JP5887819B2 - 酸化亜鉛焼結体、それから成るスパッタリングターゲットおよび酸化亜鉛薄膜 - Google Patents
酸化亜鉛焼結体、それから成るスパッタリングターゲットおよび酸化亜鉛薄膜 Download PDFInfo
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Description
(1)ジルコニウムを10〜1000ppm含有することを特徴とする酸化亜鉛焼結体。
(2)抵抗率が105Ω・cm以下である、(1)に記載の酸化亜鉛焼結体。
(3)円筒形状である(1)または(2)に記載の酸化亜鉛焼結体。
(4)上述の(1)〜(3)いずれかに記載の焼結体から成ることを特徴とする酸化亜鉛スパッタリングターゲット。
(5)ジルコニウムを10〜2000ppm含有し、抵抗率が10Ω・cm以上であることを特徴とする酸化亜鉛薄膜。
(6)膜厚100nmのとき、波長500nmの透過率が75%以上である、(5)に記載の酸化亜鉛薄膜。
ガス流量パラメータ=B/A
ガス流量パラメータを2.0以下とすることにより、ジルコニウムの含有量が10ppm以上であれば、焼結温度が1100℃以下であっても焼結体の抵抗率は105Ω・cm以下となる。
接着率=(接着すべき面積−ボイド面積)/接着すべき面積×100
スパッタリング中においては、支持体は冷却水により冷却されているため膨張量が少ないが、ターゲットは形状によらずスパッタリングで発生した熱により膨張する。このため、平板形状のターゲットの場合はターゲットと支持体の間の距離は変化しないが、円筒形状のターゲットの場合、ターゲットの熱膨張によりターゲットと支持体の間の距離が増加する。そのため焼結体と接着材の界面に垂直な力が加わり、接着率の低いターゲットでは気泡部分から剥離が増大し熱伝導が悪化する。そのため、接着率の低い円筒形状のターゲットは平板形状のターゲットよりクラックが発生しやすい。平板形状の焼結体の場合、クラックを防止するために90%以上の接着率が望ましい。一方、円筒形状のターゲットの場合は、95%以上が望ましい。更に好ましくは、接着率が97%以上である。
(粉末のBET比表面積)
MONOSORB(米国QUANTACHROME社製)を用い、BET式1点法により測定した。
(粉末のかさ密度)
JIS R9301−2−3中の軽装かさ密度の測定に準拠して測定した。
(粉末の平均二次粒径)
COULTER LS を用いて、粉末を水に懸濁し、超音波分散を2分間行なった後に粒度分布を測定し、そのメディアン径を平均二次粒径とした。
(粉末の安息角測定)
粉末の流動性のパラメータである安息角はホソカワミクロン製の装置パウダーテスターPT−N型を用いることで測定を行なった。
(焼結体の平均粒子径)
焼結体を研磨後、酢酸にてエッチングを行い、そのサンプルをSEMを用いて倍率100〜10000倍にてエッチング面を撮影、粒子の直径をコード法を用いて平均粒径を測定した。
ビッカース硬度の測定はJISR−1610に従ってHV10にて測定をおこなった。
(焼結体の抗折強度)
抗折強度の測定はJISR−1601の基準に従って測定を行なった。
(焼結体密度)
焼結体密度はアルキメデス法にて測定を行い、焼結体の真密度を酸化亜鉛の密度である5.68g/cm3として計算を行なった。
(添加物の濃度測定)
添加物の濃度は各対象物を溶解し、ICP分析によって測定をおこなった。
測定装置ハイレスタMCP−HT450(三菱化学製)を用い、10〜1000Vの電圧を1分間印加したときの電流値を検出し、表面抵抗を求めた。ハイレスタにて測定できない物については、ローレスタHP MCP−T410を用いて1mA〜100mAの定電流を印加して4探針法にて測定を行った。
(薄膜の透過率)
基板を含めた光透過率を分光光度計U−4100(日立製作所社製)で波長240nmから2600nmの範囲を測定した。
市販のJIS1種規格酸化亜鉛粉末と酸化ジルコニウム粉末を、合計2000gとなりジルコニウムの含有量が45ppmになるように、10Lのナイロン製ポット中で直径15mmの鉄心入り樹脂製ボールを用いて回転ボールミルにより16時間乾式混合した。次いで、粉末を500μmの篩を用いて粒度の調整を行い、最終的に約1990gの混合粉末を得た。混合粉末の物性を表1に示す。
放電方式:RFスパッタ
成膜装置:ULVAC CS2000(マグネトロンスパッタ装置)
成膜圧力:0.4Pa
添加ガス:アルゴン+酸素
酸素分圧:0.4%
ターゲット−基板間距離:90mm
放電パワー:450W
膜厚:約100nm
基板温度:室温(約25℃)。
ジルコニアの含有量を20ppmから1000ppmまで変化させた以外は実施例1と同様にして成形体を作製した。成形は、ジルコニウム濃度を変化させたもの(表1における番号2、3、4)について各3枚行った。粉末の物性を表1に示す。焼成については、500℃までを50℃/h、それ以上の温度域を20℃/hの昇温速度で昇温し、焼成温度1100℃で3時間保持し、降温速度100℃/h、窒素中、ガス流通パラメータ=1.8の条件で焼成して、酸化亜鉛焼結体を得た。焼成までの成功率は表2のように、すべて100%となった。また、焼結体の物性は表3に示すとおりであり、このように高密度、高強度、高硬度、低抵抗の焼結体を得ることができた。
放電方式:DCスパッタ
成膜装置:ULVAC CS2000(マグネトロンスパッタ装置)
成膜圧力:0.4Pa
添加ガス:アルゴン+酸素
酸素分圧:0.8%
ターゲット−基板間距離:90mm
放電パワー:300W
膜厚:約100nm
基板温度:室温(約25℃)。
市販のJIS1種規格酸化亜鉛粉末15kgを純水にてスラリー化し、そのスラリー濃度を50wt%にした状態で湿式ビーズミル装置にて分散処理を行なった。装置の容器はジルコニア製であり、使用したビーズも0.3mmジルコニアビーズを使用した。粉砕の時間を変えた上で装置に通したスラリーを回収し、噴霧造粒を行なった。粉砕時間を長くすることによりジルコニウムの添加量を増加できることから、粉砕時間を変えることによってジルコニウムの含有量を調整し、15ppm、33ppm、120ppmのジルコニウムを含有する粉末を得た。粉末の各物性は表1の通りであり、流動性の高い粉末が得られた。
実施例3における番号6と同様の条件にて作製した粉末を用いた。成形は円筒形状のゴム型に粉末を充填し、2000kgf/cm2にてCIP成形を行い、さらに高密度化のために3000kgf/cm2にてCIP処理を行なうことで円筒形状の成形体を2本作製し、割れのない成形体を得た。
放電方式:DCスパッタ
成膜装置:円筒カソード式
成膜圧力:0.25Pa
添加ガス:アルゴン+酸素
酸素分圧:10%
ターゲット−基板間距離:90mm
放電パワー:500W
膜厚:約100nm
基板温度:室温。
実施例3と同様の粉末製造ならびに成形を行った。成形は実施例3と同様にして、表1における番号9、10、11について各3枚ずつ行った。
市販のJIS1種規格酸化亜鉛粉末にジルコニウムを添加しない以外は実施例1と同様の方法にて粉末を作製した。粉末の物性は表1に示すとおりである。そのうち600gを150mmφの金型に投入し、300kgf/cm2にて加圧成形を表1の番号12から15において各3枚ずつ行った。加圧成形後3000kgf/cm2にてCIP処理を行い、成形体密度を高めた。
比較例1と同じ方法にて粉末を作製、成形を行った。焼成は500℃までを50℃/h、それ以上の温度域を10℃/hの昇温速度で昇温し、焼成温度を1170℃にて3時間保持し、降温速度100℃/h、窒素中、ガス流通パラメータ=1.0の条件で行い、酸化亜鉛焼結体を得た。
作製する粉末量を15kgとする以外は比較例1と同様の粉末の作製を行った。成形は円筒形状のゴム型に粉末を充填し、2000kgf/cm2にてCIP成形を行い、さらに高密度化のために3000kgf/cm2にてCIP処理を行なうことにより、円筒形状の成形体を2本得た。
成形体を得るまでは、添加するジルコニアの濃度を5ppm、1100ppm、3000ppm、又は8000ppmとした以外は実施例1と同様にして作製した。成形体は表1における番号18、19、20、21において各3枚作製した。各粉末物性は表1に挙げた通りである。焼成については500℃までを50℃/h、それ以上の温度域を20℃/hの昇温速度で昇温し、焼成温度1100℃で3時間保持し、降温速度100℃/h、窒素中、ガス流通パラメータ=1.0の条件で行い、酸化亜鉛焼結体を得た。
図1には窒素雰囲気にて焼成を行なった、実施例2、実施例3、実施例4、比較例4のデータに則したジルコニウム含有量とそのときの焼結体の抗折強度の関係のグラフを示している。このグラフから、ジルコニウムの含有量が増加するほど焼結体の強度が増加している事が見て取れる。また、ジルコニウムの含有量が少ない場合(およそ10ppm未満)、急激に強度が低下する。グラフから読み取れるように、およそ10ppmあたりから焼結体の強度が増加していることが読み取れる。即ちジルコニウムを10ppm以上含有することにより、強度の向上した酸化亜鉛焼結体を得ることが可能となる。
図2にはDCスパッタにより成膜を行なった、実施例2、実施例3、比較例2、比較例4のデータに則した焼結体中のジルコニウムの含有量とそのときの薄膜の抵抗率を示している。このグラフから明らかなように、ジルコニウムの含有量がおよそ1000ppmを超えると薄膜の抵抗率が大きく低下する。よって、ジルコニウムの含有量を1000ppm以下とすることにより、薄膜の抵抗率を高く維持できることが確認された。
図3にはDCスパッタにより成膜を行なった、実施例2、実施例3、比較例2、比較例4のデータに則した薄膜中のジルコニウムの含有量とそのときの薄膜の抵抗率を示している。このグラフから明らかなように、ジルコニウムの含有量がおよそ1000ppmを超えると薄膜の抵抗率が大きく低下する。少なくとも2000ppmまでは10Ω・cm以上の高い抵抗率を示すが、それを超えると急激に抵抗率が低下する。
図4には実施例2と比較例1のデータに則した焼結体の抵抗と、抗折強度の関係について示している。実施例2はジルコニウムを含有するもの、比較例1はジルコニウムを含まないものである。比較例1から分かるようにジルコニアを含まない場合は、焼結体の抵抗を低くしようとすると抗折強度も低くなり、焼結体の抵抗を低くしつつ抗折強度を向上させることができない。しかし、実施例2のように、ジルコニウムを適量添加することにより、105Ω・cm以下の低い抵抗と40MPa以上の高い抗折強度を両立できることが見て取れる。つまり、ジルコニウムを適量含有させることにより、従来の高抵抗薄膜用スパッタリングターゲットよりも高い抗折強度でかつ低い抵抗のスパッタリングターゲットを作製することが可能となった。
図5には実施例2と比較例1のデータに則した焼結体の抵抗と、焼結体粒子径の関係について示している。従来の焼結体は、比較例1から分かるように、焼結体の抵抗値を低減させるほど焼結体の粒子径が大きくなっていく。それに対して、実施例2で示されるように、ジルコニウムを適量含有させることにより、焼結体の抵抗値を低減させても焼結体粒子の大きさを抑制することができる。これらの関係は図3にも繋がり、焼結体粒子が小さいほど焼結体の抗折強度が向上する。よって、ジルコニウムを含有させることにより、焼結体粒子の成長を抑制し、またジルコニウムが適度な導電性を付与することにより焼結体の抵抗も小さくなっていることがわかる。
図6は実施例3の番号6で得られた膜の透過率を示す。横軸に光の波長、縦軸にそのときの透過率を示す。広い波長に対して高い透過率を示すことがわかる。
Claims (6)
- ジルコニウムのみを10〜1000ppm含有し、抗折強度が40MPa以上であることを特徴とする酸化亜鉛焼結体。
- 抵抗率が105Ω・cm以下である、請求項1に記載の酸化亜鉛焼結体。
- 円筒形状である請求項1または2に記載の酸化亜鉛焼結体。
- 請求項1〜3いずれかに記載の焼結体から成ることを特徴とする酸化亜鉛スパッタリングターゲット。
- ジルコニウムのみを10〜2000ppm含有し、抵抗率が10Ω・cm以上であることを特徴とする酸化亜鉛薄膜。
- 膜厚100nmのとき、波長500nmの透過率が75%以上である、請求項5に記載の酸化亜鉛薄膜。
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