JP2023064278A - ＣｒＳｉ系スパッタリングターゲット - Google Patents
ＣｒＳｉ系スパッタリングターゲット Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023064278A JP2023064278A JP2021174458A JP2021174458A JP2023064278A JP 2023064278 A JP2023064278 A JP 2023064278A JP 2021174458 A JP2021174458 A JP 2021174458A JP 2021174458 A JP2021174458 A JP 2021174458A JP 2023064278 A JP2023064278 A JP 2023064278A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crsi
- atomic
- sputtering target
- phase
- content
- 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
Links
- 229910019974 CrSi Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 83
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 abstract description 34
- 238000005336 cracking Methods 0.000 abstract description 14
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 28
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 24
- 239000010408 film Substances 0.000 description 19
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 229940126062 Compound A Drugs 0.000 description 2
- NLDMNSXOCDLTTB-UHFFFAOYSA-N Heterophylliin A Natural products O1C2COC(=O)C3=CC(O)=C(O)C(O)=C3C3=C(O)C(O)=C(O)C=C3C(=O)OC2C(OC(=O)C=2C=C(O)C(O)=C(O)C=2)C(O)C1OC(=O)C1=CC(O)=C(O)C(O)=C1 NLDMNSXOCDLTTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- LVTJOONKWUXEFR-FZRMHRINSA-N protoneodioscin Natural products O(C[C@@H](CC[C@]1(O)[C@H](C)[C@@H]2[C@]3(C)[C@H]([C@H]4[C@@H]([C@]5(C)C(=CC4)C[C@@H](O[C@@H]4[C@H](O[C@H]6[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](C)O6)[C@@H](O)[C@H](O[C@H]6[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](C)O6)[C@H](CO)O4)CC5)CC3)C[C@@H]2O1)C)[C@H]1[C@H](O)[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 LVTJOONKWUXEFR-FZRMHRINSA-N 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- YIWGJFPJRAEKMK-UHFFFAOYSA-N 1-(2H-benzotriazol-5-yl)-3-methyl-8-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carbonyl]-1,3,8-triazaspiro[4.5]decane-2,4-dione Chemical compound CN1C(=O)N(c2ccc3n[nH]nc3c2)C2(CCN(CC2)C(=O)c2cnc(NCc3cccc(OC(F)(F)F)c3)nc2)C1=O YIWGJFPJRAEKMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000004993 emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012856 weighed raw material Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
【課題】スパッタ成膜時におけるターゲット割れの発生を抑制し、安定してＣｒＳｉ薄膜を成膜することが可能なＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットを提供する。【解決手段】ＣｒＳｉ相を主相とするＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットであって、ＳｉとＣｒとＣとの合計を１００原子％とした場合に、Ｃｒの含有量が１０原子％以上６５原子％以下の範囲内、Ｓｉの含有量が２０原子％以上６０原子％以下の範囲内、Ｃの含有量が５原子％以上５０原子％以下の範囲内とされており、密度比が８５％以上とされ、断面組織において、ＳｉＣ相の面積率が５％以上である。【選択図】なし
Description
本発明は、ＣｒＳｉ相を主相とするＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットに関するものである。
従来、ＣｒＳｉ膜は、例えば特許文献１に示すように、半導体集積回路の配線に使用する薄膜抵抗体として利用されている。
ここで、上述のＣｒＳｉ膜は、ＣｒとＳｉを含有するＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットを用いたスパッタ法によって成膜されている。
例えば、特許文献１では、ＣｒｘＳｉｙターゲットもしくはＣｒｘＳｉｙＲｚターゲット（Ｒは、Ｏ，Ｂ，Ｃ，Ｎ又はＨ，Ｇｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｗ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｒｕ又はＣｕの元素の１つ又はそれ以上）を用いて、ＣｒＳｉ膜を成膜することが記載されている。
ここで、上述のＣｒＳｉ膜は、ＣｒとＳｉを含有するＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットを用いたスパッタ法によって成膜されている。
例えば、特許文献１では、ＣｒｘＳｉｙターゲットもしくはＣｒｘＳｉｙＲｚターゲット（Ｒは、Ｏ，Ｂ，Ｃ，Ｎ又はＨ，Ｇｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｗ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｒｕ又はＣｕの元素の１つ又はそれ以上）を用いて、ＣｒＳｉ膜を成膜することが記載されている。
ところで、特許文献１に記載されたＣｒｘＳｉｙターゲットもしくはＣｒｘＳｉｙＲｚターゲット等のＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットは、通常、粉末焼結法によって製造される。
ここで、ＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、ターゲット強度が不足し、スパッタ成膜時にターゲット割れが発生し、安定して成膜することができないといった問題があった。
ここで、ＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、ターゲット強度が不足し、スパッタ成膜時にターゲット割れが発生し、安定して成膜することができないといった問題があった。
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、スパッタ成膜時におけるターゲット割れの発生を抑制し、安定してＣｒＳｉ薄膜を成膜することが可能なＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットは、ＣｒＳｉ相を主相とするＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットであって、ＳｉとＣｒとＣとの合計を１００原子％とした場合に、Ｃｒの含有量が１０原子％以上６５原子％以下の範囲内、Ｓｉの含有量が２０原子％以上６０原子％以下の範囲内、Ｃの含有量が５原子％以上５０原子％以下の範囲内とされており、密度比が８５％以上とされ、断面組織において、ＳｉＣ相の面積率が５％以上であることを特徴としている。
本発明のＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットによれば、ＳｉとＣｒとＣとの合計を１００原子％とした場合に、Ｃｒの含有量が１０原子％以上６５原子％以下の範囲内、Ｓｉの含有量が２０原子％以上６０原子％以下の範囲内、Ｃの含有量が５原子％以上５０原子％以下の範囲内とされており、密度比が８５％以上とされ、断面組織においてＳｉＣ相の面積率が５％以上とされているので、密度が十分に高く、且つ、硬いＳｉＣ相が十分に存在しており、ターゲット強度が確実に向上することになり、スパッタ成膜時におけるターゲット割れの発生を抑制することができる。
ここで、本発明のＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、ビッカース硬度が５５０Ｈｖ以上であることが好ましい。
この場合、ビッカース硬度が５５０Ｈｖ以上とされ、硬いＳｉＣ相が十分に確保されており、さらに確実にターゲット強度を向上させることができ、スパッタ成膜時におけるターゲット割れの発生をさらに抑制することができる。
この場合、ビッカース硬度が５５０Ｈｖ以上とされ、硬いＳｉＣ相が十分に確保されており、さらに確実にターゲット強度を向上させることができ、スパッタ成膜時におけるターゲット割れの発生をさらに抑制することができる。
本発明によれば、スパッタ成膜時におけるターゲット割れの発生を抑制し、安定してＣｒＳｉ薄膜を成膜することが可能なＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットを提供することができる。
以下に、本発明の実施形態であるＣｒＳｉ系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。
本実施形態に係るＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットは、例えば、半導体集積回路の配線に使用する薄膜抵抗体として利用されるＣｒＳｉ膜を成膜する際に用いられるものである。
本実施形態に係るＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットは、例えば、半導体集積回路の配線に使用する薄膜抵抗体として利用されるＣｒＳｉ膜を成膜する際に用いられるものである。
なお、本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、その形状に特に限定はない。例えば、スパッタ面が矩形状をなす矩形平板型スパッタリングターゲットであってもよいし、スパッタ面が円形をなす円板型スパッタリングターゲットとしてもよい。あるいは、スパッタ面が円筒面とされた円筒型スパッタリングターゲットであってもよい。
本実施形態に係るＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、ＣｒとＳｉとを主成分として含有し、さらにＣを含んでいる。
そして、本実施形態に係るＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、ＳｉとＣｒとＣとの合計を１００原子％とした場合に、Ｃｒの含有量が１０原子％以上６５原子％以下の範囲内、Ｓｉの含有量が２０原子％以上６０原子％以下の範囲内、Ｃの含有量が５原子％以上５０原子％以下の範囲内とされている。ＳｉとＣｒとＣとの合計は１００原子％を超えない。
なお、本実施形態においては、ＳｉとＣｒとＣ以外の元素を含有していてもよいが、ＳｉとＣｒとＣの合計含有量が９５質量％以上であることが好ましい。
そして、本実施形態に係るＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、ＳｉとＣｒとＣとの合計を１００原子％とした場合に、Ｃｒの含有量が１０原子％以上６５原子％以下の範囲内、Ｓｉの含有量が２０原子％以上６０原子％以下の範囲内、Ｃの含有量が５原子％以上５０原子％以下の範囲内とされている。ＳｉとＣｒとＣとの合計は１００原子％を超えない。
なお、本実施形態においては、ＳｉとＣｒとＣ以外の元素を含有していてもよいが、ＳｉとＣｒとＣの合計含有量が９５質量％以上であることが好ましい。
ここで、図１および図２に、本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットの断面組織観察写真を示す。本実施形態であるＣｒＳｉ系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、ＣｒＳｉ相１１を主相とするとともに、ＳｉＣ相１２を備えている。そして、ＳｉＣ相１２の面積率が５％以上とされている。
なお、図１および図２に示すように、ＳｉＣ相１２は、ＣｒＳｉ相１１の周囲を取り囲むように配置されている。
なお、図１および図２に示すように、ＳｉＣ相１２は、ＣｒＳｉ相１１の周囲を取り囲むように配置されている。
また、図３に、本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットのＸＲＤ測定結果を示す。
このＸＲＤ測定においては、ＣｒＳｉ相、ＳｉＣ相、Ｃｒ２３Ｃ６相、Ｃｒ相が確認される。すなわち、本実施形態では、ＣｒＳｉ相１１およびＳｉＣ相１２の他に、Ｃｒ２３Ｃ６相、Ｃｒ相を有していることになる。
このＸＲＤ測定においては、ＣｒＳｉ相、ＳｉＣ相、Ｃｒ２３Ｃ６相、Ｃｒ相が確認される。すなわち、本実施形態では、ＣｒＳｉ相１１およびＳｉＣ相１２の他に、Ｃｒ２３Ｃ６相、Ｃｒ相を有していることになる。
そして、本実施形態に係るＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、密度比が８５％以上とされている。
さらに、本実施形態に係るＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、ビッカース硬度が５５０Ｈｖ以上であることが好ましい。
なお、本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、断面組織においてＳｉＣ相１２の面積率が８％以上で、ビッカース硬度が８００Ｈｖ以上であることが更に好ましい。
さらに、本実施形態に係るＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、ビッカース硬度が５５０Ｈｖ以上であることが好ましい。
なお、本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、断面組織においてＳｉＣ相１２の面積率が８％以上で、ビッカース硬度が８００Ｈｖ以上であることが更に好ましい。
以下に、本実施形態に係るＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいて、組成、ＳｉＣ相の面積率、密度比、ビッカース硬度について、上述のように規定した理由を示す。
（組成）
本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、図１および図２に示すように、ＣｒＳｉ膜を成膜するものであり、ＣｒＳｉ相１１を主相としている。そして、このＣｒＳｉ相１１を囲むようにＳｉＣ相１２が形成されており、硬いＳｉＣ相１２が存在することによって強度が向上し、スパッタ時の割れが抑制される。
本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、図１および図２に示すように、ＣｒＳｉ膜を成膜するものであり、ＣｒＳｉ相１１を主相としている。そして、このＣｒＳｉ相１１を囲むようにＳｉＣ相１２が形成されており、硬いＳｉＣ相１２が存在することによって強度が向上し、スパッタ時の割れが抑制される。
ここで、ＳｉとＣｒとＣとの合計を１００原子％とした場合に、Ｃの含有量が５原子％未満の場合には、ＳｉＣの生成量が少なくなり、強度が不足するおそれがある。一方、Ｃの含有量が５０原子％未満の場合には、Ｃ単体が組織に残存することになる。Ｃ単体は、難焼結体であるため、焼結体の密度が低下するおそれがある。
このため、本実施形態においては、ＳｉとＣｒとＣとの合計を１００原子％とした場合に、Ｃの含有量を５原子％以上５０原子％以下の範囲内としている。
なお、上述のＣの含有量の下限は、１０原子％以上とすることが好ましく、１５原子％以上とすることがより好ましい。また、上述のＣの含有量の上限は、４０原子％以下とすることが好ましく、２５原子％以下とすることがより好ましい。
このため、本実施形態においては、ＳｉとＣｒとＣとの合計を１００原子％とした場合に、Ｃの含有量を５原子％以上５０原子％以下の範囲内としている。
なお、上述のＣの含有量の下限は、１０原子％以上とすることが好ましく、１５原子％以上とすることがより好ましい。また、上述のＣの含有量の上限は、４０原子％以下とすることが好ましく、２５原子％以下とすることがより好ましい。
また、ＳｉとＣｒとＣとの合計を１００原子％とした場合に、Ｃｒの含有量が１０原子％未満の場合には、スパッタリングターゲットの導電率が低下してしまい、ＤＣスパッタを安定して行うことができないおそれがある。一方、Ｃｒの含有量が６５原子％未満を超える場合には、成膜したＣｒＳｉ膜が抵抗膜としての機能を確保できないおそれがある。
このため、本実施形態においては、ＳｉとＣｒとＣとの合計を１００原子％とした場合に、Ｃｒの含有量を１０原子％以上６５原子％以下の範囲内としている。
なお、上述のＣｒの含有量の下限は、３５原子％以上とすることが好ましく、４０原子％以上とすることがより好ましい。また、上述のＣｒの含有量の上限は、６０原子％以下とすることが好ましく、５５原子％以下とすることがより好ましい。
このため、本実施形態においては、ＳｉとＣｒとＣとの合計を１００原子％とした場合に、Ｃｒの含有量を１０原子％以上６５原子％以下の範囲内としている。
なお、上述のＣｒの含有量の下限は、３５原子％以上とすることが好ましく、４０原子％以上とすることがより好ましい。また、上述のＣｒの含有量の上限は、６０原子％以下とすることが好ましく、５５原子％以下とすることがより好ましい。
さらに、ＳｉとＣｒとＣとの合計を１００原子％とした場合に、Ｓｉの含有量が２０原子％未満の場合には、ＳｉＣの生成量が少なくなり、強度が不足するおそれがある。一方、Ｓｉの含有量が６０原子％を超える場合には、密度が低下するおそれがある。
このため、本実施形態においては、ＳｉとＣｒとＣとの合計を１００原子％とした場合に、Ｓｉの含有量を２０原子％以上６０原子％以下の範囲内としている。
なお、上述のＳｉの含有量の下限は、１０原子％以上とすることが好ましく、１５原子％以上とすることがより好ましい。また、上述のＳｉの含有量の上限は、４０原子％以下とすることが好ましく、２５原子％以下とすることがより好ましい。
このため、本実施形態においては、ＳｉとＣｒとＣとの合計を１００原子％とした場合に、Ｓｉの含有量を２０原子％以上６０原子％以下の範囲内としている。
なお、上述のＳｉの含有量の下限は、１０原子％以上とすることが好ましく、１５原子％以上とすることがより好ましい。また、上述のＳｉの含有量の上限は、４０原子％以下とすることが好ましく、２５原子％以下とすることがより好ましい。
また、本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、ＳｉとＣｒとＣ以外の元素を含有していてもよいが、ＳｉとＣｒとＣの合計含有量が９５質量％以上であることが好ましい。なお、ＳｉとＣｒとＣ以外の元素は、意図的に添加したのであってもよいし、製造時に不可避に含まれる不純物であってもよい。
（ＳｉＣ相の面積率）
本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、スパッタ面と直交する断面組織においてＳｉＣ相１２の面積率が５％以上とされている。なお、本実施形態では、図１および図２に示すように、ＣｒＳｉ相１１を囲むようにＳｉＣ相１２が存在している。なお、ＳｉＣ相１２は、ＣｒＳｉ相１１に均一に分散していることが好ましい。
本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、硬いＳｉＣ相１２を有することにより、強度が向上し、スパッタ時における割れの発生を抑制することが可能となる。
なお、ＳｉＣ相１２の面積率の下限は、７％以上であることが好ましく、１０％以上であることがより好ましい。ＳｉＣ相１２の面積率の上限は、１５％以下であることが好ましく、１３％以下であることがより好ましい。
また、本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、ＳｉＣ相１２の面積率が７％以上の場合、Ｃの含有量を１４原子％以上５０原子％以下の範囲内とすることが好ましい。さらに、ＳｉＣ相１２の面積率が１０％以上の場合、Ｃの含有量を２０原子％以上５０原子％以下の範囲内とすることが好ましい。
本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、スパッタ面と直交する断面組織においてＳｉＣ相１２の面積率が５％以上とされている。なお、本実施形態では、図１および図２に示すように、ＣｒＳｉ相１１を囲むようにＳｉＣ相１２が存在している。なお、ＳｉＣ相１２は、ＣｒＳｉ相１１に均一に分散していることが好ましい。
本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、硬いＳｉＣ相１２を有することにより、強度が向上し、スパッタ時における割れの発生を抑制することが可能となる。
なお、ＳｉＣ相１２の面積率の下限は、７％以上であることが好ましく、１０％以上であることがより好ましい。ＳｉＣ相１２の面積率の上限は、１５％以下であることが好ましく、１３％以下であることがより好ましい。
また、本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、ＳｉＣ相１２の面積率が７％以上の場合、Ｃの含有量を１４原子％以上５０原子％以下の範囲内とすることが好ましい。さらに、ＳｉＣ相１２の面積率が１０％以上の場合、Ｃの含有量を２０原子％以上５０原子％以下の範囲内とすることが好ましい。
（密度比）
本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、後述するように、金属粉末の焼結体で構成されている。
ここで、密度比が低い場合には、内部に空孔が多く存在することになり、スパッタ成膜時に、これらの空孔を起因として異常放電が発生するおそれがある。
このため、本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、密度比を８５％以上としている。
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、密度比を９０％以上とすることが好ましく、９５％以上とすることがより好ましい。
本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、後述するように、金属粉末の焼結体で構成されている。
ここで、密度比が低い場合には、内部に空孔が多く存在することになり、スパッタ成膜時に、これらの空孔を起因として異常放電が発生するおそれがある。
このため、本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、密度比を８５％以上としている。
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、密度比を９０％以上とすることが好ましく、９５％以上とすることがより好ましい。
（ビッカース硬度）
本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいて、ビッカース硬度が５５０Ｈｖ以上である場合には、十分に硬く強度に優れており、スパッタ時における割れの発生を抑制することが可能となる。ここで、ＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、硬いＳｉＣ相１２の面積率が高くなることによって、ビッカース硬度が向上することになる。
なお、強度をさらに確実に向上させてスパッタ時における割れの発生をさらに抑制するためには、ビッカース硬度を６００Ｈｖ以上とすることが好ましく、８００Ｈｖ以上とすることがより好ましい。また、ビッカース硬度の上限に特に制限はないが、一般的に１５００Ｈｖ以下となる。
本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいて、ビッカース硬度が５５０Ｈｖ以上である場合には、十分に硬く強度に優れており、スパッタ時における割れの発生を抑制することが可能となる。ここで、ＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいては、硬いＳｉＣ相１２の面積率が高くなることによって、ビッカース硬度が向上することになる。
なお、強度をさらに確実に向上させてスパッタ時における割れの発生をさらに抑制するためには、ビッカース硬度を６００Ｈｖ以上とすることが好ましく、８００Ｈｖ以上とすることがより好ましい。また、ビッカース硬度の上限に特に制限はないが、一般的に１５００Ｈｖ以下となる。
次に、上述した本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットの製造方法の一例について、図４を参照して説明する。
（焼結原料粉形成工程Ｓ０１）
まず、焼結原料粉を準備する。本実施形態では、原料粉として、ＣｒＳｉ２粉，Ｃ粉，Ｃｒ粉，Ｓｉ粉およびＳｉＣ粉を準備する。なお、これらの原料粉の平均粒径が５０μｍ以下であることが好ましい。
これらの原料粉を所定の組成比となるように秤量する。ここで、ＣｒＳｉ２粉の添加量は５ｍｏｌ％以上とすることが好ましい。ＣｒＳｉ２粉の添加量が５ｍｏｌ％未満であると、Ｃｒ粉およびＳｉ粉の添加量が相対的に多くなり、後述する焼結工程Ｓ０２において、Ｃｒ粉とＳｉ粉との急激な化合物反応により、焼結体に割れが生じてしまうおそれがある。
まず、焼結原料粉を準備する。本実施形態では、原料粉として、ＣｒＳｉ２粉，Ｃ粉，Ｃｒ粉，Ｓｉ粉およびＳｉＣ粉を準備する。なお、これらの原料粉の平均粒径が５０μｍ以下であることが好ましい。
これらの原料粉を所定の組成比となるように秤量する。ここで、ＣｒＳｉ２粉の添加量は５ｍｏｌ％以上とすることが好ましい。ＣｒＳｉ２粉の添加量が５ｍｏｌ％未満であると、Ｃｒ粉およびＳｉ粉の添加量が相対的に多くなり、後述する焼結工程Ｓ０２において、Ｃｒ粉とＳｉ粉との急激な化合物反応により、焼結体に割れが生じてしまうおそれがある。
秤量した原料粉を混合し、焼結原料粉を得る。なお、混合方法に特に制限はないが、本実施形態では、ボールミルを用いている。混合時間は２０時間以上３０時間以下の範囲内とすることが好ましい。混合時間を２０時間以上とすることにより、偏析の発生を十分に抑制することができる。一方、混合時間を３０時間以下とすることにより、混合装置からの不純物の混入を抑制することができる。
（焼結工程Ｓ０２）
次に、得られた焼結原料粉を、成形型に充填し、加圧および加熱し、焼結を進行させて焼結体を得る。
次に、得られた焼結原料粉を、成形型に充填し、加圧および加熱し、焼結を進行させて焼結体を得る。
ここで、焼結工程Ｓ０２においては、加圧圧力を１５０ｋｇｆ／ｃｍ２以上であることが好ましい。加圧圧力を１５０ｋｇｆ／ｃｍ２以上とすることにより、焼結を進行させ、密度を十分に向上させることができる。
なお、加圧圧力の下限は、２００ｋｇｆ／ｃｍ２以上とすることがさらに好ましい。
なお、加圧圧力の下限は、２００ｋｇｆ／ｃｍ２以上とすることがさらに好ましい。
また、焼結温度は、１１００℃以上１５００℃以下の範囲内とすることが好ましい。焼結温度を１１００℃以上とすることにより、焼結を進行させ、密度を十分に向上させることができる。一方、焼結温度を１５００℃以下とすることにより、粒成長を抑制でき、スパッタ時におけるパーティクルの発生を抑制することができる。
なお、焼結温度の下限は、１０００℃以上とすることがさらに好ましく、１０５０℃以上とすることがより好ましい。一方、焼結温度の上限は、１４００℃以下とすることがさらに好ましく、１３５０℃以下とすることがより好ましい。
なお、焼結温度の下限は、１０００℃以上とすることがさらに好ましく、１０５０℃以上とすることがより好ましい。一方、焼結温度の上限は、１４００℃以下とすることがさらに好ましく、１３５０℃以下とすることがより好ましい。
また、焼結温度での保持時間は、２時間以上６時間以下の範囲内とすることが好ましい。焼結温度での保持時間を２時間以上とすることにより、焼結を進行させ、密度を十分に向上させることができる。一方、焼結温度での保持時間を６時間以下とすることにより、粒成長を抑制でき、スパッタ時におけるパーティクルの発生を抑制することができる。
なお、焼結温度での保持時間の下限は、２．５時間以上とすることがさらに好ましく、３時間以上とすることがより好ましい。一方、焼結温度での保持時間の上限は、４．５時間以下とすることがさらに好ましく、５時間以下とすることがより好ましい。
なお、焼結温度での保持時間の下限は、２．５時間以上とすることがさらに好ましく、３時間以上とすることがより好ましい。一方、焼結温度での保持時間の上限は、４．５時間以下とすることがさらに好ましく、５時間以下とすることがより好ましい。
（機械加工工程Ｓ０４）
次に、得られた焼結体に対して、機械加工を行い、所定サイズのＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットを得る。
次に、得られた焼結体に対して、機械加工を行い、所定サイズのＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットを得る。
上述の工程により、本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットが製造されることになる。
以上のような構成とされた本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットによれば、ＳｉとＣｒとＣとの合計を１００原子％とした場合に、Ｃｒの含有量が１０原子％以上６５原子％以下の範囲内、Ｓｉの含有量が２０原子％以上６０原子％以下の範囲内、Ｃの含有量が５原子％以上５０原子％以下の範囲内とされており、密度比が８５％以上とされ、断面組織においてＳｉＣ相１２の面積率が５％以上とされているので、密度が十分に高く、且つ、硬いＳｉＣ相１２が十分に存在しており、ターゲット強度が確実に向上することになり、スパッタ成膜時におけるターゲット割れの発生を抑制することが可能となる。
ここで、本実施形態であるＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットにおいて、ビッカース硬度が５５０Ｈｖ以上である場合には、硬いＳｉＣ相１２が十分に存在し、ターゲット強度がさらに向上しており、スパッタ成膜時におけるターゲット割れの発生をさらに抑制することができる。
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、原料粉を混合する混合装置としてボールミルを例に挙げて説明したが、原料粉を混合する混合装置はボールミルに限定されることはなく、アトライター、Ｖ型混合機、ヘンシェルミキサーを用いてもよい。
例えば、本実施形態では、原料粉を混合する混合装置としてボールミルを例に挙げて説明したが、原料粉を混合する混合装置はボールミルに限定されることはなく、アトライター、Ｖ型混合機、ヘンシェルミキサーを用いてもよい。
また、図３のＸＲＤ測定において、ＣｒＳｉ相およびＳｉＣ相の他に、Ｃｒ２３Ｃ６相，Ｃｒ相を有するものとして説明したが、これに限定されることはなく、ＣｒＳｉ相およびＳｉＣ相を有していれば、その他の相に特に限定はない。
以下に、本発明の有効性を確認するために行った確認実験の結果について説明する。
ＣｒＳｉ２粉（純度：９８ｍａｓｓ％以上、平均粒径２０μ以上３００μｍ以下）、Ｃｒ粉（純度：９９．９ｍａｓｓ％以上、平均粒径２０μ以上３００μｍ以下）、Ｓｉ粉（純度：９９ｍａｓｓ％以上、平均粒径１μ以上１００μｍ以下）、Ｃ粉（純度：９８ｍａｓｓ％以上、平均粒径０．１μ以上５０μｍ以下）、ＳｉＣ粉（純度：９９ｍａｓｓ％以上、平均粒径１μ以上５０μｍ以下）を準備した。
これらの原料粉を、表１に示す配合比となるように秤量した。そして、直径２００ｍｍの混合容器を使用し、この混合容器に原料粉とボール材を投入した。なお、酸化防止のため、混合容器内にＡｒガスを封入した。回転数８５ｒｐｍで２０時間から３０時間混合した。
混合後、ボール材を篩で除いて、焼結原料粉を得た。
混合後、ボール材を篩で除いて、焼結原料粉を得た。
焼結原料粉を、内径φ１６５ｍｍのカーボン製の成形型に焼結原料粉を入れ、真空雰囲気のホットプレス装置（ＨＰ）を用いて、加圧圧力１５０ｋｇｆ／ｃｍ２、表１に示す焼結温度で５時間保持の条件で、加圧焼結した。
得られた焼結体を、旋盤を用いてφ１５２．４ｍｍ×６ｍｍｔのサイズに加工し、ＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットを得た。
得られた焼結体を、旋盤を用いてφ１５２．４ｍｍ×６ｍｍｔのサイズに加工し、ＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットを得た。
得られたＣｒＳｉ系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。評価結果を表２に示す。
（組成）
ＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットから測定試料を採取し、ＩＣＰ発光分光分析法により各元素について定量分析を行った。得られた組成分析値から、Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃの含有量を、Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃの合計含有量が１００原子％となるように換算した。その結果を表２に示す。
ＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットから測定試料を採取し、ＩＣＰ発光分光分析法により各元素について定量分析を行った。得られた組成分析値から、Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃの含有量を、Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃの合計含有量が１００原子％となるように換算した。その結果を表２に示す。
（密度比）
重量と体積からＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットの密度求め、それを理論密度で除したものを密度比とした。なお、理論密度は以下の方式で算出した。評価結果を表２に示す。
化合物Ａ、化合物Ｂ、化合物Ｃ、・・・により構成される混合物において、化合物Ａの含有量をＷａ（ｍａｓｓ％）、密度をＤａ（ｇ／ｃｍ３）、化合物Ｂの含有量をＷｂ（ｍａｓｓ％）、密度をＤｂ（ｇ／ｃｍ３）、化合物Ｃの含有量をＷｃ（ｍａｓｓ％）、密度をＤｃ（ｇ／ｃｍ３）、・・・とするとき、化合物Ａ、化合物Ｂ、化合物Ｃ、・・・により構成される混合物の理論密度Ｄｓ（ｇ／ｃｍ３）は、以下の計算式により算出される。
Ｄｓ＝１００／{（Ｗａ／Ｄａ）＋（Ｗｂ／Ｄｂ）＋（Ｗｃ／Ｄｃ）＋・・・}
＝１００／Σ（Ｗｎ／Ｄｎ）
重量と体積からＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットの密度求め、それを理論密度で除したものを密度比とした。なお、理論密度は以下の方式で算出した。評価結果を表２に示す。
化合物Ａ、化合物Ｂ、化合物Ｃ、・・・により構成される混合物において、化合物Ａの含有量をＷａ（ｍａｓｓ％）、密度をＤａ（ｇ／ｃｍ３）、化合物Ｂの含有量をＷｂ（ｍａｓｓ％）、密度をＤｂ（ｇ／ｃｍ３）、化合物Ｃの含有量をＷｃ（ｍａｓｓ％）、密度をＤｃ（ｇ／ｃｍ３）、・・・とするとき、化合物Ａ、化合物Ｂ、化合物Ｃ、・・・により構成される混合物の理論密度Ｄｓ（ｇ／ｃｍ３）は、以下の計算式により算出される。
Ｄｓ＝１００／{（Ｗａ／Ｄａ）＋（Ｗｂ／Ｄｂ）＋（Ｗｃ／Ｄｃ）＋・・・}
＝１００／Σ（Ｗｎ／Ｄｎ）
（ビッカース硬度）
得られたＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットのスパッタ面の中心部の硬さを、ビッカース硬度計を用いて測定した。なお、測定条件は、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠した。評価結果を表２に示す。
得られたＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットのスパッタ面の中心部の硬さを、ビッカース硬度計を用いて測定した。なお、測定条件は、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠した。評価結果を表２に示す。
（ＳｉＣ相の面積率）
得られたＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットのスパッタ面の中心部、および、中心部から任意の方向へ６０ｍｍ距離の位置から１０ｍｍ×１０ｍｍ×６ｍｍｔのサンプルをそれぞれ採取し、任意で選択した断面（スパッタ面と直交する面）を観察面としてエポキシ樹脂に埋め込み、鏡面研磨加工を実施した。その後、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）装置を用いて観察し、倍率３００倍、４００μｍ×３００μｍの観察面積でＳｉとＣが共存している領域をＳｉＣ相と判断した。
そして、画像全体に占めるＳｉＣ相の面積率を算出した後、２点の平均値を評価基準の値とした。面積率は、ＥＰＭＡでの元素マッピング画像を、画像ソフトWinroofでの二値化処理を利用して算出した。評価結果を表２に示す。
得られたＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットのスパッタ面の中心部、および、中心部から任意の方向へ６０ｍｍ距離の位置から１０ｍｍ×１０ｍｍ×６ｍｍｔのサンプルをそれぞれ採取し、任意で選択した断面（スパッタ面と直交する面）を観察面としてエポキシ樹脂に埋め込み、鏡面研磨加工を実施した。その後、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）装置を用いて観察し、倍率３００倍、４００μｍ×３００μｍの観察面積でＳｉとＣが共存している領域をＳｉＣ相と判断した。
そして、画像全体に占めるＳｉＣ相の面積率を算出した後、２点の平均値を評価基準の値とした。面積率は、ＥＰＭＡでの元素マッピング画像を、画像ソフトWinroofでの二値化処理を利用して算出した。評価結果を表２に示す。
（スパッタ中のターゲットの割れ）
作製したＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットを無酸素銅製のバッキングプレートにはんだ付けし、これをマグネトロン式のＤＣスパッタ装置に装着した。
次いで、以下のスパッタ条件にて、６０分間連続して、スパッタ法による成膜を実施した。その後、ターゲット外観の調査を行い、割れの有無を目視で確認した。なお、ターゲット外観の調査において、１０ｍｍ以上のクラックを割れと判断した。評価結果を表２に示す。
到達真空度：５×１０－５Ｐａ
Ａｒガス圧：０．３Ｐａ
スパッタ出力：直流１０００Ｗ
作製したＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットを無酸素銅製のバッキングプレートにはんだ付けし、これをマグネトロン式のＤＣスパッタ装置に装着した。
次いで、以下のスパッタ条件にて、６０分間連続して、スパッタ法による成膜を実施した。その後、ターゲット外観の調査を行い、割れの有無を目視で確認した。なお、ターゲット外観の調査において、１０ｍｍ以上のクラックを割れと判断した。評価結果を表２に示す。
到達真空度：５×１０－５Ｐａ
Ａｒガス圧：０．３Ｐａ
スパッタ出力：直流１０００Ｗ
比較例１においては、Ｃの含有量が６２．９原子％と高く、密度比が８１．１％と低く、ビッカース硬度が５２０Ｈｖとなった。そして、スパッタ中のターゲットの割れが確認された。
比較例２においては、Ｃの含有量が１．６原子％と低く、ＳｉＣ相の面積率が０．５％と低く、ビッカース硬度が５４０Ｈｖとなった。そして、スパッタ中のターゲットの割れが確認された。
比較例３においては、焼結温度が１０５０℃と低温条件とされ、密度比が７７．９％と低くなった。そして、スパッタ中のターゲットの割れが確認された。
これに対して、本発明例１－９においては、密度比が８５％以上、かつ、ＳｉＣ相の面積率が５％以上であり、スパッタ中のターゲットの割れは確認されなかった。
以上のことから、本発明例によれば、スパッタ成膜時におけるターゲット割れの発生を抑制し、安定してＣｒＳｉ薄膜を成膜することが可能なＣｒＳｉ系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。
１１ ＣｒＳｉ相
１２ ＳｉＣ相
１２ ＳｉＣ相
Claims (2)
- ＣｒＳｉ相を主相とするＣｒＳｉ系スパッタリングターゲットであって、
ＳｉとＣｒとＣとの合計を１００原子％とした場合に、Ｃｒの含有量が１０原子％以上６５原子％以下の範囲内、Ｓｉの含有量が２０原子％以上６０原子％以下の範囲内、Ｃの含有量が５原子％以上５０原子％以下の範囲内とされており、
密度比が８５％以上とされ、
断面組織において、ＳｉＣ相の面積率が５％以上であることを特徴とするＣｒＳｉ系スパッタリングターゲット。 - ビッカース硬度が５５０Ｈｖ以上であることを特徴とする請求項１に記載のＣｒＳｉ系スパッタリングターゲット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021174458A JP2023064278A (ja) | 2021-10-26 | 2021-10-26 | ＣｒＳｉ系スパッタリングターゲット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021174458A JP2023064278A (ja) | 2021-10-26 | 2021-10-26 | ＣｒＳｉ系スパッタリングターゲット |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023064278A true JP2023064278A (ja) | 2023-05-11 |
Family
ID=86271475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021174458A Pending JP2023064278A (ja) | 2021-10-26 | 2021-10-26 | ＣｒＳｉ系スパッタリングターゲット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2023064278A (ja) |
-
2021
- 2021-10-26 JP JP2021174458A patent/JP2023064278A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102519021B1 (ko) | 텅스텐 실리사이드 타깃 및 그 제조 방법 | |
| WO1995004167A1 (fr) | Cible en siliciure metallique a point de fusion eleve, son procede de production, couche en siliciure metallique a point de fusion eleve, et dispositif a semi-conducteurs | |
| KR20200135436A (ko) | 텅스텐 실리사이드 타깃 및 그 제조 방법, 그리고 텅스텐 실리사이드막의 제조 방법 | |
| JP2009024214A (ja) | 超硬合金およびその製造方法 | |
| JP2008255440A (ja) | ＭｏＴｉ合金スパッタリングターゲット材 | |
| JP2023064278A (ja) | ＣｒＳｉ系スパッタリングターゲット | |
| US10066277B2 (en) | Cemented carbide and coated cemented carbide | |
| TWI675116B (zh) | Ｔｉ－Ａｌ合金濺鍍靶 | |
| JP6814758B2 (ja) | スパッタリングターゲット | |
| WO2016056441A1 (ja) | Ｗ－Ｔｉスパッタリングターゲット | |
| JP2007045918A (ja) | 自己潤滑性焼結体の原料粉末とその製造方法、自己潤滑性焼結体の製造方法 | |
| WO2021192916A1 (ja) | 複合材料、及び放熱部材 | |
| CN112055758B (zh) | W-Ti溅射靶 | |
| JPWO2019098183A1 (ja) | 炭化タングステンを含む粉末 | |
| JP6686699B2 (ja) | スパッタリングターゲット | |
| KR102316360B1 (ko) | 스퍼터링 타깃 및 제조방법 | |
| JP2021127494A (ja) | Ｃｒ−Ａｌ合金スパッタリングターゲット | |
| JP2019173067A (ja) | スパッタリングターゲット | |
| KR101960206B1 (ko) | 텅스텐 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법 | |
| JP4968449B2 (ja) | パーティクル発生の少ない高密度磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲット | |
| WO2024128075A1 (ja) | スパッタリングターゲットおよびその製造方法 | |
| JP6282755B2 (ja) | Ａｌ−Ｔｅ−Ｃｕ−Ｚｒ系合金からなるスパッタリングターゲット及びその製造方法 | |
| JP2023041299A (ja) | スパッタリングターゲット |