JPH1060636A

JPH1060636A - Ａｌ系スパッタリング用ターゲットおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH1060636A
Application number: JP11527397A
Authority: JP
Inventors: Hideo Murata; 英夫村田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1996-06-14
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 1998-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】ターゲットの組織中に存在し、スプラッシュ
の原因となる微小な空隙の発生を防止したＡｌ系スパッ
タリング用ターゲットと製造方法を提供する。【課題手段】Ｔｉ，Ｚｒ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｎ
ｂ，Ｔａ，Ｂおよび希土類元素などのＡｌ化合物形成可
能元素が、Ａｌマトリックス中に金属状態もしくは元素
単体で残留分散しているＡｌ系スパッタリング用ターゲ
ット材である。0.3m²以上のスパッタ平面積を有するタ
ーゲットに適用する。このターゲットは、Ａｌ粉末と、
Ａｌ化合物形成可能元素の粉末とを混合し、好ましくは
５０ＭＰａ以上、４００℃〜６００℃で低温加圧焼結す
ることにより得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、Ａｌを主体とする
Ａｌ系スパッタリング用ターゲットに関し、特に液晶デ
ィスプレイ（Liquid Cristal Display 以下ＬＣＤと略
す）の薄膜電極、薄膜配線等、あるいは反射膜等を形成
するために用いられるＡｌ系スパッタリング用ターゲッ
トおよびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガラス基板上に薄膜デバイスを作製する
ＬＣＤ、薄膜センサー等に用いる電気配線膜、電極等に
は従来から主に高融点金属である純Ｃｒ膜、純Ｔａ膜、
純Ｔｉ膜等の純金属膜またはそれらの合金膜が用いられ
ている。ＬＣＤの大型化、高精細化に伴い配線膜、電極
膜には信号の遅延を防止するために低抵抗化、低応力化
とそれら特性の安定化が要求される。たとえば、12イン
チ以上の大型カラーＬＣＤに用いられる電極用では15μ
Ωｃｍ以下にすることが要求される。しかし従来のＣ
ｒ、Ｔａ系の高融点合金膜では膜の安定性には優れる
が、抵抗値が高く、Ｃｒで約30μΩｃｍ、Ｔａで約l80
μΩｃｍ、Ｔｉで約60μΩｃｍである。このため、これ
ら金属より、さらに低抵抗なＡｌ系膜を用いるようにな
っている

【０００３】また、基板サイズの大型化に伴い、金属膜
を形成するためのターゲットにも大型化が要求されてい
る。たとえば、ＬＣＤの高精細化に伴い、高品質の膜質
の金属膜を安定して製造するために、金属膜の形成に用
いられるスパッタ装置は、従来の非常に大きな基板搬送
式のインライン方式の装置から、基板を静止させて成膜
する枚様式の装置が多く用いられるようになってきた。
この枚様式のスパッタ装置では基板に対してターゲット
を静止させて膜形成を行うために、基板サイズより大き
なターゲットが要求される。

【０００４】従来は必要なターゲットサイズに対して2
分割や3分割の大きさで製造したターゲットを貼り合わ
せて用いていたが、高精細化のために分割したターゲッ
トではその継ぎ目から異物が発生し、不良となるため一
体物のターゲットが要求されている。

【０００５】現在主流である基板サイズは370×470mmで
あり、この基板に金属膜を形成するための枚様式スパッ
タ装置用のターゲットには550×650mm程度のスパッタリ
ング面を有する大型のターゲットを一体で製造する必要
がある。一般的なＡｌ系スパッタリング用ターゲット
は、Ａｌ合金を鋳造してインゴットを製造し、これを機
械加工してターゲットとする場合が多い。Ａｌを主体と
する合金は冷間での塑性加工性に優れるため、ＣｒやＴ
ａ等の高融点の金属のターゲットを製造する場合に比較
して、一体で大きなターゲットを製造しやすいという利
点があり、鋳造インゴットに鍛造、冷間圧延等を施しタ
ーゲットの形状に機械加工を行なう場合もある。たとえ
ば、550×650mmに対応する枚様式の0.3m²以上のスパッ
タ平面積を有する大型のターゲットを製造するためには
インゴットを大きくし、冷間で高い加工率（８０％程度
以上）を適用して一体のターゲットを製造できるように
塑性加工、機械加工を行って製造していた。

【０００６】また、ターゲットの組成の改良に関する提
案も多くなされている。たとえば、純Ａｌ膜では比抵抗
は低いが耐熱性に問題があり、ＴＦＴ（Thin-Film-Tran
sister）製造プロセス上不可避である電極膜形成後の加
熱工程（250〜400℃程度）等において、ヒロックといわ
れる微小な突起が表面に生じるという問題点がある。こ
のヒロックはストレスマイグレーション、サーマルマイ
グレーション等により発生すると考えられ、このヒロッ
クが発生するとＡｌ配線膜上に絶縁膜や保護膜等を形成
し、さらに配線膜、電極膜等を形成しようとした場合に
電気的短絡（ショート）や、このヒロックを通してエッ
チング液等が侵入しＡｌ配線膜が腐食してしまうという
問題点がある。

【０００７】このため、純Ａｌではなく、これらの問題
を解決する目的で高融点の金属を添加する。たとえば、
特開平4-323872号ではＭｎ、Ｚｒ、Ｃｒを0.05〜1.0at%
添加することが有効であることが述べられている。ま
た、特公平4-48854号では、Ｂを0.002〜0.5ｗｔ％、Ｈ
ｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗを0.002〜0.7ｗｔ％添加する
方法や、さらにＳｉを0.5〜1.5ｗｔ％加える方法が開示
されている。また、特開平5-65631号ではＴｉ、Ｚｒ、
Ｔａを0.2〜10at%添加することがヒロックの発生の抑制
に効果があることが述べられている。さらに特開平7-45
555号で述べられているようにＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒ
ｕ、Ｒｈ、Ｉｒを0.1〜10at%、また希土類元素を0.05〜
15at%添加する方法や、特開平5-335271号のようにＡｌ
−Ｓｉ合金にＣｕ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ、Ｓｃ
を0.01〜3ｗｔ％添加する方法が知られている。

【０００８】このような添加元素を加えて鋳造しようと
すると添加元素は、Ａｌと化合物を形成しＡｌの溶湯中
に分散する。しかし、形成した化合物はＡｌと比重が異
なるため、偏析を生じやすい。添加元素が偏析したター
ゲットをスパッタすると形成した膜の成分が面内におい
て異なる原因となる。こうなると、部分的にヒロックの
発生を抑制できなくなる場合がある。また、膜の成分が
面内で異なることは結果として抵抗値が面内で異なるこ
とになるため、配線材料として使用すると、装置の動作
不良の原因となる恐れがある。そのため特開平5-335271
号、特開平6-336673号に記載されるように、偏析を防止
する鋳造技術の提案がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、これ
までのＡｌ系スパッタリング用ターゲットについては、
ヒロックを防止するために添加元素を加えたものや、そ
の偏析を防止する鋳造方法に重点が置かれていた。しか
し、Ａｌ系ターゲットにおいてはインゴットを大きく
し、冷間で高い加工率で塑性加工を行ったターゲットを
用いてスパッタするとターゲットからスプラッシュと呼
ばれる異常飛沫が発生する問題がある。スプラッシュと
は、ターゲットから発生する異常飛沫のことであり、通
常のスパッタ粒子に比較して大きく、このスプラッシュ
が基板上に付着すると配線間のショート、断線等を引き
起こす可能性が高くなり、製造した液晶ディスプレイの
歩留まりを大きく低下させてしまう問題がある。

【００１０】すなわち、このＡｌ系ターゲットからのス
プラッシュの発生は、配線の形成に使用する場合におい
て、不良に直結するため重大な問題である。特に、大型
のＬＣＤを得るために必要な0.3m²以上のスパッタ平面
積を有する大型のターゲットを適用する場合において、
高価な大型液晶ディスプレイの不良要因としてその対策
が急がれている。

【００１１】本発明者は上述した問題を解決するため
に、スプラッシュの発生原因を鋭意検討した。その結果
スプラッシュの原因がターゲット中にある微小な空隙に
あることを見いだした。さらに検討した結果、この微小
な空隙の発生原因の一つは、溶解鋳造法で大型のインゴ
ットを製造する場合、Ａｌの熱収縮が大きいため発生す
る引け巣にあることが判明した。

【００１２】また、もう一つの原因は、Ａｌの溶湯は水
素を溶存し易いが、凝固過程では水素を放出するため、
この水素放出により微細な空隙が発生しやすいというこ
とである。特に偏析を防止するために、急冷凝固すると
空隙がインゴット中に包括されやすくなる。また、Ａｌ
以外の添加元素によって生成するＡｌ化合物が、ターゲ
ットへの加工中に割れて、空隙の原因となる場合も確認
された。本発明の目的は、ターゲットの組織中に存在す
るスプラッシュの原因となる微小な空隙の発生を防止す
ることができるＡｌ系スパッタリング用ターゲットおよ
びその製造方法を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者がターゲット組
織における微小な空隙の発生を抑えるべく検討したとこ
ろ、本来Ａｌと化合物を形成する添加元素を、金属もし
くは元素の状態を残すように制御して焼結すれば、化合
物の割れに起因した微小な空隙の発生を防止できること
を見いだし本発明に到達した。

【００１４】すなわち本発明は、Ａｌ化合物形成可能元
素が、Ａｌマトリックス中に金属状態もしくは元素単体
状態で分散しているＡｌ系スパッタリング用ターゲット
である。好ましくは、Ａｌ化合物形成可能元素は、外接
円径８０μｍ以下の粒子としてＡｌマトリックス中に分
散させる。さらに好ましくは、外接円径６０μｍ以下の
粒子とする。また、本発明は0.3m²以上のスパッタ平面
積を有するターゲットに好適である。

【００１５】Ａｌ化合物形成可能元素として、好ましく
は、（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ、
Ｂ、希土類元素）の１種または２種以上を適用すること
が可能である。Ａｌ化合物形成可能元素の添加量は、具
体的には５原子％以下、より望ましくは３％以下、０．
１％以上とする。

【００１６】また、上述したターゲットを得る本発明の
製造方法は、Ａｌ粉末と、Ａｌ化合物形成可能元素の粉
末とを混合し、４００℃〜６００℃で加圧焼結するもの
である。本発明の製造方法は、特に加圧焼結後、圧延に
より板状にし、圧延面側をスパッタリング面とする場合
に適用することが望ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の最大の特徴の一つは、タ
ーゲット組織をＡｌマトリックス中にＡｌ化合物形成可
能元素を金属状態もしくは元素単体状態を残留させて分
散させたことにある。通常溶解法で作製するＡｌ系のタ
ーゲットでは添加元素は実質的にすべて金属間化合物と
してターゲット組織中に存在することになる。この化合
物は、マトリックスであるＡｌに比較し、硬く、脆く、
延性の低い性質を有する。この化合物が液晶ディスプレ
イ用大型一体のターゲットを製造するために行う、鍛造
や圧延等の塑性加工工程で、化合物の割れや化合物周囲
にボイドが発生し、これらがターゲット中の空隙となっ
てしまう。これらの空隙が存在するとスパッタ時この空
隙部に電荷が集中しやすくなり、異常放電によりスプラ
ッシュが発生しやすくなる。また、空隙部の存在は部分
的な冷却効率を低下させ、空隙部近傍の温度が上昇し、
溶解してスプラッシュが発生する場合もある。

【００１８】本発明者は、溶解法ではなく、焼結法を適
用し、その焼結温度を４００〜６００℃と低温域と設定
することで、溶解法を適用したターゲット組織ではＡｌ
化合物となってしまう（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，
Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｂ，希土類元素）等の１種または２種
以上のＡｌ化合物形成可能元素を金属状態もしくは元素
単体状態で分散できることを見い出し、このように分散
することによって、Ａｌ化合物に起因する空隙の発生を
抑制でき、スパッタリング時のスプラッシュの発生を防
止できることを見いだしたのである。

【００１９】具体的には、たとえばＡｌ粉末にＴｉを２
ａｔ％添加して、５２０、５７０、６２０℃の温度で１
００ＭＰａの圧力を適用して焼結すると、それぞれ図１
ないし図３の組織が得られる。図１ないし図３は、４０
０倍のターゲットの金属ミクロ組織であり、図１は、Ａ
ｌマトリックス中に存在する粒子の表面に明確な化合物
層が認められない本発明の組織の一例であり、図２は粒
子表面に化合物層が認められるが、心部は金属状態を保
っている本発明の組織である。一方図３は金属状態を残
さない化合物となっている比較例の組織である。

【００２０】本発明は、図１あるいは図２に示すよう
に、Ａｌ化合物形成可能元素が金属状態でＡｌマトリッ
クス中に分散していることを特徴とするものである。Ａ
ｌ化合物形成可能元素がＡｌ化合物のみで分散する場合
よりも、Ａｌ化合物形成可能元素を靱性のある状態で組
織に存在させることができる。従って、塑性変形が加わ
る工程においてターゲット組織に空隙の発生するのを防
止できたものである。

【００２１】もちろん、本発明においては、金属状態を
残留した粒子の他に、Ａｌ化合物粒子が若干分散してい
ても良い。現実的にはＡｌ化合物形成可能元素のうち原
料粉末として粒径の小さいものは、Ａｌ化合物粒子とな
る。しかし、微小な粒子は塑性変形時に割れにくく、ス
プラッシュの原因となる空隙を発生しにくいため、大き
な問題とならないのである。スプラッシュの原因となる
のは、Ａｌマトリックス中に存在する特に大きな粒子で
あり、本発明においては、Ａｌマトリックス中に分散す
るＡｌ化合物形成可能元素を含む粒子は、好ましくは外
接円径８０μｍ以下、さらに望ましくは６０μｍ以下と
する。

【００２２】本発明においては、焼結後に塑性加工を適
用しなくてもかまわないが、大型ターゲットを製造する
の場合にはこれを適用するのが好ましい。本発明は、Ａ
ｌ化合物形成可能元素を金属の状態で残留させることに
より、特に焼結後に塑性加工を適用する場合において、
Ａｌ化合物の割れに起因する空隙の発生を防止し、スプ
ラッシュの発生を抑制することにも一つの特徴がある。

【００２３】また、小型のターゲットは、鋳造まま、あ
るいは加工率が少なくても製造することができる。した
がって、マトリックスにＡｌ化合物のみを分散するもの
であっても空隙が発生する頻度が少ない、したがって、
本発明のようにＡｌ化合物形成可能元素が、Ａｌマトリ
ックス中に金属状態で分散しているターゲットは、液晶
ディスプレイ用として使用可能な0.3m²以上という大型
のターゲットに適用することが、スプラッシュ防止の効
果をより明瞭なものとすることができ、有効である。

【００２４】上述したＡｌ化合物形成可能元素として
は、ヒロックの防止に効果がある元素が電極や配線形成
用ターゲットとして添加される。具体的に効果のある元
素としては、（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｎ
ｂ，Ｔａ、Ｂ、希土類元素）の１種または２種以上の金
属あるいは元素単体またはそれらの合金である。特に、
これら元素を添加することで液晶ディスプレイ用Ａｌ系
配線等に求められるヒロックを低減し、上記したように
これらの元素が金属もしくは元素単体のまま存在するこ
とによりスプラッシュの発生を低減できる。

【００２５】上記したターゲットを製造する方法の最大
の特徴は、Ａｌ粉末とＡｌ化合物形成可能元素の粉末と
を混合し、４００℃〜６００℃という、低温側で焼結す
ることである。好ましくは５８０℃以下を適用する。こ
れにより、Ａｌ化合物形成可能元素をＡｌ化合物のみが
分散する組織ではなく、Ａｌ化合物形成可能元素が、金
属もしくは元素（合金も含む）の状態を残して分散した
本発明のターゲット組織を得ることができるのである。
なお、本発明で加圧焼結というのは、大気圧よりも高圧
を意味するものであるが、不完全な焼結を行うと、焼結
に起因する空隙が残留し、スプラッシュが発生するとい
う別の問題が生ずる場合があるため、より好ましくは５
０ＭＰａ以上の圧力で加圧焼結する。

【００２６】また、本発明の製造方法は、焼結法の適用
により、溶解法を適用することにより生じていた問題点
の多くを解決することができる。たとえば、上述したよ
うに、ターゲット組織に生じた空隙は、スプラッシュの
原因となるため、できる限り少ないものとすることが必
要である。しかし、溶解法では、Ａｌは熱収縮が大きい
ために引け巣が生じ易く空隙が発生しやすい。また、Ａ
ｌは、溶融時に水素を溶存するが凝固時に水素を放出す
るという独特の現象がある。そのため、溶解法では凝固
時に発生する水素に起因した微細な欠陥（空隙）が発生
しやすい。また、Ａｌと添加元素はＡｌ化合物を形成す
るが、軽いＡｌと添加元素化合物が重力偏析を引き起こ
しやすく、溶解法では組成が均一になりにくいという問
題もある。

【００２７】さらに、これらの問題は、大型のインゴッ
トを溶解法で製造する場合、さらに深刻となる。大型化
により、熱収縮が大きくなり引け巣が大きくなるととも
に、冷却速度が遅くなり重力偏析により均一な組成とな
りにくい。また、重力偏析を防ぐために急冷すると放出
された水素が抜けづらくなり、水素欠陥が発生が多くな
る。これに対して、焼結法を適用する本発明では、鋳造
時の巣の発生や、溶存ガスの放出に起因する空隙の発生
はない。また、粉末状態で混合できるため、重力偏析も
実質的に起こらず、均質なターゲットを得ることができ
るのである。

【００２８】

【実施例】

（実施例）窒素アトマイズにより製造した市販の平均粒
径７０μｍの純Ａｌ粉末と市販の平均粒径２０μｍのＴ
ｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｂ、Ｇｄ、Ｎｄ、Ｙ、Ｚｒの金属粉末を
表１に示す組成にＶ型ブレンダーで混合し、鉄製の缶に
充填し、１０マイナス４乗Ｐａより真空に引きながら加
熱して脱ガス処理を行った後に封止した。なお、原料粉
末を充填した缶の大きさは８０mm×３５０mm×３５０mm
である。その後５２０℃、１００ＭＰａの圧力で熱間静
水圧プレス装置を用いて焼結を行いインゴット製造し
た。このインゴットを圧延により、８００mm×７００mm
×８mmの板材に加工した後、機械加工により６９０mm×
５５０mm×６mmのターゲットを製造した。また比較のた
めに、熱間静水圧プレス温度を６２０℃に変更した例を
試料１２として示す。また、到達真空度１０マイナス
４乗Ｐａに排気した真空溶解鋳造炉を用いて、Ｔｉを混
入させたＡｌ原料を溶解した後、鋳型に注入してＡｌの
インゴットを製造し、同様の圧延を行い、ターゲットを
製造した比較例を試料１３として示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】次に、ターゲットを切り出した板材から、
試験片を採取し、４００倍のミクロ観察とＸ線分析によ
り、ターゲット組織中に分散する添加物粉末を起源とす
る粒子を分析して、化合物となっているか金属として残
留しているかを確認した。その結果、本発明のターゲッ
トである試料１ないし１１は、図１もしくは図２に示す
組織と同様の組織となった。本発明の組織においては、
添加元素粒子とＡｌマトリックスの界面で拡散し、Ａｌ
化合物粒子となったものも確認されたが、特に添加元素
粉末の最大径が２０μｍを越えるものには心部までＡｌ
の拡散が到達しておらず、金属もしくは元素状態が保た
れていた。

【００３１】一方、比較例として示した熱間静水圧プレ
ス温度を６２０℃とした試料１２は、図３に示す組織と
なり、組織中に分散する添加元素粒子は最大径によら
ず、すべてＡｌ化合物であった。また、比較例の溶解鋳
造して得たインゴットからターゲットを得た試料１３に
も組織中に分散する粒子に金属状態を保ったものは認め
られなかった。また、ターゲットを切り出した板材か
ら、試験片を切り出し、４００倍の光学顕微鏡にて観察
し、２μｍ以上の空隙を欠陥とターゲット中の単位面積
（0.01m²）当たりの欠陥数として評価した。また、Ａｌ
マトリックス中に存在する粒子の最大外接円径（粒子の
最大径と表記する）を測定した。結果を表１に示す。

【００３２】これらのターゲットを用いてＡｒ圧力0.2P
a、ターゲット印加電力は８Ｗ／cm²として、実験用100
×100mmサイズのガラス基板に150nmの膜厚の薄膜を形成
した。このとき形成した薄膜上に認められる２μｍ以上
の異物をスプラッシュとしてカウントした。その結果を
表１に付記した。表１の試料１〜１１に示すように、本
発明のターゲットは、比較例のターゲットに比較して、
欠陥が少なくスプラッシュの発生が少ないことがわか
る。一方、高い焼結温度を適用して添加した元素がすべ
て化合物となった比較例１２においては、欠陥数および
スプラッシュ数が本発明の試料に比べて著しく多い結果
となった。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、スプラッシュの発生が
大きな問題であった0.3m²以上スパッタ平面積を有する
ＬＣＤ用Ａｌ系ターゲットに対して、ヒロック防止のた
めにターゲットに添加する元素を金属状態もしくは元素
単体状態で組織中に残留させることにより、空隙を少な
くでき、結果としてスプラッシュを抑制することが可能
となった。したがって、本発明は今後さらに大型化が求
められるＬＣＤ等に対応するターゲットとして、ＬＣＤ
等の品質向上を達成する上で極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すターゲットの金属ミク
ロ組織写真である。

【図２】本発明の別の実施例を示すターゲットの金属ミ
クロ組織写真である。

【図３】比較例を示すターゲットの金属ミクロ組織写真
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌ化合物形成可能元素が、Ａｌマトリ
ックス中に金属状態もしくは元素単体状態で分散してい
ることを特徴とするＡｌ系スパッタリング用ターゲッ
ト。
【請求項２】Ａｌ化合物形成可能元素は、外接円径８
０μｍ以下の粒子としてＡｌマトリックス中に分散して
いることを特徴とする請求項１に記載のＡｌ系スパッタ
リング用ターゲット。
【請求項３】 0.3m²以上のスパッタ平面積を有するこ
とを特徴とする請求項１または２に記載のＡｌ系スパッ
タリング用ターゲット。
【請求項４】Ａｌ化合物形成可能元素は、（Ｔｉ，Ｚ
ｒ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｂ，希土類元
素）の１種ないし２種以上であることを特徴とする請求
項１ないし３のいずれかに記載のＡｌ系スパッタリング
用ターゲット。
【請求項５】ターゲット中の２μm以上の欠陥個数
が、0.01m²当たり、１個以下であることを特徴とする請
求項１ないし４のいずれかに記載のＡｌ系スパッタリン
グ用ターゲット。
【請求項６】Ａｌ粉末と、Ａｌ化合物を形成可能元
素の粉末とを混合し、４００℃〜６００℃で加圧焼結す
ることを特徴とするＡｌ系スパッタリング用ターゲット
の製造方法。
【請求項７】加圧焼結後、圧延により板状にし、圧延
面側をスパッタリング面とすることを特徴とする請求項
６に記載のＡｌ系スパッタリング用ターゲットの製造方
法。