JP5793069B2 - Manufacturing method of copper target material for sputtering - Google Patents
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Description
本発明は、純度3N以上の無酸素銅から形成されるスパッタリング用銅ターゲット材及びスパッタリング用銅ターゲット材の製造方法に関する。 The present invention relates to a sputtering copper target material formed from oxygen-free copper having a purity of 3N or higher and a method for producing a sputtering copper target material.
ディスプレイパネル等の液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)等の電極配線には、主として、スパッタリングにより形成されたアルミニウム(Al)合金が使用されてきた。近年、液晶表示装置の高精細化が進むにつれてTFTの電極配線の微細化が要求されてきており、アルミニウムよりも抵抗率(電気抵抗率)の低い銅(Cu)が電極配線材として検討されている。これに伴い、銅の成膜に用いるスパッタリング用銅ターゲット材の研究も盛んに行われている。 Aluminum (Al) alloys formed by sputtering have been mainly used for electrode wiring such as thin film transistors (TFTs) used in liquid crystal display devices such as display panels. In recent years, as the resolution of liquid crystal display devices has increased, the TFT electrode wiring has been required to be miniaturized, and copper (Cu) having a resistivity (electric resistivity) lower than that of aluminum has been studied as an electrode wiring material. Yes. In connection with this, research of the copper target material for sputtering used for copper film-forming is also performed actively.
例えば特許文献1,2では、長時間のスパッタリングによりターゲット材の表面に形成されるノジュールと呼ばれる突起の形成を抑制するため、スパッタリング用銅ターゲット材の粒径等の結晶組織の改善が行われている。これらの特許文献1,2によれば、ターゲット材の結晶粒径を調整することでノジュールの形成が抑制され、ノジュールの部分で発生する異常放電(アーク)によりノジュールが破壊されてクラスタ状のパーティクルとなることを抑制することができる。よって、スパッタリング膜へのパーティクルの付着を抑制し、製品歩留まりを向上させることができる。なお、現在では、アークやパーティクルについては、スパッタリング装置面から対策がとられることが多い。 For example, in Patent Documents 1 and 2, the crystal structure such as the grain size of the sputtering copper target material is improved in order to suppress the formation of protrusions called nodules formed on the surface of the target material by sputtering for a long time. Yes. According to these Patent Documents 1 and 2, the formation of nodules is suppressed by adjusting the crystal grain size of the target material, and the nodules are destroyed by abnormal discharge (arc) generated in the nodule portion, resulting in cluster-like particles. Can be suppressed. Therefore, adhesion of particles to the sputtering film can be suppressed and the product yield can be improved. Currently, countermeasures are often taken for arcs and particles from the aspect of the sputtering apparatus.
一方で、スパッタリング用銅ターゲット材の結晶組織の改善は、例えば特許文献3にあるように、スパッタリング膜の成膜速度の向上や引張残留応力の低減等を目的としても行われる。特許文献3によれば、スパッタリング用銅ターゲット材の表面の(111)面の配向率を15%以上に高めることで、成膜速度を向上させ、また、スパッタリング膜の引張残留応力を低減することができる。 On the other hand, improvement of the crystal structure of the copper target material for sputtering is performed for the purpose of improving the deposition rate of the sputtering film, reducing the tensile residual stress, and the like, as described in Patent Document 3, for example. According to Patent Document 3, by increasing the orientation ratio of the (111) plane of the surface of the copper target material for sputtering to 15% or more, the film formation rate is improved, and the tensile residual stress of the sputtering film is reduced. Can do.
但し、スパッタリング用銅ターゲット材の表面の(111)面の配向率を高めると、スパッタリング用銅ターゲット材中の結晶粒径が粗大になり、緻密なスパッタリング膜が得られなかったり、膜厚の均一性が悪化してしまったりする懸念がある。特許文献3では、スパッタリング用銅ターゲット材の結晶粒径についての考察は特になされていないが、例えば特許文献4では、(111)面の配向率を高く保ちつつ結晶粒径の粗大化を抑制するため、銅の抵抗率に影響を与えない程度の銀(Ag)を微量添加している。 However, when the orientation ratio of the (111) plane on the surface of the sputtering copper target material is increased, the crystal grain size in the sputtering copper target material becomes coarse, and a dense sputtering film cannot be obtained or the film thickness is uniform. There is concern that the sex will deteriorate. In Patent Document 3, no consideration is given to the crystal grain size of the sputtering copper target material. For example, in Patent Document 4, the crystal grain size is prevented from becoming coarse while keeping the orientation ratio of the (111) plane high. Therefore, a very small amount of silver (Ag) that does not affect the resistivity of copper is added.
ところで、液晶表示装置のフレーム速度の更なる高速化や大画面化を図るため、純銅のスパッタリング膜を用いた電極配線においては一層の低抵抗化が望まれている。しかしながら、純銅を用いたスパッタリング膜をガラス基板上やアモルファスシリコン(α−Si
)膜上に形成する場合、チタン(Ti)やモリブデン(Mo)等の高融点金属を含む膜を下地膜とすることがあり、この場合、スパッタリング膜の抵抗率は、ガラス基板上などに形成された場合に比べていっそう高くなり易い。
By the way, in order to further increase the frame speed and the screen size of the liquid crystal display device, it is desired to further reduce the resistance of electrode wiring using a pure copper sputtering film. However, a sputtered film made of pure copper can be used on a glass substrate or amorphous silicon (α-Si
) When formed on a film, a film containing a refractory metal such as titanium (Ti) or molybdenum (Mo) may be used as a base film. In this case, the resistivity of the sputtering film is formed on a glass substrate or the like. It is likely to be much higher than if it was done.
このようなより厳しい条件下では、上述の特許文献4のような微量添加であっても、スパッタリング膜の抵抗率を増大させる要因となり得るAg等をターゲット材中に混入させることは避けなければならない。一方で、電極配線の形成のタクトタイム短縮の要請から、成膜速度も高速に維持しなければならない。 Under such more severe conditions, it is necessary to avoid mixing Ag or the like, which can be a factor to increase the resistivity of the sputtering film, into the target material even if a trace amount is added as in Patent Document 4 described above. . On the other hand, the deposition rate must be maintained at a high speed because of the demand for shortening the tact time for forming the electrode wiring.
また、上述の特許文献3,4では、Ti等の膜上に形成されたスパッタリング膜の抵抗率に対する効果については特に言及するものではなく、特許文献3については結晶粒径への影響も明示されてはいない。このように、スパッタリング用銅ターゲット材の好ましい結晶組織やその取得方法については、依然、検討の余地がある。 In Patent Documents 3 and 4, the effect on the resistivity of the sputtering film formed on a film of Ti or the like is not particularly mentioned, and the influence on the crystal grain size is clearly described in Patent Document 3. Not. As described above, there is still room for study on a preferable crystal structure of the copper target material for sputtering and a method for obtaining the crystal structure.
本発明の目的は、高い成膜速度が得られると共に、高融点金属を含む膜上に低抵抗な純銅からなるスパッタリング膜を形成することが可能なスパッタリング用銅ターゲット材及びスパッタリング用銅ターゲット材の製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a sputtering copper target material and a sputtering copper target material capable of forming a sputtering film made of pure copper having a low resistance on a film containing a refractory metal while obtaining a high film formation rate. It is to provide a manufacturing method.
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、スパッタリング面における(111)面の配向率が13%以上30%以下であり、前記スパッタリング面における(200)面の配向率が10%以上50%以下であり、平均結晶粒径が0.1mm以上0.2mm以下であるスパッタリング用銅ターゲット材が提供される。ただし、前記(111)面及び前記(200)面の配向率は、前記(111)面、前記(200)面、(220)面、及び(311)面について、X線回折により得られる各結晶面のピークの測定強度を、JCPDSに記載の前記各結晶面に対応する結晶面のピークの相対強度でそれぞれ除した値の合計値を100%とした場合の割合である。 According to the first aspect of the present invention, it is formed from oxygen-free copper having a purity of 3N or higher, the orientation ratio of the (111) plane on the sputtering surface is 13% to 30%, and the (200) surface on the sputtering surface. A sputtering copper target material having an orientation ratio of 10% to 50% and an average crystal grain size of 0.1 mm to 0.2 mm is provided. However, the orientation ratios of the (111) plane and the (200) plane are the crystals obtained by X-ray diffraction for the (111) plane, the (200) plane, the (220) plane, and the (311) plane. This is the ratio when the total value of the values obtained by dividing the measured intensity of the peak of the plane by the relative intensity of the peak of the crystal plane corresponding to each crystal plane described in JCPDS is 100%.
本発明の第2の態様によれば、前記スパッタリング面における(111)面の配向率が20%以上であり、前記スパッタリング面における(200)面の配向率が30%以上である第1の態様に記載のスパッタリング用銅ターゲット材が提供される。 According to the second aspect of the present invention, the (111) plane orientation ratio in the sputtering surface is 20% or more, and the (200) plane orientation ratio in the sputtering surface is 30% or more. The copper target material for sputtering as described in 1 is provided.
本発明の第3の態様によれば、鋳造工程、熱間圧延工程、および冷間圧延工程を経て製造され、前記冷間圧延工程にて加工度が5%超30%未満となる冷間圧延を施された第1又は第2の態様に記載のスパッタリング用銅ターゲット材が提供される。 According to the third aspect of the present invention, the cold rolling is manufactured through a casting process, a hot rolling process, and a cold rolling process, and the degree of work is more than 5% and less than 30% in the cold rolling process. The copper target material for sputtering as described in the 1st or 2nd aspect which was given is provided.
本発明の第4の態様によれば、成膜直後の抵抗率が2.0μΩcm未満の純銅からなるスパッタリング膜の高融点金属を含む膜上への形成に用いられる第1〜第3の態様のいずれかに記載のスパッタリング用銅ターゲット材が提供される。 According to the fourth aspect of the present invention, the first to third aspects used for forming a sputtering film made of pure copper having a resistivity of less than 2.0 μΩcm immediately after film formation on a film containing a refractory metal. A sputtering copper target material according to any one of the above is provided.
本発明の第5の態様によれば、純度3N以上の無酸素銅を鋳造して銅鋳塊とする鋳造工程と、前記銅鋳塊を熱間圧延して銅板とする熱間圧延工程と、前記熱間圧延した前記銅板を冷間圧延して更に薄くする冷間圧延工程と、を有し、前記冷間圧延工程では、前記銅板の加工度が5%超30%未満となるよう前記銅板を薄くするスパッタリング用銅ターゲット材の製造方法が提供される。 According to the fifth aspect of the present invention, a casting step of casting oxygen-free copper having a purity of 3N or more to form a copper ingot, a hot rolling step of hot rolling the copper ingot to obtain a copper plate, A cold rolling step in which the hot-rolled copper plate is cold-rolled to make it thinner, and in the cold rolling step, the copper plate has a workability of more than 5% and less than 30%. A method of manufacturing a copper target material for sputtering for reducing the thickness is provided.
本発明によれば、高い成膜速度が得られると共に、高融点金属を含む膜上に低抵抗な純銅からなるスパッタリング膜を形成することができる。 According to the present invention, a high deposition rate can be obtained, and a sputtering film made of pure copper having low resistance can be formed on a film containing a refractory metal.
上述のように、下地の違いによって、形成される純銅スパッタリング膜の抵抗率が異なる場合がある。例えば、ガラス基板上であれば成膜直後で容易に1.7μΩcm程度の純銅スパッタリング膜が得られる。これに対し、チタン(Ti)等の高融点金属を含む膜上に純銅スパッタリング膜を形成すると抵抗率が増大してしまう。 As described above, the resistivity of the formed pure copper sputtering film may differ depending on the base. For example, on a glass substrate, a pure copper sputtering film of about 1.7 μΩcm can be easily obtained immediately after film formation. On the other hand, when a pure copper sputtering film is formed on a film containing a refractory metal such as titanium (Ti), the resistivity increases.
そこで、本発明者等は、良好な結晶性を備える純銅スパッタリング膜を得るためには、下地となる所定の膜上に運動エネルギーの高い銅のスパッタリング粒子を到達させ、膜上での移動(マイグレーション)によりスパッタリング粒子を適切な結晶格子位置に配置させることが必要であると考えた。 Therefore, in order to obtain a pure copper sputtering film having good crystallinity, the present inventors make sputtering particles of high kinetic energy reach a predetermined film as a base and move (migration) on the film. Therefore, it was considered necessary to arrange the sputtered particles at appropriate crystal lattice positions.
一方、スパッタリング時のターゲット材の表面へのイオン衝突の際には、同じエネルギーのイオン衝突に対して放出され易い原子ほど、つまり、成膜速度が高いほど、高い運動エネルギーのスパッタリング粒子が放出していると考えられる。 On the other hand, when ions collide with the surface of the target material during sputtering, atoms that are more likely to be released due to ion collision with the same energy, that is, the higher the film formation rate, the higher the kinetic energy sputtering particles are released. It is thought that.
以上の考察に基づき、本発明者等は、高い成膜速度が得られるよう、スパッタリング用銅ターゲット材の結晶組織等の最適化を試みた。鋭意研究の結果、スパッタリング用銅ターゲット材の表面が(111)面や(200)面に配向しているほど、成膜速度は高い傾向が得られることがわかった。 Based on the above considerations, the present inventors have attempted to optimize the crystal structure and the like of the sputtering copper target material so as to obtain a high deposition rate. As a result of intensive studies, it has been found that the film deposition rate tends to increase as the surface of the sputtering copper target material is oriented in the (111) plane or the (200) plane.
続いて、本発明者等は、(111)面や(200)面を多く配向させるスパッタリング用銅ターゲット材の製造方法についても鋭意研究を行った。順に、鋳造工程、熱間圧延工程、冷間圧延工程、熱処理工程を経る製造方法において、冷間圧延工程で(220)面を配向させ、その後の熱処理工程で(111)面を配向させるという手法では10%以下しか配向しなかった(111)面が、熱間圧延工程での温度と冷間圧延工程での加工度とを調整することにより高い配向率で得られることがわかった。 Subsequently, the present inventors have also intensively studied a method for producing a sputtering copper target material in which many (111) and (200) planes are oriented. In order, in the manufacturing method that goes through the casting process, the hot rolling process, the cold rolling process, and the heat treatment process, the (220) plane is oriented in the cold rolling process, and the (111) plane is oriented in the subsequent heat treatment process. Then, it was found that the (111) plane that was oriented only at 10% or less was obtained with a high orientation rate by adjusting the temperature in the hot rolling process and the degree of work in the cold rolling process.
本発明は、発明者等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)スパッタリング用銅ターゲット材
以下に、本発明の一実施形態に係るスパッタリング用銅(Cu)ターゲット材10(後述の図1を参照)について説明する。スパッタリング用銅ターゲット材10は、例えば所定の厚さと幅および長さとを備える矩形の平板型に形成され、例えば液晶表示装置等に用いられる薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)等の電極配線となる純銅スパッタリング膜の形成に用いられるよう構成される。
<One Embodiment of the Present Invention>
(1) Sputtering Copper Target Material Hereinafter, a sputtering copper (Cu) target material 10 (see FIG. 1 described later) according to an embodiment of the present invention will be described. The sputtering
スパッタリング用銅ターゲット材10を構成する純銅は、例えば純度が3N(99.9%)以上の無酸素銅(OFC:Oxygen-Free Copper)である。
Pure copper constituting the
また、スパッタリング用銅ターゲット材10の表面、つまり、スパッタリング面における(111)面の配向率は、例えば13%以上30%以下、より好ましくは20%以上であり、(200)面の配向率は、例えば10%以上50%以下、より好ましくは30%以上である。なお、(111)面及び(200)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と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相対強度で補正して用いられる。相対強度には、例えばJCPDS(Joint Committee for Powder Diffraction Standards)に記載の値が用いられる。
Moreover, the orientation rate of the (111) plane in the surface of the
具体的には、次式(1),(2)でそれぞれ表わされるように、(111)面及び(200)面の配向率は、(111)面、(200)面、(220)面、及び(311)面について、X線回折により得られる各結晶面のピークの測定強度を、JCPDSに記載の上記各結晶面に対応する結晶面のピークの相対強度でそれぞれ除した値の合計値を100%とした場合の割合である。 Specifically, as represented by the following formulas (1) and (2), the orientation ratios of the (111) plane and the (200) plane are (111) plane, (200) plane, (220) plane, And, for the (311) plane, the total value of the values obtained by dividing the measured intensity of the peak of each crystal plane obtained by X-ray diffraction by the relative intensity of the peak of the crystal plane corresponding to each of the crystal planes described in JCPDS, respectively. The ratio is 100%.
また、スパッタリング用銅ターゲット材10の平均結晶粒径は、例えば0.1mm以上0.2mm以下である。なお、平均結晶粒径は、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。
Moreover, the average crystal grain diameter of the
上記のように、(111)面の配向率が例えば13%以上30%以下であり、(200)面の配向率が例えば10%以上50%以下のスパッタリング用銅ターゲット材10を用いることで、高い運動エネルギーの銅のスパッタリング粒子が放出され易くなる。よって、高い成膜速度が得られると共に、到達した膜上でのスパッタリング粒子のマイグレーション及び適切な結晶格子位置への配置により、例えばTiやモリブデン(Mo)等の高融点金属を含む膜上であっても、成膜直後の抵抗率が例えば2.0μΩcm未満の純銅スパ
ッタリング膜を形成することができる。
As described above, by using the
また、上記のように、平均結晶粒径が例えば0.1mm以上0.2mm以下のスパッタリング用銅ターゲット材10を用いることで、良好な膜厚の均一性を有し、緻密な純銅スパッタリング膜を形成することができる。
Further, as described above, by using the sputtering
(2)スパッタリング用銅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スパッタリング用銅ターゲット材10の製造方法について説明する。本実施形態では、最近の大型ディスプレイパネル等の液晶表示装置、例えば第10世代の3m角程度の基板サイズに対応すべく、主に、鋳造工程、熱間圧延工程、冷間圧延工程をこの順に行う製造方法が採用されている。
(2) Manufacturing method of copper target material for sputtering Next, the manufacturing method of the
まず、鋳造工程にて、純度が3N(99.9%)以上の無酸素銅を鋳造し、所定厚さ、所定幅の矩形の銅鋳塊(インゴット)とする。次に、高温による加工工程として、熱間圧延工程にて、650℃以上900℃以下の温度で加熱した銅鋳塊に圧延を施し(熱間圧延)、表面酸化層(黒皮)を除去(皮むき)して所定厚さの銅板とする。 First, in a casting process, oxygen-free copper having a purity of 3N (99.9%) or more is cast to form a rectangular copper ingot having a predetermined thickness and a predetermined width. Next, in the hot rolling process, the copper ingot heated at a temperature of 650 ° C. or higher and 900 ° C. or lower is subjected to rolling (hot rolling) to remove the surface oxide layer (black skin). A copper plate having a predetermined thickness is peeled off.
続いて、冷間圧延工程にて、室温の状態で銅板を冷間圧延して更に薄くし、銅板の外形を整える。このとき、銅板の加工度が5%超30%未満、より好ましくは10%以下となるよう銅板を薄くする。また、冷間圧延工程では1回の処理で冷間圧延を施してもよく、或いは、複数回に分けて処理を行ってもよい。なお、加工度は、次式(3)で定義される。
加工度(%)=((加工前板厚―加工後板厚)/加工前板厚)×100 ・・・(3)
Subsequently, in the cold rolling process, the copper plate is cold-rolled at room temperature to make it thinner, and the outer shape of the copper plate is adjusted. At this time, the copper plate is thinned so that the processing degree of the copper plate is more than 5% and less than 30%, more preferably 10% or less. Further, in the cold rolling process, the cold rolling may be performed by one process, or the process may be performed in a plurality of times. The degree of processing is defined by the following formula (3).
Degree of processing (%) = ((plate thickness before processing−plate thickness after processing) / plate thickness before processing) × 100 (3)
次に、矯正機で銅板の曲がりを矯正し、フライス等により切削加工を行うとともに所定長さに切り出して、所定厚さ、所定幅のスパッタリング用銅ターゲット材10とする。以上により、スパッタリング用銅ターゲット材10が製造される。
Next, the bending of the copper plate is corrected with a straightening machine, cut with a mill, etc., and cut into a predetermined length to obtain a
上述のように、本実施形態では、熱間圧延工程を650℃以上900℃以下で行う。温度を650℃以上の高温とすることにより、(111)面の配向率の高い結晶組織が得られるとともに、所定量の(200)面も現れてくる。また、温度を900℃以下とすることで、銅鋳塊の酸化を制御したり、製造時の作業性を向上させたりすることができる。 As described above, in the present embodiment, the hot rolling process is performed at 650 ° C. or more and 900 ° C. or less. By setting the temperature to a high temperature of 650 ° C. or higher, a crystal structure with a high orientation ratio of the (111) plane can be obtained, and a predetermined amount of the (200) plane also appears. In addition, by controlling the temperature to 900 ° C. or lower, it is possible to control the oxidation of the copper ingot or improve the workability at the time of manufacture.
また、本実施形態では、冷間圧延工程を銅板の加工度が5%超30%未満、より好ましくは10%以下となるよう行う。冷間圧延工程においては、熱間圧延工程にて配向した(200)面の一部が(220)面に配向してしまう。したがって、冷間圧延工程での加工度を所定値以下とすることにより、(111)面の配向率を例えば13%以上30%以下と高く維持しつつ、(200)面の配向率を例えば10%以上、より好ましくは30%以上に保つことができる。また、冷間圧延工程により、結晶粒径の微細化も促進される。したがって、加工度を例えば5%超とすることにより、比較的微細な結晶粒径が得られ、スパッタリング用銅ターゲット材10中の平均結晶粒径を例えば0.1mm以上0.2mm以下とすることができる。
In the present embodiment, the cold rolling process is performed so that the degree of processing of the copper plate is more than 5% and less than 30%, more preferably 10% or less. In the cold rolling process, a part of the (200) plane oriented in the hot rolling process is oriented in the (220) plane. Therefore, by setting the degree of work in the cold rolling step to a predetermined value or less, the orientation rate of the (111) plane is maintained at a high level of, for example, 13% to 30%, and the orientation rate of the (200) plane is set to 10 % Or more, more preferably 30% or more. Further, the refinement of the crystal grain size is promoted by the cold rolling process. Therefore, by setting the degree of processing to, for example, more than 5%, a relatively fine crystal grain size is obtained, and the average crystal grain size in the sputtering
当初、本発明者等は、冷間圧延工程で配向した(220)面が、その後、400℃程度の比較的低温の熱処理工程における再結晶化で(111)面へと配向するという知見を得た。このことから、本発明者等は、冷間圧延工程における加工度を従来の30%〜50%程度に保ち、熱処理工程と種々に組み合わせて(111)面の配向率の高い結晶組織を得ようと試みた。しかしながら、加工性の点などから冷間圧延工程における加工度を50%程度までしか高めることができないこともあり、得られた(111)面の配向率は10%以下であった。 Initially, the present inventors obtained knowledge that the (220) plane oriented in the cold rolling process is then oriented to the (111) plane by recrystallization in a heat treatment process at a relatively low temperature of about 400 ° C. It was. From this, the present inventors will keep the degree of work in the cold rolling process at about 30% to 50% of the conventional one, and obtain a crystal structure with a high orientation ratio of the (111) plane by various combinations with the heat treatment process. I tried. However, the degree of work in the cold rolling process can be increased only to about 50% from the viewpoint of workability, and the orientation ratio of the obtained (111) plane was 10% or less.
本実施形態では、本発明者等の更なる取り組みにより得られた知見に基づき、高温での熱間圧延工程にて(111)面の配向率の高い結晶組織を得て、冷間圧延工程では加工度を例えば30%未満に抑えることとしたので、(111)面及び(200)面の配向率の高いスパッタリング用銅ターゲット材10が得られる。
In the present embodiment, based on the knowledge obtained by further efforts of the present inventors, a crystal structure having a high orientation ratio of the (111) plane is obtained in a hot rolling process at a high temperature. Since the degree of processing is suppressed to, for example, less than 30%, the sputtering
(3)スパッタリング用銅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スパッタリング用銅ターゲット材10を用いたスパッタリングにより、純銅スパッタリング膜を成膜する方法について、図1を用いて説明する。
(3) Film Forming Method Using Sputtering Copper Target Material Next, a method for forming a pure copper sputtering film by sputtering using the sputtering
図1は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング用銅ターゲット材10が装着されたスパッタリング装置20の縦断面図である。スパッタリング装置20は、例えば直流(DC)放電を用いたDCスパッタリング装置として構成されている。なお、図1に示すスパッタリング装置20はあくまでも一例であって、スパッタリング用銅ターゲット材10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. 1 is a longitudinal sectional view of a
図1に示すように、スパッタリング装置20は、真空チャンバ21を備えている。真空チャンバ21内の上部には基板保持部22sが設けられ、成膜対象となる基板Sが、成膜される面を下方に向けて保持される。基板Sは、例えば被成膜面となるTiやMo等の高融点金属を含む膜が予め形成されたガラス基板等である。
As shown in FIG. 1, the
真空チャンバ21内の底部には、ターゲット保持部22tが設けられ、例えばスパッタリング用銅ターゲット材10が、基板Sの被成膜面と対向するよう、スパッタリング面を上方に向けて保持される。なお、スパッタリング装置20内に複数の基板Sを保持して、これら基板Sを一括処理、或いは連続処理してもよい。
A
また、真空チャンバ21の一方の壁面にはガス供給管23fが接続され、ガス供給管23fと対向する他方の壁面にはガス排気管23vが接続されている。ガス供給管23fには、アルゴン(Ar)ガス等の不活性ガスを真空チャンバ21内に供給する図示しないガス供給系が接続されている。ガス排気管23vには、Arガス等の真空チャンバ21内の雰囲気を排気する図示しないガス排気系が接続されている。
A
係るスパッタリング装置20にて基板Sへの成膜を行う際は、Arガス等を真空チャンバ21内に供給し、スパッタリング用銅ターゲット材10に負の高電圧、基板Sに正の高電圧が印加されるよう、真空チャンバ21に対してDC放電電力を投入する。
When film formation on the substrate S is performed by the
これにより、主にスパッタリング用銅ターゲット材10と基板Sとの間にプラズマが生成され、プラスのアルゴン(Ar+)イオンGが、スパッタリング用銅ターゲット材10のスパッタリング面に衝突する。Ar+イオンGの衝突により、スパッタリング用銅ターゲット材10から叩き出された銅のスパッタリング粒子Pが基板Sの被成膜面へと堆積されていき、基板S上には、純銅からなるスパッタリング膜Mが形成される。
Thereby, plasma is mainly generated between the sputtering
上述のように、従来のスパッタリング用銅ターゲット材を用い、例えばTi等の膜上に純銅等をスパッタリングすると、抵抗率の高いスパッタリング膜となってしまうことがあった。このような現象は、Ti等の膜上に形成されたスパッタリング膜が、膜中に空隙を多く含んでいたり、不規則な原子配列の結晶であったりと、結晶性が不良であるためと考えられる。 As described above, when a conventional sputtering copper target material is used and pure copper or the like is sputtered onto a film such as Ti, for example, a sputtering film having a high resistivity may be obtained. Such a phenomenon is thought to be because the sputtering film formed on a film of Ti or the like has a poor crystallinity, for example, the film contains many voids or is a crystal having an irregular atomic arrangement. It is done.
そこで、本発明者等が考察したように、Ti等の膜上に到達した銅のスパッタリング粒
子を、被着した膜上で移動(マイグレーション)させ、なるべく適切な結晶格子位置に配置させることができれば、良好な結晶性を備える低抵抗率の純銅スパッタリング膜を形成できると考えられる。このマイグレーションは、スパッタリング粒子の運動エネルギーが高いほど容易になる。
Therefore, as the present inventors have considered, if the sputtered copper particles that have reached the film of Ti or the like can be moved (migrated) on the deposited film and placed at an appropriate crystal lattice position as much as possible. It is considered that a low resistivity pure copper sputtering film having good crystallinity can be formed. This migration becomes easier as the kinetic energy of the sputtered particles is higher.
上記のように、スパッタリングは、放電プラズマ中のAr+イオン等がターゲット材の表面に衝突し、ターゲット材を構成する原子間の結合が切れて原子が放出される現象である。よって、同じエネルギーのイオン衝突に対して放出され易い原子ほど、放出直後の運動エネルギーは高いと考えられる。つまり、スパッタリング用銅ターゲット材の浸食(エロージョン)速度やスパッタリング膜の成膜速度が高いときほど、高い運動エネルギーのスパッタリング粒子が放出していると考えられる。 As described above, sputtering is a phenomenon in which Ar + ions or the like in the discharge plasma collide with the surface of the target material, and bonds between atoms constituting the target material are broken to release atoms. Therefore, it is considered that the kinetic energy immediately after the emission is higher for the atoms that are more likely to be released in response to ion collision with the same energy. That is, it is considered that the higher the kinetic energy sputtering particles are released, the higher the erosion rate (erosion) rate of the sputtering copper target material or the deposition rate of the sputtering film.
本実施形態では、本発明者等の鋭意研究により、高い浸食速度及び成膜速度が得られ、原子を放出し易い傾向がみられた(111)面の配向率の高いスパッタリング用銅ターゲット材10としている。また、同様に、(111)面に次いで高い成膜速度が得られた(200)面の配向率も高めている。これにより、高い成膜速度を得つつ、運動エネルギーの高いスパッタリング粒子Pを放出して膜上に被着させ、膜上でマイグレーションによる適切な結晶格子位置への配置を起こさせ、良好な結晶性を備える抵抗率の低い純銅のスパッタリング膜Mを得ることができる。 In the present embodiment, a high erosion rate and a film formation rate were obtained by the inventors' diligent research, and a copper target material for sputtering 10 having a high orientation ratio on the (111) plane in which atoms were likely to be released. It is said. Similarly, the orientation rate of the (200) plane where the next highest deposition rate was obtained after the (111) plane is also increased. As a result, while obtaining a high deposition rate, the sputtering particles P with high kinetic energy are released and deposited on the film, causing the placement on the appropriate crystal lattice position by migration on the film, and good crystallinity. A pure copper sputtering film M having a low resistivity can be obtained.
また、本実施形態では、スパッタリング用銅ターゲット材10中の平均結晶粒径を例えば0.1mm以上0.2mm以下と比較的小さく保っているので、スパッタリング膜Mを緻密な膜とすることができ、また、膜厚の均一性を良好に保つことができる。更には、スパッタリング中の異常放電(アーク)等が起こり難く、スパッタリング装置20内やスパッタリング膜M上のパーティクルの低減を図ることができる。
In this embodiment, since the average crystal grain size in the sputtering
なお、上述のように、現在では、アークやパーティクル等の弊害については、装置面からの対策によりかなりの改善がみられている。例えば、ターゲット材の裏面にイオンを引き付けるためのマグネットを配し、このマグネットを揺動させて浸食が起きる部分を常に移動させ、ターゲット材にノジュールが形成されてしまうのを抑制する工夫を施してもよい。また、カソード電極となる矩形のターゲット材を併設したマルチカソードタイプの装置を用いれば、隣り合うカソード電極間で交流電源を負荷する交流(AC)スパッタリングにより、安定したプラズマを発生させてアークの発生を抑制することも可能である。 Note that, as described above, at present, considerable improvements have been observed with regard to adverse effects such as arcs and particles due to measures from the device side. For example, a magnet for attracting ions is placed on the back surface of the target material, and the magnet is oscillated to constantly move the portion where erosion occurs, so that nodules are formed on the target material. Also good. In addition, if a multi-cathode type device with a rectangular target material to be used as a cathode electrode is used, a stable plasma is generated by alternating current (AC) sputtering that loads an AC power source between adjacent cathode electrodes, thereby generating an arc. It is also possible to suppress this.
以上のように基板S上に形成された純銅のスパッタリング膜Mは、例えば所望のパターニングを施され、TFTをはじめとする各種の半導体素子の電極配線等として利用される。 The pure copper sputtering film M formed on the substrate S as described above is subjected to, for example, a desired patterning and is used as an electrode wiring for various semiconductor elements including TFTs.
<本発明の他の実施形態>
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。
<Other Embodiments of the Present Invention>
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.
例えば、上述の実施形態では、スパッタリング用銅ターゲット材10を矩形の平板型としたが、スパッタリング用銅ターゲット材の形状はこれに限られず、円板型やその他の形状であってもよい。
For example, in the above-described embodiment, the sputtering
また、上述の実施形態では、スパッタリング用銅ターゲット材10の製造方法に係る高温加工工程として熱間圧延工程を行ったが、高温加工工程はこれに限られず、例えば熱間押出工程等の高温で加熱して塑性加工を行う工程であればよい。
Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the hot rolling process was performed as a high-temperature processing process according to the method for manufacturing the sputtering
また、上述の実施形態では、スパッタリング用銅ターゲット材10を用い、Ti等の膜上に純銅スパッタリング膜を形成することとしたが、純銅スパッタリング膜の下地となる高融点金属を含む膜はこれ以外の膜であってもよい。具体的には、Ti、Moのほか、タングステン(W)やタンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)等の膜やこれら金属の合金膜、或いはこれらと他の金属との合金膜等であってもよい。また、スパッタリング膜の下地は、α−Si膜やガラス基板等であってもよい。
In the above embodiment, the sputtering
(1)スパッタリング用銅ターゲット材の評価
次に、本発明の実施例11〜16に係るスパッタリング用銅ターゲット材の評価結果について比較例11〜16とともに説明する。
(1) Evaluation of Sputtering Copper Target Material Next, the evaluation results of the sputtering copper target material according to Examples 11 to 16 of the present invention will be described together with Comparative Examples 11 to 16.
(スパッタリング用銅ターゲット材の製作)
まずは、上述の実施形態と同様の手法、手順にて、純度が3N(99.95%)の無酸素銅を鋳造し、厚さが150mm、幅が300mmの矩形の銅鋳塊を製作した。
(Manufacture of copper target material for sputtering)
First, oxygen-free copper having a purity of 3N (99.95%) was cast by the same method and procedure as in the above-described embodiment to produce a rectangular copper ingot having a thickness of 150 mm and a width of 300 mm.
次に、この銅鋳塊から実施例11に係るスパッタリング用銅ターゲット材を製作した。すなわち、銅鋳塊をArガス雰囲気で800℃に保持した加熱炉内で2時間加熱し、加熱炉から取り出した後、直ちに熱間圧延工程を施して厚さが30mmの銅板とした。この銅板の表面酸化層を除去した後、冷間圧延工程では、1回の処理で28mmの厚みにまで銅板を薄くした(加工度:約7%)。その後、フライスにより厚さが20mmとなるまで切削加工を施して、実施例11に係るスパッタリング用銅ターゲット材とした。 Next, a copper target material for sputtering according to Example 11 was manufactured from this copper ingot. That is, the copper ingot was heated in a heating furnace maintained at 800 ° C. in an Ar gas atmosphere for 2 hours, taken out from the heating furnace, and immediately subjected to a hot rolling process to obtain a copper plate having a thickness of 30 mm. After removing the surface oxide layer of the copper plate, in the cold rolling process, the copper plate was thinned to a thickness of 28 mm by one treatment (working degree: about 7%). Thereafter, cutting was performed with a milling cutter until the thickness became 20 mm, whereby a sputtering copper target material according to Example 11 was obtained.
また、上記の実施例11と同様の手法、手順にて、熱間圧延工程の温度および冷間圧延工程の加工度を上述の所定値の範囲内で様々に変えて、実施例12〜16に係るスパッタリング用銅ターゲット材を併せて製作した。 Further, in the same manner and procedure as in Example 11, the temperature of the hot rolling process and the degree of work in the cold rolling process are variously changed within the range of the above-described predetermined values, and Examples 12 to 16 are obtained. The copper target material for sputtering was manufactured together.
更に、当初、本発明者等が検討したように、冷間圧延工程と熱処理工程とを調整して(111)面の配向率の増加を試みる例として、上記の銅鋳塊から比較例11に係るスパッタリング用銅ターゲット材を製作した。すなわち、上記の実施例11と略同様の手法、手順にて、温度を800℃とする熱間圧延工程で、厚さが60mmの銅板を製作した。冷間圧延工程では30mmの厚みにまで銅板を薄くし(加工度:50%)、熱処理工程での温度を400℃とした。その後の工程により、最終的な厚さが20mmの比較例11に係るスパッタリング用銅ターゲット材とした。 Furthermore, as the example which the present inventors examined initially, as an example which tries the increase in the orientation rate of a (111) plane by adjusting a cold rolling process and a heat treatment process, it changes from said copper ingot to the comparative example 11. A copper target material for sputtering was produced. That is, a copper plate having a thickness of 60 mm was manufactured by a hot rolling process in which the temperature was set to 800 ° C. by substantially the same method and procedure as in Example 11 above. In the cold rolling process, the copper plate was thinned to a thickness of 30 mm (working degree: 50%), and the temperature in the heat treatment process was set to 400 ° C. Through the subsequent steps, a copper target material for sputtering according to Comparative Example 11 having a final thickness of 20 mm was obtained.
また、上記の比較例11と同様の手法、手順にて、熱間圧延工程の温度および冷間圧延工程の加工度を上述の所定値の範囲外の値を含むよう様々に変えて、比較例12〜16に係るスパッタリング用銅ターゲット材を併せて製作した。 Further, in the same method and procedure as in Comparative Example 11 above, the temperature of the hot rolling process and the degree of work in the cold rolling process were variously changed to include values outside the above predetermined value range, and Comparative Example The copper target material for sputtering which concerns on 12-16 was manufactured together.
(スパッタリング用銅ターゲット材の測定)
続いて、上述の機械加工前のスパッタリング用銅ターゲット材からそれぞれブロック材を切り出し、スパッタリング面にあたる圧延面を研磨して得られた結晶組織について、各結晶面の配向率及び平均結晶粒径の測定を行った。
(Measurement of sputtering copper target material)
Subsequently, with respect to the crystal structure obtained by cutting the block material from the sputtering copper target material before machining and polishing the rolled surface corresponding to the sputtering surface, measurement of the orientation rate and average crystal grain size of each crystal surface Went.
まずは、実施例11〜16及び比較例11〜16に係るスパッタリング用銅ターゲット材についX線回折測定を行い、スパッタリング面における各結晶面の配向率を調べた。すなわち、(111)面、(200)面、(220)面、及び(311)面のピーク強度をX線回折により測定し、JCPDSに記載の上記各結晶面に対応する結晶面のピークの相対強度を用い、上述の式(1),(2)から(111)面及び(200)面の配向率を求めた。 First, X-ray diffraction measurement was performed on the copper target materials for sputtering according to Examples 11 to 16 and Comparative Examples 11 to 16, and the orientation ratio of each crystal plane on the sputtering surface was examined. That is, the peak intensity of the (111) plane, (200) plane, (220) plane, and (311) plane is measured by X-ray diffraction, and the relative peak of the crystal plane corresponding to each of the crystal planes described in JCPDS is measured. Using the strength, the orientation ratios of the (111) plane and the (200) plane were determined from the above formulas (1) and (2).
また、実施例11〜16及び比較例11〜16に係るスパッタリング用銅ターゲット材について、JIS H0501に規定の「伸銅品結晶粒度試験法」の「比較法」に基づき平均結晶粒径を測定した。すなわち、JIS H0501に掲載の標準写真と各スパッタリング用銅ターゲット材の結晶組織の写真とを見比べて平均結晶粒径を同定した。 Moreover, about the copper target material for sputtering which concerns on Examples 11-16 and Comparative Examples 11-16, the average crystal grain diameter was measured based on the "comparison method" of the "stretched copper product crystal grain size test method" prescribed | regulated to JISH0501. . That is, the average grain size was identified by comparing a standard photograph published in JIS H0501 with a photograph of the crystal structure of each sputtering copper target material.
図2に、実施例11及び比較例11の測定結果を示す。図2のグラフの横軸は、(111)面、(200)面、(220)面、及び(311)面の各結晶面であり、縦軸はスパッタリング面における結晶面の配向率(%)である。グラフ中、実施例11のデータを◆印と実線とで示し、比較例11のデータを■印と破線とで示している。また、グラフの上の表には、平均結晶粒径(mm)、各結晶面の配向率(%)と併せて、参考値としてビッカース硬さHvの数値を示した。 In FIG. 2, the measurement result of Example 11 and Comparative Example 11 is shown. The horizontal axis of the graph of FIG. 2 is the crystal planes of the (111) plane, the (200) plane, the (220) plane, and the (311) plane, and the vertical axis is the orientation ratio (%) of the crystal plane in the sputtering plane. It is. In the graph, the data of Example 11 is indicated by ♦ and a solid line, and the data of Comparative Example 11 is indicated by ■ and a broken line. In the table above the graph, the Vickers hardness Hv is shown as a reference value together with the average crystal grain size (mm) and the orientation ratio (%) of each crystal plane.
図2に示すように、冷間圧延工程での加工度を約7%とした実施例11では、冷間圧延工程での加工度を50%とした比較例11に比べ、(111)面及び(200)面の配向率の高いスパッタリング用銅ターゲット材が得られた。また、実施例11の平均結晶粒径は、比較例11に比べれば多少粗大であるものの、比較的細かい結晶組織が得られた。 As shown in FIG. 2, in Example 11 in which the degree of work in the cold rolling process was about 7%, compared to Comparative Example 11 in which the degree of work in the cold rolling process was 50%, the (111) plane and A copper target material for sputtering having a high (200) plane orientation ratio was obtained. Further, the average crystal grain size of Example 11 was somewhat coarser than that of Comparative Example 11, but a relatively fine crystal structure was obtained.
以下の表1に、実施例11〜16及び比較例11〜16の全データを示す。表中、所定値を外れた値については括弧つきで示した。 Table 1 below shows all data of Examples 11 to 16 and Comparative Examples 11 to 16. In the table, values outside the predetermined value are shown in parentheses.
表1に示すように、冷間圧延工程での加工度が所定値内の実施例11〜16においては、(111)面及び(200)面の配向率、平均結晶粒径はいずれも所定の範囲内の数値が得られた。また、熱間圧延工程での温度が特に高い実施例11及び14〜16では、(111)面の配向率が20%以上、(200)面の配向率が30%以上となっており、より望ましい値となっている。 As shown in Table 1, in Examples 11 to 16 in which the degree of work in the cold rolling process is within a predetermined value, the orientation ratio of the (111) plane and the (200) plane and the average crystal grain size are both predetermined. A numerical value within the range was obtained. In Examples 11 and 14 to 16, in which the temperature in the hot rolling process is particularly high, the orientation ratio of the (111) plane is 20% or more, and the orientation ratio of the (200) plane is 30% or more. It is a desirable value.
一方、比較例11〜16においては、いずれも冷間圧延工程での加工度を従来同様30%〜50%としており、(111)面の配向率は10%以下となってしまった。 On the other hand, in Comparative Examples 11 to 16, the degree of work in the cold rolling process was 30% to 50% as in the conventional case, and the orientation ratio of the (111) plane was 10% or less.
以上の結果から、熱間圧延工程の温度を650℃以上とし、冷間圧延工程の加工度を5%超30%未満、より好ましくは10%以下とすることで、スパッタリング用銅ターゲット材の平均結晶粒径を0.1mm以上0.2mm以下に保ちつつ、スパッタリング面における(111)面の配向率を13%以上30%以下、より好ましくは20%以上に、(200)面の配向率を10%以上50%以下、より好ましくは30%以上にできることがわかった。 From the above results, the temperature of the hot rolling process is set to 650 ° C. or more, and the degree of work in the cold rolling process is more than 5% and less than 30%, more preferably 10% or less, so that the average of the copper target material for sputtering is While maintaining the crystal grain size at 0.1 mm or more and 0.2 mm or less, the orientation ratio of the (111) plane on the sputtering surface is 13% or more and 30% or less, more preferably 20% or more, and the orientation ratio of the (200) plane is It has been found that it can be made 10% to 50%, more preferably 30% or more.
(2)純銅スパッタリング膜の評価
次に、本発明の実施例21〜26に係る純銅スパッタリング膜の評価結果について比較例21〜26とともに説明する。
(2) Evaluation of Pure Copper Sputtering Film Next, evaluation results of the pure copper sputtering film according to Examples 21 to 26 of the present invention will be described together with Comparative Examples 21 to 26.
(評価サンプルの製作)
上述の実施例11〜16及び比較例11〜16に係るスパッタリング用銅ターゲット材を用い、図3に示すように、ガラス基板51上或いはTi膜52上に、純銅スパッタリング膜53g,53tがそれぞれ格子状に複数区画に区切って形成された評価サンプルを製作した。
(Production of evaluation samples)
Using the sputtering copper target materials according to Examples 11 to 16 and Comparative Examples 11 to 16 described above, pure
すなわち、以下に述べるスパッタリング実験機に適合させるため、まずは、上述の実施例11〜16及び比較例11〜16に係るスパッタリング用銅ターゲット材を機械加工して、厚さが5mm、直径が100mmの円形に切り出した。次に、この円形状の各スパッタリング用銅ターゲット材を、上述の実施形態に係るスパッタリング装置20と略同様の機能を備えるDC放電方式のスパッタリング実験機に装着した。続いて、基板保持部の回転によりガラス基板51がスパッタリング用銅ターゲット材の直上を通過する回転成膜方式にて、ガラス基板51上或いはTi膜52上にスパッタリングによる成膜をそれぞれ行った。
That is, in order to adapt to the sputtering experimental machine described below, first, the copper target material for sputtering according to the above-described Examples 11 to 16 and Comparative Examples 11 to 16 is machined to have a thickness of 5 mm and a diameter of 100 mm. Cut into a circle. Next, each of the circular copper target materials for sputtering was mounted on a DC discharge type sputtering experimental machine having substantially the same function as the
図3(a1)及び(a2)に示す実施例21g〜26g及び比較例21g〜26gに係る評価サンプルは、それぞれ実施例11〜16及び比較例11〜16に係るスパッタリング用銅ターゲット材を用いて成膜された純銅スパッタリング膜53gを有している。係る構成は、3mm角の開口部を2mm間隔で100マス(縦10マス×横10マス)有するメタルマスク(図示せず)を、50mm角のガラス基板51上に保持し、純銅スパッタリング膜53gを3mm角の格子状に区切って100区画、ガラス基板51上に形成して得た。以下の表2に、スパッタリングによる成膜条件を示す。
The evaluation samples according to Examples 21g to 26g and Comparative Examples 21g to 26g shown in FIGS. 3 (a1) and (a2) use the sputtering copper target materials according to Examples 11 to 16 and Comparative Examples 11 to 16, respectively. A pure
図3(b1)及び(b2)に示す実施例21t〜26t及び比較例21t〜26tに係る評価サンプルは、それぞれ実施例11〜16及び比較例11〜16に係るスパッタリング用銅ターゲット材を用いて成膜された純銅スパッタリング膜53tを有している。各評価サンプルの形成にあたっては、予め、Tiターゲット材を用いてTi膜52をガラス基
板51の全面に形成しておいた。このTi膜52上に上記と同様のメタルマスクを保持し、純銅スパッタリング膜53tを3mm角の格子状に区切って100区画、Ti膜52上に形成した。Ti膜52及び純銅スパッタリング膜53tの膜厚は、それぞれ約50nm及び約300nmとした。以下の表3に、スパッタリングによる成膜条件を示す。
The evaluation samples according to Examples 21t to 26t and Comparative Examples 21t to 26t shown in FIGS. 3B1 and 3B2 use the copper target materials for sputtering according to Examples 11 to 16 and Comparative Examples 11 to 16, respectively. A pure
(評価サンプルの膜厚測定)
まずは、実施例21g〜26g及び比較例21g〜26gに係る評価サンプルを用い、純銅スパッタリング膜53gの膜厚を測定した。膜厚は、レーザ顕微鏡を用いて純銅スパッタリング膜53gの格子状に区切った各区画とガラス基板51との段差を計測することにより測定した。また、測定した膜厚から、膜厚の平均値、膜厚の分布を示す標準偏差、及び成膜速度をそれぞれ求めた。成膜速度(nm/min.)は、測定した膜厚を成膜時間の10分で除した値である。
(Measurement of film thickness of evaluation sample)
First, the film thickness of the pure
図4に、実施例21g及び比較例21gの測定結果を示す。図4(a)は本発明の実施例21gに係る評価サンプルを示す模式図であり、図4(b)は比較例21gに係る評価サンプルを示す模式図である。模式図中には、それぞれの評価サンプルの(10×10)個の各区画に対応する位置に、各区画における純銅スパッタリング膜53gの膜厚を表示した。また、図の上段の表には、各評価サンプルの膜厚平均値(nm)、標準偏差(nm)、及び成膜速度(平均値)(nm/min.)の数値を示した。
FIG. 4 shows the measurement results of Example 21g and Comparative Example 21g. Fig.4 (a) is a schematic diagram which shows the evaluation sample which concerns on Example 21g of this invention, FIG.4 (b) is a schematic diagram which shows the evaluation sample which concerns on the comparative example 21g. In the schematic diagram, the film thickness of the pure
図4に示すように、純銅スパッタリング膜53gの成膜速度は、比較例21gよりも実施例21gの方が10%ほど高く、(111)面及び(200)面の配向率の高いスパッタリング用銅ターゲット材を用いて形成されたためであると考えられる。
As shown in FIG. 4, the deposition rate of the pure
一方、膜厚の標準偏差は、実施例21gの方が大きいという結果であった。しかし、膜厚の平均値は実施例21gの方が大きく、平均値に対する標準偏差の割合(変動係数)でみると、実施例21gが0.64%、比較例21gが0.52%と、膜厚のバラツキには大差がないことがわかる。実施例21gに対応する実施例11に係るスパッタリング用銅ターゲット材において、平均結晶粒径を0.15mmに制御したことにより、上記のように、純銅スパッタリング膜53gの膜厚の均一性を保つことができた。
On the other hand, the standard deviation of the film thickness was the result that Example 21g was larger. However, the average value of the film thickness is larger in Example 21g, and the ratio of the standard deviation to the average value (coefficient of variation) is 0.64% for Example 21g and 0.52% for Comparative Example 21g. It can be seen that there is no significant difference in film thickness variation. In the copper target material for sputtering according to Example 11 corresponding to Example 21g, the average crystal grain size is controlled to 0.15 mm, thereby maintaining the uniformity of the film thickness of the pure
(評価サンプルの抵抗率測定)
次に、実施例21t〜26t及び比較例21t〜26tに係る評価サンプルに対してTFTの製造過程で純銅スパッタリング膜が受け得る200℃〜300℃の温度で熱処理工程を行った。そして、熱処理前後で純銅/Ti積層膜(膜厚が300nm/50nm)のシート抵抗を測定し、Ti膜52上の純銅スパッタリング膜53tの抵抗率を求めた。
(Resistivity measurement of evaluation sample)
Next, a heat treatment step was performed on the evaluation samples according to Examples 21t to 26t and Comparative Examples 21t to 26t at a temperature of 200 ° C. to 300 ° C. that can be received by the pure copper sputtering film in the TFT manufacturing process. Then, the sheet resistance of the pure copper / Ti laminated film (film thickness: 300 nm / 50 nm) was measured before and after the heat treatment, and the resistivity of the pure
シート抵抗の測定方法としては、3mm角の各区画の上面、つまり純銅スパッタリング膜53tの表面の4隅付近に電極の針を当てて行うファン・デル・パウ(van der Pauw)
法を用いた。このシート抵抗に、上述と同様の手法で測定した純銅スパッタリング膜53tの膜厚を乗じて抵抗率を求めた。
As a method for measuring the sheet resistance, van der Pauw is performed by applying electrode needles to the upper surface of each 3 mm square section, that is, near the four corners of the surface of the pure
The method was used. The resistivity was obtained by multiplying this sheet resistance by the film thickness of the pure
すなわち、膜厚の測定には、株式会社キーエンス製カラー3Dレーザ顕微鏡VK−8710を用いた。シート抵抗の測定には、ケースレーインスツルメンツ株式会社製2612A型2chシステムソースメータを用いた。係るソースメータにより、−100mA〜100mAまで電流値を掃引(Sweep)印加し、電圧を測定した。次に、ファン・デル・パウ(van der Pauw)法の計算式にしたがい、測定電流値と電圧値とからシート抵抗を求めた。この際、−100mAと100mAとにおける抵抗値の平均を取り、オフセット分をキャンセルした。以上により求めたシート抵抗値に、上記レーザ顕微鏡で測定した膜厚を乗ずることで膜抵抗率(μΩcm)を求め、Ti膜52上の純銅スパッタリング膜53tの抵抗率とした。
That is, for measurement of the film thickness, a color 3D laser microscope VK-8710 manufactured by Keyence Corporation was used. For measurement of sheet resistance, a 2612A type 2ch system source meter manufactured by Keithley Instruments Inc. was used. With such a source meter, the current value was swept from -100 mA to 100 mA and the voltage was measured. Next, the sheet resistance was obtained from the measured current value and the voltage value according to the calculation formula of the van der Pauw method. At this time, the average of the resistance values at −100 mA and 100 mA was taken, and the offset was cancelled. The film resistivity (μΩcm) was obtained by multiplying the sheet resistance value obtained above by the film thickness measured with the laser microscope, and was used as the resistivity of the pure
抵抗率は純銅スパッタリング膜53tの物性値のひとつであり、純銅スパッタリング膜53tが、空隙等の欠陥が少なく結晶性の良好な膜であると、低い値を示す。なお、純銅のバルク材としての最小の抵抗率は1.67μΩcmである。
The resistivity is one of the physical property values of the pure
図5に、実施例21t及び比較例21tの測定結果を示す。図5の横軸は熱処理温度(℃)であり、縦軸は純銅スパッタリング膜53tの抵抗率(μΩcm)である。図中、実施例21tのデータを◆印と実線とで示し、比較例21tのデータを■印と破線とで示している。
FIG. 5 shows the measurement results of Example 21t and Comparative Example 21t. The horizontal axis in FIG. 5 is the heat treatment temperature (° C.), and the vertical axis is the resistivity (μΩcm) of the pure
図5に示すように、成膜直後(As depo.)であっても、実施例21tの方が、比較例21tよりも低い抵抗率を示し、実施例21tにおいては、Ti膜52上であっても良好な結晶性の純銅スパッタリング膜53tが得られていることがわかる。また、両者とも、200℃及び300℃の熱処理後には抵抗率の低下がみられ、熱処理により結晶の欠陥が修正されたことがわかる。但し、熱処理後であっても、依然、比較例21tの方が実施例21tよりも高い抵抗率を示しており、成膜直後の結晶の状態が影響を及ぼしていると考えられる。
As shown in FIG. 5, even after the deposition (As depo.), Example 21t showed a lower resistivity than Comparative Example 21t, and in Example 21t, it was on the
図6に、実施例21t〜26t及び比較例21t〜26tの全データを示す。実施例21t〜26t及び比較例21t〜26tにおいても、上記と同様の傾向がみられた。 FIG. 6 shows all data of Examples 21t to 26t and Comparative Examples 21t to 26t. In Examples 21t to 26t and Comparative Examples 21t to 26t, the same tendency as described above was observed.
また、以下の表4に、実施例21〜26及び比較例21〜26の全データを示す。 Table 4 below shows all data of Examples 21 to 26 and Comparative Examples 21 to 26.
表4に示すように、熱間圧延工程での温度が高く、(111)面及び(200)面の配向率がとりわけ高かった実施例11及び14〜16に対応する実施例21及び24〜26においては、90nm/min.を超える成膜速度が得られた。 As shown in Table 4, Examples 21 and 24-26 corresponding to Examples 11 and 14-16, in which the temperature in the hot rolling process was high and the orientation ratios of the (111) plane and (200) plane were particularly high. Is 90 nm / min. A film forming speed exceeding 1 was obtained.
一方、(111)面の配向率10%以下であった比較例11〜16に対応する比較例21〜26においては、成膜速度、抵抗率とも、実施例21〜26よりも悪く、スパッタリング特性が劣ると考えられる。 On the other hand, in Comparative Examples 21 to 26 corresponding to Comparative Examples 11 to 16 in which the orientation ratio of the (111) plane was 10% or less, both the film formation rate and the resistivity were worse than those of Examples 21 to 26, and the sputtering characteristics. Is considered inferior.
以上の結果から、スパッタリング用銅ターゲット材の所定の結晶面の配向率及び平均粒径を上述のように制御することで、Ti等の高融点金属を含む膜上であっても、高い成膜速度が得られると共に、成膜直後の抵抗率が2.0μΩcm未満の良好な結晶性を備える純銅スパッタリング膜53g,53tが得られることがわかった。
From the above results, by controlling the orientation ratio and average grain size of the predetermined crystal plane of the copper target material for sputtering as described above, even on a film containing a refractory metal such as Ti, high film formation is possible. It was found that pure
10 スパッタリング用銅ターゲット材
20 スパッタリング装置
51 ガラス基板
52 Ti膜
53g,53t 純銅スパッタリング膜
S 基板
DESCRIPTION OF
Claims (1)
スパッタリング面における(111)面の配向率が13%以上30%以下であり、
前記スパッタリング面における(200)面の配向率が10%以上50%以下であり、
平均結晶粒径が0.1mm以上0.2mm以下である
ことを特徴とするスパッタリング用ターゲット材の製造方法であって、
前記スパッタリング用銅ターゲット材の製造方法は、
前記純度3N以上の無酸素銅を鋳造して銅鋳塊とする鋳造工程と、
前記銅鋳塊を熱間圧延して銅板とする熱間圧延工程と、
前記熱間圧延した前記銅板を冷間圧延して更に薄くする冷間圧延工程と、
前記冷間圧延した前記銅板の熱処理を行うことなく、切削加工により所定厚さ、所定幅を有するスパッタリング用銅ターゲット材を製造するスパッタリング用銅ターゲット材製造工程とを有し、
前記熱間圧延工程は、650℃以上900℃以下で行い、
前記冷間圧延工程では、前記銅板の加工度が5%超30%未満となるよう前記銅板を薄くする
ことを特徴とするスパッタリング用銅ターゲット材の製造方法。
ただし、前記(111)面及び前記(200)面の配向率は、
前記(111)面、前記(200)面、(220)面、(311)面について、X線回折により得られる各結晶面のピークの測定強度を、JCPDSに記載の前記各結晶面に対応する結晶面のピークの相対強度でそれぞれ除した値の合計値を100%とした場合の割合である。 Formed from oxygen-free copper of purity 3N or higher,
The orientation ratio of the (111) plane on the sputtering surface is 13% or more and 30% or less,
The orientation rate of the (200) plane in the sputtering surface is 10% or more and 50% or less,
A method for producing a sputtering target material, wherein the average crystal grain size is 0.1 mm or more and 0.2 mm or less,
The manufacturing method of the copper target material for sputtering is as follows:
A casting process in which oxygen-free copper having a purity of 3N or more is cast into a copper ingot;
A hot rolling step of hot rolling the copper ingot to form a copper plate;
A cold rolling process in which the hot-rolled copper sheet is further cold-rolled and further thinned;
Without performing heat treatment of the cold-rolled copper plate , a sputtering copper target material production step of producing a sputtering copper target material having a predetermined thickness and a predetermined width by cutting,
The hot rolling step is performed at 650 ° C. or more and 900 ° C. or less,
In the cold rolling step, the copper plate is thinned so that the degree of processing of the copper plate is more than 5% and less than 30%.
However, the orientation ratio of the (111) plane and the (200) plane is
For the (111) plane, the (200) plane, the (220) plane, and the (311) plane, the measured intensity of the peak of each crystal plane obtained by X-ray diffraction corresponds to each of the crystal planes described in JCPDS. This is the ratio when the sum of the values divided by the relative intensities of the crystal plane peaks is 100%.
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