[发明专利]铜合金溅射靶

说明书

技术领域

本发明涉及可以形成半导体元件的布线材料、尤其是在电镀铜时不发生凝聚的、稳定且均匀的晶种层，并且溅射成膜特性优良的铜合金溅射靶。

背景技术

以往，使用Al(电阻率：约3.1μΩ·cm)作为半导体元件的布线材料，但随着布线的微细化，电阻更低的铜布线(电阻率：约1.7μΩ·cm)得以实用化。作为铜布线的形成工艺，多数情况下在布线或布线槽形成Ta、TaN等扩散阻挡层，然后电镀铜。为了进行该电镀，作为基底层(晶种层)，一般进行将铜或铜合金溅射成膜。以往，将纯度约4N(除气体成分以外)的电解铜作为粗金属并通过湿式、干式的高纯度化工艺，制造5N～6N纯度的高纯度铜，并将其作为溅射靶使用。

但是，对于铜布线的宽度为0.13μm以下，例如90nm或65nm，纵横比超过8这样的微细布线而言，成为晶种层的厚度为100nm以下的极薄膜，通过6N纯铜靶形成晶种层时，存在引起凝聚、不能形成良好的晶种层的问题。可见，均匀地形成基底层是重要的，在基底层发生凝聚的情况下，在通过电镀形成铜膜时，不能形成均匀的膜。例如，在布线中会形成空隙、突起(ヒロックス)、断线等缺陷。另外，即使不残留上述的空隙等缺陷，由于在该部分会形成不均匀的铜的电沉积组织，因此产生耐电迁移(EM)性降低的问题。为了解决该问题，在电镀铜时形成稳定且均匀的晶种层是重要的，需要溅射成膜特性优良的、最适合形成晶种层的溅射靶。

以前，本申请人提出了通过添加适量的金属元素，可以防止电镀铜时的空隙、突起、断线等缺陷的产生、电阻率低、并且具有耐电迁移及抗氧化性的铜合金溅射靶用于形成半导体元件的布线(参见专利文献1、专利文献2)。它们可以提高耐EM性、抗氧化性而不会损害铜的低电阻特性，但对于近年来的更微细的铜布线，存在不能得到充分均匀的膜的问题。

需要说明的是，虽然与本申请没有直接的关联性，但是已知使用微量添加各种金属元素，进而调节了氧含量的铜合金溅射靶来形成半导体器件的薄膜布线的技术(参见专利文献3～5)。但是，任何技术都不能得到可以形成适合于近年来的更微细化的半导体元件布线的、均匀性优良的膜的铜合金靶。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2004/083482号

专利文献2：国际公开第2008/041535号

专利文献3：日本特开2002-294437号公报

专利文献4：日本特开2008-311283号公报

专利文献5：日本特开2010-053445号公报

发明内容

发明所要解决的问题

本发明的课题在于提供铜合金溅射靶及使用该靶形成的半导体元件布线，该铜合金溅射靶可以形成半导体元件的布线材料，尤其是在电镀铜时不发生凝聚的、稳定且均匀的晶种层，并且溅射成膜特性优良。

用于解决问题的手段

为了解决上述课题，本发明人等进行了深入研究，结果发现：通过抑制铜合金溅射靶的面内的组成变动等，可以形成能够防止电镀铜时的空隙、突起、断线等缺陷的产生，电阻率低，并且具有耐电迁移及抗氧化性的、稳定且均匀的晶种层。

为了解决上述课题，本发明提供以下的发明。

1)一种铜合金溅射靶，其具有含有1.0～5.0原子％的Mn、含有0.1～4.0原子％的Al、其余包含Cu及不可避免的杂质的组成，其特征在于，在所述溅射靶面内，组成的变动为20％以内。

2)如上述1)所述的铜合金溅射靶，其特征在于，在所述溅射靶面内，晶粒尺寸的变动为6.0μm以下。

3)如上述1)或2)所述的铜合金溅射靶，其特征在于，在所述溅射靶面内，电导率的变动为0.5％IACS以下。

4)如上述1)～3)中任一项所述的铜合金溅射靶，其特征在于，在所述溅射靶面内，维氏硬度的变动为3Hv以下。

5)一种铜合金溅射靶的制造方法，其特征在于，准备Cu、Mn和Al各自的原料，调节这些原料以得到所期望的合金组成，然后利用感应熔炼法，在真空气氛下、1100℃以上的温度下进行熔炼、合金化，接着，将合金化后的熔融液浇铸到铸模中，之后，以30℃/分钟以上的冷却速度冷却至300℃，除去由此得到的锭的表面层，之后，经过热锻、热轧、冷轧、热处理工序而得到溅射靶材，并对该靶材进一步机械加工而加工成靶形状。

发明的效果