鉭濺射靶及其製造方法
2023-05-18 11:36:21 1
專利名稱：鉭濺射靶及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種可以使膜的均勻性(一致性)良好，可以提高濺射成膜的質量的鉭濺射靶，以及一種通過對熔融鑄造的鉭錠或坯段進行鍛造、退火、軋制加工、熱處理等，製造具有上述特性的鉭濺射靶的方法。
背景技術：
近年來，在電子領域、耐腐蝕性材料及裝飾領域、催化劑領域、切削·研磨材料以及耐磨損材料製造等眾多的領域使用形成金屬或者陶瓷材料等的被膜的濺射法。
濺射法本身在上述領域是周知的方法，但最近，特別是在電子領域，要求適合形成複雜形狀的被膜或形成電路的鉭濺射靶。
一般此鉭靶，是對電子束熔融·鑄造鉭原料得到的錠或坯段進行鍛造、退火(熱處理)，再進行軋制及成品加工(機械加工、研磨等)，而被加工成靶的。
在這種製造工序中，錠或坯段的鍛造破壞了鑄造組織，使氣孔和偏析擴散、消失，再通過對其進行退火處理而重結晶，可以提高組織的緻密性和強度。
一般熔融鑄造的錠或坯段具有50μm左右的結晶粒徑。通過錠或坯段的鍛造和重結晶退火處理，破壞鑄造組織，雖然得到大致均勻且微細(100μm以下)的晶粒，但有此粗大結晶一直存在直至成品的問題。
一般在實施濺射時，靶的結晶越是微細均勻，越可以達到大致均勻的成膜，越可以得到具有穩定特性的膜。
因此，鍛造、軋制以及其後的退火處理中產生的靶中不規則晶粒的存在，由於使濺射速率變化，對膜的均勻性(一致性)產生影響，可能產生使濺射成膜的質量下降的問題。
而且，由於原樣使用殘留有變形的鍛造品會引起質量的降低，因此必須儘量避免。
另一方面，如果使用磁控管濺射裝置對鉭靶進行濺射，只有沿磁力線的特定區域特別被侵蝕(一般沿環形進行侵蝕)，這直至濺射的終點，與侵蝕進行的同時，逐漸變得不平坦。
在特別進行侵蝕的部分，靶的表面積增加，與其他區域的表面積的差變得顯著。此表面積的差異成為濺射速率的差異，在面對表面積增加，濺射集中的部分的位置的基板(薄片)部分，膜較厚形成，相反在濺射少的部分，處於較薄形成的傾向。
這不僅在一張薄片上形成不均勻的膜，還出現從被濺射的多張薄片的初期開始到終端，膜的厚度發生變動的問題。即濺射成膜的一致性降低。
作為改善這種濺射成膜的一致性的方法，一般提出儘量使組織均勻，特別是在靶的厚度方向的整體上使結晶方向一致的觀點。然而，存在只使結晶方向一致不能解決上述的表面積變動引起的濺射膜一致性降低的問題。
作為以往的鉭濺射靶或者高純度鉭的製造方法，公開了一種高純度鉭的製造方法，其包括將含有500ppm以下的金屬雜質的鉭濺射靶和K2TaF7溶解，使其高純度化的工序；使高純度化的K2TaF7與還原劑反應，得到鉭粉末的工序；使此鉭粉末在容器內與碘反應的工序(例如參照下述專利文獻1)。
另外，還公開了通過軋制以及鍛造工序製造的，具有(100)的等軸晶體構造，並且最大粒徑在50微米以下的99.95質量％鉭濺射靶(例如參照下述專利文獻2)。
而且，公開了具有可進行均勻的濺射的微細構造的高純度的濺射靶，特別是平均粒徑在100μm以下，在靶的厚度方向上均勻並且(111)uvw優先取向的結晶構造的高純度鉭靶(例如參照特許文獻3)。
專利文獻1特表2002-516918號公報專利文獻2特表2002-518593號公報專利文獻3美國專利第6331233號發明內容本發明為解決上述問題，其課題在於對靶的結晶取向的組織進行改善，進而改良用於製造此被改善的靶的鍛造工序、軋制工序以及熱處理工序，得到一種鉭濺射靶，其具有如下優良特性可以使實施濺射時的膜的均勻性(一致性)變得良好，可以提高濺射成膜的質量；以及得到一種可以穩定製造該靶的方法。
本發明提供1.一種鉭濺射靶，其特徵在於從靶厚度的30％位置向靶的中心面，具有(222)取向優先的結晶組織。
2.一種鉭濺射靶，其特徵在於從靶厚度的20％位置向靶的中心面，具有(222)取向優先的結晶組織。
3.一種鉭濺射靶，其特徵在於從靶厚度的10％位置向靶的中心面，具有(222)取向優先的結晶組織。
4.如1～3中任一項所述的鉭濺射靶，其特徵在於在靶的周邊部以外位置上，具有(222)取向優先的結晶組織。
5.一種鉭濺射靶，其特徵在於在靶的中心部以圓盤狀具有(222)取向優先的結晶組織。
6.如上述1～4中任一項所述的鉭濺射靶，其特徵在於在靶的中心部以圓盤狀具有(222)取向優先的結晶組織。
7.如上述1～6中任一項所述的鉭濺射靶，其特徵在於在靶的初期侵蝕部位的緊下方，或者成為濺射進行時的侵蝕部位的位置，或者這些的附近位置上，具有(222)取向優先的結晶組織。
8.一種鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於對熔融鑄造的鉭錠或坯段進行鍛造以及重結晶退火處理後，進行軋制，從靶厚度的10％位置向靶的中心面，形成(222)取向優先的結晶組織。
9.如上述8所述的鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於在靶的周邊部以外位置上，形成(222)取向優先的結晶組織。
10.如上述8或9所述的鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於在靶的中心部以圓盤狀形成(222)取向優先的結晶組織。
11.如上述8～10中任一項所述的鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於在靶的初期侵蝕部位的緊下方，或者成為濺射進行時的侵蝕部位的位置，或者這些附近位置上，形成(222)取向優先的結晶組織。
12.如上述8～11中任一項所述的鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於2次以上重複進行鍛造以及重結晶退火處理。
13.如上述8～12中任一項所述的鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於進行揉鍛。
14.如上述8～13中任一項所述的鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於鍛造後，通過橫軋和熱處理加工成平板狀的靶。
15.如上述8～14中任一項所述的鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於對錠或坯段進行鍛造後，以重結晶溫度～1673K的溫度進行重結晶退火處理。
16.如上述8～15中任一項所述的鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於軋制後進行結晶均質化退火處理或者變形矯正退火處理。
17.如上述8～16中任一項所述的鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於使靶的平均結晶粒徑為80μm以下的微細晶粒。
18.如上述8～16中任一項所述的鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於使靶的平均結晶粒徑為30～60μm的微細晶粒。
具體實施例方式
本發明的鉭濺射靶，從靶厚度的30％位置、或者靶厚度的20％位置、或者靶厚度的10％位置，向靶的中心面，具有(222)取向優先的結晶組織。此位置可以根據鉭靶的尺寸、形狀或目標成膜的條件進行適當的調節。
這正好在靶的中心部呈現(222)取向的組織圓盤狀(或者凸鏡狀)擴展的構造，通常在靶的周邊部沒有(222)取向優先的組織。
這是因為，雖然也可以使(222)取向的結晶組織直至周邊部都存在，但是難以通過後述的鍛造以及軋制加工，以良好的成品率製造這樣的靶。另外，靶的周邊部侵蝕少，侵蝕直到濺射後期也不能到達，所以不會特別受到影響。
由上述靶的構造，(222)取向的結晶組織，位於靶的初期侵蝕部位的緊下方、或者成為濺射進行時的侵蝕部位的位置、或者這些位置的附近。
如上所述，在濺射開始後，侵蝕大致沿著磁力線進行，即在靶的平面上，以環形進行侵蝕，逐漸變得不平坦，在侵蝕特別進行的部分，靶的表面積增加，與其他區域的表面積的差變得顯著。
此表面積的差異，成為被濺射的鉭的量、即濺射速率的差異，產生在對著表面積增加，濺射集中的部分的基板(薄片)的位置或其附近，膜較厚形成，相反在濺射很少的部分較薄形成的問題，濺射膜的一致性降低。
然而，可知在靶的中心部具有(222)取向的組織圓盤狀(或者凸鏡狀)擴展的構造的本發明的鉭靶，可以顯著減少這樣的濺射膜的一致性的降低。也不一定已經解釋了這樣的現象，現進行如下說明。
即，在使用本發明的鉭靶時，在初期的階段，由於不是(222)取向的結晶組織，而是(110)、(200)、(211)為主要取向，因而以通常的濺射速度(速率)接受侵蝕。具有這樣取向的鉭靶，由於濺射速度比較快，可以提高生產率，反而可以說是優選的。
侵蝕通常大致沿著磁力線，在靶面以環形進行。這和以往的侵蝕沒有差異，進一步接受侵蝕，侵蝕部逐漸變得不平坦。
而且，由此濺射速率在靶的平面上變化，濺射膜的均勻性降低。
而且，由於侵蝕面如上所述起伏變大，此部分上的侵蝕表面積進一步增加，具有一致性的降低加速變大的傾向。
然而，在使用本發明的鉭靶時，從侵蝕進行到某種程度的途中，在侵蝕面上出現(222)取向的組織。這種(222)取向的組織與其他取向相比，具有濺射速率慢的特性。
這具有很大意義，在途中出現的(222)取向的組織具有以下作用抑制不平坦且不均勻(部分的)的侵蝕的急速進行，而且濺射速率慢的(222)取向的組織抵消隨表面積增加而增加的鉭的濺射量，使濺射量即濺射速率直到後期也為均勻。因此，由此起到使在基板上形成的膜的總厚以及薄片內的膜厚分布均勻，防止均勻性降低的作用。
由於靶表面的侵蝕進行到一定程度，靶的外觀與以往的相比沒有很大的差異。但是，可以肯定在成膜的均勻性上有很大的差異。
關於從靶厚度的何處開始配置(222)取向優先的結晶組織，可以根據靶厚、面積等的大小以及需要的成膜的條件變動，可以向靶的中心面從靶厚度的30％位置、或者厚度的20％位置或者厚度的10％位置中任意選擇(222)取向。
在侵蝕進行一定程度的情況下，優選(222)取向的結晶組織。在從表面到中心部具有均勻組織的靶中，由於如上述出現表面侵蝕不均勻，反而可以說不能確保成膜的均勻性。
本發明的鉭濺射靶通過以下的工序製造。如果表示其具體例，首先將鉭原料(通常使用4N5N以上的高純度鉭)通過電子束熔化等進行熔化，對其進行鑄造，製成錠或坯段。
接著，對此錠或坯段進行高溫鍛造、低溫鍛造、軋制、退火處理(熱處理)、成品加工等一系列的加工，以使從此錠或坯段厚度的30％位置、或者厚度的20％位置、或者厚度的10％位置對著靶的中心面形成(222)取向優先的結晶組織。
此外，由此，在靶的中心部，即在靶的初期侵蝕部位的緊下方，或者成為濺射進行時的侵蝕部位的位置，或者這些的附近位置上，以圓盤狀形成(222)取向優先的結晶組織。
進行鍛造、重結晶退火處理、以及軋制加工，在靶的中心部形成(222)取向優先的結晶組織時，即使調整這些成形鍛造、重結晶退火處理以及軋制加工條件，也難於直至靶的周邊部形成(222)取向優先的結晶組織。
雖然也可以將靶的不具有(222)取向的部分切除，但是存在成品率低下的問題。然而，由於此周邊部幾乎不進行侵蝕，不是特別地影響成膜的部分，所以可以除此周邊部外，將(222)取向形成為圓盤狀。
此外，對於鍛造的條件，通過2次以上重複進行鍛造以及重結晶退火處理，可以高效製造具有上述組織的鉭濺射靶。另外，為了形成(222)取向優先的結晶組織，需要充分的鍛造，進行重複鐓鍛和伸鍛的揉鍛是很有效的。
此外，鍛造後，通過進行橫軋(多方向軋制)以及熱處理，加工成平板狀的靶，是很有效的。
作為退火處理條件，優選在對錠或坯段進行鍛造之後，在重結晶溫度～1673K的溫度下進行重結晶退火處理。雖然可以只進行1次在重結晶溫度～1673K的溫度下的重結晶退火處理，但是通過重複進行2次可以更為有效地得到目標鍛造組織。
由於如果退火處理溫度超過1673K，溫度損失增大，導致浪費，所以優選在1673K以下。
由此，可以得到一種鉭濺射靶，其從靶的厚度的30％的位置、或者厚度的20％位置、或者厚度的10％位置，對著靶的中心面，具有(222)取向優先的結晶組織，而且可以製造使靶的平均結晶粒徑在80μm以下，進而為30～60μm的微細晶粒的鉭濺射靶。
由此，在使用本發明的靶實施濺射的情況下，可以使膜的均勻性(一致性)變得更加良好，可以提高濺射成膜的質量。
實施例以及比較例接著，對實施例進行說明。本實施例用於表示發明的一例，本發明不限定於這些實施例。即包括包含在本發明的技術思想內的其他方式以及變形。
(實施例1)將純度為99.997％的鉭原料進行電子束熔煉，對其進行鑄造，使之成為長1000mm、直徑φ200mm的錠。此時結晶粒徑約為50μm。接著，將此錠在低溫進行拉緊鍛造，使之成為110mm後，進行切斷，使之成為厚度100mm、直徑φ110mm的坯段。將此坯段在低溫進行揉鍛後，在1173K的溫度下進行重結晶退火處理，再進行低溫揉鍛，再次在1173K的溫度下實施重結晶退火處理。
接著，對鍛造錠進行冷軋(多方向)，在1173K進行變形矯正兼重結晶熱處理，得到厚10mm、φ350mm的靶原材料，進行機械成品加工，使之成為厚6.35mm、φ320mm的靶材。
通過以上工序，可以得到從靶厚度的30％位置對著靶的中心面，具有(222)取向優先的結晶組織，且具有平均結晶粒徑為45μm的微細結晶粒，均勻性良好的鉭靶。如果使用此鉭靶實施濺射，膜的均勻性(一致性)良好，可以提高濺射成膜的質量。其結果如表1所示。
由於薄膜電阻依存於膜厚，所以測定薄片(8英寸)內的薄膜電阻的分布，據此調查膜厚的分布狀況。具體是測定薄片上的49點的薄膜電阻，算出其標準偏差(a)。
如表1所表明的那樣，在實施例1中顯示出，從濺射初期到後期，薄膜內電阻分布的變動少，即膜厚分布的變動少。
表1薄片(8英寸)內的薄膜電阻分布的推移(1σ)
(實施例2)將純度為99.997％的鉭原料進行電子束熔煉，對其進行鑄造，使之成為長1000mm、直徑φ200mm的錠。此時結晶粒徑約為55μm。接著，在低溫對此錠進行拉緊鍛造，使之成為φ110mm之後，進行切斷，製成厚度110mm、直徑φ110mm的坯段。將此坯段在低溫進行揉鍛後，在1523K的溫度下進行重結晶退火處理，再次進行低溫揉鍛，再次在1523K的溫度下實施重結晶退火處理。
接著，對鍛造錠進行冷軋(多方向)，在1523K溫度進行變形矯正兼重結晶熱處理，得到厚10mm、φ350mm的靶原料，進行機械成品加工，使之成為厚6.35mm、φ320mm的靶材。
通過以上工序，可以得到從靶厚的10％位置對著靶的中心面，具有(222)取向優先的結晶組織，且具有平均結晶粒徑為80μm的微細結晶粒，均勻性良好的鉭靶。如果使用此鉭靶實施濺射，膜的均勻性(一致性)良好，可以提高濺射成膜的質量。同樣將其結果在表1表示。
由於薄膜電阻依存於膜厚，所以測定薄片(8英寸)內的薄膜電阻的分布，據此調查膜厚的分布狀況。具體是測定薄片上的49點的薄膜電阻，算出其標準偏差(σ)。
表1的實施例2所示的結果，是與實施例1相同，測定薄片上的49點的薄膜電阻，計算其標準偏差(a)的結果。在本實施例2中，顯示出從濺射初期到後期，薄膜內電阻分布的變動少，即膜厚分布的變動少。
(實施例3)將純度為99.997％的鉭原料進行電子束熔煉，對其進行鑄造，使之成為長1000mm、直徑φ200mm的錠。此時結晶粒徑約為55μm。接著，在低溫對此錠進行拉緊鍛造，使之成為φ110mm之後，進行切斷，製成厚度110mm、直徑φ110mm的坯段。將此坯段在低溫進行揉鍛後，在1373K的溫度下進行重結晶退火處理，再次進行低溫揉鍛，再次在1373K的溫度下實施重結晶退火處理。
接著，對鍛造錠進行冷軋(多方向)，在1373K溫度進行變形矯正兼重結晶熱處理，得到厚10mm、φ350mm的靶原料，進行機械成品加工，使之成為厚6.35mm、φ320mm的靶材。
通過以上工序，可以得到從靶厚的20％位置對著靶的中心面，具有(222)取向優先的結晶組織，且具有平均結晶粒徑為60μm的微細結晶粒，均勻性良好的鉭靶。如果使用此鉭靶實施濺射，膜的均勻性(一致性)良好，可以提高濺射成膜的質量。同樣將其結果在表1表示。
表1的實施例3所示的結果，與實施例1相同，測定薄片(8英寸)上的49點的薄膜電阻的分布，計算其標準偏差(σ)的結果。在本實施例3中，顯示出從濺射初期到後期，薄膜內電阻分布的變動少，即膜厚分布的變動少。
(比較例1)
將純度為99.997％的鉭原料進行電子束熔煉，對其進行鑄造，使之成為長1000mm、直徑φ200mm的錠。此時結晶粒徑約為50μm。接著，在低溫對此錠進行拉緊鍛造，使之成為寬350mm、高85mm、長1000mm的矩形材，然後進行切斷，製成長度80mm、寬度350mm、高度85mm的坯段。將此坯段在1173K的溫度下進行重結晶退火處理後，通過在低溫進行單方向軋制，將長度延長至700mm，在1173K溫度進行變形矯正兼重結晶熱處理，得到2張厚10mm、□350mm的靶原料，進行機械成品加工，使之成為厚6.35mm、φ320mm的靶材。
通過以上工序得到的鉭靶，結晶粒徑為60～120μm並變為層狀，成為從靶的表面向中心部取向大致一致的鉭靶。
使用這種鉭靶實施濺射時，膜的均勻性(一致性)變差，導致濺射成膜的質量降低。將其結果同樣在表1表示。
表1的比較例1所示的結果，是與實施例1相同，測定薄片(8英寸)上的49點的薄膜電阻，計算其標準變差(σ)的結果。在比較例1中，顯示出從濺射初期到後期，薄膜內電阻分布的變動大，即膜厚分布的變動顯著。
(比較例2)將純度為99.997％的鉭原料進行電子束熔煉，對其進行鑄造，使之成為長1000mm、直徑φ200mm的錠。此時結晶粒徑約為50μm。接著，在低溫對此錠進行拉緊鍛造，使之成為寬350mm、高85mm、長1000mm的矩形材之後，進行切斷，製成長度80mm、寬度350mm、高度85mm的坯段。
將此坯段在1373K的溫度下進行重結晶退火處理後，通過在低溫進行單方向軋制，將長度延長至700mm，在1373K溫度進行變形矯正兼重結晶熱處理，得到2張厚10mm、□350mm的靶原料，進行機械成品加工，使之成為厚6.35mm、φ320mm的靶材。
通過以上工序得到的鉭靶，結晶粒徑為80～150μm並變為層狀，成為從靶的表面向中心部取向大致一致的鉭靶。
使用這種鉭靶實施濺射時，膜的均勻性(一致性)變差，導致濺射成膜的質量降低。將其結果同樣在表1表示。
表1的比較例2所示的結果，是與實施例1相同，測定薄片(8英寸)上的49點的薄膜電阻，計算其標準偏差(σ)的結果。在比較例2中，顯示出從濺射初期到後期，薄膜內電阻分布的變動大，即膜厚分布的變動顯著。
發明效果本發明從靶的30％位置、或者厚度的20％的位置、或者厚度的10％的位置開始，向靶的中心面，設置(222)取向優先的結晶組織，在靶的中心部形成為圓盤狀(凸鏡狀)，由此，具有使膜的均勻性(一致性)變得良好，可以提高濺射成膜質量的顯著效果。
權利要求
1.一種鉭濺射靶，其特徵在於從靶厚度的30％位置向靶的中心面，具有(222)取向優先的結晶組織。
2.一種鉭濺射靶，其特徵在於從靶厚度的20％位置向靶的中心面，具有(222)取向優先的結晶組織。
3.一種鉭濺射靶，其特徵在於從靶厚度的10％位置向靶的中心面，具有(222)取向優先的結晶組織。
4.如權利要求1～3中任一項所述的鉭濺射靶，其特徵在於在靶的周邊部以外位置上，具有(222)取向優先的結晶組織。
5.一種鉭濺射靶，其特徵在於在靶的中心部以圓盤狀具有(222)取向優先的結晶組織。
6.如權利要求1～4中任一項所述的鉭濺射靶，其特徵在於在靶的中心部以圓盤狀具有(222)取向優先的結晶組織。
7.如權利要求1～6中任一項所述的鉭濺射靶，其特徵在於在靶的初期侵蝕部位的緊下方，或者成為濺射進行時的侵蝕部位的位置，或者這些的附近位置上，具有(222)取向優先的結晶組織。
8.一種鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於對熔融鑄造的鉭錠或坯段進行鍛造以及重結晶退火處理後，進行軋制，從靶厚度的10％位置向靶的中心面，形成(222)取向優先的結晶組織。
9.如權利要求8所述的鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於在靶的周邊部以外位置上，形成(222)取向優先的結晶組織。
10.如權利要求8或9所述的鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於在靶的中心部以圓盤狀形成(222)取向優先的結晶組織。
11.如權利要求8～10中任一項所述的鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於在靶的初期侵蝕部位的緊下方，或者成為濺射進行時的侵蝕部位的位置，或者這些的附近位置上，形成(222)取向優先的結晶組織。
12.如權利要求8～11中任一項所述的鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於2次以上重複進行鍛造以及重結晶退火處理。
13.如權利要求8～12中任一項所述的鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於進行揉鍛。
14.如權利要求8～13中任一項所述的鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於鍛造後，通過橫軋和熱處理加工成平板狀的靶。
15.如權利要求8～14中任一項所述的鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於對錠或坯段進行鍛造後，以重結晶溫度～1673K的溫度進行重結晶退火處理。
16.如權利要求8～15中任一項所述的鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於軋制後進行結晶均質化退火處理或者變形矯正退火處理。
17.如權利要求8～16中任一項所述的鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於使靶的平均結晶粒徑為80μm以下的微細晶粒。
18.如權利要求8～16中任一項所述的鉭濺射靶的製造方法，其特徵在於使靶的平均結晶粒徑為30～60μm的微細晶粒。
全文摘要
一種從靶的厚度的10％位置，向靶的中心面，具有(222)取向優先的結晶組織的鉭濺射靶，以及一種對熔融鑄造的鉭錠或坯段進行鍛造和重結晶退火處理，然後進行軋制，形成從靶的厚度的10％位置，向靶的中心面，具有(222)取向優先的結晶組織的鉭濺射靶的製造方法。可以使膜的均勻性(一致性)良好，提高濺射成膜的質量。
文檔編號B21J1/02GK1659305SQ0381338
公開日2005年8月24日 申請日期2003年7月29日 優先權日2002年9月20日
發明者小田國博 申請人:株式會社日礦材料