專利名稱：鉬濺射靶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多種形式的鉬、它們作為濺射靶的應(yīng)用和它們的制造方法。
背景技術(shù)：
濺射技術(shù)為薄膜形成技術(shù)，利用它可使用等離子產(chǎn)生轟擊濺射靶的離子，從而導(dǎo)致濺射靶的原子沉積在襯底上作為薄膜。濺射技術(shù)尤其用于在半導(dǎo)體和光電子工業(yè)中所用的各種制造工藝中產(chǎn)生金屬層。濺射過(guò)程中形成的薄膜的性質(zhì)與濺射靶自身的性質(zhì)有關(guān)，如各自晶粒的尺寸和具有分布特征的二次相的形成。
為了實(shí)現(xiàn)襯底表面上薄膜的沉積，使用各種濺射技術(shù)。沉積的金屬薄膜如平板顯示裝置上的金屬薄膜可通過(guò)磁控管濺射裝置或其它濺射技術(shù)來(lái)形成。磁控管濺射裝置誘導(dǎo)氣體的等離子體離子轟擊靶，使靶材料的表面原子從中射出并作為薄膜或?qū)映练e在襯底表面上。通常，使用平面圓盤或長(zhǎng)方形形式的濺射源作為靶，射出的原子沿視線軌跡行進(jìn)并沉積到沉積面平行于靶腐蝕面的晶片頂部。
但是，也可使用管狀濺射靶。在這種情況下，等離子體在外部，原子從管的外部被濺射。使平面襯底緩慢經(jīng)過(guò)靶。通常，其運(yùn)動(dòng)是水平的，并在與靶軸成直角的方向上，靶軸也是水平的。這樣，當(dāng)襯底經(jīng)過(guò)靶時(shí)，可逐漸使其被鍍覆。
在許多情況下，濺射靶，尤其是包含鉬的那些，具有帶非均勻晶?？棙?gòu)的精細(xì)微觀織構(gòu)，其可從一個(gè)濺射靶到下一個(gè)變化。這些“不均勻性”導(dǎo)致沉積到襯底和裝置上的薄膜不均勻，尤其是不能最優(yōu)地工作的平板顯示器。
在其它情況下，使用常規(guī)熱機(jī)械加工步驟制造鉬基濺射靶。不幸地是，這種方法通常引起晶粒尺寸和織構(gòu)的不均勻性。濺射靶中的不均勻性一般導(dǎo)致不具有大多數(shù)半導(dǎo)體和光電應(yīng)用中所需要的均勻性的濺射薄膜。
在一些應(yīng)用中，需要大的純鉬板作為濺射靶。在這種情況下，通過(guò)機(jī)械加工和組裝經(jīng)常稱為分割板的多個(gè)板完成大板的生產(chǎn)。與生產(chǎn)單板錠相比，分割板的制備需要數(shù)量增加的機(jī)械加工和組裝成本。另外，不同板的組裝在大的分割板中形成差異，這會(huì)導(dǎo)致通過(guò)濺射大板靶形成的薄膜的差異不能接受。
因此，本領(lǐng)域中存在對(duì)能克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷并具有細(xì)晶粒尺寸和均勻晶粒織構(gòu)的鉬濺射靶的需要。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及特征在于沒(méi)有或具有最少織構(gòu)帶或全厚度梯度的鉬濺射靶。具有細(xì)的均勻晶粒尺寸以及均勻織構(gòu)的鉬濺射靶具有高的純度并可被微合金化至提高的性能。
本發(fā)明另外涉及通過(guò)以下形成的管狀濺射靶A)將鉬粉末放在模具中，在200-250MPa的壓力下壓制粉末，并在1780-2175℃溫度下燒結(jié)壓制塊形成毛坯；B)除去毛坯的中心形成具有內(nèi)徑ID1和外徑OD1的管狀毛坯；C)加工管狀毛坯形成具有內(nèi)徑ID和外徑ODf使得OD1對(duì)ODf的比為至少3∶1的加工毛坯；和D)在815-1375℃的溫度下熱處理管狀毛坯。
本發(fā)明還涉及包含具有均勻織構(gòu)的鉬的管狀濺射靶，其特征具體在于110取向平行于縱向，111取向相對(duì)于徑向。
本發(fā)明另外涉及制造管狀濺射靶的方法，其包括A)將鉬粉末放在模具中，在200-250MPa的壓力下壓制粉末，并在1780-2175℃溫度下燒結(jié)壓制塊形成毛坯；B)除去毛坯的中心形成具有內(nèi)徑ID1和外徑OD1的管狀毛坯；C)加工管狀毛坯形成具有內(nèi)徑ID和外徑ODf使得OD1對(duì)ODf的比為至少3∶1的加工毛坯；和D)在815-1375℃的溫度下熱處理管狀毛坯。
本發(fā)明的實(shí)施方案涉及通過(guò)以下形成的圓盤狀濺射靶I)將鉬粉末放在模具中，在200-250MPa的壓力下壓制粉末，并在1780-2175℃溫度下燒結(jié)壓制塊形成具有直徑D0的毛坯；II)擠壓毛坯形成具有直徑D2使得D0對(duì)D2的比為3∶1至5∶1的擠壓毛坯；
III)在900-1300℃的溫度下對(duì)擠壓毛坯施加第一熱處理；IV)在870-1200℃的溫度下鐓鍛擠壓毛坯形成具有直徑Df使得Df對(duì)D2的比為1.5∶1至3∶1的鍛造毛坯；和V)在1200-1400℃的溫度下對(duì)鍛造毛坯施加第二熱處理。
本發(fā)明的實(shí)施方案還涉及包含具有均勻晶粒和織構(gòu)的鉬的圓盤狀濺射靶。
本發(fā)明的其它實(shí)施方案涉及具有非分割構(gòu)造的大鉬板，重至少300kg，并包含至少99wt％的鉬。
本發(fā)明的另外實(shí)施方案涉及制備上述板的方法，其包括步驟i)將粉末倒入到薄板坯模具內(nèi)；ii)通過(guò)在100-250MPa(15-36ksi)的壓力下冷等靜壓(C.I.P.)固結(jié)粉末形成薄板坯；iii)在至少1600℃的溫度下燒結(jié)薄板坯形成密度為理論密度至少90％的錠；iv)在1100-1450℃的溫度下預(yù)加熱錠；v)在1050-1400℃的溫度下熱軋錠實(shí)現(xiàn)錠厚度的減少和長(zhǎng)度的增加；和vi)在850-950℃的溫度下熱處理軋制的錠。
本發(fā)明還涉及包括上述鉬板的濺射靶和燒結(jié)瓦。
本發(fā)明另外涉及包括使上述濺射靶中的任何一種經(jīng)受濺射條件并由此濺射靶的濺射方法。
本發(fā)明還涉及使上述濺射靶經(jīng)受濺射條件并由此濺射靶的濺射方法。
本發(fā)明還涉及制備薄膜的方法，包括步驟(a)濺射上述濺射靶；(b)從靶中移出Mo原子；和(c)在襯底上形成包括鉬的薄膜。
本發(fā)明還提供按照上述方法制備的薄膜。薄膜可用在電子元件中，電子元件如半導(dǎo)體器件、薄膜晶體管、TFT-LCD器件、能增強(qiáng)平板顯示器中圖象對(duì)比度的黑基質(zhì)器件、太陽(yáng)能電池、傳感器和具有可調(diào)逸出功的CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)用柵器件。
附圖描述

圖1為根據(jù)本發(fā)明的固結(jié)中空毛坯的示意圖；圖2為用于管擠出的根據(jù)本發(fā)明擠出的中空毛坯的示意圖；圖3A、3B和3C分別顯示了根據(jù)本發(fā)明的管狀濺射靶相對(duì)于縱向(z)、徑向(ND)和切向(x)的電子反向散射衍射(EBSD)電子顯微照片；圖4顯示了3B在更高放大倍數(shù)下的EBSD顯微照片；圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的管狀濺射靶的EBSD極象圖分析；圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的管狀濺射靶的EBSD極象圖分析；圖7為用于中間工件的根據(jù)本發(fā)明擠出的實(shí)心毛坯的示意圖；圖8A和8B顯示了鐓鍛根據(jù)本發(fā)明的毛坯的示意圖；圖9A和9B顯示了從鍛造毛坯切割的根據(jù)本發(fā)明的濺射靶板；和圖10A和10B顯示了根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案錘鍛的毛坯。
發(fā)明詳述除了在操作例中或另外指明的地方外，說(shuō)明書和權(quán)利要求書中使用的所有涉及成分、反應(yīng)條件等數(shù)量的數(shù)字或表達(dá)在任何情況下都應(yīng)被理解為用術(shù)語(yǔ)“約”修飾。本專利申請(qǐng)中公開了各種數(shù)值范圍。因?yàn)檫@些范圍是連續(xù)的，因此它們包括在最小和最大值之間的每一個(gè)值。除非另外專門指明，本申請(qǐng)中指定的各種數(shù)值范圍都是近似值。
本文中使用的術(shù)語(yǔ)“條帶”指晶?；蚩棙?gòu)中的不均勻性，即晶粒尺寸或晶粒取向沿濺射靶的表面以條或圖案形式出現(xiàn)。本文使用的術(shù)語(yǔ)“全厚度梯度”指晶粒或織構(gòu)的變化，即晶粒尺寸或晶粒取向從靶的邊緣到靶的中心變化。
本文下面描述的鉬濺射靶的形式特征在于沒(méi)有或具有最少的條帶或全厚度梯度。因而，本發(fā)明涉及鉬濺射靶，其具有細(xì)的均勻晶粒尺寸以及均勻織構(gòu)，基本沒(méi)有織構(gòu)條帶和從靶中心到邊緣的全厚度梯度，具有高純度，并為了提高的性能而任選地被微合金化。
在本發(fā)明中，鉬濺射靶是非常純的，因而鉬濺射靶具有至少99.5％的純度，一些情況下至少99.9％，另外一些情況下至少99.95％，一些情況下至少99.99％，另外一些情況下至少99.999％。本文使用的術(shù)語(yǔ)“純度”指濺射靶中鉬的重量百分比。
本發(fā)明提供管狀濺射靶和它的制造方法。本方法包括使用純鉬粉末作為原料，和將它固結(jié)成管形式的實(shí)體充分致密的制品。產(chǎn)生的管形式具有細(xì)的均勻晶粒尺寸和整體基本均勻的織構(gòu)，并且不會(huì)在管與管之間變化。這種管形式能產(chǎn)生具有所需純度并且厚度既可容易預(yù)測(cè)又在給定襯底范圍內(nèi)均勻的薄膜。
在發(fā)明的實(shí)施方案中，管狀濺射靶具有基本沒(méi)有條帶且基本沒(méi)有任何全厚度梯度的織構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)壓制和燒結(jié)鉬粉末形成毛坯、除去毛坯中心、加工毛坯和熱處理毛坯形成管狀濺射靶來(lái)形成管狀濺射靶。
在本發(fā)明中，選擇二鉬酸銨以滿足要求的純度規(guī)格，然后使用常規(guī)氫氣還原方法在氫氣中還原成鉬金屬粉末。二鉬酸銨可為至少95％純，在一些情況下為至少99％純，在另外一些情況下為至少99.5％純，在一些情況下為99.999％純。二鉬酸銨的純度可在上述的任意值之間變化。
通常，將鉬粉末放在模具中，在至少16ksi的壓力下壓制粉末，在一些情況下在至少30ksi下，在另外一些情況下在至少32ksi下。而且，可在最高40ksi的壓力下壓制粉末，在一些情況下在最高37ksi下，在另外一些情況下在最高35ksi下?？稍谏鲜龅娜魏螇毫ο禄蛟谌魏紊鲜鰤毫χg的壓力下壓制模具中的粉末。
另外，當(dāng)在模具中燒結(jié)壓制毛坯時(shí)，在至少1785℃的溫度下燒結(jié)它，一些情況下在至少1800℃下，在另外一些情況下在至少1850℃下。而且，可在最高2200℃的溫度下燒結(jié)壓制毛坯，在一些情況下最高為2175℃，在另外一些情況下最高為2150℃?？稍谏鲜鋈魏螠囟认禄蛟谏鲜鋈魏螠囟戎g的溫度下燒結(jié)模具中壓制的鉬毛坯。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，等靜壓地進(jìn)行壓制。在本發(fā)明的另外實(shí)施方案中，在氫氣中燒結(jié)粉末。
如圖1所示，通過(guò)開孔除去固結(jié)毛坯的中心，使得ID1小于最終管形式的內(nèi)徑。選擇OD1使得橫截面面積法向的減少對(duì)毛坯長(zhǎng)度的比為至少3∶1，在一些情況下為至少3.5∶1，在另外一些情況下為至少4∶1。而且，橫截面面積法向的減少比毛坯長(zhǎng)度為至多12∶1，在一些情況下為至多10∶1，在另外一些情況下為至多8∶1。在本發(fā)明的特定實(shí)施方案中，橫截面面積法向的減少比毛坯長(zhǎng)度為4.9∶1或更高。橫截面面積法向的減少比毛坯長(zhǎng)度可為任何上述任何值或任何上述值之間的范圍。
加工管狀毛坯形成具有內(nèi)徑ID和外徑ODf使得OD1對(duì)ODf的比為如上所述的加工毛坯。
在發(fā)明的一種實(shí)施方案中，通過(guò)擠出毛坯加工管狀毛坯，如圖2所示。在這種實(shí)施方案中，擠出毛坯具有如上所述的橫截面面積減少比例(通過(guò)改變OD1/ODf形成)。毛坯長(zhǎng)度可變化。通過(guò)使用心軸工具控制產(chǎn)品型式ID。
在本發(fā)明的一種特定實(shí)施方案中，可在至少925℃的溫度下擠出管狀毛坯，一些情況下為至少950℃，另外一些情況下為至少1000℃。而且，可在最高1370℃的溫度下擠出管狀毛坯，一些情況下最高1260℃，另外一些情況下最高1175℃?？稍谌魏紊鲜鰷囟认禄蛟谌魏紊鲜鰷囟戎g的溫度下擠出管狀毛坯。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，通過(guò)代替擠出的旋轉(zhuǎn)鍛造方法完成加工，即橫截面面積減少比例(通過(guò)改變OD1/ODf形成)。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，在加工毛坯后，在至少815℃的溫度下熱處理它，一些情況下在至少925℃下，一些情況下在至少950℃下，另外一些情況下在至少1000℃下。而且，可在最高1375℃下進(jìn)行熱處理，一些情況下最高為1260℃，另外一些情況下最高為1175℃?？稍谏鲜鋈魏螠囟认禄蛉魏紊鲜鰷囟戎g的范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理。
在發(fā)明的一種特定實(shí)施方案中，在1250-1375℃下進(jìn)行熱處理。
在發(fā)明的另一種特定實(shí)施方案中，在815-960℃下進(jìn)行熱處理。
盡管不希望受任何單一理論限制，但在一些熱處理?xiàng)l件下，認(rèn)為對(duì)擠出的管形式進(jìn)行熱處理會(huì)導(dǎo)致再結(jié)晶，產(chǎn)生無(wú)應(yīng)變的等軸晶粒結(jié)構(gòu)。
但是，在發(fā)明的一些實(shí)施方案中，只為了“消除應(yīng)力”目的應(yīng)用熱處理。
在熱處理后，機(jī)械加工管形式至它的最終尺寸。
在發(fā)明的一種實(shí)施方案中，管狀濺射靶具有均勻的織構(gòu)，它的110取向平行于縱向，111取向相對(duì)于徑向。
如上所述，本發(fā)明提供管形式的鉬源。管可用在濺射過(guò)程中，從而薄膜沉積在襯底上。在許多情況下，包含沉積薄膜的襯底的元件用在平板顯示器(FPD)中。本發(fā)明提供先前不能得到的形式以及性質(zhì)的鉬，這允許FPD的可制造性和性能提高。
本發(fā)明的管狀濺射靶的一個(gè)特別優(yōu)點(diǎn)是它的均勻織構(gòu)。測(cè)定根據(jù)本發(fā)明制備的管的晶體織構(gòu)并在下文詳述。
圖3A、3B和3C分別顯示了樣品相對(duì)于縱向(z)、徑向(ND)和切向(x)的織構(gòu)。圖4顯示了圖3B在更高放大倍數(shù)下的頂部，從而可區(qū)分晶粒。圖5顯示了極象圖，圖6顯示了反極象圖。
材料被完全再結(jié)晶并且無(wú)應(yīng)變，這從每個(gè)晶粒內(nèi)沒(méi)有明顯色調(diào)變化的事實(shí)看出?？棙?gòu)輪廓分明，但不是很強(qiáng)(最高的峰為3.6倍隨機(jī))?？棙?gòu)的最明顯分量為平行于縱向的110，這從圖3A的突出紅色就可看出。另一顯著特征是平行于徑向的尖111峰。織構(gòu)隨半徑只有最輕微變化。完全沒(méi)有織構(gòu)條帶。細(xì)的均勻晶粒尺寸以及織構(gòu)在整個(gè)管厚度上和沿管長(zhǎng)度上的均勻性是區(qū)分本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的特征。這些特征允許在濺射操作中更均勻地沉積薄膜。
因此，本發(fā)明提供具有均勻的細(xì)織構(gòu)和晶粒結(jié)構(gòu)的濺射靶。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，晶粒尺寸為至少22μm，一些情況下為至少45μm。但是，更重要地，平均晶粒尺寸不超過(guò)125μm，一些情況下不超過(guò)90μm，另外一些情況下不超過(guò)65μm。當(dāng)晶粒尺寸太大時(shí)，通過(guò)濺射本發(fā)明的濺射靶形成的薄膜將不具有所需的均勻織構(gòu)和/或薄膜厚度。本發(fā)明濺射靶中的晶粒尺寸可為上述任何值或上述任何值之間的范圍。
本發(fā)明的實(shí)施方案還涉及制造鉬濺射靶的新方法，其產(chǎn)生優(yōu)于本領(lǐng)域中目前已知的濺射靶的性能。這種制造方法包括使用純鉬粉末作為原料，和將其固結(jié)成板形式的實(shí)體充分致密的制品。通過(guò)如下所述的多方向熱機(jī)械加工過(guò)程生產(chǎn)的本發(fā)明的板具有細(xì)的均勻晶粒尺寸和在整個(gè)板上基本均勻的織構(gòu)。這種板能產(chǎn)生具有所需純度并且厚度既可容易預(yù)測(cè)又在襯底范圍內(nèi)均勻的薄膜。
在發(fā)明的一種實(shí)施方案中，板具有基本沒(méi)有條帶或基本沒(méi)有任何全厚度梯度的織構(gòu)。
在本發(fā)明的多方向熱機(jī)械加工過(guò)程中，使用本領(lǐng)域中眾所周知的方法在氫氣中將二鉬酸銨還原成鉬金屬粉末。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，二鉬酸銨為99.95％純，一些情況下為99.9％純，另外一些情況下為99.5％純。
因此，在第一個(gè)步驟I)中，將鉬粉末放在模具中，并在至少100MPa的壓力下壓制，一些情況下在至少200MPa下，其它一些情況下在至少250MPa下。而且，可在最高275MPa的壓力下壓制粉末?？稍谌魏紊鲜鰤毫ο禄蛟谌魏紊鲜鰤毫χg的壓力下壓制模具中的鉬粉末。
另外，在模具中壓制鉬粉末后，在至少1785℃的溫度下燒結(jié)它。而且，可在最高2175℃的溫度下燒結(jié)粉末，一些情況下在最高2200℃?？稍谌魏紊鲜鰷囟认禄蛟谌魏紊鲜鰷囟戎g的溫度下燒結(jié)壓制的鉬工件。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，等靜壓地進(jìn)行壓制。在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，在氫氣中燒結(jié)壓制的粉末。因此，因此，鉬金屬粉末可被放在橡膠模具中，等靜壓壓制，然后在氫氣中燒結(jié)壓制的塊形成橫截面面積為最終濺射靶的預(yù)定靶橫截面面積大小1.5-4倍的毛坯，一些情況下為2-3倍，在特定的實(shí)施方案中為大約2.4倍。換句話說(shuō)，毛坯具有直徑D0。
然后在擠出前預(yù)加熱毛坯到至少900℃的溫度，一些情況下為925℃，另外一些情況下為至少950℃。而且，毛坯可被預(yù)加熱到最高1260℃的溫度，一些情況下為1225℃，另外一些情況下最高到1175℃。預(yù)加熱溫度可為上述任何值或可在上述任何值之間。
如圖7所示，擠出毛坯形成具有直徑D2的擠出毛坯，使得橫截面面積的減小比例(D0∶D2)為至少2.5∶1，一些情況下為至少3∶1，另外一些情況下為至少3.5∶1。而且，減小比例可最高為12∶1，一些情況下為10∶1，另外一些情況下最高為8∶1。減小比例可為上述任何值或上述任何值之間的值。毛坯長(zhǎng)度是可變的。
在另一實(shí)施方案中，可使用旋轉(zhuǎn)鍛造或錘鍛代替擠出操作來(lái)提供具有上述橫截面面積減小比例(D0∶D2)的毛坯。
為了制備用于鐓鍛的擠出毛坯，進(jìn)行第一熱處理步驟。該熱處理步驟通常提供應(yīng)力釋放。在至少800℃的溫度下進(jìn)行第一熱處理，一些情況下在至少815℃下，一些情況下在至少830℃下，另外一些情況下在至少850℃的溫度下。而且，可在最高960℃的溫度下進(jìn)行第一熱處理，一些情況下在最高930℃下，另外一些情況下在最高900℃下。第一熱處理步驟的溫度可為上述任何值或可在上述任何值之間。
還切割毛坯至它不會(huì)彎曲的長(zhǎng)度。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，切割毛坯至使得毛坯的縱橫比(長(zhǎng)度/直徑)小于或等于2.0、一些情況下小于或等于1.6的毛坯。
在第一熱處理步驟后和鐓鍛前，將熱處理過(guò)的擠出毛坯預(yù)熱到至少900℃的溫度，一些情況下至少925℃，另外一些情況下至少950℃，有時(shí)至少975℃，還有時(shí)至少1000℃。而且，熱處理過(guò)的擠出毛坯可被預(yù)熱至最高1300℃的溫度，一些情況下最高1260℃，另外一些情況下最高1200℃，有時(shí)最高1150℃。在鐓鍛前，熱處理過(guò)的擠出毛坯可被預(yù)熱至上述任何溫度或可在上述任何溫度之間。
如圖8A和8B所示，對(duì)熱處理過(guò)的擠出毛坯進(jìn)行鐓鍛使得D2即熱處理過(guò)的擠出毛坯橫截面面積對(duì)Df即鍛造毛坯橫截面面積的比例為1∶1.5至1∶3，一些情況下為1∶1.75至1∶2.5，另外一些情況下為1∶1.8至1∶2.25。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，D2對(duì)Df的比為大約1∶2±0.2。具體地，圖8A顯示了鐓鍛過(guò)程開始時(shí)的毛坯，圖8B顯示了鐓鍛過(guò)程結(jié)束時(shí)的毛坯。
在至少800℃的溫度下進(jìn)行擠出毛坯的鐓鍛，一些情況下在至少900℃下，另外一些情況下在至少925℃下，有時(shí)在至少950℃下。而且，可在最高1300℃的溫度下進(jìn)行擠出毛坯的鐓鍛，一些情況下在最高1260℃下，另外一些情況下在最高1200℃下，有時(shí)在最高1100℃，還有時(shí)在最高1000℃下。鍛造溫度能使毛坯被鍛造形成具有如上所述直徑Df的鍛造毛坯。鍛造溫度可為上述任何溫度或可在上述任何溫度之間。
鍛造后，對(duì)鍛造毛坯進(jìn)行第二熱處理步驟。第二熱處理步驟為能提供無(wú)應(yīng)變的等軸晶粒結(jié)構(gòu)的再結(jié)晶步驟。在至少1200℃的溫度下進(jìn)行第二熱處理，一些情況下在至少1250℃下，一些情況下在至少1275℃下，另外一些情況下在至少1300℃的溫度下。而且，可在最高1400℃的溫度下進(jìn)行第二熱處理，一些情況下在最高1375℃下，另外一些情況下在最高1350℃下。第二熱處理步驟的溫度可為上述任何值或可在上述任何值之間。
在另一實(shí)施方案中，第二熱處理只提供應(yīng)力釋放而不是再結(jié)晶。在這種實(shí)施方案中，在至少800℃的溫度下進(jìn)行熱處理，一些情況下在至少815℃下，另外一些情況下在至少850℃下。而且，可在最高1000℃的溫度下進(jìn)行熱處理，一些情況下在最高960℃下，另外一些情況下在最高925℃下。這種實(shí)施方案中第二熱處理步驟的溫度可為上述任何值或可在上述任何值之間。
如上所述，在能提供具有無(wú)應(yīng)變的等軸晶粒結(jié)構(gòu)的毛坯的溫度和時(shí)間下施加第二熱處理。因此，在第二熱處理后，提供了完全再結(jié)晶和無(wú)應(yīng)變的毛坯。
如圖9A所示，除去鐓鍛過(guò)程中受定中心盤(CD)影響的材料。受定中心盤影響的材料通常不能用作靶材料。按照?qǐng)D9B中所示的方向從毛坯上切割濺射靶。一旦定中心盤影響的材料被除去，整個(gè)毛坯就可用作靶。
在圖10A和10B所示的另一實(shí)施方案中，用錘鍛/鐓鍛代替鐓鍛操作使得D2即熱處理過(guò)的擠出毛坯橫截面面積對(duì)Df即鍛造毛坯橫截面面積的比例如上所述。圖10A顯示了錘鍛操作開始時(shí)的毛坯，圖10B顯示了錘鍛操作后的毛坯。在錘鍛操作后，按如上所述給予毛坯第二熱處理。換句話說(shuō)，從熱處理鍛造毛坯上切割圓盤狀部分提供圓盤狀濺射靶。
通常使用電子反向散射衍射(EBSD)分析得到的濺射靶的晶粒和織構(gòu)。由于上述過(guò)程，靶與靶之間的晶粒和織構(gòu)非常一致。一般從XZ面即徑向面上的中心、中間半徑處和邊緣取靶樣。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，提供具有均勻的細(xì)織構(gòu)和晶粒結(jié)構(gòu)的濺射靶。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，晶粒尺寸為至少22μm，一些情況下為至少65μm。但是，更重要地，平均晶粒尺寸不超過(guò)125μm，一些情況下不超過(guò)90μm，另外一些情況下不超過(guò)65μm，通過(guò)電子反向散射衍射測(cè)定。當(dāng)晶粒尺寸太大和/或不均勻時(shí)，通過(guò)濺射本發(fā)明的濺射靶形成的薄膜將不具有所需的均勻織構(gòu)和/或薄膜厚度。本發(fā)明的濺射靶中的晶粒尺寸可為上述任何值或上述任何值之間的范圍。
本發(fā)明還提供制造濺射靶的方法，如上所述包括步驟I)將鉬粉末放在模具中，在上面指示壓力下壓制粉末，并在上面指示溫度下燒結(jié)壓制塊形成具有直徑D0的毛坯；II)擠壓毛坯形成具有直徑D2使得D0對(duì)D2的比為如上所指示的擠壓毛坯；III)在上面指示溫度下對(duì)擠壓毛坯施加第一熱處理；IV)在上面指示溫度下鐓鍛擠壓毛坯形成具有直徑Df使得Df對(duì)D2的比為如上所指示的鍛造毛坯；V)在上面指示溫度下對(duì)鍛造毛坯施加第二熱處理；和任選地，VI)由熱處理過(guò)的鍛造毛坯切割圓盤狀部分提供圓盤狀濺射靶。
本發(fā)明的實(shí)施方案提供具有非分割構(gòu)造的大鉬板。本文使用的術(shù)語(yǔ)“非分割”指成整塊制造的板而不是通過(guò)聯(lián)合或結(jié)合兩個(gè)或多個(gè)板制造的板。通常，本發(fā)明的板重至少300kg，一些情況下為至少350kg，另外一些情況下為至少400kg。根據(jù)本發(fā)明的板包括至少99wt％、一些情況下至少99.5wt％和另外一些情況下至少99.9wt％的鉬。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，大鉬板具有細(xì)的均勻晶粒尺寸，其中平均晶粒不超過(guò)100μm，一些情況下不超過(guò)60μm，另外一些情況下不超過(guò)20μm。在這種實(shí)施方案中，晶粒尺寸可為至少5μm，一些情況下為至少10μm。晶粒尺寸可為任何上述值或任何上述值之間的范圍。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，大鉬板包括背襯板以提供支撐。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，大板具有基本沒(méi)有條帶和基本沒(méi)有任何全厚度梯度的織構(gòu)。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，板具有矩形橫截面形狀，并具有至少0.8m的長(zhǎng)度，一些情況下至少1.2m，另外一些情況下至少2m和最大2.6m，一些情況下最大3.4m，另外一些情況下最大4m；至少0.7m的寬度，一些情況下至少0.9m，另外一些情況下至少1.2m，并且最大為1.7m，一些情況下最大為2.0m，另外一些情況下最大為2.5m；和至少0.008m的高度(厚度)，一些情況下為至少0.012m，另外一些情況下為至少0.018m，并且最大為0.020m，一些情況下最大為0.032m，另外一些情況下最大為0.064m。矩形板的尺寸可為任何上述值和可在任何上述值之間。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，板具有方形橫截面形狀，并具有至少0.8m的長(zhǎng)度，一些情況下為至少1.0m，另外一些情況下為至少1.2m，并且最大為1.6m，一些情況下最大為2.0，有時(shí)最大為2.5m，另外一些情況下最大為3.0m；至少0.008m的基本相等的寬度和高度(厚度)，一些情況下為至少0.012m，另外一些情況下為至少0.018m，并且最大為0.020m，一些情況下最大為0.032m，另外一些情況下最大為0.064m。方形板的尺寸可為任何上述值并可在任何上述值之間。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，可從板切割一部分形成圓形或圓柱形橫截面狀部分，該部分具有至少0.008m的長(zhǎng)度(厚度)，一些情況下為至少0.010m，另外一些情況下為至少0.012m，并且最大為0.018m，一些情況下最大為0.032m，另外一些情況下最大為0.064m；和至少0.7m的直徑，一些情況下為至少0.9m，另外一些情況下為至少1.2m，并且最大為1.75m，一些情況下最大為2.0m，另外一些情況下最大為2.5m，有時(shí)最大為3.0m。圓形部分的尺寸可為任何上述值并可在任何上述值之間。
本領(lǐng)域中已知，與濺射靶的具體形狀無(wú)關(guān)，當(dāng)濺射靶的尺寸達(dá)到需要支撐的尺寸時(shí)，濺射靶包括背襯板。
在制造根據(jù)本發(fā)明的大鉬板時(shí)，使用鉬粉末。通過(guò)鉬酸銨的熱和氫氣還原產(chǎn)生鉬金屬粉末來(lái)制備粉末，其中鉬酸銨為至少99％純，一些情況下為至少99.5％純，另外一些情況下為至少99.9％純。通常篩分粉末來(lái)產(chǎn)生顆粒形貌和尺寸分布以燒結(jié)。顆粒尺寸一般具有至少0.1μm的重均值，一些情況下為至少0.5μm，另外一些情況下為至少1μm，有時(shí)為至少5μm，還有時(shí)為至少10μm，一些情況下為至少15μm，另外一些情況下為至少20μm。而且，顆粒尺寸一般具有最高150μm的重均值，一些情況下最大為125μm，另外一些情況下最大為100μm，有時(shí)最大為75μm，還有時(shí)最大為50μm，有時(shí)最大為40μm。粉末的顆粒尺寸可為任何上述值和可在任何上述值之間的范圍內(nèi)顆粒形貌通?？杀幻枋鰹椴灰?guī)則形狀的細(xì)顆粒的團(tuán)聚體。
鉬粉末可被倒入到薄板坯模具內(nèi)并震實(shí)/振實(shí)。
然后通過(guò)在至少100MPa的壓力下通過(guò)冷等靜壓(CIP)固結(jié)鉬粉末，一些情況下在至少125MPa下，另外一些情況在至少150MPa下。而且，CIP壓力可最高為250MPa，一些情況下最高為225MPa，另外一些情況下最高為200MPa。CIP壓力為足以形成薄板坯的壓力。CIP壓力可為任何上述值或可在任何上述值之間。
CIP過(guò)程后，在至少1600℃的溫度下燒結(jié)薄板坯，一些情況下在至少1650℃下，另外一些情況下在至少1700℃下。而且，燒結(jié)溫度可最高為1800℃，一些情況下最高為1750℃，另外一些情況下最高為1725℃。燒結(jié)溫度為足以形成具有理論密度的至少90％的密度的錠的溫度。燒結(jié)溫度可為任何上述溫度或在任何上述溫度之間。
進(jìn)行燒結(jié)至少4小時(shí)，一些情況下至少10小時(shí)，另外一些情況下至少16小時(shí)。而且，進(jìn)行燒結(jié)最高32小時(shí)，一些情況下最高24小時(shí)，另外一些情況下最高20小時(shí)。燒結(jié)時(shí)間為足以獲得理論密度至少90％的時(shí)間長(zhǎng)度。燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)度可為任何上述值或在任何上述值之間。
將燒結(jié)的條坯或錠預(yù)熱到至少1100℃的溫度，一些情況下至少1150℃，另外一些情況下至少1200℃。而且，錠可被預(yù)熱到最高1450℃的溫度，一些情況下最高1350℃，另外一些情況下最高1300℃。錠可被預(yù)熱到任何上述溫度或任何上述溫度之間的溫度。
在至少1050℃的溫度下熱軋預(yù)熱的錠，一些情況下在至少1100℃下，另外一些情況下在至少1150℃下。而且，可在最高1400℃的溫度下熱軋錠，一些情況下最高為1300℃，另外一些情況下最高為1250℃。熱軋實(shí)現(xiàn)了錠厚度的減小和長(zhǎng)度的增加。熱軋溫度可為任何上述值或在任何上述值之間。
通過(guò)熱軋獲得的預(yù)熱軋錠的厚度的減少可為至少50％，一些情況下為至少75％，另外一些情況下為至少98％。
而且，錠的長(zhǎng)度可增加至少50％，一些情況下至少75％，另外一些情況下至少150％，并可增加最高300％，一些情況下最高400％，另外一些情況下最高500％。錠的長(zhǎng)度可提高至任何上述值或在任何上述值之間。
熱軋錠的厚度可通過(guò)隨后的縮減被進(jìn)一步減小，保持板的完整性。隨后的縮減可為熱軋錠厚度的至少10％，一些情況下為至少15％，另外一些情況下為至少20％，并可最高為30％，一些情況下最高為28％，另外一些情況下最高為25％。隨后的縮減可為任何上述值或在任何上述值之間。
在軋制縮減過(guò)程中，板可被重新加熱以保持上面指示的溫度。通常，在整個(gè)軋制過(guò)程中檢測(cè)板的完整性。而且，為了獲得所需的最終尺寸，精確校平板以獲得用于隨后機(jī)械加工/研磨操作的最佳平面度。
在至少850℃的溫度下熱處理軋制縮減的錠，一些情況下為至少860℃，另外一些情況下為至少880℃，并可最高為950℃，一些情況下最高到920℃，另外一些情況下最高到900℃?？稍谌魏紊鲜鰷囟认禄蛟谌魏紊鲜鰷囟戎g的溫度下進(jìn)行這種熱處理步驟。
軋制縮減錠熱處理進(jìn)行至少30分鐘，一些情況下至少45分鐘，另外一些情況下至少60分鐘。而且，可進(jìn)行熱處理最高180分鐘，一些情況下最高120分鐘，另外一些情況下最高90分鐘。熱處理的時(shí)間長(zhǎng)度可為任何上述值或在任何上述值之間。
在上述過(guò)程中或后，可使用超聲技術(shù)引導(dǎo)錠的完整性。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，在制備任何上述的濺射靶時(shí)，可在壓制前在鉬粉末中包括微合金。合適的微合金的非限制性例子包括含有選自Ta、Nb、Cr、W和/或V的一種或多種金屬材料的那些。在本發(fā)明的一種具體實(shí)施方案中，微合金具有體心立方(BCC)結(jié)構(gòu)。
當(dāng)使用微合金時(shí)，通常通過(guò)在上述的粉末壓制階段前向鉬粉末中加入一種或多種金屬材料來(lái)壓制它們。形成錠或毛坯中的上述步驟按如上所述。
當(dāng)使用微合金時(shí)，以能提供具體所需性質(zhì)的數(shù)量包括它們。因而，可包括至多1000ppm的金屬材料，一些情況下至多750ppm，另外一些情況下至多500ppm，有時(shí)至多300ppm，還有時(shí)至多150ppm，有時(shí)至多75ppm。而且，當(dāng)包括時(shí)，可包括至少10ppm含量的金屬材料，一些情況下至少20ppm，另外一些情況下至少25ppm。
當(dāng)包括微合金時(shí)，通常包括它們以對(duì)最終產(chǎn)生的鉬提供特定的影響。作為非限制性例子，通過(guò)有目的地加入W、V和/或Cr或它們的組合，鉬可呈現(xiàn)BCC結(jié)構(gòu)。當(dāng)鉬包括這些BCC金屬元素時(shí)，它們產(chǎn)生局部晶格應(yīng)力。應(yīng)力降低了對(duì)以下的能障(a)濺射時(shí)離開濺射靶的原子(即增加了靶的濺射速度)，和(b)光刻過(guò)程中的薄膜蝕刻(例如通過(guò)液體蝕刻或干法蝕刻，如通過(guò)等離子蝕刻或反應(yīng)性蝕刻)。當(dāng)包括微合金時(shí)，以能提供上述效果的水平包括它們，但不在會(huì)損害產(chǎn)生的薄膜的任何性質(zhì)的水平下。
另外，本發(fā)明提供一種濺射方法，從而使任何上述濺射靶經(jīng)受濺射條件并因此被濺射。
本發(fā)明中可使用任何合適的濺射方法。合適的濺射方法包括但不限于磁控濺射、脈沖激光濺射、離子束濺射、三極管濺射和它們的組合。
本發(fā)明還提供制備薄膜的方法，包括步驟(a)濺射上述濺射靶；(b)從靶中除去Mo原子；和(c)在襯底上形成包含鉬的薄膜。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，在(b)后，增加包括供應(yīng)反應(yīng)性氣體到Mo的步驟。反應(yīng)性氣體為包括能與鉬反應(yīng)的氣態(tài)或一旦沉積到襯底上就形成鉬化合物的組分的氣體。作為非限制性例子，反應(yīng)性氣體可為氧氣、氮?dú)夂?或含硅氣體。
通過(guò)本發(fā)明的方法施加的薄膜可具有任何所需的厚度。薄膜的厚度將取決于所需的最終應(yīng)用。通常，薄膜的厚度可為至少0.5nm，一些情況下1nm，一些情況下至少5nm，另外一些情況下至少10nm，有時(shí)至少25nm，還有時(shí)至少50nm，一些情況下至少75nm，另外一些情況下至少100nm。而且，薄膜厚度可最高為10μm，一些情況下最高5μm，另外一些情況下最高2μm，有時(shí)最高1μm，還有時(shí)最高0.5μm。薄膜厚度可為任何上述值或可在任何上述值之間。
薄膜可為平板顯示器或平板顯示器的一部分。
由于整個(gè)鉬濺射靶厚度上晶粒尺寸和織構(gòu)的均勻性，因此由這種靶得到的薄膜具有良好的均勻性。
在本發(fā)明的一種特定實(shí)施方案中，提供非常薄的薄膜。在這種實(shí)施方案中，薄膜為至少100，一些情況下為至少250，另外一些情況下為至少500。在這種實(shí)施方案中，薄膜可最大為5000，一些情況下最大為3000，另外一些情況下最大為2500，有時(shí)最大為2000。
本發(fā)明中可使用任何合適的襯底。用于平板顯示器(FPD)所用薄膜的合適襯底包括但不限于柔性箔、塑料襯底、玻璃襯底、陶瓷襯底和它們的組合。塑料襯底包括但不限于聚降冰片烯、聚酰亞胺、聚芳基化物、聚碳酸酯、聚乙烯萘酸酯(PEN)、聚乙二醇對(duì)苯二甲酸酯(PET)等。陶瓷襯底的非限制性例子包括藍(lán)寶石。
除了在各種襯底上的鉬薄膜外，還可通過(guò)反應(yīng)濺射或離子注入產(chǎn)生MoOx(氧化)、MoNx(氮化)、MoSix(硅化)。
本發(fā)明包括在各種應(yīng)用中使用的產(chǎn)品。在一種實(shí)施方案中，按照本發(fā)明制造的薄膜可用在薄膜晶體管(TFT)-液晶顯示器(LCD)應(yīng)用中。而且，在另外一些實(shí)施方案中，本發(fā)明包括用在太陽(yáng)能電池應(yīng)用、傳感器應(yīng)用、半導(dǎo)體器件和CMOS技術(shù)(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)用金屬柵中的薄膜。在一種實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及包含用作具有優(yōu)異均勻性的柵電極的鉬薄膜的TFT-LCD器件。另一種實(shí)施方案涉及薄膜太陽(yáng)能電池應(yīng)用，其中本發(fā)明包括Mo薄膜用作以下示例性器件結(jié)構(gòu)的后觸點(diǎn)的太陽(yáng)能電池含MoO2的前觸點(diǎn)/p-層/結(jié)層/n-層/Mo后觸點(diǎn)，其中p-層當(dāng)被光沖擊時(shí)釋放電子，導(dǎo)致電子缺失，n-層被帶負(fù)電荷。
在傳感器應(yīng)用中，可通過(guò)從Mo靶反應(yīng)濺射產(chǎn)生MoO3薄膜用作氣體傳感器，如用于氨檢測(cè)。在另一種實(shí)施方案中，本發(fā)明包括用作逸出功隨氮摻雜水平可調(diào)的CMOS工藝(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)用柵器件的鉬或氮化鉬薄膜。
當(dāng)提高FPD的圖像質(zhì)量時(shí)，增加亮度設(shè)置中對(duì)比度比增加顯示器亮度容易。可使用MoOx薄膜通過(guò)由鉬濺射靶反應(yīng)濺射形成黑底來(lái)增強(qiáng)圖像對(duì)比度。傳統(tǒng)上，使用Cr或CrO2靶形成平板顯示器中的黑底，其既存在健康問(wèn)題又存在環(huán)境問(wèn)題。
上面描述了本發(fā)明和它的各種實(shí)施方案。顯然，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，只要不脫離說(shuō)明書和附加權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍，就可作出各種改變和變化。
權(quán)利要求
1.一種鉬濺射靶，具有細(xì)的均勻晶粒尺寸以及基本沒(méi)有織構(gòu)條帶和從靶中心到邊緣的全厚度梯度的均勻織構(gòu)，并具有高的純度，和為了提高性能而任選地被微合金化。
2.如權(quán)利要求1所述的鉬濺射靶，具有至少99.95％的純度。
3.如權(quán)利要求1所述的鉬濺射靶，具有至少99.99％的純度。
4.如權(quán)利要求1所述的鉬濺射靶，具有至少99.999％的純度。
5.如權(quán)利要求1所述的鉬濺射靶，其中細(xì)的均勻平均晶粒尺寸不超過(guò)125μm。
6.如權(quán)利要求1所述的鉬濺射靶，其中細(xì)的均勻平均晶粒尺寸不超過(guò)100μm。
7.如權(quán)利要求1所述的鉬濺射靶，其中細(xì)的均勻平均晶粒尺寸不超過(guò)90μm。
8.如權(quán)利要求1所述的鉬濺射靶，其中細(xì)的均勻平均晶粒尺寸不超過(guò)50μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的鉬濺射靶，其通過(guò)加入10ppm-1000ppm的添加元素被微合金化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的微合金化鉬濺射靶，其中添加元素包括選自具有體心立方(BCC)結(jié)構(gòu)的元素中的一種或多種金屬材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的微合金化鉬濺射靶，其中添加元素包括選自Ta、Nb、Cr、W、V和它們的組合中的一種或多種金屬材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的鉬濺射靶，具有選自管狀、圓形、方形和矩形的形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的微合金化鉬濺射靶，具有選自管狀、圓形、方形和矩形的形狀。
14.通過(guò)以下形成的管狀濺射靶A)將鉬粉末放在模具中，在32-40ksi的壓力下壓制粉末，并在1780-2175℃溫度下燒結(jié)壓制塊形成毛坯；B)除去毛坯的中心形成具有內(nèi)徑ID1和外徑OD1的管狀毛坯；C)加工管狀毛坯形成具有內(nèi)徑ID和外徑ODf使得OD1對(duì)ODf的比為至少3∶1的加工毛坯；和D)在815-1375℃的溫度下熱處理管狀毛坯。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的濺射靶，其中A)中的壓制在等靜壓下進(jìn)行。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的濺射靶，其中在氫氣中燒結(jié)A)中的粉末。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的濺射靶，其中ID大于ID1。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的濺射靶，其中C)中的加工包括在925-1260℃的溫度下擠出管狀毛坯。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的濺射靶，其中C)中的加工包括旋轉(zhuǎn)鍛造管狀毛坯。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的濺射靶，其中在D)中的熱處理后，濺射靶完全再結(jié)晶并且無(wú)應(yīng)變。
21.根據(jù)權(quán)利要求14的濺射靶，其中織構(gòu)是均勻的，110平行于縱向，111相對(duì)于徑向。
22.根據(jù)權(quán)利要求1 4的濺射靶，其中在1250-1375℃的溫度下進(jìn)行D)中的熱處理。
23.根據(jù)權(quán)利要求14的濺射靶，其中在815-960℃的溫度下進(jìn)行D)中的熱處理。
24.一種管狀濺射靶，包括具有均勻織構(gòu)的鉬，其中110取向平行于縱向，111取向相對(duì)于徑向。
25.一種制造濺射靶的方法，包括A)將鉬粉末放在模具中，在32-40ksi的壓力下壓制粉末，并在1780-2175℃溫度下燒結(jié)壓制塊形成毛坯；B)除去毛坯的中心形成具有內(nèi)徑ID1和外徑OD1的管狀毛坯；C)加工管狀毛坯形成具有內(nèi)徑ID和外徑ODf使得OD1對(duì)ODf的比為至少3∶1的加工毛坯；和D)在815-1375℃的溫度下熱處理管狀毛坯。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中A)中的壓制在等靜壓下進(jìn)行。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中在氫氣中燒結(jié)A)中的粉末。
28.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中C)中的加工包括在925-1260℃的溫度下擠出管狀毛坯。
29.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中C)中的加工包括旋轉(zhuǎn)鍛造管狀毛坯。
30.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中在D)中的熱處理后，濺射靶完全再結(jié)晶并且無(wú)應(yīng)變。
31.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中濺射靶織構(gòu)是均勻的，110平行于縱向，111相對(duì)于徑向。
32.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中在1250-1375℃的溫度下進(jìn)行D)中的熱處理。
33.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中在815-960℃的溫度下進(jìn)行D)中的熱處理。
34.根據(jù)權(quán)利要求25的方法制造的濺射靶。
35.一種濺射方法，包括使權(quán)利要求1的濺射靶經(jīng)受濺射條件并由此濺射靶。
36.權(quán)利要求35的方法，其中使用選自磁控濺射、脈沖激光濺射、離子束濺射、三極管濺射和它們的組合中的濺射方法完成濺射。
37.一種濺射方法，包括使權(quán)利要求34的濺射靶經(jīng)受濺射條件并由此濺射靶。
38.權(quán)利要求37的方法，其中使用選自磁控濺射、脈沖激光濺射、離子束濺射、三極管濺射和它們的組合中的濺射方法完成濺射。
39.一種制備薄膜的方法，包括步驟(a)濺射根據(jù)權(quán)利要求1的濺射靶；(b)從靶中移出Mo原子；和(c)在襯底上形成包括鉬的薄膜。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的方法，還包括步驟在(b)后，供應(yīng)反應(yīng)性氣體到Mo。
41.根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其中反應(yīng)性氣體為氧氣、氮?dú)夂?或含硅氣體。
42.權(quán)利要求39的方法，其中薄膜具有0.5nm-10μm的厚度。
43.權(quán)利要求39的方法，其中濺射方法選自磁控濺射、脈沖激光濺射、離子束濺射、三極管濺射和它們的組合。
44.按照權(quán)利要求39的方法制備的薄膜。
45.按照權(quán)利要求41的方法制備的薄膜，其中該薄膜具有包括MoOx(氧化)、MoNx(氮化)、MoSix(硅化)的組成，通過(guò)與氧、氮或硅原子反應(yīng)濺射或通過(guò)離子注入產(chǎn)生。
46.一種平板顯示器件，包括根據(jù)權(quán)利要求44的薄膜。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的平板器件，其中器件選自薄膜晶體管-液晶顯示器、等離子顯示板、有機(jī)發(fā)光二極管、無(wú)機(jī)發(fā)光二極管顯示器和場(chǎng)致發(fā)射顯示器。
48.根據(jù)權(quán)利要求14的濺射靶，具有不超過(guò)125μm的平均晶粒尺寸。
49.通過(guò)以下形成的圓盤狀濺射靶I)將鉬粉末放在模具中，在200-250MPa的壓力下壓制粉末，并在1780-2175℃溫度下燒結(jié)壓制塊形成具有直徑D0的毛坯；II)擠壓毛坯形成具有直徑D2使得D0對(duì)D2的比為3∶1至5∶1的擠壓毛坯；III)在900-1300℃的溫度下對(duì)擠壓毛坯施加第一熱處理；IV)在870-1200℃的溫度下鐓鍛擠壓毛坯形成具有直徑Df使得Df對(duì)D2的比為1.5∶1至3∶1的鍛造毛坯；和V)在1200-1400℃的溫度下對(duì)鍛造毛坯施加第二熱處理。
50.根據(jù)權(quán)利要求49的濺射靶，其中等靜壓地進(jìn)行A)中的壓制。
51.根據(jù)權(quán)利要求49的濺射靶，其中鉬粉末通過(guò)在氫氣中還原二鉬酸銨得到。
52.根據(jù)權(quán)利要求51的濺射靶，其中二鉬酸銨為至少99.9wt％純。
53.根據(jù)權(quán)利要求49的濺射靶，其中在E)中的第二熱處理后，濺射靶完全再結(jié)晶并且無(wú)應(yīng)變。
54.根據(jù)權(quán)利要求49的濺射靶，其中在E)后，從熱處理過(guò)的鍛造毛坯上切割圓盤狀部分提供圓盤狀濺射靶。
55.一種制造濺射靶的方法，包括I)將鉬粉末放在模具中，在200MPa-250MPa的壓力下壓制粉末，并在1780-2175℃溫度下燒結(jié)壓制塊形成具有直徑D0的毛坯；II)擠壓毛坯形成具有直徑D2使得D0對(duì)D2的比為3∶1至5∶1的擠壓毛坯；III)在900-1300℃的溫度下對(duì)擠壓毛坯施加第一熱處理；IV)在870-1200℃的溫度下鐓鍛擠壓毛坯形成具有直徑Df使得Df對(duì)D2的比為1.5∶1至3∶1的鍛造毛坯；和V)在1200-1400℃的溫度下對(duì)鍛造毛坯施加第二熱處理。
56.根據(jù)權(quán)利要求55的方法，其中等靜壓地進(jìn)行A)中的壓制。
57.根據(jù)權(quán)利要求55的方法，其中在氫氣中燒結(jié)A)中的粉末。
58.根據(jù)權(quán)利要求55的方法，其中鉬粉末通過(guò)在氫氣中還原二鉬酸銨得到。
59.根據(jù)權(quán)利要求58的方法，其中二鉬酸銨為至少99wt％純。
60.根據(jù)權(quán)利要求55的方法，其中在E)中的熱處理后，濺射靶完全再結(jié)晶并且無(wú)應(yīng)變。
61.根據(jù)權(quán)利要求55的方法，還包括步驟VI)從熱處理過(guò)的鍛造毛坯上切割圓盤狀部分提供圓盤狀濺射靶。
62.根據(jù)權(quán)利要求55的方法制備的濺射靶。
63.一種濺射方法，包括使權(quán)利要求48的濺射靶經(jīng)受濺射條件并由此濺射靶。
64.權(quán)利要求63的方法，其中使用選自磁控濺射、脈沖激光濺射、離子束濺射、三極管濺射和它們的組合中的濺射方法完成濺射。
65.一種濺射方法，包括使權(quán)利要求62的濺射靶經(jīng)受濺射條件并由此濺射靶。
66.權(quán)利要求65的方法，其中使用選自磁控濺射、脈沖激光濺射、離子束濺射、三極管濺射和它們的組合中的濺射方法完成濺射。
67.一種制備薄膜的方法，包括步驟(a)濺射根據(jù)權(quán)利要求49的濺射靶；(b)從靶中移出Mo原子；和(c)在襯底上形成包括鉬的薄膜。
68.根據(jù)權(quán)利要求67的方法，還包括步驟在(b)后，供應(yīng)反應(yīng)性氣體到Mo。
69.根據(jù)權(quán)利要求68的方法，其中反應(yīng)性氣體為氧氣、氮?dú)夂?或含硅氣體。
70.權(quán)利要求67的方法，其中薄膜具有0.5nm-10μm的厚度。
71.權(quán)利要求67的方法，其中濺射方法選自磁控濺射、脈沖激光濺射、離子束濺射、三極管濺射和它們的組合。
72.按照權(quán)利要求67的方法制備的薄膜。
73.按照權(quán)利要求69的方法制備的薄膜，其中薄膜包括MoOx、MoNx或MoSix中的一種或多種，其中薄膜通過(guò)與氧、氮或硅原子反應(yīng)濺射或通過(guò)離子注入產(chǎn)生。
74.根據(jù)權(quán)利要求49的濺射靶，具有不超過(guò)65μm的平均晶粒尺寸。
75.大鉬板，具有非分割構(gòu)造，重至少300kg，并包括至少99wt％的鉬。
76.根據(jù)權(quán)利要求75的板，其中該板具有不超過(guò)100μm的細(xì)的均勻晶粒尺寸。
77.根據(jù)權(quán)利要求75的板，其中該板具有基本沒(méi)有條帶且基本沒(méi)有任何全厚度梯度的織構(gòu)。
78.根據(jù)權(quán)利要求75的板，具有矩形橫截面形狀，并具有0.8-4.0m的長(zhǎng)度、0.7-2.5m的寬度和0.008-0.064m的高度。
79.根據(jù)權(quán)利要求75的板，具有方形橫截面形狀，并具有0.8-3.0m的長(zhǎng)度，0.008-0.064m的基本相等的寬度和高度。
80.根據(jù)權(quán)利要求75的板，被切割形成圓柱形橫截面，并具有0.7-3m的直徑，和0.008-0.064m的高度。
81.一種制備根據(jù)權(quán)利要求75的板的方法，包括i)將鉬粉末倒入到薄板坯模具內(nèi)；a.通過(guò)在100-250MPa(15-36ksi)的壓力下冷等靜壓(C.I.P.)固結(jié)粉末形成薄板坯；b.在至少1600℃的溫度下燒結(jié)薄板坯形成密度為理論密度至少90％的錠；ii)在1100-1450℃的溫度下預(yù)加熱錠；a.在1050-1400℃的溫度下熱軋錠實(shí)現(xiàn)錠厚度的減少和長(zhǎng)度的增加；和iii)在850-950℃的溫度下熱處理軋制的錠。
82.根據(jù)權(quán)利要求81的方法，其中粉末具有大于99.9％的鉬純度。
83.根據(jù)權(quán)利要求81的方法，其中粉末通過(guò)在氫氣中還原二鉬酸銨產(chǎn)生。
84.根據(jù)權(quán)利要求81的方法，其中v)中的厚度減少提供了高度為薄板坯高度0.060-0.140％的錠。
85.根據(jù)權(quán)利要求81的方法，其中熱軋步驟通過(guò)連續(xù)軋制減少來(lái)減少錠的厚度。
86.根據(jù)權(quán)利要求81的方法，還包括利用超聲技術(shù)檢測(cè)錠的完整性的步驟。
87.根據(jù)權(quán)利要求81的方法，還包括為了獲得用于機(jī)械加工/研磨操作至最終尺寸的最佳平面度而精確校平錠的步驟。
88.濺射靶，包括根據(jù)權(quán)利要求75制備的鉬板的一部分。
89.一種濺射方法，包括使權(quán)利要求88的濺射靶經(jīng)受濺射條件并由此濺射靶。
90.權(quán)利要求89的方法，其中使用選自磁控濺射、脈沖激光濺射、離子束濺射、三極管濺射和它們的組合中的濺射方法完成濺射。
91.一種制備薄膜的方法，包括步驟(a)濺射根據(jù)權(quán)利要求85的濺射靶；(b)從靶中移出Mo原子；和(c)在襯底上形成包括鉬的薄膜。
92.根據(jù)權(quán)利要求91的方法，還包括步驟在(b)后，供應(yīng)反應(yīng)性氣體到Mo。
93.根據(jù)權(quán)利要求92的方法，其中反應(yīng)性氣體為氧氣、氮?dú)夂?或含硅氣體。
94.權(quán)利要求91的方法，其中薄膜具有0.5nm-10μm的厚度。
95.權(quán)利要求91的方法，其中濺射方法選自磁控濺射、脈沖激光濺射、離子束濺射、三極管濺射和它們的組合。
96.按照權(quán)利要求91的方法制備的薄膜。
97.按照權(quán)利要求93的方法制備的薄膜，其中薄膜包括MoOx、MoNx和MoSix中的一種或多種，其中薄膜通過(guò)與氧、氮或硅原子反應(yīng)濺射或通過(guò)離子注入產(chǎn)生。
98.一種器件，包括根據(jù)權(quán)利要求96的薄膜。
99.根據(jù)權(quán)利要求98的器件，其中器件選自薄膜晶體管-液晶顯示器、等離子顯示板、有機(jī)發(fā)光二極管、無(wú)機(jī)發(fā)光二極管顯示器、場(chǎng)致發(fā)射顯示器、太陽(yáng)能電池、氣體傳感器和半導(dǎo)體器件。
100.一種器件，包括根據(jù)權(quán)利要求97的薄膜。
101.根據(jù)權(quán)利要求100的器件，其中該器件選自薄膜晶體管-液晶顯示器、等離子顯示板、有機(jī)發(fā)光二極管、無(wú)機(jī)發(fā)光二極管顯示器、場(chǎng)致發(fā)射顯示器、太陽(yáng)能電池、氣體傳感器和半導(dǎo)體器件。
102.根據(jù)權(quán)利要求96的薄膜，其中使用形成段的濺射靶。
103.根據(jù)權(quán)利要求89的方法，其中濺射靶的尺寸最大為6m×5.5m。
104.權(quán)利要求4的薄膜，其中該薄膜厚度在100-5000之間。
105.根據(jù)權(quán)利要求44的薄膜，其中該薄膜隨氮含量具有4.5-6eV的逸出功。
106.根據(jù)權(quán)利要求98的器件，其中薄膜沉積在塑料襯底上，塑料襯底包括選自聚降冰片烯、聚酰亞胺、聚芳基化物、聚碳酸酯、聚萘酸乙二酯和聚對(duì)苯二甲酸乙二酯中的一種或多種塑料。
107.根據(jù)權(quán)利要求98的器件，其中薄膜沉積在陶瓷襯底的至少一部分上，陶瓷襯底包括藍(lán)寶石和/或石英。
108.包括根據(jù)權(quán)利要求44的薄膜的電子元件。
109.權(quán)利要求108的電子元件，其中元件選自薄膜晶體管(TFT)、液晶顯示器(TFT-LCD)、等離子顯示板(PDP)、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、無(wú)機(jī)發(fā)光二極管顯示器(LED)、場(chǎng)致發(fā)射顯示器(FED)、半導(dǎo)體器件、太陽(yáng)能電池、傳感器、能增強(qiáng)平板顯示器中圖象對(duì)比度的黑基質(zhì)器件、太陽(yáng)能電池、傳感器和具有可調(diào)逸出功的CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)用柵器件。
110.根據(jù)權(quán)利要求49的濺射靶，其中在氫氣中燒結(jié)A)中的粉末。
全文摘要
特征在于沒(méi)有或具有最少織構(gòu)條帶或全厚度梯度的鉬濺射靶和燒結(jié)。鉬濺射靶具有細(xì)的均勻晶粒尺寸以及均勻織構(gòu)，高純度，并可被微合金化以提高性能。濺射靶可為圓盤、方形、矩形或管狀，并可被濺射在襯底上形成薄膜。通過(guò)使用形成段的方法，濺射靶的尺寸可最大為6m×5.5m。薄膜可用在電子元件中，如薄膜晶體管－液晶顯示器、等離子顯示板、有機(jī)發(fā)光二極管、無(wú)機(jī)發(fā)光二極管顯示器、場(chǎng)致發(fā)射顯示器、太陽(yáng)能電池、傳感器、半導(dǎo)體器件和具有可調(diào)選出功的CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)用柵器件。
文檔編號(hào)C23C14/34GK101057000SQ200580037265
公開日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2005年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月31日
發(fā)明者B·勒蒙, J·希爾特, T·威維林, J·G·戴利三世, D·米恩德林, G·羅扎克, J·奧格拉迪, P·R·杰普森, P·庫(kù)馬, S·A·米勒, 吳榮禎, D·G·施沃茨 申請(qǐng)人:H.C.施塔克公司