高い強度を確保するためには、Cu単体領域が局所的に集中せず、ある程度の分散性を確保していることが好ましい。具体的には、スパッタリングされるターゲット面と平行な任意の断面における1×1mmあたりの前記Cu単体領域の面積率が8%以上である領域が少なくとも半径700μm以内の間隔で互いに存在することが好ましい。   Moreover, in order to ensure higher strength, it is preferable that the Cu simple substance region does not concentrate locally and a certain degree of dispersibility is ensured. Specifically, it is preferable that regions where the area ratio of the Cu single region per 1 × 1 mm in an arbitrary cross section parallel to the target surface to be sputtered is 8% or more are present at least within a radius of 700 μm. .

図1は、上記の条件を説明するための図である。図1に示すように、円13の半径700μmを定義する場合には、1×1mmの矩形11、12の中心点同士の距離とする。この中心点同士の距離が700μmを超えると、その間ではCu単体領域よりも脆いCu−Ga合金相の割合が高いため、その部分を起点としてひび割れが起こりやすくなる場合がある。好ましくは半径500μm以内であり、さらに好ましくは半径350μm以内である。   FIG. 1 is a diagram for explaining the above conditions. As shown in FIG. 1, when the radius of the circle 13 is defined as 700 μm, the distance between the center points of the rectangles 11 and 12 of 1 × 1 mm is set. If the distance between the center points exceeds 700 μm, the proportion of the Cu—Ga alloy phase that is brittle than the Cu single region is higher in the meantime. The radius is preferably within 500 μm, and more preferably within a radius of 350 μm.

次に、本発明に係るCu−Gaスパッタリングターゲットの製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the Cu-Ga sputtering target which concerns on this invention is demonstrated.

(第1の実施形態)
本実施形態では、Cuのメッシュを用いてスパッタリングターゲットを製造する方法について説明する。
まず、図2に示すようなCuメッシュ20を用意する。CuメッシュにおけるCuワイヤが交差する部分の形状は、縦方向及び横方向のワイヤが繋がった形状でもよく、縦方向及び横方向のワイヤが段差により交差する形状(平織り)であってもよい。Cuワイヤの径及び空隙の大きさは、目的とするGa含有率によって異なるようにする。例えば、Cuワイヤの径が大きいほどGa含有率は小さくなり、空隙の大きさが大きいほどGa含有率は大きくなる。このように目的とするGa含有率によってCuワイヤの径及び空隙の大きさを決定する。Cu単体領域及びCuGa合金の総質量に対してGa含有率を20質量%〜65質量%とするためには、成形体が得られる段階で空隙率が27.5体積%〜73体積%となるように、Cuワイヤの径、及び空隙の大きさを調整することが好ましい。
(First embodiment)
In the present embodiment, a method of manufacturing a sputtering target using a Cu mesh will be described.
First, a Cu mesh 20 as shown in FIG. 2 is prepared. The shape of the portion where the Cu wires intersect in the Cu mesh may be a shape in which the wires in the vertical direction and the horizontal direction are connected, or may be a shape (plain weave) in which the wires in the vertical direction and the horizontal direction intersect by a step. The diameter of the Cu wire and the size of the gap are made different depending on the target Ga content. For example, the Ga content decreases as the diameter of the Cu wire increases, and the Ga content increases as the void size increases. Thus, the diameter of a Cu wire and the magnitude | size of a space | gap are determined with the target Ga content rate. In order to set the Ga content to 20 mass% to 65 mass% with respect to the total mass of the Cu simple substance region and the CuGa alloy, the porosity becomes 27.5 volume% to 73 volume% at the stage where the molded body is obtained. Thus, it is preferable to adjust the diameter of the Cu wire and the size of the gap.

そして、用意したCuメッシュ20を所定の大きさに切り出し、石英るつぼなどにおいて、所定の枚数並べて図3に示すような成形体30を得る。そして、図4に示すように、成形体30上にGaチップ40を乗せ、熱処理を行うことによってGaをCuに含侵させる。Gaの含浸は、例えば真空中又はAr等の不活性雰囲気中で行う。真空中で行った場合には、成形体20の空隙から気体が放出されやすく、そこにGaが含浸しやすくなる。   Then, the prepared Cu mesh 20 is cut into a predetermined size, and a predetermined number of pieces are arranged in a quartz crucible or the like to obtain a molded body 30 as shown in FIG. And as shown in FIG. 4, Ga chip | tip 40 is put on the molded object 30, and Ga is impregnated by Cu by performing heat processing. The impregnation with Ga is performed, for example, in a vacuum or in an inert atmosphere such as Ar. When performed in a vacuum, gas is easily released from the voids of the molded body 20, and Ga is easily impregnated therein.

このような含浸の結果、図5に示すように、空隙部50にGaが存在するようになる。なお、Cuメッシュを並べる際に、空隙の位置が一致するように並べてもよく、段によって不規則に空隙が並ぶようにしてもよい。また、図2に示した例では、正方形の空隙を構成するCuメッシュを用いたが、織り方は特に限定されず、正三角形や直角三角形など他の形状の空隙を構成するCuメッシュを用いてもよい。なお、Cuメッシュの空隙の位置、大きさ、形状によっては空隙部の一部がオープンポアではなくクローズポアとなる場合があるが、この場合は、熱処理の初期段階ではGaが侵入せず、空隙のまま残る。   As a result of such impregnation, Ga is present in the gap 50 as shown in FIG. When arranging the Cu meshes, they may be arranged so that the positions of the gaps coincide with each other, or the gaps may be arranged irregularly depending on the stage. In addition, in the example shown in FIG. 2, a Cu mesh that forms a square gap is used, but the weaving method is not particularly limited, and a Cu mesh that forms a gap of another shape such as a regular triangle or a right triangle is used. Also good. Depending on the position, size, and shape of the voids in the Cu mesh, some of the voids may be closed pores instead of open pores. In this case, Ga does not enter at the initial stage of heat treatment, Remains.

その後、熱処理を行うことにより、Gaの少なくとも一部とCuメッシュの一部とを合金化して、図5に示すように、Cu単体領域及びGa含有領域を含むCuGa複合材55を得ることができる。なお、合金化反応によりCu単体領域の体積は減少する。熱処理によって成形体の内部側と外部側とでGaの含浸量が異なるため、成形体の外部側では、Gaの含侵がより進行して、Cuワイヤの部分が一部消滅する場合があるが、スパッタリングされるターゲット面と平行な任意の断面において前記Cu単体領域の面積率が8%以上であれば、高い強度を確保することができる。また、Gaの濃度勾配を3.3質量%/μm以下とするためには、熱処理の温度及び時間を制御する必要があるが、過度に熱処理を行うと合金化が進行し、強度を確保する役割を担うCu単体領域の割合が相対的に低下してしまうため、熱処理条件は真空中350℃〜750℃、0.5時間〜5時間とする。好ましくは500℃〜600℃、1時間〜3時間である。なお、合金化による体積変化の影響を減らすため、加圧下で熱処理を行ってもよい。   Thereafter, by performing heat treatment, at least a part of Ga and a part of the Cu mesh are alloyed, and as shown in FIG. 5, a CuGa composite material 55 including a single Cu region and a Ga-containing region can be obtained. . Note that the volume of the single Cu region is reduced by the alloying reaction. Since the amount of impregnation of Ga is different between the inner side and the outer side of the molded body due to the heat treatment, the impregnation of Ga further proceeds on the outer side of the molded body, and the Cu wire part may disappear partially. If the area ratio of the Cu single region is 8% or more in an arbitrary cross section parallel to the target surface to be sputtered, high strength can be ensured. Further, in order to set the Ga concentration gradient to 3.3% by mass / μm or less, it is necessary to control the temperature and time of the heat treatment. However, if the heat treatment is performed excessively, alloying proceeds and the strength is ensured. Since the ratio of the Cu simple substance region which plays a role will fall relatively, heat processing conditions shall be 350 to 750 degreeC in a vacuum, and 0.5 to 5 hours. Preferably they are 500 degreeC-600 degreeC, 1 hour-3 hours. In addition, in order to reduce the influence of the volume change by alloying, you may heat-process under pressure.

この熱処理では、Cu単体領域と含浸Gaとの界面にCuGa合金を形成するため、CuGa合金の析出温度以上の温度まで一旦昇温する。例えば図6に示すCu−Ga合金の二元系状態図(出典:BINARY ALLOY PHASE DIAGRAMS (ASM International))を参考にして、254℃以上の260℃まで、あるいは645℃程度以上となる650℃まで昇温する、と決めることができる。   In this heat treatment, in order to form a CuGa alloy at the interface between the Cu simple substance region and the impregnated Ga, the temperature is once raised to a temperature equal to or higher than the precipitation temperature of the CuGa alloy. For example, referring to the binary phase diagram of Cu—Ga alloy shown in FIG. 6 (Source: BINARY ALLOY PHASE DIAGRAMS (ASM International)), up to 260 ° C. of 254 ° C. or up to 650 ° C. of about 645 ° C. You can decide to raise the temperature.

また、降温の際には、CuGa合金相が析出する温度(例えば、490℃、485℃、468℃、254℃)付近において冷却速度を十分に下げて、例えば析出温度±10℃の範囲の冷却速度を10℃/分以下として各CuGa合金相を析出しやすくすることが好ましい。このような温度制御の結果、Ga含有領域では、Cu単体領域との界面からGa含有領域の内側に向かうほどGa含有率が高い相が、例えば層状に形成される。例えば、図7に示すように、Cu単体領域1の直ぐ内側にγ相(γ1、γ2、γ3)の層(低Ga含有CuGa合金領域)21が形成され、その内側にε相の層(高Ga含有CuGa合金領域)22が形成され、その内側に単体Gaの層23が形成され、Ga含有領域2を構成する。なお、図示していないがγ相の層21とCu単体領域1との間には、Gaの濃度勾配が3.3質量%/μm以下となる合金反応相が形成されている。この合金反応相はCuとCuGa合金のγ相との混合相と考えられる。   Further, when the temperature is lowered, the cooling rate is sufficiently lowered near the temperature at which the CuGa alloy phase is precipitated (for example, 490 ° C., 485 ° C., 468 ° C., 254 ° C.), for example, cooling in the range of the precipitation temperature ± 10 ° C. It is preferable to make each CuGa alloy phase easily precipitate at a rate of 10 ° C./min or less. As a result of such temperature control, in the Ga-containing region, a phase having a higher Ga content is formed, for example, in a layered manner from the interface with the Cu simple region toward the inside of the Ga-containing region. For example, as shown in FIG. 7, a γ-phase (γ1, γ2, γ3) layer (low Ga-containing CuGa alloy region) 21 is formed immediately inside the Cu simple substance region 1, and an ε-phase layer (high Ga-containing CuGa alloy region) 22 is formed, and a single Ga layer 23 is formed on the inner side thereof to constitute Ga-containing region 2. Although not shown, an alloy reaction phase having a Ga concentration gradient of 3.3 mass% / μm or less is formed between the γ-phase layer 21 and the Cu element region 1. This alloy reaction phase is considered to be a mixed phase of Cu and the γ phase of the CuGa alloy.

なお、本実施形態では、目的とするGa含有率によってCuメッシュのCuワイヤの径及び空隙の大きさを調整するものとしたが、複数種類のスパッタリングターゲットを製造するためには、複数種類のCuメッシュを用意しなければならない。そこで、CuメッシュのCuワイヤの径及び空隙の大きさを調整せずに、Cuメッシュを重ねる際に、間にCu板を挟むようにして成形体を得るようにしてもよい。   In the present embodiment, the diameter of the Cu wire of the Cu mesh and the size of the gap are adjusted according to the target Ga content. However, in order to produce a plurality of types of sputtering targets, a plurality of types of Cu are used. A mesh must be prepared. Therefore, the molded body may be obtained by sandwiching the Cu plate between the Cu meshes without overlapping the diameter of the Cu wire and the size of the gap of the Cu mesh.

例えば、図8に示すように、Cuメッシュ20とCu板80とを交互に重ねて成形体としてもよい。この場合、CuメッシュとCu板とを交互に重ねるのみならず、Cuメッシュ:Cu板=2:1となるように重ねたり、Cu板を2枚重ねたりしてもよく、Cu板の挟み方については特に限定されない。さらに、CuメッシュにおけるCuワイヤが交差する部分の形状は、縦方向及び横方向のワイヤが繋がった形状でもよいが、Cu板に挟まれているCuメッシュの空隙にGaを含侵させやすくするために、縦方向及び横方向のワイヤが段差により交差する形状(平織り)であるほうが好ましい。   For example, as shown in FIG. 8, the Cu mesh 20 and the Cu plate 80 may be alternately stacked to form a molded body. In this case, not only the Cu mesh and the Cu plate are alternately stacked, but the Cu mesh: Cu plate = 2: 1 may be stacked, or two Cu plates may be stacked. Is not particularly limited. Furthermore, the shape of the portion of the Cu mesh where the Cu wires intersect may be a shape in which the wires in the vertical direction and the horizontal direction are connected, but in order to easily impregnate Ga into the voids of the Cu mesh sandwiched between the Cu plates. In addition, it is preferable that the wire in the longitudinal direction and the transverse direction intersect with each other by a step (plain weave).

(第2の実施形態)
成形体を得る他の方法として、Cu板を等間隔で並べたものを成形体としてもよい。例えば、Cuベースプレートに200μm〜500μmの間隔で1mm弱の溝を掘り、そこに厚み200μm〜500μmのCu板を差し込んで成形体とする。また、溝に差し込む代わりに、200μm〜500μmのスペーサーを挟んでベースプレートにロウ付け等で接着し、スペーサーを取り除く方法で作製しても良いし、Cuブロックに溝加工を施して作製しても良いし、スペーサーとなるフィン形状の付いた金型に鋳込んで作製しても良い。Cu板の厚みとCu板の間の間隔との体積比が組成比となることから所定の組成比になるように板厚と板間隔とを調整すれば良い。このCu板の間の間隔にGaが含浸する。
なお、Gaを含侵させる方法は第1の実施形態と同様である。
(Second Embodiment)
As another method for obtaining a molded body, a product in which Cu plates are arranged at equal intervals may be used. For example, a groove of less than 1 mm is dug in a Cu base plate at intervals of 200 μm to 500 μm, and a Cu plate having a thickness of 200 μm to 500 μm is inserted therein to form a molded body. Further, instead of being inserted into the groove, the spacer may be bonded to the base plate by brazing or the like with a spacer of 200 μm to 500 μm, and the spacer may be removed, or the Cu block may be processed with a groove. Alternatively, it may be produced by casting into a mold having a fin shape as a spacer. Since the volume ratio between the thickness of the Cu plate and the interval between the Cu plates becomes the composition ratio, the plate thickness and the plate interval may be adjusted so as to be a predetermined composition ratio. Ga is impregnated in the space between the Cu plates.
The method for impregnating Ga is the same as in the first embodiment.

(第3の実施形態)
成形体を得る他の方法として、Cuワイヤを型に充填し、プレスで圧力をかけて成形体を得るようにしてもよい。ワイヤを均一に分散させる方法として、図9に示すようにスプリング状のCuワイヤを型に入れて加圧する方法がある。スプリング状のCuワイヤは、例えば所定の径の円柱にCuワイヤを数周巻きつけることによって作製することができる。この円柱の径が小さいほど、スプリング径の小さなCuワイヤを作製することができ、圧力をかけて成形する場合には、Cuワイヤをより均一に分散させることができる。
なお、Gaを含侵させる方法は第1の実施形態と同様である。
(Third embodiment)
As another method for obtaining a molded body, Cu wire may be filled into a mold, and pressure may be applied with a press to obtain the molded body. As a method for uniformly dispersing the wire, there is a method in which a spring-like Cu wire is put into a mold and pressed as shown in FIG. The spring-like Cu wire can be produced, for example, by winding the Cu wire around a cylinder having a predetermined diameter several times. The smaller the diameter of the cylinder, the smaller the spring diameter of the Cu wire can be made, and when forming by applying pressure, the Cu wire can be more uniformly dispersed.
The method for impregnating Ga is the same as in the first embodiment.

(第4の実施形態)
また、成形体を得るその他の方法として、Cu粉とGa粉とを重量比で35:65〜80:20となるように混合し、熱間等方圧加圧(HIP:hot isostatic press)法によって成形体として焼結体を得るようにしてもよい。焼結に用いるCu粉としては、球状となりやすいアトマイズ粉を用いてもよく、電解粉又は破砕粉を用いてもよい。また、Cu粉としては、CuとGaとの反応の際に未反応のCu部を残すために、平均粒径が100μm以上のものを用いることが好ましい。
(Fourth embodiment)
As another method for obtaining a molded body, a hot isostatic press (HIP) method in which Cu powder and Ga powder are mixed at a weight ratio of 35:65 to 80:20. Thus, a sintered body may be obtained as a molded body. As Cu powder used for sintering, atomized powder that tends to be spherical may be used, or electrolytic powder or crushed powder may be used. Further, as the Cu powder, it is preferable to use a powder having an average particle diameter of 100 μm or more in order to leave an unreacted Cu part in the reaction between Cu and Ga.

また、CuとGaとを所定比率で一旦溶融させた後に凝固させた合金混合体を粉砕し、粉末状としたものを用いても良い。この場合には、合金混合体を作製する際に、Cu比率を減らしたものを作製し、破砕粉とした後に、減らした分のCu粉を破砕粉と混合して、未反応のCu部を残すようにすることが好ましい。   Alternatively, an alloy mixture obtained by once melting Cu and Ga at a predetermined ratio and then solidifying the mixture may be pulverized into a powder form. In this case, when preparing the alloy mixture, after making the Cu ratio reduced and making the crushed powder, the reduced amount of Cu powder is mixed with the crushed powder, and the unreacted Cu part is removed. It is preferable to leave it.

以上の条件によりCu粉とGa粉とを混合した後、HIP法により混合粉を焼結する。まず、混合粉をSUSカプセルなどに充填し、350℃〜750℃、50MPa〜120MPa、0.5時間〜5時間の条件で熱処理を施すことにより、Cu単体領域及びCu−Ga合金領域の総体積に対するCu単体領域の割合が8体積%以上となり、さらにGaの濃度勾配が3.3質量%/μm以下であるCuGa合金反応相が形成される。   After mixing Cu powder and Ga powder under the above conditions, the mixed powder is sintered by the HIP method. First, the mixed powder is filled into a SUS capsule or the like, and subjected to heat treatment under conditions of 350 ° C. to 750 ° C., 50 MPa to 120 MPa, and 0.5 hours to 5 hours, so that the total volume of the Cu simple substance region and the Cu—Ga alloy region is increased. Thus, a CuGa alloy reaction phase is formed in which the ratio of the single Cu region to 8% by volume or more and a Ga concentration gradient of 3.3% by mass / μm or less are formed.

次に、本発明者らが行った実験について説明する。これらの実験における条件等は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した例であり、本発明は、これらの例に限定されるものではない。   Next, experiments conducted by the present inventors will be described. The conditions in these experiments are examples adopted for confirming the feasibility and effects of the present invention, and the present invention is not limited to these examples.

(第1の実施例)
まず、実施例1のサンプルを作製するため、0.5mmφのCuワイヤをφ5mmの円柱に巻き付けスプリング状にしたもの140gを、110mm角の金型に敷き詰め、一軸プレスで300kgf/cm2の圧力を掛け、110×110×8mmのCu成形体を得た。この成形体は27%TDであり、Gaがこの空隙に含浸した場合、73体積%であった。次に、この成形体上に527gのGaチップを乗せ、真空中において400℃で1時間の熱処理を行った。この熱処理後、GaはCu成形体中にきれいに含浸し、はみ出し部はなかった。含浸の確認後、真空中において550℃で3時間の熱処理を行った。この熱処理後、Cuワイヤはところどころ反応して消失しており、全体は灰色の金属状になっていた。
(First embodiment)
First, in order to produce the sample of Example 1, 140 g of a 0.5 mmφ Cu wire wound around a φ5 mm cylinder in the form of a spring was spread on a 110 mm square mold, and a pressure of 300 kgf / cm 2 was applied with a uniaxial press. It was hung to obtain a 110 × 110 × 8 mm Cu molded body. This compact was 27% TD, and 73% by volume when Ga was impregnated in this void. Next, 527 g of Ga chips were placed on the compact, and heat treatment was performed at 400 ° C. for 1 hour in a vacuum. After this heat treatment, Ga was impregnated cleanly into the Cu compact, and there was no protrusion. After confirming the impregnation, heat treatment was performed in a vacuum at 550 ° C. for 3 hours. After this heat treatment, the Cu wire reacted and disappeared in some places, and the whole was in the form of a gray metal.

この熱処理を行った後、Cu−Gaの複合体の気孔率を測定したところ、気孔率は0.01体積%であった。つまり、Cu成形体の空隙部のほぼ全体にGaが含浸していたことが確認できた。   After the heat treatment, the porosity of the Cu-Ga composite was measured and found to be 0.01% by volume. That is, it was confirmed that Ga was impregnated in almost the entire void portion of the Cu molded body.

次に、このCu−Ga複合体の中央部から直径4インチのブロックを切りだした後、厚み3mmのスパッタリングターゲットを内周刃のスライサーを用いて、スパッタリングされるターゲット面と平行に2枚切り出した。10枚のターゲットを切りだすため、このようなスライサーによる加工を5ブロックについて行ったところ、1枚だけひび割れが生じたが、残りの9枚においてはひび割れが生じず、所望の形状のCu−Gaスパッタリングターゲットが得られた。なお、歩留まりは90%以上が良好であるものとする。   Next, after cutting out a block having a diameter of 4 inches from the center of the Cu—Ga composite, two sputtering targets having a thickness of 3 mm are cut out in parallel with the target surface to be sputtered using a slicer with an inner peripheral blade. It was. In order to cut out 10 targets, processing with such a slicer was performed on 5 blocks. When only 1 sheet was cracked, the remaining 9 sheets were not cracked, and the desired shape of Cu-Ga was formed. A sputtering target was obtained. It is assumed that the yield is good at 90% or more.

このスパッタリングターゲットをスパッタ装置固有の銅製のバッキングプレートに貼り付け、高周波スパッタリング装置(キヤノンアネルバ製SPF−430HS)にて、ダミースパッタによりスパッタリングターゲットの表面の吸着水及び酸化物層を飛ばした後に、500Wで10分間の成膜を行った。異常放電は、3回以下である場合には良好であるが、10分間の成膜中には異常放電が1回のみであった。   This sputtering target is affixed to a copper backing plate unique to the sputtering apparatus, and the adsorbed water and oxide layer on the surface of the sputtering target are blown off by dummy sputtering with a high-frequency sputtering apparatus (SPF-430HS manufactured by Canon Anelva). The film was formed for 10 minutes. The abnormal discharge was good when it was 3 times or less, but the abnormal discharge was only once during the film formation for 10 minutes.

また、切り出したブロックの残材から、スパッタリングされるターゲット面と平行な断面の観察を行うために試料を切り出し、研磨・エッチング処理の後、顕微鏡観察を行った。その結果、単体Gaは消失しており、CuGa合金部とCu単体領域とその間にある10μmの反応相が確認できた。合金相を特定するためにX線回折による結晶相分析およびEPMAおよびEPMAによるライン分析を行なった結果、CuGa合金はγ相であるCu9Ga4で、反応相はCuとCu9Ga4間の混合相と考えられ、Gaが傾斜組成的に変化していた。反応相のGa勾配はCu9Ga4の33質量%から0質量%に10μmでほぼ直線的に減少しており、3.3質量%/μmと算出できた。 Further, a sample was cut out from the remaining material of the cut block in order to observe a cross section parallel to the target surface to be sputtered, and was observed with a microscope after polishing / etching treatment. As a result, the simple substance Ga disappeared, and a reaction phase of 10 μm between the CuGa alloy part and the Cu simple substance region could be confirmed. As a result of crystal phase analysis by X-ray diffraction and line analysis by EPMA and EPMA to specify the alloy phase, the CuGa alloy is Cu 9 Ga 4 which is a γ phase, and the reaction phase is between Cu and Cu 9 Ga 4 . It was considered as a mixed phase, and Ga changed in a gradient composition. The Ga gradient of the reaction phase decreased from 33% by mass to 9 % by mass of Cu 9 Ga 4 and decreased almost linearly at 10 μm, and could be calculated as 3.3% by mass / μm.

Cuの残存部は500μmのワイヤが反応して平均で300μmに細くなっており、断面により円状、楕円状、かなり長尺の楕円(ほぼ連続体)の切り口が現れており、切り口の間隔は最大の部分で800μmであった。倍率500倍で1×1mmの視野で確認すると、Cuの残存物がいずれも面積比で8%〜30%になっていた。   The remaining part of Cu is thinned to 300 μm on average due to the reaction of a 500 μm wire, and a circular, elliptical, and fairly long elliptical (substantially continuous) cut appears in the cross section. The maximum portion was 800 μm. When confirmed with a 1 × 1 mm field of view at a magnification of 500 times, all Cu residues were 8% to 30% in area ratio.

(第2の実施例)
まず、以下の表1に示した条件で、第1の実施例と同様の手順により実施例2〜4のサンプル、及び比較例1のサンプルを作製した。
(Second embodiment)
First, under the conditions shown in Table 1 below, samples of Examples 2 to 4 and a sample of Comparative Example 1 were produced by the same procedure as in the first example.

次に、実施例5のサンプルを作製するため、0.20mmφのCuワイヤを#40となるように配した市販のCuメッシュ(平織金網)を110×8mmで切り出し、これを内径110×110×15mmの石英るつぼ内に立てて330枚並べ、110×110×8mmの成形体を得た。この成形体は39%TDであり、Gaがこの空隙に含浸した場合、61体積%であった。この成形体上に310gのGaチップを乗せ、真空中において400℃で1時間の熱処理を行った。この熱処理後、GaはCu成形体中にきれいに含浸し、はみ出し部はなかった。含浸の確認後、真空中において550℃で3時間の熱処理を行った。   Next, in order to produce the sample of Example 5, a commercially available Cu mesh (plain woven wire mesh) in which a 0.20 mmφ Cu wire was arranged to be # 40 was cut out at 110 × 8 mm, and the inner diameter was 110 × 110 ×. In a 15 mm quartz crucible, 330 sheets were arranged to obtain a 110 × 110 × 8 mm compact. This compact was 39% TD, and 61% by volume when Ga was impregnated in this void. 310 g of Ga chip was placed on this compact, and heat treatment was performed at 400 ° C. for 1 hour in a vacuum. After this heat treatment, Ga was impregnated cleanly into the Cu compact, and there was no protrusion. After confirming the impregnation, heat treatment was performed in a vacuum at 550 ° C. for 3 hours.

次に、実施例6のサンプルを作製するため、0.21mmφのCuワイヤを#60となるように配した市販のCuメッシュ(平織金網)を110×8mmで切り出し、これを内径110×110×15mmの石英るつぼ内に立てて330枚並べ、110×110×8mmの成形体を得た。この成形体は42%TDであり、Gaがこの空隙に含浸した場合、58体積%であった。この成形体上に295gのGaチップを乗せ、真空中において400℃で1時間の熱処理を行った。この熱処理後、GaはCu成形体中にきれいに含浸し、はみ出し部はなかった。含浸の確認後、真空中において550℃で3時間の熱処理を行った。さらに、以下の表1に示すように熱処理条件が異なる実施例7〜10のサンプル及び比較例2、3のサンプルを同様に作製した。   Next, in order to produce the sample of Example 6, a commercially available Cu mesh (plain woven wire mesh) in which a 0.21 mmφ Cu wire was arranged to be # 60 was cut out at 110 × 8 mm, and this was cut into an inner diameter of 110 × 110 ×. In a 15 mm quartz crucible, 330 sheets were arranged to obtain a 110 × 110 × 8 mm compact. This compact was 42% TD, and 58% by volume when Ga was impregnated in the voids. A 295 g Ga chip was placed on this molded body, and heat treatment was performed at 400 ° C. for 1 hour in a vacuum. After this heat treatment, Ga was impregnated cleanly into the Cu compact, and there was no protrusion. After confirming the impregnation, heat treatment was performed in a vacuum at 550 ° C. for 3 hours. Furthermore, as shown in Table 1 below, samples of Examples 7 to 10 and samples of Comparative Examples 2 and 3 having different heat treatment conditions were similarly produced.

次に、実施例11のサンプルを作製するため、0.21mmφのCuワイヤを#60となるように配した市販のCuメッシュ(平織金網)を110×8mmで切り出し、同じく0.42mm厚のCu板を110×8mmに切り出し、これらを内径110×110×15mmの石英るつぼ内に立てて交互に170組並べ、110×110×8mmの成形体を得た。この成形体は53%TDであり、Gaがこの空隙に含浸した場合、47体積%であった。この成形体上に239gのGaチップを乗せ、真空中において400℃で1時間の熱処理を行った。この熱処理後、GaはCu成形体中にきれいに含浸し、はみ出し部はなかった。含浸の確認後、真空中において550℃で3時間の熱処理を行った。また、以下の表1に示した条件で、同様の手順により実施例12〜14のサンプルを作製した。   Next, in order to produce the sample of Example 11, a commercially available Cu mesh (plain woven wire mesh) in which a 0.21 mmφ Cu wire was arranged to be # 60 was cut out at 110 × 8 mm, and similarly 0.42 mm thick Cu The plates were cut into 110 × 8 mm, and these were placed in a quartz crucible having an inner diameter of 110 × 110 × 15 mm, and 170 sets were alternately arranged to obtain a molded body of 110 × 110 × 8 mm. This compact was 53% TD, and 47% by volume when Ga was impregnated in the voids. A 239 g Ga chip was placed on the compact and heat-treated at 400 ° C. for 1 hour in a vacuum. After this heat treatment, Ga was impregnated cleanly into the Cu compact, and there was no protrusion. After confirming the impregnation, heat treatment was performed in a vacuum at 550 ° C. for 3 hours. In addition, samples of Examples 12 to 14 were produced by the same procedure under the conditions shown in Table 1 below.

次に、実施例15のサンプルを作製するため、110×110×2mmのCuブロックに幅300μm深さ500μmの溝を200μm間隔となるように220本形成してベースプレートを作製した。この溝に110×5.5×0.3mmのCu板を差し込み、ベースプレートを除く部分では、Cu厚み300μm、Cu間隔200μmとなるCu成形体を得た。この成形体のベースプレートを除く部分は60%TDであり、Gaがこの空隙に含浸した場合、40体積%であった。この成形体上に216gのGaチップを乗せ、真空中において400℃で1時間の熱処理を行った。この熱処理後、GaはCu成形体中にきれいに含浸し、はみ出し部はなかった。含浸の確認後、真空中において550℃で3時間の熱処理を行った。また、以下の表1に示した条件で、同様の手順により実施例16のサンプルを作製した。   Next, in order to fabricate the sample of Example 15, 220 grooves having a width of 300 μm and a depth of 500 μm were formed in a 110 × 110 × 2 mm Cu block at intervals of 200 μm, thereby fabricating a base plate. A Cu plate of 110 × 5.5 × 0.3 mm was inserted into this groove, and a Cu molded body having a Cu thickness of 300 μm and a Cu interval of 200 μm was obtained in the portion excluding the base plate. The portion excluding the base plate of this molded body was 60% TD, and 40% by volume when Ga was impregnated in this void. 216 g of Ga chips were placed on this molded body, and heat treatment was performed at 400 ° C. for 1 hour in a vacuum. After this heat treatment, Ga was impregnated cleanly into the Cu compact, and there was no protrusion. After confirming the impregnation, heat treatment was performed in a vacuum at 550 ° C. for 3 hours. Moreover, the sample of Example 16 was produced in the same procedure under the conditions shown in Table 1 below.

そして、本実施例で作製したすべてのサンプルについて、第1の実施例と同様に合金相の厚み、Ga勾配、残存Cuの径と主形状、残存Cuの間隔と面積比、加工性評価(歩留)、及び異常放電回数を評価した。なお、Ga勾配は、反応層の厚みとCu9Ga4のGa量とから算出した。 As in the first example, the thickness of the alloy phase, the Ga gradient, the diameter and main shape of the remaining Cu, the spacing and area ratio of the remaining Cu, and the workability evaluation (steps) were performed for all samples prepared in this example. And the number of abnormal discharges. The Ga gradient was calculated from the thickness of the reaction layer and the Ga amount of Cu 9 Ga 4 .

Figure 2014185384
Figure 2014185384

表1に示すように本実施例に係るサンプルは、いずれも加工性が良好であり、異常放電も少ないことが確認できた。   As shown in Table 1, it was confirmed that all the samples according to this example had good workability and little abnormal discharge.

(第3の実施例)
まず、実施例17のサンプルを作製するため、純度4NのCu粉とGa粒を質量比でそれぞれ650g、350gを樹脂製2リットルポットに入れ、さらに鉄球を樹脂コーティングしたφ10mmボールを100g入れて1時間ボールミル混合した。そして、混合粉を110×110×10mmのSUSカプセルに充填し、真空脱気後、400℃×3h、78.5MPaの条件でHIP処理を行い、カプセル研削除去して105×105×8mmの焼結体を得た。また、以下の表2に示した条件で、同様の手順により実施例18〜20のサンプル、及び比較例4、5のサンプルを作製した。
(Third embodiment)
First, in order to prepare the sample of Example 17, 650 g and 350 g of Cu powder having a purity of 4N and 350 g in a mass ratio were put in a 2 liter pot made of resin, and 100 g of a φ10 mm ball coated with an iron ball was added. Ball mill mixed for 1 hour. Then, the mixed powder is filled into a 110 × 110 × 10 mm SUS capsule, vacuum degassed, and then subjected to HIP treatment under the conditions of 400 ° C. × 3 h, 78.5 MPa, and the capsule is ground and removed to be baked at 105 × 105 × 8 mm. A ligature was obtained. Moreover, the sample of Examples 18-20 and the sample of Comparative Examples 4 and 5 were produced on the conditions shown in the following Table 2 with the same procedure.

そして、本実施例で作製したすべてのサンプルについて、第1の実施例と同様に合金相の厚み、Ga勾配、残存Cuの径と主形状、残存Cuの間隔と面積比、加工性評価(歩留)、及び異常放電回数を評価した。なお、Ga勾配は、反応層の厚みとCu9Ga4のGa量とから算出した。 As in the first example, the thickness of the alloy phase, the Ga gradient, the diameter and main shape of the remaining Cu, the spacing and area ratio of the remaining Cu, and the workability evaluation (steps) were performed for all samples prepared in this example. And the number of abnormal discharges. The Ga gradient was calculated from the thickness of the reaction layer and the Ga amount of Cu 9 Ga 4 .

Figure 2014185384
Figure 2014185384

表2に示すように本実施例に係るサンプルは、いずれも加工性が良好であり、異常放電も少ないことが確認できた。なお、比較例4は、低い温度で混合粉を焼結させたため未反応Gaが多く残り、それが加工中に溶融している状態となっているため、加工性が不良となった。   As shown in Table 2, it was confirmed that all the samples according to this example had good workability and little abnormal discharge. In Comparative Example 4, since the mixed powder was sintered at a low temperature, a large amount of unreacted Ga remained and was melted during processing, resulting in poor workability.

11、12 1×1mmの矩形
13 円
20 Cuメッシュ
30 成形体
40 Gaチップ
50 空隙
11, 12 1 × 1 mm rectangle 13 circle 20 Cu mesh 30 compact 40 Ga chip 50 void

Claims (8)

Cu単体領域と、
前記Cu単体領域に隣接し、少なくともCu及びGaを含有するGa含有領域と、
を有し、
前記Cu単体領域及び前記Ga含有領域の総質量に対するGa含有率が20質量%乃至65質量%であり、
スパッタリングされるターゲット面と平行な任意の断面において前記Cu単体領域の面積率が8%以上であり、
前記Ga含有領域と前記Cu単体領域との間に形成される反応相におけるGaの濃度勾配が3.3質量%/μm以下であることを特徴とするCu−Gaスパッタリングターゲット。
Cu single region,
A Ga-containing region adjacent to the Cu single region and containing at least Cu and Ga;
Have
Ga content rate with respect to the total mass of the Cu simple substance region and the Ga-containing region is 20 mass% to 65 mass%,
In any cross section parallel to the target surface to be sputtered, the area ratio of the Cu single region is 8% or more,
A Cu—Ga sputtering target, wherein a Ga concentration gradient in a reaction phase formed between the Ga-containing region and the Cu simple region is 3.3 mass% / μm or less.
さらに、スパッタリングされるターゲット面と平行な任意の断面における1×1mmあたりの前記Cu単体領域の面積率が8%以上である領域が少なくとも半径700μm以内の間隔で互いに存在することを特徴とする請求項1に記載のCu−Gaスパッタリングターゲット。   Furthermore, the area | region where the area ratio of the said Cu single-piece | unit area | region per 1 * 1mm in the arbitrary cross sections parallel to the target surface sputter | spattered is 8% or more mutually exists at the space | interval within a radius of at least 700 micrometers. Item 8. A Cu-Ga sputtering target according to Item 1. 前記Ga含有領域には、CuGa合金のγ相が形成されており、前記反応相は前記γ相と前記Cu単体領域との間に形成される相であることを特徴とする請求項1又は2に記載のCu−Gaスパッタリングターゲット。   The γ phase of CuGa alloy is formed in the Ga-containing region, and the reaction phase is a phase formed between the γ phase and the single Cu region. Cu-Ga sputtering target of description. Cuからなるメッシュを複数枚重ねて空隙率が27.5体積%〜86体積%の成形体を得る工程と、
前記成形体における前記メッシュの空隙にGaを含侵させる工程と、
真空中350℃〜750℃で0.5時間〜5時間保持することによって前記含侵されたGaと前記メッシュとを反応させてCuGa合金領域を形成する工程と、
を有することを特徴とするCu−Gaスパッタリングターゲットの製造方法。
A step of stacking a plurality of meshes made of Cu to obtain a molded body having a porosity of 27.5% by volume to 86% by volume;
Impregnating Ga into voids of the mesh in the molded body;
Forming a CuGa alloy region by reacting the impregnated Ga and the mesh by holding at 350 ° C. to 750 ° C. in vacuum for 0.5 to 5 hours;
A method for producing a Cu-Ga sputtering target, comprising:
Cuからなるメッシュ及びCu板を複数枚重ねて空隙率が27.5体積%〜73体積%の成形体を得る工程と、
前記成形体における前記メッシュの空隙にGaを含侵させる工程と、
真空中350℃〜750℃で0.5時間〜5時間保持することによって前記含侵されたGaと前記メッシュとを反応させてCuGa合金領域を形成する工程と、
を有することを特徴とするCu−Gaスパッタリングターゲットの製造方法。
A step of obtaining a molded body having a porosity of 27.5% by volume to 73% by volume by stacking a plurality of Cu meshes and Cu plates;
Impregnating Ga into voids of the mesh in the molded body;
Forming a CuGa alloy region by reacting the impregnated Ga and the mesh by holding at 350 ° C. to 750 ° C. in vacuum for 0.5 to 5 hours;
A method for producing a Cu-Ga sputtering target, comprising:
スプリング状のワイヤを加圧して空隙率が27.5体積%〜73体積%の成形体を得る工程と、
前記成形体における前記メッシュの空隙にGaを含侵させる工程と、
真空中350℃〜750℃で0.5時間〜5時間保持することによって前記含侵されたGaと前記メッシュとを反応させてCuGa合金領域を形成する工程と、
を有することを特徴とするCu−Gaスパッタリングターゲットの製造方法。
A step of pressing a spring-like wire to obtain a molded body having a porosity of 27.5% by volume to 73% by volume;
Impregnating Ga into voids of the mesh in the molded body;
Forming a CuGa alloy region by reacting the impregnated Ga and the mesh by holding at 350 ° C. to 750 ° C. in vacuum for 0.5 to 5 hours;
A method for producing a Cu-Ga sputtering target, comprising:
Cu板を所定の間隔で並べてCu板の間の空隙部分の体積率が27.5体積%〜73体積%の成形体を得る工程と、
前記成形体における前記Cu板の間の空隙にGaを含侵させる工程と、
真空中350℃〜750℃で0.5時間〜5時間保持することによって前記含侵されたGaと前記Cu板とを反応させてCuGa合金領域を形成する工程と、
を有することを特徴とするCu−Gaスパッタリングターゲットの製造方法。
Arranging Cu plates at predetermined intervals to obtain a molded body having a volume ratio of 27.5% by volume to 73% by volume of voids between the Cu plates;
Impregnating Ga into the gaps between the Cu plates in the molded body;
Forming a CuGa alloy region by reacting the impregnated Ga and the Cu plate by holding at 350 ° C. to 750 ° C. in vacuum for 0.5 to 5 hours;
A method for producing a Cu-Ga sputtering target, comprising:
前記CuGa合金領域を形成する工程においては、真空中500℃〜600℃で1時間〜3時間保持することを特徴とする請求項4〜7のいずれか1項に記載のCu−Gaスパッタリングターゲットの製造方法。   In the process of forming the said CuGa alloy area | region, it hold | maintains at 500 to 600 degreeC in vacuum for 1 to 3 hours, The Cu-Ga sputtering target of any one of Claims 4-7 characterized by the above-mentioned. Production method.
JP2013062675A 2013-03-25 2013-03-25 Cu-Ga sputtering target and manufacturing method thereof Active JP6007840B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013062675A JP6007840B2 (en) 2013-03-25 2013-03-25 Cu-Ga sputtering target and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013062675A JP6007840B2 (en) 2013-03-25 2013-03-25 Cu-Ga sputtering target and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014185384A true JP2014185384A (en) 2014-10-02
JP6007840B2 JP6007840B2 (en) 2016-10-12

Family

ID=51833217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013062675A Active JP6007840B2 (en) 2013-03-25 2013-03-25 Cu-Ga sputtering target and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6007840B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160071535A (en) * 2014-12-11 2016-06-22 재단법인 포항산업과학연구원 MANUFACTURING METHOD OF HIGH DENSITY CuGa TARGET
CN111771012A (en) * 2018-04-04 2020-10-13 三菱综合材料株式会社 Cu-Ga alloy sputtering target

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004002938A (en) * 2002-06-03 2004-01-08 Hitachi Ltd Target material for sputtering or ion plating and method of producing the same
JP2008138232A (en) * 2006-11-30 2008-06-19 Mitsubishi Materials Corp HIGH Ga CONTENT Cu-Ga BINARY ALLOY SPUTTERING TARGET, AND ITS MANUFACTURING METHOD
JP2011149039A (en) * 2010-01-20 2011-08-04 Sanyo Special Steel Co Ltd Cu-Ga-BASED SPUTTERING TARGET MATERIAL HAVING HIGH STRENGTH, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
WO2012086661A1 (en) * 2010-12-20 2012-06-28 東ソー株式会社 Gallium nitride sintered body or gallium nitride molded article, and method for producing same
JP2012229453A (en) * 2011-04-22 2012-11-22 Mitsubishi Materials Corp Sputtering target and method for manufacturing the same
JP2013155424A (en) * 2012-01-31 2013-08-15 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp Cu-Ga SPUTTERING TARGET AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004002938A (en) * 2002-06-03 2004-01-08 Hitachi Ltd Target material for sputtering or ion plating and method of producing the same
JP2008138232A (en) * 2006-11-30 2008-06-19 Mitsubishi Materials Corp HIGH Ga CONTENT Cu-Ga BINARY ALLOY SPUTTERING TARGET, AND ITS MANUFACTURING METHOD
JP2011149039A (en) * 2010-01-20 2011-08-04 Sanyo Special Steel Co Ltd Cu-Ga-BASED SPUTTERING TARGET MATERIAL HAVING HIGH STRENGTH, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
WO2012086661A1 (en) * 2010-12-20 2012-06-28 東ソー株式会社 Gallium nitride sintered body or gallium nitride molded article, and method for producing same
JP2012229453A (en) * 2011-04-22 2012-11-22 Mitsubishi Materials Corp Sputtering target and method for manufacturing the same
JP2013155424A (en) * 2012-01-31 2013-08-15 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp Cu-Ga SPUTTERING TARGET AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160071535A (en) * 2014-12-11 2016-06-22 재단법인 포항산업과학연구원 MANUFACTURING METHOD OF HIGH DENSITY CuGa TARGET
KR101664824B1 (en) 2014-12-11 2016-10-14 재단법인 포항산업과학연구원 MANUFACTURING METHOD OF HIGH DENSITY CuGa TARGET
CN111771012A (en) * 2018-04-04 2020-10-13 三菱综合材料株式会社 Cu-Ga alloy sputtering target

Also Published As

Publication number Publication date
JP6007840B2 (en) 2016-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5818139B2 (en) Cu-Ga alloy target material and method for producing the same
KR101249153B1 (en) Sintered target and method for production of sintered material
JP2015096647A (en) Alloy target of aluminum and rare earth element and manufacturing method of the same
JP6393696B2 (en) Cu-Ga-In-Na target
JP2009074127A (en) Sintered sputtering target material and manufacturing method therefor
JP2010248619A (en) Method for producing oxygen-containing copper alloy film
US9689067B2 (en) Method for producing molybdenum target
JP2018162493A (en) Tungsten silicide target and method for producing the same
JP6037211B2 (en) Manufacturing method of MoTi target material
JP2008255440A (en) MoTi ALLOY SPUTTERING TARGET MATERIAL
JP6007840B2 (en) Cu-Ga sputtering target and manufacturing method thereof
TWI438296B (en) Sputtering target and its manufacturing method
KR101419665B1 (en) Cu-ga target and method for manufacturing same, as well as light-absorbing layer formed from cu-ga alloy film, and cigs solar cell using light-absorbing layer
JP5988140B2 (en) Manufacturing method of MoTi target material and MoTi target material
JP5672252B2 (en) Cu-Ga sputtering target and manufacturing method thereof
TWI665317B (en) Cu-ga alloy sputtering target, and method for producing cu-ga alloy sputtering target
KR20140115953A (en) Cu-ga alloy sputtering target, molten product for the sputtering target, and method of producing same
KR102316360B1 (en) Sputtering target and production method
JP6311912B2 (en) Cu-Ga binary sputtering target and method for producing the same
JP2014210943A (en) Cu-Ga ALLOY TARGET MATERIAL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
JP2008169463A (en) Cobalt-tungsten sputter target, and method for manufacturing the same
CN112941356B (en) Cu-MoNbTaVW refractory high-entropy alloy bicontinuous structural material and preparation method thereof
JP6914033B2 (en) Sputtering target and laminated structure, and manufacturing method of sputtering target
JP6167899B2 (en) Method for producing CuGa alloy sputtering target
WO2016158293A1 (en) Cu-Ga ALLOY SPUTTERING TARGET AND PROCESS FOR PRODUCING Cu-Ga ALLOY SPUTTERING TARGET

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151106

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160620

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160628

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160725

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160816

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160829

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6007840

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350