JP7201595B2 - Sputtering target, method for forming oxide semiconductor film, and backing plate - Google Patents
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Description
本発明は、スパッタリングターゲット、酸化物半導体膜の成膜方法、およびバッキングプレートに関する。 The present invention relates to a sputtering target, a method for forming an oxide semiconductor film, and a backing plate.
従来、薄膜トランジスタ(以下、「TFT」という。)で駆動する方式の液晶ディスプレイおよび有機ELディスプレイなどの表示装置では、TFTのチャネル層に非晶質シリコン膜または結晶質シリコン膜を採用したものが主流である。一方で、消費電力の低減およびディスプレイの高精細化の要求に伴い、TFTのチャネル層に使用される材料として酸化物半導体が注目されている。 Conventionally, in display devices such as liquid crystal displays and organic EL displays driven by thin film transistors (hereinafter referred to as "TFTs"), the majority of display devices employ an amorphous silicon film or a crystalline silicon film for the channel layer of the TFT. is. On the other hand, with the demand for lower power consumption and higher definition of displays, oxide semiconductors are attracting attention as a material used for the channel layer of TFTs.
酸化物半導体のなかでも特に、特許文献1に開示されるインジウム、ガリウム、亜鉛、および酸素からなるアモルファス酸化物半導体(In-Ga-Zn-O、以下「IGZO」と略記する)は、高いキャリア移動度を有するため、好ましく用いられている。しかしながら、IGZOは、原料としてInおよびGaを使用するため原料コストが高いといった欠点がある。
Among oxide semiconductors, in particular, an amorphous oxide semiconductor (In—Ga—Zn—O, hereinafter abbreviated as “IGZO”) composed of indium, gallium, zinc, and oxygen disclosed in
原料コストを安くする観点から、Zn-Sn-O(以下「ZTO」と略記する)(特許文献2)、およびIGZOのGaの代わりにSnを添加したIn-Sn-Zn-O(以下「ITZO」と略記する)(特許文献3)が提案されている。なかでもITZOは、IGZOに比べ移動度も非常に高いことからIGZOに次ぐ次世代の材料として注目を集めている。 From the viewpoint of reducing raw material costs, Zn—Sn—O (hereinafter abbreviated as “ZTO”) (Patent Document 2) and In—Sn—Zn—O (hereinafter “ITZO”) added with Sn instead of Ga in IGZO ) (Patent Document 3) has been proposed. Among them, ITZO is attracting attention as a next-generation material next to IGZO because of its extremely high mobility compared to IGZO.
高移動度酸化物半導体をTFTのチャネル層に用いる場合、酸化物半導体のスパッタリングターゲットを用いたマグネトロンスパッタで成膜するのが一般的である。 When a high-mobility oxide semiconductor is used for the channel layer of a TFT, the film is generally formed by magnetron sputtering using a sputtering target of the oxide semiconductor.
スパッタリングターゲットは成膜の進行とともに消耗するため、ターゲット厚が厚い方が、寿命の観点からは望ましい。
一方で、マグネトロンスパッタの場合、スパッタリングターゲットの消耗速度は、プラズマの密度、プラズマを閉じ込める磁場の強度、形状、およびマグネットの移動方式に依存する。よって、スパッタリングターゲットの消耗速度は、ターゲット中で一様ではない。Since the sputtering target is consumed as the film formation progresses, the thicker the target, the better from the viewpoint of life.
On the other hand, in the case of magnetron sputtering, the consumption rate of the sputtering target depends on the density of the plasma, the strength and shape of the magnetic field that confines the plasma, and the method of moving the magnet. Thus, the consumption rate of a sputtering target is not uniform across the target.
そのため、特許文献4~6のように、スパッタリングターゲットの消耗速度が速い部分を厚くする構造が提案されている。
Therefore, as in
また、高移動度酸化物半導体においては、信頼性の確保も課題である。ここでいう信頼性とは、例えば、酸化物半導体膜をトランジスタのチャネル層に用いた場合の、しきい値電圧Vthのサイクル安定性である。
しきい値電圧Vthのサイクル安定性は、膜の緻密化により改善できると言われている。
膜を緻密化するためには、成膜時にスパッタ電力を上げた、高パワー成膜が有効である。
しかしながら、高パワー成膜を行う場合、ターゲットにおいて、プラズマが集中する領域が、他の領域と比べて高温になるため、熱応力によるターゲットの割れが問題になる。
特に、プレーナ型の揺動式マグネトロンスパッタの場合、磁場の揺動方向に平行なターゲット端部に常にプラズマが集中するため、ターゲット端部の割れが生じないようにする必要がある。In addition, ensuring reliability is also an issue in high-mobility oxide semiconductors. The reliability here means, for example, cycle stability of the threshold voltage Vth when an oxide semiconductor film is used for a channel layer of a transistor.
It is said that the cyclic stability of the threshold voltage Vth can be improved by densifying the film.
In order to make the film denser, it is effective to perform high-power film formation by increasing the sputtering power during film formation.
However, when high-power film formation is performed, a region of the target where the plasma is concentrated becomes hotter than other regions, and cracking of the target due to thermal stress becomes a problem.
In particular, in the case of planar oscillating magnetron sputtering, the plasma always concentrates on the edge of the target parallel to the oscillating direction of the magnetic field, so it is necessary to prevent the edge of the target from cracking.
特許文献7~8では、スパッタリングターゲットの割れを防止する構造として、スパッタリングターゲットを、プラズマにより消耗が大きく進行する領域(エロージョン領域)と、それ以外の領域とに分割して、領域間にギャップを設け、熱応力による変形をギャップに逃がす構造が提案されている。
In
ここでいう熱応力とは、以下の式(A)および式(B)で求めた値である。以下の説明でも同様である。
熱応力(σ)=-E×α×ΔT ・・・(A)
ΔT=[Q×d/A]/λ ・・・(B)
式(A)および式(B)中の記号の説明は以下のとおりである。
E :スパッタリングターゲットの弾性率
α :スパッタリングターゲットの線膨張率
ΔT:板厚方向におけるスパッタリングターゲットの表裏の温度差
Q :板厚方向にスパッタリングターゲットの表から裏に通過する熱量
d :スパッタリングターゲットの板厚
A :板厚方向から見たスパッタリングターゲットの面積
λ :スパッタリングターゲットの熱伝導率The thermal stress referred to here is a value determined by the following formulas (A) and (B). The same applies to the following description.
Thermal stress (σ) = -E x α x ΔT (A)
ΔT=[Q×d/A]/λ (B)
The symbols in the formulas (A) and (B) are explained below.
E: elastic modulus of the sputtering target α: linear expansion coefficient of the sputtering target ΔT: temperature difference between the front and back sides of the sputtering target in the plate thickness direction Q: heat quantity passing from the front to the back of the sputtering target in the plate thickness direction d: the plate of the sputtering target Thickness A: Area of sputtering target viewed from plate thickness direction λ: Thermal conductivity of sputtering target
また、特許文献9~11には、スパッタリング面に傾斜部を設けたスパッタリングターゲットが記載されている。 Further, Patent Documents 9 to 11 describe sputtering targets having inclined portions on the sputtering surface.
しかしながら、特許文献4~8に記載の技術には、以下のような問題があった。
特許文献4~6に記載の技術では、ターゲット厚を厚くすると、熱応力が大きくなるため、スパッタリングターゲットが割れやすくなるという問題があった。
特に、ITZOは、線膨張率が大きく、熱伝導率が小さいことから、マグネトロンスパッタリングでは、熱応力によりスパッタリングターゲットにクラックが発生しやすいといった課題があった。However, the techniques described in
In the techniques described in
In particular, ITZO has a large coefficient of linear expansion and a small thermal conductivity. Therefore, in magnetron sputtering, there is a problem that cracks are likely to occur in the sputtering target due to thermal stress.
特許文献7および特許文献8に記載の技術は、プレーナ型の揺動式マグネトロンスパッタに適用する場合、熱応力がエロージョン領域にも生じるため、エロージョン領域を分割するだけでは、割れの防止構造としては不十分であった。
When the techniques described in
このように、酸化物半導体をマグネトロンスパッタにより成膜する場合、スパッタリングターゲットの寿命および膜密度を向上させようとすると、スパッタリングターゲットに割れが生じやすいという問題があった。 As described above, when an oxide semiconductor film is formed by magnetron sputtering, there is a problem that cracks are likely to occur in the sputtering target when an attempt is made to improve the life and film density of the sputtering target.
また、特許文献9~11に記載のターゲットにおいては、スパッタリング面に傾斜部と平坦部とが共存しており、スパッタリング面の高さ、方向が揃っていないため、スパッタ粒子の飛ぶ方向が異なり、スパッタリング時の放電が不安定になるという問題、およびターゲット表面に再付着物(リデポ)が溜まり易い等の問題がある。
また、特許文献11に記載のターゲットにおいては、ターゲットの両端部分が傾斜しているため、グランドシールドとターゲットとの間に隙間が生じ、その隙間にショートの原因であるパーティクルが溜まり易いという問題がある。In addition, in the targets described in Patent Documents 9 to 11, the sputtering surface has both an inclined portion and a flat portion, and the height and direction of the sputtering surface are not uniform. There is a problem that the discharge during sputtering becomes unstable, and a problem that redeposition (redeposition) tends to accumulate on the surface of the target.
In addition, in the target described in
本発明は、ターゲット寿命を極端に短くすることなく、成膜時における割れを防止し、安定した放電が可能なスパッタリングターゲット、当該スパッタリングターゲットを用いた酸化物半導体膜の成膜方法、およびバッキングプレートを提供することを目的とする。
本発明の別の目的は、ターゲット寿命を極端に短くすることなく、成膜時における割れを防止し、さらに安定した放電が可能なスパッタリングターゲット、当該スパッタリングターゲットを用いた酸化物半導体膜の成膜方法、およびバッキングプレートを提供することを目的とする。The present invention provides a sputtering target capable of preventing cracking during film formation and stably discharging without extremely shortening the target life, a method for forming an oxide semiconductor film using the sputtering target, and a backing plate. intended to provide
Another object of the present invention is to provide a sputtering target capable of preventing cracking during film formation and allowing stable discharge without extremely shortening the target life, and forming an oxide semiconductor film using the sputtering target. A method and a backing plate are provided.
本発明によれば、以下のスパッタリングターゲット、酸化物半導体膜の成膜方法、およびバッキングプレートが提供される。 According to the present invention, the following sputtering target, method for forming an oxide semiconductor film, and backing plate are provided.
[1].板状の酸化物焼結体を備え、
前記酸化物焼結体は、第1の方向に配列された複数の領域を有し、
前記複数の領域は、前記第1の方向における端部を含む領域である端部領域と、
前記端部から前記第1の方向に向けて数えて内側に2番目の領域である内側領域と、
を有し、
前記端部領域の板厚をt1、前記端部領域の前記第1の方向の幅をL1、前記内側領域の板厚をt2とした場合、t1、L1、およびt2が、以下の式(1)乃至式(4)を満たす、スパッタリングターゲット。
t2>t1 ・・・(1)
t1(mm)>L1(mm)×0.1+4 ・・・(2)
t1(mm)<9 ・・・(3)
10<L1(mm)<35 ・・・(4)[1]. Equipped with a plate-shaped oxide sintered body,
The oxide sintered body has a plurality of regions arranged in a first direction,
The plurality of regions are end regions that are regions including ends in the first direction;
an inner region that is the second region on the inner side counting from the end in the first direction;
has
When the plate thickness of the end region is t 1 , the width of the end region in the first direction is L 1 , and the plate thickness of the inner region is t 2 , t 1 , L 1 , and t 2 are , a sputtering target that satisfies the following formulas (1) to (4).
t 2 > t 1 (1)
t 1 (mm)>L 1 (mm)×0.1+4 (2)
t 1 (mm) < 9 (3)
10 <L1 (mm)<35 (4)
[2].さらに、t1およびt2が以下の式(5)を満たす、[1]に記載のスパッタリングターゲット。
0.6<t1/t2<0.8 ・・・(5)[2]. Furthermore, the sputtering target according to [ 1 ], wherein t1 and t2 satisfy the following formula ( 5 ).
0.6<t1 / t2<0.8 ( 5 )
[3].前記複数の領域は、
前記端部から前記第1の方向に向けて数えて内側に3番目の領域である中間領域を備え、
前記中間領域の厚みをt3とした場合、t1、t2、およびt3が以下の式(6)を満たす、[1]または[2]に記載のスパッタリングターゲット。
t2>t1>t3 ・・・(6)[3]. The plurality of regions are
An intermediate region that is the third region on the inner side counting from the end in the first direction,
The sputtering target according to [1] or [2], wherein t 1 , t 2 , and t 3 satisfy the following formula (6), where t 3 is the thickness of the intermediate region.
t2> t1 >t3 ( 6 )
[4].前記酸化物焼結体は、前記複数の領域が互いに分離して配列されている、[1]~[3]のいずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。 [4]. The sputtering target according to any one of [1] to [3], wherein the plurality of regions of the oxide sintered body are arranged separately from each other.
[5].前記酸化物焼結体は、平面形状が長方形の板状であり、前記第1の方向は、長方形の長辺方向である、[1]~[4]のいずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。 [5]. The sputtering target according to any one of [1] to [4], wherein the oxide sintered body has a rectangular planar shape and the first direction is the long side direction of the rectangle. .
[6].前記酸化物焼結体は、長方形の長辺が2300mm以上、3800mm以下、短辺が200mm以上、300mm以下、前記内側領域の板厚t2が9mm以上、15mm以下、L1が10mm超、35mm未満、前記内側領域の前記第1の方向の幅が170mm以上、300mm以下である、[5]に記載のスパッタリングターゲット。[6]. The oxide sintered body has a rectangular long side of 2300 mm or more and 3800 mm or less, a short side of 200 mm or more and 300 mm or less, a plate thickness t2 of the inner region of 9 mm or more and 15 mm or less, and L1 of more than 10 mm and 35 mm. The sputtering target according to [5], wherein the width of the inner region in the first direction is 170 mm or more and 300 mm or less.
[7].板状の酸化物焼結体と、
前記酸化物焼結体を保持するバッキングプレートと、
前記酸化物焼結体と前記バッキングプレートとの間に設けられたスペーサと、を備え、
前記酸化物焼結体は、第1の方向に配列された複数の領域を有し、
前記複数の領域は、前記第1の方向における端部を含む領域である端部領域と、前記端部から前記第1の方向に向けて数えて内側に2番目の領域である内側領域と、を有し、
前記バッキングプレートは、前記端部領域および前記内側領域を保持する保持面を有し、
前記スペーサは、前記保持面に設けられ、前記端部領域を保持し、
前記端部領域は、前記保持面に対向する裏面を有し、
前記端部領域の裏面は、前記保持面に対して傾斜し、
前記端部領域の裏面の傾斜は、前記酸化物焼結体の端部から内側に向かって下り勾配であり、
前記端部領域の板厚の最大値をt11とし、
前記端部領域の前記第1の方向の幅をL11とした場合、
t11、およびL11が、以下の式(12)を満たす、
スパッタリングターゲット。
t11(mm)>L11(mm)×0.1+4 ・・・(12)[7]. a plate-shaped oxide sintered body;
a backing plate holding the oxide sintered body;
a spacer provided between the oxide sintered body and the backing plate,
The oxide sintered body has a plurality of regions arranged in a first direction,
The plurality of regions include an end region that is a region including the end in the first direction, an inner region that is the second region on the inner side counting from the end in the first direction, has
the backing plate has a retaining surface that retains the end region and the inner region;
the spacer is provided on the holding surface and holds the end region;
The end region has a back surface facing the holding surface,
a rear surface of the end region is inclined with respect to the holding surface;
The slope of the back surface of the end region is a downward slope from the end of the oxide sintered body toward the inside,
Let t11 be the maximum value of the plate thickness of the end region,
When the width of the end region in the first direction is L11 ,
t 11 and L 11 satisfy the following formula (12),
sputtering target.
t 11 (mm)>L 11 (mm)×0.1+4 (12)
[8].前記端部領域の裏面と前記保持面とが成す角度が、4度以上15度以下である、[7]に記載のスパッタリングターゲット。 [8]. The sputtering target according to [7], wherein the angle formed by the back surface of the end region and the holding surface is 4 degrees or more and 15 degrees or less.
[9].前記内側領域は、前記保持面に対向する裏面を有し、
前記内側領域の裏面の一部が、前記保持面に対して傾斜し、
前記内側領域の裏面の傾斜は、前記酸化物焼結体の端部から内側に向かって下り勾配であり、
前記端部領域の板厚の最小値をt15とし、
前記内側領域の板厚であって、前記内側領域の裏面において傾斜していない領域における板厚をt12とし、
前記内側領域の幅であって、前記内側領域の裏面において傾斜している領域の前記第1の方向の幅をL13とした場合、
t11、t12、t15、L11、およびL13が、以下の式(11)、式(13)、式(14)、式(15)および式(16)を満たす、
[7]または[8]に記載のスパッタリングターゲット。
t12>t11>t15 ・・・(11)
t11(mm)<9 ・・・(13)
10<L11(mm)<35 ・・・(14)
t15(mm)>3 ・・・(15)
3<L13(mm)<35 ・・・(16)[9]. The inner region has a back surface facing the holding surface,
a portion of the back surface of the inner region is inclined with respect to the holding surface;
The slope of the back surface of the inner region is a downward slope from the end of the oxide sintered body toward the inside,
Let t15 be the minimum value of the plate thickness of the end region,
Let t12 be the plate thickness of the inner region in a region that is not inclined on the back surface of the inner region, and
When L13 is the width of the inner region and the width in the first direction of the region inclined on the back surface of the inner region,
t 11 , t 12 , t 15 , L 11 , and L 13 satisfy the following equations (11), (13), (14), (15) and (16),
The sputtering target according to [7] or [8].
t12> t11 >t15 ( 11 )
t 11 (mm) < 9 (13)
10 <L11 (mm)<35 (14)
t15 (mm)>3 ( 15 )
3<L13 ( mm)<35 (16)
[10].前記酸化物焼結体は、平面形状が長方形の板状であり、前記第1の方向は、長方形の長辺方向である、[7]~[9]のいずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。 [10]. The sputtering target according to any one of [7] to [9], wherein the oxide sintered body has a rectangular planar shape and the first direction is the long side direction of the rectangle. .
[11].前記酸化物焼結体は、長方形の長辺が2300mm以上、3800mm以下、短辺が200mm以上、300mm以下、前記内側領域の板厚であって、前記内側領域の裏面において傾斜していない領域における板厚t12が9mm以上、15mm以下、L11が10mm超、35mm未満、前記内側領域の前記第1の方向の幅が170mm以上、300mm以下である、[10]に記載のスパッタリングターゲット。[11]. The oxide sintered body has a rectangular long side of 2300 mm or more and 3800 mm or less, a short side of 200 mm or more and 300 mm or less, and a plate thickness of the inner region, and the back surface of the inner region is not inclined. The sputtering target according to [10], wherein the plate thickness t12 is 9 mm or more and 15 mm or less, L11 is more than 10 mm and less than 35 mm, and the width of the inner region in the first direction is 170 mm or more and 300 mm or less.
[12].前記端部領域および前記内側領域は、前記第1の方向における両端に設けられる、[1]~[11]のいずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。 [12]. The sputtering target according to any one of [1] to [11], wherein the end region and the inner region are provided at both ends in the first direction.
[13].前記酸化物焼結体は、2つの主表面を有する板状であり、前記複数の領域の、一方の主表面の板厚方向の高さの差が100μm以内であり、かつ算術平均粗さRaが他の主表面よりも小さい、[1]~[12]のいずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。 [13]. The oxide sintered body has a plate shape having two main surfaces, the height difference in the plate thickness direction of one main surface of the plurality of regions is within 100 μm, and the arithmetic mean roughness Ra is smaller than the other main surfaces, [1] to [12].
[14].前記酸化物焼結体は、抗折強度30点の平均値が320MPa以下である、[1]~[13]のいずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。 [14]. The sputtering target according to any one of [1] to [13], wherein the oxide sintered body has an average bending strength of 320 MPa or less at 30 points.
[15].前記酸化物焼結体は、抗折強度30点の最低値が200MPa以下である、[14]に記載のスパッタリングターゲット。 [15]. The sputtering target according to [14], wherein the oxide sintered body has a minimum bending strength of 200 MPa or less at 30 points.
[16].前記酸化物焼結体は、線膨張係数が7.50×10-6/K以上である、[1]~[15]のいずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。[16]. The sputtering target according to any one of [1] to [15], wherein the oxide sintered body has a linear expansion coefficient of 7.50×10 −6 /K or more.
[17].前記酸化物焼結体は、弾性率が150GPa以上である、[1]~[7]のいずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。 [17]. The sputtering target according to any one of [1] to [7], wherein the oxide sintered body has an elastic modulus of 150 GPa or more.
[18].前記酸化物焼結体は、熱伝導率が6.5(W/m/K)以下である、
[1]~[17]のいずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。[18]. The oxide sintered body has a thermal conductivity of 6.5 (W / m / K) or less,
The sputtering target according to any one of [1] to [17].
[19].前記酸化物焼結体は、(線膨張係数×弾性率)/熱伝導率が200Pa/W以上である、[1]~[18]のいずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。 [19]. The sputtering target according to any one of [1] to [18], wherein the oxide sintered body has (linear expansion coefficient x elastic modulus)/thermal conductivity of 200 Pa/W or more.
[20].前記酸化物焼結体は、インジウム元素(In)、スズ元素(Sn)、および亜鉛元素(Zn)を含有する酸化物からなる、[1]~[19]のいずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。 [20]. The sputtering according to any one of [1] to [19], wherein the oxide sintered body is made of an oxide containing indium element (In), tin element (Sn), and zinc element (Zn). target.
[21].前記酸化物焼結体は、
Zn2SnO4で表されるスピネル構造化合物を含む、[20]に記載のスパッタリングターゲット。[21]. The oxide sintered body is
The sputtering target according to [20], comprising a spinel structure compound represented by Zn2SnO4 .
[22].前記酸化物焼結体は、
In2O3(ZnO)m[m=2~7]で表わされる六方晶層状化合物を含む、[20]または[21]に記載のスパッタリングターゲット。[22]. The oxide sintered body is
The sputtering target of [20] or [21], comprising a hexagonal layered compound represented by In 2 O 3 (ZnO) m [m=2-7].
[23].さらに、前記酸化物焼結体が、下記式(7)を満たす、[20]~[22]のいずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。
0.40≦Zn/(In+Sn+Zn)≦0.80 ・・・(7)[23]. Furthermore, the sputtering target according to any one of [20] to [22], wherein the oxide sintered body satisfies the following formula (7).
0.40≦Zn/(In+Sn+Zn)≦0.80 (7)
[24].さらに、前記酸化物焼結体が、下記式(8)を満たす、[20]~[23]のいずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。
0.15≦Sn/(Sn+Zn)≦0.40 ・・・(8)[24]. Furthermore, the sputtering target according to any one of [20] to [23], wherein the oxide sintered body satisfies the following formula (8).
0.15≦Sn/(Sn+Zn)≦0.40 (8)
[25].さらに、前記酸化物焼結体が、下記式(9)を満たす、[20]~[24]のいずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。
0.10 ≦In/(In+Sn+Zn)≦0.35 ・・・(9)[25]. Furthermore, the sputtering target according to any one of [20] to [24], wherein the oxide sintered body satisfies the following formula (9).
0.10≦In/(In+Sn+Zn)≦0.35 (9)
[26].前記酸化物焼結体を保持する保持面と、前記保持面から突出して設けられ、前記中間領域を保持する凸部を有するバッキングプレートと、
前記保持面と前記端部領域の間に設けられたスペーサと、
を備える、[3]に記載のスパッタリングターゲット。[26]. a holding surface that holds the oxide sintered body; a backing plate that has a convex portion that protrudes from the holding surface and holds the intermediate region;
a spacer provided between the retaining surface and the end region;
The sputtering target according to [3], comprising:
[27].[1]~[26]のいずれか一つに記載のスパッタリングターゲットをターゲットとして用い、磁場揺動型のマグネトロンスパッタ装置を成膜装置として用い、磁場の揺動方向を前記第1の方向および板厚方向と直交する第2の方向とし、前記第1の方向における前記磁場の端部が前記内側領域に位置するように成膜を行う、酸化物半導体膜の成膜方法。 [27]. Using the sputtering target according to any one of [1] to [26] as a target, using a magnetic field oscillation type magnetron sputtering apparatus as a film forming apparatus, and setting the oscillation direction of the magnetic field to the first direction and the plate A method of forming an oxide semiconductor film, wherein a second direction perpendicular to a thickness direction is formed, and the end portion of the magnetic field in the first direction is positioned in the inner region.
[28].[3]に記載の前記酸化物焼結体を保持する保持面と、前記保持面から突出して設けられ、前記中間領域を保持する凸部と、
前記保持面と前記端部領域の間に設けられるスペーサと、
を備える、バッキングプレート。[28]. a holding surface for holding the oxide sintered body according to [3]; a convex portion protruding from the holding surface and holding the intermediate region;
a spacer provided between the holding surface and the end region;
a backing plate.
[29].前記凸部の高さが、前記スペーサよりも高い[28]に記載のバッキングプレート。 [29]. The backing plate according to [28], wherein the height of the protrusion is higher than that of the spacer.
本発明の一態様によれば、ターゲット寿命を極端に短くすることなく、成膜時における割れを防止できるスパッタリングターゲット、および当該スパッタリングターゲットを用いた酸化物半導体膜の成膜方法、ならびにバッキングプレートを提供できる。
また、本発明の一態様によれば、ターゲット寿命を極端に短くすることなく、成膜時における割れを防止し、さらに安定した放電が可能なスパッタリングターゲット、当該スパッタリングターゲットを用いた酸化物半導体膜の成膜方法、およびバッキングプレートを提供することもできる。According to one aspect of the present invention, a sputtering target that can prevent cracking during film formation without extremely shortening the target life, a method for forming an oxide semiconductor film using the sputtering target, and a backing plate are provided. can provide.
Further, according to one aspect of the present invention, there is provided a sputtering target capable of preventing cracking during film formation without extremely shortening the target life and allowing stable discharge, and an oxide semiconductor film using the sputtering target. and a backing plate.
以下、実施の形態について図面等を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されない。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings and the like. Those skilled in the art will readily appreciate, however, that the embodiments can be embodied in many different forms and that various changes in form and detail can be made therein without departing from the spirit and scope thereof. . Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the following embodiments.
また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。 Also, in the drawings, sizes, layer thicknesses, or regions may be exaggerated for clarity. Therefore, it is not necessarily limited to that scale. The drawings schematically show an ideal example, and are not limited to the shapes or values shown in the drawings.
また、本明細書にて用いる「第1」、「第2」、「第3」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。 In addition, the ordinal numbers "first", "second", and "third" used in this specification are added to avoid confusion of constituent elements, and are not numerically limited. Add a note.
また、本明細書等において、「膜」または「薄膜」という用語と、「層」という用語とは、場合によっては、互いに入れ替えることが可能である。
また、本明細書等の焼結体及び酸化物半導体薄膜において、「化合物」という用語と、「結晶相」という用語は、場合によっては、互いに入れ替えることが可能である。In this specification and the like, the terms “film” or “thin film” and the term “layer” can be interchanged depending on the case.
In addition, in the sintered body and the oxide semiconductor thin film in this specification and the like, the terms “compound” and “crystalline phase” can be interchanged depending on the case.
本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前に記載される数値を下限値とし、「~」の後に記載される数値を上限値として含む範囲を意味する。 In the present specification, the numerical range represented using "to" means a range including the numerical value described before "to" as the lower limit and the numerical value described after "to" as the upper limit. do.
以下、図面を用いて本発明に好適な実施形態の一例を詳細に説明する。
まず、図1から図3を参照して、本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲット(第一の態様に係るスパッタリングターゲットと称する場合がある。)の構造を説明する。ここでは、スパッタリングターゲットとして、酸化物半導体を成膜するための磁場揺動型のマグネトロンスパッタ装置に、膜原料として用いられるターゲットが例示されている。An example of a preferred embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
First, with reference to FIGS. 1 to 3, the structure of a sputtering target according to one embodiment of the present invention (sometimes referred to as a sputtering target according to the first aspect) will be described. Here, as a sputtering target, a target used as a film raw material in a magnetic field oscillation type magnetron sputtering apparatus for forming an oxide semiconductor film is exemplified.
図1に示すように、スパッタリングターゲット1は、酸化物焼結体3を備える。
図1では、スパッタリングターゲット1は、バッキングプレート5も備える。As shown in FIG. 1 , a
In FIG. 1 the
酸化物焼結体3は、酸化物半導体膜をスパッタ成膜で形成する際に用いられる膜原料であり、板状である。
図1から図3では酸化物焼結体3は、平面形状が長方形の板状である。以下の説明では、長方形の長辺方向をY方向(第1の方向)、板厚方向をZ方向、短辺方向をX方向(第1の方向および板厚方向に直交する方向、第2の方向)とする。また、以下の説明では、酸化物焼結体3の長方形の平面を主表面と記載し、バッキングプレート5と接する側の主表面を「裏面」、バッキングプレート5と接しない側の主表面を「おもて面」と記載する。「おもて面」は、スパッタリング面と称する場合もある。
X方向は、磁場揺動型のマグネトロンスパッタ装置において、磁場が揺動する方向である。図3に示すように、磁場Mは、ドーナツ型のループ形状となる。ループ形状は、X方向に複数個形成される場合もあり、個数は限定されない(複数個の場合のループ形状はY方向の長さは同一で、X方向の幅が狭い)。X方向の幅LMは、酸化物焼結体3のX方向の幅Lxよりも短い。
そのため、成膜時には、磁場MがX方向に揺動(往復移動)することにより、酸化物焼結体3のX方向全面にプラズマが接触するようにする。The oxide sintered
In FIGS. 1 to 3, the oxide sintered
The X direction is the direction in which the magnetic field oscillates in a magnetic field oscillation type magnetron sputtering apparatus. As shown in FIG. 3, the magnetic field M has a doughnut-shaped loop. A plurality of loop shapes may be formed in the X direction, and the number is not limited (in the case of a plurality of loop shapes, the length in the Y direction is the same and the width in the X direction is narrow). The width LM in the X direction is shorter than the width Lx in the X direction of the oxide sintered
Therefore, during film formation, the magnetic field M oscillates (reciprocates) in the X direction so that the entire surface of the oxide sintered
酸化物焼結体3は、Y方向に配列された複数の領域としての端部領域7A、7B、内側領域9A、9B、および、中間領域11を有する。
端部領域7A、7Bは、Y方向における酸化物焼結体3の端部(焼結体端部と称する場合もある。)を含む領域である。図2では、端部領域7A、7Bは、Y方向における両端にそれぞれ設けられる。
内側領域9A、9Bは、端部からY方向に向けて数えて内側に2番目の領域である。図1では、内側領域9A、9Bは、Y方向における両端側にそれぞれ設けられる。
中間領域11は、端部からY方向に向けて数えて内側に3番目の領域である。
図1から図3では、スパッタリングターゲット1の左端部から右端部へ向かって、端部領域7A、内側領域9A、中間領域11、内側領域9B、および端部領域7Bの順番で、各領域が配置されている。端部領域7A、内側領域9A、内側領域9B、および端部領域7Bはいずれも平面形状が矩形であり、対向する2つの辺がX方向に平行で、当該辺と直交する他の2つの辺がY方向に平行である。The oxide sintered
The
The
The
1 to 3, from the left end to the right end of the
図1から図3では、端部領域7A、7B、内側領域9A、9B、および、中間領域11はそれぞれ互いに分離して配列されており、酸化物焼結体3は多分割式となっている。図1から図3では、中間領域11も、Y方向に沿って3つの領域11A、11B、11Cに分割されている。これは、スパッタ時に生じる熱応力で各領域が変形した場合に、変形した分を領域間のギャップに逃がすためである。領域11A、11B、11Cは、図1から図3では、左側から領域11A、11B、11Cの順番に配置されている。領域11A、11B、11Cは、いずれも平面形状が矩形であり、対向する2つの辺がX方向に平行で、当該辺と直交する他の2つの辺がY方向に平行である。ただし、端部領域7A、7B、内側領域9A、9B、および、中間領域11の平面形状は、矩形には限定されない。
端部領域7A、7Bと内側領域9A、9BとのギャップG1の寸法は、特に限定されない。ギャップG1の寸法は、例えば、0.1mm~0.5mm程度である。内側領域9A、9Bと中間領域11とのギャップG2の寸法も特に限定されない。ギャップG2の寸法は、例えば、0.1mm~0.5mm程度である。1 to 3, the
The dimension of the gap G1 between the
端部領域7A、7Bの板厚をt1、端部領域7A、7BのY方向の幅をL1、内側領域9A、9Bの板厚をt2とした場合、t1、L1、およびt2が、以下の式(1)乃至式(4)を満たす。
t2>t1 ・・・(1)
t1(mm)>L1(mm)×0.1+4 ・・・(2)
t1(mm)<9 ・・・(3)
10<L1(mm)<35 ・・・(4)
なお、端部領域7A、7B内で板厚が一定でない場合は、端部領域7A、7B内の板厚の最小値を板厚t1とする。端部領域7A、7B内でY方向の幅が一定でない場合は、領域内のY方向の幅の最大値をL1とする。内側領域9A、9B内で板厚が一定でない場合は、内側領域9A、9B内の板厚の最小値を板厚t2とする。When the plate thickness of the
t 2 > t 1 (1)
t 1 (mm)>L 1 (mm)×0.1+4 (2)
t 1 (mm) < 9 (3)
10 <L1 (mm)<35 (4)
If the plate thickness is not uniform within the
式(1)を規定する理由は以下の通りである。
磁場揺動型のマグネトロンスパッタ装置において、成膜時に磁場Mは、X方向に揺動する。Y方向には、ほとんど揺動しない。そのため、内側領域9A、9Bおよび端部領域7A、7Bは、磁場Mの端部が常に近傍に位置する領域であり、内側領域9A、9Bおよび端部領域7A、7Bの上面は、他の領域の上面と比べて、磁場Mに閉じ込められたプラズマにより高温になりやすい。The reason for defining formula (1) is as follows.
In a magnetic field swing type magnetron sputtering apparatus, the magnetic field M swings in the X direction during film formation. It hardly swings in the Y direction. Therefore, the
また、端部領域7A、7Bは、Y方向の端面8が他の領域に近接していないため、端部領域7A、7Bの下面は、他の領域の下面と比べて、バッキングプレート5による冷却効率が良く、低温になりやすい。
そのため、端部領域7A、7Bは、他の領域と比べて、板厚方向の温度差(前記式(B)のΔT)が大きくなり、熱応力による割れが生じやすい。
よって、端部領域7A、7Bは、板厚t1が薄い方が好ましい。In addition, since the end surfaces 8 in the Y direction of the
Therefore, the
Therefore, it is preferable that the plate thickness t1 of the
また、スパッタリングターゲット1は、磁場揺動タイプの装置用ターゲットであるため、内側領域9A、9Bは、成膜時に磁場Mおよび磁場Mに閉じ込められたプラズマが常に位置する領域である。よって、スパッタリングターゲット1の寿命を延ばすためには、板厚t2が厚い方が好ましい。
一方で、内側領域9A、9Bは、端部領域7A、7Bと中間領域11との間に挟まれており、端面から熱が逃げにくいため、板厚方向の温度差は端部領域7A、7Bほど大きくならない。よって、内側領域9A、9Bは、板厚を厚くしても、端部領域7A、7Bと比べて割れが生じにくい。
よって、端部領域7A、7Bの板厚t1は、内側領域9A、9Bの板厚t2よりも薄い必要がある。Also, since the
On the other hand, the
Therefore, the plate thickness t1 of the
なお、スパッタリングターゲット1のように、プラズマが集中する領域を厚くしたターゲットを、EP(エロージョンパターン)形状ターゲットともいう。
A target with a thicker plasma concentration region, such as the
式(2)から式(4)を規定する理由は以下の通りである。
L1が長くなるほど、端部領域7A、7Bが磁場Mの端部に近づくため(図3参照)、成膜時に摩耗しやすくなる。よってL1が長くなるほどt1は厚くする必要がある(式(2))。
式(2)は、好ましくは、下記式(2A)であり、より好ましくは、下記式(2B)であり、さらに好ましくは、下記式(2C)であり、特に好ましくは、下記式(2D)である。
t1(mm)≧L1(mm)×0.1+4.25 ・・・(2A)
t1(mm)≧L1(mm)×0.1+4.5 ・・・(2B)
t1(mm)≧L1(mm)×0.1+4.75 ・・・(2C)
t1(mm)≧L1(mm)×0.1+5 ・・・(2D)
ただし、t1を厚くしすぎると、熱応力による割れが生じやすくなるため、厚さには上限がある(式(3))。
さらに、L1を長くしすぎると端部領域7A、7Bが磁場Mの端部に近づくため、L1にも上限がある(式(4))。L1を短くしすぎると端部領域7A、7Bが狭くなり過ぎ、熱応力による割れが生じやすくなるため、L1には下限もある(式(4))。
t1およびL1は、以下の式(3A)および式(4A)に示す条件を満たすのが、より好ましい。
t1(mm)<8.5・・・(3A)
12.5≦L1(mm)≦32.5・・・(4A)
t1およびL1は、以下の式(3B)および式(4B)に示す条件を満たすのが、さらに好ましい。
t1(mm)≦8・・・(3B)
15≦L1(mm)≦30・・・(4B)The reason for defining the formulas (2) to (4) is as follows.
The longer L1 is, the closer the
Formula (2) is preferably the following formula (2A), more preferably the following formula (2B), still more preferably the following formula (2C), and particularly preferably the following formula (2D) is.
t 1 (mm)≧L 1 (mm)×0.1+4.25 (2A)
t 1 (mm)≧L 1 (mm)×0.1+4.5 (2B)
t 1 (mm)≧L 1 (mm)×0.1+4.75 (2C)
t 1 (mm)≧L 1 (mm)×0.1+5 (2D)
However, if t1 is too thick, cracking due to thermal stress is likely to occur, so there is an upper limit to the thickness (equation (3)).
Furthermore, if L 1 is made too long, the
More preferably, t 1 and L 1 satisfy the conditions shown in formulas (3A) and (4A) below.
t 1 (mm) < 8.5 (3A)
12.5≦L 1 (mm)≦32.5 (4A)
More preferably, t 1 and L 1 satisfy the conditions shown in formulas (3B) and (4B) below.
t 1 (mm) ≤ 8 (3B)
15≦L 1 (mm)≦30 (4B)
スパッタリングターゲット1の寿命を長くするためには、t1およびt2は、以下の式(5)を満たすのが、より好ましい。
0.6<t1/t2<0.8 ・・・(5)In order to prolong the life of the sputtering target 1 , it is more preferable that t1 and t2 satisfy the following formula ( 5 ).
0.6<t1 / t2<0.8 ( 5 )
中間領域11の板厚をt3とした場合、t1、t2、およびt3は、以下の式(6)を満たすのが、より好ましい。
t2>t1>t3 ・・・(6)
これは、成膜時に、磁場MのX方向位置によってはプラズマが中間領域11に接触しない時間帯があり、中間領域11は、端部領域7A、7Bおよび内側領域9A、9Bと比べて消耗が遅いので、中間領域11の板厚t3を必ずしも厚くする必要がないためである。また、中間領域11の板厚t3を薄くした方がコスト面で有利なためである。
中間領域11内で板厚が一定でない場合は、領域内の板厚の最小値を板厚t3とする。When the plate thickness of the
t2> t1 >t3 ( 6 )
This is because during film formation, depending on the position of the magnetic field M in the X direction, there is a time zone in which the plasma does not come into contact with the
When the plate thickness is not constant within the
酸化物焼結体3の具体的な寸法は、式(1)~式(4)を満たすのであれば、特に限定されない。例えば大型スパッタ装置に標準で用いられる、磁場揺動型のマグネトロンスパッタ装置用ターゲットとして好適である範囲としては、以下の範囲が挙げられる。
Specific dimensions of the oxide sintered
長方形の長辺(図3のLY)は、2300mm以上、3800mm以下が好ましい。長方形の長辺(図3のLY)は、より好ましくは、2500mm以上、3600mm以下であり、さらに好ましくは、2500mm以上、3400mm以下である。The long side of the rectangle (L Y in FIG. 3) is preferably 2300 mm or more and 3800 mm or less. The long side of the rectangle (L Y in FIG. 3) is more preferably 2500 mm or more and 3600 mm or less, still more preferably 2500 mm or more and 3400 mm or less.
長方形の短辺(図3のLx)は、200mm以上、300mm以下が好ましい。長方形の短辺(図3のLx)は、より好ましくは、230mm以上、300mm以下であり、さらに好ましくは、250mm以上、300mm以下である。A short side of the rectangle (L x in FIG. 3) is preferably 200 mm or more and 300 mm or less. The short side of the rectangle (L x in FIG. 3) is more preferably 230 mm or more and 300 mm or less, still more preferably 250 mm or more and 300 mm or less.
板厚t2は、9mm以上、15mm以下が好ましい。板厚t2は、より好ましくは、9mm以上、12mm以下であり、さらに好ましくは、9mm以上、10mm以下である。The plate thickness t2 is preferably 9 mm or more and 15 mm or less. The plate thickness t2 is more preferably 9 mm or more and 12 mm or less, and still more preferably 9 mm or more and 10 mm or less.
L1は、10mm超、35mm未満が好ましく、より好ましくは、12.5mm以上、32.5mm以下であり、さらに好ましくは、15mm以上、30mm以下であり、15mm以上、20mm以下が特に好ましい。L 1 is preferably more than 10 mm and less than 35 mm, more preferably 12.5 mm or more and 32.5 mm or less, still more preferably 15 mm or more and 30 mm or less, and particularly preferably 15 mm or more and 20 mm or less.
内側領域9A、9BのY方向(第1の方向)の幅L2は、170mm以上、300mm以下が好ましい。内側領域9A、9BのY方向(第1の方向)の幅L2は、より好ましくは、180mm以上、300mm以下であり、さらに好ましくは、185mm以上、300mm以下である。A width L2 of the
中間領域11の幅L3(図2参照)は、1700mm以上、3500mm以下が好ましい。中間領域11の幅L3(図2参照)は、より好ましくは、1900mm以上、3200mm以下であり、さらに好ましくは、2000mm以上、3000mm以下である。The width L 3 (see FIG. 2) of the
中間領域11の分割数は特に規定されないため、11A、11B、11Cの幅L4(図2参照)も規定されないが、通常、分割数は2~6分割で、L4は、250mm以上、1700mm以下が好ましい。領域11A、11B、11Cの幅L4(図2参照)は、より好ましくは、500mm以上、1200mm以下であり、さらに好ましくは、600mm以上、1000mm以下である。Since the number of divisions of the
スパッタリングターゲット1を、磁場揺動型のマグネトロンスパッタに用いる場合、X方向で、成膜時の消耗が最も大きい位置、およびその位置の消耗深さを基準に、L1、および端部領域7A、7Bの内側端部(図2のX方向位置P)を規定することもできる。ここでは、成膜時の消耗が最も大きい位置を最大エロージョン位置と称す。最大エロージョン位置における消耗深さを最大エロージョン深さと称す。
Pの位置は、最大エロージョン深さの50%以上75%以下の消耗深さとなる位置が好ましい。50%以上の消耗深さの位置とすることにより、スパッタリングターゲット1が割れにくくなる。75%以下の消耗深さの位置とすることにより、ターゲット寿命を維持できる。When the
The position of P is preferably a position where the wear depth is 50% or more and 75% or less of the maximum erosion depth. The
Pの位置は、最大エロージョン位置からX方向端部に向けて5mm以上、10mm以下の位置が好ましい。5mm以上の位置とすることにより、ターゲット寿命を維持できる。10mm以下の位置とすることにより、スパッタリングターゲット1が割れにくくなる。
The position of P is preferably 5 mm or more and 10 mm or less from the maximum erosion position toward the end in the X direction. By setting the position to 5 mm or more, the target life can be maintained. The position of 10 mm or less makes the
酸化物焼結体3は、板状である。酸化物焼結体3は、2つの主表面を有する。主表面の板厚方向の高さの差(段差)がなるべく小さく、かつ算術平均粗さが他の主表面よりも小さいことが好ましい。具体的には、おもて面21A、23A、25A(一方の主表面)の板厚方向の高さの差(段差)がなるべく小さいことが望ましい。おもて面21A、23A、25Aは裏面21B、23B、25B(他の主表面)よりも算術平均粗さRaが小さいほうが望ましい。
これは以下の理由による。The oxide sintered
This is for the following reasons.
おもて面21A、23A、25Aは、成膜時にプラズマによって消耗する面であるため、異常放電を防ぐためには、おもて面21A、23A、25Aの間に段差(凹凸)が出来るだけ存在しないことが好ましい。一方で、裏面21B、23B、25Bは、ろう材等でバッキングプレート5に固定されるため、段差(凹凸)はあまり問題にならない。研磨等で裏面を平滑にしない方がコスト面で有利となる。
Since the
おもて面21A、23A、25Aの間の段差は、理想としては0である。具体的には図2に示すように、XY平面に平行な仮想平面27におもて面21A、23A、25Aが位置する状態が好ましい。この状態を「面一」とも言う。ただし、おもて面21A、23A、25Aの間において、Z方向の高さの差が100μm以下であれば、面一の場合と同様に、異常放電等の問題を防ぐことができる。
Ideally, the steps between the
バッキングプレート5は、酸化物焼結体3を保持、および冷却する部材である。図4に示すように、バッキングプレート5は、本体13と、スペーサ17A、17Bとを備える。
The
本体13は、内部に冷却水等が流れる図示しない流路が設けられた板状の部材である。本体13は、保持面13Aと、凸部15とを備える。本体13の材質は、冷却効率の観点から熱伝導率が高い材料が好ましい。本体13の材質は、例えば銅が用いられる。
The
保持面13Aは、凸部15、端部領域7A、7B、およびスペーサ17A、17Bと接触し、これらを保持する部分である。
凸部15は、保持面13Aから突出して設けられた部材である。凸部15は、中間領域11と接触して、中間領域11を保持する部材である。凸部15は、本体13と一体であってもよいし、別体の板状部材でもよい。凸部15の平面形状は、中間領域11の平面形状に対応する形状が好ましく、本実施形態では長方形が好ましい。凸部15の厚さt4(図2参照)は、t3+t4=t2となる程度(凸部15の厚さと中間領域11の厚さとの合計が、内側領域9A、9Bの厚さと同程度)が好ましい。これは、内側領域9A、9Bのおもて面と、中間領域11のおもて面との間の段差を出来るだけ小さくするためである。The holding
The
スペーサ17A、17Bは、端部領域7A、7Bを保持する部材である。スペーサ17A、17Bとしては、本体13と同一材質の薄板又は金属製のワイヤ等が用いられる。スペーサ17A、17Bは、凸部15のY方向両端に、凸部15とは離間してそれぞれ設けられる。スペーサ17A、17Bの位置は、端部領域7A、7Bに対応する位置である。スペーサ17A、17Bの平面形状は、端部領域7A、7Bに対応する形状であるのが好ましい。スペーサ17A、17Bの厚さt5(図2参照)はt1+t5=t2となる程度(スペーサ17A、17Bの厚さと端部領域7A、7Bの厚さとの合計が、内側領域9A、9Bの厚さと同程度)が好ましい。これは、内側領域9A、9Bと端部領域7A、7Bを面一にするためである。なお、式(6)を満たす場合、凸部15のZ方向高さが、スペーサ17A、17Bよりも高くなる。The
酸化物焼結体3は、ろう付け等により、バッキングプレート5に固定される。スペーサ17A、17Bに金属製のワイヤを用いる場合は、金属製ワイヤの厚みとろう材の厚みを同じにしてろう付けして用いてもよい。
以上が本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲット1(第一の態様に係るスパッタリングターゲット)の構造の説明である。The oxide sintered
The above is the description of the structure of the sputtering target 1 (sputtering target according to the first aspect) according to one embodiment of the present invention.
次に、その他の態様に係るスパッタリングターゲットの構造について、簡単に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能および構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより説明を省略する。 Next, structures of sputtering targets according to other aspects will be briefly described. In the present specification and the drawings, constituent elements having substantially the same functions and configurations are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
(第二の態様に係るスパッタリングターゲット)
図1~図3では、中間領域11は、3つの領域11A、11B、11Cに分割されているが、分割する領域の数は、3に限定されない。中間領域11を構成する領域の数は、2でもよいし、4以上でもよい。
第二の態様に係るスパッタリングターゲットの一例としては、図5に示すように、4つの領域11D、11E、11F、11Gに分割された中間領域11を有するスパッタリングターゲット101が挙げられる。(Sputtering target according to the second aspect)
Although the
An example of the sputtering target according to the second aspect is a
第二の態様に係るスパッタリングターゲットの別の一例としては、中間領域11を分割せずに、図6に示すように、中間領域11が1つの領域であるスパッタリングターゲット102が挙げられる。
As another example of the sputtering target according to the second aspect, there is a
図1~図3では、中間領域11の厚さt3は、内側領域9A、9Bの板厚t2よりも薄いが、第二の態様に係るスパッタリングターゲットの別の一例としては、図7に示すように、中間領域11の厚さt3が、板厚t2と同じであるスパッタリングターゲット103が挙げられる。この場合、バッキングプレート5には図4に示す凸部15を設けない。1 to 3, the thickness t 3 of the
図1~図3では、端部領域7A、7B、内側領域9A、9B、および、中間領域11は、分離しているが、一部または全部が一体でもよい。
例えば、第二の態様に係るスパッタリングターゲットの別の一例としては、図8に示すように、端部領域7A、7B、内側領域9A、9B、および、中間領域11が一体である構造を有するスパッタリングターゲット104が挙げられる。
また、第二の態様に係るスパッタリングターゲットの別の一例としては、図9に示すように、内側領域9A、9B、および、中間領域11が一体である構造を有するスパッタリングターゲット105が挙げられる。1-3, the
For example, as another example of the sputtering target according to the second aspect, as shown in FIG. A
Another example of the sputtering target according to the second aspect is a
また、図10には、第二の態様に係るスパッタリングターゲットの別の一例として、端部領域7A及び内側領域9Aが一体、並びに、端部領域7Bおよび内側領域9Bが一体である構造を有するスパッタリングターゲット106が示されている。
また、第二の態様に係るスパッタリングターゲットの別の一例としては、図11に示すように、端部領域7A及び内側領域9Aが一体、並びに、端部領域7Bおよび内側領域9Bが一体であり、バッキングプレート5には凸部15が設けられていない構造であるスパッタリングターゲット107が挙げられる。Further, FIG. 10 shows another example of the sputtering target according to the second aspect, which has a structure in which the
Further, as another example of the sputtering target according to the second aspect, as shown in FIG. 11, the
(第三の態様に係るスパッタリングターゲット)
また、図1~図11に示したようなスパッタリングターゲットのように、酸化物焼結体3の裏面が略平坦である態様(第一の態様および第二の態様)とは異なり、酸化物焼結体3の裏面が傾斜面である態様(第三の態様と称する。)も挙げられる。
より具体的には、第三の態様に係る酸化物焼結体において、端部領域の裏面は、前記保持面に対して傾斜し、端部領域の裏面の傾斜は、酸化物焼結体の端部から内側に向かって下り勾配である。
このように端部領域の裏面が、酸化物焼結体の端部から内側に向かって下り勾配の傾斜を有する場合、端部領域の板厚の最大値をt11とし、端部領域の前記第1の方向の幅をL11とした場合、t11、およびL11が、以下の式(12)を満たすことが好ましい。
t11(mm)>L11(mm)×0.1+4 ・・・(12)(Sputtering target according to the third aspect)
Moreover, unlike the sputtering targets shown in FIGS. An aspect (referred to as a third aspect) in which the back surface of the
More specifically, in the oxide sintered body according to the third aspect, the back surface of the end region is inclined with respect to the holding surface, and the inclination of the back surface of the end region is the same as that of the oxide sintered body. It slopes down from the edge towards the inside.
When the back surface of the end region thus has a downward slope toward the inside from the end of the oxide sintered body, the maximum value of the plate thickness of the end region is t11 , and the above-mentioned When the width in the first direction is L 11 , t 11 and L 11 preferably satisfy the following formula (12).
t 11 (mm)>L 11 (mm)×0.1+4 (12)
第三の態様に係るスパッタリングターゲットによれば、酸化物焼結体の裏面が傾斜していることにより、酸化物焼結体を分割することなく応力低減のための厚み低減加工が可能になる。また、第三の態様に係るスパッタリングターゲットにおいては、酸化物焼結体の裏面に傾斜を設ければよく、酸化物焼結体の表面には傾斜を設けずに、表面の高さを揃えることができるので、グランドシールドとスパッタリングターゲットとの間に隙間が生じず、ショートの原因となるパーティクルが、その隙間に入り込むことを防止できる。 According to the sputtering target according to the third aspect, since the back surface of the oxide sintered body is inclined, thickness reduction processing for stress reduction can be performed without dividing the oxide sintered body. Further, in the sputtering target according to the third aspect, it is sufficient to provide a slope on the back surface of the oxide sintered body, and the surface height of the oxide sintered body is uniform without providing a slope on the surface. Therefore, there is no gap between the ground shield and the sputtering target, and particles that cause short circuits can be prevented from entering the gap.
図12には、第三の態様に係るスパッタリングターゲットの一例に係るスパッタリングターゲット108の側面図が示されている。
なお、スパッタリングターゲット108は、裏面に傾斜を有するが、おもて面の形状は、スパッタリングターゲット1と同様の形状であり、図3に示すスパッタリングターゲット1の平面図で表される形状がスパッタリングターゲット108についても同様に適用できる。FIG. 12 shows a side view of a
Although the
スパッタリングターゲット108においては、酸化物焼結体3は、端部領域7A、7B、内側領域9A、9B、および中間領域11を有する。端部領域7A及び内側領域9Aが一体、並びに、端部領域7Bと内側領域9Bとが一体であり、内側領域9A、9Bと中間領域11とが互いに分離している。
In
スパッタリングターゲット108の端部領域7Aの裏面21Bは、Y方向において、傾斜している。端部領域7Bにおいても裏面が裏面21Bと同様に傾斜している。端部領域7A、7Bの裏面が傾斜していることにより、端部領域7A、7Bの厚さは、Y方向において、酸化物焼結体3の外側から内側に向かって徐々に厚くなる。そのため、「パワー耐性とライフとを両立し易い」という効果を奏する。
The
裏面21Bの傾斜角度は、バッキングプレート5の本体13の保持面13Aと、裏面21Bとの成す角度θ1であり、θ1が4度以上15度以下であることが好ましく、5度以上12度以下であることがより好ましい。端部領域7Bについても、端部領域7Aと同様の傾斜角度であることが好ましい。 The inclination angle of the
スパッタリングターゲット108においては、内側領域9A、9Bの裏面の一部又は全体が傾斜していることが好ましい。図12に示す態様では、内側領域9A、9Bの裏面の一部が傾斜し、より具体的には、内側領域9Aの端部領域7A側の裏面の一部が傾斜し、内側領域9Bの端部領域7B側の裏面の一部が傾斜している。スパッタリングターゲット108において、内側領域9A、9Bの裏面は、バッキングプレート5の本体13の保持面13Aに対して略並行な裏面23Bと、傾斜する傾斜裏面23Cとを含む。内側領域9Aの傾斜裏面23Cの傾斜角度は、バッキングプレート5の本体13の保持面13Aと、内側領域9Aの傾斜裏面23Cとの成す角度θ2であり、θ2が4度以上15度以下であることが好ましく、5度以上12度以下であることがより好ましい。内側領域9Bについても、内側領域9Aと同様の傾斜角度であることが好ましい。
スパッタリングターゲット108においては、酸化物焼結体3の外側から内側に向かって、端部領域7Aの裏面の傾斜と内側領域9Aの裏面の傾斜とが連続的に傾斜している(傾斜角度が一定である)ことが好ましい。端部領域7Bの裏面の傾斜と内側領域9Bの裏面の傾斜についても、酸化物焼結体3の外側から内側に向かって、端部領域7Bの裏面の傾斜と内側領域9Bの裏面の傾斜とが連続的に傾斜している(傾斜角度が一定である)ことが好ましい。In the
In the
スパッタリングターゲット108においては、端部領域7A、7Bに対応するスペーサ17A、17B(端部スペーサ)の酸化物焼結体3に接する面が、端部領域7A、7Bの裏面に対応する傾斜を有していることが好ましい。また、内側領域9A、9Bも裏面に傾斜を有するため、内側領域9A、9Bの裏面傾斜に対応する傾斜を有するスペーサ(内側スペーサ)を保持面13Aに設けることが好ましい。端部スペーサと内側スペーサとは、一体であっても、別体であってもよい。
In the
また、スパッタリングターゲット108においても、図12に示すように、XY平面に平行な仮想平面27におもて面21A、23A、25Aが位置する状態(「面一」)であることが好ましい。ただし、スパッタリングターゲット108においても、Z方向の高さの差が100μm以下であれば、面一の場合と同様に、異常放電等の問題を防ぐことができる。
Also in the
スパッタリングターゲット108において、
端部領域7A、7Bの板厚の最大値をt11とし、
端部領域7A、7Bの板厚の最小値をt15とし、
端部領域7A、7BのY方向の幅をL11とし、
内側領域9A、9Bの板厚であって、内側領域9A、9Bの裏面において傾斜していない領域における板厚をt12とし、
前記内側領域の幅であって、前記内側領域の裏面において傾斜している領域の前記第1の方向の幅をL13とした場合、
t11、t12、t15、L11、およびL13が、以下の式(11)、式(13)、式(14)、式(15)および式(16)を満たすことが好ましく、t11、t12、t15、L11、およびL13が、式(11)~(16)を満たすことがより好ましい。
t12>t11>t15 ・・・(11)
t11(mm)<9 ・・・(13)
10<L11(mm)<35 ・・・(14)
t15(mm)>3 ・・・(15)
3<L13(mm)<35 ・・・(16)In the
The maximum thickness of the
The minimum thickness of the
L11 is the width of the
The plate thickness of the
When L13 is the width of the inner region and the width in the first direction of the region inclined on the back surface of the inner region,
Preferably, t 11 , t 12 , t 15 , L 11 and L 13 satisfy the following formulas (11), (13), (14), (15) and (16), and t More preferably, 11 , t 12 , t 15 , L 11 and L 13 satisfy formulas (11) to (16).
t12> t11 >t15 ( 11 )
t 11 (mm) < 9 (13)
10 <L11 (mm)<35 (14)
t15 (mm)>3 ( 15 )
3<L13 ( mm)<35 (16)
なお、内側領域9A、9Bの板厚であって、内側領域9A、9Bの裏面において傾斜していない領域における板厚が一定でない場合は、裏面の傾斜が無い領域内の板厚の最小値を板厚t12とする。In addition, if the plate thickness of the
なお、スパッタリングターゲット108のように、端部領域7A、7Bの裏面がY方向において、酸化物焼結体3の外側から内側に向かって連続的に傾斜している場合(傾斜角度が一定である場合)には、端部領域7A、7Bの外側端面18における端部領域7A、7Bの厚みがt15に相当し、端部領域7A、7Bの内側端面28における端部領域7A、7Bの厚みがt11に相当する。Note that, like the
スパッタリングターゲットは、式(15)を満たすことにより、スパッタ放電時に割れ難くなる。 A sputtering target that satisfies Equation (15) is less likely to crack during sputtering discharge.
スパッタリングターゲットは、式(16)を満たすことにより、パワー耐性とターゲット寿命(TGライフ)とを両立できる。
式(16)は、好ましくは、下記式(16A)である。
5≦L13(mm)<35 ・・・(16A)The sputtering target can achieve both power resistance and target life (TG life) by satisfying formula (16).
Formula (16) is preferably the following formula (16A).
5≦L 13 (mm)<35 (16A)
スパッタリングターゲットは、式(11)を満たすことにより、パワー耐性とターゲット寿命(TGライフ)とを両立できる。 The sputtering target can achieve both power resistance and target life (TG life) by satisfying the formula (11).
また、式(11)を規定する理由は以下の通りである。
磁場揺動型のマグネトロンスパッタ装置において、成膜時に磁場Mは、X方向に揺動する。Y方向には、ほとんど揺動しない。そのため、内側領域9A、9Bおよび端部領域7A、7Bは、磁場Mの端部が常に近傍に位置する領域であり、内側領域9A、9Bおよび端部領域7A、7Bの上面(おもて面)は、他の領域の上面(おもて面)と比べて、磁場Mに閉じ込められたプラズマにより高温になりやすい。Moreover, the reason for defining the formula (11) is as follows.
In a magnetic field swing type magnetron sputtering apparatus, the magnetic field M swings in the X direction during film formation. It hardly swings in the Y direction. Therefore, the
また、端部領域7A、7Bは、Y方向の外側端面18が他の領域に近接していないため、端部領域7A、7Bの下面は、他の領域の下面と比べて、バッキングプレート5による冷却効率が良く、低温になりやすい。
そのため、端部領域7A、7Bは、他の領域と比べて、板厚方向の温度差(前記式(B)のΔT)が大きくなり、熱応力による割れが生じやすい。
よって、端部領域7A、7Bのt11は、薄い方が好ましい。In addition, since the outer end surfaces 18 of the
Therefore, the
Therefore, it is preferable that t11 of the
また、スパッタリングターゲット108は、磁場揺動タイプの装置用ターゲットであるため、内側領域9A、9Bは、成膜時に磁場Mおよび磁場Mに閉じ込められたプラズマが常に位置する領域である。よって、スパッタリングターゲット108の寿命を延ばすためには、板厚t12が厚い方が好ましい。
一方で、内側領域9A、9Bは、端部領域7A、7Bと中間領域11との間に挟まれており、端面から熱が逃げにくいため、板厚方向の温度差は端部領域7A、7Bほど大きくならない。よって、内側領域9A、9Bは、板厚を厚くしても、端部領域7A、7Bと比べて割れが生じにくい。
よって、端部領域7A、7Bの板厚t11は、内側領域9A、9Bの板厚t12よりも薄いことが好ましい。Also, since the
On the other hand, the
Therefore, the plate thickness t11 of the
なお、スパッタリングターゲット108のように、プラズマが集中する領域を厚くしたターゲットを、EP(エロージョンパターン)形状ターゲットともいう。
It should be noted that a target with a thick plasma-concentrating region, such as the
式(12)から式(14)を規定する理由は以下の通りである。
L11が長くなるほど、端部領域7A、7Bが磁場Mの端部に近づく(図3参照。図3のL1は、スパッタリングターゲット108におけるL11と対応する)。そのため、成膜時に端部領域7A、7Bが摩耗しやすくなる。よってL11が長くなるほどt11は厚くする必要がある(式(12))。
式(12)は、好ましくは、下記式(12A)であり、より好ましくは、下記式(12B)であり、さらに好ましくは、下記式(12C)であり、特に好ましくは、下記式(12D)である。
t11(mm)≧L11(mm)×0.1+4.25 ・・・(12A)
t11(mm)≧L11(mm)×0.1+4.5 ・・・(12B)
t11(mm)≧L11(mm)×0.1+4.75 ・・・(12C)
t11(mm)≧L11(mm)×0.1+5 ・・・(12D)
ただし、t11を厚くしすぎると、熱応力による割れが生じやすくなるため、厚さには上限がある(式(13))。
さらに、L11が長すぎると端部領域7A、7Bが磁場Mの端部に近づくため、L11にも上限がある(式(14))。L11が短すぎると端部領域7A、7Bが狭くなり過ぎ、熱応力による割れが生じやすくなるため、L11には下限もある(式(14))。The reason for defining the formulas (12) to (14) is as follows.
The longer L 11 , the closer the
Formula (12) is preferably the following formula (12A), more preferably the following formula (12B), still more preferably the following formula (12C), and particularly preferably the following formula (12D) is.
t11 (mm)≧ L11 (mm)×0.1+4.25 (12A)
t11 (mm)≧ L11 (mm)×0.1+4.5 (12B)
t11 (mm)≧ L11 (mm)×0.1+4.75 (12C)
t11 (mm)≧ L11 (mm)×0.1+5 (12D)
However, if t11 is too thick, cracking due to thermal stress is likely to occur, so there is an upper limit to the thickness (equation (13)).
Furthermore, L 11 also has an upper limit because if L 11 is too long, the
t11およびL11は、以下の式(13A)および式(14A)に示す条件を満たすことが、より好ましい。
t11(mm)<8.5 ・・・(13A)
12.5≦L11(mm)≦32.5 ・・・(14A)More preferably, t 11 and L 11 satisfy the conditions shown in formulas (13A) and (14A) below.
t 11 (mm) < 8.5 (13A)
12.5≦ L11 (mm)≦32.5 (14A)
t11およびL11は、以下の式(13B)および式(14B)に示す条件を満たすことが、さらに好ましい。
t11(mm)≦8・・・(13B)
15≦L11(mm)≦30・・・(14B)More preferably, t 11 and L 11 satisfy the conditions shown in formulas (13B) and (14B) below.
t 11 (mm) ≤ 8 (13B)
15≦L 11 (mm)≦30 (14B)
スパッタリングターゲット108の寿命を長くするためには、t11およびt12は、以下の式(17)を満たすことが、より好ましい。
0.6<t11/t12<0.8 ・・・(17) In order to prolong the life of the
0.6< t11 /t12<0.8 ( 17 )
中間領域11の板厚をt13とした場合、t 11 、t12、およびt13は、以下の式(18)を満たすのが、より好ましい。
t12>t11>t13 ・・・(18)
これは、成膜時に、磁場MのX方向位置によってはプラズマが中間領域11に接触しない時間があり、中間領域11は、端部領域7A、7Bおよび内側領域9A、9Bと比べて消耗が遅いので、必ずしも厚くする必要がないためである。また、中間領域11の板厚を薄くした方がコスト面で有利なためである。
中間領域11内で板厚が一定でない場合は、領域内の板厚の最小値を板厚t13とする。
Assuming that the plate thickness of the intermediate region 11 is t13, it is more preferable that t11 , t12 , and t13 satisfy the following formula ( 18).
t12> t11 >t13 ( 18 )
This is because during film formation, depending on the position of the magnetic field M in the X direction, the plasma does not come into contact with the
If the plate thickness is not constant within the intermediate region 11 , the minimum value of the plate thickness within the region is set to the plate thickness t13.
第三の態様に係る酸化物焼結体3の具体的な寸法は、式(12)を満たすのであれば、特に限定されない。例えば大型スパッタ装置に標準で用いられる、磁場揺動型のマグネトロンスパッタ装置用ターゲットとして好適である範囲として、以下の範囲が挙げられる。
The specific dimensions of the oxide sintered
スパッタリングターゲット108において、長方形の長辺(図3のLYと対応。)は、2300mm以上、3800mm以下が好ましい。スパッタリングターゲット108において、長方形の長辺(図3のLYと対応。)は、より好ましくは、2500mm以上、3600mm以下であり、さらに好ましくは、2500mm以上、3400mm以下である。In the
スパッタリングターゲット108において、長方形の短辺(図3のLxと対応。)は、200mm以上、300mm以下が好ましい。スパッタリングターゲット108において、長方形の短辺(図3のLxと対応。)は、より好ましくは、230mm以上、300mm以下であり、さらに好ましくは、250mm以上、300mm以下である。In the
板厚t12は、9mm以上、15mm以下が好ましい。板厚t12は、より好ましくは、9mm以上、12mm以下であり、さらに好ましくは、9mm以上、10mm以下である。The plate thickness t12 is preferably 9 mm or more and 15 mm or less. The plate thickness t12 is more preferably 9 mm or more and 12 mm or less, and still more preferably 9 mm or more and 10 mm or less.
L11は、10mm超、35mm未満が好ましく、より好ましくは、12.5mm以上、32.5mm以下であり、さらに好ましくは、15mm以上、30mm以下であり、15mm以上、20mm以下が特に好ましい。L 11 is preferably more than 10 mm and less than 35 mm, more preferably 12.5 mm or more and 32.5 mm or less, still more preferably 15 mm or more and 30 mm or less, and particularly preferably 15 mm or more and 20 mm or less.
内側領域9A、9BのY方向(第1の方向)の幅L12は、170mm以上、300mm以下が好ましい。内側領域9A、9BのY方向(第1の方向)の幅L12は、より好ましくは、180mm以上、300mm以下であり、さらに好ましくは、185mm以上、300mm以下である。幅L13と幅L12とは、L12≧L13の関係を満たし、L12>L13の関係を満たすことが好ましい。A width L12 in the Y direction (first direction) of the
中間領域11の幅L14(図12参照)は、1700mm以上、3500mm以下が好ましい。中間領域11の幅L14(図12参照)は、より好ましくは、1900mm以上、3200mm以下であり、さらに好ましくは、2000mm以上、3000mm以下である。The width L 14 (see FIG. 12) of the
領域11A、11B、11Cの幅L15(図12参照)は、250mm以上、1700mm以下が好ましい。領域11A、11B、11Cの幅L15(図12参照)は、より好ましくは、500mm以上、1200mm以下であり、さらに好ましくは、600mm以上、1000mm以下である。The width L 15 (see FIG. 12) of the
スパッタリングターゲット108を、磁場揺動型のマグネトロンスパッタに用いる場合、X方向で、成膜時の消耗が最も大きい位置、およびその位置の消耗深さを基準に、L11、および端部領域7A、7Bの内側端部(図12のX方向位置P)を規定することもできる。ここでは、成膜時の消耗が最も大きい位置を最大エロージョン位置と称す。最大エロージョン位置における消耗深さを最大エロージョン深さと称す。
Pの位置は、最大エロージョン深さの50%以上75%以下の消耗深さとなる位置が好ましい。50%以上の消耗深さの位置とすることにより、スパッタリングターゲット108が割れにくくなる。75%以下の消耗深さの位置とすることにより、ターゲット寿命を維持できる。When the
The position of P is preferably a position where the wear depth is 50% or more and 75% or less of the maximum erosion depth. The
Pの位置は、最大エロージョン位置からX方向端部に向けて10mm以上、30mm以下の位置が好ましい。10mm以上の位置とすることにより、ターゲット寿命を維持できる。30mm以下の位置とすることにより、スパッタリングターゲット108が割れにくくなる。
The position of P is preferably 10 mm or more and 30 mm or less from the maximum erosion position toward the end in the X direction. By setting the position to 10 mm or more, the target life can be maintained. By setting the position to 30 mm or less, the
スパッタリングターゲット108における内側領域9A、9Bと中間領域11とのギャップG2の寸法も特に限定されない。ギャップG2の寸法は、例えば、0.1mm~0.5mm程度である。 The dimension of the gap G2 between the
以上が、スパッタリングターゲットの各種態様の説明である。 The above is a description of various aspects of the sputtering target.
(スパッタリングターゲットの組成、結晶構造および物性)
次に、本発明の実施形態に係るスパッタリングターゲット1の組成、および結晶構造について説明する。
スパッタリングターゲット1の組成、および結晶構造は、特に限定されない。ただし、本実施形態に係るスパッタリングターゲット1としては、磁場揺動型のマグネトロンスパッタ装置を用いた成膜の際に、割れの問題が生じるような、線膨張率が大きく、熱伝導率が小さい酸化物焼結体を含むスパッタリングターゲットが好適である。酸化物焼結体としては、インジウム元素(In)、スズ元素(Sn)、および亜鉛元素(Zn)を含有する酸化物からなり、Zn2SnO4で表されるスピネル構造化合物を含有する焼結体が効果的である。さらに、酸化物焼結体としては、In2O3(ZnO)m〔式中、mは2~7の整数である。〕で表される六方晶層状化合物も含有する焼結体がより効果的である。
スパッタリングターゲットの結晶構造は、X線回折測定装置(XRD)により確認することができる。(Composition, crystal structure and physical properties of sputtering target)
Next, the composition and crystal structure of the
The composition and crystal structure of the
The crystal structure of the sputtering target can be confirmed by an X-ray diffraction measurement device (XRD).
酸化インジウムと酸化亜鉛とからなる六方晶層状化合物は、X線回折法による測定において、六方晶層状化合物に帰属されるX線回折パターンを示す化合物である。具体的には、In2O3(ZnO)mで表される化合物である。式中のmは、2~7、好ましくは3~5の整数である。mが2以上であれば、化合物は六方晶層状構造をとる、また、mが7以下であれば、体積抵抗率を低くできる。
酸化物焼結体は、各元素の原子比が下記式(7)を満たすのが、好ましい。
0.40≦Zn/(In+Sn+Zn)≦0.80 ・・・(7)A hexagonal layered compound composed of indium oxide and zinc oxide is a compound that exhibits an X-ray diffraction pattern attributed to a hexagonal layered compound as measured by an X-ray diffraction method. Specifically, it is a compound represented by In 2 O 3 (ZnO) m . m in the formula is an integer of 2-7, preferably 3-5. When m is 2 or more, the compound has a hexagonal layered structure, and when m is 7 or less, the volume resistivity can be lowered.
In the oxide sintered body, the atomic ratio of each element preferably satisfies the following formula (7).
0.40≦Zn/(In+Sn+Zn)≦0.80 (7)
Zn/(In+Sn+Zn)が0.4以上であると、スパッタリング成膜した際に、酸化物焼結体中にスピネル相が生じやすくなり、半導体としての特性を容易に得られる。Zn/(In+Sn+Zn)が0.80以下であれば、酸化物焼結体においてスピネル相の異常粒成長による強度の低下を抑制できる。また、Zn/(In+Sn+Zn)が0.80以下であれば、酸化物半導体膜の移動度の低下を抑制できる。Zn/(In+Sn+Zn)は、0.50以上0.70以下であることがより好ましい。
酸化物焼結体は、各元素の原子比が下記式(8)を満たすのが、好ましい。
0.15≦Sn/(Sn+Zn)≦0.40 ・・・(8)When Zn/(In+Sn+Zn) is 0.4 or more, a spinel phase is likely to occur in the oxide sintered body when the film is formed by sputtering, and the characteristics as a semiconductor can be easily obtained. If Zn/(In+Sn+Zn) is 0.80 or less, it is possible to suppress a decrease in strength due to abnormal grain growth of the spinel phase in the oxide sintered body. Further, when Zn/(In+Sn+Zn) is 0.80 or less, a decrease in mobility of the oxide semiconductor film can be suppressed. Zn/(In+Sn+Zn) is more preferably 0.50 or more and 0.70 or less.
In the oxide sintered body, the atomic ratio of each element preferably satisfies the following formula (8).
0.15≦Sn/(Sn+Zn)≦0.40 (8)
Sn/(Sn+Zn)が、0.15以上であると、酸化物焼結体においてスピネル相の異常粒成長による強度の低下を抑制できる。Sn/(Sn+Zn)が0.40以下であれば、酸化物焼結体中において、スパッタ時の異常放電の原因となる酸化錫の凝集を抑制できる。また、Sn/(Sn+Zn)が0.40以下であれば、スパッタリングターゲットを用いて成膜された酸化物半導体膜は、シュウ酸等の弱酸によるエッチング加工を容易に行うことができる。Sn/(Sn+Zn)が0.15以上であれば、エッチング速度が速くなり過ぎるのを抑制できエッチングの制御が容易になる。Sn/(Sn+Zn)は、0.15以上0.35以下であることがより好ましい。 When Sn/(Sn+Zn) is 0.15 or more, it is possible to suppress a decrease in strength due to abnormal grain growth of the spinel phase in the oxide sintered body. When Sn/(Sn+Zn) is 0.40 or less, aggregation of tin oxide, which causes abnormal discharge during sputtering, can be suppressed in the oxide sintered body. Further, when Sn/(Sn+Zn) is 0.40 or less, an oxide semiconductor film formed using a sputtering target can be easily etched with a weak acid such as oxalic acid. When Sn/(Sn+Zn) is 0.15 or more, the etching rate can be prevented from becoming too fast, and the etching can be easily controlled. Sn/(Sn+Zn) is more preferably 0.15 or more and 0.35 or less.
酸化物焼結体は、各元素の原子比が下記式(9)を満たすのが、好ましい。
0.10 ≦In/(In+Sn+Zn)≦0.35 ・・・(9)
In/(In+Sn+Zn)は、0.10以上とすることにより、得られるスパッタリングターゲットのバルク抵抗を低くできる。また、酸化物半導体膜の移動度が極端に低くなるのを抑制できる。In/(In+Sn+Zn)が0.35以下であれば、スパッタリング成膜した際に、膜が導電体になるのを抑制でき、半導体としての特性を得ることが容易になる。In/(In+Sn+Zn)は、0.10以上0.30以下であることがより好ましい。In the oxide sintered body, the atomic ratio of each element preferably satisfies the following formula (9).
0.10≦In/(In+Sn+Zn)≦0.35 (9)
By setting In/(In+Sn+Zn) to be 0.10 or more, the bulk resistance of the obtained sputtering target can be lowered. In addition, the mobility of the oxide semiconductor film can be prevented from being extremely low. If In/(In+Sn+Zn) is 0.35 or less, it is possible to suppress the film from becoming a conductor when the film is formed by sputtering, and it becomes easy to obtain characteristics as a semiconductor. In/(In+Sn+Zn) is more preferably 0.10 or more and 0.30 or less.
酸化物焼結体の各金属元素の原子比は、原料の配合量により制御できる。また、各元素の原子比は、誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICP-AES)により含有元素を定量分析して求めることができる。 The atomic ratio of each metal element in the oxide sintered body can be controlled by the blending amount of the raw materials. Also, the atomic ratio of each element can be obtained by quantitatively analyzing the contained elements with an inductively coupled plasma atomic emission spectrometer (ICP-AES).
次に、スパッタリングターゲットに含まれる酸化物焼結体の物性を説明する。 Next, physical properties of the oxide sintered body contained in the sputtering target will be described.
酸化物焼結体は、抗折強度30点の平均値が320MPa以下であることが好ましく、300MPa以下であることがより好ましい。
酸化物焼結体は、抗折強度30点の最低値が200MPa以下であることが好ましく、180MPa以下であることがより好ましい。
酸化物焼結体の抗折強度は、酸化物焼結体の1タイルから均等に3mm×4mm×40mmの試験片を切り出し、JIS R 1601に準拠して3点曲げ試験を実施することにより測定できる。30個の試験片について抗折強度を測定し、その平均値および最低値を算出した。The oxide sintered body preferably has an average value of 30 bending strengths of 320 MPa or less, more preferably 300 MPa or less.
The oxide sintered body preferably has a minimum bending strength of 200 MPa or less, more preferably 180 MPa or less, at 30 points.
The bending strength of the oxide sintered body is measured by uniformly cutting out test pieces of 3 mm × 4 mm × 40 mm from one tile of the oxide sintered body and performing a three-point bending test in accordance with JIS R 1601. can. The bending strength was measured for 30 test pieces, and the average and minimum values were calculated.
酸化物焼結体は、線膨張係数が7.50×10-6/K以上であることが好ましく、7.7×10-6/K以上であることがより好ましい。
酸化物焼結体の線膨張係数は、JIS R 1618法に準拠して、測定温度30℃~500℃、昇温速度10K/min、大気中雰囲気で実施することにより測定できる。The oxide sintered body preferably has a coefficient of linear expansion of 7.50×10 −6 /K or more, more preferably 7.7×10 −6 /K or more.
The linear expansion coefficient of the oxide sintered body can be measured according to the JIS R 1618 method at a measurement temperature of 30° C. to 500° C., a heating rate of 10 K/min, and an atmospheric atmosphere.
酸化物焼結体は、弾性率が150GPa以上であることが好ましく、155GPaであることがより好ましい。
酸化物焼結体の弾性率は、JIS R 1602法に準拠して、超音波探傷装置を用い、室温、大気中にて実施することにより測定できる。The oxide sintered body preferably has an elastic modulus of 150 GPa or more, more preferably 155 GPa.
The elastic modulus of the oxide sintered body can be measured in accordance with JIS R 1602 using an ultrasonic flaw detector at room temperature in the air.
酸化物焼結体は、熱伝導率が6.5(W/m/K)以下であることが好ましく、6.0(W/m/K)以下であることがより好ましい。
酸化物焼結体の熱伝導率は、JIS R 1611法に準拠して、比熱容量をレーザーフラッシュ法(室温、真空中)で測定し、熱拡散率をレーザーフラッシュ法(室温、大気中)で測定し、熱伝導率を下記式から算出した。
λ(熱伝導率)=Cp(比熱容量)×ρ(密度)×α(熱拡散率)
ρは、酸化物焼結体の密度である。The oxide sintered body preferably has a thermal conductivity of 6.5 (W/m/K) or less, more preferably 6.0 (W/m/K) or less.
Regarding the thermal conductivity of the oxide sintered body, the specific heat capacity is measured by the laser flash method (room temperature, in a vacuum), and the thermal diffusivity is measured by the laser flash method (room temperature, in the air) in accordance with the JIS R 1611 method. The thermal conductivity was calculated from the following formula.
λ (thermal conductivity) = Cp (specific heat capacity) x ρ (density) x α (thermal diffusivity)
ρ is the density of the oxide sintered body.
酸化物焼結体の密度は、熱伝導率測定サンプルの寸法及び重量から算出した。
酸化物焼結体は、(線膨張係数×弾性率)/熱伝導率が200Pa/W以上であることが好ましく、220Pa/W以上であることがより好ましい。The density of the oxide sintered body was calculated from the dimensions and weight of the thermal conductivity measurement sample.
In the oxide sintered body, (linear expansion coefficient×elastic modulus)/thermal conductivity is preferably 200 Pa/W or more, more preferably 220 Pa/W or more.
以上が、本発明の実施形態に係るスパッタリングターゲット1の組成、結晶構造および物性についての説明である。
スパッタリングターゲット1の組成、結晶構造および物性についての説明は、第二の態様および第三の態様に係るスパッタリングターゲットにも適用できる。The above is the description of the composition, crystal structure and physical properties of the
The descriptions of the composition, crystal structure and physical properties of the
(酸化物半導体膜の成膜方法)
次に、本実施形態に係るスパッタリングターゲット1を用いた、酸化物半導体膜の成膜方法について、簡単に説明する。
成膜方法は、特に限定されない。ただし、スパッタリングターゲット1は、磁場揺動型のマグネトロンスパッタ装置を成膜装置として用いた成膜に好適である。
具体的には、磁場Mの揺動方向をX方向とし、磁場MのY方向における端部が内側領域9Aから端部領域7A、内側領域9Bから端部領域7Bに位置するように成膜を行う。この方法によれば、最も板厚t2が厚い内側領域9A、9Bにプラズマが集中するので、ターゲット寿命を確保できる。さらに、この方法によれば、板厚が内側領域9A、9Bよりも薄い端部領域7A、7Bの熱応力が最も高くなるため、割れも防止できる。
以上が本実施形態に係るスパッタリングターゲット1を用いた、酸化物半導体膜の成膜方法の説明である。
スパッタリングターゲット1を用いた、酸化物半導体膜の成膜方法の説明は、第二の態様および第三の態様に係るスパッタリングターゲットにも適用できる。(Method for Forming Oxide Semiconductor Film)
Next, a method for forming an oxide semiconductor film using the
A film forming method is not particularly limited. However, the
Specifically, film formation is performed so that the oscillation direction of the magnetic field M is the X direction, and the ends of the magnetic field M in the Y direction are positioned from the
The above is the description of the method for forming an oxide semiconductor film using the
The description of the method for forming an oxide semiconductor film using the
このように、本実施形態によれば、Y方向に配列された端部領域7A、7Bと内側領域9A、9Bを有する板状の酸化物焼結体3を備え、t1、L1、およびt2が、式(1)~式(4)を満たす。
そのため、ターゲット寿命を極端に短くすることなく、成膜時における割れを防止できる。Thus, according to this embodiment, the plate-like oxide sintered
Therefore, cracks during film formation can be prevented without extremely shortening the target life.
以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は実施例に限定されない。 The present invention will be described in detail below based on examples. However, the present invention is not limited to the examples.
(予備試験)
まず予備試験として、公知のITZO系スパッタリングターゲットを、マグネトロンスパッタに用いた場合をシミュレーションし、応力分布とエロージョン領域との関係を計算した。具体的な手順は以下の通りである。(Preliminary test)
First, as a preliminary test, a case where a known ITZO-based sputtering target was used for magnetron sputtering was simulated, and the relationship between the stress distribution and the erosion region was calculated. The specific procedure is as follows.
まず、スパッタリングターゲットとして、図13に示す公知のITZO系のスパッタリングターゲット1Aを想定した。このスパッタリングターゲット1Aは、図1に示すスパッタリングターゲット1とは異なり、端部領域7A、7Bおよび内側領域9A、9Bを合わせた領域に相当する比較端部領域31を端部に有する。スパッタリングターゲット1Aの密度は6.39g/cm3、ポアソン比は0.28、弾性率(E)は158GPa、線膨張率(α)は7.7×10-6/K、熱伝導率(λ)は4.87W/m/K、比熱は416J/kg/℃とした。First, as a sputtering target, a known ITZO-based
スパッタリングターゲット1Aの寸法としては、X方向の全長Lxを272mm、Y方向の全長LYを2525mm、比較端部領域31の板厚t2を9mm、比較端部領域31のY方向長さを200mm、中間領域11の板厚t3を6mmとした。As the dimensions of the
このスパッタリングターゲット1Aに対して、X方向の最大長が232mm、Y方向の最大長が2576mmとなるループを形成する磁場Mを想定し、磁場Mを0.1mm/sでX方向の両端部間を往復移動(揺動)させた。
Assuming a magnetic field M that forms a loop with a maximum length in the X direction of 232 mm and a maximum length in the Y direction of 2576 mm for this
スパッタ電力は16kW、熱伝達係数は5800W/m2/Kとした。The sputtering power was 16 kW, and the heat transfer coefficient was 5800 W/m 2 /K.
この条件で2000秒保持した後の、スパッタリングターゲット1Aの板厚方向温度差を有限要素法で計算し、式(A)および式(B)を用いて熱応力を求め、相対的な分布を計算した。
熱応力(σ)=-E×α×ΔT ・・・(A)
ΔT=[Q×d/A]/λ ・・・(B)
式(A)および式(B)中の記号の説明は以下のとおりである。
E :スパッタリングターゲットの弾性率(GPa)
α :スパッタリングターゲットの線膨張率(10-6/K)
ΔT:板厚方向におけるスパッタリングターゲットの表裏の温度差(K)
Q :板厚方向にスパッタリングターゲットの表から裏に通過する熱量(W)
d :スパッタリングターゲットの板厚(mm)
A :板厚方向から見たスパッタリングターゲットの面積(mm2)
λ :スパッタリングターゲットの熱伝導率(W/m/K)After holding for 2000 seconds under these conditions, the temperature difference in the plate thickness direction of the
Thermal stress (σ) = -E x α x ΔT (A)
ΔT=[Q×d/A]/λ (B)
The symbols in the formulas (A) and (B) are explained below.
E: Elastic modulus of sputtering target (GPa)
α: Linear expansion coefficient of the sputtering target (10 -6 /K)
ΔT: temperature difference (K) between the front and back sides of the sputtering target in the plate thickness direction
Q: Amount of heat (W) that passes from the front to the back of the sputtering target in the plate thickness direction
d: Plate thickness of sputtering target (mm)
A: Area of sputtering target viewed from plate thickness direction (mm 2 )
λ: Thermal conductivity of sputtering target (W/m/K)
予備試験の結果を図13に示す。
図13に示すように、最も熱応力の高い領域は、Y方向の端部であった。Preliminary test results are shown in FIG.
As shown in FIG. 13, the regions with the highest thermal stress were the ends in the Y direction.
(パワー耐性およびライフ試験1)
予備試験の結果から、本発明者は、最も熱応力の高いY方向の端部の板厚を薄くすれば、熱応力を下げることができ、ターゲット寿命を極端に短くせずに割れを防止できるのではないかと考えた。(Power resistance and life test 1)
From the results of preliminary tests, the present inventors found that if the plate thickness of the Y-direction end where the thermal stress is highest is reduced, the thermal stress can be reduced, and cracking can be prevented without extremely shortening the target life. I thought it might be.
そこで、図1に示すように、板厚t1を板厚t2よりも薄くし、他の寸法は予備試験と同じスパッタリングターゲット1を作製し(試料番号2)、実機のマグネトロンスパッタ装置にて、予備試験と同じ条件でパワー耐性およびターゲット寿命(ライフ)を測定した。L1は15mm、L2は185mmとした。Therefore, as shown in FIG. 1, a
パワー耐性は、スパッタリングターゲットに割れが生じない最大限度の、スパッタ電力である。スパッタリングターゲットにアーキングが発生した場合に割れが生じたと判断した。
ライフは、パワー耐性に、スパッタリングターゲットの厚さが残り1mmになるまでに要した時間(ここでは単位は[hr])を乗じた値を求め、予備試験と同条件のスパッタリングターゲットのライフを、100%としたときの比率とした。
結果を表1に示す。表1には、比較例として、スパッタリングターゲットの厚さを6mmに均一にした場合(試料番号3)も示す。予備試験のスパッタリングターゲットについては、試料番号1として表1に示す。Power tolerance is the maximum sputtering power that does not crack the sputtering target. It was determined that a crack occurred when arcing occurred in the sputtering target.
The life is obtained by multiplying the power resistance by the time required for the remaining thickness of the sputtering target to reach 1 mm (here, the unit is [hr]), and the life of the sputtering target under the same conditions as in the preliminary test is It was set as a ratio when it is set to 100%.
Table 1 shows the results. Table 1 also shows, as a comparative example, the case where the thickness of the sputtering target was made uniform to 6 mm (Sample No. 3). The preliminary test sputtering target is shown in Table 1 as Sample No. 1.
表1に示すように、実施例は、ライフを短くせずに、予備試験よりもパワー耐性を向上させることができることが分かった。この結果から、Y方向の端部の板厚を薄くすれば、ライフを短くせずに、高密度の成膜が可能であることが示唆された。 As shown in Table 1, it was found that the examples can improve the power resistance more than the preliminary test without shortening the life. From this result, it was suggested that thinning the plate thickness at the end in the Y direction enables high-density film formation without shortening the life.
(エロージョン深さ分布測定)
次に、Y方向の端部の板厚を薄くしたことにより、スパッタリングターゲットの消耗の深さおよび消耗の位置が影響を受けないかを調査するため、「試料番号2」の試験開始後100時間経過後の試料について、Y方向のエロージョン深さの分布を測定した。
測定領域は、Y方向に平行な3か所(図13の上端からX方向に50mm、136mm、および222mm、図14ではX方向位置:4、5、6と記載)とし、3か所の実測値、および平均値を求めた。
結果を図14に示す。図14の横軸の「Y方向位置」とは、Y方向左端を0とした場合のY方向における位置を意味する。
図14に示すように、エロージョン深さが最も深い領域は、Y方向の端部から15mm超、30mm以下程度、内側の領域であった。これは内側領域9A、9Bの範囲内である。またY方向の端部から15mm以下の領域は、最大エロージョン深さの75%以下の消耗深さであり、大半は50%以下であった。(Erosion depth distribution measurement)
Next, 100 hours after the start of the test of "Sample No. 2" in order to investigate whether the depth and position of wear of the sputtering target are affected by reducing the plate thickness of the end in the Y direction. The distribution of the erosion depth in the Y direction was measured for the samples after the passage of time.
The measurement area is three locations parallel to the Y direction (50 mm, 136 mm, and 222 mm in the X direction from the upper end of FIG. 13, and the X direction positions are described as 4, 5, and 6 in FIG. 14), and the actual measurement is performed at three locations. values, and average values.
The results are shown in FIG. The “Y-direction position” on the horizontal axis of FIG. 14 means the position in the Y-direction when the left end in the Y-direction is 0.
As shown in FIG. 14, the region with the deepest erosion depth was the inner region of more than 15 mm and 30 mm or less from the end in the Y direction. This is within the
この結果から、最も熱応力が高い領域と、エロージョン深さが最も深い領域と、は異なることが分かった。そのため、特許文献7~8に記載のように、エロージョン深さが最も深い領域を分割しても、熱応力による割れの防止は不十分であることが分かった。
また、この結果から、端部領域7A、7Bは、熱応力が最も大きい一方で、エロージョン深さは内側領域9A、9Bと比べて浅いため、板厚t1を薄くしてもライフに影響し難いことが分かった。From this result, it was found that the region with the highest thermal stress is different from the region with the highest erosion depth. Therefore, as described in
Further, from this result, it can be seen that while the
(L1、t1、およびt2の最適化)
次に、ライフを極端に短くせずにパワー耐性を向上させることができるL1、t1、およびt2の範囲を特定するため、試料番号2において、L1、t1、およびt2を変化させたスパッタリングターゲットを作製し、他の条件は試料番号2と同じ条件で、パワー耐性およびライフを評価した。ライフは、80%以上を合格とした。パワー耐性は、10kW以上を合格とした。結果を表2に示す。表2中、式(1)~(4)のそれぞれを満たす場合を「A」と表記し、満たさない場合を「B」と表記した。(Optimization of L 1 , t 1 and t 2 )
Next, in order to specify the range of L 1 , t 1 and t 2 that can improve the power resistance without extremely shortening the life, L 1 , t 1 and t 2 in sample number 2 A changed sputtering target was produced, and the other conditions were the same as those of sample number 2, and the power durability and life were evaluated. A life of 80% or more was regarded as passing. A power tolerance of 10 kW or more was considered acceptable. Table 2 shows the results. In Table 2, "A" indicates the case where the formulas (1) to (4) are satisfied, and "B" indicates the case where the formulas (1) to (4) are not satisfied.
表2に示すように、式(1)乃至式(4)の全てを満たす場合は、パワー耐性およびライフが合格であった。
また、パワー耐性およびライフが合格であるスパッタリングターゲットの中でも、0.6<t1/t2<0.8の範囲を満たすスパッタリングターゲット(試料番号の8、9、13)において、パワー耐性が、より高かった。As shown in Table 2, power resistance and life were acceptable when all of formulas (1) to (4) were satisfied.
In addition, among the sputtering targets with acceptable power resistance and life, the sputtering targets satisfying the range of 0.6<t 1 /t 2 <0.8 (
(パワー耐性およびライフ試験2)
図12に示すように端部領域7A、7Bおよび内側領域9A、9Bの裏面に傾斜を有し、表3に示す寸法を満たすITZO系スパッタリングターゲットを作製した。傾斜角度および表3に示す寸法以外の寸法は、前述の予備試験と同様に作製した。
作製したスパッタリングターゲットについて、実機のマグネトロンスパッタ装置にて、予備試験と同じ条件でパワー耐性およびターゲット寿命(ライフ)を測定した。(Power resistance and life test 2)
As shown in FIG. 12, an ITZO-based sputtering target having slopes on the rear surfaces of the
The power durability and target life (life) of the produced sputtering targets were measured using an actual magnetron sputtering apparatus under the same conditions as in the preliminary test.
前述の「パワー耐性およびライフ試験1」と同様の評価基準を用いて、表3に示す試料番号のスパッタリングターゲットについて、パワー耐性およびターゲット寿命(ライフ)を評価した。評価結果を表3及び表4に示す。試料番号28としては、傾斜角度が0°であり、端部領域の裏面が傾斜していない試料を用いた。
表3中、式(11)~(16)のそれぞれを満たす場合を「A」と表記し、満たさない場合を「B」と表記した。The power resistance and target life (life) of the sputtering targets of the sample numbers shown in Table 3 were evaluated using the same evaluation criteria as in "Power Resistance and
In Table 3, "A" indicates the case where the formulas (11) to (16) are satisfied, and "B" indicates the case where the formulas (11) to (16) are not satisfied.
表3及び表4に示すとおり、試料番号23~27のように、端部領域の裏面が酸化物焼結体の端部から内側に向かう下り勾配の傾斜を有し、かつ式(12)の関係を満たすことで、パワー耐性及びターゲット寿命(ライフ)が合格であった。さらに、試料番号26および試料番号27のように、端部領域の傾斜角度が10度以上12度以下であることにより、ターゲット寿命(ライフ)が向上した。 As shown in Tables 3 and 4, as in sample numbers 23 to 27, the back surface of the end region has a downward slope toward the inside from the end of the oxide sintered body, and the formula (12) By satisfying the relationship, the power resistance and target life (life) were passed. Furthermore, as in Sample Nos. 26 and 27, the inclination angle of the end region was 10 degrees or more and 12 degrees or less, so that the target life was improved.
1…スパッタリングターゲット、3…酸化物焼結体、5…バッキングプレート、7A、7B…端部領域、9A、9B…内側領域、11…中間領域、13…本体、13A…保持面、15…凸部、17A、17B…スペーサ、21A、23A、25A…おもて面、21B、23B、25B…裏面。
DESCRIPTION OF
Claims (27)
前記酸化物焼結体は、第1の方向に配列された複数の領域を有し、
前記複数の領域は、
前記第1の方向における端部を含む領域である端部領域と、
前記端部から前記第1の方向に向けて数えて内側に2番目の領域である内側領域と、
前記端部から前記第1の方向に向けて数えて内側に3番目の領域である中間領域と、
を有し、
前記バッキングプレートは、前記酸化物焼結体を保持する保持面と、前記保持面から突出して設けられ、前記中間領域を保持する凸部と、を有し、
前記スペーサは、前記保持面と前記端部領域の間に設けられ、
前記端部領域の板厚をt1、前記端部領域の前記第1の方向の幅をL1、前記内側領域の板厚をt2 、前記中間領域の厚みをt 3 とした場合、t1、L1、およびt2が、以下の式(1)、式(2)、式(3A)及び式(4A)を満たし、t 1 、t 2 、およびt 3 が以下の式(6)を満たす、
スパッタリングターゲット。
t2>t1 ・・・(1)
t1(mm)>L1(mm)×0.1+4 ・・・(2)
t1(mm)<8.5 ・・・(3A)
12.5≦L1(mm)≦32.5 ・・・(4A)
t 2 >t 1 >t 3 ・・・(6) comprising a plate-shaped oxide sintered body , a backing plate, and a spacer ,
The oxide sintered body has a plurality of regions arranged in a first direction,
The plurality of regions are
an end region that is a region including the end in the first direction;
an inner region that is the second region on the inner side counting from the end in the first direction;
an intermediate region that is the third region on the inner side counting from the end in the first direction;
has
The backing plate has a holding surface that holds the oxide sintered body, and a convex portion that protrudes from the holding surface and holds the intermediate region,
the spacer is provided between the holding surface and the end region;
When the plate thickness of the end region is t1, the width of the end region in the first direction is L1 , the plate thickness of the inner region is t2 , and the thickness of the intermediate region is t3 , t 1 , L 1 , and t 2 satisfy the following equations (1), (2), (3A), and (4A), and t 1 , t 2 , and t 3 satisfy the following equations (6 ),
sputtering target.
t 2 > t 1 (1)
t 1 (mm)>L 1 (mm)×0.1+4 (2)
t1 ( mm ) < 8.5 (3A)
12.5≦L 1 (mm)≦32.5 (4A)
t2 >t1 > t3 ( 6 )
請求項1に記載のスパッタリングターゲット。
0.6<t1/t2<0.8 ・・・(5) Furthermore, t 1 and t 2 satisfy the following equation (5),
A sputtering target according to claim 1 .
0.6<t1 / t2<0.8 ( 5 )
請求項1または2に記載のスパッタリングターゲット。 In the oxide sintered body, the plurality of regions are arranged separately from each other,
A sputtering target according to claim 1 or 2 .
請求項1~3のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。 The oxide sintered body has a rectangular planar shape, and the first direction is the long side direction of the rectangle,
A sputtering target according to any one of claims 1 to 3 .
請求項4に記載のスパッタリングターゲット。 The oxide sintered body has a rectangular long side of 2300 mm or more and 3800 mm or less, a short side of 200 mm or more and 300 mm or less, a plate thickness t2 of the inner region of 9 mm or more and 15 mm or less, and L1 of more than 10 mm and 35 mm. less than, the width of the inner region in the first direction is 170 mm or more and 300 mm or less,
A sputtering target according to claim 4 .
前記酸化物焼結体を保持するバッキングプレートと、
前記酸化物焼結体と前記バッキングプレートとの間に設けられたスペーサと、を備え、
前記酸化物焼結体は、第1の方向に配列された複数の領域を有し、
前記複数の領域は、
前記第1の方向における端部を含む領域である端部領域と、
前記端部から前記第1の方向に向けて数えて内側に2番目の領域である内側領域と、
前記端部から前記第1の方向に向けて数えて内側に3番目の領域である中間領域と、を有し、
前記バッキングプレートは、前記端部領域および前記内側領域を保持する保持面と、前記保持面から突出して設けられ、前記中間領域を保持する凸部と、を有し、
前記スペーサは、前記保持面と前記端部領域の間に設けられ、前記端部領域を保持し、
前記端部領域は、前記保持面に対向する裏面を有し、
前記端部領域の裏面は、前記保持面に対して傾斜し、
前記端部領域の裏面の傾斜は、前記酸化物焼結体の前記端部から内側に向かって下り勾配であり、
前記内側領域は、前記保持面に対向する裏面を有し、
前記内側領域の裏面の一部が、前記保持面に対して傾斜し、
前記内側領域の裏面の傾斜は、前記酸化物焼結体の前記端部から内側に向かって下り勾配であり、
前記端部領域の板厚の最大値をt11とし、前記内側領域の板厚であって、前記内側領域の裏面において傾斜していない領域における板厚をt 12 とし、前記中間領域の板厚をt 13 とし、前記端部領域の前記第1の方向の幅をL11とした場合、t11、およびL11が、以下の式(12)を満たし、t 11 、t 12 、およびt 13 は、以下の式(18)を満たす、
スパッタリングターゲット。
t11(mm)>L11(mm)×0.1+4 ・・・(12)
t 12 >t 11 >t 13 ・・・(18) a plate-shaped oxide sintered body;
a backing plate holding the oxide sintered body;
a spacer provided between the oxide sintered body and the backing plate,
The oxide sintered body has a plurality of regions arranged in a first direction,
The plurality of regions are
an end region that is a region including the end in the first direction;
an inner region that is the second region on the inner side counting from the end in the first direction;
an intermediate region that is the third region on the inner side counting from the end in the first direction ;
The backing plate has a holding surface that holds the end region and the inner region, and a convex portion that protrudes from the holding surface and holds the intermediate region ,
the spacer is provided between the holding surface and the end region to hold the end region;
The end region has a back surface facing the holding surface,
a rear surface of the end region is inclined with respect to the holding surface;
The slope of the back surface of the end region is a downward slope inward from the end of the oxide sintered body,
The inner region has a back surface facing the holding surface,
a portion of the back surface of the inner region is inclined with respect to the holding surface;
The inclination of the back surface of the inner region is downward from the end of the oxide sintered body toward the inside,
Let t11 be the maximum value of the plate thickness of the end regions, t12 be the plate thickness of the inner region where the plate thickness is not inclined on the back surface of the inner region, and t12 be the plate thickness of the intermediate region. is t 13 and the width of the end region in the first direction is L 11 , t 11 and L 11 satisfy the following equation (12), and t 11 , t 12 and t 13 satisfies the following equation (18):
sputtering target.
t 11 (mm)>L 11 (mm)×0.1+4 (12)
t12 > t11 > t13 ( 18 )
請求項6に記載のスパッタリングターゲット。 The angle formed by the back surface of the end region and the holding surface is 4 degrees or more and 15 degrees or less.
A sputtering target according to claim 6 .
前記内側領域の幅であって、前記内側領域の裏面において傾斜している領域の前記第1の方向の幅をL13とした場合、
t11、t12、t15、L11、およびL13が、以下の式(11)、式(13)、式(14)、式(15)および式(16)を満たす、
請求項6または7に記載のスパッタリングターゲット。
t12>t11>t15 ・・・(11)
t11(mm)<9 ・・・(13)
10<L11(mm)<35 ・・・(14)
t15(mm)>3 ・・・(15)
3<L13(mm)<35 ・・・(16) Let t15 be the minimum value of the plate thickness of the end region ,
When L13 is the width of the inner region and the width in the first direction of the region inclined on the back surface of the inner region,
t 11 , t 12 , t 15 , L 11 , and L 13 satisfy the following equations (11), (13), (14), (15) and (16),
A sputtering target according to claim 6 or 7 .
t12> t11 >t15 ( 11 )
t 11 (mm) < 9 (13)
10 <L11 (mm)<35 (14)
t15 (mm)>3 ( 15 )
3<L13 ( mm)<35 (16)
請求項1~10のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。 The end region and the inner region are provided at both ends in the first direction,
A sputtering target according to any one of claims 1-10 .
請求項1~11のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。 The oxide sintered body has a plate shape having two main surfaces, the height difference in the plate thickness direction of one main surface of the plurality of regions is within 100 μm, and the arithmetic mean roughness Ra is smaller than the other major surfaces,
A sputtering target according to any one of claims 1-11 .
請求項1~12のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。 The oxide sintered body has an average value of 30 bending strengths of 320 MPa or less.
A sputtering target according to any one of claims 1-12 .
請求項13に記載のスパッタリングターゲット。 The oxide sintered body has a minimum bending strength of 200 MPa or less at 30 points.
14. A sputtering target according to claim 13 .
請求項1~14のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。 The oxide sintered body has a linear expansion coefficient of 7.50 × 10 -6 /K or more,
A sputtering target according to any one of claims 1-14 .
請求項1~15のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。 The oxide sintered body has an elastic modulus of 150 GPa or more,
A sputtering target according to any one of claims 1-15 .
請求項1~16のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。 The oxide sintered body has a thermal conductivity of 6.5 (W / m / K) or less,
A sputtering target according to any one of claims 1-16 .
請求項1~18のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。 The oxide sintered body is made of an oxide containing indium element (In), tin element (Sn), and zinc element (Zn).
A sputtering target according to any one of claims 1-18 .
Zn2SnO4で表されるスピネル構造化合物を含む、
請求項19に記載のスパッタリングターゲット。 The oxide sintered body is
including a spinel structure compound represented by Zn 2 SnO 4 ,
20. A sputtering target according to claim 19 .
In2O3(ZnO)m[m=2~7]で表わされる六方晶層状化合物を含む、
請求項19または20に記載のスパッタリングターゲット。 The oxide sintered body is
including a hexagonal layered compound represented by In 2 O 3 (ZnO) m [m = 2 to 7],
Sputtering target according to claim 19 or 20 .
請求項19~21のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。
0.40≦Zn/(In+Sn+Zn)≦0.80 ・・・(7) Furthermore, the oxide sintered body satisfies the following formula (7),
A sputtering target according to any one of claims 19-21 .
0.40≦Zn/(In+Sn+Zn)≦0.80 (7)
請求項19~22のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。
0.15≦Sn/(Sn+Zn)≦0.40 ・・・(8) Furthermore, the oxide sintered body satisfies the following formula (8),
A sputtering target according to any one of claims 19-22 .
0.15≦Sn/(Sn+Zn)≦0.40 (8)
請求項19~23のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。
0.10 ≦In/(In+Sn+Zn)≦0.35 ・・・(9) Furthermore, the oxide sintered body satisfies the following formula (9),
A sputtering target according to any one of claims 19-23 .
0.10≦In/(In+Sn+Zn)≦0.35 (9)
酸化物半導体膜の成膜方法。 Using the sputtering target according to any one of claims 1 to 24 as a target, using a magnetic field oscillation type magnetron sputtering apparatus as a film forming apparatus, and using the magnetic field oscillation direction as the first direction and the plate thickness direction and a second direction perpendicular to the first direction, and the end of the magnetic field in the first direction is positioned in the inner region;
A method for forming an oxide semiconductor film.
前記酸化物焼結体は、第1の方向に配列された複数の領域を有し、
前記複数の領域は、
前記第1の方向における端部を含む領域である端部領域と、
前記端部から前記第1の方向に向けて数えて内側に2番目の領域である内側領域と、
前記端部から前記第1の方向に向けて数えて内側に3番目の領域である中間領域と、
を有し、
前記端部領域の板厚をt 1 、前記端部領域の前記第1の方向の幅をL 1 、前記内側領域の板厚をt 2 、前記中間領域の厚みをt 3 とした場合、t 1 、L 1 、およびt 2 が、以下の式(1)、式(2)、式(3A)及び式(4A)を満たし、t 1 、t 2 、およびt 3 が以下の式(6)を満たし、
前記バッキングプレートは、保持面と、前記保持面から突出して設けられ、前記中間領域を保持する凸部と、前記保持面と前記端部領域の間に設けられるスペーサと、を備える、
バッキングプレート。
t 2 >t 1 ・・・(1)
t 1 (mm)>L 1 (mm)×0.1+4 ・・・(2)
t 1 (mm)<8.5 ・・・(3A)
12.5≦L 1 (mm)≦32.5 ・・・(4A)
t 2 >t 1 >t 3 ・・・(6) A backing plate for holding a plate-shaped oxide sintered body,
The oxide sintered body has a plurality of regions arranged in a first direction,
The plurality of regions are
an end region that is a region including the end in the first direction;
an inner region that is the second region on the inner side counting from the end in the first direction;
an intermediate region that is the third region on the inner side counting from the end in the first direction;
has
When the plate thickness of the end region is t1 , the width of the end region in the first direction is L1 , the plate thickness of the inner region is t2 , and the thickness of the intermediate region is t3 , t 1 , L 1 , and t 2 satisfy Equations (1), (2), (3A), and (4A) below, and t 1 , t 2 , and t 3 satisfy Equation (6) below The filling,
The backing plate includes a holding surface, a protrusion projecting from the holding surface and holding the intermediate region, and a spacer provided between the holding surface and the end region.
backing plate.
t 2 > t 1 (1)
t 1 (mm)>L 1 (mm)×0.1+4 (2)
t 1 (mm) < 8.5 (3A)
12.5≦L 1 (mm)≦32.5 (4A)
t2 >t1 > t3 ( 6 )
請求項26に記載のバッキングプレート。 the height of the protrusion is higher than the spacer;
27. The backing plate of Claim 26 .
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