JP5554364B2 - Copper alloy wiring for semiconductor, sputtering target, and method for forming copper alloy wiring for semiconductor - Google Patents
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Description
本発明は、半導体用銅合金配線、特にシード層形成に好適な自己拡散抑制機能を備え、活性なＣｕの拡散による配線周囲の汚染を効果的に防止することができる半導体用銅合金配線及び同配線を形成するためのスパッタリングターゲット並びに半導体用銅合金配線の形成方法に関する。 The present invention provides a copper alloy wiring for semiconductors, particularly a copper alloy wiring for semiconductors that has a self-diffusion suppression function suitable for forming a seed layer and can effectively prevent contamination around the wiring due to active Cu diffusion. The present invention relates to a sputtering target for forming a wiring and a method for forming a copper alloy wiring for a semiconductor.
従来、半導体素子の配線材料としてＡｌ合金（比抵抗３．０μΩ・ｃｍ程度）が使われてきたが、配線の微細化に伴いより抵抗の低い銅配線（比抵抗２．０μΩ・ｃｍ程度）が実用化されてきた。
現在の銅配線の形成プロセスとしては、コンタクトホール又は配線溝の凹部にＴａやＴａＮなどの拡散バリア層を形成した後、銅を電気メッキすることが多い。この電気メッキを行うために下地層（シード層）として、銅をスパッタ成膜することが一般に行われる。
通常、純度４Ｎ（ガス成分抜き）程度の電気銅を粗金属として湿式や乾式の高純度化プロセスによって、５Ｎ〜６Ｎの純度の高純度銅を製造し、これをスパッタリングターゲットとして使用していた。
Conventionally, an Al alloy (specific resistance of about 3.0 μΩ · cm) has been used as a wiring material for semiconductor elements. However, with the miniaturization of wiring, copper wiring with a lower resistance (specific resistance of about 2.0 μΩ · cm) is used. It has been put into practical use.
In the current copper wiring formation process, a diffusion barrier layer such as Ta or TaN is formed in a concave portion of a contact hole or wiring groove, and then copper is electroplated in many cases. In order to perform this electroplating, copper is generally formed by sputtering as a base layer (seed layer).
Usually, high-purity copper having a purity of 5N to 6N was produced by a wet or dry high-purification process using electrolytic copper having a purity of about 4N (excluding gas components) as a crude metal, and this was used as a sputtering target.
上記の通り、半導体用配線又はシード層として銅は、非常に有効であるが、銅自体が非常に活性な金属で拡散し易く、半導体Ｓｉ基板又はその上の絶縁膜を通してＳｉ基板又はその周囲を汚染するという問題が発生している。したがって、拡散バリア層を形成するだけでは十分でなく、銅配線材そのものの改良も要求されている。
これまで銅配線材として、銅にいくつか元素を添加して、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性、耐食性、付着強度等を向上させることが提案されている。
As described above, copper is very effective as a semiconductor wiring or seed layer. However, copper itself is easily diffused by a very active metal, and the Si substrate or its surroundings is passed through the semiconductor Si substrate or an insulating film thereon. There is a problem of contamination. Therefore, it is not sufficient to form the diffusion barrier layer, and improvement of the copper wiring material itself is also required.
To date, it has been proposed to add some elements to copper as a copper wiring material to improve electromigration (EM) resistance, corrosion resistance, adhesion strength, and the like.
その例を、以下に挙げる。下記特許文献１には、高純度銅（４Ｎ以上）に通常添加される元素として、Al, Ag, B, Cr, Ge, Mg, Nd, Si, Sn, Ti, Zr などの元素の一種又は二種以上を、１０％以下含有するスパッタリングターゲットが記載されている。
特許文献２には、９９．９９９９重量％以上の高純度銅を基体金属とし、この基体金属に純度が９９．９重量％以上のチタンを０．０４〜０．１５重量％、あるいは純度が９９．９９９９重量％以上の亜鉛を０．０１４〜０．０２１重量％添加した、高純度銅合金製のスパッタリングターゲットが記載されている。
特許文献３には、Mg含有量0.02〜4ｗｔ％含有する99.99％以上の銅合金スパッタリングターゲットが記載されている。
しかし、以上については、銅の拡散を防止するには必ずしも十分でないという問題がある。
Examples are given below. In Patent Document 1 below, one or two elements such as Al, Ag, B, Cr, Ge, Mg, Nd, Si, Sn, Ti, and Zr are added as elements usually added to high-purity copper (4N or more). A sputtering target containing 10% or less of seeds or more is described.
In Patent Document 2, 99.9999% by weight or more of high-purity copper is used as a base metal, and titanium having a purity of 99.9% by weight or more is 0.04 to 0.15% by weight, or the purity is 99. A sputtering target made of a high-purity copper alloy to which 0.014 to 0.021 wt% of zinc of 9999 wt% or more is added is described.
Patent Document 3 describes a copper alloy sputtering target having an Mg content of 0.02 to 4 wt% and containing 99.99% or more.
However, there is a problem that the above is not always sufficient to prevent copper diffusion.
タンタルなどの拡散バリア層も、配線ルールの微細化に伴って、薄くかつ均一に成膜する必要があるが、例えば引用文献４では、ＣｕにＭｇを添加した銅合金薄膜に関するのもであるが、Ｍｇ原子が移動してＭｇＯを形成することで、拡散バリアとシード層を同時に形成できることが記載されている。
これは、熱処理によりＣｕ-Ｍｇ合金中のＭｇが、層間絶縁膜の酸素などと反応して自己形成的にバリア層を形成されるというものである。そして、タンタルなどのバリア層形成プロセスが不要にできると記載されている。しかし、これは拡散バリアの確実性の問題や配線抵抗の増加などの問題がある。
半導体層上に絶縁膜を介して配線を設けた半導体装置で配線の引張強度が２５ｋｇ/ｍｍ２以上のＣｕ合金である。固溶強化型Ｃｕ合金の一つとしてＣｕ−Ｍｎが記載されており、添加元素の添加量を適宜選択し、熱処理で特定の引張強さが得られるという記載がある（特許文献５参照）。しかし、これはＭｎ量がどの程度のものか不明であり、半導体用銅合金配線形成に好適な自己拡散抑制機能を有しているとは言えない。
The diffusion barrier layer such as tantalum also needs to be thinly and uniformly formed along with the miniaturization of the wiring rule. For example, cited reference 4 relates to a copper alloy thin film in which Mg is added to Cu. It is described that a diffusion barrier and a seed layer can be formed simultaneously by moving Mg atoms to form MgO.
This is because Mg in the Cu—Mg alloy reacts with oxygen or the like of the interlayer insulating film by heat treatment to form a barrier layer in a self-forming manner. It is described that a barrier layer forming process such as tantalum can be made unnecessary. However, this has problems such as the reliability of the diffusion barrier and the increase in wiring resistance.
It is a Cu alloy in which the tensile strength of the wiring is 25 kg / mm 2 or more in the semiconductor device in which the wiring is provided on the semiconductor layer via the insulating film. Cu-Mn is described as one of the solid solution strengthened Cu alloys, and there is a description that a specific tensile strength can be obtained by heat treatment by appropriately selecting the amount of additive element added (see Patent Document 5). However, it is unclear how much the amount of Mn is, and it cannot be said that it has a self-diffusion suppression function suitable for forming a copper alloy wiring for a semiconductor.
アルミニウム、アルミニウム合金電極配線はEM耐性が低いため断線し易く、純銅配線は耐食性が劣る。そこで集積回路装置の電極配線材料を銅合金とするもので、一つとしてマンガン銅合金（〜２０％Ｍｎ）が実用し得ると記載されており、銅単体よりも耐酸化性や耐ハロゲン性に優れ、配線抵抗が大きくなることは避けられないがアルミニウム合金と同程度に保てるという記載がある。
また、電極膜の形成には、ＣＶＤ法、スパッタ蒸着法、メッキ法により容易に形成できると記載されている（特許文献６参照）。しかし、これは抵抗が大きすぎ、半導体配線材としては、不向きである。
Aluminum and aluminum alloy electrode wirings have low EM resistance and thus are easily disconnected, and pure copper wiring has poor corrosion resistance. Therefore, the electrode wiring material of the integrated circuit device is a copper alloy, and it is described that a manganese copper alloy (up to 20% Mn) can be put into practical use, and it is more resistant to oxidation and halogen than copper alone. There is a description that it is excellent and that the wiring resistance is increased, but it can be kept at the same level as the aluminum alloy.
Further, it is described that the electrode film can be easily formed by a CVD method, a sputter deposition method, or a plating method (see Patent Document 6). However, this has too much resistance and is unsuitable as a semiconductor wiring material.
Ｃｕ配線の全面、あるいはその一部、特に下地側を被覆するバリア膜にＭｎ膜、Ｍｎ硼化物膜、Ｍｎ窒化物膜を用いることで、ＣｕとＭｎとの合金の結晶粒界を形成させ、Ｃｕ拡散を防止することが記載されている。
従来そのバリア材料としてＺｒ、Ｔｉ、Ｖなどの窒化物及び硼化物を用いているが、これらのバリア材料は結晶粒径が比較的大きいため、Ｃｕ拡散を十分に防止できないという課題があったが、このようにバリア材料としてＭｎ、Ｍｎ硼化物、Ｍｎ窒化物を用い、Ｃｕ配線表面を被覆することでＣｕとＭｎ、硼化物（Ｍｎ−Ｂ）、窒化物（Ｍｎ−Ｎ）の界面に耐熱安定性が優れたＣｕとＭｎとの合金が極めて薄く形成され、このＣｕとＭｎの合金の結晶粒界によりＣｕ拡散が抑制されると考えられるというものである（特許文献７参照）。
しかし、この場合は銅配線の上に新たにバリア材料としてＭｎ、Ｍｎ硼化物、Ｍｎ窒化物を用いて、Ｃｕ配線表面を被覆するものであるから、銅配線そのものの銅の拡散抑制効果を改善するものではない。また、Ｍｎ、Ｍｎ硼化物、Ｍｎ窒化物を被覆する工程の増加という問題も存在し、根本的な解決方法とは言えない。
By using a Mn film, a Mn boride film, or a Mn nitride film as a barrier film covering the entire surface of the Cu wiring, or a part thereof, in particular, the base side, a crystal grain boundary of an alloy of Cu and Mn is formed. It describes preventing Cu diffusion.
Conventionally, nitrides and borides such as Zr, Ti, and V are used as the barrier material. However, since these barrier materials have a relatively large crystal grain size, there is a problem that Cu diffusion cannot be sufficiently prevented. In this way, Mn, Mn boride and Mn nitride are used as the barrier material, and the Cu wiring surface is covered, so that the interface between Cu and Mn, boride (Mn-B) and nitride (Mn-N) is heat resistant. An alloy of Cu and Mn having excellent stability is formed extremely thin, and it is considered that Cu diffusion is suppressed by the crystal grain boundary of the alloy of Cu and Mn (see Patent Document 7).
However, in this case, Mn, Mn boride, and Mn nitride are newly used as a barrier material on the copper wiring to cover the surface of the Cu wiring, thereby improving the copper diffusion suppression effect of the copper wiring itself. Not what you want. In addition, there is a problem that the number of steps for coating Mn, Mn boride, and Mn nitride is increased, which is not a fundamental solution.
添加元素として、Ｍｇ、Ｍｎ等を使用し、半導体基板上に絶縁膜を形成し、この表面に配線溝が形成し、その側壁及び底面を覆っているＴｉＮなどの保護膜を介して、４ａｔ．％のＭｇが固溶されているＣｕ膜からなる埋め込み配線層であるＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層を埋め込むという手法が開示されている。
この場合、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層には、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層の酸化を防止するための酸化防止バリアとして機能するＭｇＯ等の皮膜を形成することが記載されている（特許文献８参照）。
しかし、Ｃｕ膜中のＭｎの添加は固溶限内であるので、元素の含有濃度はＣｕと金属間化合物を形成するために必要な濃度よりも少ないことを意味している。このため、Ｃｕと添加元素とは金属間化合物を形成する状態にはないので、必ずしも十分なバリア膜とは言えないという問題がある。
Mg, Mn or the like is used as an additive element, an insulating film is formed on the semiconductor substrate, a wiring groove is formed on this surface, and a protective film such as TiN covering the side wall and the bottom surface is provided through 4 at. % Of Cu-4 at. A method of embedding a% Mg wiring layer is disclosed.
In this case, Cu-4at. % Mg wiring layer includes Cu-4 at. It describes that a film made of MgO or the like that functions as an anti-oxidation barrier for preventing oxidation of the% Mg wiring layer is formed (see Patent Document 8).
However, since the addition of Mn in the Cu film is within the solid solubility limit, it means that the element concentration is lower than the concentration necessary for forming an intermetallic compound with Cu. For this reason, since Cu and the additive element are not in a state of forming an intermetallic compound, there is a problem that the barrier film is not necessarily sufficient.
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し、Ｖ，Ｎｂ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉのグループから選ばれた１種以上の成分とＳｃ，Ａｌ，Ｙ，Ｃｒから選ばれた１種以上の成分との合計が０．００５〜０．５ｗｔ％となるように含み、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が記載されている（特許文献９参照）。
０．００５ｗｔ％未満含んでも所望の効果が得られず、一方０．５ｗｔ％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と述べているが、０．０５ｗｔ％以下では配線を形成する際にバリア膜が必要になることには変りない。また、Ｍｎのみ０．０５ｗｔ％以上でないと同様にバリア膜を必要とする。
One or more components selected from the group consisting of V, Nb, Mn, Fe, Co, and Ni with respect to a copper alloy sputtering target with small crystal grain growth when joining the target and the backing plate by hot isostatic pressing, It is included so that the total of one or more components selected from Sc, Al, Y, and Cr is 0.005 to 0.5 wt%, oxygen: 0.1 to 5 ppm, and the balance is Cu and inevitable impurities The sputtering target which consists of a copper alloy which has the composition which consists of is described (refer patent document 9).
Even if it contains less than 0.005 wt%, the desired effect cannot be obtained. On the other hand, if it contains more than 0.5 wt%, it states that the growth of crystal grains during hot isostatic pressing is suppressed, but 0.05 wt% or less Then, it does not change that a barrier film is required when forming wiring. Similarly, if only Mn is not 0.05 wt% or more, a barrier film is required.
本発明は、半導体用銅合金配線自体に自己拡散抑制機能を有せしめ、活性なＣｕの拡散による配線周囲の汚染を効果的に防止することができ、またエレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性、耐食性等を向上させ、バリア層が任意に形成可能かつ容易であり、さらに半導体用銅合金配線の成膜工程の簡素化が可能である半導体用銅合金配線及び同配線を形成するためのスパッタリングターゲット並びに半導体用銅合金配線の形成方法を提供する。 The present invention provides a copper alloy wiring for semiconductor itself with a self-diffusion suppression function, can effectively prevent contamination around the wiring due to active Cu diffusion, and has electromigration (EM) resistance, corrosion resistance, etc. The copper alloy wiring for semiconductor, the sputtering target for forming the wiring, and the semiconductor can be improved, the barrier layer can be arbitrarily formed and easy, and the film forming process of the copper alloy wiring for semiconductor can be simplified A method for forming a copper alloy wiring is provided.
上記の課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を行った結果、銅に適切な量のＭｎ元素を添加することにより、半導体用銅合金配線及びスパッタリングターゲット並びに半導体用銅合金配線の形成方法を得ることができるとの知見を得た。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive research. As a result, by adding an appropriate amount of Mn element to copper, the copper alloy wiring for semiconductor and the sputtering target, and the copper alloy wiring for semiconductor The knowledge that the formation method can be obtained was obtained.
本発明はこの知見に基づき、
１）Ｍｎ０．０５〜５ｗｔ％を含有し、Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓから選択した１又は２以上の元素の総量が１０ｗｔｐｐｍ以下、残部Ｃｕであることを特徴とする自己拡散抑制機能を備えた半導体用銅合金配線。
２）Ｍｎ０．５〜２．５ｗｔ％を含有することを特徴とする上記１記載の自己拡散抑制機能を備えた半導体用銅合金配線。
３）Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓから選択した１又は２以上の元素の総量が５ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする上記１又は２記載の自己拡散抑制機能を備えた半導体用銅合金配線。
４）Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓから選択した１又は２以上の元素の総量が１ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする上記１又は２記載の自己拡散抑制機能を備えた半導体用銅合金配線。
５）配線の上面、側面及び底面に、銅合金中のＭｎが優先酸化したＭｎ酸化膜を備えていることを特徴とする上記１〜４のいずれかに記載の自己拡散抑制機能を備えた半導体用銅合金配線、を提供する。
The present invention is based on this finding,
1) The total amount of one or two or more elements selected from Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, and As containing 0.05 to 5 wt% of Mn is 10 wtppm or less and the balance is Cu. Copper alloy wiring for semiconductors with self-diffusion suppression feature.
2) Copper alloy wiring for semiconductors having a self-diffusion suppression function as described in 1 above, containing Mn 0.5 to 2.5 wt%.
3) The self-diffusion suppression function according to 1 or 2 above, wherein the total amount of one or more elements selected from Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, and As is 5 wtppm or less. Copper alloy wiring for semiconductors equipped with.
4) The self-diffusion suppression function according to 1 or 2 above, wherein the total amount of one or more elements selected from Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, and As is 1 wtppm or less. Copper alloy wiring for semiconductors equipped with.
5) The semiconductor having a self-diffusion suppression function according to any one of 1 to 4 above, wherein a Mn oxide film in which Mn in the copper alloy is preferentially oxidized is provided on the upper surface, side surface, and bottom surface of the wiring. For copper alloy wiring.
また、本発明は、
６）Ｍｎ０．０５〜５ｗｔ％を含有し、Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓから選択した１又は２以上の元素の総量が１０ｗｔｐｐｍ以下、残部Ｃｕであることを特徴とする自己拡散抑制機能を備えた半導体用銅合金配線を形成するためのスパッタリングターゲット。
７）Ｍｎ０．５〜２．５ｗｔ％を含有することを特徴とする上記６記載の自己拡散抑制機能を備えた半導体用銅合金配線を形成するためのスパッタリングターゲット。
８）Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓから選択した１又は２以上の元素の総量が５ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする上記６又は７記載の自己拡散抑制機能を備えた半導体用銅合金配線を形成するためのスパッタリングターゲット。
９）Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓから選択した１又は２以上の元素の総量が１ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする上記６又は７記載の自己拡散抑制機能を備えた半導体銅用合金配線を形成するためのスパッタリングターゲット。
１０）上記６〜９のいずれかに記載のターゲットを用いてスパッタリングし銅合金配線を形成した後、真空、不活性ガス又は少量の酸素含有雰囲気中で熱処理し、配線の表面に、銅合金中のＭｎが優先酸化したＭｎ酸化膜を形成することを特徴とする自己拡散抑制機能を備えた半導体用銅合金配線の形成方法。
１１）熱処理を２００〜５２５°Ｃの範囲で行なうことを特徴とする上記１０記載の自己拡散抑制機能を備えた半導体用銅合金配線の形成方法、を提供する。
The present invention also provides:
6) Containing 0.05 to 5 wt% of Mn, the total amount of one or more elements selected from Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, As being 10 wtppm or less and the balance Cu A sputtering target for forming a copper alloy wiring for a semiconductor having a characteristic self-diffusion suppression function.
7) A sputtering target for forming a copper alloy wiring for a semiconductor having a self-diffusion suppression function according to the above 6, characterized by containing 0.5 to 2.5 wt% of Mn.
8) The self-diffusion suppression function according to 6 or 7 above, wherein the total amount of one or more elements selected from Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, and As is 5 wtppm or less. A sputtering target for forming a copper alloy wiring for a semiconductor comprising:
9) The self-diffusion suppression function according to 6 or 7 above, wherein the total amount of one or more elements selected from Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, and As is 1 wtppm or less. A sputtering target for forming an alloy wiring for semiconductor copper comprising:
10) Sputtering using the target according to any one of 6 to 9 above to form a copper alloy wiring, and then heat-treating it in a vacuum, an inert gas or a small amount of oxygen-containing atmosphere, A method for forming a copper alloy wiring for a semiconductor having a self-diffusion suppression function, characterized in that a Mn oxide film in which Mn is preferentially oxidized is formed.
11) The method for forming a copper alloy wiring for a semiconductor having a self-diffusion suppression function according to the above 10, wherein the heat treatment is performed in a range of 200 to 525 ° C.
本発明の半導体用銅合金配線及び同配線を形成するためのスパッタリングターゲット並びに半導体用銅合金配線の形成方法は、半導体用銅合金配線自体に自己拡散抑制機能を有せしめ、活性なＣｕの拡散による配線周囲の汚染を効果的に防止することができ、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性、耐食性等を向上させることができるという優れた効果を有する。
さらに、本発明は銅合金配線膜の上面、下面、周面等に、酸化マンガンからなるバリア層を任意に、かつ安定して形成可能であり、また半導体用銅合金配線の成膜工程及びバリア層の形成工程の簡素化できるという著しい効果を有する。
The copper alloy wiring for semiconductor of the present invention, the sputtering target for forming the wiring, and the method of forming the copper alloy wiring for semiconductor have the self-diffusion suppression function in the copper alloy wiring for semiconductor itself, and by active Cu diffusion. Contamination around the wiring can be effectively prevented, and electromigration (EM) resistance, corrosion resistance, and the like can be improved.
Further, according to the present invention, a barrier layer made of manganese oxide can be arbitrarily and stably formed on the upper surface, the lower surface, the peripheral surface, etc. of the copper alloy wiring film. It has a remarkable effect that the layer forming process can be simplified.
本発明の自己拡散抑制機能を備えた半導体用銅合金配線（シード層を含む）は、Ｍｎを０．０５〜５ｗｔ％を含有し、Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓから選択した１又は２以上の元素の総量が１０ｗｔｐｐｍ以下、残部Ｃｕからなる。
Ｍｎ０．０５ｗｔ％未満では、自己拡散抑制機能を有せず、Ｍｎ５ｗｔ％を超えると抵抗が増大し、半導体用銅合金配線（シード層）としての機能が低下するので好ましくない。したがって、Ｍｎ０．０５〜５ｗｔ％の含有量とする。好ましくは、Ｍｎ０．５〜２．５ｗｔ％を含有する銅合金である。
The copper alloy wiring for a semiconductor (including a seed layer) having a self-diffusion suppressing function according to the present invention contains 0.05 to 5 wt% of Mn, Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In , As, the total amount of one or more elements selected from As is 10 wtppm or less, and the balance is Cu.
If Mn is less than 0.05 wt%, it does not have a self-diffusion suppressing function, and if it exceeds 5 wt%, the resistance increases and the function as a copper alloy wiring for semiconductor (seed layer) decreases, which is not preferable. Therefore, the Mn content is 0.05 to 5 wt%. Preferably, it is a copper alloy containing 0.5 to 2.5 wt% of Mn.
銅（純銅）は、絶縁層や半導体Ｓｉ基板へ到達し、汚染源となり易いという問題がある。これは、従来から指摘されてきた問題であり、この解決策として絶縁膜と銅配線膜との間にバリア膜を形成することが提案されてきた。
このバリア膜として代表的なのは、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｒなどの金属又は窒化物又若しくは硼化物である。しかし、これらは薄膜中の結晶粒径が大きくなるので、Ｃｕのバリア膜としては不適当であった。
There is a problem that copper (pure copper) reaches the insulating layer and the semiconductor Si substrate and easily becomes a contamination source. This is a problem that has been pointed out conventionally, and it has been proposed to form a barrier film between the insulating film and the copper wiring film as a solution.
Typical examples of the barrier film are metals such as Zr, Ti, V, Ta, Nb, and Cr, nitrides, and borides. However, since these have a large crystal grain size in the thin film, they are unsuitable as Cu barrier films.
このようなことから、先に述べた特許文献７に示すように、Ｍｎ、Ｍｎ硼化物、Ｍｎ窒化物からなるバリア膜を銅表面に形成するという提案がなされた。
しかし、このプロセスは、そもそも別の被覆プロセスで実施しなければならないという問題があり、またこれ自体はＣｕ自体の拡散を抑制する効果があるというものではない。
したがって、バリア膜を形成した以外のところでの汚染も当然起こり得ることである。このように、上記提案は、バリア効果に制約があり、コスト高となる不利があった。
For this reason, as shown in Patent Document 7 described above, a proposal has been made to form a barrier film made of Mn, Mn boride, and Mn nitride on the copper surface.
However, this process has a problem that it must be carried out by another coating process in the first place, and this process itself does not have an effect of suppressing diffusion of Cu itself.
Therefore, naturally contamination other than the formation of the barrier film may occur. Thus, the above proposal has a disadvantage that the barrier effect is limited and the cost is high.
本願発明は、上記の通り、少量のＭｎを含有させＣｕ合金とすることにより、Ｃｕ自体の拡散化を抑制できるものであり、これはＣｕ−Ｍｎ合金膜のいかなる状況（面）においてもその効果を発揮し持続するものである。
しかし、半導体用銅合金配線において、Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓ等の不純物の存在は、この自己拡散抑制機能を妨害する作用があることが分かった。このことから、自己拡散抑制機能を十分に発揮させるためには、Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓから選択した１又は２以上の元素の総量が５ｗｔｐｐｍ以下とすることが必要である。特に、総量が１ｗｔｐｐｍ以下であることが望ましい。
As described above, the present invention can suppress the diffusion of Cu itself by containing a small amount of Mn and forming a Cu alloy, and this is effective in any situation (surface) of the Cu-Mn alloy film. To sustain and maintain
However, it has been found that the presence of impurities such as Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, As in the copper alloy wiring for semiconductor has an effect of hindering the self-diffusion suppression function. From this, in order to fully exhibit the self-diffusion suppression function, the total amount of one or more elements selected from Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, As is set to 5 wtppm or less. It is necessary. In particular, the total amount is desirably 1 wtppm or less.
また本発明の半導体用銅合金配線は、該配線の上面、側面及び底面、すなわち周面に、銅合金中のＭｎが優先酸化（選択酸化）したＭｎ酸化膜を形成することができる。これ自体はバリア層として機能させることができる。
このＭｎ酸化膜層は、例えば一旦ターゲットを用いてスパッタリングし銅合金配線を形成した後、酸素含有雰囲気中で熱処理することによって、該配線の表面に、銅合金中のＭｎを優先酸化させＭｎ酸化膜を形成することができる。この熱処理は、２００〜５２５°Ｃの範囲で行なうのが好適である。
このようなバリア層の形成は、付加的な薄膜の形成プロセスは必要とせず、極めて簡単な工程でなし得るという優れた特徴を有している。
In the copper alloy wiring for semiconductor of the present invention, a Mn oxide film in which Mn in the copper alloy is preferentially oxidized (selective oxidation) can be formed on the upper surface, side surface, and bottom surface, that is, the peripheral surface of the wiring. This itself can function as a barrier layer.
This Mn oxide film layer is formed by, for example, sputtering using a target once to form a copper alloy wiring, and then heat-treating it in an oxygen-containing atmosphere to preferentially oxidize Mn in the copper alloy on the surface of the wiring, thereby oxidizing Mn. A film can be formed. This heat treatment is preferably performed in the range of 200 to 525 ° C.
The formation of such a barrier layer does not require an additional thin film formation process, and has an excellent feature that it can be performed by a very simple process.
本発明における半導体用銅合金配線の形成法は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、めっき法、イオンクラスターによるコーティング法、蒸着法、レーザーアブレーション法などを使用することができ、特にその手法に制限はない。
しかし、スパッタリング法が最も効率が良く安定して成膜が可能である。したがって、このために使用する自己拡散抑制機能を備えた半導体用銅合金配線を形成するためのスパッタリングターゲットとしては、Ｍｎ０．０５〜５ｗｔ％を含有し、Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓから選択した１又は２以上の元素の総量が１０ｗｔｐｐｍ以下、残部Ｃｕであるターゲットを用いる。特に、Ｍｎ０．５〜２．５ｗｔ％を含有することが望ましい。
As a method for forming a copper alloy wiring for a semiconductor in the present invention, a sputtering method, a CVD method, a plating method, a coating method using an ion cluster, a vapor deposition method, a laser ablation method, or the like can be used, and the method is not particularly limited.
However, the sputtering method is most efficient and enables stable film formation. Therefore, as a sputtering target for forming a copper alloy wiring for a semiconductor having a self-diffusion suppression function used for this purpose, it contains 0.05 to 5 wt% of Mn and contains Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au. A target in which the total amount of one or more elements selected from Cd, In, As is 10 wtppm or less and the balance is Cu is used. In particular, it is desirable to contain 0.5 to 2.5 wt% of Mn.
このようなターゲットの成分組成は、スパッタ膜に直接反映されるので、十分な管理が必要である。また、添加される量は上記配線膜で説明したことと同様の理由による。
ターゲットに含まれる不純物であるＳｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓから選択した１又は２以上の元素の総量は５ｗｔｐｐｍ以下、特に１ｗｔｐｐｍ以下であることが望ましい。これらの元素は、銅の再結晶化温度を上げ、熱処理後の銅合金膜の結晶を微細化して抵抗を大きくするだけでなく、Ｍｎの拡散作用を抑制してしまう。したがって、上記に制限するのが良い。
Since the component composition of such a target is directly reflected on the sputtered film, sufficient management is required. Further, the amount added is for the same reason as described for the wiring film.
The total amount of one or more elements selected from Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, and As, which are impurities contained in the target, is desirably 5 wtppm or less, particularly 1 wtppm or less. These elements not only raise the recrystallization temperature of copper and refine the crystal of the copper alloy film after the heat treatment to increase the resistance, but also suppress the diffusion action of Mn. Therefore, it is better to limit to the above.
また、上記本発明の銅合金スパッタリングターゲットに含まれるガス成分の酸素、窒素、炭素、硫黄、塩素はそれぞれ３０ｗｔｐｐｍ以下、さらに好ましくは１０ｗｔｐｐ以下とするのが良い。
このガス成分は、結晶粒界に介在物を形成し、上記Ｍｎ添加の効果を弱める働きをする可能性がある。またターゲットのスパッタリング時に、パーティクルの発生の原因となり、特にスパッタライフ中の突発的なパーティクル発生を生じさせるという問題があるので、極力低減することが望ましい。
また、酸素により、シード層に酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）が形成されてしまうと、電気めっきの際にその部分にＣｕが成膜されないという問題がある。このようにめっき浴によってシード層表面が侵されると、ミクロ的に電場が変動して均一なめっき膜が形成されないという問題が起こる。したがって、酸素等のガス成分を上記の範囲に制限することが必要である。
Further, the oxygen, nitrogen, carbon, sulfur, and chlorine gas components contained in the copper alloy sputtering target of the present invention are each 30 wtppm or less, more preferably 10 wtpp or less.
This gas component may form inclusions at the crystal grain boundaries and weaken the effect of the Mn addition. Further, it causes generation of particles during sputtering of the target, and in particular, there is a problem of causing sudden particle generation during the sputtering life. Therefore, it is desirable to reduce as much as possible.
Further, when copper oxide (Cu 2 O) is formed in the seed layer due to oxygen, there is a problem that Cu is not formed in that portion during electroplating. When the seed layer surface is eroded by the plating bath in this way, there arises a problem that the electric field fluctuates microscopically and a uniform plating film cannot be formed. Therefore, it is necessary to limit the gas component such as oxygen to the above range.
次に、実施例に基づいて本発明を説明する。以下に示す実施例は、理解を容易にするためのものであり、これらの実施例によって本発明を制限するものではない。すなわち、本発明の技術思想に基づく変形及び他の実施例は、当然本発明に含まれる。 Next, the present invention will be described based on examples. The following examples are for ease of understanding, and the present invention is not limited by these examples. That is, modifications and other embodiments based on the technical idea of the present invention are naturally included in the present invention.
（実施例１−１〜１−９）
純度６Ｎ以上の高純度銅（Ｃｕ）と５Ｎレベルのマンガン（Ｍｎ）を調整し、高純度グラファイト坩堝を用いて高真空雰囲気で溶解し、高純度の合金を得た。調整した実施例１−１〜１−９の合金組成を表１に示す。
合金化した溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴットを得た。次に、製造したインゴットの表面層を除去してφ１６０×６０ｔとした後、４００°Ｃ熱間鍛造でφ２００とした。その後、４００°Ｃで熱間圧延してφ２７０×２０ｔまで圧延し、さらに冷間圧延でφ３６０×１０ｔまで圧延した。
(Examples 1-1 to 1-9)
High purity copper (Cu) having a purity of 6N or more and 5N level manganese (Mn) were prepared and dissolved in a high vacuum atmosphere using a high purity graphite crucible to obtain a high purity alloy. Table 1 shows the adjusted alloy compositions of Examples 1-1 to 1-9.
The alloyed molten metal was cast into a water-cooled copper mold in a high vacuum atmosphere to obtain an ingot. Next, after removing the surface layer of the manufactured ingot to make φ160 × 60 t, it was made φ200 by 400 ° C. hot forging. Thereafter, it was hot-rolled at 400 ° C. and rolled to φ270 × 20 t, and further cold-rolled to φ360 × 10 t.
次に、４００〜６００°Ｃ１時間熱処理後、ターゲット全体を急冷してターゲット素材とした。これを機械加工で直径１３インチ、厚さ７ｍｍのターゲットに加工し、これをさらにＣｕ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合してスパッタリングターゲット組立体とした。
実施例１−１〜１−９は表１に示す通り、溶解時のマンガン添加量を、およそ０．１ｗｔ％添加したものである。なお、表１に示す含有量は、Ｍｎ量は化学分析値によるものである。さらに、表１にＳｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓの分析量を示す。これは、ＧＤＭＳ（Glow Discharge Mass Spectrometry）分析による。本実施例に示す、これらの量は、本発明の範囲である総量１０ｗｔｐｐｍ以下を満たしている。
Next, after heat treatment at 400 to 600 ° C. for 1 hour, the entire target was rapidly cooled to obtain a target material. This was machined into a target having a diameter of 13 inches and a thickness of 7 mm, and this was further joined to a Cu alloy backing plate by diffusion bonding to form a sputtering target assembly.
As shown in Table 1, Examples 1-1 to 1-9 are obtained by adding about 0.1 wt% of manganese added at the time of dissolution. In addition, as for content shown in Table 1, the amount of Mn is based on a chemical analysis value. Further, Table 1 shows analytical amounts of Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, and As. This is based on GDMS (Glow Discharge Mass Spectrometry) analysis. These amounts shown in the examples satisfy the total amount of 10 wtppm or less, which is the range of the present invention.
本実施例に示す半導体用銅合金配線の評価として、シリコン基板上に酸化シリコンを形成させた後、上記ターゲットでスパッタ成膜して膜抵抗を調べた。その後４００°Ｃ真空雰囲気で熱処理して酸化マンガン層を形成させた。
２００°Ｃ未満では、安定な酸化マンガン層が形成されず、また５２５°Ｃ超では酸化マンガン層か形成される前にＣｕが拡散してしまうので適切ではないことがわかった。好ましくは３００°Ｃ〜４５０°Ｃが最適である。
その後、膜抵抗を測定してから、更に温度上げて（８５０°Ｃ）シリコン基板中へのＣｕの拡散状況（バリア性）を、ＳＩＭＳ(Secondary Ion Mass Spectrometry)にて評価した。
As an evaluation of the copper alloy wiring for semiconductor shown in this example, after forming silicon oxide on a silicon substrate, the film resistance was examined by sputtering film formation with the above target. Thereafter, a manganese oxide layer was formed by heat treatment in a 400 ° C. vacuum atmosphere.
It has been found that if the temperature is less than 200 ° C, a stable manganese oxide layer is not formed, and if it exceeds 525 ° C, Cu diffuses before the manganese oxide layer is formed, which is not appropriate. Preferably, 300 ° C to 450 ° C is optimal.
Then, after measuring the film resistance, the temperature was further raised (850 ° C.), and the diffusion state (barrier property) of Cu into the silicon substrate was evaluated by SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry).
また、耐ＥＭ（エレクトロマイグレーション）特性を評価するためにＳｉＯ２層間絶縁膜を有する配線溝に、上記ターゲットでスパッタ成膜してシード層を形成した。その後４００°Ｃ真空雰囲気でバリア層を自己形成させた。そしてＣｕ電解メッキにて配線溝を埋め込んでＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)にて上部を平坦化して配線幅０．２μｍの配線を形成した。この配線に電流をかけて配線断線率を評価した。
また、層間絶縁膜を有する配線溝に上記ターゲットで配線溝を埋め込んでＣＭＰにて上部を平坦化した。その後４００°Ｃで酸素０．０１ｖｏｌ％含有する窒素雰囲気で熱処理して、配線上部にもマンガン酸化膜を形成させた。
Further, in order to evaluate the EM (electromigration) characteristics, a seed layer was formed by sputter deposition with the above target in a wiring groove having an SiO 2 interlayer insulating film. Thereafter, the barrier layer was self-formed in a 400 ° C. vacuum atmosphere. Then, the wiring groove was filled by Cu electrolytic plating, and the upper part was flattened by CMP (Chemical Mechanical Polishing) to form a wiring having a wiring width of 0.2 μm. An electric current was applied to the wiring to evaluate the wiring disconnection rate.
In addition, the wiring trench having the interlayer insulating film was filled with the target and the upper portion was flattened by CMP. Thereafter, heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere containing 0.01 vol% oxygen at 400 ° C. to form a manganese oxide film on the upper part of the wiring.
以上の結果、Ｍｎ：０．１ｗｔ％近傍において、半導体用銅合金配線及びシード層を作成した場合、いずれもＣｕの拡散抵抗（バリア性）があり、良好な耐ＥＭ特性（断線率５％以下）及び膜抵抗（低抵抗）を示した。これは、特にマンガンが配線の上部、側面、下部に拡散して良好なバリア膜を形成するとともに、配線中央部の抵抗が低下するためである。総合評価としては、可である。
このようにシード層形成用のみに使用されるものではなく半導体の配線材としても有効であることを示すものである。
As a result of the above, when a copper alloy wiring for semiconductor and a seed layer are prepared in the vicinity of Mn: 0.1 wt%, both have Cu diffusion resistance (barrier properties) and good EM resistance (disconnection rate of 5% or less) ) And membrane resistance (low resistance). This is especially because manganese diffuses in the upper, side and lower portions of the wiring to form a good barrier film and the resistance in the central portion of the wiring is lowered. A comprehensive evaluation is possible.
Thus, it is not only used for forming the seed layer, but is also effective as a semiconductor wiring material.
（実施例２−１〜２−９）
実施例２−１〜２−９は表２に示す通り、溶解時のマンガン添加量を、およそ１ｗｔ％程度添加したものである。なお、表２に示す含有量は、Ｍｎ量は化学分析値によるものである。
さらに表２に、Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓの分析量を示す。これは、ＧＤＭＳ分析による。本実施例に示す、これらの量は、本発明の範囲である総量１０ｗｔｐｐｍ以下を満たしている。
スパッタリングターゲットの製造工程、半導体用銅合金配線の評価方法は、実施例１−１〜１−９と同様である。
(Examples 2-1 to 2-9)
In Examples 2-1 to 2-9, as shown in Table 2, about 1 wt% of manganese was added at the time of dissolution. In addition, as for content shown in Table 2, the amount of Mn is based on a chemical analysis value.
Further, Table 2 shows analytical amounts of Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, and As. This is by GDMS analysis. These amounts shown in the examples satisfy the total amount of 10 wtppm or less, which is the range of the present invention.
The manufacturing process of a sputtering target and the evaluation method of the copper alloy wiring for semiconductors are the same as that of Examples 1-1 to 1-9.
以上の結果、Ｍｎ：１ｗｔ％近傍において、半導体用銅合金配線及びシード層を作成した場合、表２に示すように、いずれもＣｕの拡散抵抗（バリア性）に優れており、良好な耐ＥＭ特性（断線率５％以下、さらには断線率２．５％以下）及び膜抵抗（低抵抗）を示した。これは、特にマンガンが配線の上部、側面、下部に拡散して良好なバリア膜を形成するとともに、配線中央部の抵抗が低下するためである。総合評価としては、良である。
上記と同様に、シード層形成用のみに使用されるものではなく、半導体の配線材としても、非常に有効であることを示す。
As a result, when a copper alloy wiring for a semiconductor and a seed layer are prepared in the vicinity of Mn: 1 wt%, as shown in Table 2, both have excellent Cu diffusion resistance (barrier property) and good EM resistance. Characteristics (disconnection rate of 5% or less, furthermore disconnection rate of 2.5% or less) and film resistance (low resistance) were exhibited. This is especially because manganese diffuses in the upper, side and lower portions of the wiring to form a good barrier film and the resistance in the central portion of the wiring is lowered. The overall evaluation is good.
Similarly to the above, it is not only used for forming the seed layer, but is also very effective as a semiconductor wiring material.
（実施例３−１〜３−９）
実施例３−１〜３−９は表３に示す通り、溶解時のマンガン添加量を、およそ１ｗｔ％程度添加したものである。なお、表３に示す含有量は、Ｍｎ量は化学分析値によるものである。
さらに表３に、Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓの分析量を示す。これは、ＧＤＭＳ分析による。本実施例に示す、これらの量は、本発明の範囲である総量５ｗｔｐｐｍ以下である。この量は、上記実施例２−１〜２−９に比べ、さらに低下させたもので、本実施例における特徴である。
スパッタリングターゲットの製造工程、半導体用銅合金配線の評価方法は、実施例１−１〜１−９と同様である。
(Examples 3-1 to 3-9)
As shown in Table 3, Examples 3-1 to 3-9 are obtained by adding about 1 wt% of manganese added at the time of dissolution. In addition, as for content shown in Table 3, the amount of Mn is based on a chemical analysis value.
Further, Table 3 shows analytical amounts of Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, and As. This is by GDMS analysis. These amounts shown in this example are 5 wtppm or less in total, which is the range of the present invention. This amount is further reduced as compared with Examples 2-1 to 2-9 and is a feature of this example.
The manufacturing process of a sputtering target and the evaluation method of the copper alloy wiring for semiconductors are the same as that of Examples 1-1 to 1-9.
以上の結果、Ｍｎ：１ｗｔ％近傍において、半導体用銅合金配線及びシード層を作成した場合、表３に示すように、いずれもＣｕの拡散抵抗（バリア性）に優れており、良好な耐ＥＭ特性（断線率２．５％以下）及び膜抵抗（低抵抗）を示した。これは、特にマンガンが配線の上部、側面、下部に拡散して良好なバリア膜を形成するとともに、配線中央部の抵抗が低下するためである。
さらに断線率の低下は、Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓの存在量が低下（５ｗｔｐｐｍ以下）したためと考えられる。総合評価としては、良である。
上記と同様に、シード層形成用のみに使用されるものではなく、半導体の配線材としても、非常に有効であることを示す。
As a result, when a copper alloy wiring for a semiconductor and a seed layer were prepared in the vicinity of Mn: 1 wt%, as shown in Table 3, they all had excellent Cu diffusion resistance (barrier properties) and good EM resistance. Characteristics (disconnection rate: 2.5% or less) and film resistance (low resistance) were shown. This is especially because manganese diffuses in the upper, side and lower portions of the wiring to form a good barrier film and the resistance in the central portion of the wiring is lowered.
Further, the decrease in the disconnection rate is considered to be due to the decrease in the abundance of Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, and As (5 wtppm or less). The overall evaluation is good.
Similarly to the above, it is not only used for forming the seed layer, but is also very effective as a semiconductor wiring material.
（実施例４−１〜４−９）
実施例４−１〜４−９は表４に示す通り、溶解時のマンガン添加量を、およそ１ｗｔ％程度添加したものである。なお、表４に示す含有量は、Ｍｎ量は化学分析値によるものである。
さらに表４に、Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓの分析量を示す。これは、ＧＤＭＳ分析による。本実施例に示す、これらの量は、本発明の範囲である総量１ｗｔｐｐｍ以下（実施例４−３のみ１．０２ｗｔｐｐｍ）である。
この量は、上記実施例３−１〜３−９に比べ、さらに低下させたもので、本実施例における特徴である。スパッタリングターゲットの製造工程、半導体用銅合金配線の評価方法は、実施例１−１〜１−９と同様である。
(Examples 4-1 to 4-9)
As shown in Table 4, Examples 4-1 to 4-9 are obtained by adding about 1 wt% of manganese added at the time of dissolution. In addition, as for content shown in Table 4, the amount of Mn is based on a chemical analysis value.
Further, Table 4 shows analytical amounts of Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, and As. This is by GDMS analysis. These amounts shown in the present example are a total amount of 1 wtppm or less (1.02 wtppm only in Example 4-3) which is the range of the present invention.
This amount is further reduced as compared with Examples 3-1 to 3-9 and is a feature of this example. The manufacturing process of a sputtering target and the evaluation method of the copper alloy wiring for semiconductors are the same as that of Examples 1-1 to 1-9.
以上の結果、Ｍｎ：１ｗｔ％近傍において、半導体用銅合金配線及びシード層を作成した場合、表４に示すように、いずれもＣｕの拡散抵抗（バリア性）に優れており、良好な耐ＥＭ特性（断線は殆んど無い）及び膜抵抗（低抵抗）を示した。これは、特にマンガンが配線の上部、側面、下部に拡散して良好なバリア膜を形成するとともに、配線中央部の抵抗が低下するためである。 As a result, when a copper alloy wiring for a semiconductor and a seed layer were prepared in the vicinity of Mn: 1 wt%, as shown in Table 4, they all had excellent Cu diffusion resistance (barrier properties) and good EM resistance. It showed characteristics (almost no disconnection) and membrane resistance (low resistance). This is especially because manganese diffuses in the upper, side and lower portions of the wiring to form a good barrier film and the resistance in the central portion of the wiring is lowered.
さらに断線率が殆んど見られなくなったのは、Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓの存在量が低下（１ｗｔｐｐｍ以下）したためと考えられる。総合評価としては、最良である。
上記と同様に、シード層形成用のみに使用されるものではなく、半導体の配線材としても、本実施例は極めて有効であることを示す。
Further, it is considered that the disconnection rate is hardly seen because the abundance of Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, and As is reduced (1 wtppm or less). The overall evaluation is the best.
Similarly to the above, this example is not only used for seed layer formation but also as a semiconductor wiring material, indicating that this example is extremely effective.
（実施例５−１〜５−９）
実施例５−１〜５−９は表５に示す通り、溶解時のマンガン添加量を、およそ４ｗｔ％程度添加したものである。なお、表５に示す含有量は、Ｍｎ量は化学分析値によるものである。
さらに表５に、Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓの分析量を示す。これは、ＧＤＭＳ分析による。本実施例に示す、これらの量は、本発明の範囲である総量１ｗｔｐｐｍ以下である。この量は、上記実施例４−１〜４−９と同レベルのものである。
スパッタリングターゲットの製造工程、半導体用銅合金配線の評価方法は、実施例１−１〜１−９と同様である。
(Examples 5-1 to 5-9)
As shown in Table 5, Examples 5-1 to 5-9 are obtained by adding about 4 wt% of manganese added at the time of dissolution. In addition, as for content shown in Table 5, the amount of Mn is based on a chemical analysis value.
Further, Table 5 shows analytical amounts of Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, and As. This is by GDMS analysis. These amounts shown in the present example are a total amount of 1 wtppm or less which is the range of the present invention. This amount is the same level as in Examples 4-1 to 4-9.
The manufacturing process of a sputtering target and the evaluation method of the copper alloy wiring for semiconductors are the same as that of Examples 1-1 to 1-9.
以上の結果、Ｍｎ：４ｗｔ％近傍において、半導体用銅合金配線及びシード層を作成した場合、表５に示すように、いずれもＣｕの拡散抵抗（バリア性）に優れており、良好な耐ＥＭ特性（断線は２．５％以下）は良好であり、膜抵抗は一部を除き、比較的良好な値を示した。これは、特にマンガンが配線の上部、側面、下部に拡散して良好なバリア膜を形成するとともに、配線中央部の抵抗が低下するためである。
さらに断線率が殆んど見られなくなったのは、Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓの存在量が低下したためと考えられる。総合評価としては、良又は可である。本実施例はＭｎが多いために、やや膜抵抗が増加するケースもあるが、使用できない範囲ではない。
上記と同様に、シード層形成用のみに使用されるものではなく、半導体の配線材としても、本実施例は利用可能であることを示す。
As a result, when a copper alloy wiring for a semiconductor and a seed layer were prepared in the vicinity of Mn: 4 wt%, as shown in Table 5, both had excellent diffusion resistance (barrier properties) of Cu and good EM resistance. The characteristics (disconnection was 2.5% or less) were good, and the film resistance was relatively good except for some parts. This is especially because manganese diffuses in the upper, side and lower portions of the wiring to form a good barrier film and the resistance in the central portion of the wiring is lowered.
Further, it is considered that the disconnection rate is hardly seen because the abundance of Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, and As is reduced. The overall evaluation is good or good. In this example, since Mn is large, the film resistance may increase slightly, but this is not in the range where it cannot be used.
Similarly to the above, it is shown that this embodiment can be used not only for the formation of the seed layer but also as a semiconductor wiring material.
（比較例Ａ−１〜Ａ−３及び比較例Ｂ−１〜Ｂ−３）
比較例Ａ−１〜Ａ−３及び比較例Ｂ−１〜Ｂ−３は表６に示す通り、溶解時のマンガンを添加量したものであるが、比較例Ａ−１〜Ａ−３は、本発明の上記実施例に比べマンガン量が少ないすぎる場合であり、Ｂ−１〜Ｂ−３は本発明の上記実施例に比べマンガン量が多すぎる場合である。なお、表６に示す含有量は、Ｍｎ量は化学分析値によるものである。
さらに表６に、Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓの分析量を示す。これは、ＧＤＭＳ分析による。これらは、いずれも本発明の範囲に入るレベルのものである。
スパッタリングターゲットの製造工程、半導体用銅合金配線の評価方法は、実施例１−１〜１−９と同様とした。
(Comparative Examples A-1 to A-3 and Comparative Examples B-1 to B-3)
As shown in Table 6, Comparative Examples A-1 to A-3 and Comparative Examples B-1 to B-3 are obtained by adding manganese during dissolution, but Comparative Examples A-1 to A-3 are: This is the case where the amount of manganese is too small compared to the above embodiment of the present invention, and B-1 to B-3 are the cases where the amount of manganese is too large compared to the above embodiment of the present invention. In addition, as for content shown in Table 6, the amount of Mn is based on a chemical analysis value.
Further, Table 6 shows analytical amounts of Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, and As. This is by GDMS analysis. These are all within the scope of the present invention.
The manufacturing process of the sputtering target and the evaluation method of the copper alloy wiring for semiconductor were the same as in Examples 1-1 to 1-9.
以上の結果、表６に示す通り、Ｍｎ量が少ない比較例Ａ−１〜Ａ−３については、膜抵抗が低く良好であるが、バリア性がなく、耐ＥＭ性に劣るため、総合評価としては不良（×）である。また、Ｍｎ量が多い場合（本発明の範囲を超える場合）は、バリア性が良好で耐ＥＭ性が高いが、膜抵抗が増加するという問題があるので、総合評価としては、不良（×）である。 As a result, as shown in Table 6, for Comparative Examples A-1 to A-3 having a small amount of Mn, the film resistance is low and good, but there is no barrier property and the EM resistance is poor. Is defective (x). When the amount of Mn is large (exceeding the range of the present invention), the barrier property is good and the EM resistance is high, but there is a problem that the film resistance increases. It is.
（比較例４−１〜４−９）
本比較例４−１〜４−９は、上記の実施例の中で最も良好な結果を示したＭｎ量と同一レベルのものを使用した（対比を容易にするために、比較例４の数字を用いた）。
表７に示すように、Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓの量が本発明のレベルを超えた場合の結果を示した。なお、表７に示すＭｎ含有量は上記と同様に、化学分析値によるものである。また、Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓの分析量も同様に、ＧＤＭＳ分析による。
スパッタリングターゲットの製造工程、半導体用銅合金配線の評価方法は、実施例１−１〜１−９と同様とした。
以上の結果、表７に示す通り、膜抵抗が低く良好であるが、バリア性がなく、耐ＥＭ性に劣るため、総合評価としては不良（×）となった。
(Comparative Examples 4-1 to 4-9)
In Comparative Examples 4-1 to 4-9, those having the same level as the amount of Mn that showed the best results among the above-mentioned examples were used (in order to facilitate comparison, the numbers in Comparative Example 4 were used). Was used).
As shown in Table 7, the results when the amounts of Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, and As exceeded the level of the present invention are shown. In addition, Mn content shown in Table 7 is based on a chemical analysis value similarly to the above. Similarly, the analysis amounts of Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, and As are based on GDMS analysis.
The manufacturing process of the sputtering target and the evaluation method of the copper alloy wiring for semiconductor were the same as in Examples 1-1 to 1-9.
As a result, as shown in Table 7, the film resistance was low and good, but there was no barrier property and the EM resistance was poor, so the overall evaluation was poor (x).
以上の実施例及び比較例に示す通り、本願発明のＭｎ０．０５〜５ｗｔ％を含有し、Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓから選択した１又は２以上の元素の総量が１０ｗｔｐｐｍ以下、残部Ｃｕである半導体用銅合金配線及び同配線膜形成用スパッタリングターゲットの有用性は明らかであり、薄膜配線及びシード層は、高導電性を有すると共に、優れた自己拡散抑制機能を備えている。 As shown in the above Examples and Comparative Examples, one or more elements selected from Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, As, containing 0.05 to 5 wt% of Mn of the present invention The usefulness of the copper alloy wiring for semiconductors and the sputtering target for forming the wiring film in which the total amount of Cu is 10 wtppm or less and the balance is Cu is obvious. It has a function.
本発明は、半導体用銅合金配線は、それ自体に自己拡散抑制機能を有するので、活性なＣｕの拡散による配線周囲の汚染を効果的に防止することができ、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性、耐食性等を向上させることができるという優れた効果を有し、また銅合金配線膜の上面、下面、周面等に、酸化マンガンからなるバリア層を任意に、かつ安定して形成可能であり、また銅合金配線の成膜工程及びバリア層の形成工程の簡素化できるという著しい効果を有するので、半導体用銅合金配線及び同配線を形成するためのスパッタリングターゲットの製造に極めて有用である。 In the present invention, since the copper alloy wiring for semiconductor has a self-diffusion suppression function in itself, contamination around the wiring due to active Cu diffusion can be effectively prevented, and electromigration (EM) resistance and corrosion resistance can be prevented. The barrier layer made of manganese oxide can be arbitrarily and stably formed on the upper surface, the lower surface, the peripheral surface, etc. of the copper alloy wiring film. Since it has the remarkable effect that the film formation process of a copper alloy wiring and the formation process of a barrier layer can be simplified, it is very useful for manufacture of the copper alloy wiring for semiconductors, and the sputtering target for forming the wiring.
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