JP6376438B2 - Cu−Mn合金スパッタリングターゲット材およびその製造方法 - Google Patents
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Description
また、近年、多点検出が可能な静電容量式のタッチパネルでは四角形のITO膜を配置した通称ダイヤモンド配置となっており、四角形のITO膜を接続する電極膜や配線膜の保護膜に金属膜が用いられており、この金属膜にはITO膜とのコンタクト性が得られやすいMoやMo合金が用いられている。
しかし、これらの用途に上述したMoやMo合金の金属膜を成膜して基板を曲げると、Mo膜やMo合金膜にクラック等が生じやすくなり、基板との密着性が確保されなくなり、配線膜のCu膜を保護する効果を十分に維持できないという問題が生じる場合があることが明らかとなってきた。このため、MoやMo合金を用いない方法として、新たにCu合金が注目されており、これにより上述した基板との密着性を確保する提案がなされている。(特許文献1〜特許文献3参照。)
また、特許文献3では、インジウム−ガリウム−亜鉛−酸素で構成される半導体膜(以下、「IGZO膜」という。)に対するバリヤ性を確保するために、濃度が8原子%以上30原子%以下のMnと、不可避的不純物とを含むCu−Mn合金からなるCu合金膜を成膜する方法が提案がされている。
また、平面表示素子やタッチパネルの製造工程においては、電極膜・配線膜を成膜した後に、パターニングする際のフォトレジストの加熱処理工程において、大気雰囲気で230℃前後の加熱処理がされるため、この温度以下、可能であれば200℃で加熱した際の低反射が得られる金属膜が望まれている。
このため、高精細な表示装置においてはMo等の半分程度の30%以下のより低反射な電極膜・配線膜が要求される。
本発明の目的は、高精細な平面表示素子の表示品質を向上させるために必要とされる、電極膜または配線膜における、低反射という新たな要求に対応できるCu−Mn合金膜およびそれを成膜するためのCu−Mn合金スパッタリングターゲット材ならびにCu−Mn合金膜の成膜方法を提供することにある。
本発明のCu−Mn合金膜は、金属成分と酸素を含有し、前記金属成分が、金属成分全体を100原子%としたとき、Mnを32〜45原子%含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなり、前記金属成分と前記酸素の合計に対する酸素の割合が原子比で0.3〜0.6である。
また、本発明のCu−Mn合金膜は、平面表示素子用の電極膜または配線膜に好適である。
本発明のCu−Mn合金スパッタリングターゲット材は、Cu−Mn合金粉の粒界中に再結晶組織を内包した組織を有することが好ましい。
また、本発明のCu−Mn合金膜は、Mnを32〜45原子%含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなるCu−Mn合金膜を、不活性ガス雰囲気中でスパッタリングにより成膜し、次いで前記Cu−Mn合金膜を200〜225℃の大気雰囲気中で加熱することで得ることもできる。
一方、これらの配線膜を保護するために積層するMo膜やMo合金膜は、60%程度の反射率を有している。これらの金属膜は、上述した表示素子製造工程のプロセスを経ても反射率は、ほとんど変化しない。
このように、本発明のCu−Mn合金膜は、金属成分が、金属成分全体を100原子%としたときに、Mnの添加量を32〜45原子%にすることで、融点が低い領域の組成範囲となり、大気雰囲気中で200〜225℃の加熱処理をすると、Cu−Mn合金膜中のMnが膜表面に拡散して酸化物が形成されて、反射率は低下すると考えられる。
また、反射率がより低いCu−Mn合金膜とするためには、金属成分が、金属成分全体を100原子%としたとき、Mnの添加量を32〜40原子%にすることが好ましく、より好ましくは32〜39原子%である。
純Cu膜においては、酸素がCu2OやCuOの平衡状態図上のラインコンパウンドで存在する。一方、Cu−Mn合金膜は、Mnを含有することにより、安定領域の広いMnOやMn3O4とCuを含む非平衡な相となり、広い組成範囲で酸素を取り込むため、より低い反射率を得やすくなると考えられる。
本発明のCu−Mn合金膜は、その膜中の金属成分と酸素の合計に対する酸素の割合を、原子比で0.3以上にすることで、金属光沢のある反射を抑制でき、低い反射率を実現することができる。また、本発明のCu−Mn合金膜は、その膜中の金属成分と酸素の合計に対する酸素の割合を、原子比で0.6以下にすることで、光の透過が抑制され、低い反射率を実現できることに加え、基板等との密着性を向上させることができる。このため、本発明のCu−Mn合金膜に含まれる前記金属成分と前記酸素の合計に対する酸素の割合は、原子比で0.3〜0.6である。好ましくは、0.33〜0.57である。
中でも、Cu−Mn合金膜の組成と同一のCu−Mn合金スパッタリングターゲット材を使用して成膜する方法が好ましい。そして、本発明では、Mnを32〜45原子%含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなるCu−Mn合金スパッタリングターゲット材を用いることで、簡便かつ安定してCu−Mn合金膜を成膜できる。また、上述したように、より低い反射率を有するCu−Mn合金膜を安定的に得るためには、Mnを32〜40原子%含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなるCu−Mn合金スパッタリングターゲット材を用いることが好ましい。本発明のCu−Mn合金スパッタリングターゲット材におけるMnの含有量のより好ましい範囲は、32〜39原子%である。
本発明のCu−Mn合金スパッタリングターゲット材の製造方法に関しては、スパッタリングターゲット材の大きさや形状により、安価かつ安定的に製造できる方法を適宜選定することができる。本発明のCu−Mn合金スパッタリングターゲット材は、Cu−Mn合金からなるアトマイズ粉末を用いて、焼結温度を最適化して製造することにより、Cu−Mn合金粉の粒界中に再結晶組織を内包した組織とすることが好ましい。これにより、本発明のCu−Mn合金スパッタリングターゲット材は、再結晶した歪みのない組織を有することで、スプラッシュ等の異常粒子の発生を抑制し、均一かつ高品位なCu−Mn合金膜を安定的に得ることが可能となる。
尚、比較例となるAl膜を成膜するためのAlスパッタリングターゲット材は、住友化学株式会社製のAlスパッタリングターゲット材を購入して準備した。また、比較例となるCu膜を成膜するためのCuスパッタリングターゲット材は、日立電線株式会社製の無酸素銅(OFC)の素材を加工して、Cuスパッタリングターゲット材を作製した。また、比較例となるMo膜を成膜するためのMoスパッタリングターゲット材は、純度4NのMo粉末を加圧焼結して、Moスパッタリングターゲット材を作製した。
次に、各試料を大気雰囲気において150℃、200℃の温度で30分間の加熱処理を行い、反射率測定用の試料を得た。得られた各試料の反射率の測定結果を表1に示す。尚、反射率は、コニカミノルタ株式会社製の分光測色計(型式番号:CM2500d)を用いた。尚、表1中の*印は、本発明の範囲外を示す。
これに対して、本発明のCu−Mn合金膜の反射率は、150℃で加熱するとわずかに低下し、200℃で加熱するとさらに大きく低下することがわかる。特に、Cu−Mn合金膜へのMnの添加量が32〜43原子%の範囲で、反射率が30%以下という低い反射率が得られ、平面表示素子用の電極膜や配線膜に好適なCu−Mn合金膜となることが確認できた。
次に、内径133mm×高さ30mmの円筒体で厚さが3mmの軟鋼製の容器に充填し、450℃で5時間加熱して脱ガス処理を行なった。その後、軟鋼製容器を封止し、HIP装置により焼結温度800℃、加圧圧力118MPa、焼結時間5時間の条件で焼結した。
冷却後にHIP装置から取り出し、機械加工により軟鋼製容器を外し、直径100mm、厚さ5mmからなる本発明のCu−Mn合金スパッタリングターゲット材を得て、残部より試験片を切り出した。
本発明のCu−Mn合金スパッタリングターゲットを用いてスパッタすると、異常放電もなく、安定したスパッタを行なうことができることを確認した。
実施例1と同様に、基板には25mm×50mmのガラス基板を用いて、表3に示すスパッタ雰囲気中の酸素量を調整して、Cu−Mn合金膜を100nmの膜厚で成膜した。各試料の反射率を測定した結果を表3に示す。尚、Cu−Mn合金膜中の酸素量は、光電子分光分析装置ESCA(Electoron spectroscopy for chemical analysis)(KRATOS社製、型式番号:AXIS−HS)を用いて分析し、金属成分と酸素の合計に対する酸素の割合を原子比で示す。また、表3中の*印は、本発明の範囲外を示す。
Claims (2)
- Mnを32〜45原子%含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなり、Cu−Mn合金粉の粒界中に再結晶組織を内包した組織を有することを特徴とする焼結Cu−Mn合金スパッタリングターゲット材。
- Mnを32〜45原子%含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなるCu−Mn合金粉末を加圧焼結することを特徴とする焼結Cu−Mn合金スパッタリングターゲット材の製造方法。
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