CN101619444A - 铜溅射靶材料和溅射法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铜溅射靶材料及溅射法，不用改变成膜条件(成膜中的压力，成膜中使用的气体种类等)，就可以减少成膜的铜膜中的拉伸残留应力。本发明中涉及的铜溅射靶材料(10)具有由铜材料构成的溅射面(12)，该溅射面(12)具有一个晶体取向面和其它晶体取向面，该一个晶体取向面通过已加速的规定的惰性气体离子照射放出比从其它晶体取向面弹出的溅射粒子的能量大的溅射粒子，该一个晶体取向面占一个晶体取向面和其它晶体取向面的总和的比例为15％以上。

Description

铜溅射靶材料和溅射法

技术领域

本发明涉及一种铜溅射靶材料和溅射法。特别是，本发明涉及一种可以减少已成膜的铜膜中的拉伸应力的铜溅射靶材料和溅射法。

背景技术

以往在形成具有液晶面板的电子装置中的配线等的金属薄膜时，应用使用由规定材料构成溅射靶的溅射法。作为以往的溅射靶，在由面心立方结构的金属或合金构成的溅射靶中，已知有((111)面+(200)面)/(220)面算出的面取向度为2.20以上的溅射靶材料(例如，参照专利文献1)。

专利文献1中记载的溅射靶材料，通过在溅射面中优先的取向(111)面和(200)面，提高溅射面中的原子密度，来提高溅射速率。

专利文献1：特开2000-239835号公报

发明内容

但是，专利文件1涉及的溅射靶材料不能减少在溅射装置的真空室内等堆积的材料膜的拉伸残留应力，通过增加真空室内堆积的材料膜的厚度来剥离，有成为颗粒产生源的情况。另外，对于材料膜的拉伸残留应力的减少，虽然降低真空室内的压力或改变导入真空室内气体的种类是有效的，但是，真空室内的压力或导入真空室内气体的种类由于是根据应形成的材料膜的特性或质量等来决定的，因此，以减少残留应力为目的的改变真空室内的压力或导入真空室内的气体种类是困难的。

由此，本发明的目的是提供一种不用改变成膜条件(成膜中的压力、成膜中使用的气体种类等)，就可以减少已成膜的铜膜中的拉伸残留应力的铜溅射靶材料和一种溅射法。

(1)本发明为了实现上述目的，提供一种铜溅射靶材料，其具有由铜材构成的溅射面，该溅射面具有一个晶体取向面和其它晶体取向面，通过已加速的规定的惰性气体离子的照射，从一个晶体取向面放出的溅射粒子比从其它晶体取向面弹出的溅射粒子的能量大，一个晶体取向面占一个晶体取向面和其它晶体取向面的总和的比率为15％以上。

(2)另外，上述铜溅射靶的一个晶体取向面为(111)面，其它晶体取向面可以含有(200)面、(220)面和(311)面，占有率只要为25％以上就可以。进一步，铜材料可以是由铜和不可避免的杂质构成的无氧铜或铜合金，无氧铜或铜合金中氧含量只要在5ppm以下就可以。

另外，本发明为了实现上述目的，提供一种溅射法，使用上述(1)或(2)中任一项所述的铜溅射靶材料，在被溅射物上形成铜膜。

根据本发明涉及的铜溅射靶材料和溅射法，提供一种铜溅射靶材料，不用改变成膜条件(成膜中的压力，成膜中使用的气体种类等)，就可以减少已成膜的铜膜中的拉伸残留应力，和一种溅射法。

附图说明

图1为实施方式涉及的铜溅射靶的部分立体图。

图2为适用于实施方式涉及的溅射法的溅射装置的概要图。

符号说明

1铜溅射靶，2溅射装置，3Ar+离子，4溅射粒子，5铜膜，6被溅射物，10铜溅射靶材料，12溅射面，14背板，22气体导入体系统，24排气体系统，26真空室，26a室内壁，28a，28b保持部。

具体实施方式

铜溅射靶的构成

图1表示本发明实施方式涉及的铜溅射靶的部分立体图的一个例子。

本实施方式涉及的铜溅射靶1由晶体结构为面心立方晶格的规定铜材构成，具有铜溅射靶材料10和固定铜溅射靶材料10的背板14，其中铜溅射靶材料10具有溅射面12，由被加速的规定的惰性气体离子的照射从溅射面12弹出铜溅射粒子。本实施方式涉及的铜溅射靶材料10具有规定的厚度的同时，在俯视图中大致成矩形。另外，在本实施方式的变形例中，铜溅射靶材料10和背板14可以大致为圆形。

本实施方式涉及的铜溅射靶材料10是由具有99.99％以上纯度的铜(Cu)和不可避免的杂质构成的无氧铜的铜材料形成，或由铜合金构成的铜材料形成。作为铜合金可以使用CuNi作为一个例子。另外，铜合金例如可以通过含有Al、Ag等的金属元素来形成。进一步，本实施方式涉及的铜溅射靶材料10的氧含量控制在5ppm以下来形成铜溅射靶材料10。

铜溅射靶材料10的溅射面12形成为具有多个晶体取向面。即，溅射面12由至少具有一个晶体取向面和其它晶体取向面的铜材形成。这里，一个晶体取向面具有的特性为，由被加速的规定的惰性气体离子照射从该一个晶体取向面弹出的铜溅射粒子的能量，比从其它晶体取向面弹出的铜溅射粒子的能量大。即，从一个晶体取向面弹出的溅射粒子在包括从其它晶体取向面弹出的溅射粒子的溅射粒子中，具有最大的能量。进一步，溅射面12中一个晶体取向面占该一个晶体取向面和其它晶体取向面的总和的比例为具有规定的占有率。

具体的，溅射面12具有作为一个晶体取向面的(111)面、作为其它晶体取向面的(200)面、(220)面和(311)面。而且，形成具有溅射面12的铜溅射靶材料10，使得当溅射面12的(111)面、(200)面、(220)面和(311)面的晶体取向总和规定为100％时的(111)面所占的比例，即，(111)面的占有率为15％以上，优选为20％，更优选为25％以上。

这里，(111)面的占有率可以由X射线衍射测定的各晶体取向的衍射峰的相对强度比用下式(数1)来算出。由X射线衍射得到的相对强度比由于衍射面而产生衍射强度不同，可以通过国际衍射数据中心(ICDD(InternationalCenter for Diffraction Date)的标准数据去除测定值，得到补正后的值来求出正确的占有率。

【数1】

$K_{S\left(111\right)}=\frac{\frac{I_{S\left(111\right)}}{I_{D\left(111\right)}}}{[\frac{I_{S\left(111\right)}}{I_{D\left(111\right)}}+\frac{I_{S\left(200\right)}}{I_{D\left(200\right)}}+\frac{I_{S\left(220\right)}}{I_{D\left(220\right)}}+\frac{I_{S\left(311\right)}}{I_{D\left(311\right)}}]}\×100$

上述(数1)中，Ks(111)为被检材料，即，铜溅射靶材料10的(111)面的占有率(％)，Is(111)、Is(200)、Is(220)和Is(311)为被检样品的各晶体取向中X线衍射峰的相对强度比，Id(111)、Id(200)、Id(220)和Id(311)为标准数据的各晶体取向中X线衍射峰的相对强度比。

通过溅射从溅射靶材料弹出的溅射粒子的能量越高，由该溅射粒子生成的膜变得致密，生成的膜的内部应力由拉伸应力变化成压缩应力。本发明者，从实验结果中得到铜的情况下，从(111)面弹出的溅射粒子的能量最高这个发现。

因此，观察到增加(111)面在溅射面12具有的(111)面、(200)面、(220)面和(311)面中的比例，可以在溅射中使具有高能量的溅射粒子增加，减少生成的铜膜的拉伸应力。在讨论能减少拉伸应力的(111)面的占有率时，得出(111)面的占有率如果为15％以上，优选为25％以上，可以得到成膜的铜膜的内部应力减少的效果这个发现。由该结果，形成如上述所述的铜溅射靶材料10，具有(111)面的占有率为15％以上的溅射面12。另外，为了进一步减少成膜的铜膜的内部应力，可以形成具有25％以上的溅射面12的铜溅射靶材料10。

溅射法

图2表示适用于本发明实施方式涉及的溅射法的溅射装置的概要。

溅射装置2具有真空室26、保持部28a、保持部28b、气体导入体系22、排气体系24和电源。其中，保持部28a设置在真空室26内的规定位置，保持应形成作为金属膜的铜膜5的被溅射物6；保持部28b设置在真空室26内的规定位置，保持铜溅射靶1；气体导入体系22导入作为惰性气体的氩气体(Ar气体)；排气体系24排出真空室26内的气体；电源(图未示)在铜溅射靶1和被溅射物6之间施加规定的电压。

作为一个例子，被溅射物6为在其上形成用于液晶显示板的映像驱动的薄膜场效应晶体管(Thin Film Transistor：TFT)的玻璃基板。用本实施方式涉及的溅射法可以形成薄膜铜线来作为TFT的门极线、源极线、漏极线的3种薄膜金属线。另外，通过由铜形成薄膜金属线，例如与由铝形成的薄膜金属线相比，可以降低薄膜金属线的电阻。

溅射法可以如下的实施。首先，在真空室26内设置铜溅射靶1和被溅射物6。然后，将真空室26内设定为规定压力的真空，从气体导入体系22导入作为惰性气体的Ar气体到真空室26内。接下来，通过对导入真空室26内的Ar气体施加规定的电压，将导入的Ar气体进行等离子化，生成作为惰性气体的Ar⁺离子3。然后，在电场中加速Ar⁺离子3，照射到铜溅射靶材料10上。由此，构成铜溅射靶材料10的铜被弹出作为溅射粒子4。

从铜溅射靶材料10中弹出的溅射粒子4堆积在被溅射物6上，在被溅射物6上形成铜膜5。另外，从铜溅射靶材料10中弹出的溅射粒子4的一部分(例如，从溅射面12弹出的溅射粒子4的一半左右)也堆积在真空室内壁26a等的被溅射物6以外，形成附着膜。

实施方式的效果

本实施方式涉及的铜溅射靶材料10由于形成为具有溅射面12，且溅射面12的(111)面、(200)面、(220)面和(311)面的晶体取向总和规定为100％时的(111)面的占有率，即，(111)面的占有率为15％以上，优选为25％以上，因而所形成的铜膜5的内部应力中的压缩应力越是占主导地位，那么从溅射面12弹出的溅射粒子4的能量就越高。因此，通过将本实施方式涉及的铜溅射靶材料10在溅射中使用，可以减少形成的溅射膜的拉伸残留应力。

另外，通过使用本实施方式涉及的铜溅射靶材料10，由于也可以减少在溅射装置2的真空室26内，即，室内壁26a等附着的附着膜的拉伸残留应力，可以抑制增加附着膜的厚度时产生的附着膜的剥离。由此，不用改变溅射中的工艺压力和工艺气体的条件，就可以减少附着膜的拉伸残留应力，同时可以减少溅射中产生的颗粒，例如，可以大幅度的提高TFT的成品率和生产性。

另外，本实施方式涉及的铜溅射靶材料10由于氧含量形成为5ppm以下，例如，即使在液晶显示器的TFT配线制造工序中，使用含有作为还原氛围气的氢气的工艺气体时，也可以抑制由于工艺气体中的氢气和铜膜中的氧反应生成H₂O，而在铜膜内产生的气孔。

实施例

实施例1

实施例1涉及的铜溅射靶材料10的制造

首先，通过连续铸造法制造作为原材料的纯度为99.99％，且氧含量为2ppm的无氧铜。由连续铸造法制造的无氧铜为厚度200mm、宽度500mm的铸块的形式。然后，在规定的氛围气下，将该铸块加热到800℃，热轧至50mm以下规定的厚度。

接下来，通过对热轧后制成的材料反复进行规定次数的冷加工和热处理，制成厚度为18mm的材料。在这里，通过调节冷加工中冷压下量到规定的冷压下量的同时，调节热处理中热处理温度到规定的热处理温度，由(数1)中算出的压轧面的铜的晶体的(111)面的占有率就成为15％以上。

一般而言，已知对于纯铜在冷轧中的加工度如果较大，会使得(220)面的占有率增加，因此，本实施例中在热轧后以加工度为50％以下来实施冷轧，并在之后在600℃以下实施热处理，从而可以得到具有所规定的(111)面的占有率的材料。这里所述的热处理的温度规定为600℃以下的原因是，如果超过在600℃以上就会发生晶粒的聚合、生长，因而会使得(311)面的占有率提高。另一方面，在比较例中，通过使冷轧的加工度为50％以上从而使得(111)面的占有率达到15％以下。

然后，通过机械加工将(111)面的占有率为15％以上的材料的两面每次切削除去1mm，制成厚度为16mm的实施例1涉及的铜溅射靶材料10。用X衍射装置分析该铜溅射靶材料10，其结果为(111)面的占有率为25.7％。另外，实施例1中虽然使用了99.99％的无氧铜，但是只要(111)面的占有率为15％以上，就可以由铜合金来制造溅射靶。

实施例2

与实施例1同样的制造实施例2涉及的铜溅射靶材料10。用X衍射装置分析实施例2涉及的铜溅射靶材料，其结果为(111)面的占有率为15％。

实施例3

与实施例1同样的制造实施例3涉及的铜溅射靶材料10。用X衍射装置分析实施例3涉及的铜溅射靶材料，其结果为(111)面的占有率为20％。

比较例

作为比较例，调节冷压下量和热处理温度，制造(111)面的占有率为15％以下的3个模式的铜溅射靶材料。用X衍射装置测定比较例涉及的铜溅射靶材料，其结果为，比较例涉及的铜溅射靶的(111)面的占有率为14.6％(比较例1)、7.6％(比较例2)以及4.6％(比较例3)。进一步，除了使用氧含量为10ppm的铸块作为原材料以外，用与本发明的实施例同样的工序，制造铜溅射靶(比较例4)。

铜溅射靶材料的评价

评价方法1：残留应力的测定

测定由使用实施例1、2以及比较例1到4各自涉及的铜溅射靶材料的溅射而形成的铜箔膜中的残存应力。具体的，首先，分别从实施例1、2以及比较例1到4涉及的铜溅射靶材料中切出厚为5mm、外形为Ф100mm的圆板作为评价用。然后，将切出的圆板作为铜溅射靶设置在间歇式RF电源溅射装置中，同时，设置50mm见方、厚为0.7mm的无碱玻璃基板作为被溅射物6。

然后，分别用从实施例1，2，以及比较例1到4涉及的铜溅射靶中切出的圆板，在无碱玻璃基板上，在规定氛围气、规定压力的条件下，分别成膜500nm的铜膜。然后，使用X衍射装置，利用并倾法，分别测定成膜的铜膜的残留应力。

评价方法2：剥离性的有无的检测

评价在溅射装置的真空室内堆积的铜膜的防止剥离性。具体的，首先，分别从实施例1、2以及比较例1到4涉及的铜溅射靶材料中切出厚为5mm、外形为Ф100mm的圆板作为评价用。然后，同上述评价方法1同样的使用间歇式RF电源溅射装置，在50mm见方、厚为1mm的SUS304基板上成膜厚为0.1mm的铜膜，检测有无铜膜的剥离。

评价方法3：铜膜中的氧的影响的评价

评价由溅射而成膜的铜膜中的氧的影响。具体的，首先，分别从实施例1、2以及比较例1到4涉及的铜溅射靶材料中切出厚为5mm、外形为Ф100mm的圆板作为评价用。然后，同上述评价方法1同样的使用间歇式RF电源溅射装置，在50mm见方、厚为0.7mm的无碱玻璃基板上成膜厚为500nm的铜膜。接下来，在H₂氛围气300℃下，加热铜膜30分钟后，冷却至室温。然后，通过用扫描式电子显微镜观察制成的铜膜，检测有无气孔。

表1归纳的显示评价方法1到3的结果。

表1

	(111)面的占有率(％)	氧含量(ppm)	(评价方法1)拉伸残留压力(N/mm2)	(评价方法2)膜剥离的有无	(评价方法3)气孔的有无
						实施例1	25.7	2	112	无	无
实施例2	15.0	2	120	无	无
						实施例3	20.0	2	115	无	无
比较例1	14.6	2	123	有	无
						比较例2	7.6	2	125	有	无
比较例3	4.6	2	139	有	无
						比较例4	25.0	10	114	无	有

参照表1的评价方法栏，由本发明的实施例1和2涉及的铜溅射靶材料形成的铜膜显示拉伸残留应力为120N/mm²以下，由实施例1涉及的铜溅射靶材料形成的铜膜中拉伸残留应力显示为最低。另外，参照表1的评价方法2的栏可知，由实施例1和2涉及的铜溅射靶材料形成的铜膜也没有发生从SUS304基板的剥离。进一步，参照表1的评价方法3的栏可知，铜膜中不存在气孔。

而另一方面，由比较例1到3涉及的铜溅射靶材料形成的铜膜参照表1的评价方法1的栏可知，拉伸残留应力大的同时，如评价方法2的栏所示，观察到从SUS304基板的铜膜的剥离。由比较例4涉及的铜溅射靶材料形成的铜膜参照评价方法1的栏可知，拉伸残留应力低，参照评价方法2的栏可知，没有观察到从SUS304基板的铜膜的剥离。但是，参照评价方法3的栏可知，观察到由氧含量高所引起的气孔的产生。

以上显示，通过使用(111)面的占有率为15％以上，优选为25％以上，同时，氧含量为5ppm以下的铜溅射靶材料作为铜溅射靶，可以减少由溅射而成膜的铜膜内的拉伸残留应力。

以上，虽然说明了本发明的实施方式和实施例，但是上述记载的实施方式和实施例不限定权利要求所涉及的发明。另外，应注意用于解决发明的课题所必须的手段不限定为实施方式和实施例中说明的特征的组合的全部。

Claims (8)

1.一种铜溅射靶材料，其特征在于，具有由铜材构成的溅射面，所述溅射面具有一个晶体取向面和其它晶体取向面，

所述一个晶体取向面通过已加速的规定的惰性气体离子的照射而放出的溅射粒子的能量，比从所述其它晶体取向面弹出的溅射粒子的能量大，

所述一个晶体取向面占所述一个晶体取向面和所述其它晶体取向面的总和的比率为15％以上。

2.根据权利要求1所述的铜溅射靶材料，其中，

所述一个晶体取向面为(111)面，

所述其它晶体取向面包括(200)面、(220)面和(311)面。

3.根据权利要求1或2所述的铜溅射靶材料，其中，所述占有率为25％以上。

4.根据权利要求1或2所述的铜溅射靶材料，其中，所述铜材为含铜和不可避免的杂质的无氧铜，或铜合金。

5.根据权利要求3所述的铜溅射靶材料，其中，所述铜材为含铜和不可避免的杂质的无氧铜，或铜合金。

6.根据权利要求4所述的铜溅射靶材料，其中，所述无氧铜或所述铜合金中氧含量为5ppm以下。

7.根据权利要求5所述的铜溅射靶材料，其中，所述无氧铜或所述铜合金中氧含量为5ppm以下。

8.使用权利要求1～7中任一项所述的铜溅射靶材料，在被溅射物上形成铜膜的溅射法。

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