TW201335403A - 高純度銅鉻合金濺鍍靶 - Google Patents

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Abstract

一種高純度銅鉻合金濺鍍靶，其含有0.1~10wt%之Cr，剩餘部分為Cu及不可避免之雜質，其特徵在於：於該靶表面中，對隨機選取之5個部位的100μm見方範圍之Cr析出粒子數進行計數，經計數之Cr析出粒子最多的部位與最少部位之計數數的差未達40個。其中，此情形之Cr析出粒子係指Cr含量為70%以上、粒子之大小為1~20μm的粒子。如上述般，藉由於銅中添加適量之Cr元素，並使濺鍍靶之面內的Cr量之不均減少，可形成均勻性(Uniformity)優異之薄膜。特別是可提供一種適用於用以提高發展微細化、高積體化之半導體製品之良率或信賴性的高純度銅鉻合金濺鍍靶。

Description

高純度銅鉻合金濺鍍靶
本發明提供一種適用於用以形成半導體用銅合金配線，特別是可形成均勻性(Uniformity)優異之薄膜的高純度銅鉻合金濺鍍靶。
於先前，使用Al合金(比電阻為3.0μΩ‧cm左右)作為半導體元件之配線材料，但隨著配線之微細化，電阻更低之銅配線(比電阻為2.0μΩ‧cm左右)被實用化。作為銅配線之形成製程，一般進行下述製程：於配線或配線溝中形成Ta或TaN等之擴散障壁層後，對銅進行濺鍍成膜。銅通常係將純度為4N(不計氣體成分)左右的電解銅作為粗金屬，藉由濕式或乾式的高純度化製程而製造5N~6N的高純度銅，將其用作濺鍍靶。
如上所述，作為半導體用配線，銅非常有效，但銅本身是非常具有活性的金屬且容易擴散，從而產生污染半導體Si基板或者通過其上之絕緣膜而污染Si基板或其周圍此問題。特別是隨著配線之微細化，僅是形成先前之Ta或TaN擴散障壁層並不充分，亦要求銅配線材其本身之改良。因此，迄今為止提出了下述具備自我擴散抑制功能(耐電遷移)之銅合金作為銅配線材，該銅合金係：於銅(Cu)中添加錳(Mn)或鉻(Cr)，Cu合金中之Mn或Cr與絕緣膜之氧反應而以自我形成的方式形成障壁層。
上述半導體用銅合金配線係使用銅鉻合金或銅錳合金濺鍍靶而形成，但隨著發展半導體裝置之微細化、高密度化、高積體化，及配線層之微細化、多層化，產生於先前並不成為問題之下述問題：配線層之 膜厚或片電阻中之面內不均會對由晶圓而得之晶片(製品)的產率產生影響。因此，正需求可形成不均較少之薄膜(配線)的銅合金濺鍍靶。
本案發明係特別著眼於高純度銅鉻合金濺鍍靶之發明，若介紹相關連之習知技術，則如下所述。
於專利文獻1中記載了一種低氧高密度Cu/Cr濺鍍靶之製造方法，其係將把粒度控制於約20μm~約150μm之範圍的Cu粉末與把粒度控制於約20μm~約150μm之範圍的Cr粉末混合，並藉由形成總含氧量為未達900ppm之混合粉末的步驟及對該粉末以成為理論密度之至少90%的方式進行至少歷經1小時之壓縮的步驟來進行製造。然而，於該文獻1中，並未有關於Cr之分散性及雜質之問題的記載。
於專利文獻2中記載了一種電極膜形成用Cu系濺鍍靶及其製造方法，以及Cu系電極膜，其係於以Cu為主體之基質中分散有不固溶於該基質之過渡金屬元素相(例如，Cr、Co、Mo、W、Fe、Nb、V)，且於實施例中有Cu-10at%Cr之靶的例子。然而，於該文獻2中，並未有關於Cr之分散性及雜質之問題的記載。
於專利文獻3中記載了一種高密度濺鍍靶之製造方法，其係由容積密度為理論值之30%~50%、半徑相對於厚度之比至少為5的壓縮靶素材之Cr-Cu合金構成。然而，於該文獻3中，並未有關於Cr之分散性及雜質之問題的記載。
於專利文獻4中記載了一種材料，其係用於由Cu大於90原子%之銅合金所製得之導電線者，該材料係用於由下述銅合金所製得之導電線的材料，上述銅合金含有0.5~10原子%之選自由Ca、Sr、Ba、Sc、Y、鑭、Cr、Ti、Zr、Hf、Si構成之群中之一種或多種元素，及0~5原子%之選自由Mg、V、Nb、Ta、Mo、W、Ag、Au、Fe、B構成之群中之一種或多種元素。然而，於該文獻4中，並未有關於Cr之分散性及雜質之問題的 記載。
於專利文獻5中記載了一種銅濺鍍靶及製造其之方法，該銅濺鍍靶具有非常小之結晶粒徑及高耐電遷移，該銅濺鍍靶係由Cu與下述合金元素構成，該合金元素係合計0.001~10wt%之選自由Al、Ag、Co、Cr、Ir、Fe、Mo、Ti、Pd、Ru、Ta、Sc、Hf、Zr、V、Nb、Y、及希土金屬構成之群中的一個以上之合金元素。然而，於該文獻5中，並未有關於Cr之分散性之問題的記載。
專利文獻6係本案申請人所提出之半導體元件之配線材，記載有一種濺鍍靶，其係用於形成含有0.05~5wt%之Mn且選自Sb、Zr、Ti、Cr、Ag、Au、Cd、In、As之一種或兩種以上之元素的總量為10wtppm以下，剩餘部分為Cu的半導體用銅合金配線之濺鍍靶。
其係於用於提高自我擴散抑制功能方面有所效果，但並非為以使形成於晶圓上之銅合金薄膜的面內不均減少一事為目的者。
於專利文獻7中記載了一種銅合金濺鍍靶及其製造方法，以及半導體元件配線，該銅合金濺鍍靶係Al：0.01~0.5(未達)wt%、Mn：0.25wtppm以下、選自Sb、Zr、Ti、Cr、Ag、Au、Cd、In、As中之一種或兩種以上之元素的總量為1.0wtppm以下的銅合金濺鍍靶。然而，於該文獻7中，並未有關於Cr之分散性之問題的記載。
於專利文獻8中記載了一種銅合金濺鍍靶及半導體元件配線，該銅合金濺鍍靶係Al：0.5~4.0wt%、Si：0.5wt%以下，或Sn：0.5~4.0wt%、Mn：0.5wtppm以下，選自Sb、Zr、Ti、Cr、Ag、Au、Cd、In、As中之一種或兩種以上之元素的總量為1.0wtppm以下的銅合金濺鍍靶。然而，於該文獻8中，並未有關於Cr之分散性之問題的記載。
於上述文獻8中，雖揭示了關於使用有銅鉻合金之半導體元件配線的技術，但其共通點在於並未意識到與該合金中所含有之鉻相關的問題。
專利文獻1：日本特開2001-073127號公報
專利文獻2：日本特開平11-50242號公報
專利文獻3：日本專利第4435386號公報
專利文獻4：日本特表2008-506040號公報
專利文獻5：日本特表2010-502841號公報
專利文獻6：日本特開2006-73863號公報
專利文獻7：國際公開WO2004/083482號公報
專利文獻8：日本特開2009-114539號公報
本發明之課題在於藉由於銅中添加適當量之Cr元素且使濺鍍靶之Cr的面內不均(偏析)減少，來形成均勻性(Uniformity)優異之薄膜。藉此，可使發展微細化、高積體化之半導體產品的良率或可靠性提高。又，提供一種高純度銅鉻合金濺鍍靶，其適用於形成具有自我擴散抑制功能、可有效地防止因活性Cu之擴散所造成之配線周圍之污染且耐電遷移(EM)性、耐蝕性等優異之半導體用銅合金配線。
為了解決上述課題，本發明提供以下發明：
1)一種高純度銅鉻合金濺鍍靶，其含有0.1~10wt%之Cr，剩餘部分為Cu及不可避免之雜質，其特徵在於：於該靶表面中，對隨機選取之5個部位的100μm見方範圍之Cr析出粒子數進行計數，經計數之Cr析出粒子最多的部位與最少的部位之計數數的差未達40個。其中，此情形之Cr析出粒子係指Cr含量為70%以上、粒子之大小為1~20μm的粒子。
2)如上述1)之高純度銅鉻合金濺鍍靶，其中，Na及K之含量分別在5wtppm以下，Fe、Al、Mg之含量分別在1wtppm以下。
3)如上述1)或2)之高純度銅鉻合金濺鍍靶，其中，S及Cl之含量分別在1wtppm以下。
4)如上述1)至3)項中任一項之高純度銅鉻合金濺鍍靶，其中，C及O之含量分別在10wtppm以下。
5)如上述1)至4)項中任一項之高純度銅鉻合金濺鍍靶，其中，U及Th之含量分別在1wtppb以下。
本發明之高純度銅鉻合金濺鍍靶藉由於銅中添加適量之Cr元素且使濺鍍靶之Cr的面內不均(偏析)減少，而可形成膜厚均勻性(Uniformity)優異之薄膜，藉此，可使發展微細化、高積體化之半導體產品的良率或可靠性提高。又，具有下述優異之效果：具有自我擴散抑制功能、可有效地防止因活性Cu之擴散所造成之配線周圍之污染，並可使耐電遷移(EM)性、耐蝕性等提高。
圖1：說明計數Cr析出粒子數之原理的圖。
圖2：表示高純度銅鉻合金濺鍍靶之代表性製程的圖。
圖3：實施例及比較例之靶表面組織的照片。
圖4：表示實施例及比較例之靶的機械加工面之圖。
於本發明中，理想的是將高純度銅鉻合金中所含有之Cr設為0.1wt%以上、10wt%以下。若Cr未達0.1wt%，則自我擴散抑制功能變小，若Cr超過10wt%，則電阻增大，作為半導體用銅合金配線之功能降低，因此欠佳。更佳的是含有0.1~5wt%之Cr的銅合金。
又，本發明之高純度銅鉻合金濺鍍靶之較大的特徵點之一， 係提供下述靶：於靶表面中，對隨機選取之5個部位的100μm見方範圍之Cr析出粒子數進行計數，經計數之Cr析出粒子最多的部位與最少部位之計數數的差未達40個。此係使靶中之Cr偏析顯著減少之結果。於圖1中表示說明計數Cr析出粒子數之原理的圖。
再者，此情形之Cr析出粒子係指Cr含量為70%以上、粒子之大小為1~20μm的粒子。由於Cr析出粒子有時會有形成為與周圍之Cu或氧結合的粒子之情形，故Cr偏析成為問題係以於上述之粒子中Cr含量為70%以上者為對象。
於上述之粒子中，若粒子之大小未達1μm，則靶中之Cr的偏析不會特別成為問題。又，如於粒子之大小超過20μm者存在之情形，則其本來就會成為偏析的直接原因，故於本發明中，不包含這種靶。因此，本案發明中之粒子的型態係如上所述。
再者，將Na及K之含量分別設為5wtppm以下、將U及Th之含量分別設為1wtppb以下，於為了抑制形成配線時污染週遭的材料(障壁材、基盤等)從而對裝置之性能造成影響方面為有效。又，將Fe、Al、Mg之含量分別設為1wtppm以下、將S及Cl之含量分別設為1wtppm以下、將C及O之含量分別設為10wtppm以下，於為了降低藉由濺鍍而形成之膜的電阻方面為有效。本案發明包含該等。
又，雖然於本發明中為附加之要件，但較理想為將該靶表面中之維氏硬度的面內不均(CV值)設為15%以下。再者，CV值係利用(標準偏差÷平均值)×100(%)而算出。
若靶表面中之維氏硬度的面內不均超過15%，則因為成膜速度之變動或Cr之濺鍍率的變動會增加，故不佳之情形較多。因此，可說是較理想為將維氏硬度的面內不均設為15%以下。再者，維氏硬度之平均值為60~95Hv。
可使其含有0.1wtppm以上10wtppm以下之選自B、P、Mn、Ni、Sb、As中之一種成分以上的元素。該等之添加元素可使結晶組織之均勻性提高。由於未達0.1wtppm之添加量，則無添加之效果，超過10wtppm之添加量則藉由濺鍍而形成之膜的電阻變得過高，故不佳，因此設為上述添加量。
又，於本發明中，高純度銅鉻合金濺鍍靶之製造係於碳坩堝(坩堝)內放入純度為6N以上之高純度銅與純度為5N以上之添加元素鉻而進行熔解。或者亦可預先於碳坩堝(坩堝)內使純度為6N以上之高純度銅熔解，以成為目標成分組成的方式於其中添加具有5N以上之純度的鉻。代表之製程示於圖2。
對以上述方法而得的合金進行鑄造，可獲得Cr為0.1~10wt%之高純度銅鉻合金鑄錠。之後，以特定之鍛造比對該銅鉻合金鑄錠進行熱鍛造，之後，以特定之軋縮率進行壓延而獲得壓延板。
進一步，以特定之溫度及時間對其進行熱處理。之後，將其接合於支持板並進行精加工，製造由上述高純度銅鉻合金所製作而成之濺鍍靶組裝體。
[實施例]
其次，基於實施例而對本發明進行說明。以下所示之實施例是為了容易理解，本發明並不受此等實施例限制。亦即，基於本發明之技術思想的變形及其他實施例當然包含於本發明中。
(實施例1)
於實施例1中，使用碳坩堝(坩堝)將純度為6N之高純度銅(Cu)35kg於高真空環境中熔解(熔解溫度：1100℃以上)。又，調整純度為5N之高純度鉻(Cr)量並投入至銅之熔液中。將Cr量調整為0.27wt%。
投入上述Cr並進行熔解後，將該銅鉻合金之熔液於高真空環境中澆鑄 至水冷卻銅鑄模中而獲得鑄錠(鑄錠形狀：174×113mmH)。
接著，去除製得之鑄錠的表面層後，進行鍛造(溫度800~900℃)，製成鑄錠形狀262×50mmH。之後，進行熱壓延(溫度800~900℃)，從而製成12mmH。進一步，進行熱處理(溫度800~900℃)，將其進行水冷卻從而製成靶素材。藉由機械加工將其加工成直徑330mm、厚度為7mm之靶。
將Cr組成、熱處理溫度、冷卻條件等示於表1。表1中之熱處理溫度係表示壓延步驟後之熱處理的溫度，冷卻條件係自上述壓延步驟後之熱處理中以特定時間、溫度保持結束後至室溫為止進行冷卻時的條件。
再者，於表1中之空氣冷卻係指於大氣中之冷卻，水冷卻則是指以於常溫之水進行冷卻之情形。大氣中之溫度或水溫的程度雖想要0℃~35℃左右之常識上的溫度範圍，但即便於超過此範圍之情形時，由於水冷卻與空氣冷卻具有很大的差異，故不會特別成為問題。
接著，藉由上述圖1所示之方法，針對實施例1之靶計數Cr析出粒子數。同樣將該結果示於表1。如表1所示，Cr析出粒子數之不均(最多與最少之差)為2個。又，將靶表面之組織的照片示於圖3，將靶之研磨面示於圖4。可確認到靶表面之Cr粒子之個數較少。又，於表面之外觀照片中，亦未發生Cr偏析所造成之加工表面的「不均」，皆為良好的結果。
接著，作為藉由濺鍍而形成之薄膜的膜品質評價，係使氧化矽被覆於300mm之單晶矽晶圓上後，以下述濺鍍條件對實施例1之靶進行濺鍍而形成厚度600nm的薄膜，測定顆粒之產生數(最大數)及所形成之薄膜的片電阻值，算出其膜厚均勻性(Uniformity)。同樣將其結果示於表1。均勻性係測定形成於晶圓上之薄膜的任意49點並自其平均值與標準偏差算出而求得之[(49點之片電阻值之標準偏差)÷(49點之片電阻值之平均值)×100(%)]。
(濺鍍條件)
裝置：Applied Materials公司製造之Endura
電源：直流方式
電力：40kW
極限真空度：5×10-6Pa
環境氣體組成：Ar
濺鍍氣壓：55Pa
濺鍍時間：6秒
如表1所示，於實施例1中，顆粒之產生數為28個(最大數)，又，使用靶而形成之薄膜的膜厚均勻性(膜電阻分布)成為4.1%。即便持續長時間的濺鍍，膜厚均勻性(Uniformity)亦顯示為良好的結果。再者，顆粒之評價係於經使用該靶濺鍍成膜之晶圓，藉由KLA-Tencor公 司製造之Surfscan來對晶圓上之顆粒進行計數。進行計數之顆粒的尺寸係設為0.2μm以上。
接著，關於實施例1之靶，將分析數據示於表2。由此表2可以明瞭，可確認到：雜質量少，可獲得高純度銅鉻合金靶。
(實施例2)
於實施例2中，與實施例1同樣地使用碳坩堝(坩堝)將純度為6N之高純度銅(Cu)35kg於高真空環境中熔解(熔解溫度：1100℃以上)。又，調整純度為5N之高純度鉻(Cr)量並投入至銅之熔液中。將Cr量調整為10wt%。
投入上述Cr並進行熔解後，將該銅鉻合金之熔液於高真空環境中澆鑄至水冷卻銅鑄模中而獲得鑄錠(鑄錠形狀：174×113mmH)。
接著，去除製得之鑄錠的表面層後，進行鍛造(溫度800~900℃)，製成鑄錠形狀262×50mmH。之後，進行熱壓延(溫度800~900℃)，從而製成12mmH。進一步，進行熱處理(溫度800~900℃)，將其進行水冷卻從而製成靶素材。藉由機械加工將其加工成直徑330mm、厚度為7mm之靶。將Cr組成、熱處理溫度、冷卻條件等示於表1。
接著，藉由上述圖1所示之方法，針對實施例2之靶計數Cr析出粒子數。同樣將該結果示於表1。如表1所示，Cr析出粒子數之不均(最多與最少之差)為27個。又，將靶表面之組織的照片示於圖3，將靶之研磨面示於圖4。可確認到雖然靶表面之Cr粒子之個數稍微比實施例1多，但與下述之比較例相比，卻明顯較少。又，於表面之外觀照片中，亦未發生Cr偏析所造成之加工表面的「不均」，皆為良好的結果。
接著，作為藉由濺鍍而形成之薄膜的膜品質評價，使氧化矽被覆於300mm之單晶矽晶圓上後，以與實施例1相同的濺鍍條件對實施例2之靶進行濺鍍而形成厚度600nm的薄膜，測定顆粒之產生數(最大數)及所形成之薄膜的片電阻值，算出其膜厚均勻性(Uniformity)。同樣將其結果示於表1。均勻性係測定形成於晶圓上之薄膜的任意49點並自其平均值與標準偏差算出而求得之[(49點之片電阻值之標準偏差)÷(49點之片電阻值之平均值)×100(%)]。
如表1所示，於實施例2中，顆粒之產生數為41個(最大數)，又，使用靶而形成之薄膜的膜厚均勻性(膜電阻分布)成為3.6%。即便持續長時間的濺鍍，膜厚均勻性(Uniformity)亦顯示為良好的結果。
接著，關於實施例2之靶，將分析數據示於表2。由此表2可以明瞭，可確認到：雜質量少，可獲得高純度銅鉻合金靶。
(實施例3)
於實施例3中，與實施例1同樣地使用碳坩堝(坩堝)將純度為6N之高純度銅(Cu)35kg於高真空環境中熔解(熔解溫度：1100℃以上)。又，調整純度為5N之高純度鉻(Cr)量並投入至銅之熔液中。將Cr量調整為0.1wt%。
投入上述Cr並進行熔解後，將該銅鉻合金之熔液於高真空環境中澆鑄至水冷卻銅鑄模中而獲得鑄錠(鑄錠形狀：174×113mmH)。
接著，去除製得之鑄錠的表面層後，進行鍛造(溫度800~900℃)，製成鑄錠形狀262×50mmH。之後，進行熱壓延(溫度800~900℃)，從而製成12mmH。進一步，進行熱處理(溫度800~900℃)，將其進行水冷卻從而製成靶素材。藉由機械加工將其加工成直徑330mm、厚度為7mm之靶。將Cr組成、熱處理溫度、冷卻條件等示於表1。
接著，藉由上述圖1所示之方法，針對實施例3之靶計數Cr析出粒子數。同樣將該結果示於表1。如表1所示，Cr析出粒子數之不均(最多與最少之差)為7個。又，將靶表面之組織的照片示於圖3，將靶之研磨面示於圖4。可確認到雖然靶表面之Cr粒子之個數稍微比實施例1多，但與下述之比較例相比，卻明顯較少。又，於表面之外觀照片中，亦未發生Cr偏析所造成之加工表面的「不均」，皆為良好的結果。
接著，作為藉由濺鍍而形成之薄膜的膜品質評價，使氧化矽被覆於300mm之單晶矽晶圓上後，以與實施例1相同的濺鍍條件對實施 例3之靶進行濺鍍而形成厚度600nm的薄膜，測定顆粒之產生數(最大數)及所形成之薄膜的片電阻值，算出其膜厚均勻性(Uniformity)。同樣將其結果示於表1。均勻性係測定形成於晶圓上之薄膜的任意49點並自其平均值與標準偏差算出而求得之[(49點之片電阻值之標準偏差)÷(49點之片電阻值之平均值)×100(%)]。
如表1所示，於實施例3中，顆粒之產生數為26個(最大數)，又，使用靶而形成之薄膜的膜厚均勻性(膜電阻分布)成為3.4%。即便持續長時間的濺鍍，膜厚均勻性(Uniformity)亦顯示為良好的結果。
接著，關於實施例3之靶，將分析數據示於表2。由此表2可以明瞭，可確認到：雜質量少，可獲得高純度銅鉻合金靶。
(實施例4)
於實施例4中，與實施例1同樣地使用碳坩堝(坩堝)將純度為6N之高純度銅(Cu)35kg於高真空環境中熔解(熔解溫度：1100℃以上)。又，調整純度為5N之高純度鉻(Cr)量並投入至銅之熔液中。將Cr量調整為5.0wt%。
投入上述Cr並進行熔解後，將該銅鉻合金之熔液於高真空環境中澆鑄至水冷卻銅鑄模中而獲得鑄錠(鑄錠形狀：174×113mmH)。
接著，去除製得之鑄錠的表面層後，進行鍛造(溫度800~900℃)，製成鑄錠形狀262×50mmH。之後，進行熱壓延(溫度800~900℃)，從而製成12mmH。進一步，進行熱處理(溫度800~900℃)，將其進行水冷卻從而製成靶素材。藉由機械加工將其加工成直徑330mm、厚度為7mm之靶。將Cr組成、熱處理溫度、冷卻條件等示於表1。
接著，藉由上述圖1所示之方法，針對實施例4之靶計數Cr析出粒子數。同樣將該結果示於表1。如表1所示，Cr析出粒子數之不均(最多與最少之差)為16個。又，將靶表面之組織的照片示於圖3，將 靶之研磨面示於圖4。可確認到雖然靶表面之Cr粒子之個數稍微比實施例1多，但與下述之比較例相比，卻明顯較少。又，於表面之外觀照片中，亦未發生Cr偏析所造成之加工表面的「不均」，皆為良好的結果。
接著，作為藉由濺鍍而形成之薄膜的膜品質評價，使氧化矽被覆於300mm之單晶矽晶圓上後，以與實施例1相同的濺鍍條件對實施例4之靶進行濺鍍而形成厚度600nm的薄膜，測定顆粒之產生數(最大數)及所形成之薄膜的片電阻值，算出其膜厚均勻性(Uniformity)。同樣將其結果示於表1。均勻性係測定形成於晶圓上之薄膜的任意49點並自其平均值與標準偏差算出而求得之[(49點之片電阻值之標準偏差)÷(49點之片電阻值之平均值)×100(%)]。
如表1所示，於實施例4中，顆粒之產生數為34個(最大數)，又，使用靶而形成之薄膜的膜厚均勻性(膜電阻分布)成為3.7%。即便持續長時間的濺鍍，膜厚均勻性(Uniformity)亦顯示為良好的結果。
接著，關於實施例4之靶，將分析數據示於表2。由此表2可以明瞭，可確認到：雜質量少，可獲得高純度銅鉻合金靶。
(比較例1)
於比較例1中，與實施例1同樣地使用碳坩堝(坩堝)將純度為6N之高純度銅(Cu)35kg於高真空環境中熔解(熔解溫度：1100℃以上)。又，調整純度為5N之高純度鉻(Cr)量並投入至銅之熔液中。將Cr量調整為0.9wt%。此係處於本發明之Cr量的範圍內。
投入上述Cr並進行熔解後，將該銅鉻合金之熔液於高真空環境中澆鑄至水冷卻銅鑄模中而獲得鑄錠(鑄錠形狀：174×113mmH)。
接著，去除製得之鑄錠的表面層後，進行鍛造(溫度800~900℃)，製成鑄錠形狀262×50mmH。之後，進行熱壓延(溫度800~900℃)，從而製成12mmH。進一步，進行熱處理(溫度800~900℃)，將其進 行水冷卻從而製成靶素材。藉由機械加工將其加工成直徑330mm、厚度為7mm之靶。將Cr組成、熱處理溫度、冷卻條件等示於表1。於比較例1進行空氣冷卻。
接著，藉由上述圖1所示之方法，針對比較例1之靶計數Cr析出粒子數。同樣將該結果示於表1。如表1所示，Cr析出粒子數之不均(最多與最少之差)增加為60個。又，將靶表面之組織的照片示於圖3，將靶之研磨面示於圖4。可確認到靶表面之Cr粒子之個數比起實施例，明顯地增加。又，於表面之外觀照片中，亦發生Cr偏析所造成之加工表面的「不均」，皆為不良。
接著，作為藉由濺鍍而形成之薄膜的膜品質評價，使氧化矽被覆於300mm之單晶矽晶圓上後，以與實施例1相同的濺鍍條件對比較例1之靶進行濺鍍而形成厚度600nm的薄膜，測定顆粒之產生數(最大數)及所形成之薄膜的片電阻值，算出其膜厚均勻性(Uniformity)。同樣將其結果示於表1。均勻性係測定形成於晶圓上之薄膜的任意49點並自其平均值與標準偏差算出而求得之[(49點之片電阻值之標準偏差)÷(49點之片電阻值之平均值)×100(%)]。
如表1所示，於比較例1中，顆粒之產生數為152個(最大數)，顯著增加，又，使用靶而形成之薄膜的膜厚均勻性(膜電阻分布)成為9.2%。膜厚均勻性(Uniformity)為不良。
接著，關於比較例1之靶，將分析數據示於表2。由此表2可以明瞭，成為雜質較多之銅鉻合金靶。
(比較例2)
於比較例2中，與實施例1同樣地使用碳坩堝(坩堝)將純度為6N之高純度銅(Cu)35kg於高真空環境中熔解(熔解溫度：1100℃以上)。又，調整純度為5N之高純度鉻(Cr)量並投入至銅之熔液中。將Cr量調整為 12wt%。此係處於本發明之Cr量的範圍以外。
投入上述Cr並進行熔解後，將該銅鉻合金之熔液於高真空環境中澆鑄至水冷卻銅鑄模中而獲得鑄錠(鑄錠形狀：174×113mmH)。
接著，去除製得之鑄錠的表面層後，進行鍛造(溫度800~900℃)，製成鑄錠形狀262×50mmH。之後，進行熱壓延(溫度800~900℃)，從而製成12mmH。進一步，進行熱處理(溫度800~900℃)，將其進行水冷卻從而製成靶素材。藉由機械加工將其加工成直徑330mm、厚度為7mm之靶。將Cr組成、熱處理溫度、冷卻條件等示於表1。於比較例2進行空氣冷卻。
接著，藉由上述圖1所示之方法，針對比較例2之靶計數Cr析出粒子數。同樣將該結果示於表1。如表1所示，Cr析出粒子數之不均(最多與最少之差)增加為53個。又，將靶表面之組織的照片示於圖3，將靶之研磨面示於圖4。可確認到靶表面之Cr粒子之個數比起實施例，明顯地增加。又，於表面之外觀照片中，亦發生Cr偏析所造成之加工表面的「不均」，皆為不良。
接著，作為藉由濺鍍而形成之薄膜的膜品質評價，使氧化矽被覆於300mm之單晶矽晶圓上後，以與實施例1相同的濺鍍條件對比較例2之靶進行濺鍍而形成厚度600nm的薄膜，測定顆粒之產生數(最大數)及所形成之薄膜的片電阻值，算出其膜厚均勻性(Uniformity)。同樣將其結果示於表1。均勻性係測定形成於晶圓上之薄膜的任意49點並自其平均值與標準偏差算出而求得之[(49點之片電阻值之標準偏差)÷(49點之片電阻值之平均值)×100(%)]。
如表1所示，於比較例2中，顆粒之產生數為113個(最大數)，顯著增加，又，使用靶而形成之薄膜的膜厚均勻性(膜電阻分布)成為8.3%。膜厚均勻性(Uniformity)為不良。
接著，關於比較例2之靶，將分析數據示於表2。由此表2可以明瞭，成為雜質較多之銅鉻合金靶。
再者，確認到，即便於調整成上述實施例1~2所記載之Cr量以外的情形中，只要Cr量在0.1~10wt%之範圍內，亦可得到同樣的效果。
產業上之可利用性
本發明係提供高純度銅鉻合金濺鍍靶者，藉由於銅中添加適量之Cr元素且使濺鍍靶之面內Cr的不均減少，來改善利用濺鍍而形成之膜的膜品質。特別是具有可使發展微細化、高積體化之半導體產品的良率或可靠性提高此一優異效果。又，適用於形成「具有自我擴散抑制功能、可有效地防止因活性Cu之擴散所造成之配線周圍之污染，且耐電遷移(EM)性、耐蝕性等優異」之半導體用銅鉻合金配線方面。

Claims (5)

  1. 一種高純度銅鉻合金濺鍍靶，其含有0.1~10wt%之Cr，剩餘部分為Cu及不可避免之雜質，其特徵在於：於該靶表面中，對隨機選取之5個部位的100μm見方範圍之Cr析出粒子數進行計數，經計數之Cr析出粒子最多的部位與最少的部位之計數數的差未達40個；其中，此情形之Cr析出粒子係指Cr含量為70%以上、粒子之大小為1~20μm的粒子。
  2. 如申請專利範圍第1項之高純度銅鉻合金濺鍍靶，其中，Na及K之含量分別在5wtppm以下，Fe、Al、Mg之含量分別在1wtppm以下。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之高純度銅鉻合金濺鍍靶，其中，S及Cl之含量分別在1wtppm以下。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之高純度銅鉻合金濺鍍靶，其中，C及O之含量分別在10wtppm以下。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之高純度銅鉻合金濺鍍靶，其中，U及Th之含量分別在1wtppb以下。
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