KR20170083611A - 스퍼터링 타겟, 타겟 제조 방법 - Google Patents

스퍼터링 타겟, 타겟 제조 방법 Download PDF

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KR20170083611A
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야스오 나카다이
준이치 니타
사토루 타카사와
마사키 시라이
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울박, 인크
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Abstract

아크 방전을 발생시키지 않고, 수지 기판상에 박리되지 않는 도전막을 형성할 수 있는 스퍼터링 타겟을 제공한다. 수지로 이루어지는 기체(基體)를 가지는 장치 기판(32)에 합금 박막을 형성하는 스퍼터링 타겟(55)에는, Cu를 50원자% 보다 많이 함유시키고, Ni를 5원자%이상 40원자%이하의 범위로 함유시키고, Al를 3원자%이상 10원자%이하의 범위로 함유시킨 모재 100원자%에 대해서, Zn와 Mn의 어느 한쪽 또는 양쪽 모두로 이루어지는 첨가물을 0.01원자%이상의 함유율로 함유시킨다. 공공이 없는 스퍼터링 타겟을 얻을 수 있으므로, 아크 방전이 발생하지 않는다.

Description

스퍼터링 타겟, 타겟 제조 방법{SPUTTERING TARGET AND METHOD FOR PRODUCING TARGET}
본 발명은 스퍼터링 타겟과, 그 스퍼터링 타겟을 제조하기 위한 타겟 제조 방법에 관한 것이다.
현재는 LSI 등의 반도체소자는 수지의 기체에 배선막이 형성된 단층 기판이 복수층 적층된 탑재 장치에 탑재되어 있고, 따라서, 수지의 표면에 밀착성이 높은 금속막을 형성하는 기술이 요구되고 있다. 특히, 동박막은 저저항의 이점이 있는 반면, 수지와의 밀착성이 낮은 것으로부터, 수지와 동박막과의 사이에는, 다른 금속으로 이루어지는 밀착층이 형성되어 있다.
도 13의 참조부호 100은, 그러한, 종래 기술의 탑재 장치이며, 복수의 단층 기판(1111, 1112)이 적층되어 있다.
상기 탑재 장치(100)의 각 단층 기판(1111, 1112)은 수지로 이루어지는 기체(103)를 가지고 있고, 기체(103)의 표면에는 배선막(110)이 설치되어 있다. 또한, 기체(103)에는 접속공(102)이 설치되어 있고, 접속공(102)의 내부에는 적층된 단층 기판(1111, 1112)의 배선막(110)끼리를 접속하는 금속 플러그(119)가 설치되어 있다.
도 11(a)는 단층 기판(1111) 위에, 최상층의 단층 기판(1112)이 되는 기체(103)가 부착된 상태이다. 기체(103)에는 접속공(102)이 설치되어 있고, 접속공(102)의 저면에는, 하층의 단층 기판(1111)의 배선막(110)의 표면이 노출되어 있다.
먼저, 도 11(b)에 도시하는 바와 같이, Ti 등의 밀착용의 금속을 함유하는 스퍼터링 타겟을 스퍼터링하고, 기체(103)의 표면과, 접속공(102)의 내주 측면과 저면에 노출되는 배선막(110)에 접촉된 Ti 박막 등의 밀착층(118)을 형성하고, 그 다음에, 동의 스퍼터링 타겟을 스퍼터링 하고, 밀착층(118)의 표면에 동박막으로 이루어지는 시드층(115)을 형성한다.
패터닝된 레지스터막을 시드층(115)의 표면상에 배치하고, 접속공(102) 내부의 시드층(115)과, 기체(103)의 표면상의 소정 위치의 시드층(115)을 노출시키고, 도금액에 침지하고, 노출된 시드층(115)을 도금액에 접촉시키고, 시드층(115)과 도금액과의 사이에 전압을 인가하고, 전해 도금법에 따라 노출된 시드층(115)의 표면에 동을 석출시키고, 접속공(102)의 내부와, 기체(103)의 표면상에 도 11(c)에 도시하는 바와 같이, 동박막(106, 107)을 형성한다. 이 상태에서는 동박막(106, 107)은 시드층(115)에 접촉하고, 접속공(102)의 내부는 동으로 이루어지는 동박막(106)으로 충전되어 있고, 동박막(106, 107)은 시드층(115)보다 두껍게 형성되어 있다. 동 도(c)의 참조부호 128은 레지스터막이다.
이 상태에서는, 밀착층(118)과 시드층(115)은 동박막(106, 107)의 하부에 위치하는 부분과, 레지스터막(128)의 하부에 위치하는 부분이 있고, 레지스터막(128)을 박리하고, 레지스터막(128)의 하부에 위치하고 있던 시드층(115)을 노출시킨 후, 먼저, 동의 에칭액에 침지하고, 동 도(d)에 도시하는 바와 같이, 동박막(106, 107)의 하부에는, 패터닝 된 시드층(105)을 남기면서 노출되어 있는 시드층(115)을 에칭 제거하고, 제거된 부분에 밀착층(118)을 노출시킨다.
다음에, Ti를 에칭하는 에칭액에 침지하면, 도 13에 도시한 바와 같이, 동박막(106, 107) 및 시드층(105)의 하부에 위치하는 밀착층(108)을 남기면서 노출된 밀착층(118)이 에칭 제거되고, 제거된 부분에는 기체(103)가 노출된다.
접속공(102)내의 밀착층(108)과 시드층(105)과 동박막(106)으로 접속공(102)을 충전하는 금속 플러그(119)가 구성되어 있고, 또한, 기체(103)의 표면상의 밀착층(108)과 시드층(105)과 동박막(107)으로 배선막(110)이 구성되어 있다.
동박막(106, 107)과 기체(103) 표면에 노출되는 수지와의 사이의 밀착성은 낮고, 동박막(106, 107)은 수지로부터 박리되기 쉽지만, Ti 박막인 밀착층(108)은 수지와의 사이에서 밀착성이 높고, 또한, 동박막인 시드층(105)과의 사이의 밀착성도 높기 때문에, 시드층(105)과 동박막(106, 107)은 기체(103)로부터 박리되지 않는다.
이 경우, 동박막(106, 107)을 형성하기 위해서는 밀착층(108)과 시드층(105)과의 2층을 형성할 필요가 있기 때문에, 배선막(110)이 3층 구조가 되고, 제조 공정이 증가한다.
또한, 밀착층(108)은 동 이외의 Ti 등의 원소를 다량으로 함유하기 때문에, 밀착층(118)과 동박막인 시드층(115)은 같은 에칭액으로 에칭하지 못하고, 에칭 공정이 복잡하다.
그래서, 아래와 같이 특허 문헌 2에 기재된 바와 같이, 동에, 니켈과 알루미늄을 함유시킨 Cu-Ni-Al 타겟을 제작하고, Cu-Ni-Al 타겟을 스퍼터링 하고, 수지가 노출된 기체의 표면에 구리합금 박막을 형성하고, 구리합금 박막의 표면에 순동으로 이루어지는 도전성 박막을 형성하여 배선막으로 하면, 구리합금 박막과 수지와의 밀착성과 구리합금 박막과 도전성 박막과의 사이의 밀착성도 양호하고, 기체로부터 박리되지 않는 배선막을 얻을 수 있었다.
그렇지만, Cu-Ni-Al 타겟은, 스퍼터링 할 때의 아크 방전의 발생 횟수가 많고, 그 때문에, 형성하는 구리합금 박막이 불량이 되어 버리는 경우가 있었다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
특허 문헌 1 : 일본국 특개 평8-332697호 공보
특허 문헌 2 : WO2014185301
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 창작된 것이며, 그 목적은 아크 방전을 발생시키지 않고, 수지가 노출되는 기체상에 박리되지 않는 배선막을 형성할 수 있는 스퍼터링 타겟과, 그 스퍼터링 타겟을 제조하는 타겟 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 발명자 등은, Cu-Ni-Al 타겟을 절단하여, 내부를 관찰한 바, 절단면에 다수의 공공(空孔)(「결함」이라고도 한다)이 발생되어 있는 것을 발견하였다. 스퍼터링 타겟 중의 이러한 공공은 아크 방전의 원인인 것이 알려져 있기 때문에, 공공을 감소시키면 아크 방전은 감소하는 것은 분명하다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해서 창작된 것이며, 동과 니켈과 알루미늄이 소정 비율로 함유된 용해물을 냉각해 고화 시킬 때에, 용해물에 Zn와 Mn의 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 함유하게 하면 좋은 것을 발견하고, 본원 발명을 창작하기에 이르렀다.
즉, 본원 발명은, Cu와 Ni와 Al를 함유하고, Cu와 Ni와 Al를 100원자%로 했을 경우에, Cu를 50원자% 보다 많이 함유하고, Ni를 5원자%이상 40원자%이하의 함유율로 함유하고, Al를 3원자%이상 10원자%이하의 함유율로 함유하는 모재와, 상기 모재에 첨가된 첨가물을 함유하는 스퍼터링 타겟이며, 상기 첨가물은 Zn과 Mn의 어느 한쪽 또는 양쪽 모두로 이루어지고, 상기 모재의 100원자%에 대해, 0.01원자%이상의 함유율로 함유된 스퍼터링 타겟이다.
본 발명은 상기 첨가물에 함유된 Zn의 함유율과 Mn의 함유율은 각각 1.0원자%이하로 된 스퍼터링 타겟이다.
또한, 본 발명은 상기 기재의 스퍼터링 타겟을 제조하는 타겟 제조 방법이며, 고체의 상기 모재와, 고체의 상기 첨가물을 같은 용기중에 배치하고, 가열하여 상기 모재와 상기 첨가물을 함유하는 용해물을 형성하고, 상기 용해물을 냉각하여 고화 시켜 상기 스퍼터링 타겟을 형성하는 타겟 제조 방법이다.
스퍼터링 타겟중의 공공이 적고, 아크 방전이 적은 스퍼터링에 의해 형성된 배선막은 1회의 에칭 공정에 의해 패터닝 할 수 있다.
또한, 배선막의 저항값은 커지지 않기 때문에 전압 손실이 작고, 수지로부터 박리되지 않는 배선막을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 탑재 장치를 설명하기 위한 도면이며,
도 2는 탑재 장치를 형성하기 위한 스퍼터링 장치를 설명하기 위한 도면이며,
도 3은 본 발명의 탑재 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 도 (1)이며,
도 4는 본 발명의 탑재 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 도 (2)이며,
도 5는 본 발명의 탑재 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 도 (3)이며,
도 6은 본 발명의 탑재 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 도 (4)이며,
도 7은 본 발명의 탑재 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 도 (5)이며,
도 8은 본 발명의 탑재 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 도 (6)이며,
도 9는 본 발명의 탑재 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 도 (7)이며,
도 10은 아크 방전의 그래프이며,
도 11 (a)~(d)는 종래 기술의 탑재 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이며,
도 12는 기체를 설명하기 위한 도면이며,
도 13은 종래 기술의 탑재 장치를 도시하는 도면이다.
도 1의 참조부호 10은 본 발명의 타겟 스퍼터링에 의해 얻을 수 있는 탑재 장치를 나타내고 있고, 참조부호 20은 탑재 장치(10)가 전기적으로 접속된 메인보드를 나타내고 있다.
상기 탑재 장치(10)는 지지 기판(14)과, 지지 기판(14)의 양면에 각각 배치된 제 1, 제 2의 다층 기판(11, 12)을 가지고 있고, 제 1, 제 2의 다층 기판(11, 12)은 각각 복수의 단층 기판(111~113, 121~123)을 가지고 있다.
각 단층 기판(111~113, 121~123) 중, 지지 기판(14)에 가까운 쪽을 하층이라 칭하고, 먼 쪽을 상층이라고 칭하면, 각 단층 기판(111~113, 121~123)의 1개 하층의 위치에는, 다른 단층 기판(111, 112, 121, 122)이거나, 또는 지지 기판(14)이 위치하고 있다.
도 9에는 제 1의 다층 기판(11)의 최상층의 단층 기판(113)과 그 단층 기판(113)의 1개 하층의 단층 기판(112)의 일부가 도시되어 있다.
각 단층 기판(111~113, 121~123)의 구조는 같고, 그것들 단층 기판(111~113, 121~123)은 판 형상의 기체(3)와, 기체(3)에 형성된 복수의 접속공(2)과 기체(3)의 한쪽 편의 표면(접속공(2)의 내주면과 저면을 제외한다)에 배치된 복수의 배선막(9)과 각 접속공(2)을 충전하는 금속 플러그(8)를 각각 가지고 있다.
지지 기판(14)은 유기 화합물인 수지로 이루어지는 수지 기판(14a)과, 수지 기판(14a)에 형성된 복수의 지지 기판 관통공(14b)과, 각 지지 기판 관통공(14b)의 내부를 충전하는 접속체(14c)와, 수지 기판(14a)의 양면에 배치된 복수의 배선막(14d)을 가지고 있다. 접속체(14c)는 도전성을 가지고 있고, 적어도 한 개의 배선막(14d)과 전기적으로 접속되어 있다.
각 단층 기판(111~113, 121~123)의 금속 플러그(8)는 그 금속 플러그(8)가 위치하는 접속공(2)을 가지는 기체(3)의 배선막(9)에, 배선막(9)이 설치된 표면에서 전기적으로 접속되어 있다. 도 9에서는 도시하지 않은 위치에서 접속되어 있다.
그리고, 각 단층 기판(111~113, 121~123)의 접속공(2)은 하층의 단층 기판(111, 112, 121, 122)의 배선막(9) 또는, 지지 기판(14)의 배선막(14d)상에 위치하고 있고, 각 단층 기판(111~113, 121~123)의 금속 플러그(8)는, 하층의 단층 기판(111, 112, 121, 122)의 배선막(9) 또는, 지지 기판(14)의 배선막(14d)에 전기적으로 접속되어 있다.
따라서, 제 1, 제 2의 다층 기판(11, 12)의 최상층의 단층 기판(113, 123)의 배선막(9)은, 지지 기판(14)의 한쪽의 면과 다른 한쪽 면의 배선막(14d)에 각각 접속되어 있고, 지지 기판(14)의 양면의 배선막(14d)의 사이는, 접속체(14c)를 개재하여 접속되어 있기 때문에, 최상층의 단층 기판(113, 123)의 배선막(9)도 전기적으로 접속되어 있다.
메인보드(20)는 메인보드 본체(20a)와, 메인보드 본체(20a)상에 배치된 배선막(20b)을 가지고 있다.
제 1의 다층 기판(11)의 최상층의 단층 기판(113)의 배선막(9)에는, 반도체 장치(13)의 단자(13b)가 고정되어 있고, 제 2의 다층 기판(12)의 최상층의 단층 기판(123)의 배선막(9)은 금속체(24)를 개재하여, 메인보드(20)의 배선막(20b)에 전기적으로 접속되어 있다.
반도체 장치(13)의 단자(13b)는, 반도체 장치 본체(13a)의 내부에 배치된 반도체소자의 집적회로에 전기적으로 접속되어 있고, 따라서, 집적회로는 탑재 장치(10)와 금속체(24)를 개재하여, 메인보드(20)의 배선막(20b)과 전기적으로 접속되어 있다.
이러한 각 단층 기판(111~113, 121~123)의 금속 플러그(8)와 배선막(9)에 대해서 설명하면, 먼저, 각 단층 기판(111~113, 121~123)의 기체(3)는 수지로 이루어지는 기판으로 구성되어 있고, 또는, 유리 섬유가 짜여진 포(布) 형상 기판에 수지가 함침된 복합재료에 의해 구성되어 있다.
도 12의 기체(3)는 수지(25)중에 유리 섬유(26)가 포함되어 있고, 그 기체(3)의 표면은 수지(25)의 표면과 유리 섬유(26)의 표면으로 구성되어 있고, 수지(25)와 유리 섬유(26)가 노출되어 있다.
각 금속 플러그(8)는 접속공(2)의 내주 표면에 접촉하여 배치된 합금 박막(4)과, 그 합금 박막(4)의 표면에 접촉하여 배치된 도전막(6)을 각각 가지고 있다. 또한, 각 배선막(9)은 기체(3)의 표면에 접촉하여 배치된 합금 박막(5)과, 그 합금 박막(5)의 표면에 접촉하여 배치된 도전막(7)을 각각 가지고 있다.
합금 박막(4, 5)은 기체(3)의 표면 또는 접속공(2)의 내주 표면에서, 기체(3)를 구성하는 수지(25)와 접촉하고 있고, 기체(3)가 유리 섬유(26)를 함유하는 경우는, 기체(3)를 구성하는 수지(25)와 유리 섬유(26)에 접촉한다.
상기 탑재 장치(10)의 제조 공정을 설명한다. 여기에서는, 이미, 지지 기판(14)의 한 면에는 제 2의 다층 기판(12)이 형성되어 있고, 반대의 면에는, 최상층이 되는 단층 기판(113)이외의 단층 기판(111, 112)이 형성되어 배치되어 있는 것으로 한다.
도 3은 그 상태의 장치 기판(31)을 도시하고 있고, 표면에는 상기 장치 기판(31)에 있어서의 최상층의 단층 기판(112)이 노출되어 있다.
먼저, 그 단층 기판(112)의 표면상에, 도 4에 도시하는 바와 같이, 기체(3)를 부착한다.
부착하는 기체(3)는 부착하기 전에 접속공(2)이 형성되어 있어도 좋고, 기체(3)를 부착한 후, 접속공(2)을 형성하여도 좋다.
상기 상태의 장치 기판(32)에서는, 최상층이 되는 기체(3)의 접속공(2)의 저면에는, 하나 하층의 단층 기판(112)의 배선막(9)이 노출되어 있고, 다음에, 기체(3)의 표면과 접속공(2)의 내주 측면과 저면에, 합금 박막(4, 5)을 형성한다.
도 2에는 합금 박막(4, 5)을 형성하는 스퍼터링 장치(50)가 도시되어 있다.
상기 스퍼터링 장치(50)는 반출입실(51a)과, 전처리실(51b)과, 성막실(51c)을 가지고 있다.
각 실(51a~51c)에는, 각각 진공 배기 장치(58a~58c)가 접속되어 있고, 각 실(51a~51c) 사이의 게이트 밸브(59a, 59b)를 닫고, 진공 배기 장치(58b, 58c)를 동작시켜, 전처리실(51b)의 내부와, 성막실(51c)의 내부를 진공 배기하고, 전처리실(51b)의 내부와 성막실(51c)의 내부에, 각각 진공 분위기를 형성하여 둔다.
반출입실(51a)의 내부에는 반송 장치(54)가 배치되어 있고, 기체(3)가 노출되는 장치 기판(32)을 반출입실(51a)의 내부로 반입하여, 반송 장치(54)에 부착한다.
반출입실(51a)의 문을 닫고, 내부 분위기를 대기로부터 차단하여 진공 배기 장치(58a)를 동작시키고, 반출입실(51a)의 내부를 진공 배기한다.
반출입실(51a)의 내부에는, 가열 장치(56)가 배치되어 있고, 진공 배기하면서, 가열 장치(56)에 의해 반송 장치(54)에 배치된 장치 기판(32)을 가열한다.
장치 기판(32)이 소정 온도로 온도가 상승 된 후, 게이트 밸브(59a)가 열리고, 장치 기판(32)은 반송 장치(54)와 함께 반출입실(51a)의 내부로부터 전처리실(51b)의 내부로 이동된다.
전처리실(51b)의 내부에는, 이온 총(57)이 배치되어 있고, 반출입실(51a)과 전처리실(51b)과의 사이의 게이트 밸브(59a)가 닫혀진 후, 가스 도입계로부터 이온 총(57)에 희가스(여기에서는 Ar)가 공급되면, 이온 총(57)의 내부에서 희가스 이온이 생성된다. 생성된 희가스의 이온은 전처리실(51b)의 내부에 방출된다.
장치 기판(32)의 기체(3)는 전처리실(51b)의 진공 분위기중에 노출되어 있고, 전처리실(51b)내에 반입되면, 이온 총(57)으로 향하여져 희가스 이온이 방출된다. 희가스 이온은 기체(3)의 표면과, 접속공(2)의 내주 측면과, 접속공(2)의 저면에 노출되는 하층의 단층 기판(112)의 도전막(7)의 표면에 조사되고, 조사된 부분은 클리닝되어 활성 상태가 된다.
이온이 소정 시간 조사되면 전처리는 종료하고, 성막실(51c)과의 사이의 게이트 밸브(59b)가 열려, 전처리를 한 장치 기판(32)은 반송 장치(54)와 함께, 전처리실(51b)의 내부로부터 성막실(51c)의 내부로 이동되고, 게이트 밸브(59b)가 닫혀진다.
성막실(51c)의 내부에는, 스퍼터링 타겟(55)이 배치되어 있다.
상기 스퍼터링 타겟(55)은 동과 니켈과 알루미늄을 함유하는 모재와, 그 모재에 첨가된 첨가물이 함유된 판 형상의 타겟 합금이 음극 전극에 부착되어 구성되어 있다.
그 성분에 대해서는, 모재는 동과 니켈과 알루미늄과의 합계 원자수를 100원자%로 했을 때에, 동을 50원자% 보다 많이 함유하고, 니켈을 5원자%이상 40원자%이하 함유하고, 알루미늄을 3원자%이상 10원자%이하 함유하도록 되어 있고, 또한, 아연과 망간의 어느 한쪽 또는 양쪽 모두로 이루어지는 첨가물이 함유되어 있다.
첨가물의 함유율은 모재의 100원자%에 대해서, 0.01원자%이상으로 되어 있고, 또한, 첨가물중의 아연의 함유율은 1.0원자%이하로 되고, 첨가물중의 망간의 함유율도 1.0원자%이하로 되어 있다.
스퍼터링 타겟(55)의 제조 공정을 설명하면, 먼저, 각각 고체인 동원료와 니켈 원료와 알루미늄 원료와 첨가물의 원료가, 같은 용해 용기안에 배치된다.
동원료와 니켈 원료와 알루미늄 원료는, 상술한 바와 같이, 동과 니켈과 알루미늄과의 합계 원자수를 100원자%로 했을 때에, 동이 50원자% 보다 많이 함유되고, 니켈이 5원자%이상 40원자%이하의 함유율로 함유되고, 알루미늄은 3원자%이상 10원자%이하의 함유율로 함유하도록 되어 있고, 모재의 100원자%에 대해서, 첨가물은 0.01원자%이상이며, 또한, 첨가물중의 아연의 함유율은 1.0원자%이하로 되고, 첨가물중의 망간의 함유율도 1.0원자%이하로 되어 있다.
용해 용기를 가열하여, 동, 니켈, 알루미늄, 첨가물을 함유하는 용해물을 형성한다.
용해물중에서는, 동, 니켈, 알루미늄, 아연, 망간은 균일하게 분산되어 있고, 용해물을 냉각하고, 고화물이 판(板) 형상으로 성형되고, 스퍼터링 타겟이 형성되어 있다.
용해물을 냉각하면, 타겟 합금을 얻을 수 있다. 판 형상의 타겟 합금을 음극 전극에 고정하면, 스퍼터링 타겟(55)을 얻을 수 있다.
용해물과 스퍼터링 타겟(55)의 조성은, 용해 용기에 배치한, 동원료와 니켈 원료와 알루미늄 원료와 조성물의 원료에 함유되는 동과 니켈과 알루미늄과 첨가물의 비와 같다.
성막실(51c)의 내부에는, 가스 방출 장치(53)가 설치되어 있고, 성막실(51c)의 내부를 진공 배기 장치(58c)에 의해 진공 배기하면서, 가스 공급 장치(52)로부터 가스 방출 장치(53)에 Ar 등의 희가스로 이루어지는 스퍼터링 가스를 공급하고, 가스 방출 장치(53)로부터 성막실(51c)의 내부에 스퍼터링 가스를 방출시키고, 스퍼터링 타겟(55)에 전압을 인가하여, 스퍼터링 가스의 플라스마를 생성한다.
전처리가 된 기체(3)의 표면은 스퍼터링 타겟(55)과 대면되어 있고, 생성된 플라스마에 의해 스퍼터링 타겟(55)의 표면이 스퍼터링 되면, 스퍼터링 입자는 기체(3)의 전처리가 된 표면에 부착하고, 그 표면에 동과 니켈과 알루미늄과 아연과 망간과의 함유율이 스퍼터링 타겟(55)과 같은 합금 박막이 성장한다.
동원료와 니켈 원료와 알루미늄 원료와 첨가물 원료를 함께 용해시킨 용해물을 고화시켰을 경우와, 동원료와 니켈 원료와 알루미늄 원료를 다른 용해 용기로 따로따로 용해시키고, 같은 용해 용기에 넣어 첨가물의 원료를 첨가한 후, 용해물을 고화하는 경우와 비교하면, 각 원료를 함께하여 용해시킨 경우가, 공공이 적게 되는 것이 발견되었다.
따라서, 각 원료가 함께 용해된 후, 고화된 스퍼터링 타겟(55)의 내부에는 공공은 적게 되어 있고, 아크 방전의 발생 빈도가 감소되어 있으므로, 스퍼터링 타겟(55)의 스퍼터링에 의해, 결함이 적은 합금 박막을 얻을 수 있다.
도 5의 참조부호 33은, 그 합금 박막(15)이 소정 막두께에 형성된 장치 기판이며, 합금 박막(15)의 조성은, 스퍼터링 타겟의 조성과 같다.
합금 박막(15)은 기체(3)의 표면(접속공(2)의 내부는 제외한다.)과 접속공(2)의 내주면과, 접속공(2)의 저면의 도전막(7)에 접촉하고 있고, 접속공(2)의 저면에서는, 하나 하층의 단층 기판(112)의 배선막(9)과 접촉하고, 전기적으로 접속되어 있다. 하나 하층의 단층 기판(112)의 배선막(9)은 합금 박막(5)과 도전막(7)으로 구성되어 있다.
또한, 최상층의 합금 박막(15)은 이온 총(57)에 의해 이온이 조사된 표면에 형성되어 있으므로, 밀착 강도는 조사하지 않았던 경우와 비교하면 높아지고 있다.
합금 박막(15)이 소정 막두께로 형성된 후, 스퍼터링 타겟(55)에의 전압 인가와 스퍼터링 가스 도입이 정지되고, 스퍼터링은 종료한다.
그 다음에, 게이트 밸브(59a, 59b)가 열리고, 합금 박막(15)이 형성된 장치 기판(33)은, 전처리실(51b)을 통과하고, 내부가 진공 분위기로 된 반출입실(51a)에 이동된다.
게이트 밸브(59a, 59b)가 닫혀진 후, 반출입실(51a)에 기체가 도입되고, 반출입실(51a)의 내부가 대기압이 된 후, 합금 박막(15)이 형성된 장치 기판(33)은 반출입실(51a)로부터 꺼내진다.
그 다음에, 도 6에 도시하는 바와 같이, 합금 박막(15)의 표면에, 패터닝 된 레지스터막(28)이 배치된다.
상기 레지스터막(28)에는, 최상층의 기체(3)의 각 접속공(2)의 윗쪽과 그 기체(3)의 표면상의 합금 박막(15)의 소정 위치의 윗쪽에, 개구(29)가 형성되어 있고, 개구(29)의 저면하에는, 각 접속공(2)의 저면과 내주 측면으로 배치된 합금 박막(15), 또는, 기체(3)의 표면상에 위치하는 합금 박막(15)이 노출되어 있다.
그 상태의 장치 기판(33)의 개구(29) 저면하에 노출되는 합금 박막(15)의 표면에, 동의 함유율(원자%)이 합금 박막(15)보다 높고, 저항율이 작은 재료로 이루어지는 도전막을, 합금 박막(15)과 접촉시켜 형성한다.
도전막의 구체적인 형성 방법에 대해서는, 예를 들면, 레지스터막(28)의 개구(29) 저면과, 기체(3)의 표면의 소정 위치상에 합금 박막(15)이 노출되는 상태의 장치 기판(33)을, 동이온을 포함한 도금액에 침지하고, 노출된 합금 박막(15)을 도금액에 접촉시키고, 도금액에 침지된 동전극과 합금 박막(15)을 전원에 접속하고, 전원을 동작시키고, 동전극을 개재하여, 합금 박막(15)과 도금액과의 사이에 전압을 인가하고, 도금액중의 양의 금속 이온을 합금 박막(15)의 도금액과 접촉하는 부분에 부착시키고, 동을 합금 박막(15)보다 많이 함유하는 도전막을 성장시키고, 도 7에 도시하는 바와 같이, 접속공(2)상의 개구(29)의 저면하와, 기체(3)의 표면상의 개구(29)의 저면하에, 도전막(6, 7)이 형성된 장치 기판(34)을 제작한다.
일반적으로, 스팩터법보다 전해 도금법이 성장 속도가 크게 되어 있고, 스팩터법으로 형성된 합금 박막(15)의 막두께보다, 전해 도금법으로 형성한 도전막(6, 7) 쪽의 막두께가 두껍게 되어 있고, 상기 장치 기판(34)에서는, 접속공(2)내의 합금 박막(15)의 표면에 형성된 도전막(6)은 접속공(2)의 내부를 충전하고, 그 상부는 기체(3)의 표면상의 합금 박막(15)의 표면보다 윗쪽에 위치하고 있다.
다음에, 도 8에 도시하는 바와 같이, 레지스터막(28)을 박리하면, 도전막(6, 7)이 노출되는 부분의 사이에, 합금 박막(15)이 노출된다.
접속공(2) 내부의 도전막(6)은, 기체(3)의 표면상의 도전막(7)에 접속되어 있지만, 기체(3)의 표면상의 도전막(7)에는, 서로 분리된 도전막이 포함되지만, 레지스터막(28)을 박리한 상태에서는, 내부의 도전막(6)과 표면의 도전막(7)은 합금 박막(15)에 의해, 서로 전기적으로 접속된 상태이다.
그 다음에, 그 상태의 장치 기판(34)을, 동을 에칭하는 에칭액에 침지하면, 노출되어 있는 합금 박막(15)이 에칭되어 제거되고, 도 9에 도시하는 바와 같이, 합금 박막(15)이 제거된 부분에는, 합금 박막(15)하에 위치하고 있던 기체(3)의 표면이 노출되고, 도전막(6, 7)이 패터닝된 최상층의 단층 기판(113)이 형성된다.
각 단층 기판(111~113, 121~123)에서는, 접속공(2)의 내부는 접속공(2) 내부의 도전막(6)과 그 도전막(6)하에 위치하는 합금 박막(4)으로, 접속공(2)을 충전하는 금속 플러그(8)가 구성되어 있고, 기체(3)상에는, 도전막(7)과 그 도전막(7)하에 위치하는 합금 박막(5)으로 배선막(9)이 구성되어 있다.
기체(3)의 표면에 노출되는 수지(25)에 대해, 순동의 박막의 밀착성은 나쁘다.
본원 발명에서는, 수지(25)와 접촉하는 합금 박막(4, 5)은, 동을 50원자% 보다 많이 함유하는 박막 재료에, 아래와 같이 실험에 나타내는 바와 같이, 동 이외의 원소를 함유시켜 밀착력을 측정했는데, 니켈을 5원자%이상 30원자%이하 함유하고, 알루미늄을 3원자%이상 10원자%이하 함유하는 박막 재료가 순동이나 산화동의 박막보다, 수지(25)에 대한 밀착성은 높아지고 있고, 첨가물로서는, 동과 니켈과 알루미늄의 합계 원자수를 100%로 했을 때에, 0.01원자%이상 1.0원자%이하의 아연과 0.01원자%이상 1.0원자%이하의 범위의 망간과의 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 함유하고 있다.
첨가물에 대해서는, 수지(25)와의 밀착성을 악화시키는 것은 없고, 모재의 동함유율이 50원자% 보다 크기 때문에, 순동의 박막과의 밀착성도 높고, 기체(3)로부터 금속 플러그(8)나 배선막(9)이 박리되지 않고, 또한, 도전막(6, 7)이 합금 박막(4, 5)보다 동의 함유율이 높은 것으로부터, 도전막(6, 7)도 합금 박막(4, 5)으로부터 박리되지 않게 되어 있다.
(실시예 )
동과 니켈과 알루미늄과의 합계 원자수를 100원자%로 했을 때에, 니켈을 1원자%이상 50원자%이하 함유하고, 알루미늄을 1원자%이상 10원자%이하 함유하고, 아연 또는 망간의 어느 한쪽 또는 양쪽 모두로 이루어지는 첨가물을 0.01% 함유시키고, 잔부(殘部)를 동원자로 한, 니켈 및 알루미늄의 함유율이 다른 복수 조성의 시험용 스퍼터링 타겟을 제작하였다.
각 스퍼터링 타겟을 이용하여 스퍼터링에서 유리 기판의 표면에 접촉하는 50nm의 합금막을 형성하고, 1mm×1mm×100매스의 스크래치 패턴을 형성하고, 크로스컷 시험에 의한 밀착성의 평가를 행하였다.
측정 결과를 표 1에 나타낸다.
표 1 Al, Ni 함유량별 밀착 평가 결과

Al함유량(원자%)
1 3 5 8 10


Ni함유량
(원자%)		 1 × × × △ △
3 × △ △ △ △
5 × ○ ○ ○ ○
8 × ○ ○ ○ ○
10 × ○ ○ ○ ○
20 × ○ ○ ○ ○
40 × ○ ○ ○ ○
50 × ○ ○ ○ ○
표 1에는, 크로스컷 시험에 의해 막의 박리가 발생한 매스가 10이상의 경우 「×」을 기재하고, 1~10의 경우 「△」을 기재하고, 박리가 관찰되지 않았던 경우에는 「○」을 기재하였다.
상기 결과로부터, 유리 기판과의 사이의 밀착력이 높은 합금막을 형성하기 위해서는, 니켈의 함유량은 5원자%이상이 바람직하고, 알루미늄의 함유량은 3원자%이상이 바람직한 것을 알 수 있다.
또한, 니켈의 함유량이 40원자% 보다 큰 경우, 스퍼터링 타겟의 경도가 145Hｖ를 초과하기 때문에 가공상 바람직하지 않고, 알루미늄을 10원자% 보다 크게 함유 시키면, 스퍼터링 타겟을 용해법에 따라 제조하는 것이 곤란하게 되어, 바람직하지 않다.
다음에, 동과 니켈과 알루미늄과의 합계 원자수를 100원자%로 했을 때에, 동을 50원자% 보다 많이 함유하고, 니켈을 5원자%이상 40원자%이하의 범위로 함유하고, 알루미늄을 3원자%이상 10원자%이하의 범위로 함유한 모재와 아연 또는 망간의 어느 한쪽 또는 양쪽 모두로 이루어지는 첨가물과의 용해물을 고화시켜, 아연과 망간과의 함유율이 다른 복수의 조성의 시험용 스퍼터링 타겟을 제작하였다.
각 스퍼터링 타겟을 절단하여 단면을 관찰하고, 공공수를 측정하였다. 측정한 타겟은 100mmφ×10mm두께, 절단 후의 단면적은 100mm×10mm, 관찰은 염색 침투탐상시험기를 사용하고, 공공은 사이즈가 0.5mmφ이상의 것을 카운트 하였다.
공공수의 측정 결과를 표 2에 나타낸다.
표 2 공공수
Mn
zn 		0 0.01 0.25 0.5 0.7
0 × ○ ◎ ◎ ◎
0.01 ○ ○ ◎ ◎ ◎
0.25 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
0.5 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
0.7 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
표 2의 수치는, 동과 니켈과 알루미늄과의 합계 원자수를 100원자%로 했을 때의 첨가물의 함유율(원자%)이며, 공공수가 3개/cm2보다 많이 관찰된 스퍼터링 타겟에는 「×」을 기재하고, 1~3개/cm2 관찰된 스퍼터링 타겟에는 「○」을 기재하고, 공공이 관찰되지 않았던 스퍼터링 타겟에는 「◎」을 기재하였다.
또한, 도 10의 그래프의 횡축은 동과 니켈과 알루미늄과의 합계 원자수를 100원자%로 했을 때의 첨가물 함유율(원자%)이며, 세로축은 측정한 공공수를 정규화한 값이며, 첨가물 함유량과 공공수와의 사이의 관계가 도시되어 있다.
표 2와 도 10의 그래프로부터, 동과 니켈과 알루미늄과의 합계 원자수를 100원자%로 했을 때에, 아연과 망간은 각각 1.0% 함유시키면, 공공수를 작게 할 수 있는 것을 예측할 수 있다.
다음에, 니켈을 5원자%이상 40원자%이하의 범위로 함유시키고, 알루미늄을 3원자%이상 8원자%이하의 범위로 함유시키고, 첨가물을 0원자%이상 1.2원자%이하의 범위로 함유시키고, 잔부를 동원자로서 첨가물 함유율이 다른 스퍼터링 타겟을 제작하였다.
이러한 스퍼터링 타겟의 첨가물은 망간 또는 아연의 어느 한쪽이며, 각각 0원자%이상 1.2원자%이하의 범위로 다른 함유율이다.
각 스퍼터링 타겟을 이용하여 스퍼터링에서 유리 기판상에 50nm의 막두께의 스팩터막을 형성하고, 상기 스팩터막상에, Cu도금막을 30μm의 막두께로 성장시켰다. 그 1mm×1mm×100매스의 스크래치 패턴을 형성하고, 크로스컷 시험에 의한 밀착성의 평가를 행하였다.
측정 결과를 아래 기재 표 3의 Zn첨가량별 밀착 평가 결과와, 표 4의 Mn첨가량별 밀착 평가 결과에 나타낸다.
표 2로부터, 아연과 망간의 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 각각 0.01 원자%이상 함유시키면 공공을 저감하는 효과를 얻을 수 있고, 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 각각 0. 25원자%이상 함유시키면 공공이 없어져 바람직하다.
표 3 Zn 첨가량별 밀착평가 결과
Zn 첨가량(at%)
Al함유량(at%) Ni함유량(at%) 0.00 0.10 0.80 1.00 1.20
3 5 ○ ○ ○ ○ ×
3 40 ○ ○ ○ ○ ×
8 5 ○ ○ ○ ○ ×
8 40 ○ ○ ○ ○ ×
○...박리 없음 ×...박리 있음
표 4 Mn 첨가량별 밀착평가 결과
Mn 첨가량(at%)
Al함유량(at%) Ni함유량(at%) 0.00 0.10 0.80 1.00 1.20
3 5 ○ ○ ○ ○ ×
3 40 ○ ○ ○ ○ ×
8 5 ○ ○ ○ ○ ×
8 40 ○ ○ ○ ○ ×
○...박리 없음 ×...박리 있음
표 3, 표 4에는, 크로스컷 시험에 의해, 도금막이 스팩터막으로부터 박리되었을 경우에 「×」를 기재하고, 박리되지 않았던 경우에는 「○」을 기재하였다.
표 3과 표 4의 적어도 한쪽에 「×」가 기재된 스퍼터링 타겟은 사용할 수 없다. 표 3과 표 4의 양쪽 모두에 「0」이 기재된 스퍼터링 타겟은 사용할 수 있다.
표 3과 표 4로부터, 아연과 망간의 어느 한쪽 또는 양쪽 모두로 이루어지는 첨가물은, 모재 100원자%에 대해서 1.2원자%이상의 함유율로 함유시켜 스퍼터링 타겟을 형성하면, 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 성막의 후공정으로 행해지는 Cu도금법에 의해 형성한 도전막(6, 7)에 대해서 양호한 밀착성을 얻지 못하고, 1.0원자%이하로 하면 양호한 밀착성을 가지는 합금 박막(4, 5)을 형성할 수 있다.
표 3, 4로부터 알루미늄의 함유량이 증가하여도 밀착성에 영향은 없는 것을 알 수 있지만, 용해법에 의한 타겟의 제조성을 고려하면, 이상의 결과에 의해, 아연과 망간의 어느 한쪽 또는 양쪽 모두로 이루어지는 첨가물은, 동과 니켈과 알루미늄과의 합계 원자수를 100원자%로 했을 때에, 동을 50원자% 보다 많이 함유하고, 니켈을 5원자%이상 40원자%이하의 범위로 함유하고, 알루미늄을 3원자%이상 10원자%이하의 범위로 함유하는 모재 중에서, 아연과 망간은 모재 100원자%에 대해서 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 각각 0.01 원자%이상 1.0원자%이하의 함유율로 함유 시키고 스퍼터링 타겟으로 하면, 가공성이 좋고 공공이 적은 스퍼터링 타겟을 얻을 수 있고, 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 성막의 후공정으로 행해지는 Cu도금법에 의해 형성한 도전막(6, 7)에 대해서 양호한 밀착성을 가지는 합금 박막(4, 5)을 형성할 수 있고, 한층 더 수지와 밀착성이 좋은 합금 박막(4, 5)을 형성할 수 있는 것을 알 수 있다.
2 : 접속공 　3 : 기체
4, 5 : 합금 박막 　6, 7 : 도전막
8 : 금속 플러그 　9 : 배선막
10 : 탑재 장치 55 : 스퍼터링 타겟

Claims (3)

  1. Cu와 Ni와 Al를 함유하고, Cu와 Ni와 Al를 100원자%로 했을 때에, Cu를 50 원자% 보다 많이 함유하고, Ni를 5원자%이상 40원자%이하의 함유율로 함유하고, Al를 3원자%이상 10원자%이하의 함유율로 함유하는 모재와,
    상기 모재에 첨가된 첨가물을 함유하는 스퍼터링 타겟이며,
    상기 첨가물은, Zn와 Mn의 어느 한쪽 또는 양쪽 모두로 이루어지고, 상기 모재의 100원자%에 대해서, 0.01 원자%이상의 함유율로 함유된 스퍼터링 타겟.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 첨가물에 함유된 Zn의 함유율과 Mn의 함유율은 각각 1.0원자%이하로 된 스퍼터링 타겟.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항의 어느 한 항에 기재된 스퍼터링 타겟을 제조하는 타겟 제조 방법이며,
    고체의 상기 모재와, 고체의 상기 첨가물을 같은 용기중에 배치하고,
    가열하여 상기 모재와 상기 첨가물을 함유하는 용해물을 형성하고,
    상기 용해물을 냉각하여 고화시켜 상기 스퍼터링 타겟을 형성하는 타겟 제조 방법.
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