JPH0320468B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は新規なスパツタリングターゲツトを提
供する。詳しくは機械的な破断面が明瞭な輪郭に
よつて互に区別される微細な結晶粒の緊密な充填
状態によつて形成されており、該微細な結晶粒の
該破断面における該明瞭な輪郭は多角形状であ
り、該微細な結晶は該明瞭な輪郭によつて規定さ
れる該破断面における平均粒子径をＤ（μｍ）で
定義するとき0.3D〜1.8Dの範囲の粒子径を持つ
結晶粒が少なくとも70％を占めることによつて構
成されている窒化アルミニウム焼結体よりなるス
パツタリングターゲツトである。 従来、スパツタリングターゲツトは板状基板の
片面に特定の性状を有する金属の被覆をする材料
として種々のものが知られている。例えば、高純
度アルミナ焼結体、窒化ケイ素焼結体、又はこれ
らの混合成分の焼結体等が公知である。これらの
公知のスパツタリングターゲツトは要求される特
定の性状を応じて開発されているのが現状であ
る。そして純度の優れた窒化アルミニウムスパツ
タリングターゲツトの開発が望まれているが現在
なお上記要求を満足するスパツタリングターゲツ
トの開発はなされていない。 本発明者等は新規なセラミツクの開発を鋭意続
けて来た結果、新規な窒化アルミニウム焼結体を
開発し既に提案した。更に研究を続けて来た結
果、該新規な窒化アルミニウムがスパツタリング
ターゲツトとしてすぐれた性状を有することを知
見し、本発明を完成しここに提案するに至つた。 即ち、本発明は機械的な破断面が明瞭な輪郭に
よつて互に区別される微細な結晶粒の緊密な充填
状態によつて形成されており、該微細な結晶粒の
該破断面における該明瞭な輪郭は多角形状であ
り、該微細な結晶は該明瞭な輪郭によつて規定さ
れる該破断面における平均粒子形をＤ（μｍ）で
定義するとき0.3D〜1.8Dの範囲の粒子径を持つ
結晶粒が少なくとも70％を占めることによつて構
成されている窒化アルミニウム焼結体よりなるス
パツタリングターゲツトである。 本発明のスパツタリングターゲツトはその成分
が窒化アルミニウムよりなる焼結体である。そし
て該窒化アルミニウム焼結体は次ぎのような性状
を有する新規な窒化アルミニウム焼結体である。 添付図面第１図は後述する実施例１で得られた
窒化アルミニウム焼結体を機械的に破断した破断
面の顕微鏡写真である。該第１図から明らかなよ
うに機械的な破断面は明瞭な輪郭によつて互に区
別される微細な結晶粒の緊密な充填状態によつて
形成されている。そして該微細な結晶粒の該破断
面における該明瞭な輪郭は多角形状である。また
該微細な結晶は該明瞭な輪郭によつて規定される
該破断面における平均粒子径をＤ（μｍ）で定義
するとき、0.3D〜1.8D好ましくは0.5D〜1.5Dの
範囲の粒子径を持つ結晶粒が少なくとも70％を占
める必要がある。このように非常に粒度分布が揃
つている窒化アルミニウム焼結体（例えば第１図
では平均粒子径Ｄが6.9μｍであり0.5D〜1.5D即ち
3.5μｍ〜10.5μｍの粒子径の粒子は93％を占め
る。）は従来提案されていた窒化アルミニウム焼
結体に比べると非常に特徴なものである。また該
窒化アルミニウム焼結体は純度が99.5％以上好ま
しくは99.9％以上で且つ陽イオン不純物の含有量
が0.5重量％以下好ましくは0.3重量％以下更に好
ましくは0.1重量％以下のものを使用すると更に
好適である。尚上記窒化アルミニウム中の陽イオ
ン不純物とは焼結前の窒化アルミニウム粉末中に
混入されて来る金属成分例えば、珪素、マンガ
ン、鉄、クロム、ニツケル、コバルト、銅、亜
鉛、チタン等を陽イオン成分とする化合物を言
い、該陽イオン不純物の含有量は該陽イオン成分
の化合物を金属として算出した含有量で算出する
ものである。 前記新規な窒化アルミニウム焼結体は非常に高
密度のものであり、一般には密度が2.9ｇ／cm²以
上、好ましくは3.0ｇ／cm²、更に好ましくは3.2
ｇ／cm²の性状を有するものである。 前記窒化アルミニウム焼結体のうち窒化アルミ
ニウム純度が99.5％以上好ましくは99.9％以上で
且つ陽イオン不純物の含有量が0.3重量％以下好
ましくは0.1重量％以下特に不純物成分の金属の
うち、鉄、クロム、ニツケル、コバルト、銅、亜
鉛又はチタン成分が金属として全含有量で0.1重
量％以下の窒化アルミニウム焼結体は透明な被膜
を与えることが出来る。この意味では上記性状を
有する窒化アルミニウム焼結体は最もすぐれたス
パツタリングターゲツトとなる。 前記新規な窒化アルミニウム焼結体はＸ−線回
析によれば回析角（2θ）30°〜70°間に六方晶形窒
化アルミニウム結晶に由来する６本の明瞭な回析
線すなわち、33.3°±0.5°、36.2°±0.5°、38.1°±
0.5、
49.8°±0.5°、59.6°±0.5および66.3°±0.5°の回
析角
を有する回析線を示す。これらの回析線はブラツ
グの式で面間隔（ｄ、Ａ）に換算すると、それぞ
れ、2.69±0.04A、2.48±0.03A、2.36±0.03A、
1.83±0.02A、1.55±0.01Aおよび1.41±0.01Aに
相当する。 従来の窒化アルミニウム焼結体は焼結性を向上
させるために加える多量の焼結助剤（例えば
CaO、Y₂O₃等）および原料窒化アルミニウム自
体の高い酸素含有量に基因して、窒化アルミニウ
ムの六方晶に由来する回析線の他に、例えば
CaO・6Al₂O₃やCaO・2Al₂O₃あるいは3Y₂O₃・
5Al₂O₃等の結晶に由来する回析線を与えること
が報告されている。前記窒化アルミニウム焼結体
によれば、このような焼結助剤を焼結に用いた時
でさえ焼結助剤に由来する上記のごとき結晶の回
析線を実質的に示さない高純度且つ高密度窒化ア
ルミニウム焼結体である。 前記窒化アルミニウム焼結体の製法は特に限定
されず如何なる方法を採用してもよいが、通常は
焼結に供される窒化アルミニウム粉末によつてそ
の性状が左右される。前記性状を与える代表的な
窒化アルミニウム粉末及びその製法の代表的にも
のを例示すれば次ぎの通りである。 先ず窒化アルミニウム粉末としては平均粒子径
が2μｍ以下で、3μｍ以下の粒子径を有する粒子
の占める割合が全窒化アルミニウム粉末の70容量
％以上であり、且つ酸素含有量が3.0重量％以下
好ましくは1.5重量％以下で、窒化アルミニウム
純度が95％以上好ましくは97％以上の性状を有す
る窒化アルミニウム粉末である。このような窒化
アルミニウム粉末は例えば次ぎのようにして得る
ことが出来る。 即ち、 (1) 平均粒子径が2μｍ以下の酸化アルミニウム
微粒子と灰分含量0.2重量％で平均粒子径が1μ
ｍ以下のカーボン微粉末とを水、アルコール
類、炭化水素類等の液体分散媒体中で緊密で混
合し、そのさい該酸化アルミニウム微粉末対該
カーボン微粉末の重量比は１：0.36〜１：１で
あり； (2) 得られた緊密混合物を、適宜乾燥し、窒素又
はアンモニアの雰囲気下で1400〜1700℃の温度
で焼成し； (3) 次いで得られた微粉末を酸素を含む雰囲気下
で600〜900℃の温度で加熱して未反応のカーボ
ンを加熱除去し、窒化アルミニウム含量が少く
とも95重量％であり、結合酸素の含量が最大
3.0重量％好ましくは1.5重量％であり、且つ不
純物としての金属化合物の含量が金属として最
大0.3重量％である平均粒子径2μｍ以下で、3μ
ｍ以下の粒子径を有する粒子が70容量％以上の
割合を占める窒化アルミニウム粉末を生成せし
める、ことによつて製造することができる。 上記窒化アルミニウム粉末を焼結させる手段は
特に限定されず公知の焼結手段が採用出来る。例
えば不活性ガス例えば窒素ガス雰囲気下に1600〜
2100℃の温度で焼結することにより前記窒化アル
ミニウム焼結体が得られる。該焼結は常圧下での
焼結を採用することも出来、或いは20Kg／cm²〜
500Kg／cm²の加圧下に焼結さすことも出来る。ま
た焼結に際して少量の例えば0.1〜５重量％の焼
結助剤を使用することはしばしば有効な手段して
採用される。該焼結助剤は特に限定されないが一
般には周期律表第ａ族又は第ａ族よりなる金
属酸化物又は1600℃以下の温度で該金属酸化物と
なりうる金属化合物が好適である。該周期律表第
ａ族からなる金属としては一般にベリリウム、
カリシウム、ストロンチウム、バリウム等が好適
である。また周期律表第ａ族からなる金属とし
てはイツトリウム又はランタン族金属が好適に使
用され、より具体的に挙げればイツトリウム、ラ
ンタン、セリウム、プラセオシウム、ネオジウ
ム、プロメシウム、サマリウム、ユーロピウム、
カドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホ
ルミニウム、エルビウム、ツリウム、イツテルビ
ウム、ルテチウム等特にイツトリウム、ランタ
ン、セリウム、ネオジウム等が好適である。 更にまた前記窒化アルミニウム粉末の製造原料
となるアルミナ及びカーボンは窒化アルミニウム
焼結体中に不可避的に混入する前記不純物化合物
を含むので、前記不純物化合物の混入量を極力お
さえるように高純度のアルミナ、カーボンを使用
することが好適である。 前記のような性状を有する窒化アルミニウム焼
結体よりなるスパツタリングターゲツトは非常に
高密度且つ高純度であるため該スパツタリングタ
ーゲツトを使用した基板への窒化アルミニウム被
覆が極めて均一にしかも厚みの制御が容易に実施
出来る。例えば添付図面第２図はスパツタリング
ターゲツトを使用する実施態様を示す原理図を示
す。第２図に於いてはヒーター１の前面に基板２
を設けて、本発明のスパツタリングターゲツト３
を該基板２の対面に位置させて設ける。そして、
光線例えば炭酸ガスレーザー光４をミラー５に反
射させスパツタリングターゲツト３に照射する。
該スパツタリングターゲツト３は該レーザー光の
働きで窒化アルミニウム蒸気となり、基板２の表
面に窒化アルミニウム被覆層を形成さす。 また磁性粉を介在した２枚のプラスチツクより
なる光磁気デイスクは通常プラスチツク層を酸素
が拡散して磁性粉が酸化され劣化する場合があ
る。このような場合に本発明のスパツタリングタ
ーゲツトを使用して上記プラスチツクの表面に窒
化アルミニウムの薄膜を例えば前記第１図の原理
で形成させれば、酸素が拡散によつて進入するの
を防ぐことが出来るので著しく該光磁気デイスク
の寿命を長くすることが出来る。 本発明のスパツタリングターゲツトは前記のよ
うに高熱伝導性の薄膜を与えることが出来るだけ
でなく、空気中の酸素の進入を防ぐための被覆膜
としても使用出来る大きな利点を付与するもので
ある。 本発明を更に具体的に説明するため、以下実施
例を挙げて説明するが本発明はこれらの実施例に
限定されるものではない。 実施例 １ 純度99.99％（不純物分析値を表１に示す）で
平均粒子径が0.52μｍで3μｍ以下の粒子の割合が
95vol％のアルミナ100重量部と、灰分0.08wt％で
平均粒子径が0.45μｍのカーボンブラツク50重量
部とを、ナイロン製ポツトとナイロンコーテイン
グしたボールを用いエタノールを分散媒体として
均一にボールミル混合した。得られた混合物を乾
燥後、高純度黒鉛製平皿に入れ電気炉内に窒素ガ
スを３／minで連続的に供給しながら1600℃の
温度で６時間加熱した。得られた反応混合物を空
気中で750℃の温度で４時間加熱し、未反応のカ
ーボンを酸化除去した。得られた白色の粉末はＸ
線回析分析（Xray diffraction analysis）の結
果、単相（single phase）のAlNであり、Al₂O₃
の回析ピークは無かつた。また該粉末の平均粒子
径を粒度分布測定器（堀場製作所製CAPA−500）
を用いて測定したところ1.31μｍであり、3μｍ以
が90容量％を占めた。走査型電子顕微鏡による観
察ではこの粉末は平均0.7μｍ程度の均一な粒子で
あつた。また比表面積の測定値は4.0m²／ｇであ
つた。この粉末の分析値を表２に示す。 表１ Al₂O₃粉末分析値 Al₂O₃含有量 99.99％ 元 素 含有量（PPM） Mg ＜５ Cr ＜10 Si 30 Zn ＜５ Fe 22 Cu ＜５ Ca ＜20 Ni 15 Ti ＜５ 表２ AlN粉末分析値 AlN含有量 97.8％ 元 素 含有量 Mg ＜５（PPM） Cr 21（ 〃 ） Si 125（ 〃 ） Zn ９（ 〃 ） Fe 20（ 〃 ） Cu ＜５（ 〃 ） Mn ５（ 〃 ） Ni 27（ 〃 ） Ti ＜５（ 〃 ） Co ＜５（ 〃 ） Al 64.8（wt％） Ｎ 33.4（ 〃 ） Ｏ 1.1（ 〃 ） Ｃ 0.11（ 〃 ） このようにして得られた窒化アルミニウム粉末
を、内側を窒化ホウ素でコーテイングした内径15
cmの黒鉛型に入れ、１気圧の窒化ガス中で200
Kg／cm²の圧力下、1800℃で３時間ホツトプレス焼
結した。得られた焼結体は厚さ6.5mmで密度は
3.25ｇ／cm²であつた。この焼結体を第２図に示す
実施態様図のスパツタリングターゲツトとして
10^-2Torrの窒素中で高周波スパツタリング
（13.56MHz）して、ガラス、アクリル樹脂、サフ
アイア及び窒化アルミニウム焼結体の基板上に窒
化アルミニウムの薄膜を形成した。形成された膜
の走査型電子顕微鏡およびＸ線回析法による分析
により膜の厚み、膜の表面状態および膜の結晶状
態を観察した。またこれらの試料を空気中で室温
と80℃の間の温度サイクルを50回くり返し膜の剥
離が無いかどうかを確認した。これらの結果を表
３に示す。

【表】 なお本実施例と同じ条件でホツトプレスした窒
化アルミニウム焼結体の機械的破断面の走査型電
子顕微鏡写真（倍率2000倍）を第１図に示す。 この写真により焼結体は明瞭な輪郭をもつ微細
な多角形状の粒子の緊密な充填によつて構成され
ていることがわかる。また第１図の写真から、結
晶粒の平均粒子径（長径と短径の平均値）を求め
たところＤ＝7.0μｍであり、0.3D〜1.8D（2.1〜
12.6μｍ）の範囲の大きさの粒子の割合が97％で
あつた。 実施例 ２ 実施例１で用いたのと同じ窒化アルミニウム粉
末をバインダーは加えずにそのまま1500Kg／cm²の
圧力でラバープレスして直径約18cm厚さ10mmの円
板状の成形体とした。この成形体を内壁を窒化ホ
ウ素でコーテイングした黒鉛製のるつぼに入れ回
りを窒化アルミニウム粉末で被覆した後１気圧の
窒素中で1920℃、５時間焼結した。得られた焼結
体を研削、研磨して密度2.97ｇ／cm³で直径15cm、
厚さ7.8mmのターゲツトを作成した。このターゲ
ツトを用い、実施例１と同様に各基板上に窒化ア
ルミニウム薄膜を形成した。そして実施例１と同
様の分析、テストを行つた結果表３の同等の結果
を得た。 実施例 ３ 実施例２において、窒化アルミニウム粉末に焼
結助剤として亜硝酸カルシウム（Ca（NO₂）₂・
H₂O）を１重量％添加した原料粉末を用い、あ
とは実施例２と全く同様にして密度3.23ｇ／cm³で
直径15cm厚さ7.5mmのターゲツトを作成した。こ
のターゲツトを用い実施例１と同様に各基板上に
窒化アルミニウム薄膜を形成した。そして実施例
１と同様の分析、テストを行つた結果表３と同等
の結果を得た。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１で用いた窒化アルミニウム焼
結体の機械的な破断面の顕微鏡写真であり、第２
図は本発明のスパツタリングターゲツトの実施態
様を示す説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 機械的な破断面が明瞭な輪郭によつて互に区
   別される微細な結晶粒の緊密な充填状態によつて
   形成されており、該微細な結晶粒の該破断面にお
   ける該明瞭な輪郭は多角形状であり、該微細な結
   晶は該明瞭な輪郭によつて規定される該破断面に
   おける平均粒子径をＤ（μｍ）で定義するとき
   0.3D〜1.8Dの範囲の粒子径を持つ結晶粒が少な
   くとも70％を占めることによつて構成されている
   窒化アルミニウム焼結体よりなるスパツタリング
   ターゲツト。 ２ 窒化アルミニウム焼結体が純度99.5％以上
   で、陽イオン不純物の含有量が0.5重量％以下で
   ある特許請求の範囲１記載のスパツタリングター
   ゲツト。