JP2003243325A - 銅合金配線膜形成用スパッタリングターゲットおよびそのターゲットを用いて形成した熱影響を受けることの少ない銅合金配線膜 - Google Patents
銅合金配線膜形成用スパッタリングターゲットおよびそのターゲットを用いて形成した熱影響を受けることの少ない銅合金配線膜Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ＬＳＩなどの半導体装置における内部配線膜を
形成するための銅合金配線膜形成用スパッタリングター
ゲットおよびそのターゲットを用いて形成された熱影響
を受けることの少ないウエハ内部配線膜を提供する。 【解決手段】ＺｎおよびＡｇの内の１種または２種を合
計で０．１〜２原子％添加し、さらに必要に応じてＶ，
Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，ＴａおよびＷの内の１種または２種
以上を合計で０．０１〜２原子％を含み、残部がＣｕお
よび不可避不純物からなる組成を有する銅合金からなる
配線膜形成用スパッタリングターゲットおよびそのター
ゲットを用いて形成した薄膜。
形成するための銅合金配線膜形成用スパッタリングター
ゲットおよびそのターゲットを用いて形成された熱影響
を受けることの少ないウエハ内部配線膜を提供する。 【解決手段】ＺｎおよびＡｇの内の１種または２種を合
計で０．１〜２原子％添加し、さらに必要に応じてＶ，
Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，ＴａおよびＷの内の１種または２種
以上を合計で０．０１〜２原子％を含み、残部がＣｕお
よび不可避不純物からなる組成を有する銅合金からなる
配線膜形成用スパッタリングターゲットおよびそのター
ゲットを用いて形成した薄膜。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ＬＳＩなどの半導体
装置における内部配線膜を形成するための銅合金配線膜
形成用スパッタリングターゲットおよびそのターゲット
を用いて形成された熱影響を受けることの少ないウエハ
内部配線膜に関するものである。
装置における内部配線膜を形成するための銅合金配線膜
形成用スパッタリングターゲットおよびそのターゲット
を用いて形成された熱影響を受けることの少ないウエハ
内部配線膜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体デバイスの内部配線は、
純度：９９．９９９９原子％以上の高純度銅製ターゲッ
トを用いてスパッタリングすることによりシード層とし
て厚さ：１０〜３０ｎｍの高純度銅薄膜を形成し、この
高純度銅薄膜の上に電気メッキにより厚さ：数１００ｎ
ｍの厚さに高純度銅膜を形成し、この高純度銅膜をダマ
シン法により導体として形成することは知られている。
そして前記極めて薄くかつ細い高純度銅薄膜配線は電気
伝導度が優れていることも知られている。
純度：９９．９９９９原子％以上の高純度銅製ターゲッ
トを用いてスパッタリングすることによりシード層とし
て厚さ：１０〜３０ｎｍの高純度銅薄膜を形成し、この
高純度銅薄膜の上に電気メッキにより厚さ：数１００ｎ
ｍの厚さに高純度銅膜を形成し、この高純度銅膜をダマ
シン法により導体として形成することは知られている。
そして前記極めて薄くかつ細い高純度銅薄膜配線は電気
伝導度が優れていることも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記極めて薄
くかつ細い高純度銅薄膜配線は熱影響を受けやすく、半
導体デバイスの製造工程における熱処理工程で熱により
高純度銅薄膜配線を構成する結晶粒が偏平球形状に再結
晶して粒成長し、成長した偏平球形状の結晶粒は相互の
接触面積が成膜初期に比べて小さくなるために抵抗が増
加し、この粒成長がさらに進行すると高純度銅薄膜配線
は断線状態になったり基板から剥離することがあった。
くかつ細い高純度銅薄膜配線は熱影響を受けやすく、半
導体デバイスの製造工程における熱処理工程で熱により
高純度銅薄膜配線を構成する結晶粒が偏平球形状に再結
晶して粒成長し、成長した偏平球形状の結晶粒は相互の
接触面積が成膜初期に比べて小さくなるために抵抗が増
加し、この粒成長がさらに進行すると高純度銅薄膜配線
は断線状態になったり基板から剥離することがあった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
これら熱影響を受けることの少ない耐熱性に優れた薄膜
配線を形成することのできる銅合金ターゲットを得るべ
く研究を行った。その結果、純度：９９．９９９９％以
上の高純度銅に、ＺｎおよびＡｇの内の１種または２種
を合計で０．１〜２原子％添加し、さらに必要に応じて
Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，ＴａおよびＷの内の１種または
２種以上を合計で０．０１〜２原子％を含み、残部がＣ
ｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金から
なる銅合金配線膜形成用スパッタリングターゲットを用
いて形成した薄膜は、熱により再結晶化しにくいために
結晶粒が大きく成長することが無く、したがって、熱影
響を受けることが少ない耐熱性に優れた薄膜が得られる
という研究結果が得られたのである。
これら熱影響を受けることの少ない耐熱性に優れた薄膜
配線を形成することのできる銅合金ターゲットを得るべ
く研究を行った。その結果、純度：９９．９９９９％以
上の高純度銅に、ＺｎおよびＡｇの内の１種または２種
を合計で０．１〜２原子％添加し、さらに必要に応じて
Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，ＴａおよびＷの内の１種または
２種以上を合計で０．０１〜２原子％を含み、残部がＣ
ｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金から
なる銅合金配線膜形成用スパッタリングターゲットを用
いて形成した薄膜は、熱により再結晶化しにくいために
結晶粒が大きく成長することが無く、したがって、熱影
響を受けることが少ない耐熱性に優れた薄膜が得られる
という研究結果が得られたのである。
【０００５】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、（１）ＺｎおよびＡｇの内の１種
または２種を合計で０．１〜２原子％を含み、残部がＣ
ｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金から
なる銅合金配線膜形成用スパッタリングターゲット、
（２）ＺｎおよびＡｇの内の１種または２種を合計で
０．１〜２原子％を含み、さらにＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍ
ｏ，ＴａおよびＷの内の１種または２種以上を合計で
０．０１〜２原子％を含み、残部がＣｕおよび不可避不
純物からなる組成を有する銅合金からなる銅合金配線膜
形成用スパッタリングターゲット、に特徴を有するもの
である。
されたものであって、（１）ＺｎおよびＡｇの内の１種
または２種を合計で０．１〜２原子％を含み、残部がＣ
ｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金から
なる銅合金配線膜形成用スパッタリングターゲット、
（２）ＺｎおよびＡｇの内の１種または２種を合計で
０．１〜２原子％を含み、さらにＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍ
ｏ，ＴａおよびＷの内の１種または２種以上を合計で
０．０１〜２原子％を含み、残部がＣｕおよび不可避不
純物からなる組成を有する銅合金からなる銅合金配線膜
形成用スパッタリングターゲット、に特徴を有するもの
である。
【０００６】前記（１）または（２）記載のターゲット
を用いてスパッタリングすることにより得られた薄膜は
熱影響を受けることが少なく耐熱性が優れており、半導
体デバイスの配線用膜として優れたものである。したが
って、この発明は、（３）前記（１）または（２）記載の
ターゲットを用いてスパッタリングすることにより得ら
れた熱影響を受けることの少ない銅合金配線膜、に特徴
を有するものである。
を用いてスパッタリングすることにより得られた薄膜は
熱影響を受けることが少なく耐熱性が優れており、半導
体デバイスの配線用膜として優れたものである。したが
って、この発明は、（３）前記（１）または（２）記載の
ターゲットを用いてスパッタリングすることにより得ら
れた熱影響を受けることの少ない銅合金配線膜、に特徴
を有するものである。
【０００７】この発明の銅合金配線膜形成用スパッタリ
ングターゲットを製造するには、純度：９９．９９９９
％以上の高純度電解銅を、不活性ガス雰囲気中、高純度
グラファイトモールド内で高周波溶解し、得られた高純
度電解銅にＺｎおよびＡｇの内の１種または２種を合計
で０．１〜２原子％添加し、さらに必要に応じてＶ，Ｃ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，ＴａおよびＷの内の１種または２種以
上を合計で０．０１〜２原子％を添加して銅合金溶湯を
作製し、得られた銅合金溶湯を鋳造してインゴットを作
製し、このインゴットを輪切り状に切断して円板を作製
し、さらにこの円板を熱間圧延し、さらに冷間圧延と焼
鈍を繰り返したのち最後に歪取り焼鈍を施すことにより
製造することができる。
ングターゲットを製造するには、純度：９９．９９９９
％以上の高純度電解銅を、不活性ガス雰囲気中、高純度
グラファイトモールド内で高周波溶解し、得られた高純
度電解銅にＺｎおよびＡｇの内の１種または２種を合計
で０．１〜２原子％添加し、さらに必要に応じてＶ，Ｃ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，ＴａおよびＷの内の１種または２種以
上を合計で０．０１〜２原子％を添加して銅合金溶湯を
作製し、得られた銅合金溶湯を鋳造してインゴットを作
製し、このインゴットを輪切り状に切断して円板を作製
し、さらにこの円板を熱間圧延し、さらに冷間圧延と焼
鈍を繰り返したのち最後に歪取り焼鈍を施すことにより
製造することができる。
【０００８】次に、この発明の銅合金配線膜形成用スパ
ッタリングターゲットにおける成分組成の限定理由を説
明する。 （イ）Ｚｎ、Ａｇ これら成分は微量含有させることにより銅合金ターゲッ
トの再結晶化温度を高めて結晶粒の粗大化を阻止する作
用があり、さらにスパッタリングで成膜した銅合金薄膜
の結晶粒を微細化してその組織を均質化するとともに熱
による結晶粒の成長を阻止する作用があるが、Ｚｎおよ
びＡｇの内の１種または２種を合計で０．１原子％未満
含んでも所望の効果が得られず、一方、２原子％を越えて
含有すると、比抵抗が増加するので半導体デバイスの配
線として使用するには好ましくない。したがって、この
発明の銅合金配線膜形成用スパッタリングターゲットに
含まれるＺｎおよびＡｇの内の１種または２種を合計で
０．１〜２原子％(一層好ましくは０．５〜１原子％)に
定めた。
ッタリングターゲットにおける成分組成の限定理由を説
明する。 （イ）Ｚｎ、Ａｇ これら成分は微量含有させることにより銅合金ターゲッ
トの再結晶化温度を高めて結晶粒の粗大化を阻止する作
用があり、さらにスパッタリングで成膜した銅合金薄膜
の結晶粒を微細化してその組織を均質化するとともに熱
による結晶粒の成長を阻止する作用があるが、Ｚｎおよ
びＡｇの内の１種または２種を合計で０．１原子％未満
含んでも所望の効果が得られず、一方、２原子％を越えて
含有すると、比抵抗が増加するので半導体デバイスの配
線として使用するには好ましくない。したがって、この
発明の銅合金配線膜形成用スパッタリングターゲットに
含まれるＺｎおよびＡｇの内の１種または２種を合計で
０．１〜２原子％(一層好ましくは０．５〜１原子％)に
定めた。
【０００９】（ロ）Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ、Ｗ
これら成分は、Ｚｎ、Ａｇと共に添加することによりＺ
ｎ、Ａｇの添加による作用を一層高めることができるの
で必要に応じて添加するが、Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔ
ａおよびＷの内の１種または２種以上を合計で０．０１
原子％未満添加しても格別な効果が得られず、一方、２
原子％を越えて添加すると、比抵抗が著しく増加するの
で好ましくない。したがって、この発明の銅合金配線膜
形成用スパッタリングターゲットに含まれるＶ，Ｃｒ，
Ｎｂ，Ｍｏ，ＴａおよびＷの内の１種または２種以上を
合計で０．０１〜２原子％(一層好ましくは０．０５〜
０．５原子％)に定めた。
ｎ、Ａｇの添加による作用を一層高めることができるの
で必要に応じて添加するが、Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔ
ａおよびＷの内の１種または２種以上を合計で０．０１
原子％未満添加しても格別な効果が得られず、一方、２
原子％を越えて添加すると、比抵抗が著しく増加するの
で好ましくない。したがって、この発明の銅合金配線膜
形成用スパッタリングターゲットに含まれるＶ，Ｃｒ，
Ｎｂ，Ｍｏ，ＴａおよびＷの内の１種または２種以上を
合計で０．０１〜２原子％(一層好ましくは０．０５〜
０．５原子％)に定めた。
【００１０】
【発明の実施の態様】つぎに、この発明の銅合金配線膜
形成用スパッタリングターゲットを実施例により具体的
に説明する。純度：９９．９９９９原子％の高純度電解
銅を用意し、この高純度電解銅をＡｒガス雰囲気中、高
純度グラファイトモールド内で高周波誘導溶解して高純
度電解銅溶湯を作製し、このようにして得られた高純度
電解銅溶湯にＺｎおよびＡｇを添加し、さらに必要に応
じてＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，ＴａおよびＷの内の１種ま
たは２種以上を添加することにより銅合金溶湯を作製
し、これら銅合金溶湯を冷却されたカーボン鋳型に鋳造
して直径：１００ｍｍ、長さ：９０ｍｍの寸法を有する
インゴットを作製した。このインゴットを輪切り状に切
断し、直径：１００ｍｍ、厚さ：３０ｍｍの寸法を有す
る円板を作製した。これら円板をさらに温度：７５０℃
で熱間圧延することにより厚さ：６ｍｍの圧延板を作製
し、さらに機械加工を施すことにより直径：２００ｍ
ｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有し、表１〜５に示される成
分組成を有する本発明銅合金配線膜形成用ターゲット
（以下、本発明ターゲットという）１〜５４および比較
銅合金配線膜形成用ターゲット（以下、比較ターゲット
という）１〜４を作製した。さらに高純度電解銅に元素
を添加することなく従来銅合金配線膜形成用ターゲット
（以下、従来ターゲットという）を作製した。
形成用スパッタリングターゲットを実施例により具体的
に説明する。純度：９９．９９９９原子％の高純度電解
銅を用意し、この高純度電解銅をＡｒガス雰囲気中、高
純度グラファイトモールド内で高周波誘導溶解して高純
度電解銅溶湯を作製し、このようにして得られた高純度
電解銅溶湯にＺｎおよびＡｇを添加し、さらに必要に応
じてＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，ＴａおよびＷの内の１種ま
たは２種以上を添加することにより銅合金溶湯を作製
し、これら銅合金溶湯を冷却されたカーボン鋳型に鋳造
して直径：１００ｍｍ、長さ：９０ｍｍの寸法を有する
インゴットを作製した。このインゴットを輪切り状に切
断し、直径：１００ｍｍ、厚さ：３０ｍｍの寸法を有す
る円板を作製した。これら円板をさらに温度：７５０℃
で熱間圧延することにより厚さ：６ｍｍの圧延板を作製
し、さらに機械加工を施すことにより直径：２００ｍ
ｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有し、表１〜５に示される成
分組成を有する本発明銅合金配線膜形成用ターゲット
（以下、本発明ターゲットという）１〜５４および比較
銅合金配線膜形成用ターゲット（以下、比較ターゲット
という）１〜４を作製した。さらに高純度電解銅に元素
を添加することなく従来銅合金配線膜形成用ターゲット
（以下、従来ターゲットという）を作製した。
【００１１】さらに、純無酸素銅製バッキングプレート
を用意し、この純無酸素銅製バッキングプレートに前記
本発明ターゲット１〜５４、比較ターゲット１〜４およ
び従来ターゲットを重ね合わせてＩｎ−Ｓｎ共晶ハンダ
によりハンダ付けし、バッキングプレート付きターゲッ
トを作製した。さらに５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：１ｍ
ｍの寸法を有するガラス板の表面に厚さ：１００ｎｍを
有するＴａＮ膜を形成した基板を用意した。
を用意し、この純無酸素銅製バッキングプレートに前記
本発明ターゲット１〜５４、比較ターゲット１〜４およ
び従来ターゲットを重ね合わせてＩｎ−Ｓｎ共晶ハンダ
によりハンダ付けし、バッキングプレート付きターゲッ
トを作製した。さらに５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：１ｍ
ｍの寸法を有するガラス板の表面に厚さ：１００ｎｍを
有するＴａＮ膜を形成した基板を用意した。
【００１２】前記用意したバッキングプレート付きター
ゲットおよび基板を、通常の直流マグネトロンスパッタ
装置に、ターゲットと基体との距離が７０ｍｍとなるよ
うに取り付け、 スパッターパワー：ＤＣ１００Ｗ、 チャンバー内到達真空度：１×１０-4Ｐａ、 スパッタ中の真空度：０．５Ｐａ、 スパッタに使用したガス：Ａｒ、 の条件でスパッターすることにより、長さ：４０ｍｍ、
幅：４０ｍｍ、厚さ：２０ｎｍの寸法を有する薄膜をガ
ラス板表面のＴａＮ膜の上に形成した。
ゲットおよび基板を、通常の直流マグネトロンスパッタ
装置に、ターゲットと基体との距離が７０ｍｍとなるよ
うに取り付け、 スパッターパワー：ＤＣ１００Ｗ、 チャンバー内到達真空度：１×１０-4Ｐａ、 スパッタ中の真空度：０．５Ｐａ、 スパッタに使用したガス：Ａｒ、 の条件でスパッターすることにより、長さ：４０ｍｍ、
幅：４０ｍｍ、厚さ：２０ｎｍの寸法を有する薄膜をガ
ラス板表面のＴａＮ膜の上に形成した。
【００１３】このようにして本発明ターゲット１〜５
４、比較ターゲット１〜４および従来ターゲットを用い
て得られた薄膜について４探針法により比抵抗を測定
し、この結果を表１〜５に示した。その後、さらに本発
明ターゲット１〜５４、比較ターゲット１〜４および従
来ターゲットで形成した薄膜を１×１０-4Ｐａの真空中
で３００℃、１０分間保持の条件の熱処理を施し、熱処
理後における薄膜の基板からの剥離の有無をＳＥＭにて
観察し、さらに４探針法で比抵抗を測定し、これを表１
〜５に示すことにより薄膜の耐熱性を評価した。
４、比較ターゲット１〜４および従来ターゲットを用い
て得られた薄膜について４探針法により比抵抗を測定
し、この結果を表１〜５に示した。その後、さらに本発
明ターゲット１〜５４、比較ターゲット１〜４および従
来ターゲットで形成した薄膜を１×１０-4Ｐａの真空中
で３００℃、１０分間保持の条件の熱処理を施し、熱処
理後における薄膜の基板からの剥離の有無をＳＥＭにて
観察し、さらに４探針法で比抵抗を測定し、これを表１
〜５に示すことにより薄膜の耐熱性を評価した。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【表２】
【００１６】
【表３】
【００１７】
【表４】
【００１８】
【表５】
【００１９】表１〜５に示される結果から、本発明ター
ゲット１〜５４で得られた薄膜は熱処理後の剥離発生が
無く、さらに本発明ターゲット１〜５４を用いて形成し
た薄膜は従来ターゲットを用いて形成した薄膜に比べて
熱処理後の比抵抗の増加が極めて小さいところから、耐
熱性に優れていることが分かる。しかし、この発明の条
件から外れている組成の比較ターゲット１〜４は剥離が
発生したり比抵抗が大きかったりするなど好ましくない
特性を示すことが分かる。
ゲット１〜５４で得られた薄膜は熱処理後の剥離発生が
無く、さらに本発明ターゲット１〜５４を用いて形成し
た薄膜は従来ターゲットを用いて形成した薄膜に比べて
熱処理後の比抵抗の増加が極めて小さいところから、耐
熱性に優れていることが分かる。しかし、この発明の条
件から外れている組成の比較ターゲット１〜４は剥離が
発生したり比抵抗が大きかったりするなど好ましくない
特性を示すことが分かる。
【００２０】
【発明の効果】この発明のターゲットは、従来のターゲ
ットに比べて熱影響を受けることの少ない薄膜を提供す
ることができ、産業上優れた効果を奏するものである。
ットに比べて熱影響を受けることの少ない薄膜を提供す
ることができ、産業上優れた効果を奏するものである。
Claims (3)
- 【請求項１】ＺｎおよびＡｇの内の１種または２種を合
計で０．１〜２原子％を含み、残部がＣｕおよび不可避
不純物からなる組成を有する銅合金からなることを特徴
とする銅合金配線膜形成用スパッタリングターゲット。 - 【請求項２】ＺｎおよびＡｇの内の１種または２種を合
計で０．１〜２原子％を含み、さらにＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，
Ｍｏ，ＴａおよびＷの内の１種または２種以上を合計で
０．０１〜２原子％を含み、残部がＣｕおよび不可避不
純物からなる組成を有する銅合金からなることを特徴と
する銅合金配線膜形成用スパッタリングターゲット。 - 【請求項３】請求項１または２記載のターゲットを用い
て形成したことを特徴とする熱影響を受けることの少な
い銅合金配線膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002043081A JP2003243325A (ja) | 2002-02-20 | 2002-02-20 | 銅合金配線膜形成用スパッタリングターゲットおよびそのターゲットを用いて形成した熱影響を受けることの少ない銅合金配線膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002043081A JP2003243325A (ja) | 2002-02-20 | 2002-02-20 | 銅合金配線膜形成用スパッタリングターゲットおよびそのターゲットを用いて形成した熱影響を受けることの少ない銅合金配線膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003243325A true JP2003243325A (ja) | 2003-08-29 |
Family
ID=27782987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002043081A Pending JP2003243325A (ja) | 2002-02-20 | 2002-02-20 | 銅合金配線膜形成用スパッタリングターゲットおよびそのターゲットを用いて形成した熱影響を受けることの少ない銅合金配線膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003243325A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2007039781A (ja) * | 2005-07-06 | 2007-02-15 | Idemitsu Kosan Co Ltd | スパッタリングターゲット、その製造方法、反射膜、及び有機エレクトロルミネッセンス素子 |
| KR100787883B1 (ko) | 2006-02-17 | 2007-12-27 | 데프트 가부시키가이샤 | 전자부품용 금속재료 및 금속재료의 가공방법 |
| KR100788266B1 (ko) * | 2007-08-06 | 2007-12-27 | 데프트 가부시키가이샤 | 전자부품, 전자기기, 전자부품의 제조방법 및 전자광학부품 |
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