JPH06280005A - スパッタリングターゲット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スパッタリングターゲットにより形成される
ＬＳＩの配線の品質を向上させる。 【構成】 溶解炉内でアルミニウム又はアルミニウム合
金から成る溶湯の表面に形成される酸化膜を、溶湯の表
面にバリアとして残しつつ溶湯を直接雰囲気にさらすこ
となく鋳造部に供給する。これにより、周囲雰囲気から
アルミニウム溶湯内に炭素及び酸素を含む不純物が侵入
することを防止でき、炭素及び酸素の含有量が夫々５pp
m以下のスパッタリングターゲットを製造できる。真空
槽内での作業を必要とせずに、不純物の含有量が少な
く、品質の高い配線の形成が可能なスパッタリングター
ゲットが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタリングターゲ
ット及びその製造方法に関し、更に詳しくは、ＬＳＩ等
の半導体装置における配線パターン形成のために使用さ
れる、アルミニウム又はアルミニウム合金から成るスパ
ッタリングターゲット及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置では、素子相互間
及び素子と外部との間のアルミニウム配線は、まずスパ
ッタリング法によって１μｍ程度又はそれ以下の厚みの
薄膜として堆積された後、リソグラフィー等により微細
な配線パターンに形成される。スパッタリング法では、
目的とする配線組成に従ってスパッタリングターゲット
の材質及び組成が選定される。

【０００３】アルミニウム又はアルミニウム合金から成
るスパッタリングターゲットは、一般に、半連続鋳造法
によって製造される。半連続鋳造法では、アルミニウム
又はアルミニウム合金を溶解炉内で加熱溶解して溶融金
属（溶湯）とし、これを樋等により又は直接に、鋳造部
の鋳型、例えば円筒管内に連続的に注ぐ。溶湯の供給量
に従って円筒管の底板を下方に移動させ、注がれる溶湯
を順次円筒管内に受け入れる。溶湯は、円筒管内で水冷
等により冷却固化されて、ビレットを形成する。得られ
たビレットは、塑性加工及び切断加工等により所定の寸
法に成形されて製品となる。

【０００４】ＬＳＩ等の配線パターンを形成するために
は、極めて高純度のアルミニウム又はその合金から成る
高品質のスパッタリングターゲットが使用される。かか
るスパッタリングターゲットを製造するためには、一般
に、アルミニウムの溶解から鋳造までの間の工程を、真
空槽中で、例えば、１０^-4Ｔｏｒｒ程度の真空下で行
い、雰囲気中からの不純物の混入を防止する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記真空槽を利用した
従来の半連続鋳造法では、真空槽の設備が高価なばかり
でなく、その運転及び維持のための工数及び費用がかさ
むという問題がある。

【０００６】また、半導体装置に対する信頼性の向上へ
の要求は極めて強く、このため、その配線パターンにお
ける信頼性の向上も不可欠であり、常にそのための努力
が要求されている。

【０００７】本発明は、上記に鑑み、特に高価な設備や
運転及び維持のために大きな工数及び費用を必要とする
ことなく製造が可能であり、高い信頼性が要求される配
線パターンの形成に使用できる、改良されたスパッタリ
ングターゲット並びにその製造方法を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のアルミニウム又はアルミニウム合金から成
るスパッタリングターゲットは、成分中に含まれる炭素
及び酸素の含有量が夫々５ppm以下であることを特徴と
する。

【０００９】また、本発明のスパッタリングターゲット
の製造方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金から
成る溶融金属を溶解炉で形成し、該溶融金属を溶解炉か
ら鋳造部に移して成形するスパッタリングターゲットの
製造方法において、前記溶融金属の表面に形成されるア
ルミニウム酸化膜を表面バリアとして維持することで、
前記溶融金属を直接雰囲気にさらすことなく前記鋳造部
に注ぐことを特徴とする。

【００１０】本発明者らは、アルミニウム及びアルミニ
ウム合金（以下、双方を総称して単にアルミニウムと呼
ぶ）から成るスパッタリングターゲットに混入する不純
物、及び、このスパッタリングターゲットから形成され
る配線パターンの信頼性について、鋭意研究を重ねた。
その結果、アルミニウムの溶解から鋳造までを真空槽内
で行うことにより製造される従来のスパッタリングター
ゲットにおいても、やはり、雰囲気中の炭素、酸素、水
蒸気及び窒素等が、混入して不純物となり、このスパッ
タリングターゲットから形成される配線パターンの性能
に影響することを発見した。

【００１１】上記不純物たる炭素及び酸素等は、主とし
て、真空雰囲気においてアルミニウムの溶湯を溶解炉か
ら鋳造部に供給する際に、その雰囲気中から溶湯内に混
入するものである。このような不純物全体の含有量は、
炭素及び酸素に代表させてその含有量により評価可能で
ある。例えば、上記真空槽内で形成されるスパッタリン
グターゲットでは、炭素及び酸素の含有量を夫々約７pp
m以下とすることは困難である。

【００１２】本発明者らは、一般にアルミニウム溶湯の
表面に形成されるＡｌ₂Ｏ₃から成る酸化物の膜を、溶解
炉から鋳造部にアルミニウム溶湯を供給する際に、ガス
成分の混入を防止するバリアとして利用する構成を採用
することにより、周囲雰囲気中から侵入する不純物を遮
断できることに想到し、本発明を完成するに至ったもの
である。

【００１３】

【作用】酸化膜を溶湯の表面バリアとして採用する構成
により、大気中で行う半連続鋳造法によっても、炭素及
び酸素の含有量が夫々約５ppm以下であり、周囲雰囲気
から侵入する不純物の含有量が極めて少ないスパッタリ
ングターゲットが得られる。このように、炭素及び酸素
の含有量を夫々約５ppm以下とすることにより、信頼性
の高い配線パターンを形成できるスパッタリングターゲ
ットとなる。

【００１４】

【好適な実施の態様】本発明のスパッタリングターゲッ
トの製造方法では、アルミニウム酸化膜を溶湯表面のバ
リアとして利用しながら鋳造部に溶湯を供給する。この
目的のため、例えば、溶解炉の底部に設けた供給パイプ
から鋳造部に直接溶湯を供給する。或いは、これに代え
て、溶解炉から樋部材を利用して鋳造部に溶湯を供給す
ることもできる。この場合には、溶解炉に形成された溶
湯表面の酸化膜をその樋部材内においても溶湯の表面を
覆うバリアとなるように静かに溶湯を樋部材に移し、且
つ、樋部材から鋳造部に溶湯を供給する際には、この酸
化膜を樋内に残して溶湯のみを供給する。

【００１５】上記構成によっても、極めて微量の不純物
は、溶湯表面を覆う酸化膜を透過して侵入する。この不
純物の量は、溶湯の温度を低下させることにより減少
し、溶湯の温度が約８５０℃以下に維持されたときに良
好に抑えられる。従って、溶解炉中にあるときの溶湯温
度を、約８５０℃以下に保つのが好ましく、更に好まし
くは約７８０℃以下の温度に保つ。樋を経由して鋳造部
まで導くときの樋内の溶湯の温度は、約７００〜７８０
℃の範囲が好ましい。

【００１６】更に不純物の含有量を低下させるために
は、上記構成に加えて、溶解炉内面等を、例えばＡｌ₂
Ｏ₃・Ｓ_iＯ₂・Ｔ_iＯ₂から成る酸化物層によりコーティ
ングする。これにより、溶解炉等を構成する材料内部か
ら炭素等の不純物が溶湯内に侵入することを防止する。
かかる構成を採用すると、スパッタリングターゲット中
に含まれる炭素及び酸素の含有量を、例えば２ppm以下
とすることができ、不純物の含有量が極めて低く、配線
パターンの形成に特に好適なスパッタリングターゲット
が得られる。

【００１７】

【実施例】図面に基づいて本発明を更に説明する。図１
は、本発明の一実施例のスパッタリングターゲットの製
造方法を実施するための装置を、一部を断面図で示した
模式的側面図である。同図において、この装置は、溶解
炉１、樋部材２及び鋳造部３から成り、溶解炉１におい
て所定量のアルミニウムの溶湯４を形成し、この溶湯４
を溶解炉１から樋部材２を経由して鋳造部３に供給する
ことで、半連続鋳造法により、スパッタリングターゲッ
トを形成する。

【００１８】溶解炉１は、抵抗加熱炉であり、上面が開
放する「るつぼ」として構成されている。溶解炉１に
は、溶湯の注ぎ口１１が設けられた縁部に隣接して水平
方向に延びる回動軸１２が設けられている。溶解炉１の
内面は、Ａｌ₂Ｏ₃・Ｓ_iＯ₂・ＴiＯ₂から成る酸化物層１
３によりコーティングされている。溶解炉１は、回動軸
１２と対向する縁部を持ち上げることで、回動軸１２を
中心として回動させることができ、図示のごとく適当な
角度傾けることで、溶湯４を注ぎ口１１から流出させる
ことができる。

【００１９】溶解炉１の注ぎ口１１に隣接して、樋部材
２の一方の端部が溶湯の供給を受ける上流側端部として
配設される。樋部材１は、全体としてほぼ水平であり、
注ぎ口とほぼ同じ高さになるように位置している。この
ため、溶解炉１からの溶湯４は、極めて静かに樋部材２
に向けて注ぐことができる。樋部材２の下流側端部に
は、その底部に溶湯流出孔２１が設けられる。溶湯流出
孔２１には、排出管２２が取り付けられており、この排
出管２２は、鋳造部３の鋳型を構成する円筒管３１まで
延びて、円筒管３１内に僅かに挿入されている。

【００２０】鋳造部３は、半連続鋳造部として構成され
ており、円筒管３１の回りには水冷の冷却装置３２が設
けられる。円筒管３１の下方には油圧装置３３が設けら
れ、この油圧装置３３で駆動されるロッド３４により、
円筒管３１の底板３５が上下方向にゆっくりと移動可能
である。円筒管３１の内径は、１００〜３００ｍｍ程度
である。

【００２１】溶湯４は、溶解炉１で抵抗加熱により加熱
され、例えば７８０℃の温度に３時間維持された後、図
１に示した位置関係で注ぎ口１１から樋部材２に供給さ
れる。溶湯４は、Ａｌ₂Ｏ₃から成る酸化膜５によりその
表面が覆われており、この酸化膜５は、溶解炉１内の溶
湯４の表面と、樋部材２内の溶湯４の表面とで連続して
いる。この切れ目のない酸化膜５により、周囲雰囲気か
ら炭素、酸素、水蒸気及び窒素等の不純物が溶湯４に侵
入することを防止する。

【００２２】溶湯４は、樋部材２を経由して、その排出
管２２から鋳造部３の円筒管３１に徐々に流出する。鋳
造部３は、この溶湯を受け、溶湯の供給量に合わせて円
筒管３１の底板３５を油圧装置３３により下方に移動さ
せる。円筒管３１内に導入された溶湯４Ａは、円筒管３
１内を下方に移動する間に冷却され、円筒管３１内で連
続的に固化されビレットとなる。得られたビレットから
は、上下の両端部が除かれて製品に加工される。

【００２３】鋳造部３においても、Ａｌ₂Ｏ₃から成る酸
化膜５Ａが、排出管２２周囲の円筒管３１上部に形成さ
れている。溶解炉１、樋部材２及びこの円筒管３１上部
の各酸化膜５及び５Ａは、いずれも、溶湯を供給してい
る間は夫々当該位置に留まり、溶湯表面を覆っている。
このようにして、酸化膜５及び５Ａは、夫々溶湯のため
のバリア層として作用する。

【００２４】上記製造装置では、アルミニウムの溶湯表
面に一般的に形成される酸化物を、溶解炉から鋳造部に
溶湯を供給する際に溶湯表面のバリア層として利用す
る。これにより、周囲雰囲気から不純物が溶湯内に侵入
することを防止する。この製造装置は、従来の真空槽を
利用するスパッタリングターゲットの製造装置に比し
て、構成が簡単であり、その運転及び維持の工数及び費
用が低く抑えられる一方、形成されるスパッタリングタ
ーゲットの品質が高いという利点をも有する。

【００２５】なお、上記製造装置では、注ぎ口に隣接し
て樋部材を、また流出孔の下部に鋳造部を夫々設ける例
を図示したが、溶解炉、樋部材及び鋳造部の配置は、必
ずしも固定配置に限るものではない。また、本発明のス
パッタリングターゲットの製造方法では、この構成に代
えて、溶解炉底部から溶湯を直接に鋳造部へ供給する等
の構成を採用することもできる。

【００２６】本発明のスパッタリングターゲットを評価
するために、本発明の実施例１及び２並びに比較例のス
パッタリングターゲットの試料を、夫々半連続鋳造法に
より製造し、これらからスパッタリング法によって得ら
れる配線の信頼性を試験することとした。実施例１及び
２の試料ターゲットは前記製造装置により製造した。各
試料ターゲットは、いずれも、一般的な組成であるＡｌ
−１％Ｓ_i−０．５％Ｃｕ組成のアルミニウム合金から
形成した。

【００２７】実施例１のスパッタリングターゲットは、
以下のように製造した。溶解炉を大気中におき、高純度
Ａｌ、Ｓ_i、Ｃｕをその内部で加熱溶解させて合金とし
た後、約７８０℃の温度で約３時間維持した。その後、
樋部材（樋）を利用して溶湯を鋳造部に注いだ。樋内で
の及び鋳造部に注ぐときの溶湯の温度は夫々、約７００
℃及び約６８０℃であった。室温に迄冷却するに要した
時間はほぼ３０分程度である。形成されたビレットの先
端部分及び後端部分には、溶湯表面の酸化膜が混入しや
すいので、これらの部分を取り除いた。

【００２８】実施例２のスパッタリングターゲットは、
温度条件を除き実施例１のスパッタリングターゲットと
同様に製造した。この実施例２における温度条件は、溶
解炉中にあるとき、樋内にあるとき及び鋳造部に供給す
るときで、夫々、約８５０℃、約７８０℃及び約７００
℃であった。

【００２９】比較例のスパッタリングターゲットの溶解
及び鋳造は、従来の製造方法と同様に真空槽中（１０^-4
Ｔｏｒｒ雰囲気中）で行った。溶解炉中での溶湯の温度
は約８５０℃に約３時間維持され、この溶湯を鋳造部の
円筒管内に直接注いで、これを冷却することにより丸棒
に成形した。成形時の冷却条件は、実施例１及び２とほ
ぼ同じである。

【００３０】実施例及び比較例の各試料ターゲットの炭
素及び酸素含有量を測定した。酸素含有量の分析は放射
化分析法により行い、炭素含有量の分析はＧＤ−ＭＳ法
（グロー放電質量分析法）により行った。表−１にその
結果を示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】次に、実施例及び比較例の各試料ターゲッ
トから、スパッタリング法及びこれに続くリソグラフィ
ーにより配線パターンを夫々形成した。配線パターン中
の各配線は、夫々、幅が２μｍ、長さが２ｍｍ、厚みが
０．８μｍとし、各試料ターゲット毎に夫々１０本づつ
の配線を選定した。選定された各配線について所定の加
速信頼性試験に従って通電試験を行った。試験条件は、
基板温度が２００℃、電流密度が５×１０⁶Ａ／ｃｍ²と
した。各試料ターゲットから夫々得られた配線につい
て、断線が発生した配線本数の全体本数に対する比率を
算定することで、配線の信頼性を評価した。結果を表−
２に示す。

【００３３】

【表２】

【００３４】表−１及び表−２に見られるように、実施
例１のスパッタリングターゲットは、炭素及び酸素の含
有率が夫々０．６及び０．５ppmと低く、それに従っ
て、スパッタリング法によりこれから得られた配線パタ
ーンでの断線の発生がなく良好な信頼性を示した。ま
た、実施例２のスパッタリングターゲットは、炭素及び
酸素の含有率が夫々１．５及び１．０ppmとやはり低
く、これから得られた配線における断線発生率も１０％
と、良好な信頼性を示した。

【００３５】真空槽中で形成された比較例のスパッタリ
ングターゲットでは、炭素及び酸素の含有量が夫々７．
０及び６．０ppmと、実施例１及び実施例２に比較して
高い値を示した。また、これに従って、比較例から得ら
れた配線では、加速信頼性試験における断線発生率が２
０％と、各実施例に比較して高い値を示し、従ってその
信頼性が低いことを示した。

【００３６】上記の如く、本発明の実施例のスパッタリ
ングターゲットでは、炭素及び酸素の不純物の含有量が
従来の真空槽利用により製造されるものよりも低く抑え
られ、従って、全体の不純物量も低く抑えられることが
示され、且つ、このスパッタリングターゲットから得ら
れる配線パターンが従来に比して良好な性能を有するこ
とが明かとなった。

【００３７】本発明のスパッタリングターゲットの製造
方法では、真空槽を必要としないで品質の高いスパッタ
リングターゲットを製造でき、設備及び工程の簡素化が
可能である。しかし、必ずしも真空槽の使用を排するこ
とまでを意味するものではなく、本発明の方法を真空槽
内で実施することも出来る。

【００３８】上記実施例における温度条件、アルミニウ
ム合金の組成、その他の構成はいずれも単に例示であ
り、本発明のスパッタリングターゲット及びその製造方
法は、これら実施例の構成に限定されるものではない。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るスパ
ッタリングターゲット及び本発明の方法により製造され
るスパッタリングターゲットによると、不純物の含有量
が、真空槽を利用する方法により製造される従来のもの
よりも低く抑えられる結果、これらスパッタリングター
ゲットからスパッタリング法により形成される配線パタ
ーンの信頼性が高く維持されるので、信頼性の高い半導
体装置等が、簡単な設備及び少ない工程により製造でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のスパッタリングターゲット
の製造方法を実施するための装置を、一部を断面図で示
した模式的側面図。

【符号の説明】

１ 溶解炉 １１ 注ぎ口 １２ 回動軸 ２ 樋部材 ２１ 流出孔 ３ 鋳造部 ３１ 円筒管 ３２ 冷却装置 ３３ 油圧装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成分中に含まれる炭素及び酸素の含有量
   が夫々５ppm以下であることを特徴とするアルミニウム
   又はアルミニウム合金から成るスパッタリングターゲッ
   ト。
2. 【請求項２】 アルミニウム又はアルミニウム合金から
   成る溶融金属を溶解炉で形成し、該溶融金属を溶解炉か
   ら鋳造部に移して成形するスパッタリングターゲットの
   製造方法において、 前記溶融金属の表面に形成されるアルミニウム酸化膜を
   表面バリアとして維持することで、前記溶融金属を直接
   雰囲気にさらすことなく前記鋳造部に注ぐことを特徴と
   するスパッタリングターゲットの製造方法。