特許第5724998号(P5724998)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許5724998保護膜形成用スパッタリングターゲットおよび積層配線膜
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5724998
(24)【登録日】2015年4月10日
(45)【発行日】2015年5月27日
(54)【発明の名称】保護膜形成用スパッタリングターゲットおよび積層配線膜
(51)【国際特許分類】
   C23C 14/34 20060101AFI20150507BHJP
   C22C 9/04 20060101ALI20150507BHJP
   H01L 21/285 20060101ALI20150507BHJP
   H01L 21/3205 20060101ALI20150507BHJP
   H01L 21/768 20060101ALI20150507BHJP
   H01L 23/532 20060101ALI20150507BHJP
   C22F 1/08 20060101ALI20150507BHJP
   C22F 1/00 20060101ALI20150507BHJP
【FI】
   C23C14/34 A
   C22C9/04
   H01L21/285 S
   H01L21/88 R
   H01L21/88 M
   C22F1/08 A
   C22F1/00 623
   C22F1/00 640A
   C22F1/00 661Z
   C22F1/00 683
   C22F1/00 685Z
   C22F1/00 694A
   C22F1/00 630J
   C22F1/00 630K
   C22F1/00 613
【請求項の数】2
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2012-269214(P2012-269214)
(22)【出願日】2012年12月10日
(65)【公開番号】特開2014-114481(P2014-114481A)
(43)【公開日】2014年6月26日
【審査請求日】2014年10月14日
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006264
【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100064908
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武
(74)【代理人】
【識別番号】100108578
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 詔男
(74)【代理人】
【識別番号】100129403
【弁理士】
【氏名又は名称】増井 裕士
(74)【代理人】
【識別番号】100142424
【弁理士】
【氏名又は名称】細川 文広
(72)【発明者】
【氏名】森 曉
(72)【発明者】
【氏名】野中 荘平
【審査官】 伊藤 光貴
(56)【参考文献】
【文献】 特開2011−052304(JP,A)
【文献】 特開2006−241587(JP,A)
【文献】 国際公開第2012/157326(WO,A1)
【文献】 特開2007−051351(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2009/0101495(US,A1)
【文献】 国際公開第2008/041535(WO,A1)
【文献】 米国特許出願公開第2010/0013096(US,A1)
【文献】 特開2013−133489(JP,A)
【文献】 特開2013−119632(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C23C 14/00−14/58
C22C 9/04
C22F 1/00
C22F 1/08
H01L 21/285
H01L 21/3205
H01L 21/768
H01L 23/532
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
Cu配線膜の片面または両面に保護膜を成膜する際に使用される保護膜形成用スパッタリングターゲットであって、
Znを30質量%以上50質量%以下、Niを5質量%以上15質量%以下、Mnを2質量%以上10質量%以下、残部がCuと不可避不純物とからなることを特徴とする保護膜形成用スパッタリングターゲット。
【請求項2】
Cu配線膜と、このCu配線膜の片面または両面に形成された保護膜と、を備えた積層配線膜であって、
前記保護膜が、Znを30質量%以上50質量%以下、Niを5質量%以上15質量%以下、Mnを2質量%以上10質量%以下、残部がCuと不可避不純物とからなる組成を有することを特徴とする積層配線膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、銅または銅合金からなるCu配線膜を保護する保護膜を形成する際に用いられる保護膜形成用スパッタリングターゲット、および、この保護膜形成用スパッタリングターゲットによって成膜された保護膜を備えた積層配線膜に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、液晶や有機ELパネルなどのフラットパネルディスプレイや、タッチパネル等の配線膜としてAlが広く使用されている。最近では、配線膜の微細化(幅狭化)および薄膜化が図られており、従来よりも比抵抗の低い配線膜が求められている。
上述の配線膜の微細化および薄膜化にともない、Alよりも比抵抗の低い材料である銅または銅合金を用いた配線膜が提供されている。
【0003】
しかし、比抵抗の低い銅または銅合金からなるCu配線膜は、湿度を有する雰囲気中で変色しやすいといった問題があった。なお、耐候性を向上させるために、添加元素を多く含有する銅合金を用いた場合には、比抵抗が上昇してしまう。
そこで、例えば特許文献1には、Cu配線膜の上に、Ni−Cu−(Cr,Ti)合金からなる保護膜を形成した積層膜、及び、この保護膜を形成するためのスパッタリングターゲットが提案されている。この保護膜は、銅よりも耐候性が高いことから、大気中で保管しても表面の変色を抑制することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2012−193444号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、銅または銅合金からなるCu配線膜をエッチングによってパターニングする場合には、塩化鉄を含むエッチング液が使用される。上述のNi−Cu−(Cr,Ti)合金からなる保護膜を有する積層膜を、塩化鉄を含むエッチング液でエッチングした場合には、保護膜の一部が未溶解となって残渣として残存することがあった。この残渣により、配線間が短絡するおそれがあることから、配線膜として使用することが困難であった。
また、Crを含有した場合には、エッチング後の廃液にCrが含有されることになり、廃液処理にコストが掛かるといった問題があった。
さらに、比較的高価なNiを35質量%以上84.5質量%以下と多く含有していることから、スパッタリングターゲットおよび積層配線膜の製造コストが増加するといった問題があった。
【0006】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、耐候性に優れ表面変色を抑制でき、かつ、良好なエッチング性を有する保護膜を成膜可能な保護膜形成用スパッタリングターゲット、および、この保護膜形成用スパッタリングターゲットによって成膜された保護膜を備えた積層配線膜を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の課題を解決するために、本発明の保護膜形成用スパッタリングターゲットは、Cu配線膜の片面または両面に保護膜を成膜する際に使用される保護膜形成用スパッタリングターゲットであって、Znを30質量%以上50質量%以下、Niを5質量%以上15質量%以下、Mnを2質量%以上10質量%以下、残部がCuと不可避不純物とからなることを特徴としている。
【0008】
このような構成とされた本発明の保護膜形成用スパッタリングターゲットにおいては、Znを30質量%以上50質量%以下、Niを5質量%以上15質量%以下、Mnを2質量%以上10質量%以下、残部がCuと不可避不純物とからなる組成を有しており、Cu基合金とされていることから、塩化鉄を含むエッチング液でエッチングした場合であっても、Cu配線膜と同等にエッチングされることになり、未溶解の残渣の発生を抑制することが可能となる。
また、Niの含有量が5質量%以上15質量%以下と比較的少ないことから、このスパッタリングターゲットおよび保護膜の製造コストを大幅に削減することができる。
【0009】
本発明の積層配線膜は、Cu配線膜と、このCu配線膜の片面または両面に形成された保護膜と、を備えた積層配線膜であって、前記保護膜が、前記保護膜が、Znを30質量%以上50質量%以下、Niを5質量%以上15質量%以下、Mnを2質量%以上10質量%以下、残部がCuと不可避不純物とからなる組成を有することを特徴としている。
【0010】
このような構成とされた本発明の積層配線膜においては、上述の組成とされた保護膜形成用スパッタリングターゲットによって成膜された保護膜を有しているので、耐候性が向上し、大気中に保管した場合であっても、変色を抑制することができる。
また、保護膜がCu基合金で構成されることになるため、塩化鉄を含むエッチング液でエッチングした場合であっても未溶解の残渣の発生を抑制することが可能となる。
さらに、Crを有していないことから、エッチング後の廃液処理を低コストで行うことができる。さらに、Niの含有量が5質量%以上15質量%以下と比較的少ないことから、積層配線膜の製造コストを大幅に削減することができる。
【発明の効果】
【0011】
以上のように、本発明によれば、耐候性に優れ表面変色を抑制でき、かつ、良好なエッチング性を有する保護膜を成膜可能な保護膜形成用スパッタリングターゲット、および、この保護膜形成用スパッタリングターゲットによって成膜された保護膜を備えた積層配線膜を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】本発明の一実施形態である積層配線膜の断面説明図である。
図2比較例16の積層配線膜におけるエッチング後の断面観察結果を示す写真である。
図3】本発明例18の積層配線膜におけるエッチング後の断面観察結果を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下に、本発明の一実施形態である保護膜形成用スパッタリングターゲット、および、積層配線膜について説明する。
【0014】
本実施形態である保護膜形成用スパッタリングターゲットは、銅または銅合金からなるCu配線膜の上に保護膜を成膜する際に使用されるものである。
この保護膜形成用スパッタリングターゲットは、Znを30質量%以上50質量%以下、Niを5質量%以上15質量%以下、Mnを2質量%以上10質量%以下、残部がCuと不可避不純物とからなる組成を有している。
なお、この保護膜形成用スパッタリングターゲットは、鋳造、熱間圧延、冷間圧延、熱処理、機械加工といった工程を経て製造される。
【0015】
以下に、本実施形態である保護膜形成用スパッタリングターゲットの組成を上述のように規定した理由について説明する。
【0016】
(Zn:30質量%以上50質量%以下)
Znは、機械的特性を向上させるとともに加工性を改善する作用効果を有する元素である。Znを含有することにより、保護膜形成用スパッタリングターゲットの製造を良好に行うことが可能となる。
ここで、Znの含有量が30質量%未満の場合には、熱間加工性が十分に向上せず、熱間圧延時に割れが発生するおそれがある。一方、Znの含有量が50質量%を超えた場合には、冷間加工性が劣化し、冷間圧延時に割れが発生するおそれがある。
このような理由から、Znの含有量を、30質量%以上50質量%以下の範囲内に設定している。
【0017】
(Ni:5質量%以上15質量%以下)
Niは、Cuの耐候性を改善する作用効果を有する元素である。Niを含有することにより、変色を抑制することが可能となる。
ここで、Niの含有量が5質量%未満の場合には、耐候性が十分に向上せず、Cu配線膜11の変色を十分に抑制することができないおそれがある。一方、Niの含有量が15質量%を超えた場合には、エッチング性が劣化し、塩化鉄を含有するエッチング液でエッチングした際に未溶解の残渣が生成するおそれがある。また、熱間加工性、被削性も低下することになる。
このような理由から、Niの含有量を、5質量%以上15質量%以下の範囲内に設定している。
【0018】
(Mn:2質量%以上10質量%以下)
Mnは、Niと同様に、Cuの耐候性を向上させる作用効果を有する元素である。また、溶湯の流動性、熱間加工性、被削性を向上させる作用効果も有する。さらに、Niに比べて安価な元素であることから、Niの代替として添加することでコストを削減することが可能となる。
ここで、Mnの含有量が2質量%未満の場合には、耐候性が十分に向上せず、変色を十分に抑制することができないおそれがある。一方、Mnの含有量が10質量%を超えた場合には、エッチング性が劣化し、塩化鉄を含有するエッチング液でエッチングした際に未溶解の残渣が生成するおそれがある。また、前述のような効果の更なる向上は認められず、かえって熱間加工性、冷間加工性が劣化することになる。
このような理由から、Mnの含有量を、2質量%以上10質量%以下の範囲内に設定している。
【0019】
次に、本実施形態である積層配線膜10について説明する。
本実施形態である積層配線膜10は、図1に示すように、基板1の上に成膜されたCu配線膜11と、Cu配線膜11の上に成膜された保護膜12と、を備えている。
ここで、基板1は、特に限定されるものではないが、フラットパネルディスプレイやタッチパネル等においては、光を透過可能なガラス、樹脂フィルム等からなるものが用いられている。
【0020】
Cu配線膜11は、銅または銅合金で構成されており、その比抵抗が4.0μΩcm以下(温度25℃)とされていることが好ましい。本実施形態では、Cu配線膜11は、純度99.99質量%以上の無酸素銅で構成されており、比抵抗が3.5μΩcm以下(温度25℃)とされている。なお、このCu配線膜11は、純度99.99質量%以上の無酸素銅からなるスパッタリングターゲットを用いて成膜されている。
また、このCu配線膜11の厚さAは、50nm≦A≦800nmの範囲内とすることが好ましく、さらには、100nm≦A≦300nmの範囲内とすることが好ましい。
【0021】
保護膜12は、本実施形態である保護膜形成用スパッタリングターゲットを用いて成膜されたものであり、上述した保護膜形成用スパッタリングターゲットと同様の組成を有している。
この保護膜12の厚さBは、5nm≦B≦100nmの範囲内とすることが好ましく、さらには、10nm≦B≦50nmの範囲内とすることが好ましい。
また、Cu配線膜11の厚さAと保護膜12の厚さBとの比B/Aは、0.02<B/A<1.0の範囲内であることが好ましく、さらには、0.1<B/A<0.3の範囲内とすることが好ましい。
【0022】
以上のような構成とされた本実施形態である保護膜形成用スパッタリングターゲットおよび積層配線膜10においては、上述のように、Znを30質量%以上50質量%以下、Niを5質量%以上15質量%以下、Mnを2質量%以上10質量%以下、残部がCuと不可避不純物とからなる組成を有しており、Cu基合金とされていることから、塩化鉄を含むエッチング液でエッチングした場合であっても、良好にエッチングさせることになり、未溶解の残渣の発生を抑制することが可能となる。
【0023】
また、保護膜形成用スパッタリングターゲットおよび保護膜12が、Ni、Mnを上述の範囲で含有しているので、耐候性が向上し、積層配線膜10の表面変色を確実に抑制することができる。
さらに、保護膜形成用スパッタリングターゲットおよび保護膜12が、Crを有していないことから、エッチング後の廃液処理を低コストで行うことができる。
【0024】
また、Niの含有量が5質量%以上15質量%以下と比較的少ないことから、保護膜形成用スパッタリングターゲットおよび積層配線膜10の製造コストを大幅に削減することができる。
さらに、熱間加工性、冷間加工性、被削性に優れていることから、本実施形態である保護膜形成用スパッタリングターゲットを良好に製造することができる。
【0025】
また、本実施形態では、Cu配線膜11は、比抵抗が3.5μΩcm以下(温度25℃)の無酸素銅で構成され、Cu配線膜11の厚さAが50nm≦A≦800nmの範囲内とされているので、このCu配線膜11によって通電を良好に行うことができる。
さらに、本実施形態では、保護膜12の厚さBが5nm≦B≦100nmの範囲内とされており、Cu配線膜11の厚さAと保護膜12の厚さBとの比B/Aが、0.02<B/A<1.0の範囲内とされているので、Cu配線膜11の変色を確実に抑制することができる。
【0026】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、基板の上に積層配線膜を形成した構造を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、基板の上にITO膜、AZO膜等の透明導電膜を形成し、その上に積層配線膜を形成してもよい。
【0027】
また、Cu配線膜を、純度99.99質量%以上の無酸素銅で構成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、例えばタフピッチ銅等の純銅や少量の添加元素を含有する銅合金で構成したものであってもよい。
さらに、Cu配線膜の厚さA、保護膜の厚さB、厚さ比B/Aは、本実施形態に記載されたものに限定されるものではなく、他の構成とされていてもよい。
【実施例】
【0028】
以下に、本発明に係る保護膜形成用スパッタリングターゲットおよび積層配線膜の作用効果について評価した評価試験の結果について説明する。
【0029】
<Cu配線膜形成用純銅ターゲット>
純度99.99質量%の無酸素銅の鋳塊を準備し、この鋳塊に対して熱間圧延、歪取焼鈍、機械加工を行い、外径:100mm×厚さ:5mmの寸法を有するCu配線膜形成用純銅ターゲットを作製した。
次に、無酸素銅製バッキングプレートを用意し、この無酸素銅製バッキングプレートに前述のCu配線膜形成用純銅ターゲットを重ね合わせ、温度:200℃でインジウムはんだ付けすることによりバッキングプレート付きターゲットを作製した。
【0030】
<保護膜形成用スパッタリングターゲット>
溶解原料として、無酸素銅(純度99.99質量%)、低カーボンニッケル(純度99.9質量%)、電解金属マンガン(純度99.9質量%)、電気亜鉛(純度99.99質量%)を準備し、これらの溶解原料を高純度グラファイトるつぼ内で高周波溶解し、表1に示される組成を有する溶湯に成分を調整した後、冷却されたカーボン鋳型に鋳造し、50×50×30mm厚の大きさの鋳塊を得た。
次いで、鋳塊に対して、圧下率約10%で15mm厚まで熱間圧延し、表面の酸化物や疵を面削で除去した後、さらに圧下率10%で冷間圧延して10mm厚まで圧延し、歪取焼鈍した。得られた圧延板の表面を機械加工して、外形:100mm、厚さ:5mmの寸法を有する本発明例1〜8および比較例1〜6の保護膜形成用スパッタリングターゲットを作製した。さらに、従来例1として、Ni:64質量%、Ti:4質量%、残部がCuおよび不可避不純物からなるスパッタリングターゲットを準備した。
次に、無酸素銅製バッキングプレートを用意し、この無酸素銅製バッキングプレートに得られた保護膜形成用スパッタリングターゲットを重ね合わせ、温度:200℃でインジウムはんだ付けすることによりバッキングプレート付きターゲットを作製した。
ここで、本発明例1〜8および比較例1〜6の保護膜形成用スパッタリングターゲットにおいては、熱間圧延時および冷間圧延時に割れの有無を確認した。結果を表1に併せて示す。
【0031】
<積層配線膜>
Cu配線膜形成用純銅ターゲットをガラス基板(縦:20mm、横:20mm、厚さ:0.7mmの寸法を有するコーニング社製1737のガラス基板)との距離が70mmとなるようにスパッタ装置内にセットし、電源:直流方式、スパッタパワー:150W、到達真空度:5×10−5Pa、雰囲気ガス組成:純Ar、スパッタガス圧:0.67Pa、基板加熱:なし、の条件でスパッタリングを実施し、ガラス基板の表面に、厚さ:150nmを有するCu配線膜を形成した
これに引き続き、同条件で、表1に記載した保護膜形成用スパッタリングターゲットを用いてスパッタリングを実施し、Cu配線膜の上に、厚さ:30nmの保護膜を形成した。これにより、表2に示される本発明例11〜18および比較例11〜16の積層配線膜を形成した。
なお、従来例11として、上述した従来例1のスパッタリングターゲットを用いて、Cu配線膜の上に保護膜を成膜した積層配線膜を作製した。
【0032】
<密着性>
JIS−K5400に準じ、1mm間隔で積層配線膜に碁盤目状に切れ目を入れた後、3M社製スコッチテープで引き剥がし、ガラス基板中央部の10mm角内でガラス基板に付着していた積層配線膜の面積%を測定する碁盤目付着試験を実施した。評価結果を表2に示す。
【0033】
<耐候性>
恒温恒湿試験(60℃、相対湿度90%で250時間暴露)を行い、目視で積層配線膜表面の変化の有無を確認した。変色が認められたものを「NG」、変色が確認できなかったものを「OK」とした。評価結果を表2に示す。
【0034】
<エッチング残渣>
ガラス基板上に成膜した積層配線膜に、フォトレジスト液(東京応化工業株式会社製:OFPR−8600LB)を塗布、感光、現像して、30μmのラインアンドスペースでレジスト膜形成し、液温30℃±1℃に保持した4%FeCl水溶液に浸漬して積層配線膜をエッチングして配線を形成した。
この配線の断面を、Arイオンビームを用い、遮蔽板から露出した試料に対して垂直にビームを当て、イオンエッチングを行い、得られた断面を二次電子顕微鏡で観察し、エッチング残渣の有無を調べた。比較例16の残渣観察結果を図2、本発明例18の残渣観察結果を図3に示す。ここで、残渣の長さLが300nm以上のものを×、残渣の長さLが300nm未満のものを○として評価した。評価結果を表2に示す。
【0035】
<エッチングレート>
保護膜形成用スパッタリングターゲットを用いて前述と同じ条件スパッタリングを実施し、前述のガラス基板上に、厚さ:150nmの保護膜を形成した。この保護膜単層のみを成膜したガラス基板を、液温30℃±1℃に保持した4%FeCl水溶液に浸漬して保護膜をエッチングし、目視観察により保護膜がなくなるまでの時間を測定してエッチングレートを求めた。
【0036】
【表1】
【0037】
【表2】
【0038】
比較例1の保護膜形成用スパッタリングターゲットにおいては、Znの含有量が本発明の範囲よりも少なく、熱間加工時に割れが認められた。
また、比較例2の保護膜形成用スパッタリングターゲットにおいては、Znの含有量が本発明の範囲よりも多く、冷間加工時に割れが認められた。
【0039】
Niの含有量が本発明例よりも少ない保護膜形成用スパッタリングターゲットによって保護膜が成膜された比較例13の積層配線膜においては、恒温恒湿試験において変色が認められており、耐候性が不十分であった。
同様に、Mnの含有量が本発明例よりも少ない保護膜形成用スパッタリングターゲットによって保護膜が成膜された比較例15の積層配線膜においては、恒温恒湿試験において変色が認められており、耐候性が不十分であった。
【0040】
Niの含有量が本発明例よりも多い保護膜形成用スパッタリングターゲットによって保護膜が成膜された比較例14の積層配線膜においては、エッチング後に残渣が残存していた。また、エッチングレートが遅く、エッチング性に劣っていた。
同様に、Mnの含有量が本発明例よりも多い保護膜形成用スパッタリングターゲットによって保護膜が成膜された比較例16の積層配線膜においては、エッチング後に残渣が残存していた。また、エッチングレートが遅く、エッチング性に劣っていた。
さらに、Ni:64質量%、Ti:4質量%、残部がCuおよび不可避不純物からなるスパッタリングターゲットによって保護膜が成膜された従来例11の積層配線膜においても、エッチング後に残渣が残存していた。また、エッチングレートが遅く、エッチング性に劣っていた。
【0041】
これに対して、Znの含有量が本発明の範囲内とされた本発明例1〜8の保護膜形成用スパッタリングターゲットにおいては、熱間加工および冷間加工において割れは確認されておらず、良好に保護膜形成用スパッタリングターゲットを製造することができた。
さらに、Ni,Mnの含有量が本発明の範囲内とされた本発明例1〜8の保護膜形成用スパッタリングターゲットによって保護膜が成膜された本発明例11〜18の積層配線膜においては、密着性、耐候性、エッチング性に優れていた。
【0042】
以上のことから、本発明例によれば、耐候性に優れ表面変色を抑制でき、かつ、良好なエッチング性を有する保護膜を成膜可能な保護膜形成用スパッタリングターゲット、および、この保護膜形成用スパッタリングターゲットによって成膜された保護膜を備えた積層配線膜を提供できることが確認された。
【符号の説明】
【0043】
10 積層配線膜
1 基板
11 Cu配線膜
12 保護膜
図1
図2
図3