JP2002363736A - スパッタターゲット、バリア膜および電子部品 - Google Patents
スパッタターゲット、バリア膜および電子部品Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 膜厚均一性が高い窒化タンタルのバリア膜を
成膜可能なタンタルスパッタターゲット、バリア膜及び
電子部品の提供。 【解決手段】 スパッタされる面のＸ線回折により求め
られた結晶面の(110)/{(110)+(200)+(211)+(220)+(31
0)}の強度比の、スパッタ表面部分の場所によるばらつ
きが２０％以内であることを特徴とする、Ｔａスパッタ
ターゲット、窒素ガス雰囲気中で、上記Ｔａスパッタタ
ーゲットを用いて成膜されたＴａＮ膜からなることを特
徴とするバリア膜、及び上記のバリア膜を具備すること
を特徴とする電子部品。
成膜可能なタンタルスパッタターゲット、バリア膜及び
電子部品の提供。 【解決手段】 スパッタされる面のＸ線回折により求め
られた結晶面の(110)/{(110)+(200)+(211)+(220)+(31
0)}の強度比の、スパッタ表面部分の場所によるばらつ
きが２０％以内であることを特徴とする、Ｔａスパッタ
ターゲット、窒素ガス雰囲気中で、上記Ｔａスパッタタ
ーゲットを用いて成膜されたＴａＮ膜からなることを特
徴とするバリア膜、及び上記のバリア膜を具備すること
を特徴とする電子部品。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、タンタルスパッタ
ターゲット、それによって成膜されたバリア膜およびこ
のバリア膜を具備する電子部品に関するものである。
ターゲット、それによって成膜されたバリア膜およびこ
のバリア膜を具備する電子部品に関するものである。
【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。中でも２５６ＭビットＤＲＡ
Ｍ、ロジックやシステムＬＳＩ等、あるいはそれ以降の
半導体素子においては、集積回路の高集積化・高信頼性
・高機能化が進むにつれて微細加工技術に要求される精
度も益々高まっている。このような集積回路の高密度
化、高速化に伴って、アルミニウムや銅を主成分として
形成される金属配線の幅は０．１３μm以下になりつつ
ある。
急速に進捗しつつある。中でも２５６ＭビットＤＲＡ
Ｍ、ロジックやシステムＬＳＩ等、あるいはそれ以降の
半導体素子においては、集積回路の高集積化・高信頼性
・高機能化が進むにつれて微細加工技術に要求される精
度も益々高まっている。このような集積回路の高密度
化、高速化に伴って、アルミニウムや銅を主成分として
形成される金属配線の幅は０．１３μm以下になりつつ
ある。
【０００３】一方、集積回路を高速で動作させるには、
アルミニウムあるいは銅配線の電気抵抗を低減すること
が必須となる。配線の電気抵抗を低減するには、従来の
構造を用いた場合、配線の高さ（即ち、配線層の厚さ）
を厚くする方法がある。しかし、更なる高集積化・高密
度化が要求されるデバイスでは、このような積層構造を
用いた場合、配線上に形成される絶縁膜のカバレッジ性
が悪くなって、歩留まりが低下することが避けがたい。
アルミニウムあるいは銅配線の電気抵抗を低減すること
が必須となる。配線の電気抵抗を低減するには、従来の
構造を用いた場合、配線の高さ（即ち、配線層の厚さ）
を厚くする方法がある。しかし、更なる高集積化・高密
度化が要求されるデバイスでは、このような積層構造を
用いた場合、配線上に形成される絶縁膜のカバレッジ性
が悪くなって、歩留まりが低下することが避けがたい。
【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）配線技術が提案されている。ここ
で、ＤＤ技術とは、あらかじめ下地膜に形成した配線溝
に、配線材となるアルミニウムや銅を主成分とする金属
をスパッタリング法やＣＶＤ法等を用いて成膜し、熱処
理（リフロ−）によって溝へ流し込み、ＣＭＰ（Chemic
al Machanical Polishing）法によって余剰の配線金属
を除去することからなる技術のことである。
アルダマシン（ＤＤ）配線技術が提案されている。ここ
で、ＤＤ技術とは、あらかじめ下地膜に形成した配線溝
に、配線材となるアルミニウムや銅を主成分とする金属
をスパッタリング法やＣＶＤ法等を用いて成膜し、熱処
理（リフロ−）によって溝へ流し込み、ＣＭＰ（Chemic
al Machanical Polishing）法によって余剰の配線金属
を除去することからなる技術のことである。
【０００５】上述した半導体デバイスに用いられる配線
材料としては、抵抗率がアルミニウムに比べて低い銅配
線が主流となっている。銅配線が有利な点は、アルミニ
ウム配線に比べてエレクトマイグレーション性に優れて
いることである。これからの高速デバイスでは銅配線が
主流となっている。
材料としては、抵抗率がアルミニウムに比べて低い銅配
線が主流となっている。銅配線が有利な点は、アルミニ
ウム配線に比べてエレクトマイグレーション性に優れて
いることである。これからの高速デバイスでは銅配線が
主流となっている。
【０００６】銅配線を適用する場合、銅が基板として用
いられたケイ素中へ拡散して少数キャリアの寿命が短く
なる場合があることから、ケイ素基板と銅配線層との間
に、銅の拡散防止を目的としてバリア膜を設けることが
行われている。例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）膜あるい
は窒化タンタル（ＴａＮ）膜からならバリア膜を形成す
ることが行われている（特開平１０−２４２２７９号公
報）。特に窒化タンタル膜からならバリア膜は、熱的に
安定でバリア性に優れていることから、最近注目されて
いるものである。このような窒化タンタル膜は、窒素ガ
ス含有雰囲気中で、タンタルターゲットを用いて反応性
スパッタすることによって形成することができる。
いられたケイ素中へ拡散して少数キャリアの寿命が短く
なる場合があることから、ケイ素基板と銅配線層との間
に、銅の拡散防止を目的としてバリア膜を設けることが
行われている。例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）膜あるい
は窒化タンタル（ＴａＮ）膜からならバリア膜を形成す
ることが行われている（特開平１０−２４２２７９号公
報）。特に窒化タンタル膜からならバリア膜は、熱的に
安定でバリア性に優れていることから、最近注目されて
いるものである。このような窒化タンタル膜は、窒素ガ
ス含有雰囲気中で、タンタルターゲットを用いて反応性
スパッタすることによって形成することができる。
【０００７】設計ルールが益々厳しくなるＬＳＩデバイ
スでは、アスペクト比も４を超える製品が当たり前にな
ってくる。このようなデバイスに対応していくために
は、従来のスパッタ技術つまりコリメーションスパッタ
法、長距離スパッタ法、低圧スパッタ法や最近では、バ
イアススパッタ法なども取り入れて評価を行っている。
スでは、アスペクト比も４を超える製品が当たり前にな
ってくる。このようなデバイスに対応していくために
は、従来のスパッタ技術つまりコリメーションスパッタ
法、長距離スパッタ法、低圧スパッタ法や最近では、バ
イアススパッタ法なども取り入れて評価を行っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】窒化タンタルからなる
バリア膜は、熱的安定性、バリア性の点で好ましいもの
であることは前記した通りである。しかし、従来のタン
タルスパッタターゲットを用いて反応性スパッタによっ
て製造した窒化タンタル膜は、膜厚の均一性が良好でな
いという問題点があった。バリア膜が不均一である場合
には、バリア性の低下やそのバリア膜上に配線を設ける
のが困難になる場合があり、歩留まり低下が避けられな
い。バリア膜の均一性を高めることは、集積回路のさら
なる高密度化、高速化ならびに製造の際のウェーハを大
口径化するうえで重要である。
バリア膜は、熱的安定性、バリア性の点で好ましいもの
であることは前記した通りである。しかし、従来のタン
タルスパッタターゲットを用いて反応性スパッタによっ
て製造した窒化タンタル膜は、膜厚の均一性が良好でな
いという問題点があった。バリア膜が不均一である場合
には、バリア性の低下やそのバリア膜上に配線を設ける
のが困難になる場合があり、歩留まり低下が避けられな
い。バリア膜の均一性を高めることは、集積回路のさら
なる高密度化、高速化ならびに製造の際のウェーハを大
口径化するうえで重要である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、タンタルスパ
ッタターゲットのスパッタされる面のＸ線回折によって
求められる所定の結晶面の強度比を特定することによっ
て、上記課題に解決を与えようとするものである。
ッタターゲットのスパッタされる面のＸ線回折によって
求められる所定の結晶面の強度比を特定することによっ
て、上記課題に解決を与えようとするものである。
【００１０】したがって、請求項１の本発明によるタン
タルスパッタターゲットは、スパッタされる面のＸ線回
折により求められた結晶面の（１１０）／{（１１０）
＋（２００）＋（２１１）＋（２２０）＋（３１０）}
の強度比の、スパッタ表面部分の場所によるばらつきが
２０％以内であること、を特徴とするものである。
タルスパッタターゲットは、スパッタされる面のＸ線回
折により求められた結晶面の（１１０）／{（１１０）
＋（２００）＋（２１１）＋（２２０）＋（３１０）}
の強度比の、スパッタ表面部分の場所によるばらつきが
２０％以内であること、を特徴とするものである。
【００１１】請求項２の本発明によるタンタルスパッタ
ターゲットは、上記の（１１０）／{（１１０）＋（２
００）＋（２１１）＋（２２０）＋（３１０）}の強度
比が０．４以上０．６以下であることを特徴とする、請
求項１に記載のタンタルスパッタターゲットである。
ターゲットは、上記の（１１０）／{（１１０）＋（２
００）＋（２１１）＋（２２０）＋（３１０）}の強度
比が０．４以上０．６以下であることを特徴とする、請
求項１に記載のタンタルスパッタターゲットである。
【００１２】請求項３の本発明によるタンタルスパッタ
ターゲットは、スパッタされる面の平均結晶粒径が３０
０μｍ以下であり、かつ平均結晶粒径のスパッタ表面の
場所によるばらつきが２０％以内であることを特徴とす
る、請求項１または請求項２のタンタルスパッタターゲ
ットである。
ターゲットは、スパッタされる面の平均結晶粒径が３０
０μｍ以下であり、かつ平均結晶粒径のスパッタ表面の
場所によるばらつきが２０％以内であることを特徴とす
る、請求項１または請求項２のタンタルスパッタターゲ
ットである。
【００１３】請求項４の本発明によるタンタルスパッタ
ターゲットは、鉄、ニッケル、クロム、銅、アルミニウ
ム、ナトリウム、カリウム、ウランおよびトリウムの含
有量の合計が０．０１重量％以下である高純度タンタル
からなることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のい
ずれかのタンタルスパッタターゲットである。
ターゲットは、鉄、ニッケル、クロム、銅、アルミニウ
ム、ナトリウム、カリウム、ウランおよびトリウムの含
有量の合計が０．０１重量％以下である高純度タンタル
からなることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のい
ずれかのタンタルスパッタターゲットである。
【００１４】請求項５の本発明によるタンタルスパッタ
ターゲットは、銅もしくはアルミニウムもしくはそれら
の合金材のバッキングプレートと接合一体化されてなる
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれかの
タンタルスパッタターゲットである。
ターゲットは、銅もしくはアルミニウムもしくはそれら
の合金材のバッキングプレートと接合一体化されてなる
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれかの
タンタルスパッタターゲットである。
【００１５】請求項６の本発明によるタンタルスパッタ
ターゲットは、窒化タンタル膜からなるバリア膜を形成
する際に用いられるものであることを特徴とする、請求
項１乃至請求項５のいずれかのタンタルスパッタターゲ
ットである。
ターゲットは、窒化タンタル膜からなるバリア膜を形成
する際に用いられるものであることを特徴とする、請求
項１乃至請求項５のいずれかのタンタルスパッタターゲ
ットである。
【００１６】請求項７の本発明によるバリア膜は、窒素
ガス雰囲気中で、請求項１乃至請求項６のいずれかのタ
ンタルスパッタターゲットを用いて成膜された窒化タン
タル膜からなることを特徴とする、バリア膜である。
ガス雰囲気中で、請求項１乃至請求項６のいずれかのタ
ンタルスパッタターゲットを用いて成膜された窒化タン
タル膜からなることを特徴とする、バリア膜である。
【００１７】請求項８の本発明によるバリア膜は、バリ
ア膜厚の場所によるばらつきが５％以内であることを特
徴とする、請求項７のバリア膜である。
ア膜厚の場所によるばらつきが５％以内であることを特
徴とする、請求項７のバリア膜である。
【００１８】請求項９の本発明による電子部品は、請求
項７または請求項８のバリア膜を具備することを特徴と
する、電子部品である。
項７または請求項８のバリア膜を具備することを特徴と
する、電子部品である。
【００１９】
【発明の実施の形態】＜タンタルスパッタターゲット＞
本発明によるタンタルスパッタターゲットは、スパッタ
される面のＸ線回折により求められた結晶面の（１１
０）／{（１１０）＋（２００）＋（２１１）＋（２２
０）＋（３１０）}の強度比の、スパッタ表面部分の場
所によるばらつきが２０％以内であること、を特徴とす
るものである。上記の強度比が１５％以下、さらには１
０％以下のものが特に好ましい。このような、ばらつき
が少ないタンタルスパッタターゲットを使用すれば、よ
り均一性が高いバリア膜を容易に得ることができる。
本発明によるタンタルスパッタターゲットは、スパッタ
される面のＸ線回折により求められた結晶面の（１１
０）／{（１１０）＋（２００）＋（２１１）＋（２２
０）＋（３１０）}の強度比の、スパッタ表面部分の場
所によるばらつきが２０％以内であること、を特徴とす
るものである。上記の強度比が１５％以下、さらには１
０％以下のものが特に好ましい。このような、ばらつき
が少ないタンタルスパッタターゲットを使用すれば、よ
り均一性が高いバリア膜を容易に得ることができる。
【００２０】本発明タンタルスパッタターゲットの中で
も、上記の強度比、即ち、（１１０）／{（１１０）＋
（２００）＋（２１１）＋（２２０）＋（３１０）}の
強度比が０．４以上０．６以下であることが好ましい。
上記の強度比が上記範囲をはずれると、均一性の高い膜
を得られにくくなる。本発明では、上記強度比が０．４
５〜０．５７であるものが好ましく、さらには０．４７
〜０．５３が好ましい。ここで、（１１０）面の強度と
上記各結晶面強度の総和との強度比を規定した理由は、
（１１０）面はＴａ（ＢＣＣ構造）の最稠密面であり、
最もスパッタされやすい面であるためである。
も、上記の強度比、即ち、（１１０）／{（１１０）＋
（２００）＋（２１１）＋（２２０）＋（３１０）}の
強度比が０．４以上０．６以下であることが好ましい。
上記の強度比が上記範囲をはずれると、均一性の高い膜
を得られにくくなる。本発明では、上記強度比が０．４
５〜０．５７であるものが好ましく、さらには０．４７
〜０．５３が好ましい。ここで、（１１０）面の強度と
上記各結晶面強度の総和との強度比を規定した理由は、
（１１０）面はＴａ（ＢＣＣ構造）の最稠密面であり、
最もスパッタされやすい面であるためである。
【００２１】なお、本発明において、上記強度比の「ス
パッタ表面での場所によるばらつき」は、下記のように
して求めたものである。すなわち、図１に示すように、
例えば円盤状のスパッタリングターゲットの中心部（位
置１）と、この中心部を通り円周を均等に分割した４本
の直線上の中心から９０％（中心を０％、半径の長さを
１００％とする）の距離にある点（位置２〜９）、およ
び中心から５０％（上記と同様に、中心を０％、半径の
長さを１００％とする）の距離にある点（位置１０〜１
７）から、それぞれ長さ１５ｍｍ、幅１５ｍｍの試験片
を合計１７個採取する。採集された試験片を＃１０００
まで研磨し、更にバフ研磨を行って、表面を鏡面にす
る。この鏡面研磨された試験片の（１１０）、（２０
０）、（２１１）、（２２０）、（３１０）の結晶面の
Ｘ線回折強度を測定する。Ｘ線回折強度の測定は各試験
片毎に１０回以上行い、その平均値をもとに上記の（１
１０）／{（１１０）＋（２００）＋（２１１）＋（２
２０）＋（３１０）}の強度比を算出する。採取された
１７個の各試験片について、それぞれ上記の強度比の値
を求める。
パッタ表面での場所によるばらつき」は、下記のように
して求めたものである。すなわち、図１に示すように、
例えば円盤状のスパッタリングターゲットの中心部（位
置１）と、この中心部を通り円周を均等に分割した４本
の直線上の中心から９０％（中心を０％、半径の長さを
１００％とする）の距離にある点（位置２〜９）、およ
び中心から５０％（上記と同様に、中心を０％、半径の
長さを１００％とする）の距離にある点（位置１０〜１
７）から、それぞれ長さ１５ｍｍ、幅１５ｍｍの試験片
を合計１７個採取する。採集された試験片を＃１０００
まで研磨し、更にバフ研磨を行って、表面を鏡面にす
る。この鏡面研磨された試験片の（１１０）、（２０
０）、（２１１）、（２２０）、（３１０）の結晶面の
Ｘ線回折強度を測定する。Ｘ線回折強度の測定は各試験
片毎に１０回以上行い、その平均値をもとに上記の（１
１０）／{（１１０）＋（２００）＋（２１１）＋（２
２０）＋（３１０）}の強度比を算出する。採取された
１７個の各試験片について、それぞれ上記の強度比の値
を求める。
【００２２】本発明でのＸ線回折強度比の「スパッタ表
面での場所によるばらつき」は、上記のようにして得ら
れた１７のＸ線回折強度強度比のうちの最大値および最
小値から ｛ （最大値−最小値）／（最大値＋最小値） ｝ × １
００ の式に基づいて求めた値の平均値を、単位（％）により
表すものとする。
面での場所によるばらつき」は、上記のようにして得ら
れた１７のＸ線回折強度強度比のうちの最大値および最
小値から ｛ （最大値−最小値）／（最大値＋最小値） ｝ × １
００ の式に基づいて求めた値の平均値を、単位（％）により
表すものとする。
【００２３】Ｘ線回折装置は、理学社製のＸ線回折装置
（ＸＲＤ）、条件は次の通りである。
（ＸＲＤ）、条件は次の通りである。
【００２４】測定条件 Ｘ線：Ｃｕ，ｋ−α１，５０ｋＶ，１００ｍＡ、縦型ゴ
ニオメーター、発散スリト：１ｄｅｇ、散乱スリット：
１ｄｅｇ、受光スリット：０．１５ｍｍ、走査モード：
連続、スキャンスピード：１°／ｍｉｎ、スキャンステ
ップ：０．０１°、走査軸：２θ／θ、測定角度：３０
〜１００° 本発明によるタンタルスパッタターゲットは、高純度タ
ンタル、特に鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム
（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ナトリ
ウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ウラン（Ｕ）およびト
リウム（Ｔｈ）の含有量の合計が０．０１重量％以下で
ある高純度タンタル、からなるものが好ましい。不純物
量が多い場合には、均質のバリア膜を成膜するのが困難
になり、バリア膜の特性、例えば耐熱性、絶縁性、耐食
性等、が低下する場合がある。
ニオメーター、発散スリト：１ｄｅｇ、散乱スリット：
１ｄｅｇ、受光スリット：０．１５ｍｍ、走査モード：
連続、スキャンスピード：１°／ｍｉｎ、スキャンステ
ップ：０．０１°、走査軸：２θ／θ、測定角度：３０
〜１００° 本発明によるタンタルスパッタターゲットは、高純度タ
ンタル、特に鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム
（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ナトリ
ウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ウラン（Ｕ）およびト
リウム（Ｔｈ）の含有量の合計が０．０１重量％以下で
ある高純度タンタル、からなるものが好ましい。不純物
量が多い場合には、均質のバリア膜を成膜するのが困難
になり、バリア膜の特性、例えば耐熱性、絶縁性、耐食
性等、が低下する場合がある。
【００２５】さらに、本発明によるタンタルスパッタタ
ーゲットは、スパッタされる面の平均結晶粒径が３００
μｍ以下であり、かつ平均結晶粒径のスパッタ表面の場
所によるばらつきが２０％以内のものが好ましい。平均
結晶粒径が３００μｍ超過であると、膜厚の均一性が低
下し、平均粒径のスパッタ表面の場所によるばらつきが
２０％以上であると、やはり膜厚の均一性が低下すると
いう問題が発生することがある。
ーゲットは、スパッタされる面の平均結晶粒径が３００
μｍ以下であり、かつ平均結晶粒径のスパッタ表面の場
所によるばらつきが２０％以内のものが好ましい。平均
結晶粒径が３００μｍ超過であると、膜厚の均一性が低
下し、平均粒径のスパッタ表面の場所によるばらつきが
２０％以上であると、やはり膜厚の均一性が低下すると
いう問題が発生することがある。
【００２６】ここで、平均結晶粒径の「スパッタ表面で
の場所によるばらつき」は、図１に示されたスパッタタ
ーゲットの１７点から採取され、同様に鏡面研磨された
試験片についての平均粒径の測定を１０回以上行い、こ
れらの１７の平均粒径値のうちの最大値および最小値か
ら ｛ （最大値−最小値）／（最大値＋最小値） ｝ × １
００ の式に基づいて求めた値の平均値を、単位（％）によっ
て表すこととする。
の場所によるばらつき」は、図１に示されたスパッタタ
ーゲットの１７点から採取され、同様に鏡面研磨された
試験片についての平均粒径の測定を１０回以上行い、こ
れらの１７の平均粒径値のうちの最大値および最小値か
ら ｛ （最大値−最小値）／（最大値＋最小値） ｝ × １
００ の式に基づいて求めた値の平均値を、単位（％）によっ
て表すこととする。
【００２７】平均粒径の測定方法および条件は、下記の
通りである。すなわち、顕微鏡視野中の結晶粒数をカウ
ントして、結晶粒１個の平面面積を算出し、ついで粒一
個当たりの平均直径を算出する。単位面積当たりの結晶
粒の数（ＮＡ）は次のようにして測定できる。金属組織
の顕微鏡写真において、ある円の面積Ａの中に含まれる
結晶粒の数（ＮＷ）と一部分が含まれる結晶粒の数（Ｎ
ｉ）とを数える。この場合、十分な数の結晶粒（３０個
以上）が円の中に含まれていることが望ましい。この時
の結晶粒の総和（ＮＴ）は、 ＮＴ ＝ ＮＷ ＋ （１／２）Ｎｉ で与えられる。次いで、Ａ／ＮＴ で粒１個当たりの平
均面積が算出される。この平均面積の直径が平均直径と
なる。
通りである。すなわち、顕微鏡視野中の結晶粒数をカウ
ントして、結晶粒１個の平面面積を算出し、ついで粒一
個当たりの平均直径を算出する。単位面積当たりの結晶
粒の数（ＮＡ）は次のようにして測定できる。金属組織
の顕微鏡写真において、ある円の面積Ａの中に含まれる
結晶粒の数（ＮＷ）と一部分が含まれる結晶粒の数（Ｎ
ｉ）とを数える。この場合、十分な数の結晶粒（３０個
以上）が円の中に含まれていることが望ましい。この時
の結晶粒の総和（ＮＴ）は、 ＮＴ ＝ ＮＷ ＋ （１／２）Ｎｉ で与えられる。次いで、Ａ／ＮＴ で粒１個当たりの平
均面積が算出される。この平均面積の直径が平均直径と
なる。
【００２８】このようなタンタルスパッタターゲット
は、バッキングプレートと接合一体化することができ
る。バッキングプレートとしては従来から用いられてい
るもの、好ましくは銅、アルミニウムもしくはそれらの
合金材、を本発明においても使用することができる。タ
ンタルスパッタターゲットとバッキングプレートとの接
合も従来から行われてきた方法、好ましくはソルダー結
合および拡散接合、によって行うことができる。ソルダ
ー接合の際の接合剤としては、インジウム系あるいは錫
系の接合材を挙げることができる。
は、バッキングプレートと接合一体化することができ
る。バッキングプレートとしては従来から用いられてい
るもの、好ましくは銅、アルミニウムもしくはそれらの
合金材、を本発明においても使用することができる。タ
ンタルスパッタターゲットとバッキングプレートとの接
合も従来から行われてきた方法、好ましくはソルダー結
合および拡散接合、によって行うことができる。ソルダ
ー接合の際の接合剤としては、インジウム系あるいは錫
系の接合材を挙げることができる。
【００２９】本発明によるタンタルスパッタターゲット
の好ましい一具体例は、窒化タンタル膜からなるバリア
膜を形成する際に用いられるものである。
の好ましい一具体例は、窒化タンタル膜からなるバリア
膜を形成する際に用いられるものである。
【００３０】このような本発明によるタンタルスパッタ
ターゲットは、場所による膜厚のばらつきが極めて少な
いバリア膜を製造することができる。
ターゲットは、場所による膜厚のばらつきが極めて少な
いバリア膜を製造することができる。
【００３１】＜タンタルスパッタターゲットの製造＞本
発明によるタンタルスパッタターゲットは、Ｘ線回折に
より得られる強度比に関する上記要件が満たされるので
あれば、任意の方法によって製造することができる。例
えば、公知の高純度タンタルスパッタターゲットの製造
の際に使用されていたＴａ２Ｏ５鉱石をアルカリ溶解法
や分別結晶法、電子ビーム溶解法で得られたインゴット
を、適当な塑性加工、加熱および冷却処理、並びに再結
晶化処理に付すことによって製造することができる。
発明によるタンタルスパッタターゲットは、Ｘ線回折に
より得られる強度比に関する上記要件が満たされるので
あれば、任意の方法によって製造することができる。例
えば、公知の高純度タンタルスパッタターゲットの製造
の際に使用されていたＴａ２Ｏ５鉱石をアルカリ溶解法
や分別結晶法、電子ビーム溶解法で得られたインゴット
を、適当な塑性加工、加熱および冷却処理、並びに再結
晶化処理に付すことによって製造することができる。
【００３２】本発明のよるタンタルスパッタリングター
ゲットは、（１１０）／{（１１０）＋（２００）＋
（２１１）＋（２２０）＋（３１０）}の強度比のスパ
ッタ面でのばらつき、スパッタ面での平均結晶粒径、そ
のばらつき等に関し、所定の要件を満たすものが好まし
いことは前記の通りである。したがって、タンタルスパ
ッタリングターゲットの製造も、そのような所定の要件
が充足されるように、塑性加工、加熱および冷却処理、
再結晶化処理等の製造条件を適宜選択して行うのが好ま
しい。
ゲットは、（１１０）／{（１１０）＋（２００）＋
（２１１）＋（２２０）＋（３１０）}の強度比のスパ
ッタ面でのばらつき、スパッタ面での平均結晶粒径、そ
のばらつき等に関し、所定の要件を満たすものが好まし
いことは前記の通りである。したがって、タンタルスパ
ッタリングターゲットの製造も、そのような所定の要件
が充足されるように、塑性加工、加熱および冷却処理、
再結晶化処理等の製造条件を適宜選択して行うのが好ま
しい。
【００３３】例えば、塑性加工の途中で、少なくとも１
回の真空熱処理を行い、次いで冷却処理を実施すること
によって製造することができる。塑性加工は、鍛造およ
び圧延加工を採用することができる。塑性加工率は、１
０〜９８％、特に３０〜９８％が適当である。上記の真
空熱処理は、昇温速度が１０℃／分以上、特に１５℃／
分以上のものであり、１０００〜１６００℃、特に１１
００〜１４００℃の温度で、少なくとも１時間、特に３
時間以上保持することからなるものが好ましい。冷却処
理は、降温速度５０℃／分以上、特に１００℃／分以上
のものが好ましい。再結晶化処理は、８００〜１４００
℃、特に１０００〜１２００℃の温度で、１時間以上、
特に１〜３時間行うのが好ましい。前記の再結晶化処理
条件とすることにより、結晶粒の粗大化を防ぐことがで
きる。
回の真空熱処理を行い、次いで冷却処理を実施すること
によって製造することができる。塑性加工は、鍛造およ
び圧延加工を採用することができる。塑性加工率は、１
０〜９８％、特に３０〜９８％が適当である。上記の真
空熱処理は、昇温速度が１０℃／分以上、特に１５℃／
分以上のものであり、１０００〜１６００℃、特に１１
００〜１４００℃の温度で、少なくとも１時間、特に３
時間以上保持することからなるものが好ましい。冷却処
理は、降温速度５０℃／分以上、特に１００℃／分以上
のものが好ましい。再結晶化処理は、８００〜１４００
℃、特に１０００〜１２００℃の温度で、１時間以上、
特に１〜３時間行うのが好ましい。前記の再結晶化処理
条件とすることにより、結晶粒の粗大化を防ぐことがで
きる。
【００３４】＜バリア膜＞本発明は、さらに、上記のタ
ンタルスパッタターゲットを形成されたバリア膜、具体
的には、窒素雰囲気中で上記タンタルスパッタターゲッ
トを用いて成膜された窒化タンタル膜からなるバリア
膜、に関するものである。
ンタルスパッタターゲットを形成されたバリア膜、具体
的には、窒素雰囲気中で上記タンタルスパッタターゲッ
トを用いて成膜された窒化タンタル膜からなるバリア
膜、に関するものである。
【００３５】このような本発明によるバリア膜は、場所
による膜厚のばらつき５％以内というような均一性が極
めて高いものである。よって、バリア膜の絶縁性、熱的
安定性、強度等の特性も膜全面にわたって一様であっ
て、これらが極端に低下した部分の発生が抑制されてい
る。
による膜厚のばらつき５％以内というような均一性が極
めて高いものである。よって、バリア膜の絶縁性、熱的
安定性、強度等の特性も膜全面にわたって一様であっ
て、これらが極端に低下した部分の発生が抑制されてい
る。
【００３６】ここで、バリア膜厚の「スパッタ表面での
場所によるばらつき」は、表面にバリア膜を成膜したＳ
ｉウエーハの、図１に示された１７点から採取された試
験片についてバリア膜厚を、接触式段差計によって測定
し、これらの１７の測定値のうちの最大値および最小値
から ｛ （最大値−最小値）／（最大値＋最小値） ｝ × １
００ の式に基づいて求めた値を、単位（％）によって表すこ
ととする。
場所によるばらつき」は、表面にバリア膜を成膜したＳ
ｉウエーハの、図１に示された１７点から採取された試
験片についてバリア膜厚を、接触式段差計によって測定
し、これらの１７の測定値のうちの最大値および最小値
から ｛ （最大値−最小値）／（最大値＋最小値） ｝ × １
００ の式に基づいて求めた値を、単位（％）によって表すこ
ととする。
【００３７】上記の窒素雰囲気は、実質的に窒素ガスの
みからなるものおよび窒素ガスを含む不活性ガスからな
るものが代表的である。このような窒素ガス雰囲気中で
行うスパッタ処理の方法およびその具体的条件は、合目
的的な任意のものを採用することができる。
みからなるものおよび窒素ガスを含む不活性ガスからな
るものが代表的である。このような窒素ガス雰囲気中で
行うスパッタ処理の方法およびその具体的条件は、合目
的的な任意のものを採用することができる。
【００３８】本発明では、所定のタンタルスパッタター
ゲットを使用することによって、均一性が極めて高いバ
リア膜を容易に得ることができることから、大型の基板
に適用しても部留まりが極めて良好となる。また、スパ
ッタ処理の条件等を厳格に制御する必要性が低くなって
いる。
ゲットを使用することによって、均一性が極めて高いバ
リア膜を容易に得ることができることから、大型の基板
に適用しても部留まりが極めて良好となる。また、スパ
ッタ処理の条件等を厳格に制御する必要性が低くなって
いる。
【００３９】＜電子部品＞本発明による電子部品は、上
記のバリア膜を具備することを特徴とするものである。
本発明によるバリア膜の特性が顕著に認められるものと
しては、Ｓｉウエーハ基板上に上記バリア膜が成膜さ
れ、このバリア膜上に銅配線が形成された構造からなる
もの、特に高集積化された電子部品である。例えば、半
導体装置、液晶表示装置、プラズマディスプレイ装置、
磁気記録装置、磁気記憶装置、各種用途に使用すること
が可能である。
記のバリア膜を具備することを特徴とするものである。
本発明によるバリア膜の特性が顕著に認められるものと
しては、Ｓｉウエーハ基板上に上記バリア膜が成膜さ
れ、このバリア膜上に銅配線が形成された構造からなる
もの、特に高集積化された電子部品である。例えば、半
導体装置、液晶表示装置、プラズマディスプレイ装置、
磁気記録装置、磁気記憶装置、各種用途に使用すること
が可能である。
【００４０】
【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について説明
する。 ＜実施例１＞タンタルのＥＢインゴット(φ２５０×３
０ｍｍ)を、φ１１５×１４０ｍｍまで冷間で締め鍛造
を行った。その後、真空熱処理(１３００℃×２時間、
昇温速度１５℃/min)をした後、水中に入れ、降温速度
１００℃/minで急冷を行った。その後、φ２５０×３０
ｍｍまで冷間ですえ込み鍛造した。ここで締め鍛造、す
え込み鍛造を組み合わせて２軸から塑性変形をさせた理
由は、単軸方向に冷間鍛造・冷間圧延したときは、熱処
理しても原料インゴットにあった粗大粒が残ってしまう
ためである。
する。 ＜実施例１＞タンタルのＥＢインゴット(φ２５０×３
０ｍｍ)を、φ１１５×１４０ｍｍまで冷間で締め鍛造
を行った。その後、真空熱処理(１３００℃×２時間、
昇温速度１５℃/min)をした後、水中に入れ、降温速度
１００℃/minで急冷を行った。その後、φ２５０×３０
ｍｍまで冷間ですえ込み鍛造した。ここで締め鍛造、す
え込み鍛造を組み合わせて２軸から塑性変形をさせた理
由は、単軸方向に冷間鍛造・冷間圧延したときは、熱処
理しても原料インゴットにあった粗大粒が残ってしまう
ためである。
【００４１】上記のすえ込み鍛造後に再度真空熱処理
(１２００℃×２時間、昇温速度２０℃/min)を行う。真
空熱処理後、１回目の真空熱処理と同様に、水中に入れ
急冷させる。急冷後、表１に示される条件で、冷間圧延
し、再結晶化熱処理を行ったものをターゲット形状に機
械加工した。アルミニウム製のバッキングプレートを拡
散接合法によって接合して、本発明によるタンタルスパ
ッタターゲットを製造した。
(１２００℃×２時間、昇温速度２０℃/min)を行う。真
空熱処理後、１回目の真空熱処理と同様に、水中に入れ
急冷させる。急冷後、表１に示される条件で、冷間圧延
し、再結晶化熱処理を行ったものをターゲット形状に機
械加工した。アルミニウム製のバッキングプレートを拡
散接合法によって接合して、本発明によるタンタルスパ
ッタターゲットを製造した。
【００４２】得られたスパッタターゲット中の、Ｆｅ、
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎａ、Ｋ、Ｕ及びＴｈの各元
素の含有量を測定した結果、それらの合計量は０．０１
重量％以下であった。このようにして製造したタンタル
スパッタターゲットを用いて、スパッタ方式：基板・タ
ーゲット距離＝３００ｍｍ、背圧：１×１０−５Ｐａ、
出力ＤＣ：１８ｋＷ、Ａｒ:５ｓｃｃｍ、Ｎ:２０ｓｃｃ
ｍ、スパッタ時間：５ｍｉｎ、基板バイアス：−１００
Ｖの条件下で８インチのＳｉウェーハに成膜を行った。
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎａ、Ｋ、Ｕ及びＴｈの各元
素の含有量を測定した結果、それらの合計量は０．０１
重量％以下であった。このようにして製造したタンタル
スパッタターゲットを用いて、スパッタ方式：基板・タ
ーゲット距離＝３００ｍｍ、背圧：１×１０−５Ｐａ、
出力ＤＣ：１８ｋＷ、Ａｒ:５ｓｃｃｍ、Ｎ:２０ｓｃｃ
ｍ、スパッタ時間：５ｍｉｎ、基板バイアス：−１００
Ｖの条件下で８インチのＳｉウェーハに成膜を行った。
【００４３】上記で得られたタンタルスパッタターゲッ
トの結晶面の（１１０）／{（１１０）＋（２００）＋
（２１１）＋（２２０）＋（３１０）}の強度比、その
ばらつき、平均結晶粒径およびバリア膜の膜厚は、表１
に示される通りであった。
トの結晶面の（１１０）／{（１１０）＋（２００）＋
（２１１）＋（２２０）＋（３１０）}の強度比、その
ばらつき、平均結晶粒径およびバリア膜の膜厚は、表１
に示される通りであった。
【００４４】＜比較例１＞実施例１と同条件で、締め鍛
造、すえ込み鍛造、真空熱処理を行った。真空熱処理
後、急冷するのではなく、代わりに炉内で徐冷(降温速
度１０℃/min)を行った。その後、表１に示される条件
で、冷間圧延し、再結晶化熱処理を行ったものをターゲ
ット形状に機械加工し、バッキングプレートを同様に接
合した。
造、すえ込み鍛造、真空熱処理を行った。真空熱処理
後、急冷するのではなく、代わりに炉内で徐冷(降温速
度１０℃/min)を行った。その後、表１に示される条件
で、冷間圧延し、再結晶化熱処理を行ったものをターゲ
ット形状に機械加工し、バッキングプレートを同様に接
合した。
【００４５】このタンタルスパッタターゲットを用いた
以外は実施例１と同様にして、バリア膜の成膜した。実
施例１と同様に、タンタルスパッタターゲットの結晶面
の（１１０）／{（１１０）＋（２００）＋（２１１）
＋（２２０）＋（３１０）}の強度比、そのばらつき、
平均結晶粒径およびバリア膜の膜厚を測定した。得られ
た結果は、表１に示される通りである。
以外は実施例１と同様にして、バリア膜の成膜した。実
施例１と同様に、タンタルスパッタターゲットの結晶面
の（１１０）／{（１１０）＋（２００）＋（２１１）
＋（２２０）＋（３１０）}の強度比、そのばらつき、
平均結晶粒径およびバリア膜の膜厚を測定した。得られ
た結果は、表１に示される通りである。
【００４６】
【表１】 表１から明らかなように、本発明によるタンタルスパッ
タターゲットを用いると、バリア膜厚のばらつきが５％
以内の均一性が高いバリア膜を得ることができる。
タターゲットを用いると、バリア膜厚のばらつきが５％
以内の均一性が高いバリア膜を得ることができる。
【００４７】
【発明の効果】以上から明らかなように、本発明のタン
タルスパッタターゲットは、従来達成することができな
かった膜厚均一性が高い窒化タンタルのバリア膜を得る
ことができる。このような本発明によるタンタルスパッ
ターターゲット、これを用いて成膜したバリア膜および
電子部品によれば、製品歩留まりを大幅に向上すること
が可能となる。
タルスパッタターゲットは、従来達成することができな
かった膜厚均一性が高い窒化タンタルのバリア膜を得る
ことができる。このような本発明によるタンタルスパッ
ターターゲット、これを用いて成膜したバリア膜および
電子部品によれば、製品歩留まりを大幅に向上すること
が可能となる。
【図１】タンタルスパッタターゲットの強度比ばらつき
及び平均粒径ばらつき、並びにバリア膜の膜厚ばらつき
を測定した試験片の採取箇所を示す図
及び平均粒径ばらつき、並びにバリア膜の膜厚ばらつき
を測定した試験片の採取箇所を示す図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 高 阪 泰 郎 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 BA58 BD00 DC03 DC21 DC22 4M104 BB32 BB37 DD40 DD42
Claims (9)
- 【請求項１】スパッタされる面のＸ線回折により求めら
れた結晶面の（１１０）／{（１１０）＋（２００）＋
（２１１）＋（２２０）＋（３１０）}の強度比の、ス
パッタ表面部分の場所によるばらつきが２０％以内であ
ることを特徴とする、タンタルスパッタターゲット。 - 【請求項２】上記の（１１０）／{（１１０）＋（２０
０）＋（２１１）＋（２２０）＋（３１０）}の強度比
が０．４以上０．６以下であることを特徴とする、請求
項１に記載のタンタルスパッタターゲット。 - 【請求項３】スパッタされる面の平均結晶粒径が３００
μｍ以下であり、かつ平均結晶粒径のスパッタ表面の場
所によるばらつきが２０％以内であることを特徴とす
る、請求項１または請求項２に記載のタンタルスパッタ
ターゲット。 - 【請求項４】鉄、ニッケル、クロム、銅、アルミニウ
ム、ナトリウム、カリウム、ウランおよびトリウムの含
有量の合計が０．０１重量％以下である高純度タンタル
からなることを特徴とする、請求項１乃至請求項３にい
ずれかに記載のタンタルスパッタターゲット。 - 【請求項５】銅もしくはアルミニウムもしくはそれらの
合金材のバッキングプレートと接合一体化されてなるこ
とを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれかに記
載のタンタルスパッタターゲット。 - 【請求項６】タンタルスパッタターゲットは、窒化タン
タル膜からなるバリア膜を形成する際に用いられるもの
であることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいず
れかに記載にタンタルスパッタターゲット。 - 【請求項７】窒素ガス雰囲気中で、請求項１乃至請求項
６のいずれかに記載のタンタルスパッタターゲットを用
いて成膜された窒化タンタル膜からなることを特徴とす
る、バリア膜。 - 【請求項８】バリア膜厚の場所によるばらつきが５％以
内であることを特徴とする、請求項７に記載のバリア
膜。 - 【請求項９】請求項７または請求項８に記載のバリア膜
を具備することを特徴とする、電子部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001170635A JP4817536B2 (ja) | 2001-06-06 | 2001-06-06 | スパッタターゲット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001170635A JP4817536B2 (ja) | 2001-06-06 | 2001-06-06 | スパッタターゲット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002363736A true JP2002363736A (ja) | 2002-12-18 |
| JP4817536B2 JP4817536B2 (ja) | 2011-11-16 |
Family
ID=19012526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001170635A Expired - Lifetime JP4817536B2 (ja) | 2001-06-06 | 2001-06-06 | スパッタターゲット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4817536B2 (ja) |
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-
2001
- 2001-06-06 JP JP2001170635A patent/JP4817536B2/ja not_active Expired - Lifetime
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