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JP2007290875A - Titanium oxide-based sintered compact and its manufacturing method - Google Patents

Titanium oxide-based sintered compact and its manufacturing method Download PDF

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JP2007290875A
JP2007290875A JP2006117162A JP2006117162A JP2007290875A JP 2007290875 A JP2007290875 A JP 2007290875A JP 2006117162 A JP2006117162 A JP 2006117162A JP 2006117162 A JP2006117162 A JP 2006117162A JP 2007290875 A JP2007290875 A JP 2007290875A
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JP
Japan
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sintered body
titanium oxide
powder
oxide
metal
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Application number
JP2006117162A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Obara
剛 小原
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Mining Co Ltd filed Critical Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sputtering target suppressing the generation of abnormal electric discharge and the occurrence of cracks and breakage during sputtering in forming a titanium oxide-based thin film and a titanium oxide-based sintered compact to be used as its raw material. <P>SOLUTION: The titanium oxide-based sintered compact which contains a metal M consisting of at least one kind selected from elements in groups 5A and 6A of the periodic table at an atomic ratio M/(Ti+M) of 0.002-0.15, does not contain an oxide represented by M<SB>x</SB>O<SB>y</SB>, and has a relative density of ≥95%, a specific resistance of ≤50 Ω cm and an average crystal grain diameter of ≤5 μm is obtained by mixing and pulverizing raw material powder having a specific surface area of 1-15 m<SP>2</SP>/g, rapidly drying and granulating its slurry, and sintering the obtained granules at 800-1,200°C for 30 min-5 h under pressure of 9.8 MPa or above. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、スパッタリング法による酸化チタン系透明薄膜の成膜に用いられるスパッタリングターゲット、および、該スパッタリングターゲットに用いられる酸化チタン系焼結体およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a sputtering target used for forming a titanium oxide-based transparent thin film by a sputtering method, a titanium oxide-based sintered body used for the sputtering target, and a method for producing the same.

酸化チタン薄膜は、高屈折率を示し、光学薄膜として幅広く用いられている。   Titanium oxide thin films exhibit a high refractive index and are widely used as optical thin films.

一般的に、光学設計においては、高屈折率膜と低屈折率膜が用いられ、これらの膜を積層することにより、優れた光学特性を有する光学薄膜を実現している。屈折率が2よりも大きい高屈折率膜の材料としては、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化セリウム等が知られている。一方、屈折率が1.5よりも小さい低屈折率膜の材料としては、酸化ケイ素、フッ化マグネシウム等が知られている。   In general, in optical design, a high refractive index film and a low refractive index film are used, and an optical thin film having excellent optical characteristics is realized by laminating these films. As materials for a high refractive index film having a refractive index greater than 2, titanium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, cerium oxide, and the like are known. On the other hand, silicon oxide, magnesium fluoride and the like are known as materials for a low refractive index film having a refractive index smaller than 1.5.

酸化チタン薄膜の形成方法には、塗布法、蒸着法、スパッタリング法などがある。しかし、塗布法および蒸着法では、建材ガラスや自動車用ガラスなどの大面積基板上への均一な成膜は困難である。このため、スパッタリング法を用いて、酸化チタン薄膜を形成する方法が生産上好ましい。   Examples of the method for forming the titanium oxide thin film include a coating method, a vapor deposition method, and a sputtering method. However, it is difficult for the coating method and the vapor deposition method to form a uniform film on a large area substrate such as building glass or automotive glass. For this reason, the method of forming a titanium oxide thin film using sputtering method is preferable on production.

スパッタリング法においては、金属チタンのスパッタリングターゲットを用いて、酸素を含んだ雰囲気で成膜する反応性スパッタリングが広く用いられている。これは、酸化チタンからなるスパッタリングターゲットは導電性を有さず、直流(DC)スパッタリング法を用いることができないとされていたためである。しかし、反応スパッタリング法では、対アルゴン比で10%以上の酸素ガスを導入する必要がある。導入する酸素ガス量が多い場合、成膜速度が極端に遅くなるので、反応スパッタリング法では、量産性に欠けるという問題がある。   In the sputtering method, reactive sputtering in which a film is formed in an atmosphere containing oxygen using a metal titanium sputtering target is widely used. This is because a sputtering target made of titanium oxide has no electrical conductivity and cannot be used for direct current (DC) sputtering. However, in the reactive sputtering method, it is necessary to introduce oxygen gas of 10% or more in terms of argon ratio. When the amount of oxygen gas to be introduced is large, the film forming rate becomes extremely slow, so that the reactive sputtering method has a problem of lack of mass productivity.

酸化チタンからなるスパッタリングターゲットを用いた直流スパッタリングを可能とするために、酸化チタン焼結体に導電性を付与することが報告されている(特許文献1、2)。かかる酸化チタン焼結体では、二酸化チタン粉末を非酸化雰囲気中でホットプレスすることにより、該粉末から雰囲気へ酸素を移動させて、酸素欠陥を有する構造として、比抵抗値が10Ωcm以下の導電性を得ている。しかしながら、かかる焼結体では、スパッタリング時にクラックや割れが発生するという問題がある。   In order to enable direct current sputtering using a sputtering target made of titanium oxide, it has been reported that conductivity is imparted to a titanium oxide sintered body (Patent Documents 1 and 2). In such a titanium oxide sintered body, a titanium dioxide powder is hot-pressed in a non-oxidizing atmosphere to transfer oxygen from the powder to the atmosphere, thereby having a structure having oxygen defects, and having a specific resistance of 10 Ωcm or less. Have gained. However, such a sintered body has a problem that cracks and cracks occur during sputtering.

また、より高速成膜を実現するために、比較的高屈折率であり、かつ、成膜速度が速い金属酸化物を添加した酸化チタン系焼結体も報告されている。しかしながら、かかる焼結体においては、添加元素の酸化物が分散しているため、その酸化物を起点にスパッタリング時に異常放電が発生しやすいという問題がある(特許文献1〜3)。   In addition, in order to realize higher-speed film formation, a titanium oxide-based sintered body to which a metal oxide having a relatively high refractive index and a high film formation speed is added has been reported. However, in such a sintered body, since the oxide of the additive element is dispersed, there is a problem that abnormal discharge tends to occur during sputtering starting from the oxide (Patent Documents 1 to 3).

スパッタリング中に、異常放電が頻繁に起こると、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ず、膜特性に悪影響を及ぼす。また、スパッタリング中に、スパッタリングターゲットに、クラックや割れが生じると、その発生箇所に、ノジュールという低級酸化物が生成する場合がある。ノジュールは、スパッタリングにおいて、異常放電の発生や成膜速度低下の原因となる。また、パーティクルが発生して薄膜に付着することにより、屈折率、透過率などの膜特性に悪影響を及ぼす。   If abnormal discharge frequently occurs during sputtering, the plasma discharge state becomes unstable, and stable film formation is not performed, which adversely affects film characteristics. In addition, when a crack or a crack occurs in the sputtering target during sputtering, a lower oxide called nodule may be generated at the generation site. Nodules cause abnormal discharge and decrease the deposition rate during sputtering. In addition, the generation of particles and adhesion to the thin film adversely affects film properties such as refractive index and transmittance.

特開平7−233469号公報JP-A-7-233469

特開2004−2202号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-2202

特開2001−58871号公報JP 2001-58871 A

本発明は、酸化チタン系薄膜の成膜において、スパッタリングにおける、異常放電の発生、クラックや割れの発生を抑制しうるスパッタリングターゲット、およびその原料となる酸化チタン系焼結体を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a sputtering target capable of suppressing the occurrence of abnormal discharge, cracks and cracks in sputtering in the formation of a titanium oxide thin film, and a titanium oxide sintered body as a raw material thereof. And

本発明に係る酸化チタン系焼結体は、酸化チタンが主成分で、元素周期表上5A族元素、6A族元素の少なくとも一種からなる金属Mを、原子比でM/(Ti+M)が0.002〜0.15の割合となるように含み、かつ、Mxyで表される酸化物が存在せず、相対密度が95%以上、比抵抗が50Ωcm以下、結晶粒径が5μm以下であることを特徴とする。 In the titanium oxide-based sintered body according to the present invention, a metal M mainly composed of titanium oxide and composed of at least one of group 5A elements and group 6A elements on the periodic table of elements has an M / (Ti + M) ratio of 0.00. wherein such a proportion of from 002 to 0.15, and there is no oxide represented by M x O y, the relative density of 95% or more, a specific resistance of 50Ωcm or less, the crystal grain size of 5μm or less It is characterized by being.

かかる酸化チタン系焼結体は、比表面積が1〜15m2/gである、酸化チタン粉と、元素周期表上5A族元素、6A族元素の少なくとも一種からなる金属Mの金属酸化物粉または金属粉からなる原料粉末を、原子比でM/(Ti+M)が0.002〜0.15の割合となるように混合、粉砕した後、得られたスラリーを急速乾燥造粒し、得られた造粒粉を800〜1200℃、30分間〜5時間、9.8MPa以上の圧力で、真空中または不活性ガス雰囲気にて成形および焼結することにより製造される。 Such titanium oxide-based sintered body has a specific surface area of 1~15m 2 / g, titanium oxide powder, Group on the Periodic Table of the Elements 5A element, a metal oxide powder of a metal M consisting of at least one Group 6A element or After mixing and pulverizing the raw material powder made of metal powder so that the atomic ratio of M / (Ti + M) was 0.002 to 0.15, the obtained slurry was rapidly dried and granulated. The granulated powder is produced by molding and sintering in a vacuum or in an inert gas atmosphere at 800 to 1200 ° C. for 30 minutes to 5 hours at a pressure of 9.8 MPa or more.

得られた酸化チタン系焼結体を所定形状に加工することより、本発明に係るスパッタリングターゲットが得られる。   The sputtering target according to the present invention is obtained by processing the obtained titanium oxide-based sintered body into a predetermined shape.

本発明に係る酸化チタン系焼結体を用いたスパッタリングターゲットは、直流スパッタリングにおいて、クラックや割れが発生することがなく、また、異常放電の発生も少ない。このため、かかるスパッタリングターゲットを用いることで、高品質の透明薄膜を、効率的に、安価に、省エネルギーで成膜することができる。   In the sputtering target using the titanium oxide-based sintered body according to the present invention, cracks and cracks do not occur in direct current sputtering, and abnormal discharge is less likely to occur. Therefore, by using such a sputtering target, a high-quality transparent thin film can be formed efficiently, inexpensively and with energy saving.

本発明者は、上記課題を解決するために、酸化チタン系焼結体について解析を行い、鋭意検討を行った結果、酸化チタン系焼結体をスパッタリングターゲットとして、利用するためには、
(1)元素周期表における5A族元素、6A族元素の少なくとも一種が添加されていること、
(2)焼結体の密度が、相対密度で95%以上であるであること、
(3)焼結体の比抵抗が、50Ωcm以下であるであること、
(4)平均結晶粒径が5μm以下であること
(5)相構造はTiO2を主成分とし、Mxyで表される酸化物が存在しないこと、
が必要とされるとの知見を得た。これらについて、具体的に説明する。
In order to solve the above problems, the present inventor conducted an analysis on a titanium oxide-based sintered body, and as a result of intensive studies, in order to use the titanium oxide-based sintered body as a sputtering target,
(1) At least one of group 5A element and group 6A element in the periodic table is added,
(2) The density of the sintered body is 95% or more in terms of relative density,
(3) The specific resistance of the sintered body is 50 Ωcm or less,
(4) The average crystal grain size is 5 μm or less. (5) The phase structure is mainly composed of TiO 2 and no oxide represented by M x O y is present.
The knowledge that is needed. These will be specifically described.

(金属元素)
酸化チタン系焼結体の場合、酸素雰囲気、大気雰囲気などの酸化雰囲気で焼結を行うと絶縁性を示し、工業的に好ましい直流スパッタリング法での成膜が不可能となってしまう。
(Metal element)
In the case of a titanium oxide-based sintered body, if sintering is performed in an oxidizing atmosphere such as an oxygen atmosphere or an air atmosphere, insulation is exhibited, and film formation by an industrially preferable direct current sputtering method becomes impossible.

そのため、導電性を有する酸化チタン系焼結体を得るためには、還元雰囲気での焼結による酸素欠損の導入や5価以上の金属元素の固溶によるキャリア濃度の増加が必要になる。酸化チタンのみを還元雰囲気で焼結しても導電性の焼結体が得られるが、金属元素を含有させることで、より高強度の焼結体を得ることが可能となり、スパッタリング中のクラックや割れの発生を抑制できる。   Therefore, in order to obtain a conductive titanium oxide-based sintered body, it is necessary to introduce oxygen vacancies by sintering in a reducing atmosphere and to increase the carrier concentration by solid solution of pentavalent or higher metal elements. Even if only titanium oxide is sintered in a reducing atmosphere, a conductive sintered body can be obtained. However, by containing a metal element, a higher-strength sintered body can be obtained, and cracks during sputtering and Generation of cracks can be suppressed.

本発明に係る酸化チタン系焼結体においては、キャリア濃度を増加させる、焼結体の強度を高める目的で、かかる金属元素を、元素周期表上の5A族元素、6A族元素としている。具体的には、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、および、タングステンである。   In the titanium oxide-based sintered body according to the present invention, for the purpose of increasing the carrier concentration and increasing the strength of the sintered body, such metal elements are group 5A elements and group 6A elements on the periodic table. Specifically, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, and tungsten.

本発明に係る酸化チタン系焼結体では、元素周期表上5A族元素、6A族元素の少なくとも一種からなる金属Mを、原子比でM/(Ti+M)が0.002〜0.15の割合となるように含ませる。原子比が0.002未満であると、焼結体強度が低くなり、割れが多発しやすくなる。一方、0.15よりも多くなると、焼結体の比抵抗が50Ωcmよりも高くなるだけでなく、焼結体の熱膨張係数が小さくなり、焼結後の冷却時に、黒鉛型等の型との熱膨張差が大きくなって、焼結割れが発生してしまう。   In the titanium oxide-based sintered body according to the present invention, a metal M composed of at least one of group 5A elements and group 6A elements on the periodic table of elements, a ratio of M / (Ti + M) in an atomic ratio of 0.002 to 0.15. To be included. When the atomic ratio is less than 0.002, the strength of the sintered body is lowered, and cracks tend to occur frequently. On the other hand, if it exceeds 0.15, not only does the specific resistance of the sintered body become higher than 50 Ωcm, but also the thermal expansion coefficient of the sintered body decreases, and during cooling after sintering, As a result, the difference in thermal expansion increases and sintering cracks occur.

(焼結体密度)
焼結体の焼結体密度は、相対密度で95%以上であることが好ましい。焼結体密度が95%未満では、焼結体の比抵抗が増加してしまい、また、ノジュールの発生も増加する。
(Sintered body density)
The sintered body density of the sintered body is preferably 95% or more in terms of relative density. When the density of the sintered body is less than 95%, the specific resistance of the sintered body increases and the generation of nodules also increases.

ここで、相対密度は、真密度を式1で計算し、実際に作製した焼結体密度の実測値から算出する。なお、焼結体密度の実測値は、質量とその寸法から算出する。   Here, the relative density is calculated from the actual density of the sintered body actually produced by calculating the true density using Equation 1. In addition, the measured value of a sintered compact density is computed from mass and its dimension.

計算真密度=100/((TiO2の配合比(質量%)/TiO2の密度)+(金属酸化物の配合比(質量%)/金属酸化物の密度))・・・式1
(焼結体比抵抗)
スパッタリングターゲットにおいて、比抵抗は重要である。ターゲットの比抵抗が高いと、熱伝導が悪くなるため、ターゲットに熱応力が発生し、クラックや割れが発生しやすくなる。このため、スパッタリングターゲットに用いる焼結体では、その比抵抗が小さいことが好ましい。
Calculated true density = 100 / ((TiO 2 blending ratio (mass%) / TiO 2 density) + (metal oxide blending ratio (mass%) / metal oxide density)) Formula 1
(Sintered body resistivity)
In the sputtering target, the specific resistance is important. When the specific resistance of the target is high, heat conduction is deteriorated, so that thermal stress is generated in the target, and cracks and cracks are likely to occur. For this reason, it is preferable that the specific resistance is small in the sintered compact used for a sputtering target.

また、比抵抗が小さい焼結体をスパッタリングターゲットとして使用することで、成膜時の電流、電圧が小さくなり、膜へのダメージの減少、省エネも期待される。   In addition, by using a sintered body having a small specific resistance as a sputtering target, the current and voltage during film formation are reduced, and a reduction in damage to the film and energy saving are also expected.

したがって、焼結体の比抵抗は、50Ωcm以下とすることが好ましい。なお、焼結体の比抵抗は、4端針法で測定する。   Therefore, the specific resistance of the sintered body is preferably 50 Ωcm or less. The specific resistance of the sintered body is measured by a four-end needle method.

なお、焼結体の相対密度を95%以上とすることで、焼結体の比抵抗を50Ωcm以下とすることができる。   In addition, the specific resistance of a sintered compact can be 50 ohm-cm or less by making the relative density of a sintered compact 95% or more.

(平均結晶粒径)
焼結体中の平均結晶粒径が大きいと、焼結体強度は低くなる。このため、結晶粒径が大きい焼結体を用いて、スパッタリングを行うと、スパッタリングターゲットのクラックや割れの発生頻度が高くなる。また、結晶粒径を大きくすると、焼結体強度が低下するだけでなく、粒内に孤立空孔が存在し、クラックの起点および低密度化の原因となる。したがって、結晶粒径は小さい方がよい。
(Average crystal grain size)
When the average crystal grain size in the sintered body is large, the strength of the sintered body is lowered. For this reason, when sputtering is performed using a sintered body having a large crystal grain size, the frequency of occurrence of cracks and cracks in the sputtering target increases. Further, when the crystal grain size is increased, not only the strength of the sintered body is lowered, but isolated vacancies are present in the grains, which causes crack starting points and low density. Therefore, a smaller crystal grain size is better.

焼結体強度の低下によるクラックや割れの発生を抑制し、焼結体密度の高密度化を達成するためには平均結晶粒径は5μm以下とすることが好ましい。   In order to suppress the generation of cracks and cracks due to a decrease in the strength of the sintered body and achieve a high density of the sintered body, the average crystal grain size is preferably 5 μm or less.

なお、平均結晶粒径は、焼結体破断面を鏡面研磨した後、熱腐食によって粒界を析出させ、SEM観察にて測定する。   The average crystal grain size is measured by SEM observation after the fracture surface of the sintered body is mirror-polished and then grain boundaries are precipitated by thermal corrosion.

(相構造)
焼結体中に、酸化チタン相以外に、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化バナジウム、酸化モリブデンなどのMxyで表される添加金属酸化物が存在すると、スパッタリングにおける異常放電の原因となる。よって、焼結体中には、Mxyで表される添加金属酸化物が存在しない方が好ましい。添加金属酸化物の存在は、X線回折で判断する。
(Phase structure)
If an additive metal oxide represented by M x O y such as niobium oxide, tantalum oxide, vanadium oxide, and molybdenum oxide is present in the sintered body in addition to the titanium oxide phase, it causes abnormal discharge in sputtering. Therefore, it is preferable that the additive metal oxide represented by M x O y does not exist in the sintered body. The presence of the added metal oxide is judged by X-ray diffraction.

なお、本発明においては、添加金属酸化物が存在しないとは、X線回折で異相のピークが認められないことをいう。X線回折で添加金属酸化物のピークが認められなければ、電子顕微鏡などによるミクロ組織観察で添加金属酸化物が認められたとしても、添加金属酸化物は存在しないと判断する。   In the present invention, the absence of added metal oxide means that no heterogeneous peak is observed by X-ray diffraction. If the peak of the added metal oxide is not observed by X-ray diffraction, it is judged that the added metal oxide does not exist even if the added metal oxide is recognized by microscopic observation with an electron microscope or the like.

酸化チタン系焼結体に、これらの条件を具備させることによって、長期的にクラックや割れ、および、異常放電の発生が少ないスパッタリングターゲットを得ることができる。   By providing these conditions in the titanium oxide-based sintered body, it is possible to obtain a sputtering target with less generation of cracks and cracks and abnormal discharge over the long term.

次に、発明者は、酸化チタン系焼結体の製造工程における、酸化チタン系焼結体の上記特性に影響する各因子について検討した。   Next, the inventor examined each factor affecting the characteristics of the titanium oxide-based sintered body in the manufacturing process of the titanium oxide-based sintered body.

酸化チタン系焼結体の製造工程は、基本的には、酸化チタン粉末、および、添加される金属酸化物粉末または金属粉末からなる原料粉末を混合し、造粒して、造粒粉を得て、該造粒粉を成形および焼結することにより、焼結体を得ることからなる。   The production process of a titanium oxide sintered body basically includes mixing titanium oxide powder and added metal oxide powder or raw material powder made of metal powder and granulating to obtain granulated powder. Thus, the granulated powder is molded and sintered to obtain a sintered body.

[原料粉末]
焼結体の相対密度を95%以上とするためには、各原料の比表面積を制御する必要がある。比表面積が低すぎる場合、原料の粒径が大きくなり、粉末の充填密度が高くなるが、粒径が大きく、表面エネルギーが小さいため、焼結駆動力が小さくなり、高密度化が達成できない。逆に、比表面積が高すぎる場合、原料の充填密度は低くなり、そこで生じた空孔が低密度の原因となる。したがって、いずれの場合も、焼結体密度は高くならず、焼結体強度が低下して、ノジュールの発生の原因となる。
[Raw material powder]
In order to set the relative density of the sintered body to 95% or more, it is necessary to control the specific surface area of each raw material. When the specific surface area is too low, the particle size of the raw material is increased and the powder packing density is increased. However, since the particle size is large and the surface energy is small, the sintering driving force is reduced, and high density cannot be achieved. On the contrary, when the specific surface area is too high, the packing density of the raw material becomes low, and the voids generated there cause low density. Therefore, in any case, the density of the sintered body is not increased, and the strength of the sintered body is lowered, causing nodules.

したがって、本発明の酸化チタン系焼結体を得るためには、原料である酸化チタン粉末、金属酸化物粉末または金属粉末として、比表面積が1〜15m2/gの粉末を用いる。 Therefore, in order to obtain the titanium oxide-based sintered body of the present invention, a powder having a specific surface area of 1 to 15 m 2 / g is used as the raw material titanium oxide powder, metal oxide powder or metal powder.

酸化チタン粉末、および、金属酸化物粉末または金属粉末について、上記の比表面積の条件を満たすものを、一種または複数の添加金属からなる金属Mを、原子比でM/(Ti+M)が0.002〜0.15の割合となるように、秤量して、準備する。   Titanium oxide powder, and metal oxide powder or metal powder satisfying the above specific surface area, a metal M composed of one or a plurality of additional metals, and M / (Ti + M) is 0.002 in atomic ratio. Weigh and prepare to have a ratio of ˜0.15.

[混合、粉砕]
焼結体における添加金属酸化物の有無は、原料粉末の混合および粉砕条件、造粒方法に影響を受ける。原料粉末の混合工程では、原料の粒径、添加物の分布を均一にすることが必要となる。
[Mixing and grinding]
The presence or absence of the added metal oxide in the sintered body is affected by the mixing and grinding conditions of the raw material powder and the granulation method. In the raw material powder mixing step, it is necessary to make the raw material particle size and additive distribution uniform.

原料粉末の混合工程では、湿式または乾式によるボールミル、振動ミル、ビーズミル等を用いることができる。均一で微細な結晶粒および空孔を得るには、短時間で凝集体の解砕効率が高く、添加物の分散状態も良好となるビーズミル混合法が最も好ましい。   In the raw material powder mixing step, a wet or dry ball mill, vibration mill, bead mill, or the like can be used. In order to obtain uniform and fine crystal grains and vacancies, a bead mill mixing method is most preferable because the crushing efficiency of the aggregates is high in a short time and the additive is well dispersed.

ビーズミルによる粉砕、混合時間は、装置の大きさ、処理するスラリー量によって異なるが、スラリーの最大粒子径は1μm以内とすることが好ましい。   The pulverization and mixing time by the bead mill varies depending on the size of the apparatus and the amount of slurry to be processed, but the maximum particle size of the slurry is preferably 1 μm or less.

処理時間が短いと、原料粉末を均一に混合、粉砕できないため、存在する粗い粒子が添加金属酸化物となる可能性もある。一方、長時間の粉砕、混合を行うと、微粒子が存在するようになり、原料の充填密度が低くなって、焼結体の相対密度の低下を招く。   If the treatment time is short, the raw material powder cannot be uniformly mixed and pulverized, so that the existing coarse particles may become an added metal oxide. On the other hand, if pulverization and mixing are performed for a long time, fine particles are present, the packing density of the raw material is lowered, and the relative density of the sintered body is lowered.

[急速乾燥造粒]
添加金属酸化物が存在しない焼結体を作製するためには、原料粉末スラリーから造粒粉を得る造粒工程では、急速乾燥を用いた造粒方法が必要になる。
[Quick drying granulation]
In order to produce a sintered body in which no added metal oxide is present, a granulation method using rapid drying is required in the granulation step of obtaining granulated powder from the raw material powder slurry.

すなわち、原料粉をボールミル混合・粉砕した後、自然乾燥で乾燥させると、原料粉末の比重差によって、沈降速度が異なるため、酸化チタンと添加金属元素の分離が起こり、均一な造粒粉が得られなくなる。この不均一な造粒粉を用いて、成形、焼結を行うと、数10〜100μm程度の添加金属酸化物が偏折し、これが異常放電の発生の原因となる。   That is, when the raw material powder is ball mill mixed and pulverized and then dried by natural drying, the settling speed varies depending on the difference in specific gravity of the raw material powder. It becomes impossible. When molding and sintering are performed using this non-uniform granulated powder, an additive metal oxide of about several tens to 100 μm is bent, which causes an abnormal discharge.

急速乾燥造粒するための装置としては、スプレードライヤが広く用いられている。具体的な乾燥条件は、乾燥するスラリーのスラリー濃度、乾燥に用いる熱風温度、風量等の諸条件により決定されるため、実施に際しては、予め最適条件を求めておくことが必要となる。   As an apparatus for rapid drying granulation, a spray dryer is widely used. The specific drying conditions are determined by various conditions such as the slurry concentration of the slurry to be dried, the temperature of hot air used for drying, the air volume, etc., and therefore, it is necessary to obtain optimum conditions in advance.

[焼結方法]
本発明の酸化チタン系焼結体を得るための焼結方法としては、ホットプレス法のほか、還元雰囲気での焼結、熱間静水圧の加圧焼結を採用することができる。
[Sintering method]
As a sintering method for obtaining the titanium oxide-based sintered body of the present invention, in addition to the hot press method, sintering in a reducing atmosphere and pressure sintering with hot isostatic pressure can be employed.

ホットプレス法では、高温に大きな力を押圧型に加えるために、カーボン型と成形体(焼結体)が接する部分の一部、または、全部に介在物を置いて、焼結を行うことができる。これにより、焼結の間に、焼結体とカーボン型が強固に接着してしまうのを防止できる。   In the hot press method, in order to apply a large force to the pressing mold at a high temperature, it is possible to perform sintering by placing inclusions in part or all of the part where the carbon mold and the compact (sintered body) are in contact. it can. Thereby, it can prevent that a sintered compact and a carbon type adhere | attach firmly during sintering.

介在物の材質としては、焼結時にカーボンと反応したり、固着したりせず、焼結体への影響のないものであれば、特に制限なく使用できる。たとえば、鉄箔、カーボンシート、ステンレス鋼箔、ニッケル箔、タンタル箔等が挙げられる。   As the material of the inclusion, any material can be used without particular limitation as long as it does not react or adhere to carbon during sintering and does not affect the sintered body. For example, iron foil, a carbon sheet, stainless steel foil, nickel foil, tantalum foil, etc. are mentioned.

[焼結雰囲気]
ホットプレスの雰囲気として、黒鉛型の消耗を小さくするために、アルゴン、ヘリウム、キセノンなどの不活性ガスを用いることができるが、特に、10Pa以下の真空雰囲気で行うのが好ましい。
[Sintering atmosphere]
An inert gas such as argon, helium, or xenon can be used as the hot press atmosphere in order to reduce the exhaustion of the graphite mold, but it is particularly preferably performed in a vacuum atmosphere of 10 Pa or less.

[焼結温度、時間、圧力]
焼結体密度および平均結晶粒径について所定条件を具備する焼結体を得るためには、焼結温度、焼結時間および焼結時の圧力などの焼結条件を調整する必要がある。
[Sintering temperature, time, pressure]
In order to obtain a sintered body having predetermined conditions for the sintered body density and the average crystal grain size, it is necessary to adjust the sintering conditions such as the sintering temperature, the sintering time, and the pressure during sintering.

焼結温度は、800〜1200℃とする。焼結温度が800℃未満であると、焼結体の相対密度を95%以上とすることができず、焼結体強度が低下し、ノジュール発生の原因となる。一方、焼結温度が1200℃を超えると、著しい結晶粒成長により、平均結晶粒径の増大、粗大空孔の発生をきたし、焼結体強度の低下や異常放電の原因となる。また、焼結体と炉の間で反応が発生し、生産上好ましくない。   The sintering temperature is 800 to 1200 ° C. When the sintering temperature is less than 800 ° C., the relative density of the sintered body cannot be made 95% or more, the strength of the sintered body is lowered, and nodules are generated. On the other hand, when the sintering temperature exceeds 1200 ° C., significant crystal grain growth causes an increase in average crystal grain size and generation of coarse pores, resulting in a decrease in sintered body strength and abnormal discharge. In addition, a reaction occurs between the sintered body and the furnace, which is not preferable for production.

焼結時間は、30分〜5時間の範囲内とする。30分未満では、焼結体の平均結晶粒径は5μm以下となるが、十分に焼結せず、焼結体の相対密度が95%を下回ってしまう。30分以上の焼結時間とすれば、焼結体の相対密度を95%以上とすることができる。一方、焼結時間が5時間を超えると、焼結体の相対密度は95%を上回るが、焼結体の平均結晶粒径が大きくなり、焼結体強度が低くなってしまう。   The sintering time is in the range of 30 minutes to 5 hours. If it is less than 30 minutes, the average crystal grain size of the sintered body is 5 μm or less, but it is not sufficiently sintered, and the relative density of the sintered body is less than 95%. If the sintering time is 30 minutes or more, the relative density of the sintered body can be 95% or more. On the other hand, when the sintering time exceeds 5 hours, the relative density of the sintered body exceeds 95%, but the average crystal grain size of the sintered body increases and the sintered body strength decreases.

焼結時の圧力は、9.8MPa以上が好ましい。圧力が、9.8MPa未満であると、焼結体の相対密度が95%に満たない。特に、20MPa以上が好ましい。   The pressure during sintering is preferably 9.8 MPa or more. When the pressure is less than 9.8 MPa, the relative density of the sintered body is less than 95%. In particular, 20 MPa or more is preferable.

焼結体の製造工程における諸条件を上記のとおり制御することにより、相対密度が95%以上であり、比抵抗が50Ω・cm以下であり、平均結晶粒径が5μm以下であり、かつ、実質的に、金属酸化物が存在しない、酸化チタン系焼結体を得ることができる。   By controlling the various conditions in the manufacturing process of the sintered body as described above, the relative density is 95% or more, the specific resistance is 50 Ω · cm or less, the average crystal grain size is 5 μm or less, and substantially In particular, a titanium oxide-based sintered body free from metal oxide can be obtained.

かかる酸化チタン系焼結体を所定形状に加工することにより、酸化チタン系透明薄膜の成膜に用いることができ、ノジュールや異常放電、さらには、クラックや割れの発生がない、スパッタリングターゲットを得ることができる。   By processing such a titanium oxide-based sintered body into a predetermined shape, a sputtering target that can be used for forming a titanium oxide-based transparent thin film and that is free from nodules, abnormal discharge, and cracks and cracks is obtained. be able to.

以下、実施例により本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.

[実施例1]
比表面積7.3m2/gの酸化チタン(TiO2)粉および比表面積8.5m2/gの酸化ニオブ(Nb25)粉を、原子比で、Nb/(Ti+Nb)=0.06となるように配合し、ビーズミルにて各原料粉末の粒度が1μm以下になるまで混合、粉砕を行った。なお、比表面積の測定は、BET比表面積測定装置(株式会社マウンテック製、MacsorbHMmodel−1208)で行った。
[Example 1]
Titanium oxide (TiO 2 ) powder having a specific surface area of 7.3 m 2 / g and niobium oxide (Nb 2 O 5 ) powder having a specific surface area of 8.5 m 2 / g were converted to Nb / (Ti + Nb) = 0.06 in atomic ratio. The mixture was mixed and pulverized with a bead mill until the particle size of each raw material powder became 1 μm or less. The specific surface area was measured with a BET specific surface area measuring apparatus (manufactured by Mountec Co., Ltd., Macsorb HMmodel-1208).

こうして作製したスラリーを取り出して、スラリー供給速度140ml/min、熱風温度140℃、熱風量8Nm3/minの条件で、スプレードライヤを用いて、急速乾燥造粒した。 The slurry thus produced was taken out and rapidly dried and granulated using a spray dryer under the conditions of a slurry supply rate of 140 ml / min, a hot air temperature of 140 ° C., and a hot air amount of 8 Nm 3 / min.

得られた造粒粉を黒鉛型に充填して、ホットプレスで焼結させた。ホットプレスは、焼結温度950℃、焼結時間3時間、圧力30MPa、10MPa以下の真空雰囲気中で行った。   The obtained granulated powder was filled in a graphite mold and sintered by hot pressing. The hot pressing was performed in a vacuum atmosphere at a sintering temperature of 950 ° C., a sintering time of 3 hours, a pressure of 30 MPa, and 10 MPa or less.

得られた焼結体の密度を、焼結体の質量と幾何学的な寸法より算出後、焼結体の一部を切断して、切断部を鏡面研磨後、熱腐食して、走査電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ製、S−800)によるSEM観察から、平均結晶粒径を測定した。また、X線回折装置(株式会社リガク製、rad−RVB)を使用したX線回折を行った。その結果、この焼結体の相構造は、ルチル型の酸化チタン相が主相で、酸化ニオブに起因する回折ピークは検出されなかった。   After calculating the density of the obtained sintered body from the mass and geometric dimensions of the sintered body, a part of the sintered body is cut, the cut portion is mirror-polished, and then thermally corroded, thereby scanning electrons. The average crystal grain size was measured from SEM observation with a microscope (S-800, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). Moreover, X-ray diffraction using an X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku Corporation, rad-RVB) was performed. As a result, in the phase structure of this sintered body, the rutile type titanium oxide phase was the main phase, and no diffraction peak due to niobium oxide was detected.

得られた焼結体を直径75mm、厚さ6mmの円盤状に加工して、スパッタリングターゲットを作製した。このターゲットを用いて、直流マグネトロンスパッタリング中の異常放電回数、クラック発生の有無を調べた。スパッタリング条件は、投入電力200W、Arガス圧0.3Paに固定した。そして、実験開始から10時間経過後の10分あたりに発生する異常放電回数を測定した。   The obtained sintered body was processed into a disk shape having a diameter of 75 mm and a thickness of 6 mm to produce a sputtering target. Using this target, the number of abnormal discharges during DC magnetron sputtering and the presence or absence of cracks were examined. The sputtering conditions were fixed at an input power of 200 W and an Ar gas pressure of 0.3 Pa. And the frequency | count of abnormal discharge which generate | occur | produces per 10 minutes after 10-hour progress from the experiment start was measured.

得られたそれぞれの測定結果を表1に示す。なお、成膜により得られた膜の波長550nmにおける屈折率を測定したところ、2.5と高い値を示した。   The obtained measurement results are shown in Table 1. In addition, when the refractive index in wavelength 550nm of the film | membrane obtained by film-forming was measured, 2.5 and a high value were shown.

[実施例2]
比表面積1.3m2/gの酸化チタン(TiO2)粉および比表面積10.1m2/gの酸化ニオブ(Nb25)粉を用いたこと以外は、実施例1と同様に、焼結体およびスパッタリングターゲットを作製した。
[Example 2]
In the same manner as in Example 1, except that titanium oxide (TiO 2 ) powder having a specific surface area of 1.3 m 2 / g and niobium oxide (Nb 2 O 5 ) powder having a specific surface area of 10.1 m 2 / g were used. A bonded body and a sputtering target were prepared.

また、実施例1と同様に測定および試験を行った。得られた焼結体のX線回折結果から、この焼結体の相構造は、ルチル型の酸化チタンが主相で、酸化ニオブに起因する回折ピークは検出されなかった。   Measurements and tests were performed in the same manner as in Example 1. From the X-ray diffraction result of the obtained sintered body, the phase structure of this sintered body was mainly composed of rutile titanium oxide, and no diffraction peak due to niobium oxide was detected.

得られたそれぞれの測定結果を表1に示す。なお、成膜により得られた膜の波長550nmにおける屈折率は、2.4であった。   The obtained measurement results are shown in Table 1. In addition, the refractive index in wavelength 550nm of the film | membrane obtained by film-forming was 2.4.

[実施例3]
比表面積14.8m2/gの酸化チタン(TiO2)粉および比表面積10.3m2/gの酸化ニオブ(Nb25)粉を用いたこと以外は、実施例1と同様に、焼結体およびスパッタリングターゲットを作製した。
[Example 3]
In the same manner as in Example 1, except that titanium oxide (TiO 2 ) powder having a specific surface area of 14.8 m 2 / g and niobium oxide (Nb 2 O 5 ) powder having a specific surface area of 10.3 m 2 / g were used. A bonded body and a sputtering target were prepared.

また、実施例1と同様に測定および試験を行った。得られた焼結体のX線回折結果から、この焼結体の相構造は、ルチル型の酸化チタンが主相で、酸化ニオブに起因する回折ピークは検出されなかった。   Measurements and tests were performed in the same manner as in Example 1. From the X-ray diffraction result of the obtained sintered body, the phase structure of this sintered body was mainly composed of rutile titanium oxide, and no diffraction peak due to niobium oxide was detected.

得られたそれぞれの測定結果を表1に示す。なお、成膜により得られた膜の波長550nmにおける屈折率は、2.5であった。   The obtained measurement results are shown in Table 1. The refractive index at a wavelength of 550 nm of the film obtained by the film formation was 2.5.

[実施例4]
焼結温度を800℃、焼結時間を30分間としたことを除き、実施例1と同様にして、焼結体およびスパッタリングターゲットを作製した。
[Example 4]
A sintered body and a sputtering target were produced in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature was 800 ° C. and the sintering time was 30 minutes.

また、実施例1と同様に測定および試験を行った。得られた焼結体のX線回折結果から、この焼結体の相構造は、ルチル型の酸化チタン相が主相で、酸化ニオブに起因する回折ピークは検出されなかった。   Measurements and tests were performed in the same manner as in Example 1. From the X-ray diffraction result of the obtained sintered body, the rutile type titanium oxide phase was the main phase in the phase structure of the sintered body, and no diffraction peak due to niobium oxide was detected.

得られたそれぞれの測定結果を表1に示す。なお、成膜により得られた膜の波長550nmにおける屈折率は、2.5であった。   The obtained measurement results are shown in Table 1. The refractive index at a wavelength of 550 nm of the film obtained by the film formation was 2.5.

[実施例5]
焼結温度を1200℃、焼結時間を5時間としたことを除き、実施例1と同様にして、焼結体およびスパッタリングターゲットを作製した。
[Example 5]
A sintered body and a sputtering target were produced in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature was 1200 ° C. and the sintering time was 5 hours.

また、実施例1と同様に測定および試験を行った。得られた焼結体のX線回折結果から、この焼結体の相構造は、ルチル型の酸化チタン相が主相で、酸化ニオブに起因する回折ピークは検出されなかった。   Measurements and tests were performed in the same manner as in Example 1. From the result of X-ray diffraction of the obtained sintered body, the phase structure of this sintered body was a rutile type titanium oxide phase as a main phase, and no diffraction peak due to niobium oxide was detected.

得られたそれぞれの測定結果を表1に示す。なお、成膜により得られた膜の波長550nmにおける屈折率は、2.4であった。   The obtained measurement results are shown in Table 1. In addition, the refractive index in wavelength 550nm of the film | membrane obtained by film-forming was 2.4.

[実施例6]
焼結時の圧力を9.8MPaとしたことを除き、実施例1と同様にして、焼結体およびスパッタリングターゲットを作製した。
[Example 6]
A sintered body and a sputtering target were produced in the same manner as in Example 1 except that the pressure during sintering was 9.8 MPa.

また、実施例1と同様に測定および試験を行った。得られた焼結体のX線回折結果から、この焼結体の相構造は、ルチル型の酸化チタン相が主相で、酸化ニオブに起因する回折ピークは検出されなかった。   Measurements and tests were performed in the same manner as in Example 1. From the X-ray diffraction result of the obtained sintered body, the rutile type titanium oxide phase was the main phase in the phase structure of the sintered body, and no diffraction peak due to niobium oxide was detected.

得られたそれぞれの測定結果を表1に示す。なお、成膜により得られた膜の波長550nmにおける膜の屈折率は、2.5であった。   The obtained measurement results are shown in Table 1. In addition, the refractive index of the film | membrane in wavelength 550nm of the film | membrane obtained by film-forming was 2.5.

[実施例7]
添加金属であるニオブの原子比を0.002としたことを除き、実施例1と同様にして、焼結体およびスパッタリングターゲットを作製した。
[Example 7]
A sintered body and a sputtering target were produced in the same manner as in Example 1 except that the atomic ratio of niobium as an additive metal was 0.002.

また、実施例1と同様に測定および試験を行った。得られた焼結体のX線回折結果から、この焼結体の相構造は、ルチル型の酸化チタン相が主相で、酸化ニオブに起因する回折ピークは検出されなかった。   Measurements and tests were performed in the same manner as in Example 1. From the X-ray diffraction result of the obtained sintered body, the rutile type titanium oxide phase was the main phase in the phase structure of the sintered body, and no diffraction peak due to niobium oxide was detected.

得られたそれぞれの測定結果を表1に示す。なお、成膜により得られた膜の波長550nmにおける屈折率は、2.4であった。   The obtained measurement results are shown in Table 1. In addition, the refractive index in wavelength 550nm of the film | membrane obtained by film-forming was 2.4.

[実施例8]
添加金属であるニオブの原子比を0.15としたことを除き、実施例1と同様にして、焼結体およびスパッタリングターゲットを作製した。
[Example 8]
A sintered body and a sputtering target were produced in the same manner as in Example 1 except that the atomic ratio of niobium as an additive metal was 0.15.

また、実施例1と同様に測定および試験を行った。得られた焼結体のX線回折結果から、この焼結体の相構造は、ルチル型の酸化チタン相が主相で、酸化ニオブに起因する回折ピークは検出されなかった。   Measurements and tests were performed in the same manner as in Example 1. From the X-ray diffraction result of the obtained sintered body, the rutile type titanium oxide phase was the main phase in the phase structure of the sintered body, and no diffraction peak due to niobium oxide was detected.

得られたそれぞれの測定結果を表1に示す。なお、成膜により得られた膜の波長550nmにおける屈折率は、2.5であった。   The obtained measurement results are shown in Table 1. The refractive index at a wavelength of 550 nm of the film obtained by the film formation was 2.5.

[実施例9]
比表面積7.3m2/gの酸化チタン(TiO2)粉および比表面積10.1m2/gの酸化タングステン(WO3)粉を、原子比でW/(Ti+W)=0.06となるように配合し、ビーズミルにて各原料粉末の粒度が1μm以下になるまで混合、粉砕を行ったこと以外は、実施例1と同様にして、焼結体およびスパッタリングターゲットを作製した。
[Example 9]
Titanium oxide (TiO 2 ) powder having a specific surface area of 7.3 m 2 / g and tungsten oxide (WO 3 ) powder having a specific surface area of 10.1 m 2 / g are set to have an atomic ratio of W / (Ti + W) = 0.06. A sintered body and a sputtering target were produced in the same manner as in Example 1 except that the mixture was mixed and pulverized until the particle size of each raw material powder became 1 μm or less using a bead mill.

また、実施例1と同様に測定および試験を行った。得られた焼結体のX線回折結果から、この焼結体の相構造は、ルチル型の酸化チタン相が主相で、酸化タングステンに起因する回折ピークは検出されなかった。   Measurements and tests were performed in the same manner as in Example 1. From the X-ray diffraction result of the obtained sintered body, the rutile type titanium oxide phase was the main phase in the phase structure of the sintered body, and no diffraction peak due to tungsten oxide was detected.

得られたそれぞれの測定結果を表1に示す。なお、成膜により得られた膜の波長550nmにおける屈折率は、2.4であった。   The obtained measurement results are shown in Table 1. In addition, the refractive index in wavelength 550nm of the film | membrane obtained by film-forming was 2.4.

[比較例1]
比表面積0.5m2/gの酸化チタン(TiO2)粉および比表面積0.9m2/gの酸化ニオブ(Nb25)粉を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、焼結体およびスパッタリングターゲットを作製した。
[Comparative Example 1]
Except for using titanium oxide (TiO 2 ) powder with a specific surface area of 0.5 m 2 / g and niobium oxide (Nb 2 O 5 ) powder with a specific surface area of 0.9 m 2 / g, A sintered body and a sputtering target were prepared.

また、実施例1と同様に測定および試験を行った。得られたスラリーの粒度分布を測定してみると、スラリーの最大粒子径は10μmであった。また、得られた焼結体のX線回折において、酸化ニオブに起因する回折ピークが検出された。   Measurements and tests were performed in the same manner as in Example 1. When the particle size distribution of the obtained slurry was measured, the maximum particle size of the slurry was 10 μm. Further, in the X-ray diffraction of the obtained sintered body, a diffraction peak due to niobium oxide was detected.

得られたそれぞれの測定結果を表1に示す。なお、成膜により得られた膜の波長550nmにおける屈折率は、2.5であった。   The obtained measurement results are shown in Table 1. The refractive index at a wavelength of 550 nm of the film obtained by the film formation was 2.5.

[比較例2]
比表面積20.1m2/gの酸化チタン(TiO2)粉および比表面積16.1m2/gの酸化ニオブ(Nb25)粉を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、焼結体およびスパッタリングターゲットを作製した。
[Comparative Example 2]
Except for using titanium oxide (TiO 2 ) powder having a specific surface area of 20.1 m 2 / g and niobium oxide (Nb 2 O 5 ) powder having a specific surface area of 16.1 m 2 / g, the same as in Example 1, A sintered body and a sputtering target were prepared.

また、実施例1と同様に測定および試験を行った。得られた焼結体のX線回折結果から、この焼結体の相構造は、ルチル型の酸化チタン相が主相で、酸化ニオブに起因する回折ピークは検出されなかった。   Measurements and tests were performed in the same manner as in Example 1. From the X-ray diffraction result of the obtained sintered body, the rutile type titanium oxide phase was the main phase in the phase structure of the sintered body, and no diffraction peak due to niobium oxide was detected.

得られたそれぞれの測定結果を表1に示す。なお、成膜により得られた膜の波長550nmにおける屈折率は、2.4であった。   The obtained measurement results are shown in Table 1. In addition, the refractive index in wavelength 550nm of the film | membrane obtained by film-forming was 2.4.

[比較例3]
焼結温度を800℃、焼結時間を10分間としたことを除き、実施例1と同様にして、焼結体およびスパッタリングターゲットを作製した。
[Comparative Example 3]
A sintered body and a sputtering target were produced in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature was 800 ° C. and the sintering time was 10 minutes.

また、実施例1と同様に測定および試験を行った。得られた焼結体のX線回折結果から、この焼結体の相構造は、ルチル型の酸化チタン相が主相で、酸化ニオブに起因する回折ピークは検出されなかった。   Measurements and tests were performed in the same manner as in Example 1. From the X-ray diffraction result of the obtained sintered body, the rutile type titanium oxide phase was the main phase in the phase structure of the sintered body, and no diffraction peak due to niobium oxide was detected.

得られたそれぞれの測定結果を表1に示す。なお、成膜により得られた膜の波長550nmにおける屈折率は、2.4であった。   The obtained measurement results are shown in Table 1. In addition, the refractive index in wavelength 550nm of the film | membrane obtained by film-forming was 2.4.

[比較例4]
焼結温度を1300℃、焼結時間を10時間にしたことを除き、実施例1と同様にして、焼結体およびスパッタリングターゲットを作製した。
[Comparative Example 4]
A sintered body and a sputtering target were produced in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature was 1300 ° C. and the sintering time was 10 hours.

また、実施例1と同様に測定および試験を行った。得られた焼結体のX線回折結果から、この焼結体の相構造は、ルチル型の酸化チタン相が主相で、酸化ニオブに起因する回折ピークは検出されなかった。   Measurements and tests were performed in the same manner as in Example 1. From the X-ray diffraction result of the obtained sintered body, the rutile type titanium oxide phase was the main phase in the phase structure of the sintered body, and no diffraction peak due to niobium oxide was detected.

得られたそれぞれの測定結果を表1に示す。なお、成膜により得られた膜の波長550nmにおける屈折率は、2.3であった。   The obtained measurement results are shown in Table 1. In addition, the refractive index in wavelength 550nm of the film | membrane obtained by film-forming was 2.3.

[比較例5]
焼結時の圧力を5MPaにしたこと以外は、実施例1と同様にして、焼結体およびスパッタリングターゲットを作製した。
[Comparative Example 5]
A sintered body and a sputtering target were produced in the same manner as in Example 1 except that the pressure during sintering was 5 MPa.

また、実施例1と同様に測定および試験を行った。得られた焼結体のX線回折において、酸化ニオブに起因する回折ピークが検出された。   Measurements and tests were performed in the same manner as in Example 1. In the X-ray diffraction of the obtained sintered body, a diffraction peak due to niobium oxide was detected.

得られたそれぞれの測定結果を表1に示す。なお、成膜により得られた膜の波長550nmにおける屈折率は、2.4であった。   The obtained measurement results are shown in Table 1. In addition, the refractive index in wavelength 550nm of the film | membrane obtained by film-forming was 2.4.

[比較例6]
スラリーの乾燥を、高温槽で、自然乾燥して、得られた粉末を300μm以下に粉砕して造粒粉とした以外は、実施例1と同様にして、焼結体およびスパッタリングターゲットを作製した。
[Comparative Example 6]
The sintered body and the sputtering target were produced in the same manner as in Example 1 except that the slurry was naturally dried in a high-temperature bath and the obtained powder was pulverized to 300 μm or less to obtain a granulated powder. .

また、実施例1と同様に測定および試験を行った。得られた焼結体のX線回折において、酸化ニオブに起因する回折ピークが検出された。   Measurements and tests were performed in the same manner as in Example 1. In the X-ray diffraction of the obtained sintered body, a diffraction peak due to niobium oxide was detected.

得られたそれぞれの測定結果を表1に示す。なお、成膜により得られた膜の波長550nmにおける屈折率は、2.4であった。   The obtained measurement results are shown in Table 1. In addition, the refractive index in wavelength 550nm of the film | membrane obtained by film-forming was 2.4.

[比較例7]
添加金属であるニオブの原子比を0.001としたことを除き、実施例1と同様にして、焼結体およびスパッタリングターゲットを作製した。
[Comparative Example 7]
A sintered body and a sputtering target were produced in the same manner as in Example 1 except that the atomic ratio of niobium as an additive metal was 0.001.

また、実施例1と同様に測定および試験を行った。得られた焼結体のX線回折結果から、この焼結体の相構造は、ルチル型の酸化チタン相が主相で、酸化ニオブに起因する回折ピークは検出されなかった。   Measurements and tests were performed in the same manner as in Example 1. From the X-ray diffraction result of the obtained sintered body, the rutile type titanium oxide phase was the main phase in the phase structure of the sintered body, and no diffraction peak due to niobium oxide was detected.

得られたそれぞれの測定結果を表1に示す。なお、成膜により得られた膜の波長550nmにおける屈折率は、2.4であった。   The obtained measurement results are shown in Table 1. In addition, the refractive index in wavelength 550nm of the film | membrane obtained by film-forming was 2.4.

[比較例8]
添加金属であるニオブの原子比を0.16としたことを除き、実施例1と同様にして、焼結体の作製を行った。しかしながら、焼結時に割れが発生して、ターゲットへの加工は不可能であった。

Figure 2007290875
[Comparative Example 8]
A sintered body was produced in the same manner as in Example 1 except that the atomic ratio of niobium as an additive metal was 0.16. However, cracks occurred during sintering, and it was impossible to process the target.
Figure 2007290875

表1から理解されるように、本発明の範囲にある実施例1〜9の酸化チタン系焼結体の相対密度は、95%以上である。また、焼結体の比抵抗においても、最大で35.5Ω・cmである。   As understood from Table 1, the relative density of the titanium oxide-based sintered bodies of Examples 1 to 9 within the scope of the present invention is 95% or more. Also, the specific resistance of the sintered body is 35.5 Ω · cm at the maximum.

さらに、得られた焼結体には、酸化ニオブ(Nb25)や酸化タングステン(WO3)の酸化物が存在していない。 Further, niobium oxide (Nb 2 O 5 ) or tungsten oxide (WO 3 ) oxide does not exist in the obtained sintered body.

これに対して、比較例1および比較例2は、原料の比表面積が、本発明の範囲外にある例である。したがって、比較例1では、焼結体の相対密度、平均結晶粒径、比抵抗についての要件を満たさず、さらに、酸化ニオブも見られた。このため、クラック、異常放電が発生した。また、比較例2も、焼結体の焼結体密度、比抵抗についての要件を満たさず、クラック、異常放電が発生した。   On the other hand, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are examples in which the specific surface area of the raw material is outside the scope of the present invention. Therefore, in Comparative Example 1, the requirements for the relative density, average crystal grain size, and specific resistance of the sintered body were not satisfied, and niobium oxide was also observed. For this reason, cracks and abnormal discharge occurred. In Comparative Example 2, the sintered body density and specific resistance of the sintered body were not satisfied, and cracks and abnormal discharge occurred.

比較例3〜5は、焼結条件が、本発明の範囲外にある例である。したがって、比較例3では、焼結体密度、比抵抗についての要件を満たさず、酸化ニオブも存在していた。このため、クラック、異常放電が発生した。比較例4では、平均結晶粒径について要件を満たさず、クラック、異常放電の発生が見られた。また、比較例5では、焼結体密度、比抵抗についての要件を満たさず、酸化ニオブも存在しており、クラック、異常放電が発生した。   Comparative Examples 3 to 5 are examples in which the sintering conditions are outside the scope of the present invention. Therefore, in Comparative Example 3, the requirements for the sintered body density and specific resistance were not satisfied, and niobium oxide was also present. For this reason, cracks and abnormal discharge occurred. In Comparative Example 4, the requirement for the average crystal grain size was not satisfied, and generation of cracks and abnormal discharge was observed. Further, in Comparative Example 5, the requirements for the sintered body density and specific resistance were not satisfied, niobium oxide was also present, and cracks and abnormal discharge occurred.

比較例6では、造粒を自然乾燥で行ったため、酸化ニオブが存在していた。したがって、クラック、異常放電の発生が見られた。   In Comparative Example 6, since the granulation was performed by natural drying, niobium oxide was present. Accordingly, cracks and abnormal discharge were observed.

比較例7は、添加元素の原子比が本発明の範囲外にある例である。平均結晶粒径について要件を満たさないことと、焼結体強度自体が低下したことによるクラック、異常放電の発生が見られた。   Comparative Example 7 is an example in which the atomic ratio of the additive element is outside the scope of the present invention. The generation of cracks and abnormal discharges due to the fact that the average crystal grain size did not satisfy the requirements and the sintered body strength itself decreased was observed.

Claims (4)

比表面積が1〜15m2/gである、酸化チタン粉と、元素周期表上5A族元素、6A族元素の少なくとも一種からなる金属Mの金属酸化物粉または金属粉からなる原料粉末を、原子比でM/(Ti+M)が0.002〜0.15の割合となるように混合、粉砕した後、得られたスラリーを急速乾燥造粒し、得られた造粒粉を800〜1200℃、30分間〜5時間、9.8MPa以上の圧力で、真空中または不活性ガス雰囲気にて成形および焼結することを特徴とする酸化チタン系焼結体の製造方法。 A raw material powder made of titanium oxide powder having a specific surface area of 1 to 15 m 2 / g and metal oxide powder or metal powder of metal M consisting of at least one of group 5A elements and group 6A elements on the periodic table of atoms. After mixing and pulverizing so that M / (Ti + M) is a ratio of 0.002 to 0.15 in a ratio, the obtained slurry is rapidly dried and granulated, and the obtained granulated powder is subjected to 800 to 1200 ° C., A method for producing a titanium oxide-based sintered body, comprising forming and sintering in a vacuum or in an inert gas atmosphere at a pressure of 9.8 MPa or more for 30 minutes to 5 hours. 比表面積が1〜15m2/gである、酸化チタン粉と、元素周期表上5A族元素、6A族元素の少なくとも一種からなる金属Mの金属酸化物粉または金属粉からなる原料粉末を、原子比でM/(Ti+M)が0.002〜0.15の割合となるように混合、粉砕した後、得られたスラリーを急速乾燥造粒し、得られた造粒粉を800〜1200℃、30分間〜5時間、9.8MPa以上の圧力で、真空中または不活性ガス雰囲気にて成形および焼結することにより得られる酸化チタン系焼結体。 A raw material powder made of titanium oxide powder having a specific surface area of 1 to 15 m 2 / g and metal oxide powder or metal powder of metal M consisting of at least one of group 5A elements and group 6A elements on the periodic table of atoms. After mixing and pulverizing so that M / (Ti + M) is a ratio of 0.002 to 0.15 in a ratio, the obtained slurry is rapidly dried and granulated, and the obtained granulated powder is subjected to 800 to 1200 ° C., A titanium oxide-based sintered body obtained by molding and sintering in a vacuum or in an inert gas atmosphere at a pressure of 9.8 MPa or more for 30 minutes to 5 hours. 酸化チタンが主成分で、元素周期表上5A族元素、6A族元素の少なくとも一種からなる金属Mを、原子比でM/(Ti+M)が0.002〜0.15の割合となるように含み、かつ、Mxyで表される酸化物が存在せず、相対密度が95%以上、比抵抗が50Ωcm以下、結晶粒径が5μm以下であることを特徴とする酸化チタン系焼結体。 Including a metal M composed mainly of titanium oxide and consisting of at least one of group 5A elements and group 6A elements on the periodic table so that the atomic ratio of M / (Ti + M) is 0.002 to 0.15. And an oxide represented by M x O y does not exist, the relative density is 95% or more, the specific resistance is 50 Ωcm or less, and the crystal grain size is 5 μm or less. . 請求項2〜3のいずれかに記載の酸化チタン系焼結体を所定形状に加工して得られるスパッタリングターゲット。   A sputtering target obtained by processing the titanium oxide-based sintered body according to claim 2 into a predetermined shape.
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