JP6537715B2 - Al2O3スパッタリングターゲット及びその製造方法 - Google Patents

Al2O3スパッタリングターゲット及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、例えば、ゲート絶縁膜、マスク、エッチストッパー等、半導体素子の形成に適したAlスパッタリングターゲット及びその製造方法に関する。
近年、NANDフラッシュメモリは、用途の幅の広さと価格の安さから、大容量化が著しく進み、また、ロジックやDRAM等に比べ、微細化や3次元構造化の技術が進歩し、構造が一層複雑化している。NANDフラッシュメモリは、素子機能を有する薄膜や構造形成のための薄膜が積層されており、積層時のエッチストッパーとして、Al薄膜を用いることが検討されている。薄膜を形成する方法としては、真空蒸着法やスパッタリング法等の一般的に物理蒸着法と言われている手段により行われるのが普通である。特に操作性や成膜安定性から、マグネトロンスパッタリング法を用いて形成することが多い。
スパッタリング法による薄膜の形成は、陰極に設置したターゲットに、アルゴンイオンの正イオンを物理的に衝突させ、その衝突エネルギーでターゲットを構成する材料を放出させて、対面している陰極側の基板にターゲット材料とほぼ同組成の膜を積層することによって行われる。スパッタリング法による成膜は、処理時間や供給電力等を調整することによって、安定した成膜レートでオングストローム単位の薄い膜から数十μmの厚い膜まで形成できるという特徴を有している。とりわけ、酸化物等は導電性を持たず一般的なDC電源を用いたスパッタリング法ではスパッタが出来ないことから、RF電源を用いたスパッタリング法を用いることが多い。
絶縁体であるAl等の化合物膜をRFスパッタリングする場合、特に問題となるのは成膜レートである。DCスパッタリングに比べて、RFスパッタリングは絶縁体であるターゲット表面に負の電圧を印加させるため、常時、正・負の電圧を交互に印加させている。そのため、DCスパッタのように常時成膜することができず、成膜レートを低下させる原因であった。また、原子同士が金属結合では無く、強固な共有結合であることも、成膜レートを低下させている一因となっている。そして、このような問題は、生産性を低下させる大きな原因となっている。
一方、生産性を上げるために、スパッタリングのパワーを上げることが考えられるが、パワーを上げると、スパッタリングターゲットに割れが頻発するという問題が生じた。このような問題に対し、特許文献1には成膜速度向上のためにハイパワーに耐えられる高強度ターゲットであって、平均結晶粒径が5μm以上20μm以下、気孔率が0.3%以上、1.5%以下のアルミナ焼結体を用いたスパッタリングターゲットが開示されている。また、その製造方法として、アルミナ原料粉末に加圧成形を施し、この成形体を水素雰囲気中で焼成を行い、アルミナスパッタリングターゲットを製造することが開示されている。
特許文献2には、高密度で高品質のアルミナ焼結体を用いたスパッタリングターゲットであって、純度が99.99質量%以上であり、相対密度が98%以上で、平均結晶粒径が5μm未満である、ことが開示されている。また、その製造方法として、1250〜1350℃でのホットプレス焼結を実施して焼結体を得、大気中で1300〜1700℃のアニール処理を実施して、ターゲットを製造することが記載されている。
このように従来では、スパッタリングターゲットの割れ防止のために、密度や粒径等を調整して、ターゲットの機械的強度を向上させることが行われていた。
特開2000−64034号公報 国際公開WO2013/065337号
本発明の実施形態は、スパッタパワーを上げなくても、成膜レートを高めることができるAl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課題とする。
上記課題を解決するために、本発明者は鋭意研究を行った結果、成膜レートの向上にはスパッタリングターゲットの電気的特性、特に、体積抵抗率と誘電正接の制御が有効であり、これらの特性を所定の範囲内に制御することで、RF印加を効率的に行うことが可能となり、成膜レートを向上させることができるとの知見が得られた。
本発明の実施形態に係るAlスパッタリングターゲットは、純度が99.99wt%以上であり、相対密度が85%以上、95%以下であって、体積抵抗率が10×1014Ω・cm以下、誘電正接が15×10−4以上、である。
本発明の実施形態によれば、Alスパッタリングターゲットにおいて、スパッタパワーを上げることなく、高い成膜レートを実現することができ、生産性を向上できるという、優れた効果を有する。
本発明のスパッタリングターゲットにおける測定箇所を示す図である。 本発明のウェハ上に成膜した膜厚の測定箇所を示す図である。
本発明の実施形態に係るAlスパッタリングターゲットは、半導体の素子機能を有する薄膜や構造形成のための薄膜の形成に使用されるものであり、膜特性の低下を抑制するために純度を99.99wt%(4N)以上とする。ここで純度99.99wt%以上とは、Al中に比較的多く含まれる、Ca、Fe、K、Mg、Naを不純物元素として、GDMS分析により、その合計含有量が100wtppm未満であることを意味する。これらの不純物元素は、耐食性等の膜特性を低下させることがあることから、極力低減することが好ましい。
本発明の実施形態は、純度が99.99wt%以上の、Alスパッタリングターゲットにおいて、体積抵抗率が10×1014Ω・cm以下、誘電正接が15×10−4以上、とすることが特徴である。スパッタリングターゲットの電気的特性を上記範囲に調整することで、RF(高周波)スパッタの際、高周波の電圧を効率的に印可することができ、スパッタパワーを上げることなく、成膜レートを高めることができ、製品の生産性を向上させることができる。さらには、パーティクル発生の抑制、膜厚の安定性、バーンイン時間の短縮、にも寄与することができる。
RFスパッタリングでは、ターゲット表面に正イオンを引き寄せるために、該表面に負の電荷を帯電させる必要があるが、ターゲットの体積抵抗率を10×1014Ω・cm以下とすることで、適度な帯電状態にすることが可能となる。一方で、RFスパッタリングでは、正・負の電圧を交互に印加するため、負の電圧を印加後は、電荷を適度に逃がす必要があるが、一般的なセラミックコンデンサのように損失が少ない、つまり、誘電正接が1.0×10−4程度と小さい場合には電荷が逃げ難いため、電圧の印可を効率的に行うことが出来ない。そこで、本願発明では、ターゲットの誘電正接を15×10−4以上に調整することで電荷を効率的に逃がすことが可能となり、RFスパッタを効果的に行うことができる。なお、体積抵抗率の下限値は1×1014Ω・cm以上、誘電正接の上限値は360×10−4以下、とすることが好ましい。
また、本発明の実施形態に係るAlスパッタリングターゲットは、相対密度が95%以下であることを特徴とする。相対密度が95%以下であると、組織内に空壁がある程度に存在し、その空壁から電荷が逃げやすくなって、上記の誘電正接を達成することが可能となり、ひいては、成膜レートを高めることができる。一方、相対密度が低くすぎると、ターゲットに内包するポアが増加し、ターゲットに割れが発生するおそれがあるため、相対密度85%以上とすることが好ましい。
相対密度は、相対密度(%)=寸法密度/理論密度×100から算出する。寸法密度は、ノギスを用いて試料の寸法を測長し、(試料の重量)/(試料の体積)から算出する。また、Alの理論密度は3.98g/cmとする。
また、本発明の実施形態に係るスパッタリングターゲットは、平均結晶粒径を0.3μm以上3.0μm以下であることを特徴とする。平均結晶粒径を3.0μm以下とすることで、膜厚のばらつきを抑制して、膜厚安定性を良好なものにすることができる。一方、ターゲットの平均結晶粒径は、原料粉末の粒径や焼結条件に依存し、後述する製法での可能な平均結晶粒径は0.3μm以上である。なお、ターゲットの平均結晶粒径は、原料粉の粒径だけでなく、焼結条件等によっても、変動することから、互いに条件を調整する必要がある。
平均結晶粒径は、ターゲットのスパッタ面に平行な面を走査型電子顕微鏡(SEM)により2000倍の視野を4箇所(図1)について観察し、それぞれの視野において、JIS G0551の切断法による評価方法で結晶粒径を求める。そして、この4視野の平均値を平均結晶粒径とする。なお、スパッタ面とは、スパッタリングプロセスにおいて、アルゴンなどのイオンが衝突してターゲットを構成する粒子が飛び出す、基板に対向する側の面を意味する。
また、本発明の実施形態に係るAlスパッタリングターゲットは、スパッタ面における表面粗さRaが1.0μm以上、2.0μm以下であることを特徴とする。通常、スパッタリングターゲットが製造ラインで使用される場合、ターゲットの特性を安定させるためにプレ・スパッタ(バーンイン)が行われる。このとき、バーンインが完了後の表面粗さRaは1.0μm〜2.0μmとなることから、予め表面粗さRaをバーンイン完了後の数値に近づけておくことで、バーンイン時間を短縮することが可能となる。
本発明の表面粗さは、触針式表面粗さ測定(JIS B0601)を用いて、図1に示す4箇所について測定して、それぞれの測定値を平均化した値を用いる。
また、本発明の実施形態に係るAlスパッタリングターゲットは、抗折強度が200MPa以上であることを特徴とする。通常、スパッタリングーゲットの密度が低い場合、ポアの増大により、強度が低下して、スパッタリング中にターゲットに割れや亀裂等が生じることがある。しかし、ターゲットの相対密度が95%以下であっても、その抗折強度を200MPa以上とすることで、スパッタ時においてターゲット割れや亀裂の発生を効果的に防止することができる。
本発明の抗折強度は、3点曲げ(JIS R1601)により図1に示す4箇所について測定し、それぞれの測定値を平均化した値を用いる。
次に、本発明の実施形態に係るAlスパッタリングターゲットの製造方法について説明する。
純度が99.99wt%以上のAl粉末を準備する。Al粉末の粒子径は平均粒子径0.1〜0.3μmとすることが好ましい。平均粒子径0.1〜0.3μmは後段の焼結工程における最適な粒子径であり、この範囲を逸脱すると、ターゲットの相対密度と平均結晶粒径とを上記所望の範囲に制御することが困難となる。
原料粉末の粒子径は、レーザ回折散乱式の粒度分布測定装置を用い、イソプロピルアルコールを分散媒とし、1分間の超音波分散後、測定を実施し、測定したデータのうち、D50を平均粒子径とする。
次にホットプレス成形を行う。原料粉を金型に充填した後、真空又は不活性ガス雰囲気中でホットプレスを行って、成形体を作製する。このとき、ホットプレス後の密度が低すぎると、ターゲット(焼結体)の特性は良好であっても、膜厚安定性が低下することがある。一方、ホットプレス後の密度が高すぎると、その後の大気焼結において密度が上がり難くなる。これは、ホットプレスと後述の大気焼結の焼結挙動が異なるために見らえる現象と考えられる。つまり、ホットプレス後に密度が低いと、焼結が進行しておらず、粉同士のネッキングも少ないため、大気焼結中に焼結がさらに進行するが、ホットプレスにおいて十分に密度を上げてしまうと、焼結が進み過ぎてその状態で安定し、その後に大気焼結しても、加熱のみでは焼結が進行し難いと考えらえる。したがって、ホットプレス後の相対密度は60%以上85%以下とするのが好ましい。
ホットプレスの温度は、好ましくは800℃〜1400℃である。また、成形を容易にするために原料粉末にバインダー等を混ぜ、スプレードライヤーにより造粒を行い、この造粒粉を成形しても良い。
次に、得られた成形体を大気炉で常圧焼結(大気焼結)する。この大気焼結における温度t(℃)は、前工程のホットプレス温度をT(℃)としたとき、T≦t≦T+600(℃)を満たす温度範囲内とする。例えば、ホットプレス温度が1200℃の場合、焼結の温度範囲は1200℃以上1800℃以下となる。焼結の保持時間を、2〜10時間とすることが好ましい。
この大気焼結の条件は、最終的なスパッタリングターゲットの密度や結晶粒径に大きく影響する。この焼結温度が高い場合には、相対密度が高くなり、また、粒径も大きくなる。一方焼結温度が低い場合には、ターゲットの相対密度が低く、また粒径も小さくなる。このように、ホットプレス後の密度、すなわち、ホットプレスの温度との関係で、この大気焼結の焼結条件を最適化しないと、所望の密度や結晶粒径が得られず、また、結晶の異常粒成長により、粒径のばらつきが顕著化するため、好ましくない。
次に、得られた焼結体を旋盤や平面研削等の機械加工により、所望のサイズ、形状のターゲットに加工する。その後、必要に応じて、焼結体の表面を粗研磨又はブラスト処理で粗化して、表面粗さRaを1.0μm以上、2.0μm以下とする。以上により、本発明のAlスパッタリングターゲットを作製することができる。
後述する実施例、比較例を含め、本発明の評価方法等は、以下の通りである。
(体積抵抗率について)
体積抵抗率は、ターゲットの面内4箇所(図1参照)から試料を採取し、直流三端子法によってスパッタ面に対して水平な面の抵抗率を測定し、それらの平均値から求める。抵抗率の測定には、エーディーシー社製デジタル超高抵抗/微少電流計(型式5450)を用いることができる。
具体的には、スクリーン印刷機及び銀ペーストを用いて、試料の上下面に主電極、ガード電極、対極を印刷し、大気中、100℃、12時間乾燥して電極を形成し、次に、試料に直流電圧(V=1000V)を印加し、1分間充電後の電流(I)を測定して、試料の体積抵抗(Rv)を求める。そして、試料の厚み(t=1.2mm)、電極面積(S=1.85cm)をそれぞれ下記式に導入して、体積抵抗率(ρv)を算出する。
(式)体積抵抗率:ρv=S/t×Rv=(S/t)×(V/I)
(誘電正接について)
図1のようにターゲットの面内4箇所から試料を採取し、二端子法によってスパッタ面に対して水平な面におけるそれぞれの誘電正接を測定し、その平均値を求める。測定にはキーサイト・テクノロジー社製インピーダンスアナライザーE4990Aを用い、自動平衡ブリッジ法によって、誘電正接を求める。試験条件は、周波数1MHzとし、室温で行った。
(スパッタリング特性の評価方法)
RF電源を備えたスパッタリング装置にターゲットを設置して、投入電力:2.5〜3.0W/cm、Ar分圧:0.5Pa、膜厚:500Å、の条件で成膜する。成膜レート(depo rate)は、(成膜した膜厚)/(成膜に要した時間)から算出する。成膜レートは4.0Å/秒以上であれば、良好なものと判断する。
パーティクル数は、成膜後、直径300mmのウェハ上に存在する0.12μm超のパーティクルをパーティクルカウンタ(KLA Tencor社製CS920)を用いて調べた。パーティクル数が100個未満であれば、良好なものと判断する。また、バーンイン時間は、成膜レートが3.7Å/秒に到達するまでに要した時間である。バーンイン時間が200kwh以内であれば、良好なものと判断する。
(膜特性の評価方法)
RF電源を備えたスパッタリング装置にターゲットを設置して、投入電力:2.5〜3.0W/cm、Ar分圧:0.5Pa、膜厚:500Å、の条件で成膜する。膜厚安定性は、直径300mmのウェハ上に成膜後、ウェハ面内49点(図2参照)の膜厚を測定して、その膜厚分布を求め、そのバラツキ(σ)の程度を3段階(◎:σ<10Å、〇:10Å≦σ≦30Å、△:30Å<σ)で評価した。
また、耐エッチング性については、直径300mmのウェハ上に成膜したAl膜に対してドライエッチングを行い、深さ方向のエッチング量をSEMにて測定する。そして、算出されるエッチング速度が20nm/min以下であれば、良好なものと判断した。
次に、本願発明の実施例及び比較例について説明する。なお、以下の実施例は、あくまで代表的な例を示しているもので、本願発明はこれらの実施例に制限される必要はなく、明細書に記載される技術思想の範囲で解釈されるべきものである。
(実施例1)
純度99.99wt%以上のAl原料粉を用意し、これを平均粒子径が0.2μmとなるように粒径調整を行った。次に、この粉末を金型に充填し、真空中でホットプレスを行い、ホットプレス後の焼結体の相対密度が60%以上となるように、ホットプレスの条件を設定した。次に、この焼結体を大気炉で常圧焼結(大気焼結)を行った。大気焼結の温度は、ホットプレス温度と同じに設定した。以上により得られた焼結体を機械加工や研磨加工して、スパッタリングターゲットを作製した。
以上により得られたスパッタリングターゲットは、Caが1wtppm、Feが3wtppm、Kが4wtppm、Mgが2wtppm、Naが7wtppm、であって、その合計含有量が100wtppm未満であり、体積抵抗率が1.3×1014Ωcm、誘電正接が300×10−4であり、また、相対密度が85.1%、表面粗さRaが1.3μm、抗折強度が250MPaと、所望の特性を有していた。
また、このスパッタリングターゲットについて、スパッタ特性及び薄膜特性について調べた結果、成膜レートが4.5Å/秒、バーンイン時間が50kwh、パーティクル数が47個と良好な結果を示し、また、膜厚安定性及び耐エッチング特性も優れた結果であった。以上の結果を表1に示す。
(実施例2−10)
実施例2−10では、上述した実施例1の製造方法をベースに、ホットプレス後の焼結体の密度、及び、大気焼結時の温度(ΔT)を随時調整して(表1参照)、スパッタリングターゲットを作製した。その結果、表1に示す通り、ターゲットの特性は所望の範囲にあり、また、スパッタ特性及び膜特性のいずれも良好な結果を示していた。
なお、実施例8は、ホットプレス後の焼結体の密度を58.7%と低く設定した結果、膜厚安定性が若干低下したものの、成膜レートが良好(4.0Å/sec以上)で、スパッタ後にターゲットに亀裂は見られず、製品として使用可能なものであった。
なお、実施例9は、ターゲットの表面粗さRaを2.2μmと比較的粗く設定し、実施例10は、ターゲットの表面粗さRaを0.7μmと比較的滑らかに設定した結果、実施例9では、パーティクル数が若干増加し、実施例10では、バーンイン時間が若干長くなったが、いずれも成膜レートが良好(4.0Å/sec以上)で、スパッタ後のターゲットに亀裂は見られず、製品として使用可能なものであった。
(比較例1)
上述した実施例1の製造方法をベースに、ホットプレス後の焼結体の密度が低くなるように温度を調整し、その後の常圧焼結における温度(ΔT)を700℃に設定して、スパッタリングターゲットを作製した。その結果、表1に示す通り、ターゲットの体積抵抗率、誘電正接、相対密度は、本発明の範囲を逸脱するものであった。
このスパッタリングターゲットのスパッタ特性について調べた結果、成膜レートが3.7Å/secと良好な成膜レートの基準である4.0Å/secよりも遅く、さらに、膜厚安定性も劣るものであった。
(比較例2)
純度99.99wt%以上のAl原料粉を用意し、これを平均粒子径が0.2μmとなるように粒径調整を行った。次に、この粉末を金型に充填し、真空中でホットプレスを行い、ホットプレス後の焼結体の相対密度が92.5%となるように、ホットプレスの条件を設定した。なお、大気焼結は行わなかった。次に、得られた焼結体を機械加工や研磨加工して、スパッタリングターゲットを作製した。以上により得られたスパッタリングターゲットは、体積抵抗率が2.7×1016Ωcm、誘電正接が15×10−4であった。
このスパッタリングターゲットのスパッタ特性について調べた結果、成膜レートが3.0Å/秒と良好な成膜レートの基準である4.0Å/secよりも遅く、また、200kwhまでスパッタを実施したが、3.7Å/秒に到達しなかったため、評価はここで終了し、それ以降の評価(パーティクル数、膜厚安定性、耐エッチング性)は行わなかった。
(比較例3)
純度99.99wt%以上のAl原料粉を用意し、これを平均粒子径が0.2μmとなるように粒径調整を行った。次に、この粉末を成形した後、この成形体を大気炉で常圧焼結(大気焼結)を行った。大気焼結の温度は、1200℃に設定した。次に得られた焼結体を、機械加工や研磨加工して、スパッタリングターゲットを作製した。
以上により得られたスパッタリングターゲットは、体積抵抗率が8.2×1015Ωcm、誘電正接が12×10−4であった。
このスパッタリングターゲットのスパッタ特性について調べた結果、成膜レートが3.2Å/秒と良好な成膜レートの基準である4.0Å/secよりも遅く、また、200kwhまでスパッタを実施したが、3.7Å/秒には到達しなかったため、評価はここで終了し、それ以降の評価(パーティクル数、膜厚安定性、耐エッチング性)は行わなかった。
(比較例4)
上述した実施例1の製造方法をベースに、ホットプレス後の焼結体の密度、及び大気焼結時の温度(ΔT)を随時調整して、スパッタリングターゲットを作製した。但し、比較例2では、Al原料粉として純度99.9wt%以上のものを用いた。その結果表1に示す通り、ターゲットの純度は、本発明の範囲を逸脱するものであり、不純物の存在によって、耐エッチング性の劣るものであった。
(比較例5)
上述した実施例1の製造方法をベースに、ホットプレス後の焼結体の密度が高くなるように温度を調整し、その後の大気焼結における温度を700℃に設定して、スパッタリングターゲットを作製した。その結果、表1に示す通り、ターゲットの相対密度、平均結晶粒径、抗折強度が、本発明の範囲を逸脱するものであり、スパッタ後のターゲットに亀裂が生じていた。
本発明のAlスパッタリングターゲットは、RFスパッタリングにおいて、高い成膜レートを実現することができ、生産性を向上することができるという優れた効果を有する。本発明のAlスパッタリングターゲットを用いることで、良好な特性を有する膜を安定的に形成することができる。本発明のAlスパッタリングターゲットは、ゲート絶縁膜、マスク、エッチストッパーなどの、半導体素子の形成に有用である。

Claims (14)

  1. 純度が99.99wt%以上であり、相対密度が85%以上、95%以下であって、体積抵抗率が10×1014Ω・cm以下、誘電正接が15×10−4以上、であるAlスパッタリングターゲット。
  2. 平均結晶粒径が0.3〜3.0μmである請求項1に記載のAlスパッタリングターゲット。
  3. 表面粗さRaが1.0〜2.0μmである請求項1又は2に記載のAlスパッタリングターゲット。
  4. 抗折強度が200MPa以上である請求項1〜3のいずれか一項に記載のAlスパッタリングターゲット。
  5. RF電源を備えたスパッタリング装置にターゲットを設置して、投入電力:2.5〜3.0W/cm、Ar分圧:0.5Pa、膜厚:500Å、の条件で成膜したときの成膜レートが4.0Å/秒以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のAlスパッタリングターゲット。
  6. RF電源を備えたスパッタリング装置にターゲットを設置して、投入電力:2.5〜3.0W/cm、Ar分圧:0.5Pa、膜厚:500Å、の条件で成膜したときのバーンイン時間が200kwh以内であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のAlスパッタリングターゲット。
  7. RF電源を備えたスパッタリング装置にターゲットを設置して、投入電力:2.5〜3.0W/cm、Ar分圧:0.5Pa、膜厚:500Å、の条件で直径300mmウェハ上に成膜したとき、ウェハ上に存在する0.12μm超のパーティクル数が100個未満であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のAlスパッタリングンターゲット。
  8. RF電源を備えたスパッタリング装置にターゲットを設置して、投入電力:2.5〜3.0W/cm、Ar分圧:0.5Pa、膜厚:500Å、の条件で直径300mmウェハ上に成膜したとき、ウェハ面内49点における膜厚バラツキ(σ)が30Å以下であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のAlスパッタリングンターゲット。
  9. RF電源を備えたスパッタリング装置にターゲットを設置して、投入電力:2.5〜3.0W/cm、Ar分圧:0.5Pa、膜厚:500Å、の条件で直径300mmウェハ上に成膜したとき、膜に対するドライエッチングのエッチング速度が20nm/min以下であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のAlスパッタリングンターゲット。
  10. 純度99.99wt%以上のAl原料粉末をホットプレスして、相対密度60%以上85%以下の成形体を作製し、この成形体を常圧焼結することを特徴とするAlスパッタリングターゲットの製造方法。
  11. 前記常圧焼結を、T≦t≦T+600℃(Tは、ホットプレス時の温度)を満たす温度範囲tで行うことを特徴とする請求項10に記載のAlスパッタリングターゲットの製造方法。
  12. 前記ホットプレス温度を800℃〜1400℃とする請求項10又は11に記載のAlスパッタリングターゲットの製造方法。
  13. 平均粒子径が0.1〜0.3μmのAl原料粉末を用いる請求項10〜12のいずれか一項に記載のAlスパッタリングターゲットの製造方法。
  14. 常圧焼結後、得られる焼結体の表面を粗研磨又はブラスト処理で粗化する請求項10〜13のいずれか一項に記載のAlスパッタリングターゲットの製造方法。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115353373B (zh) * 2022-08-31 2023-06-23 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种氧化铝靶材及其制备方法与应用

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4081840B2 (ja) * 1997-02-28 2008-04-30 東ソー株式会社 スパッタリングターゲットの製造方法
JP2000064034A (ja) 1998-08-19 2000-02-29 Toshiba Ceramics Co Ltd アルミナ・スパッタリング・ターゲット及びその製造方法並びに高周波スパッタリング装置
JP2002206165A (ja) * 2000-10-24 2002-07-26 Mitsubishi Materials Corp 高出力スパッタ条件ですぐれた耐割損性を発揮する光記録媒体保護層形成用スパッタリングターゲット焼結材
JP4733930B2 (ja) * 2004-05-20 2011-07-27 株式会社アルバック 複合酸化物焼結体の製造方法及びその焼結体からなるスパッタリングターゲット
CN101985735A (zh) * 2009-07-29 2011-03-16 中国科学院福建物质结构研究所 一种氧化铝靶材和该靶材制备的透明导电薄膜
WO2012108157A1 (ja) * 2011-02-10 2012-08-16 三菱マテリアル株式会社 太陽電池用透明膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法
CN102432268B (zh) 2011-09-04 2012-12-05 湖北菲利华石英玻璃股份有限公司 一种采用焰熔法将氧化铝粉末烧结成生产蓝宝石晶体用氧化铝块料的方法
WO2013065337A1 (ja) * 2011-11-04 2013-05-10 株式会社フェローテックセラミックス スパッタリングターゲットおよびその製造方法
JP6141756B2 (ja) * 2013-11-22 2017-06-07 京セラ株式会社 保持部材
CN105986228B (zh) * 2015-02-10 2018-11-06 汕头超声显示器技术有限公司 一种用于制作氧化铝薄膜的溅射靶材及其制作方法
CN104988466B (zh) * 2015-06-02 2017-06-09 淮阴工学院 一种利用双辉等离子渗金属技术低温制备α‑Al2O3涂层的方法
CN104926304B (zh) * 2015-06-23 2017-11-07 山东大学 一种氧化钆陶瓷及其制备方法
CN106191777A (zh) * 2016-08-29 2016-12-07 基迈克材料科技(苏州)有限公司 一种氧化铝溅射靶材的制备方法

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