TW201835360A - ＡｌＯ濺鍍靶及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種Al2O3濺鍍靶，其特徵在於：純度為99.99wt%以上，相對密度為85%以上且95%以下，體積電阻率為10×1014Ω．cm以下，介電損耗正切為15×10-4以上。本發明之課題在於提供一種具有良好之濺鍍特性之Al2O3濺鍍靶，尤其是即便不增大濺鍍功率而亦可提高成膜速率之Al2O3濺鍍靶、及其製造方法。

Description

Al 2 O 3 濺鍍靶及其製造方法
本發明係關於一種例如適於形成閘極絕緣膜、遮罩、蝕刻終止層等半導體元件之Al2O3濺鍍靶及其製造方法。
近年來，NAND(與非)快閃記憶體因應用範圍廣泛且價格低廉，大容量化發展顯著，又，與邏輯或DRAM(動態隨機存取記憶體)等相比，微細化或三維構造化之技術進步，構造更加複雜化。NAND快閃記憶體積層有具備元件功能之薄膜或構造形成用之薄膜，研究將Al2O3薄膜用作積層時之蝕刻終止層。作為形成薄膜之方法，通常藉由真空蒸鍍法或濺鍍法等一般稱為物理蒸鍍法之手段而進行。尤其就操作性或成膜穩定性而言，多數情況下使用磁控濺鍍法形成。
藉由濺鍍法之薄膜之形成係以如下方式進行：使氬離子之正離子物理性地撞擊設置於陰極之靶，利用其撞擊能量使構成靶之材料釋出，而於對向之陰極側之基板上積層與靶材料大致相同組成之膜。藉由濺鍍法之成膜具有如下特徵：藉由調整處理時間或供給電力等，能夠以穩定之成膜速率形成埃單位之較薄之膜至數十μm之較厚之膜。尤其是由於氧化物等不具有導電性，採用一般之使用DC(直流)電源之濺鍍法無法進行濺鍍，故而多數情況下採用使用RF(射頻)電源之濺鍍法。
於藉由RF濺鍍而形成作為絕緣體之Al2O3等化合物膜之情形時，成膜速率尤其成問題。與DC濺鍍相比，RF濺鍍時對作為絕緣體之靶表面施 加負電壓，故而始終交替地施加正、負電壓。因此，無法如DC濺鍍般一直成膜，此乃成膜速率降低之原因。又，原子彼此並非金屬鍵結，而為牢固之共價鍵結，此亦成膜速率降低之一原因。並且，此種問題為生產性降低之較大原因。
另一方面，為了提高生產性，考慮增大濺鍍之功率，但若增大功率，則會產生濺鍍靶頻頻出現破裂之問題。針對此種問題，專利文獻1中揭示了一種濺鍍靶，其係為了提高成膜速度而可耐受高功率之高強度靶，使用平均結晶粒徑為5μm以上且20μm以下、氣孔率為0.3%以上且1.5%以下之氧化鋁燒結體。又，作為其製造方法，揭示了如下方法：對氧化鋁原料粉末實施加壓成形，於氫氣環境中對該成形體進行煅燒，而製造氧化鋁濺鍍靶。
專利文獻2中揭示了一種濺鍍靶，其使用高密度且高品質之氧化鋁燒結體，純度為99.99質量%以上，相對密度為98%以上，平均結晶粒徑未達5μm。又，作為其製造方法，記載了如下方法：於1250~1350℃實施熱壓燒結而獲得燒結體，於大氣中實施1300~1700℃之退火處理，而製造靶。
如此，於先前為了防止濺鍍靶之破裂，而調整密度或粒徑等以提高靶之機械強度。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特開2000-64034號公報
專利文獻2：國際公開WO2013/065337號
本發明之實施形態之課題在於提供一種即便不增大濺鍍功率而亦可提高成膜速率之Al2O3濺鍍靶、及其製造方法。
為了解決上述課題，本發明者經過努力研究，結果獲得如下見解：控制濺鍍靶之電氣特性、尤其是體積電阻率及介電損耗正切對於提高成膜速率較有效，藉由將該等特性控制於規定範圍內，能夠有效率地進行RF施加，而可提高成膜速率。
本發明之實施形態之Al2O3濺鍍靶其純度為99.99wt%以上，相對密度為85%以上且95%以下，體積電阻率為10×1014Ω．cm以下，介電損耗正切為15×10-4以上。
本發明之實施形態之Al2O3濺鍍靶具有可於不增大濺鍍功率之情況下實現較高之成膜速率且可提高生產性之優異效果。
圖1係表示本發明之濺鍍靶中之測定部位之圖。
圖2係表示本發明之成膜於晶圓上之膜厚之測定部位之圖。
本發明之實施形態之Al2O3濺鍍靶係用於形成具有半導體之元件功能之薄膜或構造形成用之薄膜，為了抑制膜特性之降低而將純度設為99.99wt%(4N)以上。此處，純度99.99wt%以上意指將Al2O3中相對包含較多之Ca、Fe、K、Mg、Na作為雜質元素，根據GDMS分析，其合計含量未達100wtppm。該等雜質元素存在降低耐蝕性等膜特性之情況，故而極力減少為佳。
本發明之實施形態係一種純度為99.99wt%以上之Al2O3濺鍍靶，其特徵在於：體積電阻率設為10×1014Ω．cm以下，介電損耗正切設為15×10-4 以上。藉由將濺鍍靶之電氣特性調整為上述範圍，於進行RF(高頻)濺鍍時，可有效率地施加高頻之電壓，可於不增大濺鍍功率之情況下提高成膜速率，可提高製品之生產性。進而，亦有助於抑制微粒產生、縮短預燒時間，有利於膜厚之穩定性。
於RF濺鍍中，為了吸引正離子靠近靶表面，需使該表面帶有負電荷，藉由將靶之體積電阻率設為10×1014Ω．cm以下，能夠使其為適度之帶電狀態。另一方面，於RF濺鍍中，交替地施加正、負電壓，故而於施加負電壓後，需使電荷適度逸出，但如一般之陶瓷電容器般損耗較小，即介電損耗正切為1.0×10-4左右而較小之情形時，電荷難以逸出，故而無法有效率地進行電壓之施加。因此，於本案發明中，藉由將靶之介電損耗正切調整為15×10-4以上，能夠有效率地使電荷逸出，而可有效地進行RF濺鍍。再者，較佳為將體積電阻率之下限值設為1×1014Ω．cm以上，將介電損耗正切之上限值設為360×10-4以下。
又，本發明之實施形態之Al2O3濺鍍靶之特徵在於：相對密度為95%以下。若相對密度為95%以下，則組織內一定程度上存在空壁，電荷易於自該空壁逸出，而能夠達成上述介電損耗正切，進而可提高成膜速率。另一方面，若相對密度過低，則有內包於靶之空孔增加而靶發生破裂之虞，故而較佳為將相對密度設為85%以上。
相對密度係由相對密度(%)=尺寸密度/理論密度×100而算出。尺寸密度係使用游標卡尺測量試樣之尺寸，並由(試樣之重量)/(試樣之體積)而算出。又，Al2O3之理論密度係設為3.98g/cm3。
又，本發明之實施形態之濺鍍靶之特徵在於：平均結晶粒徑為0.3μm以上且3.0μm以下。藉由將平均結晶粒徑設為3.0μm以下，可抑制膜厚之不均而使膜厚穩定性變得良好。另一方面，靶之平均結晶粒徑取決於原料粉末之粒徑或燒結條件，藉由下述製法能夠達成之平均結晶粒徑為0.3μm以上。再者， 靶之平均結晶粒徑之變動不僅基於原料粉之粒徑且亦基於燒結條件等，故而需要相互地調整條件。
關於平均結晶粒徑，於與靶之濺鍍面平行之面，利用掃描式電子顯微鏡(SEM)，於2000倍視野下對4個部位(圖1)進行觀察，於各個視野中，藉由利用JIS G0551之切斷法之評價方法而求出結晶粒徑。進而，將該4個視野之平均值作為平均結晶粒徑。再者，濺鍍面意指於濺鍍製程中，在氬等之離子之撞擊下構成靶之粒子濺出的與基板對向之側之面。
又，本發明之實施形態之Al2O3濺鍍靶之特徵在於：濺鍍面中之表面粗糙度Ra為1.0μm以上且2.0μm以下。通常，於將濺鍍靶用於生產線之情形時，為了使靶之特性穩定而進行預濺鍍(預燒)。此時，預燒完成後之表面粗糙度Ra成為1.0μm~2.0μm，故而藉由預先使表面粗糙度Ra接近預燒完成後之數值，能夠縮短預燒時間。
本發明之表面粗糙度係採用藉由觸針式表面粗糙度測定(JIS B0601)對圖1所示之4個部位進行測定，並將各測定值平均化所獲得之值。
又，本發明之實施形態之Al2O3濺鍍靶之特徵在於：抗折強度為200MPa以上。通常，於濺鍍靶之密度較低之情形時，存在因空孔增大而導致強度降低，於濺鍍過程中靶發生破裂或龜裂等之情況。然而，即便靶之相對密度為95%以下，藉由將其抗折強度設為200MPa以上，亦可有效地防止於濺鍍時靶發生破裂或龜裂。
本發明之抗折強度係採用藉由三點彎曲(JIS R1601)對圖1所示之4個部位進行測定，並將各測定值平均化所獲得之值。
其次，對本發明之實施形態之Al2O3濺鍍靶之製造方法進行說明。
準備純度為99.99wt%以上之Al2O3粉末。較佳為將Al2O3粉末之粒徑設為平均粒徑0.1~0.3μm。平均粒徑0.1~0.3μm係後階段之燒結步驟中之最佳粒徑， 若脫離該範圍，則難以將靶之相對密度及平均結晶粒徑控制於上述所期望之範圍。
原料粉末之粒徑係使用雷射繞射散射式之粒度分佈測定裝置，以異丙醇作為分散介質進行1分鐘之超音波分散後，實施測定，將測得之資料中之D50作為平均粒徑。
其次，進行熱壓成形。將原料粉填充至模具後，於真空或惰性氣體環境中進行熱壓，而製作成形體。此時，若熱壓後之密度過低，則即便靶(燒結體)之特性良好，亦存在膜厚穩定性降低之情況。另一方面，若熱壓後之密度過高，則於之後之大氣燒結中密度難以提高。認為其係由於熱壓與下述大氣燒結之燒結行為不同而觀察到之現象。即，認為若熱壓後密度較低，則燒結未進行，粉末彼此之頸縮亦較小，故而於大氣燒結中燒結進一步進行，但若於熱壓中充分地提高密度，則燒結過度進行而於該狀態下達到穩定，即便之後進行大氣燒結，僅憑加熱亦難以使燒結進行。因此，較佳為將熱壓後之相對密度設為60%以上且85%以下。
熱壓之溫度較佳為800℃~1400℃。又，為了便於成形，亦可於原料粉末中混入黏合劑等，利用噴霧乾燥機進行造粒，而成形該造粒粉。
其次，於大氣爐內對所獲得之成形體進行常壓燒結(大氣燒結)。該大氣燒結中之溫度t(℃)係設為於將前一步驟之熱壓溫度記作T(℃)時滿足T≦t≦T+600(℃)之溫度範圍內。例如，於熱壓溫度為1200℃之情形時，燒結之溫度範圍成為1200℃以上且1800℃以下。較佳為將燒結之保持時間設為2~10小時。
該大氣燒結之條件會對最終之濺鍍靶之密度或結晶粒徑產生較大影響。於該燒結溫度較高之情形時，相對密度變高，又，粒徑亦變大。另一方面，於燒結溫度較低之情形時，靶之相對密度變低，又，粒徑亦變小。如此，若不根據 與熱壓後之密度、即熱壓之溫度的關係將該大氣燒結之燒結條件最佳化，則無法獲得所期望之密度或結晶粒徑，又，因結晶之異常晶粒生長而使粒徑之不均變得明顯，故而欠佳。
其次，藉由車床或平面研削等機械加工，將所獲得之燒結體加工為所期望之尺寸、形狀之靶。然後，視需要藉由粗研磨或噴砂處理將燒結體之表面粗化，而使表面粗糙度Ra成為1.0μm以上且2.0μm以下。經過以上步驟，可製作本發明之Al2O3濺鍍靶。
包括下述實施例、比較例在內，本發明之評價方法等如下所述。
(關於體積電阻率)
體積電阻率係自靶之面內4個部位(參照圖1)採集試樣，藉由直流三端子法測定相對於濺鍍面水平之面之電阻率，由該等之平均值而求出。電阻率之測定可使用ADC公司製造之數位超高電阻/微少電流計(型式5450)。
具體而言，使用網版印刷機及銀漿，於試樣之上下表面印刷主電極、屏蔽電極、相對電極，於大氣中以100℃乾燥12小時而形成電極，繼而，對試樣施加直流電壓(V=1000V)，測定充電1分鐘後之電流(I)，而求出試樣之體積電阻(Rv)。進而，將試樣之厚度(t=1.2mm)、電極面積(S=1.85cm2)分別導入下式，而算出體積電阻率(ρv)。
(式)體積電阻率：ρv=S/t×Rv=(S/t)×(V/I)
(關於介電損耗正切)
如圖1所示，自靶之面內4個部位採集試樣，藉由二端子法測定相對於濺鍍面水平之面中之各個介電損耗正切，求出其平均值。測定係使用Keysight Technology公司製造之阻抗分析器E4990A，並藉由自動平衡電橋法而求出介電損耗正切。試驗條件係設為頻率1MHz，於室溫進行。
(濺鍍特性之評價方法)
將靶設置於具備RF電源之濺鍍裝置，於輸入電力：2.5~3.0W/cm2、Ar分壓：0.5Pa、膜厚：500Å之條件下成膜。成膜速率(depo rate)係由(成膜之膜厚)/(成膜所需之時間)而算出。若成膜速率為4.0Å/sec以上，則判斷為良好。
關於微粒數，於成膜後，使用微粒計數器(KLA Tencor公司製造之CS920)檢查直徑300mm之晶圓上所存在之超過0.12μm之微粒。若微粒數未達100個，則判斷為良好。又，預燒時間係成膜速率達到3.7Å/sec為止所需之時間。若預燒時間為200kwh以內，則判斷為良好。
(膜特性之評價方法)
將靶設置於具備RF電源之濺鍍裝置，於輸入電力：2.5~3.0W/cm2、Ar分壓：0.5Pa、膜厚：500Å之條件下成膜。關於膜厚穩定性，於直徑300mm之晶圓上成膜後，測定晶圓面內49處(參照圖2)之膜厚，求出其膜厚分佈，並以3個等級(◎：σ<10Å，○：10Å≦σ≦30Å，△：30Å<σ)評價其不均(σ)之程度。
又，關於耐蝕刻性，對成膜於直徑300mm之晶圓上之Al2O3膜進行乾式蝕刻，利用SEM測定深度方向之蝕刻量。進而，若所算出之蝕刻速度為20nm/min以下，則判斷為良好。
[實施例]
其次，對本案發明之實施例及比較例進行說明。再者，以下之實施例僅表示代表例，本案發明無需受到該等實施例之限制，應於說明書所記載之技術思想之範圍內進行解釋。
(實施例1)
準備純度99.99wt%以上之Al2O3原料粉，並以平均粒徑成為0.2μm之方式對其進行粒徑調整。繼而，將該粉末填充至模具內，於真空中進行熱壓，並以熱壓後之燒結體之相對密度成為60%以上之方式設定熱壓之條件。繼而，於大氣爐 內對該燒結體進行常壓燒結(大氣燒結)。大氣燒結之溫度係設定為與熱壓溫度相同。對由以上步驟獲得之燒結體進行機械加工或研磨加工，而製作濺鍍靶。
由以上步驟獲得之濺鍍靶具有下述所期望之特性：Ca為1wtppm、Fe為3wtppm、K為4wtppm、Mg為2wtppm、Na為7wtppm，其合計含量未達100wtppm；體積電阻率為1.3×1014Ω．cm，介電損耗正切為300×10-4，又，相對密度為85.1%，表面粗糙度Ra為1.3μm，抗折強度為250MPa。
又，針對該濺鍍靶，對濺鍍特性及薄膜特性進行檢查，其結果顯示出下述之良好之結果：成膜速率為4.5Å/sec、預燒時間為50kwh、微粒數為47個，又，膜厚穩定性及耐蝕刻特性亦為優異之結果。將以上之結果示於表1中。
(實施例2-10)
於實施例2-10中，基於上述實施例1之製造方法，不時調整熱壓後之燒結體之密度、及大氣燒結時之溫度(△T)(參照表1)，而製作濺鍍靶。其結果如表1所示，靶之特性處於所期望之範圍內，又，濺鍍特性及膜特性均顯示出良好之結果。
再者，於實施例8中，熱壓後之燒結體之密度設定為58.7%而較低，結果膜厚穩定性稍有降低，但成膜速率良好(4.0Å/sec以上)，且濺鍍後於靶上未見龜裂，從而能夠作為製品使用。
再者，於實施例9中，靶之表面粗糙度Ra設定為2.2μm而相對較粗糙，於實施例10中，靶之表面粗糙度Ra設定為0.7μm而相對較光滑，結果於實施例9中，微粒數稍有增加，於實施例10中，預燒時間稍有延長，但成膜速率均良好(4.0Å/sec以上)，且濺鍍後於靶上未見龜裂，從而能夠作為製品使用。
(比較例1)
基於上述實施例1之製造方法，以熱壓後之燒結體之密度變低之方式調整溫度，並將之後之常壓燒結中之溫度(△T)設定為700℃，而製作濺鍍靶。其結果如表1所示，靶之體積電阻率、介電損耗正切、相對密度脫離本發明之範圍。
對該濺鍍靶之濺鍍特性進行檢查，結果成膜速率為3.7Å/sec，較良好之成膜速率之基準即4.0Å/sec慢，且膜厚穩定性亦較差。
(比較例2)
準備純度99.99wt%以上之Al2O3原料粉，並以平均粒徑成為0.2μm之方式對其進行粒徑調整。繼而，將該粉末填充至模具內，於真空中進行熱壓，並以熱壓後之燒結體之相對密度成為92.5%之方式設定熱壓之條件。再者，不進行大氣燒結。繼而，對所獲得之燒結體進行機械加工或研磨加工，而製作濺鍍靶。由以上步驟獲得之濺鍍靶之體積電阻率為2.7×1016Ω．cm，介電損耗正切為15×10-4。
對該濺鍍靶之濺鍍特性進行檢查，結果成膜速率為3.0Å/sec，較良好之成膜速率之基準即4.0Å/sec慢，又，實施濺鍍直至200kwh，但未達到3.7Å/sec，故評價至此結束，不進行其以後之評價(微粒數、膜厚穩定性、耐蝕刻性)。
(比較例3)
準備純度99.99wt%以上之Al2O3原料粉，並以平均粒徑成為0.2μm之方式對其進行粒徑調整。繼而，將該粉末成形後，於大氣爐內對該成形體進行常壓燒結(大氣燒結)。大氣燒結之溫度係設定為1200℃。繼而，對所獲得之燒結體進行機械加工或研磨加工，而製作濺鍍靶。
由以上步驟獲得之濺鍍靶之體積電阻率為8.2×1015Ω．cm，介電損耗正切為12×10-4。
對該濺鍍靶之濺鍍特性進行檢查，結果成膜速率為3.2Å/sec，較良好之成膜速率之基準即4.0Å/sec慢，又，實施濺鍍直至200kwh，但未達到3.7Å/sec，故評價至此結束，不進行其以後之評價(微粒數、膜厚穩定性、耐蝕刻性)。
(比較例4)
基於上述實施例1之製造方法，不時調整熱壓後之燒結體之密度、及大氣燒結時之溫度(△T)，而製作濺鍍靶。但於比較例4中，作為Al2O3原料粉而使用純度99.9wt%以上者。其結果如表1所示，靶之純度脫離本發明之範圍，且因雜質之存在而導致耐蝕刻性較差。
(比較例5)
基於上述實施例1之製造方法，以熱壓後之燒結體之密度變高之方式調整溫度，並將之後之大氣燒結中之溫度設定為700℃，而製作濺鍍靶。其結果如表1所示，靶之相對密度、平均結晶粒徑、抗折強度脫離本發明之範圍，濺鍍後之靶上產生龜裂。
[產業上之可利用性]
本發明之Al2O3濺鍍靶具有於RF濺鍍中可實現高成膜速率、可提高生產性之優異效果。藉由使用本發明之Al2O3濺鍍靶，可穩定地形成具有良好特性之膜。本發明之Al2O3濺鍍靶可用於形成閘極絕緣膜、遮罩、蝕刻終止層等半導體元件。

Claims (14)

  1. 一種Al 2O 3濺鍍靶，其純度為99.99wt%以上，相對密度為85%以上且95%以下，體積電阻率為10×10 14Ω．cm以下，介電損耗正切為15×10 -4以上。
  2. 如申請專利範圍第1項之Al 2O 3濺鍍靶，其平均結晶粒徑為0.3~3.0μm。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之Al 2O 3濺鍍靶，其表面粗糙度Ra為1.0~2.0μm。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之Al 2O 3濺鍍靶，其抗折強度為200MPa以上。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之Al 2O 3濺鍍靶，其中，將靶設置於具備RF電源之濺鍍裝置，於輸入電力：2.5~3.0W/cm 2、Ar分壓：0.5Pa、膜厚：500Å之條件下成膜時之成膜速率為4.0Å/sec以上。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之Al 2O 3濺鍍靶，其中，將靶設置於具備RF電源之濺鍍裝置，於輸入電力：2.5~3.0W/cm 2、Ar分壓：0.5Pa、膜厚：500Å之條件下成膜時之預燒時間為200kwh以內。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之Al 2O 3濺鍍靶，其中，將靶設置於具備RF電源之濺鍍裝置，於輸入電力：2.5~3.0W/cm 2、Ar分壓：0.5Pa、膜厚：500Å之條件下於直徑300mm之晶圓上成膜時，晶圓上存在之超過0.12μm之微粒數未達100個。
  8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之Al 2O 3濺鍍靶，其中，將靶設置於具備RF電源之濺鍍裝置，於輸入電力：2.5~3.0W/cm 2、Ar分壓：0.5Pa、膜厚：500Å之條件下於直徑300mm之晶圓上成膜時，晶圓面內49處中之膜厚不均(σ)為30Å以下。
  9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之Al 2O 3濺鍍靶，其中，將靶 設置於具備RF電源之濺鍍裝置，於輸入電力：2.5~3.0W/cm 2、Ar分壓：0.5Pa、膜厚：500Å之條件下於直徑300mm之晶圓上成膜時，對膜之乾式蝕刻之蝕刻速度為20nm/min以下。
  10. 一種Al 2O 3濺鍍靶之製造方法，其係：對純度99.99wt%以上之Al 2O 3原料粉末進行熱壓，而製作相對密度60%以上且85%以下之成形體，並對該成形體進行常壓燒結。
  11. 如申請專利範圍第10項之Al 2O 3濺鍍靶之製造方法，其於滿足T≦t≦T+600℃(T為熱壓時之溫度)之溫度範圍t內進行上述常壓燒結。
  12. 如申請專利範圍第10或11項之Al 2O 3濺鍍靶之製造方法，其將上述熱壓溫度設為800℃~1400℃。
  13. 如申請專利範圍第10至12項中任一項之Al 2O 3濺鍍靶之製造方法，其使用平均粒徑為0.1~0.3μm之Al 2O 3原料粉末。
  14. 如申請專利範圍第10至13項中任一項之Al 2O 3濺鍍靶之製造方法，其於常壓燒結後，藉由粗研磨或噴砂處理將所獲得之燒結體之表面粗化。
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Families Citing this family (1)

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

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4081840B2 (ja) * 1997-02-28 2008-04-30 東ソー株式会社 スパッタリングターゲットの製造方法
JP2000064034A (ja) * 1998-08-19 2000-02-29 Toshiba Ceramics Co Ltd アルミナ・スパッタリング・ターゲット及びその製造方法並びに高周波スパッタリング装置
JP2002206165A (ja) * 2000-10-24 2002-07-26 Mitsubishi Materials Corp 高出力スパッタ条件ですぐれた耐割損性を発揮する光記録媒体保護層形成用スパッタリングターゲット焼結材
JP4733930B2 (ja) * 2004-05-20 2011-07-27 株式会社アルバック 複合酸化物焼結体の製造方法及びその焼結体からなるスパッタリングターゲット
CN101985735A (zh) * 2009-07-29 2011-03-16 中国科学院福建物质结构研究所 一种氧化铝靶材和该靶材制备的透明导电薄膜
CN106187154A (zh) * 2011-02-10 2016-12-07 三菱综合材料株式会社 用于形成太阳能电池用透明膜的溅射靶及其制造方法
CN102432268B (zh) 2011-09-04 2012-12-05 湖北菲利华石英玻璃股份有限公司 一种采用焰熔法将氧化铝粉末烧结成生产蓝宝石晶体用氧化铝块料的方法
WO2013065337A1 (ja) * 2011-11-04 2013-05-10 株式会社フェローテックセラミックス スパッタリングターゲットおよびその製造方法
JP6141756B2 (ja) * 2013-11-22 2017-06-07 京セラ株式会社 保持部材
CN105986228B (zh) * 2015-02-10 2018-11-06 汕头超声显示器技术有限公司 一种用于制作氧化铝薄膜的溅射靶材及其制作方法
CN104988466B (zh) * 2015-06-02 2017-06-09 淮阴工学院 一种利用双辉等离子渗金属技术低温制备α‑Al2O3涂层的方法
CN104926304B (zh) * 2015-06-23 2017-11-07 山东大学 一种氧化钆陶瓷及其制备方法
CN106191777A (zh) * 2016-08-29 2016-12-07 基迈克材料科技（苏州）有限公司 一种氧化铝溅射靶材的制备方法

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