JP4110563B2

JP4110563B2 - 銅合金スパッタリングターゲット

Info

Publication number: JP4110563B2
Application number: JP2001102995A
Authority: JP
Inventors: 暁森
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2021-04-02
Also published as: JP2002299284A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、銅合金スパッタリングターゲット、特にターゲットとバッキングプレートを熱間静水圧プレスにより接合する際に、結晶粒成長が小さい銅合金スパッタリングターゲットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体デバイスの配線として、スパッタリングによって形成された薄膜配線を使用することは知られており、この薄膜配線はバッキングプレートにろう付けした純度：９９．９９９９質量％以上の高純度銅製ターゲットをスパッタリング装置に取り付け、スパッタリングを行うことにより形成することが知られている。
【０００３】
前記高純度銅製ターゲットは結晶粒が微細であるほどパーティクルの発生が少なく、かつ均一な薄膜が得られると言われており、結晶粒が微細な高純度銅製ターゲットを得るために、その製造過程において急冷凝固させたり、加熱と鍛造とを繰り返したり、粉末冶金法による製造方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体デバイスの薄膜配線の成膜スピードを向上させて一層のコスト削減が求められており、このために一層の高電力によるスパッタリングが行なわれている。かかる高電力によるスパッタリングを行なうと、ターゲットが過度に加熱されてターゲットとバッキングプレートの間に形成されているろう材が溶融して溶け出し、ろう材の一部が蒸発してスパッタリング薄膜を汚染することがある。
これを避けるために、近年、高純度銅製ターゲットと純銅または純アルミニウムからなるバッキングプレートを重ねた状態で熱間静水圧プレスすることにより接合することが行なわれている。
しかし、前述の方法で結晶粒が微細な高純度銅製ターゲットを製造しても、結晶粒が微細な高純度銅製ターゲットとバッキングプレートを重ねた状態で熱間静水圧プレスすると、熱間静水圧プレス中に高純度銅製ターゲットの結晶粒が成長して粗大化し、この粗大化した結晶粒を有する高純度銅製ターゲットを用いてスパッタリングを行なうと、前述のようにパーティクルの発生が多なり、さらに形成される薄膜の厚さが不均一となって好ましくない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、熱間静水圧プレス中に結晶粒が成長して粗大化することのない高純度銅製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、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕの内の１種以上を合計で０．００５〜０．５質量％添加し、さらに酸素含有量を０．１〜５ｐｐｍに調整した成分組成の銅合金スパッタリングターゲットは、これをバッキンググプレートに重ねて熱間静水圧プレスにより接合しても、熱間静水圧プレスによる結晶粒の成長が小さくかつ微細な組織を維持することができると共に、この銅合金スパッタリングターゲットを用いて得られたスパッタリング薄膜は従来の高純度銅製ターゲットを用いて形成したスパッタリング薄膜と比べて電気的特性上の差異はなく、かえって耐食性に優れるという研究結果が得られたのである。
【０００６】
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）Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕの内の１種以上を合計で０．００５〜０．５質量％を含み、酸素：０．１〜５ｐｐｍ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スパッタリングターゲット、
（２）Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕの内の１種以上を合計で０．００５〜０．５質量％を含み、酸素：０．１〜５ｐｐｍ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スパッタリングターゲットとバッキングプレートを熱間静水圧プレスにより接合させてなるバッキングプレート付き銅合金スパッタリングターゲット、
に特徴を有するものである。
【０００７】
この発明の銅合金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、得られた溶湯を急冷凝固させ、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得ることができる。
このようにして得られた銅合金スパッタリングターゲットを純銅製または純アルミニウム製バッキングプレートに重ね合わせ、これを熱間静水圧プレスすることによりターゲットとバッキングプレートを接合する。この時の熱間静水圧プレスは、温度：５００〜５５０℃、圧力：１４０〜１５０ＭＰａで行なう。
【０００８】
次に、この発明の銅合金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）Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ
これら成分は微量含有することにより銅合金スパッタリングターゲットの結晶粒の成長を抑制する作用があるが、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕの内の１種以上を合計で０．００５質量％未満含んでも所望の効果が得られず、一方、０．５質量％を越えて含有すると、熱間静水圧プレス中の結晶粒の成長を抑制することができても、得られたスパッタリング薄膜の抵抗を増加させ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、この発明の銅合金スパッタリングターゲットに含まれるＲｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕの内の１種以上を合計で０．００５〜０．５質量％(一層好ましくは０．０１〜０．３質量％)に定めた。
【０００９】
（ロ）酸素
酸素は、銅合金スパッタリングターゲットの結晶粒の成長を抑制する作用があるとともに、微量含有することによりスパッタリングして得られた薄膜の耐食性を向上させる成分であるので０．１ｐｐｍ以上含有させる必要があるが、５ｐｐｍを越えて含有するとかえって耐食性が低下するようになるので好ましくない。したがって、この発明の銅合金スパッタリングターゲットに含まれる酸素を０．１〜５ｐｐｍに定めた。
【００１０】
【発明の実施の態様】
つぎに、この発明の銅合金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質量％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溶解して酸素の含有量を調整し、このようにして得られた溶湯にＲｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕを添加して成分調整したのち、冷却されたカーボン鋳型に鋳造し、さらに冷間圧延と焼鈍を繰り返したのち最終的に歪取り焼鈍し、得られた圧延体の表面を旋盤加工して外径：３００mm×厚さ：５mmの寸法を有し、表１〜２に示される成分組成を有する本発明銅合金スパッタリングターゲット（以下、本発明ターゲットという）１〜１２および比較銅合金スパッタリングターゲット（以下、比較ターゲットという）１〜８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スパッタリングターゲット（以下、従来ターゲットという）を作製した。これらターゲットを切断し、切断面における平均結晶粒径を測定し、その結果を熱間静水圧プレス(以下、ＨＩＰという)前の平均結晶粒径（Ａ）として表１〜２に示した。
【００１１】
さらに、純アルミニウム製バッキングプレートを用意し、この純アルミニウム製バッキングプレートに前記本発明ターゲット１〜１２、比較ターゲット１〜８および従来ターゲットを重ね合わせ、温度：５００℃、圧力：１５０ＭＰａの条件でＨＩＰを施すことにより本発明ターゲット１〜１２、比較ターゲット１〜８および従来ターゲットを純アルミニウム製バッキングプレートに接合してバッキングプレート付きターゲットを作製した。得られたバッキングプレート付きターゲットを切断し、ターゲットの断面における平均結晶粒を測定し、その結果をＨＩＰ後の平均結晶粒径（Ｂ）として表１〜２に示した。
さらに、前記平均結晶粒径（Ａ）と（Ｂ）の比：（Ｂ）／（Ａ）を粒成長比として求め、その結果を表１〜２に示した。
【００１２】
本発明ターゲット１〜１２、比較ターゲット１〜８および従来ターゲットを純アルミニウム製バッキングプレートにＨＩＰ接合して得られたバッキングプレート付きターゲットを用い、
電源：交流方式、
電力：４ＫＷ、
雰囲気ガス組成：Ａｒ、
スパッタガス圧：１Ｐａ、
ターゲットと基体との距離：８０mm、
スパッタ時間：５分、
の高出力条件で単結晶Ｓｉウェハー（基体）の表面に、厚さ：２μｍ、幅：１００μｍの寸法を有する線状薄膜を平行縞状に１００本形成した。
【００１３】
得られた前記１００本の線状薄膜を５０℃に保持されたＮＨ₄Ｃｌ：１％水溶液に３０分間浸漬し、１００本の線状薄膜の両端に通電して導通テストを行ない、導通している線状薄膜の本数を測定し、これを表１〜２に示すことにより薄膜の耐食性を評価した。
【００１４】
【表１】

【００１５】
【表２】

【００１６】
表１〜２に示される結果から、本発明ターゲット１〜１２をＨＩＰによりバッキングプレートに接合したターゲットは、従来ターゲットを熱間静水圧プレスによりバッキングプレートに接合したターゲットに比べて粒成長比が小さいところから結晶粒の成長が小さく、さらに本発明ターゲット１〜１２を用いて形成した線状薄膜の導通本数は従来ターゲットを用いて形成した線状薄膜の導通本数に比べて多いところから、本発明ターゲット１〜１２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耐食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１〜８は、ＨＩＰによる粒成長比が大きくなったり、または線状薄膜の導通本数が少ないところから耐食性が劣るなど好ましくない特性を示すことが分かる。
【００１７】
【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高出力のスパッタリングを行なって成膜スピードを向上させることができ、さらに耐食性に優れた薄膜を提供することができるなど優れた効果を奏するものである。

Claims

Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕの内の１種以上を合計で０．００５〜０．５質量％を含み、酸素：０．１〜５ｐｐｍ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スパッタリングターゲット。
Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕの内の１種以上を合計で０．００５〜０．５質量％を含み、酸素：０．１〜５ｐｐｍ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スパッタリングターゲットとバッキングプレートを熱間静水圧プレスにより接合させてなることを特徴とするバッキングプレート付き銅合金スパッタリングターゲット。