專(zhuān)利名稱(chēng)：表面缺陷少的濺射靶及其表面加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及靶表面上的裂紋、坑、脫落等表面缺陷少的濺射靶及其表面加工方法。
背景技術(shù)：
濺射法作為形成薄膜的方法，已是眾所周知的技術(shù)。其基本原理是，在氬氣等的稀薄氣體中，在形成薄膜的基板(陽(yáng)極側(cè))和與之相距不遠(yuǎn)處相對(duì)配置的由薄膜形成物質(zhì)構(gòu)成的靶(陰極側(cè))之間施加電壓，由此使氬氣等離子化，此時(shí)產(chǎn)生的氬離子碰撞作為陰極物質(zhì)的靶，其產(chǎn)生的能量使靶物質(zhì)向外部飛出(敲出)，由此，該飛出物質(zhì)在相對(duì)的基板面上形成層壓。
利用此濺射原理的薄膜形成裝置，如雙級(jí)偏壓濺射裝置、高頻濺射裝置、等離子濺射裝置等，有很多的改進(jìn)，但基本原理相同。
形成薄膜的物質(zhì)，因其成為氬離子的目標(biāo)而被稱(chēng)為靶，但由于離子的碰撞能量，構(gòu)成靶的薄膜形成物質(zhì)以原子狀或其原子集合成簇狀而在基板上層壓，所以有形成細(xì)小且致密的薄膜的特征，因此廣泛的適用于現(xiàn)階段的各種各樣的電子部件。
用于形成這種薄膜的濺射，最近要求非常完善的成膜法，使制成的薄膜缺陷少成為重大課題。
在濺射中這種缺陷的產(chǎn)生，不光因?yàn)闉R射法，由靶本身引起的也很多。作為產(chǎn)生這種由靶引起的缺陷的原因，有顆?；蚪Y(jié)核的產(chǎn)生。
本來(lái)，從靶中濺射出(飛出)的物質(zhì)附著在相對(duì)的基板上，但并不一定限于垂直濺射，而是從各個(gè)方向飛來(lái)。當(dāng)這種飛來(lái)的物質(zhì)附著在基板以外的濺射裝置內(nèi)的構(gòu)件上時(shí)，會(huì)剝落漂移而再附著在基板上。
這種物質(zhì)稱(chēng)為顆粒，但它不是本來(lái)預(yù)想的薄膜物質(zhì)，而且多以大的簇狀附著，所以，例如，在電子構(gòu)件的細(xì)小配線膜上，成為短路、產(chǎn)生次品的原因。這種顆粒產(chǎn)生的原因是靶中的物質(zhì)的飛來(lái)，也就是說(shuō)其數(shù)量的多少取決于靶的表面狀態(tài)。
而且，通常，濺射不會(huì)均勻減少靶面物質(zhì)(腐蝕)，而由于構(gòu)成物質(zhì)和濺射裝置的固有特性，施加電壓的方法等，使特定的區(qū)域有被腐蝕的傾向，例如被腐蝕成環(huán)狀。另外，由于靶物質(zhì)的種類(lèi)或靶的制造方法，靶上殘存了很多粒狀的突起物質(zhì)，形成所謂的稱(chēng)為結(jié)核的物質(zhì)。
因?yàn)檫@是薄膜形成物質(zhì)的一種，雖然不直接影響薄膜，但觀察到，此結(jié)核的突起上微小的弧(微弧)的產(chǎn)生，成為導(dǎo)致顆粒變大的原因。
另外，若結(jié)核大量產(chǎn)生，濺射率會(huì)變化(延緩)，成膜也變得不能控制。有時(shí)也有此粗大的結(jié)核脫落，附著在基板上的情況。
此時(shí)，結(jié)核本身就成為障礙的主要原因。因此，一旦停止濺射，就要進(jìn)行除去結(jié)核的工作。這存在降低工作效率的問(wèn)題。
最近，靶不再由均勻的物質(zhì)構(gòu)成，而多將金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他物質(zhì)混在有延展性的基質(zhì)相中使用。此時(shí)，特別是會(huì)出現(xiàn)結(jié)核或顆粒的產(chǎn)生增多的問(wèn)題。
作為現(xiàn)有技術(shù)，公開(kāi)了如下技術(shù)除去了用于高熔點(diǎn)金屬合金的濺射靶的表面上機(jī)械加工時(shí)產(chǎn)生的微小裂紋或缺陷等加工缺陷層(斷裂層)的濺射靶(參考專(zhuān)利文獻(xiàn)1)；調(diào)節(jié)濺射靶的表面粗糙度，減少殘留污染物的量、表面的氫含量及加工變質(zhì)層的厚度，膜的均勻化，抑制結(jié)核及顆粒的產(chǎn)生的技術(shù)(參考專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。
但是，對(duì)于具有不同脆性的相的濺射靶出現(xiàn)的問(wèn)題，這些技術(shù)還不能解決。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1特開(kāi)平3-257158號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2特開(kāi)平11-1766號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供一種表面缺陷少的濺射靶及其表面加工方法，該濺射靶在其富含延展性的基質(zhì)相中，存在很多金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他沒(méi)有延展性的物質(zhì)，可以改善靶表面，防止或抑制濺射時(shí)結(jié)核或顆粒的產(chǎn)生。
本發(fā)明提供1)一種表面缺陷少的濺射靶，其特征在于，在富含延展性的基質(zhì)相中，金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他沒(méi)有延展性的物質(zhì)存在的體積比為1～50％的靶表面上，不存在由于機(jī)械加工引起的10μm以上的缺陷。
2)根據(jù)1)所述的濺射靶，其特征在于，在富含延展性的基質(zhì)相中，金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他沒(méi)有延展性的物質(zhì)至少具有0.5～50μm大小的平均粒徑。
3)根據(jù)1)或2)所述的濺射靶，其特征在于，富含延展性的基質(zhì)相的維氏硬度在400以下，金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他沒(méi)有延展性的物質(zhì)的維氏硬度在400以上，其硬度差至少為1.5倍。
另外，本發(fā)明還提供4)表面缺陷少的濺射靶的表面加工方法，其特征在于，對(duì)在富含延展性的基質(zhì)相中，金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他沒(méi)有延展性的物質(zhì)存在的體積比為1～50％的靶表面，先通過(guò)切削進(jìn)行粗加工，接著通過(guò)研磨進(jìn)行精加工。
5)根據(jù)4)所述的濺射靶的表面加工方法，其特征在于，通過(guò)切削進(jìn)行粗加工時(shí)，從靶材料的表面起，以1mm～10mm的范圍切削。
6)根據(jù)4)或5)所述的濺射靶的表面加工方法，其特征在于，通過(guò)研磨進(jìn)行精加工時(shí)，從經(jīng)過(guò)切削的粗加工后的表面起，以1μm～50μm的范圍研磨。
7)根據(jù)4)～6)中任一項(xiàng)所述的濺射靶的表面加工方法，其特征在于，用#80～#400的粗磨粒的砂紙或磨石研磨。
8)根據(jù)4)～7)中任一項(xiàng)所述的濺射靶的表面加工方法，其特征在于，通過(guò)使用車(chē)刀或切片的車(chē)床加工進(jìn)行切削。
9)根據(jù)4)～8)中任一項(xiàng)所述的濺射靶的表面加工方法，其特征在于，在富含延展性的基質(zhì)相中，金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他沒(méi)有延展性的物質(zhì)至少具有0.5～50μm大小的平均粒徑。
10)根據(jù)4)～9)中任一項(xiàng)所述的濺射靶的表面加工方法，其特征在于，富含延展性的基質(zhì)相的維氏硬度在400以下，金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他沒(méi)有延展性的物質(zhì)的維氏硬度在400以上，其硬度差至少為1.5倍。
發(fā)明效果本發(fā)明通過(guò)對(duì)在富含延展性的基質(zhì)相中，金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他沒(méi)有延展性的物質(zhì)存在的體積比為1～50％的靶表面，先通過(guò)切削進(jìn)行粗加工，接著通過(guò)研磨進(jìn)行精加工，可以得到裂紋、坑、脫落等表面缺陷少的濺射靶，用該濺射靶濺射，具有如下優(yōu)異的效果，10μm以上的缺陷實(shí)際上沒(méi)有，表面粗糙度改善，而且顆粒的產(chǎn)生及靶使用后結(jié)核的產(chǎn)生顯著減少。
具體實(shí)施例方式
成為本發(fā)明的表面加工對(duì)象的靶，是富含延展性的基質(zhì)相和體積比為它的1～50％的金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他沒(méi)有延展性的物質(zhì)混在一起組成的靶。
對(duì)這種混入了沒(méi)有延展性的物質(zhì)的靶材料，例如，若通過(guò)車(chē)刀進(jìn)行切削加工，以存在金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他沒(méi)有延展性的物質(zhì)的場(chǎng)所為起點(diǎn)，形成裂紋、因脫落引起的坑、某些場(chǎng)合碎片殘留在坑中而成的該形狀的瑕疵。
即使平均粒徑大小為0.5～50μm以上的沒(méi)有延展性的材料部分均勻且細(xì)致的分散，這樣的表面缺陷也很容易發(fā)生。另外，若測(cè)定此時(shí)的硬度，富含延展性的基質(zhì)相的維氏硬度在400以下，金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他沒(méi)有延展性的物質(zhì)的維氏硬度在400以上，其硬度差多為1.5倍。
因此，此時(shí)，本發(fā)明的表面加工方法發(fā)揮特殊的效用。
本發(fā)明通過(guò)切削加工進(jìn)行粗加工，從靶材料的表面起，優(yōu)選切削1mm～10mm的范圍的粗加工后，通過(guò)研磨進(jìn)行精加工。切削范圍為1mm～10mm是為了有效的除去之前形成的靶材料表面的缺陷。優(yōu)選通過(guò)使用車(chē)刀或切片的車(chē)床加工進(jìn)行切削。
如上所述，此磨削加工(粗加工)會(huì)產(chǎn)生的裂紋、因脫落引起的坑等缺陷，但例如，可用#80～#400的粗磨粒的砂紙或磨石將其研磨。由此，形成消除上述的裂紋、因脫落引起的坑等缺陷的平滑的靶表面。
#80～#400的粗磨粒的砂紙或磨石，能夠很有效的除去以金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他沒(méi)有延展性的物質(zhì)為起點(diǎn)的由于切削加工而產(chǎn)生的缺陷，是制作具有富含延展性的基質(zhì)相的平滑的面的最適范圍。此時(shí)，沒(méi)有必要進(jìn)行鏡面研磨，只要能除去裂紋的脫落、坑即可。
制作平滑且沒(méi)有裂紋、因脫落引起的坑等表面缺陷的靶時(shí)，可以考慮一開(kāi)始就對(duì)靶材料用#80～#400的粗磨粒的砂紙或磨石進(jìn)行研磨。但是，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)研磨加工所需時(shí)間延長(zhǎng)，和維持富含延展性的基質(zhì)物質(zhì)附著在磨石上所需的磨石的頻率增加的問(wèn)題。
另外，特別是手工進(jìn)行研磨加工時(shí)，即使表面粗糙度沒(méi)有差別，也容易導(dǎo)致外周和中心被更多的研磨，出現(xiàn)靶表面上產(chǎn)生浮凸的問(wèn)題。因此，不進(jìn)行磨削加工只進(jìn)行研磨加工的靶表面加工方法在現(xiàn)實(shí)中不能實(shí)施。
本發(fā)明對(duì)靶表面先通過(guò)切削進(jìn)行粗加工，接著通過(guò)研磨進(jìn)行精加工而得到的濺射靶，如后述的實(shí)施例所示，得到如下的效果，實(shí)際上沒(méi)有10μm以上的缺陷，表面粗糙度改善，而且顆粒的產(chǎn)生及靶使用后結(jié)核的產(chǎn)生顯著減少。
實(shí)施例下面對(duì)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)然，本實(shí)施例是為了說(shuō)明發(fā)明的一個(gè)例子，本發(fā)明并不受這些實(shí)施例的限制。
實(shí)施例1在本實(shí)施例1中，使用以Co、Cr、Pt、B為原料，在熔融及軋制的制造條件下制造的靶，通過(guò)用車(chē)床切削進(jìn)行粗加工，接著用#280的砂紙進(jìn)行10分鐘的研磨加工。
然后，使用該靶，在1.5Pa的Ar環(huán)境中，以30w/cm2的DC濺射條件在基板上形成濺射膜。
此時(shí)，10μm以上的缺陷密度、平均表面粗糙度、使用后的結(jié)核數(shù)、顆粒數(shù)以及表面加工條件如表1所示。
另外，磨削加工后的靶的表面狀態(tài)及研磨加工后的靶的表面狀態(tài)的顯微鏡照片如
圖1及圖2所示。認(rèn)為圖1有大量的裂紋、因脫落引起的坑等缺陷。但研磨后的圖2則認(rèn)為完全沒(méi)有表面缺陷。
表1
加工法1切削加工+研磨加工；加工法2只有切削加工；加工法3只有研磨加工在比較例4中，靶的研磨面上有浮凸。
實(shí)施例2在本實(shí)施例2中，使用與實(shí)施例1一樣的，以Co、Cr、Pt、B為原料，在熔融及軋制的制造條件下制造的靶，通過(guò)用車(chē)床切削進(jìn)行粗加工，接著用#400的砂紙進(jìn)行30分鐘的研磨加工。
使用該靶，與實(shí)施例1一樣進(jìn)行濺射，檢查10μm以上的缺陷密度、平均表面粗糙度、使用后的結(jié)核數(shù)、顆粒數(shù)。該結(jié)果同樣如表1所示。
另外，用顯微鏡觀察磨削加工后的靶的表面狀態(tài)及研磨加工后的靶的表面狀態(tài)。認(rèn)為在磨削加工后的靶表面上，有大量的裂紋、因脫落引起的坑等缺陷。但研磨后的靶與實(shí)施例1一樣，認(rèn)為完全沒(méi)有表面缺陷。
比較例1比較例1與實(shí)施例1一樣，使用以Co、Cr、Pt、B為原料，在熔融及軋制的制造條件下制造的靶，通過(guò)用車(chē)床切削進(jìn)行粗加工。此時(shí)的進(jìn)入量為0.5mm。此后不進(jìn)行研磨加工。
使用該靶，與實(shí)施例1一樣進(jìn)行濺射，檢查10μm以上的缺陷密度、平均表面粗糙度、使用后的結(jié)核數(shù)、顆粒數(shù)。該結(jié)果同樣如表1所示。
另外，用顯微鏡觀察磨削加工后的靶的表面狀態(tài)時(shí)，認(rèn)為在磨削加工后的靶表面上，有大量的裂紋、因脫落引起的坑等缺陷，10μm以上的缺陷密度增大。結(jié)核數(shù)及顆粒數(shù)也增多。
比較例2比較例2除通過(guò)車(chē)床切削進(jìn)行粗加工時(shí)的進(jìn)入量為0.1mm外，其他條件均與比較例1相同。不實(shí)施研磨加工。
使用該靶，與實(shí)施例1一樣進(jìn)行濺射，檢查10μm以上的缺陷密度、平均表面粗糙度、使用后的結(jié)核數(shù)、顆粒數(shù)。該結(jié)果同樣如表1所示。
另外，用顯微鏡觀察磨削加工后的靶的表面狀態(tài)時(shí)，認(rèn)為在磨削加工后的靶表面上，有大量的裂紋、因脫落引起的坑等缺陷，10μm以上的缺陷密度增大。如表1所示，結(jié)核數(shù)及顆粒數(shù)也增多。
比較例3比較例3除通過(guò)車(chē)床切削進(jìn)行粗加工時(shí)的進(jìn)入量為0.05mm外，其他條件均與比較例1相同。不實(shí)施研磨加工。
使用該靶，與實(shí)施例1一樣進(jìn)行濺射，檢查10μm以上的缺陷密度、平均表面粗糙度、使用后的結(jié)核數(shù)、顆粒數(shù)。該結(jié)果同樣如表1所示。
另外，用顯微鏡觀察磨削加工后的靶的表面狀態(tài)時(shí)，認(rèn)為在磨削加工后的靶表面上，有大量的裂紋、因脫落引起的坑等缺陷，10μm以上的缺陷密度增大。
由于進(jìn)入量與比較例1及比較例2相比小，缺陷量稍少，但有相同的傾向。如表1所示，結(jié)核數(shù)及顆粒數(shù)也增多。
比較例4比較例4與實(shí)施例1一樣，使用以Co、Cr、Pt、B為原料，在熔融及軋制的制造條件下制造的靶，從開(kāi)始就通過(guò)手工加工進(jìn)行研磨，依次使用#80、#150、#280、#400的磨石進(jìn)行精加工。
此時(shí)，出現(xiàn)研磨加工所需時(shí)間延長(zhǎng)，和維持富含延展性的基質(zhì)物質(zhì)附著在磨石上所需的磨石的頻率增加的問(wèn)題。
另外，特別是通過(guò)手工加工進(jìn)行研磨加工時(shí)，即使表面粗糙度沒(méi)有差別，也導(dǎo)致外周和中心被更多的研磨，在靶表面上產(chǎn)生浮凸。其作為靶是有缺陷的。
如上述的實(shí)施例1-2所示，10μm以上的缺陷密度為0個(gè)/cm2，與比較例相比顯著減少。另外，平均表面粗糙度也比比較例提高。
而且，發(fā)現(xiàn)在薄膜形成中，成為特殊問(wèn)題的靶濺射后的結(jié)核數(shù)及顆粒數(shù)顯著減少。
因此，本發(fā)明的切削加工和研磨加工的表面加工方法，對(duì)于在富含延展性的基質(zhì)相中，金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他沒(méi)有延展性的物質(zhì)存在的體積比為1～50％的靶的表面加工具有優(yōu)異的效果。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明對(duì)靶表面先通過(guò)切削進(jìn)行粗加工，接著通過(guò)研磨進(jìn)行精加工，可以得到?jīng)]有裂紋、坑、脫落等缺陷的濺射靶，通過(guò)用該靶濺射，有顯著減少顆粒的產(chǎn)生及靶使用后結(jié)核的產(chǎn)生的優(yōu)異效果，因此，對(duì)在富含延展性的基質(zhì)相中，金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他沒(méi)有延展性的物質(zhì)存在的體積比為1～50％的靶特別有效。
權(quán)利要求
1.一種表面缺陷少的濺射靶，其特征在于，在富含延展性的基質(zhì)相中，金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他沒(méi)有延展性的物質(zhì)存在的體積比為1～50％的靶表面上，不存在由于機(jī)械加工引起的10μm以上的缺陷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濺射靶，其特征在于，在富含延展性的基質(zhì)相中，金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他沒(méi)有延展性的物質(zhì)至少具有0.5～50μm大小的平均粒徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的濺射靶，其特征在于，富含延展性的基質(zhì)相的維氏硬度在400以下，金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他沒(méi)有延展性的物質(zhì)的維氏硬度在400以上，其硬度差至少為1.5倍。
4.表面缺陷少的濺射靶的表面加工方法，其特征在于，對(duì)在富含延展性的基質(zhì)相中，金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他沒(méi)有延展性的物質(zhì)存在的體積比為1～50％的靶表面，先通過(guò)切削進(jìn)行粗加工，接著通過(guò)研磨進(jìn)行精加工。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的濺射靶的表面加工方法，其特征在于，通過(guò)切削進(jìn)行粗加工，從靶材料的表面起，以1mm～10mm的范圍切削。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的濺射靶的表面加工方法，其特征在于，通過(guò)研磨進(jìn)行精加工，從經(jīng)過(guò)切削的粗加工后的表面起，以1μm～50μm的范圍研磨。
7.根據(jù)權(quán)利要求4～6中任一項(xiàng)所述的濺射靶的表面加工方法，其特征在于，用#80～#400的粗磨粒的砂紙或磨石研磨。
8.根據(jù)權(quán)利要求4～7中任一項(xiàng)所述的濺射靶的表面加工方法，其特征在于，通過(guò)使用車(chē)刀或切片的車(chē)床加工進(jìn)行切削。
9.根據(jù)權(quán)利要求4～8中任一項(xiàng)所述的濺射靶的表面加工方法，其特征在于，在富含延展性的基質(zhì)相中，金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他沒(méi)有延展性的物質(zhì)至少具有0.5～50μm大小的平均粒徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求4～9中任一項(xiàng)所述的濺射靶的表面加工方法，其特征在于，富含延展性的基質(zhì)相的維氏硬度在400以下，金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他沒(méi)有延展性的物質(zhì)的維氏硬度在400以上，其硬度差至少為1.5倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及濺射靶的表面加工方法，其特征為，對(duì)在富含延展性的基質(zhì)相中，金屬間化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其他沒(méi)有延展性的物質(zhì)存在的體積比為1～50％的靶表面，先通過(guò)切削進(jìn)行粗加工，接著通過(guò)研磨進(jìn)行精加工。本發(fā)明提供可以改善存在大量沒(méi)有延展性物質(zhì)的靶表面，防止或抑制濺射時(shí)結(jié)核或顆粒的產(chǎn)生的濺射靶的表面加工方法。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1926260SQ20058000677
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2005年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月1日
發(fā)明者中村祐一郎, 久野晃 申請(qǐng)人:日礦金屬株式會(huì)社