TWI674325B

TWI674325B - MoNb靶材

Info

Publication number: TWI674325B
Application number: TW107122348A
Authority: TW
Inventors: 福岡淳; 青木大輔; 斉藤和也; 上野英
Original assignee: 日商日立金屬股份有限公司
Priority date: 2017-07-05
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2019-10-11
Also published as: KR20190005120A; JP7110749B2; CN109207941B; CN109207941A; TW201907023A; KR102161580B1; JP2019065383A

Abstract

本發明提供一種靶材，其能夠解決配線薄膜或電極薄膜的基底膜或覆蓋膜中產生的高電阻的問題、與由濺鍍中的靶材的表面粗糙度引起的瘤塊的問題，並以低電阻形成適合於獲得穩定的TFT特性的平面圖像顯示裝置的MoNb薄膜。較佳為一種如下MoNb靶材，其具有含有5原子%～30原子%的Nb、且剩餘部分包含Mo及不可避免的雜質的組成，於濺鍍面的每200000 μm² 中，具有超過70 μm的最大長度的Nb相未滿1.0個，Nb相的平均圓當量直徑為15 μm～65 μm。

Description

MoNb靶材

本發明是有關於一種MoNb靶材，其用於形成例如成為平面圖像顯示裝置的配線薄膜或電極薄膜的基底膜或覆蓋膜（cover film）的MoNb薄膜。

作為平面圖像顯示裝置的一種的薄膜電晶體（thin film transistor，以下稱作「TFT」）型液晶顯示器等的配線薄膜或電極薄膜使用了包含具有低電阻值（以下稱作「低電阻」）的Al、Cu、Ag、Au等純金屬的薄膜、或者包含該些的合金的薄膜。該些配線薄膜或電極薄膜根據製造步驟而存在伴隨加熱步驟的情況，且存在如下情況：發生作為配線或電極而要求的耐熱性、耐蝕性、密接性中的任一者差的問題、或者於構成所述合金的元素間形成擴散層並失去必要的電氣特性等問題。

為了解決該些問題，作為相對於所述配線薄膜或電極薄膜而言的基底膜或覆蓋膜，正使用作為高熔點金屬的純Mo或Mo合金。特別是於Al系的配線薄膜或電極薄膜的基底膜或覆蓋膜中使用MoNb等Mo合金薄膜，關於用以形成所述Mo合金薄膜的靶材，例如提出有如專利文獻1般的提案。該專利文獻1提出有於機械加工時發生破裂或缺損的可能性高的Mo合金靶中減少硬度的偏差，且於可一面抑制切削工具的晶片的磨耗或破損、一面抑制Mo合金靶材本體的破損的方面為有用的技術。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2016-188394號公報

[發明所欲解決之課題] 本發明者確認到，若採用MoNb作為專利文獻1中記載的Mo合金，並使用MoNb靶材（以下亦簡稱作「靶材」）形成MoNb薄膜，則存在發生所述MoNb薄膜的比電阻變高（以下稱作「高電阻」）這一新問題的情況。而且，所述高電阻的問題存在阻礙所述配線薄膜或電極薄膜所具備的低電阻這一原本的功能、且對TFT特性的不穩定化之類的平面圖像顯示裝置的可靠性造成不良影響的情況。

另外，本發明者亦確認到，以成膜速度的提升為目的，若使用所述靶材並以高功率進行濺鍍，則存在伴隨累計功率的增大，靶材的表面粗糙度變大且於靶材的濺鍍面中生成瘤塊（nodule）的情況。而且，所述瘤塊的問題存在致使顆粒附著於所獲得的MoNb薄膜、且對TFT特性的不穩定化之類的平面圖像顯示裝置的可靠性造成不良影響的情況。

鑒於所述課題，本發明的目的在於提供一種靶材，其能夠解決配線薄膜或電極薄膜的基底膜或覆蓋膜中產生的高電阻的問題、與由濺鍍中的靶材的表面粗糙度引起的瘤塊的問題，並以低電阻形成適合於獲得穩定的TFT特性的平面圖像顯示裝置的MoNb薄膜。 [解決課題之手段]

本發明的MoNb靶材具有含有5原子%～30原子%的Nb、且剩餘部分包含Mo及不可避免的雜質的組成，於濺鍍面的每200000 μm² 中，具有超過70 μm的最大長度的Nb相未滿1.0個。

另外，本發明的MoNb靶材較佳為於所述濺鍍面的每200000 μm² 中，Nb相的平均圓當量直徑為15 μm～65 μm。 [發明的效果]

本發明的靶材可抑制所形成的MoNb薄膜的比電阻變高。另外，本發明的靶材即便於高功率下的濺鍍後濺鍍面亦平滑，因此可抑制瘤塊的生成。藉此，本發明能夠抑制顆粒的附著，且以低電阻形成適合於平面圖像顯示裝置的配線薄膜或電極薄膜的基底膜或覆蓋膜的MoNb薄膜，例如成為對於TFT型液晶顯示器等的製造而言有用的技術。

本發明的靶材於濺鍍面的每200000 μm² 中，將具有超過70 μm的最大長度的Nb相設為未滿1.0個。即，本發明的靶材使濺鍍率較Mo低的Nb於最大長度為70 μm以下的未粗大化的狀態下存在於靶材的組織中。藉此，本發明的靶材發揮可抑制所獲得的MoNb薄膜的比電阻變高的效果。而且，本發明的靶材亦發揮如下效果：以成膜速度的提升為目的，於以高功率進行了濺鍍時，亦將Mo與Nb均勻地濺鍍，因此可抑制濺鍍面的表面粗糙度的增大，且抑制瘤塊的生成。另外，就與所述相同的理由而言，本發明的靶材較佳為於其濺鍍面的每200000 μm² 中，具有超過50 μm的最大長度的Nb相未滿1.0個，更佳為具有超過40 μm的最大長度的Nb相未滿1.0個。

此處，關於本發明中提及的Nb相的最大長度及平均圓當量直徑，可於靶材的濺鍍面的任意的每200000 μm² 的視場中藉由掃描式電子顯微鏡以高對比度對Mo相與Nb相進行拍攝，並使用圖像分析軟體（例如，奧林巴斯軟成像解決方案（OLYMPUS SOFT IMAGING SOLUTIONS）GMBH製造的「斯堪蒂姆（Scandium）」）對所述圖像進行測定。另外，本發明中，多個Nb相加以連結般的情況下的Nb相的最大長度採用包含進行了連結的Nb相的最外周的最大長度。

而且，本發明的靶材就使濺鍍率較Mo低的Nb微細地分散於靶材的組織中的觀點而言，較佳為於濺鍍面的每200000 μm² 中，將Nb相的平均圓當量直徑設為15 μm～65 μm。藉此，本發明的靶材以成膜速度的提升為目的，於以高功率進行了濺鍍時，亦可將Mo與Nb均勻地濺鍍，且可獲得與靶材的成分近似的成分的MoNb薄膜，就該方面而言較佳。另外，就與所述相同的理由而言，Nb相的平均圓當量直徑更佳為50 μm以下，進而佳為45 μm以下。另外，就原料粉末的調整等之類的生產性的觀點而言，Nb相的平均圓當量直徑更佳為20 μm以上，進而佳為25 μm以上。

本發明的靶材具有含有5原子%～30原子%的Nb、且剩餘部分包含Mo及不可避免的雜質的組成。將Nb的含量規定為能夠製造如下平面圖像顯示裝置的範圍，所述平面圖像顯示裝置於使用MoNb薄膜作為配線薄膜或電極薄膜的基底膜或覆蓋膜時，可維持低電阻性或者對於蝕刻劑（etchant）的耐蝕刻性等特性。而且，就與所述相同的理由而言，Nb的含量較佳為7原子%以上，更佳為9原子%以上。另外，就與所述相同的理由而言，Nb的含量較佳為20原子%以下，更佳為15原子%以下。

對本發明的靶材的製造方法的一例進行說明。本發明的靶材例如可以如下方式而獲得：準備Mo粉末與Nb粉末作為原料粉末，將所述原料粉末混合並填充於加壓容器中，對該加壓容器進行加壓燒結而製作燒結體，並對該燒結體實施機械加工及研磨。此處，關於原料粉末中所使用的Mo粉末，使用平均粒徑（累計粒度分佈的D50，以下稱作「D50」）為2 μm～10 μm的Mo粉末、或者將該Mo粉末與D50為25 μm～55 μm的Mo粉末混合而成的混合Mo粉末，藉此可抑制靶材中的Mo相的偏析，就該方面而言較佳。

關於原料粉末中所使用的Nb粉末，將D50為25 μm～65 μm的Nb粉末過篩並使用所獲得的70 μm以下的Nb粉末，藉此可獲得無最大長度超過70 μm的粗大的Nb相、且Nb相的平均圓當量直徑處於15 μm～65 μm的範圍的、具有均勻且微細的組織的靶材，就該方面而言較佳。另外，以成膜速度的提升為目的，設想更高功率下的濺鍍，為了抑制瘤塊的生成，更佳為將D50為25 μm～65 μm的Nb粉末過篩並使用所獲得的45 μm以下的Nb粉末。而且，為了獲得本發明的靶材，於對所述原料粉末進行加壓燒結之前，將所述加壓容器加熱為400℃～500℃並進行真空脫氣後加以密封，藉此可抑制於下一步驟的加壓燒結中Nb進行粒子生長，就該方面而言較佳。

加壓燒結例如較佳為能夠應用熱等靜壓加壓或熱壓（hot press），並於1000℃～1500℃、80 MPa～160 MPa、1小時～15小時的條件下進行。該些條件的選擇依賴於所要獲得的靶材的成分、尺寸、加壓燒結裝置等。例如，熱等靜壓加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。本發明中較佳為使用能夠獲得長邊為2 m以上的大型靶材的熱等靜壓加壓。

此處，藉由將燒結溫度設為1000℃以上，可促進燒結並獲得緻密的靶材，就該方面而言較佳。另外，藉由將燒結溫度設為1500℃以下，可抑制Nb的粒子生長並獲得均勻且微細的組織，就該方面而言較佳。藉由將加壓力設為80 MPa以上，可促進燒結並獲得緻密的靶材，就該方面而言較佳。另外，藉由將加壓力設為160 MPa以下，可使用通用的加壓燒結裝置，就該方面而言較佳。藉由將燒結時間設為1小時以上，可促進燒結並獲得緻密的靶材，就該方面而言較佳。另外，藉由將燒結時間設為15小時以下，可不阻礙製造效率地獲得抑制了Nb的粒子生長的緻密的靶材，就該方面而言較佳。 [實施例]

藉由交叉旋轉（cross rotary）混合機將D50為4 μm的Mo粉末與於D50為55 μm的Nb粉末中使用篩子獲得的70 μm以下的Nb粉末以成為含有10原子%的Nb、且剩餘部分為Mo及不可避免的雜質的組成的方式加以混合而準備混合粉末。繼而，將所述所準備的混合粉末填充於軟鋼製的加壓容器中，並焊接具有脫氣口的上蓋。而且，將該加壓容器於450℃的溫度下真空脫氣並密封後，於1250℃、145 MPa、10時間的條件下進行熱等靜壓加壓處理，從而獲得成為本發明例1的靶材的素材的燒結體。

藉由交叉旋轉混合機將D50為4 μm的Mo粉末與於D50為35 μm的Nb粉末中使用篩子獲得的45 μm以下的Nb粉末以成為含有10原子%的Nb、且剩餘部分包含Mo及不可避免的雜質的組成的方式加以混合而準備混合粉末。繼而，將所述所準備的混合粉末填充於軟鋼製的加壓容器中，並焊接具有脫氣口的上蓋。而且，將該加壓容器於450℃的溫度下真空脫氣並密封後，於1250℃、145 MPa、10時間的條件下進行熱等靜壓加壓處理，從而獲得成為本發明例2的靶材的素材的燒結體。

藉由交叉旋轉混合機將D50為4 μm的Mo粉末與D50為115 μm的Nb粉末以成為含有10原子%的Nb、且剩餘部分包含Mo及不可避免的雜質的組成的方式加以混合而準備混合粉末。繼而，將所述所準備的混合粉末填充於軟鋼製的加壓容器中，並焊接具有脫氣口的上蓋。而且，將該加壓容器於450℃的溫度下真空脫氣並密封後，於1250℃、145 MPa、10小時的條件下進行熱等靜壓加壓處理，從而獲得成為比較例的靶材的素材的燒結體。

對所述所獲得的各燒結體實施機械加工及研磨，並分別製作直徑180 mm×厚度5 mm的靶材。針對所述所獲得的各靶材的濺鍍面，藉由掃描式電子顯微鏡的反射電子像，於任意的橫：591 μm×縱：435 μm（面積：257085 μm² ）的視場中，對成為200000 μm² 的視場觀察3個視場，測定各視場內存在的各Nb相的最大長度，並測量最大長度超過70 μm的Nb相的個數。另外，測定各視場中存在的Nb相的圓當量直徑，並算出3視場的平均圓當量直徑。此處，藉由掃描式電子顯微鏡以高對比度對Mo相與Nb相進行拍攝，並使用奧林巴斯軟成像解決方案（OLYMPUS SOFT IMAGING SOLUTIONS）GMBH製造的圖像分析軟體（斯堪蒂姆（Scandium））對所述圖像進行測量。將其結果示於表1。另外，將藉由掃描式電子顯微鏡對濺鍍前的各靶材的濺鍍面觀察所得的結果示於圖1～圖3。

針對各靶材，使用佳能安內華（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），於Ar環境、壓力0.5 Pa、功率500 W的條件下，於玻璃基板上形成厚度為300 nm的MoNb薄膜，獲得比電阻測定用的試樣各3片。而且，比電阻的測定使用了迪艾儀器（Dia Instrument）股份有限公司製造的四端子薄膜電阻率測定器（MCP-T400）。將其結果示於表1。

針對各靶材，使用佳能安內華（Canon Anelva）股份有限公司製造的DC磁控濺鍍裝置（型號：C3010），於Ar環境、壓力0.5 Pa、功率1000 W、濺鍍時間30分鐘的條件下實施濺鍍。而且，針對各靶材，測定濺鍍前後的濺鍍面的表面粗糙度。關於表面粗糙度，使用三豐（Mitutoyo）股份有限公司製造的小型表面粗糙度測定機（SU-210）來測定相對於研磨方向而為直角方向上的由日本工業標準（Japanese Industrial Standards，JIS）B 0601：2001規定的算數平均粗糙度（Ra）。將其結果示於表1。另外，將藉由光學顯微鏡對濺鍍後的各靶材的濺鍍面觀察所得的結果示於圖4～圖6。

[表1]

關於本發明的靶材，如圖1及圖2所示般，可知於成為基地的Mo相1中分散有微細的Nb相2。而且，本發明的靶材於任一視場中，Nb相的平均圓當量直徑均為30 μm～49 μm。另外，關於最大長度超過70 μm的Nb相，1個亦未確認到，所述3個視場的平均個數可確認到未滿1.0個。另外，本發明的靶材於進行了確認的3個視場中，可確認到Nb相的最大長度的最大值為68 μm。

另外，關於本發明的靶材，如圖4及圖5所示般，可確認到濺鍍後的算數平均粗糙度Ra未滿2.00 μm，且為針對高功率的持續濺鍍所引起的瘤塊的生成、即，顆粒附著於配線薄膜或電極薄膜的基底膜或覆蓋膜的問題而言有用的靶材。另外，關於使用本發明的靶材而形成的MoNb薄膜，可確認到比電阻為15.2 μΩ·cm以下，作為配線薄膜或電極薄膜的基底膜或覆蓋膜而為低電阻且有用的薄膜。

另一方面，關於比較例的靶材，如圖3所示般，可知於成為基地的Mo相1中分散有粗大的Nb相2。而且，比較例的靶材於任一視場中，Nb相的平均圓當量直徑超過了65 μm。另外，最大長度超過70 μm的Nb相確認到2個以上，所述3個視場的平均個數為4.3個。另外，比較例的靶材於進行了確認的3個視場中，Nb相的最大長度的最大值有117 μm。

另外，關於比較例的靶材，如圖6所示般，確認到濺鍍後的算數平均粗糙度Ra超過2.20 μm，因高功率的持續濺鍍而有生成瘤塊之虞。另外，關於使用比較例的靶材而形成的MoNb薄膜，確認到比電阻超過15.5 μΩ·cm，作為配線薄膜或電極薄膜的基底膜或覆蓋膜而為高電阻，從而不合適。

1‧‧‧Mo相

2‧‧‧Nb相

圖1是藉由掃描式電子顯微鏡對濺鍍前的成為本發明例1的靶材的濺鍍面觀察所得的照片。圖2是藉由掃描式電子顯微鏡對濺鍍前的成為本發明例2的靶材的濺鍍面觀察所得的照片。圖3是藉由掃描式電子顯微鏡對濺鍍前的成為比較例的靶材的濺鍍面觀察所得的照片。圖4是藉由光學顯微鏡對濺鍍後的成為本發明例1的靶材的濺鍍面觀察所得的照片。圖5是藉由光學顯微鏡對濺鍍後的成為本發明例2的靶材的濺鍍面觀察所得的照片。圖6是藉由光學顯微鏡對濺鍍後的成為比較例的靶材的濺鍍面觀察所得的照片。

Claims

一種MoNb靶材，其具有含有5原子%~30原子%的Nb、且剩餘部分包含Mo及不可避免的雜質的組成，於濺鍍面的每200000μm²中，具有超過70μm的最大長度的Nb相未滿1.0個，其中Nb相的平均圓當量直徑為25μm~65μm。