TW201516160A - 濺鍍靶及製造彼之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種由Mo合金構成之濺鍍靶，該濺鍍靶包含週期表之第5族中之至少一種金屬，其中第5族金屬之平均含量為5at%至15at%且該Mo含量為□80at%。該濺鍍靶之平均C/O比以(at%/at%)計為□1。根據本發明之濺鍍靶可藉由成型製造且具有經改良之濺鍍行為。

Description

濺鍍靶及製造彼之方法
本發明係關於一種包含鉬(Mo)及週期表之第5族中之至少一種金屬之濺鍍靶，其中第5族金屬之平均含量CM為5at%至15at%且Mo含量為80at%。
濺鍍，亦稱為陰極霧化，為原子藉由用高能離子轟擊自濺鍍靶分開且轉變成氣相之物理過程。由Mo構成且含有第5族金屬之濺鍍靶為已知的。
因此，EP 0 285 130 A1描述一種由Mo合金構成且含有50at%至85at%鉭(Ta)之濺鍍靶。JP 2002 327264 A揭示一種由Mo合金構成且含有2at%至50at%鈮(Nb)及/或釩(V)且相對密度為>95%、撓曲強度為>300MPa及粒度為<300μm之濺鍍靶。該濺鍍靶具有擴散相及至少一種純相或僅具有擴散相。JP 2005 307226 A揭示一種由Mo合金構成且含有0.1at%至50at%過渡金屬之濺鍍靶。該濺鍍靶之長度為1m且均質密度為98%。作為替代方案，JP 2005 307226 A揭示一種在總長度上在組成方面具有20%波動之濺鍍靶。
舉例而言，Mo-Nb及Mo-Ta濺鍍靶用於製造薄膜電晶體之電極層或製造觸摸面板之接觸層。為滿足在層品質及均質性方面之增加的需求，且此在不斷增加之尺寸下，為許多開發活動之目標。
因此，JP 2008 280570 A描述一種用於Nb含量為0.5at%至 50at%之Mo-Nb濺鍍靶之製造方法，其中首先製造Mo燒結體隨後將其壓碎以得到粉末。使以此方式製造之Mo粉末經受還原處理且與Nb粉末混合。隨後藉由熱均衡加壓使此混合物緻密。儘管此方法可能降低粉末之氧含量，其不允許再降低濺鍍靶中之氧含量，因為熱均衡加壓在封閉容器(罐)中進行。此外，亦不可能以許多應用所需之均質性將Nb分散於Mo中。
JP 2005 290409 A又描述一種由Mo合金構成且含有由Ti、Zr、V、Nb及Cr組成之群之0.5at%至50at%金屬的濺鍍靶，其中包含於靶中之氧以氧化物形式存在於富含Mo相/富含合金元素相之界面區域中。用於此濺鍍靶之較佳製造方法包含以下步驟：混合Mo粉末與合金元素之粉末、燒結、壓碎燒結體以得到粉末及在罐裝狀態下藉由熱均衡加壓使以此方式製造之粉末緻密。由於降低了晶界擴散率，在熱加壓期間氧化物對濺鍍靶之均質化有不利影響。此外，氧化物對濺鍍行為有不利影響。
JP 2013 83000 A描述一種由Mo合金構成且含有0.5at%至60at%一或多種來自由Ti、Nb及Ta組成之群之元素的濺鍍靶之製造，其中Mo粉末與合金元素之氫化物粉末混合且使此混合物在300℃至1000℃下脫氣隨後藉由熱均衡加壓緻密。儘管氫化物粉末在脫氣期間分解以形成金屬粉末，在其他處理步驟期間，在粉末粒子之表面上藉由吸附再次吸收氧。此氧在熱均衡加壓期間不移除。
所描述之濺鍍靶並未滿足關於層均質性、濺鍍行為之均質性及避免不合需要之局部部分熔化之增加的要求。舉例而言，局部部分熔化由電弧製程(局部形成電弧)造成。
出於以下原因中之至少一個，所描述之製造技術不可能製造滿足上述要求之濺鍍靶：a)氧化物阻礙晶界擴散；b)不可能在固結製程期間移除氧； c)固結製程未導致合金元素之足夠均質化；d)部分造成足夠高擴散率之界面及晶界體積以及缺陷密度不夠高；e)固結製程導致晶粒之不可接受地高的粗化；f)所使用之粉末產生粗粒濺鍍靶。
本發明之目標為提供一種滿足上述要求及/或不具有上述不足之濺鍍靶。特定言之，本發明之目標為提供一種濺鍍靶，藉助於該濺鍍靶可製造在化學組成方面以及在層厚度分佈方面極均質之層且該濺鍍靶不會出現由於電弧製程而局部部分熔化之傾向。此外，濺鍍靶應具有均勻濺鍍行為。出於本目的，均勻濺鍍行為意謂可以相同速率移除濺鍍靶之個別晶粒或個別區域，以使得在濺鍍製程期間無凸紋結構形成於濺鍍表面之區域中。
本發明之另一目標為提供一種製造途徑，其允許以簡單及恆定製程方式製造具有上述性質之濺鍍靶。
藉由獨立申請專利範圍實現該目標。在附屬申請專利範圍中描述特定具體實例。
濺鍍靶包含Mo及週期表之第5族中之至少一種金屬。第5族金屬為Ta、Nb及V。第5族金屬之平均含量CM為5at%至15at%，同時Mo含量為80at%。第5族金屬較佳完全溶解於Mo中，其對均勻濺鍍行為具有有利影響。出於本目的，完全溶解意謂以元素形式(作為Ta、Nb及/或V晶粒)或作為氧化物存在之第5族金屬之含量<1體積%。濺鍍靶之平均碳/氧(carbon/oxygen，C/O)比以(at%/at%)計為1，較佳1.2。為測定平均C/O比，自濺鍍靶獲取三個中心樣品及三個邊緣樣品且分析該等樣品並且計算平均值。藉由燃燒分析(combustion analysis，CA)測定碳且藉由載氣熱萃取(hot extraction，HE)測定氧。在以下文本中，平均C/O比稱為 C/O比。
處於溶解狀態之第5族金屬對Mo有強烈混合晶體硬化之影響。混合晶體硬化與延展性及成型能力之明顯降低相關。雖然由於富含第5族金屬相有延展作用，可以更簡單及更恆定製程方式藉由成型處理兩相(富含Mo相及富含第5族金屬相)合金，但就極均質混合晶體合金而言，迄今此為不可能的。C/O比1現確保製造方法可包括成型步驟，但在C/O比<1下不在足夠程度上確保藉由成型之方法可靠的製造。原因大概為C/O比1導致晶界強度增加，由於該增加，可避免晶界破裂。以下將詳細說明成型步驟如何對濺鍍靶之性質有正面影響。C/O比以(at%/at%)計1現首次可能在一個產物中結合合金均質性及成型紋理之正面影響。出人意料地，C/O比1不僅對形成之濺鍍靶有正面影響而且對僅經燒結或已經燒結且藉由熱均衡加壓緻密之濺鍍靶之濺鍍行為有有利影響。此處較佳在不使用罐之情況下進行熱均衡加壓。
以下將詳細描述可如何以恆定製程方式設定C/O比1。C/O比1亦可能在濺鍍靶中設定低氧含量。可實現氧含量0.04at%，較佳0.03at%，尤其較佳0.02at%。濺鍍靶較佳不含氧化物。可因此可靠地避免不合需要之電弧製程。出於本發明之目的，不含氧化物意謂在藉助於在1000×之放大率下之掃描電子顯微鏡的放大率中，0.01mm2區域中之可偵測、氧化粒子之數目為1。0.1mm2區域中之可偵測、氧化粒子之數目較佳為1。
此外，濺鍍靶較佳具有成型紋理。如名稱表明，成型紋理在成型製程中產生。在隨後熱處理(例如恢復熱處理或再結晶熱處理)中，不損失成型紋理。本發明之濺鍍靶可因此處於成型、恢復、部分再結晶或完全再結晶狀態。成型紋理可例如歸因於輥軋、鍛造或擠壓製程。成型製程形成在很大程度上具有相對於濺鍍靶之表面相同或類似定向之晶粒。由於移除率視晶粒之定向而定，此使得濺鍍行為均勻。
對於具有以下主要定向之成型紋理均勻濺鍍移除亦為有利的：a. 在成型方向上：110 b. 與該成型方向垂直：來自群組100及111之至少一種定向。
若在成型期間已改變方向(在板狀幾何形狀之情況下為可能的)，則成型方向被認為其中成型更大(具有更高變形程度)之方向。主要定向被認為最大強度之定向。強度典型地高於1.5倍，較佳兩倍隨機強度。成型紋理藉助於掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)及電子反向散射繞射(electron backscatter diffraction，EBSD)測定。為此目的，以70°角安裝樣品。入射原始電子束經樣品之原子無彈性地散射。當一些電子以滿足Bragg條件之方式衝擊於晶格面上時，出現相長干擾。此擴增出現於晶體中之所有晶格面中，以使得所得繞射圖案(電子反向散射圖案，亦稱為Kikuchi圖案)包括晶體中之所有角關係且因此亦包括晶體對稱。在以下條件下進行量測：- 加速電壓：20kV，- 孔口120μm，- 工作距離22mm- 高電流模式-啟動- 掃描面積：1761×2643μm2- 指數步長：3μm。
基於各別組成物之理論密度，濺鍍靶之較佳密度在僅經燒結狀態下為>88%，在經燒結及熱均衡緻密狀態下為>96%且在已成型狀態下為>99.5%，較佳>99.9%。高密度與低氧含量組合亦確保無弧濺鍍。
此外，垂直於最後成型方向量測之粒度分佈之d50及d90滿足以下關係為有利的：d90/d50 5。
d90/d50較佳為3，尤其較佳1.5。
為測定粒度，製造光片且藉助於EBSD使晶界可見。隨後藉由定量金相學進行平均及最大粒度之評估。根據ASTM E 2627-10進行評估。藉由兩個相鄰晶粒之間的5°之定向差異定義晶界。藉助於定量影像分析測定在d90及d50之情況下的粒度分佈。已發現窄粒度分佈對濺鍍行為之均質性有極正面影響。與其他材料相比，Mo-第5族金屬濺鍍靶與具有較小晶粒直徑之晶粒相比在更大程度上濺鍍掉具有相對較大晶粒直徑之晶粒。原因仍不清楚，但可歸因於不同缺陷密度或通道效應(晶格導引效應-由無晶格原子之線性區域所致之離子的滲透)。
實際上可藉由上述d90/d50比防止此不利之非均勻濺鍍行為。
第5族金屬不僅完全而且非常均勻地溶解於Mo中。藉由SEM/WDX量測之第5族金屬分佈之標準差σ較佳滿足以下關係：σCM×0.15，尤其較佳σCM×0.1。
因為濺鍍速率視各別合金元素含量而定，所以根據本發明之具有極均質第5族金屬分佈之濺鍍靶具有極其均勻之濺鍍行為。此均勻濺鍍行為首先導致製造之層具有極其均質厚度分佈，且其次導致濺鍍靶甚至在長期使用之後始終具有較低表面粗糙度/較少凸紋形成。此又為長期均勻濺鍍行為之先決條件。
此外，第5族金屬較佳為Ta及/或Nb。Mo-Ta及Mo-Nb合金具有尤其有利之腐蝕及蝕刻行為。合金有利地由Mo及5at%至15at%第5族金屬及典型雜質組成。典型雜質為通常存在於原材料中或可歸因於製造方法之雜質。
根據本發明之濺鍍靶尤其有利地經組態為管狀靶。已發現在管狀靶之習知濺鍍條件下，諸如氧化物、均質性或平均粒度與最大粒度之比之微結構特徵具有比就扁平靶而言更強之影響。
當製程包含以下步驟時，可以尤其簡單及恆定製程方式製造本發明之濺鍍靶：- 製造包含以下各者之粉末混合物：i. 80at% Mo粉末；ii. 至少一種第5族金屬之粉末，其中該粉末混合物中之第5族金屬之含量為5at%至15at%；及iii. C源，其中選擇C之量以使得該粉末混合物中之以at%計之C之總含量Σc及以at%計之O之總含量Σo滿足以下關係：0.2Σc/Σo1.2；及- 使該粉末混合物固結。
在0.2至1.2範圍內之Σc/Σo比確保可在濺鍍靶中設定C/O比1。在其他製程步驟期間之氧之移除較佳藉由氧與碳及氫之反應發生。粉末混合物中之氧之總含量Σo包含Mo粉末之氧含量及第5族金屬之氧含量。氧主要以吸附形式存在於粉末粒子之表面上。就習知製造及儲存而言，在2μm至7μm Fisher粒度下之Mo粉末之氧含量典型地為0.1at%至0.4at%。就粒度藉由Fisher方法量測為4μm至20μm之第5族金屬而言，氧含量典型地為0.3at%至3at%。碳之總含量Σc包含Mo粉末之碳含量、第5族金屬之碳含量及C源之碳含量。碳源可為例如碳黑、活性碳或石墨粉末。然而，其亦可為釋放碳之化合物，例如Nb碳化物或Mo碳化物。
首先藉由習知方法測定所使用之粉末之氧及碳含量，隨後確定C源粉末之所需量。隨後混合粉末且藉由習知方法使粉末固結。出於本發明之目的，術語固結指導致緻密之製程。固結較佳由冷均衡加壓及燒結實現。出於本目的，術語燒結指緻密僅可歸因於熱量之作用而非壓力(如在例如熱均衡加壓之情況下)之製程。
在熱處理期間，較佳在燒結製程期間，碳源之碳與存在於粉 末中之氧反應形成CO2及較小比例CO。此反應較佳出現在燒結體仍具有開口孔隙率之溫度下。待要緻密之材料存在於罐中之緻密製程(如在例如熱均衡加壓之情況下)不太適用於以有利方式使用本發明之方法。若使用罐進行熱均衡加壓，則本發明之粉末混合物必須經受單獨熱處理/脫氣處理。
粉末中之總碳含量Σc及總氧含量Σo較佳滿足以下關係：0.4Σc/Σo1.1，尤其較佳0.6Σc/Σo1。
特定言之，極高製程可靠性可以此方式獲得。
有利地在100MPa至500MPa之壓力下進行加壓操作。若壓力<100MPa，則在燒結期間無法獲得足夠的密度。>500MPa之壓力導致在燒結製程期間，在碳與氧之反應中形成之化合物不足夠快地輸送出燒結體，因為透氣性太低。燒結溫度較佳在1800℃至2500℃範圍內。低於1800℃之溫度導致極長燒結時間或不令人滿意之密度及均質性。高於2500℃之溫度導致晶粒生長，其對粒度分佈之有利均質性有不利影響。
Mo粉末之有利粒度為2μm至7μm且第5族金屬粉末之有利粒度為4μm至20μm。粒度藉助於Fisher方法來測定。若第5族金屬之粒度>20μm，則當使用無壓緻密製程時，合金有形成Kirkendall孔之增加的傾向。若第5族金屬之粉末粒度<4μm，則氧含量(吸附於粉末粒子之表面上之氧)太高且僅可藉助於昂貴製造步驟(例如特定脫氣步驟)獲得有利低氧值。
若Mo粉末之粒度超過7μm，則此導致降低之燒結活性。若粒度低於2μm，則生坯之透氣性為明顯較不良的。此外，生坯開始在相對低溫下燒結。兩種影響均導致在燒結製程期間氧之較不良移除。
粉末混合物較佳不含有除Mo、第5族金屬及碳源之外之任何其他合金元素。雜質存在之範圍對於此等材料為典型的。
若使用其他合金元素，則其總含量必須不超過15at%。已發 現不對濺鍍及蝕刻行為有不利影響之合金元素為適用的。作為適合之合金金屬，可提及W及Ti。
燒結有利地在真空下在惰性氣氛中及/或在還原氣氛中進行。出於本目的，惰性氣氛為不與合金組分反應之氣體介質，例如稀有氣體。特定言之，適合之還原氣氛為氫氣。有利地在真空中或在惰性氣氛中，例如在加熱操作期間進行C與O之反應以形成CO2及/或CO。可以此方式有效移除所形成之反應產物。此外，避免形成第5族金屬之氫化物。隨後較佳在還原氣氛中，較佳在氫氣下進行最終燒結歷時至少部分時間。
固結較佳繼之以成型製程。可例如在扁平靶之情況下藉由輥軋，在管狀靶之情況下藉由擠壓或鍛造實現成型。較佳變形程度為45%至90%。變形程度如下定義：(Aa-Au)/Aa×100(以%計)
Aa...成型之前的橫截面積
Au...成型之後的橫截面積
在<45%之變形程度下，濺鍍行為之密度及均勻性不利地受到影響。>90%之變形程度對製造成本有不利影響。成型溫度較佳為900℃至1500℃歷時至少部分時間。出於本目的，部分時間意謂例如，在此溫度下進行第一成型步驟。成型溫度隨後亦可低於900℃。可在一個步驟中或在複數個步驟中進行成型。
若濺鍍靶經組態為扁平靶，則較佳將此扁平靶焊接至背板。管狀靶可較佳再次藉助於焊接製程與支撐管接合或用作整塊濺鍍靶。作為焊接材料，較佳使用銦或富含銦合金。
將藉由以下藉助於製造實施例之實施例說明本發明。
圖1顯示輥軋Mo-10at% Nb之用WDX掃描之掃描電子顯微 照片。
出於此目的使用以下粉末：
- Fisher粒度為4.5μm、氧含量為0.24at%且碳含量為0.03at%之Mo粉末
- Fisher粒度為8μm、氧含量為1.26at%且碳含量為0.46at%之Nb粉末
為在Mo量為758kg及Nb量為81.6kg下獲得0.7之Σc/Σo值，在機械混合器中混合0.336kg Fisher粒度為0.35μm之碳黑粉末與Mo及Nb粉末。在180MPa之加壓壓力下藉由冷均衡加壓自此粉末混合物製造四個平板。在2150℃之溫度下燒結平板，加熱製程在真空下進行三個小時直至1200℃之溫度。H2隨後用作處理氣體。燒結體之密度為8.9g/cm3(理論密度之88.6%)、C含量為0.022at%且O含量為0.018at%。C/O比為1.22。
使燒結體經受SEM/EDX檢查。Nb及Mo完全溶解於彼此之中。不能偵測到氧化物。隨後輥軋燒結體，成型溫度為1450℃且變形程度為78%。自輥軋平板獲取試樣且藉助於習知金相方法將其研磨及拋光。藉助於SEM/EBSD測定縱向試樣之紋理。
出於此目的使用以下設定： - 加速電壓：20KV， - 工作距離：22mm， - 高電流模式啟動 - 孔口120μm - 掃描面積1761×2643μm2 - 指數步長3μm。
反極圖之評估將110指示為在縱向方向(成型方向)上在>2 ×隨機下之主要紋理。在法線方向上(垂直於成型方向)，在>2×隨機下量測100與111定向。
藉助於EBSD在橫斷面上量測粒度。將晶界定義為兩個相鄰晶粒之間的5°之所有晶粒定向差異。藉助於定量影像分析測定粒度分佈。20000μm2評估區域中之d50為15μm且d90為35μm。d90/d50比為2.3。類似地在十個其他位置進行此量測且測定平均d90/d50比。此平均d90/d50比為2.41。亦藉助於SEM/EDX及SEM/WDX檢查輥軋平板以測定Nb分佈之均質性。圖1顯示在1mm之距離上之WDX掃描。在此距離上量測之Nb分佈之標準差為1.02at%。在2.5×103毫巴至1×10-2毫巴範圍內之氬氣(Ar)壓力及400瓦特或800瓦特之功率下藉助於濺鍍實驗測定以此方式製造之濺鍍靶的濺鍍行為。鈉鈣玻璃用作襯底材料。靶濺鍍可在不出現電弧製程之情況下濺鍍。沈積層(層厚度=200nm)之特定電阻較低且視濺鍍條件而定，為13.7μΩcm至18.5μΩcm。層之壓縮應力在-1400MPa至-850MPa範圍內。

Claims (22)

  1. 一種由Mo合金構成之濺鍍靶，其包含週期表之第5族中之至少一種金屬，其中第5族金屬之平均含量CM為5at%至15at%且該Mo含量為80at%，其特徵在於該濺鍍靶之平均C/O比以(at%/at%)計為1。
  2. 如申請專利範圍第1項之濺鍍靶，其特徵在於該第5族金屬完全溶解於該Mo中。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之濺鍍靶，其特徵在於成型紋理。
  4. 如申請專利範圍第3項之濺鍍靶，其特徵在於該成型紋理具有以下主要定向：a. 在成型方向上：110 b. 與該成型方向垂直：群組100及111中之至少一種定向。
  5. 如申請專利範圍第3項或第4項之濺鍍靶，其特徵在於垂直於最後成型方向量測之粒度分佈之d50及d90滿足以下關係：d90/d50 5。
  6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之濺鍍靶，其特徵在於O含量為0.04at%。
  7. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項之濺鍍靶，其特徵在於其不含氧化物。
  8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項之濺鍍靶，其特徵在於相對密度>理論密度之99.5%。
  9. 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項之濺鍍靶，其特徵在於該第5族金屬均勻分佈存在於溶液中，其中該第5族金屬分佈之標準差σ滿足以下關係：σCM×0.15。
  10. 如申請專利範圍第1項至第9項中任一項之濺鍍靶，其特徵在於該第5族金屬為Ta或Nb。
  11. 如申請專利範圍第1項至第10項中任一項之濺鍍靶，其特徵在於其由5at%至15at%第5族金屬、其餘Mo及典型雜質組成。
  12. 如申請專利範圍第1項至第11項中任一項之濺鍍靶，其特徵在於其為管狀靶。
  13. 一種製造濺鍍靶之方法，其特徵在於其包含以下步驟：a. 製造包含以下各者之粉末混合物：i. 80at% Mo粉末；ii. 至少一種第5族金屬之粉末，其中該粉末混合物中之第5族金屬之含量為5at%至15at%；及iii. C源，其中選擇C之量以使得該粉末混合物中之以at%計之C之總含量Σc及以at%計之O之總含量Σo滿足以下關係：0.2Σc/Σo1.2；b. 使該粉末混合物固結。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其用於製造如申請專利範圍第1項至第12項中任一項之濺鍍靶。
  15. 如申請專利範圍第13項或第14項之方法，其特徵在於該方法包含成型方法。
  16. 如申請專利範圍第13項至第15項中任一項之方法，其特徵在於固結由以下實現：a. 在100MPa至500MPa下向該粉末混合物加壓以得到生坯，及b. 在溫度T下燒結該生坯，其中1800℃<T<2500℃。
  17. 如申請專利範圍第13項至第16項中任一項之方法，其特徵在於該Mo粉末具有藉由Fisher方法量測之2μm至7μm之粒度且該第5族金屬具有藉由Fisher方法量測之4μm至20μm之粒度。
  18. 如申請專利範圍第13項至第17項中任一項之方法，其特徵在於Σc與 Σo滿足以下關係：0.4Σc/Σo1.1。
  19. 如申請專利範圍第13項至第18項中任一項之方法，其特徵在於除典型雜質之外該粉末混合物不含有其他合金元素。
  20. 如申請專利範圍第13項至第19項中任一項之方法，其特徵在於成型由輥軋、擠壓或鍛造實現，其中變形程度為45%至90%。
  21. 如申請專利範圍第13項至第20項中任一項之方法，其特徵在於燒結在選自真空、惰性氣氛及還原氣氛之至少一種氣氛中進行。
  22. 如申請專利範圍第21項之方法，其特徵在於燒結在加熱操作期間在選自真空及惰性氣氛之至少一種氣氛中進行至少部分時間且在保持時間期間在燒結溫度下在還原氣氛中進行至少部分時間。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI674325B (zh) * 2017-07-05 2019-10-11 日商日立金屬股份有限公司 MoNb靶材

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT15356U1 (de) 2016-09-29 2017-07-15 Plansee Se Sputtering Target
CN107916405B (zh) * 2017-11-23 2019-10-15 洛阳高新四丰电子材料有限公司 一种平面显示器用钼钽合金溅射靶材的制备方法
CN111230096A (zh) * 2020-03-23 2020-06-05 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种合金溅射靶材及其制备方法和用途
CN111471970A (zh) * 2020-04-24 2020-07-31 金堆城钼业股份有限公司 一种低氧钼铌合金靶材及其制备方法
CN111590071B (zh) * 2020-06-03 2022-04-12 福建阿石创新材料股份有限公司 一种钼铌合金靶材及其制备方法
BE1028482B1 (nl) * 2020-07-14 2022-02-14 Soleras Advanced Coatings Bv Vervaardiging en hervullen van sputterdoelen
CN114150279A (zh) * 2021-12-09 2022-03-08 株洲硬质合金集团有限公司 一种钼铌合金轧制靶材的热处理方法
CN115446313B (zh) * 2022-09-28 2024-09-10 新加坡先进薄膜材料私人有限公司 一种铬铂合金靶材的制作方法、装置、设备及其存储介质

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2678272A (en) 1951-10-06 1954-05-11 Climax Molybdenum Co Molybdenum-columbium alloys
US2850385A (en) * 1955-08-29 1958-09-02 Universal Cyclops Steel Corp Molybdenum-base alloy
US2960403A (en) * 1958-02-24 1960-11-15 American Metal Climax Inc Molybdenum-base alloys
US3471396A (en) * 1967-04-10 1969-10-07 Ibm R.f. cathodic sputtering apparatus having an electrically conductive housing
US3438885A (en) * 1967-08-02 1969-04-15 Northern Electric Co Method of making ferrimagnetic films by cathodic sputtering
JPS63241164A (ja) 1987-03-30 1988-10-06 Toshiba Corp スパッタリングターゲットおよび電気配線用合金膜
JPH06220566A (ja) * 1993-01-21 1994-08-09 Sumitomo Metal Ind Ltd 異方性の小さいモリブデン基合金と製造方法
US6128057A (en) 1996-03-08 2000-10-03 Canon Kabushiki Kaisha LCD with masking member having multiple portions having different characteristics
JP4432015B2 (ja) * 2001-04-26 2010-03-17 日立金属株式会社 薄膜配線形成用スパッタリングターゲット
KR101080713B1 (ko) * 2003-04-23 2011-11-09 에이치. 씨. 스타아크 아이앤씨 균일한 입자 구조를 갖는 몰리브덴 합금 ｘ-선 타겟
JP4110533B2 (ja) * 2004-02-27 2008-07-02 日立金属株式会社 Ｍｏ系ターゲット材の製造方法
JP4356071B2 (ja) 2004-03-31 2009-11-04 日立金属株式会社 スパッタリングターゲット材およびその製造方法
JP4721090B2 (ja) 2004-04-16 2011-07-13 日立金属株式会社 Ｍｏ系ターゲット材の製造方法
US20060042728A1 (en) 2004-08-31 2006-03-02 Brad Lemon Molybdenum sputtering targets
JP2006169547A (ja) * 2004-12-13 2006-06-29 Hitachi Metals Ltd 加圧焼結用のＭｏ合金粉末の製造方法およびスパッタリング用ターゲット材の製造方法
DE102005003445B4 (de) 2005-01-21 2009-06-04 H.C. Starck Hermsdorf Gmbh Metallsubstrat-Werkstoff für die Anodenteller von Drehanodenröntgenröhren, Verfahren zur Herstellung eines solchen Werkstoffes sowie Verfahren zur Herstellung eines Anodentellers unter Verwendung eines solchen Werkstoffes
JP4492877B2 (ja) * 2005-09-27 2010-06-30 日本新金属株式会社 スパッタリングターゲット用原料粉末として用いられる高純度モリブデン−タングステン合金粉末の製造方法
AT8697U1 (de) * 2005-10-14 2006-11-15 Plansee Se Rohrtarget
JP5426173B2 (ja) * 2007-01-12 2014-02-26 新日鉄住金マテリアルズ株式会社 Ｍｏ系スパッタリングターゲット板，および，その製造方法
JP4894008B2 (ja) * 2007-05-09 2012-03-07 日立金属株式会社 ＭｏＮｂ系焼結スパッタリングターゲット材の製造方法
JP5546880B2 (ja) * 2009-03-25 2014-07-09 山陽特殊製鋼株式会社 モリブデン合金
US8449818B2 (en) * 2010-06-30 2013-05-28 H. C. Starck, Inc. Molybdenum containing targets
JP2013083000A (ja) 2011-09-28 2013-05-09 Hitachi Metals Ltd 焼結Ｍｏ合金スパッタリングターゲット材の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI674325B (zh) * 2017-07-05 2019-10-11 日商日立金屬股份有限公司 MoNb靶材

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015061816A1 (de) 2015-05-07
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