JP4487225B2

JP4487225B2 - Ｎｉ−Ｎｂ系ターゲット材およびロウ材用下地膜

Info

Publication number: JP4487225B2
Application number: JP2000081091A
Authority: JP
Inventors: 英夫村田; 邦親久保田; 俊一郎松本
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2020-03-23
Also published as: JP2001262328A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の接続部の形成、配線材の保護膜等に用いられるＮｉ−Ｎｂ系ターゲット材および該ターゲット材を用いるロウ材用下地膜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ＩＣのパッケージ実装のための電気的接続方法には、半田等のロウ材を用いたバンプが用いられている。半田の熱拡散防止とＩＣ配線の接続を兼ねたロウ材下地膜及びバリア材としては、Ｎｉ系の膜が主に用いられてきた。下地膜、バリヤ膜の形成には、マグネトロンスパッタリング法が用いられているが、Ｎｉは磁性体であるため、ターゲット材であるＮｉの裏面に配置した磁気回路からの磁界を、ターゲット材表面に有効に漏洩することができない。
【０００３】
このため、Ｎｉの優れたバリヤ性と導電性を維持したまま、磁性体としての特性を改善するために、例えば、特開平１１−３６０６５号にはＮｉにＶを非磁性化するまで添加したターゲット材を用いることで、Ｎｉ膜そのものの特性を損なわないでＮｉ合金膜を効率よく形成することが可能となることが記載されている。非磁性となるまでＶを添加することで、ターゲット材の裏面に配置した磁気回路からの磁束をターゲット材表面に強く均一に漏洩させることでターゲット材の消耗を均一化することと、ターゲット材を非磁性化することでターゲット材そのものを厚くすることが可能となるため、ターゲット材の使用効率改善と厚さ増大による交換頻度の低減により、効率的にＮｉ合金膜を形成することが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Ｎｉ−Ｖ膜を形成する場合には大きな問題点がある。まず、Ｎｉ−Ｖ膜の耐食性が低いことである。Ｎｉに対して耐食性の低いＶを添加することで、Ｎｉ−Ｖ膜そのものの耐食性が低下してしまい、耐環境テストにおいて膜が腐食し、信頼性が低下する。
また、Ｖ原料の産出量が少なく高価であり、さらに、高集積化が進む半導体ＩＣの要求する高い純度に達しないため、高純度のターゲット材の作製が困難である。また、Ｖが活性であるため、ターゲット材を作製した場合に酸素量が高くなり、スパッタして得られた膜の特性が安定しない問題点もある。
本発明は上記問題を解決することを目的として、高効率でスパッタリングが可能で高い信頼性と安定した膜特性が得られる高純度なＮｉ合金系スパッタリングターゲット材およびロウ材用下地膜を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、Ｎｉに種々の添加元素を加えたターゲット材を作製し、該ターゲット材から作製したターゲット材をスパッタリングして膜を形成し評価を行った。その結果、ＶではなくＮｂを添加することで、Ｎｉ−Ｖと同様にＮｉより高い効率でスパッタリングが可能で、バリヤ性と導電性を有したＮｉ合金膜を形成可能であること、さらにＮｉ−Ｖ膜より耐食性に優れた高い信頼性を確保できるＮｉ合金膜が形成でき、従来のＮｉ−Ｖターゲット材より不純物が少ない、高純度のターゲット材の製造が可能なことを見いだし本発明に到達した。
【０００７】
すなわち本発明は、Ｎｂを１〜１５ａｔ％含有し、Ｎｂを除く５Ａ、６Ａ族の１種以上の元素Ｍについて、Ｎｂ＋Ｍ量が３〜１５ａｔ％であり、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ−Ｎｂ系ターゲット材である。
【０００８】
上述した本発明のターゲット材から作製したターゲット材をスパッタリングすることにより、ロウ材用下地膜を得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明について詳しく説明する。
本発明のＮｉ−Ｎｂ系ターゲット材は、Ｎｂを３〜１５ａｔ％含有し、残部が実質的にＮｉからなるものである。ＮｂはＶより耐食性の良い元素であるため、少ない添加量で耐食性を向上させることができる。Ｎｂ量を３〜１５ａｔ％としたのは、３ａｔ％未満ではＮｉの磁性を弱める効果が十分ではなく、効率の良いスパッタリングを実施することが困難であり、さらに、作製したＮｉ−Ｎｂ膜の耐食性が低く、耐環境テストにおいて膜が腐食し、信頼性が低下するためである。また１５ａｔ％を超えるとＮｉ−Ｎｂ膜の耐食性が高くなり過ぎて、エッチングによる薄膜のパターンが形成することが難しくなってしまうためである。
【００１０】
また、本発明のＮｉ−Ｎｂターゲット材を、使用効率が高く、安定に製造可能なものとするには、Ｎｂ含有量が８〜１１ａｔ％とすることが好ましい。Ｎｂ添加量を８ａｔ％以上とすることにより、ターゲット材の磁気特性を大幅に低減（非磁性化）することができる。また、１１ａｔ％を超えると、Ｎｉ_３Ｎｂが生成して塑性加工を行うことが難しくなるためである。
【００１１】
また、もう一つの本発明は、Ｎｂを１〜１５ａｔ％含有し、Ｎｂを除く５Ａ、６Ａ族の１種以上の元素をＭとして、Ｎｂ＋Ｍ量を３〜１５ａｔ％含有し、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｎｂ系ターゲット材である。
元素Ｍとして選定したＮｂ以外の５Ａ族元素であるＶ、Ｔａ、６Ａ族元素であるＣｒ、Ｍｏ、ＷはいずれもＮｉの飽和磁束密度を低減する、すなわち磁性を弱めることが可能な元素である。またＴａ、Ｗ等は耐食性を向上させることも可能な元素である。このため、Ｎｂとこれら金属を合わせて添加することでさらなるターゲット材の改良、そしてＮｉ合金膜の改良が可能となる。
【００１２】
この場合にはＮｂ量が１ａｔ％でも元素Ｍを加えることでＮｉ合金膜の耐食性の向上とＮｉの磁性を消す効果が得られる。このため、Ｎｂの添加量を１〜１５ａｔ％とし、Ｎｂ＋Ｍの量を３〜１５ａｔ％とした。Ｎｂ＋Ｍ量を３〜１５ａｔ％としたのは３ａｔ％未満ではＮｉの磁性を弱める効果が十分ではなく、効率の良いスパッタリングを実施することが困難であり、さらにＮｉ−Ｎｂ系合金膜の耐食性が低く、耐環境テストにおいて腐食により信頼性が低下するためである。また、Ｎｂ＋Ｍ量が１５ａｔ％を超えると膜の耐食性が高くなり過ぎて、エッチングによる薄膜のパターンを形成することが難しくなってしまうためである。
【００１３】
また、本発明のＮｉ−Ｎｂ系ターゲット材を、使用効率が高く、安定に製造可能なものとするには、Ｎｂ＋Ｍ量が７〜１０ａｔ％とすることが好ましい。Ｎｂ＋Ｍ量を７ａｔ％以上とすることにより、ターゲット材の磁気特性を大幅に低減（非磁性化）することができる。また、１０ａｔ％を超えると、ＮｉとＮｂとＭとの化合物が生成して、塑性加工を行うことが難しくなるためである。
【００１４】
また、一般にＶ原料は工業的には９９．９％の純度の原料しか入手できないのに対して、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗでは９９．９９％の高純度な原料をＶより安価に入手することが可能であり、低コストで高純度のターゲット材を製造することが可能である。
【００１５】
また、本発明の何れかのターゲット材を用いて形成するＮｉ−Ｎｂ系膜を、半導体素子の接続部の形成、半田材の下地膜や配線材の保護膜等に用いることで、信頼性、特に耐食性に優れた半導体パッケージ素子を作製することが可能となるとともに、本発明のターゲット材を用いることで優れた特性を有するＮｉ−Ｎｂ系合金膜を効率よく形成することが可能となるものである。
【００１６】
【実施例】
以下に実施例、比較例を挙げて本発明を詳細に説明する。本発明はその範囲を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例）
高純度電解Ｎｉに、高純度金属原料のＮｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗを所定の重量加えて、真空誘導溶解炉にて溶解して、厚み５０ｍｍ、幅２００ｍｍ、高さ３００ｍｍの金属製鋳型に鋳造してインゴットを作製した。その後熱間で塑性加工し、さらに機械加工を施して所定のサイズに加工して、種々組成のターゲット材を作成した。その後１０００℃で加熱した後、厚みを１０ｍｍまで圧延を行い、８００℃で熱処理を行った。これを素材として、機械加工を施して種々組成のターゲット材を作製した。
表１に、作製したターゲット材の組成に対して、種々の評価を行った結果を示す。
【００１７】
素材の残材から試料を採取して化学分析により分析を行いガス成分を除いた純度を測定した。また、発光分光法で酸素濃度を分析した。上記の条件で圧延した場合に割れの発生等の圧延性とした。ただし、圧延が不可能でも鋳造後、機械加工することでターゲット材は作製できる。このため圧延が出来なかった素材でもターゲット材を作製してさらに評価を実施した。また、機械加工性は加工時にチッピングや欠けの発生しないものを○、発生するものを△、チッピングや欠けが発生しさらに加工できないものを×とした。
【００１８】
ターゲット材の使用効率は一般的なマグネトロンスパッタでターゲット材が消費されて形成されるエロージョンエリアが裏板であるバッキングプレートまで到達した場合のターゲット材の残量と元の重量の比率で求めた。
また、ターゲット材から膜を形成したときの膜の耐食性、ウェットエッチング性、導電性についても評価した。耐食性は、温度８０℃、湿度１００％の中に８時間放置した後に腐食の発生を顕微鏡で確認した。ウェットエッチング性はエッチング液として硝酸と酢酸の混合液を用いて評価し、エッチング可能なものを良好、エッチングされずに膜が残る物を不可とした。導電性は図１に示す構造の半田バンプのバリヤ膜に形成し、半田上にプローバーの触針を当て評価し、電気的に接触を得られたものを導通あり、なかったものを導通なしとした。
【００１９】
【表１】

【００２０】
比較例である純Ｎｉはターゲット材の使用効率以外は全てを満足している。また、Ｎｉ−Ｖについては使用効率は改善されているが、耐食性が低く、純度が悪く、酸素量が高いことがわかる。本発明のＮｉ−Ｎｂ系合金は純度が高く、低酸素であり、Ｎｂ添加量３ａｔ％以上１５ａｔ％以下で優れたターゲット材の使用効率と、ターゲット材から作製した膜の耐食性とエッチング性、導電性を有していることがわかる。
【００２１】
またＮｂ添加量が１５ａｔ％を超えると圧延性、機械加工性、ウェットエッチング性、導電性が低下してしまうことがわかる。また、ターゲット材の使用効率をさらに高めるためにはＮｂ添加量は８ａｔ％以上が望ましく、また製造方法を考慮すると、Ｎｂ添加量は１１ａｔ％を超えると圧延性が低下するため、Ｎｂ添加量は８〜１１ａｔ％が最も好ましい範囲であることが分かる。
また、ＮｂにＭ元素であるＶ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗを複合添加する場合は、Ｎｂ＋Ｍ量が７ａｔ％以上でターゲット材の使用効率は高く、１０ａｔ％を超えると圧延性が低下する場合があるため、Ｎｂ＋Ｍ量としては７〜１０ａｔ％が望ましいことがわかる。
【００２２】
【発明の効果】
以上に説明した如く、本発明のＮｉ−Ｎｂ系ターゲット材を用いると、高いターゲット材の使用効率により生産性の向上と、優れた耐食性、エッチング性、導電性を有したＮｉ−Ｎｂ系半田材用下地膜を形成することが可能となり、産業上有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｎｉ−Ｎｂ系の下地膜が用いられる素子の代表的な構造を示す断面の模式図である。
【符号の説明】
１．Ｎｉ合金、２．Ａｌ配線、３．半田ボール、４．Ｓｉ基板

Claims

Ｎｂを１〜１５ａｔ％、Ｎｂを除く５Ａ、６Ａ族から選ばれる１種以上の元素ＭをＮｂ＋Ｍ量で３〜１５含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなることを特徴とするＮｉ−Ｎｂ系ターゲット材。
請求項１に記載のＮｉ−Ｎｂ系ターゲット材をスパッタリングしてなることを特徴とするロウ材用下地膜。