CN111448335A - 金溅射靶及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够提高高纯度的Au膜的膜厚分布的均匀性的金溅射靶。本发明的金溅射靶具有99.999％以上的金纯度。这样的金溅射靶中，维氏硬度的平均值为20以上且小于40，平均结晶粒径为15μm以上且200μm以下。在被溅射的表面，金的{110}面优先取向。

Description

金溅射靶及其制造方法

技术领域

本发明涉及金溅射靶及其制造方法。

背景技术

使用金(Au)溅射靶进行成膜而得到的Au膜由于Au自身的优良的化学稳定性和电特性而被用于各种领域中。例如，晶体振子器件中，使用Au溅射膜作为形成在晶体芯片的两面的激励电极等。对于晶体振子器件而言，利用Au膜的膜厚对振动频率进行调整等，因此，要求能够在溅射时以均匀的膜厚分布成膜出Au膜的Au溅射靶。

关于溅射靶的形状，通常已知平面磁控溅射中使用的圆板、矩形板等板状的溅射靶。除此以外，还已知圆筒状的溅射靶。圆筒状的溅射靶与板状的溅射靶相比，溅射时的靶材料的使用率提高，因此，在陶瓷材料的靶等中开始发展，也推进了在金属/合金系的靶中的发展，还研究了在银(Ag)等贵金属靶中的应用(参考专利文献1、2)。

对于Au膜的成膜中使用的Au溅射靶而言，也不限于板状靶，还研究了圆筒状靶的使用。但是，以往的Au溅射靶中，板状靶和圆筒状靶中的任意一种靶均难以满足作为晶体振子器件等的电极使用的Au膜所要求的膜厚分布的均匀性。特别是，圆筒状的Au溅射靶来自于圆筒形状加工，难以提高Au膜的膜厚分布的均匀性。

若对晶体振子器件进行详细说明，晶体振子器件被用于便携设备等，伴随着对便携设备的小型化、轻量化、薄型化等需求，晶体振子器件自身也要求小型化、轻量化、薄型化等。例如，晶体振子器件的封装尺寸从5.0×3.2mm(5032尺寸)向3.2×2.5mm(3225尺寸)、2.5×2.0mm(2520尺寸)、2.0×1.6mm(2016尺寸)、1.6×1.2mm(1612尺寸)发展而小型化，与此相伴，晶体振子(晶体芯片)自身也推进小型化。

晶体振子器件如上所述通过在晶体芯片(blank)的两面形成Au膜作为电极来构成。对于晶体芯片而言，利用蚀刻对外形进行修整而形成圆角，或者在利用冲压挖空时以机械方式形成圆角而使重心位于中央，从而使频率稳定。晶体芯片的表面粗糙时，对频率特性产生不良影响，因此期望平滑性高。对于形成在晶体芯片的电极，也期望平滑性高、即膜厚波动小。电极是具有厚度的立体结构，因此，晶体芯片进行小型化时，膜厚波动给立体形状带来的影响变得更大。因此，伴随着晶体振子器件等的小型化，要求进一步减小电极中应用的Au膜的膜厚波动。

另外，对于作为钟表用途使用的频率为32kHz的晶体振子而言，Au膜的质量波动对频率特性产生的影响大。频率为32kHz的晶体振子应用被称为叉(fork)型、音叉型的形状。音叉型晶体振子虽适合于小型化，但Au膜的质量波动对频率特性产生影响，因此，强烈要求减小由Au膜的膜厚波动引起的质量波动。音叉型晶体振子难以进行频率的调整，因此，进行了各种研究。例如，关于Au膜的形成，从蒸镀法过渡到溅射法。进行了如下操作：在利用溅射法形成Au膜后，利用激光束将Au膜的一部分除去而调整质量；或者在利用溅射法形成Au膜时，形成用于质量调整的砝码；等。

这样的状况下，如果能够减小由Au膜的膜厚波动引起的质量波动，则能够大幅削减频率的调整所需要的工夫。特别是，晶体振子越小型化，则膜厚波动的影响越大，因此，质量容易发生波动。从这一点考虑，也要求减小Au溅射膜的膜厚波动。此外，根据Au膜的使用用途，有时要求更高纯度的Au膜。例如，在通过溅射法形成Au的纯度为99.999％以上的Au膜的情况下，使用Au的纯度为99.999％以上的溅射靶，但在这种情况下，容易发生Au膜的膜厚波动。从这一点考虑，在使用更高纯度的Au溅射靶的情况下，要求减小Au溅射膜的膜厚波动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2009-512779号公报

专利文献2：日本特开2013-204052号公报

专利文献3：国际公开第2015/111563号

发明内容

发明所要解决的问题

本发明的目的在于提供能够提高高纯度的Au膜的膜厚分布的均匀性的金溅射靶及其制造方法。

用于解决问题的方法

本发明的金溅射靶是具有99.999％以上的金纯度的金溅射靶，其特征在于，维氏硬度的平均值为20以上且小于40，平均结晶粒径为15μm以上且200μm以下，在被溅射的表面，金的{110}面优先取向。

本发明的金溅射靶的制造方法的特征在于，具备制造金溅射靶的工序，所述金溅射靶具有99.999％以上的金纯度，维氏硬度的平均值为20以上且小于40，平均结晶粒径为15μm以上且200μm以下，在被溅射的表面，金的{110}面优先取向。

发明效果

通过使用本发明的金溅射靶进行溅射成膜，能够再现性良好地得到高纯度且膜厚分布的均匀性优良的金膜。

具体实施方式

以下，对实施本发明的方式进行说明。实施方式的溅射靶由金(Au)和不可避免的杂质构成。溅射靶中的Au的纯度设定为99.999％以上。通过使用具有99.999％以上的Au纯度的溅射靶，能够得到高纯度的Au膜。需要说明的是，Au溅射靶中含有的Au以外的不可避免的杂质没有特别限定，只要满足上述的Au纯度即可。另外，Au溅射靶的Au纯度的上限值没有特别限定，根据Au溅射膜所要求的纯度来设定，但考虑到Au溅射靶的制造工序、制造成本等，通常为99.9999％以下，在实用上优选为99.9990％以上且99.9998％以下。

实施方式的Au溅射靶的形状没有特别限定，可以为板和圆筒中的任意一种。作为板状溅射靶的代表性形状，可以列举例如圆板、矩形板这样的多边形板等。除此以外，还可以为例如将圆板或多边形板的一部分挖通而形成了中空部的板、在圆板或多边形板的表面的一部分设置有倾斜部、凸部、凹部等的板，其形状没有特别限定。圆筒状溅射靶的形状没有特别限定，应用与溅射装置对应的形状等。作为圆筒状溅射靶的代表性形状，可以列举例如外径为50mm以上且170mm以下、内径为20mm以上且140mm以下、长度为100mm以上且3000mm以下的形状。Au溅射靶具有被溅射的表面(溅射面)。在板状溅射靶的情况下，板的表面成为溅射面，在圆筒状溅射靶的情况下，圆筒的表面(圆筒面)成为溅射面。

实施方式的Au溅射靶优选具有20以上且小于40的维氏硬度。通过使用具有这样的维氏硬度的Au纯度为99.999％以上的Au溅射靶进行溅射成膜，能够成膜出膜厚分布的均匀性优良的高纯度的Au膜。即，Au溅射靶的维氏硬度为40HV以上意味着，在Au纯度为99.999％以上的Au溅射靶内残留有制造时产生的应变。在这种情况下，溅射时来自靶的粒子的飞翔变得不均匀，膜厚分布的均匀性受损。Au溅射靶的维氏硬度更优选为35HV以下，进一步优选为30HV以下。另一方面，对于维氏硬度小于20HV的Au溅射靶而言，认为其自身的制造困难，而且伴随着晶体的晶粒生长的发生而晶体取向开始崩坏，由此使膜厚分布的均匀性受损。Au溅射靶的维氏硬度更优选为23HV以上，进一步优选为26HV以上。

Au溅射靶的维氏硬度以下述方式进行测定。在板状溅射靶的情况下，测定部位设定为溅射面(被溅射的表面)的任意直线上的每隔10mm的3处、从与溅射面正交的第一截面的厚度方向上进行三分割后的区域中各选1处的共计3处(实施例中，对于厚度5mm的试样，在厚度方向的直线上每隔1.5mm的共计3处)和从与溅射面和第一截面成直角的第二截面的厚度方向上进行三分割后的区域中各选1处的共计3处(实施例中，对于厚度5mm的试样，在厚度方向的直线上每隔1.5mm的共计3处)，共计9处。以200gf的试验力(按压载荷)测定上述各测定部位的维氏硬度。分别算出溅射面的维氏硬度的平均值(HV_av1)、第一截面的维氏硬度的平均值(HV_av2)和第二截面的维氏硬度的平均值(HV_av3)。对上述溅射面、第一截面和第二截面的各平均值(HV_av1、HV_av2、HV_av3)进行平均，将该值作为板状的Au溅射靶的整体的维氏硬度的平均值(HV_tav)。

板状的Au溅射靶中，上述的溅射面的维氏硬度的平均值(HV_av1)相对于靶整体的维氏硬度(HV_tav)的比(HV_av1/HV_tav)、第一截面的维氏硬度的平均值(HV_av2)相对于靶整体的维氏硬度(HV_tav)的比(HV_av2/HV_tav)和第二截面的维氏硬度的平均值相对于靶整体的维氏硬度(HV_tav)的比(HV_av3/HV_tav)分别优选为0.8以上且1.2以下的范围。即，优选将Au溅射靶的维氏硬度的波动设定为±20％以内。这样，通过减小Au溅射靶的各部的维氏硬度的波动，溅射时的粒子的飞翔方向更均匀化，膜厚分布的均匀性进一步提高。

在Au溅射靶为圆筒状溅射靶的情况下，测定部位设定为溅射面(圆筒面)的与圆筒轴平行的任意的第一直线上的每隔10mm的3处、自第一直线旋转90°后的第二直线上的每隔10mm的3处和从与圆筒轴正交的截面的厚度方向上进行三分割后的区域中各选1处的共计3处(实施例中，对于厚度5mm的试样，在厚度方向的直线上每隔1.5mm的共计3处)，共计9处。以200gf的试验力(按压载荷)测定上述各测定部位的维氏硬度。分别算出溅射面上的第一直线上的维氏硬度的平均值(HV_av1)、第二直线上的维氏硬度的平均值(HV_av2)和截面的维氏硬度的平均值(HV_av3)。进一步对上述溅射面和截面的各平均值(HV_av1、HV_av2、HV_av3)进行平均，将该值作为圆筒状的Au溅射靶的整体的维氏硬度的平均值(HV_tav)。

圆筒状的Au溅射靶中，上述的溅射面的第一维氏硬度的平均值(HV_av1)相对于靶整体的维氏硬度(HV_tav)的比(HV_av1/HV_tav)、溅射面的第二维氏硬度的平均值(HV_av2)相对于靶整体的维氏硬度(HV_tav)的比(HV_av2/HV_tav)和截面的维氏硬度的平均值(HV_av3)相对于靶整体的维氏硬度(HV_tav)的比(HV_av3/HV_tav)分别优选为0.8以上且1.2以下的范围。即，优选将Au溅射靶的维氏硬度的波动设定为±20％以内。通过减小圆筒状的Au溅射靶的各部的维氏硬度的波动，溅射时的粒子的飞翔方向更均匀化，膜厚分布的均匀性进一步提高。圆筒状的Au溅射靶是在使圆筒状靶旋转的同时对圆筒面整体进行溅射，因此，通过减小溅射面(圆筒面)的各部的维氏硬度的波动，能够提高膜厚分布的均匀性。

实施方式的Au溅射靶中，平均结晶粒径优选为15μm以上且200μm以下。通过使用具有这样的平均结晶粒径的Au溅射靶进行溅射成膜，能够进一步提高Au膜的膜厚分布的均匀性。即，Au溅射靶的平均结晶粒径小于15μm时，溅射时来自靶的粒子的飞翔变得不均匀，膜厚分布的均匀性可能会受损。Au溅射靶的平均结晶粒径更优选为25μm以上，进一步优选为30μm以上，进一步优选为33μm以上。另一方面，Au溅射靶的平均结晶粒径大于200μm时，溅射时的粒子的飞翔性降低，膜厚分布的均匀性可能会受损。Au溅射靶的平均结晶粒径更优选为150μm以下，进一步优选为100μm以下。

Au溅射靶的平均结晶粒径以下述方式进行测定。在Au溅射靶为板状溅射靶的情况下，测定部位设定为溅射面的任意直线上的每隔10mm的3处、从与溅射面正交的第一截面的厚度方向上进行三分割后的区域中各选1处的共计3处(实施例中，对于厚度5mm的试样，在厚度方向的直线上每隔1.5mm的共计3处)和从与溅射面和第一截面成直角的第二截面的厚度方向上进行三分割后的区域中各选1处的共计3处(实施例中，对于厚度5mm的试样，在厚度方向的直线上每隔1.5mm的共计3处)，共计9处。利用光学显微镜对各测定部位拍摄放大照片。照片的倍率设定为容易测量结晶粒径的倍率、例如50倍或100倍。以从放大照片的中心通过的方式沿纵向和横向划直线，计数被各个直线切断的晶粒的数量。需要说明的是，线段的端部的晶粒计数为0.5个。将纵向和横向各自的直线的长度除以晶粒的数量，求出纵向和横向的平均粒径，将这些值的平均值作为1个试样的平均粒径。

这样，分别算出溅射面的结晶粒径的平均值(AD_av1)、第一截面的结晶粒径的平均值(AD_av2)和第二截面的结晶粒径的平均值(AD_av3)。进一步对上述溅射面、第一截面和第二截面的结晶粒径的各平均值(AD_av1、AD_av2、AD_av3)进行平均，将该值作为板状的Au溅射靶的整体的平均结晶粒径(AD_tav)。

板状的Au溅射靶中，上述的溅射面的平均结晶粒径(AD_av1)相对于靶整体的平均结晶粒径(AD_tav)的比(AD_av1/AD_tav)、第一截面的平均结晶粒径(AD_av2)相对于靶整体的平均结晶粒径(AD_tav)的比(AD_av2/AD_tav)、和第二截面的平均结晶粒径(AD_av3)相对于靶整体的平均结晶粒径(AD_tav)的比(AD_av3/AD_tav)分别优选为0.8以上且1.2以下的范围。即，优选将Au溅射靶的平均结晶粒径的波动设定为±20％以内。这样，通过减小Au溅射靶的各部的平均结晶粒径的波动，溅射时的粒子的飞翔方向更均匀化，膜厚分布的均匀性进一步提高。

在Au溅射靶为圆筒状溅射靶的情况下，测定部位设定为溅射面(圆筒面)的与圆筒轴平行的任意的第一直线上的每隔10mm的3处、自第一直线旋转90°后的第二直线上的每隔10mm的3处和从与圆筒轴正交的截面的厚度方向上进行三分割后的区域中各选1处的共计3处(实施例中，对于厚度5mm的试样，在厚度方向的直线上每隔1.5mm的共计3处)，共计9处。分别算出溅射面的第一直线上的结晶粒径的平均值(AD_av1)、第二直线上的结晶粒径的平均值(AD_av2)和截面的结晶粒径的平均值(AD_av3)。进一步对上述溅射面和截面的各平均值(AD_av1、AD_av2、AD_av3)进行平均，将该值作为以圆筒状的Au溅射靶的整体计的平均结晶粒径(AD_tav)。

圆筒状的Au溅射靶中，上述的溅射面的第一平均结晶粒径(AD_av1)相对于靶整体的平均结晶粒径(AD_tav)的比(AD_av1/AD_tav)、溅射面的第二平均结晶粒径(AD_av2)相对于靶整体的平均结晶粒径(AD_tav)的比(AD_av2/AD_tav)和截面的平均结晶粒径(AD_av3)相对于靶整体的平均结晶粒径(AD_tav)的比(AD_av3/AD_tav)分别优选为0.8以上且1.2以下的范围。即，优选将Au溅射靶的平均结晶粒径的波动设定为±20％以内。这样，通过减小圆筒状的Au溅射靶的各部的平均结晶粒径的波动，溅射时的粒子的飞翔方向更均匀化，膜厚分布的均匀性进一步提高。圆筒状的Au溅射靶是在使圆筒状靶旋转的同时对圆筒面整体进行溅射，因此，通过减小溅射面(圆筒面)的各部的平均结晶粒径的波动，能够进一步提高膜厚分布的均匀性。

实施方式的Au溅射靶中，在溅射面，优选Au的{110}面优先取向。Au具有面心立方晶格结构，构成该结构的晶面中，{110}面比其他晶面更容易被溅射。通过使这样的{110}面在溅射面优先取向，溅射时的粒子的飞翔方向稳定，因此，能够进一步提高膜厚分布的均匀性。在此，溅射面为优先取向于{110}面的状态表示如下情况：对Au溅射靶的溅射面进行X射线衍射，由Au的各晶面的衍射强度比根据下述威尔逊的式(1)求出各晶面的取向指数N，{110}面的取向指数N大于1、并且在全部晶面的取向指数N中最大。Au的{110}面的取向指数N更优选为1.3以上。

式(1)中，I/I_(hkl)为X射线衍射中的(hkl)面的衍射强度比，JCPDS·I/I_(hkl)为JCPDS(Joint Committee for Powder Diffraction Standards，粉末衍射标准联合委员会)卡中的(hkl)面的衍射强度比，Σ(I/I_(hkl))为X射线衍射中的全部晶面的衍射强度比之和，Σ(JCPDS·I/I_(hkl))为JCPDS卡中的全部晶面的衍射强度比之和。

实施方式的Au溅射靶基于上述的20以上且小于40的维氏硬度、15μm以上且200μm以下的平均结晶粒径与Au的{110}面优先取向的溅射面的组合而能够特别提高Au纯度为99.999％以上的高纯度的Au溅射膜的膜厚分布的均匀性。即，通过上述的维氏硬度、平均结晶粒径与Au的优先取向面各自的效果协同地发挥作用，由Au纯度为99.999％以上的Au溅射靶溅射时Au粒子飞翔时的飞翔性及其均匀性、以及Au粒子的飞翔方向的稳定性提高。由此，在例如正进行小型化的晶体振子器件这样的电子器件的电极等中应用高纯度的Au溅射膜时，膜厚波动和由膜厚波动引起的质量波动减小，能够提供膜厚分布和质量分布的均匀性优良的高纯度的Au膜。

上述的实施方式的Au溅射靶的制造方法没有特别限定。实施方式的Au溅射靶的制造方法优选具备例如准备具有99.999％以上的金纯度的金锭的工序、对金锭进行加工而形成期望的板状或圆筒状的金坯的第一加工工序、将金坯在加压下使板厚减少的同时进行加工而形成期望的板状或圆筒状的靶原材的第二加工工序和对靶原材进行热处理的热处理工序。

对实施方式的Au溅射靶的制造方法进行详细说明。例如，在板状的Au溅射靶的情况下，可以通过将Au原料的铸造、切削、锻造和热处理组合而成的制造方法来制作。另外，在板状的Au溅射靶的情况下，可以应用轧制来代替Au原料的锻造。在圆筒状的Au溅射靶的情况下，可以通过将Au原料的铸造、切削、管加工和热处理组合而成的制造方法来制作。作为管加工，可以列举拉夫洛(Raflo)法这样的挤出加工、拉拔加工、锻造加工等。通过对上述各加工工序中的加工率、热处理温度进行控制，能够得到上述的维氏硬度、平均结晶粒径、优先晶面等。

Au原料的铸造工序优选通过如下方法实施：在真空气氛或不活泼气氛中在石墨坩埚或陶瓷坩埚内熔化，或者，使用大气熔化炉，在对熔液表面喷吹不活泼气体的同时，或在利用碳系固体密封材料覆盖熔液表面的同时，在石墨坩埚或陶瓷坩埚内熔化，在石墨或铸铁制的铸模内铸造。Au原料的铸造工序以使Au锭的Au纯度为99.999％以上(5N以上)的方式进行调整。需要说明的是，Au锭的Au纯度的上限值没有特别限定，根据Au溅射膜所要求的纯度来进行设定，但考虑到Au锭的制造工序、Au溅射靶的制造成本等，通常设定为99.9999％以下。

接着，将铸造出的Au锭加工成期望的板状或圆筒状的金坯(第一加工工序)。在制作板状的Au溅射靶的情况下，例如，将成形为板状的Au锭的外周面的表面缺陷磨削除去，由此制作板状的金坯。在制作圆筒状的Au溅射靶的情况下，将成形为圆柱状的Au锭的外周面的表面缺陷磨削除去，并且对内部进行挖通加工，由此制作圆筒状的金坯。

接着，将金坯加工成期望的板状或圆筒状的靶原材(第二加工工序)。在制作板状的Au溅射靶的情况下，将板状的Au锭锻造成期望的板形状。Au锭的锻造工序优选以200℃以上且800℃以下的热加工实施，进一步优选以使加工率(截面减少率或厚度减少率)为50％以上且90％以下的方式实施。锻造工序可以实施两次以上，也可以在其中途实施热处理。在实施两次以上的锻造工序的情况下，加工率以使整体的加工率为50％以上且90％以下的方式进行调整。

通过将锻造加工的加工率设定为50％以上，容易将铸造组织破坏而得到均匀的再结晶组织，并且能够提高之后的热处理工序中的硬度和结晶粒径的控制性和均匀性。可以根据需要对Au锻件以冷加工实施轧制处理。轧制处理的加工率虽然也取决于锻造时的加工率，但优选为50％以上且90％以下。此外，Au坯的加工工序中，可以应用轧制工序来代替锻造工序。Au坯的轧制工序与锻造工序同样，优选以200℃以上且800℃以下的范围的热加工实施，并且优选以使加工率(截面减少率或厚度减少率)为50％以上且90％以下的范围的方式实施。

在制作圆筒状的Au溅射靶的情况下，将圆柱状的Au坯通过拉夫洛法这样的挤出加工、拉拔加工、锻造加工等而加工成管状。在应用拉夫洛法这样的挤出加工的情况下，挤出加工优选以冷加工实施，另外，利用模具的形状(内径等)和芯棒的形状(外径等)对管的外径和壁厚进行控制。此时，优选以使挤出比(坯的外径/管的外径)为1.5以上且3.0以下的方式进行调整。通过将挤出比设定为1.5以上，容易将铸造组织破坏而得到均匀的再结晶组织，并且能够提高之后的热处理工序中的硬度的控制性和均匀性。但是，挤出比大于3.0时，内部应变变得过大，并且容易产生裂纹、褶皱等。

在应用拉拔加工的情况下，优选以冷加工对利用挤出加工、挖通加工等制作的Au原材管进行拉拔加工而加工成期望形状的管状，另外，利用模具的形状(内径等)和芯头的形状(外径等)对管的外径和壁厚进行控制。此时，优选将每一次的加工率调整为2％以上且5％以下。拉拔加工优选反复实施两次以上，在这种情况下，优选将加工率的合计调整为50％以上且90％以下。通过将加工率的合计设定为50％以上，容易将铸造组织破坏而得到均匀的再结晶组织，并且能够提高之后的热处理工序中的硬度的控制性和均匀性。但是，加工率的合计大于90％时，内部应变变得过大，并且容易产生裂纹、褶皱等。

在应用锻造加工的情况下，优选对利用挤出加工、挖通加工等制作的Au原材管在200℃以上且800℃以下的范围的温度下进行热锻而加工成期望的管状，另外，利用锻造时的加工率对管的外径和壁厚进行控制。锻造工序优选通过将加工率调整为30％以上且80％以下来实施。通过将加工率设定为30％以上，容易将铸造组织破坏而得到均匀的再结晶组织，并且能够提高之后的热处理工序中的硬度的控制性和均匀性。锻造工序的加工率更优选为50％以上。但是，加工率大于80％时，内部应变变得过大，并且容易产生裂纹、褶皱等。

接着，将利用锻造工序或轧制工序制作的板状的靶原材和利用管加工制作的管状的靶原材在例如大气中或不活泼气体气氛中在200℃以上且500℃以下的温度下进行热处理，由此使靶原材的金属组织再结晶。通过这样的热处理，能够得到具有20以上且小于40的维氏硬度的Au溅射靶。此外，能够得到具有15μm以上且200μm以下的平均结晶粒径的Au溅射靶、使溅射面优先取向于{110}面的Au溅射靶。热处理工序可以实施两次以上。热处理工序后，可以根据需要实施利用切削加工等对溅射靶的形状进行修整的工序。

热处理温度低于200℃时，无法将加工时产生的内部应变充分除去，可能使维氏硬度达到40以上。另外，可能无法使溅射面优先取向于{110}面。另一方面，热处理温度超过500℃时，再结晶组织过度生长，可能使平均结晶粒径大于200μm、或者溅射面优先取向于{110}面以外的晶面。热处理温度下的保持时间(热处理时间)例如优选设定为10分钟以上且120分钟以下。热处理时间过短时，可能使应变的除去不充分、或者无法使金属组织充分再结晶化。另一方面，热处理时间过长时，可能维氏硬度过度降低、或者平均结晶粒径变得过大。

如上所述，通过对将Au锭加工成板状或圆筒状的工序的加工率和再结晶化热处理工序的温度进行控制，能够得到维氏硬度为20以上且小于40、并且维氏硬度的波动小的Au溅射靶。此外，能够得到平均结晶粒径为15μm以上且200μm以下、平均结晶粒径的波动小的Au溅射靶、以及使溅射面优先取向于{110}面的Au溅射靶。通过使用这样的Au溅射靶成膜出Au膜，能够得到例如满足晶体振子器件等的电极所要求的膜厚分布的均匀性的高纯度的Au膜。实施方式的Au溅射靶不限于用于晶体振子器件的电极膜(Au膜)的成膜，还可以用于各种电子部件中应用的Au膜的成膜。

实施例

接着，对本发明的具体实施例及其评价结果进行说明。

(实施例1)

首先，将Au块插入石墨坩埚中进行熔化。将Au熔液在石墨铸模中进行铸造，制作Au板状的锭。通过对Au锭的表面进行磨削除去，制作宽度为190mm、长度为270mm、厚度为50mm的Au坯(纯度99.999％)。接着，将Au坯在800℃的温度下进行热锻，制成宽度为70mm、长度为200mm、厚度为45mm的Au靶原材。锻造时的加工率在三轴方向上均设定为80％。将锻造后的Au靶原材在500℃的温度下进行30分钟热处理。对热处理后的Au靶原材进行磨削加工，制作直径为152.4mm、厚度为5mm的圆板状的Au溅射靶。为了进行各部的特性测定和膜厚特性的测定，制作2个Au溅射靶。在以下的实施例和比较例中也同样。

依照前述的板状溅射靶的测定方法，对所得到的Au溅射靶的维氏硬度进行测定(装置名：mitsutoyo HM123)。以200gf的试验力(按压载荷)测定前述的各测定部位的维氏硬度，结果，溅射面的维氏硬度的平均值(HV_av1)为25.6，第一截面的维氏硬度的平均值(HV_av2)为33.2，第二截面的维氏硬度的平均值(HV_av3)为33.1，上述各值的平均值(靶整体的维氏硬度(HV_tav))为30.6。关于各部的维氏硬度(HV_av1、HV_av2、HV_av3)相对于靶整体的维氏硬度(HV_tav)的比，HV_av1/HV_tav为0.84、HV_av2/HV_tav为1.08、HV_av3/HV_tav为1.08。

进而，依照前述的板状溅射靶的测定方法，对Au溅射靶的平均结晶粒径进行测定。其结果是，靶整体的平均结晶粒径(AD_tav)为32.2μm。另外，对Au溅射靶的溅射面进行X射线衍射，依照前述的方法对优先取向的晶面进行评价。结果确认到，在溅射面，Au的{110}面优先取向。依照前述的方法求出{110}面的取向指数N，结果，{110}面的取向指数N为1.52。将这样的Au溅射靶供于后述的成膜工序，对特性进行评价。

(实施例2～7、比较例1～2)

对于与实施例1同样地制作的Au坯，与实施例1同样地实施应用表1所示的加工率的锻造加工，制作Au靶原材。接着，对锻造后的Au靶原材在表1所示的条件下实施热处理。然后，对热处理后的Au靶原材进行磨削加工，由此制作与实施例1相同形状的Au溅射靶。与实施例1同样地对这些Au溅射靶的维氏硬度、平均结晶粒径、溅射面的优先取向面和{110}面的取向指数N进行测定和评价。将这些测定结果示于表2中。将这样的Au溅射靶供于后述的成膜工序，对特性进行评价。需要说明的是，对于比较例1的Au溅射靶而言，由于无法清楚地辨别晶界，因此，未能测定平均结晶粒径(表1中标记为“—”)。

[表1]

[表2]

*括号内的值为相对于HV_tav的比。

平均结晶粒径一栏的“—”符号是指难以辨别晶界而无法测定。

将上述的实施例1～7和比较例1～2的各Au溅射靶安装到单片式溅射装置(装置名：ANELVA SPF530H)中，将装置内真空排气至1×10^-3Pa以下，然后，在Ar气体压力：0.4Pa、输入功率：DC100W、靶-基板间距离：40mm、溅射时间：5分钟的条件下进行溅射，在6英寸Si基板(晶片)上成膜出Au膜。以下述方式对所得到的Au膜的膜厚分布进行评价。将成膜出Au膜的基板安装到荧光X射线膜厚计上，在测定时间：60秒、反复测定次数：10次、测定开始点：基板端部、测定点间隔：5mm的条件下测定Au膜的膜厚。膜厚的测定轴设定为4个轴、即从基板的中心通过的纵向和横向的2个轴、以及从上述2个轴旋转45度的状态下通过基板的中心的纵向和横向的2个轴。测定后，算出各测定点的10点平均膜厚，算出4个轴的相同测定位置处的测定值的标准偏差，算出全部测定位置的标准偏差的平均值。将该值作为膜厚的标准偏差σ示于表3中。接着，通过四端子法测定Au膜的电阻值，与膜厚同样地求出电阻值的标准偏差σ。将其结果作为Au膜的电阻值的标准偏差σ示于表3中。

[表3]

由表2和表3可知，实施例1～7的各Au溅射靶中，维氏硬度为20以上且小于40的范围，并且各部的维氏硬度的波动也小。可知：平均结晶粒径为15μm以上且200μm以下的范围，在溅射面，{110}面优先取向，{110}面的取向指数N大于1。可知：使用将这样的维氏硬度、平均结晶粒径和溅射面的优先取向面组合而成的Au溅射靶进行溅射成膜而得到的Au膜，膜厚分布的均匀性优良，并且电阻值的均匀性也优良。

(实施例8～12)

对于与实施例1同样地制作的Au坯，与实施例1同样地实施应用表4所示的加工率的锻造加工，制作Au靶原材。接着，对锻造后的Au靶原材在表4所示的条件下实施热处理。然后，对热处理后的Au靶原材进行磨削加工，由此制作与实施例1相同形状的Au溅射靶。

[表4]

与实施例1同样地对所得到的Au溅射靶的维氏硬度进行测定。此外，依照前述的板状溅射靶的测定方法对Au溅射靶的平均结晶粒径进行测定。作为测定结果，将溅射面、第一截面和第二截面各自的平均结晶粒径(AD_av1、AD_av2、AD_av3)、上述各值的平均值(靶整体的平均结晶粒径(AD_tav))和各部的平均结晶粒径(AD_av1、AD_av2、AD_av3)相对于靶整体的平均结晶粒径(AD_tav)的比示于表5中。进而，对Au溅射靶的溅射面进行X射线衍射，依照前述的方法对优先取向的晶面进行评价。依照前述的方法，求出{110}面的取向指数N。将这些结果示于表5中。使用这样的Au溅射靶，与实施例1同样地实施成膜工序，求出Au膜的膜厚的标准偏差σ和电阻值的标准偏差σ。将这些结果示于表6中。

[表5]

*括号内的值为相对于AD_tav的比。

平均结晶粒径一栏的“—”符号是指难以辨别晶界而无法测定。

[表6]

(实施例13～21、比较例3～4)

首先，将Au块插入石墨坩埚中进行熔化。将Au熔液在石墨铸模中进行铸造，制作Au锭。通过对Au锭的表面进行磨削除去，制作宽度为200mm、长度为300mm、厚度为45mm的Au坯(纯度99.999％)。接着，将Au坯在800℃的温度下进行热轧，制成宽度为70mm、长度为200mm、厚度为45mm的Au靶原材。轧制时的加工率以厚度的减少率计设定为80％。将轧制后的Au靶原材在表7所示的条件下进行热处理。对热处理后的Au靶原材进行磨削加工，制作直径为152.4mm、厚度为5mm的圆板状的Au溅射靶。

[表7]

对于所得到的Au溅射靶，与实施例1同样地对靶整体的维氏硬度的平均值(HV_tav)和靶整体的平均结晶粒径(AD_tav)进行测定。进而，与实施例1同样地对在Au溅射靶的溅射面优先取向的晶面进行评价，并且与实施例1同样地求出{110}面的取向指数N。将这些结果示于表8中。使用这样的Au溅射靶，与实施例1同样地实施成膜工序，求出Au膜的膜厚的标准偏差σ和电阻值的标准偏差σ。将这些结果示于表9中。

[表8]

[表9]

(实施例22)

首先，将Au块插入石墨坩埚中进行熔化。将Au熔液在石墨铸模中进行铸造，制作圆柱状的Au锭。对Au锭的表面进行磨削除去，并且以内径50mm进行挖通加工，由此制作外径为100mm、内径为50mm、长度为200mm的圆筒状Au坯(纯度99.999％)。接着，在圆筒状Au坯的中空部中插入有芯材的状态下，加热至800℃的温度进行热锻，制成外径为80mm、内径为50mm、长度为400mm以上的管状Au靶原材。锻造时的加工率以厚度的减少率计设定为35％。将锻造后的管状Au靶原材在500℃的温度下进行30分钟热处理。对热处理后的Au靶原材进行磨削加工，由此制作外径为70mm、内径为65mm、长度为350mm的圆筒状的Au溅射靶。

依照前述的圆筒状溅射靶的测定方法，对所得到的Au溅射靶的维氏硬度进行测定。200gf的试验力(按压载荷)测定各测定部位的维氏硬度，结果，溅射面的第一直线上的维氏硬度的平均值(HV_av1)为24.0，溅射面的第二直线上的维氏硬度的平均值(HV_av2)为31.2，截面的维氏硬度的平均值(HV_av3)为33.6，上述各值的平均值(靶整体的维氏硬度(HV_tav))为29.6。关于各部的维氏硬度(HV_av1、HV_av2、HV_av3)相对于靶整体的维氏硬度(HV_tav)的比，HV_av1/HV_tav为0.81、HV_av2/HV_tav为1.05、HV_av3/HV_tav为1.14。

进而，依照前述的圆筒状溅射靶的测定方法，对Au溅射靶的平均结晶粒径进行测定。其结果是，靶整体的平均结晶粒径(AD_tav)为36.3μm。另外，对Au溅射靶的溅射面进行X射线衍射，依照前述的方法对优先取向的晶面进行评价。结果确认到，在溅射面，Au的{110}面优先取向。依照前述的方法求出{110}面的取向指数N，结果，{110}面的取向指数N为1.28。将这样的圆筒状的Au溅射靶供于后述的成膜工序，对特性进行评价。

(实施例23～28、比较例5～6)

对于与实施例22同样地制作的Au坯，与实施例22同样地实施应用表10所示的加工率的锻造加工，制作圆筒状的Au靶原材。接着，对锻造后的Au靶原材在表10所示的条件下实施热处理。然后，对热处理后的Au靶原材进行磨削加工，由此制作与实施例22相同形状的Au溅射靶。与实施例22同样地对这些Au溅射靶的维氏硬度和平均结晶粒径(AD_tav)进行测定。此外，与实施例22同样地对在Au溅射靶的溅射面优先取向的晶面进行评价，并且与实施例22同样地求出{110}面的取向指数N。将这些结果示于表11中。将这样的圆筒状的Au溅射靶供于后述的成膜工序，对特性进行评价。

[表10]

[表11]

*括号内的值为相对于HV_tav的比。

平均结晶粒径一栏的“—”符号是指难以辨别晶界而无法测定。

将上述的实施例22～28和比较例5～6的各Au溅射靶安装到圆筒型溅射装置中，将装置内真空排气至1×10^-3Pa以下，然后，在Ar气体压力：0.4Pa、输入功率：DC100W、靶-基板间距离：40mm、溅射时间：5分钟的条件下进行溅射，在6英寸Si基板(晶片)上成膜出Au膜。依照前述的方法对所得到的Au膜的膜厚分布进行测定，求出Au膜的膜厚的标准偏差σ。另外，依照前述的方法，求出Au膜的电阻值的标准偏差σ。将这些结果示于表12中。

[表12]

由表11和表12可知，实施例22～24的各Au溅射靶中，维氏硬度为20以上且小于40的范围，各部的维氏硬度的波动也小。可知：平均结晶粒径为15μm以上且200μm以下的范围，在溅射面，{110}面优先取向，{110}面的取向指数N大于1。可知：使用将这样的维氏硬度、平均结晶粒径和溅射面的优先取向面组合而成的Au溅射靶进行溅射成膜而得到的Au膜，膜厚分布的均匀性优良，电阻值的均匀性也优良。

(实施例29～33)

对于与实施例22同样地制作的Au坯，与实施例22同样地实施应用表13所示的加工率的锻造加工，制作圆筒状的Au靶原材。接着，对锻造后的Au靶原材在表13所示的条件下实施热处理。然后，对热处理后的Au靶原材进行磨削加工，由此制作与实施例22相同形状的Au溅射靶。

[表13]

与实施例22同样地对所得到的Au溅射靶的维氏硬度进行测定。此外，依照前述的圆筒状溅射靶的测定方法对Au溅射靶的平均结晶粒径进行测定。作为测定结果，将第一溅射面、第二溅射面和截面各自的结晶粒径的平均值(AD_av1、AD_av2、AD_av3)、上述各值的平均值(靶整体的平均结晶粒径(AD_tav))和各部的平均结晶粒径(AD_av1、AD_av2、AD_av3)相对于靶整体的平均结晶粒径(AD_tav)的比示于表14中。进而，对Au溅射靶的溅射面进行X射线衍射，依照前述的方法对优先取向的晶面进行评价，并且求出{110}面的取向指数N。将这些结果示于表14中。使用这样的Au溅射靶，与实施例22同样地实施成膜工序，测定Au膜的膜厚的标准偏差σ和电阻值的标准偏差σ。将这些结果示于表15中。

[表14]

*括号内的值为相对于AD_tav的比。

平均结晶粒径一栏的“—”符号是指难以辨别晶界而无法测定。

[表15]

产业上的可利用性

本发明的Au溅射靶对于用于作为各种用途中使用的高纯度的Au膜的成膜是有用的。通过使用本发明的Au溅射靶进行溅射，能够得到膜厚分布和电阻值的均匀性优良的高纯度的Au膜。因此，能够提高各种用途中使用的Au膜的特性。

Claims (13)

1.一种金溅射靶，其是具有99.999％以上的金纯度的金溅射靶，其中，维氏硬度的平均值为20以上且小于40，平均结晶粒径为15μm以上且200μm以下，在被溅射的表面，金的{110}面优先取向。

2.如权利要求1所述的金溅射靶，其中，对所述表面进行X射线衍射，根据下述式(1)由金的各晶面的衍射强度比求出各晶面的取向指数N时，金的{110}面的取向指数N大于1、并且在全部晶面的取向指数N中最大，

式(1)中，I/I_(hkl)为X射线衍射中的(hkl)面的衍射强度比，JCPDS·I/I_(hkl)为JCPDS卡中的(hkl)面的衍射强度比，Σ(I/I_(hkl))为X射线衍射中的全部晶面的衍射强度比之和，Σ(JCPDS·I/I_(hkl))为JCPDS卡中的全部晶面的衍射强度比之和。

3.如权利要求1或权利要求2所述的金溅射靶，其中，所述溅射靶整体的所述维氏硬度的波动为±20％以内。

4.如权利要求1～权利要求3中任一项所述的金溅射靶，其中，所述溅射靶整体的所述平均结晶粒径的波动为±20％以内。

5.如权利要求1～权利要求4中任一项所述的金溅射靶，其具有板形状。

6.如权利要求1～权利要求4中任一项所述的金溅射靶，其具有圆筒形状。

7.一种金溅射靶的制造方法，其具备制造金溅射靶的工序，所述金溅射靶具有99.999％以上的金纯度，维氏硬度的平均值为20以上且小于40，平均结晶粒径为15μm以上且200μm以下，在被溅射的表面，金的{110}面优先取向。

8.如权利要求7所述的金溅射靶的制造方法，其中，对所述表面进行X射线衍射，根据下述式(1)由金的各晶面的衍射强度比求出各晶面的取向指数N时，金的{110}面的取向指数N大于1、并且在全部晶面的取向指数N中最大，

式(1)中，I/I_(hkl)为X射线衍射中的(hkl)面的衍射强度比，JCPDS·I/I_(hkl)为JCPDS卡中的(hkl)面的衍射强度比，Σ(I/I_(hkl))为X射线衍射中的全部晶面的衍射强度比之和，Σ(JCPDS·I/I_(hkl))为JCPDS卡中的全部晶面的衍射强度比之和。

9.如权利要求7或权利要求8所述的金溅射靶的制造方法，其中，所述溅射靶整体的所述维氏硬度的波动为±20％以内。

10.如权利要求7～权利要求9中任一项所述的金溅射靶的制造方法，其中，所述溅射靶整体的所述平均结晶粒径的波动为±20％以内。

11.如权利要求7～权利要求10中任一项所述的金溅射靶的制造方法，其中，所述金溅射靶的制造工序具备：

准备具有99.999％以上的金纯度的金锭的工序；

对所述金锭进行加工而形成期望的板状或圆筒状的金坯的第一加工工序；

将所述金坯在加压下使板厚减少的同时进行加工而形成期望的板状或圆筒状的靶原材的第二加工工序；和

对所述靶原材进行热处理的热处理工序。

12.如权利要求7～权利要求10中任一项所述的金溅射靶的制造方法，其中，所述金溅射靶的制造工序具备：

准备具有99.999％以上的金纯度的金锭的工序；

将所述金锭加工成板状的金坯的第一加工工序；

对所述金坯以使加工率为50％以上且90％以下的方式、在200℃以上且800℃以下的温度下实施热锻或热轧、或者实施冷轧而得到板状的靶原材的第二加工工序；和

通过将所述靶原材在200℃以上且500℃以下的温度下保持10分钟以上且120分钟以下来进行热处理的热处理工序。

13.如权利要求7～权利要求10中任一项所述的金溅射靶的制造方法，其中，所述金溅射靶的制造工序具备：

准备具有99.999％以上的金纯度的金锭的工序；

将所述金锭加工成圆筒状的金坯的第一加工工序；

对所述金坯以冷加工实施挤出比为1.5以上且3.0以下的挤出加工、以冷加工实施两次以上的每一次的加工率为2％以上且5％以下的拉拔加工、或者在200℃以上且800℃以下的温度下实施加工率为30％以上且80％以下的热锻而得到圆筒状的靶原材的第二加工工序；和

通过将所述靶原材在200℃以上且500℃以下的温度下保持10分钟以上且120分钟以下来进行热处理的热处理工序。