TWI593807B

TWI593807B - 靶材

Info

Publication number: TWI593807B
Application number: TW105123501A
Authority: TW
Inventors: Masashi Kaminada; Kazuya Saitoh; Yuu Tamada; Hide Ueno
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2017-08-01
Also published as: TW201708557A; CN107849689A; JPWO2017018402A1; KR20180022935A; US20180209034A1; JP6919814B2; WO2017018402A1

Description

靶材

本發明是有關於一種在濺鍍等物理蒸鍍技術中使用的靶材。

近年來，在作為平面顯示裝置之一種的薄膜電晶體（thin-film transistor，TFT）型液晶顯示器等中採用多晶矽TFT，所述多晶矽TFT在閘極電極上所形成的閘極絕緣膜上形成有電子遷移率大的多晶矽膜（polysilicon film）。於該多晶矽TFT的製造中，例如需要450℃以上的高溫活化熱處理等高溫製程，因此為了在閘極電極中並不產生變形或熔融而要求高溫特性或耐蝕性等優異的材料。而且，在閘極電極的材質中應用Mo或Mo合金等高熔點材料。

作為包含該高熔點材料的閘極電極，例如如專利文獻1所示那樣提出一種MoW合金，其在Mo中以8原子%以上、不足20原子%的比例添加有W，而且亦存在用以形成該閘極電極的靶材的揭示。在專利文獻1中有所揭示的包含MoW合金的閘極電極即使對於450℃以上的高溫活化熱處理，亦不變形或熔融，並未形成異常析出（hillock），除此以外耐蝕性比包含純Mo的閘極電極更優異，於這些方面而言是有用的技術。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本專利再表2012/067030號公報

根據本發明者的研究，可確認在採用閘極電極（所述閘極電極是使用專利文獻1中所揭示的包含MoW合金的靶材而形成者）的多晶矽TFT中，半導體的臨界電壓產生變化，在規定電壓範圍內的交換（switching）變困難等，存在無法獲得穩定的TFT特性的情況。而且，本發明者確認若將包含MoW合金的靶材配置於濺鍍裝置的腔室內，將腔室內調整為規定真空度後進行濺鍍，則存在腔室內被污染的情況。而且確認伴隨著該腔室內污染的問題，存在鉀（kalium，K）摻入至所得的膜、亦即閘極電極中的情況。

本發明的目的是鑒於所述課題，提供抑制濺鍍時的膜污染，且可形成獲得穩定的TFT特性的閘極電極的靶材。

本發明者發現在為了形成多晶矽TFT的閘極電極而使用包含純Mo或Mo合金的靶材的情況下，需要將靶材中所含的K的含量控制為適當的範圍，從而達成本發明。

亦即，本發明的靶材是包含Mo及不可避免的雜質的靶材，所述不可避免的雜質之一的K為0.4質量ppm～20.0質量ppm。

而且，本發明的靶材是含有合計50原子%以下的選自由W、Nb、Ta、Ni、Ti、Cr所組成的群組的一種或兩種以上的元素M，剩餘部分包含Mo及不可避免的雜質的靶材，所述不可避免的雜質之一的K為0.4質量ppm~20.0質量ppm。

而且，較佳為所述元素M為W，含有10原子%~50原子%的該W。

藉由使用本發明的靶材，可抑制濺鍍時的膜污染，且可形成獲得穩定的TFT特性的閘極電極，成為在平面顯示裝置的製造中有用的技術。

本發明者確認若將各種Mo系靶材配置於濺鍍裝置的腔室內，將腔室內調整為規定的真空度後進行濺鍍，則存在腔室內被污染，且所得的膜、亦即閘極電極亦被污染的情況。

而且，本發明者使用各種Mo系靶材，關於形成有閘極電極的多晶矽TFT的特性而進行了調查，結果確認存在半導體的臨界電壓產生變化，在規定的電壓範圍內交換變困難，無法獲得穩定的TFT特性的情況。而且確認該些問題是由於靶材中所含的K的含量而誘發的。

本發明的靶材將作為不可避免的雜質元素之一而含有的K的含量設為0.4質量ppm～20.0質量ppm。在靶材中所含的K的含量多於20.0質量ppm的情況下，若在濺鍍裝置的腔室內配置靶材，將腔室內調整為規定的真空度後進行濺鍍，則K飛散於腔室內，造成腔室內被污染。其結果，所獲得的閘極電極亦被污染。而且，該K所造成的污染的問題還誘發在以後的藉由其他靶材而形成的膜亦被污染的問題。進而，若腔室內被K污染，則為了對腔室內進行清掃，因此變得需要很大的工作數。而且，若於濺鍍時K的飛散增加，則閘極電極中的K量的變動變大，TFT特性的變動亦變大。而且，在靶材中所含的K的含量比20.0質量ppm多的情況下，閘極電極中所含的K亦大體上變得比20.0質量ppm多。因此，半導體的臨界電壓產生變化，變得難以進行規定電壓範圍的交換，造成TFT特性不穩定。推測其原因在於：閘極電極中所含的K由於擴散現象而擴散至閘極絕緣膜中或多晶矽膜中。因此，在本發明中，將靶材中所含的K設為20.0質量ppm以下。而且，本發明的靶材較佳為將K設為18.0質量ppm以下，更佳為14.0質量ppm以下。

此處，作為靶材的製造中所使用的原料粉末的市售的Mo粉末，含有40.0質量ppm左右的K，即使欲藉由熱均壓的密閉空間對其進行加壓燒結而獲得靶材，亦難以使K減低。因此，為了獲得本發明的靶材，較佳的是預先以原料粉末的狀態使K減低至20.0質量ppm以下。此處，作為使原料粉末中的K減低的方法，例如較佳為應用二段還原法。藉此，除了K的減低效果以外，亦可避免成為Mo粉末的原料的MoO₃ 的揮發。而且，作為使原料粉末中的K減低的其他方法，亦可於將原料粉末填充於容器中而進行加壓燒結之前、亦即於原料粉末的狀態下，應用減壓脫氣法。減壓脫氣的條件較佳的是在加熱溫度為600℃～1000℃的範圍中，比大氣壓（101.3 kPa）低的減壓下進行脫氣。本發明的靶材藉由將K的含量設為20.0質量ppm以下，可在形成閘極電極時抑制濺鍍裝置的腔室內的污染，防止所獲得的閘極電極的污染，且可確保穩定的TFT特性。另一方面，使靶材中的K過度減低會帶來製造成本的上升。而且，現實是即使採用所述二段還原法或減壓脫氣法，亦難以使原料粉末中的K變得比0.4質量ppm少。因此，在本發明中，將靶材中所含的K設為0.4質量ppm以上。而且，本發明的靶材所含的K較佳為2.5質量ppm以上，更佳為3.0質量ppm以上。

本發明的靶材包含如下的任意一種：Mo及剩餘部分為不可避免的雜質；或者Mo合金，所述Mo合金是於Mo中含有合計50原子%以下的選自由W、Nb、Ta、Ni、Ti、Cr所組成的群組的一種或兩種以上的元素M，剩餘部分為不可避免的雜質。而且，關於本發明的靶材究竟使用Mo或Mo合金的哪種，並無特別限定。若自在形成閘極電極的製程的簡便性、作為閘極電極的性能這兩個方面中優異的觀點考慮，則較佳的是使用含有10原子%～50原子%的W而作為元素M的MoW合金。

以下，對製造本發明的靶材的步驟的一例加以說明。在本發明中，可對所述中所說明的原料粉末進行加壓燒結而獲得靶材。加壓燒結例如可應用熱均壓或熱壓，較佳的是在燒結溫度為800℃～2000℃、壓力為10 MPa～200 MPa、1小時～20小時的條件下進行。該些條件的選擇依賴於所欲獲得的靶材的組成、尺寸、加壓燒結設備等。例如熱均壓容易應用低溫高壓的條件，熱壓容易應用高溫低壓的條件。在本發明中，較佳的是使用可獲得大型靶材的熱均壓。

藉由將燒結溫度設為800℃以上，可促進燒結，可獲得緻密的靶材。另一方面，藉由將燒結溫度設為2000℃以下，可抑制燒結體的晶體成長，可均一地獲得微細的組織。而且，藉由將加壓力設為10 MPa以上，可促進燒結，可獲得緻密的靶材。另一方面，藉由將加壓力設為200 MPa以下，可使用通用的加壓燒結裝置。而且，藉由將燒結時間設為1小時以上，可促進燒結，可獲得緻密的靶材。另一方面，藉由將燒結時間設為20小時以下，可並不阻礙製造效率地獲得緻密的靶材。

本發明中的相對密度是指藉由阿基米德定律而測定的容積密度除以理論密度的值乘以100而所得的值，所述理論密度是藉由根據本發明的靶材的組成比而獲得的質量比所算出的元素單質的加權平均而獲得。若靶材的相對密度變得低於95.0%，則靶材中所存在的空隙增加，變得容易以該空隙為基點而在濺鍍步驟中產生成為異常放電的原因的團塊（nodule）。因此，本發明的靶材的相對密度較佳為95.0%以上。而且，相對密度更佳為99.0%以上。 [實施例]

首先，藉由十字旋轉混合機將Mo粉末與W粉末以原子%成為85%Mo-15%W的方式加以混合而準備混合粉末。此時，成為本發明例1的靶材的混合粉末使用以原子吸光分析法對K含量進行測定而得的值為5.0質量ppm的混合粉末。而且，成為本發明例2～本發明例6的靶材的混合粉末使用K含量分別為6.0質量ppm、7.0質量ppm、8.0質量ppm、9.0質量ppm、14.0質量ppm的混合粉末。另一方面，成為比較例的靶材的混合粉末使用K含量為20.0質量ppm的混合粉末。其次，將所述準備的各混合粉末分別填充至軟鋼製的加壓容器中，焊接具有脫氣口的上蓋而進行密封。其次，在450℃的溫度下對各加壓容器進行真空脫氣，在溫度為1250℃、壓力為145 MPa、5小時的條件下進行熱均壓處理，獲得成為靶材的原材料的燒結體。

自所述所獲得的各燒結體，藉由機械加工而採集成分分析用試片及相對密度測定用試片，測定K的含量與相對密度。此處，相對密度是藉由阿基米德定律而測定的容積密度除以理論密度的值乘以100而所得的值，所述理論密度是藉由根據MoW合金靶材的組成比而獲得的質量比所算出的元素單質的加權平均而獲得。

而且，燒結體中的K含量是藉由輝光放電質量分析裝置(VG科技(V.G.Scientific)公司製造(現賽默飛世爾科技(Thermo Fisher Scientific)公司製造)、型號編號：VG9000)而測定。

將所述中所獲得的各燒結體以成為直徑180mm×厚度7mm的方式進行機械加工而製作靶材。繼而，將該些靶材配置於佳能安內華(CANON ANELVA)股份有限公司製造的直流(Direct Current，DC)磁控濺鍍裝置(型號：C3010)的腔室內，在Ar氣壓為0.5Pa、投入功率為500W的條件下，在玻璃基板上形成厚度為400nm的MoW合金薄膜。而且，所獲得的各MoW合金薄膜的K含量是藉由凱梅卡(Cameca)公司製造的IMS-4F而測定。另外，至於MoW合金薄膜的K含量，為了並不受MoW合金薄膜表面及玻璃基板的影響而獲得穩定的值，採用自MoW合金薄膜表面起深度為50nm~250nm之間的分析值。

[表1]

根據表1的結果，本發明例的靶材的K含量均為20.0質量ppm以下。而且，使用成為本發明例的靶材而進行濺鍍測試，結果確認並無腔室內的K所造成的污染，可良好地濺鍍。而且，根據表1的結果可知：隨著靶材的K含量增加，合金薄膜中的K含量亦增加。另一方面，成為本發明的範圍外的比較例的靶材的K含量為21.0質量ppm。使用其進行濺鍍測試，對腔室內進行清掃，結果捕捉到K，確認腔室內被污染。

其次，為了確認由於K而對TFT特性造成的影響，製作圖1中所示的簡易TFT而實施評價。首先，藉由本發明例4的靶材而在玻璃基板1上形成成為閘極電極2的Mo-W的金屬薄膜。其後，藉由光阻劑形成閘極圖案的遮罩。經由該遮罩進行蝕刻加工，形成厚度為70 nm的閘極電極2。其後，在整個面以100 nm的厚度形成成為閘極絕緣膜3的SiO₂ 膜。繼而，藉由濺鍍形成包含ZTO（Zn：Sn＝7：3）的厚度為30 nm的通道層4。其次，在通道層4上，形成其後成為通道圖案的光阻層。此處，為了加工通道區域，在光阻層上描繪通道圖案，進行曝光、顯影而形成遮罩。繼而，使用該遮罩而進行蝕刻加工，形成通道區域。進而，以140 nm的厚度形成成為源極電極5及汲極電極6的Mo的金屬薄膜，將光阻劑作為遮罩而進行蝕刻加工，形成源極電極5及汲極電極6。進而，藉由保護膜進行包覆，製作簡易TFT。而且，亦藉由與所述同樣的方法，使用比較例的靶材，製作形成有閘極電極的簡易TFT。

使用所述所製作的各簡易TFT而進行TFT電流-電壓的特性評價。將藉由本發明例4的靶材而形成閘極電極的簡易TFT的特性評價結果表示於圖2中。圖2的橫軸是閘極電壓（Vg）[V]，縱軸是汲極電流（Id）[A]，自上方起的3根圖形是汲極電壓（Vd）[V]順次為0.1 V、1 V、10 V的圖形。而且，最下方的圖形是表示載子的遷移率（μ_FE ）[cm² /Vs]的圖形。根據圖2可知：藉由本發明的靶材而形成閘極電極的簡易TFT可確認汲極電流的上升，確認其是臨界電壓（Vth）[V]的穩定性得到確保的TFT。另一方面，將藉由比較例的靶材而形成閘極電極的簡易TFT的特性評價結果表示於圖3中。根據圖3可知：使用比較例的靶材而形成閘極電極的簡易TFT無法測定臨界電壓（Vth）[V]。

1‧‧‧玻璃基板 2‧‧‧閘極電極 3‧‧‧閘極絕緣膜 4‧‧‧通道層 5‧‧‧源極電極 6‧‧‧汲極電極

圖1是薄膜電晶體(thin-film transistor，TFT)結構的概略圖。

圖2是本發明例4中的表示TFT特性的電壓與電流的關係圖。

圖3是比較例中的表示TFT特性的電壓與電流的關係圖。

1‧‧‧玻璃基板

2‧‧‧閘極電極

3‧‧‧閘極絕緣膜

4‧‧‧通道層

5‧‧‧源極電極

6‧‧‧汲極電極

Claims

一種靶材，其是含有合計50原子%以下的選自由W、Nb、Ta、Ni、Ti、Cr所組成的群組的一種或兩種以上的元素M，剩餘部分包含Mo及不可避免的雜質的靶材，其特徵在於：所述不可避免的雜質之一的K為0.4質量ppm~20.0質量ppm。
如申請專利範圍第1項所述的靶材，其中，所述元素M為W，含有10原子%~50原子%的所述W。