JP4961515B1 - 分割スパッタリングターゲット及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、複数の酸化物半導体ターゲット部材を接合して得られた分割スパッタリングターゲットにおいて、スパッタリングされることにより、バッキングプレートの構成材料が、形成する酸化物半導体の薄膜中に混入することを効果的に防止することができる、分割スパッタリングターゲットを提供する。本発明は、バッキングプレート上に、酸化物半導体からなるターゲット部材を、低融点ハンダにより複数接合して形成された分割スパッタリングターゲットにおいて、接合されたターゲット部材の間に形成された間隙に、バッキングプレート表面を覆う低融点ハンダが存在しているものとした。また、低融点ハンダの間隙内の厚みは、ターゲット部材間に形成された間隙深さの１０％〜７０％であることが好ましい。
【選択図】図２
【選択図】図２
Description
本発明は、複数のターゲット部材を接合して得られる分割スパッタリングターゲットに関し、特にターゲット部材が酸化物半導体により構成されている際に好適な分割スパッタリングターゲットに関する。
近年、スパッタリング法は、情報機器、ＡＶ機器、家電製品等の各電子部品を製造する際に多用されており、例えば、液晶表示装置などの表示デバイスには、薄膜トランジスタ（略称：ＴＦＴ）などの半導体素子がスパッタリング法により形成されている。透明電極層などを構成する薄膜を、大面積で、高精度に形成する製法として、スパッタリング法が極めて有効なためである。
ところで、最近の半導体素子においては、アモルファスシリコンに代わって、ＩＧＺＯ（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）に代表される酸化物半導体が着目されている。そして、この酸化物半導体についても、スパッタリング法を利用して酸化物半導体薄膜を成膜することが計画されている。しかし、スパッタリングに用いる酸化物半導体のスパッタリングターゲットでは、その素材がセラミックであることから、大面積のターゲットを一枚のターゲット部材で構成することが難しい。そのため、ある程度の大きさを有する酸化物半導体ターゲット部材を複数準備し、所望の面積を有するバッキングプレート上に接合することで、大面積の酸化物半導体スパッタリングターゲットが製造されている（例えば、特許文献１参照）。
このスパッタリングターゲットのバッキングプレートには、通常、Ｃｕ製のバッキングプレートが用いられ、このバッキングプレートとターゲット部材との接合には、熱伝導が良好な低融点ハンダ、例えばＩｎ系の金属が使用されている。例えば、大面積で、板状の半導体酸化物スパッタリングターゲットを製造する際、大面積のＣｕ製バッキングプレートを準備し、そのバッキングプレート表面を複数の区画に分け、その区画に合う面積を有する酸化物半導体ターゲット部材を複数準備する。そして、バッキングプレート上に複数のターゲット部材を配置し、Ｉｎ系やＳｎ系金属の低融点ハンダにより、すべてのターゲット部材をバッキングプレートに接合することが行われる。この接合の際、Ｃｕと酸化物半導体との熱膨張の差を考慮して、隣接するターゲット部材同士の間には、室温時に０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの間隙ができるように調整して配置されている。
このような複数の酸化物半導体ターゲット部材を接合して得られた分割スパッタリングターゲットを使用してスパッタリングにより薄膜を成膜して半導体素子を形成する場合、スパッタリング処理中にターゲット部材間の間隙からバッキングプレートの構成材料であるＣｕもスパッタリングされて、形成する酸化物半導体の薄膜中に混入するという問題が懸念されている。薄膜中のＣｕは、数ｐｐｍレベルの混入量であるが、その影響は酸化物半導体には極めて大きく、例えば、ＴＦＴ素子特性の中の電界効果移動度が、ターゲット部材間の間隙に相当する位置で形成された半導体素子（Ｃｕが混入した薄膜）では、それ以外の部分の半導体素子に比べて低くなる傾向があり、ＯＮ／ＯＦＦ比も低下する傾向になる。このような不具合は、昨今の大面積化傾向への大きな障害要因として指摘されており、早急な技術改善を要求されているのが現状である。
本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、大面積の酸化物半導体スパッタリングターゲットであって、複数の酸化物半導体ターゲット部材を接合して得られた分割スパッタリングターゲットにおいて、スパッタリングされることにより、バッキングプレートの構成材料が、形成する酸化物半導体の薄膜中に混入することを効果的に防止することができる、分割スパッタリングターゲットを提案することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、バッキングプレート上に、酸化物半導体からなるターゲット部材を、低融点ハンダにより複数接合して形成された分割スパッタリングターゲットにおいて、接合されたターゲット部材の間に形成された間隙に、バッキングプレート表面を覆う低融点ハンダが存在しているものとした。本発明では、バッキングプレートとターゲット部材とを接合する際に用いられる低融点ハンダを、意図的にターゲット部材間に形成された間隙に存在させることで、該間隙にはバッキングプレート表面が露出することが無く、バッキングプレートの構成材料がスパッタリングされることを効果的に防止することが可能となる。
本発明において、間隙に存在させる低融点ハンダは、接合の際の低融点ハンダを間隙に残存させたものであることが好ましい。間隙の低融点ハンダは、間隙に低融点ハンダを充填することもできるが、接合の際の低融点ハンダを間隙に残存させたものにすると、従来の分割スパッタリングターゲットの製造工程を大きく変更することなく適用できるので、特に有効なものといえる。尚、間隙に存在する低融点ハンダは、スパッタリングされにくいことを考慮すると、金属状態よりも酸化物であることが好ましく、間隙に存在する低融点ハンダの最表面が酸化物になっている場合も好適である。
本発明において、分割スパッタリングターゲットは板状、円筒状のものが対象となる。板状のスパッタリングターゲットは、板状バッキングプレート上に、方形面を有する板状のターゲット部材を複数平面配置して、接合したものが対象となる。また、円筒状のスパッタリングターゲットは、円筒状バッキングプレートに、円筒状ターゲット部材（中空円柱）を複数貫通させて、円筒状バッキングプレートの円柱軸方向に多段状に配置して接合したもの、或いは、中空円柱を円柱軸方向に縦割りした湾曲状ターゲット部材を、円筒状バッキングプレートの外側面へ、円周方向に複数並べて、接合したものが対象となる。この板状または円筒状の分割スパッタリングターゲットは、大面積のスパッタリング装置に多用されている。尚、本発明は、板状、円筒状の形状を対象としているが、他の形状の分割スパッタリングターゲットへの適用を妨げるものではなく、ターゲット部材についてもその形状に制限はない。
本発明における低融点ハンダは、Ｉｎ、Ｓｎ、またはこれらを含む合金などを用いることができる。そして、低融点ハンダに含まれるＣｕの不純物濃度は、１質量％以下であることが好ましい。例えば、不純物としてＣｕを１．５質量％含むＩｎハンダを用いた場合、このＩｎハンダがスパッタリングされて成膜した薄膜中に混入すると、そのときに一緒に混入されたＣｕにより膜特性に悪影響を与えることになるからである。
本発明における低融点ハンダの間隙内の厚みは、ターゲット部材間に形成された間隙深さの１０％〜７０％であることが好ましい。間隙深さの１０％未満であると、バッキングプレートの構成材料のスパッタリングを抑制する効果が低下する傾向になり、７０％を超えると、スパッタリング時に低融点ハンダがスパッタされて成膜した薄膜中に混入する量が多くなり、膜特性に悪影響を与えることになる。この間隙深さは、ターゲット部材の端部の厚み、もしくは製造したスパッタリングターゲット全体における周辺部の端部厚みにより決定されるものであり、スパッタリングに使用する前の分割スパッタリングターゲットを製造した初期の間隙深さをいう。
本発明において、酸化物半導体は、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｇａのいずれか一種以上を含む酸化物からなることが好ましい。具体的には、ＩＧＺＯ（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）、ＧＺＯ（Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）、ＩＺＯ（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）、ＺｎＯが挙げられる。
また、本発明において、酸化物半導体は、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｂａ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｙ、Ｌａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａのいずれか一種以上を含む酸化物からなることが好ましい。具体的には、Ｓｎ−Ｂａ−Ｏ、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ、Ｓｎ−Ｔｉ−Ｏ、Ｓｎ−Ｃａ−Ｏ、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ、Ｚｎ−Ｇｅ−Ｏ、Ｚｎ−Ｃａ−Ｏ、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｇｅ−Ｏ、または、これらの酸化物のＧｅをＭｇ、Ｙ、Ｌａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａに変更した酸化物が挙げられる。
そして、本発明における酸化物半導体は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのいずれか一種以上を含む酸化物からなることが好ましい。具体的にはＣｕ２Ｏ、ＣｕＡｌＯ２、ＣｕＧａＯ２、ＣｕＩｎＯ２が挙げられる。
本発明の分割スパッタリングターゲットは、バッキングプレート上に、ターゲット部材を低融点ハンダにより複数接合し、接合されたターゲット部材間に形成された間隙にある低融点ハンダを所定量の間隙深さとなるように除去することにより製造できる。本発明の製造方法は、従来の製造工程を大きく変更することなく適用できるので、非常に効率的に実施できる。通常、バッキングプレート上に、ターゲット部材を低融点ハンダにより接合する場合、ターゲット部材間に形成される間隙に相当する位置に耐熱性材料のスペーサーを介在させ、間隙部分への低融点ハンダの侵入を防止するようにしているが、本発明においては、このようなスペーサーを介在させずに、低融点ハンダによる接合を行い、間隙間に侵入した低融点ハンダを所定量の間隙深さとなるように除去することで、本発明の分割スパッタリングターゲットを製造することができる。この低融点ハンダの除去は、低融点ハンダの凝固が完了する前に行うことが好ましい。
本発明によれば、複数の酸化物半導体ターゲット部材を接合して得られた分割スパッタリングターゲットにおいて、スパッタリングされることにより、バッキングプレートの構成材料が、形成する酸化物半導体の薄膜中に混入することを効果的に防止することができる。
以下、本発明における実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態の板状のスパッタリンターゲットは、図１に示すように、Ｃｕ製バッキングプレート１０に、複数のターゲット部材２０を配置して接合したものである。これらのターゲット部材同士の間には、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの間隙３０が形成されている。
６枚のターゲット部材は、ＩｎやＳｎの低融点ハンダを用いて、図１に示すように配置して接合される。この接合は、バッキングプレートとターゲット部材とをともに所定温度にまで加熱して、バッキングプレート表面に、溶融した低融点ハンダ（ＩｎやＳｎ）を塗布し、ターゲット部材をその低融点ハンダ上に配置し、室温まで冷却することにより行われる。
図２に、本実施形態の分割スパッタリングターゲットの断面概略図を示す。バッキングプレート１０とターゲット部材２０とは、低融点ハンダ５０により接合されている。また、間隙３０には、低融点ハンダ５０が残存した状態となっている。この低融点ハンダの残存させる方法は、ターゲット部材間に耐熱材料のスペーサーなどを介在させずに、バッキングプレート１０とターゲット部材２０とを低融点ハンダにより接合し、間隙に侵入した低融点ハンダ５０を、低融点ハンダの凝固が完了する前に所定量の間隙深さとなるように除去することによって行うことができる。
以下、具体的な実施例について説明する。製造した分割スパッタリングターゲットは、無酸素銅製のバッキングプレート（厚み３０ｍｍ、縦６３０ｍｍ、横７１０ｍｍ）と、６枚のＩＧＺＯ製ターゲット部材（厚み６ｍｍ、縦２１０ｍｍ、横３５５ｍｍ）とを接合して製造した。接合用の低融点ハンダはＩｎ（不純物Ｃｕ０．１質量％含有）を用いた。尚、ターゲット部材間の間隙は０．５ｍｍとした。
ＩＧＺＯ製ターゲット部材は、Ｉｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯの各原料粉末を１ｍｏｌ：１ｍｏｌ：２ｍｏｌの比率で秤量し、２０時間のボールミルによる混合処理をした。そして、バインダーとして４質量％に希釈したポリビニルアルコール水溶液を、粉総量に対して８質量％添加して混合した後、５００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で成型した。その後、大気中１４５０℃、８時間の焼成処理をして板状の焼結体を得た。そして、この焼結体を平面研削機により両面を研磨して、厚み６ｍｍ、縦２１０ｍｍ、横３５５ｍｍのＩＧＺＯ製ターゲット部材を製造した。
このようして作製した６枚のターゲット部材はＩｎの低融点ハンダを用いて、図１に示すように配置して接合した。この接合は、バッキングプレートとターゲット部材とをともに２００℃まで加熱して、バッキングプレート表面に、溶融した低融点ハンダ（Ｉｎ）を塗布し、ターゲット部材をその低融点ハンダ上に配置し、室温まで冷却することにより行った。この接合においては、ターゲット部材間に形成される間隙に相当する位置には耐熱性材料のスペーサーを介在させず、間隙部分へ低融点ハンダが侵入するようにして行った。そして、この間隙に侵入したＩｎの低融点ハンダを、低融点ハンダの凝固が完了する前に所定量除去し、間隙深さ３．５ｍｍ（バッキングプレート表面から残存した低融点ハンダ表面までの距離）となるように低融点ハンダを間隙に存在させた。
上記のようにして分割スパッタリングターゲットを作製し、スパッタ評価試験を行った。このスパッタ評価試験は、スパッタリング装置（ＳＭＤ−４５０Ｂ、アルバック社製）を用い、無アルカリガラス基板（日本電気硝子社製）に厚み１４μｍのＩＧＺＯ薄膜を成膜した。そして、この成膜した基板について、分割スパッタリングターゲットの間隙部分に相当する直上部を基板及び、間隙部分以外の基板を切り出した。切り出した基板について、原子吸光分析によりＩＧＺＯ薄膜中のＣｕの混入量を測定してスパッタ評価を行った。尚、比較として、間隙部分に低融点ハンダのＩｎが無く、Ｃｕ製バッキングプレート表面が露出した状態の分割スパッタリングターゲットについても同様にスパッタ評価試験を行った。
その結果、間隙にＩｎを残存させた場合は、ＩＧＺＯ薄膜へのＣｕの混入量は２ｐｐｍ未満（原子吸光分析の検出限界以下）であった。これに対して、Ｉｎを残存させない場合は、ＩＧＺＯ薄膜へのＣｕの混入量は間隙部分で１９ｐｐｍであった。
本発明は、大面積の酸化物半導体の薄膜を形成する際に、スパッタリングにおける不純物の混入を効果的に防止することが可能となる。
１０ バッキングプレート
２０ ターゲット部材
３０ 間隙
５０ 低融点ハンダ
２０ ターゲット部材
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Claims (6)
- バッキングプレート上に、酸化物半導体からなるターゲット部材を、低融点ハンダにより複数接合して形成された分割スパッタリングターゲットにおいて、
接合されたターゲット部材の間に形成された間隙に、バッキングプレート表面を覆う低融点ハンダが存在しており、
低融点ハンダの間隙内の厚みは、ターゲット部材間に形成された間隙深さの１０％〜７０％であることを特徴とする分割スパッタリングターゲット。 - 低融点ハンダは、接合の際の低融点ハンダを間隙に残存させたものである請求項１に記載の分割スパッタリングターゲット。
- 酸化物半導体は、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｇａのいずれか一種以上を含む酸化物からなる請求項１または請求項２に記載の分割スパッタリングターゲット。
- 酸化物半導体は、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｂａ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｙ、Ｌａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａのいずれか一種以上を含む酸化物からなる請求項１または請求項２に記載の分割スパッタリングターゲット。
- 酸化物半導体は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのいずれか一種以上を含む酸化物からなる請求項１または請求項２に記載の分割スパッタリングターゲット。
- バッキングプレート上に、酸化物半導体からなるターゲット部材を、低融点ハンダにより複数接合して形成される分割スパッタリングターゲットの製造方法において、
バッキングプレート上に、ターゲット部材を低融点ハンダにより複数接合し、
接合されたターゲット部材間に形成された間隙にある低融点ハンダを所定量の間隙深さとなるように除去することを特徴とする分割スパッタリングターゲットの製造方法。
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