JP5457794B2 - Al-based alloy sputtering target - Google Patents
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Description
本発明は、液晶ディスプレイなどのフラットパネルディスプレイに用いられる配線膜や電極膜を形成するのに有用なAl基合金スパッタリングターゲットに関するものである。以下では、液晶ディスプレイを中心に説明するが、本発明の用途をこれに限定する趣旨ではない。 The present invention relates to an Al-based alloy sputtering target useful for forming wiring films and electrode films used in flat panel displays such as liquid crystal displays. In the following description, the liquid crystal display will be mainly described, but the application of the present invention is not limited to this.
半導体デバイスの一つである液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)は、従来の表示機器であるブラウン管を使用したものよりも薄型化、軽量化、低消費電力化を図ることができ、しかも高解像度が得られるという利点があるため、最近では表示機器として主流となってきている。かかるLCDには、画素スイッチとなる薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)が組み込まれたTFT液晶が主に用いられている。 A liquid crystal display (LCD), one of the semiconductor devices, can be thinner, lighter, and consume less power than a conventional display device that uses a cathode ray tube. Recently, it has become mainstream as a display device. In such LCD, a TFT liquid crystal in which a thin film transistor (TFT) serving as a pixel switch is incorporated is mainly used.
このTFTの一部として使用される薄膜状の電極およびこれに連なる配線を構成する金属薄膜には種々の特性が要求され、特に近年のLCDの大型化あるいは高精細化の動きにより、信号の遅延を防止するために低配線抵抗化が重要な特性になりつつある。 Various characteristics are required for the thin film electrode used as a part of the TFT and the metal thin film constituting the wiring connected to the thin film electrode, and in particular, the signal delay is caused by the recent trend toward larger LCD or higher definition. In order to prevent this, lower wiring resistance is becoming an important characteristic.
かかる低配線抵抗の金属薄膜材料としては、純Alが挙げられる。しかしながら、純Alは耐熱性が十分ではないため、純Alを用いた金属薄膜では、LCDの製造段階における絶縁膜の成膜工程等で200〜400℃程度の熱履歴を受けると、基板と薄膜との熱膨張係数の違いに起因する圧縮応力が機動力となって、ヒロックといわれる微小な凹凸が表面に生じて、配線間での短絡や断線を引き起こす場合があった。 An example of such a metal thin film material having low wiring resistance is pure Al. However, pure Al does not have sufficient heat resistance. Therefore, when a metal thin film using pure Al is subjected to a thermal history of about 200 to 400 ° C. in the process of forming an insulating film in the LCD manufacturing stage, the substrate and the thin film Compressive stress resulting from the difference in thermal expansion coefficient from the above becomes mobility, and minute irregularities called hillocks are generated on the surface, which may cause short circuit or disconnection between wirings.
そこで、これまで、かかるヒロック発生の問題を解決するために種々の技術が開示されており、例えば特許文献1には、Nd等の希土類元素を1.0〜15原子%含むAl合金よりなる半導体用電極が開示されている。また、特許文献2には、Feや希土類元素等を1.0〜10原子%含有するAl基合金で形成される配線膜や電極膜が開示されている。さらに、特許文献3には、Feを0.1〜3.0原子%、Siを0.5〜3.0原子%含有するAl基合金薄膜が開示されている。しかしながら、これらの文献に開示されるAl基合金は、合金元素の含有率が高いため、液晶パネルの大型化に伴う、さらなる低配線抵抗化(特に、熱処理後の配線抵抗の低減化)に対応できない場合があった。 Thus, various techniques have been disclosed so far to solve the problem of hillock generation. For example, Patent Document 1 discloses a semiconductor made of an Al alloy containing 1.0 to 15 atomic% of a rare earth element such as Nd. An electrode is disclosed. Patent Document 2 discloses a wiring film or an electrode film formed of an Al-based alloy containing 1.0 to 10 atomic% of Fe, rare earth elements, or the like. Further, Patent Document 3 discloses an Al-based alloy thin film containing 0.1 to 3.0 atomic% Fe and 0.5 to 3.0 atomic% Si. However, since the Al-based alloys disclosed in these documents have a high alloy element content, they can cope with further lower wiring resistance (particularly, reduction in wiring resistance after heat treatment) as the liquid crystal panel becomes larger. There were cases where it was not possible.
一方、特許文献4には、薄膜電極や薄膜配線等の形成に用いられるAl合金スパッタリングターゲットとして、Fe、Siをそれぞれ0.001〜0.01質量%、及びCuを0.0001〜0.01質量%含有し、平均結晶粒径が5mm以下のAl合金スパッタリングターゲットが開示されている。かかるスパッタリングターゲットを用いて得られる金属薄膜は、上記特許文献1〜3に記載の金属薄膜に比して合金元素量が少ないため、配線抵抗を低減することができる一方で、合金元素量を低減したことにより耐ヒロック性が低下する場合があった。また、結晶粒径を小さくして(5mm以下)スパッタリング時のスプラッシュの発生を抑制するために、Fe及びSiに加えてCuを必須成分としている。 On the other hand, in Patent Document 4, Fe and Si are 0.001 to 0.01% by mass and Cu is 0.0001 to 0.01 as an Al alloy sputtering target used for forming a thin film electrode, a thin film wiring, and the like. An Al alloy sputtering target containing 5% by mass and having an average crystal grain size of 5 mm or less is disclosed. Since the metal thin film obtained by using such a sputtering target has a smaller amount of alloy elements than the metal thin films described in Patent Documents 1 to 3, the wiring resistance can be reduced while the amount of alloy elements is reduced. As a result, the hillock resistance may be reduced. Further, in order to reduce the crystal grain size (5 mm or less) and suppress the occurrence of splash during sputtering, Cu is an essential component in addition to Fe and Si.
さらに、特許文献5には、スパッタリング時のスプラッシュの発生抑制技術として、Ti、Zr、Cr等の高融点金属を含むAl基合金スパッタリングターゲットにおいて、硬度が低い方(Hv≦25)がスプラッシュを抑制できると記載されている。 Furthermore, in Patent Document 5, as a technique for suppressing the occurrence of splash at the time of sputtering, in an Al-based alloy sputtering target containing a refractory metal such as Ti, Zr, Cr, etc., the one with lower hardness (Hv ≦ 25) suppresses splash. It is stated that it can be done.
本発明は上記の様な事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低配線抵抗(300℃程度の熱履歴を受けた後の配線抵抗が3.7μΩcm以下)と耐ヒロック性に優れた金属薄膜の形成に有用であり、好ましくはさらにスパッタリング時のスプラッシュの発生を抑制することができる、Fe及びSi含有Al基合金スパッタリングターゲットを提供することにある。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and its purpose is to have low wiring resistance (wiring resistance after receiving a thermal history of about 300 ° C. is 3.7 μΩcm or less) and excellent hillock resistance. Another object of the present invention is to provide an Fe- and Si-containing Al-based alloy sputtering target that is useful for forming a metal thin film and that can further suppress the occurrence of splash during sputtering.
上記課題を解決し得た本発明のAl基合金スパッタリングターゲットは、Feを0.0010〜0.4質量%と、Siを0.0010〜0.50質量%含有することを特徴とする。 The Al-based alloy sputtering target of the present invention that has solved the above problems is characterized by containing 0.0010 to 0.4 mass% Fe and 0.0010 to 0.50 mass% Si.
上記のAl基合金スパッタリングターゲットにおいて、硬度(Hv)が26以上であることや、Mn,Cr,Mo,およびNbよりなる群から選択される少なくとも1種の元素を0.001〜0.1質量%含むものは、本発明の好ましい実施態様である。 In the Al-based alloy sputtering target, the hardness (Hv) is 26 or more, or at least one element selected from the group consisting of Mn, Cr, Mo, and Nb is 0.001 to 0.1 mass. Including% is a preferred embodiment of the present invention.
本発明のAl基合金スパッタリングターゲットは、合金元素(FeやSi等)の含有量が適度に調整されているため、優れた低配線抵抗(300℃程度の熱履歴を受けた後の配線抵抗が3.7μΩcm以下)と耐ヒロック性とを兼ね備えた金属薄膜を形成することができる。また、Al基合金スパッタリングターゲットの硬度(Hv)を26以上とすることにより、スパッタリング時のスプラッシュの発生を抑制することができる。 In the Al-based alloy sputtering target of the present invention, the content of alloying elements (Fe, Si, etc.) is appropriately adjusted, so that the excellent low wiring resistance (the wiring resistance after receiving a thermal history of about 300 ° C.) A metal thin film having both 3.7 μΩcm or less and hillock resistance can be formed. Further, by setting the hardness (Hv) of the Al-based alloy sputtering target to 26 or more, occurrence of splash during sputtering can be suppressed.
本発明のAl基合金スパッタリングターゲット(以下、単に「ターゲット」と称する場合がある)は、Feを0.0010〜0.4質量%と、Siを0.0010〜0.50質量%含有することを特徴とする。 The Al-based alloy sputtering target of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “target”) contains 0.0010 to 0.4 mass% Fe and 0.0010 to 0.50 mass% Si. It is characterized by.
本発明にかかるターゲットの組成を、前述した特許文献3と比べると、特許文献3ではSiの下限を0.5%原子%(≒0.52質量%)にしている点で、Siの含有率の上限を0.50質量%以下とする本発明と相違する。以下に詳述するように、本発明者らの検討結果によれば、FeとSiとを本発明で規定する範囲内に制御することにより、特に熱処理後の配線抵抗を一層低減できると共に、優れた耐ヒロック性をも兼ね備えた金属薄膜を提供し得るターゲットが得られることが判明した。また、本発明にかかるターゲットの組成を前述の特許文献4と比べると、特許文献4ではFe、Siの上限をいずれも0.01質量%と極低減化し、かつCuをほぼ同程度添加している点で、Cuを添加しない本発明と相違している。また、特許文献4では、Fe、Si、及びCuの微量添加により結晶粒径を微細化して、特にスパッタリング時のスプラッシュの発生を抑制しているが、本発明者らの検討によれば、Cuを添加しなくとも、好ましくはターゲットの硬度(Hv)を適切に制御する(Hv≧26)ことによって、スプラッシュの発生を効果的に抑えられることが判明した。すなわち、特許文献4において、本発明のような極微量のFeおよびSiを含むターゲットにおいて、スプラッシュの発生抑制に有効な硬度(Hv)は確立されていない。 When the composition of the target according to the present invention is compared with Patent Document 3 described above, in Patent Document 3, the lower limit of Si is 0.5% atomic% (≈0.52 mass%). This is different from the present invention in which the upper limit is 0.50% by mass or less. As will be described in detail below, according to the examination results of the present inventors, by controlling Fe and Si within the range specified by the present invention, it is possible to further reduce the wiring resistance after heat treatment, and to be excellent. It was also found that a target capable of providing a metal thin film having both hillock resistance was obtained. Further, when the composition of the target according to the present invention is compared with the above-mentioned Patent Document 4, in Patent Document 4, the upper limits of Fe and Si are both extremely reduced to 0.01% by mass, and Cu is added to the same extent. This is different from the present invention in which Cu is not added. Moreover, in patent document 4, although crystal grain size is refined | miniaturized by the trace amount addition of Fe, Si, and Cu, especially generation | occurrence | production of the splash at the time of sputtering is suppressed, according to examination of the present inventors, Cu It has been found that the occurrence of splash can be effectively suppressed by adding a suitable control of the hardness (Hv) of the target (Hv ≧ 26). That is, in Patent Document 4, the hardness (Hv) effective for suppressing the occurrence of splash is not established in a target containing a very small amount of Fe and Si as in the present invention.
本発明のターゲットにおいて、合金元素(FeやSi)の含有量を従来公知のターゲットに比して低減あるいは調整することにより、得られる金属薄膜の低配線抵抗化が図れるのみならず、耐ヒロック性を向上することができるメカニズムは明確ではないが、以下のように推察される。 In the target of the present invention, by reducing or adjusting the content of alloying elements (Fe and Si) as compared with conventionally known targets, not only can the resulting metal thin film have low wiring resistance, but also hillock resistance. The mechanism that can improve this is not clear, but it is presumed as follows.
一般に、Al基合金の低配線抵抗化は
(1)成膜過程(150〜180℃近傍)で過飽和に固溶していた合金元素の後工程での析出、および
(2)結晶粒成長による粒径の粗大化
という膜組織の変化によってもたらされ、このうち特に(1)の固溶元素の析出(固溶状態にある元素の総固溶量の低減)の影響が大きいことが知られている。
In general, low wiring resistance of an Al-based alloy is achieved by (1) precipitation in the post-process of an alloy element that has been dissolved in supersaturation during the film formation process (around 150 to 180 ° C.), and (2) grains by crystal grain growth. It is known that the effect of precipitation of solid solution elements (1) (reduction of the total solid solution amount of elements in the solid solution state) is particularly large. Yes.
また、ヒロック抑制には、成膜過程(150〜180℃近傍)で一定量以上の固溶元素が結晶粒内で固溶状態を維持することが必要になることが知られている。 In addition, it is known that hillock suppression requires that a certain amount or more of a solid solution element maintain a solid solution state in crystal grains during a film formation process (around 150 to 180 ° C.).
このため、低配線抵抗と高ヒロック耐性を併せ持つ金属薄膜を得るためには、成膜過程(150〜180℃近傍)で一定量以上の固溶元素の固溶状態を維持するとともに、LCDの製造段階における絶縁膜の成膜工程等(200〜400℃)で固溶元素の析出を促すことが必要となる。 Therefore, in order to obtain a metal thin film having both low wiring resistance and high hillock resistance, a solid solution state of a certain amount or more of solid solution elements is maintained in the film formation process (around 150 to 180 ° C.), and the LCD is manufactured. It is necessary to promote the precipitation of the solid solution element in the step of forming the insulating film at the stage (200 to 400 ° C.).
ところで、本発明者らは、Al基合金において合金元素であるFeは220〜250℃において析出し、またSiは結晶粒の成長を抑制する効果があること、そして、合金元素としてFeとSiを併用することにより、低温域で成膜しても配線抵抗を低減できることを見出している(特許文献3参照)。というのも、合金元素の析出は、固溶した原子が粒界まで拡散する体拡散の過程と粒界を通じて粒界三重点などに凝集する過程があるが、低温域(200℃近傍)では特に体拡散速度が律速となる。そこで、結晶粒成長を抑制して、固溶元素の粒界までの拡散距離を低下させることにより、合金元素は速やかに析出することとなるからである。 By the way, the present inventors have found that Fe, which is an alloy element in an Al-based alloy, precipitates at 220 to 250 ° C., Si has an effect of suppressing the growth of crystal grains, and Fe and Si are used as alloy elements. It has been found that the wiring resistance can be reduced by using together even if the film is formed in a low temperature region (see Patent Document 3). This is because the precipitation of alloy elements includes a body diffusion process in which dissolved atoms diffuse to the grain boundary and a process of agglomerating to a grain boundary triple point through the grain boundary, especially in the low temperature range (around 200 ° C.). Body diffusion rate is rate limiting. Therefore, the alloy element is rapidly precipitated by suppressing the crystal grain growth and reducing the diffusion distance of the solid solution element to the grain boundary.
一方で、本発明者らがさらに検討を進めたところ、FeとSiとを併用することにより、ヒロック耐性が低下する場合があることを見出した。これは、FeがSiと反応してFeSi系複合物を形成して成膜過程で析出してしまって、一定量以上の固溶元素の固溶状態を維持することができなかったためと推定された。 On the other hand, when the present inventors further studied, it was found that the combined use of Fe and Si may reduce the hillock resistance. This is presumably because Fe reacts with Si to form a FeSi-based composite and precipitates during the film formation process, and the solid solution state of a certain amount or more of the solid solution element cannot be maintained. It was.
以上のことから、本発明では、Al基合金におけるSiの含有率を、特許文献3に比べてさらに低減することにより、Siと反応して成膜過程で析出するFe量が低下して、固溶元素の固溶状態を維持することができ、ヒロック耐性の悪化を抑制できたものと考えられる。また、析出に供されるFe量が減少するため、添加するFe量を低減しても一定量以上の固溶Fe量を確保できることとなる。このため、Al基合金中の合金元素量を全体的に低減することができ、優れたヒロック耐性を維持したまま、低配線抵抗化を図ることができたと考えられる。 From the above, in the present invention, by further reducing the Si content in the Al-based alloy as compared with Patent Document 3, the amount of Fe that reacts with Si and precipitates in the film formation process decreases, and the solid content is reduced. It is thought that the solid solution state of the dissolved element could be maintained and deterioration of hillock resistance could be suppressed. Moreover, since the amount of Fe used for precipitation decreases, even if the amount of Fe added is reduced, a solid solution Fe amount of a certain amount or more can be secured. For this reason, the amount of alloy elements in the Al-based alloy can be reduced as a whole, and it is considered that low wiring resistance can be achieved while maintaining excellent hillock resistance.
以下、Siを0.0010〜0.50質量%と、Feを0.0010〜0.4質量%含有することを特徴とする本発明のAl基合金スパッタリングターゲットについて詳細に説明する。 Hereinafter, the Al-based alloy sputtering target of the present invention containing 0.0010 to 0.50 mass% of Si and 0.0010 to 0.4 mass% of Fe will be described in detail.
(合金元素)
本発明のターゲットに含まれるSiは、上述の通り、結晶粒の成長を抑制して、他の固溶元素(Feや、後述するMn等)の析出を促す働きがあるが、Siの含有率を0.0010〜0.50質量%とすることによって、上記作用を効果的に発揮することができる。また、FeがFeSi系複合物を形成して析出するのを防ぐことができる。
(Alloy element)
As described above, Si contained in the target of the present invention has a function of suppressing the growth of crystal grains and promoting the precipitation of other solid solution elements (Fe, Mn described later, etc.). By making 0.0010 to 0.50 mass%, the above-mentioned action can be effectively exhibited. Moreover, it can prevent that Fe forms and precipitates a FeSi type composite.
Siの含有率が0.0010質量%未満では、絶縁膜の成膜等の後工程での熱履歴を経ても固溶元素の析出を促すことができず、得られる金属薄膜の配線抵抗が低下しない場合がある。また、金属薄膜中の固溶成分量が少なくなり過ぎて、成膜過程で一定量以上の固溶元素の固溶状態を維持することができず、かえってヒロック耐性を低下させる場合がある。一方、Siの含有率が0.50質量%を超えると、Siと併用されるFeの析出が促進されて、成膜過程で一定量以上の固溶元素の固溶状態を維持できずに、金属薄膜のヒロック耐性が低下する場合がある。また、金属薄膜中の合金成分量が多くなって、配線抵抗の上昇を招く場合がある。Siの含有率は、0.01質量%以上(より好ましくは0.03質量%以上)であることが好ましく0.25質量%以下(より好ましくは0.1質量%以下)であることが好ましい。 If the Si content is less than 0.0010% by mass, precipitation of solid solution elements cannot be promoted even after a thermal history in the subsequent process such as the formation of an insulating film, and the wiring resistance of the resulting metal thin film is reduced. May not. In addition, since the amount of the solid solution component in the metal thin film becomes too small, the solid solution state of a certain amount or more of the solid solution element cannot be maintained in the film forming process, and the hillock resistance may be lowered. On the other hand, when the Si content exceeds 0.50 mass%, precipitation of Fe used together with Si is promoted, and a solid solution state of a certain amount or more of solid solution elements cannot be maintained in the film formation process. The hillock resistance of the metal thin film may be reduced. Moreover, the amount of alloy components in the metal thin film may increase, leading to an increase in wiring resistance. The content of Si is preferably 0.01% by mass or more (more preferably 0.03% by mass or more), and preferably 0.25% by mass or less (more preferably 0.1% by mass or less). .
本発明のターゲットに含まれるFeは、上述の通り、成膜過程で固溶状態を維持することができるため、得られる金属薄膜の耐ヒロック性を向上させる。また、220〜250℃において析出し、それに伴って結晶粒の成長も促すことによって、低配線抵抗化にも寄与する。Feの含有率を0.0010〜0.4質量%とすることによって、上記作用を効果的に発揮することができる。 As described above, Fe contained in the target of the present invention can maintain a solid solution state during the film formation process, and thus improves the hillock resistance of the obtained metal thin film. Moreover, it precipitates at 220-250 degreeC, and it contributes also to low wiring resistance by promoting the growth of a crystal grain accompanying it. The said effect | action can be exhibited effectively by making the content rate of Fe into 0.0010-0.4 mass%.
Feの含有率が0.0010質量%未満では、成膜過程で一定量の固溶元素を確保することができずに、得られる金属薄膜のヒロック耐性が低下する場合がある。Feの含有率が0.4質量%を超えると、金属薄膜中の合金元素量が多くなるため、配線抵抗が低下しない場合がある。Feの含有率は、0.01質量%以上(より好ましくは0.05質量%以上)であることが好ましく、0.38質量%以下(より好ましくは0.35質量%以下)であることが好ましい。 If the Fe content is less than 0.0010% by mass, a certain amount of solid solution element cannot be secured in the film formation process, and the hillock resistance of the resulting metal thin film may be lowered. If the Fe content exceeds 0.4% by mass, the amount of alloying elements in the metal thin film increases, so that the wiring resistance may not decrease. The Fe content is preferably 0.01% by mass or more (more preferably 0.05% by mass or more), and is preferably 0.38% by mass or less (more preferably 0.35% by mass or less). preferable.
上述の通り、本発明のターゲットは、特許文献3に比べて合金成分であるSiとFeの添加量を全体的に低下させ、金属薄膜中の合金成分量を低減しているため、さらなる配線抵抗の低減を実現することができる。 As described above, the target of the present invention reduces the amount of alloy components Si and Fe as a whole compared to Patent Document 3 and reduces the amount of alloy components in the metal thin film, thus providing further wiring resistance. Can be reduced.
本発明のターゲットは、合金元素として、上記のSiおよびFeの他に、さらにMn,Cr,Mo,およびNbよりなる群から選択される少なくとも1種の元素(以下、単に「M元素」と称する場合がある)を含んでもよい。これらの元素は単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。M元素は、Feと同様に金属薄膜の耐ヒロック性を向上させることができる。また、低温での拡散が速いことから成膜工程時に析出し易く、成膜時(または成膜後)の熱処理によって配線抵抗の低下を促すことができる。さらに、Alへの固溶限が小さいため、たとえ固溶元素(M元素)が金属薄膜に残存しても配線抵抗の上昇に寄与し難い。 The target of the present invention includes at least one element selected from the group consisting of Mn, Cr, Mo, and Nb in addition to the above Si and Fe as alloy elements (hereinafter simply referred to as “M element”). May be included). These elements may be used alone or in combination of two or more. M element can improve the hillock resistance of a metal thin film like Fe. In addition, since diffusion at a low temperature is fast, it is likely to be deposited during the film formation process, and a reduction in wiring resistance can be promoted by heat treatment during film formation (or after film formation). Furthermore, since the solid solubility limit in Al is small, even if a solid solution element (M element) remains in the metal thin film, it is difficult to contribute to an increase in wiring resistance.
M元素の含有率(単独の場合は単独量、2種以上を含む場合はこれらの合計量)は、0.1質量%以下(より好ましくは0.03質量%以下、さらに好ましくは0.01質量%以下)であることが好ましい。M元素の含有率が0.1質量%を超える場合には、金属薄膜中の合金成分量が多くなって、配線抵抗の上昇を招くおそれがある。M元素の含有率の下限については、特に限定されるものではないが、上記作用を効果的に発揮させるために、0.001質量%以上(より好ましくは0.002質量%以上)とすることが好ましい。 The content of the element M (single amount in the case of a single element, or the total amount of these elements in the case of including two or more elements) is 0.1% by mass or less (more preferably 0.03% by mass or less, more preferably 0.01% or less). (Mass% or less) is preferable. When the content of M element exceeds 0.1% by mass, the amount of alloy components in the metal thin film increases, which may increase the wiring resistance. The lower limit of the content of the M element is not particularly limited, but in order to effectively exhibit the above-described action, it should be 0.001% by mass (more preferably 0.002% by mass). Is preferred.
本発明のターゲットは、さらに、TiやBを合金元素として含んでもよい。これにより、ターゲット製造時における鋳造工程での割れを防止したり、鋳造組織の微細化を図ることができる。Tiの含有率は0.0005質量%以上(より好ましくは0.002質量%以上)が好ましく、0.05質量%以下(より好ましくは0.03質量%以下)が好ましい。また、Bの含有率は0.0001質量%以上(より好ましくは0.0004質量%以上)が好ましく、0.01質量%以下(より好ましくは0.006質量%以下)が好ましい。 The target of the present invention may further contain Ti or B as an alloy element. Thereby, the crack in the casting process at the time of target manufacture can be prevented, or refinement | miniaturization of a cast structure can be achieved. The content of Ti is preferably 0.0005% by mass or more (more preferably 0.002% by mass or more), and 0.05% by mass or less (more preferably 0.03% by mass or less). The B content is preferably 0.0001% by mass or more (more preferably 0.0004% by mass or more), and preferably 0.01% by mass or less (more preferably 0.006% by mass or less).
本発明のターゲットは、SiとFeを所定量含み、残部がAl及び不可避不純物であるAl基合金や、SiとFeと、さらにM元素を所定量含み、残部がAl及び不可避不純物であるAl基合金、あるいは、SiとFeとM元素と、さらにTiおよび/またはBとを所定量含み、残部がAl及び不可避不純物であるAl基合金であってもよい。 The target of the present invention includes a predetermined amount of Si and Fe, the remainder being Al and an inevitable impurity Al-based alloy, and Si and Fe, further containing a predetermined amount of M element, and the balance being Al and an inevitable impurity Al group. An alloy or an Al-based alloy containing a predetermined amount of Si, Fe, M element, and Ti and / or B, with the balance being Al and inevitable impurities may be used.
(硬度)
本発明のターゲットは、硬度(Hv)が26以上であることが好ましい。これにより、スパッタリング時のスプラッシュを抑制することができる。
(hardness)
The target of the present invention preferably has a hardness (Hv) of 26 or more. Thereby, the splash at the time of sputtering can be suppressed.
一般に、ターゲット中の不純物(合金元素等)量が0.01質量%以上である場合には、スプラッシュが発生し易いことが知られているが、本発明のFeおよびSiを含むAl基合金ターゲットによれば、ターゲットの硬度(Hv)を26以上にすることにより、ターゲット中の不純物量が0.01質量%以上となってもスパッタリング時のスプラッシュを抑制できることを見出した。このように、硬度(Hv)が26以上の場合にスプラッシュを抑制できるメカニズムは明確ではないものの、Mo−W合金と同様に、機械加工後の表面粗度が影響している可能性があると推測される。 In general, when the amount of impurities (alloy elements, etc.) in the target is 0.01% by mass or more, it is known that splash is likely to occur, but the Al-based alloy target containing Fe and Si of the present invention According to the above, it has been found that by setting the hardness (Hv) of the target to 26 or more, the splash at the time of sputtering can be suppressed even when the amount of impurities in the target is 0.01 mass% or more. Thus, although the mechanism that can suppress the splash when the hardness (Hv) is 26 or more is not clear, the surface roughness after machining may be affected as in the case of the Mo-W alloy. Guessed.
本発明のターゲットの硬度(Hv)は、28以上であることがより好ましい。また、硬度(Hv)の上限は特に限定されないが、添加元素量の少ない低合金系において硬度(Hv)を60超とすることは技術的に難しい。好ましい上限は50(より好ましくは40)である。 The hardness (Hv) of the target of the present invention is more preferably 28 or more. The upper limit of the hardness (Hv) is not particularly limited, but it is technically difficult to make the hardness (Hv) exceed 60 in a low alloy system with a small amount of additive elements. A preferable upper limit is 50 (more preferably 40).
(スパッタリングターゲットの製造方法)
本発明のターゲットの製造方法としては、特に限定されず、例えばスプレイフォーミング法や溶解鋳造法等が挙げられるが、特に硬度(Hv)が26以上のターゲットを作製するために、また、製造コスト低減のため、溶解鋳造法で作製することが好ましい。
(Manufacturing method of sputtering target)
The method for producing the target of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a spray forming method and a melt casting method. In particular, in order to produce a target having a hardness (Hv) of 26 or more, the production cost is reduced. For this reason, it is preferable to prepare by a melt casting method.
より詳細には、本発明のターゲットは、一般的な溶解鋳造の後、均熱工程、粗熱間圧延工程、仕上熱間圧延工程、(必要に応じて巻き取り工程、巻き戻し工程、ストレッチャー工程)、切断工程、(必要に応じて冷間加工工程)、ターゲット加工工程をこの順で経ることによって製造することができる。また、所定の硬度(Hv)を確保するためには、上記各工程において、圧延温度の低温化や巻き取り温度の低温化、ストレッチャー量の調整、冷間加工時の冷延率の調整を行うことが好ましい。上記の必要に応じて行う工程もしくは制御を1つ、あるいは2つ以上を適宜組み合わせて行うことによって、硬度(Hv)が26以上のターゲットを作製することができる。特に、本発明では、圧延温度や巻き取り温度を、従来(おおむね500℃以上)に比べて低温化していることに特徴を有する。なお、本発明のターゲットは、特許文献4と異なり切断後の焼鈍工程を省略することができる。以下、本発明に用いられる好ましい製造方法について、工程毎に詳細に説明する。 More specifically, the target of the present invention comprises a general melt casting, a soaking step, a rough hot rolling step, a finish hot rolling step, (winding step, unwinding step, stretcher if necessary) It can be manufactured by going through a process), a cutting process, a cold working process (if necessary), and a target working process in this order. In addition, in order to ensure a predetermined hardness (Hv), in each of the above steps, the rolling temperature is lowered, the winding temperature is lowered, the stretcher amount is adjusted, and the cold rolling rate is adjusted during cold working. Preferably it is done. A target having a hardness (Hv) of 26 or more can be produced by performing one or a combination of two or more processes or controls as necessary. In particular, the present invention is characterized in that the rolling temperature and the coiling temperature are lowered as compared with the conventional case (approximately 500 ° C. or higher). In addition, unlike the patent document 4, the target of this invention can abbreviate | omit the annealing process after a cutting | disconnection. Hereinafter, the preferable manufacturing method used for this invention is demonstrated in detail for every process.
(溶解鋳造工程)
溶解鋳造工程は特に限定されず、ターゲットの製造に通常用いられる工程を適宜採用することができる。例えば鋳造方法として、代表的にはDC(半連続)鋳造、薄板連続鋳造(双ロール式、ベルトキャスター式、プロペルチ式、ブロックキャスター式など)などが挙げられる。
(Melting casting process)
The melt casting process is not particularly limited, and a process usually used for target production can be appropriately employed. For example, typical casting methods include DC (semi-continuous) casting, thin plate continuous casting (double roll type, belt caster type, propel type, block caster type, etc.).
(均熱工程)
均熱工程では、硬度確保のために、均熱温度を350〜500℃程度にすることが好ましく、上限を450℃とすることがより好ましい。また、均熱時間は、1〜8時間程度に制御することが好ましい。
(Soaking process)
In the soaking step, in order to ensure hardness, the soaking temperature is preferably about 350 to 500 ° C, and the upper limit is more preferably 450 ° C. The soaking time is preferably controlled to about 1 to 8 hours.
(粗熱間圧延工程)
上記の均熱を行なった後、粗熱間圧延を行なう。硬度確保のために、粗熱間圧延開始温度を350〜500℃程度にすることが好ましく、上限を450℃にすることがより好ましい。また、総圧下率を50〜95%程度に制御することが好ましい。
(Rough hot rolling process)
After the above-mentioned soaking, rough hot rolling is performed. In order to ensure hardness, the rough hot rolling start temperature is preferably about 350 to 500 ° C, and the upper limit is more preferably 450 ° C. Moreover, it is preferable to control the total rolling reduction to about 50 to 95%.
(仕上熱間圧延工程)
本発明では、粗熱間圧延の後、仕上熱間圧延を行う。硬度確保のために、仕上熱間圧延開始温度を200〜500℃程度にすることが好ましく、上限を400℃にすることがより好ましい。また、総圧下率を50〜90%程度に制御することが好ましい。
(Finish hot rolling process)
In the present invention, finish hot rolling is performed after rough hot rolling. In order to ensure hardness, the finish hot rolling start temperature is preferably about 200 to 500 ° C, and the upper limit is more preferably 400 ° C. Moreover, it is preferable to control the total rolling reduction to about 50 to 90%.
(巻き取り工程、巻き戻し工程)
本発明では、仕上熱間圧延の後、必要に応じて巻き取り、及び巻き戻し作業を行ってもよい。巻き取り温度は200〜450℃程度にすることが好ましく、上限を400℃にすることがより好ましい。
(Winding process, rewinding process)
In the present invention, after finishing hot rolling, winding and rewinding operations may be performed as necessary. The winding temperature is preferably about 200 to 450 ° C, and the upper limit is more preferably 400 ° C.
(ストレッチャー工程)
本発明では、仕上熱間圧延の後(あるいは巻き取り工程、及び巻き戻し工程の後)、必要に応じてストレッチャーを行ってもよい。ストレッチャーは室温で行えばよい。また加工率は1%以上にすることが好ましい。
(Stretcher process)
In the present invention, after the finish hot rolling (or after the winding process and the rewinding process), a stretcher may be performed as necessary. The stretcher may be performed at room temperature. The processing rate is preferably 1% or more.
(冷間加工工程)
本発明では、上記工程を経て得られたターゲットを適度な大きさに切断した後、硬度確保のために、必要に応じて冷間加工を行ってもよい。加工率は5〜50%に制御することが好ましい。
(Cold working process)
In the present invention, the target obtained through the above steps may be cut into an appropriate size and then cold worked as necessary to ensure hardness. It is preferable to control the processing rate to 5 to 50%.
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施をすることは全て本発明の技術的範囲に包含される。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples are not intended to limit the present invention, and all modifications made without departing from the spirit of the preceding and following descriptions are included in the technical scope of the present invention.
先ず、実験例で用いた評価方法について、以下説明する。 First, the evaluation method used in the experimental example will be described below.
(硬度)
スパッタリングターゲットの硬度(ビッカース硬さ:Hv)は、ビッカース硬度計(株式会社明石製作所製、AVK−G2)を用いて測定した。
(hardness)
The hardness (Vickers hardness: Hv) of the sputtering target was measured using a Vickers hardness meter (AVK-G2 manufactured by Akashi Seisakusho Co., Ltd.).
(ヒロック耐性)
スパッタリングターゲットを用い、Siウェーハ基板(サイズ:直径100.0mm×厚さ0.50mm)に対し、株式会社島津製作所製「スパッタリングシステムHSR−542S」のスパッタリング装置によってDCマグネトロンスパッタリングを行った。スパッタリング条件は、以下の通りである。
背圧:3.0×10-6Torr以下
Arガス圧:2.25×10-3Torr
Arガス流量:30sccm、スパッタリングパワー:150W
極間距離:51.6mm
基板温度:室温
(Hillock resistance)
Using a sputtering target, DC magnetron sputtering was performed on a Si wafer substrate (size: diameter 100.0 mm × thickness 0.50 mm) using a sputtering apparatus of “Sputtering System HSR-542S” manufactured by Shimadzu Corporation. The sputtering conditions are as follows.
Back pressure: 3.0 × 10 −6 Torr or less Ar gas pressure: 2.25 × 10 −3 Torr
Ar gas flow rate: 30 sccm, sputtering power: 150 W
Distance between electrodes: 51.6mm
Substrate temperature: room temperature
得られた薄膜表面上に、フォトリソグラフィーによってポジ型フォトレジスト(ノボラック系樹脂:東京応化工業製のTSMR−8900,厚さ1.0μm、線幅10μmのラインアンドスペース)を形成した後、CVD装置内の減圧窒素雰囲気(圧力:1Pa)で、270℃で15分、あるいは320℃で30分保持する熱処理を行なった。 After forming a positive photoresist (novolak resin: TSMR-8900, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., thickness 1.0 μm, line width 10 μm) on the thin film surface by photolithography, a CVD apparatus is formed. Heat treatment was performed in a reduced-pressure nitrogen atmosphere (pressure: 1 Pa) and held at 270 ° C. for 15 minutes or 320 ° C. for 30 minutes.
次に、ストライプパターン表面部分およびパターンの横断面部分(サイド部)に発生するヒロック(半球状の突起物)数を、10000倍の電子顕微鏡(SEM)で確認するとともに、光学顕微鏡にて対物レンズ50倍、接眼レンズ10倍の倍率でノルマルスキレンズによる微分干渉にて視野内のヒロック個数を測定し、ヒロック密度(単位面積当たりのヒロック数)を求めた。 Next, the number of hillocks (hemispherical protrusions) generated on the stripe pattern surface portion and the cross-sectional portion (side portion) of the pattern is confirmed with an 10000 × electron microscope (SEM), and the objective lens is observed with an optical microscope. The number of hillocks in the field of view was measured by differential interference with a normal ski lens at a magnification of 50 × and eyepiece 10 ×, and the hillock density (number of hillocks per unit area) was determined.
ヒロック耐性の判定基準は、ヒロック密度が3.0×109個/m2未満の場合を◎、(3.0〜9.0)×109個/m2の場合を○、9.0×109個/m2を超える場合を×とした。 The criteria for determining hillock resistance are ◎ when the hillock density is less than 3.0 × 10 9 pieces / m 2 , ○ when the hillock density is (3.0 to 9.0) × 10 9 pieces / m 2 , 9.0 The case where × 10 9 pieces / m 2 was exceeded was taken as ×.
(配線抵抗)
上記ヒロック耐性測定用サンプルの作製法と同様の方法で、線幅100μmのストライプパターン形状に加工した後、ウェットエッチングにより、線幅100μm、線長10mmの配線抵抗測定用パターン状に加工した。ウェットエッチングにはH3PO4:HNO3:H2O=75:5:20の混合液を用いた。これに熱履歴を与えるため、前記エッチング処理後に、ヒロック測定と同じくCVD装置内の減圧窒素雰囲気(圧力:1Pa)で、上記薄膜に270℃で15分、あるいは320℃で30分保持する熱処理を行なった。その後、4探針法により比抵抗値を室温にて測定した。
(Wiring resistance)
After processing into a stripe pattern shape with a line width of 100 μm by the same method as the above-described method for producing the hillock resistance measurement sample, it was processed into a wiring resistance measurement pattern shape with a line width of 100 μm and a line length of 10 mm by wet etching. For the wet etching, a mixed solution of H 3 PO 4 : HNO 3 : H 2 O = 75: 5: 20 was used. In order to give a thermal history to this, after the etching process, a heat treatment is performed by holding the thin film at 270 ° C. for 15 minutes or at 320 ° C. for 30 minutes in a reduced-pressure nitrogen atmosphere (pressure: 1 Pa) in the CVD apparatus as in the hillock measurement. I did it. Thereafter, the specific resistance value was measured at room temperature by a four-probe method.
(スプラッシュ)
上記条件でスパッタリングを行なったときに発生するスプラッシュ(初期スプラッシュ)の個数を測定した。
(splash)
The number of splashes (initial splash) generated when sputtering was performed under the above conditions was measured.
スパッタリングターゲット1枚につき、16枚の薄膜を形成した。従って、スパッタリングは、81(秒間)×16(枚)=1296秒間行なった。 Sixteen thin films were formed for one sputtering target. Therefore, sputtering was performed for 81 (seconds) × 16 (sheets) = 1296 seconds.
パーティクルカウンター(株式会社トプコン製:ウェーハ表面検査装置WM−3)を用い、上記薄膜の表面に認められたパーティクルの位置座標、サイズ(平均粒径)、および個数を計測した。ここでは、サイズが3μm以上のものをパーティクルとみなしている。その後、この薄膜表面を光学顕微鏡観察(倍率:1000倍)し、形状が半球形のものをスプラッシュとみなし、単位面積当たりのスプラッシュの個数を計測した。 Using a particle counter (manufactured by Topcon Co., Ltd .: wafer surface inspection device WM-3), the position coordinates, size (average particle diameter), and number of particles observed on the surface of the thin film were measured. Here, particles having a size of 3 μm or more are regarded as particles. Thereafter, the surface of the thin film was observed with an optical microscope (magnification: 1000 times), a hemispherical shape was regarded as a splash, and the number of splashes per unit area was measured.
詳細には、上記薄膜1枚につき、上記のスパッタリングを行なう工程を、Siウェーハ基板を差し替えながら、連続して、薄膜16枚について同様に行い、スプラッシュの個数の平均値を「初期スプラッシュの発生数」とした。本実験例では、このようにして得られた初期スプラッシュの発生数が20個/cm2以下のものを○、21個/cm2以上のものを×と評価した。 Specifically, the above-described sputtering process for each thin film is performed in the same manner for 16 thin films while replacing the Si wafer substrate, and the average number of splashes is expressed as “number of occurrences of initial splash”. " In this experimental example, the case where the number of occurrences of the initial splash thus obtained was 20 / cm 2 or less was evaluated as ◯, and the case where the number of occurrences of 21 / cm 2 or more was evaluated as ×.
(実験例1〜11)
表1に示す種々のAl基合金(残部がAl及び不可避不純物)を用意し、厚み500mmの鋳塊をDC鋳造法によって造塊した後、450℃で2時間均熱処理し、次いで450℃、圧下量90%で粗熱間熱延し、続いて400℃、圧下量70%で仕上圧延し、350℃でコイルに巻き取った。その後、巻き戻し、ストレチャーで3%加工し、切断後、スパッタリングターゲット(圧延板)を作製した。なお、実験例6については、冷間加工を行った。その際、圧下率は20%に制御した。
(Experimental Examples 1 to 11)
Various Al-based alloys shown in Table 1 (the balance being Al and inevitable impurities) were prepared. An ingot with a thickness of 500 mm was ingoted by DC casting, then soaked at 450 ° C. for 2 hours, and then reduced to 450 ° C. It was hot-rolled with a hot 90% amount, followed by finish rolling at 400 ° C. and a reduction amount of 70%, and wound on a coil at 350 ° C. Then, it rewinded and processed 3% with the stretcher, and cut | disconnected, and produced the sputtering target (rolled plate). For Experimental Example 6, cold working was performed. At that time, the rolling reduction was controlled to 20%.
得られたスパッタリングターゲットを用いて、上記の方法により、硬度およびスプラッシュを評価した。また、金属薄膜としたときのヒロック耐性および配線抵抗を評価した。評価結果を表1に示す。 Using the obtained sputtering target, hardness and splash were evaluated by the above methods. Moreover, the hillock resistance and wiring resistance when it was set as the metal thin film were evaluated. The evaluation results are shown in Table 1.
当該結果によれば、Feを0.0010〜0.4質量%とSiを0.0010〜0.50質量%含有する本発明のターゲットは、270℃または320℃のいずれの熱処理後もヒロック耐性に優れ、配線抵抗が低く、スパッタリング時のスプラッシュの発生も低減されていることが分る(実験例1〜6)。特に、合金成分としてM元素をさらに含むターゲットは、ヒロック耐性に一層優れることが分る(実験例4〜6)。これに対し、FeとSiの含有率が低すぎるターゲットでは、ヒロック耐性が低下することが分る(実験例7)。また、FeあるいはSiのいずれかの含有率が本発明の範囲外にある場合には、配線抵抗が高くなることが分る(実験例8〜11)。
According to the results, the target of the present invention containing 0.0010 to 0.4 mass% Fe and 0.0010 to 0.50 mass% Si is hillock resistant after any heat treatment at 270 ° C. or 320 ° C. It can be seen that the wiring resistance is low and the occurrence of splash during sputtering is reduced (Experimental Examples 1 to 6). In particular, it can be seen that a target further containing an M element as an alloy component is more excellent in hillock resistance (Experimental Examples 4 to 6). On the other hand, it can be seen that the hillock resistance is reduced in the target with the Fe and Si contents being too low (Experimental Example 7). Moreover, it turns out that wiring resistance becomes high when the content rate of either Fe or Si is outside the range of the present invention (Experimental Examples 8 to 11).
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