CN106795624B - 铝溅镀靶材 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有与现有的铝溅镀靶材相同程度的导电性且可减少损伤的发生的溅镀靶材。本发明的铝溅镀靶材包含0.005原子％～0.04原子％的Ni、及0.005原子％～0.06原子％的La，且剩余部分为Al及不可避免的杂质。

Description

铝溅镀靶材

技术领域

本发明涉及一种为了形成液晶显示器及微机电系统显示器等显示装置用薄膜晶体管的电极等而使用的铝溅镀靶材。

背景技术

铝薄膜因电阻低、蚀刻加工容易，故被用作液晶显示器等显示装置的扫描电极及信号电极。铝薄膜的形成一般而言是利用使用了溅镀靶材的溅镀法来进行。

作为溅镀法以外的金属薄膜的主要成膜方法，已知有真空蒸镀法。与真空蒸镀法等方法相比较，溅镀法在可形成与溅镀靶材为同一组成的薄膜的方面具有优点。而且为工业上可大面积地稳定成膜的方面也优越的成膜方法。

作为溅镀法中使用的铝溅镀靶材，已知例如专利文献1及专利文献2中记载者。专利文献1揭示了一种用作液晶显示器的电极的Al系靶材及其制造方法。专利文献1中也揭示了如下内容：靶材的硬度以维氏硬度(Hv)计为25以下，由此，可减少被称作飞溅的靶材的一部分因缺陷引起的冷却不足而过热，从而成为液相并附着于基板的现象。

专利文献2中揭示了如下内容：Al系溅镀靶材中，将溅镀面侧的硬度调整为Hv20以上之后，对溅镀面侧实施精机械加工，由此可减少如下情况的发生：溅镀刚开始后多发生异常放电而在靶材表面生成被称作结核的突起物，从而成为异常放电的起点。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平9-235666号公报

专利文献2：日本专利特开2001-279433号公报

发明内容

发明要解决的课题

与液晶显示器中使用的基板的大型化等相对应地，铝溅镀靶材的大型化也在发展，在大型靶材中，使用宽度及长度均为2.5m以上者。包括专利文献1及专利文献2中记载的靶材在内，现有的铝溅镀靶材因几乎不含有Al以外的元素、且结晶结构为面心立方结构等，故存在材料的强度低且表面易划伤的问题。

例如，有时会因加工中的搬送时的接触而在表面产生损伤。而且，这种损伤的发生存在铝溅镀靶材越大型则越增加的倾向。

若使用具有这种损伤的铝溅镀靶材在基板进行成膜，则会发生以损伤的部分为起点的飞溅的形成这样的不良情况。因此，在将溅镀靶材安装于溅镀装置而进行成膜时，通常，是在进行称作预溅镀的对虚设基板的成膜后，进行对目标基板的成膜。预溅镀是使溅镀靶材表面的损伤减少、由此在对目标基板溅镀时减少飞溅发生的方法。

如所述般铝溅镀靶材的表面容易产生损伤，因而存在无法省略预溅镀的课题。

本发明解决所述课题，目的在于提供一种具有与现有的铝溅镀靶材为相同程度的导电性且可减少损伤的发生的溅镀靶材。

解决课题的技术手段

可解决所述课题的本发明的铝溅镀靶材包含0.005原子％～0.04原子％的Ni、及0.005原子％～0.06原子％的La，剩余部分为Al及不可避免的杂质。

本发明的优选的实施例中，维氏硬度为25以上。

本发明的优选的实施例中，包含0.01原子％～0.03原子％的Ni、及0.03原子％～0.05原子％的La。

发明的效果

根据本发明，可提供具有与现有的铝溅镀靶材为相同程度的导电性且可减少损伤的发生的铝溅镀靶材。

具体实施方式

以下所示的实施例例示用以将本发明的技术思想具体化的铝溅镀靶材，并非将本发明限定为以下实施例。

本发明人等人经过了努力研究，结果发现，如以下详细所示，添加固溶或Al-Ni系金属间化合物微量析出程度的少量的Ni、及固溶或Al-La系金属间化合物微量析出程度的少量La，更详细而言，添加0.005原子％～0.04原子％的Ni、及0.005原子％～0.06原子％的La，且使剩余部分为Al及不可避免的杂质，由此，具有与现有的铝溅镀靶材为相同程度的导电性，且可抑制表面的损伤的发生，从而完成了本发明。

作为以Al为主成分且添加了Ni及La的溅镀靶材，已知例如日本专利特开2008-127624号公报所示的Al-Ni-La合金溅镀靶材(铝合金溅镀靶材)。日本专利特开2008-127624号公报记载的Al-Ni-La合金溅镀靶材中，为了省略形成于设置在基板上的溅镀层上的包含Mo、Cr、Ti或W等这类高熔点金属的双金属层，而向Al中添加Ni及La。而且，日本专利特开2008-127624号公报中记载的Al-Ni-La合金溅镀靶材中，为了抑制飞溅的发生，分别对Al-Ni系金属间化合物及Al-La系金属间化合物，规定了具有规定范围内的粒径者所占的面积率的范围。而且，具体揭示的Ni的含量为0.05原子％～5原子％，La的含量为0.10原子％～1原子％。

即，包含日本专利特开2008-127624号公报所示的现有的Al-Ni-La合金溅镀靶材，是添加了相对多量的Ni与La，而积极地形成Al-Ni系金属间化合物及Al-La系金属间化合物的靶材。而且，日本专利特开2008-127624号公报中记载的Al-Ni-La合金溅镀靶材中，通过如所述般规定具有规定范围的粒径的金属间化合物的面积率，而抑制因小金属间化合物的脱落引起的飞溅、及因大粒径的金属间化合物的面积率高引起的飞溅。

这种Al-Ni-La合金溅镀靶材与铝溅镀靶材相比，电阻大，用途受到限定。而且，因含有相对多量的Ni及La，故为了使溅镀靶材整体的组成均匀，而难以使用真空熔解等简便方法，而通常需要使用喷射成形等特殊方法。因此，与可利用真空熔解制造的铝溅镀靶材相比，生产性低。

与此相对，本发明的铝溅镀靶材包含0.005原子％～0.04原子％的Ni、及0.005原子％～0.06原子％的La。而且，剩余部分包含Al及不可避免的杂质。该Ni与La的组成范围在现有的Al-Ni-La合金溅镀靶材中，无法获得足够量的Al-Ni系金属间化合物及Al-La系金属间化合物而不被考虑。

另外，本说明书中，“铝溅镀靶材”为如下概念，即，不仅包括包含铝及不可避免的杂质的溅镀靶材，还包括例如进而包含合计为0.1质量％左右以下的相对少量的添加元素的溅镀靶材。而且，本说明书中，“铝薄膜”为如下概念，即，不仅包括包含铝及不可避免的杂质的薄膜，还包括例如进而包含合计为0.1质量％左右以下的相对少量的添加元素的溅镀薄膜。

以下对本发明的铝溅镀靶材的详细情况进行说明。

本发明的铝溅镀靶材含有0.005原子％～0.04原子％的Ni及0.005原子％～0.06原子％的La，且剩余部分为Al及不可避免的杂质。首先对该组成的详细情况进行说明。

1.组成

(1)Ni

Ni含量为0.005原子％～0.04原子％。Ni相对于Al的固溶限根据文献的不同而值有所不同，但均为0.01原子％～0.04原子％左右。即，含有的全部Ni固溶于Al中，或总Ni量中的少量作为Al-Ni系金属间化合物向铝结晶组织的晶界偏析，剩余的Ni固溶于Al中。由此，可维持与现有的铝溅镀靶材为相同程度的高导电性，且可提高材料强度。在Ni的金属间化合物析出的情况下，向晶界的偏析起因于与Al的原子半径相比，Ni的原子半径相当小。

所述材料强度的提高会伴随硬度的提高。由此，进行了切削等机械加工的状态下的铝溅镀靶材的表面不易受损。其结果，能够减少溅镀初期发生的飞溅。

Ni含量优选为0.01原子％～0.03原子％。其原因在于，可更确实地获得所述效果。若Ni含量少于0.005原子％，则材料强度的增加不充分。另一方面，若Ni含量超过0.04原子％，则导电性降低。

另外，“与现有的铝溅镀靶材为相同程度的导电性，是指如下情况：例如使用作为对象的铝溅镀靶材利用溅镀法形成于基板上的铝薄膜的薄膜电阻率，为使用纯铝溅镀靶材利用相同的溅镀法形成于基板上的铝薄膜的薄膜电阻率的1.05倍以下。

如后述实施例所示，也存在下述情况：使用本发明的铝溅镀靶材制作的铝薄膜的薄膜电阻率，小于使用纯铝溅镀靶材利用相同的溅镀法形成于基板上的铝薄膜的薄膜电阻率的1倍。即，存在下述情况：与使用纯铝靶材形成的铝薄膜的导电性相比，使用本发明的铝溅镀靶材制作的铝薄膜的导电性更优异。关于其理由，作如下推定，但这并非限定本发明的技术范围。如后述的实施例所示，在测定薄膜电阻率时，在铝薄膜层叠Mo薄膜作为上下层，例如以450℃进行了加热后进行电阻率的测定。使用本发明的铝溅镀靶材制作的铝薄膜中添加了Ni，因此与纯铝薄膜相比，结晶粒径增大。存在结晶粒径小、因此晶界多的纯铝薄膜的电阻更高的情况。

(2)La

La含量为0.005原子％～0.06原子％。La相对于Al的固溶限根据文献的不同而值有所不同，但均为0.01原子％左右。即，含有的全部La固溶于Al中，或总La量中的一部分在铝结晶组织的粒内作为Al-La系金属间化合物而析出，剩余的La的大部分在Al中作为取代原子而固溶。La作为取代原子而存在，由此在进行后述的辊轧时，位错堆积，材料强度增加。进而，La的一部分向表面Al的自然氧化膜中的晶界偏析，从而有助于氧化膜强度的提高。

由此，可确保与现有的铝溅镀靶材为相同程度的高导电性，且提高材料强度。在La作为金属间化合物析出的情况下，在粒内的析出起因于与Al的原子半径相比，La的原子半径相当大。

所述材料强度的提高会伴随硬度的提高。由此，进行了切削等机械加工的状态下的铝溅镀靶材的表面不易受损。其结果，可减少溅镀初期发生的飞溅。

La含量优选为0.03原子％～0.05原子％。通过将La含量设为0.03原子％以上，而可更确实地获得充分的材料强度。另一方面，若La含量超过0.05原子％，则硬Al-La系金属间化合物的析出量增加，存在切削时以该金属间化合物为起点的微小刮痕的发生频率增加的倾向。而且，若La含量少于0.005原子％，则材料强度的增加不充分。另一方面，若La含量超过0.06原子％，则导电性下降。

如所述，Ni向晶界析出而有助于强度增加。另一方面，La在粒内形成取代型固溶体而有助于强度增加，并且在表面的Al的氧化膜中向晶界偏析而有助于强度提高。如此，发现Ni与La为如下的最优选组合，即，以不同的机制而有助于强度的提高，因此可获得利用各效果的累计而实现的材料强度提高效果。

即，通过在所述组成范围内包含Ni与La双方，除确保了与现有的铝溅镀靶材为相同程度的高导电性外，还可确实获得高材料强度，也可获得高硬度。由此，可充分减少在进行了机械加工的状态下的铝溅镀靶材的表面发生的损伤。因此，可减少溅镀初期发生的飞溅。其结果，可确实地减少预溅镀中使用的虚设基板的张数。

(3)剩余部分

剩余部分为Al与不可避免的杂质。优选的例中不可避免的杂质量合计为0.01质量％以下。另外，不可避免的杂质量通常多以质量比加以管理，因而以质量％表示。作为不可避免的杂质，可示出Fe、Si及Cu。

2.硬度

铝溅镀靶材优选为表面部的硬度以维氏硬度计为25以上。其原因在于，通过具有高硬度值，而可更确实地减少损伤的发生。另外，以维氏硬度计为25以上的硬度，例如可通过将辊轧后的热处理的温度设为300℃以下或使辊轧为冷轧、且轧缩率为80％以上而实现。

3.铝溅镀靶材的例

本发明的铝溅镀靶材可具有已知的铝溅镀靶材所具有的任意形状。作为此种形状，俯视时的形状可列举正方形、长方形、圆及椭圆以及形成这些形状的一部分的形状。具有此种形状的铝溅镀靶材可具有任意的大小。关于本发明的铝溅镀靶材的大小，可示出长度100mm～4000mm、宽度100mm～3000mm、板厚5mm～35mm。

本发明的铝溅镀靶材也可具有已知的铝溅镀靶材所具有的任意的表面性状。例如，离子碰撞的面也可为切削等精机械加工面。优选为，离子碰撞的面为研磨面。研磨面可更确实地减少飞溅的发生。

可将本发明的铝溅镀靶材例如如以下般加以使用，即通过溅镀而在基板上形成铝薄膜。使用焊料而将本发明的铝溅镀靶材例如接合在铜或铜合金的支承板上。如此，在接合于支承板的状态下，安装于作为真空装置的溅镀装置内。

4.制造方法

本发明的铝溅镀靶材可使用任意已知的铝溅镀靶材的制造方法而制造。以下例示本发明的铝溅镀靶材的制造方法。

(1)熔解铸造

首先，准备熔解所需的具有规定组成的调配原料。作为构成调配原料的原料，也可使用Al、Ni及La、各种金属单体，而且，也可将包含Ni及La中的至少一者的铝合金用作原料。在使用金属单体的原料的情况下，Al原料及Ni原料的纯度优选为99.9质量％以上，更优选为99.95质量％以上。La原料的纯度优选为99质量％以上，更优选为99.5质量％以上。通过真空熔解将调配原料熔解后，进行铸造而获得具有规定组成的铸锭。

本发明的铝溅镀靶材因与现有的Al-Ni-La溅镀靶材相比而Ni含量及La含量少，故具有下述优点：即便不使用喷射成形，即，即便进行真空熔解也可使得组成均匀。然而，就该点而言，并非排除利用喷射成形的熔解铸造，而是也可进行喷射成形而获得铸锭。

进而，也可在氩气环境等惰性气体环境中进行熔解来代替真空熔解。

另外，本发明人等人确认：Ni及La因蒸气压高且熔解中的蒸发有限，故调配原料组成、通过熔解铸造所获得的铸锭的组成及最终获得的铝溅镀靶材的组成均实质相同。因此，也可将熔解时的调配组成用作所获得的铝溅镀靶材的组成。其中，优选为实际确认所获得的铝溅镀靶材的组成。

(2)辊轧、热处理、机械加工

对所获得的铸锭进行辊轧，以形成与欲获得的铝溅镀靶材相同程度的厚度，获得辊轧材(板材)。辊轧例如可为冷轧。对所获得的辊轧材进行热处理(退火)。热处理温度例如为240℃～260℃，保持时间为2小时～3小时，气体环境也可为大气中。

对热处理后的辊轧材实施机械加工而获得铝溅镀靶材。作为机械加工，可例示车床等的切削加工及圆冲裁加工。而且，也可在机械加工后进而进行研磨，从而使表面、尤其离子碰撞的面平滑。

实施例

实施例1：

使用Al原料、Ni原料及La原料，以Ni添加量为0.02原子％、La添加量为0.02原子％、剩余部分为Al(包含不可避免的杂质)的方式调配原料，而获得调配原料(熔解原料)。Al原料与Ni原料均使用纯度为99.98质量％者，La原料使用纯度为99.5质量％者。对该调配原料进行真空熔解及铸造，而制作具有与调配原料相同组成的铝合金铸锭。

对所获得的铸锭进行冷轧而获得辊轧材。冷轧是以辊轧前的厚度为100mm、辊轧后的厚度为8mm，即轧缩率为92％而进行。然后，将辊轧材在大气中以250℃进行2小时热处理。接着，切断后，实施切削作为机械加工，加工成φ304.8mm×5mmt的形状，获得铝溅镀靶材。确认所获得的铝溅镀靶材的组成与调配原料的组成相同。使用所述焊料，将所获得的铝溅镀靶材接合于纯Cu制的支承板。

实施例2：

除将调配原料的组成设为Ni为0.02原子％、La为0.04原子％、剩余部分为Al(包含不可避免的杂质)以外，利用与实施例1相同的方法制作铝溅镀靶材。确认所获得的铝溅镀靶材的组成与调配原料的组成相同。

实施例3：

除将调配原料的组成设为Ni为0.02原子％、La为0.06原子％、剩余部分为Al(包含不可避免的杂质)以外，利用与实施例1相同的方法，制作铝溅镀靶材。确认所获得的铝溅镀靶材的组成与调配原料的组成相同。

比较例1：

除将调配原料仅设为Al原料以外，利用与实施例1相同的方法，制作铝溅镀靶材。

实施例4：

进而利用#600砂纸对实施例1的铝溅镀靶材进行研磨，形成实施例4的铝溅镀靶材。使用焊料，将所获得的铝溅镀靶材接合于纯Cu制的支承板。

实施例5：

进而利用#600砂纸对实施例2的铝溅镀靶材进行研磨，形成实施例5的铝溅镀靶材。使用焊料，将所获得的铝溅镀靶材接合于纯Cu制的支承板。

实施例6：

进而利用#600砂纸对实施例3的铝溅镀靶材进行研磨，形成实施例6的铝溅镀靶材。使用焊料，将所获得的铝溅镀靶材接合于纯Cu制的支承板。

比较例2：

进而利用#600砂纸对比较例1的铝溅镀靶材进行研磨，形成比较例2的铝溅镀靶材。使用焊料，将所获得的铝溅镀靶材接合于纯Cu制的支承板。

对于实施例1～实施例6及比较例1～比较例2各例，将接合有铝溅镀靶材的支承板安装于磁控直流溅镀装置，在DC4.5kW、压力0.3Pa的条件下进行溅镀。溅镀是在4英寸大小的硅基板上每次进行50秒的成膜，而形成厚度200nm的铝薄膜。每一次成膜时更换硅基板而连续进行。

通过光学式粒子计数器对成膜的硅基板进行检查，利用显微镜观察粒子发生部位。对粒子进行观察，并根据形状调查飞溅的发生数。表1中表示各个靶材的飞溅发生在每个基板中达到1个以下为止的已成膜的基板的张数。这相当于预溅镀时所需的虚设基板的张数。根据表1可知，分别对样本进行4次评价。

而且，对实施例1～实施例6及比较例1～比较例2的各自的铝溅镀靶材的表面，进行维氏硬度试验，测定维氏硬度。维氏硬度试验中使用如下方法，即，利用明石制作所制造的试验机(AVK型/H-90OS23)，以1kgf的负载压入四角锥形的金刚石压头，根据试样表面产生的四边形压痕的对角线长度而算出硬度。在各靶材表面采用n＝3的数据，而求出平均值。将所获得的维氏硬度表示于表1。

[表1]

而且，使用实施例1～实施例6及比较例1～比较例2的各自的铝溅镀靶材形成厚度900nm的铝薄膜，将作为其上下层的Mo薄膜分别层叠70nm，测定出以450℃进行1小时的加热后的铝薄膜的电阻率。将测定结果表示于表1。

关于飞溅达到1个以下为止的成膜张数，可将表面精加工为切削的实施例1～实施例3与比较例1进行比较，则实施例1～实施例3的平均值为11.0～15.8，与比较例1的平均值22.8相比，张数明显减少。同样地，关于飞溅达到1个以下为止的成膜张数，可将表面精加工为研磨的实施例4～实施例6与比较例2进行比较，则实施例4～实施例6的平均值为7.3～10.0，与比较例2的平均值14.0相比，张数明显减少。根据这些结果可知，表面精加工为切削的情况及为研磨的情况中的任一情况下，与比较例样本相比，实施例样本中的表面损伤的发生得以减少。

而且，关于维氏硬度，实施例样本的维氏硬度均为25以上，与此相对，比较例样本小于25。关于薄膜电阻率，可知所有样本均处于3.00μΩcm～3.12μΩcm的狭窄范围内，为同等的值。

Claims (3)

1.一种铝溅镀靶材，其特征在于：包含0.01原子％～0.04原子％的Ni、及0.03原子％～0.06原子％的La，且剩余部分为Al及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的铝溅镀靶材，其特征在于：维氏硬度为25以上。

3.根据权利要求1或2所述的铝溅镀靶材，其特征在于：包含0.01原子％～0.03原子％的Ni、及0.03原子％～0.05原子％的La。