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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems, des Ni, La und Si enthält, und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Insbesondere betrifft sie ein Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems, des dann, wenn ein Dünnfilm unter Verwendung eines Sputtertargets abgeschieden wird, die Anzahl der anfänglichen Spritzer, die in einer Anfangsstufe des Sputterns erzeugt werden, vermindert, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Eine Legierung auf Al-Basis, die einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist und leicht zu verarbeiten ist, wird in dem Gebiet der Flachbildschirmanzeigen (FPD's), wie z. B. Flüssigkristallanzeigen (LCD's), Plasmaanzeigebildschirmen (PDP's), Elektrolumineszenzanzeigen (ELD's), Feldemissionsanzeigen (FED's) und MEMS (mikroelektromechanisches System)-Anzeigen, Berührungsbildschirme und elektronischen Papiere verbreitet verwendet, und wird für Materialien für Verbindungsfilme, Elektrodenfilme und reflektierende Elektrodenfilme verwendet.
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Beispielsweise umfasst eine Flüssigkristallanzeige des aktiven Matrixtyps einen Dünnfilmtransistor (TFT), bei dem es sich um ein Schaltelement handelt, eine Pixelelektrode, die aus einem leitenden Oxidfilm besteht, und ein TFT-Substrat mit einer Verbindung, die eine Abtastleitung und eine Signalleitung aufweist. Als Verbindungsmaterial, das die Abtastleitung und die Signalleitung bildet, werden im Allgemeinen Dünnfilme verwendet, die aus einer reinen Al-Legierung oder einer Al-Nd-Legierung hergestellt sind. Wenn jedoch verschiedene Arten von Elektrodenabschnitten, die durch die Dünnfilme gebildet werden, direkt mit einer Pixelelektrode verbunden werden, wird an einer Grenzfläche isolierendes Aluminiumoxid gebildet, so dass der elektrische Kontaktwiderstand erhöht wird. Demgemäß wurde bisher eine Barrieremetallschicht, die aus einem hochschmelzenden Metall, wie z. B. Mo, Cr, Ti oder W, hergestellt ist, zwischen dem Al-Verbindungsmaterial und der Pixelelektrode angeordnet, um den elektrischen Kontaktwiderstand zu vermindern.
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In einem Verfahren des Anordnens einer Barrieremetallschicht, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, besteht jedoch ein Problem dahingehend, dass ein Herstellungsverfahren dahingehend Schwierigkeiten aufweist, dass die Herstellungskosten hoch sind.
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In diesem Zusammenhang haben die Erfinder als eine Technologie, die ohne das Anordnen einer Barrieremetallschicht das direkte Verbinden eines elektrisch leitenden Oxidfilms, der eine Pixelelektrode bildet, und eines Verbindungsmaterials ermöglicht (Direktkontakttechnologie), ein Verfahren vorgeschlagen, in dem als Verbindungsmaterial ein Dünnfilm aus einer Al-Ni-Legierung oder einer Al-Ni-Legierung, die ferner ein Seltenerdelement, wie z. B. Nd oder Y, enthält, verwendet wird (vgl.
JP 2004-214606 A ). Wenn die Al-Ni-Legierung verwendet wird, werden an einer Grenzfläche elektrisch leitende Ni-enthaltende Ausscheidungen gebildet, so dass die Erzeugung von isolierendem Aluminiumoxid gehemmt wird; demgemäß kann der elektrische Kontaktwiderstand auf einen niedrigen Wert gedrückt werden. Wenn ferner die Al-Ni-Seltenerdelement-Legierung verwendet wird, kann die Wärmebeständigkeit weiter verbessert werden.
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Wenn ein Legierungsdünnfilm auf Al-Basis gebildet wird, wird im Allgemeinen ein Sputterverfahren eingesetzt, bei dem ein Sputtertarget verwendet wird. Gemäß dem Sputterverfahren wird eine Plasmaentladung zwischen einem Substrat und einem Sputtertarget (Targetmaterial), das aus einem Material zusammengesetzt ist, das mit demjenigen des Dünnfilms identisch ist, eingesetzt und ein Gas, das durch die Plasmaentladung ionisiert worden ist, wird mit dem Targetmaterial zusammenstoßen gelassen, so dass Atome aus dem Targetmaterial herausgeschlagen werden, so dass sie auf dem Substrat zur Erzeugung eines Dünnfilms abgeschieden werden. Das Sputterverfahren weist im Unterschied zu einem Vakuumabscheidungsverfahren den Vorteil auf, dass ein Dünnfilm mit einer Zusammensetzung, die mit derjenigen des Targetmaterials identisch ist, gebildet werden kann. Insbesondere kann ein Dünnfilm aus einer Legierung auf Al-Basis, der unter Verwendung des Sputterverfahrens abgeschieden wird, ein Legierungselement, wie z. B. Nd, das in einem Gleichgewichtszustand nicht gelöst werden kann, lösen, und dadurch eine hervorragende Leistung als Dünnfilm bereitstellen; demgemäß ist das Sputterverfahren ein industriell effektives Dünnfilmherstellungsverfahren und die Entwicklung eines Sputtertargetmaterials, bei dem es sich um ein Ausgangsmaterial davon handelt, wird vorangetrieben.
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Um mit der Produktivitätserhöhung von FPD's Schritt zu halten, besteht in letzter Zeit eine Tendenz dahingehend, die Abscheidungsgeschwindigkeit in dem Sputterschritt mehr denn je zu erhöhen. Um die Abscheidungsgeschwindigkeit zu erhöhen, kann am zweckmäßigsten die Sputterleistung erhöht werden. Wenn die Sputterleistung erhöht wird, verursachen jedoch Sputterdefekte, wie z. B. Spritzer (feine Schmelzeteilchen), Defekte in dem Verbindungsfilm; demgemäß werden schädliche Effekte wie z. B. eine Verschlechterung der Ausbeute und der Betriebsleistung der FPD's verursacht.
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In diesem Zusammenhang wurden zur Hemmung des Auftretens von Spritzern z. B. die in
JP 10-147860 A ,
JP 10-199830 A ,
JP 11-293454 A und
JP 2001-279433 A beschriebenen Verfahren vorgeschlagen. Von diesen wird in
JP 10-147860 A ,
JP 10-199830 A und
JP 11-293454 A , die auf dem Gesichtspunkt beruhen, dass die Spritzer aufgrund von feinen Hohlräumen in einer Targetmaterialtextur verursacht werden, der Dispersionszustand von Teilchen einer Verbindung von Al und einem Seltenerdelement in einer Al-Matrix eingestellt (
JP 10-147860 A ), der Dispersionszustand einer Verbindung von Al und eines Übergangsmetallelements in einer Al-Matrix eingestellt (
JP 10-199830 A ) oder der Dispersionszustand einer intermetallischen Verbindung zwischen einem Additivelement und Al in einem Target eingestellt (
JP 11-293454 A ), so dass ein Auftreten der Spritzer gehemmt wird. Ferner offenbart
JP 2001-279433 A eine Technologie, in der zur Verminderung der Lichtbogenbildung (unregelmäßige Entladung), die eine Ursache der Spritzer ist, die Härte einer Sputteroberfläche eingestellt wird, worauf eine Fertigbearbeitung zur Hemmung des Auftretens von Oberflächendefekten aufgrund der Bearbeitung angewandt wird.
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Andererseits wurde eine Technologie beschrieben, die ein Verziehen eines Targets aufgrund eines Erwärmens bei der Herstellung von vorwiegend einem großen Target hemmt (
JP 2006-225687 A ). In
JP 2006-225687 A ist beschrieben, dass mit einem Sputtertarget aus einer Al-Ni-Seltenerdelementlegierung als Gegenstand dann, wenn mehr als eine vorgegebene Anzahl von Verbindungen mit einem Seitenverhältnis von 2,5 oder mehr und einem Kreisäquivalentdurchmesser von 0,2 μm oder mehr in einem Querschnitt vertikal zu einer Targetebene vorliegt, eine Verformung des Targets gehemmt werden kann.
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Wie es vorstehend erwähnt worden ist, besteht ein Bedarf für eine weitere Verbesserung, obwohl verschiedene Technologien zur Verminderung der Erzeugung von Spritzern zur Verminderung der Sputterdefekte vorgeschlagen worden sind. Insbesondere verschlechtern die anfänglichen Spritzer, die in einer Anfangsstufe des Sputterns auftreten, die Ausbeute von FPD's und verursachen dadurch ein schwerwiegendes Problem. Die in
JP 10-147860 A ,
JP 10-199830 A ,
JP 11-293454 A und
JP 2001-279433 A beschriebenen Technologien zur Spritzerhemmung können jedoch das Auftreten der anfänglichen Spritzer nicht effektiv hemmen. Ferner wurde bezüglich Legierungen auf Al-Basis bei einem Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis, das als Verbindungsmaterial geeignet ist, das direkt mit einem elektrisch leitenden Film verbindbar ist, der eine Pixelelektrode bildet, und das zur Bildung eines Dünnfilms aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems verwendet wird, der als Verbindungsmaterial verwendet wird, das direkt mit einer Halbleiterschicht eines Dünnfilmtransistors kontaktierbar ist, noch keine Technologie vorgeschlagen, welche die vorstehend genannten Probleme lösen kann.
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Ferner wird in
JP 09-248665 A ein Herstellungsverfahren eines Sputtertargets aus einer Legierung auf Al-Basis offenbart, die ein hochschmelzendes Metall, beispielsweise Ta, Ti, Zr, V, Nb, Cr, W und Mo, enthält.
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Die Erfinder haben intensive Untersuchungen zur Bereitstellung eines Sputtertargets aus einer Legierung auf Al-Basis durchgeführt, das die Spritzer, die während der Sputterabscheidung erzeugt werden, insbesondere die anfänglichen Spritzer, die in der Anfangsstufe der Sputterabscheidung erzeugt werden, vermindern kann.
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Als Ergebnis wurde gefunden, dass beide Teilchengrößenverteilungen von intermetallischen Verbindungen (einer intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems, die vorwiegend aus Al und Ni zusammengesetzt ist, und einer intermetallischen Verbindung des Al-La-Systems, die vorwiegend aus Al und La zusammengesetzt ist), die in einem Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Systems enthalten sind, eine signifikante Korrelation mit der Erzeugung der anfänglichen Spritzer aufweisen; wenn demgemäß die Teilchengrößenverteilungen der intermetallischen Verbindungen zweckmäßig eingestellt werden, kann ein erwartetes Ziel erreicht werden, und dies war der Gegenstand einer früher eingereichten Patentanmeldung (
Japanische Patentanmeldung Nr. 2006-313506 ). Im Folgenden wird die vorstehend genannte Erfindung in manchen Fällen als „vorhergehendes Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Systems” oder einfach als „vorhergehende Erfindung” bezeichnet.
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Die Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend genannten Umstände gemacht und soll eine Technologie bereitstellen, die Spritzer, insbesondere die anfänglichen Spritzer vermindern kann, die erzeugt werden, wenn ein Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems, das Ni, La und Si enthält, zur Abscheidung eines Films verwendet wird.
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Nach der Anmeldung der vorhergehenden Erfindung haben die Erfinder weitere intensive Untersuchungen eines Sputtertargets aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Systems durchgeführt. Insbesondere wurden bezüglich eines Sputtertargets aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems, das durch weiteres Zugeben von Si zu dem Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Systems erhalten worden ist, intermetallische Verbindungen, die in dem Sputtertarget enthalten sind, entsprechend der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise detailliert untersucht. Folglich wurde gefunden, dass beide Teilchengrößenverteilungen einer intermetallischen Verbindung (einer binären intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems, die vorwiegend aus Al und Ni zusammengesetzt ist, und einer quaternären intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems, die vorwiegend aus Al, Ni, La und Si zusammengesetzt ist), die in dem Sputtertarget enthalten ist, eine signifikante Korrelation mit der Erzeugung der anfänglichen Spritzer aufweisen; wenn demgemäß die Teilchengrößenverteilungen der intermetallischen Verbindungen zweckmäßig eingestellt werden, kann ein erwartetes Ziel erreicht werden, wodurch die vorliegende Erfindung gemacht wurde.
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Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die folgenden Gegenstände 1 bis 3.
- 1. Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems, das Ni, La und Si umfasst, bei dem, wenn ein Schnitt von (1/4)t bis (3/4)t, wobei t die Dicke des Sputtertargets bedeutet, in einem Querschnitt vertikal zu einer Ebene des Sputtertargets mit einem Rasterelektronenmikroskop bei 2000-facher Vergrößerung untersucht wird,
(1) eine Gesamtfläche einer intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,3 μm bis 3 μm, bezogen auf eine Gesamtfläche der gesamten intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems, 70% oder mehr, ausgedrückt als Flächenbruchteil, beträgt, wobei die intermetallische Verbindung Al-Ni-Systems vorwiegend aus des Al und Ni zusammengesetzt ist, und
(2) eine Gesamtfläche einer intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,2 μm bis 2 um, bezogen auf eine Gesamtfläche der gesamten intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems, 70% oder mehr, ausgedrückt als Flächenbruchteil, beträgt, wobei die intermetallische Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems vorwiegend aus Al, Ni, La und Si zusammengesetzt ist.
- 2. Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems nach Gegenstand 1, das umfasst:
Ni in einer Menge von 0,05 Atomprozent bis 5 Atomprozent,
La in einer Menge von 0,10 Atomprozent bis 1 Atomprozent und
Si in einer Menge von 0,10 Atomprozent bis 1,5 Atomprozent.
- 3. Verfahren zur Herstellung des Sputtertargets aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems nach Gegenstand 1, wobei das Verfahren umfasst:
Herstellen einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems, die Ni in einer Menge von 0,05 Atomprozent bis 5 Atomprozent, La in einer Menge von 0,10 Atomprozent bis 1 Atomprozent und Si in einer Menge von 0,10 Atomprozent bis 1,5 Atomprozent umfasst,
Schmelzen der Legierung auf Al-Basis bei einer Temperatur von 800 bis 950°C, so dass eine Schmelze der Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems erhalten wird,
Gaszerstäuber der Schmelze der Legierung auf Al-Basis bei einem Gas/Metall-Verhältnis von 6 Nm3/kg oder mehr, um die Legierung auf Al-Basis feinteilig zu machen,
Abscheiden der feinteilig gemachten Legierung auf Al-Basis auf einem Kollektor bei einem Sprühabstand von 900 bis 1200 mm, sodass eine Vorform erhalten wird,
Verdichten der Vorform der Legierung auf Al-Basis mit einem Verdichtungsmittel, so dass ein dichter Körper erhalten wird, und
Unterziehen des dichten Körpers einer plastischen Bearbeitung.
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Gemäß dem Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems sind, wie es vorstehend erwähnt worden ist, die Teilchengrößenverteilungen von intermetallischen Verbindungen (einer intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems, die vorwiegend aus Al und Ni zusammengesetzt ist, und einer intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems, die vorwiegend aus Al, Ni, La und Si zusammengesetzt ist), die in dem Sputtertarget vorliegen, in geeigneter Weise eingestellt; demgemäß kann die Erzeugung der Spritzer, insbesondere der anfänglichen Spritzer, gehemmt werden, wodurch die Sputterdefekte effektiv unterdrückt werden können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1A ist ein SEM-Elektronenreflexionsbild von Beispiel Nr. 4 (erfindungsgemäßes Beispiel) der Tabelle 1, wobei die 1B ein Bildanalyseergebnis einer intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems in dem SEM-Elektronenreflexionsbild ist und die 1C ein Bildanalyseergebnis einer intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems in dem SEM-Elektronenreflexionsbild ist.
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2A ist ein SEM-Elektronenreflexionsbild von Beispiel Nr. 4 (erfindungsgemäßes Beispiel) der Tabelle 1, wobei die 2B ein Diagramm ist, welches das Ergebnis einer EDX-Analyse einer Zusammensetzung von 1 (Matrix) in der 2A zeigt, 2C ein Diagramm ist, welches das Ergebnis einer EDX Analyse einer Zusammensetzung von 2 (graue Verbindung) in der 2A zeigt und 2D ein Diagramm ist, welches das Ergebnis einer EDX-Analyse einer Zusammensetzung von 3 (weiße Verbindung) in der 2A zeigt.
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3 ist eine Schnittansicht, die partiell ein Beispiel einer Anlage zeigt, die zur Erzeugung einer Vorform verwendet wird.
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4 ist ein vergrößertes Diagramm eines essentiellen Teils von X in der 3.
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5 ist ein Graph, der eine Teilchengrößenverteilung einer intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems von Beispiel Nr. 4 (erfindungsgemäßes Beispiel) der Tabelle 1 zeigt.
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6 ist ein Graph, der eine Teilchengrößenverteilung einer intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems von Beispiel Nr. 4 (erfindungsgemäßes Beispiel) in der Tabelle 1 zeigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Induktionsschmelzofen
- 2
- Schmelze einer Legierung auf Al-Basis
- 3a und 3b
- Gaszerstäuber
- 4a und 4b
- Gasloch des Spulenkörpers
- 5
- Kollektor
- 6
- Düse
- 6a und 6b
- Mittelachse der Gaszerstäuberdüse
- A
- Sprühachse
- A1
- Spitze der Düse 6
- A2
- Mitte des Kollektors 5
- A3
- Punkt, an dem sich eine horizontale Linie der Mitte A2 des Kollektors 5 mit der Sprühachse A schneidet
- L
- Sprühabstand
- α
- Gaszerstäuberauslasswinkel
- β
- Kollektorwinkel
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In der Beschreibung steht „intermetallische Verbindung des Al-Ni-Systems, die vorwiegend aus Al und Ni zusammengesetzt ist” für eine Verbindung, bei der, wenn ein Sputtertarget gemäß dem nachstehend beschriebenen Verfahren analysiert wird, bei dem ein SEM (Rasterelektronenmikroskop) verwendet wird, das mit einem EDX (energiedispersives Röntgenfluoreszenzspektrometer) ausgestattet ist, Peaks von Al und Ni intensiv nachgewiesen werden und Peaks von Elementen, die von den vorstehend genannten verschieden sind, im Wesentlichen nicht nachgewiesen werden, wie es in der 2C gezeigt ist. Als typische intermetallische Verbindung des Al-Ni-Systems wird eine binäre intermetallische Verbindung, wie z. B. Al3 Ni, genannt.
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Ferner steht „intermetallische Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems, die vorwiegend aus Al, Ni, La und Si zusammengesetzt ist” für eine Verbindung, bei der, wenn ein Sputtertarget gemäß einem Verfahren analysiert wird, das dem vorstehend genannten Verfahren entspricht, Peaks von Al, Ni, La und Si intensiv nachgewiesen werden und Peaks von Elementen, die von den vorstehend genannten verschieden sind, im Wesentlichen nicht nachgewiesen werden, wie es in der nachstehend beschriebenen 2D gezeigt ist.
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Ferner bedeutet in der Beschreibung „die Erzeugung der anfänglichen Spritzer kann gehemmt (vermindert) werden”, dass dann, wenn das Sputtern bei den in dem nachstehenden Beispiel beschriebenen Bedingungen (Sputterzeit: 81 Sekunden) durchgeführt wird, der Durchschnittswert von Spritzern weniger als 8 Flecken/cm
2 beträgt. Folglich wird die Sputterzeit in der Erfindung auf 81 Sekunden eingestellt und die Spritzer in der anfänglichen Stufe der Sputterabscheidung werden bewertet. D. h., die Erfindung unterscheidet sich bezüglich der Bewertungskriterien von den Technologien, die in
JP 10-147860 A ,
JP 10-199830 A ,
JP 11-293454 A und
JP 2001-279433 A beschrieben sind, worin die Erzeugung der Spritzer der anfänglichen Stufe nicht bewertet wird.
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Als erstes wird eine Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems, bei der es sich um einen Gegenstand der Erfindung handelt, beschrieben.
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Eine in der Erfindung verwendete Legierung auf Al-Basis enthält Ni, La und Si in Al, das eine Matrix ist. Der Grund dafür, warum die Legierungselemente ausgewählt werden, besteht darin, dass ein Legierungsfilm auf Al-Basis, der die Elemente enthält, nicht nur als Verbindungsmaterial geeignet ist, das direkt mit einem elektrisch leitenden Oxidfilm, der eine Pixelelektrode bildet, verbindbar ist, sondern auch als Verbindungsmaterial, das direkt mit einer Halbleiterschicht eines Dünnfilmtransistors kontaktierbar ist. Insbesondere wird beim Zusatz von Ni das Auftreten einer Interdiffusion von Al und Si in einer Grenzfläche zwischen einem Legierungsfilm auf Al-Basis und einer Si-Halbleiterschicht gehemmt. Wenn von den Seltenerdelementen insbesondere La zugesetzt wird, wird die Wärmebeständigkeit weiter verbessert, wodurch das Auftreten eines kleinen Hügels (höckerartige Vorwölbung) auf einer Oberfläche des Legierungsfilms auf Al-Basis effektiv gehemmt wird. Wenn Si zugesetzt wird, wird ferner das Auftreten einer Interdiffusion von Al und Si in einer Grenzfläche zwischen einem Legierungsfilm auf Al-Basis und einer Si-Halbleiterschicht effektiv gehemmt.
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Bezüglich eines Sputtertargets aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-Seltenerdelement-Systems beschreibt
JP 2006-225687 A auch eine Technologie, die auf ein Sputtertarget mit der vorstehend genannten Zusammensetzung gerichtet ist. Im Unterschied zu der vorliegenden Erfindung ist ein Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems, das La als Seltenerdelement enthält, nicht das wesentliche Ziel. Offensichtlich offenbart
JP 2006-225687 A keine technische Lehre dahingehend, dass in einem Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems zur Hemmung des Auftretens des anfänglichen Spritzens die Teilchengrößenverteilungen von vorgegebenen intermetallischen Verbindungen eingestellt werden. Ferner ist eine Verbindung (intermetallische Verbindung), die in
JP 2006-225687 A definiert ist, eine scheibenartige Verbindung mit einem Seitenverhältnis von 2,5 oder mehr und einem Kreisäquivalentdurchmesser von 0,2 μm oder mehr und unterscheidet sich von derjenigen der Erfindung, die eine kugelförmige Verbindung aufweist, bezüglich der Form der intermetallischen Verbindung. Ferner unterscheiden sich beide auch bezüglich des Herstellungsverfahrens. Wie es nachstehend detailliert beschrieben wird, wird in der Erfindung ähnlich wie bei
JP 2006-225687 A eine Vorform einer Legierung auf Al-Basis vorzugsweise unter Verwendung eines Sprühformverfahrens erzeugt. Insbesondere wird jedoch der Düsendurchmesser ∅ auf 2,5 bis 10 mm eingestellt und der Gasdruck wird auf 0,3 bis 1,5 MPa eingestellt, um in
JP 2006-225687 A eine vorgegebene scheibenförmige Verbindung sicherzustellen. Andererseits wird in der Erfindung insbesondere das Gas/Metall-Verhältnis auf 6 Nm
3/kg oder mehr eingestellt, um eine gewünschte Teilchengrößenverteilung sicherzustellen. In
JP 2006-225687 A wird das Gas/Metall-Verhältnis nicht vollständig berücksichtigt; demgemäß kann selbst dann, wenn ein in
JP 2006-225687 A beschriebenes Herstellungsverfahren eingesetzt wird, ein Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems der Erfindung nicht hergestellt werden.
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Ferner ist als Spritzerhemmtechnologie für ein Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis, die von
JP 2006-225687 A verschieden ist, z. B. ferner eine Technologie, in welcher der Dispersionszustand einer Verbindung oder einer intermetallischen Verbindung zwischen Al in einer Al-Matrix und einem Seltenerdelement eingestellt wird, in
JP 2004-214606 A ,
JP 10-147860 A ,
JP 10-199830 A und
JP 11-293454 A beschrieben. In allen diesen Dokumenten ist jedoch ein Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems, bei dem es sich um einen Gegenstand der Erfindung handelt, nicht spezifisch beschrieben. Eine Legierung auf Al-Basis, die La als Seltenerdelement und Si enthält, wie dies in der Erfindung der Fall ist, ist in keinem von Dokumenten, die in einem Abschnitt bezüglich des Standes der Technik beschrieben sind, einschließlich der vorstehend genannten Patentdokumente, offenbart.
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Wie es nachstehend beschrieben wird, wurde die Erfindung gemäß der neuen Erkenntnis gemacht, dass sich ein Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems, das La und Si enthält, bezüglich der Form einer intermetallischen Verbindung stark von derjenigen eines Sputtertargets aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-Seltenerdelement-Systems, das ein von La verschiedenes Seltenerdelement enthält, unterscheidet (wie z. B. eines Sputtertargets aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-Nd-Systems, das in
JP 2006-225687 A beschrieben ist). In einem Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems der Erfindung liegt, wie es in den
2A bis
2D gezeigt ist, während eine binäre intermetallische Verbindung, die aus Al und Ni zusammengesetzt ist, und eine quaternäre intermetallische Verbindung, die aus Al, Ni, La und Si zusammengesetzt ist, vorliegen, eine ternäre intermetallische Verbindung nicht wesentlich vor. Andererseits liegt in einem Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-Nd-Systems, wie es in
JP 2006-225687 A beschrieben ist, eine ternäre intermetallische Verbindung, die vorwiegend aus Al, Ni und Nd zusammengesetzt ist, vor, und eine binäre intermetallische Verbindung, die aus Al und Ni zusammengesetzt ist, liegt kaum vor. Demgemäß kann davon ausgegangen werden, dass die Technologie in der vorliegenden Erfindung von den Sputtertargets aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-Seltenerdelement-Systems spezifisch ein Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems ist.
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Der Gehalt an Ni, das in der Legierung auf Al-Basis der Erfindung enthalten ist, beträgt vorzugsweise 0,05 Atomprozent bis 5 Atomprozent. Der Bereich wird auf der Basis der experimentellen Ergebnisse bestimmt, bei dem das „vorhergehende Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Systems” verwendet wird. Wenn die Untergrenze der Menge an Ni weniger als 0,05 Atomprozent beträgt, wird der Flächenbruchteil einer intermetallischen Verbindung mit einem Teilchendurchmesser von weniger als 0,3 μm größer. Wenn demgemäß eine Oberfläche eines Sputtertargetmaterials maschinell bearbeitet wird, fällt eine intermetallische Verbindung ab, so dass die Oberfläche von Unregelmäßigkeiten erhöht wird, wodurch die Anzahl der anfänglichen Spritzer zunimmt. Wenn andererseits die Obergrenze der Menge an Ni 5 Atomprozent übersteigt, nimmt der Flächenbruchteil einer intermetallischen Verbindung mit einem Teilchendurchmesser von mehr als 3 μm zu. Wenn demgemäß eine Oberfläche eines Sputtertargetmaterials maschinell bearbeitet wird, werden Unregelmäßigkeiten auf einer Oberfläche größer, so dass der Einschluss von nicht-leitenden Einschlüssen, wie z. B. Oxiden, erhöht wird, was zur Zunahme der Anzahl der anfänglichen Spritzer führt. Der Gehalt an Ni beträgt vorzugsweise 0,1 Atomprozent bis 4 Atomprozent, mehr bevorzugt 0,2 Atomprozent bis 3 Atomprozent.
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Ferner beträgt der Gehalt an La, das in einer Legierung auf Al-Basis der Erfindung enthalten ist, vorzugsweise 0,10 Atomprozent bis 1 Atomprozent. Der Bereich wird auf der Basis der experimentellen Ergebnisse des „vorhergehenden Sputtertargets aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Systems” bestimmt. Wenn die Untergrenze der Menge an La weniger als 0,10 Atomprozent beträgt, wird der Flächenbruchteil einer intermetallischen Verbindung mit einem Teilchendurchmesser von weniger als 0,2 μm größer. Wenn demgemäß eine Oberfläche eines Sputtertargetmaterials maschinell bearbeitet wird, fällt eine intermetallische Verbindung ab, so dass die Oberfläche von Unregelmäßigkeiten erhöht wird, wodurch die Anzahl der anfänglichen Spitzer zunimmt. Wenn andererseits die Obergrenze der Menge an La 1 Atomprozent übersteigt, nimmt der Flächenbruchteil einer intermetallischen Verbindung mit einem Teilchendurchmesser von mehr als 2 μm zu. Wenn demgemäß eine Oberfläche eines Sputtertargetmaterials maschinell bearbeitet wird, werden Unregelmäßigkeiten auf einer Oberfläche größer, so dass der Einschluss von nicht-leitenden Einschlüssen, wie z. B. Oxiden, erhöht wird, was zur Zunahme der Anzahl der anfänglichen Spritzer führt. Der Gehalt an La beträgt vorzugsweise 0,15 Atomprozent bis 0,8 Atomprozent, mehr bevorzugt 0,2 Atomprozent bis 0,6 Atomprozent.
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Der Gehalt an Si, das in einer Legierung auf Al-Basis der Erfindung enthaften ist, beträgt vorzugsweise 0,10 Atomprozent bis 1,5 Atomprozent. Der Bereich wird auf der Basis der nachstehend beschriebenen experimentellen Ergebnisse bestimmt. Wenn die Untergrenze der Menge an Si weniger als 0,10 Atomprozent beträgt, wird der Flächenbruchteil einer intermetallischen Verbindung mit einem Teilchendurchmesser von weniger als 0,2 μm größer. Wenn demgemäß eine Oberfläche eines Sputtertargetmaterials maschinell bearbeitet wird, fällt eine intermetallische Verbindung ab, so dass die Oberfläche von Unregelmäßigkeiten erhöht wird, wodurch die Anzahl der anfänglichen Spritzer zunimmt. Wenn andererseits die Obergrenze der Menge an Si 1,5 Atomprozent übersteigt, nimmt der Flächenbruchteil einer intermetallischen Verbindung mit einem Teilchendurchmesser von mehr als 2 μm zu. Wenn demgemäß eine Oberfläche eines Sputtertargetmaterials maschinell bearbeitet wird, werden Unregelmäßigkeiten auf einer Oberfläche größer, so dass der Einschluss von nicht-leitenden Einschlüssen, wie z. B. Oxiden, erhöht wird, was zur Zunahme der Anzahl der anfänglichen Spritzer führt. Der Gehalt an Si beträgt vorzugsweise 0,10 Atomprozent bis 1,0 Atomprozent.
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Wie es vorstehend gezeigt worden ist, enthält die Legierung auf Al-Basis, die in der Erfindung verwendet wird, Ni, La und Si und als Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen. Als die unvermeidbaren Verunreinigungen können z. B. Elemente genannt werden, die zwangsläufig in einem Herstellungsverfahren eingemischt werden, wie z. B. Fe, Cu, C, O und N.
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Als nächstes werden intermetallische Verbindungen beschrieben, welche die Erfindung charakterisieren.
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In einem Sputtertarget der Erfindung genügen intermetallische Verbindungen, die nachstehend beschrieben werden und in dem Sputtertarget vorliegen, den folgenden Anforderungen (1) und (2).
- (1) Bezüglich einer intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems, die vorwiegend aus Al und Ni zusammengesetzt ist, beträgt die Gesamtfläche einer intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,3 μm bis 3 μm, bezogen auf eine Gesamtfläche der gesamten intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems, 70% oder mehr, ausgedrückt als Flächenbruchteil.
- (2) Bezüglich einer intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems, die vorwiegend aus Al, Ni, La und Si zusammengesetzt ist, beträgt die Gesamtfläche einer intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,2 μm bis 2 μm, bezogen auf eine Gesamtfläche der gesamten intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems, 70% oder mehr, ausgedrückt als Flächenbruchteil.
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Wie es vorstehend beschrieben worden ist, sind in einem Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems, bei dem es sich um einen Gegenstand der Erfindung handelt, warm eine intermetallische Verbindung in einem SEM-Elektronenreflexionsbild gemäß einem Messverfahren, das nachstehend detailliert beschrieben wird, einer Bildanalyse unterzogen wird, intermetallische Hauptverbindungen, die festgestellt werden können, nur zwei Arten einer binären intermetallischen Verbindung und einer quaternären intermetallischen Verbindung, wie es vorstehend beschrieben worden ist, und eine ternäre intermetallische Verbindung, die festgestellt wird, wenn ein Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-Nd-Systems, das typischerweise verwendet worden ist, gemäß einem entsprechenden Verfahren untersucht wird, ist nicht wesentlich vorhanden (vgl. die 2A bis 2D).
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In der Erfindung wird bezüglich jeder der intermetallischen Verbindungen, auf der Basis von experimentellen Ergebnissen, dass das Auftreten der anfänglichen Spritzer durch Erhöhen des Flächenbruchteils (Besetzungsverhältnisses) einer bestimmten intermetallischen Verbindung mit einem bestimmten durchschnittlichen Teilchendurchmesser innerhalb eines vorgegebenen Bereichs effektiv gehemmt werden kann, der Flächenbruchteil der intermetallischen Verbindung so groß wie möglich eingestellt (in der Erfindung auf 70% oder mehr).
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Es wird davon ausgegangen, dass der Mechanismus der Hemmung der Spritzererzeugung aufgrund der vorstehend beschriebenen intermetallischen Verbindungen wie folgt ist.
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D. h., als Grund für die Erzeugung der anfänglichen Spritzer wird allgemein angenommen, dass dann, wenn eine Oberfläche eines Sputtertargetmaterials maschinell bearbeitet wird, eine intermetallische Verbindung abfällt, wodurch die Oberfläche von Unregelmäßigkeiten erhöht wird. Ferner nimmt (1) bezüglich einer intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems, die vorwiegend aus Al und Ni zusammengesetzt ist, dann, wenn ein Flächenbruchteil einer intermetallischen Verbindung mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von weniger als 0,3 μm größer wird, die Anzahl der erzeugten anfänglichen Spritzer zu, und andererseits wird dann, wenn der Flächenbruchteil einer intermetallischen Verbindung mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von mehr als 3 μm größer wird, davon ausgegangen, dass aufgrund der Zunahme von Oberflächenunregelmäßigkeiten aufgrund der maschinellen Bearbeitung das Einschließen von nicht-leitenden Einschlüssen, wie z. B. eines Oxids, zunimmt, was zu einer Zunahme der Anzahl der erzeugten anfänglichen Spritzer führt. Ein solcher Trend wird auch in einer (2) intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems, die vorwiegend aus Al, Ni, La und Si zusammengesetzt ist, gefunden. D. h., wenn der Flächenbruchteil einer intermetallischen Verbindung mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von weniger als 0,2 μm größer wird, nimmt die Anzahl der erzeugten anfänglichen Spritzer zu, und andererseits wird dann, wenn der Flächenbruchteil einer intermetallischen Verbindung mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von mehr als 2 μm größer wird, davon ausgegangen, dass aufgrund der Zunahme von Oberflächenunregelmäßigkeiten aufgrund der maschinellen Bearbeitung das Einschließen von nicht-leitenden Einschlüssen, wie z. B. eines Oxids, zunimmt, was zu einer Zunahme der Anzahl der erzeugten anfänglichen Spritzer führt.
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Zwischen der intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems und der intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems unterscheidet sich der Bereich des durchschnittlichen Teilchendurchmessers, der zur Hemmung der Erzeugung der anfänglichen Spritzer beiträgt, nur geringfügig. Es wird angenommen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass die Grenzflächenfestigkeiten zwischen den intermetallischen Verbindungen und einer Al-Matrix unterschiedlich ist. D. h., die Grenzflächenfestigkeit zwischen der intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems und einer Al-Matrix ist höher als diejenige zwischen der intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems und einer Al-Matrix.
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in der Erfindung wird das Besetzungsverhältnis jeder intermetallischen Verbindung mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser, der in dem Bereich liegt, auf 70% oder mehr, ausgedrückt als Flächenbruchteil, eingestellt Je größer das Besetzungsverhältnis ist, desto besser ist es. Bezüglich jeder der intermetallischen Verbindungen beträgt das Besetzungsverhältnis vorzugsweise 75% oder mehr, mehr bevorzugt 80% oder mehr.
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Ein Verfahren zur Messung der Teilchengrößenverteilung von jeder der vorstehend genannten intermetallischen Verbindungen, die Ziele der vorliegenden Erfindung sind, ist wie folgt.
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Zu Beginn wird ein Sputtertarget, das Ni, La und Si enthält, hergestellt.
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Als nächstes wird eine Messebene des Sputtertargets (beliebige drei Punkte von einem Abschnitt von (1/4)t (t: Dicke) bis (3/4)t in einem Querschnitt in einer vertikalen Richtung zu einer Ebene (Richtung der Senkrechten auf die Walzebene, ND)) mit einem SEM, das mit einem EDX (in einem nachstehend beschriebenen Beispiel wird Quants 200FEG (Handelsbezeichnung, von Philips Co., Ltd. hergestellt) oder Supra-35 (Handelsbezeichnung, von Carl Zeiss Co., Ltd. hergestellt) verwendet) ausgestattet ist, bei einer 2000-fachen Vergrößerung untersucht und ein Elektronenreflexionsbild wird aufgenommen. Die Messebene wird im Vorhinein auf Spiegelglanz poliert. Eine Betrachtungsfeldgröße wird im Wesentlichen auf 60 μm × 50 μm eingestellt. Ein photographiertes Elektronenreflexionsbild wird mit dem Analysesystem NanoHunter NS2K-Pro (Handelsbezeichnung, von Nanosystem Corp. hergestellt) einer Bildanalyse unterzogen, wodurch der durchschnittliche Teilchendurchmesser (Kreisäquivalentdurchmesser) jeder der intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems und der intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems und der Flächenbruchteil erhalten werden, mit dem jede der intermetallischen Verbindungen mit dem durchschnittlichen Teilchendurchmesser in der gesamten intermetallischen Verbindung vorliegt. Folglich werden die Flächenbruchteile in insgesamt drei Betrachtungsfeldern erhalten und deren Durchschnittswert wird als Flächenbruchteil jeder der intermetallischen Verbindungen genommen.
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Gemäß dem Messverfahren werden die untermetallische Verbindung des Al-Ni-Systems und die intermetallische Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems mittels einer Farbdifferenz leicht unterschieden (Schattierungsdifferenz). Ein Elektronenreflexionsbild der intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems ist grau gezeigt. Ein Elektronenreflexionsbild der intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems ist weiß gezeigt.
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Für Bezugszwecke sind in den 1A bis 1C bezüglich des Beispiels Nr. 4 (erfindungsgemäßes Beispiel) in der Tabelle 1, das in den nachstehend beschriebenen Beispielen beschrieben ist, ein SEM-Elektronenreflexionsbild, das gemäß dem Verfahren erhalten worden ist (1A), ein Bild der intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems (1B) und ein Bild der intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems (1C) gezeigt. Wie es in den 1A bis 1C gezeigt ist, ist das Elektronenreflexionsbild der intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems weißer gezeigt als dasjenige der intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems.
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Ferner wurden gemäß den 2A bis 2D bezüglich eines SEM-Elektronenreflexionsbilds von Beispiel Nr. 4 (erfindungsgemäßes Beispiel), das mit dem vorstehend genannten identisch ist, Zusammensetzungen einer Matrix (1, in der 2A), einer grauen Verbindung (2, in der 2A) und einer weißen Verbindung (3, in der 2A) mit EDX analysiert und die entsprechenden Ergebnisse sind gezeigt. Es wurde bestätigt, dass die Matrix 1 gemäß der 2B nur aus Al zusammengesetzt ist, die graue Verbindung 2 gemäß der 2C im Wesentlichen aus Al und Ni zusammengesetzt ist und die weiße Verbindung 3 gemäß der 2D im Wesentlichen aus Al, Ni, La und Si zusammengesetzt ist.
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Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargets der Erfindung beschrieben.
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Als erstes wird eine Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems, die 0,05 Atomprozent bis 5 Atomprozent Ni, 0,10 Atomprozent bis 1 Atomprozent La und 0,10 Atomprozent bis 1,5 Atomprozent Si enthält, hergestellt.
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Als nächstes wird unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Legierung auf Al-Basis eine Vorform einer Legierung auf Al-Basis (ein Zwischenkörper, bevor ein fertiggestellter dichter Körper erhalten wird) vorzugsweise gemäß einem Sprühformverfahren hergestellt, worauf die Vorform durch die Verwendung eines Verdichtungsmittels verdichtet wird.
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Dabei ist das Sprühformverfahren ein Verfahren, bei dem verschiedene Arten von geschmolzenen Metallen mit einem Gas zerstäubt und Teilchen in einem halbgeschmolzenen Zustand/halbverfestigten Zustand/festen Zustand abgeschieden werden, um eine Vorform mit einer vorgegebenen Form zu erhalten. Gemäß dem Verfahren gibt es verschiedene Vorteile dahingehend, dass zusätzlich dazu, dass eine große Vorform, die gemäß einem Schmelzgießverfahren oder einem Pulvermetallurgieverfahren nur schwer erhalten werden kann, in einem einzelnen Verfahren erhalten werden kann, Körner fein gemacht werden können und Legierungselemente einheitlich dispergiert werden können.
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Der Schritt zum Erzeugen einer Vorform umfasst: Schmelzen einer Legierung auf Al-Basis bei einer Temperatur im Wesentlichen im Bereich von (Liquidustemperatur + 150°C) bis (Liquidustemperatur + 300°C), so dass eine Schmelze der Legierung auf Al-Basis erhalten wird, Gaszerstäuben der Schmelze der Legierung auf Al-Basis unter den Bedingungen eines Gas/Metall-Verhältnisses, ausgedrückt durch das Verhältnis von Gasausfluss/Schmelzeausfluss, von 6 Nm3/kg oder mehr, so dass sie feinteilig gemacht wird; und Abscheiden der feinteilig gemachten Legierung auf Al-Basis auf einem Kollektor unter den Bedingungen eines Sprühabstands von im Wesentlichen 900 bis 1200 mm, so dass eine Vorform erhalten wird.
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Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die 3 und 4 die jeweiligen Schritte zum Erhalten einer Vorform detailliert beschrieben.
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3 ist eine Schnittansicht, die partiell ein Beispiel einer Anlage zeigt, die zur Erzeugung einer Vorform der Erfindung verwendet wird. 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines essentiellen Teils von X in der 3.
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Eine in der 3 gezeigte Anlage umfasst einen Induktionsschmelzofen 1 zum Schmelzen einer Legierung auf Al-Basis, Gaszerstäuber 3a und 3b, die unterhalb des Induktionsschmelzofens 1 angeordnet sind, und einen Kollektor 5 zum Abscheiden einer Vorform. Der Induktionsschmelzofen 1 umfasst eine Düse 6 zum Tropfen einer Schmelze 2 der Legierung auf Al-Basis. Ferner weisen die Gaszerstäuber 3a bzw. 3b Gaslöcher 4a und 4b von Spulenkörpern zum Zerstäuben eines Gases auf. Der Kollektor 5 umfasst eine Antriebseinrichtung, wie z. B. einen Schrittmotor (in der Zeichnung nicht gezeigt).
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Zu Beginn wird eine Legierung auf Al-Basis mit der vorstehend genannten Zusammensetzung hergestellt. Die Legierung auf Al-Basis wird in den Induktionsschmelzofen 1 eingebracht, worauf vorzugsweise in einer Inertgasatmosphäre (z. B. einer Ar-Gasatmosphäre) ein Schmelzen bei einer Temperatur im Wesentlichen im Bereich von +150°C bis +300°C bis zu der Liquidustemperatur der Legierung auf Al-Basis durchgeführt wird.
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Die Schmelztemperatur wird im Allgemeinen auf eine Temperatur im Bereich von (Liquidustemperatur + 50°C) bis (Liquidustemperatur + 200°C) eingestellt (vgl. z. B.
JP 09-248665 A ). In der Erfindung wird jedoch zum zweckmäßigen Einstellen der Teilchengrößenverteilungen der zwei Arten von intermetallischen Verbindungen der vorstehend genannte Bereich eingestellt. In dem Fall der Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems, bei der es sich um einen Gegenstand der Erfindung handelt, wird die Schmelztemperatur im Wesentlichen im Bereich von 800 bis 950°C eingestellt. Wenn die Schmelztemperatur weniger als 800°C beträgt, wird bei der Bildung des Sprühnebels eine Düse verstopft. Wenn die Schmelztemperatur andererseits 950°C übersteigt, kann ein gewünschter Spritzerhemmeffekt nicht erhalten werden, da die Temperatur der Flüssigkeitstropfen höher wird und da der Flächenbruchteil, den eine intermetallische Verbindung des Al-Ni-Systems mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 3 μm oder mehr einnimmt, zunimmt (vgl. die nachstehenden Beispiele). Die Schmelztemperatur einer Legierung liegt vorzugsweise im Bereich von (Liquidustemperatur + 150°C) bis (Liquidustemperatur + 300°C). In dem Fall der Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems, bei der es sich um einen Gegenstand der Erfindung handelt, liegt die Schmelztemperatur vorzugsweise im Bereich von 800 bis 950°C, mehr bevorzugt im Bereich von 850 bis 950°C.
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Als nächstes wird die Legierungsschmelze 2, die in der vorstehend beschriebenen Weise erhalten worden ist, durch eine Düse 6 in eine Kammer (in der Zeichnung nicht gezeigt), die eine Inertgasatmosphäre aufweist, fallen gelassen. In der Kammer wird von den Gaslöchern 4a und 4b von Spulenkörpern, die für die Gaszerstäuber 3a und 3b bereitgestellt sind, ein Strahlstrom eines mit Druck beaufschlagten Inertgases auf die Legierungsschmelze 2 gesprüht, um dadurch die Legierungsschmelze feinteilig zu machen.
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Die Gaszerstäubung wird, wie es vorstehend erwähnt worden ist, vorzugsweise mit einem Inertgas oder mit Stickstoffgas durchgeführt, wodurch die Oxidation der Schmelze gehemmt werden kann. Als Inertgas kann z. B. Argongas genannt werden.
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Dabei wird das Gas/Metall-Verhältnis auf 6 Nm3/kg oder mehr eingestellt. Das Gas/Metall-Verhältnis wird als Verhältnis von Gasausfluss (Nm3)/Schmelzeausfluss (kg) ausgedrückt. In der Beschreibung steht der Gasausfluss für die Gesamtsumme (insgesamt verwendete Menge) eines Gases, das aus den Gaslöchern 4a und 4b der Spulenkörper für die Gaszerstäubung der Schmelze der Legierung auf Al-Basis ausgeströmt ist. Ferner steht in der Beschreibung der Schmelzeausfluss für die Gesamtsumme einer Schmelze, die aus einer Schmelzeausflussöffnung (Düse 6) eines Behälters (Induktionsschmelzofen 1), in dem die Schmelze der Legierung auf Al-Basis vorliegt, ausgeflossen ist.
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Wenn das Gas/Metall-Verhältnis weniger als 6 Nm3/kg beträgt, neigt die Größe eines Flüssigkeitstropfens dazu, größer zu sein, wodurch die Abkühlungsgeschwindigkeit vermindert wird. Demgemäß wird das Besetzungsverhältnis der intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von mehr als 3 μm erhöht, wodurch ein gewünschter Effekt nicht erhalten werden kann (vgl. die nachstehend beschriebenen Beispiele).
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Je größer das Gas/Metall-Verhältnis ist, desto besser ist es. Beispielsweise beträgt das Gas/Metall-Verhältnis vorzugsweise 6,5 Nm3/kg oder mehr, mehr bevorzugt 7 Nm3/kg oder mehr. Dessen Obergrenze ist nicht speziell beschränkt. Im Hinblick auf die Stabilität des Flüssigkeitstropfenstroms während der Gaszerstäubung und die Kosten wird die Obergrenze des Gas/Metall-Verhältnisses vorzugsweise auf 15 Nm3/kg, mehr bevorzugt auf 10 Nm3/kg eingestellt.
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Wenn ferner ein Winkel, den die Mittelachsen 6a und 6b der gegenüber liegenden Gaszerstäubungsdüsen bilden, durch 2α ausgedrückt wird, wird α vorzugsweise in dem Bereich von 1 bis 10° eingestellt. Der Winkel 2α, den die Mittelachsen 6a und 6b der gegenüber liegenden Gaszerstäubungsdüsen bilden, ist, wie es in der 4 gezeigt ist, der Gesamtwinkel der jeweiligen Neigungen α der Gaszerstäuber 4a und 4b relativ zu einer Linie (entsprechend einer Sprühachse A), wenn die Schmelze 2 vertikal fällt. im Folgenden wird α als „Gaszerstäuberauslasswinkel α” bezeichnet. Der Gaszerstäuberauslasswinkel α liegt vorzugsweise im Bereich von 1° bis 7°. Anschließend wird die auf diese Weise feinteilig gemachte Legierung auf Al-Basis (Flüssigkeitstropfen) auf dem Kollektor 5 abgeschieden, so dass eine Vorform erhalten wird.
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Dabei wird der Sprühabstand vorzugsweise in dem Bereich von 900 bis 1200 mm eingestellt. Der Sprühabstand definiert eine Abscheidungsposition eines Flüssigkeitstropfens und steht, wie es in der 3 gezeigt ist, für einen Abstand L von einem Spitzenende der Düse 6 (A1 in der 3) zur Mitte des Kollektors 5 (A2 in der 3). Wie es nachstehend beschrieben wird, steht der Sprühabstand L insbesondere für den Abstand zwischen dem Spitzenende der Düse 6 und einem Punkt (A3 in der 3), in dem eine horizontale Linie der Mitte A2 des Kollektors 5 die Sprühachse A schneidet, da der Kollektor 5 in einem Kollektorwinkel β geneigt ist. Dabei definiert die Sprühachse A aus Gründen der Zweckmäßigkeit der Beschreibung eine Richtung, entlang derer ein Flüssigkeitstropfen der Legierung auf Al-Basis gerade fällt.
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Im Allgemeinen wird der Sprühabstand bei der Bildung des Sprühnebels im Wesentlichen auf 500 mm eingestellt. In der Erfindung wird jedoch der vorstehend genannte Bereich eingesetzt, um gewünschte Teilchengrößenverteilungen der zwei Arten von intermetallischen Verbindungen zu erhalten (vgl. die nachstehend beschriebenen Beispiele). Wenn der Sprühabstand weniger als 900 mm beträgt, werden Flüssigkeitstropfen in einem Hochtemperaturzustand auf dem Kollektor abgeschieden, so dass die Abkühlungsgeschwindigkeit geringer wird. Demgemäß nimmt das Besetzungsverhältnis einer intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 3 μm oder mehr zu, wodurch ein gewünschter Effekt nicht erhalten werden kann. Wenn der Sprühabstand andererseits 1200 mm übersteigt, wird die Ausbeute verschlechtert. Der Sprühabstand liegt vorzugsweise im Wesentlichen im Bereich von 950 bis 1100 mm.
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Ferner wird der Kollektorwinkel β vorzugsweise in dem Bereich von 20 bis 45° eingestellt. Der Kollektorwinkel β ist gemäß der 3 die Neigung des Kollektors 5 zu der Sprühachse A.
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Vorstehend wurde ein bevorzugtes Verfahren zum Erhalten der Vorform beschrieben.
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Ein Sputtertarget kann gemäß einem Standardverfahren, bei dem die so erhaltene Vorform einer Legierung auf Al-Basis unter Verwendung eines Verdichtungsmittels zum Erhalten eines dichten Körpers verdichtet wird, worauf eine plastische Bearbeitung auf den dichten Körper angewandt wird, erzeugt werden.
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Zu Beginn wird durch Anwenden des Verdichtungsmittels auf die Vorform ein dichter Legierungskörper auf Al-Basis erhalten. Als Verdichtungsmittel wird vorzugsweise ein Verfahren des Beaufschlagens einer Vorform in einer im Wesentlichen gleichen Druckrichtung mit Druck, insbesondere ein isostatisches Heißpressen (HIP), eingesetzt, bei dem ein Druck unter Erwärmen ausgeübt wird. Insbesondere wird vorzugsweise eine HIP-Behandlung unter einem Druck von 80 MPa oder mehr und bei einer Temperatur im Bereich von 400 bis 600°C eingesetzt. Der Zeitraum für die HIP-Behandlung liegt vorzugsweise im Wesentlichen im Bereich von 1 bis 10 Stunden.
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Dann wird der dichte Körper der Legierung auf Al-Basis geschmiedet, um einen Walzblock bzw. eine Platte zu erhalten.
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Die Schmiedebedingungen sind nicht speziell beschränkt, solange ein Verfahren verwendet wird, das üblicherweise zur Herstellung eines Sputtertargets verwendet wird. Das Schmieden wird jedoch vorzugsweise angewandt, nachdem ein dichter Körper aus einer Legierung auf Al-Basis vor dem Schmieden bei einer Temperatur von im Wesentlichen 500°C für im Wesentlichen 1 bis 3 Stunden erwärmt wird.
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Auf den in der vorstehend beschriebenen Weise erhaltenen Walzblock wird ein Walzverfahren unter den Bedingungen einer Walztemperatur von 300 bis 550°C und einer Gesamtwalzreduktion von 40 bis 90% angewandt. Wie es in den nachstehend beschriebenen Beispielen gezeigt Ist, müssen in der Erfindung die Walzbedingungen in der vorstehend beschriebenen Weise genau eingestellt werden. Wenn das Walzen unter Bedingungen durchgeführt wird, bei denen eine der Bedingungen außerhalb des Bereichs liegt, können gewünschte kristallographische Orientierungen nicht erhalten werden.
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Dabei wird die Gesamtwalzreduktion durch die folgende Formel ausgedrückt. Gesamtwalzreduktion (%) = ((Dicke vor dem Walzen) – (Dicke nach dem Walzen))/(Dicke vor dem Walzen) × 100
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Die Legierung auf Al-Basis, die mit dem Sprühformverfahren hergestellt worden ist, deren Struktur während der Verarbeitung nur schwer verändert werden kann, kann mittels Kaltwalzen oder Warmwalzen hergestellt werden. Um jedoch die Verarbeitungsgeschwindigkeit pro Durchlauf zu erhöhen, kann ein Legierungsmaterial auf Al-Basis in einem Temperaturbereich mit niedriger Verformungsbeständigkeit effektiv erwärmt und verarbeitet werden; demgemäß wird vorzugsweise ein Warmwalzen eingesetzt.
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Als nächstes wird ein Erwärmungsverfahren (Wärmebehandlung oder Anlassen) bei einer Temperatur im Bereich von 250 bis 500°C für 0,5 bis 4 Stunden angewandt. Die Atmosphäre während des Erwärmungsverfahrens kann ohne spezielle Beschränkung jedwede von Luft, eines Inertgases und eines Vakuums sein. Im Hinblick auf die Produktivität und die Kosten ist jedoch ein Erwärmen in Luft bevorzugt.
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Wenn auf eine vorgegebene Form nach der Wärmebehandlung ein Bearbeitungsverfahren angewandt wird, kann ein gewünschtes Sputtertarget erhalten werden.
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Das Al-Ni-La-Si-Legierungstarget gemäß der Erfindung wird besonders bevorzugt verwendet, wenn ein Verbindungsmaterial aus einem Al-Ni-La-Si-Legierungsfilm, das direkt mit einem elektrisch leitenden Oxidfilm, der eine Pixelelektrode bildet, verbindbar ist, und ein Verbindungsmaterial aus einem Al-Ni-La-Si-Legierungsfilm, das direkt mit einer Halbleiterschicht eines Dünnfilmtransistors kontaktierbar ist, erzeugt werden.
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Beispiele
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Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele spezifischer beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die nachstehenden Beispiele oder durch die nachstehenden Beispiele beschränkt und kann durch zweckmäßiges Modifizieren innerhalb eines Bereichs durchgeführt werden, der dem Grundgedanken der Erfindung entspricht, und alle derartigen Modifizierungen sind vom technischen Bereich der Erfindung umfasst.
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Beispiel 1
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Mit Legierungen auf Al-Basis mit verschiedenen Zusammensetzungen, die in den Tabellen 1 und 2 gezeigt sind, wurden gemäß dem folgenden Sprühformverfahren Vorformen einer Legierung auf Al-Basis (Dichte: im Wesentlichen 50 bis 60%) erhalten.
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(Sprühformbedingungen)
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- Schmelztemperatur: 950°C
- Gas/Metall-Verhältnis: 7 Nm3/kg
- Sprühabstand: 1000 mm
- Gaszerstäuberauslasswinkel (α): 7°
- Kollektorwinkel (β): 35°
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Die so erhaltene Vorform wurde in eine Kapsel eingeschlossen, worauf die Luft entfernt und ferner ein isostatisches Heißpressen (HIP) auf die gesamte Kapsel angewandt wurde, wodurch ein dichter Körper einer Legierung auf Al-Basis des Al-Ni-La-Si-Systems erhalten wurde. Das HIP-Verfahren wurde bei einer HIP-Temperatur von 550°C bei einem HIP-Druck von 85 MPa für eine HIP-Zeit von 2 Stunden durchgeführt.
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Der so erhaltene dichte Körper wurde zu einem Walzblockmetallmaterial geschmiedet, worauf gewalzt wurde, so dass die Plattendicke im Wesentlichen mit derjenigen eines Endprodukts (Target) identisch war, worauf ein Anlassen und Bearbeiten (Eckenschneidbearbeitung und Drehbearbeitung) durchgeführt wurden, wodurch ein scheibenförmiges Sputtertarget aus einer Legierung auf Al-Basis des Al-(0,02 bis 5,5 Atomprozent Ni)-(0,05 bis 1,5 Atomprozent La)-(0,05 bis 2 Atomprozent Si)-Systems (Größe: Durchmesser 101,6 mm × Dicke 5,0 mm) erzeugt wurde. Die detaillierten Bedingungen sind wie folgt.
Erwärmungsbedingungen vor dem Schmieden: 500°C für 2 Stunden
Erwärmungsbedingungen vor dem Walzen: 400°C für 2 Stunden
Gesamtwalzreduktion: 50%
Anlassbedingungen: 400°C für eine Stunde
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Als nächstes wurde bei jedem der gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhaltenen Sputtertarget die Anzahl der Spritzer (anfängliches Spritzen), die auftreten, wenn das Sputtern unter den folgenden Bedingungen durchgeführt wird, gemessen.
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Als erstes wurde mit einem Si-Wafersubstrat (Größe: Durchmesser 100,0 mm × Dicke 0,50 mm) ein DC-Magnetronsputtern unter Verwendung der Sputteranlage „Sputtersystem HSM-542S” (Handelsbezeichnung, von Shimadzu Corp. hergestellt) durchgeführt. Die Sputterbedingungen waren wie folgt.
Rückdruck: 4,0 × 10–4 Pa (3,0 × 10–6 Torr) oder weniger, Argongasdruck: 0,33 Pa (2,25 × 10–3 Torr),
Ar-Gasströmungsgeschwindigkeit: 30 sccm, Sputterleistung: 811 W,
Abstand zwischen einem Substrat und einem Sputtertarget: 51,6 mm, Substrattemperatur: Raumtemperatur
Sputterzeit: 81 s
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Auf diese Weise wurden bezüglich eines Sputtertargets 16 Dünnfilme gebildet.
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Als nächstes wurden unter Verwendung eines Teilchenzählers (Handelsbezeichnung: Wafer-Oberflächendetektor WM-3, von Topcon Corp. hergestellt) Positionskoordinaten, Größen (durchschnittlicher Teilchendurchmesser) und die Anzahl von Teilchen, die auf einer Oberfläche des Dünnfilms gefunden wurden, gemessen. Dabei wird eines, dessen Größe 3 μm oder mehr beträgt, als Teilchen angesehen. Danach wurde die Dünnfilmoberfläche mit einem optischen Mikroskop (Vergrößerung: 1000-fach) untersucht und unter der Voraussetzung, dass eine halbkugelförmige Form als Spritzer angesehen wird, wurde die Anzahl der Spritzer pro Einheitsfläche gemessen.
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Insbesondere wurde ein Schritt des Durchführens des Sputterns eines Dünnfilms 16 mal entsprechend mit einem jedes Mal ausgetauschten Si-Wafersubstrat kontinuierlich durchgeführt und der Durchschnittswert der Anzahl der Spritzer wurde als „Häufigkeit des Auftretens von anfänglichen Spritzern” genommen. In dem vorliegenden Beispiel wird eine Häufigkeit des Auftretens von anfänglichen Spritzern von weniger als 8 Flecken/cm2 als „wirksam zur Verminderung der anfänglichen Spritzer: akzeptabel (A)” bewertet und eine Läufigkeit des Auftretens von anfänglichen Spritzern von 8 Flecken/cm2 oder mehr wurde als „unwirksam zur Verminderung der anfänglichen Spritzer nicht akzeptabel (B)” bewertet.
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Die erhaltenen Ergebnisse sind zusammen in den Tabellen 1 und 2 gezeigt. Für Bezugszwecke ist bezüglich Beispiel Nr. 4 (erfindungsgemäßes Beispiel) der Tabelle 1 eine Teilchengrößenverteilung einer intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems in der 5 gezeigt und eine Teilchengrößenverteilung einer intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems ist in der 6 gezeigt. In der 6 ist aus Gründen der Zweckmäßigkeit nur eine Teilchengrößenverteilung bis zu einer Teilchengröße von 1,2 μm gezeigt. Teilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 1,2 μm wurden nicht gefunden.
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Aus der Tabelle 1 ergeben sich die folgenden Gesichtspunkte.
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In den Beispielen Nr. 2 bis 5 sind die Teilchengrößenverteilungen der intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems und der intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems in geeigneter Weise eingestellt. Demgemäß ist der anfängliche Spritzerverminderungseffekt hervorragend.
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Andererseits ist das Beispiel Nr. 1 ein Beispiel, bei dem eine Legierung auf Al-Basis, die weniger Si enthielt, verwendet wurde, und das Beispiel Nr. 6 ist ein Beispiel, bei dem eine Legierung auf Al-Basis mit hohem Si-Gehalt verwendet wurde. Da in jedem der vorstehend genannten Beispiele der gesamte Flächenbruchteil der intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems, die zur Hemmung der Spritzererzeugung beiträgt, gering war, konnten die vorstehend genannten Beispiele das Auftreten von Spritzern nicht effektiv hemmen.
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Aus der Tabelle 2 ergeben sich die folgenden Gesichtspunkte.
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In den Beispielen Nr. 8 bis 10 und 13 bis 15 sind die Teilchengrößenverteilungen der intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems und der intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems in geeigneter Weise eingestellt. Demgemäß ist der anfängliche Spritzerverminderungseffekt hervorragend.
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Andererseits ist das Beispiel Nr. 7 ein Beispiel, bei dem eine Legierung auf Al-Basis, die weniger Ni enthielt, verwendet wurde, und das Beispiel Nr. 11 ist ein Beispiel, bei dem eine Legierung auf Al-Basis mit hohem Ni-Gehalt verwendet wurde. Da in jedem der vorstehend genannten Beispiele der gesamte Flächenbruchteil der intermetallischen Verbindung des Al-Ni-Systems und der intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems, die zur Hemmung der Spritzererzeugung beitragen, gering war, konnten die vorstehend genannten Beispiele das Auftreten von Spritzern nicht effektiv hemmen.
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Zusätzlich ist Nr. 12 ein Beispiel, bei dem eine Legierung auf Al-Basis, die weniger La enthielt, verwendet wurde, und das Beispiel Nr. 16 ist ein Beispiel, bei dem eine Legierung auf Al-Basis mit hohem La-Gehalt verwendet wurde. Da in jedem der vorstehend genannten Beispiele der gesamte Flächenbruchteil der intermetallischen Verbindung des Al-Ni-La-Si-Systems, die zur Hemmung der Spritzererzeugung beiträgt, gering war, konnten die vorstehend genanntes Beispiele das Auftreten von Spritzern nicht effektiv hemmen.
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Die Erfindung wurde bezüglich spezifischer Ausführungsformen detailliert beschrieben. Für einen Fachmann ist es jedoch offensichtlich, dass die Erfindung verschiedenartig modifiziert und verändert bzw. korrigiert werden kann, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.
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Diese Anmeldung basiert auf der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2007-192214 , die am 24. Juli 2007 angemeldet worden ist und deren Gesamtheit wird unter Bezugnahme einbezogen.
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Ferner werden alle hier zitierten Dokumente unter Bezugnahme einbezogen.