Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Sputtertargets aus hochreinem Aluminium oder hochreiner
Aluminiumlegierung und genauer auf Sputtertargets aus hochreinem Aluminium oder
Aluminiumlegierung, die, wenn sie zur Ausbildung eines dünnen Films gesputtert werden, keine wesentliche
Teilchenerzeugung beteiligen. Ein derartiges Sputtertarget ist aus JP-A-6 280 005 bekannt.
Stand der Technik
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Sputtertargets liegen üblicherweise in der Form von kreisförmigen Scheiben vor, die als Sputterquellen
dienen, wenn Sputtern zur Ausbildung von Elektroden, Gates, leitenden Mustern, Elementen, Isolierungs-
und Schutzfilmen usw. auf Substraten verwendet wird. Wenn beschleunigte Teilchen gegen die
Oberfläche eines Targets treffen, werden die das Target bildenden Atome aufgrund des Impulsaustauschs
teilweise in einen Umgebungszwischenraum freigesetzt und werden an einem gegenüberliegend
angeordneten Substrat abgeschieden. Typische Beispiele für verwendete Sputtertargets beinhalten Aluminium-
und Aluminiumlegierungstargets, Targets aus feuerfestem Metall und Legierung (W, Mo, Ti, Ta, Zr, Nb
usw. und ihre Legierungen wie z. B. W-Ti), aus Metallsiliciden (MoSix, WSix, NiSix usw.) und aus
Platingruppenmetall.
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Eine wichtige Gruppe dieser Targetgruppen ist die Gruppe aus Aluminium und Aluminiumlegierungen
zur Ausbildung von Aluminiumverdrahtungen. Ebenfalls werden dünne Filme aus Aluminium als
reflektive Oberflächen von CDs und magneto-optischer Scheiben verwendet.
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Die Tendenz zu einer Integration in höherem Maßstab von elektronischen Schaltungen hat die Breite ihrer
Verdrahtung auf einen unter Mikrometermaßstab liegenden Bereich reduziert. Folglich stellen die
Teilchen, die bei der Ausbildung eines dünnen Films durch Sputtern ausgebildet werden, ein Hauptproblem
dar, da sie einen Grund für eine Unterbrechung oder einen Kurzschluss der Schaltungen bilden. Der wie
hier verwendete Begriff "Teilchen" bezeichnet die aus Partikeln bestehenden Stoffe, die während des
Sputterns von dem Target wegfliegen und sich in Clustern direkt auf einem sich auf einem Substrat
ausbildenden Dünnfilm abscheiden oder sich, wenn sie sich abgeschieden haben, an umgebenden
Wänden und Komponenten aufbauen, sich anschließend von dort lösen und auf den Dünnfilm gelangen.
Hinsichtlich den Aluminium-(Legierungs)-Targets müssen sie der feineren Aluminiumverdrahtung und
den höher qualitativen Reflexionsoberflächen von CDs und magneto-optischen Scheiben gewachsen sein.
Und schließlich ist es erwünscht, die von dem Sputtern resultierende Anzahl von Teilchen und spezifisch
die Anzahl solcher Teilchen, die einen Durchmesser von 0,3 um oder höher aufweisen, auf 50 oder
weniger Teilchen pro Quadratzentimeter abzusenken.
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Unter diesen Umständen haben die vorliegenden Erfinder ermittelt, dass die Teilchen von Inklusionen in
Aluminium-(Legierungs)-Targets stammen und dass die Inklusionen hauptsächlich Oxide sind. Auf der
Grundlage dieser Feststellungen haben die Erfinder kürzlich Sputtertargets aus Aluminium oder
Aluminiumlegierung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Anzahl von Inklusionen, die mit
einem mittlerem Durchmesser von 10 um oder mehr auf der Sputteroberfläche eines Targets erscheinen,
weniger als 40 pro Quadratzentimeter betragen und das der Sauerstoffgehalt in dem Target weniger als
15 ppm beträgt (Japanische Patentanmeldung Nr. 7-192 619).
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Wie in der obigen Patentanmeldung Nr. 7-192 619 beschrieben ermöglicht eine Absenkung in dem
Sauerstoffgehalt eines Aluminium- oder Aluminiumlegierungstargets im wesentlichen die Steuerung der
Teilchenerzeugung. Jedoch ist darauf hinzuweisen, dass nach wie vor ein Problem eines plötzlichen
Zuwachses in der Anzahl von Teilchen während dem Verlauf des Sputterns besteht. Obgleich die mittlere
Anzahl von Teilchen während des Sputterns bei einem zufrieden tellend niedrigen Pegel liegt, kann es
passieren, dass die Anzahl von Teilchen in einer abgeteilten Menge des einen oder anderen Wafers
plötzlich eine steuerbare Grenze überschreitet. Dieses Phänomen einer plötzlichen Teilchenerzeugung ist
ein Faktor, der den Ertrag eines LSI-Herstellungsverfahrens absenken kann.
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Die vorliegende Erfindung zielt auf die Bereitstellung eines Sputtertargets aus hochreinem Aluminium
oder einer hochreinen Aluminiumlegierung ab, dass die plötzliche Teilchenerzeugung während der
Filmausbildung mittels Sputtern steuern kann.
Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegenden Erfinder haben sich bemüht, die beim Stand der Technik bestehenden Probleme zu
lösen und haben hauptsächlich die Form untersucht, mit welcher Sauerstoff in Aluminium- oder
Aluminiumlegierungstargets auftritt. Die Untersuchungen legen eine hohe Wahrscheinlichkeit des
Vorhandenseins als Verbundinklusionen von solchen Aluminiumoxid- und Kohlenstoffteilchen nahe, die von dem in
schmelzenden Targetmaterialien verwendeten Graphittiegel stammen.
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Die Verbundinklusionen sind ziemlich grob oder zerstreut verteilt und sind nicht in Proben beinhaltet, die
üblicherweise für die Sauerstoffanalyse verwendet werden, und sie werden in analytischen Werten selten
gezählt. Nichtsdestotrotz können sie eine Teilchenerzeugung während eines Sputterverfahrens bewirken.
Insbesondere bei Targets mit niedrigem Sauerstoffgehalt wird angenommen, dass die relativ grobe
Verteilung zu einem plötzlichen Zuwachs in der Anzahl von Teilchen führt.
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Zusätzlich zu den oben dargestellten Feststellungen haben die vorliegenden Erfinder nun die Möglichkeit
einer Verwendung der Anzahl einer "Anzeige" in einer Ultraschall-Defektoskopie eines Targetmaterials
als eine Messung der Frequenz des Vorhandenseins von Graphit-Aluminiumoxid-Verbundinklusionen in
einem Aluminium- oder Aluminiumlegierungstarget offenbart.
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Auf der Grundlage des oben Gesagten stellt die vorliegende Erfindung ein Sputtertarget aus hochreinem
Aluminium oder hochreiner Aluminiumlegierung bereit, wobei der Sauerstoffgehalt in dem Target
weniger als 5 ppm beträgt, dadurch charakterisiert, dass in der Ultraschall-Defektoskopie von der
Targetoberfläche die Löchern mit flachem Boden und einem Durchmesser von 0,5 um oder größer
entsprechende Anzeigezahl weniger als 0,014 pro Quadratzentimeter beträgt.
Kurze Erläuterung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist ein Graph und stellt Veränderungen in der Anzahl von Teilchen mit abgeteilten Mengen dar,
die ein Target A (Vergleichsbeispiel) und ein Target B (Beispiel) verwendeten.
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Fig. 2 ist ein Graph und stellt Veränderungen in der Anzahl von Teilchen mit abgeteilten Mengen dar,
die ein Target C (Vergleichsbeispiel) und ein Target D (Beispiel) benutzten.
Bester Modus zur Durchführung der Erfindung
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Teilchen werden beim Sputtern erzeugt, wenn Inklusionen in dem Target zu winzigen, aus Partikeln
bestehenden Stoffen zerplatzen. Die winzigen, aus Partikeln bestehenden Stoffe fallen zurück und lagern
sich um die Poren an, die durch das Zerplatzen offen gelassen werden. Dann löst sich die Ablagerung und
wird selbst zu einem Grund für die Entstehung von Teilchen. Da die Inklusionen, welche die Teilchen
entstehen lassen, hauptsächlich aus Oxiden bestehen, ist der Sauerstoffgehalt in einem Target auf weniger
als 5 ppm begrenzt. Zusätzlich wird die Löchern mit flachem Boden und einem Durchmesser von 0,5 um
oder größer entsprechende Anzeigezahl auf weniger als 0,014 pro Quadratzentimeter eingestellt, so dass
der Pegel von Graphit-Aluminiumoxid-Verbundinklusionen in dem Target abgesenkt wird und die
Möglichkeit einer plötzlichen Teilchenerzeugung auf zufriedenstellende Weise reduziert wird.
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Der Ausdruck "hochreines Aluminium", das als ein Material für Sputtertargets gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, bezeichnet Aluminium mit einer Reinheit von 99, 99% oder größer. Unter
"Aluminiumlegierung" wird ein hochreines Aluminium verstanden, dass von bis zu insgesamt 10 Gew.-%
eines oder zweier bzw. mehrerer Elemente wie z. B. Si, Cu, Ti, Ge, Cr, Ni, Mo, B, Zr, Nd, Ta enthält,
das/die üblicherweise zu Sputtertargets hinzugefügt wird/werden.
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Als Materialien für die Herstellung von Sputtertargets gemäß der vorliegenden Erfindung können
kommerziell verfügbare hochreine Aluminiummaterialien mit oder ohne Hinzufügung der oben erwähnten
legierenden Elemente verwendet werden. In jedem Fall muss das ausgewählte Material die
geringstmöglichen Gehalte von Verunreinigungen wie z. B. an radioaktiven Elementen oder Alkalimetallen aufweisen,
die sich nachteilig auf elektronische Vorrichtungen und ähnliches auswirken können.
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Ein Target wird üblicherweise durch Schmelzen und Gießen eines Materials, Wärmebehandeln und
Bearbeiten des formgegossenen Stücks hergestellt, um ihm eine geeignete Kristallstruktur, Korngröße
usw. zu verleihen, und anschließend wird das Werkstück auf die abschließenden Targetabmessungen in
der Form einer Scheibe oder ähnlichem durch eine maschinelle und Endbearbeitung gebracht. Eine
adäquate Kombination aus plastischer Bearbeitung wie z. B. Walzen und Warmmassivumformen und
einer Wärmebehandlung ermöglicht optimale Einstellungen der Kristallausrichtung und weitere
Qualitäten des sich ergebenden Targets.
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Inklusionen stammen hauptsächlich von den Verfahrensschritten des Materialschmelzens und -gießens.
Sie sind überwiegend Oxide, wobei der Rest aus Nitriden, Carbiden, Hydriden, Sulfiden, Siliciden usw.
besteht. Hinsichtlich dieses Umstands werden für die Targetherstellung verwendete Tiegel, Gates,
Gussformen usw. vorzugsweise aus reduzierenden Materialien angefertigt. Ebenfalls ist es beim Gießen
von schmelzflüssigem Aluminium oder schmelzflüssiger Aluminiumlegierung wichtig, Oxide und andere
Schlacken, die bis zu der Oberfläche der Schmelze auftreten, vollständig zu entfernen. Das Schmelzen
und Gießen wird in einer nicht oxidierenden Atmosphäre und vorzugsweise in einem Vakuum durchgeführt.
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Während des Sputterns werden Teilchen als Inklusionen in dem Target erzeugt, die zu winzigen, aus
Partikeln bestehenden Stoffen zerbersten. Die winzigen aus Partikeln bestehenden Stoffe fallen zurück
und lagern sich um Poren an, die durch das Zerbersten offen verbleiben. Anschließend löst sich die
Abscheidung ab und wird selbst eine Ursache für die Teilchenerzeugung. Die Inklusionen, welche die
Teilchen entstehen lassen, bestehen hauptsächlich aus Oxiden, und wenn ein Sauerstoffgehalt in dem
Target 5 ppm übersteigt, wird die Teilchenerzeugung merklich verstärkt. Daher ist der Sauerstoffgehalt in
einem Target auf weniger als 5 ppm begrenzt.
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Ebenfalls ist es notwendig, den Anteil von Graphit-Aluminiumoxid-Verbundinklusionen, die eine
plötzliche Teilchenerzeugung bewirken, zu reduzieren. Diese Inklusionen werden ziemlich grob verteilt und
sind nicht in Probestücken beinhaltet, die üblicherweise für eine Sauerstoffanalyse verwendet werden,
und sie werden selten in analytischen Werten gezählt. Betreffs dieses Umstands wird ein Targetmaterial
einer Ultraschall-Defektoskopie von dessen Oberfläche unterzogen und die derart beobachtete, Löchern
mit flachem Boden und einem Durchmesser von 0,5 um oder größer entsprechende Anzeigezahl wird als
ein Häufigkeitsmaß des Vorhandenseins der Graphit-Aluminiumoxid-Verbundinklusionen verwendet.
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Die Anzeigemessung in der Ultraschall-Defektoskopie kann auf der Basis der Intensitäten von
reflektierten Echos erfolgen, die mit den Abständen zu Anzeigen, den Abmessungen und Konfigurationen der
Anzeigen usw. variieren. Im allgemeinen wird die Größe einer Anzeige dadurch abgeschätzt, dass die
Intensität ihres Vergleichsanzeigeechos mit einer dgS-Aufzeichnung von Messungen mit Echos
verglichen werden, die von Löchern mit flachem Boden, welche auf verschiedene Tiefen und Abmessungen
maschinell bearbeitet worden sind, reflektiert werden. Daher bedeutet ein Durchmesser eines Lochs mit
flachem Boden von 0,5 mm, dass die Größe einer Anzeige eine Intensität aufweist, die äquivalent zu
derjenigen des Echos ist, welches von einem Loch mit flachem Boden mit einem Durchmesser von
0,5 mm und der gleichen Tiefe reflektiert wird. Dieser Durchmesser ist auch als ein äquivalenter
Durchmesser bekannt.
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Wenn die dem Loch mit flachem Boden und einem Durchmesser von 0,5 mm oder höher entsprechende
Anzeigezahl größer als 0,014 pro Quadratzentimeter ist, wird der plötzliche Zuwachs in der Anzahl von
Teilchen bemerkbar. Daher wird die einem Loch mit flachem Boden und einem Durchmesser von 0,5 mm
oder größer entsprechende Anzeigezahl auf weniger als 0,014/cm² eingestellt. Dieser Wert entspricht
einem Wert von weniger als 10 in einem gewöhnlichen Sputtertarget aus hochreinem Aluminium oder
hochreiner Aluminiumlegierung, oder einem Target mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Dicke
von 10 bis 15 mm.
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Daher kann mit der vorliegenden Erfindung die mittlere Anzahl von Teilchen abgesenkt werden, während
zur gleichen Zeit eine plötzliche Teilchenerzeugung kontrolliert wird, um somit zukünftigen
Anforderungen für Aluminium-(Legierungs)-Targets zu entsprechen.
Beispiele
Beispiel 1
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Zwei unterschiedliche Typen von Al-0,5%Cu-Legierungstargets (mit einem Durchmesser von 300 mm
und einer Dicke von 10 mm) wurden hergestellt. Die Sauerstoffgehalte in den Targets wurden bestimmt.
Eine Ultraschall-Defektoskopie der Targets wurde von oberhalb ihrer Oberflächen durchgeführt. Die für
die Defektoskopie benutzten Bedingungen lauteten wie folgt:
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Oszillatordurchmesser: 9,5 mm
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Oszillatorfläche: 68 mm²
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Oszillatorform: kreisförmig
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Ultraschallfrequenz: 5-10 MHz
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Die Sauerstoffgehalte in den Targets, und die Anzeigezahlen, die Löchern mit flachem Boden und einem
Durchmesser von 0,5 mm oder größer in der Ultraschall-Defektoskopie pro Einheitsfläche entsprechen,
lauteten wie folgt:
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Mit diesen Targets wurden Sputtertests durchgeführt. Sputterfilme wurden auf Siliziumwafern mit einem
Durchmesser von 8 inch ausgebildet und die Anzahl von Teilchen, deren Durchmesser 0,3 um oder
größer war, wurde unter Verwendung eines Teilchenzählers gezählt (Modell Nr. 6420, hergestellt von
Tencor). Die Veränderungen in der Anzahl von Teilchen in unterschiedlichen abgeteilten Mengen sind
grafisch in Fig. 1 dargestellt.
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Die Mengennummern 1-32 stellen die Ergebnisse des Sputterns mit einem Target A dar, die
Mengennummern 33-40 stellen die Ergebnisse mit einem Target B dar und die Mengennummern 41-49
repräsentieren die Ergebnisse wiederum mit dem Target A.
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Bei einer Verwendung des Targets A wurden plötzliche Zuwächse in der Anzahl von Teilchen (in Fig. 1
durch Sternchen angegeben) beobachtet. Mit dem Target B wurde die Stabilität ohne einen derartigen
Zuwachs aufrechterhalten.
Beispiel 2
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Auf die gleiche Weise wie in dem Beispiel 1 wurden zwei unterschiedliche Typen von Al-0,5%Cu
Legierungstargets (Durchmesser 300 mm, Dicke 10 mm) hergestellt. Die Sauerstoffgehalte in den Targets
wurden bestimmt und eine Ultraschall-Defektoskopie wurde von oberhalb ihrer Oberflächen durchgeführt.
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Die Sauerstoffgehalte in den Targets und die Anzeigezahlen, die Löchern mit flachem Boden und einem
Durchmesser von 0,5 mm oder größer in der Ultraschall-Defektoskopie pro Einheitsfläche entsprechen,
lauteten wie folgt:
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Unter Verwendung dieser Targets wurden Sputtertests durchgeführt. Sputterfilme wurden auf
Siliziumwafern mit einem Durchmesser von 8 inch ausgebildet und die Anzahl von Teilchen, deren Durchmesser
0,3 um oder höher war, wurde mit einem Teilchenzähler gezählt (Modell Nr. 6420, hergestellt von
Tencor). Die Veränderungen in der Anzahl von Teilchen in unterschiedlichen abgeteilten Mengen sind in
Fig. 2 dargestellt.
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Die Mengennummern 1-17 stellen die Ergebnisse des Sputterns mit Target C, und die Mengennummern
18-33 die Ergebnisse mit Target D dar.
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Bei einer Verwendung des Targets C wurden plötzliche Zuwächse in der Anzahl von Teilchen (in Fig. 2
durch Sternchen angegeben) über eine steuerbare obere Grenze hinaus beobachtet (in diesem Fall 30).
Andererseits wurde mit dem Target D die Stabilität ohne einen derartigen Zuwachs aufrechterhalten.
Industrielle Anwendbarkeit
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Das Sputtertarget aus hochreinem Aluminium oder hochreiner Aluminiumlegierung gemäß der
vorliegenden Erfindung ermöglicht die Reduzierung des Auftretens einer plötzlichen Teilchenerzeugung
während des Verlaufs des Sputterns.