专利名称：溅射靶及其制造方法
技术领域：
本发明涉及粉粒的产生少的溅射靶及其制造方法。
背景技术：
溅射法作为薄膜的形成手段，是已经广为人知的技术。其基本原理是在氩气等稀薄气体中在形成薄膜的衬底(阳极侧)和与其间隔短间距相对的包含薄膜形成物质的靶 (阴极侧)之间施加电压，由此将氩气等离子体化，在此产生的氩离子撞击作为阴极物质的靶，并利用其能量使靶的物质飞出(击出)到外部，由此该飞出的物质层叠在相对的衬底面上。利用该溅射原理的薄膜形成装置，有二极偏压溅射装置、高频溅射装置、等离子体溅射装置等多种设计，但基本原理相同。形成薄膜的物质，由于作为氩离子的目标，因此称为靶，其具有如下特征由于利用离子的碰撞能量，因此构成靶的薄膜形成物质以原子状或原子集合而成的簇状层叠在衬底上，从而形成微细且致密的薄膜，这是广泛应用于目前的各种电子部件的原因。该薄膜形成中使用的溅射，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为大的课题。溅射中产生这样的缺陷，不仅是溅射法引起的，而且多数起因于靶本身。作为由这样的靶造成的缺陷的产生原因有粉粒或结瘤的产生。从靶溅射的(飞出的)物质本来是附着到相对的衬底上的，但是，未必垂直溅射， 而是从各个方向飞来。这样的飞来物质会附着到衬底以外的溅射装置内的设备上，有时，其会剥离并漂浮从而再附着到衬底上。这样的物质称为粉粒，不属于原本预定的薄膜物质，并且多数以较大的簇状附着， 因此例如在电子设备的微细布线膜中成为短路的原因，从而成为产生不合格品的原因。已知这样的粉粒的产生，起因于物质从靶的飞来，即随靶的表面状态而增减。另外，一般而言，靶面的物质并不是通过溅射而均勻地减少(被侵蚀)的，而是根据构成物质与溅射装置的固有特性、电压的施加方式等，具有在特定的区域例如以环状被侵蚀的倾向。另外，根据靶物质的种类或靶的制造方法，有时在靶表面残留无数粒状的突起物质、形成称为所谓的结瘤的物质。该物质是薄膜形成物质之一，因此，不会对薄膜直接造成影响，但是，观察到在该结瘤的突起上产生微小的电弧(微弧)，从而引起粉粒增大。最近，靶并非由均勻的物质构成，多数是在包含具有延展性的物质的基质中混合存在氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、以及其它物质的状态下使用。这样的情况下，特别产生结瘤或粉粒的产生变多的问题。作为现有技术公开了，将机械加工时在高熔点金属合金用溅射靶的表面部产生的微小裂纹或缺陷部等加工缺陷层(破碎层)除去后的溅射靶(参考专利文献1)或者调节溅射靶的表面粗糙度，减少残留污染物的量、表面的氢含量以及加工变质层的厚度，实现膜的均勻化，抑制结瘤和粉粒产生的技术(参考专利文献2)。但是，虽然这些技术预想到结瘤或粉粒的产生对靶的表面状态有显著影响，但是， 现实情况是仍然没有解决问题。另外，公开了在ITO溅射靶中，将磨削、研磨后的表面用作为同质材料的ITO覆盖以抑制初期电弧产生的技术(专利文献幻。但是，该技术的特征在于涂布同质材料这一方面，属于仅仅对ITO成立的技术。在靶内部还存在氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属化合物、碳氮化物、其它不具有延展性的物质的苛刻条件下的问题尚未解决。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开平3-257158号公报专利文献2 日本特开平11-1766号公报专利文献3 日本特开2003-89868号公报
发明内容
本发明的目的在于提供可以改善在包含富有延展性的物质的基质相内大量存在氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、其它无延展性的物质的靶表面， 从而可以防止或者抑制溅射时产生结瘤或粉粒的表面特性优良的溅射靶及其制造方法。本发明提供1) 一种粉粒的产生少的溅射靶，在包含富有延展性的物质的基质相内存在体积比率为1 50%的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、其它无延展性的物质，其特征在于，在该靶的最外表面上形成有富有延展性且具有导电性的金属覆盖层；2)如上述(1)所述的溅射靶，其特征在于，形成所述金属覆盖层前的靶表面的中心线平均表面粗糙度Ra为0. 1 μ m以下，十点平均粗糙度Rz为0. 4 μ m以下，局部峰顶间距 (粗糙度图形)AR为120 μ m以下，波状起伏图形的平均长度AW为1500 μ m以上；3)如上述1)或幻所述的溅射靶，其特征在于，在包含富有延展性的物质的基质相内存在的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、其它无延展性的物质以平均粒径计具有0. 1 10 μ m的尺寸；4)如上述1)至幻中任一项所述的溅射靶，其特征在于，所述金属覆盖层包含构成基质相的金属中的至少一种，所述基质相包含富有延展性的物质；5)如上述1)至4)中任一项所述的溅射靶，其特征在于，所述金属覆盖层的厚度为 IOOnm 300nm ；6)如上述1)至4)中任一项所述的溅射靶，其特征在于，所述金属覆盖层包含Co、 Cr和Pt中的至少一种。另外，本发明提供7) 一种粉粒的产生少的溅射靶的制造方法，所述靶中，在包含富有延展性的物质的基质相内存在体积比率为1 50%的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、其它无延展性的物质，所述方法的特征在于，通过化学镀敷法或物理蒸镀法在该靶最外表面形成富有延展性且具有导电性的金属覆盖层；
8) 一种粉粒的产生少的溅射靶的制造方法，其特征在于，对在包含富有延展性的物质的基质相内存在体积比率为1 50%的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、其它无延展性的物质的靶的表面，预先通过切削加工进行一次加工，然后通过研磨进行精加工，由此形成中心线平均表面粗糙度Ra为0. 1 μ m以下、十点平均粗糙度Rz 为0. 4 μ m以下、局部峰顶间距(粗糙度图形)AR为120 μ m以下、波状起伏图形的平均长度 Aff为1500 μ m以上的坡度平缓的表面，再通过化学镀敷法或物理蒸镀法形成富有延展性且具有导电性的金属覆盖层；9)如上述8)所述的溅射靶的制造方法，其特征在于，通过切削加工进行一次加工，由此从靶材的表面切削Imm IOmm的范围；10)如上述8)或9)所述的溅射靶的制造方法，其特征在于，通过研磨进行精加工， 由此从经切削加工进行一次加工后的表面研磨1 μ m 50 μ m的范围。发明效果本发明通过在包含富有延展性的物质的基质相内存在体积比率为1 50%的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、其它无延展性的物质的靶的最外表面上形成富有延展性且具有导电性的金属覆盖层，可以得到表面特性优良的靶。该金属覆盖层具有可以补充氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、其它无延展性的物质对基质的结合力，并且通过无导电性的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物等绝缘性物质可以抑制局部带有电荷的效果。另外，通过使用该靶进行溅射，具有可以防止或抑制溅射时产生粉粒或结瘤的优良效果。
图1是Co镀敷面与镀敷前的表面照片(激光显微图像)。
具体实施例方式本发明的表面加工对象即靶，是富有延展性的基质相和以体积比率为1 50%存在于其中的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、其它无延展性的物质混合存在的靶。这样的靶的典型例子，可以列举例如包含作为基质相的Co-Cr-Pt合金和作为无延展性物质的SiO2的硬盘用靶即(Co-Cr-Pt)-SiO2等。但是，本申请发明不限于这些材料，也可以应用于其它同样的材料。对无延展性的物质混合存在的靶材例如使用车刀(bite)进行切削加工时，以氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、其它无延展性的物质存在的部位为起点，会形成裂纹、脱落造成的凹坑、根据情况在凹坑中残留碎片的形态的瑕疵(伤痕)。这样的表面缺陷，即使在无延展性的材料的部分以平均粒径计为0. 1 ΙΟμπι的尺寸均勻地进行细微分散的情况下也容易产生。另外，测定该情况的硬度时，富有延展性的基质相的维氏硬度为400以下，氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、 其它无延展性的物质的维氏硬度为400以上，其硬度差多为1.5倍。因此，这样的情况下，本发明的表面加工方法特别发挥效力。本发明的溅射靶，是在包含富有延展性的物质的基质相内存在体积比率为1 50%的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、其它无延展性的物质的靶的最外表面形成有富有延展性且具有导电性的金属覆盖层的溅射靶。该金属覆盖层与金属的种类无关，只要是富有延展性且具有导电性的金属则几乎都可以使用。如后所述，由于形成极薄的层就足够，因此该金属本身在溅射膜层中成为污染物质的情况极少。靶最外表面覆盖层的优选材料，可以由构成包含富有延展性的物质的基质相的金属中的至少一种构成。通过这样构成，可以完全抑制污染。作为混合存在有氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、其它无延展性的物质的、包含富有延展性的物质的基质相的富有延展性的材料，为金属，具体地为Co、Cr、Pt、Ru、以及含有它们中的一种以上的合金，可以列举例如在硬盘材料中使用的 Co-Cr-Pt合金等作为其代表例。另外，覆盖层的厚度为IOOnm 300nm就足够了。另外，本申请发明的溅射靶的形态期望，形成所述金属覆盖层前的靶材表面的中心线平均表面粗糙度Ra为0. 1 μ m以下，十点平均粗糙度Rz为0. 4 μ m以下，局部峰顶间距 (粗糙度图形)AR为120 μ m以下，波状起伏图形的平均长度AW为1500 μ m以上。另外，在包含富有延展性的物质的基质相内存在的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、其它无延展性的物质，优选调节为以平均粒径计为0. 1 IOym的尺寸。以上伴随着对基质中的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化
物、其它无延展性的物质本身进行的调节，通过这样调整表面性状，可以进一步提高金属覆盖层的效果。由此，具有进一步提高与基质的结合力的效果。这样，具有导电性的金属层通过氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、碳氮化物等绝缘性物质，具有可以抑制局部带有电荷的效果。而且，不仅在溅射的初期阶段，在溅射过程中也可以有效地防止或者抑制粉粒的产生或结瘤的产生。在制造溅射靶时，制成在包含富有延展性的物质的基质相内存在体积比率为1 50%的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、其它无延展性的物质的靶，并通过化学镀敷法或物理蒸镀法在其最外表面形成富有延展性且具有导电性的金属覆
盖层ο作为化学镀敷法，有电镀法等电化学镀敷法、无电镀法，可以使用以这些方法为代表的覆盖法。另外，作为物理蒸镀法，可以使用真空蒸镀法、溅射法、离子束蒸镀法等。另外，更具体而言，预先通过切削加工对在包含富有延展性的物质的基质相内存在体积比率为1 50%的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、其它无延展性的物质的靶的表面进行一次加工。然后，通过研磨进行精加工，由此形成中心线平均表面粗糙度Ra为0. 1 μ m以下， 十点平均粗糙度Rz为0.4μπι以下，局部峰顶间距(粗糙度图形)AR为120 μ m以下，波状起伏图形的平均长度AW为1500 μ m以上的坡度平缓的表面。而且，通过上述化学镀敷法或物理蒸镀法，可以形成富有延展性且具有导电性的金属覆盖层。另外，期望通过所述切削加工进行一次加工，从靶材的表面切削Imm IOmm的范围。另外，在通过研磨进行精加工时，期望从经切削加工进行一次加工后的表面研磨 1 μ m ~ 50 μ m 白勺@_。切削Imm IOmm的范围的理由是为了有效地除去在此以前形成的靶材表面的缺陷。切削期望通过使用车刀或者刀片的车床加工来进行。通过该切削加工(一次加工)，如上所述，会产生裂纹、脱落造成的凹坑等缺陷，但是，可以使用例如#80 #400的粗磨粒的砂纸或磨石对该缺陷进行研磨。由此，可以消除上述裂纹、脱落造成的凹坑等缺陷，从而形成平滑的靶面。#80 #400的粗磨粒的砂纸或磨石，是有效地除去通过切削加工产生的以氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、其它无延展性的物质为起点的缺陷， 从而制作具有包含富有延展性的物质的基质相且平滑的面的最佳范围。此时，没有必要进行镜面研磨，只要能够除去裂纹、脱落造成的凹坑即可。在制作平滑且裂纹、脱落造成的凹坑等表面缺陷少的靶的情况下，可以考虑从最开始就使用#80 #400的粗磨粒的砂纸或磨石对靶材进行研磨。但是，此时产生研磨加工所需的时间延长，以及富有延展性的基质相的物质附着到磨石上从而磨石的维护频率提高的问题。而且，特别是以手工加工进行研磨加工时，即使表面粗糙度没有差别，也会产生容易引起外围部和中心部被大量研磨，从而在靶表面产生波状起伏的问题。因此，不进行切削加工而仅仅通过研磨加工进行靶的表面加工实际上是不能实施的。然后，本申请发明中，通过使用车床的切削进行一次加工，精加工为靶形状，并且根据需要在进行切削加工后，进行包括滴加纯水的湿式一次研磨一滴加氧化铝研磨剂的湿式二次研磨的工序的加工。由此，可以实现中心线平均表面粗糙度Ra为0. Ιμπι以下，十点平均粗糙度Rz为0. 4μ m以下，局部峰顶间距(粗糙度图形)AR为120 μ m以下，波状起伏图形的平均长度AW为1500 μ m以上，并且靶表面可以得到平滑且坡度非常平缓的表面。另外，关于中心线平均表面粗糙度Ra、十点平均粗糙度Rz、局部峰顶间距(粗糙度图形)AR以及波状起伏图形的平均长度AW，由JIS标准化的表面粗糙度定义(参考JIS B060U JIS B0631)，在此省略说明。但是，应该理解，这些表面的切削、研磨加工以及由此得到的靶表面的性状，为更优选的条件，并非必要的条件。本发明中重要的是，在靶的最外表面形成富有延展性且具有导电性的金属覆盖层。由此，可以实现以下优良效果对在包含富有延展性的物质的基质相内存在氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、其它无延展性的物质的靶进行溅射时，可以防止或抑制结瘤或粉粒的产生。实施例以下，对实施例进行说明。另外，本实施例用于表示发明的一个例子，本发明不限于这些实施例。(实施例1)得到以Co粉、Cr粉、Pt粉、SiO2粉为原料、在包括热压和HIP的制造条件下制造的靶。该靶中无延展性的SiA的体积比率为25%，该SiA粒子的平均粒径为2 μ m。另外， 基质相的主要成分为均勻的Co-Cr-Pt合金。通过使用车床的切削进行一次加工而精加工为靶形状后，再进行磨削加工，并通过进行包括滴加纯水的湿式一次研磨一滴加氧化铝研磨剂的湿式二次研磨的工序的加工来调节表面，从而得到靶。该调节表面粗糙度后的靶的、平均表面粗糙度，即中心线平均表面粗糙度Ra、十点平均粗糙度Rz、局部峰顶间距(粗糙度图形)AR以及波状起伏图形的平均长度AW的测定结果如表1所示。测定点为靶表面的三个点，表1所示的数值为三点的平均值。如表 1 所示，Ra 为 0.045 μ m，Rz 为 0.28 μ m，AR 为 111. 11 μ m，AW 为 1700. 00 μ m。 均在中心线平均表面粗糙度Ra :0. Iym以下，十点平均粗糙度Rz :0. 4 μ m以下，局部峰顶间距(粗糙度图形)AR 120 μ m以下，波状起伏图形的平均长度AW 1500 μ m以上的范围内， 可以得到表面粗糙度小，并且坡度非常平缓的靶表面。然后，通过离子镀敷法在该靶的表面淀积200nm的钴。该Co镀敷面与镀敷前的表面照片如图1所示。图1的左侧为镀敷前、右侧为Co镀敷面，在Co镀敷后，几乎观察不到氧化物的存在。然后，使用该钴覆盖的靶，在Ar 1. 5Pa气氛中，在30w/cm2的DC溅射条件下在衬底上形成溅射膜。对进行溅射时的粉粒进行观察，粉粒的尺寸为约1 μ mX约1 μ m(长径X 短径；下同)以下，与约IymX约Iym的氧化物粒径没有差异。该结果如表1所示。另外，可以将粉粒起因的不合格个数(个/mm2)降至1. 8。(实施例2)通过湿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，通过与实施例1同样的制造条件制作钴覆盖的靶，并在Ar 1. 5 气氛中，在30w/cm2的DC溅射条件下在衬底上形成溅射膜。对进行溅射时的粉粒进行观察，粉粒的尺寸为约1 μ mX约1 μ m(长径X短径；下同)以下，与约1 μ mX约1 μ m的氧化物粒径没有差异。该结果同样如表1所示。另外，可以将粉粒起因的不合格个数(个/mm2)降至2. 2。可见，即使偏离中心线平均表面粗糙度Ra :0. Ιμπι以下，十点平均粗糙度Rz 0. 4 μ m以下，局部峰顶间距(粗糙度图形)AR :120 μ m以下，波状起伏图形的平均长度AW 1500μπι以上的范围的情况下，通过离子镀敷法可以在靶表面淀积200nm的钴而将其无间隙地进行覆盖的情况下，溅射初期阶段的粉粒产生情况虽然比本实施例1稍差，但是也具有基本同样的效果。例如，如果是中心线平均表面粗糙度Ra :0. 5μπι以下，十点平均粗糙度 Rz :2μπι以下，局部峰顶间距(粗糙度图形)AR:120ym以下，波状起伏图形的平均长度AW: 1500 μ m以上的范围，则可以无间隙地覆盖，并可以确认同样的效果。表 权利要求
1.一种粉粒的产生少的溅射靶，在包含富有延展性的物质的基质相内存在体积比率为 1 50%的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、其它无延展性的物质，其特征在于，在该靶的最外表面上形成有富有延展性且具有导电性的金属覆盖层。
2.如权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，形成所述金属覆盖层前的靶表面的中心线平均表面粗糙度Ra为0. 1 μ m以下，十点平均粗糙度Rz为0. 4 μ m以下，局部峰顶间距 (粗糙度图形)AR为120 μ m以下，波状起伏图形的平均长度AW为1500 μ m以上。
3.如权利要求1或2所述的溅射靶，其特征在于，延展性在包含富有延展性的物质的基质相内存在的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、其它无延展性的物质以平均粒径计具有0. 1 10 μ m的尺寸。
4.如权利要求1至3中任一项所述的溅射靶，其特征在于，所述金属覆盖层包含构成基质相的金属中的至少一种，所述基质相包含富有延展性的物质。
5.如权利要求1至4中任一项所述的溅射靶，其特征在于，所述金属覆盖层的厚度为 IOOnm 300nm。
6.如权利要求1至4中任一项所述的溅射靶，其特征在于，所述金属覆盖层包含Co、Cr 和Pt中的至少一种。
7.一种粉粒的产生少的溅射靶的制造方法，所述靶中，在包含富有延展性的物质的基质相内存在体积比率为1 50%的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、其它无延展性的物质，所述方法的特征在于，通过化学镀敷法或物理蒸镀法在该靶最外表面形成富有延展性且具有导电性的金属覆盖层。
8.一种粉粒的产生少的溅射靶的制造方法，其特征在于，对在包含富有延展性的物质的基质相内存在体积比率为1 50%的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、 碳氮化物、其它无延展性的物质的靶的表面，预先通过切削加工进行一次加工，然后通过研磨进行精加工，由此形成中心线平均表面粗糙度Ra为0. 1 μ m以下、十点平均粗糙度Rz为 0. 4 μ m以下、局部峰顶间距(粗糙度图形)AR为120 μ m以下、波状起伏图形的平均长度AW 为1500 μ m以上的坡度平缓的表面，再通过化学镀敷法或物理蒸镀法形成富有延展性且具有导电性的金属覆盖层。
9.如权利要求8所述的溅射靶的制造方法，其特征在于，通过切削加工进行一次加工， 由此从靶材的表面切削Imm IOmm的范围。
10.如权利要求8或9所述的溅射靶的制造方法，其特征在于，通过研磨进行精加工，由此从经切削加工进行一次加工后的表面研磨1 μ m 50 μ m的范围。
全文摘要
本发明涉及粉粒的产生少的溅射靶，在包含富有延展性的物质的基质相内存在体积比率为1～50％的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、碳氮化物、其它无延展性的物质，其特征在于，在该靶的最外表面上具有富有延展性且具有导电性的金属覆盖层。本发明提供可以改善存在大量无延展性的物质的靶表面，并且可以防止或抑制溅射时结瘤或粉粒的产生的溅射靶及其制造方法。
文档编号C23C14/34GK102224276SQ201080003316
公开日2011年10月19日 申请日期2010年2月24日 优先权日2009年3月3日
发明者中村祐一郎, 久野晃, 关口淳之辅 申请人:吉坤日矿日石金属株式会社