JP2019131849A - Sputtering target, and method for producing sputtering target - Google Patents

Sputtering target, and method for producing sputtering target Download PDF

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Abstract

To provide a sputtering target that prevents the occurrence of abnormal discharge even when sputtering deposition is performed for a long time, and allows stable deposition, and also allows deposition of a nitrogen-containing chromium film with a uniform nitrogen concentration with little variation, and a method for producing a sputtering target.SOLUTION: A sputtering target contains a metal chromium phase and a chromium nitride phase. In a host phase of the metal chromium phase, the chromium nitride phase is dispersed.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、窒素含有クロム膜を形成する際に用いられるスパッタリングターゲット、及び、このスパッタリングターゲットの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a sputtering target used when forming a nitrogen-containing chromium film, and a method for manufacturing the sputtering target.

上述の窒素含有クロム膜は、例えば特許文献1に示すように、半導体集積回路の回路パターンを形成する際に使用するフォトマスク等や、例えば特許文献2に示すように、圧力センサや加速度センサ等の歪ゲージ用薄膜として、利用されている。
このような窒素含有クロム膜を成膜する方法としては、特許文献1、2に示すように、スパッタリングターゲットを用いたスパッタ法が提案されている。
The above-described nitrogen-containing chromium film is, for example, as shown in Patent Document 1, a photomask used when forming a circuit pattern of a semiconductor integrated circuit, or a pressure sensor, an acceleration sensor, or the like as shown in Patent Document 2, for example. Is used as a thin film for strain gauges.
As a method for forming such a nitrogen-containing chromium film, as shown in Patent Documents 1 and 2, a sputtering method using a sputtering target has been proposed.

ここで、特許文献1の段落番号0006には、従来技術として、金属クロム粉末と窒化クロム粉末を混合して焼結した焼結体からなるスパッタリングターゲット、及び、窒化クロム粉末のみを焼結した焼結体からなるスパッタリングターゲットが開示されている。そして、金属クロム粉末と窒化クロム粉末を混合して焼結した焼結体からなるスパッタリングターゲットにおいては、窒化クロム粉末の分散が不均一となり、窒素の分布が一様にならないといった問題がある、と指摘している。また、窒化クロム粉末のみを焼結した焼結体からなるスパッタリングターゲットにおいては、加工不良が多発し、製造歩留りが低下するといった問題がある、と指摘している。
そして、特許文献1においては、金属クロム粉末の表面を窒化させた窒化クロム粉末を形成し、これを焼結した焼結体からなるスパッタリングターゲットが提案されている。
Here, paragraph No. 0006 of Patent Document 1 includes, as a conventional technique, a sputtering target composed of a sintered body obtained by mixing and sintering a metal chromium powder and a chromium nitride powder, and a sintering target obtained by sintering only the chromium nitride powder. A sputtering target comprising a ligation is disclosed. And, in the sputtering target made of a sintered body obtained by mixing and sintering the metal chromium powder and the chromium nitride powder, there is a problem that the dispersion of the chromium nitride powder becomes non-uniform and the distribution of nitrogen is not uniform. Pointed out. Further, it is pointed out that a sputtering target made of a sintered body obtained by sintering only chromium nitride powder has a problem that processing defects frequently occur and the manufacturing yield decreases.
And in patent document 1, the sputtering target which consists of the sintered compact which formed the chromium nitride powder which nitrided the surface of the metal chromium powder, and sintered this is proposed.

特開平08−003737号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-003737 特開平07−306002号公報Japanese Patent Laid-Open No. 07-306002

ところで、特許文献1において提案されたスパッタリングターゲットにおいては、金属クロム粉末の表面を窒化させた窒化クロム粉末を焼結させていることから、窒化クロム相の中に金属クロム相が分散した組織とされている。ここで、上述の窒化クロム粉末においては、表面が窒化クロムとされているので、焼結性が不十分となりやすく、長時間スパッタ成膜した際に、パーティクルが生じ、異常放電が発生し、安定して成膜することができないおそれがあった。   By the way, in the sputtering target proposed in Patent Document 1, since the chromium nitride powder obtained by nitriding the surface of the metal chromium powder is sintered, the metal chromium phase is dispersed in the chromium nitride phase. ing. Here, in the above-mentioned chromium nitride powder, since the surface is made of chromium nitride, the sinterability tends to be insufficient, and when sputter film formation is performed for a long time, particles are generated, abnormal discharge is generated, and stable. As a result, there is a possibility that the film cannot be formed.

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、長時間スパッタ成膜した場合であっても異常放電の発生を抑制でき、安定して成膜することが可能であり、かつ、窒素のばらつきが小さく均一な窒素濃度の窒素含有クロム膜を成膜可能なスパッタリングターゲット、及び、スパッタリングターゲットの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can suppress the occurrence of abnormal discharge even when sputter film formation is performed for a long time, can stably form a film, and It is an object of the present invention to provide a sputtering target capable of forming a nitrogen-containing chromium film having a uniform nitrogen concentration with little variation in nitrogen, and a method for manufacturing the sputtering target.

上記課題を解決するために、本発明のスパッタリングターゲットは、金属クロム相と窒化クロム相とを有するスパッタリングターゲットであって、前記金属クロム相の母相中に、前記窒化クロム相が分散していることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a sputtering target of the present invention is a sputtering target having a metallic chromium phase and a chromium nitride phase, wherein the chromium nitride phase is dispersed in the matrix phase of the metallic chromium phase. It is characterized by that.

本発明のスパッタリングターゲットによれば、前記金属クロム相の母相中に、前記窒化クロム相が分散した組織とされているので、金属クロム相同士がネットワークを構築しており、確実に焼結されていることになる。よって、長時間スパッタ成膜した場合であっても、異常放電の発生を抑制することができ、安定してスパッタ成膜を行うことが可能となる。   According to the sputtering target of the present invention, since the chromium nitride phase is dispersed in the matrix phase of the metal chromium phase, the metal chromium phases have built a network and are surely sintered. Will be. Therefore, even when the sputter film formation is performed for a long time, the occurrence of abnormal discharge can be suppressed, and the sputter film formation can be performed stably.

本発明のスパッタリングターゲットの製造方法は、上述のスパッタリングターゲットを製造するスパッタリングターゲットの製造方法であって、窒化クロム粉と金属クロム粉とを混合して焼結原料粉を得る焼結原料粉形成工程と、前記焼結原料粉を加圧しながら加熱して焼結体を得る焼結工程と、を有し、前記焼結原料粉形成工程では、前記窒化クロム粉の平均粒径Dと前記金属クロム粉の平均粒径Dとの比D/Dを1未満とし、かつ、前記窒化クロム粉の体積Vと前記金属クロム粉の体積Vとの比V/Vを3未満とすることを特徴としている。 The sputtering target manufacturing method of the present invention is a sputtering target manufacturing method for manufacturing the above-described sputtering target, and a sintering raw material powder forming step of obtaining a sintering raw material powder by mixing chromium nitride powder and metal chromium powder. If, anda sintering step to obtain a heated and sintered body while pressurizing the sintering raw material powder, in the sintering raw material powder forming step, the average particle diameter D N of the chromium nitride powder metal the ratio D N / D M and the average particle diameter D M of the chromium powder is less than 1, and the ratio V N / V M of the volume V M of the metal chromium powder and the volume V N of the chromium nitride powder 3 It is characterized by being less than.

本発明のスパッタリングターゲットの製造方法によれば、焼結原料粉形成工程において、前記窒化クロム粉の平均粒径Dと前記金属クロム粉の平均粒径Dとの比D/Dを1未満とし、かつ、前記窒化クロム粉の体積Vと前記金属クロム粉の体積Vとの比V/Vを3未満としているので、金属クロム粉末が変形して窒化クロム粉末を覆い、金属クロム粉末同士が焼結することになり、前記金属クロム相の母相中に、前記窒化クロム相が分散した組織の焼結体を得ることができる。よって、金属クロム相同士がネットワークを構築することができ、確実に焼結することが可能となる。これにより、長時間スパッタ成膜した場合であっても、異常放電の発生を抑制することができ、安定してスパッタ成膜を行うことが可能なスパッタリングターゲットを製造することができる。 According to the manufacturing method of the sputtering target of the present invention, the sintering raw material powder forming step, the ratio D N / D M and the average particle diameter D M of the metallic chromium powder with an average particle diameter D N of the chromium nitride powder is less than 1, and, since the three less than the ratio V N / V M of the volume V M of the metal chromium powder and the volume V N of the chromium nitride powder, covering the chromium nitride powder is deformed metallic chromium powder Then, the metal chromium powders are sintered together, and a sintered body having a structure in which the chromium nitride phase is dispersed in the matrix phase of the metal chromium phase can be obtained. Therefore, the metal chromium phases can construct a network and can be surely sintered. Thereby, even when sputter deposition is performed for a long time, the occurrence of abnormal discharge can be suppressed, and a sputtering target capable of stably performing sputter deposition can be manufactured.

本発明によれば、長時間スパッタ成膜した場合であっても異常放電の発生を抑制し、安定して成膜することが可能であり、かつ、窒素のばらつきが小さく均一な窒素濃度の窒素含有クロム膜を成膜可能なスパッタリングターゲット、及び、スパッタリングターゲットの製造方法を提供することができる。   According to the present invention, even when sputter deposition is performed for a long time, it is possible to suppress the occurrence of abnormal discharge, to stably form a film, and to have a uniform nitrogen concentration with a small variation in nitrogen. A sputtering target capable of forming a chromium-containing film and a method for manufacturing the sputtering target can be provided.

ターゲット形状が平板で、スパッタ面が円形をなすスパッタリングターゲットのスパッタ面における窒素濃度の測定位置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement position of the nitrogen concentration in the sputter | spatter surface of the sputtering target whose target shape is a flat plate and a sputter | spatter surface makes circular. ターゲット形状が平板で、スパッタ面が矩形をなすスパッタリングターゲットのスパッタ面における窒素濃度の測定位置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement position of the nitrogen concentration in the sputter | spatter surface of the sputtering target whose target shape is a flat plate and a sputter | spatter surface makes a rectangle. ターゲット形状が円筒で、スパッタ面が円筒外周面であるスパッタリングターゲットのスパッタ面における窒素濃度の測定位置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement position of the nitrogen concentration in the sputtering surface of the sputtering target whose target shape is a cylinder and whose sputtering surface is a cylindrical outer peripheral surface. 本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the sputtering target which concerns on one Embodiment of this invention.

以下に、本発明の一実施形態であるスパッタリングターゲット、及び、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。なお、本実施形態であるスパッタリングターゲットは、窒素含有クロム膜を成膜する際に用いられるものである。   Below, the sputtering target which is one Embodiment of this invention, and the manufacturing method of a sputtering target are demonstrated. In addition, the sputtering target which is this embodiment is used when forming a nitrogen-containing chromium film.

本実施形態であるスパッタリングターゲットは、金属クロム粉と窒化クロム粉の焼結体からなり、金属クロム相と窒化クロム相とを有しており、金属クロム相の母相中に、窒化クロム相が分散した組織とされている。   The sputtering target according to the present embodiment is made of a sintered body of metal chromium powder and chromium nitride powder, and has a metal chromium phase and a chromium nitride phase, and the chromium nitride phase is contained in the matrix phase of the metal chromium phase. It is a distributed organization.

そして、本実施形態であるスパッタリングターゲットにおいては、スパッタ面における窒素含有量のばらつきが25%以下とされている。
なお、スパッタ面における窒素含有量のばらつきは、下記式によって求められる。
(ばらつき)%= 標準偏差/平均値×100
And in the sputtering target which is this embodiment, the dispersion | variation in the nitrogen content in a sputtering surface is 25% or less.
Note that the variation in the nitrogen content on the sputtering surface is obtained by the following equation.
(Variation)% = standard deviation / average value x 100

ここで、本実施形態においては、スパッタリングターゲットの形状が平板で、スパッタ面が円形をなす場合には、図1に示すように、円の中心(1)、及び、円の中心を通過するとともに互いに直交する2本の直線上の外周部分(2)、(3)、(4)、(5)の5点で窒素含有量を測定し、スパッタ面における窒素含有量のばらつきを求める。   Here, in the present embodiment, when the shape of the sputtering target is a flat plate and the sputtering surface is circular, as shown in FIG. 1, it passes through the center (1) of the circle and the center of the circle. The nitrogen content is measured at five points (2), (3), (4), and (5) on the outer peripheral portions (2), (3), (4), and (5) on two straight lines orthogonal to each other, and the variation in the nitrogen content on the sputtering surface is obtained.

また、スパッタリングターゲットの形状が平板で、スパッタ面が矩形をなす場合には、図2に示すように、対角線が交差する交点(1)と、各対角線上の角部(2)、(3)、(4)、(5)の5点で窒素含有量を測定し、スパッタ面における窒素含有量のばらつきを求める。   Further, when the shape of the sputtering target is a flat plate and the sputtering surface is rectangular, as shown in FIG. 2, the intersection (1) where the diagonal lines intersect and the corners (2), (3) on each diagonal line, as shown in FIG. , (4), and (5), the nitrogen content is measured, and the variation of the nitrogen content on the sputtering surface is obtained.

さらに、スパッタリングターゲットの形状が円筒で、スパッタ面が円筒外周面である場合は、図3に示すように、軸線O方向に半分の地点から外周方向に90°間隔の(1)、(2)、(3)、(4)、及び、軸線O方向の端部で外周方向に90°間隔の(5)、(6)、(7)、(8)の合計8点で窒素含有量を測定し、スパッタ面における窒素含有量のばらつきを求める。   Further, when the shape of the sputtering target is a cylinder and the sputtering surface is a cylindrical outer peripheral surface, as shown in FIG. 3, (1) and (2) at intervals of 90 ° from the half point in the axis O direction to the outer peripheral direction. , (3), (4), and nitrogen content is measured at a total of 8 points of (5), (6), (7), (8) at intervals of 90 ° in the outer peripheral direction at the end in the axis O direction Then, the variation in the nitrogen content on the sputtering surface is obtained.

ここで、窒化クロム相は、CrNまたはCrNを主体としている。なお、スパッタリングターゲット中には、窒化クロム相とともに、酸化クロム相が存在していてもよい。
また、本実施形態であるスパッタリングターゲットにおいては、窒素含有量が1mass%以上15mass%以下の範囲内とされている。
さらに、本実施形態であるスパッタリングターゲットにおいては、相対密度が98%以上とされている。
Here, the chromium nitride phase is mainly composed of CrN or Cr 2 N. In the sputtering target, a chromium oxide phase may be present together with the chromium nitride phase.
Moreover, in the sputtering target which is this embodiment, nitrogen content is made into the range of 1 mass% or more and 15 mass% or less.
Furthermore, in the sputtering target which is this embodiment, the relative density is 98% or more.

次に、本実施形態である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。
まず、窒化クロム粉と金属クロム粉を混合して、焼結原料粉を得る(焼結原料粉形成工程S01)。
ここで、金属クロム粉としては、質量比で純度99.99%以上(4N)以上のものを使用することが好ましい。
また、窒化クロム粉としては、CrN粉、CrN粉、及び、これらの混合粉末を用いることができる。CrN粉末及びCrN粉末は、金属成分中のCrの純度が質量比で99%以上(2N)以上のものを使用することが好ましい。
なお、金属クロム粉及び窒化クロム粉に加えて、酸化クロム粉を添加してもよい。酸化クロム粉としては、例えば、金属成分中のCrの純度が質量比で99%以上(2N)以上のCr粉等を用いることができる。
Next, the manufacturing method of the sputtering target which is this embodiment is demonstrated.
First, chromium nitride powder and metal chromium powder are mixed to obtain sintered raw material powder (sintered raw material powder forming step S01).
Here, it is preferable to use a metal chromium powder having a purity of 99.99% or more (4N) or more by mass ratio.
As the chromium nitride powder, CrN powder, Cr 2 N powder, and it is possible to use these mixed powder. As the CrN powder and the Cr 2 N powder, those having a purity of Cr in the metal component of 99% or more (2N) or more are preferably used.
In addition to chromium metal powder and chromium nitride powder, chromium oxide powder may be added. As the chromium oxide powder, for example, Cr 2 O 3 powder with a purity of Cr in the metal component of 99% or more (2N) or more can be used.

この焼結原料粉形成工程S01においては、窒化クロム粉の平均粒径Dと金属クロム粉の平均粒径Dとの比D/Dを1未満とする。
さらに、焼結原料粉形成工程S01においては、窒化クロム粉の体積Vと金属クロム粉の体積Vとの比V/Vを3未満とする。
ここで、焼結原料粉における窒素含有量と、上述の体積比V/Vを調整することにより、スパッタリングターゲットにおける窒素含有量が調整されることになる。
In this sintering raw material powder forming step S01, the ratio D N / D M and the average particle diameter D M of the average particle diameter D N and chromium metal powder chromium nitride powder of less than 1.
Further, in the sintering raw material powder forming step S01, and the ratio V N / V M of the volume V M of the volume V N and chromium metal powder chromium nitride powder below 3.
Here, the nitrogen content in the sintering raw material powder, by adjusting the volume ratio V N / V M of the above, so that the nitrogen content in the sputtering target is adjusted.

秤量された窒化クロム粉と金属クロム粉を、ボールミル、ヘンシェルミキサー、ブレンダー等の混合装置によって混合し、原料粉末とする。このとき、金属クロム粉の酸化を防ぐために、混合装置内の雰囲気をAr等の不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。
この焼結原料粉形成工程S01において、窒化クロム粉と金属クロム粉とを十分に混合することにより、焼結体における窒素含有量を均一化することができる。
The weighed chromium nitride powder and metal chromium powder are mixed by a mixing device such as a ball mill, a Henschel mixer, a blender or the like to obtain a raw material powder. At this time, in order to prevent oxidation of the metal chromium powder, the atmosphere in the mixing apparatus is preferably an inert gas atmosphere such as Ar.
In this sintering raw material powder forming step S01, the nitrogen content in the sintered body can be made uniform by sufficiently mixing the chromium nitride powder and the metal chromium powder.

次に、上述の焼結原料粉を加圧加熱することにより焼結して焼結体を得る(焼結工程S02)。
この焼結工程S02においては、ホットプレス装置を用いて焼結を行ってもよい。この場合、焼結温度を1100℃以上1400℃以下の範囲内、保持時間2時間以上5時間以下、圧力20MPa以上40MPa以下の条件で実施することが好ましい。なお、焼結温度は1250℃以上1350℃以下の範囲内とすることが好ましい。
また、焼結工程S02においては、HIP装置を用いて焼結を行ってもよい。この場合、焼結原料粉を充填した後、真空度1.5Pa以下、保持温度500℃以上600℃以下、保持時間5時間以上の条件で脱ガス処理を行い、その後、HIP装置で、焼結温度1100℃以上1400℃以下の範囲内、保持時間1時間以上3時間以下、圧力90MPa以上110MPa以下の条件で実施することが好ましい。なお、焼結温度は1200℃以上1300℃以下の範囲とすることが好ましい。
Next, the above sintered raw material powder is sintered by pressurizing and heating to obtain a sintered body (sintering step S02).
In this sintering step S02, sintering may be performed using a hot press apparatus. In this case, it is preferable to carry out the sintering under the conditions of 1100 ° C. to 1400 ° C., holding time of 2 hours to 5 hours, and pressure of 20 MPa to 40 MPa. In addition, it is preferable to make sintering temperature into the range of 1250 degreeC or more and 1350 degrees C or less.
Further, in the sintering step S02, sintering may be performed using a HIP device. In this case, after filling the sintered raw material powder, degassing treatment is performed under the conditions of a vacuum degree of 1.5 Pa or less, a holding temperature of 500 ° C. or more and 600 ° C. or less, and a holding time of 5 hours or more. It is preferable to carry out under the conditions of a temperature of 1100 ° C. to 1400 ° C., a holding time of 1 hour to 3 hours, and a pressure of 90 MPa to 110 MPa. In addition, it is preferable to make sintering temperature into the range of 1200 to 1300 degreeC.

そして、焼結工程S02によって得られた焼結体を所定の寸法となるように機械加工する(機械加工工程S03)。
以上により、本実施形態であるスパッタリングターゲットが製造される。
And the sintered compact obtained by sintering process S02 is machined so that it may become a predetermined dimension (machining process S03).
The sputtering target which is this embodiment is manufactured by the above.

以上のような構成とされた本実施形態であるスパッタリングターゲットにおいては、金属クロム相の母相中に窒化クロム相が分散した組織とされており、金属クロム相同士がネットワークを構築しているので、金属クロムが十分に焼結によって結合されており、長時間スパッタ成膜した場合であっても、異常放電の発生を抑制することができ、安定してスパッタ成膜を行うことが可能となる。   In the sputtering target according to the present embodiment configured as described above, the chromium nitride phase is dispersed in the matrix phase of the metallic chromium phase, and the metallic chromium phases construct a network. In addition, even when the chromium metal is sufficiently bonded by sintering and sputter deposition is performed for a long time, the occurrence of abnormal discharge can be suppressed and stable sputter deposition can be performed. .

そして、本実施形態であるスパッタリングターゲットにおいては、スパッタ面における窒素含有量のばらつきが25%以下とされているので、窒素濃度が均一な窒素含有クロム膜を成膜することが可能となる。   And in the sputtering target which is this embodiment, since the dispersion | variation in nitrogen content in a sputtering surface is 25% or less, it becomes possible to form a nitrogen-containing chromium film | membrane with uniform nitrogen concentration.

また、本実施形態であるスパッタリングターゲットにおいては、窒素含有量が1mass%以上15mass%以下の範囲内とされているので、窒素含有クロム膜を確実に成膜することができる。
さらに、本実施形態であるスパッタリングターゲットにおいては、相対密度が98%以上とされているので、スパッタ成膜時に異常放電が発生することをさらに抑制でき、安定してスパッタ成膜することができる。
Moreover, in the sputtering target which is this embodiment, since nitrogen content is made into the range of 1 mass% or more and 15 mass% or less, a nitrogen-containing chromium film | membrane can be formed reliably.
Furthermore, since the relative density of the sputtering target according to the present embodiment is 98% or more, the occurrence of abnormal discharge during sputtering film formation can be further suppressed, and stable sputtering film formation can be achieved.

また、本実施形態であるスパッタリングターゲットの製造方法によれば、焼結原料粉形成工程S01においては、窒化クロム粉の平均粒径Dと金属クロム粉の平均粒径Dとの比D/Dを1未満とし、かつ、窒化クロム粉の体積Vと金属クロム粉の体積Vとの比V/Vを3未満としているので、金属クロム粉末が変形して窒化クロム粉末を覆い、金属クロム粉末同士が焼結することになり、金属クロム相の母相中に窒化クロム相が分散した組織の焼結体を得ることができる。よって、長時間スパッタ成膜した場合であっても、異常放電の発生を抑制することができ、安定してスパッタ成膜を行うことが可能なスパッタリングターゲットを製造することができる。
また、窒化クロム粉が均一に分散されることになり、スパッタ面における窒素含有量のばらつきを25%以下とすることができる。
According to the manufacturing method of a sputtering target which is the present embodiment, in the sintering raw material powder forming step S01, the ratio D N between the average particle diameter D M of the average particle diameter D N and chromium metal powder chromium nitride powder / a D M is less than 1, and, since the three less than the ratio V N / V M of the volume V M of the volume V N and chromium metal powder chromium nitride powder, chromium nitride powder is deformed metallic chromium powder The metal chromium powders are sintered together, and a sintered body having a structure in which the chromium nitride phase is dispersed in the matrix phase of the metal chromium phase can be obtained. Therefore, even when sputtering film formation is performed for a long time, the generation of abnormal discharge can be suppressed, and a sputtering target capable of performing stable sputtering film formation can be manufactured.
Further, the chromium nitride powder is uniformly dispersed, and the variation in the nitrogen content on the sputtering surface can be reduced to 25% or less.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
本実施形態では、ホットプレス装置、あるいは、HIP装置を用いて焼結を行うものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の焼結装置を用いてもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, It can change suitably in the range which does not deviate from the technical idea of the invention.
In this embodiment, although it demonstrated as what performs sintering using a hot press apparatus or a HIP apparatus, it is not limited to this, You may use another sintering apparatus.

以下に、本発明の有効性を確認するために行った確認実験の結果について説明する。   Below, the result of the confirmation experiment performed in order to confirm the effectiveness of this invention is demonstrated.

原料粉として、金属クロム粉(純度:99.9mass%以上)、CrN粉(金属成分中のCrの純度:99mass%以上)、CrN粉(金属成分中のCrの純度:99mass%以上)、Cr粉(金属成分中のCrの純度:99mass%以上、平均粒径3μm)を準備した。
そして、表1に示す平均粒径の金属クロム粉、CrN粉、CrN粉を、表1に示す体積比で混合した。なお、本発明例11,12においては、表1に記載する量のCr粉を添加した。
また、従来例においては、金属クロム粉に対して、窒化処理を実施し、表面に窒化クロム層を形成した金属クロム粉を準備した。なお、窒化処理は、ロータリーキルン炉にて真空アルゴン置換した後に900℃まで昇温し、その後、従来例の窒素濃度となるようにアルゴンガスと窒素ガスの混合ガスを流し、30分間加熱した。
As raw material powder, metal chromium powder (purity: 99.9 mass% or more), CrN powder (purity of Cr in metal component: 99 mass% or more), Cr 2 N powder (purity of Cr in metal component: 99 mass% or more) , Cr 2 O 3 powder (purity of Cr in metal component: 99 mass% or more, average particle size 3 μm) was prepared.
Then, the average particle diameter of the metal chromium powder shown in Table 1, CrN powder, Cr 2 N powder were mixed at a volume ratio shown in Table 1. In Examples 11 and 12, the amount of Cr 2 O 3 powder described in Table 1 was added.
Moreover, in the prior art, nitriding treatment was performed on the metal chromium powder, and a metal chromium powder having a chromium nitride layer formed on the surface was prepared. In the nitriding treatment, the temperature was raised to 900 ° C. after vacuum argon substitution in a rotary kiln furnace, and then a mixed gas of argon gas and nitrogen gas was flowed so as to obtain the nitrogen concentration of the conventional example, followed by heating for 30 minutes.

これらの原料粉を、Arガス雰囲気とされた乾式ボールミル装置のポリエチレン製容器(10L)の中に投入する。このとき、ポリエチレン製容器内に、直径5mmのジルコニアボールを5kg、直径10mmのジルコニアボールを5kg投入した。そして、回転数73rpmで18時間混合した。これにより、焼結原料粉を得た。   These raw material powders are put into a polyethylene container (10 L) of a dry ball mill apparatus having an Ar gas atmosphere. At this time, 5 kg of zirconia balls having a diameter of 5 mm and 5 kg of zirconia balls having a diameter of 10 mm were placed in a polyethylene container. And it mixed for 18 hours at the rotation speed 73rpm. This obtained the sintering raw material powder.

そして、表2に示すように、HIP法、あるいは、ホットプレス(HP)法によって焼結し、得られた焼結体を機械加工することにより、円板形状(直径6インチ、厚み6mm)、あるいは、円筒形状(外径160mm、内径135mm、長さ600mm)のスパッタリングターゲットを得た。   And as shown in Table 2, by sintering by the HIP method or the hot press (HP) method and machining the obtained sintered body, a disk shape (diameter 6 inches, thickness 6 mm), Alternatively, a sputtering target having a cylindrical shape (an outer diameter of 160 mm, an inner diameter of 135 mm, and a length of 600 mm) was obtained.

HIP法では、焼結条件を、保持温度1300℃、圧力98MPa、保持時間2時間とした。
ホットプレス(HP)法では、焼結条件を、保持温度1350℃、圧力35MPa、保持時間3時間とした。
In the HIP method, the sintering conditions were a holding temperature of 1300 ° C., a pressure of 98 MPa, and a holding time of 2 hours.
In the hot press (HP) method, the sintering conditions were a holding temperature of 1350 ° C., a pressure of 35 MPa, and a holding time of 3 hours.

上述のようにして得られたスパッタリングターゲットについて、以下の項目について評価した。   About the sputtering target obtained as mentioned above, the following items were evaluated.

(スパッタリングターゲットの組成)
スパッタリングターゲット中の窒素含有量を、不活性ガス融解−熱伝導度検出法によって測定し、残部をCrとした。また、酸素含有量は、不活性ガス融解−熱伝導検出法によって測定した。評価結果を表2に示す。
(Composition of sputtering target)
The nitrogen content in the sputtering target was measured by an inert gas melting-thermal conductivity detection method, and the balance was Cr. The oxygen content was measured by an inert gas melting-heat conduction detection method. The evaluation results are shown in Table 2.

(スパッタリングターゲットの相対密度)
重量と寸法より密度を算出した。そして、Cr:7.19g/cm,CrN:6.51g/cm,CrN:5.90g/cm、Cr:5.21g/cmとして、理論密度を算出し、相対密度を算出した。
測定の結果、作製したすべてのスパッタリングターゲットの相対密度は95%以上であった。
(Relative density of sputtering target)
The density was calculated from the weight and dimensions. Then, Cr: 7.19g / cm 3, Cr 2 N: 6.51g / cm 3, CrN: 5.90g / cm 3, Cr 2 O 3: as 5.21 g / cm 3, to calculate the theoretical density, The relative density was calculated.
As a result of the measurement, the relative density of all the produced sputtering targets was 95% or more.

(スパッタリングターゲットの相対密度)
スパッタリングターゲットについて、組織観察を行った。EPMA(電子プローブマイクロアナライザー)JXA9500Fを用いて、加速電圧15kVにて元素マッピングを行い、組織を観察した。
ここで、金属クロム相を母相とし、この金属クロム相中に窒化クロム相が分散されたものを「A」、窒化クロム相を母相とし、この窒化クロム相中に金属クロム相が分散されたものを「B」、窒化クロム相単体のものを「C」として表2に表記した。
(Relative density of sputtering target)
The structure of the sputtering target was observed. Using EPMA (Electron Probe Microanalyzer) JXA9500F, element mapping was performed at an acceleration voltage of 15 kV, and the structure was observed.
Here, the metal chromium phase is the parent phase, and the chromium nitride phase dispersed in the metal chromium phase is “A”, the chromium nitride phase is the parent phase, and the metal chromium phase is dispersed in the chromium nitride phase. In Table 2, “B” was used for the sample and “C” for the single chromium nitride phase.

(窒素含有量のばらつき)
円板形状のスパッタリングターゲットにおいては、図1に示すように、スパッタ面内の5箇所(1)〜(5)の測定点について、窒素含有量を不活性ガス融解−熱伝導度検出法によって測定した。
円筒形状のスパッタリングターゲットにおいては、図3に示すように、スパッタ面内の8箇所(1)〜(8)の測定点について、窒素含有量を不活性ガス融解−熱伝導度検出法によって測定した。
そして、以下の式により、窒素含有量のばらつきを評価した。
(ばらつき)%= 標準偏差/平均値×100
(Variation of nitrogen content)
In a disk-shaped sputtering target, as shown in FIG. 1, the nitrogen content is measured by an inert gas melting-thermal conductivity detection method at five measurement points (1) to (5) in the sputtering surface. did.
In the cylindrical sputtering target, as shown in FIG. 3, the nitrogen content was measured by an inert gas melting-thermal conductivity detection method at eight measurement points (1) to (8) in the sputtering surface. .
And the dispersion | variation in nitrogen content was evaluated by the following formula | equation.
(Variation)% = standard deviation / average value x 100

(異常放電回数)
得られた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発生回数を以下の手順で測定した。
円板形状のスパッタリングターゲットにおいては、Cuのバッキングプレートに装着して、以下の成膜条件により、成膜試験を行った。
到達真空度:7×10−4Pa
ガス流量:Ar 50sccm
スパッタ雰囲気:0.67Pa
電力:500W
全圧:0.4Pa
(Number of abnormal discharges)
About the obtained sputtering target, the frequency | count of abnormal discharge generation | occurrence | production at the time of sputtering was measured in the following procedures.
The disc-shaped sputtering target was mounted on a Cu backing plate, and a film formation test was performed under the following film formation conditions.
Ultimate vacuum: 7 × 10 −4 Pa
Gas flow rate: Ar 50sccm
Sputtering atmosphere: 0.67Pa
Power: 500W
Total pressure: 0.4Pa

また、円筒形状のスパッタリングターゲットにおいては、SUS製のバッキングチューブに装着し、以下の成膜条件により、成膜試験を行った。
到達真空度:7×10−4Pa
ガス流量:Ar 50sccm
スパッタ雰囲気:0.67Pa
電力:1000W
In addition, a cylindrical sputtering target was mounted on a SUS backing tube, and a film formation test was performed under the following film formation conditions.
Ultimate vacuum: 7 × 10 −4 Pa
Gas flow rate: Ar 50sccm
Sputtering atmosphere: 0.67Pa
Power: 1000W

上記成膜条件において12時間のスパッタリングを行い、その後の6時間のスパッタリング時において、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的にその回数を計測した。   Sputtering was performed for 12 hours under the above film forming conditions, and the number of occurrences of abnormal discharge was automatically measured by an arcing counter attached to the sputtering power supply device during the subsequent 6 hours of sputtering.

Figure 2019131849
Figure 2019131849

Figure 2019131849
Figure 2019131849

金属クロム粉に対して、窒化処理を実施し、表面に窒化クロム層を形成した金属クロム粉を用いた従来例1,2においては、窒化クロム相中に金属クロム相が分散された組織を有しており、異常放電回数が非常に多くなり、安定してスパッタ成膜を行うことができなかった。   In the conventional examples 1 and 2 using a metal chromium powder that has been nitrided with a chromium nitride layer formed on the surface of the metal chromium powder, the chromium metal phase has a structure in which the metal chromium phase is dispersed. As a result, the number of abnormal discharges was extremely large, and it was not possible to carry out stable sputtering film formation.

金属クロム粉と窒化クロム粉の粒径の比率、体積比が本発明の範囲を満足しない比較例1−5,7においては、窒化クロム相中に金属クロム相が分散された組織を有しており、異常放電回数が多くなり、安定してスパッタ成膜を行うことができなかった。
窒化クロム粉のみを用いた比較例6においては、異常放電回数が多くなり、安定してスパッタ成膜を行うことができなかった。
In Comparative Examples 1-5 and 7 in which the particle diameter ratio and volume ratio of the metal chromium powder and the chromium nitride powder do not satisfy the scope of the present invention, the metal chromium phase has a structure in which the metal chromium phase is dispersed As a result, the number of abnormal discharges increased, and it was not possible to carry out sputter deposition stably.
In Comparative Example 6 using only the chromium nitride powder, the number of abnormal discharges increased, and it was not possible to stably perform the sputtering film formation.

これに対して、金属クロム粉と窒化クロム粉の粒径の比率、体積比が本発明の範囲を満足する本発明例1−12においては、金属クロム相中に窒化クロム相が分散された組織を有しており、異常放電回数が少なく、安定してスパッタ成膜を行うことができた。   On the other hand, in Example 1-12 of the present invention in which the ratio of the particle size of the metal chromium powder to the chromium nitride powder and the volume ratio satisfy the scope of the present invention, the structure in which the chromium nitride phase is dispersed in the metal chromium phase Thus, the number of abnormal discharges was small, and the sputter deposition could be performed stably.

以上のように、本発明例によれば、長時間スパッタ成膜した場合であっても異常放電の発生を抑制し、安定して成膜することが可能であり、かつ、窒素のばらつきが小さく均一な窒素濃度の窒素含有クロム膜を成膜可能なスパッタリングターゲットを提供可能であることが確認された。   As described above, according to the example of the present invention, even when sputter deposition is performed for a long time, the occurrence of abnormal discharge can be suppressed, stable deposition can be performed, and variation in nitrogen is small. It was confirmed that a sputtering target capable of forming a nitrogen-containing chromium film having a uniform nitrogen concentration can be provided.

Claims (2)

金属クロム相と窒化クロム相とを有するスパッタリングターゲットであって、
前記金属クロム相の母相中に、前記窒化クロム相が分散していることを特徴とするスパッタリングターゲット。
A sputtering target having a metallic chromium phase and a chromium nitride phase,
The sputtering target, wherein the chromium nitride phase is dispersed in a matrix phase of the metal chromium phase.
請求項1に記載のスパッタリングターゲットを製造するスパッタリングターゲットの製造方法であって、
窒化クロム粉と金属クロム粉とを混合して焼結原料粉を得る焼結原料粉形成工程と、前記焼結原料粉を加圧しながら加熱して焼結体を得る焼結工程と、を有し、
前記焼結原料粉形成工程では、前記窒化クロム粉の平均粒径Dと前記金属クロム粉の平均粒径Dとの比D/Dを1未満とし、かつ、前記窒化クロム粉の体積Vと前記金属クロム粉の体積Vとの比V/Vを3未満とすることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
It is a manufacturing method of the sputtering target which manufactures the sputtering target of Claim 1, Comprising:
There are a sintering raw material powder forming step of obtaining a sintered raw material powder by mixing chromium nitride powder and metal chromium powder, and a sintering step of obtaining a sintered body by heating the sintered raw material powder while applying pressure. And
In the sintering raw material powder forming step, the average particle diameter D N of chromium nitride powder ratio D N / D M and the average particle diameter D M of the metallic chromium powder is less than 1, and said chromium nitride powder manufacturing method of a sputtering target, characterized in that the ratio V N / V M of the volume V N and the volume V M of the metallic chromium powder with less than 3.
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