CN100567559C - 微粒发生少的含Mn铜合金溅射靶 - Google Patents

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Abstract

提供一种微粒发生少的含Mn铜合金溅射靶，其能够同时制造半导体器件布线的扩散防止膜和种子膜。该微粒发生少的含Mn铜合金溅射靶由铜合金构成，该铜合金具有含有Mn：0.6-30质量%，余量由Cu以及杂质构成的组成，并且上述杂质中，金属类的杂质为40ppm以下，并且氧限定为10ppm以下，氮限定为5ppm以下，氢限定为5ppm以下，碳限定为10ppm以下。

Description

微粒发生少的含Mn铜合金溅射靶
技术领域
本发明涉及微粒发生少的含Mn铜合金溅射靶，其能够同时制造半导体器件布线的扩散防止膜和种子膜。
背景技术
一般公知有半导体器件的布线，如图2的半导体器件的布线部剖面图所示，在表面具有槽2的被覆有SiO2等绝缘膜的基板(以下称为基板)1的表面上，将Ta金属膜3作为扩散防止膜形成，在该Ta金属膜3之上形成纯铜制种子膜4，还在该纯铜制种子膜4的表面上通过镀敷等形成布线薄膜5。
作为上述扩散防止膜公知的Ta金属膜3，由于Ta金属本身的价格昂贵，所以近些年来对替代Ta金属膜的低价的具有扩散防止作用的金属膜进行了研究，如图1的半导体器件的布线剖面图所示，如果通过使用CuMn铜合金靶进行溅射，在具有槽2的被覆有SiO2等绝缘膜的基板1的表面上直接形成含Mn铜合金膜，之后，对形成的含Mn铜合金膜进行热处理，则上述含Mn铜合金膜7中所含的Mn和基板的SiO2等绝缘膜反应生成Mn和Si的复合氧化物含有层6，上述Mn和Si的复合氧化物含有层6作为扩散防止膜发挥作用，因此，能够省略高价的Ta金属膜的形成，并且，上述含Mn铜合金膜7能够作为种子膜使用，这些含Mn铜合金膜和Mn及Si的复合氧化物含有层的研究十分盛行。(参照非专利文献1、2)
非专利文献1：(株)半导体理工学研究中心(STARC)的主页(平成17年6月8日)
非专利文献2：IITC发表摘要(2005年6月8日)
但是，在通过使用含有上述Mn：0.6-30质量％，余量由Cu及杂质构成的成分组成的含Mn铜合金靶进行溅射而形成含Mn铜合金靶薄膜时，在溅射时，存在微粒发生多的缺点，这成为成品率低下成本上升的原因。
发明内容
因此，发明者们为了得到溅射时微粒发生少的含Mn铜合金溅射靶而进行了研究。其结果是得出如下研究结果：
(a)在通过使用含有Mn：0.6-30质量％，余量由Cu及杂质构成的成分组成的含Mn铜合金靶进行溅射而形成含Mn铜合金靶膜时，上述含Mn铜合金靶中所含的杂质的量越少就越能抑制微粒的发生，并且在作为该杂质而含有的金属系杂质合计为40ppm以下极少，还含有氧为10ppm以下、氮为5ppm以下、氢为5ppm以下、碳为10ppm以下很少时，在溅射时发生的微粒数骤减。
(b)此外，含Mn铜合金靶为结晶粒度：30μm以下的再结晶等轴组织时，能够进一步抑制微粒的发生。
基于上述研究结果，产生了本发明。
(1)一种微粒发生少的含Mn铜合金溅射靶，其由铜合金构成，该铜合金具有含有Mn：0.6-30质量％，余量由Cu以及杂质构成的组成，上述杂质中，金属类杂质合计为40ppm以下，并且将氧限定为10ppm以下，将氮限定为5ppm以下，将氢限定为5ppm以下，将碳限定为10ppm以下。
(2)根据上述(1)所述的微粒发生少的含Mn铜合金溅射靶，其特征在于，所述微粒发生少的含Mn铜合金溅射靶具有结晶粒度：30μm以下的再结晶等轴组织。
在制造本发明的含Mn铜合金溅射靶时，在纯度：99.9999％以上的高纯度电解铜中添加纯度：99.9％以上的高纯度电解Mn，在惰性气体气氛中在高纯度石墨模内进行高频溶解，由此制作含Mn铜合金铸锭，对该铸锭进行热加工，热加工结束温度为450℃以上，从而制作热加工材，还跟据需要对该热加工材进行水冷，之后除去该热加工材的表面厚度为0.2mm以上的范围，接着，反复进行冷加工和退火，最后进行退火，由此得到本发明的含Mn铜合金溅射靶。
接着，对本发明的含Mn铜合金溅射靶的成分组成的限定理由加以说明。
(a)Mn
Mn成分具有使含Mn铜合金溅射靶的晶粒微细化，有进一步抑制晶粒成长的效果，还有在所形成的含Mn铜合金膜和基板边界部分形成作为扩散防止膜起作用的Mn和Si的复合氧化物含有层的作用，但其含量低于0.6质量％则不能得到希望的效果，另一方面，含有超过30质量％时，靶的导热率下降在溅射中靶的温度上升，并且，使所得到的含Mn铜合金膜的抵抗增加，因此在作为半导体器件的布线使用时，不为优选。因此，本发明含Mn铜合金溅射靶中所含的Mn为0.6-30质量％，更优选为1.0～20质量％。
(b)杂质
在使用含Mn铜合金靶进行溅射时发生的微粒数，越减少含Mn铜合金靶中所含的杂质的含量，越能抑制微粒的发生，Fe、Ni、Cr、Si、Pb、Co、Mg、Zn等的金属类杂质合计超过40ppm，还有氧、氮、氢、碳等非金属类杂质分别为氧超过10ppm、氮超过5ppm、氢超过5ppm、碳超过10ppm时微粒发生数急剧增加。因此，将本发明的含Mn铜合金溅射靶中所含的杂质定为：金属类杂质合计为40ppm以下，并且氧为10ppm以下、氮为5ppm以下、氢为5ppm以下、碳为10ppm以下。
使用本发明的含Mn铜合金溅射靶制作的含Mn铜合金膜，因为能够同时形成代替Ta金属膜的扩散防止层和种子膜，所以能够省略高价的Ta金属膜的形成，因此能够降低成本，还因为能够将溅射时发生的微粒的发生抑制为很少，因此能够实现降低半导体器件等的制造成本的优异的效果。
附图说明
图1是形成使用近年来开发的靶制作而成的种子膜制作而成的半导体器件的布线部剖面图。
图2是形成使用现有靶制作而成的种子膜而制作的半导体器件的布线部剖面图。
符号说明
1：基板
2：槽
3：Ta金属膜
4：纯铜制种子膜
5：布线薄膜
6：Mn和Si的复合氧化物含有层
7：含Mn铜合金膜
具体实施方式
下面通过实施例具体地说明本发明的含Mn铜合金溅射靶。
准备纯度：99.9999质量％以上的高纯度电解铜，还准备纯度：99.9质量％以上的电解锰，将该高纯度电解铜和不同量的电解锰在Ar气气氛中的高纯度石墨模内高频溶解，溶解中通过吹入气体或添加微量元素调整杂质的含量，将如此得到的熔液在碳铸模中铸造，对所得的铸锭进行热锻，结束温度为450℃以上，热锻结束后进行水冷，随后，对热锻材的整个表面进行面磨削，除去1.5mm的厚度。
之后，根据需要对进行过面切削的热锻材进行冷轧，其后退火，反复进行该冷轧和退火，最后进行再结晶退火，再对得到的退火材的表面进行车床加工，制作具有外径：300mm×厚度5mm的尺寸，具有表1所示的成分组成的本发明靶1-8和比较靶1-6。
还可以准备市场出售的电解铜，在该市场出售的电解铜中在Ar气体气氛中在高纯度石墨模内高频溶解预先准备的电解锰，将所得到的熔液在碳铸模中进行铸造制作铸锭，对所得到的铸锭进行热锻，结束温度为450℃以上，热锻结束后进行水冷，其后对热锻材的整体表面进行磨削，磨去厚度：1.5mm的深度。
其后，对经过表面研削的热锻材进行冷轧，之后进行退火，反复进行该冷轧和退火，最终进行去应变退火，对所得到的去应变退火材的表面再进行车床加工，制成具有外径：300mm×厚度5mm的尺寸，具有表1所示成分组成的现有靶。切断这些本发明靶1-8、比较靶1-6和现有靶，测定剖面的平均晶粒直径，其结果在表1中显示。
此外，准备纯铝制垫板，使本发明靶1-8、比较靶1-6和现有靶与重合，在温度500℃实施热静水压处理，由此将本发明靶1-8、比较靶1-6和现有靶与纯铝制垫板接合而制作带有垫板的靶。
利用将本发明靶1-8、比较靶1-6和现有靶与纯铝制垫板用热静水压处理接合而得到的带有垫板的靶，以如下的高出力条件，在被覆有SiO2等绝缘膜的基板之上形成薄膜。由微粒计数器测定此时发生的微粒数，其结果在表1中显示。
高出力条件：
电源：交流方式
功率：4KW
气氛气体组成：Ar
溅射气压：1Pa
靶和基体的距离：80mm
溅射时间：5分钟
[表1]
Figure C20068002966100071
*表示本发明范围之外的值。
从表1显示的结果可知，在本发明靶1-8中，金属类杂质在40ppm以下，并且氧限定为10ppm以下，氮限定为5ppm以下，氢限定为5ppm以下，碳限定为10ppm以下，由此与杂质多的现有靶相比微粒发生少。但是，比较例1因为靶的纯度高，所以靶的平均晶粒直径过大，微粒发生变多，另一方面，比较靶2-6杂质过多，微粒发生变多。

Claims (2)

1、一种微粒发生少的含Mn铜合金溅射靶，其特征在于，由铜合金构成，该铜合金具有含有Mn：0.6-30质量％，余量由Cu以及杂质构成的组成，在上述杂质中，金属类杂质为40ppm以下，并且将氧限定为10ppm以下，将氮限定为5ppm以下，将氢限定为5ppm以下，将碳限定为10ppm以下，其中ppm是以质量计的ppm。
2、根据权利要求1所述的微粒发生少的含Mn铜合金溅射靶，其特征在于，所述含Mn铜合金溅射靶具有结晶粒度：30μm以下的再结晶等轴组织。
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