特許 6228631 Ａｌ合金スパッタリングターゲット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6228631

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】Ａｌ合金スパッタリングターゲット

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/34 20060101AFI20171030BHJP

   C23C 14/14 20060101ALI20171030BHJP

   C22C 21/12 20060101ALI20171030BHJP

   H01L 51/50 20060101ALI20171030BHJP

   H05B 33/26 20060101ALI20171030BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/34 A

   C23C14/14 B

   C22C21/12

   H05B33/14 A

   H05B33/26 Z

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-113609(P2016-113609)

(22)【出願日】2016年6月7日

【審査請求日】2017年4月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000130259

【氏名又は名称】株式会社コベルコ科研

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】特許業務法人栄光特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】▲吉▼田 慎太郎

(72)【発明者】

【氏名】奥野 博行

【審査官】 村岡 一磨

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０５９４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０４１４１１０７（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３２２５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１６６３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０４３８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１６５５６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８

Ｃ２２Ｃ ２１／１２

Ｈ０５Ｂ ３３／１４

Ｈ０５Ｂ ３３／２６

ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｃｕを６原子％超１７原子％以下、および希土類元素としてＮｄおよびＹよりなる群から選択される少なくとも１種を０．１〜５．５原子％（ただし、Ｎｄについては２．４〜４．０原子％の範囲を、Ｙについては２．４〜３．０原子％の範囲を除く。）含有し、残部がＡｌと不可避不純物とから成るＡｌ合金スパッタリングターゲット。

【請求項2】

Ｃｕを６原子％超１７原子％以下、および希土類元素としてＬａ、Ｓｃ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｌｕ、Ｃｅ、ＰｒおよびＴｂよりなる群から選択される少なくとも１種を０．１〜５．５原子％含有し、残部がＡｌと不可避不純物とから成るＡｌ合金スパッタリングターゲット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電極または絶縁膜などの形成に用いられるスパッタリングターゲット（以下、ターゲットともいう）に関するものであり、詳細には液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどの表示装置またはタッチパネルなどの入力装置に用いられる電極形成に用いられるスパッタリングターゲットに関する。

【背景技術】

【0002】

Ａｌ合金は、電気抵抗率が低く、加工が容易であるなどの理由により、液晶ディスプレイなどの表示装置の分野で汎用されており、配線膜、電極膜または反射電極膜などの材料に利用されている。

【0003】

例えば、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイは、スイッチング素子である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えており、その配線材料には、一般に、純Ａｌ薄膜またはＡｌ−Ｎｄ合金などの各種Ａｌ合金薄膜が用いられている。

【0004】

Ａｌ合金薄膜の形成には、一般にスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法が採用されている。

【0005】

スパッタリング法は、ターゲットと同じ組成の薄膜を形成できるというメリットを有している。特に、スパッタリング法で成膜されたＡｌ合金薄膜は、平衡状態では固溶しない合金元素を固溶させることができ、薄膜として優れた性能を発揮することから、工業的に有効な薄膜作製方法であり、その原料となるスパッタリングターゲットの開発が進められている。

【0006】

近年、Ａｌ合金薄膜の生産性向上を目的として、成膜レートを従来よりも高速化することが検討されており、例えば、特許文献１および２の方法が提案されている。特許文献１では、Ａｌ又はＡｌ合金から成り、そのスパッタ面においてＸ線回折法で測定された（１１１）結晶方位含有率が２０％以上であることを特徴とするスパッタリングターゲットが開示されている。特許文献１の実施例では、ＡｌにＳｉを添加したＡｌ−Ｓｉ系合金において、結晶方位を（１１１）面にすることで、成膜レートの向上が検証されている。

【0007】

また、特許文献２では、Ｔａを含有することを特徴とするＡｌ基合金スパッタリングターゲットが開示されている。特許文献２の実施例では、ＡｌにＴａを１．５原子％添加し、成膜レートを純Ａｌ比１．６倍以上とするＡｌ−Ｔａ合金が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平６−１２８７３７号公報

【特許文献2】特開２０１２−２２４９４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、特許文献１に記載のＡｌ又はＡｌ合金において（１１１）結晶方位含有率を２０％以上にする方法については、生産性の観点から成膜レートをより改善することが求められる。

【0010】

また、特許文献２に記載のＴａを含有するＡｌ合金スパッタリングターゲットについては、Ｔａを１原子％以上添加するとスプレイフォーミングの際にノズルの閉塞を招き、ターゲット製造性が落ちることが懸念される。そのため、ターゲットの製造性を考慮すると成膜レートのさらなる向上は難しくなる。

【0011】

したがって、本発明は成膜レートの向上に寄与し、且つターゲットの製造性に優れるＡｌ合金スパッタリングターゲットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

従来、Ｃｕの成膜レートに対する向上作用については注目されていなかったが、本発明者らは、Ｃｕを６原子％超１７原子％以下と高い添加量で添加したＡｌ合金スパッタリングターゲットは、Ｔａを含有するＡｌ合金スパッタリングターゲットと比較して高い成膜レートを有するとともに、優れた製造性を併せ持つことを見出し、本発明を完成するに至った。

【0013】

すなわち、本発明は以下の［１］〜［２］に係るものである。
［１］Ｃｕを６原子％超１７原子％以下、および希土類元素としてＮｄおよびＹよりなる群から選択される少なくとも１種を０．１〜５．５原子％（ただし、Ｎｄについては２．４〜４．０原子％の範囲を、Ｙについては２．４〜３．０原子％の範囲を除く。）含有し、残部がＡｌと不可避不純物とから成るＡｌ合金スパッタリングターゲット。
［２］Ｃｕを６原子％超１７原子％以下、および希土類元素としてＬａ、Ｓｃ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｌｕ、Ｃｅ、ＰｒおよびＴｂよりなる群から選択される少なくとも１種を０．１〜５．５原子％含有し、残部がＡｌと不可避不純物とから成るＡｌ合金スパッタリングターゲット。

【発明の効果】

【0014】

本発明のＡｌ合金スパッタリングターゲットは、Ｃｕを６原子％超１７原子％以下含有しているため、Ａｌ−Ｔａ合金と比較して、成膜レートを向上できるとともに製造性においても優れている。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変形して実施することができる。また、「原子％」と「ａｔ％」とは同義である。

【0016】

本発明のＡｌ合金スパッタリングターゲットは、Ａｌ合金薄膜をスパッタリング成膜するためのＡｌ合金スパッタリングターゲットであって、Ｃｕを６原子％超１７原子％以下含有し、残部がＡｌと不可避不純物とから成ることを特徴とする。

【0017】

Ａｌ合金スパッタリングターゲットとは、純Ａｌおよび合金元素を含むＡｌを主体とするスパッタリングターゲットである。本発明のＡｌ合金スパッタリングターゲットにおけるＣｕの含有量は、６原子％超であり、好ましくは７原子％以上である。Ｃｕの含有量を６原子％超とすることにより、製造性に優れ、高い成膜レートを得ることができる。

【0018】

また、Ｃｕの含有量は１７原子％以下であり、割れ限界圧下率の低下をさらに抑制するためには好ましくは１２原子％以下である。Ｃｕの含有量を１７原子％以下とすることにより、ＳＦ（スプレイフォーミング）工程での歩留まり、および鍛造工程での割れ限界圧下率の低下を抑制し、ターゲット製造性が急激に低下するのを防ぐことができる。

【0019】

不可避不純物としては、例えば、製造過程などで不可避的に混入する元素、例えば、Ｆｅ、Ｓｉなどがあり、これらの含有量は合計量で典型的には０．０３質量％以下であることが好ましく、より好ましくは０．０１質量％以下であることが好ましい。

【0020】

本発明のＡｌ合金スパッタリングターゲットは、さらに第二添加元素として希土類元素を少量添加しＡｌ−Ｃｕ−Ｘ合金（Ｘ：希土類元素）とすることで、製造性に優れるとともに、希土類元素を添加しない場合よりも成膜レートをさらに向上させることができる。

【0021】

希土類元素の含有量は、０．１原子％以上であることが好ましく、より好ましくは２原子％以上である。希土類元素の含有量を０．１原子％以上とすることにより、上記した第二添加元素による効果を得ることができる。また、希土類元素の含有量は、５．５原子％以下であることが好ましく、より好ましくは３．７原子％以下である。希土類元素の含有量を５．５原子％以下とすることにより、ＳＦ工程の歩留まりの低下および割れ限界圧下率の低下を抑制し、ターゲットの製造性が悪化するのを防ぐことができる。

【0022】

希土類元素とは、ランタノイド元素（周期律表において、原子番号５７のＬａから原子番号７１のＬｕまでの合計１５元素）に、Ｓｃ（スカンジウム）とＹ（イットリウム）とを加えた元素群を意味する。希土類元素の中でも、成膜レートを向上させる観点から、Ｎｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｓｃ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｌｕ、Ｃｅ、ＰｒおよびＴｂが好ましく、より好ましくはＮｄである。これらのうち１種または２種以上を任意の組み合わせで用いることができる。

【0023】

本発明のＡｌ合金薄膜は、上記した本発明のスパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法にて形成することが好ましい。スパッタリング法によれば、成分または膜厚の膜面内均一性に優れた薄膜を容易に形成できるからである。

【0024】

スパッタリング法でＡｌ合金薄膜を形成する方法としては、例えば、上記ターゲットとして、Ｃｕを６原子％超１７原子％以下含有し、残部がＡｌと不可避不純物とから成るものであって、所望の合金薄膜と同一の組成のＡｌ合金スパッタリングターゲットを用いてマグネトロンスパッタリング法により形成する方法、および該ターゲットを用いて反応性スパッタリング法により形成する方法等が挙げられる。

【0025】

生産性および膜質制御などの観点を考慮すると、反応性スパッタリング法を採用することが好ましい。反応性スパッタリング法により成膜されたＡｌ合金薄膜としては、例えば、窒化アルミニウム薄膜および酸化アルミニウム薄膜が挙げられる。

【0026】

反応性スパッタリング法の条件は、具体的には例えば、使用するＡｌ合金の種類などに応じて適切に制御すればよいが、以下のように制御することが好ましい。
・基板温度：室温〜４００℃
・スパッタパワー：１００〜５００Ｗ
・到達真空度：１×１０^−５Ｔｏｒｒ以下

【0027】

上記ターゲットの形状は、スパッタリング装置の形状または構造に応じて任意の形状（例えば、角型プレート状、円形プレート状およびドーナツプレート状など）に加工したものが含まれる。

【0028】

上記ターゲットの製造方法としては、例えば、溶解鋳造法、粉末焼結法、スプレイフォーミング法でＡｌ基合金からなるインゴットを製造して得る方法、およびＡｌ基合金からなるプリフォーム（最終的な緻密体を得る前の中間体）を製造した後に該プリフォームを緻密化手段により緻密化して得られる方法が挙げられる。

【0029】

本発明は、上記Ａｌ合金薄膜を備えた表示装置および入力装置も含むものである。表示装置の態様として、例えば、前記Ａｌ合金膜が、薄膜トランジスタのソース−ドレイン電極並びに信号線に用いられ、ドレイン電極が透明導電膜に直接接続されている表示装置が挙げられる。また、入力装置の態様としては、例えば、タッチパネルなどのように表示装置に入力手段を備えた入力装置が挙げられる。

【実施例】

【0030】

以下に実施例および比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、その趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

【0031】

（１）スパッタリングターゲットの作製
スプレイフォーミングにて１１０ｋｇを溶解し、Ａｌ合金プリフォームを得た後、プリフォーム重量を重量計により測定し、スプレイフォーミング時での歩留まり（ＳＦ歩留まり）を算出した。得られたプリフォームをカプセルに封入し脱気して、ＨＩＰ装置で緻密化した。そして４５０℃にて加熱を施した後、鍛造工程にて下記式を用いて圧下率を算出した。
圧下率：（Ｌ_０−Ｌ_１）／Ｌ_０×１００ （％）
初期サンプル長さ：Ｌ_０、圧下後サンプル長さ：Ｌ_１
また圧下時に目視によりサンプルの割れを確認し、割れが確認された直前の圧下率を割れ限界圧下率とした。

【0032】

ＳＦ歩留まりについては、下記基準により評価した。
ＳＦ歩留まり ＝ プリフォーム重量／溶解原料（１１０ｋｇ）×１００ （％）
○：４０％以上
△：３０％超〜４０％未満
×：３０％以下

【0033】

割れ限界圧下率については、下記基準により評価した。
○：５０％以上
△：３０％超〜５０％未満
×：３０％以下

【0034】

（２）成膜
透明基板として無アルカリ硝子板（板厚０．７ｍｍ、直径４インチ）を用い、その表面に、ＤＣマグネトロンスパッタリング法により、表１に示すＡｌ合金を成膜した。成膜に当たっては、成膜前にチャンバー内の雰囲気を一旦、到達真空度：３×１０^−６Ｔｏｒｒに調整してから、上記金属膜と同一の成分組成を有する直径４インチの円盤型スパッタリングターゲットを用い、下記条件でスパッタリングを行った。

【0035】

（スパッタリング条件）
・Ａｒガス圧：２ｍＴｏｒｒ
・Ａｒガス流量：１９ｓｃｃｍ
・スパッタパワー：５００Ｗ
・基板温度：室温
・成膜温度：室温
・成膜時間：１０分間

【0036】

（３）成膜レートの算出
作製した薄膜の膜厚を触針段差計（ＮＴＳ製 Ａｌｐｈａ Ｓｔｅｐ２５０）によって測定した。膜厚の測定は薄膜中心部から、半径方向に３点測定しその平均値を膜厚（Å）とした。このようにして得られた膜厚をスパッタリング時間（ｓ）で除して、平均成膜速度（Å／ｓ）を算出した。

【0037】

後述する実施例１では、Ａｌ合金平均成膜速度を純Ａｌ平均成膜速度にて除して成膜レート比を求めた。表１に示していないが、Ａｌ−１原子％Ｔａの成膜レート比（成膜レート：純Ａｌ比）は１．５倍であった。したがって、成膜レート比が、Ａｌ−１原子％Ｔａの成膜レート比である１．５０を超える場合を、合金化による成膜レートの向上効果が認められる範囲とした。また、実施例２では、Ａｌ−７原子％Ｃｕ−希土類合金の平均成膜速度を、Ｃｕを７原子％含有するＡｌ合金にて除して成膜レート比を求めた。

【0038】

（４）総合判定
総合判定については、下記基準により評価した。
○：成膜レート比が１．５０以上であり、ＳＦ歩留まりおよび割れ限界圧下率の少なくとも一方が○である。
△：成膜レート比が１．５０以上であり、ＳＦ歩留まりおよび割れ限界圧下率がいずれも○ではない。
×：成膜レート比が１．５０以上であるがＳＦ歩留まりおよび割れ限界圧下率の少なくとも一方が×である、または成膜レート比が１．５０以下である。

【0039】

＜実施例１＞
表１に示す組成のＡｌ膜を成膜し、成膜レートおよび製造性について評価した。結果を表１に示す。表１において、例１〜４は実施例、例５〜８は比較例である。

【0040】

【表1】

【0041】

表１に示すように例１〜７の純Ａｌ、Ａｌ−１原子％Ｃｕ〜Ａｌ−１７原子％ＣｕではＣｕ添加量の増大に伴い、成膜レートの向上が確認され、例４のＡｌ−１７原子％Ｃｕでは純Ａｌ比２．１２倍まで向上した。

【0042】

例１〜４のＡｌ−６．１原子％Ｃｕ〜Ａｌ−１７原子％ＣｕではＡｌ−１原子％Ｔａ（１．５０倍）より速い成膜速度が確認されたが、成膜レートが向上した。一方、例５〜８に示す純Ａｌ、Ａｌ−１原子％ＣｕおよびＡｌ−５原子％Ｃｕの成膜レート比はＡｌ−１原子％Ｔａと同等程度以下であり、成膜レートが向上しなかった。この結果から、Ａｌ合金スパッタリングターゲットにおけるＣｕの含有量を６原子％超とすることにより、成膜レートが向上することがわかった。

【0043】

また、例４に示すように、Ｃｕの含有量が１２原子％を超えると割れ限界圧下率が低下することから、Ｃｕの含有量を１２原子％以下とすることにより、割れ限界圧下率の低下を抑制できることがわかった。Ｃｕの含有量の増加に伴い割れ限界圧下率が低下した要因として、添加元素の増大に伴い、ターゲット中の金属化合物が増大したため、ターゲット硬度が増加し、結果割れが発生したと考えられる。

【0044】

また、例８に示すように、Ａｌ−１７原子％ＣｕよりＣｕ添加量が多い範囲では、ターゲット製造時の加工工程に割れが頻発し、生産性が悪くなることがわかった。この結果から、Ｃｕの含有量を１７原子％以下とすることにより、ターゲットの生産性を向上できることがわかった。

【0045】

＜実施例２＞
実施例１で抽出したＡｌ−Ｃｕ合金に、少量で成膜レートの向上作用が確認されている、希土類元素を添加し、Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ合金（Ｘ：希土類元素）とすることで、さらなる成膜レートの向上作用を確認した。成膜レートおよび製造性を評価した結果を表２に示す。表２において、例９〜２４は実施例、例２５および２６は比較例である。

【0046】

【表2】

【0047】

表２に示すように、例９〜２４のＡｌ−７原子％Ｃｕ−希土類合金では、Ａｌ−７原子％Ｃｕ合金に対する成膜レート比が１．０１〜１．７８であり、成膜レートの向上作用が確認された。これに対して、例２５では希土類元素の添加量が０．０５原子％と少なすぎるため、第二添加元素による成膜レート向上作用は確認されなかった。また、例２６は、希土類元素の添加量が６原子％と多すぎるため、割れ限界圧下率が基準に達しなかった。

【0048】

この結果から、さらに第二添加元素として、０．１〜５．５原子％の希土類元素を添加することにより、Ａｌ合金スパッタリングターゲットの成膜レートを向上できることがわかった。

【要約】      （修正有）

【課題】成膜レートの向上に寄与し、且つターゲットの製造性に優れるＡｌ合金スパッタリングターゲットの提供。
【解決手段】Ｃｕを６原子％超１７原子％以下含有し、残部がＡｌと０．１〜５．５原子％のＮｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｓｃ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｌｕ、Ｃｅ、Ｐｒ及びＴｂから選択される少なくとも１種の希土類元素と不可避不純物とから成るＡｌ合金スパッタリングターゲット。反応性スパッタリングで成膜された、窒化アルミニウム薄膜又は酸化アルミニウム薄膜
【選択図】なし