[發明專利]Cu-Mn合金濺射靶材、Cu-Mn合金濺射靶材的制造方法以及半導體元件

在審

• 申請號: 201310450062.8
• 申請日: 2013-09-27
• 公開（公告）號: CN103966558A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 辰巳憲之;關聰至;小林隆一;上田孝史郎
• 申請（專利權）人: 株式會社SH銅業
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C22C1/02;H01L21/203
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 鐘晶;於毓楨

技術領域

本發明涉及一種Cu-Mn合金濺射靶材、Cu-Mn合金濺射靶材的制造方法以及使用由該靶材形成的Cu-Mn合金膜的半導體元件。

背景技術

近年來，液晶平板受到大畫面化、高精細化的影響，追求進一步臨場感而要求高視角化(Super High Vision)、裸眼3D平板的實現。關于用于液晶平板的薄膜晶體管(TFT：Thin Film Transistor)，不斷進行能夠利用高移動度而進行高速動作的、閾值電壓的差異小、驅動電流均勻性優異的半導體材料的開發。作為這樣的半導體材料，開發出了氧化銦鎵鋅(InGaZnO：以下記為IGZO)、氧化鋅(ZnO)等氧化物半導體來替代現行的非晶硅(α-Si)半導體。

另外，作為適用于這樣的新型半導體材料的TFT配線電極材料，例如非專利文獻1中記載了將銅-錳(Cu-Mn)合金用于IGZO體系TFT是有用的。即，通過濺射將Cu-4原子%Mn合金膜在IGZO膜上成膜，進行250℃的熱處理。由此，在合金膜與IGZO膜的界面形成氧化錳(MnO_x)膜，抑制合金膜中的Cu向IGZO膜中擴散。該層疊膜中，獲得了接觸電阻為10^-4Ωcm的良好的歐姆特性。另外，關于利用濕法蝕刻的電極的加工性，Cu-4原子%Mn合金膜和IGZO膜的蝕刻率的選擇比為10:1，是良好的。

關于Cu-Mn合金膜的成膜中所使用的靶材，例如記載于專利文獻1、2中。專利文獻1中，作為濺射靶材的銅合金，是通過在真空中熔化并合金化的鑄造法來形成的。此時，在0.1～20.0at.%的范圍內添加Mn，在Cu中的擴散系數比Cu自身擴散系數小的不可避免的雜質元素的濃度限定為0.05at.%以下。

另外，專利文獻2中，構成濺射靶的銅合金含有Mn：0.6～30質量%，剩余部分具有由Cu和雜質構成的組成。該雜質限定為金屬系雜質40ppm以下、并且氧10ppm以下、氮5ppm以下、氫5ppm以下、碳10ppm以下。這樣的Cu合金是將高純度電解銅和電解錳在Ar氣氣氛中的高純度石墨模具內進行高頻熔化而制造。

另外，關于靶材的異物的控制，例如在專利文獻3中，將含有氧、磷、硫等雜質的鈷、鎳、鐵等金屬在坩堝內真空熔化從而制造高純度金屬靶。在金屬熔化后，在進行坩堝內進行凝固或進行定向凝固，將雜質濃縮至坩堝上部或最終凝固部，并切除雜質濃縮的部分。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利第4065959號公報

專利文獻2：日本特開第2007-051351號公報

專利文獻3：日本特開2002-327216號公報

非專利文獻：Pilsang Yun,Junichi Koike,“Microstructure Analysis and Electrical Properties of Cu-Mn Electrode for Back-Channel Etching a-IGZO TFT,”17th International Display Workshops(IDW’10),pp.1873-1876

發明內容

發明要解決的問題

然而，Mn容易與原料的熔化中使用的坩堝材料、鑄造熔劑(flux)成分中所含的碳(C)成分等雜質反應。因此，在Cu-Mn鑄造物的組織內不可避免地存在Mn、含雜質的氧化物等異物。異物為絕緣體或半導體，濺射時會引起充電(部件帶電)從而成為異常放電發生的起點。若發生異常放電，則存在靶材的一部分熔融，稱為飛濺物的液滴狀的物質飛散從而引起合金膜的不良的情況。

另外，在Cu-Mn合金的鑄造時，將從液相凝固時不同組成的固相和液相分離后，整體都成為固相。因此，在坩堝中熔化并流入鑄造模具被凝固而成的鑄造物的鑄造組織中存在濃度不均。這樣的濃度不均所造成的高濃度的Mn也會成為濺射時異常放電發生的要因。

因此，為了抑制雜質的影響，如上述的專利文獻1、2那樣，單單規定雜質的濃度是不夠的。專利文獻1、2中，對于上述那樣的Cu-Mn合金的材料組織上的問題沒有記載，也沒有公開解決手段。而專利文獻3的方法被認為原本就不是關于Cu-Mn合金的方法，另外，也不適于高成本的量產制造。

本發明的目的在于提供一種能夠減少由于高濃度的Mn、含雜質的氧化物等異物造成的濺射時的異常放電的Cu-Mn合金濺射靶材、Cu-Mn合金濺射靶材的制造方法以及使用該靶材的半導體元件。

解決問題的手段