JP2002294437A - 銅合金スパッタリングターゲット - Google Patents

銅合金スパッタリングターゲット

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暁 森
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ターゲットとバッキングプレートを熱間静水圧
プレスにより接合する際に、結晶粒成長が小さい銅合金
スパッタリングターゲットを提供する。 【解決手段】Ｖ，Ｎｂ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉの内の
グループから選ばれた１種以上の成分とＳｃ，Ａｌ，
Ｙ，Ｃｒの内のグループから選ばれた１種以上の成分と
の合計が０．００５〜０．５質量％となるように含み、
酸素：０．１〜５ｐｐｍを含み、残部がＣｕおよび不可
避不純物からなる組成を有する銅合金からなるスパッタ
リングターゲットとバッキングプレートを熱間静水圧プ
レスにより接合させてなるバッキングプレート付き銅合
金スパッタリングターゲット。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、銅合金スパッタリン
グターゲット、特にターゲットとバッキングプレートを
熱間静水圧プレスにより接合する際に、結晶粒成長が小
さい銅合金スパッタリングターゲットに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体デバイスの配線として、
スパッタリングによって形成された薄膜配線を使用する
ことは知られており、この薄膜配線はバッキングプレー
トにろう付けした純度：９９．９９９９質量％以上の高
純度銅製ターゲットをスパッタリング装置に取り付け、
スパッタリングを行うことにより形成することが知られ
ている。
【０００３】前記高純度銅製ターゲットは結晶粒が微細
であるほどパーティクルの発生が少なく、かつ均一な薄
膜が得られると言われており、結晶粒が微細な高純度銅
製ターゲットを得るために、その製造過程において急冷
凝固させたり、加熱と鍛造とを繰り返したり、粉末冶金
法による製造方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年、半導体デバイス
の薄膜配線の成膜スピードを向上させて一層のコスト削
減が求められており、このために一層の高電力によるス
パッタリングが行なわれている。かかる高電力によるス
パッタリングを行なうと、ターゲットが過度に加熱され
てターゲットとバッキングプレートの間に形成されてい
るろう材が溶融して溶け出し、ろう材の一部が蒸発して
スパッタリング薄膜を汚染することがある。これを避け
るために、近年、高純度銅製ターゲットと純銅または純
アルミニウムからなるバッキングプレートを重ねた状態
で熱間静水圧プレスすることにより接合することが行な
われている。しかし、前述の方法で結晶粒が微細な高純
度銅製ターゲットを製造しても、結晶粒が微細な高純度
銅製ターゲットとバッキングプレートを重ねた状態で熱
間静水圧プレスすると、熱間静水圧プレス中に高純度銅
製ターゲットの結晶粒が成長して粗大化し、この粗大化
した結晶粒を有する高純度銅製ターゲットを用いてスパ
ッタリングを行なうと、前述のようにパーティクルの発
生が多なり、さらに形成される薄膜の厚さが不均一とな
って好ましくない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
熱間静水圧プレス中に結晶粒が成長して粗大化すること
のない高純度銅製ターゲットを得るべく研究を行った。
その結果、純度：９９．９９９９％以上の高純度銅に、
Ｖ，Ｎｂ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇの内の
グループから選ばれた１種以上の成分とＳｃ，Ａｌ，
Ｙ，Ｃｒの内のグループから選ばれた１種以上の成分と
の合計が０．００５〜０．５質量％となるように添加
し、さらに酸素含有量を０．１〜５ｐｐｍに調整した成
分組成の銅合金スパッタリングターゲットは、これをバ
ッキンググプレートに重ねて熱間静水圧プレスにより接
合しても、熱間静水圧プレスによる結晶粒の成長が小さ
くかつ微細な組織を維持することができると共に、この
銅合金スパッタリングターゲットを用いて得られたスパ
ッタリング薄膜は従来の高純度銅製ターゲットを用いて
形成したスパッタリング薄膜と比べて電気的特性上の差
異はなく、かえって耐食性に優れるという研究結果が得
られたのである。
【０００６】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、（１）Ｖ，Ｎｂ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇの内のグループから選ばれた１種
以上の成分とＳｃ，Ａｌ，Ｙ，Ｃｒの内のグループから
選ばれた１種以上の成分との合計が０．００５〜０．５
質量％となるように含み、酸素：０．１〜５ｐｐｍを含
み、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有す
る銅合金からなる銅合金スパッタリングターゲット、
（２）Ｖ，Ｎｂ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇ
の内のグループから選ばれた１種以上の成分とＳｃ，Ａ
ｌ，Ｙ，Ｃｒの内のグループから選ばれた１種以上の成
分との合計が０．００５〜０．５質量％となるように含
み、酸素：０．１〜５ｐｐｍを含み、残部がＣｕおよび
不可避不純物からなる組成を有する銅合金からなるスパ
ッタリングターゲットとバッキングプレートを熱間静水
圧プレスにより接合させてなるバッキングプレート付き
銅合金スパッタリングターゲット、に特徴を有するもの
である。
【０００７】前記（１）または（２）記載のターゲット
を用いてスパッタリングすることにより得られた薄膜は
耐食性が優れており、半導体デバイスの配線として優れ
たものである。したがって、この発明は、（３）前記
（１）または（２）記載のターゲットを用いてスパッタ
リングすることにより得られた薄膜、に特徴を有するも
のである。
【０００８】この発明の銅合金スパッタリングターゲッ
トを製造するには、純度：９９．９９９９％以上の高純
度電解銅を、不活性ガス雰囲気中、高純度グラファイト
モールド内にて高周波溶解し、得られた溶湯を急冷凝固
させ、さらに冷間圧延と焼鈍を繰り返したのち最後に歪
取り焼鈍を施すことにより得ることができる。このよう
にして得られた銅合金スパッタリングターゲットを純銅
製または純アルミニウム製バッキングプレートに重ね合
わせ、これを熱間静水圧プレスすることによりターゲッ
トとバッキングプレートを接合する。この時の熱間静水
圧プレスは、温度：５００〜５５０℃、圧力：１４０〜
１５０ＭＰａ で行なう。
【０００９】次に、この発明の銅合金スパッタリングタ
ーゲットにおける成分組成の限定理由を説明する。 （イ）Ｖ，Ｎｂ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇ
からなるグループおよびＳｃ，Ａｌ，Ｙ，Ｃｒからなる
グループ これら成分は微量含有することにより銅合金スパッタリ
ングターゲットの結晶粒の成長を抑制する作用がある
が、Ｖ，Ｎｂ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇの
内のグループから選ばれた１種以上の成分とＳｃ，Ａ
ｌ，Ｙ，Ｃｒの内のグループから選ばれた１種以上の成
分との合計が０．００５質量％未満含んでも所望の効果
が得られず、一方、０．５質量％を越えて含有すると、熱
間静水圧プレス中の結晶粒の成長を抑制することができ
ても、得られたスパッタリング薄膜の抵抗を増加させる
ので半導体デバイスの配線として使用するには好ましく
ない。したがって、この発明の銅合金スパッタリングタ
ーゲットに含まれるＶ，Ｎｂ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｚｎ，Ｍｇの内のグループから選ばれた１種以上の
成分とＳｃ，Ａｌ，Ｙ，Ｃｒの内のグループから選ばれ
た１種以上の成分との合計が０．００５〜０．５質量％
(一層好ましくは０．０１〜０．３質量％)に定めた。
【００１０】（ロ）酸素 酸素は、銅合金スパッタリングターゲットの結晶粒の成
長を抑制する作用があるとともに、微量含有することに
よりスパッタリングして得られた薄膜の耐食性を向上さ
せる成分であるので０．１ｐｐｍ以上含有させる必要が
あるが、５ｐｐｍを越えて含有するとかえって耐食性が
低下するようになるので好ましくない。したがって、こ
の発明の銅合金スパッタリングターゲットに含まれる酸
素を０．１〜５ｐｐｍに定めた。
【００１１】
【発明の実施の態様】つぎに、この発明の銅合金スパッ
タリングターゲットを実施例により具体的に説明する。 純度：９９．９９９９質量％の高純度電解銅を用意し、
この高純度電解銅をＡｒガス雰囲気中、高純度グラファ
イトモールド内にて高周波溶解することにより酸素の含
有量を調整し、得られた溶湯にＶ，Ｎｂ，Ｍｎ，Ｆｅ，
Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇの内のグループから選ばれた１
種以上の成分とＳｃ，Ａｌ，Ｙ，Ｃｒの内のグループか
ら選ばれた１種以上の成分とを添加して成分調整したの
ち、冷却されたカーボン鋳型に鋳造し、さらに冷間圧延と
焼鈍を繰り返したのち最終的に歪取り焼鈍し、得られた
圧延体の表面を旋盤加工して外径：３００mm×厚さ：５
mmの寸法を有し、表１〜３に示される成分組成を有する
本発明銅合金スパッタリングターゲット（以下、本発明
ターゲットという）１〜２４および比較銅合金スパッタ
リングターゲット（以下、比較ターゲットという）１〜
１２を作製した。さらに高純度電解銅に元素を添加する
ことなく従来銅合金スパッタリングターゲット（以下、
従来ターゲットという）を作製した。これらターゲット
を切断し、切断面における平均結晶粒径を測定し、その結
果を熱間静水圧プレス(以下、ＨＩＰという)前の平均結
晶粒径（Ａ）として表１〜３に示した。
【００１２】さらに、純アルミニウム製バッキングプレ
ートを用意し、この純アルミニウム製バッキングプレー
トに前記本発明ターゲット１〜２４、比較ターゲット１
〜１２および従来ターゲットを重ね合わせ、温度：５０
０℃、圧力：１５０ＭＰａの条件でＨＩＰを施すことに
より本発明ターゲット１〜２４、比較ターゲット１〜１
２および従来ターゲットを純アルミニウム製バッキング
プレートに接合してバッキングプレート付きターゲット
を作製した。得られたバッキングプレート付きターゲッ
トを切断し、ターゲットの断面における平均結晶粒を測
定し、その結果をＨＩＰ後の平均結晶粒径（Ｂ）として
表１〜３に示した。さらに、前記平均結晶粒径（Ａ）と
（Ｂ）の比：（Ｂ）／（Ａ）を粒成長比として求め、そ
の結果を表１〜３に示した。
【００１３】本発明ターゲット１〜２４、比較ターゲッ
ト１〜１２および従来ターゲットを純アルミニウム製バ
ッキングプレートにＨＩＰ接合して得られたバッキング
プレート付きターゲットを用い、 電源：交流方式、 電力：４ＫＷ、 雰囲気ガス組成：Ａｒ、 スパッタガス圧：１Ｐａ、 ターゲットと基体との距離：８０mm、 スパッタ時間：５分、 の高出力条件で単結晶Ｓｉウェハー（基体）の表面に、
厚さ：２μｍ、幅：１００μｍの寸法を有する線状薄膜
を平行縞状に１００本形成した。
【００１４】得られた前記１００本の線状薄膜を５０℃
に保持されたＮＨ4Ｃｌ：１％水溶液に３０分間浸漬し、
１００本の線状薄膜の両端に通電して導通テストを行な
い、導通している線状薄膜の本数を測定し、これを表１〜
３に示すことにより薄膜の耐食性を評価した。
【００１５】
【表１】
【００１６】
【表２】
【００１７】
【表３】
【００１８】表１〜３に示される結果から、本発明ター
ゲット１〜２４をＨＩＰによりバッキングプレートに接
合したターゲットは、従来ターゲットを熱間静水圧プレ
スによりバッキングプレートに接合したターゲットに比
べて粒成長比が小さいところから結晶粒の成長が小さ
く、さらに本発明ターゲット１〜２４を用いて形成した
線状薄膜の導通本数は従来ターゲットを用いて形成した
線状薄膜の導通本数に比べて多いところから、本発明タ
ーゲット１〜２４を用いて形成した薄膜は従来ターゲッ
トを用いて形成した薄膜に比べて耐食性に優れているこ
とが分かる。しかし、この発明の条件から外れている組
成の比較ターゲット１〜１２は、ＨＩＰによる粒成長比
が大きかったり、または線状薄膜の導通本数が少ないと
ころから耐食性が劣るなど好ましくない特性を示すこと
が分かる。
【００１９】
【発明の効果】この発明のターゲットは、従来のターゲ
ットに比べて高出力のスパッタリングを行なって成膜ス
ピードを向上させることができ、さらに耐食性に優れた
薄膜を提供することができるなど優れた効果を奏するも
のである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/285 ３０１ Ｈ０１Ｌ 21/285 ３０１Ｚ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】Ｖ，Ｎｂ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚ
    ｎ，Ｍｇの内のグループから選ばれた１種以上の成分と
    Ｓｃ，Ａｌ，Ｙ，Ｃｒの内のグループから選ばれた１種
    以上の成分との合計が０．００５〜０．５質量％となる
    ように含み、酸素：０．１〜５ｐｐｍを含み、残部がＣ
    ｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金から
    な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. 【請求項２】Ｖ，Ｎｂ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚ
    ｎ，Ｍｇの内のグループから選ばれた１種以上の成分と
    Ｓｃ，Ａｌ，Ｙ，Ｃｒの内のグループから選ばれた１種
    以上の成分との合計が０．００５〜０．５質量％となる
    ように含み、酸素：０．１〜５ｐｐｍを含み、残部がＣ
    ｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金から
    なるスパッタリングターゲットとバッキングプレートを
    熱間静水圧プレスにより接合させてなることを特徴とす
    るバッキングプレート付き銅合金スパッタリングターゲ
    ット。
  3. 【請求項３】請求項１または２記載のターゲットを用い
    て形成したことを特徴とする耐食性に優れた薄膜。
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