JP2019002064A

JP2019002064A - ＭｏＷターゲット材

Info

Publication number: JP2019002064A
Application number: JP2017120192A
Authority: JP
Inventors: 福岡　淳; Atsushi Fukuoka; 淳福岡; 青木　大輔; Daisuke Aoki; 大輔青木; 斉藤　和也; Kazuya Saito; 和也斉藤; 英上野; Suguru Ueno
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2019-01-10
Anticipated expiration: 2037-06-20
Also published as: JP6913281B2

Abstract

【課題】膜組成のずれを抑制し、安定したＴＦＴ特性が得られるＭｏＷ合金薄膜を形成可能なＭｏＷターゲット材を提供する。
【解決手段】Ｗを３０〜４０原子％含有し、残部がＭｏおよび不可避的不純物からなる組成を有し、Ｘ線回折法によるｂｃｃの（１１０）面におけるＣｏＫα線源で測定されるＷ相の最大強度が４７．３０°＜回折角（２θ）≦４７．５０°にある焼結体で構成されるＭｏＷターゲット材、前記回折角（２θ）は、４７．３５°≦回折角（２θ）≦４７．４５°の範囲であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、スパッタリング等の物理蒸着技術に用いられるＭｏＷターゲット材に関するものである。

近年、平面表示装置の一種である、例えば薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」という。）型液晶ディスプレイ等には、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜上に電子の移動度が大きい低温ポリシリコン膜を形成した低温ポリシリコン（以下、「ＬＴＰＳ」という。）ＴＦＴが採用されている。このＬＴＰＳＴＦＴの製造では、例えば４５０℃以上の活性化熱処理といった高温プロセスが必須である。このため、ゲート電極は、変形や溶融が生じないように高温特性や耐食性等に優れる材料が要求されており、ＭｏやＭｏ合金といった高融点材料が適用されている。

この高融点材料からなるゲート電極としては、例えば、特許文献１のように、Ｍｏに８．０〜２０．０原子％未満の割合でＷを含有させたＭｏＷターゲット材の開示があり、このＭｏＷターゲット材をスパッタリングして、ＭｏＷ合金薄膜からなるゲート電極を形成する技術が提案されている。特許文献１に開示のあるＭｏＷからなるゲート電極は、４５０℃以上の活性化熱処理に対しても変形も溶融もせず、ヒロックが形成されないという点で、平面表示装置の製造に有用な技術である。

再公表２０１２／０６７０３０号公報

本発明者の検討によると、特許文献１に開示されるＭｏＷターゲット材を用いて形成したＭｏＷ合金薄膜中のＷ含有量が過大となり、狙い組成に対してＭｏＷ合金薄膜の組成が乖離する、膜組成のずれという新たな問題が発生する場合があることを確認した。そして、この膜組成のずれという問題は、ＬＴＰＳのＴＦＴ特性の不安定化に繋がり、平面表示装置の高精細化や信頼性に悪影響を及ぼす場合がある。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、膜組成のずれを抑制し、安定したＴＦＴ特性が得られるＭｏＷ合金薄膜を形成可能なＭｏＷターゲット材を提供することである。

本発明者は、ＬＴＰＳＴＦＴのゲート電極として、ＭｏＷ合金を採用したした際に、ＴＦＴ特性の不安定化が、上記した膜組成のずれに起因するものであることを知見した。また、この膜組成のずれという問題は、ＭｏＷターゲット材中のＷがマトリックスのＭｏ相に拡散することにより発生することを確認した。
そして、本発明者は、膜組成のずれを抑制するためには、ＭｏＷターゲット材のＸ線回折法によるｂｃｃの（１１０）面におけるＷ相の最大強度位置を所定の回折角（２θ）の範囲に制御する必要があることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、Ｗを３０〜４０原子％含有し、残部がＭｏおよび不可避的不純物からなる組成を有し、Ｘ線回折法によりｂｃｃの（１１０）面におけるＣｏＫα線源で測定されるＷ相の最大強度が４７．３０°＜回折角（２θ）≦４７．５０°の範囲にあるＭｏＷターゲット材である。

前記回折角（２θ）は、４７．３５°≦回折角（２θ）≦４７．４５°の範囲であることが好ましい。

本発明のターゲット材を用いることにより、スパッタリング時の膜組成のずれを抑制できる。これにより、例えばＬＴＰＳにおける安定したＴＦＴ特性が得られるゲート電極を形成することができ、平面表示装置の製造に寄与する有用な技術となる。

ＭｏＷターゲット材のｂｃｃの（１１０）面におけるＷ相のＸ線回折結果を示す図。

本発明者は、例えば、ＬＴＰＳＴＦＴのゲート電極を形成するために、ＭｏＷターゲット材をスパッタリング装置のチャンバー内に配置してスパッタリングすると、ゲート電極となるＭｏＷ合金薄膜中のＷ含有量が過大となり、上記した膜組成のずれという新たな問題が発生する場合があることを確認した。そして、この問題は、ＭｏＷターゲット材に含まれるＷの拡散度合いにより誘発されることを確認した。

本発明のＭｏＷターゲット材は、Ｘ線回折法によりｂｃｃの（１１０）面におけるＣｏＫα線源で測定されるＷ相の最大強度の回折角（以下、「Ｗ相の２θ」という。）が４７．３０°＜２θ≦４７．５０°の範囲にある。
Ｗ相の２θが４７．３０°以下の場合は、ＭｏＷターゲット材中のＷがＭｏ相に拡散してしまう。このようなＭｏＷターゲット材を用いてスパッタリングを行なうと、Ｍｏ相に拡散したＷが、純Ｗ相に比べて過多に基板へスパッタリングされてしまうため、膜組成にずれが生じる。このため、本発明のＭｏＷターゲット材は、Ｗ相の２θを４７．３０°超とする。そして、上記と同様の理由から、本発明のＭｏＷターゲット材は、Ｗ相の２θを４７．３５°以上にすることが好ましく、４７．３７°以上がより好ましい。

一方、Ｗ相の２θが４７．５０°を超えると、Ｍｏ相へのＷの拡散が抑制されるものの、純Ｗ相から基板へのスパッタリングが過少となり、膜組成にずれが生じる。このため、本発明では、Ｗ相の２θを４７．５０°以下にする。そして、上記と同様の理由から、本発明のＭｏＷターゲット材は、Ｗ相の２θを４７．４５°以下にすることが好ましく、４７．４２°以下がより好ましい。

本発明のＭｏＷターゲット材は、Ｗを３０〜４０原子％含有し、残部がＭｏおよび不可避的不純物からなる組成を有する。Ｗの含有量は、ＬＴＰＳＴＦＴのゲート電極としてＭｏＷ合金を使用した際に、低抵抗性やエッチャントに対する耐エッチング性等の特性を維持することが可能で、高い移動度を具備する平面表示装置を製造することが可能な範囲として規定するものである。そして、上記と同様の理由から、Ｗの含有量は、３３〜３７原子％の範囲が好ましい。

以下に、本発明のＭｏＷターゲット材の製造方法の一例を説明する。
本発明のＭｏＷターゲット材は、例えば、Ｍｏ粉末とＷ粉末を原料粉末として用意し、この原料粉末を混合した後に加圧容器に充填し、この加圧容器を加圧焼結して焼結体を作製し、この焼結体に機械加工を施して得ることができる。ここで、原料粉末に用いるＭｏ粉末は、平均粒径（累積粒度分布のＤ５０、以下「Ｄ５０」という。）が５〜９μｍのＭｏ粉末や、このＭｏ粉末とＤ５０が２０〜７０μｍのＭｏ粉末を混合した混合Ｍｏ粉末を用いることで、Ｍｏ相の偏析を抑制しつつ安定化させ、ＷがＭｏ相に拡散することを抑制できる点で好ましい。また、原料粉末に用いるＷ粉末は、Ｄ５０が１〜６μｍのＷ粉末を用いることで、ＷがＭｏ相に拡散せず単独で存在する組織を得ることができる点で好ましい。
そして、本発明のＭｏＷターゲット材を得るには、上記の原料粉末を加圧焼結をする前に、上記の加圧容器を４００〜５００℃に加熱して真空脱気してから封止をすることで、次工程の加圧焼結でＭｏ相にＷが拡散することを抑制できる点で好ましい。

加圧焼結は、例えば、熱間静水圧プレスやホットプレスを適用することが可能であり、１０００〜１５００℃、８０〜１６０ＭＰａ、１〜１５時間の条件で行なうことが好ましい。これらの条件の選択は、得ようとするＭｏＷターゲット材の成分、サイズ、加圧焼結設備等に依存する。例えば、熱間静水圧プレスは、低温高圧の条件が適用しやすく、ホットプレスは、高温低圧の条件が適用しやすい。本発明では、長辺が２ｍ以上の大型のＭｏＷターゲット材を得ることが可能な熱間静水圧プレスを用いることが好ましい。

ここで、焼結温度は、１０００℃以上にすることで、焼結を促進させ、緻密な焼結体を得ることができる点で好ましい。一方、焼結温度は、１５００℃以下にすることで、焼結体の結晶の成長を抑制し、Ｗの拡散が抑制された均一で微細な組織を得ることができる点で好ましい。
また、加圧力は、８０ＭＰａ以上にすることで、焼結を促進させ、緻密な焼結体を得ることができる点で好ましい。一方、加圧力は、１６０ＭＰａ以下にすることで、汎用の加圧焼結装置を用いることができる点で好ましい。
また、焼結時間は、１時間以上にすることで、焼結を促進させ、緻密な焼結体を得ることができる点で好ましい。一方、焼結時間は、１５時間以下にすることで、製造効率を阻害することなく、Ｗの拡散が抑制された緻密な焼結体を得ることができる点で好ましい。

先ず、Ｄ５０が６μｍのＭｏ粉末とＤ５０が３μｍのＷ粉末とを、原子％で６５％Ｍｏ−３５％Ｗとなるように、クロスロータリー混合機で混合して混合粉末を用意した。
次に、上記で用意した混合粉末を、軟鋼製の加圧容器に充填して、脱気口を有する上蓋を溶接した。そして、この加圧容器を４５０℃の温度で真空脱気をして封止をした後、温度１２５０℃、圧力１４５ＭＰａ、５時間の条件で熱間静水圧プレス処理を行ない、本発明例１となるＭｏＷターゲット材の素材となる焼結体を得た。

また、Ｄ５０が６μｍのＭｏ粉末と、Ｄ５０が３０μｍのＭｏ粉末と、Ｄ５０が３μｍのＷ粉末とを、原子％で６５％Ｍｏ−３５％Ｗとなるように、クロスロータリー混合機で混合して混合粉末を用意した。
次に、上記で用意した混合粉末を、軟鋼製の加圧容器に充填して、脱気口を有する上蓋を溶接した。そして、この加圧容器を４５０℃の温度で真空脱気をして封止をした後、温度１２５０℃、圧力１４５ＭＰａ、５時間の条件で熱間静水圧プレス処理を行ない、本発明例２となるＭｏＷターゲット材の素材となる焼結体を得た。

また、Ｄ５０が６μｍのＭｏ粉末と、Ｄ５０が３μｍのＷ粉末と、Ｄ５０が２００μｍのＭｏＷ粉末とを、原子％で６５％Ｍｏ−３５％Ｗとなるように、クロスロータリー混合機で混合して混合粉末を用意した。
次に、上記で用意した混合粉末を、軟鋼製の加圧容器に充填して、脱気口を有する上蓋を溶接した。そして、この加圧容器を４５０℃の温度で真空脱気をして封止をした後、温度１２５０℃、圧力１４５ＭＰａ、５時間の条件で熱間静水圧プレス処理を行ない、比較例となるＭｏＷターゲット材の素材となる焼結体を得た。

上記で得た各焼結体について、株式会社リガク製のＸ線回折装置（型式：ＲＩＮＴ２０００）で、線源にＣｏを用いて回折最大強度を測定した。そして、得られた最大強度の内、ｂｃｃの（１１０）面におけるＷ相のＸ線回折結果を図１に示す。そして、Ｗ相の最大強度の位置、すなわち回折角（２θ）を表１に示す。
また、上記で得た各焼結体を、それぞれ、直径１８０ｍｍ×厚さ７ｍｍとなるように機械加工してＭｏＷターゲット材を作製した。そして、これらのＭｏＷターゲット材をキヤノンアネルバ株式会社製のＤＣマグネトロンスパッタ装置（型式：Ｃ３０１０）のチャンバー内にそれぞれ配置して、Ａｒガス圧０．５Ｐａ、投入電力５００Ｗの条件で、ガラス基板上に厚さ３００ｎｍのＭｏＷ合金薄膜を形成した。
上記で得た各ＭｏＷ合金薄膜の膜組成を、Ｃａｍｅｃａ社製の二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）装置（型式：ＩＭＳ−４Ｆ）で測定した。その結果を表１に示す。

表１および図１の結果から、本発明のＭｏＷターゲット材は、Ｗ相の２θが４７．３０°＜２θ≦４７．５０°の範囲内にあり、得られたＭｏＷ合金薄膜の組成が狙い組成に対して、１原子％の誤差範囲であり、本発明の有用性が確認できた。
一方、Ｗ相の２θが４７．３０°＜２θ≦４７．５０°の範囲外である比較例となるターゲット材は、得られたＭｏＷ合金薄膜の組成が狙い組成に対して、３原子％もずれていることが確認された。

Claims

Ｗを３０〜４０原子％含有し、残部がＭｏおよび不可避的不純物からなる組成を有し、Ｘ線回折法によりｂｃｃの（１１０）面におけるＣｏＫα線源で測定されるＷ相の最大強度が４７．３０°＜回折角（２θ）≦４７．５０°の範囲にあるＭｏＷターゲット材。
前記回折角（２θ）は、４７．３５°≦回折角（２θ）≦４７．４５°の範囲である請求項１に記載のＭｏＷターゲット材。