アルミニウム(Al)とシリコン(Si)からなる合金スパッタリングターゲットの一種であり、主にマグネトロンスパッタリング(PVD)および電子ビーム蒸着プロセスによる機能性薄膜の作製に使用される。そのユニークな低抵抗率、抗エレクトロマイグレーション特性、優れた機械的特性により、半導体相互接続、太陽電池、ディスプレイ技術、その他の分野で重要な用途となっている。
アルミニウム-シリコンターゲットは、低抵抗、抗エレクトロマイグレーション、プロセス互換性といった利点により、従来の半導体や新興のフレキシブルエレクトロニクスにおいて重要な役割を果たしている。
異種集積化、小型化、低温製造への要求が高まる中、高純度・複合化が技術的焦点となると思われる。
1.特性
1)低抵抗率と高導電性
・アルミニウム-シリコン合金(例:Al-1%Si)は、純アルミニウムに近い低抵抗率(~3.0μΩ・cm)を有し、高導電性フィルムに適する。
・シリコンの添加(通常1~2wt%)によりエレクトロマイグレーションが抑制され、配線の信頼性が向上する。
2)優れたエレクトロマイグレーション防止特性
・シリコンはアルミニウムの結晶粒界を原子レベルで挟み込むことができるため、高温での金属原子の拡散が抑えられ、デバイス寿命が延びる(純アルミニウムの相互接続寿命の10倍以上)。
3)良好な接着性と機械的特性
・SiO₂/Si 基板の熱膨張係数に適合し、膜の応力割れを低減。
・硬度(HV30-50)は純アルミより高く、フレキシブルディスプレイ基板のコーティングに適している。
4)高純度およびプロセス適合性
・半導体グレードのAl-Siターゲット純度≥99.999%(5N)、Fe、Cuおよびその他の不純物を5ppm未満に制御。
・低温蒸着性能が良好(150℃未満にできる)、有機基板(PIフィルムなど)と適合。
5)調整可能なSi含有量
・従来の比率:Al-1%Si(半導体配線)、Al-2%Si(ディスプレイ電極)
・ 高Si含有量(Al-10%Si)は、特殊な光学コーティングに使用可能。
2.主な用途
1)半導体集積回路
・メタル配線層:0.35μm以上のプロセスのAl配線技術に使用(メモリーチップなど)。
・ボンディングパッド:チップとパッケージ間の導電接続層として。
2)フラットパネルディスプレイ技術
・TFT-LCD ソース/ドレイン電極: ヒロック欠陥を低減するために純Alに置き換わる。
・ タッチセンサー:ITOとの複合導電層(角形抵抗を低減)。
3)太陽電池
・シリコンヘテロ接合(HJT)セル: アモルファスシリコン層の透明導電性酸化物(TCO)下部電極として。
・薄膜セル裏面反射層:光の取り込み効率を向上させる。
4)パッケージングと微小電気機械システム(MEMS)
・ウェハーレベルパッケージング:RDL(Re-Direction Layer)金属化。
・MEMS カンチレバー・ビーム構造: 導電性と機械的支持の両方を提供する。
5)新たな応用分野
・フレキシブル・エレクトロニクス: PET/PI基板上の折り曲げ可能な導電回路の準備。
・3Dプリンティング導電性インク: ナノAl-Si粒子によるエレクトロニクス印刷。
3.最新の開発動向
・超高純度 Al-Si ターゲット:純度 99.9995%以上(6N)のサブ 3nm 先端パッケージ用。
・複合合金化:高温安定性を高めるためにAl-Si-X(X=Cu、Ti、Nd)を開発する。
・低温プロセス:OLEDのような温度に敏感なデバイスのニーズを満たす(100℃未満の蒸着)。
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