(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔｉ：５〜２０質量％、Ｆｅ：１５〜２５ｐｐｍ、Ｃｒ：１〜５ｐｐｍを含有し、
残部がＷ及び不可避不純物からなる組成を有することを特徴とするＷ−Ｔｉ系拡散防止膜。
【請求項２】
Ｔｉ：５〜２０質量％、Ｆｅ：１５〜２５ｐｐｍ、Ｃｒ：１〜５ｐｐｍを含有し、
残部がＷ及び不可避不純物からなる組成を有することを特徴とするＷ−Ｔｉ系拡散防止膜形成用スパッタリングターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップを基板に実装するためのバンプと下地電極との間に形成して金属間化合物の生成を防止する膜であって、良好な拡散バリア性を有すると共にエッチングレートの高いＷ−Ｔｉ系拡散防止膜、並びにこのＷ−Ｔｉ系拡散防止膜を形成するためのスパッタリング用Ｗ−Ｔｉターゲットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、実装基板と半導体装置との結合にはフリップチップ実装が用いられている。このフリップチップ実装では、Ａｌ電極またはＣｕ層電極の上にメッキ法によりそれぞれＡｕバンプまたは半田バンプを形成している。しかし、ＡｕバンプとＡｌ電極とを直接接触させると、ＡｕとＡｌとが相互に拡散してＡｕとＡｌとの金属間化合物が生成し、このＡｕとＡｌとの金属間化合物が生成すると、その部分の電気抵抗が上昇したり密着性が低下したりするので好ましくない。同様に、半田バンプとＣｕ層電極とを直接接触させると、半田バンプのＳｎとＣｕとが反応してＳｎとＣｕとの金属間化合物を生成し、その部分の電気抵抗が上昇したり密着性が低下したりするので好ましくない。
【０００３】
このため、上記ＡｕとＡｌとの金属間化合物の生成を阻止するために、ＡｕバンプとＡｌ電極との間にＷ−Ｔｉ系拡散防止膜を形成し、またＳｎとＣｕとの金属間化合物の生成を阻止するために、半田バンプとＣｕ層電極との間にＷ−Ｔｉ系拡散防止膜を形成している。このＷ−Ｔｉ系拡散防止膜は、ＡｕとＡｌとの金属間化合物の生成、またはＳｎとＣｕとの金属間化合物の生成を阻止する拡散バリア性を有した膜である。
【０００４】
ここで、この従来のＷ−Ｔｉ系拡散防止膜を形成してＡｕバンプを作製する方法を、図面に基づいて、より具体的に説明する。まず、図１の（ａ）に示されるように、シリコン基板１の上のＡｌ電極２の上面のみが露出するようにパッシベーション膜（絶縁膜）３が形成されている半導体装置を用意する。この半導体装置のＡｌ電極２およびパッシベーション膜３の上に、図１の（ｂ）に示されるように、全面にわたってＷ−Ｔｉ系拡散防止膜４を形成する。
【０００５】
このＷ−Ｔｉ系拡散防止膜４の上に、図１の（ｃ）に示されるように、フォトレジスト膜５を形成し、次いで図１の（ｄ）に示されるように、このフォトレジスト膜５を露光して選択的に除去して窓６を形成する。この窓６にＡｕメッキを行って、図２の（ａ）に示されるように、窓６をＡｕメッキ層で充填したのち、図２の（ｂ）に示されるようにフォトレジスト膜を除去し、さらにＷ−Ｔｉ系拡散防止膜４をエッチングにより除去して、図２の（ｃ）に示されるようにＡｕバンプ７を形成する。
【０００６】
このＷ−Ｔｉ系拡散防止膜４は、一般にＷ−Ｔｉターゲットを用いてスパッタリングすることにより形成され、このＷ−Ｔｉターゲットは、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）または真空ホットプレスなどの方法により製造されることが知られている。そして、上記Ｗ−Ｔｉターゲットには、不可避不純物としてＮａ，Ｋ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｏなどが含まれていることが知られている。
【０００７】
例えば、特許文献１には、半導体素子の安定した動作を得るために、Ｆｅ濃度を１ｐｐｍ以下としたＷ−Ｔｉターゲットが開示されている。また、特許文献２には、膜のエッチングレートを高めるために、Ｆｅを２５〜１００ｐｐｍ添加したＷ−Ｔｉターゲットが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２９５５３１号公報
【特許文献２】特開２００８−２１８６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、上記特許文献１に記載の技術では、Ｆｅ濃度を１ｐｐｍ以下とした不純物濃度の低いターゲットを用いて成膜しているが、このように成膜されたＷ−Ｔｉ膜は、膜のエッチングを行う際に、エッチングレートが遅く、エッチング工程に時間が掛かるという問題があった。また、上記特許文献２に記載の技術では、Ｆｅを２５〜１００ｐｐｍ添加してＦｅ濃度を高めることで、高いエッチングレートを得ているが、Ｆｅの濃度が高まると、Ｗ−Ｔｉ膜の拡散バリア性が低下するという問題がある。特に近年、Ｗ−Ｔｉ膜に求められる拡散バリア性能の水準が以前よりも高いものとなってきていることから、高いエッチングレートと良好な拡散バリア性とを兼ね備えたＷ−Ｔｉターゲットが求められている。
【００１０】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、良好な拡散バリア性を有すると共に高いエッチングレートのＷ−Ｔｉ系拡散防止膜およびこのＷ−Ｔｉ系拡散防止膜形成用のスパッタリングターゲット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】
【００１１】
そこで、本発明者らは、エッチングレートが速く、Ａｕバンプまたは半田バンプの作製時間を短縮して生産効率を上げると共に、良好な拡散バリア性も維持できるＷ−Ｔｉ系拡散防止膜を開発すべく、膜への添加元素および組成を検討し、研究を行なった。その結果、Ｆｅの添加量を抑えつつ、Ｃｒを所定範囲量で添加することで、全体の不純物量を抑えて良好な拡散バリア性と高エッチングレートとを有するＷ−Ｔｉ系拡散防止膜が得られ、この膜を同じ成分組成を有するスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングすることにより形成することができる、という知見を得たのである。
【００１２】
したがって、本発明は、上記知見から得られたものであり、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のＷ−Ｔｉ系拡散防止膜は、Ｔｉ：５〜２０質量％、Ｆｅ：１５〜２５ｐｐｍ、Ｃｒ：１〜５ｐｐｍを含有し、残部がＷ及び不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする。
また、本発明のＷ−Ｔｉ系拡散防止膜形成用スパッタリングターゲットは、Ｔｉ：５〜２０質量％、Ｆｅ：１５〜２５ｐｐｍ、Ｃｒ：１〜５ｐｐｍを含有し、残部がＷ及び不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする。
【００１３】
上記本発明のＷ−Ｔｉ系拡散防止膜では、Ｔｉ：５〜２０質量％、Ｆｅ：１５〜２５ｐｐｍ、Ｃｒ：１〜５ｐｐｍを含有しているので、良好な拡散バリア性が損なわれず、高いエッチングレートが得られる。また、上記本発明のＷ−Ｔｉ系拡散防止膜形成用スパッタリングターゲットでは、Ｔｉ：５〜２０質量％、Ｆｅ：１５〜２５ｐｐｍ、Ｃｒ：１〜５ｐｐｍを含有しているので、これを用いてスパッタすることにより、上記Ｗ−Ｔｉ系拡散防止膜を得ることができる。このようにＦｅに加えてＣｒをわずかに添加することで、Ｆｅだけを高濃度に添加した場合に比べて、拡散バリア性の低下が抑制され、全体の不純物量が少なくても高いエッチングレートを得ることができる。なお、ＦｅとＣｒとの同時添加により上記効果が得られる理由は明らかではないが、ＦｅとＣｒとの同時添加による何らかの相乗的な効果が発揮されるものと考えられる。
【００１４】
なお、Ｆｅの含有量を１５〜２５ｐｐｍとした理由は、Ｆｅが１５ｐｐｍ未満であると、エッチングレート向上の効果が小さく、Ｆｅが２５ｐｐｍを超えると、拡散バリア性が低下してしまうからである。なお、より好ましい範囲は、Ｆｅ：１７〜２３ｐｐｍである。
また、Ｃｒの含有量を１〜５ｐｐｍとした理由は、Ｃｒが１ｐｐｍ未満であると、エッチングレート向上の効果が小さく、Ｃｒが５ｐｐｍを超えると、拡散バリア性が低下してしまうからである。なお、より好ましい範囲は、Ｃｒ：１〜３ｐｐｍである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明のＷ−Ｔｉ系拡散防止膜によれば、上記所定範囲でＦｅとＣｒとを含有しているので、良好な拡散バリア性が損なわれず、高いエッチングレートが得られる。また、上記本発明のＷ−Ｔｉ系拡散防止膜形成用スパッタリングターゲットによれば、このＷ−Ｔｉ系拡散防止膜と同じ成分組成でＦｅとＣｒとを含有しているので、これを用いてスパッタすることにより、上記Ｗ−Ｔｉ系拡散防止膜を得ることができる。したがって、本発明のＷ−Ｔｉ系拡散防止膜は、従来のＷ−Ｔｉ系拡散防止膜に比べて、高いエッチングレートと良好な拡散バリア性とを兼ね備えた特性を有していることから、Ｗ−Ｔｉ系拡散防止膜のエッチングによる除去速度を速めることができると共に、高水準の拡散バリア性が要求されるフリップチップ実装にも適用可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】Ａｕバンプを作製するまでの工程を説明するための説明図である。
【図２】Ａｕバンプを作製するまでの工程を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るＷ−Ｔｉ系拡散防止膜およびＷ−Ｔｉ系拡散防止膜形成用スパッタリングターゲットの一実施形態を説明する。
【００１８】
本実施形態のＷ−Ｔｉ系拡散防止膜は、Ｔｉ：５〜２０質量％、Ｆｅ：１５〜２５ｐｐｍ、Ｃｒ：１〜５ｐｐｍを含有し、残部がＷ及び不可避不純物からなる組成を有した膜である。また、このＷ−Ｔｉ系拡散防止膜を形成するための本実施形態のスパッタリングターゲットは、このＷ−Ｔｉ系拡散防止膜と同じ成分組成、すなわち、Ｔｉ：５〜２０質量％、Ｆｅ：１５〜２５ｐｐｍ、Ｃｒ：１〜５ｐｐｍを含有し、残部がＷ及び不可避不純物からなる組成を有している。
【００１９】
上記Ｗ−Ｔｉ系拡散防止膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法としては、例えば、まず原料粉末として、純度：９９．９９％以上を有し平均粒径：１５μｍを有するＴｉ粉末、純度：９９．９９９％以上を有し平均粒径：１μｍを有するＷ粉末、純度：９９．９％以上を有し平均粒径：１００μｍを有するＦｅ粉末、純度：９９．９％以上を有し平均粒径：３５μｍを有するＣｒ粉末、を用意する。
【００２０】
次に、これら原料粉末を、所定の割合（Ｔｉ：５〜２０質量％、Ｆｅ：１５〜２５ｐｐｍ、Ｃｒ：１〜５ｐｐｍ、Ｗ：残部）で配合し、ボールミルに充填して混合し、得られた混合粉末をグラファイト製モールドに充填し、圧力：１５ＭＰａ、温度：１２００℃、３時間保持の条件で真空ホットプレスすることによりホットプレス焼結体を作製する。さらに、得られたホットプレス焼結体を機械加工し、直径：１５２．４ｍｍ、厚さ：６ｍｍを有するＷ−Ｔｉターゲットを作製する。
【００２１】
このように本実施形態のＷ−Ｔｉ系拡散防止膜では、上記所定範囲でＦｅとＣｒとを含有しているので、Ｆｅと少量のＣｒとの相乗効果によって、良好な拡散バリア性が損なわれず、高いエッチングレートが得られる。また、上記本発明のＷ−Ｔｉ系拡散防止膜形成用スパッタリングターゲットによれば、このＷ−Ｔｉ系拡散防止膜と同じ成分組成でＦｅとＣｒとを含有しているので、これを用いてスパッタすることにより、上記Ｗ−Ｔｉ系拡散防止膜を得ることができる。
【実施例】
【００２２】
次に、本発明に係るＷ−Ｔｉ系拡散防止膜およびＷ−Ｔｉ系拡散防止膜形成用スパッタリングターゲットを、上記実施形態に基づき作製した実施例により、実際に評価した結果を説明する。
【００２３】
この実施例では、上記本発明の所定範囲内でＦｅとＣｒとの濃度（含有量）を変えて複数のＷ−１０ｗｔ％Ｔｉのスパッタリングターゲットを作製し、これらのスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングを行い、成膜されたＷ−Ｔｉ系拡散防止膜（実施例１〜５）のエッチングレートと拡散バリア性とを測定した。
【００２４】
また、比較例として、Ｆｅ若しくはＣｒを含有していないスパッタリングターゲット（比較例１〜３，５）と、ＦｅとＣｒとの濃度（含有量）が上記本発明の所定範囲外とされたスパッタリングターゲット（比較例４）と、を他の条件は同様にして作製し、同様にスパッタリングを行い、成膜されたＷ−Ｔｉ系拡散防止膜（比較例１〜５）のエッチングレートと拡散バリア性とを測定した。これら実施例および比較例における各ターゲットおよびＷ−Ｔｉ系拡散防止膜の組成および測定結果を、表１に示す。
【００２５】
【表１】
0005533544.tif 000002
【００２６】
上記実施例および比較例のエッチングレート測定用試料としては、表面にＳｉＯ２膜が１００ｎｍ形成された直径１５０ｍｍのＳｉウェーハを成膜用の基板として、この基板上にスパッタ成膜して作製した。この際、上記基板の一部にマスクテープを貼って、Ｗ−Ｔｉ膜を成膜した。この成膜条件を、表２に示す。
【００２７】
【表２】
0005533544.tif 000003
【００２８】
このエッチングレートの測定は、成膜後に上記マスクテープを剥し、下記条件でエッチングを行った。エッチング後に触針式の段差計により、マスク部にできた段差の高さを測定し、エッチング後の膜厚を測定した。そして、（エッチング前の膜厚：３００ｎｍ）−（エッチング後の膜厚）をエッチング時間で割って、エッチングレートを算出した。
＜エッチング条件＞
エッチング液：３１％過酸化水素水
エッチング液温：２８℃±１℃
エッチング時間：５分
【００２９】
また、上記実施例および比較例の拡散バリア性の測定用試料としては、Ａｌ，Ｗ−Ｔｉ，Ａｕの記載順で、真空を破らずにスパッタリングにより連続成膜し、Ｓｉ基板／ＳｉＯ２（１００ｎｍ）／Ａｌ（１００ｎｍ）／Ｗ−Ｔｉ（１００ｎｍ）／Ａｕ（１００ｎｍ）の積層構造を持つ試料を得た。この際の各層の成膜条件を、表３に示す。
【００３０】
【表３】
0005533544.tif 000004
【００３１】
この拡散バリア性の測定（バリアテスト）は、まず上記試料を３５０℃のホットプレートに載せ、１０時間保持し、保持後の試料のＡｕ膜の表面を金属顕微鏡により、対物２．５倍、対眼１０倍の倍率にて観察した。そして、この倍率の一視野（２５．７４ｍｍ２）中に観察されるＡｌの拡散及びＡｕとの反応により生じた金属間化合物のスポットの数を計測した。この観察を無作為に選択した３視野にて行い、３視野の平均値をその条件で生じた金属間化合物のスポットの数とした。
【００３２】
表１に示すこれらの測定結果から、本実施例のＦｅとＣｒとを上記所定範囲内で含有したスパッタリングターゲットで成膜したＷ−Ｔｉ系拡散防止膜では、いずれもエッチングレートが１７ｎｍ／分以上と高く、かつバリアテスト後の金属間化合物の数が１８０未満と少なく、良好な拡散バリア性が得られていることがわかる。これに対して、Ｆｅのみを含有する比較例１〜３では、実施例ほどエッチングレートが向上せず、多めにＦｅを含有させた比較例２では、バリアテスト後の金属間化合物の数が２４５となって拡散バリア性が劣化してしまっていることがわかる。
【００３３】
また、Ｃｒのみを含有させた比較例５では、バリアテスト後の金属間化合物の数が少ないものの、エッチングレートが向上していないことがわかる。さらに、Ｃｒを本発明の所定範囲より多く含有させた比較例４では、エッチングレートが大幅に向上しているが、バリアテスト後の金属間化合物の数も大幅に増え、拡散バリア性がかなり劣化してしまうことがわかる。
【００３４】
このように、本発明の実施例では、Ｆｅと共に少量のＣｒを組み合わせて、添加および含有させることで、ＦｅとＣｒとの相乗効果が発揮され、トータルとしての不純物量が少なくても、エッチングレートが改善、向上し、拡散バリア性も損なわれない。
【００３５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態及び上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【図１】
0005533544.tif 000005
【図２】
0005533544.tif 000006