JP7008237B2 - Sputtering target and manufacturing method of sputtering target - Google Patents
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Description
本発明は、窒素含有クロム膜を形成する際に用いられるスパッタリングターゲット、及び、このスパッタリングターゲットの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a sputtering target used for forming a nitrogen-containing chromium film and a method for producing the sputtering target.
上述の窒素含有クロム膜は、例えば特許文献1に示すように、半導体集積回路の回路パターンを形成する際に使用するフォトマスク等や、例えば特許文献2に示すように、圧力センサや加速度センサ等の歪ゲージ用薄膜として、利用されている。
このような窒素含有クロム膜を成膜する方法としては、特許文献1、2に示すように、スパッタリングターゲットを用いたスパッタ法が提案されている。
The above-mentioned nitrogen-containing chromium film is, for example, a photomask or the like used when forming a circuit pattern of a semiconductor integrated circuit as shown in
As a method for forming such a nitrogen-containing chromium film, as shown in
ここで、特許文献1の段落番号0006には、従来技術として、金属クロム粉末と窒化クロム粉末を混合して焼結した焼結体からなるスパッタリングターゲット、及び、窒化クロム粉末のみを焼結した焼結体からなるスパッタリングターゲットが開示されている。そして、金属クロム粉末と窒化クロム粉末を混合して焼結した焼結体からなるスパッタリングターゲットにおいては、窒化クロム粉末の分散が不均一となり、窒素の分布が一様にならないといった問題がある、と指摘している。また、窒化クロム粉末のみを焼結した焼結体からなるスパッタリングターゲットにおいては、加工不良が多発し、製造歩留りが低下するといった問題がある、と指摘している。
そして、特許文献1においては、金属クロム粉末の表面を窒化させた窒化クロム粉末を形成し、これを焼結した焼結体からなるスパッタリングターゲットが提案されている。
Here, in paragraph No. 0006 of
Then,
ところで、特許文献1において提案されたスパッタリングターゲットにおいては、金属クロム粉末の表面を窒化させた窒化クロム粉末を焼結させていることから、窒化クロム相の中に金属クロム相が分散した組織とされている。ここで、上述の窒化クロム粉末においては、表面が窒化クロムとされているので、焼結性が不十分となりやすく、長時間スパッタ成膜した際に、パーティクルが生じ、異常放電が発生し、安定して成膜することができないおそれがあった。
By the way, in the sputtering target proposed in
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、長時間スパッタ成膜した場合であっても異常放電の発生を抑制でき、安定して成膜することが可能であり、かつ、窒素のばらつきが小さく均一な窒素濃度の窒素含有クロム膜を成膜可能なスパッタリングターゲット、及び、スパッタリングターゲット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-mentioned circumstances, and it is possible to suppress the occurrence of abnormal discharge even when a sputtered film is formed for a long time, and it is possible to form a stable film. It is an object of the present invention to provide a sputtering target capable of forming a nitrogen-containing chromium film having a uniform nitrogen concentration with little variation in nitrogen, and a method for manufacturing the sputtering target.
上記課題を解決するために、本発明のスパッタリングターゲットは、金属クロム相と窒化クロム相とを有するスパッタリングターゲットであって、前記金属クロム相の母相中に、前記窒化クロム相が分散しているとともに、酸化クロム相が存在していることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the sputtering target of the present invention is a sputtering target having a metal chromium phase and a chromium nitride phase, and the chromium nitride phase is dispersed in the parent phase of the metal chromium phase. At the same time, it is characterized by the presence of a chromium oxide phase .
本発明のスパッタリングターゲットによれば、前記金属クロム相の母相中に、前記窒化クロム相が分散した組織とされているので、金属クロム相同士がネットワークを構築しており、確実に焼結されていることになる。よって、長時間スパッタ成膜した場合であっても、異常放電の発生を抑制することができ、安定してスパッタ成膜を行うことが可能となる。 According to the sputtering target of the present invention, since the chromium nitride phase is dispersed in the parent phase of the metal chromium phase, the metal chromium phases form a network and are reliably sintered. It will be. Therefore, even when the sputter film formation is performed for a long time, the occurrence of abnormal discharge can be suppressed, and the sputter film formation can be stably performed.
本発明のスパッタリングターゲットの製造方法は、上述のスパッタリングターゲットを製造するスパッタリングターゲットの製造方法であって窒化クロム粉と金属クロム粉と酸化クロム粉とを混合して焼結原料粉を得る焼結原料粉形成工程と、前記焼結原料粉を加圧しながら加熱して焼結体を得る焼結工程と、を有し、前記焼結原料粉形成工程では、前記窒化クロム粉の平均粒径DNと前記金属クロム粉の平均粒径DMとの比DN/DMを1未満とし、かつ、前記窒化クロム粉の体積VNと前記金属クロム粉の体積VMとの比VN/VMを3未満とすることを特徴としている。 The method for manufacturing a sputtering target of the present invention is a method for manufacturing a sputtering target for manufacturing the above-mentioned sputtering target, which is a sintered raw material obtained by mixing chromium nitride powder, metallic chromium powder, and chromium oxide powder to obtain a sintered raw material powder. It has a powder forming step and a sintering step of heating while pressurizing the sintered raw material powder to obtain a sintered body. In the sintered raw material powder forming step, the average particle size of the chromium nitride powder is DN . The ratio DN / DM to the average particle size DM of the metal chromium powder is less than 1, and the ratio V N / V of the volume VN of the chromium nitride powder to the volume VM of the metal chromium powder. It is characterized in that M is less than 3.
本発明のスパッタリングターゲットの製造方法によれば、焼結原料粉形成工程において、前記窒化クロム粉の平均粒径DNと前記金属クロム粉の平均粒径DMとの比DN/DMを1未満とし、かつ、前記窒化クロム粉の体積VNと前記金属クロム粉の体積VMとの比VN/VMを3未満としているので、金属クロム粉末が変形して窒化クロム粉末を覆い、金属クロム粉末同士が焼結することになり、前記金属クロム相の母相中に、前記窒化クロム相が分散した組織の焼結体を得ることができる。よって、金属クロム相同士がネットワークを構築することができ、確実に焼結することが可能となる。これにより、長時間スパッタ成膜した場合であっても、異常放電の発生を抑制することができ、安定してスパッタ成膜を行うことが可能なスパッタリングターゲットを製造することができる。 According to the method for producing a sputtering target of the present invention, in the sintering raw material powder forming step, the ratio DN / DM of the average particle size DN of the chromium nitride powder to the average particle size DN of the metal chromium powder is determined. Since it is less than 1 and the ratio VN / VM of the volume VN of the chromium nitride powder to the volume VM of the metal chromium powder is less than 3, the metal chromium powder is deformed and covers the chromium nitride powder. , The metal chrome powders are sintered together, and a sintered body having a structure in which the chrome nitride phase is dispersed in the matrix phase of the metal chrome phase can be obtained. Therefore, the metal chromium phases can form a network and can be reliably sintered. As a result, it is possible to manufacture a sputtering target capable of stably performing sputter film formation by suppressing the occurrence of abnormal discharge even when sputter film formation is performed for a long time.
本発明によれば、長時間スパッタ成膜した場合であっても異常放電の発生を抑制し、安定して成膜することが可能であり、かつ、窒素のばらつきが小さく均一な窒素濃度の窒素含有クロム膜を成膜可能なスパッタリングターゲット、及び、スパッタリングターゲットの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of abnormal discharge and stably form a film even when sputtered film is formed for a long time, and nitrogen having a uniform nitrogen concentration with little variation in nitrogen is possible. It is possible to provide a sputtering target capable of forming a film containing a chromium film and a method for manufacturing the sputtering target.
以下に、本発明の一実施形態であるスパッタリングターゲット、及び、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。なお、本実施形態であるスパッタリングターゲットは、窒素含有クロム膜を成膜する際に用いられるものである。 Hereinafter, a sputtering target according to an embodiment of the present invention and a method for manufacturing the sputtering target will be described. The sputtering target of the present embodiment is used when forming a nitrogen-containing chromium film.
本実施形態であるスパッタリングターゲットは、金属クロム粉と窒化クロム粉の焼結体からなり、金属クロム相と窒化クロム相とを有しており、金属クロム相の母相中に、窒化クロム相が分散した組織とされている。 The sputtering target of the present embodiment is composed of a sintered body of metallic chromium powder and chromium nitride powder, has a metallic chromium phase and a chromium nitride phase, and the chromium nitride phase is contained in the parent phase of the metallic chromium phase. It is said to be a decentralized organization.
そして、本実施形態であるスパッタリングターゲットにおいては、スパッタ面における窒素含有量のばらつきが25%以下とされている。
なお、スパッタ面における窒素含有量のばらつきは、下記式によって求められる。
(ばらつき)%= 標準偏差/平均値×100
In the sputtering target of the present embodiment, the variation in the nitrogen content on the sputtering surface is 25% or less.
The variation in nitrogen content on the sputtered surface is calculated by the following formula.
(Variation)% = standard deviation / mean value x 100
ここで、本実施形態においては、スパッタリングターゲットの形状が平板で、スパッタ面が円形をなす場合には、図1に示すように、円の中心(1)、及び、円の中心を通過するとともに互いに直交する2本の直線上の外周部分(2)、(3)、(4)、(5)の5点で窒素含有量を測定し、スパッタ面における窒素含有量のばらつきを求める。 Here, in the present embodiment, when the shape of the sputtering target is a flat plate and the sputtering surface is circular, as shown in FIG. 1, it passes through the center of the circle (1) and the center of the circle. The nitrogen content is measured at five points on the outer peripheral portions (2), (3), (4), and (5) on two straight lines orthogonal to each other, and the variation in the nitrogen content on the sputtered surface is determined.
また、スパッタリングターゲットの形状が平板で、スパッタ面が矩形をなす場合には、図2に示すように、対角線が交差する交点(1)と、各対角線上の角部(2)、(3)、(4)、(5)の5点で窒素含有量を測定し、スパッタ面における窒素含有量のばらつきを求める。 When the shape of the sputtering target is a flat plate and the sputtering surface is rectangular, as shown in FIG. 2, the intersections (1) where the diagonal lines intersect and the corner portions (2) and (3) on the diagonal lines are formed. , (4), and (5), the nitrogen content is measured at five points, and the variation in the nitrogen content on the sputtered surface is determined.
さらに、スパッタリングターゲットの形状が円筒で、スパッタ面が円筒外周面である場合は、図3に示すように、軸線O方向に半分の地点から外周方向に90°間隔の(1)、(2)、(3)、(4)、及び、軸線O方向の端部で外周方向に90°間隔の(5)、(6)、(7)、(8)の合計8点で窒素含有量を測定し、スパッタ面における窒素含有量のばらつきを求める。 Further, when the shape of the sputtering target is a cylinder and the sputtering surface is a cylindrical outer peripheral surface, as shown in FIG. 3, 90 ° intervals from a half point in the axis O direction to the outer peripheral direction (1) and (2). , (3), (4), and the nitrogen content is measured at a total of 8 points (5), (6), (7), (8) at 90 ° intervals in the outer peripheral direction at the end in the O direction of the axis. Then, the variation in the nitrogen content on the sputtered surface is obtained.
ここで、窒化クロム相は、CrNまたはCr2Nを主体としている。なお、スパッタリングターゲット中には、窒化クロム相とともに、酸化クロム相が存在していてもよい。
また、本実施形態であるスパッタリングターゲットにおいては、窒素含有量が1mass%以上15mass%以下の範囲内とされている。
さらに、本実施形態であるスパッタリングターゲットにおいては、相対密度が98%以上とされている。
Here, the chromium nitride phase is mainly CrN or Cr2N . The chromium oxide phase may be present together with the chromium nitride phase in the sputtering target.
Further, in the sputtering target of the present embodiment, the nitrogen content is within the range of 1 mass% or more and 15 mass% or less.
Further, in the sputtering target of the present embodiment, the relative density is set to 98% or more.
次に、本実施形態である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。
まず、窒化クロム粉と金属クロム粉を混合して、焼結原料粉を得る(焼結原料粉形成工程S01)。
ここで、金属クロム粉としては、質量比で純度99.99%以上(4N)以上のものを使用することが好ましい。
また、窒化クロム粉としては、CrN粉、Cr2N粉、及び、これらの混合粉末を用いることができる。CrN粉末及びCr2N粉末は、金属成分中のCrの純度が質量比で99%以上(2N)以上のものを使用することが好ましい。
なお、金属クロム粉及び窒化クロム粉に加えて、酸化クロム粉を添加してもよい。酸化クロム粉としては、例えば、金属成分中のCrの純度が質量比で99%以上(2N)以上のCr2O3粉等を用いることができる。
Next, a method for manufacturing a sputtering target according to the present embodiment will be described.
First, chromium nitride powder and metallic chromium powder are mixed to obtain a sintered raw material powder (sintered raw material powder forming step S01).
Here, as the metallic chromium powder, it is preferable to use one having a purity of 99.99% or more (4N) or more in terms of mass ratio.
Further, as the chromium nitride powder, CrN powder, Cr2N powder, and a mixed powder thereof can be used. It is preferable to use CrN powder and Cr2N powder having a mass ratio of Cr of 99% or more (2N) or more in the metal component.
In addition to the metallic chromium powder and the chromium nitride powder, chromium oxide powder may be added. As the chromium oxide powder, for example , Cr 2O3 powder having a mass ratio of Cr of 99% or more (2N) or more in the metal component can be used.
この焼結原料粉形成工程S01においては、窒化クロム粉の平均粒径DNと金属クロム粉の平均粒径DMとの比DN/DMを1未満とする。
さらに、焼結原料粉形成工程S01においては、窒化クロム粉の体積VNと金属クロム粉の体積VMとの比VN/VMを3未満とする。
ここで、焼結原料粉における窒素含有量と、上述の体積比VN/VMを調整することにより、スパッタリングターゲットにおける窒素含有量が調整されることになる。
In this sintered raw material powder forming step S01 , the ratio DN / DM of the average particle size DN of the chromium nitride powder to the average particle size DM of the metallic chromium powder is set to less than 1.
Further, in the sintering raw material powder forming step S01 , the ratio VN / VM of the volume VN of the chromium nitride powder to the volume VM of the metal chromium powder is set to less than 3.
Here, the nitrogen content in the sputtering target is adjusted by adjusting the nitrogen content in the sintered raw material powder and the above - mentioned volume ratio VN / VM.
秤量された窒化クロム粉と金属クロム粉を、ボールミル、ヘンシェルミキサー、ブレンダー等の混合装置によって混合し、原料粉末とする。このとき、金属クロム粉の酸化を防ぐために、混合装置内の雰囲気をAr等の不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。
この焼結原料粉形成工程S01において、窒化クロム粉と金属クロム粉とを十分に混合することにより、焼結体における窒素含有量を均一化することができる。
The weighed chromium nitride powder and metal chromium powder are mixed by a mixing device such as a ball mill, a Henschel mixer, or a blender to obtain a raw material powder. At this time, in order to prevent the oxidation of the metallic chromium powder, it is preferable that the atmosphere in the mixing device is an inert gas atmosphere such as Ar.
In the sintered raw material powder forming step S01, the nitrogen content in the sintered body can be made uniform by sufficiently mixing the chromium nitride powder and the metallic chromium powder.
次に、上述の焼結原料粉を加圧加熱することにより焼結して焼結体を得る(焼結工程S02)。
この焼結工程S02においては、ホットプレス装置を用いて焼結を行ってもよい。この場合、焼結温度を1100℃以上1400℃以下の範囲内、保持時間2時間以上5時間以下、圧力20MPa以上40MPa以下の条件で実施することが好ましい。なお、焼結温度は1250℃以上1350℃以下の範囲内とすることが好ましい。
また、焼結工程S02においては、HIP装置を用いて焼結を行ってもよい。この場合、焼結原料粉を充填した後、真空度1.5Pa以下、保持温度500℃以上600℃以下、保持時間5時間以上の条件で脱ガス処理を行い、その後、HIP装置で、焼結温度1100℃以上1400℃以下の範囲内、保持時間1時間以上3時間以下、圧力90MPa以上110MPa以下の条件で実施することが好ましい。なお、焼結温度は1200℃以上1300℃以下の範囲とすることが好ましい。
Next, the above-mentioned sintered raw material powder is sintered by heating under pressure to obtain a sintered body (sintering step S02).
In this sintering step S02, sintering may be performed using a hot press device. In this case, it is preferable to carry out the sintering temperature under the conditions of 1100 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower, the holding time of 2 hours or more and 5 hours or less, and the pressure of 20 MPa or more and 40 MPa or less. The sintering temperature is preferably in the range of 1250 ° C. or higher and 1350 ° C. or lower.
Further, in the sintering step S02, sintering may be performed using a HIP apparatus. In this case, after filling the sintering raw material powder, degassing treatment is performed under the conditions of a vacuum degree of 1.5 Pa or less, a holding temperature of 500 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, and a holding time of 5 hours or longer, and then sintering with a HIP device. It is preferable to carry out under the conditions that the temperature is in the range of 1100 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower, the holding time is 1 hour or more and 3 hours or less, and the pressure is 90 MPa or more and 110 MPa or less. The sintering temperature is preferably in the range of 1200 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower.
そして、焼結工程S02によって得られた焼結体を所定の寸法となるように機械加工する(機械加工工程S03)。
以上により、本実施形態であるスパッタリングターゲットが製造される。
Then, the sintered body obtained in the sintering step S02 is machined so as to have a predetermined size (machining step S03).
As described above, the sputtering target according to the present embodiment is manufactured.
以上のような構成とされた本実施形態であるスパッタリングターゲットにおいては、金属クロム相の母相中に窒化クロム相が分散した組織とされており、金属クロム相同士がネットワークを構築しているので、金属クロムが十分に焼結によって結合されており、長時間スパッタ成膜した場合であっても、異常放電の発生を抑制することができ、安定してスパッタ成膜を行うことが可能となる。 In the sputtering target of the present embodiment having the above configuration, the structure is such that the chromium nitride phase is dispersed in the parent phase of the metal chromium phase, and the metal chromium phases form a network with each other. , Metallic chromium is sufficiently bonded by sintering, and even when sputtered film formation is performed for a long time, the occurrence of abnormal discharge can be suppressed, and sputtered film formation can be stably performed. ..
そして、本実施形態であるスパッタリングターゲットにおいては、スパッタ面における窒素含有量のばらつきが25%以下とされているので、窒素濃度が均一な窒素含有クロム膜を成膜することが可能となる。 Further, in the sputtering target of the present embodiment, since the variation of the nitrogen content on the sputtering surface is 25% or less, it is possible to form a nitrogen-containing chromium film having a uniform nitrogen concentration.
また、本実施形態であるスパッタリングターゲットにおいては、窒素含有量が1mass%以上15mass%以下の範囲内とされているので、窒素含有クロム膜を確実に成膜することができる。
さらに、本実施形態であるスパッタリングターゲットにおいては、相対密度が98%以上とされているので、スパッタ成膜時に異常放電が発生することをさらに抑制でき、安定してスパッタ成膜することができる。
Further, in the sputtering target of the present embodiment, the nitrogen content is in the range of 1 mass% or more and 15 mass% or less, so that the nitrogen-containing chromium film can be reliably formed.
Further, in the sputtering target of the present embodiment, since the relative density is 98% or more, it is possible to further suppress the occurrence of abnormal discharge during sputtering film formation, and it is possible to stably perform sputtering film formation.
また、本実施形態であるスパッタリングターゲットの製造方法によれば、焼結原料粉形成工程S01においては、窒化クロム粉の平均粒径DNと金属クロム粉の平均粒径DMとの比DN/DMを1未満とし、かつ、窒化クロム粉の体積VNと金属クロム粉の体積VMとの比VN/VMを3未満としているので、金属クロム粉末が変形して窒化クロム粉末を覆い、金属クロム粉末同士が焼結することになり、金属クロム相の母相中に窒化クロム相が分散した組織の焼結体を得ることができる。よって、長時間スパッタ成膜した場合であっても、異常放電の発生を抑制することができ、安定してスパッタ成膜を行うことが可能なスパッタリングターゲットを製造することができる。
また、窒化クロム粉が均一に分散されることになり、スパッタ面における窒素含有量のばらつきを25%以下とすることができる。
Further, according to the method for manufacturing a sputtering target according to the present embodiment, in the sintering raw material powder forming step S01 , the ratio DN of the average particle size DN of the chromium nitride powder to the average particle size DN of the metal chromium powder is DN . Since / DM is less than 1, and the ratio VN / VM of the volume VN of the chromium nitride powder to the volume VM of the metal chromium powder is less than 3, the metal chromium powder is deformed and the chromium nitride powder is deformed. The metal chrome powders are sintered together, and a sintered body having a structure in which the chromium nitride phase is dispersed in the matrix phase of the metal chromium phase can be obtained. Therefore, even when a sputtering film is formed for a long time, it is possible to suppress the occurrence of abnormal discharge and manufacture a sputtering target capable of stably performing a sputtering film formation.
Further, the chromium nitride powder is uniformly dispersed, and the variation in the nitrogen content on the sputtered surface can be 25% or less.
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。
本実施形態では、ホットプレス装置、あるいは、HIP装置を用いて焼結を行うものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の焼結装置を用いてもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the technical idea of the invention.
In the present embodiment, it has been described that sintering is performed using a hot press device or a HIP device, but the present invention is not limited to this, and other sintering devices may be used.
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。 The results of the confirmation experiment conducted to confirm the effectiveness of the present invention will be described below.
原料粉として、金属クロム粉(純度:99.9mass%以上)、CrN粉(金属成分中のCrの純度:99mass%以上)、Cr2N粉(金属成分中のCrの純度:99mass%以上)、Cr2O3粉(金属成分中のCrの純度:99mass%以上、平均粒径3μm)を準備した。
そして、表1に示す平均粒径の金属クロム粉、CrN粉、Cr2N粉を、表1に示す体積比で混合した。なお、本発明例11,12においては、表1に記載する量のCr2O3粉を添加した。
また、従来例においては、金属クロム粉に対して、窒化処理を実施し、表面に窒化クロム層を形成した金属クロム粉を準備した。なお、窒化処理は、ロータリーキルン炉にて真空アルゴン置換した後に900℃まで昇温し、その後、従来例の窒素濃度となるようにアルゴンガスと窒素ガスの混合ガスを流し、30分間加熱した。
As raw material powder, metallic chromium powder (purity: 99.9 mass% or more), CrN powder (purity of Cr in metal component: 99 mass% or more ), Cr 2N powder (purity of Cr in metal component: 99 mass% or more) , Cr 2 O 3 powder (purity of Cr in metal component: 99 mass% or more,
Then, the metal chromium powder, CrN powder, and Cr2N powder having the average particle diameter shown in Table 1 were mixed at the volume ratio shown in Table 1. In Examples 11 and 12 of the present invention, the amount of Cr2O3 powder shown in Table 1 was added.
Further, in the conventional example, the metal chromium powder was subjected to a nitriding treatment to prepare a metal chromium powder having a chromium nitride layer formed on the surface. In the nitriding treatment, the temperature was raised to 900 ° C. after vacuum argon substitution in a rotary kiln furnace, and then a mixed gas of argon gas and nitrogen gas was flowed so as to have the nitrogen concentration of the conventional example, and the mixture was heated for 30 minutes.
これらの原料粉を、Arガス雰囲気とされた乾式ボールミル装置のポリエチレン製容器(10L)の中に投入する。このとき、ポリエチレン製容器内に、直径5mmのジルコニアボールを5kg、直径10mmのジルコニアボールを5kg投入した。そして、回転数73rpmで18時間混合した。これにより、焼結原料粉を得た。 These raw material powders are put into a polyethylene container (10 L) of a dry ball mill device having an Ar gas atmosphere. At this time, 5 kg of zirconia balls having a diameter of 5 mm and 5 kg of zirconia balls having a diameter of 10 mm were put into a polyethylene container. Then, the mixture was mixed at a rotation speed of 73 rpm for 18 hours. As a result, a sintered raw material powder was obtained.
そして、表2に示すように、HIP法、あるいは、ホットプレス(HP)法によって焼結し、得られた焼結体を機械加工することにより、円板形状(直径6インチ、厚み6mm)、あるいは、円筒形状(外径160mm、内径135mm、長さ600mm)のスパッタリングターゲットを得た。
Then, as shown in Table 2, the obtained sintered body is sintered by the HIP method or the hot press (HP) method, and the obtained sintered body is machined to obtain a disk shape (
HIP法では、焼結条件を、保持温度1300℃、圧力98MPa、保持時間2時間とした。
ホットプレス(HP)法では、焼結条件を、保持温度1350℃、圧力35MPa、保持時間3時間とした。
In the HIP method, the sintering conditions were a holding temperature of 1300 ° C., a pressure of 98 MPa, and a holding time of 2 hours.
In the hot press (HP) method, the sintering conditions were a holding temperature of 1350 ° C., a pressure of 35 MPa, and a holding time of 3 hours.
上述のようにして得られた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。 The sputtering targets obtained as described above were evaluated for the following items.
(スパッタリングターゲットの組成)
スパッタリングターゲット中の窒素含有量を、不活性ガス融解-熱伝導度検出法によって測定し、残部をCrとした。また、酸素含有量は、不活性ガス融解-熱伝導検出法によって測定した。評価結果を表2に示す。
(Composition of sputtering target)
The nitrogen content in the sputtering target was measured by the Inert gas melting-thermal conductivity detection method, and the balance was defined as Cr. The oxygen content was also measured by the Inert Gas Melting-Heat Conduction Detection Method. The evaluation results are shown in Table 2.
(スパッタリングターゲットの相対密度)
重量と寸法より密度を算出した。そして、Cr:7.19g/cm3,Cr2N:6.51g/cm3,CrN:5.90g/cm3、Cr2O3:5.21g/cm3として、理論密度を算出し、相対密度を算出した。
測定の結果、作製したすべてのスパッタリングターゲットの相対密度は95%以上であった。
(Relative density of sputtering target)
The density was calculated from the weight and dimensions. Then, the theoretical density was calculated with Cr: 7.19 g / cm 3 , Cr 2 N: 6.51 g / cm 3 , Cr N: 5.90 g / cm 3 , and Cr 2 O 3 : 5.21 g / cm 3 . The relative density was calculated.
As a result of the measurement, the relative density of all the prepared sputtering targets was 95% or more.
(スパッタリングターゲットの相対密度)
スパッタリングターゲットについて、組織観察を行った。EPMA(電子プローブマイクロアナライザー)JXA9500Fを用いて、加速電圧15kVにて元素マッピングを行い、組織を観察した。
ここで、金属クロム相を母相とし、この金属クロム相中に窒化クロム相が分散されたものを「A」、窒化クロム相を母相とし、この窒化クロム相中に金属クロム相が分散されたものを「B」、窒化クロム相単体のものを「C」として表2に表記した。
(Relative density of sputtering target)
The structure of the sputtering target was observed. Elemental mapping was performed at an acceleration voltage of 15 kV using EPMA (Electron Probe Microanalyzer) JXA9500F, and the structure was observed.
Here, the metal chromium phase is used as a matrix phase, the chromium nitride phase is dispersed in the metal chromium phase as “A”, the chromium nitride phase is used as the matrix phase, and the metal chromium phase is dispersed in the chromium nitride phase. The above is shown in Table 2 as "B", and the one of the chromium nitride phase alone is shown as "C".
(窒素含有量のばらつき)
円板形状の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、スパッタ面内の5箇所(1)~(5)の測定点について、窒素含有量を不活性ガス融解-熱伝導度検出法によって測定した。
円筒形状のスパッタリングターゲットにおいては、図3に示すように、スパッタ面内の8箇所(1)~(8)の測定点について、窒素含有量を不活性ガス融解-熱伝導度検出法によって測定した。
そして、以下の式により、窒素含有量のばらつきを評価した。
(ばらつき)%= 標準偏差/平均値×100
(Variation of nitrogen content)
In the disk-shaped sputtering target, as shown in FIG. 1, the nitrogen content is measured at the five measurement points (1) to (5) in the sputtering surface by the inert gas melting-heat conductivity detection method. did.
In the cylindrical sputtering target, as shown in FIG. 3, the nitrogen content was measured at eight measurement points (1) to (8) in the sputtering surface by the inert gas melting-heat conductivity detection method. ..
Then, the variation in nitrogen content was evaluated by the following formula.
(Variation)% = standard deviation / mean value x 100
(異常放電回数)
得られたスパッタリングターゲットについて、スパッタリング時の異常放電発生回数を以下の手順で測定した。
円板形状のスパッタリングターゲットにおいては、Cuのバッキングプレートに装着して、以下の成膜条件により、成膜試験を行った。
到達真空度:7×10-4Pa
ガス流量:Ar 50sccm
スパッタ雰囲気:0.67Pa
電力:500W
全圧:0.4Pa
(Number of abnormal discharges)
For the obtained sputtering target, the number of abnormal discharges generated during sputtering was measured by the following procedure.
The disk-shaped sputtering target was mounted on a Cu backing plate and subjected to a film forming test under the following film forming conditions.
Ultimate vacuum: 7 × 10 -4 Pa
Gas flow rate: Ar 50sccm
Spatter atmosphere: 0.67Pa
Power: 500W
Total pressure: 0.4Pa
また、円筒形状のスパッタリングターゲットにおいては、SUS製のバッキングチューブに装着し、以下の成膜条件により、成膜試験を行った。
到達真空度:7×10-4Pa
ガス流量:Ar 50sccm
スパッタ雰囲気:0.67Pa
電力:1000W
Further, the cylindrical sputtering target was mounted on a backing tube made of SUS, and a film forming test was conducted under the following film forming conditions.
Ultimate vacuum: 7 × 10 -4 Pa
Gas flow rate: Ar 50sccm
Spatter atmosphere: 0.67Pa
Power: 1000W
上記成膜条件において12時間のスパッタリングを行い、その後の6時間のスパッタリング時において、異常放電の発生回数をスパッタ電源装置に付属したアーキングカウンターにて自動的にその回数を計測した。 Sputtering was performed for 12 hours under the above film forming conditions, and the number of occurrences of abnormal discharge was automatically measured by an arcing counter attached to the sputtering power supply device during the subsequent 6 hours of sputtering.
金属クロム粉に対して、窒化処理を実施し、表面に窒化クロム層を形成した金属クロム粉を用いた従来例1,2においては、窒化クロム相中に金属クロム相が分散された組織を有しており、異常放電回数が非常に多くなり、安定してスパッタ成膜を行うことができなかった。 In the conventional examples 1 and 2 using the metallic chromium powder obtained by subjecting the metallic chromium powder to a nitriding treatment and forming a chromium nitride layer on the surface, the metallic chromium phase has a structure in which the metallic chromium phase is dispersed. Therefore, the number of abnormal discharges became very large, and it was not possible to stably form a spatter film.
金属クロム粉と窒化クロム粉の粒径の比率、体積比が本発明の範囲を満足しない比較例1-5,7においては、窒化クロム相中に金属クロム相が分散された組織を有しており、異常放電回数が多くなり、安定してスパッタ成膜を行うことができなかった。
窒化クロム粉のみを用いた比較例6においては、異常放電回数が多くなり、安定してスパッタ成膜を行うことができなかった。
In Comparative Examples 1-5 and 7 in which the particle size ratio and the volume ratio of the metal chromium powder and the chromium nitride powder do not satisfy the range of the present invention, the structure in which the metal chromium phase is dispersed in the chromium nitride phase is provided. Therefore, the number of abnormal discharges increased, and it was not possible to stably form a spatter film.
In Comparative Example 6 in which only the chromium nitride powder was used, the number of abnormal discharges increased and stable sputtering film formation could not be performed.
これに対して、金属クロム粉と窒化クロム粉の粒径の比率、体積比が本発明の範囲を満足する本発明例11,12においては、金属クロム相中に窒化クロム相が分散された組織を有しており、異常放電回数が少なく、安定してスパッタ成膜を行うことができた。 On the other hand, in Examples 11 and 12 of the present invention in which the particle size ratio and the volume ratio of the metallic chromium powder and the chromium nitride powder satisfy the range of the present invention, the structure in which the chromium nitride phase is dispersed in the metallic chromium phase The number of abnormal discharges was small, and spatter film formation could be performed stably.
以上のように、本発明例によれば、長時間スパッタ成膜した場合であっても異常放電の発生を抑制し、安定して成膜することが可能であり、かつ、窒素のばらつきが小さく均一な窒素濃度の窒素含有クロム膜を成膜可能なスパッタリングターゲットを提供可能であることが確認された。 As described above, according to the example of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of abnormal discharge, stably form a film even when sputtered film is formed for a long time, and the variation of nitrogen is small. It was confirmed that it is possible to provide a sputtering target capable of forming a nitrogen-containing chromium film having a uniform nitrogen concentration.
Claims (2)
前記金属クロム相の母相中に、前記窒化クロム相が分散しているとともに、酸化クロム相が存在していることを特徴とするスパッタリングターゲット。 A sputtering target having a metal chromium phase and a chromium nitride phase.
A sputtering target characterized in that the chromium nitride phase is dispersed in the mother phase of the metal chromium phase and the chromium oxide phase is present .
窒化クロム粉と金属クロム粉と酸化クロム粉とを混合して焼結原料粉を得る焼結原料粉形成工程と、前記焼結原料粉を加圧しながら加熱して焼結体を得る焼結工程と、を有し、
前記焼結原料粉形成工程では、前記窒化クロム粉の平均粒径DNと前記金属クロム粉の平均粒径DMとの比DN/DMを1未満とし、かつ、前記窒化クロム粉の体積VNと前記金属クロム粉の体積VMとの比VN/VMを3未満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。 A method for manufacturing a sputtering target for manufacturing the sputtering target according to claim 1.
A step of forming a sintered raw material powder by mixing a chromium nitride powder, a metallic chromium powder, and a chromium oxide powder to obtain a sintered raw material powder, and a sintering step of heating the sintered raw material powder while pressurizing to obtain a sintered body. And have
In the sintered raw material powder forming step, the ratio DN / DM of the average particle size DN of the chromium nitride powder to the average particle size DM of the metal chromium powder is set to less than 1, and the chromium nitride powder is used. A method for producing a sputtering target, wherein the ratio VN / VM of the volume VN to the volume VM of the metal chromium powder is less than 3.
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