TW201425616A - Ｃｕ合金薄膜形成用濺鍍靶材及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

提供被使用在作為液晶顯示器等顯示元件用電極膜等為有用的Cu-Mn合金薄膜之製膜的濺鍍靶材，減低在濺鍍時異常粗大化的團簇粒子，微粒或飛濺的發生少的Cu合金薄膜形成用濺鍍靶材、及其製造方法。本發明之Cu合金薄膜形成用濺鍍靶材係至少含有Mn，Mn的含有量為2原子%以上、20原子%以下的Cu合金濺鍍靶材，其中，濺鍍靶材的厚度方向的t/2剖面的維氏硬度被控制為50HV以上、100HV以下。

Description

Cu合金薄膜形成用濺鍍靶材及其製造方法
本發明係關於Cu合金薄膜形成用濺鍍靶材及其製造方法。詳言之係關於可減低在濺鍍時所發生之被稱為微粒或飛濺的異常粗大化的團簇粒子的Cu合金薄膜形成用濺鍍靶材及其製造方法。本發明之Cu合金濺鍍靶材係適於使用在形成液晶顯示器或有機EL顯示器等顯示元件、或觸控感測器等電子元件所使用的薄膜電晶體(TFT)的電極用薄膜、反射電極用薄膜、對感測器作電性連接的電性連接配線用薄膜等；CD、DVD、HD-DVD、BD等光記錄媒體所使用的反射膜或半透過膜等薄膜。
Cu薄膜係基於電阻低，與Al相比為加工較為容易等理由，例如被使用在構成液晶顯示器等顯示元件的掃描電極或訊號電極的配線薄膜、觸控感測器等電子元件的電性連接配線薄膜等。但是，純Cu與玻璃等基材的密接性差。此外，純Cu由於容易氧化，因此表面容易變色，會有在半導體中的擴散係數大等問題。因此，為改善如上所示之純Cu所持有的問題點，視用途含有適當選擇元 素的各種Cu合金薄膜已被提出。
例如在專利文獻1中係以在含氧的氧化環境中，在Cu表面可形成可抑制Cu氧化進行的氧化物被覆層的液晶顯示裝置的電極配線用Cu合金而言，揭示出含有Mn、Ga、Li等元素的Cu合金。尤其已記載Mn雖然熔點比Cu為更高，可是比Cu較容易形成氧化物，此外，形成不易使氧通過的氧化物。
此外，在專利文獻2中係在尤其使用含有ZnS的保護層的光碟中，以防止或抑制因來自保護層的S的擴散所致之Cu記錄層的硫化，可得不會發生記錄位元錯誤的光記錄媒體的元素而言，記載有Mn、Zn等金屬元素。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第4065959號公報
[專利文獻2]日本專利第4603044號公報
一般而言，Cu薄膜係以使用濺鍍靶材的濺鍍法予以製膜。濺鍍法係指首先以低氣體壓將氬等惰性氣體導入至真空容器內，在基板、與由與薄膜材料為相同材料 所構成的濺鍍靶材之間施加高電壓，而使電漿放電發生。之後，使因該電漿放電而被離子化的氣體(在此為氬)加速、衝撞在濺鍍靶材，藉由非彈性衝撞而將濺鍍靶材的構成原子敲出，使該構成元素附著、堆積在基板上而形成薄膜的方法。在金屬薄膜的製膜方法係除了上述濺鍍法以外，主要列舉真空蒸鍍法，但是藉由濺鍍法，具有可連續形成與濺鍍靶材為相同組成的薄膜的優點。尤其若所被製膜的金屬薄膜為合金材料，藉由濺鍍法，可使如稀土類元素等般未固溶在Cu中的合金元素強制固溶在薄膜中。此外，濺鍍法係可連續安定地製膜在大面積基板等在工業上亦為非常優異的製膜手法。
但是，在濺鍍法中，係在濺鍍時會發生被稱為微粒或飛濺的異常粗大化的團簇粒子，會有被取入至薄膜的情形。若粗大化的團簇粒子被取入至薄膜中時，會在薄膜表面殘留突起，形成為電氣短路的原因，在配線圖案形成時產生不良情形而發生圖案異常，結果導致發生電性斷線等弊害。如上所示之異常團簇粒子的發生原因被舉出很多種。若關於材料言之，被認為濺鍍靶材的組織或結晶粒的不均一性、濺鍍靶材的形狀、對濺鍍靶材混入異物、濺鍍靶材中的合金元素的偏析等成為起點所發生的情形不少。
前述專利文獻1及2所記載之Cu合金薄膜亦記載使用濺鍍法來進行製膜之主旨，但是完全未提及上述濺鍍時的問題點。此外，在專利文獻2的實施例中，並未 使用濺鍍靶材來製造Cu合金薄膜，僅對擬似性作成的Cu-Mn錠被覆ZnS的保護膜。因此，完全未掌握濺鍍靶材使用時的上述課題。
上述專利文獻所記載的各種合金元素之中亦由於Mn比Cu較為優先與氧起反應而抑制Cu氧化、或防止或抑制因來自ZnS含有保護層的S的擴散所造成的Cu記錄層的硫化，因此非常有用。因此，含有Mn的Cu-Mn合金係被非常期待作為顯示元件等之電極薄膜等薄膜形成材料的使用。但是，Mn由於容易在表面濃化，因此含有Mn的Cu-Mn合金濺鍍靶材係當濺鍍時，Mn容易偏析，會有飛濺等異常放電更加明顯發生之虞。
本發明係鑑於上述情形而研創者。其目的在提供被使用在作為液晶顯示器等顯示元件用電極膜等為有用的Cu-Mn合金薄膜的製膜的濺鍍靶材，濺鍍時，減低異常粗大化的團簇粒子，微粒或飛濺的發生少的Cu合金薄膜形成用濺鍍靶材、及其製造方法。
可解決上述課題之本發明之Cu合金薄膜形成用濺鍍靶材係至少含有Mn，Mn的含有量為2原子%以上、20原子%以下的Cu合金濺鍍靶材，其特徵為：濺鍍靶材的厚度方向的t/2剖面的維氏硬度為50HV以上、100HV以下。
在本發明之較佳實施態樣中，前述濺鍍靶材 係Mn的含有量為2原子%以上、10原子%以下。
在本發明之較佳實施態樣中，前述濺鍍靶材的厚度方向的t/2剖面的維氏硬度係60HV以上、90HV以下。
此外，可解決上述課題之本發明之Cu合金薄膜形成用濺鍍靶材之製造方法之特徵為：對滿足上述組成的Cu合金，將熱間壓延時的總壓下率以50%以上、熱間壓延後的退火以450℃以上、600℃以下的溫度進行2小時以上。
在本發明之較佳實施態樣中，前述熱間壓延時的總壓下率為50%以上、75%以下。
在本發明之較佳實施態樣中，前述熱間壓延後的退火溫度為450℃以上、550℃以下。
在本發明之較佳實施態樣中，前述熱間壓延後的退火時間為2小時以上、5小時以下。
若使用本發明之Cu-Mn合金濺鍍靶材，由於濺鍍時所發生的微粒或飛濺等異常放電減低，因此由濺鍍初期至壽命結束，可安定地長時間進行藉由放電安定性優異的濺鍍法所為之製膜。
此外，藉由本發明，可得對大面積基板亦在基板面內(同一面內)的組成、膜厚、電阻的不均少，面內均一性優異的Cu-Mn合金薄膜。結果，具備有上述Cu- Mn薄膜的顯示元件等最終製品的良率明顯提升。
圖1係顯示在實施例1中，表1之No.16的Cu-Mn合金濺鍍靶材的EPMA試驗結果的圖。
本發明人等為了提供一種將至少含有Mn的Cu-Mn合金加工成薄片狀等濺鍍靶材，即使製膜在大面積的基板上，亦組成或膜厚等的面內均一性優異，不會發生異常放電，可安定地長期間製造Cu-Mn合金薄膜的Cu-Mn合金濺鍍靶材而不斷研究。結果，發現(甲)藉由將濺鍍靶材的厚度方向(相對於壓延方向呈垂直的方向)的t/2剖面(t為濺鍍靶材的厚度)的維氏硬度控制為預定範圍，可達成所預期的目的、(乙)如上所示之Cu-Mn合金濺鍍靶材係在使用Cu-Mn合金，藉由熔解鑄造法來進行製造時，尤其若適當控制熱間壓延時的總壓下率、及熱間壓延後的退火條件即可獲得，而完成本發明。
亦即，本發明之Cu合金薄膜形成用濺鍍靶材係至少含有Mn，Mn的含有量為2原子%以上、20原子%以下的Cu合金濺鍍靶材，其特徵在於：濺鍍靶材的厚度方向的t/2剖面的維氏硬度為50HV以上、100HV以下。
首先，說明上述Cu合金的組成。以下係有將含有Mn的Cu合金記載為Cu-Mn合金的情形。
上述Cu-Mn合金係至少含有Mn，在2原子%以上、20原子%以下的範圍含有Mn。Mn係固溶於Cu金屬但不固溶於Cu氧化膜的元素。此外，Mn係如前述專利文獻1或專利文獻2之記載所示，作為形成比Cu更為優先與氧起反應而抑制Cu氧化的氧化物被膜，或可防止或抑制因來自ZnS含有保護層的S的擴散所致之Cu記錄層的硫化的元素為非常有用。考慮若Mn所固溶的Cu合金因藉由濺鍍法所為之薄膜製膜過程的熱處理等而被氧化時，Mn係擴散而在粒界或界面濃化，藉由該濃化層，與透明基板的密接性即會提升。
為了使如上所示之Mn的作用有效發揮，將Cu合金中的Mn含有量設為2原子%以上。較佳為4原子%以上，更佳為8原子%以上。但是，若Mn含有量的上限超過20原子%時，會有變脆等問題，因此將其上限設為20原子%以下。較佳為15原子%以下，更佳為10原子%以下。
上述Cu合金若至少在上述範圍含有Mn即可，剩餘部分為Cu及不可避免不純物。
此外，上述Cu合金亦可在賦予其他特性等目的下，另外添加以下元素。
例如，亦可在0.2~10原子%的範圍，添加選自由Ag、Au、C、W、Ca、Mg、Ni、Al、Sn、及B所成群組的至少一種以上的元素。藉此，與基板的密接性即會提升。該等元素可單獨添加，亦可併用二種以上。其中， 上述含有量係當單獨含有上述元素時，即為單獨的量，當含有二種以上時，則為合計量。
同樣地，亦可在0.2~10原子%的範圍添加Zn。藉此，與基板的密接性即會提升。
本發明之Cu合金濺鍍靶材係在具有上述組成，而且濺鍍靶材的厚度方向的t/2剖面的維氏硬度為50HV以上、100HV以下具有最大的特徵。藉由使用如上所示維氏硬度被適當控制的Cu合金濺鍍靶材，減低濺鍍製膜時的飛濺的發生。如本發明所示，當使用至少在2~20原子%的範圍含有Mn的Cu-Mn合金濺鍍靶材時，如後述實施例中之證實所示，清楚得知即使上述濺鍍靶材的硬度過高，亦容易發生飛濺。較佳之維氏硬度為50HV以上、100HV以下，更佳為60HV以上、90HV以下。
在此，濺鍍靶材的厚度方向的t/2剖面意指在相對於壓延面呈垂直的剖面之中，與壓延方向呈平行的面，相對於濺鍍靶材的厚度t，形成為t(厚度)×1/2的範圍的剖面。
具體而言，如以下所示算出濺鍍靶材的維氏硬度。首先，以出現上述剖面(測定面)的方式將濺鍍靶材進行切斷。此時，由3部位採集切斷片(相對於壓延方向為前端部、中央部、後端部)。接著，為使測定面形成為平滑，進行利用砂紙的研磨或利用鑽石膏等的研磨。之後，進行藉由Barker氏液(將HBF4(四氟硼酸)與水以體積比為1：30的比加以混合的水溶液)所為之電解蝕刻，使用 顯微維氏硬度計(股份有限公司明石製作所製，AVK-G2)來測定上述測定面的壁厚中央部的硬度。將所被測定出的3個切斷片的硬度的平均值設為維氏硬度。
在本發明中，在測定濺鍍靶材的維氏硬度時，將厚度方向的t/2剖面設為測定對象係考慮到組織均一性者。
在本發明中，藉由適當控制Cu-Mn合金濺鍍靶材的維氏硬度，可減低飛濺等的發生的理由雖然詳情不清楚，但是被推測如下。為了減低飛濺等的發生而使放電安定化，提高退火溫度等而進行再結晶化為有效，但是若維氏硬度過高，被認為組織(結晶粒等)變得不均一，放電不安定。另一方面，若維氏硬度過低，被推測Mn的析出進展，而形成為偏析的狀態，因此會有放電不均一之虞。
以上說明本發明之Cu合金濺鍍靶材。
接著，說明製造上述Cu合金濺鍍靶材的方法。
在本發明中，以製造成本或製造工程的減低化、良率的提升等為目的來採用熔解鑄造法而製造上述Cu合金濺鍍靶材。熔解鑄造法係指由Cu合金熔體來製造鑄塊的方法，被泛用在濺鍍靶材的製造。
藉由上述熔解鑄造法，濺鍍靶材通常係藉由熔解鑄造→(視需要進行熱間鍛造)→熱間壓延→退火(→視需要進行冷間壓延→退火)來製造。在本發明中，為了製造維氏硬度被適當控制的Cu-Mn合金濺鍍靶材，適當控 制熱間壓延條件(尤其熱間壓延時的總壓下率)、及退火條件(退火溫度、退火時間等)極為重要。
以下按每一工程，詳加說明本發明之製造方法。
(熔解鑄造)
熔解鑄造工程並未特別限定，可以可得作為所希望的組成的Cu-Mn合金鑄塊的方式，適當採用在濺鍍靶材製造時一般所使用的工程。例如以鑄造方法而言，具代表性列舉有：DC(半連續)鑄造、薄板連續鑄造(雙輥式、帶式鑄造機式、卜式(Properzi)、塊式鑄造機式等)等。
(視需要進行熱間鍛造)
如上所述在將Cu-Mn合金鑄塊造塊後，進行熱間壓延(詳細如後述)，但是亦可視需要，進行熱間鍛造，俾使形狀整齊。此時的熱間鍛造係兼作均熱處理。為進行維氏硬度控制，較佳為將熱間鍛造溫度控制為大概800~900℃左右、熱間鍛造的加熱時間控制為大概3~18小時左右。
(熱間壓延)
在視需要進行上述熱間鍛造之後，進行熱間壓延。為進行維氏硬度控制，將熱間壓延時的總壓下率控制在50%以上。較佳為55%以上。其中，由維氏硬度控制的觀點來 看，上述總壓下率係愈高愈好，但是若過高，會有破裂等問題，因此以將其上限設為75%以下為佳。更佳為70%以下。
在本發明中，若熱間壓延時的總壓下率被控制在上述範圍即可，例如平均每1道次(pass)的最大壓下率並未特別限定，以形成為大概5~10%程度為佳。
其中，在本發明中，熱間壓延開始溫度或熱間壓延結束溫度並未特別限定。但是，若考慮到維氏硬度的控制容易度等時，較佳為將熱間壓延開始溫度控制為大概600~800℃程度，將熱間壓延結束溫度控制為大概400~500℃程度。
(退火)
如上所述進行熱間壓延之後，進行退火。為進行維氏硬度控制，必須在450~600℃的溫度範圍退火2小時以上。
如後述實施例中之證實所示，若退火溫度未達450℃，即使將退火時間控制為2小時以上，亦無法獲得所希望的維氏硬度。另一方面，若退火溫度超過600℃，會有結晶粒粗大化等問題。較佳的退火溫度為550℃以下。
同樣地，若將退火時間設為未達2小時時，無法獲得所希望的維氏硬度。為進行維氏硬度控制，若在上述退火溫度範圍進行退火時，以退火時間長為佳。但是 ，若退火時間過長，會有結晶粒粗大化等問題，因此較佳為設為5小時以下。更佳的退火時間為4小時以下。
(視需要進行冷間壓延→退火)
藉由上述方法，可將Cu-Mn合金濺鍍靶材的維氏硬度控制在預定範圍，但是亦可在之後另外進行冷間壓延→退火(第2次壓延、供應力釋放用的退火)。為進行維氏硬度控制，冷間壓延條件並未特別限定，但是以控制退火條件為佳。例如，建議將退火溫度控制在大概150~250℃程度、退火時間控制在大概1~5小時程度。其中，冷間壓延時的冷延率若設為一般的範圍(例如20~40%)即可。
之後，若以預定的形狀進行機械加工時，可得濺鍍靶材。所得的濺鍍靶材亦可視需要而接合在所希望的背襯板。
本案係根據2012年8月3日申請的日本專利申請第2012-173279號主張優先權利益者。2012年8月3日申請的日本專利申請第2012-173279號說明書的所有內容，為供參考而被沿用於本案中。
[實施例]
以下列舉實施例，更加具體說明本發明，惟本發明並非受到下述實施例限制，亦可在符合前後述主旨的範圍內施行變更來實施，該等均包含於本發明之技術範圍中。
(實施例1)
首先，藉由DC鑄造法來將含有表1所示之各種Mn量的Cu-Mn合金鑄塊(厚度100mm)進行造塊。
詳言之，將4N純度的Cu與3N純度的電解Mn以1250℃熔解，在以1200℃保持10分鐘之後，以8~10℃/分鐘的平均冷卻速度冷卻至室溫，形成Cu-Mn的過飽和固溶體(錠)。
將該錠，以表1所示條件進行熱間鍛造→熱間壓延(熱間壓延結束溫度為600℃)而壓延成厚度20mm的薄板狀之後，以表1所示之條件進行退火處理。在本實施例中並未進行之後的冷間壓延及退火。在本實施例中，係確認出以熱間壓延的總壓延壓下率(總壓下率)50%、而且退火時間2小時實施，但是若為總壓延壓下率50%~75%、而且退火時間2小時~5小時，可得同樣的結果。
接著，進行機械加工(圓衝壓加工及車床加工)，製造圓板狀的Cu-Mn合金濺鍍靶材(尺寸：直徑101.6mm×厚度5.0mm)。
藉由前述方法來測定如上所示所製造的各濺鍍靶材的厚度方向的t/2剖面的維氏硬度(測定3部位的平均值)。在表1的維氏硬度的欄位係除了平均值以外，將各3部位的各自的測定值記載在(1)、(2)、(3)的欄位。
接著，備妥將上述各濺鍍靶材加工成4吋×5mmt的形狀者，觀察有無以下列條件進行濺鍍時所發 生的飛濺。
首先，對Si晶圓基板(尺寸：直徑101.6mm×厚度0.50mm)，使用股份有限公司島津製作所製「濺鍍系統HSR-542S」的磁控管濺鍍裝置來進行DC磁控管濺鍍。濺鍍條件如以下所示。
DC：260W
壓力：2mTorr
Ar氣體壓：2.25×10-3Torr
Ar氣體流量：30sccm、
極間距離：51.6mm
基板溫度：室溫
濺鍍時間：81秒鐘
在本實施例中，放電時所發生的飛濺的有無係藉由以光學顯微鏡(倍率：1000倍)觀察薄膜表面來進行評估。在此係將具有1μm以上的突起者視為飛濺，在上述觀察視野中，將飛濺即使被發現1個者亦評估為有飛濺，完全未發現飛濺者評估為無飛濺。
將該等試驗結果一併記載於表1。
由表1可如以下進行考察。
首先，No.1~4係Cu-Mn合金中的Mn量為2原子%之例。其中，No.4係以滿足本發明之要件的方法進行製造之例，由於適當控制維氏硬度，因此並未發現發生飛濺。相對於此，No.1~3由於退火溫度低，因此維氏硬度超出本發明所規定的範圍，發生飛濺。
與上述相同的結果係在Mn量不同的No.5~8(Mn量=4原子%)、No.9~12(Mn量=8原子%)、No.13~16(Mn量=10原子%)中亦被發現。
此外，藉由本發明，為了確認可得沒有成為飛濺起點的Mn偏析的濺鍍靶材，針對上述表1的No.16(本發明例)的濺鍍靶材，針對與測定維氏硬度的面為相同面之與壓延方向呈水平的面(t/2)，使用EPMA來進行Mn分布的映射。EPMA的測定條件係如以下所示。
分析裝置：JEOL製「電子線微分析儀JXA8900RL」
分析條件
加速電壓：15.0kV
照射電流：5.012×10-8A
射束半徑：最小(0μm)
測定時間：100.00ms
測定點數：400×400
測定間隔：1μm
測定面積：400μm×400μm
測定位置：板厚方向中央部
測定視野數：1視野
將結果顯示於圖1。在圖1中，CP意指反射電子像。如圖1所示，可知並未發現Mn偏析，呈均一分散。亦即，若有Mn偏析，因導電性或濺鍍率的不同，形成為突起而使電場局部集中，產生異常放電而發生飛濺，微粒附著在膜表面，但是上述結果係隱含可減低粗大微粒的發生。

Claims (7)

  1. 一種Cu合金薄膜形成用濺鍍靶材，其係至少含有Mn，Mn的含有量為2原子%以上、20原子%以下的Cu合金濺鍍靶材，其特徵為：濺鍍靶材的厚度方向的t/2剖面的維氏硬度為50HV以上、100HV以下。
  2. 如申請專利範圍第1項之Cu合金薄膜形成用濺鍍靶材，其中，前述Mn的含有量為2原子%以上、10原子%以下。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之Cu合金薄膜形成用濺鍍靶材，其中，前述濺鍍靶材的厚度方向的t/2剖面的維氏硬度為60HV以上、90HV以下。
  4. 一種Cu合金薄膜形成用濺鍍靶材之製造方法，其係製造如申請專利範圍第1項或第2項之Cu合金薄膜形成用濺鍍靶材的方法，其特徵為：對滿足如申請專利範圍第1項或第2項之Cu合金薄膜形成用濺鍍靶材之組成的Cu合金，將熱間壓延時的總壓下率以50%以上、熱間壓延後的退火以450℃以上、600℃以下的溫度進行2小時以上。
  5. 如申請專利範圍第4項之Cu合金薄膜形成用濺鍍靶材之製造方法，其中，將前述熱間壓延時的總壓下率在50%以上、75%以下進行。
  6. 如申請專利範圍第4項之Cu合金薄膜形成用濺鍍靶材之製造方法，其中，將前述熱間壓延後的退火在450 ℃以上、550℃以下的溫度進行。
  7. 如申請專利範圍第4項之Cu合金薄膜形成用濺鍍靶材之製造方法，其中，將前述熱間壓延後的退火在2小時以上、5小時以下進行。
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