CN109312448A

CN109312448A - 铝合金溅射靶材

Info

Publication number: CN109312448A
Application number: CN201780033719.7A
Authority: CN
Inventors: 吉田慎太郎; 奥野博行
Original assignee: Kobelco Research Institute Inc
Current assignee: Kobelco Research Institute Inc
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2019-02-05
Also published as: WO2017212879A1; JP2017218627A; TWI632248B; KR20190003743A; TW201742941A; JP6228631B1

Abstract

本发明涉及一种铝合金溅射靶材，其含有超过6原子％、17原子％以下的Cu，剩余部分包含Al及不可避免的杂质。根据本发明可提供一种有助于成膜速率的提高，且靶材的制造性优异的铝合金溅射靶材。

Description

铝合金溅射靶材

技术领域

本发明涉及一种用于电极或绝缘膜等的形成的溅射靶材(以下也称为“靶材”)，详细而言，本发明涉及一种用于液晶显示器、有机电致发光(OEL：Organic Electro-Luminescence)显示器等显示装置或触摸屏等输入装置所使用的电极形成的溅射靶材。

背景技术

铝合金因电阻率低、加工容易等理由而广泛应用于液晶显示器等显示装置的领域，且用于配线膜、电极膜或反射电极膜等的材料中。

例如，有源矩阵(active matrix)型的液晶显示器具备作为开关元件的薄膜晶体管(TFT：Thin Film Transistor)，且通常在其配线材料中使用纯Al薄膜或Al-Nd合金等各种铝合金薄膜。

铝合金薄膜的形成中通常采用使用溅射靶材的溅射法。

溅射法具有可形成与靶材为相同组成的薄膜这一优点。特别是，利用溅射法而成膜的铝合金薄膜可使在平衡状态下不固溶的合金元素固溶，从而发挥作为薄膜的优异性能，因此，溅射法为在工业上有效的薄膜制作方法，且正推进开发作为其原料的溅射靶材。

近年来，以提高铝合金薄膜的生产性为目的，对使成膜速率较之前更高速化进行了研究，例如，提出有专利文献1及专利文献2的方法。专利文献1中公开了一种溅射靶材，其特征在于，包含铝或铝合金，且在其溅射面利用X射线衍射法所测定的(111)结晶方位含有率为20％以上。专利文献1的实施例中，在对Al添加Si而成的Al-Si系合金中，通过将结晶方位设为(111)面而验证了成膜速率的提高。

另外，专利文献2中公开了一种以含有Ta为特征的铝基合金溅射靶材。专利文献2的实施例中示出了一种对Al添加1.5原子％的Ta，且使成膜速率相对于纯Al而成为1.6倍以上的Al-Ta合金。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平6-128737号公报

专利文献2：日本专利特开2012-224942号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，关于专利文献1所记载的在铝或铝合金中将(111)结晶方位含有率设为20％以上的方法，就生产性的观点而言要求进一步改善成膜速率。

另外，关于专利文献2所记载的含有Ta的铝合金溅射靶材，存在若添加1原子％以上的Ta则会导致在喷射成形时喷嘴的阻塞，靶材制造性下降之虞。因此，若考虑靶材的制造性，则难以进一步提高成膜速率。

因此，本发明的目的在于提供一种有助于成膜速率的提高，且靶材的制造性优异的铝合金溅射靶材。

解决问题的技术手段

之前以来，对于Cu的成膜速率的提高作用一直未受到关注，但本发明人等人发现，相较于含有Ta的铝合金溅射靶材，以超过6原子％、17原子％以下的高添加量添加有Cu的铝合金溅射靶材具有更高的成膜速率，同时兼具优异的制造性，从而完成了本发明。

即，本发明为以下的[1]～[9]所述者。

[1]一种铝合金溅射靶材，其含有超过6原子％、17原子％以下的Cu，剩余部分包含Al及不可避免的杂质。

[2]根据[1]所记载的铝合金溅射靶材，其还含有0.1原子％～5.5原子％的稀土类元素。

[3]根据[2]所记载的铝合金溅射靶材，其中所述稀土类元素为选自由Nd、La、Y、Sc、Gd、Dy、Lu、Ce、Pr及Tb所组成的群组中的至少一种。

[4]一种铝合金薄膜，其使用根据[1]～[3]中任一项所记载的铝合金溅射靶材而成膜。

[5]根据[4]所记载的铝合金薄膜，其为利用反应性溅射而成膜的氮化铝薄膜或氧化铝薄膜。

[6]一种显示装置，其具备根据[4]所记载的铝合金薄膜。

[7]一种显示装置，其具备根据[5]所记载的铝合金薄膜。

[8]一种输入装置，其具备根据[4]所记载的铝合金薄膜。

[9]一种输入装置，其具备根据[5]所记载的铝合金薄膜。

发明的效果

本发明的铝合金溅射靶材含有超过6原子％、17原子％以下的Cu，因此，相较于Al-Ta合金，可提高成膜速率，同时在制造性方面也优异。

具体实施方式

以下，对本发明进行详细说明，但本发明并不限定于以下的实施形态，在不脱离本发明的主旨的范围内，可任意地进行变形而实施。另外，“原子％”与“at％”为相同含义。

本发明的铝合金溅射靶材为用以溅射成膜出铝合金薄膜的铝合金溅射靶材，其特征在于，含有超过6原子％、17原子％以下的Cu，剩余部分包含Al及不可避免的杂质。

所谓铝合金溅射靶材是指将纯Al及包含合金元素的Al设为主体的溅射靶材。本发明的铝合金溅射靶材中Cu的含量超过6原子％，优选为7原子％以上。通过将Cu的含量设为超过6原子％，可获得优异的制造性、高成膜速率。

另外，Cu的含量为17原子％以下，为了进一步抑制破裂临界压下率的下降，优选为12原子％以下。通过将Cu的含量设为17原子％以下，可抑制SF(Spray forming或喷射成形)步骤中的良率及锻造步骤中的破裂临界压下率的下降，可防止靶材制造性的急剧下降。

作为不可避免的杂质，具有例如在制造过程等中不可避免地混入的元素，例如Fe、Si等，优选为这些的含量以合计量计典型而言优选为0.03质量％以下，更优选为0.01质量％以下。

本发明的铝合金溅射靶材进而少量添加稀土类元素作为第二添加元素而制成Al-Cu-X合金(X：稀土类元素)，由此制造性优异，同时与不添加稀土类元素时相比可进一步提高成膜速率。

稀土类元素的含量优选为0.1原子％以上，更优选为2原子％以上。通过将稀土类元素的含量设为0.1原子％以上，可获得由所述第二添加元素引起的效果。另外，稀土类元素的含量优选为5.5原子％以下，更优选为3.7原子％以下。通过将稀土类元素的含量设为5.5原子％以下，可抑制SF步骤中的良率的下降及破裂临界压下率的下降，可防止靶材的制造性劣化。

所谓稀土类元素是指在镧系元素(元素周期表中，自原子序数57的La至原子序数71的Lu为止的合计15种元素)中，加入Sc(钪)与Y(钇)后的元素群组。就提高成膜速率的观点而言，稀土类元素中优选为Nd、La、Y、Sc、Gd、Dy、Lu、Ce、Pr及Tb，更优选为Nd。可使用这些中的一种或将两种以上任意组合而使用。

本发明的铝合金薄膜优选为使用所述本发明的溅射靶材利用溅射法而形成。原因在于，根据溅射法，可容易形成成分或膜厚的膜面内均匀性优异的薄膜。

作为利用溅射法而形成铝合金薄膜的方法，例如可列举以下方法：使用含有超过6原子％、17原子％以下的Cu且剩余部分包含Al及不可避免的杂质并且与所期望的合金薄膜为相同组成的铝合金溅射靶材，利用磁控溅射法而形成的方法；及使用所述靶材利用反应性溅射法而形成的方法等。

若考虑生产性及膜质控制等观点，则优选为采用反应性溅射法。作为利用反应性溅射法而成膜的铝合金薄膜，例如可列举氮化铝薄膜及氧化铝薄膜。

关于反应性溅射法的条件，具体而言，例如只要根据所使用的铝合金的种类而适宜地控制即可，优选为进行如下控制。

■基板温度：室温～400℃

■溅射功率：100W～500W

■终极真空度：1×10^-5Torr以下

所述靶材的形状包括根据溅射装置的形状或结构而加工成任意的形状(例如，方型板状、圆型板状及圆环型板状等)者。

作为所述靶材的制造方法，例如可列举：熔融铸造法、粉末烧结法、利用喷射成形法制造包含铝基合金的铸锭而获得的方法、及在制造包含铝基合金的预成形体(获得最终的致密体前的中间体)后利用致密化手段将所述预成形体致密化而获得的方法。

本发明也包括具备所述铝合金薄膜的显示装置及输入装置。作为显示装置的形式，例如可列举，所述铝合金膜被用于薄膜晶体管的源极-漏极电极以及信号线中且漏极电极直接连接于透明导电膜的显示装置。另外，作为输入装置的形式，例如可列举，如触摸屏等那样在显示装置具备输入单元的输入装置。

[实施例]

以下，列举实施例及比较例对本发明进一步进行具体说明，但本发明并不限定于这些实施例，也可在适合其主旨的范围内加以变更而实施，所述变更均包含于本发明的技术范围。

(1)溅射靶材的制作

通过喷射成形，熔解110kg作为熔解原料的铝合金而获得铝合金预成形体后，利用重量计测定预成形体重量，从而算出喷射成形时的良率(SF良率)。将所获得的预成形体封入至密封囊(capsule)而进行脱气，利用热均压(HIP：Hot Isostatic Press)装置进行致密化。然后，以450℃实施加热后，在锻造步骤中使用下述式算出压下率。

压下率：(L₀-L₁)/L₀×100(％)

初期样品长度：L₀、压下后样品长度：L₁

另外，压下时通过目视而确认样品的破裂，将即将确认到破裂之前的压下率设为破裂临界压下率。

关于SF良率，利用下述基准进行评价。

SF良率＝预成形体重量/熔解原料(110kg)×100(％)

○：40％以上

Δ：超过30％～小于40％

×：30％以下

关于破裂临界压下率，利用下述基准进行评价。

○：50％以上

Δ：超过30％～小于50％

×：30％以下

(2)成膜

使用无碱玻璃板(板厚为0.7mm、直径为4英寸)作为透明基板，利用直流(DirectCurrent，DC)磁控溅射法，在其表面使表1所示的Al合金成膜。当成膜时，暂且将成膜前腔室内的环境调整为终极真空度：3×10^-6Torr，然后，使用具有与所述金属膜为相同的成分组成的直径为4英寸的圆盘型溅射靶材，利用下述条件进行溅射。

(溅射条件)

■氩气压：2mTorr

■氩气流量：19sccm

■溅射功率：500W

■基板温度：室温

■成膜温度：室温

■成膜时间：10分钟

(3)成膜速率的算出

利用触针式阶差计(日本特殊测器(Nippon Tokushu Sokki，NTS)制造的阿尔法阶差(Alpha Step)250)测定所制作的薄膜的厚度。厚度的测定是自薄膜中心部向半径方向进行3点测定，并将其平均值设为膜厚如此那样获得的膜厚除以溅射时间(s)而算出平均成膜速度

后述的实施例1中，铝合金平均成膜速度除以纯Al平均成膜速度而求出成膜速率比。表1中虽未示出，但Al-l原子％Ta的成膜速率比(成膜速率：相对于纯Al)为1.5倍。因此，将成膜速率比超过Al-l原子％Ta的成膜速率比即1.50的情况设为确认到合金化所引起的成膜速率的提高效果的范围。另外，实施例2中，Al-7原子％Cu-稀土类合金的平均成膜速度除以含有7原子％的Cu的铝合金而求出成膜速率比。

(4)综合判定

关于综合判定，利用下述基准进行评价。

○：成膜速率比为1.50以上，SF良率及破裂临界压下率的至少一者为○。Δ：成膜速率比为1.50以上，SF良率及破裂临界压下率均不为○。×：成膜速率比为1.50以上但SF良率及破裂临界压下率的至少一者为×，或成膜速率比为1.50以下。

<实施例1>

将表1所示的组成的Al膜成膜，并评价成膜速率及制造性。将结果示于表1。表1中，例1～例4为实施例、例5～例8为比较例。

[表1]

表1

如表1所示那样，在例1～例7的纯Al、Al-1原子％Cu～Al-17原子％Cu中，伴随着Cu添加量的增大，确认到成膜速率的提高，例4的Al-17原子％Cu中提高至相对于纯Al的2.12倍。

在例1～例4的Al-6.1原子％Cu～Al-17原子％Cu中确认到较Al-1原子％Ta(1.50倍)快的成膜速度，成膜速率提高。另一方面，例5～例8所示的纯Al、Al-1原子％Cu及Al-5原子％Cu的成膜速率比为Al-1原子％Ta的同等程度以下，成膜速率未提高。根据所述结果可知，通过将铝合金溅射靶材中Cu的含量设为超过6原子％，成膜速率提高。

另外可知，如例4所示那样，若Cu的含量超过12原子％则破裂临界压下率下降，因此，通过将Cu的含量设为12原子％以下，可抑制破裂临界压下率的下降。作为伴随着Cu的含量增加而破裂临界压下率下降的因素，认为为如下所述：伴随着添加元素的增多，靶材中的金属化合物增大，因此，靶材硬度增加，结果产生破裂。

另外可知，如例8所示那样，在Cu添加量多于Al-17原子％Cu的范围内，靶材制造时的加工步骤中频繁发生破裂，生产性变差。根据所述结果可知，通过将Cu的含量设为17原子％以下，可提高靶材的生产性。

<实施例2>

在实施例1所提取的Al-Cu合金中添加由少量便确认到成膜速率的提高作用的稀土类元素，制成Al-Cu-X合金(X：稀土类元素)，由此确认到进一步的成膜速率的提高作用。将评价成膜速率及制造性的结果示于表2。表2中，例9～例24为实施例，例25及例26为比较例。

[表2]

表2

如表2所示那样，例9～例24的Al-7原子％Cu-稀土类合金中，相对于Al-7原子％Cu合金的成膜速率比为1.01～1.78，确认到成膜速率的提高作用。相对于此，例25中稀土类元素的添加量过少而为0.05原子％，因此，未确认到由第二添加元素所引起的成膜速率提高作用。另外，例26中稀土类元素的添加量过多而为6原子％，因此，破裂临界压下率未达到基准。

根据所述结果可知，通过进而添加0.1原子％～5.5原子％的稀土类元素作为第二添加元素，可提高铝合金溅射靶材的成膜速率。

参照特定的方案对本发明进行了详细说明，但对于本领域技术人员而言明确的是，可在不脱离本发明的精神与范围的条件下进行各种变更及修正。再者，本申请基于2016年6月7日提出申请的日本专利申请(日本专利特愿2016-113609)，将其全部内容以引用的方式并入至本申请。

Claims

1.一种铝合金溅射靶材，其含有超过6原子％、17原子％以下的Cu，剩余部分包含Al及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的铝合金溅射靶材，其还含有0.1原子％～5.5原子％的稀土类元素。

3.根据权利要求2所述的铝合金溅射靶材，其中所述稀土类元素为选自由Nd、La、Y、Sc、Gd、Dy、Lu、Ce、Pr及Tb所组成的群组中的至少一种。

4.一种铝合金薄膜，其使用如权利要求1至3中任一项所述的铝合金溅射靶材而成膜。

5.根据权利要求4所述的铝合金薄膜，其为利用反应性溅射而成膜的氮化铝薄膜或氧化铝薄膜。

6.一种显示装置，其具备如权利要求4所述的的铝合金薄膜。

7.一种显示装置，其具备如权利要求5所述的的铝合金薄膜。

8.一种输入装置，其具备如权利要求4所述的的铝合金薄膜。

9.一种输入装置，其具备如权利要求5所述的的铝合金薄膜。