JP2021134095A - Oxide sintered compact, method for producing the same, and sputtering target - Google Patents

Oxide sintered compact, method for producing the same, and sputtering target Download PDF

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能之 阿部
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能之 阿部
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Abstract

To provide an oxide sintered compact for a sputtering target or ion plating tablet which allows for continuous film-formation, a method for producing the same, and a sputtering target.SOLUTION: This oxide sintered compact contains Bi, V, W, and oxygen, the contained amount of Bi is 1.05 to 1.30 in terms of Bi/(V+W) atom ratio, the contained amount of W is 0.01 to 0.05 in terms of W/(V+W) atom ratio, and a crystal phase of scheelite type crystal structure and a crystal phase of aurivillius type crystal structure are contained. This oxide sintered compact contains Bi component in excess. When producing a Bi(V,W)O4 film having a photocatalytic function by using a target made from the sintered compact, even if the bismuth oxide component having high vapor pressure volatilizes from the film film-formed in the vacuum during film-formation, the Bi component contained in excess is continuously supplied from the sintered compact. As a result, it becomes possible to continuously produce Bi(V,W)O4 film of bismuth deficient-free stoichiometric composition.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、ビスマスと他の金属との酸化物膜をスパッタリング法若しくはイオンプレーティング法で製造する際に使用されるスパッタリングターゲット用若しくはイオンプレーティングタブレット用の酸化物焼結体に係り、特に、連続成膜が可能なスパッタリングターゲット用若しくはイオンプレーティングタブレット用の酸化物焼結体に関する。 The present invention relates to an oxide sintered body for a sputtering target or an ion plating tablet used when an oxide film of bismuth and another metal is produced by a sputtering method or an ion plating method, and particularly. The present invention relates to an oxide sintered body for a sputtering target or an ion plating tablet capable of continuous film formation.

太陽光エネルギーを有効に利用して水から水素や酸素を作り出す光触媒の開発が急がれている。中でもBiVO4(バナジウム酸ビスマス)やBi(V,W)O4は、可視光照射下において、水を効率よく分解して酸素を発生させる光触媒として注目されている。 There is an urgent need to develop a photocatalyst that makes effective use of solar energy to produce hydrogen and oxygen from water. Among them, BiVO 4 (bismuth vanadium acid) and Bi (V, W) O 4 are attracting attention as photocatalysts that efficiently decompose water to generate oxygen under visible light irradiation.

これ等の光触媒は、例えば、粉末を水に分散させた状態にして利用され、粉末を金属基板に転写し被膜(光触媒膜)にして利用され、焼結体形状に加工し光触媒シートにして利用されている。尚、光触媒は、一般に、その結晶面が欠陥の少ない綺麗な状態に形成されていると高活性を示すと言われている。 These photocatalysts are used, for example, in a state where the powder is dispersed in water, the powder is transferred to a metal substrate and used as a film (photocatalyst film), processed into a sintered body shape, and used as a photocatalyst sheet. Has been done. It is generally said that a photocatalyst exhibits high activity when its crystal face is formed in a clean state with few defects.

ところで、被膜を製造する方法として、化学的気相成長法(CVD法)や物理的気相成長法(PVD法)の技術が、フラットパネルディスプレイ、太陽電池、半導体等の製造分野で構築されている。また、PVD法の中で、スパッタリング法は、大面積で均一な堆積膜の製造方法として有用であり、真空中で発生させたプラズマを利用して高品質かつ結晶性に優れた堆積膜を製造できるため、上記製造分野において広範囲に用いられている。 By the way, as a method for manufacturing a coating film, chemical vapor deposition method (CVD method) and physical vapor deposition method (PVD method) have been constructed in the manufacturing fields of flat panel displays, solar cells, semiconductors, and the like. There is. Further, among the PVD methods, the sputtering method is useful as a method for producing a large-area and uniform deposition film, and a high-quality and highly crystalline deposit film is produced by utilizing plasma generated in vacuum. Therefore, it is widely used in the above-mentioned manufacturing fields.

そして、特許文献1には、ビスマスと他の金属との酸化物[例えば、上記BiVO4やBi(V,W)O4等]膜がコーティングされた基材を製造する方法として、スパッタリング技術により酸化物膜をコーティングする手法が開示され、例えば、BiVO4粉末から成る成形体を焼成して得られた酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとして使用するスパッタリング技術が開示されている(特許文献1の実施例参照)。 Then, in Patent Document 1, as a method for producing a base material coated with an oxide [for example, BiVO 4 or Bi (V, W) O 4 or the like] film of bismuth and another metal, a sputtering technique is used. A method for coating an oxide film is disclosed, and for example, a sputtering technique using an oxide sintered body obtained by firing a molded product made of BiVO 4 powder as a sputtering target is disclosed (Patent Document 1). See examples).

しかし、BiVO4粉末から成る成形体を焼成して得られた酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとして使用する特許文献1に記載のスパッタリング技術では、BiVO4膜を連続して製造することが難しく、化学量論組成からビスマス原子が欠損したコーティング(堆積)膜が製造されてしまい、コーティング(堆積)膜の光触媒性能を十分に発揮させることが困難になる問題が存在した。 However, it is difficult to continuously produce a BiVO 4 film by the sputtering technique described in Patent Document 1 in which an oxide sintered body obtained by firing a molded body made of BiVO 4 powder is used as a sputtering target. There was a problem that a coating (deposited) film lacking a bismuth atom was produced from the chemical quantitative composition, and it became difficult to fully exhibit the photocatalytic performance of the coated (deposited) film.

特表2012−532985号公報(段落0033−0038参照)Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-532985 (see paragraphs 0033-0038)

本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、ビスマスと他の金属との酸化物[Bi(V,W)O4]膜をスパッタリング法若しくはイオンプレーティング法で製造する際に使用されるスパッタリングターゲット用若しくはイオンプレーティングタブレット用の酸化物焼結体であって、化学量論組成からビスマス原子が欠損されることなく連続して成膜が可能なスパッタリングターゲット用若しくはイオンプレーティングタブレット用の酸化物焼結体とその製造方法を提供し、かつ、該酸化物焼結体を加工して得られるスパッタリングターゲットを提供することにある。 The present invention has been made by paying attention to such a problem, and the subject thereof is the sputtering method or ion plating of an oxide [Bi (V, W) O 4] film of bismuth and another metal. It is an oxide sintered body for a sputtering target or an ion plating tablet used when manufacturing by the ting method, and can continuously form a film without losing bismuth atoms from the chemical quantitative composition. An object of the present invention is to provide an oxide sintered body for a sputtering target or an ion plating tablet and a method for producing the same, and to provide a sputtering target obtained by processing the oxide sintered body.

そこで、特許文献1に記載のスパッタリング技術において、化学量論組成からビスマス原子が欠損したコーティング(堆積)膜が製造されてしまう原因を本発明者が鋭意分析したところ、酸化ビスマス成分の蒸気圧が関与していることを発見するに至った。すなわち、酸化ビスマス成分の蒸気圧は高いため、成膜時における真空中、スパッタリング成膜されたコーティング[上記BiVO4やBi(V,W)O4等]膜から酸化ビスマス成分が揮発してしまい、化学量論組成からビスマス原子が欠損したコーティング(堆積)膜が製造されるためであった。そこで、本発明では、酸化物焼結体にビスマス成分を過剰に含ませる手法を採用することで上記課題を解決している。 Therefore, in the sputtering technique described in Patent Document 1, the present inventor diligently analyzed the cause of the production of a coating (deposited) film lacking bismuth atoms from the chemical quantitative composition, and found that the vapor pressure of the bismuth oxide component was found. I came to discover that I was involved. That is, since the vapor pressure of the bismuth oxide component is high, the bismuth oxide component volatilizes from the coating [BiVO 4 , Bi (V, W) O 4, etc.] film formed by sputtering in the vacuum at the time of film formation. This was because a coating (deposited) film lacking bismuth atoms was produced from the chemical composition. Therefore, in the present invention, the above-mentioned problems are solved by adopting a method of adding an excess of a bismuth component to the oxide sintered body.

すなわち、本発明に係る第1の発明は、
ビスマス、バナジウム、タングステン、酸素を含有し、かつ、ビスマスの含有量がビスマス/(バナジウム+タングステン)原子数比で1.05〜1.30、タングステンの含有量がタングステン/(バナジウム+タングステン)原子数比で0.01〜0.05であると共に、シーライト型結晶構造の結晶相とオーリビリアス型結晶構造の結晶相が含まれることを特徴とし、
第2の発明は、
第1の発明に記載の酸化物焼結体において、
酸化ビスマス相が含まれないか、酸化ビスマス相が含まれてもその粒径が1μm未満であることを特徴とし、
また、第3の発明は、
第1の発明または第2の発明に記載の酸化物焼結体において、
酸化タングステン相が含まれないか、酸化タングステン相が含まれてもその粒径が1μm未満であることを特徴とする。
That is, the first invention according to the present invention is
It contains bismuth, vanadium, tungsten, and oxygen, and the content of bismuth is 1.05 to 1.30 in terms of bismuth / (vanadium + tungsten) atomic number ratio, and the content of tungsten is tungsten / (vanadium + tungsten) atom. It is characterized by having a numerical ratio of 0.01 to 0.05 and including a crystal phase having a sealite type crystal structure and a crystal phase having an auribilias type crystal structure.
The second invention is
In the oxide sintered body according to the first invention,
It is characterized in that it does not contain the bismuth oxide phase, or even if it contains the bismuth oxide phase, its particle size is less than 1 μm.
Moreover, the third invention is
In the oxide sintered body according to the first invention or the second invention.
It is characterized in that the tungsten oxide phase is not contained, or even if the tungsten oxide phase is contained, the particle size is less than 1 μm.

次に、本発明に係る第4の発明は、
ビスマス原料粉末とバナジウム原料粉末およびタングステン原料粉末を混合、粉砕し、造粒すると共に、得られた造粒粉を加圧成形し、かつ、得られた成形体を焼成して第1の発明〜第3の発明のいずれかに記載の酸化物焼結体を製造する方法において、
上記ビスマス原料粉末とバナジウム原料粉末およびタングステン原料粉末の平均粒径が1μm以下であることを特徴とし、
第5の発明は、
スパッタリングターゲットにおいて、
第1の発明〜第3の発明のいずれかに記載の酸化物焼結体を加工して得られることを特徴とするものである。
Next, the fourth invention according to the present invention is
The first invention- In the method for producing an oxide sintered body according to any one of the third inventions.
The average particle size of the bismuth raw material powder, the vanadium raw material powder, and the tungsten raw material powder is 1 μm or less.
The fifth invention is
In the sputtering target
It is characterized in that it is obtained by processing the oxide sintered body according to any one of the first invention to the third invention.

本発明に係る酸化物焼結体によれば、
ビスマスの含有量がビスマス/(バナジウム+タングステン)原子数比で1.05〜1.30、かつ、タングステンの含有量がタングステン/(バナジウム+タングステン)原子数比で0.01〜0.05であると共に、シーライト型結晶構造の結晶相とオーリビリアス型結晶構造の結晶相が含まれているため、
BiVO4粉末等から成る成形体を焼成して製造される特許文献1の酸化物焼結体に較べてビスマス成分が過剰に含まれている。
According to the oxide sintered body according to the present invention.
The bismuth content is 1.05 to 1.30 in the bismuth / (vanadium + tungsten) atomic number ratio, and the tungsten content is 0.01 to 0.05 in the tungsten / (vanadium + tungsten) atomic number ratio. At the same time, it contains a crystal phase with a sealite type crystal structure and a crystal phase with an auribilias type crystal structure.
The bismuth component is excessively contained as compared with the oxide sintered body of Patent Document 1 produced by firing a molded product made of BiVO 4 powder or the like.

従って、成膜時における真空中、スパッタリング成膜されたBi(V,W)O4膜から酸化ビスマス成分が揮発しても、酸化物焼結体から過剰に含まれるビスマス成分を供給し続けることができるため、ビスマス原子が欠損されないBi(V,W)O4膜を連続して製造することが可能となる。 Therefore, even if the bismuth oxide component volatilizes from the Bi (V, W) O 4 film formed by sputtering in the vacuum at the time of film formation, the bismuth component contained in excess from the oxide sintered body should be continuously supplied. Therefore, it is possible to continuously produce a Bi (V, W) O 4 film in which the bismuth atom is not deleted.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

(1)スパッタリング法
スパッタリング法では、一般に、約10Pa以下の雰囲気ガス圧の下、被成膜体である基板を陽極とし、膜の構成金属を含む酸化物焼結体で作製されたスパッタリングターゲット(以下、ターゲットと略称する場合がある)を陰極とし、これ等の間にグロー放電を起こさせることでアルゴンプラズマを発生させ、かつ、プラズマ中のアルゴン陽イオンを陰極のスパッタリングターゲットに衝突させて弾き飛ばされる粒子(スパッタ粒子)を上記基板上に堆積させて薄膜が形成される。
(1) Sputtering method In the sputtering method, generally, a sputtering target made of an oxide sintered body containing a constituent metal of a film is used as an anode under an atmospheric gas pressure of about 10 Pa or less. (Hereinafter, it may be abbreviated as a target) is used as a cathode, and an argon plasma is generated by causing a glow discharge between them, and the argon cation in the plasma is made to collide with the sputtering target of the cathode to be repelled. The blown particles (sputtered particles) are deposited on the substrate to form a thin film.

ターゲット用カソード(陰極)の背面に磁石を配置し、ターゲット表面に出る磁場の効果により濃いプラズマ領域を作り、アルゴンイオンの発生量を増加させて成膜速度を高めたマグネトロンスパッタリング法が工業的には良く用いられている。マグネトロンスパッタリング法では、磁場で形成される濃いプラズマ領域直下のターゲット表面にアルゴンイオンが最も多く照射されて消耗する部分となり、消耗された部分は「エロージョン」と呼ばれている。被成膜体である基板上に飛ばされるスパッタ粒子の組成は、一般に、ターゲット表面の上記「エロージョン」部の組成と一致している。また、基板を非加熱の状態で成膜する場合もあるが、基板を加熱した状態で成膜する場合もある。良質の結晶膜を製造するには基板を加熱する場合が多い。 Industrially, the magnetron sputtering method, in which a magnet is placed on the back surface of the target cathode (cathode), a dense plasma region is created by the effect of the magnetic field emitted on the target surface, and the amount of argon ions generated is increased to increase the film formation rate. Is often used. In the magnetron sputtering method, the target surface directly under the dense plasma region formed by the magnetic field is irradiated with the largest amount of argon ions and becomes a consumed portion, and the consumed portion is called "erosion". The composition of the sputtered particles that are blown onto the substrate, which is the film-deposited body, generally matches the composition of the "erosion" portion on the target surface. Further, the substrate may be formed in a non-heated state, or the substrate may be formed in a heated state. In many cases, the substrate is heated in order to produce a good quality crystal film.

また、スパッタリング法は、アルゴンプラズマの発生方法で分類され、高周波プラズマを用いる方法は「高周波スパッタリング法」、直流プラズマを用いる方法は「直流スパッタリング法」という。一般に、「直流スパッタリング法」は「高周波スパッタリング法」に較べて成膜速度が速く、電源設備が安価で、成膜操作が簡単である等の理由から工業的に広範に利用されている。但し、「高周波スパッタリング法」は絶縁性のスパッタリングターゲットでも成膜可能であるのに対し、「直流スパッタリング法」では導電性のスパッタリングターゲットを用いる必要がある。尚、マグネトロンを用いた場合、「直流マグネトロンスパッタリング法」、「高周波マグネトロンスパッタリング法」と呼ばれている。 Further, the sputtering method is classified by the method of generating argon plasma, the method using high frequency plasma is called "high frequency sputtering method", and the method using DC plasma is called "DC sputtering method". In general, the "DC sputtering method" is widely used industrially because the film forming speed is faster than the "high frequency sputtering method", the power supply equipment is inexpensive, and the film forming operation is easy. However, while the "high frequency sputtering method" can form a film even with an insulating sputtering target, the "DC sputtering method" requires the use of a conductive sputtering target. When a magnetron is used, it is called a "DC magnetron sputtering method" or a "high frequency magnetron sputtering method".

(2)酸化物焼結体
スパッタリング法による酸化物膜の成膜(製造)では、一般に、堆積膜の構成金属を含む酸化物焼結体が原料のスパッタリングターゲットとして使用され、真空中で発生させたアルゴンイオンを電界で加速させて原料(スパッタリングターゲット)に叩きつけて酸化物焼結体の構成原子をスパッタリング粒子としてはじき飛ばし、スパッタリングターゲットの正面に配置された基板上にこれ等スパッタ粒子を堆積させる。また、酸化物膜の成膜(製造)では、雰囲気ガスに酸素ガスを添加してもよい。
(2) Oxide sintered body In film formation (manufacturing) of an oxide film by a sputtering method, an oxide sintered body containing a constituent metal of a deposited film is generally used as a sputtering target of a raw material and generated in a vacuum. The argon ions are accelerated by an electric field and hit against a raw material (sputtering target) to repel the constituent atoms of the oxide sintered body as sputtering particles, and these sputtered particles are deposited on a substrate arranged in front of the sputtering target. Further, in the film formation (manufacturing) of the oxide film, oxygen gas may be added to the atmospheric gas.

Bi(V,W)O4膜をスパッタリング法で製造する場合、500℃以上に加熱された基板上に堆積させることが結晶膜を得るためには必要である。しかし、酸化ビスマス成分は上述したように蒸気圧が高いため、成膜時における真空中、成膜された堆積膜から酸化ビスマス成分が揮発し易く、化学量論組成からビスマス原子が欠損した堆積膜が製造されてしまい、光触媒性能を十分に発揮させることが困難になることがある。 When a Bi (V, W) O 4 film is produced by a sputtering method, it is necessary to deposit it on a substrate heated to 500 ° C. or higher in order to obtain a crystal film. However, since the bismuth oxide component has a high vapor pressure as described above, the bismuth oxide component tends to volatilize from the deposited film in the vacuum during film formation, and the bismuth atom is missing from the chemical composition. Is manufactured, and it may be difficult to fully exhibit the photocatalytic performance.

これを回避するには、ビスマス成分を過剰に含む酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとして使用することが有効である。すなわち、Bi(V,W)O4膜を製造する場合、スパッタリング成膜時において、加熱基板へバナジウムとタングステンの総和に対してビスマスが過剰に供給され続けても、ビスマスの過剰分は基板から揮発していくため、Bi(V,W)O4膜を製造することができる。 In order to avoid this, it is effective to use an oxide sintered body containing an excess of bismuth component as a sputtering target. That is, in the case of producing a Bi (V, W) O 4 film, even if bismuth continues to be excessively supplied to the heating substrate with respect to the total amount of vanadium and tungsten during sputtering film formation, the excess amount of bismuth is obtained from the substrate. Since it volatilizes, a Bi (V, W) O 4 film can be produced.

そして、本発明に係る酸化物焼結体は、ビスマス、バナジウム、タングステン、酸素を含有し、かつ、ビスマスの含有量がビスマス/(バナジウム+タングステン)原子数比で1.05〜1.30、タングステンの含有量がタングステン/(バナジウム+タングステン)原子数比で0.01〜0.05であると共に、シーライト型結晶構造の結晶相とオーリビリアス型結晶構造の結晶相が含まれることを特徴とする。 The oxide sintered body according to the present invention contains bismuth, vanadium, tungsten, and oxygen, and the content of bismuth is 1.05 to 1.30 in terms of the number of bismuth / (vanadium + tungsten) atoms. Tungsten content is 0.01 to 0.05 in terms of tungsten / (vanadium + tungsten) atomic number ratio, and it is characterized by containing a crystal phase having a sinter-type crystal structure and a crystal phase having an auribilias-type crystal structure. do.

ビスマスの含有量がビスマス/(バナジウム+タングステン)原子数比で1.05未満の場合、特許文献1に記載のスパッタリング技術と同様、ビスマス原子が欠損した堆積膜が形成されてしまう弊害があり、他方、ビスマスの含有量がビスマス/(バナジウム+タングステン)原子数比で1.30を超える場合、Bi4211やBi4(V,W)211等の第2相が生成され易くなり、単相のBi(V,W)O4膜が得られなくなる弊害がある。また、タングステンの含有量がタングステン/(バナジウム+タングステン)原子数比で0.05を超えた場合、製造された被膜の光触媒特性が劣ってしまう弊害がある。 When the content of bismuth is less than 1.05 in the bismuth / (vanadium + tungsten) atomic number ratio, there is an adverse effect that a deposited film lacking bismuth atoms is formed as in the sputtering technique described in Patent Document 1. On the other hand, when the bismuth content exceeds 1.30 in the bismuth / (vanadium + tungsten) atomic number ratio, a second phase such as Bi 4 V 2 O 11 or Bi 4 (V, W) 2 O 11 is generated. This makes it easier to obtain a single-phase Bi (V, W) O 4 film, which has an adverse effect. Further, when the tungsten content exceeds 0.05 in the tungsten / (vanadium + tungsten) atomic number ratio, there is an adverse effect that the photocatalytic characteristics of the produced coating film are deteriorated.

本発明の酸化物焼結体は、シーライト型結晶構造の結晶相とオーリビリアス型結晶構造の結晶相で構成されていることが重要である。ここで、シーライト型(Scheelite-type)結晶構造の結晶相として、例えば、BiVO4結晶相若しくはBi(V,W)O4結晶相が挙げられ、オーリビリアス型(Aurivillius-type)結晶構造の結晶相として、例えば、Bi4211結晶相若しくはBi4(V,W)211結晶相が挙げられる。また、BiVO4結晶相やBi4(V,W)211結晶相は正方晶、単斜晶若しくはこれ等混合体でもよい。 It is important that the oxide sintered body of the present invention is composed of a crystal phase having a sealite type crystal structure and a crystal phase having an auribilias type crystal structure. Here, examples of the crystal phase having a Scheelite-type crystal structure include a BiVO 4 crystal phase or a Bi (V, W) O 4 crystal phase, and a crystal having an Aulivillius-type crystal structure. Examples of the phase include a Bi 4 V 2 O 11 crystal phase or a Bi 4 (V, W) 2 O 11 crystal phase. The BiVO 4 crystal phase and the Bi 4 (V, W) 2 O 11 crystal phase may be tetragonal, monoclinic, or a mixture thereof.

そして、本発明の酸化物焼結体において、シーライト型結晶構造のBiVO4結晶相若しくはBi(V,W)O4結晶相に、オーリビリアス型結晶構造のBi4211結晶相若しくはBi4(V,W)211結晶相を混在させた構造とすることで、酸化物焼結体全体のBi含有量をBi(V,W)O4膜に対して過剰状態にすることができる。 Then, in the oxide sintered body of the present invention, the BiVO 4 crystal phase or Bi (V, W) O 4 crystal phase having a sealite type crystal structure is combined with the Bi 4 V 2 O 11 crystal phase or Bi having an auribilias type crystal structure. By adopting a structure in which 4 (V, W) 2 O 11 crystal phases are mixed, the Bi content of the entire oxide sintered body can be excessive with respect to the Bi (V, W) O 4 film. can.

また、本発明に係る酸化物焼結体に酸化ビスマス相が含まれる場合、上述したように酸化ビスマス成分は蒸気圧が高いことから、成膜時における真空下、プラズマにより酸化物焼結体が加熱されると酸化ビスマス成分は揮発し易いため、酸化物焼結体(ターゲット)の組成変化が生じてしまい、一定組成のBi(V,W)O4膜を得ることができない。これに対し、オーリビリアス型のBi4211結晶相やBi4(V,W)211結晶相は、その複合化合物における格子の一つとしてBiイオンが占有されているため、成膜時における真空中、プラズマにより加熱されても熱安定性が良好なことから酸化物焼結体の組成を維持することが可能となる。また、これ等結晶相の粒子が均一に混ざった形で酸化物焼結体を形成していることが重要である。酸化物焼結体をこのような相構成にすることで、長時間、スパッタリング成膜に使用しても、プラズマ加熱による焼結体表面のビスマス減少を小さく抑制できるため、被成膜体である基板上に一定組成のスパッタ粒子を堆積させることができる。 Further, when the oxide sintered body according to the present invention contains a bismuth oxide phase, since the bismuth oxide component has a high vapor pressure as described above, the oxide sintered body is formed by plasma under vacuum during film formation. Since the bismuth oxide component easily volatilizes when heated, the composition of the oxide sintered body (target) changes, and a Bi (V, W) O 4 film having a constant composition cannot be obtained. On the other hand, the auribilias type Bi 4 V 2 O 11 crystal phase and the Bi 4 (V, W) 2 O 11 crystal phase are formed because Bi ions are occupied as one of the lattices in the composite compound. Since the thermal stability is good even when heated by plasma in a vacuum at times, it is possible to maintain the composition of the oxide sintered body. Further, it is important that the oxide sintered body is formed in a form in which the particles of these crystal phases are uniformly mixed. By forming the oxide sintered body in such a phase configuration, even if it is used for sputtering film formation for a long time, the decrease in bismuth on the surface of the sintered body due to plasma heating can be suppressed to a small extent, so that the film is to be formed. Sputtered particles having a constant composition can be deposited on the substrate.

ここで、本発明の酸化物焼結体を構成するシーライト型(Scheelite-type)結晶構造の結晶相とオーリビリアス型(Aurivillius-type)結晶構造の結晶相は、完全な化学量論組成である必要はない。例えば、BiVO4結晶相、Bi4211結晶相、Bi(V,W)O4結晶相、Bi4(V,W)211結晶相は完全な化学量論組成でなくてもよい。すなわち、ビスマス/バナジウムの原子数比やビスマス/(バナジウム+タングステン)の原子数比が化学量論比からずれていてもよく、酸素欠損が含まれていてもよい。これ等の組成ずれによってむしろ良好な導電性を持たせて安定したスパッタリング成膜を行うためには、酸素欠損が含まれている方が好ましい。 Here, the crystal phase of the Scheelite-type crystal structure and the crystal phase of the Aulivillius-type crystal structure constituting the oxide sintered body of the present invention have a complete chemical quantitative composition. No need. For example, the BiVO 4 crystal phase, the Bi 4 V 2 O 11 crystal phase, the Bi (V, W) O 4 crystal phase, and the Bi 4 (V, W) 2 O 11 crystal phase do not have to have a complete stoichiometric composition. good. That is, the atomic number ratio of bismuth / vanadium and the atomic number ratio of bismuth / (vanadium + tungsten) may deviate from the chemical quantity theory ratio, and oxygen deficiency may be included. It is preferable that oxygen deficiency is contained in order to obtain stable sputtering film formation with good conductivity due to such composition deviation.

ところで、本発明に係る酸化物焼結体にオーリビリアス型のBi4(V,W)211結晶相が含まれているにも関わらず、スパッタリング法で製造される堆積膜がBi(V,W)O4膜になるのは以下の理由による。 By the way, although the oxide sintered body according to the present invention contains an auribilias type Bi 4 (V, W) 2 O 11 crystal phase, the deposited film produced by the sputtering method is Bi (V, V, W) to become O 4 film is due to the following reasons.

すなわち、スパッタリングにより酸化物焼結体(ターゲット)からはじき飛ばされる粒子は、ターゲットを構成する結晶相がBi(V,W)O4とBi4(V,W)211であっても、酸化物焼結体(ターゲット)を構成する原子はBi、V、W、Oであるため、これ等がターゲット正面に配置された基板上に到達して所定の化合物を形成し直すからであり、酸化物焼結体のビスマス/(バナジウム+タングステン)原子数比、および、タングステン/(バナジウム+タングステン)原子数比を保てばBi(V,W)O4膜を得ることができる。 That is, the particles that are repelled from the oxide sintered body (target) by sputtering are oxidized even if the crystal phases constituting the target are Bi (V, W) O 4 and Bi 4 (V, W) 2 O 11. This is because the atoms constituting the product sintered body (target) are Bi, V, W, and O, and these atoms reach the substrate arranged in front of the target to re-form a predetermined compound, and oxidation occurs. A Bi (V, W) O 4 film can be obtained by maintaining the bismuth / (vanadium + tungsten) atomic number ratio and the tungsten / (vanadium + tungsten) atomic number ratio of the material sintered body.

本発明に係る酸化物焼結体は、酸化ビスマス相が含まれないことが最も好ましいが、酸化ビスマス相が含まれていてもその粒径が1μm未満であれば問題ない。また、酸化ビスマス相が含まれている場合、酸化ビスマス相の粒径は500nm以下が好ましく、より好ましくは100nm以下である。尚、酸化物焼結体中に酸化ビスマス相が含まれ、かつ、酸化ビスマス相の粒径が1μm以上である場合、酸化ビスマスの蒸気圧が高いため、酸化物焼結体の表面がプラズマにより加熱されると酸化物焼結体から短時間で酸化ビスマスが昇華してしまい、酸化物焼結体におけるビスマスの適度な過剰状態を維持できなくなる。同様に、本発明に係る酸化物焼結体は、酸化タングステン相が含まれないことが最も好ましいが、酸化タングステン相が含まれていてもその粒径が1μm未満であれば問題ない。また、酸化タングステン相が含まれている場合、酸化タングステン相の粒径は500nm以下が好ましく、より好ましくは100nm以下である。尚、酸化物焼結体中に酸化タングステン相が含まれ、かつ、酸化タングステン相の粒径が1μm以上である場合、酸化タングステンの蒸気圧も高いため、酸化物焼結体の表面がプラズマにより加熱されると酸化物焼結体から短時間で酸化タングステンが昇華してしまい、酸化物焼結体や成膜される被膜の組成変化の原因になってしまう。そして、本発明に係る酸化物焼結体においては、その三重点に存在する酸化ビスマス相や酸化タングステン相の粒径が1μm未満あるため、酸化ビスマス相や酸化タングステン相が存在していても問題はない。通常、このような相は微量であるため非晶質である場合が多い。 The oxide sintered body according to the present invention most preferably does not contain a bismuth oxide phase, but even if it contains a bismuth oxide phase, there is no problem as long as its particle size is less than 1 μm. When the bismuth oxide phase is contained, the particle size of the bismuth oxide phase is preferably 500 nm or less, more preferably 100 nm or less. When the bismuth oxide phase is contained in the oxide sintered body and the particle size of the bismuth oxide phase is 1 μm or more, the vapor pressure of the bismuth oxide is high, so that the surface of the oxide sintered body is exposed to plasma. When heated, bismuth oxide sublimates from the oxide sintered body in a short time, and it becomes impossible to maintain an appropriate excess state of bismuth in the oxide sintered body. Similarly, the oxide sintered body according to the present invention most preferably does not contain a tungsten oxide phase, but even if it contains a tungsten oxide phase, there is no problem as long as its particle size is less than 1 μm. When the tungsten oxide phase is contained, the particle size of the tungsten oxide phase is preferably 500 nm or less, more preferably 100 nm or less. When the tungsten oxide phase is contained in the oxide sintered body and the particle size of the tungsten oxide phase is 1 μm or more, the vapor pressure of tungsten oxide is also high, so that the surface of the oxide sintered body is exposed to plasma. When heated, tungsten oxide sublimates from the oxide sintered body in a short time, which causes a change in the composition of the oxide sintered body and the film to be formed. Further, in the oxide sintered body according to the present invention, since the particle size of the bismuth oxide phase or the tungsten oxide phase existing at the triple point is less than 1 μm, there is a problem even if the bismuth oxide phase or the tungsten oxide phase is present. There is no. Usually, such a phase is insignificant and is often amorphous.

(3)酸化物焼結体の製造方法
本発明に係る酸化物焼結体を製造するには、ビスマス原料粉末とバナジウム原料粉末およびタングステン原料粉末を混合、粉砕した後、造粒し、得られた造粒粉を加圧成形し、かつ、得られた成形体を大気中で焼成して得ることができる。
(3) Method for Producing Oxide Sintered Body In order to produce the oxide sintered body according to the present invention, a bismuth raw material powder, a vanadium raw material powder and a tungsten raw material powder are mixed and crushed, and then granulated and obtained. It can be obtained by pressure-molding the granulated powder and firing the obtained molded product in the air.

そして、上記ビスマス原料粉末にはBi23等の酸化物粉末、(BiO)2CO3等の炭酸化合物粉末を用いることができ、バナジウム原料粉末にはV25等の酸化物粉末を用いることができ、また、タングステン原料粉末にはWO3粉末等の酸化物粉末を用いることができる。 Then, an oxide powder such as Bi 2 O 3 and a carbonate compound powder such as (BiO) 2 CO 3 can be used as the bismuth raw material powder, and an oxide powder such as V 2 O 5 can be used as the vanadium raw material powder. It can be used, and an oxide powder such as WO 3 powder can be used as the tungsten raw material powder.

また、これ等の原料粉末は平均粒径が1μm以下であることが好ましい。原料粉末の粒径が1μmを超えた場合、得られる酸化物焼結体に粒径1μm以上の酸化ビスマス相や酸化タングステン相が含まれてしまうことがある。粒径1μm以上の酸化ビスマス相が含まれた場合、酸化ビスマスの蒸気圧が高いため、スパッタリング中に酸化物焼結体の表面がプラズマにより加熱されると酸化物焼結体から短時間で酸化ビスマスが昇華して酸化物焼結体におけるビスマスの過剰状態を維持することが困難となり、結果的に一定組成のBi(V,W)O4膜を安定して製造できなくなる。また、粒径1μm以上の酸化タングステン相が含まれた場合、酸化タングステンの蒸気圧も高いため、スパッタリング中に酸化物焼結体の表面がプラズマにより加熱されると酸化物焼結体から短時間で酸化タングステンが昇華してしまい、膜中にWを取り込むことができず、結果的に一定組成のBi(V,W)O4膜を安定して製造できなくなる。 Further, these raw material powders preferably have an average particle size of 1 μm or less. When the particle size of the raw material powder exceeds 1 μm, the obtained oxide sintered body may contain a bismuth oxide phase or a tungsten oxide phase having a particle size of 1 μm or more. When a bismuth oxide phase having a particle size of 1 μm or more is contained, the vapor pressure of bismuth oxide is high. Therefore, when the surface of the oxide sintered body is heated by plasma during sputtering, the oxide sintered body is oxidized in a short time. Bismuth sublimates, making it difficult to maintain an excess state of bismuth in the oxide sintered body, and as a result, a Bi (V, W) O 4 film having a constant composition cannot be stably produced. Further, when the tungsten oxide phase having a particle size of 1 μm or more is contained, the vapor pressure of tungsten oxide is also high, so that when the surface of the oxide sintered body is heated by plasma during sputtering, the oxide sintered body is released for a short time. In this case, tungsten oxide is sublimated and W cannot be taken into the film, and as a result, a Bi (V, W) O 4 film having a constant composition cannot be stably produced.

次に、上記造粒粉を得るための混合、粉砕条件は、造粒粉の粒径に留意して適宜定めることができる。また、造粒粉を得るための設備は、公知のボールミル、ビーズミル、アトライター等の混合攪拌装置を用いることができる。 Next, the mixing and crushing conditions for obtaining the granulated powder can be appropriately determined while paying attention to the particle size of the granulated powder. Further, as the equipment for obtaining the granulated powder, a known mixing and stirring device such as a ball mill, a bead mill, or an attritor can be used.

また、造粒粉の加圧成形には、金型やラバー等に造粒紛を充填し、一軸プレスや冷間静水圧プレスで成形することができる。 Further, in the pressure molding of the granulated powder, a die, a rubber or the like is filled with the granulated powder, and the granulated powder can be molded by a uniaxial press or a cold hydrostatic press.

そして、得られた成型体を、大気中、700℃以上の温度で焼成することにより本発明に係る酸化物焼結体を製造することができる。焼成時における雰囲気は、大気に酸素を添加した雰囲気としてもよい。 Then, the obtained molded body is fired in the air at a temperature of 700 ° C. or higher to produce the oxide sintered body according to the present invention. The atmosphere at the time of firing may be an atmosphere in which oxygen is added to the atmosphere.

得られた酸化物焼結体は、X線回折測定により酸化物焼結体に含まれる結晶相を同定することができる。所望の結晶相が得られるように、焼成温度、焼成時間、焼成雰囲気、降温速度を適宜選択することができる。 In the obtained oxide sintered body, the crystal phase contained in the oxide sintered body can be identified by X-ray diffraction measurement. The firing temperature, firing time, firing atmosphere, and temperature lowering rate can be appropriately selected so that a desired crystal phase can be obtained.

(4)スパッタリングターゲット
得られた酸化物焼結体を加工してスパッタリングターゲットを製造するには、使用するスパッタリングカソードに合致した大きさに酸化物焼結体を裁断し、かつ、裁断された酸化物焼結体のスパッタリング面(エロージョンが形成される面)を砥石で研磨する。そして、研磨された酸化物焼結体を銅等で形成されたバッキングプレートに金属インジウム等を用いてボンディングすることでスパッタリングターゲットを製造することができる。
(4) Sputtering target In order to process the obtained oxide sintered body to produce a sputtering target, the oxide sintered body is cut to a size suitable for the sputtering cathode to be used, and the cut oxidation is performed. The sputtering surface (the surface on which erosion is formed) of the material sintered body is polished with a grindstone. Then, a sputtering target can be manufactured by bonding the polished oxide sintered body to a backing plate made of copper or the like using metallic indium or the like.

以下、本発明の実施例について比較例も挙げて具体的に説明する。 Hereinafter, examples of the present invention will be specifically described with reference to comparative examples.

[実施例1]
(酸化物焼結体の製造)
平均粒径が1μm以下のBi23粉末、平均粒径が1μm以下のV25粉末、および、平均粒径が1μm以下のWO3粉末を原料粉末とし、ビスマスの含有量がビスマス/(バナジウム+タングステン)原子数比で1.05、タングステンの含有量がタングステン/(バナジウム+タングステン)原子数比で0.01[以下、ビスマス/(バナジウム+タングステン)原子数比、および、タングステン/(バナジウム+タングステン)原子数比を「焼結体作製時の仕込組成」と呼ぶ]となる割合で上記Bi23粉末とV25粉末およびWO3粉末を調合し、かつ、樹脂製ポットに入れて湿式ボールミルで混合した。この際、硬質ZrO2ボールを用い、混合時間を18時間とした。
[Example 1]
(Manufacturing of oxide sintered body)
Bi 2 O 3 powder with an average particle size of 1 μm or less, V 2 O 5 powder with an average particle size of 1 μm or less, and WO 3 powder with an average particle size of 1 μm or less are used as raw material powders, and the content of bismuth is bismuth / The (vanadium + tungsten) atomic number ratio is 1.05, and the tungsten content is tungsten / (vanadium + tungsten) atomic number ratio of 0.01 [hereinafter, bismuth / (vanadium + tungsten) atomic number ratio and tungsten / (Vanadium + tungsten) The atomic number ratio is called "preparation composition at the time of producing the sintered body"], and the above Bi 2 O 3 powder, V 2 O 5 powder and WO 3 powder are mixed and made of resin. It was placed in a pot and mixed with a wet ball mill. At this time, a hard ZrO 2 ball was used and the mixing time was set to 18 hours.

次に、混合後スラリーを取り出し、濾過、乾燥、造粒し、得られた造粒粉を冷間静水圧プレスで3ton/cm2の圧力を掛けて成形した。 Next, after mixing, the slurry was taken out, filtered, dried, and granulated, and the obtained granulated powder was molded by applying a pressure of 3 ton / cm 2 with a cold hydrostatic press.

そして、得られた成形体を以下のようにして焼成した。 Then, the obtained molded product was fired as follows.

炉内容積0.1m3当たり5リットル/分の割合で酸素を焼成炉内の大気に導入する雰囲気で、上記成形体を、900℃で3時間焼成して酸化物焼結体を製造した。この際、1℃/分で昇温し、焼成後における冷却の際は酸素の導入を止め、700℃までを10℃/分で降温した。 The above-mentioned molded body was fired at 900 ° C. for 3 hours in an atmosphere in which oxygen was introduced into the atmosphere in the firing furnace at a ratio of 5 liters / minute per 0.1 m 3 of the furnace volume to produce an oxide sintered body. At this time, the temperature was raised at 1 ° C./min, the introduction of oxygen was stopped during cooling after firing, and the temperature was lowered to 700 ° C. at 10 ° C./min.

(酸化物焼結体の分析)
得られた酸化物焼結体の破材を粉砕して以下の分析を実施した。
(Analysis of oxide sintered body)
The broken material of the obtained oxide sintered body was crushed and the following analysis was carried out.

まず、ICP発光分光法にて酸化物焼結体の組成分析を行ったところ、上記仕込組成と同じ組成の酸化物焼結体が得られていることを確認した。 First, when the composition of the oxide sintered body was analyzed by ICP emission spectroscopy, it was confirmed that an oxide sintered body having the same composition as the above-mentioned charged composition was obtained.

また、酸化物焼結体のX線回折(XRD)測定を実施したところ、シーライト型結晶構造の結晶相とオーリビリアス型結晶構造の結晶相に起因する回折ピークのみが観察され、酸化ビスマス結晶相は観察されなかった。 Moreover, when the X-ray diffraction (XRD) measurement of the oxide sintered body was carried out, only the diffraction peaks caused by the crystal phase of the seerite type crystal structure and the crystal phase of the auribilias type crystal structure were observed, and the bismuth oxide crystal phase was observed. Was not observed.

次に、酸化物焼結体の微細組織分析として、エネルギー分散型蛍光X線分析装置(EDX)搭載の走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)、電子線回折による分析を行ったところ、酸化物焼結体を構成している結晶相はBi(V,W)O4結晶相とBi4(V,W)211結晶相であることが分かった。また、微細組織分析においては、酸化物焼結体の三重点や粒界に非晶質である酸化ビスマス相は確認されなかった。 Next, as microstructure analysis of the oxide sintered body, analysis was performed by a scanning electron microscope (SEM) equipped with an energy dispersive fluorescent X-ray analyzer (EDX), a transmission electron microscope (TEM), and electron diffraction. As a result, it was found that the crystal phases constituting the oxide sintered body were the Bi (V, W) O 4 crystal phase and the Bi 4 (V, W) 2 O 11 crystal phase. Moreover, in the microstructure analysis, the triple point of the oxide sintered body and the bismuth oxide phase which is amorphous at the grain boundary were not confirmed.

これ等の結果を以下の表1に示す。 The results of these are shown in Table 1 below.

(スパッタリングターゲットの製造)
次に、得られた酸化物焼結体を、直径152mm、厚み5mmの大きさに裁断し、かつ、裁断された酸化物焼結体のスパッタリング面(エロージョンが形成される面)をカップ砥石で研磨した後、研磨された酸化物焼結体を、無酸素銅製のバッキングプレートに金属インジウムを用いてボンディングした。
(Manufacturing of sputtering target)
Next, the obtained oxide sintered body was cut into a size of 152 mm in diameter and 5 mm in thickness, and the sputtering surface (the surface on which erosion was formed) of the cut oxide sintered body was cut with a cup grindstone. After polishing, the polished oxide sintered body was bonded to a backing plate made of oxygen-free copper using metallic indium.

そして、上記手順により同一組成のスパッタリングターゲットを2枚製造し、以下の「エロージョン部組成」および「堆積膜組成」の各分析用に供した。 Then, two sputtering targets having the same composition were produced by the above procedure and used for each analysis of the following "erosion portion composition" and "sedimentary film composition".

(スパッタリング成膜試験)
2枚のスパッタリングターゲットを用いた成膜試験は以下の手順で個別に実施した。
(Sputtering film formation test)
The film formation test using two sputtering targets was carried out individually according to the following procedure.

まず、直流マグネトロンスパッタリング装置における真空チャンバーの非磁性体ターゲット用カソード(陰極)に上記スパッタリングターゲットを取り付けた。 First, the sputtering target was attached to the cathode for a non-magnetic target in a vacuum chamber in a DC magnetron sputtering apparatus.

また、この直流マグネトロンスパッタリング装置は、ターゲット中心の直上70mm離れた位置に加熱機能付の基板ホルダーが装備されており、この基板ホルダーに厚さ1mmで50mm×50mmの石英ガラス基板を取り付けた。 Further, this DC magnetron sputtering apparatus is equipped with a substrate holder with a heating function at a position 70 mm above the center of the target, and a quartz glass substrate having a thickness of 1 mm and a thickness of 50 mm × 50 mm is attached to the substrate holder.

次いで、真空チャンバーを10×10-4Pa以下まで真空引きしてから、純度99.9999重量%のArガスと、Arガスに対し1%となる割合でO2ガスを導入し、ガス圧が0.5Paとなるようガス流量と真空排気速度を制御した。 Next, the vacuum chamber was evacuated to 10 × 10 -4 Pa or less, and then Ar gas having a purity of 99.9999% by weight and O 2 gas were introduced at a ratio of 1% with respect to Ar gas to increase the gas pressure. The gas flow rate and the vacuum exhaust speed were controlled so as to be 0.5 Pa.

そして、上記石英ガラス基板を600℃まで加熱してから、ターゲットと基板間に直流300Wを投入して直流プラズマを発生させ、石英ガラス基板上に1200nmの堆積膜が得られるまでスパッタリング成膜を実施した。 Then, after heating the quartz glass substrate to 600 ° C., a direct current of 300 W is applied between the target and the substrate to generate a direct current plasma, and a sputtering film formation is carried out until a 1200 nm deposited film is obtained on the quartz glass substrate. bottom.

上記手順により、同一組成のスパッタリングターゲット2枚を用い、ターゲットへの積算投入電力が「0.15kWh」と「10.0kWh」の各時点における石英ガラス基板上の堆積膜組成[上記「堆積膜組成」すなわちBi/(V+W)原子数比、および、W/(V+W)原子数比]と、スパッタリングターゲットにおけるエロージョン部分の焼結体組成(上記「エロージョン部組成」すなわちBi/(V+W)原子数比)をICP発光分光法にて測定した。 According to the above procedure, using two sputtering targets having the same composition, the deposition film composition on the quartz glass substrate at each time point when the integrated input power to the targets is "0.15 kWh" and "10.0 kWh" [the above "deposit film composition" That is, the Bi / (V + W) atom number ratio and the W / (V + W) atom number ratio] and the sintered body composition of the erosion portion in the sputtering target (the above-mentioned "erosion part composition", that is, the Bi / (V + W) atom number ratio). ) Was measured by ICP emission spectroscopy.

これ等の結果を表1に示す。 The results of these are shown in Table 1.

Figure 2021134095
Figure 2021134095

(測定結果)
石英ガラス基板上に成膜された堆積膜の組成は、「0.15kWh」と「10.0kWh」の何れにおいてもBi/(V+W)原子数比が1.0に近かった。そして、スパッタリングターゲットのエロージョン部は、積算投入電力が「10.0kWh」の時点においてもBi/(V+W)原子数比は大きく変化していない。これは、VサイトをWが置換したBi(V,W)O4結晶相とBi4(V,W)211結晶相とで構成された酸化物焼結体によりスパッタリングターゲットを作製したからである。
(Measurement result)
The composition of the deposited film formed on the quartz glass substrate had a Bi / (V + W) atomic number ratio close to 1.0 in both "0.15 kWh" and "10.0 kWh". In the erosion portion of the sputtering target, the Bi / (V + W) atomic number ratio does not change significantly even when the integrated input power is “10.0 kWh”. This is because the sputtering target was prepared from an oxide sintered body composed of a Bi (V, W) O 4 crystal phase in which V sites were replaced by W and a Bi 4 (V, W) 2 O 11 crystal phase. Is.

また、石英ガラス基板上に成膜された堆積膜の結晶構造をX線回折(XRD)測定により分析した結果、積算投入電力が「0.15kWh」と「10.0kWh」の何れにおいてもBi(V0.990.01)O4膜が単相の形で得られていた。このことから、実施例1に係る酸化物焼結体を用いて作製されたスパッタリングターゲットを使用して成膜を行うと、長時間連続して使用しても、化学量論組成に近いBi(V0.990.01)O4膜を安定して製造することが可能となる。 Further, as a result of analyzing the crystal structure of the deposited film formed on the quartz glass substrate by X-ray diffraction (XRD) measurement, Bi (Bi ( V 0.99 W 0.01 ) O 4 film was obtained in the form of a single phase. From this, when the film formation is performed using the sputtering target produced by using the oxide sintered body according to Example 1, Bi (Bi (stoichiometric composition) close to the stoichiometric composition even when continuously used for a long time. V 0.99 W 0.01 ) O 4 film can be stably produced.

[実施例2]
(酸化物焼結体の製造)
Bi/(V+W)原子数比で1.20、W/(V+W)原子数比で0.04となる割合(表1の「焼結体作製時の仕込組成」欄参照)で、Bi23粉末とV25粉末およびWO3粉末を調合した以外は、実施例1と同じ手順で酸化物焼結体を製造した。
[Example 2]
(Manufacturing of oxide sintered body)
At a ratio of Bi / (V + W) atomic number ratio of 1.20 and W / (V + W) atomic number ratio of 0.04 (see "Preparation composition at the time of preparing sintered body" in Table 1), Bi 2 O An oxide sintered body was produced in the same procedure as in Example 1 except that 3 powder, V 2 O 5 powder and WO 3 powder were mixed.

(酸化物焼結体の分析)
得られた実施例2に係る酸化物焼結体の破材を粉砕して実施例1と同様の分析を実施したところ、仕込組成と同じ元素組成の焼結体が得られていることを確認した。
(Analysis of oxide sintered body)
When the obtained fractured material of the oxide sintered body according to Example 2 was crushed and the same analysis as in Example 1 was carried out, it was confirmed that a sintered body having the same elemental composition as the charged composition was obtained. bottom.

また、実施例2に係る酸化物焼結体のX線回折(XRD)測定を実施したところ、上記Bi(V,W)O4結晶相とBi4(V,W)211結晶相に起因する回折ピークのみが観察され、酸化ビスマス結晶相は観察されなかった。 Further, when the X-ray diffraction (XRD) measurement of the oxide sintered body according to Example 2 was carried out, the Bi (V, W) O 4 crystal phase and the Bi 4 (V, W) 2 O 11 crystal phase were obtained. Only the resulting diffraction peak was observed, not the bismuth oxide crystal phase.

更に、酸化物焼結体の微細組織分析を実施したところ、酸化物焼結体の三重点や粒界において非晶質の酸化ビスマス相(粒径は20nm程度)の存在がSEM−EDXによる微細構造観察と局所組成分析から確認された。 Furthermore, when the microstructure analysis of the oxide sintered body was carried out, the presence of an amorphous bismuth oxide phase (particle size of about 20 nm) at the triple points and grain boundaries of the oxide sintered body was finely determined by SEM-EDX. It was confirmed by structural observation and local composition analysis.

(スパッタリング成膜試験)
実施例1と同様、同一組成のスパッタリングターゲット2枚を用い、ターゲットへの積算投入電力が「0.15kWh」と「10.0kWh」の各時点における石英ガラス基板上の堆積膜組成[上記「堆積膜組成」すなわちBi/(V+W)原子数比、および、W/(V+W)原子数比]と、スパッタリングターゲットにおけるエロージョン部分の焼結体組成(上記「エロージョン部組成」すなわちBi/(V+W)原子数比)をICP発光分光法にて測定した。これ等の結果も表1に示す。
(Sputtering film formation test)
Similar to Example 1, two sputtering targets having the same composition were used, and the deposition film composition on the quartz glass substrate at each time point when the integrated input power to the targets was "0.15 kWh" and "10.0 kWh" [the above "deposition""Filmcomposition", that is, Bi / (V + W) atom number ratio and W / (V + W) atom number ratio], and the sintered body composition of the erosion portion in the sputtering target (the above-mentioned "erosion portion composition", that is, Bi / (V + W) atom number. (Number ratio) was measured by ICP emission spectroscopy. These results are also shown in Table 1.

(測定結果)
石英ガラス基板上に成膜された堆積膜の組成は、「0.15kWh」と「10.0kWh」の何れにおいてもBi/(V+W)原子数比が1.0に近かった。
(Measurement result)
The composition of the deposited film formed on the quartz glass substrate had a Bi / (V + W) atomic number ratio close to 1.0 in both "0.15 kWh" and "10.0 kWh".

また、スパッタリングターゲットのエロージョン部は、積算投入電力が「10.0kWh」の時点においてもBi/(V+W)原子数比は大きく変化していない。これは、VサイトをWが置換したBi(V,W)O4結晶相とBi4(V,W)211結晶相とで構成された酸化物焼結体によりスパッタリングターゲットを作製したからである。 Further, in the erosion portion of the sputtering target, the Bi / (V + W) atomic number ratio does not change significantly even when the integrated input power is “10.0 kWh”. This is because the sputtering target was prepared from an oxide sintered body composed of a Bi (V, W) O 4 crystal phase in which V sites were replaced by W and a Bi 4 (V, W) 2 O 11 crystal phase. Is.

また、石英ガラス基板上に成膜された堆積膜の結晶構造をX線回折(XRD)測定により分析した結果、「0.15kWh」と「10.0kWh」の何れにおいてもBi(V,W)O4膜が単相の形で得られていた。 Further, as a result of analyzing the crystal structure of the deposited film formed on the quartz glass substrate by X-ray diffraction (XRD) measurement, Bi (V, W) was obtained in both "0.15 kWh" and "10.0 kWh". O 4 film were obtained in the form of a single phase.

以上のことから、実施例2に係る酸化物焼結体を用いて作製されたスパッタリングターゲットを使用して成膜を行うと、長時間連続して使用しても、化学量論組成に近いBi(V,W)O4膜を安定して製造することが可能となる。 From the above, when a film is formed using the sputtering target produced by using the oxide sintered body according to Example 2, even if it is used continuously for a long time, Bi has a stoichiometric composition. (V, W) O 4 film can be stably produced.

[比較例1]
(酸化物焼結体の製造と分析)
Bi23原料として平均粒径15μmの粉末を用い、ボールミル混合時間を2時間とした以外は、実施例1と同じ手順で酸化物焼結体を製造した。
[Comparative Example 1]
(Manufacturing and analysis of oxide sintered body)
An oxide sintered body was produced by the same procedure as in Example 1 except that a powder having an average particle size of 15 μm was used as a Bi 2 O 3 raw material and the ball mill mixing time was set to 2 hours.

得られた比較例1に係る酸化物焼結体の破材を粉砕して実施例1と同様の分析を実施したところ、仕込組成と同じ元素組成[Bi/(V+W)の原子数比が1.05、W/(V+W)の原子数比が0.01]の焼結体が得られていた。 When the obtained broken material of the oxide sintered body according to Comparative Example 1 was crushed and the same analysis as in Example 1 was carried out, the atomic number ratio of the same element composition [Bi / (V + W) as the charged composition was 1 A sintered body having an atomic number ratio of 0.05 and W / (V + W) of 0.01] was obtained.

しかし、X線回折(XRD)測定によると、Bi(V,W)O4結晶相の他にBi23結晶相に起因する回折ピークが観察されており、Bi(V,W)O4結晶相とBi23結晶相で構成されている酸化物焼結体であることが分かった。同様のSEM−EDXによる微細組織分析も実施したが、Bi(V,W)O4結晶相の粒子の他に約1μmのBi23結晶の粒子で構成されていることが確認できた。 However, according to X-ray diffraction (XRD) measurement, Bi (V, W) O 4 in addition to have the diffraction peaks attributed to Bi 2 O 3 crystalline phase is observed in the crystalline phase, Bi (V, W) O 4 It was found that the oxide sintered body was composed of a crystal phase and a Bi 2 O 3 crystal phase. A similar microstructure analysis by SEM-EDX was also performed, and it was confirmed that the particles were composed of Bi (V, W) O 4 crystal phase particles and about 1 μm Bi 2 O 3 crystal particles.

(スパッタリング成膜試験)
この酸化物焼結体から実施例1と同様の手順でスパッタリングターゲットを作製し、かつ、実施例1と同様の手順、条件で石英ガラス基板上に堆積膜を成膜したところ、「0.15kWh」の時点ではBi(V,W)O4膜が単相の形で得られていたが、「10.0kWh」の時点においてはV25膜が第二相として形成され、Bi(V,W)O4の単相膜は得られなかった。尚、「0.15kWh」と「10.0kWh」における堆積膜とエロージョン部分の組成分析結果について表1に示す。
(Sputtering film formation test)
When a sputtering target was prepared from this oxide sintered body by the same procedure as in Example 1 and a deposited film was formed on a quartz glass substrate under the same procedure and conditions as in Example 1, "0.15 kWh" was formed. At the time of "10.0 kWh", the Bi (V, W) O 4 film was obtained in the form of a single phase, but at the time of "10.0 kWh", the V 2 O 5 film was formed as the second phase, and the Bi (V) O 5 film was formed. , W) No single-phase film of O 4 was obtained. Table 1 shows the composition analysis results of the sedimentary film and the erosion portion at "0.15 kWh" and "10.0 kWh".

「0.15kWh」においてはBi過剰の状態は維持されていたが、積算投入電力を増していくとエロージョン部のBi量の減少が激しく、「10.0kWh」においては、過剰Biの組成ではなかった。 At "0.15 kWh", the state of excess Bi was maintained, but as the integrated input power was increased, the amount of Bi in the erosion portion decreased sharply, and at "10.0 kWh", the composition of excess Bi was not obtained. rice field.

このことから、過剰のBiを基板に供給することができず、Bi(V,W)O4膜が単相の形で安定して形成されずにV25膜の第二相が形成されたと推測される。 For this reason, excess Bi cannot be supplied to the substrate, and the Bi (V, W) O 4 film is not stably formed in the form of a single phase, and the second phase of the V 2 O 5 film is formed. It is presumed that it was done.

ターゲットにBi23相が存在した場合、真空中においてプラズマにより加熱されるとBi23結晶相は蒸発して消失され易く、エロージョン部はBi(V,W)O4結晶相のみに変化したと推測される。 If Bi 2 O 3 phase in the target was present, when it is heated by the plasma in a vacuum Bi 2 O 3 crystalline phase is likely to be lost by evaporation, erosion unit Bi (V, W) O 4 crystalline phase only It is presumed that it has changed.

このような酸化物焼結体から、量産製造にて連続して使用できるスパッタリングターゲットを製造することができない。 From such an oxide sintered body, it is not possible to manufacture a sputtering target that can be continuously used in mass production.

本発明に係るスパッタリングターゲットによれば、ビスマス原子が欠損されない化学量論組成のBi(V,W)O4膜を連続して製造できる。このため、光触媒に用いられるBi(V,W)O4膜の製造に利用される産業上の利用可能性を有している。 According to the sputtering target according to the present invention, a Bi (V, W) O 4 film having a stoichiometric composition in which bismuth atoms are not deleted can be continuously produced. Therefore, it has industrial applicability used in the production of Bi (V, W) O 4 films used for photocatalysts.

Claims (5)

ビスマス、バナジウム、タングステン、酸素を含有し、かつ、ビスマスの含有量がビスマス/(バナジウム+タングステン)原子数比で1.05〜1.30、タングステンの含有量がタングステン/(バナジウム+タングステン)原子数比で0.01〜0.05であると共に、シーライト型結晶構造の結晶相とオーリビリアス型結晶構造の結晶相が含まれることを特徴とする酸化物焼結体。 It contains bismuth, vanadium, tungsten, and oxygen, and the content of bismuth is 1.05-1.30 in the ratio of bismuth / (vanadium + tungsten) atoms, and the content of tungsten is tungsten / (vanadium + tungsten) atoms. An oxide sintered body having a numerical ratio of 0.01 to 0.05 and containing a crystal phase having a sealite type crystal structure and a crystal phase having an auribilias type crystal structure. 酸化ビスマス相が含まれないか、酸化ビスマス相が含まれてもその粒径が1μm未満であることを特徴とする請求項1に記載の酸化物焼結体。 The oxide sintered body according to claim 1, wherein the bismuth oxide phase is not contained, or even if the bismuth oxide phase is contained, the particle size is less than 1 μm. 酸化タングステン相が含まれないか、酸化タングステン相が含まれてもその粒径が1μm未満であることを特徴とする請求項1または2に記載の酸化物焼結体。 The oxide sintered body according to claim 1 or 2, wherein the tungsten oxide phase is not contained, or the particle size is less than 1 μm even if the tungsten oxide phase is contained. ビスマス原料粉末とバナジウム原料粉末およびタングステン原料粉末を混合、粉砕し、造粒すると共に、得られた造粒粉を加圧成形し、かつ、得られた成形体を焼成して請求項1〜3のいずれかに記載の酸化物焼結体を製造する方法において、
上記ビスマス原料粉末とバナジウム原料粉末およびタングステン原料粉末の平均粒径が1μm以下であることを特徴とする酸化物焼結体の製造方法。
The bismuth raw material powder, the vanadium raw material powder, and the tungsten raw material powder are mixed, crushed, and granulated, the obtained granulated powder is pressure-molded, and the obtained molded body is fired to claim 1-3. In the method for producing the oxide sintered body according to any one of the above.
A method for producing an oxide sintered body, wherein the average particle size of the bismuth raw material powder, the vanadium raw material powder, and the tungsten raw material powder is 1 μm or less.
請求項1〜3のいずれかに記載の酸化物焼結体を加工して得られることを特徴とするスパッタリングターゲット。 A sputtering target obtained by processing the oxide sintered body according to any one of claims 1 to 3.
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