JPWO2006016473A1 - フレキシブル銅基板用バリア膜及びバリア膜形成用スパッタリングターゲット - Google Patents
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Abstract
Description
ここで問題となるのは、前記ポリイミドフィルム上に形成した銅がポリイミドフィルム中で容易に拡散し(マイグレーション)、回路基板上の配線が短絡するという問題が発生した。
その代表的なものとして、Ni−Cr合金のバリア層を形成したものがある(特許文献1参照)。
しかし、200〜300°C程度の温度上昇があると、依然としてCuのポリイミドフィルムへの拡散が認められる。また、特に配線ピッチが30μmより狭くなると、従来のバリア層ではポリイミド層への拡散を防ぐことができず、必ずしも効果的でないことが分かった。
その他の提案として、熱硬化性ポリイミドベースフィルムに熱可塑性ポリイミド層を形成し、さらにNi、Cr、Co、Moから選んだ少なくとも1種の金属からなるバリアメタルを被覆し、熱可塑性樹脂を加熱して流動化させ、熱可塑性ポリイミドとバリアメタルとの結合力を増加させるという提案もある(特許文献2参照)。
しかし、この場合は、バリアメタルの拡散というものの根本的なものを解決するものではないので、依然として問題は残っている。
(1)Crを5〜30wt%含有し、残部が不可避的不純物及びCoからなるCo−Cr合金膜からなり、膜厚が3〜150nm、膜厚均一性が1σで10%以下であることを特徴とするフレキシブル銅基板用バリア膜
(2)Crを5〜30wt%含有し、残部が不可避的不純物及びCoからなるCo−Cr合金であって、スパッタ面の面内方向の比透磁率が100以下であることを特徴とするバリア膜形成用スパッタリングターゲット
を提供する。
膜組成において、Crが5wt%に満たない場合はバリア性が十分でなく、従来のバリア膜に比べ優位性が無い。また、Crが30wt%を超えるとCu層をエッチングして回路を形成する際に、このバリア膜がエッチングを阻害するので、除去するのに非常に時間がかかり過ぎ、実用に向かない。したがって、上記のCrの範囲とする。
本発明のフレキシブル銅基板用バリア膜の膜厚は、膜厚均一性が1σで10%以下とする。膜厚均一性(1σ)が、10%を超えると、パターニングの際のエッチング時に、バリア膜の厚い部分を除去するまでエッチングした場合、バリア膜が薄かった部分では、除去しようとした部分より広くエッチングされ、その部分の配線幅が狭くなるという問題がある。このことにより、実デバイスの耐久性が低下する。したがって、上記の膜厚均一性(1σ)を10%以下とする。
一方Crが30wt%を超えると、Cr30%以下Co合金の膜が成膜できない。したがって、Co−Cr合金ターゲットの組成は、上記の範囲とする。
また、本発明のバリア膜形成用スパッタリングターゲットの、スパッタ面の面内方向の比透磁率が100以下とする。比透磁率が100を超えると、スパッタ膜の膜厚均一性が1σで10%を超えてしまうからである。
また、本発明のCo−Cr合金ターゲットは、ターゲット内の平均結晶粒径のバラツキが30%以内のものが望ましい。平均粒径のばらつきが30%を超えると、スパッタ成膜した膜の膜厚均一性が1σで10%を超えるおそれがあるからである。
さらに、前記熱間鍛造・圧延後、大気中、真空中又は不活性ガス雰囲気中で、保持温度:300〜960°Cの熱処理を行うのが良い。
これによって得た熱処理板をターゲット形状に加工し、スパッタリングされる面の平均粗さ (Ra) を、0.01〜5μmとする。
また、ターゲットやバッキングプレートの側面などの非スパッタ面、すなわちスパッタされた物質が付着する部分を、サンドブラスト処理、エッチング処理又は溶射被膜層の形成等によって、表面の平均粗さ (Ra)を1〜50μmに表面粗化して、付着した被膜が再剥離するのを防止することが望ましい。再剥離してスパッタ雰囲気中に浮遊する物質は、基板へのパーティクル発生の原因となるからである。
また、ターゲットに含有される不純物として、Na、Kの濃度がそれぞれ5ppm以下(以降ppmは、wtppmを示す)、U、Thの濃度がそれぞれ0.05ppm以下、さらには主元素、添加元素以外の金属元素の総計が0.5wt%以下、かつ酸素濃度が0.5%以下であることが望ましい。
Co−20wt%Crの組成を溶解・鋳造し、Co−Crインゴットを作製した。これを、1100°Cで熱間鍛造・熱間圧延し、冷却後500°Cで2時間熱処理を行い、ターゲットに加工した。このターゲットの結晶粒径は280μmであった。これを、さらに表面の平均粗さ:Raを0.14μmに仕上げた。
ターゲット中のCr濃度は19.1wt%で、不純物成分は、Na:0.2ppm、K:0.1ppm、U:0.02ppm、Th:0.03ppm、 金属成分の総計が470ppm、 酸素が10ppmであった。
このターゲットをバッキングプレートにインジウムでボンディングして、ターゲットの側面とターゲット近傍のバッキングプレート部をサンドブラストで、Ra=7.5μmに粗化した。
このバリア層の上に、スパッタリングにより200nmのCuを成膜した。
図1に、AESの結果を示す。Co−Crをバリア膜としたものでは、300°Cで熱処理したものでも、Cuのプロファイルは熱処理を行わなかったものと同様のプロファイルを示しており、バリア層への拡散が認められなかった。
従来のバリア材であるNi−20wt%Crの組成を有する材料を、溶解・鋳造し、Ni−Crインゴットを作製した。これを、1100°Cで熱間鍛造・熱間圧延し、冷却後500°Cで2時間の熱処理を行い、ターゲットに加工した。
このターゲットの結晶粒径は300μmで、表面粗さをRaで0.15μmに仕上げた。ターゲット中のCr濃度は19.7wt%、不純物成分は、Na:0.1ppm、K:0.3ppm、U:0.02ppm、Th:0.04ppm、 不純物金属成分の総計が510ppm、 酸素が10ppmであった。
このターゲットを使って、バリア膜が剥離しないようにSiO2基板を用い、その上に膜厚:140nmのバリア層を作製した。
このバリア層の各添加成分の組成を分析したところ、Cr:18.5wt%と、若干Crが少ない組成となった。このバリア層の膜厚を49点測定し、その膜厚均一性を調べたところ、1σで7.4%であった。
300°Cで熱処理したもののCuのプロファイルが、熱処理していないものよりも、バリア層に入り込んでいる。すなわち、バリア層としての機能が低いことが分かった。
上記実施例1と同様の製造方法を用いてターゲットを製造し、下記表1に示す本発明の範囲にある合金組成及び比透磁率のターゲットを用いて、38μm厚のポリイミドシート上に、膜厚10nmのバリア層を形成した。
さらに、このバリア層の各添加成分の組成(wt%)、バリア層の膜厚(nm)、バリア層の膜厚を49点測定し、その膜厚の均一性(%)を調べた結果、及び耐久試験の結果(時間)を、同様に表1に示す。実施例2〜8のバリア膜の膜組成(wt%)、膜厚(nm)、膜厚の均一性(%)はいずれも、本願発明の範囲に入るものである。
さらに、このバリア層の上にスパッタ法でCuシード層を20nm成膜後、電気めっきにより8μmのCu層を形成した。そして、これらを30μmピッチ(配線幅15μm、配線間距離15μm)で作製した配線パターンについて、これに+60Vの電圧をかけて、85°C、湿度85%の雰囲気で保持する耐久試験を行った。これらの結果を同様に、表1に示す。
以上の結果、実施例2〜8は、いずれも各配線の短絡は見られなかった。
表1に示す上記比較例1と同一のターゲットを用いて、38μm厚のポリイミドシート上に、膜厚10nmのNi−Crバリア層を形成した。
さらに、このバリア層の各添加成分の組成(wt%)、バリア層の膜厚(nm)、バリア層の膜厚を49点測定し、その膜厚の均一性(%)を調べた結果、及び耐久試験の結果(時間)を、同様に表1に示す。
比較例2のバリア膜の合金成分(Ni−Cr)は、本願発明と異なるものである。
さらに、このバリア層の上にCuシード層を20nm成膜後、電気めっきにより8μmのCu層を形成した。そして、これらを30μmピッチ(配線幅15μm、配線間距離15μm)で作製した配線パターンについて、これに+60Vの電圧をかけて、85°C、湿度85%の雰囲気で保持する耐久試験を行った。これらの結果を同様に、表1に示す。
以上の耐久試験の結果、比較例2は350時間持続したが、その後配線の短絡を生じた。
上記実施例1と同様の製造方法を用いてターゲットを製造し、下記表1に示す本発明外の範囲にある合金組成(Cr量が本願発明よりも少ない)のターゲットを用いて、38μm厚のポリイミドシート上に、膜厚10nmのCo−Crバリア層を形成した。
さらに、このバリア層の各添加成分の組成(Cr3.5wt%)、バリア層の膜厚(nm)、バリア層の膜厚を49点測定し、その膜厚の均一性(%)を調べた結果、及び耐久試験の結果(時間)を、同様に表1に示す。
比較例3のバリア膜の膜組成(Cr3.5wt%)は、本願発明の膜のCr含有量(5〜30wt%)よりも少ない。
さらに、このバリア層の上にCuシード層を20nm成膜後、電気めっきにより8μmのCu層を形成した。そして、これらを30μmピッチ(配線幅15μm、配線間距離15μm)で作製した配線パターンについて、これに+60Vの電圧をかけて、85°C、湿度85%の雰囲気で保持する耐久試験を行った。これらの結果を同様に、表1に示す。
以上の耐久試験の結果、比較例3は210時間持続したが、その後配線の短絡を生じた。
上記実施例1と同様の製造方法を用いてターゲットを製造し、下記表1に示す本発明外の範囲にある合金組成(Cr量が本願発明よりも多い)のターゲットを用いて、38μm厚のポリイミドシート上に、膜厚10nmのCo−Crバリア層を形成した。
さらに、このバリア層の各添加成分の組成(Cr33.1wt%)、バリア層の膜厚(nm)、バリア層の膜厚を49点測定し、その膜厚の均一性(%)を調べた結果、及び耐久試験の結果(時間)を、同様に表1に示す。
比較例3のバリア膜の膜組成(Cr33.1wt%)は、本願発明の膜のCr含有量(5〜30wt%)よりも多い。
さらに、このバリア層の上にCuシード層を20nm成膜後、電気めっきにより8μmのCu層を形成した。そして、これらを30μmピッチ(配線幅15μm、配線間距離15μm)で配線パターンを作製しようとしたが、Co−Cr層がエッチングされずに残り、パターンを切れなかった。
上記実施例1と同様の製造方法を用いてターゲットを製造し、下記表1に示す通りターゲットの比透磁率が本発明外にあるターゲットを用いて、38μm厚のポリイミドシート上に、膜厚10nmのCo−Crバリア層を形成した。
さらに、このバリア層の各添加成分の組成、バリア層の膜厚(nm)、バリア層の膜厚を49点測定し、その膜厚の均一性(%)を調べた結果、及び耐久試験の結果(時間)を、同様に表1に示す。
さらに、このバリア層の上にCuシード層を20nm成膜後、電気めっきにより8μmのCu層を形成した。そして、これらを30μmピッチ(配線幅15μm、配線間距離15μm)で作製した配線パターンについて、これに+60Vの電圧をかけて、85°C、湿度85%の雰囲気で保持する耐久試験を行った。これらの結果を同様に、表1に示す。
以上の耐久試験の結果、比較例5は470時間持続したが、その後配線の短絡を生じた。また、膜厚の均一性もかなり劣る結果となった。
上記実施例1と同様の製造方法を用いてターゲットを製造し、下記表1に示すターゲットを用いてスパッタリングし、38μm厚のポリイミドシート上に、膜厚が本発明外にある2.5nm(本願発明より薄い)のCo−Crバリア層を形成した。
さらに、このバリア層の各添加成分の組成、ターゲットの比透磁率、膜組成、バリア層の膜厚を49点測定し、その膜厚の均一性(%)を調べた結果、及び耐久試験の結果(時間)を、同様に表1に示す。
そして、これらを30μmピッチ(配線幅15μm、配線間距離15μm)で作製した配線パターンについて、これに+60Vの電圧をかけて、85°C、湿度85%の雰囲気で保持する耐久試験を行った。これらの結果を同様に、表1に示す。
以上の耐久試験の結果、比較例6は390時間持続したが、その後配線の短絡を生じた。バリア層の膜厚が十分でない場合には、ポリイミドシートへのCuの拡散が起り、耐久性がないことが分かった。
上記実施例1と同様の製造方法を用いて表1に示すターゲットを製造し、下記表1に示す通りバリア層の膜厚が本発明外にある条件で、38μm厚のポリイミドシート上に、膜厚が本発明外にある180nm(本願発明より厚い)のCo−Crバリア層を形成した。
さらに、このバリア層の各添加成分の組成、バリア層の膜厚(nm)を、同様に表1に示す。しかし、このバリア層は剥離したため、その後の測定は不能となった。以上から、バリア層の過剰な膜厚は、適切でないことが分かった。
Claims (2)
- Crを5〜30wt%含有し、残部が不可避的不純物及びCoからなるCo−Cr合金膜からなり、膜厚が3〜150nm、膜厚均一性が1σで10%以下であることを特徴とするフレキシブル銅基板用バリア膜。
- Crを5〜30wt%含有し、残部が不可避的不純物及びCoからなるCo−Cr合金であって、スパッタ面の面内方向の比透磁率が100以下であることを特徴とするバリア膜形成用スパッタリングターゲット。
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