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JP2934714B2 - Method of forming alloy thin film - Google Patents
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JP2934714B2 - Method of forming alloy thin film - Google Patents

Method of forming alloy thin film

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は合金薄膜の形成方法に関するものである。The present invention relates to a method for forming an alloy thin film.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

例えば半導体素子等の電極や回路配線等に用いられる
金属として、Al(アルミニウム)があり、このAlの薄膜
は、スパッタリング法等の物理的気相成長法またはメッ
キ法等によってガラス基板面等の被堆積面に形成されて
いる。しかし、このAl薄膜は、導電性が高くかつ安価で
ある反面、Al薄膜を形成した後の絶縁膜堆積工程等に際
して数百度に加熱されると、Al薄膜の表面が荒れてヒロ
ックと呼ばれる突起が発生し、Al薄膜の上の絶縁膜等を
破壊してしまうという問題をもっている。
For example, Al (aluminum) is a metal used for electrodes and circuit wiring of semiconductor elements and the like, and this Al thin film is coated on a glass substrate surface or the like by physical vapor deposition such as sputtering or plating. It is formed on the deposition surface. However, while this Al thin film has high conductivity and is inexpensive, when heated to several hundred degrees during the insulating film deposition step after forming the Al thin film, the surface of the Al thin film becomes rough and projections called hillocks are formed. This causes the problem that the insulating film or the like on the Al thin film is destroyed.

このため従来から、Alに少量のTi(チタン)またはTa
(タンタル)等の異種の金属を含有させてAl合金とする
ことが考えられており、このAl合金の薄膜は、純粋なAl
薄膜に比べると低効率は僅かに高くなるが、加熱による
表面の荒れはほとんど発生しないという利点をもってい
る。
Therefore, a small amount of Ti (titanium) or Ta
It has been considered that an Al alloy is formed by containing different metals such as (tantalum), and a thin film of this Al alloy is made of pure Al.
The low efficiency is slightly higher than that of the thin film, but has the advantage that the surface is hardly roughened by heating.

ところで、このAl合金薄膜は、スパッタリング法等の
物理的気相成長法によって形成されており、この物理的
気相成長法によるAl合金薄膜の形成には、従来、次のよ
うなターゲット材が用いられている。
By the way, this Al alloy thin film is formed by a physical vapor deposition method such as a sputtering method, and the following target material is conventionally used for forming the Al alloy thin film by the physical vapor deposition method. Have been.

第3図〜第6図はそれぞれ従来のターゲット材を示し
ており、ここでは、Al−Ti合金薄膜の形成に用いられる
ものを示している。
FIG. 3 to FIG. 6 each show a conventional target material, and here, a target material used for forming an Al—Ti alloy thin film is shown.

第3図に示すターゲット材1は、Alターゲットaの上
に複数本の棒状Tiチップbを適当間隔で載置したもので
あり、第4図に示すターゲット材2は、Alターゲットa
に複数の溝を設けて、この各溝内にそれぞれ棒状Tiチッ
プbを埋込んだものである。これらターゲット材1,2のT
iチップbの数は、形成するAl−Ti合金薄膜のTi含有量
に応じて決められている。
The target material 1 shown in FIG. 3 is obtained by placing a plurality of rod-shaped Ti chips b on an Al target a at appropriate intervals, and the target material 2 shown in FIG.
Are provided with a plurality of grooves, and rod-shaped Ti chips b are embedded in the respective grooves. T of these target materials 1 and 2
The number of i-tips b is determined according to the Ti content of the Al-Ti alloy thin film to be formed.

また、第5図に示すターゲット材3は、Al粒と、Al−
Ti金属間化合物粒とを所定割合で混合したものを加圧成
形して焼結したものである。
Further, the target material 3 shown in FIG.
A mixture obtained by mixing Ti intermetallic compound particles at a predetermined ratio is subjected to pressure molding and sintered.

さらに第6図に示したターゲット材4は、AlとAl3Ti
との合金であり、このターゲット材4は、Al−Al3Ti合
金インゴットを所定のターゲットサイズに切断したもの
である。
Further target material 4 shown in FIG. 6, Al and Al 3 Ti
The target material 4 is obtained by cutting an Al—Al 3 Ti alloy ingot into a predetermined target size.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、第3図および第4図に示したターゲッ
ト材1,2を用いる物理的気相成長法では、被堆積面に堆
積するAl−Ti合金薄膜のTi含有量が、Tiチップbが対向
している部分と他の部分とで異なり、したがって均質な
Al−Ti合金薄膜が得られないという問題をもっている。
However, in the physical vapor deposition method using the target materials 1 and 2 shown in FIGS. 3 and 4, the Ti content of the Al—Ti alloy thin film deposited on the surface to be deposited is Is different from the rest of the
There is a problem that an Al-Ti alloy thin film cannot be obtained.

一方、第5図に示したターゲット材3を用いる物理的
気相成長法では、Ti含有量がほぼ均一なAl−Ti合金薄膜
が得られるが、このターゲット材3は焼結品であるた
め、空気やその他の不純物を含んでおり、したがって、
純度の高いAl−Ti合金薄膜を得ることができないという
重大な欠点をもっている。
On the other hand, in the physical vapor deposition method using the target material 3 shown in FIG. 5, an Al—Ti alloy thin film having a substantially uniform Ti content is obtained, but since the target material 3 is a sintered product, Contains air and other impurities,
It has a serious drawback that it is not possible to obtain a high-purity Al-Ti alloy thin film.

また、第6図に示したターゲット材4を用いる物理的
気相成長法では、Ti含有量が2〜3重量%程度以下の極
く微量なAl−Ti合金薄膜を形成する場合は、ほぼ均質な
合金薄膜を得ることができるが、Ti含有量の多いAl−Ti
合金薄膜を形成する場合は、均質な合金薄膜を再現性よ
く形成することができないという問題をもっている。こ
れは、ターゲット材4の切出し母材であるAl−Al3Ti合
金インゴットを鋳造する際の偏析によるものである。す
なわち、Al−Al3Ti合金インゴットは、鋳型内にAlとTi
の溶湯を注入し、これを除冷して鋳造されるが、この場
合、溶湯中のTi含有量は均一であるものの、鋳型内の溶
湯は外周部から凝固して結晶化して行くため、この溶湯
の凝固過程で、溶融状態にある内部に、Alだけの領域と
Al−Al3Ti合金の領域とが偏析する。この偏析は、Ti含
有量が2〜3重量%程度以下でほとんど発生しないが、
Ti含有量を多くすると、偏析の発生する。このため、鋳
造されたインゴットは、その表層部のTi含有量は均一で
あるが、内部のTi含有量は不均一となっている。そし
て、第6図に示したターゲット材4は、このようなイン
ゴットから切出されたものであるため、インゴットの表
層部から切出されたターゲット材は均質であるが、イン
ゴットの中層部から切出されたターゲット材のTi含有量
は不均一である。したがって、形成されるAl−Ti合金薄
膜の膜質は、ターゲット4ごとに異なり、均質な合金薄
膜を再現性よく形成することができない。
In the physical vapor deposition method using the target material 4 shown in FIG. 6, when a very small amount of Al—Ti alloy thin film having a Ti content of about 2 to 3% by weight or less is formed, almost uniform Al-Ti with high Ti content
When forming an alloy thin film, there is a problem that a homogeneous alloy thin film cannot be formed with good reproducibility. This is due to segregation when casting the Al-Al 3 Ti alloy ingot, which is the base material cut out of the target material 4. That is, the Al-Al 3 Ti alloy ingot contains Al and Ti in the mold.
In this case, although the Ti content in the molten metal is uniform, the molten metal in the mold solidifies from the outer peripheral part and crystallizes. During the solidification process of the molten metal, a region containing only Al
The region of the Al-Al 3 Ti alloy segregates. Although this segregation hardly occurs when the Ti content is about 2 to 3% by weight or less,
When the Ti content is increased, segregation occurs. For this reason, in the cast ingot, the Ti content in the surface layer is uniform, but the Ti content in the inside is not uniform. Since the target material 4 shown in FIG. 6 is cut from such an ingot, the target material cut from the surface layer of the ingot is homogeneous, but is cut from the middle layer of the ingot. The Ti content of the discharged target material is not uniform. Therefore, the film quality of the formed Al—Ti alloy thin film differs for each target 4, and a uniform alloy thin film cannot be formed with good reproducibility.

なお、ここでは、Al−Ti合金薄膜を形成する場合につ
いて説明したが、従来は、Al−Ta合金等のAlの合金薄
膜、あるいはAl以外の金属と異種金属との合金薄膜を物
理的気相成長法によって形成する場合にも、第3図〜第
6図に示したものと同様なターゲット材を用いているた
め、これらの合金薄膜の形成においても上述した問題を
生じていた。
Here, the case of forming an Al-Ti alloy thin film has been described, but conventionally, an Al alloy thin film such as an Al-Ta alloy or an alloy thin film of a metal other than Al and a dissimilar metal has been physically vapor-phased. Also in the case of forming by the growth method, since the same target material as that shown in FIG. 3 to FIG. 6 is used, the above-mentioned problem has occurred in the formation of these alloy thin films.

本発明はこのような実情にかんがみてなされたもので
あって、その目的とするところは、純度が高くかつ組成
の均質な合金薄膜を再現性よく得ることができる合金薄
膜の形成方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a method of forming an alloy thin film capable of obtaining a highly pure alloy thin film having a uniform composition with good reproducibility. It is in.

〔課題を解決する手段〕[Means to solve the problem]

本発明は、非晶質合金からなるターゲット材を有する
巻き取り自在なテープを被堆積面に対向して配置し、物
理的気相成長法により前記被堆積面に合金薄膜を堆積さ
せることを特徴とするものである。
The present invention is characterized in that a windable tape having a target material made of an amorphous alloy is disposed opposite to a surface to be deposited, and an alloy thin film is deposited on the surface to be deposited by physical vapor deposition. It is assumed that.

本発明は、例えばAl−Ti合金薄膜の形成に適用される
もので、被堆積面に堆積される合金薄膜をAl−Ti合金薄
膜とする場合は、ターゲット材として非晶質のAl−Ti合
金を用いる。
The present invention is applied, for example, to the formation of an Al-Ti alloy thin film, and when the alloy thin film deposited on the surface to be deposited is an Al-Ti alloy thin film, an amorphous Al-Ti alloy is used as a target material. Is used.

〔作用〕[Action]

すなわち、本発明は、ターゲット材として非晶質合金
を用いたものであり、この非晶質合金は、空気やその他
の不純物を含んでおらず、また組成的にも均質であるか
ら、この非晶質合金をターゲット材として物理的気相成
長法により堆積された合金薄膜は、純度が高くかつ組成
も均質であるし、その再現性もよい。
That is, the present invention uses an amorphous alloy as the target material. This amorphous alloy does not contain air and other impurities, and is homogeneous in composition. An alloy thin film deposited by a physical vapor deposition method using a crystalline alloy as a target material has a high purity, a uniform composition, and good reproducibility.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を、Al−Ti合金薄膜の形成を
例にとって第1図および第2図を参照し説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 taking the formation of an Al—Ti alloy thin film as an example.

第1図はAl−Ti合金薄膜を物理的気相成長法により堆
積させるための装置と示しており、ここではスパッタ装
置を示している。第2図はAl−Ti合金薄膜の堆積に使用
するターゲット材の一部分の拡大断面図である。
FIG. 1 shows an apparatus for depositing an Al—Ti alloy thin film by a physical vapor deposition method. Here, a sputtering apparatus is shown. FIG. 2 is an enlarged sectional view of a part of a target material used for depositing an Al—Ti alloy thin film.

まず、第1図に示したスパッタ装置の構成を説明する
と、図中10はスパッタ室であり、このスパッタ室10に
は、排気ポンプ11および補助ポンプ12が接続されてい
る。そして、このスパッタ室10内には、スパッタガス導
入管13から例えばアルゴン(Ar)ガス等のスパッタガス
が導入されており、このガス圧は10-3Torr程度に制御さ
れている。またスパッタ室10内の底部には、ヒータ15を
備えた基台14が設けられており、Al−Ti合金薄膜を堆積
させる被堆積体(例えばガラス基板)Aは、その被堆積
面を上に向けて前記基台14上に載置され、ヒータ15によ
って所定の温度に加熱されている。一方、スパッタ室10
内の上部には、後述するテープ状ターゲット20にその裏
面側から当接するバッキングプレート16が、前記基台14
に対向させて水平に配置されており、このバッキングプ
レート16には、スパッタ電源19が接続されている。ま
た、このバッキングプレート16の背後には、S極の周囲
をN極で囲んだ形状の磁石(永久磁石)17が設けられて
おり、さらに、前記基台14とバッキングプレート16との
間には、枠状のアノード18が水平に配置されている。
First, the structure of the sputtering apparatus shown in FIG. 1 will be described. In the figure, reference numeral 10 denotes a sputtering chamber, and an exhaust pump 11 and an auxiliary pump 12 are connected to the sputtering chamber 10. A sputtering gas such as an argon (Ar) gas is introduced into the sputtering chamber 10 from a sputtering gas introduction pipe 13, and the gas pressure is controlled to about 10 −3 Torr. A base 14 provided with a heater 15 is provided at the bottom in the sputtering chamber 10, and a deposition target (for example, a glass substrate) A on which an Al-Ti alloy thin film is deposited has its deposition surface facing upward. It is placed on the base 14 and heated to a predetermined temperature by a heater 15. On the other hand, the sputtering chamber 10
In the upper part of the inside, a backing plate 16 that comes into contact with a tape-like target 20 described later from the back side thereof is provided on the base 14.
The sputtering power source 19 is connected to the backing plate 16. Behind the backing plate 16 is provided a magnet (permanent magnet) 17 having a shape surrounding the S pole with an N pole. Further, between the base 14 and the backing plate 16 is provided. The frame-shaped anode 18 is disposed horizontally.

前記テープ状ターゲット20について説明すると、この
テープ状ターゲット20は、第2図に示すように、銅箔等
からなる熱伝導率の高いベーステープ21の表面に箔状の
ターゲット材22を形成したもので、このターゲット材22
は、非晶質(アモルファス状態)のAl−Ti合金とされて
いる。この非晶質Al−Ti合金は、前記ベーステープ21を
送りながらその表面に、AlにTiを所定の割合で含有させ
た溶湯を吹付け、これをベーステープ21の裏面側から水
冷等によって急冷して形成されたものである。
The tape-like target 20 will be described. As shown in FIG. 2, the tape-like target 20 is formed by forming a foil-like target material 22 on the surface of a base tape 21 having a high thermal conductivity made of copper foil or the like. In this target material 22
Is an amorphous (amorphous state) Al-Ti alloy. This amorphous Al-Ti alloy is sprayed on a surface of the base tape 21 with a molten metal containing Ti in a predetermined ratio while the base tape 21 is being fed. It was formed as follows.

そして、このテープ状ターゲット20は、その表面、つ
まりターゲット材22を形成した面を外側にして第1図に
示したリール23に巻かれており、このリール23は、スパ
ッタ室10内の上部にバッキングプレート16の一側に位置
させて回転可能に軸支されている。また、バッキングプ
レート16の他側には、テープ状ターゲット20を巻取る巻
取リール24が設けられており、テープ状ターゲット20
は、巻取リール24を巻取駆動することによって前記リー
ル23から繰出され、バッキングプレート16の下を、ター
ゲット材22形成面が被堆積体Aに対向する下向き状態で
送られる。このテープ状ターゲット20の送りは、スパッ
タリング中連続して行なわれる。
The tape-shaped target 20 is wound around a reel 23 shown in FIG. 1 with its surface, that is, the surface on which the target material 22 is formed, facing outside. It is rotatably supported by being positioned on one side of the backing plate 16. On the other side of the backing plate 16, a take-up reel 24 for winding the tape-like target 20 is provided.
Is taken out from the reel 23 by driving the take-up reel 24 to take up, and is sent under the backing plate 16 in a state where the target material 22 forming surface faces the object A to be deposited. The feeding of the tape target 20 is continuously performed during the sputtering.

次に、前記スパッタ装置による被堆積体AへのAl−Ti
合金薄膜の堆積について説明すると、このAl−Ti合金薄
膜の堆積は、スパッタ電源19からバッキングプレート14
を介してテープ状ターゲット20にスパッタ電力を供給す
ることにより、テープ状ターゲット20とアノード18との
間に放電電流を流して行なわれるもので、放電電流を流
すことによって発生したプラズマは、磁石17の磁界中に
封じ込められ、このプラズマによってテープ状ターゲッ
ト20のターゲット材22からスパッタ粒子がスパッタされ
る。このスパッタ粒子は、テープ状ターゲット20とアノ
ード18との間の電界によって被堆積体A方向に飛出し、
アノード18の開口を通って被堆積体A面に堆積する。な
お、このスパッタリングを行なうと、テープ状ターゲッ
ト20のターゲット材22が溶損するが、テープ状ターゲッ
ト20はスパッタリング中連続して送られているため、被
堆積体Aには常に新しいターゲット材22からのスパッタ
粒子が堆積する。
Next, Al-Ti was deposited on the object A by the sputtering apparatus.
Explaining the deposition of the alloy thin film, the deposition of the Al-Ti alloy thin film is performed by the sputtering power source 19 and the backing plate 14.
By supplying a sputtering power to the tape-like target 20 through the tape-like target 20, a discharge current is caused to flow between the tape-like target 20 and the anode 18, and the plasma generated by flowing the discharge current is a magnet 17 The sputtered particles are sputtered from the target material 22 of the tape-shaped target 20 by this plasma. The sputtered particles fly out in the direction of the object A to be deposited by an electric field between the tape-shaped target 20 and the anode 18,
It deposits on the surface of the object A through the opening of the anode 18. When this sputtering is performed, the target material 22 of the tape-shaped target 20 is melted, but since the tape-shaped target 20 is continuously fed during the sputtering, the target A is always transferred from the new target material 22 to the target A. Sputtered particles are deposited.

そして、このAl−Ti合金薄膜の形成方法では、ターゲ
ット材22との非晶質Al−Ti合金を用いているため、純度
が高くかつ組成も均質なAl−Ti合金薄膜を再現性よく被
堆積体A面に堆積させることができる。すなわち、前記
非晶質Al−Ti合金は、ベーステープ21にAlにTiを所定の
割合で含有させた溶湯を吹付け、これを水冷等によって
急冷して形成されたものであるため、空気やその他の不
純物を含んでおらず、また組成的にも均質であるから、
この非晶質Al−Ti合金をターゲット材22としてスパッタ
リング法により堆積されたAl−Ti合金薄膜は、純度が高
くかつ組成も均質であるし、その再現性もよい。
In this method for forming an Al-Ti alloy thin film, since an amorphous Al-Ti alloy with the target material 22 is used, an Al-Ti alloy thin film having a high purity and a uniform composition is deposited with good reproducibility. It can be deposited on the body A surface. That is, the amorphous Al-Ti alloy is formed by spraying a molten metal containing Al at a predetermined ratio on the base tape 21 and quenching the molten metal by water cooling or the like. Because it does not contain other impurities and is homogeneous in composition,
The Al-Ti alloy thin film deposited by sputtering using this amorphous Al-Ti alloy as the target material 22 has high purity, uniform composition, and good reproducibility.

なお、前記実施例では、Al−Ti合金薄膜の形成につい
て説明したが、本発明は、Al−Ta合金等のAl合金薄膜、
あるいはAl以外の金属と異種金属との合金薄膜を物理的
気相成長法によって形成する場合にも適用することがで
きる。
In the above embodiment, the formation of the Al-Ti alloy thin film has been described, but the present invention relates to an Al alloy thin film such as an Al-Ta alloy,
Alternatively, the present invention can be applied to a case where an alloy thin film of a metal other than Al and a dissimilar metal is formed by a physical vapor deposition method.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明は、非晶質合金をターゲット材とし、物理的気
相成長法により被堆積面に合金薄膜を堆積させるもので
あるから、純度が高くかつ組成の均質な合金薄膜を再現
性よく得ることができる。
Since the present invention uses an amorphous alloy as a target material and deposits an alloy thin film on a surface to be deposited by physical vapor deposition, it is possible to obtain a highly pure alloy thin film having a uniform composition with good reproducibility. Can be.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図および第2図は本発明の一実施例を示したもの
で、第1図は合金薄膜の堆積に使用するスパッタ装置の
断面図、第2図はターゲットの一部分の拡大断面図であ
る。第3図〜第6図はそれぞれ従来のターゲット材の断
面図である。 A……被堆積体、20……テープ状ターゲット、21……ベ
ーステープ、22……ターゲット材(非晶質Al−Ti合
金)。
1 and 2 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a sectional view of a sputtering apparatus used for depositing an alloy thin film, and FIG. 2 is an enlarged sectional view of a part of a target. . 3 to 6 are sectional views of a conventional target material. A: Deposited body, 20: Tape target, 21: Base tape, 22: Target material (amorphous Al-Ti alloy).

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 14/00 - 14/58 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) C23C 14/00-14/58

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】非晶質合金からなるターゲット材を有する
巻き取り自在なテープを被堆積面に対向して配置し、物
理的気相成長法により前記被堆積面に合金薄膜を堆積さ
せることを特徴とする合金薄膜の形成方法。
An object of the present invention is to dispose a windable tape having a target material made of an amorphous alloy opposite to a surface to be deposited, and deposit an alloy thin film on the surface to be deposited by physical vapor deposition. Characteristic method of forming an alloy thin film.
【請求項2】被堆積面に堆積される合金薄膜はAl−Ti合
金薄膜であり、ターゲット材は非晶質のAl−Ti合金であ
ることを特徴とする請求項1に記載の合金薄膜の形成方
法。
2. The alloy thin film according to claim 1, wherein the alloy thin film deposited on the surface to be deposited is an Al—Ti alloy thin film, and the target material is an amorphous Al—Ti alloy. Forming method.
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