AT13602U2

AT13602U2 - Sputtering Target und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: AT13602U2
Application number: ATGM354/2013U
Authority: AT
Inventors: Nikolaus Reinfried; Michael Schober; Wolfram Knabl; Jörg Winkler
Original assignee: Plansee Se
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2014-04-15
Also published as: WO2015061816A1; SG11201602431SA; CN105683407A; WO2015061816A9; US20160254128A1; JP6479788B2; TW201516160A; JP2017502166A; CN105683407B; AT13602U3; TWI654315B; DE112014004949A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sputtering Target aus einer Mo-Legierung, die zumindest ein Metall der Gruppe 5 des Periodensystems enthält, wobei der mittlere Gehalt an Gruppe 5 Metall 5 bis 15 At% und der Mo-Gehalt ≥ 80 At% betragen. Das Sputtering Target weist ein mittleres C/O Verhältnis in (At% / At%) von ≥ 1 auf. Die erfindungsgemäßen Sputtering Targets lassen sich durch Umformung herstellen und weisen ein verbessertes Sputterverhalten auf.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Sputtering Target, das Molybdän (Mo) und zumindest ein Metall der Gruppe 5 des Periodensystems umfasst, wobei der mittlere Gehalt Cm an Gruppe 5 Metall 5 bis 15 At% und der Mo-Gehalt > 80 At% betragen.

[0002] Das Sputtern, auch Kathodenzerstäubung genannt, ist ein physikalischer Vorgang, bei dem Atome aus einem Sputtering Target durch Beschuss mit energiereichen Ionen herausgelöst werden und in die Gasphase übergehen. Sputtering Targets aus Mo, die Gruppe 5 Metalle enthalten, sind bekannt.

[0003] So beschreibt die EP 0 285 130 AI ein Sputtering Target aus einer Mo- Legierung, die 50 bis 85 At% Tantal (Ta) enthält. Die JP 2002 327264 A offenbart ein Sputtering Target aus einer Mo-Legierung, die 2 bis 50 At% Niob (Nb) und/oder Vanadium (V) enthält, eine relative Dichte > 95%, eine Biegefestigkeit > 300 MPa und eine Korngröße < 300 pm aufweist. Das Sputtering Target weist eine Diffusionsphase und zumindest eine Reinphase oder nur Diffusionsphase auf. Die JP 2005 307226 A offenbart ein Sputtering Target aus einer Mo-Legierung, die 0,1 bis 50 At% eines Übergangsmetalls enthält. Das Sputtering Target weist eine Länge > 1 m und eine homogene Dichte von > 98% auf. Alternativ beschreibt die JP 2005 307226 A ein Sputtering Target, das über die gesamte Länge Schwankungen der Zusammensetzung von < 20% auf.

[0004] Mo-Nb und Mo-Ta Sputtering Targets werden beispielsweise für die Herstellung von Elektrodenschichten für Dünnschichttransistoren oder von Kontaktschichten für Touch-Panels eingesetzt. Den steigenden Anforderungen in Hinblick auf Schichtqualität und -homogenität und dies in immer größer werdenden Abmessungen gerecht zu werden, ist Ziel zahlreicher Entwicklungsaktivitäten. So beschreibt die JP 2008 280570 A einen Herstellprozess für ein Mo-Nb Sputtering Target mit einem Nb-Gehalt von 0,5 bis 50 At%, bei dem zunächst ein Mo-Sinterling hergestellt wird, der wiederum zu Pulver gebrochen wird. Das so hergestellte Mo-Pulver wird einer reduzierenden Behandlung unterzogen und mit Nb-Pulver vermischt. Anschließend wird diese Mischung durch heißisostatisches Pressen verdichtet. Mit diesem Prozess ist es zwar möglich, den Sauerstoffgehalt im Pulver zu reduzieren, nicht jedoch eine weitere Reduktion des Sauerstoffgehalts im Sputtering Target zu erzielen, da das heißisostatische Pressen in einem geschlossenen Behälter (Kanne) erfolgt. Zudem ist es auch nicht möglich, Nb in einer für viele Anwendungen erforderlichen Homogenität im Mo zu verteilen.

[0005] Die JP 2005 290409 A wiederum beschreibt ein Sputtering Target aus einer Mo-Legierung, die 0,5 bis 50 At% eines Metalls der Gruppe Ti, Zr, V, Nb und Cr enthält, wobei der im Target enthaltene Sauerstoff in Form von Oxiden im Grenzflächenbereich Mo-reiche Phase/ Legierungselement-reiche Phase angeordnet ist. Die bevorzugte Herstellmethode dafür umfasst die Schritte Mischen von Mo-Pulver und Pulver des Legierungselements, Sintern, Brechen des Sinterlings zu Pulver und Verdichten des so produzierten Pulvers durch heißisostatisches Pressen im gekannten Zustand. Die Oxide beeinflussen nachteilig die Homogenisierung des Sputtering Targets während des Heißpressens, da die Korngrenzen-Diffusionsgeschwindigkeit reduziert wird. Zudem wirken sich die Oxide nachteilig auf das Sputterverhalten aus.

[0006] Die JP 2013 83000 A beschreibt die Herstellung eines Sputtering Targets aus einer Mo-Legierung, die 0,5 bis 60 At% eines oder mehrerer Elemente der Gruppe Ti, Nb und Ta enthält, wobei Mo-Pulver mit einem Hydridpulver des Legierungselements gemischt wird, diese Mischung bei 300°C bis I.OOOO entgast und anschließend durch heißisostatisches Pressen verdichtet wird. Das Hydridpulver zersetzt sich zwar beim Entgasen zum Metallpulver, bei weiteren Verarbeitungsschritten kommt es jedoch wieder zu Sauerstoffaufnahme durch Adsorption an Oberflächen der Pulverpartikel. Dieser Sauerstoff wird beim heißisostatischen Pressen nicht abgebaut.

[0007] Die beschriebenen Sputtering Targets erfüllen nicht die steigenden Anforderungen in Hinblick auf Schichthomogenität, Homogenität des Sputterverhaltens und Vermeidung unerwünschter lokaler Anschmelzungen. Lokale Anschmelzungen werden beispielsweise durch Are-

Prozesse (lokale Ausbildung eines Lichtbogens) verursacht.

[0008] Mit den beschriebenen Herstelltechnologien ist es nicht möglich, Sputtering Targets herzustellen, die die zuvor beschriebenen Anforderungen erfüllen und zwar aus zumindest einem der folgenden Gründe: [0009] a) Oxide behindern die Korngrenzendiffusion; [0010] b) ein Sauerstoffabbau während des Konsolidierungsprozesses ist nicht möglich; [0011] c) der Konsolidierungsprozess führt nicht zu einer ausreichenden Homogenisierung der Legierungselemente; [0012] d) Grenzflächen- und Korngrenzenvolumen sowie Fehlstellendichte, die für eine aus reichend hohe Diffusionsgeschwindigkeit mitverantwortlich sind, sind nicht ausreichend hoch genug; [0013] e) der Konsolidierungsprozess führt zu einer unzulässig hohen Kornvergröberung; [0014] f) das eingesetzte Pulver führt zu einem grobkörnigen Sputtering Target.

[0015] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Sputtering Target bereit zu stellen, das die zuvor beschriebenen Anforderungen erfüllt und/oder die zuvor beschriebenen Mängel nicht aufweist. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung ein Sputtering Target bereit zu stellen, mit dem eine sehr homogene Schicht, sowohl in Hinblick auf chemische Zusammensetzung, als auch Schichtdickenverteilung hergestellt werden kann und das nicht zu lokalen Anschmelzungen durch Arc-Prozesse neigt. Zudem soll das Sputtering Target ein gleichmäßiges Sputterver-halten aufweisen. Unter gleichmäßigem Sputterverhalten wird dabei verstanden, dass sich die einzelnen Körner bzw. die einzelnen Bereiche des Sputtering Targets mit gleicher Geschwindigkeit abtragen lassen, so dass während des Sputtering-Prozesses keine Reliefstruktur im Bereich der abgesputterten Oberfläche entsteht.

[0016] Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Herstellweges, der in einfacher und prozesskonstanter Art und Weise die Fertigung eines Sputtering Targets erlaubt, das die zuvor genannten Eigenschaften aufweist.

[0017] Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Besondere Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

[0018] Das Sputtering Target umfasst Mo und zumindest ein Metall der Gruppe 5 des Periodensystems. Gruppe 5 Metalle sind Ta, Nb und V. Der mittlere Gehalt Cm an Gruppe 5 Metall beträgt 5 bis 15 At%, der Mo-Gehalt > 80 At%. Das Gruppe 5 Metall ist bevorzugt vollständig im Mo gelöst, was ein gleichmäßiges Sputterverhalten günstig beeinflusst. Unter vollständig gelöst versteht man dabei, dass der Gehalt an Gruppe 5 Metall, das elementar (als Ta, Nb und/oder V Körner) oder als Oxid vorliegt, < 1 Vol.% beträgt. Das Sputtering Target weist ein mittleres C/O (Kohlenstoff / Sauerstoff) Verhältnis in (At% / At%) von > 1, bevorzugt > 1,2 auf. Zur Ermittlung des mittleren C/O Verhältnisses werden dem Sputtering Target 3 Zentrums- und 3 Randproben entnommen, analysiert und der Mittelwert berechnet. Der Kohlenstoff wird dabei durch Verbrennungsanalyse (CA), der Sauerstoff durch Trägergasheißextraktion (HE) ermittelt. Im folgenden Text wird das mittlere C/O Verhältnis als C / O Verhältnis bezeichnet.

[0019] Gruppe 5 Metalle üben im gelösten Zustand einen stark mischkristallverfestigenden Effekt auf Mo aus. Mit der Mischristallverfestigung geht eine deutliche Reduktion der Duktilität und des Umformvermögens einher. Während zweiphasige (Mo-reiche Phase -i- Gruppe 5 Metall reiche Phase) Legierungen in einfacherer und prozesskonstanterer Weise durch Umformung verarbeitet werden können, da die Gruppe 5 Metall reiche Phase einen duktilisierenden Effekt ausübt, war dies bei sehr homogenen Mischkristall-Legierungen bis dato nicht möglich. Durch ein C / O Verhältnis von > 1 ist nun gewährleistet, dass die Herstellung einen Umformschritt einschließen kann, während bei einem C/O Verhältnis bei < 1 eine prozesssichere Fertigung durch Umformung nicht in ausreichendem Maße gegeben ist. Der Grund dafür liegt vermutlich darin begründet, dass ein C / O Verhältnis von > 1 zu einer Erhöhung der Korngrenzenfestigkeit führt, wodurch Korngrenzenrisse vermieden werden können. Wie sich der Umformschritt positiv auf die Eigenschaften des Sputtering Targets auswirkt, wird in weiterer Folge noch im Detail erläutert. Durch ein C / 0 Verhältnis in (At% / At%) von > 1 ist es nun erstmals möglich, die positiven Effekte der Legierungshomogenität und Umformtextur in einem Produkt zu vereinen. Überraschenderweise wirkt sich ein C / O Verhältnis von > 1 nicht nur positiv auf umgeformte Sputtering Targets aus, sondern beeinflusst auch in günstiger Weise das Sputterverhalten von nur gesinterten oder gesinterten und durch heißisostatisches Pressen verdichteten Sputtering Targets. Das heißisostatische Pressen erfolgt dabei bevorzugt ohne Verwendung einer Kanne.

[0020] Wie ein C / O Verhältnis von > 1 prozesskonstant einstellbar ist, wird in weiterer Folge noch genau beschrieben. Das C / 0 Verhältnis von > 1 ermöglicht des Weiteren die Einstellung eines niedrigen Sauerstoffgehalts im Sputtering Target. Ein Sauerstoffgehalt von < 0,04 At%, bevorzugt < 0,03 At%, insbesondere bevorzugt < 0,02 At% ist realisierbar. Bevorzugt ist das Sputtering Target frei von Oxiden. Unerwünschte Arc-Prozesse können damit zuverlässig vermieden werden. Frei von Oxiden ist im Zusammenhang mit dieser Erfindung so zu verstehen, dass bei einer Untersuchung mittels Rasterelektronenmikroskop bei einer Vergrößerung von 1.000 X die Anzahl von detektierbaren, oxidischen Teilchen in einem Bereich von 0,01 mm^ < 1 ist. Vorzugsweise ist in einem Bereich von 0,1 mm^ die Anzahl von detektierbaren, oxidischen Teilchen < 1.

[0021] Des Weiteren weist das Sputtering Target bevorzugt eine Umformtextur auf. Eine Um-formtextur entsteht wie der Name ausdrückt bei einem Umformprozess. Eine Umformtextur geht bei einer nachgelagerten Glühbehandlung, wie beispielsweise einer Erholungs- oder Rekristallisationsglühung nicht verloren. Das erfindungsgemäße Sputtering Target kann daher in einem Zustand wie-verformt, erholt, teilrekristallisiert oder vollständig rekristallisiert vorliegen. Die Umformtextur kann beispielsweise auf einen Walz-, Schmiede- oder Strangpressprozess zurückzuführen sein. Durch den Umformprozess entstehen Körner, die zu einem großen Teil mit gleicher oder ähnlicher Orientierung zur Oberfläche des Sputtering Targets ausgerichtet sind. Dadurch wird das Sputterverhalten gleichmäßig, da die Abtragrate von der Orientierung der Körner abhängt.

[0022] Vorteilhaft für einen gleichmäßigen Sputterabtrag ist auch, wenn die Umformtextur folgende dominierende Orientierungen aufweist: [0023] a. In Umformrichtung: 110 [0024] b. Senkrecht zur Umformrichtung: zumindest eine Orientierung der Gruppe 100 und 111.

[0025] Wurde während der Umformung die Richtung geändert, wie dies bei plattenförmigen Geometrien möglich ist, ist als Umformrichtung die Richtung zu verstehen, in der stärker (mit höherem Umformgrad) verformt wurde. Unter dominierend wird die Orientierung mit höchster Intensität verstanden. Typischerweise ist die Intensität dabei größer als das 1,5-fache, bevorzugt 2-fache der Untergrundintensität.

[0026] Die Umformtextur wird mittels SEM (Scanning electron microscope / Rasterelektronenmikroskop) und EBSD (Electron backscatter diffraction / Rückstreuelektronenbeugung) ermittelt. Die Probe wird dazu in einem Winkel von 70° eingebaut. Der einfallende Primärelektronenstrahl wird inelastisch an den Atomen der Probe gestreut. Wenn nun manche Elektronen so auf Gitterflächen treffen, dass die Bragg-Bedingung erfüllt ist, so kommt es zu konstruktiver Interferenz. Diese Verstärkung geschieht nun für alle Gitterflächen im Kristall, sodass das entstehende Beugungsbild (engl.: electron backscatter pattem, auch Kikuchi-Pattern) alle Winkelbeziehungen im Kristall und somit auch die Kristallsymmetrie beinhaltet. Die Messung wird dabei unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: [0027] - Beschleunigungsspannung: 20 kV, [0028] - Blende 120 pm, [0029] - Arbeitsabstand 22 mm [0030] - Hochstrom modus - aktiviert [0031] - Gescannte Fläche: 1761 x 2643 μπι^.

[0032] - Indexschrittweite: 3 μπι.

[0033] Die bevorzugte Dichte des Sputtering Targets, bezogen auf die theoretische Dichte der jeweiligen Zusammensetzung, beträgt > 88% im nur gesinterten Zustand, > 96% im gesinterten und heißisostatisch verdichteten Zustand und > 99,5 %, bevorzugt > 99,9% im umgeformten Zustand. Auch die hohe Dichte in Verbindung mit dem niedrigen Sauerstoffgehalt gewährleistet ein Arc-freies Sputtern.

[0034] Weiters ist es vorteilhaft, wenn der dso und der dgo Wert der Korngrößenverteilung, quer zur letzten Umformrichtung gemessen, die folgende Beziehung erfüllt: dgo / dso < 5.

[0035] Bevorzugt ist dgo / dso ^ 3, besonders bevorzugt < 1,5.

[0036] Zur Korngrößenbestimmung wird ein Querschliff angefertigt und die Korngrenzen mittels EBSD sichtbar gemacht. Die Auswertung der mittleren und maximalen Korngröße erfolgt dann durch quantitative Metallographie. Die Auswertung erfolgt dabei unter Einbeziehung der ASTM E 2627-10. Eine Korngrenze ist dabei so definiert, dass der Orientierungsunterschied zwischen zwei benachbarten Körnern >5° ist. Die Korngrößenverteilung mit dgo und dso Wert wird mittels quantitativer Bildauswertung bestimmt. Es hat sich gezeigt, dass eine enge Korngrößenverteilung einen sehr positiven Einfluss auf die Homogenität des Sputterverhaltens hat. Im Gegensatz zu anderen Werkstoffen, sputtern bei Mo-Gruppe 5 Metall Sputtering Targets Körner mit einem größeren Korndurchmesser stärker ab, als Körner mit einem kleineren Korndurchmesser. Die Ursache dafür ist noch nicht klar, kann jedoch auf unterschiedliche Fehlstellendichte oder auch einen Channelling Effekt (Gitterführungseffekt - Eindringen eines Ions aufgrund von linearen Bereichen ohne Gitteratome) zurückzuführen sein. Mit dem zuvor enwähnten dgo / dso Verhältnis kann dieses ungünstige ungleichmäße Sputterverhalten nahezu unterbunden werden.

[0037] Das Gruppe 5 Metall ist nicht nur vollständig, sondern auch in außerordentlicher Weise gleichmäßig verteilt in Mo gelöst. Die Standardabweichung σ der Gruppe 5 Metall Verteilung gemessen durch SEM/WDX erfüllt dabei bevorzugt die Beziehung σ < Cm x 0,15, besonders bevorzugt σ < Cm x 0,1.

[0038] Da die Sputterrate vom jeweiligen Legierungselementgehalt abhängt, weist ein Sputtering Target mit einer sehr homogenen Gruppe 5 Metall Verteilung gemäß der Erfindung ein äußerst gleichmäßiges Sputterverhalten auf. Dieses gleichmäßige Sputterverhalten bewirkt zum einen, dass die hergestellten Schichten eine äußerst homogene Dickenverteilung aufweisen, zum anderen, dass das Sputtering Target auch nach längerem Einsatz immer noch geringe Oberflächenrauigkeit / Reliefbildung aufweist. Dies ist wiederum eine Voraussetzung dafür, dass das Sputterverhalten über einen langen Zeitraum hin gleichmäßig ist.

[0039] Des Weiteren ist in bevorzugter Weise das Gruppe 5 Metall Ta und/oder Nb. Mo-Ta und Mo-Nb Legierungen weisen ein besonders günstiges Korrosions- und Ätzverhalten auf. Die Legierung besteht in vorteilhafter Weise aus Mo und 5 bis 15 At% Gruppe 5 Metall und typischen Verunreinigungen. Unter typischen Verunreinigungen versteht man sowohl Verunreinigungen, die üblichenweise bereits in den Rohstoffen zu finden sind oder auf den Herstellprozess zurückzuführen sind.

[0040] In besonders vorteilhafter Weise ist ein Sputtering Target gemäß der Erfindung als Rohrtarget ausgeführt. Es hat sich gezeigt, dass unter den üblichen Sputterbedingungen für Rohrtargets Gefügemerkmale wie beispielsweise Oxide, Homogenität oder das Verhältnis der mittleren zur maximalen Korngröße einen stärkeren Einfluss ausüben, als dies bei Flachtargets der Fall ist.

[0041] Das erfindungsgemäße Sputtering Target kann in besonders einfacher und prozesskonstanter Art und Weise hergestellt werden, wenn das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: [0042] - Herstellung einer Pulvermischung umfassend: [0043] i. > 80 At% Mo-Pulver; [0044] ii. Pulver zumindest eines Gruppe 5 Metalls, wobei der Gehalt an Gruppe 5 Metall in der Pulvermischung 5 bis 15 At% beträgt; und [0045] III. eine C-Quelle, wobei die C-Menge so gewählt ist, dass in der Pulvermischung der

Gesamtgehalt an C Σο in At% und der Gesamtgehalt an O Σο in At% folgende Beziehung erfüllen: 0,2 < Σο/Σο < 1,2; und [0046] - Konsolidierung der Pulvermischung.

[0047] Durch ein Σο / Σο Verhältnis im Bereich von 0,2 bis 1,2 ist gewährleistet, dass im Sputtering Target ein C / 0 Verhältnis von > 1 eingestellt werden kann. Der Sauerstoffabbau während weiterer Prozessschritte erfolgt bevorzugt durch Reaktion des Sauerstoffs mit Kohlenstoff und Wasserstoff.

[0048] Der Gesamtgehalt Σο an Sauerstoff in der Pulvermischung umfasst dabei den Sauerstoffgehalt im Mo-Pulver und den Sauerstoffgehalt im Gruppe 5 Metall. Der Sauerstoff liegt hauptsächlich in adsorbierter Form an der Oberfläche der Pulverpartikel vor. Bei üblicher Herstellung und Lagerung liegt der Sauerstoffgehalt im Mo-Pulver bei einer Partikelgröße nach Fisher von 2 bis 7 pm typischerweise bei 0,1 bis 0,4 At%. Bei Gruppe 5 Metallen mit einer nach Fisher gemessenen Partikelgröße von 4 bis 20 pm liegt der Sauerstoffgehalt typischerweise bei 0,3 bis 3 At%. Der Gesamtgehalt Σο an Kohlenstoff umfasst den Kohlenstoffgehalt im Mo-Pulver, den Kohlenstoffgehalt im Gruppe 5 Metall und den Kohlenstoffgehalt der C-Quelle. Die Kohlenstoffquelle kann dabei beispielsweise Ruß, Aktivkohle oder Graphitpulver sein. Es kann jedoch auch eine Kohlenstoff-freisetzende Verbindung sein, wie beispielsweise Nb-Karbid oder Mo-Karbid.

[0049] Es wird zunächst mit üblichen Verfahren der Sauerstoff- und Kohlenstoffgehalt der eingesetzten Pulver ermittelt und dann die erforderliche Menge an Pulver der C-Quelle ermittelt. Die Pulver werden dann mittels üblicher Verfahren gemischt und konsolidiert. Unter Konsolidierung werden Verfahren verstanden, die zu einer Verdichtung führen. Bevorzugt erfolgt die Konsolidierung durch kaltisostatisches Pressen und Sintern. Unter Sintern werden dabei Verfahren verstanden, bei denen die Verdichtung nur auf Wärmeeinwirkung und nicht auf Druck (wie dies beispielsweise beim heißisostatischen Pressen der Fall ist) zurückzuführen ist.

[0050] Während einer Wärmebehandlung, bevorzugt während des Sinterprozesses, setzt sich der Kohlenstoff der Kohlenstoffquelle mit dem im Pulver vorhandenen Sauerstoff zu CO2 und zu einem geringeren Anteil zu CO um. Diese Umsetzung erfolgt bevorzugt bei Temperaturen, wo der Sinterling noch offene Porosität aufweist. Verdichtungsprozesse, bei denen sich das zu verdichtende Material in einer Kanne befindet, wie dies beispielsweise beim heißisostatischen Pressen der Fall ist, eignen sich weniger, um das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft einzusetzen. Wird das heißisostatische Pressen mit Kanne durchgeführt, ist die erfinderische Pulvermischung einer separaten Glüh- / Entgasungsbehandlung zu unterziehen.

[0051] In bevorzugter Weise erfüllt der Gesamtkohlenstoffgehalt Σο und der Gesamtsauerstoffgehalt Σο im Pulver die folgende Beziehung: 0,4 < Σο / Σο ^ 1,1, besonders bevorzugt 0,6 < Σο / Σο ^ 1 [0052] Dadurch kann insbesondere eine sehr hohe Prozesssicherheit erzielt werden.

[0053] Der Pressvorgang erfolgt vorteilhaft bei Drücken von 100 bis 500 MPa. Beträgt der Druck < 100 MPa lässt sich beim Sintern keine ausreichende Dichte erzielen. Drücke von > 500 MPa führen dazu, dass während des Sinterprozesses, die aus der Reaktion von Kohlenstoff und Sauerstoff entstehenden Verbindungen nicht ausreichend schnell aus dem Sinterling abtransportiert werden, da die Gaspermeabilität zu niedrig ist. Bevorzugt beträgt die Sintertemperatur zwischen 1.800 und 2.500‘Q. Temperaturen unter 1.800°C führen zu sehr langen Sinterzeiten bzw. nicht ausreichender Dichte und Homogenität. Temperaturen über 2.500 °C führen zu Kornwachstum, wodurch die vorteilhafte Homogenität der Korngrößenverteilung ungünstig beeinflusst wird.

[0054] Die vorteilhafte Partikelgröße des Mo-Pulvers beträgt 2 bis 7 μη und die des Gruppe 5 Metallpulvers 4 bis 20 pm. Die Partikelgröße wird dabei mit Hilfe der Fisher-Methode ermittelt. Beträgt die Partikelgröße des Gruppe 5 Metalls > 20 pm neigt die Legierung bei Einsatz eines drucklosen Verdichtungsprozesses verstärkt zur Bildung von Kirkendall-Poren. Beträgt die Pulverkorngröße des Gruppe 5 Metalls < 4 pm ist der Sauerstoffgehalt (an der Oberfläche der Pulverpartikel adsorbierter Sauerstoff) zu hoch und die vorteilhaften, niedrigen Sauerstoffwerte lassen sich nur durch kostspielige Produktionsschritte, wie spezielle Entgasungsschritte, erreichen.

[0055] Überschreitet die Partikelgröße des Mo-Pulvers 7 pm, führt dies zu einer verminderten Sinteraktivität. Liegt die Partikelgröße unter 2 pm, ist die Gaspermeabilität im Grünling deutlich verschlechtert. Auch beginnt der Grünling bereits bei tieferen Temperaturen zu sintern. Beide Effekte führen zu einem verschlechterten Sauerstoffabbau während des Sinterprozesses.

[0056] In bevorzugter Weise enthält die Pulvermischung außer Mo, Gruppe 5 Metall und Kohlenstoffquelle keine weiteren Legierungselemente. Verunreinigungen sind in einem Ausmaß vorhanden, wie dies für diese Materialien typisch ist.

[0057] Werden weitere Legierungselemente eingesetzt, darf deren Gesamtgehalt 15 At% nicht übersteigen. Es bewähren sich dabei Legierungselemente, die das Sputter- und Ätzverhalten nicht ungünstig beeinflussen. Als geeignete Legierungsmetalle sind beispielsweise W und Ti zu nennen.

[0058] Die Sinterung wird in vorteilhafter Weise in Vakuum, einer inerten Atmosphäre und/oder einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt. Unter inerter Atmosphäre ist dabei ein gasförmiges Medium zu verstehen, das nicht mit den Legierungskomponenten reagiert, wie beispielsweise ein Edelgas. Als reduzierende Atmosphäre eignet sich insbesondere Wasserstoff. In vorteilhafter Weise wird die Umsetzung von C und 0 zu CO2 bzw. CO im Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre durchgeführt, zum Beispiel während des Aufheizvorgangs. Damit können die entstehenden Reaktionsprodukte effizient abgeführt werden. Zudem wird die Bildung von Hydriden der Gruppe 5 Metalle vermieden. Das Fertigsintern erfolgt dann bevorzugt zumindest zeitweise in einer reduzierenden Atmosphäre, bevorzugt unter Wasserstoff.

[0059] Nach der Konsolidierung erfolgt bevorzugt ein Umformprozess. Das Umformen kann beispielsweise bei Flachtargets durch Walzen, bei Rohrtargets durch Strangpressen oder Schmieden erfolgen. Der bevorzugte Umformgrad beträgt 45 bis 90%. Der Umformgrad ist dabei folgendermaßen definiert: (Aa - Au) / Aa X 100 (in %)

Aa ... Querschnittsfläche vor Umformung

Au... Querschnittsfläche nach Umformung [0060] Bei Umformgraden < 45 % wird die Dichte und Gleichmäßigkeit des Sputterverhaltens ungünstig beeinflusst. Umformgrade > 90 % wirken sich ungünstig auf die Fertigungskosten aus. Die Umformtemperatur beträgt bevorzugt zumindest zeitweise 900°C bis 1.500*Ό. Unter zeitweise wird dabei verstanden, dass beispielsweise die ersten Umformschritte bei dieser Temperatur durchgeführt werden. Danach kann die Umformtemperatur auch unter 900 betragen. Die Umformung kann dabei sowohl in einem Schritt als auch in mehreren Schritten durchgeführt werden.

[0061] Ist das Sputtering Target als Flachtarget ausgeführt, wird dieses vorzugsweise mit einer Rückplatte verlötet. Rohrtargets können mit einem Stützrohr verbunden werden, vorzugsweise wieder durch einen Lötprozess, oder als monolithische Sputtering Targets Venwendung finden. Als Lötmaterial wird bevorzugt Indium oder eine Indium-reiche Legierung verwendet.

[0062] Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von einem Herstellbeispiel exemplarisch erklärt.

[0063] Figur 1 zeigt eine SEM Aufnahme mit WDX Scan von gewalztem Mo-10At% Nb.

[0064] Es wurden dazu folgende Pulver eingesetzt: [0065] - Mo-Pulver mit einer Fisher-Partikelgröße von 4,5 gm, einem Sauerstoffgehalt von 0,24 At% und einem Kohlenstoffgehalt von 0,03 At% [0066] - Nb-Pulver mit einer Fisher-Partikelgröße von 8 gm, einem Sauerstoffgehalt von 1,26

At% und einem Kohlenstoffgehalt von 0,46 At% [0067] Um einen Σο / Σο Wert von 0,7 bei einer Mo-Einsatzmenge von 758 kg und einer Nb-Einsatzmenge von 81,6 kg zu erzielen, wurden 0,336 kg Rußpulver mit einer Fisher-Korngröße von 0,35 gm mit dem Mo und Nb Pulver in einem Zwangsmischer vermengt. Aus dieser Pulvermischung wurden 4 Platten durch kaltisostatisches Pressen bei einem Pressdruck von 180 MPa hergestellt. Die Platten wurden bei einer Temperatur von 2.150'C gesintert, wobei bis zu einer Temperatur von 1,200°C der Aufheizprozess über 3 Stunden in Vakuum erfolgte. Danach wurde H2 als Prozessgas verwendet. Der gesinterte Körper wies eine Dichte von 8,9 g/cm^ (88,6 % der theoretischen Dichte), einen C-Gehalt von 0,022 at% und einen 0-Gehalt von 0,018 at% auf. Das C/O Verhältnis betrug 1,22.

[0068] Der Sinterling wurde einer SEM / EDX Untersuchung unterzogen. Nb und Mo sind vollständig ineinander gelöst. Es konnten keine Oxide detektiert werden.

[0069] Danach wurde der Sinterling gewalzt, wobei die Umformtemperatur 1450°C und der Umformgrad 78 % betrug. Aus der gewalzten Platte wurde eine Probe entnommen und mittels üblicher metallographischer Verfahren geschliffen und poliert. Von einer Längsprobe wurde mithilfe von SEM / EBSD die Textur bestimmt.

[0070] Dazu wurden folgende Einstellungen verwendet: [0071] - Beschleunigungsspannung: 20 KV, [0072] - Arbeitsabstand: 22 mm, [0073] - Hochstrommodus aktiviert, [0074] - Blende 120 pm [0075] - Gescannte Fläche 1.761 x 2.643 pm^ [0076] - Indexschrittweite 3 pm.

[0077] Die Auswertung der inversen Polfigur ergab dabei in Längsrichtung (Umformrichtung) 110 als dominierende Textur mit > 2 x Untergrund. In Normalrichtung (senkrecht zur Umformrichtung) wurden sowohl die 100 als auch die 111 Orientierung mit > 2 x Untergrund gemessen.

[0078] In einem Querschliff wurde mittels EBSD die Korngröße ermittelt. Als Korngrenzen wurden dabei alle Kornorientierungsunterschiede zwischen zwei benachbarten Körnern von > 5° definiert. Die Korngrößenverteilung wurde mithilfe quantitativer Bildanalyse bestimmt. Der dso Wert in einem Auswertebereich von 20.000 pm^ betrug dabei 15 pm, der dgo Wert 35 pm. Das dgo / dso Verhältnis betrug 2,3. Diese Messung wurde an 10 weiteren Stellen in analoger Weise ermittelt und ein mittleres dgo / dso Verhältnis ermittelt. Dieses betrug 2,41. Auch die gewalzte Platte wurde mittels SEM/EDX und SEM/WDX auf die Homogenität der Nb-Verteilung hin untersucht. Figur 1 zeigt einen WDX- Scan über eine Strecke von 1 mm. Über diese Strecke gemessen betrug die Standardabweichung der Nb-Verteilung 1,02 At%.

[0079] Das Sputterverhalten von so hergestellten Sputtering Targets wurde durch Sputterver-suche bei Ar (Argon) - Drücken im Bereich von 2,5 x 10^ bis 1 x 10'^ mbar und einer Leistung von 400 bzw. 800 Watt ermittelt. Als Substratmaterial wurde Kalknatronglas verwendet. Die Sputtering Targets ließen sich ohne das Auftreten von Arc-Prozessen sputtern. Der spezifische elektrische Widerstand der abgeschiedenen Schichten (Schichtdicke= 200 nm) war niedrig, und zwar in Abhängigkeit von den Sputterbedingungen bei 13,7 bis pQcm. Die Schichten wiesen Druckspannungen auf, und zwar im Bereich -1.400 bis-850 MPa.

Claims

Ansprüche

1. Sputtering Target aus einer Mo-Legierung, die zumindest ein Metaii der Gruppe 5 des Periodensystems enthält, wobei der mittlere Gehalt Cm an Gruppe 5 Metall 5 bis 15 At% und der Mo-Gehalt > 80 At% betragen, dadurch gekennzeichnet, dass das Sputtering Target ein mittleres C / O Verhältnis in (At% / At%) von > 1 aufweist.
2. Sputtering Target nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gruppe 5 Metall vollständig im Mo gelöst ist.
3. Sputtering Target nach Anspruch 1 oder 2 gekennzeichnet durch eine Umformtextur.
4. Sputtering Target nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformtextur folgende dominierende Orientierungen aufweist: a. In Umformrichtung: 110 b. Senkrecht zur Umformrichtung: zumindest eine Orientierung der Gruppe 100 und 111.
5. Sputtering Target nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dso und der dgo Wert der Korngrößenverteilung, quer zur letzten Umformrichtung gemessen, die folgende Beziehung erfüllt: dgo / dso < 5.
6. Sputtering Target nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gekennzeichnet durch einen O-Gehalt < 0,04 At%.
7. Sputtering Target nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieses frei von Oxiden ist.
8. Sputtering Target nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Dichte > 99,5 % der theoretischen Dichte beträgt.
9. Sputtering Target nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gruppe 5 Metall gleichmäßig verteilt in Lösung vorliegt, wobei die Standardabweichung σ der Gruppe 5 Metall Verteilung folgende Beziehung erfüllt: σ < Cm X 0,15.
10. Sputtering Target nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gruppe 5 Metall Ta oder Nb ist.
11. Sputtering Target nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieses aus 5 bis 15 At% Gruppe 5 Metall, Rest Mo und typische Verunreinigungen besteht.
12. Sputtering Target nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Rohrtarget ist.
13. Verfahren zur Herstellung eines Sputtering Targets, dadurch gekennzeichnet, dass dieses die folgenden Schritte umfasst: a. Herstellung einer Pulvermischung umfassend: i. > 80 At% Mo-Pulver; ii. Pulver zumindest eines Gruppe 5 Metalls, wobei der Gehalt an Gruppe 5 Metall in der Pulvermischung 5 bis 15 At% beträgt; und iii. eine C-Ouelle, wobei die C-Menge so gewählt ist, dass in der Pulvermischung der Gesamtgehalt an C Σο in At% und der Gesamtgehalt an 0 Σο in At% folgende Beziehung erfüllen: 0,2<Σο/Σο<1,2; b. Konsolidierung der Pulvermischung.
14. Verfahren nach Anspruch 13 zur Herstellung eines Sputtering Targets nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen Umformprozess umfasst.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsolidierung erfolgt durch: a. Pressen der Pulvermischung bei 100 bis 500 MPa zu einem Grünling, und b. Sintern des Grünlings bei einer Temperatur T, mit 1.800KD < T < 2.500°C.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Mo-Pulver eine nach Fisher gemessene Partikelgröße von 2 bis 7 pm und das Gruppe 5 Metall eine nach Fisher gemessene Partikelgröße von 4 bis 20 pm aufweist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass Σο und Σο die folgende Beziehung erfüllen: 0,4 < Σο/Σο <1,1.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulvermischung neben typischen Verunreinigungen keine weiteren Legierungselemente enthält.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung durch Walzen, Strangpressen oder Schmieden erfolgt, wobei der Umformgrad 45 bis 90 % beträgt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterung in zumindest einer Atmosphäre ausgewählt aus Vakuum, inerter Atmosphäre und reduzierender Atmosphäre durchgeführt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterung zumindest zeitweise während des Aufheizvorgangs in zumindest einer Atmosphäre ausgewählt aus Vakuum und inerter Atmosphäre und zumindest zeitweise während einer Haltezeit auf Sintertemperatur in reduzierender Atmosphäre durchgeführt wird.