JP5988140B2 - Manufacturing method of MoTi target material and MoTi target material - Google Patents
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Description
本発明は、スパッタリング等の物理蒸着技術に用いられるMoTiターゲット材の製造方法およびMoTiターゲット材に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a MoTi target material used in a physical vapor deposition technique such as sputtering and a MoTi target material.
近年、平面表示装置の一種である薄膜トランジスタ型液晶ディスプレイ等の薄膜電極および薄膜配線等には、低抵抗なAl、Cu、Ag、Au等の純金属膜またはそれらを主体とする合金膜が用いられるようになっている。しかし一般にこれらの薄膜は、電極・配線として要求される耐熱性、耐食性、密着性のいずれかが劣るという問題や、他元素と拡散層を形成し必要な電気的特性が失われる等の問題がある。 In recent years, pure metal films such as low resistance Al, Cu, Ag, Au, etc. or alloy films mainly composed of them are used for thin film electrodes and thin film wirings of thin film transistor type liquid crystal displays which are a kind of flat display devices. It is like that. However, in general, these thin films have problems such as inferior heat resistance, corrosion resistance, and adhesion required for electrodes and wiring, and problems such as formation of diffusion layers with other elements and loss of necessary electrical characteristics. is there.
そこで、これらの問題を解決するため、基板に対する下地膜やカバー膜として、高融点金属であるMoやMo合金が使用されるようになってきている。特にAlやCu系等の配線・電極膜の下地膜やカバー膜としてMoTiが提案され、MoTi膜を形成するためのターゲット材に関しては、例えば特許文献1に記載されたMoとTiの混合粉末を固化させてから加圧焼結するMoTiターゲット材を使用すること提案がされている。 Therefore, in order to solve these problems, Mo or Mo alloy, which is a refractory metal, has been used as a base film or cover film for a substrate. In particular, MoTi has been proposed as a base film or a cover film for wiring and electrode films such as Al and Cu-based materials. For a target material for forming a MoTi film, for example, a mixed powder of Mo and Ti described in Patent Document 1 is used. It has been proposed to use a MoTi target material that is solidified and then pressure sintered.
特許文献1の実施例に開示されているMoTiターゲット材の製造方法では、アンダー100メッシュという大きな粒径のMo粉末を使用しているため、MoTiターゲット材におけるMoの分散性が悪くなる場合がある。
また、一般的に市販されている酸化Moを還元した平均粒径20μm以下の細かいMo粉末をそのまま使用しても、焼結によりMoTiターゲット材におけるMoの分散性が悪くなる場合がある。
上記のようなMoの分散性の悪いMoTiターゲット材を使用してスパッタリングした場合は、パーティクルの発生等により、形成されたMoTi膜の均質性が失われ、電極や配線として要求される抵抗値が満足できない問題や密着性が低下する問題が発生する可能性がある。
In the manufacturing method of the MoTi target material disclosed in the example of Patent Document 1, since Mo powder having a large particle size of under 100 mesh is used, the dispersibility of Mo in the MoTi target material may deteriorate. .
Moreover, even if it uses the fine Mo powder with the average particle diameter of 20 micrometers or less which reduced the oxidation Mo generally marketed as it is, the dispersibility of Mo in a MoTi target material may worsen by sintering.
When sputtering is performed using a MoTi target material having poor Mo dispersibility as described above, the homogeneity of the formed MoTi film is lost due to generation of particles or the like, and the resistance value required for electrodes and wiring is low. Unsatisfactory problems and problems of poor adhesion may occur.
本発明の目的は、上記課題に鑑み、Moの分散性が良い、均一微細な組織をもったMoTiターゲット材およびその製造方法を提供することである。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a MoTi target material having a uniform and fine structure with good Mo dispersibility and a method for producing the same.
本発明者は、MoTiターゲット材の製造方法において、用いるMo粉末の適切化を図ることで、Moの分散性を向上させ、均一微細な組織をもったMoTiターゲット材が得られることを見出し、本発明に到達した。すなわち本発明は、
(1)Mo一次粒子が凝集したMo凝集体を平均粒径10μm以下に解砕してMo粉末を作製する工程と、
(2)前記Mo粉末と平均粒径50μm以下のTi粉末とを混合して混合粉末を作製する工程と、
(3)前記混合粉末を加圧焼結してMoTi焼結体を作製する工程とを有する。
また、本発明では、前記Ti粉末の水素含有量を50質量ppm以下にすることが好ましい。
また、本発明では、前記Ti粉末の水素含有量を、水素化脱水素法により50質量ppm以下にすることが好ましい。
また、本発明のMoTiターゲット材の製造方法は、Tiを20〜80原子%含有させたMoTiターゲット材の製造に好適である。
また、本発明における加圧焼結は、焼結温度800〜1500℃、圧力10〜200MPaで1〜10時間行うことが好ましい。
The present inventor has found that, in the method for producing a MoTi target material, the Mo powder to be used is optimized, thereby improving the dispersibility of Mo and obtaining a MoTi target material having a uniform and fine structure. The invention has been reached. That is, the present invention
(1) a step of pulverizing the Mo aggregate in which Mo primary particles are aggregated to an average particle size of 10 μm or less to produce Mo powder;
(2) A step of mixing the Mo powder and a Ti powder having an average particle size of 50 μm or less to produce a mixed powder;
(3) A step of pressure-sintering the mixed powder to produce a MoTi sintered body.
Moreover, in this invention, it is preferable that the hydrogen content of the said Ti powder shall be 50 mass ppm or less.
Moreover, in this invention, it is preferable that the hydrogen content of the said Ti powder shall be 50 mass ppm or less by the hydrodehydrogenation method.
Moreover, the manufacturing method of the MoTi target material of this invention is suitable for manufacture of the MoTi target material which contained 20-80 atomic% of Ti.
The pressure sintering in the present invention is preferably performed at a sintering temperature of 800 to 1500 ° C. and a pressure of 10 to 200 MPa for 1 to 10 hours.
本発明のMoTiターゲット材は、Tiを20〜80原子%含有し残部Moおよび不可避的不純物からなる組成を有し、不可避的不純物である水素が150質量ppm以下に制限され、断面ミクロ組織におけるMoTi合金相は内接円径が50μm以下であることが好ましく、アルキメデス法により測定されたかさ密度をMoおよびTiの組成比から得られる質量比で算出した加重平均として得た理論密度で除した値に100を乗じて得た相対密度の値が99.5%以上である。
また、前記不可避的不純物である水素が50質量ppm以下に制限されることが好ましい。
The MoTi target material of the present invention has a composition comprising 20 to 80 atomic% of Ti and the balance of Mo and unavoidable impurities, hydrogen as an unavoidable impurity is limited to 150 mass ppm or less, and MoTi in a cross-sectional microstructure The alloy phase preferably has an inscribed circle diameter of 50 μm or less, and is obtained by dividing the bulk density measured by the Archimedes method by the theoretical density obtained as a weighted average calculated by the mass ratio obtained from the composition ratio of Mo and Ti. The value of the relative density obtained by multiplying 100 by 100 is 99.5% or more.
Moreover, it is preferable that hydrogen, which is an inevitable impurity, is limited to 50 mass ppm or less.
本発明によれば、Moの分散性が良い、均一微細な組織をもったMoTiターゲット材の製造方法およびMoTiターゲット材を提供できるため、その工業的価値は極めて大きい。 According to the present invention, since a MoTi target material manufacturing method and a MoTi target material having a uniform fine structure with good Mo dispersibility can be provided, the industrial value thereof is extremely high.
本発明における最大の特徴は、Moの分散性が良い、均一微細な組織をもったMoTiターゲット材を得るために、Mo一次粒子が凝集したMo凝集体を解砕したMo粉末を採用した点である。以下、本発明の特徴について詳しく説明する。 The greatest feature of the present invention is that, in order to obtain a MoTi target material having a uniform and fine structure with good Mo dispersibility, Mo powder obtained by pulverizing Mo agglomerates of Mo primary particles is employed. is there. The features of the present invention will be described in detail below.
上記で説明したように、本発明者は、一般的に市販されている平均粒径20μm以下の細かいMo粉末をそのまま使用しても、焼結によりMo一次粒子がネットワーク状に連なったような凝集形態になってしまうため、MoTiターゲット材におけるMoの分散性は良好とはならないことを確認した。このようなMoの分散性の悪いMoTiターゲット材を使用してスパッタリングした場合には、パーティクルの発生等により、形成されたMoTi膜の均質性が失われ、電極や配線として要求される抵抗値が満足できない問題や密着性が低下する問題が発生する可能性がある。
そこで、本発明者は、MoTiターゲット材の製造にあたり、Moの分散性が良い、均一微細な組織にするため、以下の工程を有する製造方法を見出した。
As described above, the present inventor used a commercially available fine Mo powder having an average particle diameter of 20 μm or less as it is, but agglomerated as if Mo primary particles were connected in a network by sintering. Since it became a form, it confirmed that the dispersibility of Mo in a MoTi target material was not favorable. When sputtering is performed using a MoTi target material having such poor Mo dispersibility, the homogeneity of the formed MoTi film is lost due to generation of particles and the like, and the resistance value required as an electrode or wiring is reduced. Unsatisfactory problems and problems of poor adhesion may occur.
Therefore, the present inventor has found a production method having the following steps in order to obtain a uniform and fine structure with good Mo dispersibility in producing the MoTi target material.
(1)Mo一次粒子からなるMo凝集体を平均粒径10μm以下に解砕してMo粉末を作製する工程
本発明においては、まず粒径5μm程度のMo一次粒子がネットワーク状に連なった多孔状のMo凝集体を、ジェットミル、インパクトミル等で平均粒径10μm以下に解砕する。これにより本発明は、Ti粉末と混合したときにMoの分散性を向上させることができる。ここで、解砕後のMo粉末の平均粒径が10μmより大きい場合は、粗大なMo凝集体がターゲット中に含まれることにより、焼結が十分に行なわれず相対密度が低下する虞があり、Moの分散性が阻害される。このため、本発明は、Mo凝集体を平均粒径が10μm以下になるまで解砕する必要がある。このとき、本発明で用いるMo粉末は、現実的に得られる最小粒径として平均粒径が0.1μm以上の粉末を用いることができる。
(1) Step of producing Mo powder by pulverizing Mo aggregates composed of Mo primary particles to an average particle size of 10 μm or less In the present invention, a porous structure in which Mo primary particles having a particle size of about 5 μm are connected in a network shape. The Mo agglomerates are crushed to a mean particle size of 10 μm or less by a jet mill, impact mill or the like. Thereby, this invention can improve the dispersibility of Mo, when it mixes with Ti powder. Here, when the average particle diameter of the Mo powder after pulverization is larger than 10 μm, the coarse Mo aggregate is included in the target, so that the sintering may not be sufficiently performed and the relative density may be reduced. The dispersibility of Mo is inhibited. For this reason, this invention needs to crush Mo aggregate until an average particle diameter becomes 10 micrometers or less. At this time, as the Mo powder used in the present invention, a powder having an average particle size of 0.1 μm or more can be used as a minimum particle size that can be actually obtained.
(2)前記Mo粉末と平均粒径50μm以下のTi粉末とを混合して混合粉末を作製する工程
次に、解砕したMo粉末と平均粒径が50μm以下のTi粉末とをV型混合機、クロスロータリー混合機、ボールミル等で混合することで、均一な混合粉末を得ることができる。ここで、Ti粉末の平均粒径を50μm以下としたのは、Ti粉末の平均粒径が50μmより大きい場合には、MoTi焼結体において、均一微細な組織が得られなくなるためである。このとき、本発明で用いるTi粉末は、現実的に得られる最小粒径として平均粒径が0.1μm以上の粉末を用いることができる。また、本発明では、上述した範囲のサイズであれば、市販のTi粉末を用いることができる。
また、Ti含有量は、20〜80原子%が望ましい。これは、20原子%未満では形成した膜の耐食性向上の効果が低く、80原子%を超えると膜のエッチング性が低下してしまうためである。
(2) Step of mixing the Mo powder and Ti powder having an average particle size of 50 μm or less to produce a mixed powder Next, the crushed Mo powder and Ti powder having an average particle size of 50 μm or less are mixed into a V-type mixer. By mixing with a cross rotary mixer, a ball mill or the like, a uniform mixed powder can be obtained. Here, the reason why the average particle size of the Ti powder is set to 50 μm or less is that when the average particle size of the Ti powder is larger than 50 μm, a uniform fine structure cannot be obtained in the MoTi sintered body. At this time, as the Ti powder used in the present invention, a powder having an average particle size of 0.1 μm or more can be used as the minimum particle size that can be actually obtained. Moreover, in this invention, if it is the size of the range mentioned above, commercially available Ti powder can be used.
Further, the Ti content is desirably 20 to 80 atomic%. This is because if the amount is less than 20 atomic%, the effect of improving the corrosion resistance of the formed film is low, and if it exceeds 80 atomic%, the etching property of the film is lowered.
(3)前記混合粉末を加圧焼結してMoTi焼結体を作製する工程
本発明では、MoTiの焼結を加圧焼結により実施する。加圧焼結は、熱間静水圧プレスやホットプレスが適用可能であり、焼結温度800〜1500℃、圧力10〜200MPaで1〜10時間行うことが好ましい。
これらの条件の選択は、加圧焼結設備に依存する。例えば熱間静水圧プレスは低温高圧の条件が適用しやすく、ホットプレスは高温低圧の条件が適用しやすい。本発明では、加圧焼結に、高温下での加圧容器とTi粉末との反応を抑制するために、低温高圧の熱間静水圧プレスを用いることが好ましい。
なお、焼結温度が800℃未満では、焼結が進みにくく現実的ではなく、1500℃を超えると、耐え得る装置が限られること、焼結体の結晶成長が著しくなって均一微細な組織が得にくくなるためである。
また、圧力は、10MPa以下では焼結が進みにくく現実的ではなく、200MPaを超えると耐え得る装置が限られるという問題がある。
また、焼結時間は、1時間以下では焼結を十分に進行させることが難しく、10時間を超えると製造効率において避ける方がよいからである。
(3) Step of pressure-sintering the mixed powder to produce a MoTi sintered body In the present invention, MoTi is sintered by pressure sintering. The pressure sintering can be performed by hot isostatic pressing or hot pressing, and is preferably performed at a sintering temperature of 800 to 1500 ° C. and a pressure of 10 to 200 MPa for 1 to 10 hours.
The selection of these conditions depends on the pressure sintering equipment. For example, hot isostatic pressing is easy to apply low temperature and high pressure conditions, and hot pressing is easy to apply high temperature and low pressure conditions. In the present invention, it is preferable to use a low temperature and high pressure hot isostatic press in order to suppress the reaction between the pressurized container and the Ti powder at a high temperature in the pressure sintering.
Note that if the sintering temperature is less than 800 ° C., it is difficult to proceed with sintering, and if it exceeds 1500 ° C., the apparatus that can withstand is limited, the crystal growth of the sintered body becomes remarkable, and a uniform fine structure is formed. This is because it becomes difficult to obtain.
Further, if the pressure is 10 MPa or less, sintering is difficult to proceed and it is not practical, and if it exceeds 200 MPa, there is a problem that an apparatus that can endure is limited.
Further, if the sintering time is 1 hour or less, it is difficult to sufficiently advance the sintering, and if it exceeds 10 hours, it is better to avoid the production efficiency.
なお、熱間静水圧プレスやホットプレスで加圧焼結をする際には、混合粉末を加圧容器や加圧用ダイスに充填した後に、加熱しながら減圧脱気をすることが望ましい。減圧脱気は、加熱温度100〜600℃の範囲で、大気圧(101.3kPa)より低い減圧下で行うことが望ましい。それは、得られる焼結体の酸素をより低減することが可能となるためである。 In addition, when performing pressure sintering by hot isostatic pressing or hot pressing, it is desirable to deaerate under reduced pressure while heating after filling the mixed powder into a pressure vessel or a pressure die. The vacuum degassing is desirably performed under a reduced pressure lower than the atmospheric pressure (101.3 kPa) in the heating temperature range of 100 to 600 ° C. This is because oxygen in the obtained sintered body can be further reduced.
本発明のMoTiターゲット材に含まれる不可避的不純物である水素は、150質量ppm以下に制限する必要がある。これは、水素含有量が150質量ppmより高い場合には、スパッタ中にMoTiターゲット材から放出される水素によって、形成されたMoTi膜の応力増加や比抵抗の上昇を引き起こす場合があるためである。ここで膜応力の増加は、エッチングや洗浄等の次工程において、膜剥がれ等の問題に繋がることが懸念される。また、電極の下地膜やカバー膜として使用する場合には、電極と同様に低抵抗であることが好ましいため、比抵抗の上昇も問題となる。したがって、本発明のMoTiターゲット材に含まれる水素は、150質量ppm以下に制限する。また、本発明では、MoTiターゲット材に含まれる水素を50質量ppm以下に制限することが好ましい。
本発明のMoTiターゲット材中の水素を150質量ppm以下に制限するためには、例えば水素含有量が少ないTi粉末を使用することで可能となる。本発明で水素含有量が少ないTi粉末を得る方法としては、例えばアトマイズ法により製造したり、Ti粉末を高温高真空下で脱水素処理したりすることで水素含有量を150質量ppm以下に抑えることができる。本発明では、Ti粉末の水素含有量をより低減するために、水素化脱水素法で処理することが好ましい。これにより、MoTiターゲット材中の水素量を150質量ppm以下に抑えることが可能となる。
Hydrogen, which is an inevitable impurity contained in the MoTi target material of the present invention, needs to be limited to 150 ppm by mass or less. This is because when the hydrogen content is higher than 150 mass ppm, the hydrogen released from the MoTi target material during sputtering may cause an increase in stress and an increase in specific resistance of the formed MoTi film. . Here, there is a concern that the increase in the film stress may lead to problems such as film peeling in the next process such as etching and cleaning. Further, when it is used as a base film or a cover film of an electrode, it is preferable that the resistance is low as in the case of the electrode. Therefore, hydrogen contained in the MoTi target material of the present invention is limited to 150 ppm by mass or less. Moreover, in this invention, it is preferable to restrict | limit hydrogen contained in a MoTi target material to 50 mass ppm or less.
In order to limit the hydrogen in the MoTi target material of the present invention to 150 ppm by mass or less, for example, it is possible to use Ti powder having a low hydrogen content. As a method for obtaining Ti powder having a low hydrogen content in the present invention, for example, the hydrogen content is suppressed to 150 mass ppm or less by producing by an atomizing method or by dehydrogenating the Ti powder under high temperature and high vacuum. be able to. In the present invention, in order to further reduce the hydrogen content of the Ti powder, it is preferable to treat by a hydrodehydrogenation method. Thereby, the amount of hydrogen in the MoTi target material can be suppressed to 150 mass ppm or less.
本発明のMoTiターゲット材は、断面ミクロ組織におけるMoTi合金相の内接円径を50μm以下とする。これは、内接円径が50μmより大きい場合には、ターゲット材内部に硬さのばらつきが生じ、このためMoTiターゲット材製造工程において、平面研削時に割れや欠けが発生することが懸念されるためである。また、スパッタ時おいては、パーティクルの発生等により、形成されたMoTi膜の均質性が失われ、電極や配線として要求される抵抗値が満足できない問題や密着性が低下する問題が発生する可能性があるためである。なお、内接円径の好ましい下限値は0.1μmである。
また、本発明でいう内接円径とは、任意の視野における純Mo相を含まない最大のMoTi合金相に内接する最長の直径である。また、本発明のMoTiターゲット材のMoTi合金相は、純Ti相を含んでもよい。
In the MoTi target material of the present invention, the inscribed circle diameter of the MoTi alloy phase in the cross-sectional microstructure is 50 μm or less. This is because when the inscribed circle diameter is larger than 50 μm, there is a variation in hardness inside the target material, which may cause cracks and chipping during surface grinding in the MoTi target material manufacturing process. It is. In addition, the uniformity of the formed MoTi film is lost due to the generation of particles during sputtering, which may cause problems that the resistance value required for electrodes and wiring cannot be satisfied, and that the adhesion decreases. It is because there is sex. The preferred lower limit of the inscribed circle diameter is 0.1 μm.
The inscribed circle diameter referred to in the present invention is the longest diameter inscribed in the maximum MoTi alloy phase not including a pure Mo phase in an arbitrary field of view. In addition, the MoTi alloy phase of the MoTi target material of the present invention may include a pure Ti phase.
本発明のMoTiターゲット材の相対密度は、99.5%以上であることが好ましい。ターゲット材の相対密度が低くなると、ターゲット材中に存在する空隙が増加し、空隙を基点としてスパッタリング工程中に、異常放電の原因となるノジュールの発生が起こりやすくなる。特に、相対密度が99.5%に満たないと、ノジュールが発生する確率が高くなる場合があるため、より好ましくは相対密度100%以上である。
本発明における相対密度は、アルキメデス法により測定されたかさ密度を理論密度で除した値に100を乗じて算出される。MoTi合金の理論密度は、合金相を含まないMoおよびTiのみからなるものと仮定して算出している。具体的には、Mo、Tiの密度として、各々10.22×103kg/m3、4.50×103kg/m3の値を用い、組成比から得られる質量比で算出した加重平均として得られた値を理論密度の値として用いた。本発明では、Mo相およびTi相が独立してなるものに比べMoTi合金の密度が高いため、相対密度が100%を超えることがより好ましい。
The relative density of the MoTi target material of the present invention is preferably 99.5% or more. When the relative density of the target material is lowered, voids present in the target material increase, and nodules that cause abnormal discharge are likely to occur during the sputtering process with the void as a base point. In particular, if the relative density is less than 99.5%, there is a case where the probability that nodules are generated may increase. Therefore, the relative density is more preferably 100% or more.
The relative density in the present invention is calculated by multiplying the value obtained by dividing the bulk density measured by the Archimedes method by the theoretical density by 100. The theoretical density of the MoTi alloy is calculated on the assumption that it consists only of Mo and Ti that do not include an alloy phase. Specifically, as the densities of Mo and Ti, the weights calculated by the mass ratio obtained from the composition ratio using values of 10.22 × 10 3 kg / m 3 and 4.50 × 10 3 kg / m 3 respectively. The value obtained as the average was used as the theoretical density value. In the present invention, since the density of the MoTi alloy is higher than that in which the Mo phase and the Ti phase are independent, it is more preferable that the relative density exceeds 100%.
以下に、本発明の実施例について説明する。
先ず、本発明例1(試料No.1)と本発明例2(試料No.2)として、粒径が5μmのMo一次粒子が凝集したMo凝集体をジェットミルで解砕して平均粒径8μmの解砕処理Mo粉末を得た。続いて、得られた解砕処理Mo粉末と、水素化脱水素処理をした平均粒径25μmのTi原料粉末を、原子%で50%Mo−50%Tiとなるようにクロスロータリー混合機で混合し、軟鋼製加圧容器に充填した後、該加圧容器に脱気口を有する上蓋を溶接した。次いで、450℃の温度下で真空脱気し、温度1000℃、圧力118MPaの条件下で5時間保持する熱間静水圧プレス処理によって、MoTi焼結体を得た。
また、比較例(試料No.3)として、粒径が5μmのMo一次粒子が凝集したMo凝集体を解砕しないで、冷間静水圧プレス処理して固めた後、平均粒径500μmに粉砕してMo粉末を得た。このMo粉末と水素化脱水素処理をした平均粒径25μmのTi原料粉末を、原子%で50%Mo−50%Tiとなるようにクロスロータリー混合機で混合し、軟鋼製加圧容器に充填した後、該加圧容器に脱気口を有する上蓋を溶接した。次いで、450℃の温度下で真空脱気し、温度1000℃、圧力118MPaの条件下で5時間保持する熱間静水圧プレス処理によって、MoTi焼結体を得た。
Examples of the present invention will be described below.
First, as Inventive Example 1 (Sample No. 1) and Inventive Example 2 (Sample No. 2), Mo aggregates in which Mo primary particles having a particle size of 5 μm are aggregated are crushed by a jet mill and average particle size is obtained. 8 μm of pulverized Mo powder was obtained. Subsequently, the obtained pulverized Mo powder and the hydrodehydrogenated Ti raw material powder having an average particle diameter of 25 μm were mixed with a cross rotary mixer so that the atomic percentage was 50% Mo-50% Ti. Then, after filling the pressurized vessel made of mild steel, an upper lid having a deaeration port was welded to the pressurized vessel. Subsequently, vacuum deaeration was performed at a temperature of 450 ° C., and a MoTi sintered body was obtained by hot isostatic pressing that was held for 5 hours under conditions of a temperature of 1000 ° C. and a pressure of 118 MPa.
Further, as a comparative example (sample No. 3), the Mo aggregate in which Mo primary particles having a particle size of 5 μm were aggregated was crushed to a mean particle size of 500 μm after being consolidated by cold isostatic pressing. Thus, Mo powder was obtained. This Mo powder and hydrodehydrogenated Ti raw material powder with an average particle size of 25 μm are mixed with a cross rotary mixer so as to be 50% Mo-50% Ti in atomic% and filled into a pressure vessel made of mild steel. After that, an upper lid having a deaeration port was welded to the pressurized container. Subsequently, vacuum deaeration was performed at a temperature of 450 ° C., and a MoTi sintered body was obtained by hot isostatic pressing that was held for 5 hours under conditions of a temperature of 1000 ° C. and a pressure of 118 MPa.
上記で得た各MoTi焼結体から機械加工により試験片を採取し、断面のミクロ組織を光学顕微鏡で観察した結果を図1〜図3に示す。本発明例となる図1および図2の白色部で示されるMoTi合金相の最大内接円径は、50μm以下であり、灰色部で示されるMoが均一に分散した微細な組織を有するMoTiターゲット材を得られたことが確認できた。
一方、比較例となる図3の白色部で示されるMoTi合金相の最大内接円径は、50μmを超える粗大な合金相であることが確認された。
The test piece was extract | collected by machining from each MoTi sintered compact obtained above, and the result of having observed the microstructure of a cross section with the optical microscope is shown in FIGS. The maximum inscribed circle diameter of the MoTi alloy phase shown in the white part of FIGS. 1 and 2 as an example of the present invention is 50 μm or less, and the MoTi target has a fine structure in which Mo shown in the gray part is uniformly dispersed. It was confirmed that the material was obtained.
On the other hand, it was confirmed that the maximum inscribed circle diameter of the MoTi alloy phase shown by the white part in FIG. 3 as a comparative example is a coarse alloy phase exceeding 50 μm.
上記で得た各MoTi焼結体から、直径164mm、厚さ5mmのスパッタリングターゲット材を機械加工で切り出し、銅製のバッキングプレ−トにろう付けした。その後、スパッタ装置(キヤノンアネルバ株式会社製、型式番号:C−3010)に上記で得た各スパッタリングターゲット材を取り付けて、ガラス基板上に厚さ300nmのMoTi膜を形成した。このときのスパッタ放電条件は、圧力0.5Paのアルゴンガス雰囲気下で、投入電力は1000Wとした。
上記で得たMoTi薄膜の応力と比抵抗を、4端子薄膜抵抗率測定器(株式会社ダイヤインスツルメンツ製、型式番号:MCP−T400)を用いて測定した。また、膜応力は、Siウエハ上に300nmのMoTi薄膜を形成して、その反りをレーザー変位計(浜松フォトニクス株式会社製、型式番号:PM−3)を用いて測定した。その結果を表1に示す。
本結果から、MoTi焼結体の水素含有量が低いほど、スパッタリングによって形成されたMoTi膜の応力と比抵抗がともに小さく、高性能なMoTi膜が得られたことがわかる。
From each MoTi sintered body obtained above, a sputtering target material having a diameter of 164 mm and a thickness of 5 mm was cut out by machining and brazed to a copper backing plate. Thereafter, each sputtering target material obtained above was attached to a sputtering apparatus (manufactured by Canon Anelva Co., Ltd., model number: C-3010), and a MoTi film having a thickness of 300 nm was formed on the glass substrate. The sputtering discharge conditions at this time were an argon gas atmosphere with a pressure of 0.5 Pa and an input power of 1000 W.
The stress and specific resistance of the MoTi thin film obtained above were measured using a four-terminal thin film resistivity meter (manufactured by Dia Instruments Co., Ltd., model number: MCP-T400). The film stress was measured by forming a 300 nm MoTi thin film on a Si wafer and measuring the warpage using a laser displacement meter (manufactured by Hamamatsu Photonics, model number: PM-3). The results are shown in Table 1.
From this result, it can be seen that the lower the hydrogen content of the MoTi sintered body, the smaller the stress and the specific resistance of the MoTi film formed by sputtering, and the higher performance MoTi film was obtained.
上記で作製した試料No.1〜試料No.3のMoTiターゲット材をDCマグネトロンスパッタ装置(キヤノンアネルバ株式会社製、型式番号:C3010)のチャンバ内に配置し、チャンバ内を2×10−5Pa以下となるまで減圧した後、Arガス圧0.6Pa、投入電力800Wの条件にて120秒ずつ放電試験を行った。このとき、0.1秒ごとの印加電圧の変化を記録し、印加電圧差の絶対値が統計的管理基準として異常値の監視に利用される、中央値(平均値)に標準偏差の3倍を加えた値以上となった回数を異常放電が発生した回数として測定した。
ターゲット材から発生するパーティクルの量と異常放電の回数の間には強い正の相関があるため、異常放電の回数を測定することでスパッタリングの際に発生するパーティクルの多少を評価することが可能である。上記の方法によって異常放電の回数を測定し、試料No.1の比較例を基準(100%)として、得られた異常放電発生比率の結果を表1に示す。
Sample No. prepared above 1 to Sample No. 3 is placed in the chamber of a DC magnetron sputtering apparatus (manufactured by Canon Anelva Co., Ltd., model number: C3010), and the pressure inside the chamber is reduced to 2 × 10 −5 Pa or less, and then the Ar gas pressure is 0. The discharge test was conducted for 120 seconds under the conditions of .6 Pa and input power of 800 W. At this time, changes in applied voltage every 0.1 seconds are recorded, and the absolute value of the applied voltage difference is used as a statistical management standard for monitoring abnormal values. The median (average value) is three times the standard deviation. The number of times that became equal to or greater than the value obtained by adding was measured as the number of times abnormal discharge occurred.
Since there is a strong positive correlation between the amount of particles generated from the target material and the number of abnormal discharges, it is possible to evaluate the number of particles generated during sputtering by measuring the number of abnormal discharges. is there. The number of abnormal discharges was measured by the above method. Table 1 shows the results of the abnormal discharge occurrence ratio obtained with reference to Comparative Example 1 (100%).
表1に示すように、本発明のMoTiターゲット材を用いてスパッタリングを行なうと、比較例となる試料No.3の異常放電発生比率よりも低下させることができることを確認した。また、本発明の条件の範囲内で製造することにより、MoTi合金相の内接円径を小さくし、Moの分散性をよくすることができ、その結果スパッタリング時のパーティクル発生の低減が可能となり、本発明の有効性が確認できた。 As shown in Table 1, when sputtering was performed using the MoTi target material of the present invention, Sample No. as a comparative example. It was confirmed that the abnormal discharge generation ratio of 3 could be reduced. Moreover, by manufacturing within the range of the conditions of the present invention, the inscribed circle diameter of the MoTi alloy phase can be reduced, the dispersibility of Mo can be improved, and as a result, the generation of particles during sputtering can be reduced. The effectiveness of the present invention was confirmed.
次に、本発明例3(試料No.4)として、Ti粉末の水素含有量を水素化脱水素法により変更してMoTi焼結体を作製した。これらの作製条件は、実施例1の本発明例1とは混合するTi粉末の水素含有量が異なるのみで、その他は同じ条件で作製した。 Next, as Invention Example 3 (sample No. 4), the hydrogen content of the Ti powder was changed by a hydrodehydrogenation method to prepare a MoTi sintered body. These production conditions were the same as those of Example 1 of the present invention except that the hydrogen content of the Ti powder to be mixed was different.
上記で得たMoTi焼結体から機械加工により試験片を採取し、断面のミクロ組織を走査型電子顕微鏡で観察した結果を図4に示す。図4の灰色部で示されるMoTi合金相の最大内接円径は、50μm以下であり、白色部で示されるMoが均一に分散した微細な組織を有するMoTiターゲット材を得られたことが確認できた。 A test piece was collected from the MoTi sintered body obtained above by machining, and the result of observation of the cross-sectional microstructure with a scanning electron microscope is shown in FIG. The maximum inscribed circle diameter of the MoTi alloy phase shown by the gray part in FIG. 4 is 50 μm or less, and it was confirmed that a MoTi target material having a fine structure in which Mo shown by the white part was uniformly dispersed was obtained. did it.
次に、本発明例4(試料No.5)と本発明例5(試料No.6)として、Ti粉末の水素含有量を水素化脱水素法により変更した場合のMoTi焼結体を作製した。これらの作製条件は、上記本発明例1とは混合するTi粉末の水素含有量が異なるのみで、その他は同じ条件で作製した。 Next, as Invention Example 4 (Sample No. 5) and Invention Example 5 (Sample No. 6), MoTi sintered bodies were produced when the hydrogen content of the Ti powder was changed by the hydrodehydrogenation method. . These production conditions were different from those of Invention Example 1 except that the hydrogen content of the Ti powder to be mixed was different, and the others were produced under the same conditions.
上記で得た各MoTi焼結体の水素含有量、相対密度、MoTi合金相の最大内接円径と、形成したMoTi膜の応力と比抵抗を実施例1と同じ方法で測定した。その結果を表2に示す。
本結果から、MoTi焼結体の水素含有量が低いほど、スパッタリングによって形成されたMoTi膜の応力と比抵抗が小さく、高性能なMoTi膜が得られたことがわかる。
The hydrogen content of each MoTi sintered body obtained above, the relative density, the maximum inscribed circle diameter of the MoTi alloy phase, and the stress and specific resistance of the formed MoTi film were measured by the same method as in Example 1. The results are shown in Table 2.
From this result, it can be seen that the lower the hydrogen content of the MoTi sintered body, the smaller the stress and specific resistance of the MoTi film formed by sputtering, and the higher performance MoTi film was obtained.
以上から、本発明の製造方法によれば、Mo凝集体を解砕したMo粉末を用いることで均一微細な組織をもったMoTiターゲット材を得ることができることを確認した。
また、本発明のMoTiターゲット材において、水素含有量を50質量ppm以下にすることで、膜の応力と比抵抗をより低くすることができることが確認できた。
From the above, according to the production method of the present invention, it was confirmed that a MoTi target material having a uniform and fine structure can be obtained by using Mo powder obtained by pulverizing Mo aggregates.
Moreover, in the MoTi target material of this invention, it has confirmed that the stress and specific resistance of a film | membrane could be made lower by making hydrogen content 50 mass ppm or less.
Claims (2)
(2)前記Mo粉末と平均粒径50μm以下の水素化脱水素法により水素含有量を50質量ppm以下にしたTi粉末とをTiの含有量が20〜80原子%となるように混合して混合粉末を作製する工程と、
(3)前記混合粉末を加圧焼結してMoTi焼結体を作製する工程と、
を有することを特徴とするMoTiターゲット材の製造方法。 (1) a step of pulverizing the Mo aggregate in which Mo primary particles are aggregated to an average particle size of 10 μm or less to produce Mo powder;
(2) Mixing the Mo powder and Ti powder having a hydrogen content of 50 mass ppm or less by a hydrodehydrogenation method having an average particle size of 50 μm or less so that the Ti content is 20 to 80 atomic%. Producing a mixed powder;
(3) pressure-sintering the mixed powder to produce a MoTi sintered body;
The manufacturing method of the MoTi target material characterized by having.
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