KR20140016996A - 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃 - Google Patents
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Abstract
Mn 0.05 ∼ 20 wt％ 를 함유하고, C 2 wtppm 이하, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물인 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃으로서, 당해 타깃을 스퍼터링하여 웨이퍼 상에 성막했을 때, C 또는 Mn, Si, Mg 에서 선택되는 적어도 1 종의 원소 또는 C 와 Mn, Si, Mg 에서 선택되는 적어도 1 종의 원소로 이루어지는 화합물의 직경이 0.20 ㎛ 이상인 파티클의 수가 평균 30 개 이하인 것을 특징으로 하는 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃.
이와 같이 구리에 적절한 양의 Mn 원소를 첨가함과 함께, 카본의 양을 제한함으로써, 스퍼터링시의 파티클 발생을 억제할 수 있다. 특히, 자기 확산 억제 기능을 가진 반도체용 구리 합금 배선을 형성하기 위해 유용한, 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃을 제공한다.
이와 같이 구리에 적절한 양의 Mn 원소를 첨가함과 함께, 카본의 양을 제한함으로써, 스퍼터링시의 파티클 발생을 억제할 수 있다. 특히, 자기 확산 억제 기능을 가진 반도체용 구리 합금 배선을 형성하기 위해 유용한, 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃을 제공한다.
Description
본 발명은, 반도체용 구리 합금 배선을 형성하기 위해 유용한, 바람직한 자기 확산 억제 기능을 구비한, 활성 구리의 확산에 의한 배선 주위의 오염을 효과적으로 방지할 수 있는 고순도 구리망간 합금, 특히 파티클 발생이 적은 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃에 관한 것이다.
종래, 반도체 소자의 배선 재료로서 Al 합금 (비저항 3.0 μΩ·㎝ 정도) 이 사용되어 왔는데, 배선의 미세화에 수반되어, 보다 저항이 낮은 구리 배선 (비저항 : 2.0 μΩ·㎝ 정도) 이 실용화되어 왔다. 구리 배선의 형성 프로세스로는, 배선 또는 배선 홈에 Ta 나 TaN 등의 확산 배리어층을 형성한 후, 구리를 스퍼터 성막하는 것이 일반적으로 실시된다. 구리는 통상, 순도 4 N (가스 성분 제외) 정도의 전기 구리를 조 (粗) 금속으로 하여 습식이나 건식의 고순도화 프로세스에 의해, 5 N ∼ 6 N 의 고순도의 것을 제조하고, 이것을 스퍼터링 타깃으로서 사용하였다.
상기와 같이, 반도체용 배선으로서 구리는 매우 유효하지만, 구리 자체가 매우 활성인 금속이어서 쉽게 확산되고, 반도체 Si 기판 또는 그 위의 절연막을 통하여 Si 기판 또는 그 주위를 오염시킨다는 문제가 발생하고 있다. 특히 배선의 미세화에 수반되어, 종래의 Ta 나 TaN 의 확산 배리어층을 형성하는 것만으로는 충분하지 않고, 구리 배선재 그 자체의 개량도 요구되고 있다. 그래서, 지금까지 구리 배선재로는, 구리 (Cu) 에 망간 (Mn) 을 첨가하고, Cu-Mn 합금 중의 Mn 이 절연막의 산소와 반응하여 자기 형성적으로 배리어층을 형성하는, 자기 확산 억제 기능을 구비한 구리 합금이 제안되어 있다.
상기의 반도체용 구리 합금 배선은, 구리망간 합금 스퍼터링 타깃을 사용하여 형성되지만, 반도체 디바이스의 미세화·고밀도화·고집적화, 배선층의 미세화·다층화가 진행됨에 따라, 종래에는 문제가 되지 않았던 미세한 파티클이어도, 회로에 영향을 미치게 된다는 문제가 발생하였다. 그 때문에, 스퍼터링 중에 발생하는 파티클 관리가 엄격해지고, 반도체 웨이퍼 상의 파티클을 삭감시키는 것이 급선무가 되었다.
Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃의 예를 이하에 나타낸다.
특허문헌 1 에는, Mn 이 0.1 ∼ 20.0 at.％, 확산 계수가 Cu 의 자기 확산 계수보다 작은 불가피적 불순물 원소의 농도가 0.05 at.％ 이하, 잔부가 Cu 로 이루어지는 스퍼터링 타깃이 기재되어 있다.
특허문헌 2 에는, 첨가 원소로서 B 를 0.1 ∼ 1.0 원자％, 추가로 Mn 및/또는 Ni 를 0.1 ∼ 2.0 원자％ 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 스퍼터링 타깃이 기재되어 있다.
특허문헌 3 에는, 첨가 원소로서 B 를 0.1 ∼ 1.0 원자％, B 와 화합물을 발현하는 원소 (Mn 을 포함한다) 를 0.1 ∼ 2.0 원자％ 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 스퍼터링 타깃이 기재되어 있다.
특허문헌 4 에는, V, Nb, Fe, Co, Ni, Zn, Mg 중의 그룹에서 선택된 1 종 이상의 성분과 Sc, Al, Y, Cr 중의 그룹에서 선택된 1 종 이상의 성분의 합계가 0.005 ∼ 0.5 질량％ 가 되도록 함유하고, 산소 : 0.1 ∼ 5 ppm 을 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 스퍼터링 타깃이 기재되어 있다.
특허문헌 5 에는, 산소 : 6 초과 ∼ 20 몰％ 를 함유하고, 또한 Mo, Mn, Ca, Zn, Ni, Ti, Al, Mg 및 Fe 중 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 0.2 ∼ 5 몰％ 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 스퍼터링 타깃이 기재되어 있다.
특허문헌 6 에는, Mn, B, Bi 또는 Ge 의 금속 분말과 X (Cu 를 포함한다), Y 를 함유하는 합금 분말 또는 소결 금속으로 형성되고, 평균 입경 0.1 ∼ 300 ㎛ 의 결정립을 50 ％ 이상 함유하고, 함유 가스량이 600 ppm 이하인 소결 스퍼터링 타깃재가 기재되어 있다.
그러나, 이상에 대해서는, 스퍼터링 중에 있어서의 파티클의 발생을 방지하기에는, 반드시 충분하지 않다는 문제가 있다.
그 밖에, 본 출원인에 의해 제안된 반도체 소자의 배선재로서, Mn 0.05 ∼ 5 wt％ 를 함유하고 Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, As 에서 선택한 1 또는 2 이상의 원소의 총량이 10 wtppm 이하, 잔부 Cu 인 반도체용 구리 합금 배선을 형성하기 위한 스퍼터링 타깃이 기재되어 있다 (특허문헌 7 참조).
이것은 자기 확산 억제 기능을 향상시키기 위해서 유효하지만, 파티클 발생의 억제를 목적으로 하는 것은 아니다.
또, 본 출원인은, 먼저 Cu-Mn 합금으로 이루어지는 반도체용 구리 합금 배선 재료를 개시하고 (특허문헌 8 참조), 특히 Mn 0.05 ∼ 20 wt％ 를 함유하고, Be, B, Mg, Al, Si, Ca, Ba, La, Ce 의 총계가 500 wtppm 이하, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물인 스퍼터링 타깃을 제안하였다.
이것도 자기 확산 억제 기능을 향상시키기 위해서 유효하지만, 파티클 발생의 억제를 목적으로 하는 것은 아니다.
파티클 발생의 억제에 관하여, Mn : 0.6 ∼ 30 질량％ 를 함유하고, 금속계 불순물 : 40 ppm 이하, 산소 : 10 ppm 이하, 질소 : 5 ppm 이하, 수소 : 5 ppm 이하, 탄소 : 10 ppm 이하, 잔부가 Cu 인 스퍼터링 타깃에 관하여 기재가 있다 (특허문헌 9 참조).
그러나, 이것은 타깃에 함유되는 불순물 함유량을 전체적으로 줄이면, 파티클의 발생을 억제할 수 있다는 것으로, 어느 불순물이 파티클의 발생에 구체적으로 기여할지는 불분명하다.
본 발명은, 구리에 적절한 양의 Mn 원소를 첨가함과 함께, 카본의 양을 제한함으로써, 스퍼터링시의 파티클 발생을 억제하는 것을 과제로 한다. 이로써, 미세한 반도체 소자의 배선 (홈) 의 양호한 형성을 가능하게 하고, 미세화·고집적화가 진행되는 반도체 제품의 수율이나 신뢰성을 향상시키는 것을 가능하게 한다. 또, 자기 확산 억제 기능을 가져, 활성 Cu 의 확산에 의한 배선 주위의 오염을 효과적으로 방지할 수 있는, 일렉트로마이그레이션 (EM) 내성, 내식성 등이 우수한 반도체용 구리 합금 배선의 형성에 유용한 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃을 제공한다.
상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명자들은 예의 연구를 실시한 결과, 파티클의 주요 성분이 카본이고, 타깃 중에 함유되는 카본의 양은 파티클의 수와 상관 관계가 있는 것을 알아내었다. 그리고, 구리에 적절한 양의 Mn 원소를 첨가함과 함께, 상기 카본의 양을 제한함으로써, 스퍼터링시에 발생하는 파티클의 양을 현저하게 저감시킬 수 있는, 반도체용 구리 합금 배선을 형성하기 위해서 유용한 고순도 구리 합금 스퍼터링 타깃을 얻을 수 있다는 지견을 얻었다.
본 발명은 이 지견에 기초하여,
1) Mn 0.05 ∼ 20 wt％ 를 함유하고, C 2 wtppm 이하, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물인 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃으로서, 당해 타깃을 스퍼터링하여 웨이퍼 상에 성막했을 때, C 또는 Mn, Si, Mg 에서 선택되는 적어도 1 종의 원소 또는 C 와 Mn, Si, Mg 에서 선택되는 적어도 1 종의 원소로 이루어지는 화합물의 직경이 0.08 ㎛ 이상인 파티클의 수가 평균 50 개 이하인 것을 특징으로 하는 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃,
2) 직경이 0.08 ㎛ 이상인 파티클의 수가 평균 20 개 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) 에 기재된 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃,
3) Mn 0.05 ∼ 20 wt％ 를 함유하고, C 2 wtppm 이하, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물인 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃으로서, 당해 타깃을 스퍼터링하여 웨이퍼 상에 성막했을 때, C 또는 Mn, Si, Mg 에서 선택되는 적어도 1 종의 원소 또는 C 와 Mn, Si, Mg 에서 선택되는 적어도 1 종의 원소로 이루어지는 화합물의 직경이 0.20 ㎛ 이상인 파티클의 수가 평균 30 개 이하인 것을 특징으로 하는 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃,
4) 직경이 0.20 ㎛ 이상인 파티클의 수가 평균 10 개 이하인 것을 특징으로 하는 상기 3) 에 기재된 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃을 제공한다.
본 발명의 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃은, 카본의 양을 제한함으로써, 스퍼터링시의 파티클 발생을 억제하고, 미세한 반도체 소자의 배선 (홈) 을 양호하게 형성하는 것이 가능해진다. 또, 본 발명의 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃을 사용하여 형성한 구리 합금 배선막은, 활성 Cu 의 확산에 의한 배선 주위의 오염을 효과적으로 방지할 수 있고, 일렉트로마이그레이션 (EM) 내성, 내식성 등을 향상시킬 수 있다는 우수한 효과를 갖는다.
본 발명의 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃은, 상기와 같이, Mn 0.05 ∼ 20 wt％ 를 함유하고, C 2 wtppm 이하, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로서, 당해 타깃을 스퍼터링하여 성막했을 때, C 또는 C 및 Mn, Si, Mg 에서 선택되는 적어도 1 종의 원소로 이루어지는 직경이 0.08 ㎛ 이상인 파티클의 수가 웨이퍼 상에 평균 50 개 이하이다.
본 발명에 있어서, Cu 합금에 함유되는 Mn 은 0.05 wt％ 이상, 20 wt％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Mn 0.05 wt％ 미만에서는, 자기 확산 억제 기능이 작아지고, Mn 20 wt％ 를 초과하면 저항이 증대되어, 반도체용 구리 합금 배선으로서의 기능은 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 더욱 바람직하게는, Mn 0.5 ∼ 10 wt％ 를 함유하는 구리 합금이다.
또한, 카본은 용해 공정에 있어서의 용해 원료 및 장치 부재로부터 혼입되기 때문에, Mn 함유량이 파티클의 발생 원인이 되는 카본의 양에 직접적으로 영향을 미치는 경우가 있다. 따라서, Mn 함유량은 상기의 범위로 정확하게 제어할 필요가 있다.
또, 본 발명에 있어서, 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃에 함유되는 C (카본) 함유량은 2 wtppm 이하, 더욱 바람직하게는 1 wtppm 이하로 하는 것이 좋다. 타깃에 함유되는 불순물은 파티클 발생의 원인이 되므로, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하다. 특히, C (카본) 는, 고순도 구리망간 합금 타깃의 스퍼터링시에 발생하는 파티클에 직접 영향을 미치므로, 충분한 관리가 필요하다.
또 본 발명에 있어서, 직경 0.20 ㎛ 이상의 파티클은, 300 ㎜ 웨이퍼 상에 평균 30 개 이하이고, 바람직하게는 평균 10 개 이하이다. 또 직경 0.08 ㎛ 이상의 파티클에 있어서는, 300 ㎜ 웨이퍼 상에 평균 50 개 이하이고, 바람직하게는 평균 20 개 이하이다. 파티클을 억제함으로써, 미세한 반도체 소자의 배선 (홈) 을 양호하게 형성하는 것을 가능하게 하고, 미세화·고집적화가 진행되는 반도체 제품의 수율이나 신뢰성의 개선을 도모할 수 있다.
또 본 발명에 있어서, 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃을 사용하여 스퍼터링했을 때에 발생하는 파티클 개개의 성분은, C (카본) 이거나, 또는 Mn, Si, Mg 에서 선택되는 적어도 1 종의 원소이거나, 또는 C (카본) 와 Mn, Si, Mg 에서 선택되는 적어도 1 종의 원소로 이루어지는 화합물이다. 본 발명에서는, 이들 성분의 상이한 파티클이 1 종으로 존재하는 경우도 있고, 또 2 종 이상으로 존재하는 경우도 있다. 또한, Mn 은 첨가에서 유래하는 것이고, Si, Mg 는 타깃 제조시에 사용되는 도가니에서 유래하는 것이다.
또 본 발명에 있어서, 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃의 제조는, 카본 도가니 (도가니) 내에 순도가 6 N 이상인 고순도 구리와 순도가 5 N 이상인 첨가 원소의 망간을 넣고 용해시킨다. 또는, 미리 순도가 6 N 이상인 고순도 구리를 카본 도가니 (도가니) 내에서 용해시키고, 이것에 4 N 의 순도를 갖는 망간을 목적으로 하는 성분 조성이 되도록 첨가할 수도 있다.
여기서 중요한 것은 용해 조건이다. 용해 온도는 1000 ∼ 1400 ℃ 로 하는 것이 바람직하다. 1000 ℃ 미만에서는 용해 반응이 충분히 실시되지 않고, 한편, 1400 ℃ 를 초과하면 카본 도가니로부터 카본이 혼입되기 때문에 바람직하지 않다. 또, 용해 시간은 10 ∼ 30 분으로 하는 것이 바람직하다. 10 분 미만에서는 용해 반응이 충분히 실시되지 않고, 한편으로, 30 분을 초과하면 카본 도가니로부터의 카본이 혼입되기 때문에 바람직하지 않다.
이와 같이 하여 얻은 합금을 주조하여, 소정의 성분 조성의 고순도의 구리망간 합금 잉곳을 얻을 수 있다. 그 후, 이 구리망간 합금의 잉곳을 약 500 ∼ 900 ℃ 에서 열간 단조하고, 냉간 압연 또는 필요에 따라 500 ∼ 900 ℃ 에서 열간 압연하여 압연판을 얻는다. 열간 압연은, 망간의 양이 증가함에 따라 단단해지고, 냉간 압연시에 균열이 생겨, 압연이 곤란해졌을 때에 실시한다. 이 한계량은 대략 Mn 5 ％ 정도이지만, 이 압연의 한계값에 대해서는, 압연량에 따라 다르기 때문에 임의로 선택 가능하고, 상황에 따라 변경할 수 있으므로 특별히 제한은 없다.
이것을 또한 300 ∼ 600 ℃ (열간 압연시에는 500 ∼ 800 ℃) 에서 열처리한다. 그 후, 배킹 플레이트에 본딩하고, 마무리 가공하여, 상기 고순도 구리망간 합금으로 제작된 스퍼터링 타깃 조립체로 제조한다.
또한 이들의 제조 공정은, 타깃의 성분 조성, 두께, 크기에 따라 적절히 선택할 수 있는 것이고, 특히 상기의 수치에 제한되는 것이 아닌 것은, 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다.
실시예
다음으로, 실시예에 기초하여 본 발명을 설명한다. 이하에 나타내는 실시예는, 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 이들 실시예에 의해 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 기술 사상에 기초한 변형 및 다른 실시예는 당연히 본 발명에 포함된다.
(실시예 1)
순도 6 N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (도가니) 를 이용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5 N 의 고순도 망간 (Mn) 을 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 1 wt％ 로 조정하였다.
상기 Mn 을 투입하고, 1200 ℃ 에서 20 분간 용해시킨 후, 이 구리망간 합금의 용탕을 고진공 분위기 중에서 수랭 구리 주형에 주입하여 잉곳을 얻었다. 다음으로, 제조한 잉곳의 표면층을 제거하여 φ 160 × 60 t 로 한 후, 800 ℃ 에서 열간 단조하여 φ 200 으로 하였다. 그 후, 냉간 압연, 800 ℃ 에서 열간 압연하여 φ 380 × 10 t 로 하였다.
다음으로, 600 ℃ 에서 1 시간 열처리 후, 타깃 전체를 급랭하여 타깃 소재로 하였다. 이것을 기계 가공으로 직경 430 ㎜, 두께 7 ㎜ 의 타깃으로 가공하고, 이것을 또한 Cu 합금제 배킹 플레이트와 확산 접합에 의해 접합하여 스퍼터링 타깃 조립체로 하였다.
(실시예 2)
순도 6 N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (도가니) 를 이용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5 N 의 고순도 망간 (Mn) 을 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 10 wt％ 로 조정하였다.
상기 Mn 을 투입하고, 1200 ℃ 에서 20 분간 용해시킨 후, 이 구리망간 합금의 용탕을 고진공 분위기 중에서 수랭 구리 주형에 주입하여 잉곳을 얻었다. 다음으로, 제조한 잉곳의 표면층을 제거하여 φ 160 × 60 t 로 한 후, 900 ℃ 에서 열간 단조하여 φ 200 으로 하였다. 그 후, 냉간 압연, 900 ℃ 에서 열간 압연하여 φ 380 × 10 t 로 하였다.
다음으로, 600 ℃ 에서 1 시간 열처리 후, 타깃 전체를 급랭하여 타깃 소재로 하였다. 이것을 기계 가공으로 직경 430 ㎜, 두께 7 ㎜ 의 타깃으로 가공하고, 이것을 또한 Cu 합금제 배킹 플레이트와 확산 접합에 의해 접합하여 스퍼터링 타깃 조립체로 하였다.
(실시예 3)
순도 6 N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (도가니) 를 이용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5 N 의 고순도 망간 (Mn) 을 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 1 wt％ 로 조정하였다.
상기 Mn 을 투입하고, 1200 ℃ 에서 20 분간 용해시킨 후, 이 구리망간 합금의 용탕을 고진공 분위기 중에서 수랭 구리 주형에 주입하여 잉곳을 얻었다. 다음으로, 제조한 잉곳의 표면층을 제거하여 φ 160 × 190 t 로 한 후, 900 ℃ 에서 열간 단조하여 φ 200 으로 하였다. 그 후, 냉간 압연, 900 ℃ 에서 열간 압연하여 φ 700 × 10 t 로 하였다.
다음으로, 600 ℃ 에서 1 시간 열처리 후, 타깃 전체를 급랭하여 타깃 소재로 하였다. 이것을 기계 가공으로 직경 650 ㎜, 두께 7 ㎜ 의 타깃으로 가공하였다. 또한, 이것을 직경 430 ㎜, 두께 7 ㎜ 로 재가공한 후에, Cu 합금제 배킹 플레이트와 확산 접합에 의해 접합하여 스퍼터링 타깃 조립체로 하였다.
(실시예 4)
순도 6 N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (도가니) 를 이용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5 N 의 고순도 망간 (Mn) 을 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 10 wt％ 로 조정하였다.
상기 Mn 을 투입하고, 1200 ℃ 에서 20 분간 용해시킨 후, 이 구리망간 합금의 용탕을 고진공 분위기 중에서 수랭 구리 주형에 주입하여 잉곳을 얻었다. 다음으로, 제조한 잉곳의 표면층을 제거하여 φ 160 × 190 t 로 한 후, 900 ℃ 에서 열간 단조하여 φ 200 으로 하였다. 그 후, 냉간 압연, 900 ℃ 에서 열간 압연하여 φ 700 × 10 t 로 하였다.
다음으로, 600 ℃ 에서 1 시간 열처리 후, 타깃 전체를 급랭하여 타깃 소재로 하였다. 이것을 기계 가공으로 직경 650 ㎜, 두께 7 ㎜ 의 타깃으로 가공하였다. 또한, 이것을 직경 430 ㎜, 두께 7 ㎜ 로 재가공한 후에, Cu 합금제 배킹 플레이트와 확산 접합에 의해 접합하여 스퍼터링 타깃 조립체로 하였다.
(비교예 1)
순도 6 N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (도가니) 를 이용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5 N 의 고순도 망간 (Mn) 을 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 1 wt％ 로 조정하였다.
상기 Mn 을 투입하고, 1500 ℃ 에서 40 분간 용해시킨 후, 이 구리망간 합금의 용탕을 고진공 분위기 중에서 수랭 구리 주형에 주입하여 잉곳을 얻었다. 다음으로, 제조한 잉곳의 표면층을 제거하여 φ 160 × 60 t 로 한 후, 800 ℃ 에서 열간 단조하여 φ 200 으로 하였다. 그 후, 냉간 압연, 800 ℃ 에서 열간 압연하여 φ 380 × 10 t 로 하였다.
다음으로, 600 ℃ 에서 1 시간 열처리 후, 타깃 전체를 급랭하여 타깃 소재로 하였다. 이것을 기계 가공으로 직경 430 ㎜, 두께 7 ㎜ 의 타깃으로 가공하고, 이것을 또한 Cu 합금제 배킹 플레이트와 확산 접합에 의해 접합하여 스퍼터링 타깃 조립체로 하였다.
(비교예 2)
순도 6 N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (도가니) 를 이용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5 N 의 고순도 망간 (Mn) 을 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 10 wt％ 로 조정하였다.
상기 Mn 을 투입하고, 1500 ℃ 에서 40 분간 용해시킨 후, 이 구리망간 합금의 용탕을 고진공 분위기 중에서 수랭 구리 주형에 주입하여 잉곳을 얻었다. 다음으로, 제조한 잉곳의 표면층을 제거하여 φ 160 × 60 t 로 한 후, 900 ℃ 에서 열간 단조하여 φ 200 으로 하였다. 그 후, 냉간 압연, 900 ℃ 에서 열간 압연하여 φ 380 × 10 t 로 하였다.
다음으로, 600 ℃ 에서 1 시간 열처리 후, 타깃 전체를 급랭하여 타깃 소재로 하였다. 이것을 기계 가공으로 직경 430 ㎜, 두께 7 ㎜ 의 타깃으로 가공하고, 이것을 또한 Cu 합금제 배킹 플레이트와 확산 접합에 의해 접합하여 스퍼터링 타깃 조립체로 하였다.
(비교예 3)
순도 6 N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (도가니) 를 이용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5 N 의 고순도 망간 (Mn) 을 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 10 wt％ 로 조정하였다.
상기 Mn 을 투입하고, 1500 ℃ 에서 40 분간 용해시킨 후, 이 구리망간 합금의 용탕을 고진공 분위기 중에서 수랭 구리 주형에 주입하여 잉곳을 얻었다. 다음으로, 제조한 잉곳의 표면층을 제거하여 φ 160 × 190 t 로 한 후, 900 ℃ 에서 열간 단조하여 φ 200 으로 하였다. 그 후, 냉간 압연, 900 ℃ 에서 열간 압연하여 φ 700 × 10 t 로 하였다.
다음으로, 600 ℃ 에서 1 시간 열처리 후, 타깃 전체를 급랭하여 타깃 소재로 하였다. 이것을 기계 가공으로 직경 650 ㎜, 두께 7 ㎜ 의 타깃으로 가공하였다. 추가로 이것을 직경 430 ㎜, 두께 7 ㎜ 로 재가공한 후에, Cu 합금제 배킹 플레이트와 확산 접합에 의해 접합하여 스퍼터링 타깃 조립체로 하였다.
(비교예 4)
순도 6 N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (도가니) 를 이용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5 N 의 고순도 망간 (Mn) 을 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 10 wt％ 로 조정하였다.
상기 Mn 을 투입하고, 1500 ℃ 에서 40 분간 용해시킨 후, 이 구리망간 합금의 용탕을 고진공 분위기 중에서 수랭 구리 주형에 주입하여 잉곳을 얻었다. 다음으로, 제조한 잉곳의 표면층을 제거하여 φ 160 × 190 t 로 한 후, 900 ℃ 에서 열간 단조하여 φ 200 으로 하였다. 그 후, 냉간 압연, 900 ℃ 에서 열간 압연하여 φ 700 × 10 t 로 하였다.
다음으로, 600 ℃ 에서 1 시간 열처리 후, 타깃 전체를 급랭하여 타깃 소재로 하였다. 이것을 기계 가공으로 직경 650 ㎜, 두께 7 ㎜ 의 타깃으로 가공하였다. 또한, 이것을 직경 430 ㎜, 두께 7 ㎜ 로 재가공한 후에, Cu 합금제 배킹 플레이트와 확산 접합에 의해 접합하여 스퍼터링 타깃 조립체로 하였다.
고순도 구리 합금 스퍼터링 타깃의 평가로서 300 ㎜ 의 단결정 실리콘 웨이퍼 상에 산화 실리콘을 피복시킨 후, 하기 스퍼터링 조건에서, 두께 600 ㎚ 의 박막을 성막하고, 그 때에 발생한 파티클을 조사하였다. 파티클은, KLA-Tencor 사의 파티클 카운터를 사용하여 웨이퍼면을 계측하고, 웨이퍼 20 매의 평균값으로 하였다. 스퍼터링을 실시한 파티클 (0.20 ㎛ 이상, 0.08 ㎛ 이상의 파티클) 의 발생률을 비교한 결과를 표 1 에 나타낸다.
(스퍼터링 조건)
장치 : Applied Materials 사 제조 Endura
전원 : 직류 방식
전력 : 40 ㎾
도달 진공도 : 5 × 10-6 ㎩
분위기 가스 조성 : Ar
스퍼터 가스압 : 55 ㎩
스퍼터 시간 : 6 초
표 1 에 나타내는 바와 같이, 카본의 양이 1 wtppm 의 경우 (실시예 1, 3), 실시예 1 과 실시예 3 에서는, 파티클의 발생률이 각각 평균 2.2 개, 2.3 개 (직경 0.20 ㎛ 이상의 파티클) 와, 각각 평균 9.9 개, 10.2 개 (직경 0.08 ㎛ 이상의 파티클) 였다.
또, 카본의 양이 2 wtppm 의 경우 (실시예 2, 4), 실시예 2 와 실시예 4 에서는, 파티클의 발생률이 각각 평균 5.4 개, 5.3 개 (직경 0.20 ㎛ 이상의 파티클) 와, 각각 평균 12.1 개, 11.9 개 (직경 0.08 ㎛ 이상의 파티클) 였다.
이에 비하여, 카본의 양이 5 wtppm 의 경우 (비교예 1, 3), 비교예 1 과 비교예 3 에서는, 파티클의 발생률이 각각 평균 37.3 개, 39.8 개 (직경 0.20 ㎛ 이상의 파티클) 와, 각각 평균 98.6 개, 109.2 개 (직경 0.08 ㎛ 이상의 파티클) 였다.
또, 카본의 양이 10 wtppm 의 경우 (비교예 2, 4), 비교예 2 와 비교예 4 에서는, 파티클의 발생률이 각각 평균 42.7 개, 52.3 개 (직경 0.20 ㎛ 이상의 파티클) 와, 각각 평균 129.3 개, 139.2 개 (직경 0.08 ㎛ 이상의 파티클) 였다.
이와 같이 파티클의 발생에 있어서 분명한 차이가 보이고, 카본의 양이 2 wtppm 이하인 경우, 파티클이 현저하게 감소된다는 양호한 결과를 나타내었다.
또 파티클의 발생은, 카본량에 의존하고, 타깃의 크기에 의존하지 않는 것을 알 수 있었다.
산업상 이용가능성
본 발명은, 구리망간 합금 스퍼터링 타깃을 제공하는 것으로, 구리에 적절한 양의 Mn 원소를 첨가함과 함께, 카본의 양을 제한함으로써, 스퍼터링시의 파티클 발생을 효과적으로 억제하는 것이다. 특히, 미세한 반도체 소자의 배선 (홈) 을 양호하게 형성할 수 있기 때문에, 미세화·고집적화가 진행되는 반도체 제품의 수율이나 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 우수한 효과를 갖는다. 그리고, 자기 확산 억제 기능을 가져, 활성 Cu 의 확산에 의한 배선 주위의 오염을 효과적으로 방지할 수 있는, 일렉트로마이그레이션 (EM) 내성, 내식성 등이 우수한 반도체용 구리망간 합금 배선의 형성에 유용하다.
Claims (4)
- Mn 0.05 ∼ 20 wt％ 를 함유하고, C 2 wtppm 이하, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물인 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃으로서, 당해 타깃을 스퍼터링하여 웨이퍼 상에 성막했을 때, C 또는 Mn, Si, Mg 에서 선택되는 적어도 1 종의 원소 또는 C 와 Mn, Si, Mg 에서 선택되는 적어도 1 종의 원소로 이루어지는 화합물의 직경이 0.08 ㎛ 이상인 파티클의 수가 평균 50 개 이하인 것을 특징으로 하는 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃.
- 제 1 항에 있어서,
직경이 0.08 ㎛ 이상인 파티클의 수가 평균 20 개 이하인 것을 특징으로 하는 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃. - Mn 0.05 ∼ 20 wt％ 를 함유하고, C 2 wtppm 이하, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물인 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃으로서, 당해 타깃을 스퍼터링하여 웨이퍼 상에 성막했을 때, C 또는 Mn, Si, Mg 에서 선택되는 적어도 1 종의 원소 또는 C 와 Mn, Si, Mg 에서 선택되는 적어도 1 종의 원소로 이루어지는 화합물의 직경이 0.20 ㎛ 이상인 파티클의 수가 평균 30 개 이하인 것을 특징으로 하는 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃.
- 제 3 항에 있어서,
직경이 0.20 ㎛ 이상인 파티클의 수가 평균 10 개 이하인 것을 특징으로 하는 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃.
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