[發明專利]鉭濺射靶及其制造方法

有效

• 申請號: 201580001927.X
• 申請日: 2015-03-04
• 公開（公告）號: CN105555997B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 小田國博
• 申請（專利權）人: 吉坤日礦日石金屬株式會社
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;B21B3/00;B22D21/06;B22D27/02;H01L21/285
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司11219
• 代理人: 胡嵩麟,王海川

技術領域

本發明涉及鉭濺射靶及其制造方法。特別是涉及用于形成作為大規模集成電路(LSI)中的銅布線的擴散阻擋層的Ta膜或TaN膜的鉭濺射靶及其制造方法。

背景技術

以往，使用鋁作為半導體元件的布線材料，但隨著元件的微細化、高集成化，出現布線延遲的問題，逐漸使用電阻小的銅代替鋁。雖然銅作為布線材料非常有效，但是由于銅本身是活躍的金屬，因此存在擴散至層間絕緣膜而導致污染的問題，在銅布線與層間絕緣膜之間需要形成Ta膜、TaN膜等擴散阻擋層。

一般而言，Ta膜、TaN膜通過使用鉭靶進行濺射來成膜。到目前為止，關于鉭靶，關于對濺射時的性能造成的影響，已知靶中含有的各種雜質、氣體成分、晶面取向、晶粒尺寸等對成膜速度、膜厚的均勻性、粉粒產生等造成影響。

例如，在專利文獻1中，記載了通過形成從靶厚度的30％的位置向靶的中心面(111)取向占優的晶體組織，使膜的均勻性提高。

另外，專利文獻2中，記載了通過使鉭靶的晶體取向隨機(不對齊于特定的晶體取向)，成膜速度增大，并且使膜的均勻性提高。

另外，在專利文獻3中，記載了通過在濺射面中選擇性地增加原子密度高的(110)、(100)、(211)的面取向，成膜速度提高，并且通過抑制面取向的變動，均勻性提高。

此外，專利文獻4中，記載了通過將利用X射線衍射求出的(110)面的強度比的、根據濺射表面部分的位置不同而產生的變動調節為20％以內，使膜厚均勻性提高。

另外，在專利文獻5中，記述了通過將模鍛、擠出、旋轉鍛造、無潤滑的鐓鍛與多向軋制組合使用，可以制作出具有非常強的(111)、(100)等晶體學織構的圓形金屬靶。

除此以外，在下述專利文獻6中，記載了對鉭錠實施鍛造、退火、軋制加工，最終組成加工后，進一步在1173K以下的溫度下進行退火，使未再結晶組織為20％以下、90％以下的鉭濺射靶的制造方法。

另外，在專利文獻7中公開了下述技術：通過鍛造、冷軋等加工和熱處理，使靶的濺射面的峰的相對強度為(110)>(211)>(100)，從而使濺射特性穩定。一般而言，(110)由于加工應變而變高，因此這樣加工的表面的濺射速度變快，通過預燒(burn-in)進行的表層除去快速結束，具有加快穩定區域的露出的效果，因此具有采用這樣的(110)的傾向。

此外，在專利文獻8中，記載了對鉭錠進行鍛造，在該鍛造工序中進行2次以上的熱處理，然后實施冷軋，并進行再結晶熱處理。

另外，在專利文獻9中，記載了一種鉭濺射靶，其特征在于，含有1質量ppm以上且100質量ppm以下的鉬作為必要成分，除了鉬和氣體成分以外的純度為99.998％以上。上述記載的鉭濺射靶，其特征在于，還含有0～100質量ppm(其中，不包括0質量ppm)的鈮，除了鉬、鈮和氣體成分以外的純度為99.998％以上。記載了得到具有均勻微細的組織、等離子體穩定、膜的均勻性(uniformity)優良的高純度鉭濺射靶。

另外，在專利文獻10中，記載了一種鉭濺射靶，其特征在于，含有1質量ppm以上且100質量ppm以下的鎢作為必要成分，除了鎢和氣體成分以外的純度為99.998％以上。上述鉭濺射靶，其特征在于，還含有0～100質量ppm(其中，不包括0質量ppm)的鉬和/或鈮，鎢、鉬、鈮的合計含量為1質量ppm以上且150質量ppm以下，除了鎢、鉬、鈮和氣體成分以外的純度為99.998％以上。記載了得到具有均勻微細的組織、等離子體穩定、膜的均勻性(uniformity)優良的高純度鉭濺射靶。

關于用于半導體的鉭濺射靶，如上所述正在開發多種類型的靶。靶材主要采用約10mm的厚度，通過增加每1塊靶的成膜數(晶片數)而實現降低成本。此時，增加靶的厚度能夠降低靶的更換頻率，減少裝置的停止時間，因此可以說對于降低成本是有效的。

為了增加靶的使用累計時間，只要增加靶的厚度、能夠更長期地使用即可，然而在鉭靶的情況下存在特有的問題。一般而言，在靶的濺射時，有時在晶片周圍設備上形成被膜，或者由于反向濺射而在靶周圍形成被膜。

因此，采用在靶的使用過程中將濺射裝置(真空設備)向大氣開放，更換被污染的設備，然后再次開始濺射的方法，由此實現成膜的延長。

但是，在高真空中進行濺射后的鉭靶，露出非常活化的表面，在將真空設備向大氣開放，并將靶暴露于大氣時，會快速形成牢固的氧化膜。這樣的氧化膜的形成是即使不特意地引入氧氣、由大氣中的氧氣也會引起的現象。