靶材优选包含至少三相(如一个或多个纯金属相和/或一个或 多个合金相),但是,并不受此限制。更优选的是,沉积层包括合金相或基本上由合金相组 成,其中所述合金包括钼、第二金属元素和第三金属元素。甚至更优选的是,沉积层包括合 金相或基本上由合金相组成,其中所述合金包括钼、铌和第三金属元素。最优选的是,沉积 层包括合金相或基本上由合金相组成,其中所述合金包括钼、铌和钽。
[0037] 溅射靶材的形态
[0038] 溅射靶材可以是包括多个相的非均质材料。溅射靶材优选包括至少三相。例如,靶 材可包括,包含一个或多个第一相,每相包括大约50原子%或更多钼,一个或多个第二相, 每个相包括大约50原子%或更多不同于钼的第二金属元素,及一个或多个第三相,每相包 括大约50原子%或更多不同于钼和第二金属元素的第三金属元素。第二金属元素优选选 自由铌和钒组成的群组。更优选的是,第二金属元素是铌。第三金属元素优选选自由钛、铬、 钒、铌和钽组成的群组。更优选的是,第三金属元素是钽。
[0039] 第二相可在下述一方面或多方面与第一相不同:一种、两种或多种元素的浓度、密 度、电阻率、布拉维晶格结构、对称群、一种或多种晶格大小、或晶体学空间群。举例而言,第 一相和第二相一种元素的浓度可相差大约〇. 5wt. %或更高,相差大约Iwt. %或更高,相差 大约5wt. %或更高,或相差大约20wt. %或更高。第三相可在下述一方面或多方面与第一 相和/或第二相不同:一种、两种或多种元素的浓度、密度、电阻率、布拉维晶格结构、对称 群、一种或多种晶格大小或晶体学空间群。举例而言,第三相中元素的浓度与第一相、第二 相中元素的浓度,或这两相中元素的浓度,可相差大约〇.5wt. %或更高,相差大约Iwt. % 或更高,相差大约5wt. %或更高,或相差大约20wt. %或更高。溅射靶材可包括两相(如第 一相和第二相或第三相),其中两相的密度之差是大约〇. lg/cm3或更高,优选是大约0. 3g/ cm3或更高,更优选是大约0. 6g/cm3或更高,最优选是大约I. 2g/cm3或更高。
[0040] 第一相、第二相和第三相,每相可单独包括由14个布拉维晶格类型中的一种类型 或多种类型为特征的晶体。一相的布拉维晶格可以是三斜晶系、单斜晶系(如简单单斜晶 系或中心单斜晶系)、正交晶系(如简单底心正交晶系,或面心正交晶系)、正方晶系(如简 单的四方晶系或体心正方晶系)、菱方晶系、六方晶系或立方晶系(如简单立方、体心立方 或面心立方)。举例来说,第一相、第二相及第三相,每相可独立地包括六方、简单立方、体心 立方和面心立方或它们的任意组合的布拉维晶格的晶体或由这样的晶体组成。一个或多个 第二相可包括具有与一个或多个第一相相同或不同的布拉维晶格的晶体。举例来说,第一 相可包括一具有体心立方布拉维晶格的相,第二相可包括一具有体心立方布拉维晶格、六 方布拉维晶格或这两种晶格的相。一个或多个第三相可包括具有与一个或多个第一相相同 或不同,与一个或多个第二相不同,或它们的任意组合的布拉维晶格的晶体。举例来说,一 个或多个第三相可包括具有体心立方布拉维晶格、六方布拉维晶格或这两种晶格的晶体或 基本上由这样的晶体组成。
[0041] 应该了解的是,溅射靶材的第一相可包括一种或多种第一相,每相包括大约50原 子%或更多钼。举例来说,第一相可包括一基本上纯钼的相、一包括钼和少量(即少于50 原子% )第二金属元素的合金相及一包括钼和少量第三金属元素的合金相,或它们的任何 组合。溅射靶材的第二相可包括一相或多相,每相包括大约50原子%或更多第二金属元 素。举例来说,第二相可包括一基本上纯的第二金属元素相,一包括第二金属元素和少量钼 的合金相,一包括第二金属元素和少量第三金属元素的合金相,或它们的任意组合。溅射靶 材的第三相可包括一相或多相,每相包括大约50原子%或更多第三金属元素。举例来说, 第三相可包括一基本上纯的第三金属元素相,一包括第三金属元素和少量钼的合金相,一 包括第三金属元素和少量第二金属元素的合金相,或它们的任意组合。
[0042] 第一相、第二相和第三相,每相可以独立地是分散相或连续相。第一相优选是连续 相。人们认为,连续的第一相可以改进乳制溅射靶材的能力,以增加其长度、宽度或两者,但 是,并不受这一理论的限制。第二相优选是分散相,第三相优选是分散相。应该了解的是, 连续相指的是共-连续相(即存在多个连续相)或是唯一的连续相的连续相。
[0043] 图1是包括钼、铌和钽的溅射靶材采用二次电子成像法得到的说明性扫描电子显 微照片。根据本发明的教导,溅射靶材中可以使用其它金属元素。参考图1,溅射靶材10可 包括第一相16、第二相14和第三相12。溅射靶材10的第一相16可以是连续相,包括50原 子%或50原子%以上钼(如大约75原子%或75原子%以上钼)或两者。如图1所不,第 二相14、第三相12或这两相可以是分散相(如分散在第一相中的分散相)。第二相、第三 相或这两相都是连续相(如共-连续相)也属于本发明的范围。第二相14可包括占第二 相原子总数大约50原子%或更高的第二元素,如铌或钒。第三相12可包括大约占第三相 原子总数50原子%或更高的第三元素,如钛、铬、铌、钒或钽。如图1所示,一个或多个第一 相的体积大约占溅射靶材总体积的大约40体积%或更高,或占大约50体积%或更高。一 个或多个第二相的体积,一个或多个第三相的体积,及一个或多个第一相和第二相的总体 积,占溅射靶材总体积的大约1体积%或更高,或占大约5体积%或更高。一个或多个第二 相的体积,一个或多个第三相的体积,及一个或多个第一相和第二相的总体积,占溅射靶材 总体积的大约50体积%或更少,或占大约25体积%或更少。第二相、第三相或这两相通常 是随机取向的。第二相、第三相或这两相通常是细长的。第二相、第三相或这两相的长宽比 优选是大约20 : 1或更小,大约10 : 1或更小或大约5 : 1或更小。第二相可包括平均 长度大约是0. 3μπι或0. 3μπι以上的粒子,平均长度大约是200 μ m或200 μ m以下的粒子, 或者包括这两种平均长度的粒子。第三相可包括平均长度大约是0. 3 μ m或0. 3 μ m以上的 粒子,平均长度大约是200 μ m或200 μ m以下的粒子,或者包括这两种平均长度的粒子。一 个相的长度和/或体积可采用扫描电子显微镜测定。可采用其它方法辅助扫描电子显微镜 法,如能量色散X-射线光谱法测定一个相的组成。
[0044] 图2是包括钼、银和钽的溅射靶材采用背散射电子成像法得到的说明性扫描电子 显微照片。根据本发明的教导,溅射靶材中可以使用其它金属元素。参考图2,溅射靶材10 可包括第一相16、第二相14和第三相12。每个单独的相可以是基本上纯的金属相(如一 个包括大约80原子%或更高,大约90原子%或更高,或大约95原子%或更高的金属相)。 溅射靶材还可以包括合金相,如包括钼和钽的合金相18,和/或金属间相。
[0045] 一个或多个第一相可任选包括相对纯的第一相及钼的浓度比相对纯的第一相低 的高合金第一相。例如,相对纯的第一相中钼的浓度是相对纯的第一相原子总数的大约80 原子%或更高,更优选大约90原子%或更高。举例来说,高合金第一相中钼的浓度是大约 90原子%或更低,大约80原子%或更低,或大约70原子%或更低。一个或多个第一相优 选包括足够体积钼浓度通常较高(如大约60原子%或更多钼,大约70原子%或更多钼,大 约80原子%或更多钼,或大约90原子%或更多钼)的材料,这样,溅射靶材可以在增加溅 射靶材的宽度、长度或这两者的步骤中乳制。
[0046] -个或多个第二相可任选包括相对较纯的第二相(如包含占相对较纯第二相原 子总数大约80原子%或更高,更优选占大约90原子%或更高的第二金属元素)和包含浓 度比相对较纯第二相低的第二金属元素(如浓度大约90原子%或更低,或大约80原子% 或更低)的高合金第二相。一个或多个第三相可任选包括相对较纯的第三相(如包含占相 对较纯第三相原子总数大约80原子%或更高,更优选占大约90原子%或更高的第三金属 元素)和包含浓度比相对较纯第三相低的第三金属元素(如浓度大约90原子%或更低,或 大约80原子%或更低)的高合金第三相。
[0047] -个或多个第一相的体积优选足够高,这样,第一相是连续相(如一个或多个其 它相在其中分散的基质相)。一个或多个第一相的体积是溅射靶材总体积的大约40体积% 或更高,大约50体积%或更高,大约60体积%或更高,大约70体积%或更高。一个或多个 第一相的体积优选大于一个或多个第二相的体积。一个或多个第一相的体积优选大于一个 或多个第二相的体积。一个或多个第一相的体积是溅射靶材总体积的大约99体积%或更 低,大约95体积%或更低,大约92体积%或更低,大约90体积%或更低。
[0048] -个或多个第二相的体积,一个或多个第三相的体积,或一个或多个第二相和一 个或多个第三相组合的体积,是溅射靶材总体积的大约1体积%或更高,大约2体积%或更 高,大约3体积%或更高,大约5体积%或更高。一个或多个第二相的体积,一个或多个第 三相的体积,或一个或多个第二相和一个或多个第三相组合的体积,是溅射靶材总体积的 大约50体积%或更低,大约45体积%或更低,大约40体积%或更低,大约35体积%或更 低,大约30体积%或更低,大约25体积%或更低,大约20体积%或更低。
[0049] 溅射靶材的一个或多个第一相、一个或多个第二相及一个或多个第三相中的每个 相可以独立地是分散相、连续相或共-连续相。例如,溅射靶材可包括是连续相的第一相。 优选一个或多个第二相包括分散相。例如,分散的第二相可以是第一相中的分散相,或者是 第三相中的分散相。溅射靶材更优选包括一含50原子%或更多铌或钒且分散在含50原 子%或更多钼的第一相内的分散相第二相。优选一个或多个第三相包括分散相。例如,分 散的第三相可以是第一相中的分散相,或者是第二相中的分散相。溅射靶材更优选包括一 含50原子%或更多铌或钒且是分散在50原子%或更多钼的第一相内的分散相第三相。如 果溅射靶材有至少两个第二相,其形态是其中一个第二相包含大约80原子%或更多第二 金属元素且被另一个第二金属元素浓度更低的第二相包围。如果溅射靶材有至少两个第三 相,其形态是其中一个第三相包含大约80原子%或更多第三金属元素且被另一个第三金 属元素浓度更低的第三相包围。
[0050] 溅射靶材的一个或多个相,或甚至全部相的相区尺寸(即包括一个或多个相的晶 粒连续区)相对较大。例如,溅射靶材的一个或多个相,或甚至全部相的相区尺寸可能大于 溅射靶材制备的沉积层的相或各相的相区尺寸(如大50%或更多,大约大100%或更多,大 约大200%或更多,大约大500%或更多,或者大约大1000%或更多)。一个或多个第一相、 一个或多个第二相,和/或一个或多个第三相的相区尺寸(相区的数均长度)可以是大约 0· 3um或更大,优选是大约0· 5um或更大,更优选是大约Ium或更大,及最优选是大约3um 或更大,但是并不限于这些。在测定溅射靶材各个相的相区尺寸时,所有第一相可视为一个 相,所有第二相可视为一个相,所有第三相可视为一个相。一个或多个第一相、一个或多个 第二相,和/或一个或多个第三相的相区尺寸(相区的数均长度)可以是大约200um或更 低或更小,优选是大约IOOum或更低或更小,更优选是大约50um或更低或更小,但是并不限 于这些。应该了解的是,溅射靶材可以使用更大的相区尺寸。例如,正如本发明所教导的那 样,一个或多个相可以是连续相。第二相、第三相或这两个相的相区形状通常是细长的。第 二相、第三相或这两相的长宽比优选是大约20 : 1或更低或更小,大约10 : 1或更低或更 小或大约5:1或更低或更小。
[0051] 图3A是包括钼、铌和钽的溅射靶材一个区域的扫描电子显微照片(背散射电子), 包括钼相16和钼相中的点32。图3B是图3A中点32的说明性能量色散X-射线光谱图。 图3B的谱图仅包括一个与钼对应的峰34。如图3B所示,溅射靶材可包括包含一个基本上 纯钼相(即包括大约80原子%或更多钼,大约90原子%或更多钼,大约95原子%或更多 钼)的区域。
[0052] 图4A是包括钼、铌和钽的溅射靶材一个区域的扫描电子显微照片(背散射电子), 包括铌相14和铌相中的点42。图4B是图4A中点42的说明性能量色散X-射线光谱图。 图4B的光谱图仅包括一个与银对应的峰44。如图4B所示,派射革El材可包括一个区域,包括 基本上纯的第二金属元素相(即包括大约80原子%或更多第二金属元素,大约90原子% 或更多第二金属元素,大约95原子%或更多第二金属元素),如一个基本上纯铌或基本上 纯钒的相。
[0053] 图5A是包括钼、银和钽的派射革E材一个区域的扫描电子显微照片(背散射电子), 包括钽相12、钼相16和钽相中的点52。图5B是图5A中点52的说明性能量色散X-射线光 谱图。图5B仅包括与钽对应的峰54、5f、54"和54" ^。如图5B所示,溅射靶材可包括 一个区域,包括基本上纯的第三金属元素相(即包括大约80原子%或更多第三金属元素, 大约90原子%或更多第三金属元素,大约95原子%或更多第三金属元素),如一个基本上 纯钽、基本上纯钛或基本上纯铬的相。
[0054] 图6A是包括钼、银和钽的派射革E材一个区域的扫描电子显微照片(背散射电子)。 所述显微照片表明所述溅射靶材包括铌相14、钼相16、钼/铌合金相17及合金相17中的 点62。图6B是图6A中点62的说明性能量色散X-射线光谱图。图6B的光谱图包括与Mo 对应的峰64及与Nb对应的峰66。如图6B所示,溅射靶材可包括一个区域,所述区域包括 一含第二金属元素和钼的合金相,如铌和钼的合金。
[0055] 图7A是包括钼、铌和钽的溅射靶材一个区域的扫描电子显微照片(背散射电子)。 所述显微照片表明所述溅射靶材包括钽相12、钼相16、钼/钽合金相19及合金相19中的 点72。图7B是图7A中点72的说明性能量色散X-射线光谱图。图7B的光谱图包括与Mo 对应的峰74及与钽对应的