[发明专利]高纯度铜锰合金溅射靶

说明书

技术领域

本发明提供靶材的切削性优良的高纯度铜锰合金溅射靶，特别是涉及对于形成半导体用铜合金布线有用、具备适当的自扩散抑制功能、能够有效地防止由活性铜的扩散引起的布线周围的污染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)，但伴随着布线的微细化，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：在布线或布线槽中形成Ta、TaN等的扩散阻挡层，然后将铜溅射成膜。关于铜，通常通过以纯度约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而容易扩散，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。特别是伴随着布线的微细化，仅形成以往的Ta、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，到目前为止，作为铜布线材料，已经提出了向铜(Cu)中添加锰(Mn)而使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。

以下列举Cu-Mn合金溅射靶的示例。

专利文献1中记载了Mn为0.1～20.0原子％、扩散系数小于Cu的自扩散系数的不可避免的杂质元素的浓度为0.05原子％以下且其余部分由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作为添加元素且其余部分由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(包含Mn)作为添加元素且其余部分由Cu和不可避免的杂质构成的溅射靶。

专利文献4中记载了含有合计为0.005～0.5质量％的选自V、Nb、Fe、Co、Ni、Zn、Mg的组中的一种以上成分和选自Sc、Al、Y、Cr的组中的一种以上成分、含有0.1～5ppm的氧且其余部分由Cu和不可避免的杂质构成的溅射靶。

专利文献5中记载了含有大于6摩尔％且20摩尔％以下的氧、还含有合计为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且其余部分由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的金属粉与含有X(包含Cu)、Y的合金粉或烧结金属形成的平均粒径为0.1～300μm的晶粒且含气体量为600ppm以下的烧结溅射靶材。

专利文献7中，关于抑制粉粒的产生，记载了含有Mn：0.6～30质量％、金属类杂质：40ppm以下、氧：10ppm以下、氮：5ppm以下、氢：5ppm以下、碳：10ppm以下、其余部分为Cu的溅射靶。

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元素的总量为10重量ppm以下且其余部分为Cu的、用于形成半导体用铜合金布线的溅射靶(参考专利文献8)。

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9)，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的总计为500重量ppm以下、其余部分为Cu和不可避免的杂质的溅射靶。

上述的半导体用铜合金布线等中使用的铜锰合金溅射靶主要通过添加元素来达到提高薄膜性能的目的。

靶的制作时，一般通过对熔铸而成的铜锰合金锭进行加工而加工成预定尺寸的靶形状后对表面进行切削来制作。在这种情况下，靶材料的切削性很重要。这是因为，对靶进行切削并进一步对其进行研磨而形成最终的表面形态，但切削不充分时，会在表面残留切削的痕迹，得不到靶表面的光滑性。

在靶表面的光滑性得到改善时，能够抑制溅射时产生粉粒，从而能够形成均匀性优良的薄膜。但是，现有技术中，没有从这种观点考虑来开发靶材料的经过。

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

专利文献3：日本特开2010-248619号公报

专利文献4：日本特开2002-294437号公报

专利文献5：日本特开2008-311283号公报