JP2014156621A - 保護膜形成用スパッタリングターゲットおよび積層配線膜 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Cu配線膜の片面または両面に保護膜を成膜する際に使用される保護膜形成用スパッタリングターゲットであって、Alを8.0質量%以上11.0質量%以下、Feを3.0質量%以上5.0質量%以下、Niが0.5質量%以上2.0質量%以下、Mnを0.5質量%以上2.0質量%以下、残部がCuと不可避不純物とからなる。また、Cu配線膜11と、このCu配線膜11の片面または両面に形成された保護膜12と、を備えた積層配線膜10であって、保護膜12が、上述の保護膜形成用スパッタリングターゲットを用いて成膜されている。
【選択図】図1
Description
上述の配線膜の微細化および薄膜化にともない、Alよりも比抵抗の低い材料である銅または銅合金を用いた配線膜が提供されている。
そこで、例えば特許文献1には、Cu配線膜の上に、Ni−Cu−(Cr,Ti)合金からなる保護膜を形成した積層膜、及び、この保護膜を形成するためのスパッタリングターゲットが提案されている。この保護膜は、銅よりも耐候性が高いことから、大気中で保管しても表面の変色を抑制することが可能となる。
さらに、比較的高価なNiを35質量%以上84.5質量%以下と多く含有していることから、スパッタリングターゲットおよび積層膜の製造コストが増加するといった問題があった。
また、Niの含有量が0.5質量%以上2.0質量%以下と少ないことから、このスパッタリングターゲットおよび保護膜の製造コストを大幅に削減することができる。
また、保護膜がCu基合金で構成されることになるため、塩化鉄を含むエッチング液でエッチングした場合であっても未溶解の残渣の発生を抑制することが可能となる。また、エッチング後の配線断面の形状を順テーパ形状とすることができ、ボイドの発生を抑制することが可能となる。
さらに、Crを有していないことから、エッチング後の廃液処理を低コストで行うことができる。さらに、Niの含有量が0.5質量%以上2.0質量%以下と少ないことから、積層配線膜の製造コストを大幅に削減することができる。
この保護膜形成用スパッタリングターゲットは、Alを8.0質量%以上11.0質量%以下、Feを3.0質量%以上5.0質量%以下、Niが0.5質量%以上2.0質量%以下、Mnを0.5質量%以上2.0質量%以下、残部がCuと不可避不純物とからなる組成を有している。
なお、この保護膜形成用スパッタリングターゲットは、鋳造、熱間圧延、熱処理、機械加工といった工程を経て製造される。
Alは、スパッタ膜の耐食性を改善する作用効果を有する元素である。Alを含有することでスパッタ膜の耐食性の改善が可能となる。
ここで、Alの含有量が8.0質量%未満の場合には、スパッタ膜の耐食性が十分に向上せず、恒温恒湿試験で変色が発生するおそれがある。一方、Alの含有量が11.0質量%を超えた場合には、熱間加工性が低下するため、スパッタリングターゲットを製造する際に熱間加工割れが発生するおそれがある。
このような理由から、Alの含有量を、8.0質量%以上11.0質量%以下の範囲内に設定している。
Feは、エッチング後の配線断面の形状を順テーパ形状とする作用効果を有する。ここで、Feの含有量が3.0質量%未満の場合には、配線断面の形状を順テーパ形状にする作用効果が十分に向上せず、エッチング後の配線断面の形状が逆テーパ形状や矩形状となり、ボイドが発生するおそれがある。一方、Feの含有量が5.0質量%を超えた場合には、スパッタ膜の耐食性に悪影響を及ぼし、恒温恒湿試験で変色が発生するおそれがある。
このような理由から、Feの含有量を、3.0質量%以上5.0質量%以下の範囲内に設定している。
Niは、鋳塊の熱間加工性を改善する効果を有する元素である。Niを含有することにより、スパッタリングターゲットを製造する際に、熱間加工割れの発生を抑制することが可能となる。
ここで、Niの含有量が0.5質量%未満の場合には、熱間加工性が十分に向上せず、熱間加工割れを十分に抑制することができないおそれがある。一方、Niの含有量が2.0質量%を超えた場合には、熱間加工性を改善する効果のさらなる向上は見込めない。さらに、高価なNiの含有量の増加によって製造コストが増加する。
このような理由から、Niの含有量を、0.5質量%以上2.0質量%以下の範囲内に設定している。
Mnは、溶湯の流動性、熱間加工性を向上させる作用効果を有する元素である。Mnの添加により、鋳造欠陥の発生を抑制し、スパッタリングターゲットを製造する際に、熱間加工時の割れの発生を抑制することが可能となる。
ここで、Mnの含有量が0.5質量%未満の場合には、溶湯の流動性、熱間加工性を向上させることができないおそれがある。一方、Mnの含有量が2質量%を超えた場合には、熱間加工性を改善する効果のさらなる向上は見込めない。
このような理由から、Mnの含有量を、0.5質量%以上2質量%以下の範囲内に設定している。
本実施形態である積層配線膜10は、図1に示すように、基板1の上に成膜されたCu配線膜11と、Cu配線膜11の上に成膜された保護膜12と、を備えている。
ここで、基板1は、特に限定されるものではないが、フラットパネルディスプレイやタッチパネル等においては、光を透過可能なガラス、樹脂フィルム等からなるものが用いられている。
また、このCu配線膜11の厚さAは、50nm≦A≦800nmの範囲内とすることが好ましく、さらには、100nm≦A≦300nmの範囲内とすることが好ましい。
この保護膜12の厚さBは、5nm≦B≦100nmの範囲内とすることが好ましく、さらには、10nm≦B≦50nmの範囲内とすることが好ましい。
また、Cu配線膜11の厚さAと保護膜12の厚さBとの比B/Aは、0.02<B/A<1.0の範囲内であることが好ましく、さらには、0.1<B/A<0.3の範囲内とすることが好ましい。
さらに、保護膜形成用スパッタリングターゲットおよび保護膜12が、Crを有していないことから、エッチング後の廃液処理を低コストで行うことができる。
さらに、Niの含有量が0.5質量%以上2.0質量%以下と少ないことから、保護膜形成用スパッタリングターゲットおよび積層配線膜10の製造コストを大幅に削減することができる。
さらに、NiおよびMnをそれぞれ上述の範囲で含有しているので、熱間加工性が優れており、本実施形態である保護膜形成用スパッタリングターゲットを良好に製造することができる。
さらに、本実施形態では、保護膜12の厚さBが5nm≦B≦100nmの範囲内とされており、Cu配線膜11の厚さAと保護膜12の厚さBとの比B/Aが、0.02<B/A<1.0の範囲内とされているので、Cu配線膜11の変色を確実に抑制することができるとともに、良好なエッチング性を確保することができる。
例えば、本実施形態では、基板の上に積層配線膜を形成した構造を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、基板の上にITO膜、AZO膜等の透明導電膜を形成し、その上に積層配線膜を形成してもよい。
純度99.99質量%の無酸素銅の鋳塊を準備し、この鋳塊に対して800℃で熱間圧延、歪取焼鈍、機械加工を行い、外径:100mm×厚さ:5mmの寸法を有するCu配線膜形成用純銅ターゲットを作製した。
次に、無酸素銅製バッキングプレートを用意し、この無酸素銅製バッキングプレートに前述のCu配線膜形成用純銅ターゲットを重ね合わせ、温度:200℃でインジウムはんだ付けすることによりバッキングプレート付きターゲットを作製した。
溶解原料として、無酸素銅(純度99.99質量%)、アルミニウム(純度99.99質量%)、工業用純鉄(純度99質量%)、低カーボンニッケル(純度99.9質量%)、電解金属マンガン(純度99.9質量%)、を準備し、これらの溶解原料を高純度グラファイトるつぼ内で高周波溶解し、表1に示される組成を有する溶湯に成分を調整した後、冷却されたカーボン鋳型に鋳造し、50×50×30mm厚の大きさの鋳塊を得た。
次いで、鋳塊に対して、圧下率約10%で10mm厚まで800℃で熱間圧延し、表面の酸化物や疵を面削で除去した後、歪取焼鈍した。得られた圧延板の表面を機械加工して、外径:100mm、厚さ:5mmの寸法を有する本発明例1〜23および比較例1〜6の保護膜形成用スパッタリングターゲットを作製した。さらに、従来例1として、Ni:64.0質量%、Ti:4.0質量%、残部がCuおよび不可避不純物からなるスパッタリングターゲットを準備した。
次に、無酸素銅製バッキングプレートを用意し、この無酸素銅製バッキングプレートに得られた保護膜形成用スパッタリングターゲットを重ね合わせ、温度:200℃でインジウムはんだ付けすることによりバッキングプレート付きターゲットを作製した。
ここで、本発明例1〜23および比較例1〜6の保護膜形成用スパッタリングターゲットにおいては、熱間圧延時に割れの有無を確認した。結果を表1に併せて示す。
Cu配線膜形成用純銅ターゲットをガラス基板(縦:20mm、横:20mm、厚さ:0.7mmの寸法を有するコーニング社製1737のガラス基板)との距離が70mmとなるようにスパッタ装置内にセットし、電源:直流方式、スパッタパワー:150W、到達真空度:5×10−5Pa、雰囲気ガス組成:純Ar、スパッタガス圧:0.67Pa、基板加熱:なし、の条件でスパッタリングを実施し、ガラス基板の表面に、厚さ:150nmを有するCu配線膜を形成した。
これに引き続き、同条件で、表1に記載した保護膜形成用スパッタリングターゲットを用いてスパッタリングを実施し、Cu配線膜の上に、厚さ:30nmの保護膜を形成した。これにより、表2に示される本発明例101〜123および比較例101〜106の積層配線膜を形成した。
なお、従来例101として、上述した従来例1のスパッタリングターゲットを用いて、Cu配線膜の上に保護膜を成膜した積層配線膜を作製した。
JIS−K5400に準じ、1mm間隔で積層配線膜に碁盤目状に切れ目を入れた後、3M社製スコッチテープで引き剥がし、ガラス基板中央部の10mm角内でガラス基板に付着していた積層配線膜の面積%を測定する碁盤目付着試験を実施した。3M社製スコッチテープで引き剥がした後でも付着していた積層配線膜の面積%が99%以上のものを「OK」、面積%が99%未満のものを「NG」とした。評価結果を表2に示す。
恒温恒湿試験(60℃、相対湿度90%で250時間暴露)を行い、目視で積層配線膜表面の変化の有無を確認した。変色が認められたものを「NG」、変色が確認できなかったものを「OK」とした。評価結果を表2に示す。
ガラス基板上に成膜した積層配線膜に、フォトレジスト液(東京応化工業株式会社製:OFPR−8600LB)を塗布、感光、現像して、30μmのラインアンドスペースでレジスト膜形成し、液温30℃±1℃に保持した4%FeCl3水溶液に浸漬して積層配線膜をエッチングして配線を形成した。
この配線の断面を、Arイオンビームを用い、遮蔽板から露出した試料に対して垂直にビームを当て、イオンエッチングを行い、得られた断面を二次電子顕微鏡で観察し、エッチング残渣の有無と、配線断面の形状を調べた。図2,図3は、ガラス基板、Cu配線膜、保護膜、レジストが積層された積層配線膜をエッチングした後の断面を示している。図2は、従来例101のエッチング後の断面観察結果であり、図3は本発明例101のエッチング後の断面観察結果となっている。ここで、図2は残渣が認められる例であり、ガラス基板と残渣との間はエッチングにより空隙が形成されている。残渣のあったものを有、残渣が認められなかったものを無として評価した。また、配線の断面の形状より、順テーパ形状と逆テーパ形状に評価した。これらの評価結果を表2に示す。
保護膜形成用スパッタリングターゲットを用いて前述と同じ条件でスパッタリングを実施し、前述のガラス基板上に、厚さ:150nmの保護膜を形成した。この保護膜単層のみを成膜したガラス基板を、液温30℃±1℃に保持した4%FeCl3水溶液に浸漬して保護膜をエッチングし、目視観察により保護膜がなくなるまでの時間を測定してエッチングレートを求めた。この評価結果を表2に示す。
Alの含有量が本発明の範囲よりも多い比較例2のスパッタリングターゲットにおいては、スパッタリングターゲット製造時に熱間加工割れが生じた。
Feの含有量が本発明の範囲よりも少ない比較例3のスパッタリングターゲットを用いた比較例103においては、エッチング後の配線断面の形状が逆テーパ形状となっていた。
Feの含有量が本発明の範囲よりも多い比較例4のスパッタリングターゲットを用いた比較例104においては、耐候性が不十分であった。
Niの含有量が本発明の範囲よりも少ない比較例5のスパッタリングターゲットにおいては、スパッタリングターゲット製造時に熱間加工割れが生じた。
Mnの含有量が本発明の範囲よりも少ない比較例6のスパッタリングターゲットにおいては、スパッタリングターゲット製造時に熱間加工割れが生じた。
10 積層配線膜
11 Cu配線膜
12 保護膜
Claims (2)
- Cu配線膜の片面または両面に保護膜を成膜する際に使用される保護膜形成用スパッタリングターゲットであって、
Alを8.0質量%以上11.0質量%以下、Feを3.0質量%以上5.0質量%以下、Niが0.5質量%以上2.0質量%以下、Mnを0.5質量%以上2.0質量%以下、残部がCuと不可避不純物とからなることを特徴とする保護膜形成用スパッタリングターゲット。 - Cu配線膜と、このCu配線膜の片面または両面に形成された保護膜と、を備えた積層配線膜であって、
前記保護膜が、請求項1に記載の保護膜形成用スパッタリングターゲットによって成膜されたことを特徴とする積層配線膜。
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