TW201706420A - 鋁濺鍍靶材 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種具有與現有的鋁濺鍍靶材相同程度的導電性且可減少損傷的發生的濺鍍靶材。本發明的鋁濺鍍靶材包含0.005原子%～0.04原子%的Ni、及0.005原子%～0.06原子%的La，且剩餘部分為Al及不可避免的雜質。

Description

鋁濺鍍靶材

本發明是有關於一種為了形成液晶顯示器及微機電系統（microelectromechanical system，MEMS）顯示器等顯示裝置用薄膜電晶體的電極等而使用的鋁濺鍍靶材。

鋁薄膜因電阻低、蝕刻加工容易，故被用作液晶顯示器等顯示裝置的掃描電極及信號電極。鋁薄膜的形成一般而言是利用使用了濺鍍靶材的濺鍍法來進行。

作為濺鍍法以外的金屬薄膜的主要成膜方法，已知有真空蒸鍍法。與真空蒸鍍法等方法相比較，濺鍍法在可形成與濺鍍靶材為同一組成的薄膜的方面具有優點。而且為工業上可大面積地穩定成膜的方面亦優越的成膜方法。

作為濺鍍法中使用的鋁濺鍍靶材，已知例如專利文獻1及專利文獻2中記載者。專利文獻1揭示了一種用作液晶顯示器的電極的Al系靶材及其製造方法。專利文獻1中亦揭示了如下內容：靶材的硬度以維氏硬度（Vickers hardness）（Hv）計為25以下，由此，可減少被稱作飛濺（splash）的、靶材的一部分因缺陷引起的冷卻不足而過熱，從而成為液相並附著於基板的現象。

專利文獻2中揭示了如下內容：Al系濺鍍靶材中，將濺鍍面側的硬度調整為Hv20以上之後，對濺鍍面側實施精機械加工，由此可減少如下情況的發生：濺鍍剛開始後多發生異常放電而在靶材表面生成被稱作結核（nodule）的突起物，從而成為異常放電的起點。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平9-235666號公報 [專利文獻2]日本專利特開2001-279433號公報

[發明所欲解決之課題] 與液晶顯示器中使用的基板的大型化等相對應地，鋁濺鍍靶材的大型化亦在發展，在大型靶材中，使用寬度及長度均為2.5 m以上者。包括專利文獻1及專利文獻2中記載的靶材在內，現有的鋁濺鍍靶材因幾乎不含有Al以外的元素、且結晶結構為面心立方結構等，故存在材料的強度低且表面易劃傷的問題。 例如，有時會因加工中的搬送時的接觸而在表面產生損傷。而且，這種損傷的發生存在鋁濺鍍靶材越大型則越增加的傾向。

若使用具有這種損傷的鋁濺鍍靶材在基板進行成膜，則會發生以損傷的部分為起點的飛濺的形成這樣的不良情況。因此，在將濺鍍靶材安裝於濺鍍裝置而進行成膜時，通常，是在進行稱作預濺鍍的對虛設基板的成膜後，再進行對目標基板的成膜。預濺鍍是使濺鍍靶材表面的損傷減少、由此在對目標基板濺鍍時可減少飛濺發生的方法。

如所述般鋁濺鍍靶材的表面容易產生損傷，因而存在無法省略預濺鍍的課題。

本發明解決所述課題，目的在於提供一種具有與現有的鋁濺鍍靶材相同程度的導電性且可減少損傷的發生的濺鍍靶材。 [解決課題之手段]

可解決所述課題的本發明的鋁濺鍍靶材包含0.005原子%～0.04原子%的Ni、及0.005原子%～0.06原子%的La，剩餘部分為Al及不可避免的雜質。

本發明的較佳的實施形態中，維氏硬度為25以上。

本發明的較佳的實施形態中，包含0.01原子%～0.03原子%的Ni、及0.03原子%～0.05原子%的La。 [發明的效果]

根據本發明，可提供具有與現有的鋁濺鍍靶材相同程度的導電性且可減少損傷的發生的鋁濺鍍靶材。

以下所示的實施形態例示用以將本發明的技術思想具體化的鋁濺鍍靶材，並非將本發明限定為以下實施形態。

本發明者等人經過了積極研究後發現，如以下詳細所示，添加固溶或Al-Ni系金屬間化合物（intermetallic compound）微量析出程度的少量的Ni、及固溶或Al-La系金屬間化合物微量析出程度的少量La，更詳細而言，添加0.005原子%～0.04原子%的Ni、及0.005原子%～0.06原子%的La，且使剩餘部分為Al及不可避免的雜質，由此，具有與現有的鋁濺鍍靶材相同程度的導電性，且可抑制表面的損傷的發生，從而完成了本發明。

作為以Al為主成分且添加了Ni及La的濺鍍靶材，已知例如日本專利特開2008-127624號公報所示的Al-Ni-La合金濺鍍靶材（鋁合金濺鍍靶材）。日本專利特開2008-127624號公報記載的Al-Ni-La合金濺鍍靶材中，為了省略形成於設置在基板上的濺鍍層之上的包含Mo、Cr、Ti或W等這類高熔點金屬的雙金屬（bimetal）層，而向Al中添加Ni及La。而且，日本專利特開2008-127624號公報中記載的Al-Ni-La合金濺鍍靶材中，為了抑制飛濺的發生，分別對Al-Ni系金屬間化合物及Al-La系金屬間化合物，規定了具有規定範圍內的粒徑者所佔的面積率的範圍。而且，具體揭示的Ni的含量為0.05原子%～5原子%，La的含量為0.10原子%～1原子%。

即，包含日本專利特開2008-127624號公報所示者的現有的Al-Ni-La合金濺鍍靶材，是添加了相對多量的Ni與La，而積極地形成Al-Ni系金屬間化合物及Al-La系金屬間化合物的靶材。而且，日本專利特開2008-127624號公報中記載的Al-Ni-La合金濺鍍靶材中，藉由如所述般規定具有規定範圍的粒徑的金屬間化合物的面積率，而抑制因小金屬間化合物的脫落引起的飛濺、及因大粒徑的金屬間化合物的面積率高引起的飛濺。

這種Al-Ni-La合金濺鍍靶材與鋁濺鍍靶材相比電阻大，用途受到限定。而且，因含有相對多量的Ni及La，故為了使濺鍍靶材整體的組成均勻，而難以使用真空熔解等簡便方法，而通常需要使用噴射成形（spray forming）等特殊方法。因此，與可利用真空熔解製造的鋁濺鍍靶材相比，生產性低。

與此相對，本發明的鋁濺鍍靶材包含0.005原子%～0.04原子%的Ni、及0.005原子%～0.06原子%的La。而且，剩餘部分包含Al及不可避免的雜質。該Ni與La的組成範圍，在現有的Al-Ni-La合金濺鍍靶材中，無法獲得足夠量的Al-Ni系金屬間化合物及Al-La系金屬間化合物而不被考慮。

另外，本說明書中，「鋁濺鍍靶材」為如下概念，即，不僅包括包含鋁及不可避免的雜質的濺鍍靶材，亦包括例如進而包含合計為0.1質量%程度以下的相對少量的添加元素的濺鍍靶材。而且，本說明書中，「鋁薄膜」為如下概念，即，不僅包括包含鋁及不可避免的雜質的薄膜，亦包括例如進而包含合計0.1質量%程度以下的相對少量的添加元素的濺鍍薄膜。

以下對本發明的鋁濺鍍靶材的詳細情況進行說明。 本發明的鋁濺鍍靶材含有0.005原子%～0.04原子%的Ni及0.005原子%～0.06原子%的La，且剩餘部分為Al及不可避免的雜質。首先對該組成的詳細情況進行說明。

1.組成 （1）Ni Ni含量為0.005原子%～0.04原子%。Ni相對於Al的固溶限（solid solubility limit）根據文獻的不同而值有所不同，但均為0.01原子%～0.04原子%左右。即，含有的全部Ni固溶於Al中，或總Ni量中的少量作為Al-Ni系金屬間化合物向鋁結晶組織的晶界偏析，剩餘的Ni固溶於Al中。由此，可維持與現有的鋁濺鍍靶材相同程度的高導電性，且可提高材料強度。在Ni的金屬間化合物析出的情況下，向晶界的偏析起因於與Al的原子半徑相較下，Ni的原子半徑相當小。

所述材料強度的提高會伴隨硬度的提高。由此，進行了切削等機械加工的狀態下的鋁濺鍍靶材的表面不易受損。其結果，能夠減少濺鍍初期發生的飛濺。

Ni含量較佳為0.01原子%～0.03原子%。其原因在於，可更為確實地獲得所述效果。若Ni含量少於0.005原子%，則材料強度的增加不充分。另一方面，若Ni含量超過0.04原子%，則導電性降低。

另外，「與現有的鋁濺鍍靶材相同程度的導電性」，是指如下情況：例如使用作為對象的鋁濺鍍靶材藉由濺鍍法形成於基板上的鋁薄膜的薄膜電阻率，為使用純鋁濺鍍靶材藉由相同的濺鍍法形成於基板上的鋁薄膜的薄膜電阻率的1.05倍以下。

如後述實施例所示，亦存在下述情況：使用本發明的鋁濺鍍靶材製作而成的鋁薄膜的薄膜電阻率，小於使用純鋁濺鍍靶材藉由相同的濺鍍法形成於基板上的鋁薄膜的薄膜電阻率的1倍。即，存在下述情況：使用本發明的鋁濺鍍靶材製作的鋁薄膜的導電性，與使用純鋁靶材形成的鋁薄膜相較下，導電性更優異。關於其理由，作如下推定，但這並非限定本發明的技術範圍。如後述的實施例所示，在測定薄膜電阻率時，於鋁薄膜積層Mo薄膜作為上下層，例如以450℃進行了加熱後進行電阻率的測定。使用本發明的鋁濺鍍靶材製作的鋁薄膜中添加了Ni，因此與純鋁薄膜相較下，結晶粒徑增大。存在結晶粒徑小、因此晶界多的純鋁薄膜的電阻更高的情況。

（2）La La含量為0.005原子%～0.06原子%。La相對於Al的固溶限根據文獻的不同而值有所不同，但均為0.01原子%左右。即，含有的全部La固溶於Al中，或總La量中的一部分在鋁結晶組織的粒內作為Al-La系金屬間化合物而析出，剩餘的La的大部分在Al中作為取代原子而固溶。La作為取代原子而存在，由此在進行後述的輥軋時，差排堆積，材料強度增加。進而，La的一部分向表面Al的自然氧化膜中的晶界偏析，從而有助於氧化膜強度的提高。

由此，可確保與現有的鋁濺鍍靶材相同程度的高導電性，且提高材料強度。在La作為金屬間化合物析出的情況下，在粒內的析出起因於與Al的原子半徑相較下，La的原子半徑相當大。

所述材料強度的提高會伴隨硬度的提高。由此，進行過切削等機械加工的狀態下的鋁濺鍍靶材的表面不易受損。其結果，可減少濺鍍初期發生的飛濺。

La含量較佳為0.03原子%～0.05原子%。藉由將La含量設為0.03原子%以上，而可更確實地獲得充分的材料強度。另一方面，若La含量超過0.05原子%，則硬Al-La系金屬間化合物的析出量增加，存在切削時以該金屬間化合物為起點的微小刮痕的發生頻率增加的傾向。而且，若La含量少於0.005原子%，則材料強度的增加不充分。另一方面，若La含量超過0.06原子%，則導電性下降。

如所述，Ni向晶界析出而有助於強度增加。另一方面，La在粒內形成取代型固溶體而有助於強度增加，並且在表面的Al的氧化膜中向晶界偏析而有助於強度提高。如此，發現Ni與La為如下的最佳組合，即，以不同的機制而有助於強度的提高，因此可獲得利用各效果的累計而實現的材料強度提高效果。

即，藉由在所述組成範圍內包含Ni與La雙方，除確保了與現有的鋁濺鍍靶材相同程度的高導電性外，還可確實獲得高材料強度，亦可獲得高硬度。由此，可充分減少進行了機械加工的狀態下的鋁濺鍍靶材的表面發生的損傷。因此，可減少濺鍍初期發生的飛濺。其結果，可確實地減少預濺鍍中使用的虛設基板的張數。

（3）剩餘部分 剩餘部分為Al與不可避免的雜質。較佳的形態中不可避免的雜質量合計為0.01質量%以下。另外，不可避免的雜質量通常多以質量比加以管理，因而以質量%表示。作為不可避免的雜質，可例示Fe、Si及Cu。

2.硬度 鋁濺鍍靶材較佳為表面部的硬度以維氏硬度計為25以上。其原因在於，藉由具有高硬度值，而可更為確實地減少損傷的發生。另外，以維氏硬度計為25以上的硬度，例如可藉由將輥軋後的熱處理的溫度設為300℃以下或使輥軋為冷軋、且軋縮率為80%以上而實現。

3.鋁濺鍍靶材的形態 本發明的鋁濺鍍靶材可具有已知的鋁濺鍍靶材所具有的任意形狀。作為此種形狀，俯視時的形狀可列舉正方形、長方形、圓及橢圓以及形成該些形狀的一部分的形狀。具有此種形狀的鋁濺鍍靶材可具有任意的大小。關於本發明的鋁濺鍍靶材的大小，可例示長度100 mm～4000 mm、寬度100 mm～3000 mm、板厚5 mm～35 mm。

本發明的鋁濺鍍靶材亦可具有已知的鋁濺鍍靶材所具有的任意的表面性狀。例如，離子碰撞的面亦可為切削等精機械加工面。較佳為，離子碰撞的面為研磨面。研磨面可更確實地減少飛濺的發生。

可將本發明的鋁濺鍍靶材例如如以下般加以使用，藉由濺鍍而在基板上形成鋁薄膜。將本發明的鋁濺鍍靶材例如使用焊料而接合在銅或銅合金的支承板上。如此，在接合於支承板的狀態下，安裝於作為真空裝置的濺鍍裝置內。

4.製造方法 本發明的鋁濺鍍靶材可使用任意已知的鋁濺鍍靶材的製造方法而製造。以下例示本發明的鋁濺鍍靶材的製造方法。

（1）熔解鑄造 首先，準備熔解所需的具有規定組成的調配原料。作為構成調配原料的原料，亦可使用Al、Ni及La、各種金屬單體，而且，亦可將包含Ni及La中的至少一者的鋁合金用作原料。在使用金屬單體的原料的情況下，Al原料及Ni原料的純度較佳為99.9質量%以上，更佳為99.95質量%以上。La原料的純度較佳為99質量%以上，更佳為99.5質量%以上。藉由真空熔解將調配原料熔解後，進行鑄造而獲得具有規定組成的鑄錠（ingot）。

本發明的鋁濺鍍靶材因與現有的Al-Ni-La濺鍍靶材相比而Ni含量及La含量少，故具有下述優點：即便不使用噴射成形，即，即便進行真空熔解亦可使得組成均勻。然而，就該點而言，並非排除利用噴射成形的熔解鑄造，而是亦可進行噴射成形而獲得鑄錠。 進而，亦可在氬氣體環境等惰性氣體環境中進行熔解來代替真空熔解。

另外，本發明者等人確認：Ni及La因蒸氣壓高且熔解中的蒸發有限，故調配原料組成、藉由熔解鑄造所獲得的鑄錠的組成及最終獲得的鋁濺鍍靶材的組成均實質相同。因此，亦可將熔解時的調配組成用作所獲得的鋁濺鍍靶材的組成。其中，較佳為實際確認所獲得的鋁濺鍍靶材的組成。

（2）輥軋、熱處理、機械加工 對所獲得的鑄錠進行輥軋，以形成與欲獲得的鋁濺鍍靶材相同程度的厚度，獲得輥軋材（板材）。輥軋例如可為冷軋。對所獲得的輥軋材進行熱處理（退火）。熱處理溫度例如為240℃～260℃，保持時間為2小時～3小時，氣體環境亦可為大氣中。

對熱處理後的輥軋材實施機械加工而獲得鋁濺鍍靶材。作為機械加工，可例示車床等的切削加工及圓沖裁加工。而且，亦可在機械加工後進而進行研磨，從而使表面、尤其離子碰撞的面平滑。

（實施例） 實施例1： 使用Al原料、Ni原料及La原料，以Ni添加量為0.02原子%、La添加量為0.02原子%、剩餘部分為Al（包含不可避免的雜質）的方式調配原料，而獲得調配原料（熔解原料）。Al原料與Ni原料均使用純度為99.98質量%者，La原料使用純度為99.5質量%者。對該調配原料進行真空熔解及鑄造，而製作出具有與調配原料相同組成的鋁合金鑄錠。

對所獲得的鑄錠進行冷軋而獲得輥軋材。冷軋是以輥軋前的厚度為100 mm、輥軋後的厚度為8 mm，即軋縮率為92%而進行。然後，將輥軋材在大氣中以250℃進行2小時熱處理。接著，切斷後，實施切削作為機械加工，加工成f304.8 mm×5 mmt的形狀，獲得鋁濺鍍靶材。確認所獲得的鋁濺鍍靶材的組成與調配原料的組成相同。使用所述焊料，將所獲得的鋁濺鍍靶材接合於純Cu製的支承板。

實施例2： 除將調配原料的組成設為Ni為0.02原子%、La為0.04原子%、剩餘部分為Al（包含不可避免的雜質）以外，利用與實施例1相同的方法製作鋁濺鍍靶材。確認所獲得的鋁濺鍍靶材的組成與調配原料的組成相同。

實施例3： 除將調配原料的組成設為Ni為0.02原子%、La為0.06原子%、剩餘部分為Al（包含不可避免的雜質）以外，利用與實施例1相同的方法，製作鋁濺鍍靶材。確認所獲得的鋁濺鍍靶材的組成與調配原料的組成相同。

比較例1： 除將調配原料僅設為Al原料以外，利用與實施例1相同的方法，製作鋁濺鍍靶材。

實施例4： 進而利用＃600砂紙對實施例1的鋁濺鍍靶材進行研磨，形成實施例4的鋁濺鍍靶材。使用焊料，將所獲得的鋁濺鍍靶材接合於純Cu製的支承板。

實施例5： 進而利用＃600砂紙對實施例2的鋁濺鍍靶材進行研磨，形成實施例5的鋁濺鍍靶材。使用焊料，將所獲得的鋁濺鍍靶材接合於純Cu製的支承板。

實施例6： 進而利用＃600砂紙對實施例3的鋁濺鍍靶材進行研磨，形成實施例6的鋁濺鍍靶材。使用焊料，將所獲得的鋁濺鍍靶材接合於純Cu製的支承板。

比較例2： 進而利用＃600砂紙對比較例1的鋁濺鍍靶材進行研磨，形成比較例2的鋁濺鍍靶材。使用焊料，將所獲得的鋁濺鍍靶材接合於純Cu製的支承板。

對於實施例1～實施例6及比較例1～比較例2各例，將接合有鋁濺鍍靶材的支承板安裝於磁控直流（Direct-Current，DC）濺鍍裝置，在DC4.5 kW、壓力0.3 Pa的條件下進行濺鍍。濺鍍是在4英吋尺寸的矽基板上每次進行50秒的成膜，而形成厚度200 nm的鋁薄膜。每一次成膜時更換矽基板而連續進行。

藉由光學式粒子計數器（particle counter）對成膜的矽基板進行檢查，藉由顯微鏡觀察粒子發生部位。對粒子進行觀察，並根據形狀調查飛濺的發生數。表1中表示各個靶材的飛濺發生在每個基板中達到1個以下為止的已成膜的基板的張數。這相當於預濺鍍時所需的虛設基板的張數。根據表1可知，分別對樣本進行4次評價。

而且，對實施例1～實施例6及比較例1～比較例2的各自的鋁濺鍍靶材的表面，進行維氏硬度試驗，測定維氏硬度。維氏硬度試驗中使用如下方法，即，藉由明石製作所製造的試驗機（AVK型/H-90OS23），以1 kgf的負載壓入四角錐形的金剛石壓頭，根據試樣表面產生的四邊形壓痕的對角線長度而算出硬度。在各靶材表面採用n＝3的資料，而求出平均值。將所獲得的維氏硬度表示於表1。

[表1]

而且，使用實施例1～實施例6及比較例1～比較例2的各自的鋁濺鍍靶材形成厚度900 nm的鋁薄膜，將作為其上下層的Mo薄膜分別積層70 nm，測定出以450℃進行1小時的加熱後的鋁薄膜的電阻率。將測定結果表示於表1。

關於飛濺達到1個以下為止的成膜張數，可將表面精加工為切削的實施例1～實施例3與比較例1進行比較，則實施例1～實施例3的平均值為11.0～15.8，與比較例1的平均值22.8相比，張數明顯減少。同樣地，關於飛濺達到1個以下為止的成膜張數，可將表面精加工為研磨的實施例4～實施例6與比較例2進行比較，則實施例4～實施例6的平均值為7.3～10.0，與比較例2的平均值14.0相比，張數明顯減少。根據該些結果可知，表面精加工為切削的情況及為研磨的情況中的任一情況下，實施例樣本中的表面損傷的發生與比較例樣本相較下得以減少。

而且，關於維氏硬度，實施例樣本的維氏硬度均為25以上，與此相對，比較例樣本小於25。關於薄膜電阻率，可知所有樣本均處於3.00 μΩcm～3.12 μΩcm的狹窄範圍內，為同等的值。

無

無

無

Claims (3)

1. 一種鋁濺鍍靶材，其特徵在於：包含0.005原子%～0.04原子%的Ni、及0.005原子%～0.06原子%的La，且剩餘部分為Al及不可避免的雜質。
2. 如申請專利範圍第1項所述的鋁濺鍍靶材，其維氏硬度為25以上。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的鋁濺鍍靶材，其包含0.01原子%～0.03原子%的Ni、及0.03原子%～0.05原子%的La。