TW201610175A

TW201610175A - 濺射靶用材料

Info

Publication number: TW201610175A
Application number: TW104112533A
Authority: TW
Inventors: Takanori Kobayashi; Masahiro Katoh; Yoshitake Fukaya
Original assignee: Almt Corp
Priority date: 2014-04-28
Filing date: 2015-04-20
Publication date: 2016-03-16
Also published as: JP2015221937A; CN105018887B; KR20150124391A; JP6602550B2; CN105018887A; TWI605131B; KR102198726B1

Abstract

目的係提供一種能夠調整濺射速度之濺射靶用材料。提供一種濺射靶用材料，其被濺射之面的結晶組織之縱橫比為3以上。

Description

濺射靶用材料

本發明係有關於一種濺射靶用材料，更特定地，係有關於一種含有鉬之濺射靶用材料。

先前，濺射靶用材料係揭示例如特開2000-45066號公報(專利文獻1)、特開2007-113033號公報(專利文獻2)、特開2013-32597號公報(專利文獻3)、特許4945037號公報(專利文獻4)、特開2000-234167號公報(專利文獻5)、特開2013-154403號公報(專利文獻6)、特表2010-535943號公報(專利文獻7)及特開2014-12893號公報(專利文獻8)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2000-45066號公報

[專利文獻2]日本特開2007-113033號公報

[專利文獻3]日本特開2013-32597號公報

[專利文獻4]日本特許4945037號公報

[專利文獻5]日本特開2000-234167號公報

[專利文獻6]日本特開2013-154403號公報

[專利文獻7]日本特表2010-535943號公報

[專利文獻8]日本特開2014-12893號公報

在專利文獻1，係揭示一種較少產生異常放電及微粒的鉬系標靶。又，揭示有關於即便結晶粒被微細化，亦較少產生微粒之鉬系標靶。

在專利文獻2，係揭示在鉬加壓燒結後進行塑性加工。揭示規定(110)面的相對強度而使Mo粉末的加壓燒結、相對密度提升、機械特性提升。

在專利文獻3，係揭示一種使用冷噴霧法之Al、Cu、Ti、Ni、Cr、Co及Ta的濺射靶。

在專利文獻4，係揭示一種鎢的標靶。

在專利文獻5，係揭示一種鉬的標靶。揭示產生再結晶後的組織，來抑制產生電弧作用(arcing)。

在專利文獻6，係揭示藉由傾斜輥軋來製造濺射靶。bcc金屬之配向於<110>//ND的15°內之bcc金屬的平均單位體積的粒子之比率大於20.4%，傾斜輥軋係必要的。

專利文獻7及8，係揭示一種經改善對bcc金屬之板厚方向為100組織及111組織的均勻性之濺射用標靶。

專利文獻6-8係揭示一種bcc金屬，且揭示對於高熔點金屬藉由特殊加工法之傾斜輥軋法來施行加工用以得到組織的均勻性。該傾斜輥軋法係能夠應用在加工性良的金屬。該等專利文獻亦記載作為bcc金屬，有加工性良好的Ta、Nb，但是對於亦是高熔點金屬而加工性特別差的W及Mo係沒有敘述。實際上將傾斜輥軋法應用在W、Mo時，因為容許應變較小而產生層狀裂紋且無法加工。

有關於調整濺射速度，先前技術係任一者均無揭示也完全沒有啟發。

本發明之目的，係提供一種能夠調整濺射速度之濺射靶用材料。

本發明的一態樣之濺射靶用材料，其被濺射之面的結晶組織之縱橫比為3以上。

能夠提供一種能夠調整濺射速度之濺射靶用材料。

第1圖係顯示將依照實施例(條件A)而製成的TD面放大之圖。

第2圖係顯示將依照比較例(條件B)而製成的TD面放大之圖。

第3圖係顯示在鉬粉末(Fsss費雪(Fischer)法：粒徑5μm)之XRD的結果之圖表。

[本發明的實施形態之說明]

首先列出本發明的實施態樣而進行說明。

迄今已存在的體心立方格子構造之鉬板狀標靶，係不能夠進行控制濺射速度。因為能夠控制結晶組織而能夠得到標靶消耗較少的鉬標靶。藉由因濺射所致之消耗較少，而能夠增長標靶壽命。又，近年來對薄膜化的要求亦使得膜厚控制性提升。亦即，亦適合於濺射速度必須較高的情況以外之用途。

就先前方法而言，係不進行燒結體標靶及熱處理標靶等方位控制，而是將採用無規方位來加快濺射速度設作目的之技術。又，藉由進行某種程度的組織控制，能夠將濺射速度減慢若干，但是在本發明係藉由控制加工應變的殘留，來提供濺射速度較低的材料。

這是因為最近作為主要用途之防止Al配線擴散用的阻障金屬，係使用較薄的阻障層而逐漸能夠發揮充分的效果之緣故。針對該薄膜化的要求，藉由降低濺射速度而能夠謀求提升膜厚控制性及均勻性。

藉由將被濺射之面的結晶組織之縱橫比設為3以上，能夠使濺射速度成為400nm/h以下，藉此，能夠得到具有較長的標靶壽命之濺射靶。

較佳是濺射靶用材料係含有鉬。較佳是濺射靶用材料係由鉬所構成。

較佳是被濺射之面亦即TD面(與輥軋方向平行的板剖面)的縱橫比為3以上時，濺射速度係成為400nm/h以下。又，此時的板厚方向之平均粒徑為50μm以下。

較佳是被濺射之面的維氏硬度為Hv200以上。硬度為Hv200以上時，濺射速度係成為400nm/h以下。

較佳是濺射靶材料係藉由將鉬粉末燒結而製造，鉬粉末的純度為4N(99.99質量%)以上。

[本發明的實施形態之詳細]

以下邊參照圖式邊說明本發明的實施形態。又，本發明係不被該等例示限定，而意圖將與依照申請專利範圍所顯示的申請專利範圍均等意思及範圍內之全部的變更包含。

(實施例)

(1)製造方法

使用藉由Fsss費雪法測得的粒徑為1~20μm之鉬粉末，在壓力150~300MPa的條件下將粉末使用橡膠袋而進行靜水壓加壓。隨後，在氫氣體氣流中且1500℃以上的溫度下將壓製成型體燒結而得到鉬燒結體(比重9.7g/cm³)。

燒結體的熱輥軋加工，係使用2段輥軋機且依照以下的要領而進行。以輥軋後的板厚度成為24mm之方式進行軋縮率76%的1次熱輥軋。為了防止起因於熱輥軋中的高溫加熱引起的鉬結晶粒再結晶粗大化，初期熱輥軋的爐內加熱溫度係控制在1400℃以下。

其次，使用截斷機初期熱輥軋後的輥軋板分成兩份，一份作為用以實施實施例輥軋道次排程之輥軋板(條件A)，另一份作為用以實施通常的輥軋道次排程之比較例的輥軋板(條件B)，而實施熱輥軋。

針對條件A，係在溫度900-1150℃氫環境加熱爐中使輥軋板成為均勻溫度之後，以4道次之總軋縮率為37.5% 來得到板厚15mm之實施例的輥軋板。

針對條件B，係在溫度1150-1300℃氫環境加熱爐中使輥軋板成為均勻溫度之後，以5道次之總軋縮率為37.5%得到板厚15mm之比較例的輥軋板。條件A及B均是後半的熱輥軋之軋縮率為37.5%，從燒結體至的總軋縮率為85%，相對密度為99.9%。

認為條件A係殘留應變量較多，在試料採取用的截斷步驟產生裂紋之可能性較高，所以在不產生再結晶現象之溫度600-1000℃氫加熱爐中實施應變除去退火15分鐘。針對條件B係在1000-1300℃進行熱處理60-120分鐘。

(2)組織的觀察

第1圖係將依照實施例(條件A)所製成的TD面放大而顯示之圖。將實施例的條件A之TD面的金屬組織顯示在第1圖。保持與輥軋方向平行的方向(X方向；長度方向)之尺寸為80μm~300μm左右，垂直的方向(Y方向；厚度方向)之尺寸為30μm~100μm左右之所謂as-rolled(如輥軋後的狀態)的纖維狀組織。

第2圖係將依照比較例(條件B)所製成的TD面放大而顯示之圖。如通常所進行的熱處理後之比較例的條件B，係呈現在與輥軋方向平行的方向(X方向；長度方向)之尺寸為100μm~150μm左右，垂直的方向(Y方向；厚度方向)之尺寸為50μm~100μm左右之比較接近等軸狀的組織(第2圖)。

(3)縱橫比與濺射速度之關係

調查在使用實施例的條件A所製成的試樣和使用比較例的條件B所製成的試樣之縱橫比與濺射速度之關係。

(3-1)定義

針對纖維狀組織及等軸狀組織的尺寸，係藉由截距法(intercept method)算出。具體而言，係將組織的長邊設為橫向，使用光學顯微鏡以100倍至200倍的倍率觀察組織。計算橫線及縱線將組織的結晶晶界橫切及縱切之點數。將橫線的長度除以橫切點數所得到的值設作結晶粒的長徑。將縱線的長度除以縱切點數所得到的值設作短徑。縱橫比係將結晶粒的長徑除以短徑所得到的值。

(3-2)濺射靶試驗體的製造

濺射速度評價所使用的直徑ψ 75mm×厚度T2mm濺射靶試驗體，係各自依照以下的要領而準備。將使用實施例的條件A及比較例的條件B所製成的兩試樣設作素材板。使用平面磨削盤將素材板(厚度T=15mm)的兩表面各磨削厚度6mm而使厚度成為3mm之後，使用放電金屬線加工機加工成為直徑ψ 75mm厚度T3mm的圓板。使由旋轉研磨機將該直徑ψ 75mm的圓板且使用SiC研磨石將兩表面研磨而精加工成為2mm厚度的濺射靶試驗體。此時，濺射靶試驗體表面精確度係統一成為Ra3μm以下，用以將濺射條件統一。

(3-3)濺射條件

使用Ulvac股份公司製的小型濺射裝置(型式SH-250-T4)，將使用實施例的條件A與比較例的條件B所製成的濺射靶試驗體之濺射速度進行比較。抽真空使裝置內成為5×10^-5Pa以下之後，在氬氣流為0.06MPa、6.0sccm(在0℃、 1013hPa，每分鐘6.0dm³的流量)、輸出功率為100W、400V的條件下進行濺射60分鐘。為了將邊緣效果除去，係濺射中央部約ψ 60mm區域，而且在相向的陰極側安裝玻璃製標本(preparation)且求取在標本上被濺射的膜厚度來確認濺射速度。

(3-4)濺射膜厚度的測定

濺射膜厚度係使用表面形狀測定裝置(Taylor Hobson股份公司製PGII200)，在全尺寸12.5mm、數據長度4.8mm、助走距離0.3mm、測定速度1mm/s的條件下進行測定(測定解析條件係指定LS LINE、PRIMARY而進行)。

(3-5)評價

濺射的結果，係以成為濺射的平均信息之方式，在從板厚中心起算±20%的區域進行評價。

表1中的試樣1~3係使用條件A，試樣4係使用條件B而製成之輥軋板(濺射靶試驗體)的濺射速度之值。如表1所顯示，結晶組織的結晶粒之縱橫比為3以上時，濺射速度係成為400nm/h以下。又，隨著，縱橫比變大而濺射速度係變低。亦即，係啟發隨著纖維組織變強，濺射速度變低。

又，該情形係啟發濺射速度大於400nm/h時，使用時間10000h時係成為4mm以上的消耗量，20000h時係成為8mm以上的消耗量，且濺射靶交換頻率變多。

(4)維氏硬度與濺射速度

依照條件A及B製造試樣。在該等試樣施行除去應變退火作為最後熱處理。具體而言，係準備以下的試樣：將試樣的溫度在800℃保持一定，藉由調整退火時間的長短而邊使配向保持大致一定邊變更硬度而成之試樣。

使用荷重10kg測定各試樣的維氏硬度。使用在「(3)縱橫比與濺射速度之關係」所記載的方法而調查各試樣的濺射速度。將結果顯示在表2。

試樣No.11及12係使用條件A所製成，試樣13係使用條件B所製成。得知應變的殘留量亦與濺射速度有關聯，硬度越高越能夠將濺射速度抑制為較低。

(5)面方位(222)/(200)與濺射速度

確認基於面方位(222)/(200)之結晶配向與濺射速度之關係。

使用2種類的條件A及B製成輥軋板。從各輥軋板採取以調查結晶配向作為目的之15mm×□10mm左右的試樣。

結晶配向調査(XRD)係使用Spectris股份公司製PANalytical X射線繞射裝置、依照Empyrean系統之陶瓷X射線管球LFF Cu而進行。使用X射線透鏡(0.3°)、平板準直管(0.27°)且在40kv、45mA的條件下藉由半導體檢測器進行測定結晶配向。切片條件係設為發散切片1/2°、散射1°。又，只要沒有特別的情況，係以XRD的測定角度為35°~135°，掃描速度(Time per step)係以10.2秒進行。測定結果的評價係藉由ICDD DATABASE PDF2與標準數據進行比較。

使用「(3)縱橫比與濺射速度之關係」所記載的方法而調查各試樣的濺射速度。

XRD及濺射的結果，係以成為濺射的平均信息之方式，在從板厚中心起算±20%的區域進行評價。將其結果顯示在表3。

試樣No.21至24，係使用條件A所製成，試樣No.25及26係使用條件B所製成。將在各繞射面之反射強度的比率設作結晶配向指數。調査(222)/(200)強度比與濺射速度之關係時，隨著強度比變高，濺射速度有變小之傾向(表3)。又，該傾向係在實施例的條件A與比較例的條件B有差異，纖維狀組織板(試樣No.21-24)係濺射速度較低之結果。

比較例之條件B的濺射速度係大於400nm/h。例如相對在實際使用條件下之輸入電力，濺射速度420nm/h係相當於同等的G5(第5世代)濺射靶壽命。相對於此，實施例的條件A所顯示之370nm/h左右的濺射速度時，係能夠得到與濺射速度成反比例之壽命延伸效果。400nm/h以下的濺射速度，係成為具有時較長的濺射靶壽命，且能夠得到具有迄今無法得到的長壽命之濺射靶。

又，關於結晶配向，(222)/(200)強度比係不大於50%(0.5)。

通常粉末係顯示無規方位。第3圖係顯示鉬粉末的XRD的結果之圖表。結晶配向係相較於粉末的37%(第3圖；(222)的2351cps/(200)的6278cps=37.4%)，表3的實施例之加工組織係不大於35%。又，鉬燒結體亦同樣地顯示37%。

(6)半值全寬與濺射速度

針對使用條件A而製成之試樣及使用條件B而製成之試樣使用藉由XRD裝置的High Score Plus軟體之波形擬合而求取(222)繞射面的半值全寬(FWHM)。使用「(3)縱橫比與濺射速度之關係」所記載的方法而調查各試樣的濺射速度。將結果顯示在表4。

針對該等試樣的結果，如表4所顯示，得知濺射速度係與(222)反射的半值全寬(Full-Width Half Maximum)重大地互相關聯。

試樣N0.31及32係使用條件A而製成，試樣33係使用條件B而製成。認為FWHM較小時，應變被釋放致使濺射速度變高。又，在實施例的輥軋條件下，即便提高軋縮率，FWHM亦不會大於0.5。

在表5，係顯示使用實施例的條件A所製成的試樣之XRD的例子。所謂「在粉末的繞射強度」，係顯示在Mo粉末的繞射強度，所謂「實施範圍例」，係表示在使用條件A所製成的輥軋板之X射線繞射的強度(將(200)的強度設作100時之相對值)。

而且，不僅是是由鉬所構成之標靶，含有鉬的鉬合金標靶及體心立方格子構造的標靶，亦能夠得到與表1至5同樣的傾向。

濺射靶用材料，係藉由被濺射之面的X射線繞射而求取之結晶面(222)與(200)的結晶方位比率(222)/(200)為 0.08以上且小於0.35，且具有體心立方格子構造。

較佳是藉由被濺射之面的X射線繞射而求取之結晶面(222)的尖峰的半值幅為0.29以上且0.5以下。

較佳是被濺射之面的維氏硬度為Hv200以上。較佳是被濺射之面的結晶組織係縱橫比為3以上。

由藉由被濺射之面的X射線繞射而求取之結晶面(222)與(200)的結晶方位比率(222)/(200)為0.08以上且小於0.35的鉬所構成之濺射靶用材料的製造方法，係具備以下的步驟：使用在鉬粉末之平均粒徑5μm以上的粉末，在1500℃-2000℃的溫度進行燒結而製造燒結體之步驟；將前述燒結體熱輥軋之步驟；及在熱輥軋後進行最後熱處理之步驟；將從燒結體起算的總軋縮率設為85%，將加熱溫度設為1000-1150℃，將最後熱處理溫度設為800-1000℃。

[產業上之可利用性]

本發明係能夠利用在濺射靶的領域。

Claims

一種濺射靶用材料，被濺射之面的結晶組織之縱橫比為3以上。
如申請專利範圍第1項所述之濺射靶用材料，其中含有鉬。
如申請專利範圍第2項所述之濺射靶用材料，係由鉬所構成。
如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之濺射靶用材料，其中被濺射之面的維氏硬度為Hv200以上。