JP2006118044A - スパッタリングターゲットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロングスロースパッタやリフロースパッタ等の新スパッタ方式でスパッタリングした際に発生する新たな不良モード（巨大ダストや大きな凹部）の発生を抑制することを可能にしたスパッタリングターゲットの製造方法を提供する。
【解決手段】Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｓｃ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、ＲｅおよびＢからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を0.01〜20質量％の範囲で含み、残部が実質的にＡｌからなるインゴットまたは焼結体を、大気溶解法、真空溶解法、急冷凝固法、粉末冶金法で作製するにあたって、ＡｒおよびＫｒから選ばれる少なくとも1種の元素を含むガスを使用する。得られたインゴットまたは焼結体を加工してスパッタリングターゲットを作製する。
【選択図】なし

Description

本発明は低抵抗配線の形成に好適なスパッタリングターゲットの製造方法に関する。

近年、ＬＳＩに代表される半導体工業は急速に進捗しつつある。ＤＲＡＭ等の半導体素子においては、高集積化・高信頼性化が進むにつれて、微細加工技術に要求される精度も益々高まってきている。さらに、配線の形成等に用いられるスパッタリングターゲットについても、より均質な金属層の形成を可能にすることが求められている。

各種配線形成用金属の中でも、アルミニウム（Ａｌ）は低抵抗配線の形成材料として注目されている。ＡｌはＴＦＴ駆動タイプの液晶表示装置（ＬＣＤ）のゲート線や信号線として用いられる配線膜としても期待されている。これは、ＬＣＤの画面サイズの大型化に伴って、低抵抗の配線膜が必要とされるようになってきたためである。例えば、10インチ以上の大型ＬＣＤでは10μΩcm以下の低抵抗配線が求められている。

Ａｌ配線によれば、低抵抗配線が実現可能であるものの、Ａｌ膜はＣＶＤプロセスや配線形成後の熱処理等による673K程度の加熱によって、ヒロックと呼ばれる突起が生じる。これは、加熱に伴うＡｌ膜のストレス解放過程でＡｌ原子が拡散し、このＡｌ原子の拡散に伴って生じる突起である。このような突起がＡｌ配線に生じると、その後のプロセスに悪影響を及すことから問題となっている。

そこで、Ａｌ配線に例えばＣｕ、Ｓｉ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｄ、Ｙ等の金属元素を微量添加することが試みられている（特許文献１参照）。これらの金属元素は、具体的にはＡｌターゲットに添加される。上記したような金属元素はＡｌと金属間化合物を形成するため、Ａｌのトラップ材として機能する。これによって、上記したヒロックの形成が抑制される。高集積化された半導体素子や大型ＬＣＤ用のＡｌ配線の形成には、このような金属元素を微量含有するＡｌ合金ターゲットが使用されつつある。

ところで、半導体素子等の電子デバイスの高集積化、高信頼性化、高機能化が進むに連れて、その構造も複雑化して多層配線構造が採用されるようになってきている。そのため、微細加工技術は今よりもさらなる技術革新が必要とされている。配線に対しても、さらなる信頼性の向上や長寿命化が求められており、緻密でかつ高配向性のスパッタ膜が必要とされている。このようなスパッタ膜は、従来の一般的なスパッタ方式では得ることが困難であるため、ロングスロースパッタやリフロースパッタ等の新スパッタ方式が採用されつつある。

ここで、一般的なスパッタリングにおいて、ターゲット中に偏析や内部欠陥が存在していると、異常放電等によりダストやスプラッシュ等が発生する。これらはＤＲＡＭやＴＦＴ素子等の形成時に欠陥を引起こす要因となる。そこで、ダストやスプラッシュ等の発生メカニズムの探求、解明が進められていると同時に、発生防止策の開発等が進められており、一部で実績を上げつつある。
特開平5-335271号公報

しかしながら、上述したロングスロースパッタやリフロースパッタ等の新スパッタ方式では、従来以上のハイパワー化や高温化が進められているため、ターゲットへの熱影響はこれまで以上となる。ロングスロースパッタやリフロースパッタでは、ターゲットに対する熱影響が例えば500℃程度まで上昇する。

このような過酷な条件下にターゲットが晒されるロングスロースパッタやリフロースパッタによって、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｄ、Ｙ等の金属元素を微量含有するＡｌ合金ターゲットを用いてＡｌ配線膜を形成した場合には、これまでに確認されたことのない不良モードが多数発生している。すなわち、100〜500μmというような大きさを有する超巨大ダストがスパッタ膜中に多数発生し、ＤＲＡＭやＴＦＴ素子等の電子デバイスの歩留りを大幅に低下させている。

ロングスロースパッタやリフロースパッタでは、スパッタ膜中に比較的大きな凹部や穴が発生するという問題が生じている。このような凹部や穴は耐エレクトロマイグレーション性や耐ストレスマイグレーション性を低下させる要因となるため、ＤＲＡＭやＴＦＴ素子等の電子デバイスの歩留りを低下させる。超巨大ダストや比較的大きな凹部は従来のダスト対策では有効に防止することができないことから、ロングスロースパッタやリフロースパッタ等により健全な微細配線網の形成を可能にすることが求められている。

さらに、上述したような金属元素を微量含有するＡｌ配線（Ａｌ合金配線）においては、Ａｌと添加元素との金属間化合物によりＡｌの拡散が抑制されるものの、生成した金属間化合物がＡｌ配線のエッチングに対して悪影響を及すという問題が生じている。すなわち、金属間化合物を含むＡｌ配線膜に対して、ＣＤＥ（Chemical Dry Etching）やＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のドライエッチング、あるいはウェットエッチングを施した際に、金属間化合物が残渣と呼ばれる溶け残りの発生原因となる。これが微細配線網の形成に対して大きな障害をもたらしている。

このようなことから、低抵抗配線の形成に用いられるＡｌターゲットおよびＡｌ配線においては、膜形成後の加熱に伴うＡｌの拡散を抑制してヒロック等の発生を防止した上で、エッチング時における残渣の発生を抑制することが求められている。

本発明の目的は、特にロングスロースパッタやリフロースパッタ等の新スパッタ方式でスパッタリングした際に発生する新たな不良モード（巨大ダストや大きな凹部）の発生を抑制することを可能にしたスパッタリングターゲットの製造方法、またヒロックと共にエッチング残渣の発生を防止し得る低抵抗のＡｌ配線膜を再現性よく成膜することができるスパッタリングターゲットの製造方法を提供することにある。

本発明のスパッタリングターゲットの製造方法は、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｓｃ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、ＲｅおよびＢからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を0.01〜20質量％の範囲で含み、残部が実質的にＡｌからなるインゴットまたは焼結体を、大気溶解法、真空溶解法、急冷凝固法または粉末冶金法で作製するにあたって、ＡｒおよびＫｒから選ばれる少なくとも1種の元素を含むガスを使用して前記インゴットまたは焼結体を作製する工程と、前記インゴットまたは焼結体を加工してスパッタリングターゲットを作製する工程とを具備することを特徴としている。

本発明のスパッタリングターゲットの製造方法によれば、巨大ダストの発生や比較的大きな凹部の発生を大幅に抑制することが可能なスパッタリングターゲットを提供することができる。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。この実施形態のスパッタリングターゲットは、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｓｃ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、ＲｅおよびＢからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を0.1〜20質量％の範囲で含み、残部が実質的にＡｌからなるものである。ターゲット中に添加する元素は、Ａｌと金属間化合物を形成する金属間化合物形成元素であることが好ましい。

金属間化合物形成元素としては、Ａｌと金属間化合物を形成する元素であれば種々の金属元素を用いることができる。具体的には、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｒｅ等や、Ｙ、Ｇｄ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｓｍ、Ｅｒ等の希土類元素が挙げられる。この実施形態のスパッタリングターゲットでは、これら金属間化合物形成元素の他に、上記した元素群として列挙したように、金属間化合物を形成しない元素を添加元素として採用することも可能である。

これら各種添加元素のうち、スパッタリングターゲットを半導体素子の配線形成用として用いる場合には、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｔ等の導電性の高い材料を使用することが好ましく、特にＣｕが望ましい。これらは例えば配線幅が0.25μm以下というような超微細配線の形成に対して効果的である。また、スパッタリングターゲットを液晶表示装置の配線形成用として用いる場合には、添加元素としてＹ、Ｇｄ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｓｍ、Ｅｒ等の希土類元素を使用することが好ましい。

この実施形態のスパッタリングターゲットは、金属間化合物形成元素を少なくとも1種含有していることが好ましい。上記したような元素はＡｌと金属間化合物（例えばＣｕであればＡｌ₃Ｃｕ、ＹであればＡｌ₃Ｙ）を形成するため、得られるスパッタ膜に熱処理を施した際にＡｌの拡散が抑制され、その結果としてヒロック等の発生が防止される。使用する金属間化合物形成元素のＡｌに対する固溶度は1.0質量％以下であることが好ましい。使用する元素のＡｌに対する固溶度が1.0質量％を超えると、Ａｌとの金属間化合物の形成によるヒロックの抑制効果を十分に得ることができないおそれがあると共に、比抵抗の増大を招くおそれがある。

金属間化合物形成元素は0.1〜20質量％の範囲でスパッタリングターゲットに含有させる。金属間化合物形成元素の含有量が0.1質量％未満であると、上述したヒロックの抑制効果を十分に得ることができない。一方、20重量％を超えると金属間化合物がスパッタ膜、すなわちＡｌ配線膜の抵抗を増大させる。より好ましい添加量は0.1〜10重量％の範囲であり、さらに望ましくは0.5〜1.5重量％の範囲である。また、スパッタリングターゲットを液晶表示装置の配線形成用等として用いる場合において、金属間化合物形成元素の含有量が20質量％を超えると金属間化合物が得られるスパッタ膜、すなわちＡｌ配線膜の抵抗を増大させたり、またドライエッチングやウェットエッチング時の残渣となる。より好ましい添加量は1〜15質量％の範囲である。

この実施形態のスパッタリングターゲットは、上述したような添加元素をターゲット組織中に均一に分散させたものである。添加元素の分散度はＥＰＭＡ（Electron Probe X-ray Microanalyzer：電子線プローブ（Ｘ線）マイクロアナライザ）解析のマッピングにより規定される。すなわち、金属間化合物形成元素等の添加元素のＥＰＭＡ解析のマッピングにおいて、20×20μmの測定領域内に測定感度のカウント数が22以上の部分を面積比で60％未満とすることが好ましい。金属間化合物形成元素のカウント数が22以上の部分は20×20μmの測定領域内に面積比で40％未満とすることがさらに好ましい。

ここで、ＥＰＭＡ解析のマッピングは下記の表１に示す条件で測定したものである。

ＥＰＭＡによれば、元素の面内分散状態を正確に測定することができる。その際の測定感度のカウント数が22以上の部分とは、測定対象元素の分布が多い領域を示すものである。すなわち、金属間化合物形成元素のＥＰＭＡ解析のマッピングにおいて、20×20μmの測定領域内に測定感度のカウント数が22以上の部分を60％未満としたスパッタリングターゲットは、金属間化合物形成元素を極めて均一に分散させたものであるということができる。

このような金属間化合物形成元素の分散状態を満足させることによって、ロングスロースパッタやリフロースパッタ等の新スパッタ方式を適用した場合においても、超巨大ダストの発生を抑制することが可能となる。通常のスパッタ方式においても、金属間化合物形成元素のカウント数が22以上の部分を20×20μmの測定領域内に面積比で60％未満とすることによって、ダストの発生を抑制することができる。

ロングスロースパッタやリフロースパッタ等のスパッタ方式では、ターゲットへの熱影響がこれまで以上（例えば500℃程度）となるため、ターゲットを構成している原子の自由エネルギーも大きくなる。このような現象に伴って、添加元素としての金属間化合物形成元素等は安定領域を求めて結晶粒界に凝集し、結晶粒界と粒内部とのスパッタレートを大きく異ならせる。このため、粒内部だけが局所的に残存し、さらにはターゲット表面に巨大な凸部が形状される。これが塊となって飛散することによって、超巨大ダストが基板に付着する。

超巨大ダストの発生原因となる添加元素の凝集は、当初の分散状態が不均一であるほど、言い換えると添加元素が偏析しているほど顕著となる。すなわち、ＥＰＭＡ解析のマッピングにおいて、20×20μmの測定領域内に測定感度のカウント数が22以上の部分が60％を超えると、超巨大ダストの発生が促進されて歩留りが大幅に低下する。

金属間化合物形成元素等の添加元素の測定感度のカウント数が22以上の部分は、一般的なＥＰＭＡの観察範囲である200×200μmの範囲内に面積比で10％未満とすることが好ましい。ＥＰＭＡ解析のマッピングにおいて200×200μmの測定範囲内にカウント数が22以上の部分が10％以上存在すると、同様に超巨大ダストの発生が促進されて歩留りが大幅に低下する。金属間化合物形成元素のカウント数が22以上の部分は200×200μm
の測定範囲内に5％未満とすることがさらに好ましい。このようなスパッタリングターゲットは、ターゲット全体がほぼ均一な組織を有しているため、超巨大ダストの発生を安定にかつ再現性よく抑制することができる。

この実施形態のスパッタリングターゲットは、さらにターゲット中に不純物元素として含まれるＣｒ、Ｆｅ、Ｃを均一に分散させることが好ましい。これらの元素の分散度は同様にＥＰＭＡ解析のマッピングにより規定される。この際のＥＰＭＡ解析のマッピングは、上記した表１に示した条件で測定したものとする。

すなわち、Ｃｒ、Ｆｅ、ＣのＥＰＭＡ解析のマッピングにおいて、20×20μmの測定領域内に測定感度のカウント数がＣｒの場合には33以上、Ｆｅの場合には20以上、Ｃの場合には55以上の部分を、面積比で60％未満としている。Ｃｒ、ＦｅおよびＣはＡｌ合金ターゲットの結晶粒界に凝集しやすく、スパッタ膜中の比較的大きな凹部や穴（およびその発生原因となる巨大ダスト）の発生要因となりやすい。

そこで、ＣｒはＥＰＭＡ解析のマッピングにおいて20×20μmの測定領域内に測定感度のカウント数が33以上の部分を面積比で60％未満とする。Ｆｅは同様に測定感度のカウント数が20以上の部分を面積比で60％未満とする。Ｃは同様に測定感度のカウント数が55以上の部分を面積比で60％未満とする。ここで規定するＣｒ、ＦｅおよびＣは、あくまでもターゲット中の不純物元素であり、ＣｒやＦｅを金属間化合物形成元素として用いる場合にはこの限りではない。

ＥＰＭＡによれば元素の面内分散状態を正確に測定することができる。その際の測定感度のカウント数が大きい部分とは、測定対象元素の分布が多い領域を示す。すなわち、Ｃｒ、Ｆｅ、ＣのＥＰＭＡ解析のマッピングにおいて、20×20μmの測定領域内に測定感度のカウント数がそれぞれ33以上、20以上、55以上の部分を面積比で60％未満としているスパッタリングターゲットは、不可避な不純物元素を均一に分散させたものであるということができる。

上述したように、Ｃｒ、ＦｅおよびＣの分散状態を均一化させることによって、ロングスロースパッタやリフロースパッタ等の新スパッタ方式を適用した場合においても、巨大ダストおよびそれに基づく比較的大きな凹部や穴の発生を抑制することが可能となる。通常のスパッタ方式においても、ダスト発生の抑制に寄与する。

ロングスロースパッタやリフロースパッタ等のスパッタ方式では、前述したようにターゲットを構成している原子の自由エネルギーが大きくなる。このような現象に伴って、ターゲット中に含まれるＣｒ、Ｆｅ、Ｃは安定領域を求めて結晶粒界に凝集し、結晶粒界と粒内部とのスパッタレートに大きな差を生じさせる。このために、粒内部だけが局所的に残存し、さらにはターゲット表面に巨大な凸部が形成される。これが塊となって飛散して巨大ダストが基板に付着する。

このような巨大ダストが基板に付着すると、その部分だけ膜の成長モードが変化し、その上部には膜の構成原子が積層しなくなる。このため、スパッタ膜に比較的大きな凹部や穴が形成される。このような比較的大きな凹部や穴の発生原因となる各元素の凝集は、当初の分散状態が不均一であるほど、言い換えると各元素が偏析しているほど顕著となる。すなわち、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃの各ＥＰＭＡ解析のマッピングにおいて、20×20μmの測定領域内に測定感度のカウント数がそれぞれ33以上、20以上、55以上の部分が面積比で60％以上であると、巨大ダストおよびそれに基づく比較的大きな凹部や穴の発生が促進されて、スパッタ膜（Ａｌ配線膜）の歩留りが大幅に低下する。

Ｃｒ、ＦｅおよびＣの測定感度のカウント数が各規定以上の部分、すなわちＣｒでは33以上、Ｆｅでは20以上、Ｃでは55以上の部分は、一般的なＥＰＭＡの観察範囲である200×200μmの範囲内に面積比で10％未満とすることが好ましい。ＥＰＭＡ解析のマッピングにおいて、200×200μmの測定範囲内にカウント数が各規定以上の部分が10％以上存在すると、同様に超巨大ダストの発生が促進されて歩留りが大幅に低下する。各元素のカウント数が各規定以上の部分は200×200μmの測定範囲内に5％未満とすることがさらに好ましい。

このように、この実施形態のスパッタリングターゲットは、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃのような不純物元素を含めてターゲット全体をほぼ均一な組織としているため、巨大ダストおよびそれに基づく比較的大きな凹部や穴の発生を安定にかつ再現性よく抑制することができる。なお、この実施形態のスパッタリングターゲットにおいて、Ｃｒ、ＦｅおよびＣに関する規定は不純物元素の分散状態を規定したものであるが、不純物元素量は本質的に低減することが好ましいことは当然である。具体的な不純物元素量（総和）としては1質量％以下とすることが好ましい。不純物元素としてのＣｒは0.1質量％以下、Ｆｅは0.1質量％以下、Ｃは0.05質量％以下とすることが好ましい。

上述したスパッタリングターゲットは、大気溶解法、真空溶解法、急冷凝固法（スプレーフォーミング法）、粉末冶金法等、各種公知の製造方法を適用して作製することができるが、特に以下に示す製造工程を適用することが好ましい。

まず、高純度Ａｌ（例えば純度99.99％以上）に所定量の添加元素を配合し、例えば連続鋳造法（大気溶解）を用いてインゴットを作製する。ここで、Ａｌ合金原科を大気溶解する際に、Ａｒ等の不活性ガスで溶湯をバブリングすることが好ましい。Ａｒ等によるバブリングは、単に不純物元素量の低減に寄与するだけでなく、不可避的に残存するＣｒ、Ｆｅ、Ｃを均一に分散させる効果を有する。これによって、例えば真空溶解と同程度の含有量であっても、それらの分散状態が均一なＡｌ合金材料が得られる。ビレットのサイズは直径100〜500mm程度とすることが好ましい。このようなビレットに一次熱処理を施した後、冷却する。一次熱処理は450〜600℃の温度で5時間以上行うことが好ましい。このような熱処理によって、添加元素や不純物元素の均質化を図ることができる。なお、ここでの冷却は空冷、炉冷、急冷のいずれを使用してもよい。

次に、鍛造や圧延等の塑性加工を行う。鍛造による塑性加工では30〜80％の加工率を与えることが好ましい。圧延による塑性加工では40〜99％の加工率を与えることが好ましい。このような加工率の塑性加工によれば、その際にインゴットに印加される熱エネルギーによって、金属間化合物形成元素等の添加元素、さらにはＣｒ、Ｆｅ、Ｃ等の不純物元素を均等に分散させることができる。さらに、この熱エネルギーは結晶格子の配列を整合させる役割を果たし、微小内部欠陥を除去するのにも有効な作用をもたらす。この後、二次熱処理として200〜500℃の温度で10分間以上の加熱処理を行う。このようにして得た素材を機械加工して、所定サイズのスパッタリングターゲットを作製する。

この実施形態のスパッタリングターゲットは、金属間化合物形成元素等の添加元素に加えて、ＡｒおよびＫｒから選ばれる少なくとも1種の元素を5質量％以下（0質量％を含まず）の範囲で含有させることができる。ＡｒやＫｒはエッチング時に金属間化合物や金属間化合物形成元素自体の反応性を高める作用を有する。すなわち、ＡｒやＫｒは金属間化合物や金属間化合物形成元素のエッチングに対して触媒的な効果を発揮する。さらに、ＡｒやＫｒは金属間化合物や金属間化合物形成元素自体の微細析出に対して有効に作用するため、得られるスパッタ膜（Ａｌ配線膜）中の金属間化合物や金属間化合物形成元素自体を、Ａｌの粒内や粒界に微細にかつ均一に析出させることができる。

このように、Ａｌ配線膜中の金属間化合物や金属間化合物形成元素のエッチング反応性をＡｒやＫｒにより高めると共に、金属間化合物や金属間化合物形成元素自体をＡｌ配線膜中に微細にかつ均一に析出させることによって、Ａｌ配線膜全体のエッチング性を大幅に高めることができる。従って、Ａｌ配線膜にドライエッチング等で配線網を形成する際に、エッチング残渣が発生することを抑制することが可能となる。さらに、金属間化合物や金属間化合物形成元素自体の微細かつ均一な析出は、スパッタ時におけるダストの発生をも抑制する。従って、この実施形態のスパッタリングターゲットを用いてスパッタ成膜してなるＡｌ配線膜は、微細配線網の形成性に優れたものとなる。

ＡｒおよびＫｒから選ばれる少なくとも１種の元素の含有量は、スパッタリングターゲットに対して5質量％以下の範囲とする。ＡｒやＫｒの含有量が5質量％を超えると、余分なＡｒやＫｒがＡｌ粒界等に析出し、逆にエッチング性を低下させる。より好ましいＡｒやＫｒの含有量は1質量ppb〜0.1質量％の範囲であり、さらに好ましくは1〜100質量ppmの範囲である。

ＡｒやＫｒを含有するスパッタリングターゲットの製造方法は、例えば溶解法や粉末冶金法等の公知の製造方法を適用して作製することができる。溶解法を適用する場合には、まずＡｌにＹ等の金属間化合物形成元素を所定量配合し、これを真空中で誘導溶融する。この際、溶湯をＡｒやＫｒでバブリングすることによって、溶湯に所定量のＡｒやＫｒを含有させることができる。このようにして、Ｙ等の金属間化合物形成元素とＡｒおよびＫｒから選ばれる少なくとも１種とを含有するインゴットを作製する。

粉末冶金法を適用する場合には、ＡｌにＹ等の金属間化合物形成元素を所定量配合し、これを常圧焼結、ホットプレス、ＨＩＰ等を施して焼結体を作製する。この際、焼結工程をＡｒやＫｒを含む雰囲気中で実施することによって、Ｙ等の金属間化合物形成元素と共に、ＡｒやＫｒを含有する焼結体が得られる。

なお、上述した種々の製造方法のうち、比較的高密度で高純度品が得られやすい溶解法が適している。表２に種々の方法を適用した際のＡｌ合金中のＡｒ量およびＫｒ量の代表例を示す。Ａｒ量およびＫｒ量はガス分析法（赤外線吸収法）で測定した。

溶解法により得られたインゴットや粉末冶金法により得られた焼結体には、熱間加工、冷間加工等が施され、また必要に応じて再結晶熱処理や結晶方位制御等が行われ、目的とするスパッタリングターゲットが得られる。これらの条件は前述した通りである。大型ターゲットの場合には、拡散接合等を行って所望形状のターゲットとしてもよい。ただし、大面積のＬＣＤ等の形成に用いられる大型ターゲットを作製する場合には、溶解法で一括形成することがスパッタ時のダスト発生を抑制する上で好ましい。なお、目的とするスパッタリングターゲットによって、必要とされる純度、組織、面方位等が異なることがあるため、これら要求特性に応じて製造方法を適宜設定することができる。

この実施形態のスパッタリングターゲットは、Ｃｕ製バッキングプレート等と接合されて使用される。ターゲットとバッキングプレートとの接合には、Ｉｎ、ＺｎおよびＳｎの少なくとも1種、あるいはそれらを含むろう材を用いたろう付け接合、または拡散接合等が採用される。また、別個のバッキングプレートを使用するのではなく、スパッタリングターゲットの作製時にバッキングプレート部分を同時に形成した一体型のスパッタリングターゲットであってもよい。

この実施形態のＡｌ配線膜は、上述したスパッタリングターゲットを用いて、例えばロングスロースパッタやリフロースパッタ等で成膜することにより得られる。Ａｌ配線膜は通常のスパッタ方式で成膜したものであってもよい。前述したように、この実施形態のスパッタリングターゲットによれば、超巨大ダストの発生、さらには比較的大きな凹部や穴等の発生が抑制されているため、Ａｌ配線膜の製品歩留りを大幅に向上させることができる。その上で、上記したような新スパッタ方式に基づいて、緻密でかつ高配向性のＡｌ配線膜を提供することができる。さらに、添加する金属間化合物形成元素に基づいて、Ａｌの拡散に基づくヒロックの発生等を有効に防止することができる。

このようなＡｌ配線膜は、各種電子部品に適用することができる。そのような電子部品としては、例えばＡｌ配線膜をゲート線や信号線等に適用した半導体素子が挙げられる。特に集積度が64Mbit以上というような超高集積ＤＲＡＭ（配線幅：0.25〜0.18μm）等の半導体素子に対して効果を発揮する。Ａｌ配線膜は半導体素子に限らず、液晶表示装置、弾性表面波装置、サーマルプリントヘッド等の電子部品に使用することができる。

ＡｒやＫｒを含有するスパッタリングターゲットを用いて、スパッタ成膜することにより得られるＡｌ配線膜は、液晶表示装置の配線用等として好適である。このようなＡｌ配線膜では、Ｙ等の金属間化合物形成元素もしくはこの元素とＡｌとの金属間化合物が微細にかつ均一に析出している。

このようなＡｌ配線膜において、金属間化合物形成元素は同時添加したＡｒやＫｒによりエッチングが促進され、また金属間化合物形成元素自体およびＡｌとの金属間化合物はＡｒやＫｒによりＡｌの粒内や粒界に微細にかつ均一に析出する。これらによって、Ａｌ配線膜のエッチング性は大幅に向上する。また、スパッタ時のダスト発生量が抑制されるため、微細ダストの含有量も大幅に低減される。

そして、熱処理等の加熱に伴うＡｌの拡散は、金属間化合物形成元素とＡｌとが金属間化合物を形成することにより抑制されるため、Ａｌの拡散によるヒロックの発生を有効に防止することができる。従って、このようなＡｌ配線膜は耐ヒロック性に優れ、ヒロックの発生によりその後のプロセスに悪影響を及すことがないと共に、微細配線網の形成性に優れるものである。

このようなＡｌ配線膜は、各種電子部品に使用することができる。具体的には、液晶表示装置（ＬＣＤ）のゲート線や信号線、ＵＬＳＩやＶＬＳＩ等の半導体素子の配線網、弾性表面波装置やサーマルプリントヘッドの配線等、種々の電子部品の配線が挙げられる。電子部品はこの実施形態のＡｌ配線膜を用いたものであり、特に大型化および高精細化されたＬＣＤパネルや高精細化された半導体素子等に対して有効である。

次に、本発明の具体的な実施例について述べる。

実施例１
まず、Ａｌに対して0.5質量％のＣｕを配合し、連続鋳造法（大気溶解）を用いて目的組成のインゴットを作製した。このインゴットに対して、熱間圧延、冷間圧延および熱処理を施した後、機械加工により直径320mm×厚さ20mmのＡｌ合金ターゲットを作製した。この際、熱間圧延、冷間圧延および熱処理の各条件を変化させることによって、Ｃｕの分散度が異なる10個のＡｌ合金ターゲットを得た。Ｃｕの分散度は前述した表１に示すＥＰＭＡ装置を用いて測定、評価したものである。

Ｃｕの分散度を表３に示す。Ｃｕの分散度はＥＰＭＡ解析のマッピングにおいて、20×20μmの測定領域内の測定感度のカウント数が22以上の部分の面積比（％）と、200×200μmの観察範囲内におけるカウント数が22以上の部分の面積比（％）を示す。

このようにして得た10個のＡｌ合金ターゲットを用いて、従来タイプのスパッタ方式により、それぞれ直径8インチのＳｉ基板上に厚さ300nmのＡｌ合金膜を成膜した。スパッタ条件は、背圧1×10^-5Pa、出力ＤＣ1.5kW、スパッタ時間1minとした。このようにして得た各Ａｌ合金膜中のダストを、ダストカウンタ装置（ＷＭ−３）を用いて測定した。ダスト数は大きさごとに測定した。これらの測定結果を表３に示す。

表３から明らかなように、実施例のスパッタリングターゲットによれば、ダストの発生数が抑制されていることが分かる。そのようなスパッタリングターゲットを用いて成膜したＡｌ合金膜は、ダスト数の減少に基づいて製品歩留りを大幅に向上させることができ、かつ均一な組織を有する配線膜を提供することができる。

実施例２
実施例１で作製した10個のＡｌ合金ターゲットを用いて、スパッタ方式をリフロースパッタリングに変更する以外は、それぞれ実施例１と同一条件でＡｌ合金膜を成膜し、また同様にしてダスト数を測定した。その結果を表４に示す。

表４から明らかなように、実施例のスパッタリングターゲットによれば、サイズが0.3μm以上のダストについても発生が抑制されているが、特にリフロースパッタリング等で問題とされている超巨大ダストの発生が抑制されていることが分かる。そして、そのようなスパッタリングターゲットを用いて成膜したＡｌ合金膜は、ダスト数の減少に基づいて製品歩留りを大幅に向上させることができ、かつ均一な組織を有する配線膜を提供することができる。

実施例３
Ａｌに対して各種の元素（Ｓｉ、Ｃｒ、Ｙ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ）を表５に示す配分量で添加し、それぞれ連続鋳造法（大気溶解）を用いて目的組成のインゴットを作製した。これら各インゴットに対して、熱間圧延、冷間圧延および熱処理を施した後、機械加工により直径320mm×厚さ20mmのＡｌ合金ターゲットを作製した。この際、熱間圧延、冷間圧延および熱処理の各条件を適宜選択することによって、添加元素の分散度を規定範囲内とした。各添加元素の分散度は実施例１と同様にして測定した。

このようにして得た各Ａｌ合金ターゲットを用いて、リフロータイプのスパッタ方式により、それぞれ直径8インチのＳｉ基板上に厚さ300nmのＡｌ合金膜を成膜した。スパッタ条件は、背圧1×10^-5Pa、出力ＤＣ1.5kW、スパッタ時間1minとした。このようにして得た各Ａｌ合金膜中のダストを実施例１と同様にして測定した。その結果を表５に併せて示す。

表５から明らかなように、実施例のスパッタリングターゲットによれば、サイズが0.3μm以上のダストについても発生が抑制されているが、特にリフロースパッタリング等で問題とされている超巨大ダストの発生が抑制されていることが分かる。そして、そのようなスパッタリングターゲットを用いて成膜したＡｌ合金膜は、ダスト数の減少に基づいて製品歩留りを大幅に向上させることができ、かつ均一な組織を有する配線膜を提供することができる。

上記した実施例１〜３の各Ａｌ合金ターゲットをスパッタリングして得られたＡｌ配線膜を、半導体素子、ＬＣＤパネルおよびＳＡＷデバイスのＡｌ配線膜として使用した。その結果、それぞれ信頼性の高い電子部品が得られた。

実施例４
Ａｌに対して0.5質量％のＣｕを配合し、連続鋳造法（大気溶解）を用いて目的組成のインゴットを作製した。大気溶解はＡｒによるバブリングを行いながら実施した。このようにして得たインゴットに対して、一次熱処理、熱間圧延、冷間圧延および二次熱処理を施した後、機械加工により直径320mm×厚さ20mmのＡｌ合金ターゲットを作製した。

この際、溶解、熱間圧延、冷間圧延および熱処理の各条件を変化させることによって、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃの分散度が異なる複数のＡｌ合金ターゲットを得た。これら各元素の分散度は前述した表１に示したＥＰＭＡ装置を用いて測定、評価したものである。

各元素の分散度を表６に示す。各元素の分散度は、ＥＰＭＡ解析のマッピングにおいて、20×20μmの測定領域内の測定感度のカウント数が規定以上の部分の面積比（％）と、200×200μmの観察範囲内の測定感度のカウント数が規定以上の部分の面積比（％）を示す。

このようにして得た各Ａｌ合金ターゲットを用いて、リフロースパッタ方式により、それぞれ直径8インチのＳｉ基板上に厚さ300nmのＡｌ合金膜を成膜した。スパッタ条件は、背圧1×10^-5Pa、出力ＤＣ1.5kW、スパッタ時間1minとした。このようにして得た各Ａｌ合金膜中のダストを、ダストカウンタ装置（ＷＭ−３）を用いて測定した。ダスト数は大きさごとに測定した。

次に、上記した各Ａｌ合金膜に対してフォトリソグラフィーを実施し、それぞれ幅2μm、長さ2mmの細線を30本ずつ作製した。これら細線の信頼性を評価するために、電流密度10⁶A/cm²、通電時間200時間、ウェハー温度150℃の条件で試験電流を流して通電試験を行った。その通電の結果、断線が発生した細線を基にして断線率（％）を求めた。その結果を表６に併せて示す。

表６から明らかなように、実施例のスパッタリングターゲットによれば、ダストの発生数、特に巨大ダストの発生数が抑制されており、これに基づいて大きな凹部の発生数が極めて少なかった。また、凹部の発生数が極めて少ないことから、配線としての信頼性が極めて高い（断線率が少ない）ことが分かる。このようなＡｌ合金膜を配線膜として用いることによって、製品歩留りを大幅に向上させることができ、かつ均一な組織を有する配線膜を提供することができる。

実施例５
Ａｌに対して0.5質量％のＣｕを配合し、連続鋳造法（大気溶解）を用いて目的組成のインゴットを作製した。大気溶解はＡｒによるバブリングを行いながら実施した。このようにして得たインゴットに対して、一次熱処理、熱間圧延、冷間圧延および二次熱処理を施した後、機械加工により直径320mm×厚さ20mmのＡｌ合金ターゲットを作製した。

この際、溶解、熱間圧延、冷間圧延および熱処理の各条件を変化させることによって、金属間化合物形成元素として添加したＣｕの分散度、および不純物元素としてのＣｒ、Ｆｅ、Ｃの分散度が異なる複数のＡｌ合金ターゲットを得た。これら各元素の分散度は前述した表１に示したＥＰＭＡ装置を用いて測定、評価したものである。各元素の分散度を表７に示す。

Ｃｕの分散度はＥＰＭＡ解析のマッピングにおいて、20×20μmの測定領域内の測定感度のカウント数が22以上の部分の面積比（％）と、200×200μmの観察範囲内におけるカウント数が22以上の部分の面積比（％）を示す。Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃの分散度はＥＰＭＡ解析のマッピングにおいて、20×20μmの測定領域内の測定感度のカウント数が規定以上の部分の面積比（％）と、200×200μmの観察範囲内の測定感度のカウント数が規定以上の部分の面積比（％）を示す。

このようにして得た各Ａｌ合金ターゲットを用いて、リフロースパッタ方式により、それぞれ直径8インチのＳｉ基板上に厚さ300nmのＡｌ合金膜を成膜した。スパッタ条件は、背圧1×10^-5Pa、出力ＤＣ1.5kW、スパッタ時間1minとした。このようにして得た各Ａｌ合金膜中のダストを、ダストカウンタ装置（ＷＭ−３）を用いて測定した。ダスト数は大きさごとに測定した。次に、上記した各Ａｌ合金膜の断線率（％）を、実施例４と同様にして求めた。その結果を表８に示す。

表８から明らかなように、実施例のスパッタリングターゲットによれば、サイズが0.3μm以上のダストについても発生が抑制されているが、特にリフロースパッタリング等で問題とされている超巨大ダストの発生が抑制されていることが分かる。さらに、凹部の発生数も極めて少なく、これに基づいて配線としての信頼性が極めて高い（断線率が少ない）ことが分かる。このようなＡｌ合金膜を配線膜として用いることで、製品歩留りを大幅に向上させることができ、かつ均一な組織を有する配線膜を提供することができる。

上記した実施例４〜５の各Ａｌ合金ターゲットをスパッタリングして得られたＡｌ配線膜を、半導体素子、ＬＣＤパネルおよびＳＡＷデバイスのＡｌ配線膜として使用した。その結果、それぞれ信頼性の高い電子部品が得られた。

実施例６
Ａｌに対して6質量％のＹを添加した原科を高周波誘導溶解（Ａｒのバブリング処理を含む）して、目的組成のインゴットを作製した。このインゴットに対して冷間圧延および機械加工を施し、直径127mm×厚さ5mmのＡｌ合金ターゲットを得た。このＡｌ合金ターゲットの組成は、Ａｌ−6wt％Ｙ−20ppmＡｒであった。

このようにして得たＡｌターゲットをＣｕ製のバッキングプレートに拡散接合して、この実施例のスパッタリングターゲットとした。このスパッタリングターゲットを用いて、背圧1×10^-4Pa、出力ＤＣ200W、スパッタ時間43minの条件で、直径5インチのガラス基板上に回転成膜して、厚さ350nmのＡｌ合金膜を成膜した。

このＡｌ合金膜の組成、比抵抗、熱処理（573K）後のヒロック密度、エッチング残渣の有無を測定評価した。なお、エッチング残渣の評価試験におけるエッチングは、ＢＣｌ₃＋Ｃｌ₂の混合ガスをエッチングガとして用いて行った。これらの結果を表９に示す。

また、本発明との比較例として、ＹおよびＡｒを添加しないで作製したＡｌターゲット（比較例１）と、Ａｒを添加しない以外は実施例６と同一条件で作製したＡｌ合金ターゲット（比較例２）とを用いて、それぞれ同様にＡｌ膜およびＡｌ合金をスパッタ成膜した。そして、これら各膜についても実施例６と同様に特性（熱処理後）を評価した。これらの結果を併せて表９に示す。

表９から明らかなように、実施例のスパッタリングターゲットを用いて成膜したＡｌ合金膜は、耐ヒロック性およびエッチング性に優れることが分かる。よって、このようなＡｌ合金膜を配線膜として用いることによって、ヒロックの発生を抑制した上で健全な微細配線網を再現性よく形成することが可能となる。

実施例７
表１０に示すように、ＹおよびＡｒの含有量を変化させたスパッタリングターゲットを、それぞれ実施例６と同様にして作製した後、実施例６と同一条件でスパッタ成膜して、それぞれＡｌ合金膜（Ａｌ配線膜）を得た。これら各Ａｌ合金膜の特性を実施例６と同様にして測定、評価した。その結果を併せて表１０に示す。

実施例８
Ｙに代えて各種元素を用いたＡｌターゲット（表１１に組成を示す）を、それぞれ実施例６と同様にして作製した後、実施例６と同一条件でスパッタ成膜して、それぞれＡｌ合金膜（Ａｌ配線膜）を得た。これら各Ａｌ合金膜の特性を実施例６と同様にして測定、評価した。その結果を併せて表１１に示す。

実施例９
Ａｌに対して6質量％のＹを添加した原料を高周波誘導溶解（Ｋｒのバブリング処理を含む）して、目的組成のインゴットを作製した。このインゴットに対して冷間圧延および機械加工を施し、直径127mm×厚さ5mmのＡｌ合金ターゲットを得た。このＡｌ合金ターゲットの組成は、Ａｌ−6wt％Ｙ−20ppmＫｒであった。

このようにして得たＡｌ合金ターゲットを用いて、背圧1×10^-4Pa、出力ＤＣ200W、スパッタ時間43minの条件で直径5インチのガラス基板上に回転成膜して、厚さ350nmのＡｌ合金膜を成膜した。このＡｌ合金膜の組成、比抵抗、熱処理（573KＫ）後のヒロック密度、エッチング残渣の有無を測定評価した。評価方法は実施例６と同様とした。

また、本発明との比較例として、ＹおよびＫｒを添加しないで作製したＡｌターゲット（比較例３）と、Ｋｒを添加しない以外は実施例９と同一条件で作製したＡｌ合金ターゲット（比較例４）とを用いて、それぞれ同様にＡｌ膜およびＡｌ合金膜をスパッタ成膜した。そして、これら各膜についても実施例６と同様に特性（熱処理後）を評価した。これらの結果を併せて表１２に示す。

表１２から明らかなように、実施例のＡｌスパッタリングターゲットを用いて成膜したＡｌ合金膜は、耐ヒロック性およびエッチング性に優れることが分かる。よって、このようなＡｌ合金膜を配線膜として用いることによって、ヒロックの発生を抑制した上で健全な微細配線網を再現性よく形成することが可能となる。

実施例１０
表１３に示すように、ＹおよびＫｒの含有量を変化させたＡｌスパッタリングターゲットを、それぞれ実施例９と同様にして作製した後、実施例９と同一条件でスパッタ成膜して、それぞれＡｌ合金膜（Ａｌ配線膜）を得た。これら各Ａｌ合金膜の特性を実施例９と同様にして測定、評価した。その結果を併せて表１３に示す。

実施例１１
Ｙに代えて各種元素を用いたＡｌターゲット（表１４に組成を示す）を、それぞれ実施例９と同様にして作製した後、実施例９と同一条件でスパッタ成膜して、それぞれＡｌ合金膜（Ａｌ配線膜）を得た。これら各Ａｌ合金膜の特性を実施例９と同様にして測定、評価した。その結果を併せて表１４に示す。

実施例６〜１１の各Ａｌ合金ターゲットをスパッタリングして得られたＡｌ配線膜を、ＬＣＤパネルのゲート線および信号線、半導体素子の配線網、ＳＡＷデバイスおよびＴＰＨの配線として使用した。その結果、それぞれ信頼性の高い電子部品が得られた。

Claims (7)

1. Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｓｃ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、ＲｅおよびＢからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を0.01〜20質量％の範囲で含み、残部が実質的にＡｌからなるインゴットまたは焼結体を、大気溶解法、真空溶解法、急冷凝固法または粉末冶金法で作製するにあたって、ＡｒおよびＫｒから選ばれる少なくとも1種の元素を含むガスを使用して、前記インゴットまたは焼結体を作製する工程と、
   前記インゴットまたは焼結体を加工してスパッタリングターゲットを作製する工程と
   を具備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。
2. 請求項１記載のスパッタリングターゲットの製造方法において、
   前記インゴットの作製工程に前記大気溶解法または真空溶解法を適用し、かつ前記溶解法における溶湯を前記ＡｒおよびＫｒから選ばれる少なくとも1種の元素を含むガスでバブリング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。
3. 請求項１記載のスパッタリングターゲットの製造方法において、
   前記インゴットの作製工程に前記急冷凝固法としてスプレーフォーミング法を適用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。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載のスパッタリングターゲットの製造方法において、
   前記インゴットまたは焼結体に前記ＡｒおよびＫｒから選ばれる少なくとも1種の元素を5質量％以下（ただし0質量％を含まず）の範囲で含有させ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。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載のスパッタリングターゲットの製造方法において、
   前記Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｓｃ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、ＲｅおよびＢからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素は、Ａｌと金属間化合物を形成する元素であ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。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載のスパッタリングターゲットの製造方法において、
   前記スパッタリングターゲットは、ロングスロースパッタまたはリフロースパッタ用のターゲットであ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。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載のスパッタリングターゲットの製造方法において、
   前記Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｓｃ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、ＲｅおよびＢからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を、ＥＰＭＡの解析のマッピングにおいて20×20μmの測定領域内に測定感度のカウント数が22以上の部分が面積比で60％未満となるように、前記スパッタリングターゲット中に分散させ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。