專利名稱：含鈦濺射靶的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由含鈦燒結(jié)體構(gòu)成的濺射靶的制造方法，更詳細(xì)地，涉及ー種抑制異常放電發(fā)生的含鈦濺射靶的制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，在液晶顯示器或半導(dǎo)體裝置等的制造領(lǐng)域中，使用高熔點金屬材料與含鈦(Ti)濺射靶。例如，在液晶領(lǐng)域中，其代表為鉬(Mo)鈦合金靶，另外，在半導(dǎo)體或太陽能電池的制造領(lǐng)域中，其代表為鎢(W)鈦合金。例如專利文獻(xiàn)1中記載有一種用于形成薄膜的濺射靶，其中，在用于在基板上形成Mo合金膜的濺射靶中，其組成為含有2 50原子％的Ti，由于殘余的Mo以及不可避免的雜質(zhì)的存在，相對密度為95%以上，且抗彎強(qiáng)度為300MPa以上。另外，專利文獻(xiàn)2中記載有ー種W-Ti靶的制造方法，所述W-Ti靶是將粒徑5 μ m 以下的W粉末與氫氧化鈦粉末混合，并對得到的混合粉末進(jìn)行脫氫處理，此后在1300°C 1400°C、300kg/cm2 450kg/cm2條件下燒結(jié)，W-Ti靶只由W相及Ti相組織構(gòu)成。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1日本特開2005-29862號公報專利文獻(xiàn)1日本特開2002-256422號公報

發(fā)明內(nèi)容
上述的濺射靶主要使用粉末燒結(jié)法制造。例如，在Mo-Ti的ニ元合金中，通過在燒結(jié)過程中Mo元素與Ti元素擴(kuò)散，從而形成Mo単體相、Ti単體相、Mo-Ti合金相三種組織。 在三元以上的合金中，組織數(shù)量進(jìn)ー步増加。其中，在含Ti的濺射靶中，由于Ti的馬氏體相變產(chǎn)生的急劇的晶格變化，致使在結(jié)晶組織內(nèi)容易發(fā)生雙晶等晶格缺陷。這種晶格缺陷大多數(shù)是以板狀組織的形式在相內(nèi)發(fā)生，相內(nèi)的板狀組織的存在比例越高濺射中的異常放電次數(shù)就越多。一般而言，認(rèn)為異常放電與粒子的產(chǎn)生數(shù)量相關(guān)。因此，存在異常放電次數(shù)越多，附著在所得薄膜上的粒子就越多，從而使成品率惡化的問題。鑒于所述情況，本發(fā)明的目的在于提供一種含鈦濺射靶的制造方法，所述含鈦濺射靶可減少由晶格缺陷引起的異常放電的發(fā)生次數(shù)。本發(fā)明的一個實施方式涉及的含鈦濺射靶的制造方法包括分別制造含高熔點金屬的第一金屬粉末與含鈦的第二金屬粉末的步驟；將所述第一金屬粉末與所述第二金屬粉末混合；在695°c以上對所述第一金屬粉末與所述第二金屬粉末的混合粉末進(jìn)行加壓燒結(jié)；在500°C以上且685°C以下對燒結(jié)后的所述混合粉末進(jìn)行熱處理。


圖1是對根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的含鈦濺射靶的制造方法進(jìn)行說明的流程圖；圖2是Ti-Mo系平衡狀態(tài)的圖；圖3是通過所述濺射靶的制造方法制造的燒結(jié)體樣品的組織照片，(A)表示板狀組織為62%的樣品，(B)表示板狀組織為85%的樣品；圖4是表示板狀組織的比例與異常放電次數(shù)的關(guān)系的圖；圖5是對根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的含鈦濺射靶的制造方法進(jìn)行說明的流程圖；圖6是構(gòu)成所述濺射靶的原始塊及二次塊的簡要立體圖，㈧表示原始塊，⑶表示二次塊。附圖標(biāo)記說明PlTi相
P2Mo相
P3板狀組織
Tl原始塊
T2二次塊
P接合層
具體實施例方式本發(fā)明的一個實施方式涉及的含鈦濺射靶的制造方法包括分別制造含高熔點金屬的第一金屬粉末與含鈦的第二金屬粉末的步驟；將所述第一金屬粉末與所述第二金屬粉末混合；在695°C以上對所述第一金屬粉末與所述第二金屬粉末的混合粉末進(jìn)行加壓燒結(jié)；在500°C以上且685°C以下對燒結(jié)后的所述混合粉末進(jìn)行熱處理。所述含鈦濺射靶的制造方法中，在燒結(jié)后通過在500°C以上且685°C以下對燒結(jié)體進(jìn)行熱處理，從而減少燒結(jié)相中的板狀組織(晶格缺陷)。由此，可以得到異常放電的發(fā)生次數(shù)少的含鈦濺射靶。構(gòu)成第一金屬粉末的高熔點金屬包含鉬(Mo)、鎢(W)、鉭(Ta)等。第一金屬粉末與第二金屬粉末的混合比例無特別限制，可以以第一金屬粉末作為主成分，也可以以第二金屬粉末作為主成分。對所述混合粉末進(jìn)行加壓燒結(jié)的步驟中，還可以包括第一燒結(jié)步驟與第二燒結(jié)步驟，所述第一燒結(jié)步驟對所述混合粉末的原始塊進(jìn)行燒結(jié)，所述第二燒結(jié)步驟對使用所述混合粉末接合多個所述原始塊而成的二次塊進(jìn)行燒結(jié)。由此，可以容易地制造較大型的濺射靶。 所述第二燒結(jié)步驟可以在比所述第一燒結(jié)步驟更高的溫度下實施。由此，可以提高原始塊之間的接合強(qiáng)度，穩(wěn)定地制造二次塊。在所述燒結(jié)步驟中，在施加規(guī)定壓力的同時對所述混合粉末進(jìn)行燒結(jié)。即，所述含鈦濺射靶通過加壓燒結(jié)法來制造。由此，可以實現(xiàn)燒結(jié)體的高密度化。加壓燒結(jié)法包括熱壓法、熱等靜壓(等壓)加壓(Hot Isostatic Press, HIP)法、擠壓成形法等。以下，結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。(第一實施方式)圖1是對根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的含鈦濺射靶(以下，僅稱為濺射靶)的制造方法進(jìn)行說明的流程圖。本實施方式濺射靶的制造方法包括原料粉末的準(zhǔn)備步驟(Si)、 原料粉末的混合步驟(S2)、原料粉末的燒結(jié)步驟(S3)、燒結(jié)體的熱處理步驟(S4)。原料粉末主要使用第一金屬粉末與第二金屬粉末。第一金屬粉末是含高熔點金屬的金屬粉末，第二金屬粉末是含鈦的金屬粉末。在本實施方式中，第一金屬粉末使用含鉬 (Mo)的金屬粉末?？梢圆捎酶墒椒ɑ驖袷椒ㄖ圃斓谝唤饘俜勰┘暗讠私饘俜勰＠?，通過使用例如氫(H2)、一氧化碳(CO)、氨(NH3)等分解氣體來使氧化鉬(MoO3)還原，從而可以制造金屬鉬的細(xì)粉末。在本實施方式中，鉬粉末使用粒子尺寸約為5μπι的粉末，鈦粉末使用粒子尺寸約為45 μ m的粉末。構(gòu)成第一金屬粉末的高熔點金屬不限于鉬，也可以是鎢(W)或鉭(Ta)等，在后兩者的情況中也可以通過與前述相同的操作來制造金屬細(xì)粉末?？梢圆捎脷怏w霧化法(Atomization)制造鈦粉末。霧化法是ー種例如通過向噴嘴中流出的金屬熔液中吹入惰性氣體等，從而將熔液粉碎并使之凝固為細(xì)小的液滴的方法。通過使用惰性氣體作為冷卻氣體，從而可以抑制金屬的氧化，容易得到相對硬度低的金屬細(xì)粉末。鈦粉末的硬度可以使用70以上且250以下范圍內(nèi)的維克斯硬度(Vickers hardness)(Hv)0另外，所述第一及第ニ金屬粉末可以在制造靶之前事先制造，也可以使用市場上銷售的粉末。接著，在將制得的第一及第ニ混合粉末以規(guī)定的比例配合后，使其混合(步驟 S2)。第一金屬粉末及第ニ金屬粉末的配合比例無特別限定，可以根據(jù)所需的薄膜成分適當(dāng)設(shè)定。例如，在形成高熔點金屬薄膜的情況下，可以以第一金屬粉末為主體制造混合粉末。 在金屬粉末的混合中，可以使用各種形態(tài)的混合機(jī)。接著，將制得的混合粉末燒結(jié)成規(guī)定的形狀(步驟S3)。在本實施方式中，采用在施加規(guī)定壓力(負(fù)荷)的同時對所述混合粉末進(jìn)行燒結(jié)的加壓燒結(jié)法。加壓燒結(jié)法包含熱壓法、HIP法、擠壓成形法等，在本實施方式中，采用熱壓法。燒結(jié)體的形狀為板狀，當(dāng)然并不限定于此。并且，燒結(jié)時的壓カ為IOOMI^以上且200MPa 以下(1000 2000大氣壓)，但不限于此，也可以在20MPa以上且200MPa以下的范圍內(nèi)適
當(dāng)設(shè)定。燒結(jié)溫度設(shè)為695°C以上。在燒結(jié)溫度未達(dá)到695°C的情況下，使用一般的燒結(jié)方法無法得到高密度的燒結(jié)體。能夠獲得相對密度為95%以上的燒結(jié)體的燒結(jié)溫度例如為 700°C以上且1400°C以下，在本實施方式中，為1000°C。接著，進(jìn)行對制得的燒結(jié)體進(jìn)行熱處理的步驟(步驟S4)。所述熱處理以控制燒結(jié)相的組織為目的，在比Ti-Mo合金的共析線更低的685°C以下的溫度下在規(guī)定的時間內(nèi)對燒結(jié)體進(jìn)行退火。以下，參照圖2對所述熱處理步驟的含義進(jìn)行說明。圖2是Ti-Mo系的典型的平衡狀態(tài)圖。純Ti在約882°C具有相變點，通過加熱至該相變點以上的溫度，從而由QTi相變?yōu)棣? 。aTi的結(jié)晶結(jié)構(gòu)是密排六方結(jié)構(gòu)(close-packed hexagonal, cph), β Ti 的品體結(jié)構(gòu)是體·1L·、兄萬結(jié)構(gòu)(body-centered cubic,bcc)。由β Ti向α Ti的相變大多伴有馬氏體相變，相變前后容易發(fā)生雙晶等晶格缺陷。另ー方面，Mo的含量為約60原子％以下的Ti-Mo合金則在約695°C具有共析線。Ti-Mo合金在從共析線以上的溫度開始冷卻吋，在Ti元素與Mo元素之間產(chǎn)生對應(yīng)于成分比的共折反應(yīng)。共析反應(yīng)是向固相中析出其他相的現(xiàn)象，也包含析出的組織是鈦相的馬氏體組織的情況。鈦的馬氏體化導(dǎo)致雙晶等晶格缺陷，所述晶格缺陷表現(xiàn)為變成了板狀組織(異相)的燒結(jié)組織。眾所周知，通過燒結(jié)制造的濺射靶中，異相的存在比例越高，濺射中的異常放電次數(shù)就越多。異常放電是指在靶表面產(chǎn)生的局部性電弧放電，認(rèn)為電弧放電是粒子產(chǎn)生的主要原因之一。因此，為了穩(wěn)定形成高膜質(zhì)的薄膜，重要的是如何抑制燒結(jié)相中的板狀組織的產(chǎn)生。因此，在本實施方式中，燒結(jié)后，在685°C以下對燒結(jié)體進(jìn)行熱處理。通過所述熱處理，固相中的原子再次擴(kuò)散，從而在緩和內(nèi)部應(yīng)カ的同時實現(xiàn)組織的均勻化。進(jìn)而，可以將燒結(jié)相中的異相(板狀組織)的比例至少抑制在80%以下，并可以有效抑制由所述燒結(jié)體構(gòu)成的濺射靶在濺射時的異常放電。當(dāng)熱處理溫度超過685°C吋，由于接近共析線或超過共析線，因此不僅不減少板狀組織的比例，反倒相反地増加其比例。并且，熱處理溫度在可取得退火效應(yīng)的范圍內(nèi)可適當(dāng)設(shè)定，例如為500°C以上且685°C以下。熱處理時間可考慮到燒結(jié)溫度或生產(chǎn)率而適當(dāng)設(shè)定。熱處理時間越長減少板狀組織的效果就越明顯。例如，熱處理時間可以設(shè)為6小時以上且72小時以下，在本實施方式中為12小吋。熱處理壓カ可以是大氣壓，也可以是真空。并且，熱處理的氣氛可以設(shè)為氮或氬等惰性氣體氣氛。圖3示出了 Ti-Mo合金燒結(jié)體的組織照片。圖3㈧是板狀組織為62%的樣品的組織照片，圖3(B)是板狀組織為85%的樣品的組織照片。圖中，區(qū)域Pl是Ti相，區(qū)域P2 是Mo相，呈現(xiàn)出針狀條紋圖案的區(qū)域P3是板狀組織。另外，圖4示出了板狀組織的存在比例與異常放電次數(shù)的關(guān)系的實驗結(jié)果。實驗中，將多個不同比例的板狀組織樣品安裝于濺射裝置的陰極部，在濺射氣體為Ar、濺射壓力為0. 5Pa、濺射電カ為10. 8ff/cm2的條件下進(jìn)行濺射。由圖4的結(jié)果明確可知，隨著板狀組織比例的増加，濺射時異常放電的次數(shù)也有増加的傾向。尤其是，當(dāng)板狀組織的比例超過80%時，濺射時的異常放電次數(shù)急劇增加。眾所周知，異常放電與粒子的產(chǎn)生強(qiáng)烈相關(guān)，通過抑制異常放電，可以形成膜質(zhì)優(yōu)異的高品質(zhì)薄膜。因此，通過將燒結(jié)相中的板狀組織的比例抑制在80%以下，從而可以形成不易受到異常放電影響的穩(wěn)定的膜。如上所述，根據(jù)本實施方式，可以制造異相少的含鈦濺射靶。由此，可以抑制異常放電的發(fā)生，穩(wěn)定地制造高品質(zhì)薄膜。(第二實施方式)圖5是對根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的濺射靶的制造方法進(jìn)行說明的流程圖。本實施方式濺射靶的制造方法包括原料粉末的準(zhǔn)備步驟(Si)、原料粉末的混合步驟(S2)、原始塊的燒結(jié)步驟(S3a)、二次塊的燒結(jié)步驟(S3b)、燒結(jié)體的熱處理步驟(S4)。S卩，在本實施方式中，對Ti粉末與Mo粉末的混合粉末進(jìn)行燒結(jié)的步驟包括第一燒結(jié)步驟與第二燒結(jié)步驟，所述第一燒結(jié)步驟對所述混合粉末的原始塊進(jìn)行燒結(jié)，所述第二燒結(jié)步驟對使用所述混合粉末接合多個所述原始塊而成的二次塊進(jìn)行燒結(jié)。
本實施方式的濺射靶的制造方法中，原料粉末的燒結(jié)步驟中原始塊燒結(jié)體的制造步驟(S3a)與二次塊燒結(jié)體的制造步驟(S3b)是分開的，在這一方面上與所述第一實施方式不同。在本實施方式中，可以用于制造具有較大靶尺寸的濺射靶。圖6是通過本實施方式制造的燒結(jié)體的簡要立體圖，(A)表示原始塊Tl，(B)表示二次塊T2。原始塊Tl通過步驟Sl S3a制造。步驟Sl S3a與前述第一實施方式相同。 在本實施方式中，原始塊Tl形成為矩形板狀。二次塊T2由多個原始塊Tl的組合體構(gòu)成。各原始塊Tl之間的接合使用作為原始塊Tl的原料粉末的Ti與Mo的混合粉末。所述混合粉末在介于各原始塊Tl之間的狀態(tài)下被燒結(jié)(步驟S3b)，從而發(fā)揮使鄰接的原始塊Tl互相接合的接合層P的功能。接合層P也可以在施加了相對于鄰接的原始塊Tl的規(guī)定大小的負(fù)荷的狀態(tài)下被燒結(jié)。并且，接合層P可以預(yù)先形成為事先希望的形狀。接合層P的厚度(或?qū)挾?可以設(shè)定為任意大小，不限于圖示的例子。并且，用于形成二次塊T2的原始塊Tl的配置例子或使用塊數(shù)等也不限于圖示的例子。在本實施方式中，二次塊T2的燒結(jié)步驟中的燒結(jié)溫度被設(shè)定為比原始塊Tl的燒結(jié)溫度更高的溫度。由此，可以制造接合可靠性提高、機(jī)械性強(qiáng)度優(yōu)異的大型靶。只要可以得到要求的接合強(qiáng)度，二次塊T2的燒結(jié)溫度也可以是等于或小于原始塊Tl的燒結(jié)溫度。二次塊T2在燒結(jié)后，所述二次塊T2在685°C以下進(jìn)行熱處理(步驟S4)。所述熱處理步驟與所述第一實施方式同樣地進(jìn)行。由此，可以使固相中析出的Ti板狀組織消失， 得到異相的存在比例低的質(zhì)量好的燒結(jié)體。如上所述，根據(jù)本實施方式，也可以容易制造例如長邊的長度為Im以上的較大型濺射靶。以上，針對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限于此，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)思想可以進(jìn)行各種變形。例如，在以上的實施方式中，對Ti-Mo系濺射靶進(jìn)行了說明，但取而代之，同樣也可以適用于Ti-W系濺射靶。另外，在以上的實施方式中，在燒結(jié)步驟中使用了熱壓法，但并不限于此，也可以適用HIP法、擠壓成形法等。
權(quán)利要求
1.一種含鈦濺射靶的制造方法，其特征在干，所述方法包括分別制造含高熔點金屬的第一金屬粉末與含鈦的第二金屬粉末，將所述第一金屬粉末與所述第二金屬粉末混合，在695°c以上對所述第一金屬粉末與所述第二金屬粉末的混合粉末進(jìn)行加壓燒結(jié)，在500°C以上且685°C以下對燒結(jié)后的所述混合粉末進(jìn)行熱處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鈦濺射靶的制造方法，其特征在干，對所述混合粉末進(jìn)行燒結(jié)的步驟包括第一燒結(jié)步驟與第二燒結(jié)步驟，所述第一燒結(jié)步驟對所述混合粉末的原始塊進(jìn)行燒結(jié)，所述第二燒結(jié)步驟對使用所述混合粉末接合多個所述原始塊而成的二次塊進(jìn)行燒結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含鈦濺射靶的制造方法，其特征在干，所述第二燒結(jié)步驟在比所述第一燒結(jié)步驟更高的溫度下實施。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鈦濺射靶的制造方法，其特征在干，通過在500°C以上且 685°C以下對燒結(jié)后的所述混合粉末進(jìn)行熱處理，從而將燒結(jié)相中的板狀組織的比例抑制在80%以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鈦濺射靶的制造方法，其特征在干，所述高熔點金屬是鉬或鎢。
6.ー種含鈦濺射靶，其特征在干，所述含鈦濺射靶是通過以下步驟制造而成分別制造含高熔點金屬的第一金屬粉末與含鈦的第二金屬粉末，將所述第一金屬粉末與所述第二金屬粉末混合，在695°C以上對所述第一金屬粉末與所述第二金屬粉末的混合粉末進(jìn)行加壓燒結(jié)，并在500°C以上且685°C以下對燒結(jié)后的所述混合粉末進(jìn)行熱處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的含鈦濺射靶，其特征在干，燒結(jié)相中的板狀組織的比例在 80%以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的含鈦濺射靶，其特征在干，所述高熔點金屬是鉬或鎢。
全文摘要
本發(fā)明提供一種含鈦濺射靶的制造方法，所述含鈦濺射靶可減少由晶格缺陷引起的異常放電的發(fā)生次數(shù)。所述方法包括分別制造含高熔點金屬的第一金屬粉末與含鈦的第二金屬粉末。然后，在695℃以上對第一金屬粉末與第二金屬粉末的混合粉末進(jìn)行燒結(jié)后，在685℃以下進(jìn)行熱處理。燒結(jié)后，通過在685℃以下對燒結(jié)體進(jìn)行熱處理，從而減少燒結(jié)相中的板狀組織(晶格缺陷)。由此，可以得到異常放電的發(fā)生次數(shù)少的含鈦濺射靶。
文檔編號H01L21/28GK102597301SQ20108004848
公開日2012年7月18日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月26日
發(fā)明者新田純一, 高橋一壽 申請人:株式會社愛發(fā)科