TWI853684B - 濺鍍靶及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種為金屬材料之圓筒形濺鍍靶且使顆粒（particle）減少之濺鍍靶。本發明之濺鍍靶係圓筒形濺鍍靶，濺鍍靶至少具備靶材，靶材由1種或多種金屬元素構成，結晶粒徑為10 μm以下。

Description

濺鍍靶及其製造方法

本揭示係關於一種濺鍍靶及其製造方法。更具體而言，本揭示係關於一種圓筒形濺鍍靶及其製造方法。

近年來，於半導體元件之領域，要求更高水準之積體化及小型化。例如，於製造半導體元件時，會形成各種薄膜。作為薄膜之材料，可列舉鉬、鎢、鈦等。而且，使用濺鍍作為薄膜之形成方法。

濺鍍之原理如下所述。首先，於真空中一面導入非活性氣體（例如，Ar氣體），一面對基板與濺鍍靶之間施加高電壓。然後，使離子化之Ar ⁺等離子撞擊濺鍍靶。藉由該撞擊能量使濺鍍靶中之原子釋出而堆積於基板上。藉此，可形成薄膜。

作為濺鍍靶之形狀，可列舉平板或圓筒形等。於專利文獻1中，揭示有由選自由鋁、銀、銅、鈦及鉬組成之群中之至少1種金屬構成的圓筒型濺鍍靶。進而，專利文獻1揭示有圓筒型濺鍍靶之製造步驟。具體而言，揭示當為金屬系濺鍍靶之情形時，將圓柱狀濺鍍靶之材料供至擠出加工或將中心部挖通而加工成圓筒形狀，或者藉由鑄造而成型為圓筒形狀。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2018－053366號公報

[發明所欲解決之課題]

如上述，於半導體元件之領域，要求更高水準之積體化及小型化。若於進行濺鍍時產生顆粒（particle），則由於會對製品帶來各種不良情形，故較不理想。因此，本揭示之目的在於提供一種為金屬材料之圓筒形濺鍍靶且使顆粒減少之濺鍍靶。 [解決課題之技術手段]

發明人等經潛心研究後，結果成功地藉由另外之方法製造圓筒形濺鍍靶。更具體而言，藉由對金屬板進行彎曲加工而形成多個圓弧狀材料，進而將該等焊接，藉此可形成圓筒形。若為此種方法，則不會產生多餘之熱處理。因此，於加工成圓筒形後之濺鍍靶中，可減少粗大晶粒之量。

基於上述見解而完成之發明於一態樣中，包含以下之發明。 （發明1） 一種濺鍍靶，其係圓筒形濺鍍靶， 該濺鍍靶至少具備靶材， 該靶材由1種或多種金屬元素構成， 結晶粒徑為10 μm以下。 （發明2） 如發明1所述之濺鍍靶，其存在至少1個接合部位。 （發明3） 如發明2所述之濺鍍靶，其中，該接合部位沿著靶之長邊方向存在。 （發明4） 如發明2或3所述之濺鍍靶，其中，該接合部位沿著圓周方向存在。 （發明5） 如發明1至4中任一項所述之濺鍍靶，其中，該金屬元素為鈦。 （發明6） 一種方法，其係發明1至5中任一項所述之濺鍍靶之製造方法，包括下述步驟： 對1片或多片平板材料進行彎曲加工之步驟；及 將該經彎曲加工之材料之端部彼此焊接之步驟。 （發明7） 如發明6所述之方法，其中，該進行彎曲加工之步驟包括藉由對1片平板材料進行彎曲加工而形成圓筒形。 （發明8） 如發明6所述之方法，其中，該進行彎曲加工之步驟包括藉由對多片平板材料進行彎曲加工而形成多個圓弧狀材料，且 該進行焊接之步驟包括將該多個圓弧狀材料焊接而形成圓筒形。 （發明9） 如發明6至8中任一項所述之方法，其進而包括將多個圓筒形材料沿長邊方向焊接之步驟。 [發明之效果]

於一態樣中，本揭示之濺鍍靶之結晶粒徑為10 μm以下。藉此，可抑制於濺鍍時產生顆粒。

以下，對用以實施本揭示之發明之具體實施形態進行說明。以下之說明係用以促進理解本揭示之發明者。即，並非意圖限定本發明之範圍。

1. 濺鍍靶 1 － 1 . 構造於一實施形態中，本揭示之發明係關於一種濺鍍靶。濺鍍靶至少具備靶材，該靶材係直接被濺射之部位。又，濺鍍靶亦可進而具備基材（背管）。而且亦可視需要，於基材與靶材之間進而設置接合層。關於基材及接合層，可使用公知之材料。

於一實施形態中，濺鍍靶（及靶材）之形狀為圓筒形。大小並無特別限定。

1 － 2. 靶材之構成元素於一實施形態中，靶材係由1種或多種金屬元素構成。作為金屬元素之例，可列舉Ti、Nb、Ta、Cu、Co、Mo及W等，但並不限定於該等。又，並不限定於1種金屬元素，靶材亦可由多種金屬元素之合金構成。作為合金之例，可列舉Ti合金、Nb合金、Ta合金、Cu合金、Co合金、Mo合金及W合金等，但並不限定於該等。作為Ti合金之例，可列舉TiA1合金及TiNb合金等，但並不限定於該等。

於靶材由1種金屬元素構成之情形時（例如Ti），純度為3N（99.9質量%）以上，較佳為4N（99.99質量%）以上，更佳為4N5（99.995質量%）以上，進而較佳為5N（99.999質量%）以上，最佳為5N5（99.9995質量%）以上。上限值並無特別限定，但為8N以下。關於上述純度，係指藉由輝光放電質量分析法（GDMS）進行組成分析所得之數值。例如，於4N以上之情形時，係指鈦以外之元素（例如，Na、Al、Si、K、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr等）之合計量未達0.01質量%（100質量ppm）。

靶材亦可含有無法避免之雜質。作為無法避免之雜質之例，可列舉O、C等。含量並無特別限定，但於O之情形時，例如亦可為1000質量ppm以下，亦可較佳為250質量ppm以下，亦可最佳為100質量ppm以下。於C之情形時，例如亦可為20質量ppm以下。

作為於本揭示之靶材中可達成如上述之雜質濃度的原因，可舉不藉由粉末燒結（將原料粉末放入模具進行壓製並進行燒結）製造靶材，而是使用藉由熔解法獲得之鑄錠製造靶材。於粉末之形態下，表面積變大，由於表面氧化而於原料粉末中引入更多之氧。因此，通常，原料粉末中之氧濃度高，大多會超過1000質量ppm。因此，藉由粉末燒結形成之靶材之氧濃度變高。又，即便原料粉末中之氧濃度低，亦會因粉碎等步驟使氧濃度上升，超過1000質量ppm之機率高。但，本揭示之靶材並非利用粉末燒結之方法，而是採用對壓延板進行彎曲加工然後進行焊接之方法，因此可避免氧濃度變高。

1 － 3. 靶材之結晶粒徑於一實施形態中，構成靶材之金屬具有特定之結晶粒徑。更具體而言，上述結晶粒徑為10 μm以下。較佳為上述結晶粒徑為5 μm以下，更佳為1 μm以下。下限值並無特別限定，但典型而言，為0.2 μm以上。藉由結晶粒徑為10 μm以下，亦即藉由結晶粒徑微細，可抑制顆粒之產生。

再者，此處所述之結晶粒徑係按照以下之順序進行測定所得。依據JIS G0551：2013之切斷法，根據濺鍍靶之表面（濺鍍面）上橫穿晶粒內之試驗線之每1個晶粒的平均線段長求出。該方法中之晶粒之觀察可使用光學顯微鏡（區域200 μm×200 μm）等。

作為於本揭示之靶材中可達成如上述之結晶粒徑之原因，可舉不藉由粉末燒結製造靶材，而是使用藉由熔解法獲得之鑄錠製造靶材。若進行粉末燒結，則與原料粉末同等之結晶粒徑會因熱處理而生長為原料粉末之結晶粒徑以上之結晶粒徑。但，本揭示之靶材並非利用粉末燒結之方法，而是採用對壓延板進行彎曲加工然後進行焊接之方法，因此可避免結晶粒徑變大。

又，作為於本揭示之靶材中可達成如上述之結晶粒徑之另外的原因，可舉不藉由擠出法使金屬材料成型來製造靶材，而是使用藉由熔解法獲得之鑄錠製造靶材。於擠出法之情形時，因必須使金屬材料熔融等原因，而對材料進行熱處理。因此而會導致材料內之晶粒粗大化（例如，於材料為Ti之情形時，擠出加工之溫度成為1000℃左右，晶粒成為數百μm）。然而，於藉由擠出法進行成型之情形時，無法避免熱處理。本揭示之靶材並非利用擠出法之方法，而是採用對壓延板進行彎曲加工然後進行焊接之方法，因此可避免結晶粒徑變大。即使於焊接部分，結晶粒徑變大，亦可使其影響為局部性。

1 － 4. 靶材之接合部位於一實施形態中，靶材具有1個或多個接合部位。此處，「接合部位」係指多個靶材彼此接合之痕跡部分。更具體而言，於在蝕刻後對組織進行觀察時，例如將因焊接等使晶粒粗大化而成為較材料整體之結晶粒徑大20%以上之部位稱作「接合部位」。此處，接合部位之粒徑之測定方法與上述材料整體之結晶粒徑之測定方法相同。又，於驗證接合部位之存在時，較佳為藉由在靶材內部（例如，較深度2 mm更深之位置）對組織進行觀察而進行，而非靶材表面。其原因在於：藉由對靶材進行表面加工（例如藉由進行研磨），可消除於靶材表面上觀察到之接合部位。於該方面，只要為靶材內部之組織，則接合部位不會因表面加工而消失，因此可進行準確之判定。

於另一實施形態中，上述接合部位亦可沿著靶材之長邊方向存在。如圖1所示，接合部位沿長邊方向存在表示藉由對1個或多個平板材料進行彎曲加工而形成圓筒形。於沿長邊方向存在之接合部位為1個之情形時，表示藉由對1片平板進行彎曲加工而形成圓筒。於沿長邊方向存在之接合部位為多個之情形時，表示對與該數量對應之片數之平板進行彎曲加工而形成多個圓弧狀材料。例如，於沿長邊方向存在之接合部位為3個之情形時，表示將3片120°之圓弧狀材料接合而形成。較佳為沿長邊方向存在之接合部位存在2個，其原因可舉出製造為最簡單。

於又一實施形態中，上述接合部位亦可沿著靶材之圓周方向存在。如圖2所示，接合部位沿圓周方向存在表示多個圓筒形材料沿長邊方向連結。例如，於沿圓周方向存在之接合部位為1個之情形時，表示將2個圓筒形材料沿著長邊方向連結。當然，於不進行此種接合之情形時，於圓周方向上亦可不存在接合部位。

接合部位之寬度於圓周方向上及長邊方向上均並無特別限定，亦可為1 mm～15 mm。寬度之上限值較佳為10 mm以下，亦可進而較佳為5 mm以下。寬度之下限值較佳為2 mm以上，亦可進而較佳為3 mm以上。藉由寬度為10 mm以下，可極力減小因粗大之晶粒造成之不良影響。又，藉由寬度為1 mm以上，可確保接著強度及／或避免內部孔隙。

2 . 製造方法於一實施形態中，本揭示之發明係關於一種濺鍍靶之製造方法。上述方法至少包括以下之步驟。 藉由對1個或多個平板材料進行彎曲加工而形成圓筒形之步驟；及 將上述材料之端部彼此焊接之步驟。 以下，進行詳細說明。

2 － 1 . 平板材料以下，以鈦為例進行說明。首先，藉由熔解法準備鈦鑄錠。鈦鑄錠之純度為3N（99.9質量%）以上，較佳為4N（99.99質量%）以上，更佳為4N5（99.995質量%）以上，進而較佳為5N（99.999質量%）以上，最佳為5N5（99.9995質量%）以上。

然後，對鑄錠進行壓實鍛造而製作小胚，將該小胚切斷而製作平板材料。或者，亦可於不對鑄錠進行壓實鍛造之情況下將鑄錠切斷而製作平板材料。然後，將平板材料於室溫～400℃（例如300℃）下進行冷軋而加工成期望之厚度。作為冷軋之條件，壓延率為30%～95%，較佳為50%以上，進而較佳為70%以上。作為上限值，較佳為90%以下，進而較佳為85%以下。又，較佳為壓延時之溫度低於下述該壓延後之熱處理之溫度。

冷軋後，進行熱處理。於對壓延板進行熱處理之情形時，熱處理溫度越低，則結晶粒徑越傾向於微細化。作為熱處理條件，溫度為200℃～550℃，較佳為350℃以上，進而較佳為400℃以上。作為上限值，較佳為550℃以下，進而較佳為500℃以下。作為熱處理時間，為0.25小時～3小時，較佳為0.25小時以上，進而較佳為0.5小時以上。作為上限值，較佳為2小時以下，進而較佳為1小時以下。藉由在上述條件下進行熱處理，可獲得具有期望之晶粒之平板材料。

2 － 2 . 彎曲加工上述平板材料可藉由適當進行切斷而精加工為矩形（圖1 10）。然後，將平板材料彎曲加工成圓弧狀（圖1 20）。作為加工手段，可利用使用圓柱狀模具之壓製加工等公知之手段。

又，為了於進行焊接時可與其他端部無間隙地接合，亦可於進行彎曲加工前及／或進行彎曲加工後，對平板之端部進行適當研磨。

彎曲加工成圓弧狀時之角度並無特別限定。但，較佳為半圓形（即180°）。作為其原因，可舉出與以其他角度進行彎曲加工之情形相比更容易進行組裝及更容易進行下述接合。

2 － 3 . 接合方法藉由上述方法獲得彎曲加工成圓弧狀之材料後，準備多個該材料而組裝成圓筒形。例如，將彎曲加工成半圓形之2片材料組裝成圓筒形（圖1 30）。

然後，將材料之端部彼此焊接，藉此可精加工為一體化之圓筒形（圖1 40）。作為焊接之手段，可列舉電子束焊接、雷射光束焊接、電漿焊接等，但並不限定於該等。較佳之焊接手段為電子束焊接。其原因在於：雖然於焊接時會對材料賦予熱，但可縮小受到熱影響之範圍。而且，因可縮小受到熱影響之範圍，故可縮小晶粒粗大化之範圍。關於電子束焊接之條件，並無特別限定，可於公知之條件下進行焊接。

又，須注意並非必須準備多個平板材料以組裝成圓筒形。例如，即便為1片平板材料，亦可藉由以繞圓筒形模具之周圍1周之方式進行彎曲加工（然後，藉由將端部焊接）來加工成圓筒形。

藉由以上之步驟，可獲得靶材。該靶材由於係使原本以平板之形式存在之材料的端部彼此一體化而成，因此接合部位會沿著圓筒形之長邊方向呈直線狀存在。而且，存在與平板材料之片數相應之數量的接合部位（例如，於由2片平板材料形成之情形時，為2個接合部位）。

2 － 4 . 長邊方向之組裝藉由反覆進行上述彎曲加工步驟及焊接步驟，可獲得多個圓筒形靶材。亦可使多個圓筒形靶材（圖2 50）沿著長邊方向接合並進行焊接。藉此，可獲得於長邊方向上尺寸擴大之圓筒形靶材（圖2 60）。又，於以此方式進行焊接之情形時，可沿著圓周方向形成接合部位。

2 － 5 . 基材及接合層亦可使上述靶材與基材（背管）接合。藉此，可獲得具備基材及靶材之濺鍍靶。又，亦可藉由使用焊料等進行接合，而於基材與靶材之間形成接合層。

3. 濺鍍靶之利用上述濺鍍靶可用於形成薄膜。雖可使用濺鍍作為形成薄膜之手段，但濺鍍之條件並無特別限定，可於該領域中設定之條件下進行濺鍍。 [實施例]

（實施例1） 準備2片由純度4N5以上之鈦構成之平板（氧含量為180質量ppm）。利用光學顯微鏡觀察並測定該等平板之粒徑，結果均為8 μm。

然後，將該等平板彎曲加工成半圓形。然後，藉由電子束焊接將端部彼此焊接而形成為圓筒形。

然後，利用光學顯微鏡觀察焊接部分及非焊接部分之結晶組織。首先，於圖3中示出非焊接部分之結晶組織。於非焊接部分，在厚度之外側（Top）、中央（Mid）及內側（Btm）中之任一者中，均具有相同之結晶組織。結晶粒徑（G.S）亦與彎曲加工前相同，為8 μm。即，未見到因彎曲加工以後之步驟造成之影響。

然後，於圖4中示出焊接部分之結晶組織。於微細粒部分（Fine grain part）與電子束焊接部分（EB Welding part）之間產生清晰之邊界。而且，焊接部分與微細組織相比，晶粒粗大化。

（實施例2） 除了適當變更鍛造及壓延之條件以外，以與實施例1相同之方式進行彎曲加工及焊接，使其形成為圓筒形。再者，該平板實質上僅平均粒徑與實施例1不同。 然後，利用光學顯微鏡觀察非焊接部分之結晶組織。將其結晶組織示於圖5。如上所述，藉由利用光學顯微鏡（區域200 μm×200 μm）之觀察，藉由切斷法測定非焊接部分之結晶粒徑，結果結晶粒徑與彎曲加工前相同，為9.6 μm。

（實施例3） 除了適當變更鍛造及壓延之條件以外，以與實施例1相同之方式進行彎曲加工及焊接，使其形成為圓筒形。再者，該平板實質上僅平均粒徑與實施例1不同。 然後，利用光學顯微鏡觀察非焊接部分之結晶組織。將其結晶組織示於圖6。如上所述，藉由利用光學顯微鏡（區域200 μm×200 μm）之觀察，藉由切斷法測定非焊接部分之結晶粒徑，結果結晶粒徑與彎曲加工前相同，為4.1 μm。

以上，對本揭示之發明之具體實施形態進行了說明。上述實施形態僅為具體例，本發明並不限定於上述實施形態。例如，上述實施形態之一所揭示之技術特徵可應用於其他實施形態。又，只要未特別說明，則關於特定之方法，亦可將一部分之步驟與其他步驟之順序進行調換，亦可於特定之2個步驟之間追加另外之步驟。本發明之範圍係由申請專利範圍規定。

10:矩形 20:圓弧狀 30:圓筒形 40:一體化之圓筒形 50:多個圓筒形靶材 60:於長邊方向上尺寸擴大之圓筒形靶材

[圖1]表示一實施形態中之圓筒形濺鍍靶之製造步驟的一部分。 [圖2]表示一實施形態中之圓筒形濺鍍靶之製造步驟的一部分。 [圖3]表示一實施形態中之圓筒形濺鍍靶之組織。 [圖4]表示一實施形態中之圓筒形濺鍍靶之組織。 [圖5]表示一實施形態中之圓筒形濺鍍靶之組織。 [圖6]表示一實施形態中之圓筒形濺鍍靶之組織。

10:矩形 20:圓弧狀 30:圓筒形 40:一體化之圓筒形

Claims (6)

1. 一種圓筒形濺鍍靶，其至少具備靶材，該靶材之材質為Ti、Nb、Ta、Cu、Co、Ti合金、Nb合金、Ta合金、Cu合金或Co合金，結晶粒徑為9.6μm以下，接合部位存在至少1個，該接合部位為靶材之部分彼此接合的部位，滿足以下之(1)及/或(2)，該接合部位之寬度為1mm~15mm，(1)接合部位沿著該圓筒形濺鍍靶之長邊方向存在，(2)接合部位沿著該圓筒形濺鍍靶之圓周方向存在。
2. 如請求項1之圓筒形濺鍍靶，其中，該靶材之材質為Ti。
3. 一種請求項1或2之圓筒形濺鍍靶之製造方法，其包括下述步驟：對1片或多片平板材料進行彎曲加工之步驟；及將該經彎曲加工之材料的端部彼此焊接之步驟。
4. 如請求項3之圓筒形濺鍍靶之製造方法，其中，該進行彎曲加工之步驟包括藉由對1片平板材料進行彎曲加工而形成圓筒形。
5. 如請求項3之圓筒形濺鍍靶之製造方法，其中，該進行彎曲加工之步驟包括藉由對多片平板材料進行彎曲加工而形成多個圓弧狀材料，且該進行焊接之步驟包括將該多個圓弧狀材料焊接而形成圓筒形。
6. 如請求項3至5中任一項之圓筒形濺鍍靶之製造方法，其進而包括將多個圓筒形材料沿長邊方向焊接之步驟。