專利名稱：濺射靶及其制造方法
技術領域：
本發明涉及粉粒的產生少的濺射靶及其制造方法。
背景技術：
濺射法作為薄膜的形成手段，是已經廣為人知的技術。其基本原理是在氬氣等稀薄氣體中在形成薄膜的襯底(陽極側)和與其間隔短間距相對的包含薄膜形成物質的靶 (陰極側)之間施加電壓，由此將氬氣等離子體化，在此產生的氬離子撞擊作為陰極物質的靶，并利用其能量使靶的物質飛出(擊出)到外部，由此該飛出的物質層疊在相對的襯底面上。利用該濺射原理的薄膜形成裝置，有二極偏壓濺射裝置、高頻濺射裝置、等離子體濺射裝置等多種設計，但基本原理相同。形成薄膜的物質，由于作為氬離子的目標，因此稱為靶，其具有如下特征由于利用離子的碰撞能量，因此構成靶的薄膜形成物質以原子狀或原子集合而成的簇狀層疊在襯底上，從而形成微細且致密的薄膜，這是廣泛應用于目前的各種電子部件的原因。該薄膜形成中使用的濺射，最近要求非常高度的成膜方法，因此制作的薄膜中缺陷少成為大的課題。濺射中產生這樣的缺陷，不僅是濺射法引起的，而且多數起因于靶本身。作為由這樣的靶造成的缺陷的產生原因有粉粒或結瘤的產生。從靶濺射的(飛出的)物質本來是附著到相對的襯底上的，但是，未必垂直濺射， 而是從各個方向飛來。這樣的飛來物質會附著到襯底以外的濺射裝置內的設備上，有時，其會剝離并漂浮從而再附著到襯底上。這樣的物質稱為粉粒，不屬于原本預定的薄膜物質，并且多數以較大的簇狀附著， 因此例如在電子設備的微細布線膜中成為短路的原因，從而成為產生不合格品的原因。已知這樣的粉粒的產生，起因于物質從靶的飛來，即隨靶的表面狀態而增減。另外，一般而言，靶面的物質并不是通過濺射而均勻地減少(被侵蝕)的，而是根據構成物質與濺射裝置的固有特性、電壓的施加方式等，具有在特定的區域例如以環狀被侵蝕的傾向。另外，根據靶物質的種類或靶的制造方法，有時在靶表面殘留無數粒狀的突起物質、形成稱為所謂的結瘤的物質。該物質是薄膜形成物質之一，因此，不會對薄膜直接造成影響，但是，觀察到在該結瘤的突起上產生微小的電弧(微弧)，從而引起粉粒增大。最近，靶并非由均勻的物質構成，多數是在包含具有延展性的物質的基質中混合存在氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、以及其它物質的狀態下使用。這樣的情況下，特別產生結瘤或粉粒的產生變多的問題。作為現有技術公開了，將機械加工時在高熔點金屬合金用濺射靶的表面部產生的微小裂紋或缺陷部等加工缺陷層(破碎層)除去后的濺射靶(參考專利文獻1)或者調節濺射靶的表面粗糙度，減少殘留污染物的量、表面的氫含量以及加工變質層的厚度，實現膜的均勻化，抑制結瘤和粉粒產生的技術(參考專利文獻2)。但是，雖然這些技術預想到結瘤或粉粒的產生對靶的表面狀態有顯著影響，但是， 現實情況是仍然沒有解決問題。另外，公開了在ITO濺射靶中，將磨削、研磨后的表面用作為同質材料的ITO覆蓋以抑制初期電弧產生的技術(專利文獻幻。但是，該技術的特征在于涂布同質材料這一方面，屬于僅僅對ITO成立的技術。在靶內部還存在氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬化合物、碳氮化物、其它不具有延展性的物質的苛刻條件下的問題尚未解決。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開平3-257158號公報專利文獻2 日本特開平11-1766號公報專利文獻3 日本特開2003-89868號公報
發明內容
本發明的目的在于提供可以改善在包含富有延展性的物質的基質相內大量存在氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、其它無延展性的物質的靶表面， 從而可以防止或者抑制濺射時產生結瘤或粉粒的表面特性優良的濺射靶及其制造方法。本發明提供1) 一種粉粒的產生少的濺射靶，在包含富有延展性的物質的基質相內存在體積比率為1 50%的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、其它無延展性的物質，其特征在于，在該靶的最外表面上形成有富有延展性且具有導電性的金屬覆蓋層；2)如上述(1)所述的濺射靶，其特征在于，形成所述金屬覆蓋層前的靶表面的中心線平均表面粗糙度Ra為0. 1 μ m以下，十點平均粗糙度Rz為0. 4 μ m以下，局部峰頂間距 (粗糙度圖形)AR為120 μ m以下，波狀起伏圖形的平均長度AW為1500 μ m以上；3)如上述1)或幻所述的濺射靶，其特征在于，在包含富有延展性的物質的基質相內存在的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、其它無延展性的物質以平均粒徑計具有0. 1 10 μ m的尺寸；4)如上述1)至幻中任一項所述的濺射靶，其特征在于，所述金屬覆蓋層包含構成基質相的金屬中的至少一種，所述基質相包含富有延展性的物質；5)如上述1)至4)中任一項所述的濺射靶，其特征在于，所述金屬覆蓋層的厚度為 IOOnm 300nm ；6)如上述1)至4)中任一項所述的濺射靶，其特征在于，所述金屬覆蓋層包含Co、 Cr和Pt中的至少一種。另外，本發明提供7) 一種粉粒的產生少的濺射靶的制造方法，所述靶中，在包含富有延展性的物質的基質相內存在體積比率為1 50%的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、其它無延展性的物質，所述方法的特征在于，通過化學鍍敷法或物理蒸鍍法在該靶最外表面形成富有延展性且具有導電性的金屬覆蓋層；
8) 一種粉粒的產生少的濺射靶的制造方法，其特征在于，對在包含富有延展性的物質的基質相內存在體積比率為1 50%的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、其它無延展性的物質的靶的表面，預先通過切削加工進行一次加工，然后通過研磨進行精加工，由此形成中心線平均表面粗糙度Ra為0. 1 μ m以下、十點平均粗糙度Rz 為0. 4 μ m以下、局部峰頂間距(粗糙度圖形)AR為120 μ m以下、波狀起伏圖形的平均長度 Aff為1500 μ m以上的坡度平緩的表面，再通過化學鍍敷法或物理蒸鍍法形成富有延展性且具有導電性的金屬覆蓋層；9)如上述8)所述的濺射靶的制造方法，其特征在于，通過切削加工進行一次加工，由此從靶材的表面切削Imm IOmm的范圍；10)如上述8)或9)所述的濺射靶的制造方法，其特征在于，通過研磨進行精加工， 由此從經切削加工進行一次加工后的表面研磨1 μ m 50 μ m的范圍。發明效果本發明通過在包含富有延展性的物質的基質相內存在體積比率為1 50%的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、其它無延展性的物質的靶的最外表面上形成富有延展性且具有導電性的金屬覆蓋層，可以得到表面特性優良的靶。該金屬覆蓋層具有可以補充氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、其它無延展性的物質對基質的結合力，并且通過無導電性的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物等絕緣性物質可以抑制局部帶有電荷的效果。另外，通過使用該靶進行濺射，具有可以防止或抑制濺射時產生粉粒或結瘤的優良效果。
圖1是Co鍍敷面與鍍敷前的表面照片(激光顯微圖像)。
具體實施例方式本發明的表面加工對象即靶，是富有延展性的基質相和以體積比率為1 50%存在于其中的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、其它無延展性的物質混合存在的靶。這樣的靶的典型例子，可以列舉例如包含作為基質相的Co-Cr-Pt合金和作為無延展性物質的SiO2的硬盤用靶即(Co-Cr-Pt)-SiO2等。但是，本申請發明不限于這些材料，也可以應用于其它同樣的材料。對無延展性的物質混合存在的靶材例如使用車刀(bite)進行切削加工時，以氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、其它無延展性的物質存在的部位為起點，會形成裂紋、脫落造成的凹坑、根據情況在凹坑中殘留碎片的形態的瑕疵(傷痕)。這樣的表面缺陷，即使在無延展性的材料的部分以平均粒徑計為0. 1 ΙΟμπι的尺寸均勻地進行細微分散的情況下也容易產生。另外，測定該情況的硬度時，富有延展性的基質相的維氏硬度為400以下，氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、 其它無延展性的物質的維氏硬度為400以上，其硬度差多為1.5倍。因此，這樣的情況下，本發明的表面加工方法特別發揮效力。本發明的濺射靶，是在包含富有延展性的物質的基質相內存在體積比率為1 50%的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、其它無延展性的物質的靶的最外表面形成有富有延展性且具有導電性的金屬覆蓋層的濺射靶。該金屬覆蓋層與金屬的種類無關，只要是富有延展性且具有導電性的金屬則幾乎都可以使用。如后所述，由于形成極薄的層就足夠，因此該金屬本身在濺射膜層中成為污染物質的情況極少。靶最外表面覆蓋層的優選材料，可以由構成包含富有延展性的物質的基質相的金屬中的至少一種構成。通過這樣構成，可以完全抑制污染。作為混合存在有氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、其它無延展性的物質的、包含富有延展性的物質的基質相的富有延展性的材料，為金屬，具體地為Co、Cr、Pt、Ru、以及含有它們中的一種以上的合金，可以列舉例如在硬盤材料中使用的 Co-Cr-Pt合金等作為其代表例。另外，覆蓋層的厚度為IOOnm 300nm就足夠了。另外，本申請發明的濺射靶的形態期望，形成所述金屬覆蓋層前的靶材表面的中心線平均表面粗糙度Ra為0. 1 μ m以下，十點平均粗糙度Rz為0. 4 μ m以下，局部峰頂間距 (粗糙度圖形)AR為120 μ m以下，波狀起伏圖形的平均長度AW為1500 μ m以上。另外，在包含富有延展性的物質的基質相內存在的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、其它無延展性的物質，優選調節為以平均粒徑計為0. 1 IOym的尺寸。以上伴隨著對基質中的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化
物、其它無延展性的物質本身進行的調節，通過這樣調整表面性狀，可以進一步提高金屬覆蓋層的效果。由此，具有進一步提高與基質的結合力的效果。這樣，具有導電性的金屬層通過氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、碳氮化物等絕緣性物質，具有可以抑制局部帶有電荷的效果。而且，不僅在濺射的初期階段，在濺射過程中也可以有效地防止或者抑制粉粒的產生或結瘤的產生。在制造濺射靶時，制成在包含富有延展性的物質的基質相內存在體積比率為1 50%的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、其它無延展性的物質的靶，并通過化學鍍敷法或物理蒸鍍法在其最外表面形成富有延展性且具有導電性的金屬覆
蓋層ο作為化學鍍敷法，有電鍍法等電化學鍍敷法、無電鍍法，可以使用以這些方法為代表的覆蓋法。另外，作為物理蒸鍍法，可以使用真空蒸鍍法、濺射法、離子束蒸鍍法等。另外，更具體而言，預先通過切削加工對在包含富有延展性的物質的基質相內存在體積比率為1 50%的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、其它無延展性的物質的靶的表面進行一次加工。然后，通過研磨進行精加工，由此形成中心線平均表面粗糙度Ra為0. 1 μ m以下， 十點平均粗糙度Rz為0.4μπι以下，局部峰頂間距(粗糙度圖形)AR為120 μ m以下，波狀起伏圖形的平均長度AW為1500 μ m以上的坡度平緩的表面。而且，通過上述化學鍍敷法或物理蒸鍍法，可以形成富有延展性且具有導電性的金屬覆蓋層。另外，期望通過所述切削加工進行一次加工，從靶材的表面切削Imm IOmm的范圍。另外，在通過研磨進行精加工時，期望從經切削加工進行一次加工后的表面研磨 1 μ m ~ 50 μ m 白勺@_。切削Imm IOmm的范圍的理由是為了有效地除去在此以前形成的靶材表面的缺陷。切削期望通過使用車刀或者刀片的車床加工來進行。通過該切削加工(一次加工)，如上所述，會產生裂紋、脫落造成的凹坑等缺陷，但是，可以使用例如#80 #400的粗磨粒的砂紙或磨石對該缺陷進行研磨。由此，可以消除上述裂紋、脫落造成的凹坑等缺陷，從而形成平滑的靶面。#80 #400的粗磨粒的砂紙或磨石，是有效地除去通過切削加工產生的以氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、其它無延展性的物質為起點的缺陷， 從而制作具有包含富有延展性的物質的基質相且平滑的面的最佳范圍。此時，沒有必要進行鏡面研磨，只要能夠除去裂紋、脫落造成的凹坑即可。在制作平滑且裂紋、脫落造成的凹坑等表面缺陷少的靶的情況下，可以考慮從最開始就使用#80 #400的粗磨粒的砂紙或磨石對靶材進行研磨。但是，此時產生研磨加工所需的時間延長，以及富有延展性的基質相的物質附著到磨石上從而磨石的維護頻率提高的問題。而且，特別是以手工加工進行研磨加工時，即使表面粗糙度沒有差別，也會產生容易引起外圍部和中心部被大量研磨，從而在靶表面產生波狀起伏的問題。因此，不進行切削加工而僅僅通過研磨加工進行靶的表面加工實際上是不能實施的。然后，本申請發明中，通過使用車床的切削進行一次加工，精加工為靶形狀，并且根據需要在進行切削加工后，進行包括滴加純水的濕式一次研磨一滴加氧化鋁研磨劑的濕式二次研磨的工序的加工。由此，可以實現中心線平均表面粗糙度Ra為0. Ιμπι以下，十點平均粗糙度Rz為0. 4μ m以下，局部峰頂間距(粗糙度圖形)AR為120 μ m以下，波狀起伏圖形的平均長度AW為1500 μ m以上，并且靶表面可以得到平滑且坡度非常平緩的表面。另外，關于中心線平均表面粗糙度Ra、十點平均粗糙度Rz、局部峰頂間距(粗糙度圖形)AR以及波狀起伏圖形的平均長度AW，由JIS標準化的表面粗糙度定義(參考JIS B060U JIS B0631)，在此省略說明。但是，應該理解，這些表面的切削、研磨加工以及由此得到的靶表面的性狀，為更優選的條件，并非必要的條件。本發明中重要的是，在靶的最外表面形成富有延展性且具有導電性的金屬覆蓋層。由此，可以實現以下優良效果對在包含富有延展性的物質的基質相內存在氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、其它無延展性的物質的靶進行濺射時，可以防止或抑制結瘤或粉粒的產生。實施例以下，對實施例進行說明。另外，本實施例用于表示發明的一個例子，本發明不限于這些實施例。(實施例1)得到以Co粉、Cr粉、Pt粉、SiO2粉為原料、在包括熱壓和HIP的制造條件下制造的靶。該靶中無延展性的SiA的體積比率為25%，該SiA粒子的平均粒徑為2 μ m。另外， 基質相的主要成分為均勻的Co-Cr-Pt合金。通過使用車床的切削進行一次加工而精加工為靶形狀后，再進行磨削加工，并通過進行包括滴加純水的濕式一次研磨一滴加氧化鋁研磨劑的濕式二次研磨的工序的加工來調節表面，從而得到靶。該調節表面粗糙度后的靶的、平均表面粗糙度，即中心線平均表面粗糙度Ra、十點平均粗糙度Rz、局部峰頂間距(粗糙度圖形)AR以及波狀起伏圖形的平均長度AW的測定結果如表1所示。測定點為靶表面的三個點，表1所示的數值為三點的平均值。如表 1 所示，Ra 為 0.045 μ m，Rz 為 0.28 μ m，AR 為 111. 11 μ m，AW 為 1700. 00 μ m。 均在中心線平均表面粗糙度Ra :0. Iym以下，十點平均粗糙度Rz :0. 4 μ m以下，局部峰頂間距(粗糙度圖形)AR 120 μ m以下，波狀起伏圖形的平均長度AW 1500 μ m以上的范圍內， 可以得到表面粗糙度小，并且坡度非常平緩的靶表面。然后，通過離子鍍敷法在該靶的表面淀積200nm的鈷。該Co鍍敷面與鍍敷前的表面照片如圖1所示。圖1的左側為鍍敷前、右側為Co鍍敷面，在Co鍍敷后，幾乎觀察不到氧化物的存在。然后，使用該鈷覆蓋的靶，在Ar 1. 5Pa氣氛中，在30w/cm2的DC濺射條件下在襯底上形成濺射膜。對進行濺射時的粉粒進行觀察，粉粒的尺寸為約1 μ mX約1 μ m(長徑X 短徑；下同)以下，與約IymX約Iym的氧化物粒徑沒有差異。該結果如表1所示。另外，可以將粉粒起因的不合格個數(個/mm2)降至1. 8。(實施例2)通過濕式二次研磨工序得到Ra 0. 256 μ m，Rz :1. 234 μ m，AR :118. 76 μ m, Aff 1530. 50 μ m，除此以外，通過與實施例1同樣的制造條件制作鈷覆蓋的靶，并在Ar 1. 5 氣氛中，在30w/cm2的DC濺射條件下在襯底上形成濺射膜。對進行濺射時的粉粒進行觀察，粉粒的尺寸為約1 μ mX約1 μ m(長徑X短徑；下同)以下，與約1 μ mX約1 μ m的氧化物粒徑沒有差異。該結果同樣如表1所示。另外，可以將粉粒起因的不合格個數(個/mm2)降至2. 2。可見，即使偏離中心線平均表面粗糙度Ra :0. Ιμπι以下，十點平均粗糙度Rz 0. 4 μ m以下，局部峰頂間距(粗糙度圖形)AR :120 μ m以下，波狀起伏圖形的平均長度AW 1500μπι以上的范圍的情況下，通過離子鍍敷法可以在靶表面淀積200nm的鈷而將其無間隙地進行覆蓋的情況下，濺射初期階段的粉粒產生情況雖然比本實施例1稍差，但是也具有基本同樣的效果。例如，如果是中心線平均表面粗糙度Ra :0. 5μπι以下，十點平均粗糙度 Rz :2μπι以下，局部峰頂間距(粗糙度圖形)AR:120ym以下，波狀起伏圖形的平均長度AW: 1500 μ m以上的范圍，則可以無間隙地覆蓋，并可以確認同樣的效果。表 權利要求
1.一種粉粒的產生少的濺射靶，在包含富有延展性的物質的基質相內存在體積比率為 1 50%的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、其它無延展性的物質，其特征在于，在該靶的最外表面上形成有富有延展性且具有導電性的金屬覆蓋層。
2.如權利要求1所述的濺射靶，其特征在于，形成所述金屬覆蓋層前的靶表面的中心線平均表面粗糙度Ra為0. 1 μ m以下，十點平均粗糙度Rz為0. 4 μ m以下，局部峰頂間距 (粗糙度圖形)AR為120 μ m以下，波狀起伏圖形的平均長度AW為1500 μ m以上。
3.如權利要求1或2所述的濺射靶，其特征在于，延展性在包含富有延展性的物質的基質相內存在的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、其它無延展性的物質以平均粒徑計具有0. 1 10 μ m的尺寸。
4.如權利要求1至3中任一項所述的濺射靶，其特征在于，所述金屬覆蓋層包含構成基質相的金屬中的至少一種，所述基質相包含富有延展性的物質。
5.如權利要求1至4中任一項所述的濺射靶，其特征在于，所述金屬覆蓋層的厚度為 IOOnm 300nm。
6.如權利要求1至4中任一項所述的濺射靶，其特征在于，所述金屬覆蓋層包含Co、Cr 和Pt中的至少一種。
7.一種粉粒的產生少的濺射靶的制造方法，所述靶中，在包含富有延展性的物質的基質相內存在體積比率為1 50%的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、其它無延展性的物質，所述方法的特征在于，通過化學鍍敷法或物理蒸鍍法在該靶最外表面形成富有延展性且具有導電性的金屬覆蓋層。
8.一種粉粒的產生少的濺射靶的制造方法，其特征在于，對在包含富有延展性的物質的基質相內存在體積比率為1 50%的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、 碳氮化物、其它無延展性的物質的靶的表面，預先通過切削加工進行一次加工，然后通過研磨進行精加工，由此形成中心線平均表面粗糙度Ra為0. 1 μ m以下、十點平均粗糙度Rz為 0. 4 μ m以下、局部峰頂間距(粗糙度圖形)AR為120 μ m以下、波狀起伏圖形的平均長度AW 為1500 μ m以上的坡度平緩的表面，再通過化學鍍敷法或物理蒸鍍法形成富有延展性且具有導電性的金屬覆蓋層。
9.如權利要求8所述的濺射靶的制造方法，其特征在于，通過切削加工進行一次加工， 由此從靶材的表面切削Imm IOmm的范圍。
10.如權利要求8或9所述的濺射靶的制造方法，其特征在于，通過研磨進行精加工，由此從經切削加工進行一次加工后的表面研磨1 μ m 50 μ m的范圍。
全文摘要
本發明涉及粉粒的產生少的濺射靶，在包含富有延展性的物質的基質相內存在體積比率為1～50％的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬間化合物、碳氮化物、其它無延展性的物質，其特征在于，在該靶的最外表面上具有富有延展性且具有導電性的金屬覆蓋層。本發明提供可以改善存在大量無延展性的物質的靶表面，并且可以防止或抑制濺射時結瘤或粉粒的產生的濺射靶及其制造方法。
文檔編號C23C14/34GK102224276SQ201080003316
公開日2011年10月19日 申請日期2010年2月24日 優先權日2009年3月3日
發明者中村祐一郎, 久野晃, 關口淳之輔 申請人:吉坤日礦日石金屬株式會社