靶材的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種靶材，所述靶材具備以下構(gòu)成：（1）前述靶材被用作用于形成Cu布線的保護(hù)膜的靶；（2）前述靶材包含Nb、Ni、Ti和M（其中，M為任意元素）作為主要構(gòu)成元素，余量由不可避免的雜質(zhì)組成，其中，M為選自由V、Zr、Mo、Ta和W構(gòu)成的組中的任意1種以上元素；（3）前述主要構(gòu)成元素滿足式：Nba（Ni1-xTix）b（M）c的關(guān)系，其中，20（at%）≤a≤45（at%）、50（at%）≤b≤80（at%）、0（at%）≤c≤8（at%）、a+b+c=100（at%）、0.8182≤（1-x）/x≤1.2222。
【專利說明】靶材
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及靶材，更詳細(xì)而言，涉及作為用于形成在薄膜晶體管(TFT)、觸摸屏中使用的Cu布線的保護(hù)膜的靶而使用的靶材。
【背景技術(shù)】
[0002]液晶顯示器中使用有用于驅(qū)動(dòng)液晶的TFT。TFT具有漏極(D)、柵極(G)和源極(S)這3極，漏極(D)與液晶驅(qū)動(dòng)用電極接合。另外，TFT通常具備如下結(jié)構(gòu):在基板上依次層疊有柵極(G)、絕緣膜和非晶Si (a-Si)，在a-Si的表面形成有源極(S)和漏極(D)。
[0003]以往，在源極(S)和漏極(D)中使用Al合金。然而，Al合金的電阻相對(duì)較大，因此在高速處理化、節(jié)能化的方面有極限。因此，作為TFT的電極，正在研究使用電阻比Al合金小的Cu。
[0004]另一方面，作為源極(S)和漏極(D)的材料使用Cu、在a-Si的表面直接形成Cu電極時(shí)，在a-Si與Cu電極之間容易出現(xiàn)元素的相互擴(kuò)散。元素的相互擴(kuò)散成為使電極的電特性、a-Si的半導(dǎo)體特性降低的原因。因此，在a-Si與Cu電極的界面通常設(shè)置有用于抑制元素的相互擴(kuò)散的保護(hù)膜。
[0005]關(guān)于這樣的Cu布線用的保護(hù)膜，迄今給出了各種提案。
[0006]例如，專利文獻(xiàn)I中記載了如下方面:在基底絕緣層與銅布線層之間利用濺射法形成由Ta層、TaN層、TiN層、TaSiN層、WSiN層、Mo層、Co合金層(例如，Co-Β或Co-W-B)、Ni合金(例如N1-B)、Mo合金層等組成的銅擴(kuò)散防止層。
[0007]另外，專利文獻(xiàn)2中記載了如下方面:在表面形成有Si氧化層的a-Si層與Cu層之間形成由Cu-Mn合金等形成的Cu合金層。
[0008]在同一文獻(xiàn)中還記載了如下兩方面:將a-Si層/Cu合金層/Cu層加熱至200°C~300°C時(shí)，Cu合金層30所包含的添加元素移動(dòng)至Si氧化層與Cu合金層的界面，在界面處富集；和通過Si氧化層的氧與添加元素形成有氧化物層，該氧化物層成為擴(kuò)散阻擋層。
[0009]使氧化物析出至Si氧化層與Cu合金層的界面的方法具有能夠形成穩(wěn)定的保護(hù)膜這樣的優(yōu)點(diǎn)。然而，為了形成保護(hù)膜需要在氧化氣氛下對(duì)薄膜的層疊體進(jìn)行熱處理，存在將S1、Cu氧化的擔(dān)心。因此，保護(hù)膜的形成優(yōu)選使用濺射法。
[0010]為了利用濺射法形成保護(hù)膜，需要制作具有期望的厚度的濺射靶材。目前，作為Cu布線保護(hù)膜最普及的是MoTi。
[0011]然而，MoTi為高熔點(diǎn)金屬之間的合金，因此，為了制作靶材需要使用粉末燒結(jié)法，制造性差。另外，現(xiàn)有技術(shù)中不存在提案了作為Cu布線保護(hù)膜用合金有用、而且可熔化、鑄造和塑性加工的靶材的先例。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0013]專利文獻(xiàn)
[0014]專利文獻(xiàn)1:日本特開2011-154380號(hào)公報(bào)
[0015]專利文獻(xiàn)2:日本特開2010-251583號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]發(fā)明要解決的問題
[0017]本發(fā)明要解決的課題在于提供一種作為Cu布線的保護(hù)膜用合金有用、而且可熔化、鑄造和塑性加工的靶材。
[0018]用于解決問題的方案
[0019]為了解決上述課題，本發(fā)明的靶材的要點(diǎn)在于具備以下構(gòu)成。
[0020]( I)前述靶材被用作用于形成Cu布線的保護(hù)膜的靶。
[0021](2)前述靶材包含Nb、N1、Ti和M (其中，M為任意元素)作為主要構(gòu)成元素，余量由不可避免的雜質(zhì)組成。
[0022]其中，
[0023]M為選自由V、Zr、Mo、Ta和W構(gòu)成的組中的任意I種以上元素。
[0024](3)前述主要構(gòu)成元素滿足下式(A)的關(guān)系。
[0025]Nba (NihTix)b (M)c...(A)
[0026]其中，
[0027]20 (at%)≤ a ≤ 45 (at%)、50 (at%)≤ b ≤ 80 (at%)、
[0028]O (at%) ^ c ^ 8 (at%)、a+b+c=100 (at%)、
[0029]0.8182 < (l_x) /x < 1.2222。
[0030]發(fā)明的效果
[0031]Nb表現(xiàn)出對(duì)Cu的擴(kuò)散阻擋性，但其為高熔點(diǎn)金屬，因此熔化、鑄造性和塑性加工性差。另一方面，相對(duì)于Nb添加規(guī)定量的Ni時(shí)，合金的熔點(diǎn)降低。因此，合金的熔化性提聞。
[0032]另外，相對(duì)于Nb添加規(guī)定量的Ni和Ti時(shí)，組織內(nèi)生成NiTi金屬間化合物。因此，合金的熱加工性提高。
[0033]進(jìn)而，相對(duì)于這樣的Nb系合金再添加規(guī)定量的元素M時(shí)，對(duì)Cu的擴(kuò)散阻擋性進(jìn)一步提聞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為表示(Nb+W+Mo+Ta+V)量與平均結(jié)晶物粒徑的關(guān)系的圖。
[0035]圖2為表示(Nb+W+Mo+Ta+V)量與最大收縮值的關(guān)系的圖。
[0036]圖3為表示Ni/Ti比與最大收縮值的關(guān)系的圖。
[0037]圖4為表示最高收縮值與溫度幅度的關(guān)系的圖。
[0038]圖5為NiTi中的Ti的熱處理前后的分布的圖表。
[0039]圖6為NiTi中的Ni的熱處理前后的分布的圖表。
[0040]圖7為實(shí)施例46中的Ti的熱處理前后的分布的圖表。
[0041]圖8為實(shí)施例46中的Ni的熱處理前后的分布的圖表。
[0042]圖9為實(shí)施例46中的Nb的熱處理前后的分布的圖表。
【具體實(shí)施方式】[0043]以下對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0044][1.靶材]
[0045]本發(fā)明的靶材的特征在于具備以下構(gòu)成。
[0046]( I)前述靶材被用作用于形成Cu布線的保護(hù)膜的靶。
[0047](2)前述靶材包含Nb、N1、Ti和M (其中，M為任意元素)作為主要構(gòu)成元素，余量由不可避免的雜質(zhì)組成。
[0048]其中，
[0049]M為選自由V、Zr、Mo、Ta和W構(gòu)成的組中的任意I種以上元素。
[0050](3)前述主要構(gòu)成元素滿足下式(A)的關(guān)系。
[0051]Nba (Ni1-Jix)b (M)c...(A)
[0052]其中，[0053]20 (at%)≤ a ≤ 45 (at%)、50 (at%)≤ b ≤ 80 (at%)、
[0054]O (at%) ^ c ^ 8 (at%)> a+b+c=100 (at%)、
[0055]0.8182 ≤(1-x)/x ≤ 1.2222。
[0056][1.1.用途]
[0057]本發(fā)明的靶材被用作用于形成Cu布線的保護(hù)膜的靶。
[0058]如后所述，本發(fā)明的靶材盡管包含相對(duì)大量的Nb (和為高熔點(diǎn)金屬的元素M)，但可使用量產(chǎn)性優(yōu)異的熔化方法(例如，高頻熔化法)來熔化、且具有適度的熱加工性。因此，可以廉價(jià)地制造致密、且具有任意形狀的靶。
[0059][1.2.主要構(gòu)成元素]
[0060]靶材包含Nb、N1、Ti和M (M為任意元素)作為主要構(gòu)成元素，余量由不可避免的雜質(zhì)組成。在這里，M為選自由V、Zr、Mo、Ta和W構(gòu)成的組中的任意I種以上元素。
[0061]靶材所包含的雜質(zhì)越少越好。為了獲得高特性,靶材所包含的主要構(gòu)成元素的總量?jī)?yōu)選為95at%以上。主要構(gòu)成元素的總量更優(yōu)選為98at%以上。
[0062]高熔點(diǎn)金屬通常容易被氧化。因此，使用粉末燒結(jié)法將包含高熔點(diǎn)金屬的合金制成靶時(shí)，氧量増加。
[0063]與此相對(duì)，本發(fā)明的靶材可熔化、鑄造，因此氧含量少。具體而言，通過使制造條件最適化，靶材整體所包含的氧含量(=氧的質(zhì)量X100/ (主要構(gòu)成元素的質(zhì)量+不可避免的雜質(zhì)的質(zhì)量))達(dá)到小于0.2質(zhì)量％。
[0064]Nb為本合金的主要的構(gòu)成元素。Nb表現(xiàn)出抑制Cu的擴(kuò)散的作用(擴(kuò)散阻擋性)。然而，Nb的熔點(diǎn)在2468±10°C左右，難以進(jìn)行使用高頻熔化法的熔化、鑄造。
[0065]另一方面，Ni通過與Nb合金化而使Nb低熔點(diǎn)化，使Nb的熔化變?nèi)菀住?br> [0066]另外，相對(duì)于Nb同時(shí)添加Ni和Ti時(shí)，在最終的組織中由Ni與Ti生成NiTi金屬間化合物。NiTi可進(jìn)行熱加工和冷加工，因此，通過使它們存在于材料中，材料的制造性低下變得輕微。
[0067]進(jìn)而，添加的Ti的一部分在結(jié)晶時(shí)固溶于Nb固溶體。
[0068]M與Nb同樣對(duì)Cu的擴(kuò)散阻擋性高。另外，元素M均與Nb完全固溶。
[0069]因此，相對(duì)于Nb-N1-Ti系合金進(jìn)一步添加元素M時(shí)，不會(huì)使熔化鑄造性和/或加工性降低，可以使對(duì)Cu的擴(kuò)散阻擋性進(jìn)一步提高。[0070][1.3.主要構(gòu)成元素的比率]
[0071]主要構(gòu)成元素滿足上述式(A)。
[0072]本發(fā)明的靶材中，將主要構(gòu)成元素的成分平衡最適化時(shí)，可以得到由下述(a)和(b)構(gòu)成的兩相組織:
[0073](a )結(jié)晶化的Nb固溶體(Nb-M相)、和、
[0074](b) Nb固溶體與NiTi金屬間化合物的共晶組織。
[0075]Nb固溶體對(duì)Cu的擴(kuò)散阻擋性高。因此，使用Nb固溶體單獨(dú)存在的靶材來形成保護(hù)膜時(shí)，與使用了共晶單相的靶材的情況相比，保護(hù)膜的擴(kuò)散阻擋性能變高。
[0076][1.3.1.a]
[0077]a表示Nb占主要構(gòu)成元素的比例。Nb量少時(shí)，對(duì)Cu的擴(kuò)散阻擋性降低。另外，為了確保一定量以上的結(jié)晶化的Nb固溶體，需要a為成為全面共晶組織的量以上。從而，需要a為20 (at%)以上。進(jìn)一步優(yōu)選a為25 (at%)以上。[0078]另一方面，Nb量過多時(shí)，合金整體的熔點(diǎn)上升，難以使用量產(chǎn)性優(yōu)異的熔化法來進(jìn)行熔化鑄造。從而，需要a為45 (at%)以下。進(jìn)一步優(yōu)選a為40 (at%)以下。
[0079][1.3.2.b]
[0080]b表示(Ni+Ti)占主要構(gòu)成元素的比例。Ni具有使Nb的熔點(diǎn)降低的作用和與Ti結(jié)合生成Nb-NiTi的共晶組織的作用。b少時(shí)，合金的熔點(diǎn)上升，無法使Nb固溶體穩(wěn)定地結(jié)晶。另外，NiTi金屬間化合物的含量變少，加工性降低。從而，需要b為50 (at%)以上。進(jìn)一步優(yōu)選b為55 (at%)以上，更優(yōu)選為60 (at%)以上。
[0081]另一方面，b過多時(shí)，合金整體所包含的Nb量變少，對(duì)Cu的擴(kuò)散阻擋性降低。另外，b過多時(shí)，容易形成低熔點(diǎn)、且為脆性材料的化合物(TiNi3)15形成有該化合物時(shí)，局部熔點(diǎn)降低，熱加工性降低。從而，需要b為80 (at%)以下。進(jìn)一步優(yōu)選b為75 (at%)以下，更優(yōu)選為70 (at%)以下。
[0082][1.3.3.c]
[0083]c表示元素M占主要構(gòu)成元素的比例。元素M并不是必需的。然而，元素M均具有對(duì)Cu的擴(kuò)散阻擋性，因此除了 Nb之外還添加元素M時(shí)，對(duì)Cu的擴(kuò)散阻擋性進(jìn)一步提高。另外，M均為固溶于Nb、在Nb的結(jié)晶時(shí)成為其結(jié)晶核的元素。為了得到這樣的効果，優(yōu)選c為I (at%)以上，進(jìn)一步優(yōu)選為3 (at%)以上。
[0084]另一方面，元素M過多時(shí)，合金整體的熔點(diǎn)上升，難以使用量產(chǎn)性優(yōu)異的熔化法進(jìn)行熔化鑄造。從而，需要c為8 (at%)以下。進(jìn)一步優(yōu)選c為6 (at%)以下，更優(yōu)選為5(at%)以下。
[0085][1.3.4.(1-x)/x]
[0086]X表示相對(duì)于(Ni+Ti)的Ti的比例。另外，(l_x)/x表示Ni/Ti比(at%/at%)。Ni/Ti比少時(shí)，NiTi金屬間化合物的析出量變少。從而，需要(l-x)/x為0.8182以上(換言之，(Ι-x)≥0.45)。進(jìn)一步優(yōu)選(1-x) /x為0.9以上，更優(yōu)選為0.95以上。
[0087]同樣，Ni/Ti比過多時(shí)，NiTi金屬間化合物的析出量變少。從而，需要(1-x)/x為
1.2222以下(換言之，(Ι-x) ≤0.55)。進(jìn)一步優(yōu)選(l_x) /x為1.2以下。
[0088][1.4.熱加工性]
[0089]本發(fā)明的靶材盡管包含相對(duì)大量的Nb，但熱加工性高。將原料組成最適化時(shí)，可以得到通過縮小Gleeble試驗(yàn)得到的最高收縮值為40%以上、且顯示30%以上的收縮值的溫度區(qū)域?yàn)?00°C以上的材料。
[0090]在這里，“Gleeble試驗(yàn)”是指，為了測(cè)試鋼在熔化、凝固、冷卻過程中的高溫脆化特性，在高溫環(huán)境下將試驗(yàn)片高速拉伸，測(cè)定強(qiáng)度和收縮的試驗(yàn)。
[0091]“縮小Gleeble試驗(yàn)”是指使用小型的試驗(yàn)片的Gleeble試驗(yàn)。需要說明的是，本說明書中，最高收縮值與最大收縮值同義。
[0092][2.靶材的制造方法]
[0093]本發(fā)明的靶材是如下制造的:以達(dá)到規(guī)定的組成的方式(即，以包含主要構(gòu)成元素和不可避免的雜質(zhì)、且主要構(gòu)成元素滿足式(A)的方式)配混原料，將配混物熔化、鑄造而制造。
[0094]對(duì)配混物的熔化、鑄造方法和其條件沒有特別的限制，可以根據(jù)目的使用各種方法和條件。本發(fā)明的靶材的主要構(gòu)成元素的比率已被最適化，因此盡管包含Nb、M —類的高熔點(diǎn)金屬，但可以使用量產(chǎn)性優(yōu)異的熔化方法(例如，高頻熔化法)來熔化。
[0095]另外，用像這樣得到的靶材制造靶時(shí)，對(duì)鑄塊進(jìn)行熱加工和/或冷加工。
[0096]對(duì)加工方法和其條件沒有特別的限制，可以根據(jù)目的使用各種方法和條件。本發(fā)明的靶材在組織中分散有NiTi，因此加工性也高。
[0097][3.靶材的作用]
[0098]Nb表現(xiàn)出對(duì)Cu的擴(kuò)散阻擋性，但其為高熔點(diǎn)金屬，因此熔化、鑄造性和塑性加工性差。與此相對(duì)，相對(duì)于Nb添加規(guī)定量的Ni時(shí)，合金的熔點(diǎn)降低。因此，合金的熔化性提高，可以使用量產(chǎn)性優(yōu)異的熔化方法(例如，高頻熔化法)來進(jìn)行熔化和鑄造。
[0099]另外，相對(duì)于Nb添加規(guī)定量的Ni和Ti時(shí)，組織內(nèi)生成N1-Ti合金。N1-Ti合金作為形狀記憶合金而廣為人知，其金屬間化合物(NiTi )為屈指可數(shù)的可熱加工和冷加工的金屬間化合物。因此，通過使Nb系合金內(nèi)分散NiTi金屬間化合物，在對(duì)Cu的擴(kuò)散阻擋性的同時(shí)提高，合金的熱加工性提高。
[0100]進(jìn)而，相對(duì)于這樣的Nb系合金還進(jìn)一步添加規(guī)定量的元素M時(shí)，對(duì)Cu的擴(kuò)散阻擋性進(jìn)一步得到提聞。
[0101]實(shí)施例
[0102](實(shí)施例1~49、比較例I~13)
[0103][1.試樣的制作][0104]將以達(dá)到規(guī)定的組成的方式配混的原料(5kg)放入坩堝，使用高頻感應(yīng)爐來熔化。熔化后爐冷，得到鑄錠(ingot)。在表1和表2中示出各試樣的組成。
[0105][表 I]
[0106]
【權(quán)利要求】
1.一種靶材，其具備以下構(gòu)成: (1)所述靶材被用作用于形成Cu布線的保護(hù)膜的靶； (2)所述靶材包含Nb、N1、Ti和M作為主要構(gòu)成元素(其中，M為任意元素)，余量由不可避免的雜質(zhì)組成， 其中，M為選自由V、Zr、Mo、Ta和W構(gòu)成的組中的任意I種以上元素； (3)所述主要構(gòu)成元素滿足下式(A)的關(guān)系:
Nba (NihTix)b (M)c-..(A) 其中， 20 (at%)≤ a ≤ 45 (at%)、50 (at%)≤ b ≤ 80 (at%)、
O (at%) ^ c ^ 8 (at%)> a+b+c=100 (at%)、
0.8182 ≤(1-x) /x ( 1.2222。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靶材，其是以包含所述主要構(gòu)成元素與所述不可避免的雜質(zhì)、且所述主要構(gòu)成元素滿足所述式(A)的方式配混原料，將配混物熔化、鑄造而得到的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靶材，其中，所述靶材整體所包含的作為所述不可避免的雜質(zhì)的氧含量小于0.2質(zhì)量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靶材，其中，所述靶材整體所包含的作為所述不可避免的雜質(zhì)的氧含量小于0.2質(zhì)量％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述的靶材，其中，通過縮小Gleeble試驗(yàn)得到的最高收縮值為40%以上、且顯示30%以上的收縮值的溫度區(qū)域?yàn)?00°C以上。
【文檔編號(hào)】C23C14/34GK103898454SQ201310741861
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月27日
【發(fā)明者】多湖雄一郎, 小玉健二, 尾崎公造 申請(qǐng)人:大同特殊鋼株式會(huì)社