JPH11158614A - スパッタリング用銅ターゲットおよびその製造方法 - Google Patents
スパッタリング用銅ターゲットおよびその製造方法Info
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- JPH11158614A JPH11158614A JP34425497A JP34425497A JPH11158614A JP H11158614 A JPH11158614 A JP H11158614A JP 34425497 A JP34425497 A JP 34425497A JP 34425497 A JP34425497 A JP 34425497A JP H11158614 A JPH11158614 A JP H11158614A
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Abstract
粗大クラスタの発生を低減したスパッタリング用銅ター
ゲットおよびその製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明は、純度が99.995wt%以
上である純銅において、実質的な再結晶組織を有し、平
均結晶粒径が80ミクロン以下であり、かつビッカース
硬さが100以下であるスパッタリング用銅ターゲット
である。好ましくは、平均結晶粒径は、30ミクロン以
下、最大結晶粒径を100ミクロン以下とする。また製
造方法は、純度が99.995wt%以上である純銅の
インゴットを熱間加工し、その後900℃以下の温度で
焼鈍を行い、ついで冷間圧延を40%以上の圧延率で施
した後、500℃以下の温度で再結晶焼鈍して、ターゲ
ットを得るものである。
Description
より半導体配線等となる純銅の膜を形成するために用い
られるスパッタリング用銅ターゲットおよびその製造方
法に関するものである。
高速化は必要不可欠である。また、高機能化の必要性か
らゲート長や配線幅の微細化が行われている。しかし、
微細化した配線に高速化のために大電流をながすと、電
流密度が増加し、電流密度の増加は抵抗の増大を招く。
このような抵抗値の増大は、処理信号の遅延の原因にな
り、半導体デバイスの高速化の障害となっている。配線
等の微細化対策としては、従来から用いられている配線
材料であるAlCu合金よりも40%程度抵抗の低い純
銅に配線の適用が検討され、実用化されつつある。
進行し、現在0.20μm程度の幅になっており、今後
ますます狭くなる。そして、半導体デバイスにおいて
は、絶縁層とコンタクト部が窪み状、あるいは階段状に
形成されているため、このような形状に依存することな
く均一な配線膜を形成することが求められる。この配線
膜の形成には、一般にターゲットを用いたスパッタリン
グ法が用いられる。スパッタリング法は、ターゲットか
ら放出された極微細な粒子を基板に付着させることで薄
膜を形成する技術である。このスパッタリング法におい
ては、ターゲットから飛び出す粒子の方向、すなわち放
出角度が一定ではなく分布をもっているため、深い窪み
状に形成したコンタクトホール内に配線膜を形成しよう
とすると、側面への付着が多くなり、底部への付着量が
少なくなってしまうという問題がある。
リング装置にコリメータと呼ばれるフィルタを取り付
け、方向性の揃ったスパッタ粒子のみがコンタクトホー
ル方向へ飛着するという方法を採用することが多い。ま
た、ターゲットと基板距離を長くして、方向性の揃った
スパッタ粒子のみコンタクトホールに到達する方法も試
みられている。しかし、上述した2つの方法は、方向性
の揃わない粒子を排除する方法であり、この方法だけで
は生産性の低下は避けられない。そのため、できるだけ
方向性の揃ったスパッタリング粒子を放出する技術の開
発が求められる。
したスパッタリング粒子の方向性の問題に加えて、粗大
クラスタ(スプラッシュ、パーティクル、ダストとも呼
ばれる)の発生も大きな問題である。粗大クラスタが発
生すると、正常な薄膜とはならず、付着不良が発生し
て、断線等の問題を引き起こす場合がある。本発明の上
記問題点に鑑み、スパッタリング粒子の方向性をそろ
え、かつ粗大クラスタの発生を低減したスパッタリング
用銅ターゲットおよびその製造方法を提供することであ
る。
に対して、ターゲットの改善からその対策を鋭意検討し
た。その結果、結晶粒の微細化と、歪み量の低減によ
り、粗大クラスタの発生が低減できるとともに、ターゲ
ットからスパッタされた銅粒子の方向性がそろい、狭く
て深いコンタクトホールでも均一に銅配線を成形するこ
とが可能であることを見いだし本発明に到達した。
wt%以上である純銅において、実質的な再結晶組織を
有し、平均結晶粒径が80ミクロン以下であり、かつビ
ッカース硬さが100以下であるスパッタリング用銅タ
ーゲットである。好ましくは、平均結晶粒径は、30ミ
クロン以下、最大結晶粒径を100ミクロン以下とす
る。
純度が99.995wt%以上である純銅のインゴット
を熱間加工し、その後900℃以下の温度で焼鈍を行
い、ついで冷間圧延を40%以上の圧延率で施した後、
500℃以下の温度で再結晶焼鈍して、ターゲットを得
るものである。
する。すなわち歪み量を低減することによって、一層直
進性が向上し、かつスパッタリングの際に粗大な異物の
発生が低減されるスパッタリング用銅ターゲットであ
る。
度が99.995wt%以上である純銅において、ミク
ロ組織を再結晶組織とし、その平均結晶粒径を80μm
以下に制限するとともに、ターゲットの有する歪みを低
減したことである。まず、再結晶組織に調整することに
より、加工時に結晶粒が蓄えた歪み量の差違をなくすこ
とで、スパッタリングの進行を均一化させ、スパッタリ
ング表面にできるだけ凹凸を形成させないようにするこ
とができる。本発明者の検討によれば、純度99.99
5wt%以上の純銅においては、圧延による冷間加工歪
みを加え、その後加熱すれば、再結晶組織を容易に得る
ことができる。これにより、表面の凹凸による斜面によ
って、斜め方向にスパッタ粒子が飛び、スパッタ粒子の
方向が広がるのを防止できる。
晶粒を微細化することが、スパッタ粒子の方向性をそろ
えるのに極めて効果が高い。その理由は、不詳である
が、微細な結晶粒に調整することで、結晶粒界の存在あ
るいは結晶粒毎のスパッタリング速度の違いの影響で発
生する局部的なスパッタリングのエロージョン進行のば
らつきが目立たなくなり、スパッタリングターゲット表
面に極度の凹凸の発生を防いでいるためと考えられる。
本発明者の検討によれば、本発明に適用する純銅におい
ては、上述した再結晶組織を得る過程において、たとえ
ば、冷間圧延を40%以上の圧延率で施した後、500
℃以下の温度に調整した焼鈍を適用することにより、平
均結晶粒径が80ミクロン以下、好ましくは30ミクロ
ン以下、最大結晶粒径100ミクロン以下の均一微細組
織に調整することでスパッタ粒子の方向性を揃えること
ができる。
で特定されるターゲットを使用した場合は、スパッタリ
ング時の歪みの解放による粗大なクラスタの発生とそれ
に起因する凹凸の発生がある。そのため、歪み量の多い
ターゲットでは、スパッタ粒子の方向性が揃わないもの
となる。本発明においては、銅ターゲットの歪みを除き
スパッタリングの方向性の改善が明確となるターゲット
のビッカース硬さを100以下と規定した。上述した純
銅ターゲットの再結晶組織における凹凸の発生の抑制効
果は、粗大クラスタの発生の抑制にも効果があることが
認められた。
ト素材であるインゴットを熱間加工後の900℃以下の
温度で焼鈍を行う。熱間加工後の焼鈍は、冷間加工前の
歪みのばらつきをなくして、冷間加工による均一な歪み
を付加するために重要である。また、焼鈍温度の上昇は
粗大な結晶粒を形成する。こうなると、冷間圧延後の再
結晶は主に粒界で起こるが、この起点となる結晶粒界が
粗かつ不均一に分布することになる。よって冷間加工後
の再結晶焼鈍において、均一な再結晶組織が得られない
という問題が起こる。しかし900℃以上で冷間加工前
の熱処理を行い結晶粒を粗大化させた場合にも、冷間加
工と焼鈍を繰り返すことにより、均一微細組織は得られ
る。ただし、この工程では著しく生産性が低下しかつ生
産コストが増加する。したがって、900℃以下の焼鈍
温度とすることが必要である。好ましくは、熱間加工の
終了温度より150℃低い温度から終了温度までの温度
範囲である。
は、40%未満であると再結晶のための焼鈍温度を高く
する必要があり、再結晶時に微細結晶粒が得られなくな
るためである。また、冷間圧延後の再結晶焼鈍の温度を
500℃以下としたのは、500℃を越える温度で焼鈍
を行うと、再結晶粒が粗大化するためである。好ましく
は、熱間加工を850〜500℃の間で行い、その次に
焼鈍を350℃〜500℃で行う。その後の冷間圧延を
80%以上行い、最後に再結晶させる焼鈍を200〜4
50℃で行うものとする。
インゴットを表2に示す条件で、熱間加工し焼鈍を行
い、ついで冷間圧延、その後再結晶焼鈍を行った。得ら
れたターゲット素材を直径300mm×厚み4mm機械
加工し、DCマグネトロンスパッタリング用ターゲット
とした。得られたターゲットを用いて、到達真空度5×
(10のマイナス5乗)Pa、アルゴン圧力0.3P
a、供給電力15W/cm2でシリコン基板へのスパッ
タリングを行った。
いては、ボトムカバレージ率を指標とした。このボトム
カバレージはホール径0.5μmでアスペクト比1.5
のコンタクトホールに成膜した際のトップ膜厚とボトム
膜厚の差の比より算出した。すなわち、ボトムカバレー
ジ率の値が高いということは、コンタクトホールの底部
により多くのスパッタ粒子が到達したことを示すもので
あり、スパッタ粒子の方向性が揃っていることを意味す
るものである。また、粗大クラスターの発生に起因する
異物につては6インチウェハー中の0.3μm以上の発
生個数で評価した。これらの評価結果を表3に示す
る平均結晶粒径と硬さの試料No.5、6、7ではボト
ムカバレージが20%以上あり、スパッタ粒子の方向性
が揃っている。特に、平均結晶粒径30μm以下である
No.5では26%と非常に良い直進性を示している。
また、異物数も10個以下となっており、非常に異物の
発生数も少ない。一方、再結晶化できなかった試料N
o.1およびNo.2は、ボトムカバレージが低く、ス
パッタ粒子の方向性が揃っていないことがわかる。ま
た、熱間圧延後の焼鈍温度が本発明の範囲よりも高い試
料No.3は、再結晶が均一に起こらず、本発明の範囲
を外れた粗大な結晶粒を生成し、十分なボトムカバレー
ジが得られず、スパッタ粒子の方向性が揃っていないこ
とがわかる。
の焼鈍温度が高くしたために、結晶粒が粗大化した試料
No.4では、No.3と同様にボトムカバレージ率が
17%と低い。さらに異物数も13個と多くなっている
ことが分かる。図1に本発明例の均一微細ミクロ組織を
有しているNo.5の組織写真を示す。また、図2に比
較例のミクロ組織が不均一で粗大化している試料No.
3の組織写真を示す。
びその製造方法は、半導体の高速化、微細化を進める上
で必要となる銅配線をスパッタリング加工で行う際に、
効率良く成膜でき、かつ歩留まり向上が図れる。このこ
とは半導体産業において、非常に重要な発明である。
真である。
である。
Claims (2)
- 【請求項1】 純度が99.995wt%以上である純
銅において、実質的に再結晶組織を有し、平均結晶粒径
が80ミクロン以下であり、かつビッカース硬さが10
0以下であることを特徴とするスパッタリング用銅ター
ゲット。 - 【請求項2】 純度が99.995wt%以上である純
銅のインゴットを熱間加工し、その後900℃以下の温
度で焼鈍を行い、ついで冷間圧延を40%以上の圧延率
で施した後、500℃以下の温度で再結晶焼鈍すること
を特徴とするスパッタリング用銅ターゲットの製造方
法。
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---|---|---|---|
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