CN111719125A - Mo合金靶材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及Mo合金靶材及其制造方法。本申请提供一种Mo合金靶材，其能够同时达成抑制夹持、接合等操作中的靶材变形、切削工具的刀头磨耗、破损，并且抑制溅射时的异常放电。一种Mo合金靶材，其含有10～49原子％的Ni、1～30原子％的Ti并且Ni和Ti的总量为50原子％以下，余量为Mo以及不可避免的杂质；所述Mo合金靶材的维氏硬度为340～450HV，以9个测定点进行测定而得到的维氏硬度的标准偏差为20HV以下。
Description
技术领域
本发明涉及用于形成例如电子部件用的电极、布线薄膜的Mo合金靶材及其制造方法。
背景技术
在电泳型显示器等平面显示装置(平板显示器，Flat Panel Display：以下，称为FPD)、各种半导体设备、薄膜传感器、磁头等薄膜电子部件中需要具备低电阻值的(以下，也称为“低电阻”)布线薄膜。例如，伴随着大画面、高精细、快速响应化，要求FPD的布线薄膜低电阻化。此外，近年来开发了在FPD上增加操作性的触摸面板、使用树脂基板的柔性的FPD等新的制品。
作为FPD的驱动元件而使用的薄膜晶体管(Thin FilmTransistor：以下，称为TFT)的布线薄膜需要低电阻化，对布线材料进行如下研究：从以往的Al变更为更低电阻的Cu。
现在，在TFT中使用非晶质Si半导体膜，作为布线膜的Cu与Si直接接触时，由于TFT制造中的加热工序而发生热扩散，使TFT的特性劣化。因此，在Cu与Si之间作为覆盖膜使用将耐热性优异的Mo、Mo合金作为阻隔膜的层叠布线膜。
此外，进行了能够实现比迄今的非晶质Si半导体膜更快速响应的使用氧化物的透明的半导体膜的应用研究，研究了具有这些氧化物半导体的布线薄膜进而与由Cu形成的布线膜、由Mo、Mo合金形成的基底膜、覆盖膜层叠的结构的层叠布线膜。因此，这些层叠布线膜的形成中使用的由Mo合金形成的薄膜的需求增高。
并且，作为具有高耐湿性，适宜于可移动机器、车载机器的Mo合金薄膜，提出了Mo-Ni-Ti合金。
另一方面，作为形成上述的Mo合金薄膜的手法，使用溅射靶材(以下，简称为“靶材”)的溅射法是最适宜的。溅射法是物理蒸镀法之一，与其他的真空蒸镀、离子镀相比，为可以大面积稳定地形成Mo合金薄膜的方法，并且为即便上述那样的添加元素多的合金也可以得到组成变动少的优异的Mo合金薄膜的有效手法。
并且，作为得到上述的由Mo-Ni-Ti合金形成的靶材的手法，例如，专利文献1中，提出了对将混合Mo粉末与一种以上的Ni合金粉末得到的、或者混合Mo粉末、Ni合金粉末与Ti粉末得到的混合粉末加压烧结而成的烧结体施加机械加工的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-177696号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1中所公开的，将Mo粉末、Ni合金和Ti粉末混合得到的混合粉末采用热等静压(以下，称为“HIP”)进行加压烧结来制作靶材时，有时在该靶材中存在局部硬度低的部位。因此，在将靶材机械加工为规定的形状尺寸时的夹持、接合等的操作中，有时靶材本体变形。
此外，Mo-Ni-Ti合金在机械加工时发生裂纹、缺损、脱落的可能性高，为所谓的难切削材料，并且在靶材中存在局部硬度高的部位时，有时导致切削工具的刀头磨耗、破损，所得到的靶材的表面粗糙度变大，或根据情况，使靶材本体破损。
此外，在靶材的溅射面的中央部的侵蚀区域存在局部硬度低的部位时，仅低硬度的部位残存，或仅低硬度的部位发生脱落，从而侵蚀区域的表面粗糙度变粗糙，容易成为溅射时异常放电的起点。
本发明的目的在于，提供一种Mo合金靶材，其能够同时达成抑制在夹持、接合等操作中的靶材的变形、切削工具的刀头磨耗、破损，并且抑制溅射时的异常放电。
用于解决问题的方案
本发明的Mo合金靶材含有10～49原子％的Ni、1～30原子％的Ti并且Ni和Ti的总量为50原子％以下，余量为Mo以及不可避免的杂质；所述Mo合金靶材的维氏硬度为340～450HV，以9个测定点进行测定而得到的维氏硬度的标准偏差为20HV以下。
本发明的Mo合金靶材能够通过包括如下工序的制造方法而得到：以含有10～49原子％的Ni、1～30原子％的Ti并且Ni和Ti的总量为50原子％以下、余量为Mo以及不可避免的杂质的方式混合Mo粉末、NiMo合金粉末和Ti粉末，得到混合粉末的工序；将前述混合粉末在常温下加压而得到成形体的工序；以及，对前述成形体进行加压烧结，得到烧结体的工序。
发明的效果
本发明能够提供调整了维氏硬度的Mo合金靶材。由此，能够期待同时达成能够抑制在夹持、接合等操作中的靶材的变形、切削工具的刀头磨耗、破损，抑制溅射时的异常放电。因此，成为在上述的、例如FPD等的制造中有用的技术。
附图说明
图1为本发明例1的靶材的溅射面中的光学显微镜观察照片。
图2为比较例的靶材的溅射面中的光学显微镜观察照片。
具体实施方式
对于本发明的靶材，由JIS Z 2244规定的维氏硬度为340～450HV的范围，以任意9个测定点进行测定而得到的维氏硬度的标准偏差为20HV以下。对于本发明的靶材，将维氏硬度设为特定范围，缩小其的偏差(标准偏差)，从而能够抑制在机械加工中的夹持、接合等操作中靶材本体的变形。并且，本发明的实施方式所述的靶材优选以任意9个测定点进行测定而得到的维氏硬度的标准偏差为17HV以下。
此外，对于本发明的靶材，将维氏硬度调整到特定范围，从而能够抑制例如在铣床、车床等的刀头上生成积屑瘤(Built-up edge)。即，对于本发明的靶材，能够抑制随着进行切削加工、伴随积屑瘤的成长的刀头进深逐渐变大，减小切削开始时与切削完成时靶材的尺寸差，并且抑制伴随着积屑瘤的剥离的刀头破损。
另一方面，在靶材的溅射面的中央部的侵蚀区域存在例如由Mo基质相、MoTi相等构成的局部硬度低的部位时，有时仅低硬度的部位残存或脱落，靶材的侵蚀区域的表面变粗糙，容易成为溅射时异常放电的起点。因此，将本发明的靶材的维氏硬度设为340HV以上。并且，根据与上述同样的理由，优选将本发明的实施方式所述的靶材的维氏硬度设为345HV以上。
通过将本发明的靶材的维氏硬度设为450HV以下，从而可以抑制例如铣床、车床等的刀头的磨耗量。即，本发明的靶材能够抑制随着进行切削加工，伴随刀头的磨耗的刀头进深逐渐变小，切削开始时与切削完成时靶材的尺寸差变大；并且也能够抑制刀头破损。
此外，将本发明的靶材的维氏硬度设为450HV以下，从而在被切削机械夹持以及与垫板、衬管接合时的操作等中能够抑制靶材本体的破损。并且，根据与上述同样的理由，优选将本发明的实施方式所述的靶材的维氏硬度设为445HV以下。
本发明中所述的维氏硬度，从抑制上述的靶材的变形、切削工具的刀头磨耗、破损以及抑制溅射时的异常放电的观点出发，在靶材的溅射面的中心附近的1.5mm见方以任意9个点进行测定。此时，负载设为9.8N，加压时间设为10秒。
并且，本发明的靶材以上述条件测定而得到的维氏硬度处于340～450HV的范围，以上述9个测定点进行测定而得到的维氏硬度的标准偏差为20HV以下。
此外，本发明的实施方式所述的靶材，从将维氏硬度设为340～450HV的观点出发，优选由Mo-Ni-Ti合金相构成。
并且，本发明的靶材具有如下组成：含有10～49原子％的Ni、1～30原子％的Ti，并且以Ni和Ti的总量为50原子％以下且前述Ni、前述Ti与Mo的总计为100原子％地包含不可避免的杂质。Ni以及Ti的含量以不大幅损害密合性、耐热性、耐湿性的范围的方式来规定。
Ni的含量设为10原子％以上，从而能够得到氧化抑制效果。此外，Ni为与Mo相比容易向Cu、Al热扩散的元素，有时使电阻值增加。因此，Ni的含量设为49原子％以下。此外，从与上述同样的理由出发，Ni的含量优选为25原子％以下，更优选为20原子％以下。
Ti的含量设为1原子％以上，从而能够提高耐湿性。此外，Ti的含量设为30原子％以下，从而能够提高蚀刻性。此外，从与上述同样的理由出发，Ti的含量优选为20原子％以下，更优选为15原子％以下。
此外，Ti也为与Mo相比容易向Cu、Al热扩散的元素。因此，对于本发明的靶材，将Ni设为10～49原子％，将Ti设为1～30原子％，并且将Ni和Ti的总计设为50原子％以下。
本发明的靶材能够由以下的制造方法而得到，对其的通常方式进行说明。需要说明的是，本发明并不限于以下说明的方式。
首先，以含有10～49原子％的Ni、1～30原子％的Ti并且Ni和Ti的总量为50原子％以下、余量为Mo以及不可避免的杂质的方式混合Mo粉末、NiMo合金粉末和Ti粉末，得到混合粉末。然后，在常温(由JIS Z 8703规定的20±15℃)下，例如使用冷等静压成形(以下，称为“CIP”)对该混合粉末加压而制成成形体。
接着，对该成形体进行加压烧结而得到烧结体，对其实施机械加工，从而可以得到本发明的靶材。在此，对于本发明的实施方式所述的靶材的制造方法，在应用后述的加压烧结的条件从而得到上述的烧结体的工序之后，能够不实施用于去除靶材的残留应力、调整维氏硬度的热处理而得到调整了维氏硬度的靶材。
需要说明的是，本发明的实施方式所述的靶材从有效地降低靶材整体的维氏硬度的偏差的观点出发，在其的制造方法中，优选采用在得到上述的烧结体的工序之前包括“将上述的成形体粉碎而得到粉碎粉末的工序”而得到上述的烧结体的工序，对该粉碎粉末进行加压烧结而得到烧结体。优选例如，先用例如盘磨机等粉碎上述的成形体，制作1.5mm以下的粉碎粉末，对该粉碎粉末进行加压烧结，得到烧结体，对其施加机械加工从而得到。
加压烧结可以应用HIP、热压，优选以800～1200℃、10～200MPa、1～10小时的条件进行。这些条件的选择依赖于进行加压烧结的装置。例如，对于HIP，低温高压的条件容易适用，对于热压，高温低压的条件容易适用。在本发明的制造方法中，优选使用在加压烧结中能够以低温进行烧结而抑制Ni合金、Ti的扩散并且能够以高压进行烧结而得到高密度的烧结体的HIP。
烧结温度设为800℃以上，从而能够促进烧结，得到高密度的烧结体。此外，根据与上述同样的理由，优选烧结温度设为900℃以上。
另一方面，烧结温度设为1200℃以下，从而能够抑制液相的出现、烧结体的晶体生长，能够得到均匀且微细的金相组织。此外，根据与上述同样的理由，优选烧结温度设为1100℃以下。
加压力设为10MPa以上，从而能够促进烧结，得到高密度的烧结体。此外，加压力设为200MPa以下，从而能够抑制在烧结时残留应力向靶材的导入，抑制烧结后的裂纹的产生，并且能够利用通用的加压烧结装置。
烧结时间设为1小时以上，从而能够充分促进烧结，能够得到高密度的烧结体。此外，烧结时间设为10小时以下，从而能够抑制制造效率的降低。
实施例
以含有30原子％的Ni、20原子％的Ti、余量为Mo以及不可避免的杂质的方式混合体积基准的累积粒度分布的50％粒径(以下，称为“D50”)为7μm的Mo粉末、D50为35μm的NiMo合金粉末和D50为30μm的Ti粉末，得到混合粉末。
然后，将该混合粉末填充到橡胶制的模具内，以成形压力2.7吨/cm2(≈2.65MPa)的条件进行CIP处理，得到成形体。
接着，将由上述得到的成形体设置在HIP装置的炉体内部，以1000℃、120MPa、5小时的条件实施加压烧结，得到成为本发明例1的靶材的Mo合金烧结体。
以含有20原子％的Ni、20原子％的Ti、余量为Mo以及不可避免的杂质的方式混合体积基准的累积粒度分布的50％粒径(以下，称为“D50”)为7μm的Mo粉末、D50为35μm的NiMo合金粉末和D50为30μm的Ti粉末，得到混合粉末。
然后，将该混合粉末填充到橡胶制的模具内，以成形压力2.7吨/cm2(≈2.65MPa)的条件进行CIP处理，得到成形体。将该成形体用盘磨机进行粉碎，得到1.5mm以下的粉碎粉末。
接着，将由上述得到的粉碎粉末设置在HIP装置的炉体内部，以1000℃、120MPa、5小时的条件实施加压烧结，得到成为本发明例2的靶材的Mo合金烧结体。
以含有49原子％的Ni、1原子％的Ti、余量为Mo以及不可避免的杂质的方式混合体积基准的累积粒度分布的50％粒径(以下，称为“D50”)为7μm的Mo粉末、D50为35μm的NiMo合金粉末和D50为30μm的Ti粉末，得到混合粉末。
然后，将该混合粉末填充到橡胶制的模具内，以成形压力2.7吨/cm2(≈2.65MPa)的条件进行CIP处理，得到成形体。将该成形体用盘磨机进行粉碎，得到1.5mm以下的粉碎粉末。
接着，将由上述得到的粉碎粉末设置在HIP装置的炉体内部，以1000℃、120MPa、5小时的条件实施加压烧结，得到成为本发明例3的靶材的Mo合金烧结体。
以含有10原子％的Ni、30原子％的Ti、余量为Mo以及不可避免的杂质的方式混合体积基准的累积粒度分布的50％粒径(以下，称为“D50”)为7μm的Mo粉末、D50为35μm的NiMo合金粉末和D50为30μm的Ti粉末，得到混合粉末。
然后，将该混合粉末填充到橡胶制的模具内，以成形压力2.7吨/cm2(≈2.65MPa)的条件进行CIP处理，得到成形体。
接着，将由上述得到的成形体设置在HIP装置的炉体内部，以1000℃、120MPa、5小时的条件实施加压烧结，得到成为本发明例4的靶材的Mo合金烧结体。
以含有30原子％的Ni、20原子％的Ti、余量为Mo以及不可避免的杂质的方式混合D50为7μm的Mo粉末、D50为35μm的NiMo合金粉末和D50为30μm的Ti粉末，得到混合粉末。
然后，将该混合粉末填充到低碳钢制的加压容器中，将其设置在HIP装置的炉体内部，以1000℃、120MPa、5小时的条件实施加压烧结，得到成为比较例的靶材的Mo合金烧结体。
从在上述中得到的各烧结体作为溅射面的表面的任意位置通过机械加工采取试验片。然后，对于维氏硬度，基于JIS Z 2244，使用株式会社明石制作所制的MVK-E，以与图1以及图2中示出的9个点相当的测定点进行测定。将其结果示出于表1。
在此，确认到作为本发明例的Mo合金烧结体在为了制成靶材的形状的机械加工时均没有刀头磨耗、破损。此外，在该机械加工中，也没有Mo合金烧结体的脱落，因此，也能够期待抑制溅射时的异常放电。此外，在被切削机械夹持等操作中也没有Mo合金烧结体变形、破损。
另一方面，成为比较例的Mo合金烧结体在为了制成靶材的形状的机械加工时产生刀头磨耗、破损。此外，在该机械加工中，确认到Mo合金烧结体的脱落。
[表1]
在图1以及图2中示出用光学显微镜观察各靶材的作为溅射面的表面的金相组织的结果。
确认到成为比较例的靶材为由图2所示的在成为基质的Mo相中分布存在由浅灰色部示出的粗大的Ni合金相的金相组织，维氏硬度的偏差(标准偏差)超过20HV。
另一方面，对于成为本发明例1的靶材，能够确认到由图1的浅灰色部所示的Ni合金相微细地分散，没有在比较例所观察到的粗大的Ni合金相，维氏硬度的偏差(标准偏差)被调整到20HV以下。由此，能够期待本发明的靶材能够抑制操作中的靶材变形、切削工具的刀头磨耗、破损，并且抑制溅射时的异常放电起点的产生。
Claims (2)
1.一种Mo合金靶材，其含有10～49原子％的Ni、1～30原子％的Ti并且Ni和Ti的总量为50原子％以下，余量为Mo以及不可避免的杂质；所述Mo合金靶材的维氏硬度为340～450HV，以9个测定点进行测定而得到的维氏硬度的标准偏差为20HV以下。
2.一种Mo合金靶材的制造方法，其包括如下工序：以含有10～49原子％的Ni、1～30原子％的Ti并且Ni和Ti的总量为50原子％以下、余量为Mo以及不可避免的杂质的方式混合Mo粉末、NiMo合金粉末和Ti粉末，得到混合粉末的工序；将所述混合粉末在常温下加压而得到成形体的工序；以及，对所述成形体进行加压烧结，得到烧结体的工序。
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