JP2014043643A - SPUTTERING TARGET FOR FORMING Cu ALLOY THIN FILM AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME - Google Patents

SPUTTERING TARGET FOR FORMING Cu ALLOY THIN FILM AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sputtering target for forming Cu alloy thin films which is used in forming Cu-Mn alloy thin films useful for electrode films of display devices such as liquid crystal displays, wherein, in sputtering, the sputtering target reduces abnormally grown cluster particles and generates little particles or splashes, and to provide a manufacturing method of the target.SOLUTION: A sputtering target for forming Cu alloy thin films according to the invention includes at least Mn of which content is 2 atom% or more and 20 atom% or less. The target is controlled such that Vickers hardness of the cross sectional plane at t/2 in the target thickness direction is 50HV or more and 100HV or less.

Description

本発明は、Cu合金薄膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法に関する。詳細には、スパッタリング時に発生する、パーティクルやスプラッシュと呼ばれる異常に粗大化したクラスター粒子の低減が可能なCu合金薄膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法に関する。本発明のCu合金スパッタリングターゲットは、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイなどの表示デバイスやタッチセンサーなどの電子デバイスに用いられる薄膜トランジスタ(TFT)の電極用薄膜、反射電極用薄膜、センサーへの電気接続配線用薄膜など;CD、DVD、HD−DVD、BDなどの光記録媒体に用いられる反射膜や半透過膜などの薄膜を形成するのに好適に用いられる。   The present invention relates to a sputtering target for forming a Cu alloy thin film and a method for producing the same. Specifically, the present invention relates to a sputtering target for forming a Cu alloy thin film capable of reducing abnormally coarsened cluster particles called particles or splash generated during sputtering and a method for manufacturing the same. The Cu alloy sputtering target of the present invention is a thin film for an electrode of a thin film transistor (TFT) used for an electronic device such as a display device such as a liquid crystal display or an organic EL display or a touch sensor, a thin film for a reflective electrode, and an electric connection wiring to a sensor. Thin film and the like; suitably used for forming a thin film such as a reflective film and a semi-transmissive film used for optical recording media such as CD, DVD, HD-DVD and BD.

Cu薄膜は電気抵抗が低く、Alに比べて加工が比較的容易であるなどの理由により、例えば、液晶ディスプレイなどの表示デバイスの走査電極や信号電極を構成する配線薄膜、タッチセンサーなどの電子デバイスの電気接続配線薄膜などに使用される。しかしながら、純Cuはガラスなどの基材との密着性に劣る。また、純Cuは、酸化し易いために表面が変色し易い、半導体中での拡散係数が大きいなどの問題がある。そこで、このような純Cuが抱える問題点を改善するため、用途に応じて適切な選択元素を含む種々のCu合金薄膜が提案されている。   For example, Cu thin films have low electrical resistance and are relatively easy to process compared to Al. For example, wiring thin films constituting scanning electrodes and signal electrodes of display devices such as liquid crystal displays, and electronic devices such as touch sensors Used for electrical connection wiring thin film. However, pure Cu is inferior in adhesion to a substrate such as glass. Further, pure Cu has problems such as being easily oxidized and discoloring its surface, and having a large diffusion coefficient in a semiconductor. Therefore, in order to improve such problems of pure Cu, various Cu alloy thin films containing an appropriate selection element according to the application have been proposed.

例えば特許文献1には、酸素を含む酸化雰囲気中で、Cu表面にCuの酸化の進行を抑えることができる酸化物被覆層を形成可能な液晶表示装置の電極配線用Cu合金として、Mn、Ga、Liなどの元素を含むCu合金が開示されている。特にMnは、融点がCuよりも高いにもかかわらず、Cuよりも酸化物を形成し易く、更に、酸素を通過させにくい酸化物を形成することが記載されている。   For example, Patent Document 1 discloses Mn, Ga as a Cu alloy for an electrode wiring of a liquid crystal display device capable of forming an oxide coating layer capable of suppressing the progress of Cu oxidation on a Cu surface in an oxidizing atmosphere containing oxygen. Cu alloys containing elements such as Li and Li are disclosed. In particular, it is described that Mn forms an oxide that is easier to form an oxide than Cu and that hardly allows oxygen to pass through, even though the melting point is higher than that of Cu.

また特許文献2には、特にZnSを含有する保護層が使用される光ディスクにおいて、保護層からのSの拡散によるCu記録層の硫化を防止または抑制し、記録ビットのエラー発生のない光記録媒体を得ることができる元素として、Mn、Znなどの金属元素が記載されている。   Patent Document 2 discloses an optical recording medium that prevents or suppresses sulfidation of a Cu recording layer due to diffusion of S from the protective layer and that does not cause a recording bit error, particularly in an optical disk using a protective layer containing ZnS. Metal elements such as Mn and Zn are described as elements capable of obtaining the above.

特許第4065959号公報Japanese Patent No. 4065959 特許第4603044号公報Japanese Patent No. 4603004

一般的にCu薄膜は、スパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法で製膜される。スパッタリング法とは、先ず真空容器内にアルゴンなどの不活性ガスを低ガス圧で導入し、基板と、薄膜材料と同一の材料から構成されるスパッタリングターゲットとの間に高電圧を印加して、プラズマ放電を発生させる。その後、そのプラズマ放電によってイオン化された気体(ここではアルゴン)をスパッタリングターゲットに加速・衝突させ、非弾性衝突によってスパッタリングターゲットの構成原子をたたき出し、基板上にその構成元素を付着・堆積させて薄膜を形成する方法である。金属薄膜の製膜方法には、上記スパッタリング法のほかに主に真空蒸着法が挙げられるが、スパッタリング法によれば、スパッタリングターゲットと同一組成の薄膜を連続して形成できるメリットがある。特に製膜される金属薄膜が合金材料の場合、スパッタリング法によれば、希土類元素などのような、Cu中に固溶しない合金元素を薄膜中に強制固溶させることができる。更にスパッタリング法は、大面積基板への連続した安定な製膜が可能であるなど、工業的にも非常に優位な製膜手法である。   In general, a Cu thin film is formed by a sputtering method using a sputtering target. In the sputtering method, first, an inert gas such as argon is introduced into the vacuum vessel at a low gas pressure, and a high voltage is applied between the substrate and a sputtering target composed of the same material as the thin film material, A plasma discharge is generated. After that, the gas ionized by the plasma discharge (here argon) is accelerated and collided with the sputtering target, the constituent atoms of the sputtering target are knocked out by inelastic collision, and the constituent elements are attached and deposited on the substrate to form a thin film. It is a method of forming. In addition to the above-described sputtering method, a vacuum vapor deposition method can be mainly cited as a method for forming a metal thin film. The sputtering method has an advantage that a thin film having the same composition as the sputtering target can be continuously formed. In particular, when the metal thin film to be formed is an alloy material, according to the sputtering method, an alloy element such as a rare earth element that does not dissolve in Cu can be forcibly dissolved in the thin film. Further, the sputtering method is an industrially very advantageous film forming method in which continuous and stable film formation on a large area substrate is possible.

ところがスパッタリング法では、スパッタリングの際、パーティクルやスプラッシュと呼ばれる異常に粗大化したクラスター粒子が発生し、薄膜に取り込まれてしまう場合がある。粗大化したクラスター粒子が薄膜中に取り込まれると、薄膜表面に突起が残り、電気的ショートの原因となったり、配線のパターン形成の際に不具合が生じてパターン異常が発生し、結果的に電気的な断線が生じるなどの弊害をもたらす。このような異常なクラスター粒子が発生する原因は種々挙げられる。材料に関して言えば、スパッタリングターゲットの組織や結晶粒の不均一性、スパッタリングターゲットの形状、スパッタリングターゲットへの異物混入、スパッタリングターゲット中の合金元素の偏析などが起点となって発生する場合が多いと考えられている。   However, in the sputtering method, abnormally coarse cluster particles called particles or splash are generated during sputtering and may be taken into the thin film. When coarsened cluster particles are taken into the thin film, protrusions remain on the surface of the thin film, which may cause electrical shorts, or malfunctions may occur during wiring pattern formation, resulting in pattern abnormalities. This will cause harmful effects such as a broken line. There are various causes for the generation of such abnormal cluster particles. In terms of materials, it is often the case that it originates from the non-uniformity of the structure and crystal grains of the sputtering target, the shape of the sputtering target, contamination of foreign matter into the sputtering target, segregation of alloy elements in the sputtering target, etc. It has been.

前述した特許文献1および2に記載のCu合金薄膜も、スパッタリング法を用いて製膜される旨記載されているが、上述したスパッタリング時における問題点は全く言及していない。また、特許文献2の実施例では、スパッタリングターゲットを用いてCu合金薄膜を製膜しておらず、擬似的に作成したCu−Mnインゴットに対してZnSの保護膜を被覆したに過ぎない。そのため、スパッタリングターゲットの使用時における上記課題は全く把握されていない。   The Cu alloy thin films described in Patent Documents 1 and 2 described above are also described as being formed using a sputtering method, but the above-described problems at the time of sputtering are not mentioned at all. Moreover, in the Example of patent document 2, the Cu alloy thin film was not formed using the sputtering target, but the protective film of ZnS was only coat | covered with respect to the Cu-Mn ingot produced pseudo. Therefore, the said subject at the time of use of a sputtering target is not grasped | ascertained at all.

上記特許文献に記載された種々の合金元素のなかでもMnは、Cuよりも優先的に酸素と反応してCuの酸化を抑制したり、ZnS含有保護層からのSの拡散によるCu記録層の硫化を防止または抑制するため、非常に有用である。そのため、Mnを含むCu−Mn合金は、表示デバイスなどの電極薄膜など、薄膜形成材料としての使用が大いに期待される。しかしながら、Mnは表面に濃化し易いため、Mnを含むCu−Mn合金スパッタリングターゲットは、スパッタリングの際、Mnが偏析し易く、スプラッシュなどの異常放電が、一層顕著に発生することが懸念される。   Among the various alloy elements described in the above-mentioned patent documents, Mn preferentially reacts with oxygen over Cu to suppress the oxidation of Cu, or in the Cu recording layer due to the diffusion of S from the ZnS-containing protective layer. Very useful for preventing or inhibiting sulfidation. Therefore, a Cu—Mn alloy containing Mn is highly expected to be used as a thin film forming material such as an electrode thin film for a display device. However, since Mn is easily concentrated on the surface, the Cu—Mn alloy sputtering target containing Mn is likely to segregate Mn during sputtering, and there is a concern that abnormal discharge such as splash may occur more significantly.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものである。その目的は、液晶ディスプレイなどの表示デバイス用電極膜などとして有用なCu−Mn合金薄膜の製膜に用いられるスパッタリングターゲットであって、スパッタリングの際、異常に粗大化したクラスター粒子を低減し、パーティクルやスプラッシュの発生が少ないCu合金薄膜形成用スパッタリングターゲット、およびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances. The purpose is a sputtering target used to form a Cu-Mn alloy thin film useful as an electrode film for display devices such as liquid crystal displays, etc. Another object of the present invention is to provide a sputtering target for forming a Cu alloy thin film with less generation of splash and splash, and a method for producing the same.

上記課題を解決することのできた本発明のCu合金薄膜形成用スパッタリングターゲットは、少なくともMnを含み、Mnの含有量が2原子%以上、20原子%以下であるCu合金スパッタリングターゲットであって、スパッタリングターゲットの厚さ方向のt/2断面のビッカース硬さが50HV以上、100HV以下であるところに要旨を有するものである。   The sputtering target for forming a Cu alloy thin film of the present invention that has solved the above problems is a Cu alloy sputtering target containing at least Mn and having a Mn content of 2 atomic% or more and 20 atomic% or less. The gist is that the Vickers hardness of the t / 2 cross section in the thickness direction of the target is 50HV or more and 100HV or less.

本発明の好ましい実施態様において、前記スパッタリングターゲットは、Mnの含有量が2原子%以上、10原子%以下である。   In a preferred embodiment of the present invention, the sputtering target has a Mn content of 2 atomic% or more and 10 atomic% or less.

本発明の好ましい実施態様において、前記スパッタリングターゲットの厚さ方向のt/2断面のビッカース硬さは60HV以上、90HV以下である。   In a preferred embodiment of the present invention, the Vickers hardness of the t / 2 cross section in the thickness direction of the sputtering target is 60 HV or more and 90 HV or less.

また、上記課題を解決することのできた本発明に係るCu合金薄膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法は、上記組成を満足するCu合金に対し、熱間圧延時の総圧下率を50%以上、熱間圧延後の焼鈍を450℃以上、600℃以下の温度で2時間以上行なうところに要旨を有するものである。   Moreover, the manufacturing method of the sputtering target for Cu alloy thin film formation which concerns on this invention which was able to solve the said subject is 50% or more of the total rolling reduction rate at the time of hot rolling with respect to Cu alloy which satisfies the said composition. The main point is that annealing after hot rolling is performed at a temperature of 450 ° C. or more and 600 ° C. or less for 2 hours or more.

本発明の好ましい実施態様において、前記熱間圧延時の総圧下率は50%以上、75%以下である。   In a preferred embodiment of the present invention, the total rolling reduction during the hot rolling is 50% or more and 75% or less.

本発明の好ましい実施態様において、前記熱間圧延後の焼鈍温度は450℃以上、550℃以下である。   In a preferred embodiment of the present invention, the annealing temperature after the hot rolling is 450 ° C. or higher and 550 ° C. or lower.

本発明の好ましい実施態様において、前記熱間圧延後の焼鈍時間は2時間以上、5時間以下である。   In a preferred embodiment of the present invention, the annealing time after the hot rolling is 2 hours or more and 5 hours or less.

本発明のCu−Mn合金スパッタリングターゲットを用いれば、スパッタリング時に発生するパーティクルやスプラッシュなどの異常放電が低減するため、スパッタリング初期からライフエンドまで、安定して長時間、放電安定性に優れたスパッタリング法による製膜を行なうことができる。   If the Cu—Mn alloy sputtering target of the present invention is used, abnormal discharge such as particles and splash generated during sputtering is reduced, so that the sputtering method has excellent discharge stability stably from the initial stage of sputtering to the life end. Can be formed.

更に本発明によれば、大面積基板に対しても基板面内(同一面内)での組成、膜厚、電気抵抗のばらつきが少なく、面内均一性に優れたCu−Mn合金薄膜が得られる。その結果、上記Cu−Mn薄膜を備えた表示デバイスなどの最終製品の歩留まりが著しく向上する。   Furthermore, according to the present invention, a Cu—Mn alloy thin film with excellent in-plane uniformity is obtained with little variation in composition, film thickness, and electrical resistance within the substrate plane (in the same plane) even for large-area substrates. It is done. As a result, the yield of final products such as display devices including the Cu—Mn thin film is significantly improved.

図1は、実施例1において、表1のNo.16のCu−Mn合金スパッタリングターゲットのEPMA試験結果を示す図である。FIG. 1 is a graph of No. 1 in Table 1 in Example 1. FIG. It is a figure which shows the EPMA test result of 16 Cu-Mn alloy sputtering targets.

本発明者らは、少なくともMnを含むCu−Mn合金をシート状などのスパッタリングターゲットに加工し、大面積の基板上に製膜しても、組成や膜厚などの面内均一性に優れ、異常放電を発生することなく、安定して長期間Cu−Mn合金薄膜の製膜が可能なCu−Mn合金スパッタリングターゲットを提供するため、検討を重ねてきた。その結果、(ア)スパッタリングターゲットの厚さ方向(圧延方向に対し、垂直な方向)のt/2断面(tはスパッタリングターゲットの厚さ)のビッカース硬さを所定範囲に制御することにより、所期の目的を達成できること、(イ)このようなCu−Mn合金スパッタリングターゲットは、Cu−Mn合金を用いて溶解鋳造法により製造するに当たり、特に熱間圧延時の総圧下率、および熱間圧延後の焼鈍条件を適切に制御すれば得られることを見出し、本発明を完成した。   The present inventors processed a Cu-Mn alloy containing at least Mn into a sputtering target such as a sheet and formed a film on a large-area substrate with excellent in-plane uniformity such as composition and film thickness. In order to provide a Cu—Mn alloy sputtering target capable of stably forming a Cu—Mn alloy thin film for a long period of time without causing abnormal discharge, investigations have been repeated. As a result, (a) by controlling the Vickers hardness of the t / 2 cross section (t is the thickness of the sputtering target) in the thickness direction (direction perpendicular to the rolling direction) of the sputtering target within a predetermined range, (A) When such a Cu-Mn alloy sputtering target is produced by a melt casting method using a Cu-Mn alloy, the total rolling reduction particularly during hot rolling, and hot rolling It has been found that it can be obtained by appropriately controlling the subsequent annealing conditions, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明のCu合金薄膜形成用スパッタリングターゲットは、少なくともMnを含み、Mnの含有量が2原子%以上、20原子%以下であるCu合金スパッタリングターゲットであって、スパッタリングターゲットの厚さ方向のt/2断面のビッカース硬さが50HV以上、100HV以下であるところに特徴がある。   That is, the sputtering target for forming a Cu alloy thin film of the present invention is a Cu alloy sputtering target containing at least Mn and having a Mn content of 2 atomic% or more and 20 atomic% or less, in the thickness direction of the sputtering target. It is characterized in that the Vickers hardness of the t / 2 cross section is 50HV or more and 100HV or less.

まず、上記Cu合金の組成について説明する。以下では、Mnを含むCu合金をCu−Mn合金と記載する場合がある。   First, the composition of the Cu alloy will be described. Hereinafter, a Cu alloy containing Mn may be referred to as a Cu—Mn alloy.

上記Cu−Mn合金は、少なくともMnを含み、Mnを2原子%以上、20原子%以下の範囲で含有する。Mnは、Cu金属には固溶するが、Cu酸化膜には固溶しない元素である。また、Mnは前述した特許文献1や特許文献2に記載されているように、Cuよりも優先的に酸素と反応してCuの酸化を抑制する酸化物被膜を形成したり、ZnS含有保護層からのSの拡散によるCu記録層の硫化を防止または抑制し得る元素として非常に有用である。Mnが固溶しているCu合金がスパッタリング法による薄膜の製膜過程の熱処理などによって酸化されると、Mnは拡散して粒界や界面に濃化し、該濃化層によって透明基板との密着性が向上すると考えられる。   The Cu-Mn alloy contains at least Mn and contains Mn in a range of 2 atomic% to 20 atomic%. Mn is an element that dissolves in the Cu metal but does not dissolve in the Cu oxide film. Further, as described in Patent Document 1 and Patent Document 2 described above, Mn forms an oxide film that reacts with oxygen preferentially over Cu to suppress oxidation of Cu, or a ZnS-containing protective layer. It is very useful as an element that can prevent or suppress sulfidation of the Cu recording layer due to diffusion of S. When the Cu alloy in which Mn is dissolved is oxidized by heat treatment in the process of forming a thin film by sputtering, Mn diffuses and concentrates at the grain boundaries and interfaces, and the concentrated layer adheres to the transparent substrate. It is thought that the property improves.

このようなMnの作用を有効に発揮させるため、Cu合金中のMn含有量を2原子%以上とする。好ましくは4原子%以上であり、より好ましくは8原子%以上である。但し、Mn含有量の上限が20原子%を超えると、脆くなるなどの問題があるため、その上限を20原子%以下とする。好ましくは15原子%以下であり、より好ましくは10原子%以下である。   In order to effectively exhibit such an action of Mn, the Mn content in the Cu alloy is set to 2 atomic% or more. Preferably it is 4 atomic% or more, More preferably, it is 8 atomic% or more. However, if the upper limit of the Mn content exceeds 20 atomic%, there is a problem such as brittleness, so the upper limit is made 20 atomic% or less. Preferably it is 15 atomic% or less, More preferably, it is 10 atomic% or less.

上記Cu合金は、少なくともMnを上記範囲で含有すれば良く、残部はCuおよび不可避的不純物である。   The Cu alloy may contain at least Mn in the above range, and the balance is Cu and inevitable impurities.

更に上記Cu合金は、他の特性付与などの目的で、以下の元素を更に添加することもできる。   Furthermore, the following elements can be further added to the Cu alloy for the purpose of imparting other characteristics.

例えば、Ag、Au、C、W、Ca、Mg、Ni、Al、Sn、およびBよりなる群から選択される少なくとも一種以上の元素を、0.2〜10原子%の範囲で添加しても良い。これにより、基板との密着性が向上する。これらの元素は単独で添加しても良いし、二種以上を併用しても良い。なお、上記の含有量は、上記元素を単独で含むときは単独の量であり、二種以上を含むときは合計量である。   For example, even when at least one element selected from the group consisting of Ag, Au, C, W, Ca, Mg, Ni, Al, Sn, and B is added in the range of 0.2 to 10 atomic%. good. Thereby, adhesiveness with a board | substrate improves. These elements may be added alone or in combination of two or more. In addition, said content is a single quantity, when the said element is included independently, and when it contains 2 or more types, it is a total amount.

同様に、Znを0.2〜10原子%の範囲で添加しても良い。これにより、基板との密着性が向上する。   Similarly, Zn may be added in the range of 0.2 to 10 atomic%. Thereby, adhesiveness with a board | substrate improves.

本発明のCu合金スパッタリングターゲットは、上記組成を有し、且つ、スパッタリングターゲットの厚さ方向のt/2断面のビッカース硬さが50HV以上、100HV以下であるところに最大の特徴がある。このようにビッカース硬さが適切に制御されたCu合金スパッタリングターゲットの使用により、スパッタリング製膜時におけるスプラッシュの発生が低減されるようになる。本発明のように少なくともMnを2〜20原子%の範囲で含むCu−Mn合金スパッタリングターゲットを用いたとき、後記する実施例で実証したように、上記スパッタリングターゲットの硬さが高くなり過ぎても、スプラッシュが発生し易くなることが判明した。好ましいビッカース硬さは50HV以上、100HV以下であり、より好ましくは60HV以上、90HV以下である。   The Cu alloy sputtering target of the present invention has the above-mentioned composition and has the greatest feature in that the Vickers hardness of the t / 2 cross section in the thickness direction of the sputtering target is 50 HV or more and 100 HV or less. As described above, by using the Cu alloy sputtering target in which the Vickers hardness is appropriately controlled, the occurrence of splash during sputtering film formation is reduced. When using a Cu—Mn alloy sputtering target containing at least Mn in the range of 2 to 20 atomic% as in the present invention, as demonstrated in the examples described later, even if the hardness of the sputtering target becomes too high. It has been found that splash is likely to occur. Preferred Vickers hardness is 50HV or more and 100HV or less, more preferably 60HV or more and 90HV or less.

ここで、スパッタリングターゲットの厚さ方向のt/2断面とは、圧延面に対して垂直な断面のうち、圧延方向と平行な面であって、スパッタリングターゲットの厚さtに対し、t(厚さ)×1/2の範囲となる断面を意味する。   Here, the t / 2 cross section in the thickness direction of the sputtering target is a plane parallel to the rolling direction among the cross sections perpendicular to the rolling surface, and t (thickness) with respect to the thickness t of the sputtering target. ) Means a cross section in the range of x1 / 2.

具体的には、以下のようにして、スパッタリングターゲットのビッカース硬さを算出する。まず、上記の断面(測定面)が出るようにスパッタリングターゲットを切断する。このとき、切断片を3箇所から採取する(圧延方向に対して、先端部、中央部、後端部)。次いで、測定面を平滑にするため、エメリー紙での研磨やダイヤモンドペースト等で研磨を行なう。その後、Barker氏液(HBF4(テトラフルオロホウ酸)と水を体積比で1:30の比で混合した水溶液)による電解エッチングを行い、上記測定面の肉厚中央部における硬さを、マイクロビッカース硬度計(株式会社明石製作所製、AVK−G2)を用いて測定する。測定された3つの切断片の硬さの平均値を、ビッカース硬さとする。 Specifically, the Vickers hardness of the sputtering target is calculated as follows. First, the sputtering target is cut so that the above-mentioned cross section (measurement surface) appears. At this time, cut pieces are collected from three places (the front end, the center, and the rear end with respect to the rolling direction). Next, polishing with emery paper or diamond paste is performed to smooth the measurement surface. Thereafter, electrolytic etching with Barker's solution (an aqueous solution in which HBF 4 (tetrafluoroboric acid) and water are mixed at a volume ratio of 1:30) is performed, and the hardness at the center of the thickness of the measurement surface is measured by It is measured using a Vickers hardness meter (manufactured by Akashi Seisakusho, AVK-G2). Let the average value of the hardness of the measured three cut pieces be Vickers hardness.

本発明において、スパッタリングターゲットのビッカース硬さを測定するに当たり、厚さ方向のt/2断面を測定対象としたのは、組織の均一性を考慮したものである。   In the present invention, in measuring the Vickers hardness of the sputtering target, the t / 2 cross section in the thickness direction was measured in consideration of the uniformity of the structure.

本発明において、Cu−Mn合金スパッタリングターゲットのビッカース硬さを適切に制御することにより、スプラッシュなどの発生を低減できる理由は、詳細には不明であるが、以下のように推察される。スプラッシュなどの発生を低減して放電を安定化するには、焼鈍温度などを高めて再結晶化することが有効であるが、ビッカース硬さが高くなり過ぎると、組織(結晶粒など)が不均一になり、放電が安定しないと考えられる。一方、ビッカース硬さが低すぎると、Mnの析出が進み、偏析した状態になるため、放電が不均一になる恐れがあると推察される。   In the present invention, the reason why the occurrence of splash or the like can be reduced by appropriately controlling the Vickers hardness of the Cu—Mn alloy sputtering target is unknown in detail, but is presumed as follows. To stabilize the discharge by reducing the occurrence of splash and the like, it is effective to increase the annealing temperature and recrystallize. However, if the Vickers hardness becomes too high, the structure (crystal grains, etc.) is unsatisfactory. It becomes uniform and the discharge is considered unstable. On the other hand, if the Vickers hardness is too low, precipitation of Mn proceeds and segregates, and it is assumed that there is a possibility that the discharge becomes non-uniform.

以上、本発明のCu合金スパッタリングターゲットについて説明した。   The Cu alloy sputtering target of the present invention has been described above.

次に、上記Cu合金スパッタリングターゲットを製造する方法について説明する。   Next, a method for producing the Cu alloy sputtering target will be described.

本発明では、製造コストや製造工程の低減化、歩留まりの向上などを目的として溶解鋳造法を採用して上記Cu合金スパッタリングターゲットを製造する。溶解鋳造法とは、Cu合金溶湯から鋳塊を製造する方法であり、スパッタリングターゲットの製造に汎用されている。   In the present invention, the Cu alloy sputtering target is manufactured by adopting a melting casting method for the purpose of reducing the manufacturing cost, the manufacturing process, and improving the yield. The melt casting method is a method for producing an ingot from a Cu alloy molten metal, and is widely used for producing a sputtering target.

上記溶解鋳造法によれば、スパッタリングターゲットは通常、溶解鋳造→(必要に応じて熱間鍛造)→熱間圧延→焼鈍(→必要に応じて、冷間圧延→焼鈍)によって製造される。本発明では、ビッカース硬さが適切に制御されたCu−Mn合金スパッタリングターゲットを製造するため、熱間圧延条件(特に熱間圧延時の総圧下率)、および焼鈍条件(焼鈍温度、焼鈍時間など)を適切に制御することが重要である。   According to the above melting casting method, the sputtering target is usually manufactured by melting casting → (hot forging if necessary) → hot rolling → annealing (→ cold rolling → annealing if necessary). In the present invention, in order to produce a Cu—Mn alloy sputtering target in which the Vickers hardness is appropriately controlled, hot rolling conditions (particularly the total rolling reduction during hot rolling) and annealing conditions (annealing temperature, annealing time, etc.) ) Is important to control properly.

以下、本発明の製造方法について、工程毎に、詳しく説明する。   Hereafter, the manufacturing method of this invention is demonstrated in detail for every process.

(溶解鋳造)
溶解鋳造工程は特に限定されず、所望とする組成のCu−Mn合金鋳塊が得られるよう、スパッタリングターゲットの製造に通常用いられる工程を適宜採用することができる。例えば鋳造方法として、代表的にはDC(半連続)鋳造、薄板連続鋳造(双ロール式、ベルトキャスター式、プロペルチ式、ブロックキャスター式など)などが挙げられる。
(Melting casting)
The melt casting process is not particularly limited, and a process usually used for manufacturing a sputtering target can be appropriately employed so that a Cu—Mn alloy ingot having a desired composition can be obtained. For example, typical casting methods include DC (semi-continuous) casting, thin plate continuous casting (double roll type, belt caster type, propel type, block caster type, etc.).

(必要に応じて、熱間鍛造)
上記のようにしてCu−Mn合金鋳塊を造塊した後、熱間圧延を行なう(詳細は後述する。)が、必要に応じて、形状を整えるために熱間鍛造を行なっても良い。この場合の熱間鍛造は均熱処理を兼ねる。ビッカース硬さ制御のためには、熱間鍛造温度をおおむね800〜900℃程度、熱間鍛造の加熱時間をおおむね3〜18時間程度に制御することが好ましい。
(Hot forging if necessary)
After the Cu—Mn alloy ingot is ingoted as described above, hot rolling is performed (details will be described later), but hot forging may be performed to adjust the shape as necessary. The hot forging in this case also serves as a soaking process. In order to control the Vickers hardness, it is preferable to control the hot forging temperature to about 800 to 900 ° C. and the hot forging heating time to about 3 to 18 hours.

(熱間圧延)
上記の熱間鍛造を必要に応じて行なった後、熱間圧延を行なう。ビッカース硬さ制御のためには、熱間圧延時の総圧下率を50%以上に制御する。好ましくは55%以上である。なお、ビッカース硬さ制御の観点からは、上記総圧下率は高い程良いが、高くなり過ぎると、割れなどの問題があるため、その上限を75%以下にすることが好ましい。より好ましくは70%以下である。
(Hot rolling)
Hot rolling is performed after performing the above hot forging as necessary. For Vickers hardness control, the total rolling reduction during hot rolling is controlled to 50% or more. Preferably it is 55% or more. From the viewpoint of Vickers hardness control, the higher the total rolling reduction, the better. However, if it becomes too high, there is a problem such as cracking, so the upper limit is preferably made 75% or less. More preferably, it is 70% or less.

本発明では、熱間圧延時の総圧下率が上記範囲に制御されていれば良く、例えば1パス当たりの最大圧下率は特に限定されないが、おおむね5〜10%程度とすることが好ましい。   In the present invention, it is sufficient that the total rolling reduction during hot rolling is controlled within the above range. For example, the maximum rolling reduction per pass is not particularly limited, but is preferably about 5 to 10%.

なお、本発明では、熱間圧延開始温度や熱間圧延終了温度は特に限定されない。ただし、ビッカース硬さの制御し易さなどを考慮すると、熱間圧延開始温度をおおむね600〜800℃程度、熱間圧延終了温度をおおむね400〜500℃程度に制御することが好ましい。   In the present invention, the hot rolling start temperature and the hot rolling end temperature are not particularly limited. However, considering the ease of control of Vickers hardness, it is preferable to control the hot rolling start temperature to about 600 to 800 ° C. and the hot rolling end temperature to about 400 to 500 ° C.

(焼鈍)
上記のようにして熱間圧延を行なった後、焼鈍する。ビッカース硬さ制御のためには、450〜600℃の温度範囲で2時間以上焼鈍することが必要である。
(Annealing)
After hot rolling as described above, annealing is performed. In order to control the Vickers hardness, it is necessary to anneal for 2 hours or more in a temperature range of 450 to 600 ° C.

後記する実施例で実証したように、焼鈍温度が450℃未満では、たとえ焼鈍時間を2時間以上に制御しても、所望とするビッカース硬さが得られない。一方、焼鈍温度が600℃を超えると、結晶粒粗大化などの問題がある。好ましい焼鈍温度は、550℃以下である。   As demonstrated in the examples described later, when the annealing temperature is less than 450 ° C., the desired Vickers hardness cannot be obtained even if the annealing time is controlled to 2 hours or more. On the other hand, when the annealing temperature exceeds 600 ° C., there are problems such as coarsening of crystal grains. A preferable annealing temperature is 550 ° C. or less.

同様に焼鈍時間を2時間未満にすると、所望とするビッカース硬さが得られない。ビッカース硬さ制御のためには、上記焼鈍温度範囲で焼鈍する場合、焼鈍時間が長い方が良い。しかし、焼鈍時間が長くなり過ぎると、結晶粒粗大化などの問題があるため、好ましくは、5時間以下とする。より好ましい焼鈍時間は、4時間以下である。   Similarly, if the annealing time is less than 2 hours, the desired Vickers hardness cannot be obtained. In order to control the Vickers hardness, when annealing is performed in the above annealing temperature range, it is preferable that the annealing time is long. However, if the annealing time is too long, there is a problem such as coarsening of crystal grains. A more preferable annealing time is 4 hours or less.

(必要に応じて、冷間圧延→焼鈍)
上記の方法によりCu−Mn合金スパッタリングターゲットのビッカース硬さを所定範囲に制御することができるが、その後に、更に冷間圧延→焼鈍(2回目の圧延、ひずみ取りのための焼鈍)を行なっても良い。ビッカース硬さ制御のためには、冷間圧延条件は特に限定されないが、焼鈍条件を制御することが好ましい。例えば、焼鈍温度をおおむね150〜250℃程度、焼鈍時間をおおむね1〜5時間程度に制御することが推奨される。なお、冷間圧延時の冷延率は、通常の範囲(例えば、20〜40%)とすれば良い。
(If necessary, cold rolling → annealing)
Although the Vickers hardness of the Cu—Mn alloy sputtering target can be controlled within a predetermined range by the above method, after that, further cold rolling → annealing (second rolling, annealing for strain relief) is performed. Also good. For Vickers hardness control, the cold rolling conditions are not particularly limited, but it is preferable to control the annealing conditions. For example, it is recommended to control the annealing temperature to about 150 to 250 ° C. and the annealing time to about 1 to 5 hours. In addition, what is necessary is just to let the cold rolling rate at the time of cold rolling be a normal range (for example, 20 to 40%).

その後、所定の形状に機械加工を行うと、スパッタリングターゲットが得られる。得られたスパッタリングターゲットは必要に応じて所望のバッキングプレートに接合しても良い。   Thereafter, when machining into a predetermined shape, a sputtering target is obtained. You may join the obtained sputtering target to a desired backing plate as needed.

以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限されず、前・後記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含まれる。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, and can be implemented with modifications within a range that can meet the gist of the preceding and following descriptions. They are all included in the technical scope of the present invention.

(実施例1)
まず、表1に示す種々のMn量を含むCu−Mn合金鋳塊(厚み100mm)をDC鋳造法によって造塊した。
Example 1
First, Cu—Mn alloy ingots (thickness: 100 mm) containing various amounts of Mn shown in Table 1 were formed by DC casting.

詳細には、4N純度のCuと3N純度の電解Mnを1250℃で溶解し、1200℃で10分間保持した後、8〜10℃/分の平均冷却速度で室温まで冷却し、Cu−Mnの過飽和固溶体(インゴット)を形成した。   Specifically, 4N purity Cu and 3N purity electrolytic Mn are dissolved at 1250 ° C., held at 1200 ° C. for 10 minutes, and then cooled to room temperature at an average cooling rate of 8 to 10 ° C./min. A supersaturated solid solution (ingot) was formed.

このインゴットを、表1に示す条件で熱間鍛造→熱間圧延(熱間圧延終了温度は600℃)して厚さ20mmの薄板状に圧延した後、表1に示す条件で焼鈍処理した。本実施例では、その後の冷間圧延および焼鈍は行なっていない。
本実施例では、熱間圧延の総圧延圧下率50%、かつ焼鈍時間2時間で実施したが、総圧延圧下率50%〜75%以下、かつ焼鈍時間2時間〜5時間以内であれば同様の結果が得られることを確認している。
The ingot was hot forged and hot rolled under the conditions shown in Table 1 (hot-rolling finish temperature was 600 ° C.) and rolled into a thin plate having a thickness of 20 mm, and then annealed under the conditions shown in Table 1. In this example, subsequent cold rolling and annealing are not performed.
In this example, the hot rolling was performed at a total rolling reduction of 50% and an annealing time of 2 hours. However, the same applies if the total rolling reduction of 50% to 75% or less and the annealing time is within 2 hours to 5 hours. It has been confirmed that the results are obtained.

次に、機械加工(丸抜き加工および旋盤加工)を行って、円板状のCu−Mn合金スパッタリングターゲット(サイズ:直径101.6mm×厚さ5.0mm)を製造した。   Next, machining (rounding and turning) was performed to manufacture a disk-shaped Cu—Mn alloy sputtering target (size: diameter 101.6 mm × thickness 5.0 mm).

このようにして製造された各スパッタリングターゲットの厚さ方向のt/2断面のビッカース硬さ(測定3箇所の平均値)を、前述した方法によって測定した。表1のビッカース硬さの欄には、平均値のほか、各3箇所のそれぞれの測定値を、(1)、(2)、(3)の欄に記載した。   The Vickers hardness (average value of three measurement points) of the t / 2 cross section in the thickness direction of each sputtering target thus manufactured was measured by the method described above. In the column of Vickers hardness in Table 1, in addition to the average value, the measured values at each of three locations are listed in the columns (1), (2), and (3).

次に、上記の各スパッタリングターゲットを4インチφ×5mmtの形状に加工したものを用意し、以下の条件でスパッタリングを行なったときに発生するスプラッシュの有無を観察した。   Next, what each said sputtering target processed into the shape of 4 inches (phi) x 5 mmt was prepared, and the presence or absence of the splash which generate | occur | produces when sputtering was performed on the following conditions was observed.

まず、Siウェーハ基板(サイズ:直径101.6mm×厚さ0.50mm)に対し、株式会社島津製作所製「スパッタリングシステムHSR−542S」のマグネトロンスパッタリング装置を用いてDCマグネトロンスパッタリングを行った。スパッタリング条件は、以下の通りである。   First, DC magnetron sputtering was performed on a Si wafer substrate (size: diameter 101.6 mm × thickness 0.50 mm) using a magnetron sputtering apparatus of “Sputtering System HSR-542S” manufactured by Shimadzu Corporation. The sputtering conditions are as follows.

DC:260W
圧力:2mTorr
Arガス圧:2.25×10−3Torr
Arガス流量:30sccm、
極間距離:51.6mm
基板温度:室温
スパッタリング時間:81秒間
DC: 260W
Pressure: 2mTorr
Ar gas pressure: 2.25 × 10 −3 Torr
Ar gas flow rate: 30 sccm,
Distance between electrodes: 51.6mm
Substrate temperature: room temperature Sputtering time: 81 seconds

本実施例では、放電時に発生するスプラッシュの有無は、光学顕微鏡(倍率:1000倍)にて薄膜表面を観察することによって評価した。ここでは、1μmφ以上の突起を有するものをスプラッシュとみなし、上記観察視野中に、スプラッシュが1個でも見られたものを、スプラッシュ有と評価し、スプラッシュが全く見られなかったものをスプラッシュ無と評価した。   In this example, the presence or absence of splash generated during discharge was evaluated by observing the surface of the thin film with an optical microscope (magnification: 1000 times). Here, those having protrusions of 1 μmφ or more are regarded as splash, and in the observation field of view, even one splash was evaluated as having a splash, and no splash was seen at all. evaluated.

これらの試験結果を表1に併記する。   These test results are also shown in Table 1.

表1より、以下のように考察することができる。   From Table 1, it can be considered as follows.

まず、No.1〜4は、Cu−Mn合金中のMn量が2原子%の例である。このうち、No.4は、本発明の要件を満足する方法で製造した例であり、ビッカース硬さを適切に制御したため、スプラッシュの発生は認められなかった。これに対し、No.1〜3は、焼鈍温度が低いため、ビッカース硬さが本発明で規定する範囲を超えてしまい、スプラッシュが発生した。   First, no. 1-4 are examples in which the amount of Mn in the Cu—Mn alloy is 2 atomic%. Of these, No. No. 4 is an example produced by a method that satisfies the requirements of the present invention, and since the Vickers hardness was appropriately controlled, no occurrence of splash was observed. In contrast, no. In Nos. 1 to 3, since the annealing temperature was low, the Vickers hardness exceeded the range defined in the present invention, and splash occurred.

上記と同様の結果は、Mn量が異なるNo.5〜8(Mn量=4原子%)、No.9〜12(Mn量=8原子%)、No.13〜16(Mn量=10原子%)でも見られた。   The results similar to the above were obtained when the No. 5-8 (Mn amount = 4 atomic%), No. 9-12 (Mn amount = 8 atomic%), No. It was also observed at 13 to 16 (Mn amount = 10 atomic%).

更に、本発明によればスプラッシュの起点となるMn偏析のないスパッタリングターゲットが得られることを確認するため、上記表1のNo.16(本発明例)のスパッタリングターゲットについて、ビッカース硬さを測定した面と同一面である、圧延方向と水平な面(t/2)について、EPMAを用いてMn分布のマッピングを行った。EPMAの測定条件は以下のとおりである。
分析装置:JEOL製「電子線マイクロアナライザー JXA8900RL」
分析条件
加速電圧:15.0kV
照射電流:5.012×10-8
ビーム径:最小(0μm)
測定時間:100.00ms
測定点数:400×400
測定間隔:1μm
測定面積:400μm×400μm
測定位置:板厚方向中央部
測定視野数:1視野
Furthermore, in order to confirm that according to the present invention, a sputtering target free of Mn segregation that becomes the starting point of splash is obtained, the No. in Table 1 above is obtained. About the sputtering target of 16 (invention example), Mn distribution was mapped using EPMA on the surface (t / 2) parallel to the rolling direction, which is the same surface as the surface on which the Vickers hardness was measured. The measurement conditions of EPMA are as follows.
Analyzer: “Electron Beam Microanalyzer JXA8900RL” manufactured by JEOL
Analysis conditions Acceleration voltage: 15.0 kV
Irradiation current: 5.012 × 10 −8 A
Beam diameter: Minimum (0μm)
Measurement time: 100.00ms
Number of measurement points: 400 × 400
Measurement interval: 1 μm
Measurement area: 400 μm × 400 μm
Measurement position: Center in the thickness direction Number of fields of view: 1 field of view

その結果を図1に示す。図1中、CPとは反射電子像を意味する。図1に示すように、Mn偏析は見られず、均一に分散していることがわかる。すなわち、Mn偏析があると、導電性やスパッタ率の違いにより突起になって電界が局所的に集中し、異常放電が生じてスプラッシュが発生し、膜表面にパーティクルが付着するようになるが、上記の結果は、粗大なパーティクルの発生を低減できることを示唆している。   The result is shown in FIG. In FIG. 1, CP means a reflected electron image. As shown in FIG. 1, no Mn segregation is observed and it can be seen that the particles are uniformly dispersed. In other words, if there is Mn segregation, the electric field is locally concentrated due to the difference in conductivity and sputtering rate, the abnormal discharge occurs and splash occurs, and particles adhere to the film surface. The above results suggest that the generation of coarse particles can be reduced.

Claims (7)

少なくともMnを含み、Mnの含有量が2原子%以上、20原子%以下であるCu合金スパッタリングターゲットであって、
スパッタリングターゲットの厚さ方向のt/2断面のビッカース硬さが50HV以上、100HV以下であることを特徴とするCu合金薄膜形成用スパッタリングターゲット。
A Cu alloy sputtering target containing at least Mn and having a Mn content of 2 atomic% or more and 20 atomic% or less,
A sputtering target for forming a Cu alloy thin film, wherein a Vickers hardness of a t / 2 cross section in the thickness direction of the sputtering target is 50 HV or more and 100 HV or less.
前記Mnの含有量が2原子%以上、10原子%以下である請求項1に記載のCu合金薄膜形成用スパッタリングターゲット。   The sputtering target for forming a Cu alloy thin film according to claim 1, wherein the Mn content is 2 atomic% or more and 10 atomic% or less. 前記スパッタリングターゲットの厚さ方向のt/2断面のビッカース硬さが60HV以上、90HV以下である請求項1または2に記載のCu合金薄膜形成用スパッタリングターゲット。   The sputtering target for Cu alloy thin film formation according to claim 1 or 2 whose Vickers hardness of t / 2 section of the thickness direction of said sputtering target is 60HV or more and 90HV or less. 請求項1〜3のいずれかに記載のCu合金薄膜形成用スパッタリングターゲットを製造する方法であって、
請求項1〜3のいずれかに記載の組成を満足するCu合金に対し、熱間圧延時の総圧下率を50%以上、熱間圧延後の焼鈍を450℃以上、600℃以下の温度で2時間以上行なうことを特徴とするCu合金薄膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法。
A method for producing a sputtering target for forming a Cu alloy thin film according to any one of claims 1 to 3,
With respect to the Cu alloy satisfying the composition according to any one of claims 1 to 3, the total rolling reduction during hot rolling is 50% or more, and the annealing after hot rolling is performed at a temperature of 450 ° C or higher and 600 ° C or lower. The manufacturing method of the sputtering target for Cu alloy thin film formation characterized by performing for 2 hours or more.
前記熱間圧延時の総圧下率を50%以上、75%以下で行なう請求項4に記載のCu合金薄膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法。   The manufacturing method of the sputtering target for Cu alloy thin film formation of Claim 4 performed by 50 to 75% of the total rolling reduction at the time of the said hot rolling. 前記熱間圧延後の焼鈍を450℃以上、550℃以下の温度で行う請求項4または5に記載のCu合金薄膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法。   The manufacturing method of the sputtering target for Cu alloy thin film formation of Claim 4 or 5 which performs the annealing after the said hot rolling at the temperature of 450 to 550 degreeC. 前記熱間圧延後の焼鈍を2時間以上、5時間以下で行なう請求項4〜6のいずれかに記載のCu合金薄膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法。   The manufacturing method of the sputtering target for Cu alloy thin film formation in any one of Claims 4-6 which performs annealing after the said hot rolling in 2 hours or more and 5 hours or less.
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