WO2012137461A1 - 導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットおよびその製造方法 - Google Patents

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silver alloy
sputtering target
mass
conductive film
forming
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野中 荘平
小見山 昌三
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三菱マテリアル株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a silver alloy sputtering target for forming a conductive film such as a reflective electrode film of an organic EL element or a wiring film of a touch panel, and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a large silver alloy sputtering target.
  • the organic EL element applies a voltage between the anode and the cathode formed on both sides of the organic EL light emitting layer, injects holes from the anode and electrons from the cathode into the organic EL film, and generates holes in the organic EL light emitting layer.
  • It is a light-emitting element that uses the principle of light emission when electrons and electrons are combined, and has recently attracted much attention as a display device.
  • a top emission method with a high aperture ratio increases the brightness. It is advantageous.
  • FIG. 2 shows an example of a layer structure of a top emission structure in which the reflective electrode is an anode.
  • the reflective electrode film (described as “reflective anode film” in FIG. 2) has high reflectivity and high corrosion resistance in order to efficiently reflect light emitted from the organic EL film. It is also desirable that the electrode has a low resistance.
  • an Ag alloy and an Al alloy are known. However, in order to obtain an organic EL element with higher luminance, the Ag alloy is excellent because of its high visible light reflectance.
  • a sputtering method is employed for forming the reflective electrode film on the organic EL element, and a silver alloy sputtering target is used (Patent Document 1).
  • an Ag alloy film has been studied for conductive films such as lead wires for touch panels.
  • a wiring film for example, when pure Ag is used, migration occurs and a short circuit failure is likely to occur. Therefore, adoption of an Ag alloy film has been studied.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and with the increase in size of a target, splash can be suppressed even when a large amount of power is input to the target, and it has excellent corrosion resistance and heat resistance, and has low electrical resistance. It is an object of the present invention to provide a silver alloy sputtering target for forming a conductive film and a method for producing the same.
  • the inventors of the present invention can suppress splash even when high power is applied by setting the average grain size of the silver alloy sputtering target for forming a conductive film to 120 to 400 ⁇ m by a specific manufacturing method. I found out that I can do it. Moreover, it discovered that the corrosion resistance and heat resistance of a film
  • the present inventors add appropriate amounts of In, Ga, and Sn to Ag and make the average grain size of crystal grains 120 to 250 ⁇ m, thereby suppressing splash even when high power is applied. I also found that I can do it.
  • the silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to the first invention contains one or two of Ga and Sn in a total amount of 0.1 to 1.5% by mass, with the balance being Ag and inevitable impurities.
  • the silver alloy crystal grains have an average grain size of 120 to 400 ⁇ m, and the grain size variation is 20% or less of the average grain size. It is characterized by.
  • This silver alloy sputtering target for forming a conductive film is composed of a silver alloy containing one or two of Ga and Sn in the above content range, with the balance being composed of Ag and inevitable impurities.
  • the average grain size of the silver alloy crystal grains is 120 to 400 ⁇ m, and the variation in grain size is 20% or less of the average grain size. Discharge can be suppressed and occurrence of splash can be suppressed. Further, by performing sputtering using this silver alloy sputtering target for forming a conductive film, a conductive film having good corrosion resistance and heat resistance and having a lower electric resistance can be obtained.
  • the silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to the second invention contains one or two of Ga and Sn in a total of 0.1 to 1.5% by mass, and further includes Cu and Mg. 1 or 2 in total, and the balance is composed of a silver alloy having a component composition composed of Ag and inevitable impurities, and the average grain size of the silver alloy crystal grains is 120 to It is 400 ⁇ m, and the grain size variation is 20% or less of the average grain size. That is, in this silver alloy sputtering target for forming a conductive film, one or two of Cu and Mg are contained in the above range, so that the coarsening of crystal grains can be further suppressed, and the film It is possible to further suppress the decrease in reflectance due to corrosion of the steel.
  • the silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to the third invention contains one or two of Ga and Sn in a total of 0.1 to 1.5% by mass, and further includes Ce and Eu. 1 or 2 in total, and the balance is composed of a silver alloy having a component composition consisting of Ag and inevitable impurities, and the average grain size of crystal grains of the silver alloy is 120 to It is 400 ⁇ m, and the grain size variation is 20% or less of the average grain size. That is, in this silver alloy sputtering target for forming a conductive film, one or two of Ce and Eu are contained in the above range, so that the coarsening of crystal grains can be further suppressed, and the film It is possible to further suppress the decrease in reflectance due to corrosion of the steel.
  • the silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to the fourth aspect of the invention contains In: 0.1 to 1.5% by mass, and one or two of Ga and Sn are 0.1 in total.
  • the silver alloy is composed of a silver alloy having a component composition consisting of Ag and unavoidable impurities, and the average grain size of the silver alloy is 120 to 250 ⁇ m.
  • the variation in particle size is characterized by being 20% or less of the average particle size.
  • this silver alloy sputtering target for forming a conductive film silver having a component composition containing In in the above content range and one or two of Ga and Sn, with the balance being made of Ag and inevitable impurities. It is composed of an alloy, the average grain size of the silver alloy is 120 to 250 ⁇ m, and the variation in grain size is 20% or less of the average grain size. However, abnormal discharge can be suppressed and the occurrence of splash can be suppressed. Further, by performing sputtering using this silver alloy sputtering target for forming a conductive film, a conductive film having good corrosion resistance and heat resistance and having a lower electric resistance can be obtained.
  • the silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to the fifth aspect of the invention contains In: 0.1 to 1.5% by mass, and one or two of Ga and Sn are 0.1 in total. It is composed of a silver alloy having a component composition of 1.5% by mass and one or two of Cu and Mg in total of 1.0% by mass or less, with the balance being composed of Ag and inevitable impurities.
  • the average grain size of the silver alloy crystal grains is 120 to 250 ⁇ m, and the grain size variation is 20% or less of the average grain size.
  • this silver alloy sputtering target for forming a conductive film one or two of Cu and Mg are contained in the above range, so that the coarsening of crystal grains can be further suppressed, and the film It is possible to further suppress the decrease in reflectance due to corrosion of the steel.
  • the silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to the sixth aspect of the invention contains In: 0.1 to 1.5% by mass, and one or two of Ga and Sn are 0.1 in total. It is composed of a silver alloy having a composition of 1.5 to 1.5% by mass and one or two of Ce and Eu in total of 0.8% by mass or less and the balance being composed of Ag and inevitable impurities.
  • the average grain size of the silver alloy crystal grains is 120 to 250 ⁇ m, and the grain size variation is 20% or less of the average grain size.
  • this silver alloy sputtering target for forming a conductive film one or two of Ce and Eu are contained in the above range, so that the coarsening of crystal grains can be further suppressed, and the film It is possible to further suppress the decrease in reflectance due to corrosion of the steel.
  • a silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to a seventh invention is characterized in that, in any one of the first to sixth inventions, the target surface has an area of 0.25 m 2 or more. . That is, this silver alloy sputtering target for forming a conductive film is suitable for a large-sized sputtering target, and the above effects can be obtained remarkably.
  • the method for producing a silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to an eighth invention is a method for producing a silver alloy sputtering target for forming a first conductive film, wherein one or two of Ga and Sn are used.
  • a melting cast ingot having a component composition containing a total of 0.1 to 1.5% by mass of seeds, the balance being composed of Ag and inevitable impurities, and hot upsetting forging for 6 to 20 It is characterized in that a process of repeating times, a process of cold rolling, a process of heat treatment, and a process of machining are performed in this order. That is, in this method for producing a conductive film-forming silver alloy sputtering target, hot upset forging is repeated 6 to 20 times. It can be made 20% or less.
  • a method for producing a silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to a ninth aspect is the method for producing a silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to the second aspect, wherein one or two of Ga and Sn are combined.
  • the melt cast ingot is characterized in that a hot upsetting forging process is repeated 6 to 20 times, a cold rolling process, a heat treatment process, and a machining process are performed in this order.
  • the melt casting ingot further contains one or two of Cu and Mg in a total amount of 1.0% by mass or less.
  • the silver alloy sputtering target according to the second invention in which the coarsening of the grains is further suppressed, can be obtained.
  • a method for producing a silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to a tenth aspect of the present invention is the method for producing a silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to the third aspect, wherein one or two of Ga and Sn are combined.
  • the melt cast ingot is characterized in that a hot upsetting forging process is repeated 6 to 20 times, a cold rolling process, a heat treatment process, and a machining process are performed in this order.
  • the melt casting ingot further contains one or two of Ce and Eu in total of 0.8% by mass or less.
  • the silver alloy sputtering target of the said 3rd invention in which the coarsening of the grain was suppressed further can be obtained.
  • a method for producing a silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to an eleventh aspect of the invention is a method for producing a silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to the fourth aspect of the invention, comprising: In: 0.1 to 1. Component composition containing 5% by mass, further containing one or two of Ga and Sn in total of 0.1 to 1.5% by mass, the balance being composed of Ag and inevitable impurities
  • the process of repeating hot upsetting forging 6 to 20 times, the step of cold rolling, the step of heat treatment, and the step of machining are performed in this order. That is, in this method for producing a conductive film-forming silver alloy sputtering target, hot upset forging is repeated 6 to 20 times. It can be made 20% or less.
  • a method for producing a silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to a twelfth aspect of the invention is a method for producing a silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to the fifth aspect of the invention, comprising: In: 0.1-1. 5% by mass, and one or two of Ga and Sn in total 0.1 to 1.5% by mass and one or two of Cu and Mg in total 1.0% %, A process in which hot upset forging is repeated 6 to 20 times, a cold rolling process is performed on a melt-cast ingot having a component composition having a composition composed of Ag and inevitable impurities. A heat treatment step and a machining step are performed in this order.
  • the melt casting ingot further contains one or two of Cu and Mg in a total amount of 1.0% by mass or less.
  • the silver alloy sputtering target of the fifth invention in which the coarsening of the grains is further suppressed can be obtained.
  • a method for producing a silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to a thirteenth invention is a method for producing a silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to the sixth invention, comprising: In: 0.1 to 1. 5% by mass, and one or two of Ga and Sn in total 0.1 to 1.5% by mass and one or two of Ce and Eu in total 0.8% %, A process in which hot upset forging is repeated 6 to 20 times, a cold rolling process is performed on a melt-cast ingot having a component composition having a composition composed of Ag and inevitable impurities. A heat treatment step and a machining step are performed in this order.
  • the melt casting ingot further contains one or two of Ce and Eu in total of 0.8% by mass or less. It is possible to obtain the silver alloy sputtering target of the sixth invention in which the coarsening of the grains is further suppressed.
  • the method for producing a silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to a fourteenth aspect of the present invention is the method according to any one of the eighth to thirteenth aspects, wherein the hot upsetting temperature is 750 to 850 ° C.
  • the temperature of hot upset forging is 750 to 850 ° C., so that the variation in crystal grain size is 20% or less of the average grain size.
  • the average grain size of the crystal grains can be 400 ⁇ m or less.
  • the average grain size of crystal grains can be reduced to 250 ⁇ m or less.
  • the present invention has the following effects.
  • the silver alloy sputtering target for forming a conductive film of the present invention it is composed of a silver alloy containing one or two of Ga and Sn in the above content range, and the average grain size of the silver alloy crystal grains Since the diameter is 120 to 400 ⁇ m and the variation in the grain size of the crystal grains is 20% or less of the average grain size, it is possible to suppress the occurrence of splash during sputtering and to have good corrosion resistance and heat resistance and low A conductive film having electrical resistance can be obtained.
  • the silver alloy sputtering target for conductive film formation of this invention is comprised with the silver alloy containing In of the said content range, and 1 type or 2 types in Ga and Sn, and this silver alloy
  • the average grain size of the crystal grains is 120 to 250 ⁇ m, and the variation in the grain size of the crystal grains is 20% or less of the average grain size, so that it is possible to suppress the occurrence of splash during sputtering and to have good corrosion resistance and heat resistance. And a conductive film having low electrical resistance can be obtained.
  • a silver alloy sputtering target for forming a conductive film of the present invention it is possible to produce a silver alloy sputtering target capable of suppressing the occurrence of splash even as a large target and capable of forming a good conductive film. Can do.
  • the silver alloy sputtering target for forming a conductive film of this embodiment contains a total of 0.1 to 1.5% by mass of one or two of Ga and Sn, with the balance being made of Ag and inevitable impurities.
  • the silver alloy crystal grains (hereinafter referred to as silver alloy crystal grains) are composed of a silver alloy having a component composition, and the average grain size is 120 to 400 ⁇ m. It is 20% or less of the diameter.
  • the silver alloy sputtering target for forming a conductive film of the present embodiment contains a total of 0.1 to 1.5% by mass of one or two of Ga and Sn, and further includes Cu and Mg.
  • One or two of these may be contained in a total of 1.0% by mass or less, and the balance may be made of a silver alloy having a component composition composed of Ag and inevitable impurities.
  • one or two of Ce and Eu may be contained in a total of 0.8% by mass or less.
  • the silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to the present embodiment contains In: 0.1 to 1.5% by mass, and one or two of Ga and Sn are 0.1 in total.
  • the average grain size of the silver alloy crystal grains (hereinafter referred to as silver alloy crystal grains) is composed of a silver alloy having a component composition of 1.5% by mass and the balance comprising Ag and inevitable impurities. The variation in the grain size of the crystal grains is 20% or less of the average grain size.
  • the silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to the present embodiment contains In: 0.1 to 1.5% by mass, and one or two of Ga and Sn are 0.1 in total. It is composed of a silver alloy having a component composition of 1.5% by mass and one or two of Cu and Mg in total of 1.0% by mass or less, with the balance being composed of Ag and inevitable impurities. It does not matter. Further, in place of Cu and Mg, one or two of Ce and Eu may be contained in a total of 0.8% by mass or less.
  • the target surface (the surface on the side subjected to sputtering of the target) has an area of 0.25 m 2 or more, and in the case of a rectangular target, at least one side is 500 mm or more.
  • the upper limit of the length is preferably 2500 mm from the viewpoint of target handling.
  • the upper limit of the width is preferably 1700 mm from the viewpoint of the upper limit of the size that can be generally rolled by a rolling mill used in the cold rolling process.
  • the thickness of the target is preferably 6 mm or more from the viewpoint of target replacement frequency, and preferably 20 mm or less from the viewpoint of discharge stability of magnetron sputtering.
  • the Ag has an effect of giving a low resistance to the reflective electrode film of the organic EL element and the wiring film of the touch panel formed by sputtering.
  • Ga, Sn, and In have an effect of improving the hardness of the target, warping during machining can be suppressed. In particular, warping during machining of a large target having a target surface with an area of 0.25 m 2 or more can be suppressed.
  • addition of appropriate amounts of Ga, Sn, and In has an effect of improving the corrosion resistance and heat resistance of the conductive film formed by sputtering. This is because Ga, Sn, and In make the crystal grains in the film finer, reduce the surface roughness of the film, and increase the strength of the crystal grains by solid solution in Ag. This is because it has the effect of suppressing the increase in the surface roughness of the film and the decrease in reflectance due to the corrosion of the film. Therefore, in the reflective electrode film or the wiring film formed using the silver alloy sputtering target for forming a conductive film according to this embodiment, the corrosion resistance and heat resistance of the film are improved. This contributes to improving the reliability of wiring.
  • the total content of one or two of Ga and Sn is limited to the above range is that even if one or two of Ga and Sn are included in total less than 0.1% by mass, When the described effect of adding Ga and Sn is not obtained, and when one or more of Ga and Sn are contained in excess of 1.5 mass% in total, the electrical resistance of the film increases, This is because the corrosion resistance of the film formed by sputtering is lowered, which is not preferable. Therefore, since the composition of the film depends on the target composition, the total content of one or two of Ga and Sn contained in the silver alloy sputtering target is set to 0.1 to 1.5 mass%. More preferably, it is set to 0.2 to 1.0% by mass.
  • the content of In is limited to the above range is that even if In is contained in an amount of less than 0.1% by mass, the effect of adding In described above cannot be obtained. If the content exceeds the upper limit, the electrical resistance of the film increases or the corrosion resistance of the film formed by sputtering decreases, which is not preferable. Therefore, since the composition of the film depends on the target composition, the content of In contained in the silver alloy sputtering target is set to 0.1 to 1.5% by mass, more preferably 0.2 to 1.0%. It is set to mass%.
  • the Cu and Mg are dissolved in Ag and have an effect of preventing crystal grains from becoming coarse.
  • the silver alloy crystal grains are likely to be partially coarsened in the target, and the splash during sputtering is attracted. Therefore, the silver alloy crystal grains become coarse due to the addition of Cu and Mg. Suppression has a significant effect.
  • addition of appropriate amounts of Cu and Mg further suppresses the coarsening of crystal grains due to heat, thereby suppressing an increase in the surface roughness of the film, and reflectivity due to the corrosion of the film. It has the effect of further suppressing the decrease of the.
  • the contents of Cu and Mg are limited to the above range is that if one or more of Cu and Mg are contained in excess of 1.0% by mass, the corrosion resistance of the film formed by sputtering is changed. This is because it is not preferable for use as an electrode film or a wiring film because it decreases or the electric resistance of the film increases. Therefore, since the composition of the film formed by sputtering depends on the target composition, the total content of one or two of Cu and Mg contained in the silver alloy sputtering target is 1.0% by mass or less. More preferably, it is set to 0.3 to 0.8% by mass.
  • Ce and Eu form an intermetallic compound with Ag, and the intermetallic compound is segregated at the crystal grain boundary, thereby preventing the coarsening of the crystal grains.
  • the alloy crystal grains are likely to be partially coarsened in the target, which induces splash during sputtering. Has a noticeable effect.
  • the content of Ce and Eu is limited to the above range is that when one or two of Ce and Eu are contained in excess of 0.8 mass%, these elements and Ag are contained in the target structure.
  • the amount of precipitation of the intermetallic compound increases and the particle size of the precipitate becomes coarse, which increases the abnormal discharge during sputtering, which is not preferable. Therefore, since the composition of the film formed by sputtering depends on the target composition, the total content of one or two of Ce and Eu contained in the silver alloy sputtering target is 0.8 mass% or less. More preferably, it is set to 0.3 to 0.5% by mass.
  • the quantitative analysis of Ga, Sn, In, Cu, Mg, Ce, and Eu is performed by inductively coupled plasma analysis (ICP method).
  • the average grain size of the silver alloy crystal grains in the sputtering target of the present embodiment is 120 to 400 ⁇ m, preferably 150 to 350 ⁇ m.
  • the reason for limiting the average grain size of the silver alloy crystal grains to the above range is that when the average grain size is smaller than 120 ⁇ m, the variation of the crystal grain size becomes large, and abnormal discharge is likely to occur during high-power sputtering, This is because a splash occurs.
  • the average grain size is larger than 400 ⁇ m, the unevenness of the sputter surface increases due to the difference in the sputtering rate due to the difference in crystal orientation of each crystal grain as the target is consumed by sputtering. Abnormal discharge is likely to occur during sputtering with electric power, and splash is likely to occur.
  • the average grain size of the silver alloy crystal grains in the sputtering target of the present embodiment containing In is 120 to 250 ⁇ m, preferably 150 to 220 ⁇ m.
  • the reason for limiting the average grain size of the silver alloy crystal grains to the above range is that when the average grain size is smaller than 120 ⁇ m, the variation of the crystal grain size becomes large, and abnormal discharge is likely to occur during high-power sputtering, This is because a splash occurs.
  • the average grain size is larger than 250 ⁇ m, the target is consumed by sputtering, and the unevenness of the sputtering surface increases due to the difference in sputtering rate due to the difference in crystal orientation of each crystal grain. Abnormal discharge is likely to occur during sputtering with electric power, and splash is likely to occur.
  • the average particle diameter of the silver alloy crystal grains is measured as follows. First, a rectangular parallelepiped sample having a side of about 10 mm is collected from 16 points evenly within the sputtering surface of the sputtering target. Specifically, the sputtering target is divided into 16 places of 4 ⁇ 4 in length and collected from the center of each part. In the present embodiment, since a large target having a sputter surface of 500 ⁇ 500 (mm) or more, that is, a target surface having an area of 0.25 m 2 or more is taken into consideration, a rectangular target generally used as a large target is used. Although the sample collection method is described, the present embodiment naturally has an effect in suppressing the occurrence of splash on the round target. At this time, according to the method of collecting a sample with a large rectangular target, the sample is equally divided into 16 places on the sputtering surface of the sputtering target and collected.
  • each sample piece is polished.
  • polishing is performed with water resistant paper of # 180 to # 4000, and then buffed with abrasive grains of 3 ⁇ m to 1 ⁇ m. Furthermore, etch to the extent that grain boundaries are visible with an optical microscope.
  • a mixed liquid of hydrogen peroxide water and ammonia water is used as an etchant, and the mixture is immersed for 1 to 2 seconds at room temperature to reveal grain boundaries.
  • a photograph with a magnification of 30 times is taken with an optical microscope for each sample.
  • the average value of the average particle diameter of the sample sampled from 16 places be an average particle diameter of the silver alloy crystal grain of a target.
  • the average grain size of the silver alloy crystal grains in the sputtering target of this embodiment is in the range of 120 to 400 ⁇ m.
  • the average grain size of the silver alloy crystal grains in the sputtering target of the present embodiment containing In is in the range of 120 to 250 ⁇ m.
  • the variation in particle size is the absolute value of deviation from the average particle size among the 16 average particle sizes obtained at 16 locations (
  • the average grain size of the silver alloy crystal grains is 120 to 400 ⁇ m, and the variation in grain size is 20% or less of the average grain size. Even if power is turned on, abnormal discharge can be suppressed and occurrence of splash can be suppressed.
  • the content range of In and one or two of Ga and Sn are contained, and the balance is made of Ag and inevitable impurities.
  • the average grain size of the silver alloy crystal grains is 120 to 250 ⁇ m and the variation in grain size is 20% or less of the average grain size. Even when a large amount of electric power is input, abnormal discharge can be suppressed and occurrence of splash can be suppressed. Further, by performing sputtering using this silver alloy sputtering target for forming a conductive film, a conductive film having good corrosion resistance and heat resistance and having a lower electric resistance can be obtained.
  • the sputtering target of this embodiment is particularly effective when the target size is a large target having a width of 500 mm, a length of 500 mm, and a thickness of 6 mm or more.
  • the silver alloy sputtering target for forming a conductive film of the present embodiment uses Ag of purity: 99.99% by mass or more and Ga, Sn of purity: 99.9% by mass or more as raw materials. When In is used, In is used with a purity of 99.9% by mass or more.
  • Ag and Ga are dissolved in a high vacuum or an inert gas atmosphere, Sn of a predetermined content is added to the resulting molten metal, and then dissolved in a vacuum or an inert gas atmosphere to obtain Ga, Sn.
  • a melting cast ingot of an Ag alloy containing a total of 0.1 to 1.5% by mass of one or two of the above and the balance of Ag and inevitable impurities is produced.
  • Ag and Ga are dissolved in a high vacuum or an inert gas atmosphere, and a predetermined content of In and Sn is added to the obtained molten metal, and then dissolved in a vacuum or an inert gas atmosphere.
  • An alloy ingot casting is produced.
  • melting of Ag is performed in an atmosphere in which the atmosphere is once evacuated and then replaced with argon, and after melting, Sn is added to the molten Ag and Ga in the argon atmosphere, or the molten Ag and Ga are added.
  • Addition of In and Sn is preferable from the viewpoint of stabilizing the composition ratio of Ag, Ga, and Sn or the composition ratio of Ag, In, Ga, and Sn, respectively.
  • Ga and Sn may be added in the form of a previously produced AgGa, AgSn or AgGaSn master alloy.
  • the melt cast ingot is hot forged.
  • upsetting forging at a forging molding ratio of 1 / 1.2 to 1/2 is preferably repeated 6 to 20 times.
  • the hot forging is more preferably free forging.
  • the square ingot 2 is rotated 90 ° with respect to the previous forging direction, and forging is repeated.
  • rotating the square ingot 2 so as to perform forging in all the vertical, horizontal, and height directions means that the average of the silver alloy crystal grains of the entire ingot From the viewpoint of setting the particle size to a predetermined value, it is more preferable.
  • the broken-line arrows shown in FIG. 1 indicate the forging direction
  • z is the casting direction
  • x is an arbitrary direction of 90 ° with respect to z
  • y is the direction of 90 ° with respect to z and x. Show.
  • the average particle diameter of the silver alloy crystal grains of the sputtering target of the present embodiment a desired value and to make the dispersion of the silver alloy crystal grains in a desired range. If the number of repetitions is less than 6, the above effect will be insufficient. On the other hand, even if the number of repetitions is more than 20, the effect of suppressing the variation in the grain size of the silver alloy crystal grains is not further improved.
  • the temperature of hot upsetting forging is less than 750 ° C., it is not preferable because the effect of suppressing the variation in particle size is not sufficiently exhibited because of the presence of microcrystals. Since the effect of suppressing the variation in diameter is not sufficiently exhibited, it is not preferable.
  • the ridge and / or the corner of the ingot is not affected to the extent that the forging of the ingot body is affected. It is preferable to perform so-called square punching as appropriate.
  • the ingot 3 after forging is cold-rolled to obtain a plate material 4 until a desired thickness is obtained.
  • the rolling reduction per pass in this cold rolling is preferably 5 to 10% from the viewpoint of the effect of suppressing particle size variation.
  • the total rolling reduction ((thickness of ingot before cold rolling-thickness of ingot after cold rolling) / thickness of ingot before cold rolling) is 60 to 75%. It is preferable from the viewpoint of making the crystal grain size fine while maintaining the total reduction ratio to a predetermined value and maintaining the effect of suppressing the grain size variation.
  • 10 to 20 passes are preferable in order to exhibit the above effect.
  • the heat treatment after the cold rolling is preferably performed at 550 to 650 ° C. for 1 to 2 hours from the viewpoint of controlling to a predetermined average particle size by recrystallization.
  • the silver alloy sputtering target for forming a conductive film of the present embodiment can be manufactured by machining the plate material 4 after the heat treatment to a desired size by machining such as milling and electric discharge machining.
  • the arithmetic average surface roughness (Ra) of the sputtered surface of the target after machining is preferably 0.2 to 2 ⁇ m from the viewpoint of suppressing splash during sputtering.
  • Example 1 Manufacture of a silver alloy sputtering target
  • Ag having a purity of 99.99 mass% or more and Ga having a purity of 99.9 mass% or more were prepared. Ag and Ga were charged as raw materials so that the mass ratio shown in FIG. The total mass when dissolved was about 300 kg.
  • the forging direction was repeatedly rotated 90 °, and the casting direction: any direction 90 ° with respect to z and z: with respect to x, z and x 90 ° direction: Forged in all directions of y.
  • the upsetting forging ratio per cycle was changed to 1 / 1.2-1 / 2, and the upsetting forging was repeated 19 times while changing the direction.
  • the film was stretched by the 20th forging and formed into a size of approximately 600 ⁇ 910 ⁇ 45 (mm).
  • the ingot after forging was cold-rolled to obtain a plate material of approximately 1200 ⁇ 1300 ⁇ 16 (mm).
  • the rolling reduction per pass in cold rolling was 5 to 10%, and a total of 13 passes were performed.
  • the total rolling reduction in this cold rolling was 70%.
  • the plate material was heated and held at 640 ° C. for 1 hour and recrystallized. Next, this plate material was machined to a size of 1000 ⁇ 1200 ⁇ 12 (mm) to obtain a sputtering target of Example 1 of the present invention.
  • the average grain diameter of the silver alloy crystal grains is in the range of 120 to 400 ⁇ m, and the variation in the grain diameter of the silver alloy crystal grains is the average grain diameter of the silver alloy crystal grains. It was within 20%.
  • the soldered evaluation target is attached to a normal magnetron sputtering apparatus, and after exhausting to 1 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, Ar gas pressure: 0.5 Pa, input power: DC 1000 W
  • the sputtering was performed under the condition of the distance between the target substrates: 60 mm.
  • the number of abnormal discharges during sputtering was measured as the number of abnormal discharges for 30 minutes from the start of discharge using the arc count function of a DC power supply (model number: RPDG-50A) manufactured by MKS Instruments. The results are shown in Table 2. As a result, in the sputtering target of Example 1, the number of abnormal discharges was 10 times or less.
  • Examples 2 to 9, Comparative Examples 1 to 5 A sputtering target was produced in the same manner as in Example 1 except that the component compositions and production conditions described in Table 1 were used, and Examples 2 to 9 and Comparative Example 1 were produced. After obtaining the sputtering targets of 5 to 5, the above various evaluations were performed in the same manner as in Example 1. These results are shown in Tables 1 and 2.
  • the average grain size of silver alloy crystal grains was 190 to 340 ⁇ m, and the variation in grain size was 12 to 19%, which was good.
  • the average particle size was 410 ⁇ m, which was outside the desired range.
  • the variation in particle size is as large as 29%
  • Comparative Example 4 where the temperature of hot forging is 900 ° C., the average particle size is as large as 450 ⁇ m. The variation was 35%.
  • Examples 1 to 9 showed good results in all of the number of abnormal discharges, warpage after machining, surface roughness of the film, absolute reflectance at a wavelength of 550 nm, and specific resistance of the film. It was. On the other hand, in Comparative Example 1 with Ga of 0.05 mass%, the warpage after machining was as large as 1.4 mm, the surface roughness of the film was as large as 2 nm, and the absolute reflectance at a wavelength of 550 nm was 87. It was as small as 5%. In Comparative Example 2 where Sn was 1.7% by mass, the absolute reflectance at a wavelength of 550 nm was as small as 88.5%.
  • Comparative Example 1 Comparative Examples 3 to 5 and Conventional Examples 1 and 2 had a large number of abnormal discharges of 22 or more. Further, in Comparative Example 2 in which Sn was 1.7% by weight, the specific resistance of the film was as high as 7.93 ⁇ ⁇ cm.
  • Example 10 to 20 Comparative Example 6
  • Example 10 to 20 Comparative Example 6
  • Example 10 to 20 Comparative Example 6
  • Examples 10 to 20 show good results in all of the number of abnormal discharges, warpage after machining, surface roughness of the film, absolute reflectance at a wavelength of 550 nm, and specific resistance of the film. Met.
  • Comparative Example 6 with 1.7% by weight of Mg has good other characteristics, but the absolute reflectance at a wavelength of 550 nm is as low as 88.4% and the specific resistance of the film is 7.81 ⁇ ⁇ cm. It was high.
  • Examples 21 to 28, Comparative Example 7 A sputtering target was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition and production conditions of Ga, Sn and Ce, Eu described in Table 5 were used. After obtaining the sputtering targets of 21 to 28 and Comparative Example 7, the various evaluations described above were performed in the same manner as in Example 1. These results are shown in Tables 5 and 6.
  • Examples 21 to 28 show good results in all of the number of abnormal discharges, warpage after machining, surface roughness of the film, absolute reflectance at a wavelength of 550 nm, and specific resistance of the film. Met.
  • Comparative Example 7 with Eu of 0.9% by weight has good other characteristics but has a large number of abnormal discharges of 12 times.
  • Example 29 [Production of silver alloy sputtering target]
  • raw materials Ag having a purity of 99.99% by mass or more, In having a purity of 99.9% by mass or more, and Ga having a purity of 99.9% by mass or more were prepared.
  • Ag, In, and Ga were charged as raw materials so that each component had a mass ratio shown in Table 7. The total mass when dissolved was about 300 kg.
  • Example 1 The obtained ingot was heated and forged in the same manner as in Example 1.
  • Example 29 The ingot after forging was cold-rolled in the same manner as in Example 1. After rolling, the plate material was heated and held at 580 ° C. for 1 hour and recrystallized. Next, this plate material was machined to a size of 1000 ⁇ 1200 ⁇ 12 (mm) to obtain a sputtering target of Example 29 of the present invention.
  • Examples 30 to 42, Comparative Examples 8 to 14 A sputtering target was produced in the same manner as in Example 29 except that the component compositions and production conditions described in Table 7 were used. Examples 30 to 42 and Comparative Example 8 After obtaining the sputtering targets of ⁇ 14, the above various evaluations were performed in the same manner as in Example 29. These results are shown in Tables 7 and 8.
  • Reference Example 2 The ingot obtained by melting with a mixing ratio of In and Ga shown in Table 7 with an input weight of 7 kg, casting a molten alloy into a graphite mold, and producing an ingot of ⁇ 80 ⁇ 110 (mm). Were subjected to the same upset forging times (5 times) as in Comparative Example 7, cold rolling reduction, and heat treatment to obtain 220 ⁇ 220 ⁇ 11 (mm) plate material. About this reference example 2, said various evaluation was performed like the said Example and comparative example. These results are shown in Tables 7 and 8. However, since the dimension of the sputtering target of Reference Example 2 was smaller than that of the sputtering target prepared in the above examples and comparative examples, warpage after machining was not evaluated.
  • the average grain size of the silver alloy crystal grains was 120 to 250 ⁇ m, and the variation in grain size was 12 to 20%.
  • Comparative Example 8 in which In was 0.05% by weight, the average particle size was 260 ⁇ m, which was out of the desired range.
  • Comparative Example 12 where the temperature of hot forging is 700 ° C., the particle size variation is large as 23%, and in Comparative Example 13 where the temperature of hot forging is 900 ° C., the average particle size is as large as 300 ⁇ m. The variation was as large as 22%.
  • Comparative Example 14 in which the number of upset forgings was 5, the variation in particle size was as large as 26%. Further, Conventional Example 3 had a large particle size variation of 86%. Furthermore, in the conventional example 4, not only the average particle size was as large as 330 ⁇ m, but also the variation in particle size was as large as 28%.
  • Reference Example 2 is an evaluation in the case where a small target is manufactured as compared with a large target in which the present invention is particularly effective, and the conditions are substantially the same as those in Comparative Example 14 in which hot upsetting forging is performed five times. In spite of being manufactured in the above, the particle size variation was as good as 14%.
  • Examples 29 to 42 showed good results in all of the number of abnormal discharges, warpage after machining, surface roughness of the film, absolute reflectance at a wavelength of 550 nm, and specific resistance of the film. It was. On the other hand, in Comparative Example 8 where In was 0.05 mass%, the warpage after machining was as large as 1.9 mm, and the surface roughness of the film was as large as 1.7 nm. In Comparative Example 9 where In was 1.7% by mass, the absolute reflectance at a wavelength of 550 nm was as small as 89.1%. Further, Comparative Example 8, Comparative Example 10, Comparative Examples 12 to 14, and Conventional Examples 3 and 4 had a large number of abnormal discharges of 22 or more. Further, Comparative Example 9 with 1.7% by weight of In and Comparative Example 11 with 1.8% by weight of Sn had a high specific resistance of 7 ⁇ ⁇ cm or more.
  • Examples 43 to 52 Comparative Example 15
  • a sputtering target was produced in the same manner as in Example 29 except that the composition and production conditions of In and Ga, Sn and Cu, and Mg described in Table 9 were used.
  • the various evaluations described above were performed in the same manner as in Example 29. These results are shown in Tables 9 and 10.
  • Examples 43 to 52 the average grain size of silver alloy crystal grains was 130 to 180 ⁇ m, and the variation in grain size was 12 to 17%, which was good. Further, as can be seen from Table 10, Examples 43 to 52 show good results in all of the number of abnormal discharges, warpage after machining, surface roughness of the film, absolute reflectance at a wavelength of 550 nm, and specific resistance of the film. Met. On the other hand, Comparative Example 15 with 1.7% by weight of Mg has good other characteristics, but the absolute reflectance at a wavelength of 550 nm is slightly low at 89.8%, and the specific resistance of the film is 8.20 ⁇ ⁇ It was as high as cm.
  • Example 53 to 62 Comparative Example 16
  • Example 29 A sputtering target was produced in the same manner as in Example 29 except that the composition and production conditions of In, Ga, Sn, Ce, and Eu described in Table 11 were used. After obtaining the sputtering targets of Examples 53 to 62 and Comparative Example 16, the various evaluations described above were performed in the same manner as in Example 29. These results are shown in Tables 11 and 12.
  • Examples 53 to 62 the average grain size of the silver alloy crystal grains was 130 to 200 ⁇ m, and the variation in grain size was 13 to 18%. Further, as can be seen from Table 12, Examples 53 to 62 show good results in all of the number of abnormal discharges, warpage after machining, film surface roughness, absolute reflectance at a wavelength of 550 nm, and film resistivity. Met. On the other hand, Comparative Example 16 with Eu of 0.9% by weight has good other characteristics, but has a large number of abnormal discharges of 12 times.
  • the silver alloy sputtering target for forming a conductive film of Examples 1 to 62 of the present invention abnormal discharge is suppressed, and by sputtering this sputtering target, the reflectance can be increased, and Since the surface roughness of the film is small, it can be seen that a reflective electrode film for organic EL with excellent performance can be obtained. In addition, it can be seen that the specific resistance of the film is low and good characteristics can be obtained as a wiring film of a touch panel.

Abstract

ターゲットの大型化に伴い、ターゲットに大電力が投入されてもスプラッシュを抑制することができると共に、耐食性および耐熱性に優れ、低電気抵抗の膜を形成可能な導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットおよびその製造方法を提供する。導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットが、Ga,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%を含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した銀合金、又はさらにIn:0.1~1.5質量%を含有する成分組成を有した銀合金で構成され、銀合金の結晶粒の平均粒径が120~400μm、又はInを含有する場合120~250μmであり、結晶粒の粒径のばらつきが、平均粒径の20%以下である。

Description

導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットおよびその製造方法
本発明は、有機EL素子の反射電極膜やタッチパネルの配線膜などの導電性膜を形成するための銀合金スパッタリングターゲットおよびその製造方法に関する。より詳しくは、大型の銀合金スパッタリングターゲットに関する。
有機EL素子は、有機EL発光層の両側に形成した陽極と陰極の間に電圧を印加し、陽極より正孔を、陰極より電子をそれぞれ有機EL膜に注入し、有機EL発光層で正孔と電子が結合する際に発光する原理を使用する発光素子であり、ディスプレイデバイス用として近年非常に注目されている。この有機EL素子の駆動方式には、パッシブマトリックス方式と、アクティブマトリクス方式とがある。このアクティブマトリックス方式は、画素一つに、一つ以上の薄膜トランジスタを設けることにより高速でスイッチングすることができるため、高コントラスト比、高精細化に有利となり、有機EL素子の特徴を発揮できる駆動方式である。
また、光の取り出し方式には、透明基板側から光を取り出すボトムエミッション方式と、基板とは反対側に光を取り出すトップエミッション方式とがあり、開口率の高いトップエミッション方式が、高輝度化に有利である。
図2に、反射電極を陽極とするトップエミッション構造の層構成の例を示す。ここで、反射電極膜(図2では、「反射陽極膜」と記載した)は、有機EL膜で発光した光を効率よく反射するために、高反射率で耐食性の高いことが望ましい。また、電極として低抵抗であることも望ましい。そのような材料として、Ag合金およびAl合金が知られているが、より高輝度の有機EL素子を得るためには、可視光反射率が高いことからAg合金が優れている。ここで、有機EL素子への反射電極膜の形成には、スパッタリング法が採用されており、銀合金スパッタリングターゲットが用いられている(特許文献1)。
また、有機EL素子用反射電極膜の他に、タッチパネルの引き出し配線などの導電性膜にも、Ag合金膜が検討されている。このような配線膜として、例えば純Agを用いるとマイグレーションが生じて短絡不良が発生しやすくなるため、Ag合金膜の採用が検討されている。
国際公開第2002/077317号
しかしながら、上記従来の技術においても、以下の課題が残されている。 すなわち、有機EL素子製造時のガラス基板の大型化に伴い、反射電極膜形成に使用される銀合金ターゲットも大型のものが使われるようになってきている。ここで、大型のターゲットに高い電力を投入してスパッタを行う際には、ターゲットの異常放電によって発生する「スプラッシュ」と呼ばれる現象が発生し、溶融した微粒子が基板に付着して配線や電極間をショートさせたりすることにより、有機EL素子の歩留りを低下させる、という問題がある。トップエミッション方式の有機EL素子の反射電極膜では、有機EL発光層の下地層となるため、より高い平坦性が求められており、よりスプラッシュを抑制する必要があった。 また、有機EL素子の反射電極膜としては高い反射率が要望されると共に、有機EL素子の反射電極膜およびタッチパネルの配線膜などの導電性膜としては、良好な膜の耐食性および耐熱性や低い電気抵抗が要求されている。
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、ターゲットの大型化に伴い、ターゲットに大電力が投入されてもスプラッシュを抑制することができると共に、耐食性および耐熱性に優れ、低電気抵抗の膜を形成可能な導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットおよびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、特定の製造方法により、導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの結晶粒の平均粒径を120~400μmとすることにより、大電力が投入されてもスプラッシュを抑制することができることを見出した。また、Agに、適量のGaやSnを添加することで、膜の耐食性および耐熱性を向上させることができることを見出した。
また、本発明者らは、Agに、適量のInおよび、GaやSnを添加し、結晶粒の平均粒径を120~250μmとすることにより、大電力が投入されてもスプラッシュを抑制することができることをも見出した。
したがって、本発明は、上記知見から得られたものであり、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。 第1の発明に係る導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットは、Ga,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%を含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した銀合金で構成され、前記銀合金の結晶粒の平均粒径が120~400μmであり、前記結晶粒の粒径のばらつきが、平均粒径の20%以下であることを特徴とする。
この導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットでは、上記含有量範囲のGa,Snの内の1種または2種を含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した銀合金で構成され、該銀合金の結晶粒の平均粒径が120~400μmであり、結晶粒の粒径のばらつきが、平均粒径の20%以下であるので、スパッタ中に大電力を投入しても、異常放電を抑制し、スプラッシュの発生を抑制することができる。また、この導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットを用いてスパッタすることで、良好な耐食性および耐熱性を有し、さらに低い電気抵抗の導電性膜を得ることができる。
第2の発明に係る導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットは、Ga,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%を含有し、さらにCu,Mgの内の1種または2種を合計で1.0質量%以下含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した銀合金で構成され、前記銀合金の結晶粒の平均粒径が120~400μmであり、前記結晶粒の粒径のばらつきが、平均粒径の20%以下であることを特徴とする。 すなわち、この導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットでは、Cu,Mgの内の1種または2種を上記範囲で含有しているので、結晶粒の粗大化をいっそう抑制することができると共に、膜の腐食による反射率低下をさらに抑制可能である。
第3の発明に係る導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットは、Ga,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%を含有し、さらにCe,Euの内の1種または2種を合計で0.8質量%以下含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した銀合金で構成され、前記銀合金の結晶粒の平均粒径が120~400μmであり、前記結晶粒の粒径のばらつきが、平均粒径の20%以下であることを特徴とする。 すなわち、この導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットでは、Ce,Euの内の1種または2種を上記範囲で含有しているので、結晶粒の粗大化をいっそう抑制することができると共に、膜の腐食による反射率低下をさらに抑制可能である。
第4の発明に係る導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットは、In:0.1~1.5質量%を含有し、さらにGa,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%を含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した銀合金で構成され、前記銀合金の結晶粒の平均粒径が120~250μmであり、前記結晶粒の粒径のばらつきが、平均粒径の20%以下であることを特徴とする。
この導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットでは、上記含有量範囲のInと,Ga,Snの内の1種または2種とを含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した銀合金で構成され、該銀合金の結晶粒の平均粒径が120~250μmであり、結晶粒の粒径のばらつきが、平均粒径の20%以下であるので、スパッタ中に大電力を投入しても、異常放電を抑制し、スプラッシュの発生を抑制することができる。また、この導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットを用いてスパッタすることで、良好な耐食性および耐熱性を有し、さらに低い電気抵抗の導電性膜を得ることができる。
第5の発明に係る導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットは、In:0.1~1.5質量%を含有し、さらにGa,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%とCu,Mgの内の1種または2種を合計で1.0質量%以下とを含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した銀合金で構成され、前記銀合金の結晶粒の平均粒径が120~250μmであり、前記結晶粒の粒径のばらつきが、平均粒径の20%以下であることを特徴とする。 すなわち、この導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットでは、Cu,Mgの内の1種または2種を上記範囲で含有しているので、結晶粒の粗大化をいっそう抑制することができると共に、膜の腐食による反射率低下をさらに抑制可能である。
第6の発明に係る導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットは、In:0.1~1.5質量%を含有し、さらにGa,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%とCe,Euの内の1種または2種を合計で0.8質量%以下とを含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した銀合金で構成され、前記銀合金の結晶粒の平均粒径が120~250μmであり、前記結晶粒の粒径のばらつきが、平均粒径の20%以下であることを特徴とする。 すなわち、この導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットでは、Ce,Euの内の1種または2種を上記範囲で含有しているので、結晶粒の粗大化をいっそう抑制することができると共に、膜の腐食による反射率低下をさらに抑制可能である。
第7の発明に係る導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットは、第1から第6の発明のいずれかにおいて、ターゲット表面が、0.25m以上の面積を有していることを特徴とする。 すなわち、この導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットでは、大型のスパッタリングターゲットの場合に好適であり、上記効果が顕著に得られる。
第8の発明に係る導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法は、第1の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットを作製する方法であって、Ga,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%を含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した成分組成を有した溶解鋳造インゴットを、熱間の据込鍛造を6~20回繰り返す工程、冷間圧延する工程、熱処理する工程、機械加工する工程を、この順で行うことを特徴とする。 すなわち、この導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法では、熱間の据込鍛造を6~20回繰り返すので、大型のターゲットであっても結晶粒の粒径のばらつきを平均粒径の20%以下にすることができる。
第9の発明に係る導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法は、第2の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法において、Ga,Snの内の1種または2種を合計で1.5質量%以下含有し、さらにCu,Mgの内の1種または2種を合計で1.0質量%以下含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した成分組成を有した溶解鋳造インゴットを、熱間の据込鍛造を6~20回繰り返す工程、冷間圧延する工程、熱処理する工程、機械加工する工程を、この順で行うことを特徴とする。 すなわち、この導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法では、溶解鋳造インゴットが、さらにCu,Mgの内の1種または2種を合計で1.0質量%以下含有しているので、結晶粒の粗大化がいっそう抑制された上記第2の発明の銀合金スパッタリングターゲットを得ることができる。
第10の発明に係る導電性膜形成用銀合金スパッタ
リングターゲットの製造方法は、第3の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法において、Ga,Snの内の1種または2種を合計で1.5質量%以下含有し、さらにCe,Euの内の1種または2種を合計で0.8質量%以下含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した成分組成を有した溶解鋳造インゴットを、熱間の据込鍛造を6~20回繰り返す工程、冷間圧延する工程、熱処理する工程、機械加工する工程を、この順で行うことを特徴とする。 すなわち、この導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法では、溶解鋳造インゴットが、さらにCe,Euの内の1種または2種を合計で0.8質量%以下含有しているので、結晶粒の粗大化がいっそう抑制された上記第3の発明の銀合金スパッタリングターゲットを得ることができる。
第11の発明に係る導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法は、第4の発明の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットを作製する方法であって、In:0.1~1.5質量%を含有し、さらにGa,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%を含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した成分組成を有した溶解鋳造インゴットを、熱間の据込鍛造を6~20回繰り返す工程、冷間圧延する工程、熱処理する工程、機械加工する工程を、この順で行うことを特徴とする。 すなわち、この導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法では、熱間の据込鍛造を6~20回繰り返すので、大型のターゲットであっても結晶粒の粒径のばらつきを平均粒径の20%以下にすることができる。
第12の発明に係る導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法は、第5の発明の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットを作製する方法であって、In:0.1~1.5質量%を含有し、さらにGa,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%とCu,Mgの内の1種または2種を合計で1.0質量%以下とを含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した成分組成を有した溶解鋳造インゴットを、熱間の据込鍛造を6~20回繰り返す工程、冷間圧延する工程、熱処理する工程、機械加工する工程を、この順で行うことを特徴とする。 すなわち、この導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法では、溶解鋳造インゴットが、さらにCu,Mgの内の1種または2種を合計で1.0質量%以下含有しているので、結晶粒の粗大化がいっそう抑制された上記第5の発明の銀合金スパッタリングターゲットを得ることができる。
第13の発明に係る導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法は、第6の発明の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットを作製する方法であって、In:0.1~1.5質量%を含有し、さらにGa,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%とCe,Euの内の1種または2種を合計で0.8質量%以下とを含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した成分組成を有した溶解鋳造インゴットを、熱間の据込鍛造を6~20回繰り返す工程、冷間圧延する工程、熱処理する工程、機械加工する工程を、この順で行うことを特徴とする。 すなわち、この導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法では、溶解鋳造インゴットが、さらにCe,Euの内の1種または2種を合計で0.8質量%以下含有しているので、結晶粒の粗大化がいっそう抑制された上記第6の発明の銀合金スパッタリングターゲットを得ることができる。
第14の発明に係る導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法は、第8から13のいずれかの発明において、前記熱間の据込鍛造の温度が、750~850℃であることを特徴とする。 すなわち、この導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法では、熱間の据込鍛造の温度が750~850℃であるので、結晶粒の粒径のばらつきを平均粒径の20%以下にすることができると共に、結晶粒の平均粒径を400μm以下にすることができる。さらに、In:0.1~1.5質量%を含有する導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法では、結晶粒の平均粒径を250μm以下にすることができる。
本発明によれば、以下の効果を奏する。 本発明の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットによれば、上記含有量範囲のGa,Snの内の1種または2種を含有した銀合金で構成され、該銀合金の結晶粒の平均粒径が120~400μmであり、結晶粒の粒径のばらつきが、平均粒径の20%以下であるので、スパッタ中のスプラッシュの発生を抑制できると共に、良好な耐食性および耐熱性を有し、低い電気抵抗の導電性膜を得ることができる。また、本発明の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットによれば、上記含有量範囲のInと、Ga,Snの内の1種または2種とを含有した銀合金で構成され、該銀合金の結晶粒の平均粒径が120~250μmであり、結晶粒の粒径のばらつきが、平均粒径の20%以下であるので、スパッタ中のスプラッシュの発生を抑制できると共に、良好な耐食性および耐熱性を有し、低い電気抵抗の導電性膜を得ることができる。 また、本発明の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法によれば、大型ターゲットとしてもスプラッシュの発生を抑制でき、良好な導電性膜を成膜可能な銀合金スパッタリングターゲットを製造することができる。
本発明に係る導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法の一実施形態において、熱間鍛造の方法を示す説明図である。 反射電極を陽極とするトップエミッション構造の有機EL素子を示す簡易的な層構成図である。
以下、本発明に係る導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットおよびその製造方法の一実施形態を、図1を参照しながら説明する。なお、%は特に示さない限り、また数値固有の場合を除いて質量%である。
本実施形態の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットは、Ga,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%を含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した銀合金で構成され、前記銀合金の結晶粒(以下、銀合金結晶粒と称す)の平均粒径が120~400μmであり、前記結晶粒の粒径のばらつきが、平均粒径の20%以下である。
また、本実施形態の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットは、Ga,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%を含有し、さらにCu,Mgの内の1種または2種を合計で1.0質量%以下含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した銀合金で構成されていても構わない。 また、Cu,Mgの代わりに、Ce,Euの内の1種または2種を合計で0.8質量%以下含有しても構わない。
また、本実施形態の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットは、In:0.1~1.5質量%を含有し、さらにGa,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%を含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した銀合金で構成され、前記銀合金の結晶粒(以下、銀合金結晶粒と称す)の平均粒径が120~250μmであり、前記結晶粒の粒径のばらつきが、平均粒径の20%以下である。
また、本実施形態の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットは、In:0.1~1.5質量%を含有し、さらにGa,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%とCu,Mgの内の1種または2種を合計で1.0質量%以下とを含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した銀合金で構成されていても構わない。 また、Cu,Mgの代わりに、Ce,Euの内の1種または2種を合計で0.8質量%以下含有しても構わない。
この本実施形態のスパッタリングターゲットは、ターゲット表面(ターゲットのスパッタリングに供される側の面)が、0.25m以上の面積を有し、矩形ターゲットの場合には、少なくとも一辺が500mm以上であり、長さの上限は、ターゲットのハンドリングの観点から、2500mmが好ましい。一方、幅の上限は、冷間圧延工程で使用する圧延機で一般的に圧延可能なサイズの上限の観点から、1700mmが好ましい。また、ターゲットの交換頻度の観点から、ターゲットの厚さは、6mm以上が好ましく、マグネトロンスパッタの放電安定性の観点から、20mm以下が好ましい。
上記Agは、スパッタにより形成された有機EL素子の反射電極膜やタッチパネルの配線膜に低抵抗を与える効果を有する。
上記Ga、SnおよびInは、ターゲットの硬さを向上させる効果を有するので、機械加工時の反りを抑制することができる。特に、ターゲット表面が0.25m以上の面積を有した大型ターゲットの機械加工時の反りを抑制することができる。加えて、Ga、SnおよびInの適量の添加は、スパッタにより形成された導電性膜の耐食性および耐熱性を向上させる効果がある。これはGa、SnおよびInが、膜中の結晶粒を微細化すると共に、膜の表面粗さを小さくし、またAgに固溶して結晶粒の強度を高め、熱による結晶粒の粗大化を抑制し、膜の表面粗さの増大を抑制したり、膜の腐食による反射率の低下を抑制したりする効果を有するためである。したがって、本実施形態の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットを用いて成膜した反射電極膜または配線膜では、膜の耐食性および耐熱性が向上することから、有機EL素子の高輝度化やタッチパネル等の配線の信頼性の改善に寄与する。 
なお、Ga,Snの内の1種または2種の合計含有量を上記範囲に限定した理由は、Ga,Snの内の1種または2種を合計0.1質量%未満含んでも、上記に記載したGa、Snを添加することによる効果が得られず、Ga,Snの内の1種または2種以上を合計1.5質量%を越えて含有すると、膜の電気抵抗が増大したり、スパッタにより形成された膜の耐食性がかえって低下したりするので好ましくないためである。したがって、膜の組成は、ターゲット組成に依存するので、銀合金スパッタリングターゲットに含まれるGa,Snの内の1種または2種の合計の含有量は、0.1~1.5質量%に設定され、より好ましくは0.2~1.0質量%に定めている。
また、Inの含有量を上記範囲に限定した理由は、Inを0.1質量%未満含んでも、上記に記載したInを添加することによる効果が得られず、Inを1.5質量%を越えて含有すると、膜の電気抵抗が増大したり、スパッタにより形成された膜の耐食性がかえって低下したりするので好ましくないためである。したがって、膜の組成は、ターゲット組成に依存するので、銀合金スパッタリングターゲットに含まれるInの含有量は、0.1~1.5質量%に設定され、より好ましくは0.2~1.0質量%に定めている。
上記Cu,Mgは、Agに固溶し、結晶粒の粗大化を防止する効果がある。特に、ターゲットの大型化に伴い、銀合金結晶粒が、ターゲット中で部分的に粗大化し易くなり、スパッタ中でのスプラッシュを誘引してしまうため、Cu,Mg添加による銀合金結晶粒の粗大化抑制は、顕著な効果をもたらす。なおかつ、スパッタにより形成された膜においても、適量のCu、Mgの添加は、熱による結晶粒の粗大化をいっそう抑制して膜の表面粗さの増大を抑制したり、膜の腐食による反射率の低下をさらに抑制したりする効果を有する。
なお、Cu,Mgの含有量を上記範囲に限定した理由は、Cu,Mgのうち1種または2種以上を合計1.0質量%を越えて含有すると、スパッタにより形成した膜の耐食性がかえって低下したり、膜の電気抵抗が増大するため、電極膜や配線膜に用いるには好ましくないためである。したがって、スパッタによ
り形成された膜の組成は、ターゲット組成に依存するので、銀合金スパッタリングターゲットに含まれるCu,Mgのうち1種または2種の合計の含有量は、1.0質量%以下に設定され、より好ましくは0.3~0.8質量%に定めている。
上記Ce,Euは、Agとの間に金属間化合物を形成し、金属間化合物が結晶粒界に偏析して、結晶粒の粗大化を防止する効果がある。特に、ターゲットの大型化に伴い、合金結晶粒が、ターゲット中で部分的に粗大化し易くなり、スパッタ中でのスプラッシュを誘引してしまうため、Ce,Eu添加による銀合金結晶粒の粗大化抑制は、顕著な効果をもたらす。なおかつ、スパッタにより形成された膜においても、熱による結晶粒の粗大化をいっそう抑制して膜の表面粗さの増大を抑制したり、膜の腐食による反射率の低下をさらに抑制したりする効果を有する。
なお、Ce,Euの含有量を上記範囲に限定した理由は、Ce,Euのうち1種または2種を合計0.8質量%を越えて含有すると、ターゲット組織中で、これらの元素とAgとの金属間化合物の析出量が増大し、析出物の粒径が粗大となることにより、スパッタ時の異常放電が増大するため好ましくない。したがって、スパッタにより形成された膜の組成は、ターゲット組成に依存するので、銀合金スパッタリングターゲットに含まれるCe,Euのうち1種または2種の合計の含有量は、0.8質量%以下に設定され、より好ましくは0.3~0.5質量%に定めている。 ここで、上記Ga,Sn,In,Cu,Mg,Ce,Euの定量分析は、誘導結合プラズマ分析法(ICP法)により行っている。
本実施形態のスパッタリングターゲット中の銀合金結晶粒の平均粒径は、120~400μmであり、好ましくは150~350μmである。銀合金結晶粒の平均粒径を上記範囲に限定した理由は、平均粒径が120μmより小さいと、結晶粒径のばらつきが大きくなり、大電力のスパッタ中に、異常放電が発生しやすくなり、スプラッシュが発生するようになるためである。一方、平均粒径が400μmより大きくなると、ターゲットがスパッタにより消耗するのに伴い、各々の結晶粒の結晶方位の違いによるスパッタレートの差に起因して、スパッタ表面の凹凸が大きくなるため、大電力でのスパッタ中に、異常放電が発生し易くなり、スプラッシュが発生し易くなる。
Inを含有する本実施形態のスパッタリングターゲット中の銀合金結晶粒の平均粒径は、120~250μmであり、好ましくは150~220μmである。銀合金結晶粒の平均粒径を上記範囲に限定した理由は、平均粒径が120μmより小さいと、結晶粒径のばらつきが大きくなり、大電力のスパッタ中に、異常放電が発生しやすくなり、スプラッシュが発生するようになるためである。一方、平均粒径が250μmより大きくなると、ターゲットがスパッタにより消耗するのに伴い、各々の結晶粒の結晶方位の違いによるスパッタレートの差に起因して、スパッタ表面の凹凸が大きくなるため、大電力でのスパッタ中に、異常放電が発生し易くなり、スプラッシュが発生し易くなる。
ここで、銀合金結晶粒の平均粒径は、以下のようにして測定する。 まず、スパッタリングターゲットのスパッタ面内で均等に16カ所の地点から、一辺が10mm程度の直方体の試料を採取する。具体的には、スパッタリングターゲットを縦4×横4の16カ所に区分し、各部の中央部から採取する。 なお、本実施形態では、500×500(mm)以上のスパッタ面、すなわちターゲット表面が0.25m以上の面積を有する大型ターゲットを念頭に置いているので、大型ターゲットとして一般に用いられる矩形ターゲットからの試料の採取法を記載したが、本実施形態は、当然に、丸形ターゲットのスプラッシュ発生の抑制にも効果を発揮する。このときには、大型の矩形ターゲットでの試料の採取法に準じて、スパッタリングターゲットのスパッタ面内で均等に16カ所に区分し、採取することとする。
次に、各試料片のスパッタ面側を研磨する。この際、#180~#4000の耐水紙で研磨をした後、3μm~1μmの砥粒でバフ研磨をする。 さらに、光学顕微鏡で粒界が見える程度にエッチングする。ここで、エッチング液には、過酸化水素水とアンモニア水との混合液を用い、室温で1~2秒間浸漬し、粒界を現出させる。次に、各試料について、光学顕微鏡で倍率30倍の写真を撮影する。
各写真において、60mmの線分を、井げた状に20mm間隔で縦横に合計4本引き、それぞれの直線で切断された結晶粒の数を数える。なお、線分の端の結晶粒は、0.5個とカウントする。そして、平均切片長さ:L(μm)を、L=60000/(M・N)(ここで、Mは実倍率、Nは切断された結晶粒数の平均値である)で求める。 次に、求めた平均切片長さ:L(μm)から、試料の平均粒径:d(μm)を、d=(3/2)・Lで算出する。
このように16カ所からサンプリングした試料の平均粒径の平均値を、ターゲットの銀合金結晶粒の平均粒径とする。本実施形態のスパッタリングターゲットにおける銀合金結晶粒の平均粒径は、120~400μmの範囲にある。Inを含有する本実施形態のスパッタリングターゲットにおける銀合金結晶粒の平均粒径は、120~250μmの範囲にある。
この銀合金結晶粒の粒径のばらつきが、銀合金結晶粒の平均粒径の20%以下であると、スパッタ時のスプラッシュを、より確実に抑制することができる。 ここで、粒径のばらつきは、16カ所で求めた16個の平均粒径のうち、平均粒径との偏差の絶対値(|〔(ある1個の箇所の平均粒径)-(16カ所の平均粒径)〕|)が最大となるものを特定し、その特定した平均粒径(特定平均粒径)を用いて下記の様に算出する。 |〔(特定平均粒径)-(16カ所の平均粒径)〕|/(16カ所の平均粒径)×100 (%)
このように本実施形態の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットによれば、上記含有量範囲のGa,Snの内の1種または2種を含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した銀合金で構成され、該銀合金の結晶粒の平均粒径が120~400μmであり、結晶粒の粒径のばらつきが、平均粒径の20%以下であるので、スパッタ中に大電力を投入しても、異常放電を抑制し、スプラッシュの発生を抑制することができる。さらに、本実施形態の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットによれば、上記含有量範囲のInと、Ga,Snの内の1種または2種とを含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した銀合金で構成され、該銀合金の結晶粒の平均粒径が120~250μmであり、結晶粒の粒径のばらつきが、平均粒径の20%以下であるので、スパッタ中に大電力を投入しても、異常放電を抑制し、スプラッシュの発生を抑制することができる。また、この導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットを用いてスパッタすることで、良好な耐食性および耐熱性を有し、さらに低い電気抵抗の導電性膜を得ることができる。本実施形態のスパッタリングターゲットは、特に、ターゲットサイズが、幅:500mm、長さ:500mm、厚さ6mm以上の大型ターゲットである場合に有効である。
次に、本実施形態の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法について説明する。 本実施形態の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットは、原料として純度:99.99質量%以上のAg、純度:99.9質量%以上のGa,Snを用いる。Inを用いる場合は、純度:99.9質量%以上のInを用いる。
まず、AgおよびGaを高真空または不活性ガス雰囲気中で溶解し、得られた溶湯に所定の含有量のSnを添加し、その後、真空または不活性ガス雰囲気中で溶解して、Ga,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%を含み、残部がAgおよび不可避不純物からなるAg合金の溶解鋳造インゴットを作製する。または、AgおよびGaを高真空または不活性ガス雰囲気中で溶解し、得られた溶湯に所定の含有量のInおよびSnを添加し、その後、真空または不活性ガス雰囲気中で溶解して、In:0.1~1.5質量%を含有し、さらにGa,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%を含み、残部がAgおよび不可避不純物からなるAg合金の溶解鋳造インゴットを作製する。
ここで、Agの溶解は、雰囲気を一度真空にした後、アルゴンで置換した雰囲気で行い、溶解後アルゴン雰囲気の中でAgおよびGaの溶湯にSnを添加すること、又はAgおよびGaの溶湯にInおよびSnを添加することは、それぞれAgとGa,Snとの組成比率、又はAgとIn,Ga,Snとの組成比率を安定する観点から、好ましい。さらに、Ga,Snは予め作製したAgGa,AgSnまたはAgGaSnの母合金の形で添加してもよい。
次に、銀合金結晶粒の平均粒径を所定値にするために、溶解鋳造インゴットを熱間鍛造する。熱間鍛造は、750~850℃で1~3時間加熱した後、鍛錬成型比1/1.2~1/2の据込鍛造を、繰り返し6~20回行うことが好ましい。熱間鍛造は、自由鍛造がさらに好ましく、例えば、鍛造方向を90°ずつ転回しながら繰り返すことが、特に好ましい。より詳しくは、図1に示すように、円柱状のインゴット1を用いる場合には、まず、角形のインゴット2に鍛造する。
その後、角形のインゴット2を、前回の鍛造方向と90°回転させ、鍛造を繰り返す。このとき、角形のインゴット2の縦、横、高さ方向(図2のx、y、z方向)のすべての向きで鍛造を行うように回転させることは、インゴット全体の銀合金結晶粒の平均粒径を所定値にする観点から、より好ましい。ここで、図1に示す破線の矢印は、いずれも鍛造方向を示し、zは鋳造方向、xはzに対して90°の任意の方向、yはzおよびxに対して90°の方向を示す。
この工程を繰り返すことは、本実施形態のスパッタリングターゲットの銀合金結晶粒の平均粒径を所望値にし、かつ銀合金結晶粒の粒径のばらつきを所望の範囲内にするために、好ましい。繰り返し回数が6回未満であると、上記効果が不十分なものとなる。一方、繰り返し回数を20回より多く行っても銀合金結晶粒の粒径のばらつきを抑える効果はそれ以上に向上しない。
また、熱間の据込鍛造の温度が750℃未満では、微結晶が存在するため粒径のばらつき抑制効果が十分発揮されないので好ましくなく、850℃を超えると粗大化する結晶が残存するため粒径のばらつき抑制効果が十分発揮されないので好ましくない。なお、熱間鍛造により形成される各稜および/または各角部の急速な冷却を緩和するために、インゴット本体の鍛錬に影響を与えない程度に、インゴットの当該稜および/または当該角部をたたく、いわゆる角打ちを適宜行う方が、好ましい。
次に、鍛造後のインゴット3を所望の厚さになるまで、冷間圧延し、板材4にする。この冷間圧延での1パス当たりの圧下率は、5~10%であると、粒径ばらつきの抑制効果の観点から好ましい。この冷間圧延を繰り返し、総圧下率((冷間圧延前のインゴットの厚さ-冷間圧延後のインゴットの厚さ)/冷間圧延前のインゴットの厚さ)が、60~75%になるまで行うことが、総圧下率を所定値にし、かつ粒径ばらつきの抑制効果を維持したまま、結晶粒径を微細化する観点から好ましい。また、上記効果が発揮されるには、10~20パスが好ましい。
上記冷間圧延後の熱処理は、550~650℃で、1~2時間行うことが、再結晶化により所定の平均粒径に制御する観点から好ましい。 この熱処理後の板材4を、所望の寸法まで、フライス加工、放電加工等の機械加工により、本実施形態の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットを製造することができる。機械加工後のターゲットのスパッタ面の算術平均表面粗さ(Ra)は、スパッタ時のスプラッシュを抑制する観点から、0.2~2μmであると好ましい。
 次に、本発明に係る導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの実施例を作製し、評価した結果を説明する。
(実施例1)〔銀合金スパッタリングターゲットの製造〕 原料として、純度99.99質量%以上のAg、純度99.9質量%以上のGaを用意し、高周波真空溶解炉に、各成分が表1に示す質量比となるように、Agと、Gaとを、原料として装填した。溶解するときの総質量は、約300kgとした。
真空チャンバー内を真空排気後にArガス置換してAgおよびGaを溶解し、合金溶湯を黒鉛製鋳型に鋳造した。鋳造により製造したインゴット上部の引け巣部分を切除し、健全部として約260kgのインゴット(φ290×370mm)を得た。
得られたインゴットを800℃で1時間加熱した後、鍛造方向を90°ずつ転回することを繰り返して、鋳造方向:z、zに対して90°の任意の方向:x、zおよびxに対して90°の方向:yのすべての方向に対して、鍛造した。一回あたりの鍛錬成型比を1/1.2~1/2とし、向きを変えて19回の据込鍛造を繰り返した。20回目の鍛造で展伸し、およそ600×910×45(mm)の寸法に成形した。
鍛造後のインゴットを冷間圧延し、およそ1200×1300×16(mm)の板材を得た。冷間圧延における1パスあたりの圧下率は5~10%とし、計13パス行った。この冷間圧延での総圧下率は、70%であった。 この圧延後、板材を640℃で1時間加熱保持し、再結晶化処理を施した。 次に、この板材を1000×1200×12(mm)の寸法に機械加工し、本発明の実施例1のスパッタリングターゲットとした。
〔スパッタリングターゲットの評価〕(1)機械加工後の反り 上記機械加工後の実施例1のスパッタリングターゲットについて、その反りを測定した。この結果を表2に示す。
(2)銀合金結晶粒の平均粒径 銀合金結晶粒の粒径測定は、上記のように製造した実施例1の1000×1200×12(mm)のスパッタリングターゲットから、上記本実施形態に記載したように、16カ所の地点から均等に試料を採取して、各試料のスパッタ面から見た表面の平均粒径を測定し、各試料の平均粒径の平均値である銀合金結晶粒の平均粒径および銀合金結晶粒の平均粒径のばらつきを計算した。平均粒径のばらつきの測定結果を表1に示す。この結果、本実施例1のスパッタリングターゲットにおいては、銀合金結晶粒の平均粒径は120~400μmの範囲内にあり、銀合金結晶粒の粒径のばらつきは銀合金結晶粒の平均粒径の20%以内であった。
(3)スパッタ時の異常放電回数の測定 本実施例1の1000×1200×12(mm)としたスパッタリングターゲットの任意部分から、直径:152.4mm、厚さ:6mmの円板を切り出し、銅製バッキングプレートにはんだ付けした。このはんだ付けしたスパッタリングターゲットを、スパッタ時のスプラッシュの評価用ターゲットとして用い、スパッタ中の異常放電回数の測定を行った。この結果を表2に示す。
なお、この異常放電回数の測定では、通常のマグネトロンスパッタ装置に、上記はんだ付けした評価用ターゲットを取り付け、1×10-4Paまで排気した後、Arガス圧:0.5Pa、投入電力:DC1000W、ターゲット基板間距離:60mmの条件で、スパッタを行った。スパッタ時の異常放電回数は、MKSインスツルメンツ社製DC電源(型番:RPDG-50A)のアークカウント機能により、放電開始から30分間の異常放電回数として計測した。この結果を表2に示す。この結果、本実施例1のスパッタリングターゲットにおいて、異常放電回数は10回以下であった。
(4)導電性膜としての基本特性評価(4-1)膜の表面粗さ 上記(3)に示す評価用ターゲットを用いて、上記(2)と同様の条件でスパッタを行い、20×20(mm)のガラス基板上に100nmの膜厚で成膜し、銀合金膜を得た。さらに、耐熱性の評価のため、この銀合金膜を、250℃、10分間の熱処理を施し、この後、銀合金膜の平均面粗さ(Ra)を原子間力顕微鏡によって測定した。この結果を表2に示す。この結果、本実施例1のスパッタリングターゲットによる膜の平均面粗さRaは、1nm以下であった。
(4-2)反射率 耐食性の評価のため、上記(4-1)と同様にして成膜した銀合金膜の反射率を、温度80℃、湿度85%の恒温高湿槽にて100時間保持後、分光光度計によって測定した。この結果を表2に示す。この結果、本実施例1のスパッタリングターゲットによる銀合金膜の波長550nmにおける絶対反射率は、90%以上であった。
(4-3)膜の比抵抗 上記(4-1)と同様にして成膜した銀合金膜の比抵抗を測定した結果を表2に示す。この結果、本実施例1のスパッタリングターゲットによる銀合金膜の比抵抗は、3.34μΩ・cmと低い値であった。
(実施例2~9、比較例1~5) 表1に記載した成分組成および製造条件とした以外は、実施例1と同様にしてスパッタリングターゲットを製造し、実施例2~9、比較例1~5のスパッタリングターゲットを得た後、実施例1と同様にして、上記の各種評価を行った。これらの結果を表1および表2に示す。
(従来例1、2) 表1に記載したGa,Snの成分組成で、実施例1と同様にして溶解して、角型の黒鉛製鋳型に鋳造し、およそ400×400×150(mm)のインゴットを作製し、さらに該インゴットを600℃で1時間加熱後、熱間圧延し、従来例1のスパッタリングターゲットを作製した。また、従来例1と同様に、鋳造インゴットを熱間圧延した後、さらに600℃、2時間の熱処理を施した従来例2のスパッタリングターゲットを作製した。これらの従来例1および従来例2のスパッタリングターゲットを用い、実施例1の評価と同様にして、上記の各種評価を行った。これらの結果を表1および表2に示す。
(参考例1) 表1に記載したGaの配合比で投入重量を7kgとして溶解し、合金溶湯を黒鉛鋳型に鋳造し、φ80×110(mm)のインゴットを作製し、得られたインゴットを比較例7と同じ据込鍛造の回数(5回)、冷間圧延の圧下率、熱処理を施して220×220×11(mm)の板材を得た。この参考例1について、上記の実施例および比較例と同様にして、上記の各種評価を行った。これらの結果を表1および表2に示す。ただし、参考例1のスパッタリングターゲットは、上記の実施例および比較例で作製したスパッタリングターゲットよりも寸法が小さいので、機械加工後の反りは評価しなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
表1からわかるように、実施例1~9は、銀合金結晶粒の平均粒径が190~340μm、粒径のばらつきが12~19%と良好であった。これに対して、Gaが0.05質量%の比較例1では、平均粒径が410μmと所望の範囲から外れていた。また、熱間鍛造の温度が700℃の比較例3では、粒径のばらつきが29%と大きく、熱間鍛造の温度が900℃の比較例4では、平均粒径が450μmと大きく、粒径のばらつきも35%と大きかった。
表2からわかるように、実施例1~9は、異常放電回数、機械加工後の反り、膜の表面粗さ、波長550nmにおける絶対反射率、膜の比抵抗のすべてにおいて、良好な結果であった。これに対して、Gaが0.05質量%の比較例1では、機械加工後の反りが1.4mmと大きく、膜の表面粗さも2nmと大きかったと共に、波長550nmにおける絶対反射率が87.5%と小さかった。Snが1.7質量%の比較例2では、波長550nmにおける絶対反射率が88.5%と小さかった。また、比較例1、比較例3~5および従来例1,2は、異常放電回数が22回以上と多かった。さらに、Snが1.7重量%の比較例2は、膜の比抵抗が7.93μΩ・cmと高かった。
(実施例10~20、比較例6) 表3に記載したGa,SnとCu,Mgとの成分組成および製造条件とした以外は、実施例1と同様にしてスパッタリングターゲットを製造し、実施例10~20および比較例6のスパッタリングターゲットを得た後、実施例1と同様にして、上記の各種評価を行った。これらの結果を表3および表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
表3からわかるように、実施例10~20は、銀合金結晶粒の平均粒径が130~260μm、粒径のばらつきが11~17%と良好であった。 また、表4からわかるように、実施例10~20は、異常放電回数、機械加工後の反り、膜の表面粗さ、波長550nmにおける絶対反射率、膜の比抵抗のすべてにおいて、良好な結果であった。これに対し、Mgが1.7重量%の比較例6は、他の特性は良好であるが、波長550nmにおける絶対反射率が88.4%と低いと共に膜の比抵抗が7.81μΩ・cmと高かった。
(実施例21~28、比較例7) 表5に記載したGa,SnとCe,Euとの成分組成および製造条件とした以外は、実施例1と同様にしてスパッタリングターゲットを製造し、実施例21~28および比較例7のスパッタリングターゲットを得た後、実施例1と同様にして、上記の各種評価を行った。これらの結果を表5および表6に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
表5からわかるように、実施例21~28は、銀合金結晶粒の平均粒径が130~270μm、粒径のばらつきが15~18%と良好であった。 また、表6からわかるように、実施例21~28は、異常放電回数、機械加工後の反り、膜の表面粗さ、波長550nmにおける絶対反射率、膜の比抵抗のすべてにおいて、良好な結果であった。これに対し、Euが0.9重量%の比較例7は、他の特性は良好であるが、異常放電回数が12回と多い。
(実施例29)〔銀合金スパッタリングターゲットの製造〕 原料として、純度99.99質量%以上のAg、純度99.9質量%以上のIn、純度99.9質量%以上のGaを用意し、高周波真空溶解炉に、各成分が表7に示す質量比となるように、Agと、InとGaとを、原料として装填した。溶解するときの総質量は、約300kgとした。
真空チャンバー内を真空排気後にArガス置換してAgおよびGaを溶解した後、Inを添加し、合金溶湯を黒鉛製鋳型に鋳造した。鋳造により製造したインゴット上部の引け巣部分を切除し、健全部として約260kgのインゴット(φ290×370mm)を得た。
得られたインゴットは、実施例1と同様に、加熱し、鍛造した。
鍛造後のインゴットは、実施例1と同様に、冷間圧延した。 圧延後、板材を580℃で1時間加熱保持し、再結晶化処理を施した。 次に、この板材を1000×1200×12(mm)の寸法に機械加工し、本発明の実施例29のスパッタリングターゲットとした。
〔スパッタリングターゲットの評価〕実施例1と同様にして、本実施例29のスパッタリングターゲットについて上述の各種評価(1)~(4)を行った。その結果を表7および表8に示す。
(実施例30~42、比較例8~14) 表7に記載した成分組成および製造条件とした以外は、実施例29と同様にしてスパッタリングターゲットを製造し、実施例30~42、比較例8~14のスパッタリングターゲットを得た後、実施例29と同様にして、上記の各種評価を行った。これらの結果を表7および表8に示す。
(従来例3、4) 表7に記載したIn,Ga,Snの成分組成で、実施例29と同様にして溶解して、角型の黒鉛製鋳型に鋳造し、およそ400×400×150(mm)のインゴットを作製し、さらに該インゴットを600℃で1時間加熱後、熱間圧延し、従来例3のスパッタリングターゲットを作製した。また、従来例
3と同様に、鋳造インゴットを熱間圧延した後、さらに600℃、2時間の熱処理を施した従来例4のスパッタリングターゲットを作製した。これらの従来例3および従来例4のスパッタリングターゲットを用い、実施例29の評価と同様にして、上記の各種評価を行った。これらの結果を表7および表8に示す。
(参考例2) 表7に記載したIn,Gaの配合比で投入重量を7kgとして溶解し、合金溶湯を黒鉛鋳型に鋳造し、φ80×110(mm)のインゴットを作製し、得られたインゴットを比較例7と同じ据込鍛造の回数(5回)、冷間圧延の圧下率、熱処理を施して220×220×11(mm)の板材を得た。この参考例2について、上記の実施例および比較例と同様にして、上記の各種評価を行った。これらの結果を表7および表8に示す。ただし、参考例2のスパッタリングターゲットは、上記の実施例および比較例で作製したスパッタリングターゲットよりも寸法が小さいので、機械加工後の反りは評価しなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
表7からわかるように、実施例29~42は、銀合金結晶粒の平均粒径が120~250μm、粒径のばらつきが12~20%と良好であった。これに対して、Inが0.05重量%の比較例8では、平均粒径が260μmと所望の範囲から外れていた。また、熱間鍛造の温度が700℃の比較例12では、粒径のばらつきが23%と大きく、熱間鍛造の温度が900℃の比較例13では、平均粒径が300μmと大きく、粒径のばらつきも22%と大きかった。
据え込み鍛造の回数が5回の比較例14では、粒径のばらつきが26%と大きかった。また、従来例3は、粒径のばらつきが86%と大きかった。さらに、従来例4は、平均粒径が330μmと大きいだけでなく、粒径のばらつきも28%と大きかった。 参考例2は、本発明が特に有効となる大型ターゲットと比較して小型のターゲットを製造した場合の評価であるが、熱間の据込鍛造を5回とした比較例14とほぼ同様の条件で製造したにもかかわらず、粒径のばらつきは14%と良好であった。
表8からわかるように、実施例29~42は、異常放電回数、機械加工後の反り、膜の表面粗さ、波長550nmにおける絶対反射率、膜の比抵抗のすべてにおいて、良好な結果であった。これに対して、Inが0.05質量%の比較例8では、機械加工後の反りが1.9mmと大きく、膜の表面粗さも1.7nmと大きかった。Inが1.7質量%の比較例9では、波長550nmにおける絶対反射率が89.1%と小さかった。また、比較例8,比較例10、比較例12~14および従来例3,4は、異常放電回数が22回以上と多かった。さらに、Inが1.7重量%の比較例9およびSnが1.8重量%の比較例11は、膜の比抵抗が7μΩ・cm以上と高かった。
(実施例43~52、比較例15) 表9に記載したInとGa,SnとCu,Mgとの成分組成および製造条件とした以外は、実施例29と同様にしてスパッタリングターゲットを製造し、実施例43~52および比較例15のスパッタリングターゲットを得た後、実施例29と同様にして、上記の各種評価を行った。これらの結果を表9および表10に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
表9からわかるように、実施例43~52は、銀合金結晶粒の平均粒径が130~180μm、粒径のばらつきが12~17%と良好であった。 また、表10からわかるように、実施例43~52は、異常放電回数、機械加工後の反り、膜の表面粗さ、波長550nmにおける絶対反射率、膜の比抵抗のすべてにおいて、良好な結果であった。これに対し、Mgが1.7重量%の比較例15は、他の特性は良好であるが、波長550nmにおける絶対反射率が89.8%とやや低く、膜の比抵抗が8.20μΩ・cmと高かった。
(実施例53~62、比較例16) 表11に記載したInとGa,SnとCe,Euとの成分組成および製造条件とした以外は、実施例29と同様にしてスパッタリングターゲットを製造し、実施例53~62および比較例16のスパッタリングターゲットを得た後、実施例29と同様にして、上記の各種評価を行った。これらの結果を表11および表12に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
表11からわかるように、実施例53~62は、銀合金結晶粒の平均粒径が130~200μm、粒径のばらつきが13~18%と良好であった。 また、表12からわかるように、実施例53~62は、異常放電回数、機械加工後の反り、膜の表面粗さ、波長550nmにおける絶対反射率、膜の比抵抗のすべてにおいて、良好な結果であった。これに対し、Euが0.9重量%の比較例16は、他の特性は良好であるが、異常放電回数が12回と多い。
以上より、本発明の実施例1~62の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットは、異常放電が抑制されており、このスパッタリングターゲットをスパッタすることにより、反射率を高くすることができ、かつ膜の表面粗さが小さいので、優れた性能の有機EL用の反射電極膜が得られることがわかる。また、膜の比抵抗も低く、タッチパネルの配線膜としても良好な特性が得られることがわかる。
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態及び上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
1…円柱状のインゴット、2…角形のインゴット、3…鍛造後のインゴット、4…板材

Claims (14)

  1. Ga,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%を含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した銀合金で構成され、 前記銀合金の結晶粒の平均粒径が120~400μmであり、 前記結晶粒の粒径のばらつきが、平均粒径の20%以下であることを特徴とする導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲット。
  2. 前記Agの一部に代えて、Cu,Mgの内の1種または2種を合計で1.0質量%以下含有することを特徴とする請求項1に記載の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲット。
  3. 前記Agの一部に代えて、Ce,Euの内の1種または2種を合計で0.8質量%以下含有することを特徴とする請求項1に記載の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲット。
  4. Ga,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%を含有し、さらにIn:0.1~1.5質量%を含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した銀合金で構成され、 前記銀合金の結晶粒の平均粒径が120~250μmであり、 前記結晶粒の粒径のばらつきが、平均粒径の20%以下であることを特徴とする導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲット。
  5. 前記Agの一部に代えて、In:0.1~1.5質量%とCu,Mgの内の1種または2種を合計で1.0質量%以下とを含有することを特徴とする請求項4に記載の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲット。
  6. 前記Agの一部に代えて、In:0.1~1.5質量%とCe,Euの内の1種または2種を合計で0.8質量%以下とを含有することを特徴とする請求項4に記載の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲット。
  7. 請求項1に記載の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットにおいて、 ターゲット表面が、0.25m以上の面積を有していることを特徴とする導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲット。
  8. 請求項1に記載の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットを作製する方法であって、 Ga,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%を含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した溶解鋳造インゴットを、熱間の据込鍛造を6~20回繰り返す工程、冷間圧延する工程、熱処理する工程、機械加工する工程を、この順で行うことを特徴とする導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法。
  9. 請求項2に記載の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットを作製する方法であって、 Ga,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%を含有し、さらにCu,Mgの内の1種または2種を合計で1.0質量%以下含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した溶解鋳造インゴットを、熱間の据込鍛造を6~20回繰り返す工程、冷間圧延する工程、熱処理する工程、機械加工する工程を、この順で行うことを特徴とする導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法。
  10. 請求項3に記載の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットを作製する方法であって、 Ga,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%を含有し、さらにCe,Euの内の1種または2種を合計で0.8質量%以下含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した溶解鋳造インゴットを、熱間の据込鍛造を6~20回繰り返す工程、冷間圧延する工程、熱処理する工程、機械加工する工程を、この順で行うことを特徴とする導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法。
  11. 請求項4に記載の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットを作製する方法であって、 Ga,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%を含有し、さらにIn:0.1~1.5質量%を含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した溶解鋳造インゴットを、熱間の据込鍛造を6~20回繰り返す工程、冷間圧延する工程、熱処理する工程、機械加工する工程を、この順で行うことを特徴とする導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法。
  12. 請求項5に記載の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットを作製する方法であって、 Ga,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%を含有し、さらにIn:0.1~1.5質量%とCu,Mgの内の1種または2種を合計で1.0質量%以下とを含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した溶解鋳造インゴットを、熱間の据込鍛造を6~20回繰り返す工程、冷間圧延する工程、熱処理する工程、機械加工する工程を、この順で行うことを特徴とする導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法。
  13. 請求項6に記載の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットを作製する方法であって、 Ga,Snの内の1種または2種を合計で0.1~1.5質量%を含有し、さらにIn:0.1~1.5質量%とCe,Euの内の1種または2種を合計で0.8質量%以下とを含有し、残部がAgおよび不可避不純物からなる成分組成を有した溶解鋳造インゴットを、熱間の据込鍛造を6~20回繰り返す工程、冷間圧延する工程、熱処理する工程、機械加工する工程を、この順で行うことを特徴とする導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法。
  14. 請求項8に記載の導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法において、 前記熱間の据込鍛造の温度が、750~850℃であることを特徴とする導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットの製造方法。
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