特許 5723247 円筒型スパッタリングターゲット材、それを用いた配線基板及び薄膜トランジスタの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5723247

(24)【登録日】2015年4月3日

(45)【発行日】2015年5月27日

(54)【発明の名称】円筒型スパッタリングターゲット材、それを用いた配線基板及び薄膜トランジスタの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/34 20060101AFI20150507BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/34 A

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2011-196991(P2011-196991)

(22)【出願日】2011年9月9日

(65)【公開番号】特開2013-57112(P2013-57112A)

(43)【公開日】2013年3月28日

【審査請求日】2014年2月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】513097296

【氏名又は名称】株式会社ＳＨカッパープロダクツ

(72)【発明者】

【氏名】上田 孝史郎

(72)【発明者】

【氏名】辰巳 憲之

(72)【発明者】

【氏名】小林 隆一

【審査官】 萩原 周治

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００９−５１２７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／０４５３８７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００６／１０３８３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００９−５３５５１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２５１８１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−０５６２５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

純度３Ｎ以上の無酸素銅から形成され、円筒形状を有する円筒型スパッタリングターゲット材であって、
外周面側から内周面側へ向けて硬さが次第に増加するとともに、
前記外周面側から前記内周面側へ向けて（１１１）面の配向率が次第に増加する
ことを特徴とする円筒型スパッタリングターゲット材。

【請求項2】

前記円筒型スパッタリングターゲット材の使用によりその肉厚が次第に減少しても、前記円筒型スパッタリングターゲット材のスパッタ速度が一定となるように、
前記外周面側から前記内周面側に向けて硬さが次第に増加することによる前記円筒型スパッタリングターゲット材のスパッタ速度の低下分と、前記外周面側から前記内周面側に向けて（１１１）面の配向率が次第に増加することによる前記円筒型スパッタリングターゲット材のスパッタ速度の増加分と、が相殺するように構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の円筒型スパッタリングターゲット材。

【請求項3】

前記硬さはビッカース硬さであって、
前記外周面側のビッカース硬さが７５ＨＶ以上８０ＨＶ以下であり、前記内周面側のビッカース硬さが９５ＨＶ以上１００ＨＶである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の円筒型スパッタリングターゲット材。

【請求項4】

前記外周面側の前記（１１１）面の配向率が１０％以上１５％以下であり、前記内周面側の前記（１１１）面の配向率が２０％以上２５％以下である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の円筒型スパッタリングターゲット材。
ただし、前記（１１１）面の配向率は、
Ｘ線回折による各ピークの測定強度を、ＪＣＰＤＳカード番号４０８３６に記載の前記
各ピークに対応する結晶面のピークの標準強度でそれぞれ除した値の合計を分母とし、
Ｘ線回折による（１１１）面のピークの測定強度を、ＪＣＰＤＳカード番号４０８３６に記載の（１１１）面のピークの標準強度で除した値を分子とする式から求めた値である。

【請求項5】

結晶粒径が５０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内にある
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の円筒型スパッタリングターゲット材。

【請求項6】

押出素管に拡管引抜加工と熱処理とを施して形成された
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の円筒型スパッタリングターゲット材。

【請求項7】

基板と、
前記基板上に形成された配線構造と、を有する配線基板の製造方法であって、
前記配線構造の少なくとも一部は、
請求項１〜６いずれかに記載の円筒型スパッタリングターゲット材を用いて形成されたスパッタリング膜からなる
ことを特徴とする配線基板の製造方法。

【請求項8】

基板と、
前記基板上に形成され、ソース電極とドレイン電極とを含む配線構造と、を有する配線基板の製造方法であって、
前記配線構造の少なくとも一部は、
請求項１〜６いずれかに記載の円筒型スパッタリングターゲット材を用いて形成されたスパッタリング膜からなる
ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、円筒形状を有する円筒型スパッタリングターゲット材、それを用いて形成されたスパッタリング膜を有する配線基板及び薄膜トランジスタに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、大型ディスプレイパネル等の液晶表示装置の高精細化のため、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）アレイ配線の微細化が要求されている。係る配線材料としては、従来採用されていたアルミニウム（Ａｌ）に替えて電気抵抗率が低い銅（Ｃｕ）が主流になりつつある。

【0003】

薄膜トランジスタ基板上の微細な銅配線は、例えばスパッタリングにより形成される。その際、広く使用される円板状もしくは角板状のプレーナ型スパッタリングターゲット材では、局所的にエロージョンが進行するため、ターゲット材の利用率が３０％〜４０％程度と非常に低いという欠点がある。

【0004】

そこで、最近では、ターゲット材を回転させながらスパッタを行う円筒型スパッタリングターゲット材が用いられるようになってきた。これにより、ターゲット材の全面でエロージョンが進行するため、ターゲット材の利用率が６０％以上と、プレーナ型に比べて格段に高い値を得ることができる。

【0005】

円筒型スパッタリングターゲット材の製造方法としては、例えばモリブデン（Ｍｏ）合金素材をスピニング加工により円筒形状とする方法（例えば特許文献１を参照）や、円筒形基材の外周面に円筒形状のセラミックス焼結体からなるターゲット材を接合する方法（例えば特許文献２を参照）等が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００７−３０２９８１号公報

【特許文献2】特開２００８−１８４６２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

例えば銅を用いた円筒型スパッタリングターゲット材は、生産コストの高い特許文献１や特許文献２の方法ではなく、拡管引抜加工等を用いるとより安価に製造することができる。

【0008】

しかしながら、円筒型スパッタリングターゲット材を拡管引抜加工により製造すると、外周面側から内周面側へ向けて硬さが次第に増加してしまい、外周面側に比べて内周面側のスパッタ速度が遅くなるという課題がある。

【0009】

本発明の目的は、外周面側から内周面側までのスパッタ速度の均一化を図ることが可能な円筒型スパッタリングターゲット材、それを用いた配線基板及び薄膜トランジスタを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の第１の態様によれば、純度３Ｎ以上の無酸素銅から形成され、円筒形状を有す
る円筒型スパッタリングターゲット材であって、外周面側から内周面側へ向けて硬さが次第に増加するとともに、前記外周面側から前記内周面側へ向けて（１１１）面の配向率が次第に増加する円筒型スパッタリングターゲット材が提供される。

【0011】

本発明の第２の態様によれば、前記円筒型スパッタリングターゲット材の使用によりその肉厚が次第に減少しても、前記円筒型スパッタリングターゲット材のスパッタ速度が一定となるように、前記外周面側から前記内周面側に向けて硬さが次第に増加することによる前記円筒型スパッタリングターゲット材のスパッタ速度の低下分と、前記外周面側から前記内周面側に向けて（１１１）面の配向率が次第に増加することによる前記円筒型スパッタリングターゲット材のスパッタ速度の増加分と、が相殺するように構成される第１の態様に記載の円筒型スパッタリングターゲット材が提供される。

【0012】

本発明の第３の態様によれば、前記硬さはビッカース硬さであって、前記外周面側のビッカース硬さが７５ＨＶ以上８０ＨＶ以下であり、前記内周面側のビッカース硬さが９５ＨＶ以上１００ＨＶである第１又は第２の態様に記載の円筒型スパッタリングターゲット材が提供される。

【0013】

本発明の第４の態様によれば、前記外周面側の前記（１１１）面の配向率が１０％以上１５％以下であり、前記内周面側の前記（１１１）面の配向率が２０％以上２５％以下である第１〜第３の態様のいずれかに記載の円筒型スパッタリングターゲット材が提供される。ただし、前記（１１１）面の配向率は、Ｘ線回折による各ピークの測定強度を、ＪＣＰＤＳカード番号４０８３６に記載の前記各ピークに対応する結晶面のピークの標準強度でそれぞれ除した値の合計を分母とし、Ｘ線回折による（１１１）面のピークの測定強度を、ＪＣＰＤＳカード番号４０８３６に記載の（１１１）面のピークの標準強度で除した値を分子とする式から求めた値である。

【0014】

本発明の第５の態様によれば、結晶粒径が５０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内にある第１〜第４の態様のいずれかに記載の円筒型スパッタリングターゲット材が提供される。

【0015】

本発明の第６の態様によれば、押出素管に拡管引抜加工と熱処理とを施して形成された第１〜第５の態様のいずれかに記載の円筒型スパッタリングターゲット材が提供される。

【0016】

本発明の第７の態様によれば、基板と、前記基板上に形成された配線構造と、を有し、前記配線構造の少なくとも一部は、第１の態様に記載の円筒型スパッタリングターゲット材を用いて形成されたスパッタリング膜からなる配線基板が提供される。

【0017】

本発明の第８の態様によれば、基板と、前記基板上に形成され、ソース電極とドレイン電極とを含む配線構造と、を有し、前記配線構造の少なくとも一部は、第１の態様に記載の円筒型スパッタリングターゲット材を用いて形成されたスパッタリング膜からなる薄膜トランジスタが提供される。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、円筒型スパッタリングターゲット材の外周面側から内周面側までのスパッタ速度の均一化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット材を示す図であって、（ａ）は円筒型スパッタリングターゲット材の斜視図であり、（ｂ）は円筒型スパッタリングターゲット材の横断面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット材を製造する拡管引抜加工の様子を示す断面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット材を用いたスパッタリングの様子を示す概略説明図であって、（ａ）は円筒型スパッタリングターゲット材が装着されたスパッタリング装置の斜透視図であり、（ｂ）は円筒型スパッタリングターゲット材の横断面図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタの概略断面図である。

【図5】本発明の実施例１〜５及び比較例１〜４に係る円筒型スパッタリングターゲット材の評価サンプルの測定位置を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

上述のように、例えば拡管引抜加工により製造した円筒型スパッタリングターゲット材においては、内周面側が外周面側に比べて硬くなり、それにより内周面側のスパッタ速度は外周面側に比べて遅くなるという課題がある。

【0021】

本発明者等は、上記課題を解決するため、銅（Ｃｕ）の最密面である（１１１）面が、スパッタリングにより銅原子が飛び出し易い結晶方位である点を利用することに想い到った。すなわち、円筒型スパッタリングターゲット材の外周面側から内周面側へ向けて、（１１１）面の配向率を略一定の増加量で分布させることを試みた。これにより、（１１１）面の配向率が高く硬度の高い内周面側と、（１１１）面の配向率が低く硬度の低い外周面側とでスパッタ速度が同程度になることを見いだした。

【0022】

本発明は、発明者が見いだした上記知見に基づくものである。

【0023】

＜本発明の一実施形態＞
（１）円筒型スパッタリングターゲット材
以下に、本発明の一実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット材について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット材２０を示す図であって、（ａ）は円筒型スパッタリングターゲット材２０の斜視図であり、（ｂ）は円筒型スパッタリングターゲット材２０の横断面図である。

【0024】

図１に示すように、円筒型スパッタリングターゲット材２０は、両端が開放された円筒形状を有する金属製のスパッタリングターゲット材である。円筒型スパッタリングターゲット材２０の寸法は、一例として外径が１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下、肉厚が５ｍｍ以上４０ｍｍ以下、長軸方向の長さが２００ｍｍ以上５０００ｍｍ以下である。円筒型スパッタリングターゲット材２０を構成する金属は、純度３Ｎ（９９．９％）以上の無酸素銅（ＯＦＣ：Oxygen-Free Copper）である。

【0025】

また、円筒型スパッタリングターゲット材２０は、外周面２１側から内周面２２側へ向けて硬さが次第に増加する構成となっている。これをビッカース硬さで表わすと、外周面２１側が例えば７５ＨＶ以上８０ＨＶ以下であり、内周面２２側が例えば９５ＨＶ以上１００ＨＶ以下である。なお、ビッカース硬さとは、対面角が約１３６°の四角錐のダイヤモンド圧子を試料面に押し込んだときの圧子の荷重と試料面に生じた窪みの表面積との比から定義される値である。

【0026】

ここで、外周面２１側から内周面２２側へ向けて硬さが次第に増加するとは、外周面２１側から内周面２２側へ向けて、硬さが一定の増加量で分布する場合を含むほか、増加量が一定でなくとも概ね一定に増加していく場合や、概ね緩やかに増加していく場合を含む。

【0027】

また、円筒型スパッタリングターゲット材２０は、外周面２１側から内周面２２側へ向
けて（１１１）面の配向率が次第に増加するよう構成されている。（１１１）面の配向率は、外周面２１側が例えば１０％以上１５％以下であり、内周面２２側が例えば２０％以上２５％以下である。なお、（１１１）面の配向率は、Ｘ線回折により得られる種々の結晶面を示す各ピークの測定強度比から求められる値である。各ピークの測定強度は、例えば各ピークに対応する結晶面のピークの標準強度で補正して用いられる。標準強度には、例えばＪＣＰＤＳカード番号４０８３６に記載の値が用いられる。

【0028】

具体的には、次式（１）に示すように、Ｘ線回折による各ピークの測定強度を、ＪＣＰＤＳカード番号４０８３６に記載の各ピークに対応する結晶面のピークの標準強度でそれぞれ除した値の合計を分母とし、Ｘ線回折による（１１１）面のピークの測定強度を、ＪＣＰＤＳカード番号４０８３６に記載の（１１１）面のピークの標準強度で除した値を分子とする式から求められる値を、（１１１）面の配向率とする。

【0029】

【数1】

【0030】

ここで、外周面２１側から内周面２２側へ向けて（１１１）面の配向率が次第に増加するとは、外周面２１側から内周面２２側へ向けて、（１１１）面の配向率が一定の増加量で分布する場合を含むほか、増加量が一定でなくとも概ね一定に増加していく場合や、概ね緩やかに増加していく場合を含む。

【0031】

また、円筒型スパッタリングターゲット材２０は、外周面２１側から内周面２２側までの結晶粒径が、例えば１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内となるよう構成される。なお、上記結晶粒径は、ＪＩＳ Ｈ０５０１に規定の「伸銅品結晶粒度試験法」の「比較法」により求められる値である。

【0032】

このように構成される円筒型スパッタリングターゲット材２０は、生産コスト低減のため、例えば上述のように拡管引抜加工により製造されることが望ましい。しかし、拡管引抜加工では、外周面２１側から内周面２２側へ向けて硬さが次第に増加してしまう。硬さが増加すると、スパッタリング時に銅原子へのイオンの衝突により起きる衝突カスケード、つまり、銅原子の衝突連鎖が起こり難くなる。すなわち、硬度の増した内周面２２側では、イオンに弾かれた銅原子の動きが結晶粒界や転位等の欠陥で阻まれ、銅原子同士が互いに密集し難くなって衝突連鎖が阻害されてしまう。

【0033】

これにより、従来の円筒型スパッタリングターゲット材では、外周面側に比べて内周面側のスパッタ速度が遅くなるという課題が生じていた。ここで、スパッタ速度とは、イオンのスパッタ等により、単位時間当たりにターゲット材から放出される原子の量をいう。単位時間当たりの原子の放出量、つまり、スパッタ速度は、後述するように、例えば単位時間当たりに成膜されるスパッタリング膜の膜厚で表すことができる。

【0034】

そこで、本実施形態では、円筒型スパッタリングターゲット材２０の（１１１）面の配向率を上記のように変化させている。（１１１）面は銅の最密面であり、スパッタリング時に、イオンの衝突により銅原子が円筒型スパッタリングターゲット材２０外へと飛び出し易い結晶方位である。したがって、外周面２１側より硬度の高い内周面２２側で（１１
１）面の配向率を高めることにより、銅原子の衝突連鎖の阻害によるスパッタ速度の低下分を、外部への銅原子の飛び出し量増加によるスパッタ速度の増加分で相殺することができる。すなわち、外周面２１から内周面２２に至るまでのスパッタ速度の差を低減することができる。或いはスパッタ速度の差を略完全に打ち消し合って例えば外周面２１から内周面２２に至るまで略一定のスパッタ速度を得ることができる。

【0035】

また、本実施形態では、上記のように、円筒型スパッタリングターゲット材２０の結晶粒径を所定範囲内とし、結晶粒が粗大化しないようにしている。経験上、結晶粒径が１００μｍを上回ると、スパッタリング時に異常放電が生じ易くなることがわかっている。本実施形態では、結晶粒径を５０μｍ以上１００μｍ以下としているので、異常放電を抑制することができる。

【0036】

（２）円筒型スパッタリングターゲット材の製造方法
次に、本発明の一実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット材２０の製造方法について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット材２０を製造する拡管引抜加工の様子を示す断面図である。

【0037】

円筒型スパッタリングターゲット材２０は、例えば図２に示す銅製の押出素管９から製造することができる。押出素管９は、例えば純度３Ｎ以上の無酸素銅からなるビレット（図示せず）を鋳造し、このビレットを熱間押出法により成形して得る。このとき、例えば押出素管９の外径を１４０ｍｍ以上１６０ｍｍ以下、肉厚を２５ｍｍ以上３５ｍｍ以下の円筒形状に成形する。

【0038】

続いて、図２に示すように、例えばテーパ付き円柱形状をした拡管プラグ１５ｐを端部に備えるロッド１５ｒを、押出素管９の管内に挿入する。次に、拡管プラグ１５ｐを固定した状態で、拡管プラグ１５ｐの小径側から大径側へ向かって押出素管９を引き抜くことにより、例えば５％以上１５％以下の拡管率で外径が拡張された拡管１０を得る。なお、拡管率Ｒ（％）は、拡管前の押出素管９の外径をＤ１（ｍｍ）とし、拡管引抜加工後の拡管１０の外径をＤ２（ｍｍ）とすると、次式（２）、
Ｒ＝（（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１）×１００・・・（２）
により求められる値である。

【0039】

次に、拡管引抜加工後の拡管１０に対し、例えば４５０℃以上６００℃以下の温度で、全体が略均一な温度になるまでの間、熱処理を施し、拡管引抜加工により加工ひずみ等を受けた拡管１０の組織の再結晶化を図る。よって、拡管１０のサイズが大きくなれば、再結晶化に必要な熱処理の時間は長くなる。その後、拡管１０を所定長さで切り出し、外周面１１及び内周面１２に鏡面研磨等の機械加工を施す。

【0040】

以上により、円筒型スパッタリングターゲット材２０が製造される。

【0041】

上述したように、拡管引抜加工後の拡管１０では、外周面１１側に比べ内周面１２側の硬度が高い状態となっている。内周面１２側には、軸方向の引っ張り応力や半径方向の圧縮応力に加え、拡管プラグ１５ｐと押出素管９の内周面１２との間に発生する摩擦により剪断応力が働くためである。

【0042】

一方、拡管率を大きくとると、拡管１０内での（１１１）面の配向率や結晶粒径の調整等の組織制御がし易くなって、所定の（１１１）面の配向率や結晶粒径が得られ易い。

【0043】

そこで、本実施形態では、拡管率を例えば５％以上とし、（１１１）面の配向率や結晶粒径の制御性を向上させている。これにより、所定の（１１１）面の配向率や結晶粒径を
得ることができる。また、上述のように、拡管率を例えば１５％以下とし、拡管１０の過度の拡管による割れの発生を抑制している。このような拡管割れは、特に内周面１２にて発生し易く、スパッタリング時に円筒型スパッタリングターゲット材２０の円筒内に供給する冷却水等の漏れや、スパッタリング時の異常放電の原因となってしまう。

【0044】

また、拡管１０の再結晶化を促す上記熱処理では、熱処理の温度が低すぎると充分な再結晶化が起こらず、温度があまりにも高いと結晶粒の粗大化が進行してしまう。本実施形態では、熱処理の温度を例えば４５０℃以上としたので、再結晶化を充分に促進させることができる。また、温度を例えば６００℃以下としたので、結晶粒の過度の粗大化を抑制することができる。これにより、結晶粒径を所定範囲内にとどめることができる。

【0045】

このように、本実施形態においては、生産コストの低い拡管引抜加工を適用しつつ、スパッタ速度の差を抑えた高品質で安価な円筒型スパッタリングターゲット材２０を製造することができる。

【0046】

（３）円筒型スパッタリングターゲット材を用いた成膜方法
次に、本発明の一実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット材２０を用いたスパッタリングにより、スパッタリング膜を成膜する方法について、図３を用いて説明する。

【0047】

図３は、本実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット材２０を用いたスパッタリングの様子を示す概略説明図であって、（ａ）は円筒型スパッタリングターゲット材２０が装着されたスパッタリング装置２５の斜透視図あり、図３（ｂ）は円筒型スパッタリングターゲット材２０の横断面図である。なお、図３に示すスパッタリング装置２５はあくまでも一例であって、円筒型スパッタリングターゲット材２０は、この他、種々のタイプのスパッタリング装置に装着して用いることができる。

【0048】

図３に示すように、上記スパッタリングは、スパッタリング装置２５内にて、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガス雰囲気下で行われる。スパッタリング装置２５内の底部近傍には、成膜対象となる基板Ｓが、成膜される面を上面として配置される。なお、スパッタリング装置２５内に複数の基板Ｓを配置して、これら基板Ｓを一括処理、或いは連続処理してもよい。

【0049】

基板Ｓの上方には、円筒型スパッタリングターゲット材２０が、その長軸が基板Ｓの上面と水平になるように配置される。つまり、円筒型スパッタリングターゲット材２０の下方に向いた外周面２１は、基板Ｓの上面と対向するよう配置される。円筒型スパッタリングターゲット材２０は、図示しない回転機構により、その中心軸の周りに回転可能に支持されている。

【0050】

図３（ｂ）に示すように、円筒型スパッタリングターゲット材２０の円筒内には、内周面２２と接するように円筒形状の磁石２３が挿入されている。円筒形状の磁石２３内は、例えば冷却水や有機溶剤、ドライエア等の冷媒が流れる流路２４となっている。流路２４内に冷媒を供給することにより、スパッタリング時に円筒型スパッタリングターゲット材２０の温度上昇を抑制することができる。

【0051】

このような状態で、図３（ａ）に示すように、円筒型スパッタリングターゲット材２０を周方向に回転させながら、円筒型スパッタリングターゲット材２０に負の高電圧、基板Ｓに正の高電圧が印加されるよう、放電電力を投入する。これにより、主に円筒型スパッタリングターゲット材２０と基板Ｓとの間でプラズマ放電が起こり、プラスイオンとなったアルゴン（Ａｒ^＋）が、円筒型スパッタリングターゲット材２０の外周面２１、特に基板Ｓと対向する下方側の面に衝突する。円筒型スパッタリングターゲット材２０の内部に
挿入された磁石２３は、アルゴンイオンを引きつけ、アルゴンイオンの衝突をいっそう促進させる。

【0052】

アルゴンイオンの衝突により、円筒型スパッタリングターゲット材２０を構成する銅原子は所定位置から弾き出され、円筒型スパッタリングターゲット材２０外へと飛び出して（スパッタされて）、一部が基板Ｓの上面へと付着する。所定時間、スパッタリングを継続することで、基板Ｓの上面には所定のスパッタ速度で銅が堆積されていく。

【0053】

このとき、図３（ａ）に示すように、基板Ｓを水平方向に所定速度で移動させ、銅がより堆積され易い円筒型スパッタリングターゲット材２０の直下の位置を通過させていくことで、所定厚さの銅膜を基板Ｓの上面に成膜する。基板Ｓの移動速度を一定としたり種々に変化させたりすることで、均一な膜厚の銅膜や所定の膜厚分布を有する銅膜等のスパッタリング膜を成膜することができる。

【0054】

一方、上記のように、円筒型スパッタリングターゲット材２０は周方向に回転しながら、表面全体が外周面２１側から内周面２２側へ向かって略均等にスパッタされ、表面のエロージョンが進行していく。このとき、上述のように、内周面２２側へとエロージョンが進むほど、つまり、使用により円筒型スパッタリングターゲット材２０の肉厚が次第に減少するほど、円筒型スパッタリングターゲット材２０の硬さが増して銅原子の衝突連鎖が阻害される。その一方で、（１１１）面の配向率も増して銅原子の飛び出し量が増加する。これにより、双方の効果が相殺されて、外周面２１から内周面２２に至るまでのスパッタ速度の差が低減され、或いは略一定のスパッタ速度を得ることができる。

【0055】

なお、このとき、エロージョンの進行に伴って円筒型スパッタリングターゲット材２０の表面積が減少していくが、これによるスパッタ速度への影響はほとんど考慮する必要がない。上記プラズマ放電は、円筒型スパッタリングターゲット材２０の基板Ｓとの対向面近傍のごく狭い領域内で発生する。エロージョンにより円筒型スパッタリングターゲット材２０の全体の表面積が多少減少しても、プラズマ放電に曝される表面積はほとんど変動しない。銅原子は、主に、このプラズマ放電に曝された狭い領域からのみ放出されるため、エロージョンによるスパッタ速度への影響は微々たるものである。

【0056】

このため、スパッタ速度を略一定に保つには、上述のように、主に、円筒型スパッタリングターゲット材２０の硬さの増加量のみを考慮して、（１１１）面の配向率の増加量を決定すればよい。

【0057】

なお、円筒型スパッタリングターゲット材２０の元のサイズ自体が大小さまざまに異なる場合にも、上記と同様、スパッタ速度への影響はほとんどないものと考えられる。したがって、上述したように、例えば外径が１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下、肉厚が５ｍｍ以上４０ｍｍ以下、長軸方向の長さが２００ｍｍ以上５０００ｍｍ以下の円筒型スパッタリングターゲット材２０において、略一定のスパッタ速度が得られる。

【0058】

以上のように、円筒型スパッタリングターゲット材２０においては、新品の状態から寿命がくるまでのスパッタ速度の差が低減されており、経時変化の少ないスパッタリング特性を得ることができる。よって、一定のスパッタリング時間でスパッタリング膜の膜厚も略一定となり、個々の基板Ｓ間で、特性差の少ないスパッタリング膜を形成することができる。

【0059】

また、円筒型スパッタリングターゲット材２０全体において、スパッタ速度の差が低減されているので、ターゲット材の交換時期を遅らせて利用率を高めることも可能である。また、個々の基板Ｓに対する処理時間等を略一定に揃えることができ、スパッタリング装
置２５のスループット等を向上させることができる。よって、生産工程のコストダウンを図ることが可能となる。

【0060】

以上によりスパッタリング膜が形成された基板Ｓは、例えば所望の配線パターンにスパッタリング膜をパターニングして配線構造が形成された後、種々の配線基板として利用される。

【0061】

（４）薄膜トランジスタの構造
上述のように、円筒型スパッタリングターゲット材２０を用いて形成したスパッタリング膜は、液晶表示装置等に使用する薄膜トランジスタをはじめとする各種の配線基板における配線材等に用いられる。

【0062】

ここでは、基板と、基板上に形成された配線構造と、を有し、配線構造の少なくとも一部が、上記の円筒型スパッタリングターゲット材２０を用いて形成されたスパッタリング膜からなる配線基板の一例として、図４に示す薄膜トランジスタ４０の構造について説明する。図４は、本実施形態に係る薄膜トランジスタ４０の概略断面図である。

【0063】

図４に示すように、薄膜トランジスタ４０は、例えばガラス基板４８と、ガラス基板４８上に形成されたゲート電極４７と、ゲート電極４７上に形成されたソース電極４１ｓ及びドレイン電極４１ｄ（以下、ソース−ドレイン電極４１ｓ，４１ｄともいう）とを有する。これらの電極４７，４１ｓ，４１ｄは、例えばウェットエッチング又はドライエッチングを用いたパターニングにより、薄膜トランジスタ４０ごとにガラス基板４８上に形成され、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる保護膜４９で覆われている。或いは、ガラス基板４８には、複数の薄膜トランジスタ４０がアレイ状に連なるよう形成されていてもよい。

【0064】

ガラス基板４８上に形成されたゲート電極４７は、例えば銅（Ｃｕ）等からなる。また、ゲート電極４７には、例えば銅等からなる図示しないゲートバスラインが接続されている。

【0065】

ゲート電極４７上には、例えば窒化シリコンからなるゲート絶縁膜４６と、アモルファスシリコン（α−Ｓｉ）からなる半導体膜４４とを介して、ソース−ドレイン電極４１ｓ，４１ｄを含む所定パターンに成形された積層構造が形成されている。すなわち、半導体膜４４の上には、例えばリン（Ｐ）等がドープされたアモルファスシリコン（ｎ^＋−α−Ｓｉ）からなるコンタクト膜４３ｓ，４３ｄと、モリブデン（Ｍｏ）やチタン（Ｔｉ）等からなるバリア膜４２ｓ，４２ｄと、純銅（Ｃｕ）等からなるソース−ドレイン電極４１ｓ，４１ｄと、がこの順に積層された積層構造をそれぞれ有する。ソース−ドレイン電極４１ｓ，４１ｄ間のチャネル長は例えば１０μｍ程度である。

【0066】

ソース電極４１ｓには、例えば主に純銅等からなる図示しないソースバスラインが接続されている。ドレイン電極４１ｄには、液晶表示装置等を駆動させる透明電極４５が接続されている。

【0067】

主に、ソース−ドレイン電極４１ｓ，４１ｄ、ソースバスライン、透明電極４５、ゲート電極４７、及びゲートバスライン等により、本実施形態に係る配線構造が構成される。係る配線構造の少なくとも一部、例えば純銅（Ｃｕ）からなるソースバスライン、ゲートバスライン等は、円筒型スパッタリングターゲット材２０を用いて形成されたスパッタリング膜からなる。

【0068】

上記のように、配線構造の少なくとも一部を構成するスパッタリング膜を、スパッタ速
度の差が低減された円筒型スパッタリングターゲット材２０を用いて形成することで、略同質のスパッタリング膜を個々に備えた、素子間の特性差の少ない薄膜トランジスタ４０を得ることができる。

【0069】

また、スパッタリング特性の経時変化等が少ないため、ターゲット材の利用率を高めて生産工程のコストダウンを図り、より安価な薄膜トランジスタ４０を得ることができる。

【0070】

なお、円筒型スパッタリングターゲット材２０を用いたスパッタリング膜を導入可能な薄膜トランジスタの構成は、上記に記載のものに限られない。例えば、ソース−ドレイン電極は、上記の純銅のみならず、銅合金等からなる積層構造等を有していてもよい。また、ゲート電極についても、例えば銅のみならず、銅合金等からなることとしてもよい。係る構成では、銅−マンガン（Ｃｕ−Ｍｎ）等の銅合金をバリア膜としてもよい。

【0071】

以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【実施例】

【0072】

次に、以下の表１を参照しながら、本発明に係る実施例１〜５について比較例１〜４と共に説明する。

【0073】

【表1】

【0074】

（１）評価サンプルの製作
まずは、純度４Ｎ（９９．９９％）の無酸素銅からなるビレットを鋳造し、上述の実施形態と同様、熱間押出法により外径が１５０ｍｍ、肉厚が３０ｍｍの押出素管を形成した。次に、上述の実施形態と同様、拡管引抜加工を行って拡管を形成した。このとき、表１
に示すように、実施例１〜５及び比較例１〜４において、それぞれ異なる拡管率とした。例えば、実施例１においては、拡管率を１０％とし、外径が１６５ｍｍ、肉厚が２５ｍｍの拡管を形成した。

【0075】

続いて、上述の実施形態と同様、各々の拡管に熱処理を施した。このとき、表１に示すように、実施例１〜５及び比較例１〜４において、それぞれ異なる温度を用い、熱処理の時間は１８０分間とした。このように製作した各々の拡管から長軸方向に所定の４箇所を切り出し、実施例１〜５及び比較例１〜４の全てについて、４セットの評価サンプルを製作した。それぞれの評価サンプルは、両端を除く長軸方向の略中央付近から切り出した。

【0076】

（２）評価サンプルの測定
次に、実施例１〜５及び比較例１〜４の各評価サンプルを１セットずつ用いて、以下に示す拡管割れ調査及び結晶粒径評価と、ビッカース硬さ試験と、結晶方位測定と、スパッタ速度測定と、を行った。このとき、図５に示すように、各評価サンプル３０の外周面３１から内周面３２に至る領域を半径方向にｅ〜ａまでの領域に５分割し、各領域内にて上記各測定を行った。つまり、肉厚２５ｍｍの実施例１であれば、半径方向に５ｍｍ間隔で区切った領域ｅ〜ａ内にて各測定値を得た。

【0077】

（拡管割れ調査及び結晶粒径評価）
以下に、拡管割れ調査及び結晶粒径評価の結果について説明する。まず、実施例１〜５及び比較例１〜４の評価サンプル１セットに対し、鏡面研磨を施しエッチングを行った。次に、領域ｅ〜ａについてそれぞれ光学顕微鏡による組織観察を行って、拡管割れの有無及び結晶粒径の測定結果を得た。拡管割れについては、周方向の２０ｍｍ幅の範囲内に１つでも割れが有れば「有り」と判定し、１つも割れがないもののみ「無し」と判定した。また、結晶粒径（μｍ）は、ＪＩＳ Ｈ０５０１に規定の「伸銅品結晶粒度試験法」の「比較法」に基づき測定した。

【0078】

表１に示すように、実施例１〜５においては、拡管割れの発生したものはなかった。これに対し、比較例１〜４においては、比較例１及び拡管率の大きい比較例４にて拡管割れが発生した。したがって、比較例１及び比較例４は、円筒型スパッタリングターゲット材としての品質を満足しない。

【0079】

また、表１に示すように、実施例１〜５においては、結晶粒径は全て１００μｍ以下であった。したがって、実施例１〜５においては、スパッタリング時の異常放電の発生頻度が低いことが期待される。これに対し、拡管割れのなかった比較例２及び３について測定した結晶粒径は、特に熱処理温度の高い比較例２にて１００μｍを超えていた。

【0080】

（ビッカース硬さ試験）
以下に、ビッカース硬さ試験の結果について説明する。実施例１〜５及び比較例１〜４の評価サンプル１セットに対し、ビッカース硬さ試験、より具体的には、圧子により加える荷重を小さくし、微小な結晶等の測定が可能なマイクロビッカース硬さ試験を行った。このとき、各評価サンプルの各領域ｅ〜ａにおいてそれぞれ５回ずつ測定を行い、その平均値をその領域におけるビッカース硬さ（ＨＶ）とした。

【0081】

表１に示すように、実施例１〜５のいずれの評価サンプルにおいても、外周面側から内周面側へ向けてビッカース硬さが次第に増加する結果となった。特に、実施例１〜３については、上記に規定した値の範囲内、すなわち、外周面側が７５ＨＶ以上８０ＨＶ以下、内周面側が９５ＨＶ以上１００ＨＶ以下となっていた。また、比較例２及び比較例３についても、上記規定値からは外れるものの、外周面側から内周面側へ向けて硬さが増すという傾向は一緒であった。

【0082】

（結晶方位測定）
以下に、結晶方位測定の結果について説明する。実施例１〜５及び比較例１〜４の評価サンプル１セットについて、Ｘ線回折装置を用いて種々の結晶面を示すピーク強度を測定した。続いて、各ピークの測定強度及びＪＣＰＤＳカード番号４０８３６に記載の各ピークの標準強度を上述の式（１）にあてはめ、（１１１）面の配向率（％）を求めた。

【0083】

表１に示すように、実施例１〜５においては、外周面側から内周面側へ向けて（１１１）面の配向率が次第に増加する結果となった。より具体的には、実施例１〜５のいずれの評価サンプルにおいても、外周面側を１０％以上１５％以下の範囲内、内周面側を２０％以上２５％以下の範囲内とすることができた。これに対し、比較例２においては、外周面側から内周面側へ向けて（１１１）面の配向率が略一定となってしまい、また、拡管率の小さい比較例３においては、外周面側で（１１１）面の配向率が非常に小さくなってしまった。

【0084】

（スパッタ速度測定）
以下に、スパッタ速度測定の結果について説明する。実施例１〜５及び比較例１〜４の評価サンプル１セットのそれぞれを、上述の実施形態と同様のスパッタリング装置に装着し、各評価サンプルのスパッタ速度を測定した。具体的には、アルゴンガスを用い、放電電力を３３ｋＷとして３分間スパッタリングを行い、ガラス基板上にスパッタリング膜を成膜した。その後、このスパッタリング膜の膜厚をレーザ顕微鏡にて測定し、１分間あたりに成膜される膜厚に換算してこれをスパッタ速度（ｎｍ／ｍｉｎ）とした。

【0085】

表１に示すように、実施例１〜５においては、外周面から内周面に至るまで略一定のスパッタ速度が得られた。また、表１には示していないが、拡管率が５％以上の比較例１及び比較例４においても、スパッタ速度については略一定の値が得られていた。これに対し、（１１１）面の配向率が略一定であった比較例２、及び外周面側で（１１１）面の配向率の小さかった比較例３においては、外周面側から内周面側へ向かうにつれてスパッタ速度の低下がみられた。

【0086】

以上のように、実施例１〜５においては、拡管割れ、結晶粒径、スパッタ速度のいずれについても良好な結果が得られた。このとき、外周面側と内周面側とのビッカース硬さの差が、少なくとも外周面側で７５ＨＶ以上８０ＨＶ以下、内周面側で９５ＨＶ以上１００ＨＶ以下となっている場合や、外周面側と内周面側との（１１１）面の配向率の差が、少なくとも外周面側で１０％以上１５％以下、内周面側で２０％以上２５％以下となっている場合であれば、外周面から内周面に至るまで略一定のスパッタ速度が得られることがわかった。

【0087】

また、上記のビッカース硬さや（１１１）面の配向率は、拡管率を５％以上とすることで得られることがわかった。一方で、拡管率を１５％以下とすることで拡管割れが抑制され、また、拡管引抜加工後の熱処理温度を４５０℃以上６００℃以下とすることで、結晶粒径を異常放電の起こり難い１００μｍ以下に制御可能であることがわかった。

【符号の説明】

【0088】

９ 押出素管
１０ 拡管
１１，２１，３１ 外周面
１２，２２，３２ 内周面
１５ｐ 拡管プラグ
１５ｒ ロッド
２０ 円筒型スパッタリングターゲット材
２３ 磁石
２４ 流路
２５ スパッタリング装置
３０ 評価サンプル
４０ 薄膜トランジスタ
４１ ソース電極
４２ ドレイン電極
４３ 補助電極膜
４４ 電極膜
４５ バリア膜
４６ ｎ型半導体膜
４７ 保護膜
４８ 半導体膜
４９ ゲート絶縁膜
５０ ゲート電極
５１ ガラス基板
Ｓ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】