TW593707B - Sputtering target - Google Patents
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Description
593707 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（1 ) (發明所屬之技術領域） 本發明係關於一種適用於半導體元件等所使用之c u 配線之障層之形成的濺射靶。 (習知之技術） 近年來’ L S I所代表之半導體工業有急速地進步著 。在高速邏輯等之半導體元件中，隨著進行高積體化，高 信賴性化，高功能化，也逐漸提高被要求於微細加工技術 之精度。隨著此等積體電路之高密度化或高速化，而以 A 1或C u作爲主成分所形成的金屬配線之寬度係逐漸成 爲l/4/zm以下。 另一方面，爲了以高速度動作積體電路，成爲必須減 低A 1配線或C u配線之電阻。一般在習知之配線構造中 ，增加配線厚度來減低配線電阻。但是，在更高積體化， 高密度化之半導體元件中，在使用至今之積層構造時，由 於形成於配線上的絕緣膜之通達範圍性變差，當然元件之 良品率也降低，因此被要求改良配線技術本身。 在此，檢討適用與習知之配線技術不相同D D ( Dualder Machine )配線技術。D D技術爲在事先形成於底 膜之配線槽上，<將成爲配線材之A 1或C u爲主成分的金 屬使用濺射法或C V D法等予以成膜，藉由熱處理〔流平 (re-flow )〕流進槽內，之後利用C Μ P法等除去多餘 之配線金屬之技術。 作爲如上述之配線材料，有電阻率比A 1之C u成爲 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) • 衣. 、11
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4 - 593707 A7 ___ _B7 五、發明説明（3 ) , 然而，使用習知之T a靶來實施偏置濺射時，提高偏 壓對於基板側之際，進行長時間成膜，則電漿成爲不安定 之狀態，結果會發生切斷放電之問題。若此等問題發生在 半導體元件之量產線，則成爲產生多量之不良品，含大幅 地降低半導體元件之製造良品率。 本發明係爲了對於此等課題而所創作者，提供一種將 作爲障層之T a N膜等以偏置濺射法形成時，能在長時間 內實現安定之電漿狀態的濺射靶。 (解決課題所用之手段） 本發明之濺射靶係如申請專利範圍第1項所述地，屬 於高純度T a所構成的濺射靶，其特徵爲：上述高純度 T a係在〇 · 〇〇1〜20 ppm之範圍含有由具有Ag 、A u及C u所選擇之至少一種元素。 本發明之濺射靶係又如申請專利範圍第2項所述地， 由作爲上述靶整體之上述A g、A u及C u所選擇之至少 一種元素之含有量的偏差爲3 0%以內，爲其特徵者。又 ，構成本發明的濺射靶之高純度T a係如申請專利範圍第 3項所述地，作爲雜質元素之Fe、Ni 、Cr、S i 、 A1 、Na及K之合計含有量爲具有lOOppm以下之 純度較理想。 本發明之濺射靶係如申請專利範圍第4項所述地，與 支撑板接合而被使用。本發明之濺射靶係如申請專利範圍 第5項所述地，尤其是適用於形成T a N膜所構成之障層 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 593707 A7 B7_ 五、發明説明（4) 之際者。又，如申請專利範圍第6項所述地，作爲對於 C u或C u合金所構成之配線膜之障層之形成用較理想。 在本發明之濺射靶中，以0 · 〇 〇 1〜2 0 p p m範 圍含有由A g、A u及C u所選擇之至少一種元素於高純 度T a。在此A g、A u及C u係濺射率高，且離子化效 率高之元素，此等元素本體係經離子化而回到靶子，具有 自維持濺射之特性。藉由將具有此等特性之金屬元素爽加 適量於T a靶中，由於T a之離子化被促進，因此，成爲 可將濺射T a靶時之電漿狀態在長時間內安定地維持。 (發明之實施形態） 以下，說明實施本發明所用之形態。 本發明之濺射靶，係在0 · 0 0 1〜2 0 p p m (質 量化）之範圍含有由A g、A u及C u所選擇之至少一種 元素的高純度T a所構成者。若成爲含有所定量如上述之 元素的高純度T a ，則成爲可將T a之偏置濺射時之電漿 狀態加以安定化。 亦即，在S i基板等藉使用T a靶之反應性濺射法來 成膜T a N膜時，由於可提高對於配線槽或孔內之成膜狀 態，因此在基板側適用施加負偏壓之偏置濺射法上有效。 依照偏置濺射，由於可提高濺射粒子（T a N粒子）之直 進性，因此可將T a N膜良好地且均均勻地形成在配線槽 或孔內。 但是，在使用習知之高純度T a靶來實施偏置濺射時 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 593707 A7 B7 五、發明説明（5 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ，若繼續長時間地進行成膜，則電漿陷入極不安定之狀態 ，最後會切斷放電。爲了避免這種電漿狀態之不安定化， 也從T a靶放出T a離子，再增加該T a離子之放出量較 有效。對於此點作各種檢討之結果，發現了由離子化效率 高之A g、A u及C u所選擇之至少一種元素，對於增加 T a離子之發生數有效地作用。 亦即，A g、A u及C u係濺射率高，且離子化效率 高之元素。此等金屬元素係其原子本體被離子化，使得該 產生之金屬離子回到靶子而進行自維持濺射。換言之，具 有利用自維持放電使得濺射繼續之特性。 藉由將具有如上述之自維持放電特性之金屬元素，亦 即由A g、A u及C u所選擇之至少一種含有適量於T a 靶中，即可促進Ta之離子化。換言之，Ag、Au及 C u係具有補助T a之離子化之作用。如此地，藉由促進 T a之離子化，成爲可在長時間內安定地維持濺射T a靶 時之電漿狀態。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 尤其是，即使在基板上施加負電荷（偏壓）時，藉由 以具有自維持放電特性之金屬元素（A g、A u及C u ) 來促進T a之離子化，在長時間內可安定地維持濺射T a 靶時之電漿狀態。 由如上述之A g、A u及C u所選擇之至少一種元素 (以下，稱爲自維持放電性元素）之含有量，係作爲此等 元素之合計含有量以質量比作成0 · 0 0 1〜2 O p pm 之範圍。若自維持放電性元素之合計含有量不足 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公釐） ~ 593707 A7 B7 五、發明説明（7) 3 0 %以內較理想。又，在此所指的自維持放電性元素之 含量之偏差，係表示比較靶各部之Ag、Au及C u之合 計含有量（各元素之微視性含有量之合計）時之偏差者。 如此地，藉由將對於靶整體之A g、A u及C u之合 計含有量之偏差抑制較低，作爲靶整體可促進T a之離子 化，而成爲可更安定化電漿狀態。 又，若將對於靶整體之Ag、Au及C u之合計含有 量之偏差變大，則會降低濺射膜之膜厚的面內均勻性，同 時濺射膜中之A g、A u及C u量會局部地增大，而有上 昇膜之電阻率之虞。由此點，也可知將Ag、Au及Cu 之合計含有量之偏差係作成3 0 %以內較理想。此等金屬 元素之合計含有量之偏差係作成1 5 %以內更理想，而最 理想爲1 0 %以內。 本發明的濺射靶之自維持放電性元素之含有量（A g 、Au&Cu之合計含有量），係表示利用表示以下之方 法所測定之値者。 亦即，如第1圖所示，由例如圓板狀靶之中心部（位 置1 )，及經中心部均等地分割圓周之四條直線上的外周 近旁位置（位置2〜9 )及其一半之距離位置（位置1 0 〜1 7 )分別採取長度1 0 m m，寬度1 〇 m m之測試片 。分別濺定此等1 7點的測試片之A g含有量，a u含有 量，C u含有量，將平均此等之測定値的平均値，作爲 T a靶之Ag含有量，Au含有量，C u含有量。自維持 放電性元素之合計含有量，係表示合計此等各元素之含有 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -10- 593707 A7 ______B7 ___ 五、發明説明（8 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 量之平均値的合計値者。A g量，A u量，C u量係依據 I C P — A E S 法（Inductixely Coupled Plasma-Atomic Emission Spectroscopy )進行測定。 又，靶整體之自維持放電性元素的合計含有量之偏差 ，係表示由上述之1 7點之測試片所求得的A g、A u及 C u之合計含有量之最大値及最小値，依據{(最大値一 最小値）/(最大値+最小値）} X 1 〇 〇之數式所求得 之數値者。 本發明之濺射靶，係如上述地在高純度T a中含有所 定量由A g、A u及C u所選擇之至少一種的自維持放電 性元素爲其特徵者，惟若過度提高構成靶子之高純度T a 之純度位準（除了 A g、A u及C u量的純度），則有電 漿狀態成爲不安定之虞。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 由此’本發明之濺射耙係作爲雜質元素之F e、N i 、Cr、Si 、A1 、Na及K的合計含有量以l〇〇p p m以下之局純度T a所構成較理想。換言之，使用將j? e、Ni 、Cr、S i 、A1 、Na及K之各含有量（質 量％)的合計量由100%所減去之數値〔1〇〇 一（ F e% + N i%+C r%+S i% + A 1% + Na% + K %)〕在99·99〜99·999%之範圍的高純度 T a較理想。 上述之雜質元素之合計含有量超過1 〇 〇 p pm，則 所得到之膜的電阻率變高，例如降低作爲配線膜之特性。 由此，作爲Ta靶中之雜質元素的Fe、Ni 、Cr、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) " ' -11 - 593707 A7 B7 五、發明説明（10) 將如此所得到之T a原材料機械加工成所期望之圓板 狀等，將該圓板與例A 1或C u所構成的支撑板接合。與 支撑板之結合，適用擴散接合或軟焊接合等。擴散接合時 之溫度係作成6 0 °C以下較理想。又，軟焊接合係使用公 知之I η系或S η系統之接合材進行實施。藉將在此所得 到之靶原材料機械加工成所定尺寸，得到本發明之濺射靶 〇 本發明之濺射靶係可使用作爲各種電子元件之配線膜 形成用，惟尤其是適用於對於C u膜或C U合金膜所構成 之配線膜的障層的T a Ν膜之形成。尤其是，在依反應性 濺射法的T a N膜之成膜時，爲了提高濺射粒子（T a N 粒子）之直進性，而在基板側也適用施加負偏壓的偏置濺 射時，本發明之濺射靶係較適當。 作爲本發明之濺射靶所使用之具體性配線構造，有例 如在S i〇2系統的絕緣膜上成膜T a N膜，又在其上面形 成C u配線膜（C u膜或C u合金膜）的C u配線構造。 依照此種C u配線構造，例如適用D D配線技術時可提供 適用之配線膜構造，而在高信賴性下再現性優異地可得到 高密度配線。此乃對於提高超高積體型之半導體元件之製 造良品率有很大貢獻。又，此種C u配線構造係並不被限 定於VL S I等之半導體元件，也可適用於SAW ( Surface Aroustive Ware)元件、T P H ( Thermal Printer Head、L C D (. Liguid Crystsal Device )等各種電子零件。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ：297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13- 593707
A
7 B 五、發明説明（12) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 β驼G CTs σ> I οο CN 8 CO iSSff ϋ ® ^ a\ 〇\ CNi I c<] 8 CO 8 CO g 3 CN § oo s § cn oo g o I <0.001 1 1 <ο.οοι 1 CN 〇· oo 寸· | <〇.〇〇! OS cs 寸’ I <0.001 I <o.ooi I <o.ooi I <o.ooi 1 <〇.〇〇! <ο.οοι 1 <0.001 I <0.001 <0.001 I <0.001 <0.001 <0.001 1 <o.ooi <0.001 I <0.001 I <0.001 1 <ο.οοι 1 ο Ο 1 <〇.〇〇! 1 Ο oo o o CN | <0.001 1 [<0.001 | I <o.ooi I !<〇·〇〇! I 1 <0.001 I 1 <ο.οοι 1 <0.001 <0.001 <0.001 I <0.001 I I <〇.〇〇! I I <0.001 I <0.001 1 <o.ooi I I <o.ooi I <0.001 <0.001 g Ο 1 <ο.οοι 1 1 <ο.οοι 1 wo ο o 5 t-H o <0.001 1 r—1 | <0.001 | | <o.ooi | | <〇.〇〇! | | <〇.〇〇! | 1 <ο.οοι 1 Ι<〇.〇〇1 I l<o.ooi I !<0.00! 1 | <0.001 | | <o.ooi | l<o.ooi I | <0.001 | | <o.ooi | !<〇·〇〇! I [<〇.〇〇! I I <0.001 | Q ο V Ο V Ο V ο V Q o V o V o V o V o V o o V o V O V Ο V ο V 〇 V o V o V 〇 V o V o V 〇 V 〇 8 o V g 8 V 8 8 g 8 8 i—H 8 8 8 8 8 s 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 o ON 8 8 〇 CN r-； 另 〇 - CN 二 〇\ VO oo CN CN1 oo CN oo cn 04 ON wn (N | 二 〇 o U Ο V ο V ν〇 Ο V u 〇 'v 〇 V X? X? IQ o V X? X? o V Ο V ο V X? X? in X? X? 〇 〇a X? X? X? (U 〇 ο V ο V Ο V ο V (D Ο o V o V o V 〇 o V o V 〇 v1 o V o V Ο V ο V 〇 V o V 〇 V 〇 o T—H o o V o V o V o ο V ο V ο V ο o V o V o V 〇 V o V 〇 V o V o V o V ο ο V o V o V o o ON i〇 o o V o o V o V o V ί〇 X? l〇 X? ί〇 to X? l〇 1〇 v〇 o vn CN X? VO X? VO IQ X? to V ο V ο o V o V o V o V o V o V o s V s 沄 V ο (Ν o V 异 (N O s V 8 殳 V o CQ o cn V 沄 V 〇 ο V ο V ν〇 ο V o X? VO »〇 X? o V o V X? ο V ν〇 o 寸 o o V X? X? o V VO X? VO N IQ X? X? X? IQ to irj X? X? X? X? in IQ X? 纭 cn IQ l〇 X? X? X? X? X? X? VQ a ν〇 X? X? ΙΟ ：IQ X? X? UJ X? X? uj X? g IQ X? v〇 X? VQ X? X? X? X? P X? ν〇 X? ν〇 CN (N CN (N (N CN CN v〇 寸 ν X? CN X? X? r-H Oi VO ΰ X? X? X? v〇 X? X? X? X? 安 m X? v〇 X? v〇 v〇 X? X? l〇 X? X? X? g X? X? ν〇 ν〇 X? X? v〇 X? CN X? X? X? X? l〇 IQ VO X? X? VO X? wo IQ VO X? X? X? VQ X? X? X? v〇 g X? X? X? X? X? X? X? X? X? X? X? X? X? X? X? C0 cn 寸 wn VO oo 〇> 〇 二 CN CO m v〇 oo ON s CN CN CO CN CN 辑 f (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -15- 593707
7 B 五、發明説明（1句 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 果一倂表示於表2。又，膜厚之面內均勻性係與上述之參 差的測定方法同樣地，在圓板狀靶之1 7點的位置測定 T a Ν膜之膜厚，表示從其最大値及最小値依據丨（最大 値一最小値）/(最大値+最小値）} X 1 0 0之數式求 得之數値。 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 表2
No Ag,Au,Cu 之 合計含有量 (wtppm) Ag,Au，Cii 含有 量之面內偏差 (%) 放電持 續時間 (sec) TaN膜之膜厚 面內均一性 (%)___ TaN膜之電阻率 (// Ω · cm) 實施例2 1 4 3.7 300 2.1 255 2 5 22.5 291 3.7 257 3 0.6 35.7 213 4.9 265 4 5.1 4.7 300 2.2 255 5 6.8 10.2 299 2.5 256 6 6.6 33.3 211 4.4 260 7 9.2 2.1 300 2.3 256 8 9.1 15.2 295 2.9 257 9 9.3 45.5 203 4.9 266 10 15.4 10.3 297 3.5 260 11 17.7 18.8 298 3.3 258 12 19.1 6.9 291 3.7 257 13 17.4 35.4 201 4.7 263 1 比較例1 14 0.0085 2.4 177 5.8 230 15 49 24.2 192 6.9 319 16 61 44.9 114 10.8 332 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（21 OX 297公釐） 593707 A7 B7 五、發明説明（15) 由表2可知，含有適量之Ag、Au、Cu ，同時抑 制其偏差的本發明之T a濺射靶（試料n ο · 1〜Ν ο . 1 3 )，係具有良好之放電持續特性，又再所得到之丁 a N膜的膜厚面內均勻性與電阻率均優異。 (發明之效果） 如上所述地，依照本發明之濺射靶，在適用於偏置濺 射時，也可安定並持續電漿狀態。因此，藉由使用此種 T a濺射靶，成爲可以安定且良品率優異地形成作爲例如 C u配線膜之障層有效的T a N膜等。 (圖式之簡單說明） 第1圖係表示用以說明本發明的濺射靶之A g、A u 及C u之含有量之測定方法的圖式。 主要元件對照表 1 靶之中心部 2〜9 外周近旁位置 1〇〜1 7 中心部與外周部之一半距離之位置 • 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ _ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) --- 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
Claims (1)
- 593707 A8 B8 C8 D8 屬件 4 A，—， A 买、申請專利範圍 A… I 第90 1 2065 1號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 民國92年8月21日修正 1 . 一種濺射靶，屬於高純度T a所構成的濺射靶， 其特徵爲：上述高純度T a係在Ο · Ο Ο 1〜2 0 p p m 之範圍含有由具有A g、A u及C u所選擇之至少一種元 素；濺射膜的膜厚面內均一性爲4.9% ;由作爲上述靶整體 之上述Ag、A II及Cu所選擇之至少一種元素之含有量 的偏差爲3〇％以內者。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之濺射靶，其中，上 述高純度T a ，係作爲雜質元素之F e、N i、C r、 Si 、A1 、Na及K之合計含有量爲l〇〇ppm以下 者。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之濺射靶，其中，上 述靶係與支撑板接合者。 4 ·如申請專利範圍第1項所述之濺射靶，其中，上 述靶係使用於形成T a N膜所構成之障層之際者。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 ·如申請專利範圍第1項所述之濺射靶，其中，上 述靶係使用於形成對於C u或C u合金所構成之配線膜的 障層之際者。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）
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