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公開番号2025071224
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-02
出願番号2025025579,2022510610
出願日2025-02-20,2021-03-24
発明の名称Cr-Si系焼結体の製造方法
出願人東ソー株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C04B 35/58 20060101AFI20250424BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】高い機械的強度を有するCr-Si系焼結体の製造方法を提供すること。
【解決手段】Cr-Si系焼結体の製造方法は、ガスアトマイズ法により、純クロム及び純シリコンから合金粉末を調製する工程と、合金粉末を50MPa以下で加圧しながら、1100～1400℃で合金粉末を焼成することにより、Cr-Si系焼結体を得る工程と、を含む。上記焼結体は、結晶質のCrSi₂相及び結晶質のSi相を含む。上記焼結体中のSi相の含有量は、40質量%以上である。上記焼結体の真密度に対する上記焼結体の相対密度は、95%以上である。CrSi₂相の平均結晶粒径は40μm以下であり、Si相の平均結晶粒径は30μm以下である。上記焼結体中の不純物の含有量の合計は、200質量ppm以下であり、不純物は、Mn、Fe、Mg、Ca、Sr及びBaからなる群より選ばれる少なくとも一つである。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
ガスアトマイズ法によって、純クロム及び純シリコンから合金粉末を調製する調製工程と、
前記合金粉末を５０ＭＰａ以下の圧力で加圧しながら、１１００～１４００℃の焼成温度で前記合金粉末を焼成することにより、Ｃｒ及びＳｉを含むＣｒ－Ｓｉ系焼結体を得る焼成工程と、
を備え、
前記Ｃｒ－Ｓｉ系焼結体が、結晶質のＣｒＳｉ
２
相及び結晶質のＳｉ相を含み、
前記Ｃｒ－Ｓｉ系焼結体における前記Ｓｉ相の含有量が、４０質量％以上であり、
前記Ｃｒ－Ｓｉ系焼結体の真密度に対する前記Ｃｒ－Ｓｉ系焼結体の相対密度が、９５％以上であり、
前記ＣｒＳｉ
２
相の平均結晶粒径が、４０μｍ以下であり、
前記Ｓｉ相の平均結晶粒径が、３０μｍ以下であり、
前記Ｃｒ－Ｓｉ系焼結体における不純物の含有量の合計が、２００質量ｐｐｍ以下であり、
前記不純物が、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素である、
Ｃｒ－Ｓｉ系焼結体の製造方法。
続きを表示（約 240 文字）【請求項２】
前記焼成工程の焼成時間は、１時間以上５時間以下である、
請求項１に記載のＣｒ－Ｓｉ系焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記焼成工程の雰囲気は、不活性雰囲気である、
請求項１又は２に記載のＣｒ－Ｓｉ系焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記純クロムの純度は、９９．９質量％以上であり、
前記純シリコンの純度は、９９．９質量％以上である、
請求項１～３のいずれか一項に記載のＣｒ－Ｓｉ系焼結体の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の一側面は、薄膜の形成等に用いられるＣｒ－Ｓｉ系焼結体、スパッタリングターゲット、及び薄膜の製造方法に関するものである。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、ＣｒＳｉ
２
等のシリサイドは、温度変化に伴って変化し難い高い抵抗率（単位：Ω・ｃｍ）を有することから、半導体、太陽電池、自動車用センサー、及び家電用センサー等の多くの技術分野において薄膜として使用されている。工業的な薄膜の製造では、スパッタリング法が多用されている。しかし一般的に、シリサイドを含む組成物の機械的強度は低いため、スパッタリングターゲットの加工及び成膜中の放電の際に、シリサイドを含むスパッタリングターゲットは割れ易い。したがって、シリサイドを含む従来の組成物はスパッタリングターゲットとして使用し難い。下記特許文献１は、スパッタリングターゲットの機械的強度の向上のために、クロム（Ｃｒ）及びシリコン（Ｓｉ）の結晶相を含むスパッタリングターゲットを溶射法によって製造する方法を開示している。しかし、溶射法で製造されたスパッタリングターゲットにおいてＣｒの含有量が少ない箇所では、機械的強度が十分に高まらない。また特許文献１に記載の方法では、シリサイドの粉末を用いた溶射法によりスパッタリングターゲットが作製されるため、スパッタリングターゲットの機械的強度が十分に高まらない。
【０００３】
下記特許文献２は、Ｓｉとシリサイドを含む微細な共晶組織を有する組成物を溶融法によって製造する方法を開示している。しかし、溶融法によって製造された組成物においては、共晶組織の割合が低く多量の初晶が存在するので、組成物の機械的強度が十分に高まらない。このような組成物が大型化される場合、組成物内における冷却速度の違いに因り結晶組織の制御が困難となり、組成物における機械的強度の斑が大きくなる。
【０００４】
下記特許文献３及び４も、シリサイドを含むスパッタリングターゲットを開示している。しかし特許文献３には、スパッタリングターゲット中の不純物の含有量が記載されていない。特許文献４には、スパッタリングターゲット中の酸素及び炭素其々の含有量が記載されている。または特許文献４には、スパッタリングターゲットの製造過程において、シリサイド粉末を機械的に粉砕する工程が記載されている。しかし特許文献４には、半導体膜特性を劣化させる金属不純物の含有量の記載が無い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
日本国特開２０１７－８２３１４号公報
日本国特表２０１３－５０２３６８号公報
日本国特開２００２－１７３７６５号公報
日本国特開２００３－１６７３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一側面の目的は、Ｃｒ及びＳｉを含み、高い機械的強度を有するＣｒ－Ｓｉ系焼結体、当該焼結体を含むスパッタリングターゲット、及び当該スパッタリングターゲットを用いた薄膜の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、化学量論組成においてクロムシリサイド（ＣｒＳｉ
２
）相及びＳｉ相から構成され、特定量以上のＳｉ相を含むＣｒ－Ｓｉ系焼結体の製造プロセスについて鋭意検討を行った。その結果、本発明者らは、ガスアトマイズ粉末等の急冷合金粉末を使用することにより高い機械的強度を有するＣｒ－Ｓｉ系焼結体が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の一側面に係るＣｒ－Ｓｉ系焼結体、スパッタリングターゲット、及び薄膜の製造方法は、以下の通りである。
（１）クロム（Ｃｒ）、シリコン（Ｓｉ）を含むＣｒ－Ｓｉ系焼結体であり、Ｘ線回折で帰属される結晶構造がクロムシリサイド（ＣｒＳｉ
２
）、シリコン（Ｓｉ）から構成され、Ｓｉ相がバルク中に４０質量％以上存在し、焼結体密度が９５％以上であり、ＣｒＳｉ
２
相の平均粒径が４０μｍ以下かつＳｉ相の平均粒径が３０μｍ以下であり、Ｍｎ＋Ｆｅ＋Ｍｇ＋Ｃａ＋Ｓｒ＋Ｂａの合計の不純物量が２００ｐｐｍ以下であることを特徴とするＣｒ－Ｓｉ系焼結体。
つまり、本発明の一側面に係るＣｒ－Ｓｉ系焼結体（ｓｉｎｔｅｒｅｄｍａｔｅｒｉａｌ）は、Ｃｒ及びＳｉを含むＣｒ－Ｓｉ系焼結体であって、Ｃｒ－Ｓｉ系焼結体が、結晶質のＣｒＳｉ
２
相及び結晶質のＳｉ相を含み、Ｃｒ－Ｓｉ系焼結体におけるＳｉ相の含有量が、４０質量％以上であり、Ｃｒ－Ｓｉ系焼結体の真密度に対するＣｒ－Ｓｉ系焼結体の相対密度が、９５％以上であり、ＣｒＳｉ
２
相の平均結晶粒径が、４０μｍ以下であり、Ｓｉ相の平均結晶粒径が、３０μｍ以下であり、Ｃｒ－Ｓｉ系焼結体における不純物の含有量の合計が、２００質量ｐｐｍ以下であり、不純物が、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）及びバリウム（Ｂａ）からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素である。
（２）抗折強度が１００ＭＰａ以上であることを特徴とする（１）に記載のＣｒ－Ｓｉ系焼結体。
つまり、本発明の一側面に係るＣｒ－Ｓｉ系焼結体の抗折強度は、１００ＭＰａ以上であってよい。
（３）バルク中の酸素量が１質量％以下であることを特徴とする（１）又は（２）のいずれかに記載のＣｒ－Ｓｉ系焼結体。
つまり、本発明の一側面に係るＣｒ－Ｓｉ系焼結体における酸素の含有量は、１質量％以下であってよい。
（４）（１）～（３）のいずれかに記載のＣｒ－Ｓｉ系焼結体からなることを特徴とするスパッタリングターゲット。
つまり、本発明の一側面に係るスパッタリングターゲットは、上記のＣｒ－Ｓｉ系焼結体を含む。
（５）（４）に記載のスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングすることを特徴とする薄膜の製造方法。
つまり、本発明の一側面に係る薄膜の製造方法は、上記のスパッタリングターゲットを用いたスパッタリングにより、薄膜を形成する工程を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一側面によれば、Ｃｒ及びＳｉを含み、高い機械的強度を有するＣｒ－Ｓｉ系焼結体、当該焼結体を含むスパッタリングターゲット、及び当該スパッタリングターゲットを用いた薄膜の製造方法が提供される。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下では、本発明の好適な実施形態が説明される。本発明は下記実施形態に限定されるものではない。以下に記載の「質量％」は、重量％（ｗｔ％）と言い換えられてよい。以下に記載のＣｒ－Ｓｉ系焼結体は、バルクと言い換えられてよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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