[发明专利]高纯度铜锰合金溅射靶

说明书

技术领域

本发明涉及可用于形成半导体用铜合金布线、具备适合的自扩散抑制功能且能够有效地防止由活性铜的扩散导致的布线周围的污染的高纯度铜锰合金溅射靶，特别是涉及粉粒产生少的高纯度铜锰合金溅射靶。

背景技术

以往，作为半导体元件的布线材料，一直使用Al合金(电阻率：约3.0μΩ·cm)，但随着布线的微细化，电阻更低的铜布线(电阻率：约2.0μΩ·cm)得到实用化。作为铜布线的形成工艺，一般进行如下工艺：在布线或布线槽上形成Ta或TaN等的扩散阻挡层，然后，将铜溅射成膜。关于铜，通常通过将纯度约4N(除气体成分以外)的电解铜作为粗金属，利用湿式或干式的高纯度化工艺制造5N～6N的高纯度铜，将其制成溅射靶来使用。

如上所述，作为半导体用布线，铜非常有效，但铜自身是活性非常高的金属，容易扩散，会产生透过半导体Si衬底或其上的绝缘膜而污染Si衬底或其周围的问题。特别是随着布线的微细化，仅形成以往的Ta或TaN的扩散阻挡层是不够的，还要求对铜布线材料本身进行改良。因此，迄今为止，作为铜布线材料，提出了向铜(Cu)中添加锰(Mn)、使Cu-Mn合金中的Mn与绝缘膜的氧反应而自发地形成阻挡层的、具备自扩散抑制功能的铜合金。

上述的半导体用铜合金布线使用铜锰合金溅射靶形成，但随着半导体器件的微细化、高密度化、高集成化、布线层的微细化、多层化的发展，产生了以往不成为问题的、即使是微细的粉粒也会给电路带来影响的问题。因此，当务之急是严格地管理溅射中产生的粉粒，以减少半导体晶片上的粉粒。

以下列举Cu-Mn合金溅射靶的例子

专利文献1中记载了Mn为0.1～20.0原子%、扩散系数比Cu的自扩散系数小、不可避免的杂质元素的浓度为0.05原子%以下、剩余部分由Cu构成的溅射靶。

专利文献2中记载了含有0.1～1.0原子%的B以及0.1～2.0原子%的Mn和/或Ni作为添加元素、剩余部分由Cu和不可避免的杂质构成的溅射靶。

专利文献3中记载了含有0.1～1.0原子%的B、0.1～2.0原子%的与B形成化合物的元素(包括Mn)作为添加元素、剩余部分由Cu和不可避免的杂质构成的溅射靶。

专利文献4中记载了以总量为0.005～0.5质量%的方式含有选自V、Nb、Fe、Co、Ni、Zn、Mg的组中的一种以上的成分和选自Sc、Al、Y、Cr的组中的一种以上的成分、并且含有0.1～5ppm的氧、剩余部分由Cu和不可避免的杂质构成的溅射靶。

专利文献5中记载了含有超过6摩尔%且为20摩尔%以下的氧、而且含有以总量计为0.2～5摩尔%的Mo、Mn、Ca、Zn、Ni、Ti、Al、Mg和Fe中的一种或两种以上、剩余部分由Cu和不可避免的杂质构成的溅射靶。

专利文献6中记载了含有50%以上的由Mn、B、Bi或Ge的金属粉末与含有X(包括Cu)、Y的合金粉末或烧结金属形成且平均粒径为0.1～300μm的晶粒、所含气体量为600ppm以下的烧结溅射靶材料。

但是，以上的溅射靶存在就防止溅射中的粉粒产生方面而言未必充分的问题。

此外，作为由本申请人提出的半导体元件的布线材料，记载了用于形成含有0.05～5重量%的Mn、选自Sb、Zr、Ti、Cr、Ag、Au、Cd、In、As中的一种或两种以上的元素的总量为10重量ppm以下、剩余部分为Cu的半导体用铜合金布线的溅射靶(参考专利文献7)。

这种溅射靶对提高自扩散抑制功能有效，但其目的并不在于抑制粉粒产生。

另外，本申请人之前公开了包含Cu-Mn合金的半导体用铜合金布线材料(参考专利文献8)，特别是提出了含有0.05～20重量%的Mn且Be、B、Mg、Al、Si、Ca、Ba、La、Ce的总量为500重量ppm以下、剩余部分为Cu和不可避免的杂质的溅射靶。

这种溅射靶也是对提高自扩散抑制功能有效，但其目的并不在于抑制粉粒产生。

关于粉粒产生的抑制，有关于含有0.6～30质量%的Mn、金属类杂质为40ppm以下、氧为10ppm以下、氮为5ppm以下、氢为5ppm以下、碳为10ppm以下、剩余部分为Cu的溅射靶的记载(参考专利文献9)。

但是，这种溅射靶是在使靶中含有的杂质含量整体减少时能够抑制粉粒产生的溅射靶，具体是何种杂质助长粉粒产生并不清楚。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4065959号公报

专利文献2：日本特开2009-97085号公报