含鉬靶材的制作方法
【專利說明】
[0001] 優(yōu)先權(quán)要求
[0002] 本申請要求美國專利申請US 12/827, 550 (于2010年6月30日申請）的權(quán)益，該 專利通過引用而全文包括在本申請中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明一般涉及濺射靶材、制造濺射靶材的方法、使用所述靶材制造含鉬薄膜的 方法（如那些用于制造平面顯示器（如薄膜晶體管-液晶顯示器）和光伏電池的薄膜）、由 所述靶材制造的薄膜及包括所述薄膜的產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0004] 濺射沉積是半導(dǎo)體和光電工業(yè)中使用的各種制造工藝中用于生產(chǎn)金屬層的一種 技術(shù)。隨著半導(dǎo)體和光電工業(yè)的進展，需要滿足一個或多個電氣要求、耐久性要求和加工性 要求的濺射靶材。例如，需要加工更容易、價格更便宜、生產(chǎn)的薄膜更均勻的濺射靶材。此 外，隨著顯示器尺寸增大，性能方面即使是溫和的改進，其經(jīng)濟益處也被放大。濺射靶材成 分稍做變化，可能導(dǎo)致性能發(fā)生重大變化。此外，靶材的制造方式不同可能也會使組成相同 的靶材具有不同的性能。
[0005] 采用金屬，如鉬等制造的濺射靶材及其制造方法和其在平面顯示器中的用途 在Butzer等于2005年9月1日公開的美國專利US 7,336,336B2和美國專利申請US 2005/0189401A1中進行了說明，以上專利通過引用而全文包括在本申請中。
[0006] 含鉬和鈦的濺射靶材、其制造方法及其在平面顯示器中的用途在Gaydos等 于2008年12月25日公開的美國專利US 7, 336, 824B2和美國專利申請公開US 2008/0314737A1 號，Gaydos 等于 2007 年 4 月 26 日公開的 2007/0089984A1 及 Nitta 等于 2007年11月1日公開的2007/0251820A1中進行了描述，以上專利通過引用而全文包括在 本申請中。
[0007] 含鉬和第二金屬的濺射靶材在Chao等于2004年12月30日公開的美國專利申 請公開 2004/0263055A1，Lee 等于 2007 年 5 月 31 日公開的 2007/0122649A1，及 Inoue 等于2005年10月20日公開的2005/0230244A1，Cho等于2008年3月27日公開的 2008/0073674Al，Iwasaki 等于 2005 年 9 月 1 日公開的 2005/0191202A1 中進行了描述，以 上專利通過引用而全文包括在本申請中。在許多器件的生產(chǎn)中，薄膜產(chǎn)品通常是逐層制造， 通過一個或多個材料脫除步驟（如蝕刻）來脫除一層或多層。為了使材料選擇廣泛，以增 強設(shè)計選擇，能夠選擇性地控制薄膜蝕刻率（即通過蝕刻脫除材料的速率）是頗有吸引力 的。例如，通過選擇合適的濺射靶材而能夠?qū)崿F(xiàn)某些蝕刻速率是頗有吸引力的?？赡芤?濺射靶材沉積層的蝕刻速率與其它一層或多層的蝕刻速率相容（如蝕刻速率相同或相差 小于大約25% )和/或與其它一層或多層的蝕刻速率不同（如相差大約25%或更高）。
[0008] 例如，對于某些應(yīng)用來說，仍然需要一種由其制造的沉積層的蝕刻率相對較高的 濺射靶材，如在鐵氰化物溶液中的蝕刻速率大于由50%原子鉬和50%原子鈦組成的濺射 靶材沉積層的蝕刻速率。人們還需要用于制造具有以下一種特性或以下特性任意組合的沉 積層的濺射靶材：對基材具有強粘附性、良好的阻隔性能、放置在含硅層和含銅層之間時能 夠減少或防止形成銅硅化合物（如硅化銅）或具有相對較低的電阻（大約60 μ Ω · cm或 更?。?。此外，人們需要具有以上一種或多種特性的濺射靶材，所述靶材是由能夠采用乳制 步驟加工成濺射靶材的非均質(zhì)材料制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 令人吃驚地是，采用包括鉬（Mo)、選自由鈮（Nb)和釩（V)組成的群組的第二金屬 元素和選自由鈦、釩、鈮、鉻及鉭組成的群組的第三金屬元素，其中第三金屬元素與第二金 屬元素不同的濺射靶材可以滿足上述一個或多個要求。本發(fā)明涉及此類組合物及其制造的 濺射靶材，以及由其制造的薄膜產(chǎn)品，及相關(guān)方法。
[0010] 本發(fā)明的一個方面是一種用于制造濺射靶材和/或用于制造生產(chǎn)濺射靶材的坯 料的方法，包括一個將含大約50原子％或更多的鉬的第一粉末、含大約50原子％或更多選 自由鈮和釩組成的群組的第二金屬元素，及含大約50原子％或更多選自由鈦、釩、鈮、鉻和 鉭組成的群組的第三金屬元素（其中第三金屬元素與第二金屬元素不同）進行混合的步 驟。
[0011] 本發(fā)明的另一個方面涉及一種濺射靶材和/或用于制造濺射靶材的坯料，包括： 占濺射靶材原子總數(shù)大約40原子％或更高的鉬；占濺射靶材原子總數(shù)大約1原子％或更 高的第二金屬元素，其中第二金屬元素選自由鈮和釩組成的群組；及占濺射靶材原子總數(shù) 大約1原子％或更高的第三金屬元素，其中第三金屬元素選自由鉭、鉻、釩、鈮和鈦組成的 群組，第三金屬元素與第二金屬元素不同；因此，所述濺射靶材可用于制造包括合金的沉積 膜，所述合金包括鉬、第二金屬元素和第三金屬元素。
[0012] 本發(fā)明的另一個方面涉及濺射靶材和/或用于制造濺射靶材的坯料，包括占濺射 靶材總體積至少大約40體積％的第一相，其中所述第一相包括至少大約50原子％第一金 屬元素（因此可以稱為富第一金屬元素），其中所述第一金屬元素是鉬；占濺射靶材總體積 大約1至大約40體積％的第二相，其中所述第二相包括至少大約50原子％的第二金屬元 素（因此可以稱為富第二金屬元素），其中所述第二金屬元素是鈮或釩，及占濺射靶材總體 積大約1至大約40體積％的第三相，其中所述第三相包括至少大約50原子％的第三金屬 元素（因此可以稱為富第三金屬元素），其中所述第三金屬元素選自由鈦、釩、鈮、鉻和鉭所 組成的群組，其中所述第三金屬元素與第二金屬元素不同，因此，所述濺射靶材可用于制造 包括合金的沉積膜，所述合金包括鉬、第二金屬元素和第三金屬元素。應(yīng)該了解的是，在本 申請的教導(dǎo)中，第二金屬元素可由釩和鈮的組合代替。還應(yīng)該了解的是，在本申請的教導(dǎo) 中，第三金屬元素可由選自由鈦、釩、鈮、鉻和鉭組成的群組的兩種或三種金屬元素組合代 替，只要該組合與第二金屬元素不同。
[0013] 本發(fā)明的另一個方面涉及一種薄膜（如濺射沉積膜），包括大約50原子％或更多 的鉬，大約〇. 5原子％或更多選自由鈮和釩組成的群組的第二金屬元素，及大約0. 5原子％ 或更多選自由鈦、釩、鈮、鉻和鉭組成的群組的第三金屬元素，其中第三金屬元素與第二金 屬元素不同。舉例來說，一種所述薄膜可能有大約50原子％至大約90原子％鉬，大約5原 子％至大約30原子％第二金屬元素（如銀或銀），及大約5原子％至大約30原子％第三金 屬元素。根據(jù)本申請的蝕刻速率教導(dǎo)，所述薄膜具有相對較高的蝕刻速率。
[0014] 本發(fā)明的另一個方面涉及包括由本申請所述濺射靶材沉積的薄膜的多層結(jié)構(gòu)。
[0015] 本發(fā)明的另一個方面涉及一種利用本申請所述濺射靶材在基材上沉積薄膜的方 法。
[0016] 本發(fā)明的濺射靶材用于沉積通常具有較高蝕刻速率的薄膜方面較為有利。例如， 所述沉積薄膜在25°C的鐵氰化物溶液中的蝕刻速率是大約lOOnm/min或更高，優(yōu)選是大約 150nm/min或更高，更優(yōu)選是大約200nm/min或更高，甚至更優(yōu)選是大約225nm/min或更高， 甚至更優(yōu)選是大約300nm/min或更高，及最優(yōu)選是大約400nm/min或更高。所述派射祀材可 用于沉積具有下述特點的薄膜：對基材具有較強的粘附性；良好的阻隔性能；當(dāng)放置在含 硅層和含銅層之間時基本上可以避免形成硅化銅；電阻率低；或這些特點的任意組合。有 利的是，所述濺射靶材可由，例如，能夠通過一種或多種熱機械變形操作變形的材料形成。 例如，所述濺射材料可由能夠乳制（如通過一個或多個乳制操作）的材料制造，優(yōu)選沒有裂 紋，從而可以高效地生產(chǎn)較大的濺射靶材。還可以通過將幾個單獨預(yù)成型的結(jié)構(gòu)（如坯料） 連接來制作較大的靶材，如在相鄰預(yù)成型結(jié)構(gòu)之間有粉末或沒有粉末時，通過熱等靜壓加 工操作擴散粘結(jié)。
【附圖說明】
[0017] 圖1是包括鉬、鈮和鉭的濺射靶材采用二次電子成像的說明性掃描電子顯微照 片。濺射靶材優(yōu)選包括含50原子％或更多鉬的富鉬相、含50原子％或更多鈮的富鈮相及 含50原子％或更多鉭的富鉭相。
[0018] 圖2是包括鉬、鈮和鉭的濺射靶材采用背散射電子成像的說明性掃描電子顯微照 片。濺射靶材優(yōu)選包括富鉬相、富鉭相和富鈮相。
[0019] 圖3A是包括鉬、鈮和鉭的濺射靶材采用背散射電子成像的說明性掃描電子顯微 照片。如圖3A所示，所述濺射靶材優(yōu)選包括富鉬相。
[0020] 圖3B是說明性能量色散X-射線光譜圖，表明了圖3A濺射靶材一個區(qū)域的 0-20keV能量的X-射線頻率分布。如圖3B所示，所述濺射靶材可包括一基本上全部（如大 約90原子％或更高，優(yōu)選大約95原子％或更高，更優(yōu)選大約98原子％或更高）是鉬的一 相。
[0021] 圖4A是包括鉬、鈮和鉭的濺射靶材采用背散射電子成像的說明性掃描電子顯微 照片。如圖4A所示，所述濺射靶材優(yōu)選包括富鈮相。
[0022] 圖4B是說明性能量色散X-射線光譜圖，表明了圖4A濺射靶材一個區(qū)域的 0-20keV能量的X-射線頻率分布。圖4B說明了所述濺射靶材可包括一基本上全部（如大 約90原子％或更高，優(yōu)選大約95原子％或更高，更優(yōu)選大約98原子％或更高）是鈮的一 相。
[0023] 圖5A是包括鉬、鈮和鉭的濺射靶材采用背散射電子成像得到的說明性掃描電子 顯微照片。如圖5A所示，所述濺射靶材優(yōu)選包括富鉭相。
[0024] 圖5B是說明性能量色散X-射線光譜圖，表明了圖5A濺射靶材一個區(qū)域的 0-20keV能量的X-射線頻率分布。圖5B說明了所述濺射靶材可包括一基本上全部（如大 約90原子％或更高，優(yōu)選大約95原子％或更高，更優(yōu)選大約98原子％或更高）是鉭的一 相。
[0025] 圖6A是包括鉬、鈮和鉭的濺射靶材采用背散射電子成像得到的說明性掃描電子 顯微照片。如圖6A所示，所述濺射靶材可任選包括一基本上或甚至全部由鈮和鉬合金組成 的一相，如包括大約10原子％或更多鈮和大約10原子％或更多鉬的一相。例如，合金中 鈮和鉬的總濃度是大約80原子％或更高，優(yōu)選是大約90原子％或更高，優(yōu)選是大約95原 子％或更高，更優(yōu)選是大約98原子％或更高。
[0026] 圖6B是說明性能量色散X-射線光譜圖，表明了圖6A濺射靶材一個區(qū)域的 0-20keV能量的X-射線頻率分布。圖6B表明濺射靶材可具有包括鉬和鈮的一相。
[0027] 圖7A是包括鉬、鈮和鉭的濺射靶材采用背散射電子成像得到的說明性掃描電子 顯微照片。如圖7A所示，所述濺射靶材可任選包括一基本上或甚至全部由鉭和鉬合金組成 的一相，如包括大約10原子％或更多鈮和大約10原子％或更多鉬的一相。例如，合金中 鉭和鉬的總濃度是大約80原子％或更高，優(yōu)選是大約90原子％或更高，優(yōu)選是大約95原 子％或更高，更優(yōu)選是大約98原子％或更高。
[0028] 圖7B是說明性能量色散X-射線光譜圖，表明了圖7A濺射靶材一個區(qū)域的 0-20keV能量的X-射線頻率分布。圖7B表明濺射靶材可具有包括鉬和鉭的一相。
[0029] 圖8A和8B是沉積在基材上的濺射薄膜表面采用二次電子成像得到的說明性掃描 電子顯微照片。所述薄膜由包括富鉬相、富鈮相和富鉭相的濺射靶材濺射。所述沉積薄膜 優(yōu)選包括含鉬、鈮和鉭的合金相。
[0030] 圖9是沉積在基材上的濺射薄膜橫截面的說明性掃描電子顯微照片。所述薄膜由 包括富鉬相、富鈮相和富鉭相的濺射靶材濺射。所述沉積薄膜優(yōu)選包括含鉬、鈮和鉭的合金 相。沉積薄膜可具有柱狀形態(tài)，如圖9所示的形態(tài)。
[0031] 圖IOAUOB和IOC是包括硅基材、含鉬、鈮和鉭的第一濺射層及第二銅濺射層的多 層結(jié)構(gòu)的說明性俄歇譜圖（Auger Spectra)。該譜圖說明了在大約350°C退火大約30分鐘 前（圖10A)和后（圖10B)Cu、Si、Ta、Nb和Mo的組成與深度的關(guān)系。圖IOC是各層之間 界面區(qū)域退火前后濃度分布的重疊示意圖。
[0032] 圖11是包括基材層、含鉬層和導(dǎo)電層的說明性多層結(jié)構(gòu)圖。所述含鉬層優(yōu)選由包 括富鉬相、富鈮相和富鉭相的濺射靶材沉積。
【具體實施方式】
[0033] 詳細(xì)說明
[0034] 本發(fā)明在其各個方面利用獨特的材料組合，得到一種頗有吸引力的濺射靶材，用 于制造一種或多種包括薄膜層（如薄膜阻隔層）、連接層或其它層的器件（如平面顯示 器）。采用本發(fā)明濺射靶材制造的沉積層具有令人吃驚的低電阻率、與基材良好的粘附性和 /或優(yōu)異的阻隔性能組合。正如本發(fā)明所教導(dǎo)的那樣，可以定制濺射靶材，以提供相對較高 的蝕刻速率（如在鐵氰化物溶液中）。
[0035] 本發(fā)明的濺射靶材采用三種或多種不同元素來實現(xiàn)要求的性能特性。合適的濺射 靶材包括但不限于含三種金屬元素、四種金屬元素，或五種或五種以上金屬元素的材料或 基本上由三種金屬元素、四種金屬元素，或五種或五種以上金屬元素組成的材料。例如，濺 射靶材可包括鉬（即Mo)和兩種或多種（如兩種、三種或多種元素）選自由鈦（即Ti)、釩 (即V)、鉻（即Cr)、鉭（即Ta)和鈮（即Nb)組成的群組的其它元素，其中至少一種其它元 素是鈮或釩。優(yōu)選的濺射靶材包括Mo、Ti、V、Cr、Ta和Nb，其總濃度是濺射靶材原子總數(shù)的 大約60原子％或更高，更優(yōu)選是大約80原子％或更高，甚至更優(yōu)選是大約95原子％或更 高，甚至更優(yōu)選是大約99原子％或更高，最優(yōu)選是大約99. 5原子％或更高。由本發(fā)明濺射 靶材制造的沉積層可包括三元材料和/或四元材料，但是，并不受此限制。
[0036] 濺射靶材可用于生產(chǎn)（如沉積）具有至少一個含鉬層（如阻隔層）的薄膜，所述 含鉬層包括鉬（如濃度至少是含鉬層原子總數(shù)的50原子％ )、第二金屬元素和第三金屬元 素。沉積層可包含比濺射靶材更少的相。采用濺射靶材制造的示例沉積層可包含一相或兩 相，而用于制備它們的濺射