JPWO2017051820A1 - スパッタリングターゲット、ターゲット製造方法 - Google Patents
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Abstract
アーク放電を発生させずに、樹脂基板上に剥落しない導電膜を形成できるスパッタリングターゲットを提供する。樹脂から成る基体を有する仕掛基板３２に合金薄膜を形成するスパッタリングターゲット５５には、Ｃｕを５０原子％よりも多く含有させ、Ｎｉを５原子％以上４０原子％以下の範囲で含有させ、Ａｌを３原子％以上１０原子％以下の範囲で含有させた母材１００原子％に対して、ＺｎとＭｎのいずれか一方又は両方から成る添加物を０．０１原子％以上の含有率で含有させる。空孔の無いスパッタリングターゲットが得られるので、アーク放電が発生しない。
Description
本発明は、スパッタリングターゲットと、そのスパッタリングターゲットを製造するためのターゲット製造方法に関する。
現在では、ＬＳＩ等の半導体素子は、樹脂の基体に配線膜が形成された単層基板が複数層積層された搭載装置に搭載されており、従って、樹脂の表面に密着性の高い金属膜を形成する技術が求められている。特に、銅薄膜は低抵抗の利点がある反面、樹脂との密着性が低いことから、樹脂と銅薄膜との間には、他の金属から成る密着層が形成されている。
図１３の符合１００は、そのような、従来技術の搭載装置であり、複数の単層基板１１１1、１１１2が積層されている。
この搭載装置１００の各単層基板１１１1、１１１2は、樹脂から成る基体１０３を有しており、基体１０３の表面には配線膜１１０が設けられている。また、基体１０３には接続孔１０２が設けられており、接続孔１０２の内部には、積層された単層基板１１１1、１１１2の配線膜１１０同士を接続する金属プラグ１１９が設けられている。
図１１(ａ)は、単層基板１１１1の上に、最上層の単層基板１１１2となる基体１０３が貼付された状態である。基体１０３には、接続孔１０２が設けられており、接続孔１０２の底面には、下層の単層基板１１１1の配線膜１１０の表面が露出されている。
先ず、図１１(ｂ)に示すように、Ｔｉ等の密着用の金属を含有するスパッタリングターゲットをスパッタリングし、基体１０３の表面と、接続孔１０２の内周側面と、底面に露出する配線膜１１０とに接触したＴｉ薄膜等の密着層１１８を形成し、次いで、銅のスパッタリングターゲットをスパッタリングし、密着層１１８の表面に、銅薄膜から成るシード層１１５を形成する。
パターニングされたレジスト膜を、シード層１１５の表面上に配置して、接続孔１０２の内部のシード層１１５と、基体１０３の表面上の所定位置のシード層１１５とを露出させ、メッキ液に浸漬して、露出したシード層１１５をメッキ液に接触させ、シード層１１５とメッキ液との間に電圧を印加し、電解メッキ法によって露出したシード層１１５の表面に銅を析出させ、接続孔１０２の内部と、基体１０３の表面上とに、図１１(ｃ)に示すように、銅薄膜１０６、１０７を形成する。この状態では、銅薄膜１０６、１０７はシード層１１５に接触し、接続孔１０２の内部は銅から成る銅薄膜１０６で充填されており、銅薄膜１０６、１０７は、シード層１１５よりも厚く形成されている。同図(ｃ)の符合１２８は、レジスト膜である。
この状態では、密着層１１８とシード層１１５とは、銅薄膜１０６、１０７の下方に位置する部分と、レジスト膜１２８の下方に位置する部分とがあり、レジスト膜１２８を剥離し、レジスト膜１２８の下方に位置していたシード層１１５を露出させた後、先ず、銅のエッチング液に浸漬し、同図(ｄ)に示すように、銅薄膜１０６、１０７の下方には、パターニングされたシード層１０５を残しながら露出しているシード層１１５をエッチング除去し、除去された部分に密着層１１８を露出させる。
次に、Ｔｉをエッチングするエッチング液に浸漬すると、図１３に示されたように、銅薄膜１０６、１０７及びシード層１０５の下方に位置する密着層１０８を残しながら露出された密着層１１８がエッチング除去され、除去した部分には基体１０３が露出する。
接続孔１０２内の密着層１０８とシード層１０５と銅薄膜１０６とで、接続孔１０２を充填する金属プラグ１１９が構成されており、また、基体１０３の表面上の密着層１０８とシード層１０５と銅薄膜１０７とで、配線膜１１０が構成されている。
銅薄膜１０６、１０７と基体１０３表面に露出する樹脂との間の密着性は低く、銅薄膜１０６、１０７は樹脂から剥離しやすいが、Ｔｉ薄膜である密着層１０８は樹脂との間で密着性が高く、また、銅薄膜であるシード層１０５との間の密着性も高いから、シード層１０５と銅薄膜１０６、１０７とは基体１０３から剥離しない。
この場合、銅薄膜１０６、１０７を形成するためには密着層１０８とシード層１０５との二層を形成する必要があるため、配線膜１１０が三層構造になり、製造工程が増加する。
また、密着層１０８は、銅以外のＴｉ等の元素を多量に含有するため、密着層１１８と、銅薄膜であるシード層１１５とは、同じエッチング液でエッチングすることができず、エッチング工程が複雑である。
そこで、下記特許文献２に記載されたように、銅に、ニッケルとアルミニウムとを含有させたＣｕ−Ｎｉ−Ａｌターゲットを作製し、Ｃｕ−Ｎｉ−Ａｌターゲットをスパッタリングして、樹脂が露出された基体の表面に銅合金薄膜を形成し、銅合金薄膜の表面に純銅から成る導電性薄膜を形成して配線膜とすると、銅合金薄膜と樹脂との密着性と、銅合金薄膜と導電性薄膜との間の密着性も良好であり、基体から剥離しない配線膜が得られた。
しかしながら、Ｃｕ−Ｎｉ−Ａｌターゲットは、スパッタリングするときのアーク放電の発生回数が多く、そのため、形成する銅合金薄膜が不良になってしまう場合があった。
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、アーク放電を発生させること無く、樹脂が露出する基体上に剥離しない配線膜を形成できるスパッタリングターゲットと、そのスパッタリングターゲットを製造するターゲット製造方法を提供することにある。
本発明の発明者等は、Ｃｕ−Ｎｉ−Ａｌターゲットを切断して、内部を観察したところ、切断面に多数の空孔(「欠陥」とも言う)が発生していることを発見した。スパッタリングターゲット中のこのような空孔は、アーク放電の原因であることが知られているから、空孔を減少させればアーク放電は減少することは明らかである。
本発明は、このような課題を解決するために創作されたものであり、銅とニッケルとアルミニウムとが所定割合で含有された溶融物を冷却して固化させる際に、溶融物にＺｎとＭｎのいずれか一方又は両方を含有させておけば良いことを発見し、本願発明を創作するに至った。
即ち、本願発明は、ＣｕとＮｉとＡｌとを含有し、ＣｕとＮｉとＡｌとを１００原子％としたときに、Ｃｕを５０原子％よりも多く含有し、Ｎｉを５原子％以上４０原子％以下の含有率で含有し、Ａｌを３原子％以上１０原子％以下の含有率で含有する母材と、前記母材に添加された添加物とを含有するスパッタリングターゲットであって、前記添加物は、ＺｎとＭｎのいずれか一方又は両方から成り、前記母材の１００原子％に対して、０．０１原子％以上の含有率で含有されたスパッタリングターゲットである。
本発明は、前記添加物に含有されたＺｎの含有率とＭｎの含有率とは、それぞれ１．０原子％以下にされたスパッタリングターゲットである。
また、本発明は、上記記載のスパッタリングターゲットを製造するターゲット製造方法であって、固体の前記母材と、固体の前記添加物とを同じ容器中に配置し、加熱して前記母材と前記添加物とを含有する溶融物を形成し、前記溶融物を冷却して固化させて前記スパッタリングターゲットを形成するターゲット製造方法である。
本発明は、前記添加物に含有されたＺｎの含有率とＭｎの含有率とは、それぞれ１．０原子％以下にされたスパッタリングターゲットである。
また、本発明は、上記記載のスパッタリングターゲットを製造するターゲット製造方法であって、固体の前記母材と、固体の前記添加物とを同じ容器中に配置し、加熱して前記母材と前記添加物とを含有する溶融物を形成し、前記溶融物を冷却して固化させて前記スパッタリングターゲットを形成するターゲット製造方法である。
スパッタリングターゲットの中の空孔が少なく、アーク放電が少ないスパッタリングによって形成した配線膜は、一回のエッチング工程によってパターニングすることができる。
また、配線膜の抵抗値は大きくならないので、電圧損失が小さく、樹脂から剥離しない配線膜が得られる。
図１の符合１０は、本発明のターゲットのスパッタリングによって得られる搭載装置を示しており、符合２０は、搭載装置１０が電気的に接続されたマザーボードを示している。
この搭載装置１０は、支持基板１４と、支持基板１４の両面にそれぞれ配置された第一、第二の多層基板１１、１２とを有しており、第一、第二の多層基板１１、１２は、それぞれ複数の単層基板１１1〜１１3、１２1〜１２3を有している。
各単層基板１１1〜１１3、１２1〜１２3のうち、支持基板１４に近い方を下層と呼び、遠い方を上層と呼ぶと、各単層基板１１1〜１１3、１２1〜１２3の一つ下層の位置には、他の単層基板１１1、１１2、１２1、１２2か、又は支持基板１４が位置している。
図９には、第一の多層基板１１の最上層の単層基板１１3と、その単層基板１１3の一つ下層の単層基板１１2の一部とが示されている。
各単層基板１１1〜１１3、１２1〜１２3の構造は同じであり、それら単層基板１１1〜１１3、１２1〜１２3は、板状の基体３と、基体３に形成された複数の接続孔２と、基体３の片側の表面(接続孔２の内周面と底面を除く)に配置された複数の配線膜９と、各接続孔２を充填する金属プラグ８とをそれぞれ有している。
支持基板１４は、有機化合物である樹脂から成る樹脂基板１４ａと、樹脂基板１４ａに形成された複数の支持基板貫通孔１４ｂと、各支持基板貫通孔１４ｂの内部を充填する接続体１４ｃと、樹脂基板１４ａの両面に配置された複数の配線膜１４ｄとを有している。接続体１４ｃは導電性を有しており、少なくとも一本の配線膜１４ｄと電気的に接続されている。
各単層基板１１1〜１１3、１２1〜１２3の金属プラグ８は、その金属プラグ８が位置する接続孔２を有する基体３の配線膜９に、配線膜９が設けられた表面で電気的に接続されている。図９では不図示の位置で接続されている。
そして、各単層基板１１1〜１１3、１２1〜１２3の接続孔２は、下層の単層基板１１1、１１2、１２1、１２2の配線膜９又は、支持基板１４の配線膜１４ｄ上に位置しており、各単層基板１１1〜１１3、１２1〜１２3の金属プラグ８は、下層の単層基板１１1、１１2、１２1、１２2の配線膜９又は、支持基板１４の配線膜１４ｄに電気的に接続されている。
従って、第一、第二の多層基板１１、１２の最上層の単層基板１１3、１２3の配線膜９は、支持基板１４の一方の面と他方の面の配線膜１４ｄにそれぞれ接続されており、支持基板１４の両面の配線膜１４ｄの間は、接続体１４ｃを介して接続されているから、最上層の単層基板１１3、１２3の配線膜９も電気的に接続されている。
マザーボード２０は、マザーボード本体２０ａと、マザーボード本体２０ａ上に配置された配線膜２０ｂとを有している。
第一の多層基板１１の最上層の単層基板１１3の配線膜９には、半導体装置１３の端子１３ｂが固定されており、第二の多層基板１２の最上層の単層基板１２3の配線膜９は、金属体２４を介して、マザーボード２０の配線膜２０ｂに電気的に接続されている。
半導体装置１３の端子１３ｂは、半導体装置本体１３ａの内部に配置された半導体素子の集積回路に電気的に接続されており、従って、集積回路は、搭載装置１０と金属体２４とを介して、マザーボード２０の配線膜２０ｂと電気的に接続されている。
このような各単層基板１１1〜１１3、１２1〜１２3の金属プラグ８と配線膜９とについて説明すると、先ず、各単層基板１１1〜１１3、１２1〜１２3の基体３は、樹脂から成る基板で構成されており、又は、ガラス繊維が編まれた布状基板に樹脂が含浸された複合材料によって構成されている。
図１２の基体３は、樹脂２５中にガラス繊維２６が含まれており、その基体３の表面は、樹脂２５の表面とガラス繊維２６の表面とで構成されており、樹脂２５とガラス繊維２６とが露出されている。
各金属プラグ８は、接続孔２の内周表面に接触して配置された合金薄膜４と、その合金薄膜４の表面に接触して配置された導電膜６とをそれぞれ有している。また、各配線膜９は、基体３の表面に接触して配置された合金薄膜５と、その合金薄膜５の表面に接触して配置された導電膜７とをそれぞれ有している。
合金薄膜４、５は、基体３の表面又は接続孔２の内周表面で、基体３を構成する樹脂２５と接触しており、基体３がガラス繊維２６を含有する場合は、基体３を構成する樹脂２５とガラス繊維２６とに接触する。
上記搭載装置１０の製造工程を説明する。ここでは、既に、支持基板１４の片面には第二の多層基板１２が形成されており、反対の面には、最上層になる単層基板１１3以外の単層基板１１1、１１2が形成されて配置されているものとする。
図３は、その状態の仕掛基板３１を示しており、表面には、この仕掛基板３１における最上層の単層基板１１2が露出されている。
先ず、その単層基板１１2の表面上に、図４に示すように、基体３を貼付する。
貼付する基体３は、貼付する前に接続孔２が形成されていてもよいし、基体３を貼付した後、接続孔２を形成してもよい。
この状態の仕掛基板３２では、最上層となる基体３の接続孔２の底面には、一つ下層の単層基板１１2の配線膜９が露出されており、次に、基体３の表面と接続孔２の内周側面と底面とに、合金薄膜４、５を形成する。
図２には、合金薄膜４、５を形成するスパッタリング装置５０が示されている。
このスパッタリング装置５０は、搬出入室５１ａと、前処理室５１ｂと、成膜室５１ｃとを有している。
各室５１ａ〜５１ｃには、それぞれ真空排気装置５８ａ〜５８ｃが接続されており、各室５１ａ〜５１ｃの間のゲートバルブ５９ａ、５９ｂを閉じ、真空排気装置５８ｂ、５８ｃを動作させて、前処理室５１ｂの内部と、成膜室５１ｃの内部とを真空排気し、前処理室５１ｂの内部と成膜室５１ｃの内部とに、それぞれ真空雰囲気を形成しておく。
搬出入室５１ａの内部には搬送装置５４が配置されており、基体３が露出する仕掛基板３２を搬出入室５１ａの内部に搬入し、搬送装置５４に取り付ける。
搬出入室５１ａの扉を閉じ、内部雰囲気を大気から遮断して真空排気装置５８ａを動作させ、搬出入室５１ａの内部を真空排気する。
搬出入室５１ａの内部には、加熱装置５６が配置されており、真空排気しながら、加熱装置５６によって搬送装置５４に配置された仕掛基板３２を加熱する。
仕掛基板３２が所定温度に昇温された後、ゲートバルブ５９ａが開けられ、仕掛基板３２は、搬送装置５４と一緒に搬出入室５１ａの内部から前処理室５１ｂの内部に移動される。
前処理室５１ｂの内部には、イオンガン５７が配置されており、搬出入室５１ａと前処理室５１ｂとの間のゲートバルブ５９ａが閉じられた後、ガス導入系からイオンガン５７に希ガス(ここではＡｒ)が供給されると、イオンガン５７の内部で希ガスイオンが生成される。生成された希ガスのイオンは前処理室５１ｂの内部に放出される。
仕掛基板３２の基体３は、前処理室５１ｂの真空雰囲気中に露出されており、前処理室５１ｂ内に搬入されると、イオンガン５７に向けられ、希ガスイオンが放出される。希ガスイオンは、基体３の表面と、接続孔２の内周側面と、接続孔２の底面に露出する下層の単層基板１１2の導電膜７の表面とに照射され、照射された部分はクリーニングされ、活性な状態になる。
イオンが所定時間照射されると前処理は終了し、成膜室５１ｃとの間のゲートバルブ５９ｂが開けられ、前処理が行われた仕掛基板３２は、搬送装置５４と一緒に、前処理室５１ｂの内部から成膜室５１ｃの内部に移動され、ゲートバルブ５９ｂが閉じられる。
成膜室５１ｃの内部には、スパッタリングターゲット５５が配置されている。
このスパッタリングターゲット５５は、銅とニッケルとアルミニウムとを含有する母材と、その母材に添加された添加物とが含有された板状のターゲット合金がカソード電極に取り付けられて構成されている。
その成分については、母材は、銅とニッケルとアルミニウムとの合計原子数を１００原子％としたときに、銅を５０原子％よりも多く含有し、ニッケルを５原子％以上４０原子％以下含有し、アルミニウムを３原子％以上１０原子％以下含有するようにされており、また、亜鉛とマンガンのいずれか一方又は両方から成る添加物が含有されている。
添加物の含有率は、母材の１００原子％に対して、０．０１原子％以上にされており、また、添加物中の亜鉛の含有率は１．０原子％以下にされ、添加物中のマンガンの含有率も１．０原子％以下にされている。
スパッタリングターゲット５５の製造工程を説明すると、先ず、それぞれ固体である銅原料とニッケル原料とアルミニウム原料と添加物の原料とが、同じ溶融容器の中に配置される。
銅原料とニッケル原料とアルミニウム原料とは、上述したように、銅とニッケルとアルミニウムとの合計原子数を１００原子％としたときに、銅が５０原子％よりも多く含有され、ニッケルが５原子％以上４０原子％以下の含有率で含有され、アルミニウムは３原子％以上１０原子％以下の含有率で含有するようにされており、母材の１００原子％に対して、添加物は０．０１原子％以上であり、且つ、添加物中の亜鉛の含有率は１．０原子％以下にされ、添加物中のマンガンの含有率も１．０原子％以下にされている。
溶融容器を加熱し、銅、ニッケル、アルミニウム、添加物とを含有する溶融物を形成する。
溶融物中では、銅、ニッケル、アルミニウム、亜鉛、マンガンは均一に分散されており、溶融物を冷却し、固化物が板状に成形され、スパッタリングターゲットが形成されている。
溶融物を冷却すると、ターゲット合金が得られる。板状のターゲット合金をカソード電極に固定すると、スパッタリングターゲット５５が得られる。
溶融物とスパッタリングターゲット５５の組成は、溶融容器に配置した、銅原料とニッケル原料とアルミニウム原料と組成物の原料に含有される銅とニッケルとアルミニウムと添加物の比と同じである。
成膜室５１ｃの内部には、ガス放出装置５３が設けられており、成膜室５１ｃの内部を真空排気装置５８ｃによって真空排気しながら、ガス供給装置５２からガス放出装置５３にＡｒ等の希ガスから成るスパッタリングガスを供給し、ガス放出装置５３から成膜室５１ｃの内部にスパッタリングガスを放出させ、スパッタリングターゲット５５に電圧を印加し、スパッタリングガスのプラズマを生成する。
前処理がされた基体３の表面はスパッタリングターゲット５５と対面されており、生成したプラズマによってスパッタリングターゲット５５の表面がスパッタリングされると、スパッタリング粒子は基体３の前処理がされた表面に付着し、その表面に、銅とニッケルとアルミニウムと亜鉛とマンガンとの含有率がスパッタリングターゲット５５と同じ合金薄膜が成長する。
銅原料とニッケル原料とアルミニウム原料と添加物原料とを一緒に溶融させた溶融物を固化させた場合と、銅原料とニッケル原料とアルミニウム原料とを異なる溶融容器で別々に溶解させ、同じ溶融容器に入れて添加物の原料を添加した後、溶融物を固化する場合と比べると、各原料を一緒にして溶解させた場合の方が、空孔が少なくなることが見いだされた。
従って、各原料が一緒に溶融された後、固化されたスパッタリングターゲット５５の内部には空孔は少なくなっており、アーク放電の発生頻度が減少されているので、スパッタリングターゲット５５のスパッタリングにより、欠陥の少ない合金薄膜を得ることができる。
図５の符合３３は、その合金薄膜１５が所定膜厚に形成された仕掛基板であり、合金薄膜１５の組成は、スパッタリングターゲットの組成と同じである。
合金薄膜１５は、基体３の表面(接続孔２の内部は除く。)と、接続孔２の内周面と、接続孔２の底面の導電膜７とに接触しており、接続孔２の底面では、一つ下層の単層基板１１2の配線膜９と接触して、電気的に接続されている。一つ下層の単層基板１１2の配線膜９は、合金薄膜５と導電膜７とで構成されている。
なお、最上層の合金薄膜１５は、イオンガン５７によってイオンが照射された表面に形成されているので、密着強度は、照射しなかった場合と比べると高くなっている。
合金薄膜１５が所定膜厚に形成された後、スパッタリングターゲット５５への電圧印加とスパッタリングガス導入が停止され、スパッタリングは終了する。
次いで、ゲートバルブ５９ａ、５９ｂが開けられて、合金薄膜１５が形成された仕掛基板３３は、前処理室５１ｂを通過して、内部が真空雰囲気にされた搬出入室５１ａに移動される。
ゲートバルブ５９ａ、５９ｂが閉じられた後、搬出入室５１ａに気体が導入され、搬出入室５１ａの内部が大気圧になった後、合金薄膜１５が形成された仕掛基板３３は搬出入室５１ａから取り出される。
次いで、図６に示すように、合金薄膜１５の表面に、パターニングされたレジスト膜２８が配置される。
このレジスト膜２８には、最上層の基体３の各接続孔２の上方と、その基体３の表面上の合金薄膜１５の所定位置の上方とに、開口２９が形成されており、開口２９の底面下には、各接続孔２の底面と内周側面に配置された合金薄膜１５、又は、基体３の表面上に位置する合金薄膜１５が露出されている。
その状態の仕掛基板３３の開口２９底面下に露出する合金薄膜１５の表面に、銅の含有率(原子％)が合金薄膜１５よりも高く、抵抗率が小さい材料から成る導電膜を、合金薄膜１５と接触させて形成する。
導電膜の具体的な形成方法については、例えば、レジスト膜２８の開口２９底面と、基体３の表面の所定位置上とに合金薄膜１５が露出する状態の仕掛基板３３を、銅イオンを含むメッキ液に浸漬し、露出した合金薄膜１５をメッキ液に接触させ、メッキ液に浸漬された銅電極と、合金薄膜１５とを電源に接続し、電源を動作させ、銅電極を介して、合金薄膜１５とメッキ液との間に電圧を印加し、メッキ液中の正の金属イオンを合金薄膜１５のメッキ液と接触する部分に付着させ、銅を合金薄膜１５よりも多く含有する導電膜を成長させ、図７に示すように、接続孔２上の開口２９の底面下と、基体３の表面上の開口２９の底面下とに、導電膜６、７が形成された仕掛基板３４を作製する。
一般に、スパッタ法よりも電解メッキ法の方が成長速度が大きくなっており、スパッタ法で形成された合金薄膜１５の膜厚よりも、電解メッキ法で形成した導電膜６、７の方の膜厚が厚くされており、この仕掛基板３４では、接続孔２内の合金薄膜１５の表面に形成された導電膜６は、接続孔２の内部を充填し、その上部は、基体３の表面上の合金薄膜１５の表面よりも上方に位置している。
次に、図８に示すように、レジスト膜２８を剥離すると、導電膜６、７が露出する部分の間に、合金薄膜１５が露出する。
接続孔２の内部の導電膜６は、基体３の表面上の導電膜７に接続されているが、基体３の表面上の導電膜７には、互いに分離された導電膜が含まれるものの、レジスト膜２８を剥離した状態では、内部の導電膜６と表面の導電膜７とは、合金薄膜１５によって、互いに電気的に接続された状態である。
次いで、その状態の仕掛基板３４を、銅をエッチングするエッチング液に浸漬すると、露出している合金薄膜１５がエッチングされて除去され、図９に示すように、合金薄膜１５が除去された部分には、合金薄膜１５の下に位置していた基体３の表面が露出し、導電膜６、７がパターニングされた最上層の単層基板１１3が形成される。
各単層基板１１1〜１１3、１２1〜１２3では、接続孔２の内部は、接続孔２の内部の導電膜６と、その導電膜６の下に位置する合金薄膜４とで、接続孔２を充填する金属プラグ８が構成されており、基体３上には、導電膜７と、その導電膜７の下に位置する合金薄膜５とで配線膜９が構成されている。
基体３の表面に露出する樹脂２５に対し、純銅の薄膜の密着性は悪い。
本願発明では、樹脂２５と接触する合金薄膜４、５は、銅を５０原子％よりも多く含有する薄膜材料に、下記実験に示すように、銅以外の元素を含有させて密着力を測定したところ、ニッケルを５原子％以上３０原子％以下含有し、アルミニウムを３原子％以上１０原子％以下含有する薄膜材料が、純銅や酸化銅の薄膜よりも、樹脂２５に対する密着性は高くなっており、添加物としては、銅とニッケルとアルミニウムの合計原子数を１００％としたときに、０．０１原子％以上１．０原子％以下の亜鉛と、０．０１原子％以上１．０原子％以下の範囲のマンガンとのいずれか一方又は両方とを含有している。
添加物については、樹脂２５との密着性を悪化させることは無く、母材の銅含有率が５０原子％よりも大きいので、純銅の薄膜との密着性も高く、基体３から金属プラグ８や配線膜９が剥離せず、また、導電膜６、７が合金薄膜４、５よりも銅の含有率が高いことから、導電膜６、７も合金薄膜４、５から剥離しないようになっている。
銅とニッケルとアルミニウムとの合計原子数を１００原子％としたときに、ニッケルを１原子％以上５０原子％以下含有し、アルミニウムを１原子％以上１０原子％以下含有し、亜鉛又はマンガンのいずれか一方又は両方から成る添加物を０．０１％含有させ、残部を銅原子とした、ニッケル及びアルミニウムの含有率が異なる複数の組成の試験用スパッタリングターゲットを作製した。
各スパッタリングターゲットを用いてスパッタリングにてガラス基板の表面に接触する５０ｎｍの合金膜を形成し、１ｍｍ×１ｍｍ×１００マスのスクラッチパターンを形成し、クロスカット試験による密着性の評価を行った。
測定結果を表１に示す。
表１には、クロスカット試験によって膜の剥離が生じたマスが１０以上の場合「×」を記載し、１〜１０の場合「△」を記載し、剥離が観察されなかった場合には「○」を記載した。
この結果から、ガラス基板との間の密着力が高い合金膜を形成するためには、ニッケルの含有量は５原子％以上が好ましく、アルミニウムの含有量は３原子％以上が好ましいことが分かる。
なおニッケルの含有量が４０原子％よりも大きい場合、スパッタリングターゲットの硬度が１４５Ｈｖを超えるため加工上好ましくなく、アルミニウムを１０原子％よりも大きく含有させると、スパッタリングターゲットを溶解法によって製造することが困難になり、好ましくない。
次に、銅とニッケルとアルミニウムとの合計原子数を１００原子％としたときに、銅を５０原子％よりも多く含有し、ニッケルを５原子％以上４０原子％以下の範囲で含有し、アルミニウムを３原子％以上１０原子％以下の範囲で含有した母材と、亜鉛又はマンガンのいずれか一方又は両方から成る添加物との溶融物を固化させ、亜鉛とマンガンとの含有率が異なる複数の組成の試験用スパッタリングターゲットを作製した。
各スパッタリングターゲットを切断し断面を観察し、空孔数を測定した。測定したターゲットは１００ｍｍφ×１０ｍｍ厚み、切断後の断面積は１００ｍｍ×１０ｍｍ、観察は染色浸透探傷試験機を使用し、空孔はサイズが０．５ｍｍφ以上のものをカウントした。
空孔数の測定結果を表２に示す。
空孔数の測定結果を表２に示す。
表２の数値は、銅とニッケルとアルミニウムとの合計原子数を１００原子％としたときの添加物の含有率(原子％)であり、空孔数が３個／ｃｍ2より多く観察されたスパッタリングターゲットには「×」を記載し、１〜３個／ｃｍ2観察されたスパッタリングターゲットには「〇」を記載し、空孔が観察されなかったスパッタリングターゲットには「◎」を記載した。
また、図１０のグラフの横軸は銅とニッケルとアルミニウムとの合計原子数を１００原子％としたときの添加物含有率(原子％)であり、縦軸は、測定した空孔数を正規化した値であり、添加物含有量と空孔数との間の関係が示されている。
表２と図１０のグラフとから、銅とニッケルとアルミニウムとの合計原子数を１００原子％としたときに、亜鉛とマンガンは、それぞれ１．０％含有させると、空孔数を小さくすることができることを予測することができる。
表２と図１０のグラフとから、銅とニッケルとアルミニウムとの合計原子数を１００原子％としたときに、亜鉛とマンガンは、それぞれ１．０％含有させると、空孔数を小さくすることができることを予測することができる。
次に、ニッケルを５原子％以上４０原子％以下の範囲で含有させ、アルミニウムを３原子％以上８原子％以下の範囲で含有させ、添加物を０原子％以上１．２原子％以下の範囲で含有させ、残部を銅原子として、添加物含有率が異なるスパッタリングターゲットを作製した。
これらのスパッタリングターゲットの添加物は、マンガン又は亜鉛のいずれか一方であり、それぞれ０原子％以上１．２原子％以下の範囲で異なる含有率である。
各スパッタリングターゲットを用いてスパッタリングにてガラス基板上に５０ｎｍの膜厚のスパッタ膜を形成し、このスパッタ膜上に、Ｃｕメッキ膜を３０μｍの膜厚に成長させた。その１ｍｍ×１ｍｍ×１００マスのスクラッチパターンを形成し、クロスカット試験による密着性の評価を行った。
測定結果を下記表３のＺｎ添加量別密着評価結果と、表４のＭｎ添加量別密着評価結果とに示す。
表２から、亜鉛とマンガンのいずれか一方または両方をそれぞれ０．０１原子％以上含有させると空孔を低減する効果が得られ、いずれか一方または両方をそれぞれ０．２５原子％以上含有させると空孔がなくなって好ましい。
表３，表４には、クロスカット試験によって、メッキ膜がスパッタ膜から剥離した場合に「×」を記載し、剥離しなかった場合には「○」を記載した。
表３と表４の少なくとも一方に「×」が記載されたスパッタリングターゲットは使用できない。表３と表４の両方に「〇」が記載されたスパッタリングターゲットは使用することができる。
表３と表４とから、亜鉛とマンガンのいずれか一方又は両方から成る添加物は、母材１００原子％に対して１．２原子％以上の含有率で含有させてスパッタリングターゲットを形成すると、スパッタリングターゲットのスパッタリング成膜の後工程で行われるＣｕメッキ法によって形成した導電膜６、７に対して良好な密着性を得ることができず、１．０原子％以下にすると良好な密着性を有する合金薄膜４、５を形成することができる。
表３、４からアルミニウムの含有量が増加しても密着性に影響はないことが分かるが、溶解法によるターゲットの製造性を考慮すると、以上の結果により、亜鉛とマンガンのいずれか一方又は両方から成る添加物は、銅とニッケルとアルミニウムとの合計原子数を１００原子％としたときに、銅を５０原子％よりも多く含有し、ニッケルを５原子％以上４０原子％以下の範囲で含有し、アルミニウムを３原子％以上１０原子％以下の範囲で含有する母材の中で、亜鉛とマンガンは、母材１００原子％に対していずれか一方又は両方をそれぞれ０．０１原子％以上１．０原子％以下の含有率で含有させてスパッタリングターゲットにすると、加工性がよく空孔の少ないスパッタリングターゲットが得られ、スパッタリングターゲットのスパッタリング成膜の後工程で行われるＣｕメッキ法によって形成した導電膜６、７に対して良好な密着性を有する合金薄膜４、５を形成することができ、さらに樹脂と密着性の良い合金薄膜４、５を形成することができることがわかる。
２……接続孔
３……基体
４、５……合金薄膜
６、７……導電膜
８……金属プラグ
９……配線膜
１０……搭載装置
５５……スパッタリングターゲット
３……基体
４、５……合金薄膜
６、７……導電膜
８……金属プラグ
９……配線膜
１０……搭載装置
５５……スパッタリングターゲット
図５の符合３３は、その合金薄膜１５が所定膜厚に形成された仕掛基板であり、合金薄膜１５の組成は、スパッタリングターゲット５５の組成と同じである。
合金薄膜１５の一つ下層の単層基板１１ ２ の配線膜９は、合金薄膜５と導電膜７とで構成されている。合金薄膜１５は、基体３の表面(接続孔２の内部は除く。)と、接続孔２の内周面と、接続孔２の底面の一つ下層の単層基板１１ ２ の配線膜９の導電膜７の表面とに接触しており、接続孔２の底面に於いて、一つ下層の単層基板１１２の配線膜９と接触して、電気的に接続されていることになる。
Claims (3)
- ＣｕとＮｉとＡｌとを含有し、ＣｕとＮｉとＡｌとを１００原子％としたときに、Ｃｕを５０原子％よりも多く含有し、Ｎｉを５原子％以上４０原子％以下の含有率で含有し、Ａｌを３原子％以上１０原子％以下の含有率で含有する母材と、
前記母材に添加された添加物とを含有するスパッタリングターゲットであって、
前記添加物は、ＺｎとＭｎのいずれか一方又は両方から成り、前記母材の１００原子％に対して、０．０１原子％以上の含有率で含有されたスパッタリングターゲット。 - 前記添加物に含有されたＺｎの含有率とＭｎの含有率とは、それぞれ１．０原子％以下にされた請求項１記載のスパッタリングターゲット。
- 請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のスパッタリングターゲットを製造するターゲット製造方法であって、
固体の前記母材と、固体の前記添加物とを同じ容器中に配置し、
加熱して前記母材と前記添加物とを含有する溶融物を形成し、
前記溶融物を冷却して固化させて前記スパッタリングターゲットを形成するターゲット製造方法。
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