JP2019039070A - SiCスパッタリングターゲット - Google Patents
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Abstract
【課題】炭化ケイ素の含有量が高く、導電性と熱伝導性に優れ、スパッタリング時の異常放電が発生しにくいSiCスパッタリングターゲットを提供する。【解決手段】YとOとを含み、残部がSiC及び不可避不純物からなるSiCスパッタリングターゲットであって、前記Yと前記Oとの含有量比Y/Oが質量比で3.8以上4.6以下の範囲にあり、前記Yの含有量が0.80質量%以上4.82質量%以下の範囲にあることを特徴とするSiCスパッタリングターゲット。【選択図】図1
Description
本発明は、SiC(炭化ケイ素)のスパッタリングターゲットに関する。
SiCは硬度が高く、化学的な安定性が高いという特性を有する。このため、SiC膜は、ガラス、セラミックス、金属、有機物などの各種材料からなる基板の保護膜として利用することが検討されている。
SiC膜をスパッタリングによって成膜することができるSiCスパッタリングターゲットとして、特許文献1には、炭化ケイ素の体積比率(%)=炭化ケイ素の全体積/(炭化ケイ素の全体積+ケイ素の全体積)×100とした場合に、炭化ケイ素を50〜70%含むターゲットが開示されている。この特許文献1によると、上記のSiCスパッタリングターゲットは導電性があるため直流電源(DC)装置を用いてスパッタリングを行うことができるとされている。
SiC膜を成膜するためのSiCスパッタリングターゲットは、純度が高いSiC膜を安定してDC(直流)スパッタリングによって成膜できるように、導電性に優れていること、すなわち抵抗率が低く、そのばらつきが小さいことが要求される。また、スパッタリングによる成膜時において、熱による破損が生じないように熱伝導性に優れること、すなわち熱伝導度が高いことが要求される。さらに、連続的に安定してスパッタリングによる成膜が可能なように異常放電が発生しにくいことが要求される。
しかしながら、特許文献1に記載されているSiCスパッタリングターゲットは、炭化ケイ素の体積比率が50〜70%の範囲とされている。このため、純度の高いSiC膜を成膜するのは困難であるという問題があった。また、Siは一般に抵抗が高く、SiCと比較して熱導電率が低いため、Siを多く含むと、導電性と熱伝導性が低くなるおそれがあった。
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、炭化ケイ素の含有量が高く、導電性と熱伝導性に優れ、スパッタリング時の異常放電が発生しにくいSiCスパッタリングターゲットを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明のSiCスパッタリングターゲットは、YとOとを含み、残部がSiC及び不可避不純物からなるSiCスパッタリングターゲットであって、前記Yと前記Oとの含有量比Y/Oが質量比で3.8以上4.6以下の範囲にあり、前記Yの含有量が0.80質量%以上4.82質量%以下の範囲にあることを特徴としている。
この構成のSiCスパッタリングターゲットは、前記Yと前記Oとの含有量比Y/Oが質量比で3.8以上とされているので、導電性と熱伝導性が向上する。また、前記Yと前記Oとの含有量比Y/Oが質量比で4.6以下とされているので、スパッタリング時の異常放電が発生しにくくなる。
さらに、この構成のSiCスパッタリングターゲットは、Yの含有量が0.80質量%以上4.82質量%以下の範囲とされているので、導電性と熱伝導性が確実に向上し、スパッタリング時の異常放電が確実に発生しにくくなる。またさらに、YとO以外の残部は、SiC及び不可避不純物とされているので、炭化ケイ素の含有量が高くなる。
さらに、この構成のSiCスパッタリングターゲットは、Yの含有量が0.80質量%以上4.82質量%以下の範囲とされているので、導電性と熱伝導性が確実に向上し、スパッタリング時の異常放電が確実に発生しにくくなる。またさらに、YとO以外の残部は、SiC及び不可避不純物とされているので、炭化ケイ素の含有量が高くなる。
ここで、本発明のSiCスパッタリングターゲットにおいては、密度比が、95%以上であることが好ましい。
この場合、密度比が95%以上と高く、SiCスパッタリングターゲットが緻密となるので、導電性と熱伝導性がより向上し、スパッタリング時の異常放電がより発生しにくくなる。
この場合、密度比が95%以上と高く、SiCスパッタリングターゲットが緻密となるので、導電性と熱伝導性がより向上し、スパッタリング時の異常放電がより発生しにくくなる。
さらに、本発明のSiCスパッタリングターゲットにおいては、前記Yと前記Oとの含有量比が質量比で4.0以上であることが好ましい。
この場合、YとOとの含有量比が質量比で4.0以上と高いので、導電性と熱伝導性がさらに向上する。
この場合、YとOとの含有量比が質量比で4.0以上と高いので、導電性と熱伝導性がさらに向上する。
またさらに、本発明のSiCスパッタリングターゲットにおいては、前記Yの含有量が1.0質量%以上であることが好ましい。
この場合、Yの含有量が1.0質量%以上と多いので、導電性と熱伝導性がさらに向上し、スパッタリング時の異常放電がさらに発生しにくくなる。
この場合、Yの含有量が1.0質量%以上と多いので、導電性と熱伝導性がさらに向上し、スパッタリング時の異常放電がさらに発生しにくくなる。
本発明によれば、炭化ケイ素の含有量が高く、導電性と熱伝導性に優れ、スパッタリング時の異常放電が発生しにくいSiCスパッタリングターゲットを提供することが可能となる。
以下に、本発明の一実施形態に係るSiCスパッタリングターゲット及びその製造方法について説明する。
本実施形態であるSiCスパッタリングターゲットは、例えば、DCスパッタリングによって、SiC膜を成膜する際に用いられるものである。
本実施形態であるSiCスパッタリングターゲットは、例えば、DCスパッタリングによって、SiC膜を成膜する際に用いられるものである。
本実施形態のSiCスパッタリングターゲットは、YとOとを含み、残部がSiC及び不可避不純物からなるSiCスパッタリングターゲットであって、前記Yと前記Oとの含有量比Y/Oが質量比で3.8以上4.6以下の範囲にあり、前記Yの含有量が0.80質量%以上4.82質量%以下の範囲とされている。さらに、本実施形態のSiCスパッタリングターゲットは、密度比が95%以上とされている。
図1は、本発明の一実施形態に係るSiCスパッタリングターゲットのSEM(走査型電子顕微鏡)写真である。
図1に示すSEM写真から、本実施形態のSiC焼結体では、黒く見える結晶の粒界に3次元の網目状に白色物質が存在していることわかる。EPMA(電子線マイクロアナライザ)により黒く見える結晶に対して元素分析を行うとSiとCが検出され、白色物質に対して元素分析を行うとYとOが検出される。すなわち、本実施形態のSiC焼結体では、SiC結晶の粒界にY酸化物が3次元の網目状に存在している。
図1に示すSEM写真から、本実施形態のSiC焼結体では、黒く見える結晶の粒界に3次元の網目状に白色物質が存在していることわかる。EPMA(電子線マイクロアナライザ)により黒く見える結晶に対して元素分析を行うとSiとCが検出され、白色物質に対して元素分析を行うとYとOが検出される。すなわち、本実施形態のSiC焼結体では、SiC結晶の粒界にY酸化物が3次元の網目状に存在している。
本実施形態のSiCスパッタリングターゲットでは、YとOとの含有量比Y/Oは質量比で3.8以上とされており、Y酸化物として最も安定的なY2O3(Y/O=3.7)と比較してY/Oが高いことから、YとOとが酸素欠損を有するY酸化物を形成していると考えられる。すなわち、本実施形態のSiCスパッタリングターゲットでは、酸素欠損を有するY酸化物がSiC結晶の粒界に3次元の網目状に存在していると考えられる。 酸素欠損を有するY酸化物は、Y2O3と比較して金属Yに近い物性を示し、導電性と熱伝導性が高くなる。このため、本実施形態のSiCスパッタリングターゲットは、導電性と熱伝導性が向上する。
次に、本実施形態であるSiCスパッタリングターゲットにおいて、YとOの含有量比、Yの含有量および密度比を上述のように規定した理由について説明する。
(YとOの含有量比Y/O:質量比で3.8以上4.6以下)
本実施形態のSiCスパッタリングターゲットにおいて、Y/Oが3.8未満の場合は、Y酸化物の酸素欠損が少なくなりすぎて、SiCスパッタリングターゲットの導電性と熱伝導性が低下するおそれがある。一方、Y/Oが4.6を超える場合は、スパッタリング時の異常放電が発生し易くなるおそれがある。これは、Y酸化物の酸素欠損が多くなりすぎることによってY酸化物の抵抗値がSiCより低下し、スパッタリング時にY酸化物が選択的に消耗することによって、スパッタ面に亀裂や空隙が生じ、この亀裂や空隙を起点として異常放電が発生するためであると考えられる。
このような理由から、本実施形態のSiCスパッタリングターゲットにおいては、YとOの含有量比Y/Oを質量比で3.8以上4.6以下の範囲に設定している。なお、SiCスパッタリングターゲットの導電性と熱伝導性をより向上させるためには、Y/Oを4.0以上とすることが好ましい。また、スパッタリング時の異常放電をより抑えるためには、Y/Oを4.5以下とすることが好ましい。
本実施形態のSiCスパッタリングターゲットにおいて、Y/Oが3.8未満の場合は、Y酸化物の酸素欠損が少なくなりすぎて、SiCスパッタリングターゲットの導電性と熱伝導性が低下するおそれがある。一方、Y/Oが4.6を超える場合は、スパッタリング時の異常放電が発生し易くなるおそれがある。これは、Y酸化物の酸素欠損が多くなりすぎることによってY酸化物の抵抗値がSiCより低下し、スパッタリング時にY酸化物が選択的に消耗することによって、スパッタ面に亀裂や空隙が生じ、この亀裂や空隙を起点として異常放電が発生するためであると考えられる。
このような理由から、本実施形態のSiCスパッタリングターゲットにおいては、YとOの含有量比Y/Oを質量比で3.8以上4.6以下の範囲に設定している。なお、SiCスパッタリングターゲットの導電性と熱伝導性をより向上させるためには、Y/Oを4.0以上とすることが好ましい。また、スパッタリング時の異常放電をより抑えるためには、Y/Oを4.5以下とすることが好ましい。
本実施形態のSiCスパッタリングターゲットにおいて、酸素欠損を有するY酸化物は、下記の式(I)で表される酸化物であることが好ましい。
Y2O3−x ・・・(I)
式(I)中、xは、0.08以上0.58以下の範囲、好ましくは0.22以上0.53以下の範囲である。
Y2O3−x ・・・(I)
式(I)中、xは、0.08以上0.58以下の範囲、好ましくは0.22以上0.53以下の範囲である。
(Yの含有量:0.80質量%以上4.82質量%以下)
本実施形態のSiCスパッタリングターゲットにおいて、Yの含有量が0.80質量%未満の場合は、SiC結晶の粒界に3次元の網目状に存在するY酸化物の量が少なくなりすぎて、SiCスパッタリングターゲットの導電性が低下するおそれがある。また、密度比が低くなるおそれがある。一方、Yの含有量が4.82質量%を超える場合は、SiCスパッタリングターゲットの熱伝導性が低下するおそれがある。
このような理由から、本実施形態のSiCスパッタリングターゲットにおいては、Yの含有量を0.80質量%以上4.82質量%以下の範囲と設定している。なお、SiCスパッタリングターゲットの導電性と熱伝導性をより向上させるためには、Yの含有量を1.0質量%以上とすることが好ましい。また、SiCスパッタリングターゲットの熱伝導性が低下するのをより抑えるためには、Yの含有量を4.5質量%以下とすることが好ましい。
本実施形態のSiCスパッタリングターゲットにおいて、Yの含有量が0.80質量%未満の場合は、SiC結晶の粒界に3次元の網目状に存在するY酸化物の量が少なくなりすぎて、SiCスパッタリングターゲットの導電性が低下するおそれがある。また、密度比が低くなるおそれがある。一方、Yの含有量が4.82質量%を超える場合は、SiCスパッタリングターゲットの熱伝導性が低下するおそれがある。
このような理由から、本実施形態のSiCスパッタリングターゲットにおいては、Yの含有量を0.80質量%以上4.82質量%以下の範囲と設定している。なお、SiCスパッタリングターゲットの導電性と熱伝導性をより向上させるためには、Yの含有量を1.0質量%以上とすることが好ましい。また、SiCスパッタリングターゲットの熱伝導性が低下するのをより抑えるためには、Yの含有量を4.5質量%以下とすることが好ましい。
(密度比:95%以上)
本実施形態のSiCスパッタリングターゲットにおいて、密度比が95%未満となる場合は、SiC結晶とY酸化物との間に形成される空隙が多くなりすぎて、その空隙を起点として、スパッタリング時の異常放電が発生し易くなるおそれがある。
このため、本実施形態のSiCスパッタリングターゲットにおいては、密度比を95%以上に設定している。SiCスパッタリングターゲットの導電性と熱伝導性をより向上させ、スパッタリング時の異常放電の発生をより抑えるためには、密度比を97%以上とすることが好ましい。
本実施形態のSiCスパッタリングターゲットにおいて、密度比が95%未満となる場合は、SiC結晶とY酸化物との間に形成される空隙が多くなりすぎて、その空隙を起点として、スパッタリング時の異常放電が発生し易くなるおそれがある。
このため、本実施形態のSiCスパッタリングターゲットにおいては、密度比を95%以上に設定している。SiCスパッタリングターゲットの導電性と熱伝導性をより向上させ、スパッタリング時の異常放電の発生をより抑えるためには、密度比を97%以上とすることが好ましい。
本実施形態のSiCスパッタリングターゲットにおいて、SiCの結晶構造については特に制限はない。α−SiC、β−SiCのいずれであってもよい。本実施形態のSiCスパッタリングターゲットでは、酸素欠損を有するY酸化物がSiC結晶の粒界に3次元の網目状に存在させることによって導電性と熱伝導性を向上させるので、相対的に熱伝導率が低いβ−SiCを用いることができる。なお、β−SiCを用いることで、抵抗値を下げやすくなる。
本実施形態のSiCスパッタリングターゲットは、抵抗率が0.5Ω・cm以下であることが好ましく、0.1Ω・cm以下であることがさらに好ましい。抵抗率のばらつきは、SiCスパッタリングターゲットのスパッタ面の5箇所で測定した抵抗率のばらつきとして0.05Ω・cm以下であることが好ましい。抵抗率のばらつきが0.05Ω・cm以下であると、スパッタリングによる成膜時の成膜レートを安定させることができ、組成や膜厚が均一なSiC膜を安定に成膜することができる。なお、上述の抵抗率のばらつきは、0.02Ω・cm以下であることがさらに好ましい。
また、SiCスパッタリングターゲットの熱伝導率は150W/m・K以上であることが好ましい。熱伝導率は150W/m・K以上であると、スパッタリング時の熱による破損が生じにくくなる。なお、上述の熱伝導率は、200W/m・K以上であることがさらに好ましい。
また、SiCスパッタリングターゲットの熱伝導率は150W/m・K以上であることが好ましい。熱伝導率は150W/m・K以上であると、スパッタリング時の熱による破損が生じにくくなる。なお、上述の熱伝導率は、200W/m・K以上であることがさらに好ましい。
次に、本実施形態のSiC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。 本実施形態のSiCスパッタリングターゲットは、例えば、原料粉末を混合して原料粉末混合物を得る混合工程と、原料粉末混合物を焼成して焼結体を得る焼結工程と、得られた焼結体を機械加工する機械加工工程とを備える方法によって製造することができる。以下に、各工程について説明する。
(混合工程)
混合工程では、まず、原料粉末としてSiC粉末とY酸化物粉末とを用意する。
SiC粉末としては、α−SiC粉末を用いてもよいし、β−SiC粉末を用いてもよい。SiC粉末は、D50(メジアン径)が0.2μm以上0.4μm以下であることが好ましい。また、SiC粉末は、純度が99.9質量%以上99.999質量%以下の範囲にあることが好ましい。
混合工程では、まず、原料粉末としてSiC粉末とY酸化物粉末とを用意する。
SiC粉末としては、α−SiC粉末を用いてもよいし、β−SiC粉末を用いてもよい。SiC粉末は、D50(メジアン径)が0.2μm以上0.4μm以下であることが好ましい。また、SiC粉末は、純度が99.9質量%以上99.999質量%以下の範囲にあることが好ましい。
Y酸化物粉末としては、Y2O3粉末を用いてもよいし、前記式(1)で表される酸素欠損を有するY酸化物の粉末を用いてもよい。Y2O3粉末は、D50が3μm以上4μm以下であることが好ましい。また、Y2O3粉末は、純度が99.9質量%以上99.999質量%以下の範囲にあることが好ましい。
SiC粉末とY酸化物粉末とは、粉砕機能を有する混合装置を用いて混合することが好ましい。粉砕機能を有する混合装置としては、ボールミル装置を用いることができる。ボールミル装置のボールとしては、Si3N4製ボール、SiC製ボールまたはSiCより硬度が高い材質からなるボールを用いることが好ましい。ボールミル装置の容器としては金属成分を含まない樹脂製容器を用いることが好ましい。
(焼結工程)
焼結工程において、焼結体を作製する方法としては、ホットプレス法を用いることができる。具体的には、上記の混合工程で得られた原料粉末混合物を、所定形状のモールド内に充填し、ホットプレス装置を用いて加圧焼成して焼結体を作製する。
焼結工程において、焼結体を作製する方法としては、ホットプレス法を用いることができる。具体的には、上記の混合工程で得られた原料粉末混合物を、所定形状のモールド内に充填し、ホットプレス装置を用いて加圧焼成して焼結体を作製する。
ホットプレス装置内の雰囲気は、Y酸化物粉末としてY2O3粉末を用いた場合は還元ガス雰囲気とする。還元ガスとしては、炭化ガスや水素ガスを用いることができる。Y酸化物粉末として酸素欠損を有するY酸化物粉末を用いた場合は真空雰囲気もしくは不活性ガス雰囲気とする。不活性ガスとしては、アルゴンガス、窒素ガスを用いることができる。
ここで、焼成時間を調整することにより、YとOとの含有量比Y/Oを制御することが可能となる。焼成時間は、2時間以上6時間以下の範囲内とすることが好ましい。なお、焼成時間の下限は3時間以上であることがさらに好ましい。焼成時間の上限は5時間以下であることがさらに好ましい。
焼成温度は、1900℃以上2100℃以下の範囲にあることが好ましい。なお、焼成温度の下限は1950℃以上とすることがさらに好ましい。焼成温度の上限は2050℃以下とすることがさらに好ましい。
焼成時の圧力は、20MPa以上40MPa以下の範囲にあることが好ましい。なお、 焼成時の圧力の下限は、25MPa以上とすることがさらに好ましい。焼結時の圧力の上限は、35MPa以下とすることがさらに好ましい。
焼成温度は、1900℃以上2100℃以下の範囲にあることが好ましい。なお、焼成温度の下限は1950℃以上とすることがさらに好ましい。焼成温度の上限は2050℃以下とすることがさらに好ましい。
焼成時の圧力は、20MPa以上40MPa以下の範囲にあることが好ましい。なお、 焼成時の圧力の下限は、25MPa以上とすることがさらに好ましい。焼結時の圧力の上限は、35MPa以下とすることがさらに好ましい。
なお、Y酸化物粉末としてY2O3粉末を用いた場合、焼結工程の前に、原料粉末混合物を還元雰囲気中にて焼成し、原料粉末混合物中のY2O3粉末を還元して、酸素欠損を有するY酸化物粉末を生成させてもよい。この場合は、ホットプレス焼結の際の雰囲気は、真空雰囲気もしくは不活性ガス雰囲気とすることができる。
(機械加工工程)
機械加工工程では、上記の焼結工程で得られた焼結体に対して切削加工又は研削加工を施すことにより、所定形状のSiCスパッタリングターゲットに加工する。
機械加工工程では、上記の焼結工程で得られた焼結体に対して切削加工又は研削加工を施すことにより、所定形状のSiCスパッタリングターゲットに加工する。
以上のような構成とされた本実施形態に係るSiCスパッタリングターゲットは、YとOとの含有量比Y/Oが質量比で3.8以上とされており、SiC結晶の粒界に存在するY酸化物が酸素欠損を有するので、導電性と熱伝導性が向上する。また、YとOとの含有量比Y/Oが質量比で4.6以下とされているので、スパッタリング時の異常放電が発生しにくくなる。さらに、本実施形態のSiCスパッタリングターゲットは、Yの含有量が0.80質量%以上4.82質量%以下の範囲とされているので、導電性と熱伝導性が確実に向上し、スパッタリング時の異常放電が確実に発生しにくくなる。またさらに、YとO以外の残部は、SiC及び不可避不純物とされているので、炭化ケイ素の含有量が高くなる。
さらにまた、本実施形態のSiCスパッタリングターゲットにおいては、密度比が95%以上と高く、緻密となるので、導電性と熱伝導性がより向上し、スパッタリング時の異常放電がより発生しにくくなる。
以下に、本発明の作用効果を確認するために行った評価試験の結果について説明する。
[本発明例1〜5および比較例1〜4]
原料粉末として、SiC粉末(純度:99.9質量%、平均粒子径:0.4μm)とY2O3粉末(純度:99.9質量%、平均粒子径:3.5μm)とを用意した。
原料粉末として、SiC粉末(純度:99.9質量%、平均粒子径:0.4μm)とY2O3粉末(純度:99.9質量%、平均粒子径:3.5μm)とを用意した。
SiC粉末とY2O3粉末とを、下記表1に示す配合割合となるように秤量し、ボールミル装置の容器にボールと共に投入し、16時間混合した。ボールミル装置の容器は、樹脂製容器を用い、ボールはSi3N4製ボールを用いた。
得られた原料粉末混合物を、グラファイト製のモールドに充填し、次いで真空ホットプレス装置を用いて加圧焼成して焼結体を作製した。その際の焼成温度は1950℃とし、焼成時の圧力は34.3MPaとして、モールドなどのグラファイト製部材から発生する炭化ガスにより還元雰囲気とした。焼成時間は下記の表1に示す焼成時間とした。
得られた焼結体を、砥石を用いた研削加工により所定の形状に加工し、金属製のバッキングプレートにはんだ付けした後、SiCスパッタリングターゲット(直径125mm×厚さ5mmの円板状ターゲット)を作製した。
<元素分布>
本発明例1〜5で作製したSiCスパッタリングターゲットについて、EPMAを用いて元素分布を測定した。その結果、SiCスパッタリングターゲットはいずれも、YとOとがSiC結晶の粒界に存在していることが確認された。
本発明例1〜5で作製したSiCスパッタリングターゲットについて、EPMAを用いて元素分布を測定した。その結果、SiCスパッタリングターゲットはいずれも、YとOとがSiC結晶の粒界に存在していることが確認された。
<組成分析>
組成分析は、焼結体をSiCスパッタリングターゲットの形状に切削加工する際に発生した粉末を回収し、回収した粉末中のYとOの含有量を測定することにより行った。Yの含有量は高周波アルゴンプラズマ発光分光分析装置を用いて測定した。Oの含有量は、不活性ガス融解赤外吸収法により測定した。その結果を、Y/O比[質量比]と共に、下記の表2に示す。
組成分析は、焼結体をSiCスパッタリングターゲットの形状に切削加工する際に発生した粉末を回収し、回収した粉末中のYとOの含有量を測定することにより行った。Yの含有量は高周波アルゴンプラズマ発光分光分析装置を用いて測定した。Oの含有量は、不活性ガス融解赤外吸収法により測定した。その結果を、Y/O比[質量比]と共に、下記の表2に示す。
<密度比>
作製したSiCスパッタリングターゲットの密度を、アルキメデス法により測定した。密度比は、測定した密度を理論密度で割ることで算出した。なお、理論密度ρは、原料粉末混合物中のSiC粉末とY2O3粉末の配合比率と、SiCとY2O3の理論密度に基づいて下記の式より算出した値とした。なお、下記の式中、C1はSiC粉末の配合比率(質量%)、ρ1はSiCの理論密度(3.21g/cm3)、C2はY2O3粉末の配合比率(質量%)、ρ2はY2O3の理論密度(5.01g/cm3)である。その結果を、下記の表2に示す。
作製したSiCスパッタリングターゲットの密度を、アルキメデス法により測定した。密度比は、測定した密度を理論密度で割ることで算出した。なお、理論密度ρは、原料粉末混合物中のSiC粉末とY2O3粉末の配合比率と、SiCとY2O3の理論密度に基づいて下記の式より算出した値とした。なお、下記の式中、C1はSiC粉末の配合比率(質量%)、ρ1はSiCの理論密度(3.21g/cm3)、C2はY2O3粉末の配合比率(質量%)、ρ2はY2O3の理論密度(5.01g/cm3)である。その結果を、下記の表2に示す。
<抵抗率>
作製したSiCスパッタリングターゲットのスパッタ面(円)の中心の1点と、その中心で互いに直交する2本の直線のそれぞれ両端部分の4点の合計5点で、抵抗値を、四探針法により測定し、その平均値をSiCスパッタリングターゲットの抵抗率とした。その結果を、下記の表2に示す。
作製したSiCスパッタリングターゲットのスパッタ面(円)の中心の1点と、その中心で互いに直交する2本の直線のそれぞれ両端部分の4点の合計5点で、抵抗値を、四探針法により測定し、その平均値をSiCスパッタリングターゲットの抵抗率とした。その結果を、下記の表2に示す。
<抵抗率のばらつき>
四探針法により測定した5点の抵抗値における最大値と最小値の差を抵抗率の面内ばらつきの値として評価した。その結果を、下記の表2に示す。
四探針法により測定した5点の抵抗値における最大値と最小値の差を抵抗率の面内ばらつきの値として評価した。その結果を、下記の表2に示す。
<熱伝導率>
作製したSiCスパッタリングターゲットを所定の形状(10mm×10mm×2mm)に加工した試験片をレーザーフラッシュ法により熱定数測定装置を用いて室温での熱伝導率を測定した。その結果を、下記の表2に示す。
作製したSiCスパッタリングターゲットを所定の形状(10mm×10mm×2mm)に加工した試験片をレーザーフラッシュ法により熱定数測定装置を用いて室温での熱伝導率を測定した。その結果を、下記の表2に示す。
<異常放電回数>
作製したSiCスパッタリングターゲットについて、スパッタリング時の異常放電回数を以下の手順で測定した。
スパッタリング中の異常放電の評価は、前準備として下記の条件においてプレスパッタを30分間行いターゲット表面の加工による影響を除去したのち、スパッタリングは以下の成膜条件により、成膜試験を行った。
作製したSiCスパッタリングターゲットについて、スパッタリング時の異常放電回数を以下の手順で測定した。
スパッタリング中の異常放電の評価は、前準備として下記の条件においてプレスパッタを30分間行いターゲット表面の加工による影響を除去したのち、スパッタリングは以下の成膜条件により、成膜試験を行った。
(成膜条件)
電源:DC800W(DCスパッタリングが行えなかった場合は、RFスパッタ)
全圧0.4Pa
スパッタガス:Ar=50sccm
ターゲット−基板距離:70mm
電源:DC800W(DCスパッタリングが行えなかった場合は、RFスパッタ)
全圧0.4Pa
スパッタガス:Ar=50sccm
ターゲット−基板距離:70mm
上記成膜条件において1時間のDCスパッタリングを行い、マイクロ・アーク異常放電の発生回数をスパッタ電源装置に付属したアーキングカウンターにて自動測定した。その結果を、下記の表2に示す。なお、DCスパッタリングが行えなかったものについては、下記の表2のDCスパッタ可否の欄に「否」と記載し、RFスパッタリングを行った際の異常放電回数を記載した。
焼成時間を2時間とし、Y/Oが3.8未満である比較例1は、DCスパッタが否で、かつ異常放電回数が多くなった。DCスパッタが否となったのは、抵抗率が高くなりすぎたためであると考えられる。異常放電回数が多くなったのは、熱伝導率が低くなりすぎたため、スパッタリング時においてスパッタ面に熱による破損が生じ、その破損部を起点して異常放電が発生したためであると考えられる。また、抵抗率が高く、熱伝導率が低くなったのは、Y酸化物が酸素欠損を有しないY2O3として存在しているためであると推察される。
焼成時間を6時間とし、Y/Oが4.6を超える比較例2は、異常放電回数が多くなった。これは、Y酸化物の酸素欠損が多くなりすぎてY酸化物の抵抗値がSiCより低下し、スパッタリング時においてY酸化物が選択に消耗することによって、スパッタ面に亀裂や空隙が生じ、この亀裂や空隙を起点として異常放電が発生したためであると考えられる。
焼成時間を6時間とし、Y/Oが4.6を超える比較例2は、異常放電回数が多くなった。これは、Y酸化物の酸素欠損が多くなりすぎてY酸化物の抵抗値がSiCより低下し、スパッタリング時においてY酸化物が選択に消耗することによって、スパッタ面に亀裂や空隙が生じ、この亀裂や空隙を起点として異常放電が発生したためであると考えられる。
Y含有量が0.80質量%未満の比較例3は、DCスパッタが否で、かつ異常放電回数が多くなった。DCスパッタが否となったのは、抵抗率が高くなりすぎたためであると考えられる。また、異常放電回数が多くなったのは、密度比が低く、スパッタ面に微細な空隙が多数存在し、この空孔を起点として異常放電が発生したためと考えられる。抵抗率が高く、密度比が低くなったのは、SiC結晶の粒界に3次元の網目状に存在するY酸化物の量が少なくなりすぎたためであると推察される。
Y含有量が4.82質量%を超える比較例4は、異常放電回数が多くなった。これは、SiCと比較して熱伝導率が低いY酸化物の含有量が多くなりすぎて、熱伝導率が低下し、スパッタリング時においてスパッタ面に熱による破損が生じ、その破損部を起点して異常放電が発生し易くなったためであると考えられる。
Y含有量が4.82質量%を超える比較例4は、異常放電回数が多くなった。これは、SiCと比較して熱伝導率が低いY酸化物の含有量が多くなりすぎて、熱伝導率が低下し、スパッタリング時においてスパッタ面に熱による破損が生じ、その破損部を起点して異常放電が発生し易くなったためであると考えられる。
これに対して、YとOとの含有量比Y/OとY含有量が本発明の範囲内とされた本発明例1〜5においては、抵抗率が低く(導電性が高い)、抵抗率のばらつきが小さくなった。また、熱伝導率が高く、異常放電数が低減した。
特に、Y/Oが4.0以上とされている本発明例2〜5においては、熱伝導性が向上した。また、密度比が95%以上で、Yの含有量が1.0質量%以上されている本発明例1〜3、5においては、異常放電回数が低減した。
特に、Y/Oが4.0以上とされている本発明例2〜5においては、熱伝導性が向上した。また、密度比が95%以上で、Yの含有量が1.0質量%以上されている本発明例1〜3、5においては、異常放電回数が低減した。
以上の結果から、本発明例によれば、炭化ケイ素の含有量が高く、導電性と熱伝導性に優れ、スパッタリング時の異常放電が発生しにくいSiCスパッタリングターゲットを提供するSiCスパッタリングターゲットを提供することが可能となることが確認された。
Claims (4)
- YとOとを含み、残部がSiC及び不可避不純物からなるSiCスパッタリングターゲットであって、
前記Yと前記Oとの含有量比Y/Oが質量比で3.8以上4.6以下の範囲にあり、前記Yの含有量が0.80質量%以上4.82質量%以下の範囲にあることを特徴とするSiCスパッタリングターゲット。 - 密度比が95%以上であることを特徴とする請求項1に記載のSiCスパッタリングターゲット。
- 前記Yと前記Oとの含有量比が質量比で4.0以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のSiCスパッタリングターゲット。
- 前記Yの含有量が1.0質量%以上であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のSiCスパッタリングターゲット。
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