JP5210498B2 - 接合型スパッタリングターゲット及びその作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、接合型スパッタリングターゲット及びその作製方法に関し、特にＭｏ−Ｔｉ合金膜を形成するための接合型スパッタリングターゲット及びその作製方法に関するものである。

近年、薄膜トランジスタ型液晶ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）には、低抵抗なＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕの金属、またはこれらのうち少なくとも１種を含む合金からなる膜が電気配線膜として用いられている。一般的に、これらの膜は電気配線膜として要求される耐熱性、耐食性、密着性のいずれかが劣るために、電気配線を形成するためのプロセスに十分耐えられないという問題点がある。

そこで、上記の問題点を解決するために、基板に対する下地膜として、高融点金属であるＣｒ、Ｍｏ、Ｔｉ等の薄膜を形成することが検討されており、耐熱性、耐食性、密着性に鑑みて、Ｍｏ合金、特にＭｏ−Ｔｉ合金膜が好ましいことが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２９８６２号公報（請求項１、段落［００１２］等）

しかしながら、上述のＭｏ−Ｔｉ合金膜は、ＡｇやＡｇ合金からなる膜との密着性はよくても、Ａｕ、Ｃｕの金属又はこれらのうち少なくとも１種を含む合金からなる膜との密着性は十分ではないという問題がある。

また、近年の成膜対象である基板が大型化している。このような大型基板に成膜する場合、スパッタリングターゲットを並列につなげて構成された大型スパッタリングターゲットを用いると、そのつなぎ目でパーティクル発生の原因となる異常放電が発生しやすいので、ターゲット同士が接合された接合型スパッタリングターゲットが求められている。しかし、Ｍｏ−Ｔｉスパッタリングターゲットの場合、材料特性及び製造装置能力という観点から、接合型のＭｏ−Ｔｉスパッタリングターゲットの製造が困難であるという問題がある。

そこで、本発明の解決すべき課題は、上記問題点に鑑み、密着性、耐食性に優れたＭｏ−Ｔｉ合金膜を形成でき、かつ大面積の基板に成膜しうる接合型スパッタリングターゲットを提供することにある。

基板上にＭｏ−Ｔｉ合金膜を形成するための本発明の接合型スパッタリングターゲットは、Ｔｉを５０原子％より高く、６０原子％以下含有し、残部Ｍｏ及び不可避的不純物からなり、相対密度が９８％以上であり、かつ、酸素濃度が１０００〜３５００ｐｐｍであるスパッタリングターゲットを２以上拡散接合してなることを特徴とする。この接合型スパッタリングターゲットの少なくとも一辺を１０００ｍｍ以上にすることで、近年ＴＦＴ−ＬＣＤ作製に用いられる大型基板の成膜に対応することができ、また、酸素濃度が高いのでターゲット自体の接合強度が高い。酸素濃度が１０００ｐｐｍ未満であると、接合時に局所的な酸化が生じてしまうため、接合部の酸素濃度が不均一になる結果、接合強度も不均一になる。他方で、３５００ｐｐｍより高いと、接合強度が低下するとともに、このスパッタリングターゲットを用いて成膜した膜の抵抗、応力、エッチング特性が低下する。この接合型スパッタリングターゲットを用いて成膜を行うと、異常放電が少なく、かつ、得られた膜が、Ａｕ、Ｃｕなどの金属又はこれらのうち少なくとも一種を含む合金からなる膜との密着性がよく、耐食性が高い。

本発明の接合型スパッタリングターゲットの作製方法は、前記スパッタリングターゲットを粉末焼結法又は溶解法により作製し、得られた各スパッタリングターゲットの端面同士を拡散接合することを特徴とする。このようにしてスパッタリングターゲットを接合すれば、従来作製することが難しかった大型の接合型スパッタリングターゲットを容易に得ることができる。

拡散接合する場合に、インサート材として酸素濃度が１０００〜３５００ｐｐｍであるＭｏ−Ｔｉ粉末を用いることが好ましい。インサート材として酸素濃度が１０００〜３５００ｐｐｍであるＭｏ−Ｔｉ粉末用いることで、接合強度がより高いスパッタリングターゲットを得ることができる。

本発明のスパッタリングターゲットによれば、耐食性に優れ、かつ、Ａｕ、Ｃｕなどの金属又はこれらのうち少なくとも一種を含む合金からなる膜との密着性に優れたＭｏ−Ｔｉ膜を形成できるという優れた効果を奏する。また、本発明のスパッタリングターゲットを用いた本発明の接合型スパッタリングターゲットは、異常放電の発生が抑制され、大型基板への成膜が可能となるという優れた効果を奏する。さらに、本発明の接合型スパッタリングターゲットの作製方法によれば、接合型スパッタリングターゲットを、接合強度を高く、しかも簡易に製造することが可能となるという優れた効果を奏する。

本発明のスパッタリングターゲットは、主成分としてＭｏ及びＴｉを含有するスパッタリングターゲットであり、Ａｕ、Ｃｕなどの金属又はこれらのうち少なくとも一種を含む合金からなる膜の下地膜を形成することができる。

このような金属膜又は合金膜との密着性にすぐれ、かつ、耐食性に優れた膜を形成するために、本発明のスパッタリングターゲットは、Ｔｉを５０原子％より高く、６０原子％以下含有する。この場合、スパッタリングにより得られる金属薄膜の特性を向上、安定化させるために、含まれる不純物はできる限り少ない方がよいので、ガス成分を除いたＭｏとＴｉとをあわせて９９．９質量％以上の純度を有していることが好ましい。

また、スパッタリングターゲットの酸素濃度が、１０００〜３５００ｐｐｍであることが好ましい。通常、酸素濃度は、低いほど好ましいとされているが、後述する大型基板への成膜に対応できる接合型スパッタリングターゲットを作製するため２以上のスパッタリングターゲットを接合する場合に、酸素濃度が低いと、接合部の酸素濃度が均一にならず、その結果、接合部の強度も均一にならない。そこで、酸素濃度は１０００〜３５００ｐｐｍであることが好ましく、より好ましくは１０００〜２０００ｐｐｍである。

さらに、本発明のスパッタリングターゲットは、その相対密度が９８％以上であることが好ましい。９８％以上であれば、異常放電の原因となるパーティクルの発生が少ない。

本発明の接合型スパッタリングターゲットは、本発明のスパッタリングターゲットを並列してつないだ大型ターゲットとして用いると、つなぎ目で異常放電が発生しやすいことに鑑みて、本発明のスパッタリングターゲットを２以上、その端面同士を拡散接合により接合してなるものである。

本発明の接合型スパッタリングターゲットは、少なくともその一辺が１０００ｍｍ以上であるため、大型の基板であっても成膜可能である。なお、本発明のスパッタリングターゲット及び接合型スパッタリングターゲットは、ともに長方形であっても正方形であってもよい。

以下、本発明の接合型スパッタリングターゲットの作製方法を説明する。

本発明のスパッタリングターゲットは、公知の製造方法、例えば、溶解法や粉末焼結法によって得ることができる。

溶解法としては、例えば、電子ビーム溶解法、プラズマ溶解法等があげられる。電子ビーム溶解法の場合、到達真空度５×１０^−３Ｐａ以下の溶解条件で作製する。プラズマ溶解法の場合、０．１〜０．５Ｐａの雰囲気中で溶解して作製する。

粉末焼結法の場合、原料粉末としては、原料組成となるＭｏとＴｉとの単体粉末を上記の所定の割合で混合した混合粉末を用いてもよく、また、アトマイズ法等を用いて所定の組成で製造した合金粉末を用いてもよい。これらの原料粉末の作製時に使用する不活性ガス純度及び処理条件を制御することで、上記の酸素濃度を所定の割合にすることができる。

粉末焼結法としては、所定の組成に調整した粉末をカーボンモールドに入れてホットプレスするホットプレス方法や、金属製のカプセルに入れて脱ガス、封止した後に熱間静水圧プレスを行なうＨＩＰ法、さらに粉末を冷間静水圧プレスで加圧成形体としたものを焼結するＣＩＰ法がある。本発明の組成を有するスパッタリングターゲットに適したＭｏ合金は、ホットプレス法の場合には加熱温度１２００〜１５００℃、圧力２５ＭＰａ以上、ＨＩＰの場合には加熱温度は９００〜１２００℃、圧力１００ＭＰａ以上、ＣＩＰ法の場合には、２００ＭＰａ以上の圧力条件で加圧した後に、加熱温度１６００〜１８００℃で焼結成形することで、相対密度９８％以上の本発明のスパッタリングターゲットを得ることが可能となる。

ホットプレス法の場合、圧力が低いために１２００℃未満では密度が向上せず、１５００℃を超えるとＴｉ成分がモールドであるカーボンと反応してしまう。また、ＨＩＰ法の場合には、９００℃未満では焼結が不十分であり、１２００℃を超えると一般に容器として用いられる軟鋼やＦｅ合金製のカプセルと粉末成分間に反応が起こり、カプセルが溶解する可能性がある。ＣＩＰ法の場合には、圧力２００ＭＰａ以下では焼結後に内部欠陥が残留し、十分な相対密度を得ることができない。

本発明の接合型スパッタリングターゲットは、このようにして得られたスパッタリングターゲットを２以上接合して作製される。この場合、ＨＩＰ法や、ホットプレス法等を用いて端面同士を拡散接合することが好ましい。ＨＩＰ法の場合、圧力１００ＭＰａ以上、加熱温度１０００〜１２００℃、加圧時間２〜６時間で、ホットプレス法は、圧力２５ＭＰａ以上、加熱温度１３００〜１５００℃、加圧時間１〜２時間で接合を行う。このようにして得られたスパッタリングターゲットは、５００ＭＰａ以上の接合強度となる。５００ＭＰａ以上の接合強度があれば、少なくとも１辺が１０００ｍｍ以上の結合型スパッタリングターゲットであっても、機械加工時や、バッキングプレートへのボンディング時に発生する応力に耐えることができる。

また、各スパッタリングターゲットの接合面（端面）同士を、酸素濃度が１０００〜３５００ｐｐｍ（好ましくは１０００〜２０００ｐｐｍ）であるＭｏ−Ｔｉ粉末をインサート材として用いて拡散接合を行えば、接合型スパッタリングターゲットの接合強度は８００ＭＰａ以上となる。このＭｏ−Ｔｉ粉末としては、ＭｏとＴｉとの単体粉末を上記の所定の割合で混合した混合粉末を用いてもよく、また、アトマイズ法等を用いて所定の割合で製造した合金粉末を用いてもよく、その所定の割合は、接合するスパッタリングターゲットと同一である。Ｍｏ−Ｔｉ粉末は、接合面に、幅１０ｍｍ程度（特に幅５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲が好ましい）で配置させればよい。また、Ｍｏ−Ｔｉ粉末の酸素濃度は、スパッタリングターゲットの酸素濃度と異なっていてもよいが、５００ｐｐｍ以上異なると、接合部での酸素濃度にムラが生じてしまう。

本実施例では、Ｔｉ含有量を変化させて本発明のスパッタリングターゲットを作製し、これを用いてＡｕ及びＣｕの各膜上に成膜を行って、Ａｕ及びＣｕの各膜との密着性及び耐食性を評価した。

Ｔｉが２、３０、５０、５１、５５、６０、６２原子％含まれるように、それぞれ単体のＭｏ粉末とＴｉ粉末を混合し混合粉末を得た。この各混合粉末を用いてホットプレス法により、温度１３５０℃、圧力２５０ＭＰａの条件でスパッタリングターゲットを作製した。得られたスパッタリングターゲットを使用して、Ａｒ雰囲気中でのマグネトロンスパッタリング法により、Ａｕ及びＣｕの各膜上にＭｏ−Ｔｉ膜（膜厚３０ｎｍ）を形成した。

その後、膜上にスコッチテープを貼り付けて引き剥がし、各膜との密着性の評価を行った。また、各膜を温度５０℃、湿度８０％の環境下に１２時間放置し、表面の変色を目視により観察して耐食性を評価した。密着性評価及び耐食性評価の結果を表１に示す。なお、表１の密着性評価において、良とは、膜剥離がなかったことを示し、可とは、膜剥離はなかったが欠陥があったことを示し、不可とは、膜剥離があったことを示す。

（表１）

表１から、Ｔｉが、５０〜６２原子％含まれている場合には、Ａｕ膜との密着性もよかったが、特に５１〜６０原子％の間でＡｕ膜との密着性が特に優れていることがわかった。また、変色は、Ｔｉが３０〜６０原子％含まれている場合には観察されなかったので、耐食性にも優れていることがわかった。以上の結果から、スパッタリングターゲットにおけるＴｉの含有量が、特に５１〜６０原子％の場合に、密着性及び耐食性に優れた膜を形成できることがわかった。

本実施例では、ホットプレスの条件を変えて相対密度の異なるターゲットを形成し、単位時間当たりの異常放電の発生回数を変化させた。
それぞれ単体のＭｏ粉末とＴｉ粉末を、Ｔｉが５５原子％となるように混合し、この混合粉末を用いてホットプレス装置での焼結時の圧力条件を、（Ａ）１５ＭＰａ、（Ｂ）１８ＭＰａ、（Ｃ）２０ＭＰａ、（Ｄ）２２ＭＰａ、（Ｅ）２４ＭＰａ、（Ｆ）２５ＭＰａとし、それぞれ、相対密度が（Ａ）９０％、（Ｂ）９４％、（Ｃ）９５％、（Ｄ）９７％、（Ｅ）９８％、（Ｆ）１００％のスパッタリングターゲットを得た。これらのスパッタリングターゲットを用いて、１２０分間成膜を行い、成膜中の異常放電発生回数を調査した。結果を図１に示す。

図１から、相対密度が高くなるにつれて異常放電発生回数がへり、（Ａ）９０％では２８回だったものが、１５、１２、６回と減っていき、（Ｅ）９８％の場合に、３回となって最も少なくなったことがわかった。これにより、相対密度は９８％以上である場合には、異常放電発生回数が５回以下と非常に少なくなることがわかった。

本実施例では、混合粉末を作製する雰囲気を変化させて酸素濃度が異なるスパッタリングターゲットを作製し、接合強度を調べた。

Ｔｉが５５原子％になるようにＭｏ粉末とＴｉ粉末とを混合し、混合時の不活性ガス純度を変化させながら原料粉末を得た。ついで、得られた原料粉末を用いて、温度１３５０℃、圧力２５ＭＰａ条件でのホットプレス法により、各酸素濃度がそれぞれ８２０、１５４０、３３６０、３７８０ｐｐｍとなるようなスパッタリングターゲット（３０×１２５×１２ｍｍ）を作製した。 これらのスパッタリングターゲットをＨＩＰ装置中で圧力１００ＭＰａ、温度１０００℃、保持時間４時間の条件でインサート材なく拡散接合加工し、接合型スパッタリングターゲットを得た（２０×２００×１０ｍｍ）。得られた接合型スパッタリングターゲットの接合強度をＪＩＳ Ｒ１６０１に順ずる曲げ強さ試験方法により調べた。

また、上記各スパッタリングターゲットを用いて、上記と同一の方法で得られたＭｏ−Ｔｉ混合粉末をインサート材として接合面に幅８ｍｍで配し、拡散接合加工して接合型スパッタリングターゲットを得た。得られた接合型スパッタリングターゲットの接合強度をＪＩＳ Ｒ１６０１に順ずる曲げ強さ試験方法により調べた。結果を表２に示す。
（表２）

表２から、酸素濃度が１５４０〜３３６０ｐｐｍでは接合強度が５００ＭＰａ以上となったことがわかった。また、接合面をＭｏ−Ｔｉ粉末をインサート材として拡散接合すると、接合強度が８００ＭＰａ以上となることがわかった。

本実施例では、１辺が１０００ｍｍ以上の接合型スパッタリングターゲットを作製し、異常放電積算回数を調べた。

それぞれ単体のＭｏ粉末とＴｉ粉末を、Ｔｉが５５原子％含まれるように混合し、この混合粉末を用いてＨＩＰ装置での焼結条件を、温度：９５０℃、圧力：１０３ＭＰａ、加圧時間：３時間とし、大きさが７５０×８５０×１０ｍｍのスパッタリングターゲット（酸素濃度１２３０ｐｐｍ）を得た。また、上記と同一の条件により酸素濃度が１４３０ｐｐｍのＭｏ−Ｔｉ混合粉末を作製した。そして、得られたスパッタリングターゲットを２枚、ＨＩＰ装置に搬入して温度：１０５０℃、圧力：１０３ＭＰａ、加圧時間：４時間の条件で各スパッタリングターゲットの接合面に得られたＭｏ−Ｔｉ混合粉末をインサート材として配置して、拡散接合を行い、１４５０×１６００×８ｍｍのスパッタリングターゲットを得た。そして、実施例１と同様の条件で積算して１５時間成膜を行い、成膜中の異常放電の積算回数を調査した。
（比較例１）

実施例４と同一条件で、７２５×８００×８ｍｍのスパッタリングターゲットを２枚作製し、これらを２枚つなげて、１４５０×１６００×８ｍｍの大型スパッタリングターゲット（分割スパッタリングターゲット）を作製した。そして、実施例４と同様の条件で積算して１５時間成膜を行い、成膜中の異常放電の積算回数を調べた。

実施例４の結果と、比較例１の結果とを合わせて図２に示す。図２から、分割スパッタリングターゲットではスパッタリング時間が５時間を越えると異常放電の積算回数が増え、１５時間で６０回を越えた。これに対し、実施例４で得られた接合した接合型スパッタリングターゲットでは、１０時間までほとんど異常放電の積算回数は増えず、１５時間スパッタを行っても異常放電の積算回数は１８回であった。これにより、本発明の接合型スパッタリングターゲットによれば、成膜時の異常放電回数が少なくなることがわかった。

本発明のスパッタリングターゲットによれば、Ａｕ及びＣｕ膜との密着性がよく、また、耐食性が高い膜を形成でき、さらに、これを用いた接合型の大面積の基板であってもほとんど異常放電が発生せずに成膜を行うことができる。そのため、本発明は半導体製造分野、特にＴＦＴ−ＬＣＤ製造分野で用いることができる。

スパッタリングターゲットの相対密度を変化させた場合の異常放電発生回数を示すグラフ。 本発明の接合型スパッタリングターゲットと、従来の分割スパッタリングターゲットとをそれぞれ用いて成膜した場合の異常放電の積算回数を示すグラフ。

Claims (4)

1. 基板上にＭｏ−Ｔｉ合金膜を形成するための接合型スパッタリングターゲットであって、
   Ｔｉを５０原子％より高く、６０原子％以下含有し、残部Ｍｏ及び不可避的不純物からなり、相対密度が９８％以上であり、かつ、酸素濃度が１０００〜３５００ｐｐｍであるスパッタリングターゲットを２以上拡散接合してなることを特徴とする接合型スパッタリングターゲット。
2. 前記接合型スパッタリングターゲットの少なくとも一辺が１０００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の接合型スパッタリングターゲット。
3. 請求項１又は２に記載の接合型スパッタリングターゲットの作製方法であって、
   前記スパッタリングターゲットを粉末焼結法又は溶解法により作製し、得られた各スパッタリングターゲットの端面同士を拡散接合することを特徴とする接合型スパッタリングターゲットの作製方法。
4. 前記拡散接合において、酸素濃度が１０００〜３５００ｐｐｍであるＭｏ−Ｔｉ粉末をインサート材として用いることを特徴とする請求項３記載の接合型スパッタリングターゲットの作製方法。

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