JP5035060B2 - 高密度および低比抵抗を有する酸化チタンターゲットの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、高密度でかつ比抵抗の小さい酸化チタンターゲットの製造方法に関するものである。

一般に、酸化チタン膜は、高屈折率膜として知られているが、その他光触媒膜、透明導電膜などとして使用されるほか、多層膜の一部の反射防止コート膜、反射増加コート膜、干渉フィルター、偏光膜などとして使用されることが知られており、この酸化チタン膜は金属チタンターゲットを用い、酸素を含む雰囲気中でＤＣスパッタすることにより成膜することが知られている。しかし、この方法で二酸化チタン膜を成膜すると、成膜速度が極めて遅いために生産性が悪く、したがってコストが高くつく。

これを解決するために、ＴｉＯｘ（１＜Ｘ＜２）の成分組成を有する酸化物焼結体からなり、室温での比抵抗値：１０Ωｃｍ以上、酸素含有量：３５質量％以上のターゲットを作製し、このターゲットを用いてアルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中でＤＣ（直流）スパッタすることにより酸化チタン膜を成膜する方法が提案されている。そして、前記ＴｉＯｘ（１＜Ｘ＜２）の成分組成を有する酸化物焼結体からなるターゲットを製造するには、粒径：０．０５〜４０μｍを有する二酸化チタン粉末をカーボンモールドに充填し、温度：１１００〜１４００℃を保持しながら非酸化性雰囲気中でホットプレスすることにより作製することができるとされている（特許文献１参照）。
特開２００４−２２０２号公報

しかし、二酸化チタン粉末を非酸化性雰囲気中でホットプレスすることにより作製したＴｉＯｘ（１＜Ｘ＜２）の成分組成を有する酸化物焼結体からなる従来のターゲットは十分な密度が得られず、さらにＤＣスパッタする際にターゲットに割れが頻発するという問題点があった。

そこで、本発明者らはこれら問題点を解決すべく研究を行った。
その結果、原料粉末としてＴｉ_２Ｏ_３粉末およびＴｉＯ_２粉末を用意し、これら原料粉末を、Ｔｉ_２Ｏ_３粉末：１〜２０質量％、残部：ＴｉＯ_２粉末となるように配合し混合して得られた混合粉末をカーボンモールドに充填し、不活性ガス雰囲気中、温度：１１００〜１３００℃、圧力：１０〜５０ＭＰａでホットプレスすることにより得られた酸化チタンターゲットは、従来の方法で得られた酸化チタンターゲットに比べて高密度となり、さらにＤＣスパッタに際して割れが発生することが無いと言う、研究結果が得られたのである。

この発明は、かかる研究結果に基づいて成されたものであって、
（１）原料粉末としてＴｉ_２Ｏ_３粉末およびＴｉＯ_２粉末を用意し、これら原料粉末を、Ｔｉ_２Ｏ_３粉末：１〜２０質量％、残部：ＴｉＯ_２粉末となるように配合し混合して得られた混合粉末をカーボンモールドに充填し、真空または不活性ガス雰囲気中、温度：１１００〜１３００℃でホットプレスする酸化チタンターゲットの製造方法、
（２）前記ホットプレスは、圧力：１０〜５０ＭＰａで行う前記（１）記載のホットプレスする酸化チタンターゲットの製造方法、に特徴を有するものである。

この発明の酸化チタンターゲットの製造方法は、原料粉末としてＴｉＯ_２粉末にＴｉ_２Ｏ_３粉末を配合し混合した混合粉末を使用することに特徴を有するものであり、原料粉末として一部Ｔｉ_２Ｏ_３粉末をＴｉＯ_２粉末に添加し混合して得られた混合粉末を使用してホットプレスを行うことにより酸化チタンターゲットの密度が向上し、さらにＤＣスパッタに際して割れが発生することが無いとう効果を奏するものである。

原料粉末として一部Ｔｉ_２Ｏ_３粉末をＴｉＯ_２粉末に添加し混合して得られた混合粉末を使用してホットプレスを行うこの発明の方法により作製した酸化チタンターゲットが、原料粉末としてＴｉＯ_２粉末のみを使用する従来の酸化チタンターゲットの製造方法により作製した酸化チタンターゲットと比較して高密度となり、さらにＤＣスパッタに際して割れが発生することが無くなる理由は、ホットプレス中にＴｉ_２Ｏ_３とＴｉＯ_２が反応して導電性の優れたＴｉ_９Ｏ_１７酸化物がターゲット全体にわたって均一に生成し、そのためにターゲットの面内および厚み方向の部分的な抵抗差が少なくなってターゲット全体にわたって均一な比抵抗を有するようになり、ＤＣスパッタ中にターゲットに不均一な歪が発生することがないことによるものと考えられる。

この発明の製造方法により得られた酸化チタンターゲットは、酸素を含む不活性ガス雰囲気中で通常の条件でＤＣスパッタを行うことにより従来と同じ優れたＴｉＯ_２膜を成膜することができる。

この発明の酸化チタンターゲットを製造する際に使用する混合粉末におけるＴｉ_２Ｏ_３粉末の配合量を１〜２０質量％に限定した理由は、Ｔｉ_２Ｏ_３粉末の配合量が１質量％未満では、ターゲットの密度が低くなり、さらにＤＣスパッタ中に割れが発生するので好ましくなく、一方、２０質量％を越えて添加すると、ターゲット中に含まれる酸素の量が少なくなってＤＣスパッタを成膜することにより得られたスパッタ膜の透明性が損なわれるようになるので好ましくないからである。
また、この発明の酸化チタンターゲットの製造方法を実施するためのホットプレス条件は特に限定されるものではないが、ホットプレス温度は通常の１１００〜１３００℃で行うことが好ましく、さらに圧力は高圧であるほど好ましいので、１０ＭＰａ以上であることが好ましいが、装置の関係でその上限を５０ＭＰａ以下に定めた。

この発明の製造方法によると、従来よりも一層高密度でＤＣスパッタに際して割れが発生することのない酸化チタンターゲットを得ることができ、この発明の製造方法により作製した酸化チタンターゲットを用いると、一層効率よくＤＣスパッタを行うことができる。

つぎに、この発明の酸化チタンターゲットの製造方法を実施例により具体的に説明する。
原料粉末として、いずれも平均粒径：２μｍを有する市販のＴｉＯ₂粉末およびＴｉ₂Ｏ₃粉末を用意した。
これら原料粉末を表１に示される配合組成となるように秤量し、ジルコニアボールミルで１２時間乾式混合した後、得られた混合粉末をカーボンモールドに充填し、表１に示される雰囲気、温度および圧力で表１に示される時間保持することにより直径：１６０ｍｍ×厚さ：７ｍｍの寸法を有するホットプレス体を作製し、このホットプレス体を切削加工し、いずれも直径：１５２．４ｍｍ×厚さ：５ｍｍの寸法をもったターゲットを作製することにより本発明法１〜８および比較法１〜３を実施した。

さらに、ＴｉＯ₂粉末のみをカーボンモールドに充填し、表１に示される雰囲気、温度および圧力で表１に示される時間保持することによりホットプレス体を作製し、このホットプレス体を切削加工し、いずれも直径：１５４ｍｍ×厚さ：５ｍｍの寸法をもったターゲットを作製することにより従来法を実施した。

本発明法１〜８、比較法１〜３および従来法で得られたターゲットの密度を測定し、さらにこれらターゲットを銅製バッキングプレートに半田を用いて接着し、パルスＤＣスパッタ装置を用い、投入電力：３ｋＷとし、５分間スパッタしたのち１分間休止する操作を１０回繰り返すことにより１０サイクルスパッタテストを行い、ターゲット表面に割れが発生しているか否かを目視にて確認し、その結果を表１に示した。

表１に示される結果から、本発明法１〜８で作製したターゲットは、従来法で作製したターゲットに比べて高密度を有し、さらに１０サイクルスパッタテスト後のターゲットに割れが発生することが無いことから、ＤＣスパッタ用ターゲットとして優れた特性を有することがわかる。また、この発明から外れた条件の比較法１〜３で得られたターゲットは好ましくない特性が現れることが分かる。

Claims (2)

1. 原料粉末としてＴｉ_２Ｏ_３粉末およびＴｉＯ_２粉末を用意し、これら原料粉末をＴｉ_２Ｏ_３粉末：１〜２０質量％を含有し、残部：ＴｉＯ_２粉末となるように配合し混合して得られた混合粉末を、真空または不活性ガス雰囲気中、温度：１１００〜１３００℃でホットプレスすることを特徴とする高密度および低比抵抗を有する酸化チタンターゲットの製造方法。
2. 前記ホットプレスは、圧力：１０〜５０ＭＰａで行うことを特徴とする請求項１記載の高密度および低比抵抗を有する酸化チタンターゲットの製造方法。