KR20150053805A

KR20150053805A - 구리 합금 스퍼터링 타깃

Info

Publication number: KR20150053805A
Application number: KR1020157009273A
Authority: KR
Inventors: 도미오 오츠키; 겐이치 나가타
Original assignee: 제이엑스 닛코 닛세키 킨조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2015-05-18
Also published as: JP5893797B2; TWI618803B; CN104781447B; TW201443251A; CN104781447A; KR20170005146A; US10276356B2; JPWO2014136673A1; US20150279638A1; KR20200021106A; WO2014136673A1

Abstract

Mn 을 1.0 ∼ 5.0 at％ 함유하고, Al 을 0.1 ∼ 4.0 at％ 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 구리 합금 스퍼터링 타깃으로서, 상기 스퍼터링 타깃면 내에 있어서 조성의 편차가 20 ％ 이내인 것을 특징으로 하는 구리 합금 스퍼터링 타깃. 본 발명은 반도체 소자의 배선재, 특히 구리 전기 도금시에 응집이 없어 안정적이며 균일한 시드층을 형성시킬 수 있고, 또한 스퍼터 성막 특성이 우수한 구리 합금 스퍼터링 타깃 및 동 타깃을 사용하여 형성된 반도체 소자 배선을 제공하는 것을 과제로 한다.

Description

구리 합금 스퍼터링 타깃{COPPER ALLOY SPUTTERING TARGET}

본 발명은 반도체 소자의 배선재, 특히 구리 전기 도금시에 응집이 없어 안정적이며 균일한 시드층을 형성시킬 수 있고, 또한 스퍼터 성막 특성이 우수한 구리 합금 스퍼터링 타깃에 관한 것이다.

종래, 반도체 소자의 배선 재료로서 Al (비저항 : 3.1 μΩ·㎝ 정도) 이 사용되어 왔지만, 배선의 미세화에 수반하여 보다 저항이 낮은 구리 배선 (비저항 : 1.7 μΩ·㎝ 정도) 이 실용화되어 왔다. 구리 배선의 형성 프로세스로서, 배선 또는 배선 홈에 Ta 나 TaN 등의 확산 배리어층을 형성한 후, 구리를 전기 도금하는 경우가 많다. 이 전기 도금을 실시하기 위해서 하지층 (시드층) 으로서, 구리 또는 구리 합금을 스퍼터 성막하는 것이 일반적으로 실시된다. 종래에는, 순도 4 N (가스 성분 제외) 정도의 전기 구리를 조 (粗) 금속으로 하여 습식이나 건식의 고순도화 프로세스에 의해, 5 N ∼ 6 N 순도의 고순도 구리를 제조하고, 이것을 스퍼터링 타깃으로서 사용하고 있었다.

그러나, 구리 배선폭이 0.13 ㎛ 이하, 예를 들어 90 ㎚ 또는 65 ㎚ 이고, 애스팩트비 8 을 초과하는 미세 배선에서는, 시드층의 두께는 100 ㎚ 이하의 극박막이 되고, 6 N 순구리 타깃으로 시드층을 형성한 경우에는 응집이 일어나 양호한 시드층을 형성할 수 없다는 문제가 있었다. 이와 같이 하지층의 균일한 형성은 중요하고, 하지층이 응집된 경우, 전기 도금으로 구리막을 형성할 때 균일한 막을 형성할 수 없다. 예를 들어, 배선 중에 보이드, 히록스, 단선 등의 결함을 형성한다. 또, 상기 보이드 등의 결함을 남기지 않는다고 하더라도, 이 부분에서 불균일한 구리의 전착 조직을 형성하기 때문에 일렉트로 마이그레이션 (EM) 내성이 저하된다는 문제가 발생한다. 이 문제를 해결하기 위해서는, 구리 전기 도금시에 안정적이며 균일한 시드층을 형성시키는 것이 중요하고, 스퍼터 성막 특성이 우수한 시드층의 형성에 최적인 스퍼터링 타깃이 필요해진다.

이전, 본 출원인은 반도체 소자의 배선 형성용으로서, 적절한 양의 금속 원소를 첨가함으로써, 구리 전기 도금시의 보이드, 히록스, 단선 등의 결함의 발생을 방지할 수 있고, 비저항이 낮고 또한 내 (耐) 일렉트로 마이그레이션 및 내산화성을 갖는 구리 합금의 스퍼터링 타깃을 제안하였다 (특허문헌 1 이나 특허문헌 2 참조). 이것들은, 구리의 저저항 특성을 저해하지 않고 내 EM 성이나 내산화성을 향상시킬 수 있는데, 최근의 추가적인 미세 구리 배선에 대하여, 충분히 균일한 막이 얻어지지 않는다는 문제가 있었다.

또한, 본원과는 직접적인 관련성은 없지만, 여러 가지 금속 원소를 미량 첨가하고, 추가로 산소 함유량을 조정한 구리 합금 스퍼터링 타깃을 사용하여, 반도체 디바이스의 박막 배선을 형성하는 기술이 알려져 있다 (특허문헌 3 ∼ 5 참조). 그러나, 어느 기술에 있어서도 최근의 더욱 미세화된 반도체 소자 배선에 적합한 균일성이 우수한 막을 형성시킬 수 있는 구리 합금 타깃은 얻어지지 않았다.

국제 공개 제2004/083482호 국제 공개 제2008/041535호 일본 공개특허공보 2002-294437호 일본 공개특허공보 2008-311283호 일본 공개특허공보 2010-053445호

본 발명은 반도체 소자의 배선재, 특히 구리 전기 도금시에 응집이 없어 안정적이며 균일한 시드층을 형성시킬 수 있고, 또한 스퍼터 성막 특성이 우수한 구리 합금 스퍼터링 타깃 및 동 타깃을 사용하여 형성된 반도체 소자 배선을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명자들은 예의 연구를 실시한 결과, 구리 합금 스퍼터링 타깃의 면 내에 있어서의 조성 편차 등을 억제함으로써, 구리 전기 도금시의 보이드, 히록스, 단선 등의 결함의 발생을 방지할 수 있고, 비저항이 낮고 또한 내일렉트로 마이그레이션 및 내산화성을 갖고 있는 안정적이며 균일한 시드층을 형성할 수 있다는 지견을 얻었다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 발명을 제공하는 것이다.

1) Mn 을 1.0 ∼ 5.0 at％ 함유하고, Al 을 0.1 ∼ 4.0 at％ 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 구리 합금 스퍼터링 타깃으로서, 상기 스퍼터링 타깃면 내에 있어서 조성의 편차가 20 ％ 이내인 것을 특징으로 하는 구리 합금 스퍼터링 타깃,

2) 상기 스퍼터링 타깃면 내에 있어서, 결정입경의 편차가 6.0 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) 에 기재된 구리 합금 스퍼터링 타깃,

3) 상기 스퍼터링 타깃면 내에 있어서, 도전율의 편차가 0.5 ％IACS 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) 또는 2) 에 기재된 구리 합금 스퍼터링 타깃,

4) 상기 스퍼터링 타깃면 내에 있어서, 비커스 경도의 편차가 3 Hv 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) ∼ 3) 중 어느 하나에 기재된 구리 합금 스퍼터링 타깃,

5) Cu, Mn 및 Al 각각의 원료를 준비하고, 이들 원료를 원하는 합금 조성이 되도록 조정한 후, 유도 용해법으로 진공 분위기하, 1100 ℃ 이상의 온도에서 용해하여 합금화하고, 다음으로, 합금화된 용탕을 주형에 주입하고, 그 후, 300 ℃ 까지 30 ℃/min 이상의 냉각 속도로 냉각시키고, 이로써 얻어진 잉곳의 표면층을 제거하고, 그 후, 열간 단조, 열간 압연, 냉간 압연, 열처리 공정을 거쳐 스퍼터링 타깃 소재로 하고, 이 타깃 소재를 추가로 기계 가공하여 타깃 형상으로 가공하는 것을 특징으로 하는 구리 합금 스퍼터링 타깃의 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 반도체 소자의 배선재, 특히 구리 전기 도금시에 응집이 없어 안정적이며 균일한 시드층을 형성시킬 수 있고, 또한 스퍼터 성막 특성이 우수한 구리 합금 스퍼터링 타깃 및 동 타깃에 의해 형성된 반도체 소자 배선을 얻을 수 있다는 우수한 효과를 갖는다.

도 1 은 타깃 평면 방향에서 동심원상으로 9 점 혹은 17 점의 측정 지점 □ 를 나타내는 모식도이다.
도 2 는 실시예 1 의 타깃을 광학 현미경으로 관찰했을 때의 조직 화상이다.
도 3 은 실시예 2 의 타깃을 광학 현미경으로 관찰했을 때의 조직 화상이다.
도 4 는 실시예 3 의 타깃을 광학 현미경으로 관찰했을 때의 조직 화상이다.
도 5 는 실시예 4 의 타깃을 광학 현미경으로 관찰했을 때의 조직 화상이다.

본 발명의 구리 합금 스퍼터링 타깃은 Mn 을 1.0 ∼ 5.0 at％ 함유하고, Al 을 0.1 ∼ 4.0 at％ 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는다. 본 합금은 Al 을 0.1 ∼ 4.0 at％ 함유시킴으로써, 도금시의 응집을 효과적으로 방지할 수 있다. 즉, 배리어막과의 젖음성을 향상시킨다.

0.1 at％ 미만에서는 응집 방지 효과가 없고, 4.0 at％ 를 초과하면 시드층에서의 저항 증가가 있어, 구리 배선 전체적으로 저항이 높아져 바람직하지 않다. 또, 구리 합금 제조 공정의 용해시에, Al 의 증가와 함께 산소 함유량이 증대되므로 4.0 at％ 를 초과하는 것은 피할 필요가 있다.

본 발명은 Mn 을 1.0 ∼ 5.0 at％ 함유시킴으로써, 내산화성을 향상시킬 수 있다. 1.0 at％ 미만에서는 내산화성의 효과가 없고, 5.0 at％ 를 초과하면 응집 방지 작용을 저하시키는, 즉 배리어막과의 젖음성을 현저하게 저하시키므로 바람직하지 않다.

이와 같은 조성을 갖는 구리 합금 스퍼터링 타깃은, 구리 전기 도금시에 응집이 없어, 내산화성이 풍부한 시드층을 형성시킬 수 있다.

본 발명의 구리 합금 스퍼터링 타깃은, 스퍼터링 타깃면 내에 있어서 조성의 편차가 20 ％ 이내인 것을 특징으로 한다. 여기서, 조성의 편차는 타깃 평면 방향에서 동심원상으로 9 점 혹은 17 점에 있어서의 조성을 측정하고, {(각 성분 함유량의 최대값) － (각 성분 함유량의 최소값)} / (각 성분 함유량의 평균값) × 100 (％) 으로부터 산출할 수 있다. 이와 같이 하여 얻어진 조성의 편차가 20 ％ 이내인 것에 의해, 초미세 배선에 있어서도 안정적이며 균일한 시드층을 형성시킬 수 있고, 더욱 안정적인 디바이스 성능을 기대할 수 있다.

또, 본 발명은 스퍼터링 타깃면 내에 있어서, 결정입경의 편차가 6.0 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다. 여기서, 결정입경의 편차는 타깃 평면 방향에서 동심원상으로 9 점 혹은 17 점에 있어서의 결정입경을 측정하고, 그들 결정입경의 표준편차로부터 산출할 수 있다. 이와 같이 하여 얻어진 결정입경의 편차가 6.0 ㎛ 이하인 것에 의해, 형성된 박막의 막 두께 균일성 (유니포미티) 을 현저하게 향상시킬 수 있고, 초미세 배선에 있어서도 안정적이며 균일한 시드층을 형성시킬 수 있다. 또한, 결정입경의 평균값은 조성에 따라 상이한데, 100 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

또, 본 발명은 스퍼터링 타깃면 내에 있어서, 도전율의 평균이 80 ％IACS 이하이고, 도전율의 편차가 0.5 ％IACS 이하인 것을 특징으로 한다. 여기서, 도전율의 편차는 스퍼터링 타깃 평면 방향에서 동심원상으로 9 점 혹은 17 점에 있어서의 도전율을 측정하고, 그들 도전율의 표준편차로부터 산출할 수 있다. 이와 같이 하여 얻어진 도전율의 편차가 0.5 ％IACS 이하인 것에 의해, 전기적으로 안정적인 스퍼터링이 가능해지고, 형성된 박막의 막 두께 균일성 (유니포미티) 을 현저하게 향상시킬 수 있다. 또한, 도전율의 평균값은 조성에 따라 상이한데, 80 ％IACS 이하인 것이 바람직하다.

또, 본 발명은 스퍼터링 타깃면 내에 있어서, 비커스 경도의 편차가 3 Hv 이하인 것을 특징으로 한다. 여기서, 비커스 경도의 편차는 스퍼터링 타깃 평면 방향에서 동심원상으로 9 점 혹은 17 점에 있어서의 비커스 경도를 측정하고, 그들 비커스 경도의 표준편차로부터 산출할 수 있다. 이와 같이 하여 얻어진 비커스 경도의 편차가 3 Hv 이하인 것에 의해 균일한 스퍼터 성막이 가능해지고, 형성된 박막의 막 두께 균일성 (유니포미티) 을 현저하게 향상시킬 수 있다. 또한, 비커스 경도의 평균값은 조성에 따라 상이한데, 350 Hv 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 구리 합금 스퍼터링 타깃은, 예를 들어, 다음 공정에 의해 제조할 수 있다. 먼저, 순도 6 N 이상의 고순도 구리, 순도 4 N 이상의 고순도 Mn, 순도 4 N 이상의 고순도 Al 을 준비하고, 이들 원료를 원하는 합금 조성이 되도록 조정한 후, 유도 용해법으로 진공 분위기하, 약 1100 ℃ 이상의 온도에서 용해하고, 고순도 합금화한다. 다음으로, 합금화된 용탕은 주형 (몰드) 에 주입하여 합금 잉곳을 얻는다. 이 때 중요한 점은, 주입시에 주형을 적절히 수랭 (냉각) 하여 냉각 속도를 높이는 것이다. 이로써, 잉곳에 있어서의 조성, 결정입경, 도전율, 강도 등을 균일하게 할 수 있다. 냉각 속도는 300 ℃ 까지 30 ℃/min 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그 후, 제조된 잉곳은 표면층을 제거하여 열간 단조, 열간 압연, 냉간 압연, 열처리 공정을 거쳐 스퍼터링 타깃 소재로 한다. 이 타깃 소재는 다시 기계 가공에 의해 소정의 형상으로 하고, 백킹 플레이트와 접합하여 타깃을 제조할 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 기초하는 변형 및 다른 실시예는 당연히 본 발명에 포함된다.

(실시예 1)

순도 6 N 이상의 고순도 Cu, 순도 4 N 이상의 고순도 Mn, 순도 4 N 이상의 고순도 Al 을 준비하고, 이들 원료를 수랭 구리제 도가니에 도입하여 1250 ℃ 에서 용해하였다 (유도 용해법). 그 후, 합금화된 용탕을 수랭한 주형 (몰드) 에 출탕하고, 300 ℃ 까지 냉각 속도 30 ℃/min 으로 냉각시켜 순도 5 N 이상의 고순도 구리 합금 잉곳을 얻었다.

다음으로, 얻어진 잉곳을 직경 180 ㎜ × 두께 160 ㎜ 로 한 후, 700 ℃ 에서 열간 단조하고, 추가로 냉간 압연으로 직경 460 ㎜ × 두께 24.5 ㎜ 까지 압연하였다. 그 후, 600 ℃ 에서 열처리한 후 급랭하여 압연판을 제조하였다. 이것을 기계 가공에 의해, 직경 440 ㎜, 두께 16.5 ㎜ 의 타깃으로 가공한 후, Al 합금제 백킹 플레이트와 확산 접합에 의해 접합하고 마무리 가공하여, 스퍼터링 타깃 조립체로 하였다.

이와 같이 하여 얻은 스퍼터링 타깃에 대해, 타깃면 내의 결정입경, 합금 조성, 도전율, 비커스 경도를 측정하였다. 측정 방법·장치는 이하와 같다.

결정입경 : 선분법 (측정 면적 480 ㎛ × 361 ㎛)

조성 분석 : ICP-OES (주식회사 히타치 하이테크 사이언스 제조, SPS-3520 DD)

도전율 : 도전율계 (GE Inspection Technology 사 제조, Auto Sigma3000)

또, 측정은 타깃 평면 방향에서 동심원상으로 9 점 실시하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 타깃의 성분 조성은 Cu-1.9 at％ Mn-0.3 at％ Al 이고, 결정입경의 편차는 4.30 ㎛, 합금 조성의 편차는 Mn 이 13 ％, Al 이 10 ％, 도전율의 편차가 0.32 ％IACS, 비커스 경도의 편차가 2.23 Hv 로 이들 균일성이 우수한 타깃이 얻어졌다.

다음으로, 이 타깃을 사용하여 Si 기판 상에 두께 약 500 ㎚ 까지 성막하고, 그 막의 균일성 (유니포미티) 을 측정하였다. 그 결과, 3.62 ％ 로, 후술하는 비교예에 비해 막 두께 균일성이 우수하여, 안정적이며 균일한 시드층을 형성할 수 있는 구리 합금 스퍼터링 타깃을 얻을 수 있었다.

(실시예 2)

순도 6 N 이상의 고순도 Cu, 순도 4 N 이상의 고순도 Mn, 순도 4 N 이상의 고순도 Al 을 준비하고, 이들 원료를 수랭 구리제 도가니에 도입하여 1250 ℃ 에서 용해하였다 (유도 용해법). 그 후, 합금화된 용탕을 수랭한 주형 (몰드) 에 출탕하고, 300 ℃ 까지 냉각 속도 50 ℃/min 으로 냉각시켜 순도 5 N 이상의 고순도 구리 합금 잉곳을 얻었다.

이와 같이 하여 얻은 스퍼터링 타깃에 대해, 타깃면 내의 결정입경, 합금 조성, 도전율, 비커스 경도를 측정하였다. 각 측정 조건은 실시예 1 과 동일하게 하였다. 측정은 타깃 평면 방향에서 동심원상으로 9 점 실시하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 타깃의 성분 조성은 Cu-2.0 at％ Mn-0.8 at％ Al 이고, 결정입경의 편차는 2.24 ㎛, 합금 조성의 편차는 Mn 이 12 ％, Al 이 16 ％, 도전율의 편차가 0.23 ％IACS, 비커스 경도의 편차가 1.62 Hv 로 이들 균일성이 우수한 타깃이 얻어졌다.

다음으로, 이 타깃을 사용하여 Si 기판 상에 두께 약 500 ㎚ 까지 성막하고, 그 막의 균일성 (유니포미티) 을 측정하였다. 그 결과, 3.13 ％ 로, 후술하는 비교예에 비해 막 두께 균일성이 우수하여, 안정적이며 균일한 시드층을 형성할 수 있는 구리 합금 스퍼터링 타깃을 얻을 수 있었다.

(실시예 3)

다음으로, 얻어진 잉곳을 직경 180 ㎜ × 두께 160 ㎜ 로 한 후, 800 ℃ 에서 열간 단조하고, 추가로 냉간 압연으로 직경 460 ㎜ × 두께 24.5 ㎜ 까지 압연하였다. 그 후, 650 ℃ 에서 열처리한 후 급랭하여 압연판을 제조하였다. 이것을 기계 가공에 의해, 직경 440 ㎜, 두께 16.5 ㎜ 의 타깃으로 가공한 후, Al 합금제 백킹 플레이트와 확산 접합에 의해 접합하고 마무리 가공하여, 스퍼터링 타깃 조립체로 하였다.

이와 같이 하여 얻은 스퍼터링 타깃에 대해, 타깃면 내의 결정입경, 합금 조성, 도전율, 비커스 경도를 측정하였다. 각 측정 조건은 실시예 1 과 동일하게 하였다. 측정은 타깃 평면 방향에서 동심원상으로 9 점 실시하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 타깃의 성분 조성은 Cu-2.1 at％ Mn-0.5 at％ Al 이고, 결정입경의 편차는 2.94 ㎛, 합금 조성의 편차는 Mn 이 12 ％, Al 이 13 ％, 도전율의 편차가 0.36 ％IACS, 비커스 경도의 편차가 2.03 Hv 로, 이들 균일성이 우수한 타깃이 얻어졌다.

다음으로, 이 타깃을 사용하여 Si 기판 상에 두께 약 500 ㎚ 까지 성막하고, 그 막의 균일성 (유니포미티) 을 측정하였다. 그 결과, 2.99 ％ 로, 후술하는 비교예에 비해 막 두께 균일성이 우수하여, 안정적이며 균일한 시드층을 형성할 수 있는 구리 합금 스퍼터링 타깃을 얻을 수 있었다.

(실시예 4)

순도 6 N 이상의 고순도 Cu, 순도 4 N 이상의 고순도 Mn, 순도 4 N 이상의 고순도 Al 을 준비하고, 이들 원료를 수랭 구리제 도가니에 도입하여 1200 ℃ 에서 용해하였다 (유도 용해법). 그 후, 합금화된 용탕을 수랭한 주형 (몰드) 에 출탕하고, 300 ℃ 까지 냉각 속도 30 ℃/min 으로 냉각시켜 순도 5 N 이상의 고순도 구리 합금 잉곳을 얻었다.

다음으로, 얻어진 잉곳을 직경 220 ㎜ × 두께 260 ㎜ 로 한 후, 850 ℃ 에서 열간 단조하고, 추가로 냉간 압연으로 직경 870 ㎜ × 두께 20 ㎜ 까지 압연하였다. 그 후, 650 ℃ 에서 열처리한 후 급랭하여 압연판을 제조하였다. 이것을 기계 가공에 의해, 직경 850 ㎜, 두께 16.5 ㎜ 의 타깃으로 가공한 후, Al 합금제 백킹 플레이트와 확산 접합에 의해 접합하고 마무리 가공하여, 스퍼터링 타깃 조립체로 하였다.

이와 같이 하여 얻은 스퍼터링 타깃에 대해, 타깃면 내의 결정입경, 합금 조성, 도전율, 비커스 경도를 측정하였다. 각 측정 조건은 실시예 1 과 동일하게 하였다. 측정은 타깃 평면 방향에서 동심원상으로 17 점 실시하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 타깃의 성분 조성은 Cu-1.6 at％ Mn-0.2 at％ Al 이고, 결정입경의 편차는 5.23 ㎛, 합금 조성의 편차는 Mn 이 10 ％, Al 이 8 ％, 도전율의 편차가 0.12 ％IACS, 비커스 경도의 편차가 1.78 Hv 로, 이들 균일성이 우수한 타깃이 얻어졌다.

이 타깃은 타깃 직경이 커서 스퍼터 장치에 장착할 수 없었기 때문에, 스퍼터 후의 막의 균일성을 평가할 수 없었지만, 결정입경의 편차, 조성의 편차, 도전율의 편차, 비커스 경도의 편차가, 다른 실시예와 동일한 정도였던 점으로부터, 동일한 결과가 얻어진다고 추측할 수 있다.

(실시예 5)

다음으로, 얻어진 잉곳을 직경 180 ㎜ × 두께 160 ㎜ 로 한 후, 850 ℃ 에서 열간 단조하고, 추가로 냉간 압연으로 직경 460 ㎜ × 두께 24.5 ㎜ 까지 압연하였다. 그 후, 600 ℃ 에서 열처리한 후 급랭하여 압연판을 제조하였다. 이것을 기계 가공에 의해, 직경 440 ㎜, 두께 16.5 ㎜ 의 타깃으로 가공한 후, Al 합금제 백킹 플레이트와 확산 접합에 의해 접합하고 마무리 가공하여, 스퍼터링 타깃 조립체로 하였다.

이와 같이 하여 얻은 스퍼터링 타깃에 대해, 타깃면 내의 결정입경, 합금 조성, 도전율, 비커스 경도를 측정하였다. 각 측정 조건은 실시예 1 과 동일하게 하였다. 측정은 타깃 평면 방향에서 동심원상으로 9 점 실시하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 타깃의 성분 조성은 Cu-4.0 at％ Mn-3.0 at％ Al 이고, 결정입경의 편차는 2.12 ㎛, 합금 조성의 편차는 Mn 이 18 ％, Al 이 17 ％, 도전율의 편차가 0.43 ％IACS, 비커스 경도의 편차가 1.95 Hv 로, 이들 균일성이 우수한 타깃이 얻어졌다.

다음으로, 이 타깃을 사용하여 Si 기판 상에 두께 약 500 ㎚ 까지 성막하고, 그 막의 균일성 (유니포미티) 을 측정하였다. 그 결과, 3.18 ％ 로, 후술하는 비교예에 비해 막 두께 균일성이 우수하여, 안정적이며 균일한 시드층을 형성할 수 있는 구리 합금 스퍼터링 타깃을 얻을 수 있었다.

(비교예 1)

순도 6 N 이상의 고순도 Cu, 순도 4 N 이상의 고순도 Mn, 순도 4 N 이상의 고순도 Al 을 준비하고, 이들 원료를 수랭 구리제 도가니에 도입하여 1250 ℃ 에서 용해하였다 (유도 용해법). 그 후, 합금화된 용탕을 수랭하지 않은 주형 (몰드) 에 출탕하고, 300 ℃ 까지 냉각 속도 15 ℃/min 으로 냉각시켜 순도 5 N 이상의 고순도 구리 합금 잉곳을 얻었다.

이와 같이 하여 얻은 스퍼터링 타깃에 대해, 타깃면 내의 결정입경, 합금 조성, 도전율, 비커스 경도를 측정하였다. 각 측정 조건은 실시예 1 과 동일하게 하였다. 측정은 타깃 평면 방향에서 동심원상으로 9 점 실시하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 타깃의 성분 조성은 Cu-1.9 at％ Mn-0.3 at％ Al 이고, 결정입경의 편차는 8.53 ㎛, 합금 조성의 편차는 Mn 이 21 ％, Al 이 24 ％, 도전율의 편차가 1.64 ％IACS, 비커스 경도의 편차가 5.64 Hv 로, 편차가 커서 균일성이 열등한 타깃이 되었다.

다음으로, 이 타깃을 사용하여 Si 기판 상에 두께 약 500 ㎚ 까지 스퍼터 성막하고, 그 막의 균일성 (유니포미티) 을 측정하였다. 그 결과, 4.85 ％ 로, 전술한 실시예에 비해 막 두께 균일성이 열등하여, 균일한 시드층을 형성할 수 없었다.

(비교예 2)

이와 같이 하여 얻은 스퍼터링 타깃에 대해, 타깃면 내의 결정입경, 합금 조성, 도전율, 비커스 경도를 측정하였다. 각 측정 조건은 실시예 1 과 동일하게 하였다. 측정은 타깃 평면 방향에서 동심원상으로 9 점 실시하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 타깃의 성분 조성은 Cu-2.0 at％ Mn-0.7 at％ Al 이고, 결정입경의 편차는 7.15 ㎛, 합금 조성의 편차는 Mn 이 25 ％, Al 이 20 ％, 도전율의 편차가 1.89 ％IACS, 비커스 경도의 편차가 8.79 Hv 로, 편차가 커서 균일성이 열등한 타깃이 되었다.

다음으로, 이 타깃을 사용하여 Si 기판 상에 두께 약 500 ㎚ 까지 스퍼터 성막하고, 그 막의 균일성 (유니포미티) 을 측정하였다. 그 결과, 6.01 ％ 로, 전술한 실시예에 비해 막 두께 균일성이 열등하여, 균일한 시드층을 형성할 수 없었다.

(비교예 3)

이와 같이 하여 얻은 스퍼터링 타깃에 대해, 타깃면 내의 결정입경, 합금 조성, 도전율, 비커스 경도를 측정하였다. 각 측정 조건은 실시예 1 과 동일하게 하였다. 측정은 타깃 평면 방향에서 동심원상으로 9 점 실시하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 타깃의 성분 조성은 Cu-2.2 at％ Mn-0.4 at％ Al 이고, 결정입경의 편차는 9.15 ㎛, 합금 조성의 편차는 Mn 이 24 ％, Al 이 23 ％, 도전율의 편차가 1.53 ％IACS, 비커스 경도의 편차가 6.18 Hv 로, 편차가 커서 균일성이 열등한 타깃이 되었다.

다음으로, 이 타깃을 사용하여 Si 기판 상에 두께 약 500 ㎚ 까지 스퍼터 성막하고, 그 막의 균일성 (유니포미티) 을 측정하였다. 그 결과, 5.20 ％ 로, 전술한 실시예에 비해 막 두께 균일성이 열등하여, 균일한 시드층을 형성할 수 없었다.

(비교예 4)

이와 같이 하여 얻은 스퍼터링 타깃에 대해, 타깃면 내의 결정입경, 합금 조성, 도전율, 비커스 경도를 측정하였다. 각 측정 조건은 실시예 1 과 동일하게 하였다. 측정은 타깃 평면 방향에서 동심원상으로 17 점 실시하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 타깃의 성분 조성은 Cu-1.6 at％ Mn-0.2 at％ Al 이고, 결정입경의 편차는 8.26 ㎛, 합금 조성의 편차는 Mn 이 32 ％, Al 이 26 ％, 도전율의 편차가 2.05 ％IACS, 비커스 경도의 편차가 8.37 Hv 로, 편차가 커서 균일성이 열등한 타깃이 되었다.

이 타깃은 타깃 직경이 커서 스퍼터 장치에 장착할 수 없었기 때문에, 스퍼터 후의 막의 균일성을 평가하지 않았다.

(비교예 5)

순도 6 N 이상의 고순도 Cu, 순도 4 N 이상의 고순도 Mn, 순도 4 N 이상의 고순도 Al 을 준비하고, 이들 원료를 수랭 구리제 도가니에 도입하여 1200 ℃ 에서 용해하였다 (유도 용해법). 그 후, 합금화된 용탕을 수랭하지 않은 주형 (몰드) 에 출탕하고, 300 ℃ 까지 냉각 속도 15 ℃/min 으로 냉각시키고, 순도 5 N 이상의 고순도 구리 합금 잉곳을 얻었다.

이와 같이 하여 얻은 스퍼터링 타깃에 대해, 타깃면 내의 결정입경, 합금 조성, 도전율, 비커스 경도를 측정하였다. 각 측정 조건은 실시예 1 과 동일하게 하였다. 측정은 타깃 평면 방향에서 동심원상으로 9 점 실시하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 타깃의 성분 조성은 Cu-4.0 at％ Mn-3.0 at％ Al 이고, 결정입경의 편차는 6.30 ㎛, 합금 조성의 편차는 Mn 이 28 ％, Al 이 27 ％, 도전율의 편차가 2.16 ％IACS, 비커스 경도의 편차가 4.68 Hv 로, 편차가 커서 균일성이 열등한 타깃이 되었다.

다음으로, 이 타깃을 사용하여 Si 기판 상에 두께 약 500 ㎚ 까지 스퍼터 성막하고, 그 막의 균일성 (유니포미티) 을 측정하였다. 그 결과, 5.41 ％ 로, 전술한 실시예에 비해 막 두께 균일성이 열등하여, 균일한 시드층을 형성할 수 없었다.

산업상 이용가능성

본 발명은, 스퍼터 성막 특성이 우수한 구리 합금 스퍼터링 타깃에 의해, 구리 전기 도금시에 응집이 없어 안정적이며 균일한 시드층을 형성시킬 수 있기 때문에, 특히 반도체 소자 배선의 형성에 유용하다.

Claims

Mn 을 1.0 ∼ 5.0 at％ 함유하고, Al 을 0.1 ∼ 4.0 at％ 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 구리 합금 스퍼터링 타깃으로서, 상기 스퍼터링 타깃면 내에 있어서 조성의 편차가 20 ％ 이내인 것을 특징으로 하는 구리 합금 스퍼터링 타깃.
제 1 항에 있어서,
상기 스퍼터링 타깃면 내에 있어서, 결정입경의 편차가 6.0 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 구리 합금 스퍼터링 타깃.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 스퍼터링 타깃면 내에 있어서, 도전율의 편차가 0.5 ％IACS 이하인 것을 특징으로 하는 구리 합금 스퍼터링 타깃.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스퍼터링 타깃면 내에 있어서, 비커스 경도의 편차가 3 Hv 이하인 것을 특징으로 하는 구리 합금 스퍼터링 타깃.
Cu, Mn 및 Al 각각의 원료를 준비하고, 이들 원료를 원하는 합금 조성이 되도록 조정한 후, 유도 용해법으로 진공 분위기하, 1100 ℃ 이상의 온도에서 용해하여 합금화하고, 다음으로, 합금화된 용탕을 주형에 주입하고, 그 후, 300 ℃ 까지 30 ℃/min 이상의 냉각 속도로 냉각시키고, 이로써 얻어진 잉곳의 표면층을 제거하고, 그 후, 열간 단조, 열간 압연, 냉간 압연, 열처리 공정을 거쳐 스퍼터링 타깃 소재로 하고, 이 타깃 소재를 추가로 기계 가공하여 타깃 형상으로 가공하는 것을 특징으로 하는 구리 합금 스퍼터링 타깃의 제조 방법.