KR20190005120A

KR20190005120A - MoNb 타깃재

Info

Publication number: KR20190005120A
Application number: KR1020180076244A
Authority: KR
Inventors: 준 후쿠오카; 다이스케 아오키; 가즈야 사이토; 히데 우에노
Original assignee: 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2017-07-05
Filing date: 2018-07-02
Publication date: 2019-01-15
Also published as: CN109207941B; KR102161580B1; TWI674325B; JP7110749B2; CN109207941A; JP2019065383A; TW201907023A

Abstract

배선 박막이나 전극 박막의 하지막이나 커버막에 발생되는 고저항의 문제와, 스퍼터링에서의 타깃재의 표면 조도에 기인하는 노듈의 문제를 해결하고, 저저항에서 안정된 TFT 특성이 얻어지는 평면 화상 표시 장치에 적합한 MoNb 박막을 형성 가능한 타깃재를 제공한다.
Nb를 5원자％ 내지 30원자％ 함유하고, 잔부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 스퍼터링면의 200000㎛² 당, 70㎛를 초과하는 최대 길이를 갖는 Nb상이 1.0개 미만인 MoNb 타깃재이며, Nb상의 평균 원 상당 직경이 15㎛ 내지 65㎛인 것이 바람직하다

Description

MoNb 타깃재{MoNb TARGET MATERIAL}

본 발명은 예를 들어 평면 화상 표시 장치의 배선 박막이나 전극 박막의 하지막이나 커버막으로 될 MoNb 박막의 형성에 사용되는 MoNb 타깃재에 관한 것이다.

평면 화상 표시 장치의 일종인 박막 트랜지스터형(이하, 「TFT」라고 함) 액정 디스플레이 등의 배선 박막이나 전극 박막은, 낮은 전기 저항값(이하, 「저저항」이라고 함)을 갖는 Al, Cu, Ag, Au 등의 순금속으로 이루어지는 박막이나, 그들의 합금으로 이루어지는 박막이 사용되고 있다. 이들 배선 박막이나 전극 박막은, 제조 공정에 따라서는 가열 공정을 수반하는 경우가 있고, 배선이나 전극으로서 요구되는 내열성, 내식성, 밀착성 중 어느 것이 뒤떨어진다고 하는 문제나, 상기 합금을 구성하는 원소 사이에서 확산층을 형성해 버려, 필요한 전기적 특성을 잃게 되는 등의 문제가 발생되는 경우가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 상기 배선 박막이나 전극 박막에 대한 하지막이나 커버막으로서, 고융점 금속인 순Mo나 Mo 합금이 사용되어 왔다. 특히, Al계의 배선 박막이나 전극 박막의 하지막이나 커버막에는, MoNb 등의 Mo 합금 박막이 사용되고 있고, 이 Mo 합금 박막을 형성하기 위한 타깃재에 관해서는, 예를 들어 특허문헌 1과 같은 제안이 이루어져 있다.

이 특허문헌 1은, 기계 가공 시에, 균열이나 칩을 발생시킬 가능성이 높은, Mo 합금 타깃에 있어서, 경도의 변동을 저감시키는 것이 제안되어 있고, 절삭 공구의 칩 마모나 파손을 억제하면서, Mo 합금 타깃재 본체의 파손을 억제할 수 있다는 점에서 유용한 기술이다.

일본 특허 공개 제2016-188394호 공보

본 발명자는, 특허문헌 1에 기재되어 있는 Mo 합금으로서 MoNb를 채용하고, MoNb 타깃재(이하, 단순히 「타깃재」라고도 함)를 사용하여 MoNb 박막을 형성하면, 그 MoNb 박막의 비저항이 높아진다(이하, 「고저항」이라고 함)는 새로운 문제가 발생되는 경우가 있음을 확인했다. 그리고, 이 고저항이라는 문제는, 상기한 배선 박막이나 전극 박막이 구비하는 저저항이라는 본래의 기능을 저해해 버려, TFT 특성의 불안정화라고 하는, 평면 화상 표시 장치의 신뢰성에 악영향을 미치는 경우가 있다.

또한, 본 발명자는 성막 속도의 향상을 목적으로, 상기 타깃재를 사용하여 고전력으로 스퍼터링을 하면, 적산 전력의 증대에 따라, 타깃재의 표면 조도가 커지고, 타깃재의 스퍼터링면에 노듈이 생성되는 경우가 있음도 확인하였다. 그리고, 이 노듈의 문제는 얻어지는 MoNb 박막에 파티클이 부착되어 버려, TFT 특성의 불안정화라고 하는, 평면 화상 표시 장치의 신뢰성에 악영향을 미치는 경우가 있다.

본 발명의 목적은, 상기 과제를 감안하여 배선 박막이나 전극 박막의 하지막이나 커버막에 발생되는 고저항의 문제와, 스퍼터링에서의 타깃재의 표면 조도에 기인하는 노듈의 문제를 해결하고, 저저항으로 안정된 TFT 특성이 얻어지는 평면 화상 표시 장치에 적합한 MoNb 박막을 형성할 수 있는 타깃재를 제공하는 것이다.

본 발명의 MoNb 타깃재는 Nb를 5원자％ 내지 30원자％ 함유하고, 잔부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 스퍼터링면의 200000㎛² 당, 70㎛를 초과하는 최대 길이를 갖는 Nb상이 1.0개 미만이다.

또한, 본 발명의 MoNb 타깃재는, 상기 스퍼터링면의 200000㎛² 당, Nb상의 평균 원 상당 직경이 15㎛ 내지 65㎛인 것이 바람직하다.

본 발명의 타깃재는, 형성되는 MoNb 박막의 비저항이 높아지는 것을 억제할 수 있다. 또한, 본 발명의 타깃재는, 고전력에 의한 스퍼터링 후에 있어서도, 스퍼터링면이 평활하기 때문에, 노듈의 생성을 억제할 수 있다.

이에 의해, 본 발명은 파티클의 부착이 억제되어, 저저항에서 평면 화상 표시 장치의 배선 박막이나 전극 박막의 하지막이나 커버막에 적합한 MoNb 박막이 형성 가능해지져, 예를 들어 TFT형 액정 디스플레이 등의 제조에 유용한 기술이 된다.

도 1은 스퍼터링 전의 본 발명예 1이 되는 타깃재의 스퍼터링면을 주사형 전자 현미경으로 관찰한 사진.
도 2는 스퍼터링 전의 본 발명예 2가 되는 타깃재의 스퍼터링면을 주사형 전자 현미경으로 관찰한 사진.
도 3은 스퍼터링 전의 비교예가 되는 타깃재의 스퍼터링면을 주사형 전자 현미경으로 관찰한 사진.
도 4는 스퍼터링 후의 본 발명예 1이 되는 타깃재의 스퍼터링면을 광학 현미경으로 관찰한 사진.
도 5는 스퍼터링 후의 본 발명예 2가 되는 타깃재의 스퍼터링면을 광학 현미경으로 관찰한 사진.
도 6은 스퍼터링 후의 비교예가 되는 타깃재의 스퍼터링면을 광학 현미경으로 관찰한 사진.

본 발명의 타깃재는, 스퍼터링면의 200000㎛² 당, 70㎛를 초과하는 최대 길이를 갖는 Nb상을 1.0개 미만으로 한다. 즉, 본 발명의 타깃재는, Mo보다도 스퍼터링율이 낮은 Nb를, 최대 길이가 70㎛ 이하라고 하는 조대화되지 않은 상태로 타깃재의 조직 중에 존재시키고 있다. 이에 의해, 본 발명의 타깃재는, 얻어지는 MoNb 박막의 비저항이 높아지는 것을 억제할 수 있다는 효과를 발휘한다. 그리고, 본 발명의 타깃재는 성막 속도의 향상을 목적으로, 고전력으로 스퍼터링했을 때도, Mo와 Nb가 균일하게 스퍼터링되기 때문에, 스퍼터링면의 표면 조도의 증대가 억제되어, 노듈의 생성을 억제할 수 있다는 효과도 발휘된다.

또한, 상기와 동일한 이유로부터, 본 발명의 타깃재는, 그 스퍼터링면의 200000㎛² 당, 50㎛를 초과하는 최대 길이를 갖는 Nb상이 1.0개 미만인 것이 바람직하고, 40㎛를 초과하는 최대 길이를 갖는 Nb상이 1.0개 미만인 것이 보다 바람직하다.

여기서, 본 발명에서 말하는 Nb상의 최대 길이 및 평균 원 상당 직경은, 타깃재의 스퍼터링면의 임의의 200000㎛²당의 시야에 있어서, 주사형 전자 현미경에 의해 Mo상과 Nb상을 고콘트라스트로 촬영하고, 그 화상을 화상 해석 소프트웨어(예를 들어, OLYMPUS SOFT IMAGING SOLUTIONS GMBH제의 「Scandium」)를 사용하여 측정할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 복수의 Nb상이 연결되어 있는 경우의 Nb상의 최대 길이는, 연결된 Nb상의 최외주로 구성되는 최대 길이를 채용한다.

그리고, 본 발명의 타깃재는, 타깃재의 조직 중에, 스퍼터링율이 Mo보다도 낮은 Nb를 미세하게 분산시킨다는 관점에서, 스퍼터링면의 200000㎛² 당, Nb상의 평균 원 상당 직경을 15㎛ 내지 65㎛로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 본 발명의 타깃재는, 성막 속도의 향상을 목적으로, 고전력으로 스퍼터링했을 때도, Mo와 Nb를 균일하게 스퍼터링할 수 있어, 타깃재의 성분에 근사한 성분의 MoNb 박막을 얻을 수 있다는 점에서 바람직하다. 또한, 상기와 동일한 이유로부터, Nb상의 평균 원 상당 직경은, 50㎛ 이하인 것이 더 바람직하고, 45㎛ 이하가 더욱 바람직하다.

또한, 원료 분말의 조정 등과 같은 생산성의 관점에서는, Nb상의 평균 원 상당 직경은, 20㎛ 이상인 것이 더 바람직하고, 25㎛ 이상이 더욱 바람직하다.

본 발명의 타깃재는, Nb를 5원자％ 내지 30원자％ 함유하고, 잔부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는다. Nb의 함유량은, 배선 박막이나 전극 박막의 하지막이나 커버막으로서 MoNb 박막을 사용했을 때, 저저항성이나 에천트에 대한 내 에칭성 등의 특성을 유지할 수 있는, 평면 화상 표시 장치의 제조 가능한 범위로서 규정한다. 그리고, 상기와 동일한 이유로부터, Nb의 함유량은, 7원자％ 이상이 바람직하고, 9원자％ 이상이 보다 바람직하다. 또한, 상기와 동일한 이유로부터, Nb의 함유량은, 20원자％ 이하가 바람직하고, 15원자％ 이하가 보다 바람직하다.

본 발명의 타깃재의 제조 방법의 일례를 설명한다. 본 발명의 타깃재는, 예를 들어 Mo 분말과 Nb 분말을 원료 분말로서 준비하고, 이 원료 분말을 혼합하여 가압 용기에 충전하고, 이 가압 용기를 가압 소결하여 소결체를 제작하고, 이 소결체에 기계 가공 및 연마를 실시하여 얻을 수 있다. 여기서, 원료 분말에 사용되는 Mo 분말은, 평균 입경(누적 입도 분포의 D50, 이하 「D50」이라고 함)이 2㎛ 내지 10㎛의 Mo 분말이나, 이 Mo 분말과 D50이 25㎛ 내지 55㎛의 Mo 분말을 혼합한 혼합 Mo 분말을 사용함으로써, 타깃재 내의 Mo상의 편석을 억제할 수 있다는 점에서 바람직하다.

원료 분말에 사용되는 Nb 분말은, D50이 25㎛ 내지 65㎛의 Nb 분말을 체에 걸러서, 얻어지는 70㎛ 언더의 Nb 분말을 사용함으로써, 최대 길이가 70㎛를 초과하는 조대한 Nb상이 없고, Nb상의 평균 원 상당 직경이 15㎛ 내지 65㎛의 범위에 있는, 균일하고 미세한 조직을 갖는 타깃재를 얻을 수 있다는 점에서 바람직하다.

또한, 성막 속도의 향상을 목적으로, 보다 고전력에 의한 스퍼터링을 상정하고, 노듈의 생성을 억제하기 위해서는, D50이 25㎛ 내지 65㎛인 Nb 분말을 체에 걸러서, 얻어지는 45㎛ 언더의 Nb 분말을 사용하는 것이 보다 바람직하다.

그리고, 본 발명의 타깃재를 얻기 위해서는, 상기 원료 분말을 가압 소결하기 전에, 상기 가압 용기를 400℃ 내지 500℃로 가열하여 진공 탈기하고 나서 밀봉을 함으로써, 다음 공정의 가압 소결에서 Nb가 입성장하는 것을 억제할 수 있다는 점에서 바람직하다.

가압 소결은, 예를 들어 열간 정수압 프레스나 핫 프레스를 적용하는 것이 가능하고, 1000℃ 내지 1500℃, 80MPa 내지 160MPa, 1시간 내지 15시간의 조건에서 행하는 것이 바람직하다. 이러한 조건의 선택은, 얻고자 하는 타깃재의 성분, 사이즈, 가압 소결 장치 등에 의존한다. 예를 들어, 열간 정수압 프레스는, 저온 고압의 조건이 적용되기 쉽고, 핫 프레스는, 고온 저압의 조건이 적용되기 쉽다. 본 발명에서는, 긴 변이 2m 이상인 대형의 타깃재를 얻는 것이 가능한 열간 정수압 프레스를 사용하는 것이 바람직하다.

여기서, 소결 온도는, 1000℃ 이상으로 함으로써, 소결이 촉진되어, 치밀한 타깃재를 얻을 수 있다는 점에서 바람직하다. 또한, 소결 온도는, 1500℃ 이하로 함으로써, Nb의 입성장이 억제되어, 균일하여 미세한 조직을 얻을 수 있다는 점에서 바람직하다.

가압력은, 80MPa 이상으로 함으로써, 소결이 촉진되어, 치밀한 타깃재를 얻을 수 있다는 점에서 바람직하다. 또한, 가압력은, 160MPa 이하로 함으로써, 범용 가압 소결 장치를 이용할 수 있다는 점에서 바람직하다.

소결 시간은, 1시간 이상으로 함으로써, 소결이 촉진되어, 치밀한 타깃재를 얻을 수 있다는 점에서 바람직하다. 또한, 소결 시간은, 15시간 이하로 함으로써, 제조 효율을 저해하지 않고, Nb의 입성장이 억제된, 치밀한 타깃재를 얻을 수 있다는 점에서 바람직하다.

실시예

D50이 4㎛인 Mo 분말과, D50이 55㎛인 Nb 분말에 체를 사용하여 70㎛ 언더로 한 Nb 분말을, Nb를 10원자％ 함유하고, 잔부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성이 되도록, 크로스 로터리 혼합기로 혼합하여 혼합 분말을 준비했다.

다음에, 연강제의 가압 용기에 상기에서 준비한 혼합 분말을 충전하여, 탈기구를 갖는 상부 덮개를 용접했다. 그리고, 이 가압 용기를 450℃의 온도에서 진공 탈기를 하여 밀봉을 한 후, 1250℃, 145MPa, 10시간의 조건에서 열간 정수압 프레스 처리를 행하여, 본 발명예 1의 타깃재 소재가 되는 소결체를 얻었다.

D50이 4㎛인 Mo 분말과, D50이 35㎛인 Nb 분말에 체를 사용하여 45㎛ 언더로 한 Nb 분말을, Nb를 10원자％ 함유하고, 잔부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성이 되도록, 크로스 로터리 혼합기로 혼합하여 혼합 분말을 준비했다.

다음에, 연강제의 가압 용기에 상기에서 준비한 혼합 분말을 충전하여, 탈기구를 갖는 상부 덮개를 용접했다. 그리고, 이 가압 용기를 450℃의 온도에서 진공 탈기를 하여 밀봉을 한 후, 1250℃, 145MPa, 10시간의 조건에서 열간 정수압 프레스 처리를 행하여, 본 발명예 2의 타깃재 소재가 되는 소결체를 얻었다.

D50이 4㎛인 Mo 분말과 D50이 115㎛인 Nb 분말을, Nb를 10원자％ 함유하고, 잔부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성이 되도록, 크로스 로터리 혼합기로 혼합하여 혼합 분말을 준비했다.

다음에, 연강제의 가압 용기에 상기에서 준비한 혼합 분말을 충전하여, 탈기구를 갖는 상부 덮개를 용접했다. 그리고, 이 가압 용기를 450℃의 온도에서 진공 탈기를 하여 밀봉을 한 후, 1250℃, 145MPa, 10시간의 조건에서 열간 정수압 프레스 처리를 행하여, 비교예의 타깃재 소재가 되는 소결체를 얻었다.

상기에서 얻은 각 소결체에, 기계 가공 및 연마를 실시하여, 각각 직경 180㎜×두께 5㎜의 타깃재를 제작했다.

상기에서 얻은 각 타깃재의 스퍼터링면을 주사형 전자 현미경의 반사 전자 상에서, 임의의 가로: 591㎛×세로: 435㎛(면적: 257085㎛²)의 시야 중 200000㎛²로 되는 시야를 3 시야 관찰하여, 각 시야 내에 존재하는 각 Nb상의 최대 길이를 측정하고, 최대 길이가 70㎛를 초과하는 Nb상의 개수를 계측했다. 또한, 각 시야에 존재하는 Nb상의 원 상당 직경을 측정하여, 3 시야의 평균 원 상당 직경을 산출했다.

여기서, 계측은, 주사형 전자 현미경에 의해 Mo상과 Nb상을 고콘트라스트로 촬영하고, 그 화상에 대해, OLYMPUS SOFT IMAGING SOLUTIONS GMBH제의 화상 해석 소프트웨어(Scandium)를 사용하여 행했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

또한, 스퍼터링 전의 각 타깃재의 스퍼터링면을 주사형 전자 현미경으로 관찰한 결과를 도 1 내지 도 3에 나타낸다.

각 타깃재에 대해, 캐논 아네르바 가부시키가이샤제의 DC 마그네트론 스퍼터 장치(형식: C3010)를 사용하여, Ar 분위기, 압력 0.5Pa, 전력 500W의 조건에서, 두께가 300㎚인 MoNb 박막을 유리 기판 상에 형성하고, 비저항 측정용 시료를 3매씩 얻었다. 그리고, 비저항의 측정은, 가부시키가이샤 다이아 인스트루먼트제의 4단자 박막 저항률 측정기(MCP-T400)를 사용했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

각 타깃재에 대해, 캐논 아네르바 가부시키가이샤제의 DC 마그네트론 스퍼터 장치(형식: C3010)을 사용하여, Ar 분위기, 압력 0.5Pa, 전력 1000W, 스퍼터링 시간 30분의 조건에서 스퍼터링을 실시했다.

그리고, 각 타깃재에 대해, 스퍼터링 전후에 있어서의 스퍼터링면의 표면 조도를 측정했다. 표면 조도는, 가부시키가이샤 미쓰토요제의 소형 표면 조도 측정기(SU-210)를 사용하여, 연마 방향에 대해 직각 방향에 있어서의 JIS B 0601:2001로 규정되는 산술 평균 조도(Ra)을 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

또한, 스퍼터링 후의 각 타깃재의 스퍼터링면을 광학 현미경으로 관찰한 결과를 도 4 내지 도 6에 나타낸다.

본 발명의 타깃재는, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 기지로 되는 Mo상 1에 미세한 Nb상 2가 분산되어 있음을 알 수 있었다. 그리고, 본 발명의 타깃재는, 어느 쪽 시야에서도, Nb상의 평균 원 상당 직경이 30㎛ 내지 49㎛였다. 또한, 최대 길이가 70㎛를 초과하는 Nb상은 하나도 확인되지 않고, 그 3 시야의 평균 개수는 1.0개 미만임을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명의 타깃재는, 확인한 3 시야에서, Nb상의 최대 길이가, 최댓값이어도 68㎛임을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명의 타깃재는, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 스퍼터링 후의 산술 평균 조도(Ra)가 2.00㎛ 미만이고, 고전력의 계속 스퍼터링에 의한 노듈의 생성, 즉 배선 박막이나 전극 박막의 하지막이나 커버막에 대한 파티클이 부착되는 문제에 대해 유용한 타깃재임을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명의 타깃재를 사용하여 형성한 MoNb 박막은, 비저항이 15.2μΩ·㎝ 이하이고, 배선 박막이나 전극 박막의 하지막이나 커버막으로서 저저항에서 유용한 박막임을 확인할 수 있었다.

한편, 비교예의 타깃재는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 기지로 되는 Mo상 1에 조대한 Nb상 2가 분산되어 있음을 알 수 있었다. 그리고, 비교예의 타깃재는, 어느쪽 시야에서도, Nb상의 평균 원 상당 직경이 65㎛를 초과하고 있었다. 또한, 최대 길이가 70㎛를 초과하는 Nb상이 2개 이상 확인되고, 그 3 시야의 평균 개수는 4.3개였다. 또한, 비교예의 타깃재는, 확인한 3 시야에서, Nb상의 최대 길이가, 최댓값으로 117㎛도 있었다.

또한, 비교예의 타깃재는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 스퍼터링 후의 산술 평균 조도(Ra)가 2.20㎛를 초과하고 있어, 고전력의 계속 스퍼터링에 의해, 노듈의 생성 우려가 있음이 확인되었다.

또한, 비교예의 타깃재를 사용하여 형성한 MoNb 박막은, 비저항이 15.5μΩ·㎝를 초과하고 있어, 배선 박막이나 전극 박막의 하지막이나 커버막으로서, 고저항이며, 부적합함이 확인되었다.

1: Mo상
2: Nb상

Claims

Nb를 5원자％ 내지 30원자％ 함유하고, 잔부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 스퍼터링면의 200000㎛² 당, 70㎛를 초과하는 최대 길이를 갖는 Nb상이 1.0개 미만인 MoNb 타깃재.
제1항에 있어서, 상기 스퍼터링면의 200000㎛² 당, Nb상의 평균 원 상당 직경이 15㎛ 내지 65㎛인 MoNb 타깃재.