JP5638697B2

JP5638697B2 - 高純度銅クロム合金スパッタリングターゲット

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Publication number: JP5638697B2
Application number: JP2013528154A
Authority: JP
Inventors: 富男大月; 篤志福嶋
Original assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Current assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2033-01-21
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Description

本発明は、半導体用銅合金配線を形成するために有用な高純度銅クロム合金、特に均一性（ユニフォーミティ）に優れた薄膜を形成することが可能な高純度銅クロム合金スパッタリングターゲットに関する。

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。銅配線の形成プロセスとしては、配線又は配線溝にＴａやＴａＮなどの拡散バリア層を形成した後、銅をスパッタ成膜することが一般に行われる。銅は通常、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の高純度のものを製造し、これをスパッタリングターゲットとして使用していた。

上記の通り、半導体用配線として、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。特に配線の微細化に伴い、従来のＴａやＴａＮの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は、銅（Ｃｕ）にマンガン（Ｍｎ）又はクロム（Ｃｒ）を添加して、Ｃｕ合金中のＭｎ又はＣｒが絶縁膜の酸素と反応して自己形成的にバリア層を形成する、いわゆる自己拡散抑制機能（エレクトロマイグレーション抵抗）を備えた銅合金が、提案されている。

上記の半導体用銅合金配線は、銅クロム合金又は銅マンガン合金スパッタリングターゲットを用いて形成されるが、半導体デバイスの微細化・高密度化・高集積化、配線層の微細化・多層化が進むに連れて、従来では問題とならなかった、配線層の膜厚やシート抵抗における面内バラツキが、ウエハから得られるチップ（製品）の歩留まりに影響を与えるという問題が発生している。そのため、バラツキの少ない薄膜（配線）を成膜することができる銅合金スパッタリングターゲットが求められている。
本願発明は、特に高純度銅クロム合金スパッタリングターゲットに着目するものであるが、関連する公知技術を紹介すると、次の通りとなる。

特許文献１には、約２０μｍ〜約１５０μｍの範囲の制御された粒度のＣｕ粉末と、約２０μｍ〜約１５０μｍの範囲の制御された粒度のＣｒ粉末とを混合して、全酸素含有量が９００ｐｐｍ未満の混合粉末を形成する段階、およびこの粉末を理論密度の少なくとも９０％となるように少なくとも約１時間にわたって圧縮する段階によって製造する低酸素高密度Ｃｕ／Ｃｒスパッタ・ターゲットの製造方法が記載されている。しかし、この文献１には、Ｃｒの分散性及び不純物の問題に関する記載がない。

特許文献２には、Ｃｕを主体とするマトリックスに、該マトリックスに非固溶な遷移金属元素相、たとえば（Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｖ）が分散している電極膜形成用Ｃｕ系スパッタリングターゲットおよびその製造方法ならびにＣｕ系電極膜が記載され、実施例ではＣｕ−１０ａｔ％Ｃｒのターゲットの例がある。しかし、この文献２には、Ｃｒの分散性及び不純物の問題に関する記載がない。

特許文献３には、かさ密度が理論値の３０％〜５０％で、厚さに対する半径の比が少なくとも５である圧縮ターゲット素材のＣｒ−Ｃｕ合金からなる高密度スパッタ・ターゲットの製造方法が記載されている。しかし、この文献３には、Ｃｒの分散性及び不純物の問題に関する記載がない。

特許文献４には、Ｃｕが９０原子％より大である銅合金から製造した導電線のための材料は、０．５〜１０原子％のＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、ランタニド、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｉからなる群から選択した１種又は複数の元素および０〜５原子％のＭｇ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｂからなる群から選択した１種又は複数の元素を含む銅合金から製造した導電線のための材料が記載されている。しかし、この文献４には、Ｃｒの分散性及び不純物の問題に関する記載がない。

特許文献５には、Ｃｕと、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｉｒ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｙ、および希土類金属から成るグループから選択される合計で０．００１〜１０ｗｔ％の一つ以上の合金元素とから成る非常に小さな結晶粒径と高エレクトロマイグレーション抵抗とを有する銅スパッタリングターゲットおよびそれを製造する方法が記載されている。しかし、この文献５には、Ｃｒの分散性の問題に関する記載がない。

特許文献６は、本出願人により提案された半導体素子の配線材であり、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を形成するためのスパッタリングターゲットが記載されている。
これは自己拡散抑制機能を向上させるために有効であるが、ウエハ上に成膜した銅合金薄膜の面内バラツキを少なくすることを目的とするものではない。

特許文献７には、Ａｌ：０．０１〜０．５（未満）ｗｔ％、Ｍｎ：０．２５ｗｔｐｐｍ以下、Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓから選択した１又は２以上を総量で１．０ｗｔｐｐｍ以下である銅合金スパッタリングターゲット及びその製造方法並びに半導体素子配線が記載されている。しかし、この文献７には、Ｃｒの分散性の問題に関する記載がない。

特許文献８には、Ａｌ：０．５〜４．０ｗｔ％、Ｓｉ：０．５ｗｔ％以下、あるいはＳｎ：０．５〜４．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．５ｗｔｐｐｍ以下、Ｓｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ａｓから選択した１又は２以上を総量で１．０ｗｔｐｐｍ以下である銅合金スパッタリングターゲット及び半導体素子配線が記載されている。しかし、この文献８には、Ｃｒの分散性の問題に関する記載がない。
以上文献８では、銅クロム合金を用いた半導体素子配線に関する技術が開示されているが、該合金中に含まれるクロムに関する問題についての認識がない点で共通している。

特開２００１−０７３１２７号公報特開平１１−５０２４２号公報特許第４４３５３８６号公報特表２００８−５０６０４０号公報特表２０１０−５０２８４１号公報特開２００６−７３８６３号公報国際公開ＷＯ２００４／０８３４８２号公報特開２００９−１１４５３９号公報

本発明は、銅に適切な量のＣｒ元素を添加すると共に、スパッタリングターゲットのＣｒの面内バラツキ（偏析）を少なくすることにより、均一性（ユニフォーミティ）に優れた薄膜を形成することを課題とする。これによって、微細化・高集積化が進む半導体製品の歩留まりや信頼性を向上することを可能とする。また、自己拡散抑制機能を有し、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、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性、耐食性等に優れた半導体用銅合金配線の形成に有用な高純度銅クロム合金スパッタリングターゲットを提供する。

上記の課題を解決するために、本発明は、以下の発明を提供するものである。
１）Ｃｒ０．１〜１０ｗｔ％を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物である高純度銅クロム合金スパッタリングターゲットであって、当該ターゲット表面において、ランダムに選んだ５箇所の１００μｍ角の範囲のＣｒの析出粒子数をカウントし、カウントされたＣｒ析出粒子の最多場所と、最少場所のカウント数の差が４０個未満であることを特徴とする高純度銅クロム合金スパッタリングターゲット。但し、この場合のＣｒ析出粒子とは、Ｃｒ含有量が７０％以上であり、粒の大きさが１〜２０μｍである粒子を意味する。
２）Ｎａ及びＫの含有量がそれぞれ５ｗｔｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇの含有量がそれぞれ１ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする上記１）記載の高純度銅クロム合金スパッタリングターゲット。
３）Ｓ及びＣｌの含有量がそれぞれ１ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする上記１）〜２）のいずれか一項に記載の高純度銅クロム合金スパッタリングターゲット。
４）Ｃ及びＯの含有量がそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする上記１）〜３）のいずれか一項に記載の高純度銅クロム合金スパッタリングターゲット。
５）Ｕ及びＴｈの含有量がそれぞれ１ｗｔｐｐｂ以下であることを特徴とする上記１）〜４）のいずれか一項に記載の高純度銅クロム合金スパッタリングターゲット。

本発明の高純度銅クロム合金スパッタリングターゲットは、銅に適切な量のＣｒ元素を添加すると共に、スパッタリングターゲットのＣｒの面内バラツキ（偏析）を少なくすることにより、膜厚均一性（ユニフォーミティ）に優れた薄膜を形成することができ、これにより、微細化・高集積化が進む半導体製品の歩留まりや信頼性を向上することが可能となる。また、自己拡散抑制機能を有し、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、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。

Ｃｒの析出粒子数をカウントする原理を説明する図である。高純度銅クロム合金ターゲットの代表的な製造プロセスを示す図である。実施例及び比較例のターゲット表面の組織の写真である。実施例及び比較例のターゲットの機械加工面を示す図である。

本発明において、高純度銅クロム合金に含まれるＣｒは０．１ｗｔ％以上、１０ｗｔ％以下とするのが望ましい。Ｃｒ０．１ｗｔ％未満では、自己拡散抑制機能が小さくなり、Ｃｒ１０ｗｔ％を超えると抵抗が増大し、半導体用銅合金配線としての機能は低下するため好ましくない。さらに好ましくは、Ｃｒ０．１〜５ｗｔ％を含有する銅合金である。

また、本発明の高純度銅クロム合金スパッタリングターゲットの大きな特徴点の一つは、ターゲット表面において、ランダムに選んだ５箇所の１００μｍ角の範囲のＣｒの析出粒子数をカウントし、カウントされたＣｒ析出粒子の最多場所と、最少場所のカウント数の差を４０個未満であるターゲットを提供する。これは、ターゲット中のＣｒの偏析を著しく減少させた結果である。図１に、Ｃｒの析出粒子数をカウントする原理を説明する図を示す。

なお、この場合のＣｒ析出粒子は、Ｃｒ含有量が７０％以上であり、粒の大きさが１〜２０μｍである粒子を意味する。Ｃｒ析出粒子は、周囲のＣｕ又は酸素と結合した粒子として形成される場合があるので、Ｃｒの偏析が問題となるのは、このような粒子の中でＣｒ含有量が７０％以上のものが対象となる。

このような粒子において、粒の大きさが１μｍ未満であれば、ターゲット中におけるＣｒの偏析が特に問題となることはない。また、粒の大きさが２０μｍを超えるようなものが存在する場合には、そもそも偏析の直接的な原因となるもので、本願発明においては、このようなターゲットは含まれない。したがって、本願発明における粒子の形態は上記の通りである。

その他、Ｎａ及びＫの含有量がそれぞれ５ｗｔｐｐｍ以下とすること、Ｕ及びＴｈの含有量がそれぞれ１ｗｔｐｐｂ以下とすることが、配線を形成した際に周りの材料（バリア材、基盤など）を汚染しデバイス性能に影響を与えるのを抑制するために有効である。又、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇの含有量がそれぞれ１ｗｔｐｐｍ以下とすること、Ｓ及びＣｌの含有量がそれぞれ１ｗｔｐｐｍ以下とすること、Ｃ及びＯの含有量がそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下とすることが、スパッタで成膜した膜の電気抵抗を下げるために有効である。本願発明は、これらを包含する。

また、本発明において付加的な要素ではあるが、当該ターゲット表面におけるビッカース硬さの面内バラツキ（ＣＶ値）を１５％以下とするのが望ましい。なお、ＣＶ値は、（標準偏差÷平均値）×１００（％）で算出される。
ターゲット表面におけるビッカース硬さの面内バラツキが１５％を超えると、成膜速度の変動やＣｒのスパッタ率の変動が増加するため好ましくない場合が多い。したがって、ビッカース硬さの面内バラツキを１５％以下とするのが望ましいと言える。なお、ビッカース硬さの平均値は６０〜９５Ｈｖである。

Ｂ、Ｐ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ａｓから選択した１成分以上の元素が０．１ｗｔｐｐｍ以上１０ｗｔｐｐｍ以下を含有させることができる。これらの添加元素は、結晶組織の均一性を向上させる。０．１ｗｔｐｐｍ未満では、添加の効果がなく、１０ｗｔｐｐｍを超える添加量ではスパッタで成膜した膜の電気抵抗が高くなり過ぎるため好ましくないので、上記の添加量とする。

また、本発明において、高純度銅クロム合金スパッタリングターゲットの製造は、カーボンルツボ（坩堝）内に純度が６Ｎ以上である高純度銅と純度が５Ｎ以上である添加元素のクロムを入れて溶解する。または、予め純度が６Ｎ以上である高純度銅をカーボンルツボ（坩堝）内で溶解し、これに５Ｎ以上の純度を有するクロムを、目的とする成分組成となるように添加することもできる。代表的な製造プロセスを図２に示す。

このようにして得た合金を鋳造して、Ｃｒ０．１〜１０ｗｔ％の高純度の銅クロム合金インゴットを得ることができる。その後、この銅クロム合金のインゴットを、所定の鍛造比で熱間鍛造し、その後所定の圧下率で圧延して圧延板を得る。
これをさらに、所定の温度及び時間で熱処理する。この後、バッキングプレートにボンディングし、仕上げ加工して、前記高純度銅クロム合金から作製されたスパッタリングターゲット組立体に製造する。

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。

（実施例１）
実施例１では、純度６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）３５ｋｇを、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解（溶解温度：１１００°Ｃ以上）した。また、純度５Ｎの高純度クロム（Ｃｒ）量を調整し、銅の溶湯に投入した。Ｃｒ量は０．２７ｗｔ％に調整した。
前記Ｃｒを投入して溶解した後、この銅クロム合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴット（インゴット形状：φ１７４×１１３ｍｍＨ）を得た。

次に、製造したインゴットの表面層を除去した後、鍛造（温度８００〜９００°Ｃ）し、インゴット形状φ２６２×５０ｍｍＨとした。その後、熱間圧延（温度８００〜９００°Ｃ）し、１２ｍｍＨとした。さらに、熱処理（温度８００〜９００°Ｃ）し、これを水冷してターゲット素材とした。これを機械加工で直径３３０ｍｍ、厚さ７ｍｍのターゲットに加工した。
Ｃｒ組成、熱処理温度、冷却条件等を表１に示す。表１における熱処理温度は、圧延工程後の熱処理の温度を示し、冷却条件は、上記圧延工程後の熱処理で所定の時間・温度で保持終了後から、室温までの冷却する際の条件である。
なお、表１における空冷とは大気中での冷却を意味し、水冷とは常温での水で冷却した場合を意味する。大気中の温度又は水温のレベルは、０°Ｃ〜３５°Ｃ程度の常識的な温度範囲を意図しているが、この範囲を超える場合でも、水冷と空冷とに大きな差異があるので、特に問題とはならない。

次に、前記図１に示す手法により、実施例１のターゲットについて、Ｃｒの析出粒子数をカウントした。この結果を同様に表１に示す。表１に示すように、Ｃｒ析出粒子数のばらつき（最多最少の差）は、２個であった。また、ターゲット表面の組織の写真を図３に、ターゲットの研磨面を図４に示す。ターゲット表面のＣｒ粒子の個数が少ないのが確認できる。また、表面の外観写真においても、Ｃｒの偏析による加工表面の「むら」は発生せず、いずれも、良好な結果となった。

次に、スパッタリングによって形成した薄膜の膜質評価として、３００ｍｍの単結晶シリコンウエハ上に酸化シリコンを被覆させた後、下記スパッタリング条件で、実施例１のターゲットをスパッタして厚さ６００ｎｍの薄膜を成膜し、パーティクルの発生数（最大数）と、形成した薄膜のシート抵抗値を測定し、その膜厚均一性（ユニフォーミティ）を算出した。その結果を、同様に表１に示す。ユニフォーミティは、ウエハ上に形成した薄膜の任意の４９点を測定し、その平均値と標準偏差から算出して求めた［（４９点のシート抵抗値の標準偏差）÷（４９点のシート抵抗値の平均値）×１００（％）］。
（スパッタリング条件）
装置：ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社製Ｅｎｄｕｒａ
電源：直流方式
電力：４０ｋＷ
到達真空度：５×１０^-６Ｐａ
雰囲気ガス組成：Ａｒ
スパッタガス圧：５５Ｐａ
スパッタ時間：６秒

表１に示す通り、実施例１では、パーティクルの発生数が２８個（最大数）であり、またターゲットを用いて形成した薄膜の膜厚均一性（膜抵抗分布）は４．１％となった。長時間スパッタリングを続けても、膜厚均一性（ユニフォーミティ）が良好な結果を示していた。なお、パーティクルの評価は、当該ターゲットを用いてスパッタ成膜したウエハにおいて、ＫＬＡ-Ｔｅｎｃｏｒ社製Ｓｕｒｆｓｃａｎにてウエハ上のパーティクルをカウントする。カウントするパーティクルのサイズは０．２μｍ以上とする。
次に、実施例１のターゲットについて、分析データを表２に示す。この表２から明らかなように、不純物量が少なく、高純度銅クロム合金ターゲットが得られているのが確認できる。

（実施例２）
実施例２では、実施例１と同様に、純度６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）３５ｋｇを、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解（溶解温度：１１００°Ｃ以上）した。また、純度５Ｎの高純度クロム（Ｃｒ）量を調整し、銅の溶湯に投入した。Ｃｒ量は１０ｗｔ％に調整した。
前記Ｃｒを投入して溶解した後、この銅クロム合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴット（インゴット形状：φ１７４×１１３ｍｍＨ）を得た。

次に、製造したインゴットの表面層を除去した後、鍛造（温度８００〜９００°Ｃ）し、インゴット形状φ２６２×５０ｍｍＨとした。その後、熱間圧延（温度８００〜９００°Ｃ）し、１２ｍｍＨとした。さらに、熱処理（温度８００〜９００°Ｃ）し、これを水冷してターゲット素材とした。これを機械加工で直径３３０ｍｍ、厚さ７ｍｍのターゲットに加工した。Ｃｒ組成、熱処理温度、冷却条件等を表１に示す。

次に、前記図１に示す手法により、実施例２のターゲットについて、Ｃｒの析出粒子数をカウントした。この結果を同様に表１に示す。表１に示すように、Ｃｒ析出粒子数のばらつき（最多最少の差）は、２７個であった。また、ターゲット表面の組織の写真を図３に、ターゲットの研磨面を図４に示す。ターゲット表面のＣｒ粒子の個数は、実施例１よりもやや多いが、後述する比較例に比べて著しく少ないのが確認できる。また、表面の外観写真においても、Ｃｒの偏析による加工表面の「むら」は発生せず、いずれも、良好な結果となった。

次に、スパッタリングによって形成した薄膜の膜質評価として、３００ｍｍの単結晶シリコンウエハ上に酸化シリコンを被覆させた後、実施例１と同様のスパッタリング条件で、実施例２のターゲットをスパッタして厚さ６００ｎｍの薄膜を成膜し、パーティクルの発生数（最大数）と、形成した薄膜のシート抵抗値を測定し、その膜厚均一性（ユニフォーミティ）を算出した。その結果を、同様に表１に示す。ユニフォーミティは、ウエハ上に形成した薄膜の任意の４９点を測定し、その平均値と標準偏差から算出して求めた［（４９点のシート抵抗値の標準偏差）÷（４９点のシート抵抗値の平均値）×１００（％）］。

表１に示す通り、実施例２では、パーティクルの発生数が４１個（最大数）であり、またターゲットを用いて形成した薄膜の膜厚均一性（膜抵抗分布）は３．６％となった。長時間スパッタリングを続けても、膜厚均一性（ユニフォーミティ）が良好な結果を示していた。
次に、実施例２のターゲットについて、分析データを表２に示す。この表２から明らかなように、不純物量が少なく、高純度銅クロム合金ターゲットが得られているのが確認できる。

（実施例３）
実施例３では、実施例１と同様に、純度６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）３５ｋｇを、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解（溶解温度：１１００°Ｃ以上）した。また、純度５Ｎの高純度クロム（Ｃｒ）量を調整し、銅の溶湯に投入した。Ｃｒ量は０．１ｗｔ％に調整した。
前記Ｃｒを投入して溶解した後、この銅クロム合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴット（インゴット形状：φ１７４×１１３ｍｍＨ）を得た。

次に、前記図１に示す手法により、実施例３のターゲットについて、Ｃｒの析出粒子数をカウントした。この結果を同様に表１に示す。表１に示すように、Ｃｒ析出粒子数のばらつき（最多最少の差）は、７個であった。また、ターゲット表面の組織の写真を図３に、ターゲットの研磨面を図４に示す。ターゲット表面のＣｒ粒子の個数は、実施例１よりもやや多いが、後述する比較例に比べて著しく少ないのが確認できる。また、表面の外観写真においても、Ｃｒの偏析による加工表面の「むら」は発生せず、いずれも、良好な結果となった。

次に、スパッタリングによって形成した薄膜の膜質評価として、３００ｍｍの単結晶シリコンウエハ上に酸化シリコンを被覆させた後、実施例１と同様のスパッタリング条件で、実施例３のターゲットをスパッタして厚さ６００ｎｍの薄膜を成膜し、パーティクルの発生数（最大数）と、形成した薄膜のシート抵抗値を測定し、その膜厚均一性（ユニフォーミティ）を算出した。その結果を、同様に表１に示す。ユニフォーミティは、ウエハ上に形成した薄膜の任意の４９点を測定し、その平均値と標準偏差から算出して求めた［（４９点のシート抵抗値の標準偏差）÷（４９点のシート抵抗値の平均値）×１００（％）］。

表１に示す通り、実施例３では、パーティクルの発生数が２６個（最大数）であり、またターゲットを用いて形成した薄膜の膜厚均一性（膜抵抗分布）は３．４％となった。長時間スパッタリングを続けても、膜厚均一性（ユニフォーミティ）が良好な結果を示していた。
次に、実施例３のターゲットについて、分析データを表２に示す。この表２から明らかなように、不純物量が少なく、高純度銅クロム合金ターゲットが得られているのが確認できる。

（実施例４）
実施例４では、実施例１と同様に、純度６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）３５ｋｇを、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解（溶解温度：１１００°Ｃ以上）した。また、純度５Ｎの高純度クロム（Ｃｒ）量を調整し、銅の溶湯に投入した。Ｃｒ量は５．０ｗｔ％に調整した。
前記Ｃｒを投入して溶解した後、この銅クロム合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴット（インゴット形状：φ１７４×１１３ｍｍＨ）を得た。

次に、前記図１に示す手法により、実施例４のターゲットについて、Ｃｒの析出粒子数をカウントした。この結果を同様に表１に示す。表１に示すように、Ｃｒ析出粒子数のばらつき（最多最少の差）は、１６個であった。また、ターゲット表面の組織の写真を図３に、ターゲットの研磨面を図４に示す。ターゲット表面のＣｒ粒子の個数は、実施例１よりもやや多いが、後述する比較例に比べて著しく少ないのが確認できる。また、表面の外観写真においても、Ｃｒの偏析による加工表面の「むら」は発生せず、いずれも、良好な結果となった。

次に、スパッタリングによって形成した薄膜の膜質評価として、３００ｍｍの単結晶シリコンウエハ上に酸化シリコンを被覆させた後、実施例１と同様のスパッタリング条件で、実施例４のターゲットをスパッタして厚さ６００ｎｍの薄膜を成膜し、パーティクルの発生数（最大数）と、形成した薄膜のシート抵抗値を測定し、その膜厚均一性（ユニフォーミティ）を算出した。その結果を、同様に表１に示す。ユニフォーミティは、ウエハ上に形成した薄膜の任意の４９点を測定し、その平均値と標準偏差から算出して求めた［（４９点のシート抵抗値の標準偏差）÷（４９点のシート抵抗値の平均値）×１００（％）］。

表１に示す通り、実施例４では、パーティクルの発生数が３４個（最大数）であり、またターゲットを用いて形成した薄膜の膜厚均一性（膜抵抗分布）は３．７％となった。長時間スパッタリングを続けても、膜厚均一性（ユニフォーミティ）が良好な結果を示していた。
次に、実施例４のターゲットについて、分析データを表２に示す。この表２から明らかなように、不純物量が少なく、高純度銅クロム合金ターゲットが得られているのが確認できる。

（比較例１）
比較例１では、実施例１と同様に、純度６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）３５ｋｇを、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解（溶解温度：１１００°Ｃ以上）した。また、純度５Ｎの高純度クロム（Ｃｒ）量を調整し、銅の溶湯に投入した。Ｃｒ量は０．９ｗｔ％に調整した。これは、発明のＣｒ量の範囲にある。
前記Ｃｒを投入して溶解した後、この銅クロム合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴット（インゴット形状：φ１７４×１１３ｍｍＨ）を得た。

次に、製造したインゴットの表面層を除去した後、鍛造（温度８００〜９００°Ｃ）し、インゴット形状φ２６２×５０ｍｍＨとした。その後、熱間圧延（温度８００〜９００°Ｃ）し、１２ｍｍＨとした。さらに、熱処理（温度８００〜９００°Ｃ）し、これを空冷してターゲット素材とした。これを機械加工で直径３３０ｍｍ、厚さ７ｍｍのターゲットに加工した。Ｃｒ組成、熱処理温度、冷却条件等を表１に示す。比較例１では空冷とした。

次に、前記図１に示す手法により、比較例１のターゲットについて、Ｃｒの析出粒子数をカウントした。この結果を同様に表１に示す。表１に示すように、Ｃｒ析出粒子数のばらつき（最多最少の差）は、６０個と増加した。また、ターゲット表面の組織の写真を図３に、ターゲットの研磨面を図４に示す。ターゲット表面のＣｒ粒子の個数は、実施例に比べて著しく増加したのが確認できる。また、表面の外観写真においても、Ｃｒの偏析による加工表面の「むら」が発生しており、いずれも、不良となった。

次に、スパッタリングによって形成した薄膜の膜質評価として、３００ｍｍの単結晶シリコンウエハ上に酸化シリコンを被覆させた後、実施例１と同様のスパッタリング条件で、比較例１のターゲットをスパッタして厚さ６００ｎｍの薄膜を成膜し、パーティクルの発生数（最大数）と、形成した薄膜のシート抵抗値を測定し、その膜厚均一性（ユニフォーミティ）を算出した。その結果を、同様に表１に示す。ユニフォーミティは、ウエハ上に形成した薄膜の任意の４９点を測定し、その平均値と標準偏差から算出して求めた［（４９点のシート抵抗値の標準偏差）÷（４９点のシート抵抗値の平均値）×１００（％）］。

表１に示す通り、比較例１では、パーティクルの発生数が１５２個（最大数）と著しく増加し、またターゲットを用いて形成した薄膜の膜厚均一性（膜抵抗分布）は９．２％となった。膜厚均一性（ユニフォーミティ）は不良であった。
次に、比較例１のターゲットについて、分析データを表２に示す。この表２から明らかなように、不純物量が多い銅クロム合金ターゲットとなった。

（比較例２）
比較例２では、実施例１と同様に、純度６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）３５ｋｇを、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解（溶解温度：１１００°Ｃ以上）した。また、純度５Ｎの高純度クロム（Ｃｒ）量を調整し、銅の溶湯に投入した。Ｃｒ量は１２ｗｔ％に調整した。これは、発明のＣｒ量の範囲外である。
前記Ｃｒを投入して溶解した後、この銅クロム合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴット（インゴット形状：φ１７４×１１３ｍｍＨ）を得た。

次に、製造したインゴットの表面層を除去した後、鍛造（温度８００〜９００°Ｃ）し、インゴット形状φ２６２×５０ｍｍＨとした。その後、熱間圧延（温度８００〜９００°Ｃ）し、１２ｍｍＨとした。さらに、熱処理（温度８００〜９００°Ｃ）し、これを空冷してターゲット素材とした。これを機械加工で直径３３０ｍｍ、厚さ７ｍｍのターゲットに加工した。Ｃｒ組成、熱処理温度、冷却条件等を表１に示す。比較例２では空冷とした。

次に、前記図１に示す手法により、比較例２のターゲットについて、Ｃｒの析出粒子数をカウントした。この結果を同様に表１に示す。表１に示すように、Ｃｒ析出粒子数のばらつき（最多最少の差）は、５３個と増加した。また、ターゲット表面の組織の写真を図３に、ターゲットの研磨面を図４に示す。ターゲット表面のＣｒ粒子の個数は、実施例に比べて著しく増加したのが確認できる。また、表面の外観写真においても、Ｃｒの偏析による加工表面の「むら」が発生しており、いずれも、不良となった。

次に、スパッタリングによって形成した薄膜の膜質評価として、３００ｍｍの単結晶シリコンウエハ上に酸化シリコンを被覆させた後、実施例１と同様のスパッタリング条件で、比較例２のターゲットをスパッタして厚さ６００ｎｍの薄膜を成膜し、パーティクルの発生数（最大数）と、形成した薄膜のシート抵抗値を測定し、その膜厚均一性（ユニフォーミティ）を算出した。その結果を、同様に表１に示す。ユニフォーミティは、ウエハ上に形成した薄膜の任意の４９点を測定し、その平均値と標準偏差から算出して求めた［（４９点のシート抵抗値の標準偏差）÷（４９点のシート抵抗値の平均値）×１００（％）］。

表１に示す通り、比較例２では、パーティクルの発生数が１１３個（最大数）と著しく増加し、またターゲットを用いて形成した薄膜の膜厚均一性（膜抵抗分布）は８．３％となった。膜厚均一性（ユニフォーミティ）は不良であった。
次に、比較例２のターゲットについて、分析データを表２に示す。この表２から明らかなように、不純物量が多い銅クロム合金ターゲットとなった。

なお、上記実施例１−２に記載するＣｒ量以外に調整した場合でも、Ｃｒ量が０．１〜１０ｗｔ％の範囲内であれば、同様の効果が得られることを確認した。

本発明は、高純度銅クロム合金スパッタリングターゲットを提供するものであり、銅に適切な量のＣｒ元素を添加すると共に、スパッタリングターゲットの面内Ｃｒのバラツキを少なくすることにより、スパッタリングにより成膜した膜の膜質を改善するものである。特に、微細化・高集積化が進む半導体製品の歩留まりや信頼性を向上することができるという優れた効果を有する。そして、自己拡散抑制機能を有し、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、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性、耐食性等に優れた、半導体用銅クロム合金配線の形成に有用である。

Claims

Ｃｒ０．１〜１０ｗｔ％を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物である鋳造インゴットから作製された高純度銅クロム合金スパッタリングターゲットであって、当該ターゲット表面において、ランダムに選んだ５箇所の１００μｍ角の範囲のＣｒの析出粒子数をカウントし、カウントされたＣｒ析出粒子の最多場所と、最少場所のカウント数の差が４０個未満であることを特徴とする高純度銅クロム合金スパッタリングターゲット。但し、この場合のＣｒ析出粒子とは、Ｃｒ含有量が７０％以上であり、粒の大きさが１〜２０μｍである粒子を意味する。
Ｎａ及びＫの含有量がそれぞれ５ｗｔｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇの含有量がそれぞれ１ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の高純度銅クロム合金スパッタリングターゲット。
Ｓ及びＣｌの含有量がそれぞれ１ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の高純度銅クロム合金スパッタリングターゲット。
Ｃ及びＯの含有量がそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の高純度銅クロム合金スパッタリングターゲット。
Ｕ及びＴｈの含有量がそれぞれ１ｗｔｐｐｂ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の高純度銅クロム合金スパッタリングターゲット。