JPH0762528A

JPH0762528A - スパッタリングターゲット

Info

Publication number: JPH0762528A
Application number: JP20909793A
Authority: JP
Inventors: Isao Kudo; 功工藤; Miharu Fukazawa; 美治深沢; Michio Sato; 道雄佐藤; Toru Komatsu; 透小松
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-08-24
Filing date: 1993-08-24
Publication date: 1995-03-07

Abstract

(57)【要約】【構成】本発明は、同種および／または異種の材料同
士を拡散接合にて組合せてなることを特徴とするスパッ
タリングターゲットである。【効果】本発明によれば、パーティクルの発生が従来
に比し非常に少ないスパッタリングターゲットを得るこ
とが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタリングターゲ
ットに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば非晶質シリコン（α−Ｓ
ｉ）膜を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチ
ング素子として用いて構成されるアクティブマトリック
ス型液晶表示装置が注目されている。

【０００３】これは、非晶質のガラス基板に低温成膜が
できるα−Ｓｉ膜を用いてＴＦＴアレイを形成すること
により、大面積，高精細，高画質、かつ安価なパネルデ
ィスプレイ（フラット型テレビジョン）が実現できる可
能性があるからである。

【０００４】このアクティブマトリックス型液晶表示装
置の表示画素をできるだけ小さくし、かつ大面積にする
ためには、ＴＦＴへの信号線、すなわちゲート電極配線
を細く、かつ長くすることが必要である。

【０００５】例えば、ゲート電極配線をガラス基板側に
設け、この上に絶縁膜やα−Ｓｉ膜を重ねてＴＦＴを構
成する逆スタガ型のＴＦＴ構造を採用する場合、ゲート
電極配線は薄くて十分に低抵抗であり、その後の薬品処
理にも耐える材料であることが要求される。

【０００６】また、ドレイン，ソース電極配線を基板側
に設けるスタガー型ＴＦＴ構造を採用する場合、ドレイ
ン，ソース電極配線には、同様により低抵抗で加工性が
良く、しかもその後の薬品処理にも耐える材料であるこ
とが要求される。

【０００７】従来、このような要求を満たすゲート電極
配線の材料として、タンタル（Ｔａ），モリブデン（Ｍ
ｏ），チタン（Ｔｉ），アルミニウム（Ａｌ）など、各
種の金属膜あるいはそれらの合金膜が用いられている。

【０００８】特に、上記の要求特性を満足する材料とし
てＭｏ−Ｔａ合金膜があり、その薄膜を形成する成膜技
術としては、量産性および成膜の安定性に優れているス
パッタリングが用いられている。

【０００９】上記のゲート電極配線の材料として用いら
れるＭｏ−Ｔａ合金膜のような各種合金膜の成膜に用い
られるスパッタリングターゲットとしては、得られる膜
組成のコントロールが容易にでき、しかも大画面化など
の被成膜体の大型化に対応可能な大きさであることが要
求されているため、合金膜を構成する各々の材料のブロ
ック（ターゲット片）を組合せたモザイク型のスパッタ
リングターゲットが使用されている。このような、スパ
ッタリングターゲットを用いて成膜を行うと、ターゲッ
ト片の種類や組合せを変化させることによって、形成さ
れる膜の組成比を自由に変えられるということと、ター
ゲット片の幅や長さを大きくすることによりターゲット
を大型化できる、という利点を有している。

【００１０】また、合金膜の成膜用のスパッタリングタ
ーゲットだけでなく、同種材料のスパッタリングターゲ
ットにおいても、近年の被成膜体の大型化に伴いスパッ
タリングターゲットを大型化する必要がある。この際、
スパッタリングターゲットを単体で得るためにはプレス
などの製造装置を大型化するなど、製造上の制約が多く
なるため、これを個々の同種材料のブロック（ターゲッ
ト片）とし、これらのブロックを組合せたモザイク型の
スパッタリングターゲットの使用が検討されている。

【００１１】上記のような、スパッタリングターゲット
としては、短冊状のターゲット片を交互に配列して長方
形の板状にしたスパッタリングターゲット、あるいは複
数個の楔形のターゲット片を交互に組合せて円板状にし
たスパッタリングターゲットが知られている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記、モザイク型のス
パッタリングターゲットを使用して成膜した場合、ター
ゲットを構成する各ターゲット片の間はろう材などのス
パッタリングターゲットを構成する材料とは異なる材料
を用いては接合できないために、その接合部は接触させ
ただけであり、隙間を有する状態となっている。

【００１３】そのため、隙間を有する状態でスパッタリ
ングを行うと、その隙間が微小であってもスパッタリン
グにおいてはスパッタリングターゲットに高電圧が加わ
るため、各ターゲット片間の隙間の部分で異常放電が発
生し、各ターゲット片の角部あるいはその角部に堆積し
た膜が欠落してパーティクル（微細な粒子）が発生す
る。

【００１４】そのパーティクルが成膜された膜中に混入
した場合、例えばアクティブマトリックス型液晶表示装
置のゲート電極配線などの配線においては、回路の形成
後に配線のショートやオープンなどの不具合が発生し、
その部分が表示装置の画面上で点欠陥として現れ、製品
歩留りが低下するなどの問題がある。また、前記のよう
な問題は回路の高密度化に伴う配線の線幅の狭小化，フ
ァインピッチ化においても重要な問題となっている。

【００１５】上記のような問題は、スパッタリングター
ゲットを用いて成膜される用途の全てにおいて問題であ
り、そのパーティクルの発生の状況は、スパッタリング
ターゲットの大型化によってますます顕著となる傾向に
あり、そのため、パーティクルの発生量の少ないターゲ
ットが望まれている。よって、本発明は上記の点に鑑み
てなされたもので、パーティクルの発生が従来に比し非
常に少ないスパッタリングターゲットを提供することで
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段と作用】本発明のスパッタ
リングターゲットは、同種および／または異種の材料同
士を拡散接合にて組合せてなることを特徴とするもので
ある。本発明の特徴は、パーティクルの発生源である各
ターゲット片間を拡散接合により一体化し隙間をなくす
ことにより、スパッタリング時の各ターゲット片間の異
常放電を防止し、パーティクルの発生を防止したモザイ
ク型のスパッタリングターゲットを得たことである。

【００１７】以下に、本発明の拡散接合の方法の一例に
ついて説明する。まず、長方形の板状のスパッタリング
ターゲットの場合は、断面が意図するスパッタリングタ
ーゲットの短冊状の構成となるように各構成材料の板材
を交互に積層し、それを加圧固定した後、加熱し拡散接
合することにより、その断面が意図する板状のスパッタ
リングターゲットと同様の大型の一体化されたブロック
とする。そのブロックをワイヤーカット放電加工機など
の切断手段により所定のスパッタリングターゲットの厚
さに切断することによってスパッタリングターゲットを
得る。

【００１８】あるいは円板状のスパッタリングターゲッ
トにおいては、断面が意図するスパッタリングターゲッ
トの構成となるような断面楔形の各構成材料を交互に組
合せて円柱のブロックとし、それを周縁部より加圧固定
した後、加熱し拡散接合することにより、その断面が意
図する円板状のスパッタリングターゲットと同様の大型
の円柱状の一体化されたブロックとする。そのブロック
をワイヤーカット放電加工機などの切断手段により所定
のスパッタリングターゲットの厚さに切断することによ
ってスパッタリングターゲットを得る。

【００１９】ここで、各構成材料の拡散接合面には、酸
化膜または油脂などの汚染吸着物質を除去した清浄な面
同士を接合する必要があり、そのため、拡散接合前に接
合面をアルカリ洗浄あるいは酸洗などの表面清浄処理を
行うことが好ましい。

【００２０】さらに、各構成材料を組合せる際の各材料
間の接合部の表面粗さは小さいほど、拡散が良好に行わ
れるため好ましい。そして、拡散接合する際の加熱温度
（拡散温度）は、各構成材料間に拡散層を形成して材料
同士を結合させるために重要な因子である。その温度が
あまり低すぎると拡散が不十分となり拡散接合されず、
逆にあまりその温度が高いと材料が熱変形して所定の形
状が得られ難く、材料の結晶粒が粗大化して膜抵抗の均
一化に悪影響を及ぼす。その好ましい拡散温度は、使用
材料の各溶融温度の低いほうの材料の溶融温度に対し、
１／２〜２／３の温度範囲である。

【００２１】この拡散接合時における加熱雰囲気は、接
合面に酸化物など拡散に障害となる被膜の形成がないよ
うに、真空中またはアルゴン（Ａｒ）中などの非酸化性
雰囲気中で行うことが好ましい。

【００２２】また、拡散接合する際の加熱時間（拡散時
間）は、拡散層の大きさに影響を及ぼして接合強度を左
右する因子である。その時間があまり短いと拡散不十分
となり剥離しやすくなり、逆にあまりその時間が長くて
も拡散層の進展が期待できないと共に、作業性の低下を
招く。その好ましい拡散時間は、２〜６時間の時間範囲
である。

【００２３】また、加圧固定する際の加圧力は、拡散を
助長して接合性を向上させる因子である。その加圧力が
小さすぎるとその効果が得られず、逆にその加圧力が大
きいと、加熱時に材料が熱変形して所定の形状が得られ
難くなる。その好ましい加圧力は、１０〜１５０kg／cm
² である。

【００２４】本発明において拡散接合に利用する材料
は、接合性を向上するために材料の接合部の変形が少な
いほう（平坦であること）が好ましい。この材料の変形
が激しい場合には拡散接合が不十分、さらには拡散接合
されない箇所が発生する。特に、材料が大きくなるほど
この傾向は顕著となるため、その材料の接合面の反り量
は小さければ小さい程よいが、その反り量は少なくとも
１mm以下、好ましくは０．５mm以下、さらに好ましくは
０．３mm以下である。ここで、本発明でいう接合面の反
り量とは、材料の接合面側を水平面上に載置した場合
に、その水平面と接合面との最大距離である。したがっ
て板材でいう反りとは異なる。また、材料に凹部あるい
は凸部を有する場合には、その反り量は接合される相手
材と嵌合した際の相手材との距離をいう。

【００２５】本発明においては、各構成材料は直接拡散
接合するのが不純物の混入などを避ける意味で好ましい
が、さらに各構成材料を組合せる際に、各構成材料間に
各材料が拡散しやすい金属箔や粉末などを介在する、あ
るいは接合面にめっき，イオンプレーティング，溶射，
ＣＶＤ，ＰＶＤ，ＰＣＶＤなどの各種表面被覆処理を施
した後、拡散接合しても良い。

【００２６】この各構成材料間に介在する金属箔，粉末
あるいは表面被覆の材料としては、金属箔の場合は各構
成材料の少なくとも一方の材料箔あるいは各材料よりな
る合金箔、粉末の場合は各構成材料の少なくとも一方の
材料粉末，各材料よりなる合金粉末あるいは各材料の混
合粉末、表面被覆処理の場合は接合される相手の材料よ
りなる被覆層が好ましい。

【００２７】本発明において、上記拡散接合に使用され
る装置としては、大型の一体化されたブロックを一度に
製作できるホットプレスあるいは熱間静水圧プレスが好
ましい。

【００２８】本発明においては、上記の製造方法に限ら
ず、スパッタリングターゲットを構成する各材料の機械
的，冶金的因子より、表面処理，拡散温度，加熱時間，
加圧力などは適宜設定されるものである。

【００２９】上記製造方法の一例においては、大型ブロ
ックを製造し、切断することにより所定のスパッタリン
グターゲットを製造する場合について説明したが、これ
に限らず、所定のスパッタリングターゲットを個々に製
造しても良い。

【００３０】また、上記製造方法に限らず、各種の拡散
接合方法を採用しても良い。なお、本発明の意図するス
パッタリングターゲットは、同種の材料同士あるいは異
種の材料同士を拡散接合にて組合せてなるものである
が、これらの組合せで構成されたものでも良い。また、
本発明の材料は単金属，それらの合金，セラミックスな
どスパッタリングにより成膜されるすべての材料に適用
することができる。

【００３１】

【実施例】

実施例１，比較例１純度９９．９％のＭｏ板（幅２５６mm×長さ１３０mm×
厚さ１２．５mm）と、純度９９．９％のＴａ板（幅２５
６mm×長さ１３０mm×厚さ２３．５mm）を厚さ方向に交
互に積層し、幅２５６mm×長さ１３０mm×高さ３２４mm
とした。そして、これを真空ホットプレス装置内で１４
００℃に加熱後、８０kg／cm² の加圧力を３時間加えて
拡散接合を行い、大型の一体化されたブロックとした。
得られたブロックをワイヤーカット放電加工機により幅
２５６mm×長さ３２４mm×厚さ１０mmの板状に切断した
後、これを冷却用のＣｕバッキングプレートに接合し、
実施例１のＭｏ−Ｔａスパッタリングターゲットを得
た。

【００３２】また、比較として、純度９９．９％のＭｏ
ブロック（幅２５６mm×長さ１２．５mm×厚さ１０mm）
と、純度９９．９％のＴａブロック（幅２５６mm×長さ
２３．５mm×厚さ１０mm）を長さ方向に交互に並べ幅２
５６mm×長さ３２４mm×厚さ１０mmの板状とした後、こ
れを冷却用のＣｕバッキングプレートに接合し、比較例
１のＭｏ−Ｔａスパッタリングターゲットを得た。

【００３３】これらのＭｏ−Ｔａスパッタリングターゲ
ットをスパッタ装置に取り付け、ガラス基板（幅２００
mm×長さ２６０mm）上に厚さ０．３μｍのＭｏ−Ｔａ膜
を成膜した。このスパッタ操作を３０回行い、膜中に混
入した５μｍ以上、および１μｍ以上のパーティクル数
を測定した。その結果を表１に示す。

【００３４】実施例２，比較例２純度９９．９％のＭｏ板（幅２５６mm×長さ１３０mm×
厚さ２７mm）を厚さ方向に積層し、幅２５６mm×長さ１
３０mm×高さ３２４mmとした。そして、これを真空ホッ
トプレス装置内で１７００℃に加熱後、８０kg／cm² の
加圧力を３時間加えて拡散接合を行い、大型の一体化さ
れたブロックとした。得られたブロックをワイヤーカッ
ト放電加工機により幅２５６mm×長さ３２４mm×厚さ１
０mmの板状に切断した後、これを冷却用のＣｕバッキン
グプレートに接合し、実施例２のＭｏスパッタリングタ
ーゲットを得た。

【００３５】また、比較として、純度９９．９％のＭｏ
ブロック（幅２５６mm×長さ２７mm×厚さ１０mm）を幅
方向に交互に並べ幅２５６mm×長さ３２４mm×厚さ１０
mmの板状とした後、これを冷却用のＣｕバッキングプレ
ートに接合し、比較例２のＭｏスパッタリングターゲッ
トを得た。

【００３６】これらのＭｏスパッタリングターゲットを
スパッタ装置に取り付け、実施例１と同様にガラス基板
（幅２００mm×長さ２６０mm）上に厚さ０．３μｍのＭ
ｏ膜を成膜した。このスパッタ操作を３０回行い、膜中
に混入した５μｍ以上、および１μｍ以上のパーティク
ル数を測定した。その結果を併せて表１に示す。

【００３７】実施例３，比較例３純度９９．９％のＭｏ板（幅２５６mm×長さ１３０mm×
厚さ１０．５mm）と、純度９９．９％のＴｉ板（幅２５
６mm×長さ１３０mm×厚さ２５．５mm）を厚さ方向に交
互に積層し、幅２５６mm×長さ１３０mm×高さ３２４mm
とした。そして、これを真空ホットプレス装置内で１０
００℃に加熱後、６０kg／cm² の加圧力を３時間加えて
拡散接合を行い、大型の一体化されたブロックとした。
得られたブロックをワイヤーカット放電加工機により幅
２５６mm×長さ３２４mm×厚さ１０mmの板状に切断した
後、これを冷却用のＣｕバッキングプレートに接合し、
実施例３のＭｏ−Ｔｉスパッタリングターゲットを得
た。

【００３８】また、比較例１として、純度９９．９％の
Ｍｏブロック（幅２５６mm×長さ１０．５mm×厚さ１０
mm）と、純度９９．９％のＴｉブロック（幅２５６mm×
長さ２５．５mm×厚さ１０mm）を長さ方向に交互に並べ
幅２５６mm×長さ３２４mm×厚さ１０mmの板状とした
後、これを冷却用のＣｕバッキングプレートに接合し、
比較例３のＭｏ−Ｔｉスパッタリングターゲットを得
た。

【００３９】これらのＭｏ−Ｔｉスパッタリングターゲ
ットをスパッタ装置に取り付け、実施例１と同様にガラ
ス基板（幅２００mm×長さ２６０mm）上に厚さ０．３μ
ｍのＭｏ−Ｔｉ膜を成膜した。このスパッタ操作を３０
回行い、ガラス基板上に混入した５μｍ以上、および１
μｍ以上のパーティクル数を測定した。その結果を併せ
て表１に示す。

【００４０】実施例４，比較例４純度９９．９％の断面楔状のＴａ材（頂角１０°×半径
１２５mm×厚さ５０mm）と、純度９９．９％の断面楔状
のＴｉ板（頂角２０°×半径１２５mm×厚さ５０mm）を
円周方向に交互に並べ、直径２５０mm×厚さ５０mmとし
た。そして、これを金属性カプセルに入れ、内部を真空
排気して密封した後、１０００℃，不活性ガス圧５００
kgf/cm² で熱間静水圧プレスを行った。そして、金属性
カプセルを機械加工により除去して、大型の一体化され
たブロックとした。得られたブロックをワイヤーカット
放電加工機により直径２５０mm×厚さ１０mmの円板状に
切断した後、これを冷却用のＣｕバッキングプレートに
接合し、実施例４のＴａ−Ｔｉスパッタリングターゲッ
トを得た。

【００４１】また、比較として、純度９９．９％の断面
楔状のＴａ材（頂角１０°×半径１２５mm×厚さ１０m
m）と、純度９９．９％の断面楔状のＴｉ板（頂角２０
°×半径１２５mm×厚さ１０mm）を円周方向に交互に並
べ直径２５０mm×厚さ５０mmの円板状とした後、これを
冷却用のＣｕバッキングプレートに接合し、比較例４の
Ｔａ−Ｔｉスパッタリングターゲットを得た。

【００４２】これらのＴａ−Ｔｉスパッタリングターゲ
ットをスパッタ装置に取り付け、実施例１と同様にガラ
ス基板（幅１５０mm×長さ１５０mm）上に厚さ０．３μ
ｍのＴａ−Ｔｉ膜を成膜した。このスパッタ操作を３０
回行い、ガラス基板上に混入した５μｍ以上、および１
μｍ以上のパーティクル数を測定した。その結果を併せ
て表１に示す。

【００４３】実施例５，比較例５純度９９．９％のＭｏ板（幅２５６mm×長さ１３０mm×
厚さ１５．５mm）と、純度９９．９％のＴｉ板（幅２５
６mm×長さ１３０mm×厚さ３８．５mm）との間に純度９
９．９％のＴｉ箔を把持しながら厚さ方向に交互に積層
し、幅２５６mm×長さ１３０mm×高さ３２４mmとした。
そして、これを真空ホットプレス装置内で１１００℃に
加熱後、５０kg／cm² の加圧力を３時間加えて拡散接合
を行い、大型の一体化されたブロックとした。得られた
ブロックをワイヤーカット放電加工機により幅２５６mm
×長さ３２４mm×厚さ１０mmの板状に切断した後、これ
を冷却用のＣｕバッキングプレートに接合し、実施例５
のＭｏ−Ｔｉスパッタリングターゲットを得た。

【００４４】また、比較として、純度９９．９％のＭｏ
ブロック（幅２５６mm×長さ１５．５mm×厚さ１０mm）
と、純度９９．９％のＴｉブロック（幅２５６mm×長さ
３８．５mm×厚さ１０mm）を長さ方向に交互に並べ幅２
５６mm×長さ３２４mm×厚さ１０mmの板状とした後、こ
れを冷却用のＣｕバッキングプレートに接合し、比較例
５のＭｏ−Ｔｉスパッタリングターゲットを得た。

【００４５】これらのＭｏ−Ｔｉスパッタリングターゲ
ットをスパッタ装置に取り付け、実施例１と同様にガラ
ス基板（幅２００mm×長さ２６０mm）上に厚さ０．３μ
ｍのＭｏ−Ｔｉ膜を成膜した。このスパッタ操作を３０
回行い、ガラス基板上に混入した５μｍ以上、および１
μｍ以上のパーティクル数を測定した。その結果を併せ
て表１に示す。

【００４６】実施例６，比較例６両面にイオンプレーティングにより厚さ２μｍのＴｉ被
覆層を設けた純度９９．９％のＴａ板（幅２５６mm×長
さ１３０mm×厚さ１２mm）と、純度９９．９％のＴｉ板
（幅２５６mm×長さ１３０mm×厚さ２４mm）を厚さ方向
に交互に積層し、幅２５６mm×長さ１３０mm×高さ３２
４mmとした。そして、これを真空ホットプレス装置内で
１０００℃に加熱後、５０kg／cm² の加圧力を３時間加
えて拡散接合を行い、大型の一体化されたブロックとし
た。得られたブロックをワイヤーカット放電加工機によ
り幅２５６mm×長さ３２４mm×厚さ１０mmの板状に切断
した後、これを冷却用のＣｕバッキングプレートに接合
し、実施例６のＴａ−Ｔｉスパッタリングターゲットを
得た。

【００４７】また、比較として、純度９９．９％のＴａ
ブロック（幅２５６mm×長さ１２mm×厚さ１０mm）と、
純度９９．９％のＴｉブロック（幅２５６mm×長さ２４
mm×厚さ１０mm）を長さ方向に交互に並べ幅２５６mm×
長さ３２４mm×厚さ１０mmの板状とした後、これを冷却
用のＣｕバッキングプレートに接合し、比較例６のＴａ
−Ｔｉスパッタリングターゲットを得た。

【００４８】これらのＴａ−Ｔｉスパッタリングターゲ
ットをスパッタ装置に取り付け、実施例１と同様にガラ
ス基板（幅２００mm×長さ２６０mm）上に厚さ０．３μ
ｍのＴａ−Ｔｉ膜を成膜した。このスパッタ操作を３０
回行い、ガラス基板上に混入した５μｍ以上、および１
μｍ以上のパーティクル数を測定した。その結果を併せ
て表１に示す。

【００４９】

【表１】

【００５０】上記表１より明らかなように、本発明の拡
散接合により一体化されたスパッタリングターゲット
は、従来のスパッタリングターゲットに比較し、５μｍ
以上のパーティクルの発生量が少なく、しかも１μｍ以
上のパーティクルの発生量も少ない。よって、電極配線
の線幅の狭小化，ファインピッチ化に対応でき、大型デ
ィスプレイ用の大型スパッタリングターゲットに最適で
ある。

【００５１】

【発明の効果】本発明は、パーティクルの発生が従来に
比し非常に少ないスパッタリングターゲットを得ること
が可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小松透神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同種および／または異種の材料同士を拡
散接合にて組合せてなることを特徴とするスパッタリン
グターゲット。