JP4574949B2 - Sputtering target and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Mo−W合金からなる大型のスパッタリングターゲットとその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、非晶質シリコン(a−Si)膜を用いて形成された薄膜トランジスタ(TFT)をスイッチング素子として適用したアクティブマトリックス型液晶表示装置が多用されている。これは、安価なガラス基板上に低温成膜が可能なa−Si膜を用いてTFTアレイを構成することにより、大面積、高精細、高画質でかつ安価なディスプレイ装置などを実現できるからである。
【0003】
大面積の液晶表示装置(ディスプレイ装置)を構成する場合、必然的にアドレス配線の総延長が飛躍的に増加するため、アドレス配線などの有する抵抗分が増加する。このアドレス配線の抵抗分の増加に伴って、スイッチング素子に与えられるゲートパルスの遅延が顕著になり、液晶の制御が困難になるという問題が生じる。このため、少なくとも配線幅などのパラメータを維持したままで、ゲートパルスの遅延を回避することが必要となる。
【0004】
このようなゲートパルスの遅延を回避し得る配線材料として、Mo−W合金膜が用いられている(例えば特許文献1や特許文献2など参照)。Mo−W合金膜は低抵抗であることに加えて、エッチャント耐性やテーパ加工性などに優れることから、大面積化を図った液晶表示装置のみならず、ディスプレイの高精細化を図るために配線幅や配線間隔を狭小化した液晶表示装置、また配線幅を狭くして開口率を向上させた液晶表示装置などに対しても有効である。
【0005】
上述したMo−W合金からなる配線膜は、特許文献1や特許文献2に記載されているように、Mo−W合金ターゲットを用いたスパッタ成膜により形成することが一般的である。ここで、液晶表示装置などの配線膜をスパッタ成膜で形成する場合、配線の断線やショートなどの原因となるパーティクル(被成膜基板上に付着する微細粒子)の発生を抑制することが、製品歩留りを高める上で重要となる。パーティクルの発生数はターゲットの密度と密接に関係することから、真空溶解法やホットプレスなどにより高密度化したターゲットが用いられている。また、大型のターゲットでは例えば粉末焼結法と圧延加工などとを組合せることによって、一体化された高密度ターゲットを実現している。
【0006】
しかしながら、上述したMo−W合金のように難加工材料の場合には、焼結時や圧延加工時にクラックなどが生じやすいことから、大型で高密度の単体ターゲットを作製することは難しい。特に、液晶表示装置の配線膜形成工程においては、例えば一辺の長さが800mm、さらには1000mmを超えるような大型のターゲットが求められており、このような大型の高密度ターゲットをMo−W合金で作製することは非常に困難である。そこで、大型で高密度のMo−W合金ターゲットの製法を確立することが急務とされている。
【0007】
一方、大型のスパッタリングターゲットの作製方法としては、従来から複数のターゲット片を接合する方法が知られている(例えば特許文献3など参照)。しかし、複数のターゲット片を例えばろう材などを用いて接合した場合には、接合部(分割部)からのパーティクルの発生が増加し、製品歩留りの低下原因となっている。また、特許文献3には複数のターゲット片間に同組成の材料を溶射し、複数のターゲット片を一体化させることによって、大型ターゲットを作製することが記載されているが、このような方法を適用しても直径0.2μm以下というような微細なパーティクルの発生を十分に抑制することはできない。
【0008】
【特許文献1】
国際公開第95/16797号パンフレット
【特許文献2】
特開平11-36067号公報
【特許文献3】
特開平11-269637号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、液晶表示装置の配線膜形成工程などに使用されるMo−W合金ターゲットにおいては、単体で高密度の大型ターゲットを歩留りよく作製することが困難であることから、個々に高密度化した複数のターゲット片を接合して大型ターゲットを実現することが求められているが、従来の複合化法(ターゲット片間の接合法)を適用しただけでは、接合部(分割部)からのパーティクルの発生を十分に抑制することができないという問題がある。
【0010】
このようなことから、パーティクルの発生を再現性よく抑制することが可能な接合タイプのMo−W合金ターゲット、具体的には一辺が800mm、さらには1000mmを超えるような大型のMo−W合金ターゲットが望まれている。さらに、液晶表示装置などの配線膜形成用Mo−W合金ターゲットを大型化するにあたっては、パーティクルの抑制のみならず、成膜時の膜厚や膜質の均一性などの基準が従来サイズのターゲットと同等もしくはそれ以上に厳しく求められていることから、このような要求特性を満足させることが可能な大型のMo−W合金ターゲットが強く求められている。
【0011】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、複数のターゲット片(Mo−W合金製ターゲット片)を接合してなる大型スパッタリングターゲットにおいて、接合部(分割部)からのパーティクルの発生を再現性よく抑制し得ると共に、Mo−W合金膜の膜厚や膜質の均一性などを高めることを可能にしたスパッタリングターゲットとその製造方法を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明のスパッタリングターゲットは、請求項1に記載したように、Wを20〜50原子%の範囲で含み、残部が実質的にMoおよび不可避的不純物からなるMo−W合金からなる複数の粉末焼結により作製されたターゲット片を接合してなり、少なくとも一辺の長さが800mm以上の矩形状のスパッタ面を有するスパッタリングターゲットであって、前記Mo−W合金のターゲット全体としての平均結晶粒径が50μm以下であり、かつ前記複数のターゲット片間の接合界面から幅300μmの接合界面近傍領域における前記Mo−W合金の平均結晶粒径が3〜50μmの範囲であり、ターゲット全体の密度が99%以上であることを特徴としている。
【0013】
本発明のスパッタリングターゲットは、さらに請求項に記載したように、前記ターゲット中のMoがEPMA装置(JEOL社製JXA−8600M)を用いて加速電流15kV、照射電流2.0×10 A、時間30msecの条件で測定されるEPMA解析のマッピング結果において500×500μmの測定領域内に測定感度のカウント数が150以上の連なった部分を有し、かつカウント数が250以上の偏析部の大きさが最大径で100μm以下であること、また請求項に記載したように、前記EPMA解析の測定領域を等面積に4分割したとき、分割後の各領域内におけるカウント数が250以上のMo偏析部の面積比率は各領域間でのバラツキが30%以下であることを特徴としている。
【0014】
本発明のスパッタリングターゲットは、請求項1に記載したように、少なくとも一辺の長さが800mm以上の矩形状のスパッタ面を有するスパッタリングターゲット、すなわち複数のターゲット片を接合してなる大型のスパッタリングターゲット(以下、接合型スパッタリングターゲットと記す)に対して好適である。
【0015】
本発明のスパッタリングターゲットにおいては、複数のターゲット片を接合界面から幅300μmの領域におけるMo−W合金の平均結晶粒径が3〜50μmの範囲となるように接合、具体的には固相接合(固相拡散接合)している。このような構成に基づいて、パーティクルの発生要因となるMo−W合金の結晶粒の粗大化を抑制した上で、実用的な強度などを有すると共に、接合部に起因するパーティクルの増加を抑制した大型の接合型スパッタリングターゲットを実現することが可能となる。これは例えば液晶表示装置の大面積化などに伴う配線膜形成用Mo−W合金ターゲットに対する大型化要求に対応するものである。
【0016】
また、本発明のスパッタリングターゲットの製造方法は、請求項4に記載したように、Mo−W合金からなる複数のターゲット片を接合してスパッタリングターゲットを製造するにあたり、平均粒径が30μm以下のMo粉末と、平均粒径が15μm以下の第1のW粉末を10〜30質量%の範囲で含み、残部が平均粒径が15μmを超え60μm以下の第2のW粉末である混合W粉末との混合粉末をターゲット片形状に成形して、複数の成形体を作製する工程と、前記複数の成形体を1000〜1500℃の温度で仮焼結した後に、1600℃以上の温度で本焼結して前記Mo−W合金からなる複数のターゲット片を作製する工程と、前記複数のターゲット片間を1200〜1600℃の温度でのHIP処理により接合する工程とを具備することを特徴としている。
【0017】
本発明のスパッタリングターゲットの製造方法において、請求項5に記載したように、前記接合工程時に前記複数のターゲット片間の接合界面から幅300μmの接合界面近傍領域における前記Mo−W合金の平均結晶粒径を3〜50μmの範囲に制御することが好ましい。また、請求項6に記載したように、前記スパッタリングターゲットは少なくとも一辺の長さが800mm以上の矩形状のスパッタ面を有することが好ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
図1および図2は本発明の一実施形態によるスパッタリングターゲットの概略構成を示す図であり、図1はスパッタリングターゲットの平面図、図2はその断面図である。これらの図に示すスパッタリングターゲット1は、Mo−W合金からなる複数のターゲット片2、2…を有している。そして、これら複数のターゲット片2、2…間を接合、具体的には固相拡散接合することによって、接合型のスパッタリングターゲット1が構成されている。なお、図中3はバッキングプレートであり、接合型スパッタリングターゲット1はバッキングプレート3にろう付けなどにより固定されている。
【0019】
上記した各ターゲット片2、2…を構成するMo−W合金の合金組成は特に限定されるものではないが、例えばWを20〜50原子%の範囲で含み、残部が実質的にMoおよび不可避的不純物からなる合金組成を適用することが好ましい。Mo−W合金中のWの比率が20原子%未満であると、配線膜などを形成した際の電気抵抗が上昇すると共に、エッチャント耐性(例えば層間絶縁膜などのエッチャントに対する耐性)などが低下するおそれがある。また、Wの比率が50原子%を超えた場合にも同様に抵抗が上昇し、さらに配線膜を成膜する際のスパッタレートなども低下する。
【0020】
なお、本発明のスパッタリングターゲットに用いられるMo−W合金は、得られる配線膜などの特性を向上させるために、それに含まれる不純物元素量をなるべく少なくすることが好ましい。例えば、不純物としての酸素は500ppm以下とすることが好ましく、さらに好ましくは100ppm以下である。これは、酸素量があまり多いと空孔(ポア)が発生し、密度の低下などを招きやすいためである。密度の低下はパーティクル発生量の増加に繋がる。酸素量を低減するためには、例えばターゲットの製造工程で水素還元などを実施することが有効である。
【0021】
各ターゲット片2、2…はMo−W合金の粉末焼結体であることが好ましく、さらに粉末焼結体の相対密度は99%以上であることが好ましい。各ターゲット片2、2…の相対密度があまり低いと、接合部に関わりなくパーティクルの発生量が増加する。すなわち、Mo−W合金ターゲット中に多量のポアが存在すると、例えばスパッタリング時にポア内に入り込んだArイオンにより叩き出されたスパッタ粒子がポアの縁に堆積して突起物を形成する。この突起物が異常放電を引き起こしてパーティクルを発生させる。各ターゲット片2、2…を緻密化することによって、このようなパーティクルの発生を抑制することができる。従って、Mo−W合金からなる各ターゲット片2、2…の相対密度は99%以上であることが好ましく、さらには99.5%以上であることがより好ましい。
【0022】
Mo−W合金からなるターゲット片2は、さらにMoとWの分散状態をEPMA(Electron Probe X-ray Microanalyzer:電子線プローブ(X線)マイクロアナライザ)解析した際に、以下に示す条件を満足していることが好ましい。すなわち、ターゲット片2に対するMoのEPMA解析のマッピング結果において、500×500μmの測定領域内にMoの測定感度のカウント数が150以上の連なった部分が存在すると共に、カウント数が250以上のMo偏析部の大きさ(最大径として)が100μm以下であることが好ましい。測定感度のカウント数が150以上の連なった部分が存在しない、もしくはMo偏析部の大きさが100μmを超えるということは、MoとWの分散状態が不均一である(Moの偏析が顕著である)ことを意味し、MoとWのスパッタレートの違いなどに基づいて膜厚の均一性などが低下すると共に、パーティクルの発生量も増加する。
【0023】
さらに、上記したMoのEPMA解析のマッピング結果における測定領域を等面積に4分割したときに、分割後の各領域内におけるMo偏析部(カウント数が250以上)の面積比率(Mo偏析部の面積/4分割した後の各領域の面積)の各領域間でのバラツキが30%以下であることが好ましい。すなわち、Mo偏析部の偏りを低減することで、パーティクルの発生や膜厚の不均一化などをより確実に抑制することができる。Mo偏析部の大きさは50μm以下であることがより好ましく、また各領域間でのMo偏析部の面積比率のバラツキは15%以下であることがより好ましい。
【0024】
このように、ターゲット片2内のMoとWの分散状態をより均一な状態に近づけることによって、パーティクルの発生を再現性よく抑制し得ると共に、膜厚の均一性などを高めることが可能となる。上述したようなMoの分散状態(EPMA解析のマッピング結果により規定される分散状態)は、ターゲット片2を粉末焼結により作製すると共に、後述するように焼結時の条件を制御することで実現可能となる。例えば、Mo−W合金からなるターゲット片は溶解材に圧延などを施すことによっても得られるが、圧延材は結晶粒径の粗大化やMoの偏析が生じやすいことから、ターゲット片の微細組織に基づいてパーティクルが発生しやすいと共に、形成した膜の膜厚なども不均一になりやすい。また、大型のMo−W合金ターゲットを単体で作製した場合にも、Moの偏析などが顕著になる。
【0025】
なお、本発明におけるEPMA解析のマッピングは、加速電流15kV、照射電流2.0×107A、時間30msecの条件で測定したものである。また、Mo偏析部の面積比率の各領域間でのバラツキは、上記したMo偏析部の面積比率(EPMA解析の測定領域を4分割した各領域における面積比率)の最大値と最小値から、[{(最大値−最小値)/(最大値+最小値)}×100(%)]の式に基づいて求めるものとする。
【0026】
接合型スパッタリングターゲット1は、上述したような特性を有する複数のターゲット片2、2…、すなわちMo−W合金からなる複数のターゲット片2、2…間を接合することにより構成されたものである。複数のターゲット片2、2…間は、例えばHIP処理のような加圧下での加熱処理により固相拡散接合するものとする。すなわち、隣接するターゲット片2同士の界面(接合界面)4は、ろう材のような接合材を存在させることなく、Mo−W合金間の固相拡散により接合されていることが好ましい。前述したように、ろう材などを使用してターゲット片間を接合すると、接合部がパーティクルの発生原因となる。
【0027】
上記したように、複数のターゲット片2、2…間を固相拡散により接合した上で、接合型スパッタリングターゲット1は接合界面4から幅300μmの領域(接合界面近傍領域)におけるMo−W合金の平均結晶粒径を3〜50μmの範囲に制御している。ここで、接合界面近傍領域とは図1中の円内拡大図に示すように、接合界面4からの幅wが300μmの範囲を示すものである。HIP処理などを利用した固相拡散接合は強加工であり、一般に被加工材(ここではMo−W合金)の粒成長を招きやすい。従って、接合界面近傍領域におけるMo−W合金の平均結晶粒径が50μmを超えると、各ターゲット片2自体のMo−W合金の結晶粒が粗大化して、パーティクルの発生量が増加する。また、接合界面近傍からのパーティクルの増大や接合強度の低下なども招くことになる。
【0028】
一方、接合界面近傍領域におけるMo−W合金の平均結晶粒径が3μm未満であるということは、ターゲット片2間が十分に接合されていないことを意味する。
これではターゲット片2間の接合強度が不足するだけでなく、接合界面に存在する空孔などに起因してパーティクルの発生量が増加する。言い換えると、接合界面近傍領域におけるMo−W合金の平均結晶粒径を3〜50μmの範囲に制御することによって、接合型ターゲットとしての実用的な強度などを十分に満足させた上で、パーティクルの発生量を大幅に抑制した大型のMo−W合金ターゲット、すなわち接合型スパッタリングターゲット1を実現することが可能となる。接合界面近傍領域におけるMo−W合金の平均結晶粒径は10〜30μmの範囲に制御することがより好ましい。
【0029】
また、接合型スパッタリングターゲット1全体としてのMo−W合金の平均結晶粒径は50μm以下である。ターゲット全体としてのMo−W合金の平均結晶粒径が50μmを超えると、結晶粒の粗大化に基づくパーティクル発生量の増加を招くことになる。すなわち、Mo−W合金の結晶粒が粗大化すると、結晶粒の結晶方位で異なるスパッタレートの差などに基づいて結晶粒間に段差が生じるため、スパッタ粒子が段差部や結晶面に付着して堆積しやすくなる。特に、ターゲットの中央部や端部では、斜め方向からのスパッタ粒子が不安定に堆積する。このような不安定に堆積したスパッタ粒子はスパッタ中に剥離、脱落しやすく、これがパーティクルの発生原因となる。さらに、大きな段差部では異常放電によるスプラッシュが発生しやすいため、これによってもパーティクルの発生量が増加する。
【0030】
ターゲット全体としてのMo−W合金の平均結晶粒径を50μm以下と微細化することによって、上記したような原因によるパーティクルの発生を抑制することが可能となる。ただし、Mo−W合金の平均結晶粒径があまり小さすぎると、ターゲットの低密度化などの原因となるおそれがあることから、ターゲット全体としてのMo−W合金の平均結晶粒径は5μm以上であることが好ましい。
【0031】
ここで、接合界面近傍領域におけるMo−W合金の平均結晶粒径は、接合界面4を中心とする半径300μmの円内に存在する結晶粒の粒径を倍率100倍以上の顕微鏡観察により測定して平均化し、この値を任意の3箇所以上について求めると共に、これらを平均した値を示すものとする。また、ターゲット全体としてのMo−W合金の平均結晶粒径は、スパッタ面の任意の10箇所以上から試料を採取し、これら各試料の顕微鏡観察(倍率100倍以上)により測定した平均結晶粒径を、10個以上の試料について平均した値を示すものとする。
【0032】
上述した接合型スパッタリングターゲット1は、特に大型化のMo−W合金ターゲットに対して好適である。例えば、図1に示したような矩形のMo−W合金ターゲットについては、少なくとも一辺の長さが800mm以上の矩形状のスパッタ面を有する場合においても、パーティクルの抑制効果や膜厚の均一化効果などを有する接合型スパッタリングターゲット1、すなわち液晶表示装置などに用いられる配線膜(Mo−W合金膜)を高歩留りで作製することが可能な接合型スパッタリングターゲット1を実現することができる。また、円形のMo−W合金ターゲットについては、直径が800mm以上の円形状のスパッタ面を有する場合においても、同様にパーティクルの抑制効果や膜厚の均一化効果などを有する接合型スパッタリングターゲットを実現することができる。
【0033】
また、本発明の接合型スパッタリングターゲットは、液晶表示装置のアドレス配線などに適用されるMo−W合金膜(配線膜)の形成用として好適である。このようなMo−W合金配線膜は、大面積化を図った液晶表示装置、ディスプレイの高精細化に伴って配線や配線間隔を狭小化した液晶表示装置、また配線幅を狭くして開口率を向上させた液晶表示装置などに対して有効である。さらに、本発明の接合型スパッタリングターゲットは液晶表示装置の配線形成用に限らず、プラズマ表示装置、固体表示装置、電界放出型冷陰極を用いた平面型表示装置などの配線形成用としても有効である。
【0034】
この実施形態の接合型スパッタリングターゲット1は、例えば以下のようにして作製することができる。まず、Mo粉末とW粉末とを前述した所望の組成比となるように混合して、均一な混合原料粉末を作製する。この際、Mo粉末とW粉末との混合粉末は、平均粒径が15μm以下の第1のW粉末と平均粒径が15μmを超え60μm以下の第2のW粉末との混合W粉末を、平均粒径が30μm以下のMo粉末に混合して調製することが好ましい。このような混合原料粉末を使用することによって、ターゲット片を高密度化することができると共に、前述したようなMoの分散状態(EPMA解析のマッピング結果により規定される分散状態)をより確実に実現することが可能となる。
【0035】
Mo粉末の平均粒径が30μmを超えると、Mo−W合金の結晶粒の粗大化やターゲット片の低密度化、さらにはMoの過剰な偏析などを招くおそれがある。また、W粉末については、上記したように平均粒径が15μm以下の第1のW粉末と平均粒径が15μmを超え60μm以下の第2のW粉末との混合W粉末を使用することで、粗大なW粒子の間隙に微細なW粒子が入り込むことから、Mo−W合金の焼結性を高めて高密度化することが可能となる。焼結性の向上はターゲット片間の接合性の向上にも繋がる。各W粉末の平均粒径が上記した値を超えると、いずれも焼結性の低下を招きやすくなる。
【0036】
第1のW粉末と第2のW粉末との混合比は、第1のW粉末の質量比[{第1のW粉末の質量/(第1のW粉末の質量+第2のW粉末の質量)}×100(%)]が10〜30%の範囲となるように調整することが好ましい。第1のW粉末の混合比が10質量%未満であると、上記したようなメカニズムによる焼結性の向上効果を十分に得ることができないと共に、Moの過剰な偏析が発生しやすくなる。一方、第1のW粉末の混合比が30質量%を超える場合にも、微細粒子が多くなりすぎて焼結性が低下する。混合W粉末における第1のW粉末の含有比は15〜25質量%の範囲とすることがより好ましい。
【0037】
次いで、上記したようなMo粉末とW粉末との混合粉末を所望のターゲット片形状に成形して、複数の成形体を作製する。Mo粉末とW粉末との混合粉末の成形には、ターゲット片を高密度化する上でCIP(冷間静水圧プレス)などの加圧成形を適用することが好ましい。次いで、ターゲット片形状の複数の成形体を焼結して、Mo−W合金からなる複数のターゲット片を作製する。このターゲット片の焼結工程は、まず水素雰囲気中などにおいて成形体を1000〜1500℃の温度で仮焼結した後に、1600℃以上の温度で本焼結することが好ましい。このような工程を経ることによって、高密度のターゲット片を再現性よく作製することが可能となる。
【0038】
すなわち、Mo粉末とW粉末との混合粉末の成形体を予め水素雰囲気中などで仮焼結することによって、原料粉末に付着する酸素などが還元されて高密度化が達成しやすくなり、さらに高密度を実現した上でMo−W合金の結晶粒の粗大化を抑制することが可能となる。仮焼結温度が1000〜1500℃の範囲を外れると、このような効果を十分に得ることができない。そして、このような条件で予備焼結した仮焼結体を、例えばAr雰囲気のような不活性雰囲気中にて1600℃以上の温度で本焼結することによって、高密度でかつMoの分散状態に優れたターゲット片を再現性よく得ることができる。本焼結にはHIP処理などを適用することも有効である。
【0039】
次に、上記した複数のターゲット片(Mo−W合金の焼結体)を所望の形状に配置した後にHIP処理を施すことによって、複数のターゲット片間を接合する。このように、複数のターゲット片間の接合にHIP処理を適用することによって、ターゲット全体としてのMo−W合金の結晶粒の粗大化を抑制した上で、ターゲット片間の接合界面近傍領域(接合界面から幅300μmの領域)におけるMo−W合金の平均結晶粒径を3〜50μmの範囲に制御することができる。言い換えると、複数のターゲット片間を良好に接合することができると共に、接合部に起因するパーティクルの増加を抑制することが可能となる。
【0040】
接合工程におけるHIP処理条件は、ターゲット全体としてのMo−W合金の結晶粒が粗大化することを抑制するために、加熱温度を1200〜1600℃の範囲に設定すると共に、圧力を100〜180MPaの範囲とすることが好ましい。HIP接合時の加熱温度は印加する圧力にもよるが、本焼結温度より低い温度に設定することが好ましい。これによって、ターゲット片のMo−W合金結晶粒の粒成長をより再現性よく抑制することが可能となる。このようにして得た接合型ターゲット素材に研削などの機械加工を施して、所定形状のMo−W合金ターゲット(接合型スパッタリングターゲット)を作製する。
【0041】
なお、上述した接合型スパッタリングターゲットの製造方法では、予めMo−W合金からなる複数のターゲット片を粉末焼結法で作製した後に、複数のターゲット片間をHIP処理により接合する場合について説明したが、本発明の接合型スパッタリングターゲットの製造方法はこれに限られるものではなく、複数のターゲット片を例えばHIP処理により焼結すると同時に、複数のターゲット片間を接合して作製することも可能である。このような製造方法においても、HIP処理条件を適宜選択することによって、本発明の構成を満足する接合型スパッタリングターゲットを得ることができる。さらに、他の製造方法を適用してもよいことは言うまでもなく、本発明の接合型スパッタリングターゲットはその製造方法に限定されるものではない。
【0042】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例およびその評価結果について述べる。
【0043】
実施例1
まず、平均粒径15μm以下の第1のW粉末を30質量%含み、残部が平均粒径15μmを超え60μm以下の第2のW粉末からなる混合W粉末を、平均粒径が10μmのMo粉末に、MoとWの質量比が1:1となるように配合した後、高純度Arガスで置換したボールミルで48時間混合した。この混合原料粉末を成形用のラバー型に充填した後、200MPaの圧力をCIPにより加えて成形体を作製した。この成形体を水素雰囲気中にて1400℃×6時間の条件で仮焼結した後、Ar雰囲気中にて1800℃×8時間の条件で本焼結した。このようにして、Mo−W合金の焼結体からなる4個のターゲット片を作製した。各ターゲット片の形状は32×32×6mmとした。
【0044】
このようにして得た各ターゲット片(Mo−W合金の焼結体)のMo分散状態を、EPMA装置(JEOL社製JXA-8600M)を用いて解析し、500μm四方の範囲のMoカラーマッピングをそれぞれ得た。これらMoのカラーマッピングはいずれも測定感度のカウント数が150以上の連なった部分を有し、かつカウント数が250以上のMo偏析部の最大サイズは約20μmであった。さらに、Moのカラーマッピングを均等に4分割し、分割後の各領域内におけるカウント数が250以上のMo偏析部の面積比率をそれぞれ求めた。これらMo偏析部の面積比率からバラツキを前述した式に基づいて求めたところ、Mo偏析部の面積比率の各領域間でのバラツキは5%であった。
【0045】
次に、上記した4個のターゲット片(Mo−W合金の焼結体)を所定のターゲット形状に配置し、これを鉄製カプセル内に封入した後、176MPaの等方圧力を印加しつつ1400℃×6時間の条件でHIP処理した。このHIP処理によって、各ターゲット片間を固相拡散接合した。このHIP接合体に機械加工および研削加工を施して、最終形状が直径127×厚さ5mmの接合型Mo−W合金ターゲットを得た。
【0046】
得られた接合型Mo−W合金ターゲットの相対密度は99.5%であった。さらに、前述した方法にしたがって、ターゲット片間の接合界面から幅300μmの領域におけるMo−W合金の平均結晶粒径と、ターゲット全体としての平均結晶粒径を求めた。その結果、接合界面近傍領域におけるMo−W合金の平均結晶粒径は10μmであり、またターゲット全体としての平均結晶粒径は45μmであった。このような接合型Mo−W合金ターゲットを後述する特性評価に供した。
【0047】
実施例2〜4
上記した実施例1において、ターゲット片のサイズを110×210×6mmとすると共に、原料混合粉末の各出発原料、成形体の仮焼結温度、仮焼結体の本焼結温度、ターゲット片間の接合条件(HIP処理時の圧力、温度および時間)を表1に示す各条件に変更する以外は、実施例1と同様にして接合型Mo−W合金ターゲットをそれぞれ作製した。なお、ターゲットの最終形状は430×820×5mmに統一した。これら各接合型Mo−W合金ターゲットのMo分散状態(EPMA解析による)、相対密度、接合界面近傍領域における平均結晶粒径、およびターゲット全体としての平均結晶粒径を、実施例1と同様にして測定、評価した。その結果を表2に示す。また、各接合型Mo−W合金ターゲットは後述する特性評価に供した。
【0048】
実施例5
上記した実施例1において、ターゲット片の数を8個に変更する以外は実施例1と同様にして、最終形状が直径254mm×厚さ5mmの接合型Mo−W合金ターゲットを作製した。この接合型Mo−W合金ターゲットのMo分散状態(EPMA解析による)、相対密度、接合界面近傍領域における平均結晶粒径、およびターゲット全体としての平均結晶粒径を、実施例1と同様にして測定、評価した。その結果を表2に示す。また、接合型Mo−W合金ターゲットは後述する特性評価に供した。
【0049】
実施例6
上記した実施例2において、ターゲット片の数を8個に変更する以外は実施例2と同様にして、最終形状が870×1660×5mmの接合型Mo−W合金ターゲットを作製した。この接合型Mo−W合金ターゲットのMo分散状態(EPMA解析による)、相対密度、接合界面近傍領域における平均結晶粒径、およびターゲット全体としての平均結晶粒径を、実施例1と同様にして測定、評価した。その結果を表2に示す。また、接合型Mo−W合金ターゲットは後述する特性評価に供した。
【0050】
比較例1
上記した実施例2において、成形体の仮焼結温度を1000℃とすると共に、仮焼結体の本焼結温度を1400℃とし、さらにターゲット片間の接合時におけるHIP処理温度を1200℃とする以外は、実施例2と同様にして接合型Mo−W合金ターゲットを作製した。この接合型Mo−W合金ターゲットは表2に示すように相対密度が低く、またMoの偏析サイズも若干大きいものであった。そして、ターゲット片間の接合界面に空孔が存在しているため、接合界面近傍領域における平均結晶粒径は測定することができなかった。この接合型Mo−W合金ターゲットを後述する特性評価に供した。
【0051】
比較例2〜3
上記した比較例1と同様に、原料混合粉末の出発原料、成形体の仮焼結温度、仮焼結体の本焼結温度、ターゲット片間の接合条件(HIP処理時の温度および時間)を表1に示す各条件に変更する以外は、実施例2と同様にして接合型Mo−W合金ターゲットをそれぞれ作製した。これらの接合型Mo−W合金ターゲットも表2に示すように相対密度が低く、またターゲット片間の接合界面に空孔が存在しているため、接合界面近傍領域における平均結晶粒径は測定することができなかった。各接合型Mo−W合金ターゲットは後述する特性評価に供した。
【0052】
比較例4
上記した実施例2において、原料混合粉末の各出発原料を変更すると共に、成形体の仮焼結温度を1800℃とする以外は、実施例2と同様にして接合型Mo−W合金ターゲットを作製した。この接合型Mo−W合金ターゲットは表2に示すように相対密度が低く、またターゲット片間の接合界面近傍領域における平均結晶粒径が64μmと大きいものであった。この接合型Mo−W合金ターゲットを後述する特性評価に供した。
【0053】
参考例1〜2
上記した実施例2において、原料混合粉末の各出発原料、成形体の仮焼結温度、仮焼結体の本焼結温度などを表1に示す各条件に変更する以外は、実施例2と同様にして接合型Mo−W合金ターゲットをそれぞれ作製した。これら接合型Mo−W合金ターゲットは、接合界面近傍領域における平均結晶粒径は本発明の条件を満足しているものの、参考例1のターゲットは相対密度が低いと共に、Mo偏析部のバラツキが大きく、また参考例2のターゲットは相対密度が低いと共に、Mo偏析部の最大サイズおよびバラツキが共に大きいものであった。これら各接合型Mo−W合金ターゲットを後述する特性評価に供した。
【0054】
【表1】

Figure 0004574949
【0055】
【表2】
Figure 0004574949
【0056】
上述した実施例1〜6、比較例1〜4および参考例1〜2による各接合型Mo−W合金ターゲットをスパッタリング装置に取り付けて、Arガス圧を0.27Paとした条件下でスパッタリングを行い、それぞれ5インチのSiウェーハ面上に厚さ約200nmのMo−W合金膜を成膜した。得られた各Mo−W合金膜中に存在する0.2μm以下のパーティクル数を測定すると共に、各Mo−W合金膜の膜厚分布を測定、評価した。パーティクル数はパーティクル測定器(WM3)を用いて測定した。膜厚分布については、膜厚測定装置(ALpha-Step200)を用いて膜厚を測定し、膜厚の最大値と最小値から[{(最大値−最小値)/(最大値+最小値)}×100(%)]の式に基づいて膜厚のバラツキを求めた。これらの結果を表3に示す。
【0057】
【表3】
Figure 0004574949
【0058】
表3から明らかなように、実施例1〜6の各接合型Mo−W合金ターゲットによれば、パーティクルの混入量が少なく、かつ膜厚分布に優れるMo−W合金膜を得ることが可能であることが分かる。これらはMo−W合金からなる配線膜、ひいてはそのような配線膜を用いた液晶表示装置などの製造歩留まりの向上に大きく寄与するものである。一方、比較例1〜4の各接合型Mo−W合金ターゲットはパーティクルの発生量が多く、また成膜したMo−W合金膜の膜厚バラツキも大きいものであった。
【0059】
実施例7〜8、比較例5
上記した実施例2において、MoとWの質量比をW=20原子%に変更したものを実施例7、W=35原子%に変更したものを実施例8として、これら以外の条件は実施例2と同様にして、接合型Mo−W合金ターゲットをそれぞれ作製した。
また、平均粒径が60μmのW粉末だけを用いて、実施例2と同様にして接合型Mo−W合金ターゲットを作製した(比較例5)。これら各ターゲットについて、実施例1と同様な評価を行った。その結果を表4および表5に示す。
【0060】
【表4】
Figure 0004574949
【0061】
【表5】
Figure 0004574949
【0062】
表4および表5からも分かるように、本発明のMo−W合金ターゲットはMo−W合金の組成比を変えたものに対しても有効である。また、比較例5のように、W粉末の平均粒径が1種類のみではMoの偏析が生じやすい。
【0063】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスパッタリングターゲットおよびその製造方法によれば、Mo−W合金ターゲットの大型化を図った上で、接合部などに起因するパーティクルの発生量の増加を再現性よく抑制することが可能となる。従って、Mo−W合金配線膜などの大面積化と高品質化に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態によるスパッタリングターゲット(接合型Mo−W合金ターゲット)の概略構成を示す平面図である。
【図2】図1に示すスパッタリングターゲットの断面図である。
【符号の説明】
1……接合型スパッタリングターゲット,2……Mo−W合金からなるターゲット片,4……接合界面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a large sputtering target made of a Mo—W alloy and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, an active matrix liquid crystal display device in which a thin film transistor (TFT) formed using an amorphous silicon (a-Si) film is applied as a switching element is widely used. This is because a TFT array can be constructed using an a-Si film that can be formed at low temperature on an inexpensive glass substrate, thereby realizing a display device with a large area, high definition, high image quality, and low cost. is there.
[0003]
When a large-area liquid crystal display device (display device) is configured, the total length of the address wiring inevitably increases, so that the resistance of the address wiring and the like increases. As the resistance of the address line increases, the delay of the gate pulse applied to the switching element becomes remarkable, and there arises a problem that it becomes difficult to control the liquid crystal. For this reason, it is necessary to avoid delay of the gate pulse while maintaining at least parameters such as the wiring width.
[0004]
As a wiring material that can avoid such a delay of the gate pulse, a Mo—W alloy film is used (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). In addition to low resistance, the Mo-W alloy film is excellent in etchant resistance and taper workability, so wiring is not only used for liquid crystal display devices with a large area, but also for high-definition displays. This is also effective for a liquid crystal display device in which the width and wiring interval are narrowed, and a liquid crystal display device in which the wiring width is narrowed to improve the aperture ratio.
[0005]
As described in Patent Literature 1 and Patent Literature 2, the wiring film made of the Mo—W alloy is generally formed by sputtering film formation using a Mo—W alloy target. Here, when a wiring film such as a liquid crystal display device is formed by sputtering film formation, it is possible to suppress generation of particles (fine particles adhering to the film formation substrate) that cause wiring disconnection or short circuit. This is important for increasing product yield. Since the number of generated particles is closely related to the density of the target, a target whose density is increased by a vacuum melting method or hot pressing is used. For large targets, an integrated high-density target is realized by combining, for example, a powder sintering method and rolling.
[0006]
However, in the case of a difficult-to-process material such as the Mo-W alloy described above, it is difficult to produce a large and high-density single target because cracks and the like are likely to occur during sintering and rolling. In particular, in the wiring film forming process of a liquid crystal display device, for example, a large target having a side length of 800 mm or even more than 1000 mm is required. It is very difficult to manufacture with. Therefore, it is an urgent task to establish a method for producing a large, high-density Mo—W alloy target.
[0007]
On the other hand, as a method for producing a large sputtering target, a method of joining a plurality of target pieces has been conventionally known (for example, see Patent Document 3). However, when a plurality of target pieces are bonded using, for example, a brazing material, the generation of particles from the bonded portion (divided portion) increases, causing a decrease in product yield. Further, Patent Document 3 describes that a large target is produced by spraying a material having the same composition between a plurality of target pieces and integrating the plurality of target pieces. Even if it is applied, generation of fine particles having a diameter of 0.2 μm or less cannot be sufficiently suppressed.
[0008]
[Patent Document 1]
International Publication No. 95/16797 Pamphlet
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-36067
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-269637
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in a Mo-W alloy target used in a wiring film forming process of a liquid crystal display device, it is difficult to produce a single high-density large target with high yield. It is required to realize a large target by joining multiple target pieces, but only by applying the conventional composite method (joining method between target pieces), There is a problem that the generation of particles cannot be sufficiently suppressed.
[0010]
For this reason, it is possible to suppress the generation of particles with high reproducibility. A joint type Mo-W alloy target, specifically, a large Mo-W alloy target with a side of 800 mm or more than 1000 mm. Is desired. Furthermore, in increasing the size of a Mo-W alloy target for forming a wiring film such as a liquid crystal display device, not only the suppression of particles but also the standards such as film thickness and film quality uniformity at the time of film formation are compared with the target of the conventional size. There is a strong demand for a large-scale Mo—W alloy target capable of satisfying such required characteristics because it is strictly demanded to be equivalent or higher.
[0011]
The present invention has been made to cope with such a problem, and in a large-scale sputtering target formed by joining a plurality of target pieces (Mo-W alloy target pieces), particles from the joined parts (divided parts) are obtained. An object of the present invention is to provide a sputtering target capable of suppressing the occurrence with good reproducibility and improving the uniformity of the film thickness and film quality of the Mo-W alloy film, and a method for manufacturing the sputtering target.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  As described in claim 1, the sputtering target of the present invention includes a plurality of powder firings composed of a Mo—W alloy containing W in a range of 20 to 50 atomic% and the balance being substantially made of Mo and inevitable impurities. A rectangle formed by bonding target pieces produced by ligation and having a length of at least one side of 800 mm or moreIn shapeA sputtering target having a sputtering surface, wherein the average crystal grain size of the Mo-W alloy target as a whole is 50 μm or less, and the region in the vicinity of the bonding interface having a width of 300 μm from the bonding interface between the plurality of target pieces. The average crystal grain size of the Mo—W alloy is in the range of 3 to 50 μm, and the density of the entire target is 99% or more.
[0013]
  The sputtering target of the present invention is further claimed2As described above, Mo in the target isUsing an EPMA apparatus (JXA-8600M manufactured by JEOL), an acceleration current of 15 kV and an irradiation current of 2.0 × 10 7 A, measured under the condition of time 30msecIn the mapping result of the EPMA analysis, there is a continuous portion having a measurement sensitivity count number of 150 or more in a measurement area of 500 × 500 μm, and the segregation part having a count number of 250 or more has a maximum diameter of 100 μm or less. And claims3As described above, when the measurement area of the EPMA analysis is divided into four equal areas, the area ratio of the Mo segregation portion having a count number of 250 or more in each divided area is 30% variation between the areas. It is characterized by the following.
[0014]
  As described in claim 1, the sputtering target according to the present invention is a rectangular sputter having a length of at least one side of 800 mm or more.FaceIt is suitable for a sputtering target having, that is, a large sputtering target formed by bonding a plurality of target pieces (hereinafter referred to as a bonding type sputtering target).
[0015]
In the sputtering target of the present invention, a plurality of target pieces are bonded so that the average crystal grain size of the Mo—W alloy in the region of 300 μm width from the bonding interface is in the range of 3 to 50 μm, specifically, solid phase bonding ( Solid phase diffusion bonding). Based on such a configuration, while suppressing the coarsening of the crystal grains of the Mo-W alloy, which is a cause of generation of particles, it has practical strength and the like, and suppresses the increase in particles caused by the joint. A large junction type sputtering target can be realized. This corresponds to the demand for larger size of the Mo-W alloy target for forming a wiring film associated with an increase in the area of the liquid crystal display device, for example.
[0016]
  In addition, as described in claim 4, the method for manufacturing a sputtering target according to the present invention is a method for manufacturing a sputtering target by joining a plurality of target pieces made of a Mo—W alloy. The powder and the first W powder having an average particle size of 15 μm or less are included in the range of 10 to 30% by mass, and the balance is the average particle size.Over 15μmA step of forming a plurality of molded bodies by forming a mixed powder with a mixed W powder, which is a second W powder of 60 μm or less, into a target piece shape, and temporarily forming the plurality of molded bodies at a temperature of 1000 to 1500 ° C. After sintering, a step of producing a plurality of target pieces made of the Mo—W alloy by performing main sintering at a temperature of 1600 ° C. or higher, and a HIP process at a temperature of 1200 to 1600 ° C. between the plurality of target pieces. And a step of bonding by the above.
[0017]
  In the sputtering target manufacturing method of the present invention, as described in claim 5, the average crystal grains of the Mo—W alloy in a region near the bonding interface having a width of 300 μm from the bonding interface between the plurality of target pieces during the bonding step. It is preferable to control the diameter in the range of 3 to 50 μm. In addition, as described in claim 6, the sputtering target is a rectangle having a length of at least one side of 800 mm or more.In shapeIt is preferable to have a sputter surface.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
1 and 2 are diagrams showing a schematic configuration of a sputtering target according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a plan view of the sputtering target, and FIG. 2 is a sectional view thereof. The sputtering target 1 shown in these drawings has a plurality of target pieces 2 made of a Mo—W alloy. The plurality of target pieces 2, 2... Are bonded, specifically, solid phase diffusion bonding, to form a bonded sputtering target 1. In the figure, reference numeral 3 denotes a backing plate, and the junction type sputtering target 1 is fixed to the backing plate 3 by brazing or the like.
[0019]
The alloy composition of the Mo—W alloy constituting each of the target pieces 2, 2... Is not particularly limited. For example, W is contained in a range of 20 to 50 atomic%, and the balance is substantially Mo and inevitable. It is preferable to apply an alloy composition consisting of mechanical impurities. When the ratio of W in the Mo—W alloy is less than 20 atomic%, the electrical resistance when forming a wiring film or the like increases, and the etchant resistance (for example, resistance to an etchant such as an interlayer insulating film) decreases. There is a fear. Similarly, when the W ratio exceeds 50 atomic%, the resistance similarly increases, and the sputtering rate when the wiring film is formed also decreases.
[0020]
Note that the Mo—W alloy used for the sputtering target of the present invention preferably has as little impurity element content as possible in order to improve the properties of the obtained wiring film and the like. For example, oxygen as an impurity is preferably 500 ppm or less, and more preferably 100 ppm or less. This is because if the amount of oxygen is too large, voids (pores) are generated and the density tends to decrease. A decrease in density leads to an increase in the amount of particles generated. In order to reduce the amount of oxygen, for example, it is effective to perform hydrogen reduction or the like in the target manufacturing process.
[0021]
Each of the target pieces 2, 2... Is preferably a powder sintered body of Mo—W alloy, and the relative density of the powder sintered body is preferably 99% or more. When the relative density of each of the target pieces 2, 2... Is too low, the amount of particles generated increases regardless of the joint. That is, if a large amount of pores are present in the Mo—W alloy target, for example, sputtered particles sputtered by Ar ions that have entered the pores during sputtering accumulate on the edge of the pores to form protrusions. This protrusion causes abnormal discharge to generate particles. The generation of such particles can be suppressed by densifying each of the target pieces 2. Accordingly, the relative density of each of the target pieces 2, 2... Made of Mo—W alloy is preferably 99% or more, and more preferably 99.5% or more.
[0022]
The target piece 2 made of a Mo—W alloy satisfies the following conditions when the dispersion state of Mo and W is further analyzed by EPMA (Electron Probe X-ray Microanalyzer). It is preferable. That is, in the mapping result of the EPMA analysis of Mo on the target piece 2, there is a portion where the count number of Mo measurement sensitivity is 150 or more in a measurement area of 500 × 500 μm, and Mo segregation with a count number of 250 or more. The size of the part (as the maximum diameter) is preferably 100 μm or less. If there is no continuous portion with a measurement sensitivity count of 150 or more, or the size of the Mo segregation part exceeds 100 μm, the dispersed state of Mo and W is not uniform (Mo segregation is remarkable). This means that the uniformity of the film thickness is reduced based on the difference in sputtering rate between Mo and W, and the amount of particles generated is also increased.
[0023]
Furthermore, when the measurement area in the mapping result of the above-described EPMA analysis of Mo is divided into four equal areas, the area ratio of Mo segregation parts (count number is 250 or more) in each area after division (area of Mo segregation part) It is preferable that the variation between the respective regions) is 30% or less. That is, by reducing the deviation of the Mo segregation part, it is possible to more reliably suppress the generation of particles and the non-uniformity of the film thickness. The size of the Mo segregation part is more preferably 50 μm or less, and the variation in the area ratio of the Mo segregation part between the regions is more preferably 15% or less.
[0024]
Thus, by making the dispersed state of Mo and W in the target piece 2 closer to a more uniform state, the generation of particles can be suppressed with good reproducibility and the uniformity of the film thickness can be improved. . The Mo dispersion state (dispersion state defined by the mapping result of EPMA analysis) as described above is realized by preparing the target piece 2 by powder sintering and controlling the sintering conditions as described later. It becomes possible. For example, a target piece made of a Mo—W alloy can be obtained by rolling the melted material, but the rolled material tends to cause coarsening of the crystal grain size and segregation of Mo. Based on this, particles are likely to be generated, and the thickness of the formed film tends to be non-uniform. In addition, even when a large Mo—W alloy target is fabricated as a single unit, segregation of Mo and the like become remarkable.
[0025]
The mapping of EPMA analysis in the present invention is as follows: acceleration current 15 kV, irradiation current 2.0 × 107A, measured under conditions of time 30 msec. Further, the variation in the area ratio of the Mo segregation part between the respective areas is based on the maximum value and the minimum value of the above-described area ratio of the Mo segregation part (the area ratio in each area obtained by dividing the measurement area of the EPMA analysis). {(Maximum value−minimum value) / (maximum value + minimum value)} × 100 (%)].
[0026]
The joining type sputtering target 1 is configured by joining a plurality of target pieces 2, 2... Having the above-described characteristics, that is, a plurality of target pieces 2 made of Mo—W alloy. . The plurality of target pieces 2 are bonded by solid phase diffusion bonding by heat treatment under pressure such as HIP treatment. That is, the interface (bonding interface) 4 between the adjacent target pieces 2 is preferably bonded by solid phase diffusion between Mo—W alloys without the presence of a bonding material such as a brazing material. As described above, when the target pieces are bonded using a brazing material or the like, the bonded portion causes generation of particles.
[0027]
As described above, after joining the plurality of target pieces 2, 2... By solid phase diffusion, the junction type sputtering target 1 is made of Mo—W alloy in a region 300 μm wide from the junction interface 4 (region near the junction interface). The average crystal grain size is controlled in the range of 3 to 50 μm. Here, the region near the bonding interface indicates a range where the width w from the bonding interface 4 is 300 μm, as shown in the enlarged view in a circle in FIG. Solid phase diffusion bonding using HIP processing or the like is a strong process and generally tends to cause grain growth of a workpiece (here, Mo—W alloy). Accordingly, when the average crystal grain size of the Mo—W alloy in the region near the bonding interface exceeds 50 μm, the crystal grains of the Mo—W alloy of each target piece 2 itself become coarse, and the amount of particles generated increases. In addition, an increase in particles from the vicinity of the bonding interface and a decrease in bonding strength are also caused.
[0028]
On the other hand, the fact that the average crystal grain size of the Mo—W alloy in the region near the bonding interface is less than 3 μm means that the target pieces 2 are not sufficiently bonded.
In this case, not only the bonding strength between the target pieces 2 is insufficient, but also the amount of particles generated is increased due to voids existing at the bonding interface. In other words, by controlling the average crystal grain size of the Mo—W alloy in the region near the bonding interface to a range of 3 to 50 μm, after sufficiently satisfying the practical strength as a bonding type target, It becomes possible to realize a large Mo—W alloy target, that is, a junction type sputtering target 1, in which the generation amount is greatly suppressed. It is more preferable to control the average crystal grain size of the Mo—W alloy in the region in the vicinity of the bonding interface within the range of 10 to 30 μm.
[0029]
  Further, the average crystal grain size of the Mo—W alloy as the whole of the junction type sputtering target 1 is50below μmTheThe average grain size of the Mo-W alloy as a whole target is50If it exceeds μm, an increase in the amount of particles generated due to the coarsening of crystal grains is caused. That is, when the crystal grains of the Mo-W alloy are coarsened, a step is generated between the crystal grains based on a difference in sputter rate depending on the crystal orientation of the crystal grains. Easy to deposit. In particular, the sputtered particles from an oblique direction are deposited in an unstable manner at the center or end of the target. Such unstablely deposited sputtered particles easily peel off and fall off during sputtering, which causes generation of particles. Furthermore, since a splash due to abnormal discharge is likely to occur at a large step portion, this also increases the amount of particles generated.
[0030]
  Average grain size of Mo-W alloy as a whole target50By miniaturizing to μm or less, it becomes possible to suppress the generation of particles due to the above-mentioned causes.. TheHowever, if the average crystal grain size of the Mo-W alloy is too small, it may cause a decrease in the density of the target, so the average crystal grain size of the Mo-W alloy as a whole target is 5 μm or more. Preferably there is.
[0031]
Here, the average crystal grain size of the Mo—W alloy in the region near the joint interface is measured by microscopic observation of the grain size of a crystal grain existing in a circle having a radius of 300 μm centering on the joint interface 4 at a magnification of 100 times or more. The values are averaged to obtain these values at three or more arbitrary locations, and the average value of these values is shown. The average crystal grain size of the Mo—W alloy as the entire target was measured by taking samples from any 10 or more locations on the sputtering surface and observing these samples under a microscope (magnification of 100 times or more). Is an averaged value for 10 or more samples.
[0032]
The junction-type sputtering target 1 described above is particularly suitable for a large-sized Mo—W alloy target. For example, in the case of a rectangular Mo—W alloy target as shown in FIG. 1, even when it has a rectangular sputter surface with at least one side having a length of 800 mm or more, the effect of suppressing particles and the effect of making the film uniform That is, it is possible to realize a junction type sputtering target 1 that can produce a wiring film (Mo—W alloy film) used in a liquid crystal display device or the like with a high yield. In addition, for circular Mo-W alloy targets, even when having a sputter surface with a circular shape with a diameter of 800 mm or more, a junction-type sputtering target having the same effect of suppressing particles and equalizing the film thickness is realized. can do.
[0033]
Moreover, the junction type sputtering target of the present invention is suitable for forming a Mo—W alloy film (wiring film) applied to an address wiring of a liquid crystal display device. Such a Mo-W alloy wiring film is used for a liquid crystal display device with an increased area, a liquid crystal display device with a reduced wiring and wiring interval as the display becomes higher in definition, and an aperture ratio with a reduced wiring width. This is effective for a liquid crystal display device and the like with improved characteristics. Furthermore, the junction type sputtering target of the present invention is effective not only for the formation of wiring for liquid crystal display devices, but also for the formation of wiring for plasma display devices, solid state display devices, flat display devices using field emission cold cathodes, and the like. is there.
[0034]
  The junction type sputtering target 1 of this embodiment can be produced as follows, for example. First, Mo powder and W powder are mixed so as to have the desired composition ratio described above to produce a uniform mixed raw material powder. At this time, the mixed powder of Mo powder and W powder has an average particle diameter of the first W powder having an average particle diameter of 15 μm or less.Over 15μmIt is preferable to prepare by mixing the mixed W powder with the second W powder of 60 μm or less into the Mo powder having an average particle size of 30 μm or less. By using such mixed raw material powder, the density of the target piece can be increased, and the Mo dispersion state (the dispersion state defined by the mapping result of EPMA analysis) as described above can be realized more reliably. It becomes possible to do.
[0035]
  If the average particle size of the Mo powder exceeds 30 μm, the crystal grains of the Mo—W alloy may be coarsened, the density of the target piece may be reduced, and excessive segregation of Mo may be caused. As for the W powder, as described above, the first W powder having an average particle size of 15 μm or less and the average particle size areOver 15μmBy using the mixed W powder with the second W powder of 60 μm or less, fine W particles enter the gaps between the coarse W particles, so that the Mo-W alloy is increased in sinterability and densified. It becomes possible. Improvement in sinterability also leads to improvement in bondability between target pieces. When the average particle diameter of each W powder exceeds the above-described value, any of them tends to cause a decrease in sinterability.
[0036]
The mixing ratio of the first W powder and the second W powder is the mass ratio of the first W powder [{mass of the first W powder / (mass of the first W powder + the mass of the second W powder] Mass)} × 100 (%)] is preferably adjusted to be in the range of 10 to 30%. When the mixing ratio of the first W powder is less than 10% by mass, the effect of improving the sinterability by the mechanism as described above cannot be sufficiently obtained, and excessive segregation of Mo is likely to occur. On the other hand, when the mixing ratio of the first W powder exceeds 30% by mass, too many fine particles increase and the sinterability decreases. The content ratio of the first W powder in the mixed W powder is more preferably in the range of 15 to 25% by mass.
[0037]
Next, a mixed powder of the Mo powder and the W powder as described above is formed into a desired target piece shape to produce a plurality of formed bodies. In forming the mixed powder of Mo powder and W powder, it is preferable to apply pressure forming such as CIP (cold isostatic pressing) in order to increase the density of the target piece. Next, a plurality of target piece-shaped compacts are sintered to produce a plurality of target pieces made of a Mo-W alloy. In the sintering process of the target piece, first, the compact is first temporarily sintered at a temperature of 1000 to 1500 ° C. in a hydrogen atmosphere or the like, and then main sintering is preferably performed at a temperature of 1600 ° C. or higher. By passing through such a process, it becomes possible to produce a high-density target piece with high reproducibility.
[0038]
That is, by pre-sintering a molded body of a mixed powder of Mo powder and W powder in a hydrogen atmosphere or the like, oxygen attached to the raw material powder is reduced, making it easy to achieve high density, It is possible to suppress the coarsening of the crystal grains of the Mo—W alloy after realizing the density. If the pre-sintering temperature is out of the range of 1000 to 1500 ° C., such an effect cannot be sufficiently obtained. And by pre-sintering the pre-sintered body pre-sintered under such conditions at a temperature of 1600 ° C. or higher in an inert atmosphere such as Ar atmosphere, it is possible to obtain a high density and dispersed state of Mo. Can be obtained with good reproducibility. It is also effective to apply HIP processing or the like for the main sintering.
[0039]
Next, the plurality of target pieces (Mo-W alloy sintered body) are arranged in a desired shape and then subjected to HIP treatment to join the plurality of target pieces. In this way, by applying the HIP process to the bonding between the plurality of target pieces, the coarsening of the crystal grains of the Mo—W alloy as the entire target is suppressed, and the vicinity of the bonding interface between the target pieces (bonding) The average grain size of the Mo—W alloy in the region 300 μm in width from the interface can be controlled in the range of 3 to 50 μm. In other words, it is possible to satisfactorily join between a plurality of target pieces, and to suppress an increase in particles caused by the joined portion.
[0040]
The HIP treatment conditions in the joining process are as follows: the heating temperature is set in the range of 1200 to 1600 ° C. and the pressure is set to 100 to 180 MPa in order to suppress the coarsening of the crystal grains of the Mo—W alloy as the entire target. It is preferable to be in the range. Although the heating temperature at the time of HIP bonding depends on the applied pressure, it is preferably set to a temperature lower than the main sintering temperature. This makes it possible to suppress the growth of Mo—W alloy crystal grains of the target piece with higher reproducibility. The joint type target material thus obtained is subjected to mechanical processing such as grinding to produce a Mo-W alloy target (joint type sputtering target) having a predetermined shape.
[0041]
In addition, although the manufacturing method of the joining type sputtering target mentioned above demonstrated the case where several target pieces which consist of Mo-W alloy previously were produced by the powder sintering method, between several target pieces were joined by HIP processing. The manufacturing method of the bonding type sputtering target of the present invention is not limited to this, and it is also possible to sinter a plurality of target pieces by, for example, HIP treatment, and simultaneously bond the plurality of target pieces. . Also in such a manufacturing method, the junction type sputtering target which satisfies the structure of this invention can be obtained by selecting HIP processing conditions suitably. Furthermore, it goes without saying that other manufacturing methods may be applied, and the junction type sputtering target of the present invention is not limited to the manufacturing method.
[0042]
【Example】
Next, specific examples of the present invention and evaluation results thereof will be described.
[0043]
Example 1
  First,average30% by mass of the first W powder having a particle size of 15 μm or less, with the remainder beingaverageParticle sizeOver 15μmThe mixed W powder composed of the second W powder of 60 μm or less was mixed with Mo powder having an average particle diameter of 10 μm so that the mass ratio of Mo to W was 1: 1, and then replaced with high-purity Ar gas. Mix for 48 hours on a ball mill. After this mixed raw material powder was filled into a molding rubber mold, a pressure of 200 MPa was applied by CIP to produce a molded body. The compact was pre-sintered in a hydrogen atmosphere at 1400 ° C. for 6 hours, and then sintered in an Ar atmosphere at 1800 ° C. for 8 hours. In this way, four target pieces made of a Mo-W alloy sintered body were produced. The shape of each target piece was 32 × 32 × 6 mm.
[0044]
The Mo dispersion state of each target piece (Mo-W alloy sintered body) thus obtained was analyzed using an EPMA apparatus (JXA-8600M manufactured by JEOL), and Mo color mapping in a 500 μm square range was obtained. I got each. Each of these color mappings of Mo had a portion where the count number of measurement sensitivity was 150 or more, and the maximum size of the Mo segregation part having a count number of 250 or more was about 20 μm. Furthermore, the color mapping of Mo was equally divided into four, and the area ratio of the Mo segregation part having a count number of 250 or more in each divided region was obtained. When the variation was determined from the area ratio of these Mo segregation portions based on the above-described formula, the variation in the area ratio of the Mo segregation portion between the regions was 5%.
[0045]
Next, after placing the above four target pieces (Mo-W alloy sintered bodies) in a predetermined target shape and encapsulating them in an iron capsule, 1400 ° C. while applying an isotropic pressure of 176 MPa X HIP treatment was performed under conditions of 6 hours. By this HIP treatment, solid phase diffusion bonding was performed between the target pieces. This HIP bonded body was subjected to machining and grinding to obtain a bonded type Mo—W alloy target having a final shape having a diameter of 127 × thickness of 5 mm.
[0046]
The relative density of the obtained bonded Mo—W alloy target was 99.5%. Further, according to the above-described method, the average crystal grain size of the Mo—W alloy in the region having a width of 300 μm from the bonding interface between the target pieces and the average crystal grain size of the entire target were obtained. As a result, the average crystal grain size of the Mo—W alloy in the vicinity of the bonding interface was 10 μm, and the average crystal grain size as a whole target was 45 μm. Such a joining type Mo—W alloy target was subjected to the characteristic evaluation described later.
[0047]
Examples 2-4
In Example 1 described above, the size of the target piece is 110 × 210 × 6 mm, each starting material of the raw material mixed powder, the preliminary sintering temperature of the compact, the main sintering temperature of the preliminary sintered body, and between the target pieces A joining type Mo—W alloy target was prepared in the same manner as in Example 1 except that the joining conditions (pressure, temperature and time during HIP treatment) were changed to the conditions shown in Table 1. The final target shape was unified to 430 x 820 x 5 mm. The Mo dispersion state (by EPMA analysis), the relative density, the average crystal grain size in the vicinity of the joint interface, and the average crystal grain size of the target as a whole are the same as in Example 1. Measurement and evaluation. The results are shown in Table 2. Moreover, each joining type Mo-W alloy target was used for the characteristic evaluation mentioned later.
[0048]
Example 5
In Example 1 described above, a bonded Mo—W alloy target having a final shape of 254 mm in diameter and 5 mm in thickness was produced in the same manner as in Example 1 except that the number of target pieces was changed to 8. In the same manner as in Example 1, the Mo dispersion state (by EPMA analysis), the relative density, the average crystal grain size in the vicinity of the joint interface, and the average crystal grain size of the target as a whole were measured. ,evaluated. The results are shown in Table 2. Moreover, the joining type Mo-W alloy target was used for the characteristic evaluation mentioned later.
[0049]
Example 6
In Example 2 described above, a bonded Mo—W alloy target having a final shape of 870 × 1660 × 5 mm was produced in the same manner as Example 2 except that the number of target pieces was changed to 8. In the same manner as in Example 1, the Mo dispersion state (by EPMA analysis), the relative density, the average crystal grain size in the vicinity of the joint interface, and the average crystal grain size of the target as a whole were measured. ,evaluated. The results are shown in Table 2. Moreover, the joining type Mo-W alloy target was used for the characteristic evaluation mentioned later.
[0050]
Comparative Example 1
In Example 2 described above, the temporary sintering temperature of the compact is set to 1000 ° C., the main sintering temperature of the temporary sintered body is set to 1400 ° C., and the HIP processing temperature at the time of joining between the target pieces is set to 1200 ° C. A bonded Mo—W alloy target was produced in the same manner as in Example 2 except that. As shown in Table 2, this bonded Mo-W alloy target had a low relative density and a slightly large Mo segregation size. And since the void | hole exists in the joining interface between target pieces, the average crystal grain diameter in the joining interface vicinity area | region could not be measured. This bonded Mo-W alloy target was subjected to the characteristic evaluation described later.
[0051]
Comparative Examples 2-3
In the same manner as in Comparative Example 1 described above, the starting material of the raw material mixed powder, the temporary sintering temperature of the molded body, the main sintering temperature of the temporary sintered body, and the joining conditions between the target pieces (temperature and time during HIP processing) A junction type Mo—W alloy target was prepared in the same manner as in Example 2 except that the conditions were changed to the conditions shown in Table 1. These bonded Mo-W alloy targets also have a low relative density as shown in Table 2, and there are vacancies at the bonding interface between the target pieces, so the average grain size in the region near the bonding interface is measured. I couldn't. Each joining type Mo-W alloy target was used for the characteristic evaluation mentioned below.
[0052]
Comparative Example 4
In Example 2 described above, a joining type Mo—W alloy target was prepared in the same manner as in Example 2 except that each starting material of the raw material mixed powder was changed and the pre-sintering temperature of the compact was set to 1800 ° C. did. As shown in Table 2, this bonded Mo-W alloy target had a low relative density, and the average grain size in the vicinity of the bonded interface between the target pieces was as large as 64 μm. This bonded Mo-W alloy target was subjected to the characteristic evaluation described later.
[0053]
Reference Examples 1-2
In Example 2 described above, Example 2 and Example 2 were changed except that the starting raw materials of the raw material mixed powder, the temporary sintering temperature of the compact, the main sintering temperature of the temporary sintered body, and the like were changed to the conditions shown in Table 1. In the same manner, bonded Mo-W alloy targets were produced. Although these bonded Mo-W alloy targets satisfy the conditions of the present invention in terms of the average crystal grain size in the vicinity of the bonded interface, the target of Reference Example 1 has a low relative density and a large variation in the Mo segregation part. The target of Reference Example 2 had a low relative density and a large maximum size and variation in the Mo segregation part. Each of these joining type Mo—W alloy targets was subjected to the characteristic evaluation described later.
[0054]
[Table 1]
Figure 0004574949
[0055]
[Table 2]
Figure 0004574949
[0056]
Each of the bonding type Mo—W alloy targets according to Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 4 and Reference Examples 1 to 2 described above was attached to a sputtering apparatus, and sputtering was performed under the condition that the Ar gas pressure was 0.27 Pa. A Mo-W alloy film having a thickness of about 200 nm was formed on the surface of a 5-inch Si wafer. The number of particles of 0.2 μm or less present in each obtained Mo—W alloy film was measured, and the film thickness distribution of each Mo—W alloy film was measured and evaluated. The number of particles was measured using a particle measuring device (WM3). Regarding the film thickness distribution, measure the film thickness using a film thickness measuring device (ALpha-Step200), and calculate the maximum value and the minimum value [{(maximum value−minimum value) / (maximum value + minimum value)]. } × 100 (%)], the variation in film thickness was determined. These results are shown in Table 3.
[0057]
[Table 3]
Figure 0004574949
[0058]
As is apparent from Table 3, according to each of the bonded Mo-W alloy targets of Examples 1 to 6, it is possible to obtain a Mo-W alloy film having a small amount of particles and excellent in film thickness distribution. I know that there is. These greatly contribute to the improvement of the manufacturing yield of a wiring film made of a Mo—W alloy, and thus a liquid crystal display device using such a wiring film. On the other hand, each joining type Mo—W alloy target of Comparative Examples 1 to 4 had a large amount of particles generated, and the film thickness variation of the formed Mo—W alloy film was also large.
[0059]
Examples 7-8, Comparative Example 5
In Example 2 described above, the mass ratio of Mo and W was changed to W = 20 atomic%, Example 7 was changed to W = 35 atomic%, and Example 8 was changed. In the same manner as in Example 2, bonded Mo-W alloy targets were produced.
Further, using only W powder having an average particle diameter of 60 μm, a bonded Mo—W alloy target was produced in the same manner as in Example 2 (Comparative Example 5). Each of these targets was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Tables 4 and 5.
[0060]
[Table 4]
Figure 0004574949
[0061]
[Table 5]
Figure 0004574949
[0062]
As can be seen from Tables 4 and 5, the Mo—W alloy target of the present invention is also effective for those in which the composition ratio of the Mo—W alloy is changed. Further, as in Comparative Example 5, when only one type of W powder has an average particle size, segregation of Mo is likely to occur.
[0063]
【The invention's effect】
As described above, according to the sputtering target and the manufacturing method thereof of the present invention, the increase in the amount of particles generated due to the joining portion and the like is suppressed with high reproducibility after the Mo-W alloy target is enlarged. It becomes possible to do. Therefore, this contributes to an increase in area and quality of the Mo—W alloy wiring film and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a sputtering target (bonded Mo—W alloy target) according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the sputtering target shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Joining type sputtering target, 2 ... Target piece which consists of Mo-W alloy, 4 ... Joining interface

Claims (6)

Wを20〜50原子%の範囲で含み、残部が実質的にMoおよび不可避的不純物からなるMo−W合金からなる複数の粉末焼結により作製されたターゲット片を接合してなり、少なくとも一辺の長さが800mm以上の矩形状のスパッタ面を有するスパッタリングターゲットであって、
前記Mo−W合金のターゲット全体としての平均結晶粒径が50μm以下であり、かつ前記複数のターゲット片間の接合界面から幅300μmの接合界面近傍領域における前記Mo−W合金の平均結晶粒径が3〜50μmの範囲であり、ターゲット全体の密度が99%以上であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
A target piece made by sintering a plurality of powders made of a Mo-W alloy containing W in a range of 20 to 50 atomic% and the balance being substantially made of Mo and inevitable impurities is joined. length a sputtering target having a rectangular sputtering surface over 800 mm,
The average crystal grain size of the Mo—W alloy as a whole target is 50 μm or less, and the average crystal grain size of the Mo—W alloy in the vicinity of the junction interface having a width of 300 μm from the junction interface between the plurality of target pieces. A sputtering target having a range of 3 to 50 μm and a density of the entire target of 99% or more.
請求項1記載のスパッタリングターゲットにおいて、
前記ターゲット中のMoは、EPMA装置(JEOL社製JXA−8600M)を用いて加速電流15kV、照射電流2.0×10A、時間30msecの条件で測定されるEPMA解析のマッピング結果において500×500μmの測定領域内に測定感度のカウント数が150以上の連なった部分を有し、かつカウント数が250以上の偏析部の大きさが100μm以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
The sputtering target according to claim 1, wherein
Mo in the target is 500 × in the mapping result of EPMA analysis measured using an EPMA apparatus (JXA-8600M manufactured by JEOL) under the conditions of an acceleration current of 15 kV, an irradiation current of 2.0 × 10 7 A, and a time of 30 msec. A sputtering target characterized in that it has a portion where the count number of the measurement sensitivity is 150 or more in a measurement region of 500 μm, and the size of the segregation part whose count number is 250 or more is 100 μm or less.
請求項2記載のスパッタリングターゲットにおいて、
前記MoのEPMA解析のマッピング結果における測定領域を等面積に4分割したとき、分割後の各領域内におけるカウント数が250以上のMo偏析部の面積比率は各領域間でのバラツキが30%以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
The sputtering target according to claim 2, wherein
When the measurement area in the mapping result of the Mo EPMA analysis is divided into four equal areas, the area ratio of the Mo segregation part having a count number of 250 or more in each divided area is 30% or less. The sputtering target characterized by being.
Mo−W合金からなる複数のターゲット片を接合してスパッタリングターゲットを製造するにあたり、
平均粒径が30μm以下のMo粉末と、平均粒径が15μm以下の第1のW粉末を10〜30質量%の範囲で含み、残部が平均粒径が15μmを超え60μm以下の第2のW粉末である混合W粉末との混合粉末をターゲット片形状に成形して、複数の成形体を作製する工程と、
前記複数の成形体を1000〜1500℃の温度で仮焼結した後に、1600℃以上の温度で本焼結して前記Mo−W合金からなる複数のターゲット片を作製する工程と、
前記複数のターゲット片間を1200〜1600℃の温度でのHIP処理により接合する工程と
を具備することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
In manufacturing a sputtering target by joining a plurality of target pieces made of Mo-W alloy,
Mo powder with an average particle size of 30 μm or less and a first W powder with an average particle size of 15 μm or less in the range of 10 to 30% by mass, the balance being the second W with an average particle size of more than 15 μm and 60 μm Forming a mixed powder with a mixed W powder, which is a powder, into a target piece shape, and producing a plurality of molded bodies;
A step of pre-sintering the plurality of molded bodies at a temperature of 1000 to 1500 ° C. and then performing main sintering at a temperature of 1600 ° C. or higher to produce a plurality of target pieces made of the Mo—W alloy;
A step of joining the plurality of target pieces by HIP treatment at a temperature of 1200 to 1600 ° C.
請求項4記載のスパッタリングターゲットの製造方法において、
前記接合工程時に前記複数のターゲット片間の接合界面から幅300μmの接合界面近傍領域における前記Mo−W合金の平均結晶粒径を3〜50μmの範囲に制御することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
In the manufacturing method of the sputtering target of Claim 4,
Sputtering target production characterized in that the average crystal grain size of the Mo-W alloy is controlled in the range of 3 to 50 µm in the region near the joining interface having a width of 300 µm from the joining interface between the plurality of target pieces during the joining step. Method.
請求項4または5記載のスパッタリングターゲットの製造方法において、
前記スパッタリングターゲットは少なくとも一辺の長さが800mm以上の矩形状のスパッタ面を有することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
In the manufacturing method of the sputtering target of Claim 4 or 5,
The sputtering target manufacturing method of a sputtering target characterized by having at least a rectangular sputtering surface length of more than 800mm of one side.
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