DE112015006364T5 - Verfahren zum Herstellen eines Kupferdünnfilms durch Verwenden eines Einkristallkupfertargets - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Kupferdünnfilms durch Verwenden eines Einkristallkupfertargets Download PDF

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Abstract

Offenbart wird ein Verfahren zum Herstellen eines Kupferdünnfilms unter Verwendung eines Einkristallkupfertargets, und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines Kupferdünnfilms unter Verwendung eines Einkristallkupfertargets, bei welchem ein Kupferdünnfilm auf einem Saphirscheibensubstrat durch Hochfrequenzsputtern unter Verwendung eines durch einen Czochralski-Prozess gezüchteten Einkristallkupfertargets abgelagert wird, und kann daher eine hohe Qualität in Bezug auf die Kristallinität zeigen. Das Verfahren weist ein Ablagern eines Kupferdünnfilms auf einem Saphirscheibensubstrat durch einen Hochfrequenzsputterprozess unter Verwendung eines scheibenförmigen, durch Schneiden von durch einen Czochralski-Prozess gezüchtetem, zylindrischem, einkristallinem Kupfer erhaltenen Einkristallkupfertargets auf.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kupferdünnfilms unter Verwendung eines Einkristallkupfertargets und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines Kupferdünnfilms unter Verwendung eines Einkristallkupfertargets, bei welchem ein Kupferdünnfilm auf einem Saphirscheibensubstrat durch einen Hochfrequenzsputterprozess unter Verwendung eines durch einen Czochralski-Prozess gezüchteten Einkristallkupfertargets abgelagert wird, wodurch der erhaltene Kupferdünnfilm eine hohe Qualität in Bezug auf die Kristallinität zeigen kann.
  • Hintergrund
  • Typischerweise wird ein Hochfrequenz-Sputterablagerungsprozess in einer Weise durchgeführt, dass auf ein Targetmaterial im Vakuum eine Hochfrequenz angewendet wird, wodurch das Targetmaterial ionisiert wird und somit Atome und Moleküle desselben auf der Oberfläche eines nahebei angeordneten Substrats abgelagert werden, womit ein Dünnfilm ausgebildet wird.
  • Der Hochfrequenz-Sputterablagerungsprozess wird hauptsächlich bei der Ausbildung eines Kupferdünnfilms auf der Oberfläche eines Substrats eingesetzt. Namentlich werden ein Substrat und ein Kupfertarget in einem Vakuumraum angeordnet und wird auf das Kupfertarget eine Hochfrequenz angewendet, wodurch ein Kupferdünnfilm auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet wird.
  • Ein herkömmliches Kupfertarget, das eingesetzt wird, wenn ein Kupferdünnfilm unter Verwendung des Hochfrequenz-Sputterablagerungsprozesses ausgebildet wird, ist ein polykristallines oder amorphes Kupfertarget. In diesem Fall weist der auf der Oberfläche des Substrats ausgebildete Kupferdünnfilm eine geringe Qualität auf und wird leicht von dem Substrat abgestreift, was unerwünscht ist. Trotz des hohen Bedarfs an Kupferdünnfilm bestehen Einschränkungen bezüglich der einfachen Verwendung eines solchen Kupfertargets.
  • Offenbarung
  • Technische Aufgabe
  • Demgemäß ist die vorliegende Erfindung in Anbetracht der im Stand der Technik angetroffenen Probleme gemacht worden, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Kupferdünnfilms unter Verwendung eines Einkristallkupfertargets bereitzustellen, bei welchem zur Verhinderung einer Qualitätsabnahme eines Kupferdünnfilms aufgrund der Verwendung eines herkömmlichen Kupfertargets bei Ausbilden eines Kupferdünnfilms auf der Oberfläche eines Substrats durch einen Hochfrequenz-Sputterablagerungsprozesses ein durch einen Czochralski-Prozess gezüchtetes Einkristallkupfertarget verwendet werden kann, um somit einen Kupferdünnfilm hoher Qualität auf der Oberfläche eines Saphirscheibensubstrats abzulagern. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist durch Vorstehendes nicht eingeschränkt, und andere Aufgaben, die hierin nicht offenbart sind, werden durch die nachstehende Beschreibung leicht verstanden werden können.
  • Technische Lösung
  • Daher stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Kupferdünnfilms unter Verwendung eines Einkristallkupfertargets bereit, welches ein Ablagern eines Kupferdünnfilms auf einem Saphirscheibensubstrat durch einen Hochfrequenzsputterprozess unter Verwendung eines scheibenförmigen, durch Schneiden von durch einen Czochralski-Prozess gezüchtetem, zylindrischem, einkristallinem Kupfer erhaltenen Einkristallkupfertargets aufweist.
  • Die Höhe einer Spitze (111) des Kupferdünnfilms ist wenigstens einmal die Höhe einer Spitze (0001) des Saphirscheibensubstrats auf einem Röntgenbeugungs-(XRD)-Muster.
  • Der Kupferdünnfilm ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Abfall im spezifischen Widerstand, bei welchem ein spezifischer Widerstand geringer als ein durchschnittlicher spezifischer Widerstand ist, in dem Bereich von Raumtemperatur bis 200°C auftritt.
  • Das Hochfrequenzsputtern kann durch Anlegen einer Hochfrequenzleistung von 30 bis 60 W bei 100 bis 200°C für 2 bis 3 h durchgeführt werden.
  • Vorteilhafte Wirkungen
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Kupferdünnfilm hoher Qualität auf der Oberfläche eines Saphirscheibensubstrats durch einen einfachen Hochfrequenzsputterprozess unter Verwendung eines durch einen Czochralski-Prozess gezüchteten, scheibenförmigen Einkristallkupfertargets abgelagert werden, wodurch der starke Bedarf an Kupferdünnfilm erfüllt wird und ferner das Anwendungsfeld des Kupferdünnfilms erweitert wird.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt XRD-Daten für den Vergleich eines gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Kupferdünnfilms mit einem durch einen herkömmlichen Prozess hergestellten Kupferdünnfilm;
  • 2 zeigt AFM-Daten für den Vergleich des gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Kupferdünnfilms mit dem durch einen herkömmlichen Prozess hergestellten Kupferdünnfilm;
  • 3 zeigt TEM-Bilder für den Vergleich des gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Kupferdünnfilms mit dem durch einen herkömmlichen Prozess hergestellten Kupferdünnfilm;
  • 4 zeigt EBSD-Bilder für den Vergleich des gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Kupferdünnfilms mit dem durch einen herkömmlichen Prozess hergestellten Kupferdünnfilm; und
  • 4 zeigt Hall-Daten für den Vergleich des gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Kupferdünnfilms mit dem durch einen herkömmlichen Prozess hergestellten Kupferdünnfilm.
  • Beste Art
  • Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zum Herstellen eines Kupferdünnfilms unter Verwendung eines Einkristallkupfertargets, welches geeignet ist, einen Kupferdünnfilm zur Verwendung in einer Solarzelle oder dergleichen auf der Oberfläche eines Substrats auszubilden.
  • Insbesondere ermöglicht das Verfahren zum Herstellen eines Kupferdünnfilms unter Verwendung eines Einkristallkupfertargets gemäß der vorliegenden Erfindung die Ausbildung eines Kupferdünnfilms hoher Qualität durch einen vergleichsweise einfachen Prozess im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren, um den hohen Bedarf an dem Kupferdünnfilm zu erfüllen.
  • Hierbei ist das Kupfertarget ein scheibenförmiges, durch Schneiden von zylindrischem, durch einen Czochralski-Prozess gezüchtetem, einkristallinem Kupfer erhaltenes Einkristallkupfertarget, ist das Substrat ein scheibenförmiges Saphirsubstrat und ist der Ablagerungsprozess ein Hochfrequenzsputterprozess.
  • Ein scheibenförmiger, zum Vorbereiten eines einkristallinen Ingots bzw. Blocks durch einen Czochralski-Prozess gezüchteter Einkristallkupferingot, wird auf der Oberfläche eines Saphirscheibensubstrats im Wege eines Hochfrequenzsputterprozesses abgelagert, womit ein Kupferdünnfilm hoher Qualität erzielt wird.
  • Die Höhe einer Spitze (111) des Kupferdünnfilms ist wenigstens einmal die Höhe einer Spitze (0001) des Saphirscheibensubstrats auf einem XRD-Musters. Der Kupferdünnfilm ist auch dadurch gekennzeichnet, dass ein Abfall im spezifischen Widerstand, bei welchem ein spezifischer Widerstand im Vergleich mit einem durchschnittlichen spezifischen Widerstand drastisch abnimmt, in dem Bereich von Raumtemperatur bis 200°C auftritt.
  • Hierbei wird der Hochfrequenz-Sputterablagerungsprozess durch Anlegen einer Hochfrequenzleistung von 30 bis 60 W bei 100 bis 200°C für 1 bis 3 h in einem Vakuum durchgeführt. Wenn die Prozessbedingungen aus den obigen Bedingungen herausfallen, werden die Eigenschaften des Kupferdünnfilms nicht wie gewünscht gezeigt, und die Qualität des Kupferdünnfilms kann abnehmen. Daher wird der Prozess vorzugsweise unter den Prozessbedingungen ausgeführt, die zweckdienlich innerhalb der vorstehenden Bereiche ausgewählt werden.
  • Es folgt eine Beschreibung eines Verfahrens zum Herstellen eines Kupferdünnfilms unter Verwendung eines Einkristallkupfertargets gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der Eigenschaften eines hierdurch hergestellten Kupferdünnfilms.
  • Insbesondere wird das Verfahren zum Herstellen eines Kupferdünnfilms unter Verwendung eines Einkristallkupfertargets gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wie folgt beschrieben.
    • 1. Durch einen Czochralski-Prozess wird ein zylindrischer Einkristallkupferingot gezüchtet.
    • 2. Der zylindrische Einkristallkupferingot wird vertikal aufgerichtet und in einer horizontalen Richtung geschnitten, um eine Scheibenform zu erhalten, wodurch ein scheibenförmiges Einkristallkupfertarget ausgebildet wird.
    • 3. Das scheibenförmige Einkristallkupfertarget wird einem Hochfrequenzsputtern unterzogen, indem eine Hochfrequenzleistung von 40 W bei 150°C für 2 h angewendet wird, um einen Kupferdünnfilm auf der Oberfläche eines scheibenförmigen Saphirsubstrats abzulagern, wodurch die Ausbildung eines Kupferdünnfilms abgeschlossen wird.
  • Als nächstes werden die Eigenschaften des gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Kupferdünnfilms auf der Grundlage verschiedener Prüfdatenergebnisse im Einzelnen beschrieben.
  • 1. XRD-Daten.
  • 1 zeigt XRD-Daten für den Vergleich eines gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Kupferdünnfilms (SCu/Al2O3) mit einem durch einen herkömmlichen Prozess unter Verwendung eines typischen Kupfertargets hergestellten Kupferdünnfilm (Cu/Al2O3).
  • Wie in den linken Daten von 1 gezeigt, kann bestätigt werden, dass der Kupferdünnfilm (SCu/Al2O3) der vorliegenden Erfindung überlegene Kristallinität einer Cu-(111)-Ebene zeigt im Vergleich mit dem herkömmlichen Kupferdünnfilm (Cu/Al2O3) unter Verwendung des typischen Kupfertargets.
  • Wie in den rechten Daten von 1 gezeigt, scheint die Spitze von Cu (111) des Kupferdünnfilms (SCu/Al2O3) gemäß der vorliegenden Erfindung viel höher zu sein als die Spitze des Saphirsubstrats (Al2O3 (0001)). Andererseits ist in dem Fall des herkömmlichen Kupferdünnfilms (Cu/Al2O3) die Spitze des Dünnfilms nicht höher als die Spitze des Substrats. Insbesondere ist die Spitzenintensität des Kupferdünnfilms (SCu/Al2O3) auf einem Niveau sichergestellt, das gleich oder höher als 106 CPS (Zähler pro Sekunde) ist, wodurch es möglich ist, einen Kupferdünnfilm hoher Qualität zu züchten.
  • 2. AFM-Daten
  • 2 zeigt AFM-Daten für den Vergleich des gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Kupferdünnfilms (SCu/Al2O3) mit dem durch einen herkömmlichen Prozess unter Verwendung eines typischen Kupfertargets hergestellten Kupferdünnfilm (Cu/Al2O3).
  • Wie in den AFM-Daten von 2 gezeigt, ist die Morphologie des Kupferdünnfilms (SCu/Al2O3) der vorliegenden Erfindung einheitlich, ist jedoch die Morphologie des herkömmlichen Kupferdünnfilms nicht einheitlich. Der Kupferdünnfilm (SCu/Al2O3) der vorliegenden Erfindung weist einen RMS-Wert (9,11 nm) auf, der geringer als der RMS-Wert (45,09 nm) des herkömmlichen Kupferdünnfilms (Cu/Al2O3) ist.
  • 3. TEM-Bild
  • 3 zeigt TEM-Bilder für den Vergleich des gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Kupferdünnfilms (SCu/Al2O3) mit dem durch einen herkömmlichen Prozess unter Verwendung eines typischen Kupfertargets hergestellten Kupferdünnfilm (Cu/Al2O3).
  • Wie in den TEM-Bildern von 3 gezeigt, ist der Kupferdünnfilm (SCu/Al2O3) der vorliegenden Erfindung derart konfiguriert, dass Gitter an der Grenze zwischen dem Substrat und dem Kupferdünnfilm einheitlich wie Einkristalle ausgebildet sind. Wie auch in der SAED-(Elektronenbeugung eines ausgewählten Bereichs)-Einfügung gesehen, kann gefunden werden, dass der Kupferdünnfilm effektiv auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet ist.
  • Der herkömmliche Kupferdünnfilm (Cu/Al2O3) ist jedoch so konfiguriert, dass an der Grenze zwischen dem Dünnfilm und dem Substrat eine große Anzahl von Schichtdefekten und Kristalldislozierungen ausgebildet sind. Wie in dem eingefügten TEM-Bild gesehen, kann bestätigt werden, dass eine säulenartige Struktur wächst.
  • 4. EBSD-Bild
  • 4 zeigt EBSD-Bilder für den Vergleich des gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Kupferdünnfilms (SCu/Al2O3) mit dem durch einen herkömmlichen Prozess unter Verwendung eines typischen Kupfertargets hergestellten Kupferdünnfilm (Cu/Al2O3).
  • Wie in den EBSD-Bildern von 4 gezeigt, ist der Kupferdünnfilm der vorliegenden Erfindung derart konfiguriert, dass über den gesamten Bereich des EBSD-Bildes keine Körner gefunden werden und in der gleichen (111)-Richtung gezüchtet wird.
  • 5. Hall-Daten
  • 5 zeigt Hall-Daten für den Vergleich des gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Kupferdünnfilms (SCu/Al2O3) mit dem durch einen herkömmlichen Prozess unter Verwendung eines typischen Kupfertargets hergestellten Kupferdünnfilm (Cu/Al2O3) (unter Verwendung des van-der-Pauw’schen Gesetzes).
  • Auf der Grundlage der Hall-Daten von 5 tritt bei dem Kupferdünnfilm (SCu/Al2O3) der vorliegenden Erfindung ein Abfall im spezifischen Widerstand, bei welchen der spezifische Widerstand drastisch abnimmt, bei etwa 150°C ein, was aus (a) ersichtlich ist, zeigt jedoch der herkömmliche Kupferdünnfilm (Cu/Al2O3), dass Änderungen im spezifischen Widerstand in den vorbestimmten Bereich fallen, wie in (b) gesehen. Auch sind bei dem Kupferdünnfilm (SCu/Al2O3) der vorliegenden Erfindung Ladungsträgerkonzentration und -beweglichkeit bei etwa 150°C beträchtlich erhöht, wie in (c) gesehen, ist jedoch der herkömmliche Kupferdünnfilm (Cu/Al2O3) hinsichtlich Ladungsträgerkonzentration und -beweglichkeit mit einer Zunahme der Temperatur allmählich verringert oder erhöht, wie in (d) gesehen.
  • Der Kupferdünnfilm (SCu/Al2O3) der vorliegenden Erfindung weist aufgrund der Oberflächeneffekte hiervon und des Korngrenzenbeitrags niedrige spezifische Widerstandseigenschaften auf und ist daher für ULSI-(ultra-großmaßstäbliche Integration)-Technologie hochgradig anwendbar.
  • Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht das Verfahren zum Herstellen eines Kupferdünnfilms unter Verwendung eines Einkristallkupfertargets gemäß der vorliegenden Erfindung die Ablagerung eines Kupferdünnfilms auf der Oberfläche eines Saphirsubstrats durch Hochfrequenzsputtern unter Verwendung eines Einkristallkupfertargets, und daher kann der erhaltene Kupferdünnfilm eine hohe Qualität aufweisen, während im Vergleich mit dem herkömmlichen Kupferdünnfilm überlegene Kristallinität, einheitliche Morphologie, einheitliche Kornverteilung und spezifische Widerstandseigenschaften erzielt werden.
  • Die vorstehende Ausführungsform ist nur beispielhaft, und andere Ausführungsformen, die hiervon auf vielfältige Weise abgewandelt sind, können durch den Fachmann bereitgestellt werden.
  • Daher sollte die technische Abdeckung der vorliegenden Erfindung nicht nur die obige Ausführungsform, sondern vielfältig abgewandelte Ausführungsformen, welche unter den in den begleitenden Ansprüchen offenbarten, technischen Gehalt der Erfindung fallen, enthalten.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung gehört zu einem Verfahren eines Herstellens eines Kupferdünnfilms unter Verwendung eines Einkristallkupfertargets, und insbesondere zu einem Verfahren zum Herstellen eines Kupferdünnfilms unter Verwendung eines Einkristallkupfertargets, bei welchem ein Kupferdünnfilm auf einem Saphirscheibensubstrat durch Hochfrequenzsputtern unter Verwendung eines durch einen Czochralski-Prozess gezüchteten Einkristallkupfertargets abgelagert wird, und kann daher auf das Gebiet der Ausbildung eines Kupferdünnfilms mit hoher Qualität in Bezug auf Kristallinität angewendet werden.

Claims (4)

  1. Ein Verfahren zum Herstellen eines Kupferdünnfilms unter Verwendung eines Einkristallkupfertargets, welches ein Ablagern eines Kupferdünnfilms auf einem Saphirscheibensubstrat durch einen Hochfrequenzsputterprozess unter Verwendung eines scheibenförmigen, durch Schneiden von durch einen Czochralski-Prozess gezüchtetem, zylindrischem, einkristallinem Kupfer erhaltenen Einkristallkupfertargets aufweist.
  2. Das Verfahren von Anspruch 1, wobei eine Höhe einer Spitze (111) des Kupferdünnfilms wenigstens einmal eine Höhe einer Spitze (0001) des Saphirscheibensubstrats auf einem Röntgenbeugungs-(XRD)-Muster ist.
  3. Das Verfahren von Anspruch 1, wobei in dem Kupferdünnfilm ein Abfall im spezifischen Widerstand, bei welchem ein spezifischer Widerstand geringer als ein durchschnittlicher spezifischer Widerstand ist, in dem Bereich von Raumtemperatur bis 200°C auftritt.
  4. Das Verfahren von Anspruch 1, wobei das Hochfrequenzsputtern durch Anlegen einer Hochfrequenzleistung von 30 bis 60 W bei 100 bis 200°C für 2 bis 3 h durchgeführt wird.
DE112015006364.1T 2015-03-23 2015-03-23 Verfahren zum Herstellen eines Kupferdünnfilms durch Verwenden eines Einkristallkupfertargets Ceased DE112015006364T5 (de)

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