(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次雰囲気中で主材料に添加物を添加して溶融状態の一次合金を作成し、
二次雰囲気中で前記一次合金に前記主材料を添加し、前記添加物の含有率が前記一次合金よりも低い溶融状態の二次合金を得て、前記二次合金から成るスパッタリングターゲットを作成するターゲット製造方法であって、
前記添加物には大気中で溶解すると発火する可燃性金属を用い、
前記一次雰囲気の酸素分圧は、前記添加物を加熱しても発火しない範囲であり、
前記一次雰囲気の酸素分圧が前記二次雰囲気の酸素分圧よりも低いターゲット製造方法。
【請求項２】
前記二次雰囲気を大気雰囲気とする請求項１記載のターゲット製造方法。
【請求項３】
前記一次雰囲気は大気雰囲気よりも低圧力にする請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のターゲット製造方法。
【請求項４】
前記主材料にアルミニウム(Ａｌ)を用いる請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のターゲット製造方法。
【請求項５】
前記添加物にＣｅ、Ｐｒ、Ｄｙ又はＹの何れか一種または二種以上の物質を用い、前記スパッタリングターゲットに前記添加物を０．５原子％以上５原子％以下含ませる請求項1記載のターゲット製造方法。
【請求項６】
前記一次雰囲気の酸素分圧を、０．２Ｐａ以下の圧力にする請求項１記載のターゲット製造方法。
【請求項７】
前記一次雰囲気を１３０Ｐａ以上の圧力にする請求項６記載のターゲット製造方法。
【請求項８】
真空槽内に前記一次雰囲気を形成し、前記真空槽内で前記主材料に前記添加物を添加するターゲット製造方法であって、
真空槽内を１Ｐａ以下の圧力に減圧した後、不活性ガスを導入して１３０Ｐａ以上の圧力とし、前記真空槽内に前記一次雰囲気を形成する請求項１記載のターゲット製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスパッタリングターゲットの技術分野にかかり、特に、アルミニウム等の主材料に添加物が添加されたターゲットを製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌもしくはＡｌ合金ターゲットを用いて、配線用薄膜もしくは反射膜を作成する場合がある。
従来のＡｌターゲットを用いた薄膜は、薄膜のアニール中に温度が上昇すると、Ａｌが粒成長し、Ａｌ表面にヒロックと呼ばれる異物が発生する。このヒロックを有する薄膜をエッチングして配線膜を形成すると、配線膜の形状パターンが乱れてしまう。また、反射膜を作成すると薄膜の表面に異物が存在する為、光が乱反射し、低反射率の白濁色になる。【０００３】
それを防止するため、Ａｌに添加物を添加したＡｌ合金ターゲットもあるが、Ａｌ−Ｃｕ等のＡｌ合金ターゲットでは添加物がＡｌに固溶するため、形成されるＡｌ合金薄膜の比抵抗はＡｌ薄膜に比べて高くなってしまう。
比抵抗を下げる為、添加物の含有量を減らすとヒロックが発生してしまい、逆に含有量を多くすると比抵抗が大きくなる。【０００４】
他方、Ａｌ−Ｎｄなどの合金膜は、ヒロック発生を抑えながら高温アニールすることができ、アニールによって比抵抗を下げることができるが、基板サイズの大型化に伴い、ターゲットが大型化すると、カソードに印加するパワーが大きくなり、アーク放電が発生しやすくなる。アーク放電が発生すると、ターゲットが部分的に溶融し、スプラッシュが発生して薄膜中に混入するという問題がある。Ａｌから成る主材料に希土類元素から成る添加物が添加されたターゲットは、例えば下記文献に記載されている。【０００５】
希土類元素等の添加物を溶解によって含有させる場合、ヒロック発生を抑制できる添加物は活性であり、大気中の酸素と反応しやすく、加熱すると発火する。この為、溶融してターゲットを作るための設備が大掛かりになるという問題がある。
【特許文献１】特開２００１−０７３１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は溶解により、主材料に添加物を含有させてターゲットを製造する際の不都合を解決するために創作されたものであり、大型の真空槽を用いなくてもターゲット構成材料を作成できる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、一次雰囲気中で主材料に添加物を添加して溶融状態の一次合金を作成し、二次雰囲気中で前記一次合金に前記主材料を添加し、前記添加物の含有率が前記一次合金よりも低い溶融状態の二次合金を得て、前記二次合金から成るスパッタリングターゲットを作成するターゲット製造方法であって、前記添加物には大気中で溶解すると発火する可燃性金属を用い、前記一次雰囲気の酸素分圧は、前記添加物を加熱しても発火しない範囲であり、前記一次雰囲気の酸素分圧が前記二次雰囲気の酸素分圧よりも低いターゲット製造方法である。
また、本発明は、前記二次雰囲気を大気雰囲気とするターゲット製造方法である。
また、本発明は、前記一次雰囲気は大気雰囲気よりも低圧力にするターゲット製造方法である。
また、本発明は、前記主材料にアルミニウム(Ａｌ)を用いるターゲット製造方法である。
また、本発明は、前記添加物にＣｅ、Ｐｒ、Ｄｙ又はＹの何れか一種または二種以上の物質を用い、前記スパッタリングターゲットに前記添加物を０．５原子％以上５原子％以下含ませるターゲット製造方法である。
また、本発明は、前記一次雰囲気の酸素分圧を、０．２Ｐａ以下の圧力にするターゲット製造方法である。
また、本発明は、前記一次雰囲気を１３０Ｐａ以上の圧力にするターゲット製造方法である。
また、本発明は、真空槽内に前記一次雰囲気を形成し、前記真空槽内で前記主材料に前記添加物を添加するターゲット製造方法であって、真空槽内を１Ｐａ以下の圧力に減圧した後、不活性ガスを導入して１３０Ｐａ以上の圧力とし、前記真空槽内に前記一次雰囲気を形成するターゲット製造方法である。
【０００８】
本発明は上記のように構成されており、大気中で加熱すると発火しやすい添加物を低酸素の一次雰囲気中で溶融させ、溶融状態の主材料と混合して一次合金を形成している。溶融状態の主材料に溶融状態の添加物を加える他、溶融状態の主材料に固体状態の添加物を加えることで添加物を溶融してもよいし、逆に溶融状態の添加物に固体の主材料を少量ずつ加えることで主材料を溶融させてもよい。【０００９】
溶融状態の一次合金は、一次雰囲気で冷却して固体にしてもよいし、一次合金は添加物を高濃度で含有しても大気中で安定であるため、大気に取り出して冷却してもよい。【００１０】
また、一次合金は大気中で溶融しても発火しないため、溶融状態の一次合金に大気中で主材料を加え、一次合金を増量して二次合金を形成することができる。従って、大気中で少量の一次合金から多量の二次合金が得られるので、添加物と主材料の溶融を全て真空槽内で行う場合に比べ、一次合金のための一次雰囲気を形成する真空槽は小型で済む。
得られた二次合金はターゲット材であり、二次合金を四角板状、円盤状等の所望形状に成形すると、スパッタリングターゲットが得られる。銅のバッキングプレートに取りつけてもよい。
主材料に添加物を溶融させる際には、理論上は、酸素分圧は、添加物や主材料が酸化しない大きさでよい。本発明の発明者等は、添加物がＣｅの場合に、一次雰囲気の酸素分圧を０．２Ｐａ以下にすれば発火が生じないことを実験的に確認している。他の物質(Ｐｒ、Ｄｙ又はＹ)についても、同程度と予想される。
酸素を含まない不活性ガス雰囲気で一次雰囲気を構成させる場合は、一次雰囲気の圧力は大気圧でもよいが、溶融した主材料や溶融した添加物から放出されるガスを取り除くため、真空槽内を真空排気するのが望ましい。そのためには、一次雰囲気は大気圧よりも低い圧力にするのが簡単である。
他方、一次雰囲気を低圧力にしすぎると、溶融した主材料や溶融した添加物から、主材料や添加物の蒸気が発生してしまい、一次合金の組成が安定しない。
そのため、一次雰囲気は、大気圧よりも低く、下限圧力よりも高く設定するのが望ましい。
実験によると、一次雰囲気は１３０Ｐａ以上の圧力が望ましく、特に、主材料であるアルミニウムや添加物であるＣｅの蒸気放出を抑制し、一次金属の組成比を一定にするためには、一次雰囲気の圧力を２６００Ｐａ以上にすることが望ましい。
そのため、真空槽内を一旦低い圧力まで真空排気し、酸素を除去した後、真空槽内に不活性ガスを導入し、圧力を上昇させて、１３０Ｐａ以上、又は２６００Ｐａ以上の圧力の不活性ガス雰囲気から成る一次雰囲気を形成している。
また、大気圧よりも低く、酸素を含まない不活性ガス雰囲気を維持するためには、一次合金の形成中は真空排気と不活性ガスの供給を継続して行うのが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、真空雰囲気や大気圧よりも低圧の不活性ガス雰囲気等の低酸素雰囲気中で可燃性の添加物を添加するため、発火の危険性がない。【００１２】
その際、低酸素雰囲気中で一次合金を作成した後、大気中で主材料を加えて増量するため、大型の真空槽を用いなくても多量のターゲット材を得ることができる。【００１３】
また、本発明によって製造したターゲットをスパッタリングする場合、異常放電が生じず、得られる薄膜に異物が混入しない。【００１４】
また、得られた薄膜をアニールしてもヒロックやウイスカー等の欠陥が発生しない。従って、液晶デイスプレー等の電子機器装置用の電極配線材料を構成する薄膜や、反射膜を作成するために好適なスパッタリングターゲットが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一次合金の製造工程を説明するための図
【図２】二次合金の製造工程を説明するための図
【符号の説明】
【００１６】
１３、１８……一次合金
２２、２５……二次合金
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のスパッタターゲットの製造方法について説明する。
図１の符号１０は一次溶解装置であり、真空槽１１を有している。該真空槽１１の内部には一次溶解坩堝１２が配置されている。また、真空槽１１には、不活性ガス導入系１５と真空排気系１７とが接続されている。【００１８】
先ず、一次溶解坩堝１２の内部に、主材料(ここではアルミニウム：Ａｌ)と添加物(ここではセリウム：Ｃｅ)とを所定の比率で入れ、真空排気系１７によって真空槽１１の内部を１Ｐａ以下の圧力まで真空排気する。【００１９】
次いで、不活性ガス導入系１５から真空槽１１の内部に不活性ガス(ここではアルゴンガス)を導入し、真空槽１１の内部を２６００Ｐａまで昇圧し、大気よりも低圧であり、低酸素圧力である一次雰囲気を形成する。
真空排気と不活性ガスの導入を継続して行い、大気よりも低圧であり、低酸素圧力である一次雰囲気を維持しながら高周波誘導過熱コイル１４に通電して一次溶解坩堝１２内部の主材料と添加物を加熱・溶解し、溶融状態の一次合金１３を得る。【００２０】
次に、溶融状態の一次合金１３を、真空槽１１内部に配置されたモールド１６に傾注し、固体状態の一次合金(一次合金インゴット)１８を得た。ここでは一次雰囲気中でモールド１６に傾注した。【００２１】
金属Ｃｅ等の大気中では非常に活性な金属は大気中で加熱することにより容易に発火する。Ｃｅの金属塊は大気中では１６０℃で発火する。しかし、Ａｌと合金化することによって安定化し、一次合金１８は溶融又は固体状態で大気に取り出しても発火せず、また、一次合金１８を大気中で加熱して溶融しても発火しない。【００２２】
図２の符号２０は、二次溶解装置であり、二次溶解坩堝２１を有している。この二次溶解坩堝２１は、大気成分及び大気圧で構成される二次雰囲気中に置かれている。【００２３】
二次溶解坩堝２１中に固体状態の一次合金１８を入れ、更に主材料を所定割合で加え、ヒータ２９に通電して発熱させ、二次雰囲気中で一次合金１８と主材料を溶融させ、溶融状態の二次合金２２を得る。一次合金１８に主材料を追加するため、二次合金２２中の添加物の主材料に対する割合は、一次合金１３、１８における添加物の主材料に対する割合よりも低い値となる。
加える主材料は、二次合金２２中の添加物が所望の割合で含まれるような量にする。【００２４】
溶融状態の二次合金２２は、フィルタ２３を通して混入物を除去した後、水冷モールド２４に傾注し、連続鋳造装置２６により固体状態の二次合金(二次合金インゴット)を得る。
固体状態の二次合金は、塑性加工によって組織を均一化した後、切断等の機械加工し、所定サイズのスパッタリングターゲットを得る。【００２５】
Ａｌが主材料、添加物がＣｅの二次合金から得られるターゲットをスパッタリングして薄膜のサンプルを形成した。
添加物が１原子％以上１０原子％以下の範囲で添加されたターゲットでは、得られた薄膜をアニールすることで抵抗値が低下した。
なお、本発明では、主材料はＡｌに限定されるものではなく、Ｃｕや他の金属の他、溶融可能な材料を広く含む。【００２６】
本発明方法には、大気中で低温で発火し、大気中で溶融できない添加物を添加する場合に適している。
添加物はＣｅに限定されるものではないが、Ｙ、Ｐｒ、Ｄｙ等の希土類元素がヒロック防止の添加物としてターゲットに適している。【００２７】
上記はアルゴンガスを不活性ガスとしたが、低酸素雰囲気を形成するための不活性ガスは、アルゴン等の希ガスの他、窒素ガス等の不活性なガスを広く用いることができる。【００２８】
また、上記は２６００Ｐａの減圧雰囲気を一次雰囲気としたが、減圧雰囲気に限らず、添加物が発火しない低酸素雰囲気であればよい。必ずしも不活性ガスを導入しなくてもよい。【００２９】
なお、本発明方法に従い、Ａｌを主材料、Ｃｅ、Ｙ、Ｐｒ、又はＤｙのいずれか一種の希土類元素を添加物としてターゲットを作成し、薄膜を形成したところ、添加物が５原子％以下のターゲットについては、薄膜の抵抗値は５μΩｃｍ以下となり、アルミニウムターゲットで作成した薄膜の場合の３μΩｃｍと比較しても遜色はなく、十分低抵抗であった。また、Ａｌに５原子％Ｃｅを添加した合金では、Ｎｄを同量添加した合金より異常放電が少なかった。さらに、Ｃｅ、Ｙ、Ｐｒ、Ｄｙのいずれか一種の物質を５原子％添加した合金では、それ以上添加した場合より異物の発生が少なかった。さらに、反射膜を作成した場合、反射率(λ＝550nm)は、Ａｌ膜と異なり、３５０℃でアニールしても反射率が低下せず、ヒロック等の異物発生による乱反射が抑制されているのが分かった。【００３０】
この為、Ａｌ合金を作成する場合、１原子％以上５原子％以下でＣｅ、Ｙ、Ｐｒ、Ｄｙのいずれか一種の物質もしくは二種以上の物質を添加することが、アニールによる低抵抗化と異物の発生を抑制する為に好ましい。
【図１】
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【図２】
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