CN100439558C - 铜合金溅射靶、其制造方法以及半导体元件布线 - Google Patents

铜合金溅射靶、其制造方法以及半导体元件布线 Download PDF

Info

Publication number
CN100439558C
CN100439558C CNB2004800074372A CN200480007437A CN100439558C CN 100439558 C CN100439558 C CN 100439558C CN B2004800074372 A CNB2004800074372 A CN B2004800074372A CN 200480007437 A CN200480007437 A CN 200480007437A CN 100439558 C CN100439558 C CN 100439558C
Authority
CN
China
Prior art keywords
following
sputtering target
copper alloy
record
alloy sputtering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
CNB2004800074372A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1771349A (zh
Inventor
冈部岳夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JX Nippon Mining and Metals Corp
Original Assignee
Nippon Mining and Metals Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Mining and Metals Co Ltd filed Critical Nippon Mining and Metals Co Ltd
Publication of CN1771349A publication Critical patent/CN1771349A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100439558C publication Critical patent/CN100439558C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3407Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper
    • C22C9/01Alloys based on copper with aluminium as the next major constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System
    • H01L21/2855Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System by physical means, e.g. sputtering, evaporation

Abstract

一种铜合金溅射靶,其特征在于,含有大于等于0.01小于0.5wt%的从Al或Sn选出的至少一种元素,Mn或Si总量为0.25wtppm及以下。提供一种半导体元件的布线材,特别是能形成在铜电镀时面电阻小,不凝聚,稳定均匀的种层,且溅射成膜特性出色的铜合金溅射靶、同靶的制造方法以及用同靶形成的半导体元件布线。

Description

铜合金溅射靶、其制造方法以及半导体元件布线
技术领域
本发明涉及半导体元件的布线材,特别是能形成在铜电镀时不凝聚、稳定均匀的种层,且溅射成膜特性出色的铜合金溅射靶、该靶的制造方法以及由该靶形成的半导体元件布线。
背景技术
以前是使用Al作为半导体元件的布线材料(比电阻3.1μΩ·cm的程度),不过,随着布线的精细化,电阻更低的铜布线(比电阻1.7μΩ·cm的程度)已经实用化了。
作为现在的铜布线形成工艺,大多是在接触孔或布线槽的凹部形成Ta/TaN等扩散阻挡层之后再电镀铜。为了进行该电镀,作为基础层(种层),一般是把铜或铜合金溅射成膜。
通常,把纯度4N(去掉气体成分)的程度的电解铜作为粗金属,采用湿式或干式高纯度化工艺来制造5N~6N的纯度的高纯度铜,将其用作溅射靶。在该场合,对于半导体布线宽度到0.18μm为止的铜布线不会有特别的问题。
可是,对于铜布线宽度为0.13μm以下,例如90nm或65nm,纵横尺寸比超过8的超精细布线,种层的厚度变为100nm以下的极薄膜,在用6N纯铜靶形成种层的场合,就会产生凝聚,不能形成良好的种层,因此可以考虑使之含有0.5~4.0wt%的Al或Sn来防止这种情况。
像这样基础层的均匀形成很重要,在基础层凝聚了的场合,由电镀形成铜膜时,就不能形成均匀的膜。例如,在布线中就会形成空隙、希罗克斯电阻合金(ヒロックス)、断线等缺陷。
还有,即使没有残留上述空隙等缺陷,由于该部分形成了不均匀的铜的电沉积组织,因而也会产生电迁移抗性降低的问题。
为了解决该问题,在铜电镀时形成稳定均匀的种层很重要,为形成溅射成膜特性好的种层,需要最适合的溅射靶。使之含有0.5~4.0wt%的上述Al或Sn就能防止凝聚,对于此目的非常有效。
可是,另一方面,也存在溅射膜的面电阻变大的缺点。随用途的不同,面电阻变大有时也会造成问题,在重视其目的即导电性的场合不一定有效。
鉴于这种情况,也尝试在形成了溅射膜之后,进行热处理,形成析出物而减小面电阻。可是,因为Al等固溶限大,所以形成析出物减小面电阻实际上很困难。还有,对膜进行热处理这一点也存在工序复杂化和对设备的热影响的问题。
还有,有人提出,通过热处理使Al在布线膜表面扩散,从而使铜布线的电阻下降,使抗氧化性提高(例如参照日本特开平6-177117号),不过,对种层实施这样的处理的话,就会在种层表面形成Al氧化膜,作为电镀基础层,导电性就会下降,因而不合适。
此前有人提出,作为铜布线材,在铜里添加若干元素,使电迁移(EM)抗性、抗蚀性、附着强度等提高(例如参照日本特开平5-311424号公报和日本特开平1-248538号公报)。还有人提出纯铜靶或其中添加0.04~0.15wt%的Ti的靶(例如参照日本特开平10-60633号公报)。
并且,在这些提案中提出,为了添加元素的均匀分散而进行快速冷却,或者为了防止铸锭中的添加元素的偏析、铸造时的气孔、铸锭的结晶粒的粗大化而进行连续铸造。
可是,高纯度铜或其中添加微量的金属,虽然具有比电阻低的优点,不过,存在电迁移的问题、工艺上的抗氧化性的问题,未必是良好的材料。
特别是,由于最近纵横尺寸比更高了(纵横尺寸比为4以上),因而要求具有充分的抗电迁移和抗氧化性。
鉴于以上情况,有人提出,作为布线材,把在铜中添加了Al或Sn(以及Ti、Zr等各种元素)的铜合金用作靶(例如参照特开平10-60633号公报)。可是,它们不能不损坏铜的低电阻特性而提高抗EM性、抗SM性及抗氧化性,不能用于采用上述铜电镀进行的精细铜布线工艺中的种层形成(例如参照特开平6-177117号公报)。
还有人提出,Sn0.5wt%对于降低Cu的粒界扩散和提高EM特性是有效的(例如参照C.H.Hu,K.L.Lee,D.Gupta,and P.Blauner(IBM)著[Electromigration and deffusion in pure Cu and Cu(Sn)alloy,Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.427,1996]Materials research Society)。可是,它不能解决在Ta和TaN等阻挡层上的种层的问题。
根据以上情况,现有技术中半导体元件的布线材不是很完善,特别是不能获得在铜电镀时能形成导电性高、稳定均匀的种层的铜合金。
发明内容
本发明的课题是提供一种半导体元件的布线材,特别是能形成在铜电镀时所需的导电性极为良好,还不凝聚、稳定均匀的种层,且溅射成膜特性出色的铜合金溅射靶、该靶的制造方法以及用该靶形成的半导体元件布线。
为了解决上述课题,本发明者们进行了深刻研究,结果认识到,添加恰当量的金属元素就能获得能防止铜电镀时的空隙、希罗克斯电阻合金、断线等缺陷的产生,比电阻低,且具有抗电迁移和抗氧化性,能形成稳定均匀的种层的铜合金溅射靶、该靶的制造方法以及用该靶形成的半导体元件布线。
本发明根据这种认识而提供:
1.一种铜合金溅射靶,其特征在于,含有大于等于0.01wt%小于0.5wt%的从Al或Sn选出的至少一种元素,且含有总量为0.25wtppm及以下的Mn或Si的任意一方或双方。
2.根据权利要求1记载的铜合金溅射靶,其特征在于,含有从Al或Sn选出的至少一种元素0.05~0.2wt%,且含有总量为0.25wtppm及以下的Mn或Si。
3.根据权利要求1记载的铜合金溅射靶,其特征在于,含有总量为1.0wtppm及以下的从Sb、Zr、Ti、Cr、Ag、Au、Cd、In、As选择的1种或2种及以上。
4.根据权利要求1记载的铜合金溅射靶,其特征在于,含有总量为0.5wtppm及以下的从Sb、Zr、Ti、Cr、Ag、Au、Cd、In、As选择的1种或2种及以上。
5.根据权利要求1记载的铜合金溅射靶,其特征在于,含有总量为0.3wtppm及以下的从Sb、Zr、Ti、Cr、Ag、Au、Cd、In、As选择的1种或2种及以上。
6.根据权利要求1记载的铜合金溅射靶,其特征在于,除气体成分以外的不可避免的杂质为10wtppm及以下。
7.根据权利要求1记载的铜合金溅射靶,其特征在于,除气体成分以外的不可避免的杂质为1wtppm及以下。
8.根据权利要求1记载的铜合金溅射靶,其特征在于,Na、K分别为0.05wtppm及以下,U、Th分别为1wtppb及以下,氧为5wtppm及以下,氮为2wtppm及以下,碳为2wtppm及以下。
9.根据权利要求1记载的铜合金溅射靶,其特征在于,Na、K分别为0.02wtppm及以下,U、Th分别为0.5wtppb及以下,氧为1wtppm及以下,氮为1wtppm及以下,碳为1wtppm及以下。
10.根据权利要求1记载的铜合金溅射靶,其特征在于,平均结晶粒径为100μm及以下,平均粒径的偏差为±20%及以内。
11.一种半导体元件布线,由具有以下特征的铜合金溅射靶的溅射膜构成:含有大于等于0.01wt%小于0.5wt%的从Al或Sn选出的至少一种元素,且含有总量为0.25wtppm及以下的Mn或Si的任意一方或双方。
12.根据权利要求11记载的半导体元件布线,其特征在于,形成为半导体元件布线的种层。
13.根据权利要求12记载的半导体元件布线,其特征在于,在Ta、Ta合金或它们的氮化物的阻挡膜上形成为种层。
14.权利要求1~10中的任意一项记载的铜合金溅射靶的制造方法,其特征在于,制作添加元素的母合金,将其溶解在铜或低浓度母合金的熔融金属中,制成铸锭,把该铸锭加工成靶。
15.根据权利要求14记载的的铜合金溅射靶的制造方法,其特征在于,制作固溶限及以内的母合金。
16.一种半导体元件布线,由具有以下特征的铜合金溅射靶的溅射膜构成:含有大于等于0.01wt%小于0.5wt%的从Al或Sn选出的至少一种元素,且含有总量为0.25wtppm及以下的Mn或Si的任意一方或双方,并且还含有总量为1.0wtppm及以下的从Sb、Zr、Ti、Cr、Ag、Au、Cd、In、As选择的1种或2种及以上。
17.根据权利要求16记载的半导体元件布线,其特征在于,形成为半导体元件布线的种层。
18.根据权利要求17记载的半导体元件布线,其特征在于,在Ta、Ta合金或它们的氮化物的阻挡膜上形成为种层。
具有实施方式
本发明的铜合金溅射靶含有0.01~0.5(不到)wt%、优选的是0.05~0.2wt%的从Al或Sn中选取的至少一种元素,Mn或Si总量为0.25wtppm及以下。
这样,特别是在铜电镀时就能有效防止镀敷时的凝聚,提高对阻挡膜的濡湿性。还能保持面电阻较小,能形成抗氧化性富余、稳定均匀的种层。还有,溅射成膜特性也出色,作为半导体元件的布线材很有用。
在以不到0.05wt%来制造合金的场合,组成的偏差变大,防止凝聚的效果就会降低,而如果是0.5wt%以上的话,溅射膜的面电阻就会变大,难以获得符合本发明的目的的靶。还有,在铜合金制造工序的溶解时,随Al、Sn的增加,氧含有量也会增大,这是其问题。
含有Mn和Si能提高抗氧化性。可是,Mn、Si自身没有防止凝聚的效果,而且超过0.25wtppm的话就会使面电阻增大,因而必须为0.25wtppm及以下。特别是,因为Mn、Si作为溶解原料容易从Al、Sn混入,所以Mn和Si的成分管理很重要。
上述本发明的铜合金溅射靶可以含有总量0.5wtppm及以下、优选的是0.3wtppm及以下的从Sb、Zr、Ti、Cr、Ag、Au、Cd、In、As中选择的1种或2种及以上。
这些成分元素能提高抗氧化性。可是,和Mn、Si一样,超过0.5wtppm的话就会使面电阻增大,还会使Al、Sn的防止凝聚的作用显著下降,即对阻挡膜的濡湿性显著下降,因而即便在添加的场合也必须为0.5wtppm及以下。特别优选的添加量是总量0.3wtppm及以下。
本发明的铜合金溅射靶要使除气体成分以外的不可避免的杂质为10wtppm及以下,优选的是1wtppm及以下。这些杂质会增大面电阻,使Al、Sn的防止凝聚的作用下降,即对阻挡膜的濡湿性下降,因而必须严格限制。
还有,要使杂质Na、K分别为0.05wtppm及以下,优选的是0.02wtppm及以下,U、Th分别为1wtppb及以下,优选的是0.5wtppb及以下,氧为5wtppm及以下,优选的是1wtppm及以下,氮为2wtppm及以下,优选的是1wtppm及以下,碳为2wtppm及以下,优选的是1wtppm及以下。作为杂质的碱金属元素Na、K和放射性元素U、Th即使是微量也会对半导体特性带来不良影响,因而优选的是取上述范围。
还有,上述本发明的铜合金溅射靶所含的气体成分氧、氮、碳在结晶粒界形成夹杂物,成为粒子产生的原因,特别是造成溅射寿命中的突发性的粒子产生,这是其问题,因而优选的是极力使其降低。
还有,氧使种层上形成氧化铜(Cu2O)的话,电镀时该部分就会溶解,这是其问题。这样,由镀敷液侵蚀种层表面的话,电场就会微小地变动,不能形成均匀的镀敷膜,这是其问题。因此,必须把氧等气体成分限制在上述范围内。
还有,优选的是,上述本发明的铜合金溅射靶要使平均结晶粒径为100μm及以下,平均粒径的偏差为±20%以内。
这样控制靶的组织,就能贯穿溅射寿命而提高膜的均匀性(膜厚均匀性),就能提高膜组成的均匀性。特别是,晶片尺寸超过300mm的话,膜的均匀性就更重要。
再有,上述本发明的铜合金溅射靶对于半导体元件布线的制造,特别是半导体布线的种层的形成很有用,尤其最适合于Ta、Ta合金或它们的氮化物的阻挡膜上的种层形成。
在本发明的铜合金溅射靶的制造中,特别成问题的是添加元素Sn和Al的添加量极低,因而在铜合金铸锭的制造阶段,组成上就会产生偏差。
特别是由于Sn、Al一类熔点低、比重小的元素添加在铜的熔融金属中时,容易引起蒸散或飞散。还有,由于比重小,因而在铸锭中偏析就会变大等,这是其问题。还有,来自Sn或Al添加元素的杂质的混入也多,难以制造高质量的铜合金靶,这是其问题。
如果鉴于这种情况而提高溶解温度,充分搅拌熔融金属,就能使作为杂质的大量的Si、Mn降低,不过,添加元素自身也会减少,不合适。即便估算减少量而增多添加量,熔融金属温度的管理也很难,而且溶解作业变动原因多,恰当的调整很困难。
因而,本发明要制造熔点高达约800℃的固溶限内的单相的母合金,将其溶解在铜或低浓度母合金的熔融金属中,制成铸锭。因为熔点高,所以还能有效减少氧等杂质。测量该母合金的添加元素浓度,将其溶融添加在纯铜或该低浓度铜母合金中,就能制造稳定的低浓度铜合金铸锭。
具体而言,准备纯度6N及以上的高纯度铜和上述铜母合金,采用水冷铜制坩埚的冷坩埚溶解法在高真空气氛下将其溶解,获得高纯度的合金。铜母合金的添加元素的量必须进行充分的管理。作为溶解方法,此外也可以使用高纯度的石墨坩埚。
在溶解时,为了减少与熔融金属接触所造成的污染,在坩埚底部设置纯度6N的铜板很有效。
把合金化了的熔融金属快速地在高真空气氛下铸入水冷铜铸模中,获得铸锭。通过控制该铸锭的组织,例如结晶粒径就能提高溅射特性。
制造成的铸锭除去表面层,经过热锻造、热轧、冷轧、热处理工序,制成靶材。该靶材再通过机械加工制成规定的形状,与底板接合而获得靶制品。
实施例和比较例
其次,根据实施例来说明本发明。以下表示的实施例是为了使人容易理解,并不是由该例加以限制。即,基于本发明的技术思想的变形和其他实施例,当然包括在本发明中。
(实施例1~10)
调整纯度6N及以上的高纯度铜和铜母合金(Al、Sn、Mn、Si和其他添加元素),采用水冷铜制坩埚的冷坩埚溶解法在高真空气氛下将其溶解,获得高纯度的合金。表1表示调整好的实施例1~10的合金组成。
为了在本溶解时减少与熔融金属接触所造成的污染,在坩埚底部设置了纯度6N的铜板。把合金化了的熔融金属在高真空气氛下铸入水冷铜铸模中,获得铸锭。
其次,除去制造成的铸锭表面层,制成φ160×60t之后,在400℃下进行热锻造,制成φ200。此后,在400℃下进行热轧,轧至φ270×20t,再通过冷轧而轧至φ360×10t。
其次,在400~600℃下进行1小时热处理后,对整个靶进行速冻,制成靶材。通过机械加工将其加工成直径13英寸、厚7mm的靶,再采用扩散接合使其与Al合金制底板接合,制成溅射靶组装体。
平均粒径的测量按照JIS H0501,采用切断法,在平面方向在同心圆状的17点,在板厚方向在表面、中央、背面3点,共计以17×3=51点测量了靶。
使用这样获得的靶,在8英寸的TaN/Ta/Si基板上形成了100nm厚的溅射膜。用高分辨率SEM观察了该溅射膜的凝聚程度。还有,在Si基板上进行溅射成膜,直到约500nm厚,测量了膜的均匀性。
关于以上的结果,与靶的成分组成一起,氧含有量、平均结晶粒径、凝聚性、膜厚均匀性(3σ(%))如表1所示。
在本发明中,氧含有量低,而且平均结晶粒度为100μm及以下,平均粒径的偏差为±20%及以内。
并且凝聚得以抑制,完全不凝聚或凝聚性极低。还可以看出,能获得膜厚均匀性出色、能形成稳定均匀的种层的铜合金溅射靶。这样就能用该靶获得出色的半导体元件布线。
(比较例1~8)
在与实施例同样的制造条件、同样的合金成分,但偏离本发明的范围的材料的情况下,不使用母合金,改变了粒径和偏差的情况下,分别制成铜合金靶。
该条件同样如表1所示。使用这样获得的靶,在8英寸的TaN/Ta/Si基板上形成了100nm厚的溅射膜。
用高分辨率SEM观察了该溅射膜的凝聚程度。还有,在Si基板上进行溅射成膜,直到约500nm厚,测量了膜的均匀性。
关于以上的比较例1-8的结果,与靶的成分组成一起,氧含有量、平均结晶粒径、凝聚性、膜厚均匀性(3σ(%))同样如表1所示。
比较例1中,Al为0.008wt%,防止凝聚的效果低,凝聚性变强了。比较例2中,Al超过了0.50wt%,而且Si多了,再结晶温度也高,防止凝聚的效果低。还有,如比较例3所示,Si高(超过0.25ppm)的话,防止凝聚的效果就会下降。
比较例4中,凝聚性低,但氧含有量高,且粒径的偏差大,因而膜厚的均匀性变差了。
比较例5中,Sn含有量不到0.02wt%,因而防止凝聚的效果低,呈现强凝聚性。反过来,比较例6中,Sn含有量超过0.5wt%,同时Mn多了,再结晶温度也高,凝聚性很强。如比较例7所示,Mn的含有量高的话,防止凝聚的效果就会下降。
还有,比较例8中,凝聚性低,但粒径的偏差大,膜厚的均匀性变差了。
(实施例11-1~11-5)
其次,为了调查母合金的制作和对目标组成的偏离,在真空气氛中,采用冷坩埚溶解法制造了母合金。把该母合金(铜)的铝含有量取为作为固溶限内的4.632wt%。该母合金的液相线温度约1060℃。
其次,在真空气氛中,采用冷坩埚溶解法在1400℃的程度溶解6N级的高纯度铜,再按0.106wt%来添加上述母合金,熔融金属温度变为约1150~1400℃之后,进行铸造,制成铸造铸锭。还有,用同样的方法制作铸锭共计5次。
并且采用ICP发光分析法分析了这些铸锭的铝量。其结果如表2所示。
表2
  目标组成   母合金组成(浓度)   对目标组成偏离
  实施例11-1   0.106wt%   4.632wt%   1.33%
  实施例11-2   0.106wt%   4.632wt%   -4.36%
  实施例11-3   0.106wt%   4.632wt%   -3.97%
  实施例11-4   0.106wt%   4.632wt%   -0.26%
  实施例11-5   0.106wt%   4.632wt%   1.98%
  比较例9-1   0.106wt%   -   -9.30%
  比较例9-2   0.106wt%   -   -6.36%
  比较例9-3   0.106wt%   -   2.33%
  比较例9-4   0.106wt%   -   -11.23%
  比较例10-1   0.106wt%   31.33wt%   6.39%
  比较例10-2   0.106wt%   31.33wt%   -4.36%
  比较例10-3   0.106wt%   31.33wt%   -7.39%
  比较例10-4   0.106wt%   31.33wt%   -15.45%
(比较例9-1~9-4)
在真空气氛中,采用冷坩埚溶解法在1400℃的程度溶解6N级的高纯度铜,再按0.106wt%来添加上述母合金,熔融金属温度变为约1150~1400℃之后,进行铸造,制成铸造铸锭。还有,用同样的方法制作铸锭共计4次。
并且采用ICP发光分析法分析了这些铸锭的铝量。其结果同样如表2所示。
(比较例10-1~10-4)
在真空气氛中,采用冷坩埚溶解法制成母合金。把该母合金(铜)的铝含有量取为超过固溶限的31.33wt%。该母合金的液相线温度约800℃。
其次,在真空气氛中,采用冷坩埚溶解法在1400℃的程度溶解6N级的高纯度铜,再按0.106wt%来添加上述母合金,熔融金属温度变为约1150~1400℃之后,进行铸造,制成铸造铸锭。还有,用同样的方法制作铸锭共计4次。
并且采用ICP发光分析法分析了这些铸锭的铝量。其结果同样如表2所示。
从上述表2可知,在实施例11-1~11-5的场合,都对目标组成的偏离(偏差)少,在5%以内。另一方面,在不使用母合金而直接添加了合金元素的比较例9-1~9-4和使用了超过固溶限的母合金的比较例10-1~10-4中,对目标组成的偏离(偏差)大,远远超过了5%。在不使用这样适当的母合金的场合,制造的稳定性极差。
特别是可以看出,作为母合金,需要800℃及以上,优选的是1000℃的程度的熔点(液相线温度),而且单相合金(铝或锡的固溶限内的组成范围)合适。
发明效果
本发明具有能获得半导体元件的布线材,特别是能形成在铜电镀时面电阻小且不凝聚、稳定均匀的种层,溅射成膜特性出色的铜合金溅射靶、该靶的制造方法以及由该靶形成的半导体元件布线的出色的效果。

Claims (18)

1.一种铜合金溅射靶,其特征在于,含有大于等于0.01wt%小于0.5wt%的从Al或Sn选出的至少一种元素,且含有总量为0.25wtppm及以下的Mn或Si的任意一方或双方。
2.根据权利要求1记载的铜合金溅射靶,其特征在于,含有从Al或Sn选出的至少一种元素0.05~0.2wt%,且含有总量为0.25wtppm及以下的Mn或Si。
3.根据权利要求1记载的铜合金溅射靶,其特征在于,含有总量为1.0wtppm及以下的从Sb、Zr、Ti、Cr、Ag、Au、Cd、In、As选择的1种或2种及以上。
4.根据权利要求1记载的铜合金溅射靶,其特征在于,含有总量为0.5wtppm及以下的从Sb、Zr、Ti、Cr、Ag、Au、Cd、In、As选择的1种或2种及以上。
5.根据权利要求1记载的铜合金溅射靶,其特征在于,含有总量为0.3wtppm及以下的从Sb、Zr、Ti、Cr、Ag、Au、Cd、In、As选择的1种或2种及以上。
6.根据权利要求1记载的铜合金溅射靶,其特征在于,除气体成分以外的不可避免的杂质为10wtppm及以下。
7.根据权利要求1记载的铜合金溅射靶,其特征在于,除气体成分以外的不可避免的杂质为1wtppm及以下。
8.根据权利要求1记载的铜合金溅射靶,其特征在于,Na、K分别为0.05wtppm及以下,U、Th分别为1wtppb及以下,氧为5wtppm及以下,氮为2wtppm及以下,碳为2wtppm及以下。
9.根据权利要求1记载的铜合金溅射靶,其特征在于,Na、K分别为0.02wtppm及以下,U、Th分别为0.5wtppb及以下,氧为1wtppm及以下,氮为1wtppm及以下,碳为1wtppm及以下。
10.根据权利要求1记载的铜合金溅射靶,其特征在于,平均结晶粒径为100μm及以下,平均粒径的偏差为±20%及以内。
11.一种半导体元件布线,由具有以下特征的铜合金溅射靶的溅射膜构成:含有大于等于0.01wt%小于0.5wt%的从Al或Sn选出的至少一种元素,且含有总量为0.25wtppm及以下的Mn或Si的任意一方或双方。
12.根据权利要求11记载的半导体元件布线,其特征在于,形成为半导体元件布线的种层。
13.根据权利要求12记载的半导体元件布线,其特征在于,在Ta、Ta合金或它们的氮化物的阻挡膜上形成为种层。
14.权利要求1~10中的任意一项记载的铜合金溅射靶的制造方法,其特征在于,制作添加元素的母合金,将其溶解在铜或低浓度母合金的熔融金属中,制成铸锭,把该铸锭加工成靶。
15.根据权利要求14记载的的铜合金溅射靶的制造方法,其特征在于,制作固溶限及以内的母合金。
16.一种半导体元件布线,由具有以下特征的铜合金溅射靶的溅射膜构成:含有大于等于0.01wt%小于0.5wt%的从Al或Sn选出的至少一种元素,且含有总量为0.25wtppm及以下的Mn或Si的任意一方或双方,并且还含有总量为1.0wtppm及以下的从Sb、Zr、Ti、Cr、Ag、Au、Cd、In、As选择的1种或2种及以上。
17.根据权利要求16记载的半导体元件布线,其特征在于,形成为半导体元件布线的种层。
18.根据权利要求17记载的半导体元件布线,其特征在于,在Ta、Ta合金或它们的氮化物的阻挡膜上形成为种层。
CNB2004800074372A 2003-03-17 2004-02-19 铜合金溅射靶、其制造方法以及半导体元件布线 Expired - Lifetime CN100439558C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP71721/2003 2003-03-17
JP2003071721 2003-03-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1771349A CN1771349A (zh) 2006-05-10
CN100439558C true CN100439558C (zh) 2008-12-03

Family

ID=33027699

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004800074372A Expired - Lifetime CN100439558C (zh) 2003-03-17 2004-02-19 铜合金溅射靶、其制造方法以及半导体元件布线

Country Status (8)

Country Link
US (2) US7740721B2 (zh)
EP (2) EP1602747B1 (zh)
JP (1) JP4223511B2 (zh)
KR (1) KR100700885B1 (zh)
CN (1) CN100439558C (zh)
DE (1) DE602004032015D1 (zh)
TW (1) TWI248468B (zh)
WO (1) WO2004083482A1 (zh)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100600975B1 (ko) * 2002-01-30 2006-07-13 닛코킨조쿠 가부시키가이샤 동합금 스퍼터링 타겟트 및 그 타겟트를 제조하는 방법
JP4794802B2 (ja) * 2002-11-21 2011-10-19 Jx日鉱日石金属株式会社 銅合金スパッタリングターゲット及び半導体素子配線
US7605481B2 (en) * 2003-10-24 2009-10-20 Nippon Mining & Metals Co., Ltd. Nickel alloy sputtering target and nickel alloy thin film
JP4331727B2 (ja) * 2003-12-25 2009-09-16 日鉱金属株式会社 接合方法及び装置
JP4377788B2 (ja) 2004-09-27 2009-12-02 株式会社神戸製鋼所 半導体配線用Cu合金、Cu合金配線の製法、該製法で得られたCu合金配線を有する半導体装置、並びに半導体のCu合金配線形成用スパッタリングターゲット
JP4330517B2 (ja) * 2004-11-02 2009-09-16 株式会社神戸製鋼所 Cu合金薄膜およびCu合金スパッタリングターゲット並びにフラットパネルディスプレイ
WO2006137240A1 (ja) * 2005-06-23 2006-12-28 Nippon Mining & Metals Co., Ltd. プリント配線板用銅箔
JP4756458B2 (ja) * 2005-08-19 2011-08-24 三菱マテリアル株式会社 パーティクル発生の少ないMn含有銅合金スパッタリングターゲット
US7749361B2 (en) * 2006-06-02 2010-07-06 Applied Materials, Inc. Multi-component doping of copper seed layer
WO2008018490A1 (en) * 2006-08-10 2008-02-14 Ulvac, Inc. Method for forming conductive film, thin film transistor, panel with thin film transistor, and method for manufacturing thin film transistor
WO2008030368A1 (en) * 2006-09-08 2008-03-13 Tosoh Smd, Inc. Copper sputtering target with fine grain size and high electromigration resistance and methods of making the same
JP4955008B2 (ja) * 2006-10-03 2012-06-20 Jx日鉱日石金属株式会社 Cu−Mn合金スパッタリングターゲット及び半導体配線
US20090065354A1 (en) * 2007-09-12 2009-03-12 Kardokus Janine K Sputtering targets comprising a novel manufacturing design, methods of production and uses thereof
WO2010038641A1 (ja) 2008-09-30 2010-04-08 日鉱金属株式会社 高純度銅及び電解による高純度銅の製造方法
WO2010038642A1 (ja) 2008-09-30 2010-04-08 日鉱金属株式会社 高純度銅又は高純度銅合金スパッタリングターゲット、同スパッタリングターゲットの製造方法及び高純度銅又は高純度銅合金スパッタ膜
JP5118618B2 (ja) * 2008-12-24 2013-01-16 Jx日鉱日石金属株式会社 高純度形状記憶合金ターゲット及び同合金薄膜
JP5463794B2 (ja) * 2009-08-24 2014-04-09 三菱マテリアル株式会社 半導体装置及びその製造方法
JP2012149294A (ja) * 2011-01-18 2012-08-09 Hitachi Cable Ltd スパッタリングターゲット、半導体装置および半導体装置の製造方法
JP5708315B2 (ja) * 2011-07-05 2015-04-30 三菱マテリアル株式会社 銅合金製スパッタリングターゲット
EP2698447B1 (en) 2011-09-14 2016-04-06 JX Nippon Mining & Metals Corp. High-purity copper-manganese-alloy sputtering target
CN103797152A (zh) * 2011-09-14 2014-05-14 吉坤日矿日石金属株式会社 高纯度铜锰合金溅射靶
KR20140029532A (ko) 2011-09-30 2014-03-10 제이엑스 닛코 닛세키 킨조쿠 가부시키가이샤 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법
CN104066868B (zh) 2012-01-23 2016-09-28 吉坤日矿日石金属株式会社 高纯度铜锰合金溅射靶
JP5638697B2 (ja) 2012-01-25 2014-12-10 Jx日鉱日石金属株式会社 高純度銅クロム合金スパッタリングターゲット
KR20150053805A (ko) 2013-03-07 2015-05-18 제이엑스 닛코 닛세키 킨조쿠 가부시키가이샤 구리 합금 스퍼터링 타깃
JP2015195282A (ja) * 2014-03-31 2015-11-05 東京エレクトロン株式会社 成膜方法、半導体製造方法及び半導体装置
JP5783293B1 (ja) * 2014-04-22 2015-09-24 三菱マテリアル株式会社 円筒型スパッタリングターゲット用素材
WO2016186070A1 (ja) 2015-05-21 2016-11-24 Jx金属株式会社 銅合金スパッタリングターゲット及びその製造方法
CN105463244A (zh) * 2015-12-15 2016-04-06 苏州华安矿业科技有限公司 矿用多孔喷头
US10760156B2 (en) 2017-10-13 2020-09-01 Honeywell International Inc. Copper manganese sputtering target
US11035036B2 (en) 2018-02-01 2021-06-15 Honeywell International Inc. Method of forming copper alloy sputtering targets with refined shape and microstructure
CN115261655A (zh) * 2022-08-01 2022-11-01 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种超高纯CuAl合金及其制备方法与用途

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11158614A (ja) * 1997-11-28 1999-06-15 Hitachi Metals Ltd スパッタリング用銅ターゲットおよびその製造方法
JP2001284358A (ja) * 2000-03-31 2001-10-12 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法及び半導体装置
JP2002294437A (ja) * 2001-04-02 2002-10-09 Mitsubishi Materials Corp 銅合金スパッタリングターゲット

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4923127A (zh) 1972-06-26 1974-03-01
JPS61231131A (ja) 1985-04-05 1986-10-15 Kobe Steel Ltd 耐食性銅合金管
US4822560A (en) 1985-10-10 1989-04-18 The Furukawa Electric Co., Ltd. Copper alloy and method of manufacturing the same
JP2516622B2 (ja) 1986-04-10 1996-07-24 古河電気工業株式会社 電子電気機器用銅合金とその製造法
JPH0653901B2 (ja) 1986-09-08 1994-07-20 古河電気工業株式会社 電子電気機器用銅合金
JPS6442592A (en) 1987-08-11 1989-02-14 Hitachi Cable Production of copper oxide powder by electrolysis
JPS6460633A (en) * 1987-08-31 1989-03-07 Tokuyama Soda Kk Coating material
JPH0196374A (ja) * 1987-10-05 1989-04-14 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk スパッタリング用クラッドターゲット材
JPH01180976A (ja) * 1988-01-12 1989-07-18 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk スパッタリング用バッキングプレート
JP2511289B2 (ja) * 1988-03-30 1996-06-26 株式会社日立製作所 半導体装置
JP2726939B2 (ja) * 1989-03-06 1998-03-11 日鉱金属 株式会社 加工性,耐熱性の優れた高導電性銅合金
JP2862727B2 (ja) * 1992-05-12 1999-03-03 同和鉱業株式会社 金属薄膜形成用スパッタリング・ターゲット並びにその製造方法
JPH06177117A (ja) * 1992-12-07 1994-06-24 Japan Energy Corp スパッタターゲットとこれを使用する半導体装置の製造方法
EP0601509A1 (en) 1992-12-07 1994-06-15 Nikko Kyodo Co., Ltd. Semiconductor devices and method of manufacturing the same
WO1995022636A1 (en) * 1994-02-17 1995-08-24 United Technologies Corporation Oxidation resistant coating for titanium alloys
DE19525330C2 (de) 1995-07-12 1998-07-09 Glyco Metall Werke Schichtwerkstoff
JP3819487B2 (ja) 1996-08-16 2006-09-06 同和鉱業株式会社 半導体素子の製造方法
US6387805B2 (en) 1997-05-08 2002-05-14 Applied Materials, Inc. Copper alloy seed layer for copper metallization
JP3403918B2 (ja) 1997-06-02 2003-05-06 株式会社ジャパンエナジー 高純度銅スパッタリングタ−ゲットおよび薄膜
JPH10330927A (ja) 1997-06-05 1998-12-15 Riyouka Massey Kk アルミニウム合金製スパッタリングターゲット材
JP2000087158A (ja) 1998-09-11 2000-03-28 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体リードフレーム用銅合金
JP2000239836A (ja) 1999-02-23 2000-09-05 Japan Energy Corp 高純度銅または銅合金スパッタリングターゲットおよびその製造方法
US6113761A (en) * 1999-06-02 2000-09-05 Johnson Matthey Electronics, Inc. Copper sputtering target assembly and method of making same
US6391163B1 (en) 1999-09-27 2002-05-21 Applied Materials, Inc. Method of enhancing hardness of sputter deposited copper films
AU1609501A (en) 1999-11-24 2001-06-04 Honeywell International, Inc. Physical vapor deposition targets, conductive integrated circuit metal alloy interconnections, electroplating anodes, and metal alloys for use as a conductive interconnection in an integrated circuit
US20040072009A1 (en) * 1999-12-16 2004-04-15 Segal Vladimir M. Copper sputtering targets and methods of forming copper sputtering targets
JP2002004048A (ja) * 2000-06-20 2002-01-09 Ebara Corp 成膜方法及び装置
JP2002075995A (ja) 2000-08-24 2002-03-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2002294438A (ja) 2001-04-02 2002-10-09 Mitsubishi Materials Corp 銅合金スパッタリングターゲット
KR20040043161A (ko) * 2001-07-19 2004-05-22 허니웰 인터내셔널 인코포레이티드 스퍼터링 타겟, 스퍼터 리액터, 주조잉곳을 제조하는 방법및 금속제품을 제조하는 방법
KR100600975B1 (ko) 2002-01-30 2006-07-13 닛코킨조쿠 가부시키가이샤 동합금 스퍼터링 타겟트 및 그 타겟트를 제조하는 방법
JP4794802B2 (ja) 2002-11-21 2011-10-19 Jx日鉱日石金属株式会社 銅合金スパッタリングターゲット及び半導体素子配線
JP4331727B2 (ja) 2003-12-25 2009-09-16 日鉱金属株式会社 接合方法及び装置
WO2006016473A1 (ja) 2004-08-10 2006-02-16 Nippon Mining & Metals Co., Ltd. フレキシブル銅基板用バリア膜及びバリア膜形成用スパッタリングターゲット
JP4955008B2 (ja) 2006-10-03 2012-06-20 Jx日鉱日石金属株式会社 Cu−Mn合金スパッタリングターゲット及び半導体配線

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11158614A (ja) * 1997-11-28 1999-06-15 Hitachi Metals Ltd スパッタリング用銅ターゲットおよびその製造方法
JP2001284358A (ja) * 2000-03-31 2001-10-12 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法及び半導体装置
JP2002294437A (ja) * 2001-04-02 2002-10-09 Mitsubishi Materials Corp 銅合金スパッタリングターゲット

Also Published As

Publication number Publication date
DE602004032015D1 (de) 2011-05-12
KR20050108384A (ko) 2005-11-16
TWI248468B (en) 2006-02-01
WO2004083482A1 (ja) 2004-09-30
EP1602747B1 (en) 2011-03-30
EP2264215A2 (en) 2010-12-22
EP1602747A4 (en) 2008-08-27
KR100700885B1 (ko) 2007-03-29
EP1602747A1 (en) 2005-12-07
US20100219070A1 (en) 2010-09-02
US7740721B2 (en) 2010-06-22
US9765425B2 (en) 2017-09-19
JPWO2004083482A1 (ja) 2006-06-22
TW200422415A (en) 2004-11-01
US20060088436A1 (en) 2006-04-27
CN1771349A (zh) 2006-05-10
EP2264215A3 (en) 2011-03-16
JP4223511B2 (ja) 2009-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100439558C (zh) 铜合金溅射靶、其制造方法以及半导体元件布线
US10665462B2 (en) Copper alloy sputtering target and semiconductor element wiring
JP4118814B2 (ja) 銅合金スパッタリングターゲット及び同ターゲットを製造する方法
JP5420685B2 (ja) Cu−Mn合金スパッタリングターゲット及び半導体配線
JP4237742B2 (ja) スパッタリングターゲットの製造方法
JP4790782B2 (ja) 銅合金スパッタリングターゲット及び半導体素子配線
JP4213699B2 (ja) 液晶表示装置の製造方法
JP4286367B2 (ja) スパッタリングターゲット、配線膜および電子部品
JP2000063971A (ja) スパッタリングターゲット

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C56 Change in the name or address of the patentee

Owner name: JX NIPPON MINING + METALS CORPORATION

Free format text: FORMER NAME: NIPPON MINING + METALS CO., LTD.

CP03 Change of name, title or address

Address after: Tokyo, Japan

Patentee after: JX Nippon Mining & Metals Corp.

Address before: Tokyo, Japan

Patentee before: Nippon Mining & Metals Co.,Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Tokyo, Japan

Patentee after: JX NIPPON MINING & METALS Corp.

Address before: Tokyo, Japan

Patentee before: JX Nippon Mining & Metals Corp.

CX01 Expiry of patent term
CX01 Expiry of patent term

Granted publication date: 20081203