JP4006620B2 - Manufacturing method of high purity nickel target and high purity nickel target - Google Patents

Manufacturing method of high purity nickel target and high purity nickel target Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜のユニフォーミティ(膜厚の均一性)とプラズマのイグニッション(点弧)性に優れたニッケルスパッタリングターゲットの製造方法及びこれによって得られた高純度ニッケルターゲットに関する。
【0002】
【従来の技術】
ハードディスク用磁気記録媒体、磁気ヘッド、LSIチップ等に磁性膜を形成する方法として、スパッタリング法が広く用いられている。
スパッタリング法は、陽極となる基板と陰極となるターゲットとを対向させ、不活性ガス雰囲気下でこれらの基板とターゲットの間に高電圧を印加して電場を発生させるものであり、この時電離した電子と不活性ガスが衝突してプラズマが形成され、このプラズマ中の陽イオンがターゲット表面に衝突してターゲット構成原子を叩きだし、この飛び出した原子が対向する基板表面に付着して膜が形成されるという原理を用いたものである。
【0003】
現在、スパッタリングの多くは、いわゆるマグネトロンスパッタリングと呼ばれている方法が使用されている。マグネトロンスパッタリング法は、ターゲットの裏側に磁石をセットしターゲット表面に電界と垂直方向に磁界を発生させてスパッタリングを行なう方法であり、このような直交電磁界空間内ではプラズマの安定化および高密度化が可能であり、スパッタ速度を大きくすることができるという特徴を有している。
【0004】
一般に、このようなマグネトロンスパッタリング法を用い、NiやCo等の強磁性体またはフェリ磁性体等の磁性体薄膜を基板上に形成することが行なわれている。マグネトロンスパッタリングは磁界中に電子を捕らえて、効率よくスパッタガスを電離するが、ターゲットが磁化をもつ場合、ターゲットそのものが磁気特性によって、スパッタ面近傍の磁界に影響を与える。
近年、特にゲート材料として、シリサイド化温度が低いこと、膜抵抗が低いこと、さらにはシリサイド反応で使用されるシリコンが少ないなどの特性があることから、コバルトに替えてニッケルを使用する提案がなされている。
【0005】
一般に、強磁性体は磁気的に閉回路を作るためにマグネトロンスパッタリングすることが極めて難しいという問題がある。しかし、最近ではニッケルのような強磁性体ターゲットでも、強力なマグネットを用いるなどのマグネトロンスパッタリング装置の改善によって、ニッケルターゲットの厚さが5mm程度あれば、十分な成膜速度が得られるようになっている。
しかし、逆に言うとニッケルのようなターゲットにおいては、その厚さを5mm以下好ましくは3mm以下に薄くし、かつ均一な膜が得られるように、ターゲットを加工する必要があるという大きな課題がある。
また、スパッタ面内の磁気特性が不均一である(磁気異方性がある)ターゲットを用いるとエロージョン部の最深部が歪み、予定した膜厚分布が得られないという問題があり、磁気異方性を利用するニッケルターゲットは、特にこの傾向が著しいと言える。
【0006】
圧延を施したターゲット素材は、当然歪みが等方的ではない。すなわち結晶粒が一方向に延ばされた集合組織となる。このため、三次元的に見た場合には勿論のこと、圧延面内ですら、磁気特性に異方性を生ずる。
ニッケルターゲットは、この磁気的異方性を利用するものであるが、内部組織に歪み等がそのまま存在するという欠点を有している。
このような圧延板から円盤状のターゲットを切出してターゲットを作製すると、本来円形のエロージョンが進行するところが、1方向に延ばされた形となる。本来、円形基板上への成膜の際に本来円形のエロージョンとなることが期待されていたものであるから、該円形基板上での均一の膜厚が得られないという問題がある。
以上から、通常成膜の厚さは磁気特性を左右するので、ある程度の膜厚があり、かつそれが均一であることが必要である。しかし、ゲート膜は薄くても良く、成膜速度や膜厚は特に問題となることはない。
しかしながら、上記の成膜特性において、膜のユニフォーミティ(膜厚の均一性)とプラズマのイグニッション(点弧)性がゲート膜の特性に大きな影響を与え、特に、最近の300mmウエハプロセスでは大きな問題となっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題または欠点に鑑みてなされたもので、300mmウエハを用いた製造プロセスにおいても、膜のユニフォーミティ(膜厚の均一性)とプラズマのイグニッション(点弧)性を良好にすることができるマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲットの製造方法及び同高純度ニッケルターゲットを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明者はスパッタリング用ターゲットの製造工程に着目し、加工工程の改良により、膜のユニフォーミティ(膜厚の均一性)とプラズマのイグニッション(点弧)性を改善することができ、これによって得られた高純度ニッケルターゲットを用いてマグネトロンスパッタリングすることにより、安定した製造条件で、再現性よくかつ品質の良いニッケル薄膜を得ることができるとの知見を得た。
本発明はこの知見に基づき、
1.高純度ニッケルを熱間鍛造した後、30%以上の圧延率で冷間圧延し、これをさらに250°C以上の温度で熱処理する工程からなり、前記冷間圧延と熱処理を少なくとも2回以上繰り返すことを特徴とする膜のユニフォーミティに優れたマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲットの製造方法
2.純度が4N5(99.995重量%)以上である高純度ニッケルからなるスパッタリングターゲットであって、平均結晶粒径が10〜150μmであり、スパッタリングのエロージョン面における平均結晶粒径のばらつきが変動係数18%以内であることを特徴とする膜のユニフォーミティに優れたマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲット
3.平均結晶粒径が30〜120μmであることを特徴とする膜のユニフォーミティに優れた上記2記載のマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲット
4.平均結晶粒径の5倍以上に粒成長した粗大結晶粒を含まないことを特徴とする膜のユニフォーミティに優れた上記2又は3記載のマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲット
5.高純度ニッケルを熱間鍛造した後、30%以上の圧延率で冷間圧延し、これをさらに250°C以上の温度で熱処理する工程からなり、前記冷間圧延と熱処理を少なくとも2回以上繰り返すことによって得ることを特徴とする膜のユニフォーミティに優れた上記2〜4のそれぞれに記載のマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲット
を提供するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
高純度ニッケルターゲットの製造に際しては、まず高純度ニッケルを溶製し、これをブロック(インゴット)に鋳造する。
次に、これを熱間鍛造し、さらに30%以上の圧延率で冷間圧延し、これを250°C以上400°C以下の温度で熱処理する。本発明においては前記冷間圧延と熱処理を少なくとも2回以上繰り返すことを特徴とする。
最終的に、平板状その他のマグネトロンスパッタリング装置にセットできるターゲット形状に加工する。
高純度ニッケルはそもそも軟質な材料であり、異常な粒成長を起こし易く、細粒の中に粗大粒が混在する不均一な金属組織に成り易いという傾向がある。
そして、この不均一組織は膜の膜のユニフォーミティに大き影響することが分かった。また、このような高純度ニッケルターゲット内部組織の粗大粒の混在は、プラズマのイグニッション(点弧)性にも悪影響を与えると考えられる。
【0010】
上記のように、マグネトロンスパッタリングの際に好適なプラズマを形成させるためには、ニッケルターゲットを5mm以下、好ましくは3mm程度の厚さにする必要があるが、もし異常な粒成長を起こしたターゲットの不均一組織が存在すると、それはターゲットが薄いだけに、ターゲット全体に大きく影響を与えることになる。その結果、スパッタリング膜のユニフォーミティ及びプラズマのイグニッション(点弧)性をより悪化させる。
このような、異常な粒成長を起こさない均一組織のニッケルターゲットにするためには、上記の通り凝固組織を破壊したインゴットを30%以上の圧延率での冷間圧延と250°C以上400°C以下の温度での熱処理を2回以上、繰り返して平板状に形成していくことが重要である。また、このような加工の繰り返しにより、ターゲット板に平坦性を持たせることができるという特徴を有する。
【0011】
30%未満の圧延率では、異常粒成長した粗大組織を十分破壊(分断)できず、また250°C未満では再結晶による微細結晶を生じさせることができない。また、400°Cを超えると逆に再結晶組織が粗大化する傾向があるので、望ましくない。したがって、熱処理の範囲は250°C以上400°C以下とする。また、一回の30%以上の圧延率での冷間圧延と250°C以上400°C以下の温度での熱処理(たとえ80%程度の強加工をしても)では、異常粒成長した粗大組織を十分に消失させることができない。
したがって、この工程は少なくとも2回以上、繰り返すことが必要である。なお、この冷間圧延と熱処理は必ずしも同一条件とする必要はない。
以上の工程によって、膜のユニフォーミティ及びプラズマのイグニッション(点弧)性に優れたマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲットを製造することができる。
【0012】
高純度ニッケルターゲットとしては、純度が4N5(99.995重量%)以上、好ましくは5N(99.999重量%)以上である高純度ニッケルであることが望ましく、またターゲット中の平均結晶粒径が10〜150μm、好ましくは30〜120μmであり、スパッタリングのエロージョン面における平均結晶粒径のばらつきが変動係数18%以内であることが望ましい。これによって、膜のユニフォーミティ及びプラズマのイグニッション(点弧)性に優れた好適なマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲットを得ることができる。
さらにまた、マグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲット中に、晶粒径の5倍以上に粒成長した粗大結晶粒を含まないことが望ましい。これによって、膜のユニフォーミティ及びプラズマのイグニッション(点弧)性がさらに改善される。
【0013】
【実施例および比較例】
以下、実施例および比較例に基づいて説明する。なお、本実施例はあくまで一例であり、この例によって何ら制限されるものではない。すなわち、本発明は特許請求の範囲によってのみ制限されるものであり、本発明の技術思想に含まれる実施例以外の種々の変形を包含するものである。
【0014】
(実施例1〜実施例5)
純度99.999%のニッケルを原料として電子ビーム溶解し、これを鋳造してインゴット(120φ×70h)とした。このインゴットを均熱化処理(900〜1150°Cで2時間保持)した後、熱間鍛造(こねくり鍛造)を行った。熱間鍛造の開始温度は900°C〜1150°Cであり、真歪み約5.5で行った。900°C未満の熱間鍛造では割れが入ることが多く、1150°Cを超える温度では材料の酸化が著しいので、上記の範囲の温度とした。
これを圧延率30〜60%で冷間圧延し、250°C〜400°Cで1時間熱処理し、再結晶させた。次に、これをさらに圧延率30〜60%で冷間圧延し、250〜400°Cで1時間熱処理し、再結晶させた。
これによって得た圧延板から試料を切り出し、厚さ3mm、直径440mmの円盤状ニッケルターゲット試料とした。ターゲット試料の平均粒径は下表に示す通り38.6〜142.1μmにあり、異常結晶粒が見られない組織のターゲットが得られた。
上記実施例1〜5のニッケルターゲット製造条件の詳細並びに結晶組織の観察及び結晶粒径の測定結果を、表1に示す。なお、結晶粒径の測定及び組織観察位置は円盤状のニッケルターゲットを放射状に均一に17点をとって観察し、結晶粒径の測定については、それらの平均値とした。
【0015】
次に、このニッケルターゲットを用いて300mmウエハに対してマグネトロンスパッタリングを実施し、膜のユニフォーミティ(%、3σ)及びプラズマのイグニッション(点弧)性を測定及び観察した。なお、膜のユニフォーミティは間接的に4端子法による抵抗値から計算した。
膜のユニフォーミティの測定結果は、いずれも4未満であり、しかもターゲットライフ90kwh(スパッタパワー1kw)まで持続し、優れた膜のユニフォーミティを示した。その詳細を、同様に表1に示す。なお、表1には、プラズマのイグニッション(点弧)性を表示していないが、いずれも良好であった。
【0016】
【表1】

Figure 0004006620
【0017】
(比較例1〜比較例13)
実施例と同様の純度99.999%のニッケルを原料として電子ビーム溶解し、これを鋳造してインゴット(120φ×70h)とした。このインゴットを均熱化処理(900〜1150°Cで2時間保持)した後、熱間鍛造を行った。熱間鍛造の開始温度は900°C〜1150°Cであり、真歪み約5.5で行った。
これを圧延率50〜80%で冷間圧延し、250°C〜600°Cで1時間熱処理した。この冷間圧延と熱処理は1回である。
これによって得た圧延板から試料を切り出し、厚さ3mm、直径440mmの円盤状ニッケルターゲット試料とした。
ターゲット試料の平均粒径は下表に示す通り20.5〜210.3μmにあり、粗大結晶粒(149〜1170μm)が存在する組織のターゲットが得られた。なお、熱処理200°Cの比較例1及び比較例9については、再結晶せず圧延組織が残存していた。
上記比較例1〜13のニッケルターゲット製造条件の詳細並びに結晶組織の観察及び結晶粒径の測定結果を、表1に示す。なお、結晶粒径の測定及び組織観察位置は、実施例と同様に円盤状のニッケルターゲットを放射状に均一に17点をとって観察し、結晶粒径の測定については、それらの平均値とした。
【0018】
次に、このニッケルターゲットを用いて実施例と同一の条件でマグネトロンスパッタリングを実施し、膜のユニフォーミティ(%、3σ)及びプラズマのイグニッション(点弧)性を測定及び観察した。なお、膜のユニフォーミティの測定は間接的に4端子法による抵抗値から計算した。
膜のユニフォーミティの測定結果は上限値が7.5〜15の範囲にあり、膜のユニフォーミティが著しく悪い結果となった。その詳細を、同様に表1に示す。なお、表1には、プラズマのイグニッション(点弧)性は不良であった。
【0019】
(比較例14〜比較例19)
実施例と同様の純度99.999%のニッケルを原料として電子ビーム溶解し、これを鋳造してインゴット(120φ×70h)とした。このインゴットを均熱化処理(900〜1150°Cで2時間保持)した後、熱間鍛造を行った。熱間鍛造の開始温度は900°C〜1150°Cであり、真歪み約5.5で行った。
但し、比較例14と15については、第1回目の圧延を、20又は25%の低い圧延率で冷間圧延し、300°Cで1時間熱処理した。
また比較例16と17については、第2回目の圧延を、20又は25%の低い圧延率で冷間圧延し、さらに300°Cで1時間熱処理した。このように2回の冷間圧延と2回の熱処理を実施したが、冷間圧延率は本発明の条件から逸脱している。
さらに比較例18と比較例19については、比較例18では一回目の熱処理温度を500°Cに、比較例19では二回目の熱処理温度を600°Cにしたものであるが、結晶粒のばらつきが大きくなった。
これによって得た圧延板から試料を切り出し、厚さ3mm、直径440mmの円盤状ニッケルターゲット試料とした。
ターゲット試料の平均粒径は下表に示す通り22.3〜81.6μmにあり、粗大結晶粒(288〜402μm)が存在する組織のターゲットが得られた。
上記比較例14〜19のニッケルターゲット製造条件の詳細並びに結晶組織の観察及び結晶粒径の測定結果を、表1に示す。なお、結晶粒径の測定及び組織観察位置は、実施例と同様に円盤状のニッケルターゲットを放射状に均一に17点をとって観察し、結晶粒径の測定については、それらの平均値とした。
【0020】
次に、このニッケルターゲットを用いて実施例と同一の条件でマグネトロンスパッタリングを実施し、膜のユニフォーミティ(%、3σ)及びプラズマのイグニッション(点弧)性を測定及び観察した。なお、膜のユニフォーミティの測定は間接的に4端子法による抵抗値から計算した。
膜のユニフォーミティの測定結果は上限値が6.7〜12の範囲にあり、膜のユニフォーミティが著しく悪い結果となった。その詳細を、同様に表1に示す。なお、表1には、プラズマのイグニッション(点弧)性は不良であった。
【0021】
【発明の効果】
本発明のマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲットの製造方法及び同高純度ニッケルターゲットは、結晶粒径が均一で粗大化した異常結晶粒がなく、300mmウエハを用いた成膜プロセスにおいても、膜のユニフォーミティ(膜厚の均一性)とプラズマのイグニッション(点弧)性を良好にすることができるという優れた効果を有する。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a nickel sputtering target excellent in film uniformity (film thickness uniformity) and plasma ignition (ignition), and a high-purity nickel target obtained thereby.
[0002]
[Prior art]
A sputtering method is widely used as a method for forming a magnetic film on a magnetic recording medium for a hard disk, a magnetic head, an LSI chip, or the like.
In the sputtering method, a substrate serving as an anode and a target serving as a cathode are opposed to each other, and an electric field is generated by applying a high voltage between these substrate and target in an inert gas atmosphere. Electrons and inert gas collide to form a plasma. The cations in the plasma collide with the target surface and strike target atoms, and the ejected atoms adhere to the opposing substrate surface to form a film. This is based on the principle that
[0003]
Currently, most of sputtering uses a so-called magnetron sputtering method. Magnetron sputtering is a method in which a magnet is set on the back side of a target and a magnetic field is generated in the direction perpendicular to the electric field on the target surface to perform sputtering. In such an orthogonal electromagnetic field space, plasma stabilization and densification are achieved. It is possible to increase the sputtering rate.
[0004]
In general, using such a magnetron sputtering method, a magnetic thin film such as a ferromagnetic material such as Ni or Co or a ferrimagnetic material is formed on a substrate. Magnetron sputtering captures electrons in the magnetic field and efficiently ionizes the sputtering gas. However, when the target has magnetization, the target itself affects the magnetic field in the vicinity of the sputtering surface due to the magnetic characteristics.
In recent years, there have been proposals to use nickel instead of cobalt, particularly as a gate material because of its low silicidation temperature, low film resistance, and low silicon used in the silicidation reaction. ing.
[0005]
In general, a ferromagnetic material has a problem that it is extremely difficult to perform magnetron sputtering in order to magnetically form a closed circuit. However, recently, even with a ferromagnetic target such as nickel, a sufficient film forming speed can be obtained if the thickness of the nickel target is about 5 mm by improving the magnetron sputtering apparatus such as using a strong magnet. ing.
However, in other words, a target such as nickel has a big problem that it is necessary to process the target so that the thickness is reduced to 5 mm or less, preferably 3 mm or less, and a uniform film is obtained. .
In addition, when using a target with non-uniform magnetic characteristics (with magnetic anisotropy) in the sputtering surface, the deepest part of the erosion part is distorted, and the expected film thickness distribution cannot be obtained. It can be said that this tendency is particularly remarkable in the nickel target utilizing the property.
[0006]
Naturally, the target material subjected to rolling is not isotropic. That is, it becomes a texture in which crystal grains are extended in one direction. For this reason, when viewed three-dimensionally, anisotropy occurs in the magnetic characteristics even in the rolling plane.
A nickel target utilizes this magnetic anisotropy, but has a drawback that strain and the like exist in the internal structure as they are.
When a disk-shaped target is cut out from such a rolled plate to produce the target, the originally circular erosion progresses in a shape extended in one direction. Originally, since it was originally expected to form a circular erosion during film formation on a circular substrate, there is a problem that a uniform film thickness cannot be obtained on the circular substrate.
From the above, since the thickness of the normal film formation affects the magnetic characteristics, it is necessary to have a certain film thickness and be uniform. However, the gate film may be thin, and the film formation speed and film thickness are not particularly problematic.
However, in the above film formation characteristics, film uniformity (film thickness uniformity) and plasma ignition (ignition) properties have a great influence on the characteristics of the gate film. It has become.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above problems or disadvantages, and even in a manufacturing process using a 300 mm wafer, film uniformity (film thickness uniformity) and plasma ignition (ignition) properties are achieved. An object of the present invention is to provide a method for producing a high-purity nickel target for magnetron sputtering that can be improved and a high-purity nickel target.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present inventor paid attention to the manufacturing process of the sputtering target, and improved the film processing uniformity (film thickness uniformity) and plasma ignition (ignition) by improving the processing process. It was possible to improve, and the knowledge that reproducible and good quality nickel thin film can be obtained under stable manufacturing conditions by magnetron sputtering using the high-purity nickel target obtained thereby was obtained. .
The present invention is based on this finding,
1. After hot forging high-purity nickel, it is cold-rolled at a rolling rate of 30% or more and further heat-treated at a temperature of 250 ° C. or more, and the cold rolling and heat treatment are repeated at least twice or more. 1. A method for producing a high-purity nickel target for magnetron sputtering having excellent film uniformity. A sputtering target made of high purity nickel having a purity of 4N5 (99.995% by weight) or more, having an average crystal grain size of 10 to 150 μm, and a variation coefficient of 18 in the variation of the average crystal grain size on the erosion surface of sputtering. 2. High-purity nickel target for magnetron sputtering excellent in film uniformity characterized by being within% 3. The high purity nickel target for magnetron sputtering according to the above item 2, which has excellent film uniformity, characterized in that the average crystal grain size is 30 to 120 μm. 4. The high-purity nickel target for magnetron sputtering according to the above 2 or 3, which is excellent in film uniformity, characterized by not containing coarse crystal grains grown to 5 times or more of the average crystal grain size. After hot forging high-purity nickel, it is cold-rolled at a rolling rate of 30% or more and further heat-treated at a temperature of 250 ° C. or more, and the cold rolling and heat treatment are repeated at least twice or more. The high purity nickel target for magnetron sputtering according to each of the above 2 to 4, which is excellent in film uniformity characterized by being obtained by the above.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In producing a high purity nickel target, first, high purity nickel is melted and cast into a block (ingot).
Next, this is hot forged, further cold-rolled at a rolling rate of 30% or higher, and heat-treated at a temperature of 250 ° C. or higher and 400 ° C. or lower. In the present invention, the cold rolling and heat treatment are repeated at least twice.
Finally, it is processed into a target shape that can be set in a flat plate or other magnetron sputtering apparatus.
High-purity nickel is a soft material in the first place, tends to cause abnormal grain growth, and tends to form a non-uniform metal structure in which coarse grains are mixed in fine grains.
And it was found that this heterogeneous structure greatly affects the film uniformity. In addition, it is considered that the presence of such coarse grains in the internal structure of the high-purity nickel target also adversely affects the ignition (ignition) property of the plasma.
[0010]
As described above, in order to form a suitable plasma during magnetron sputtering, the nickel target needs to be 5 mm or less, preferably about 3 mm thick. The presence of heterogeneous tissue will greatly affect the entire target, as the target is thin. As a result, the uniformity of the sputtering film and the ignition property of the plasma are further deteriorated.
In order to obtain a nickel target having a uniform structure that does not cause such abnormal grain growth, the ingot in which the solidified structure is broken as described above is cold-rolled at a rolling rate of 30% or more and 250 ° C. or more and 400 ° C. It is important to repeat the heat treatment at a temperature of C or less twice or more to form a flat plate. In addition, the target plate can be made flat by repeating such processing.
[0011]
If the rolling rate is less than 30%, the coarse structure in which abnormal grains have grown cannot be sufficiently broken (divided), and if it is less than 250 ° C., fine crystals cannot be produced by recrystallization. On the other hand, if the temperature exceeds 400 ° C., the recrystallized structure tends to be coarsened. Therefore, the heat treatment range is 250 ° C. or more and 400 ° C. or less. In addition, in a single cold rolling at a rolling rate of 30% or more and a heat treatment at a temperature of 250 ° C. or more and 400 ° C. or less (even if strong processing of about 80% is performed), coarse grains with abnormal grain growth The tissue cannot be lost sufficiently.
Therefore, this process needs to be repeated at least twice. Note that the cold rolling and the heat treatment are not necessarily performed under the same conditions.
Through the above steps, a high-purity nickel target for magnetron sputtering excellent in film uniformity and plasma ignition (ignition) properties can be produced.
[0012]
The high-purity nickel target is desirably high-purity nickel having a purity of 4N5 (99.995% by weight) or more, preferably 5N (99.999% by weight) or more, and has an average crystal grain size in the target. It is 10 to 150 μm, preferably 30 to 120 μm, and it is desirable that the variation of the average crystal grain size on the erosion surface of sputtering is within a variation coefficient of 18%. As a result, it is possible to obtain a suitable high-purity nickel target for magnetron sputtering excellent in film uniformity and plasma ignition.
Furthermore, it is desirable that the high-purity nickel target for magnetron sputtering does not contain coarse crystal grains that have grown to 5 or more times the crystal grain size. This further improves the uniformity of the film and the ignition of the plasma.
[0013]
Examples and Comparative Examples
Hereinafter, description will be made based on Examples and Comparative Examples. In addition, a present Example is an example to the last, and is not restrict | limited at all by this example. In other words, the present invention is limited only by the scope of the claims, and includes various modifications other than the embodiments included in the technical idea of the present invention.
[0014]
(Example 1 to Example 5)
Electron beam melting was performed using nickel having a purity of 99.999% as a raw material, and this was cast into an ingot (120φ × 70h). After this ingot was soaked (held at 900 to 1150 ° C. for 2 hours), hot forging (kneading forging) was performed. The starting temperature of hot forging was 900 ° C. to 1150 ° C., and the true forging was performed at about 5.5. In hot forging below 900 ° C., cracks often occur, and at temperatures exceeding 1150 ° C., the material is significantly oxidized, so the temperature is set in the above range.
This was cold-rolled at a rolling rate of 30 to 60%, heat-treated at 250 ° C. to 400 ° C. for 1 hour, and recrystallized. Next, this was further cold-rolled at a rolling rate of 30 to 60%, heat-treated at 250 to 400 ° C. for 1 hour, and recrystallized.
A sample was cut out from the rolled plate obtained in this manner to obtain a discoid nickel target sample having a thickness of 3 mm and a diameter of 440 mm. The average particle diameter of the target sample was 38.6 to 142.1 μm as shown in the table below, and a target having a structure in which abnormal crystal grains were not observed was obtained.
Table 1 shows the details of the nickel target production conditions of Examples 1 to 5 above, the observation of the crystal structure, and the measurement result of the crystal grain size. In addition, the measurement of the crystal grain size and the structure observation position were observed by observing a disk-shaped nickel target at 17 points uniformly and radially, and the measurement of the crystal grain size was an average value thereof.
[0015]
Next, magnetron sputtering was performed on a 300 mm wafer using this nickel target, and the film uniformity (%, 3σ) and plasma ignition (ignition) were measured and observed. The film uniformity was indirectly calculated from the resistance value by the four-terminal method.
The measurement results of the film uniformity were all less than 4, and lasted up to a target life of 90 kwh (sputter power of 1 kw), indicating an excellent film uniformity. The details are also shown in Table 1. In addition, although the ignition (ignition) property of plasma is not displayed in Table 1, all were favorable.
[0016]
[Table 1]
Figure 0004006620
[0017]
(Comparative Examples 1 to 13)
Electron beam melting was performed using nickel having a purity of 99.999% similar to that in the example as a raw material, and this was cast into an ingot (120φ × 70 h). The ingot was subjected to a soaking treatment (held at 900 to 1150 ° C. for 2 hours), and then hot forging was performed. The starting temperature of hot forging was 900 ° C. to 1150 ° C., and the true forging was performed at about 5.5.
This was cold-rolled at a rolling rate of 50 to 80% and heat-treated at 250 ° C to 600 ° C for 1 hour. This cold rolling and heat treatment are performed once.
A sample was cut out from the rolled plate obtained in this manner to obtain a discoid nickel target sample having a thickness of 3 mm and a diameter of 440 mm.
The average particle diameter of the target sample was 20.5 to 210.3 μm as shown in the table below, and a target having a structure with coarse crystal grains (149 to 1170 μm) was obtained. In Comparative Example 1 and Comparative Example 9 at a heat treatment of 200 ° C., the rolled structure remained without recrystallization.
Table 1 shows the details of the nickel target production conditions of Comparative Examples 1 to 13, the observation of the crystal structure, and the measurement result of the crystal grain size. In addition, the crystal grain size measurement and the structure observation position were observed by observing 17 points of the disk-shaped nickel target uniformly in a radial manner in the same manner as in the examples, and the measurement of the crystal grain size was an average value thereof. .
[0018]
Next, using this nickel target, magnetron sputtering was performed under the same conditions as in the example, and the uniformity (%, 3σ) of the film and the ignition (ignition) property of the plasma were measured and observed. The measurement of the film uniformity was indirectly calculated from the resistance value by the 4-terminal method.
The measurement result of the film uniformity was in the range of 7.5 to 15, and the film uniformity was extremely bad. The details are also shown in Table 1. In Table 1, the plasma ignition (ignition) property was poor.
[0019]
(Comparative Examples 14 to 19)
Electron beam melting was performed using nickel having a purity of 99.999% similar to that in the example as a raw material, and this was cast into an ingot (120φ × 70 h). The ingot was subjected to a soaking treatment (held at 900 to 1150 ° C. for 2 hours), and then hot forging was performed. The starting temperature of hot forging was 900 ° C. to 1150 ° C., and the true forging was performed at about 5.5.
However, in Comparative Examples 14 and 15, the first rolling was cold-rolled at a rolling rate as low as 20 or 25% and heat-treated at 300 ° C. for 1 hour.
In Comparative Examples 16 and 17, the second rolling was cold-rolled at a rolling rate as low as 20 or 25%, and further heat-treated at 300 ° C. for 1 hour. As described above, two cold rollings and two heat treatments were performed, but the cold rolling rate deviates from the conditions of the present invention.
Further, in Comparative Example 18 and Comparative Example 19, in Comparative Example 18, the first heat treatment temperature was set to 500 ° C., and in Comparative Example 19, the second heat treatment temperature was set to 600 ° C. Became larger.
A sample was cut out from the rolled plate obtained in this manner to obtain a discoid nickel target sample having a thickness of 3 mm and a diameter of 440 mm.
The average particle size of the target sample was 22.3 to 81.6 μm as shown in the table below, and a target having a structure with coarse crystal grains (288 to 402 μm) was obtained.
Table 1 shows the details of the nickel target production conditions of Comparative Examples 14 to 19, the observation of the crystal structure, and the measurement result of the crystal grain size. In addition, the crystal grain size measurement and the structure observation position were observed by observing 17 points of the disk-shaped nickel target evenly in the same manner as in the examples, and the crystal grain size was measured using the average value thereof. .
[0020]
Next, magnetron sputtering was performed using this nickel target under the same conditions as in the example, and the film uniformity (%, 3σ) and plasma ignition (ignition) properties were measured and observed. The measurement of the film uniformity was indirectly calculated from the resistance value by the 4-terminal method.
The measurement result of the film uniformity was in the range of 6.7 to 12, and the film uniformity was extremely bad. The details are also shown in Table 1. In Table 1, the plasma ignition (ignition) property was poor.
[0021]
【The invention's effect】
The method for producing a high-purity nickel target for magnetron sputtering of the present invention and the high-purity nickel target have a uniform crystal grain size and are free from abnormal crystal grains. It has an excellent effect that the Mitty (thickness uniformity) and plasma ignition (ignition) properties can be improved.

Claims (5)

純度が4N5(99.995重量%)以上である高純度ニッケルを熱間鍛造した後、30%以上の圧延率で冷間圧延し、これをさらに250°C以上400°C以下の温度で熱処理する工程からなり、前記冷間圧延と熱処理を少なくとも2回以上繰り返し、平均結晶粒径が10〜150μmである膜のユニフォーミティに優れたマグネトロンスパッタリング用、純度が4N5(99.995重量%)以上である高純度ニッケルターゲットの製造方法。After hot forging high-purity nickel having a purity of 4N5 (99.995 wt%) or higher, it is cold-rolled at a rolling rate of 30% or higher, and further heat treated at a temperature of 250 ° C. or higher and 400 ° C. or lower. to consist step, the cold-rolling and the heat treatment to repeat at least twice, for magnetron sputtering which is excellent in uniformity of the film an average crystal grain size of 10 to 150 m, purity of 4N5 (99.995 wt% ) A method for producing a high-purity nickel target as described above. 純度が4N5(99.995重量%)以上である高純度ニッケルからなるスパッタリングターゲットであって、平均結晶粒径が10〜150μmであり、スパッタリングのエロージョン面における平均結晶粒径のばらつきが変動係数18%以内である膜のユニフォーミティに優れたマグネトロンスパッタリング用、純度が4N5(99.995重量%)以上である高純度ニッケルターゲット。A sputtering target made of high-purity nickel having a purity of 4N5 (99.995% by weight) or more, having an average crystal grain size of 10 to 150 μm, and a variation coefficient of 18 in the variation of the average crystal grain size on the erosion surface of sputtering. High-purity nickel target with a purity of 4N5 (99.995 wt%) or more for magnetron sputtering with excellent film uniformity of less than 10% . 平均結晶粒径が30〜120μmである膜のユニフォーミティに優れた請求項2記載のマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲット。  The high-purity nickel target for magnetron sputtering according to claim 2, which is excellent in uniformity of a film having an average crystal grain size of 30 to 120 µm. 平均結晶粒径の5倍以上に粒成長した粗大結晶粒を含まない膜のユニフォーミティに優れた請求項2又は3記載のマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲット。  The high-purity nickel target for magnetron sputtering according to claim 2 or 3, which is excellent in uniformity of a film not containing coarse crystal grains grown to 5 times or more of the average crystal grain size. 高純度ニッケルを熱間鍛造した後、30%以上の圧延率で冷間圧延し、これをさらに250°C以上400°C以下の温度で熱処理する工程からなり、前記冷間圧延と熱処理を少なくとも2回以上繰り返すことによって得られた、平均結晶粒径が10〜150μmである膜のユニフォーミティに優れた請求項2〜4のいずれか1項に記載のマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲット。After hot forging high-purity nickel, it is cold-rolled at a rolling rate of 30% or more, and further heat-treated at a temperature of 250 ° C. or higher and 400 ° C. or lower. The high-purity nickel target for magnetron sputtering according to any one of claims 2 to 4, which is excellent in uniformity of a film having an average crystal grain size of 10 to 150 µm obtained by repeating twice or more.
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