专利名称：钽溅射靶及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种可以使膜的均匀性(一致性)良好，可以提高溅射成膜的质量的钽溅射靶，以及一种通过对熔融铸造的钽锭或坯段进行锻造、退火、轧制加工、热处理等，制造具有上述特性的钽溅射靶的方法。
背景技术：
近年来，在电子领域、耐腐蚀性材料及装饰领域、催化剂领域、切削·研磨材料以及耐磨损材料制造等众多的领域使用形成金属或者陶瓷材料等的被膜的溅射法。
溅射法本身在上述领域是周知的方法，但最近，特别是在电子领域，要求适合形成复杂形状的被膜或形成电路的钽溅射靶。
一般此钽靶，是对电子束熔融·铸造钽原料得到的锭或坯段进行锻造、退火(热处理)，再进行轧制及成品加工(机械加工、研磨等)，而被加工成靶的。
在这种制造工序中，锭或坯段的锻造破坏了铸造组织，使气孔和偏析扩散、消失，再通过对其进行退火处理而重结晶，可以提高组织的致密性和强度。
一般熔融铸造的锭或坯段具有50μm左右的结晶粒径。通过锭或坯段的锻造和重结晶退火处理，破坏铸造组织，虽然得到大致均匀且微细(100μm以下)的晶粒，但有此粗大结晶一直存在直至成品的问题。
一般在实施溅射时，靶的结晶越是微细均匀，越可以达到大致均匀的成膜，越可以得到具有稳定特性的膜。
因此，锻造、轧制以及其后的退火处理中产生的靶中不规则晶粒的存在，由于使溅射速率变化，对膜的均匀性(一致性)产生影响，可能产生使溅射成膜的质量下降的问题。
而且，由于原样使用残留有变形的锻造品会引起质量的降低，因此必须尽量避免。
另一方面，如果使用磁控管溅射装置对钽靶进行溅射，只有沿磁力线的特定区域特别被侵蚀(一般沿环形进行侵蚀)，这直至溅射的终点，与侵蚀进行的同时，逐渐变得不平坦。
在特别进行侵蚀的部分，靶的表面积增加，与其他区域的表面积的差变得显著。此表面积的差异成为溅射速率的差异，在面对表面积增加，溅射集中的部分的位置的基板(薄片)部分，膜较厚形成，相反在溅射少的部分，处于较薄形成的倾向。
这不仅在一张薄片上形成不均匀的膜，还出现从被溅射的多张薄片的初期开始到终端，膜的厚度发生变动的问题。即溅射成膜的一致性降低。
作为改善这种溅射成膜的一致性的方法，一般提出尽量使组织均匀，特别是在靶的厚度方向的整体上使结晶方向一致的观点。然而，存在只使结晶方向一致不能解决上述的表面积变动引起的溅射膜一致性降低的问题。
作为以往的钽溅射靶或者高纯度钽的制造方法，公开了一种高纯度钽的制造方法，其包括将含有500ppm以下的金属杂质的钽溅射靶和K2TaF7溶解，使其高纯度化的工序；使高纯度化的K2TaF7与还原剂反应，得到钽粉末的工序；使此钽粉末在容器内与碘反应的工序(例如参照下述专利文献1)。
另外，还公开了通过轧制以及锻造工序制造的，具有(100)的等轴晶体构造，并且最大粒径在50微米以下的99.95质量％钽溅射靶(例如参照下述专利文献2)。
而且，公开了具有可进行均匀的溅射的微细构造的高纯度的溅射靶，特别是平均粒径在100μm以下，在靶的厚度方向上均匀并且(111)<uvw>优先取向的结晶构造的高纯度钽靶(例如参照特许文献3)。
专利文献1特表2002-516918号公报专利文献2特表2002-518593号公报专利文献3美国专利第6331233号发明内容本发明为解决上述问题，其课题在于对靶的结晶取向的组织进行改善，进而改良用于制造此被改善的靶的锻造工序、轧制工序以及热处理工序，得到一种钽溅射靶，其具有如下优良特性可以使实施溅射时的膜的均匀性(一致性)变得良好，可以提高溅射成膜的质量；以及得到一种可以稳定制造该靶的方法。
本发明提供1.一种钽溅射靶，其特征在于从靶厚度的30％位置向靶的中心面，具有(222)取向优先的结晶组织。
2.一种钽溅射靶，其特征在于从靶厚度的20％位置向靶的中心面，具有(222)取向优先的结晶组织。
3.一种钽溅射靶，其特征在于从靶厚度的10％位置向靶的中心面，具有(222)取向优先的结晶组织。
4.如1～3中任一项所述的钽溅射靶，其特征在于在靶的周边部以外位置上，具有(222)取向优先的结晶组织。
5.一种钽溅射靶，其特征在于在靶的中心部以圆盘状具有(222)取向优先的结晶组织。
6.如上述1～4中任一项所述的钽溅射靶，其特征在于在靶的中心部以圆盘状具有(222)取向优先的结晶组织。
7.如上述1～6中任一项所述的钽溅射靶，其特征在于在靶的初期侵蚀部位的紧下方，或者成为溅射进行时的侵蚀部位的位置，或者这些的附近位置上，具有(222)取向优先的结晶组织。
8.一种钽溅射靶的制造方法，其特征在于对熔融铸造的钽锭或坯段进行锻造以及重结晶退火处理后，进行轧制，从靶厚度的10％位置向靶的中心面，形成(222)取向优先的结晶组织。
9.如上述8所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于在靶的周边部以外位置上，形成(222)取向优先的结晶组织。
10.如上述8或9所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于在靶的中心部以圆盘状形成(222)取向优先的结晶组织。
11.如上述8～10中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于在靶的初期侵蚀部位的紧下方，或者成为溅射进行时的侵蚀部位的位置，或者这些附近位置上，形成(222)取向优先的结晶组织。
12.如上述8～11中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于2次以上重复进行锻造以及重结晶退火处理。
13.如上述8～12中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于进行揉锻。
14.如上述8～13中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于锻造后，通过横轧和热处理加工成平板状的靶。
15.如上述8～14中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于对锭或坯段进行锻造后，以重结晶温度～1673K的温度进行重结晶退火处理。
16.如上述8～15中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于轧制后进行结晶均质化退火处理或者变形矫正退火处理。
17.如上述8～16中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于使靶的平均结晶粒径为80μm以下的微细晶粒。
18.如上述8～16中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于使靶的平均结晶粒径为30～60μm的微细晶粒。
具体实施例方式
本发明的钽溅射靶，从靶厚度的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)取向优先的结晶组织。此位置可以根据钽靶的尺寸、形状或目标成膜的条件进行适当的调节。
这正好在靶的中心部呈现(222)取向的组织圆盘状(或者凸镜状)扩展的构造，通常在靶的周边部没有(222)取向优先的组织。
这是因为，虽然也可以使(222)取向的结晶组织直至周边部都存在，但是难以通过后述的锻造以及轧制加工，以良好的成品率制造这样的靶。另外，靶的周边部侵蚀少，侵蚀直到溅射后期也不能到达，所以不会特别受到影响。
由上述靶的构造，(222)取向的结晶组织，位于靶的初期侵蚀部位的紧下方、或者成为溅射进行时的侵蚀部位的位置、或者这些位置的附近。
如上所述，在溅射开始后，侵蚀大致沿着磁力线进行，即在靶的平面上，以环形进行侵蚀，逐渐变得不平坦，在侵蚀特别进行的部分，靶的表面积增加，与其他区域的表面积的差变得显著。
此表面积的差异，成为被溅射的钽的量、即溅射速率的差异，产生在对着表面积增加，溅射集中的部分的基板(薄片)的位置或其附近，膜较厚形成，相反在溅射很少的部分较薄形成的问题，溅射膜的一致性降低。
然而，可知在靶的中心部具有(222)取向的组织圆盘状(或者凸镜状)扩展的构造的本发明的钽靶，可以显著减少这样的溅射膜的一致性的降低。也不一定已经解释了这样的现象，现进行如下说明。
即，在使用本发明的钽靶时，在初期的阶段，由于不是(222)取向的结晶组织，而是(110)、(200)、(211)为主要取向，因而以通常的溅射速度(速率)接受侵蚀。具有这样取向的钽靶，由于溅射速度比较快，可以提高生产率，反而可以说是优选的。
侵蚀通常大致沿着磁力线，在靶面以环形进行。这和以往的侵蚀没有差异，进一步接受侵蚀，侵蚀部逐渐变得不平坦。
而且，由此溅射速率在靶的平面上变化，溅射膜的均匀性降低。
而且，由于侵蚀面如上所述起伏变大，此部分上的侵蚀表面积进一步增加，具有一致性的降低加速变大的倾向。
然而，在使用本发明的钽靶时，从侵蚀进行到某种程度的途中，在侵蚀面上出现(222)取向的组织。这种(222)取向的组织与其他取向相比，具有溅射速率慢的特性。
这具有很大意义，在途中出现的(222)取向的组织具有以下作用抑制不平坦且不均匀(部分的)的侵蚀的急速进行，而且溅射速率慢的(222)取向的组织抵消随表面积增加而增加的钽的溅射量，使溅射量即溅射速率直到后期也为均匀。因此，由此起到使在基板上形成的膜的总厚以及薄片内的膜厚分布均匀，防止均匀性降低的作用。
由于靶表面的侵蚀进行到一定程度，靶的外观与以往的相比没有很大的差异。但是，可以肯定在成膜的均匀性上有很大的差异。
关于从靶厚度的何处开始配置(222)取向优先的结晶组织，可以根据靶厚、面积等的大小以及需要的成膜的条件变动，可以向靶的中心面从靶厚度的30％位置、或者厚度的20％位置或者厚度的10％位置中任意选择(222)取向。
在侵蚀进行一定程度的情况下，优选(222)取向的结晶组织。在从表面到中心部具有均匀组织的靶中，由于如上述出现表面侵蚀不均匀，反而可以说不能确保成膜的均匀性。
本发明的钽溅射靶通过以下的工序制造。如果表示其具体例，首先将钽原料(通常使用4N5N以上的高纯度钽)通过电子束熔化等进行熔化，对其进行铸造，制成锭或坯段。
接着，对此锭或坯段进行高温锻造、低温锻造、轧制、退火处理(热处理)、成品加工等一系列的加工，以使从此锭或坯段厚度的30％位置、或者厚度的20％位置、或者厚度的10％位置对着靶的中心面形成(222)取向优先的结晶组织。
此外，由此，在靶的中心部，即在靶的初期侵蚀部位的紧下方，或者成为溅射进行时的侵蚀部位的位置，或者这些的附近位置上，以圆盘状形成(222)取向优先的结晶组织。
进行锻造、重结晶退火处理、以及轧制加工，在靶的中心部形成(222)取向优先的结晶组织时，即使调整这些成形锻造、重结晶退火处理以及轧制加工条件，也难于直至靶的周边部形成(222)取向优先的结晶组织。
虽然也可以将靶的不具有(222)取向的部分切除，但是存在成品率低下的问题。然而，由于此周边部几乎不进行侵蚀，不是特别地影响成膜的部分，所以可以除此周边部外，将(222)取向形成为圆盘状。
此外，对于锻造的条件，通过2次以上重复进行锻造以及重结晶退火处理，可以高效制造具有上述组织的钽溅射靶。另外，为了形成(222)取向优先的结晶组织，需要充分的锻造，进行重复镦锻和伸锻的揉锻是很有效的。
此外，锻造后，通过进行横轧(多方向轧制)以及热处理，加工成平板状的靶，是很有效的。
作为退火处理条件，优选在对锭或坯段进行锻造之后，在重结晶温度～1673K的温度下进行重结晶退火处理。虽然可以只进行1次在重结晶温度～1673K的温度下的重结晶退火处理，但是通过重复进行2次可以更为有效地得到目标锻造组织。
由于如果退火处理温度超过1673K，温度损失增大，导致浪费，所以优选在1673K以下。
由此，可以得到一种钽溅射靶，其从靶的厚度的30％的位置、或者厚度的20％位置、或者厚度的10％位置，对着靶的中心面，具有(222)取向优先的结晶组织，而且可以制造使靶的平均结晶粒径在80μm以下，进而为30～60μm的微细晶粒的钽溅射靶。
由此，在使用本发明的靶实施溅射的情况下，可以使膜的均匀性(一致性)变得更加良好，可以提高溅射成膜的质量。
实施例以及比较例接着，对实施例进行说明。本实施例用于表示发明的一例，本发明不限定于这些实施例。即包括包含在本发明的技术思想内的其他方式以及变形。
(实施例1)将纯度为99.997％的钽原料进行电子束熔炼，对其进行铸造，使之成为长1000mm、直径φ200mm的锭。此时结晶粒径约为50μm。接着，将此锭在低温进行拉紧锻造，使之成为110mm后，进行切断，使之成为厚度100mm、直径φ110mm的坯段。将此坯段在低温进行揉锻后，在1173K的温度下进行重结晶退火处理，再进行低温揉锻，再次在1173K的温度下实施重结晶退火处理。
接着，对锻造锭进行冷轧(多方向)，在1173K进行变形矫正兼重结晶热处理，得到厚10mm、φ350mm的靶原材料，进行机械成品加工，使之成为厚6.35mm、φ320mm的靶材。
通过以上工序，可以得到从靶厚度的30％位置对着靶的中心面，具有(222)取向优先的结晶组织，且具有平均结晶粒径为45μm的微细结晶粒，均匀性良好的钽靶。如果使用此钽靶实施溅射，膜的均匀性(一致性)良好，可以提高溅射成膜的质量。其结果如表1所示。
由于薄膜电阻依存于膜厚，所以测定薄片(8英寸)内的薄膜电阻的分布，据此调查膜厚的分布状况。具体是测定薄片上的49点的薄膜电阻，算出其标准偏差(a)。
如表1所表明的那样，在实施例1中显示出，从溅射初期到后期，薄膜内电阻分布的变动少，即膜厚分布的变动少。
表1薄片(8英寸)内的薄膜电阻分布的推移(1σ)
(实施例2)将纯度为99.997％的钽原料进行电子束熔炼，对其进行铸造，使之成为长1000mm、直径φ200mm的锭。此时结晶粒径约为55μm。接着，在低温对此锭进行拉紧锻造，使之成为φ110mm之后，进行切断，制成厚度110mm、直径φ110mm的坯段。将此坯段在低温进行揉锻后，在1523K的温度下进行重结晶退火处理，再次进行低温揉锻，再次在1523K的温度下实施重结晶退火处理。
接着，对锻造锭进行冷轧(多方向)，在1523K温度进行变形矫正兼重结晶热处理，得到厚10mm、φ350mm的靶原料，进行机械成品加工，使之成为厚6.35mm、φ320mm的靶材。
通过以上工序，可以得到从靶厚的10％位置对着靶的中心面，具有(222)取向优先的结晶组织，且具有平均结晶粒径为80μm的微细结晶粒，均匀性良好的钽靶。如果使用此钽靶实施溅射，膜的均匀性(一致性)良好，可以提高溅射成膜的质量。同样将其结果在表1表示。
由于薄膜电阻依存于膜厚，所以测定薄片(8英寸)内的薄膜电阻的分布，据此调查膜厚的分布状况。具体是测定薄片上的49点的薄膜电阻，算出其标准偏差(σ)。
表1的实施例2所示的结果，是与实施例1相同，测定薄片上的49点的薄膜电阻，计算其标准偏差(a)的结果。在本实施例2中，显示出从溅射初期到后期，薄膜内电阻分布的变动少，即膜厚分布的变动少。
(实施例3)将纯度为99.997％的钽原料进行电子束熔炼，对其进行铸造，使之成为长1000mm、直径φ200mm的锭。此时结晶粒径约为55μm。接着，在低温对此锭进行拉紧锻造，使之成为φ110mm之后，进行切断，制成厚度110mm、直径φ110mm的坯段。将此坯段在低温进行揉锻后，在1373K的温度下进行重结晶退火处理，再次进行低温揉锻，再次在1373K的温度下实施重结晶退火处理。
接着，对锻造锭进行冷轧(多方向)，在1373K温度进行变形矫正兼重结晶热处理，得到厚10mm、φ350mm的靶原料，进行机械成品加工，使之成为厚6.35mm、φ320mm的靶材。
通过以上工序，可以得到从靶厚的20％位置对着靶的中心面，具有(222)取向优先的结晶组织，且具有平均结晶粒径为60μm的微细结晶粒，均匀性良好的钽靶。如果使用此钽靶实施溅射，膜的均匀性(一致性)良好，可以提高溅射成膜的质量。同样将其结果在表1表示。
表1的实施例3所示的结果，与实施例1相同，测定薄片(8英寸)上的49点的薄膜电阻的分布，计算其标准偏差(σ)的结果。在本实施例3中，显示出从溅射初期到后期，薄膜内电阻分布的变动少，即膜厚分布的变动少。
(比较例1)
将纯度为99.997％的钽原料进行电子束熔炼，对其进行铸造，使之成为长1000mm、直径φ200mm的锭。此时结晶粒径约为50μm。接着，在低温对此锭进行拉紧锻造，使之成为宽350mm、高85mm、长1000mm的矩形材，然后进行切断，制成长度80mm、宽度350mm、高度85mm的坯段。将此坯段在1173K的温度下进行重结晶退火处理后，通过在低温进行单方向轧制，将长度延长至700mm，在1173K温度进行变形矫正兼重结晶热处理，得到2张厚10mm、□350mm的靶原料，进行机械成品加工，使之成为厚6.35mm、φ320mm的靶材。
通过以上工序得到的钽靶，结晶粒径为60～120μm并变为层状，成为从靶的表面向中心部取向大致一致的钽靶。
使用这种钽靶实施溅射时，膜的均匀性(一致性)变差，导致溅射成膜的质量降低。将其结果同样在表1表示。
表1的比较例1所示的结果，是与实施例1相同，测定薄片(8英寸)上的49点的薄膜电阻，计算其标准变差(σ)的结果。在比较例1中，显示出从溅射初期到后期，薄膜内电阻分布的变动大，即膜厚分布的变动显著。
(比较例2)将纯度为99.997％的钽原料进行电子束熔炼，对其进行铸造，使之成为长1000mm、直径φ200mm的锭。此时结晶粒径约为50μm。接着，在低温对此锭进行拉紧锻造，使之成为宽350mm、高85mm、长1000mm的矩形材之后，进行切断，制成长度80mm、宽度350mm、高度85mm的坯段。
将此坯段在1373K的温度下进行重结晶退火处理后，通过在低温进行单方向轧制，将长度延长至700mm，在1373K温度进行变形矫正兼重结晶热处理，得到2张厚10mm、□350mm的靶原料，进行机械成品加工，使之成为厚6.35mm、φ320mm的靶材。
通过以上工序得到的钽靶，结晶粒径为80～150μm并变为层状，成为从靶的表面向中心部取向大致一致的钽靶。
使用这种钽靶实施溅射时，膜的均匀性(一致性)变差，导致溅射成膜的质量降低。将其结果同样在表1表示。
表1的比较例2所示的结果，是与实施例1相同，测定薄片(8英寸)上的49点的薄膜电阻，计算其标准偏差(σ)的结果。在比较例2中，显示出从溅射初期到后期，薄膜内电阻分布的变动大，即膜厚分布的变动显著。
发明效果本发明从靶的30％位置、或者厚度的20％的位置、或者厚度的10％的位置开始，向靶的中心面，设置(222)取向优先的结晶组织，在靶的中心部形成为圆盘状(凸镜状)，由此，具有使膜的均匀性(一致性)变得良好，可以提高溅射成膜质量的显著效果。
权利要求
1.一种钽溅射靶，其特征在于从靶厚度的30％位置向靶的中心面，具有(222)取向优先的结晶组织。
2.一种钽溅射靶，其特征在于从靶厚度的20％位置向靶的中心面，具有(222)取向优先的结晶组织。
3.一种钽溅射靶，其特征在于从靶厚度的10％位置向靶的中心面，具有(222)取向优先的结晶组织。
4.如权利要求1～3中任一项所述的钽溅射靶，其特征在于在靶的周边部以外位置上，具有(222)取向优先的结晶组织。
5.一种钽溅射靶，其特征在于在靶的中心部以圆盘状具有(222)取向优先的结晶组织。
6.如权利要求1～4中任一项所述的钽溅射靶，其特征在于在靶的中心部以圆盘状具有(222)取向优先的结晶组织。
7.如权利要求1～6中任一项所述的钽溅射靶，其特征在于在靶的初期侵蚀部位的紧下方，或者成为溅射进行时的侵蚀部位的位置，或者这些的附近位置上，具有(222)取向优先的结晶组织。
8.一种钽溅射靶的制造方法，其特征在于对熔融铸造的钽锭或坯段进行锻造以及重结晶退火处理后，进行轧制，从靶厚度的10％位置向靶的中心面，形成(222)取向优先的结晶组织。
9.如权利要求8所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于在靶的周边部以外位置上，形成(222)取向优先的结晶组织。
10.如权利要求8或9所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于在靶的中心部以圆盘状形成(222)取向优先的结晶组织。
11.如权利要求8～10中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于在靶的初期侵蚀部位的紧下方，或者成为溅射进行时的侵蚀部位的位置，或者这些的附近位置上，形成(222)取向优先的结晶组织。
12.如权利要求8～11中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于2次以上重复进行锻造以及重结晶退火处理。
13.如权利要求8～12中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于进行揉锻。
14.如权利要求8～13中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于锻造后，通过横轧和热处理加工成平板状的靶。
15.如权利要求8～14中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于对锭或坯段进行锻造后，以重结晶温度～1673K的温度进行重结晶退火处理。
16.如权利要求8～15中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于轧制后进行结晶均质化退火处理或者变形矫正退火处理。
17.如权利要求8～16中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于使靶的平均结晶粒径为80μm以下的微细晶粒。
18.如权利要求8～16中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于使靶的平均结晶粒径为30～60μm的微细晶粒。
全文摘要
一种从靶的厚度的10％位置，向靶的中心面，具有(222)取向优先的结晶组织的钽溅射靶，以及一种对熔融铸造的钽锭或坯段进行锻造和重结晶退火处理，然后进行轧制，形成从靶的厚度的10％位置，向靶的中心面，具有(222)取向优先的结晶组织的钽溅射靶的制造方法。可以使膜的均匀性(一致性)良好，提高溅射成膜的质量。
文档编号B21J1/02GK1659305SQ0381338
公开日2005年8月24日 申请日期2003年7月29日 优先权日2002年9月20日
发明者小田国博 申请人:株式会社日矿材料