TWI721139B - Ｔｉ－Ｎｂ合金濺鍍靶及其製造方法 - Google Patents
Ｔｉ－Ｎｂ合金濺鍍靶及其製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI721139B TWI721139B TW106109928A TW106109928A TWI721139B TW I721139 B TWI721139 B TW I721139B TW 106109928 A TW106109928 A TW 106109928A TW 106109928 A TW106109928 A TW 106109928A TW I721139 B TWI721139 B TW I721139B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- alloy
- sputtering target
- target
- alloy sputtering
- oxygen content
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
- H01J37/3414—Targets
- H01J37/3426—Material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
- C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
- B22D7/005—Casting ingots, e.g. from ferrous metals from non-ferrous metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C14/00—Alloys based on titanium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/002—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working by rapid cooling or quenching; cooling agents used therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
- C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
- C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
- C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
一種Ti-Nb合金濺鍍靶，其含有0.1~30at%之Nb，剩餘部分由Ti及不可避免之雜質構成，其特徵在於：含氧量為400wtppm以下。本發明係含氧量低，且因低硬度故容易加工從而具有良好之表面性狀，因此具有可於濺鍍時抑制微粒(particle)產生之優異效果。
Description
本發明係關於一種適於形成半導體積體電路之配線中之障壁層的Ti-Nb合金濺鍍靶及其製造方法，特別是關於一種藉由熔解法而製作之Ti-Nb合金濺鍍靶及其製造方法。
雖大型積體電路(LSI)之配線寬度之微細化呈減緩趨勢，但仍要求藉由微細化所實現之高積體化、低耗電化，物理氣相沈積法等蒸鍍技術之進步亦與之相互結合，該趨向時至今日仍在繼續。另一方面，對於構成元件之材料並無大的技術革新，依舊停留於以反覆改良之形式於主要材料中添加合金元素等，於2000年前後導入之Cu配線及擴散障壁材Ta迄今為止仍是主流。又，於閘極電極之周邊，亦係將Ti、Ni合金、W等作為主要材料而沿用。其中，尤其是Ti作為構成LSI之材料歷史已久，作為Al配線之擴散障壁材而使用，又，作為閘極電極之自對準矽化物(SALICIDE)用、或金屬閘極材而用於各處。
作為Cu配線用障壁材，Ta因其原料之價格高故會導致製造成本高，而相對廉價之Nb、及作為Al配線用障壁材而擁有實際成績之Ti等代替材料經常被研究。然而，現狀是隨著配線微細化之推進，其要求特
性不斷嚴格化，無法獲得超越Ta之特性。
然而，近年來將Co材料作為Cu配線襯墊(liner)材而使用之動向加速，對應之Ta亦產生材料變更之可能性。進一步，金屬閘極用之純Ti材料亦要求藉由細線化所實現之耐熱性，與自Ni過渡至NiPt相同地添加合金之情況變多。關於Ti中之合金添加元素，以實用化、或試驗等級評估Al或Nb等，且對自相對較早時期便開始研究之Ta亦再次進行了研究。
迄今為止，就Ti-Nb合金而言，Nb之熔點高，故難以進行藉由熔解法而實現之合金化，又，所獲得之合金鑄錠因硬度高故難以進行塑性加工，通常藉由粉末冶金法而製作。然而，雖粉末冶金法容易成形，但另一方面，因原料表面積大故含氧量高，藉由濺鍍法而成膜之膜質存在問題之情形多，故而尚未達成量產化。
以下，提出關於作為LSI用擴散障壁層之Ti合金之習知技術。於專利文獻1~3中，揭示有於絕緣膜與導電層(配線)之間形成由鈦合金所構成之障壁膜。又，於專利文獻4~6中，揭示有Ti合金濺鍍靶。
然而，專利文獻4、6係藉由粉末冶金法而形成之靶，存在因上述含氧量而引起之特性劣化之問題。專利文獻5係揭示藉由熔解鑄造法而製作之Ti合金濺鍍靶，但該技術僅提示藉由真空凝殼熔解將與超高熔點之Nb具有接近800℃之熔點差的Ti材料，並未意識到關於其熔解之均勻性之問題點、及關於由原料選定所產生之含氧量之問題點等，完全未提及靶之特性改善。
專利文獻1：日本特開2001-110751號公報
專利文獻2：日本特開2008-98284號公報
專利文獻3：日本特開2010-123586號公報
專利文獻4：日本特開平1-290766號公報
專利文獻5：日本特表2004-506814號公報
專利文獻6：日本專利第5701879號
本發明之課題在於提供一種可抑制於濺鍍時產生之微粒(particle)之Ti-Nb合金濺鍍靶。特別地，課題在於：提供一種藉由降低靶之氧濃度可降低維氏硬度，且可減少於濺鍍時因氧而導致之微粒之產生量的Ti-Nb合金濺鍍靶。
獲得如下認知：藉由適當地調整原料形狀或熔解條件，可降低氧濃度，可製作低硬度之Ti-Nb合金。基於該認知，本申請案提供以下發明。
1)一種Ti-Nb合金濺鍍靶，其含有0.1~30at%之Nb，剩餘部分由Ti及不可避免之雜質構成，其特徵在於：含氧量為400wtppm以下。
2)如上述1)之Ti-Nb合金濺鍍靶，其含氧量之不均為20%以內。
3)如上述1)或2)之Ti-Nb合金濺鍍靶，其維氏硬度為400Hv以下。
4)如上述3)之Ti-Nb合金濺鍍靶，其維氏硬度之不均為10%以內。
5)如上述1)~4)中任一項之Ti-Nb合金濺鍍靶，其表面粗糙度Ra為1.0μm以下。
6)如上述1)~5)中任一項之Ti-Nb合金濺鍍靶，其純度為4N以上。
7)如上述1)~6)中任一項之Ti-Nb合金濺鍍靶，其相對密度為99.9%以上。
8)一種Ti-Nb合金濺鍍靶之製造方法，其特徵在於：準備厚度為1mm以上且5mm以下、10mm見方以上且50mm見方以下之Ti材，及厚度為0.5mm以上且2mm以下、寬度為2mm以上且50mm以下之Nb材，其次，將上述Ti材投入至真空熔解爐進行熔解，之後添加Nb材而將Ti-Nb合金化，其次，藉由坩堝對該合金熔液進行鑄造而製作鑄錠，將所獲得之Ti-Nb合金鑄錠塑性加工成靶形狀。
9)如上述8)之Ti-Nb合金濺鍍靶之製造方法，其中，於將Ti材投入至真空熔解爐進行熔解後，分複數次添加Nb材。
本發明係於藉由熔解鑄造而製作之Ti-Nb濺鍍靶中，藉由降低其氧濃度可降低靶之硬度，且可減少於濺鍍時因氧而導致之微粒之產生量。又，硬度之降低可提高靶之加工性或切削性，從而可獲得良好之表面性狀，因此具有可抑制因靶表面之加工痕跡等而引起之異常放電之優異效果。
圖1係表示濺鍍靶之各種測量部位之圖。
圖2係表示濺鍍靶之純度測量部位之圖。
本發明係一種藉由熔解鑄造法而製作之Ti-Nb合金濺鍍靶，其構成成分為0.1~30at%之Nb、以及由Ti及不可避免之雜質構成之剩餘部分。於本發明之濺鍍靶中，若Nb含量未達0.1at%，則無法獲得Ti膜之膜質(密接性、耐熱性)改善效果，另一方面，若Nb含量超過30at%，則熔解中之Nb發生熔解殘留而難以使材料均質化。因此，將Nb含量設為該範圍。
本發明之濺鍍靶係藉由熔解鑄造法而製作，故而與粉末燒結法相比，可減少含氧量，於本發明中，藉由進一步調整原料形狀，可進一步減少氧，具體而言，可使含氧量甚至達到400wtppm以下。藉此，可實現靶之低硬度化、及抑制因氧而引起之濺鍍時之微粒產生。
又，本發明可將上述含氧量之不均控制在20%以內。若氧濃度之不均超過20%，則靶面內之硬度亦產生不均而無法獲得均勻之表面性狀，故而欠佳。為了抑制含氧量之不均，需要儘可能地使作為高熔點金屬材料之Nb(熔點：2469℃)之投入原料變細，但若使原料過細，則吸附於表面之氧會增加，故而調整投入原料之尺寸非常重要。於本發明中，藉由如下所述般嚴格地控制尺寸，解決了含氧量與其不均之相反之問題。
含氧量之不均係使用LECO法如圖1所示對採自靶之面內9個部位(中心之1個部位、正交之2條直徑上之半徑1/2處之4個部位、及自外周往內側10mm處之4個部位)之小片(0.5~1g)測量各自之含氧量。然後，根據以下數式，算出含氧量之不均。
數式：含氧量之不均(%)=(最大值-最小值)/平均值×100
本發明之Ti-Nb合金濺鍍靶之維氏硬度較佳為400Hv以下。更佳為300Hv以下，進一步更佳為200Hv以下。維氏硬度越低，則塑性加工及切削加工等越容易，從而可使靶之完工形狀良好。而良好之表面性狀具有可抑制濺鍍時之微粒產生之優異效果。
就金屬或合金而言，通常純度越高，則硬度越低，故而為了獲得低硬度之材料，可考慮提高精製能力而減少雜質。然而，於此種情形時，存在精製製程增加從而生產成本增加之問題。又，氧係氣體成分，與其他金屬雜質不同，於通常之精製製程中，氧之減少存在限度。本發明係著眼於靶(原料)中之氧，即便純度為4N~5N亦極力降低氧濃度，藉此實現高硬度靶者。
上述Ti-Nb合金濺鍍靶之維氏硬度較佳為於靶面內，其不均為10%以內。若維氏硬度之面內之不均超過10%，則有表面性狀隨場所而變化，難以實現均勻之成膜之虞。於本發明中，維氏硬度之不均係使用JIS Z2244之維氏硬度試驗方法如圖1所示對採自靶之面內9個部位(中心之1個部位、正交之2條直徑上之半徑1/2處之4個部位、及自外周往內側10mm處之4個部位)之小片(5~10g)測量各自之硬度。然後，根據以下數式，算出硬度之不均。
數式：維氏硬度之不均(%)=(最大值-最小值)/平均值×100
又，於本發明中，濺鍍靶之表面粗糙度Ra較佳為1.0μm以下。如上所述，本發明可降低該Ti-Nb合金靶之硬度，因此可容易地進行切削加工，可製作具有表面粗糙度Ra為1.0μm以下之優異之表面性狀
的靶。而且，藉此可提高成膜特性。
再者，本發明之表面粗糙度係使用JIS B0601之表面性狀之測量方法如圖1所示對靶之面內9個部位(中心之1個部位、正交之2條直徑上之半徑1/2處之4個部位、及自外周往內側10mm處之4個部位)測量各自之表面粗糙度，並加以平均。
於本發明中，純度較佳為4N(99.99%)以上且5N(99.999%)以下。此處，純度為4N係指藉由輝光放電質譜分析法(GDMS)進行分析，Na、Al、Si、K、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr之合計值未達100ppm。其原因在於：若含有較多雜質，則會使膜質降低，而存在無法獲得所期望之膜特性之情形。又，就Ti-Nb合金而言，純度與硬度成比例關係，可藉由提高純度而降低硬度。於本發明中，純度係如圖2所示對自鑄錠(靶材)之頂面或底面往內側10mm之部位以2mm之厚度進行切片而製作圓盤狀樣品，自該樣品之中心採選小片(2mm×2mm×15mm)，進行GDMS分析，而測量上述雜質含量。
再者，Nb原料一般而言難以將Ta雜質去除，故而存在以包含Ta之純度記法為2N左右之情形，但Ta之存在不會妨礙障壁用途之特性，故而Nb純度可如上所述由除Ta以外之金屬雜質而算出。
本發明之Ti-Nb合金濺鍍靶可藉由鑄造而製作，故而與燒結粉末而製作之情形相比，密度較高。於燒結粉末而製作之情形時，其燒結體(靶材)之相對密度為97%左右，但於本發明之情形時，相對密度可達到99.9%以上。此種高密度靶有助於抑制微粒。本發明中之相對密度如以下數式所示，係以藉由阿基米德法而評估之Ti-Nb之測量評估密度相對於
Ti-Nb之理論密度的比率而表示。
數式：相對密度(%)=(阿基米德密度/理論密度)×100
此處，於將靶中之Nb原子之比率設為N(%)之情形時，Ti-Nb之理論密度係藉由以下數式而表示。
數式：理論密度(g/cm3)=(4787-45.04×N)/(1061-0.227×N)
本發明之Ti-Nb合金濺鍍靶可藉由以下方法而製作。首先，按照成為所期望之原子比率之量準備純度為4N以上之Ti原料、及純度為4N以上之Nb原料。此時，若原料之表面積大，則氧濃度高，故而較佳為使用表面積小之原料。特別地，Ti材較佳為厚度係1mm以上且5mm以下、10mm見方以上且50mm見方以下之瓷磚狀，Nb材較佳為厚度係0.5mm以上且2mm以下、寬度係2mm以上且50mm以下、長度適當選擇之板狀或帶狀之形狀。此種形狀之原料可藉由如下方式而製作：將對各種金屬材料之鑄錠進行切削、研削而製作之邊角料調整成固定尺寸。再者，此後為了將所附著之污漬去除，而進行清洗、除脂，視需要進行酸洗。
其次，將原料投入至具備Φ150mm×200mmL水冷銅坩堝之真空凝殼熔解爐內進行熔解。此時，對於Nb原料係於確認僅Ti原料熔解後，分複數次追加添加。其原因在於：雖於Nb之含量為0.1~3at%時，與Ti材料同時投入亦能熔解，但於Nb之含量為3~30at%之範圍內時，藉由進行上述複數次追加添加方式之Nb材料投入，可良好地保持熔解材料(亦包含材料中之氧)之均勻性。
以此方式，亦可促進低Nb組成之熔解合成，以遠低於Nb熔點2469℃之熔解溫度維持熔液之流動性，可不使暴露於Nb熔點附近之高溫下之Ti
(熔點為1668℃)飛散、揮發而精確地控制組成。
其次，將針對目標組成所準備之原料全部熔解而合成之Ti-Nb合金之熔液於水冷銅坩堝中冷卻，製作Ti-Nb合金鑄錠。此後，以700~1200℃對該鑄錠進行熱鍛造，此後以700~1000℃進行熱軋。亦可視需要進行二次鍛造、二次輥軋。本發明並不藉由上述步驟而受到特別限制，可為了調整形狀或組織而適當選擇鍛造、輥軋之次數及溫度。
其次，對經過塑性加工之Ti-Nb合金之表面進行切削、研磨等機械加工，而最終加工成所期望之表面性狀。可經由以上步驟製造具備本發明之特徵之Ti-Nb合金濺鍍靶。而且，此種靶可抑制濺鍍時之微粒產生，且可提高所形成之膜之密接性及耐熱性。
以下，基於實施例而進行說明。再者，本實施例終歸是用以使本發明易於理解之一例，並不藉由該例而受到任何限制。即，本發明僅受申請專利範圍所限制，包含本發明中所說明之實施例以外之各種變形。
(實施例1)
準備30mm見方、2mm厚度之Ti原料(純度為4N以上)、及10mm寬度、50mm長度、1mm厚度之帶狀Nb原料(除Ta以外之純度為4N以上)，以Ti成為99.9at%，Nb成為0.1at%之方式稱量該等原料並將其等投入至熔解爐內。其次，對原料以Ti材會熔解之輸出進行真空凝殼熔解而製成Ti-Nb合金，之後於水冷銅坩堝中冷卻該合金熔液。其次，於以700℃對該Ti-Nb合金鑄錠進行熱鍛造後，以700℃實施熱軋。此後，對經過塑性加工之Ti-Nb合金進行切削、研磨等機械加工，而最終加工成所期望之
表面性狀。
對藉由以上步驟而獲得之濺鍍靶調查含氧量、相對密度、維氏硬度、表面粗糙度。其結果，含氧量為380wtppm(不均：18%)，相對密度為100%，維氏硬度為150Hv(不均：10%)，表面粗糙度Ra為0.4μm。濺鍍之條件係輸入電力為15kw，且Ar氣流量為8sccm，於實施75kWhr之預濺鍍後，在直徑為12英吋之矽基板上成膜15秒。附著於基板上、大小為0.1μm以上之微粒數量為3個。又，對所形成之膜進行耐熱試驗(以700℃進行加熱)，結果未發現剝離等，表現出良好之密接性、耐熱性。
(實施例2)
準備30mm見方、2mm厚度之Ti原料(純度為4N以上)、及10mm寬度、50mm長度、1mm厚度之帶狀Nb原料(除Ta以外之純度為4N以上)，以Ti成為98at%，Nb成為2at%之方式稱量該等原料並將其等投入至熔解爐內。其次，對原料以Ti材會熔解之輸出進行真空凝殼熔解而製成Ti-Nb合金，之後於水冷銅坩堝中冷卻該合金熔液。其次，於以700℃對該Ti-Nb合金鑄錠進行熱鍛造後，以700℃實施熱軋。此後，對經過塑性加工之Ti-Nb合金進行切削、研磨等機械加工，而最終加工成所期望之表面性狀。
對藉由以上步驟而獲得之濺鍍靶調查含氧量、相對密度、維氏硬度、表面粗糙度。其結果，含氧量為350wtppm(不均：18%)，相對密度為100%，維氏硬度為180Hv(不均：10%)，表面粗糙度Ra為0.4μm。濺鍍之條件係輸入電力為15kw，且Ar氣流量為8sccm，於實施75kWhr之預濺鍍後，在直徑為12英吋之矽基板上成膜15秒。附著於基板上、大小
為0.1μm以上之微粒數量為3個。又，對所形成之膜進行耐熱試驗(以700℃進行加熱)，結果未發現剝離等，表現出良好之密接性、耐熱性。
(實施例3)
準備50mm見方、5mm厚度之Ti原料(純度為4N以上)、及10mm寬度、50mm長度、1mm厚度之帶狀Nb原料(除Ta以外之純度為4N以上)，以Ti成為97at%，Nb成為3at%之方式稱量該等原料而進行準備。首先，將Ti材投入至熔解爐內，將Nb材置放於追加添加用之原料投入機構。其次，對原料以Ti材會熔解之輸出進行真空凝殼熔解，於確認Ti原料熔解後，分10次添加Nb材。於製成Ti-Nb合金後，在水冷銅坩堝中冷卻該合金熔液。其次，於以1200℃對該Ti-Nb合金鑄錠進行熱鍛造後，以1000℃實施熱軋。此後，對經過塑性加工之Ti-Nb合金進行切削、研磨等機械加工，而最終加工成所期望之表面性狀。
對藉由以上步驟而獲得之濺鍍靶調查含氧量、相對密度、維氏硬度、表面粗糙度。其結果，含氧量為330wtppm(不均：17%)，相對密度為100%，維氏硬度為190Hv(不均：8%)，表面粗糙度Ra為0.4μm。將以此方式獲得之靶安裝於濺鍍裝置而進行濺鍍。再者，濺鍍之條件與實施例1相同。附著於基板上、大小為0.1μm以上之微粒數量為5個。又，對所形成之膜進行耐熱試驗(以700℃進行加熱)，結果未發現剝離等，表現出良好之密接性、耐熱性。
(實施例4)
準備50mm見方、5mm厚度之Ti原料(純度為4N以上)、及10mm寬度、50mm長度、1mm厚度之帶狀Nb原料(除Ta以外之純度為4N以
上)，以Ti成為90at%，Nb成為10at%之方式稱量該等原料而進行準備。首先，將Ti材投入至熔解爐內，將Nb材置放於追加添加用之原料投入機構。其次，對原料以Ti材會熔解之輸出進行真空凝殼熔解，於確認Ti原料熔解後，分10次添加Nb材。於製成Ti-Nb合金後，在水冷銅坩堝中冷卻該合金熔液。其次，於以1200℃對該Ti-Nb合金鑄錠進行熱鍛造後，以1000℃實施熱軋。此後，對經過塑性加工之Ti-Nb合金進行切削、研磨等機械加工，而最終加工成所期望之表面性狀。
對藉由以上步驟而獲得之濺鍍靶調查含氧量、相對密度、維氏硬度、表面粗糙度。其結果，含氧量為260wtppm(不均：15%)，相對密度為100%，維氏硬度為220Hv(不均：8%)，表面粗糙度Ra為0.5μm。將以此方式獲得之靶安裝於濺鍍裝置而進行濺鍍。再者，濺鍍之條件與實施例1相同。附著於基板上、大小為0.1μm以上之微粒數量為9個。又，對所形成之膜進行耐熱試驗(以700℃進行加熱)，結果未發現剝離等，表現出良好之密接性、耐熱性。
(實施例5)
準備50mm見方、5mm厚度之Ti原料(純度為4N以上)、及10mm寬度、50mm長度、1mm厚度之帶狀Nb原料(除Ta以外之純度為4N以上)，以Ti成為80at%，Nb成為20at%之方式稱量該等原料而進行準備。首先，將Ti材投入至熔解爐內，將Nb材置放於追加添加用之原料投入機構。其次，對原料以Ti材會熔解之輸出進行真空凝殼熔解，於確認Ti原料熔解後，分10次添加Nb材。於製成Ti-Nb合金後，在水冷銅坩堝中冷卻該合金熔液。其次，於以1200℃對該Ti-Nb合金鑄錠進行熱鍛造後，以1000
℃實施熱軋。此後，對經過塑性加工之Ti-Nb合金進行切削、研磨等機械加工，而最終加工成所期望之表面性狀。
對藉由以上步驟而獲得之濺鍍靶調查含氧量、相對密度、維氏硬度、表面粗糙度。其結果，含氧量為200wtppm(不均：9%)，相對密度為100%，維氏硬度為360Hv(不均：8%)，表面粗糙度Ra為0.7μm。將以此方式獲得之靶安裝於濺鍍裝置而進行濺鍍。再者，濺鍍之條件與實施例1相同。附著於基板上、大小為0.1μm以上之微粒數量為7個。又，對所形成之膜進行耐熱試驗(以700℃進行加熱)，結果未發現剝離等，表現出良好之密接性、耐熱性。
(實施例6)
準備50mm見方、5mm厚度之Ti原料(純度為4N以上)、及10mm寬度、50mm長度、1mm厚度之帶狀Nb原料(除Ta以外之純度為4N以上)，以Ti成為70at%，Nb成為30at%之方式稱量該等原料而進行準備。首先，將Ti材投入至熔解爐內，將Nb材置放於追加添加用之原料投入機構。其次，對原料以Ti材會熔解之輸出進行真空凝殼熔解，於確認Ti原料熔解後，分10次添加Nb材。於製成Ti-Nb合金後，在水冷銅坩堝中冷卻該合金熔液。其次，於以1200℃對該Ti-Nb合金鑄錠進行熱鍛造後，以1000℃實施熱軋。此後，對經過塑性加工之Ti-Nb合金進行切削、研磨等機械加工，而最終加工成所期望之表面性狀。
對藉由以上步驟而獲得之濺鍍靶調查含氧量、相對密度、維氏硬度、表面粗糙度。其結果，含氧量為160wtppm(不均：6%)，相對密度為100%，維氏硬度為390Hv(不均：7%)，表面粗糙度Ra為0.8μm。
將以此方式獲得之靶安裝於濺鍍裝置而進行濺鍍。再者，濺鍍之條件與實施例1相同。附著於基板上、大小為0.1μm以上之微粒數量為6個。又，對所形成之膜進行耐熱試驗(以700℃進行加熱)，結果未發現剝離等，表現出良好之密接性、耐熱性。
(比較例1)
準備60mm見方、10mm厚度之Ti原料(純度為4N以上)及Nb原料(除Ta以外之純度為4N以上)，以Ti成為99.9at%，Nb成為0.1at%之方式稱量該等原料並將其等投入至熔解爐內。首先，將Ti材投入至熔解爐內，將Nb材置放於追加添加用之原料投入機構。其次，對原料以Ti材會熔解之輸出進行真空凝殼熔解，於確認Ti原料熔解後，一次性添加方形之Nb材。此後，於水冷銅坩堝中冷卻該合金熔液。其次，於以700℃對該Ti-Nb合金鑄錠進行熱鍛造後，以700℃實施熱軋，但於鍛造中或輥軋中因為Nb材之熔解殘留而產生了裂痕，未能加工成靶材。
再者，對該材料進行了分析，結果發現：組成於0.1~0.4at%之範圍內產生不均，且相對密度無法測量，除此之外，含氧量成為360wtppm(不均：20%)，維氏硬度成為220Hv(不均：23%)。
(比較例2)
準備60mm見方、10mm厚度之Ti原料(純度為4N以上)及Nb原料(除Ta以外之純度為4N以上)，以Ti成為90at%，Nb成為10at%之方式稱量該等原料而進行準備。首先，將Ti材投入至熔解爐內，將Nb材置放於追加添加用之原料投入機構。其次，對原料以Ti會材熔解之輸出進行真空凝殼熔解，於確認Ti原料熔解後，一次性添加方形之Nb材。其次，於
以1000℃對該Ti-Nb合金鑄錠進行熱鍛造後，以1000℃實施熱軋。然而，發現了Nb材之熔解殘留，從而於鍛造中或輥軋中產生了輕微之裂痕。
再者，對該材料進行了分析，結果發現：組成於5~40at%之範圍內產生不均，且相對密度無法測量，除此之外，含氧量成為280wtppm(不均：30%)，維氏硬度成為220Hv(不均：30%)。
(比較例3)
準備30mm見方、2mm厚度之Ti原料(純度為4N以上)及Nb原料(除Ta以外之純度為4N以上)，以Ti成為70at%，Nb成為30at%之方式稱量該等原料並將其等投入至熔解爐內。首先，將Ti材投入至熔解爐內，將Nb材置放於追加添加用之原料投入機構。其次，對原料以Ti材會熔解之輸出進行真空凝殼熔解，於確認Ti原料熔解後，一次性添加方形之Nb材。其次，對原料以Nb材會熔解之輸出進行真空凝殼熔解，但Ti材劇烈飛散，Ti減量而脫離特定之組成。
再者，對該材料進行了分析，結果發現：組成於8~75at%之範圍內產生不均，且相對密度無法測量，除此之外，含氧量成為220wtppm(不均：31%)，維氏硬度成為330Hv(不均：30%)。
(比較例4)
以成為70：30之原子組成比之方式準備Ti粉末及Nb粉末，並將該等粉末混合，之後藉由真空熱壓以1300℃之溫度保持2小時使之燒結。此後，對該Ti-Nb合金燒結體進行研削、研磨等機械加工，而最終加工成所期望之表面性狀。
對藉由以上步驟而獲得之濺鍍靶調查含氧量、相對密度、維氏硬度、
表面粗糙度。其結果，含氧量為1500wtppm(不均：25%)，相對密度為98%，維氏硬度為450Hv(不均：16%)，表面粗糙度Ra為1.2μm。將以此方式獲得之靶安裝於濺鍍裝置而進行濺鍍。再者，濺鍍之條件與實施例1相同。附著於基板上、大小為0.1μm以上之微粒數量為1200個。又，對所形成之膜進行耐熱試驗(以700℃進行加熱)，結果觀察到剝離。
(比較例5)
以成為90：10之原子組成比之方式準備Ti原料及Nb原料，並藉由霧化處理將該等原料粉末化，之後藉由真空熱壓以1300℃之溫度保持2小時使之燒結。此後，對該Ti-Nb合金燒結體進行研削、研磨等機械加工，而最終加工成所期望之表面性狀。
對藉由以上步驟而獲得之濺鍍靶調查含氧量、相對密度、維氏硬度、表面粗糙度。其結果，含氧量為800wtppm(不均：15%)，相對密度為98%，維氏硬度為420Hv(不均：10%)，表面粗糙度Ra為1.0μm。將以此方式獲得之靶安裝於濺鍍裝置而進行濺鍍。再者，濺鍍之條件與實施例1相同。附著於基板上、大小為0.1μm以上之微粒數量為350個。又，對所形成之膜進行耐熱試驗(以700℃進行加熱)，結果觀察到剝離。
將以上結果示於表1。
本發明係一種Ti-Nb合金濺鍍靶，其含氧量低，且因低硬度故容易加工從而具有良好之表面性狀，因此具有可於濺鍍時抑制微粒產生之優異效果。本發明作為適於形成半導體積體電路之元件配線用薄膜之Ti-Nb合金濺鍍而有用。
Claims (8)
- 一種Ti-Nb合金濺鍍靶，其含有0.1~30at%之Nb，剩餘部分由Ti及不可避免之雜質構成，其特徵在於：含氧量為400wtppm以下，其含氧量之不均為20%以內。
- 如申請專利範圍第1項之Ti-Nb合金濺鍍靶，其維氏硬度為400Hv以下。
- 如申請專利範圍第2項之Ti-Nb合金濺鍍靶，其維氏硬度之不均為10%以內。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之Ti-Nb合金濺鍍靶，其表面粗糙度Ra為1.0μm以下。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之Ti-Nb合金濺鍍靶，其純度為4N以上。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之Ti-Nb合金濺鍍靶，其相對密度為99.9%以上。
- 一種Ti-Nb合金濺鍍靶之製造方法：準備厚度為1mm以上且5mm以下、10mm見方以上且50mm見方以下之Ti材，及厚度為0.5mm以上且2mm以下、寬度為2mm以上且50mm以下之Nb材，其次，將該Ti材投入至真空熔解爐進行熔解，之後添加Nb材而將Ti-Nb合金化，其次，藉由水冷銅坩堝對該合金熔液進行鑄造而製作鑄錠，對所獲得之Ti-Nb合金鑄錠進行靶形狀之塑性加工。
- 如申請專利範圍第7項之Ti-Nb合金濺鍍靶之製造方法，其中，於將Ti材投入至真空熔解爐進行熔解後，分複數次添加Nb材。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016062545 | 2016-03-25 | ||
| JPJP2016-062545 | 2016-03-25 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201805461A TW201805461A (zh) | 2018-02-16 |
| TWI721139B true TWI721139B (zh) | 2021-03-11 |
Family
ID=59900250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW106109928A TWI721139B (zh) | 2016-03-25 | 2017-03-24 | Ｔｉ－Ｎｂ合金濺鍍靶及其製造方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11837449B2 (zh) |
| EP (1) | EP3418422B1 (zh) |
| JP (1) | JP6440866B2 (zh) |
| KR (1) | KR102236414B1 (zh) |
| SG (1) | SG11201808205QA (zh) |
| TW (1) | TWI721139B (zh) |
| WO (1) | WO2017164302A1 (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111057905B (zh) * | 2020-01-13 | 2022-03-04 | 西安理工大学 | 一种粉末冶金制备铌钛合金的方法 |
| CN113290178B (zh) * | 2021-05-21 | 2022-04-19 | 东莞市诺德金属科技有限公司 | 一种高Nb含量Ti-Nb合金铸锭开坯锻造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110214987A1 (en) * | 2008-11-03 | 2011-09-08 | Tosoh Smd, Inc | Method of making a sputter target and sputter targets made thereby |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5197393A (en) | 1975-02-21 | 1976-08-26 | x senshutsuryokuno seigyohoho | |
| JPH01290766A (ja) | 1988-05-18 | 1989-11-22 | Nippon Mining Co Ltd | Ｔｉ含有高純度Ｔａターゲット及びその製造方法 |
| US5224534A (en) * | 1990-09-21 | 1993-07-06 | Nippon Mining And Metals Company, Limited | Method of producing refractory metal or alloy materials |
| US5102450A (en) * | 1991-08-01 | 1992-04-07 | General Electric Company | Method for melting titanium aluminide alloys in ceramic crucible |
| US6309556B1 (en) * | 1998-09-03 | 2001-10-30 | Praxair S.T. Technology, Inc. | Method of manufacturing enhanced finish sputtering targets |
| US6348113B1 (en) * | 1998-11-25 | 2002-02-19 | Cabot Corporation | High purity tantalum, products containing the same, and methods of making the same |
| US6331484B1 (en) | 1999-03-29 | 2001-12-18 | Lucent Technologies, Inc. | Titanium-tantalum barrier layer film and method for forming the same |
| JP3445557B2 (ja) | 1999-05-24 | 2003-09-08 | ルーセント テクノロジーズ インコーポレーテッド | チタン−タンタル障壁層薄膜及びその形成方法 |
| JP2001131737A (ja) * | 1999-11-09 | 2001-05-15 | Nikko Materials Co Ltd | スパッタリングターゲット及びその研削方法 |
| KR100504062B1 (ko) * | 2000-04-20 | 2005-07-27 | 가부시끼가이샤 도시바 | 스퍼터 타겟, 배리어막 및 전자 부품 |
| US20030227068A1 (en) | 2001-05-31 | 2003-12-11 | Jianxing Li | Sputtering target |
| KR20030020986A (ko) | 2000-08-15 | 2003-03-10 | 허니웰 인터내셔널 인코포레이티드 | 스퍼터링 타겟 |
| JP3898044B2 (ja) * | 2001-12-03 | 2007-03-28 | 株式会社東芝 | スパッタリングターゲット |
| JP4923933B2 (ja) | 2006-10-10 | 2012-04-25 | 東京エレクトロン株式会社 | バリヤ層の形成方法及びプラズマ成膜装置 |
| JP2010123586A (ja) | 2008-11-17 | 2010-06-03 | Nec Electronics Corp | 半導体装置、半導体装置の製造方法 |
| JP5349583B2 (ja) * | 2009-03-27 | 2013-11-20 | Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 | Ｔｉ−Ｎｂ系酸化物焼結体スパッタリングターゲット、Ｔｉ−Ｎｂ系酸化物薄膜及び同薄膜の製造方法 |
| JP5550328B2 (ja) * | 2009-12-22 | 2014-07-16 | 株式会社東芝 | Ｍｏスパッタリングターゲットおよびその製造方法 |
| KR20150002861A (ko) | 2010-07-16 | 2015-01-07 | 제이엑스 닛코 닛세키 킨조쿠 가부시키가이샤 | 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법 |
| JP5979927B2 (ja) | 2012-03-19 | 2016-08-31 | シチズンホールディングス株式会社 | 金色硬質装飾部材 |
-
2017
- 2017-03-23 JP JP2017555409A patent/JP6440866B2/ja active Active
- 2017-03-23 WO PCT/JP2017/011696 patent/WO2017164302A1/ja active Application Filing
- 2017-03-23 SG SG11201808205QA patent/SG11201808205QA/en unknown
- 2017-03-23 EP EP17770342.8A patent/EP3418422B1/en active Active
- 2017-03-23 US US16/088,118 patent/US11837449B2/en active Active
- 2017-03-23 KR KR1020187026284A patent/KR102236414B1/ko active IP Right Grant
- 2017-03-24 TW TW106109928A patent/TWI721139B/zh active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110214987A1 (en) * | 2008-11-03 | 2011-09-08 | Tosoh Smd, Inc | Method of making a sputter target and sputter targets made thereby |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3418422A4 (en) | 2019-10-30 |
| TW201805461A (zh) | 2018-02-16 |
| WO2017164302A1 (ja) | 2017-09-28 |
| EP3418422B1 (en) | 2022-06-22 |
| KR102236414B1 (ko) | 2021-04-05 |
| SG11201808205QA (en) | 2018-10-30 |
| JP6440866B2 (ja) | 2018-12-19 |
| JPWO2017164302A1 (ja) | 2018-03-29 |
| EP3418422A1 (en) | 2018-12-26 |
| KR20180110111A (ko) | 2018-10-08 |
| US20190115196A1 (en) | 2019-04-18 |
| US11837449B2 (en) | 2023-12-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI419987B (zh) | Tantalum sputtering target | |
| TWI426147B (zh) | Tantalum sputtering target | |
| TWI413703B (zh) | Tantalum sputtering target | |
| US20240194463A1 (en) | Aluminum alloys and processes for making aluminum -scandium sputtering targets with high uniformity and elemental content | |
| TWI622661B (zh) | Ｗ－Ｎｉ濺鍍靶及其製法和用途 | |
| TWI500778B (zh) | Tantalum sputtering target | |
| TWI503420B (zh) | Tantalum sputtering target | |
| US10431439B2 (en) | Tantalum sputtering target | |
| TWI721138B (zh) | Ｔｉ－Ｔａ合金濺鍍靶及其製造方法 | |
| TWI721139B (zh) | Ｔｉ－Ｎｂ合金濺鍍靶及其製造方法 | |
| KR20140091701A (ko) | 고순도 구리 크롬 합금 스퍼터링 타겟 | |
| WO2017022320A1 (ja) | アルミニウムスパッタリングターゲット | |
| KR102030875B1 (ko) | 고순도 구리 코발트 합금 스퍼터링 타깃 |