WO2020162206A1 - Ag合金スパッタリングターゲット、及び、Ag合金膜 - Google Patents

Ag合金スパッタリングターゲット、及び、Ag合金膜 Download PDF

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悠人 歳森
野中 荘平
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Definitions

  • the present invention relates to an Ag alloy sputtering target used in forming an Ag alloy film applicable to, for example, a transparent conductive film for a display or a touch panel or a metal thin film of an optical functional film, and an Ag alloy film. is there.
  • the present application claims priority to Japanese Patent Application No. 2019-020063 filed in Japan on February 6, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • a transparent conductive film that constitutes wirings and electrodes as shown in, for example, Patent Documents 1-3, a transparent conductive oxide film and an Ag film made of Ag or an Ag alloy.
  • a laminated film having a laminated structure of is applied. This laminated film is required to have high transmittance of light in the visible light region and low electric resistance.
  • a sputtering method using a sputtering target made of Ag or an Ag alloy is widely used, as disclosed in Patent Document 4, for example. Has been done.
  • JP 2006-028641 A JP-A-09-291356 Japanese Patent Laid-Open No. 10-239697 JP, 2016-040411, A
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and is an Ag alloy sputtering target capable of forming a Ag alloy film having excellent environment resistance, which can suppress corrosion due to chlorine (Cl), and an Ag alloy.
  • the purpose is to provide a membrane.
  • an Ag alloy sputtering target has a Mg content of 1.0 atomic% or more and 5.0 atomic% or less and an Au content of 0.10 atomic% or more and 5.00 atomic% or more. %, and the balance consists of Ag and unavoidable impurities.
  • the Ag alloy sputtering target having this structure contains 1.0 atomic% or more of Mg, which has a lower free energy for chloride formation than Ag, so that when contacted with chlorine (Cl), Mg is preferentially chlorinated. Will produce things.
  • Mg which has a lower free energy for chloride formation than Ag, so that when contacted with chlorine (Cl), Mg is preferentially chlorinated.
  • Au is contained in an amount of 0.10 atomic% or more, and this Au forms a solid solution with Ag, the reaction between Ag and chlorine (Cl) is suppressed. Therefore, it is possible to suppress the corrosion of the formed Ag alloy film due to chlorine (Cl).
  • the content of Mg is limited to 5.0 atomic% or less, it is possible to suppress the increase in the resistance value of the formed Ag alloy film and ensure the conductivity.
  • the content of Au is limited to 5.00 atomic% or less, it is possible to prevent the optical characteristics of the formed Ag alloy film from deteriorating and to ensure the light transmittance.
  • the Ag alloy sputtering target according to the aspect of the present invention may further contain Ca in the range of 0.01 atomic% or more and 0.15 atomic% or less.
  • Ca containing 0.01 atomic% or more which has a lower free energy for chloride formation than Ag, contains Ca preferentially with chloride when Mg comes into contact with chlorine (Cl). Therefore, the corrosion of the formed Ag alloy film due to chlorine (Cl) can be further suppressed.
  • the content of Ca is limited to 0.15 atomic% or less, it is possible to suppress the occurrence of cracks during processing, and it is possible to stably manufacture this Ag alloy sputtering target.
  • the oxygen content is preferably 0.010 mass% or less. Since the Ag alloy sputtering target according to the aspect of the present invention contains a large amount of Mg, which is an easily oxidizable element, as described above, Mg oxide may be generated. Since this Mg oxide is an insulator, it causes abnormal discharge during sputtering film formation. Therefore, by limiting the oxygen content to 0.010% by mass or less, the generation of Mg oxide can be suppressed, and the occurrence of abnormal discharge during sputtering film formation can be suppressed.
  • the Ag alloy film which is an embodiment of the present invention contains Mg in the range of 1.0 atomic% or more and 5.0 atomic% or less and Au in the range of 0.10 atomic% or more and 5.00 atomic% or less,
  • the balance is characterized by being composed of Ag and inevitable impurities.
  • the Ag alloy film having this structure contains 1.0 atomic% or more of Mg, which has a lower free energy for chloride formation than that of Ag, when contacted with chlorine (Cl), Mg is preferentially chloride. Will be generated.
  • Au is contained in an amount of 0.10 atomic% or more, and this Au forms a solid solution with Ag, the reaction between Ag and chlorine (Cl) is suppressed. Therefore, it is possible to suppress corrosion due to chlorine (Cl), and it is possible to suppress appearance defects and conduction defects.
  • the content of Mg is limited to 5.0 atomic% or less, it is possible to suppress an increase in resistance value and ensure conductivity.
  • the content of Au is limited to 5.00 atomic% or less, it is possible to suppress the deterioration of the optical characteristics and ensure the light transmittance.
  • the Ag alloy film according to the aspect of the present invention may further contain Ca in the range of 0.01 atomic% or more and 0.15 atomic% or less.
  • Ca containing 0.01 atomic% or more which has a lower free energy for chloride formation than Ag, contains Ca preferentially with chloride when Mg comes into contact with chlorine (Cl). Therefore, it becomes possible to further suppress the corrosion due to chlorine (Cl). Further, since the content of Ca is limited to 0.15 atomic% or less, it is possible to stably manufacture the Ag alloy sputtering target used when forming the Ag alloy film.
  • the oxygen content is 0.010 mass% or less.
  • the oxygen content is limited to 0.010 mass% or less, the consumption of Mg by oxygen can be suppressed, and the corrosion of Ag can be reliably suppressed by Mg.
  • an Ag alloy sputtering target capable of suppressing corrosion due to chlorine (Cl) and capable of forming an Ag alloy film having excellent environment resistance, and an Ag alloy film.
  • the Ag alloy sputtering target of this embodiment is used when forming an Ag alloy film.
  • the Ag alloy sputtering target according to the present embodiment is for forming an Ag alloy film by sputtering as described above.
  • the shape of the Ag alloy sputtering target is not particularly limited, and may be a rectangular flat plate type having a rectangular sputtering surface or a circular disk type having a circular sputtering surface. Alternatively, it may be a cylindrical type in which the sputtering surface is a cylindrical surface.
  • the Ag alloy sputtering target of the present embodiment contains Mg in the range of 1.0 atomic% or more and 5.0 atomic% or less, and Au in the range of 0.10 atomic% or more and 5.00 atomic% or less. However, the balance is composed of Ag and an Ag alloy having a composition of unavoidable impurities. Further, the Ag alloy sputtering target of the present embodiment may further contain Ca in the range of 0.01 atomic% or more and 0.15 atomic% or less. Further, the Ag alloy sputtering target of the present embodiment preferably has an oxygen content limited to 0.010 mass% or less.
  • the Ag alloy film 11 according to the present embodiment is used as a transparent conductive film of an electronic device such as a touch panel, a solar cell, and an organic EL device, or a metal thin film of an optically functional film.
  • a transparent conductive film including the laminated film 10 is configured.
  • the laminated film 10 shown in FIG. 1 includes an Ag alloy film 11 formed on one surface of a substrate 1 made of glass or the like, and transparent conductive oxide films 12 formed on both surfaces of the Ag alloy film 11, respectively. ing.
  • the film thickness of the Ag alloy film is preferably in the range of 5 nm to 20 nm. Further, it is preferable that the film thickness of the transparent conductive oxide film 12 is within a range of 5 nm or more and 50 nm or less.
  • the Ag alloy film 11 is formed by using the Ag alloy sputtering target described above, and Mg is in the range of 1.0 atomic% or more and 5.0 atomic% or less and Au is 0.10 atomic% or more and 5 atomic% or more. It has a composition in which it is contained within the range of 0.000 atomic% or less, and the balance is Ag and inevitable impurities. Further, the Ag alloy film 11 of the present embodiment may further contain Ca in the range of 0.01 atomic% or more and 0.15 atomic% or less. Further, the Ag alloy film 11 of the present embodiment preferably has an oxygen content limited to 0.010 mass% or less.
  • the transparent conductive oxide film 12 includes, for example, any one kind or two or more kinds selected from In oxide, Sn oxide, Zn oxide, Nb oxide, Ti oxide, Al oxide, and Ga oxide. It is composed of a transparent conductive oxide. Specifically, In—Sn oxide (ITO), Al—Zn oxide (AZO), In—Zn oxide (IZO), Zn—Sn oxide (ZTO), Zn—Sn—Al oxide (AZTO). ), Ga-Zn oxide (GZO), Zn-Y oxide (ZYO), Ga-Zn-Y oxide (GZYO), and the like.
  • the composition of the transparent conductive oxide film 12 is preferably selected appropriately according to the required characteristics.
  • Mg Mg has a lower chloride formation free energy than Ag, and is an element that easily forms chloride. Therefore, by including Mg, chlorine (Cl) and Mg can be preferentially reacted and Ag corrosion can be suppressed.
  • the content of Mg is less than 1.0 atomic %, the above-mentioned effects may not be sufficiently obtained.
  • the content of Mg exceeds 5.0 atom %, the resistance value of the formed Ag alloy film may increase and the conductivity may decrease. For this reason, in the present embodiment, the Mg content is set within the range of 1.0 atomic% or more and 5.0 atomic% or less.
  • the lower limit of the Mg content is preferably 1.5 atom% or more, more preferably 2.0 atom% or more.
  • the upper limit of the Mg content is preferably 4.5 atom% or less, and preferably 4.0 atom% or less. More preferable.
  • Au is an element that has the effect of suppressing the reaction between Ag and chlorine (Cl) by forming a solid solution in the mother phase of Ag. If the content of Au is less than 0.10 atomic %, the above-mentioned effects may not be sufficiently obtained. On the other hand, when the content of Au exceeds 5.00 atomic %, the optical characteristics of the formed Ag alloy film may deteriorate and the transmittance may decrease. For this reason, in the present embodiment, the Au content is set within the range of 0.10 atomic% or more and 5.00 atomic% or less.
  • the lower limit of the Au content is preferably 0.50 atom% or more, and 1.00 atom% It is more preferable to set the above.
  • the upper limit of the Au content is preferably 4.50 atom% or less, and 4.00 atom% or less. More preferable.
  • Ca Similar to Mg, Ca has a lower free energy for chloride formation than Ag and is an element that easily forms chloride. Therefore, by containing Ca, it becomes possible to preferentially react chlorine (Cl) and Mg and further suppress the corrosion of Ag. By setting the content of Ca to 0.01 atomic% or more, it becomes possible to further suppress the corrosion of Ag due to chlorine (Cl). On the other hand, when the content of Ca is limited to 0.15 atomic% or less, workability is ensured and the occurrence of cracks during processing can be suppressed. For this reason, when Ca is added in the present embodiment, the Ca content is preferably in the range of 0.01 atomic% or more and 0.15 atomic% or less.
  • the lower limit of the Ca content is preferably 0.02 atomic% or more, and 0.05 atomic% It is more preferable to set the above.
  • the upper limit of the Ca content is preferably 0.13 atomic% or less, and 0.10 atomic% or less. Is more preferable.
  • the content of Ca may be less than 0.01 atomic %.
  • the oxygen content is preferably 0.008 mass% or less, and 0.005 mass% or less. Is more preferable.
  • the lower limit of the oxygen content is not particularly limited, but industrially setting it to less than 0.001 mass% is not preferable because the manufacturing cost is significantly increased.
  • an Ag raw material having a purity of 99.9 mass% or more and an auxiliary raw material of Au or Mg having a purity of 99.9 mass% or more are prepared. Further, if necessary, an auxiliary raw material of Ca having a purity of 99.9% by mass or more is prepared.
  • the Ag raw material is melted in a melting furnace under a high vacuum or in an inert gas atmosphere, and a predetermined amount of auxiliary raw materials (Au, Mg, and if necessary Ca) is added to the obtained Ag molten metal to make an Ag alloy. Get the molten metal. Then, the molten Ag alloy is supplied to the mold to obtain an Ag alloy ingot having a predetermined composition.
  • the Ag raw material is melted by once making the inside of the melting furnace a high vacuum (5 ⁇ 10 ⁇ 2 Pa or less) and then using an inert gas (argon or nitrogen) at atmospheric pressure. It is preferable to repeat the operation of substituting to near the temperature three times or more, and then to melt the Ag raw material in an inert gas atmosphere and then add the auxiliary raw material.
  • the auxiliary materials Au, Mg, and if necessary Ca
  • the obtained Ag alloy ingot is cold worked.
  • the cumulative rolling reduction ratio is preferably 70% or more.
  • the obtained cold-worked material is heat-treated in the atmosphere under the conditions of heat treatment temperature: 500° C. or higher and 700° C. or lower, and holding time at the heat treatment temperature: 1 hour or longer and 5 hours or shorter.
  • the obtained heat-treated material is subjected to machining such as cutting to finish it into a predetermined shape and size.
  • the Ag alloy sputtering target according to the present embodiment is manufactured by the steps described above.
  • the Ag alloy film of this embodiment is formed using the Ag alloy sputtering target of this embodiment described above.
  • the Ag alloy sputtering target described above is soldered to, for example, a backing material made of oxygen-free copper, mounted on a sputtering apparatus, and sputtered to form an Ag alloy film of this embodiment on the surface of the substrate.
  • the sputtering apparatus used may be of a stationary facing type in which the substrate on which the Ag alloy film is formed is stationary and sputtering, or may be of a substrate transport type (in-line type) in which the substrate is sputtered while being transported. ..
  • As the power source of the sputtering device for example, a direct current (DC) power source, a high frequency (RF) power source, a medium frequency (MF) power source, or an alternating current (AC) power source can be used.
  • the Ag alloy sputtering target and the Ag alloy film 11 according to the present embodiment configured as described above, since Mg having a chloride formation free energy lower than that of Ag is contained at 1.0 atom% or more, When contacted with chlorine (Cl), Mg will preferentially form chloride. Further, since Au is contained in an amount of 0.10 atomic% or more, and this Au forms a solid solution with Ag, the reaction between Ag and chlorine (Cl) is suppressed. Therefore, it is possible to suppress the corrosion of the Ag alloy film 11 due to chlorine (Cl). Further, since the content of Mg is limited to 5.0 atomic% or less, it is possible to suppress the increase in the resistance value of the Ag alloy film 11 and ensure the conductivity. Further, since the content of Au is limited to 5.00 atomic% or less, it is possible to suppress the deterioration of the optical characteristics of the Ag alloy film 11 and to secure the light transmittance.
  • Ca when Ca is further contained in the range of 0.01 atomic% or more and 0.15 atomic% or less, when contacting with chlorine (Cl), Ca is preferentially chloride along with Mg. Thus, the corrosion of the Ag alloy film 11 due to chlorine (Cl) can be further suppressed.
  • the content of Ca since the content of Ca is limited to 0.15 atomic% or less, it is possible to suppress the occurrence of cracks during processing, and it is possible to stably manufacture this Ag alloy sputtering target.
  • the oxygen content is further limited to 0.010 mass% or less, it is possible to suppress the generation of Mg oxide that is an insulator by suppressing the oxidation of Mg that is an easily oxidizable element. It is possible to suppress the occurrence of abnormal discharge during sputtering film formation. Furthermore, it is possible to suppress the consumption of Mg by oxygen, and it is possible to reliably suppress the corrosion of Ag by Mg.
  • the present invention is not limited to this, and can be appropriately modified without departing from the technical idea of the invention.
  • the present embodiment as shown in FIG. 1, the Ag alloy film constituting the laminated film has been described, but the present invention is not limited to this, and the Ag alloy film of the present invention is used as a single film. It may be one.
  • the explanation was made assuming that the sputtering target is manufactured by cold rolling the Ag alloy ingot, but the present invention is not limited to this, and other manufacturing methods may be applied.
  • the manufacturing method it is preferable to appropriately select a known method according to the shape of the Ag alloy sputtering target to be manufactured.
  • ⁇ Ag alloy sputtering target> An Ag raw material having a purity of 99.9% by mass or more and an auxiliary raw material of Au or Mg(, Ca) having a purity of 99.9% by mass or more were prepared, and these were weighed so as to have a predetermined mixing ratio. Next, the Ag raw material was melted in a melting furnace under a high vacuum or in an inert gas atmosphere, and auxiliary raw materials (Au, Mg, Ca) were added to the obtained Ag molten metal to obtain an Ag alloy molten metal. Then, the molten Ag alloy was supplied to the mold to obtain an Ag alloy ingot having a predetermined composition.
  • the inside of the melting furnace was once evacuated to a high vacuum (5 ⁇ 10 ⁇ 2 Pa or less) and then replaced with an inert gas (argon or nitrogen) to near atmospheric pressure, which was repeated three times. After that, the Ag raw material was melted in an inert gas atmosphere, and then the auxiliary raw material was added.
  • an inert gas argon or nitrogen
  • the obtained Ag alloy ingot was cold-rolled at a rolling reduction of 80%, and then heat-treated in the atmosphere at 600° C. for 1 hour. Then, by performing machining, an Ag alloy sputtering target having a predetermined size (126 mm ⁇ 178 mm, thickness 6 mm) was obtained.
  • ⁇ Ag alloy film> Next, using the Ag alloy sputtering target obtained as described above, a laminated film was formed as follows. First, as a substrate, a glass substrate of 10 cm ⁇ 30 cm (EAGLEXG manufactured by Corning) was prepared. A sputtering target made of ITO (In 2 O 3 -10 mass% SnO 2 ) was prepared as a sputtering target for forming a transparent conductive oxide film.
  • ITO In 2 O 3 -10 mass% SnO 2
  • the above-mentioned sputtering target and Ag alloy sputtering target were soldered to a backing plate made of oxygen-free copper, and this was attached to the sputtering device.
  • a magnetron DC sputtering device is used.
  • a substrate-conveying-type sputtering apparatus that performs sputtering while conveying the substrate is used.
  • composition of Ag alloy film Under the above-mentioned conditions, a metal film having a thickness of 1000 nm was formed on the glass substrate, and the component composition of this was measured by ICP emission spectroscopy. The oxygen content was measured by the inert gas melting-infrared absorption method (JIS H 1067). As a result, it was confirmed that the composition of the Ag alloy film was the same as the composition of the Ag alloy sputtering target used.
  • the film thickness after the film is formed for a certain period of time is measured by a step gauge (DEKTAK-XT) to measure the sputtering rate, and the film formation time is adjusted based on the value.
  • the film was formed to have a target thickness.
  • the actual film thickness of the laminated film was confirmed by observing the cross section of the laminated film with a transmission electron microscope (TEM), and it was confirmed that the film thickness was formed as intended.
  • TEM transmission electron microscope
  • a cross section polisher (CP) or a focused ion beam (FIB) can be used.
  • FIG. 2A is an observation result of the film end portion of the Ag alloy film of Inventive Example 1
  • FIG. 2B is an observation result of the film center portion of the Ag alloy film of Inventive Example 1.
  • FIG. 3A is the observation result of the film end portion of the Ag alloy film of Comparative Example 1
  • FIG. 3B is the observation result of the film center portion of the Ag alloy film of Comparative Example 1.
  • the discoloration occurs when corrosion due to chlorine (Cl) contained in the particles attached to the laminated film is accelerated by the constant temperature and constant humidity test.
  • the laminated film of Inventive Examples 101-109 having an Ag alloy film formed by using an Ag alloy sputtering target, for example, as shown in FIGS. 2A to 2B after the constant temperature and humidity test, the Ag alloy film is discolored. No part was recognized. It was confirmed that the corrosion inhibition effect of Mg and Au was able to inhibit the corrosion of chlorine (Cl).
  • Examples 7 and 8 of the present invention Ca was contained at 0.01 atom% and 0.15 atom %, respectively, but neither of the occurrences of corrosion after the constant temperature and constant humidity test was observed, and the electrical characteristics and It had excellent optical properties.
  • the Ag alloy sputtering target of Inventive Example 1-8 in which the oxygen content was 0.010 mass% or less the occurrence of abnormal discharge during sputtering film formation was sufficiently suppressed, and stable sputtering was achieved. It was possible to form a film.
  • the Ag alloy sputtering target of Inventive Example 9 in which the oxygen content was 0.030 mass % abnormal discharge occurred during sputtering film formation, but it was possible to form an Ag alloy film.
  • the laminated film of Inventive Example 109 having an Ag alloy film formed by using the Ag alloy sputtering target of Inventive Example 9 was also sufficiently excellent in environment resistance as compared with the comparative example.
  • an Ag alloy sputtering target capable of suppressing corrosion due to chlorine (Cl) and capable of forming an Ag alloy film having excellent environment resistance, and an Ag alloy film.

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Abstract

Mgを1.0原子%以上5.0原子%以下の範囲内、Auを0.10原子%以上5.00原子%以下の範囲内で含有し、残部がAgと不可避不純物からなることを特徴とする。また、さらにCaを0.01原子%以上0.15原子%以下の範囲で含有してもよい。さらに、酸素含有量が0.010質量%以下であってもよい。

Description

Ag合金スパッタリングターゲット、及び、Ag合金膜
 本発明は、例えばディスプレイあるいはタッチパネル用の透明導電膜や光学機能性フィルムの金属薄膜などに適用可能なAg合金膜を成膜する際に用いられるAg合金スパッタリングターゲット、及び、Ag合金膜に関するものである。
 本願は、2019年2月6日に日本に出願された特願2019-020063号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 例えば、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ、タッチパネル等においては、配線及び電極を構成する透明導電膜として、例えば特許文献1-3に示すように、透明導電酸化物膜とAg又はAg合金からなるAg膜との積層構造とされた積層膜が適用されている。この積層膜には、可視光域の光の透過率が高く、かつ、電気抵抗の低いものが要求される。
 また、ガラス基板等にAg又はAg合金からなるAg膜を成膜する場合には、例えば特許文献4に開示されているように、Ag又はAg合金からなるスパッタリングターゲットを用いたスパッタ法が広く利用されている。
特開2006-028641号公報 特開平09-291356号公報 特開平10-239697号公報 特開2016-040411号公報
 ところで、上述の積層膜やAg膜においては、膜表面や膜端面に、パーティクル、指紋及び汗等が付着し、これらに含まれる塩素(Cl)によってAg膜が腐食してしまい、外観不良となるおそれがあった。また、Ag膜が腐食することで導電不良が発生し、配線や電極として機能しなくなるおそれがあった。Ag膜の上に透明導電酸化物膜を形成した積層膜であっても、塩素(Cl)が透明導電酸化物膜を通過してAg膜を腐食させるおそれがあった。
 この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、塩素(Cl)による腐食を抑制でき、耐環境性に優れたAg合金膜を成膜可能なAg合金スパッタリングターゲット、及び、Ag合金膜を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するために、本発明の態様であるAg合金スパッタリングターゲットは、Mgを1.0原子%以上5.0原子%以下の範囲内、Auを0.10原子%以上5.00原子%以下の範囲内で含有し、残部がAgと不可避不純物からなることを特徴としている。
 この構成のAg合金スパッタリングターゲットにおいては、Agよりも塩化物生成自由エネルギーが低いMgを1.0原子%以上含有しているので、塩素(Cl)と接触した際に、Mgが優先的に塩化物を生成することになる。また、Auを0.10原子%以上含有しており、このAuがAgに固溶することにより、Agと塩素(Cl)との反応が抑制されることになる。よって、成膜したAg合金膜の塩素(Cl)による腐食を抑制することが可能となる。
 また、Mgの含有量が5.0原子%以下に制限されているので、成膜したAg合金膜の抵抗値が高くなることを抑制でき、導電性を確保することができる。
 さらに、Auの含有量が5.00原子%以下に制限されているので、成膜したAg合金膜の光学特性が劣化することを抑制でき、光の透過性を確保することができる。
 本発明の態様であるAg合金スパッタリングターゲットにおいては、さらにCaを0.01原子%以上0.15原子%以下の範囲で含有してもよい。
 この場合、Agよりも塩化物生成自由エネルギーが低いCaを0.01原子%以上含有しているので、塩素(Cl)と接触した際に、MgとともにCaが優先的に塩化物を生成することになり、成膜したAg合金膜の塩素(Cl)による腐食をさらに抑制することが可能となる。
 また、Caの含有量が0.15原子%以下に制限されているので、加工時における割れの発生を抑制でき、このAg合金スパッタリングターゲットを安定して製造することが可能となる。
 また、本発明の態様であるAg合金スパッタリングターゲットにおいては、酸素含有量が0.010質量%以下であることが好ましい。
 本発明の態様であるAg合金スパッタリングターゲットは、易酸化元素であるMgを上述のように多く含むため、Mg酸化物が生成することがある。このMg酸化物は絶縁物であるため、スパッタ成膜時に異常放電の原因となる。そこで、酸素含有量を0.010質量%以下に制限することにより、Mg酸化物の生成を抑制することができ、スパッタ成膜時の異常放電の発生を抑制することが可能となる。
 本発明の態様であるAg合金膜は、Mgを1.0原子%以上5.0原子%以下の範囲内、Auを0.10原子%以上5.00原子%以下の範囲内で含有し、残部がAgと不可避不純物からなることを特徴としている。
 この構成のAg合金膜においては、Agよりも塩化物生成自由エネルギーが低いMgを1.0原子%以上含有しているので、塩素(Cl)と接触した際に、Mgが優先的に塩化物を生成することになる。また、Auを0.10原子%以上含有しており、このAuがAgに固溶することにより、Agと塩素(Cl)との反応が抑制されることになる。よって、塩素(Cl)による腐食を抑制することができ、外観不良の発生や導通不良の発生を抑制することができる。
 また、Mgの含有量が5.0原子%以下に制限されているので、抵抗値が高くなることを抑制でき、導電性を確保することができる。
 さらに、Auの含有量が5.00原子%以下に制限されているので、光学特性が劣化することを抑制でき、光の透過性を確保することができる。
 本発明の態様であるAg合金膜においては、さらにCaを0.01原子%以上0.15原子%以下の範囲で含有してもよい。
 この場合、Agよりも塩化物生成自由エネルギーが低いCaを0.01原子%以上含有しているので、塩素(Cl)と接触した際に、MgとともにCaが優先的に塩化物を生成することになり、塩素(Cl)による腐食をさらに抑制することが可能となる。
 また、Caの含有量が0.15原子%以下に制限されているので、Ag合金膜を成膜する際に用いられるAg合金スパッタリングターゲットを安定して製造することが可能となる。
 また、本発明の態様であるAg合金膜においては、酸素含有量が0.010質量%以下であることが好ましい。
 この場合、酸素含有量が0.010質量%以下に制限されているので、Mgが酸素によって消費されることを抑制でき、MgによってAgの腐食を確実に抑制することが可能となる。
 本発明によれば、塩素(Cl)による腐食を抑制でき、耐環境性に優れたAg合金膜を成膜可能なAg合金スパッタリングターゲット、及び、Ag合金膜を提供することが可能となる。
本発明の実施形態であるAg合金膜を有する積層膜の断面説明図である。 実施例における恒温恒湿試験後の本発明例1のAg合金膜の膜端部の観察結果である。 実施例における恒温恒湿試験後の本発明例1のAg合金膜の膜中央部の観察結果である。 実施例における恒温恒湿試験後の比較例1のAg合金膜の膜端部の観察結果である。 実施例における恒温恒湿試験後の比較例1のAg合金膜の膜中央部の観察結果である。
 以下に、本発明の一実施形態であるAg合金スパッタリングターゲット、および、Ag合金膜について説明する。
 本実施形態であるAg合金スパッタリングターゲットは、Ag合金膜を成膜する際に用いられるものである。
 本実施形態であるAg合金スパッタリングターゲットは、上述のように、スパッタによってAg合金膜を成膜するものである。Ag合金スパッタリングターゲットの形状については、特に制限はなく、スパッタ面が矩形状をなす矩形平板型とされていてもよいし、スパッタ面が円形をなす円板型とされていてもよい。あるいは、スパッタ面が円筒面となる円筒型であってもよい。
 そして、本実施形態であるAg合金スパッタリングターゲットは、Mgを1.0原子%以上5.0原子%以下の範囲内、Auを0.10原子%以上5.00原子%以下の範囲内で含有し、残部がAgと不可避不純物とされた組成のAg合金で構成されている。
 また、本実施形態のAg合金スパッタリングターゲットは、さらにCaを0.01原子%以上0.15原子%以下の範囲で含有していてもよい。
 さらに、本実施形態のAg合金スパッタリングターゲットは、酸素含有量が0.010質量%以下に制限されていることが好ましい。
 また、本実施形態であるAg合金膜11は、例えばタッチパネルや太陽電池、有機ELデバイス等の電子デバイスの透明導電膜、光学機能性フィルムの金属薄膜として使用されるものである。
 本実施形態では、図1に示すように、積層膜10からなる透明導電膜を構成するものとされている。
 図1に示す積層膜10は、ガラス等からなる基板1の一面に成膜されたAg合金膜11と、このAg合金膜11の両面にそれぞれ形成された透明導電酸化物膜12と、を備えている。
 図1に示す積層膜10においては、Ag合金膜の膜厚を5nm以上20nm以下の範囲とすることが好ましい。また、透明導電酸化物膜12の膜厚を5nm以上50nm以下の範囲内とすることが好ましい。
 Ag合金膜11は、上述したAg合金スパッタリングターゲットを用いて成膜されるものであり、Mgを1.0原子%以上5.0原子%以下の範囲内、Auを0.10原子%以上5.00原子%以下の範囲内で含有し、残部がAgと不可避不純物とされた組成を有する。
 また、本実施形態のAg合金膜11は、さらにCaを0.01原子%以上0.15原子%以下の範囲で含有していてもよい。
 さらに、本実施形態のAg合金膜11は、酸素含有量が0.010質量%以下に制限されていることが好ましい。
 透明導電酸化物膜12は、例えば、In酸化物、Sn酸化物、Zn酸化物、Nb酸化物、Ti酸化物、Al酸化物、Ga酸化物から選択されるいずれか一種又は二種以上を含む透明導電酸化物で構成されている。具体的には、In-Sn酸化物(ITO)、Al-Zn酸化物(AZO)、In-Zn酸化物(IZO)、Zn-Sn酸化物(ZTO)、Zn-Sn-Al酸化物(AZTO)、Ga-Zn酸化物(GZO)、Zn-Y酸化物(ZYO)、Ga-Zn-Y酸化物(GZYO)等が挙げられる。
 透明導電酸化物膜12の組成は、要求される特性に応じて、適宜選択することが好ましい。
 本実施形態であるAg合金スパッタリングターゲット及びAg合金膜11において、成分組成を上述のように規定した理由について説明する。
(Mg)
 Mgは、Agよりも塩化物生成自由エネルギーが低く、塩化物を生成しやすい元素である。よって、Mgを含有させることにより、塩素(Cl)とMgとを優先的に反応させ、Agの腐食を抑制することが可能となる。
 Mgの含有量が1.0原子%未満の場合には、上述の作用効果を十分に得られないおそれがある。一方、Mgの含有量が5.0原子%を超える場合には、成膜したAg合金膜の抵抗値が上昇し、導電性が低下するおそれがある。
 このような理由から、本実施形態においては、Mgの含有量を1.0原子%以上5.0原子%以下の範囲内に設定している。
 塩素(Cl)によるAgの腐食をさらに抑制するためには、Mgの含有量の下限を1.5原子%以上とすることが好ましく、2.0原子%以上とすることがさらに好ましい。一方、成膜したAg合金膜の抵抗値の上昇をさらに抑制するためには、Mgの含有量の上限を4.5原子%以下とすることが好ましく、4.0原子%以下とすることがさらに好ましい。
(Au)
 Auは、Agの母相中に固溶することにより、Agと塩素(Cl)との反応を抑制する効果を有する元素である。
 Auの含有量が0.10原子%未満の場合には、上述の作用効果を十分に得られないおそれがある。一方、Auの含有量が5.00原子%を超える場合には、成膜したAg合金膜の光学特性が劣化し、透過率が低くなるおそれがある。
 このような理由から、本実施形態においては、Auの含有量を0.10原子%以上5.00原子%以下の範囲内に設定している。
 塩素(Cl)とAgとの反応をさらに抑制して、Agの腐食をさらに抑制するためには、Auの含有量の下限を0.50原子%以上とすることが好ましく、1.00原子%以上とすることがさらに好ましい。一方、成膜したAg合金膜の光学特性の劣化をさらに抑制するためには、Auの含有量の上限を4.50原子%以下とすることが好ましく、4.00原子%以下とすることがさらに好ましい。
(Ca)
 Caは、Mgと同様に、Agよりも塩化物生成自由エネルギーが低く、塩化物を生成しやすい元素である。よって、Caを含有させることにより、塩素(Cl)とMgとを優先的に反応させ、Agの腐食をさらに抑制することが可能となる。
 Caの含有量を0.01原子%以上とすることにより、塩素(Cl)によるAgの腐食をさらに抑制することが可能となる。一方、Caの含有量を0.15原子%以下に制限することにより、加工性が確保され、加工時における割れの発生を抑制することができる。
 このような理由から、本実施形態においてCaを添加する場合には、Caの含有量を0.01原子%以上0.15原子%以下の範囲内とすることが好ましい。
 塩素(Cl)とAgとの反応をさらに抑制して、Agの腐食をさらに抑制するためには、Caの含有量の下限を0.02原子%以上とすることが好ましく、0.05原子%以上とすることがさらに好ましい。一方、加工性をさらに確保し、加工時における割れの発生をさらに抑制するためには、Caの含有量の上限を0.13原子%以下とすることが好ましく、0.10原子%以下とすることがさらに好ましい。
 また、Caを意図的に添加しない場合には、Caの含有量は0.01原子%未満であってもよい。
(酸素含有量)
 本実施形態であるAg合金スパッタリングターゲットにおいて、酸素含有量を0.010質量%以下に制限した場合には、易酸化元素であるMgの酸化を抑制し、絶縁物であるMg酸化物の生成を抑制することが可能となる。これにより、スパッタ成膜時における異常放電の発生を抑制でき、安定してAg合金膜を成膜することが可能となる。また、Mgが酸化物として消費されることを抑制でき、MgによってAgの腐食を確実に抑制することが可能となる。
 このような理由から、本実施形態においては、酸素含有量を0.010質量%以下に制限することが好ましい。
 Mg酸化物の生成をさらに抑制してスパッタ成膜時の異常放電の発生を抑制するためには、酸素含有量を0.008質量%以下とすることが好ましく、0.005質量%以下とすることがさらに好ましい。
 また、酸素含有量の下限には特に制限はないが、工業的に0.001質量%未満とすることは、製造コストが大幅に上昇するため好ましくない。
 次に、本実施形態であるAg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。
 まず、純度99.9質量%以上のAg原料と、純度99.9質量%以上のAu、Mgの副原料を用意する。また、必要に応じて、純度99.9質量%以上のCaの副原料を用意する。
 次に、溶解炉でAg原料を高真空下又は不活性ガス雰囲気下で溶解し、得られたAg溶湯に所定量の副原料(Au、Mg、必要に応じてCa)を添加してAg合金溶湯を得る。その後、Ag合金溶湯を鋳型に供給し、所定の組成のAg合金インゴットを得る。
 Ag合金インゴット中の酸素含有量を低減させるため、Ag原料の溶解は、溶解炉内部を一度高真空(5×10-2Pa以下)にした後、不活性ガス(アルゴンや窒素)で大気圧付近まで置換するという操作を3回以上繰り返し行うことが好ましく、その後不活性ガス雰囲気下でAg原料を溶解後、副原料を投入することが好ましい。副原料(Au、Mg、必要に応じてCa)は予め作製した母合金(例えばAg-Ca合金等)として添加してもよい。
 次に、得られたAg合金インゴットを冷間加工する。このときの累計圧下率は70%以上とすることが好ましい。
 続いて、得られた冷間加工材に対して、大気雰囲気において、熱処理温度:500℃以上700℃以下、熱処理温度での保持時間:1時間以上5時間以下、の条件で熱処理を行う。
 そして、得られた熱処理材に対して、切削加工等の機械加工を行い、所定形状及び寸法に仕上げる。
 以上のような工程により、本実施形態であるAg合金スパッタリングターゲットが製造されることになる。
 次に、本実施形態であるAg合金膜の製造方法について説明する。
 本実施形態であるAg合金膜は、上述した本実施形態であるAg合金スパッタリングターゲットを用いて成膜される。
 上述したAg合金スパッタリングターゲットを、例えば無酸素銅製のバッキング材にはんだ付けしてスパッタ装置に装着し、スパッタを行うことで、基板の表面に本実施形態であるAg合金膜が成膜されることになる。
 使用するスパッタ装置においては、Ag合金膜を成膜する基板を静止してスパッタする静止対向式であってもよいし、基板を搬送しながらスパッタする基板搬送式(インライン式)であってもよい。
 また、スパッタ装置の電源としては、例えば、直流(DC)電源、高周波(RF)電源、中周波(MF)電源又は交流(AC)電源を用いることが可能である。
 以上のような構成とされた本実施形態であるAg合金スパッタリングターゲット及びAg合金膜11によれば、Agよりも塩化物生成自由エネルギーが低いMgを1.0原子%以上含有しているので、塩素(Cl)と接触した際に、Mgが優先的に塩化物を生成することになる。また、Auを0.10原子%以上含有しており、このAuがAgに固溶することにより、Agと塩素(Cl)との反応が抑制されることになる。よって、Ag合金膜11の塩素(Cl)による腐食を抑制することが可能となる。
 また、Mgの含有量が5.0原子%以下に制限されているので、Ag合金膜11の抵抗値が高くなることを抑制でき、導電性を確保することができる。
 さらに、Auの含有量が5.00原子%以下に制限されているので、Ag合金膜11の光学特性が劣化することを抑制でき、光の透過性を確保することができる。
 また、本実施形態において、さらにCaを0.01原子%以上0.15原子%以下の範囲で含有する場合には、塩素(Cl)と接触した際に、MgとともにCaが優先的に塩化物を生成することになり、Ag合金膜11の塩素(Cl)による腐食をさらに抑制することが可能となる。
 一方、Caの含有量が0.15原子%以下に制限されているので、加工時における割れの発生を抑制でき、このAg合金スパッタリングターゲットを安定して製造することが可能となる。
 また、本実施形態において、さらに酸素含有量を0.010質量%以下に制限した場合には、易酸化元素であるMgの酸化を抑制することで絶縁物であるMg酸化物の生成を抑制でき、スパッタ成膜時の異常放電の発生を抑制することが可能となる。
 さらに、Mgが酸素によって消費されることを抑制でき、MgによってAgの腐食を確実に抑制することが可能となる。
 以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
 例えば、本実施形態では、図1に示すように、積層膜を構成するAg合金膜として説明したが、これに限定されることはなく、本発明のAg合金膜は、単膜として使用されるものであってもよい。
 また、本実施形態では、Ag合金インゴットを冷間圧延することによってスパッタリングターゲットを製造するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の製造方法を適用してもよい。製造方法は、製造されるAg合金スパッタリングターゲットの形状に応じて、既知の方法を適宜選択することが好ましい。
 以下に、本発明の有効性を確認するために行った確認実験の結果について本発明の実施例を用いて説明する。
<Ag合金スパッタリングターゲット>
 純度99.9質量%以上のAg原料と、純度99.9質量%以上のAu、Mg(、Ca)の副原料を用意し、これらを所定の配合比となるように秤量した。
 次に、溶解炉でAg原料を高真空下又は不活性ガス雰囲気下で溶解し、得られたAg溶湯に、副原料(Au、Mg、Ca)を添加し、Ag合金溶湯とした。その後、Ag合金溶湯を鋳型に供給し、所定の組成のAg合金インゴットを得た。
 Ag原料の溶解は、溶解炉内部を一度高真空(5×10-2Pa以下)にした後、不活性ガス(アルゴンや窒素)で大気圧付近まで置換するという操作を3回繰り返し実施した。その後、不活性ガス雰囲気下でAg原料を溶解後、副原料を投入した。
 続いて得られたAg合金インゴットを圧下率80%で冷間圧延し、その後大気中600℃1時間の条件で熱処理を行った。
 そして、機械加工を実施することにより、所定寸法(126mm×178mm、厚さ6mm)のAg合金スパッタリングターゲットを得た。
(Ag合金スパッタリングターゲットの組成)
 得られたAg合金インゴットから測定試料を採取し、ICP発光分光分析法により分析した。また、酸素含有量は、不活性ガス融解-赤外線吸収法(JIS H 1067)によって実施した。測定結果を表1に示す。
(異常放電回数)
 スパッタ装置内を5×10-5Paまで排気した後、Arガス圧:0.5Pa、投入電力:直流1000W、ターゲット基板間距離:70mmの条件でスパッタを実施した。スパッタ時の異常放電回数は、MKSインスツルメント社製DC電源(RPDG-50A)のアークカウント機能により、放電開始から6時間の異常放電回数として計測した。測定結果を表1に示す。
<Ag合金膜>
 次に、上述のようにして得られたAg合金スパッタリングターゲットを用いて、以下のようにして、積層膜を成膜した。
 まず、基板として、10cm×30cmのガラス基板(コーニング社製EAGLEXG)を準備した。
 また、透明導電酸化物膜を成膜するスパッタリングターゲットとして、ITO(In-10質量%SnO)からなるスパッタリングターゲットを準備した。
 上述のスパッタリングターゲット及びAg合金スパッタリングターゲットを、無酸素銅製のバッキングプレートにはんだ付けし、これをスパッタ装置に装着した。本実施形態では、マグネトロンDCスパッタ装置を用いた。また、本実施形態では、基板を搬送しながらスパッタする基板搬送式のスパッタ装置を用いた。
 そして、以下の条件でスパッタを行い、基板の上に、透明導電酸化物膜及びAg合金膜を成膜し、表2に示す層構成の積層膜を得た。
 成膜開始真空度:7.0×10-4Pa以下
 スパッタガス:高純度アルゴン
 チャンバー内スパッタガス圧力:0.4Pa
 直流電力:100W
(Ag合金膜の組成)
 上述の条件で、ガラス基板上に金属膜を厚さ1000nmで成膜し、これをICP発光分光分析法によって成分組成を測定した。また、酸素含有量は、不活性ガス融解-赤外線吸収法(JIS H 1067)によって実施した。その結果、Ag合金膜の組成は、使用したAg合金スパッタリングターゲットの組成と同等であることを確認した。
(膜厚測定)
 スパッタリングによって成膜する際には、一定時間成膜した際の膜厚を段差測定計(DEKTAK-XT)によって測定することでスパッタリングレートを測定し、その値を元に成膜時間を調整して、目標厚さとなるように成膜した。
 実際の積層膜の膜厚については、透過電子顕微鏡(TEM)によって積層膜の断面を観察することで確認し、狙い値通りの膜厚が成膜されていることを確認した。TEM観察のための試料作製には、例えば、クロスセクションポリッシャー(CP)や、集束イオンビーム(FIB)を用いることができる。
(積層膜の電気特性評価)
 積層膜のシート抵抗を三菱化学製抵抗測定器ロレスタGPによる四探針法により測定した。評価結果を表2に示す。
(積層膜の光学特性評価)
 積層膜の透過率を分光光度計(株式会社日立ハイテクノロジーズ製U-4100)を用いて測定した。評価結果を表2に示す。表2には、波長380nmから780nmにおける透過率の平均値を記載した。
(積層膜の耐環境性評価)
 積層膜を、温度85℃、湿度85%の恒温恒湿槽内に250時間保持し、試験後の膜外観を光学顕微鏡にて観察し、変色(外観不良)の有無を判断した。評価結果を表2に示す。図2A~図2B及び図3A~図3Bに恒温恒湿試験後の積層膜の観察例を示す。図2Aが本発明例1のAg合金膜の膜端部の観察結果であり、図2Bが本発明例1のAg合金膜の膜中央部の観察結果である。また、図3Aが比較例1のAg合金膜の膜端部の観察結果であり、図3Bが比較例1のAg合金膜の膜中央部の観察結果である。
 変色は、積層膜に付着したパーティクルに含まれる塩素(Cl)による腐食が、恒温恒湿試験によって加速することで発生する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 Auの含有量が0.02原子%である比較例1のAg合金スパッタリングターゲットを用いて成膜されたAg合金膜を有する比較例101の積層膜においては、図3A~図3Bに示すように、恒温恒湿試験後に、Ag合金膜に変色部が認められた。Auによる腐食抑制効果が十分ではなく、塩素(Cl)による腐食が発生したためと推測される。
 Auの含有量が6.50原子%である比較例2のAg合金スパッタリングターゲットを用いて成膜されたAg合金膜を有する比較例102の積層膜においては、透過率が低くなった。
 Mgの含有量が0.4原子%である比較例3のAg合金スパッタリングターゲットを用いて成膜されたAg合金膜を有する比較例103の積層膜においては、恒温恒湿試験後に、Ag合金膜に変色部が認められた。Mgによる腐食抑制効果が十分ではなく、塩素(Cl)による腐食が発生したためと推測される。
 Mgの含有量が7.0原子%である比較例4のAg合金スパッタリングターゲットを用いて成膜されたAg合金膜を有する比較例104の積層膜においては、シート抵抗が高くなった。
 Caの含有量が0.21原子%とされた比較例5においては、圧延時に割れが発生し、スパッタリングターゲットを製造することができなかった。このため、その後の評価を中止した。
 これに対して、Mgを1.0原子%以上5.0原子%以下の範囲内、Auを0.10原子%以上5.00原子%以下の範囲内で含有する本発明例1-9のAg合金スパッタリングターゲットを用いて成膜されたAg合金膜を有する本発明例101-109の積層膜においては、例えば図2A~図2Bに示すように、恒温恒湿試験後に、Ag合金膜に変色部が認められなかった。Mg及びAuによる腐食抑制効果により、塩素(Cl)による腐食を抑制できたことが確認された。
 また、シート抵抗が十分に低く、かつ、平均透過率が十分に高く、電気特性および光学特性に優れており、透明導電膜として適していることが確認された。
 本発明例7,8においては、Caをそれぞれ0.01原子%、0.15原子%含有しているが、いずれも恒温恒湿試験後の腐食の発生が認められず、さらに、電気特性および光学特性に優れていた。
 また、酸素含有量が0.010質量%以下とされた本発明例1-8のAg合金スパッタリングターゲットにおいては、スパッタ成膜時における異常放電の発生が十分に抑えられており、安定してスパッタ成膜が可能であった。
 酸素含有量が0.030質量%とされた本発明例9のAg合金スパッタリングターゲットにおいては、スパッタ成膜時に異常放電が発生したが、Ag合金膜の成膜は可能であった。また、本発明例9のAg合金スパッタリングターゲットを用いて成膜されたAg合金膜を有する本発明例109の積層膜においても、比較例に比べて、耐環境性に十分に優れていた。
 以上のことから、本発明例によれば、塩素(Cl)による腐食を抑制でき、耐環境性に優れたAg合金膜を成膜可能なAg合金スパッタリングターゲット、及び、Ag合金膜を提供可能であることが確認された。
 本発明によれば、塩素(Cl)による腐食を抑制でき、耐環境性に優れたAg合金膜を成膜可能なAg合金スパッタリングターゲット、及び、Ag合金膜を提供することが可能となる。

Claims (6)

  1.  Mgを1.0原子%以上5.0原子%以下の範囲内、Auを0.10原子%以上5.00原子%以下の範囲内で含有し、残部がAgと不可避不純物からなることを特徴とするAg合金スパッタリングターゲット。
  2.  さらにCaを0.01原子%以上0.15原子%以下の範囲で含有することを特徴とする請求項1に記載のAg合金スパッタリングターゲット。
  3.  酸素含有量が0.010質量%以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のAg合金スパッタリングターゲット。
  4.  Mgを1.0原子%以上5.0原子%以下の範囲内、Auを0.10原子%以上5.00原子%以下の範囲内で含有し、残部がAgと不可避不純物からなることを特徴とするAg合金膜。
  5.  さらにCaを0.01原子%以上0.15原子%以下の範囲で含有することを特徴とする請求項4に記載のAg合金膜。
  6.  酸素含有量が0.010質量%以下であることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載のAg合金膜。
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