JP2017190487A - SPUTTERING TARGET CONSISTING OF BiFeO3 BASED SINTERED BODY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、Ｔｉ（チタン）を含有するＢｉＦｅＯ３系焼結体からなる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、アーキングやパーティクルなどの発生が少ない、高密度の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 sputtering target composed of a BiFeO 3 -based sintered body containing Ti (titanium) and a method for producing the same, and more particularly to a high-density sputtering target that generates less arcing and particles and a method for producing the same.
ＢｉＦｅＯ３はぺロブスカイト型の結晶構造を有し、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）用の薄膜などに利用されている。通常、ＢｉＦｅＯ３系薄膜は、物理気相成長（ＰＶＤ）法又は化学気相成長（ＣＶＤ）法によって成膜され、また、特性を向上させるために、ＢｉやＦｅの一部を他の元素に置換することなども行われている。以下にＢｉＦｅＯ３に関連する先行文献を示す。 BiFeO 3 has a perovskite crystal structure and is used for a thin film for a ferroelectric memory (FeRAM). In general, BiFeO 3 -based thin films are formed by physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD), and in order to improve characteristics, part of Bi or Fe is used as another element. Replacement is also performed. Prior documents related to BiFeO 3 are shown below.
特許文献１には、ＡＢＯ３で示される強誘電体薄膜であって、Ａ＝Ｂｉ、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｎａ、Ｋ、希土類元素のうち１種又は２種以上、Ｂ＝Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｒのうち１種又は２種以上、とすることが記載されている。また、この薄膜は、混合粉末を押し固めたターゲットを用いた高周波スパッタ法により、成膜することが記載されている。 Patent Document 1 discloses a ferroelectric thin film represented by ABO 3 , wherein A = Bi, Pb, Ba, Sr, Ca, Na, K, one or more of rare earth elements, B = Ti, It is described that one or more of Nb, Ta, W, Mo, Fe, Co, Cr, and Zr are used. Further, it is described that the thin film is formed by a high frequency sputtering method using a target obtained by pressing and mixing a mixed powder.
特許文献２には、Ｂｉ：Ｎｄ：Ｆｅ：Ｍｎ＝１．０：０．０５：０．９７：０．０３の組成を有する焼結ターゲットを用い、パルスレーザー照射によりターゲットから射出されたアブレーション粒子を基板上に堆積することにより、ＢＦＯのＢｉサイト及びＦｅサイトの両方のサイトを元素置換した強磁性体材料の薄膜が開示されている。また、この材料を強誘電体として不揮発メモリに、圧電体としてアクチュエータなどに、利用することが
記載されている。
In Patent Literature 2, ablation particles ejected from a target by pulse laser irradiation using a sintered target having a composition of Bi: Nd: Fe: Mn = 1.0: 0.05: 0.97: 0.03 A thin film of a ferromagnetic material in which elements at both the Bi site and Fe site of BFO are elementally substituted is disclosed. In addition, it is described that this material is used as a ferroelectric material in a nonvolatile memory and as a piezoelectric material in an actuator or the like.
特許文献３及び４には、鉛フリーで、高い比誘電率を有する非鉛誘電体薄膜を化学溶液堆積法により、形成する技術が開示されている。具体的には、ＢａＴｉＯ３の成分、Ｂｉ（Ｍｇ０．５Ｔｉ０．５）Ｏ３の成分、ＢｉＦｅＯ３成分のうち、少なくとも２成分を含有する液組成物を用いることが記載されている。また、この薄膜を、コンデンサ、キャパシタ、不揮発性メモリ、焦電型赤外線検出素子として利用することが記載されている。 Patent Documents 3 and 4 disclose techniques for forming a lead-free dielectric thin film having a high relative dielectric constant by a chemical solution deposition method. Specifically, it is described that a liquid composition containing at least two components among a BaTiO 3 component, a Bi (Mg 0.5 Ti 0.5 ) O 3 component, and a BiFeO 3 component is used. Further, it is described that this thin film is used as a capacitor, a capacitor, a nonvolatile memory, and a pyroelectric infrared detection element.
特許文献５には、（Ｂｉ１−ｘＳｒｘ）（Ｆｅ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３、但し、０．２≦ｘ≦０．７、０．２≦ｙ≦０．７で表される焼結体であって、焼結体そのものを比誘電率の高いセラミック電子部品（コンデンサ、圧電素子、インダクタ、バリスタ、サーミスタ、抵抗など）とすることが開示されている。また、該焼結体は、原料粉末を混合し、１０００℃以上で熱処理（焼成）して、作製することが記載されている。 In Patent Literature 5, (Bi 1-x Sr x ) (Fe 1-y Ti y ) O 3 , provided that 0.2 ≦ x ≦ 0.7 and 0.2 ≦ y ≦ 0.7. It is disclosed that the sintered body itself is a ceramic electronic component (capacitor, piezoelectric element, inductor, varistor, thermistor, resistor, etc.) having a high relative dielectric constant. Further, it is described that the sintered body is prepared by mixing raw material powders and heat-treating (firing) at 1000 ° C. or higher.
また、非特許文献１には、ＢｉＦｅＯ３にＭｎ及び／又はＴｉをドープした薄膜の強誘電性に関する研究が示されている。また、これらの薄膜は、Ｂｉ１．１ＦｅＯ３、Ｂｉ（Ｆｅ０．９８Ｔｉ０．０２）Ｏ３、Ｂｉ（Ｆｅ０．９７Ｍｎ０．０３）Ｏ３、Ｂｉ（Ｆｅ０．９５Ｍｎ０．０３Ｔｉ０．０２）Ｏ３のセラミックターゲットを、パルスレーザーデポジション（ＰＬＤ）法によって、成膜することが記載されている。 Non-Patent Document 1 shows a study on ferroelectricity of a thin film in which BiFeO 3 is doped with Mn and / or Ti. These films, Bi 1.1 FeO 3, Bi ( Fe 0.98 Ti 0.02) O 3, Bi (Fe 0.97 Mn 0.03) O 3, Bi (Fe 0.95 Mn 0 It is described that a ceramic target of 0.03 Ti 0.02 ) O 3 is formed by a pulse laser deposition (PLD) method.
非特許文献２には、Ｗ、Ｎｂ又はＴｉを含有するＢｉＦｅＯ３セラミックスの焼結挙動及びミクロ組織に関する研究が示されている。その製造方法として、Ｂｉ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＷＯ３、Ｎｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２、を粉砕、混合した後、６００〜８００℃で仮焼し、これを粉砕後、２００ＭＰａで成型し、８００〜９００で焼結することが記載されている。また、得られたセラミックスの密度や結晶相などについて記載されている。 Non-Patent Document 2 shows a study on sintering behavior and microstructure of BiFeO 3 ceramics containing W, Nb, or Ti. As its manufacturing method, Bi 2 O 3 , Fe 2 O 3 , WO 3 , Nb 2 O 3 , TiO 2 are pulverized and mixed, then calcined at 600 to 800 ° C., pulverized, and molded at 200 MPa. And sintering at 800-900. It also describes the density and crystal phase of the ceramics obtained.
非特許文献３には、溶融塩法で作製したＴｉドープＢｉＦｅＯ３セラミックスの分解挙動及び電気特性に関する研究が示されている。その製造方法として、Ｂｉ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２の粉末を７５０℃で仮焼し、その後、１００ＭＰａで成型した後、７６０〜９８０℃で焼結することが記載されている。また、得られたセラミックスの密度や結晶相などついて記載されている。 Non-Patent Document 3 shows a study on the decomposition behavior and electrical characteristics of Ti-doped BiFeO 3 ceramics produced by the molten salt method. As its manufacturing method, Bi 2 O 3 , Fe 2 O 3 , and TiO 2 powder are calcined at 750 ° C., then molded at 100 MPa, and then sintered at 760 to 980 ° C. It also describes the density and crystal phase of the ceramics obtained.
非特許文献４には、Ｂｉ（Ｆｅ１−ｘＴｉｘ）Ｏ３（ｘ＝０〜０．１）セラミックスの構造、誘電率、リーク電流に関する研究が示されている。また、その製造方法として、Ｂｉ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２の粉末を７００℃で仮焼した後、８２０℃、２時間の条件にて、焼結することが記載されている。また、得られたセラミックスの密度や結晶相などについて、記載されている。 Non-Patent Document 4, Bi (Fe 1-x Ti x) O 3 (x = 0~0.1) structure of the ceramic, dielectric constant, are indicated Study on leakage current. In addition, as a manufacturing method thereof, it is described that Bi 2 O 3 , Fe 2 O 3 , and TiO 2 powders are calcined at 700 ° C. and then sintered at 820 ° C. for 2 hours. Moreover, it describes about the density, crystal phase, etc. of the obtained ceramics.
非特許文献５には、Ｆｅの一部をＴｉに置換したＢｉＦｅＯ３膜に関する研究が示されている。その膜はゾルーゲル法を用いて作製され、具体的には、ＢＦＴＯ（ＢｉＦｅＴｉＯ）前駆体液をスプレーコーディングによってＩＴＯ基板上に成膜し、その後、３５０℃でプレアニールした後、大気中６００℃でアニールすることが記載されている。また、得られた薄膜のＸ線回折パターンや誘電率に関する評価結果が示されている。 Non-Patent Document 5 shows a study on a BiFeO 3 film in which a part of Fe is replaced with Ti. The film is produced by using a sol-gel method. Specifically, a BFTO (BiFeTiO) precursor solution is formed on an ITO substrate by spray coding, and then pre-annealed at 350 ° C. and then annealed at 600 ° C. in the atmosphere. It is described. Moreover, the evaluation result regarding the X-ray diffraction pattern and dielectric constant of the obtained thin film is shown.
非特許文献６には、ＢｉＦｅＯ３、ＢｉＦｅ０．９Ｔｉ０．１Ｏ３、ＢｉＦｅ０．９Ｔｉ０．０５Ｏ３セラミックスの誘電特性に関する研究が示されている。その製造方法として、Ｂｉ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２の原料粉を所望の組成をなるように秤量し、これを湿式混合、乾燥後、これを一軸加圧し、得られた成形体を８８０℃で３０分、焼結することが記載されている。また、得られたセラミックスのＸ回折パターンや誘電率の評価結果について示されている。 Non-Patent Document 6 shows a study on dielectric properties of BiFeO 3 , BiFe 0.9 Ti 0.1 O 3 , and BiFe 0.9 Ti 0.05 O 3 ceramics. As the production method, Bi 2 O 3 , Fe 2 O 3 , and TiO 2 raw material powders are weighed so as to have a desired composition, wet-mixed and dried, then uniaxially pressed, and the obtained molded body Is sintered at 880 ° C. for 30 minutes. Moreover, it shows about the evaluation result of the X diffraction pattern and dielectric constant of the obtained ceramics.
しかしながら、上記文献に記載されている焼結体は、パルスレーザーデポジション（ＰＬＤ）法に用いられる小型ターゲットであったり、焼結体それ自体が強誘電体として利用されるものであったりするものである。近年、ＦｅＲＡＭ（強誘電体メモリ）強誘電体膜をスパッタリング法によって作製するために、商業ベースのスパッタリングターゲットが求められており、上記文献に記載された焼結体では、その要求を満たすことができないという問題があった。 However, the sintered body described in the above document is a small target used in the pulse laser deposition (PLD) method, or the sintered body itself is used as a ferroelectric. It is. In recent years, in order to produce FeRAM (ferroelectric memory) ferroelectric films by a sputtering method, commercial-based sputtering targets have been demanded, and the sintered body described in the above literature can satisfy the requirements. There was a problem that I could not.
特に、焼結体（ターゲット）の組織中に金属Ｂｉ相が存在すると、そこを起点として異常放電（アーキング）を発生して、スパッタリングの際にパーティクルが発生し易いという問題があった。本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、パーティクルやアーキングの発生を低減できる、金属Ｂｉの析出がほとんど見られない焼結体からなるスパッタリングターゲット及びその製造方法を提供することを目的とする。 In particular, when a metal Bi phase is present in the structure of the sintered body (target), abnormal discharge (arcing) is generated starting from the metal Bi phase, and there is a problem that particles are easily generated during sputtering. The present invention has been made to solve such problems, and provides a sputtering target made of a sintered body that can reduce the generation of particles and arcing and that hardly shows precipitation of metal Bi, and a method for manufacturing the same. The purpose is to do.
上記の課題を解決するために、本発明者は鋭意研究を行った結果、焼結条件を工夫することにより、金属Ｂｉ相の生成を抑制することができ、さらには、焼結体（ターゲット）の低抵抗化や高密度化を達成することができるとの知見を得た。このようなスパッタリングターゲットは安定的なスパッタ成膜が可能であり、得られる薄膜を、強誘電体膜として利用する場合、その特性改善や生産性向上が可能となる。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has intensively studied. As a result, by devising the sintering conditions, the generation of the metal Bi phase can be suppressed. Furthermore, the sintered body (target) It was found that low resistance and high density can be achieved. Such a sputtering target is capable of stable sputter deposition, and when the obtained thin film is used as a ferroelectric film, its characteristics and productivity can be improved.
本発明者らは、この知見に基づき、下記の発明を提供する。
１）原子比における組成式：Ｂｉｘ（Ｆｅ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３、０．９≦ｘ≦１．１、０＜ｙ≦０．３、で表される成分組成を有する焼結体からなり、Ｘ線回折においてバックグランド強度に対する金属Ｂｉに帰属するＸ線回折ピーク強度比が３．０未満であり、かつ、バルク抵抗率が５００ｋΩｃｍ以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
２）Ｘ線回折において、Ｂｉ２５ＦｅＯ４０相に帰属するＸ線回折ピークが出現し、かつ、Ｂｉ２５ＦｅＯ４０相に帰属するＸ線回折ピーク強度比が他の相のＸ線回折ピーク強度に対して１．０以上であることを特徴とする上記１）記載のスパッタリングターゲット。
３）密度が６．５ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする上記１）又は２）記載のスパッタリングターゲット。
４）抗折強度が８０ＭＰａ以上であることを特徴とする上記１）〜３）のいずれか一に記載のスパッタリングターゲット。
５）Ｂｉ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２の粉末を、原子比における組成式：Ｂｉｘ（Ｆｅ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３、０．９≦ｘ≦１．１、０＜ｙ≦０．３、で表される成分組成となるように秤量、混合し、得られた混合粉末を、真空中又は不活性ガス雰囲気中、温度６５０℃超８００℃未満で加圧焼結することを特徴とすることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
６）加圧焼結は、ホットプレス焼結によって行うことを特徴とする上記５）記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
７）プレス面圧を５０〜５００ｋｇ／ｃｍ２とすることを特徴とする上記６）記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
Based on this finding, the present inventors provide the following invention.
1) Composition in atomic ratio: Bi x (Fe 1-y Ti y ) O 3 , 0.9 ≦ x ≦ 1.1, 0 <y ≦ 0.3, a sintered body having a component composition An X-ray diffraction peak intensity ratio attributed to metal Bi with respect to background intensity in X-ray diffraction is less than 3.0, and a bulk resistivity is 500 kΩcm or less.
2) In X-ray diffraction, an X-ray diffraction peak attributed to the Bi 25 FeO 40 phase appears, and the X-ray diffraction peak intensity ratio attributed to the Bi 25 FeO 40 phase becomes the X-ray diffraction peak intensity of the other phase. The sputtering target as described in 1) above, which is 1.0 or more.
3) The sputtering target according to 1) or 2) above, wherein the density is 6.5 g / cm 3 or more.
4) The sputtering target according to any one of 1) to 3) above, wherein the bending strength is 80 MPa or more.
5) A powder of Bi 2 O 3 , Fe 2 O 3 , and TiO 2 is converted into a composition formula in atomic ratio: Bi x (Fe 1-y Ti y ) O 3 , 0.9 ≦ x ≦ 1.1, 0 <y Weighing and mixing so that the component composition represented by ≦ 0.3 is obtained, and the obtained mixed powder is sintered under pressure at a temperature of 650 ° C. and less than 800 ° C. in a vacuum or in an inert gas atmosphere. A method for producing a sputtering target, characterized in that
6) The method for producing a sputtering target according to 5) above, wherein the pressure sintering is performed by hot press sintering.
7) The method for producing a sputtering target according to 6) above, wherein the press surface pressure is 50 to 500 kg / cm 2 .
本発明によれば、焼結条件を工夫することにより、金属Ｂｉ相の析出を抑制することができ、さらには、高密度で、高強度のＢｉｘ（Ｆｅ１−ｙＴｉｙ）Ｏｚスパッタリングターゲットを製造することが可能となる。このターゲットはアーキングやパーティクルの発生が少なく、安定したスパッタリングを行うことができるので、膜質や歩留まりを向上できるという優れた効果を有する。 According to the present invention, by devising the sintering conditions, the precipitation of the metal Bi phase can be suppressed, and furthermore, high density and high strength Bi x (Fe 1-y Ti y ) O z sputtering. A target can be manufactured. Since this target generates less arcing and particles and can perform stable sputtering, it has an excellent effect of improving film quality and yield.
本発明のスパッタリングターゲットは、原子比における組成式がＢｉｘ（Ｆｅ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３、０．９≦ｘ≦１．１、０＜ｙ≦０．３、で表される成分組成を有する焼結体からなる。一般にスパッタして得られる膜の成分組成は、スパッタリングターゲットの成分組成と大きく異なることがないことから、膜において所望される組成がターゲットの成分組成となる。本発明では、少なくとも、強誘電体として機能を備えた膜を形成するために、スパッタリングターゲットの成分組成を上記の範囲としている。 In the sputtering target of the present invention, the composition formula in the atomic ratio is represented by Bi x (Fe 1-y Ti y ) O 3 , 0.9 ≦ x ≦ 1.1, 0 <y ≦ 0.3. It consists of a sintered body having In general, the component composition of a film obtained by sputtering is not significantly different from the component composition of a sputtering target, and therefore the desired composition in the film is the component composition of the target. In the present invention, in order to form at least a film having a function as a ferroelectric, the component composition of the sputtering target is within the above range.
本発明は、後述の通り、真空中又は不活性ガス雰囲気中で焼結することを特徴としているので、得られる焼結体は酸素欠損している可能性があり、一方で、Ｆｅ２Ｏ３に対して、酸素量の多いＴｉＯ２を添加しているので、酸素が過剰になっている可能性もある。そのため、上記酸素量は３±０．２程度の範囲で変化する可能性があり、本発明はそのような場合も含むものである。本発明では、上記ターゲットや膜の成分組成は、ＩＣＰ-ＯＥＳ（高周波誘導結合プラズマ発光分析法）を用いて評価している。 Since the present invention is characterized in that it is sintered in a vacuum or in an inert gas atmosphere as will be described later, the obtained sintered body may be oxygen deficient, while Fe 2 O 3 On the other hand, since TiO 2 having a large amount of oxygen is added, oxygen may be excessive. Therefore, there is a possibility that the oxygen amount changes within a range of about 3 ± 0.2, and the present invention includes such a case. In the present invention, the component composition of the target and film is evaluated using ICP-OES (High Frequency Inductively Coupled Plasma Emission Analysis).
本発明のスパッタリングターゲットは、Ｘ線回折において、バックグランド強度に対する金属Ｂｉに帰属するＸ線回折ピーク強度比が３．０未満であることを特徴とする。本発明は、金属Ｂｉの析出が抑制された結果、そのＸ線回折ピーク強度比を３．０未満となり、金属Ｂｉに起因する異常放電（アーキング）を防止することができる。 The sputtering target of the present invention is characterized in that, in X-ray diffraction, the X-ray diffraction peak intensity ratio attributed to the metal Bi with respect to the background intensity is less than 3.0. As a result of suppressing the precipitation of metal Bi, the present invention has an X-ray diffraction peak intensity ratio of less than 3.0, and can prevent abnormal discharge (arcing) due to metal Bi.
金属Ｂｉに帰属するＸ線回折ピークとして、ＪＣＰＤＳ（Ｎｏ．０１−０８５−１３２９）カードに基づき、（０１２）面におけるピークを使用する。なお、他成分が固溶した場合等、ピークがずれる可能性があるが、ＪＣＰＤＳカードに記載される（０１２）面の２７．１６°を基準に付近のピークをＢｉのピークか否かを判断し、本発明のようにＢｉのピークが観察されない場合は、２７．１６°を基準とする。但し、他の相によりＢｉのピークが判断し難い場合もあり、他の相のピーク位置がどこに表れているかも考慮して、総合的な判断が望ましい。本発明では、２θ＝２６．３〜２７．３°の最高強度をピーク強度として判断した。 Based on the JCPDS (No. 01-085-1329) card, the peak on the (012) plane is used as the X-ray diffraction peak attributed to the metal Bi. In addition, there is a possibility that the peak shifts when other components are dissolved, but it is determined whether or not the peak in the vicinity is the Bi peak based on 27.16 ° of the (012) plane described in the JCPDS card. When no Bi peak is observed as in the present invention, 27.16 ° is used as a reference. However, there are cases where it is difficult to determine the peak of Bi due to other phases, and comprehensive determination is desirable in consideration of where the peak positions of other phases appear. In the present invention, the maximum intensity of 2θ = 26.3 to 27.3 ° is determined as the peak intensity.
バックグランド強度は（（２６．２６〜２６．３４°の平均強度）とする。なお、上記のバックグランド強度の位置に、特定の相のピークが現れる（例えば、Sonneveld-Visser法、バックグラウンド関数法、スプライン関数法等により、バックグランドを除去してもなおピークが存在すると判断される）場合には、さらに上記の角度を低角側にして、特定の相のピークがないと判断される位置でバックグランドの強度とする。このように、バックグランドの強度が特定し難い場合は、上記の範囲を変更してもよい。すなわち、必ず上記の範囲をバックグランドの基準とする必要はなく、適宜角度、範囲を変更して判断するのが望ましい。また、サンプルの測定箇所は任意の箇所でよく、スパッタ面や断面のいずれでもよい。場合によっては、粉砕した粉を用いてもよい。 The background intensity is ((average intensity of 26.26 to 26.34 °). Note that a peak of a specific phase appears at the position of the background intensity (for example, Sonneveld-Visser method, background function). If it is determined that there is still a peak even if the background is removed by the method, the spline function method, etc.), the above angle is set to the lower angle side and it is determined that there is no peak of a specific phase. In this way, if the background strength is difficult to specify, the above range may be changed, that is, the above range does not necessarily have to be used as a background reference. In addition, it is desirable to change the angle and range as appropriate, and the measurement location of the sample may be any location, and may be either a sputter surface or a cross section. It may be used as a powder.
本発明のスパッタリングターゲットは、Ｘ線回折において、Ｂｉ２５ＦｅＯ４０相に帰属するＸ線回折ピークが出現し、かつ、Ｂｉ２５ＦｅＯ４０相に帰属するＸ線回折ピーク強度比が、他の相のＸ線回折ピーク強度に対して１．０以上であることが好ましい。Ｂｉ２５ＦｅＯ４０相に帰属するＸ線回折ピークとしては、２θ＝２７．６９°付近に現れる（３１０）面におけるピークを使用する。一方、他の相のＸ線回折ピークは、Ｂｉ２５ＦｅＯ４０相以外の相の最大強度のピークを使用する。このようにＢｉ２５ＦｅＯ４０相単相にできるだけ近いターゲット組織とすることで、安定で均一な成膜が可能となる。
なお、上記のＸ線回折ピークは、Ｘ線回折装置（リガク社製：ＵｌｔｉｍａＩＶ、Ｃｕ−Ｋα線）を用い、測定条件（管電圧：４０ｋＶ、管電流：３０ｍＡ、測定方法：２θ−θ反射法、スキャン速度：８．０°／ｍｉｎ、サンプリング間隔：０．０２°）の下で得られるＸＲＤスペクトルから分析した。
In the X-ray diffraction of the sputtering target of the present invention, an X-ray diffraction peak attributed to the Bi 25 FeO 40 phase appears, and an X-ray diffraction peak intensity ratio attributed to the Bi 25 FeO 40 phase is different from that of the other phase. The X-ray diffraction peak intensity is preferably 1.0 or more. As an X-ray diffraction peak attributed to the Bi 25 FeO 40 phase, a peak in the (310) plane appearing in the vicinity of 2θ = 27.69 ° is used. On the other hand, the X-ray diffraction peak of the other phase uses the peak of the maximum intensity of the phase other than the Bi 25 FeO 40 phase. Thus, a stable and uniform film can be formed by setting the target structure as close as possible to the Bi 25 FeO 40 phase single phase.
In addition, said X-ray-diffraction peak uses an X-ray-diffraction apparatus (Rigaku company make: UltimateIV, Cu-K (alpha) ray), and measurement conditions (tube voltage: 40 kV, tube current: 30 mA, measurement method: 2 (theta) -theta reflection method. , Scan speed: 8.0 ° / min, sampling interval: 0.02 °).
また、本発明のスパッタリングターゲットでは、ＴｉがＢｉＦｅＯ３のＦｅサイトに固溶しているため、Ｆｅ３＋とＦｅ２＋が共存し、電荷移動が生じて抵抗が低下する。一方、Ｔｉが固溶していない場合は、Ｆｅ３＋のみとなるため導電性はなく、抵抗率を見ることでＴｉの固溶状況を推測することが可能である。本発明のターゲットでは、Ｔｉの固溶により、バルク抵抗率を５００ｋΩｃｍ以下まで抵抗率が低下させることが可能である。なお、Ｔｉが固溶していない場合は、Ｔｉが異相として複合酸化物化すると考えられるため、割れや不均一化の原因となる。 Further, in the sputtering target of the present invention, since Ti is dissolved in the Fe site of BiFeO 3 , Fe 3+ and Fe 2+ coexist, charge transfer occurs, and the resistance decreases. On the other hand, when Ti is not in solid solution, only Fe 3+ is present, so there is no conductivity, and it is possible to estimate the solid solution state of Ti by looking at the resistivity. In the target of the present invention, the bulk resistivity can be reduced to 500 kΩcm or less by the solid solution of Ti. In addition, when Ti is not in solid solution, Ti is considered to be a complex oxide as a different phase, which causes cracking and non-uniformity.
また、本発明は、ターゲットの密度を６．５ｇ／ｃｍ３以上とすることができる。また、好ましくは、密度が７．０ｇ／ｃｍ３以上である。このような高密度ターゲットは、スパッタ時において、割れや亀裂の発生がなく、また、パーティクルの発生が少ないという優れた効果を有する。なお、上述の非特許文献には、焼結体の密度に関する開示があるが、いずれも高温での焼結によって、原料からの組成ズレが生じている。本発明において、ターゲットの密度は、ターゲット片の寸法をノギスで測長して体積を求め、その体積と重量とを算出して求めた。 In the present invention, the density of the target can be 6.5 g / cm 3 or more. The density is preferably 7.0 g / cm 3 or more. Such a high-density target has an excellent effect that there is no generation of cracks or cracks during sputtering, and there is little generation of particles. In addition, although the above-mentioned nonpatent literature has the disclosure regarding the density of a sintered compact, the composition shift | offset | difference from the raw material has arisen in all by sintering at high temperature. In the present invention, the density of the target was obtained by measuring the size of the target piece with calipers to determine the volume, and calculating the volume and weight.
本発明のスパッタリングターゲットは、その抗折強度が８０ＭＰａ以上であることが好ましい。原料粉末や焼結条件等の適切な調整により、このような高強度の焼結体からなるスパッタリングターゲットの作製を可能にする。高強度のスパッタリングターゲットは、スパッタ時の割れや亀裂等を防止することができ、パーティクルの発生を抑制することができる。抗折強度は、引張圧縮試験機（今田製作所製：ＳＶ−２０１ＮＡ−５０ＳＬ）を用い、「ＪＩＳ Ｒ １６０１ ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法」に準じて測定を行った。サンプルの箇所は、極端な場所は避け、例えば、図４のような箇所から採取するのが望ましい。本発明では、図４のように５箇所の抗折強度を測定し、その平均値としている。 The sputtering target of the present invention preferably has a bending strength of 80 MPa or more. By appropriately adjusting the raw material powder and the sintering conditions, it is possible to produce a sputtering target made of such a high-strength sintered body. A high-strength sputtering target can prevent cracks and cracks during sputtering and can suppress generation of particles. The bending strength was measured according to “JIS R 1601 room temperature bending strength test method of fine ceramics” using a tensile compression tester (manufactured by Imada Seisakusho: SV-201NA-50SL). The location of the sample should avoid extreme locations, for example, it is desirable to collect from a location as shown in FIG. In the present invention, the bending strength at five locations is measured as shown in FIG.
本発明のスパッタリングターゲットは、以下のようにして製造することができる。
まず、Ｂｉ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２の原料粉末を秤量、混合した後、この混合粉末を真空中又は不活性ガス雰囲気中にて加圧焼結して、製造する。このとき、焼結温度は、６５０℃超、８００℃未満とすることが好ましい。６５０℃以下であると、高密度のターゲットが得られず、一方、８００℃以上であると、Ｂｉ２Ｏ３の蒸発による組成ズレや密度の低下が生じるため、好ましくない。さらに好ましくは、６７０℃以上７５０℃以下である。また、原料粉末は、緻密な焼結体を作製するために、平均粒子径２μｍ以下とすることが好ましい。
The sputtering target of this invention can be manufactured as follows.
First, raw material powders of Bi 2 O 3 , Fe 2 O 3 , and TiO 2 are weighed and mixed, and then the mixed powder is pressure-sintered in a vacuum or in an inert gas atmosphere to manufacture. At this time, the sintering temperature is preferably more than 650 ° C. and less than 800 ° C. When the temperature is 650 ° C. or lower, a high-density target cannot be obtained. On the other hand, when the temperature is 800 ° C. or higher, composition shift and density decrease due to evaporation of Bi 2 O 3 are not preferable. More preferably, it is 670 degreeC or more and 750 degrees C or less. The raw material powder preferably has an average particle diameter of 2 μm or less in order to produce a dense sintered body.
一方、焼結体の作製方法として、混合粉末を仮焼（合成）し、これを粉砕したものを焼結用粉末として用いることが考えられる。しかし、Ｂｉ２Ｏ３の融点（８２０℃）以下で仮焼した粉はＢｉ２５ＦｅＯ４０相が生成するものの、これを、真空中又は不活性ガス雰囲気中にて６５０℃程度で加圧焼結した場合は、Ｂｉ２５ＦｅＯ４０相が還元されて、金属Ｂｉが生成されてしまい、また密度も低下することなるため、好ましくない。 On the other hand, as a method for producing a sintered body, it is conceivable to use a powder obtained by calcining (synthesizing) a mixed powder and pulverizing it as a sintering powder. However, although the powder calcined below the melting point (820 ° C.) of Bi 2 O 3 produces a Bi 25 FeO 40 phase, this is pressure-sintered at about 650 ° C. in a vacuum or in an inert gas atmosphere. In such a case, the Bi 25 FeO 40 phase is reduced, metal Bi is generated, and the density is also lowered, which is not preferable.
また、他の焼結体の作成方法として、混合粉末を常圧焼結することが考えられる。しかし、常圧焼結では昇温過程で体積が膨張して、クラックが発生することがある。したがって、加圧焼結により、昇温時に発生する体積膨張を荷重により抑えることが必要である。加圧焼結は常圧焼結に比べて短時間での焼結が可能であるため、金属Ｂｉが還元する前に焼結を行うことができ、また、生産性の面でメリットもある。本発明においてホットプレス焼結時のプレス面圧を５０〜５００ｋｇ／ｃｍ２とすることが好ましい。 Further, as another method for producing a sintered body, it is considered that the mixed powder is sintered under normal pressure. However, in normal pressure sintering, the volume may expand during the temperature rising process, and cracks may occur. Therefore, it is necessary to suppress the volume expansion generated at the time of temperature rise by a load by pressure sintering. Since pressure sintering can be performed in a shorter time than normal pressure sintering, sintering can be performed before the metal Bi is reduced, and there is also a merit in terms of productivity. In this invention, it is preferable that the press surface pressure at the time of hot press sintering shall be 50-500 kg / cm < 2 >.
本発明において、評価方法等は、以下の通りである。
（成分組成について）
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）
（密度測定について）
寸法測定（ノギス）、重量測定
（バルク抵抗値について）
装置：ＮＰＳ社製 抵抗率測定器 Σ−５＋
方法：直流４探針法
（Ｘ線回折分析について）
装置：リガク社製ＵｌｔｉｍａＩＶ、Ｃｕ−Ｋα線
測定条件
管電圧：４０ｋＶ
管電流：３０ｍＡ
測定方法：２θ−θ反射法
スキャン速度：８．０°／ｍｉｎ
サンプリング間隔：０．０２°
（抗折力測定について）
装置：今田製作所製引張圧縮試験機 ＳＶ−２０１ＮＡ−５０ＳＬ
測定方法：「JIS R 1601 ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法」に準じて測定を行った。
In the present invention, the evaluation method and the like are as follows.
(About component composition)
Device: SPS3500DD manufactured by SII
Method: ICP-OES (High Frequency Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Analysis)
(About density measurement)
Dimension measurement (caliper), weight measurement (bulk resistance value)
Apparatus: Resistivity measuring instrument Σ-5 + manufactured by NPS
Method: DC 4 probe method (X-ray diffraction analysis)
Apparatus: Ultima IV, Cu-Kα ray measurement conditions manufactured by Rigaku Corporation Tube voltage: 40 kV
Tube current: 30 mA
Measuring method: 2θ-θ reflection method Scanning speed: 8.0 ° / min
Sampling interval: 0.02 °
(About bending strength measurement)
Equipment: Tenda compression tester SV-201NA-50SL manufactured by Imada Manufacturing Co., Ltd.
Measurement method: Measurement was carried out according to “JIS R 1601 Fine ceramics room temperature bending strength test method”.
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。 Hereinafter, description will be made based on Examples and Comparative Examples. In addition, a present Example is an example to the last, and is not restrict | limited at all by this example. 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.
（実施例１）
Ｂｉ２Ｏ３粉、Ｆｅ２Ｏ３粉、ＴｉＯ２粉を準備し、これらの粉末を、表１に記載される成分組成となるように配合比に調合し、これを混合した。次に、この混合粉末をＡｒ雰囲気中、温度７００℃、面圧２５０ｋｇｆ／ｃｍ２の条件でホットプレス焼結した。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。また、得られたターゲットが所望の組成になっていることを確認した。
得られた焼結体のバルク抵抗率と密度を測定した結果、表１に示す通り、密度は７．２５ｇ／ｃｍ３に達し、バルク抵抗は１２．５ｋΩ・ｃｍ、抗折力は８２．５ＭＰａであった。また、焼結体のＸ線回折を分析した結果、表１に示す通り、金属ＢｉのＸ線回折ピーク／バックグラウンド強度比は２．０であり、Ｂｉ２５ＦｅＯ４０のＸ線回折ピーク／Ｂｉ２５ＦｅＯ４０以外の相の最強ピーク強度比は１．９であった。このターゲットを使用してスパッタリングを実施したところ、パーティクル数は少なかった。
Example 1
Bi 2 O 3 powder, Fe 2 O 3 powder, and TiO 2 powder were prepared, and these powders were blended at a blending ratio so as to have the component composition described in Table 1, and mixed. Next, this mixed powder was hot-press sintered in an Ar atmosphere at a temperature of 700 ° C. and a surface pressure of 250 kgf / cm 2 . Thereafter, the sintered body was machined to finish a sputtering target shape. Further, it was confirmed that the obtained target had a desired composition.
As a result of measuring the bulk resistivity and density of the obtained sintered body, as shown in Table 1, the density reached 7.25 g / cm 3 , the bulk resistance was 12.5 kΩ · cm, and the bending strength was 82.5 MPa. Met. As a result of analyzing the X-ray diffraction of the sintered body, as shown in Table 1, the X-ray diffraction peak / background intensity ratio of metal Bi is 2.0, and the X-ray diffraction peak / Bi of Bi 25 FeO 40 is 2.0. The strongest peak intensity ratio of the phases other than 25 FeO 40 was 1.9. When sputtering was performed using this target, the number of particles was small.
以上の結果を表１に示す。
（実施例２〜３）
Ｂｉ２Ｏ３粉、Ｆｅ２Ｏ３粉、ＴｉＯ２粉を準備し、これらの粉末を、表１に記載される成分組成となるように配合比に調合し、これを混合した。次に、この混合粉末をＡｒ雰囲気中、温度７００℃、面圧２５０ｋｇｆ／ｃｍ２の条件でホットプレス焼結した。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。また、得られたターゲットが所望の組成になっていることを確認した。
得られた焼結体のバルク抵抗率と密度を測定した結果、表１に示す通り、いずれも、密度は６．５ｇ／ｃｍ３を超え、バルク抵抗は５００ｋΩ・ｃｍ未満であった。また、焼結体のＸ線回折を分析した結果、表１に示す通り、金属ＢｉのＸ線回折ピーク強度比は３．０未満であり、Ｂｉ２５ＦｅＯ４０のＸ線回折ピーク強度比は１．０以上であった。このターゲットを使用してスパッタリングを実施したところ、いずれもパーティクル数は少なかった。
(Examples 2-3)
Bi 2 O 3 powder, Fe 2 O 3 powder, and TiO 2 powder were prepared, and these powders were blended at a blending ratio so as to have the component composition described in Table 1, and mixed. Next, this mixed powder was hot-press sintered in an Ar atmosphere at a temperature of 700 ° C. and a surface pressure of 250 kgf / cm 2 . Thereafter, the sintered body was machined to finish a sputtering target shape. Further, it was confirmed that the obtained target had a desired composition.
As a result of measuring the bulk resistivity and density of the obtained sintered body, as shown in Table 1, in all cases, the density exceeded 6.5 g / cm 3 and the bulk resistance was less than 500 kΩ · cm. As a result of analyzing the X-ray diffraction of the sintered body, as shown in Table 1, the X-ray diffraction peak intensity ratio of metal Bi is less than 3.0, and the X-ray diffraction peak intensity ratio of Bi 25 FeO 40 is 1 0.0 or more. When sputtering was performed using this target, the number of particles was small in all cases.
（比較例１〜２）
比較例１〜２は、焼結温度を６５０℃以下とした例である。
Ｂｉ２Ｏ３粉、Ｆｅ２Ｏ３粉、ＴｉＯ２粉を準備し、これらの粉末を、表１に記載される成分組成となるように配合比に調合し、これを混合した。次に、この混合粉末をＡｒ雰囲気中、温度６５０℃未満、面圧２５０ｋｇｆ／ｃｍ２の条件でホットプレス焼結した。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。また、得られたターゲットが所望の組成になっていることを確認した。
得られた焼結体のバルク抵抗率と密度を測定した結果、表１に示す通り、いずれも密度は６．５ｇ／ｃｍ３未満、バルク抵抗は５００ｋΩ・ｃｍ超であった。このターゲットを使用してスパッタリングを実施したところ、いずれも実施例に比べてパーティクル数が増加していた。以上の通り、焼結温度が低すぎると密度が上がらないという問題がある。
(Comparative Examples 1-2)
Comparative Examples 1 and 2 are examples in which the sintering temperature is 650 ° C. or lower.
Bi 2 O 3 powder, Fe 2 O 3 powder, and TiO 2 powder were prepared, and these powders were blended at a blending ratio so as to have the component composition described in Table 1, and mixed. Next, this mixed powder was hot press sintered in an Ar atmosphere under conditions of a temperature of less than 650 ° C. and a surface pressure of 250 kgf / cm 2 . Thereafter, the sintered body was machined to finish a sputtering target shape. Further, it was confirmed that the obtained target had a desired composition.
As a result of measuring the bulk resistivity and density of the obtained sintered body, as shown in Table 1, the density was less than 6.5 g / cm 3 and the bulk resistance was more than 500 kΩ · cm. When sputtering was performed using this target, the number of particles increased in all cases as compared to the examples. As described above, when the sintering temperature is too low, there is a problem that the density does not increase.
（比較例３）
比較例３は、焼結温度を８００℃以上とした例である。
Ｂｉ２Ｏ３粉、Ｆｅ２Ｏ３粉、ＴｉＯ２粉を準備し、これらの粉末を、表１に記載される成分組成となるように配合比に調合し、これを混合した。次に、この混合粉末をＡｒ雰囲気中、温度７５０℃超、面圧２５０ｋｇｆ／ｃｍ２の条件でホットプレス焼結した。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。なお、得られたターゲットが所望の組成になっていることを確認した。
得られた焼結体のバルク抵抗率と密度を測定した結果、表１に示す通り、いずれも密度は６．５ｇ／ｃｍ３未満、バルク抵抗は５００ｋΩ・ｃｍ超であった。また、焼結体のＸ線回折を分析した結果、表１に示す通り、金属ＢｉのＸ線回折ピーク強度比は３．０超で、金属Ｂｉの析出が観察された。このターゲットを使用してスパッタリングを実施したところ、いずれも実施例に比べてパーティクル数が増加していた。以上の通り、焼結温度が高すぎると金属Ｂｉが析出するという問題がある。
(Comparative Example 3)
Comparative Example 3 is an example in which the sintering temperature is 800 ° C. or higher.
Bi 2 O 3 powder, Fe 2 O 3 powder, and TiO 2 powder were prepared, and these powders were blended at a blending ratio so as to have the component composition described in Table 1, and mixed. Next, this mixed powder was hot-press sintered in an Ar atmosphere under conditions of a temperature exceeding 750 ° C. and a surface pressure of 250 kgf / cm 2 . Thereafter, the sintered body was machined to finish a sputtering target shape. In addition, it was confirmed that the obtained target had a desired composition.
As a result of measuring the bulk resistivity and density of the obtained sintered body, as shown in Table 1, the density was less than 6.5 g / cm 3 and the bulk resistance was more than 500 kΩ · cm. As a result of analyzing the X-ray diffraction of the sintered body, as shown in Table 1, the X-ray diffraction peak intensity ratio of metal Bi was more than 3.0, and precipitation of metal Bi was observed. When sputtering was performed using this target, the number of particles increased in all cases as compared to the examples. As mentioned above, there exists a problem that metal Bi will precipitate when sintering temperature is too high.
（比較例４）
比較例４は、常圧焼結（焼結温度８００℃）した例である。
Ｂｉ２Ｏ３粉、Ｆｅ２Ｏ３粉、ＴｉＯ２粉を準備し、これらの粉末を、表１に記載される成分組成となるように配合比に調合し、これを混合した。次に、この混合粉末を大気若しくは酸素雰囲気中、温度８００℃の条件で、常圧焼結した。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。なお、得られたターゲットが所望の組成になっていることを確認した。
得られた焼結体の密度を測定した結果、密度が４．６４ｇ／ｃｍ３と極めて低くなった。比較例４は、密度が低いため、Ｘ線回折分析、抗折力試験が困難であり、またスパッタリングの実施も困難であった。
(Comparative Example 4)
Comparative Example 4 is an example of pressureless sintering (sintering temperature 800 ° C.).
Bi 2 O 3 powder, Fe 2 O 3 powder, and TiO 2 powder were prepared, and these powders were blended at a blending ratio so as to have the component composition described in Table 1, and mixed. Next, this mixed powder was sintered under atmospheric pressure in the air or in an oxygen atmosphere at a temperature of 800 ° C. Thereafter, the sintered body was machined to finish a sputtering target shape. In addition, it was confirmed that the obtained target had a desired composition.
As a result of measuring the density of the obtained sintered body, the density was extremely low at 4.64 g / cm 3 . In Comparative Example 4, since the density was low, it was difficult to perform X-ray diffraction analysis and bending strength test, and it was difficult to perform sputtering.
（比較例５）
比較例４〜５は、常圧焼結（焼結温度８５０℃）した例である。
Ｂｉ２Ｏ３粉、Ｆｅ２Ｏ３粉、ＴｉＯ２粉を準備し、これらの粉末を、表１に記載される成分組成となるように配合比に調合し、これを混合した。次に、この混合粉末を大気若しくは酸素雰囲気中、温度８５０℃の条件で、常圧焼結した。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。なお、得られたターゲットが所望の組成になっていることを確認した。
得られた焼結体の密度を測定した結果、表１に示す通り、密度が７．１７ｇ／ｃｍ３であった。比較例５は、比較例４に比べて密度が上っていたものの、クラックが多数発生しており、スパッタリングの実施が困難であった。以上の通り、常圧焼結では、焼結温度が低いと密度が上がらず、焼結温度が高いと密度が上るが、クラックが発生した。
なお、図３に示すように、混合粉についてＴＭＡ（熱機械分析）にて室温から８００℃までの体積変化を測定したところ、体積膨張が確認された。この体積膨張によりクラックが生じたと考えられる。
(Comparative Example 5)
Comparative Examples 4 to 5 are examples of atmospheric pressure sintering (sintering temperature 850 ° C.).
Bi 2 O 3 powder, Fe 2 O 3 powder, and TiO 2 powder were prepared, and these powders were blended at a blending ratio so as to have the component composition described in Table 1, and mixed. Next, this mixed powder was subjected to normal pressure sintering in the air or in an oxygen atmosphere at a temperature of 850 ° C. Thereafter, the sintered body was machined to finish a sputtering target shape. In addition, it was confirmed that the obtained target had a desired composition.
As a result of measuring the density of the obtained sintered body, as shown in Table 1, the density was 7.17 g / cm 3 . Although the density of Comparative Example 5 was higher than that of Comparative Example 4, many cracks were generated and it was difficult to perform sputtering. As described above, in the normal pressure sintering, when the sintering temperature is low, the density does not increase, and when the sintering temperature is high, the density increases but cracks occur.
In addition, as shown in FIG. 3, when the volume change from room temperature to 800 degreeC was measured by TMA (thermomechanical analysis) about mixed powder, volume expansion was confirmed. It is considered that cracks occurred due to this volume expansion.
（比較例６〜９）
比較例６〜９は、仮焼を行った例である。
Ｂｉ２Ｏ３粉、Ｆｅ２Ｏ３粉、ＴｉＯ２粉を準備し、これらの粉末を、表１に記載される成分組成となるように配合比に調合し、これを混合した。次に、この混合粉末を大気中、温度７５０℃（比較例７、８）、８００℃（比較例６、９）で仮焼した後、粉砕した。その後、この粉砕粉をＡｒ雰囲気中、温度６５０℃（比較例６）、７２０℃（比較例７）、８００℃（比較例８、９）、面圧２５０ｋｇｆ／ｃｍ２の条件でホットプレス焼結した。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。また、得られたターゲットが所望の組成になっていることを確認した。
得られた焼結体のＸ線回折を分析した結果、表１に示す通り、金属ＢｉとバックグラウンドのＸ線回折ピーク強度比は３．０超で、金属Ｂｉの析出が観察された。また、Ｂｉ２５ＦｅＯ４０と第２相最大ピークのＸ線回折ピーク強度比は１．０以下であった。このターゲットを使用してスパッタリングを実施したところ、いずれも実施例に比べてパーティクル数が増加していた。以上の通り、焼結温度が低いと密度が上らないだけでなく、金属Ｂｉが析出し、焼結温度が高いと密度が上るものの金属Ｂｉの析出が増加する。また、仮焼温度を上げても、上記の問題を解消することができない。
(Comparative Examples 6-9)
Comparative Examples 6-9 are examples in which calcination was performed.
Bi 2 O 3 powder, Fe 2 O 3 powder, and TiO 2 powder were prepared, and these powders were blended at a blending ratio so as to have the component composition described in Table 1, and mixed. Next, the mixed powder was calcined in the air at temperatures of 750 ° C. (Comparative Examples 7 and 8) and 800 ° C. (Comparative Examples 6 and 9), and then pulverized. Then, this pulverized powder was hot-press sintered in an Ar atmosphere at temperatures of 650 ° C. (Comparative Example 6), 720 ° C. (Comparative Example 7), 800 ° C. (Comparative Examples 8 and 9), and surface pressure of 250 kgf / cm 2 did. Thereafter, the sintered body was machined to finish a sputtering target shape. Further, it was confirmed that the obtained target had a desired composition.
As a result of analyzing the X-ray diffraction of the obtained sintered body, as shown in Table 1, the ratio of the X-ray diffraction peak intensity between the metal Bi and the background was more than 3.0, and precipitation of the metal Bi was observed. Further, the X-ray diffraction peak intensity ratio between Bi 25 FeO 40 and the second phase maximum peak was 1.0 or less. When sputtering was performed using this target, the number of particles increased in all cases as compared to the examples. As described above, when the sintering temperature is low, not only the density does not increase, but also the metal Bi precipitates, and when the sintering temperature is high, the precipitation of the metal Bi increases although the density increases. Moreover, even if the calcination temperature is raised, the above problem cannot be solved.
以上の通り、本願発明の製造方法により作製したスパッタリングターゲットは高密度、高強度であって、良好なスパッタリング特性が得られた。なお、参考までに、実施例と比較例のスパッタリングターゲット（焼結体）のＸ線回折スペクトルを図２、３に示す。図２に示すように、いずれの実施例もＢｉ２５ＦｅＯ４０相の（３１０）面に帰属するＸ線回折ピーク強度比が他の相のＸ線回折ピーク強度よりも大きかった。一方、図２、図３に示すように、比較例では、Ｂｉ２５ＦｅＯ４０相の（３１０）面に帰属するＸ線回折ピーク強度比が他の相のＸ線回折ピーク強度よりも小さく、比較例によっては、金属ＢｉのＸ線回折ピークも観察された。 As described above, the sputtering target produced by the production method of the present invention has high density and high strength, and good sputtering characteristics were obtained. For reference, X-ray diffraction spectra of the sputtering targets (sintered bodies) of Examples and Comparative Examples are shown in FIGS. As shown in FIG. 2, the X-ray diffraction peak intensity ratio attributed to the (310) plane of the Bi 25 FeO 40 phase was larger than the X-ray diffraction peak intensities of the other phases. On the other hand, as shown in FIGS. 2 and 3, in the comparative example, the X-ray diffraction peak intensity ratio attributed to the (310) plane of the Bi 25 FeO 40 phase is smaller than the X-ray diffraction peak intensities of the other phases. In some examples, an X-ray diffraction peak of metal Bi was also observed.
本発明のスパッタリングターゲットは、高い密度を有し、また、金属Ｂｉの生成が抑制されていることから、安定したスパッタリングを可能とする。そして、このターゲットを用いることで、成膜の際にスパッタ時に発生するパーティクル（発塵）やノジュールを低減し、品質のばらつきが少なく量産性を向上させることができる。本発明のスパッタリングターゲットを使用して形成された薄膜は、強誘電体として不揮発メモリ、圧電体としてアクチュエータなどに、利用することができる。
The sputtering target of the present invention has a high density and suppresses the generation of metal Bi, thereby enabling stable sputtering. By using this target, particles (dust generation) and nodules generated during sputtering during film formation can be reduced, and quality variation can be reduced and mass productivity can be improved. The thin film formed using the sputtering target of the present invention can be used for a nonvolatile memory as a ferroelectric material and an actuator as a piezoelectric material.
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