WO2012063524A1 - 分割スパッタリングターゲット及びその製造方法 - Google Patents

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WO2012063524A1
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高史 久保田
広幸 渡邉
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三井金属鉱業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a split sputtering target obtained by joining a plurality of target members, and more particularly to a split sputtering target suitable when the target member is made of an oxide semiconductor.
  • a sputtering method has been widely used in manufacturing electronic parts such as information equipment, AV equipment, and home appliances.
  • a display device such as a liquid crystal display device has a semiconductor such as a thin film transistor (abbreviation: TFT).
  • TFT thin film transistor
  • the element is formed by a sputtering method. This is because the sputtering method is extremely effective as a method for forming a thin film constituting a transparent electrode layer or the like with a large area and high accuracy.
  • an oxide semiconductor typified by IGZO In—Ga—Zn—O
  • IGZO In—Ga—Zn—O
  • a sputtering target of an oxide semiconductor used for sputtering since the material is ceramic, it is difficult to configure a large-area target with a single target member. Therefore, a large-area oxide semiconductor sputtering target is manufactured by preparing a plurality of oxide semiconductor target members having a certain size and bonding them onto a backing plate having a desired area (for example, Patent Documents). 1).
  • a Cu backing plate is usually used, and a low-melting-point solder having good thermal conductivity, for example, an In-based metal is used for joining the backing plate and the target member.
  • a low-melting-point solder having good thermal conductivity for example, an In-based metal is used for joining the backing plate and the target member.
  • a large-area Cu backing plate is prepared, the backing plate surface is divided into a plurality of sections, and an oxide having an area suitable for the section A plurality of semiconductor target members are prepared. Then, a plurality of target members are arranged on the backing plate, and all target members are joined to the backing plate by using an In-based or Sn-based metal low melting point solder. In this bonding, considering the difference in thermal expansion between Cu and the oxide semiconductor, the adjacent target members are adjusted so that a gap of 0.1 mm to 1.0 mm is formed at room temperature. Has been.
  • a backing is formed from the gap between the target members during the sputtering process.
  • Cu which is a constituent material of the plate, is also sputtered and mixed into the oxide semiconductor thin film to be formed.
  • Cu in the thin film has a mixing amount of several ppm level, but its influence is extremely large for the oxide semiconductor.
  • the field effect mobility in the TFT element characteristics corresponds to the gap between the target members.
  • the present invention has been made in the background as described above, and is a sputtering target having a large area, and a backing plate obtained by sputtering a split sputtering target obtained by joining a plurality of target members.
  • An object of the present invention is to propose a split sputtering target capable of effectively preventing the constituent materials of the above from being mixed into a thin film to be formed.
  • the present invention provides a split sputtering target formed by bonding a plurality of target members on a backing plate with a low melting point solder, along a gap formed between the bonded target members.
  • the protective plate is provided on the backing plate. According to the present invention, the surface of the backing plate is not exposed in the gap formed between the target members joined on the backing plate, and effectively prevents the constituent material of the backing plate from being sputtered. It becomes possible.
  • the protector in the present invention covers the backing plate surface exposed in the gap formed between the target members joined on the backing plate, and sputtering a substance that adversely affects the thin film to be formed. Sometimes it has the effect of not generating from the gap.
  • a protective body a tape-shaped protective member is disposed on the backing plate surface, a substance that serves as a protective body is applied by plating, sputtering, or the like, or the surface of the backing plate itself is oxidized to form an oxide film.
  • the protector is preferably provided with a tape-shaped protective member.
  • Examples of the material for such a protective body include substances that do not adversely affect the thin film to be formed, for example, all or part of the elements constituting the composition of the target member, alloys containing these elements, and oxides. Things can be used.
  • a substance that can suppress the sputtering phenomenon inside the gap during sputtering for example, a substance having a larger volume resistance than the target member, that is, a high resistance substance can be used as the protector.
  • a high-resistance substance it is preferable that the volume resistivity ( ⁇ ⁇ cm) of the high-resistance substance has a value that is 10 times or more the volume resistivity of the target member.
  • the chemical composition of the material is substantially different from the chemical composition of the low melting point solder used for bonding to the backing plate.
  • metal indium when metal indium is used as the low melting point solder, it means that the protective body at that time is not metal indium.
  • indium metal of low melting point solder may remain in the gap between the target members, but when the indium remaining in the gap is solidified, the surface may be oxidized.
  • the metal indium of the low melting point solder used for bonding solidifies in the gap, it is difficult to form a uniform oxide film on the surface of the indium. It is not possible to achieve the same effect as.
  • the divided sputtering target in the present invention is a plate-like or cylindrical one.
  • the target of the plate-like sputtering target is a plate-like backing plate in which a plurality of plate-like target members having a square surface are arranged and bonded together.
  • the cylindrical sputtering target is a cylindrical backing plate having a plurality of cylindrical target members (hollow cylinders) penetrated and arranged in a multi-stage shape in the column axis direction of the cylindrical backing plate, or A target is obtained by joining a plurality of curved target members obtained by vertically dividing a hollow cylinder in the cylinder axis direction to the outer surface of the cylindrical backing plate in the circumferential direction.
  • This plate-like or cylindrical divided sputtering target is frequently used in a large-area sputtering apparatus.
  • the present invention is intended for plate-like and cylindrical shapes, it does not prevent application to other shapes of the split sputtering target, and the shape of the target member is not limited.
  • the composition of the target member can also be applied to oxide semiconductors such as IGZO and ZTO, metals such as transparent electrodes (ITO) and Al, and the composition of the target member is not limited.
  • the protective body in the present invention is preferably a metal foil of any one of Zn, Ti, and Sn, an alloy foil containing 80% by mass or more of any one or more of Zn, Ti, and Sn, or a ceramic sheet or a polymer sheet.
  • a metal foil or ceramic sheet With such a metal foil or ceramic sheet, the reactivity with the low melting point solder of In-based or Sn-based metal is low, and in the case of forming an oxide semiconductor, a minute amount is deposited in the formed oxide semiconductor thin film. Even if it mixes in, it can reduce the influence on a TFT element characteristic compared with Cu.
  • the polymer sheet is a high-resistance material, the sputtering phenomenon in the gap between the target members is suppressed during sputtering, and adverse effects on the thin film to be formed can be prevented.
  • the ceramic sheet an alumina or silica-based sheet can be used.
  • synthetic resin materials such as phenol resin, melamine resin, epoxy resin, urea resin, vinyl chloride resin, polyethylene and polypropylene, and general-purpose plastics such as polyethylene, polyvinyl chloride, polypropylene and polystyrene Examples thereof include semi-general plastic materials such as materials, polyvinyl acetate, ABS resin, AS resin, and acrylic resin.
  • engineering plastics such as polyacetal, polycarbonate, modified polyphenylene ether (PPE), and polybutylene terephthalate
  • super engineering plastics such as polyarylate, polysulfone, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, polyimide resin, and fluororesin
  • a polyimide resin or the like is suitable for the present invention because it has a tape-like material and has high heat resistance and insulation.
  • the thickness of the metal foil or ceramic sheet or polymer sheet is preferably 0.0001 mm to 1.0 mm.
  • the width of the metal foil or the ceramic sheet is preferably as large as or larger than the gap formed between the target members, and in view of workability, the width is preferably 5.0 mm to 20 mm.
  • a metal foil of any one of Zn, Ti and Sn, an alloy foil containing 80% by mass or more of any one of Zn, Ti and Sn, a ceramic sheet or a polymer sheet is disposed on the backing plate, It can be attached using a melting point solder or a conductive double-sided tape.
  • the protective body in the present invention preferably has a structure in which a tape-shaped first protective member and a tape-shaped second protective member are laminated.
  • a structure in which tape-shaped protective members are laminated it is possible to easily manufacture the divided sputtering target according to the present invention, and the first protective member and the second protective member according to the material of the target member and the backing plate.
  • the material for the member can be appropriately selected and applied.
  • the tape widths of the first protective member and the second protective member may be the same or different.
  • the protective body of this laminated structure is disposed along a gap formed between the joined target members in a state where the first protective member is on the target member side and the second protective member is on the backing plate side. Will be.
  • the protective body in the present invention is provided by a tape-shaped protective member, a structure in which a first protective member having a narrow width and a second protective member having a wide width are stacked, and the second protective member is exposed at both end sides of the first protective member. It can be.
  • This structure has a two-layer structure in which a narrow first protective member is stacked on a wide second protective member.
  • the target member and the backing plate are joined by a low melting point solder such as In or Sn, but it is expected that the protective member and the low melting point solder react to form an alloy by heat treatment during joining.
  • the low melting point solder for this bonding is used repeatedly, if the frequency of use increases, the composition of the low melting point solder will change due to alloying with the protective member, and the bonding between the target member and the backing plate will be caused. It may be insufficient or adversely affect the bonding strength and bonding area. Therefore, a material that does not react with the low melting point solder is selected for the second protection member, and a first protection member made of a material that easily reacts with the low melting point solder is provided thereon, so that the contact between the first protection member and the low melting point solder is achieved. It is possible to suppress the composition fluctuation of the low melting point solder.
  • the thickness of the first protective member is preferably 0.0001 mm to 0.3 mm, and the thickness of the second protective member is 0.1 mm to 0.7 mm. Is preferred.
  • the total thickness of the first protective member and the second protective member is preferably 0.3 mm to 1.0 mm.
  • the width of the protective member is preferably 5 mm to 30 mm.
  • the width of the first protective member is preferably the same as or wider than the gap formed between the target members. In consideration of properties and the like, 5 mm to 20 mm is preferable.
  • the width of the wide second protective member is preferably 3 mm to 10 mm wider than the width of the first protective member.
  • the protector in the present invention can have a three-row structure including a first protection member and a second protection member arranged in parallel on both ends of the first protection member.
  • the both end sides of the first protection member refer to both end sides extending in the longitudinal direction of the tape-like first protection member.
  • the thickness of the first protective member and the second protective member is preferably 0.0001 mm to 1.0 mm.
  • the width of the first protective member is preferably the same as or larger than the gap formed between the target members. In consideration of workability, the width of the second protective member is preferably 3 mm. ⁇ 10 mm is preferred.
  • the second protective member is made of a single metal of Cu, Al, Ti, Ni, Zn, Cr, Fe, or any one of these.
  • the metal foil made of the alloy including the first protective member the first protective member is preferably formed of a single metal, an alloy, or a ceramic material containing one or more elements included in the target member.
  • the target member in the present invention is composed of an oxide semiconductor, it is preferable that the first protective member is formed of a single metal, an alloy, or a ceramic material made of one of the elements contained in the oxide semiconductor that constitutes the target member.
  • the first protection member is an oxidation containing at least one of In, Zn, Al, Ga, Zr, Ti, Sn, and Mg. It is preferable to form the ceramic material made of an oxide or nitride. Since these ceramic materials have the same composition as the target member, or a part of the composition is the same as the target member, even if they are mixed into the film during film formation, the influence on the TFT element characteristics is small. It is.
  • a ceramic material such as ZrO 2 or Al 2 O 3 has a high resistance, the intrusion of plasma into the divided portion is suppressed during sputtering, and Zr or Al sputtering can be effectively prevented.
  • the ceramic material include In 2 O 3 , ZnO, Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , IZO, and IGZO, and ZrN, TiN, AlN, GaN, ZnN, and InN.
  • the present invention can be applied by forming the first protective member using a vapor deposition method, a sputtering method, a plasma spraying method, a coating method, or the like. .
  • the oxide semiconductor can be made of an oxide containing at least one of In, Zn, and Ga.
  • IGZO In—Ga—Zn—O
  • GZO Ga—Zn—O
  • IZO In—Zn—O
  • ZnO ZnO
  • the oxide semiconductor includes at least one of Sn, Ti, Ba, Ca, Zn, Mg, Ge, Y, La, Al, Si, and Ga. What consists of an oxide can be used. Specifically, Sn—Ba—O, Sn—Zn—O, Sn—Ti—O, Sn—Ca—O, Sn—Mg—O, Zn—Mg—O, Zn—Ge—O, Zn—Ca -O, Zn-Sn-Ge-O, or an oxide in which Ge of these oxides is changed to Mg, Y, La, Al, Si, or Ga can be given.
  • the oxide semiconductor can use what consists of an oxide containing any one or more of Cu, Al, Ga, and In. Specific examples include Cu 2 O, CuAlO 2 , CuGaO 2 , and CuInO 2 .
  • sputtering prevents the constituent material of the backing plate from being mixed into the thin film to be formed. be able to.
  • segmentation sputtering target schematic perspective view The schematic plan view of the backing plate of this embodiment.
  • the schematic sectional drawing which has arrange
  • the schematic sectional drawing which arranged the protector of a two-layer structure.
  • the schematic sectional drawing which has arrange
  • the schematic sectional drawing which arranged the protector of a three-row structure.
  • the plate-like sputtered target of the present embodiment is obtained by arranging and bonding a plurality of target members 20 to a Cu backing plate 10 as shown in FIG. A gap 30 of 0.1 mm to 1.0 mm is formed between these target members.
  • a protective body 50 is attached to the surface of the backing plate 10 at a position corresponding to a gap formed between the target members.
  • the protector can be attached to the surface of the backing plate 10 using a low melting point solder or a conductive double-sided tape.
  • the six target members are arranged and joined as shown in FIG. 1 using In or Sn low melting point solder.
  • In or Sn low melting point solder In or Sn low melting point solder
  • FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view when a single-layer protective body is used.
  • the single-layer protective body 50 has a thickness of 0.0001 mm to 1.0 mm, and is formed of a metal foil of any one of Zn, Ti, and Sn, and an alloy foil containing 80% by mass or more of any one of Zn, Ti, and Sn. ing.
  • the In low-melting-point solder 60 is present on both ends of the single-layer protective body 50.
  • FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of a two-layered protective body in which tape-shaped protective members having the same width are laminated.
  • the protective body 50 having a two-layer structure includes a first protective member 51 and a second protective member 52.
  • the width of the first protective member 51 and the second protective member is 5 mm to 20 mm in consideration of workability and the like.
  • the low melting point solder 60 of In is present on both end sides of the first protection member 51 and the second protection member 52.
  • FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of a two-layered protective body in which protective members having different widths are laminated.
  • the protective body 50 having a two-layer structure includes a first protective member 51 and a second protective member 52.
  • the width of the first protective member 51 is set to 5 mm to 20 mm in consideration of workability, and the width of the second protective member 52 is 8 to 30 mm.
  • the width of the second protective member is larger than that of the first protective member.
  • the width is wider.
  • the 1st protection member 51 is arrange
  • the width of the exposed portion is 1.5 mm to 5 mm on each side of both ends.
  • the low melting point solder 60 of In is present on both end sides of the first protection member 51 and the second protection member 52.
  • the second protective member 52 shown in FIGS. 4 and 5 has a thickness of 0.1 mm to 0.7 mm, and is a metal foil of any one of Cu, Al, Ti, Ni, Zn, Cr, and Fe, any one or more of these. It is formed with the alloy foil containing.
  • the first protective member 51 shown in FIGS. 4 and 5 has a thickness of 0.0001 mm to 0.3 mm, and includes a single metal composed of one kind of elements constituting the target member 20 and one or more kinds of elements contained in the target member. It is made of an alloy or a ceramic material of any of In 2 O 3 , ZnO, Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , IZO, and IGZO.
  • the two-layered protective body shown in FIGS. 4 and 5 can be produced, for example, by spraying Al 2 O 3 and ZrO 2 ceramics on a 0.3 mm thick Cu foil by plasma spraying.
  • a 0.0001 mm thick ZrO 2 ceramic layer could be formed on the surface of a 0.3 mm thick Cu foil using ZrO 2 powder having an average particle size of 200 ⁇ m as a raw material.
  • Al 2 O 3 it could be produced in the same manner.
  • FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view when a three-row structure protector is used.
  • the three-row protection body 50 has a structure in which second protection members 52 are arranged in parallel on both sides of both ends extending in the longitudinal direction of the first protection member 51.
  • the width of the first protective member 51 is 5 mm to 20 mm in consideration of workability and the like, and the width of the second protective member 52 is 3 to 10 mm.
  • the second protective member 51 is disposed at both ends of the first protective member 51, and the In low melting point solder 60 is present on one end side of the second protective member 52.
  • the thicknesses of the first protective member and the second protective member are 0.0001 mm to 1.0 mm.
  • the protection body 50 in FIG. 3 and the first protection member 51 in FIGS. 4 to 6 are formed from the high resistance material. That is, in FIGS. 3 to 6, it is important that the protective body (first protective member) has the maximum volume resistivity value among the target member, the backing plate, the low melting point solder, and the protective body (first protective member). become.
  • a split sputtering target using such a high-resistance material protector is effective in both direct current sputtering and high frequency sputtering, but is particularly suitable for direct current sputtering.
  • the manufactured split sputtering target was manufactured by joining an oxygen-free copper backing plate (thickness 30 mm, length 630 mm, width 710 mm) and six IGZO target members (thickness 6 mm, length 210 mm, width 355 mm). In was used as the low melting point solder for bonding. The gap between the target members was 0.5 mm.
  • the target member made from IGZO weighed each raw material powder of In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , and ZnO at a ratio of 1 mol: 1 mol: 2 mol, and mixed with a ball mill for 20 hours. And after adding and mixing 8 mass% of polyvinyl alcohol aqueous solution diluted to 4 mass% as a binder with respect to the powder total amount, it shape
  • the single-layer protective body two types of metal foils of Zn and Ti having a thickness of 0.3 mm were used.
  • a protective body having a two-layer structure in which protective members having different widths are laminated a Cu metal foil having a thickness of 0.3 mm and a width of 20 mm is used as a second protective member, and a Zn foil having a thickness of 0.1 mm and a width of 15 mm is used as a first belt protective member.
  • a laminate was used.
  • a IGZ film having a thickness of 0.0001 mm (width: 15 mm) formed as a first protective member by sputtering using a 1: 1 alloy target was used.
  • Cu metal foil having a thickness of 0.3 mm and a width of 20 mm is used as a second protective member
  • ZrO 2 having a thickness of 100 ⁇ m is used as a first protective member by sputtering. What coat
  • Each split sputtering target was produced and a sputter evaluation test was performed.
  • an IGZO thin film having a thickness of 14 ⁇ m was formed on a non-alkali glass substrate (manufactured by Nippon Electric Glass) using a sputtering apparatus (SMD-450B, manufactured by ULVAC).
  • SMD-450B sputtering apparatus
  • substrate formed into a film
  • interval part were cut out just above the gap
  • the cut substrate was subjected to sputter evaluation by measuring the amount of Cu mixed in the IGZO thin film by atomic absorption analysis. The results are shown in Table 1.
  • a sputter evaluation test was similarly performed on a split sputtering target in which no protective body was disposed in the gap portion.
  • the amount of Cu mixed into the IGZO thin film was less than 2 ppm (below the detection limit of atomic absorption analysis).
  • the amount of Cu mixed into the IGZO thin film was 19 ppm at the gap.

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Abstract

本発明は、複数のターゲット部材を接合して得られた分割スパッタリングターゲットにおいて、スパッタリングされることにより、バッキングプレートの構成材料が、成膜する薄膜中に混入することを効果的に防止できる技術を提供する。本発明は、バッキングプレート上に、複数のターゲット部材を低融点ハンダにより接合して形成される分割スパッタリングターゲットにおいて、接合されたターゲット部材間に形成される間隙に沿って、バッキングプレートに保護体を設けたことを特徴とする分割スパッタリングターゲットとした。

Description

分割スパッタリングターゲット及びその製造方法
 本発明は、複数のターゲット部材を接合して得られる分割スパッタリングターゲットに関し、特にターゲット部材が酸化物半導体により構成されている際に好適な分割スパッタリングターゲットに関する。
 近年、スパッタリング法は、情報機器、AV機器、家電製品等の各電子部品を製造する際に多用されており、例えば、液晶表示装置などの表示デバイスには、薄膜トランジスタ(略称:TFT)などの半導体素子がスパッタリング法により形成されている。透明電極層などを構成する薄膜を、大面積で、高精度に形成する製法として、スパッタリング法が極めて有効なためである。
 ところで、最近の半導体素子においては、アモルファスシリコンに代わって、IGZO(In-Ga-Zn-O)に代表される酸化物半導体が着目されている。そして、この酸化物半導体についても、スパッタリング法を利用して酸化物半導体薄膜を成膜することが計画されている。しかし、スパッタリングに用いる酸化物半導体のスパッタリングターゲットでは、その素材がセラミックであることから、大面積のターゲットを一枚のターゲット部材で構成することが難しい。そのため、ある程度の大きさを有する酸化物半導体ターゲット部材を複数準備し、所望の面積を有するバッキングプレート上に接合することで、大面積の酸化物半導体スパッタリングターゲットが製造されている(例えば、特許文献1参照)。
 このスパッタリングターゲットのバッキングプレートには、通常、Cu製のバッキングプレートが用いられ、このバッキングプレートとターゲット部材との接合には、熱伝導が良好な低融点ハンダ、例えばIn系の金属が使用されている。例えば、大面積で、板状の酸化物半導体スパッタリングターゲットを製造する際、大面積のCu製バッキングプレートを準備し、そのバッキングプレート表面を複数の区画に分け、その区画に合う面積を有する酸化物半導体ターゲット部材を複数準備する。そして、バッキングプレート上に複数のターゲット部材を配置し、In系やSn系金属の低融点ハンダにより、すべてのターゲット部材をバッキングプレートに接合することが行われる。この接合の際、Cuと酸化物半導体との熱膨張の差を考慮して、隣接するターゲット部材同士の間には、室温時に0.1mm~1.0mmの間隙ができるように調整して配置されている。
 このような複数の酸化物半導体ターゲット部材を接合して得られた分割スパッタリングターゲットを使用してスパッタリングにより薄膜を成膜して半導体素子を形成する場合、スパッタリング処理中にターゲット部材間の間隙からバッキングプレートの構成材料であるCuもスパッタリングされて、形成する酸化物半導体の薄膜中に混入するという問題が懸念されている。薄膜中のCuは、数ppmレベルの混入量であるが、その影響は酸化物半導体には極めて大きく、例えば、TFT素子特性の中の電界効果移動度が、ターゲット部材間の間隙に相当する位置で形成された半導体素子(Cuが混入した薄膜)では、それ以外の部分の半導体素子に比べて低くなる傾向があり、ON/OFF比も低下する傾向になる。このような不具合は、昨今の大面積化傾向への大きな障害要因として指摘されており、早急な技術改善を要求されているのが現状である。さらに、このような分割スパッタリングターゲットの問題は、ターゲット部材が酸化物半導体以外の材質の場合であっても同様な不具合を生じる可能性があり、スパッタリングターゲットの大面積化を促進するためにも、解消すべき課題である。
特開2005-232580号公報
 本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、大面積のスパッタリングターゲットであって、複数のターゲット部材を接合して得られた分割スパッタリングターゲットがスパッタリングされることにより、バッキングプレートの構成材料が、成膜する薄膜中に混入することを効果的に防止することができる、分割スパッタリングターゲットを提案することを目的とする。
 上記課題を解決するため、本発明は、バッキングプレート上に、複数のターゲット部材を低融点ハンダにより接合して形成される分割スパッタリングターゲットにおいて、接合されたターゲット部材間に形成される間隙に沿って、バッキングプレートに保護体を設けたことを特徴とするものとした。本発明によれば、バッキングプレート上に接合されたターゲット部材間に形成される間隙には、バッキングプレート表面が露出することが無く、バッキングプレートの構成材料がスパッタリングされることを効果的に防止することが可能となる。
 本発明における保護体とは、バッキングプレート上に接合されたターゲット部材間に形成される間隙に露出するバッキングプレート表面を覆うものであって、成膜する薄膜に悪影響を与えるような物質を、スパッタリング時に間隙から発生させない作用を有するものをいう。このような保護体としては、バッキングプレート表面に、テープ状の保護部材を配置したり、保護体となる物質を塗布、めっき、スパッタリングなどにより設けたり、バッキングプレート自体の表面を酸化して酸化被膜を形成することで設けることができる。特に、本発明において、保護体はテープ状の保護部材を配置することが好ましい。
 このような保護体の材質としては、成膜する薄膜に混入しても悪影響を与えない物質、例えば、ターゲット部材の組成を構成する元素の全部或いはその一部、これらの元素を含む合金や酸化物などを用いることができる。
 また、別の材質としては、スパッタリング時に間隙内部でのスパッタリング現象を抑制できる物質、例えば、ターゲット部材よりもその体積抵抗が大きな物質を、即ち高抵抗物質を保護体として用いることができる。このような高抵抗物質を保護体として用いる場合、高抵抗物質の体積抵抗率(Ω・cm)がターゲット部材の体積抵抗率の10倍以上の値を有するものであることが好ましい。
 尚、上記した保護体の材質に関しては、その材質の化学組成が、バッキングプレートに接合するために用いる低融点ハンダの化学組成とは実質的に異なるものである。例えば、金属インジウムを低融点ハンダとして用いる場合、その際の保護体は金属インジウムではないことを意味する。また、ターゲット部材間の間隙に、低融点ハンダの金属インジウムが残存する場合があるが、この間隙に残存するインジウムが固化した際には、その表面が酸化することがある。このように接合に用いる低融点ハンダの金属インジウムが間隙において固化する場合、そのインジウム表面には均一な酸化膜を形成することが困難であるため、上記した本発明の保護体としての高抵抗物質と同様な効果を奏することはできない。
 本発明における分割スパッタリングターゲットは、板状、円筒状のものが対象となる。板状のスパッタリングターゲットは、板状バッキングプレート上に、方形面を有する板状のターゲット部材を複数平面配置して接合したものが対象となる。また、円筒状のスパッタリングターゲットは、円筒状バッキングプレートに、円筒状ターゲット部材(中空円柱)を複数貫通させて、円筒状バッキングプレートの円柱軸方向に多段状に配置して接合したもの、或いは、中空円柱を円柱軸方向に縦割りした湾曲状ターゲット部材を、円筒状バッキングプレートの外側面へ、円周方向に複数並べて、接合したものが対象となる。この板状または円筒状の分割スパッタリングターゲットは、大面積のスパッタリング装置に多用されている。尚、本発明は、板状、円筒状の形状を対象としているが、他の形状の分割スパッタリングターゲットへの適用を妨げるものではなく、ターゲット部材についてもその形状に制限はない。そして、ターゲット部材の組成についても、IGZOやZTOなどの酸化物半導体や透明電極(ITO)やAlなどの金属に適用でき、ターゲット部材の組成にも制限はない。
 本発明における保護体は、Zn、Ti、Snいずれかの金属箔、或いはZn、Ti、Snのいずれか一種以上を80質量%以上含む合金箔、もしくはセラミックシート或いは高分子シートであることが好ましい。このような金属箔やセラミックシートであれば、In系やSn系金属の低融点ハンダとの反応性が低く、酸化物半導体を成膜する場合では、成膜された酸化物半導体薄膜中へ微量に混入しても、Cuに比べ、TFT素子特性への影響を少なくすることができる。
 また、高分子シートは、高抵抗物質であるため、スパッタリング時に、ターゲット部材間の間隙におけるスパッタリング現象が抑制され、成膜する薄膜への悪影響を防止することができる。セラミックシートとしては、アルミナやシリカ系のシートを用いることができる。本発明における高分子シートの材質としては、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの合成樹脂材料や、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスチレンなどの汎用プラスチック材料、ポリ酢酸ビニル、ABS樹脂、AS樹脂、アクリル樹脂などの準汎用プラスチック材料などが挙げられる。さらに、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリブチレンテレフタレートなどのエンジニアリングプラスチックやポリアリレート、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂などのスーパーエンジニアリングプラスチックも使用できる。特に、ポリイミド樹脂などはテープ状の材料もあり、耐熱性、絶縁性も高いため、本願発明に適したものである。
 金属箔またはセラミックシート、或いは高分子シートの厚みは0.0001mm~1.0mmが好ましい。金属箔またはセラミックシートの幅はターゲット部材間に形成される間隙と同じ、またはそれ以上に広いことが好ましく、作業性などを考慮すると、5.0mm~20mm幅にすることが好ましい。また、バッキングプレート上にZn、Ti、Snいずれかの金属箔や、Zn、Ti、Snのいずれか一種以上を80質量%以上含む合金箔、もしくはセラミックシート或いは高分子シートを配置する場合、低融点ハンダや導電性両面テープなどを用いて貼付することができる。
 本発明における保護体は、テープ状の第1保護部材とテープ状の第2保護部材とを積層した構造であることが好ましい。このようなテープ状の保護部材を積層した構造であると、本発明に係る分割スパッタリングターゲットを製造することが容易に行え、ターゲット部材やバッキングプレートの材質にあわせて第1保護部材と第2保護部材との材質を適宜選択して適用することができる。この第1保護部材と第2保護部材とのテープ幅は同等であっても、相違していてもよい。尚、この積層構造の保護体は、第1保護部材がターゲット部材側になり、第2保護部材がバッキングプレート側になる状態で、接合されたターゲット部材間に形成される間隙に沿って配置されることになる。
 本発明における保護体をテープ状の保護部材により設ける場合、狭幅の第1保護部材と広幅の第2保護部材とを積層し、第1保護部材の両端側に第2保護部材が露出した構造とすることができる。この構造では、広幅の第2保護部材の上に、狭幅の第1保護部材が積層した二層構造となる。ターゲット部材とバッキングプレートとの接合はInやSnなどの低融点ハンダにより行われるが、接合時の加熱処理により保護部材と低融点ハンダとが反応して合金化することが予想される。この接合のための低融点ハンダは繰り返し使用するため、使用頻度が高くなると、保護部材との合金化により、低融点ハンダの組成の変動が生じることになり、ターゲット部材とバッキングプレートとの接合が不十分になったり、接合強度や接合面積に悪影響を及ぼすことが考えられる。そこで、第2保護部材を低融点ハンダと反応しない材料を選択し、その上に低融点ハンダと反応しやすい材料による第1保護部材を設けることで、第1保護部材と低融点ハンダとの接触を抑制して、低融点ハンダの組成変動を防止することが可能となる。
 本発明において、テープ状の保護部材を積層して保護体を設ける場合、第1保護部材の厚みは0.0001mm~0.3mmが好ましく、第2保護部材の厚みは0.1mm~0.7mmが好ましい。第1保護部材と第2保護部材との合計厚みは、0.3mm~1.0mmとすることが好ましい。また、同幅の第1保護部材と第2保護部材を積層する場合、保護部材の幅は5mm~30mmにすることが好ましい。そして、狭幅の第1保護部材と広幅の第2保護部材とを積層する場合、第1保護部材の幅はターゲット部材間に形成される間隙と同じ、またはそれ以上に広いことが好ましく、作業性などを考慮すると、5mm~20mmが好ましい。広幅の第2保護部材の幅は第1保護部材の幅よりも3mm~10mm広くすることが好ましい。
 また、本発明における保護体は、第1保護部材と、第1保護部材の両端側に並列配置された第2保護部材とからなる三列構造にすることもできる。このように、第1保護部材の両側に第2保護部材を並列に配置すると、上記した狭幅と広幅の保護部材を積層した二層構造の保護体と同様の効果を奏するものとなる。尚、第1保護部材の両端側とは、テープ状の第1保護部材の長手方向に延びる両端辺のことをいう。この三列構造の保護体とする場合、第1保護部材及び第2保護部材の厚みは、0.0001mm~1.0mmが好ましい。また、第1保護部材の幅はターゲット部材間に形成される間隙と同じ、またはそれ以上に広いことが好ましく、作業性などを考慮すると、5mm~20mmが好ましく、第2保護部材の幅は3mm~10mmが好ましい。
 本発明における保護体が上記した二層構造或いは三列構造とする場合、第2保護部材を、Cu、Al、Ti、Ni、Zn、Cr、Feのいずれかの単金属またはこれらのいずれかを含む合金からなる金属箔として、第1保護部材を、ターゲット部材に含まれる元素の一種以上を含む単金属または合金もしくはセラミック材料で形成することが好ましい。本発明におけるターゲット部材が酸化物半導体により構成されている場合、ターゲット部材を構成する酸化物半導体に含まれる元素の一種からなる単金属または合金もしくはセラミック材料で第1保護部材を形成することが好ましい。
 また、本発明における保護体が、上記した二層構造或いは三列構造とする場合、第1保護部材はIn、Zn、Al、Ga、Zr、Ti、Sn、Mgのいずれか一種以上を含む酸化物又は窒化物からなるセラミック材料により形成することが好ましい。これらセラミック材料であれば、ターゲット部材と同組成か、或いは一部の組成がターゲット部材と同じとなるので、成膜した際に膜中に混入したとしても、TFT素子特性への影響が小さいからである。また、ZrO、Al、などのセラミック材料であれば、抵抗が高いため、スパッタリングの際に分割部分へのプラズマの進入が抑制され、ZrやAlのスパッタリングが効果的に防止できる。このセラミック材料としては、例えば、In、ZnO、Al、ZrO、TiO、IZO、IGZOなどや、ZrN、TiN、AlN、GaN、ZnN、InNなどが挙げられる。尚、これらセラミック材料は、金属のように箔としての加工が難しいため、蒸着法、スパッタリング法、プラズマ溶射法、塗布法などを利用して第1保護部材を形成することで本発明を適用できる。
 本発明におけるターゲット部材が酸化物半導体である場合、その酸化物半導体は、In、Zn、Gaのいずれか一種以上を含む酸化物からなるものを用いることができる。具体的には、IGZO(In-Ga-Zn-O)、GZO(Ga-Zn-O)、IZO(In-Zn-O)、ZnOが挙げられる。
 また、本発明におけるターゲット部材が酸化物半導体である場合、その酸化物半導体はSn、Ti、Ba、Ca、Zn、Mg、Ge、Y、La、Al、Si、Gaのいずれか一種以上を含む酸化物からなるものを用いることができる。具体的には、Sn-Ba-O、Sn-Zn-O、Sn-Ti-O、Sn-Ca-O、Sn-Mg-O、Zn-Mg-O、Zn-Ge-O、Zn-Ca-O、Zn-Sn-Ge-O、または、これらの酸化物のGeをMg、Y、La、Al、Si、Gaに変更した酸化物が挙げられる。
 そして、本発明におけるターゲット部材が酸化物半導体である場合、その酸化物半導体は、Cu、Al、Ga、Inのいずれか一種以上を含む酸化物からなるものを用いることができる。具体的にはCuO、CuAlO、CuGaO、CuInOが挙げられる。
 本発明によれば、複数のターゲット部材を接合して得られた分割スパッタリングターゲットにおいて、スパッタリングされることにより、バッキングプレートの構成材料が、成膜する薄膜中に混入することを効果的に防止することができる。
分割スパッタリングターゲット概略斜視図。 本実施形態のバッキングプレートの概略平面図。 単層の保護体を配置した概略断面図。 二層構造の保護体を配置した概略断面図。 異なる幅の保護部材による二層構造の保護体を配置した概略断面図。 三列構造の保護体を配置した概略断面図。
 以下、本発明における実施形態について、図面を参照しながら説明する。
 本実施形態の板状のスパッタリンターゲットは、図1に示すように、Cu製バッキングプレート10に、複数のターゲット部材20を配置して接合したものである。これらのターゲット部材同士の間には、0.1mm~1.0mmの間隙30が形成されている。
 図2に示すように、バッキングプレート10の表面には、ターゲット部材同士間に形成される間隙に相当する位置に、保護体50が貼付されている。保護体は、低融点ハンダや導電性両面テープなどを用いて、バッキングプレート10表面に貼付することができる。
 6枚のターゲット部材は、InやSnの低融点ハンダを用いて、図1に示すように配置して接合される。この接合は、バッキングプレートとターゲット部材とをともに所定温度にまで加熱して、バッキングプレート表面に、溶融した低融点ハンダ(InやSn)を塗布し、ターゲット部材をその低融点ハンダ上に配置し、室温まで冷却することにより行われる。
 図3には、単層の保護体を用いた場合の断面概略図を示す。単層の保護体50は、厚み0.0001mm~1.0mmであり、Zn、Ti、Snいずれかの金属箔、Zn、Ti、Snいずれか一種以上を80質量%以上含む合金箔で形成されている。この単層の保護体50の両端側には、Inの低融点ハンダ60が存在した状態となっている。
 図4には、同幅のテープ状保護部材を積層した二層構造の保護体の断面概略図を示す。二層構造の保護体50は、第1保護部材51と第2保護部材52とから構成されている。そして、この第1保護部材51と第2保護部材との幅は、作業性などを考慮して5mm~20mmとしている。また、第1保護部材51及び、第2保護部材52の両端側には、Inの低融点ハンダ60が存在した状態となっている。
 図5には、異なる幅の保護部材を積層した二層構造の保護体の断面概略図を示す。二層構造の保護体50は、第1保護部材51と第2保護部材52とから構成されている。そして、この第1保護部材51の幅は、作業性などを考慮して5mm~20mmとしており、第2保護部材52の幅は8~30mmであり、第1保護部材よりも第2保護部材の方が幅は広い。そして、第2保護部材のほぼ中央に第1保護部材51が配置されることにより、第1保護部材の両端側に第2保護部材52が露出した状態となっている。この露出した部分の幅は、両端側のそれぞれの片側で1.5mm~5mmである。また、第1保護部材51及び、第2保護部材52の両端側には、Inの低融点ハンダ60が存在した状態となっている。
 図4及び図5で示す第2保護部材52は、厚み0.1mm~0.7mmであり、Cu、Al、Ti、Ni、Zn、Cr、Feのいずれかの金属箔、これらいずれか一種以上を含む合金箔で形成されている。図4及び図5で示す第1保護部材51は、厚み0.0001mm~0.3mmであり、ターゲット部材20を構成する元素の一種からなる単金属、ターゲット部材に含まれる元素の一種以上を含む合金、或いは、In、ZnO、Al、ZrO、TiO、IZO、IGZOのいずれかのセラミック材料により形成されている。
 図4及び図5で示す二層構造の保護体は、例えば、0.3mm厚みのCu箔に、プラズマ溶射によってAl、ZrOのセラミックスを吹き付けることにより作製できる。市販のガスプラズマ溶射装置を用い、厚み0.3mmのCu箔表面に、平均粒径200μmのZrO粉末を原料として、0.0001mm厚のZrOセラミック層が形成できた。また、Alの場合も同様にして作製できた。
 図6には、三列構造の保護体を用いた場合の断面概略図を示す。三列構造の保護体50は、第1保護部材51の長手方向に延びる両端辺の両側に、第2保護部材52を並列配置した構造とされている。この場合、第1保護部材51の幅は、作業性などを考慮して5mm~20mmとしており、第2保護部材52の幅は3~10mmである。図6に示すように、第1保護部材51の両端には第2保護部材が配置され、その第2保護部材52の一端側にはInの低融点ハンダ60が存在した状態となっている。また、第1保護部材及び第2保護部材の厚みは、0.0001mm~1.0mmである。
 図3~図6において保護体として高抵抗物質を用いる場合は、図3の保護体50、図4~図6における第1保護部材51を高抵抗物質により形成することになる。つまり、図3~図6において、ターゲット部材、バッキングプレート、低融点ハンダ、保護体(第1保護部材)の中で、保護体(第1保護部材)が最大体積抵抗率値を有することが重要になる。このような高抵抗物質の保護体を用いた分割スパッタリングターゲットは、直流スパッタ法、高周波スパッタ法のいずれにおいても効果を発揮するが、特に直流スパッタ法において好適なものである。
 以下、具体的な実施例について説明する。製造した分割スパッタリングターゲットは、無酸素銅製のバッキングプレート(厚み30mm、縦630mm、横710mm)と、6枚のIGZO製ターゲット部材(厚み6mm、縦210mm、横355mm)とを接合して製造した。接合用の低融点ハンダはInを用いた。尚、ターゲット部材間の間隙は0.5mmとした。
 IGZO製ターゲット部材は、In、Ga、ZnOの各原料粉末を1mol:1mol:2molの比率で秤量し、20時間のボールミルによる混合処理をした。そして、バインダーとして4質量%に希釈したポリビニルアルコール水溶液を、粉総量に対して8質量%添加して混合した後、500kgf/cmの圧力で成型した。その後、大気中1450℃、8時間の焼成処理をして板状の焼結体を得た。そして、この焼結体を平面研削機により両面を研磨して、厚み6mm、縦210mm、横355mmのIGZO製ターゲット部材を製造した。
 単層の保護体としては、厚み0.3mmのZn、Tiの2種類の金属箔を用いた。幅の異なる保護部材を積層した二層構造の保護体としては、厚み0.3mm、幅20mmのCu金属箔を第2保護部材として、厚み0.1mm、幅15mmZn箔を第1帯保護部材として積層したものを用いた。また、もう一つの幅の異なる保護部材を積層した二層構造の保護体として、厚み0.3mm、幅20mmのCu金属箔の第2帯状保護体に、原子比でIn:Ga:Zn=1:1:1の合金ターゲットを用いてスパッタリングにより、0.0001mm厚のIGZ膜(幅15mm)を第1保護部材として形成したものを用いた。さらに、同じ幅の保護部材を積層した二層構造の保護体として、厚み0.3mm、幅20mmのCu金属箔を第2保護部材として、厚み100μmのZrOを第1保護部材として、スパッタリングにより第2保護部材の全幅にわたって被覆したものを用いた。また、ZrOの代わりに、Alを被覆したものも用いた。
 各分割スパッタリングターゲットを作製し、スパッタ評価試験を行った。このスパッタ評価試験は、スパッタリング装置(SMD-450B、アルバック社製)を用い、無アルカリガラス基板(日本電気硝子社製)に厚み14μmのIGZO薄膜を成膜した。そして、この成膜した基板について、分割スパッタリングターゲットの間隙部分に相当する直上部を基板及び、間隙部分以外の基板を切り出した。切り出した基板について、原子吸光分析によりIGZO薄膜中のCuの混入量を測定してスパッタ評価を行った。その結果を表1に示す。尚、比較として、間隙部分に保護体を配置しいていない分割スパッタリングターゲットについても同様にスパッタ評価試験を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1に示すように、保護体を設けた場合は、IGZO薄膜へのCuの混入量は2ppm未満(原子吸光分析の検出限界以下)であった。これに対して、保護体を設けていない場合は、IGZO薄膜へのCuの混入量は間隙部分で19ppmであった。
 本発明は、分割スパッタリングターゲットを用いて大面積の薄膜を形成する際に、成膜する薄膜への不純物の混入を効果的に防止することが可能となる。
 10   バッキングプレート
 20   ターゲット部材
 30   間隙
 50   保護体
 51   第1保護部材
 52   第2保護部材
 60   低融点ハンダ

Claims (10)

  1. バッキングプレート上に、複数のターゲット部材を低融点ハンダにより接合して形成される分割スパッタリングターゲットにおいて、
    接合されたターゲット部材間に形成される間隙に沿って、バッキングプレートに保護体を設けたことを特徴とする分割スパッタリングターゲット。
  2. 保護体は、Zn、Ti、Snいずれかの金属箔、またはZn、Ti、Snのいずれか一種以上を80質量%以上含む合金箔、もしくはセラミックシート、或いは高分子シートである請求項1に記載の分割スパッタリングターゲット。
  3. 保護体は、テープ状の第1保護部材とテープ状の第2保護部材とを積層したものである請求項1に記載の分割スパッタリングターゲット。
  4. 保護体は、狭幅の第1保護部材と広幅の第2保護部材とが積層されたものであり、第1保護部材の両端側に第2保護部材が露出した構造とした請求項3に記載の分割スパッタリングターゲット。
  5. 保護体は、テープ状の第1保護部材と、第1保護部材の両端側に並列配置されたテープ状の第2保護体部材とからなる請求項1に記載の分割スパッタリングターゲット。
  6. 第2保護部材が、Cu、Al、Ti、Ni、Zn、Cr、Feのいずれかの単金属またはこれらのいずれかを含む合金からなる金属箔であり、
    第1保護部材が、ターゲット部材に含まれる元素の一種以上を含む単金属または合金もしくはセラミック材料或いは高分子材料で形成された請求項3~請求項5いずれかに記載の分割スパッタリングターゲット。
  7. 第1保護部材が、In、Zn、Al、Ga、Zr、Ti、Sn、Mgのいずれか一種以上を含む酸化物又は窒化物からなるセラミック材料により形成された請求項3~請求項6いずれかに記載の分割スパッタリングターゲット。
  8. 複数のターゲット部材を低融点ハンダによりバッキングプレート上に接合して形成する分割スパッタリングターゲットの製造方法において、
    接合されるターゲット部材間に形成される間隙に沿って、バッキングプレートに保護体を設け、
    複数のターゲット部材を低融点ハンダによりバッキングプレート上に接合することを特徴とする分割スパッタリングターゲットの製造方法。
  9. 請求項8に記載の分割スパッタリングターゲットの製造方法に用いる保護体であって、
     テープ状の第1保護部材と第2保護部材とを積層したことを特徴とする保護体。
  10. 請求項8に記載の分割スパッタリングターゲットの製造方法に用いる保護体または請求項9に記載の分割スパッタリングターゲットの製造方法に用いる保護体の第1保護部材であって、
     ターゲット部材を構成する材料の体積抵抗率の10倍以上の体積抵抗率を有する材質からなる保護体または第1保護部材。
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