Cu‑Mn合金溅射靶材、Cu‑Mn合金溅射靶材的制造方法以及半导体元件技术

本发明专利技术提供一种Cu‑Mn合金溅射靶材、Cu‑Mn合金溅射靶材的制造方法以及半导体元件，该Cu‑Mn合金溅射靶材能够减少由于含有高浓度的Mn、杂质的氧化物等的异物所造成的溅射时的异常放电。该Cu‑Mn合金溅射靶材以含有平均浓度5原子%以上且30原子%以下的Mn并且平均结晶粒径为10μm以上且50μm以下的Cu‑Mn合金作为母材，利用X射线能谱分析得到的Mn浓度的最大值和最小值与平均浓度的差为±2原子%以内。

【技术实现步骤摘要】
Cu-Mn合金溅射靶材、Cu-Mn合金溅射靶材的制造方法以及半导体元件
本专利技术涉及一种Cu-Mn合金溅射靶材、Cu-Mn合金溅射靶材的制造方法以及使用由该靶材形成的Cu-Mn合金膜的半导体元件。
技术介绍
近年来，液晶平板受到大画面化、高精细化的影响，追求进一步临场感而要求高视角化(SuperHighVision)、裸眼3D平板的实现。关于用于液晶平板的薄膜晶体管(TFT：ThinFilmTransistor)，不断进行能够利用高移动度而进行高速动作的、阈值电压的差异小、驱动电流均匀性优异的半导体材料的开发。作为这样的半导体材料，开发出了氧化铟镓锌(InGaZnO：以下记为IGZO)、氧化锌(ZnO)等氧化物半导体来替代现行的非晶硅(α-Si)半导体。另外，作为适用于这样的新型半导体材料的TFT配线电极材料，例如非专利文献1中记载了将铜-锰(Cu-Mn)合金用于IGZO体系TFT是有用的。即，通过溅射将Cu-4原子%Mn合金膜在IGZO膜上成膜，进行250℃的热处理。由此，在合金膜与IGZO膜的界面形成氧化锰(MnOx)膜，抑制合金膜中的Cu向IGZO膜中扩散。该层叠膜中，获得了接触电阻为10-4Ωcm的良好的欧姆特性。另外，关于利用湿法蚀刻的电极的加工性，Cu-4原子%Mn合金膜和IGZO膜的蚀刻率的选择比为10:1，是良好的。关于Cu-Mn合金膜的成膜中所使用的靶材，例如记载于专利文献1、2中。专利文献1中，作为溅射靶材的铜合金，是通过在真空中熔化并合金化的铸造法来形成的。此时，在0.1～20.0at.%的范围内添加Mn，在Cu中的扩散系数比Cu自身扩散系数小的不可避免的杂质元素的浓度限定为0.05at.%以下。另外，专利文献2中，构成溅射靶的铜合金含有Mn：0.6～30质量%，剩余部分具有由Cu和杂质构成的组成。该杂质限定为金属系杂质40ppm以下、并且氧10ppm以下、氮5ppm以下、氢5ppm以下、碳10ppm以下。这样的Cu合金是将高纯度电解铜和电解锰在Ar气气氛中的高纯度石墨模具内进行高频熔化而制造。另外，关于靶材的异物的控制，例如在专利文献3中，将含有氧、磷、硫等杂质的钴、镍、铁等金属在坩埚内真空熔化从而制造高纯度金属靶。在金属熔化后，在进行坩埚内进行凝固或进行定向凝固，将杂质浓缩至坩埚上部或最终凝固部，并切除杂质浓缩的部分。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第4065959号公报专利文献2：日本特开第2007-051351号公报专利文献3：日本特开2002-327216号公报非专利文献：PilsangYun,JunichiKoike,“MicrostructureAnalysisandElectricalPropertiesofCu-MnElectrodeforBack-ChannelEtchinga-IGZOTFT,”17thInternationalDisplayWorkshops(IDW’10),pp.1873-1876
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，Mn容易与原料的熔化中使用的坩埚材料、铸造熔剂(flux)成分中所含的碳(C)成分等杂质反应。因此，在Cu-Mn铸造物的组织内不可避免地存在Mn、含杂质的氧化物等异物。异物为绝缘体或半导体，溅射时会引起充电(部件带电)从而成为异常放电发生的起点。若发生异常放电，则存在靶材的一部分熔融，称为飞溅物的液滴状的物质飞散从而引起合金膜的不良的情况。另外，在Cu-Mn合金的铸造时，将从液相凝固时不同组成的固相和液相分离后，整体都成为固相。因此，在坩埚中熔化并流入铸造模具被凝固而成的铸造物的铸造组织中存在浓度不均。这样的浓度不均所造成的高浓度的Mn也会成为溅射时异常放电发生的要因。因此，为了抑制杂质的影响，如上述的专利文献1、2那样，单单规定杂质的浓度是不够的。专利文献1、2中，对于上述那样的Cu-Mn合金的材料组织上的问题没有记载，也没有公开解决手段。而专利文献3的方法被认为原本就不是关于Cu-Mn合金的方法，另外，也不适于高成本的量产制造。本专利技术的目的在于提供一种能够减少由于高浓度的Mn、含杂质的氧化物等异物造成的溅射时的异常放电的Cu-Mn合金溅射靶材、Cu-Mn合金溅射靶材的制造方法以及使用该靶材的半导体元件。解决问题的手段根据本专利技术的第1方式，提供一种Cu-Mn合金溅射靶材，其以含有平均浓度为5原子%以上且30原子%以下的Mn并且平均结晶粒径为10μm以上且50μm以下的Cu-Mn合金作为母材，利用X射线能谱分析得到的Mn浓度的最大值和最小值与所述平均浓度的差为±2原子%以内。根据本专利技术的第2方式，提供根据第1方式所述的Cu-Mn合金溅射靶材，在所述Cu-Mn合金中存在含有比所述平均浓度更高浓度的Mn和含杂质的氧化物中的至少一种的异物的情况下，所述Cu-Mn合金的1cm×1cm内的结晶组织中，最大径为5μm以上的所述异物为10个以下。根据本专利技术的第3方式，提供根据第2方式所述的Cu-Mn合金溅射靶材，所述杂质为C、S、Si、P中的至少一种。根据本专利技术的第4方式，提供根据第2方式所述的Cu-Mn合金溅射靶材，所述杂质为C、S、Si、P中的至少一种，所述杂质在所述Cu-Mn合金的结晶组织中的平均浓度是C为10ppm以下、S为20ppm以下、Si为20ppm以下、P为100ppm以下。根据本专利技术的第5方式，提供根据第1～4方式中的任一个所述的Cu-Mn合金溅射靶材，所述Mn浓度的最大值和最小值与所述平均浓度的差为±0.5原子%以内。根据本专利技术的第6方式，提供一种Cu-Mn合金溅射靶材的制造方法，将相对于纯度3N以上的Cu以达到5原子%以上且30原子%以下的平均浓度的方式添加纯度3N以上的Mn的原料进行熔化并铸造，从而得到铸造物，然后，将所述铸造物在800℃以上且870℃以下的温度下加热从而使所述铸造物的整体均热化，以90%以上的加工度进行热轧。根据本专利技术的第7方式，提供一种半导体元件，其在基板上具备通过在氧化物半导体上形成Cu-Mn合金膜而构成的配线结构，所述Cu-Mn合金是使用第1～5方式中的任一个所述的Cu-Mn合金溅射靶材或利用第6方式所述的方法制造的Cu-Mn合金溅射靶材而形成的。根据本专利技术的第8方式，提供根据第7方式所述的半导体元件，所述配线结构具有纯Cu膜以及将所述纯Cu膜夹在中间的2层所述Cu-Mn合金膜。专利技术效果根据本专利技术，提供一种能够减少由于高浓度的Mn、含杂质的氧化物等的异物造成的溅射时的异常放电的Cu-Mn合金溅射靶材、Cu-Mn合金溅射靶材的制造方法以及使用该靶材的半导体元件。附图说明图1为Cu-Mn合金的二元系相图。图2为安装有本专利技术的一个实施方式涉及的Cu-Mn合金溅射靶材的溅射装置的纵向剖面图。图3为本专利技术的一个实施方式涉及的薄膜晶体管的简略剖面图。图4为本专利技术的实施例和比较例涉及的Cu-Mn合金溅射靶材的电弧放电的测定中使用的检出装置系统的简略图。图5为对本专利技术的实施例1、2涉及的Cu-Mn的热轧后的结晶组织进行观测的SEM图像。图6为对比较例1、2涉及的Cu-Mn合金的热轧后的结晶组织进行观测的SEM图像。附图标记说明10：Cu-Mn合金溅射靶材20：溅射装置30：IGZO体系TFT本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Cu‑Mn合金溅射靶材，其特征在于，以含有平均浓度为5原子%以上且30原子%以下的Mn并且平均结晶粒径为10μm以上且50μm以下的Cu‑Mn合金作为母材，利用X射线能谱分析得到的Mn浓度的最大值和最小值与所述平均浓度的差为±2原子%以内。

【技术特征摘要】
2013.01.29 JP 2013-0148461.一种Cu-Mn合金溅射靶材，其特征在于，以含有平均浓度为5原子％以上且30原子％以下的Mn并且平均结晶粒径为10μm以上且50μm以下的Cu-Mn合金作为母材，在200μm×100μm的视野内利用X射线能谱分析得到的Mn浓度的最大值和最小值与所述平均浓度的差为±2原子％以内，所述Cu-Mn合金的1cm×1cm内的结晶组织中，含有含S的氧化物的、最大径为5μm以上的异物为10个以下，所述S在所述Cu-Mn合金的结晶组织中的平均浓度为20ppm以下。2.根据权利要求1所述的Cu-Mn合金溅射靶材，其特征在于，在所述Cu-Mn合金中存在含有比所述平均浓度更高浓度的Mn的异物的情况下，所述Cu-Mn合金的1cm×1cm内的结晶组织中，最大径为5μm以上的含有Mn的所述异物为10个以下。3.根据权利要求1或2所述的Cu-Mn合金溅射靶材，其特征在于，所述Mn浓度的最大...

【专利技术属性】
技术研发人员：辰巳宪之，关聪至，小林隆一，上田孝史郎，
申请(专利权)人：株式会社SH铜业，
类型：发明
国别省市：日本;JP