(57)【要約】【課題】  チャッキングやボンディングなどのハンドリングにおけるターゲット材の変形や切削工具のチップの摩耗や破損を抑制することに加え、スパッタ時の異常放電の抑制も同時に達成できるＭｏ合金ターゲット材を提供する。【解決手段】  Ｎｉを１０〜４９原子％、Ｔｉを１〜３０原子％含有し、且つＮｉとＴｉの合計量が５０原子％以下で、残部がＭｏおよび不可避的不純物からなり、ビッカース硬さが３４０〜４５０ＨＶであり、９点の測定点で測定を行なったビッカース硬さの標準偏差が２０ＨＶ以下であるＭｏ合金ターゲット材。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉを１０〜４９原子％、Ｔｉを１〜３０原子％含有し、且つＮｉとＴｉの合計量が５０原子％以下で、残部がＭｏおよび不可避的不純物からなり、ビッカース硬さが３４０〜４５０ＨＶであり、９点の測定点で測定を行なったビッカース硬さの標準偏差が２０ＨＶ以下であるＭｏ合金ターゲット材。
【請求項２】
Ｎｉを１０〜４９原子％、Ｔｉを１〜３０原子％含有し、且つＮｉとＴｉの合計量が５０原子％以下で、残部がＭｏおよび不可避的不純物となるように、Ｍｏ粉末とＮｉＭｏ合金粉末とＴｉ粉末を混合して混合粉末を得る工程と、前記混合粉末を常温で加圧して成形体を得る工程と、前記成形体を加圧焼結して焼結体を得る工程を含むＭｏ合金ターゲット材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電子部品用の電極や配線薄膜を形成するためのＭｏ合金ターゲット材およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気泳動型ディスプレイ等の平面表示装置（フラットパネルディスプレイ、Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ：以下、ＦＰＤという）や、各種半導体デバイス、薄膜センサー、磁気ヘッド等の薄膜電子部品においては、低い電気抵抗値を備える（以下、「低抵抗」ともいう。）配線薄膜が必要である。例えば、ＦＰＤは、大画面、高精細、高速応答化に伴い、その配線薄膜には低抵抗化が要求されている。また、近年、ＦＰＤに操作性を加えるタッチパネルや樹脂基板を用いたフレキシブルなＦＰＤ等、新たな製品が開発されている。
【０００３】
ＦＰＤの駆動素子として用いられている薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  ＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下、ＴＦＴという）の配線薄膜は、低抵抗化が必要であり、配線材料を、従来のＡｌから、より低抵抗なＣｕに変更する検討が行なわれている。
現在、ＴＦＴには、非晶質Ｓｉ半導体膜が用いられており、配線膜であるＣｕは、Ｓｉと直接触れると、ＴＦＴ製造中の加熱工程により熱拡散して、ＴＦＴの特性を劣化させる。このため、ＣｕとＳｉの間にキャップ膜として、耐熱性に優れたＭｏやＭｏ合金をバリア膜とした積層配線膜が用いられている。
【０００４】
また、これまでの非晶質Ｓｉ半導体膜から、より高速応答を実現できる酸化物を用いた透明な半導体膜の適用検討が行なわれており、これら酸化物半導体の配線薄膜にも、Ｃｕからなる配線膜と、ＭｏやＭｏ合金からなる下地膜やキャップ膜を積層した構造を有する、積層配線膜が検討されている。このため、これらの積層配線膜の形成に用いられるＭｏ合金からなる薄膜の需要が高まっている。
そして、高い耐湿性を有し、モバイル機器や車載機器に好適なＭｏ合金薄膜として、Ｍｏ−Ｎｉ−Ｔｉ合金が提案されている。
【０００５】
一方、上述したＭｏ合金薄膜を形成する手法としては、スパッタリングターゲット材（以下、単に「ターゲット材」ともいう。）を用いたスパッタリング法が最適である。スパッタリング法は、物理蒸着法の一つであり、他の真空蒸着やイオンプレーティングと比較して、大面積に安定してＭｏ合金薄膜が形成できる方法であるとともに、上記のような添加元素の多い合金でも、組成変動が少ない優れたＭｏ合金薄膜が得られる有効な手法である。
そして、上記したＭｏ−Ｎｉ−Ｔｉ合金からなるターゲット材を得る手法としては、例えば、特許文献１では、Ｍｏ粉末と一種以上のＮｉ合金粉末とを混合した、または、Ｍｏ粉末とＮｉ合金粉末とＴｉ粉末とを混合した混合粉末を加圧焼結した焼結体に機械加工を施す方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１７７６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示される、Ｍｏ粉末とＮｉ合金とＴｉ粉末とを混合した混合粉末を、熱間静水圧プレス（以下、「ＨＩＰ」という。）で加圧焼結してターゲット材を作製すると、そのターゲット材中に、局所的な低硬度の部位が存在する場合がある。このため、ターゲット材を所定の形状寸法に機械加工をする際のチャッキングやボンディングなどのハンドリングにおいて、ターゲット材本体が変形する場合がある。
【０００８】
また、Ｍｏ−Ｎｉ−Ｔｉ合金は、機械加工時に、割れや欠け、脱落が発生する可能性の高い、いわゆる難削材である上、ターゲット材に局所的な高硬度の部位が存在してしまうと、切削工具のチップの摩耗や破損を招き、得られるターゲット材の表面粗さが大きくなったり、場合によっては、ターゲット材本体を破損させてしまうことがある。
また、ターゲット材のスパッタ面における中央部の侵食領域に、局所的な低硬度の部位が存在してしまうと、低硬度の部位のみが残存したり、脱落したりすることにより、侵食領域の表面粗さが粗くなり、スパッタ時の異常放電の起点となりやすくなる。
【０００９】
本発明の目的は、チャッキングやボンディングなどのハンドリングにおけるターゲット材の変形や、切削工具のチップの摩耗や破損を抑制することに加え、スパッタ時の異常放電の抑制も同時に達成できるＭｏ合金ターゲット材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のＭｏ合金ターゲット材は、Ｎｉを１０〜４９原子％、Ｔｉを１〜３０原子％含有し、且つＮｉとＴｉの合計量が５０原子％以下で、残部がＭｏおよび不可避的不純物からなり、ビッカース硬さが３４０〜４５０ＨＶであり、９点の測定点で測定を行なったビッカース硬さの標準偏差が２０ＨＶ以下である。
【００１１】
本発明のＭｏ合金ターゲット材は、Ｎｉを１０〜４９原子％、Ｔｉを１〜３０原子％含有し、且つＮｉとＴｉの合計量が５０原子％以下で、残部がＭｏおよび不可避的不純物となるように、Ｍｏ粉末とＮｉＭｏ合金粉末とＴｉ粉末を混合して混合粉末を得る工程と、前記混合粉末を常温で加圧して成形体を得る工程と、前記成形体を加圧焼結して焼結体を得る工程を含む製造方法により得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、ビッカース硬さが調整されたＭｏ合金ターゲット材を提供できる。これにより、チャッキングやボンディングなどのハンドリングにおけるターゲット材の変形や、切削工具のチップの摩耗や破損を抑制可能であり、スパッタ時の異常放電の抑制も同時に達成することが期待できる。このため、上述した、例えば、ＦＰＤ等の製造に有用な技術となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明例１のターゲット材のスパッタ面における光学顕微鏡観察写真。
【図２】比較例のターゲット材のスパッタ面における光学顕微鏡観察写真。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明のターゲット材は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４で規定されるビッカース硬さが３４０〜４５０ＨＶの範囲であり、任意の９点の測定点で測定を行なったビッカース硬さの標準偏差が２０ＨＶ以下である。本発明のターゲット材は、ビッカース硬さを特定範囲とし、そのばらつき（標準偏差）を小さくすることで、機械加工におけるチャッキングや、ボンディング等のハンドリングでターゲット材本体の変形を抑制することができる。そして、本発明の実施形態に係るターゲット材は、任意の９点の測定点で測定を行なったビッカース硬さの標準偏差が１７ＨＶ以下であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明のターゲット材は、ビッカース硬さを特定範囲に調整することで、例えば、フライス盤や旋盤等のチップに構成刃先が生成されることを抑制できる。すなわち、本発明のターゲット材は、切削加工を進めるにつれて、構成刃先の成長に伴うチップの切り込み量が次第に大きくなることが抑制され、切削開始時と切削完了時でターゲット材の寸法差を小さくできることに加え、構成刃先の剥離に伴うチップの破損を抑制することもできる。
【００１６】
一方、ターゲット材のスパッタ面における中央部の侵食領域に、例えば、Ｍｏマトリックス相やＭｏＴｉ相等で構成される局所的に低硬度の部位が存在してしまうと、低硬度の部位のみが残存したり、脱落したりする場合があり、ターゲット材の侵食領域の表面が粗くなり、スパッタ時の異常放電の起点となりやすくなる。このため、本発明のターゲット材は、ビッカース硬さを３４０ＨＶ以上にする。そして、上記と同様の理由から、本発明の実施形態に係るターゲット材は、ビッカース硬さを３４５ＨＶ以上にすることが好ましい。
【００１７】
本発明のターゲット材は、ビッカース硬さを４５０ＨＶ以下にすることで、例えば、フライス盤や旋盤等のチップの摩耗量を抑えることができる。すなわち、本発明のターゲット材は、切削加工を進めるにつれて、チップの摩耗に伴うチップの切り込み量が次第に小さくなり、切削開始時と切削完了時でターゲット材の寸法差が大きくなることを抑制できることに加え、チップの破損を抑制することもできる。
また、本発明のターゲット材は、ビッカース硬さを４５０ＨＶ以下にすることで、切削機械へのチャッキングに加え、バッキングプレートやバッキングチューブにボンディングする際のハンドリング等でターゲット材本体の破損を抑制できる。そして、上記と同様の理由から、本発明の実施形態に係るターゲット材は、ビッカース硬さを４４５ＨＶ以下にすることが好ましい。
【００１８】
本発明でいうビッカース硬さは、上述したターゲット材の変形や、切削工具のチップの摩耗や破損を抑制することに加え、スパッタ時の異常放電を抑制する観点から、ターゲット材のスパッタ面における中心付近の１．５ｍｍ四方において、任意の９点で測定する。このとき、荷重は９．８Ｎとし、加圧時間は１０秒とする。
そして、本発明のターゲット材は、上記条件で測定されるビッカース硬さが３４０〜４５０ＨＶの範囲にあり、上記９点の測定点で測定を行なったビッカース硬さの標準偏差が２０ＨＶ以下であることをいう。
また、本発明の実施形態に係るターゲット材は、ビッカース硬さを３４０〜４５０ＨＶにする観点から、Ｍｏ−Ｎｉ−Ｔｉ合金相で構成されることが好ましい。
【００１９】
そして、本発明のターゲット材は、Ｎｉを１０〜４９原子％、Ｔｉを１〜３０原子％含有し、且つＮｉとＴｉの合計量が５０原子％以下で、且つ前記Ｎｉと前記ＴｉとＭｏの合計が１００原子％で不可避的不純物を含む組成を有する。ＮｉおよびＴｉの含有量は、密着性、耐熱性、耐湿性を大きく損なわない範囲として規定するものである。
Ｎｉの含有量は、１０原子％以上にすることで、酸化抑制効果を得ることができる。また、Ｎｉは、Ｍｏに比べてＣｕやＡｌに熱拡散しやすい元素であり、電気抵抗値を増加させる場合がある。このため、Ｎｉの含有量は４９原子％以下にする。また、上記と同様の理由から、Ｎｉの含有量は２５原子％以下が好ましく、２０原子％以下がより好ましい。
Ｔｉの含有量は、１原子％以上にすることで、耐湿性を向上させることができる。また、Ｔｉの含有量は、３０原子％以下にすることで、エッチング性を向上させることができる。また、上記と同様の理由から、Ｔｉの含有量は２０原子％以下が好ましく、１５原子％以下がより好ましい。
また、ＴｉもＭｏに比べてＣｕやＡｌに熱拡散しやすい元素である。このため、本発明のターゲット材は、Ｎｉを１０〜４９原子％、Ｔｉを１〜３０原子％とし、且つＮｉとＴｉの合計を５０原子％以下とする。
【００２０】
本発明のターゲット材は、以下の製造方法で得ることができ、その一般的形態を説明する。尚、本発明は、以下に説明する形態によって限定されるものではない。
先ず、Ｎｉを１０〜４９原子％、Ｔｉを１〜３０原子％含有し、ＮｉとＴｉの合計量が５０原子％以下、残部がＭｏおよび不可避的不純物からなるように、Ｍｏ粉末とＮｉＭｏ合金粉末とＴｉ粉末を混合して混合粉末を得る。そして、この混合粉末を、常温（ＪＩＳ  Ｚ  ８７０３で規定された２０±１５℃）で、例えば、冷間静水圧プレス（以下、「ＣＩＰ」という。）を用いて加圧して成形体とする。
次に、この成形体を加圧焼結して焼結体を得て、これに機械加工を施すことにより、本発明のターゲット材を得ることができる。ここで、本発明の実施形態に係るターゲット材の製造方法は、後述する加圧焼結の条件を適用することで、上記の焼結体を得る工程の後に、ターゲット材の残留応力除去やビッカース硬さの調整のための熱処理を施すことなく、ビッカース硬さが調整されたターゲット材を得ることができる。
尚、本発明の実施形態に係るターゲット材は、ターゲット材全体のビッカース硬さのばらつきを効果的に低減する観点から、その製造方法において、上記の焼結体を得る工程の前に、「上記の成形体を解砕して解砕粉を得る工程」を含めて、上記の焼結体を得る工程では、この解砕粉を加圧焼結して焼結体を得ることが好ましい。例えば、上記の成形体を、例えば、ディスクミル等で一度解砕して、１．５ｍｍアンダーの解砕粉を作製して、この解砕粉を加圧焼結して焼結体を得て、これに機械加工を施すことにより得ることが好ましい。
【００２１】
加圧焼結は、ＨＩＰやホットプレスが適用可能であり、８００〜１２００℃、１０〜２００ＭＰａ、１〜１０時間の条件で行なうことが好ましい。これらの条件の選択は、加圧焼結する装置に依存する。例えば、ＨＩＰは低温高圧の条件が適用しやすく、ホットプレスは高温低圧の条件が適用しやすい。本発明の製造方法では、加圧焼結に、低温での焼結が可能で、Ｎｉ合金やＴｉの拡散を抑制でき、且つ高圧で焼結して高密度の焼結体が得られるＨＩＰを用いることが好ましい。
焼結温度は８００℃以上にすることで、焼結が促進され、高密度の焼結体を得ることができる。また、上記と同様の理由から、焼結温度は９００℃以上にすることが好ましい。
一方、焼結温度は１２００℃以下にすることで、液相の発現や焼結体の結晶成長を抑制でき、均一で微細な金属組織を得ることができる。また、上記と同様の理由から、焼結温度は１１００℃以下にすることが好ましい。
加圧力は１０ＭＰａ以上にすることで、焼結が促進され、高密度の焼結体を得ることができる。また、加圧力は２００ＭＰａ以下にすることで、焼結時にターゲット材への残留応力の導入が抑制され、焼結後の割れの発生を抑制することができることに加え、汎用の加圧焼結装置を利用することができる。
焼結時間は１時間以上にすることで、焼結を十分に進行させることができ、高密度の焼結体を得ることができる。また、焼結時間は１０時間以下にすることで、製造効率の低下を抑制できる。
【実施例】
【００２２】
体積基準の累積粒度分布の５０％粒径（以下、「Ｄ５０」という。）が７μｍのＭｏ粉末と、Ｄ５０が３５μｍのＮｉＭｏ合金粉末と、Ｄ５０が３０μｍのＴｉ粉末とを、Ｎｉを３０原子％、Ｔｉを２０原子％含有し、残部がＭｏおよび不可避的不純物からなるように混合して混合粉末を得た。
そして、この混合粉末をゴム製の型内に充填し、成形圧２．７ｔｏｎ／ｃｍ２（≒２．６５ＭＰａ）の条件でＣＩＰ処理をして成形体を得た。
次に、上記で得た成形体をＨＩＰ装置の炉体内部に設置して、１０００℃、１２０ＭＰａ、５時間の条件で加圧焼結を実施して、本発明例１のターゲット材となるＭｏ合金焼結体を得た。
【００２３】
体積基準の累積粒度分布の５０％粒径（以下、「Ｄ５０」という。）が７μｍのＭｏ粉末と、Ｄ５０が３５μｍのＮｉＭｏ合金粉末と、Ｄ５０が３０μｍのＴｉ粉末とを、Ｎｉを２０原子％、Ｔｉを２０原子％含有し、残部がＭｏおよび不可避的不純物からなるように混合して混合粉末を得た。
そして、この混合粉末をゴム製の型内に充填し、成形圧２．７ｔｏｎ／ｃｍ２（≒２．６５ＭＰａ）の条件でＣＩＰ処理をして成形体を得た。この成形体をディスクミルで解砕して、１．５ｍｍアンダーの解砕粉を得た。
次に、上記で得た解砕紛をＨＩＰ装置の炉体内部に設置して、１０００℃、１２０ＭＰａ、５時間の条件で加圧焼結を実施して、本発明例２のターゲット材となるＭｏ合金焼結体を得た。
【００２４】
体積基準の累積粒度分布の５０％粒径（以下、「Ｄ５０」という。）が７μｍのＭｏ粉末と、Ｄ５０が３５μｍのＮｉＭｏ合金粉末と、Ｄ５０が３０μｍのＴｉ粉末とを、Ｎｉを４９原子％、Ｔｉを１原子％含有し、残部がＭｏおよび不可避的不純物からなるように混合して混合粉末を得た。
そして、この混合粉末をゴム製の型内に充填し、成形圧２．７ｔｏｎ／ｃｍ２（≒２．６５ＭＰａ）の条件でＣＩＰ処理をして成形体を得た。この成形体をディスクミルで解砕して、１．５ｍｍアンダーの解砕粉を得た。
次に、上記で得た解砕紛をＨＩＰ装置の炉体内部に設置して、１０００℃、１２０ＭＰａ、５時間の条件で加圧焼結を実施して、本発明例３のターゲット材となるＭｏ合金焼結体を得た。
【００２５】
体積基準の累積粒度分布の５０％粒径（以下、「Ｄ５０」という。）が７μｍのＭｏ粉末と、Ｄ５０が３５μｍのＮｉＭｏ合金粉末と、Ｄ５０が３０μｍのＴｉ粉末とを、Ｎｉを１０原子％、Ｔｉを３０原子％含有し、残部がＭｏおよび不可避的不純物からなるように混合して混合粉末を得た。
そして、この混合粉末をゴム製の型内に充填し、成形圧２．７ｔｏｎ／ｃｍ２（≒２．６５ＭＰａ）の条件でＣＩＰ処理をして成形体を得た。
次に、上記で得た成形体をＨＩＰ装置の炉体内部に設置して、１０００℃、１２０ＭＰａ、５時間の条件で加圧焼結を実施して、本発明例４のターゲット材となるＭｏ合金焼結体を得た。
【００２６】
Ｄ５０が７μｍのＭｏ粉末と、Ｄ５０が３５μｍのＮｉＭｏ合金粉末と、Ｄ５０が３０μｍのＴｉ粉末とを、Ｎｉを３０原子％、Ｔｉを２０原子％含有し、残部がＭｏおよび不可避的不純物からなるように混合して混合粉末を得た。
そして、この混合粉末を軟鋼製の加圧容器に充填して、これをＨＩＰ装置の炉体内部に設置して、１０００℃、１２０ＭＰａ、５時間の条件で加圧焼結を実施して、比較例のターゲット材となるＭｏ合金焼結体を得た。
【００２７】
上記で得た各焼結体のスパッタ面となる面の任意の位置から機械加工により試験片を採取した。そして、ビッカース硬さは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に準じ、株式会社明石製作所製のＭＶＫ−Ｅを用いて、図１および図２に示す９点に相当する測定点で測定した。その結果を表１に示す。
【００２８】
ここで、本発明例となるＭｏ合金焼結体は、いずれも、ターゲット材の形状にするための機械加工時に、チップの摩耗や破損がないことを確認した。また、その機械加工において、Ｍｏ合金焼結体の脱落もなかったことから、スパッタ時の異常放電の抑制も期待できる。また、切削機械へのチャッキング等のハンドリングでＭｏ合金焼結体が変形や破損することもなかった。
一方、比較例となるＭｏ合金焼結体は、ターゲット材の形状にするための機械加工時に、チップの摩耗や破損が生じた。また、その機械加工において、Ｍｏ合金焼結体の脱落が確認された。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
各ターゲット材のスパッタ面となる面の金属組織を光学顕微鏡で観察した結果を図１および図２に示す。
比較例となるターゲット材は、図２で示すマトリックスとなるＭｏ相に、薄灰色部で示す粗大なＮｉ合金相が点在する金属組織であり、ビッカース硬さのばらつき（標準偏差）が２０ＨＶを超えていることが確認された。
一方、本発明例１となるターゲット材は、図１の薄灰色部で示すＮｉ合金相が微細に分散しており、比較例にみられた粗大なＮｉ合金相がなく、ビッカース硬さのばらつき（標準偏差）が２０ＨＶ以下に調整されていることが確認できた。これにより、本発明のターゲット材は、ハンドリングにおけるターゲット材の変形や、切削工具のチップの摩耗や破損が抑制できることに加え、スパッタ時の異常放電の起点の生成抑制も期待できる。
【図１】
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【図２】
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