JP2000064033A - スパッタリングターゲット - Google Patents

スパッタリングターゲット

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JP2000064033A
JP2000064033A JP10233160A JP23316098A JP2000064033A JP 2000064033 A JP2000064033 A JP 2000064033A JP 10233160 A JP10233160 A JP 10233160A JP 23316098 A JP23316098 A JP 23316098A JP 2000064033 A JP2000064033 A JP 2000064033A
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JP
Japan
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alloy
sputtering target
moal
target
wal
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JP10233160A
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English (en)
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Shiyouriyuu Son
正龍 孫
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Tokyo Tungsten Co Ltd
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Tokyo Tungsten Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒロックやボイドの対策として高融点金属に
着目し、問題発生の少ないMo−AlおよびW−Al合
金スパッタリングターゲットの新しい素材を開発し提供
することにある。 【解決手段】 アルミニウム(Al)に3〜10質量%
のMo又はWを添加したMo−Al合金又はW−Al合
金からなるスパッタリングターゲットにおいて、酸素含
有量100ppm以下であり、前記Mo−Al合金は、
MoとAlとの金属間化合物であるMoAl12,MoA
5 ,MoAl4 ,Mo3 Al8 ,MoAl,及びMo
3 Alの内から少なくとも一種の化合物を有し、前記W
−Al合金は、WとAlとの金属間化合物であるWAl
12,WAl5 ,及びWAl4 の内から少なくとも一種の
化合物を有し、質量密度比98%以上で金属間化合物が
均一に分散している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス及
び液晶表示デバイスの配線材料として、AlにMoある
いWを3〜10質量%添加したMo−Al合金およびW
−Al合金のスパッタリングターゲットに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体デバイス及び液晶表示デバ
イスの配線材料には、主にAl合金が用いられている。
【0003】しかし、配線内の電流密度の増加(配線温
度の上昇)により配線寿命の劣化が生じる問題やAl配
線内には、常に応力が存在し、電流が流れなくても40
0K程度の温度で長時間保持するだけでAl結晶粒界を
通じた拡散によりボイドまたはヒロックが生じる問題が
指摘されている。この不良対策としてはCuを始めT
i,Mg,Sn,及びPd等の金属添加が提案されてい
る。
【0004】この中で、Cu配線の実用化にはエッチン
グ困難でCuが酸化しやすく、さらに酸化膜への拡散係
数が大きいためバリアメタルが必要となる等課題が多
く、その他の添加金属についても上述した不良対策とし
て問題解決までには達していないことが現状である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】したがって、高集積化
や液晶表示デバイスの大型化に伴う配線幅は細線化にな
る傾向にあり、スパッタリングにおいて薄膜形成の際に
生じるヒロック発生が少なく、かつバリアメタルを必要
としない配線材料が要求されている。
【0006】そこで、本発明の一般の技術的課題は、上
記した現象の要因で起こるヒロックやボイドの対策とし
て高融点金属に着目し、問題発生の少ないMo−Alお
よびW−Al合金スパッタリングターゲットの新しい素
材を開発し提供することにある。
【0007】また、本発明の特別の技術的課題は、バリ
アメタルを必要としない配線材料として、熱処理で粒界
に均一に凝集しやすく、一旦粒界に凝集したらそこに固
定されてエレクトロマイグレーションによる電子流によ
っても容易に拡散しない特性を持ち、エッチングによる
パターンの加工性に優れ、ボイドまたはヒロックといっ
た配線不良が発生しない配線材料が得られるスパッタリ
ングターゲットとその製造方法とを提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は、バリアメタ
ルを必要としない配線材料として、熱処理で粒界に均一
に凝集しやすく、一旦粒界に凝集したらそこに固定され
てエレクトロマイグレーションによる電子流によっても
容易に拡散しない特性を持つMoやWをAlに添加する
ことが有効であるとの知見を得た。そこで、バリアメタ
ルを必要としない配線材料として、Mo又はWをどの程
度範囲に添加すれば良いか検討した結果、まず配線の電
気抵抗値は10μΩcm程度であれば良いという知見を
得た。
【0009】また、電気抵抗値10μΩcm程度にする
にはMoまたはWを3〜10質量%以下添加すればよい
ことがわかった。
【0010】高融点金属であるMoあるいはWは、Al
との金属間化合物を生成しやすく、硬くて脆い性質があ
るが熱に対して安定である。微細なAl配線内にMoま
たはWとAlとの金属間化合物が生成、分散することに
よってAlのエレクトロマイグレーションに対するバリ
ア役割を果たすことができれば、ボイドまたはヒロック
といった配線の不良対策として期待がよせられる。
【0011】また、エッチングによるパターンの加工性
に優れていることの知見を得た。
【0012】これらの知見に基づいて、本発明者は、M
oまたはWを添加金属としたMo−Alあるいは、W−
Al合金スパッタリングターゲットを用い、薄膜形成の
際のボイドやヒロックの発生が少なく、エッチングによ
るパターンの加工性に優れ、さらにターゲット中の酸素
含有量が100ppm以下であるMo−AlおよびW−
Al合金パッタリングターゲットを見出だし、本発明を
為すに至ったものである。
【0013】即ち、本発明によれば、アルミニウム(A
l)に3〜10質量%のMo又はWを添加したMo−A
l合金又はW−Al合金からなるスパッタリングターゲ
ットにおいて、酸素含有量100ppm以下であり、前
記Mo−Al合金は、MoとAlとの金属間化合物であ
るMoAl12,MoAl5 ,MoAl4 ,Mo3
8 ,MoAl,及びMo3 Alの内から少なくとも一
種の化合物を有し、前記W−Al合金は、WとAlとの
金属間化合物であるWAl12,WAl5 ,及びWAl4
の内から少なくとも一種の化合物を有し、質量密度比9
8%以上で金属間化合物が均一に分散していることを特
徴とするスパッタリングターゲットが得られる。
【0014】また、本発明によれば、前記ターゲットに
おいて、半導体デバイス及び液晶表示デバイス用の配線
材料に用いられることを特徴とするスパッタリングター
ゲットが得られる。
【0015】さらに、本発明によれば、前記ターゲット
を製造する方法において、Mo粉末又はW粉末とアルミ
ニウムとを用いて、減圧プラズマ溶射法により、Mo−
Al合金ターゲット又はW−Al合金ターゲットを得る
スパッタリングターゲットの製造方法が得られる。
【0016】
【発明の実施の形態】まず、本発明の内容を更に具体的
に説明する。
【0017】本発明の製造方法の減圧プラズマ溶射法
は、高純度アルゴンガスで雰囲気置換後20〜50To
rr圧力下で、原料粉末キャリアガスとしては主にアル
ゴン、補助ガスとして、水素、室素等を用いて溶射を行
う。その特徴は、低圧下で溶射を行うため気孔率が少な
く非常に緻密な被膜が得られること、大気の影響を極め
て小さくするこによって無酸化、清浄な被膜が得られる
こと、また被膜の圧着力が大きいため10mm以上の被
膜形成が可能であることの等が挙げられる。
【0018】これらの利点を持つ減圧プラズマ溶射法を
利用して、Mo−Al合金及びW−Al合金スパッタタ
ーゲットを製造することにおいて、原料粉末の粒径、粒
度分布、形状、清浄度、及び供給速度の各条件を見極め
ることができれば、Mo−AlおよびW−Al合金スパ
ッタリングターゲットの製造が可能となる。
【0019】特に、原料粉末には酸素吸着を常に防ぐ必
要があり、取扱いの際にはその対策が必要となる。その
他に電子デバイス等に悪影響を及ぼす放射性元素、アル
カリ金属等の不純物含有量を極力低減にしたものが好ま
しい。
【0020】本発明のAl合金スパッタリングターゲッ
トの製造に用いるAlは、99.99%以上、またMo
あるいはWは、水素雰囲気で還元した99.9%以上の
ものを用いて、上記に述べた減圧プラズマ溶射法でMo
−Al合金およびW−Al合金スパッタリングターゲッ
トを製造すると、酸素含有量は100ppm以下に抑え
ることが可能である。
【0021】従って、MoとAlとの金属間化合物のM
oAl12,MoAl5 ,MoAl4,Mo3 Al8 ,M
oAl,Mo3 Al等のなかから一種類以上の化合物、
またWとAlとの金属間化合物のWAl12,WAl5
WAl4 等のなかから、一種類以上の化合物を形成し、
質量密度比98%以上で化合物が均一に分散したMo−
Al合金又はW−Al合金スパッタリングターゲットを
製造することでき、今後のAl合金ターゲットへの要求
に対応することができる。
【0022】いか、本発明の実施の形態によるスパッタ
リングターゲットの具体的製法について説明する。
【0023】(第1の実施の形態)室素アトマイズ法で
作製したAl粉末(純度99.99%)、粒径19μm
(Fsss)、460gと水素囲気で還元したMo粉末
(純度99.9%)、粒径3.9μm(Fsss)、4
0gとした。
【0024】原料粉末キャリアガスとしてはアルゴン、
補助ガスとして水素を用いて、30Torr減圧下でM
o基板上に直経φ130mm×厚みT12mm円板状に
プラズマ溶射をった。同減圧プラズマ溶射法で作製した
Mo−Al合金円板は、MoとAlとの金属間化合物が
微細かつ均一に分散しており、質量密度比は98.8%
で、酸素含有量は8.3ppmであった。同円板はφ
4''(102mm)×厚み10mmに仕上げた後、Mo
−Al合金スパッタリングターゲットとした。同ターゲ
ットはマグネトロンスパッタでガラス基板に蒸着し、タ
ーゲット組成とスパッタ膜との組成比を調べたところ差
異はなく、電気抵抗値も、9μΩcmになった。
【0025】(第2の実施の形態)第1の実施の形態で
使用した同Al粉末、470gと水素雰囲気で還元した
W粉末(純度99.9%)、粒径4.5μm(Fss
s)、30gとした。
【0026】原料粉末キャリアガスとしてはアルゴン、
補助ガスとして水素を用いて25Torr減圧下で、W
基板上に直経φ120mm×T12mm円板状にプラズ
マ溶射を行った。同プラズマ溶射法で作製したW−Al
合金円板は、WとAlとの金属間化合物が微細かつ均一
に分散しており、質量密度比は98.5%で、酸素含有
量は86ppmであった。同円板は直経4″(102m
m)×厚みT10mmに仕上げ後、W−Al合金スパッ
タリングターゲットとした。同ターゲットはマグネトロ
ンスパッタで基板に蒸着し、ターゲット組成とスパッタ
膜との組成比を調べたところ差異はなく、電気抵抗値も
10pΩcmになった。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、半導体デバイス及び液晶表示デバイスのAl配線内
にMoまたはWを3〜10質量%以下添加することによ
って、主要製造工程であるエッチングによるパターンの
加工性に優れ、配線内に生じるボイドまたはヒロック発
生を少なくすることができるスパッタリングターゲット
とその製造方法とを提供することができる。
【0028】また、本発明においては、減圧プラズマ溶
射法を利用することによって酸素含有量100ppm以
下を有し、MoまたはWとAlとの金属間化合物が微細
かつ均一に分散し、質量密度比98%以上のMo−Al
あるいはW−Al合金スパッタリングターゲットを製造
することができ、今後のAl合金ターゲットへの要求に
対応することができるスパッタリングターゲットとその
製造方法とを提供することができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウム(Al)に3〜10質量%
    のMo又はWを添加したMo−Al合金又はW−Al合
    金からなるスパッタリングターゲットにおいて、酸素含
    有量100ppm以下であり、前記Mo−Al合金は、
    MoとAlとの金属間化合物であるMoAl12,MoA
    5 ,MoAl4 ,Mo3 Al8 ,MoAl,及びMo
    3 Alの内から少なくとも一種の化合物を有し、前記W
    −Al合金は、WとAlとの金属間化合物であるWAl
    12,WAl5 ,及びWAl4 の内から少なくとも一種の
    化合物を有し、質量密度比98%以上で金属間化合物が
    均一に分散していることを特徴とするスパッタリングタ
    ーゲット。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のスパッタリングターゲッ
    トにおいて、半導体デバイス及び液晶表示デバイス用の
    配線材料に用いられることを特徴とするスパッタリング
    ターゲット。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のスパッタリングターゲッ
    トを製造する方法において、Mo粉末又はW粉末とアル
    ミニウムとを用いて、減圧プラズマ溶射法により、Mo
    −Al合金ターゲット又はW−Al合金ターゲットを製
    造することを特徴とするスパッタリングターゲットの製
    造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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