銅合金濺射靶的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及可以形成半導體元件的布線材料、尤其是在電鍍銅時不發生凝聚的、 穩定且均勻的晶種層，并且濺射成膜特性優良的銅合金濺射靶。
【背景技術】
[0002] 以往，使用A1 (電阻率：約3. 1yD?_)作為半導體元件的布線材料，但隨著布線 的微細化，電阻更低的銅布線（電阻率：約1. 7yD?cm)得以實用化。作為銅布線的形成 工藝，多數情況下在布線或布線槽形成Ta、TaN等擴散阻擋層，然后電鍍銅。為了進行該電 鍍，作為基底層（晶種層），一般進行將銅或銅合金濺射成膜。以往，將純度約4N(除氣體成 分以外）的電解銅作為粗金屬并通過濕式、干式的高純度化工藝，制造5N~6N純度的高純 度銅，并將其作為濺射靶使用。
[0003]但是，對于銅布線的寬度為0? 13ym以下，例如90nm或65nm，縱橫比超過8這樣 的微細布線而言，成為晶種層的厚度為l〇〇nm以下的極薄膜，通過6N純銅靶形成晶種層時， 存在引起凝聚、不能形成良好的晶種層的問題。可見，均勻地形成基底層是重要的，在基底 層發生凝聚的情況下，在通過電鍍形成銅膜時，不能形成均勻的膜。例如，在布線中會形成 空隙、突起（匕口 7夕只）、斷線等缺陷。另外，即使不殘留上述的空隙等缺陷，由于在該部 分會形成不均勻的銅的電沉積組織，因此產生耐電迀移（EM)性降低的問題。為了解決該問 題，在電鍍銅時形成穩定且均勻的晶種層是重要的，需要濺射成膜特性優良的、最適合形成 晶種層的濺射靶。
[0004] 以前，本申請人提出了通過添加適量的金屬元素，可以防止電鍍銅時的空隙、突 起、斷線等缺陷的產生、電阻率低、并且具有耐電迀移及抗氧化性的銅合金濺射靶用于形成 半導體元件的布線（參見專利文獻1、專利文獻2)。它們可以提高耐EM性、抗氧化性而不 會損害銅的低電阻特性，但對于近年來的更微細的銅布線，存在不能得到充分均勻的膜的 問題。
[0005] 需要說明的是，雖然與本申請沒有直接的關聯性，但是已知使用微量添加各種金 屬元素，進而調節了氧含量的銅合金濺射靶來形成半導體器件的薄膜布線的技術（參見專 利文獻3~5)。但是，任何技術都不能得到可以形成適合于近年來的更微細化的半導體元 件布線的、均勻性優良的膜的銅合金靶。
[0006] 現有技術文獻
[0007] 專利文獻
[0008] 專利文獻1 :國際公開第2004/083482號
[0009] 專利文獻2 :國際公開第2008/041535號
[0010] 專利文獻3 :日本特開2002-294437號公報
[0011] 專利文獻4 :日本特開2008-311283號公報
[0012] 專利文獻5 :日本特開2010-053445號公報
【發明內容】
[0013] 發明所要解決的問題
[0014] 本發明的課題在于提供銅合金濺射靶及使用該靶形成的半導體元件布線，該銅合 金濺射靶可以形成半導體元件的布線材料，尤其是在電鍍銅時不發生凝聚的、穩定且均勻 的晶種層，并且濺射成膜特性優良。
[0015] 用于解決問題的手段
[0016] 為了解決上述課題，本發明人等進行了深入研宄，結果發現：通過抑制銅合金濺射 靶的面內的組成變動等，可以形成能夠防止電鍍銅時的空隙、突起、斷線等缺陷的產生，電 阻率低，并且具有耐電迀移及抗氧化性的、穩定且均勻的晶種層。
[0017] 為了解決上述課題，本發明提供以下的發明。
[0018] 1) 一種銅合金濺射革巴，其具有含有1.0~5.0原子％的此、含有0. 1~4.0原子％ 的A1、其余包含Cu及不可避免的雜質的組成，其特征在于，在所述濺射靶面內，組成的變動 為20%以內。
[0019] 2)如上述1)所述的銅合金濺射靶，其特征在于，在所述濺射靶面內，晶粒尺寸的 變動為6. 0ym以下。
[0020] 3)如上述1)或2)所述的銅合金濺射靶，其特征在于，在所述濺射靶面內，電導率 的變動為〇. 5%IACS以下。
[0021] 4)如上述1)~3)中任一項所述的銅合金濺射祀，其特征在于，在所述濺射靶面 內，維氏硬度的變動為3Hv以下。
[0022] 5) -種銅合金濺射靶的制造方法，其特征在于，準備Cu、Mn和A1各自的原料，調 節這些原料以得到所期望的合金組成，然后利用感應熔煉法，在真空氣氛下、ll〇〇°C以上的 溫度下進行熔煉、合金化，接著，將合金化后的熔融液澆鑄到鑄模中，之后，以30°C/分鐘以 上的冷卻速度冷卻至300°C，除去由此得到的錠的表面層，之后，經過熱鍛、熱軋、冷軋、熱處 理工序而得到濺射靶材，并對該靶材進一步機械加工而加工成靶形狀。
[0023] 發明的效果
[0024] 本發明具有下述的優良效果：可以得到銅合金濺射靶及通過該靶形成的半導體元 件布線，該銅合金濺射靶可以形成半導體元件的布線材料，尤其是在電鍍銅不發生凝聚的、 穩定且均勻的晶種層，并且濺射成膜特性優良。
【附圖說明】
[0025] 圖1是在靶平面方向以同心圓狀示出9點或17點的測定位置□的示意圖。
[0026] 圖2是用光學顯微鏡觀察實施例1的靶時的組織圖像。
[0027] 圖3是用光學顯微鏡觀察實施例2的靶時的組織圖像。
[0028] 圖4是用光學顯微鏡觀察實施例3的靶時的組織圖像。
[0029] 圖5是用光學顯微鏡觀察實施例4的靶時的組織圖像。
【具體實施方式】
[0030] 本發明的銅合金濺射靶具有含有1. 0~5. 0原子％的Mn、含有0. 1~4. 0原子％ 的A1、其余包含Cu及不可避免的雜質的組成。本合金通過含有0. 1~4.0原子％的八1，可 以有效地防止電鍍時的凝聚。即，可以提高與阻擋膜的潤濕性。
[0031] 小于0. 1原子％時，沒有防凝聚效果，超過4.0原子％時，晶種層的電阻增加，銅布 線整體的電阻增高，因而不優選。另外，在銅合金制造工序的熔煉時，由于氧含量隨A1的增 加而增大，因此需要避免超過4. 0原子％。
[0032] 本發明通過含有1.0~5.0原子％Mn，可以提高抗氧化性。小于1.0原子％時，沒 有抗氧化性的效果，超過5. 0原子％時，會使防凝聚作用降低，也就是使與阻擋膜的潤濕性 顯著降低，因此不優選。
[0033] 具有這樣的組成的銅合金濺射靶可以形成在電鍍銅時不發生凝聚的、抗氧化性高 的晶種層。
[0034] 本發明的銅合金濺射靶的特征在于，在濺射靶面內，組成的變動為20%以內。在 此，可以通過在靶平面方向以同心圓狀測定9個點或17個點的組成，由{(各成分含量的最 大值）_(各成分含量的最小值）}八各成分含量的平均值）X100 (% )計算組成的變動。通 過這