(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ，ＡｌおよびＭｏを主成分とし、残部が不可避的不純物からなり、かつその組成が均一な焼結体からなり、ＮｉとＡｌが合金化して基質を形成しており、その基質中に微細なＭｏ粒子が分散した組織を持つ焼結体からなり、基質中に分散したＭｏ粒子の平均粒径が５μｍ以下であることを特徴とするＮｉＡｌＭｏスパッタリングターゲット。
【請求項２】
理論密度を、Ｎｉ，Ａｌ及びＭｏの各構成元素単体の密度の体積比加重平均値と仮定して得られた焼結体の相対密度が１００％以上であることを特徴とする請求項１に記載のＮｉＡｌＭｏスパッタリングターゲット。
【請求項３】
Ｎｉ，Ａｌ，および平均粒径が５μｍ以下のＭｏの各金属粉末を混合後、加圧焼結することを特徴とする請求項１または２に記載のＮｉＡｌＭｏスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項４】
Ｎｉ，Ａｌ，Ｍｏの各金属粉末を混合後、１０００℃以上１３００℃未満の温度、かつ２００ｋｇ／ｃｍ２以上の圧力で２時間以上加圧焼結するか、または９５０℃以上１３００℃未満の温度、かつ１．５ｔｏｎ／ｃｍ２以上の圧力で２時間以上加圧焼結することを特徴とする請求項１または２に記載のＮｉＡｌＭｏスパッタリングターゲットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐食膜、光学干渉膜、ＬＣＤの配線形成用導電膜などをスパッタリング法により成膜する際に用いられるＮｉＡｌＭｏスパッタリングターゲットおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、耐食膜、光学干渉膜、ＬＣＤの配線形成用導電膜等の機能性薄膜として高融点のＭｏ（モリブデン）を含有する合金薄膜が用いられているが、スパッタリング特性や得られる膜の均一性から、これらの機能性薄膜の成膜に用いられるスパッタリングターゲットもその組成に対応した合金ターゲット、または各構成元素が微細に分散した複合ターゲットであることが好ましい。
【０００３】
従来、このようなスパッタリングターゲットの製造法としては溶解法や粉末冶金法などが知られている。
【０００４】
しかしながら溶解法により、Ｍｏのような高融点元素を含有するターゲットを作製する場合、原料の溶解に高温を必要とし、装置コストや消費エネルギーの観点から好ましくない。また、溶解法により作製されるターゲットは引け巣に代表されるような空隙が内部に残ることがあり、それらの空隙はスパッタリング時に異常放電などを引き起こすといった問題があった。通常これらの空隙は鍛造、圧延等の塑性加工により取り除くことが可能であるが、生成される金属間化合物が脆い合金系の場合には、鍛造、圧延などの塑性加工により内部の空隙を取り除くことは不可能である。
【０００５】
一方、粉末冶金法については例えば特開平６−２７９９１０に見られるように、Ｍｏ粉末にＮｉ−Ａｌ合金粉末を加えて熱間等方圧プレス（ＨＩＰ）や冷間等方圧プレス（ＣＩＰ）あるいは成型・押し出ししたあとに高温で焼結することにより高い焼結密度を有するＮｉＡｌＭｏ合金の製造が可能であることが知られている。しかしながら、このような方法では予めＮｉ−Ａｌ合金粉末を作成しておかなければならない等、製造プロセスが煩雑であると同時に焼結温度が１３００℃〜１６００℃と高温であるという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高融点金属であるＭｏと低融点金属であるＡｌを含み、しかも生成される金属間化合物が脆い合金系であるＮｉＡｌＭｏ合金の膜を形成するためのＮｉＡｌＭｏスパッタリングターゲットに関し、前述のような従来技術における問題点を解決し、スパッタリング特性が良好で、かつ得られる膜の均一性の良い、構成元素が微細に分散しかつ緻密な焼結体よりなるＮｉＡｌＭｏスパッタリングターゲット及び簡便なプロセスで該ターゲットの作製を可能にする製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記問題点を解決するために鋭意検討を行った結果、Ｎｉ，Ａｌ，Ｍｏの各金属粉末を十分混合したのち、ホットプレス装置などにより加圧焼結することにより、簡便に構成元素が微細に分散しかつ緻密な焼結体よりなるスパッタリングターゲットが得られることを見出した。
【０００８】
従来ＭｏとＡｌのように、その融点が大きく異なる金属粉末を混合し焼結しようとする場合、融点の低い金属が先に溶解してしまい、均一で緻密な焼結体は得られないと考えられていたが、Ａｌと容易に反応して、比較的融点の高い金属間化合物を形成するＮｉを共存させることにより、Ａｌが溶解し流れ出すようなことが無く、簡便なプロセスでＮｉＡｌＭｏスパッタリングターゲットを作製可能であることを見出し本発明を完成するに至った。つまりＡｌ粉末とＮｉ粉末を粒径の十分に小さいＭｏ粉末と混合して加圧焼結することにより、加圧焼結時にＡｌとＮｉが合金化し、微細なＭｏ粒子の間に緻密な合金相を形成させることができ、密度が高くかつ組成が均一な焼結体よりなるスパッタリングターゲットの作製が可能であることを見出した。
【０００９】
即ち、本発明のスパッタリングターゲットは、Ｎｉ，ＡｌおよびＭｏを主成分とし、残部が不可避的不純物からなり、かつその組成が均一な焼結体からなることを特徴とするＮｉＡｌＭｏスパッタリングターゲットである。また、本発明のスパッタリングターゲットは、ＮｉとＡｌが合金化して基質を形成しており、その基質中に微細なＭｏ粒子が分散した組織を有する焼結体からなるＮｉＡｌＭｏスパッタリングターゲットである。なお、基質中に分散するＭｏ粒子の平均粒径は５μｍ以下であることが好ましい。また、本発明のスパッタリングターゲットに用いられる焼結体は、その理論密度を、Ｎｉ，ＡｌおよびＭｏの各構成元素単体の密度の体積比加重平均値と仮定して得られた相対密度が１００％以上である緻密な焼結体であることが好ましい。
【００１０】
さらに、本発明のスパッタリングターゲットの製造方法は、Ｎｉ，Ａｌ，Ｍｏの各金属粉末を混合後、加圧焼結することを特徴とする上記のＮｉＡｌＭｏスパッタリングターゲットの製造方法であり、好ましくは、平均粒径が５μｍ以下のＭｏ粉末を用い、また、Ｎｉ，Ａｌ，Ｍｏの各金属粉末を混合後、１０００℃以上１３００℃未満の温度、かつ２００ｋｇ／ｃｍ2以上の圧力で２時間以上加圧焼結するか、または、その条件と同等以上の焼結効果が得られる条件、例えば、９５０℃以上の温度、１．５ｔｏｎ／ｃｍ2以上の圧力で２時間以上加圧焼結することが好ましい。
【００１１】
以下本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明で用いるＮｉ粉末およびＡｌ粉末は、本発明のスパッタリングターゲットの微細組織を達成するため、その平均粒径が３〜１５０μｍであることが好ましい。またＭｏ粉末はその平均粒径が５μｍ以下のものを用いる。これらの金属粉末を、例えば、ボールミル、Ｖ字型ブレンダー、クロスミキサーなどの粉末混合装置により十分混合し混合粉末とする。つぎにこの混合粉末をホットプレス、ＨＩＰなどの加圧焼結装置を用い、真空中または不活性ガス雰囲気中で５００〜１２００℃の温度で１００ｋｇ／ｃｍ2以上の圧力を加え焼結を行う。このようにして得られた焼結体はその相対密度が６０％以上であり、平均粒径１５０μｍ以下の微細な組織を持つ。
【００１３】
またこの焼結体の密度は、焼結温度、焼結圧力、および焼結時間により制御することが可能であり、焼結温度を高くする、焼結圧力を大きくする、焼結時間を長くするといった操作は、いずれも焼結体の密度向上に効果がある。
【００１４】
一般に、高密度の焼結体からなるスパッタリングターゲットを用いることにより、例えば内包ガスなどに起因するスパッタリング時のスプラッシュを防止し、パーティクルの発生を抑制することができ、ターゲットの使用時間を長く出来るなど、ターゲットとしての良好な特性を得ることができるが、本発明のＮｉＡｌＭｏスパッタリングターゲットでは相対密度が１００％以上の緻密な焼結体を用いることが好ましい。
【００１５】
相対密度１００％以上の緻密な焼結体は、例えば、焼結温度１０００℃以上、かつ焼結圧力２００ｋｇ／ｃｍ2以上で２時間以上保持することにより得ることができる。あるいはそれと同等以上の焼結効果が得られる焼結温度、焼結圧力、保持時間の組合せにより得ることができる。つまり、たとえ焼結温度が１０００℃未満であっても焼結圧力を増加することにより、相対密度１００％以上の緻密な焼結体を得ることは可能である。同様に保持時間を延ばすことにより焼結温度１０００℃未満であっても、相対密度１００％以上の緻密な焼結体を得ることは可能である。例えば、焼結圧力を１．５ｔｏｎ／ｃｍ2以上とすることにより、焼結温度９５０℃、２時間の保持時間で相対密度１００％以上の緻密な焼結体を得ることができる。なお、焼結温度が１３００℃以上になると液相を生じることがあり、また、装置コストやエネルギー消費の観点からも、焼結温度は１３００℃未満とすることが好ましい。
【００１６】
ここで、本発明で使用される相対密度の定義を次式に示す。
【００１７】
相対密度（％）＝（嵩密度／体積平均密度）×１００
ここで、嵩密度（ｇ／ｃｍ3）とは、例えば作製されたターゲットの寸法と重量から計算した実測の値である。また体積平均密度（ｇ／ｃｍ3）とはターゲットを構成する各元素の固有密度をそのターゲット組成における体積比加重で平均した値（体積比加重平均値）である。たとえば、元素Ａ、元素Ｂが各々ａ（ｖｏｌ％）、ｂ（ｖｏｌ％）（ここでａ＋ｂ＝１００（％））であるとき、その体積平均密度は（ａρA＋ｂρB）／１００で表される。ここで、ρAおよびρBは各々元素Ａの固有密度および元素Ｂの固有密度を表す。
【００１８】
本発明では相対密度が１００％を越えることがあるが、これは、焼結体の基質を構成するＮｉとＡｌからなる合金の嵩密度が、Ｎｉ単体及びＡｌ単体の体積比加重平均値より予想される理論密度より大幅に高くなることに起因している。
【００１９】
本発明のＮｉＡｌＭｏスパッタリングターゲットの製造方法によればＮｉとＡｌは５００℃程度の低温から、例えばα−Ｎｉやβ−ＮｉＡｌのような合金を形成しはじめるが、さらに焼結温度を上げてもＮｉ、Ａｌいずれの元素もＭｏとはほとんど反応せず、Ｎｉ−Ａｌ合金の基質中にＭｏの粒子が分散した組織の焼結体が得られる。したがって、得られる焼結体は最初に添加したＭｏ粉末の粒径に対応した均一で微細な組織となる。特に、最初に添加するＭｏ粉末の平均粒径を５μｍ以下とすることにより、スパッタリング時に異常放電が起き難く、また得られる膜の均一性の良い、均一で微細な組織をもつスパッタリングターゲットを得ることができる。
【００２０】
【実施例】
（実施例１）
原料粉末として、平均粒径が５μｍのＮｉ粉末およびＭｏ粉末と、平均粒径が１５０μｍのＡｌ粉末を用いた。これらの金属粉末をＮｉとＡｌの原子比が３：１で残部がＭｏである組成（Ａ組成）となるように秤量し、ボールミルにより１６時間混合した。この混合粉末をカーボン製の鋳型に充填しホットプレス装置により５５０℃〜１１５０℃の温度、２００ｋｇ／ｃｍ2の圧力で２時間保持した時に得られる焼結体の密度を図１に示す。図１から１０００℃以上で、相対密度１００％以上の緻密な焼結体が得られることがわかる。
【００２１】
相対密度が１００％を超える焼結体の断面を鏡面研磨し、その組織をＥＰＭＡにより観察したところ、相対密度が１００％を超える焼結体については以下のような結果が得られた。観察結果の一例として、焼結温度１１５０℃で得られた相対密度１０８．５％の焼結体の様子を図２及び図３に示す。図２に示す二次電子線像から、この焼結体がポアの無い緻密な焼結体であることが判る。また図３  （ａ）〜（ｃ）に示すＮｉ，Ａｌ，Ｍｏの各元素の特性Ｘ線像（白い部分がその元素の濃集部を示す）から、この焼結体がＮｉとＡｌが合金化して基質を形成し、その基質中に平均粒径５μｍ以下のＭｏ粒子が均一に分散した組織であることが判る。さらに、図４に示すこの焼結体のＸ線回折測定の結果から、このＮｉとＡｌの合金はα−Ｎｉ相とβ−ＮｉＡｌ相の混合相であることが判る。
【００２２】
この焼結体を所定の形状に加工し、バッキングプレートに接合してスパッタリングターゲットとした。
【００２３】
（実施例２）
実施例１と同様に、原料粉末として、平均粒径が５μｍのＮｉ粉末およびＭｏ粉末と、平均粒径が１５０μｍのＡｌ粉末を用い、これらの金属粉末をＮｉとＡｌの原子比が２：１で残部がＭｏである組成（Ｂ組成）となるように秤量し、ボールミルにより１６時間混合した。この混合粉末をカーボン製の鋳型に充填しホットプレス装置により５５０℃〜１１５０℃の温度、２００ｋｇ／ｃｍ2の圧力で２時間保持した時に得られる焼結体の密度を図１に示す。図１から１０００℃以上で、相対密度１００％以上の緻密な焼結体が得られることがわかる。
【００２４】
相対密度が１００％を超える焼結体の断面を鏡面研磨し、その組織をＥＰＭＡにより観察したところ、実施例１と同様に、この焼結体がポアの無い緻密な焼結体であること、ＮｉとＡｌが合金化して基質を形成しその基質中に平均粒径５μｍ以下のＭｏ粒子が均一に分散した組織を有することがわかった。さらに、焼結温度１１５０℃で得られた焼結体のＸ線回折測定の結果を図４に示すが、この測定結果から、このＮｉとＡｌの合金はα−Ｎｉ相とβ−ＮｉＡｌ相の混合相であり、実施例１との比較から、その量比は最初に加えたＮｉとＡｌの量比に対応していることが分かる。
【００２５】
実施例１と同様に、得られた焼結体を所定の形状に加工し、バッキングプレートに接合してスパッタリングターゲットとした。
【００２６】
（実施例３）
実施例１と同様の手順によりＡ組成の混合粉末を作製し、この混合粉末をゴム型に充填したのちＣＩＰにより加圧成形した。得られた成形体を、ＨＩＰにより焼結温度９５０℃、焼結圧力１．５ｔｏｎ／ｃｍ2、保持時間２時間で焼結した。表１に示すように、焼結温度１０００℃、焼結圧力２００ｋｇ／ｃｍ2で、２時間保持したときに得られる焼結体の相対密度は１０２．９％であるのに対し焼結圧力の増加により、得られた焼結体の相対密度は１０７．５％に上昇した。
【００２７】
【表１】
0004140083.tif 000002
【００２８】
（実施例４）
実施例１と同様の手順によりＡ組成の混合粉末を作製し、実施例１と同様にホットプレス装置により１０００℃の温度、２００ｋｇ／ｃｍ2の圧力で５時間保持した。保持時間の延長により、得られた焼結体の相対密度は表１に示すように１０４．７％に上昇した。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、高融点金属であるＭｏと低融点金属であるＡｌとを含み、しかも脆い金属間化合物が生成するＮｉＡｌＭｏ合金に対しても、構成元素が微細に分散しかつ緻密な焼結体からなるＮｉＡｌＭｏスパッタリングターゲットを容易に得ることができる。さらに、本発明のＮｉＡｌＭｏスパッタリングターゲットは、構成元素が微細に分散しかつ緻密で高密度の焼結体からなるため、スパッタリング時に異常放電が起き難くなり、均一性の良い薄膜を形成することができるとともに、内包ガスなどに起因するスパッタリング時のスプラッシュを防止し、パーティクルの発生を抑制することができ、かつターゲットの使用時間を長くすることが出来る。
【００３０】
したがって、本発明のＮｉＡｌＭｏスパッタリングターゲットは、耐食膜、光学干渉膜、ＬＣＤの配線形成用導電膜等の機能性薄膜を成膜するためのスパッタリングターゲットとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１および実施例２の焼結温度と相対密度の関係を示す図である。
【図２】実施例１における焼結体の二次電子線像の一例を示す図である。
【図３】実施例１における焼結体の特性Ｘ線像の一例を示す図である。（ａ）Ｎｉ特性Ｘ線像、（ｂ）Ａｌ特性Ｘ線像、（ｃ）Ｍｏ特性Ｘ線像
【図４】実施例１および実施例２における焼結体のＸ線回折による測定結果を示す図である。
【図１】
0004140083.tif 000003
【図２】
0004140083.tif 000004
【図３】
0004140083.tif 000005
【図４】
0004140083.tif 000006