JP2022063461A - GaN-containing sputtering target material - Google Patents

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Abstract

To provide a GaN-containing sputtering target material capable of depositing stably a GaN-containing film having a uniform composition.SOLUTION: In a GaN-containing sputtering target material containing Ga, one or two or more kinds of additional elements selected from Al, Zn, Cu, Sc, and N, the content of Ga is in the range of 10 mass% or more and 75 mass% or less, the total content of one or two or more kinds of additional elements selected from Al, Zn, Cu, and Sc is in the range of 10 mass% or more and 88 mass% or less, and a GaN phase exists. Preferably the density ratio is 70% or more.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、GaN含有膜を成膜する際に用いられるGaN含有スパッタリングターゲット材に関する。 The present invention relates to a GaN-containing sputtering target material used when forming a GaN-containing film.

GaNやAlN等の窒化物半導体においては、例えば特許文献1に示すように、圧電性を利用した電子デバイス、広いバンドギャップを利用した光学デバイス等に利用されている。また、特許文献2に示すように、発光特性および蛍光特性に優れており、短波長半導体レーザ、発光ダイオード、光学ディスプレイ等に利用されている。
さらに、GaNやAlN等の窒化物半導体は、近年、開発が進んでいる5G(第5世代移動通信システム)のミリ波帯で必須となるBAWフィルター(bulk acoustic wave filter)中の圧電膜としての利用が期待されている。
Nitride semiconductors such as GaN and AlN are used, for example, in electronic devices using piezoelectricity, optical devices using a wide bandgap, and the like, as shown in Patent Document 1. Further, as shown in Patent Document 2, it is excellent in light emission characteristics and fluorescence characteristics, and is used in short wavelength semiconductor lasers, light emitting diodes, optical displays and the like.
Furthermore, nitride semiconductors such as GaN and AlN are used as piezoelectric films in BAW filters (bulk acoustic wave filters), which are indispensable in the millimeter wave band of 5G (5th generation mobile communication system), which has been under development in recent years. Expected to be used.

ここで、上述のGaNやAlN等の窒化物半導体の薄膜を成膜する方法として、例えば、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リング法が用いられている。
特許文献1においては、金属スパッタリングターゲットを用いて反応性スパッタを行うことにより、GaNやAlN等の窒化物半導体の薄膜を成膜している。
特許文献2においては、不純物を低減した白色GaN焼結体からなるスパッタリングターゲットを用いてGaNの薄膜を成膜している。
Here, as a method for forming a thin film of a nitride semiconductor such as GaN or AlN described above, for example, as shown in Patent Documents 1 and 2, a sputtering method using a sputtering target is used.
In Patent Document 1, a thin film of a nitride semiconductor such as GaN or AlN is formed by performing reactive sputtering using a metal sputtering target.
In Patent Document 2, a GaN thin film is formed using a sputtering target made of a white GaN sintered body with reduced impurities.

特開2004-346335号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-346335 特開2012-219348号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-219348

ところで、特許文献1に示すように、金属スパッタリングターゲットを用いて反応性スパッタを行った場合には、成膜した窒化物膜における窒素含有量にばらつきが生じるおそれがあった。このため、膜特性が不安定となるおそれがあった。
また、特許文献2においては、上述のように、GaN焼結体からなるスパッタリングターゲットを用いている。ここで、GaNは、1000℃以上の高温条件で焼結すると、GaNが分解して金属Gaが生成し、この金属Gaが溶け出してしまうおそれがある。一方、Gaの溶け出しを抑制するために焼結温度を低温条件とした場合には、焼結が十分に進行せずにGaN焼結体の密度が低くなる。密度が低いGaN焼結体からなるスパッタリングターゲットを用いてスパッタした場合には、異常放電が発生し、安定して成膜できないおそれがあった。
By the way, as shown in Patent Document 1, when reactive sputtering is performed using a metal sputtering target, there is a possibility that the nitrogen content in the formed nitride film may vary. Therefore, the film characteristics may become unstable.
Further, in Patent Document 2, as described above, a sputtering target made of a GaN sintered body is used. Here, when GaN is sintered under high temperature conditions of 1000 ° C. or higher, GaN may be decomposed to generate metal Ga, and this metal Ga may be melted out. On the other hand, when the sintering temperature is set to a low temperature condition in order to suppress the leaching of Ga, the sintering does not proceed sufficiently and the density of the GaN sintered body becomes low. When sputtering is performed using a sputtering target made of a GaN sintered body having a low density, an abnormal discharge may occur and stable film formation may not be possible.

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、組成が均一なGaN含有膜を安定して成膜することが可能なGaN含有スパッタリングターゲット材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 GaN-containing sputtering target material capable of stably forming a GaN-containing film having a uniform composition.

上記課題を解決するために、本発明のGaN含有スパッタリングターゲット材は、Gaと、Al,Zn,Cu,Scから選択される一種又は二種以上の添加元素と、Nと、を含み、Gaの含有量が10mass%以上75mass%以下の範囲内、Al,Zn,Cu,Scから選択される一種又は二種以上の添加元素の合計含有量が10mass%以上88mass%以下の範囲内とされており、GaN相が存在することを特徴としている。 In order to solve the above problems, the GaN-containing sputtering target material of the present invention contains Ga, one or more additive elements selected from Al, Zn, Cu and Sc, and N, and is composed of Ga. The content is within the range of 10 mass% or more and 75 mass% or less, and the total content of one or more additive elements selected from Al, Zn, Cu, Sc is within the range of 10 mass% or more and 88 mass% or less. , GaN phase is present.

上述の構成のGaN含有スパッタリングターゲット材によれば、Gaの含有量が10mass%以上75mass%以下の範囲内とされ、GaN相が存在していることから、組成が均一なGaN含有膜をスパッタ成膜することができる。
そして、Gaの含有量が10mass%以上75mass%以下の範囲内、Al,Zn,Cu,Scから選択される一種又は二種以上の添加元素の合計含有量が10mass%以上88mass%以下の範囲内とされていることから、添加元素によって焼結性が向上し、低温条件で焼結した場合であっても密度を十分に向上させることができる。よって、スパッタ時における異常放電の発生を抑制し、安定してGaN含有膜を成膜することが可能となる。
According to the GaN-containing sputtering target material having the above configuration, the Ga content is within the range of 10 mass% or more and 75 mass% or less, and since the GaN phase is present, a GaN-containing film having a uniform composition is sputtered. Can be filmed.
The Ga content is within the range of 10 mass% or more and 75 mass% or less, and the total content of one or more additive elements selected from Al, Zn, Cu, Sc is within the range of 10 mass% or more and 88 mass% or less. Therefore, the sinterability is improved by the additive element, and the density can be sufficiently improved even when sintered under low temperature conditions. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of abnormal discharge during sputtering and stably form a GaN-containing film.

ここで、本発明のGaN含有スパッタリングターゲット材においては、密度比が70%以上であることが好ましい。
この場合、密度比が70%以上とされているので、スパッタ時における異常放電の発生をさらに抑制でき、さらに安定してGaN含有膜を成膜することが可能となる。
Here, in the GaN-containing sputtering target material of the present invention, the density ratio is preferably 70% or more.
In this case, since the density ratio is 70% or more, it is possible to further suppress the occurrence of abnormal discharge during sputtering, and it is possible to form a GaN-containing film more stably.

また、本発明のGaN含有スパッタリングターゲット材においては、添加元素がGaN相の周囲に島状に存在していることが好ましい。
この場合、焼結性に劣るGaN相の周囲に、焼結性に優れた添加元素の金属相が島状に配置されることになり、密度を向上させることが可能となる。
Further, in the GaN-containing sputtering target material of the present invention, it is preferable that the additive elements are present in an island shape around the GaN phase.
In this case, the metal phase of the additive element having excellent sinterability is arranged in an island shape around the GaN phase having poor sinterability, and the density can be improved.

本発明によれば、組成が均一なGaN含有膜を安定して成膜することが可能なGaN含有スパッタリングターゲット材を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a GaN-containing sputtering target material capable of stably forming a GaN-containing film having a uniform composition.

本実施形態であるGaN含有スパッタリングターゲット材の組織写真の一例である。This is an example of a microstructure photograph of the GaN-containing sputtering target material of the present embodiment. 本実施形態であるGaN含有スパッタリングターゲット材の製造方法を示すフロー図である。It is a flow diagram which shows the manufacturing method of the GaN-containing sputtering target material which is this embodiment.

以下に、本発明の一実施形態であるGaN含有スパッタリングターゲット材について説明する。 Hereinafter, the GaN-containing sputtering target material according to the embodiment of the present invention will be described.

本実施形態であるGaN含有スパッタリングターゲット材は、例えば、5G(第5世代移動通信システム)のミリ波帯で必須となるBAWフィルター中の圧電膜としての利用可能なGaN含有膜を成膜する際に用いられるものである。 The GaN-containing sputtering target material of the present embodiment is used, for example, when forming a GaN-containing film that can be used as a piezoelectric film in a BAW filter that is indispensable in the millimeter wave band of 5G (5th generation mobile communication system). It is used for.

本実施形態であるGaN含有スパッタリングターゲット材は、Gaと、Al,Zn,Cu,Scから選択される一種又は二種以上の添加元素と、Nと、を含むものとされており、GaN相を有している。 The GaN-containing sputtering target material of the present embodiment is said to contain Ga, one or more kinds of additive elements selected from Al, Zn, Cu, and Sc, and N, and has a GaN phase. Have.

そして、本実施形態であるGaN含有スパッタリングターゲット材においては、Gaの含有量が10mass%以上75mass%以下の範囲内、Al,Zn,Cu,Scから選択される一種又は二種以上の添加元素の合計含有量が10mass%以上88mass%以下の範囲内とされている。また、N(窒素)の含有量は2mass%以上15mass%以下の範囲内であることが好ましい。なお、N(窒素)の含有量は2mass%以上13mass%以下の範囲内であることがさらに好ましい。 In the GaN-containing sputtering target material of the present embodiment, one or more additive elements selected from Al, Zn, Cu, and Sc have a Ga content in the range of 10 mass% or more and 75 mass% or less. The total content is within the range of 10 mass% or more and 88 mass% or less. Further, the content of N (nitrogen) is preferably in the range of 2 mass% or more and 15 mass% or less. The N (nitrogen) content is more preferably in the range of 2 mass% or more and 13 mass% or less.

また、本実施形態であるGaN含有スパッタリングターゲット材においては、密度比が70%以上であることが好ましい。 Further, in the GaN-containing sputtering target material of the present embodiment, the density ratio is preferably 70% or more.

ここで、本実施形態であるGaN含有スパッタリングターゲット材においては、GaN粉と添加元素粉の焼結体で構成されている。このため、本実施形態であるGaN含有スパッタリングターゲット材においては、図1に示すように、GaN相の周囲に添加元素の金属相(図1ではAl)が存在する組織とされている。すなわち、本実施形態であるGaN含有スパッタリングターゲット材においては、焼結性に劣るGaN粉の周囲に焼結性に優れた添加元素の金属相を島状に配置することで、密度を向上させているのである。 Here, the GaN-containing sputtering target material of the present embodiment is composed of a sintered body of GaN powder and additive element powder. Therefore, in the GaN-containing sputtering target material of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the structure is such that the metal phase of the additive element (Al in FIG. 1) exists around the GaN phase. That is, in the GaN-containing sputtering target material of the present embodiment, the density is improved by arranging the metal phase of the additive element having excellent sinterability in an island shape around the GaN powder having poor sinterability. There is.

以下に、本実施形態であるGaN含有スパッタリングターゲット材において、組成および密度比を上述のように規定した理由について説明する。 Hereinafter, the reason why the composition and the density ratio of the GaN-containing sputtering target material of the present embodiment are defined as described above will be described.

(Ga)
Gaは、GaNとして存在し、成膜されたGaN含有膜の圧電定数をはじめとした圧電特性等を確保することが可能となる。
ここで、Gaの含有量が10mass%未満の場合には、GaN相が十分に存在せず、成膜されたGaN含有膜の特性が低下するおそれがある。一方、Gaの含有量が75mass%を超えた場合には、添加元素量が確保されず、密度を向上させることができなくなるおそれがある。
このため、本実施形態では、Gaの含有量を10mass%以上75mass%以下の範囲内としている。
なお、成膜されたGaN含有膜の特性をさらに確保するためには、Gaの含有量の下限は、12.5mass%以上であることが好ましく、15mass以上とすることがさらに好ましい。一方、密度をさらに向上させるためには、Gaの含有量の上限は、65mass%以下であることが好ましく、60mass以下とすることがさらに好ましい。
(Ga)
Ga exists as GaN, and it is possible to secure piezoelectric characteristics such as the piezoelectric constant of the formed GaN-containing film.
Here, when the Ga content is less than 10 mass%, the GaN phase is not sufficiently present, and the characteristics of the formed GaN-containing film may deteriorate. On the other hand, if the Ga content exceeds 75 mass%, the amount of added elements may not be secured and the density may not be improved.
Therefore, in the present embodiment, the Ga content is set within the range of 10 mass% or more and 75 mass% or less.
In order to further secure the characteristics of the formed GaN-containing film, the lower limit of the Ga content is preferably 12.5 mass% or more, and more preferably 15 mass or more. On the other hand, in order to further improve the density, the upper limit of the Ga content is preferably 65 mass% or less, and more preferably 60 mass or less.

(添加元素)
Al,Zn,Cu,Scから選択される一種又は二種以上の添加元素は、GaNよりも焼結性に優れている。また、これらの添加元素の窒化物は、圧電特性に比較的優れているので、成膜されたGaN含有膜に窒化物として存在した場合であっても、圧電特性を確保することができる。
ここで、上述の添加元素の合計含有量が10mass%未満の場合には、焼結性が向上せず、密度を十分に向上させることができないおそれがある。一方、上述の添加元素の合計含有量が88mass%を超える場合には、GaN相を十分に確保できず、成膜されたGaN含有膜の特性が低下するおそれがある。
このため、本実施形態では、上述の添加元素の合計含有量を10mass%以上88mass%以下の範囲内としている。
なお、密度をさらに向上させるためには、上述の添加元素の合計含有量の下限は、20mass%以上であることが好ましく、30mass以上とすることがさらに好ましい。一方、成膜されたGaN含有膜の特性をさらに確保するためには、上述の添加元素の合計含有量の上限は、85mass%以下であることが好ましく、80mass以下とすることがさらに好ましい。
(Additional element)
One or more kinds of additive elements selected from Al, Zn, Cu, and Sc are more excellent in sinterability than GaN. Further, since the nitrides of these additive elements are relatively excellent in piezoelectric characteristics, the piezoelectric characteristics can be ensured even when they are present as nitrides in the formed GaN-containing film.
Here, when the total content of the above-mentioned additive elements is less than 10 mass%, the sinterability may not be improved and the density may not be sufficiently improved. On the other hand, when the total content of the above-mentioned additive elements exceeds 88 mass%, the GaN phase cannot be sufficiently secured, and the characteristics of the formed GaN-containing film may deteriorate.
Therefore, in the present embodiment, the total content of the above-mentioned additive elements is set within the range of 10 mass% or more and 88 mass% or less.
In order to further improve the density, the lower limit of the total content of the above-mentioned added elements is preferably 20 mass% or more, and more preferably 30 mass or more. On the other hand, in order to further secure the characteristics of the formed GaN-containing film, the upper limit of the total content of the above-mentioned additive elements is preferably 85 mass% or less, and more preferably 80 mass or less.

(密度比)
本実施形態であるGaN含有スパッタリングターゲット材において、密度比が70%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異常放電の発生を十分に抑制することが可能となる。
このため、本実施形態であるGaN含有スパッタリングターゲット材においては、密度比を70%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異常放電の発生をさらに抑制するためには、密度比は80%以上であることがより好ましく、90%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 GaN-containing sputtering target material of the present embodiment, when the density ratio is 70% or more, there are few pores, and it is possible to sufficiently suppress the occurrence of abnormal discharge during sputtering film formation.
Therefore, in the GaN-containing sputtering target material of the present embodiment, the density ratio is preferably 70% or more.
In order to further suppress the occurrence of abnormal discharge during sputter film formation, the density ratio is more preferably 80% or more, further preferably 90% 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.

次に、本実施形態であるGaN含有スパッタリングターゲット材の製造方法の一例について、図2のフロー図を参照して説明する。 Next, an example of the method for manufacturing the GaN-containing sputtering target material according to the present embodiment will be described with reference to the flow chart of FIG.

(焼結原料粉形成工程S01)
まず、GaN粉末と、Al,Zn,Cu,Scから選択される一種又は二種以上の添加元素粉と、を準備する。添加元素粉に関しては、要素粉だけでなく、AlZnなどの合金粉や、AlGaなどのGaとの合金粉でも良い。
なお、GaN粉末の平均粒径は1μm以上50μm以下の範囲内とすることが好ましい。また、添加元素粉平均粒径は1μm以上100μm以下の範囲内とすることが好ましい。
そして、上述のGaN粉末と添加元素粉を所定の割合となるように秤量して、ボールミル等の混合装置を用いて混合することにより、焼結原料粉を得る。
(Sintered raw material powder forming step S01)
First, a GaN powder and one or more kinds of additive element powders selected from Al, Zn, Cu, and Sc are prepared. As the additive element powder, not only the element powder but also an alloy powder such as AlZn or an alloy powder with Ga such as AlGa may be used.
The average particle size of the GaN powder is preferably in the range of 1 μm or more and 50 μm or less. The average particle size of the added element powder is preferably in the range of 1 μm or more and 100 μm or less.
Then, the above-mentioned GaN powder and the additive element powder are weighed in a predetermined ratio and mixed using a mixing device such as a ball mill to obtain a sintered raw material powder.

(焼結工程S02)
上述の焼結原料粉を成形型に充填し、加圧および加熱して焼結し、焼結体を得る。本実施形態では、カーボン製の成形型を用いて、ホットプレス装置によって焼結を行う。
なお、このときの焼結温度は400℃以上900℃以下の範囲内、焼結温度での保持時間は60分以上300分以下の範囲内、加圧圧力は15MPa以上50MPa以下の範囲内とすることが好ましい。また、雰囲気は真空雰囲気(10Pa以下)とすることが好ましい。
焼結温度を400℃以上とすることで十分な密度が得ることができる。一方、焼結温度を900℃以下とすることで、GaNの分解によって生じたGaの溶け出しを抑制することができる。
(Sintering step S02)
The above-mentioned sintered raw material powder is filled in a molding die, pressed and heated to be sintered, and a sintered body is obtained. In this embodiment, using a carbon molding die, sintering is performed by a hot press device.
The sintering temperature at this time shall be within the range of 400 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, the holding time at the sintering temperature shall be within the range of 60 minutes or more and 300 minutes or lower, and the pressurizing pressure shall be within the range of 15 MPa or higher and 50 MPa or lower. Is preferable. The atmosphere is preferably a vacuum atmosphere (10 Pa or less).
A sufficient density can be obtained by setting the sintering temperature to 400 ° C. or higher. On the other hand, by setting the sintering temperature to 900 ° C. or lower, it is possible to suppress the leaching of Ga caused by the decomposition of GaN.

(機械加工工程S03)
次に、得られた焼結体を機械加工する。本実施形態では、旋盤加工によってタイル形状に加工する。
これにより、本実施形態であるGaN含有スパッタリングターゲット材が製造されることになる。
(Machining process S03)
Next, the obtained sintered body is machined. In this embodiment, it is processed into a tile shape by lathe processing.
As a result, the GaN-containing sputtering target material of 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GaN含有スパッタリングターゲット材においては、Gaの含有量が10mass%以上75mass%以下の範囲内とされ、GaN相が十分に存在していることから、スパッタにより、組成が均一なGaN含有膜を成膜することができる。 In the GaN-containing sputtering target material of the present embodiment having the above configuration, the Ga content is within the range of 10 mass% or more and 75 mass% or less, and the GaN phase is sufficiently present. By sputtering, a GaN-containing film having a uniform composition can be formed.

そして、Gaの含有量が10mass%以上75mass%以下の範囲内、Al,Zn,Cu,Scから選択される一種又は二種以上の添加元素の合計含有量が10mass%以上88mass%以下の範囲内とされていることから、添加元素によって焼結性が向上し、低温条件で焼結した場合であっても密度を十分に向上させることができる。よって、スパッタ時における異常放電の発生を抑制し、安定してGaN含有膜を成膜することが可能となる。 The Ga content is within the range of 10 mass% or more and 75 mass% or less, and the total content of one or more additive elements selected from Al, Zn, Cu, Sc is within the range of 10 mass% or more and 88 mass% or less. Therefore, the sinterability is improved by the additive element, and the density can be sufficiently improved even when sintered under low temperature conditions. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of abnormal discharge during sputtering and stably form a GaN-containing film.

本実施形態であるGaN含有スパッタリングターゲット材において、密度比が70%以上とされている場合には、スパッタ時における異常放電の発生をさらに抑制でき、さらに安定してGaN含有膜を成膜することが可能となる。
さらに、本実施形態であるGaN含有スパッタリングターゲット材において、GaN相の周囲に添加元素の金属相(図1ではAl)が島状に存在している場合には、密度比をさらに向上させることが可能となる。
When the density ratio of the GaN-containing sputtering target material of the present embodiment is 70% or more, the occurrence of abnormal discharge during sputtering can be further suppressed, and a GaN-containing film can be formed more stably. Is possible.
Further, in the GaN-containing sputtering target material of the present embodiment, when the metal phase of the additive element (Al in FIG. 1) is present in an island shape around the GaN phase, the density ratio can be further improved. It will be 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。
例えば、本実施形態では、タイル形状のGaN含有スパッタリングターゲット材として説明したが、これに限定されることはなく、その他の形状のGaN含有スパッタリングターゲット材であってもよい。
また、本実施形態におけるGaN含有スパッタリングターゲット材は、GaとAl,Zn,Cu,Scから選択される一種又は二種以上の添加元素とを含み、残部がNおよび不可避不純物からなり、GaN相を有しているGaN含有スパッタリングターゲット材で構成されていることが好ましい。
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.
For example, in the present embodiment, the tile-shaped GaN-containing sputtering target material has been described, but the present invention is not limited to this, and GaN-containing sputtering target materials having other shapes may be used.
Further, the GaN-containing sputtering target material in the present embodiment contains Ga and one or more kinds of additive elements selected from Al, Zn, Cu, Sc, and the balance is N and unavoidable impurities, and forms a GaN phase. It is preferably composed of a GaN-containing sputtering target material.

以下に、本発明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 present invention will be described below.

原料粉末として、平均粒径5μmで純度99.99mass%以上のGaN粉末と、平均粒径50μmで純度99.9mass%以上の添加元素紛、を用意した。
これら原料粉末を表1に示される仕込み組成となるように秤量し、ジルコニアボールとともにポットに装入し、ポット内をArガス雰囲気とし、ボールミル装置を用いて回転数85rpmで6時間混合した。これを、1mmの篩目で篩かけを行い、焼結原料粉を得た。
As raw material powders, a GaN powder having an average particle size of 5 μm and a purity of 99.99 mass% or more and an additive element powder having an average particle size of 50 μm and a purity of 99.9 mass% or more were prepared.
These raw material powders were weighed so as to have the preparation composition shown in Table 1, charged into a pot together with zirconia balls, the inside of the pot was made into an Ar gas atmosphere, and mixed at a rotation speed of 85 rpm for 6 hours using a ball mill device. This was sieved with a 1 mm sieve to obtain a sintered raw material powder.

得られた焼結原料粉をカーボン製のモールドに充填し、表1に示す焼結温度で2時間、圧力350kgf/cm(34.3MPa)の条件で、ホットプレスを行った。
得られた焼結体を旋盤加工することにより、タイル形状のGaN含有スパッタリングターゲット材を作製した。
The obtained sintered raw material powder was filled in a carbon mold, and hot-pressed under the conditions of the sintering temperature shown in Table 1 for 2 hours and a pressure of 350 kgf / cm 2 (34.3 MPa).
By lathe processing the obtained sintered body, a tile-shaped GaN-containing sputtering target material was produced.

得られた本発明例および比較例のGaN含有スパッタリングターゲット材について、以下の項目について評価した。 The following items were evaluated for the obtained GaN-containing sputtering target materials of the present invention example and the comparative example.

(GaN含有スパッタリングターゲット材の組成)
得られたGaN含有スパッタリングターゲット材(φ125mm×5mm厚)の中心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。N量に関しては、ガス分析装置を用いた。評価結果を表1に示す。
(Composition of GaN-containing sputtering target material)
An observation sample was collected from the center of the obtained GaN-containing sputtering target material (φ125 mm × 5 mm thickness), and the composition was analyzed by an ICP-OES apparatus. For the amount of N, a gas analyzer was used. The evaluation results are shown in Table 1.

(GaN含有スパッタリングターゲット材の密度比)
得られたGaN含有スパッタリングターゲット材から体積を算出し、測定した重量の値を体積で割ることでGaN含有スパッタリングターゲット材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1に示す。
計算密度(g/cm)=100/{GaN仕込み量(mass%)/GaN密度(g/cm)+添加元素仕込み量(mass%)/添加元素密度(g/cm)}
(Density ratio of GaN-containing sputtering target material)
The volume was calculated from the obtained GaN-containing sputtering target material, and the dimensional density of the GaN-containing sputtering target material 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 1.
Calculated density (g / cm 3 ) = 100 / {GaN charge amount (mass%) / GaN density (g / cm 3 ) + additive element charge amount (mass%) / additive element density (g / cm 3 )}

(異常放電)
上述のGaN含有スパッタリングターゲット材をCu製のバッキングプレートにInはんだを用いてボンディングし、スパッタリングターゲットとした。そして、以下の条件で、GaN含有膜をスパッタ成膜した。
ターゲットサイズ:φ125mm×5mm厚
圧力:5mTorr
ガス種:Ar+N
ガス流量:25sccm(Ar:13sccm,N:12sccm)
電源:パルスDC
電力:615W
(Abnormal discharge)
The above-mentioned GaN-containing sputtering target material was bonded to a backing plate made of Cu using In solder to obtain a sputtering target. Then, a GaN-containing film was sputter-deposited under the following conditions.
Target size: φ125mm x 5mm thickness Pressure: 5mTorr
Gas type: Ar + N 2
Gas flow rate: 25 sccm (Ar: 13 sccm, N 2 : 12 sccm)
Power supply: Pulse DC
Power: 615W

上述の条件でスパッタ成膜を30分間実施し、異常放電発生回数をカウントした。そして、異常放電回数が10回未満の場合を「◎」、異常放電回数が10回以上50回未満の場合を「〇」、異常放電回数が50回以上の場合を「×」と評価した。評価結果を表1に示す。 Sputter film formation was carried out for 30 minutes under the above conditions, and the number of abnormal discharge occurrences was counted. The case where the number of abnormal discharges was less than 10 was evaluated as "⊚", the case where the number of abnormal discharges was 10 or more and less than 50 was evaluated as "◯", and the case where the number of abnormal discharges was 50 or more was evaluated as "x". The evaluation results are shown in Table 1.

Figure 2022063461000002
Figure 2022063461000002

比較例1においては、添加元素を含有しておらず、焼結温度を640℃としており、焼結が不十分となった。このため、焼結体を得ることができなかった。
比較例2においては、添加元素を含有しておらず、焼結温度を1000℃としており、焼結時にGaの溶け出しが生じた。このため、焼結体を得ることができなかった。
比較例3~7においては、添加元素の含有量が10mass%未満とされており、密度比が十分に向上しなかった。このため、異常放電の評価が「×」となった。
In Comparative Example 1, no additive element was contained and the sintering temperature was set to 640 ° C., so that sintering was insufficient. Therefore, it was not possible to obtain a sintered body.
In Comparative Example 2, no additive element was contained, the sintering temperature was set to 1000 ° C., and Ga was leached out during sintering. Therefore, it was not possible to obtain a sintered body.
In Comparative Examples 3 to 7, the content of the additive element was less than 10 mass%, and the density ratio was not sufficiently improved. Therefore, the evaluation of abnormal discharge was "x".

これに対して、本発明例1~12においては、添加元素を含有しており、密度比が十分に向上しており、異常放電の評価が「〇」又は「◎」となった。 On the other hand, in Examples 1 to 12 of the present invention, the additive element was contained, the density ratio was sufficiently improved, and the evaluation of the abnormal discharge was “◯” or “⊚”.

以上のことから、本発明例によれば、組成が均一なGaN含有膜を安定して成膜することが可能なGaN含有スパッタリングターゲット材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 GaN-containing sputtering target material capable of stably forming a GaN-containing film having a uniform composition.

Claims (3)

Gaと、Al,Zn,Cu,Scから選択される一種又は二種以上の添加元素と、Nと、を含み、
Gaの含有量が10mass%以上75mass%以下の範囲内、Al,Zn,Cu,Scから選択される一種又は二種以上の添加元素の合計含有量が10mass%以上88mass%以下の範囲内とされており、
GaN相が存在することを特徴とするGaN含有スパッタリングターゲット材。
Contains Ga, one or more additive elements selected from Al, Zn, Cu, Sc, and N.
The Ga content is within the range of 10 mass% or more and 75 mass% or less, and the total content of one or more additive elements selected from Al, Zn, Cu, Sc is within the range of 10 mass% or more and 88 mass% or less. And
A GaN-containing sputtering target material characterized by the presence of a GaN phase.
密度比が70%以上であることを特徴とする請求項1に記載のGaN含有スパッタリングターゲット材。 The GaN-containing sputtering target material according to claim 1, wherein the density ratio is 70% or more. 添加元素がGaN相の周囲に島状に存在していることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のGaN含有スパッタリングターゲット材。 The GaN-containing sputtering target material according to claim 1 or 2, wherein the additive element is present in an island shape around the GaN phase.
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