KR20210111301A - 알루미늄 합금 타겟, 알루미늄 합금 배선막, 및 알루미늄 합금 배선막의 제조 방법 - Google Patents

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타쿠 한나
야스오 나카다이
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가부시키가이샤 아루박
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Abstract

[과제] 저(低)저항이고, 내열성, 굴곡성이 우수한 알루미늄 합금 타겟, 알루미늄 합금 배선막, 및 알루미늄 합금 배선막의 제조 방법을 제공한다.
[해결 수단] 상기 목적을 달성하기 위해, 일 형태에 따른 알루미늄 합금 타겟은, 알루미늄으로 이루어지는 주성분과, 상기 주성분에 첨가된 원소군이며, 0.005at％ 이상 0.88at％ 이하의 철 및 0.01at％ 이상 0.05at％ 이하의 바나듐으로 이루어지는 원소군을 구비한다. 이와 같은 알루미늄 합금 타겟을 이용하면, 저저항이고, 내열성, 굴곡성이 우수한 알루미늄 합금 배선막이 형성된다.

Description

알루미늄 합금 타겟, 알루미늄 합금 배선막, 및 알루미늄 합금 배선막의 제조 방법
본 발명은, 알루미늄 합금 타겟, 알루미늄 합금 배선막, 및 알루미늄 합금 배선막의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 소자, 유기 EL 표시 소자 등의 박막 트랜지스터(TFT)에서는, 예를 들면, Al과 같은 저(低)저항 금속이 배선재로서 사용되는 경우가 있다.
그러나, 게이트 전극에 대해서는, 제조 공정 도중에 형성되기 때문에, 게이트 전극 형성 후에 어닐링 처리에 의한 열이력을 받게 된다. 이 때문에, 게이트 전극의 재료로서는, 열이력에 견딜 수 있는 열내성을 구비한 고융점 금속(예를 들면, Mo)이 사용되는 경우가 많다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1: 일본 특허공개공보 2015-156482호
그러나, 곡면 형상의 화면을 가진 디스플레이, 또는 절곡 가능한 폴더블 디스플레이의 곡면부에, Mo와 같은 고융점 금속을 전극재로서 적용했을 경우, 고융점 금속이 충분한 굴곡 내성을 가지고 있지 않으므로, 전극이 굴곡에 의해 파단될 가능성이 있다.
또한, Mo와 같은 고융점 금속은, Al과 같은 저저항 금속에 비해 저항률이 높다. 이 때문에, 디스플레이의 사이즈가 상승함에 따라, 디스플레이에 있어서의 표시 지연을 초래할 가능성이 있다.
이상과 같은 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은, 저저항이고, 내열성, 굴곡성이 우수한 알루미늄 합금 타겟, 알루미늄 합금 배선막, 및 알루미늄 합금 배선막의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태에 따른 알루미늄 합금 타겟은, 알루미늄으로 이루어지는 주성분과, 상기 주성분에 첨가된 원소군이며, 0.005at％ 이상 0.88at％ 이하의 철 및 0.01at％ 이상 0.05at％ 이하의 바나듐으로 이루어지는 원소군을 구비한다.
이와 같은 알루미늄 합금 타겟을 이용하면, 저저항이고, 내열성, 굴곡성이 우수한 알루미늄 합금 배선막이 형성된다.
상기의 알루미늄 합금 타겟에 있어서는, 상기 주성분과, 상기 원소군과, 불가피 성분으로 이루어져도 된다.
이와 같은 알루미늄 합금 타겟을 이용하면, 저저항이고, 내열성, 굴곡성이 우수한 알루미늄 합금 배선막이 형성된다.
본 발명의 일 형태에 따른 알루미늄 합금 타겟은, 알루미늄으로 이루어지는 주성분과,
상기 주성분에 첨가되며, 0.2at％ 이상 0.88at％ 이하의 철로 이루어지는 첨가 원소를 구비한다.
이와 같은 알루미늄 합금 타겟을 이용하면, 저저항이고, 내열성, 굴곡성이 우수한 알루미늄 합금 배선막이 형성된다.
본 발명의 일 형태에 따른 알루미늄 합금 배선막은, 알루미늄으로 이루어지는 주성분과, 상기 주성분에 첨가된 원소군이며, 0.005at％ 이상 0.88at％ 이하의 철 및 0.01at％ 이상 0.05at％ 이하의 바나듐으로 이루어지는 원소군을 구비한다.
이와 같은 알루미늄 합금 배선막에 의하면, 저저항이고, 내열성, 굴곡성이 우수한 알루미늄 합금 배선막이 얻어진다.
상기의 알루미늄 합금 배선막에 있어서는, 상기 주성분과, 상기 원소군과, 불가피 성분으로 이루어져도 된다.
이와 같은 알루미늄 합금 배선막에 의하면, 저저항이고, 내열성, 굴곡성이 우수한 알루미늄 합금 배선막이 얻어진다.
본 발명의 일 형태에 따른 알루미늄 합금 배선막의 제조 방법에 있어서는, 알루미늄으로 이루어지는 주성분과, 상기 주성분에 첨가된 원소군이며, 0.005at％ 이상 0.88at％ 이하의 철 및 0.01at％ 이상 0.05at％ 이하의 바나듐으로 이루어지는 원소군을 가지는 스퍼터링 타겟이 준비되고, 상기 스퍼터링 타겟을 이용하여 기판에 알루미늄 합금 배선막이 형성되며, 상기 알루미늄 합금 배선막이 450℃ 이하에서 가열 처리된다.
이와 같은 제조 방법에 의하면, 저저항이고, 내열성, 굴곡성이 우수한 알루미늄 합금 배선막이 형성된다.
이상 서술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 저저항이고, 내열성, 굴곡성이 우수한 알루미늄 합금 타겟, 알루미늄 합금 배선막, 및 알루미늄 합금 배선막의 제조 방법이 제공된다.
도 1의 (a) 및 도 1의 (b)는, 본 실시형태에 따른 Al 합금막을 가지는 박막 트랜지스터의 개략 단면도이다.
도 2는 복수의 Al 합금막의 성막 직후 및 가열 처리 후에서의 표면 거칠기의 변화를 나타내는 그래프도이다.
도 3은 Al 순금속막, 복수의 Al 합금막의 성막 직후 및 가열 처리 후에서의 저항률ρ(μΩ·cm)의 변화를 나타내는 그래프도이다.
도 4의 (a)는, Fe의 농도가 0.1at％ 이상이고, Al-Fe-V 삼원계의 표면 거칠기를 나타내는 그래프도이다. 도 4의 (b)는, Fe의 농도가 0.1at％ 이상이고, Al-Fe-V 삼원계의 성막 직후 및 가열 처리 후에서의 저항률ρ(μΩ·cm)의 변화를 나타내는 그래프도이다.
도 5의 (a) 내지 도 5의 (h)는, 가열 처리 후의 Al 순금속막 및 복수의 Al 합금막의 표면 SEM상(像)이다.
도 6의 (a) 및 도 6의 (b)는, 유리 기판 상에 형성한 Al 합금막을 에칭한 후에 있어서의 유리 기판 표면의 SEM상의 일례가 나타나 있다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태를 설명한다. 각 도면에는, XYZ축 좌표가 도입되는 경우가 있다. 또, 동일한 부재 또는 동일한 기능을 가지는 부재에는 동일한 부호를 붙이는 경우가 있으며, 그 부재를 설명한 후에는 적절히 설명을 생략하는 경우가 있다.
본 실시형태에 따른 알루미늄 합금 타겟을 설명하기 전에, 알루미늄 합금 타겟이 사용되는 디바이스의 구조, 작용의 일례를 설명한다.
(박막 트랜지스터)
도 1의 (a) 및 도 1의 (b)는, 본 실시형태에 따른 Al 합금막을 가지는 박막 트랜지스터의 개략 단면도이다.
도 1의 (a)에는, 톱게이트형의 박막 트랜지스터(1)가 나타나 있다. 박막 트랜지스터(1)에서는, 유리 기판(10) 상에, 활성층(반도체층)(11), 게이트 절연막(12), 게이트 전극(13), 및 보호층(15)이 적층되어 있다. 활성층(11)은, 예를 들면, LTPS(low temperature poly-silicon)로 구성된다. 활성층(11)은, 소스 전극(16S) 및 드레인 전극(16D)에 전기적으로 접속되어 있다.
도 1의 (b)에 나타내는 박막 트랜지스터(2)는, 보텀게이트형의 박막 트랜지스터이다. 박막 트랜지스터(2)에서는, 유리 기판(10) 상에, 게이트 전극(13), 게이트 절연막(22), 활성층(21), 소스 전극(26S), 및 드레인 전극(26D)이 적층되어 있다. 활성층(21)은, 예를 들면, IGZO(In-Ga-Zn-O)계 산화물 반도체 재료로 구성된다. 활성층(21)은, 소스 전극(26S) 및 드레인 전극(26D)에 전기적으로 접속되어 있다.
게이트 전극(13)의 두께는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 100nm 이상 600nm 이하, 바람직하게는, 200nm 이상 400nm 이하이다. 100nm 미만의 두께에서는 게이트 전극(13)의 저저항화가 곤란해진다. 600nm를 초과하는 두께에서는, 박막 트랜지스터(2)의 굴곡 내성이 저하하는 경향이 있다. 게이트 전극(13)은, 본 실시형태에 따른 알루미늄(Al) 합금막으로 구성된다. 게이트 전극(13)의 비저항은, 예를 들면, 15μΩ·cm 이하, 바람직하게는, 10μΩ·cm 이하, 더 바람직하게는, 3.7μΩ·cm 이하로 설정되어 있다.
게이트 전극(13)은, 솔리드한 상태의 Al 합금막이 스퍼터링법으로 성막된 후, 소정 형상으로 패터닝됨으로써 형성된다. 스퍼터링법은, 예를 들면, DC 스퍼터링법, 펄스 DC 스퍼터링법, RF 스퍼터링법 등이 적용된다. 솔리드 형상의 Al 합금막의 패터닝에는, 웨트 에칭, 드라이 에칭 중 어느 한쪽이 적용된다. 게이트 전극(13)의 성막 및 패터닝은, 일반적으로 박막 트랜지스터(1, 2)의 제조 공정 도중에 행해진다.
또한, 박막 트랜지스터(1, 2)에서는, 필요에 따라 제조 공정 중에 가열 처리(어닐링)가 실시된다. 예를 들면, 박막 트랜지스터(1)에서는, 게이트 전극(13)을 형성한 후에, 활성층(11)의 활성화, 또는 활성층(11)의 수소 보충을 위해, 450℃ 이하에서 30분 이하의 가열 처리가 행해지는 경우가 있다. 박막 트랜지스터(2)에서도, 활성층(21) 또는 게이트 절연막(22)에 있어서는, 결함 보수를 위해 마찬가지의 열처리가 행해진다.
종전에 있어서는, 게이트 전극(13)의 재료로서, 이와 같은 열이력에 견딜 수 있는 고융점 금속(예를 들면, Mo)을 선택하는 것이 일반적으로 되어 있었다.
그러나 최근에는, 박막 트랜지스터(1, 2)가 플랫형의 표시 디바이스뿐만 아니라, 둘레 가장자리부가 만곡된 커브(Curved)형의 표시 디바이스, 원호상으로 절곡된 벤더블(Bendable)형의 표시 디바이스, 180도 절첩 가능한 폴더블(Foldable)형의 표시 디바이스 등에 적용되는 경우가 있다.
이와 같은 표시 디바이스의 곡면부에, 고융점 금속(예를 들면, Mo)이 주성분으로 된 게이트 전극이 적용되면, 고융점 금속이 충분한 굴곡 내성을 가지고 있지 않으므로, 게이트 전극의 일부가 균열하여, 당해 전극이 파단될 가능성이 있다. 게이트 전극은, 게이트 절연막을 개재하여 대향하는 활성층에 채널을 형성하는 역할을 가진다. 이 때문에, 표시 디바이스의 곡면부에 게이트 전극이 적용되었을 경우, 게이트 전극은, 균열, 파단이 없으며, 우수한 굴곡 내성을 구비하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 고융점 금속의 저항률은, 금속 중에서도 비교적 높아, 박막 트랜지스터(1 또는 2)가 내장된 디스플레이의 사이즈가 상승함에 따라, 디스플레이에 있어서의 표시 지연이 일어날 수 있다.
이에 대처하기 위해, 유연성이 우수하고, 저저항의 Al 순금속을 게이트 전극의 재료에 적용하는 방법이 있다. 그러나, Al 순금속으로 게이트 전극을 구성하면, 열이력에 의해 Al의 결정 입경이 대직경화되고, 게이트 전극 내에 응력(압축 응력, 인장 응력)이 발생하여, 전극 표면에 힐록이 발생하는 경우가 있다.
이와 같은 힐록이 게이트 전극으로부터 박리되면, 게이트 전극이 고(高)저항이 되거나, 게이트 전극이 단선될 가능성이 있다. 또한, 힐록 상에 다른 막이 형성되었을 경우에는, 이 막이 하지(下地)의 힐록의 형상을 받아, 고저항이 되거나 막이 단선된다.
또한, 게이트 전극(13)의 패터닝에서는, 웨트 에칭 및 드라이 에칭 중 어느 한쪽이 적용되기 때문에, 게이트 전극(13)에 있어서는, 웨트 에칭 및 드라이 에칭으로 잔사 없이 가공될 것이 요구된다.
이와 같이, 게이트 전극(13)을 구성하는 전극재로서는, 게이트 전극(13)이 저저항인 것은 물론이고, 굴곡 반경 1mm로 절곡되어도 견딜 수 있는 굴곡 내성을 가지고 있을 것, 힐록이 발생하기 어려운 우수한 내열성을 가지고 있을 것, 잔사 없이 에칭 가공이 가능할 것이 요구된다.
(Al 합금막)
본 실시형태에서는, 상기의 과제에 대처하기 위해, 게이트 전극(13)의 재료로서 Al 합금막이 적용된다. Al 합금막은, 예를 들면, 진공조 내에서 스퍼터링 성막에 의해 형성된다. 또한, Al 합금막은, 게이트 전극(13)과 같이 소정의 배선 형상으로 패터닝되므로, 본 실시형태에서는, Al 합금막을 총괄적으로 금속 배선막이라고 호칭하는 경우가 있다.
Al 합금막은, 스퍼터링 타겟으로서의 알루미늄 합금 타겟을 준비한 후, 이 타겟을 이용하여 스퍼터링법에 의해, 유리 기판 등의 기판에 형성된다. Al 합금막은, 예를 들면, 활성층(11, 21)에 실시되는 열처리와 함께, 450℃ 이하에서 가열 처리된다.
본 실시형태에 따른 Al 합금막은, 알루미늄으로 이루어지는 주성분과, 알루미늄의 주성분에 첨가된 원소군을 구비한다. 원소군은, 0.005at％ 이상 0.88at％ 이하의 철(Fe) 및 0.01at％ 이상 0.05at％ 이하의 바나듐(V)으로 이루어진다(at％: atom％). Al 합금막은, 그 외에, 불가피 성분을 포함해도 된다. 이 경우, Al 합금막은, 주성분과, 원소군과, 불가피 성분으로 이루어진다. 여기에서, 불가피 성분이란, Si, Cu, Mn, Zn 등을 들 수 있다.
여기에서, 철의 함유량이 0.005at％보다 작으면, Al 합금막에 가열 처리가 실시되었을 경우, Al 합금막에 힐록이 발생하기 쉬워져, 바람직하지 않다. 한편, 철의 함유량이 0.88at％보다 크면, 타겟 조성의 제어가 곤란해져, 막질의 균일화가 어려워지거나, 알루미늄 합금막의 드라이 에칭 가공이 용이하지 않게 되기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 바나듐의 함유량이 0.01at％보다 작으면, Al 합금막에 가열 처리가 실시되었을 경우, Al 합금막에 힐록이 발생하기 쉬워져, 바람직하지 않다. 한편, 바나듐의 함유량이 0.05at％보다 크면, Al 합금막의 저항률이 높아져, 바람직하지 않다.
또, Al 합금막은, 알루미늄으로 이루어지는 주성분과, 이 주성분에 첨가되며, 0.2at％ 이상 0.88at％ 이하의 철로 이루어지는 첨가 원소를 구비해도 된다. 이 Al 합금막에는, 불가피 원소가 포함되어도 된다. 이 경우, Al 합금막은, 주성분과, 철과, 불가피 성분으로 이루어진다. 여기에서, 철의 함유량이 0.2at％보다 작으면, Al 합금막에 가열 처리가 실시되었을 경우, Al 합금막에 힐록이 발생하기 쉬워지는 경향이 되어, 바람직하지 않다. 한편, 철의 함유량이 0.88at％보다 크면, 타겟 조성의 제어가 곤란해져, 막질의 균일화가 어려워지거나, 알루미늄 합금막의 드라이 에칭 가공이 용이하지 않게 되기 때문에 바람직하지 않다.
이와 같은 Al 합금막을 이용하면, 예를 들면, 저항률이 3.7μΩ·cm 이하이고, 바람직하게는, 3.3μΩ·cm 이하인 저저항의 게이트 전극(13)이 형성된다. 또한, Al 합금막은, 우수한 굴곡 내성을 가짐과 함께, 원소군의 첨가에 의한 우수한 효과가 발휘된다.
예를 들면, 원소군의 첨가에 의한 작용으로서, Al 합금막에 가열 처리(450℃max, 30분max)가 되었다고 해도, Al 합금막에 힐록이 발생하기 어려워진다. 예를 들면, Al 합금막에 가열 처리(450℃max, 30분max)가 되었다고 해도, Al 합금막에 있어서의 Al 입자간에서의 철 농도가 상대적으로 높아져, 이웃하는 Al 입자끼리의 결합이 억제되어, Al 입자가 미소 입자의 상태에서 그친다(미소 입경: 1㎛ 이하). 본 실시형태에 있어서의 입자의 평균 입경은, 레이저 회절법, 전자현미경상을 이용한 화상 해석 등에 의해 구해진다.
또한, Al 합금막에 바나듐이 포함되었을 경우, 바나듐은, 알루미늄에 대한 고용(固溶) 강화 원소이기 때문에, Al 입자 내에서는 Al과 V의 고용이 촉진된다. 이에 따라, Al-V의 금속간 화합물이 분산 형성되어, Al 입자 내에서의 Al의 이동(Al 마이그레이트)이 억제된다.
이에 따라, Al 합금막에 가열 처리가 되었다고 해도, Al 입자의 거대화, 즉, 힐록 생성이 억제되고, 내열성이 높은 Al 합금막이 형성된다.
또한, 상기의 Al 합금막이면, 염소계 에천트를 이용한 웨트 에칭, 드라이 에칭이 모두 가능해진다. 또한, 철, 바나듐은, 희토류 원소와 비교하여, 드라이 에칭하기 쉬워, 알루미늄과 동등한 에칭 레이트로 가공할 수 있다.
(알루미늄 합금 타겟)
스퍼터링 성막에서 이용되는 스퍼터링 타겟으로서는, 알루미늄 합금 타겟(Al 합금 타겟)이 이용된다.
Al 합금 타겟으로서는, Al 합금막과 동일한 조성의 타겟이 준비된다. 예를 들면, Al 합금 타겟은, 주성분인 순도 5N(99.999％) 이상의 Al 순금속편과, 알루미늄의 주성분에 첨가된 원소군을 구비한다. 원소군은, 0.005at％ 이상 0.88at％ 이하의 철(Fe) 및 0.01at％ 이상 0.05at％ 이하의 바나듐(V)으로 이루어진다(at％: 원자％).
Al 합금 타겟은, 그 외에, 20ppm 이하의 불가피 성분을 포함해도 된다. 이 경우, Al 합금 타겟은, 주성분과, 원소군과, 불가피 성분으로 이루어진다. 여기에서, 불가피 성분이란, Si, Cu, Mn, Zn 등을 들 수 있다. 일례로서, Si는, 4ppm 이하, Cu는, 3ppm 이하, Mn은, 1ppm 이하, Zn은, 0.3ppm 이하이다.
또한, Al 합금 타겟은, 알루미늄으로 이루어지는 주성분과, 이 주성분에 첨가되며, 0.2at％ 이상 0.88at％ 이하의 철로 이루어지는 첨가 원소를 구비해도 된다. 이 Al 합금 타겟에는, 불가피 성분이 포함되어도 된다. 이 경우, Al 합금 타겟은, 주성분과, 철과, 불가피 성분으로 이루어진다.
Al 합금 타겟은, Al 순금속편에, 원소군이 혼합되고, 이들의 혼합 재료가 유도 가열 등의 용해법에 의해 도가니 내에서 용해되어, 우선은 Al 합금 잉곳으로서 형성된다. Al 합금 잉곳에는, 단조·압연·프레스 등의 소성 가공이 실시되고, Al 합금 잉곳이 판상, 원판상으로 가공됨으로써, Al 합금 타겟이 제작된다.
예를 들면, 도가니에, Al, Fe, 및 V의 각각의 금속재료(금속편, 금속분)가 설치된다. 또는, Al 및 Fe의 각각의 금속재료(금속편, 금속분)가 설치된다. 다음으로, 유도 가열에 의해, Al 합금의 융점(예를 들면, 655℃)보다, 300℃ 이상 높은 용융 온도(예를 들면, 955℃)로 각 금속재료가 가열되어, 각 금속재료가 도가니 내에서 용융된다. 다음으로, 이 용융 온도로부터, 용융된 금속이 실온까지 냉각되어 알루미늄 합금 잉곳이 형성된다. 그 후, 알루미늄 합금 잉곳은, 필요에 따라 단조되고, 알루미늄 합금 잉곳이 판상 또는 원판상으로 잘라진다. 이에 따라, Al 합금 타겟이 형성된다.
여기에서, 스퍼터링 타겟용의 합금 잉곳을 형성하는 방법으로서, 금속재료의 융점보다 약간 높은 용융 온도에서 금속재료를 용융하고, 그 약간 높은 용융 온도로부터 금속재료가 냉각되어, 합금 잉곳을 형성하는 방법이 있다. 이것은, 용융 상태로부터 냉각될 때까지의 냉각 시간을 짧게 함으로써, 냉각 과정에서 발생하는 금속간 화합물의 석출을 피하기 위해서이다. 그러나, 이 방법에서는, 용융 온도가 융점보다 약간 높은 온도로 설정되므로, 금속재료가 충분히 혼합되지 않게 될 가능성이 있다.
이에 반해, 본 실시예에서는, Al 합금의 융점보다, 300℃ 이상 높은 용융 온도에서 금속재료가 가열 용융되기 때문에, 각각의 금속재료가 충분히 혼합되게 된다. 여기에서, 용융 온도가 높아질수록, 용융 온도부터 실온까지의 냉각 시간이 길어져, 금속간 화합물이 석출되기 쉬워진다고도 생각된다. 그러나, 본 실시형태에서는, 이와 같은 Al 합금의 융점보다 300℃ 이상 높은 용융 온도로부터 Al 합금 잉곳이 냉각되어도, Al 합금 잉곳 중에, 금속간 화합물이 석출되기 어려워지도록, 첨가 원소의 농도가 조정되고 있다.
첨가되는 원소군의 첨가량이 상기의 범위로 설정됨으로써, 금속 화합물의 상평형도에 있어서의 고상선과 액상선의 온도차가 작아져, 금속간 화합물 등에 의한 초정(初晶)이 도가니 내에서 침강되기 어려운 Al 합금 잉곳이 형성된다. Al 합금 잉곳 중에는, 첨가 원소가 균일하게 분산되어 있다.
이와 같은 Al 합금 타겟을 이용하여 스퍼터링 성막된 Al 합금막은, 상기의 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 스퍼터링 타겟을 Al 순금속만으로 제작하면, Al 잉곳이 단조·압연·프레스 등의 소성 가공 중에 열을 받아, Al 잉곳 중에 Al 결정립이 성장하는 경우가 있다. 이와 같은 Al 잉곳으로 제작된 Al 타겟에도 Al 결정립이 존재하게 되어, 성막 중에 Al 결정립이 플라스마로부터의 열을 받아 Al 타겟 표면에서 돌기물이 형성된다. 이 돌기물은, 이상(異常) 방전의 원인이 되거나, 성막 중에 돌기물이 Al 타겟으로부터 비산될 가능성이 있다.
이에 대하여, 본 실시형태의 Al 합금 타겟은, Al 순금속에 Fe 또는 V가 상기의 첨가량으로 첨가되어 있다. 이에 따라, Al 합금 잉곳이 단조·압연·프레스 등의 소성 가공 중에 열을 받았다고 해도, Al 합금 잉곳 중에 Al 합금 결정립이 성장하기 어려워진다. 따라서, Al 합금 타겟이 플라스마로부터 열을 받아도, Al 합금 타겟 표면에는 돌기물이 발생하기 어려워, 이상 방전, 돌기물의 스플래시가 일어나기 어려워진다. 또한, 이상 방전, 돌기물의 스플래시가 억제되므로, Al 합금 타겟을 고(高)파워의 스퍼터링 성막에도 적용할 수 있다.
특히, Fe가 첨가된 Al 합금 잉곳(또는, Al 합금 타겟)에서는, 입자간의 입계에 있어서의 Fe의 함유량이 입자 내에 있어서의 Fe의 함유량보다 많아진다. 또한, Al 합금 잉곳(또는, Al 합금 타겟)에는, 고용 강화 원소인 바나듐이 포함되기 때문에, Al 입자 내에서는 Al과 V의 고용이 촉진되어, Al-V의 금속간 화합물이 분산 형성된다. 이에 따라, Al 입자 내에서의 Al의 이동이 억제된다. 여기에서, Al 합금 잉곳(또는, Al 합금 타겟)에 있어서의 입자의 평균 입경은, 100㎛ 이상 200㎛ 이하로 조정된다.
이에 따라, Al 합금 잉곳(또는, Al 합금 타겟)에 있어서는, 입계가 장벽이 되어, 인접하는 미립자가 결합하여 미립자가 조대화되는 현상이 억제된다. 그 결과, Al 합금 타겟의 내열성은, 더 향상된다.
Al 합금막의 성막 조건, 및 복수의 Al 합금 타겟을 이용한 Al 합금막의 각각의 특성을 이하에 나타낸다. 이하에 나타나는 Al 합금막은, 상기의 조성의 일례이며, 본 실시형태에서의 Al 합금막은, 이하의 예에 한정되지 않는다.
(Al 합금막의 제조 조건의 일례)
방전 전력: DC 방전, 5W/cm2
성막 온도: 100℃
성막 압력: 0.3Pa
막두께: 200nm
가열 처리: 질소 분위기, 450℃, 0.5시간
상기의 성막 조건에 의해, 예를 들면, Al 순금속막, Al-0.10at％ Fe막, Al-0.05at％ V-0.05at％ Fe막이 형성되었다. 그 외에 Al 합금막으로서, Al-0.05at％ Mn막, Al-0.10at％ Mn막, Al-0.20at％ Mn막, Al-0.05at％ V막, Al-0.05at％ Fe막, Al-0.08at％ Ti막, Al-0.05at％ Mn막-0.05at％ Fe막, Al-0.08at％ Ti막-0.05at％ Fe막, Al-0.03at％ V막-0.1at％ Fe막, Al-0.02at％ V막-0.1at％ Fe막, Al-0.02at％ V막-0.2at％ Fe막, Al-0.02at％ V막-0.4at％ Fe막, 및 Al-0.01at％ V막-0.8at％ Fe막을 제작했다.
도 1에 나타내는 디바이스에 있어서는, 가열 처리가 실시되므로, 가열 처리 후의 Al 합금막에 있어서 힐록이 없고, 저저항인 것이 목적이 된다.
도 2는, 복수의 Al 합금막의 성막 직후 및 가열 처리 후에서의 표면 거칠기의 변화를 나타내는 그래프도이다. 도 2에는, Al 순금속막의 결과도 나타나 있다. 도 2의 종축은, AFM으로 계측된 거칠기 곡선의 최대 밸리 깊이(P-V)이다. 도면 중의 "○"는, 성막 직후의 P-V를 나타내고, "●"는, 가열 처리 후의 P-V를 나타내고 있다.
도 2에는, 가장 좌측에 Al 순금속막(Pure Al)의 결과가 나타나고, 그 이외에는, 복수의 Al 합금막의 각각의 결과가 나타나 있다. Al 순금속막에 대해서는, 2개의 막(부호 1, 2)을 형성하고 있다. 성막 직후의 P-V와, 가열 처리 후의 P-V의 차ΔPV가 커질수록, 가열 처리 후에 있어서의 표면 요철이 커지는 것을 의미하고, 가열 처리 후에 힐록이 형성되어 있을 가능성이 높은 것을 시사한다.
도 2의 결과로부터, Al 순금속막에서는, 다른 Al 합금막에 비해, ΔPV가 커지는 것이 확인되었다. 또한, Al-0.08at％ Ti막의 ΔPV는, Al 순금속막의 ΔPV와 동일한 정도가 되는 것을 알 수 있었다.
Al-0.05at％ Mn막, Al-0.1at％ Mn막, Al-0.05at％ V막, Al-0.05at％ Fe막, Al-0.05at％ Mn막-0.05at％ Fe막, Al-0.08at％ Ti막-0.05at％ Fe막에서는, Al 순금속막의 ΔPV보다 작기는 하지만, ΔPV의 상승을 볼 수 있었다.
이에 반해, Al-0.2at％ Mn막, Al-0.1at％ Fe막, Al-0.05at％ Fe-0.05at％ V막에서는, ΔPV가 0에 점근하고 있다.
특히, Al-Fe 합금막에, V를 첨가함으로써 Al-Fe 합금막보다 더 낮은 ΔPV가 얻어지는 것을 알 수 있었다.
도 3은, Al 순금속막, 복수의 Al 합금막의 성막 직후 및 가열 처리 후에서의 저항률ρ(μΩ·cm)의 변화를 나타내는 그래프도이다. 도면 중의 파선은, 가열 처리 후에 있어서의 저항률의 목표치의 최대치 3.7μΩ·cm 이하이다. 도면 중의 "○"는, 성막 직후의 저항률을 나타내고, "●"는, 가열 처리 후의 저항률을 나타내고 있다.
ΔPV가 0에 점근한, Al-0.2at％ Mn막, Al-0.1at％ Fe막, 및 Al-0.05at％ Fe-0.05at％ V막의 저항률 변화에 주목하면, 이들 중, Al-0.2at％ Mn막의 저항률은, 목표치(3.7μΩ·cm 이하)가 되지 않았다.
이에 반해, Al-0.1at％ Fe막 및 Al-0.05at％ Fe-0.05at％ V막에서는, ΔPV가 0에 점근함과 함께, 각각의 저항률이 목표치(3.7μΩ·cm 이하)가 되는 것을 알 수 있었다.
이들 결과는, Al-Fe 이원계의 Al 합금막에 대해서, 힐록이 없고, 저저항의 Al 합금막을 형성하려면, Fe가 Al 합금막 중에 0.1at％ 이상 필요한 것을 의미하고 있다. 또한, Fe의 농도가 0.1at％보다 낮아도, Al-Fe-V 삼원계의 Al-0.05at％ Fe-0.05at％ V막으로 함으로써, 힐록이 없고, 저저항의 Al 합금막이 형성되는 것이 판명되었다.
도 4의 (a)는, Fe의 농도가 0.1at％ 이상이며, Al-Fe-V 삼원계의 표면 거칠기를 나타내는 그래프도이다. 도 4의 (b)는, Fe의 농도가 0.1at％ 이상이며, Al-Fe-V 삼원계의 성막 직후 및 가열 처리 후에서의 저항률ρ(μΩ·cm)의 변화를 나타내는 그래프도이다.
Al-Fe-V 삼원계의 막으로서는, Al-0.03at％ V막-0.1at％ Fe막, Al-0.02at％ V막-0.1at％ Fe막, Al-0.02at％ V막-0.2at％ Fe막, Al-0.02at％ V막-0.4at％ Fe막, 및 Al-0.01at％ V막-0.8at％ Fe막이 제작되었다.
이와 같은 Al-Fe-V 삼원계에서는, Al-0.03at％ V막-0.1at％ Fe막, Al-0.02at％ V막-0.1at％ Fe막, Al-0.02at％ V막-0.2at％ Fe막, Al-0.02at％ V막-0.4at％ Fe막, Al-0.01at％ V막-0.8at％ Fe막으로 함으로써, 어느 막에 있어서도, 표면 거칠기가 100nm 이하로 억제되어, 힐록이 없고, 저항률이 3.7μΩ·cm보다 더 낮은 3.5μΩ·cm 이하의 Al 합금막이 형성되는 것이 판명되었다.
도 5의 (a) 내지 도 5의 (h)는, 가열 처리 후의 Al 순금속막 및 복수의 Al 합금막의 표면 SEM상이다. 표면 SEM상에서는, 힐록이 Al 합금막 표면에 석출되었을 경우, 힐록이 흰 입자로서 비춰진다.
도 5의 (a)의 Al 순금속막, 도 5의 (b)의 Al-0.1at％ Mn막, 도 5의 (d)의 Al-0.05at％ V막, 도 5의 (f)의 Al-0.05at％ Fe막, 도 5의 (g)의 Al-0.08at％ Ti막에서는, 힐록이 관측되었다. 또, 도 5의 (c)의 Al-0.2at％ Mn막에서는, ΔPV는 0에 점근했지만, SEM에서는 약간 힐록이 관측되었다.
이에 대하여, 도 5의 (e)의 Al-0.1at％ Fe막, 및 도 5의 (h)의 Al-0.05at％ Fe-0.05at％ V막에는 힐록이 관측되지 않았다.
도 6의 (a) 및 도 6의 (b)는, 유리 기판 상에 형성한 Al 합금막을 에칭한 후에 있어서의 유리 기판 표면의 SEM상의 일례가 나타나 있다. 여기에서, 도 6의 (a)에는, Al-0.1at％ Fe막을 에칭한 예가 나타나고, 도 6의 (b)에는, Al-0.05at％ Fe-0.05at％ V막을 에칭한 예가 나타나 있다.
드라이 에칭에 있어서, 에칭 가스는, Cl2(50sccm)/Ar(20sccm)의 혼합 가스이다. 에칭압은, 1.0Pa이다. 방전 전력은, 기판 바이어스 전력이 400W인 상태에서, 600W이다. 웨트 에칭액으로서는, 인산/질산/아세트산/물의 혼합 용액(통칭, PAN)이 이용되고 있다. 액온도는, 40℃이다.
도 6의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, Al-0.1at％ Fe막 및 Al-0.05at％ Fe-0.05at％ V막에서는, 모두 유리 기판 상에 잔사 없이 드라이 에칭 및 웨트 에칭이 가능해지는 것을 알 수 있었다.
또한, 굴곡 시험용 기판으로서, 2층 구조의 SiN막(200nm)/폴리이미드층(25㎛) 기판을 준비하고, SiN막 상에, Al-0.1at％ Fe막 및 Al-0.05at％ Fe-0.05at％ V막의 각각을 성막했다. 굴곡 시험에서의 굴곡 반경은, 1mm이다. 시험 속도는, 30rpm이다.
Al-0.1at％ Fe막 및 Al-0.05at％ Fe-0.05at％ V막 모두에 있어서, 가열 처리 후에는, 100000회의 굴곡 횟수에서 크랙이 발생하지 않는 것이 인정되었다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시형태에만 한정되는 것은 아니며, 다양한 변경을 더할 수 있는 것은 물론이다. 각 실시형태는, 독립된 형태에 한정되지 않으며, 기술적으로 가능한 한 복합할 수 있다.
1, 2: 박막 트랜지스터
10: 유리 기판
11, 21: 활성층
12, 22: 게이트 절연막
13: 게이트 전극
15: 보호층
16S, 26S: 소스 전극
16D, 26D: 드레인 전극

Claims (6)

  1. 알루미늄으로 이루어지는 주성분과,
    상기 주성분에 첨가되며, 0.005at％ 이상 0.88at％ 이하의 철 및 0.01at％ 이상 0.05at％ 이하의 바나듐으로 이루어지는 원소군을 구비하는 알루미늄 합금 타겟.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주성분과, 상기 원소군과, 불가피 성분으로 이루어지는 알루미늄 합금 타겟.
  3. 알루미늄으로 이루어지는 주성분과,
    상기 주성분에 첨가되며, 0.2at％ 이상 0.88at％ 이하의 철로 이루어지는 첨가 원소를 구비하는 알루미늄 합금 타겟.
  4. 알루미늄으로 이루어지는 주성분과,
    상기 주성분에 첨가된 원소군이며, 0.005at％ 이상 0.88at％ 이하의 철 및 0.01at％ 이상 0.05at％ 이하의 바나듐으로 이루어지는 원소군을 구비하는 알루미늄 합금 배선막.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 주성분과, 상기 원소군과, 불가피 성분으로 이루어지는 알루미늄 합금 배선막.
  6. 알루미늄으로 이루어지는 주성분과, 상기 주성분에 첨가된 원소군이며, 0.005at％ 이상 0.88at％ 이하의 철 및 0.01at％ 이상 0.05at％ 이하의 바나듐으로 이루어지는 원소군을 가지는 스퍼터링 타겟을 준비하고,
    상기 스퍼터링 타겟을 이용하여 기판에 알루미늄 합금 배선막을 형성하며,
    상기 알루미늄 합금 배선막이 450℃ 이하에서 가열 처리되는 알루미늄 합금 배선막의 제조 방법.
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