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JP2011179056A - Sputtering target - Google Patents

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JP2011179056A
JP2011179056A JP2010043110A JP2010043110A JP2011179056A JP 2011179056 A JP2011179056 A JP 2011179056A JP 2010043110 A JP2010043110 A JP 2010043110A JP 2010043110 A JP2010043110 A JP 2010043110A JP 2011179056 A JP2011179056 A JP 2011179056A
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JP
Japan
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zinc oxide
sintered body
sputtering
sputtering target
water
Prior art date
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Pending
Application number
JP2010043110A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hironori Ishida
弘徳 石田
Noboru Miyata
昇 宮田
Masahito Iguchi
真仁 井口
Hiromasa Shimojima
浩正 下嶋
Kenichi Fukazawa
健一 深澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiheiyo Cement Corp
NTK Ceratec Co Ltd
Original Assignee
Nihon Ceratec Co Ltd
Taiheiyo Cement Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nihon Ceratec Co Ltd, Taiheiyo Cement Corp filed Critical Nihon Ceratec Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sputtering target that hardly causes arcing during sputtering. <P>SOLUTION: The sputtering target comprises a zinc oxide sintered body, wherein a crystalline orientation degree I<SB>002</SB>/(I<SB>002</SB>+I<SB>110</SB>) calculated by peak intensities in the X-ray diffraction measurement on the major face 11a to be exposed to a sputtering atmosphere, is 0.2 to <0.58. The zinc oxide sintered body is prepared by calcining a cast compact, and the cast compact is prepared by casting a slurry having a dispersion of the raw material powder into a casting die having a bottom formed of a water-absorbing material and a side wall formed of a material having no water absorptivity, and depositing the raw material powder while absorbing water by the water-absorbing material. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、太陽電池、タッチパネル等の透明電極に用いられる透明導電膜をスパッタリング法で形成するための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 a sputtering target for forming a transparent conductive film used for transparent electrodes such as solar cells and touch panels by a sputtering method.

近年、低コストで高い透明性、導電性および化学的安定性を有する酸化亜鉛透明導電膜が注目されている。酸化亜鉛系の透明導電膜の形成方法としては、緻密で膜質の良い膜が得られやすい、スパッタリング法が最も適しており、スパッタリングターゲット材料に用いられる酸化亜鉛焼結体が種々検討されている。 In recent years, a zinc oxide transparent conductive film having high transparency, conductivity and chemical stability at low cost has attracted attention. As a method for forming a zinc oxide-based transparent conductive film, a sputtering method is most suitable, in which a dense and good film quality can be easily obtained, and various zinc oxide sintered bodies used for sputtering target materials have been studied.

例えば、特許文献1には、酸化亜鉛粉末に溶媒を加えたスラリーに対して特定方向に高い磁場を印加することによって、磁場を印加する向きに(110)面が優先的に配向した成形体を作製でき、該成形体を焼成することにより、(110)面に配向した配向面を有する酸化亜鉛質焼結が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a molded body in which a (110) plane is preferentially oriented in a direction in which a magnetic field is applied by applying a high magnetic field in a specific direction to a slurry obtained by adding a solvent to zinc oxide powder. Disclosed is zinc oxide-based sintering that can be produced and has an oriented surface oriented in the (110) plane by firing the shaped body.

特許文献1では、粉末の成形方法としてスラリーを用いた鋳込み成形が用いられている。このような鋳込み成形をスパッタリングターゲット材料の製法に適用した例が特許文献2に記載されている。特許文献2では、図1に示したように、成形用凹部12が上面に設けられた非吸液性の下型13と、下型13の上面に被さる吸液性の上型14とからなり、かつ成形用凹部12に連通する1又は2以上の鋳込み口16が設けられたことを特徴とする固形泥漿鋳込み成形型が用いられている。 In Patent Document 1, casting molding using a slurry is used as a powder molding method. An example in which such casting is applied to a method for producing a sputtering target material is described in Patent Document 2. In Patent Document 2, as shown in FIG. 1, a non-liquid-absorbing lower mold 13 having a molding recess 12 provided on the upper surface and a liquid-absorbing upper mold 14 covering the upper surface of the lower mold 13 are formed. In addition, a solid mud casting mold is used in which one or more casting ports 16 communicating with the molding recess 12 are provided.

特開2002−121067号公報JP 2002-121067 A 特開平11−19910号公報JP-A-11-19910

ここで、酸化亜鉛焼結体をスパッタリングターゲットに用いて成膜する際、アーキングが発生しプラズマ放電状態が不安定となり安定した成膜が行われないことがある。このようなアーキングに対して従来の酸化亜鉛焼結体は、対策が不十分であった。 Here, when forming a film using a zinc oxide sintered body as a sputtering target, arcing occurs, the plasma discharge state becomes unstable, and stable film formation may not be performed. The conventional zinc oxide sintered body has been insufficient in measures against such arcing.

本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、アーキングが生じ難いスパッタリングターゲットを提供するものである。 The present invention has been made in view of these problems, and provides a sputtering target in which arcing is unlikely to occur.

本発明は、これらの問題を解決するため、酸化亜鉛焼結体からなり、スパッタリング雰囲気にさらされる主面のX線回折測定のピーク強度により算出される結晶配向度I002/(I002+I110)が0.25以上、0.58未満であることを特徴とするスパッタリングターゲットを提供する。 In order to solve these problems, the present invention is composed of a zinc oxide sintered body, and the degree of crystal orientation I 002 / (I 002 + I calculated by the peak intensity of the X-ray diffraction measurement of the main surface exposed to the sputtering atmosphere. 110 ) is 0.25 or more and less than 0.58.

特に、スパッタリング雰囲気に曝される主面に対して酸化亜鉛のc軸が平行になるような傾向が強いと効果的であることがわかった。この理由は定かではないが、スパッタリング時のアーキングはその発生箇所の導電率と相関があり、配向させることで酸化亜鉛中の酸素原子が優先的にスパッタされる傾向を妨げ、その結果、局所的に導電率の低い箇所が生じ難くなることによるものと推測される。 In particular, it has been found effective if there is a strong tendency that the c-axis of zinc oxide is parallel to the main surface exposed to the sputtering atmosphere. The reason for this is not clear, but arcing at the time of sputtering has a correlation with the conductivity of the generation site, and orientation prevents the oxygen atoms in the zinc oxide from being preferentially sputtered. This is presumably due to the fact that it is difficult to produce a portion with low electrical conductivity.

ただし、c軸が平行になる傾向が極端に強いことは好ましくなく、上記結晶配向度I002/(I002+I110)は0.25以上であることが好ましい。 However, it is not preferable that the c-axis tends to be parallel, and the crystal orientation degree I 002 / (I 002 + I 110 ) is preferably 0.25 or more.

また、本発明は、前記酸化亜鉛焼結体がAl、Ga、B、Si、Inから選ばれる一種以上の元素を含むスパッタリングターゲットを提供する。これらは酸化亜鉛焼結体に導電性を付与するために添加され、その添加量等を調整することによりスパッタリングターゲットに好適な材料が得られる。 Moreover, this invention provides the sputtering target in which the said zinc oxide sintered compact contains 1 or more types of elements chosen from Al, Ga, B, Si, and In. These are added to impart conductivity to the zinc oxide sintered body, and a material suitable for a sputtering target can be obtained by adjusting the amount of addition and the like.

さらに、本発明は、酸化亜鉛焼結体が、鋳込み成形体を焼成してなり、鋳込み成形体は、吸水性材料の底部と非吸水性材料の側壁部とを備える成形型に原料粉末を分散させたスラリーを注型し、前記吸水性材料の吸水とともに原料粉末を着肉させてなるスパッタリングターゲットを提供する。このような鋳込み成形を用いてスパッタリングターゲットの主面を形成した場合、主面についてX線回折測定のピーク強度により算出される結晶配向度は、他の成形方法を用いた場合とは異なる。 Further, according to the present invention, the zinc oxide sintered body is obtained by firing a cast molded body, and the cast molded body disperses the raw material powder in a mold having a bottom portion of the water absorbent material and a side wall portion of the non-water absorbent material. A sputtering target is provided, in which the slurry is cast, and raw material powder is deposited together with water absorption of the water-absorbing material. When the main surface of the sputtering target is formed using such casting, the degree of crystal orientation calculated by the peak intensity of the X-ray diffraction measurement for the main surface is different from the case where other forming methods are used.

また、本発明は、スパッタリングの雰囲気に曝される主面が、鋳込み成形時の着肉方向に垂直になるように研削または研磨加工された面であるスパッタリングターゲットを提供する。成形時の着肉方向と主面の関係を特定することで主面の結晶配向度を所定値に制御することができる。 In addition, the present invention provides a sputtering target in which a main surface exposed to a sputtering atmosphere is a surface that has been ground or polished so as to be perpendicular to the inking direction during casting. The degree of crystal orientation of the main surface can be controlled to a predetermined value by specifying the relationship between the inking direction and the main surface during molding.

スパッタリング時のアーキングが生じ難いスパッタリングターゲットを提供することができる。 It is possible to provide a sputtering target in which arcing during sputtering hardly occurs.

従来の鋳込み成形を示す概略図である。It is the schematic which shows the conventional casting molding. 本発明のスパッタリングターゲットの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the sputtering target of this invention. 本発明の鋳込み成形を示す概略図である。It is the schematic which shows the casting molding of this invention. 作製No.4(表1)のX線回折チャートである。Production No. 4 is an X-ray diffraction chart of Table 1 (Table 1).

以下、本発明のスパッタリングターゲットについて、より詳細に説明する。 Hereinafter, the sputtering target of the present invention will be described in more detail.

図2にスパッタリングターゲットの概略断面を示す。スパッタリングターゲット21は、酸化亜鉛焼結体からなり、スパッタリング雰囲気に曝される主面21aを有している。スパッタリングターゲットの裏面21bはバッキングプレート22に接合される。 FIG. 2 shows a schematic cross section of the sputtering target. The sputtering target 21 is made of a zinc oxide sintered body and has a main surface 21a exposed to the sputtering atmosphere. The back surface 21 b of the sputtering target is bonded to the backing plate 22.

酸化亜鉛焼結体は、導電性を付与するためにAl、Ga、Si、B、Inの1種以上を添加したものとすることができる。 The zinc oxide sintered body can be added with one or more of Al, Ga, Si, B, and In to impart conductivity.

Alを添加したものとしては、焼結体におけるAlの含有量が酸化アルミニウム換算で0.5〜3.5質量%の範囲としたものが好ましい。この範囲において酸化アルミニウムを添加することにより、良好な導電性の膜が得られる。Alは、ZnOの粒界及び粒子内に存在すると、ZnOとAlの反応により生成し、ZnOの粒界及び粒子内に存在するZnAlとを構成する。添加したAl(酸化アルミニウム)の反応を制御して、生成されるスピネル(ZnAl)を調整することで、強度不足による使用中の割れや、アーキングを低減でき、ターゲット材料として好適な酸化亜鉛焼結体が得られる。 As what added Al, what made the content of Al in a sintered compact into the range of 0.5-3.5 mass% in conversion of aluminum oxide is preferable. By adding aluminum oxide in this range, a good conductive film can be obtained. When Al is present in the grain boundaries and grains of ZnO, it is generated by the reaction of ZnO and Al 2 O 3 , and constitutes ZnAl 2 O 4 present in the grain boundaries and grains of ZnO. By controlling the reaction of the added Al (aluminum oxide) and adjusting the generated spinel (ZnAl 2 O 4 ), it is possible to reduce cracking and arcing during use due to insufficient strength, and it is suitable as a target material A zinc sintered body is obtained.

Gaを添加したものとしては、Gaの含有量が酸化ガリウム換算で0.03〜5質量%の範囲としたものが好ましい。通常、Gaを添加して酸化亜鉛焼結体を作製すると、亜鉛とGaの複合酸化物が生成する。しかしながら、複合酸化物が生成すると、気孔が生じアーキングも起き易くなる。また、明度のムラも生じ易いので好ましくない。Gaの添加量を上記範囲とすることによって、複合酸化物の生成及び明度のムラを抑制できるので、アーキングを防ぎ、成膜の均一性を高めることができる。さらにGaの適切量が酸化亜鉛に固溶するのでスパッタリングターゲットの体積抵抗率の制御も容易になる。 As what added Ga, what was made into content of Ga of 0.03-5 mass% in conversion of gallium oxide is preferable. Usually, when a zinc oxide sintered body is produced by adding Ga, a composite oxide of zinc and Ga is generated. However, when the composite oxide is generated, pores are formed and arcing is likely to occur. Further, it is not preferable because unevenness in brightness is likely to occur. By setting the amount of Ga to be in the above range, generation of complex oxide and uneven brightness can be suppressed, so that arcing can be prevented and film formation uniformity can be improved. Furthermore, since an appropriate amount of Ga is dissolved in zinc oxide, the volume resistivity of the sputtering target can be easily controlled.

Bを添加したものとしては、ZnO焼結体におけるB(硼素)の含有割合はB換算で0.5〜4質量%としたものが好ましい。Bの含有量が少ない場合は、Znサイトに置換固溶するドーパントのBの量が少なすぎて、成膜しても低抵抗な膜が得られ難くなる。Bの含有量を所定量とすることで抵抗を下げることが可能である。一方、Bの含有量が多すぎると、膜の抵抗には変化がないが、固溶限界を超えた過剰のBがZnO焼結体の粒界に多量に残留することで焼結阻害を起こし、焼結体が十分に緻密化しないとか、スパッタリング時にアーキングを起こす原因となるので好ましくない。 As for what added B, the content ratio of B (boron) in the ZnO sintered body is preferably 0.5 to 4% by mass in terms of B 2 O 3 . When the content of B is small, the amount of B of the dopant that is substituted and dissolved in the Zn site is too small, and it is difficult to obtain a low-resistance film even if the film is formed. The resistance can be lowered by setting the B content to a predetermined amount. On the other hand, if the content of B is too large, the resistance of the film does not change, but excessive B exceeding the solid solution limit remains in the grain boundary of the ZnO sintered body, causing sintering inhibition. It is not preferable because the sintered body is not sufficiently densified or causes arcing during sputtering.

スパッタリングの雰囲気にさらされる主面の面内の明度差ΔL*が5以下であることが好ましい。酸化亜鉛焼結体を用いたスパッタリングターゲットでは、焼成後の加工がないと表面粗さが大きく、そのままスパッタリングターゲットとして用いると、スパッタリング中にアーキングが頻発してしまう。これを防ぐために焼結後に焼結体表面の研削加工が行われる。しかしながら、酸化亜鉛は研削加工により応力が加わると、結果として焼結体表面の明度が変化し、同一面内に明度のムラが生じてしまう。これをスパッタリングターゲットとして用いると、特にスパッタリング初期にアーキングが頻発し、膜質にもムラが生じてしまう。 The in-plane brightness difference ΔL * of the main surface exposed to the sputtering atmosphere is preferably 5 or less. In a sputtering target using a zinc oxide sintered body, the surface roughness is large if there is no processing after firing, and arcing frequently occurs during sputtering if it is used as it is as a sputtering target. In order to prevent this, the surface of the sintered body is ground after sintering. However, when stress is applied to the zinc oxide by grinding, the brightness of the surface of the sintered body changes as a result, and unevenness of brightness occurs in the same plane. When this is used as a sputtering target, arcing frequently occurs especially in the initial stage of sputtering, and the film quality also becomes uneven.

この理由は定かではないが、加工によって結晶粒界に応力が蓄積されることで結晶に歪が生じ、それがスパッタリング時に各結晶による指向性の差が明確にでるものと推測される。そのため、スパッタリングの雰囲気に曝される主面において、面内の明度差ΔL*は5以下であることが望ましい。 The reason for this is not clear, but it is presumed that the stress is accumulated at the crystal grain boundary due to the processing, so that the crystal is distorted, and that the directivity difference between the crystals is clearly revealed at the time of sputtering. Therefore, the in-plane brightness difference ΔL * is desirably 5 or less on the main surface exposed to the sputtering atmosphere.

酸化亜鉛焼結体の相対密度は99%以下が望ましい。密度が高すぎると研削加工時の応力の蓄積が顕著になることから、明度差ΔL*が大きく成り易いためである。ただし、焼結体の密度が低すぎると膜質ムラの原因となるため、相対密度は75%以上が望ましい。 The relative density of the zinc oxide sintered body is desirably 99% or less. This is because if the density is too high, stress accumulation during grinding becomes significant, and the brightness difference ΔL * tends to increase. However, if the density of the sintered body is too low, film quality unevenness is caused, so the relative density is preferably 75% or more.

また、スパッタリングターゲットの温度は、スパッタリング中に上昇する。特に、スパッタリングターゲットの裏側に配置されるマグネット付近の主面の温度が最も高くなる。このためスパッタリングターゲット内で温度勾配が発生し、割れることがある。これは、スパッタリングターゲットの密度が高いほど、温度勾配による部分熱膨張の差によって発生する応力が緩和できなくなるためである。 In addition, the temperature of the sputtering target rises during sputtering. In particular, the temperature of the main surface near the magnet disposed on the back side of the sputtering target is highest. For this reason, a temperature gradient is generated in the sputtering target and may break. This is because, as the density of the sputtering target is higher, the stress generated by the difference in partial thermal expansion due to the temperature gradient cannot be relaxed.

焼結体の密度が上がるにつれて、ある程度まではヤング率、曲げ強度ともに向上するが、ヤング率はそれに追従するのに対し、曲げ強度はある程度のところで向上が止まり、やがて低下する。これは、ヤング率は密度依存が大きいのに対して、曲げ強度は焼結体の組織に依存するためである。その結果、ヤング率が大きくなると、発生する熱応力も大きくなるのに対し、曲げ強度はヤング率ほど向上していないため、その応力に耐えるだけの強度が発揮されず熱応力割れのリスクが高まる。このような観点からも酸化亜鉛焼結体の相対密度は99%以下が望ましい。 As the density of the sintered body increases, both the Young's modulus and the bending strength are improved to some extent, but the Young's modulus follows it, whereas the bending strength stops increasing at a certain point and then decreases. This is because the Young's modulus has a large density dependence, whereas the bending strength depends on the structure of the sintered body. As a result, when the Young's modulus increases, the generated thermal stress also increases, but the bending strength does not improve as much as the Young's modulus, so the strength sufficient to withstand that stress is not exhibited and the risk of thermal stress cracking increases. . From this point of view, the relative density of the zinc oxide sintered body is desirably 99% or less.

前記酸化亜鉛焼結体の平均粒径は15μm以下であることが望ましい。平均粒径が大きくなると、研削加工時に発生する応力が大きくなり、明度差ΔL*が大きくなるからである。 The average particle size of the zinc oxide sintered body is desirably 15 μm or less. This is because as the average particle size increases, the stress generated during grinding increases and the brightness difference ΔL * increases.

また、スパッタリングターゲットの主面を構成する酸化亜鉛焼結体の最大高さRz(JISB0601:2001)が平均粒径の1/2以下であることが好ましい。表面粗さの評価において多く用いられる算術平均表面Raを小さくするだけでは、必ずしもアーキングが低減せず、最大高さRzを制御することによって、より確実にアーキングを低減できる。 Moreover, it is preferable that the maximum height Rz (JISB0601: 2001) of the zinc oxide sintered compact which comprises the main surface of a sputtering target is 1/2 or less of an average particle diameter. By reducing the arithmetic average surface Ra often used in the evaluation of the surface roughness, the arcing is not necessarily reduced, and the arc height can be more reliably reduced by controlling the maximum height Rz.

さらに、スパッタリングターゲット21を構成する酸化亜鉛焼結体は、平均粒径の1/2以下の気孔径の気孔を含むことが好ましい。上記のように、相対密度は99%以下が望ましいが、焼結体に含まれる気孔が大きいことは好ましくない。気孔が平均粒径の1/2を超えて大きいと、脱粒によって、成膜中のアーキングが発生しやすくなったり、気孔部分で熱伝導率の低下を招き、局所的な温度上昇が生じたりするためである。 Furthermore, it is preferable that the zinc oxide sintered compact which comprises the sputtering target 21 contains the pore of the pore diameter below 1/2 of an average particle diameter. As described above, the relative density is desirably 99% or less, but it is not preferable that the pores contained in the sintered body are large. If the pores are larger than 1/2 of the average particle size, degaking can easily cause arcing during film formation, or the thermal conductivity can be lowered at the pores, resulting in a local temperature rise. Because.

スパッタリングターゲット21を構成する酸化亜鉛焼結体の体積抵抗率は、1×10−2Ωcm以下が好ましい。このような体積抵抗率のスパッタリングターゲットを用いるとスパッタ効率が向上する。 The volume resistivity of the zinc oxide sintered body constituting the sputtering target 21 is preferably 1 × 10 −2 Ωcm or less. When a sputtering target having such a volume resistivity is used, the sputtering efficiency is improved.

本発明のスパッタリングターゲット21は、スパッタリング時に主面21aの温度が100℃以上となり、裏面21bに接合されたバッキングプレート12が30℃以下で冷却される。したがって、スパッタリングターゲット11の主面温度とバッキングプレート22の温度差、すなわち、ターゲットの主面21aと裏面21bの温度差は70℃以上となる。このような温度勾配が生じ得る条件下での使用に好適である。 In the sputtering target 21 of the present invention, the temperature of the main surface 21a becomes 100 ° C. or higher during sputtering, and the backing plate 12 bonded to the back surface 21b is cooled at 30 ° C. or lower. Therefore, the temperature difference between the main surface temperature of the sputtering target 11 and the backing plate 22, that is, the temperature difference between the main surface 21a and the back surface 21b of the target is 70 ° C. or more. It is suitable for use under conditions where such a temperature gradient can occur.

バッキングプレート22は100W/m・K以上であることが好ましい。また、スパッタリングターゲット21の厚さは8〜20mmとすることができる。近年、スパッタリングターゲットの交換頻度を減らすべく、従来よりも厚くされる傾向がある。そのため、スパッタリングターゲットの冷却はますます重要となってきており、特にスパッタリングターゲット21の厚さが8〜20mmの場合には、熱伝導率が100W/m・K以上のバッキングプレートを用いることが好ましい。 The backing plate 22 is preferably 100 W / m · K or more. Moreover, the thickness of the sputtering target 21 can be 8-20 mm. In recent years, in order to reduce the replacement frequency of a sputtering target, it tends to be thicker than before. Therefore, cooling of the sputtering target has become increasingly important, and it is preferable to use a backing plate having a thermal conductivity of 100 W / m · K or more, particularly when the thickness of the sputtering target 21 is 8 to 20 mm. .

次に本発明のスパッタリングターゲットの製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the sputtering target of this invention is demonstrated.

酸化亜鉛粉末は、高純度のものを用いることが好ましい。その純度は、好ましくは99%以上、より好ましくは99.8%以上の原料粉末を用いることが望ましい。 It is preferable to use a high-purity zinc oxide powder. It is desirable to use a raw material powder having a purity of preferably 99% or more, more preferably 99.8% or more.

酸化亜鉛の原料粉末は球状よりも板状粒子の方が好ましい。このような原料粉末を用いることでアーキングをより一層低減できる。具体的には、板状の酸化亜鉛粉末の平均等価円直径は0.1〜2.0μm、平均厚さは0.01〜0.2μmのものを用いることができる。なお、原料粉末の大きさは、SEM観察写真を用いて求めることができる。等価円直径とは、板状の平面部の面積と同じ面積を有する円の直径をいう。 The raw material powder of zinc oxide is preferably plate-like particles rather than spherical. By using such raw material powder, arcing can be further reduced. Specifically, a plate-like zinc oxide powder having an average equivalent circular diameter of 0.1 to 2.0 μm and an average thickness of 0.01 to 0.2 μm can be used. In addition, the magnitude | size of raw material powder can be calculated | required using a SEM observation photograph. The equivalent circle diameter refers to the diameter of a circle having the same area as the area of the plate-like plane portion.

Al、Ga、Bは酸化物の粉末で添加されることが好ましいが、これに限定されず、大気中での焼結後に酸化物を生成する炭化物、窒化物等の種々の形態であっても良い。純度は、好ましくは99%以上、より好ましくは99.9%以上の原料粉末を用いることが望ましい。これらの粉末の形状は特には規定されないが、板状よりも球状粒子の方が好ましく、その一次粒子の平均粒径は酸化亜鉛の平均等価円直径よりも小さい方がよい。これらの粉末の平均粒径は2.0μm以下のものを用いることが好ましい。さらに好ましい範囲は、0.01〜2.0μmである。 Al, Ga, and B are preferably added as oxide powders, but are not limited thereto, and may be various forms such as carbides and nitrides that generate oxides after sintering in the atmosphere. good. It is desirable to use a raw material powder having a purity of preferably 99% or more, more preferably 99.9% or more. The shape of these powders is not particularly defined, but spherical particles are preferable to plate shapes, and the average particle size of the primary particles is preferably smaller than the average equivalent circular diameter of zinc oxide. These powders preferably have an average particle size of 2.0 μm or less. A more preferable range is 0.01 to 2.0 μm.

原料粉末のスラリーを作製して、鋳込み成形に供する。スラリーの溶媒は水、アルコール等、公知のものが使用できる。成形に用いられるバインダーも特に限定されず、ポリビニルアルコールやアクリルエマルジョン等公知のものが使用でき、分散剤についてもポリカルボン酸系等の一般的な材料を適用できる。原料粉末の混合は、攪拌混合やボール混合などスラリーを用いた方法を採用できる。 A slurry of raw material powder is prepared and used for casting. As the solvent for the slurry, known materials such as water and alcohol can be used. The binder used for molding is not particularly limited, and known materials such as polyvinyl alcohol and acrylic emulsion can be used, and a polycarboxylic acid-based general material can be applied as the dispersant. The raw material powder can be mixed by a method using slurry such as stirring and ball mixing.

鋳込み成形は、吸水性材料からなる底部31、及び非吸水性材料からなる側壁部32を備える成形型30に原料粉末を分散させたスラリー35を注型し、前記吸水性材料の吸水とともに原料粉末を着肉させる方法を用いることが好ましい(図3)。この方法によれば、着肉方向を一定方向とすることができるので着肉方向の違いによる密度差の発生を防ぐことができる。なお、「底部」は、必ずしも低い位置にあることを意味するものではなく、着肉方向について奥底部であることを意味する。また、底部と側壁部との位置関係は、図3のように一定方向に着肉し得る構成であれば良い。 Casting is performed by casting a slurry 35 in which raw material powder is dispersed in a molding die 30 having a bottom portion 31 made of a water-absorbing material and a side wall portion 32 made of a non-water-absorbing material. It is preferable to use a method of setting the thickness (FIG. 3). According to this method, the thickness direction can be made constant, so that it is possible to prevent the occurrence of a density difference due to the difference in the thickness direction. The “bottom part” does not necessarily mean that it is at a low position, but means that it is a deep bottom part in the direction of fleshing. Further, the positional relationship between the bottom and the side wall may be a configuration that can be set in a certain direction as shown in FIG.

上記の鋳込み成形を用いたスパッタリングターゲットの主面についてX線回折測定を行うと、他の成形方法を用いた場合とは異なる回折結果を示す。具体的には、c軸に垂直な面と、平行な面との関係を示す配向度I002/(I002+I110)が0.25以上0.58未満となる。一方、CIP成形を用いた配向のほとんどない焼結体は、上記配向度は0.58を示すが、上記方法により形成した主面は、これよりも小さい配向度を示す。c軸に垂直な(002)面のピーク強度が相対的に小さくなるということは、主面に垂直な方向にc軸を持つ結晶面が少ないことを意味する。上記配向度が所定範囲であれば、アーキングの発生をより低減することができる。 When the X-ray diffraction measurement is performed on the main surface of the sputtering target using the above casting molding, a diffraction result different from the case of using another molding method is shown. Specifically, the degree of orientation I 002 / (I 002 + I 110 ) indicating the relationship between the plane perpendicular to the c-axis and the parallel plane is 0.25 or more and less than 0.58. On the other hand, a sintered body having almost no orientation using CIP molding shows the degree of orientation of 0.58, but the main surface formed by the above method shows a degree of orientation smaller than this. That the peak intensity of the (002) plane perpendicular to the c-axis is relatively small means that there are few crystal planes having the c-axis in the direction perpendicular to the main surface. If the degree of orientation is within a predetermined range, the occurrence of arcing can be further reduced.

図4に本発明のスパッタリングターゲットを構成する酸化亜鉛焼結体のXRD測定により得られるチャート例を示す。それぞれの面についてピーク強度I002及びI110を求めた後、結晶配向度I002/(I002+I110)を算出することができる。 FIG. 4 shows an example of a chart obtained by XRD measurement of the zinc oxide sintered body constituting the sputtering target of the present invention. After obtaining the peak intensities I 002 and I 110 for each surface, the degree of crystal orientation I 002 / (I 002 + I 110 ) can be calculated.

ここで、主面は、スパッタリングの雰囲気に曝される面であり、鋳込み成形時の着肉方向に垂直になるように研削または研磨加工された面である。配向度を調整するには、真空吸引のための溝33から真空吸引する際の、真空ポンプの排気速度を制御すると良い。真空ポンプの排気速度が高いほど酸化亜鉛粒子が配向し易くなる。 Here, the main surface is a surface that is exposed to the sputtering atmosphere, and is a surface that has been ground or polished so as to be perpendicular to the inking direction during casting. In order to adjust the degree of orientation, it is preferable to control the exhaust speed of the vacuum pump at the time of vacuum suction from the groove 33 for vacuum suction. The higher the pumping speed of the vacuum pump, the easier the zinc oxide particles are oriented.

また、本発明の鋳込み成形では、成形型30にスラリー35を注型すると、底部31に着肉層が形成されるが、着肉層は常に余剰のスラリーにより覆われていることが好ましい。常に余剰のスラリーにより覆われることで、着肉の均一化が図られる。したがって、着肉層の厚さが成形体に必要な厚さに達した後は、余剰のスラリーを排出するか、または余剰分により着肉した部分を加工して除去すると良い。 Further, in the casting molding of the present invention, when the slurry 35 is poured into the mold 30, a walled layer is formed on the bottom 31. However, it is preferable that the walled layer is always covered with an excess slurry. By being always covered with an excess slurry, uniforming of the flesh can be achieved. Therefore, after the thickness of the inking layer reaches the thickness required for the molded body, it is preferable to discharge the surplus slurry or to process and remove the portion that has been inked due to the surplus.

焼結温度は1250〜1600℃、特に1350〜1550℃であれば焼結中の酸化亜鉛の蒸発が少なく容易に緻密化するため好ましい。また、焼結温度が1600℃をこえると、酸化亜鉛の蒸発が激しくなり緻密化し難くなる。焼結温度が1250℃未満の場合、焼結それ自体があまり進まず緻密な焼結体が得られ難い。焼結時間は数時間〜数十時間が好ましい。 A sintering temperature of 1250 to 1600 ° C., particularly 1350 to 1550 ° C., is preferable because zinc oxide is less evaporated during sintering and can be easily densified. On the other hand, when the sintering temperature exceeds 1600 ° C., the evaporation of zinc oxide becomes intense and it becomes difficult to make it dense. When the sintering temperature is less than 1250 ° C., the sintering itself does not proceed so much and it is difficult to obtain a dense sintered body. The sintering time is preferably several hours to several tens of hours.

焼結雰囲気は特に限定されないが、例えば大気中、酸素中、不活性ガス雰囲気中等が例示できる。特に焼結中に酸化物の蒸発による重量減少、組成ずれの低減のためには大気中等の酸化雰囲気での焼結が好ましい。なかでも、大気雰囲気または大気気流中が好ましい。また焼結雰囲気の圧力は限定されず、減圧、常圧から数気圧の加圧まで任意に適用できる。コスト面からは常圧が好ましい。なお、ホットプレス焼結の場合は、不活性ガス雰囲気が好ましい。 The sintering atmosphere is not particularly limited, and examples thereof include air, oxygen, and an inert gas atmosphere. In particular, sintering in an oxidizing atmosphere such as the air is preferable in order to reduce weight due to evaporation of oxides and reduce composition deviation during sintering. Of these, the atmosphere or the air stream is preferable. The pressure of the sintering atmosphere is not limited, and any pressure can be applied from reduced pressure, normal pressure to several atmospheric pressure. Normal pressure is preferable from the viewpoint of cost. In the case of hot press sintering, an inert gas atmosphere is preferable.

上記の焼結温度とし、雰囲気を調整して、平均粒径15μm以下の酸化亜鉛焼結体を得る。 A zinc oxide sintered body having an average particle size of 15 μm or less is obtained by adjusting the atmosphere at the above-mentioned sintering temperature.

酸化亜鉛焼結体は、ターゲット材としてバッキングプレートに接合される前に、研削または研磨加工が施される。加工は、スパッタリングの雰囲気に曝される主面が鋳込み成形時の着肉方向に垂直になるように行われる。成形時の着肉方向と主面の関係を特定することで主面の結晶配向度を所定値に制御することができる。なお、「着肉方向に垂直」については、厳密に一致させることを要するものではなく、本発明の効果が得られる範囲で、ある程度のズレを許容するものである。ただし、±5°以下に抑えることが好ましい。 The zinc oxide sintered body is ground or polished before being joined to the backing plate as a target material. The processing is performed so that the main surface exposed to the sputtering atmosphere is perpendicular to the direction of wall formation during casting. The degree of crystal orientation of the main surface can be controlled to a predetermined value by specifying the relationship between the inking direction and the main surface during molding. It should be noted that “perpendicular to the inking direction” does not need to be exactly matched, and allows a certain amount of deviation within a range in which the effect of the present invention can be obtained. However, it is preferable to suppress it to ± 5 ° or less.

主面の加工を行うと、加工歪みが生じることから、歪みを除去するために、研削または研磨加工後に熱処理することが好ましい。熱処理は、600〜800℃で行うことができる。温度パターンは特に規定しないが、熱衝撃による割れを防ぐ意味から300℃/h以下の昇温、降温レートが望ましい。雰囲気は大気、不活性ガス等、特には問わない。このような熱処理条件であれば、十分に歪みが除去でき、焼結体の粒成長等も起きないので好ましい。このとき、酸化亜鉛焼結体の平均粒径が15μm以下であれば、研削加工時に発生する応力を小さくできるので、焼結体の明度差ΔL*を低減することができる。 Since processing distortion occurs when the main surface is processed, it is preferable to perform heat treatment after grinding or polishing in order to remove the distortion. The heat treatment can be performed at 600 to 800 ° C. Although the temperature pattern is not particularly defined, a temperature increase / decrease rate of 300 ° C./h or less is desirable in order to prevent cracking due to thermal shock. The atmosphere is not particularly limited, such as air or inert gas. Such heat treatment conditions are preferable because distortion can be sufficiently removed and grain growth of the sintered body does not occur. At this time, if the average particle diameter of the zinc oxide sintered body is 15 μm or less, the stress generated during the grinding process can be reduced, so that the brightness difference ΔL * of the sintered body can be reduced.

酸化亜鉛焼結体からなるターゲット材が接合されるバッキングプレートとしては、銅板が熱伝導に優れるので好ましい。銅板の他には、アルミニウム合金や銅等をマトリックス金属とし、セラミックスを強化材とした金属―セラミックス複合材料も好適である。 As a backing plate to which a target material made of a zinc oxide sintered body is bonded, a copper plate is preferable because it is excellent in heat conduction. In addition to the copper plate, a metal-ceramic composite material using aluminum alloy or copper as a matrix metal and ceramic as a reinforcing material is also suitable.

バッキングプレートと酸化亜鉛焼結体からなるターゲット材との接合はインジウム接合が好適である。ただし、インジウムによって形成される接合層は、前記バッキングプレート及びターゲット材の接合面に対して少なくとも90%の接触面積を有することが望ましい。本発明のターゲット材と銅板とをインジウムにより接合し、接触面積を90%以上とすれば、製造時または使用中の熱応力による割れを無くすことができる。 Indium bonding is suitable for the bonding between the backing plate and the target material made of the zinc oxide sintered body. However, the bonding layer formed of indium preferably has a contact area of at least 90% with respect to the bonding surface of the backing plate and the target material. If the target material of the present invention and a copper plate are joined with indium and the contact area is 90% or more, cracks due to thermal stress during production or use can be eliminated.

以下、本発明の実施例を比較例とともに具体的に挙げ、本発明をより詳細に説明する。 EXAMPLES Hereinafter, the Example of this invention is specifically given with a comparative example, and this invention is demonstrated in detail.

[原料粉末]
原料粉末として、酸化亜鉛粉末(純度99.8%、平均等価円直径1.0μm、平均厚さ0.2μm)、酸化アルミニウム粉末(純度99.99%、平均粒径0.5μm)、酸化ガリウム粉末(純度99.99% 平均粒径1.0μm)、及び酸化ホウ素粉末(純度99.7%、平均粒径0.5μm)を準備した。
[Raw material powder]
As raw material powders, zinc oxide powder (purity 99.8%, average equivalent circular diameter 1.0 μm, average thickness 0.2 μm), aluminum oxide powder (purity 99.99%, average particle diameter 0.5 μm), gallium oxide Powder (purity 99.99%, average particle size 1.0 μm) and boron oxide powder (purity 99.7%, average particle size 0.5 μm) were prepared.

[鋳込み成形(作製No.1〜8)]
鋳込み成形に用いたスラリーは、原料粉末にバインダー、分散剤およびイオン交換水を調整して作製した。
[Casting (Production Nos. 1 to 8)]
The slurry used for casting was prepared by adjusting the binder, dispersant and ion exchange water to the raw material powder.

図3に示したような、箱型の成形型30を用い、底部31の着肉面が水平になるように成形型を水平な場所に設置して成形を行った。成形型は石こうからなる吸水性材料の底部31と硬質プラスチックからなる非吸水性材料の側壁部32および底部の下面を支える底板34とからなり、側壁部32と底板34の連結部等はスラリーが漏れないように接着されている。真空吸引のための溝33が底部31に形成されており、溝33はそれぞれ真空源(図示しない)に連結されている。 Using a box-shaped mold 30 as shown in FIG. 3, the mold was placed in a horizontal place so that the wall surface of the bottom portion 31 was horizontal. The mold is composed of a water absorbing material bottom 31 made of gypsum, a side wall 32 made of hard plastic and a non-water absorbing material made of hard plastic, and a bottom plate 34 that supports the bottom surface of the bottom. Bonded to prevent leakage. Grooves 33 for vacuum suction are formed in the bottom 31 and each of the grooves 33 is connected to a vacuum source (not shown).

スラリーを成形型に注型し、各成形型について実効排気速度10〜1400L/minのポンプを用いて真空吸引した。成形体を採取するのに十分な着肉厚さに到達したところで着肉層上にある余剰スラリーを排出し、成形体36を得た。この成形体36を大気中1350〜1550℃で15時間焼成し、焼結体を得た。 The slurry was poured into a mold, and vacuum suction was performed on each mold using a pump having an effective exhaust speed of 10 to 1400 L / min. Excess slurry on the inking layer was discharged when the inking thickness sufficient to extract the shaped body was reached, and a shaped body 36 was obtained. The molded body 36 was fired at 1350 to 1550 ° C. for 15 hours in the air to obtain a sintered body.

[CIP(作製No.9〜11)]
原料粉末に、バインダーを添加し、混合媒体としてΦ15、Φ25の樹脂ボール、容器に樹脂製ポットを用いて、20時間湿式混合した。混合後のスラリーを取り出し、スプレードライにより混合粉末の顆粒を作製した。得られた混合粉末を用いてCIP成形し、成形体を作製した。しかる後に成形体を1500℃で15時間焼成し、焼結体を得た。
[CIP (Production Nos. 9 to 11)]
A binder was added to the raw material powder, and wet mixing was performed for 20 hours using Φ15 and Φ25 resin balls as a mixing medium and a resin pot as a container. The mixed slurry was taken out, and granulated powder was produced by spray drying. CIP molding was performed using the obtained mixed powder to produce a molded body. Thereafter, the molded body was fired at 1500 ° C. for 15 hours to obtain a sintered body.

[スパッタリングターゲットの作製と評価]
得られた酸化亜鉛焼結体を研削加工してφ100×12mmとした後、700℃で熱処理しスパッタリングターゲットとし、裏面に銅板のバッキングプレートをインジウム接合した。
[Production and evaluation of sputtering target]
The obtained zinc oxide sintered body was ground to a diameter of 100 × 12 mm, then heat treated at 700 ° C. to form a sputtering target, and a copper plate backing plate was indium bonded to the back surface.

X線回折測定は鏡面研磨した焼結体表面を用い、リガク社製X線回折装置MultiFlexを使用し、CuKα線源、加速電圧40kV、40mAで測定した。酸化亜鉛焼結体の密度は、アルキメデス法により測定した。焼結体の平均粒径は焼結体表面を鏡面研磨後、研磨面を熱腐食し結晶粒界を析出させたあとにSEM観察を行ってインターセプト法から求めた。最大高さRzは、接触式表面粗さ測定器により測定した。得られた酸化亜鉛焼結体の相対密度は95〜99%、平均粒径は5〜15μm、最大高さRzは2〜4μmであった。なお、主面の算術平均表面粗さRaは全て0.5μm以下であった。 The X-ray diffraction measurement was performed using a mirror-polished sintered body surface, a Rigaku X-ray diffractometer MultiFlex, and a CuKα ray source, an acceleration voltage of 40 kV, and 40 mA. The density of the zinc oxide sintered body was measured by the Archimedes method. The average particle size of the sintered body was obtained from the intercept method by mirror-polishing the surface of the sintered body, thermally corroding the polished surface to precipitate crystal grain boundaries, and performing SEM observation. The maximum height Rz was measured with a contact-type surface roughness measuring instrument. The obtained zinc oxide sintered body had a relative density of 95 to 99%, an average particle size of 5 to 15 μm, and a maximum height Rz of 2 to 4 μm. The arithmetic average surface roughness Ra of the main surface was all 0.5 μm or less.

得られたスパッタリングターゲットをDCマグネトロンスパッタ装置に装着して使用し、割れやアーキングの発生がないか調べた。スパッタリングは、純アルゴン雰囲気、圧力0.5Pa、投入電力200Wとした。スパッタリング中はバッキングプレートが30℃以下になるようにバッキングプレートを冷却水で抜熱した。このときスパッタリングターゲットの主面は100℃以上であった。アーキングは、成膜中に発生したアーキングをカウントし単位時間当たりの回数で評価した。表1の評価の欄は単位時間当たりの回数が20未満を○、20〜40を△、40を超えるものを×として表記した。 The obtained sputtering target was mounted on a DC magnetron sputtering apparatus and used to examine whether cracking or arcing occurred. Sputtering was performed in a pure argon atmosphere, a pressure of 0.5 Pa, and an input power of 200 W. During sputtering, the backing plate was extracted with cooling water so that the backing plate was kept at 30 ° C. or lower. At this time, the main surface of the sputtering target was 100 ° C. or higher. For arcing, arcing generated during film formation was counted and evaluated by the number of times per unit time. In the column for evaluation in Table 1, the number of times per unit time was expressed as “◯”, “20” to “20” as Δ, and “40” as “×”.

Figure 2011179056
Figure 2011179056

作製No.1〜8は、結晶配向度が0.25〜0.57でありアーキングは少なかった。特に、結晶配向度0.25〜0.52の作製No.3〜8ではアーキングが極めて少なかった。一方、作製No.9〜11は、結晶配向度が0.58であり、アーキングが頻発した。なお、図4は、作製No.4のXRDチャートである。 Production No. 1 to 8 had a degree of crystal orientation of 0.25 to 0.57 and little arcing. In particular, no. 3 to 8 had very little arcing. On the other hand, Production No. 9 to 11 had a crystal orientation of 0.58, and arcing occurred frequently. Note that FIG. 4 is an XRD chart of FIG.

次に、添加物として酸化アルミニウムを用いて作製No.4と同じように成形し、大気中1350〜1600℃で15時間焼成したものについて、評価を行った。表2に結果を示す。なお、作製No.22では研削加工の際に、表面粗さRzが大きくなるように砥粒を変えて調整した。 Next, using a manufacturing oxide No. using aluminum oxide as an additive. No. 4 was evaluated in the same manner as in Example 4 and fired at 1350 to 1600 ° C. for 15 hours in the air. Table 2 shows the results. In addition, preparation No. No. 22 was adjusted by changing the abrasive grains so that the surface roughness Rz was increased during grinding.

Figure 2011179056
Figure 2011179056

作製No.21〜25のいずれも結晶配向度は同程度であった。そのうち作製No.23〜25は、最大高さRzが平均粒径の1/2以下であり、アーキングが少なく極めて優れた性能を有していた。作製No.21は、平均粒径が15μmを超えており、また、作製No.22は最大高さRzが平均粒径の1/2を超えていた。これらは、作製No.23〜25と比べてアーキングがやや多かった。このことから、結晶配向度を所定の範囲とすることに加えて、酸化亜鉛焼結体表面の最大高さRzを平均粒径の1/2以下とすることが、アーキングを低減するうえで好ましいといえる。 Production No. All of 21 to 25 had the same degree of crystal orientation. Among them, production No. In Nos. 23 to 25, the maximum height Rz was 1/2 or less of the average particle diameter, and the arcing was very small and the performance was extremely excellent. Production No. No. 21 has an average particle size exceeding 15 μm. In No. 22, the maximum height Rz exceeded 1/2 of the average particle diameter. These are the production numbers. There was a little arcing compared with 23-25. Therefore, in addition to setting the degree of crystal orientation within a predetermined range, it is preferable to reduce the maximum height Rz of the zinc oxide sintered body surface to ½ or less of the average particle diameter in order to reduce arcing. It can be said.

Claims (4)

酸化亜鉛焼結体からなり、
スパッタリング雰囲気にさらされる主面のX線回折測定のピーク強度により算出される結晶配向度I002/(I002+I110)が0.2以上、0.58未満であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
It consists of a zinc oxide sintered body,
Sputtering characterized in that the degree of crystal orientation I 002 / (I 002 + I 110 ) calculated by the peak intensity of X-ray diffraction measurement of the main surface exposed to the sputtering atmosphere is 0.2 or more and less than 0.58 target.
前記酸化亜鉛焼結体がAl、Ga、Si、B、Inから選ばれる一種以上の元素を含む請求項1記載のスパッタリングターゲット。 The sputtering target according to claim 1, wherein the zinc oxide sintered body includes one or more elements selected from Al, Ga, Si, B, and In. 前記酸化亜鉛焼結体は、鋳込み成形体を焼成してなり、
前記鋳込み成形体は、吸水性材料の底部と非吸水性材料の側壁部とを備える成形型に原料粉末を分散させたスラリーを注型し、前記吸水性材料の吸水とともに原料粉末を着肉させてなる請求項1または2記載のスパッタリングターゲット。
The zinc oxide sintered body is obtained by firing a cast molded body,
The cast molding is formed by casting a slurry in which raw material powder is dispersed in a mold having a bottom part of a water-absorbing material and a side wall part of a non-water-absorbing material, and depositing the raw material powder together with water absorption of the water-absorbing material. The sputtering target according to claim 1 or 2.
前記スパッタリングの雰囲気に曝される主面が、鋳込み成形時の着肉方向に垂直になるように研削または研磨加工された面である請求項3記載のスパッタリングターゲット。 The sputtering target according to claim 3, wherein the main surface exposed to the sputtering atmosphere is a surface that has been ground or polished so as to be perpendicular to the direction of casting during casting.
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