KR20140141493A

KR20140141493A - Cu-Mn 합금막 및 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재 및 Cu-Mn 합금막의 성막 방법

Info

Publication number: KR20140141493A
Application number: KR20140064235A
Authority: KR
Inventors: 히데오 무라타; 마사시 가미나다; 다츠야 사토오
Original assignee: 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2014-12-10
Also published as: KR101609453B1; TWI504772B; CN104212997B; CN104212997A; TW201447004A; JP6376438B2; JP2015007280A

Abstract

본 발명의 과제는, 고해상인 평면 표시 소자의 표시 품질을 향상시키기 위해 필요로 하는, 전극막 또는 배선막에 있어서의, 저반사라고 하는 새로운 요구에 대응할 수 있는 Cu-Mn 합금막 및 그것을 성막하기 위한 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재 및 Cu-Mn 합금막의 성막 방법을 제공하는 것이다.
금속 성분이, 금속 성분 전체를 100원자％로 하였을 때, Mn을 32∼45원자％ 함유하고, 잔량부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 가시광 반사율이 30％ 이하인 Cu-Mn 합금막이며, 평면 표시 소자용 전극막 또는 배선막에 적합하다.

Description

Cu-Mn 합금막 및 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재 및 Cu-Mn 합금막의 성막 방법{Cu-Mn ALLOY FILM AND Cu-Mn ALLOY SPUTTERING TARGET MATERIAL AND FILM FORMING METHOD OF Cu-Mn ALLOY FILM}

본 발명은 낮은 반사율이 요구되는, 예를 들어 평면 표시 소자용 전극막 또는 배선막에 사용되는 Cu-Mn 합금막 및 그것을 성막하기 위한 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재 및 Cu-Mn 합금막의 성막 방법에 관한 것이다.

투명한 글래스 기판 등의 위에 박막 디바이스를 형성하는 액정 디스플레이(이하, 「LCD」라 함), 플라즈마 디스플레이 패널(이하, 「PDP」라 함), 전자 페이퍼 등에 이용되는 전기 영동형 디스플레이 등의 평면 표시 장치(플랫 패널 디스플레이, 이하, 「FPD」라 함)는 대화면, 고해상, 고속 응답화에 수반하여 그 배선막에는 저저항화가 요구되고 있다. 또한 최근, FPD에 조작성을 더하는 터치 패널, 혹은 수지 기판이나 극박 글래스 기판을 사용한 플렉시블한 FPD 등, 새로운 제품이 개발되고 있다.

또한, FPD의 화면을 보면서 직접적인 조작성을 부여하는 터치 패널 기판 화면도 대형화가 진행되고 있고, 스마트폰이나 태블릿 PC, 또한 데스크탑 PC 등에 있어서도 터치 패널 조작을 행하는 제품이 보급되고 있다. 터치 패널의 위치 검출 전극에는, 일반적으로 투명 도전막인 인듐-주석 산화물(이하, 「ITO」라 함)이 사용되고 있다.

또한, 최근, 다점 검출이 가능한 정전 용량식의 터치 패널에서는 사각형의 ITO막을 배치한 통칭 다이아몬드 배치로 되어 있고, 사각형의 ITO막을 접속하는 전극막이나 배선막의 보호막에 금속막이 사용되고 있고, 이 금속막에는 ITO막과의 콘택트성이 얻어지기 쉬운 Mo나 Mo 합금이 사용되고 있다.

또한, 글래스 기판 이외의 수지 필름 기판이나 극박 글래스 기판 등을 사용한 플렉시블 FPD나 터치 패널을 사용한 제품이 활발히 개발되고 있다.

그러나, 이들 용도에 상술한 Mo나 Mo 합금의 금속막을 성막하여 기판을 구부리면, Mo막이나 Mo 합금막에 크랙 등이 발생하기 쉬워져, 기판과의 밀착성이 확보되지 않게 되고, 배선막의 Cu막을 보호하는 효과를 충분히 유지할 수 없다고 하는 문제가 발생하는 경우가 있는 것이 명확해져 왔다. 이로 인해, Mo나 Mo 합금을 사용하지 않는 방법으로서, 새롭게 Cu 합금이 주목받고 있고, 이에 의해 상술한 기판과의 밀착성을 확보하는 제안이 이루어지고 있다.(특허문헌 1∼특허문헌 3 참조)

일본 특허 출원 공개 제2012-211378호 공보 일본 특허 출원 공개 제2012-212811호 공보 일본 특허 출원 공개 제2013-67857호 공보

특허문헌 1 및 특허문헌 2에서 제안되어 있는 Cu 합금막은, 낮은 전기 저항값을 갖는 배선막을 얻기 위해, Cu에 Ag, Au, C, W, Ca, Mg, Al, Sn, B 및 Ni로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유하는 Cu-Mn-X 합금막을 기판이나 절연막 또는 반도체막과의 밀착성을 확보하기 위해 Cu막의 기초막에 성막하는 것이 제안되어 있다.

또한, 특허문헌 3에서는, 인듐-갈륨-아연-산소로 구성되는 반도체막(이하, 「IGZO막」이라 함)에 대한 배리어성을 확보하기 위해, 농도가 8원자％ 이상 30원자％ 이하인 Mn과, 불가피적 불순물을 포함하는 Cu-Mn 합금으로 이루어지는 Cu 합금막을 성막하는 방법이 제안되어 있다.

한편, 최근 주류의 풀 하이비전보다도 더욱 고해상인 4배의 화소를 갖는 대형의 4K-TV에서는, 주배선 재료를 Al로부터 보다 저저항인 Cu를 사용하는 방법이 증가하고 있다. 또한, 눈매로부터 수 10㎝ 정도의 지근 거리에서 표시 화면을 조작하는 스마트폰에서는, 작은 화면이면서 풀 하이비전 표시를 행하는 고해상화가 진행되고 있다. 이 고해상화에 수반하여, 입사광에 의한 금속막의 반사가 표시 품질을 저하시킨다고 하는 문제가 현저화되도록 되어 왔다. 이로 인해, 금속막에는 낮은 반사율을 갖는다고 하는 새로운 특성(이하, 「저반사」라 하는 경우도 있음)의 요구가 급속하게 높아지고 있다.

또한, 평면 표시 소자나 터치 패널의 제조 공정에 있어서는, 전극막·배선막을 성막한 후에, 패터닝할 때의 포토레지스트의 가열 처리 공정에 있어서, 대기 분위기에서 230℃ 전후의 가열 처리가 되므로, 이 온도 이하, 가능하면 200℃에서 가열하였을 때의 저반사가 얻어지는 금속막이 요망되고 있다.

현재, 평면 표시 장치에 있어서의 평면 표시 소자의 배선막에 사용되고 있는 Al막은, 가시광 영역에 있어서 90％ 이상의 높은 반사율을 갖는 금속이다. 또한, 동일하게 평면 표시 소자의 배선막에 사용되고 있는 Cu막은, 가시광 영역에서 70％의 반사율을 갖고, 600㎚ 이상의 장파장 영역에서는 Ag막과 동등한 95％ 이상의 높은 반사율을 갖는다. 한편, 이들 배선막을 보호하기 위해 적층하는 Mo막이나 Mo 합금막은, 60％ 정도의 반사율을 갖고 있다. 이들 금속막은, 평면 표시 소자의 제조 프로세스를 거쳐도 반사율은 거의 변화하지 않으므로, 금속막의 반사가 특히 고해상인 표시 장치에 있어서는 표시 품질을 저하시키는 요인으로 되고 있다.

이로 인해, 고해상인 표시 장치에 있어서는 Mo 등의 절반 정도의 30％ 이하의 보다 저반사인 전극막·배선막이 요구된다.

이상과 같이, 지금까지 다양한 Cu 합금막이 개발되어 있지만, 이들 특허문헌에서는 배선막이나 배리어막에 주목하여 검토되어 있고, 앞으로의 고해상인 표시 장치에 대응하기 위해 필요한 저반사라고 하는 새로운 특성에 대해서는 전혀 검토되어 있지 않았다.

본 발명의 목적은, 고해상인 평면 표시 소자의 표시 품질을 향상시키기 위해 필요로 하는, 전극막 또는 배선막에 있어서의, 저반사라고 하는 새로운 요구에 대응할 수 있는 Cu-Mn 합금막 및 그것을 성막하기 위한 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재 및 Cu-Mn 합금막의 성막 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명자는, 상기 과제에 비추어, 평면 표시 소자나 터치 패널의 제조 공정에 있어서 저반사인 특성을 얻기 위해, Cu를 주성분으로 하고, 첨가 원소 및 첨가량의 최적화에 몰두하였다. 그 결과, Cu에 특정량의 Mn을 첨가한 Cu-Mn 합금막에서 저반사의 특성이 얻어지는 것을 발견하고, 본 발명에 도달하였다.

즉, 본 발명은, 금속 성분이, 금속 성분 전체를 100원자％로 하였을 때, Mn을 32∼45원자％ 함유하고, 잔량부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 가시광 반사율이 30％ 이하인 Cu-Mn 합금막이다.

또한, 본 발명의 Cu-Mn 합금막은, 금속 성분과 산소를 함유하고, 상기 금속 성분이, 금속 성분 전체를 100원자％로 하였을 때, Mn을 32∼45원자％ 함유하고, 잔량부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 상기 금속 성분과 상기 산소의 합계에 대한 산소의 비율이 원자비로 0.3∼0.6이다.

또한, 본 발명의 Cu-Mn 합금막은, 평면 표시 소자용 전극막 또는 배선막에 적합하다.

또한, 본 발명은, Mn을 32∼45원자％ 함유하고, 잔량부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재이다.

본 발명의 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재는, Cu-Mn 합금 분말의 입계 중에 재결정 조직을 내포한 조직을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 Cu-Mn 합금막은, Mn을 32∼45원자％ 함유하고, 잔량부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Cu-Mn 합금막을, 30∼60체적％의 산소를 함유하는 분위기 중에서 스퍼터링에 의해 성막함으로써 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 Cu-Mn 합금막은, Mn을 32∼45원자％ 함유하고, 잔량부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Cu-Mn 합금막을, 불활성 가스 분위기 중에서 스퍼터링에 의해 성막하고, 이어서 상기 Cu-Mn 합금막을 200∼225℃의 대기 분위기 중에서 가열함으로써 얻을 수도 있다.

본 발명의 Cu-Mn 합금막은, 종래의 전극막·배선막에서는 얻어지지 않은, 저반사라고 하는 새로운 특성을 달성할 수 있으므로, 예를 들어 FPD 등의 표시 품질을 향상시키는 것이 가능해진다. 이로 인해, 보다 고해상인 FPD로서 주목받고 있는, 예를 들어 4K-TV나 스마트폰, 혹은 태블릿 PC 등의 차세대 정보 단말기나 수지 기판을 사용하는 플렉시블한 FPD에 대해 매우 유용한 기술로 된다. 이들 제품에서는 특히 금속막의 저반사화가 매우 중요하기 때문이다.

도 1은 본 발명의 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재의 단면을 광학 현미경으로 관찰한 조직 사진.

본 발명의 중요한 특징은, 예를 들어 평면 표시 소자용 전극막이나 배선막에 적합한 Cu 합금막으로서, Cu에 특정량의 Mn을 첨가한 Cu-Mn 합금을 채용함으로써, 낮은 반사율이라고 하는 새로운 특성을 발견한 점에 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 「반사율」이라 함은, 가시광 영역인 파장 360∼740㎚의 범위의 평균 반사율을 말한다. 이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명의 Cu-Mn 합금막에 있어서, Cu에 특정량의 Mn을 첨가하는 이유의 하나는, 상술한 패터닝할 때의 포토레지스트의 가열 처리 공정을 거친 후에, 반사율을 저감시키기 위해서이다. 상술한 바와 같이, 현재, 평면 표시 소자의 배선막에 사용되고 있는 Al막은, 가시광 영역에 있어서 90％ 이상의 높은 반사율을 갖는 금속이다. 또한, 동일하게 평면 표시 소자의 배선막에 사용되고 있는 Cu막은, 가시광 영역에서 70％의 반사율을 갖고, 600㎚ 이상의 장파장 영역에서는 Ag막과 동등한 95％ 이상의 높은 반사율을 갖는다.

한편, 이들 배선막을 보호하기 위해 적층하는 Mo막이나 Mo 합금막은, 60％ 정도의 반사율을 갖고 있다. 이들 금속막은, 상술한 표시 소자 제조 공정의 프로세스를 거쳐도 반사율은, 거의 변화하지 않는다.

이에 반해, 본 발명의 Cu-Mn 합금막은, Cu에 특정량의 Mn을 첨가한 Cu-Mn 합금을 채용함으로써, 낮은 반사율을 실현하였다. 본 발명자의 검토에 따르면, 이 반사율 저감 효과는, 금속 성분이, 금속 성분 전체를 100원자％로 하였을 때, Mn의 첨가량이 32∼45원자％에서 현저하게 나타나는 것을 확인하였다. 그 이유는 명확하지는 않은 바, Cu-Mn 합금은 전율 고용계의 합금이며, 그 융점은 Mn량이 38원자％에서 가장 저하된다. 그리고, Cu-Mn 합금막의 융점이 낮으면, 상술한 가열 처리를 행하였을 때에, 재결정이나 원자의 이동이 일어나기 쉬워진다. 또한, Cu-Mn 합금막 중의 Mn은, 산소가 존재하는 상황에서 가열 처리를 행하면, Mn이 결정립계를 통해 막 표면으로 이동하기 쉬워진다.

이와 같이, 본 발명의 Cu-Mn 합금막은, 금속 성분이, 금속 성분 전체를 100원자％로 하였을 때에, Mn의 첨가량을 32∼45원자％로 함으로써, 융점이 낮은 영역의 조성 범위로 되고, 대기 분위기 중에서 200∼225℃의 가열 처리를 하면, Cu-Mn 합금막 중의 Mn이 막 표면에 확산되어 산화물이 형성되어, 반사율은 저하된다고 생각된다.

또한, 반사율이 보다 낮은 Cu-Mn 합금막으로 하기 위해서는, 금속 성분이, 금속 성분 전체를 100원자％로 하였을 때, Mn의 첨가량을 32∼40원자％로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 32∼39원자％이다.

본 발명의 Cu-Mn 합금막은, 금속 성분과 산소를 함유하고, 상기 금속 성분이, 금속 성분 전체를 100원자％로 하였을 때, Mn을 32∼45원자％ 함유하고, 잔량부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 상기 금속 성분과 상기 산소의 합계에 대한 산소의 비율을 원자비로 0.3∼0.6으로 함으로써, 보다 낮은 반사율을 얻는 것이 가능해진다. Cu-Mn 합금막은, 대기 분위기 중의 가열 처리나, 산소를 함유하는 분위기에서 성막하면 막 중에 산소를 함유하게 된다. 특히, Mn은 Cu보다 산소와 결합하기 쉬우므로, 본 발명의 Mn을 특정량 함유하는 Cu-Mn 합금막은, 용이하게 많은 산소를 도입함으로써, 낮은 반사율을 얻는 것이 가능해진다.

순 Cu막에 있어서는, 산소가 Cu₂O나 CuO의 평형 상태도 상의 라인 컴파운드로 존재한다. 한편, Cu-Mn 합금막은, Mn을 함유함으로써, 안정 영역이 넓은 MnO나 Mn₃O₄와 Cu를 포함하는 비평형인 상으로 되고, 넓은 조성 범위에서 산소를 도입하므로, 보다 낮은 반사율을 얻기 쉬워진다고 생각된다.

본 발명의 Cu-Mn 합금막은, 그 막 중의 금속 성분과 산소의 합계에 대한 산소의 비율을, 원자비로 0.3 이상으로 함으로써, 금속 광택이 있는 반사를 억제할 수 있어, 낮은 반사율을 실현할 수 있다. 또한, 본 발명의 Cu-Mn 합금막은, 그 막 중의 금속 성분과 산소의 합계에 대한 산소의 비율을, 원자비로 0.6 이하로 함으로써, 광의 투과가 억제되어, 낮은 반사율을 실현할 수 있는 것에 더하여, 기판 등과의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 Cu-Mn 합금막에 포함되는 상기 금속 성분과 상기 산소의 합계에 대한 산소의 비율은, 원자비로 0.3∼0.6이다. 바람직하게는, 0.33∼0.57이다.

본 발명의 Cu-Mn 합금막의 막 두께는, 20∼200㎚가 바람직하다. 본 발명에서는, Cu-Mn 합금막의 막 두께를 20㎚ 이상으로 함으로써, 광의 투과가 억제되어, 낮은 반사율의 Cu-Mn 합금막을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에서는, Cu-Mn 합금막의 막 두께를 200㎚ 이하로 함으로써, 성막하기 위한 시간을 단축할 수 있는 동시에, 성막 후 또는 가열 처리 후의 막 응력에 의한 기판의 휨을 억제할 수 있다. 본 발명에서, 반사율이 낮은 Cu-Mn 합금막을 보다 높은 생산성에서, 안정적으로 얻기 위해서는, Cu-Mn 합금막의 막 두께를 50∼100㎚로 하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 Cu-Mn 합금막을 성막하기 위해서는, 스퍼터링 타깃재를 사용한 스퍼터링법이 최적이다. 스퍼터링법으로서는, Cu-Mn 합금막의 조성과 동일한 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재를 사용하여 성막하는 방법이나, 예를 들어 Cu 스퍼터링 타깃재와, Mn 또는 Mn-Cu 합금의 스퍼터링 타깃재를 사용하여, 코-스퍼터링에 의해 성막하는 방법을 적용할 수 있다.

그 중에서도, Cu-Mn 합금막의 조성과 동일한 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재를 사용하여 성막하는 방법이 바람직하다. 그리고, 본 발명에서는, Mn을 32∼45원자％ 함유하고, 잔량부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재를 사용함으로써, 간편하고 또한 안정적으로 Cu-Mn 합금막을 성막할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 보다 낮은 반사율을 갖는 Cu-Mn 합금막을 안정적으로 얻기 위해서는, Mn을 32∼40원자％ 함유하고, 잔량부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재에 있어서의 Mn의 함유량의 보다 바람직한 범위는, 32∼39원자％이다.

본 발명의 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재는, 소정의 조성으로 조합한 원료를 용해·주조하여 잉곳을 제작하고, 기계 가공에 의해 제조하는 방법이나, 소정의 조성으로 조합한 원료를 아토마이즈하거나, 잉곳을 분쇄하여 Cu-Mn 합금 분말을 제작하고, 이것을 열간 정수압 프레스(이하, 「HIP」라 함) 등으로 가압 소결하는 방법으로 제조할 수 있다.

본 발명의 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재의 제조 방법에 대해서는, 스퍼터링 타깃재의 크기나 형상에 의해, 저렴하고 또한 안정적으로 제조할 수 있는 방법을 적절히 선정할 수 있다. 본 발명의 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재는, Cu-Mn 합금으로 이루어지는 아토마이즈 분말을 사용하여, 소결 온도를 최적화하여 제조함으로써, Cu-Mn 합금 분말의 입계 중에 재결정 조직을 내포한 조직으로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 본 발명의 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재는, 재결정한 변형이 없는 조직을 가짐으로써, 스플래쉬 등의 이상 입자의 발생을 억제하고, 균일하고 또한 고품위의 Cu-Mn 합금막을 안정적으로 얻는 것이 가능해진다.

본 발명의 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재에 있어서, 낮은 반사율을 확보하기 위해, 필수 원소인 Mn 이외의 잔량부를 차지하는 Cu 이외의 불가피적 불순물의 함유량은 적은 것이 바람직하고, 본 발명의 작용을 손상시키지 않는 범위에서, 질소, 탄소, Fe, Si 등과 같은 불가피적 불순물을 포함해도 된다. 예를 들어, 질소는 1000질량ppm 이하, 탄소는 200질량ppm 이하, Fe는 500질량ppm 이하, Si는 100질량ppm 이하 등이며, 가스 성분을 제외한 순도로서, 99.9질량％ 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 Cu-Mn 합금막은, 스퍼터링 타깃재를 사용하여 스퍼터링할 때에, 일반적인 스퍼터 가스인 불활성 가스의 Ar 등에, 반응성 가스인 산소를 함유시킨 스퍼터 가스를 사용하는, 소위 반응성 스퍼터법을 적용함으로써 얻을 수 있다. 그때, 스퍼터 가스 중의 산소 가스의 함유 비율은, 30∼60체적％로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 Cu-Mn 합금막은, 스퍼터링 타깃재를 사용하여 스퍼터링할 때에, Ar 등의 불활성 가스 분위기 중에서 스퍼터링에 의해 Cu-Mn 합금막을 성막하고, 이어서, 이 Cu-Mn 합금막을 200∼225℃의 대기 분위기 중에서 가열함으로써도 얻을 수도 있다.

실시예 1

우선, Cu-Mn 합금막을 성막하기 위한 스퍼터링 타깃재를 제작하였다. 원자비로 80원자％ Mn-Cu로 되도록 칭량하고, 진공 용해로에서 용해하고 주조하여 잉곳을 제작하였다. 그 후, 이 잉곳을 기계 가공에 의해, 직경 100㎜, 두께 5㎜의 스퍼터링 타깃재를 제작하였다.

또한, 비교예로 되는 Al막을 성막하기 위한 Al 스퍼터링 타깃재는, 스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤(住友化學株式會社)제의 Al 스퍼터링 타깃재를 구입하여 준비하였다. 또한, 비교예로 되는 Cu막을 성막하기 위한 Cu 스퍼터링 타깃재는, 히다찌 덴센 가부시끼가이샤(日立電線株式會社)제의 무산소 구리(OFC)의 소재를 가공하여, Cu 스퍼터링 타깃재를 제작하였다. 또한, 비교예로 되는 Mo막을 성막하기 위한 Mo 스퍼터링 타깃재는, 순도 4N의 Mo 분말을 가압 소결하여, Mo 스퍼터링 타깃재를 제작하였다.

상기에서 제작한 각 스퍼터링 타깃재를 구리제의 백킹 플레이트에 브레이징하여, 가부시끼가이샤 알박제의 스퍼터링 장치(형식 번호:CS-200)에 장착하였다. 그리고, 25㎜×50㎜의 글래스 기판 상에, 표 1에 나타내는 막 두께의 금속막을 성막하여 평가용 시료를 제작하였다. 또한, Cu-Mn 합금막의 성막은, 상기에서 준비한 Cu 스퍼터링 타깃재와 80원자％ Mn-Cu 스퍼터링 타깃재를 동시 스퍼터하는 코-스퍼터법을 이용하여, 각각의 스퍼터링 타깃재에 인가하는 전력을 변화시켜, 다른 조성의 Cu-Mn 합금막을 성막하였다.

성막한 Cu-Mn 합금막의 조성을, 가부시끼가이샤 시마즈 세이사꾸쇼(株式會社島津製作所)제의 유도 결합 플라즈마 발광 분석 장치(ICP 형식 번호:ICPV-1017)를 사용하여 확인하였다.

다음으로, 각 시료를 대기 분위기에 있어서 150℃, 200℃의 온도로 30분간의 가열 처리를 행하고, 반사율 측정용 시료를 얻었다. 얻어진 각 시료의 반사율의 측정 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 반사율은, 코니카 미놀타 가부시끼가이샤제의 분광 측색계(형식 번호:CM2500d)를 사용하였다. 또한, 표 1 중의 * 표시는, 본 발명의 범위 밖을 나타낸다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 낮은 전기 저항값을 갖는 Al이나 Cu, 혹은 적층막에 사용되는 Mo는, 대기 분위기 중에서 200℃의 가열을 행해도, 반사율은 거의 저하되지 않는 것을 알 수 있다.

이에 반해, 본 발명의 Cu-Mn 합금막의 반사율은, 150℃로 가열하면 약간 저하되고, 200℃로 가열하면 더욱 크게 저하되는 것을 알 수 있다. 특히, Cu-Mn 합금막으로의 Mn의 첨가량이 32∼43원자％인 범위에서, 반사율이 30％ 이하라고 하는 낮은 반사율이 얻어지고, 평면 표시 소자용 전극막이나 배선막에 적합한 Cu-Mn 합금막으로 되는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 2

실시예 1의 시료 중, 시료 No.1, No.5, No.6, No.7의 시료를, 대기 분위기 중에서 225℃, 250℃, 300℃의 가열 처리를 행하였을 때의, Cu-Mn 합금막의 반사율을 측정한 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 표 2 중의 * 표시는, 본 발명의 범위 밖을 나타낸다.

표 2에 나타내는 바와 같이, Cu-Mn 합금막의 반사율은, 대기 분위기 중에 있어서의 가열 온도가 225℃에서는, 표 1에 나타내는 200℃보다 더욱 저하되는 것을 확인하였다. 한편, 대기 분위기 중에 있어서의 가열 온도가 250℃에서는, Cu-Mn 합금막의 반사율은, 30％를 초과하고, 크게 증가하는 것을 확인하였다. 이로 인해, 본 발명의 Cu-Mn 합금막을 얻기 위해서는, 대기 분위기 중에 있어서의 Cu-Mn 합금막의 가열 온도는, 200∼225℃가 바람직한 것을 확인할 수 있었다.

실시예 3

원자비로 Cu-34원자％ Mn의 스퍼터링 타깃재를 제작하기 위해, 동 조성의 아토마이즈 분말을 제작하고, 100메쉬의 체를 사용하여 분급하여 평균 입경 70㎛의 Cu-Mn 합금 분말을 얻었다. 이 Cu-Mn 합금 분말을 화학 분석한 결과, 순도는 99.9％인 것을 확인하였다.

다음으로, 내경 133㎜×높이 30㎜의 원통체에서 두께가 3㎜인 연강제의 용기에 충전하고, 450℃로 5시간 가열하여 탈가스 처리를 행하였다. 그 후, 연강제 용기를 밀봉하고, HIP 장치에 의해 소결 온도 800℃, 가압 압력 118㎫, 소결 시간 5시간의 조건에서 소결하였다.

냉각 후에 HIP 장치로부터 취출하고, 기계 가공에 의해 연강제 용기를 제거하고, 직경 100㎜, 두께 5㎜로 이루어지는 본 발명의 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재를 얻어, 잔량부로부터 시험편을 잘라냈다.

얻어진 시험편의 금속 원소의 정량 분석을 가부시끼가이샤 시마즈 세이사꾸쇼제의 유전 플라즈마 발광 분석 장치(ICP)(형식 번호:ICPV-1017)로 행하고, 산소의 정량을 비분산형 적외선 흡수법에 의해 측정한 바, Cu, Mn의 분석값의 합계의 순도는 99.9％, 산소 농도는 560질량ppm이며, 고순도의 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.

상기에서 얻은 시험편을, 경면 연마한 후, 질산 수용액으로 부식하여, 광학 현미경으로 조직 관찰한 결과를 도 1에 나타낸다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재는, 아토마이즈 분말의 구 형상에 가까운 입계 내에서 미세한 재결정한 조직을 갖고 있으며, 편석이나 공공(vacancy) 등의 큰 결함은 확인되지 않고, 스퍼터 성막에 적합한 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재인 것을 확인할 수 있었다.

또한, 상기에서 얻은 본 발명의 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재를 구리제의 백킹 플레이트에 브레이징한 후, 캐논 아네르바 가부시끼가이샤제의 스퍼터 장치(형식 번호:SPF-440HL)에 장착하고, Ar 분위기, 압력 0.5㎩, 전력 500W의 조건에서 스퍼터를 실시하였다.

본 발명의 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃을 사용하여 스퍼터하면, 이상 방전도 없고, 안정된 스퍼터를 행할 수 있는 것을 확인하였다.

실시예 4

실시예 3에서 제작한 본 발명의 Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재를 알박 가부시끼가이샤제의 스퍼터 장치(형식 번호:SBH-2204)에 장착하고, Ar과 산소를 함유한 스퍼터 가스를 사용하여, 압력 0.8㎩, 전력 300W의 조건에서 스퍼터를 실시하였다.

실시예 1과 마찬가지로, 기판에는 25㎜×50㎜의 글래스 기판을 사용하여, 표 3에 나타내는 스퍼터 분위기 중의 산소량을 조정하여, Cu-Mn 합금막을 100㎚의 막 두께로 성막하였다. 각 시료의 반사율을 측정한 결과를 표 3에 나타낸다. 또한, Cu-Mn 합금막 중의 산소량은, 광전자 분광 분석 장치 ESCA(Electoron spectroscopy for chemical analysis)(KRATOS사제, 형식 번호:AXIS-HS)를 사용하여 분석하고, 금속 성분과 산소의 합계에 대한 산소의 비율을 원자비로 나타낸다. 또한, 표 3 중의 * 표시는, 본 발명의 범위 밖을 나타낸다.

표 3에 나타내는 바와 같이, 스퍼터 가스 중의 산소 농도가 30체적％ 이상이면, 반사율은 저하됨과 함께, Cu-Mn 합금막 중의 산소량도 증가하는 것을 알 수 있다. 한편, Cu-Mn 합금막 중 금속 성분과 산소의 합계에 대한 산소의 비율이 원자비로 0.6을 초과하면, 투과광이 증가함과 함께, 막 박리가 발생하는 것을 확인하였다.

Claims

금속 성분이, 금속 성분 전체를 100원자％로 하였을 때, Mn을 32∼45원자％ 함유하고, 잔량부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 가시광 반사율이 30％ 이하인 것을 특징으로 하는, Cu-Mn 합금막.
금속 성분과 산소를 함유하고, 상기 금속 성분이, 금속 성분 전체를 100원자％로 하였을 때, Mn을 32∼45원자％ 함유하고, 잔량부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 상기 금속 성분과 상기 산소의 합계에 대한 산소의 비율이 원자비로 0.3∼0.6인 것을 특징으로 하는, Cu-Mn 합금막.
제1항 또는 제2항에 있어서, 평면 표시 소자용 전극막 또는 배선막인 것을 특징으로 하는, Cu-Mn 합금막.
Mn을 32∼45원자％ 함유하고, 잔량부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는, Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재.
제4항에 있어서, Cu-Mn 합금 분말의 입계 중에 재결정 조직을 내포한 조직을 갖는 것을 특징으로 하는, Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃재.
Mn을 32∼45원자％ 함유하고, 잔량부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Cu-Mn 합금막을, 30∼60체적％의 산소를 함유하는 분위기 중에서 스퍼터링에 의해 성막하는 것을 특징으로 하는, Cu-Mn 합금막의 성막 방법.
Mn을 32∼45원자％ 함유하고, 잔량부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Cu-Mn 합금막을, 불활성 가스 분위기 중에서 스퍼터링에 의해 성막하고, 이어서 상기 Cu-Mn 합금막을 200∼225℃의 대기 분위기 중에서 가열하는 것을 특징으로 하는, Cu-Mn 합금막의 성막 방법.