JP5439349B2 - Method for producing Cu film - Google Patents

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Description

本発明はCu膜の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a Cu film.

近年、LSIに代表される半導体工業は急速に進捗しつつある。64MビットDRAMやロジック素子、さらにはそれ以降の半導体素子では、高集積化、高信頼性化、高機能化が進むにつれて、微細加工技術に要求される精度も益々高まってきている。このような集積回路の高密度化や高速化などに伴って、AlやCuを主成分として形成される金属配線の幅は1/4μm以下になりつつある。このような配線に対応するために、配線技術の改良が進められている。   In recent years, the semiconductor industry represented by LSI has been progressing rapidly. In 64M-bit DRAMs, logic elements, and semiconductor elements thereafter, the precision required for microfabrication technology is increasing more and more as higher integration, higher reliability, and higher functionality progress. With the increase in density and speed of such integrated circuits, the width of metal wiring formed mainly of Al or Cu is becoming ¼ μm or less. In order to cope with such wiring, improvement of wiring technology is underway.

すなわち、従来の配線技術とは異なる、デュアルダマシン(DD)配線技術を適用することが検討されている。DD技術とは、予め下地膜に形成した配線溝上に、配線材となるAlやCuを主成分とする金属をスパッタリング法、CVD法、メッキ法などを用いて成膜し、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法などで余剰の配線金属を除去する技術である。   That is, application of a dual damascene (DD) wiring technique, which is different from the conventional wiring technique, is being studied. In the DD technique, a metal mainly composed of Al or Cu as a wiring material is formed on a wiring groove formed in advance in a base film using a sputtering method, a CVD method, a plating method, or the like, and CMP (Chemical Mechanical Polishing) is performed. This is a technique for removing excess wiring metal by the method.

上述したような配線材料としては、抵抗率がAlより低いCuが主流となりつつあり、ロジックなどの半導体デバイスではおおよそCu配線が使用されている。Cu配線が有利な点としては、Al配線に比べて耐エレクトロマイグレーション性に優れていることも挙げられる。Cu配線を適用する場合には、CuのSi中への拡散防止を目的としたバリアメタル層を設けることが必須である。   As a wiring material as described above, Cu whose resistivity is lower than that of Al is becoming mainstream, and Cu wiring is generally used in semiconductor devices such as logic. An advantage of Cu wiring is that it has superior electromigration resistance compared to Al wiring. When Cu wiring is applied, it is essential to provide a barrier metal layer for the purpose of preventing diffusion of Cu into Si.

半導体素子用のバリアメタルとしては、一般的にTiNが使用されてきたが、最近Cu配線用のバリア材料としてTaNが提案され、CuのSi中への拡散防止に対してはTaNが有効であることが明らかになりつつある。そこで、Cu配線用のバリア層にはTaN膜を適用する方向に進んでいる。Cu配線はメッキ法で形成することが主流であるため、具体的なCu配線の形成工程は以下のようになる。すなわち、配線溝やホール内にバリア層としてTaN膜を形成し、その上にCuメッキのシード層(Cu膜)をスパッタ法などで形成した後に、配線を構成するCuをメッキにより形成する。   TiN has generally been used as a barrier metal for semiconductor elements, but recently TaN has been proposed as a barrier material for Cu wiring, and TaN is effective for preventing diffusion of Cu into Si. It is becoming clear. Therefore, the TaN film is being applied to the barrier layer for Cu wiring. Since Cu wiring is mainly formed by a plating method, a specific process for forming Cu wiring is as follows. That is, a TaN film is formed as a barrier layer in a wiring groove or hole, and a Cu plating seed layer (Cu film) is formed thereon by sputtering or the like, and then Cu constituting the wiring is formed by plating.

上述したCuシード層の状態、言い換えればシード層形成時のCuのスパッタ状態は、Cuメッキに対して大きな影響を及ぼす。すなわち、Cuシード層が溝やホール内に完全な連続膜として形成されないとメッキ液にエッチングされてしまい、メッキ時にCuを良好に成長させることができなくなってしまう。また、連続していないCuシード層では、メッキ時に電流が流れないために化学反応が促進されず、Cuが充填されないこともある。   The state of the Cu seed layer described above, in other words, the Cu sputtering state during formation of the seed layer has a great influence on Cu plating. That is, if the Cu seed layer is not formed as a complete continuous film in the groove or hole, it is etched by the plating solution, and Cu cannot be grown well during plating. In addition, in the Cu seed layer that is not continuous, since no current flows during plating, the chemical reaction is not promoted and Cu may not be filled.

半導体デバイスの設計ルールは益々微細化しており、アスペクト比が4を超えるような溝やホールも一般化しつつある。このようなデバイスに対応するためには、従来のコリメーションスパッタ法、長距離スパッタ法、低圧スパッタ法などでは限界があり、新たなスパッタ技術の開発が必須となっている。そこで、Cuシード層を形成するための新たなスパッタ法として、Cuのセルフイオンスパッタ法が注目されている。   Semiconductor device design rules are becoming increasingly finer, and grooves and holes with aspect ratios exceeding 4 are becoming common. In order to cope with such a device, the conventional collimation sputtering method, long-distance sputtering method, low-pressure sputtering method and the like have limitations, and development of a new sputtering technique is indispensable. Thus, as a new sputtering method for forming the Cu seed layer, a Cu self-ion sputtering method has attracted attention.

セルフイオンスパッタ法とはCu自身をイオン化し、この生成したCuイオンにより放電を自己的に維持する、つまり自己維持放電させる方法である。Cuを自己維持放電させるセルフイオンスパッタ法では、通常のスパッタ法で用いられるArやKrといった希ガスが必要ないため、Cu原子、Cuイオン、中性粒子などは飛行方向を曲げられずに、基板へ直進性を維持しながら進んでいく。つまり、指向性が従来のスパッタ法に比べて優れていると共に、ArイオンやKrイオンによるエッチング作用もないため、アスペクト比が大きい溝やホール内にも良好にCu膜を形成することができる。 The self ion sputtering method is a method in which Cu itself is ionized and the discharge is self-maintained by the generated Cu + ions, that is, self-sustain discharge is performed. In the self-ion sputtering method for self-sustaining discharge of Cu, no rare gas such as Ar or Kr used in the normal sputtering method is required, so that Cu atoms, Cu + ions, neutral particles, etc. are not bent in the flight direction. Continue to go straight to the board. That is, the directivity is superior to the conventional sputtering method, and there is no etching action by Ar ions or Kr ions, so that a Cu film can be satisfactorily formed in a groove or hole having a large aspect ratio.

ところで、セルフイオンスパッタ法を適用したCuのスパッタリングにおいては、Cuイオンの直進性を高めるために、基板側にバイアス電圧を印加することが一般的である。すなわち、まずチャンバ内を高真空にしてターゲット側に負電圧を印加し、ArやKrなどの希ガスを流しながら初期のプラズマを発生させる。同時に基板側にも負電圧を印加する。次に、希ガスを止めて、Cuイオン自身で放電を維持させる。 By the way, in the sputtering of Cu to which the self ion sputtering method is applied, in order to improve the straightness of Cu + ions, it is general to apply a bias voltage to the substrate side. That is, first, the inside of the chamber is set to a high vacuum, a negative voltage is applied to the target side, and an initial plasma is generated while flowing a rare gas such as Ar or Kr. At the same time, a negative voltage is applied to the substrate side. Next, the rare gas is stopped and the discharge is maintained by Cu + ions themselves.

しかしながら、従来のCuターゲットを用いて自己維持放電を発生させた場合、基板側へのバイアス電圧を上げた際に、ターゲット−基板間のバランスがくずれ、長時間成膜しているとプラズマが不安定な状態になって、結果的に放電が切れてしまうという問題が発生する。このような問題が半導体デバイスの量産ラインで発生すると、多量の不良品を生じさせることになり、半導体デバイスの製造歩留りを大幅に低下させることになってしまう。   However, when self-sustained discharge is generated using a conventional Cu target, when the bias voltage to the substrate side is increased, the balance between the target and the substrate is lost, and plasma is not generated if the film is formed for a long time. As a result, there is a problem that the discharge is stopped as a result. If such a problem occurs in a mass production line for semiconductor devices, a large amount of defective products will be generated, and the manufacturing yield of semiconductor devices will be greatly reduced.

本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、Cuのセルフイオンスパッタ法を適用する場合に、プラズマ状態を安定させて長時間にわたって自己維持放電を持続させることを可能にしたスパッタリングターゲットを提供することを目的としている。   The present invention has been made to cope with such a problem, and in applying the Cu self-ion sputtering method, it is possible to stabilize the plasma state and maintain the self-sustained discharge for a long time. The purpose is to provide a target.

本発明のCu膜の製造方法は、高純度Cuからなるスパッタリングターゲットを用い、Cuのセルフイオンスパッタ法によりCu膜を製造するものである。そして、前記高純度Cuは、AgおよびAuから選ばれる少なくとも1種の元素を含有し、かつ前記AgおよびAuの合計含有量が0.550ppmの範囲であり、前記AgおよびAuから選ばれる少なくとも1種の元素の含有量のバラツキがターゲット全体として±30%以内であることを特徴とする。 The method for producing a Cu film of the present invention is to produce a Cu film by a self-ion sputtering method of Cu using a sputtering target made of high-purity Cu. The high-purity Cu contains at least one element selected from Ag and Au, and the total content of the Ag and Au is in the range of 0.5 to 50 ppm, and is selected from the Ag and Au. The variation in the content of at least one element is within ± 30% of the target as a whole.

前記高純度Cuは、不純物元素としてのFe、Ni、Cr、Ti、Al、NaおよびKの合計含有量が10ppm以下であることが好ましい。また、前記ターゲットはバッキングプレートと接合されていることが好ましい。   The high-purity Cu preferably has a total content of Fe, Ni, Cr, Ti, Al, Na and K as impurity elements of 10 ppm or less. The target is preferably joined to a backing plate.

前記Cu膜としては、例えばCu配線が挙げられる。また、前記Cu膜としては、例えばCuメッキ配線のCuシード層が挙げられる。   An example of the Cu film is a Cu wiring. Moreover, as said Cu film | membrane, Cu seed layer of Cu plating wiring is mentioned, for example.

前記Cu膜は、電子デバイスのCu膜であることが好ましい。前記電子デバイスとしては、半導体デバイス、SAWデバイス、TPH、LCD等が挙げられる。   The Cu film is preferably a Cu film of an electronic device. Examples of the electronic device include a semiconductor device, a SAW device, TPH, and LCD.

Cuはイオン化効率が大きいために、Cuイオンにより放電を自己的に維持する(自己維持放電する)ことができる。ただし、Cuイオンによる自己維持放電だけでは、長時間放電を持続させた際にプラズマ状態が不安定になってしまう。特に、基板側に大きなバイアス電圧を印加すると、Cuイオンによる自己維持放電が不安定な状態になりやすい。 Since Cu has high ionization efficiency, the discharge can be self-maintained (self-sustained discharge) by Cu + ions. However, only the self-sustained discharge with Cu + ions results in an unstable plasma state when the discharge is sustained for a long time. In particular, when a large bias voltage is applied to the substrate side, self-sustained discharge due to Cu + ions tends to be unstable.

そこで、本発明のスパッタリングターゲット(Cuターゲット)においては、それを構成する高純度Cu中に、Cuよりもイオン化効率が高いAgやAuを0.005〜500ppmの範囲(AgとAuの合計含有量として)で含有させている。AgやAuはCuのイオン化効率を促進させる、言い換えるとCuの自己維持放電を補う役割を果たすため、Cuの自己維持放電を長時間にわたって安定に維持することが可能となる。   Therefore, in the sputtering target (Cu target) of the present invention, Ag and Au having higher ionization efficiency than Cu are contained in the high purity Cu constituting the range of 0.005 to 500 ppm (total content of Ag and Au). As)). Ag or Au promotes the ionization efficiency of Cu, in other words, plays a role of supplementing the self-sustained discharge of Cu. Therefore, the self-sustained discharge of Cu can be stably maintained for a long time.

本発明のスパッタリングターゲットによれば、Cuのセルフイオンスパッタ法を適用する際に、プラズマ状態を安定させて長時間にわたって自己維持放電を持続させることが可能となる。これはCu配線の製造歩留りや信頼性の向上などに大きく寄与するものである。   According to the sputtering target of the present invention, when applying the Cu self-ion sputtering method, it is possible to stabilize the plasma state and maintain the self-sustaining discharge for a long time. This greatly contributes to the improvement of the manufacturing yield and reliability of the Cu wiring.

本発明のスパッタリングターゲットにおけるAgおよびAu含有量とそのバラツキの測定方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measuring method of Ag and Au content and its variation in the sputtering target of this invention.

以下、本発明を実施するための形態について説明する。   Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.

本発明のスパッタリングターゲットは、AgおよびAuから選ばれる少なくとも1種の元素を、質量比でAgおよびAuの合計量として0.005〜500ppmの範囲で含有する高純度Cuからなるものであり、このような量範囲のAgやAuを高純度Cu中に含有させることによって、Cuのセルフイオンスパッタにおける自己維持放電の持続性を大幅に向上させることが可能となる。   The sputtering target of the present invention is made of high-purity Cu containing at least one element selected from Ag and Au in a mass ratio of 0.005 to 500 ppm as a total amount of Ag and Au. By containing such a range of Ag and Au in high-purity Cu, it is possible to significantly improve the sustainability of self-sustained discharge in Cu self-ion sputtering.

本発明において、高純度Cuからなるスパッタリングターゲット(Cuターゲット)中のAgおよびAuの合計含有量を上記した範囲に規定した理由は、以下の通りである。   In the present invention, the reason why the total content of Ag and Au in the sputtering target (Cu target) made of high-purity Cu is defined in the above range is as follows.

Cuはイオン化効率が非常に大きいため、Cu自身がイオン化してターゲットに戻って自己維持スパッタする、言い換えると自己維持放電を維持してCuのスパッタが継続される特性を有している。このようなセルフイオンスパッタ法に基づくCuのスパッタリングによれば、放電空間にArやKrなどの希ガスが存在しないため、スパッタされたCu原子、Cuイオン、中性粒子などは飛行方向を曲げられずに、基板へ直進性を有しながら進んでいく。つまり、従来のスパッタ法に比べて非常に優れた指向性が得られる。さらに、基板側にマイナスの電荷(バイアス電圧)を印加することによって、より多くのCuイオンが直進の方向性を有しながら基板に到達する。 Since Cu has a very high ionization efficiency, Cu itself ionizes and returns to the target to perform self-sustained sputtering. In other words, Cu has a characteristic that sputtering of Cu is continued while maintaining self-sustained discharge. According to such Cu sputtering based on the self-ion sputtering method, since no rare gas such as Ar or Kr exists in the discharge space, the sputtered Cu atoms, Cu + ions, neutral particles, etc. bend the flight direction. Without going through the process, it goes straight to the substrate. That is, the directivity very excellent compared with the conventional sputtering method is obtained. Further, by applying a negative charge (bias voltage) to the substrate side, more Cu + ions reach the substrate while having a straight direction.

ただし、従来の高純度Cuターゲットを用いた場合には、長時間放電を持続させるとプラズマが非常に不安定な状態に陥り、最終的に放電が切れてしまう。このような自己維持放電の消滅を回避するためには、Cuターゲットから放出されるCu+イオンの数を増加させることが有効である。この点について種々検討した結果、イオン化効率が高いAgやAuが、Cuイオンの発生数の増加に対して有効に作用することを見出した。 However, when a conventional high-purity Cu target is used, if the discharge is continued for a long time, the plasma falls into a very unstable state, and the discharge is eventually cut off. In order to avoid the disappearance of such a self-sustaining discharge, it is effective to increase the number of Cu + ions released from the Cu target. As a result of various studies on this point, it has been found that Ag and Au having high ionization efficiency effectively act against an increase in the number of generated Cu + ions.

すなわち、AgやAuはCuよりもイオン化効率が高いため、Cuのイオン化効率を促進させることができる。言い換えると、AgやAuはCuの自己維持放電を補う役割を果たす。これによって、Cuの自己維持放電を長時間にわたって安定に維持することが可能となる。特に、Cuイオンの直進性を高める上で、基板側にマイナスの電荷(バイアス電圧)を印加した場合においても、イオン化効率の高いAgやAuでCuの自己維持放電を補うことによって、Cuの自己維持放電を長時間にわたって安定に維持することができる。 That is, since the ionization efficiency of Ag and Au is higher than that of Cu, the ionization efficiency of Cu can be promoted. In other words, Ag and Au play a role to supplement the self-sustained discharge of Cu. As a result, the self-sustained discharge of Cu can be stably maintained for a long time. In particular, in order to improve the rectilinearity of Cu + ions, even when a negative charge (bias voltage) is applied to the substrate side, the self-sustained discharge of Cu is supplemented with Ag or Au having high ionization efficiency, so Self-sustained discharge can be stably maintained for a long time.

ただし、高純度Cu中のAgやAuの含有量がこれらの合計量として500ppmを超えると、CuとAgもしくはCuとAuの化合物が形成され、Cuターゲットを用いて形成したCu膜の比抵抗が増大してしまう。一方、AgとAuの合計含有量が0.005ppm未満であると、Cuのイオン化効率を促進する効果を有効に得ることができない。高純度Cu中のAgとAuの合計含有量は0.01〜100ppmの範囲とすることがより好ましく、さらには0.5〜50ppmの範囲とすることが望ましい。   However, when the content of Ag and Au in high-purity Cu exceeds 500 ppm as a total of these, a compound of Cu and Ag or Cu and Au is formed, and the specific resistance of the Cu film formed using the Cu target is low. It will increase. On the other hand, if the total content of Ag and Au is less than 0.005 ppm, the effect of promoting the ionization efficiency of Cu cannot be obtained effectively. The total content of Ag and Au in the high-purity Cu is more preferably in the range of 0.01 to 100 ppm, and further preferably in the range of 0.5 to 50 ppm.

また、本発明のスパッタリングターゲットにおいて、AgやAuの含有量のバラツキは、ターゲット全体として±30%以内とすることが好ましい。このように、ターゲット全体に対するAgやAuの含有量のバラツキを低く抑えることによって、ターゲット全体としてCuのイオン化効率を促進させることができるため、Cuの自己維持放電をより一層安定に維持することが可能となる。Cuターゲット中のAg含有量もしくはAu含有量のバラツキは、±15%以内とすることがさらに好ましく、より望ましくは±10%以内である。   Moreover, in the sputtering target of the present invention, the variation in the content of Ag and Au is preferably within ± 30% of the entire target. Thus, since the ionization efficiency of Cu can be promoted as a whole target by suppressing variation in the content of Ag and Au with respect to the whole target, the self-sustained discharge of Cu can be maintained more stably. It becomes possible. The variation in the Ag content or Au content in the Cu target is more preferably within ± 15%, and more preferably within ± 10%.

ここで、本発明のスパッタリングターゲットにおけるAg含有量もしくはAu含有量は、以下に示す方法により測定された値とする。すなわち、図1に示すように、例えば円板状ターゲットの中心部(位置1)と、中心部を通り円周を均等に分割した4本の直線上の外周近傍位置(位置2〜9)およびその1/2の距離の位置(位置10〜17)とから、それぞれ長さ10mm、幅10mmの試験片を採取し、これら17点の試験片中のAg量もしくはAu量を測定し、これらの測定値を平均した値を、ターゲットのAg含有量もしくはAu含有量とする。Ag量もしくはAu量はICP−MASS法に基づいて測定するものとする。   Here, Ag content or Au content in the sputtering target of this invention is taken as the value measured by the method shown below. That is, as shown in FIG. 1, for example, the center part (position 1) of a disk-shaped target, and the positions near the outer periphery (positions 2 to 9) on four straight lines that pass through the center part and are divided equally. A test piece having a length of 10 mm and a width of 10 mm was taken from a position at a half distance (positions 10 to 17), and the amount of Ag or Au in these 17 points was measured. A value obtained by averaging the measured values is set as the Ag content or Au content of the target. The amount of Ag or Au is measured based on the ICP-MASS method.

さらに、ターゲット全体のAg含有量もしくはAu含有量のバラツキは、上記した17点の試験片から求めたAg含有量もしくはAu含有量の最大値および最小値から、{(最大値−最小値)/(最大値+最小値)}×100の式に基づいて求めた値を示すものとする。   Further, the variation in the Ag content or Au content of the entire target is determined from the maximum value and the minimum value of the Ag content or Au content obtained from the 17 test pieces described above, {(maximum value−minimum value) / (Maximum value + minimum value)} The value obtained based on the formula of 100 is assumed to be indicated.

本発明のスパッタリングターゲットは、上述したように高純度Cu中のAgおよびAuの合計含有量を0.005〜500ppmの範囲としたことに特徴を有するものである。ターゲットを構成する高純度Cu中のAgおよびAuを除く不純物元素量については、一般的な高純度金属材のレベル程度であれば多少含んでいてもよい。   As described above, the sputtering target of the present invention is characterized in that the total content of Ag and Au in high-purity Cu is in the range of 0.005 to 500 ppm. The amount of impurity elements excluding Ag and Au in the high-purity Cu constituting the target may be included to some extent as long as it is about the level of a general high-purity metal material.

ただし、配線抵抗の低減などを図る上で、本発明においては不純物元素としてのFe、Ni、Cr、Ti、Al、NaおよびKの合計含有量が10ppm以下の高純度Cuを用いることが好ましい。言い換えると、Fe、Ni、Cr、Ti、Al、NaおよびKの各含有量(質量%)の合計量を100%から引いた値[100−(Fe%+Ni%+Cr%+Ti%+Al%+Na%+K%)]が99.999%以上というような高純度Cuを用いることが好ましい。   However, in order to reduce wiring resistance and the like, in the present invention, it is preferable to use high-purity Cu having a total content of Fe, Ni, Cr, Ti, Al, Na, and K as impurity elements of 10 ppm or less. In other words, a value obtained by subtracting the total content (% by mass) of Fe, Ni, Cr, Ti, Al, Na, and K from 100% [100− (Fe% + Ni% + Cr% + Ti% + Al% + Na%) + K%)] is preferably 99.999% or higher.

本発明のスパッタリングターゲットは、例えば以下のようにして作製することができる。すなわち、まずCuスパッタリングターゲットの形成原料となる高純度Cuを作製する。高純度Cuは、例えば自然銅を電解精錬し、さらに真空誘導溶解法により精製してインゴットとする。ビレットのサイズは、例えば直径100〜500mmとする。この際、目的とするターゲットのAg含有量もしくはAu含有量に基づいて、AgやAuを添加する。AgやAuを添加するにあたっては、Cu原料中のAg量やAu量を考慮して添加量を設定するものとする。   The sputtering target of this invention can be produced as follows, for example. That is, first, high-purity Cu that is a raw material for forming a Cu sputtering target is prepared. High-purity Cu is, for example, electrolytically refined natural copper and further purified by a vacuum induction melting method to obtain an ingot. The billet size is, for example, 100 to 500 mm in diameter. At this time, Ag or Au is added based on the Ag content or Au content of the target. In adding Ag and Au, the addition amount is set in consideration of the Ag amount and Au amount in the Cu raw material.

次に、得られたCuインゴットに対して鍛造、圧延による塑性加工を施す。この塑性加工時の加工率は例えば50〜98%とする。このような加工率の塑性加工によれば、インゴットに適当な熱エネルギーを与えることができ、この熱エネルギーによってAgやAuの均質化(バラツキの減少)を図ることができる。また、この加工時の熱エネルギーは、結晶格子の配列を整合させる役割を果たすことから、微小内部欠陥の除去などに対しても有効に作用する。塑性加工工程においては、必要に応じて中間熱処理を実施してもよい。この後、200〜500℃の範囲の温度で1時間以上の熱処理を施す。この熱処理によって、ターゲット材中のAgやAuのバラツキをさらに減少させることができる。   Next, the obtained Cu ingot is subjected to plastic working by forging and rolling. The processing rate at the time of plastic processing is, for example, 50 to 98%. According to plastic working at such a processing rate, appropriate thermal energy can be given to the ingot, and homogenization (reduction in variation) of Ag and Au can be achieved by this thermal energy. In addition, the thermal energy at the time of processing plays a role in matching the arrangement of crystal lattices, and thus effectively acts on the removal of minute internal defects. In the plastic working process, an intermediate heat treatment may be performed as necessary. Thereafter, heat treatment is performed at a temperature in the range of 200 to 500 ° C. for 1 hour or longer. By this heat treatment, variations in Ag and Au in the target material can be further reduced.

このようにして得られる高純度Cu材を所望の円板状などに機械加工し、これを例えばAlからなるバッキングプレートと接合する。バッキングプレートとの接合には、拡散接合やろう付け接合などが適用される。拡散接合時の温度は600℃以下とすることが好ましい。また、ろう付け接合は公知のIn系やSn系の接合材を使用して実施する。ここで得られたターゲット素材を所定サイズに機械加工することによって、本発明のスパッタリングターゲットが得られる。   The high-purity Cu material thus obtained is machined into a desired disk shape or the like, and this is joined to a backing plate made of, for example, Al. For bonding to the backing plate, diffusion bonding, brazing bonding, or the like is applied. The temperature during diffusion bonding is preferably 600 ° C. or lower. Further, the brazing joining is performed using a known In-based or Sn-based bonding material. The sputtering target of the present invention is obtained by machining the target material obtained here into a predetermined size.

本発明のスパッタリングターゲットは、各種電子デバイスの配線膜形成用として用いることができるが、特にCuのセルフイオンスパッタ法を適用して、Cuメッキ配線のCuシード層を形成する際に好適に用いられる。本発明のスパッタリングターゲットを用い、かつCuのセルフイオンスパッタ法を適用して形成したCu膜は、スパッタ粒子の直進性に優れることから、アスペクト比が大きい溝やホール内にも良好に形成することができる。また、Cuのセルフイオンスパッタ法に基づくスパッタリング工程の安定性を大幅に高めることが可能となることから、デバイス製造工程の信頼性を向上させることができると共に、デバイスの製造歩留りの向上などを図ることができる。   The sputtering target of the present invention can be used for forming a wiring film of various electronic devices, but is particularly suitable for forming a Cu seed layer of a Cu plating wiring by applying a Cu self ion sputtering method. . The Cu film formed by using the sputtering target of the present invention and applying the self ion sputtering method of Cu is excellent in the straightness of the sputtered particles, so it can be formed well in grooves and holes having a large aspect ratio. Can do. In addition, since the stability of the sputtering process based on the Cu self-ion sputtering method can be greatly increased, the reliability of the device manufacturing process can be improved, and the manufacturing yield of the device can be improved. be able to.

上述した本発明に基づく技術は、DD配線などにより高集積化や高密度化が急速に進められている半導体デバイスなどに対して極めて有効であり、高密度配線を高信頼性の下で再現性よく実現することが可能となる。これは超高集積タイプの半導体デバイスの製造歩留りの向上、製造工程の安定化などに大きく貢献する。また、本発明のスパッタリングターゲットにより成膜したCu膜は半導体デバイスに限らず、SAWデバイス、TPH、LCDデバイスなどの各種の電子部品に適用することができる。   The above-described technology based on the present invention is extremely effective for semiconductor devices and the like that are rapidly being highly integrated and densified by DD wiring and the like, and the high density wiring is highly reproducible with high reliability. It can be realized well. This greatly contributes to improving the manufacturing yield of the ultra-highly integrated semiconductor device and stabilizing the manufacturing process. Further, the Cu film formed by the sputtering target of the present invention is not limited to a semiconductor device, but can be applied to various electronic components such as a SAW device, a TPH, and an LCD device.

次に、本発明の具体的な実施例およびその評価結果について述べる。   Next, specific examples of the present invention and evaluation results thereof will be described.

実施例1、比較例1、参考例1
まず、Ag、Au、Fe、Ni、Cr、Nb、Ta、CoおよびAlの各元素の含有量を変化させた16種類のCuインゴットを作製した。これらCuインゴットに冷間鍛造および冷間圧延を施し、さらに250℃×120minの条件で熱処理した。この後、それぞれろう付け接合を適用してAlバッキングプレートと接合し、さらに機械加工を施して直径320mm×厚さ10mmの11種類のCuスパッタリングターゲットを得た。なお、各元素の含有量については、ICP(発光分光分析装置:セイコーインスツルメンツ社製・SPS 1200A)によって分析した。
Example 1, Comparative Example 1 , Reference Example 1
First, 16 types of Cu ingots were produced in which the content of each element of Ag, Au, Fe, Ni, Cr, Nb, Ta, Co and Al was changed. These Cu ingots were subjected to cold forging and cold rolling, and further heat-treated under conditions of 250 ° C. × 120 min. Thereafter, brazing joining was applied to join the Al backing plate, and further machined to obtain 11 types of Cu sputtering targets having a diameter of 320 mm and a thickness of 10 mm. In addition, about content of each element, it analyzed by ICP (Emission-spectral-analysis apparatus: Seiko Instruments company make, SPS1200A).

このようにして得た16種類のCuスパッタリングターゲットを用いて、スパッタ方式:セルフイオンスパッタ、基板−ターゲット間距離:300mm、背圧:1×10−5Pa、出力DC:25kW、Ar:2sccm(放電を発生させるために1sec添加)、スパッタ時間:10min、基板バイアス:−15V、の条件下で、Cuイオンによる自己放電の持続性を調べた。これら各Cuスパッタリングターゲットの放電持続時間を、ターゲットの各元素の含有量と共に表1に示す。 Using the 16 types of Cu sputtering targets thus obtained, sputtering method: self-ion sputtering, substrate-target distance: 300 mm, back pressure: 1 × 10 −5 Pa, output DC: 25 kW, Ar: 2 sccm ( The sustainability of self-discharge by Cu ions was investigated under the conditions of 1 sec addition for generating discharge), sputtering time: 10 min, substrate bias: −15V. The discharge duration of each Cu sputtering target is shown in Table 1 together with the content of each element of the target.

Figure 0005439349
表1から明らかなように、AgやAuを所定の範囲で含有させたCuスパッタリングターゲット(実施例1)によれば、比較例1の各Cuターゲットに対して、数倍以上の自己維持放電の持続性が得られることが分かる。
Figure 0005439349
As is clear from Table 1, according to the Cu sputtering target (Example 1) containing Ag or Au in a predetermined range, the self-sustaining discharge of several times or more of each Cu target of Comparative Example 1 was observed. It can be seen that sustainability is obtained.

較例2、参考例2
まず、AgおよびAuの含有量を変化させた10種類のCuインゴットを作製した。これら各Cuインゴットに対して、種々の条件下で冷間鍛造および冷間圧延を施し、さらに250〜400℃×120minの条件で熱処理した。この後、それぞれろう付け接合を適用してAlバッキングプレートと接合し、さらに機械加工を施して直径320mm×厚さ10mmのCuスパッタリングターゲットをそれぞれ得た。なお、各元素の含有量は実施例1と同様にして測定した。また、AgおよびAu含有量のバラツキは前述した方法に基づいて測定した。
The ratio Comparative Examples 2, Reference Example 2
First, 10 types of Cu ingots with varying contents of Ag and Au were produced. Each of these Cu ingots was subjected to cold forging and cold rolling under various conditions, and further heat-treated under the conditions of 250 to 400 ° C. × 120 min. Thereafter, each of the Cu sputtering targets having a diameter of 320 mm and a thickness of 10 mm was obtained by applying brazing and joining with an Al backing plate and further machining. The content of each element was measured in the same manner as in Example 1. Moreover, the dispersion | variation in Ag and Au content was measured based on the method mentioned above.

このようにして得た10種類のCuスパッタリングターゲットを用いて、スパッタ方式:セルフイオンスパッタ、基板−ターゲット間距離:300mm、背圧:1×10−5Pa、出力DC:25kW、Ar:2sccm(放電を発生させるために1sec添加)、スパッタ時間:10min、基板バイアス:−15V、の条件下で、Cuイオンによる自己放電の持続性を調べた。また、上記したスパッタリングにより得たCu膜の比抵抗を測定した。これら各Cuスパッタリングターゲットの放電持続時間およびCu膜の比抵抗を、ターゲットの各元素の含有量およびそのバラツキと共に表2に示す。 Using the 10 types of Cu sputtering targets thus obtained, sputtering method: self-ion sputtering, substrate-target distance: 300 mm, back pressure: 1 × 10 −5 Pa, output DC: 25 kW, Ar: 2 sccm ( The sustainability of self-discharge by Cu ions was investigated under the conditions of 1 sec addition for generating discharge), sputtering time: 10 min, substrate bias: −15V. Further, the specific resistance of the Cu film obtained by the above sputtering was measured. Table 2 shows the discharge duration of each Cu sputtering target and the specific resistance of the Cu film together with the content of each element of the target and its variation.

Figure 0005439349
表2から明らかなように、AgやAuを所定の範囲で含有させ、かつそれらのバラツキを低減したCuスパッタリングターゲットによれば、比較例2の各Cuターゲットに対して、数倍以上の自己維持放電の持続性が得られ、さらに得られるCu膜の比抵抗も小さいことが分かる。
Figure 0005439349
As apparent from Table 2, the Ag or Au is contained in a predetermined range, and according to Cu sputtering coater Getting bets that reduce their variations, for each Cu target of Comparative Example 2, several times or more self It can be seen that sustain discharge sustainability is obtained, and the specific resistance of the obtained Cu film is also small.

Claims (10)

高純度Cuからなるスパッタリングターゲットを用い、Cuのセルフイオンスパッタ法によりCu膜を製造するCu膜の製造方法であって、
前記高純度CuはAgおよびAuから選ばれる少なくとも1種の元素を含有し、かつ前記AgおよびAuの合計含有量が0.550ppmの範囲であり、前記AgおよびAuから選ばれる少なくとも1種の元素の含有量のバラツキがターゲット全体として±30%以内であることを特徴とするCu膜の製造方法。
Using a sputtering target made of high purity Cu, a Cu film manufacturing method for manufacturing a Cu film by Cu self-ion sputtering,
The high-purity Cu contains at least one element selected from Ag and Au, and the total content of the Ag and Au is in the range of 0.5 to 50 ppm. At least one selected from Ag and Au A method for producing a Cu film, wherein the variation in the content of seed elements is within ± 30% of the target as a whole.
請求項1記載のCu膜の製造方法において、
前記高純度Cuは、不純物元素としてのFe、Ni、Cr、Ti、Al、NaおよびKの合計含有量が10ppm以下であることを特徴とするCu膜の製造方法。
In the manufacturing method of Cu film | membrane of Claim 1,
The high-purity Cu has a total content of Fe, Ni, Cr, Ti, Al, Na, and K as impurity elements of 10 ppm or less.
請求項1または2記載のCu膜の製造方法において、
前記ターゲットはバッキングプレートと接合されていることを特徴とするCu膜の製造方法。
In the manufacturing method of Cu film | membrane of Claim 1 or 2,
A method for producing a Cu film, wherein the target is bonded to a backing plate.
請求項1ないし請求項3のいずれか1項記載のCu膜の製造方法において、
前記Cu膜はCu配線であることを特徴とするCu膜の製造方法。
In the manufacturing method of Cu film | membrane of any one of Claim 1 thru | or 3,
The method for producing a Cu film, wherein the Cu film is a Cu wiring.
請求項1ないし請求項3のいずれか1項記載のCu膜の製造方法において、
前記Cu膜はCuメッキ配線のCuシード層であることを特徴とするCu膜の製造方法。
In the manufacturing method of Cu film | membrane of any one of Claim 1 thru | or 3,
The Cu film is a Cu seed layer of a Cu plated wiring.
請求項1ないし請求項5のいずれか1項記載のCu膜の製造方法において、
前記Cu膜は電子デバイスのCu膜であることを特徴とするCu膜の製造方法。
In the manufacturing method of Cu film | membrane of any one of Claim 1 thru | or 5,
The method for producing a Cu film, wherein the Cu film is a Cu film for an electronic device.
請求項6記載のCu膜の製造方法において、
前記電子デバイスは半導体デバイスであることを特徴とするCu膜の製造方法。
In the manufacturing method of Cu film | membrane of Claim 6,
The method of manufacturing a Cu film, wherein the electronic device is a semiconductor device.
請求項6記載のCu膜の製造方法において、
前記電子デバイスはSAWデバイスであることを特徴とするCu膜の製造方法。
In the manufacturing method of Cu film | membrane of Claim 6,
The method for producing a Cu film, wherein the electronic device is a SAW device.
請求項6記載のCu膜の製造方法において、
前記電子デバイスはTPHであることを特徴とするCu膜の製造方法。
In the manufacturing method of Cu film | membrane of Claim 6,
The method for producing a Cu film, wherein the electronic device is TPH.
請求項6記載のCu膜の製造方法において、
前記電子デバイスはLCDであることを特徴とするCu膜の製造方法。
In the manufacturing method of Cu film | membrane of Claim 6,
The method for producing a Cu film, wherein the electronic device is an LCD.
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