WO2021240839A1 - Ag合金スパッタリングターゲット - Google Patents

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雄二郎 林
昌三 小見山
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三菱マテリアル株式会社
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3407Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C14/34Sputtering

Definitions

  • the present invention relates to an Ag alloy sputtering target used for forming a thin film of an Ag alloy containing In and Ge.
  • Patent Document 1 discloses that an Ag alloy is used as a constituent material of a reflective electrode of an organic EL element.
  • Patent Document 2 discloses that various Ag alloys are used as a reflective film provided on an optical recording medium, a display, or the like.
  • Patent Document 3 describes a reflective plate for a reflective LCD, a reflective wiring electrode, a thin film, an optical recording medium, an electromagnetic wave shield, a metal material for electronic parts, a wiring material, an electronic part, an electronic device, an electronic optical component, a laminate, and a building material.
  • Patent Document 4 describes a reflective film of a display such as a liquid crystal display or an electronic component such as an LED (light emitting diode), a perforated semi-transmissive film, a reflective electrode film, an electrode film, wiring, a reflective film of an optical disk medium, and the like. It is disclosed that various Ag alloy films are used as a thin semi-transmissive film, a reflective film of a light component such as a headlight or a projection lamp of a projector, an electromagnetic wave shielding shield film, and the like. All of the above-mentioned various Ag alloy films are formed by a sputtering target made of an Ag alloy.
  • the Ag alloy film made of an Ag alloy containing Ge and In is excellent in reflectance, sulfurization resistance, and heat resistance, and is particularly suitable for various applications such as a reflective electrode film of an organic EL element.
  • the reaction with the atmospheric gas may proceed non-uniformly on the surface thereof, causing local discoloration and causing color unevenness.
  • the Ag alloy sputtering target in which color unevenness is caused by such local discoloration may have a poor appearance and cannot be shipped as a product.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and can suppress the occurrence of appearance defects due to color unevenness, and can form an Ag alloy film having excellent reflectance, sulfide resistance, and heat resistance. It is an object of the present invention to provide a flexible Ag alloy sputtering target.
  • the present invention has been made based on the above findings, and the Ag alloy sputtering target of the present invention is made of an Ag alloy containing Ge and In, and the crystallite diameter determined by the Scherrer formula is 220 ⁇ or less. It is characterized by that.
  • the crystallite diameter indicates the average value of the crystallite size, and the crystallite is the smallest unit in the crystal grain that contributes to diffraction, and is a portion that can be regarded as a single crystal.
  • the crystallite diameter required by the Scherrer equation is limited to 220 ⁇ or less, so that the catalytic activity is increased and the reactivity is improved, and the reaction with the atmospheric gas is carried out on the surface thereof. It progresses uniformly, and it is possible to suppress the occurrence of color unevenness. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of poor appearance due to color unevenness.
  • the Ag alloy contains In in the range of 0.1% by mass or more and 1.5% by mass or less, and Ge in the range of 0.1% by mass or more and 7.5% by mass or less. It is preferable that the composition is contained in the above, and the balance is Ag and unavoidable impurities. In this case, In was contained in the range of 0.1% by mass or more and 1.5% by mass or less, Ge was contained in the range of 0.1% by mass or more and 7.5% by mass or less, and the balance was Ag and unavoidable impurities.
  • An Ag alloy film having a composition can be formed.
  • the Ag alloy film having such a composition is particularly excellent in heat resistance, sulfurization resistance, and reflectance, and is particularly suitable for, for example, a reflective film application.
  • the Ag alloy has a Pd content of 40 mass ppm or less, a Pt content of 20 mass ppm or less, an Au content of 20 mass ppm or less, and a Rh content. It is preferable that the amount is 10 mass ppm or less and the total content of Pd, Pt, Au and Rh is 50 mass ppm or less.
  • Pd, Pt, Au, and Rh which may be contained in the Ag alloy, act as catalysts in the reduction reaction of nitric acid, when the Ag alloy film formed when a large amount of these elements is contained is etched with a nitric acid etching solution, The etching rate of the film may increase. Therefore, when the Ag alloy contains Pd, Pt, Au, and Rh, the content of Pd, Pt, Au, and Rh is limited as described above to form a film using the Ag alloy sputtering target of the present invention.
  • the content of Pd, Pt, Au, and Rh can be limited even in the obtained Ag alloy film, and the etching rate can be kept low even if the etching treatment is performed using an etching solution containing nitric acid. A film can be formed.
  • an Ag alloy sputtering target capable of forming an Ag alloy film having excellent reflectance, sulfurization resistance, and heat resistance, which can suppress the occurrence of appearance defects due to color unevenness. Will be.
  • the Ag alloy sputtering target according to the embodiment of the present invention will be described below.
  • the Ag alloy sputtering target of the present embodiment is used when forming an Ag alloy film.
  • an Ag alloy film formed by using the Ag alloy sputtering target of the present embodiment is provided, and the formed Ag alloy film is used, for example, as a reflective electrode film of an organic EL element. ..
  • the Ag alloy sputtering target of the present embodiment may be a rectangular flat plate type sputtering target having a rectangular sputter surface, or a disc type sputtering target having a circular sputter surface. Alternatively, it may be a cylindrical sputtering target in which the sputtering surface is a cylindrical surface. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a disk-shaped sputtering target having a circular sputter surface is used.
  • the Ag alloy sputtering target of the present embodiment is composed of an Ag alloy containing Ge and In.
  • the above-mentioned Ag alloy contains In in the range of 0.1% by mass or more and 1.5% by mass or less, and Ge in the range of 0.1% by mass or more and 7.5% by mass or less. It is preferable that the balance is composed of Ag and unavoidable impurities.
  • the above-mentioned Ag alloy has a Pd content of 40 mass ppm or less, a Pt content of 20 mass ppm or less, an Au content of 20 mass ppm or less, and a Rh content of 10 mass ppm or less. It is preferable that the mass is ppm or less and the total content of Pd, Pt, Au and Rh is 50 mass ppm or less.
  • the Ag alloy may contain one or more selected from Pd, Pt, Au and Rh, and in particular, one selected from Pd, Pt, Au and Rh, Pd and Pt. 2 or more including Pd, Au, 2 or more including Pd, Rh, 2 or more including Pt, Au, 2 or more including Pt, Rh, or 2 or more including Au, Rh May be contained. Further, the Ag alloy may contain one kind or two or more kinds selected from Pd, Pt, Au and Rh as one kind of impurities, for example.
  • the crystallite diameter required by the Scherrer formula is 220 ⁇ or less.
  • the above-mentioned crystallite diameter is obtained by the following Scherrer's formula from the X-ray diffraction pattern in the XRD measurement.
  • the outer peripheral portions (2), (3), (4), and (5) were set within a range of 15% or less of the diameter from the outer peripheral edge to the inner side.
  • the crystallite diameter obtained by the Scherrer equation is set to 220 ⁇ or less.
  • the crystallite diameter is preferably 215 ⁇ or less, and more preferably 210 ⁇ or less. Further, the lower limit of the crystallite diameter is not particularly limited, but is substantially 100 ⁇ or more.
  • (In) In is an element having an effect of improving the sulfurization resistance and heat resistance of the formed Ag alloy film.
  • In can be dissolved in Ag to suppress the growth of crystal grains.
  • the hardness is improved by the solid solution, and it becomes possible to suppress the occurrence of warpage.
  • the In content is preferably in the range of 0.1% by mass or more and 1.5% by mass or less.
  • the lower limit of the In content should be 0.25% by mass or more. It is more preferably 0.5% by mass or more, and more preferably 0.5% by mass or more. Further, in order to surely suppress the decrease in the reflectance and the increase in the electric resistance of the formed Ag alloy film, it is more preferable to set the upper limit of the In content to 1.25% by mass or less. It is more preferably 1.0% by mass or less.
  • Ge is an element having an action effect of improving the sulfurization resistance and heat resistance of the formed Ag alloy film.
  • Ge can be dissolved in Ag to suppress the growth of crystal grains.
  • the hardness is improved by the solid solution, and it becomes possible to suppress the occurrence of warpage in the sputtering target.
  • the content of Ge is 0.1% by mass or more, the above-mentioned action and effect can be sufficiently obtained.
  • the Ge content is preferably in the range of 0.1% by mass or more and 7.5% by mass or less.
  • the lower limit of the content of Ge is preferably 1.0% by mass or more, and more preferably 1.5% by mass or more.
  • the upper limit of the Ge content is 6.25% by mass or less. It is more preferably 0.0% by mass or less.
  • Pd, Pt, Au, Rh Precious metal elements such as Pd, Pt, Au, and Rh, which may be contained in Ag alloys, act as catalysts in the reduction reaction of nitric acid. At that time, the etching rate becomes high, and there is a possibility that the etching process cannot be performed stably. Therefore, in order to stably etch the formed Ag alloy film with a nitrate etching solution, the Pd content is 40 mass ppm or less, the Pt content is 20 mass ppm or less, and the Au content is Au.
  • the content of Rh is 20 mass ppm or less, the content of Rh is 10 mass ppm or less, and the total content of Pd, Pt, Au and Rh is 50 mass ppm or less.
  • the lower limit of the total content may be 0.1% by mass or more.
  • an Ag raw material having a purity of 99.99% by mass or more, an In raw material having a purity of 99.99% by mass or more, and a Ge raw material having a purity of 99.99% by mass or more are prepared.
  • electrolytic refining was carried out on Ag having a purity of 99.9% by mass or more to prepare electrolytic Ag, and the obtained electrolytic Ag was cast again as an anode for electrolysis and reelectrolysis was carried out. By repeating this, the contents of Pd, Pt, Au, and Rh in Ag were reduced.
  • the Pd content is 40 mass ppm or less
  • the Pt content is 20 mass ppm or less
  • the Au content is 20 mass ppm or less
  • the Rh content is 10 mass ppm or less
  • Pd, Pt, and Au It is possible to obtain an Ag raw material in which the total content of Rh and Rh is limited to 50 mass ppm or less.
  • the above-mentioned Ag raw material, In raw material, and Ge raw material are weighed so as to have a desired mass ratio, and charged into the container of the high-frequency vacuum melting furnace.
  • the inside of the vacuum chamber of the high-frequency vacuum melting furnace is evacuated, replaced with argon gas, and then Ag is melted.
  • ingots are produced by adding In and Ge to the dissolved Ag in an argon gas atmosphere and pouring the molten alloy into a graphite mold for casting.
  • a one-way solidification method can be used.
  • the molten metal is cast into a mold whose side surface is preheated by resistance heating while the bottom of the mold is water-cooled, and then the set temperature of the resistance heating part at the bottom of the mold is gradually lowered. It can be carried out by.
  • a method such as a complete continuous casting method or a semi-continuous casting method may be used instead of the one-way solidification method described above.
  • the hot forging temperature is preferably in the range of 750 ° C. or higher and 850 ° C. or lower.
  • Cold rolling step S03 Next, the hot forged material described above is cold-rolled to obtain a cold-rolled material.
  • the total rolling reduction of cold rolling is preferably in the range of 60% or more and 70% or less.
  • Heat treatment step S04 heat treatment is performed on the cold-rolled material described above. It is preferable that the holding temperature during the heat treatment is within the range of 350 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, and the holding time at the holding temperature is within the range of 1 hour or longer and 2 hours or lower.
  • the holding temperature By setting the holding temperature to 350 ° C. or higher, recrystallization proceeds and the occurrence of cracking and abnormal discharge can be suppressed.
  • the holding temperature by setting the holding temperature to 600 ° C. or lower, the grain size of the crystal grains can be made uniform and the occurrence of abnormal discharge can be suppressed.
  • the lower limit of the holding temperature is more preferably 400 ° C. or higher, and more preferably 450 ° C. or higher.
  • the upper limit of the holding temperature is more preferably 550 ° C or lower, and more preferably 500 ° C or lower.
  • the lower limit of the holding time is more preferably 1.25 hours or more, and more preferably 1.5 hours or more. ..
  • Cold rolling step S05 By applying cold rolling with a total reduction ratio of 1% or more and 5% or less after the heat treatment, the crystal grain diameter can be reduced by adding a slight strain to the crystal grains. Specifically, the crystallite diameter is set to 220 ⁇ or less. It becomes possible. In order to further reduce the crystallite diameter, the total reduction ratio of cold rolling after heat treatment is more preferably 2% or more, and more preferably 3% or more. If the total reduction rate of cold rolling after heat treatment exceeds 5%, the strain becomes too large and causes abnormal discharge. The cold rolling here may be carried out only for one pass or may be carried out a plurality of times as long as the range of the total rolling reduction is satisfied.
  • the Ag alloy sputtering target according to the present embodiment is manufactured.
  • the crystallite diameter required by the Scherrer equation is limited to 220 ⁇ or less, so that the catalytic activity is increased and the reactivity is improved. Become. Therefore, the reaction with the atmospheric gas proceeds uniformly on the surface of the Ag alloy sputtering target, the occurrence of color unevenness can be suppressed, and the occurrence of appearance defects can be suppressed.
  • the Ag alloy constituting the Ag alloy sputtering target has In in the range of 0.1% by mass or more and 1.5% by mass or less, and Ge in the range of 0.1% by mass or more and 7.5% by mass or less.
  • the composition is contained inside and the balance is Ag and unavoidable impurities, it is possible to form an Ag alloy film that is excellent in heat resistance, sulfurization resistance, and reflectance and is particularly suitable for reflective film applications. Become.
  • the Ag alloy constituting the Ag alloy sputtering target has a Pd content of 40% by mass or less, a Pt content of 20% by mass or less, an Au content of 20% by mass or less, and a Rh content. Is 10% by mass or less, and the total content of Pd, Pt, Au, and Rh is 50% by mass or less, the etching rate is low even if the etching treatment is performed using an etching solution containing nitric acid. It is possible to form an Ag alloy film that can be suppressed.
  • the target sputtering surface has a circular shape and the measurement sample is taken from the position shown in FIG. 1 to obtain the crystallite diameter, but the sputtering is not limited to this.
  • the surface may have a rectangular shape, or may be a cylindrical sputtering target having a cylindrical surface.
  • the intersections (1) where the diagonal lines intersect and the corner portions (2), (3) on each diagonal line It is preferable to collect measurement samples from the five points (4) and (5) to determine the crystallite diameter.
  • the corners (2), (3), (4), and (5) shall be within a range of 15% or less of the diagonal total length from the corners inward.
  • the cylindrical sputtering target in which the target sputtering surface is a cylindrical surface as shown in FIGS. 4A and 4B, (1) and (2) at intervals of 90 ° in the outer peripheral direction from a half point in the axis O direction. It is preferable to collect measurement samples from the four points (3) and (4) to determine the crystallite diameter.
  • An Ag raw material having a purity of 99.99% by mass or more is prepared, the Ag raw material is dissolved in a vacuum atmosphere, replaced with Ar gas, and then Ge and In having a purity of 99.99% by mass or more are added to form a predetermined composition.
  • the molten Ag alloy of No. 1 was melted. Then, this molten Ag alloy was cast to produce an Ag alloy ingot.
  • the Ag raw material reduced the content of Pd, Pt, Au, Rh, if necessary, as described in the column of the embodiment of the invention.
  • the obtained Ag alloy ingot was hot forged (temperature 800 ° C.) and then cold rolled (total rolling reduction 64%). Then, the heat treatment was carried out under the conditions (holding temperature / holding time) shown in Table 1. After that, 1-pass cold rolling was carried out under the conditions of the rolling reduction shown in Table 1. Machining was carried out after cold rolling to produce a disk-shaped Ag alloy sputtering target having a diameter of 152.4 mm and a thickness of 18 mm, as shown in FIG.
  • an Ag alloy film was formed with a direct current of 300 W and an argon gas pressure of 0.3 Pa.
  • a wiring pattern (wiring film) was formed by photolithography on an Ag alloy film having a thickness of 100 nm formed on a glass substrate. Specifically, a photoresist agent (“OFPR-8600” manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is applied on the formed Ag alloy film with a spin coater, exposed at 110 ° C. after prebaking, and then a developer (Tokyo Ohka). The pattern was developed by "NMD-W” manufactured by Kogyo Co., Ltd.) and post-baked at 150 ° C. As a result, a comb-shaped wiring pattern having a width of 100 ⁇ m and an interval of 100 ⁇ m was formed on the Ag alloy film.
  • a photoresist agent (“OFPR-8600” manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is applied on the formed Ag alloy film with a spin coater, exposed at 110 ° C. after prebaking, and then a developer (Tokyo Ohka).
  • the pattern was
  • etching solution "SEA-2" manufactured by Kanto Chemical Co., Inc. was used, and etching was performed at a solution temperature of 40 ° C. and an immersion time of 30 seconds.
  • Comparative Example 1 In which the crystallite diameter determined by the Scherrer formula exceeds 220 ⁇ , color unevenness occurred. It is presumed that the atmospheric gas reaction such as the atmosphere progressed unevenly and the color changed locally. In Comparative Example 2 containing no In, the reflectance of the formed Ag alloy film was significantly reduced after the sulfurization test. In Comparative Example 3 in which Ge was not included and the crystallite diameter determined by the Scherrer formula exceeded 220 ⁇ , color unevenness occurred. It is presumed that the atmospheric gas reaction such as the atmosphere progressed unevenly and the color changed locally. Further, in the formed Ag alloy film, the reflectance was greatly reduced after the heat treatment.
  • Example 1-19 of the present invention containing In and Ge and having a crystallite diameter determined by the Scherrer formula of 220 ⁇ or less, no color unevenness occurred. It is presumed that the catalytic activity was increased, the reactivity was improved, and the reaction with the atmospheric gas such as the atmosphere on the surface proceeded uniformly. Further, it was possible to form an Ag alloy film having excellent reflectance, heat resistance and sulfurization resistance as compared with Comparative Example 1-4.
  • the composition contains In in the range of 0.1% by mass or more and 1.5% by mass or less, Ge in the range of 0.1% by mass or more and 7.5% by mass or less, and the balance is Ag and unavoidable impurities.
  • Example 1-7 and 10-19 of the present invention it was possible to form an Ag alloy film having particularly excellent reflectance, heat resistance and sulfide resistance.
  • the content of Pd is 40 mass ppm or less
  • the content of Pt is 20 mass ppm or less
  • the content of Au is 20 mass ppm or less
  • the content of Rh is 10 mass ppm or less
  • Pd, Pt and Au In Example 1-14 of the present invention in which the total content of Rh was 50 mass ppm or less, the etching rate was kept relatively low.
  • the present invention it is possible to provide an Ag alloy sputtering target capable of forming an Ag alloy film having excellent reflectance, sulfurization resistance, and heat resistance, which can suppress the occurrence of appearance defects due to color unevenness. Will be. Therefore, the present invention can be used industrially.

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Abstract

このAg合金スパッタリングターゲットは、GeとInとを含むAg合金からなり、シェラー式で求められる結晶子径が220Å以下である。前記Ag合金は、Inを0.1質量%以上1.5質量%以下の範囲内、Geを0.1質量%以上7.5質量%以下の範囲内で含み、残部がAg及び不可避不純物とされた組成とされていることが好ましい。

Description

Ag合金スパッタリングターゲット
 本発明は、InおよびGeを含むAg合金の薄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に関する。
 本願は、2020年5月29日に日本に出願された特願2020-094256号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 一般に、Ag膜又はAg合金膜は、光学特性および電気特性に優れていることから、ディスプレイやLED等の反射電極膜、タッチパネル等の配線膜等の各種部品の反射膜及び導電膜として使用されている。
 例えば、特許文献1には、有機EL素子の反射電極の構成材料としてAg合金を用いることが開示されている。
 特許文献2には、光記録媒体、ディスプレイ等に設けられる反射膜として、各種Ag合金を用いることが開示されている。
 特許文献3には、反射型LCD用反射板、反射配線電極、薄膜、光学記録媒体、電磁波遮蔽体、電子部品用金属材料、配線材料、電子部品、電子機器、電子光学部品、積層体及び建材ガラス等において、各種Ag合金膜を用いることが開示されている。
 また、特許文献4には、液晶ディスプレイ等のディスプレイ或いはLED(発光ダイオード) 等の電子部品の反射膜や有孔型半透過膜、反射電極膜、電極膜、配線、光学ディスク媒体の反射膜や薄型半透過膜、或いは、ヘッドライト、プロジェクタの投影ランプ等のライト部品の反射膜、電磁波遮蔽シールド膜等として、各種Ag合金膜を用いることが開示されている。
 上述の各種Ag合金膜は、いずれも、Ag合金からなるスパッタリングターゲットによって成膜されている。
特開2016-089215号公報 再公表WO2005/056848号公報 特開2004-002929号公報 特開2006-037169号公報
 ところで、GeとInを含むAg合金からなるAg合金膜は、反射率、耐硫化性、耐熱性に優れており、例えば有機EL素子の反射電極膜等の各種用途に、特に適している。
 しかし、GeとInを含むAg合金からなるAg合金スパッタリングターゲットにおいては、その表面において雰囲気ガスとの反応が不均一に進行して局所的に変色し、色むらが生じることがあった。このように局所的な変色によって色むらが生じたAg合金スパッタリングターゲットは、外観不良となって製品として出荷できないことがあった。
 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、色むらによる外観不良の発生を抑制することができ、反射率、耐硫化性、耐熱性に優れた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、本発明者らが鋭意検討した結果、GeとInとを含むAg合金からなるAg合金スパッタリングターゲットにおいて、その結晶子径を適正化することにより、触媒活性が高くなって反応性が向上し、色むらの発生を抑制可能であるとの知見を得た。
 本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、本発明のAg合金スパッタリングターゲットは、GeとInとを含むAg合金からなり、シェラー式で求められる結晶子径が220Å以下であることを特徴としている。結晶子径とは、結晶子サイズの平均値を示し、結晶子とは結晶粒の中で回折に寄与する最小単位で、単結晶と見なせる部分のことである。
 本発明のAg合金スパッタリングターゲットによれば、シェラー式で求められる結晶子径が220Å以下に制限されているので、触媒活性が高くなって反応性が向上し、その表面において雰囲気ガスとの反応が均一に進行することになり、色むらの発生を抑制することが可能となる。よって、色むらによる外観不良の発生を抑制することができる。
 本発明のAg合金スパッタリングターゲットにおいては、前記Ag合金は、Inを0.1質量%以上1.5質量%以下の範囲内、Geを0.1質量%以上7.5質量%以下の範囲内で含み、残部がAg及び不可避不純物とされた組成とされていることが好ましい。
 この場合、Inを0.1質量%以上1.5質量%以下の範囲内、Geを0.1質量%以上7.5質量%以下の範囲内で含み、残部がAg及び不可避不純物とされた組成のAg合金膜を成膜することができる。このような組成のAg合金膜は、耐熱性、耐硫化性、反射率に特に優れており、例えば反射膜用途として特に適している。
 また、本発明のAg合金スパッタリングターゲットにおいては、前記Ag合金は、Pdの含有量が40質量ppm以下、Ptの含有量が20質量ppm以下、Auの含有量が20質量ppm以下、Rhの含有量が10質量ppm以下、かつ、PdとPtとAuとRhの合計含有量が50質量ppm以下とされていることが好ましい。
 Ag合金に含まれることがあるPd,Pt,Au,Rhは、硝酸の還元反応において触媒として作用するため、これらの元素を多く含むと成膜したAg合金膜を硝酸エッチング液でエッチングした際に膜のエッチングレートが高くなるおそれがある。このため、Ag合金にPd,Pt,Au,Rhが含まれる場合、Pd,Pt,Au,Rhの含有量を上述のように制限することで、本発明の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合金膜においても、Pd,Pt,Au,Rhの含有量を制限することができ、硝酸を含むエッチング液を用いてエッチング処理しても、エッチングレートを低く抑えることが可能なAg合金膜を成膜することができる。
 本発明によれば、色むらによる外観不良の発生を抑制することができ、反射率、耐硫化性、耐熱性に優れた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合金スパッタリングターゲットにおける測定試料の採取位置を示す説明図である。 本実施形態であるAg合金スパッタリングターゲットの製造方法の一例を示すフロー図である。 本発明の他の実施形態であるAg合金スパッタリングターゲットにおける測定試料の採取位置を示す説明図である。 本発明の他の実施形態であるAg合金スパッタリングターゲットにおける測定試料の採取位置を示す平面図である。 本発明の他の実施形態であるAg合金スパッタリングターゲットにおける測定試料の採取位置を示す正面図である。 実施例におけるAg合金スパッタリングターゲットのターゲットスパッタ面における測定試料の採取位置を示す説明図である。 実施例におけるAg合金スパッタリングターゲットのXRD測定結果を示す図である。図中、(a)が本発明例2、(b)が比較例3の測定結果である。
 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。本実施形態においては、本実施形態の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合金膜が提供され、成膜されたAg合金膜は、例えば、有機EL素子の反射電極膜として使用される。
 本実施形態であるAg合金スパッタリングターゲットは、スパッタ面が矩形状をなす矩形平板型スパッタリングターゲットであってもよいし、スパッタ面が円形状をなす円板型スパッタリングターゲットであってもよい。あるいは、スパッタ面が円筒面とされた円筒型スパッタリングターゲットであってもよい。
 本実施形態では、図1に示すように、スパッタ面が円形状をなす円板型スパッタリングターゲットとした。
 本実施形態であるAg合金スパッタリングターゲットは、GeとInとを含むAg合金で構成されている。
 本実施形態においては、上述のAg合金は、Inを0.1質量%以上1.5質量%以下の範囲内、Geを0.1質量%以上7.5質量%以下の範囲内で含み、残部がAg及び不可避不純物とされた組成とされていることが好ましい。
 さらに、本実施形態においては、上述のAg合金は、Pdの含有量が40質量ppm以下、Ptの含有量が20質量ppm以下、Auの含有量が20質量ppm以下、Rhの含有量が10質量ppm以下、かつ、PdとPtとAuとRhの合計含有量が50質量ppm以下とされていることが好ましい。
 Ag合金には、Pd,Pt,Au,Rhから選択される1種又は2種以上が含有されることがあり、特に、Pd,Pt,Au,Rhから選択される1種、Pd,Ptを含む2種以上、Pd,Auを含む2種以上、Pd,Rhを含む2種以上、Pt,Auを含む2種以上、Pt,Rhを含む2種以上、又はAu,Rhを含む2種以上を含有することがある。また、Ag合金には、例えば不純物の一種としてPd,Pt,Au,Rhから選択される1種又は2種以上が含まれる場合がある。
 本実施形態であるAg合金スパッタリングターゲットにおいては、シェラー式で求められる結晶子径が220Å以下とされている。
 上述の結晶子径は、XRD測定におけるX線回折パターンから、下記のシェラーの式によって求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
K:形状因子(0.9として計算)
λ:X線波長
β:ピーク半値全幅(FWHM、ただしラジアン単位)
θ:ブラッグ数
τ:結晶子径(結晶子の平均サイズ)
 本実施形態では、図1に示すように、円の中心(1)、及び、円の中心を通過するとともに互いに直交する2本の直線上の外周部分(2)、(3)、(4)、(5)の5点で、それぞれ測定試料を採取してXRD測定を実施して結晶子径を算出し、その平均値を本実施形態であるAg合金スパッタリングターゲットの結晶子径とした。
 外周部分(2)、(3)、(4)、(5)は、外周縁から内側に向かって直径の15%以内の範囲内とした。
 以下に、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、結晶子径、および組成を、上述のように規定した理由について説明する。
(結晶子径)
 Ag合金スパッタリングターゲットにおいて、結晶子径が小さいと、触媒活性が高くなって反応性が向上することになる。このため、雰囲気ガスとの反応が均一に進行することになり、色むらの発生を抑制することが可能となる。
 そこで、本実施形態においては、シェラー式で求められる結晶子径を220Å以下に設定している。
 さらに反応性を向上させて色むらの発生を抑制するためには、結晶子径を215Å以下とすることが好ましく、210Å以下とすることがさらに好ましい。また、結晶子径の下限に特に制限はないが、実質的には、100Å以上となる。
(In)
 Inは、成膜されたAg合金膜の耐硫化性および耐熱性を向上させる作用効果を有する元素である。また、Inは、Agに固溶して結晶粒の成長を抑制することができる。また、固溶によって硬度が向上し、反りの発生を抑制することが可能となる。
 Inの含有量を0.1質量%以上とすることにより、上述の作用効果を十分に得ることが可能となる。一方、Inの含有量を1.5質量%以下とすることにより、成膜されたAg合金膜の反射率の低下、及び、電気抵抗の上昇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は、Inの含有量を0.1質量%以上1.5質量%以下の範囲内とすることが好ましい。
 成膜されたAg合金膜の耐硫化性および耐熱性を確実に向上させるとともに、反りの発生を確実に抑制するためには、Inの含有量の下限を0.25質量%以上とすることがさらに好ましく、0.5質量%以上とすることがより好ましい。
 また、成膜されたAg合金膜の反射率の低下、及び、電気抵抗の上昇を確実に抑制するためには、Inの含有量の上限を1.25質量%以下とすることがさらに好ましく、1.0質量%以下とすることがより好ましい。
(Ge)
 Geは、成膜されたAg合金膜の耐硫化性および耐熱性を向上させる作用効果を有する元素である。また、Geは、Agに固溶して結晶粒の成長を抑制することができる。また、固溶によって硬度が向上し、スパッタリングターゲットにおける反りの発生を抑制することが可能となる。
 Geの含有量を0.1質量%以上とすることにより、上述の作用効果を十分に得ることが可能となる。一方、Geの含有量を7.5質量%以下とすることにより、成膜されたAg合金膜の反射率の低下、及び、電気抵抗の上昇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、Geの含有量を0.1質量%以上7.5質量%以下の範囲内とすることが好ましい。
 Geの添加による上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Geの含有量の下限を1.0質量%以上にすることが好ましく、1.5質量%以上にすることがさらに好ましい。一方、成膜されたAg合金膜の反射率の低下、及び、電気抵抗の上昇を確実に抑制するためには、Geの含有量の上限を6.25質量%以下とすることが好ましく、5.0質量%以下とすることがさらに好ましい。
(Pd,Pt,Au,Rh)
 Ag合金に含まれることがあるPd,Pt,Au,Rhといった貴金属元素は、硝酸の還元反応において触媒として作用するため、これらの元素を多く含むと成膜したAg合金膜を硝酸エッチング液でエッチングした際にエッチングレートが高くなり、安定してエッチング処理ができなくなるおそれがある。
 よって、成膜したAg合金膜を、硝酸エッチング液を用いて安定してエッチング処理するためには、Pdの含有量を40質量ppm以下、Ptの含有量を20質量ppm以下、Auの含有量を20質量ppm以下、Rhの含有量を10質量ppm以下、かつ、PdとPtとAuとRhの合計含有量を50質量ppm以下とすることが好ましい。一般的に、Ag合金には、Pd,Pt,Au,Rhの1種又は2種以上が含有される場合には、その合計含有量の下限は0.1質量%以上となることがある。
 次に、本実施形態であるスパッタリングターゲットの製造方法の一例について、図2のフロー図を参照して説明する。
(溶解鋳造工程S01)
 まず、純度が99.99質量%以上のAg原料と、純度が99.99質量%以上のIn原料と、純度が99.99質量%以上のGe原料を準備する。
 Ag合金に含まれるPd,Pt,Au,Rhの含有量を低減する場合には、これらの元素の含有量を低減したAg原料を準備することが好ましい。本実施形態では、純度99.9質量%以上のAgに対して電解精錬を実施して電析Agを作製し、得られた電析Agを再度電解のアノードとして鋳込み再電解を実施した。これを繰り返すことでAg内のPd,Pt,Au,Rhの含有量を低減した。また、電解精錬を実施する毎にICP発光分光分析法によって成分分析を実施した。これにより、Pdの含有量が40質量ppm以下、Ptの含有量が20質量ppm以下、Auの含有量が20質量ppm以下、Rhの含有量が10質量ppm以下、かつ、PdとPtとAuとRhの合計含有量が50質量ppm以下に制限されたAg原料を得ることができる。
 次いで、所望の質量比となるように、上述のAg原料とIn原料とGe原料を秤量し、高周波真空溶解炉の容器内に装入する。
 次いで、高周波真空溶解炉の真空チャンバー内を真空排気した後、アルゴンガスで置換し、その後、Agを溶解させる。次いで、アルゴンガス雰囲気中において、溶解したAgに、Inと、Geと、を添加し、合金溶湯を黒鉛製鋳型に注いで鋳造することで、インゴットを作製する。
 鋳造処理の方法としては、例えば、一方向凝固法を用いて実施することができる。一方向凝固法は、例えば、鋳型の底部を水冷させた状態で、抵抗加熱により予め側面部を加熱した鋳型に、溶湯を鋳込み、その後、鋳型下部の抵抗加熱部の設定温度を徐々に低下させることで実施できる。
 鋳造処理の方法としては、上記説明した一方向凝固法に替えて、完全連続鋳造法や半連続鋳造法等の方法を用いて行ってもよい。
(熱間鍛造工程S02)
 次いで、インゴットを熱間鍛造して熱間鍛造材を得る。熱間鍛造温度は、750℃以上850℃以下の範囲内とすることが好ましい。
(冷間圧延工程S03)
 次いで、上述の熱間鍛造材を冷間圧延して冷間圧延材を得る。冷間圧延の総圧下率は60%以上70%以下の範囲内とすることが好ましい。
(熱処理工程S04)
 次いで、上述の冷間圧延材に対して熱処理を実施する。熱処理時の保持温度を350℃以上600℃以下の範囲内とし、保持温度における保持時間を1時間以上2時間以下の範囲内とすることが好ましい。
 保持温度を350℃以上とすることにより、再結晶化が進行し、割れや異常放電の発生を抑制することができる。一方、保持温度を600℃以下とすることにより、結晶粒の粒径が均一化し、異常放電の発生を抑制することができる。
 再結晶化をさらに進行させて割れや異常放電の発生をさらに抑制するためには、保持温度の下限を400℃以上とすることがさらに好ましく、450℃以上とすることがより好ましい。一方、結晶粒の粒径をさらに均一化して異常放電の発生をさらに抑制するためには、保持温度の上限を550℃以下とすることがさらに好ましく、500℃以下とすることがより好ましい。
 保持温度における保持時間を1時間以上とすることにより、再結晶化が進行し、割れや異常放電の発生を抑制することができる。一方、保持温度における保持時間が2時間を超えた場合ではさらなる効果を得ることはできない。
 再結晶化をさらに進行させて割れや異常放電の発生をさらに抑制するためには、保持時間の下限を1.25時間以上とすることがさらに好ましく、1.5時間以上とすることがより好ましい。
(冷間圧延工程S05)
 熱処理後に総圧下率1%以上5%以下の冷間圧延を加えることで結晶粒にわずかなひずみを入れて結晶子径を小さくすることができ、具体的には結晶子径を220Å以下とすることが可能となる。
 結晶子径をさらに小さくするためには、熱処理後の冷間圧延の総圧下率を2%以上とすることがさらに好ましく、3%以上とすることがより好ましい。熱処理後の冷間圧延の総圧下率が5%を超えるとひずみが大きくなりすぎて異常放電の原因となる。
 ここでの冷間圧延は、総圧下率の範囲を満たせば1パスのみ実施してもよいし、複数回のパス回数を実施してもよい。
(機械加工工程S06)
 上述のようにして得られた熱処理材に対して機械加工を行うことにより、所定の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。
 上述の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によれば、シェラー式で求められる結晶子径が220Å以下に制限されているので、触媒活性が高くなって反応性が向上することになる。よって、Ag合金スパッタリングターゲットの表面において雰囲気ガスとの反応が均一に進行することになり、色むらの発生を抑制することができ、外観不良の発生を抑制することが可能となる。
 本実施形態において、Ag合金スパッタリングターゲットを構成するAg合金を、Inを0.1質量%以上1.5質量%以下の範囲内、Geを0.1質量%以上7.5質量%以下の範囲内で含み、残部がAg及び不可避不純物とされた組成とした場合には、耐熱性、耐硫化性、反射率に優れ、反射膜用途として特に適したAg合金膜を成膜することが可能となる。
 本実施形態において、Ag合金スパッタリングターゲットを構成するAg合金が、Pdの含有量が40質量ppm以下、Ptの含有量が20質量ppm以下、Auの含有量が20質量ppm以下、Rhの含有量が10質量ppm以下、かつ、PdとPtとAuとRhの合計含有量が50質量ppm以下とされている場合には、硝酸を含むエッチング液を用いてエッチング処理しても、エッチングレートを低く抑えることが可能なAg合金膜を成膜することができる。
 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。
 本実施形態では、ターゲットスパッタ面が円形状をなすものとし、図1に示す位置から測定試料を採取して、結晶子径を求めるものとして説明したが、これに限定されることはなく、スパッタ面が矩形状をしていてもよいし、円筒面となる円筒型スパッタリングターゲットであってもよい。
 スパッタ面が矩形状をなすAg合金スパッタリングターゲットにおいては、図3に示すように、ターゲットスパッタ面において、対角線が交差する交点(1)と、各対角線上の角部(2)、(3)、(4)、(5)の5点から測定試料を採取し、結晶子径を求めることが好ましい。角部(2)、(3)、(4)、(5)は、角部から内側に向かって対角線全長の15%以内の範囲内とする。
 また、ターゲットスパッタ面が円筒面となる円筒型スパッタリングターゲットにおいては、図4Aおよび図4Bに示すように、軸線O方向に半分の地点から外周方向に90°間隔の(1)、(2)、(3)、(4)の4点から測定試料を採取し、結晶子径を求めることが好ましい。
 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説明する。
 純度99.99質量%以上のAg原料を準備し、このAg原料を真空雰囲気下で溶解し、Arガスに置換した後、純度99.99質量%以上のGe及びInを添加し、所定の組成のAg合金溶湯を溶製した。そして、このAg合金溶湯を、鋳造してAg合金インゴットを製造した。Ag原料は、必要に応じて、発明の実施の形態の欄に記載されたように、Pd,Pt,Au,Rhの含有量を削減した。
(成分組成)
 得られたAg合金インゴットから分析用サンプルを採取して、ICP発光分光分析法によって成分組成及び貴金属元素を測定した。この測定結果をAg合金スパッタリングターゲットの成分組成として表1に示す。
 得られたAg合金インゴットに対して、熱間鍛造(温度800℃)を行い、その後、冷間圧延(総圧下率64%)を実施した。
 その後、表1に示す条件(保持温度/保持時間)で熱処理を実施した。
 さらにその後、表1に示す圧下率の条件で1パスの冷間圧延を実施した。
 冷間圧延後に機械加工を実施し、図5に示すように、直径152.4mm、厚さ18mmの円板形状のAg合金スパッタリングターゲットを製造した。
(結晶子径) 
 得られたAg合金スパッタリングターゲットから、図5に示す位置より測定試料を採取し、各測定試料のスパッタ面を観察面として研磨した後、X線回折分析(XRD)を以下の条件で実施した。
 装置:株式会社リガク製「RINT-Ultima III」
 管球:Cu
 管電圧:40kV
 管電流:40mA
 走査範囲(2θ):10°~90°
 スリットサイズ:発散(DS)2/3度、散乱(SS)2/3度、受光(RS)0.8mm
 測定ステップ幅:2θで0.04度
 スキャンスピード;毎分4度
 試料台回転スピード:30rpm
 測定されたXRDパターンの最大ピークから、上述の実施形態の欄に記載したシェラーの式に基づいて、結晶子径を算出した。5つの測定試料の平均値を表2に示す。
 また、測定されたXRDパターンの一例を図6に示す。図中(a)が本発明例2、(b)が比較例3の結果である。
(色むら)
 得られたAg合金スパッタリングターゲットについて、色むらがあるかどうかを目視で判断した。下地色に対し、色むらが10%以上の面積で確認されれば、色むら「有」、色むらが10%未満の面積であれば、色むら「無」とした。評価結果を表2に示す。
 上述のAg合金スパッタリングターゲットを用いて、直流300Wの電力で、アルゴンガス圧が0.3Paの条件にて、Ag合金膜を成膜した。
(Ag合金膜の反射率)
 成膜したAg合金膜について、分光光度計(日立ハイテクノロジーズ社「U-4100」)を用いて波長450nmの反射率を測定した。評価結果を表2に示す。
(Ag合金膜の耐硫化性)
 成膜したAg合金膜について、硫化水素試験機(山崎精機研究所製「GH-180-M」)を用いて25℃、75%RH、硫化水素3質量ppmの雰囲気に1時間暴露した。暴露後の波長450nmの反射率を、分光光度計(日立ハイテクノロジーズ社「U-4100」)を用いて測定した。評価結果を表2に示す。
(Ag合金膜の耐熱性)
 成膜したAg合金膜について、大気雰囲気下で250℃×1.5時間の熱処理を実施し、熱処理後の波長450nmの反射率を、分光光度計(日立ハイテクノロジーズ社「U-4100」)を用いて測定した。評価結果を表2に示す。
(エッチング特性評価)
 まず、ガラス基板上に成膜された厚さ100nmのAg合金膜に、フォトリソグラフィーによって配線パターン(配線膜)を形成した。
 具体的には、成膜したAg合金膜上にフォトレジスト剤(東京応化工業株式会社製「OFPR-8600」)をスピンコーターにより塗布し、110℃でプリベーク後に露光し、その後現像液(東京応化工業株式会社製「NMD-W」)によりパターンを現像し、150℃でポストベークを行った。これにより、Ag合金膜上に幅100μm、間隔100μmの櫛形配線パターンを形成した。 
 そして、上述のAg合金膜に対してウェットエッチングを行った。エッチング液としては、関東化学社製「SEA-2」を用い、液温40℃、浸漬時間30秒にてエッチングを行った。
 以上のようにして得られた配線膜について、配線断面を観察するために基板を劈開し、その断面を、SEM(走査型電子顕微鏡)を用いて観察した。そして、SEMにより観察されたAg合金膜端部とフォトレジスト端部の平行な位置の差分をAg合金膜のオーバーエッチング量として測定した。評価結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 シェラー式で求められる結晶子径が220Åを超える比較例1においては、色むらが発生した。大気等の雰囲気ガス反応が不均一に進行して局所的に変色したためと推測される。
 Inを含まない比較例2においては、成膜したAg合金膜において、硫化試験後に反射率が大きく低下した。
 Geを含まず、シェラー式で求められる結晶子径が220Åを超える比較例3においては、色むらが発生した。大気等の雰囲気ガス反応が不均一に進行して局所的に変色したためと推測される。また、成膜したAg合金膜において、熱処理後に反射率が大きく低下した。
 シェラー式で求められる結晶子径が220Åを超え、かつ、PdとPtとAuとRhの合計含有量が50質量ppmを超える比較例4においては、色むらが発生した。大気等の雰囲気ガス反応が不均一に進行して局所的に変色したためと推測される。また、エッチングレートが2.0μmと高くなった。
 これに対して、In及びGeを含み、シェラー式で求められる結晶子径が220Å以下とされた本発明例1-19においては、色むらが発生しなかった。触媒活性が高くなって反応性が向上し、表面での大気等の雰囲気ガスとの反応が均一に進行したためと推測される。また、比較例1-4に比べて、反射率、耐熱性及び耐硫化性に優れたAg合金膜を成膜することができた。
 特に、Inを0.1質量%以上1.5質量%以下の範囲内、Geを0.1質量%以上7.5質量%以下の範囲内で含み、残部がAg及び不可避不純物とされた組成の本発明例1-7、10-19においては、反射率、耐熱性及び耐硫化性が特に優れたAg合金膜を成膜することができた。
 また、Pdの含有量が40質量ppm以下、Ptの含有量が20質量ppm以下、Auの含有量が20質量ppm以下、Rhの含有量が10質量ppm以下、かつ、PdとPtとAuとRhの合計含有量が50質量ppm以下とされた本発明例1-14においては、エッチングレートが比較的低く抑えられていた。
 以上のことから、本発明例によれば、色むらによる外観不良の発生を抑制することができ、かつ、反射率、耐熱性及び耐硫化性に優れたAg合金膜を成膜することが可能なAg合金スパッタリングターゲットを提供できることが確認された。
 本発明によれば、色むらによる外観不良の発生を抑制することができ、反射率、耐硫化性、耐熱性に優れた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を提供することが可能となる。よって、本発明は産業上の利用が可能である。

Claims (3)

  1.  GeとInとを含むAg合金からなり、シェラー式で求められる結晶子径が220Å以下であ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.  前記Ag合金は、Inを0.1質量%以上1.5質量%以下の範囲内、Geを0.1質量%以上7.5質量%以下の範囲内で含み、残部がAg及び不可避不純物とされた組成とされてい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.  前記Ag合金は、Pdの含有量が40質量ppm以下、Ptの含有量が20質量ppm以下、Auの含有量が20質量ppm以下、Rhの含有量が10質量ppm以下、かつ、PdとPtとAuとRhの合計含有量が50質量ppm以下とされてい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。
     
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