TWI539019B - High purity copper - manganese alloy sputtering target - Google Patents
High purity copper - manganese alloy sputtering target Download PDFInfo
- Publication number
- TWI539019B TWI539019B TW101132969A TW101132969A TWI539019B TW I539019 B TWI539019 B TW I539019B TW 101132969 A TW101132969 A TW 101132969A TW 101132969 A TW101132969 A TW 101132969A TW I539019 B TWI539019 B TW I539019B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- copper
- purity
- sputtering target
- particles
- target
- Prior art date
Links
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 title claims description 40
- 229910000914 Mn alloy Inorganic materials 0.000 title claims description 33
- HPDFFVBPXCTEDN-UHFFFAOYSA-N copper manganese Chemical compound [Mn].[Cu] HPDFFVBPXCTEDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 32
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 73
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 52
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 47
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 15
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 67
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 42
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 42
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 21
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 20
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 20
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 13
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 11
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 8
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 8
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 7
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910017566 Cu-Mn Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910017871 Cu—Mn Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- WYEMLYFITZORAB-UHFFFAOYSA-N boscalid Chemical compound C1=CC(Cl)=CC=C1C1=CC=CC=C1NC(=O)C1=CC=CN=C1Cl WYEMLYFITZORAB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003490 calendering Methods 0.000 description 1
- 125000005626 carbonium group Chemical group 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C9/00—Alloys based on copper
- C22C9/05—Alloys based on copper with manganese as the next major constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
- C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
- H01J37/3414—Targets
- H01J37/3426—Material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
- H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Description
本發明係關於一種適合用以形成半導體用銅合金配線之具有適宜的自我擴散抑制功能且可有效地防止活性銅擴散污染配線周圍的高純度銅錳合金，特別是顆粒(particle)產生少的高純度銅錳合金濺鍍靶。
以往，一直使用Al合金(比電阻為3.0 μΩ．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)逐漸實用化。作為銅配線之形成處理，一般係於將Ta或TaN等之擴散障壁層形成在配線或配線溝後，對銅進行濺鍍成膜。對於銅，通常是將純度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處理，製造5N~6N的高純度銅，將其使用作為濺鍍靶。
如上所述，作為半導體用配線而言，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基板或其周圍的問題。特別是隨著配線之微細化，僅僅形成先前之Ta或TaN之擴散障壁層並不充分，亦要求銅配線材本身之改良。因此，迄今為止提出了具有自我擴散抑制功能的銅合金作為銅配線材，該銅合金是於銅(Cu)添加錳(Mn)，Cu-Mn合金中之Mn與絕緣膜之氧反應而自我形成地形成障壁層。
上述半導體用銅合金配線係使用銅錳合金濺鍍靶而形成，但隨著半導體元件之微細化、高密度化、高積體化及配線層之微細化、多層化不斷發展而產生如下的問題：即使是於先前並不會成為問題的微細顆粒，亦會對電路造成影響。因此，於濺鍍中所產生的顆粒控管變嚴格，減少半導體晶圓上之顆粒成為當務之急。
以下列舉Cu-Mn合金濺鍍靶之例。
於專利文獻1記載有一種如下之濺鍍靶：Mn為0.1~20.0 at.%，擴散係數小於Cu本身擴散係數之不可避免的雜質元素的濃度為0.05 at.%以下，剩餘部分由Cu構成。
於專利文獻2記載有一種如下之濺鍍靶：含有0.1~1.0原子%之B及0.1~2.0原子%之Mn及/或Ni作為添加元素，剩餘部分由Cu及不可避免的雜質構成。
於專利文獻3記載有一種如下之濺鍍靶：含有0.1~1.0原子%之B、0.1~2.0原子%之與B顯現為化合物之元素(包括Mn)作為添加元素，剩餘部分由Cu及不可避免的雜質構成。
於專利文獻4記載有一種如下之濺鍍靶：含有合計為0.005~0.5質量%之選自V、Nb、Fe、Co、Ni、Zn、Mg中之群組的1種以上成分與選自Sc、Al、Y、Cr中之群組的1種以上成分，含有0.1~5ppm之氧，剩餘部分由Cu及不可避免的雜質構成。
於專利文獻5記載有一種如下之濺鍍靶：含有超過6莫耳%、20莫耳%以下之氧，更含有合計為0.2~5莫耳%之
Mo、Mn、Ca、Zn、Ni、Ti、Al、Mg及Fe中的1種或2種以上，剩餘部分由Cu及不可避免的雜質構成。
於專利文獻6則記載有一種如下之燒結濺鍍靶材：由Mn、B、Bi或Ge之金屬粉與含有X(包括Cu)、Y之合金粉或燒結金屬形成，含有50%以上之平均粒徑為0.1~300μm之結晶粒，含有氣體量為600ppm以下。
然而，關於以上者，存在如下之問題：對於防止濺鍍中之顆粒之產生而言，未必充分。
另外，作為由本申請人所提出的半導體元件之配線材，記載了含有0.05~5wt%之Mn且選自Sb、Zr、Ti、Cr、Ag、Au、Cd、In、As中1種或2種以上之元素的總量為10wtppm以下，剩餘部分為Cu的用以形成半導體用銅合金配線之濺鍍靶(參照專利文獻7)。
其可有效地用以使自我擴散抑制功能提高，但並未以抑制顆粒產生為目的。
而且，本申請人於以前揭示了一種由Cu-Mn合金構成之半導體用銅合金配線材料(參照專利文獻8)，特別是提出了一種如下之濺鍍靶：含有0.05~20wt%之Mn，且Be、B、Mg、Al、Si、Ca、Ba、La、Ce之合計為500wtppm以下，剩餘部分為Cu及不可避免的雜質。
其亦可有效地用以使自我擴散抑制功能提高，但並未以抑制顆粒產生為目的。
關於顆粒產生之抑制，存在有關於如下之濺鍍靶之記載：含有0.6~30質量%之Mn，金屬系雜質為40ppm以下，
氧為10ppm以下，氮為5ppm以下，氫為5ppm以下，碳為10ppm以下，剩餘部分為Cu(參照專利文獻9)。
然而，其若使靶中所含之雜質含量整體地減少，則可抑制顆粒之產生，但究竟是何種雜質具體地有助於顆粒之產生尚且不明。
專利文獻1：日本專利第4065959號公報
專利文獻2：日本特開2009-97085號公報
專利文獻3：日本特開2010-248619號公報
專利文獻4：日本特開2002-294437號公報
專利文獻5：日本特開2008-311283號公報
專利文獻6：日本特開2009-741127號公報
專利文獻7：日本特開2006-73863號公報
專利文獻8：國際公開第2008/041535號
專利文獻9：日本特開2007-51351號公報
本發明之課題在於藉由將適量之Mn元素添加於銅且限制碳量，以抑制濺鍍時產生顆粒。藉此可良好地形成微細之半導體元件的配線(溝)，且可提升微細化、高積體化不斷發展之半導體產品的產率或可靠性。而且，提供一種具有自我擴散抑制功能且可有效地防止活性Cu擴散污染配線周圍之適合用以形成耐電遷移(EM)性、耐蝕性等優異之半導體用銅合金配線的高純度銅錳合金濺鍍靶。
為了解決上述課題，本發明人等進行潛心研究後，結果發現顆粒之主要成分為碳，靶中所含之碳量與顆粒數有相關關係。而且獲得如下的見解：藉由將適量之Mn元素添
加於銅且限制該碳量，可獲得能使濺鍍時產生之顆粒量顯著減低之適合用以形成半導體用銅合金配線的高純度銅合金濺鍍靶。
本發明基於該知識見解而提供：
1)一種高純度銅錳合金濺鍍靶，含有0.05~20wt%之Mn，C為2wtppm以下，剩餘部分為Cu及不可避免的雜質，對該靶進行濺鍍而於晶圓上成膜時，C或選自Mn、Si、Mg中之至少1種元素或由C與選自Mn、Si、Mg中之至少1種元素構成的化合物之直徑在0.08μm以上的顆粒其數目為平均50個以下。
2)如上述1)之高純度銅錳合金濺鍍靶，其中，直徑在0.08μm以上的顆粒其數目為平均20個以下。
3)一種高純度銅錳合金濺鍍靶，含有0.05~20wt%之Mn，C為2 wtppm以下，剩餘部分為Cu及不可避免的雜質，對該靶進行濺鍍而於晶圓上成膜時，C或選自Mn、Si、Mg中之至少1種元素或由C與選自Mn、Si、Mg中之至少1種元素構成的化合物之直徑在0.20μm以上的顆粒其數目為平均30個以下。
4)如上述3)之高純度銅錳合金濺鍍靶，其中，直徑在0.20μm以上的顆粒其數目為平均10個以下。
本發明之高純度銅錳合金濺鍍靶，係藉由限制碳量，而可抑制濺鍍時產生顆粒，可良好地形成微細之半導體元件之配線(溝)。而且，使用本發明之高純度銅錳合金濺鍍靶所形成的銅合金配線膜具有如下之優異效果：可有效
地防止活性Cu擴散污染配線周圍，使耐電遷移(EM)性、耐蝕性等提高。
本發明之高純度銅錳合金濺鍍靶，如上述，含有0.05~20 wt%之Mn，C為2wtppm以下，剩餘部分為Cu及不可避免的雜質，對該靶進行濺鍍而成膜時，由C或者C及選自Mn、Si、Mg中之至少1種元素構成的直徑在0.08μm以上之顆粒其數目於晶圓上為平均50個以下。
於本發明中，Cu合金所含之Mn宜為0.05wt%以上、20wt%以下。若Mn不足0.05 wt%，則自我擴散抑制功能會變小；若Mn超過20wt%，則電阻會增大，作為半導體用銅合金配線之功能將會降低，因此欠佳。更佳為含有0.5~10wt%之Mn的銅合金。
另外，碳由於會自熔解步驟中之熔解原料及裝置構件混入，因此有時Mn含量會對成為顆粒產生原因之碳量直接造成影響。因此，Mn含量必須準確地控制在上述範圍。
而且，於本發明中，高純度銅錳合金濺鍍靶所含的C(碳)含量較佳在2wtppm以下，更佳在1wtppm以下。靶所含之雜質由於會成為產生顆粒之原因，因此宜盡可能地減少。特別是C(碳)由於會直接影響到高純度銅錳合金靶之濺鍍時產生的顆粒，因此必須充分控管。
而且，於本發明中，直徑為0.20μm以上之顆粒於300mm之晶圓上為平均30個以下，較佳為平均10個以下。而且，直徑為0.08μm以上之顆粒，於300 mm之晶圓上為
平均50個以下，較佳為平均20個以下。藉由抑制顆粒，可良好地形成微細之半導體元件之配線(溝)，可實現微細化、高積體化不斷發展之半導體產品的產率或可靠性之改善。
而且，於本發明中，使用高純度銅錳合金濺鍍靶進行濺鍍時所產生的顆粒之各個成分為C(碳)、或者為選自Mn、Si、Mg中之至少1種元素、或者為由C(碳)與選自Mn、Si、Mg中之至少1種元素構成的化合物。於本發明中，該等成分不同的顆粒有時存在1種，又，亦有時存在2種以上。另外，Mn係源自於添加，而Si、Mg則源自於製造靶時所使用之坩堝。
而且，於本發明中，高純度銅錳合金濺鍍靶之製造係於碳坩堝內放入純度為6N以上之高純度銅與純度為5N以上之添加元素錳進行熔解。或者亦可預先於碳坩堝內使純度為6N以上之高純度銅熔解，再以成為目標成分組成的方式於其中添加具有4N純度的錳。
此處，重要的是熔解條件。熔解溫度較佳為1000~1400℃。若不足1000℃，則無法充分進行熔解反應；另一方面，若超過1400℃，則由於會自碳坩堝混入碳，因此欠佳。而且，熔解時間較佳為10~30分鐘。若不足10分鐘，則無法充分進行熔解反應；另一方面，若超過30分鐘，則會混入來自碳坩堝之碳，因此欠佳。
對以上述方式而得的合金進行鑄造，可獲得規定之成分組成的高純度銅錳合金鑄錠。其後，將該銅錳合金鑄錠
以約500~900℃進行熱鍛造，並進行冷軋或視需要以500~900℃進行熱軋而獲得壓延板。當隨著錳量增加而變硬，於冷軋時產生破裂，壓延變困難時進行熱軋。其界限量大約為Mn5%左右，關於該壓延之界限值，因亦取決於壓延量而定，故可任意地選擇，可根據狀況而變更，因此並無特別限制。
將其進一步以300~600℃(熱軋時為500~800℃)進行熱處理。其後，接合於背板，進行精加工，製成由上述高純度銅錳合金所製得之濺鍍靶組裝體。
另外，本領域之技術人員可容易地理解該等製造步驟可根據靶之成分組成、厚度、大小來作適當選擇，並不特別限制於上述數值。
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用以使理解容易者，本發明並不受到該等實施例之限制。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。
(實施例1)
使用碳坩堝將純度為6N之高純度銅(Cu)於高真空環境中熔解。而且，將純度為5N之高純度錳(Mn)投入銅熔液。將Mn量調整為1wt%。
投入該Mn，於1200℃熔解20分鐘後，將該銅錳合金之熔液於高真空環境中澆鑄至水冷卻銅鑄模而獲得鑄錠。其次，除去所製得之鑄錠之表面層而使其成為ψ 160×60t
後，於800℃進行熱鍛造而使其成為ψ 200。其後，進行冷軋，於800℃進行熱軋而使其成為ψ 380×10t。
其次，於600℃進行1小時之熱處理後，對靶整體進行驟冷而製成靶素材。藉由機械加工將其加工為直徑430mm、厚度7mm之靶，藉由擴散接合將其進一步與Cu合金製背板接合而製成濺鍍靶組裝體。
(實施例2)
使用碳坩堝將純度為6N之高純度銅(Cu)於高真空環境中熔解。而且，將純度為5N之高純度錳(Mn)投入銅熔液。將Mn量調整為10wt%。
投入該Mn，於1200℃進行20分鐘之熔解後，將該銅錳合金之熔液於高真空環境中澆鑄至水冷卻銅鑄模而獲得鑄錠。其次，除去所製得之鑄錠之表面層而使其成為ψ 160×60t後，於900℃進行熱鍛造而使其成為ψ 200。其後，進行冷軋，於900℃進行熱軋而使其成為ψ 380×10t。
其次，於600℃進行1小時之熱處理後，對靶整體進行驟冷而製成靶素材。藉由機械加工將其加工為直徑430mm、厚度7mm之靶，藉由擴散接合將其進一步與Cu合金製背板接合而製成濺鍍靶組裝體。
(實施例3)
使用碳坩堝將純度為6N之高純度銅(Cu)於高真空環境中熔解。而且，將純度為5N之高純度錳(Mn)投入銅熔液。將Mn量調整為1wt%。
投入該Mn，於1200℃進行20分鐘之熔解後，將該銅
錳合金之熔液於高真空環境中澆鑄至水冷卻銅鑄模而獲得鑄錠。其次，除去所製得之鑄錠之表面層而使其成為ψ 160×190t後，於900℃進行熱鍛造而使其成為ψ 200。其後，進行冷軋，於900℃進行熱軋而使其成為ψ 700×10t。
其次，於600℃進行1小時之熱處理後，對靶整體進行驟冷而製成靶素材。藉由機械加工而將其加工為直徑650mm、厚度7mm之靶。進一步將其再加工為直徑430mm、厚度7mm，然後藉由擴散接合將其與Cu合金製背板接合而製成濺鍍靶組裝體。
(實施例4)
使用碳坩堝將純度為6N之高純度銅(Cu)於高真空環境中熔解。而且，將純度為5N之高純度錳(Mn)投入銅熔液。將Mn量調整為10wt%。
投入該Mn，於1200℃進行20分鐘之熔解後，將該銅錳合金之熔液於高真空環境中澆鑄至水冷卻銅鑄模而獲得鑄錠。其次，除去所製得之鑄錠之表面層而使其成為ψ 160×190t後，於900℃進行熱鍛造而使其成為ψ 200。其後，進行冷軋，於900℃進行熱軋而使其成為ψ 700×10t。
其次，於600℃進行1小時之熱處理後，對靶整體進行驟冷而製成靶素材。藉由機械加工將其加工為直徑650mm、厚度7mm之靶。進一步將其再加工為直徑430mm、厚度7mm，然後藉由擴散接合將其與Cu合金製背板接合而製成濺鍍靶組裝體。
(比較例1)
使用碳坩堝將純度為6N之高純度銅(Cu)於高真空環境中熔解。而且，將純度為5N之高純度錳(Mn)投入銅熔液。將Mn量調整為1wt%。
投入該Mn，於1500℃進行40分鐘之熔解後，將該銅錳合金之熔液於高真空環境中澆鑄至水冷卻銅鑄模而獲得鑄錠。其次，除去所製得之鑄錠之表面層而使其成為ψ 160×60t後，於800℃進行熱鍛造而使其成為ψ 200。其後，進行冷軋，於800℃進行熱軋而使其成為ψ 380×10t。
其次，於600℃進行1小時之熱處理後，對靶整體進行驟冷而製成靶素材。藉由機械加工將其加工為直徑430mm、厚度7mm之靶，藉由擴散接合將其進一步與Cu合金製背板接合而製成濺鍍靶組裝體。
(比較例2)
使用碳坩堝將純度為6N之高純度銅(Cu)於高真空環境中熔解。而且，將純度為5N之高純度錳(Mn)投入銅熔液。將Mn量調整為10wt%。
投入該Mn，於1500℃進行40分鐘之熔解後，將該銅錳合金之熔液於高真空環境中澆鑄至水冷卻銅鑄模而獲得鑄錠。其次，除去所製得之鑄錠之表面層而使其成為ψ 160×60t後，於900℃進行熱鍛造而使其成為ψ 200。其後，進行冷軋，於900℃進行熱軋而使其成為ψ 380×10t。
其次，於600℃進行1小時之熱處理後，對靶整體進行驟冷而製成靶素材。藉由機械加工而將其加工為直徑430mm、厚度7mm之靶，藉由擴散接合而將其進一步與Cu
合金製背板接合而製成濺鍍靶組裝體。
(比較例3)
使用碳坩堝將純度為6N之高純度銅(Cu)於高真空環境中熔解。而且，將純度為5N之高純度錳(Mn)投入銅熔液。將Mn量調整為10wt%。
投入該Mn，於1500℃進行40分鐘之熔解後，將該銅錳合金之熔液於高真空環境中澆鑄至水冷卻銅鑄模而獲得鑄錠。其次，除去所製得之鑄錠之表面層而使其成為ψ 160×190t後，於900℃進行熱鍛造而使其成為ψ 200。其後，進行冷軋，於900℃進行熱軋而使其成為ψ 700×10t。
其次，於600℃進行1小時之熱處理後，對靶整體進行驟冷而製成靶素材。藉由機械加工將其加工為直徑650mm、厚度7mm之靶。進一步將其再加工為直徑430mm、厚度7mm，然後藉由擴散接合將其與Cu合金製背板接合而製成濺鍍靶組裝體。
(比較例4)
使用碳坩堝將純度為6N之高純度銅(Cu)於高真空環境中熔解。而且，將純度為5N之高純度錳(Mn)投入銅熔液。將Mn量調整為10wt%。
投入該Mn，於1500℃進行40分鐘之熔解後，將該銅錳合金之熔液於高真空環境中澆鑄至水冷卻銅鑄模而獲得鑄錠。其次，除去所製得之鑄錠之表面層而使其成為ψ 160×190t後，於900℃進行熱鍛造而使其成為ψ 200。其後，進行冷軋，於900℃進行熱軋而使其成為ψ 700×10t。
其次，於600℃進行1小時之熱處理後，對靶整體進行驟冷而製成靶素材。藉由機械加工將其加工為直徑650mm、厚度7mm之靶。進一步將其再加工為直徑430mm、厚度7mm，然後藉由擴散接合將其與Cu合金製背板接合而製成濺鍍靶組裝體。
作為高純度銅合金濺鍍靶之評價，於300mm之單晶矽晶圓上包覆氧化矽後，於下述濺鍍條件下形成厚度為600nm之薄膜，調查此時所產生之顆粒。顆粒使用KLA-Tencor公司之顆粒計數器，對晶圓面進行計量，設為20枚晶圓之平均值。將實施濺鍍之顆粒(0.20μm以上、0.08μm以上之顆粒)產生率的比較結果示於表1。
(濺鍍條件)
裝置：Applied Materials公司製造之Endura
電源：直流方式
功率：40 kW
到達真空度：5×10-6 Pa
環境氣體組成：Ar
濺鍍氣壓：55 Pa
濺鍍時間：6秒
如表1所示，於碳量為1wtppm之情形時(實施例1、3)，於實施例1與實施例3中，顆粒產生率分別為平均2.2個、2.3個(直徑為0.20μm以上之顆粒)與分別為平均9.9個、10.2個(直徑為0.08μm以上之顆粒)。
而且，於碳量為2wtppm之情形時(實施例2、4)，於實施例2與實施例4中，顆粒產生率分別為平均5.4個、5.3個(直徑為0.20μm以上之顆粒)與分別為平均12.1個、11.9個(直徑為0.08μm以上之顆粒)。
相對於此，於碳量為5wtppm之情形時(比較例1、3)，於比較例1與比較例3中，顆粒產生率分別為平均37.3個、39.8個(直徑為0.20μm以上之顆粒)與分別為平均98.6個、109.2個(直徑為0.08μm以上之顆粒)。
而且，於碳量為10wtppm之情形時(比較例2、4)，
於比較例2與比較例4中，顆粒產生率分別為平均42.7個、52.3個(直徑為0.20μm以上之顆粒)與分別為平均129.3個、139.2個(直徑為0.08μm以上之顆粒)。
如上所述，於產生顆粒上發現明顯的差異，於碳量為2wtppm以下之情形時，顯示出顆粒顯著減少之良好結果。
而且可知顆粒之產生係取決於碳量，並不取決於靶之大小。
產業上之可利用性
本發明提供一種銅錳合金濺鍍靶，藉由將適量之Mn元素添加於銅且限制碳之量，而可有效地抑制濺鍍時產生顆粒。特別是具有如下之優異效果：可良好地形成微細之半導體元件之配線(溝)，因此可使微細化、高積體化不斷發展之半導體產品之產率或可靠性提高。而且，具有自我擴散抑制功能，可有效地防止活性Cu擴散污染配線周圍，適用於形成耐電遷移(EM)性、耐蝕性等優異的半導體用銅錳合金配線。
Claims (4)
- 一種高純度銅錳合金濺鍍靶，含有0.05~20wt%之Mn，C為2wtppm以下，剩餘部分為Cu及不可避免的雜質，對該靶進行濺鍍而於晶圓上成膜時，C或選自Mn、Si、Mg中之至少1種元素或由C與選自Mn、Si、Mg中之至少1種元素構成的化合物之直徑在0.08μm以上的顆粒其數目為平均50個以下。
- 如申請專利範圍第1項之高純度銅錳合金濺鍍靶，其中，直徑為0.08μm以上的顆粒其數目為平均20個以下。
- 一種高純度銅錳合金濺鍍靶，含有0.05~20wt%之Mn，C為2 wtppm以下，剩餘部分為Cu及不可避免的雜質，對該靶進行濺鍍而於晶圓上成膜時，C或選自Mn、Si、Mg中之至少1種元素或由C與選自Mn、Si、Mg中之至少1種元素構成的化合物之直徑在0.20μm以上的顆粒其數目為平均30個以下。
- 如申請專利範圍第3項之高純度銅錳合金濺鍍靶，其中，直徑在0.20μm以上的顆粒其數目為平均10個以下。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011200228 | 2011-09-14 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201326430A TW201326430A (zh) | 2013-07-01 |
| TWI539019B true TWI539019B (zh) | 2016-06-21 |
Family
ID=47883193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW101132969A TWI539019B (zh) | 2011-09-14 | 2012-09-10 | High purity copper - manganese alloy sputtering target |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20140158532A1 (zh) |
| EP (1) | EP2837710B1 (zh) |
| JP (2) | JPWO2013038962A1 (zh) |
| KR (3) | KR20160030588A (zh) |
| CN (1) | CN103797152A (zh) |
| IL (1) | IL230014A (zh) |
| SG (1) | SG10201607223SA (zh) |
| TW (1) | TWI539019B (zh) |
| WO (1) | WO2013038962A1 (zh) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110123389A1 (en) | 2008-09-30 | 2011-05-26 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | High Purity Copper and Method of Producing High Purity Copper Based on Electrolysis |
| EP3128039B1 (en) * | 2008-09-30 | 2019-05-01 | JX Nippon Mining & Metals Corp. | High-purity copper sputtering target or high-purity copper alloy sputtering target |
| CN103547701B (zh) | 2011-09-14 | 2016-10-05 | 吉坤日矿日石金属株式会社 | 高纯度铜锰合金溅射靶 |
| JPWO2013047199A1 (ja) | 2011-09-30 | 2015-03-26 | Jx日鉱日石金属株式会社 | スパッタリングターゲット及びその製造方法 |
| US9165750B2 (en) | 2012-01-23 | 2015-10-20 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | High purity copper—manganese alloy sputtering target |
| JP2014043643A (ja) * | 2012-08-03 | 2014-03-13 | Kobelco Kaken:Kk | Ｃｕ合金薄膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法 |
| WO2014136673A1 (ja) | 2013-03-07 | 2014-09-12 | Jx日鉱日石金属株式会社 | 銅合金スパッタリングターゲット |
| JPWO2015099119A1 (ja) * | 2013-12-27 | 2017-03-23 | Ｊｘ金属株式会社 | 高純度銅又は銅合金スパッタリングターゲット及びその製造方法 |
| JP6312009B2 (ja) * | 2015-02-12 | 2018-04-18 | 日立金属株式会社 | Ｃｒ−Ｔｉ合金スパッタリングターゲット材およびその製造方法 |
| US10494712B2 (en) | 2015-05-21 | 2019-12-03 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | Copper alloy sputtering target and method for manufacturing same |
| TWI663274B (zh) | 2017-03-30 | 2019-06-21 | 日商Ｊｘ金屬股份有限公司 | Sputtering target and manufacturing method thereof |
| US10760156B2 (en) * | 2017-10-13 | 2020-09-01 | Honeywell International Inc. | Copper manganese sputtering target |
| US11035036B2 (en) | 2018-02-01 | 2021-06-15 | Honeywell International Inc. | Method of forming copper alloy sputtering targets with refined shape and microstructure |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS597462A (ja) * | 1982-07-07 | 1984-01-14 | Fujitsu Ltd | 薄片状銅−マンガン系合金 |
| JP3769761B2 (ja) * | 1994-04-28 | 2006-04-26 | 住友化学株式会社 | アルミニウム合金単結晶ターゲットおよびその製造方法 |
| WO2002020865A1 (fr) * | 2000-09-07 | 2002-03-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Cible de pulverisation au tungstene et son procede de fabrication |
| JP2002294437A (ja) | 2001-04-02 | 2002-10-09 | Mitsubishi Materials Corp | 銅合金スパッタリングターゲット |
| WO2006025347A1 (ja) | 2004-08-31 | 2006-03-09 | National University Corporation Tohoku University | 銅合金及び液晶表示装置 |
| KR100700885B1 (ko) * | 2003-03-17 | 2007-03-29 | 닛코킨조쿠 가부시키가이샤 | 동합금 스퍼터링 타겟트 및 그 제조방법 과 반도체 소자배선 |
| JP2005232509A (ja) * | 2004-02-18 | 2005-09-02 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | Ｍｎ合金スパッタリングターゲットの製造方法及びその製法によるＭｎ合金スパッタリングターゲット |
| JP5068925B2 (ja) * | 2004-09-03 | 2012-11-07 | Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 | スパッタリングターゲット |
| JP4756458B2 (ja) * | 2005-08-19 | 2011-08-24 | 三菱マテリアル株式会社 | パーティクル発生の少ないＭｎ含有銅合金スパッタリングターゲット |
| KR101070185B1 (ko) | 2006-10-03 | 2011-10-05 | Jx닛코 닛세끼 킨조쿠 가부시키가이샤 | 구리-망간 합금 스퍼터링 타겟트 및 반도체 배선 |
| JP5234483B2 (ja) | 2007-06-12 | 2013-07-10 | 三菱マテリアル株式会社 | 密着性に優れた配線下地膜およびこの配線下地膜を形成するためのスパッタリングターゲット |
| JP2009074127A (ja) | 2007-09-20 | 2009-04-09 | Kojundo Chem Lab Co Ltd | 焼結スパッタリングターゲット材およびその製造方法 |
| JP5263665B2 (ja) | 2007-09-25 | 2013-08-14 | 日立金属株式会社 | 配線膜用Ｃｕ合金膜および配線膜形成用スパッタリングターゲット材 |
| JP2010248619A (ja) | 2009-03-26 | 2010-11-04 | Hitachi Metals Ltd | 酸素含有Ｃｕ合金膜の製造方法 |
-
2012
- 2012-09-05 WO PCT/JP2012/072541 patent/WO2013038962A1/ja active Application Filing
- 2012-09-05 CN CN201280044705.2A patent/CN103797152A/zh active Pending
- 2012-09-05 EP EP12831198.2A patent/EP2837710B1/en active Active
- 2012-09-05 KR KR1020167005713A patent/KR20160030588A/ko not_active Application Discontinuation
- 2012-09-05 JP JP2013533626A patent/JPWO2013038962A1/ja active Pending
- 2012-09-05 US US14/235,865 patent/US20140158532A1/en not_active Abandoned
- 2012-09-05 SG SG10201607223SA patent/SG10201607223SA/en unknown
- 2012-09-05 KR KR1020167008017A patent/KR20160040725A/ko active Search and Examination
- 2012-09-05 KR KR1020137034722A patent/KR20140016996A/ko active Application Filing
- 2012-09-10 TW TW101132969A patent/TWI539019B/zh active
-
2013
- 2013-12-18 IL IL230014A patent/IL230014A/en active IP Right Grant
-
2014
- 2014-09-22 JP JP2014192675A patent/JP2015061943A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SG10201607223SA (en) | 2016-10-28 |
| US20140158532A1 (en) | 2014-06-12 |
| KR20160030588A (ko) | 2016-03-18 |
| KR20160040725A (ko) | 2016-04-14 |
| TW201326430A (zh) | 2013-07-01 |
| EP2837710B1 (en) | 2019-05-15 |
| JPWO2013038962A1 (ja) | 2015-03-26 |
| KR20140016996A (ko) | 2014-02-10 |
| EP2837710A4 (en) | 2015-06-03 |
| WO2013038962A1 (ja) | 2013-03-21 |
| CN103797152A (zh) | 2014-05-14 |
| EP2837710A1 (en) | 2015-02-18 |
| JP2015061943A (ja) | 2015-04-02 |
| IL230014A (en) | 2017-06-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI539019B (zh) | High purity copper - manganese alloy sputtering target | |
| TWI409352B (zh) | High purity copper - manganese alloy sputtering target | |
| JP5635188B2 (ja) | 高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲット | |
| JP5420685B2 (ja) | Ｃｕ−Ｍｎ合金スパッタリングターゲット及び半導体配線 | |
| TWI613303B (zh) | 高純度銅鉻合金濺鍍靶 | |
| TWI612157B (zh) | 高純度銅鈷合金濺鍍靶 |