JPWO2013038962A1 - 高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲット - Google Patents
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Abstract
【要約書】
Ｍｎ０．０５〜２０ｗｔ％を含有し、Ｃ２ｗｔｐｐｍ以下、残部がＣｕ及び不可避的不純物である高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲットであって、当該ターゲットをスパッタリングしてウエハ上に成膜した際、ＣまたはＭｎ、Ｓｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種の元素またはＣとＭｎ、Ｓｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物の直径０．２０μｍ以上のパーティクルの数が平均３０個以下であることを特徴とする高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲット。
このように、銅に適切な量のＭｎ元素を添加すると共に、カーボンの量を制限することにより、スパッタリングの際のパーティクル発生を効果的に抑制することができる。特に、自己拡散抑制機能を有した半導体用銅合金配線を形成するために有用な、高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲットを提供する。
【選択図】なし
Ｍｎ０．０５〜２０ｗｔ％を含有し、Ｃ２ｗｔｐｐｍ以下、残部がＣｕ及び不可避的不純物である高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲットであって、当該ターゲットをスパッタリングしてウエハ上に成膜した際、ＣまたはＭｎ、Ｓｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種の元素またはＣとＭｎ、Ｓｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物の直径０．２０μｍ以上のパーティクルの数が平均３０個以下であることを特徴とする高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲット。
このように、銅に適切な量のＭｎ元素を添加すると共に、カーボンの量を制限することにより、スパッタリングの際のパーティクル発生を効果的に抑制することができる。特に、自己拡散抑制機能を有した半導体用銅合金配線を形成するために有用な、高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲットを提供する。
【選択図】なし
Description
本発明は、半導体用銅合金配線を形成するために有用な、好適な自己拡散抑制機能を備えた、活性な銅の拡散による配線周囲の汚染を効果的に防止することができる高純度銅マンガン合金、特にパーティクル発生の少ない高純度銅マンガン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合金（比抵抗３．０μΩ・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：２．０μΩ・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は、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、銅をスパッタ成膜することが一般に行われる。銅は通常、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の高純度のものを製造し、これをスパッタリングターゲットとして使用していた。
上記の通り、半導体用配線として、銅は非常に有効であるが、銅自体が非常に活性な金属で拡散し易く、半導体Ｓｉ基板又はその上の絶縁膜を通してＳｉ基板又はその周囲を汚染するという問題が発生している。特に配線の微細化に伴い、従来のＴａやＴａＮの拡散バリア層を形成するだけでは十分でなく、銅配線材そのものの改良も要求されている。そこで、これまで銅配線材としては、銅（Ｃｕ）にマンガン（Ｍｎ）を添加して、Ｃｕ−Ｍｎ合金中のＭｎが絶縁膜の酸素と反応して自己形成的にバリア層を形成する、自己拡散抑制機能を備えた銅合金が、提案されている。
上記の半導体用銅合金配線は、銅マンガン合金スパッタリングターゲットを用いて形成されるが、半導体デバイスの微細化・高密度化・高集積化、配線層の微細化・多層化が進むに連れて、従来では問題とならなかった微細なパーティクルであっても、回路に影響を与えるようになるという問題が発生している。そのため、スパッタリング中に発生するパーティクル管理が厳しくなり、半導体ウエハ上のパーティクルを削減することが急務となっている。
Ｃｕ−Ｍｎ合金スパッタリングターゲットの例を、以下に挙げる。
特許文献１には、Ｍｎが０．１〜２０．０ａｔ．％、拡散係数がＣｕの自己拡散係数より小さい不可避的不純物元素の濃度が０．０５ａｔ．％以下、残部がＣｕからなるスパッタリングターゲットが記載されている。
特許文献２には、添加元素としてＢを０．１〜１．０原子％、さらにＭｎおよび／またはＮｉを０．１〜２．０原子％含み、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなるスパッタリングターゲットが記載されている。
特許文献３には、添加元素としてＢを０．１〜１．０原子％、Ｂと化合物を発現する元素（Ｍｎを含む）を０．１〜２．０原子％含み、残部Ｃｕ及び不可避的不純物からなるスパッタリングターゲットが記載されている。
特許文献４には、Ｖ、Ｎｂ、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％となるように含み、酸素：０．１〜５ｐｐｍを含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなるスパッタリングターゲットが記載されている。
特許文献５には、酸素：６越え〜２０モル％を含有し、さらにＭｏ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＦｅのうちの１種または２種以上を合計で０．２〜５モル％含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなるスパッタリングターゲットが記載されている。
特許文献６には、Ｍｎ、Ｂ、ＢｉまたはＧｅの金属粉と、Ｘ（Ｃｕを含む）、Ｙを含む合金粉または焼結金属とから形成され、平均粒径０．１〜３００μｍの結晶粒を５０％以上含み、含有ガス量が６００ｐｐｍ以下である焼結スパッタリングターゲット材が記載されている。
しかし、以上については、スパッタリング中におけるパーティクルの発生を防止するには、必ずしも十分でないという問題がある。
特許文献１には、Ｍｎが０．１〜２０．０ａｔ．％、拡散係数がＣｕの自己拡散係数より小さい不可避的不純物元素の濃度が０．０５ａｔ．％以下、残部がＣｕからなるスパッタリングターゲットが記載されている。
特許文献２には、添加元素としてＢを０．１〜１．０原子％、さらにＭｎおよび／またはＮｉを０．１〜２．０原子％含み、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなるスパッタリングターゲットが記載されている。
特許文献３には、添加元素としてＢを０．１〜１．０原子％、Ｂと化合物を発現する元素（Ｍｎを含む）を０．１〜２．０原子％含み、残部Ｃｕ及び不可避的不純物からなるスパッタリングターゲットが記載されている。
特許文献４には、Ｖ、Ｎｂ、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％となるように含み、酸素：０．１〜５ｐｐｍを含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなるスパッタリングターゲットが記載されている。
特許文献５には、酸素：６越え〜２０モル％を含有し、さらにＭｏ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＦｅのうちの１種または２種以上を合計で０．２〜５モル％含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなるスパッタリングターゲットが記載されている。
特許文献６には、Ｍｎ、Ｂ、ＢｉまたはＧｅの金属粉と、Ｘ（Ｃｕを含む）、Ｙを含む合金粉または焼結金属とから形成され、平均粒径０．１〜３００μｍの結晶粒を５０％以上含み、含有ガス量が６００ｐｐｍ以下である焼結スパッタリングターゲット材が記載されている。
しかし、以上については、スパッタリング中におけるパーティクルの発生を防止するには、必ずしも十分でないという問題がある。
この他、本出願人により提案された半導体素子の配線材として、Ｍｎ０．０５〜５ｗｔ％を含有しＳｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ａｓから選択した１又は２以上の元素の総量が１０ｗｔｐｐｍ以下、残部Ｃｕである半導体用銅合金配線を形成するためのスパッタリングターゲットが記載されている（特許文献７参照）。
これは自己拡散抑制機能を向上させるために有効であるが、パーティクル発生の抑制を目的とするものではない。
また、本出願人は、先にＣｕ−Ｍｎ合金からなる半導体用銅合金配線材料を開示し（特許文献８参照）、特にＭｎ０．０５〜２０ｗｔ％を含有し、Ｂｅ、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅの総計が５００ｗｔｐｐｍ以下、残部がＣｕ及び不可避的不純物であるスパッタリングターゲットを提案した。
これも自己拡散抑制機能を向上させるために有効であるが、パーティクル発生の抑制を目的とするものではない。
これは自己拡散抑制機能を向上させるために有効であるが、パーティクル発生の抑制を目的とするものではない。
また、本出願人は、先にＣｕ−Ｍｎ合金からなる半導体用銅合金配線材料を開示し（特許文献８参照）、特にＭｎ０．０５〜２０ｗｔ％を含有し、Ｂｅ、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅの総計が５００ｗｔｐｐｍ以下、残部がＣｕ及び不可避的不純物であるスパッタリングターゲットを提案した。
これも自己拡散抑制機能を向上させるために有効であるが、パーティクル発生の抑制を目的とするものではない。
パーティクル発生の抑制に関して、Ｍｎ：０．６〜３０質量％を含み、金属系不純物：４０ｐｐｍ以下、酸素：１０ｐｐｍ以下、窒素：５ｐｐｍ以下、水素：５ｐｐｍ以下、炭素：１０ｐｐｍ以下、残部がＣｕであるスパッタリングターゲットについて記載がある（特許文献９参照）。
しかし、これはターゲットに含まれる不純物含有量を全体的に減らせば、パーティクルの発生を抑えることができるというもので、どの不純物がパーティクルの発生に具体的に寄与するかは不明である。
しかし、これはターゲットに含まれる不純物含有量を全体的に減らせば、パーティクルの発生を抑えることができるというもので、どの不純物がパーティクルの発生に具体的に寄与するかは不明である。
本発明は、銅に適切な量のＭｎ元素を添加すると共に、カーボンの量を制限することにより、スパッタリングの際のパーティクル発生を抑制することを課題とする。これによって、微細な半導体素子の配線（溝）の良好な形成を可能とし、微細化・高集積化が進む半導体製品の歩留まりや信頼性を向上することを可能とする。また、自己拡散抑制機能を有し、活性なＣｕの拡散による配線周囲の汚染を効果的に防止することができる、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性、耐食性等に優れた半導体用銅合金配線の形成に有用な高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲットを提供する。
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、パーティクルの主要成分がカーボンであり、ターゲット中に含有するカーボンの量はパーティクルの数と相関関係があることを見出した。そして、銅に適切な量のＭｎ元素を添加すると共に、前記カーボンの量を制限することにより、スパッタリング時に発生するパーティクルの量を著しく低減できる、半導体用銅合金配線を形成するために有用な高純度銅合金スパッタリングターゲットを得ることができるとの知見を得た。
本発明はこの知見に基づき、
１）Ｍｎ０．０５〜２０ｗｔ％を含有し、Ｃ２ｗｔｐｐｍ以下、残部がＣｕ及び不可避的不純物である高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲットであって、当該ターゲットをスパッタリングしてウエハ上に成膜した際、ＣまたはＭｎ、Ｓｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種の元素またはＣとＭｎ、Ｓｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物の直径０．０８μｍ以上のパーティクルの数が平均５０個以下であることを特徴とする高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲット、
２）直径０．０８μｍ以上のパーティクルの数が平均２０個以下であることを特徴とする上記１）記載の高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲット、
３）Ｍｎ０．０５〜２０ｗｔ％を含有し、Ｃ２ｗｔｐｐｍ以下、残部がＣｕ及び不可避的不純物である高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲットであって、当該ターゲットをスパッタリングしてウエハ上に成膜した際、ＣまたはＭｎ、Ｓｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種の元素またはＣとＭｎ、Ｓｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物の直径０．２０μｍ以上のパーティクルの数が平均３０個以下であることを特徴とする高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲット、
４）直径０．２０μｍ以上のパーティクルの数が平均１０個以下であることを特徴とする上記３）記載の高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲット、を提供する。
１）Ｍｎ０．０５〜２０ｗｔ％を含有し、Ｃ２ｗｔｐｐｍ以下、残部がＣｕ及び不可避的不純物である高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲットであって、当該ターゲットをスパッタリングしてウエハ上に成膜した際、ＣまたはＭｎ、Ｓｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種の元素またはＣとＭｎ、Ｓｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物の直径０．０８μｍ以上のパーティクルの数が平均５０個以下であることを特徴とする高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲット、
２）直径０．０８μｍ以上のパーティクルの数が平均２０個以下であることを特徴とする上記１）記載の高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲット、
３）Ｍｎ０．０５〜２０ｗｔ％を含有し、Ｃ２ｗｔｐｐｍ以下、残部がＣｕ及び不可避的不純物である高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲットであって、当該ターゲットをスパッタリングしてウエハ上に成膜した際、ＣまたはＭｎ、Ｓｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種の元素またはＣとＭｎ、Ｓｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物の直径０．２０μｍ以上のパーティクルの数が平均３０個以下であることを特徴とする高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲット、
４）直径０．２０μｍ以上のパーティクルの数が平均１０個以下であることを特徴とする上記３）記載の高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲット、を提供する。
本発明の高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲットは、カーボンの量を制限することにより、スパッタリングの際のパーティクル発生を抑制し、微細な半導体素子の配線（溝）を良好に形成することが可能となる。また、本発明の高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲットを用いて形成した銅合金配線膜は、活性なＣｕの拡散による配線周囲の汚染を効果的に防止することができ、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性、耐食性等を向上させることができるという優れた効果を有する。
本発明の高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲットは、上記の通り、Ｍｎ０．０５〜２０ｗｔ％を含有し、Ｃ２ｗｔｐｐｍ以下、残部がＣｕ及び不可避的不純物であって、当該ターゲットをスパッタリングして成膜した際、Ｃ又はＣ及びＭｎ、Ｓｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種の元素からなる直径０．０８μｍ以上のパーティクルの数がウエハ上に平均５０個以下である。
本発明において、Ｃｕ合金に含まれるＭｎは０．０５ｗｔ％以上、２０ｗｔ％以下とするのが望ましい。Ｍｎ０．０５ｗｔ％未満では、自己拡散抑制機能が小さくなり、Ｍｎ２０ｗｔ％を超えると抵抗が増大し、半導体用銅合金配線としての機能は低下するため好ましくない。さらに好ましくは、Ｍｎ０．５〜１０ｗｔ％を含有する銅合金である。
なお、カーボンは溶解工程における溶解原料および装置部材から混入するため、Ｍｎ含有量がパーティクルの発生原因となるカーボンの量に直接的に影響を与える場合がある。したがって、Ｍｎ含有量は前記の範囲に正確に制御する必要がある。
なお、カーボンは溶解工程における溶解原料および装置部材から混入するため、Ｍｎ含有量がパーティクルの発生原因となるカーボンの量に直接的に影響を与える場合がある。したがって、Ｍｎ含有量は前記の範囲に正確に制御する必要がある。
また、本発明において、高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲットに含まれるＣ（カーボン）含有量は２ｗｔｐｐｍ以下、さらに好ましくは１ｗｔｐｐｍ以下とするのがよい。ターゲットに含まれる不純物はパーティクル発生の原因となるので、できるだけ低減することが望ましい。特に、Ｃ（カーボン）は、高純度銅マンガン合金ターゲットのスパッタリング時に発生するパーティクルに直接影響するので、十分な管理が必要である。
また、本発明において、直径０．２０μｍ以上のパーティクルは、３００ｍｍウエハ上に平均３０個以下であり、好ましくは、平均１０個以下である。また、直径０．０８μｍ以上のパーティクルにあっては、３００ｍｍウエハ上に平均５０個以下であり、好ましくは、平均２０個以下である。パーティクルを抑制することにより、微細な半導体素子の配線（溝）を良好に形成することを可能とし、微細化・高集積化が進む半導体製品の歩留まりや信頼性の改善を図ることができる。
また、本発明において、高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲットを用いてスパッタリングした際に発生するパーティクル個々の成分は、Ｃ（カーボン）であるか、または、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種の元素であるか、または、Ｃ（カーボン）とＭｎ、Ｓｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物である。本発明では、これら成分の異なるパーティクルが、１種で存在する場合もあり、また、２種以上で存在する場合もある。なお、Ｍｎは添加に由来するものであり、Ｓｉ、Ｍｇはターゲット製造時に用いられる坩堝に由来するものである。
また、本発明において、高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲットの製造は、カーボンルツボ（坩堝）内に純度が６Ｎ以上である高純度銅と純度が５Ｎ以上である添加元素のマンガンを入れて溶解する。または、予め純度が６Ｎ以上である高純度銅をカーボンルツボ（坩堝）内で溶解し、これに４Ｎの純度を有するマンガンを、目的とする成分組成となるように添加することもできる。
ここで重要なことは、溶解条件である。溶解温度は１０００〜１４００℃とするのが好ましい。１０００℃未満では溶解反応が十分に行われず、一方、１４００℃を超えるとカーボン坩堝からカーボンが混入するため好ましくない。また、溶解時間は１０〜３０分とするのが好ましい。１０分未満では溶解反応が十分に行われず、一方で、３０分を超えるとカーボン坩堝からのカーボンが混入するため好ましくない。
ここで重要なことは、溶解条件である。溶解温度は１０００〜１４００℃とするのが好ましい。１０００℃未満では溶解反応が十分に行われず、一方、１４００℃を超えるとカーボン坩堝からカーボンが混入するため好ましくない。また、溶解時間は１０〜３０分とするのが好ましい。１０分未満では溶解反応が十分に行われず、一方で、３０分を超えるとカーボン坩堝からのカーボンが混入するため好ましくない。
このようにして得た合金を鋳造して、所定の成分組成の高純度の銅マンガン合金インゴットを得ることができる。その後、この銅マンガン合金のインゴットを、約５００〜９００℃で熱間鍛造し、冷間圧延又は必要に応じて５００〜９００℃で熱間圧延して圧延板を得る。熱間圧延は、マンガンの量が増加するに従って硬くなり、冷間圧延の際に割れが入り、圧延が困難になった際に行う。この限界量はおよそＭｎ５％程度であるが、この圧延の限界値については、圧延量にもよるので、任意に選択可能であり、状況に応じて変更できるので、特に制限はない。
これをさらに、３００〜６００℃（熱間圧延時は５００〜８００℃）で熱処理する。この後、バッキングプレートにボンディングし、仕上げ加工して、前記高純度銅マンガン合金から作製されたスパッタリングターゲット組立体に製造する。
なお、これらの製造工程は、ターゲットの成分組成、厚み、大きさによって適宜選択できるものであり、特に上記の数値に制限されるものでないことは、当業者ならば容易に理解可能である。
なお、これらの製造工程は、ターゲットの成分組成、厚み、大きさによって適宜選択できるものであり、特に上記の数値に制限されるものでないことは、当業者ならば容易に理解可能である。
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の高純度銅（Ｃｕ）を、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解した。また、純度５Ｎの高純度マンガン（Ｍｎ）を、銅の溶湯に投入した。Ｍｎ量は１ｗｔ％に調整した。
前記Ｍｎを投入して、１２００℃で２０分間溶解した後、この銅マンガン合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴットを得た。次に、製造したインゴットの表面層を除去してφ１６０×６０ｔとした後、８００℃で熱間鍛造してφ２００とした。その後、冷間圧延、８００℃で熱間圧延してφ３８０×１０ｔとした。
次に、６００℃で１時間熱処理後、ターゲット全体を急冷してターゲット素材とした。これを機械加工で直径４３０ｍｍ、厚さ７ｍｍのターゲットに加工し、これをさらにＣｕ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合してスパッタリングターゲット組立体とした。
純度６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）を、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解した。また、純度５Ｎの高純度マンガン（Ｍｎ）を、銅の溶湯に投入した。Ｍｎ量は１ｗｔ％に調整した。
前記Ｍｎを投入して、１２００℃で２０分間溶解した後、この銅マンガン合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴットを得た。次に、製造したインゴットの表面層を除去してφ１６０×６０ｔとした後、８００℃で熱間鍛造してφ２００とした。その後、冷間圧延、８００℃で熱間圧延してφ３８０×１０ｔとした。
次に、６００℃で１時間熱処理後、ターゲット全体を急冷してターゲット素材とした。これを機械加工で直径４３０ｍｍ、厚さ７ｍｍのターゲットに加工し、これをさらにＣｕ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合してスパッタリングターゲット組立体とした。
（実施例２）
純度６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）を、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解した。また、純度５Ｎの高純度マンガン（Ｍｎ）を、銅の溶湯に投入した。Ｍｎ量は１０ｗｔ％に調整した。
前記Ｍｎを投入して、１２００℃で２０分間溶解した後、この銅マンガン合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴットを得た。次に、製造したインゴットの表面層を除去してφ１６０×６０ｔとした後、９００℃で熱間鍛造してφ２００とした。その後、冷間圧延、９００℃で熱間圧延してφ３８０×１０ｔとした。
次に、６００℃で１時間熱処理後、ターゲット全体を急冷してターゲット素材とした。これを機械加工で直径４３０ｍｍ、厚さ７ｍｍのターゲットに加工し、これをさらにＣｕ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合してスパッタリングターゲット組立体とした。
純度６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）を、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解した。また、純度５Ｎの高純度マンガン（Ｍｎ）を、銅の溶湯に投入した。Ｍｎ量は１０ｗｔ％に調整した。
前記Ｍｎを投入して、１２００℃で２０分間溶解した後、この銅マンガン合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴットを得た。次に、製造したインゴットの表面層を除去してφ１６０×６０ｔとした後、９００℃で熱間鍛造してφ２００とした。その後、冷間圧延、９００℃で熱間圧延してφ３８０×１０ｔとした。
次に、６００℃で１時間熱処理後、ターゲット全体を急冷してターゲット素材とした。これを機械加工で直径４３０ｍｍ、厚さ７ｍｍのターゲットに加工し、これをさらにＣｕ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合してスパッタリングターゲット組立体とした。
（実施例３）
純度６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）を、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解した。また、純度５Ｎの高純度マンガン（Ｍｎ）を、銅の溶湯に投入した。Ｍｎ量は１ｗｔ％に調整した。
前記Ｍｎを投入して、１２００℃で２０分間溶解した後、この銅マンガン合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴットを得た。次に、製造したインゴットの表面層を除去してφ１６０×１９０ｔとした後、９００℃で熱間鍛造してφ２００とした。その後、冷間圧延、９００℃で熱間圧延してφ７００×１０ｔとした。
次に、６００℃で１時間熱処理後、ターゲット全体を急冷してターゲット素材とした。これを機械加工で直径６５０ｍｍ、厚さ７ｍｍのターゲットに加工した。さらに、これを直径４３０ｍｍ、厚さ７ｍｍに再加工した上で、Ｃｕ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合してスパッタリングターゲット組立体とした。
純度６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）を、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解した。また、純度５Ｎの高純度マンガン（Ｍｎ）を、銅の溶湯に投入した。Ｍｎ量は１ｗｔ％に調整した。
前記Ｍｎを投入して、１２００℃で２０分間溶解した後、この銅マンガン合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴットを得た。次に、製造したインゴットの表面層を除去してφ１６０×１９０ｔとした後、９００℃で熱間鍛造してφ２００とした。その後、冷間圧延、９００℃で熱間圧延してφ７００×１０ｔとした。
次に、６００℃で１時間熱処理後、ターゲット全体を急冷してターゲット素材とした。これを機械加工で直径６５０ｍｍ、厚さ７ｍｍのターゲットに加工した。さらに、これを直径４３０ｍｍ、厚さ７ｍｍに再加工した上で、Ｃｕ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合してスパッタリングターゲット組立体とした。
（実施例４）
純度６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）を、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解した。また、純度５Ｎの高純度マンガン（Ｍｎ）を、銅の溶湯に投入した。Ｍｎ量は１０ｗｔ％に調整した。
前記Ｍｎを投入して、１２００℃で２０分間溶解した後、この銅マンガン合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴットを得た。次に、製造したインゴットの表面層を除去してφ１６０×１９０ｔとした後、９００℃で熱間鍛造してφ２００とした。その後、冷間圧延、９００℃で熱間圧延してφ７００×１０ｔとした。
次に、６００℃で１時間熱処理後、ターゲット全体を急冷してターゲット素材とした。これを機械加工で直径６５０ｍｍ、厚さ７ｍｍのターゲットに加工した。さらに、これを直径４３０ｍｍ、厚さ７ｍｍに再加工した上で、Ｃｕ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合してスパッタリングターゲット組立体とした。
純度６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）を、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解した。また、純度５Ｎの高純度マンガン（Ｍｎ）を、銅の溶湯に投入した。Ｍｎ量は１０ｗｔ％に調整した。
前記Ｍｎを投入して、１２００℃で２０分間溶解した後、この銅マンガン合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴットを得た。次に、製造したインゴットの表面層を除去してφ１６０×１９０ｔとした後、９００℃で熱間鍛造してφ２００とした。その後、冷間圧延、９００℃で熱間圧延してφ７００×１０ｔとした。
次に、６００℃で１時間熱処理後、ターゲット全体を急冷してターゲット素材とした。これを機械加工で直径６５０ｍｍ、厚さ７ｍｍのターゲットに加工した。さらに、これを直径４３０ｍｍ、厚さ７ｍｍに再加工した上で、Ｃｕ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合してスパッタリングターゲット組立体とした。
（比較例１）
純度６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）を、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解した。また、純度５Ｎの高純度マンガン（Ｍｎ）を、銅の溶湯に投入した。Ｍｎ量は１ｗｔ％に調整した。
前記Ｍｎを投入して、１５００℃で４０分間溶解した後、この銅マンガン合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴットを得た。次に、製造したインゴットの表面層を除去してφ１６０×６０ｔとした後、８００℃で熱間鍛造してφ２００とした。その後、冷間圧延、８００℃で熱間圧延してφ３８０×１０ｔとした。
次に、６００℃で１時間熱処理後、ターゲット全体を急冷してターゲット素材とした。これを機械加工で直径４３０ｍｍ、厚さ７ｍｍのターゲットに加工し、これをさらにＣｕ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合してスパッタリングターゲット組立体とした。
純度６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）を、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解した。また、純度５Ｎの高純度マンガン（Ｍｎ）を、銅の溶湯に投入した。Ｍｎ量は１ｗｔ％に調整した。
前記Ｍｎを投入して、１５００℃で４０分間溶解した後、この銅マンガン合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴットを得た。次に、製造したインゴットの表面層を除去してφ１６０×６０ｔとした後、８００℃で熱間鍛造してφ２００とした。その後、冷間圧延、８００℃で熱間圧延してφ３８０×１０ｔとした。
次に、６００℃で１時間熱処理後、ターゲット全体を急冷してターゲット素材とした。これを機械加工で直径４３０ｍｍ、厚さ７ｍｍのターゲットに加工し、これをさらにＣｕ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合してスパッタリングターゲット組立体とした。
（比較例２）
純度６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）を、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解した。また、純度５Ｎの高純度マンガン（Ｍｎ）を、銅の溶湯に投入した。Ｍｎ量は１０ｗｔ％に調整した。
前記Ｍｎを投入して、１５００℃で４０分間溶解した後、この銅マンガン合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴットを得た。次に、製造したインゴットの表面層を除去してφ１６０×６０ｔとした後、９００℃で熱間鍛造してφ２００とした。その後、冷間圧延、９００℃で熱間圧延してφ３８０×１０ｔとした。
次に、６００℃で１時間熱処理後、ターゲット全体を急冷してターゲット素材とした。これを機械加工で直径４３０ｍｍ、厚さ７ｍｍのターゲットに加工し、これをさらにＣｕ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合してスパッタリングターゲット組立体とした。
純度６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）を、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解した。また、純度５Ｎの高純度マンガン（Ｍｎ）を、銅の溶湯に投入した。Ｍｎ量は１０ｗｔ％に調整した。
前記Ｍｎを投入して、１５００℃で４０分間溶解した後、この銅マンガン合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴットを得た。次に、製造したインゴットの表面層を除去してφ１６０×６０ｔとした後、９００℃で熱間鍛造してφ２００とした。その後、冷間圧延、９００℃で熱間圧延してφ３８０×１０ｔとした。
次に、６００℃で１時間熱処理後、ターゲット全体を急冷してターゲット素材とした。これを機械加工で直径４３０ｍｍ、厚さ７ｍｍのターゲットに加工し、これをさらにＣｕ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合してスパッタリングターゲット組立体とした。
（比較例３）
純度６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）を、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解した。また、純度５Ｎの高純度マンガン（Ｍｎ）を、銅の溶湯に投入した。Ｍｎ量は１０ｗｔ％に調整した。
前記Ｍｎを投入して、１５００℃で４０分間溶解した後、この銅マンガン合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴットを得た。次に、製造したインゴットの表面層を除去してφ１６０×１９０ｔとした後、９００℃で熱間鍛造してφ２００とした。その後、冷間圧延、９００℃で熱間圧延してφ７００×１０ｔとした。
次に、６００℃で１時間熱処理後、ターゲット全体を急冷してターゲット素材とした。これを機械加工で直径６５０ｍｍ、厚さ７ｍｍのターゲットに加工した。さらに、これを直径４３０ｍｍ、厚さ７ｍｍに再加工した上で、Ｃｕ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合してスパッタリングターゲット組立体とした。
純度６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）を、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解した。また、純度５Ｎの高純度マンガン（Ｍｎ）を、銅の溶湯に投入した。Ｍｎ量は１０ｗｔ％に調整した。
前記Ｍｎを投入して、１５００℃で４０分間溶解した後、この銅マンガン合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴットを得た。次に、製造したインゴットの表面層を除去してφ１６０×１９０ｔとした後、９００℃で熱間鍛造してφ２００とした。その後、冷間圧延、９００℃で熱間圧延してφ７００×１０ｔとした。
次に、６００℃で１時間熱処理後、ターゲット全体を急冷してターゲット素材とした。これを機械加工で直径６５０ｍｍ、厚さ７ｍｍのターゲットに加工した。さらに、これを直径４３０ｍｍ、厚さ７ｍｍに再加工した上で、Ｃｕ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合してスパッタリングターゲット組立体とした。
（比較例４）
純度６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）を、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解した。また、純度５Ｎの高純度マンガン（Ｍｎ）を、銅の溶湯に投入した。Ｍｎ量は１０ｗｔ％に調整した。
前記Ｍｎを投入して、１５００℃で４０分間溶解した後、この銅マンガン合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴットを得た。次に、製造したインゴットの表面層を除去してφ１６０×１９０ｔとした後、９００℃で熱間鍛造してφ２００とした。その後、冷間圧延、９００℃で熱間圧延してφ７００×１０ｔとした。
次に、６００℃で１時間熱処理後、ターゲット全体を急冷してターゲット素材とした。これを機械加工で直径６５０ｍｍ、厚さ７ｍｍのターゲットに加工した。さらに、これを直径４３０ｍｍ、厚さ７ｍｍに再加工した上で、Ｃｕ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合してスパッタリングターゲット組立体とした。
純度６Ｎの高純度銅（Ｃｕ）を、カーボンルツボ（坩堝）を用いて高真空雰囲気中で溶解した。また、純度５Ｎの高純度マンガン（Ｍｎ）を、銅の溶湯に投入した。Ｍｎ量は１０ｗｔ％に調整した。
前記Ｍｎを投入して、１５００℃で４０分間溶解した後、この銅マンガン合金の溶湯を、高真空雰囲気中で水冷銅鋳型に鋳込んでインゴットを得た。次に、製造したインゴットの表面層を除去してφ１６０×１９０ｔとした後、９００℃で熱間鍛造してφ２００とした。その後、冷間圧延、９００℃で熱間圧延してφ７００×１０ｔとした。
次に、６００℃で１時間熱処理後、ターゲット全体を急冷してターゲット素材とした。これを機械加工で直径６５０ｍｍ、厚さ７ｍｍのターゲットに加工した。さらに、これを直径４３０ｍｍ、厚さ７ｍｍに再加工した上で、Ｃｕ合金製バッキングプレートと拡散接合により接合してスパッタリングターゲット組立体とした。
高純度銅合金スパッタリングターゲットの評価として、３００ｍｍの単結晶シリコンウエハ上に酸化シリコンを被覆させた後、下記スパッタリング条件で、厚さ６００ｎｍの薄膜を成膜し、その際に発生したパーティクルを調べた。パーティクルは、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社のパーティクルカウンターを用いてウエハ面を計測し、ウエハ２０枚の平均値とした。スパッタリングを実施したパーティクル（０．２０μｍ以上、０．０８μｍ以上のパーティクル）の発生率を比較した結果を、表１に示す。
（スパッタリング条件）
装置：Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製 Ｅｎｄｕｒａ
電源：直流方式
電力：４０ｋＷ
到達真空度：５×１０-６Ｐａ
雰囲気ガス組成：Ａｒ
スパッタガス圧：５５Ｐａ
スパッタ時間：６秒
（スパッタリング条件）
装置：Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製 Ｅｎｄｕｒａ
電源：直流方式
電力：４０ｋＷ
到達真空度：５×１０-６Ｐａ
雰囲気ガス組成：Ａｒ
スパッタガス圧：５５Ｐａ
スパッタ時間：６秒
表１に示すように、カーボンの量が１ｗｔｐｐｍの場合（実施例１、３）、実施例１と実施例３では、パーティクルの発生率がそれぞれ平均２．２個、２．３個（直径０．２０μｍ以上のパーティクル）と、それぞれ平均９．９個、１０．２個（直径０．０８μｍ以上のパーティクル）であった。
また、カーボンの量が２ｗｔｐｐｍの場合（実施例２、４）、実施例２と実施例４では、パーティクルの発生率がそれぞれ平均５．４個、５．３個（直径０．２０μｍ以上のパーティクル）と、それぞれ平均１２．１個、１１．９個（直径０．０８μｍ以上のパーティクル）であった。
また、カーボンの量が２ｗｔｐｐｍの場合（実施例２、４）、実施例２と実施例４では、パーティクルの発生率がそれぞれ平均５．４個、５．３個（直径０．２０μｍ以上のパーティクル）と、それぞれ平均１２．１個、１１．９個（直径０．０８μｍ以上のパーティクル）であった。
これに対して、カーボンの量が５ｗｔｐｐｍの場合（比較例１、３）、比較例１と比比較例３では、パーティクルの発生率がそれぞれ平均３７．３個、３９．８個（直径０．２０μｍ以上のパーティクル）と、それぞれ平均９８．６個、１０９．２個（直径０．０８μｍ以上のパーティクル）であった。
また、カーボンの量が１０ｗｔｐｐｍの場合（比較例２、４）、比較例２と比較例４では、パーティクルの発生率がそれぞれ平均４２．７個、５２．３個（直径０．２０μｍ以上のパーティクル）と、それぞれ平均１２９．３個、１３９．２個（直径０．０８μｍ以上のパーティクル）であった。
また、カーボンの量が１０ｗｔｐｐｍの場合（比較例２、４）、比較例２と比較例４では、パーティクルの発生率がそれぞれ平均４２．７個、５２．３個（直径０．２０μｍ以上のパーティクル）と、それぞれ平均１２９．３個、１３９．２個（直径０．０８μｍ以上のパーティクル）であった。
このように、パーティクルの発生において明らかな差異が見られ、カーボンの量が２ｗｔｐｐｍ以下の場合、パーティクルの著しく減少するという良好な結果を示していた。
また、パーティクルの発生は、カーボン量に依存し、ターゲットの大きさに依存しないことが分かった。
また、パーティクルの発生は、カーボン量に依存し、ターゲットの大きさに依存しないことが分かった。
本発明は、銅マンガン合金スパッタリングターゲットを提供するものであり、銅に適切な量のＭｎ元素を添加すると共に、カーボンの量を制限することにより、スパッタリングの際のパーティクル発生を効果的に抑制するものである。特に、微細な半導体素子の配線（溝）を良好に形成することができるので、微細化・高集積化が進む半導体製品の歩留まりや信頼性を向上することができるという優れた効果を有する。そして、自己拡散抑制機能を有し、活性なＣｕの拡散による配線周囲の汚染を効果的に防止することができる、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性、耐食性等に優れた、半導体用銅マンガン合金配線の形成に有用である。
Claims (4)
- Ｍｎ０．０５〜２０ｗｔ％を含有し、Ｃ２ｗｔｐｐｍ以下、残部がＣｕ及び不可避的不純物である高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲットであって、当該ターゲットをスパッタリングしてウエハ上に成膜した際、ＣまたはＭｎ、Ｓｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種の元素またはＣとＭｎ、Ｓｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物の直径０．０８μｍ以上のパーティクルの数が平均５０個以下であることを特徴とする高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲット。
- 直径０．０８μｍ以上のパーティクルの数が平均２０個以下であることを特徴とする請求項１記載の高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲット。
- Ｍｎ０．０５〜２０ｗｔ％を含有し、Ｃ２ｗｔｐｐｍ以下、残部がＣｕ及び不可避的不純物である高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲットであって、当該ターゲットをスパッタリングしてウエハ上に成膜した際、ＣまたはＭｎ、Ｓｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種の元素またはＣとＭｎ、Ｓｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物の直径０．２０μｍ以上のパーティクルの数が平均３０個以下であることを特徴とする高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲット。
- 直径０．２０μｍ以上のパーティクルの数が平均１０個以下であることを特徴とする請求項３記載の高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲット。
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