JP2011523978A - モリブデン−ニオブ合金、かかる合金を含有するスパッタリングターゲット、かかるターゲットの製造方法、それから製造される薄膜、およびその使用 - Google Patents

Abstract

（ａ） 大部分で存在するモリブデン； （ｂ） 合金量で存在するニオブ； および（ｃ） ニッケル、クロム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される第三の金属を含み、第三の金属がドーピング量で存在する合金； さらに、それを用いて製造されるスパッタリングターゲット、かかるターゲットを使用してスパッタされた膜、およびかかる膜を含有する薄膜素子。

Description

発明の背景
スパッタリングは、半導体および光電産業において使用される様々な生産工程において金属層を製造するために使用される技術である。スパッタリングの間に形成される膜の特性はスパッタリングターゲット自身の特性、例えばそれぞれの結晶グレインの大きさ、およびばらついた特性を有する二次層の形成に関連している。スパッタリングの間に膜の均質性、最小限の粒子生成を提供し、且つ得られる膜において所望の電気特性および物理特性を提供する、スパッタターゲットを製造することが望ましい。

基板表面上に膜の堆積を実施するために様々なスパッタリング技術が使用される。堆積された金属膜、例えばフラットパネルディスプレイ素子上の金属膜は、マグネトロンスパッタリング装置または他のスパッタリング技術によって形成される。マグネトロンスパッタリング装置は、気体のプラズマイオンを誘導し、ターゲットに衝撃を与え、ターゲット材料の表面原子を飛び出させ、そして膜または層として基板表面上に堆積することをもたらす。従来的には、平面のディスクまたは矩形の形態のスパッタリング源がターゲットとして使用され、且つ、飛び出した原子は照準線の軌道に沿って移動して、ウェハの上面上に堆積され、該ウェハの堆積面はターゲットのエロージョン面に平行である。管状に成形されたスパッタリングターゲットもまた使用され、例えば米国特許出願公開２００７／００４２７２８号内に記載され、その全文がここで参照をもって開示されるものとする。

スパッタリングターゲットは従来の手段、例えばローリングによって製造できない材料または材料の組み合わせを含むことが望まれることがある。そのような場合、ターゲットは熱間等方圧プレス（ＨＩＰ）粉末によって製造される。理想的には、該ターゲットは単独の工程で製造される。しかしながら、粉末の充填密度およびＨＩＰ装置のサイズの物理的な制限によって、より小さな部分を結合してより大きなスパッタリングターゲットを製造することを必要とする。単相のターゲット用には、従来の方法、例えば溶接が使用されることがあり、多相の材料、またはなんらかの理由のために合金の形成が避けられるべき場合には固体の状態でのエッジとエッジとの結合が好ましい。

半導体およびＴＦＴ−ＬＣＤにおける相互接続は、アルミニウムから銅に向かって進化し、従って新規の拡散バリアが必要とされている。チタンは優れた付着特性を提供する一方で、モリブデンは緻密なバリア安定性に貢献する。集積回路（半導体およびフラットパネルディスプレイ用）は、Ｍｏ−Ｔｉを、アルミニウム、銅、およびアルミニウム合金のための下層またはキャップ層として使用して、ヒロックの形成を最小化し、反射率を調節し、且つ、フォトリソグラフィーの間の物理的および化学的な腐食からの保護を提供する。

発明の概要
本発明は一般に、モリブデン合金、スパッタリングターゲットの製造におけるそれらの使用、かかるスパッタリングターゲットを使用した薄膜の製造方法、およびそれによって製造された薄膜に関する。より特定には、本発明は大部分のモリブデン、合金量のニオブ、およびドーピング量の、ニッケル、クロム、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよび／またはバナジウムからなる群から選択される第三の金属を含むモリブデン合金に関する。

本発明の１つの実施態様は、（ａ） 大部分で存在するモリブデン； （ｂ） 合金量で存在するニオブ； および（ｃ） ニッケル、クロム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される第三の金属を含み、第三の金属がドーピング量で存在する合金を含む； ただし、第三の金属がジルコニウムである場合、そのドーピング量は０．０１質量％未満または１質量％よりも多い。

本発明の他の実施態様は、（ａ） 大部分で存在するモリブデン； （ｂ） 合金量で存在するニオブ； および（ｃ） ニッケル、クロム、チタン、ハフニウム、バナジウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される第三の金属を含み、第三の金属がドーピング量で存在する合金を含む。

本発明の他の実施態様は、（ａ） 大部分で存在するモリブデン； （ｂ） 合金量で存在するニオブ； および（ｃ） ニッケル、クロム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される第三の金属を含み、第三の金属がドーピング量で存在する、緻密化された合金を含むスパッタリングターゲットを含む。様々な好ましい実施態様において、本発明は（ａ） 大部分で存在するモリブデン； （ｂ） 合金量で存在するニオブ； および（ｃ） ニッケル、クロム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される第三の金属を含み、第三の金属がドーピング量で存在する緻密化された合金を含み； ただし、第三の金属がジルコニウムである場合、そのドーピング量は０．０１質量％未満または１質量％よりも多い、スパッタリングターゲットを含む。

本発明のさらに他の実施態様は、大部分で存在するモリブデン粉末、合金量で存在するニオブ粉末、およびニッケル、クロム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される第三の金属粉末の配合物であり、第三の金属がドーピング量で存在し、ただし、第三の金属粉末がジルコニウムである場合、そのドーピング量は０．０１質量％未満または１質量％よりも多い配合物を提供すること； および（ｂ）該配合物を加熱し、且つ加圧して緻密化されたスパッタリングターゲットを形成することを含む方法を含む。

本発明のさらに他の実施態様は、 （ａ） （ｉ）大部分で存在するモリブデン； （ｉｉ）合金量で存在するニオブ； および（ｉｉｉ） ニッケル、クロム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される第三の金属を含み、第三の金属がドーピング量で存在する、緻密化された合金を含むスパッタリングターゲットを提供すること； （ｂ） 基板を提供すること； 且つ、（ｃ） ターゲットをスパッタリング条件に供して、ターゲット材料で構成されるコーティングを基板上に形成することを含む方法を含む。

本発明の他の実施態様は、基板と、該基板上に配置された薄膜とを含み、該薄膜が本発明のスパッタリング方法の実施態様のいずれかによって製造される、薄膜素子を含む。

本発明の様々な実施態様は、本発明の他の方法の実施態様によって使用され、本発明によって具体化もされる様々な素子において使用するための薄膜を提供でき、その際、薄膜素子の性能特性は、公知の技術水準の薄膜素子に少なくとも匹敵し、いくつかの場合においては改善され、且つ、該薄膜は基板への優れた付着を示す、スパッタリングターゲットを提供できる。本発明による薄膜および本発明による薄膜を含有する素子は、有利なフォトリソグラフィー特性も提供でき、そのことで製造時の生産性が改善される。中でも、本発明による薄膜によって提供される利点は、均質、迅速且つ制御可能なエッチレートであり、これと改善された付着（基板と本発明の薄膜との間、本発明の薄膜と後から堆積された金属膜、例えば銅との間の両方）とを合わせて、リソグラフィー作業を著しく改善できる。

図面のいくつかの像の簡単な説明
前記の概要、並びに以下の本発明の詳細な説明は、添付される図面と関連させて読むと、より良く理解できる。本発明の説明を補助する目的で、例示的であるとみなされる代表的な実施態様が図面において示されている。しかしながら、本発明はどのようにも、示される厳密な配置および手段に限定されないことが理解されるべきである。

図中：

図１ａは、比較用Ｍｏ−Ｔｉターゲットの、倍率１０００倍での二次電子像である；図１ｂは、図１ａの比較用Ｍｏ−Ｔｉターゲットの、倍率１０００倍での後方散乱電子像である。 図２ａは、図１ａの比較用Ｍｏ−Ｔｉターゲットの、倍率１０００倍での二次電子像である；図２ｂは、図１ａの比較用Ｍｏ−Ｔｉターゲットの、倍率１０００倍での後方散乱電子像である。 図３ａは、本発明の１つの実施態様によるＭｏＮｂＺｒターゲットの、倍率２００倍での二次電子像である；図３ｂは、図３ａのＭｏＮｂＺｒターゲットの、倍率２００倍での後方散乱電子像である。 図４ａは、図３ａのＭｏＮｂＺｒターゲットの、倍率１０００倍での二次電子像である；図４ｂは、図３ａのＭｏＮｂＺｒターゲットの、倍率１０００倍での後方散乱電子像である。 図５ａは、Ｓｉ基板上に比較用Ｍｏ−Ｔｉターゲットを使用して製造した膜の、倍率１０００倍での二次電子像である；図５ｂは、図５ａの膜の、倍率１０００倍での後方散乱電子像である。 図６ａは、Ｓｉ基板上に比較用Ｍｏ−Ｔｉターゲットを使用して製造した他の膜の、倍率２００００倍での二次電子像である；図６ｂは、図６ａの膜の、倍率２００００倍での後方散乱電子像である。 図７は、図７ａの膜の、倍率１０００倍での後方散乱電子像である。 図８ａは、コーニング１７３７ガラス基板上に比較用Ｍｏ−Ｔｉターゲットを使用して製造した膜の、倍率１００００倍での二次電子像である；図８ｂは、図８ａの膜の、倍率５０００倍での二次電子像である。 図９ａは、コーニング１７３７ガラス基板上に比較用Ｍｏ−Ｔｉターゲットを使用して製造した他の膜の、倍率１００００倍での二次電子像である；図９ｂは、図９ａの膜の、倍率５０００倍での二次電子像である。 図１０ａは、コーニング１７３７ガラス基板上に比較用Ｍｏ−Ｔｉターゲットを使用して製造した他の膜の、倍率１００００倍での二次電子像である；図１０ｂは、図１０ａの膜の、倍率５０００倍での二次電子像である。 図１１ａは、コーニング１７３７ガラス基板上に比較用Ｍｏ−Ｔｉターゲットを使用して製造した他の膜の、倍率１００００倍での二次電子像である；図１１ｂは、図１１ａの膜の、倍率５０００倍での二次電子像である。 図１２ａは、コーニング１７３７ガラス基板上に比較用Ｍｏ−Ｔｉターゲットを使用して製造した他の膜の、倍率１００００倍での二次電子像である；図１２ｂは、図１２ａの膜の、倍率５０００倍での二次電子像である。 図１３ａは、Ｓｉ基板上に比較用Ｍｏ−Ｔｉターゲットを使用して製造した膜の、倍率１００００倍での二次電子像である；図１３ｂは、図１３ａの膜の、倍率５０００倍での二次電子像である。 図１４ａは、Ｓｉ基板上に比較用Ｍｏ−Ｔｉターゲットを使用して製造した他の膜の、倍率１００００倍での二次電子像である；図１４ｂは、図１４ａの膜の、倍率５０００倍での二次電子像である。 図１５ａは、Ｓｉ基板上に比較用Ｍｏ−Ｔｉターゲットを使用して製造した他の膜の、倍率１００００倍での二次電子像である；図１５ｂは、図１５ａの膜の、倍率５０００倍での二次電子像である。 図１６ａは、Ｓｉ基板上に比較用Ｍｏ−Ｔｉターゲットを使用して製造した他の膜の、倍率１００００倍での二次電子像である；図１６ｂは、図１６ａの膜の、倍率５０００倍での二次電子像である。 図１７ａは、コーニング１７３７ガラス基板上に本発明の１つの実施態様によるＭｏＮｂＺｒターゲットを使用して製造した膜の、倍率１００００倍での二次電子像である；図１７ｂは、図１７ａの膜の、倍率５０００倍での二次電子像である。 図１８ａは、コーニング１７３７ガラス基板上に本発明の１つの実施態様によるＭｏＮｂＺｒターゲットを使用して製造した他の膜の、倍率１００００倍での二次電子像である；図１８ｂは、図１８ａの膜の、倍率５０００倍での二次電子像である。 図１９ａは、コーニング１７３７ガラス基板上に本発明の１つの実施態様によるＭｏＮｂＺｒターゲットを使用して製造した他の膜の、倍率１００００倍での二次電子像である；図１９ｂは、図１９ａの膜の、倍率５０００倍での二次電子像である。 図２０ａは、Ｓｉ基板上に本発明の１つの実施態様によるＭｏＮｂＺｒターゲットを使用して製造した膜の、倍率１００００倍での二次電子像である；図２０ｂは、図２０ａの膜の、倍率５０００倍での二次電子像である。 図２１ａは、Ｓｉ基板上に本発明の１つの実施態様によるＭｏＮｂＺｒターゲットを使用して製造した他の膜の、倍率１００００倍での二次電子像である；図２１ｂは、図２１ａの膜の、倍率５０００倍での二次電子像である。 図２２ａは、Ｓｉ基板上に本発明の１つの実施態様によるＭｏＮｂＺｒターゲットを使用して製造した他の膜の、倍率１００００倍での二次電子像である；図２２ｂは、図２２ａの膜の、倍率５０００倍での二次電子像である。 図２３ａは、Ｓｉ基板上に本発明の１つの実施態様によるＭｏＮｂＺｒターゲットを使用して製造した他の膜の、倍率１００００倍での二次電子像である；図２３ｂは、図２３ａの膜の、倍率５０００倍での二次電子像である。 図２４ａは、Ｓｉ基板上に本発明の１つの実施態様によるＭｏＮｂＺｒターゲットを使用して製造した他の膜の、倍率１００００倍での二次電子像である；図２４ｂは、図２４ａの膜の、倍率５０００倍での二次電子像である。 図２５は、ウェハ上でのシート抵抗測定点の位置の概略図である。 図２６ａは、比較用ＭｏＴｉターゲットを使用して製造された薄膜で被覆されたＳｉウェハ上で図２５において特定された位置でのシート抵抗測定の概略図である；および図２６ｂは、本発明の実施態様によるＭｏＮｂＺｒターゲットを使用して製造された薄膜で被覆されたＳｉウェハ上で図２５において特定された位置でのシート抵抗測定の概略図である。

発明の詳細な説明
ここで使用される際、単数形の用語の"ａ"および"ｔｈｅ"は同義であり、且つ、"１つまたはそれより多くの"および"少なくとも１つの"と共に、言語および／または文脈中に特段明確に記載されない限り、区別なく使用される。したがって、例えば"金属"について、ここで、または付記される請求項において、単独の金属または１つより多くの金属を示すことがある。操作例以外、または特段指摘される場合以外は、明細書中で使用される、成分の量、反応条件等に関する全ての数または表現は、全ての場合に用語"約"によって変更されるとして理解されるものとする。様々な数値範囲が本願中に開示されている。これらの範囲は連続的であるので、それらは最小値と最大値との間の全ての値を含む。さらには、ここで開示される全ての範囲は、同一の属性について開示される全てのより狭い範囲を含み、且つ、任意のより高い、またはより低い範囲の値が、同一の属性について開示される任意の他の範囲のための代替的なより高いまたはより低い値としてはたらくことができる。従って、例えば同一の属性についての１〜１０および４〜６の範囲について、１〜４、４〜１０、１〜６および６〜１０の範囲もまたその属性に含む。

本発明の様々な実施態様による合金は、大部分のモリブデンを含む。ここで使用される際、用語"大部分"は、質量パーセントで５０％よりも多い含有率を示す。好ましくは、大部分とは７５％またはそれより多くであり、且つ、よりさらに好ましくは、大部分とは９４〜９９％である。本発明の合金のさらにより好ましい実施態様において、モリブデンは大部分の９５〜９８％、且つより好ましくは９５〜９７％で存在する。

本発明の様々な実施態様による合金は、合金量のニオブを含む。ここで使用される際、用語"合金量"は、質量パーセントで約０．５〜６％の含有率を示す。好ましくは、合金量とは１〜５％、さらにより好ましくは２〜４％、且つ、最も好ましくは３〜４％である。

本発明の様々な実施態様による合金は、ドーピング量の第三の金属を含む。ここで使用される際、用語"ドーピング量"は、質量パーセントで一般に合金量未満の含有率を示す。好ましくは、ドーピング量は約２％以下である。様々な実施態様において、ドーピング量は約１％以下であってよい。様々な実施態様において、ドーピング量は１００ｐｐｍ〜１％以下であってよい。様々な実施態様において、ドーピング量は１００ｐｐｍ以下であってよい。様々な実施態様において、ドーピング量は、１％より多く、合金量未満までの任意の量であってよい。

本発明の様々な実施態様による合金中に存在する第三の金属を、ニッケル、クロム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択してよい。本発明の様々な好ましい実施態様において、第三の金属はジルコニウムを含む。

本発明による１つの実施態様は、（ａ）大部分で存在するモリブデン； （ｂ）合金量で存在するニオブ； および（ｃ）１００ｐｐｍ未満の量のジルコニウムを含む合金を含む。本発明による他の実施態様は、（ａ）大部分で存在するモリブデン； （ｂ）合金量で存在するニオブ； および（ｃ）１質量％よりも多い量のジルコニウムを含む合金を含む。

本発明の様々な実施態様による合金は、ニオブおよび第三の金属が置換型固溶体中で主としてモリブデンと結合するか、または結晶構造中で様々な金属の合金のない混合物として、または部分合金との混合物として、特徴付けられる。

本発明の様々な実施態様による合金を、任意の適正な金属冶金方法によって製造できる。本発明による合金をさらに、粉砕および／またはひいて、本発明によるスパッタリングターゲットを形成するための粉末を製造できる。粉末を、噴霧化法、例えば回転電極法を使用して製造してもよい。本発明による合金を製造するための適した金属冶金法は、米国特許出願公開ＵＳ２００６／０１７２４５４号内に記載され、ここで参照をもってその全文が開示されるものとする。選択的に、例えば適切な量のモリブデン粉末、ニオブ粉末、および第三の金属粉末を配合し、真空で焼結し、真空でホットプレスするか、または熱間等方圧プレス（ＨＩＰ）をすることができる。かかるビレットはその後、引き続き熱変型法、例えば押出、鍛造、および／またはローリングによって固められる。

本発明は、本発明の様々な合金の実施態様のいずれかによる緻密化された合金を含むスパッタリングターゲットも含む。本発明の仕上げられたスパッタリングターゲットは、理論密度の約９０％よりも高い、好ましくは理論密度の少なくとも９５％、より好ましくは理論密度の少なくとも９８％、および最も好ましくは理論密度の少なくとも９９．５％の密度を有する。

本発明によるスパッタリングターゲットを、適した従来の技術、例えば溶融法、または粉末冶金法によって提供できる。様々なインゴット冶金法は、当該技術分野において公知であり、限定されずに、例えば電子ビーム溶融法、アーク溶融、プラズマ溶融およびその種のものを含む。適した電子ビーム溶融法において、溶融を４×１０^-5ｔｏｒｒ以下の超真空条件で実施できる。適したプラズマ溶融法においては、溶融を８×１０^-4〜４×１０^-3ｔｏｒｒの雰囲気下で行ってよい。

様々な適した粉末冶金法において、成分の粉末（即ちモリブデン粉末、ニオブ粉末、および第三の金属の粉末）を先に記載された割合で配合し（または上述の通り予め粉砕され且つひかれた合金粉末）、且つ、圧縮し、且つ当該技術分野で公知の様々な手段によって焼結する。さらには、予め決定された組成で製造された粉末化合金を、噴霧化法またはその種のものを通じて、元素の粉末の代わりに、またはそれと共に使用できる。モリブデン粉末の平均粒径は、好ましくは０．１〜２５ミクロン、より好ましくは５ミクロン未満である。ニオブ粉末および第三の金属の粉末については、望ましい平均粒径は好ましくは５〜５０ミクロン、より好ましくは２０〜３５ミクロンである。

当該技術分野でよく知られている粉末配合技術によって該粉末を配合できる。例えば混合を、モリブデン、ニオブおよび第三の金属の粉末を乾燥した容器内に置き、且つ閉じられた容器をその中心軸について回転させることによって行ってよい。混合を、完全な配合および均質に分布した粉末を得るために十分な時間の間、継続する。ボールミルまたは類似の装置を使用して配合工程を遂行できる。本発明はいかなる特定の混合技術にも限定されず、且つ、出発粉末の成分を充分に配合するのであれば、他の混合技術を選択してもよい。

該粉末配合物を随意にその後、予備圧縮工程において理論密度の６０〜８５％の密度へと固める。固化を、粉末冶金の当業者に公知の任意の手段、例えば冷間等方圧プレス、ローリングまたはダイ圧縮によって遂行できる。時間の長さおよび使用される圧力量は、この工程で達成されるべき固化の所望の程度に依存して変化する。ターゲットのいくつかの種類、例えば管状については、この工程は必要ではないことがある。

予備固め工程に続いて、固められた粉末を例えば軟鋼缶内に封入する。封入を、相互接続した表面の多孔性のない圧縮加工物を提供する任意の方法によって、例えば焼結、溶射およびその種のものによって遂行してもよい。ここで使用される場合、用語"封入"は相互接続した表面多孔性のない圧縮片を提供するために当業者に公知の任意の方法を示す。封入の好ましい方法は、鋼缶の使用によるものである。

封入後、封入された片を熱および圧力下で圧縮する。様々な圧縮方法が当該技術分野で公知であり、限定されずに例えば不活性ガス一軸ホットプレス、真空ホットプレス、および熱間等方圧プレス、および素早い全方向圧縮、およびＣｅｒａｃｏｎ（商標）法の方法を含む。好ましくは、封入された片は所望のターゲット形状へと、７５〜３００ＭＰａ、より好ましくは１００〜１７５ＭＰａの圧力下で、１０００°〜１５００℃、好ましくは１１５０°〜１３５０℃の温度で、２〜１６時間、より好ましくは４〜８時間の時間で、熱間等方圧プレスされる方法が当該技術分野で公知である。適切な温度、圧力、および時間の条件が維持されている限り、ホットプレスの他の方法を使用して本発明のＭｏ−Ｎｂ−Ｚｒスパッタリングターゲットを製造できる。

本発明の様々な実施態様によるスパッタリングターゲットを長方形の板または他の適切な形状として、上述の圧縮および焼結法を使用して、または管状スパッタリングターゲットとして製造できる。例えば米国特許出願公開番号ＵＳ２００７／００８９９８４号内に記載される通り、複数のターゲットを結合することによって、より大きなターゲットを製造でき、その全文がここで参照をもって開示されるものとする。管状ターゲットの製造のために適した方法は、米国特許出願公開番号ＵＳ２００６／０１７２４５４号内に記載され、ここで参照をもってその全文が開示されるものとする。本発明によるターゲットを製造するためにも使用できる管状スパッタリングターゲットの製造方法は、米国特許出願公開番号ＵＳ２００６／００４２７２８号内に開示され、その全文はここで参照をもって開示されるものとする。

本発明は、ここに記載される発明によるターゲットの様々な実施態様によるスパッタリングターゲットによって製造される薄膜も含む。本発明による薄膜を、モリブデン、ニオブおよび第三の金属の合金を含む本発明によるスパッタリングターゲットによって製造できる。本発明のターゲットのスパッタリングは、ターゲットをスパッタリング条件に供することを含む。スパッタリングの任意の適した手段を用いることができる。ＤＣマグネトロンスパッタリングが好ましい。

本発明の方法によって使用できる、適したスパッタリング条件は、ワット数を例えば０から１００Ｗへと上昇させ、且つ、１０分間一定の電力を維持し、５０分間にわたって１０００Ｗへと上昇させ、そしてその後、１０００Ｗで一定の電力を２時間維持する、ターゲットへの電力印加を含むことができる予備燃焼を手順に含んでよい。手順における燃焼、および随意の基板洗浄に引き続き、スパッタリングを実施してよい。堆積に先行して、基板を、超音波槽中でのアセトンおよびエチルアルコールの化学洗浄、連続した濯ぎに供してよい。その後、基板を窒素ブローで乾燥し、そしてスパッタリングのために堆積チャンバー内に導入できる。

スパッタリングチャンバー内での堆積を、様々なパラメータまたはターゲットに印加される電力、およびチャンバー内のガス圧力の下で実施してよい。ターゲットに印加する、適した電力水準は、５００〜２０００Ｗであってよく、且つ、好ましくは約１０００Ｗである。該基板は好ましくは０Ｖで設置され、且つ、基板・供給源間隔（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｓｏｕｒｃｅ ｓｐａｃｉｎｇ）（ＳＳＳ）は約５インチに維持されている。ガス圧力は一般に、約１〜１０ｍＴｏｒｒ、およびより好ましくは１〜５ｍＴｏｒｒである。

本発明は本発明によるスパッタリングターゲットの上述の方法よって製造された薄膜を含む薄膜素子も含む。ここで使用される際、"薄膜素子"は、電子部品、例えば半導体素子、薄膜トランジスタ、ＴＦＴ−ＬＣＤ素子、フラットパネルディスプレイにおいて画像のコントラストを強調するブラックマトリックス素子、太陽電池、センサー、および調整可能な仕事関数を有するＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）用のゲート素子を含む。

本発明によるターゲットをスパッタリングすることによる、本発明の方法による薄膜を、上述の薄膜素子中で任意の適した方法で使用できる。従って、本発明のターゲットから製造された例えばＭｏ_xＮｂ_yＭ³ _z薄膜（Ｍ³は第三の金属を表し、且つｘ＋ｙ＋ｚは好ましくは１００％に等しい）は、バリア層、エッチング後の導電性の配線、ゲート、ソースおよび／またはドレイン電極等としてはたらくことができる。本発明の様々な実施態様による薄膜は、好ましくはフラットパネルディスプレイおよび太陽電池において使用される。エッチング、フォトリソグラフィー、および他の電子素子構造の製造のための任意の適した方法を使用して、本発明によって堆積された薄膜から適切な配線、電極、トランジスタ部品を形成できる。バリア層として、本発明の様々な実施態様による薄膜は拡散バリア層として（例えばＳｉ基板とその上に配置される金属層との間）、または素子内部の下にある層の上に配置される保護層として、またはその両方としてはたらくことができる。バリア層としてのモリブデン層の使用は、例えば米国特許第７３５２４１７号内に記載され、その全文はここで参照をもって開示されるものとする。

本発明の薄膜を、上に材料をスパッタできる任意の適した基板上に堆積できる。本発明の様々な好ましい実施態様において、本発明による薄膜を上にスパッタされる基板は、ガラス、シリコン、鋼またはポリマー材料を含む。さらに、本発明による薄膜を他の薄膜シリコン／シリコン合金層上に堆積できる。様々な好ましい実施態様において、基板はガラス、シリコンおよび／またはステンレス鋼を含んでよい。様々な特に好ましい実施態様において、基板は低ナトリウムガラス、他の無アルカリＬＣＤ基板ガラス（例えばコーニング(登録商標)１７３７）またはそれらの組み合わせを含んでよい。

本発明によって製造されたＭｏＮｂＭ³薄膜を様々な薄膜素子において、特に好ましくはフラットパネルディスプレイにおいて配線として有利に使用できる。該ＭｏＮｂＭ³薄膜は最小限の粒子生成、良好な基板密着性および低い抵抗を示す。以下で論じられる通り、ＭｏＮｂＭ³薄膜の均質性は公知のＭｏおよびＭｏＴｉ膜に匹敵するか、またはそれより良好である。

本発明をここで、以下の限定されない実施例を参照してより詳細に記載する。

実施例
比較用スパッタリングターゲット１、２、３Ａおよび３Ｂを、モリブデンが実質的にターゲット全体を構成する公知の高純度モリブデン合金に基づいて製造した。公知のモリブデン−チタン合金に基づくさらなる比較用ターゲットも製造した。最後に、本発明の実施態様による薄膜の製造のために、モリブデン、ニオブ、およびジルコニウムを含むターゲットを製造した。その後、薄膜を様々な条件下で様々な基板上に堆積し、且つモフォロジー、粒子生成、蓄積速度、微細構造、密着性、エッチング速度、抵抗率、および均質性を評価した。

ターゲット製造：
個々のターゲットを、適切な金属と、電子線照射、アニール、押出、アニール、鋳造およびアニールを用いた従来の溶融とを組み合わせることによって製造した。全てのアニール工程を保護雰囲気下、または真空中で実施した。使用された個々のターゲットは、厚さ０．２５インチを有する円形であった。

基板および基板製造：
基板上の薄膜の堆積に先だって、個々のシリコン、ステンレス鋼（ＡＩＳＩ ３０４）ソーダ石灰ガラス、およびコーニング１７３７ガラス基板を、超音波槽中でアセトンおよびエチルアルコールの化学洗浄に供し、引き続き濯いだ。その後、個々の基板を窒素で乾燥させ、且つ、堆積チャンバー内に導入した。

その後、チャンバーを５×１０^-6Ｔｏｒｒ未満の圧力へと真空引きし、引き続き、６５×１０^-3Ｔｏｒｒの圧力までアルゴンで満たした。その後、基板を４００Ｖの負電圧を印加し、１００ｋＨｚで３０分間パルス印加し、且つ基板にアルゴンイオンを加速することによってスパッタエッチングした。基板をスパッタで清浄化した後、アルゴンガスの流れを減少させて２ｍＴｏｒｒにし、且つ、ターゲットを５分間、５００Ｗ（ＤＣ）にてスパッタで清浄化した。ターゲットをスパッタで清浄化する間、ターゲットの前にシャッターを配置し、基板への堆積を防いだ。

基板上での堆積を、ターゲットへの固定された電力印加を用い、且つガス圧力および時間の様々な条件下で実施した。条件を以下の表１に示す。

基板・供給源間隔を５’’に保持した。ターゲットに印加された電圧は１０００Ｗであり、且つ、基板を０Ｖに保持した。用いられた堆積チャンバーは、ＡＣＳＥＬによって製造され、２チャンネルＤＣ６ｋＷの電力を有する、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ製のＰｉｎｎａｃｌｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙによって電力供給される、ベース圧力１×１０^-6Ｔｏｒｒを有する円柱形の容器であった。

薄膜の評価：
個々の異なる基板が、個々の製造されたスパッタリングターゲットを使用して、薄膜を有して供給された。その後、被覆された基板を以下の通りに評価した。

ターゲットのモフォロジー：
比較用モリブデン−チタン膜のエロージョントラック内にはいくつかの細孔が観察された。後方散乱電子像に基づき、いくつかのモリブデングレインおよびチタングレインが分離され、且つ、ほとんどの孔がより明るい領域（より多い原子数を有するモリブデングレインからなる）に存在することが明らかである。それに対して、ＭｏＮｂＺｒスパッタリングターゲットから製造された膜においては、細孔またはモリブデン、ニオブおよびジルコニウムグレインの分離が観察されなかった。さらには、ＭｏＮｂＺｒスパッタリングターゲット中のグレインサイズは、比較用ターゲット中におけるものより非常に大きかった。図Ｉａ、Ｉｂ、２ａおよび２ｂを参照すると、細孔がＭｏＴｉターゲット中で、特に図２ａに示される通り、５０００倍の倍率で識別される。５００倍の倍率でのＭｏＴｉターゲットの後方散乱電子像は、ほとんどの細孔がＭｏグレインの間にあることを示す。図３ａ、３ｂ、４ａおよび４ｂを参照すると、ＭｏＮｂＺｒターゲット中に細孔は認められない。

粒子の生成：
図５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂおよび７を参照すると、マクロ粒子も、比較用ＭｏＴｉターゲットを用いて製造された薄膜中に観察される。出会った粒子は直径２〜５μｍの大きさを有していることが測定された。マクロ粒子密度の見積もりは、５０μｍ×５０μｍ領域内で約４つのマクロ粒子である。それに対して、シリコン基板上に５ｍＴｏｒｒ、３ｍＴｏｒｒ、または１ｍＴｏｒｒでＭｏＮｂＺｒターゲットを使用して製造された膜においては、マクロ粒子が観察されなかった。

蓄積速度：
シリコンとコーニング１７３７ガラス基板上との両方に、個々のターゲットを使用して製造されたコーティングの蓄積速度を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して測定した。そのデータを以下の表２に示す。

微細構造：
シリコンおよびコーニング１７３７ガラス基板上に、ＭｏＴｉおよびＭｏＮｂＺｒスパッタリングターゲットを使用して製造された膜の微細構造もＳＥＭを使用して観察した。堆積圧力の減少に伴って、両方のターゲットを使用して製造された膜はより緻密になった。１７３７ガラス基板上のコーティングは、シリコン基板上のコーティングよりも緻密であった。図８ａから図２４ｂまでを参照すると、類似した密度の膜が示されている。

密着性（テープ試験）：
ＭｏＴｉおよびＭｏＮｂＺｒスパッタリングターゲットを使用して製造されたコーティングの密着性を、テープ試験を使用して測定した。約２００ｎｍの厚さを有する、コーニング１７３７ガラス上に製造されたコーティングは、約５μｍの厚さを有する、ステンレス鋼およびソーダ石灰ガラス上に製造されたコーティングよりも非常に良好な密着性を実証した。結果を下記の表３ａおよび表３ｂに示す。

エッチング速度：
シリコン基板上にＭｏＴｉスパッタリングターゲットを使用して製造されたコーティングのエッチング速度を、２５℃で３０分間、フェリシアニド溶液中に該コーティングを浸漬させることによって測定した。シリコン基板上にＭｏＴｉＺｒターゲットを使用して製造されたコーティングのエッチング速度を、２５℃で５分間、フェリシアニド溶液中に該コーティングを浸漬させることによって測定した。ＭｏＴｉターゲットを使用して製造されたコーティングのエッチング速度は、ＭｏＮｂＺｒターゲットを使用して製造されたコーティングおよび純粋なモリブデンターゲットから製造されたコーティングのものよりも非常に低かった。結果を以下の表４に示す。

抵抗率：
選択されたモリブデン膜のシート抵抗を、四探針法を使用して測定した。結果を下記の表５に示す。表５に示される通り、ＭｏＴｉターゲットを使用して製造されたコーティングの抵抗率は、ＭｏＮｂＺｒスパッタリングターゲットを使用して製造されたコーティングのものよりも非常に高かった。

均質性：
薄膜の均質性を、ターゲットから５’’に配置された４’’ウェハ上で製造されたコーティングの３７カ所のシート抵抗測定によって測定した。個々のターゲットを使用して製造されたコーティングの均質性は同等である。均質性の評価結果は下記の表６に示され、且つ、図２５、２６ａおよび２６ｂに関して図示される。

広範な発明の概念から逸脱せずに上述の実施態様を変更できることが当業者によって認識される。従って、この発明は開示された特定の実施多様に限定されないと理解されるが、添付される請求項によって定義される本発明の主旨および範囲内での変更を包含することが意図されている。

Claims (24)

1. （ａ） 大部分で存在するモリブデン； （ｂ） 合金量で存在するニオブ； および（ｃ） ニッケル、クロム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される第三の金属を含み、第三の金属がドーピング量で存在する合金であって、ただし、第三の金属がジルコニウムである場合、そのドーピング量は０．０１質量％未満または１質量％よりも多い合金。
2. 第三の金属が、ニッケル、クロム、チタン、ハフニウム、バナジウムおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の合金。
3. ドーピング量が０．０１質量％未満である、請求項１に記載の合金。
4. ドーピング量が１質量％よりも多い、請求項１に記載の合金。
5. ドーピング量が０．０１質量％未満である、請求項２に記載の合金。
6. ドーピング量が１質量％よりも多い、請求項２に記載の合金。
7. ドーピング量が０．０１〜１質量％である、請求項２に記載の合金。
8. 合金量が０．５〜１０質量％である、請求項１に記載の合金。
9. 合金量が０．５〜１０質量％である、請求項２に記載の合金。
10. 請求項１に記載の、緻密化された合金を含むスパッタリングターゲット。
11. 請求項２に記載の、緻密化された合金を含むスパッタリングターゲット。
12. （ａ） 大部分で存在するモリブデン粉末、合金量で存在するニオブ粉末、およびニッケル、クロム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される第三の金属粉末の配合物であって、第三の金属がドーピング量で存在する配合物を提供することを含み、ただし、第三の金属がジルコニウムである場合、そのドーピング量は０．０１質量％未満または１質量％よりも多く； 且つ（ｂ）該配合物を加熱し、且つ加圧して緻密化されたスパッタリングターゲットを形成することを含む方法。
13. （ａ） （ｉ）大部分で存在するモリブデン； （ｉｉ）合金量で存在するニオブ； および（ｉｉｉ）ニッケル、クロム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウムおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される第三の金属を含み、第三の金属がドーピング量で存在する、緻密化された合金を含むスパッタリングターゲットを提供すること、（ｂ） 基板を提供すること、および（ｃ）該ターゲットをスパッタリング条件に供して、ターゲット材料で構成されるコーティングを基板上に形成することを含む方法。
14. （ａ） 請求項１０によるスパッタリングターゲットを提供すること； （ｂ） 基板を提供すること； および（ｃ） ターゲットをスパッタリング条件に供してターゲット材料から構成されるコーティングを基板上に形成することを含む方法。
15. 基板、および該基板上に配置され且つ請求項１３に記載の方法によって製造された薄膜を含む薄膜素子。
16. 基板、および該基板上に配置され且つ請求項１４に記載の方法によって製造された薄膜を含む薄膜素子。
17. 基板が透明である、請求項１５に記載の薄膜素子。
18. 透明基板がガラスを含み、且つ薄膜素子がフラットパネルディスプレイである、請求項１７に記載の薄膜素子。
19. 基板が、ガラス、鋼、ポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される１つまたはそれより多くを含み、且つ、薄膜素子が太陽電池である、請求項１５に記載の薄膜素子。
20. 基板が透明である、請求項１６に記載の薄膜素子。
21. 透明基板がガラスを含み、且つ薄膜素子がフラットパネルディスプレイである、請求項２０に記載の薄膜素子。
22. 基板が、ガラス、鋼、ポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される１つまたはそれより多くを含み、且つ、薄膜素子が太陽電池である、請求項１６に記載の薄膜素子。
23. 基板がシリコンを含む、請求項１５に記載の薄膜素子。
24. 基板がシリコンを含む、請求項１６に記載の薄膜素子。

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