JP2000160333A - スパッタリング用ターゲットおよびそれを用いたスパッタリング装置ならびに半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高性能化できしかもコストが低減化できるス
パッタリング用ターゲットおよびそれを用いたスパッタ
リング装置ならびに半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 スパッタリング用ターゲット２として、
ウエハの直径以下の直径を有するものである。また、銅
または制御された濃度の添加元素を含む銅合金を材料と
しているスパッタリング用ターゲットであって、添加元
素を除いた銅の純度は、９9.９９９％以下であるもので
ある。また、制御された濃度の添加元素を含む銅合金を
材料としているスパッタリング用ターゲットであって、
添加元素としてのウランまたはトリウムの含有量は、そ
れぞれ0.５ppb 以下である。また、スパッタリング用タ
ーゲット２のスパッタ面２ａには、盛り上げられた領域
を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリング用
ターゲットおよびそれを用いたスパッタリング装置なら
びに半導体装置の製造方法に関し、特に、高性能化でき
しかもコストが低減化できるスパッタリング用ターゲッ
トおよびそれを用いたスパッタリング装置ならびに半導
体装置の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ところで、本発明者は、半導体集積回路
装置の製造方法について検討した。以下は、本発明者に
よって検討された技術であり、その概要は次のとおりで
ある。

【０００３】すなわち、半導体集積回路装置における配
線層の製造方法は、絶縁膜に形成された配線用の溝に配
線用金属層としての銅（Ｃｕ）層をスパッタリング装置
を用いたスパッタリング法を使用して埋め込んで、配線
層を形成する工程を採用しているものがある。

【０００４】この場合、配線層としての銅層の形成に際
しては、スパッタリング装置を用いたスパッタリング法
が使用されており、その際のスパッタリング装置は、ス
パッタリング用ターゲットとウエハとの間の距離を長距
離化して指向性を改善している方法が採用されている場
合がある。

【０００５】また、その際に、スパッタリング法を使用
して形成された銅層のみで配線層を形成している態様
と、スパッタリング法を使用して形成された銅層を形成
した後、その銅層の上にメッキ法またはＣＶＤ（Chemic
al Vapor Deposition ）法を使用して形成された銅層を
堆積した配線層を形成している態様と、ＣＶＤ法を使用
して形成された銅層を形成した後、その銅層の上にスパ
ッタリング法を使用して形成された銅層を堆積した配線
層を形成している態様が採用されている場合がある。

【０００６】なお、半導体集積回路装置における配線層
の形成技術について記載されている文献としては、例え
ば平成元年１１月２日、（株）プレスジャーナル発行の
「’９０最新半導体プロセス技術」ｐ２６７〜ｐ２７３
に記載されているものがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述した半
導体集積回路装置における配線層の製造方法は、種々の
問題点があることを本発明者が見い出した。

【０００８】すなわち、（１）．銅を材料としているス
パッタリング用ターゲットは、アルミニウム（Ａｌ）ま
たはアルミニウム合金などの配線用金属を材料としてい
るスパッタリング用ターゲットよりも、材料としての銅
がアルミニウムまたはアルミニウム合金などの配線層金
属よりも高価な材料であることにより、スパッタリング
用ターゲットのコストが高くなっているという問題点が
発生している。

【０００９】（２）．スパッタリング装置でスパッタリ
ング用ターゲットとウエハとの間の距離を伸ばすと、ウ
エハに付く銅が少なくなることにより、スパッタリング
用ターゲットの消費効率が低下するという問題点が発生
している。

【００１０】（３）．メッキ法またはＣＶＤ法を使用し
て形成する銅層の下層としてのスパッタリング法を使用
して形成された銅層を形成する態様の場合であって、配
線用の溝の高アスペクト比のパターンの場合には、シー
ドとしてのスパッタリング法を使用して形成された銅層
の膜厚が比較的厚くならざるを得ないという問題点が発
生している。

【００１１】（４）．スパッタリング用ターゲットが削
れてくると、スパッタリング用ターゲットの表面形状が
変化することにより、プラズマ状態やスパッタ粒子の指
向性が変化してしまうという問題点が発生している。

【００１２】（５）．スパッタリング用ターゲットの中
にウラン（Ｕ）またはトリウム（Ｔｈ）からなる放射性
元素を持つ不純物がある場合、ウランまたはトリウムが
多い（例えば１ppb 程度）と、α（アルファ）線を発生
し、ソフトエラーを誘発するという問題点が発生してい
る。

【００１３】本発明の目的は、高性能化できしかもコス
トが低減化できるスパッタリング用ターゲットおよびそ
れを用いたスパッタリング装置ならびに半導体装置の製
造方法を提供することにある。

【００１４】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１６】すなわち、（１）．本発明のスパッタリン
グ用ターゲットは、ウエハの直径以下の直径を有するも
のである。

【００１７】（２）．本発明のスパッタリング用ターゲ
ットは、銅または制御された濃度の添加元素を含む銅合
金を材料としているスパッタリング用ターゲットであっ
て、添加元素を除いた銅の純度は、９9.９９９％以下で
あるものである。

【００１８】（３）．本発明のスパッタリング用ターゲ
ットは、制御された濃度の添加元素を含む銅合金を材料
としているスパッタリング用ターゲットであって、添加
元素としてのウランまたはトリウムの含有量は、それぞ
れ0.５ppb 以下であるものである。

【００１９】（４）．本発明のスパッタリング用ターゲ
ットは、銅または制御された濃度の添加元素を含む銅合
金などを材料としているスパッタリング用ターゲットで
あって、スパッタリング用ターゲットにおけるスパッタ
面のうち、スパッタリング処理の進行によって他のスパ
ッタ面の領域よりも多く削れる領域に盛り上げられた領
域を備えているものである。

【００２０】（５）．本発明のスパッタリング用ターゲ
ットは、同一の材料からなる部品を複数個備えているス
パッタリング用ターゲットであって、前記部品の一部の
部品のスパッタ面を垂直方向に必要に応じて移動化でき
るものである。

【００２１】（６）．本発明のスパッタリング装置は、
前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載のスパッタリ
ング用ターゲットを備えているものである。

【００２２】（７）．本発明の半導体装置の製造方法
は、前記（６）記載のスパッタリング装置を用いたスパ
ッタリング法を使用して、ウエハの上に配線層を堆積す
る工程を有するものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において同一機能を有するものは同一の符
号を付し、重複説明は省略する。

【００２４】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１であるスパッタリング装置を示す概略構成図であ
る。図２は、図１に示すスパッタリング装置に用いられ
いる本実施の形態のスパッタリング用ターゲットを拡大
して示す概略平面図である。

【００２５】図１に示すように、本実施の形態のスパッ
タリング装置１は、スパッタリング処理を行うことがで
きる装置であり、スパッタリング装置１の内部にスパッ
タリング用ターゲット２とウエハ３をセットするウエハ
ステージ４が配置されている。

【００２６】この場合、本実施の形態のスパッタリング
装置１は、本実施の形態の特徴であるスパッタリング用
ターゲット２を備えているものである。

【００２７】本実施の形態のスパッタリング用ターゲッ
ト２の直径は、ウエハ３の直径以下の直径（ウエハ３の
直径よりも小さい直径）を有するものであり、本実施の
形態のスパッタリング用ターゲット２は、銅のスパッタ
リング法を行うための銅を材料としているものである。
なお、スパッタリング用ターゲット２の裏面（図の上
方）には、ターゲットの強度を確保するための構造材で
あるパッキングプレートを設置した態様を適用してもよ
い。

【００２８】スパッタリング用ターゲット２は、ターゲ
ット位置調節機構４にセットされており、ターゲット位
置調節機構４によって、スパッタリング用ターゲット２
とウエハ３との間の距離を制御することができるように
なっている。また、ターゲット位置調節機構４には、ウ
エハ３の直径以下の部分をスパッタするようにマグネト
ロン５が設置されている。この場合、マグネトロン５
は、スパッタリング用ターゲット２のスパッタ面２ａと
は反対の面におけるウエハ３の直径以下の領域に備えら
れている。

【００２９】ウエハ３は、ウエハステージ６の上に載置
されている。ウエハステージ６には、ウエハ３の温度を
調節できる温度調節機構（図示を省略している）が設置
されている。したがって、ウエハステージ６に設置され
ている温度調節機構を冷却機構として使用することによ
って、配線用金属層の成膜中のウエハ３の温度の上昇を
抑制することができるなど、ウエハ３の温度を制御する
ことができる。

【００３０】ウエハステージ６には温度調節機構と連結
しているガス導入管６ａが設置されている。したがっ
て、ウエハステージ６の裏面から温度調節機構を使用し
てウエハ３の冷却用のアルゴンガスをガス導入管６ａを
通じて供給しながら、アルゴンプラズマを生成しスパッ
タリングを行なうことができる。

【００３１】また、本実施の形態のスパッタリング装置
１におけるガス導入部７は、３種類のガス導入機構７ａ
〜７ｃが連結されており、例えばガス導入機構７ａには
アルゴン（Ａｒ）ガスが導入され、ガス導入機構７ｂに
は水素（Ｈ₂ ）ガスが導入され、ガス導入機構７ｃには
酸素（Ｏ₂ ）ガスが導入されており、必要に応じてそれ
ぞれのガスまたはそれらの混合ガスをスパッタリング装
置１の内部に供給することができる。

【００３２】さらに、ウエハ３とスパッタリング用ター
ゲット２の間にウエハ３に対してほぼ垂直な方向に貫通
孔を有する構造物８を必要に応じて配置させることがで
きる。構造物８に開口された貫通孔の形状は、例えば最
大開口長が３ｃｍ以下、深さ／最大開口長の比が0.９以
下である。この構造物８を設けることにより、構造物８
がスパッタリング用ターゲット２とウエハ３との間にス
パッタリング粒子の指向性を制御する機能をもっている
ことにより、所定の条件下でスパッタリング法を使用し
て例えば高アスペクト比の接続孔の側壁と底面の両方に
平坦部に比べ１０％以上の段差被覆性を確保した状態で
もって配線用金属層の成膜ができる。

【００３３】ただし、同様の効果は、例えばターゲット
位置調節機構４において、スパッタリング用ターゲット
２とウエハ３との間の距離をのばすことによっても得ら
れるため、構造物８が設置されていない態様のスパッタ
リング製造装置１とすることができる。

【００３４】前述した本実施の形態のスパッタリング用
ターゲット２によれば、ウエハ３の直径以下の直径を有
するものであることにより、銅を材料としているスパッ
タリング用ターゲット２の場合、アルミニウムまたはア
ルミニウム合金などの配線用金属を材料としているスパ
ッタリング用ターゲットよりも、材料としての銅がアル
ミニウムまたはアルミニウム合金などの配線層金属より
も高価な材料であるけれども、小面積のスパッタリング
用ターゲット２とすることができる。

【００３５】したがって、本実施の形態のスパッタリン
グ用ターゲット２によれば、銅の体積を低減化できるこ
とにより、コストを低減化することができる。また、本
実施の形態のスパッタリング用ターゲット２によれば、
本発明者の検討の結果、長距離スパッタリング法と組み
合わせた場合、ウエハ３に入射するスパッタ粒子の指向
性を改善することができて、スパッタリング法を優れた
ものとすることができることにより、高性能なスパッタ
リング用ターゲットとすることができる。

【００３６】本実施の形態のスパッタリング装置１によ
れば、ターゲット位置調節機構４に本実施の形態のスパ
ッタリング用ターゲット２がセットされており、ターゲ
ット位置調節機構４によって、スパッタリング用ターゲ
ット２とウエハ３との間の距離を制御することができる
ようになっていると共にターゲット位置調節機構４には
ウエハ３の直径以下の部分をスパッタするようにマグネ
トロン５が設置されており、マグネトロン５がスパッタ
リング用ターゲット２のスパッタ面２ａとは反対の面に
おけるウエハ３の直径以下の領域に備えられていること
により、長距離スパッタリング法を行う際に、ウエハ３
に飛来するスパッタリング粒子の見込み角を小さく制限
することができると共にスパッタリング用ターゲット２
をある深さまで削った際の削り取られた体積をその深さ
までのスパッタリング用ターゲット２の体積で割ること
で定義される値を小さくすることができる。

【００３７】したがって、本実施の形態のスパッタリン
グ装置１によれば、スパッタリング装置１でスパッタリ
ング用ターゲット２とウエハ３との間の距離を伸ばした
際に、ウエハ３に付くスパッタリング用ターゲット２の
材料である銅などが減少するその程度を緩和することが
できることや、スパッタリング粒子の指向性を向上でき
ることにより、高性能な配線層などとしての金属層を形
成することができ、しかもスパッタリング用ターゲット
２の消費効率が低下することを防止することができる。

【００３８】（実施の形態２）本実施の形態のスパッタ
リング用ターゲットは、銅または制御された濃度の添加
元素を含む銅合金を材料としているスパッタリング用タ
ーゲットであって、本発明者の検討の結果、添加元素を
除いた銅の純度は、９9.９９９％以下とされているもの
である。

【００３９】本実施の形態のスパッタリング用ターゲッ
トによれば、添加元素を除いた銅の純度が９9.９９９％
以下とされていることにより、銅または制御された濃度
の添加元素を含む銅合金を材料としているスパッタリン
グ用ターゲットであっても、材料としての銅のコストを
低減化できるので、スパッタリング用ターゲットのコス
トを低減化することができる。

【００４０】本実施の形態のスパッタリング用ターゲッ
トの他の態様として、実施の形態１のスパッタリング用
ターゲットと設計仕様に応じて組み合わせられているス
パッタリング用ターゲットの態様とすることができる。
この態様のスパッタリング用ターゲットによれば、優れ
た効果を有するものとすることができる。

【００４１】（実施の形態３）本実施の形態のスパッタ
リング用ターゲットは、制御された濃度の添加元素を含
む銅合金を材料としているスパッタリング用ターゲット
であって、本発明者の検討の結果、添加元素としてのウ
ランまたはトリウムの含有量は、それぞれ0.５ppb （pa
rt per billion，１０億分の１＝１０^-9）以下とされて
いるものである。この場合、0.５ppb は、５×１０^-8wt
％と同一の値とされている。

【００４２】本実施の形態のスパッタリング用ターゲッ
トによれば、添加元素としてのウランまたはトリウムの
含有量がそれぞれ0.５ppb 以下とされていることによ
り、α（アルファ）線を発生し、ソフトエラーを誘発す
るという問題点の発生を防止することができるので、高
性能なスパッタリング用ターゲットとすることができ
る。

【００４３】本実施の形態のスパッタリング用ターゲッ
トの他の態様として、実施の形態１または実施の形態２
あるいは実施の形態１および実施の形態２のスパッタリ
ング用ターゲットと設計仕様に応じて組み合わせられて
いるスパッタリング用ターゲットの態様とすることがで
きる。この態様のスパッタリング用ターゲットによれ
ば、優れた効果を有するものとすることができる。

【００４４】（実施の形態４）図３は、本発明の実施の
形態４であるスパッタリング用ターゲットのスパッタ面
を示す概略平面図である。図４は、図３におけるＡ−Ａ
矢視断面を示す概略断面図である。

【００４５】図３および図４に示すように、本実施の形
態のスパッタリング用ターゲット２は、銅または制御さ
れた濃度の添加元素を含む銅合金などを材料としている
スパッタリング用ターゲット２であって、スパッタリン
グ用ターゲット２におけるスパッタ面２ａのうち、スパ
ッタリング処理の進行によって他のスパッタ面２ａの領
域よりも多く削れる領域に盛り上げられた領域２ｂ，２
ｃを備えているものである。

【００４６】盛り上げられた領域２ｂは、例えば、スパ
ッタリング用ターゲット２の中心から２ｃｍの距離に配
置されており、幅が２ｃｍの円形状のなだらかな山形の
領域であり、盛り上げられた距離は、0.５〜1.５ｃｍ程
度（スパッタリング用ターゲット２のスパッタ面２ａと
裏面との間の幅と同様な距離）とされている。

【００４７】盛り上げられた領域２ｃは、スパッタリン
グ用ターゲット２の中心から６ｃｍの距離に配置されて
おり、幅が２ｃｍの円形状のなだらかな山形の領域であ
り、盛り上げられた距離は、0.５〜1.５ｃｍ程度（スパ
ッタリング用ターゲット２のスパッタ面２ａと裏面との
間の幅と同様な距離）とされている。

【００４８】本実施の形態のスパッタリング用ターゲッ
ト２は、盛り上げられた領域２ｂと盛り上げられた領域
２ｃとを有するものであるが、設計仕様に応じて、２個
以上の複数個の盛り上げられた領域を備えているスパッ
タリング用ターゲット２の態様とすることができる。

【００４９】本実施の形態のスパッタリング用ターゲッ
ト２によれば、銅または制御された濃度の添加元素を含
む銅合金などを材料としているスパッタリング用ターゲ
ット２におけるスパッタ面２ａのうち、スパッタリング
処理の進行によって他のスパッタ面２ａの領域よりも多
く削れる領域に盛り上げられた領域２ｂ，２ｃを備えて
いることにより、スパッタリング用ターゲット２を使用
する場合、他のスパッタ面２ａの領域よりも多く削れる
領域に盛り上げられた領域２ｂ，２ｃがあるので、類似
状態のスパッタリング法をもって盛り上げられた領域が
ない場合に比べてより多数回のスパッタリング処理を行
うことができるスパッタリング用ターゲット２とするこ
とができる。

【００５０】したがって、本実施の形態のスパッタリン
グ用ターゲット２によれば、類似状態のスパッタリング
法をもって、より多数回のスパッタリング処理を行うこ
とができることにより、コストを低減化することがで
き、しかも長距離スパッタリング法に適用された場合な
どにおいて、高性能なスパッタリング法ができると共に
高性能なスパッタリング用ターゲットとすることができ
る。

【００５１】本実施の形態のスパッタリング用ターゲッ
トの他の態様として、実施の形態１または実施の形態２
または実施の形態３あるいは実施の形態１および実施の
形態２および実施の形態３のスパッタリング用ターゲッ
トと設計仕様に応じて組み合わせられているスパッタリ
ング用ターゲットの態様とすることができる。この態様
のスパッタリング用ターゲットによれば、優れた効果を
有するものとすることができる。

【００５２】（実施の形態５）図５は、本発明の実施の
形態５であるスパッタリング用ターゲットのスパッタ面
を示す概略平面図である。図６は、図５におけるＢ−Ｂ
矢視断面を示す概略断面図である。

【００５３】図５および図６に示すように、本実施の形
態のスパッタリング用ターゲット２は、銅または制御さ
れた濃度の添加元素を含む銅合金などを材料としている
スパッタリング用ターゲット２であって、同一の材料か
らなる部品２ｄ，２ｅ（複数個の部品）を備えており、
部品２ｄ，２ｅのスパッタ面を垂直方向に必要に応じて
移動化できるようにスパッタリング用ターゲット２の本
体に取り付けられている。

【００５４】本実施の形態のスパッタリング用ターゲッ
ト２における部品２ｄ，２ｅは、同心円状の円筒部品と
なっており、垂直（鉛直）方向に可動な構造とされてい
る。

【００５５】部品２ｄは、スパッタリング用ターゲット
２の中心から２ｃｍの距離に配置されており、幅が２ｃ
ｍの円形状の平面状態の領域であり、厚さ（深さ）は、
0.５〜1.５ｃｍ程度（スパッタリング用ターゲット２の
スパッタ面２ａと裏面との間の幅と同様な距離）とされ
ている。

【００５６】部品２ｅは、スパッタリング用ターゲット
２の中心から６ｃｍの距離に配置されており、幅が２ｃ
ｍの円形状の平面状態の領域であり、厚さ（深さ）は、
0.５〜1.５ｃｍ程度（スパッタリング用ターゲット２の
スパッタ面２ａと裏面との間の幅と同様な距離）とされ
ている。

【００５７】また、本実施の形態のスパッタリング用タ
ーゲット２は、本体の上に0.５ｃｍ程度の厚さを有する
部品２ｆがスパッタリング用ターゲット２の裏面に設置
されている。さらに、部品２ｄ，２ｅの上の部品２ｆに
は、部品２ｆと部品２ｄ，２ｅとに結合されているねじ
などからなる締結体２ｇが取り付けられている。

【００５８】この場合、図７に示すように、本実施の形
態のスパッタリング用ターゲット２を使用したスパッタ
リング法によって、部品２ｄ，２ｅのスパッタ面が凹ま
れた場合、締結体２ｇを用いて、部品２ｄ，２ｅのスパ
ッタ面を垂直方向に移動化することができる。

【００５９】本実施の形態のスパッタリング用ターゲッ
ト２によれば、同一の材料（銅または制御された濃度の
添加元素を含む銅合金などの材料）からなる部品２ｄ，
２ｅなどを複数個備えており、部品の一部の部品２ｄ，
２ｅのスパッタ面を垂直方向に必要に応じて、ねじなど
からなる締結体２ｇを使用して移動化できることによ
り、類似状態のスパッタリング法をもって、より多数回
のスパッタリング処理を行うことができるスパッタリン
グ用ターゲット２とすることができる。また、部品２
ｄ，２ｅなどからなる部品が消耗し、使用不能となった
場合、消耗した部品のみを取り替えることができる。

【００６０】したがって、本実施の形態のスパッタリン
グ用ターゲット２によれば、類似状態のスパッタリング
法をもってより多数回のスパッタリング処理を行うこと
ができ、また部品２ｄ，２ｅなどからなる部品が消耗し
た場合、消耗した部品のみを取り替えることができるこ
とにより、コストを低減化することができ、しかも長距
離スパッタリング法に適用された場合などにおいて、高
性能なスパッタリング法ができると共に高性能なスパッ
タリング用ターゲットとすることができる。

【００６１】本実施の形態のスパッタリング用ターゲッ
トの他の態様として、実施の形態１または実施の形態２
または実施の形態３あるいは実施の形態１および実施の
形態２および実施の形態３のスパッタリング用ターゲッ
トと設計仕様に応じて組み合わせられているスパッタリ
ング用ターゲットの態様とすることができる。この態様
のスパッタリング用ターゲットによれば、優れた効果を
有するものとすることができる。

【００６２】（実施の形態６）図８〜図１１は、本発明
の実施の形態６である半導体装置の製造工程を示す概略
断面図である。本実施の形態の半導体装置の製造方法の
特徴は、半導体基板などからなるウエハ上の絶縁膜に形
成されている溝に埋め込まれている配線用金属層からな
る配線層をスパッタリング法を使用して形成している製
造方法であり、それ以外の半導体装置の製造方法は、種
々の態様を適用することができる。同図を用いて、本実
施の形態の半導体装置の製造方法を具体的に説明する。

【００６３】まず、図８に示すように、例えば単結晶シ
リコンからなるｐ型の半導体基板（ウエハ）９を用意
し、先行技術などの種々の技術を使用して、ＭＯＳＦＥ
Ｔを形成する。この場合、ウエハとして、半導体基板９
以外に、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板などの基
板を適用することができる。

【００６４】すなわち、例えば単結晶シリコンからなる
ｐ型の半導体基板９の表面の選択的な領域を熱酸化して
ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）構造の酸化
シリコン膜からなる素子分離用のフィールド絶縁膜１０
を形成する。

【００６５】次に、半導体基板９の表面に例えば酸化シ
リコン膜などからなるゲート絶縁膜１１を形成した後、
導電性の多結晶シリコン膜からなるゲート電極１２を堆
積する。その後、ゲート電極１２の上に酸化シリコン膜
などからなる絶縁膜１３を形成した後、リソグラフィ技
術と選択エッチング技術とを使用して、ゲート電極１２
などのパターンを形成した後、ゲート電極１２の側壁
に、酸化シリコン膜などからなるサイドウォールスペー
サ１４を形成する。

【００６６】その後、半導体基板９に例えばリン（Ｐ）
などのｎ型の不純物をイオン注入し、熱拡散してＭＯＳ
ＦＥＴのソースおよびドレインとなるｎ型の半導体領域
１５を形成する。次に、半導体基板９の上に絶縁膜１６
を形成する。絶縁膜１６は、例えば酸化シリコン膜をＣ
ＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法により形成した
後、表面研磨を行いその表面を平坦化処理することによ
り、平坦化された絶縁膜１６を形成する。平坦化処理
は、絶縁膜１６の表面を例えばエッチバック法またはＣ
ＭＰ（chemical mechanical polishing 、化学機械研
磨）法などにより平坦にする態様を採用することができ
る。その後、リソグラフィ技術および選択エッチング技
術を用いて、絶縁膜１６の選択的な領域にスルーホール
（接続孔）を形成した後、スルーホールに例えば導電性
多結晶シリコンまたはタングステンなどの導電性材料を
埋め込んで、スルーホールにプラグ１７を形成する。

【００６７】次に、半導体基板９の上に、１層目の層間
絶縁膜としての絶縁膜１８を形成した後、それに配線層
用の溝１９を形成する（図９）。すなわち、半導体基板
９の上に、絶縁膜１８として例えば酸化シリコン膜をＣ
ＶＤ法を使用して形成した後、リソグラフィ技術とドラ
イエッチングなどの選択エッチング技術とを使用して、
配線層を配置する部分に溝１９を形成する。

【００６８】この場合、絶縁膜１８は、溝１９内に形成
される配線層およびこの絶縁膜１８が介在している配線
層の容量を低減するために、誘電率が小さい酸化シリコ
ン膜（誘電率が約4.２である絶縁膜）または無機ＳＯＧ
（spin on glass ）膜などの塗布絶縁膜（誘電率が約４
以下である絶縁膜）などを使用している。また、溝１９
の幅は、例えば２５０nm程度とし、溝１９の厚さ（深
さ）は、例えば４００nm程度としている。

【００６９】その後、半導体基板９の上に、前述した実
施の形態１のスパッタリング用ターゲット２を備えてい
るスパッタリング装置１を使用して、銅または制御され
た濃度の添加元素を含む銅合金などを材料としている配
線用金属層２０を堆積して、溝１９に配線用金属層２０
を埋め込む作業を行う（図１０）。この場合、配線層と
しての配線用金属層２０を溝１９に完全に埋め込むため
に、配線用金属層２０を堆積する際に、溝１９の厚さ
（例えば４００nm程度）よりも大きい膜厚（例えば６０
０nm程度）としている。

【００７０】なお、本実施の形態の他の態様として、前
述した実施の形態１のスパッタリング用ターゲット２を
備えているスパッタリング装置１を使用する態様以外
に、前述した実施の形態２〜５のスパッタリング用ター
ゲット２を備えているスパッタリング装置１を適用する
ことができる。

【００７１】また、本実施の形態の他の態様として、前
述した配線用金属層２０を形成する前に、高融点金属な
どを材料としているバリアメタル膜を形成したり、スパ
ッタリング法を使用して形成された銅層と、メッキ法ま
たはＣＶＤ法を使用して形成された銅層を組み合わせて
配線用金属層２０を形成する態様などを適用することが
できる。

【００７２】次に、ＣＭＰ法を使用して、配線用金属層
２０の表面から配線用金属層２０を研磨し、溝１９に埋
め込まれている配線用金属層２０からなる配線層を形成
する（図１１）。

【００７３】その後、設計仕様に応じて、前述した１層
目の層間絶縁膜としての絶縁膜１８および１層目の配線
層としての配線用金属層２０を形成する製造方法を適用
して、半導体基板９の上に、２層目の層間絶縁膜を堆積
した後、その選択的な領域に２層目の配線層を形成する
ための溝を形成し、その溝に２層目の配線層としての配
線用金属層を形成する。また、前述した製造工程を繰り
返し使用して多層配線層を必要に応じて形成した後、パ
シベーション膜（図示を省略）を形成して、本実施の形
態の半導体集積回路装置の製造工程を終了する。

【００７４】前述した本実施の形態の半導体装置の製造
方法によれば、半導体基板９などからなるウエハ上の絶
縁膜１８に形成されている溝１９に埋め込まれている配
線用金属層２０からなる配線層をスパッタリング法を使
用して形成している製造工程であって、そのスパッタリ
ング法として、本発明のスパッタリング用ターゲットを
備えているスパッタリング装置を使用して行っているこ
とにより、配線用金属層２０の埋め込み形状を向上化で
き、高性能でしかも高信頼度の配線層を形成することが
できるので、高性能でしかも高信頼度の半導体装置を製
造することができる。

【００７５】本実施の形態の半導体装置の製造方法によ
れば、半導体基板９などからなるウエハ上の絶縁膜１８
に形成されている溝１９に埋め込まれている配線用金属
層２０からなる配線層をスパッタリング法を使用して形
成している製造工程であって、そのスパッタリング法と
して、本発明のスパッタリング用ターゲットを備えてい
るスパッタリング装置を使用して行っていることによ
り、同一のスパッタリング用ターゲットを本発明のスパ
ッタリング用ターゲット２を使用しない場合にくらべ
て、より多数回のスパッタリング処理に使用できるの
で、半導体装置のコストを低減化できる。

【００７６】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでも
ない。

【００７７】例えば、本発明のスパッタリング用ターゲ
ットは、前述した実施の形態１〜５のスパッタリング用
ターゲットの各々の構造を設計仕様に応じて組み合わせ
られているスパッタリング用ターゲットとすることがで
きる。

【００７８】また、本発明のスパッタリング装置は、前
述した実施の形態１〜５のいずれかのスパッタリング用
ターゲットあるいは前述した実施の形態１〜５のスパッ
タリング用ターゲットの各々の構造を設計仕様に応じて
組み合わせられているスパッタリング用ターゲットを備
えているスパッタリング装置とすることができる。

【００７９】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
ＭＯＳＦＥＴ、ＣＭＯＳＦＥＴおよびバイポーラトラン
ジスタなどの種々の半導体素子を組み合わせた態様の半
導体集積回路装置の製造方法とすることができる。

【００８０】さらに、本発明の半導体装置の製造方法
は、ＭＯＳＦＥＴ、ＣＭＯＳＦＥＴなどを構成要素とす
るロジック系あるいはＤＲＡＭ（Dynamic Random Acces
s Memory）、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory
）などのメモリ系などを有する種々の半導体集積回路
装置の製造方法に適用できる。

【００８１】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００８２】（１）．本発明のスパッタリング用ターゲ
ットによれば、ウエハの直径以下の直径を有するもので
あることにより、銅を材料としているスパッタリング用
ターゲットの場合、アルミニウムまたはアルミニウム合
金などの配線用金属を材料としているスパッタリング用
ターゲットよりも、材料としての銅がアルミニウムまた
はアルミニウム合金などの配線層金属よりも高価な材料
であるけれども、小面積のスパッタリング用ターゲット
とすることができる。

【００８３】したがって、本発明のスパッタリング用タ
ーゲットによれば、銅の体積を低減化できることによ
り、コストを低減化することができる。また、本発明の
スパッタリング用ターゲットによれば、本発明者の検討
の結果、長距離スパッタリング法と組み合わせた場合、
ウエハに入射するスパッタ粒子の指向性を改善すること
ができて、スパッタリング法を優れたものとすることが
できることにより、高性能なスパッタリング用ターゲッ
トとすることができる。

【００８４】（２）．本発明のスパッタリング装置によ
れば、ターゲット位置調節機構に本発明のスパッタリン
グ用ターゲットがセットされており、ターゲット位置調
節機構によって、スパッタリング用ターゲットとウエハ
との間の距離を制御することができるようになっている
と共にターゲット位置調節機構にはウエハの直径以下の
部分をスパッタするようにマグネトロン５が設置されて
おり、マグネトロンがスパッタリング用ターゲットのス
パッタ面とは反対の面におけるウエハの直径以下の領域
に備えられていることにより、長距離スパッタリング法
を行う際に、ウエハに飛来するスパッタリング粒子の見
込み角を小さく制限することができると共にスパッタリ
ング用ターゲット２をある深さまで削った際の削り取ら
れた体積をその深さまでのスパッタリング用ターゲット
の体積で割ることで定義される値を小さくすることがで
きる。

【００８５】したがって、本発明のスパッタリング装置
によれば、スパッタリング装置でスパッタリング用ター
ゲットとウエハとの間の距離を伸ばした際に、ウエハに
付くスパッタリング用ターゲットの材料である銅などが
減少するその程度を緩和することができることや、スパ
ッタリング粒子の指向性を向上できることにより、高性
能な配線層などとしての金属層を形成することができ、
しかもスパッタリング用ターゲットの消費効率が低下す
ることを防止することができる。

【００８６】（３）．本発明のスパッタリング用ターゲ
ットによれば、添加元素を除いた銅の純度が９9.９９９
％以下とされていることにより、銅または制御された濃
度の添加元素を含む銅合金を材料としているスパッタリ
ング用ターゲットであっても、材料としての銅のコスト
を低減化できるので、スパッタリング用ターゲットのコ
ストを低減化することができる。

【００８７】（４）．本発明のスパッタリング用ターゲ
ットによれば、添加元素としてのウランまたはトリウム
の含有量がそれぞれ0.５ppb 以下とされていることによ
り、α（アルファ）線を発生し、ソフトエラーを誘発す
るという問題点の発生を防止することができるので、高
性能なスパッタリング用ターゲットとすることができ
る。

【００８８】（５）．本発明のスパッタリング用ターゲ
ットによれば、銅または制御された濃度の添加元素を含
む銅合金などを材料としているスパッタリング用ターゲ
ットにおけるスパッタ面のうち、スパッタリング処理の
進行によって他のスパッタ面の領域よりも多く削れる領
域に盛り上げられた領域を備えていることにより、スパ
ッタリング用ターゲットを使用する場合、他のスパッタ
面の領域よりも多く削れる領域に盛り上げられた領域が
あるので、類似状態のスパッタリング法をもって、より
多数回のスパッタリング処理を行うことができるスパッ
タリング用ターゲットとすることができる。

【００８９】したがって、本発明のスパッタリング用タ
ーゲットによれば、類似状態のスパッタリング法をもっ
て、より多数回のスパッタリング処理を行うことができ
ることにより、コストを低減化することができ、しかも
長距離スパッタリング法に適用された場合などにおい
て、高性能なスパッタリング法ができると共に高性能な
スパッタリング用ターゲットとすることができる。

【００９０】（６）．本発明のスパッタリング用ターゲ
ットによれば、同一の材料（銅または制御された濃度の
添加元素を含む銅合金などの材料）からなる部品などを
複数個備えており、部品の一部の部品のスパッタ面を垂
直方向に必要に応じて、ねじなどからなる締結体を使用
して移動化できることにより、類似状態のスパッタリン
グ法をもって、より多数回のスパッタリング処理を行う
ことができるスパッタリング用ターゲットとすることが
できる。また、部品が消耗した場合、消耗した部品のみ
を取り替えることができる。

【００９１】したがって、本発明のスパッタリング用タ
ーゲットによれば、類似状態のスパッタリング法をもっ
て、より多数回のスパッタリング処理を行うことがで
き、また部品が消耗した場合、消耗した部品のみを取り
替えることができることにより、コストを低減化するこ
とができ、しかも長距離スパッタリング法に適用された
場合などにおいて、高性能なスパッタリング法ができる
と共に高性能なスパッタリング用ターゲットとすること
ができる。

【００９２】（７）．本発明の半導体装置の製造方法に
よれば、半導体基板などからなるウエハ上の絶縁膜に形
成されている溝に埋め込まれている配線用金属層からな
る配線層をスパッタリング法を使用して形成している製
造工程であって、そのスパッタリング法として、本発明
のスパッタリング用ターゲットを備えているスパッタリ
ング装置を使用して行っていることにより、配線用金属
層の埋め込み形状を向上化でき、高性能でしかも高信頼
度の配線層を形成することができるので、高性能でしか
も高信頼度の半導体装置を製造することができる。

【００９３】（８）．本発明の半導体装置の製造方法に
よれば、半導体基板などからなるウエハ上の絶縁膜に形
成されている溝に埋め込まれている配線用金属層からな
る配線層をスパッタリング法を使用して形成している製
造工程であって、そのスパッタリング法として、本発明
のスパッタリング用ターゲットを備えているスパッタリ
ング装置を使用して行っていることにより、同一のスパ
ッタリング用ターゲットを、より多数回のスパッタリン
グ処理に使用できるので、半導体装置のコストを低減化
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１であるスパッタリング装
置を示す概略構成図である。

【図２】図１に示すスパッタリング装置に用いられいる
実施の形態１のスパッタリング用ターゲットを拡大して
示す概略平面図である。

【図３】本発明の実施の形態４であるスパッタリング用
ターゲットのスパッタ面を示す概略平面図である。

【図４】図３におけるＡ−Ａ矢視断面を示す概略断面図
である。

【図５】本発明の実施の形態５であるスパッタリング用
ターゲットのスパッタ面を示す概略平面図である。

【図６】図５におけるＢ−Ｂ矢視断面を示す概略断面図
である。

【図７】本発明の実施の形態５であるスパッタリング用
ターゲットの部品を移動化した状態を示す概略断面図で
ある。

【図８】本発明の実施の形態６である半導体装置の製造
工程を示す概略断面図である。

【図９】本発明の実施の形態６である半導体装置の製造
工程を示す概略断面図である。

【図１０】本発明の実施の形態６である半導体装置の製
造工程を示す概略断面図である。

【図１１】本発明の実施の形態６である半導体装置の製
造工程を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１ スパッタリング製造装置 ２ スパッタリング用ターゲット ２ａ スパッタ面 ２ｂ 盛り上げられた領域 ２ｃ 盛り上げられた領域 ２ｄ 部品 ２ｅ 部品 ２ｆ 部品 ２ｇ 締結体 ３ ウエハ ４ ターゲット位置調節機構 ５ マグネトロン ６ ウエハステージ ６ａ ガス導入管 ７ ガス導入部 ７ａ〜７ｃ ガス導入機構 ８ 構造物 ９ 半導体基板（ウエハ） １０ フィールド絶縁膜 １１ ゲート絶縁膜 １２ ゲート電極 １３ 絶縁膜 １４ サイドウォールスペーサ １５ 半導体領域 １６ 絶縁膜 １７ プラグ １８ 絶縁膜 １９ 溝 ２０ 配線用金属層（配線層）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大和田 伸郎 東京都青梅市新町六丁目16番地の３ 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 Ｆターム(参考） 4K029 AA06 BA08 BA21 BB03 BC03 BD02 CA05 DC03 DC04 DC12 DC39 DC43 4M104 AA01 BB01 BB18 CC01 DD04 DD06 DD40 FF13 FF21 GG09

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハの直径以下の直径を有することを
   特徴とするスパッタリング用ターゲット。
2. 【請求項２】 銅または制御された濃度の添加元素を含
   む銅合金を材料としているスパッタリング用ターゲット
   であって、前記添加元素を除いた銅の純度は、９9.９９
   ９％以下であることを特徴とするスパッタリング用ター
   ゲット。
3. 【請求項３】 制御された濃度の添加元素を含む銅合金
   を材料としているスパッタリング用ターゲットであっ
   て、前記添加元素としてのウランまたはトリウムの含有
   量は、それぞれ0.５ppb 以下であることを特徴とするス
   パッタリング用ターゲット。
4. 【請求項４】 スパッタリング用ターゲットにおけるス
   パッタ面のうち、スパッタリング処理の進行によって他
   のスパッタ面の領域よりも多く削れる領域に盛り上げら
   れた領域を備えていることを特徴とするスパッタリング
   用ターゲット。
5. 【請求項５】 同一の材料からなる部品を複数個備えて
   いるスパッタリング用ターゲットであって、前記部品の
   一部の部品のスパッタ面を垂直方向に必要に応じて移動
   化できることを特徴とするスパッタリング用ターゲッ
   ト。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の構
   造が設計仕様に応じて組み合わせられていることを特徴
   とするスパッタリング用ターゲット。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項に記載のス
   パッタリング用ターゲットを備えていることを特徴とす
   るスパッタリング装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載のスパッタリング装置であ
   って、前記スパッタリング用ターゲットのスパッタ面と
   は反対の面におけるウエハの直径以下の領域にマグネト
   ロンが備えられていることを特徴とするスパッタリング
   装置。
9. 【請求項９】 請求項７または８記載のスパッタリング
   装置を用いたスパッタリング法を使用して、ウエハの上
   に配線層を堆積する工程を有することを特徴とする半導
   体装置の製造方法。