高纯度铜锰合金溅射靶的制作方法
【专利摘要】一种高纯度铜锰合金溅射靶，含有0.05～20重量%的Mn，剩余部分为Cu和不可避免的杂质，其特征在于，该靶的Mn浓度的面内波动(CV值)为3%以下。这样，通过向铜中添加适当量的Mn元素并且减小溅射靶的面内波动，能够形成均匀性优良的薄膜。特别是提供可用于提高微细化、高集成化发达的半导体产品的成品率和可靠性的高纯度铜锰合金溅射靶。
【专利说明】高纯度铜锰合金溅射靶
【技术领域】[0001]本发明涉及可用于形成半导体用铜合金布线、具备适合的自扩散抑制功能且能够有效地防止由活性铜的扩散导致的布线周围的污染的高纯度铜锰合金溅射靶，特别是涉及能够形成均匀性(uniformity)优良的薄膜的高纯度铜猛合金派射革巴。
【背景技术】
[0002]以往，作为半导体元件的布线材料，一直使用Al合金(电阻率:约3.0 μ Ω.cm)，但随着布线的微细化，电阻更低的铜布线(电阻率:约2.0μ Ω.cm)得到实用化。作为铜布线的形成工艺，一般进行如下工艺:在布线或布线槽上形成Ta或TaN等的扩散阻挡层，然后，将铜溅射成膜。关于铜，通常通过将纯度约4N(除气体成分以外)的电解铜作为粗金属，利用湿式或干式的高纯度化工艺制造5N~6N的高纯度铜，将其制成溅射靶来使用。
[0003]如上所述，作为半导体用布线，铜非常有效，但铜自身是活性非常高的金属，容易扩散，会产生透过半导体Si衬底或其上的绝缘膜而污染Si衬底或其周围的问题。特别是随着布线的微细化，仅形成以往的Ta或TaN的扩散阻挡层是不够的，还要求对铜布线材料本身进行改良。因此，迄今为止，作为铜布线材料，提出了向铜(Cu)中添加锰(Mn)、使Cu-Mn合金中的Mn与绝缘膜的氧反应而自发地形成阻挡层的、具备自扩散抑制功能的铜合金。
[0004]上述的半导体用铜合金布线使用铜锰合金溅射靶形成，但随着半导体器件的微细化、高密度化、高集成化、布线层的微细化、多层化的发展，产生了以往不成为问题的布线层的膜厚、薄层电阻的面内波动给由晶片得到的芯片(产品)的成品率带来影响的问题。因此，要求能够形成波动小的薄膜(布线)的铜锰合金溅射靶。
[0005]以下列举Cu-Mn合金溅射靶的例子。
[0006]专利文献I中记载了 Mn为0.1~20.0原子％、扩散系数比Cu的自扩散系数小、不可避免的杂质元素的浓度为0.05原子％以下、剩余部分由Cu构成的溅射靶。
[0007]专利文献2中记载了含有0.1~1.0原子％的B以及0.1~2.0原子％的Mn和/或Ni作为添加元素、剩余部分由Cu和不可避免的杂质构成的溅射靶。
[0008]专利文献3中记载了含有0.1~1.0原子％的B、0.1~2.0原子％的与B形成化合物的元素(包括Mn)作为添加元素、剩余部分由Cu和不可避免的杂质构成的溅射靶。
[0009]专利文献4中记载了以总量为0.005~0.5质量％的方式含有选自V、Nb、Fe、Co、N1、Zn、Mg的组中的一种以上的成分和选自Sc、Al、Y、Cr的组中的一种以上的成分、并且含有0.1~5ppm的氧、剩余部分由Cu和不可避免的杂质构成的派射革巴。
[0010]专利文献5中记载了含有超过6摩尔％且为20摩尔％以下的氧、而且含有以总量计为0.2~5摩尔%的Mo、Mn、Ca、Zn、N1、T1、Al、Mg和Fe中的一种或两种以上、剩余部分由Cu和不可避免的杂质构成的溅射靶。
[0011]专利文献6中记载了含有50%以上的由Mn、B、Bi或Ge的金属粉末与含有X(包括Cu)、Y的合金粉末或烧结金属形成且平均粒径为0.1~300 μ m的晶粒、所含气体量为600ppm以下的烧结派射祀材料。[0012]专利文献7中，关于粉粒产生的抑制，记载了含有0.6~30质量％的Mn、金属类杂质为40ppm以下、氧为IOppm以下、氮为5ppm以下、氢为5ppm以下、碳为IOppm以下、剩余部分为Cu的派射革巴。
[0013]但是，以上的溅射靶存在形成于晶片上的铜锰合金薄膜的面内波动未必充分的问题。
[0014]此外，作为由本 申请人:提出的半导体元件的布线材料，记载了用于形成含有
0.05~5重量％的Mn、选自Sb、Zr、T1、Cr、Ag、Au、Cd、In、As中的一种或两种以上的元素的总量为10重量ppm以下、剩余部分为Cu的半导体用铜合金布线的溅射靶(参考专利文献8) ο
[0015]这种溅射靶对提高自扩散抑制功能有效，但其目的并不在于减小形成于晶片上的铜锰合金薄膜的面内波动。
[0016]另外，本 申请人:之前公开了包含Cu-Mn合金的半导体用铜合金布线材料(参考专利文献9)，特别是提出了含有0.05~20重量%的Mn且Be、B、Mg、Al、S1、Ca、Ba、La、Ce的总量为500重量ppm以下、剩余部分为Cu和不可避免的杂质的溅射靶。
[0017]这种溅射靶也是 对提高自扩散抑制功能有效，但其目的并不在于减小形成于晶片上的铜锰合金薄膜的面内波动。
[0018]现有技术文献
[0019]专利文献
[0020]专利文献1:日本专利第4065959号公报
[0021]专利文献2:日本特开2009-97085号公报
[0022]专利文献3:日本特开2010-248619号公报
[0023]专利文献4:日本特开2002-294437号公报
[0024]专利文献5:日本特开2008-311283号公报
[0025]专利文献6:日本特开2009-74127号公报
[0026]专利文献7:日本特开2007-51351号公报
[0027]专利文献8:日本特开2006-73863号公报
[0028]专利文献9:国际公开第2008/041535号
【发明内容】
[0029]发明所要解决的问题
[0030]本发明的课题在于通过向铜中添加适当量的Mn元素并且减小溅射靶的面内波动而形成均匀性优良的薄膜。由此，能够提高微细化、高集成化发达的半导体产品的成品率和可靠性。另外，提供可用于形成具有自扩散抑制功能、能够有效地防止由活性Cu的扩散导致的布线周围的污染并且抗电迁移(EM)性、耐腐蚀性等优良的半导体用铜合金布线的高纯度铜锰合金溅射靶。
[0031 ] 用于解决问题的手段
[0032]为了解决上述问题，本发明提供以下的发明。
[0033]I) 一种高纯度铜锰合金溅射靶，含有0.05~20重量％的Mn，剩余部分为Cu和不可避免的杂质，其特征在于，该靶的Mn浓度的面内波动(CV值)为3%以下。[0034]2)如权利要求1所述的高纯度铜锰合金溅射靶，含有0.05~20重量％的Mn，剩余部分为Cu和不可避免的杂质，其特征在于，该靶的维氏硬度的面内波动(CV值)为15%以下。
[0035]3)如权利要求1或2所述的高纯度铜锰合金溅射靶，含有0.05~20重量％的Mn，剩余部分为Cu和不可避免的杂质，其特征在于，该靶的电导率的面内波动(CV值)为3%以下。
[0036]4)如权利要求1~3中任一项所述的高纯度铜锰合金溅射靶,含有0.05~20重量％的Mn，剩余部分为Cu和不可避免的杂质，其特征在于，该靶的热导率的面内波动(CV值)为5%以下。
[0037]发明效果
[0038]本发明的高纯度铜锰合金溅射靶通过向铜中添加适当量的Mn元素并且减小溅射靶的面内波动，能够形成膜厚均匀性(均匀性)优良的薄膜，由此，能够提高微细化、高集成化发达的半导体产品的成品率和可靠性。另外，具有如下优良效果:具有自扩散抑制功能，能够有效地防止由活性Cu的扩散导致的布线周围的污染，能够提高抗电迁移(EM)性、耐腐蚀性等。
【具体实施方式】
[0039]本发明中，优选使Cu合金中含有的Mn为0.05重量％以上且20重量％以下。Mn少于0.05重量％时，自扩散抑制功能减小，Mn超过20重量％时，电阻增大，作为半导体用铜合金布线的功能降低，因此不优选。更优选为含有0.5~10重量％的Mn的铜合金。
[0040]另外，本发明中，优选使该靶表面的Mn浓度的面内波动(CV值)为3%以下。靶表面的Mn浓度的面内波动超过3%时，通过溅射形成的薄膜产生组成偏差，薄层电阻的变动增加，因此不优选。通过该薄层电阻的变动来评价膜厚均匀性。另外，CV值通过(标准差+平均值)XlOO (%)算出。
[0041]另外，本发明中，优选使该靶表面的维氏硬度的面内波动(CV值)为15%以下。靶表面的维氏硬度的面内波动超过15%时，成膜速度的变动、Mn的溅射率的变动增大，因此不优选。因此，维氏硬度的面内波动设定为15%以下。另外，维氏硬度的平均值为60~95Hv。
[0042]另外，本发明中，优选使该靶表面的电导率的面内波动(CV值)为3%以下。另外，优选使热导率的面内波动(CV值)为5%以下。靶表面的电导率的面内波动超过3%或者热导率的面内波动超过5%时，成膜速度的变动、Mn的溅射率的变动增大，因此不优选。另外，电导率的平均值为0.18~30μπι.cm，热导率的平均值为20~400W.m-1.K'
[0043]另外，本发明中，高纯度铜锰合金溅射靶的制造中，向碳坩埚(坩埚)内放入纯度为6Ν以上的高纯度铜和纯度为5Ν以上的添加元素锰并使其熔化。或者，预先将纯度为6Ν以上的高纯度铜在碳坩埚(坩埚)内熔化，以达到目标成分组成的方式向其中添加具有5Ν以上的纯度的锰。
[0044]对这样得到的合金进行铸造，能够得到Mn为0.05~20重量％的高纯度的铜锰合金锭。然后，将该铜锰合金锭以预定的锻造比进行热锻，然后以预定的压下率进行轧制而得到轧制板。
[0045]进而以预定的温度和时间对其进行热处理。然后，接合到背板上并进行精加工，制造由上述高纯度铜锰合金制作的溅射靶组装体。
[0046]另外，本发明中，Mn组成使用ICP-AES进行测定。维氏硬度使用^ ”吁7公司制造的型号为MMT-X7的显微维氏硬度计(数字显微硬度计)，将载荷设定为100g来进行测定。另外，电导率使用>公司制造的型号为RESISTEST-9的四探针电阻测定器进行测定。另外，热导率使用~公司制造的型号为TM-3的热物性显微镜进行测定。对于各自的面内波动，测定靶表面的任意9个点，由其平均值和标准差进行计算而求出面内波动。
[0047]实施例
[0048]接下来，基于实施例对本发明进行说明。以下所示的实施例用于易于理解本发明，本发明不受这些实施例的限制。即，基于本发明的技术构思的变形和其他实施例当然包含在本发明中。
[0049](实施例1、比较例I)
[0050]实施例1中，使用碳坩埚(坩埚)在高真空气氛中将纯度为6N的高纯度铜(Cu)熔化。另外，制备纯度为5N的高纯度锰(Mn)，将其投入铜的熔液中。Mn量调节至I重量％。[0051]投入上述Mn并熔化后，在高真空气氛中将该铜锰合金的熔液浇注到水冷铜铸模内而得到锭。接着，将制造的锭的表面层除去并使其为Φ180Χ6(Η，然后，以4.8的锻造比进行锻造并使其为Φ200。然后，以60%的压下率进行轧制并使其为Φ440Χ1(Η。
[0052]接着，在350°C下进行I小时的热处理后，使整个靶骤冷而制成靶原材。通过机械加工将其加工成直径为430mm、厚度为7mm的靶。
[0053]比较例I中，使用碳坩埚(坩埚)在高真空气氛中将纯度为6N的高纯度铜(Cu)熔化。另外，制备纯度为5N的高纯度锰(Mn)，将其投入铜的熔液中。Mn量调节至I重量％。
[0054]投入上述Mn并熔化后，在高真空气氛中将该铜锰合金的熔液浇注到水冷铜铸模内而得到锭。接着，将制造的锭的表面层除去并使其为Φ180Χ6(Η，然后，以2.3的锻造比进行锻造并使其为Φ200。然后，以50%的压下率进行轧制并使其为Φ440Χ1(Η。
[0055]接着，在300°C下进行15分钟的热处理后，使整个靶骤冷而制成靶原材。通过机械加工将其加工成直径为430mm、厚度为7mm的靶。
[0056]将测定这些靶的Mn组成的结果示于表1中。
[0057]如表1所示，实施例1的Mn组成的面内波动(CV值)为2.4%，得到了 Mn组成的面内波动小于比较例I的3.8%的靶。
[0058]接着，作为通过溅射形成的薄膜的膜质评价，对实施例1、比较例I的靶进行溅射而成膜，测定形成的薄膜的薄层电阻值，算出其膜厚均匀性(均匀性)。将该结果示于表1中。关于均匀性，测定形成于晶片上的薄膜的任意的49个点，由其平均值和标准差进行计算而求出均匀性[(49个点的薄层电阻值的标准差)+ (49个点的薄层电阻值的平均it) XlOO (%)]。
[0059]如表1所示，使用实施例1的靶形成的薄膜的膜厚均匀性为2.9%，与使用比较例I的靶的情况下的膜厚均匀性为4.8%相比，即使持续长时间溅射，膜厚均匀性(均匀性)也显示出良好的结果。
【权利要求】
1.一种高纯度铜锰合金溅射靶，含有0.05~20重量％的Mn，剩余部分为Cu和不可避免的杂质，其特征在于，该靶的Mn浓度的面内波动(CV值)为3%以下。
2.如权利要求1所述的高纯度铜锰合金溅射靶，含有0.05~20重量％的Mn，剩余部分为Cu和不可避免的杂质，其特征在于，该靶的维氏硬度的面内波动(CV值)为15%以下。
3.如权利要求1或2所述的高纯度铜锰合金溅射靶，含有0.05~20重量％的Mn，剩余部分为Cu和不可避免的杂质，其特征在于，该靶的电导率的面内波动(CV值)为3%以下。
4.如权利要求1~3中任一项所述的高纯度铜锰合金溅射靶，含有0.05~20重量％的Mn，剩余部分为Cu和不可避免的杂质，其特征在于，该靶的热导率的面内波动(CV值)为5%以下。
【文档编号】C23C14/34GK103547701SQ201280024764
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年9月6日 优先权日:2011年9月14日
【发明者】长田健一, 大月富男, 冈部岳夫, 牧野修仁, 福岛笃志 申请人:吉坤日矿日石金属株式会社