JP6377231B1 - Mn—Zn—W—O-based sputtering target and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】Wに対するMnの金属モル比(Mn/W)が1.0以上でありながら、DCスパッタリングに供した際に、異常放電が抑制され、かつ、安定した成膜を可能にするMn−Zn−W−O系スパッタリングターゲット及びその製造方法を提供すること。【解決手段】Mnと、Znと、Wと、Oと、を成分組成に含むMn−Zn−W−O系スパッタリングターゲットであって、Wに対するMnの金属モル比(Mn/W)が1.0以上であり、Wと、MnWO4と、MnOと、の結晶相を含み、Wの結晶相とMnWO4の結晶相との合計100モル%に対して、Wの結晶相が16モル%超であるスパッタリングターゲット。【選択図】なしAn object of the present invention is to provide a Mn- metal oxide that can suppress the abnormal discharge and enables stable film formation when subjected to DC sputtering while the metal molar ratio of Mn to W (Mn / W) is 1.0 or more. To provide a Zn—W—O-based sputtering target and a method for producing the same. A Mn—Zn—W—O-based sputtering target containing Mn, Zn, W, and O in a component composition, wherein the molar ratio of Mn to W (Mn / W) is 1. 0, or more, including the crystalline phases of W, MnWO4, and MnO, the crystalline phase of W being more than 16 mol% with respect to a total of 100 mol% of the crystalline phase of W and the crystalline phase of MnWO4 Sputtering target. [Selection figure] None
Description
本発明は、特に、光情報記録媒体の記録層の形成に有用な、Mn−Zn−W−O系スパッタリングターゲット及びその製造方法に関する。 The present invention particularly relates to a Mn—Zn—W—O-based sputtering target useful for forming a recording layer of an optical information recording medium and a method for producing the same.
近年、安価な材料コストで良好な記録特性が得られる追記型光ディスクの記録層として、マンガン酸化物と複数の無機元素とを含む記録層が実用化されている。
上記記録層は、マンガン酸化物と複数の無機元素とからなるスパッタリングターゲットを用いて形成することができる。スパッタリング法としては、高周波スパッタリング法、直流(DC)スパッタリング法等があるが、生産性の観点から、DCスパッタリング法を用いることが望ましい。
In recent years, a recording layer containing a manganese oxide and a plurality of inorganic elements has been put to practical use as a recording layer of a write-once optical disc that can obtain good recording characteristics at a low material cost.
The recording layer can be formed using a sputtering target composed of manganese oxide and a plurality of inorganic elements. Examples of the sputtering method include a high-frequency sputtering method and a direct current (DC) sputtering method. From the viewpoint of productivity, it is desirable to use the DC sputtering method.
しかし、DCスパッタリング法では、スパッタリングターゲットに直流電圧をかけるため、スパッタリングターゲット中の金属酸化物により十分な導電性が得られない場合、異常放電(アーキング)が発生するおそれがある。成膜中に異常放電が発生すると、記録層にダメージが与えられ、歩留まり低下の原因となる。 However, in the DC sputtering method, since a direct current voltage is applied to the sputtering target, abnormal discharge (arcing) may occur when sufficient conductivity cannot be obtained due to the metal oxide in the sputtering target. If abnormal discharge occurs during the film formation, the recording layer is damaged and the yield is reduced.
このような背景から、特許文献1では、DCスパッタリングに供しても、異常放電が発生せず安定した成膜を可能とする、Mn−Zn−W−O系スパッタリングターゲットが提案されている。 From such a background, Patent Document 1 proposes a Mn—Zn—W—O-based sputtering target that enables stable film formation without causing abnormal discharge even when subjected to DC sputtering.
しかし、本発明者が、特許文献1のMn−Zn−W−O系スパッタリングターゲットについてさらに検討を重ねたところ、スパッタリングターゲット中に含まれるWに対するMnの金属モル比(Mn/W)を1.0以上とすると、異常放電が発生しやすくなることが判明した。 However, when this inventor repeated examination about the Mn-Zn-W-O type sputtering target of patent documents 1, the metal molar ratio (Mn / W) of Mn to W contained in a sputtering target is set to 1. It was found that when the value is 0 or more, abnormal discharge is likely to occur.
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、Wに対するMnの金属モル比(Mn/W)が1.0以上でありながら、DCスパッタリングに供した際に、異常放電が抑制され、かつ、安定した成膜を可能にするMn−Zn−W−O系スパッタリングターゲット及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and when the metal molar ratio of Mn to W (Mn / W) is 1.0 or more, when subjected to DC sputtering, abnormal discharge is suppressed, and An object of the present invention is to provide a Mn—Zn—W—O-based sputtering target capable of stable film formation and a method for producing the same.
上記目的を達成するため本発明は、Mnと、Znと、Wと、Oと、を成分組成に含むMn−Zn−W−O系スパッタリングターゲットであって、Wに対するMnの金属モル比(Mn/W)が1.0以上であり、Wと、MnWO4と、MnOと、の結晶相を含み、Wの結晶相とMnWO4の結晶相との合計100モル%に対して、Wの結晶相が16モル%超であるスパッタリングターゲットを提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a Mn—Zn—W—O-based sputtering target containing Mn, Zn, W, and O as a component composition, wherein the molar ratio of Mn to W (Mn / W) is 1.0 or more, and includes a crystalline phase of W, MnWO4, and MnO, and the crystalline phase of W is 100 mol% in total of the crystalline phase of W and the crystalline phase of MnWO4. A sputtering target that is greater than 16 mol% is provided.
前記スパッタリングターゲットは、前記成分組成にさらにCuを含んでもよい。 The sputtering target may further contain Cu in the component composition.
前記スパッタリングターゲットは、Mg、Ag、Ru、Ni、Zr、Mo、Sn、Bi、Ge、Co、Al、In、Pd、Ga、Te、V、Si、Ta、Cr、及びTbからなる群より選択される少なくとも1種以上の元素を、前記成分組成にさらに含んでもよい。 The sputtering target is selected from the group consisting of Mg, Ag, Ru, Ni, Zr, Mo, Sn, Bi, Ge, Co, Al, In, Pd, Ga, Te, V, Si, Ta, Cr, and Tb. One or more elements may be further included in the component composition.
また本発明は、前記Mn−Zn−W−O系スパッタリングターゲットの製造方法であって、マンガン酸化物粉末と、亜鉛酸化物粉末と、金属タングステン粉末と、を含む混合粉末を、12時間以上湿式混合する混合工程と、前記混合工程の後、前記混合粉末を600℃以上の温度で焼結する焼結工程と、を含む製造方法を提供する。 Further, the present invention is a method for producing the Mn—Zn—W—O-based sputtering target, wherein a mixed powder containing a manganese oxide powder, a zinc oxide powder, and a metal tungsten powder is wet for 12 hours or more. There is provided a production method including a mixing step of mixing, and a sintering step of sintering the mixed powder at a temperature of 600 ° C. or higher after the mixing step.
前記混合粉末は、銅含有粉末をさらに含んでもよい。 The mixed powder may further include a copper-containing powder.
前記銅含有粉末は、金属銅粉末であってもよい。 The copper-containing powder may be a metallic copper powder.
前記混合粉末は、Mg、Ag、Ru、Ni、Zr、Mo、Sn、Bi、Ge、Co、Al、In、Pd、Ga、Te、V、Si、Ta、Cr、及びTbからなる群より選択される少なくとも1種の元素の単体又は化合物からなる粉末をさらに含んでもよい。 The mixed powder is selected from the group consisting of Mg, Ag, Ru, Ni, Zr, Mo, Sn, Bi, Ge, Co, Al, In, Pd, Ga, Te, V, Si, Ta, Cr, and Tb. It may further include a powder composed of a simple substance or a compound of at least one element.
本発明によれば、Wに対するMnの金属モル比(Mn/W)が1.0以上でありながら、DCスパッタリングに供した際に、異常放電が抑制され、かつ、安定した成膜を可能にするMn−Zn−W−O系スパッタリングターゲット及びその製造方法を提供できる。 According to the present invention, although the metal molar ratio of Mn to W (Mn / W) is 1.0 or more, abnormal discharge is suppressed and stable film formation is possible when subjected to DC sputtering. An Mn—Zn—W—O-based sputtering target and a method for producing the same can be provided.
以下、本実施形態について詳しく説明する。 Hereinafter, this embodiment will be described in detail.
[Mn−Zn−W−O系スパッタリングターゲット]
本実施形態に係るMn−Zn−W−O系スパッタリングターゲット(以下、単に「ターゲット」という。)は、Mnと、Znと、Wと、Oと、を成分組成に含み、Wに対するMnの金属モル比(Mn/W)が1.0以上であり、Wと、MnWO4と、MnOと、の結晶相を含み、Wの結晶相とMnWO4の結晶相との合計100モル%に対して、Wの結晶相が16モル%超である。
[Mn—Zn—W—O-based sputtering target]
The Mn—Zn—W—O-based sputtering target (hereinafter simply referred to as “target”) according to the present embodiment includes Mn, Zn, W, and O in the component composition, and the metal of Mn relative to W. The molar ratio (Mn / W) is 1.0 or more, and includes a crystalline phase of W, MnWO 4 and MnO, and is 100 mol% in total of the crystalline phase of W and the crystalline phase of MnWO 4 , W crystal phase is more than 16 mol%.
本実施形態に係るターゲットによれば、Wに対するMnの金属モル比(Mn/W)が1.0以上でありながら、DCスパッタリングに供した際に、異常放電が抑制され、かつ、安定した成膜が可能になる。 According to the target according to the present embodiment, when the metal molar ratio of Mn to W (Mn / W) is 1.0 or more, when subjected to DC sputtering, abnormal discharge is suppressed and stable composition is achieved. A membrane becomes possible.
以下、本実施形態に係るターゲットの詳細について説明する。
本実施形態に係るターゲットは、Wに対するMnの金属モル比(Mn/W)が1.0以上である。ターゲットの各原材料の使用量を変えることにより、Mn/Wを調整することができる。上限については、特に制限はないが、5.0以下であってもよく、3.0以下であってもよく、2.0以下であってもよい。
Hereinafter, details of the target according to the present embodiment will be described.
In the target according to the present embodiment, the molar ratio of Mn to W (Mn / W) is 1.0 or more. Mn / W can be adjusted by changing the amount of each raw material used in the target. The upper limit is not particularly limited, but may be 5.0 or less, 3.0 or less, or 2.0 or less.
その他の成分比としては、Wに対するMnの金属モル比(Mn/W)が1.0以上ということを前提とすれば、特に制限なく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、Mnと、Znと、Wと、の合計100原子%に対して、Mnが10原子%〜70原子%であり、Znが10原子%〜60原子%であり、Wが10原子%〜40原子%であってもよい。あるいは、Mnと、Znと、Wと、の合計100原子%に対して、Mnが15原子%〜60原子%であり、Znが15原子%〜50原子%であり、Wが15原子%〜35原子%であってもよい。 Other component ratios can be appropriately selected according to the purpose without particular limitation, assuming that the metal molar ratio of Mn to W (Mn / W) is 1.0 or more. For example, Mn is 10 atomic% to 70 atomic%, Zn is 10 atomic% to 60 atomic%, and W is 10 atomic% to 100 atomic% in total of Mn, Zn, and W. It may be 40 atomic%. Alternatively, Mn is 15 atomic% to 60 atomic%, Zn is 15 atomic% to 50 atomic%, and W is 15 atomic% to 100 atomic% in total of Mn, Zn, and W. It may be 35 atomic%.
本実施形態に係るターゲットは、成分組成にCuを含んでもよい。成分比については、特に制限なく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、Mnと、Znと、Wと、Cuと、の合計100原子%に対して、Cuが10原子%〜40原子%であってもよい。あるいは、Mnと、Znと、Wと、Cuと、の合計100原子%に対して、Cuが15原子%〜35原子%であってもよい。 The target according to the present embodiment may include Cu in the component composition. The component ratio is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, Cu may be 10 atomic% to 40 atomic% with respect to a total of 100 atomic% of Mn, Zn, W, and Cu. Or 15 atomic%-35 atomic% of Cu may be sufficient with respect to a total of 100 atomic% of Mn, Zn, W, and Cu.
本実施形態に係るターゲットは、必要に応じて、その他の成分組成を含んでいてもよい。他の元素を適宜含有させることで、例えば、情報記録媒体の記録層形成のためにターゲットを用いる場合、記録層の透過率、反射率、及び記録感度を調整することができる。他の元素としては、例えば、Mg、Ag、Ru、Ni、Zr、Mo、Sn、Bi、Ge、Co、Al、In、Pd、Ga、Te、V、Si、Ta、Cr、及びTbからなる群より選択される少なくとも1種の元素が挙げられる。 The target according to the present embodiment may include other component compositions as necessary. By appropriately including other elements, for example, when a target is used for forming a recording layer of an information recording medium, the transmittance, reflectance, and recording sensitivity of the recording layer can be adjusted. Examples of other elements include Mg, Ag, Ru, Ni, Zr, Mo, Sn, Bi, Ge, Co, Al, In, Pd, Ga, Te, V, Si, Ta, Cr, and Tb. And at least one element selected from the group.
上記Mg、Ag、Ru、Ni、Zr、Mo、Sn、Bi、Ge、Co、Al、In、Pd、Ga、Te、V、Si、Ta、Cr、及びTbからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含有する場合、その合計の含有率は、例えば、ターゲットの構成元素のうち、O(酸素)を除いた構成元素の合計100%に対して、8原子%〜70原子%とすることができる。 At least one selected from the group consisting of Mg, Ag, Ru, Ni, Zr, Mo, Sn, Bi, Ge, Co, Al, In, Pd, Ga, Te, V, Si, Ta, Cr, and Tb. When the seed element is contained, the total content is, for example, 8 atomic% to 70 atomic% with respect to the total of 100% of the constituent elements excluding O (oxygen) among the constituent elements of the target. be able to.
また、本実施形態に係るターゲットは、Wの結晶相、MnWO4の結晶相、及びMnOの結晶相を含んでいる。 The target according to this embodiment includes a W crystal phase, a MnWO 4 crystal phase, and a MnO crystal phase.
ターゲットに含まれる結晶相は、X線回折法により確認することができる。ターゲットのX線回折スペクトルの取得は、常法に従い行うことができる。例えば、株式会社リガク製のSmartLabを用いて、θ−2θスキャンして、X線回折スペクトルを取得すればよい。X線回折の測定条件はターゲットに応じて適宜定まり、例えば以下の条件の範囲内から選択することができる。
X線源:Cu−Kα線
出力設定:30kV、15mA
測角範囲:2θ=15°〜70°
スキャン速度:2°(2θ/min)、連続スキャン
発散スリット:1°
散乱スリット:1°
受光スリット:0.3mm
The crystal phase contained in the target can be confirmed by an X-ray diffraction method. Acquisition of the X-ray diffraction spectrum of the target can be performed according to a conventional method. For example, a SmartLab manufactured by Rigaku Corporation may be used to obtain an X-ray diffraction spectrum by performing θ-2θ scanning. The measurement conditions for X-ray diffraction are appropriately determined according to the target, and can be selected from the range of the following conditions, for example.
X-ray source: Cu-Kα ray output setting: 30 kV, 15 mA
Angle measurement range: 2θ = 15 ° ~ 70 °
Scan speed: 2 ° (2θ / min), continuous scan divergence slit: 1 °
Scattering slit: 1 °
Receiving slit: 0.3mm
ターゲットの主な結晶相の回折ピークは、以下の範囲で検出される。
Wの回折ピーク:40.26°±0.3°
MnOの回折ピーク:35.16°±0.3°、40.99°±0.3°、59.18°±0.3°
MnWO4の回折ピーク:29.8°±0.3°、30.23°±0.3°
ZnOの回折ピーク:36.3°±0.3°
Cuの回折ピーク:43.47°±0.3°、50.67°±0.3°
The diffraction peaks of the main crystal phase of the target are detected in the following range.
W diffraction peak: 40.26 ° ± 0.3 °
MnO diffraction peaks: 35.16 ° ± 0.3 °, 40.99 ° ± 0.3 °, 59.18 ° ± 0.3 °
MnWO 4 diffraction peaks: 29.8 ° ± 0.3 °, 30.23 ° ± 0.3 °
ZnO diffraction peak: 36.3 ° ± 0.3 °
Cu diffraction peak: 43.47 ° ± 0.3 °, 50.67 ° ± 0.3 °
本実施形態に係るターゲット中のWのうち、Wの結晶相の割合は、Wの結晶相とMnWO4の結晶相との合計100モル%に対して、16モル%超である。具体的には、18モル%以上であることが好ましく、20モル%以上であることがより好ましい。上限については、特に制限はないが、60モル%以下であってもよく、40モル%以下であってもよい。
Wの結晶相の割合は、Wに対するMnの金属モル比(Mn/W)を小さくすることで増加させることができる。また、Wの結晶相の割合は、後述する焼結工程における焼結温度を低くすることで増加させることができる。
Of the W in the target according to this embodiment, the proportion of the W crystalline phase is more than 16 mol% with respect to a total of 100 mol% of the W crystalline phase and the MnWO 4 crystal phase. Specifically, it is preferably 18 mol% or more, and more preferably 20 mol% or more. Although there is no restriction | limiting in particular about an upper limit, 60 mol% or less may be sufficient and 40 mol% or less may be sufficient.
The ratio of the crystalline phase of W can be increased by reducing the metal molar ratio of Mn to W (Mn / W). Moreover, the ratio of the crystalline phase of W can be increased by lowering the sintering temperature in the sintering step described later.
Wの結晶相の割合は、X線光電子分光法により確認することができる。まず、ターゲットの表面を研磨する。次に、ターゲットの光電子スペクトルを取得する。ターゲットの光電子スペクトルの取得は、常法に従い行うことができる。例えば、KRATOS社製のAXIS−HSを用いて、光電子スペクトルを取得すればよい。X線光電子分光法の測定条件はターゲットに応じて適宜定まり、例えば、以下の条件の範囲内から選択することができる。
X線源:Al
出力設定:14kV、10mA
測定範囲:0eV〜1100eV
パスエネルギー:30eV
The proportion of the crystalline phase of W can be confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy. First, the surface of the target is polished. Next, the photoelectron spectrum of the target is acquired. Acquisition of the photoelectron spectrum of the target can be performed according to a conventional method. For example, a photoelectron spectrum may be acquired using AXIS-HS manufactured by KRATOS. The measurement conditions of the X-ray photoelectron spectroscopy are appropriately determined according to the target, and can be selected, for example, from the following conditions.
X-ray source: Al
Output setting: 14 kV, 10 mA
Measurement range: 0eV ~ 1100eV
Pass energy: 30 eV
Wの結晶相とMnWO4の結晶相とに起因する光電子ピークは、以下に検出される。
Wの結晶相の光電子ピーク:約31.4eV付近
MnWO4の結晶相の光電子ピーク:約35.0eV付近
上記光電子ピークのピーク面積から、Wの結晶相とMnWO4の結晶相との合計を100モル%とした場合の、Wの結晶相のモル%を求める。
なお、上記Wの結晶相の光電子ピークは、価数が0であるWの4f軌道光電子ピークであり、上記MnWO4の結晶相の光電子ピークは、価数が+6であるWの4f軌道光電子ピークである。
Photoelectron peaks due to the W crystal phase and the MnWO 4 crystal phase are detected below.
Photoelectron peak of the crystalline phase of W: around 31.4 eV Photoelectron peak of the crystalline phase of MnWO 4 : around 35.0 eV From the peak area of the above-mentioned photoelectron peak, the total of the crystalline phase of W and the crystalline phase of MnWO 4 is 100 The mol% of the crystalline phase of W when the mol% is determined.
The photoelectron peak of the W crystal phase is a 4f orbital photoelectron peak of W having a valence of 0, and the photoelectron peak of the crystal phase of the MnWO 4 is a 4f orbital photoelectron peak of W having a valence of +6. It is.
本実施形態に係るターゲットは、ターゲットに含まれるWのうち、Wの結晶相として含まれている割合が、16モル%超であることが好ましく、18モル%以上であることがより好ましく、20モル%以上であることがさらに好ましい。上限については、特に制限はないが、60モル%以下であってもよく、40モル%以下であってもよい。 In the target according to the present embodiment, the proportion of W contained in the target as a crystalline phase of W is preferably more than 16 mol%, more preferably 18 mol% or more, and 20 More preferably, it is at least mol%. Although there is no restriction | limiting in particular about an upper limit, 60 mol% or less may be sufficient and 40 mol% or less may be sufficient.
なお、本実施形態に係るターゲットの形状は何ら限定されることはなく、円盤状、円筒状、四角形板状、長方形板状、正方形板状等の任意の形状とすることができ、ターゲットの用途に応じて適宜選択することができる。また、ターゲットの幅及び奥行きの大きさ(円形の場合には直径)についても、mmオーダー〜mオーダー程度の範囲で、ターゲットの用途に応じて適宜選択することができる。例えば、ターゲットが円形の場合、一般的には直径50mm〜300mm程度である。厚みについても同様であるが、一般的には1mm〜20mm程度である。 The shape of the target according to the present embodiment is not limited in any way, and can be any shape such as a disc shape, a cylindrical shape, a quadrangular plate shape, a rectangular plate shape, a square plate shape, and the use of the target. It can be selected as appropriate according to the conditions. Also, the size of the width and depth of the target (diameter in the case of a circle) can be appropriately selected according to the use of the target in the range of about mm order to m order. For example, when the target is circular, the diameter is generally about 50 mm to 300 mm. Although it is the same also about thickness, generally it is about 1 mm-20 mm.
また、ターゲットは、特に、光情報記録媒体の記録層の形成に有用であるが、用途は何ら限定されるものではない。 The target is particularly useful for forming a recording layer of an optical information recording medium, but its application is not limited at all.
[ターゲットの製造方法]
次に、本実施形態に係るターゲットの製造方法について説明する。本実施形態に係る製造方法は、混合工程と、焼結工程と、を含む。
[Target manufacturing method]
Next, a method for manufacturing a target according to the present embodiment will be described. The manufacturing method according to the present embodiment includes a mixing step and a sintering step.
まず、混合工程にて、マンガン酸化物粉末と、亜鉛酸化物粉末と、金属タングステン粉末とを含む混合粉末を、12時間以上湿式混合する。 First, in the mixing step, a mixed powder containing a manganese oxide powder, a zinc oxide powder, and a metal tungsten powder is wet-mixed for 12 hours or more.
マンガン酸化物粉末としては、例えば、Mn3O4、Mn2O3、MnO、MnO2、MnO3、Mn2O7等を用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。上記マンガン酸化物の中でも、焼結温度と融点との関係よりMn3O4が好ましい。
マンガン含有粉末の平均粒径としては、特に限定されず、例えば、3μm〜15μm程度とすることができる。
The manganese oxide powder, for example, can be used Mn 3 O 4, Mn 2 O 3, MnO, MnO 2, MnO 3, Mn 2 O 7 and the like. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together. Among the manganese oxides, Mn 3 O 4 is preferable from the relationship between the sintering temperature and the melting point.
It does not specifically limit as an average particle diameter of manganese containing powder, For example, it can be set as about 3 micrometers-15 micrometers.
亜鉛酸化物粉末としては、例えば、ZnOを用いることができる。
亜鉛酸化物粉末の平均粒径としては、特に限定されず、例えば、0.1μm〜3μm程度とすることができる。
As the zinc oxide powder, for example, ZnO can be used.
It does not specifically limit as an average particle diameter of zinc oxide powder, For example, it can be set as about 0.1 micrometer-3 micrometers.
金属タングステン粉末の平均粒径としては、特に限定されず、例えば、1μm〜10μm程度とすることができる。 It does not specifically limit as an average particle diameter of metal tungsten powder, For example, it can be set as about 1 micrometer-10 micrometers.
上記混合粉末に、銅含有粉末を含ませてもよい。銅含有粉末としては、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Cuの単体からなる金属銅粉末が挙げられる。
銅含有粉末の平均粒径としては、特に限定されず、例えば、1μm〜50μm程度とすることができる。
The mixed powder may contain a copper-containing powder. The copper-containing powder can be appropriately selected according to the purpose, and examples thereof include metallic copper powder made of a simple substance of Cu.
The average particle size of the copper-containing powder is not particularly limited, and can be, for example, about 1 μm to 50 μm.
また、製造するターゲットの所望の目的に応じて、上記マンガン酸化物粉末、亜鉛酸化物粉末、金属タングステン粉末、及び銅含有粉末以外のその他の粉末を、混合粉末に含ませてもよい。その他の粉末としては、例えば、Mg、Ag、Ru、Ni、Zr、Mo、Sn、Bi、Ge、Co、Al、In、Pd、Ga、Te、V、Si、Ta、Cr、及びTbからなる群より選択される少なくとも1種の元素の単体又は化合物からなる粉末が挙げられる。 Further, other powders other than the manganese oxide powder, zinc oxide powder, metal tungsten powder, and copper-containing powder may be included in the mixed powder according to the desired purpose of the target to be manufactured. Examples of other powders include Mg, Ag, Ru, Ni, Zr, Mo, Sn, Bi, Ge, Co, Al, In, Pd, Ga, Te, V, Si, Ta, Cr, and Tb. Examples thereof include powders consisting of simple substances or compounds of at least one element selected from the group.
湿式混合の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、従来公知のボールミル装置を用いた湿式混合方法等が挙げられる。 There is no restriction | limiting in particular as a method of wet mixing, According to the objective, it can select suitably, For example, the wet mixing method using a conventionally well-known ball mill apparatus etc. are mentioned.
湿式混合時間は、12時間以上とする。混合時間を12時間以上とすることにより、十分に混合粉末を混合することができ、焼結中のマンガン酸化物の固相反応を促進して、焼結後の酸化マンガンの結晶相の残留を抑制することができる。混合時間は、16時間以上とすることが好ましく、20時間以上とすることがより好ましい。24時間混合すると、混合の効果は飽和する。 The wet mixing time is 12 hours or longer. By setting the mixing time to 12 hours or more, the mixed powder can be sufficiently mixed, and the solid phase reaction of manganese oxide during sintering is promoted, so that the crystal phase of manganese oxide after sintering remains. Can be suppressed. The mixing time is preferably 16 hours or longer, and more preferably 20 hours or longer. When mixed for 24 hours, the effect of mixing is saturated.
次に焼結工程にて、混合粉末を600℃以上の温度で焼結する。焼結温度の上限は、焼結時のターゲットの成分組成にもより、特に限定されないが、1000℃以下とすることができる。焼結温度は、700℃〜900℃程度とすることが好ましい。 Next, in the sintering step, the mixed powder is sintered at a temperature of 600 ° C. or higher. Although the upper limit of sintering temperature is not specifically limited by the component composition of the target at the time of sintering, it can be 1000 degrees C or less. The sintering temperature is preferably about 700 ° C to 900 ° C.
焼結法としては、特に制限なく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、不活性ガス雰囲気中でのホットプレス、熱間等方圧加圧法(HIP法:Hot Isostatic Pressing)等が挙げられる。 The sintering method is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples thereof include hot pressing in an inert gas atmosphere, hot isostatic pressing (HIP method). Can be mentioned.
焼結時間は、特に限定されず、適宜選択することが可能であり、一般的に行われる1時間〜6時間程度の焼結時間とすればよい。 The sintering time is not particularly limited and can be appropriately selected, and may be a sintering time of generally 1 hour to 6 hours.
また、焼結時に加える圧力についても、特に限定されず、適宜調整することができるが、300kgf/cm2〜900kgf/cm2程度が好ましい。なお、1kgf/cm2は、98.1kPaに相当する。 Further, the pressure applied at the time of sintering is not particularly limited and can be appropriately adjusted, but is preferably about 300 kgf / cm 2 to 900 kgf / cm 2 . Note that 1 kgf / cm 2 corresponds to 98.1 kPa.
以上の工程を経て、Wに対するMnの金属モル比(Mn/W)が1.0以上であり、Wと、MnWO4と、MnOと、の結晶相を含み、Wの結晶相とMnWO4の結晶相との合計100モル%に対して、Wの結晶相が16モル%超である本実施形態に係るターゲットを製造することができる。 Through the above steps, the molar ratio of Mn to W (Mn / W) is 1.0 or more, including the crystalline phases of W, MnWO 4 and MnO, and the crystalline phases of W and MnWO 4 A target according to the present embodiment in which the crystal phase of W is more than 16 mol% with respect to 100 mol% in total with the crystal phase can be manufactured.
なお、本実施形態に係る製造方法は、上記混合工程及び焼結工程以外にも、他の工程を含んでもよい。他の工程としては、例えば、ターゲットの形状を形成するために行われる、混合粉末の成形工程が挙げられる。 Note that the manufacturing method according to the present embodiment may include other steps in addition to the mixing step and the sintering step. As another process, the shaping | molding process of mixed powder performed in order to form the shape of a target is mentioned, for example.
次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Next, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these examples.
[スパッタリングターゲットの製造方法]
<実施例1>
実施例1では、原料粉末として、以下の粉末を用意した。
Mn3O4粉末(純度:99.9%以上、平均粒径:10μm)
ZnO粉末(純度:99.9%以上、平均粒径:2μm)
W粉末(純度:99.9%以上、平均粒径:5μm)
Cu粉末(純度:99.9%以上、平均粒径:30μm)
各含有金属の割合が、Mn:W:Zn:Cu=40:20:20:20(原子%)となるように、上記原料粉末を秤量した。秤量した各原料粉末並びに各原料粉末の合計重量の0.5倍のジルコニアボール(直径5mm)及び0.5倍のエタノールを、容器に入れ、ボールミル装置にて、湿式混合を20時間行った。混合した上記原料粉末を含んだスラリー溶液から、目開き2mmの篩を使用し、ジルコニアボールを分離した。スラリー溶液を加熱乾燥させ、目開き250μmの篩を用い解砕し、混合粉末を得た。次いで、上記混合粉末に対し、焼結温度700℃にて2時間、500kgf/cm2の圧力を加え、アルゴン雰囲気中でホットプレスを行い、スパッタリングターゲットを作製した。スパッタリングターゲットの形状は円盤状であり、サイズは直径50mmである。
[Method of manufacturing sputtering target]
<Example 1>
In Example 1, the following powders were prepared as raw material powders.
Mn 3 O 4 powder (Purity: 99.9% or more, average particle size: 10 μm)
ZnO powder (purity: 99.9% or more, average particle size: 2 μm)
W powder (Purity: 99.9% or more, average particle size: 5 μm)
Cu powder (purity: 99.9% or more, average particle size: 30 μm)
The raw material powder was weighed so that the ratio of each contained metal was Mn: W: Zn: Cu = 40: 20: 20: 20 (atomic%). Each weighed raw material powder, and 0.5 times the total weight of each raw material powder, zirconia balls (diameter 5 mm) and 0.5 times ethanol were placed in a container, and wet-mixed in a ball mill apparatus for 20 hours. A zirconia ball was separated from the mixed slurry solution containing the raw material powder using a sieve having an opening of 2 mm. The slurry solution was dried by heating and pulverized using a sieve having an opening of 250 μm to obtain a mixed powder. Next, a pressure of 500 kgf / cm 2 was applied to the mixed powder at a sintering temperature of 700 ° C. for 2 hours, and hot pressing was performed in an argon atmosphere to prepare a sputtering target. The shape of the sputtering target is a disk shape, and the size is 50 mm in diameter.
<実施例2>
実施例2では、焼結温度を800℃とし、焼結時の圧力を400kgf/cm2とした以外は、実施例1と同様の方法でスパッタリングターゲットを作製した。
<Example 2>
In Example 2, a sputtering target was produced in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature was 800 ° C. and the pressure during sintering was 400 kgf / cm 2 .
<比較例1>
比較例1では、焼結温度を900℃とし、焼結時の圧力を300kgf/cm2とした以外は、実施例1と同様の方法でスパッタリングターゲットを作製した。
<Comparative Example 1>
In Comparative Example 1, a sputtering target was produced in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature was 900 ° C. and the pressure during sintering was 300 kgf / cm 2 .
<実施例3>
実施例3では、各含有金属の割合をMn:W:Zn:Cu=20:20:30:30(原子%)とし、焼結温度を900℃とし、焼結時の圧力を300kgf/cm2とした以外は、実施例1と同様の方法でスパッタリングターゲットを作製した。
<Example 3>
In Example 3, the ratio of each contained metal was Mn: W: Zn: Cu = 20: 20: 30: 30 (atomic%), the sintering temperature was 900 ° C., and the pressure during sintering was 300 kgf / cm 2. A sputtering target was produced in the same manner as in Example 1 except that.
<実施例4>
実施例4では、各含有金属の割合をMn:W:Zn:Cu=30:20:25:25(原子%)とし、焼結温度900℃とし、焼結時の圧力を300kgf/cm2とした以外は、実施例1と同様の方法でスパッタリングターゲットを作製した。
<Example 4>
In Example 4, the ratio of each contained metal was Mn: W: Zn: Cu = 30: 20: 25: 25 (atomic%), the sintering temperature was 900 ° C., and the pressure during sintering was 300 kgf / cm 2 . A sputtering target was produced in the same manner as in Example 1 except that.
<実施例5>
実施例5では、各含有金属の割合をMn:W:Zn:Cu=35:20:25:20(原子%)とし、焼結温度900℃とし、焼結時の圧力を300kgf/cm2とした以外は、実施例1と同様の方法でスパッタリングターゲットを作製した。
<Example 5>
In Example 5, the ratio of each contained metal was Mn: W: Zn: Cu = 35: 20: 25: 20 (atomic%), the sintering temperature was 900 ° C., and the pressure during sintering was 300 kgf / cm 2 . A sputtering target was produced in the same manner as in Example 1 except that.
<比較例2>
比較例2では、各含有金属の割合をMn:W:Zn:Cu=50:20:15:15(原子%)とし、焼結温度900℃とし、焼結時の圧力を300kgf/cm2とした以外は、実施例1と同様の方法でスパッタリングターゲットを作製した。
<Comparative example 2>
In Comparative Example 2, the ratio of each contained metal was Mn: W: Zn: Cu = 50: 20: 15: 15 (atomic%), the sintering temperature was 900 ° C., and the pressure during sintering was 300 kgf / cm 2 . A sputtering target was produced in the same manner as in Example 1 except that.
[評価]
上記の実施例1から5並びに比較例1及び2で作製したスパッタリングターゲットについて、結晶相の成分評価、W結晶相の成分比、及び異常放電回数の測定を行った。各評価は、以下のように行った。得られた評価結果を表1に示した。
[Evaluation]
About the sputtering target produced in said Examples 1-5 and Comparative Examples 1 and 2, the component evaluation of the crystal phase, the component ratio of the W crystal phase, and the number of abnormal discharges were measured. Each evaluation was performed as follows. The obtained evaluation results are shown in Table 1.
<結晶相の成分評価>
X線回折法により、スパッタリングターゲットの結晶相の成分評価を行った。X線回折にあっては、株式会社リガク製のSmartLabを用いて、θ−2θスキャンし、X線回折スペクトルを得た。試験条件は以下の通りである。
X線源:Cu−Kα線
出力設定:30kV、15mA
測角範囲:2θ=15°〜70°
スキャン速度:2°(2θ/min)、連続スキャン
発散スリット:1°
散乱スリット:1°
受光スリット:0.3mm
<Evaluation of components of crystal phase>
The components of the crystal phase of the sputtering target were evaluated by the X-ray diffraction method. In the case of X-ray diffraction, using a SmartLab manufactured by Rigaku Corporation, θ-2θ scan was performed to obtain an X-ray diffraction spectrum. The test conditions are as follows.
X-ray source: Cu-Kα ray output setting: 30 kV, 15 mA
Angle measurement range: 2θ = 15 ° ~ 70 °
Scan speed: 2 ° (2θ / min), continuous scan divergence slit: 1 °
Scattering slit: 1 °
Receiving slit: 0.3mm
<Wの結晶相の成分比>
スパッタリングターゲットの表面を研磨した後、KRATOS社製のAXIS−HSを用いて、X線光電子分光法により、光電子スペクトルを得た。代表例として、実施例1に係るスパッタリングターゲットの光電子スペクトルを図1に、比較例1に係るスパッタリングターゲットの光電子スペクトルを図2に示す。試験条件は、以下の通りである。
X線源:Al
出力設定:14kV、10mA
測定範囲:0eV〜1100eV
パスエネルギー:30eV
<Component ratio of crystalline phase of W>
After polishing the surface of the sputtering target, a photoelectron spectrum was obtained by X-ray photoelectron spectroscopy using AXIS-HS manufactured by KRATOS. As a representative example, the photoelectron spectrum of the sputtering target according to Example 1 is shown in FIG. 1, and the photoelectron spectrum of the sputtering target according to Comparative Example 1 is shown in FIG. The test conditions are as follows.
X-ray source: Al
Output setting: 14 kV, 10 mA
Measurement range: 0eV ~ 1100eV
Pass energy: 30 eV
約31.4eV付近で検出されたWの結晶相の光電子ピークのピーク面積と、約35.0eV付近で検出されたMnWO4の結晶相の光電子ピークのピーク面積とから、Wの結晶相とMnWO4の結晶相との割合を求めた。 From the peak area of the photoelectron peak of the crystalline phase of W detected around 31.4 eV and the peak area of the photoelectron peak of the crystalline phase of MnWO 4 detected around 35.0 eV, the crystalline phase of W and MnWO The ratio to the crystal phase of 4 was determined.
<異常放電回数の測定>
上記の実施例1から5並びに比較例1及び2で作製した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Inはんだで接着した。これらスパッタリングターゲットをスパッタリング装置に取り付け、1×10−4Pa以下まで真空排気を行った後、ArガスとO2ガスとを導入し、装置内圧力を0.3Paとした。酸素の割合(O2/Ar+O2)は70%とした。DC電源にて電力5W/cm2を印加して、30分間スパッタリングを行い、アーキングカウンターによりスパッタリング中の異常放電の回数を測定した。
<Measurement of abnormal discharge times>
The sputtering targets prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 were bonded to an oxygen-free copper backing plate with In solder. These sputtering targets were attached to the sputtering apparatus, and after evacuation to 1 × 10 −4 Pa or less, Ar gas and O 2 gas were introduced, and the internal pressure of the apparatus was set to 0.3 Pa. The ratio of oxygen (O 2 / Ar + O 2 ) was 70%. Sputtering was performed for 30 minutes by applying electric power of 5 W / cm 2 with a DC power source, and the number of abnormal discharges during sputtering was measured with an arcing counter.
以上の結果から、Mn−Zn−W−Cu−O系スパッタリングターゲット中に含まれるWに対するMnの金属モル比(Mn/W)が1.0以上であっても、Wの結晶相とMnWO4の結晶相との合計100モル%に対して、Wの結晶相が16モル%超であれば、異常放電回数が抑制され、16モル%以下であれば異常放電が発生することが確認された。 From the above results, even if the metal molar ratio (Mn / W) of Mn to W contained in the Mn—Zn—W—Cu—O-based sputtering target is 1.0 or more, the crystalline phase of W and MnWO 4 It was confirmed that the number of abnormal discharges was suppressed if the W crystalline phase was more than 16 mol%, and abnormal discharge occurred if the total was 100 mol% with respect to a total of 100 mol%. .
Claims (7)
Wに対するMnの金属モル比(Mn/W)が1.0以上であり、
Wと、MnWO4と、MnOと、の結晶相を含み、
Wの結晶相とMnWO4の結晶相との合計100モル%に対して、Wの結晶相が16モル%超であるスパッタリングターゲット。 A Mn—Zn—W—O-based sputtering target containing Mn, Zn, W, and O in its component composition,
Metal molar ratio of Mn to W (Mn / W) is 1.0 or more,
Including a crystalline phase of W, MnWO 4 and MnO;
Per 100 mol% of W crystalline phase and MnWO 4 crystal phase of sputtering target crystal phase of W is 16 mole percent.
マンガン酸化物粉末と、亜鉛酸化物粉末と、金属タングステン粉末と、を含む混合粉末を、12時間以上湿式混合する混合工程と、
前記混合工程の後、前記混合粉末を600℃以上の温度で焼結する焼結工程と、を含む製造方法。 It is a manufacturing method of the Mn-Zn-W-O type sputtering target according to any one of claims 1 to 3,
A mixing step of wet-mixing a mixed powder containing manganese oxide powder, zinc oxide powder, and metal tungsten powder for 12 hours or more;
After the said mixing process, the sintering process which sinters the said mixed powder at the temperature of 600 degreeC or more.
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