JPH0681141A - スパッタリングターゲット - Google Patents

スパッタリングターゲット

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JPH0681141A
JPH0681141A JP25348292A JP25348292A JPH0681141A JP H0681141 A JPH0681141 A JP H0681141A JP 25348292 A JP25348292 A JP 25348292A JP 25348292 A JP25348292 A JP 25348292A JP H0681141 A JPH0681141 A JP H0681141A
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JP
Japan
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orientation
content
aluminum
target
sputtering target
Prior art date
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JP25348292A
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English (en)
Inventor
Tadao Ueda
忠雄 上田
Kazunari Takemura
一成 竹村
Hiroshi Tamai
宏 玉井
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Mitsubishi Kasei Corp
Original Assignee
Mitsubishi Kasei Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミニウムスパッタリングターゲットに関
し、LSIの配線の信頼性向上を目的とする。 【構成】 アルミニウムスパッタリングターゲットの結
晶構造を、そのスパッタ表面において、X線回折法で測
定された結晶方位含有率の内(200)方位含有率が他
の方位含有率よりも大きいように構成し、このターゲッ
トから得られる配線膜の(111)方位含有率を高くし
て、形成されるLSIのアルミニウム配線の信頼性を向
上させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スパッタリングターゲ
ットに関し、詳しくは、アルミニウム又はアルミニウム
合金から成り、シリコンウエハ上の配線用として好適な
スパッタリングターゲットに関する。
【0002】
【従来の技術】LSI等の半導体装置では、素子相互間
並びに素子と外部との間のアルミニウム配線は、まずス
パッタリング法によって1μm厚程度の一様な薄膜とし
て形成され、その後リソグラフィー等によって微細な配
線パターンに形成される。スパッタリング法において
は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるスパッ
タリングターゲットが使用される。形成されるアルミニ
ウム配線の断線耐性を増加させるため、アルミニウム合
金ターゲット内には、Siをはじめとする種々の合金元
素が添加される。
【0003】また、一般的にアルミニウム或いはアルミ
ニウム合金は、結晶構造が面心立方格子であり、その結
晶方位として、(111)、(200)、(220)、
及び(311)方位の4種類を含むことが知られてい
る。形成される薄膜の膜厚分布を良好にするために、ア
ルミニウム又はアルミニウム合金から成るターゲットの
スパッタ表面の結晶方位を様々に制御する試みも行われ
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】アルミニウム又はアル
ミニウム合金から成るスパッタリングターゲットにおい
ては、そのスパッタ面の結晶方位を制御する試みが行わ
れているものの、現在迄のところ、その結晶方位と、形
成される配線の信頼性との関係については未だ充分に解
明されておらず、その関係解明が望まれていた。
【0005】本発明は、上記に鑑み、アルミニウム又は
アルミニウム合金から成るターゲットのスパッタ面にお
ける結晶方位と、形成される配線の信頼性との関係につ
いて解明し、もって、LSI等の電子デバイスのために
信頼性の高い配線を形成することができるスパッタリン
グターゲットを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段及び作用】前記目的を達成
する本発明のスパッタリングターゲットは、アルミニウ
ム又はアルミニウム合金から成り、そのスパッタ表面に
おいてX線回折法で測定された結晶方位含有率の内、
(200)方位含有率が他の方位含有率よりも大きいこ
とを特徴とする。
【0007】本発明者らは、特定の結晶方位を優先させ
た種々のスパッタリングターゲットを試作し、スパッタ
リングによってこれらターゲットから得られたアルミニ
ウム配線の信頼性について研究を重ねた。
【0008】その結果、アルミニウム又はアルミニウム
合金から成るスパッタリングターゲットでは、X線回折
法によって測定されるスパッタ表面の結晶方位含有率の
内、(200)方位含有率を、他の方位含有率よりも大
きくすることにより、このスパッタリングターゲットか
ら得られた薄膜中において、(111)方位含有率が高
くなり、従って、(111)方位と(200)方位の結
晶含有比も大きくなるので、得られる配線の断線耐性が
増加し、その信頼性が向上するという知見を得た。本発
明は、この知見に基礎を置くものである。
【0009】ここで、X線回折法による測定値から結晶
方位含有率を算出する方法について説明する。表−1
は、各回折線の測定強度から補正強度値を算出する様子
を示している。
【表1】
【0010】まず、X線回折計により各結晶方位(11
1)〜(311)に対応する回折角における回折線の強
度Iを回折計により測定する。測定された各回折線の強
度値a〜dを、結晶方位の回折線の相対強度比I0(例
えばASTM No.4-0787 に記載されている)に基づい
て補正する。即ち、I/I0を補正強度値として算出す
る。なお、X線としては、例えばCu−Ka線を使用す
る。
【0011】次に、上記によって得られた補正強度値か
ら、各方位含有率を夫々次のように算出する。 (111)方位含有率=(a/100)/((a/100)+(b/47)+
(c/22)+(d/24)) (200)方位含有率=(b/47)/((a/100)+(b/47)+
(c/22)+(d/24)) (220)方位含有率=(c/22)/((a/100)+(b/47)+
(c/22)+(d/24)) (311)方位含有率=(d/24)/((a/100)+(b/47)+
(c/22)+(d/24))
【0012】本発明のスパッタリングターゲットでは、
上記の如く算出されたスパッタ表面の各結晶方位含有率
の内、(200)方位含有率が他の方位含有率よりも大
きいことを特徴としている。このように、(200)方
位含有率が他の方位含有率よりも大きいスパッタリング
ターゲットによると、このスパッタリングターゲットか
ら得られた薄膜においては、(111)方位含有率が大
きくなり、従って、(111)方位と(200)方位の
含有比が大きくなるものである。しかして、(111)
方位と(200)方位の含有比が大きい、ないしは回折
強度の比が大きいアルミニウム配線は、下記の如くその
信頼性が高いことが知られている。
【0013】例えば、アルミニウム配線の電気的信頼性
を示すエレクトロマイグレーション寿命は、MTTF
(平均断線時間:Mean Time to Fail)で表される。こ
のMTTFは、X線回折で得られる(111)方位及び
(200)方位に対応した回折強度の比I(111)/I
(200)によって、次のように表されることが報告されて
いる(三電技報 Vol 66 No.2 1992 116(246))。 MTTF=k・(S/σ2)・log[I(111)/I(200)] 但し、式中、kは定数、Sは平均結晶粒径、σは結晶粒
径の標準偏差である。このように、(111)方位と
(200)方位の回折強度の比が大きいアルミニウム配
線は、その信頼性が高いものである。
【0014】本発明のスパッタリングターゲットでは、
(200)方位含有率を、他の3種類の方位含有率より
も高く設定することから、当然のこととして4種類全体
の25%以上を占めるものであり、好適には、塑性加工
及び熱処理の条件選択により、30〜70%の間に設定
される。この含有率をあまり高く設定すると、例えば含
有率を80%程度に設定する場合には、スパッタリング
により得られる薄膜の厚みが不均一となり、好ましくな
い。
【0015】本発明のスパッタリングターゲットの製造
において、アルミニウム又はアルミニウム合金材料(以
下単にアルミニウム材料ともいう)の結晶方位含有比率
を制御することは、特定の種類或いは条件に従う塑性加
工及び熱処理の組合わせによって行われる。この塑性加
工及び熱処理の種類及び条件は、そのターゲットを構成
するアルミニウム材料の純度、組成、或いは鋳造条件等
によって異なり、これら条件に合せて最適な組合わせが
定められる。なお、塑性加工としては、例えば圧延或い
は鍛造が、熱処理としては、例えばアニール(焼鈍)が
夫々採用される。
【0016】
【好適な実施の態様】本発明のスパッタリングターゲッ
トは、好適には以下のようにして得られる。まず、高純
度アルミニウム(例えば、純度99.999%)を、そ
のまま或いは所定の合金元素を添加した後溶解し、連続
鋳造法により直径が100〜200mmの鋳塊を作成す
る。添加する合金元素としては、例えば、全重量比で
0.01〜3%のSi元素、或いは、それに加えて、全
重量比で0.01〜3%のCu、Ti、Pd、Zr、Hf、
及びY、Scを含む希土類元素から成る元素の1種又は
2種以上が挙げられる。
【0017】合金元素を添加した場合には、一次熱処理
として、450〜600℃の温度で5時間以上の加熱を
行い、これによって合金元素の均質化を図った後、水冷
等によって急冷する。次に、鍛造、圧延等の塑性加工に
より30〜90%の圧縮を加える。更にその後、二次熱
処理として、200〜500℃で10〜100分間加熱
する。この圧縮加工及び二次熱処理の条件選択により、
ターゲット表面に平行な面の結晶方位比率を任意の値に
調整する。得られた素材を機械加工することにより、所
定のターゲット寸法に仕上げる。
【0018】
【実施例】現在、LSIの配線に多用されているターゲ
ット材料である、Siが1%、Cuが0.5%、残余が
Al及び不純物という組成を有する合金材料から、本発
明の実施例のターゲットであるターゲット試料A及びB
を試作した。また、比較のため、同じ組成の合金材料か
ら、結晶方位含有率の異なる比較例のターゲット試料C
を作成した。
【0019】上記各試料は、以下の製造方法で製造し
た。まず、前記組成を有する合金を半連続鋳造法によっ
て得た。この合金を、一次熱処理として540℃で12
時間の熱処理後、水中に投入して室温に迄急冷した。次
に、この材料について、圧縮率を90%とする圧縮加工
を行った後、二次熱処理として520℃で15分間の熱
処理を行うことにより、試料Aのための素材を得た。ま
た、同様に水冷後の前記材料について、圧縮率を80%
とする圧縮加工後、二次熱処理として400℃で15分
間の熱処理を行うことにより、試料Bのための素材を得
た。更に、前記水冷後の材料について、圧縮率を80%
とする圧縮加工後、二次熱処理として250℃で15分
間の熱処理を行うことにより、試料Cのための素材を得
た。
【0020】得られた各素材夫々から、各試料ターゲッ
トA〜Cを切り出した。各ターゲットの寸法は、直径を
250mm、厚みを15mmとした。各試料ターゲットの夫
々について、スパッタ表面をX線回折計により測定し、
各測定値から夫々各結晶方位含有率を算出した。この含
有率を表−2に示す。
【0021】
【表2】
【0022】引続き、各試料ターゲットを夫々、スパッ
タ装置によってスパッタリングし、シリコンウエハ上の
SiO2層上に薄膜として堆積させた。スパッタ装置とし
ては、日本真空技術株式会社製MLX3000を使用し
た。スパッタリング条件としては、Ar圧力3×10-3
Torr、スパッタ電力6.5kW、ウエハ温度60〜2
50℃が採用された。また、薄膜を堆積するウエハの径
を6インチとし、堆積する各薄膜の厚みを夫々0.8μ
mとした。得られた各薄膜の一部についてアニールを行
った。各薄膜で、アニールを行わなかったもの、350
℃でアニールを行ったもの、450℃でアニールを行っ
たものの夫々について、(111)結晶方位と(20
0)結晶方位の含有比(111)/(200)を、X線
回折法による回折強度測定値から算出した。この結果を
表−3に示す。
【0023】
【表3】
【0024】図1に、表−1に示されたターゲットの
(200)方位含有率と、表−3に示された薄膜の(1
11)方位と(200)方位の含有比との関係を示す。
同図に見るごとく、ターゲットの(200)方位含有率
が大きいほど、薄膜の(111)方位と(200)方位
の含有比が大きいことが理解できる。
【0025】アニールをしなかった上記各薄膜から、リ
ソグラフィーによって夫々幅2μm、長さ2mmの細線を
10本づつ形成した。これら細線の信頼性試験を行うた
め、各細線に対し、電流密度が4×106アンペア/c
2、通電時間が200時間、ウエハ温度が200℃の
条件で試験電流を流し、その通電の結果、断線の発生し
た細線を基にして断線率(%)を計算した。結果を表−
4に示す。
【0026】
【表4】
【0027】(200)結晶方位含有率が高い実施例の
ターゲットA(含有率46%)及びB(含有率36%)
から得られた薄膜の場合には、表−3及び図1に見るご
とく、薄膜中の(111)方位と(200)方位の含有
比が充分に高く、またそれから得られる配線において
も、表−4に見るごとく、断線率も0である。しかし、
(200)結晶方位含有率の低い比較例のターゲットC
(含有率7%)の場合には、表−3及び図1に見るごと
く、薄膜中の(111)方位と(200)方位の含有比
が低く、且つ、表−4に見るごとく、断線率が10%あ
り、配線としての信頼性に欠ける結果が生じている。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のスパッタ
リングターゲットによると、スパッタ表面のX線回折法
により測定された結晶方位含有率の内、(200)方位
含有率が他の方位含有率よりも大きいとした構成によ
り、このターゲットからスパッタリングによって得られ
る配線において、(100)方位の含有率が大きくな
り、配線のエレクトロマイグレーション寿命が伸びるの
で、LSI等の電子デバイスの配線の信頼性が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】ターゲットの(200)方位含有率と、薄膜に
おける(111)方位と(200)方位の含有比との関
係を示すグラフである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウム又はアルミニウム合金から
    成り、そのスパッタ表面において、X線回折法で測定さ
    れた結晶方位含有率の内(200)方位含有率が他の方
    位含有率よりも大きいことを特徴とするスパッタリング
    ターゲット。
  2. 【請求項2】 前記(200)方位含有率が30〜70
    %の範囲にあることを特徴とする請求項1記載のスパッ
    タリングターゲット。
JP25348292A 1992-08-31 1992-08-31 スパッタリングターゲット Pending JPH0681141A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0925564A (ja) * 1995-07-06 1997-01-28 Japan Energy Corp アルミニウムまたはアルミニウム合金スパッタリングターゲット
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