(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＢｉとＴｉとを含む金属酸化物相を含み、
熱伝導率が、１．４Ｗ／ｍｋ以上であり、
硼素を含有し、
硼素の含有量が、０．４〜３．６ａｔ％であることを特徴とするＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲット。
【請求項２】
請求項１に記載のＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットを作製する方法であって、
Ｂｉの酸化物とＴｉの酸化物とを粉砕混合して混合粉末を作製する工程と、
該混合粉末を仮焼して仮焼粉とする工程と、
該仮焼粉に酸化硼素を１〜９ｍｏｌ％添加したものを解砕しながら混合して添加仮焼粉とする工程と、
該添加仮焼粉を真空または不活性ガス雰囲気中で圧力を加えながら加熱して焼結させる工程と、を有していることを特徴とするＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、写真や動画の高画質化に伴い、光記録媒体等へ記録する際のデジタルデータが増大し、記録媒体の高容量化が求められ、既に、高記録容量の光記録媒体として二層記録方式により５０ＧＢの容量を有したＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ（登録商標）が販売されている。このＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ（登録商標）は、今後もさらなる高容量化が望まれており、記録層の多層化による高容量化の研究が盛んに行われている。
【０００３】
このような複数の記録層を積層した光記録媒体の実現には、全ての記録層にレーザ光を到達させるため、記録層や反射層の半透明化が必要とされる。一方、多層光記録媒体において複数の記録層の各層との間に４０５ｎｍの波長の光に対する屈折率が高く、消衰係数の小さい光学調整層が要望され、このような膜が成膜できる材料として、ＴｉＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５等が知られている。例えば、ＴｉＯ２とＢｉ２Ｏ３の混合物の膜を設けることが報告されている（特許文献１参照）。
【０００４】
一方、強誘電体メモリ用の誘電体膜としてＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２膜が知られている。このＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２膜をスパッタ法により成膜するためのスパッタリングターゲットとしては、例えば特許文献２に、Ｂｉ２Ｏ３粉末とＴｉＯ２粉末とＴｉ粉末との混合粉末を真空中で、１３００℃で２時間焼成して作製するスパッタリングターゲットが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−９７７９４号公報（段落番号００１３）
【特許文献２】特開平７−１６６３４０号公報（段落番号００１４，００３７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、上記材料のうち、ＴｉＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５は、４０５ｎｍの波長の光に対する屈折率が２．４〜２．７と十分ではない。また、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２は、４０５ｎｍの波長の光に対する屈折率が２．８と高いものの、高電力にて長時間のスパッタを行うとスパッタリングターゲットが割れ、異常放電が発生するという問題点がある。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、高い出力でも安定してスパッタリング可能で、割れの少ないＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、ＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットについて研究を進めたところ、原料に酸化硼素を添加することにより硼素（Ｂ）が組織に分散若しくは拡散し、従来得られなかった高い熱伝導率が実現され、高い耐熱衝撃性や応力緩和効果を得ることができることを見出した。
【０００９】
したがって、本発明は、上記知見から得られたものであり、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットは、ＢｉとＴｉとを含む金属酸化物相を含み、熱伝導率が、１．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする。
このＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットでは、熱伝導率が１．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上と高いため、高い出力でスパッタしても割れが発生し難く、異常放電の発生を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明のＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットは、硼素を含有することを特徴とする。
すなわち、このＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットでは、硼素を含有するので、上記のような高い熱伝導率が得られる。これは、Ｔｉサイトに硼素が置換されることで形成されたキャリアであるホールが熱伝導の担い手となるためと考えられる。
【００１１】
さらに、本発明のＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットは、硼素の含有量が、０．４〜３．６ａｔ％であることを特徴とする。
すなわち、このＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットでは、硼素の含有量が、０．４〜３．６ａｔ％であるので、熱伝導率向上の十分な効果が得られると共に高記録容量の光記録媒体の記録層間に設ける透明な膜として必要な高屈折率を得ることができる。なお、硼素の含有量が、０．４ａｔ％未満であると、上記のような十分な添加効果を得ることができないと共に、３．６ａｔ％を超えると、膜の屈折率が２．７未満となり、高記録容量の光記録媒体の記録層間に設ける膜として十分ではないためである。
【００１２】
本発明のＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットの製造方法は、上記本発明のＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットを作製する方法であって、Ｂｉの酸化物とＴｉの酸化物とを粉砕混合して混合粉末を作製する工程と、該混合粉末を仮焼して仮焼粉とする工程と、該仮焼粉に酸化硼素を１〜９ｍｏｌ％（硼素換算で０．４〜３．６ａｔ％）添加したものを解砕しながら混合して添加仮焼粉とする工程と、該添加仮焼粉を真空または不活性ガス雰囲気中で圧力を加えながら加熱して焼結させる工程と、を有していることを特徴とする。
すなわち、このＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットの製造方法では、仮焼粉に酸化硼素を１〜９ｍｏｌ％（硼素換算で０．４〜３．６ａｔ％）添加したものを解砕しながら混合し、これをホットプレス等で加圧焼結するので、硼素が組織に分散若しくは拡散して添加され、高い熱伝導率で安定したスパッタリングが可能であると共に、高屈折率の膜を成膜可能なスパッタリングターゲットを得ることができる。
なお、本発明で添加する酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）の融点は４６０℃であるため、焼結助剤として機能するため、スパッタリングターゲットの密度を高めると共に、硼素が分散若しくは拡散しやすくなり、スパッタによってスパッタリングターゲットに掛かる応力を和らげる効果も発揮すると考えられる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットによれば、熱伝導率が１．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上と高いため、高い出力でスパッタしても割れが発生し難く、異常放電の発生を抑制することができる。また、このＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットを作製する本発明の製造方法では、酸化硼素を１〜９ｍｏｌ％（硼素換算で０．４〜３．６ａｔ％）添加したものをホットプレス等で加圧焼結するので、高い熱伝導率が得られ、高い出力でも異常放電の発生を抑制して安定したスパッタリングが可能であると共に、高屈折率の膜を成膜可能なスパッタリングターゲットを得ることができる。
したがって、本発明のＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットを用いてスパッタリングによりＢｉＴｉ系酸化物膜を成膜することで、高記録容量の光記録媒体の構成層として設ける透明な高屈折率膜に適した膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットの実施例（Ｂ２Ｏ３を添加した場合）において、ＥＰＭＡによる元素分布マッピングを示す画像である。
【図２】本発明に係るＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットの比較例（ＳｉＯ２を添加した場合）において、ＥＰＭＡによる元素分布マッピングを示す画像である。
【図３】本発明に係る比較例（ＴｉＯ２を添加した場合）において、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）による元素マッピングを示す画像である。
【図４】本発明に係る比較例（Ｎｂ２Ｏ５を添加した場合）において、ＥＰＭＡによる元素分布マッピングを示す画像である。
【図５】本発明に係るＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットの実施例および各比較例において、熱伝導率とスパッタリングターゲット密度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係るＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットおよびその製造方法の一実施形態を説明する。
【００１６】
本実施形態のＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットは、ＢｉとＴｉとを含む金属酸化物相を含み、熱伝導率が、１．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、硼素を含有している。なお、この熱伝導率は、後述する条件設定でレーザーフラッシュ法により測定されたものである。
また、上記硼素の含有量は、０．４〜３．６ａｔ％に設定されている。
なお、このＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットは、スパッタリングターゲットを構成する金属成分のＢｉとＴｉを、Ｂｉ：Ｔｉ＝６：ｘ（３＜ｘ＜７）となる原子比で含有し、例えばＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２相からなる、あるいはＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２相を主相として含む酸化物からなるものである。
【００１７】
このＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットの製造方法は、スパッタリングターゲットを構成する金属成分としてのＢｉとＴｉとをＢｉ：Ｔｉ＝６：ｘ（３＜ｘ＜７）となる原子比で秤量したＢｉの酸化物とＴｉの酸化物とを粉砕混合して混合粉末を作製する工程と、該混合粉末を仮焼して仮焼粉とする工程と、該仮焼粉に酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）を１〜９ｍｏｌ％（硼素換算で０．４〜３．６ａｔ％）添加したものを解砕混合して添加仮焼粉とする工程と、該添加仮焼粉を真空または不活性ガス雰囲気中で圧力を加えながら加熱して焼結させる工程と、を有している。
【００１８】
上記製法の一例について詳述すれば、例えば、まず酸化ビスマス、酸化チタンの各粉末を、含有金属の比率がＢｉ：Ｔｉ＝６：ｘ（３＜ｘ＜７）になるように秤量する。次に、秤量した粉末をボールミル装置などを用いて混合し、混合粉末を作製する。なお、混合に用いる溶媒としては、例えばアルコールが挙げられる。
次に、得られた混合粉末を乾燥後、大気中で焼成（仮焼）し仮焼粉を作製する。仮焼の条件としては、例えば、６００〜８００℃、３〜１０時間である。
続いて、所定量の酸化硼素を添加し、ボールミル装置などを用いて解砕し、解砕粉を得る。なお、解砕に用いる溶媒としては、例えばヘキサンが挙げられる。得られた解砕粉を黒鉛モールドに充填し、ホットプレスすることで本発明のスパッタリングターゲットが得られる。なお、このホットプレスの条件としては、５５０〜１１５０℃にて１〜１０時間、１００〜６００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力にて真空または不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。
【００１９】
このように作製した本実施形態のＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットでは、熱伝導率が１．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上と高いため、高い出力でスパッタしても割れが発生し難く、異常放電の発生を抑制することができる。
このＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットでは、硼素を含有することにより、上記のような高い熱伝導率が得られる。特に、硼素の含有量が、０．４〜３．６ａｔ％であるので、熱伝導率向上の十分な効果が得られると共に高記録容量の光記録媒体の記録層間に設ける透明な膜として必要な高屈折率を得ることができる。
【００２０】
また、本実施形態のＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットの製造方法では、仮焼粉に酸化硼素を１〜９ｍｏｌ％（硼素換算で０．４〜３．６ａｔ％）添加したものを解砕混合して添加仮焼粉とし、これをホットプレス等で加圧焼結するので、硼素が組織に分散若しくは拡散して添加され、高い熱伝導率で安定したスパッタリングが可能であると共に、高屈折率の膜を成膜可能なスパッタリングターゲットを得ることができる。
なお、本実施形態で添加する酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）の融点は４６０℃であるため、焼結助剤として機能するため、スパッタリングターゲットの密度を高めると共に、硼素が分散若しくは拡散しやすくなり、スパッタによってスパッタリングターゲットに掛かる応力を和らげる効果も発揮すると考えられる。
【実施例】
【００２１】
上記本実施形態に基づいて実際に作製したＢｉＴｉ系酸化物スパッタリングターゲットの実施例について、評価を行った結果を以下に示す。
【００２２】
［実施例１］
酸化ビスマス（化学式：Ｂｉ２Ｏ３、純度：３Ｎ、平均粒径：２１μｍ）、酸化チタン（化学式：ＴｉＯ２、純度：３Ｎ、平均粒径：３μｍ）の各粉末を、含有金属の比率がＢｉ：Ｔｉ＝６：４．５になるように秤量する。
次に、秤量した粉末とその３倍量（重量比）のジルコニアボール（直径５ｍｍ）とをポリ容器に入れ、ボールミル装置にて１８時間湿式混合して混合粉末を作製する。なお、この際の溶媒には、アルコールを用いた。
次に、得られた混合粉末を乾燥後、目開き５００μｍの篩にかけ、７００℃にて５時間、大気中で焼成し仮焼粉を作製する。
【００２３】
この仮焼粉を目開き５００μｍの篩にかける。酸化ビスマスと酸化チタンが全て反応しＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２となっているとし、全体の１ｍｏｌ％（硼素換算で０．４ａｔ％）となるように酸化硼素（化学式：Ｂ２Ｏ３、純度：３Ｎ、粒径：２５０μｍ以下）を添加する。さらに、その５倍量（重量比）のジルコニアボール（直径５ｍｍ）と共にポリ容器に入れ、ボールミル装置にて２４時間解砕し、解砕粉を得る。なお、この際の溶媒には、ヘキサンを用いた。
得られた解砕粉を乾燥後、目の開き５００μｍの篩にかけ、ジルコニアボールを除去する。その後、上記解砕粉を黒鉛モールドに充填し、８５０℃にて３時間、３５０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で真空ホットプレスし、実施例１のスパッタリングターゲットを得た。
【００２４】
［実施例１〜５、比較例１］
酸化硼素の添加量を変更した以外は実施例１と同様にして、実施例１〜５、比較例１のスパッタリングターゲットを作製した。
［比較例２〜４］
酸化硼素に代えて、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５を添加した以外は実施例１と同様にして、比較例２〜４のスパッタリングターゲットを作製した。
【００２５】
［評価］
上述の各実施例・比較例のスパッタリングターゲットについて、下記の条件で各種の評価を実施した。
【００２６】
［屈折率］
分光エリプソメトリー法にて、４０５ｎｍの波長に対する屈折率を測定した。
・分析装置：J.A. Woollam社製  多入射角回転補償子型高速分光エリプソメーター M-2000U
・測定範囲：２４５〜１０００ｎｍ
［熱伝導率］
下記条件のレーザーフラッシュ法により行った。
・分析装置：ＮＥＴＺＳＣＨ−ＧｅｒａｔｅｂａｕＧｍｂＨ製  Ｘｅフラッシュアナライザー
・試料サイズ：１０×１０×２ｔ ｍｍ
・測定温度：２５℃
・標準比較試料：ＳＵＳ３１０
・パルス幅：０．２ｍｓ
・チャージレベル：２７０Ｖ
（測定は同じ試料にて三回行い、平均値を求めた。）
【００２７】
［スパッタ評価］
直径１２５ｍｍに加工した実施例および比較例のスパッタリングターゲットを銅製のバッキングプレートにインジウムを用いて接合してスパッタ試験を行った。
このスパッタの際は、アルゴンガスを５０ｓｃｃｍと酸素ガス１．５ｓｃｃｍとを一定の流量で供給し、ガスの全圧を１Ｐａとし、高周波電源を用いて８００Ｗの電力を投入して、スパッタリングターゲットに割れが発生するまでの時間を計測した。
【００２８】
一連の評価の結果を表１に、熱伝導率を測定した結果を図５に示す。また、実施例２のスパッタリングターゲットの断面をＥＰＭＡにて元素マッピングした画像を図１に、比較例２〜４のものを図２〜４に示す。
【００２９】
【表１】
0005533411.tif 000002
【００３０】
＜屈折率＞
表１から、酸化硼素の添加量が９ｍｏｌ％（硼素換算で３．６ａｔ％）より多いと膜の屈折率が２．７未満となるため、青色レーザを用いた高記録容量の光記録媒体の記録層間に設ける透明な膜として不十分であることがわかる。
＜熱伝導率＞
表１および図５より、密度の値に因らず、酸化硼素を添加することで熱伝導率が向上した。これは、Ｔｉサイトに硼素が置換されることで形成されたキャリアであるホールが熱伝導の担い手となるためと考えられる。
【００３１】
＜ＥＰＭＡ測定＞
図２〜４より、酸化珪素、酸化チタン、酸化ニオブをそれぞれ添加した比較例２〜４のスパッタリングターゲットでは、数μｍの大きさの添加した酸化物が観察された。一方、図１より、実施例２のスパッタリングターゲットは、非常に均一に硼素が分散若しくは拡散していることがわかる。このように硼素が非常に均一に分布することで、スパッタリングターゲットに加わる熱衝撃を緩和していると考えられる。
【００３２】
これらの結果から、酸化硼素を添加した本実施例のスパッタリングターゲットは、割れが発生するまでの時間が長く、また割れが小さいため、その後も異常放電が多発することはなかった。
【００３３】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態および上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態および上記実施例では、仮焼粉をホットプレスして焼結させているが、他の焼結方法としてＨＩＰ法（熱間等方加圧式焼結法）等を採用しても構わない。
【図１】
0005533411.tif 000003
【図２】
0005533411.tif 000004
【図３】
0005533411.tif 000005
【図４】
0005533411.tif 000006
【図５】
0005533411.tif 000007