CN101063194A - 溅射靶、以及接合型溅射靶及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供溅射靶，其和与Au、Cu等的金属或者含有它们至少一种的合金构成的膜的密合性好、而且具有耐腐蚀性，可形成异常放电少的膜，同时可在大型基板上成膜，其特征在于，在为了在基板上形成Mo－Ti合金膜的溅射靶中，含有比50原子％高、60原子％以下的Ti，其余为Mo和不可避免的杂质，相对密度为98％以上。以及扩散接合了该溅射靶的2个以上的至少一边为1000mm以的接合型溅射靶以及接合型溅射靶的制作方法。

Description

溅射靶、以及接合型溅射靶及其制作方法
技术领域
本发明涉及溅射靶、以及接合型溅射靶及其制造方法，特别涉及为了形成Mo-Ti合金膜的溅射靶、以及接合型溅射靶及其制造方法。
背景技术
近年来，在薄膜晶体管型液晶显示器(TFT-LCD)中作为电布线膜使用由低电阻的Al、Cu、Ag、Au的金属、或者含有它们至少一种的合金构成的膜。通常，这些膜在作为电布线膜所要求的耐热性、耐腐蚀性、密合性的任何一方面都差，因此存在不能充分地耐受形成电布线的工序的问题。
因此，为了解决上述问题，作为对于基板的底膜(base film)，对形成高熔点金属即Cr、Mo、Ti等的薄膜进行了研究。鉴于耐热性、耐腐蚀性、密合性，已知Mo合金、特别是Mo-Ti合金膜是优选的(例如参照专利文献1)。
[专利文献1]特开2005-29862号公报(权利要求1、第[0012]段等)
发明内容
但是，上述的Mo-Ti合金膜，虽然与Ag或者Ag合金构成的膜的密合性好，但存在与Au、Cu的金属或者含有它们至少一种的合金构成的膜的密合性不充分的问题。
另外，近些年作为成膜对象的基板正在大型化。在这样的大型基板上成膜时，如果使用通过并列连接溅射靶而构成的大型溅射靶，在其连接部位容易产生成为颗粒产生的原因的异常放电，因此正在寻求靶相互之间接合了的接合型溅射靶。但是，在Mo-Ti溅射靶的情况下，从材料特性以及制造装置能力这样的观点考虑，存在难以制造接合型的Mo-Ti溅射靶的问题。
因此，鉴于以上问题，本发明要解决的课题是提供可形成密合性、耐腐蚀性优异的Mo-Ti合金膜、而且在大面积的基板上能成膜的接合型溅射靶。
本发明的溅射靶，是为了在基板上形成Mo-Ti合金膜的溅射靶，其特征在于，含有比50原子％高、60原子％以下的Ti、剩余由Mo以及不可避免的杂质构成，相对密度为98％。
如果Ti在50原子％以下，密合性不充分，如果比60原子％高，耐腐蚀性变差。通过Ti含量在比50原子％高、60原子％以下，可以形成密合性好、耐腐蚀性优异的膜。而且，通过相对密度为98％以上，可抑制作为颗粒产生原因的异常放电。
上述溅射靶的氧浓度，优选为1000～3500ppm。如果氧浓度不到1000ppm，接合时发生局部的氧化，因此接合部位的氧浓度变得不均匀，结果导致接合强度也变得不均匀。另一方面，如果比3500ppm高，接合强度下降，同时使用该溅射靶成膜了的膜的电阻(resistance)、应力、蚀刻特性降低。
本发明的接合型溅射靶，是对上述溅射靶的2个以上进行扩散接合而形成的接合型溅射靶，其特征在于，该接合型溅射靶的至少一边为1000mm以上。通过至少一边为1000ppm以上，溅射靶为接合型溅射靶，可以适用于近年的TFT-LCD制作中使用的大型基板的成膜。而且，因为氧浓度高，故靶本身的接合强度高。如果使用该接合型溅射靶进行成膜，异常放电少，而且得到的膜与Au、Cu等的金属或者含有它们至少一种的合金构成的膜的密合性好、耐腐蚀性高。
本发明的接合型溅射靶的制作方法，其特征在于，通过粉末烧结法或者熔解法制作上述的溅射靶、对得到的各溅射靶的端面相互之间进行扩散接合。如果这样接合溅射靶，可容易地获得目前难以制作的大型的接合型溅射靶。
在扩散接合时，作为嵌入材料(insert material)优选使用氧浓度为1000～3500ppm的Mo-Ti粉末。通过使用氧浓度为1000～3500ppm的Mo-Ti粉末作为嵌入材料，可得到接合强度更高的溅射靶。
通过本发明的溅射靶，实现以下的优异效果，即可形成耐腐蚀性优异、而且和Au、Cu等的金属或者含有它们至少一种的合金构成的膜的密合性优异的Mo-Ti膜。而且，使用了本发明的溅射靶的本发明的接合型溅射靶，实现以下的优异效果，即抑制异常放电的发生、可在大型基板上成膜。而且，通过本发明的接合型溅射靶的制作方法，实现以下的技术效果，即可提高接合强度而且简单地制造接合型溅射靶。
具体实施方式
本发明的溅射靶，是含有Mo以及Ti作为主要成分的溅射靶，可形成由Au、Cu等的金属或者含有它们至少一种的合金构成的膜的底膜。
为了形成和这样的金属膜或者合金膜的密合性优异、而且耐腐蚀性优异的膜，本发明的溅射靶含有比50原子％高、60原子％以下的Ti。此时，为了提高通过溅射得到的金属薄膜的特性，使其稳定化，其含有的杂质以尽可能的少为宜，因此优选除了气体成分的Mo和Ti的总计为99.9质量％以上的纯度。
另外，溅射靶的氧浓度，优选1000～3500ppm。通常，氧浓度越低越优选，但为了制作可对应于后述的在大型基板上的成膜的接合型溅射靶而对2个以上的溅射靶时进行接合时，如果氧浓度低，接合部的氧浓度变得不均匀，其结果导致接合部的强度也变得不均匀。因此，氧浓度优选1000～3500ppm，更优选1000～2000ppm。
另外，本发明的溅射靶，其相对密度优选为98％以上，如果在98％以上，作为颗粒产生原因的异常放电的发生就少。
如果作为并排连接有本发明的溅射靶的大型溅射靶而使用本发明的接合型溅射靶，在连接部位上容易发生异常放电，鉴于此，本发明的接合型溅射靶是这样的溅射靶，即其通过对2个以上本发明的溅射靶的端面相互之间进行扩散接合，由此接合而成的溅射靶。
本发明的接合型溅射靶，其至少一边为1000mm以上，因此即使是大型的基板也可以成膜。而且，本发明的溅射靶以及接合型溅射靶可以都是长方形也可以是正方形。
以下，对本发明的溅射靶以及接合型溅射靶的制作方法进行说明。
本发明的溅射靶，可通过公知的制作方法，例如熔解法或者粉末烧结法得到。
作为熔解法，可例举例如电子束熔解法、等离子体熔解法等。在电子束熔解法的情况下，在到达真空度5×10-3Pa以下的熔解条件下制作。在等离子体熔解法的情况下，在0.1～0.5Pa的氛围气中熔解进行制作。
在粉末烧结法的情况下，作为原料粉末，可以使用以上述规定的比例混合有作为原料组成的Mo和Ti的单体粉末的混合粉末。另外，也可以使用通过使用雾化法等以规定的组成制造的合金粉末。在这些原料粉末的制作时通过控制使用的惰性气体纯度以及处理条件，可使上述的氧浓度在规定的比例中。
作为粉末烧结法，有将调整至规定组成的粉末加入碳模具(carbonmold)进行热压的热压方法、或者置于金属制的囊(capsule)中进行脱气、密封后进行热静水压挤压的HIP法、进而对该粉末进行冷静水压挤压而成的加压成形体进行烧结的CIP法。适宜于具有本发明组成的溅射靶的Mo合金，在热压法的情况下加热温度为1200～1500℃、压力为25MPa以上，HIP的情况下，加热温度为900～1200℃、压力为100MPa以上，在CIP法的情况下，在200MPa以上的压力条件下进行加压后，在加热温度为1600～1800℃下烧结成型，可得到相对密度为98％以上的本发明的溅射靶。
在热压法的情况下，因为压力低，因此如果不到1200℃，密度得不到提高，如果超过1500℃，Ti成分和作为模具的碳反应。另外，在HIP法的情况下，如果不到900℃，烧结不充分，如果超过1200℃，在一般作为容器使用的软钢或者Fe合金制的囊和粉末成分之间产生反应，盒子可能熔解。在CIP法的情况下，如果压力为200MPa以下，烧结后有内部缺陷残留，得不到充分的相对密度。
通过接合这样得到的2个以上的溅射靶制作本发明的接合型溅射靶。此时，优选使用HIP法或者热压法等对端面相互之间进行扩散接合。在HIP法的情况下，是在压力100MPa以上，加热温度1000～1200℃、加压时间2～6小时，热压法是在压力25MPa以上、加热温度为1300～1500℃，加压时间1～2小时下进行接合。这样得到的溅射靶，具有500MPa以上的接合强度。如果是500MPa以上的接合强度，即使是至少一边为1000mm以上的接合型溅射靶，也能承受在机械加工时或者焊于垫板时产生的应力。
另外，如果以氧浓度为1000～3500ppm(优选1000～2000ppm)的Mo-Ti粉末作为嵌入材料对各个溅射靶的接合面(端面)相互之间进行扩散接合，接合型溅射靶的接合强度达到800MPa以上。作为该Mo-Ti粉末，可以使用以上述的规定比例混合了Mo和Ti的单体粉末的混合粉末，也可以使用通过使用雾化法以规定的比例制造的合金粉末，其规定的比例和接合的溅射靶的比例相同。Mo-Ti粉末，在接合面上，以宽10mm左右(特别优选宽5mm～10mm的范围)进行配置为宜。Mo-Ti粉末的氧浓度，也可以和溅射靶的氧浓度不同，但如果差异达到500ppm以上，在接合部位上的氧浓度产生不均。
附图说明
图1是表示改变溅射靶相对密度时异常放电发生次数的图。
图2是表示分别使用本发明的接合型溅射靶和现有的分离(split)溅射靶进行成膜时的异常放电的累计次数的图。
[实施例1]
在本实施例中，改变Ti含量制作本发明的溅射靶，使用该溅射靶在Au以及Cu的各膜上进行成膜。评价和Au以及Cu各膜的密合性以及耐腐蚀性。
以使得含有Ti为2、30、50、51、55、60、62原子％的方式，得到分别混合有单体的Mo粉末和Ti粉末的混合粉末。使用各混合粉末通过热压法在温度1350℃、压力250MPa的条件下制作溅射靶。使用得到的溅射靶，通过在Ar氛围中的磁控管溅射法，在Au以及Cu的各膜上形成Mo-Ti膜(膜厚30nm)。
然后，在膜上粘贴和剥离粘带(scotch tap)，对和各膜的密合性进行评价。另外，将各膜放置在温度50℃、湿度80％的环境下12小时，通过目视观察表面的变色，评价耐腐蚀性。密合性评价以及耐腐蚀性评价的结果示于表1中。予以说明的是，在表1的密合性评价中，所谓的良，表示没有膜剥离。所谓的可以，表示虽然没有膜剥离但有缺陷。所谓的不可以，表示有膜剥离。
(表1)
试样No. Ti组成(原子％)       密合力 表面变色
Au Cu
1 2 不可以 可以 有
2 30 不可以 良 无
3 50 可以 良 无
4 51 良 良 无
5 55 良 良 无
6 60 良 良 无
7 62 可以 可以 有
从表1可知，在含有Ti为50～62原子％的情况下，和Au膜的密合性也好，尤其是在50～60原子％之间和Au的密合性特别优异。而且，在含有Ti为30～60原子％的情况下观察不到变色，因此可知耐腐蚀性也优异。从以上的结果可知，在溅射靶中Ti的含量，特别是在51～60原子％的情况下，可形成密合性以及耐腐蚀性优异的膜。
[实施例2]
在本实施例中，改变热压的条件形成相对密度不同的靶，使每单位时间的异常放电的发生次数变化。
分别混合单体的Mo粉末和Ti粉末，使得Ti为55原子％，使用该混合粉末，在热压装置中的烧结时的压力条件设置为(A)15MPa、(B)18MPa、(C)20MPa、(D)22MPa、(E)24MPa、(F)25MPa，得到相对密度分别为(A)90％、(B)94％、(C)95％、(D)97％、(E)98％、(F)100％的溅射靶。使用这些溅射靶，进行120分钟的成膜，调查成膜中的异常放电次数。结果示于图1中。
从图1可知，随着相对密度变高异常放电发生次数减少，(A)90％时为28次，减少至15、12、6次，(E)98％时变成3次，为最少。由此可知，在相对密度在98％以上时，异常放电发生次数为5次以下，变得非常少。
[实施例3]
在本实施例中，改变制作混合粉末的氛围气，从而制作氧浓度不同的溅射靶，测试接合强度。
混合Mo粉末和Ti粉末以使得Ti为55原子％，一边改变混合时的惰性气体的纯度一边得到原料粉末。然后，使用得到的原料粉末，通过在温度1350℃、压力25MPa条件下的热压法，制作各氧浓度分别为820、1540、3360、3780ppm的溅射靶(30×125×12mm)。在HIP装置中在压力100MPa，温度1000℃，保持时间4小时的条件下不使用嵌入材料对这些溅射靶进行扩散接合加工，得到接合型溅射靶(20×200×10mm)。通过根据JIS R1601的弯曲强度试验方法对得到的接合型溅射靶的接合强度进行测试。
另外，使用上述的各溅射靶，将采用和上述同样的方法得到的Mo-Ti混合粉末作为嵌入材料，在接合面上设置为宽8mm，进行扩散接合加工得到接合型溅射靶。通过根据JIS R1601的弯曲强度试验方法对得到的接合型溅射靶的接合强度进行测试。结果示于表2中。
(表2)
样品No. 氧浓度(ppm) 接合强度(MPa)
靶 Mo-Ti粉
1 820 无 359
2 820 740 483
3 1540 无 555
4 1540 1840 819
5 3360 无 532
6 3360 3190 806
7 3740 无 224
8 3740 3820 282
从表2可知，氧浓度在1540～3360ppm的接合强度在500MPa以上。另外可知，如果以Mo-Ti粉末作为嵌入材料对接合面进行扩散接合，接合强度达到800MPa以上。
[实施例4]
在本实施例中，制作1边为1000mm以上的接合型溅射靶，测定异常放电的累计次数。
分别混合单体的Mo粉末和Ti粉末以使得Ti含有55原子％，使用该混合粉末，在HIP装置中的烧结条件设置为温度：950℃、压力：103MPa、加压时间：3小时，得到大小为750×850×10mm的溅射靶(氧浓度1230ppm)。另外，采用和上述同样的条件制作氧浓度为1430ppm的Mo-Ti混合粉末。然后将得到的溅射靶2个搬入到HIP装置中，在温度1050℃、压力103MPa、加压时间：4小时的条件下在各溅射靶的接合面上将得到的Mo-Ti混合粉末作为嵌入材料进行配置，进行扩散接合。得到1450×1600×8mm的溅射靶。然后，在和实施例1同样的条件下累计进行15小时的成膜，测定成膜中异常放电的累计次数。
(比较例1)
采用和实施例4同样的条件，制作725×800×8mm的溅射靶2个，连接这2个溅射靶，制作1450×1600×8mm的大型溅射靶(分离的溅射靶)。然后在和实施例4同样的条件下累计进行15小时的成膜，测定成膜中异常放电的累计次数。
实施例4的结果和比较例1的结果一起示于图2。从图2可以看出，分离的溅射靶如果溅射时间超过5小时，异常放电的累计次数就增加，在15小时内超过60次。而与此相对，在实施例4得到的接合了的接合型溅射靶中，一直到10小时异常放电的累计次数几乎不增加，即使进行15小时的溅射异常放电的累计次数也只为18次。由此可知，通过本发明的接合型溅射靶，成膜时异常放电的次数变少。
通过本发明的溅射靶，可形成和Au以及Cu膜的密合性好、耐腐蚀性高的膜，而且，通过使用了该溅射靶的接合型溅射靶，几乎不发生异常放电，可在大面积的基板上进行成膜。因此，本发明可在半导体制造领域、特别是在TFT-LCD制造领域中使用。

Claims (5)

1.溅射靶，其是为了在基板上形成Mo-Ti合金膜的溅射靶，其特征在于，含有比50原子％高、60原子％以下的Ti，剩余部分为Mo以及不可避免的杂质构成，相对密度为98％以上。
2.如权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，上述溅射靶的氧浓度为1000～3500ppm。
3.接合型溅射靶，其是对权利要求2所述的溅射靶2个以上进行扩散接合而成的接合型溅射靶，其特征在于，该接合型溅射靶的至少一边为1000mm以上。
4.接合型溅射靶的制作方法，其特征在于，通过粉末烧结法或者熔解法制作权利要求2所述的溅射靶，对得到的各个溅射靶的端面相互之间进行扩散接合。
5.如权利要求4所述的接合型溅射靶的制作方法，其特征在于，在上述扩散接合中，使用氧浓度为1000～3500ppm的Mo-Ti粉末作为嵌入材料。
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