钽溅射靶及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钽溅射靶及其制造方法。特别是涉及用于形成作为LSI中的铜布线的 扩散阻挡层的Ta膜或TaN膜的钽溅射靶及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 以往，使用铝作为半导体元件的布线材料，但随着元件的微细化、高集成化，出现 布线延迟的问题，逐渐使用电阻小的铜来代替铝。虽然铜作为布线材料非常有效，但由于铜 本身是活跃的金属，因此存在扩散至层间绝缘膜而导致污染的问题，在铜布线与层间绝缘 膜之间需要形成Ta膜、TaN膜等扩散阻挡层。
[0003] -般而言，Ta膜、TaN膜通过使用钽靶进行溅射来成膜。到目前为止，关于钽靶，关 于对溅射时的性能造成的影响，已知靶中含有的各种杂质、气体成分、晶体的面取向、晶粒 尺寸等对成膜速度、膜厚的均匀性、粉粒产生等造成影响。
[0004] 例如，在专利文献1中，记载了通过形成从革E1厚度的30%的位置向祀的中心面 (222)取向占优的晶体组织，使膜的均匀性提高。
[0005] 另外，专利文献2记载了通过使钽靶的晶体取向随机（不对齐于特定的晶体取 向），成膜速度大，并且使膜的均匀性提高。
[0006] 另外，在专利文献3中，记载了通过在溅射面中选择性地增加原子密度高的 (110)、（200)、（211)的面取向，成膜速度提高，并且通过抑制面取向的变动，均匀性提高。
[0007] 此外，在专利文献4中，记载了通过将利用X射线衍射求出的（110)面的强度比 的、根据溅射表面部分的位置不同而产生的变动调节为20%以内，使膜厚均匀性提高。
[0008] 另外，在专利文献5中，记述了将模锻、挤出、旋转锻造、无润滑的镦锻与多向轧制 组合使用，可以制作具有非常强的（111)、（100)等晶体学织构的圆形的金属靶。
[0009] 除此以外，在下述专利文献6中，记载了对钽锭实施锻造、退火、乳制加工，最终组 成加工后，进一步在1173K以下的温度下进行退火，使未再结晶组织为20%以下、90%以下 的钽溅射靶的制造方法。
[0010] 另外，在专利文献7中公开了下述技术：通过锻造、冷轧等加工和热处理，使靶的 溅射面的峰的相对强度为（110) > (211) > (200)，从而使溅射特性稳定。
[0011] 此外，在专利文献8中，记载了将钽锭锻造，在该锻造工序中进行2次以上的热处 理，然后实施冷轧，并进行再结晶热处理。
[0012] 但是，在上述专利文献的任一篇中，都没有下述想法：通过控制靶的溅射面中的晶 粒尺寸或晶粒尺寸和晶体取向，降低钽靶的放电电压，从而容易产生等离子体，并且抑制成 膜中的电压漂移。
[0013] 现有技术文献
[0014] 专利文献
[0015] 专利文献1:日本特开2004-107758号公报
[0016]专利文献2 :国际公开2005/045090号
[0017] 专利文献3:日本特开平11-80942号公报
[0018] 专利文献4 :日本特开2002-363736号公报
[0019] 专利文献5 :日本特表2008-532765号公报
[0020] 专利文献6 :日本专利第4754617号
[0021] 专利文献7:国际公开2011/061897号
[0022] 专利文献8 :日本专利第4714123号
【发明内容】
[0023] 发明所要解决的问题
[0024] 本发明的课题在于，对于钽溅射靶而言，通过控制靶的溅射面中的晶粒尺寸或晶 粒尺寸和晶体取向，降低钽溅射靶的放电电压降低，从而容易产生等离子体，并且抑制成膜 中的电压漂移。
[0025] 特别是，本发明的课题在于提供在形成包含可以有效地防止由活跃的Cu的扩散 导致的布线周围的污染的Ta膜或TaN膜等的扩散阻挡层中有用的钽溅射靶。
[0026] 用于解决问题的手段
[0027] 为了解决上述课题，本发明提供以下的发明。
[0028] 1) 一种钽溅射靶，其特征在于，在钽溅射靶的溅射面中，平均晶粒尺寸为50ym以 上且150ym以下、且晶粒尺寸的变动为30ym以下。
[0029] 2) -种钽溅射靶，其特征在于，在钽溅射靶的溅射面中，（200)面的取向率大于 70 %、且（222)面的取向率为30 %以下，并且平均晶粒尺寸为50ym以上且150ym以下、且 晶粒尺寸的变动为30ym以下。
[0030] 3) -种钽溅射祀，其特征在于，在钽溅射靶的溅射面中，（200)面的取向率为80% 以上、且（222)面的取向率为20%以下，并且平均晶粒尺寸为50ym以上且150ym以下、且 晶粒尺寸的变动为30ym以下。
[0031]4)一种扩散阻挡层用薄膜，其通过使用上述1)~3)中任一项所述的溅射靶而形 成。
[0032] 5) -种半导体器件，其使用了上述4)所述的扩散阻挡层用薄膜。
[0033] 另外，本发明提供：
[0034]6)-种钽溅射靶的制造方法，其特征在于，对经熔炼和铸造的钽锭进行锻造和再 结晶退火，然后进行轧制和热处理，从而形成如下的晶体组织：
[0035] 在靶的溅射面中，平均晶粒尺寸为50ym以上且150ym以下、且晶粒尺寸的变动 为30ym以下。
[0036]7)-种钽溅射靶的制造方法，其特征在于，对经熔炼和铸造的钽锭进行锻造和再 结晶退火，然后进行轧制和热处理，从而形成如下的晶体组织：
[0037] 在靶的溅射面中，（200)面的取向率大于70%、且（222)面的取向率为30%以下， 并且平均晶粒尺寸为50ym以上且150ym以下、且晶粒尺寸的变动为30ym以下。
[0038] 8)如上述5)所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于，对经熔炼和铸造的钽锭进 行锻造和再结晶退火，然后进行轧制和热处理，从而形成如下的晶体组织：
[0039]在靶的溅射面中，（200)面的取向率为80%以上、且（222)面的取向率为20%以 下，并且平均晶粒尺寸为50ym以上且150ym以下、且晶粒尺寸的变动为30ym以下。 [0040] 9)如上述6)~8)中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于，使用轧辊直 径500mm以下的轧棍，在轧制速度10m/分钟以上、压下率大于80%的条件下进行冷轧。
[0041] 10)如上述6)~9)中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于，在 900 °C~1400 °C的温度下进行热处理。
[0042] 11)如上述6)~10)中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于，在轧制和 热处理后，通过切削、抛光进行表面精加工。
[0043] 发明效果
[0044] 本发明的钽溅射靶通过控制靶的溅射面中的晶粒尺寸或晶粒尺寸和晶体取向两 者，具有可以降低钽溅射靶的放电电压，从而容易产生等离子体，并且抑制成膜中的电压漂 移的优良效果。特别是，在形成包含可以有效地防止由活跃的Cu的扩散导致的布线周围的 污染的Ta膜或TaN膜等的扩散阻挡层中具有优良的效果。
【具体实施方式】
[0045] 本发明的钽溅射靶的特征之一在于：其溅射面中的平均晶粒尺寸为50ym以上且 150ym以下、且晶粒尺寸的变动为30ym以下。平均晶粒尺寸对钽溅射靶的放电电压产生 影响。即，通过在上述范围内调节平均晶粒尺寸，可以降低放电电压，使等离子体稳定，并且 抑制成膜中的电压漂移，因此能够抑制如上所述的溅射时的放电异常的发生。特别是，能够 将放电电压控制在620V以下且将放电电压变动控制在20V以下，并且能够降低放电异常发 生率。平均晶粒尺寸在50ym以上且150ym以下的范围外时，都存在使等离子体稳定并且 抑制成膜中的电压漂移的效果减小的倾向。
[0046]通过上述平均晶粒尺寸的调节、以及提高（200)面的取向率且降低（222)面的取 向率，可以进一步提高抑制溅射时的放电异常的发生的特性。
[0047] 由于钽的晶体结构为体心立方晶格结构（简称BCC)，因此（222)面与（200)面相 比相邻的原子间距离更短，（222)面与（200)面相比原子处于更密集地堆积的状态。因此， 认为在溅射时（222)面与（200)面相比放出更多的钽原子，从而溅射速度（成膜速度）变 快。
[0048] 本发明中，对于钽溅射靶而言，在钽溅射靶的溅射面中，平均晶粒尺寸为50ym以 上且150ym以下、且晶粒尺寸的变动为30ym以下，并且其溅射面中的（200)面的取向率 大于70%、且（222)面的取向率为30%以下。优选（200)面的取向率为80%以上，且（222) 面的取向率为20%以下。
[0049] 认为通过像这样提高溅射面中的（200)面的取向率并降低（222)