JP6957815B2 - Oxide sputtering target - Google Patents
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Description
本発明は、金属元素として、Siと、Zrと、NbおよびTiの少なくともいずれかと、を含む酸化物膜を成膜する際に用いられる酸化物スパッタリングターゲットに関するものである。 The present invention relates to an oxide sputtering target used for forming an oxide film containing Si, Zr, and at least one of Nb and Ti as metal elements.
一般に、光ディスク等の記録媒体においては、光学設計のために低屈折率膜及び高屈折率膜が使用されている。
光学設計とは光ディスクを構成する各層の屈折率と膜厚を調整することにより、情報の記録や再生のために光ディスクに照射されるレーザーの反射、吸収、透過を最適化することである。これにより、たとえば再生信号品質の最適化や、複数の記録層を備える多層ディスクの場合には各層からの信号強度のバランスを最適化することなどができる。
Generally, in a recording medium such as an optical disk, a low refractive index film and a high refractive index film are used for optical design.
Optical design is to optimize the reflection, absorption, and transmission of the laser emitted to the optical disc for recording and reproducing information by adjusting the refractive index and film thickness of each layer constituting the optical disc. Thereby, for example, the reproduction signal quality can be optimized, and in the case of a multi-layer disc having a plurality of recording layers, the balance of the signal strength from each layer can be optimized.
ここで、高屈折率膜としては、例えば特許文献1−4に示すように、各種金属元素を有する酸化物膜が提案されている。
例えば、特許文献1,2においては、酸化チタン(TiOX)からなる高屈率膜を成膜する酸化物焼結体スパッタリングターゲットが提案されている。なお、これら特許文献1、2においては、酸化チタンに対して、クロム、セリウム、ジルコニウム、イットリウム、ニオブ、タンタル、珪素、アルミニウムから選ばれる金属の酸化物を添加した酸化物膜も提案されている。
Here, as the high refractive index film, for example, as shown in Patent Documents 1-4, an oxide film having various metal elements has been proposed.
For example, Patent Documents 1 and 2 propose an oxide sintered body sputtering target for forming a high-flexibility film made of titanium oxide (TiO X). In addition, in these Patent Documents 1 and 2, an oxide film in which an oxide of a metal selected from chromium, cerium, zirconium, yttrium, niobium, tantalum, silicon, and aluminum is added to titanium oxide is also proposed. ..
また、特許文献3においては、高屈折率膜(屈折率n>1.9)として、TiO2(n=2.4)、CeO(n=2.3)、ZrO2(n=2.2)、Nb2O5(n=2.1)、Ta2O5(n=2.1)、WO3(n=2.0)が挙げられている。
さらに、特許文献4においては、酸化チタンと酸化ニオブを含有する酸化物膜を成膜する薄膜成膜用スパッタリングターゲットが提案されている。
Further, in Patent Document 3, as a high refractive index film (refractive index n> 1.9), TiO 2 (n = 2.4), CeO (n = 2.3), ZrO 2 (n = 2.2). ), Nb 2 O 5 (n = 2.1), Ta 2 O 5 (n = 2.1), WO 3 (n = 2.0).
Further, Patent Document 4 proposes a sputtering target for forming a thin film for forming an oxide film containing titanium oxide and niobium oxide.
ところで、金属酸化物からなるスパッタリングターゲットを用いて酸化物膜を成膜する場合、一般に酸化物膜は導電性が低いことから、RF(高周波)スパッタ法を用いる必要があった。RF(高周波)スパッタ法においては、絶縁体でも成膜することが可能であるが、DC(直流)スパッタ法に比べて設備が高額であったり、成膜速度が遅く、生産性が低くなったりするといった問題があった。 By the way, when an oxide film is formed by using a sputtering target made of a metal oxide, it is necessary to use an RF (radio frequency) sputtering method because the oxide film generally has low conductivity. In the RF (radio frequency) sputtering method, it is possible to form a film even with an insulator, but compared to the DC (direct current) sputtering method, the equipment is expensive, the film forming speed is slow, and the productivity is low. There was a problem such as doing.
また、上述の酸化物膜においては、光の乱反射を抑制して光学特性を安定させるためには、酸化物膜の平滑性を確保する必要がある。ここで、特許文献1−4に記載されたように、酸化チタンを主成分とした酸化物膜においては、高温条件下で使用した場合には、膜が結晶化してしまい、酸化物膜の平滑性が低下するといった問題があった。 Further, in the above-mentioned oxide film, it is necessary to ensure the smoothness of the oxide film in order to suppress diffused reflection of light and stabilize the optical characteristics. Here, as described in Patent Documents 1-4, in an oxide film containing titanium oxide as a main component, when used under high temperature conditions, the film crystallizes and the oxide film becomes smooth. There was a problem that the sex was reduced.
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、比抵抗値が十分に低く安定してDCスパッタが可能であり、熱を加えた場合でも非晶質であって膜表面の平滑性を維持できる酸化物膜を成膜可能な酸化物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。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, has a sufficiently low specific resistance value, enables stable DC sputtering, is amorphous even when heat is applied, and smoothes the film surface. It is an object of the present invention to provide an oxide sputtering target capable of forming an oxide film capable of maintaining properties.
上記課題を解決するために、本発明の酸化物スパッタリングターゲットは、Siと、Zrと、NbおよびTiの少なくともいずれかと、の金属元素の酸化物からなり、Si、Nb、Ti及びZrの全原子数に対するSiの原子数比をa、Nbの原子数比をb、Tiの原子数比をc、Zrの原子数比をdとした場合に、
(1)式:f(1)=(b/2)/(1−b/2)+c/(1−b/2)≧0.35
(2)式:0.3≧f(2)=a/(1−b/2)≧0.1
(3)式:f(3)=d/(1−b/2)≧0.1
上述の(1)式、(2)式、(3)式を満足し、比抵抗値が0.1Ω・cm以下であることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the oxide sputtering target of the present invention comprises an oxide of a metal element of Si, Zr, and at least one of Nb and Ti, and all atoms of Si, Nb, Ti and Zr. When the atomic number ratio of Si to the number is a, the atomic number ratio of Nb is b, the atomic number ratio of Ti is c, and the atomic number ratio of Zr is d.
Equation (1): f (1) = (b / 2) / (1-b / 2) + c / (1-b / 2) ≧ 0.35
Equation (2): 0.3 ≧ f (2) = a / (1-b / 2) ≧ 0.1
Equation (3): f (3) = d / (1-b / 2) ≧ 0.1
It is characterized in that it satisfies the above-mentioned equations (1), (2) and (3) and has a specific resistance value of 0.1 Ω · cm or less.
本発明の酸化物スパッタリングターゲットによれば、金属元素として、Siと、Zrと、NbおよびTiの少なくともいずれかと、を含んでおり、Si、Nb、Ti及びZrの全原子数に対するSiの原子数比をa、Nbの原子数比をb、Tiの原子数比をc、Zrの原子数比をdとした場合に、上述の(1)式を満足しているので、酸化物スパッタリングターゲットの比抵抗値が低くなり、DCスパッタによって安定して成膜することが可能となる。
また、上述の(2)式を満足しているので、屈折率が高い酸化物膜を成膜することが可能となる。
さらに、上述の(2)式及び(3)式を満足しているので、熱を加えても結晶化せずに非晶質膜となり、膜表面の平滑性を維持することができる。
According to the oxide sputtering target of the present invention, Si, Zr, and at least one of Nb and Ti are contained as metal elements, and the number of atoms of Si with respect to the total number of atoms of Si, Nb, Ti and Zr. When the ratio is a, the atomic number ratio of Nb is b, the atomic number ratio of Ti is c, and the atomic number ratio of Zr is d, the above equation (1) is satisfied. The specific resistance value becomes low, and stable film formation becomes possible by DC sputtering.
Further, since the above-mentioned equation (2) is satisfied, it is possible to form an oxide film having a high refractive index.
Further, since the above equations (2) and (3) are satisfied, an amorphous film is formed without crystallization even when heat is applied, and the smoothness of the film surface can be maintained.
さらに、比抵抗値が0.1Ω・cm以下であるので、DCスパッタ法によって酸化物膜を安定して成膜することができる。 Further, since the specific resistance value is 0.1 Ω · cm or less, the oxide film can be stably formed by the DC sputtering method.
本発明によれば、比抵抗値が十分に低く安定してDCスパッタが可能であり、熱を加えた場合でも非晶質であって膜表面の平滑性を維持できる酸化物膜を成膜可能な酸化物スパッタリングターゲットを提供することができる。 According to the present invention, the specific resistance value is sufficiently low, stable DC sputtering is possible, and an oxide film that is amorphous and can maintain the smoothness of the film surface can be formed even when heat is applied. Oxide sputtering target can be provided.
以下に、本発明の一実施形態である酸化物スパッタリングターゲットについて、添付した図面を参照して説明する。
本実施形態である酸化物スパッタリングターゲットは、例えば光ディスク等に用いられる高屈折率の酸化物膜を成膜するものである。本実施形態では、屈折率が2.1以上である酸化物膜を成膜するものとしている。
The oxide sputtering target according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to the attached drawings.
The oxide sputtering target of the present embodiment is for forming an oxide film having a high refractive index used for, for example, an optical disk. In the present embodiment, an oxide film having a refractive index of 2.1 or more is formed.
本実施形態である酸化物スパッタリングターゲットは、金属元素として、Siと、Zrと、NbおよびTiの少なくともいずれかと、を含む酸化物からなり、Si、Nb、Ti及びZrの全原子数に対するSiの原子数比をa、Nbの原子数比をb、Tiの原子数比をc、Zrの原子数比をdとした場合に、以下に示す(1)式、(2)式、(3)式を満足する組成とされている。 The oxide sputtering target of the present embodiment is composed of an oxide containing Si, Zr, and at least one of Nb and Ti as metal elements, and is composed of an oxide of Si with respect to the total number of atoms of Si, Nb, Ti and Zr. When the atomic number ratio is a, the atomic number ratio of Nb is b, the atomic number ratio of Ti is c, and the atomic number ratio of Zr is d, the following equations (1), (2), and (3) are shown below. The composition satisfies the formula.
(1)式:f(1)=(b/2)/(1−b/2)+c/(1−b/2)≧0.35
(2)式:0.3≧f(2)=a/(1−b/2)≧0.1
(3)式:f(3)=d/(1−b/2)≧0.1
なお、Si、Nb、Ti及びZrの全原子数に対するSiの原子数比をa、Nbの原子数比をb、Tiの原子数比をc、Zrの原子数比をdとしていることから、a+b+c+d=1となる。
Equation (1): f (1) = (b / 2) / (1-b / 2) + c / (1-b / 2) ≧ 0.35
Equation (2): 0.3 ≧ f (2) = a / (1-b / 2) ≧ 0.1
Equation (3): f (3) = d / (1-b / 2) ≧ 0.1
Since the atomic number ratio of Si to the total atomic number of Si, Nb, Ti and Zr is a, the atomic number ratio of Nb is b, the atomic number ratio of Ti is c, and the atomic number ratio of Zr is d. It becomes a + b + c + d = 1.
また、本実施形態である酸化物スパッタリングターゲットにおいては、その比抵抗値が0.1Ω・cm以下とされている。 Further, in the oxide sputtering target of the present embodiment, the specific resistance value thereof is 0.1 Ω · cm or less.
以下に、本実施形態である酸化物スパッタリングターゲットの金属成分元素の含有割合、及び、比抵抗値を上述のように規定した理由について説明する。 Hereinafter, the reason why the content ratio of the metal component element of the oxide sputtering target of the present embodiment and the specific resistance value are defined as described above will be described.
<(1)式について>
Nb及びTiを主とする酸化物(例えばNb2O5、TiO2)は、化学量論比から若干還元された状態(例えばNb2O4.8等、TiO1.8等)とすることで、導電性を有することになり、酸化物スパッタリングターゲットの比抵抗値が低くなる。
ここで、f(1)=(b/2)/(1−b/2)+c/(1−b/2)が0.35より小さいと、Nb及びTiの含有量が少なく、導電性が不十分となり、酸化物スパッタリングターゲットの比抵抗値が高くなって、DCスパッタによって安定して成膜することができなくなるおそれがある。
以上のことから、本実施形態においては、
(1)式:f(1)=(b/2)/(1−b/2)+c/(1−b/2)≧0.35
を満足するものとしている。
なお、導電性をさらに向上させるためには、f(1)=(b/2)/(1−b/2)+c/(1−b/2)を0.40以上とすることが好ましく、0.50以上とすることがさらに好ましい。
<About equation (1)>
Oxides mainly composed of Nb and Ti (for example, Nb 2 O 5 , TiO 2 ) should be in a state slightly reduced from the stoichiometric ratio (for example, Nb 2 O 4.8, etc., TiO 1.8, etc.). Therefore, it becomes conductive and the specific resistance value of the oxide sputtering target becomes low.
Here, when f (1) = (b / 2) / (1-b / 2) + c / (1-b / 2) is smaller than 0.35, the contents of Nb and Ti are small and the conductivity is low. It becomes insufficient, the specific resistance value of the oxide sputtering target becomes high, and there is a possibility that stable film formation cannot be performed by DC sputtering.
From the above, in this embodiment,
Equation (1): f (1) = (b / 2) / (1-b / 2) + c / (1-b / 2) ≧ 0.35
Is to be satisfied.
In order to further improve the conductivity, it is preferable that f (1) = (b / 2) / (1-b / 2) + c / (1-b / 2) is 0.40 or more. It is more preferably 0.50 or more.
<(2)式について>
成膜した酸化物膜は、Siを含むことによって非晶質膜となり、熱を加えた場合であっても結晶化しにくくなる。一方、Siの含有量が多くなると、成膜した酸化物膜の屈折率が低下する傾向にある。
ここで、f(2)=a/(1−b/2)が0.1よりも小さいとSiの含有量が少なくなり、熱を加えた際に酸化物膜が結晶質になりやすく、膜表面の平滑性が低下してしまうおそれがある。一方、f(2)=a/(1−b/2)が0.3よりも大きいとSiの含有量が多くなり、成膜した酸化物膜の屈折率を2.1以上とすることができなくなるおそれがある。
以上のことから、本実施形態においては、
(2)式:0.3≧f(2)=a/(1−b/2)≧0.1
を満足するものとしている。
なお、熱を加えた際の酸化物膜の結晶化をさらに抑制するためには、f(2)=a/(1−b/2)を0.12以上とすることが好ましく、0.15以上とすることがさらに好ましい。一方、成膜した酸化物膜の屈折率をさらに高くするためには、f(2)=a/(1−b/2)を0.25以下とすることが好ましく、0.20以下とすることがさらに好ましい。
<About equation (2)>
The formed oxide film becomes an amorphous film by containing Si, and it becomes difficult to crystallize even when heat is applied. On the other hand, as the Si content increases, the refractive index of the formed oxide film tends to decrease.
Here, when f (2) = a / (1-b / 2) is smaller than 0.1, the Si content decreases, and the oxide film tends to become crystalline when heat is applied, and the film tends to become crystalline. The smoothness of the surface may decrease. On the other hand, when f (2) = a / (1-b / 2) is larger than 0.3, the Si content increases, and the refractive index of the formed oxide film may be 2.1 or more. It may not be possible.
From the above, in this embodiment,
Equation (2): 0.3 ≧ f (2) = a / (1-b / 2) ≧ 0.1
Is to be satisfied.
In order to further suppress the crystallization of the oxide film when heat is applied, it is preferable that f (2) = a / (1-b / 2) is 0.12 or more, and 0.15. The above is more preferable. On the other hand, in order to further increase the refractive index of the formed oxide film, f (2) = a / (1-b / 2) is preferably 0.25 or less, and 0.20 or less. Is even more preferable.
<(3)式について>
成膜した酸化物膜は、Zrを含むことによって非晶質膜となり、熱を加えた場合であっても結晶化しにくくなる。
ここで、f(3)=d/(1−b/2)が0.1よりも小さいとZrの含有量が少なくなり、熱を加えた際に酸化物膜が結晶質になりやすく、膜表面の平滑性が低下してしまうおそれがある。以上のことから、本実施形態においては、
(3)式:f(3)=d/(1−b/2)≧0.1
を満足するものとしている。
なお、熱を加えた際の酸化物膜の結晶化をさらに抑制するためには、f(3)=d/(1−b/2)を0.15以上とすることが好ましく、0.20以上とすることがさらに好ましい。
また、f(3)=d/(1−b/2)が大きくなる過ぎるとZrの含有量が多くなり過ぎターゲットの比抵抗が増大して異常放電が発生しやすくなるおそれがある。以上のことから、f(3)=d/(1−b/2)は0.5より小さくすることが好ましく、0.4以下とすることがさらに好ましい。
<About equation (3)>
The formed oxide film becomes an amorphous film by containing Zr, and it becomes difficult to crystallize even when heat is applied.
Here, when f (3) = d / (1-b / 2) is smaller than 0.1, the content of Zr decreases, and the oxide film tends to become crystalline when heat is applied, and the film tends to become crystalline. The smoothness of the surface may decrease. From the above, in this embodiment,
Equation (3): f (3) = d / (1-b / 2) ≧ 0.1
Is to be satisfied.
In order to further suppress the crystallization of the oxide film when heat is applied, it is preferable that f (3) = d / (1-b / 2) is 0.15 or more, and 0.20. The above is more preferable.
Further, if f (3) = d / (1-b / 2) becomes too large, the Zr content becomes too large, the specific resistance of the target increases, and an abnormal discharge may easily occur. From the above, f (3) = d / (1-b / 2) is preferably smaller than 0.5, and more preferably 0.4 or less.
(比抵抗値:0.1Ω・cm以下)
酸化物スパッタリングターゲットの比抵抗値が0.1Ω・cmを超えると、DCスパッタを安定して行うことができなくおそれがあった。また、異常放電が発生しやすくなり、これに起因してパーティクルが発生するおそれがあった。
以上のことから、本実施形態である酸化物スパッタリングターゲットにおいては、比抵抗値を0.1Ω・cm以下とすることが好ましく、0.05Ω・cm以下とすることがさらに好ましい。
(Specific resistance value: 0.1Ω ・ cm or less)
If the specific resistance value of the oxide sputtering target exceeds 0.1 Ω · cm, there is a risk that DC sputtering cannot be performed stably. In addition, abnormal discharge is likely to occur, which may cause particles to be generated.
From the above, in the oxide sputtering target of the present embodiment, the specific resistance value is preferably 0.1 Ω · cm or less, and more preferably 0.05 Ω · cm or less.
次に、本実施形態である酸化物スパッタリングターゲットの製造方法について、図1に示すフロー図を参照して説明する。 Next, the method for manufacturing the oxide sputtering target according to the present embodiment will be described with reference to the flow chart shown in FIG.
まず、酸化シリコン粉末と、酸化チタン粉末と、酸化ニオブ粉末と、酸化ジルコニウム粉末を準備する。これらの酸化物粉末は、純度が99.9質量%以上であることが好ましい。
そして、これらの酸化物粉末を、上述の(1)式、(2)式、(3)式を満足する組成比となるように、ボールミル等を用いて混合して、混合原料粉末を準備する(混合原料粉末準備工程S01)。
First, silicon oxide powder, titanium oxide powder, niobium oxide powder, and zirconium oxide powder are prepared. These oxide powders preferably have a purity of 99.9% by mass or more.
Then, these oxide powders are mixed using a ball mill or the like so as to have a composition ratio satisfying the above-mentioned equations (1), (2) and (3) to prepare a mixed raw material powder. (Mixed raw material powder preparation step S01).
次に、得られた混合原料粉末を成形型に充填し、加圧しながら加熱して焼結し、焼結体を得る(焼結工程S02)。本実施形態では、黒鉛モールド中に原料粉末を充填し、真空ホットプレスを行うことによって焼結体を得ている。
この焼結工程S02により、酸化ニオブ粉末及び酸化チタン粉末の一部が還元され、焼結体の導電性が確保されることになる。
Next, the obtained mixed raw material powder is filled in a mold and heated while pressurizing to be sintered to obtain a sintered body (sintering step S02). In the present embodiment, the raw material powder is filled in the graphite mold and vacuum hot pressed to obtain a sintered body.
In this sintering step S02, a part of the niobium oxide powder and the titanium oxide powder is reduced, and the conductivity of the sintered body is ensured.
なお、焼結工程S02における焼結温度は1100℃以上1300℃以下の範囲内、焼結温度での保持時間は120min以上300min以下の範囲内、加圧圧力は14.7MPa以上34.3MPa以下の範囲内とすることが好ましい。また、雰囲気は真空雰囲気(0.5Pa以下)とすることが好ましい。 The sintering temperature in the sintering step S02 is in the range of 1100 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower, the holding time at the sintering temperature is in the range of 120 min or higher and 300 min or lower, and the pressurizing pressure is 14.7 MPa or higher and 34.3 MPa or lower. It is preferably within the range. The atmosphere is preferably a vacuum atmosphere (0.5 Pa or less).
次に、得られた焼結体を機械加工する(機械加工工程S03)。これにより、本実施形態である酸化物スパッタリングターゲットが製造される。 Next, the obtained sintered body is machined (machining step S03). As a result, the oxide sputtering target of the present embodiment is manufactured.
以上のような構成とされた本実施形態である酸化物スパッタリングターゲットにおいては、金属元素として、Siと、Zrと、NbおよびTiの少なくともいずれかと、を含んでおり、Si、Nb、Ti及びZrの全原子数に対するSiの原子数比をa、Nbの原子数比をb、Tiの原子数比をc、Zrの原子数比をdとした場合に、
(1)式:f(1)=(b/2)/(1−b/2)+c/(1−b/2)≧0.35
を満足しているので、酸化ニオブ及び酸化チタンの含有量が確保され、酸化ニオブ及び酸化チタンの一部が焼結工程S02で還元されることにより、焼結体の導電率が向上する。よって、酸化物スパッタリングターゲットの比抵抗値が低くなり、DCスパッタによって安定して成膜することが可能となる。
The oxide sputtering target of the present embodiment having the above configuration contains Si, Zr, and at least one of Nb and Ti as metal elements, and Si, Nb, Ti, and Zr. When the atomic number ratio of Si to the total atomic number of is a, the atomic number ratio of Nb is b, the atomic number ratio of Ti is c, and the atomic number ratio of Zr is d.
Equation (1): f (1) = (b / 2) / (1-b / 2) + c / (1-b / 2) ≧ 0.35
Therefore, the contents of niobium oxide and titanium oxide are secured, and a part of niobium oxide and titanium oxide is reduced in the sintering step S02, so that the conductivity of the sintered body is improved. Therefore, the specific resistance value of the oxide sputtering target becomes low, and stable film formation can be performed by DC sputtering.
また、本実施形態である酸化物スパッタリングターゲットにおいては、
(2)式:0.3≧f(2)=a/(1−b/2)≧0.1
を満足しているので、Siの含有量が低く抑えられ、屈折率が高い酸化物膜を成膜することが可能となる。また、Siを一定量以上含有することで、熱を加えた場合でも酸化物膜が結晶化しにくく、膜表面の平滑性を向上させることができる。
Further, in the oxide sputtering target of the present embodiment,
Equation (2): 0.3 ≧ f (2) = a / (1-b / 2) ≧ 0.1
Therefore, the Si content can be suppressed to a low level, and an oxide film having a high refractive index can be formed. Further, by containing Si in a certain amount or more, the oxide film is less likely to crystallize even when heat is applied, and the smoothness of the film surface can be improved.
さらに、本実施形態である酸化物スパッタリングターゲットにおいては、
(3)式:f(3)=d/(1−b/2)≧0.1
を満足しているので、Zrを一定量以上含有することで、熱を加えた場合でも酸化物膜が結晶化しにくく、膜表面の平滑性を向上させることができる。
Further, in the oxide sputtering target of the present embodiment,
Equation (3): f (3) = d / (1-b / 2) ≧ 0.1
By containing Zr in a certain amount or more, the oxide film is less likely to crystallize even when heat is applied, and the smoothness of the film surface can be improved.
さらに、本実施形態である酸化物スパッタリングターゲットにおいては、その比抵抗値が0.1Ω・cm以下とされているので、抵抗が十分に低く、DCスパッタによって安定して酸化物膜を成膜することが可能となる。 Further, in the oxide sputtering target of the present embodiment, the specific resistance value is 0.1 Ω · cm or less, so that the resistance is sufficiently low and an oxide film is stably formed by DC sputtering. It becomes possible.
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。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the technical idea of the invention.
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。 The results of the confirmation experiment conducted to confirm the effectiveness of the present invention will be described below.
原料粉末として、酸化シリコン粉末(SiO2粉末:純度99.9mass%以上、平均粒径1.4μm)と、酸化ニオブ粉末(Nb2O5粉末:純度99.9mass%以上、平均粒径6.4μm)と、酸化チタン粉末(TiO2粉末:純度99.8mass%以上、平均粒径2.7μm)と、酸化ジルコニウム粉末(ZrO2粉末:純度99.9mass%以上、平均粒径10.9μm)と、を準備した。
これらの酸化物粉末を、所定の組成比となるように、秤量した。
As raw material powders, silicon oxide powder (SiO 2 powder: purity 99.9 mass% or more, average particle size 1.4 μm) and niobium oxide powder (Nb 2 O 5 powder: purity 99.9 mass% or more, average particle size 6. 4 μm), titanium oxide powder (TiO 2 powder: purity 99.8 mass% or more, average particle size 2.7 μm) and zirconium oxide powder (ZrO 2 powder: purity 99.9 mass% or more, average particle size 10.9 μm) And prepared.
These oxide powders were weighed so as to have a predetermined composition ratio.
秤量した酸化シリコン粉末と酸化ニオブ粉末と酸化チタン粉末と酸化ジルコニア粉末と、を直径5mmのジルコニアボール及び溶媒(日本アルコール販売株式会社製ソルミックスA−11)とともにボールミル装置に投入して16時間の粉砕・混合を行った。粉砕・混合後、ジルコニアボールを分離回収し、混合粉末と溶媒を含むスラリーを得た。このスラリーを加熱し、溶媒を乾燥除去し、混合粉末を得た。 Weighed silicon oxide powder, niobium oxide powder, titanium oxide powder and zirconia oxide powder were put into a ball mill device together with zirconia balls having a diameter of 5 mm and a solvent (Solmix A-11 manufactured by Nippon Alcohol Sales Co., Ltd.) for 16 hours. It was crushed and mixed. After pulverization and mixing, the zirconia balls were separated and recovered to obtain a slurry containing the mixed powder and the solvent. The slurry was heated to dry and remove the solvent to give a mixed powder.
次に、得られた混合粉末を、直径165mmのカーボンモールドに充填して、真空ホットプレス装置に装填し、真空中(0.5Pa以下)にて、1200℃の温度に加熱しながら、350kgf/cm2(34.3MPa)の圧力でプレスすることにより焼結を行い、直径165mm、厚さ8mmの円板状の焼結体をそれぞれ2枚作製した。
得られた焼結体に対して機械加工を施して、直径152.4mm、厚さ6mmの円板状の酸化物スパッタリングターゲットをそれぞれ2枚作製した。
Next, the obtained mixed powder was filled in a carbon mold having a diameter of 165 mm, loaded into a vacuum hot press device, and heated to a temperature of 1200 ° C. in vacuum (0.5 Pa or less) at 350 kgf /. Sintering was performed by pressing at a pressure of cm 2 (34.3 MPa) to prepare two disc-shaped sintered bodies having a diameter of 165 mm and a thickness of 8 mm.
The obtained sintered body was machined to prepare two disk-shaped oxide sputtering targets having a diameter of 152.4 mm and a thickness of 6 mm.
上述のようにして得られた酸化物スパッタリングターゲットについて、以下のような手順で、金属元素の分析、比抵抗値の測定を実施した。また、得られた酸化物スパッタリングターゲットを用いてスパッタ試験を実施し、成膜した酸化物膜の評価を行った。
作製した2枚の酸化物スパッタリングターゲットのうちの1枚を比抵抗値の測定に用いた。また、比抵抗値の測定を実施した後、この酸化物スパッタリングターゲットから試料片を採取し、金属元素の分析を実施した。さらに、残りの1枚をスパッタ試験及び膜評価に用いた。
For the oxide sputtering target obtained as described above, the metal element was analyzed and the resistivity value was measured by the following procedure. In addition, a sputtering test was carried out using the obtained oxide sputtering target to evaluate the oxide film formed.
One of the two oxide sputtering targets produced was used for measuring the resistivity value. In addition, after measuring the resistivity value, a sample piece was taken from this oxide sputtering target and analyzed for metal elements. Furthermore, the remaining one was used for the sputtering test and the film evaluation.
(酸化物スパッタリングターゲットの金属元素の原子比)
上述の酸化物スパッタリングターゲットから採取した試料片を蛍光X線分析装置(XRF)により分析して、Si,Nb,Ti,Zrの原子比を得た。また、この分析結果から上述のf(1)、f(2)、f(3)を算出した。算出結果を表1に示す。
(Atomic ratio of metal elements of oxide sputtering target)
A sample piece collected from the above-mentioned oxide sputtering target was analyzed by a fluorescent X-ray analyzer (XRF) to obtain atomic ratios of Si, Nb, Ti, and Zr. Further, the above-mentioned f (1), f (2), and f (3) were calculated from this analysis result. The calculation results are shown in Table 1.
(酸化物スパッタリングターゲットの比抵抗値)
比抵抗値は、四探針法により測定した。測定は、ターゲットスパッタ面(円)の中心点で実施した。測定結果を表2に示す。
(Specific resistance value of oxide sputtering target)
The resistivity value was measured by the four-probe method. The measurement was carried out at the center point of the target sputtered surface (circle). The measurement results are shown in Table 2.
(スパッタ試験)
酸化物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、これをマグネトロン式のスパッタ装置に装着し、以下の条件でスパッタ成膜を行った。以下の条件で60分間連続放電させ、その間の異常放電回数をDC電源に搭載されている異常放電計測機能によって計測した。この間異常放電が検出されても放電が持続すればDC可と判断した。評価結果を表2に示す。
到達真空度:5×10−5Pa以下
放電ガス流量:Ar=47sccm、O2=3sccm
放電ガス全圧:0.67Pa
放電電力:DC1000W
(Spatter test)
The oxide sputtering target was soldered to a backing plate made of oxygen-free copper, and this was mounted on a magnetron type sputtering device, and sputtering was performed under the following conditions. The battery was continuously discharged for 60 minutes under the following conditions, and the number of abnormal discharges during that period was measured by the abnormal discharge measurement function mounted on the DC power supply. Even if an abnormal discharge was detected during this period, it was judged that DC was possible if the discharge continued. The evaluation results are shown in Table 2.
Ultimate vacuum: 5 x 10-5 Pa or less Discharge gas flow rate: Ar = 47 sccm, O 2 = 3 sccm
Total discharge gas pressure: 0.67Pa
Discharge power: DC1000W
(膜組成の確認)
上記とは別に直径12センチのポリカーボネート基板上に酸化物膜を膜厚500nmで成膜し、得られた酸化物膜を、誘導結合プラズマ発光分光(ICP)装置を用いて分析した。その結果、酸化物膜は、ほぼ酸化物スパッタリングターゲットの組成と同じであることを確認した。
(Confirmation of membrane composition)
Separately from the above, an oxide film was formed on a polycarbonate substrate having a diameter of 12 cm at a film thickness of 500 nm, and the obtained oxide film was analyzed using an inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP) apparatus. As a result, it was confirmed that the oxide film had almost the same composition as the oxide sputtering target.
(膜の屈折率)
上述のスパッタ条件で、Si基板上に膜厚30nmの酸化物膜を成膜した。このとき、基板−ターゲット間距離を70mmとした。
この酸化物膜の屈折率を、分光エリプソメーターを用いて、入射角度75°、測定波長405nmで測定した。評価結果を表2に示す。
(Refractive index of film)
Under the above sputtering conditions, an oxide film having a film thickness of 30 nm was formed on the Si substrate. At this time, the distance between the substrate and the target was set to 70 mm.
The refractive index of this oxide film was measured using a spectroscopic ellipsometer at an incident angle of 75 ° and a measurement wavelength of 405 nm. The evaluation results are shown in Table 2.
(膜の結晶性)
上述のスパッタ条件で、Si基板上に膜厚100nmの酸化物膜を成膜した。このとき、基板−ターゲット間距離を70mmとした。
熱処理前の酸化物膜が非晶質であることをXRD(θ−2θ法)で確認後、上記酸化物膜に対して、下記に示す条件で熱処理し、熱処理後の酸化物膜についてXRD(θ−2θ法)によって非晶質であるか否かを評価した。評価結果を表2に示す。なお、熱処理後の酸化物膜が非晶質であった本発明例1のXRD結果を図2に、熱処理後の酸化物膜が結晶質であった比較例7のXRD結果を図3に示す。
使用炉:赤外線ゴールドイメージ炉
雰囲気:真空
保持温度:600℃
保持時間:30分
(Crystallinity of membrane)
Under the above sputtering conditions, an oxide film having a film thickness of 100 nm was formed on the Si substrate. At this time, the distance between the substrate and the target was set to 70 mm.
After confirming that the oxide film before the heat treatment is amorphous by XRD (θ-2θ method), the above oxide film is heat-treated under the conditions shown below, and the oxide film after the heat treatment is XRD ( It was evaluated whether or not it was amorphous by the θ-2θ method). The evaluation results are shown in Table 2. The XRD result of Example 1 of the present invention in which the oxide film after heat treatment was amorphous is shown in FIG. 2, and the XRD result of Comparative Example 7 in which the oxide film after heat treatment was crystalline is shown in FIG. ..
Reactor used: Infrared gold image Reactor Atmosphere: Vacuum Holding temperature: 600 ° C
Holding time: 30 minutes
(1)式:f(1)=(b/2)/(1−b/2)+c/(1−b/2)≧0.35を満足しない比較例1〜3においては、異常放電回数が多く放電持続が困難で、DCスパッタによって成膜することができなかった。Nb又はTiの含有量が少なく、比抵抗値が高くなったためと推測される。なお、比較例1〜3において、酸化物膜を成膜できなかったため、屈折率及び熱処理後の膜の結晶状態については評価しなかった。 Equation (1): In Comparative Examples 1 to 3 that do not satisfy f (1) = (b / 2) / (1-b / 2) + c / (1-b / 2) ≥ 0.35, the number of abnormal discharges It was difficult to sustain the discharge, and it was not possible to form a film by DC sputtering. It is presumed that the content of Nb or Ti was low and the resistivity value was high. In Comparative Examples 1 to 3, since the oxide film could not be formed, the refractive index and the crystal state of the film after the heat treatment were not evaluated.
(2)式:0.3≧f(2)=a/(1−b/2)≧0.1の上限を超える比較例4〜6においては、成膜した酸化物膜の屈折率が低くなった。Siの含有量が多くなったためと推測される。 Equation (2): In Comparative Examples 4 to 6 in which the upper limit of 0.3 ≧ f (2) = a / (1-b / 2) ≧ 0.1 is exceeded, the refractive index of the formed oxide film is low. became. It is presumed that the Si content increased.
(2)式:0.3≧f(2)=a/(1−b/2)≧0.1の下限を下回る、または、(3)式:f(3)=d/(1−b/2)≧0.1を満足しない比較例7〜10においては、熱処理後の酸化物膜が結晶質となった。Si又はZrの含有量が不足したためと推測される。 Equation (2): 0.3 ≧ f (2) = a / (1-b / 2) ≥ 0.1 below the lower limit, or Equation (3): f (3) = d / (1-b) / 2) In Comparative Examples 7 to 10 that did not satisfy ≧ 0.1, the oxide film after the heat treatment became crystalline. It is presumed that the content of Si or Zr was insufficient.
これに対して、(1)式、(2)式、(3)式を満足する本発明例1〜6においては、異常放電回数が少なく、DCスパッタによって安定して成膜することができた。また、成膜した酸化物膜の屈折率が2.2以上と高くなった。さらに、熱処理後の酸化物膜が非晶質となり、膜表面の平滑性が保持された。 On the other hand, in Examples 1 to 6 of the present invention satisfying the equations (1), (2) and (3), the number of abnormal discharges was small and stable film formation could be achieved by DC sputtering. .. In addition, the refractive index of the formed oxide film was as high as 2.2 or more. Further, the oxide film after the heat treatment became amorphous, and the smoothness of the film surface was maintained.
以上のことから、本発明例によれば、比抵抗値が十分に低く安定してDCスパッタが可能であり、熱を加えた場合でも非晶質であって膜表面の平滑性を維持できる酸化物膜を成膜可能な酸化物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。 From the above, according to the example of the present invention, the specific resistance value is sufficiently low, stable DC sputtering is possible, and oxidation that is amorphous and can maintain the smoothness of the film surface even when heat is applied. It was confirmed that it is possible to provide an oxide sputtering target capable of forming a film.
Claims (1)
Si、Nb、Ti及びZrの全原子数に対するSiの原子数比をa、Nbの原子数比をb、Tiの原子数比をc、Zrの原子数比をdとした場合に、
(1)式:f(1)=(b/2)/(1−b/2)+c/(1−b/2)≧0.35
(2)式:0.3≧f(2)=a/(1−b/2)≧0.1
(3)式:f(3)=d/(1−b/2)≧0.1
上述の(1)式、(2)式、(3)式を満足し、
比抵抗値が0.1Ω・cm以下であることを特徴とする酸化物スパッタリングターゲット。 Consists of oxides of metallic elements of Si, Zr, and at least one of Nb and Ti.
When the atomic number ratio of Si to the total atomic number of Si, Nb, Ti and Zr is a, the atomic number ratio of Nb is b, the atomic number ratio of Ti is c, and the atomic number ratio of Zr is d.
Equation (1): f (1) = (b / 2) / (1-b / 2) + c / (1-b / 2) ≧ 0.35
Equation (2): 0.3 ≧ f (2) = a / (1-b / 2) ≧ 0.1
Equation (3): f (3) = d / (1-b / 2) ≧ 0.1
Satisfying the above equations (1), (2) and (3) ,
An oxide sputtering target having a specific resistance value of 0.1 Ω · cm or less.
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