WO2014136673A1 - 銅合金スパッタリングターゲット - Google Patents

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WO2014136673A1
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target
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copper alloy
purity
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富男 大月
長田　健一
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Jx日鉱日石金属株式会社
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    • H01L21/76871—Layers specifically deposited to enhance or enable the nucleation of further layers, i.e. seed layers
    • H01L21/76873—Layers specifically deposited to enhance or enable the nucleation of further layers, i.e. seed layers for electroplating

Definitions

  • the present invention relates to a wiring material for a semiconductor element, particularly a copper alloy sputtering target that can form a stable and uniform seed layer without aggregation during copper electroplating and has excellent sputter deposition characteristics.
  • high purity copper having a purity of 5N to 6N was produced by a wet or dry high purity process using electrolytic copper having a purity of about 4N (excluding gas components) as a crude metal, and this was used as a sputtering target. .
  • the seed layer is an ultrathin film having a thickness of 100 nm or less, and the seed layer is formed with a 6N pure copper target.
  • the uniform formation of the underlayer is important.
  • a uniform film cannot be formed when the copper film is formed by electroplating. For example, defects such as voids, hillocks, and disconnections are formed in the wiring.
  • the present invention provides a copper alloy sputtering target and a target which are capable of forming a stable and uniform seed layer without aggregation during wiring of a semiconductor element, particularly copper electroplating, and having excellent sputter deposition characteristics. It is an object to provide a semiconductor element wiring formed using the same.
  • the present inventors have conducted intensive research, and as a result, by suppressing variation in the composition of the copper alloy sputtering target, voids, hillocks, disconnection, etc. during copper electroplating
  • the present inventors have found that a stable and uniform seed layer having a low specific resistance and having electromigration resistance and oxidation resistance can be formed.
  • the present invention provides the following inventions.
  • the alloyed molten metal is cast into a mold, and then cooled to 300 ° C. at a cooling rate of 30 ° C./min or more, and the surface layer of the ingot thus obtained is removed.
  • a method for producing a copper alloy sputtering target characterized in that a sputtering target material is obtained through hot rolling, cold rolling and heat treatment steps, and the target material is further machined into a target shape.
  • the present invention provides a copper alloy sputtering target and a target that can form a stable and uniform seed layer without agglomeration in the wiring material of a semiconductor element, particularly copper electroplating, and having excellent sputter deposition characteristics. It has the outstanding effect that the formed semiconductor element wiring can be obtained.
  • the copper alloy sputtering target of the present invention has a composition containing 1.0 to 5.0 at% of Mn, 0.1 to 4.0 at% of Al, and the balance of Cu and inevitable impurities.
  • This alloy can effectively prevent agglomeration during plating by containing 0.1 to 4.0 at% of Al. That is, the wettability with the barrier film is improved. If it is less than 0.1 at%, there is no effect of preventing aggregation, and if it exceeds 4.0 at%, there is an increase in resistance in the seed layer, which is not preferable because the resistance of the entire copper wiring becomes high. In addition, when the copper alloy is melted, the oxygen content increases with the increase of Al, so it is necessary to avoid exceeding 4.0 at%.
  • oxidation resistance can be improved by containing 1.0 to 5.0 at% of Mn. If it is less than 1.0 at%, there is no effect of oxidation resistance, and if it exceeds 5.0 at%, the aggregation preventing action is lowered, that is, the wettability with the barrier film is remarkably lowered.
  • a copper alloy sputtering target having such a composition can form a seed layer that is free from aggregation and rich in oxidation resistance during copper electroplating.
  • the copper alloy sputtering target of the present invention is characterized in that the variation in composition is within 20% within the surface of the sputtering target.
  • the variation in composition is determined by measuring the composition at 9 points or 17 points concentrically in the target plane direction, and ⁇ (maximum value of each component content) ⁇ (minimum value of each component content) ⁇ / (each It can be calculated from (average value of component contents) ⁇ 100 (%).
  • the present invention is characterized in that the variation in crystal grain size is 6.0 ⁇ m or less in the plane of the sputtering target.
  • the variation of the crystal grain size can be calculated from the standard deviation of the crystal grain size by measuring the crystal grain size at 9 points or 17 points concentrically in the target plane direction.
  • the variation in crystal grain size obtained in this way is 6.0 ⁇ m or less, so that the film thickness uniformity (uniformity) of the formed thin film can be remarkably improved, and it is stable and uniform even in ultrafine wiring.
  • a seed layer can be formed.
  • the average value of a crystal grain diameter changes with compositions, it is preferable that it is 100 micrometers or less.
  • the present invention is characterized in that, in the sputtering target plane, the average conductivity is 80% IACS or less and the variation in conductivity is 0.5% IACS or less.
  • the variation in conductivity can be calculated from the standard deviation of the conductivity measured at 9 or 17 points concentrically in the plane direction of the sputtering target.
  • the variation in conductivity obtained in this way is 0.5% IACS or less, electrically stable sputtering becomes possible, and the film thickness uniformity (uniformity) of the formed thin film is remarkably improved. Can do.
  • the average value of electrical conductivity changes with compositions, it is preferable that it is 80% IACS or less.
  • the present invention is characterized in that the Vickers hardness variation is 3 Hv or less in the sputtering target plane.
  • the variation in Vickers hardness can be calculated from the standard deviation of the Vickers hardness measured at 9 points or 17 points concentrically in the plane direction of the sputtering target.
  • the variation in Vickers hardness thus obtained is 3 Hv or less, uniform sputter film formation becomes possible, and the film thickness uniformity (uniformity) of the formed thin film can be remarkably improved.
  • the average value of Vickers hardness changes with compositions, it is preferable that it is 350 Hv or less.
  • the copper alloy sputtering target of the present invention can be manufactured, for example, by the following process.
  • First, high purity copper with a purity of 6N or more, high purity Mn with a purity of 4N or more, and high purity Al with a purity of 4N or more are prepared, and after adjusting these raw materials to have a desired alloy composition, an induction melting method is used. In a vacuum atmosphere, it is melted at a temperature of about 1100 ° C. or higher to form a high purity alloy.
  • the alloyed molten metal is cast into a mold to obtain an alloy ingot. At this time, an important point is to appropriately cool the mold (cooling) during casting to increase the cooling rate. Thereby, the composition, crystal grain size, electrical conductivity, strength, etc.
  • the ingot can be made uniform.
  • the cooling rate is preferably 30 ° C./min or higher up to 300 ° C.
  • the manufactured ingot is removed from the surface layer and subjected to hot forging, hot rolling, cold rolling, and heat treatment processes to obtain a sputtering target material.
  • This target material can be further machined into a predetermined shape and bonded to a backing plate to produce a target.
  • Example 1 High purity Cu having a purity of 6N or higher, high purity Mn having a purity of 4N or higher, and high purity Al having a purity of 4N or higher were prepared, and these raw materials were introduced into a water-cooled copper crucible and melted at 1250 ° C. (induction melting method). Thereafter, the molten alloy was poured into a water-cooled mold (mold) and cooled to 300 ° C. at a cooling rate of 30 ° C./min to obtain a high-purity copper alloy ingot having a purity of 5N or more. Next, after making the obtained ingot 180 mm in diameter ⁇ 160 mm in thickness, it was hot forged at 700 ° C.
  • Crystal grain size Line segment method (measurement area 480 ⁇ m ⁇ 361 ⁇ m)
  • Composition analysis ICP-OES (manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd., SPS-3520DD)
  • Conductivity Conductivity meter (manufactured by GE Inspection Technology, Auto Sigma 3000)
  • the measurement was performed at nine points concentrically in the target plane direction. The results are shown in Table 1.
  • the target component composition is Cu-1.9 at% Mn-0.3 at% Al, the crystal grain size variation is 4.30 ⁇ m, the alloy composition variation is Mn 13%, Al 10%, conductivity variation 0.32% IACS and Vickers hardness variation of 2.23 Hv, a target with excellent uniformity was obtained.
  • a film was formed on a Si substrate to a thickness of about 500 nm, and the uniformity (uniformity) of the film was measured. As a result, it was 3.62%, which was excellent in film thickness uniformity compared to the comparative example described later, and a copper alloy sputtering target capable of forming a stable and uniform seed layer could be obtained.
  • Example 2 High purity Cu having a purity of 6N or higher, high purity Mn having a purity of 4N or higher, and high purity Al having a purity of 4N or higher were prepared, and these raw materials were introduced into a water-cooled copper crucible and melted at 1250 ° C. (induction melting method). Thereafter, the alloyed molten metal was poured into a water-cooled mold (mold) and cooled to 300 ° C. at a cooling rate of 50 ° C./min to obtain a high purity copper alloy ingot having a purity of 5N or more. Next, after making the obtained ingot 180 mm in diameter ⁇ 160 mm in thickness, it was hot forged at 700 ° C.
  • the crystal grain size, alloy composition, conductivity, and Vickers hardness in the target plane were measured. Each measurement condition was the same as in Example 1. The measurement was performed at nine points concentrically in the target plane direction. The results are shown in Table 1.
  • the component composition of the target is Cu-2.0 at% Mn-0.8 at% Al
  • the crystal grain size variation is 2.24 ⁇ m
  • the alloy composition variation is Mn 12%, Al 16%
  • a film was formed on a Si substrate to a thickness of about 500 nm, and the uniformity (uniformity) of the film was measured. As a result, it was 3.13%, which was excellent in film thickness uniformity compared to the comparative example described later, and a copper alloy sputtering target capable of forming a stable and uniform seed layer could be obtained.
  • Example 3 High purity Cu having a purity of 6N or higher, high purity Mn having a purity of 4N or higher, and high purity Al having a purity of 4N or higher were prepared, and these raw materials were introduced into a water-cooled copper crucible and melted at 1250 ° C. (induction melting method). Thereafter, the alloyed molten metal was poured into a water-cooled mold (mold) and cooled to 300 ° C. at a cooling rate of 50 ° C./min to obtain a high purity copper alloy ingot having a purity of 5N or more.
  • the obtained ingot 180 mm in diameter ⁇ 160 mm in thickness was hot forged at 800 ° C., and further rolled to 460 mm in diameter ⁇ 24.5 mm in thickness by cold rolling. Then, after heat-processing at 650 degreeC, it quenched and produced the rolled sheet. This was machined into a target having a diameter of 440 mm and a thickness of 16.5 mm, and then joined to an Al alloy backing plate by diffusion bonding, and finished to obtain a sputtering target assembly.
  • the crystal grain size, alloy composition, conductivity, and Vickers hardness in the target plane were measured. Each measurement condition was the same as in Example 1. The measurement was performed at nine points concentrically in the target plane direction. The results are shown in Table 1.
  • the target component composition is Cu-2.1 at% Mn-0.5 at% Al
  • the crystal grain size variation is 2.94 ⁇ m
  • the alloy composition variation is Mn 12%, Al 13%
  • a film was formed on a Si substrate to a thickness of about 500 nm, and the uniformity (uniformity) of the film was measured. As a result, it was 2.99%, which was excellent in film thickness uniformity compared to the comparative example described later, and a copper alloy sputtering target capable of forming a stable and uniform seed layer could be obtained.
  • Example 4 High purity Cu having a purity of 6N or higher, high purity Mn having a purity of 4N or higher, and high purity Al having a purity of 4N or higher were prepared, and these raw materials were introduced into a water-cooled copper crucible and melted at 1200 ° C. (induction melting method). Thereafter, the molten alloy was poured into a water-cooled mold (mold) and cooled to 300 ° C. at a cooling rate of 30 ° C./min to obtain a high-purity copper alloy ingot having a purity of 5N or more.
  • the obtained ingot 220 mm in diameter ⁇ 260 mm in thickness was hot forged at 850 ° C., and further cold rolled to a diameter of 870 mm ⁇ 20 mm in thickness. Then, after heat-processing at 650 degreeC, it quenched and produced the rolled sheet. This was machined into a target having a diameter of 850 mm and a thickness of 16.5 mm, and then joined to an Al alloy backing plate by diffusion bonding and finished to obtain a sputtering target assembly.
  • the crystal grain size, alloy composition, conductivity, and Vickers hardness in the target plane were measured. Each measurement condition was the same as in Example 1. The measurement was performed 17 points concentrically in the target plane direction. The results are shown in Table 1.
  • the component composition of the target is Cu-1.6 at% Mn-0.2 at% Al
  • the crystal grain size variation is 5.23 ⁇ m
  • the alloy composition variation is Mn 10%, Al 8%
  • conductivity variation Of 0.12% IACS and Vickers hardness variation of 1.78 Hv a target with excellent uniformity was obtained.
  • Example 5 High purity Cu having a purity of 6N or higher, high purity Mn having a purity of 4N or higher, and high purity Al having a purity of 4N or higher were prepared, and these raw materials were introduced into a water-cooled copper crucible and melted at 1200 ° C. (induction melting method). Thereafter, the molten alloy was poured into a water-cooled mold (mold) and cooled to 300 ° C. at a cooling rate of 30 ° C./min to obtain a high-purity copper alloy ingot having a purity of 5N or more.
  • the obtained ingot 180 mm in diameter ⁇ 160 mm in thickness was hot forged at 850 ° C., and further rolled to 460 mm in diameter ⁇ 24.5 mm in thickness by cold rolling. Then, after heat-processing at 600 degreeC, it cooled rapidly and the rolled sheet was produced. This was machined into a target having a diameter of 440 mm and a thickness of 16.5 mm, and then joined to an Al alloy backing plate by diffusion bonding, and finished to obtain a sputtering target assembly.
  • the crystal grain size, alloy composition, conductivity, and Vickers hardness in the target plane were measured. Each measurement condition was the same as in Example 1. The measurement was performed at nine points concentrically in the target plane direction. The results are shown in Table 1.
  • the component composition of the target is Cu-4.0 at% Mn-3.0 at% Al
  • the crystal grain size variation is 2.12 ⁇ m
  • the alloy composition variation is Mn 18%
  • conductivity variation Of 0.43% IACS and Vickers hardness variation of 1.95 Hv a target with excellent uniformity was obtained.
  • a film was formed on a Si substrate to a thickness of about 500 nm, and the uniformity (uniformity) of the film was measured. As a result, it was 3.18%, which was excellent in film thickness uniformity compared to the comparative example described later, and a copper alloy sputtering target capable of forming a stable and uniform seed layer could be obtained.
  • the crystal grain size, alloy composition, conductivity, and Vickers hardness in the target plane were measured. Each measurement condition was the same as in Example 1. The measurement was performed at nine points concentrically in the target plane direction. The results are shown in Table 1.
  • the component composition of the target is Cu-1.9 at% Mn-0.3 at% Al
  • the crystal grain size variation is 8.53 ⁇ m
  • the alloy composition variation is Mn 21%, Al 24%
  • conductivity The variation was 1.64% IACS
  • the Vickers hardness variation was 5.64 Hv, and the variation was large and the target was inferior in uniformity.
  • a sputter film was formed on a Si substrate to a thickness of about 500 nm, and the uniformity of the film was measured. As a result, it was 4.85%, which was inferior to the film thickness uniformity as compared with the previous examples, and a uniform seed layer could not be formed.
  • the crystal grain size, alloy composition, conductivity, and Vickers hardness in the target plane were measured. Each measurement condition was the same as in Example 1. The measurement was performed at nine points concentrically in the target plane direction. The results are shown in Table 1.
  • the component composition of the target is Cu-2.0 at% Mn-0.7 at% Al
  • the crystal grain size variation is 7.15 ⁇ m
  • the alloy composition variation is Mn 25%, Al 20%
  • conductivity The variation was 1.89% IACS
  • the Vickers hardness variation was 8.79 Hv, and the variation was large and the target was inferior in uniformity.
  • a sputter film was formed on a Si substrate to a thickness of about 500 nm, and the uniformity of the film was measured.
  • the film thickness uniformity was inferior to 6.01% as compared with the previous examples, and a uniform seed layer could not be formed.
  • the obtained ingot 180 mm in diameter ⁇ 160 mm in thickness was hot forged at 800 ° C., and further rolled to 460 mm in diameter ⁇ 24.5 mm in thickness by cold rolling. Then, after heat-processing at 650 degreeC, it quenched and produced the rolled sheet. This was machined into a target having a diameter of 440 mm and a thickness of 16.5 mm, and then joined to an Al alloy backing plate by diffusion bonding, and finished to obtain a sputtering target assembly.
  • the crystal grain size, alloy composition, conductivity, and Vickers hardness in the target plane were measured. Each measurement condition was the same as in Example 1. The measurement was performed at nine points concentrically in the target plane direction. The results are shown in Table 1.
  • the component composition of the target is Cu-2.2 at% Mn-0.4 at% Al
  • the crystal grain size variation is 9.15 ⁇ m
  • the alloy composition variation is Mn 24%
  • conductivity The variation was 1.53% IACS and the Vickers hardness variation was 6.18 Hv, which was a large variation and was a target with poor uniformity.
  • a sputter film was formed on a Si substrate to a thickness of about 500 nm, and the uniformity of the film was measured.
  • the film thickness was inferior to 5.20% as compared with the above-described example, and a uniform seed layer could not be formed.
  • the obtained ingot 220 mm in diameter ⁇ 260 mm in thickness was hot forged at 850 ° C., and further cold rolled to a diameter of 870 mm ⁇ 20 mm in thickness. Then, after heat-processing at 650 degreeC, it quenched and produced the rolled sheet. This was machined into a target having a diameter of 850 mm and a thickness of 16.5 mm, and then joined to an Al alloy backing plate by diffusion bonding and finished to obtain a sputtering target assembly.
  • the crystal grain size, alloy composition, conductivity, and Vickers hardness in the target plane were measured. Each measurement condition was the same as in Example 1. The measurement was performed 17 points concentrically in the target plane direction. The results are shown in Table 1.
  • the component composition of the target is Cu-1.6 at% Mn-0.2 at% Al
  • the crystal grain size variation is 8.26 ⁇ m
  • the alloy composition variation is Mn 32%
  • Al 26% conductivity
  • the variation was 2.05% IACS
  • the Vickers hardness variation was 8.37 Hv
  • the obtained ingot 180 mm in diameter ⁇ 160 mm in thickness was hot forged at 850 ° C., and further rolled to 460 mm in diameter ⁇ 24.5 mm in thickness by cold rolling. Then, after heat-processing at 600 degreeC, it cooled rapidly and the rolled sheet was produced. This was machined into a target having a diameter of 440 mm and a thickness of 16.5 mm, and then joined to an Al alloy backing plate by diffusion bonding, and finished to obtain a sputtering target assembly.
  • the crystal grain size, alloy composition, conductivity, and Vickers hardness in the target plane were measured. Each measurement condition was the same as in Example 1. The measurement was performed at nine points concentrically in the target plane direction. The results are shown in Table 1.
  • the component composition of the target is Cu-4.0 at% Mn-3.0 at% Al
  • the crystal grain size variation is 6.30 ⁇ m
  • the alloy composition variation is Mn 28%
  • conductivity The variation was 2.16% IACS
  • the Vickers hardness variation was 4.68 Hv, and the variation was large and the target was inferior in uniformity.
  • a sputter film was formed on a Si substrate to a thickness of about 500 nm, and the uniformity of the film was measured.
  • the film thickness was inferior to 5.41% as compared with the above-described example, and a uniform seed layer could not be formed.
  • the present invention is particularly useful for the formation of semiconductor device wiring because a copper alloy sputtering target having excellent sputter deposition characteristics can form a stable and uniform seed layer without aggregation during copper electroplating. is there.

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Abstract

【要約書】Ｍｎを１．０～５．０ａｔ％含有し、Ａｌを０．１～４．０ａｔ％含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成を有する銅合金スパッタリングターゲットであって、前記スパッタリングターゲット面内において組成のばらつきが２０％以内であることを特徴とする銅合金スパッタリングターゲット。本発明は、半導体素子の配線材、特に銅電気メッキの際に凝集がなく、安定で均一なシード層を形成させることができ、かつスパッタ成膜特性に優れた銅合金スパッタリングターゲット及び同ターゲットを用いて形成された半導体素子配線を提供することを課題とする。

Description

銅合金スパッタリングターゲット
　本発明は、半導体素子の配線材、特に銅電気めっきの際に、凝集がなく安定で均一なシード層を形成させることができ、かつスパッタ成膜特性に優れた銅合金スパッタリングターゲットに関する。
 従来、半導体素子の配線材料としてＡｌ（比抵抗：３．１μΩ・ｃｍ程度）が使われてきたが、配線の微細化に伴い、より抵抗の低い銅配線（比抵抗：１．７μΩ・ｃｍ程度）が実用化されてきた。銅配線の形成プロセスとして、配線又は配線溝にＴａやＴａＮなどの拡散バリア層を形成した後、銅を電気メッキすることが多い。この電気メッキを行うために下地層（シード層）として、銅または銅合金をスパッタ成膜することが一般に行われる。従来は、純度４Ｎ（ガス成分抜き）程度の電気銅を粗金属として湿式や乾式の高純度化プロセスによって、５Ｎ～６Ｎの純度の高純度銅を製造し、これをスパッタリングターゲットとして使用していた。
 しかし、銅配線幅が０．１３μｍ以下、例えば９０ｎｍ又は６５ｎｍで、アスペクト比８を超えるような微細配線では、シード層の厚さは１００ｎｍ以下の極薄膜となり、６Ｎ純銅ターゲットでシード層を形成した場合は、凝集がおこってしまって良好なシード層を形成できないという問題があった。このように下地層の均一な形成は重要であり、下地層が凝集した場合、電気メッキで銅膜を形成する際に、均一な膜を形成することができない。例えば、配線中にボイド、ヒロックス、断線などの欠陥を形成してしまう。また、上記のボイド等の欠陥を残さないにしても、この部分で不均一な銅の電着組織を形成してしまうためにエレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性が低下してしまうという問題が発生する。 この問題を解決するためには、銅電気メッキの際に安定で均一なシード層を形成させることが重要であり、スパッタ成膜特性のすぐれたシード層の形成に最適なスパッタリングターゲットが必要となる。
 以前、本出願人は、半導体素子の配線形成用として、適切な量の金属元素を添加することにより、銅電気メッキの際のボイド、ヒロックス、断線などの欠陥の発生を防止でき、比抵抗が低く、かつ耐エレクトロマイグレーション及び耐酸化性を有する銅合金のスパッタリングターゲットを提案した（特許文献１や特許文献２参照）。これらは、銅の低抵抗特性を損なわないで、耐ＥＭ性や耐酸化性を向上させることができるが、近年の更なる微細銅配線に対して、十分均一な膜が得られないという問題があった。
 なお、本願とは直接の関連性はないが、種々の金属元素を微量添加し、さらに酸素含有量を調整した銅合金スパッタリングターゲットを用いて、半導体デバイスの薄膜配線を形成する技術が知られている（特許文献３～５参照）。しかし、いずれの技術においても近年の更に微細化した半導体素子配線に適した均一性の優れた膜を形成させることができる銅合金ターゲットは得られていなかった。
国際公開第２００４／０８３４８２号 国際公開第２００８／０４１５３５号 特開２００２－２９４４３７号公報 特開２００８－３１１２８３号公報 特開２０１０－０５３４４５号公報
 本発明は、半導体素子の配線材、特に銅電気メッキの際に凝集がなく、安定で均一なシード層を形成させることができ、かつスパッタ成膜特性に優れた銅合金スパッタリングターゲット及び同ターゲットを用いて形成された半導体素子配線を提供することを課題とする。
 上記の課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を行った結果、銅合金スパッタリングターゲットの面内における組成ばらつきなどを抑制することにより、銅電気メッキの際のボイド、ヒロックス、断線などの欠陥の発生を防止することができ、比抵抗が低く、かつ、耐エレクトロマイグレーション及び耐酸化性を有している安定で均一なシード層を形成できるとの知見を得た。
　上記の課題を解決するために、本発明は、以下の発明を提供するものである。　
 １）Ｍｎを１．０～５．０ａｔ％含有し、Ａｌを０．１～４．０ａｔ％含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成を有する銅合金スパッタリングターゲットであって、前記スパッタリングターゲット面内において組成のばらつきが２０％以内であることを特徴とする銅合金スパッタリングターゲット、
 ２）前記スパッタリングターゲット面内において、結晶粒径のばらつきが６．０μｍ以下であることを特徴とする上記１）記載の銅合金スパッタリングターゲット、
 ３）前記スパッタリングターゲット面内において、導電率のばらつきが０．５％ＩＡＣＳ以下であることを特徴とする上記１）又は２）記載の銅合金スパッタリングターゲット、
 ４）前記スパッタリングターゲット面内において、ビッカース硬さのばらつきが３Ｈｖ以下であることを特徴とする上記１）～３）のいずれか一に記載の銅合金スパッタリングターゲット、
 ５）Ｃｕ、Ｍｎ及びＡｌそれぞれの原料を用意し、これらの原料を所望の合金組成となるように調整した後、誘導溶解法にて、真空雰囲気下、１１００℃以上の温度で溶解、合金化し、次に、合金化した溶湯を鋳型に鋳込み、その後、３００℃まで３０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却し、これにより得られたインゴットの表面層を除去し、その後、熱間鍛造、熱間圧延、冷間圧延、熱処理工程を経て、スパッタリングターゲット素材とし、このターゲット素材をさらに機械加工してターゲット形状に加工することを特徴とする銅合金スパッタリングターゲットの製造方法、を提供する。
 本発明は、半導体素子の配線材、特に銅電気メッキの際に、凝集がなく安定で均一なシード層を形成させることができ、かつスパッタ成膜特性に優れた銅合金スパッタリングターゲット及び同ターゲットにより形成された半導体素子配線を得ることができるという優れた効果を有する。
ターゲット平面方向で同心円状に９点もしくは１７点の測定箇所□を示す模式図である。 実施例１のターゲットを光学顕微鏡で観察したときの組織画像である。 実施例２のターゲットを光学顕微鏡で観察したときの組織画像である。 実施例３のターゲットを光学顕微鏡で観察したときの組織画像である。 実施例４のターゲットを光学顕微鏡で観察したときの組織画像である。
 本発明の銅合金スパッタリングターゲットは、Ｍｎを１．０～５．０ａｔ％含有し、Ａｌを０．１～４．０ａｔ％含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる組成を有する。本合金は、Ａｌを０．１～４．０ａｔ％含有させることにより、めっきの際の凝集を効果的に防止できる。すなわち、バリア膜との濡れ性を向上させる。
 ０．１ａｔ％未満では凝集防止効果がなく、４．０ａｔ％を超えるとシード層での抵抗増加があり、銅配線全体として抵抗が高くなり好ましくない。また、銅合金製造工程の溶解の際に、Ａｌの増加と共に酸素含有量が増大するので、４．０ａｔ％を超えることは避ける必要がある。
 本発明はＭｎを１．０～５．０ａｔ％含有させることにより、耐酸化性を向上させることができる。１．０ａｔ％未満では、耐酸化性の効果がなく、５．０ａｔ％を超えると、凝集防止作用を低下させる、すなわちバリア膜との濡れ性を著しく低下させてしまうので、好ましくない。
 このような組成を有する銅合金スパッタリングターゲットは、銅電気メッキの際に、凝集がなく、耐酸化性に富むシード層を形成させることができる。
 本発明の銅合金スパッタリングターゲットは、スパッタリングターゲット面内において、組成のばらつきが２０％以内であることを特徴とする。ここで、組成のばらつきは、ターゲット平面方向で同心円状に９点もしくは１７点における組成を測定し、{（各成分含有量の最大値）－（各成分含有量の最小値）}／（各成分含有量の平均値）×１００（％）から算出することができる。このようにして得られた組成のばらつきが２０％以内であることにより、超微細配線においても安定で均一なシード層を形成させることができ、さらに安定したデバイス性能が期待できる。
 また、本発明は、スパッタリングターゲット面内において、結晶粒径のばらつきが６．０μｍ以下であることを特徴とする。ここで、結晶粒径のばらつきは、ターゲット平面方向で同心円状に９点もしくは１７点における結晶粒径を測定し、それらの結晶粒径の標準偏差から算出することができる。このようにして得られた結晶粒径のばらつきが６．０μｍ以下であることにより、形成した薄膜の膜厚均一性（ユニフォーミティ）を著しく向上させることができ、超微細配線においても安定で均一なシード層を形成させることができる。なお、結晶粒径の平均値は、組成によって異なるが、１００μｍ以下であることが好ましい。
 また、本発明は、スパッタリングターゲット面内において、導電率の平均が８０％ＩＡＣＳ以下であり、導電率のばらつきが０．５％ＩＡＣＳ以下であることを特徴とする。ここで、導電率のばらつきは、スパッタリングターゲット平面方向で同心円状に９点もしくは１７点における導電率を測定し、それらの導電率の標準偏差から算出することができる。このようにして得られた導電率のばらつきが０．５％ＩＡＣＳ以下であることにより、電気的に安定したスパッタリングが可能となり、形成した薄膜の膜厚均一性（ユニフォーミティ）を著しく向上させることができる。なお、導電率の平均値は、組成によって異なるが、８０％ＩＡＣＳ以下であることが好ましい。
 また、本発明は、スパッタリングターゲット面内において、ビッカース硬さのばらつきが３Ｈｖ以下であることを特徴とする。ここで、ビッカース硬さのばらつきは、スパッタリングターゲット平面方向で同心円状に９点もしくは１７点におけるビッカース硬さを測定し、それらのビッカース硬さの標準偏差から算出することができる。このようにして得られたビッカース硬さのばらつきが３Ｈｖ以下であることにより、均一なスパッタ成膜が可能となり、形成した薄膜の膜厚均一性（ユニフォーミティ）を著しく向上させることができる。なお、ビッカース硬さの平均値は、組成によって異なるが、３５０Ｈｖ以下であることが好ましい。
 本発明の銅合金スパッタリングターゲットは、たとえば、次の工程によって製造することができる。まず、純度６Ｎ以上の高純度銅、純度４Ｎ以上の高純度Ｍｎ、純度４Ｎ以上の高純度Ａｌを用意し、これらの原料を所望の合金組成となるように調整した後、誘導溶解法にて、真空雰囲気下、約１１００℃以上の温度で溶解し、高純度の合金化する。次に、合金化した溶湯は鋳型（モールド）に鋳込んで合金インゴットを得る。このとき重要な点は、鋳込む際鋳型を適切に水冷（冷却）して冷却速度を上げることである。これにより、インゴットにおける組成、結晶粒径、導電率、強度などを均一にすることができる。冷却速度は３００℃まで３０℃／ｍｉｎ以上とするのが好ましい。その後、製造したインゴットは表面層を除去して、熱間鍛造、熱間圧延、冷間圧延、熱処理工程を経て、スパッタリングターゲット素材とする。このターゲット素材はさらに機械加工により所定の形状とし、バッキングプレートと接合してターゲットを製造することができる。
　次に、実施例に基づいて本発明を説明する。以下に示す実施例は、理解を容易にするためのものであり、これらの実施例によって本発明を制限するものではない。すなわち、本発明の技術思想に基づく変形及び他の実施例は、当然本発明に含まれる。
（実施例１）
　純度６Ｎ以上の高純度Ｃｕ、純度４Ｎ以上の高純度Ｍｎ、純度４Ｎ以上の高純度Ａｌを用意し、これらの原料を水冷銅製坩堝に導入して、１２５０℃で溶解した（誘導溶解法）。その後、合金化した溶湯を水冷した鋳型（モールド）に出湯し、３００℃まで冷却速度３０℃／ｍｉｎで冷却し、純度５Ｎ以上の高純度銅合金インゴットを得た。
　次に、得られたインゴットを直径１８０ｍｍ×厚さ１６０ｍｍとした後、７００℃で熱間鍛造し、さらに冷間圧延で直径４６０ｍｍ×厚さ２４．５ｍｍまで圧延した。その後、６００℃で熱処理した後、急冷して圧延板を作製した。これを機械加工により、直径４４０ｍｍ、厚さ１６．５ｍｍのターゲットに加工した後、Ａｌ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合して、仕上げ加工して、スパッタリングターゲット組立体とした。
　このようにして得たスパッタリングターゲットについて、ターゲット面内の結晶粒径、合金組成、導電率、ビッカース硬さを測定した。測定方法・装置は、以下の通りである。
　　 結晶粒径：線分法（測定面積４８０μｍ×３６１μｍ）
　　 組成分析：ＩＣＰ－ＯＥＳ（株式会社日立ハイテクサイエンス製、ＳＰＳ－３５２０ＤＤ）
　　 導電率：導電率計(ＧＥ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製、Ａｕｔｏ　Ｓｉｇｍａ３０００)
 また、測定は、ターゲット平面方向で同心円状に９点実施した。その結果を表１に示す。ターゲットの成分組成はＣｕ－１．９ａｔ％Ｍｎ－０．３ａｔ％Ａｌであり、結晶粒径のばらつきは４．３０μｍ、合金組成のばらつきはＭｎが１３％、Ａｌが１０％、導電率のばらつきが０．３２％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さのばらつきが２．２３Ｈｖと、これら均一性に優れたターゲットが得られた。
　次に、このターゲットを使用してＳｉ基板上に厚さ約５００ｎｍまで成膜して、その膜の均一性（ユニフォーミティ）を測定した。その結果、３．６２％と、後述する比較例に比べて膜厚均一性に優れており、安定で均一なシード層を形成できる銅合金スパッタリングターゲットを得ることができた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（実施例２）
　純度６Ｎ以上の高純度Ｃｕ、純度４Ｎ以上の高純度Ｍｎ、純度４Ｎ以上の高純度Ａｌを用意し、これらの原料を水冷銅製坩堝に導入して、１２５０℃で溶解した（誘導溶解法）。その後、合金化した溶湯を水冷した鋳型（モールド）に出湯し、３００℃まで冷却速度５０℃／ｍｉｎで冷却し、純度５Ｎ以上の高純度銅合金インゴットを得た。
　次に、得られたインゴットを直径１８０ｍｍ×厚さ１６０ｍｍとした後、７００℃で熱間鍛造し、さらに冷間圧延で直径４６０ｍｍ×厚さ２４．５ｍｍまで圧延した。その後、６００℃で熱処理した後、急冷して圧延板を作製した。これを機械加工により、直径４４０ｍｍ、厚さ１６．５ｍｍのターゲットに加工した後、Ａｌ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合して、仕上げ加工して、スパッタリングターゲット組立体とした。
　このようにして得たスパッタリングターゲットについて、ターゲット面内の結晶粒径、合金組成、導電率、ビッカース硬さを測定した。各測定条件は実施例１と同様とした。測定は、ターゲット平面方向で同心円状に９点実施した。その結果を表１に示す。ターゲットの成分組成はＣｕ－２．０ａｔ％Ｍｎ－０．８ａｔ％Ａｌであり、結晶粒径のばらつきは２．２４μｍ、合金組成のばらつきはＭｎが１２％、Ａｌが１６％、導電率のばらつきが０．２３％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さのばらつきが１.６２Ｈｖと、これら均一性に優れたターゲットが得られた。
　次に、このターゲットを使用してＳｉ基板上に厚さ約５００ｎｍまで成膜して、その膜の均一性（ユニフォーミティ）を測定した。その結果、３．１３％と、後述する比較例に比べて膜厚均一性に優れており、安定で均一なシード層を形成できる銅合金スパッタリングターゲットを得ることができた。
（実施例３）
　純度６Ｎ以上の高純度Ｃｕ、純度４Ｎ以上の高純度Ｍｎ、純度４Ｎ以上の高純度Ａｌを用意し、これらの原料を水冷銅製坩堝に導入して、１２５０℃で溶解した（誘導溶解法）。その後、合金化した溶湯を水冷した鋳型（モールド）に出湯し、３００℃まで冷却速度５０℃／ｍｉｎで冷却し、純度５Ｎ以上の高純度銅合金インゴットを得た。
　次に、得られたインゴットを直径１８０ｍｍ×厚さ１６０ｍｍとした後、８００℃で熱間鍛造し、さらに冷間圧延で直径４６０ｍｍ×厚さ２４．５ｍｍまで圧延した。その後、６５０℃で熱処理した後、急冷して圧延板を作製した。これを機械加工により、直径４４０ｍｍ、厚さ１６．５ｍｍのターゲットに加工した後、Ａｌ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合して、仕上げ加工して、スパッタリングターゲット組立体とした。
　このようにして得たスパッタリングターゲットについて、ターゲット面内の結晶粒径、合金組成、導電率、ビッカース硬さを測定した。各測定条件は実施例１と同様とした。測定は、ターゲット平面方向で同心円状に９点実施した。その結果を表１に示す。ターゲットの成分組成はＣｕ－２．１ａｔ％Ｍｎ－０．５ａｔ％Ａｌであり、結晶粒径のばらつきは２．９４μｍ、合金組成のばらつきはＭｎが１２％、Ａｌが１３％、導電率のばらつきが０．３６％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さのばらつきが２.０３Ｈｖと、これら均一性に優れたターゲットが得られた。
　次に、このターゲットを使用してＳｉ基板上に厚さ約５００ｎｍまで成膜して、その膜の均一性（ユニフォーミティ）を測定した。その結果、２.９９％と、後述する比較例に比べて膜厚均一性に優れており、安定で均一なシード層を形成できる銅合金スパッタリングターゲットを得ることができた。
（実施例４）
　純度６Ｎ以上の高純度Ｃｕ、純度４Ｎ以上の高純度Ｍｎ、純度４Ｎ以上の高純度Ａｌを用意し、これらの原料を水冷銅製坩堝に導入して、１２００℃で溶解した（誘導溶解法）。その後、合金化した溶湯を水冷した鋳型（モールド）に出湯し、３００℃まで冷却速度３０℃／ｍｉｎで冷却し、純度５Ｎ以上の高純度銅合金インゴットを得た。
　次に、得られたインゴットを直径２２０ｍｍ×厚さ２６０ｍｍとした後、８５０℃で熱間鍛造し、さらに冷間圧延で直径８７０ｍｍ×厚さ２０ｍｍまで圧延した。その後、６５０℃で熱処理した後、急冷して圧延板を作製した。これを機械加工により、直径８５０ｍｍ、厚さ１６．５ｍｍのターゲットに加工した後、Ａｌ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合して、仕上げ加工して、スパッタリングターゲット組立体とした。
　このようにして得たスパッタリングターゲットについて、ターゲット面内の結晶粒径、合金組成、導電率、ビッカース硬さを測定した。各測定条件は実施例１と同様とした。測定は、ターゲット平面方向で同心円状に１７点実施した。その結果を表１に示す。ターゲットの成分組成はＣｕ－１．６ａｔ％Ｍｎ－０．２ａｔ％Ａｌであり、結晶粒径のばらつきは５．２３μｍ、合金組成のばらつきはＭｎが１０％、Ａｌが８％、導電率のばらつきが０．１２％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さのばらつきが１.７８Ｈｖと、これら均一性に優れたターゲットが得られた。
　このターゲットは、ターゲット径が大きく、スパッタ装置に装着することができなかったため、スパッタ後の膜の均一性を評価できなかったが、結晶粒径のばらつき、組成のばらつき、導電率のばらつき、ビッカース硬さのばらつきが、他の実施例と同程度であったことから、同様の結果が得られると推測できる。
（実施例５）
　純度６Ｎ以上の高純度Ｃｕ、純度４Ｎ以上の高純度Ｍｎ、純度４Ｎ以上の高純度Ａｌを用意し、これらの原料を水冷銅製坩堝に導入して、１２００℃で溶解した（誘導溶解法）。その後、合金化した溶湯を水冷した鋳型（モールド）に出湯し、３００℃まで冷却速度３０℃／ｍｉｎで冷却し、純度５Ｎ以上の高純度銅合金インゴットを得た。
　次に、得られたインゴットを直径１８０ｍｍ×厚さ１６０ｍｍとした後、８５０℃で熱間鍛造し、さらに冷間圧延で直径４６０ｍｍ×厚さ２４．５ｍｍまで圧延した。その後、６００℃で熱処理した後、急冷して圧延板を作製した。これを機械加工により、直径４４０ｍｍ、厚さ１６．５ｍｍのターゲットに加工した後、Ａｌ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合して、仕上げ加工して、スパッタリングターゲット組立体とした。
　このようにして得たスパッタリングターゲットについて、ターゲット面内の結晶粒径、合金組成、導電率、ビッカース硬さを測定した。各測定条件は実施例１と同様とした。測定は、ターゲット平面方向で同心円状に９点実施した。その結果を表１に示す。ターゲットの成分組成はＣｕ－４．０ａｔ％Ｍｎ－３．０ａｔ％Ａｌであり、結晶粒径のばらつきは２．１２μｍ、合金組成のばらつきはＭｎが１８％、Ａｌが１７％、導電率のばらつきが０．４３％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さのばらつきが１.９５Ｈｖと、これら均一性に優れたターゲットが得られた。
　次に、このターゲットを使用してＳｉ基板上に厚さ約５００ｎｍまで成膜して、その膜の均一性（ユニフォーミティ）を測定した。その結果、３．１８％と、後述する比較例に比べて膜厚均一性に優れており、安定で均一なシード層を形成できる銅合金スパッタリングターゲットを得ることができた。
（比較例１）
　純度６Ｎ以上の高純度Ｃｕ、純度４Ｎ以上の高純度Ｍｎ、純度４Ｎ以上の高純度Ａｌを用意し、これらの原料を水冷銅製坩堝に導入して、１２５０℃で溶解した（誘導溶解法）。その後、合金化した溶湯を水冷なしの鋳型（モールド）に出湯し、３００℃まで冷却速度１５℃／ｍｉｎで冷却し、純度５Ｎ以上の高純度銅合金インゴットを得た。
　次に、得られたインゴットを直径１８０ｍｍ×厚さ１６０ｍｍとした後、７００℃で熱間鍛造し、さらに冷間圧延で直径４６０ｍｍ×厚さ２４．５ｍｍまで圧延した。その後、６００℃で熱処理した後、急冷して圧延板を作製した。これを機械加工により、直径４４０ｍｍ、厚さ１６．５ｍｍのターゲットに加工した後、Ａｌ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合して、仕上げ加工して、スパッタリングターゲット組立体とした。
　このようにして得たスパッタリングターゲットについて、ターゲット面内の結晶粒径、合金組成、導電率、ビッカース硬さを測定した。各測定条件は実施例１と同様とした。測定は、ターゲット平面方向で同心円状に９点実施した。その結果を表１に示す。ターゲットの成分組成はＣｕ－１．９ａｔ％Ｍｎ－０．３ａｔ％Ａｌであり、結晶粒径のばらつきは８．５３μｍ、合金組成のばらつきは、Ｍｎが２１％、Ａｌが２４％、導電率のばらつきが１.６４％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さのばらつきが５．６４Ｈｖと、ばらつきが大きく、均一性に劣るターゲットとなった。
　次に、このターゲットを使用してＳｉ基板上に厚さ約５００ｎｍまでスパッタ成膜し、その膜の均一性（ユニフォーミティ）を測定した。その結果、４．８５％と、先述の実施例に比べて膜厚均一性に劣っており、均一なシード層を形成することができなかった。
（比較例２）
　純度６Ｎ以上の高純度Ｃｕ、純度４Ｎ以上の高純度Ｍｎ、純度４Ｎ以上の高純度Ａｌを用意し、これらの原料を水冷銅製坩堝に導入して、１２５０℃で溶解した（誘導溶解法）。その後、合金化した溶湯を水冷なしの鋳型（モールド）に出湯し、３００℃まで冷却速度１５℃／ｍｉｎで冷却し、純度５Ｎ以上の高純度銅合金インゴットを得た。
　次に、得られたインゴットを直径１８０ｍｍ×厚さ１６０ｍｍとした後、７００℃で熱間鍛造し、さらに冷間圧延で直径４６０ｍｍ×厚さ２４．５ｍｍまで圧延した。その後、６００℃で熱処理した後、急冷して圧延板を作製した。これを機械加工により、直径４４０ｍｍ、厚さ１６．５ｍｍのターゲットに加工した後、Ａｌ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合して、仕上げ加工して、スパッタリングターゲット組立体とした。
　このようにして得たスパッタリングターゲットについて、ターゲット面内の結晶粒径、合金組成、導電率、ビッカース硬さを測定した。各測定条件は実施例１と同様とした。測定は、ターゲット平面方向で同心円状に９点実施した。その結果を表１に示す。ターゲットの成分組成はＣｕ－２．０ａｔ％Ｍｎ－０．７ａｔ％Ａｌであり、結晶粒径のばらつきは７．１５μｍ、合金組成のばらつきは、Ｍｎが２５％、Ａｌが２０％、導電率のばらつきが１.８９％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さのばらつきが８．７９Ｈｖと、ばらつきが大きく、均一性に劣るターゲットとなった。
　次に、このターゲットを使用してＳｉ基板上に厚さ約５００ｎｍまでスパッタ成膜し、その膜の均一性（ユニフォーミティ）を測定した。その結果、６．０１％と、先述の実施例に比べて膜厚均一性に劣っており、均一なシード層を形成することができなかった。
（比較例３）
　純度６Ｎ以上の高純度Ｃｕ、純度４Ｎ以上の高純度Ｍｎ、純度４Ｎ以上の高純度Ａｌを用意し、これらの原料を水冷銅製坩堝に導入して、１２５０℃で溶解した（誘導溶解法）。その後、合金化した溶湯を水冷なしの鋳型（モールド）に出湯し、３００℃まで冷却速度１５℃／ｍｉｎで冷却し、純度５Ｎ以上の高純度銅合金インゴットを得た。
　次に、得られたインゴットを直径１８０ｍｍ×厚さ１６０ｍｍとした後、８００℃で熱間鍛造し、さらに冷間圧延で直径４６０ｍｍ×厚さ２４．５ｍｍまで圧延した。その後、６５０℃で熱処理した後、急冷して圧延板を作製した。これを機械加工により、直径４４０ｍｍ、厚さ１６．５ｍｍのターゲットに加工した後、Ａｌ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合して、仕上げ加工して、スパッタリングターゲット組立体とした。
　このようにして得たスパッタリングターゲットについて、ターゲット面内の結晶粒径、合金組成、導電率、ビッカース硬さを測定した。各測定条件は実施例１と同様とした。測定は、ターゲット平面方向で同心円状に９点実施した。その結果を表１に示す。ターゲットの成分組成はＣｕ－２．２ａｔ％Ｍｎ－０．４ａｔ％Ａｌであり、結晶粒径のばらつきは９．１５μｍ、合金組成のばらつきは、Ｍｎが２４％、Ａｌが２３％、導電率のばらつきが１.５３％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さのばらつきが６．１８Ｈｖと、ばらつきが大きく、均一性に劣るターゲットとなった。
　次に、このターゲットを使用してＳｉ基板上に厚さ約５００ｎｍまでスパッタ成膜し、その膜の均一性（ユニフォーミティ）を測定した。その結果、５．２０％と、先述の実施例に比べて膜厚均一性に劣っており、均一なシード層を形成することができなかった。
（比較例４）
　純度６Ｎ以上の高純度Ｃｕ、純度４Ｎ以上の高純度Ｍｎ、純度４Ｎ以上の高純度Ａｌを用意し、これらの原料を水冷銅製坩堝に導入して、１２５０℃で溶解した（誘導溶解法）。その後、合金化した溶湯を水冷なしの鋳型（モールド）に出湯し、３００℃まで冷却速度１５℃／ｍｉｎで冷却し、純度５Ｎ以上の高純度銅合金インゴットを得た。
　次に、得られたインゴットを直径２２０ｍｍ×厚さ２６０ｍｍとした後、８５０℃で熱間鍛造し、さらに冷間圧延で直径８７０ｍｍ×厚さ２０ｍｍまで圧延した。その後、６５０℃で熱処理した後、急冷して圧延板を作製した。これを機械加工により、直径８５０ｍｍ、厚さ１６．５ｍｍのターゲットに加工した後、Ａｌ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合して、仕上げ加工して、スパッタリングターゲット組立体とした。
　このようにして得たスパッタリングターゲットについて、ターゲット面内の結晶粒径、合金組成、導電率、ビッカース硬さを測定した。各測定条件は実施例１と同様とした。測定は、ターゲット平面方向で同心円状に１７点実施した。その結果を表１に示す。ターゲットの成分組成はＣｕ－１．６ａｔ％Ｍｎ－０．２ａｔ％Ａｌであり、結晶粒径のばらつきは８．２６μｍ、合金組成のばらつきは、Ｍｎが３２％、Ａｌが２６％、導電率のばらつきが２.０５％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さのばらつきが８．３７Ｈｖと、ばらつきが大きく、均一性に劣るターゲットとなった。
　このターゲットはターゲット径が大きく、スパッタ装置に装着することができなかったため、スパッタ後の膜の均一性を評価していない。
（比較例５）
　純度６Ｎ以上の高純度Ｃｕ、純度４Ｎ以上の高純度Ｍｎ、純度４Ｎ以上の高純度Ａｌを用意し、これらの原料を水冷銅製坩堝に導入して、１２００℃で溶解した（誘導溶解法）。その後、合金化した溶湯を水冷なしの鋳型（モールド）に出湯し、３００℃まで冷却速度１５℃／ｍｉｎで冷却し、純度５Ｎ以上の高純度銅合金インゴットを得た。
　次に、得られたインゴットを直径１８０ｍｍ×厚さ１６０ｍｍとした後、８５０℃で熱間鍛造し、さらに冷間圧延で直径４６０ｍｍ×厚さ２４．５ｍｍまで圧延した。その後、６００℃で熱処理した後、急冷して圧延板を作製した。これを機械加工により、直径４４０ｍｍ、厚さ１６．５ｍｍのターゲットに加工した後、Ａｌ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合して、仕上げ加工して、スパッタリングターゲット組立体とした。
　このようにして得たスパッタリングターゲットについて、ターゲット面内の結晶粒径、合金組成、導電率、ビッカース硬さを測定した。各測定条件は実施例１と同様とした。測定は、ターゲット平面方向で同心円状に９点実施した。その結果を表１に示す。ターゲットの成分組成はＣｕ－４．０ａｔ％Ｍｎ－３．０ａｔ％Ａｌであり、結晶粒径のばらつきは６．３０μｍ、合金組成のばらつきは、Ｍｎが２８％、Ａｌが２７％、導電率のばらつきが２．１６％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さのばらつきが４．６８Ｈｖと、ばらつきが大きく、均一性に劣るターゲットとなった。
　次に、このターゲットを使用してＳｉ基板上に厚さ約５００ｎｍまでスパッタ成膜し、その膜の均一性（ユニフォーミティ）を測定した。その結果、５．４１％と、先述の実施例に比べて膜厚均一性に劣っており、均一なシード層を形成することができなかった。
 本発明は、スパッタ成膜特性に優れた銅合金スパッタリングターゲットによって、銅電気メッキの際に、凝集がなく安定で均一なシード層を形成させることができるので、特に半導体素子配線の形成に有用である。

Claims (5)

  1.  Ｍｎを１．０～５．０ａｔ％含有し、Ａｌを０．１～４．０ａｔ％含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成を有する銅合金スパッタリングターゲットであって、前記スパッタリングターゲット面内において組成のばらつきが２０％以内であることを特徴とする銅合金スパッタリングターゲット。
  2.  前記スパッタリングターゲット面内において、結晶粒径のばらつきが６．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の銅合金スパッタリングターゲット。
  3.  前記スパッタリングターゲット面内において、導電率のばらつきが０．５％ＩＡＣＳ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の銅合金スパッタリングターゲット。
  4.  前記スパッタリングターゲット面内において、ビッカース硬さのばらつきが３Ｈｖ以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の銅合金スパッタリングターゲット。
  5.  Ｃｕ、Ｍｎ及びＡｌそれぞれの原料を用意し、これらの原料を所望の合金組成となるように調整した後、誘導溶解法にて、真空雰囲気下、１１００℃以上の温度で溶解、合金化し、次に、合金化した溶湯を鋳型に鋳込み、その後、３００℃まで３０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却し、これにより得られたインゴットの表面層を除去し、その後、熱間鍛造、熱間圧延、冷間圧延、熱処理工程を経て、スパッタリングターゲット素材とし、このターゲット素材をさらに機械加工してターゲット形状に加工することを特徴とする銅合金スパッタリングターゲットの製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104593740A (zh) * 2014-12-30 2015-05-06 金川集团股份有限公司 一种铜铝合金靶坯的制备方法
WO2015151901A1 (ja) * 2014-03-31 2015-10-08 Jx日鉱日石金属株式会社 銅又は銅合金スパッタリングターゲット
JP2021512221A (ja) * 2018-02-01 2021-05-13 ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッドＨｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ． 微細化形状及び微細構造を有する銅合金スパッタリングターゲットの形成方法
CN113667860A (zh) * 2021-08-17 2021-11-19 宁波微泰真空技术有限公司 一种超高纯铜铝铸锭及其制备方法和用途

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG2014009989A (en) 2011-09-30 2014-04-28 Jx Nippon Mining & Metals Corp Sputtering target and manufacturing method therefor
KR20170088418A (ko) 2015-05-21 2017-08-01 제이엑스금속주식회사 구리 합금 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법
US20190085442A1 (en) * 2016-03-09 2019-03-21 Jx Nippon Mining & Metals Corporation Copper or copper alloy target containing argon or hydrogen

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008041535A1 (en) * 2006-10-03 2008-04-10 Nippon Mining & Metals Co., Ltd. Cu-Mn ALLOY SPUTTERING TARGET AND SEMICONDUCTOR WIRING
JP2010053445A (ja) * 2008-08-01 2010-03-11 Mitsubishi Materials Corp フラットパネルディスプレイ用配線膜形成用スパッタリングターゲット
JP2012211378A (ja) * 2011-03-31 2012-11-01 Kobe Steel Ltd Ｃｕ合金膜、及びそれを備えた表示装置または電子装置
JP2013014808A (ja) * 2011-07-05 2013-01-24 Mitsubishi Materials Corp 銅合金製スパッタリングターゲット
JP2013253309A (ja) * 2012-06-08 2013-12-19 Sh Copper Products Co Ltd Ｃｕ−Ｍｎ合金スパッタリングターゲット材、それを用いた半導体素子の積層配線及び積層配線の製造方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0413826A (ja) * 1990-05-02 1992-01-17 Furukawa Electric Co Ltd:The 高力・切削用銅合金
US20040072009A1 (en) * 1999-12-16 2004-04-15 Segal Vladimir M. Copper sputtering targets and methods of forming copper sputtering targets
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
JP4794802B2 (ja) 2002-11-21 2011-10-19 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及び半導体素子配線
EP1602747B1 (en) 2003-03-17 2011-03-30 Nippon Mining & Metals Co., Ltd. Process for producing copper alloy sputtering target
US20090008786A1 (en) 2006-03-06 2009-01-08 Tosoh Smd, Inc. Sputtering Target
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
CN102165093B (zh) 2008-09-30 2013-09-25 Jx日矿日石金属株式会社 高纯度铜或高纯度铜合金溅射靶、该溅射靶的制造方法及高纯度铜或高纯度铜合金溅射膜
JP5541651B2 (ja) 2008-10-24 2014-07-09 三菱マテリアル株式会社 薄膜トランジスター用配線膜形成用スパッタリングターゲット
WO2013038962A1 (ja) 2011-09-14 2013-03-21 Jx日鉱日石金属株式会社 高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲット
KR20130121199A (ko) 2011-09-14 2013-11-05 제이엑스 닛코 닛세키 킨조쿠 가부시키가이샤 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃
CN104066868B (zh) 2012-01-23 2016-09-28 吉坤日矿日石金属株式会社 高纯度铜锰合金溅射靶
KR20140091701A (ko) 2012-01-25 2014-07-22 제이엑스 닛코 닛세키 킨조쿠 가부시키가이샤 고순도 구리 크롬 합금 스퍼터링 타겟

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008041535A1 (en) * 2006-10-03 2008-04-10 Nippon Mining & Metals Co., Ltd. Cu-Mn ALLOY SPUTTERING TARGET AND SEMICONDUCTOR WIRING
JP2010053445A (ja) * 2008-08-01 2010-03-11 Mitsubishi Materials Corp フラットパネルディスプレイ用配線膜形成用スパッタリングターゲット
JP2012211378A (ja) * 2011-03-31 2012-11-01 Kobe Steel Ltd Ｃｕ合金膜、及びそれを備えた表示装置または電子装置
JP2013014808A (ja) * 2011-07-05 2013-01-24 Mitsubishi Materials Corp 銅合金製スパッタリングターゲット
JP2013253309A (ja) * 2012-06-08 2013-12-19 Sh Copper Products Co Ltd Ｃｕ−Ｍｎ合金スパッタリングターゲット材、それを用いた半導体素子の積層配線及び積層配線の製造方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015151901A1 (ja) * 2014-03-31 2015-10-08 Jx日鉱日石金属株式会社 銅又は銅合金スパッタリングターゲット
CN104593740A (zh) * 2014-12-30 2015-05-06 金川集团股份有限公司 一种铜铝合金靶坯的制备方法
JP2021512221A (ja) * 2018-02-01 2021-05-13 ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッドＨｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ． 微細化形状及び微細構造を有する銅合金スパッタリングターゲットの形成方法
JP7426936B2 (ja) 2018-02-01 2024-02-02 ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド 微細化形状及び微細構造を有する銅合金スパッタリングターゲットの形成方法
CN113667860A (zh) * 2021-08-17 2021-11-19 宁波微泰真空技术有限公司 一种超高纯铜铝铸锭及其制备方法和用途

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