铜合金溅射靶的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及可以形成半导体元件的布线材料、尤其是在电镀铜时不发生凝聚的、 稳定且均匀的晶种层，并且溅射成膜特性优良的铜合金溅射靶。
【背景技术】
[0002] 以往，使用A1 (电阻率：约3. 1yD?_)作为半导体元件的布线材料，但随着布线 的微细化，电阻更低的铜布线（电阻率：约1. 7yD?cm)得以实用化。作为铜布线的形成 工艺，多数情况下在布线或布线槽形成Ta、TaN等扩散阻挡层，然后电镀铜。为了进行该电 镀，作为基底层（晶种层），一般进行将铜或铜合金溅射成膜。以往，将纯度约4N(除气体成 分以外）的电解铜作为粗金属并通过湿式、干式的高纯度化工艺，制造5N~6N纯度的高纯 度铜，并将其作为溅射靶使用。
[0003]但是，对于铜布线的宽度为0? 13ym以下，例如90nm或65nm，纵横比超过8这样 的微细布线而言，成为晶种层的厚度为l〇〇nm以下的极薄膜，通过6N纯铜靶形成晶种层时， 存在引起凝聚、不能形成良好的晶种层的问题。可见，均匀地形成基底层是重要的，在基底 层发生凝聚的情况下，在通过电镀形成铜膜时，不能形成均匀的膜。例如，在布线中会形成 空隙、突起（匕口 7夕只）、断线等缺陷。另外，即使不残留上述的空隙等缺陷，由于在该部 分会形成不均匀的铜的电沉积组织，因此产生耐电迀移（EM)性降低的问题。为了解决该问 题，在电镀铜时形成稳定且均匀的晶种层是重要的，需要溅射成膜特性优良的、最适合形成 晶种层的溅射靶。
[0004] 以前，本申请人提出了通过添加适量的金属元素，可以防止电镀铜时的空隙、突 起、断线等缺陷的产生、电阻率低、并且具有耐电迀移及抗氧化性的铜合金溅射靶用于形成 半导体元件的布线（参见专利文献1、专利文献2)。它们可以提高耐EM性、抗氧化性而不 会损害铜的低电阻特性，但对于近年来的更微细的铜布线，存在不能得到充分均匀的膜的 问题。
[0005] 需要说明的是，虽然与本申请没有直接的关联性，但是已知使用微量添加各种金 属元素，进而调节了氧含量的铜合金溅射靶来形成半导体器件的薄膜布线的技术（参见专 利文献3~5)。但是，任何技术都不能得到可以形成适合于近年来的更微细化的半导体元 件布线的、均匀性优良的膜的铜合金靶。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1 :国际公开第2004/083482号
[0009] 专利文献2 :国际公开第2008/041535号
[0010] 专利文献3 :日本特开2002-294437号公报
[0011] 专利文献4 :日本特开2008-311283号公报
[0012] 专利文献5 :日本特开2010-053445号公报
【发明内容】
[0013] 发明所要解决的问题
[0014] 本发明的课题在于提供铜合金溅射靶及使用该靶形成的半导体元件布线，该铜合 金溅射靶可以形成半导体元件的布线材料，尤其是在电镀铜时不发生凝聚的、稳定且均匀 的晶种层，并且溅射成膜特性优良。
[0015] 用于解决问题的手段
[0016] 为了解决上述课题，本发明人等进行了深入研宄，结果发现：通过抑制铜合金溅射 靶的面内的组成变动等，可以形成能够防止电镀铜时的空隙、突起、断线等缺陷的产生，电 阻率低，并且具有耐电迀移及抗氧化性的、稳定且均匀的晶种层。
[0017] 为了解决上述课题，本发明提供以下的发明。
[0018] 1) 一种铜合金溅射革巴，其具有含有1.0~5.0原子％的此、含有0. 1~4.0原子％ 的A1、其余包含Cu及不可避免的杂质的组成，其特征在于，在所述溅射靶面内，组成的变动 为20%以内。
[0019] 2)如上述1)所述的铜合金溅射靶，其特征在于，在所述溅射靶面内，晶粒尺寸的 变动为6. 0ym以下。
[0020] 3)如上述1)或2)所述的铜合金溅射靶，其特征在于，在所述溅射靶面内，电导率 的变动为〇. 5%IACS以下。
[0021] 4)如上述1)~3)中任一项所述的铜合金溅射祀，其特征在于，在所述溅射靶面 内，维氏硬度的变动为3Hv以下。
[0022] 5) -种铜合金溅射靶的制造方法，其特征在于，准备Cu、Mn和A1各自的原料，调 节这些原料以得到所期望的合金组成，然后利用感应熔炼法，在真空气氛下、ll〇〇°C以上的 温度下进行熔炼、合金化，接着，将合金化后的熔融液浇铸到铸模中，之后，以30°C/分钟以 上的冷却速度冷却至300°C，除去由此得到的锭的表面层，之后，经过热锻、热轧、冷轧、热处 理工序而得到溅射靶材，并对该靶材进一步机械加工而加工成靶形状。
[0023] 发明的效果
[0024] 本发明具有下述的优良效果：可以得到铜合金溅射靶及通过该靶形成的半导体元 件布线，该铜合金溅射靶可以形成半导体元件的布线材料，尤其是在电镀铜不发生凝聚的、 稳定且均匀的晶种层，并且溅射成膜特性优良。
【附图说明】
[0025] 图1是在靶平面方向以同心圆状示出9点或17点的测定位置□的示意图。
[0026] 图2是用光学显微镜观察实施例1的靶时的组织图像。
[0027] 图3是用光学显微镜观察实施例2的靶时的组织图像。
[0028] 图4是用光学显微镜观察实施例3的靶时的组织图像。
[0029] 图5是用光学显微镜观察实施例4的靶时的组织图像。
【具体实施方式】
[0030] 本发明的铜合金溅射靶具有含有1. 0~5. 0原子％的Mn、含有0. 1~4. 0原子％ 的A1、其余包含Cu及不可避免的杂质的组成。本合金通过含有0. 1~4.0原子％的八1，可 以有效地防止电镀时的凝聚。即，可以提高与阻挡膜的润湿性。
[0031] 小于0. 1原子％时，没有防凝聚效果，超过4.0原子％时，晶种层的电阻增加，铜布 线整体的电阻增高，因而不优选。另外，在铜合金制造工序的熔炼时，由于氧含量随A1的增 加而增大，因此需要避免超过4. 0原子％。
[0032] 本发明通过含有1.0~5.0原子％Mn，可以提高抗氧化性。小于1.0原子％时，没 有抗氧化性的效果，超过5. 0原子％时，会使防凝聚作用降低，也就是使与阻挡膜的润湿性 显著降低，因此不优选。
[0033] 具有这样的组成的铜合金溅射靶可以形成在电镀铜时不发生凝聚的、抗氧化性高 的晶种层。
[0034] 本发明的铜合金溅射靶的特征在于，在溅射靶面内，组成的变动为20%以内。在 此，可以通过在靶平面方向以同心圆状测定9个点或17个点的组成，由{(各成分含量的最 大值）_(各成分含量的最小值）}八各成分含量的平均值）X100 (% )计算组成的变动。通 过这