JP2915177B2 - Method of manufacturing sputtering target and sputtering target manufactured by this method - Google Patents
Method of manufacturing sputtering target and sputtering target manufactured by this methodInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は電子計算機、電子交換器
等の情報処理機器等に適する高密度配線基板の製造にお
いて、回路中の抵抗素子を形成する高比抵抗薄膜をスパ
ッタリングにより形成するために用いるスパッタリング
ターゲットに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a high-density wiring board suitable for information processing equipment such as an electronic computer and an electronic exchange, by forming a high-resistivity thin film for forming a resistance element in a circuit by sputtering. The present invention relates to a sputtering target used for the above.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来よりCrとSiとOからなる比抵抗
の大きな薄膜は抵抗温度係数が小さく、熱的・化学的に
も安定で、薄膜抵抗素子を形成する上で非常に有用な薄
膜として知られている。該薄膜を形成するための手段と
してジャーナル オブ バキューム サイエンス アン
ド テクノロジー 4巻4号(1967年)第163頁
から第170頁(J.Vac.Sci.Techno
l.,4(1967)pp163−170)に記載の如
くCr粉末と一酸化珪素(SiO)粉末の混合物を電子
線により加熱して蒸着する手法が述べられている。2. Description of the Related Art Conventionally, a thin film composed of Cr, Si and O and having a large specific resistance has a small temperature coefficient of resistance, is thermally and chemically stable, and is a very useful thin film for forming a thin film resistance element. Are known. As a means for forming the thin film, Journal of Vacuum Science and Technology Vol. 4 No. 4 (1967), pp. 163 to 170 (J. Vac. Sci. Techno)
l. , 4 (1967) pp163-170), a method of heating and depositing a mixture of a Cr powder and a silicon monoxide (SiO) powder with an electron beam.
【0003】また、特開昭54−1898および特開昭
58−82770等に記載の如くCrとSiからなる複
合型ターゲットまたは合金ターゲットを用いて酸素含有
雰囲気中で反応性スパッタリングを行い上記薄膜を得る
ことができると記載されている。Further, as described in JP-A-54-1898 and JP-A-58-82770, reactive sputtering is performed in an oxygen-containing atmosphere using a composite type target or an alloy target comprising Cr and Si to form the thin film. It is stated that it can be obtained.
【0004】さらに、シィン ソリッド フィルムズ
57巻(1979年)第363頁から第366頁(Th
in Solid Films,57(1979)pp
363−366)に記載の如くCr粉末とSiO2粉末
の混合物を粉末のままスパッタリングターゲットとして
上記薄膜を形成した例も見られる。Further, Shin Solid Films
57 (1979), pages 363 to 366 (Th
in Solid Films, 57 (1979) pp.
363-366), there is also an example in which a mixture of Cr powder and SiO 2 powder is used as a sputtering target to form the thin film as a powder.
【0005】また、材料系は異なるが金属と珪素と酸素
からなる薄膜として知られるタンタル(Ta)と珪素
(Si)と酸素(O)とからなる薄膜を得るためのスパ
ッタリングターゲットとして金属タンタル(Ta)とS
iO2の粉末を加圧成形してスパッタリングターゲット
とした例が特開昭58−119605に記載されてい
る。A sputtering target for obtaining a thin film composed of tantalum (Ta), silicon (Si) and oxygen (O), which is different in material system but known as a thin film composed of metal, silicon and oxygen, is used as a sputtering target. ) And S
Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 58-119605 describes an example in which a powder of iO 2 is formed by pressing under pressure to form a sputtering target.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記従来例のうちCr
とSiとOからなる薄膜を形成するための例においては
いずれも短期的には所期の薄膜を得ることができるが、
長期にわたって再現性良く薄膜を得るための経時的安定
性の点で配慮されておらず、組成のずれが生じ易いため
に工業的に用いるには問題があった。また、金属Taと
SiO2から成形したスパッタリングターゲットの例に
おいては、タンタルと珪素,タンタルと酸素間の化学反
応が高温において生じる結果ターゲットが非常に脆いも
のとなるため極力低温での成形を行う必要がある。この
ため相対密度が上がらず、種々の対策を施しても90%
程度に留まる。このため、スパッタリングターゲットに
内包される微小空隙の面内分布及び厚さ方向の分布が生
じやすく、やはり長期にわたる再現性(経時的安定性)
の点で問題がある。また、該微小空隙はクラックの起点
となるばかりでなく、これの伝播を非常に容易にするた
め、相対密度の低いターゲット材は機械的強度が小さく
使用中に割れやすい。また、肉眼で確認できるような大
きな空隙はスパッタ中のグロー放電の局所的集中を生
じ、放電が不安定となる。これを防ぐために相対密度を
90%以上に向上させるため高圧で加圧すると加圧時の
粒子間の摩擦等により発熱し、上記反応の進行を抑制で
きなくなる。このため得られるターゲット材は非常に脆
いものであり、スパッタ成膜中の放電による発熱のため
に割れることが多く使用に耐えない。SUMMARY OF THE INVENTION Among the above conventional examples, Cr
In any of the examples for forming a thin film composed of Si and O, the desired thin film can be obtained in a short term,
No consideration is given to the stability over time for obtaining a thin film with good reproducibility over a long period of time, and there is a problem in industrial use because the composition is easily shifted. In the case of a sputtering target formed from metal Ta and SiO 2, a chemical reaction between tantalum and silicon, or tantalum and oxygen occurs at a high temperature, resulting in a very brittle target. There is. For this reason, the relative density does not increase, and even if various measures are taken, 90%
Stay on the order. For this reason, the in-plane distribution and the distribution in the thickness direction of the microvoids included in the sputtering target are likely to occur, and the reproducibility over a long period (stability over time) is also observed.
There is a problem in the point. In addition, the microvoids not only serve as starting points for cracks but also to facilitate the propagation thereof, so that a target material having a low relative density has low mechanical strength and is easily broken during use. In addition, a large gap that can be confirmed with the naked eye causes local concentration of glow discharge during sputtering, and the discharge becomes unstable. When pressure is applied at a high pressure to increase the relative density to 90% or more in order to prevent this, heat is generated due to friction between particles at the time of pressurization, and the progress of the reaction cannot be suppressed. For this reason, the obtained target material is very brittle, and often breaks due to heat generated by electric discharge during sputter film formation, and cannot be used.
【0007】本発明の目的は、CrとSiとOからなる
比抵抗の高い薄膜を安定にかつ大量に形成するための量
産に適したスパッタリングターゲットを提供することに
ある。An object of the present invention is to provide a sputtering target suitable for mass production for stably forming a large amount of a thin film made of Cr, Si and O with a high specific resistance.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的はCrとSiと
Oからなる均質かつ機械的強度の高い即ち相対密度の高
いスパッタリングターゲットを得ることで達成される。
このために、原料としてCrと安定な酸化物であるSi
O2の粉末を用い、その粒度をタイラーナンバーで32
メッシュアンダー(粒径500μm以下)のものを選別
し、これを充分に水分を除去した後に20〜80重量%
Crの比率で混合して原料粉とする。ここで、成形のた
めの加熱によってCrとSiとの反応が生じることを防
ぐために、熱処理によってCr粒の表面に薄い酸化膜を
形成させた粉末をSiO2と混合して原料粉としても良
い。その後、ニオブ(Nb)等の高融点金属の箔を内張
りした圧密用封止缶内に充填して200〜800℃に加
熱しながら缶内の気体を排気してから封止し、熱間静水
圧プレスにより加圧成形してスパッタリングターゲット
を製造するものである。The above object is achieved by obtaining a sputtering target composed of Cr, Si and O having a high uniformity and high mechanical strength, that is, a high relative density.
For this reason, Cr and Si, which is a stable oxide, are used as raw materials.
O 2 powder was used and its particle size was 32 in Tyler number.
A mesh under (with a particle size of 500 μm or less) is selected and, after sufficiently removing water, 20 to 80% by weight.
It mixes in the ratio of Cr to make a raw material powder. Here, in order to prevent a reaction between Cr and Si from occurring due to heating for forming, powder obtained by forming a thin oxide film on the surface of Cr grains by heat treatment may be mixed with SiO 2 to be used as a raw material powder. Then, the inside of the can is evacuated while being heated to 200 to 800 ° C. while being filled into a sealing can for consolidation with foil of a high melting point metal such as niobium (Nb), and then sealed. The sputtering target is manufactured by pressure molding with a hydraulic press.
【0009】または、混合した原料粉を通常のプレスに
て成形した後ダイスに装着して熱間プレスによって加圧
成形してスパッタリングターゲットを製造するものであ
る。Alternatively, a sputtering target is manufactured by molding the mixed raw material powder by a normal press, mounting the mixture on a die, and press-molding by a hot press.
【0010】[0010]
【作用】CrとSiO2の粉末の各々の粒度が32メッ
シュ以下(粒径500μm以下)となるよう選別し、こ
れらを20〜80重量%Crの範囲の比率とした上で十
分に撹拌することで均一な混合原料粉を得ることができ
る。この混合原料粉を用いることで、局所的なCrとS
iO2の比率のばらつきが非常に小さい焼結体を製造す
ることができる。また、Cr本来の性質からCr粉末を
大気中に放置するだけでCr粒の表面に自然酸化膜が形
成され、この酸化膜が高温高圧による成形工程中でもC
rとSiO2中のSiとの化学反応を防ぐため脆い化合
物の生成や化合物生成時の体積変化による焼結体の破壊
が起こらず安定に製造できる。さらにCr粒表面に加熱
処理により酸化膜を形成させることでより確実な効果が
得られる。両者が高温での加圧においても安定であるた
め、1200℃程度の温度と1000kg/cm2の高
圧の条件による成形時にはCrの粒子間にあるSiO2
が軟化流動して空隙を埋めるためCr粒子間がほぼ完全
にSiO2により充填された混合2相組織を有するよう
になり、焼結体の相対密度が95%以上となる。さら
に、封止缶に内張りした反応防止層であるNb箔が封止
缶の材料と原料粉とが反応して加圧成形体中に封止缶の
構成元素が混入したり加圧成形体表面から封止缶を除去
できなくなることを防ぐ。このような反応防止処理は熱
間プレスによって加圧成形を行う場合のダイスにも必要
である。これらの製造法の総合的な効果により焼結体中
の局所的なCrとSiO2の比率のばらつきが小さいた
めに非常に均質であり、且つその相対密度が95%以上
の機械的強度の高い焼結体を得ることができる。このよ
うな特性を有する本スパッタリングターゲットを用いて
得られる薄膜は膜特性の面内分布が小さく、且つ長期に
渡って再現性良く薄膜を得ることが可能となる。The Cr and SiO 2 powders are selected so that the particle size of each powder is 32 mesh or less (particle size of 500 μm or less), and these are mixed in a ratio of 20 to 80 wt% Cr and sufficiently stirred. And a uniform mixed raw material powder can be obtained. By using this mixed raw material powder, local Cr and S
A sintered body having a very small variation in the ratio of iO 2 can be manufactured. Also, a natural oxide film is formed on the surface of the Cr particles only by leaving the Cr powder in the air due to the inherent properties of Cr.
In order to prevent a chemical reaction between r and Si in SiO 2 , it is possible to stably manufacture without generating a brittle compound or destruction of the sintered body due to a volume change at the time of compound formation. Further, a more reliable effect can be obtained by forming an oxide film on the surface of the Cr particles by heat treatment. Since both are stable at the pressure at a high temperature, during molding by high pressure conditions of temperature and 1000 kg / cm 2 at about 1200 ° C. is between Cr particles SiO 2
Has a mixed two-phase structure in which the space between Cr particles is almost completely filled with SiO 2, so that the relative density of the sintered body becomes 95% or more. Further, the Nb foil, which is a reaction preventing layer lined with the sealing can, reacts with the material of the sealing can and the raw material powder to mix the constituent elements of the sealing can into the press molded body or to prevent the surface of the press molded body from being mixed. To prevent the sealing can from being removed from the container. Such a reaction prevention treatment is also necessary for a die when performing pressure molding by a hot press. Due to the overall effect of these production methods, local variation in the ratio of Cr and SiO 2 in the sintered body is small, so that the sintered body is very homogeneous and has a relative density of 95% or more and high mechanical strength. A sintered body can be obtained. A thin film obtained by using the present sputtering target having such characteristics has a small in-plane distribution of film characteristics, and can obtain a thin film with good reproducibility over a long period of time.
【0011】[0011]
【実施例】以下本発明の実施例を図を用いて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0012】[実施例1]図1に示す如く、原料となる
99.5%以上の純度のCr粉末の粒度が120メッシ
ュ以下、99.5%以上の純度のSiO2粉末の粒度を
200メッシュ以下となるように各々選別する。Cr粉
末は比較的水分吸着が少ないため保管に注意していれば
選別後にそのまま原料粉として用いても良い。また、保
存中の水分吸着が懸念される場合は大気中で200℃程
度に加熱しながら撹拌することで確実な水分除去が行え
る上、同時にCr粒表面全面に酸化膜が形成され、これ
が高温でのSiO2との反応を確実に防ぐ働きをする。
この乾燥時の加熱を300℃を越えるような高温にする
とCr粒の表面酸化が著しくなり、ターゲット全体とし
ての酸素含有量にも影響が現われるため、上記の温度範
囲が適当である。SiO2粉末は大気または窒素等の乾
燥雰囲気中において、800℃以上に加熱して撹拌する
ことにより水分の除去を必ず行う。SiO2粉末はその
製法によっては結晶水の形態で水分を10重量%前後含
んでいることがある上に、保管中に大気中の水分をかな
り吸着してしまうため、水分を極力除去するために上記
のような高温での乾燥処理が必須である。SiO2粉末
に水分が残っている場合は焼結中の1000℃前後の高
温下で水蒸気となり、これによってCr粉が極端に酸化
されて脆い酸化物となってしまうため、事実上焼結でき
ない。Example 1 As shown in FIG. 1, the particle size of a Cr powder having a purity of 99.5% or more as a raw material is 120 mesh or less, and the particle size of a SiO 2 powder having a purity of 99.5% or more is 200 mesh. Screen each as follows. Since the Cr powder has relatively little moisture adsorption, it may be used as it is as a raw material powder after sorting if care is taken in storage. In addition, when there is a concern about moisture adsorption during storage, the water can be reliably removed by stirring while heating at about 200 ° C. in the air, and at the same time, an oxide film is formed on the entire surface of the Cr particles, In the reaction with SiO 2 .
If the heating at the time of the drying is set to a high temperature exceeding 300 ° C., the surface oxidation of the Cr particles becomes remarkable, and the oxygen content of the entire target is affected, so that the above temperature range is appropriate. The SiO 2 powder is always heated to 800 ° C. or more and stirred in an atmosphere or a dry atmosphere such as nitrogen to remove water. Depending on the manufacturing method, the SiO 2 powder may contain about 10% by weight of water in the form of water of crystallization. In addition, since the water in the atmosphere adsorbs considerably during storage, it is necessary to remove the water as much as possible. Drying at a high temperature as described above is essential. If water remains in the SiO 2 powder, it becomes water vapor at a high temperature of about 1000 ° C. during sintering, and the Cr powder is extremely oxidized to a brittle oxide.
【0013】その後、各々所定の重量に調整したCrお
よびSiO2の粉末を十分に混合して原料粉末とした。
ここで、原料粉末の混合比率が20重量%Cr以下およ
び80重量%Cr以上のように大幅に異なるような組成
では原料粉の均一な混合が困難となり、スパッタリング
ターゲット中においてもCrまたはSiO2が偏在しや
すい。このため、スパッタリングターゲットの組成とし
ては20重量%Cr〜80重量%Crの範囲にあること
が必要である。高温高圧下で混合粉末と合金化等の反応
を抑制するために数十μmの厚さのニオブ(Nb)また
はタンタル(Ta)の箔を内張りした鋼製圧密用封止缶
に詰め、200〜800℃の範囲で加熱しながら数時間
かけて容器内の空気を排気する。温度が高い方が早くか
つ確実に排気できるが、800℃を越えるとCrが昇華
してしまうため上記範囲にする必要がある。排気は容器
内の圧力が0.01Pa以下になるまで行うのが望まし
く、0.001Pa以下であれば残留空気および水分に
よる焼結中の過度の酸化を防ぐために十分な効果がある
上、スパッタリングターゲットとしての諸特性の再現性
も良好である。排気完了後に容器を密封溶接し、これを
熱間静水圧プレスにより1000℃〜1400℃の温度
および1000〜1200kg/cm2の圧力の下で焼
結する。焼結後は室温まで10時間以上の時間をかけて
徐々に冷却し、冷却完了後に圧密用封止缶を機械的に切
断除去して焼結された成形体取り出す。この焼結工程に
より、封止缶の体積は10〜20%程度減少する。得ら
れた成形体の相対密度を測定したところ、98%の密度
が得られていることが明らかとなった。その後、成形体
を所定の形状に機械加工した後、有機溶剤および純水等
により洗浄・乾燥し、スパッタ装置への取付を容易にす
るためにバッキングプレートへターゲットを接着して完
成する。Thereafter, Cr and SiO 2 powders each adjusted to a predetermined weight were sufficiently mixed to obtain a raw material powder.
Here, in a composition in which the mixing ratio of the raw material powders is significantly different, such as 20% by weight or less Cr and 80% by weight or more, uniform mixing of the raw material powders becomes difficult, and even in the sputtering target, Cr or SiO 2 is reduced. Easy to be unevenly distributed. For this reason, the composition of the sputtering target needs to be in the range of 20 wt% Cr to 80 wt% Cr. In order to suppress the reaction such as alloying with the mixed powder under high temperature and high pressure, it is packed in a steel sealing can sealed with niobium (Nb) or tantalum (Ta) foil having a thickness of several tens of μm. The air in the container is exhausted over several hours while heating at a temperature in the range of 800 ° C. The higher the temperature, the more quickly and surely the gas can be evacuated. It is desirable that the evacuation is performed until the pressure in the container becomes 0.01 Pa or less, and if it is 0.001 Pa or less, there is a sufficient effect to prevent excessive oxidation during sintering due to residual air and moisture, and a sputtering target The reproducibility of various characteristics is also good. After the evacuation is completed, the container is hermetically welded and sintered by a hot isostatic press at a temperature of 1000 ° C. to 1400 ° C. and a pressure of 1000 to 1200 kg / cm 2 . After sintering, it is gradually cooled to room temperature over 10 hours or more, and after completion of cooling, the compacting can is mechanically cut and removed to take out the sintered compact. By this sintering step, the volume of the sealing can is reduced by about 10 to 20%. When the relative density of the obtained molded body was measured, it became clear that a density of 98% was obtained. Thereafter, the formed body is machined into a predetermined shape, washed and dried with an organic solvent, pure water, or the like, and a target is bonded to a backing plate to facilitate attachment to a sputtering apparatus, thereby completing the process.
【0014】[実施例2]原料粉の粒度をCrを32メ
ッシュアンダー,SiO2を200メッシュアンダーと
しても実施例1と全く同じ工程によりスパッタリングタ
ーゲットを製造することができるが、ターゲット中での
Cr粉の局所的な偏在が目立つ上、相対密度も上記例に
比べれば若干低く96%程度であった。該スパッタリン
グターゲットの使用にあたっては膜質再現性の点で十分
な注意が必要であり、変動に応じて成膜条件を調整する
ことによりスパッタリングターゲットとして使用するこ
とは可能であった。Example 2 A sputtering target can be manufactured by exactly the same process as in Example 1 even when the particle size of the raw material powder is 32 mesh under Cr and 200 mesh under SiO 2. The local uneven distribution of the powder was conspicuous, and the relative density was slightly lower than that of the above example and was about 96%. When using the sputtering target, sufficient attention must be paid to the reproducibility of film quality, and it was possible to use the sputtering target as a sputtering target by adjusting the film forming conditions according to the fluctuation.
【0015】[実施例3]実施例1と同様に原料粉を準
備し所期の比率で均一に混合した後、所望の形状を有し
た金型に充填し約400kg/cm2の圧力で圧粉成形
する。これを炭素製の容器に装着し、容器内真空度0.
01Paまで排気する。この後、1300℃の温度下で
窒化硼素を塗布した炭素性スペーサを介して約260k
g/cm2の圧力を成形体に加え、この加圧状態を約2
時間保持した。この方法によっても実施例1と同等のス
パッタリングターゲットを得ることができた。[Example 3] In the same manner as in Example 1, raw material powders are prepared and uniformly mixed at an expected ratio, then filled in a mold having a desired shape, and pressed at a pressure of about 400 kg / cm 2. Powder molding. This was attached to a carbon container and the degree of vacuum in the container was set to 0.
Exhaust to 01 Pa. Thereafter, at a temperature of 1300 ° C., about 260 k is applied through a carbon spacer coated with boron nitride.
g / cm 2 of pressure was applied to the compact,
Hold for hours. According to this method, a sputtering target equivalent to that of Example 1 could be obtained.
【0016】この製造法において、圧力を下げて焼結す
ると相対密度の小さなスパッタリングターゲットを得る
ことができるため、相対密度約80%のものを製作し、
3.0W/cm2の電力密度で放電させたが、数分の放
電によりターゲットが割れてしまい実用に耐えなかっ
た。これに対して、相対密度95%以上のターゲットの
ものは実施例1および2に記載のものも含めて何れの方
法で製作したものでも放電による破損の兆候は見られな
かった。In this manufacturing method, since a sputtering target having a small relative density can be obtained by lowering the pressure and sintering, a sputtering target having a relative density of about 80% is manufactured.
Although discharge was performed at a power density of 3.0 W / cm 2, the target was broken by a few minutes of discharge, and was not practical. On the other hand, no signs of damage due to electric discharge were observed in any of the targets having a relative density of 95% or more, including those described in Examples 1 and 2, produced by any method.
【0017】[実施例4]実施例1,2および3にて得
られた66重量%Cr-34重量%SiO2の組成を有す
るターゲットの表面を研磨して光学顕微鏡で観察する
と、図2に示す如くSiO2の中にCr粒1が散らばっ
ている組織になっている。これは高温高圧下においてS
iO2が流動性を帯び、Cr粒1の間に流れ込むことに
よって空隙をほぼ完全に埋めることでこのような組織に
なったものである。このような組織を有する試料に対し
て蛍光X線の線分析を行うと、図3に示す如くCr粒1
とSiO2の間ではCrの特性X線の強度4およびSi
O2の特性X線強度3が急激な立上りおよび立下がりを
示して逆転していることから、相互拡散が生じておら
ず、明確な境界が存在することが判る。これはCr粒表
面の自然酸化膜または熱酸化膜が焼結工程における高温
高圧下において相互拡散を防ぐ障壁の働きをしたためと
考えられる。このような組織を有する焼結体の相対密度
(この場合の理論密度は4.06g/cm3)を測定す
ると、約98%前後の値となっており、充分高い値であ
った。Example 4 The surface of the target having a composition of 66% by weight of Cr-34% by weight of SiO 2 obtained in Examples 1, 2 and 3 was polished and observed with an optical microscope. As shown, the structure is such that Cr grains 1 are scattered in SiO 2 . This is because S
The structure is such that iO 2 has fluidity and flows between the Cr particles 1 to almost completely fill the voids. When a sample having such a structure is subjected to X-ray fluorescence analysis, as shown in FIG.
And SiO 2 , the characteristic X-ray intensity of Cr 4 and Si
Since the characteristic X-ray intensity 3 of O 2 is reversed with a sharp rise and fall, it is clear that no mutual diffusion has occurred and a clear boundary exists. It is considered that this is because the natural oxide film or the thermal oxide film on the surface of the Cr grains acted as a barrier for preventing mutual diffusion under high temperature and high pressure in the sintering process. The relative density of the sintered body having such a structure (the theoretical density in this case was 4.06 g / cm 3 ) was about 98%, which was a sufficiently high value.
【0018】[実施例5]CrとSiO2の粉末の粒度
を変えて同じ条件で焼結したターゲットの機械的強度を
比較してみると、表1に示すごとく機械的強度はCr粉
末の粒度に依存し、Cr粒が大きいほど脆くなる。表中
1の条件では焼結後の機械加工の段階で割れが発生し、
スパッタリングターゲットとしては評価できなかった。
しかしながら、表中2の条件を用いて矩形のスパッタリ
ングターゲットを製作し、これに3.1W/cm2の電
力密度でRF電力を加え、これによりグロー放電を発生
させるという負荷を通算200時間にわたってかけた
が、なんら異常を生じることなく使用することができ
た。従って、Cr粉の粒度の上限は表の条件の1と2の
間にあり、2より細かいものは充分使用に耐えることが
明らかである。Example 5 The mechanical strength of a target sintered under the same conditions while changing the particle size of the Cr and SiO 2 powders was compared. As shown in Table 1, the mechanical strength was the particle size of the Cr powder. And the larger the Cr grains, the more brittle. Under the conditions shown in Table 1, cracks occur at the stage of machining after sintering,
It could not be evaluated as a sputtering target.
However, a rectangular sputtering target was manufactured using the conditions in Table 2 and RF power was applied thereto at a power density of 3.1 W / cm 2 , thereby generating a glow discharge. However, it could be used without any abnormality. Therefore, the upper limit of the particle size of the Cr powder is between 1 and 2 in the conditions in the table, and it is clear that finer than 2 can sufficiently withstand use.
【0019】また、CrおよびSiO2の粉末の粒度が
大きい場合は、成形体における局所的なCrとSiO2
の比率のばらつきが大きくなり、薄膜の膜特性の再現性
が悪くなる。従って、原料となるCrおよびSiO2の
粉末の粒度はこの点からも32メッシュより細かい粒度
である必要があり、さらにSiO2の粉末については均
一な混合という点でCr粉末と同等またはそれよりも細
かい必要がある。ただし、Cr粉末はあまり細くしても
機械的強度は飽和してしまう上、Cr粒の表面積の増加
に伴う酸化層の量的増加により酸素量が所期の量よりも
増えることや不純物の含有量が相対的に多くなる等の影
響が顕著になるために1000メッシュアンダーより細
かくても利点は無い。SiO2粉末においても細かい方
が水分の吸着量が増える他、粒の凝集が顕著になるため
実効的には粗い粉末と同じ結果となるため1000メッ
シュアンダーより細かくとも利点は無い。従って、実際
にスパッタリングターゲットを製作するにあたっては原
料粉の不純物含有量、取扱いの容易さおよびターゲット
の特性から考えてCrおよびSiO2の粉末はともに3
2〜1000メッシュアンダーの範囲が最適粒度であ
る。When the particle size of Cr and SiO 2 powders is large, local Cr and SiO 2
, The reproducibility of the film characteristics of the thin film deteriorates. Therefore, the particle sizes of the Cr and SiO 2 powders used as the raw materials need to be finer than 32 mesh from this point, and the SiO 2 powder is equivalent to or better than the Cr powder in terms of uniform mixing. Need to be fine. However, the mechanical strength saturates even if the Cr powder is too thin, and the amount of oxygen increases more than the expected amount due to the increase in the oxide layer accompanying the increase in the surface area of the Cr particles. Since the influence of the relatively large amount becomes remarkable, there is no advantage even if it is smaller than 1000 mesh under. The finer the SiO 2 powder, the more the amount of adsorbed water increases, and the cohesion of the particles becomes remarkable, effectively giving the same result as the coarse powder. Therefore, when actually manufacturing a sputtering target, both the Cr and SiO 2 powders should be 3 in consideration of the impurity content of the raw material powder, the ease of handling, and the characteristics of the target.
The range of 2 to 1000 mesh under is the optimum particle size.
【0020】[0020]
【表1】 [Table 1]
【0021】[実施例6]127×381mm角のCr
-SiO2焼結ターゲットを製作して基板移動成膜型のス
パッタリング装置に取り付け、1.5kWのRF電力に
て放電させて薄膜を形成したところ、得られた薄膜のシ
ート抵抗分布は127mm角の基板上において±3%以
下であった。また、本装置により一定の成膜条件のもと
での成膜再現性を調べ、累積バッチ数と平均シート抵抗
値の関係を図4に示す。この図よりCr板とSiO2板
を組み合わせて同じ外形とした複合型ターゲットによる
この関係5はバッチが重なる毎に上昇し、上述のシート
抵抗およびその分布特性を有する薄膜を得ることができ
るバッチ数が約20バッチであったものが、本発明によ
るスパッタリングターゲットを用いた例6ではそのバッ
チ数は300バッチ以上にも達し、量産性の大幅な向上
が確認された。また、これらの検討を通じて本焼結ター
ゲットが放電により破壊される兆候は全く見られず、上
記製造上の各条件の設定が適切であることも確認でき
た。[Embodiment 6] 127 × 381 mm square Cr
-A SiO 2 sintered target was manufactured and attached to a substrate moving film forming type sputtering apparatus, and a thin film was formed by discharging with RF power of 1.5 kW. The sheet resistance distribution of the obtained thin film was 127 mm square. It was ± 3% or less on the substrate. Further, the film forming reproducibility under a constant film forming condition was examined by the present apparatus, and the relationship between the cumulative number of batches and the average sheet resistance value is shown in FIG. From this figure, the relationship 5 by the composite type target having the same outer shape by combining the Cr plate and the SiO 2 plate increases each time the batches overlap, and the number of batches that can obtain the thin film having the above-described sheet resistance and its distribution characteristics Was about 20 batches, but in Example 6 using the sputtering target according to the present invention, the number of batches reached 300 batches or more, and significant improvement in mass productivity was confirmed. In addition, through these studies, there was no sign that the present sintered target was destroyed by electric discharge, and it was confirmed that the above-mentioned conditions for the production were appropriately set.
【0022】[実施例7]CrとSiO2の粉末を混合
する割合を55〜80重量%Crの範囲で変えたスパッ
タリングターゲットを製作し、これらを用いてRFスパ
ッタリングによりCr−Si−O薄膜を形成した。その
成膜されたままの状態の比抵抗を図5に示した。この図
より明かなように、一般的に知られているNiCr(ニ
クロム)薄膜と同等の比抵抗である1μΩ・mの比抵抗
を有する薄膜が本発明のスパッタリングターゲットでは
80重量%Crの組成で得られ、更に、従来は安定して
得ることが困難であった高比抵抗領域の薄膜がSiO2
の量を増すことで広い範囲に渡って容易に得ることがで
きる。Example 7 A sputtering target was manufactured by changing the mixing ratio of Cr and SiO 2 powder in the range of 55 to 80% by weight of Cr, and a Cr—Si—O thin film was formed by RF sputtering using these targets. Formed. FIG. 5 shows the specific resistance in the as-formed state. As is clear from this figure, a thin film having a specific resistance of 1 μΩ · m, which is equivalent to a generally known NiCr (nichrome) thin film, has a composition of 80 wt% Cr in the sputtering target of the present invention. And a thin film in a high resistivity region, which was conventionally difficult to obtain stably, is made of SiO 2
Can be easily obtained over a wide range by increasing the amount of.
【0023】得られる薄膜の比抵抗の点から見るとター
ゲット組成として50〜80重量%Crの範囲が特に有
用である。また、20重量%CrよりCr量が少ない場
合、得られる薄膜は実質的に絶縁物となってしまい、本
発明の目的から外れる。このように、得られる薄膜の特
性の面からも本発明によるスパッタリングターゲットの
組成は、20重量%Cr乃至80重量%Crの範囲にあ
ることが必要であり、中でも50〜80重量%Crが好
適である。From the viewpoint of the specific resistance of the obtained thin film, the range of 50 to 80% by weight of Cr is particularly useful as the target composition. On the other hand, if the Cr content is less than 20% by weight, the obtained thin film becomes substantially an insulator, which is outside the object of the present invention. Thus, from the viewpoint of the properties of the obtained thin film, the composition of the sputtering target according to the present invention needs to be in the range of 20 wt% Cr to 80 wt% Cr, and in particular, 50 to 80 wt% Cr is preferable. It is.
【0024】[0024]
【発明の効果】本発明に依れば、CrとSiO2の混合
比に偏りがなく均質なスパッタリングターゲットを得る
ことができる。また、本ターゲットは機械的強度も高
く、長時間に渡る放電にも耐えることができるため、タ
ーゲットの使用可能時間も従来ターゲットの10倍以上
とすることができる。さらに、本ターゲットを用いるこ
とで所望の比抵抗を有する薄膜を膜質の基板内分布が小
さい状態で再現性良く得られるので、この薄膜を抵抗素
子として形成した場合に素子抵抗値の誤差を小さくで
き、薄膜回路の回路特性を大幅に向上させられる。According to the present invention, it is possible to obtain a uniform sputtering target without a bias in the mixing ratio of Cr and SiO 2 . In addition, the present target has high mechanical strength and can withstand a long-time discharge, so that the usable time of the target can be ten times or more that of the conventional target. Furthermore, by using this target, a thin film having a desired specific resistance can be obtained with good reproducibility in a state where the film quality distribution in the substrate is small, so that when this thin film is formed as a resistive element, an error in element resistance can be reduced. In addition, the circuit characteristics of the thin film circuit can be greatly improved.
【図1】本発明によるCr−SiO2焼結ターゲットの
製造工程を示す図、FIG. 1 is a view showing a manufacturing process of a Cr—SiO 2 sintered target according to the present invention;
【図2】本発明によるCr−SiO2焼結ターゲット顕
微鏡組織を示す図、FIG. 2 is a view showing a microstructure of a Cr—SiO 2 sintered target according to the present invention;
【図3】図2中のAからA’にかけて蛍光X線により線
分析した結果を示す図、FIG. 3 is a diagram showing a result of a line analysis by X-ray fluorescence from A to A ′ in FIG. 2;
【図4】本発明による焼結ターゲットの使用に伴う比抵
抗変動を同じ形状の複合型ターゲットのものと比較した
図、FIG. 4 is a diagram showing a change in specific resistance associated with the use of a sintered target according to the present invention as compared with that of a composite target having the same shape;
【図5】SiO2粉の混合比を変えた焼結ターゲットに
より得られた薄膜の比抵抗の混合比依存性を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing the mixing ratio dependency of the specific resistance of a thin film obtained by a sintering target in which the mixing ratio of SiO 2 powder is changed.
1…Cr粒子,2…SiO2,3…Siの蛍光X線の検
出強度,4…Crの蛍光X線の検出強度,5…複合型タ
ーゲットにおける消耗に伴う薄膜シート抵抗の変動,6
…本発明によるターゲットにおける消耗に伴う薄膜シー
ト抵抗の変動。を示す。1 ... Cr particle, 2 ... SiO 2 , 3 ... Detection intensity of fluorescent X-ray of Si, 4 ... Detection intensity of fluorescent X-ray of Cr, 5 ... Variation of thin film sheet resistance due to consumption in composite target, 6
... Fluctuation of thin film sheet resistance due to wear in the target according to the present invention. Is shown.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲釼▼持 秋広 神奈川県秦野市堀山下1番地株式会社日 立製作所神奈川工場内 (72)発明者 千葉 ▲芳▼孝 島根県安来市安来町2107−2日立金属株 式会社内 (72)発明者 平木 明敏 島根県安来市安来町2107−2日立金属株 式会社内 (56)参考文献 特開 平2−54760(JP,A) 特開 平4−14203(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 14/34 C22C 1/05 H01L 21/203,21/285 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor ▲ Kusu ▼ Mochi Akihiro 1st Horiyamashita, Hadano-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Hitachi, Ltd.Kanagawa Plant (72) Inventor Chiba ▲ Yoshi ▼ Takataka Takashi, Shimane Prefecture -2 Inside Hitachi Metals Co., Ltd. (72) Inventor Akitoshi Hiraki 2107-2 Yasugi-cho, Yasugi-shi, Shimane Prefecture Inside Hitachi Metals Co., Ltd. (56) References JP-A-2-54760 (JP, A) JP-A-4 -14203 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C23C 14/34 C22C 1/05 H01L 21 / 203,21 / 285
Claims (4)
(SiO2)の粉末を加圧焼結して製造するスパッタリ
ングターゲットの製造方法において、両者の粉末の粒度
が30メッシュ以下(粒径500μm以下)であるとと
もに二酸化珪素(SiO2)の粉末の粒径が金属クロム
(Cr)の粉末の粒径と同等ないしは細かいものを用
い、金属クロム(Cr)粉末を大気中にて100〜30
0℃の温度に加熱して水分を除去し、二酸化珪素(Si
O2)の粉末を大気中にて800〜1200℃の温度に
加熱して水分を除去し、両者を金属クロム(Cr)の粉
末の重量比が20〜80%の範囲の比率に混合し、得ら
れた混合粉末を加圧焼結することで、その混合比におけ
る理論密度に対する実際の密度の比率(相対密度)が9
5%以上の焼結一体物とすることを特徴とするスパッタ
リングターゲットの製造方法。1. A sputtering method manufactured by sintering a powder of metallic chromium (Cr) and a powder of silicon dioxide (SiO2) under pressure.
In the method of manufacturing the target, the particle size of both powders
Is less than 30 mesh (particle size 500 μm or less)
The particle size of silicon dioxide (SiO2) powder is metallic chromium
Use the same or finer particle size as (Cr) powder
, Metal chromium (Cr) powder in air at 100-30
Heat to a temperature of 0 ° C. to remove water and remove silicon dioxide (Si
O2) powder in air at a temperature of 800-1200 ° C
Heat to remove water and combine both powders of metallic chromium (Cr)
The weight ratio of the powder is mixed to a ratio in the range of 20 to 80% ,
By sintering the mixed powder under pressure, the mixing ratio
The ratio of the actual density to the theoretical density (relative density) is 9
A method for producing a sputtering target , wherein the sintered integral material is 5% or more .
(SiO2)の粉末を加圧焼結して製造されるスパッタ
リングターゲットであって、両者の粉末の粒度が30メ
ッシュ以下(粒径500μm以下)であるとともに二酸
化珪素(SiO2)の粉末の粒径が金属クロム(Cr)
の粉末の粒径と同等ないしは細かいものが用いられ、金
属クロム(Cr)粉末を大気中にて100〜300℃の
温度に加熱して水分が除去され、二酸化珪素(SiO
2)の粉末を大気中にて800〜1200℃の温度に加
熱して水分が除去され、両者が金属クロム(Cr)の粉
末の重量比が20〜80%の範囲の比率に混合され、得
られた混合粉末を加圧焼結することで、その混合比にお
ける理論密度に対する実際の密度の比率(相対密度)が
95%以上の焼結一体物とされたスパッタリングターゲ
ット。2. A metal chromium (Cr) powder and silicon dioxide
Sputter produced by sintering (SiO2) powder under pressure
A ring target with a particle size of 30
Ash or less (particle size 500 μm or less) and diacid
Particle size of powder of silicon oxide (SiO2) is metallic chromium (Cr)
Of the same or finer particle size as
Chromium (Cr) powder at 100-300 ° C in air
Heated to a temperature to remove moisture, silicon dioxide (SiO
The powder of 2) is heated to a temperature of 800 to 1200 ° C in the atmosphere.
Moisture is removed by heating, and both are powdered metallic chromium (Cr)
The weight ratio of the powder is mixed in the range of 20-80%,
By sintering the mixed powder under pressure, the mixing ratio
The ratio of the actual density to the theoretical density (relative density) is
Sputtering target with a sintered integral of 95% or more .
の製造方法における加圧焼結に際して、原料である金属
クロム(Cr)の粉末と二酸化珪素(SiO2)の粉末
を充分に混合した後に、原料との反応を防止するための
内張りを施した圧密用封止缶内に原料粉を充填し、該缶
を200〜800℃で加熱しながら缶内を0.01Pa
以下の真空度まで排気した後に封止し、熱間静水圧プレ
スにより焼結することを特徴とするスパッタリングター
ゲットの製造方法。3. A sputtering target according to claim 1.
During the pressure sintering in the production method of the above , after sufficiently mixing the powder of metal chromium (Cr) and the powder of silicon dioxide (SiO 2) as raw materials, a lining for preventing a reaction with the raw materials is provided. Raw material powder is filled in a sealed can, and the inside of the can is heated to 0.01 Pa while heating the can at 200 to 800 ° C.
A method for producing a sputtering target, comprising evacuating to the following degree of vacuum, sealing, and sintering by hot isostatic pressing.
トを用いて、RFスパッタリング法により1〜1000
μΩ・mの比抵抗を有するクロム(Cr),珪素(S
i)および酸素(O)からなる薄膜を形成してなる電気
回路。Using the sputtering target according to 4. The method of claim 2, 1-1000 Ri by the RF sputtering method
Chromium (Cr) and silicon (S
Electricity formed by forming a thin film composed of i) and oxygen (O)
Circuit .
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