JP7554687B2 - Cu-Bi2O3 sputtering target and its manufacturing method - Google Patents
Cu-Bi2O3 sputtering target and its manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP7554687B2 JP7554687B2 JP2021023656A JP2021023656A JP7554687B2 JP 7554687 B2 JP7554687 B2 JP 7554687B2 JP 2021023656 A JP2021023656 A JP 2021023656A JP 2021023656 A JP2021023656 A JP 2021023656A JP 7554687 B2 JP7554687 B2 JP 7554687B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sputtering target
- bi2o3
- sputtering
- powder
- volume resistivity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Description
本発明は、Cu-Bi2O3スパッタリングターゲット及びその製造方法に関し、特には誘電体膜の形成に用いることができるCu-Bi2O3スパッタリングターゲット及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a Cu--Bi 2 O 3 sputtering target and a manufacturing method thereof, and more particularly to a Cu--Bi 2 O 3 sputtering target that can be used to form a dielectric film and a manufacturing method thereof.
FeRAM(強誘電体メモリ)などの不揮発性メモリには、コンデンサ記憶素子に誘電体膜が用いられる。その誘電体膜として、酸化ビスマス(Bi2O3)の膜を用いることが知られており、Bi2O3膜はスパッタリング法を用いて成膜することができる。ここで、スパッタリング法とは、基板に対向させたスパッタリングターゲットにArイオンを衝突させることで、スパッタリングターゲットを構成する分子や原子などを放出させて、それを基板上に堆積させて、成膜する方法である。 In non-volatile memories such as FeRAM (ferroelectric memory), a dielectric film is used in the capacitor memory element. It is known to use a bismuth oxide ( Bi2O3 ) film as the dielectric film, and the Bi2O3 film can be formed by sputtering. Here, the sputtering method is a method in which Ar ions are collided with a sputtering target facing a substrate to release molecules and atoms that constitute the sputtering target, which are then deposited on the substrate to form a film.
Bi2O3膜は、Bi2O3スパッタリングターゲットを用いて、成膜することができる。Bi2O3スパッタリングターゲットは絶縁性であるため、高速成膜が可能な直流(DC)スパッタリングを行うことができない。そのため、RF(高周波)スパッタリングにより成膜することが行われる。また、Bi2O3スパッタリングターゲットは、熱伝導率が低いため、スパッタリングの間、熱が十分に拡散せずに、スパッタリングターゲットが割れるという問題がある。 The Bi2O3 film can be formed by using a Bi2O3 sputtering target. Since the Bi2O3 sputtering target is insulating, it is not possible to perform direct current ( DC ) sputtering, which allows high-speed film formation. Therefore, the film is formed by RF (radio frequency) sputtering. In addition, since the Bi2O3 sputtering target has a low thermal conductivity, there is a problem that the heat is not sufficiently diffused during sputtering, and the sputtering target cracks.
Bi2O3を用いたスパッタリングターゲットとして、例えば、以下に記載する先行文献が知られている。特許文献1には、金属Bi-Bi酸化物複合スパッタリングターゲットであって、スパッタリング時における異常放電及びパーティクルの発生を抑制することができたことが記載されている。特許文献2には、Bi2O3とB2O3とGeなどの酸化物を焼結して作製したスパッタリングターゲットが開示されている。特許文献3には、金属酸化物Aと、金属Bとを含む複合スパッタリングターゲットであって、金属酸化物Aとして、酸化Biなどが記載されている。その他、特許文献4が知られている。 As sputtering targets using Bi2O3 , for example, the following prior art documents are known. Patent Document 1 describes a metal Bi-Bi oxide composite sputtering target that can suppress abnormal discharge and particle generation during sputtering. Patent Document 2 discloses a sputtering target made by sintering Bi2O3 , B2O3 , and oxides such as Ge. Patent Document 3 describes a composite sputtering target containing metal oxide A and metal B, in which metal oxide A is Bi oxide, etc. In addition, Patent Document 4 is known.
Bi2O3スパッタリングターゲットは、誘電体膜の形成に有用であるが、絶縁性であるため、高速成膜が可能なDC(直流)スパッタリングができず、生産性に劣るという問題がある。本発明は、上記の問題を解決するために提案されたものであって、DCスパッタリングが可能なスパッタリングターゲットを提供することを課題とする。 Although Bi2O3 sputtering targets are useful for forming dielectric films, they have a problem that they are insulating and therefore cannot be used for DC (direct current) sputtering, which allows high-speed film formation, and therefore have poor productivity. The present invention has been proposed to solve the above problems, and the objective of the present invention is to provide a sputtering target that allows DC sputtering.
本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであって、その課題を解決できる本発明の一態様は、CuとBi2O3を含有するCu-Bi2O3スパッタリングターゲットであって、体積抵抗率が1mΩ・cm以下である、Cu-Bi2O3スパッタリングターゲットである。 The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems, and one aspect of the present invention that can solve the problems is a Cu- Bi2O3 sputtering target containing Cu and Bi2O3 , and having a volume resistivity of 1 mΩ · cm or less .
本発明によれば、誘電体膜の形成に適したスパッタリングターゲットであって、体積抵抗率が低いため、DC(直流)スパッタリングとなり、スパッタリングの成膜速度を高めることができる。これにより、生産性を向上させることができるという優れた効果を有する。 The present invention provides a sputtering target suitable for forming a dielectric film, and because the volume resistivity is low, it can be used for DC (direct current) sputtering, and the film formation speed of sputtering can be increased. This has the excellent effect of improving productivity.
酸化ビスマス(Bi2O3)は、絶縁性であり、誘電体膜として用いることができる反面、DCスパッタリングができないという問題があった。DCスパッタリングが可能となれば、生産性を各段に向上させることができることから、本発明者はこの問題に対して鋭意研究したところ、所定の量のCuを添加するとともに、その製造方法を工夫することによって、誘電体層としての機能を維持しつつ、DCスパッタリングが可能な体積抵抗率の低いスパッタリングターゲットを得ることができるとの知見が得られ、本発明に至った。 Bismuth oxide ( Bi2O3 ) is insulating and can be used as a dielectric film, but has a problem of being unable to be DC sputtered. If DC sputtering were possible, productivity could be improved significantly, and the present inventors conducted intensive research into this problem, finding that by adding a specified amount of Cu and devising a manufacturing method, it is possible to obtain a sputtering target with low volume resistivity that can be DC sputtered while maintaining the function as a dielectric layer, and thus arriving at the present invention.
本発明の実施形態に係るCu-Bi2O3スパッタリングターゲット(以下、スパッタリングターゲットと称する場合がある。)は、体積抵抗率が1mΩ・cm以下である。スパッタリングターゲットの体積抵抗率(平均値)が1mΩ・cm以下であれば、安定したDCスパッタリングが可能となる。Cuは一般的に導電性材料として知られているが、Bi2O3にCuを単に添加しただけでは、体積抵抗率を十分に低下させることができない。本実施形態では、製造方法を工夫することにより、Bi2O3粒子の周囲にCuを凝集させることで導電性のパスを形成し、体積抵抗率を1mΩ・cm以下まで低下させることを実現させたものである。 The Cu- Bi2O3 sputtering target according to the embodiment of the present invention (hereinafter, sometimes referred to as the sputtering target) has a volume resistivity of 1 mΩ·cm or less. If the volume resistivity (average value) of the sputtering target is 1 mΩ·cm or less, stable DC sputtering is possible. Although Cu is generally known as a conductive material, the volume resistivity cannot be sufficiently reduced by simply adding Cu to Bi2O3 . In this embodiment, by devising a manufacturing method, a conductive path is formed by agglomerating Cu around the Bi2O3 particles , and the volume resistivity is reduced to 1 mΩ·cm or less.
本発明の実施形態に係るCu-Bi2O3スパッタリングターゲットにおいて、CuとBiの含有比率が原子比でCu/(Cu+Bi)≧0.3を満たすことが好ましい。Cu/(Cu+Bi)が0.3未満であると、場合によって、十分な導電率を確保することが困難となることがある。より好ましくは、Cu/(Cu+Bi)≧0.4であり、さらに好ましくは、Cu/(Cu+Bi)≧0.6である。一方、Cu/(Cu+Bi)が0.8を超えると、場合によっては、誘電体層としての機能を確保することが困難となることがある。したがって、Cu/(Cu+Bi)≦0.8であることが好ましく、より好ましくは、Cu/(Cu+Bi)≦0.7である。 In the Cu- Bi2O3 sputtering target according to the embodiment of the present invention, it is preferable that the content ratio of Cu and Bi satisfies Cu/(Cu+Bi)≧0.3 in atomic ratio. If Cu/(Cu+Bi) is less than 0.3, it may be difficult to ensure sufficient electrical conductivity in some cases. More preferably, Cu/(Cu+Bi)≧0.4, and even more preferably, Cu/(Cu+Bi)≧0.6. On the other hand, if Cu/(Cu+Bi) exceeds 0.8, it may be difficult to ensure the function as a dielectric layer in some cases. Therefore, it is preferable that Cu/(Cu+Bi)≦0.8, and more preferably, Cu/(Cu+Bi)≦0.7.
本実施形態に係るCu-Bi2O3スパッタリングターゲットは、ターゲット面内の体積抵抗率の変動係数(標準偏差/平均値×100)が15%以内であることが好ましい。スパッタリングターゲット面内の大部分において低抵抗となっていれば、DCスパッタリングが可能であり、つまり、ターゲット面内を測定して、その平均値が1mΩ・cm以下であれば、抵抗が高い箇所があったとしても、DCスパッタリングが可能であり、本発明の目的を達成することができる。一方で、ターゲット面内において、体積抵抗率のばらつきが大きくなると、スパッタリングの安定性に影響を与えることがあるため、ターゲット面内における体積抵抗率のばらつきを小さくすることが好ましい。より好ましくは10%以内である。 The Cu-Bi 2 O 3 sputtering target according to this embodiment preferably has a variation coefficient (standard deviation/average value×100) of the volume resistivity within the target surface of 15% or less. If the resistance is low in most of the sputtering target surface, DC sputtering is possible. In other words, if the target surface is measured and the average value is 1 mΩ·cm or less, DC sputtering is possible even if there are areas with high resistance, and the object of the present invention can be achieved. On the other hand, if the variation in the volume resistivity within the target surface becomes large, it may affect the stability of sputtering, so it is preferable to reduce the variation in the volume resistivity within the target surface. More preferably, it is within 10%.
本実施形態に係るCu-Bi2O3スパッタリングターゲットは、相対密度が95%以上であることが好ましく、さらに98%以上であることが好ましい。高密度のスパッタリングターゲットは、異常放電やパーティクルの発生を抑制することができる。なお、本実施形態に係るスパッタリングターゲットは、相対密度が100%を超える場合もある。これは、原料で配合する相と焼結して得られる相とが異なる結果、真密度で使用する理論密度の値と本来の理論密度の値が異なるためである。 The Cu- Bi2O3 sputtering target according to this embodiment preferably has a relative density of 95% or more, more preferably 98% or more. A high-density sputtering target can suppress abnormal discharge and particle generation. The sputtering target according to this embodiment may have a relative density of more than 100%. This is because the phases mixed in the raw material and the phases obtained by sintering are different, and as a result, the theoretical density value used in the true density is different from the original theoretical density value.
(スパッタリングターゲットの製造方法)
以下に本発明の実施形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法を示す。但し、以下の製造方法やその条件などは、開示した範囲に限定するものではなく、いくらかの省略や変更を行ってもよい。
原料粉末として、銅(Cu)粉末、及び酸化ビスマス(Bi2O3)粉末を準備する。次に、原料粉末について、ジルコニアビーズを用いて、乾式粉砕を行った後、これらの原料粉末を所望の組成比(体積比)となるように秤量、混合する。混合するCu粉末とBi2O3粉末の粒径は、それぞれ体積比によって調整する。
本発明においては、スパッタリングターゲットにおいてCu同士の接続が重要であり、Cuの占める体積比が比較的大きい場合には、Cu同士の接続が良好となるため、Cu粉末の粒径がBi2O3の粒径より大きくとも問題はない。一方、Cuの占める体積比が小さくなるにつれて、Cu同士の接続が低下するため、Cu粉末の粒径をBi2O3の粒径より小さくなるようにすることが重要となる。
さらにCuの占める体積比が小さくなる場合には、Bi2O3の粒径も250μmを超えないようにすることが望ましい。このように、Cuの占める体積比が小さくなるにつれて、Cu粉末の粒径をBi2O3粉末より小さく、また、Bi2O3の粒径も250μmを超えないようにすることが望ましい。
上述の通り、Bi2O3粉末とCu粉末との粒径の比率、及び、Bi2O3粉末の粒径を調整することが重要であり、これにより、焼結体においてBi2O3粒子の周囲にCuを凝集させて、導電性のパスを形成することが可能となり、低抵抗化を図ることが可能となる。
(Method of manufacturing sputtering target)
A method for producing a sputtering target according to an embodiment of the present invention will be described below. However, the following production method and its conditions are not limited to the disclosed scope, and some omissions and modifications may be made.
Copper (Cu) powder and bismuth oxide ( Bi2O3 ) powder are prepared as raw material powders. Next, the raw material powders are dry-pulverized using zirconia beads, and then weighed and mixed to obtain a desired composition ratio (volume ratio ) . The particle sizes of the Cu powder and Bi2O3 powder to be mixed are adjusted by their respective volume ratios.
In the present invention, the connection between Cu atoms is important in a sputtering target, and when the volume ratio of Cu is relatively large, the connection between Cu atoms is good, so there is no problem even if the particle size of the Cu powder is larger than the particle size of Bi 2 O 3. On the other hand, as the volume ratio of Cu becomes smaller, the connection between Cu atoms decreases, so it is important to make the particle size of the Cu powder smaller than the particle size of Bi 2 O 3 .
Furthermore, when the volume ratio of Cu becomes smaller, it is desirable that the particle size of Bi2O3 does not exceed 250 μm. In this way, as the volume ratio of Cu becomes smaller, it is desirable that the particle size of Cu powder is smaller than that of Bi2O3 powder , and the particle size of Bi2O3 does not exceed 250 μm .
As described above, it is important to adjust the particle size ratio of Bi2O3 powder to Cu powder and the particle size of Bi2O3 powder, so that Cu can be aggregated around the Bi2O3 particles in the sintered body to form conductive paths, thereby enabling the reduction of resistance.
次に、粒子径を調整したBi2O3粉末とCu粉末とを混合した後、加圧と焼結を同時に行うホットプレス(一軸加圧焼結)により焼結体を得る。ホットプレス条件は、加圧力を200~300kgf/cm2、焼結温度を600℃以上650℃以下、アルゴン雰囲気で焼結することが好ましい。その後、得られた焼結体を切削、研磨などの旋盤加工を行って、スパッタリングターゲットを作製する。 Next, the Bi2O3 powder with the adjusted particle size and Cu powder are mixed, and then a sintered body is obtained by hot pressing (uniaxial pressure sintering) in which pressure and sintering are performed simultaneously. The hot pressing conditions are preferably a pressure of 200 to 300 kgf/ cm2 , a sintering temperature of 600°C to 650°C, and sintering in an argon atmosphere. The obtained sintered body is then subjected to lathe processing such as cutting and polishing to produce a sputtering target.
スパッタリングターゲット等の各種物性は、以下の測定方法を用いて解析することができる。なお、以下の測定方法は、提示した本実施形態の理解を容易にするために示すものである。他に代替可能な測定方法が存在するが、そのような代替可能な測定方法により、本発明と異なる形態に見せかけることを許容する意図はないことを理解されたい。
(スパッタリングターゲットの組成分析)
装置:SII社製SPS3500DD
方法:ICP-OES(高周波誘導結合プラズマ発光分析法)
なお、スパッタリングターゲットの組成は、ICP-OES(高周波誘導結合プラズマ発光分析法)で測定可能であるが、本実施形態に係るスパッタリングターゲットの組成比(原子比)は、原料の混合比を用いて計算で算出したものと同等と見なして差し支えない。なぜならば、上述するスパッタリングターゲットの製造方法では、組成比に影響を及ぼすような工程はなく、組成比の変化が少ないためである。
Various physical properties of the sputtering target and the like can be analyzed using the following measurement methods. Note that the following measurement methods are presented to facilitate understanding of the present embodiment. It should be understood that there are other alternative measurement methods, but it is not intended to permit the use of such alternative measurement methods to disguise the present invention in a different form.
(Composition analysis of sputtering targets)
Equipment: SII SPS3500DD
Method: ICP-OES (inductively coupled plasma optical emission spectrometry)
The composition of the sputtering target can be measured by ICP-OES (inductively coupled plasma optical emission spectrometry), but the composition ratio (atomic ratio) of the sputtering target according to this embodiment may be considered to be equivalent to that calculated by using the mixture ratio of the raw materials, because the above-described method for producing a sputtering target does not include any process that affects the composition ratio, and the change in the composition ratio is small.
(スパッタリングターゲットの体積抵抗率)
スパッタリングターゲットの体積抵抗率の測定装置、測定箇所は以下の通りである。
装置:NPS社製 抵抗率測定器 Σ-5+
方式:定電流印加方式
方法:直流4探針法
図1に示す通り、スパッタリングターゲットの表面と裏面について、それぞれ中心部を1箇所、外周付近を90度間隔に4箇所、合計10箇所について体積抵抗率を測定し、その平均値及び標準偏差を求める。
(Volume resistivity of sputtering target)
The measurement device and measurement points for the volume resistivity of the sputtering target are as follows:
Equipment: NPS resistivity meter Σ-5+
Method: constant current application method Method: DC four-probe method As shown in Figure 1, the volume resistivity is measured at one location in the center and four locations at 90 degree intervals near the periphery on the front and back surfaces of the sputtering target, for a total of 10 locations, and the average value and standard deviation are calculated.
(スパッタリングターゲットの相対密度)
相対密度は、以下の式を用いて算出した。
相対密度(%)=(アルキメデス密度)/(真密度)×100
(アルキメデス密度):スパッタリングターゲットから小片を切り出して、その小片から装置(METTLER TOLEDO製 AG204)を用いてアルキメデス密度を測定した。
(真密度):組成分析装置(ICP-OES)を用いて、Cu、Biの原子%を分析し、その原子%からCu重量をa(wt%)、BiのBi2O3換算重量をb(wt%)と算出し、Cu、Bi2O3の理論密度をそれぞれdCu、dBi2O3として、真密度(g/cm3)=100/(a/dCu+b/dBi2O3)を計算することができる。
なお、Cuの理論密度dCu=8.92g/cm3、Bi2O3の理論密度をdBi2O3=8.90g/cm3、とした。
(Relative Density of Sputtering Target)
The relative density was calculated using the following formula:
Relative density (%) = (Archimedes density) / (true density) x 100
(Archimedes density): A small piece was cut out from the sputtering target, and the Archimedes density of the small piece was measured using an apparatus (AG204 manufactured by METTLER TOLEDO).
(True density): Using a composition analyzer (ICP-OES), the atomic percentages of Cu and Bi are analyzed, and from these atomic percentages the Cu weight is calculated as a (wt%) and the weight of Bi converted into Bi2O3 is calculated as b (wt%). Using the theoretical densities of Cu and Bi2O3 as dCu and dBi2O3 respectively, the true density (g/ cm3 ) = 100/(a/ dCu + b/ dBi2O3 ) can be calculated.
The theoretical density of Cu was d Cu =8.92 g/cm 3 , and the theoretical density of Bi 2 O 3 was d Bi2O3 =8.90 g/cm 3 .
(スパッタリングターゲットの結晶相)
X線回折分析装置(リガク社製 Ultima IV)を用いて、スパッタリングターゲットの結晶相を分析した。
(Crystalline phase of sputtering target)
The crystal phase of the sputtering target was analyzed using an X-ray diffraction analyzer (Ultima IV, manufactured by Rigaku Corporation).
以下、実施例および比較例に基づいて説明する。なお、本実施例はあくまで一例であり、これらの例によって何ら制限されるものではない。すなわち、本発明は特許請求の範囲によってのみ制限されるものであり、本発明に含まれる実施例以外の種々の変形を包含するものである。また、実施例及び比較例におけるスパッタリングターゲットの組成比(原子比)、相対密度は、原料での混合比をもとに算出した。 The following is a description based on examples and comparative examples. Note that these examples are merely examples and are not intended to limit the present invention in any way. In other words, the present invention is limited only by the scope of the claims, and includes various modifications other than the examples included in the present invention. In addition, the composition ratios (atomic ratios) and relative densities of the sputtering targets in the examples and comparative examples were calculated based on the mixture ratios of the raw materials.
(実施例1)
Bi2O3原料粉を加熱炉によって750℃で熱処理し、塊を作製した。この塊を解砕し、乾式ボールミルで粉砕を実施して、粒子径D50が86μmの粉末を得た。Cu粉末については、粒子径D50が5μmの粉末を原料粉として用意した。これらの粉末をBi2O3:Cu=88vol%:12vol%(50mol%:50mol%)となるように秤量した後、混合した。次に、得られた混合粉末を、アルゴン雰囲気下、加圧力:250kgf/cm2、焼結温度:600℃の条件でホットプレスを実施して、Cu-Bi2O3焼結体を作製した。その後、この焼結体を機械加工して、スパッタリングターゲット形状に仕上げた。
Example 1
The Bi2O3 raw powder was heat-treated at 750°C in a heating furnace to produce a lump. The lump was crushed and pulverized in a dry ball mill to obtain a powder with a particle diameter D50 of 86 μm. For the Cu powder, a powder with a particle diameter D50 of 5 μm was prepared as the raw powder . These powders were weighed so that Bi2O3 :Cu=88vol%:12vol% (50mol%:50mol%), and then mixed. Next, the obtained mixed powder was hot-pressed under an argon atmosphere under the conditions of a pressure of 250 kgf/ cm2 and a sintering temperature of 600°C to produce a Cu- Bi2O3 sintered body. After that, the sintered body was machined to be finished into a sputtering target shape.
実施例1で得られたスパッタリングターゲットについて、EPMA(電子線マイクロアナライザ)で観察した組織写真を図2に示す。図2に示す通り、Bi2O3粒の周囲にCuが凝集して網目構造となっていることが確認できる。
また、実施例1のスパッタリングターゲットについて、体積抵抗率を測定した結果、体積抵抗率の10箇所平均は84μΩ・cmであり、そのばらつき(標準偏差)は8μΩ・cmであった。また、スパッタリングターゲットの相対密度は98.7%と高密度のものが得られた。以上の結果を表1に示す。
なお、スパッタリングターゲットについてICP(誘導結合プラズマ)発光分光分析装置を用いて成分を分析した結果、原料の仕込み時の比率とほとんど変化がないことを確認した。後述する実施例2~4及び比較例1についても同様である。
A microstructure photograph of the sputtering target obtained in Example 1 observed with an EPMA (electron probe microanalyzer) is shown in Figure 2. As shown in Figure 2, it can be confirmed that Cu aggregates around the Bi2O3 grains to form a network structure.
In addition, the volume resistivity of the sputtering target of Example 1 was measured, and the average of the volume resistivity at 10 points was 84 μΩ cm, with a standard deviation of 8 μΩ cm. In addition, the relative density of the sputtering target was 98.7%, which was a high density. The results are shown in Table 1.
In addition, the results of analyzing the components of the sputtering target using an inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometer confirmed that the ratio was almost the same as when the raw materials were charged. The same was true for Examples 2 to 4 and Comparative Example 1 described below.
(実施例2)
Bi2O3原料粉を加熱炉によって750℃で熱処理し、塊を作製した。この塊を解砕し、乾式ボールミルで粉砕を実施して、粒子径D50が64μmの粉末を得た。Cu粉末については、粒子径D50が5μmの粉末を原料粉として用意した。これらの粉末をBi2O3:Cu=69vol%:31vol%(23mol%:77mol%)で秤量した後、混合した。次に、得られた混合粉末をアルゴン雰囲気下、加圧力:250kgf/cm2、焼結温度:600℃の条件で真空ホットプレスを実施して、Cu-Bi2O3焼結体を作製した。その後、この焼結体を機械加工して、スパッタリングターゲット形状に仕上げた。
Example 2
The Bi2O3 raw powder was heat-treated at 750°C in a heating furnace to produce a lump. The lump was crushed and pulverized in a dry ball mill to obtain a powder with a particle diameter D50 of 64 μm. For the Cu powder, a powder with a particle diameter D50 of 5 μm was prepared as the raw powder. These powders were weighed in the ratio of Bi2O3 :Cu=69 vol%:31 vol% (23 mol%:77 mol%) and then mixed . Next, the obtained mixed powder was vacuum hot pressed under an argon atmosphere under the conditions of a pressure of 250 kgf/ cm2 and a sintering temperature of 600°C to produce a Cu- Bi2O3 sintered body. After that, the sintered body was machined to be finished into a sputtering target shape.
実施例2で得られたスパッタリングターゲットについて、EPMA(電子線マイクロアナライザ)で観察した組織写真を図3に示す。図3に示す通り、Bi2O3粒の周囲にCuが凝集して網目構造となっていることが確認できる。
また、実施例2のスパッタリングターゲットについて、体積抵抗率を測定した結果、体積抵抗率の10箇所平均は14μΩ・cmであり、そのばらつき(標準偏差)は1μΩ・cmであった。また、スパッタリングターゲットの相対密度は100.5%と高密度のものが得られた。以上の結果を表1に示す。
A microstructure photograph of the sputtering target obtained in Example 2 observed with an EPMA (electron probe microanalyzer) is shown in Fig. 3. As shown in Fig. 3, it can be confirmed that Cu aggregates around the Bi2O3 grains to form a network structure.
In addition, the volume resistivity of the sputtering target of Example 2 was measured, and the average of the volume resistivity at 10 points was 14 μΩ cm, with a standard deviation of 1 μΩ cm. In addition, the relative density of the sputtering target was 100.5%, which was a high density. The results are shown in Table 1.
(実施例3)
粒子径D50が2μmであるBi2O3粉末と、粒子径D50が107μmであるCu粉末を準備した。これらの粉末をBi2O3:Cu=59vol%:41vol%(16mol%:84mol%)で秤量した後、混合した。得られた混合粉末をアルゴン雰囲気下、加圧力:250kgf/cm2、焼結温度:600℃の条件でホットプレスを実施して、Cu-Bi2O3焼結体を作製した。その後、この焼結体を機械加工して、スパッタリングターゲット形状に仕上げた。
Example 3
A Bi2O3 powder having a particle diameter D50 of 2 μm and a Cu powder having a particle diameter D50 of 107 μm were prepared. These powders were weighed out in a ratio of Bi2O3 :Cu=59 vol%:41 vol% (16 mol%:84 mol%) and then mixed. The obtained mixed powder was hot pressed under an argon atmosphere, a pressure of 250 kgf/ cm2 , and a sintering temperature of 600°C to produce a Cu- Bi2O3 sintered body. The sintered body was then machined to have a sputtering target shape.
実施例3で得られたスパッタリングターゲットについて、体積抵抗率を測定した結果、体積抵抗率の10箇所平均は42μΩ・cmであり、そのばらつき(標準偏差)は6μΩ・cmであった。また、スパッタリングターゲットの相対密度は101.6%であった。以上の結果を表1に示す。 The volume resistivity of the sputtering target obtained in Example 3 was measured, and the average volume resistivity at 10 locations was 42 μΩ·cm, with a standard deviation of 6 μΩ·cm. The relative density of the sputtering target was 101.6%. The results are shown in Table 1.
(実施例4)
粒子径D50が2μmであるBi2O3粉末と、粒子径D50が107μmであるCu粉末を準備した。これらの粉末をBi2O3:Cu=49vol%:51vol%(12mol%:88mol%)で秤量した後、混合した。得られた混合粉末をアルゴン雰囲気下、加圧力:250kgf/cm2、焼結温度:600℃の条件でホットプレスを実施して、Cu-Bi2O3焼結体を作製した。その後、この焼結体を機械加工して、スパッタリングターゲット形状に仕上げた。
Example 4
A Bi2O3 powder having a particle diameter D50 of 2 μm and a Cu powder having a particle diameter D50 of 107 μm were prepared. These powders were weighed out in a ratio of Bi2O3 :Cu=49 vol%:51 vol% (12 mol%:88 mol%) and then mixed. The obtained mixed powder was hot pressed under an argon atmosphere, a pressure of 250 kgf/ cm2 , and a sintering temperature of 600°C to produce a Cu- Bi2O3 sintered body. The sintered body was then machined to have a sputtering target shape.
実施例4で得られたスパッタリングターゲットについて、EPMA(電子線マイクロアナライザ)で観察した組織写真を図5に示す。図5に示す通り、Bi2O3がCuを覆う形となり、Cuが分離していることが確認できる。比較例2で得られたスパッタリングターゲットの体積抵抗率を測定した結果、体積抵抗率の10箇所平均は14μΩ・cmであり、そのばらつき(標準偏差)は2μΩ・cmであった。また、スパッタリングターゲットの相対密度は102.7%であった。 The structure of the sputtering target obtained in Example 4 was observed by EPMA (electron probe microanalyzer) and is shown in FIG. 5. As shown in FIG. 5, it can be confirmed that Bi2O3 covers Cu and Cu is separated. As a result of measuring the volume resistivity of the sputtering target obtained in Comparative Example 2, the average of the volume resistivity at 10 points was 14 μΩ·cm, and the variation (standard deviation) was 2 μΩ·cm. In addition, the relative density of the sputtering target was 102.7%.
(比較例1)
粒子径D50が2μmであるBi2O3粉末と、粒子径D50が107μmであるCu粉末を準備した。これらの粉末をBi2O3:Cu=88vol%:12vol%(50mol%:50mol%)で秤量した後、混合した。次に、得られた混合粉末を、アルゴン雰囲気下、加圧力:250kgf/cm2、焼結温度:600℃の条件でホットプレスを実施して、Cu-Bi2O3焼結体を作製した。その後、この焼結体を機械加工して、スパッタリングターゲット形状に仕上げた。
(Comparative Example 1)
A Bi2O3 powder having a particle diameter D50 of 2 μm and a Cu powder having a particle diameter D50 of 107 μm were prepared. These powders were weighed in a ratio of Bi2O3 :Cu=88 vol%:12 vol% (50 mol%:50 mol%) and then mixed. Next, the obtained mixed powder was hot pressed under an argon atmosphere, a pressure of 250 kgf/ cm2 , and a sintering temperature of 600 °C to produce a Cu- Bi2O3 sintered body. After that, the sintered body was machined to be finished into a sputtering target shape.
比較例1で得られたスパッタリングターゲットについて、EPMA(電子線マイクロアナライザ)で観察した組織写真を図4に示す。図4に示す通り、Bi2O3がCuを覆う形となり、Cuが分離していることが確認できる。比較例1で得られたスパッタリングターゲットについて、体積抵抗率を測定しようとしたが、体積抵抗率が高すぎて測定することができなかった(500KΩ・cm超)。スパッタリングターゲットの相対密度は103.6%であった。以上の結果を表1に示す。 FIG. 4 shows a structure photograph of the sputtering target obtained in Comparative Example 1 observed by EPMA (electron probe microanalyzer). As shown in FIG. 4, it can be confirmed that Bi2O3 covers Cu and Cu is separated. Although an attempt was made to measure the volume resistivity of the sputtering target obtained in Comparative Example 1, the volume resistivity was too high to be measured (over 500 KΩ·cm). The relative density of the sputtering target was 103.6%. The above results are shown in Table 1.
本発明の実施形態に係るCu-Bi2O3スパッタリングターゲットは、体積抵抗率が低く、DCスパッタリングが可能である。さらには、相対密度が高く、スパッタリング時にターゲットに割れやクラックの発生を抑制することができる。そのため、実用的、商業的レベルとして有用である。特にFeRAMなどの不揮発性メモリにおけるコンデンサ記憶素子の誘電体膜の形成用として期待できる。 The Cu-Bi 2 O 3 sputtering target according to the embodiment of the present invention has a low volume resistivity and is suitable for DC sputtering. Furthermore, it has a high relative density and can suppress the occurrence of breakage or cracks in the target during sputtering. Therefore, it is useful at a practical and commercial level. It is particularly expected to be used for forming a dielectric film of a capacitor memory element in a non-volatile memory such as FeRAM.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021023656A JP7554687B2 (en) | 2021-02-17 | 2021-02-17 | Cu-Bi2O3 sputtering target and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021023656A JP7554687B2 (en) | 2021-02-17 | 2021-02-17 | Cu-Bi2O3 sputtering target and its manufacturing method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022125846A JP2022125846A (en) | 2022-08-29 |
| JP7554687B2 true JP7554687B2 (en) | 2024-09-20 |
Family
ID=83058596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021023656A Active JP7554687B2 (en) | 2021-02-17 | 2021-02-17 | Cu-Bi2O3 sputtering target and its manufacturing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7554687B2 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011084804A (en) | 2009-09-18 | 2011-04-28 | Kobelco Kaken:Kk | Metal oxide-metal composite sputtering target |
-
2021
- 2021-02-17 JP JP2021023656A patent/JP7554687B2/en active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011084804A (en) | 2009-09-18 | 2011-04-28 | Kobelco Kaken:Kk | Metal oxide-metal composite sputtering target |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022125846A (en) | 2022-08-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102030892B1 (en) | Ito sputtering target and method for manufacturing same, ito transparent electroconductive film, and method for manufacturing ito transparent electroconductive film | |
| EP3660183A1 (en) | Potassium sodium niobate sputtering target and method for producing same | |
| JP2013173658A (en) | Tin oxide-based sintered body and method for manufacturing the same | |
| TWI550117B (en) | Sputtering target and method for producing sputtering target | |
| EP2924693B1 (en) | Dielectric composition and electronic component | |
| TWI554627B (en) | Sputtering target and high resistance transparent film manufacturing method | |
| Gao et al. | Comparative investigation of Li-modified Ni0. 6Zn0. 4O thin films and the bulk counterparts in the application of thermistors | |
| JP7158102B2 (en) | ITO sputtering target, manufacturing method thereof, ITO transparent conductive film, and manufacturing method of ITO transparent conductive film | |
| JP7554687B2 (en) | Cu-Bi2O3 sputtering target and its manufacturing method | |
| JP4403591B2 (en) | Conductive metal oxide sintered body and use thereof | |
| CN108430949B (en) | Oxide sintered body, method for producing the same, and sputtering target | |
| JP2002338354A (en) | Niobium oxide sintered body, method for producing the same, and sputtering target using the same | |
| JP6233233B2 (en) | Sputtering target and manufacturing method thereof | |
| JP6396837B2 (en) | Sintered body for ZnO-MgO based sputtering target and method for producing the same | |
| JP6537715B2 (en) | Al2O3 sputtering target and method of manufacturing the same | |
| JP4736032B2 (en) | Ion plating target for manufacturing zinc oxide-based conductive film and its manufacturing method, and manufacturing method of zinc oxide-based conductive film | |
| JP6459830B2 (en) | Oxide sintered body, method for producing the same, and method for producing oxide film | |
| JP5913523B2 (en) | Oxide sintered body, oxide sputtering target, high refractive index conductive oxide thin film, and method for producing oxide sintered body | |
| JP7726991B2 (en) | Sputtering target and method of manufacturing the same | |
| WO2025115478A1 (en) | Oxide sputtering target and method for manufacturing same | |
| JP7776938B2 (en) | Magnetic substrate, coil component, and circuit board | |
| JP2007231381A (en) | ITO sputtering target and manufacturing method thereof | |
| JP7087741B2 (en) | A method for manufacturing a resistor material, a sputtering target for forming a resistance thin film, a resistance thin film and a thin film resistor, and a method for manufacturing a sputtering target for forming a resistance thin film and a method for manufacturing a resistance thin film. | |
| JP6800405B2 (en) | Oxide sintered body, its manufacturing method and sputtering target | |
| JPH04154654A (en) | Manufacturing method of ITO sintered body |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230814 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20230814 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240305 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240423 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240605 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240903 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240909 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7554687 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |