JP2022028300A - Sputtering target - Google Patents

Sputtering target Download PDF

Info

Publication number
JP2022028300A
JP2022028300A JP2020131618A JP2020131618A JP2022028300A JP 2022028300 A JP2022028300 A JP 2022028300A JP 2020131618 A JP2020131618 A JP 2020131618A JP 2020131618 A JP2020131618 A JP 2020131618A JP 2022028300 A JP2022028300 A JP 2022028300A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sputtering target
less
mass
present
aluminum oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2020131618A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
大亮 金子
Daisuke Kaneko
健志 大友
Kenji Otomo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
Priority to JP2020131618A priority Critical patent/JP2022028300A/en
Publication of JP2022028300A publication Critical patent/JP2022028300A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

To provide a sputtering target that can stably deposit an oxide film containing Al and Si.SOLUTION: A sputtering target has a structure having an Si content of 70 mass% or more and 99 mass% or less and an Al content of 0.5 mass% or more and 16 mass% or less with the balance being O and unavoidable impurities, in which the Al is included in the form of oxides, and an aluminum oxide phase is dispersed in the base phase of the metal Si phase, and the average particle size of the aluminum oxide phase is set to 20 μm or less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、AlおよびSiを含む酸化物膜を成膜する際に使用されるスパッタリングターゲットに関するものである。 The present invention relates to a sputtering target used when forming an oxide film containing Al and Si.

AlおよびSiを含む酸化物膜は、例えば、屈折率を調整する光学機能膜および透明水蒸気バリア膜として使用される。
ここで、上述のAlおよびSiを含む酸化物膜は、スパッタリングターゲットを用いたスパッタ法で成膜される。例えば、特許文献1には、SiおよびAlの元素もしくはSi-Al合金と、金属酸化物を含むスパッタリングターゲットが提案されている。
The oxide film containing Al and Si is used, for example, as an optical functional film for adjusting the refractive index and a transparent water vapor barrier film.
Here, the above-mentioned oxide film containing Al and Si is formed by a sputtering method using a sputtering target. For example, Patent Document 1 proposes a sputtering target containing Si and Al elements or Si—Al alloys and a metal oxide.

特表2016-539246号公報Special Table 2016-599246 Gazette

ところで、AlおよびSiを含む酸化物膜を成膜する際に、Si-Al合金からなるスパッタリングターゲットを用いた場合には、スパッタリングターゲットのスパッタ面に金属Al相が存在することになる。ここで、金属Al相は、金属Si相よりもスパッタ率が高いため、スパッタ時にAlが優先的に消費され、スパッタが進行すると、スパッタリングターゲットのスパッタ面に凹凸が生じることになる。このため、スパッタ時に電荷集中が生じ、異常放電が発生しやすくなり、安定して成膜できなくなるおそれがあった。 By the way, when a sputtering target made of a Si—Al alloy is used when forming an oxide film containing Al and Si, a metallic Al phase is present on the sputtered surface of the sputtering target. Here, since the metallic Al phase has a higher sputtering rate than the metallic Si phase, Al is preferentially consumed during sputtering, and as the sputtering progresses, unevenness is generated on the sputtering surface of the sputtering target. For this reason, charge concentration occurs during sputtering, abnormal discharge is likely to occur, and there is a risk that stable film formation cannot be performed.

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、AlおよびSiを含む酸化物膜を安定して成膜することが可能な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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a sputtering target capable of stably forming an oxide film containing Al and Si.

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、Siの含有量が70mass%以上99mass%以下の範囲内、Alの含有量が0.5mass%以上16mass%以下の範囲内、残部がOおよび不可避不純物とされており、Alは酸化物として存在し、金属Si相の母相中に酸化アルミニウム相が分散した組織とされており、前記酸化アルミニウム相の平均粒子径が20μm以下とされていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the sputtering target of the present invention has a Si content in the range of 70 mass% or more and 99 mass% or less, an Al content in the range of 0.5 mass% or more and 16 mass% or less, and the balance is O. Al exists as an oxide and has a structure in which the aluminum oxide phase is dispersed in the matrix phase of the metallic Si phase, and the average particle size of the aluminum oxide phase is 20 μm or less. It is characterized by being.

この構成のスパッタリングターゲットによれば、Alの含有量が0.5mass%以上とされているので、屈折率の高い酸化物膜を成膜することが可能となる。また、Alの含有量が16mass%以下とされているので、スパッタ時に酸化アルミニウムを起因とした異常放電の発生を抑制することができる。
そして、Alは酸化物として存在しているので、スパッタ時にAlが優先して消費されることがなく、スパッタが進行してもスパッタリングターゲットのスパッタ面に凹凸が生じにくく、異常放電の発生を抑制できる。
さらに、前記酸化アルミニウム相の平均粒子径が20μm以下とされているので、酸化アルミニウム相を起因とした異常放電の発生を抑制することが可能となる。
以上のことから、本発明のスパッタリングターゲットにおいては、AlおよびSiを含む酸化物膜を安定してスパッタ成膜することが可能となる。
According to the sputtering target having this configuration, since the Al content is 0.5 mass% or more, it is possible to form an oxide film having a high refractive index. Further, since the Al content is 16 mass% or less, it is possible to suppress the occurrence of abnormal discharge due to aluminum oxide during sputtering.
Since Al exists as an oxide, Al is not preferentially consumed during sputtering, and even if sputtering progresses, unevenness is unlikely to occur on the sputtered surface of the sputtering target, and the occurrence of abnormal discharge is suppressed. can.
Further, since the average particle size of the aluminum oxide phase is 20 μm or less, it is possible to suppress the occurrence of abnormal discharge caused by the aluminum oxide phase.
From the above, in the sputtering target of the present invention, an oxide film containing Al and Si can be stably sputtered and formed.

ここで、本発明のスパッタリングターゲットにおいては、前記酸化アルミニウム相の最大粒子径が60μm以下であることが好ましい。
この場合、酸化アルミニウム相を起因とした異常放電の発生をさらに抑制することが可能となる。
Here, in the sputtering target of the present invention, it is preferable that the maximum particle size of the aluminum oxide phase is 60 μm or less.
In this case, it is possible to further suppress the occurrence of abnormal discharge due to the aluminum oxide phase.

また、本発明の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%以上であるので、スパッタ成膜時にパーティクルが発生することが抑制され、さらに安定してスパッタ成膜を行うことができる。
Further, in the sputtering target of the present invention, the density ratio is preferably 95% or more.
In this case, since the density ratio is 95% or more, it is possible to suppress the generation of particles during sputtering film formation, and it is possible to perform sputtering film formation more stably.

さらに、本発明のスパッタリングターゲットにおいては、比抵抗が1.0Ω・cm以下とされていることが好ましい。
この場合、比抵抗が十分に低く導電性が確保されているので、さらに安定してスパッタ成膜することが可能となる。
Further, in the sputtering target of the present invention, it is preferable that the specific resistance is 1.0 Ω · cm or less.
In this case, since the specific resistance is sufficiently low and the conductivity is ensured, it becomes possible to form a sputtered film more stably.

本発明によれば、AlおよびSiを含む酸化物膜を安定して成膜することが可能なスパッタリングターゲットを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a sputtering target capable of stably forming an oxide film containing Al and Si.

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XRD分析結果を示す図である。It is a figure which shows the XRD analysis result of the sputtering target which concerns on one Embodiment of this invention. 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組織写真である。It is a microstructure photograph of a sputtering target which concerns on one Embodiment of this invention. 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元素マッピング図である。It is an element mapping diagram of the sputtering target which concerns on one Embodiment of this invention. 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 flow figure which shows the manufacturing method of the sputtering target which concerns on one Embodiment of this invention.

以下に、本発明の実施形態であるスパッタリングターゲットについて、添付した図面を参照して説明する。 Hereinafter, the sputtering target according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings.

本実施形態に係るスパッタリングターゲットは、屈折率を調整する光学機能膜、あるいは、透明水蒸気バリア膜として使用されるAlおよびSiを含む酸化物膜を成膜する際に使用されるものである。 The sputtering target according to the present embodiment is used when forming an optical functional film for adjusting the refractive index or an oxide film containing Al and Si used as a transparent water vapor barrier film.

本実施形態であるスパッタリングターゲットは、Siの含有量が70mass%以上99mass%以下の範囲内、Alの含有量が0.5mass%以上16mass%以下の範囲内、残部がOおよび不可避不純物とした組成とされている。
Alは酸化物として存在しており、図2に示すように、金属Si相11の母相中に粒状の酸化アルミニウム相12が分散した組織とされている。
そして、酸化アルミニウム相12の平均粒子径が20μm以下とされている。
The sputtering target of the present embodiment has a composition in which the Si content is in the range of 70 mass% or more and 99 mass% or less, the Al content is in the range of 0.5 mass% or more and 16 mass% or less, and the balance is O and unavoidable impurities. It is said that.
Al exists as an oxide, and as shown in FIG. 2, it has a structure in which granular aluminum oxide phase 12 is dispersed in the matrix phase of the metal Si phase 11.
The average particle size of the aluminum oxide phase 12 is 20 μm or less.

ここで、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、図1に示すように、XRD分析の結果、金属Siのピークと、酸化アルミニウム(Al)のピークとが存在しており、金属Al、Si-Al合金のピークは確認されていない。すなわち、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、Alは酸化物として存在しており、金属AlまたはSi-Al合金として存在していない。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、Siは金属として存在しており、Si-Al合金及び酸化物として存在していない。 Here, in the sputtering target of the present embodiment, as shown in FIG. 1, as a result of XRD analysis, a peak of metallic Si and a peak of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) are present, and the metallic Al is present. , The peak of Si—Al alloy has not been confirmed. That is, in the sputtering target of the present embodiment, Al exists as an oxide and does not exist as a metallic Al or a Si—Al alloy. Further, in the sputtering target of the present embodiment, Si exists as a metal and does not exist as a Si—Al alloy or an oxide.

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、図2および図3に示すように、組織観察およびEPMA分析の結果、金属Si相11の母相中に粒状の酸化アルミニウム相12が島状に分散した組織とされていることが確認される。
なお、EPMAによる元素分布像は、本来カラー像であるが、図3の写真では、白黒像に変換して示しているため、その写真中において、白いほど、当該元素の濃度が高いことを表している。具体的には、Alに関する分布像では、Al元素が白く粒状に分布し、Siに関する分布像では、Al元素が存在する部分を除いてSi元素が全体的に存在し、Oに関する分布像では、Al元素が存在する部分にO元素が存在していることが観察される。
Further, in the sputtering target of the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, as a result of microstructure observation and EPMA analysis, granular aluminum oxide phase 12 is dispersed in an island shape in the matrix phase of the metal Si phase 11. It is confirmed that the organization has been established.
The element distribution image by EPMA is originally a color image, but in the photograph of FIG. 3, it is converted into a black-and-white image and shown. Therefore, in the photograph, the whiter the element, the higher the concentration of the element. ing. Specifically, in the distribution image relating to Al, the Al element is distributed in white and granular form, in the distribution image relating to Si, the Si element is present as a whole except for the portion where the Al element is present, and in the distribution image relating to O, the Si element is present as a whole. It is observed that the O element is present in the portion where the Al element is present.

ここで、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、酸化アルミニウム相12の最大粒子径が60μm以下であることが好ましい。
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、密度比が95%以上であることが好ましく、密度比が98%以上であることがより好ましい。
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、比抵抗が1.0Ω・cm以下とされていることが好ましい。
Here, in the sputtering target of the present embodiment, the maximum particle size of the aluminum oxide phase 12 is preferably 60 μm or less.
Further, in the sputtering target of the present embodiment, the density ratio is preferably 95% or more, and more preferably 98% or more.
Further, in the sputtering target of the present embodiment, it is preferable that the specific resistance is 1.0 Ω · cm or less.

以下に、本実施形態であるスパッタリングターゲットにおいて、組成、組織、酸化アルミニウム相12の平均粒子径、酸化アルミニウム相12の最大粒子径、密度比、比抵抗を、上述のように規定した理由について説明する。 Hereinafter, in the sputtering target of the present embodiment, the reason why the composition, the structure, the average particle size of the aluminum oxide phase 12, the maximum particle size of the aluminum oxide phase 12, the density ratio, and the specific resistance are defined as described above will be described. do.

(組成)
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、AlおよびSiを含む酸化物膜を成膜するものであり、上述のように、SiとAlと酸素(O)を含む組成とされている。
ここで、Alの含有量が0.5mass%未満の場合には、成膜したAlおよびSiを含む酸化物膜の屈折率が低くなってしまうおそれがある。一方、Alの含有量が16mass%を超えると、スパッタ時に異常放電が発生してしまうおそれがある。
このため、本実施形態では、Alの含有量を0.5mass%以上16mass%以下の範囲内に設定している。
なお、成膜したAlおよびSiを含む酸化物膜の屈折率をさらに高くするためには、Alの含有量の下限は2mass%以上であることが好ましく、3mass%以上であることがより好ましい。一方、スパッタ時の異常放電の発生をさらに抑制するためには、Alの含有量の上限は10mass%以下であることが好ましく、5mass%以下であることがより好ましい。
(composition)
In the sputtering target of the present embodiment, an oxide film containing Al and Si is formed, and as described above, the composition contains Si, Al, and oxygen (O).
Here, if the Al content is less than 0.5 mass%, the refractive index of the formed oxide film containing Al and Si may be lowered. On the other hand, if the Al content exceeds 16 mass%, abnormal discharge may occur during sputtering.
Therefore, in the present embodiment, the Al content is set within the range of 0.5 mass% or more and 16 mass% or less.
In order to further increase the refractive index of the formed oxide film containing Al and Si, the lower limit of the Al content is preferably 2 mass% or more, and more preferably 3 mass% or more. On the other hand, in order to further suppress the occurrence of abnormal discharge during sputtering, the upper limit of the Al content is preferably 10 mass% or less, and more preferably 5 mass% or less.

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、Alは酸化物として存在し、図2および図3に示すように、金属Si相11の母相中に粒状の酸化アルミニウム相12が分散した組織とされている。
ここで、Alが酸化物として存在し、金属Al、固溶体、Si-Al合金として存在していないため、スパッタ時にAlが優先的に消費されることが抑制され、スパッタが進行した場合であっても、スパッタ面に凹凸が生じにくく、異常放電の発生を抑制することが可能となる。
また、金属Si相11の母相中に粒状の酸化アルミニウム相12が分散した組織とされることにより、比抵抗を低く抑えることができ、スパッタ時における異常放電の発生を抑制することが可能となる。
In the sputtering target of the present embodiment, Al exists as an oxide, and as shown in FIGS. 2 and 3, the structure is such that granular aluminum oxide phase 12 is dispersed in the matrix phase of the metal Si phase 11. There is.
Here, since Al exists as an oxide and does not exist as a metal Al, a solid solution, or a Si—Al alloy, preferential consumption of Al during sputtering is suppressed, and the sputtering proceeds. However, unevenness is less likely to occur on the spattered surface, and it is possible to suppress the occurrence of abnormal discharge.
Further, by forming the structure in which the granular aluminum oxide phase 12 is dispersed in the matrix phase of the metal Si phase 11, the specific resistance can be suppressed low, and the occurrence of abnormal discharge during sputtering can be suppressed. Become.

(酸化アルミニウム相の平均粒子径)
本実施形態であるスパッタリングターゲットにおいて、酸化アルミニウム相12の平均粒子径が20μmを超える場合には、スパッタ時に、酸化アルミニウム相12を起因として異常放電が発生しやすくなるおそれがある。
このため、本実施形態では、酸化アルミニウム相12の平均粒子径を20μm以下に設定している。
なお、異常放電の発生をさらに抑制するためには、酸化アルミニウム相12の平均粒子径の上限は18μm以下であることが好ましく、15μm以下であることがより好ましい。
なお、平均粒子径は小さければ小さい方が好ましく、下限は限定されないが、例えば0.001μm以上であってもよいし、0.01μm以上であってもよいし、0.1μm以上であってもよい。
(Average particle size of aluminum oxide phase)
In the sputtering target of the present embodiment, when the average particle size of the aluminum oxide phase 12 exceeds 20 μm, abnormal discharge may easily occur due to the aluminum oxide phase 12 during sputtering.
Therefore, in the present embodiment, the average particle size of the aluminum oxide phase 12 is set to 20 μm or less.
In order to further suppress the occurrence of abnormal discharge, the upper limit of the average particle size of the aluminum oxide phase 12 is preferably 18 μm or less, and more preferably 15 μm or less.
The smaller the average particle size, the better, and the lower limit is not limited, but for example, it may be 0.001 μm or more, 0.01 μm or more, or 0.1 μm or more. good.

(酸化アルミニウム相の最大粒子径)
本実施形態であるスパッタリングターゲットにおいて、酸化アルミニウム相12の最大粒子径が60μm以下である場合には、スパッタ時に、酸化アルミニウム相12を起因とした異常放電の発生をさらに抑制することが可能となる。
このため、本実施形態においては、酸化アルミニウム相12の最大粒子径を60μm以下とすることが好ましい。
なお、異常放電の発生をさらに抑制するためには、酸化アルミニウム相12の最大粒子径の上限は50μm以下であることがより好ましく、40μm以下であることがさらに好ましい。
なお、最大粒子径は小さければ小さい方が好ましく、下限は限定されないが、例えば0.001μm以上であってもよいし、0.01μm以上であってもよいし、0.1μm以上であってもよい。
(Maximum particle size of aluminum oxide phase)
In the sputtering target of the present embodiment, when the maximum particle size of the aluminum oxide phase 12 is 60 μm or less, it is possible to further suppress the generation of abnormal discharge due to the aluminum oxide phase 12 during sputtering. ..
Therefore, in the present embodiment, the maximum particle size of the aluminum oxide phase 12 is preferably 60 μm or less.
In order to further suppress the occurrence of abnormal discharge, the upper limit of the maximum particle size of the aluminum oxide phase 12 is more preferably 50 μm or less, and further preferably 40 μm or less.
The maximum particle size is preferably as small as possible, and the lower limit is not limited, but for example, it may be 0.001 μm or more, 0.01 μm or more, or 0.1 μm or more. good.

(密度比)
本実施形態であるスパッタリングターゲットにおいて、密度比が95%以上である場合には、空孔が少なく、スパッタ成膜時におけるパーティクルの発生を抑制することが可能となる。
このため、本実施形態においては、密度比を95%以上とすることが好ましい。
なお、スパッタ成膜時におけるパーティクルの発生をさらに抑制するためには、密度比は96%以上であることがより好ましく、97%以上であることがさらに好ましい。また、密度比の上限は特に制限されないが、通常の製法で製造可能な上限として、例えば100%である。
(Density ratio)
In the sputtering target of the present embodiment, when the density ratio is 95% or more, there are few pores, and it is possible to suppress the generation of particles during sputtering film formation.
Therefore, in this embodiment, the density ratio is preferably 95% or more.
In order to further suppress the generation of particles during sputter film formation, the density ratio is more preferably 96% or more, further preferably 97% or more. The upper limit of the density ratio is not particularly limited, but is, for example, 100% as the upper limit that can be manufactured by a normal manufacturing method.

(比抵抗)
本実施形態であるスパッタリングターゲットにおいて、比抵抗が1.0Ω・cm以下とした場合には、導電性が確保され、安定してスパッタ成膜することが可能となる。
このため、本実施形態においては、比抵抗を1.0Ω・cm以下とすることが好ましい。
なお、さらに安定してスパッタ成膜するためには、比抵抗の上限は0.8Ω・cm以下であることがより好ましく、0.5Ω・cm以下であることがさらに好ましい。
なお、比抵抗は低ければ低い方が好ましく、下限は限定されないが、例えば0.001Ω・cmであってもよい。
(Specific resistance)
In the sputtering target of the present embodiment, when the specific resistance is 1.0 Ω · cm or less, the conductivity is ensured and the sputtering film can be stably formed.
Therefore, in this embodiment, it is preferable that the specific resistance is 1.0 Ω · cm or less.
In order to form a more stable sputtering film formation, the upper limit of the specific resistance is more preferably 0.8 Ω · cm or less, and further preferably 0.5 Ω · cm or less.
The lower the specific resistance, the better, and the lower limit is not limited, but it may be, for example, 0.001 Ω · cm.

次に、本実施形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法について、図4を参照して説明する。 Next, a method for manufacturing a sputtering target according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

(粉末混合工程S01)
本実施形態においては、まず、図4に示すように、金属Si粉と酸化アルミニウム粉とを、所定の組成比となるように秤量して混合し、焼結原料粉を得る。
ここで、混合方法に特に制限はないが、本実施形態ではボールミル装置を用いている。
また、金属Si粉の純度は99.9mass%以上、平均粒径は0.1μm以上20μm以下の範囲内であることが好ましい。酸化アルミニウム粉の純度は99.9mass%以上、平均粒径は0.1μm以上1.0μm以下の範囲内であることが好ましい。
(Powder mixing step S01)
In the present embodiment, first, as shown in FIG. 4, the metallic Si powder and the aluminum oxide powder are weighed and mixed so as to have a predetermined composition ratio to obtain a sintered raw material powder.
Here, the mixing method is not particularly limited, but in the present embodiment, a ball mill device is used.
Further, it is preferable that the purity of the metallic Si powder is 99.9 mass% or more and the average particle size is in the range of 0.1 μm or more and 20 μm or less. The purity of the aluminum oxide powder is preferably 99.9 mass% or more, and the average particle size is preferably in the range of 0.1 μm or more and 1.0 μm or less.

(焼結工程S02)
次に、上述の焼結原料粉末を、加圧しながら加熱することで焼結し、焼結体を得る。本実施形態では、真空中にてホットプレス装置を用いて、焼結を実施した。
この焼結工程S02における焼結温度は1100℃以上1500℃以下の範囲内にし、焼結温度での保持時間は4時間以上10時間以下の範囲内にし、加圧圧力は20MPa以上50MPa以下の範囲内とした。
(Sintering step S02)
Next, the above-mentioned sintered raw material powder is sintered by heating while pressurizing to obtain a sintered body. In this embodiment, sintering was carried out in vacuum using a hot press device.
The sintering temperature in the sintering step S02 is in the range of 1100 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower, the holding time at the sintering temperature is in the range of 4 hours or more and 10 hours or less, and the pressurizing pressure is in the range of 20 MPa or more and 50 MPa or less. It was inside.

(機械加工工程S03)
次に、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。これにより、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。
(Machining process S03)
Next, the obtained sintered body is machined to have a predetermined size. As a result, the sputtering target according to the present embodiment is manufactured.

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よれば、Siの含有量が70mass%以上99mass%以下の範囲内とされ、Alの含有量が0.5mass%以上16mass%以下の範囲内とされ、残部がOおよび不可避不純物とされているので、屈折率の高い酸化物膜を成膜することが可能となるとともに、スパッタ時に酸化アルミニウムを起因とした異常放電の発生を抑制することができる。 According to the sputtering target of the present embodiment having the above configuration, the Si content is within the range of 70 mass% or more and 99 mass% or less, and the Al content is 0.5 mass% or more and 16 mass% or less. Since it is within the range and the balance is O and unavoidable impurities, it is possible to form an oxide film with a high refractive index and suppress the occurrence of abnormal discharge due to aluminum oxide during sputtering. be able to.

また、図1に示すように、Alは酸化物として存在しており、金属AlまたはSi-Al合金として存在していないことから、スパッタ時にAlが優先して消費されることがなく、スパッタが進行しても、スパッタリングターゲットのスパッタ面に凹凸が生じにくく、異常放電の発生を抑制できる。
さらに、酸化アルミニウム相12の平均粒子径が20μm以下とされているので、酸化アルミニウム相12を起因とした異常放電の発生を抑制することが可能となる。
Further, as shown in FIG. 1, since Al exists as an oxide and does not exist as a metallic Al or a Si—Al alloy, Al is not preferentially consumed during sputtering, and sputtering occurs. Even if it progresses, unevenness is less likely to occur on the sputtered surface of the sputtering target, and the occurrence of abnormal discharge can be suppressed.
Further, since the average particle size of the aluminum oxide phase 12 is 20 μm or less, it is possible to suppress the occurrence of abnormal discharge caused by the aluminum oxide phase 12.

本実施形態のスパッタリングターゲットにおいて、酸化アルミニウム相12の最大粒子径が60μm以下である場合には、酸化アルミニウム相12を起因とした異常放電の発生をさらに抑制することが可能となる。 In the sputtering target of the present embodiment, when the maximum particle size of the aluminum oxide phase 12 is 60 μm or less, it is possible to further suppress the generation of abnormal discharge caused by the aluminum oxide phase 12.

また、本実施形態のスパッタリングターゲットにおいて、密度比が95%以上である場合には、スパッタ成膜時にパーティクルが発生することが抑制され、さらに安定してスパッタ成膜を行うことができる。 Further, in the sputtering target of the present embodiment, when the density ratio is 95% or more, the generation of particles during the sputtering film formation is suppressed, and the sputtering film formation can be performed more stably.

さらに、本実施形態のスパッタリングターゲットにおいて、比抵抗が1.0Ω・cm以下とされている場合には、比抵抗が十分に低く導電性が確保されており、さらに安定してスパッタ成膜することが可能となる。 Further, in the sputtering target of the present embodiment, when the specific resistance is 1.0 Ω · cm or less, the specific resistance is sufficiently low and the conductivity is ensured, and the sputtering film formation is more stable. Is possible.

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。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the technical idea of the invention.

以下に、本発明に係るスパッタリングターゲットの作用効果について評価した評価試験の結果を説明する。 The results of the evaluation test for evaluating the action and effect of the sputtering target according to the present invention will be described below.

表1に示すターゲット組成比になるように、金属Si粉および酸化アルミニウム粉(Al粉)を秤量し、これを2Lポットに570g充填し、φ5mmのボールを1.7kg投入した後、ボールミル装置にて85rpmで5時間混合し、焼結原料粉末を得た。
ここで、金属Si粉として、市販の純度99.99mass%で平均粒径3.6μmのものを、酸化アルミニウム粉(Al粉)として、市販の純度99.99mass%で表1に示す平均粒径のものを用いた。
Metal Si powder and aluminum oxide powder (Al 2 O 3 powder) are weighed so as to have the target composition ratio shown in Table 1, 570 g of this is filled in a 2 L pot, 1.7 kg of a φ5 mm ball is charged, and then 1.7 kg is charged. The mixture was mixed with a ball mill device at 85 rpm for 5 hours to obtain a sintered raw material powder.
Here, a commercially available metal Si powder having a purity of 99.99 mass% and an average particle size of 3.6 μm is shown in Table 1 as an aluminum oxide powder ( Al2O3 powder) having a commercially available purity of 99.99 mass%. The one having an average particle size was used.

なお、酸化アルミニウム粉(Al粉)の平均粒径は、以下のように測定した。
ヘキサメタリン酸ナトリウム濃度0.2vol%の水溶液を100mL調製し、この水溶液に各原料粉末を10mg加え、レーザー回折散乱法(測定装置:日機装株式会社製、Microtrac MT3000)を用いて、粒子径分布(体積基準)を測定した。
得られた粒子径分布(体積基準)から、酸化アルミニウム粉(Al粉)の平均粒径を求めた。
The average particle size of the aluminum oxide powder (Al 2 O 3 powder) was measured as follows.
Prepare 100 mL of an aqueous solution having a sodium hexametaphosphate concentration of 0.2 vol%, add 10 mg of each raw material powder to this aqueous solution, and use a laser diffraction / scattering method (measuring device: Microtrac MT3000 manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) to distribute the particle size (volume). Reference) was measured.
From the obtained particle size distribution (volume basis), the average particle size of the aluminum oxide powder (Al 2 O 3 powder) was determined.

上述の焼結原料粉末を用いて、ホットプレスによって焼結を行い、焼結体を得た。
焼結原料粉末をカーボン製のホットプレスの型(φ135mm×210mm)に充填し、焼結温度1380℃、加圧荷重35MPaで8時間、真空中にてホットプレスを行い、焼結体を作製した。
比較例6では、表1に示すターゲット組成で溶解鋳造を行い、Al-Si合金インゴットを作製した。
Using the above-mentioned sintered raw material powder, sintering was performed by hot pressing to obtain a sintered body.
The sintered raw material powder was filled in a carbon hot press mold (φ135 mm × 210 mm) and hot pressed in vacuum at a sintering temperature of 1380 ° C. and a pressurized load of 35 MPa for 8 hours to prepare a sintered body. ..
In Comparative Example 6, melt casting was performed with the target composition shown in Table 1 to prepare an Al—Si alloy ingot.

これらの焼結体およびAl-Si合金インゴットを、126mm×178mm×6mmに機械加工した後に、Cu製のバッキングプレートにInはんだにて張り付けてスパッタリングターゲットを作製した。 These sintered bodies and Al—Si alloy ingots were machined to 126 mm × 178 mm × 6 mm, and then attached to a backing plate made of Cu with In solder to prepare a sputtering target.

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。 As described above, the obtained sputtering target was evaluated for the following items.

(スパッタリングターゲットの組成)
得られたスパッタリングターゲットのスパッタ面の表面から観察試料を採取し、ICP-OES装置によって、組成分析を行った。評価結果を表1に示す。
(Composition of sputtering target)
An observation sample was collected from the surface of the sputtered surface of the obtained sputtering target, and the composition was analyzed by an ICP-OES apparatus. The evaluation results are shown in Table 1.

(スパッタリングターゲットの構成相)
得られたスパッタリングターゲットから観察試料を採取し、XRD装置によって構成相解析を行った。その結果、本発明例1-7、比較例1-5においては、金属SiとAlのピークが確認され、Alが酸化物として存在していることが確認された。比較例6では、金属Siと金属Alのピークが確認された。
(Constituent phase of sputtering target)
An observation sample was taken from the obtained sputtering target, and a constituent phase analysis was performed by an XRD apparatus. As a result, in Example 1-7 of the present invention and Comparative Example 1-5, peaks of the metal Si and Al 2 O 3 were confirmed, and it was confirmed that Al was present as an oxide. In Comparative Example 6, peaks of metallic Si and metallic Al were confirmed.

(スパッタリングターゲットの組織)
得られたスパッタリングターゲットのスパッタ面の表面から観察試料を採取し、これをエポキシ樹脂に埋め込み、研磨処理を行った後、電子プローブマイクロアナライザ(EPMA)装置を用いて倍率300倍にて360μm×270μmの範囲に対して元素マッピングを行った。
得られた画像について、画像処理ソフトImageJを用いて、Brightnessによる二値化を行った。このときBrightnessのしきい値を129と設定した。
(Sputtering target structure)
An observation sample was collected from the surface of the sputtered surface of the obtained sputtering target, embedded in an epoxy resin, polished, and then subjected to an electron probe microanalyzer (EPMA) device at a magnification of 300 times 360 μm × 270 μm. Element mapping was performed for the range of.
The obtained image was binarized by Brightness using the image processing software ImageJ. At this time, the threshold value of Brightness was set to 129.

二値化した後、得られた画像についてParticle測定機能を用いて、各粒子の面積を求めた。各粒子の面積を足し合わせた総粒子面積を粒子の個数で割ることで平均粒子面積を求めた。その平均粒子面積に相当する真円の直径(円相当径)をその画像における平均粒子径とした。最も粒子面積が大きい粒子の面積に相当する真円の直径をその画像における最大粒子径とした。上記の手順を、一つのターゲットごとに無作為に選んだ5視野の画像に対して行い、5つの平均粒子径の平均値を平均粒子径、および、5つの最大粒子径の最大値を最大粒子径とした。評価結果を表2に示す。 After binarization, the area of each particle was determined for the obtained image using the Particle measurement function. The average particle area was obtained by dividing the total particle area, which is the sum of the areas of each particle, by the number of particles. The diameter of a perfect circle corresponding to the average particle area (circle equivalent diameter) was taken as the average particle diameter in the image. The diameter of a perfect circle corresponding to the area of the particle having the largest particle area was taken as the maximum particle diameter in the image. The above procedure is performed on an image of 5 fields randomly selected for each target, and the average value of the 5 average particle diameters is the average particle diameter, and the maximum value of the 5 maximum particle diameters is the maximum particle. The diameter was set. The evaluation results are shown in Table 2.

(スパッタリングターゲットの密度比)
得られた加工済のスパッタリングターゲットの寸法からスパッタリングターゲットの体積を算出し、測定した重量の値を体積で割ることでスパッタリングターゲットの寸法密度を計算した。寸法密度を計算密度で割った割合を、「密度比」として表に記載した。なお、計算密度は下記の式に従って算出した。評価結果を表2に示す。
計算密度(g/cm)=100/{金属Si仕込み量(mass%)/金属Si密度(g/cm)+Al仕込み量(mass%)/Al密度(g/cm)}
(Density ratio of sputtering target)
The volume of the sputtering target was calculated from the dimensions of the obtained processed sputtering target, and the dimensional density of the sputtering target was calculated by dividing the measured weight value by the volume. The ratio of dimensional density divided by calculated density is shown in the table as "Density Ratio". The calculated density was calculated according to the following formula. The evaluation results are shown in Table 2.
Calculated density (g / cm 3 ) = 100 / {Metal Si charge amount (mass%) / Metal Si density (g / cm 3 ) + Al 2 O 3 charge amount (mass%) / Al 2 O 3 density (g / cm) 3 )}

(スパッタリングターゲットの比抵抗)
得られたスパッタリングターゲットのスパッタ面の中心部に対して、三菱化学株式会社製の低抵抗率計(Loresta-GP)を用い、四探針法で測定した値を表に記載した。測定時の温度は23±5℃、湿度は50±20%にて測定した。なお、測定時のプローブはASPプローブを用いた。評価結果を表2に示す。
(Specific resistance of sputtering target)
The values measured by the four-probe method using a low resistivity meter (Loresta-GP) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation for the center of the sputtered surface of the obtained sputtering target are shown in the table. The temperature at the time of measurement was 23 ± 5 ° C., and the humidity was 50 ± 20%. An ASP probe was used as the probe at the time of measurement. The evaluation results are shown in Table 2.

(ダイナミックレート)
上述のスパッタリングターゲットをインライン式のスパッタ装置を用いて、スパッタチャンバー内にArを40sccm、Oを10sccmで流し、チャンバー内全圧が0.67Paの状態で、パルスDCで、スパッタリングターゲットと基板間の距離を60mmとして、2.7W/cmで、ガラス基板の表面に、AlおよびSiを含む酸化物膜を1.0mm・secの搬送速度で成膜し、そのガラス基板上の膜厚を触針段差計によって測り、その膜厚の値に搬送速度の値をかけることでダイナミックレート(成膜レート)を得た。評価結果を表3に示す。
(Dynamic rate)
Using an in-line sputtering device, the above-mentioned sputtering target is flowed in a sputtering chamber with Ar at 40 sccm and O 2 at 10 sccm, and the total pressure in the chamber is 0.67 Pa, and pulse DC is used between the sputtering target and the substrate. An oxide film containing Al and Si was formed on the surface of the glass substrate at a transfer rate of 1.0 mm · sec at 2.7 W / cm 2 with a distance of 60 mm, and the film thickness on the glass substrate was measured. The dynamic rate (deposition rate) was obtained by measuring with a stylus step meter and multiplying the film thickness value by the transport speed value. The evaluation results are shown in Table 3.

(異常放電回数測定)
インライン式のスパッタ装置を用いて、スパッタチャンバー内にArを40sccm、Oを10sccmで流し、チャンバー内全圧が0.67Paの状態で、パルスDCで、2.7W/cmで、上述のスパッタリングターゲットを空放電した。
スパッタの累計時間が0時間から1時間までの異常放電回数を異常放電初期として、スパッタの累計時間が23時間から24時間までの異常放電回数を異常放電終期として、記録した。電源は、京三製作所製多機能型DC電源装置HPK06Z-SW6を用いた。評価結果を表3に示す。
(Measurement of abnormal discharge frequency)
Using an in-line sputtering device, Ar is flowed in the sputtering chamber at 40 sccm and O 2 is flown at 10 sccm, and the total pressure in the chamber is 0.67 Pa, and the pulse DC is 2.7 W / cm 2 as described above. The sputtering target was discharged.
The number of abnormal discharges with a cumulative spatter time of 0 hours to 1 hour was recorded as the initial state of abnormal discharge, and the number of abnormal discharges with a cumulative spatter time of 23 hours to 24 hours was recorded as the end of abnormal discharge. As a power supply, a multifunctional DC power supply device HPK06Z-SW6 manufactured by Kyosan Electric Manufacturing Co., Ltd. was used. The evaluation results are shown in Table 3.

(膜の屈折率)
上述のダイナミックレート測定時と同様の条件で、Si基板の表面に、AlおよびSiを含む酸化物膜を50nm成膜することで、成膜サンプルを得た。
この膜について、UVISEL-HR320(堀場製作所社製分光エリプソメトリー)を用い、屈折率を計算した。評価結果を表3に示す。
(Refractive index of film)
A film-forming sample was obtained by forming an oxide film containing Al and Si on the surface of the Si substrate at 50 nm under the same conditions as in the above-mentioned dynamic rate measurement.
The refractive index of this film was calculated using UVISEL-HR320 (spectral ellipsometry manufactured by HORIBA, Ltd.). The evaluation results are shown in Table 3.

Figure 2022028300000001
Figure 2022028300000001

Figure 2022028300000002
Figure 2022028300000002

Figure 2022028300000003
Figure 2022028300000003

比較例1においては、酸化アルミニウム相の平均粒子径が本発明の範囲よりも大きく、初期の異常放電回数が239回となり、継続してスパッタ成膜を行うことができなかった。
比較例2,3においては、Alの含有量が本発明の範囲よりも少なく、成膜したAlおよびSiを含む酸化物膜の屈折率が低くなった。
比較例4,5においては、Alの含有量が本発明の範囲よりも多く、比抵抗が高くなり、初期の異常放電回数が367回、233回となり、継続してスパッタ成膜を行うことができなかった。
比較例6においては、Si-Al合金で構成されており、ダイナミックレートが遅く、かつ、終期の異常放電回数が538回と多くなった。スパッタ時に金属Alが優先的に消費され、スパッタが進行してスパッタ面に凹凸が生じ、異常放電が多発したと推測される。
In Comparative Example 1, the average particle size of the aluminum oxide phase was larger than the range of the present invention, the initial number of abnormal discharges was 239, and continuous sputter film formation could not be performed.
In Comparative Examples 2 and 3, the Al content was lower than the range of the present invention, and the refractive index of the formed oxide film containing Al and Si was low.
In Comparative Examples 4 and 5, the Al content is higher than the range of the present invention, the resistivity is high, the initial number of abnormal discharges is 367 times and 233 times, and spatter film formation can be continuously performed. could not.
In Comparative Example 6, it was composed of a Si—Al alloy, the dynamic rate was slow, and the number of abnormal discharges at the final stage was as large as 538 times. It is presumed that the metal Al was preferentially consumed during sputtering, the spattering progressed, unevenness was generated on the sputtered surface, and abnormal discharges occurred frequently.

これに対して、本発明例1-7においては、屈折率が高い膜を安定して成膜することができた。なお、酸化アルミニウム相の最大粒子径が60μmを超える本発明例7、および、比抵抗が1.0Ω・mを超える本発明例5-7においては、異常放電が若干発生したが、実用的には問題はなかった。 On the other hand, in Example 1-7 of the present invention, a film having a high refractive index could be stably formed. In Example 7 of the present invention in which the maximum particle size of the aluminum oxide phase exceeds 60 μm and in Example 5-7 of the present invention in which the specific resistance exceeds 1.0 Ω · m, some abnormal discharge occurred, but it is practical. Was fine.

以上のことから、本発明例によれば、AlおよびSiを含む酸化物膜を安定して成膜することが可能なスパッタリングターゲットを提供できることが確認された。 From the above, it was confirmed that according to the example of the present invention, it is possible to provide a sputtering target capable of stably forming an oxide film containing Al and Si.

11 金属Si相
12 酸化アルミニウム相
11 Metal Si phase 12 Aluminum oxide phase

Claims (4)

Siの含有量が70mass%以上99mass%以下の範囲内、Alの含有量が0.5mass%以上16mass%以下の範囲内、残部がOおよび不可避不純物とされており、
Alは酸化物として存在し、金属Si相の母相中に酸化アルミニウム相が分散した組織とされており、
前記酸化アルミニウム相の平均粒子径が20μm以下とされていることを特徴とするスパッタリングターゲット。
The Si content is in the range of 70 mass% or more and 99 mass% or less, the Al content is in the range of 0.5 mass% or more and 16 mass% or less, and the balance is O and unavoidable impurities.
Al exists as an oxide and has a structure in which the aluminum oxide phase is dispersed in the parent phase of the metallic Si phase.
A sputtering target characterized in that the average particle size of the aluminum oxide phase is 20 μm or less.
前記酸化アルミニウム相の最大粒子径が60μm以下であることを特徴とする請求項1に記載のスパッタリングターゲット。 The sputtering target according to claim 1, wherein the maximum particle size of the aluminum oxide phase is 60 μm or less. 密度比が95%以上であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のスパッタリングターゲット。 The sputtering target according to claim 1 or 2, wherein the density ratio is 95% or more. 比抵抗が1.0Ω・cm以下とされていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。 The sputtering target according to any one of claims 1 to 3, wherein the specific resistance is 1.0 Ω · cm or less.
JP2020131618A 2020-08-03 2020-08-03 Sputtering target Pending JP2022028300A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020131618A JP2022028300A (en) 2020-08-03 2020-08-03 Sputtering target

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020131618A JP2022028300A (en) 2020-08-03 2020-08-03 Sputtering target

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022028300A true JP2022028300A (en) 2022-02-16

Family

ID=80267233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020131618A Pending JP2022028300A (en) 2020-08-03 2020-08-03 Sputtering target

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2022028300A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6511056B2 (en) W-Ni sputtering target
TWI338720B (en)
JPWO2007000878A1 (en) Gallium oxide-zinc oxide sputtering target, method for forming transparent conductive film, and transparent conductive film
WO2015170534A1 (en) Sputtering target material
TWI678426B (en) Tungsten silicide target component and manufacturing method thereof, and manufacturing method of tungsten silicide film
TWI550117B (en) Sputtering target and method for producing sputtering target
JPWO2012073882A1 (en) Sputtering target
JP2018162493A (en) Tungsten silicide target and method for producing the same
JP6665428B2 (en) Cu-Ga alloy sputtering target and manufacturing method thereof
JP6037211B2 (en) Manufacturing method of MoTi target material
WO2020044796A1 (en) Sputtering target and method for producing sputtering target
JP6048651B2 (en) Sputtering target and manufacturing method thereof
JP5988140B2 (en) Manufacturing method of MoTi target material and MoTi target material
JP2022028300A (en) Sputtering target
WO2016056441A1 (en) W-ti sputtering target
JP2017025349A (en) Te-Ge-BASED SPUTTERING TARGET, AND MANUFACTURING METHOD OF Te-Ge-BASED SPUTTERING TARGET
JP6553755B2 (en) Sputtering target for magnetic recording media and magnetic thin film
TWI674325B (en) MoNb target
JP6743867B2 (en) W-Ti sputtering target
JP6149999B1 (en) Sputtering target
WO2019054489A1 (en) Sputtering target
JP5035060B2 (en) Method for manufacturing titanium oxide target having high density and low specific resistance
WO2021241687A1 (en) Sputtering target and optical functional film
WO2022097635A1 (en) Sputtering target, method for producing sputtering target, and optical functional film
WO2017138565A1 (en) Sputtering target and method for producing sputtering target