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JP2013057112A - Cylindrical sputtering target material, and wiring board and thin film transistor using the same - Google Patents

Cylindrical sputtering target material, and wiring board and thin film transistor using the same Download PDF

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JP2013057112A
JP2013057112A JP2011196991A JP2011196991A JP2013057112A JP 2013057112 A JP2013057112 A JP 2013057112A JP 2011196991 A JP2011196991 A JP 2011196991A JP 2011196991 A JP2011196991 A JP 2011196991A JP 2013057112 A JP2013057112 A JP 2013057112A
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cylindrical sputtering
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Noriyuki Tatsumi
憲之 辰巳
Ryuichi Kobayashi
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To equalize the speed of sputtering a cylindrical sputtering target material from an outer peripheral surface from an inner peripheral surface thereof.SOLUTION: The cylindrical sputtering target material 20 has a cylindrical shape, and is formed from oxygen-free copper having a purity of 3N level or higher. The hardness of the target material gradually increases from the outer peripheral surface 21 to the inner peripheral surface 22, and the orientation rate of a (111) surface gradually increases from the outer peripheral surface 21 to the inner peripheral surface 22.

Description

本発明は、円筒形状を有する円筒型スパッタリングターゲット材、それを用いて形成されたスパッタリング膜を有する配線基板及び薄膜トランジスタに関する。   The present invention relates to a cylindrical sputtering target material having a cylindrical shape, a wiring substrate having a sputtering film formed using the cylindrical sputtering target material, and a thin film transistor.

近年、大型ディスプレイパネル等の液晶表示装置の高精細化のため、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)アレイ配線の微細化が要求されている。係る配線材料としては、従来採用されていたアルミニウム(Al)に替えて電気抵抗率が低い銅(Cu)が主流になりつつある。   2. Description of the Related Art In recent years, thinning of thin film transistor (TFT) array wiring has been required for high definition liquid crystal display devices such as large display panels. As such a wiring material, copper (Cu) having a low electrical resistivity is becoming the mainstream instead of conventionally employed aluminum (Al).

薄膜トランジスタ基板上の微細な銅配線は、例えばスパッタリングにより形成される。その際、広く使用される円板状もしくは角板状のプレーナ型スパッタリングターゲット材では、局所的にエロージョンが進行するため、ターゲット材の利用率が30%〜40%程度と非常に低いという欠点がある。   The fine copper wiring on the thin film transistor substrate is formed by sputtering, for example. At that time, in a widely used disk-shaped or square-plate-type planar sputtering target material, erosion locally progresses, so that the utilization factor of the target material is very low, about 30% to 40%. is there.

そこで、最近では、ターゲット材を回転させながらスパッタを行う円筒型スパッタリングターゲット材が用いられるようになってきた。これにより、ターゲット材の全面でエロージョンが進行するため、ターゲット材の利用率が60%以上と、プレーナ型に比べて格段に高い値を得ることができる。   Therefore, recently, a cylindrical sputtering target material that performs sputtering while rotating the target material has been used. Thereby, since erosion progresses on the entire surface of the target material, the utilization factor of the target material is 60% or more, which is a value that is significantly higher than that of the planar type.

円筒型スパッタリングターゲット材の製造方法としては、例えばモリブデン(Mo)合金素材をスピニング加工により円筒形状とする方法(例えば特許文献1を参照)や、円筒形基材の外周面に円筒形状のセラミックス焼結体からなるターゲット材を接合する方法(例えば特許文献2を参照)等が提案されている。   As a method for producing a cylindrical sputtering target material, for example, a method of forming a molybdenum (Mo) alloy material into a cylindrical shape by spinning (see, for example, Patent Document 1), or a cylindrical ceramic firing on the outer peripheral surface of a cylindrical base material. A method (for example, refer to Patent Document 2) for joining a target material composed of a bonded body has been proposed.

特開2007−302981号公報JP 2007-302981 A 特開2008−184627号公報JP 2008-184627 A

例えば銅を用いた円筒型スパッタリングターゲット材は、生産コストの高い特許文献1や特許文献2の方法ではなく、拡管引抜加工等を用いるとより安価に製造することができる。   For example, a cylindrical sputtering target material using copper can be manufactured at a lower cost by using a tube drawing process or the like instead of the method of Patent Document 1 or Patent Document 2 having a high production cost.

しかしながら、円筒型スパッタリングターゲット材を拡管引抜加工により製造すると、外周面側から内周面側へ向けて硬さが次第に増加してしまい、外周面側に比べて内周面側のスパッタ速度が遅くなるという課題がある。   However, when a cylindrical sputtering target material is manufactured by pipe drawing, the hardness gradually increases from the outer peripheral surface side to the inner peripheral surface side, and the sputter speed on the inner peripheral surface side is slower than the outer peripheral surface side. There is a problem of becoming.

本発明の目的は、外周面側から内周面側までのスパッタ速度の均一化を図ることが可能な円筒型スパッタリングターゲット材、それを用いた配線基板及び薄膜トランジスタを提供することである。   An object of the present invention is to provide a cylindrical sputtering target material capable of uniforming the sputtering rate from the outer peripheral surface side to the inner peripheral surface side, a wiring substrate using the same, and a thin film transistor.

本発明の第1の態様によれば、純度3N以上の無酸素銅から形成され、円筒形状を有す
る円筒型スパッタリングターゲット材であって、外周面側から内周面側へ向けて硬さが次第に増加するとともに、前記外周面側から前記内周面側へ向けて(111)面の配向率が次第に増加する円筒型スパッタリングターゲット材が提供される。
According to the first aspect of the present invention, a cylindrical sputtering target material formed of oxygen-free copper having a purity of 3N or more and having a cylindrical shape, the hardness gradually increases from the outer peripheral surface side toward the inner peripheral surface side. There is provided a cylindrical sputtering target material that increases and gradually increases the orientation ratio of the (111) plane from the outer peripheral surface side toward the inner peripheral surface side.

本発明の第2の態様によれば、前記円筒型スパッタリングターゲット材の使用によりその肉厚が次第に減少しても、前記円筒型スパッタリングターゲット材のスパッタ速度が一定となるように、前記外周面側から前記内周面側に向けて硬さが次第に増加することによる前記円筒型スパッタリングターゲット材のスパッタ速度の低下分と、前記外周面側から前記内周面側に向けて(111)面の配向率が次第に増加することによる前記円筒型スパッタリングターゲット材のスパッタ速度の増加分と、が相殺するように構成される第1の態様に記載の円筒型スパッタリングターゲット材が提供される。   According to the second aspect of the present invention, even if the thickness of the cylindrical sputtering target material is gradually reduced by using the cylindrical sputtering target material, the outer peripheral surface side is set so that the sputtering speed of the cylindrical sputtering target material is constant. The decrease in the sputtering rate of the cylindrical sputtering target material due to the gradual increase in hardness from the outer peripheral surface side toward the inner peripheral surface side, and the orientation of the (111) plane from the outer peripheral surface side toward the inner peripheral surface side A cylindrical sputtering target material according to the first aspect is provided, which is configured to cancel out an increase in the sputtering rate of the cylindrical sputtering target material due to a gradual increase in rate.

本発明の第3の態様によれば、前記硬さはビッカース硬さであって、前記外周面側のビッカース硬さが75HV以上80HV以下であり、前記内周面側のビッカース硬さが95HV以上100HVである第1又は第2の態様に記載の円筒型スパッタリングターゲット材が提供される。   According to the third aspect of the present invention, the hardness is Vickers hardness, the Vickers hardness on the outer peripheral surface side is 75 HV or higher and 80 HV or lower, and the Vickers hardness on the inner peripheral surface side is 95 HV or higher. A cylindrical sputtering target material according to the first or second aspect of 100 HV is provided.

本発明の第4の態様によれば、前記外周面側の前記(111)面の配向率が10%以上15%以下であり、前記内周面側の前記(111)面の配向率が20%以上25%以下である第1〜第3の態様のいずれかに記載の円筒型スパッタリングターゲット材が提供される。ただし、前記(111)面の配向率は、X線回折による各ピークの測定強度を、JCPDSカード番号40836に記載の前記各ピークに対応する結晶面のピークの標準強度でそれぞれ除した値の合計を分母とし、X線回折による(111)面のピークの測定強度を、JCPDSカード番号40836に記載の(111)面のピークの標準強度で除した値を分子とする式から求めた値である。   According to the fourth aspect of the present invention, the orientation ratio of the (111) plane on the outer peripheral surface side is 10% or more and 15% or less, and the orientation ratio of the (111) plane on the inner peripheral surface side is 20%. The cylindrical sputtering target material in any one of the 1st-3rd aspect which is% -25% is provided. However, the orientation ratio of the (111) plane is the sum of values obtained by dividing the measured intensity of each peak by X-ray diffraction by the standard intensity of the peak of the crystal plane corresponding to each peak described in JCPDS card number 40836. Is a value obtained from an equation using the value obtained by dividing the measured intensity of the (111) plane peak by X-ray diffraction by the standard intensity of the (111) plane peak described in JCPDS card number 40836 as a numerator. .

本発明の第5の態様によれば、結晶粒径が50μm以上100μm以下の範囲内にある第1〜第4の態様のいずれかに記載の円筒型スパッタリングターゲット材が提供される。   According to the 5th aspect of this invention, the cylindrical sputtering target material in any one of the 1st-4th aspect which has a crystal grain diameter in the range of 50 micrometers or more and 100 micrometers or less is provided.

本発明の第6の態様によれば、押出素管に拡管引抜加工と熱処理とを施して形成された第1〜第5の態様のいずれかに記載の円筒型スパッタリングターゲット材が提供される。   According to the 6th aspect of this invention, the cylindrical sputtering target material in any one of the 1st-5th aspect formed by giving a pipe expansion drawing process and heat processing to an extrusion element pipe is provided.

本発明の第7の態様によれば、基板と、前記基板上に形成された配線構造と、を有し、前記配線構造の少なくとも一部は、第1の態様に記載の円筒型スパッタリングターゲット材を用いて形成されたスパッタリング膜からなる配線基板が提供される。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a substrate and a wiring structure formed on the substrate, and at least a part of the wiring structure is a cylindrical sputtering target material according to the first aspect. There is provided a wiring board made of a sputtering film formed by using the material.

本発明の第8の態様によれば、基板と、前記基板上に形成され、ソース電極とドレイン電極とを含む配線構造と、を有し、前記配線構造の少なくとも一部は、第1の態様に記載の円筒型スパッタリングターゲット材を用いて形成されたスパッタリング膜からなる薄膜トランジスタが提供される。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a substrate, and a wiring structure formed on the substrate and including a source electrode and a drain electrode, wherein at least a part of the wiring structure is the first aspect. The thin film transistor which consists of a sputtering film | membrane formed using the cylindrical sputtering target material as described in 1 is provided.

本発明によれば、円筒型スパッタリングターゲット材の外周面側から内周面側までのスパッタ速度の均一化を図ることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to make the sputtering rate uniform from the outer peripheral surface side to the inner peripheral surface side of the cylindrical sputtering target material.

本発明の一実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット材を示す図であって、(a)は円筒型スパッタリングターゲット材の斜視図であり、(b)は円筒型スパッタリングターゲット材の横断面図である。It is a figure which shows the cylindrical sputtering target material which concerns on one Embodiment of this invention, Comprising: (a) is a perspective view of a cylindrical sputtering target material, (b) is a cross-sectional view of a cylindrical sputtering target material. . 本発明の一実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット材を製造する拡管引抜加工の様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the mode of the pipe expansion drawing process which manufactures the cylindrical sputtering target material which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット材を用いたスパッタリングの様子を示す概略説明図であって、(a)は円筒型スパッタリングターゲット材が装着されたスパッタリング装置の斜透視図であり、(b)は円筒型スパッタリングターゲット材の横断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic explanatory drawing which shows the mode of sputtering using the cylindrical sputtering target material which concerns on one Embodiment of this invention, (a) is a perspective view of the sputtering device with which the cylindrical sputtering target material was mounted | worn, (B) is a cross-sectional view of a cylindrical sputtering target material. 本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the thin-film transistor which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の実施例1〜5及び比較例1〜4に係る円筒型スパッタリングターゲット材の評価サンプルの測定位置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the measurement position of the evaluation sample of the cylindrical sputtering target material which concerns on Examples 1-5 of this invention, and Comparative Examples 1-4.

上述のように、例えば拡管引抜加工により製造した円筒型スパッタリングターゲット材においては、内周面側が外周面側に比べて硬くなり、それにより内周面側のスパッタ速度は外周面側に比べて遅くなるという課題がある。   As described above, for example, in a cylindrical sputtering target material manufactured by tube drawing, the inner peripheral surface side is harder than the outer peripheral surface side, and thereby the inner peripheral surface side sputtering rate is slower than the outer peripheral surface side. There is a problem of becoming.

本発明者等は、上記課題を解決するため、銅(Cu)の最密面である(111)面が、スパッタリングにより銅原子が飛び出し易い結晶方位である点を利用することに想い到った。すなわち、円筒型スパッタリングターゲット材の外周面側から内周面側へ向けて、(111)面の配向率を略一定の増加量で分布させることを試みた。これにより、(111)面の配向率が高く硬度の高い内周面側と、(111)面の配向率が低く硬度の低い外周面側とでスパッタ速度が同程度になることを見いだした。   In order to solve the above problems, the present inventors have come up with the idea that the (111) plane, which is the close-packed plane of copper (Cu), has a crystal orientation in which copper atoms are likely to jump out by sputtering. . That is, an attempt was made to distribute the orientation ratio of the (111) plane with a substantially constant increase amount from the outer peripheral surface side to the inner peripheral surface side of the cylindrical sputtering target material. As a result, it has been found that the sputtering rate is comparable between the inner peripheral surface side having a high (111) plane orientation ratio and high hardness and the outer peripheral surface side having a low (111) plane orientation ratio and low hardness.

本発明は、発明者が見いだした上記知見に基づくものである。   The present invention is based on the above findings found by the inventors.

<本発明の一実施形態>
(1)円筒型スパッタリングターゲット材
以下に、本発明の一実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット材について、図1を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット材20を示す図であって、(a)は円筒型スパッタリングターゲット材20の斜視図であり、(b)は円筒型スパッタリングターゲット材20の横断面図である。
<One Embodiment of the Present Invention>
(1) Cylindrical Sputtering Target Material A cylindrical sputtering target material according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a view showing a cylindrical sputtering target material 20 according to the present embodiment, where (a) is a perspective view of the cylindrical sputtering target material 20, and (b) is a crossing of the cylindrical sputtering target material 20. FIG.

図1に示すように、円筒型スパッタリングターゲット材20は、両端が開放された円筒形状を有する金属製のスパッタリングターゲット材である。円筒型スパッタリングターゲット材20の寸法は、一例として外径が100mm以上200mm以下、肉厚が5mm以上40mm以下、長軸方向の長さが200mm以上5000mm以下である。円筒型スパッタリングターゲット材20を構成する金属は、純度3N(99.9%)以上の無酸素銅(OFC:Oxygen-Free Copper)である。   As shown in FIG. 1, the cylindrical sputtering target material 20 is a metal sputtering target material having a cylindrical shape with both ends open. As an example, the cylindrical sputtering target material 20 has an outer diameter of 100 mm to 200 mm, a wall thickness of 5 mm to 40 mm, and a length in the major axis direction of 200 mm to 5000 mm. The metal constituting the cylindrical sputtering target material 20 is oxygen-free copper (OFC) having a purity of 3N (99.9%) or higher.

また、円筒型スパッタリングターゲット材20は、外周面21側から内周面22側へ向けて硬さが次第に増加する構成となっている。これをビッカース硬さで表わすと、外周面21側が例えば75HV以上80HV以下であり、内周面22側が例えば95HV以上100HV以下である。なお、ビッカース硬さとは、対面角が約136°の四角錐のダイヤモンド圧子を試料面に押し込んだときの圧子の荷重と試料面に生じた窪みの表面積との比から定義される値である。   Moreover, the cylindrical sputtering target material 20 has a configuration in which the hardness gradually increases from the outer peripheral surface 21 side toward the inner peripheral surface 22 side. Expressing this in terms of Vickers hardness, the outer peripheral surface 21 side is, for example, 75 HV or more and 80 HV or less, and the inner peripheral surface 22 side is, for example, 95 HV or more and 100 HV or less. The Vickers hardness is a value defined by a ratio between a load of an indenter when a square pyramid diamond indenter having a facing angle of about 136 ° is pushed into a sample surface and a surface area of a depression formed on the sample surface.

ここで、外周面21側から内周面22側へ向けて硬さが次第に増加するとは、外周面21側から内周面22側へ向けて、硬さが一定の増加量で分布する場合を含むほか、増加量が一定でなくとも概ね一定に増加していく場合や、概ね緩やかに増加していく場合を含む。   Here, “the hardness gradually increases from the outer peripheral surface 21 side toward the inner peripheral surface 22 side” means that the hardness is distributed in a constant increase amount from the outer peripheral surface 21 side toward the inner peripheral surface 22 side. In addition to this, it includes cases where the amount of increase is not constant, but increases almost uniformly, or where it generally increases moderately.

また、円筒型スパッタリングターゲット材20は、外周面21側から内周面22側へ向
けて(111)面の配向率が次第に増加するよう構成されている。(111)面の配向率は、外周面21側が例えば10%以上15%以下であり、内周面22側が例えば20%以上25%以下である。なお、(111)面の配向率は、X線回折により得られる種々の結晶面を示す各ピークの測定強度比から求められる値である。各ピークの測定強度は、例えば各ピークに対応する結晶面のピークの標準強度で補正して用いられる。標準強度には、例えばJCPDSカード番号40836に記載の値が用いられる。
The cylindrical sputtering target material 20 is configured such that the orientation rate of the (111) plane gradually increases from the outer peripheral surface 21 side toward the inner peripheral surface 22 side. The orientation ratio of the (111) plane is, for example, 10% or more and 15% or less on the outer peripheral surface 21 side, and is, for example, 20% or more and 25% or less on the inner peripheral surface 22 side. The orientation ratio of the (111) plane is a value obtained from the measured intensity ratio of each peak indicating various crystal planes obtained by X-ray diffraction. The measured intensity of each peak is used after being corrected with the standard intensity of the peak of the crystal plane corresponding to each peak, for example. For the standard intensity, for example, a value described in JCPDS card number 40836 is used.

具体的には、次式(1)に示すように、X線回折による各ピークの測定強度を、JCPDSカード番号40836に記載の各ピークに対応する結晶面のピークの標準強度でそれぞれ除した値の合計を分母とし、X線回折による(111)面のピークの測定強度を、JCPDSカード番号40836に記載の(111)面のピークの標準強度で除した値を分子とする式から求められる値を、(111)面の配向率とする。   Specifically, as shown in the following formula (1), values obtained by dividing the measured intensity of each peak by X-ray diffraction by the standard intensity of the peak of the crystal plane corresponding to each peak described in JCPDS card number 40836, respectively. Is a value obtained from an equation using the value obtained by dividing the measured intensity of the (111) plane peak by X-ray diffraction by the standard intensity of the (111) plane peak described in JCPDS card number 40836 as the numerator. Is the orientation rate of the (111) plane.

Figure 2013057112
Figure 2013057112

ここで、外周面21側から内周面22側へ向けて(111)面の配向率が次第に増加するとは、外周面21側から内周面22側へ向けて、(111)面の配向率が一定の増加量で分布する場合を含むほか、増加量が一定でなくとも概ね一定に増加していく場合や、概ね緩やかに増加していく場合を含む。   Here, the orientation rate of the (111) plane gradually increases from the outer peripheral surface 21 side toward the inner peripheral surface 22 side. The orientation rate of the (111) plane increases from the outer peripheral surface 21 side toward the inner peripheral surface 22 side. In addition to the case where is distributed at a constant increase amount, the case where the increase amount is not constant but increases almost uniformly, or the case where the increase amount increases roughly slowly.

また、円筒型スパッタリングターゲット材20は、外周面21側から内周面22側までの結晶粒径が、例えば100μm以下、より好ましくは50μm以上100μm以下の範囲内となるよう構成される。なお、上記結晶粒径は、JIS H0501に規定の「伸銅品結晶粒度試験法」の「比較法」により求められる値である。   The cylindrical sputtering target material 20 is configured such that the crystal grain size from the outer peripheral surface 21 side to the inner peripheral surface 22 side is, for example, in the range of 100 μm or less, more preferably 50 μm or more and 100 μm or less. In addition, the said crystal grain diameter is a value calculated | required by the "comparison method" of the "stretched copper product crystal grain size test method" prescribed | regulated to JISH0501.

このように構成される円筒型スパッタリングターゲット材20は、生産コスト低減のため、例えば上述のように拡管引抜加工により製造されることが望ましい。しかし、拡管引抜加工では、外周面21側から内周面22側へ向けて硬さが次第に増加してしまう。硬さが増加すると、スパッタリング時に銅原子へのイオンの衝突により起きる衝突カスケード、つまり、銅原子の衝突連鎖が起こり難くなる。すなわち、硬度の増した内周面22側では、イオンに弾かれた銅原子の動きが結晶粒界や転位等の欠陥で阻まれ、銅原子同士が互いに密集し難くなって衝突連鎖が阻害されてしまう。   The cylindrical sputtering target material 20 configured in this way is desirably manufactured by, for example, pipe expansion drawing as described above, in order to reduce production costs. However, in the pipe expansion drawing process, the hardness gradually increases from the outer peripheral surface 21 side toward the inner peripheral surface 22 side. When the hardness is increased, a collision cascade caused by collision of ions with copper atoms during sputtering, that is, a collision chain of copper atoms is less likely to occur. That is, on the inner peripheral surface 22 side with increased hardness, the movement of copper atoms repelled by ions is hindered by defects such as crystal grain boundaries and dislocations, and the copper atoms are less likely to gather together and hinder collision chains. End up.

これにより、従来の円筒型スパッタリングターゲット材では、外周面側に比べて内周面側のスパッタ速度が遅くなるという課題が生じていた。ここで、スパッタ速度とは、イオンのスパッタ等により、単位時間当たりにターゲット材から放出される原子の量をいう。単位時間当たりの原子の放出量、つまり、スパッタ速度は、後述するように、例えば単位時間当たりに成膜されるスパッタリング膜の膜厚で表すことができる。   Thereby, in the conventional cylindrical sputtering target material, the subject that the sputtering rate of the inner peripheral surface side became slow compared with the outer peripheral surface side had arisen. Here, the sputtering rate refers to the amount of atoms released from the target material per unit time by ion sputtering or the like. As will be described later, the emission amount of atoms per unit time, that is, the sputtering rate can be represented by the film thickness of a sputtering film formed per unit time, for example.

そこで、本実施形態では、円筒型スパッタリングターゲット材20の(111)面の配向率を上記のように変化させている。(111)面は銅の最密面であり、スパッタリング時に、イオンの衝突により銅原子が円筒型スパッタリングターゲット材20外へと飛び出し易い結晶方位である。したがって、外周面21側より硬度の高い内周面22側で(11
1)面の配向率を高めることにより、銅原子の衝突連鎖の阻害によるスパッタ速度の低下分を、外部への銅原子の飛び出し量増加によるスパッタ速度の増加分で相殺することができる。すなわち、外周面21から内周面22に至るまでのスパッタ速度の差を低減することができる。或いはスパッタ速度の差を略完全に打ち消し合って例えば外周面21から内周面22に至るまで略一定のスパッタ速度を得ることができる。
Therefore, in this embodiment, the orientation rate of the (111) plane of the cylindrical sputtering target material 20 is changed as described above. The (111) plane is a close-packed plane of copper and has a crystal orientation in which copper atoms are likely to jump out of the cylindrical sputtering target material 20 due to ion collision during sputtering. Therefore, on the inner peripheral surface 22 side having higher hardness than the outer peripheral surface 21 side (11
1) By increasing the orientation ratio of the plane, the decrease in the sputtering rate due to the inhibition of the copper atom collision chain can be offset by the increase in the sputtering rate due to the increase in the amount of copper atoms jumping to the outside. That is, the difference in sputtering speed from the outer peripheral surface 21 to the inner peripheral surface 22 can be reduced. Alternatively, a substantially constant sputtering rate can be obtained from the outer peripheral surface 21 to the inner peripheral surface 22, for example, by completely canceling the difference in the sputtering rate.

また、本実施形態では、上記のように、円筒型スパッタリングターゲット材20の結晶粒径を所定範囲内とし、結晶粒が粗大化しないようにしている。経験上、結晶粒径が100μmを上回ると、スパッタリング時に異常放電が生じ易くなることがわかっている。本実施形態では、結晶粒径を50μm以上100μm以下としているので、異常放電を抑制することができる。   In the present embodiment, as described above, the crystal grain size of the cylindrical sputtering target material 20 is set within a predetermined range so that the crystal grains do not become coarse. Experience has shown that when the crystal grain size exceeds 100 μm, abnormal discharge is likely to occur during sputtering. In this embodiment, since the crystal grain size is 50 μm or more and 100 μm or less, abnormal discharge can be suppressed.

(2)円筒型スパッタリングターゲット材の製造方法
次に、本発明の一実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット材20の製造方法について、図2を用いて説明する。図2は、本実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット材20を製造する拡管引抜加工の様子を示す断面図である。
(2) Manufacturing method of cylindrical sputtering target material Next, the manufacturing method of the cylindrical sputtering target material 20 which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated using FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state of the tube expansion drawing process for manufacturing the cylindrical sputtering target material 20 according to the present embodiment.

円筒型スパッタリングターゲット材20は、例えば図2に示す銅製の押出素管9から製造することができる。押出素管9は、例えば純度3N以上の無酸素銅からなるビレット(図示せず)を鋳造し、このビレットを熱間押出法により成形して得る。このとき、例えば押出素管9の外径を140mm以上160mm以下、肉厚を25mm以上35mm以下の円筒形状に成形する。   The cylindrical sputtering target material 20 can be produced from, for example, a copper extruded element tube 9 shown in FIG. The extrusion tube 9 is obtained, for example, by casting a billet (not shown) made of oxygen-free copper having a purity of 3N or higher and molding the billet by a hot extrusion method. At this time, for example, the extruded raw tube 9 is formed into a cylindrical shape having an outer diameter of 140 mm to 160 mm and a thickness of 25 mm to 35 mm.

続いて、図2に示すように、例えばテーパ付き円柱形状をした拡管プラグ15pを端部に備えるロッド15rを、押出素管9の管内に挿入する。次に、拡管プラグ15pを固定した状態で、拡管プラグ15pの小径側から大径側へ向かって押出素管9を引き抜くことにより、例えば5%以上15%以下の拡管率で外径が拡張された拡管10を得る。なお、拡管率R(%)は、拡管前の押出素管9の外径をD1(mm)とし、拡管引抜加工後の拡管10の外径をD2(mm)とすると、次式(2)、
R=((D2−D1)/D1)×100・・・(2)
により求められる値である。
Subsequently, as shown in FIG. 2, for example, a rod 15 r provided with an end portion of a tube expansion plug 15 p having a tapered cylindrical shape is inserted into the tube of the extruded element tube 9. Next, with the tube expansion plug 15p fixed, the outer diameter is expanded at a tube expansion rate of 5% or more and 15% or less, for example, by pulling out the extruded element tube 9 from the small diameter side to the large diameter side of the tube expansion plug 15p. The expanded tube 10 is obtained. The tube expansion ratio R (%) is expressed by the following equation (2), where D1 (mm) is the outer diameter of the extruded element tube 9 before tube expansion, and D2 (mm) is the outer diameter of the tube 10 after tube drawing. ,
R = ((D2-D1) / D1) × 100 (2)
Is a value obtained by

次に、拡管引抜加工後の拡管10に対し、例えば450℃以上600℃以下の温度で、全体が略均一な温度になるまでの間、熱処理を施し、拡管引抜加工により加工ひずみ等を受けた拡管10の組織の再結晶化を図る。よって、拡管10のサイズが大きくなれば、再結晶化に必要な熱処理の時間は長くなる。その後、拡管10を所定長さで切り出し、外周面11及び内周面12に鏡面研磨等の機械加工を施す。   Next, heat treatment was applied to the expanded tube 10 after the tube expansion drawing process, for example, at a temperature of 450 ° C. or more and 600 ° C. or less until the whole became a substantially uniform temperature, and subjected to processing strain or the like by the tube expansion drawing process. Recrystallization of the structure of the expanded tube 10 is attempted. Therefore, if the size of the expanded tube 10 is increased, the heat treatment time required for recrystallization becomes longer. Thereafter, the expanded tube 10 is cut out to a predetermined length, and the outer peripheral surface 11 and the inner peripheral surface 12 are subjected to machining such as mirror polishing.

以上により、円筒型スパッタリングターゲット材20が製造される。   Thus, the cylindrical sputtering target material 20 is manufactured.

上述したように、拡管引抜加工後の拡管10では、外周面11側に比べ内周面12側の硬度が高い状態となっている。内周面12側には、軸方向の引っ張り応力や半径方向の圧縮応力に加え、拡管プラグ15pと押出素管9の内周面12との間に発生する摩擦により剪断応力が働くためである。   As described above, in the expanded tube 10 after the expanded tube drawing process, the hardness on the inner peripheral surface 12 side is higher than that on the outer peripheral surface 11 side. This is because, on the inner peripheral surface 12 side, in addition to the tensile stress in the axial direction and the compressive stress in the radial direction, shear stress acts due to friction generated between the tube expansion plug 15p and the inner peripheral surface 12 of the extruded element tube 9. .

一方、拡管率を大きくとると、拡管10内での(111)面の配向率や結晶粒径の調整等の組織制御がし易くなって、所定の(111)面の配向率や結晶粒径が得られ易い。   On the other hand, if the tube expansion ratio is increased, it becomes easier to control the structure such as the orientation ratio of the (111) plane and the crystal grain size in the tube expansion 10, and the orientation ratio and crystal grain size of the predetermined (111) plane Is easy to obtain.

そこで、本実施形態では、拡管率を例えば5%以上とし、(111)面の配向率や結晶粒径の制御性を向上させている。これにより、所定の(111)面の配向率や結晶粒径を
得ることができる。また、上述のように、拡管率を例えば15%以下とし、拡管10の過度の拡管による割れの発生を抑制している。このような拡管割れは、特に内周面12にて発生し易く、スパッタリング時に円筒型スパッタリングターゲット材20の円筒内に供給する冷却水等の漏れや、スパッタリング時の異常放電の原因となってしまう。
Therefore, in this embodiment, the tube expansion rate is set to, for example, 5% or more, and the controllability of the orientation rate of the (111) plane and the crystal grain size is improved. Thereby, the orientation ratio and crystal grain size of a predetermined (111) plane can be obtained. Further, as described above, the tube expansion rate is set to, for example, 15% or less, and the occurrence of cracks due to excessive tube expansion of the tube expansion 10 is suppressed. Such tube expansion cracks are particularly likely to occur on the inner peripheral surface 12 and cause leakage of cooling water or the like supplied into the cylinder of the cylindrical sputtering target material 20 during sputtering, or abnormal discharge during sputtering. .

また、拡管10の再結晶化を促す上記熱処理では、熱処理の温度が低すぎると充分な再結晶化が起こらず、温度があまりにも高いと結晶粒の粗大化が進行してしまう。本実施形態では、熱処理の温度を例えば450℃以上としたので、再結晶化を充分に促進させることができる。また、温度を例えば600℃以下としたので、結晶粒の過度の粗大化を抑制することができる。これにより、結晶粒径を所定範囲内にとどめることができる。   Further, in the above heat treatment that promotes recrystallization of the expanded tube 10, sufficient recrystallization does not occur if the temperature of the heat treatment is too low, and coarsening of the crystal grains proceeds if the temperature is too high. In the present embodiment, since the temperature of the heat treatment is set to 450 ° C. or higher, for example, recrystallization can be promoted sufficiently. Moreover, since the temperature is set to 600 ° C. or less, for example, excessive coarsening of crystal grains can be suppressed. Thereby, the crystal grain size can be kept within a predetermined range.

このように、本実施形態においては、生産コストの低い拡管引抜加工を適用しつつ、スパッタ速度の差を抑えた高品質で安価な円筒型スパッタリングターゲット材20を製造することができる。   As described above, in the present embodiment, it is possible to manufacture a high-quality and inexpensive cylindrical sputtering target material 20 that suppresses the difference in sputtering speed while applying pipe expansion drawing processing with low production cost.

(3)円筒型スパッタリングターゲット材を用いた成膜方法
次に、本発明の一実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット材20を用いたスパッタリングにより、スパッタリング膜を成膜する方法について、図3を用いて説明する。
(3) Film Forming Method Using Cylindrical Sputtering Target Material Next, a method for forming a sputtering film by sputtering using the cylindrical sputtering target material 20 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. I will explain.

図3は、本実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット材20を用いたスパッタリングの様子を示す概略説明図であって、(a)は円筒型スパッタリングターゲット材20が装着されたスパッタリング装置25の斜透視図あり、図3(b)は円筒型スパッタリングターゲット材20の横断面図である。なお、図3に示すスパッタリング装置25はあくまでも一例であって、円筒型スパッタリングターゲット材20は、この他、種々のタイプのスパッタリング装置に装着して用いることができる。   FIG. 3 is a schematic explanatory view showing a state of sputtering using the cylindrical sputtering target material 20 according to the present embodiment. FIG. 3A is a perspective view of the sputtering apparatus 25 on which the cylindrical sputtering target material 20 is mounted. FIG. 3B is a cross-sectional view of the cylindrical sputtering target material 20. Note that the sputtering apparatus 25 shown in FIG. 3 is merely an example, and the cylindrical sputtering target material 20 can be used by being mounted on various types of sputtering apparatuses.

図3に示すように、上記スパッタリングは、スパッタリング装置25内にて、例えばアルゴン(Ar)ガス等の不活性ガス雰囲気下で行われる。スパッタリング装置25内の底部近傍には、成膜対象となる基板Sが、成膜される面を上面として配置される。なお、スパッタリング装置25内に複数の基板Sを配置して、これら基板Sを一括処理、或いは連続処理してもよい。   As shown in FIG. 3, the sputtering is performed in an atmosphere of an inert gas such as argon (Ar) gas in the sputtering apparatus 25. In the vicinity of the bottom of the sputtering apparatus 25, the substrate S to be deposited is disposed with the surface on which the deposition is performed as the top surface. Note that a plurality of substrates S may be arranged in the sputtering apparatus 25, and these substrates S may be processed collectively or continuously.

基板Sの上方には、円筒型スパッタリングターゲット材20が、その長軸が基板Sの上面と水平になるように配置される。つまり、円筒型スパッタリングターゲット材20の下方に向いた外周面21は、基板Sの上面と対向するよう配置される。円筒型スパッタリングターゲット材20は、図示しない回転機構により、その中心軸の周りに回転可能に支持されている。   Above the substrate S, the cylindrical sputtering target material 20 is disposed such that its long axis is parallel to the upper surface of the substrate S. That is, the outer peripheral surface 21 facing downward of the cylindrical sputtering target material 20 is disposed so as to face the upper surface of the substrate S. The cylindrical sputtering target material 20 is rotatably supported around its central axis by a rotation mechanism (not shown).

図3(b)に示すように、円筒型スパッタリングターゲット材20の円筒内には、内周面22と接するように円筒形状の磁石23が挿入されている。円筒形状の磁石23内は、例えば冷却水や有機溶剤、ドライエア等の冷媒が流れる流路24となっている。流路24内に冷媒を供給することにより、スパッタリング時に円筒型スパッタリングターゲット材20の温度上昇を抑制することができる。   As shown in FIG. 3B, a cylindrical magnet 23 is inserted into the cylinder of the cylindrical sputtering target material 20 so as to be in contact with the inner peripheral surface 22. Inside the cylindrical magnet 23 is a flow path 24 through which a coolant such as cooling water, an organic solvent, or dry air flows. By supplying the coolant into the flow path 24, the temperature rise of the cylindrical sputtering target material 20 can be suppressed during sputtering.

このような状態で、図3(a)に示すように、円筒型スパッタリングターゲット材20を周方向に回転させながら、円筒型スパッタリングターゲット材20に負の高電圧、基板Sに正の高電圧が印加されるよう、放電電力を投入する。これにより、主に円筒型スパッタリングターゲット材20と基板Sとの間でプラズマ放電が起こり、プラスイオンとなったアルゴン(Ar)が、円筒型スパッタリングターゲット材20の外周面21、特に基板Sと対向する下方側の面に衝突する。円筒型スパッタリングターゲット材20の内部に
挿入された磁石23は、アルゴンイオンを引きつけ、アルゴンイオンの衝突をいっそう促進させる。
In this state, as shown in FIG. 3A, while the cylindrical sputtering target material 20 is rotated in the circumferential direction, a negative high voltage is applied to the cylindrical sputtering target material 20 and a positive high voltage is applied to the substrate S. Discharge power is applied so that it is applied. As a result, plasma discharge occurs mainly between the cylindrical sputtering target material 20 and the substrate S, and argon (Ar + ) that has become positive ions becomes the outer peripheral surface 21 of the cylindrical sputtering target material 20, particularly the substrate S. Collides with the opposite lower surface. The magnet 23 inserted into the cylindrical sputtering target material 20 attracts argon ions and further accelerates the collision of argon ions.

アルゴンイオンの衝突により、円筒型スパッタリングターゲット材20を構成する銅原子は所定位置から弾き出され、円筒型スパッタリングターゲット材20外へと飛び出して(スパッタされて)、一部が基板Sの上面へと付着する。所定時間、スパッタリングを継続することで、基板Sの上面には所定のスパッタ速度で銅が堆積されていく。   Due to the collision of the argon ions, the copper atoms constituting the cylindrical sputtering target material 20 are ejected from a predetermined position, jumped out of the cylindrical sputtering target material 20 (sputtered), and a part thereof to the upper surface of the substrate S. Adhere to. By continuing the sputtering for a predetermined time, copper is deposited on the upper surface of the substrate S at a predetermined sputtering rate.

このとき、図3(a)に示すように、基板Sを水平方向に所定速度で移動させ、銅がより堆積され易い円筒型スパッタリングターゲット材20の直下の位置を通過させていくことで、所定厚さの銅膜を基板Sの上面に成膜する。基板Sの移動速度を一定としたり種々に変化させたりすることで、均一な膜厚の銅膜や所定の膜厚分布を有する銅膜等のスパッタリング膜を成膜することができる。   At this time, as shown in FIG. 3A, the substrate S is moved in the horizontal direction at a predetermined speed and passed through a position immediately below the cylindrical sputtering target material 20 on which copper is more easily deposited. A copper film having a thickness is formed on the upper surface of the substrate S. By making the moving speed of the substrate S constant or variously changed, it is possible to form a sputtering film such as a copper film having a uniform film thickness or a copper film having a predetermined film thickness distribution.

一方、上記のように、円筒型スパッタリングターゲット材20は周方向に回転しながら、表面全体が外周面21側から内周面22側へ向かって略均等にスパッタされ、表面のエロージョンが進行していく。このとき、上述のように、内周面22側へとエロージョンが進むほど、つまり、使用により円筒型スパッタリングターゲット材20の肉厚が次第に減少するほど、円筒型スパッタリングターゲット材20の硬さが増して銅原子の衝突連鎖が阻害される。その一方で、(111)面の配向率も増して銅原子の飛び出し量が増加する。これにより、双方の効果が相殺されて、外周面21から内周面22に至るまでのスパッタ速度の差が低減され、或いは略一定のスパッタ速度を得ることができる。   On the other hand, as described above, the cylindrical sputtering target material 20 is sputtered substantially uniformly from the outer peripheral surface 21 side to the inner peripheral surface 22 side while rotating in the circumferential direction, and the erosion of the surface proceeds. Go. At this time, as described above, the hardness of the cylindrical sputtering target material 20 increases as the erosion progresses toward the inner peripheral surface 22 side, that is, as the thickness of the cylindrical sputtering target material 20 gradually decreases as a result of use. Thus, the collision chain of copper atoms is hindered. On the other hand, the orientation ratio of the (111) plane is also increased and the amount of jumping out of copper atoms is increased. Thereby, both effects are offset, and the difference in the sputtering rate from the outer peripheral surface 21 to the inner peripheral surface 22 is reduced, or a substantially constant sputtering rate can be obtained.

なお、このとき、エロージョンの進行に伴って円筒型スパッタリングターゲット材20の表面積が減少していくが、これによるスパッタ速度への影響はほとんど考慮する必要がない。上記プラズマ放電は、円筒型スパッタリングターゲット材20の基板Sとの対向面近傍のごく狭い領域内で発生する。エロージョンにより円筒型スパッタリングターゲット材20の全体の表面積が多少減少しても、プラズマ放電に曝される表面積はほとんど変動しない。銅原子は、主に、このプラズマ放電に曝された狭い領域からのみ放出されるため、エロージョンによるスパッタ速度への影響は微々たるものである。   At this time, as the erosion progresses, the surface area of the cylindrical sputtering target material 20 decreases. However, it is hardly necessary to consider the influence on the sputtering rate. The plasma discharge is generated in a very narrow region near the surface of the cylindrical sputtering target material 20 facing the substrate S. Even if the entire surface area of the cylindrical sputtering target material 20 is slightly reduced by erosion, the surface area exposed to the plasma discharge hardly varies. Since copper atoms are mainly emitted only from a narrow region exposed to this plasma discharge, the influence of the erosion on the sputtering rate is insignificant.

このため、スパッタ速度を略一定に保つには、上述のように、主に、円筒型スパッタリングターゲット材20の硬さの増加量のみを考慮して、(111)面の配向率の増加量を決定すればよい。   For this reason, in order to keep the sputtering rate substantially constant, as described above, mainly considering only the amount of increase in the hardness of the cylindrical sputtering target material 20, the amount of increase in the orientation ratio of the (111) plane is set. Just decide.

なお、円筒型スパッタリングターゲット材20の元のサイズ自体が大小さまざまに異なる場合にも、上記と同様、スパッタ速度への影響はほとんどないものと考えられる。したがって、上述したように、例えば外径が100mm以上200mm以下、肉厚が5mm以上40mm以下、長軸方向の長さが200mm以上5000mm以下の円筒型スパッタリングターゲット材20において、略一定のスパッタ速度が得られる。   Even when the original size of the cylindrical sputtering target material 20 varies in size, it is considered that the sputtering rate is hardly affected as described above. Therefore, as described above, for example, in the cylindrical sputtering target material 20 having an outer diameter of 100 mm to 200 mm, a wall thickness of 5 mm to 40 mm, and a length in the major axis direction of 200 mm to 5000 mm, a substantially constant sputtering rate is obtained. can get.

以上のように、円筒型スパッタリングターゲット材20においては、新品の状態から寿命がくるまでのスパッタ速度の差が低減されており、経時変化の少ないスパッタリング特性を得ることができる。よって、一定のスパッタリング時間でスパッタリング膜の膜厚も略一定となり、個々の基板S間で、特性差の少ないスパッタリング膜を形成することができる。   As described above, in the cylindrical sputtering target material 20, the difference in the sputtering rate from the new state to the end of the life is reduced, and it is possible to obtain the sputtering characteristics with little change with time. Therefore, the film thickness of the sputtering film becomes substantially constant over a certain sputtering time, and it is possible to form a sputtering film with little characteristic difference between the individual substrates S.

また、円筒型スパッタリングターゲット材20全体において、スパッタ速度の差が低減されているので、ターゲット材の交換時期を遅らせて利用率を高めることも可能である。また、個々の基板Sに対する処理時間等を略一定に揃えることができ、スパッタリング装
置25のスループット等を向上させることができる。よって、生産工程のコストダウンを図ることが可能となる。
Further, since the difference in sputtering rate is reduced in the entire cylindrical sputtering target material 20, it is possible to increase the utilization rate by delaying the replacement time of the target material. In addition, the processing time for the individual substrates S can be made substantially constant, and the throughput of the sputtering apparatus 25 can be improved. Therefore, it is possible to reduce the cost of the production process.

以上によりスパッタリング膜が形成された基板Sは、例えば所望の配線パターンにスパッタリング膜をパターニングして配線構造が形成された後、種々の配線基板として利用される。   The substrate S on which the sputtering film is formed as described above is used as various wiring substrates after the wiring structure is formed by patterning the sputtering film in a desired wiring pattern, for example.

(4)薄膜トランジスタの構造
上述のように、円筒型スパッタリングターゲット材20を用いて形成したスパッタリング膜は、液晶表示装置等に使用する薄膜トランジスタをはじめとする各種の配線基板における配線材等に用いられる。
(4) Structure of Thin Film Transistor As described above, the sputtering film formed using the cylindrical sputtering target material 20 is used for wiring materials in various wiring boards including thin film transistors used in liquid crystal display devices and the like.

ここでは、基板と、基板上に形成された配線構造と、を有し、配線構造の少なくとも一部が、上記の円筒型スパッタリングターゲット材20を用いて形成されたスパッタリング膜からなる配線基板の一例として、図4に示す薄膜トランジスタ40の構造について説明する。図4は、本実施形態に係る薄膜トランジスタ40の概略断面図である。   Here, an example of a wiring substrate that includes a substrate and a wiring structure formed on the substrate, and at least a part of the wiring structure is formed of a sputtering film formed using the cylindrical sputtering target material 20 described above. The structure of the thin film transistor 40 shown in FIG. 4 will be described. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the thin film transistor 40 according to this embodiment.

図4に示すように、薄膜トランジスタ40は、例えばガラス基板48と、ガラス基板48上に形成されたゲート電極47と、ゲート電極47上に形成されたソース電極41s及びドレイン電極41d(以下、ソース−ドレイン電極41s,41dともいう)とを有する。これらの電極47,41s,41dは、例えばウェットエッチング又はドライエッチングを用いたパターニングにより、薄膜トランジスタ40ごとにガラス基板48上に形成され、例えば窒化シリコン(SiN)からなる保護膜49で覆われている。或いは、ガラス基板48には、複数の薄膜トランジスタ40がアレイ状に連なるよう形成されていてもよい。   As shown in FIG. 4, the thin film transistor 40 includes, for example, a glass substrate 48, a gate electrode 47 formed on the glass substrate 48, a source electrode 41s and a drain electrode 41d formed on the gate electrode 47 (hereinafter referred to as source − Drain electrodes 41s and 41d). These electrodes 47, 41s, 41d are formed on the glass substrate 48 for each thin film transistor 40 by patterning using, for example, wet etching or dry etching, and are covered with a protective film 49 made of, for example, silicon nitride (SiN). . Alternatively, the glass substrate 48 may be formed with a plurality of thin film transistors 40 arranged in an array.

ガラス基板48上に形成されたゲート電極47は、例えば銅(Cu)等からなる。また、ゲート電極47には、例えば銅等からなる図示しないゲートバスラインが接続されている。   The gate electrode 47 formed on the glass substrate 48 is made of, for example, copper (Cu). The gate electrode 47 is connected to a gate bus line (not shown) made of, for example, copper.

ゲート電極47上には、例えば窒化シリコンからなるゲート絶縁膜46と、アモルファスシリコン(α−Si)からなる半導体膜44とを介して、ソース−ドレイン電極41s,41dを含む所定パターンに成形された積層構造が形成されている。すなわち、半導体膜44の上には、例えばリン(P)等がドープされたアモルファスシリコン(n−α−Si)からなるコンタクト膜43s,43dと、モリブデン(Mo)やチタン(Ti)等からなるバリア膜42s,42dと、純銅(Cu)等からなるソース−ドレイン電極41s,41dと、がこの順に積層された積層構造をそれぞれ有する。ソース−ドレイン電極41s,41d間のチャネル長は例えば10μm程度である。 On the gate electrode 47, for example, a predetermined pattern including the source-drain electrodes 41 s and 41 d is formed through a gate insulating film 46 made of silicon nitride and a semiconductor film 44 made of amorphous silicon (α-Si). A laminated structure is formed. That is, on the semiconductor film 44, for example, contact films 43s and 43d made of amorphous silicon (n + -α-Si) doped with phosphorus (P) or the like, and molybdenum (Mo), titanium (Ti), or the like. Each of the barrier films 42s and 42d and the source-drain electrodes 41s and 41d made of pure copper (Cu) or the like are stacked in this order. The channel length between the source-drain electrodes 41s and 41d is, for example, about 10 μm.

ソース電極41sには、例えば主に純銅等からなる図示しないソースバスラインが接続されている。ドレイン電極41dには、液晶表示装置等を駆動させる透明電極45が接続されている。   A source bus line (not shown) mainly made of pure copper, for example, is connected to the source electrode 41s. A transparent electrode 45 for driving a liquid crystal display device or the like is connected to the drain electrode 41d.

主に、ソース−ドレイン電極41s,41d、ソースバスライン、透明電極45、ゲート電極47、及びゲートバスライン等により、本実施形態に係る配線構造が構成される。係る配線構造の少なくとも一部、例えば純銅(Cu)からなるソースバスライン、ゲートバスライン等は、円筒型スパッタリングターゲット材20を用いて形成されたスパッタリング膜からなる。   The wiring structure according to this embodiment is mainly composed of the source-drain electrodes 41s and 41d, the source bus line, the transparent electrode 45, the gate electrode 47, the gate bus line, and the like. At least a part of the wiring structure, for example, a source bus line and a gate bus line made of pure copper (Cu) are made of a sputtering film formed by using the cylindrical sputtering target material 20.

上記のように、配線構造の少なくとも一部を構成するスパッタリング膜を、スパッタ速
度の差が低減された円筒型スパッタリングターゲット材20を用いて形成することで、略同質のスパッタリング膜を個々に備えた、素子間の特性差の少ない薄膜トランジスタ40を得ることができる。
As described above, the sputtering film constituting at least a part of the wiring structure is formed by using the cylindrical sputtering target material 20 in which the difference in the sputtering rate is reduced, so that the substantially homogeneous sputtering films are individually provided. Thus, it is possible to obtain the thin film transistor 40 with little difference in characteristics between elements.

また、スパッタリング特性の経時変化等が少ないため、ターゲット材の利用率を高めて生産工程のコストダウンを図り、より安価な薄膜トランジスタ40を得ることができる。   Further, since there is little change in sputtering characteristics over time, the utilization rate of the target material can be increased, the cost of the production process can be reduced, and a cheaper thin film transistor 40 can be obtained.

なお、円筒型スパッタリングターゲット材20を用いたスパッタリング膜を導入可能な薄膜トランジスタの構成は、上記に記載のものに限られない。例えば、ソース−ドレイン電極は、上記の純銅のみならず、銅合金等からなる積層構造等を有していてもよい。また、ゲート電極についても、例えば銅のみならず、銅合金等からなることとしてもよい。係る構成では、銅−マンガン(Cu−Mn)等の銅合金をバリア膜としてもよい。   In addition, the structure of the thin film transistor which can introduce | transduce the sputtering film | membrane using the cylindrical sputtering target material 20 is not restricted to the above-mentioned thing. For example, the source-drain electrode may have a laminated structure made of not only pure copper but also a copper alloy or the like. Also, the gate electrode may be made of, for example, not only copper but also a copper alloy. In such a configuration, a copper alloy such as copper-manganese (Cu-Mn) may be used as the barrier film.

以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It can change variously in the range which does not deviate from the summary.

次に、以下の表1を参照しながら、本発明に係る実施例1〜5について比較例1〜4と共に説明する。   Next, Examples 1 to 5 according to the present invention will be described together with Comparative Examples 1 to 4 with reference to Table 1 below.

Figure 2013057112
Figure 2013057112

(1)評価サンプルの製作
まずは、純度4N(99.99%)の無酸素銅からなるビレットを鋳造し、上述の実施形態と同様、熱間押出法により外径が150mm、肉厚が30mmの押出素管を形成した。次に、上述の実施形態と同様、拡管引抜加工を行って拡管を形成した。このとき、表1
に示すように、実施例1〜5及び比較例1〜4において、それぞれ異なる拡管率とした。例えば、実施例1においては、拡管率を10%とし、外径が165mm、肉厚が25mmの拡管を形成した。
(1) Production of evaluation sample First, a billet made of oxygen-free copper having a purity of 4N (99.99%) was cast, and the outer diameter was 150 mm and the wall thickness was 30 mm by hot extrusion as in the above-described embodiment. An extruded tube was formed. Next, in the same manner as in the above-described embodiment, pipe expansion was performed to form a pipe expansion. At this time, Table 1
As shown in FIG. 1, the pipe expansion rates were different in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4, respectively. For example, in Example 1, a tube expansion rate was 10%, an outer diameter was 165 mm, and a wall thickness was 25 mm.

続いて、上述の実施形態と同様、各々の拡管に熱処理を施した。このとき、表1に示すように、実施例1〜5及び比較例1〜4において、それぞれ異なる温度を用い、熱処理の時間は180分間とした。このように製作した各々の拡管から長軸方向に所定の4箇所を切り出し、実施例1〜5及び比較例1〜4の全てについて、4セットの評価サンプルを製作した。それぞれの評価サンプルは、両端を除く長軸方向の略中央付近から切り出した。   Subsequently, as in the above-described embodiment, each pipe expansion was subjected to heat treatment. At this time, as shown in Table 1, in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4, different temperatures were used, and the heat treatment time was 180 minutes. Four predetermined points were cut out in the major axis direction from each of the expanded tubes thus manufactured, and four sets of evaluation samples were manufactured for all of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4. Each evaluation sample was cut out from the approximate center in the long axis direction excluding both ends.

(2)評価サンプルの測定
次に、実施例1〜5及び比較例1〜4の各評価サンプルを1セットずつ用いて、以下に示す拡管割れ調査及び結晶粒径評価と、ビッカース硬さ試験と、結晶方位測定と、スパッタ速度測定と、を行った。このとき、図5に示すように、各評価サンプル30の外周面31から内周面32に至る領域を半径方向にe〜aまでの領域に5分割し、各領域内にて上記各測定を行った。つまり、肉厚25mmの実施例1であれば、半径方向に5mm間隔で区切った領域e〜a内にて各測定値を得た。
(2) Measurement of evaluation sample Next, using each evaluation sample of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 one by one, tube cracking investigation and crystal grain size evaluation shown below, Vickers hardness test and Crystal orientation measurement and sputtering rate measurement were performed. At this time, as shown in FIG. 5, the region from the outer peripheral surface 31 to the inner peripheral surface 32 of each evaluation sample 30 is divided into five regions from e to a in the radial direction, and each measurement is performed in each region. went. That is, in the case of Example 1 having a wall thickness of 25 mm, each measurement value was obtained in the areas ea divided by 5 mm in the radial direction.

(拡管割れ調査及び結晶粒径評価)
以下に、拡管割れ調査及び結晶粒径評価の結果について説明する。まず、実施例1〜5及び比較例1〜4の評価サンプル1セットに対し、鏡面研磨を施しエッチングを行った。次に、領域e〜aについてそれぞれ光学顕微鏡による組織観察を行って、拡管割れの有無及び結晶粒径の測定結果を得た。拡管割れについては、周方向の20mm幅の範囲内に1つでも割れが有れば「有り」と判定し、1つも割れがないもののみ「無し」と判定した。また、結晶粒径(μm)は、JIS H0501に規定の「伸銅品結晶粒度試験法」の「比較法」に基づき測定した。
(Investigation of expansion crack and evaluation of crystal grain size)
Hereinafter, the results of the pipe expansion crack investigation and the crystal grain size evaluation will be described. First, it mirror-polished and etched with respect to 1 set of evaluation samples of Examples 1-5 and Comparative Examples 1-4. Next, each of the regions ea was observed with an optical microscope, and the presence / absence of tube expansion cracks and the measurement result of the crystal grain size were obtained. As for the pipe expansion crack, it was judged as “present” if there was even one crack within the range of 20 mm width in the circumferential direction, and only “no” was judged as having no crack. The crystal grain size (μm) was measured based on the “comparative method” of the “stretched copper crystal grain size test method” defined in JIS H0501.

表1に示すように、実施例1〜5においては、拡管割れの発生したものはなかった。これに対し、比較例1〜4においては、比較例1及び拡管率の大きい比較例4にて拡管割れが発生した。したがって、比較例1及び比較例4は、円筒型スパッタリングターゲット材としての品質を満足しない。   As shown in Table 1, in Examples 1 to 5, no pipe expansion crack occurred. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 4, pipe expansion cracks occurred in Comparative Example 1 and Comparative Example 4 having a large pipe expansion rate. Therefore, Comparative Example 1 and Comparative Example 4 do not satisfy the quality as a cylindrical sputtering target material.

また、表1に示すように、実施例1〜5においては、結晶粒径は全て100μm以下であった。したがって、実施例1〜5においては、スパッタリング時の異常放電の発生頻度が低いことが期待される。これに対し、拡管割れのなかった比較例2及び3について測定した結晶粒径は、特に熱処理温度の高い比較例2にて100μmを超えていた。   Moreover, as shown in Table 1, in Examples 1-5, all the crystal grain sizes were 100 micrometers or less. Therefore, in Examples 1-5, it is expected that the frequency of occurrence of abnormal discharge during sputtering is low. On the other hand, the crystal grain size measured for Comparative Examples 2 and 3 where there was no pipe cracking exceeded 100 μm in Comparative Example 2 where the heat treatment temperature was particularly high.

(ビッカース硬さ試験)
以下に、ビッカース硬さ試験の結果について説明する。実施例1〜5及び比較例1〜4の評価サンプル1セットに対し、ビッカース硬さ試験、より具体的には、圧子により加える荷重を小さくし、微小な結晶等の測定が可能なマイクロビッカース硬さ試験を行った。このとき、各評価サンプルの各領域e〜aにおいてそれぞれ5回ずつ測定を行い、その平均値をその領域におけるビッカース硬さ(HV)とした。
(Vickers hardness test)
Below, the result of a Vickers hardness test is demonstrated. Vickers hardness test for one set of evaluation samples of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4, more specifically, a micro Vickers hardness capable of measuring a fine crystal by reducing a load applied by an indenter. The test was conducted. At this time, measurement was performed five times in each region ea of each evaluation sample, and the average value was defined as the Vickers hardness (HV) in that region.

表1に示すように、実施例1〜5のいずれの評価サンプルにおいても、外周面側から内周面側へ向けてビッカース硬さが次第に増加する結果となった。特に、実施例1〜3については、上記に規定した値の範囲内、すなわち、外周面側が75HV以上80HV以下、内周面側が95HV以上100HV以下となっていた。また、比較例2及び比較例3についても、上記規定値からは外れるものの、外周面側から内周面側へ向けて硬さが増すという傾向は一緒であった。   As shown in Table 1, in any of the evaluation samples of Examples 1 to 5, the Vickers hardness gradually increased from the outer peripheral surface side toward the inner peripheral surface side. In particular, in Examples 1 to 3, the value was within the range defined above, that is, the outer peripheral surface side was 75 HV to 80 HV, and the inner peripheral surface side was 95 HV to 100 HV. Moreover, although the comparative example 2 and the comparative example 3 also deviated from the specified value, the tendency of increasing hardness from the outer peripheral surface side toward the inner peripheral surface side was the same.

(結晶方位測定)
以下に、結晶方位測定の結果について説明する。実施例1〜5及び比較例1〜4の評価サンプル1セットについて、X線回折装置を用いて種々の結晶面を示すピーク強度を測定した。続いて、各ピークの測定強度及びJCPDSカード番号40836に記載の各ピークの標準強度を上述の式(1)にあてはめ、(111)面の配向率(%)を求めた。
(Crystal orientation measurement)
Hereinafter, the results of the crystal orientation measurement will be described. About 1 set of evaluation samples of Examples 1-5 and Comparative Examples 1-4, the peak intensity which shows a various crystal plane was measured using the X-ray-diffraction apparatus. Subsequently, the measured intensity of each peak and the standard intensity of each peak described in JCPDS card number 40836 were applied to the above formula (1), and the orientation ratio (%) of the (111) plane was obtained.

表1に示すように、実施例1〜5においては、外周面側から内周面側へ向けて(111)面の配向率が次第に増加する結果となった。より具体的には、実施例1〜5のいずれの評価サンプルにおいても、外周面側を10%以上15%以下の範囲内、内周面側を20%以上25%以下の範囲内とすることができた。これに対し、比較例2においては、外周面側から内周面側へ向けて(111)面の配向率が略一定となってしまい、また、拡管率の小さい比較例3においては、外周面側で(111)面の配向率が非常に小さくなってしまった。   As shown in Table 1, in Examples 1 to 5, the orientation ratio of the (111) plane gradually increased from the outer peripheral surface side toward the inner peripheral surface side. More specifically, in any of the evaluation samples of Examples 1 to 5, the outer peripheral surface side is within a range of 10% to 15%, and the inner peripheral surface side is within a range of 20% to 25%. I was able to. On the other hand, in Comparative Example 2, the orientation rate of the (111) plane is substantially constant from the outer peripheral surface side to the inner peripheral surface side, and in Comparative Example 3 with a small tube expansion rate, the outer peripheral surface. On the side, the orientation ratio of the (111) plane has become very small.

(スパッタ速度測定)
以下に、スパッタ速度測定の結果について説明する。実施例1〜5及び比較例1〜4の評価サンプル1セットのそれぞれを、上述の実施形態と同様のスパッタリング装置に装着し、各評価サンプルのスパッタ速度を測定した。具体的には、アルゴンガスを用い、放電電力を33kWとして3分間スパッタリングを行い、ガラス基板上にスパッタリング膜を成膜した。その後、このスパッタリング膜の膜厚をレーザ顕微鏡にて測定し、1分間あたりに成膜される膜厚に換算してこれをスパッタ速度(nm/min)とした。
(Sputtering speed measurement)
Hereinafter, the results of the sputtering rate measurement will be described. Each set of evaluation samples of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 was mounted on the same sputtering apparatus as in the above-described embodiment, and the sputtering rate of each evaluation sample was measured. Specifically, sputtering was performed for 3 minutes using argon gas with a discharge power of 33 kW, and a sputtering film was formed on a glass substrate. Thereafter, the film thickness of the sputtering film was measured with a laser microscope, converted into a film thickness formed per minute, and this was used as the sputtering rate (nm / min).

表1に示すように、実施例1〜5においては、外周面から内周面に至るまで略一定のスパッタ速度が得られた。また、表1には示していないが、拡管率が5%以上の比較例1及び比較例4においても、スパッタ速度については略一定の値が得られていた。これに対し、(111)面の配向率が略一定であった比較例2、及び外周面側で(111)面の配向率の小さかった比較例3においては、外周面側から内周面側へ向かうにつれてスパッタ速度の低下がみられた。   As shown in Table 1, in Examples 1 to 5, a substantially constant sputtering rate was obtained from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface. Although not shown in Table 1, also in Comparative Example 1 and Comparative Example 4 in which the tube expansion rate was 5% or more, a substantially constant value was obtained for the sputtering rate. In contrast, in Comparative Example 2 in which the orientation ratio of the (111) plane was substantially constant and in Comparative Example 3 in which the orientation ratio of the (111) plane was small on the outer peripheral surface side, the inner peripheral surface side was changed from the outer peripheral surface side. The sputter rate decreased with increasing heading.

以上のように、実施例1〜5においては、拡管割れ、結晶粒径、スパッタ速度のいずれについても良好な結果が得られた。このとき、外周面側と内周面側とのビッカース硬さの差が、少なくとも外周面側で75HV以上80HV以下、内周面側で95HV以上100HV以下となっている場合や、外周面側と内周面側との(111)面の配向率の差が、少なくとも外周面側で10%以上15%以下、内周面側で20%以上25%以下となっている場合であれば、外周面から内周面に至るまで略一定のスパッタ速度が得られることがわかった。   As described above, in Examples 1 to 5, good results were obtained for any of the expansion cracking, crystal grain size, and sputtering rate. At this time, when the difference in Vickers hardness between the outer peripheral surface side and the inner peripheral surface side is 75 HV or more and 80 HV or less at least on the outer peripheral surface side, and 95 HV or more and 100 HV or lower on the inner peripheral surface side, If the difference in the orientation ratio of the (111) plane from the inner peripheral surface side is at least 10% to 15% on the outer peripheral surface side and 20% to 25% on the inner peripheral surface side, It was found that a substantially constant sputtering rate was obtained from the surface to the inner peripheral surface.

また、上記のビッカース硬さや(111)面の配向率は、拡管率を5%以上とすることで得られることがわかった。一方で、拡管率を15%以下とすることで拡管割れが抑制され、また、拡管引抜加工後の熱処理温度を450℃以上600℃以下とすることで、結晶粒径を異常放電の起こり難い100μm以下に制御可能であることがわかった。   Moreover, it turned out that said Vickers hardness and the orientation rate of (111) plane are obtained by making a pipe expansion rate into 5% or more. On the other hand, when the tube expansion rate is 15% or less, tube cracking is suppressed, and when the heat treatment temperature after tube expansion drawing is 450 ° C. or more and 600 ° C. or less, the crystal grain size is less likely to cause abnormal discharge. It was found that the following can be controlled.

9 押出素管
10 拡管
11,21,31 外周面
12,22,32 内周面
15p 拡管プラグ
15r ロッド
20 円筒型スパッタリングターゲット材
23 磁石
24 流路
25 スパッタリング装置
30 評価サンプル
40 薄膜トランジスタ
41 ソース電極
42 ドレイン電極
43 補助電極膜
44 電極膜
45 バリア膜
46 n型半導体膜
47 保護膜
48 半導体膜
49 ゲート絶縁膜
50 ゲート電極
51 ガラス基板
S 基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Extrusion pipe | tube 10 Expanded pipe 11,21,31 Outer peripheral surface 12,22,32 Inner peripheral surface 15p Expanded plug 15r Rod 20 Cylindrical sputtering target material 23 Magnet 24 Channel 25 Sputtering device 30 Evaluation sample 40 Thin film transistor 41 Source electrode 42 Drain Electrode 43 Auxiliary electrode film 44 Electrode film 45 Barrier film 46 N-type semiconductor film 47 Protective film 48 Semiconductor film 49 Gate insulating film 50 Gate electrode 51 Glass substrate S substrate

Claims (8)

純度3N以上の無酸素銅から形成され、円筒形状を有する円筒型スパッタリングターゲット材であって、
外周面側から内周面側へ向けて硬さが次第に増加するとともに、
前記外周面側から前記内周面側へ向けて(111)面の配向率が次第に増加する
ことを特徴とする円筒型スパッタリングターゲット材。
A cylindrical sputtering target material formed of oxygen-free copper having a purity of 3N or more and having a cylindrical shape,
While the hardness gradually increases from the outer peripheral surface side to the inner peripheral surface side,
A cylindrical sputtering target material, wherein the orientation ratio of the (111) plane gradually increases from the outer peripheral surface side toward the inner peripheral surface side.
前記円筒型スパッタリングターゲット材の使用によりその肉厚が次第に減少しても、前記円筒型スパッタリングターゲット材のスパッタ速度が一定となるように、
前記外周面側から前記内周面側に向けて硬さが次第に増加することによる前記円筒型スパッタリングターゲット材のスパッタ速度の低下分と、前記外周面側から前記内周面側に向けて(111)面の配向率が次第に増加することによる前記円筒型スパッタリングターゲット材のスパッタ速度の増加分と、が相殺するように構成される
ことを特徴とする請求項1に記載の円筒型スパッタリングターゲット材。
Even if the thickness gradually decreases due to the use of the cylindrical sputtering target material, the sputtering rate of the cylindrical sputtering target material is constant.
A decrease in the sputtering rate of the cylindrical sputtering target material due to a gradual increase in hardness from the outer peripheral surface side toward the inner peripheral surface side, and from the outer peripheral surface side toward the inner peripheral surface side (111 2. The cylindrical sputtering target material according to claim 1, wherein the cylindrical sputtering target material is configured to cancel out an increase in the sputtering rate of the cylindrical sputtering target material due to a gradual increase in the orientation ratio of the surface.
前記硬さはビッカース硬さであって、
前記外周面側のビッカース硬さが75HV以上80HV以下であり、前記内周面側のビッカース硬さが95HV以上100HVである
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の円筒型スパッタリングターゲット材。
The hardness is Vickers hardness,
3. The cylindrical sputtering target material according to claim 1, wherein the outer peripheral surface side has a Vickers hardness of 75 HV or more and 80 HV or less, and the inner peripheral surface side has a Vickers hardness of 95 HV or more and 100 HV.
前記外周面側の前記(111)面の配向率が10%以上15%以下であり、前記内周面側の前記(111)面の配向率が20%以上25%以下である
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の円筒型スパッタリングターゲット材。
ただし、前記(111)面の配向率は、
X線回折による各ピークの測定強度を、JCPDSカード番号40836に記載の前記各ピークに対応する結晶面のピークの標準強度でそれぞれ除した値の合計を分母とし、
X線回折による(111)面のピークの測定強度を、JCPDSカード番号40836に記載の(111)面のピークの標準強度で除した値を分子とする式から求めた値である。
The orientation ratio of the (111) plane on the outer peripheral surface side is 10% or more and 15% or less, and the orientation ratio of the (111) plane on the inner peripheral surface side is 20% or more and 25% or less. The cylindrical sputtering target material according to claim 1.
However, the orientation ratio of the (111) plane is
The sum of the values obtained by dividing the measured intensity of each peak by X-ray diffraction by the standard intensity of the peak of the crystal plane corresponding to each peak described in JCPDS card number 40836, as the denominator,
This is a value obtained from an equation in which a value obtained by dividing the measured intensity of the (111) plane peak by X-ray diffraction by the standard intensity of the (111) plane peak described in JCPDS card number 40836 is a numerator.
結晶粒径が50μm以上100μm以下の範囲内にある
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の円筒型スパッタリングターゲット材。
5. The cylindrical sputtering target material according to claim 1, wherein the crystal grain size is in a range of 50 μm to 100 μm.
押出素管に拡管引抜加工と熱処理とを施して形成された
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の円筒型スパッタリングターゲット材。
The cylindrical sputtering target material according to any one of claims 1 to 5, wherein the cylindrical sputtering target material is formed by subjecting an extruding element tube to pipe expansion drawing and heat treatment.
基板と、
前記基板上に形成された配線構造と、を有し、
前記配線構造の少なくとも一部は、
請求項1に記載の円筒型スパッタリングターゲット材を用いて形成されたスパッタリング膜からなる
ことを特徴とする配線基板。
A substrate,
A wiring structure formed on the substrate,
At least a part of the wiring structure is
A wiring substrate comprising a sputtering film formed using the cylindrical sputtering target material according to claim 1.
基板と、
前記基板上に形成され、ソース電極とドレイン電極とを含む配線構造と、を有し、
前記配線構造の少なくとも一部は、
請求項1に記載の円筒型スパッタリングターゲット材を用いて形成されたスパッタリング膜からなる
ことを特徴とする薄膜トランジスタ。
A substrate,
A wiring structure formed on the substrate and including a source electrode and a drain electrode;
At least a part of the wiring structure is
A thin film transistor comprising a sputtering film formed using the cylindrical sputtering target material according to claim 1.
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