JP2001303240A - Sputtering target - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子などに
用いられるＣｕ配線のバリア層の形成に好適なスパッタ
リングターゲットに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering target suitable for forming a barrier layer of a Cu wiring used for a semiconductor device or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、ＬＳＩに代表される半導体工業は
急速に進捗しつつある。高速ロジックなどの半導体素子
においては、高集積化、高信頼性化、高機能化が進むに
つれて、微細加工技術に要求される精度も益々高まって
きている。このような集積回路の高密度化や高速化など
に伴って、ＡｌやＣｕを主成分として形成される金属配
線の幅は1/4μm以下になりつつある。2. Description of the Related Art In recent years, the semiconductor industry represented by LSI has been rapidly advancing. 2. Description of the Related Art In semiconductor devices such as high-speed logic, as the degree of integration, reliability, and functionality increases, the precision required for microfabrication technology has been increasing. With the increase in the density and speed of such integrated circuits, the width of metal wiring formed mainly of Al or Cu is becoming 1/4 μm or less.
【０００３】一方、集積回路を高速で動作させるために
は、Ａｌ配線やＣｕ配線の抵抗を低減することが必須と
なる。従来の配線構造では、配線の厚さを厚くすること
で配線抵抗を低減することが一般的であった。しかし、
さらなる高集積化・高密度化された半導体デバイスなど
では、これまでの積層構造を用いた際に配線上に形成さ
れる絶縁膜のカバレッジ性が悪くなり、当然デバイスの
歩留りも低下するため、配線技術そのものを改良するこ
とが求められている。On the other hand, in order to operate an integrated circuit at high speed, it is essential to reduce the resistance of Al wiring and Cu wiring. In the conventional wiring structure, it is general to reduce the wiring resistance by increasing the thickness of the wiring. But,
In semiconductor devices with higher integration and higher densities, the coverage of the insulating film formed on the wiring when using the conventional laminated structure deteriorates, and naturally the device yield also decreases. There is a need to improve the technology itself.
【０００４】そこで、従来の配線技術とは異なる、デュ
アルダマシン（ＤＤ）配線技術を適用することが検討さ
れている。ＤＤ技術とは、予め下地膜に形成した配線溝
上に、配線材となるＡｌやＣｕを主成分とする金属をス
パッタリング法やＣＶＤ法などを用いて成膜し、熱処理
（リフロー）によって溝へ流し込み、ＣＭＰ（Chemical
Mechanical Polishing）法などにより余剰の配線金属
を除去する技術である。Therefore, application of a dual damascene (DD) wiring technique, which is different from the conventional wiring technique, is being studied. The DD technique means that a metal mainly composed of Al or Cu as a wiring material is formed on a wiring groove previously formed in a base film by using a sputtering method or a CVD method, and is poured into the groove by heat treatment (reflow). , CMP (Chemical
This is a technique for removing excess wiring metal by a mechanical polishing method or the like.
【０００５】上述したような配線材料としては、抵抗率
がＡｌより低いＣｕが主流となりつつあり、ロジックな
どの半導体デバイスではおおよそＣｕ配線が使用されて
いる。Ｃｕ配線が有利な点としては、Ａｌ配線に比べて
耐エレクトロマイグレーション性に優れていることも挙
げられる。しかし一方で、ＣｕやＡｕ、Ｆｅといった金
属は、Ｓｉ内を格子拡散するために拡散速度が速く、Ｓ
ｉ基板内に入ると少数キャリアの寿命を短くすることが
懸念されている。As a wiring material as described above, Cu having a lower resistivity than Al is becoming mainstream, and Cu wiring is generally used in semiconductor devices such as logic. An advantage of the Cu wiring is that it has excellent electromigration resistance as compared with the Al wiring. However, on the other hand, metals such as Cu, Au, and Fe have a high diffusion rate due to lattice diffusion in Si, and S
There is a concern that the life of minority carriers may be shortened when it enters the i-substrate.
【０００６】このようなことから、Ｃｕ配線を適用する
場合には、ＣｕのＳｉ中への拡散防止を目的としたバリ
アメタル層を設けることが必須である。ここで、半導体
素子用のバリアメタルとしては一般的にＴｉＮが使用さ
れてきたが、最近Ｃｕ配線用のバリア材料としてＴａＮ
が提案され、ＣｕのＳｉ中への拡散防止に対してはＴａ
Ｎが有効であることが明らかとなりつつある。[0006] For this reason, when a Cu wiring is applied, it is essential to provide a barrier metal layer for preventing the diffusion of Cu into Si. Here, TiN has been generally used as a barrier metal for semiconductor elements, but recently TaN has been used as a barrier material for Cu wiring.
Has been proposed, and Ta is used to prevent Cu from diffusing into Si.
It is becoming clear that N is effective.
【０００７】そこで、Ｃｕ配線用のバリア層にはＴａＮ
膜を適用する方向に進んでいる。このようなバリア層と
してのＴａＮ膜の形成方法としては、従来のＴｉＮ膜と
同様に、Ｔａターゲットを用いてＡｒとＮ2の混合ガス
中でスパッタリングを行う化成スパッタ、すなわちＡｒ
と共にＮ2 +イオンでＴａターゲット表面を衝撃し、Ｔａ
とＮ2イオンの化合物であるＴａＮ粒子として飛翔させ
る化学スパッタリングを主として使用することが考えら
れている。Therefore, the barrier layer for Cu wiring is made of TaN.
We are moving in the direction of applying the membrane. As a method for forming such a TaN film as a barrier layer, as in the case of a conventional TiN film, chemical sputtering in which sputtering is performed in a mixed gas of Ar and N 2 using a Ta target, ie, Ar sputtering,
Together with the N 2 + ion to bombard the surface of the Ta target,
It has been considered to mainly use chemical sputtering in which TaN particles, which are compounds of N 2 and N 2 ions, fly.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
Ｔａターゲットを用いた化成スパッタで得られるＴａＮ
膜では、例えば下地のＳｉＯ2膜と反応してシリサイデ
ーションを引起し、バリア性に悪影響を及ぼすなど、Ｃ
ｕ配線に対するバリア性が必ずしも十分ではなく、バリ
ア性をより一層向上させたＴａＮ膜を再現性よく形成す
ることを可能にしたスパッタリングターゲットが求めら
れている。However, TaN obtained by chemical conversion sputtering using a conventional Ta target is used.
For example, the film reacts with the underlying SiO 2 film to cause silicidation and adversely affects the barrier properties.
The barrier property for the u wiring is not always sufficient, and there is a need for a sputtering target that can form a TaN film with further improved barrier property with good reproducibility.
【０００９】特に、上述したようなＤＤ配線を適用し
て、その際の配線溝のアスペクト比が1/4以上になるこ
とが予想される次世代のロジックなどにおいては、Ｔａ
Ｎ膜自体の性質としてのＣｕバリア性を高めることが強
く望まれている。In particular, in the case of the next-generation logic in which the above-described DD wiring is applied and the aspect ratio of the wiring groove at that time is expected to be 1/4 or more, Ta is used.
It is strongly desired to enhance the Cu barrier property as a property of the N film itself.
【００１０】本発明はこのような課題に対処するために
なされたもので、Ｃｕ配線に対するバリア層などとして
用いられるＴａＮ膜のバリア性をより一層かつ再現性よ
く高めることを可能にした、高純度Ｔａなどからなるス
パッタリングターゲットを提供することを目的としてい
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to address such a problem, and has made it possible to further improve the barrier properties of a TaN film used as a barrier layer for a Cu wiring, etc., with high reproducibility. It is intended to provide a sputtering target made of Ta or the like.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記した課
題を解決するために、Ｔａターゲット（あるいはＴａＮ
ターゲット）中の不純物含有量やターゲット内の不純物
元素のバラツキに対する影響を検討した結果、Ｔａター
ゲット中に含まれるＣｕ量およびＴａターゲット内のＣ
ｕ量のバラツキを調整し、そのようなＴａターゲットを
使用してＴａＮ膜を成膜することによって、ＴａＮ膜の
Ｃｕバリア性をより一層かつ再現性よく高めることを可
能であることを見出した。Means for Solving the Problems The present inventors have set forth a Ta target (or TaN) for solving the above-mentioned problems.
As a result of examining the influence on the impurity content in the target and the variation of the impurity element in the target, the amount of Cu contained in the Ta target and the C content in the Ta target were determined.
By adjusting the variation in the amount of u and forming a TaN film using such a Ta target, it has been found that it is possible to further enhance the Cu barrier property of the TaN film with high reproducibility.
【００１２】本発明はこのような知見に基づいて成され
たものであり、本発明のスパッタリングターゲットは、
請求項１に記載したように、Ｃｕ含有量が50ppm以下の
高純度Ｔａからなることを特徴としている。The present invention has been made based on such findings, and the sputtering target of the present invention
As described in claim 1, it is characterized in that the Cu content is made of high-purity Ta of 50 ppm or less.
【００１３】ここで、スパッタリングターゲットの構成
材料である高純度Ｔａは、請求項２に記載したように2a
t%以下の範囲の窒素を含有していてもよい。本発明のス
パッタリングターゲットは、さらに請求項６に記載した
ように、ターゲット全体の前記Ｃｕ含有量のバラツキが
±30%以内であることを特徴としている。Here, the high-purity Ta, which is a constituent material of the sputtering target, is 2a as described in claim 2.
Nitrogen in the range of t% or less may be contained. The sputtering target of the present invention is further characterized in that the variation in the Cu content of the entire target is within ± 30%.
【００１４】本発明のスパッタリングターゲットは、例
えば請求項７に記載したように、バッキングプレートと
接合して用いられる。この際のターゲットとバッキング
プレートとの接合には、例えば拡散接合が用いられる。
また、本発明のスパッタリングターゲットは、請求項８
に記載したように、特にＴａＮ膜からなるバリア層の形
成用として好適である。The sputtering target of the present invention is used, for example, by bonding it to a backing plate. At this time, for example, diffusion bonding is used for bonding the target and the backing plate.
In addition, the sputtering target of the present invention is provided in claim 8.
As described in (1), it is particularly suitable for forming a barrier layer composed of a TaN film.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【００１６】本発明のスパッタリングターゲットは、Ｃ
ｕ含有量を50ppm以下とした高純度Ｔａからなるもので
ある。ここで、ターゲット構成材料としての高純度Ｔａ
は2at%以下の範囲の窒素を含有していてもよい。[0016] The sputtering target of the present invention comprises C
It is made of high-purity Ta having a u content of 50 ppm or less. Here, high purity Ta as a target constituent material is used.
May contain 2 at% or less of nitrogen.
【００１７】ターゲット構成材料としての高純度Ｔａ中
に含まれる窒素の存在形態は、特に限定されるものでは
なく、Ｔａ中に固溶した状態であってもよいし、またＴ
ａＮとして存在していてもよい。また、一部はＴａ中に
固溶した状態で存在し、他はＴａＮとして存在していて
もよい。すなわち、本発明のスパッタリングターゲット
は、高純度Ｔａ、窒素を2at%以下の範囲で含有する高純
度Ｔａ、および高純度ＴａＮから選ばれる少なくとも1
種（以下、総称して高純度Ｔａと記す）からなるもので
ある。The form of the nitrogen contained in the high-purity Ta as the constituent material of the target is not particularly limited, and may be in a solid solution state in the Ta,
aN may be present. Some may exist in a solid solution state in Ta, and others may exist as TaN. That is, the sputtering target of the present invention has at least one selected from high-purity Ta, high-purity Ta containing nitrogen in a range of 2 at% or less, and high-purity TaN.
(Hereinafter referred to as high-purity Ta).
【００１８】本発明において、高純度Ｔａからなるスパ
ッタリングターゲット（Ｔａターゲット）中のＣｕ含有
量を50ppm以下と規定した理由は、以下の通りである。In the present invention, the reason why the Cu content in the sputtering target (Ta target) made of high-purity Ta is specified to be 50 ppm or less is as follows.
【００１９】Ｓｉ基板上にＴａターゲットを用いた化成
スパッタによりＴａＮ膜を成膜し、このＴａＮ膜をバリ
ア層としてＣｕ配線を形成する場合を考える。このよう
な場合にバリア層としてのＴａＮ膜が比較的多量のＣｕ
を含んでいると、Ｃｕ配線からＣｕ原子がＴａＮ膜内に
拡散してきた際に、ＴａＮのＣｕ固溶限などを超えやす
くなることから、Ｃｕの濃度勾配などに基づいてＴａＮ
膜内のＣｕ原子がＳｉ基板側に拡散しやすくなる。すな
わち、ＴａＮ膜のバリア層として機能が損われることに
なる。Consider a case where a TaN film is formed on a Si substrate by chemical conversion sputtering using a Ta target, and a Cu wiring is formed using the TaN film as a barrier layer. In such a case, the TaN film as the barrier layer has a relatively large amount of Cu.
When Cu atoms diffuse from the Cu wiring into the TaN film, it is likely to exceed the Cu solid solubility limit of TaN.
Cu atoms in the film easily diffuse to the Si substrate side. That is, the function as a barrier layer of the TaN film is impaired.
【００２０】本発明のスパッタリングターゲットは、上
述したＴａＮ膜のバリア層として機能低下原因となる、
例えばＴａＮ膜中の不純物Ｃｕ量を低減することを可能
としたものであり、そのためにターゲットを構成する高
純度Ｔａ中のＣｕ量を50ppm以下としている。このよう
に、ＴａターゲットのＣｕ含有量を50ppm以下とするこ
とによって、それを用いて成膜したＴａＮ膜中のＣｕ量
を減少させることができ、その結果としてＴａＮ膜のバ
リア層として機能を長期間にわたって安定して発揮させ
ることが可能となる。The sputtering target of the present invention causes the above-described TaN film barrier layer to deteriorate its function.
For example, it is possible to reduce the amount of impurity Cu in the TaN film. For this purpose, the amount of Cu in high-purity Ta constituting the target is set to 50 ppm or less. By setting the Cu content of the Ta target to 50 ppm or less, the amount of Cu in the TaN film formed using the same can be reduced, and as a result, the function as a barrier layer of the TaN film can be extended. It is possible to exhibit it stably over a period.
【００２１】スパッタリングターゲット（Ｔａターゲッ
ト）中のＣｕ含有量は10ppm以下とすることが好まし
い。さらに好ましいＣｕ含有量は5ppm以下であり、より
望ましくは1ppm以下である。このような低Ｃｕ含有量を
満足させることによって、ＴａＮ膜のバリア層としての
機能をより一層高めることが可能となる。このようなス
パッタリングターゲットは、例えば幅が2μm以下、幅と
深さの比（アスペクト比：深さ／幅）が1以上というよ
うな配線溝に、Ｃｕ配線をリフローして形成する際のバ
リア層形成用として特に効果的である。The Cu content in the sputtering target (Ta target) is preferably 10 ppm or less. The more preferable Cu content is 5 ppm or less, and more desirably 1 ppm or less. By satisfying such a low Cu content, the function of the TaN film as a barrier layer can be further enhanced. Such a sputtering target is, for example, a barrier layer formed by reflowing a Cu wiring in a wiring groove having a width of 2 μm or less and a width-to-depth ratio (aspect ratio: depth / width) of 1 or more. It is particularly effective for forming.
【００２２】また、本発明のスパッタリングターゲット
中のＣｕ含有量のバラツキは、ターゲット全体として±
30%以内とすることが好ましい。このように、ターゲッ
ト全体のＣｕ含有量のバラツキを低く抑えることによっ
て、それを用いて形成したＴａＮ膜全体としてＣｕバリ
ア性などを向上させることができる。Ｔａターゲット中
のＣｕ含有量のバラツキは、±15%以内とすることがさ
らに好ましく、より望ましくは±10%以内である。The variation in the Cu content of the sputtering target of the present invention is ±
Preferably, it is within 30%. As described above, by suppressing the variation in the Cu content of the entire target to be low, it is possible to improve the Cu barrier property and the like of the entire TaN film formed using the target. The variation in the Cu content in the Ta target is further preferably within ± 15%, and more preferably within ± 10%.
【００２３】すなわち、Ｔａターゲット全体としてのＣ
ｕ含有量のバラツキが±30%の範囲を超えると、それを
用いて形成したＴａＮ膜を使用した半導体デバイスなど
の均一性に悪影響を及ぼすことになる。現在の半導体デ
バイスは8インチＳｉウエハから数万個単位で生産され
るため、Ｔａターゲット内のＣｕ含有量のバラツキがそ
のままＳｉウエハの配線膜に影響を及ぼし、各半導体デ
バイスの信頼性にバラツキを生じさせる結果となる。That is, C as the whole Ta target
If the variation in the u content exceeds the range of ± 30%, the uniformity of a semiconductor device using a TaN film formed using the u content will be adversely affected. Since current semiconductor devices are produced in units of tens of thousands from an 8-inch Si wafer, variations in the Cu content in the Ta target directly affect the wiring film of the Si wafer, and variations in the reliability of each semiconductor device. Results.
【００２４】ここで、本発明のスパッタリングターゲッ
トにおけるＣｕ含有量のバラツキは、以下のようにして
求めた値を指すものとする。例えば、直径320〜330mmの
スパッタリングターゲットの表面から9点の分析用サン
プルを採取する。各サンプルは、ターゲットの中心と中
心に対してＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ75mm、15
0mmの各位置から採取する。これら9点の分析用サンプル
（寸法：長さ10mm、幅10mm）のＣｕ含有量を測定する。
そして、各サンプルのＣｕ含有量の最大値および最小値
から以下の式に基づいてバラツキを求める。Here, the variation in the Cu content in the sputtering target of the present invention indicates a value obtained as follows. For example, nine analysis samples are collected from the surface of a sputtering target having a diameter of 320 to 330 mm. Each sample is 75 mm, 15 mm in the X-axis direction and the
Collect from each position of 0mm. The Cu content of these nine analysis samples (dimensions: length 10 mm, width 10 mm) is measured.
Then, the variation is obtained from the maximum value and the minimum value of the Cu content of each sample based on the following equation.
【００２５】バラツキ[%]＝｛（最大値−最小値）／
（最大値＋最小値）｝×100 Ｔａターゲット中のＣｕ含有量については、通常使用さ
れているＩＣＰにより測定した値とする。また、サンプ
ルの採取位置は、ターゲットサイズに応じて適宜調整す
ることが可能である。Variation [%] = ｛(maximum value−minimum value) /
(Maximum value + minimum value)｝ × 100 The Cu content in the Ta target is a value measured by a commonly used ICP. Further, the sampling position can be appropriately adjusted according to the target size.
【００２６】本発明のスパッタリングターゲットは、上
述したように高純度ＴａのＣｕ含有量を50ppm以下とし
たことを特徴とするものであるが、ターゲットを構成す
る高純度Ｔａ（高純度Ｔａや高純度ＴａＮから選ばれる
少なくとも1種）中の他の不純物量（窒素を除く）につ
いては、一般的な高純度金属材のレベル程度であれば多
少含んでいてもよい。As described above, the sputtering target of the present invention is characterized in that the Cu content of high-purity Ta is set to 50 ppm or less, but the high-purity Ta (high-purity Ta or high-purity Ta) constituting the target is used. The amount of other impurities (excluding nitrogen) in at least one selected from TaN) may be slightly contained as long as it is at the level of a general high-purity metal material.
【００２７】具体的には、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｔ
ｉの各含有量（質量%）の合計量を100%から引いた値［1
00−(Fe%+Ni%+Cr%+Si%+Ti%)］が99.5%以上というような
高純度Ｔａや高純度ＴａＮを指すものとする。本発明の
スパッタリングターゲットにおいては、例えば配線抵抗
の低減などを図る上で、上記したような高純度Ｔａや高
純度ＴａＮを用いることが好ましい。Specifically, Fe, Ni, Cr, Si, T
The value obtained by subtracting the total amount of each content (% by mass) of i from 100% [1
00- (Fe% + Ni% + Cr% + Si% + Ti%)] is high purity Ta or high purity TaN such as 99.5% or more. In the sputtering target of the present invention, it is preferable to use high-purity Ta or high-purity TaN as described above, for example, in order to reduce the wiring resistance.
【００２８】スパッタリングターゲットの構成材料とし
て、窒素を2at%以下の範囲で含有する高純度Ｔａや高純
度ＴａＮを用いた場合、それを用いてＴａＮ膜をスパッ
タ成膜する際に、チャンバ内のＮ2量の分布に差が生じ
ていたとしても、得られるスパッタ膜中の窒素量のバラ
ツキを抑制することができる。言い換えると、Ｔａター
ゲットを用いた化成スパッタによって、均一にＴａＮを
形成することができる。そして、ＴａＮ膜中の窒素量分
布を均一化することによって、膜特性や膜厚の面内均一
性を大幅に高めることが可能となる。When high-purity Ta or high-purity TaN containing nitrogen in a range of 2 at% or less is used as a constituent material of the sputtering target, when a TaN film is formed by sputtering using the same, the N Even if there is a difference between the two distributions, it is possible to suppress the variation in the amount of nitrogen in the obtained sputtered film. In other words, TaN can be formed uniformly by chemical sputtering using a Ta target. By uniforming the distribution of nitrogen in the TaN film, the in-plane uniformity of film characteristics and film thickness can be greatly improved.
【００２９】Ｔａターゲット中に含有させる窒素量は、
上述したように2at%以下の範囲とすることが好ましい。
Ｔａターゲット中の窒素含有が2at%を超えると、Ｃｕ配
線とのバリア効果は向上するが、ＴａＮ／Ｃｕ配線の抵
抗率が高くなり、高速ロジックなどの配線規格から外れ
るおそれがある。Ｔａターゲット中の窒素含有量は0.01
〜1at%の範囲とすることがさらに好ましく、より望まし
くは0.1〜0.5at%の範囲である。The amount of nitrogen contained in the Ta target is as follows:
As described above, the content is preferably in the range of 2 at% or less.
If the nitrogen content in the Ta target exceeds 2 at%, the barrier effect with respect to the Cu wiring is improved, but the resistivity of the TaN / Cu wiring is increased, which may deviate from wiring standards such as high-speed logic. Nitrogen content in Ta target is 0.01
More preferably, it is in the range of 1 to 1 at%, and more preferably in the range of 0.1 to 0.5 at%.
【００３０】本発明のスパッタリングターゲットは、例
えば以下のようにして作製することができる。すなわ
ち、まずＴａスパッタリングターゲットの形成原料とな
る高純度Ｔａを作製する。具体的には、高品位のＴａ2
Ｏ5に対してアルカリ融解法を実施し、分別結晶法さら
にはハロゲン金属による還元法を適用することにより粗
金属Ｔａを得る。これを例えばエレクトロンビーム（Ｅ
Ｂ）溶解して高純度Ｔａを精製する。The sputtering target of the present invention can be manufactured, for example, as follows. That is, first, high-purity Ta as a raw material for forming a Ta sputtering target is prepared. Specifically, high-quality Ta 2
A crude metal Ta is obtained by performing an alkali melting method on O 5 and applying a fractional crystallization method and a reduction method using a halogen metal. This is, for example, an electron beam (E
B) Dissolve and purify high purity Ta.
【００３１】本発明においては、ＴａターゲットのＣｕ
含有量を50ppm以下と極低いレベルとしているため、特
に粗金属Ｔａ中のＣｕ含有量が低いものを選定して電子
ビーム（ＥＢ）溶解などを行うことが好ましい。さら
に、Ｃｕ含有量の減少やバラツキの低減を目的として、
ＥＢ溶解を複数回繰り返すようにしてもよい。According to the present invention, the Ta target Cu
Since the content is set to an extremely low level of 50 ppm or less, it is particularly preferable to select a material having a low Cu content in the crude metal Ta and perform electron beam (EB) melting or the like. Furthermore, for the purpose of reducing the Cu content and the variation,
The EB dissolution may be repeated a plurality of times.
【００３２】次に、得られたＴａインゴットに対して鍛
造、圧延による塑性加工を施す。この塑性加工時の加工
率は例えば50〜98%とする。このような加工率の塑性加
工によれば、インゴットに適当な熱エネルギーを与える
ことができ、この熱エネルギーによってＣｕの均質化
（バラツキの減少）を図ることができる。塑性加工工程
においては、必要に応じて中間熱処理を実施してもよ
い。Next, the obtained Ta ingot is subjected to plastic working by forging and rolling. The working rate during this plastic working is, for example, 50 to 98%. According to the plastic working at such a processing rate, appropriate heat energy can be given to the ingot, and the heat energy can homogenize Cu (reduce variation). In the plastic working step, an intermediate heat treatment may be performed as necessary.
【００３３】この後、500〜1300℃の範囲の温度で1時間
以上の熱処理を施す。塑性加工により一旦結晶粒を破壊
したＴａ材に対して熱処理を施し、Ｔａの結晶組織を再
結晶組織とすることによって、Ｔａ結晶粒の結晶粒径を
微細化ならびに均一化することができる。Ｔａ結晶粒の
微細化ならびに均一化は、ダスト発生の抑制などに対し
て効果を発揮する。また、Ｔａの再結晶組織化はＣｕ含
有量のバラツキの低減に対しても効果を示す。Thereafter, heat treatment is performed at a temperature in the range of 500 to 1300 ° C. for one hour or more. The heat treatment is performed on the Ta material whose crystal grains have been once broken by plastic working to make the crystal structure of Ta a recrystallized structure, whereby the crystal grain size of the Ta crystal grains can be made finer and uniform. Refinement and uniformization of Ta crystal grains are effective in suppressing dust generation and the like. Further, the recrystallization texture of Ta is also effective in reducing the variation in the Cu content.
【００３４】また、窒素含有の高純度Ｔａ（あるいはＴ
ａＮ）を用いる場合には、例えば所定量の窒素を含有す
る高純度Ｔａ粉末、高純度Ｔａ粉末と高純度ＴａＮ粉末
との混合粉末などを用意する。In addition, nitrogen-containing high-purity Ta (or T
When aN) is used, for example, a high-purity Ta powder containing a predetermined amount of nitrogen, a mixed powder of a high-purity Ta powder and a high-purity TaN powder, or the like is prepared.
【００３５】次に、上記した原料粉末をＨＩＰ法やホッ
トプレス法（ＨＰ法）などの公知の焼結法を適用して焼
結させて、所望純度の焼結体を作製する。焼結雰囲気は
Ｎ2雰囲気とすることが好ましい。焼結体のサイズは直
径100〜400mm程度とすることが好ましい。このような焼
結体に対して、真空中で500〜1300℃程度の温度で熱処
理を施す。この熱処理によって、ターゲット内のＣｕ含
有量のバラツキ、さらには窒素含有量のバラツキを低く
抑える。このようにして、Ｃｕ含有量を低減した窒素含
有高純度Ｔａ素材を得る。Next, the above-mentioned raw material powder is sintered by applying a known sintering method such as a HIP method or a hot press method (HP method) to produce a sintered body having a desired purity. The sintering atmosphere is preferably an N 2 atmosphere. The size of the sintered body is preferably about 100 to 400 mm in diameter. Such a sintered body is subjected to a heat treatment at a temperature of about 500 to 1300 ° C. in a vacuum. By this heat treatment, variation in the Cu content in the target and further variation in the nitrogen content are suppressed. Thus, a nitrogen-containing high-purity Ta material having a reduced Cu content is obtained.
【００３６】このようにして得られる高純度Ｔａ素材
（窒素含有高純度Ｔａ素材を含む）を所望の円板状など
に機械加工し、これを例えばＡｌからなるバッキングプ
レートと接合する。バッキングプレートとの接合には、
ホットプレスなどによる拡散接合を適用することが好ま
しい。拡散接合時の温度は400〜600℃の範囲とすること
が好ましい。これは融点が660℃であるＡｌの塑性変形
を防止するためである。ここで得られたターゲット素材
を所定サイズに機械加工することによって、本発明のス
パッタリングターゲットが得られる。The high-purity Ta material (including the nitrogen-containing high-purity Ta material) thus obtained is machined into a desired disc shape or the like, and this is joined to a backing plate made of, for example, Al. For joining with the backing plate,
It is preferable to apply diffusion bonding by hot pressing or the like. The temperature at the time of diffusion bonding is preferably in the range of 400 to 600 ° C. This is to prevent plastic deformation of Al having a melting point of 660 ° C. The sputtering target of the present invention can be obtained by machining the obtained target material into a predetermined size.
【００３７】本発明のスパッタリングターゲットは、各
種電子デバイスの配線膜形成用として用いることができ
るが、特にＣｕ膜やＣｕ合金膜からなる配線膜に対する
バリア層としてのＴａＮ膜を形成する際に好ましく用い
られる。本発明のスパッタリングターゲットを用いて、
例えばＡｒとＮ2の混合ガス中で化成スパッタすること
により成膜してなるＴａＮ膜は、Ｃｕ含有量が50ppm以
下、さらには10ppm以下となり、そのバラツキは±30%以
内、さらには±15%以内となる。The sputtering target of the present invention can be used for forming a wiring film of various electronic devices, and is particularly preferably used when forming a TaN film as a barrier layer for a wiring film made of a Cu film or a Cu alloy film. Can be Using the sputtering target of the present invention,
For example, a TaN film formed by chemical conversion sputtering in a mixed gas of Ar and N 2 has a Cu content of 50 ppm or less, more preferably 10 ppm or less, and its variation is within ± 30%, further ± 15%. Within.
【００３８】上述したようなＴａＮ膜をＳｉＯ2系の絶
縁膜上などに形成し、さらにその上にＣｕ配線膜（Ｃｕ
膜またはＣｕ合金膜）を形成することによって、Ｃｕ配
線構造が構成される。このようなＣｕ配線構造によれ
ば、例えばＤＤ配線技術を適用する際に好適な配線膜構
造を提供することができ、高密度配線を高信頼性の下で
再現性よく実現することが可能となる。これは超高集積
タイプの半導体デバイスの製造歩留りの向上などに大き
く貢献する。また、このようなＣｕ配線構造は、ＶＬＳ
Ｉなどの半導体デバイスに限らず、ＳＡＷデバイス、Ｔ
ＰＨ、ＬＣＤデバイスなどの各種の電子部品に適用する
ことができる。A TaN film as described above is formed on an SiO 2 -based insulating film or the like, and a Cu wiring film (Cu
(Cu film or Cu alloy film), a Cu wiring structure is formed. According to such a Cu wiring structure, for example, it is possible to provide a suitable wiring film structure when applying the DD wiring technology, and it is possible to realize high-density wiring with high reliability and high reproducibility. Become. This greatly contributes to the improvement of the production yield of ultra-high integration type semiconductor devices. In addition, such a Cu wiring structure has a VLS
Not only semiconductor devices such as I, but also SAW devices, T
It can be applied to various electronic components such as PH and LCD devices.
【００３９】[0039]
【実施例】次に、本発明の具体的な実施例およびその評
価結果について述べる。Next, specific examples of the present invention and evaluation results thereof will be described.
【００４０】実施例１、比較例１ まず、Ｃｕ含有量を変化させた6種類のＴａ材をＥＢ溶
解して、それぞれＴａインゴットを作製した。これらＴ
ａインゴットに冷間鍛造および冷間圧延を施し、さらに
1100℃×120minの条件で熱処理した。この後、それぞれ
拡散接合を適用してＡｌバッキングプレートと接合し、
さらに機械加工を施して直径320mm×厚さ10mmのＣｕ含
有量が異なる6種類のＴａスパッタリングターゲットを
作製した。なお、Ｃｕ含有量については、ＩＣＰ（発光
分光分析装置：セイコーインスツルメンツ社製・SPS 12
00A）によって分析した。Example 1 and Comparative Example 1 First, six types of Ta materials having varied Cu contents were dissolved in EB to prepare Ta ingots, respectively. These T
a Ingot is subjected to cold forging and cold rolling.
Heat treatment was performed at 1100 ° C. × 120 min. Thereafter, each is bonded to an Al backing plate by applying diffusion bonding,
Further machining was performed to produce six types of Ta sputtering targets having a diameter of 320 mm and a thickness of 10 mm and different Cu contents. The Cu content is determined by ICP (Emission Spectroscopy: Seiko Instruments Inc., SPS 12
00A).
【００４１】このようにして得た6種類のＴａスパッタ
リングターゲットをそれぞれ用いて、スパッタ方式：Ｌ
ＴＳスパッタ、スパッタガス：Ａｒ＋Ｎ2、背圧：1×10
-5Pa、出力ＤＣ：15kW、スパッタ時間：1min、の条件下
で、幅0.5μm、深さ1μm、ピッチ0.5μmの溝を有するＳ
ｉＯ2系の絶縁膜（8インチＳｉウエハ）上に厚さ30nmの
ＴａＮ膜を成膜してバリア層を形成した。その後、Ｃｕ
ターゲットを用いて、上記した条件と同様な条件下でス
パッタを実施し、厚さ800nmのＣｕ膜を形成した。これ
をリフロー処理によって配線溝内に充填した後、ＣＭＰ
によってＣｕ配線構造を作製した。Using each of the six types of Ta sputtering targets thus obtained, a sputtering method: L
TS sputtering, sputtering gas: Ar + N 2 , back pressure: 1 × 10
-5 Pa, output DC: 15 kW, sputtering time: 1 min, S having a groove having a width of 0.5 μm, a depth of 1 μm, and a pitch of 0.5 μm.
A barrier layer was formed by forming a 30 nm thick TaN film on an iO 2 -based insulating film (8-inch Si wafer). Then, Cu
Using a target, sputtering was performed under the same conditions as described above to form a Cu film having a thickness of 800 nm. After filling this into the wiring groove by reflow processing, CMP
Thus, a Cu wiring structure was produced.
【００４２】上記したような配線構造の450℃で1時間、
真空中でアニールしたときに発生するシリサイデーショ
ンの度合いを、シリサイデーションの面積で評価した。
シリサイデーションの面積は、100倍の金属顕微鏡で写
真を撮り、その写真中のシリサイデーションした部分
（黒い部分）の面積を測定し、その10視野中の平均値と
して求めた。The above wiring structure at 450 ° C. for 1 hour,
The degree of silicidation generated when annealing was performed in a vacuum was evaluated based on the area of silicidation.
The area of silicidation was determined by taking a photograph with a 100-fold metallographic microscope, measuring the area of the silicided portion (black portion) in the photograph, and calculating the average value in 10 visual fields.
【００４３】これらの結果をＴａターゲット中のＣｕ含
有量およびそのバラツキと共に表１に示す。なお、表１
ではＣｕバリア性の評価（シリサイデーションの度合
い）を以下のようにして示した。シリサイデーションし
た部分の視野中の面積が10%未満のものは◎、10%以上30
%未満のものは○、30%以上50%未満のものは△、50%以上
のものは×とした。The results are shown in Table 1 together with the Cu content in the Ta target and its variation. Table 1
In the table, the evaluation (degree of silicidation) of the Cu barrier property is shown as follows. ◎, 10% or more 30 if the area of the silicided part in the field of view is less than 10%
% Is less than 30% and less than 50%, and X is 50% or more.
【００４４】[0044]
【表１】 表１から明らかなように、試料No.4〜No.7の本発明のＴ
ａスパッタリングターゲットを用いて成膜したＴａＮ膜
はＣｕのバリア性に優れているのに対し、Ｃｕ含有量が
本発明の範囲を外れる試料No.1〜No.3の各Ｔａスパッタ
リングターゲットを用いて成膜したＴａＮ膜は、絶縁膜
すなわちＳｉＯ2膜中にＣｕが拡散してＣｕＳｉx（シリ
サイデーション）を形成してしまい、Ｃｕバリア性に劣
ることが分かる。[Table 1] As is clear from Table 1, the T of the present invention of Samples No. 4 to No. 7
While a TaN film formed using a sputtering target is excellent in barrier properties of Cu, Cu content is out of the range of the present invention using each Ta sputtering target of Sample No. 1 to No. 3. It can be seen that the TaN film thus formed is inferior in Cu barrier properties because Cu diffuses into the insulating film, that is, the SiO 2 film to form CuSi x (silicidation).
【００４５】実施例２、比較例２ まず、Ｃｕ含有量を変化させた 6種類の窒素含有Ｔａ粉
末（窒素含有量：0.8at%）を用意し、これらをそれぞれ
ボールミルで24時間混合した後、ＨＰ法によりそれぞれ
焼結体を作製した。ＨＰ処理条件は、温度1200℃、保持
時間5時間、面圧25MPaとした。これら各焼結体に1200℃
×120minの条件で熱処理を施した。Example 2 and Comparative Example 2 First, six types of nitrogen-containing Ta powders (nitrogen content: 0.8 at%) having different Cu contents were prepared, and these were mixed by a ball mill for 24 hours. Each sintered body was produced by the HP method. The HP treatment conditions were a temperature of 1200 ° C., a holding time of 5 hours, and a surface pressure of 25 MPa. 1200 ° C for each of these sintered bodies
Heat treatment was performed under the conditions of × 120 min.
【００４６】次に、各焼結体を機械加工により直径320m
m×厚さ10mmに加工して、Ｃｕ含有量が異なる6種類の窒
素含有Ｔａ材を作製した。この後、これら各窒素含有Ｔ
ａ材をＣｕバッキングプレートとソルダー接合して、6
種類のＴａスパッタリングターゲットを得た。なお、Ｃ
ｕ含有量については実施例１と同様な方法で、またＮ含
有量については不活性ガス融解−熱伝導度法（ＬＥＣＯ
製：TC-436）で測定した。Next, each sintered body was machined to a diameter of 320 m.
By processing to a thickness of mx 10 mm, six types of nitrogen-containing Ta materials having different Cu contents were produced. Thereafter, each of these nitrogen-containing T
a material is soldered to a Cu backing plate,
Various types of Ta sputtering targets were obtained. Note that C
The u content was determined in the same manner as in Example 1, and the N content was determined using an inert gas fusion-thermal conductivity method (LECO).
(TC-436).
【００４７】このようにして得た6種類のＴａスパッタ
リングターゲットをそれぞれ用いて、実施例１と同一条
件下で、予め配線溝を形成したＳｉＯ2系の絶縁膜上に
ＴａＮ膜を成膜してバリア層を形成した。その後、Ｃｕ
ターゲットを用いて、同一条件下でスパッタを実施して
Ｃｕ膜を形成した。これをリフロー処理によって配線溝
に充填した後、ＣＭＰによってＣｕ配線構造を作製し
た。Using the six types of Ta sputtering targets thus obtained, a TaN film was formed on a SiO 2 -based insulating film in which wiring grooves had been formed in advance under the same conditions as in Example 1. A barrier layer was formed. Then, Cu
Using a target, sputtering was performed under the same conditions to form a Cu film. After filling this into the wiring groove by reflow treatment, a Cu wiring structure was produced by CMP.
【００４８】上記した各Ｃｕ配線構造について、各Ｔａ
Ｎ膜のＣｕバリア性を実施例１と同様にして評価した。
これらの結果をＴａターゲット中のＣｕ含有量およびそ
のバラツキと共に表２に示す。For each of the above Cu wiring structures, each Ta wiring
The Cu barrier property of the N film was evaluated in the same manner as in Example 1.
Table 2 shows these results together with the Cu content in the Ta target and its variation.
【００４９】[0049]
【表２】 表２から明らかなように、試料No.11〜No.13の本発明の
Ｔａスパッタリングターゲットを用いて成膜したＴａＮ
膜はＣｕのバリア性に優れているのに対し、Ｃｕ含有量
が本発明の範囲を外れる試料No.8〜No.10の各Ｔａスパ
ッタリングターゲットを用いて成膜したＴａＮ膜はＣｕ
バリア性に劣るものであった。このようなＴａＮバリア
層を有するＣｕ配線構造を適用することによって、半導
体デバイスなどの製品歩留りを大幅に向上させることが
可能となる。[Table 2] As is clear from Table 2, TaN films formed using the Ta sputtering targets of the present invention of samples No. 11 to No. 13 were formed.
While the film is excellent in the barrier property of Cu, the TaN film formed using each of the Ta sputtering targets of Samples No. 8 to No. 10 in which the Cu content is out of the range of the present invention is Cu.
The barrier properties were poor. By applying a Cu wiring structure having such a TaN barrier layer, it is possible to greatly improve the yield of products such as semiconductor devices.
【００５０】[0050]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のスパッタ
リングターゲットによれば、Ｃｕバリア性に優れるＴａ
Ｎ膜を再現性よく作製することができる。従って、この
ようなＴａスパッタリングターゲットを用いてＴａＮ膜
を成膜し、これをＣｕ配線膜のバリア層などとして使用
することによって、Ｃｕ配線構造の高信頼性化、さらに
は製品歩留りの向上などを図ることができる。As described above, according to the sputtering target of the present invention, Ta having excellent Cu barrier properties is obtained.
An N film can be manufactured with good reproducibility. Therefore, by forming a TaN film using such a Ta sputtering target and using the TaN film as a barrier layer of a Cu wiring film, it is possible to improve the reliability of the Cu wiring structure and further improve the product yield. Can be planned.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤岡 直美 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 渡辺 高志 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 石上 隆 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 渡邊 光一 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 4K029 AA29 BA58 BB02 BD01 CA06 DC03 DC08 5F103 AA08 BB22 DD30 NN05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Naomi Fujioka 8th Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Yokohama Office (72) Takashi Watanabe 8th Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa (72) Inventor Takashi Ishigami, Inc. 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Yokohama Office (72) Koichi Watanabe 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Toshiba Corporation F term in Yokohama office (reference) 4K029 AA29 BA58 BB02 BD01 CA06 DC03 DC08 5F103 AA08 BB22 DD30 NN05
Claims (9)
らなることを特徴とするスパッタリングターゲット。1. A sputtering target comprising a high-purity Ta having a Cu content of 50 ppm or less.
トにおいて、 前記高純度Ｔａは2at%以下の範囲の窒素を含有すること
を特徴とするスパッタリングターゲット。2. The sputtering target according to claim 1, wherein the high-purity Ta contains nitrogen in a range of 2 at% or less.
リングターゲットにおいて、 前記Ｃｕ含有量が10ppm以下であることを特徴とするス
パッタリングターゲット。3. The sputtering target according to claim 1, wherein the Cu content is 10 ppm or less.
リングターゲットにおいて、 前記Ｃｕ含有量が5ppm以下であることを特徴とするスパ
ッタリングターゲット。4. The sputtering target according to claim 1, wherein the Cu content is 5 ppm or less.
リングターゲットにおいて、 前記Ｃｕ含有量が1ppm以下であることを特徴とするスパ
ッタリングターゲット。5. The sputtering target according to claim 1, wherein the Cu content is 1 ppm or less.
記載のスパッタリングターゲットにおいて、 ターゲット全体の前記Ｃｕ含有量のバラツキが±30%以
内であることを特徴とするスパッタリングターゲット。6. The sputtering target according to claim 1, wherein the variation in the Cu content of the entire target is within ± 30%.
トにおいて、 前記ターゲットはバッキングプレートと接合されている
ことを特徴とするスパッタリングターゲット。7. The sputtering target according to claim 1, wherein the target is bonded to a backing plate.
トにおいて、 前記ターゲットはＴａＮ膜からなるバリア層を形成する
際に用いられることを特徴とするスパッタリングターゲ
ット。8. The sputtering target according to claim 1, wherein the target is used when forming a barrier layer made of a TaN film.
トにおいて、 前記ターゲットはＣｕまたはＣｕ合金よりなる配線膜に
対するバリア層を形成する際に用いられることを特徴と
するスパッタリングターゲット。9. The sputtering target according to claim 1, wherein the target is used when forming a barrier layer for a wiring film made of Cu or a Cu alloy.
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