JP2019102896A

JP2019102896A - アルミニウム合金膜

Info

Publication number: JP2019102896A
Application number: JP2017229607A
Authority: JP
Inventors: 尚敏坂本; Hisatoshi Sakamoto; 後藤　裕史; Yasushi Goto; 裕史後藤; 佐々木　康二; Koji Sasaki; 康二佐々木
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2019-06-24

Abstract

【課題】低い電気抵抗率を示し、かつ高い膜硬度と優れた耐熱性を有する、単一組成のＡｌ合金膜を提供する。【解決手段】弾性表面波素子又はパワー半導体用電極に用いられるアルミニウム合金膜であって、Ｃｕを０．３〜１．６原子％、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｌａ及びＭｇからなる群Ｘより選ばれる少なくとも１種を合計で０．０３原子％超０．６原子％以下含有するＡｌ−Ｃｕ−Ｘ合金膜であり、不活性雰囲気中２００〜３００℃で１時間加熱処理した際にＡｌ結晶粒の三重点にＡｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物が存在し、前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物は、前記アルミニウム合金膜の断面において５，０００，０００個／ｍｍ２以上の密度で存在し、前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物は、長辺の長さが１０〜５０ｎｍであり、かつ前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物同士の距離は４０〜３００ｎｍであるアルミニウム合金膜。【選択図】図７

Description

本発明はアルミニウム合金膜に関し、より具体的には、弾性表面波素子又はパワー半導体電極に用いられるアルミニウム合金膜に関する。

表面弾性波（ＳＡＷ：ＳｕｒｆａｃｅＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅ）を利用した素子（ＳＡＷデバイス）は、バンドパスフィルターやアンテナ共用器（デュプレクサ）として、携帯端末など多くの通信機器に利用される。ＳＡＷデバイスの櫛歯状電極（ＩＤＴ電極）や反射器（図１及び図２参照）には、比重が軽く、電気抵抗率が低いアルミニウム（Ａｌ）が用いられているが、ＳＡＷデバイス駆動時の表面弾性波による繰り返し応力によって、ＡｌのＩＤＴ電極にヒロック（突起）やボイド（空隙）が発生し、デバイス特性の低下やＩＤＴ電極の自己破壊が生じる。

従来の通信機器には数百ＭＨｚ〜３．６ＧＨｚの周波数帯が適用されているが、次世代移動通信システムではより高い周波数帯の利用が検討されている。ＳＡＷデバイスのＩＤＴ電極の電極幅と間隔は、通信システムの動作周波数と反比例し、ＧＨｚ帯での電極幅は０．２μｍ以下で、ストレスマイグレーション耐性の改善が必要となる。

ストレスマイグレーションを抑制し、ＳＡＷデバイスの耐電力性（寿命）を改善するため、Ａｌ電極の合金化や積層化、結晶配向制御などが有効であることが知られている。
特許文献１によれば、種々の元素を添加することで、結晶粒径が小さくなり、耐電力性が向上することが報告されている。結晶粒径が小さくなることで膜の硬化強度も増加するため、電極材料の硬さと耐電力性に比例関係があることが知られている。一方で、合金化することにより電極の電気抵抗率が増加し、デバイス損失が大きくなる。
これに対し特許文献２では、Ａｌの結晶面（１１１）を強く配向させることで耐電力性が改善することが報告されているが、エピタキシャル成長にはＴｉ下地層が必要であり、プロセス工数は増加し、製造容易性に課題を有する。

上記の理由より、耐電力性が高く、電気抵抗率が比較的低いＡｌ−Ｃｕ合金が、ＩＤＴ電極に一般的に採用されている。Ａｌに０．５〜２．５重量％（０．２〜１．０原子％）程度のＣｕを添加することで、Ａｌの結晶粒径を微細化し、Ａｌ元素やボイドの拡散を抑制することで、耐電力性が改善する。さらに、特許文献３によれば、Ａｌ−Ｃｕ合金は適切な熱処理によって、結晶粒界にＣｕ元素が偏析した準安定相が得られ、結晶粒界の三重点にＣｕＡｌ_２などの金属間化合物が析出した過時効状態の安定相により、耐電力性が向上することが報告されている。

特開平６−６１７３号公報特許第６０３６９２６号公報特許第３６０９４２３号公報特許第３６５９４５５号公報

しかしながら、数十ＧＨｚ帯に適用するＳＡＷデバイスのＩＤＴ電極は線幅が狭く、ストレスマイグレーションが発生しやすいため、従来のＡｌ−Ｃｕ合金よりも耐電力性が高い合金が必要となる。
さらに、Ａｌ−Ｃｕ合金電極は局部電池腐食を起こしやすく、特許文献４［図３］に示すとおり、ＩＤＴ電極形成後にＳｉＯ_２などの絶縁膜が保護膜として積層されている。ＳｉＯ_２薄膜が形成されるＣＶＤ工程では２００〜３５０℃のプロセス温度が加わる。そのため、前記プロセス温度の影響を受けた過時効状態でも高い耐電力性を維持することが求められる。この過時効状態における耐電力性の維持可能性の指標として、合金膜の硬さを用いることができる（特許文献１参照）。

上記実情を鑑み、本発明では、従来のＡｌ−Ｃｕ合金よりも高い耐電力性、すなわち低い電気抵抗率を示し、過時効状態でも耐電力性を維持可能、すなわち、高い膜硬度を有し、且つ、製造プロセス温度に対して優れた耐熱性を有する、単一組成のＡｌ合金膜を提供することを目的とする。

これに対し、本発明者らは、Ａｌ−Ｃｕに加え、所定量の希土類元素（Ｎｄ、Ｇｄ、Ｌａ）及びＭｇの少なくともいずれか１種（Ｘ）を含有させたＡｌ−Ｃｕ−Ｘ合金とすることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
また、当該Ａｌ合金膜が、その低い電気抵抗率（高電気伝導性）と高い膜硬度（高機械的強度）という特性から、パワー半導体用電極としても有用であることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、以下のとおりである。
［１］弾性表面波素子又はパワー半導体用電極に用いられるアルミニウム合金膜であって、
Ｃｕを０．３〜１．６原子％、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｌａ及びＭｇからなる群Ｘより選ばれる少なくとも１種を合計で０．０３原子％超０．６原子％以下含有するＡｌ−Ｃｕ−Ｘ合金膜であり、
不活性雰囲気中２００〜３００℃で１時間加熱処理した際にＡｌ結晶粒の三重点にＡｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物が存在し、
前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物は、前記アルミニウム合金膜の断面において５，０００，０００個／ｍｍ^２以上の密度で存在し、
前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物は、長辺の長さが１０〜５０ｎｍであり、かつ
前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物同士の距離は４０〜３００ｎｍであるアルミニウム合金膜。
［２］パワー半導体用電極に用いられ、前記Ａｌ結晶粒の最小粒径が１００ｎｍ以上である前記［１］に記載のアルミニウム合金膜。

本発明によれば、トレードオフの関係であった、低い電気抵抗率と高い膜硬度とを両立可能な単層のＡｌ合金膜が得られることから、高い耐電力性を示し、過時効状態においても当該耐電力性が維持可能であり、かつ製造プロセス温度における温度差によるストレスマイグレーション耐性（耐熱性）にも優れたＩＤＴ電極を得ることができる。
また、高機械強度と高電気伝導性を有する優れたパワー半導体用エミッタ電極を得ることができる。

図１は、一般的なＳＡＷ素子のＩＤＴ電極の模式平面図である。図２は、一般的なＳＡＷ素子ＩＤＴ電極の模式断面図である。図３は、一般的なＳＡＷ素子の製造工程を示すフローチャートである。図４は、窒素雰囲気中３００℃で１時間加熱処理した、Ａｌ−Ｃｕ合金膜（試験例３）表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。図５は、窒素雰囲気中３００℃で１時間加熱処理した、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｄ合金膜（試験例２１）表面のＳＥＭ画像である。図６は、窒素雰囲気中３００℃で１時間加熱処理した、Ａｌ−Ｃｕ合金膜（試験例４）断面の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像である。図７は、窒素雰囲気中３００℃で１時間加熱処理した、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｄ合金膜（試験例２１）断面のＴＥＭ画像である。

本発明に係るアルミニウム（Ａｌ）合金膜は、弾性表面波素子又はパワー半導体用電極に用いられるアルミニウム合金膜であって、Ｃｕを０．３〜１．６原子％、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｌａ及びＭｇからなる群Ｘより選ばれる少なくとも１種を合計で０．０３原子％超０．６原子％以下含有するＡｌ−Ｃｕ−Ｘ合金膜である。
前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ合金膜はさらに、不活性雰囲気中２００〜３００℃で１時間加熱処理した際にＡｌ結晶粒の三重点にＡｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物が存在するものである。
前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物は、前記アルミニウム合金膜の断面において５，０００，０００個／ｍｍ^２以上の密度で存在し、かつ長辺の長さが１０〜５０ｎｍであり、かつ前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物同士の距離は４０〜３００ｎｍである。

Ａｌ−Ｃｕ合金において、電気抵抗率と膜硬度とはトレードオフの関係にあり、熱処理を行うことで低い電気抵抗率が実現できる一方で、膜硬度は低下する。これは、Ａｌ結晶粒中のＣｕ元素が熱処理をすることで粒界に偏析し、最終的にはＣｕＡｌ_２等の金属間化合物を形成する過程でＡｌ−Ｃｕ合金の硬さが低下するものと考えられる。
そこで本発明に係るＡｌ合金膜は、Ｃｕ及び添加する元素（群Ｘ）の種類と量とを最適化することで熱処理前の膜硬度を高めることができ、それによって熱処理後であっても低い電気抵抗率と共に高い膜硬度の実現を可能にしたものである。

Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ合金膜におけるＣｕは、０．３原子％以上とすることにより高い膜硬度を得ることができ、１．６原子％以下とすることにより低い電気抵抗率を実現することができる。膜硬度と電気抵抗率のバランスから、Ｃｕの含有量は０．５原子％以上が好ましく、また、１．０原子％以下が好ましい。

Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ合金膜においてＸで表されるＮｄ、Ｇｄ、Ｌａ及びＭｇからなる群Ｘより選ばれる少なくとも１種の元素は、希土類元素及び／又はＡｌ中に固溶できる元素（Ｍｇ）である。これら元素の合計の含有量を０．０３原子％超とすることにより高い膜硬度と優れた耐熱性を実現することができる。また、０．６原子％以下とすることにより低い電気抵抗率を得ることができる。この膜硬度と電気抵抗率のバランスから、群Ｘより選ばれる少なくとも１種の元素は、その合計の含有量が０．０５原子％以上が好ましく、また、０．３原子％以下が好ましい。

群Ｘより選ばれる元素として、Ｎｄ、Ｌａ、Ｇｄを含むことが膜硬度の点から好ましく、また、Ｘ群より選ばれる元素は１種であっても２種以上であってもよい。
また、群Ｘから選択される元素の種類によって、群Ｘの最適な合計の含有量や、最適なＣｕ含有量は異なる。

Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ合金膜には、本発明の効果を損なわない範囲において、他の元素が含まれていてもよい。含まれていてもよい元素としては、例えばＮｉ、Ｆｅ、Ｚｎ等が挙げられる。これら他の元素の含有量は、合計で０．３原子％以下が好ましい。
Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ合金膜の残部はＡｌ及び不可避的不純物であり、不可避的不純物としてはＣ、Ｏ、Ｎ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｎａ、Ｋ等が挙げられるが、これらの含有量は合計で０．０３原子％以下とすることが好ましい。

Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ合金膜を不活性雰囲気中２００〜３００℃で１時間加熱処理した際、Ａｌ結晶粒（図７符号Ａ参照）の三重点にＡｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物（図７符号Ｂ参照）が存在する。前記加熱処理は、ＳｉＯ_２保護膜を形成する際の過時効状態を意味し、不活性雰囲気には、窒素雰囲気や希ガス雰囲気が挙げられる。

Ａｌ結晶粒とは、図６及び図７において符号Ａで表されるものであり、マトリクス相と称されることもある。Ａｌ結晶粒の粒径は、その長辺の長さが１００〜３００ｎｍ程度である程度に微細化されていることが、より高い膜硬度が得られることから好ましく、１００〜２００ｎｍ程度がより好ましい。ここで、Ａｌ結晶粒の長辺の長さとは、Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ合金膜断面のＴＥＭ画像において任意のＡｌ結晶粒を２０個選択し、各々の長辺の長さを測定した際の相加平均の値である。

また、パワー半導体用電極の用途においては、上記に加え、Ａｌ結晶粒の最小粒径が１００ｎｍ以上であることが、段差被覆性に優れることから好ましく、１５０ｎｍ以上がより好ましい。
段差被覆性とはトレンチ構造を有するＳｉ基板上にＡｌ合金を成膜し、ＳＥＭ画像において任意のトレンチ構造の空隙の有無を確認した結果である。

Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物は、Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ合金膜の断面において５，０００，０００個／ｍｍ^２以上の密度で存在し、長辺の長さが１０〜５０ｎｍであり、かつ当該結晶析出物同士の距離が４０〜３００ｎｍである。
かかる要件を満たすことにより、所定の大きさのＡｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物が適度に分散して多数存在することを意味する。

Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物の密度は、Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ合金膜の断面のＴＥＭ画像において、Ａｌ結晶粒界に存在する析出物数により求めることができる。
前記密度は２０，０００，０００個／ｍｍ^２以上が膜硬度の点から好ましく、また、１５０，０００，０００個／ｍｍ^２以下が析出物サイズの微細化の点から好ましい。

Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物の長辺の長さは、Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ合金膜の断面のＴＥＭ画像において、任意のＡｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物を７個選択し、各々の長辺の長さを測定した際の相加平均の値である。
前記長辺の長さは１５ｎｍ以上また、４０ｎｍ以下が析出物がＡｌ結晶の三重点に存在でき、Ａｌ結晶の成長を阻害できること（ピン止め効果）の点から好ましい。

Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物同士の距離は、Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ合金膜の断面のＴＥＭ画像において、任意のＡｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物と、最短の距離に位置する結晶析出物との距離を７個測定した際の相加平均の値である。
結晶析出物同士の距離は５０ｎｍ以上が結晶析出物の微細化の点から好ましく、また、２００ｎｍ以下がＡｌ結晶の微細化と膜硬度の点から好ましい。

Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物の密度、長辺の長さ、結晶析出物同士の距離は、Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ合金膜におけるＸ群より選ばれる元素の濃度と熱処理条件（温度、保持時間）を変更することにより調整することができる。

本発明に係るアルミニウム合金膜（Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ合金膜）は、従来公知の合金膜の製造方法と同様の方法により製造することができる。すなわち、所望する合金膜と同じ組成の純金属又は合金のスパッタリングターゲットを用い、Ａｒガス等の不活性ガスをスパッタガスとして成膜装置により成膜を行う。スパッタガス圧や放電出力等は適宜変更することができる。

Ａｌ合金膜の高温加熱処理後の電気抵抗率は、弾性表面波素子用途においては、４．１μΩ・ｃｍ以下が好ましく、ＳＡＷデバイス損失の低減の点から４．０μΩ・ｃｍ以下がより好ましく、３．７μΩ・ｃｍ以下がさらに好ましい。また、パワー半導体用電極用途においては、４．０μΩ・ｃｍ以下が好ましく、３．９μΩ・ｃｍ以下がより好ましい。
電気抵抗率は、窒素雰囲気中２００〜３００℃で１時間の高温加熱処理を行ったＡｌ合金膜に対し、４深針法により求めることができる。

Ａｌ合金膜の高温加熱処理後の膜硬度は、弾性表面波素子用途においては、超微小負荷硬さ（ＨＴＬ）の値が１７０以上であればよく、１８０以上が好ましく、１９０以上がより好ましい。また、パワー半導体用電極用途においては、ＨＴＬの値が１２７以上が好ましく、１５０以上がより好ましい。
ＨＴＬの値は、窒素雰囲気中２００〜３００℃で１時間の高温加熱処理を行ったＡｌ合金膜に対し、ナノインデンテーション試験法により、超微小押し込み硬さ試験機を用いて、試験荷重を１〜２０ｍＮ、三角錘圧子の押し込み量をＡｌ合金膜表面から深さ１００〜５００ｎｍまでとし、１荷重で３点以上測定した際の、合計１５〜２５点の平均値とする。

Ａｌ合金膜は、高温加熱処理後にボイド（孔）とヒロック（突起）がいずれも存在しないことが耐熱性が高く、熱処理による電気抵抗率の増加を抑えられ、耐電力性に優れることから好ましい。ボイドとヒロックの有無は、窒素雰囲気中２００〜３００℃で１時間の高温加熱処理を行ったＡｌ合金膜表面のＳＥＭ観察により確認することができる。

Ａｌ合金膜は、パワー半導体用電極に用いられるに際し、段差被覆性は結晶粒径と相関があり、粒子サイズが大きいほど、トレンチ構造をＡｌ合金で覆う際の空隙が減少する傾向がある。トレンチ構造部分のＡｌ合金膜（オーミック電極）に空隙が存在すると、後のメッキ工程の薬液侵食の原因となる。

Ａｌ合金膜を弾性表面波素子に用いる場合、弾性表面波素子は従来公知の方法により製造することができる。例えば、図３に示すように、基板を洗浄する工程、電極薄膜を形成する工程、ＩＤＴ電極を形成する工程、保護膜（絶縁膜）を形成する工程、基板を切断する工程、外部配線加工工程、及び封止工程をこの順で行うことにより製造することができる。

前記電極薄膜を形成する工程において、本発明に係るＡｌ合金膜を成膜する。
弾性表面波素子に用いる場合のＡｌ合金膜の膜厚は、弾性表面波素子の周波数帯や入出力インピーダンスに合せて任意に設定できる。

Ａｌ合金膜をパワー半導体用電極に用いる場合、パワー半導体は従来公知の方法により製造することができる。例えば、ＳｉもしくはＳｉＣなどの半導体基板をトレンチ状にエッチング加工する工程、ＮｉやＮｉＳｉなどのオーミックコンタクト層や、ＭｏやＴｉなどのバリア層を形成する工程、トレンチ構造部分にオーミック電極を形成する工程、及びオーミック電極に金属配線（ワイヤー、リボン）をボンディングする工程をこの順で行うことにより製造することができる。

前記トレンチ構造部分にオーミック電極を形成する工程において、本発明に係るＡｌ合金膜を成膜する。
パワー半導体用電極に用いる場合のＡｌ合金膜の膜厚は１μｍ以上がエミッタ電極の電気抵抗の点から好ましく、４μｍ以上がより好ましい。

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
［試験例１〜３４］
純Ａｌスパッタリングターゲットに各合金元素のチップを配置し、表１の「組成」に示す合金組成となる複合スパッタリングターゲットを用意し、ロードロック付ＤＣマグネトロンスパッタリング装置（アルバック社製、ＣＳ−２００）を用いて無アルカリガラス（イーグルＸＧ、コーニング社製）基板上に膜厚１０００ｎｍのＡｌ合金膜を成膜した。スパッタガスはアルゴンガスを用い、ガス圧２ｍＴｏｒｒ、ガス流量１９ｓｃｃｍ、放電出力ＤＣ１００〜８００Ｗ、極間距離１２０ｍｍ、基板温度２５℃とした。
表１中、「ｐＡｌ」とは純Ａｌ（Ａｌ＋不可避的不純物）を意味し、例えば「Ａｌ−０．３Ｃｕ−０．１Ｎｄ」とはＣｕを０．３原子％、Ｎｄを０．１原子％含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物である合金組成であることを意味する。

得られたＡｌ合金膜に対して窒素雰囲気中で３００℃、１時間の高温加熱処理を１回行い、高温加熱処理後のＡｌ合金膜について、Ａｌ結晶粒の三重点に析出したＡｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物の密度、長辺の長さ、及び析出物同士の距離をＴＥＭ観察の結果から求めると共に、Ａｌ合金膜の電気抵抗率、膜硬度、耐熱性の評価を行った。

（ＴＥＭ観察）
日本電子社製電界放出形透過電子顕微鏡（ＪＥＭ−２０１０Ｆ）を用いて、Ａｌ結晶粒の三重点に存在するＡｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物の観察を行った。
具体的には、４４０ｎｍ^２の範囲に存在するＡｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物の数を数えることにより、Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物の密度（個／ｍｍ^２）を求めた。
また、ＴＥＭ画像から任意のＡｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物を７個選択し、各々の長辺の長さを測定した際の相加平均の値を長辺の長さ（ｎｍ）とした。
さらに、ＴＥＭ画像から、任意のＡｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物と、最短の距離に位置する結晶析出物との距離を７個測定し、その相加平均の値を結晶析出物同士の距離（ｎｍ）とした。

ＴＥＭ観察の結果、試験例１〜５ではＡｌ結晶粒の三重点に結晶析出物の存在が確認できなかった。一方試験例２１では、Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物のアルミニウム合金膜断面における密度が５，０００，０００個／ｍｍ^２以上、長辺の長さが（最小で）１５ｎｍ、かつ析出物同士の距離が（最短で）４０ｎｍであった。また、実施例に相当する他の試験例についても、当該結晶析出物のアルミニウム合金膜断面における密度が５，０００，０００個／ｍｍ^２以上、長辺の長さが１０〜５０ｎｍ、かつ析出物同士の距離が４０〜３００ｎｍとなるものと考えられる。

（電気抵抗率）
電気抵抗率はＨＩＯＫＩ社製の絶縁抵抗計（３４５０ミリオームハイテスタ）を用いて、２５℃における電気抵抗率を４深針法にて測定した。
結果を表１の「電気抵抗率」に示すが、弾性表面波素子用途を見据えて４．１μΩ・ｃｍ以下を合格（○）とし、４．２μΩ・ｃｍ以上を不合格（×）とした。ただし、パワー半導体用電極用途の場合には、４．０μΩ・ｃｍ以下で合格とすることができる。

（膜硬度）
膜硬度は、超微小押し込み硬さ試験機（エリオニクス社製、ＥＮＴ−１１００ａ）を用いてナノインデンテーション試験法にて測定した。試験荷重を１〜２０ｍＮ、三角錘圧子の押し込み量をＡｌ合金膜表面から深さ１００〜５００ｎｍまでとし、１荷重で３点以上測定した際の、合計１５〜２５点の平均値をＨＴＬ値として算出した。
結果を表１の「押込み硬さ」に示すが、ＨＴＬ値が１８０以上を合格（○）とし、１７０〜１７９を許容範囲（△）とし、１７０未満を不合格（×）とした。

（耐熱性）
耐熱性は、Ａｌ合金膜表面のＳＥＭ（日立製作所社製、電界放出形走査型電子顕微鏡（Ｓ−４０００））観察を行い、ボイド（孔）とヒロック（突起）の有無を確認した。
結果を表１の「ヒロック・ボイド」に示すが、ヒロック、ボイドのいずれも存在しないものを合格（○）とし、ヒロック及びボイドの少なくともいずれか一方が存在するものを不合格（×）とした。

また、上記電気抵抗率、膜硬度、耐熱性の評価の結果、いずれも合格（○）であるものを「総合評価」として○とし、電気抵抗率と耐熱性は合格であり、膜硬度が許容範囲であるものを△とし、電気抵抗率、膜硬度及び耐熱性のうち１つ以上が不合格であるものを×とした。
なお、試験例１７〜１９、２１及び２３〜２８は実施例であり、試験例１〜１６、２０、２２及び２９〜３４は比較例である。また、試験例２〜４は弾性表面波素子に、試験例８はパワー半導体用電極に、それぞれ一般的に用いられるＡｌ合金膜（Ａｌ−Ｃｕ合金膜又はＡｌ−Ｓｉ合金膜）であり、各々標準材として評価の基準として扱うことができる。

評価の結果、弾性表面波素子の標準材であるＡｌ−Ｃｕ合金膜（試験例２〜４）は、高温加熱処理前の電気抵抗率はいずれも３．９〜４．４μΩ・ｃｍであったのに対し、高温加熱処理を行うことで、その電気抵抗率は３．３〜３．７μΩ・ｃｍとなった。一方、高温加熱処理によってＨＴＬ値が２００超から１７９〜１８７まで低下し、さらにはヒロックやボイドが存在する（図４参照）結果となった。また、図６に示す試験例４の断面ＴＥＭ画像によれば、Ａｌ−Ｃｕ合金膜の結晶粒は３００〜４００ｎｍ程度（最大で８００ｎｍ）であった。
また、パワー半導体用電極の標準材であるＡｌ−Ｓｉ合金膜（試験例８）は、高温加熱処理前の電気抵抗率は７．５μΩ・ｃｍであったのに対し、高温加熱処理を行うことで、その電気抵抗率は４．０μΩ・ｃｍとなった。一方、高温加熱処理によってＨＴＬ値が２３５から１２７まで低下し、さらにはヒロックやボイドも存在する結果となった。

試験例２〜４に対し、Ｃｕに代えてＴｉやＴａといった高融点金属を添加すると、合金膜の電気抵抗率が増加し、また、Ａｌ中に当該高融点金属が固溶できないためＨＴＬ値が低く、さらにヒロックやボイドが発生し、耐熱性も悪い結果となった（試験例９、１１）。
また、Ｃｕに代えてＮｉやＭｇ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｓｉを添加すると、電気抵抗率、ＨＴＬ値、耐熱性のいずれかの性能は良好であるが、それら全ての特性を満足することはできなかった（試験例６〜８、１０、１２〜１６）。

これに対し、Ａｌ−Ｃｕ合金をベースに、第３元素（群Ｘ）として、希土類元素であるＮｄ、Ｇｄ及びＬａ、並びに、Ｃｕと同じくＡｌ中に固溶できるＭｇから選ばれる少なくとも１の元素を所定量添加したＡｌ−Ｃｕ−Ｘ合金膜は、電気抵抗率の増加を抑え、標準材よりも高いＨＴＬ値が得られ、ヒロックやボイドの存在も認められなかった（図５参照）（試験例１７〜１９、２１、２３〜２８）。また、図７に示す試験例２１の断面ＴＥＭ画像によれば、Ａｌ結晶粒の３重点に、長辺の長さが１０〜５０ｎｍであるＡｌ−Ｃｕ−Ｘ又はＣｕ−Ｎｄの金属間化合物が微細析出しており、さらに、Ａｌ結晶粒が１００〜２００ｎｍ（最大で３００ｎｍ程度）と微細化されていた。これらが、高い膜硬度の実現に寄与したものと推察される。

以上より、Ａｌ−Ｃｕ合金に群Ｘより選ばれる少なくとも１の元素を所定量添加したＡｌ−Ｃｕ−Ｘ合金膜は、低電気抵抗率を維持しつつ、膜硬度を高め、耐熱性にも優れる。そのため、本発明に係るＡｌ合金膜をＩＤＴ電極等の弾性表面波素子に用いると、熱処理後であっても低い電気抵抗率及び高い膜硬度が期待でき、耐熱性も良好である。また、パワー半導体用電極に用いると、高電気伝導性及び高機械的強度が期待でき、さらには耐熱性及び段差被覆性の実現も可能である。

１ＩＤＴ電極
２反射器
ＡＡｌ結晶粒
ＢＡｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物

Claims

弾性表面波素子又はパワー半導体用電極に用いられるアルミニウム合金膜であって、
Ｃｕを０．３〜１．６原子％、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｌａ及びＭｇからなる群Ｘより選ばれる少なくとも１種を合計で０．０３原子％超０．６原子％以下含有するＡｌ−Ｃｕ−Ｘ合金膜であり、
不活性雰囲気中２００〜３００℃で１時間加熱処理した際にＡｌ結晶粒の三重点にＡｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物が存在し、
前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物は、前記アルミニウム合金膜の断面において５，０００，０００個／ｍｍ^２以上の密度で存在し、
前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物は、長辺の長さが１０〜５０ｎｍであり、かつ
前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｘ結晶析出物同士の距離は４０〜３００ｎｍであるアルミニウム合金膜。
パワー半導体用電極に用いられ、前記Ａｌ結晶粒の最小粒径が１００ｎｍ以上である請求項１に記載のアルミニウム合金膜。