JP2007242947A - Barrier film for semiconductor wiring, copper wiring for semiconductor, manufacturing method of this wiring, and sputtering target for forming semiconductor barrier film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、銅の拡散を効果的に抑制することのできる半導体配線用バリア膜、半導体用銅配線、同配線の製造方法及び半導体バリア膜形成用スパッタリングターゲットに関する。 The present invention relates to a barrier film for semiconductor wiring, a copper wiring for semiconductor, a manufacturing method of the wiring, and a sputtering target for forming a semiconductor barrier film that can effectively suppress copper diffusion.
従来、半導体ウエハー上に形成する高密度集積回路の微細な配線材料として、アルミニウム系合金に代わり高速化が可能な銅が用いられるようになってきた。銅は、比抵抗が1.8μWcmと低くエレクトロマイグレーション耐性がアルミニウム合金系と比較して一桁高いという特徴を有している。ところで、半導体装置には素子間を接続するトレンチやビアが多数形成されており、これらは層間絶縁層に開口部を形成し、そこに導電性材料を埋め込むことにより形成される。
近年、その層間絶縁層に溝部を形成し、銅で溝部を埋め込むことで溝配線を形成するシングルダマシン法、あるいは銅で溝部および溝部の底部に設けられた開口部を埋め込むことで、トレンチとビアホールを一体に形成するデュアルダマシン法による配線形成が実用化されつつある。集積回路の内部では、金属配線が何層にも張り巡らされて信号を伝送しているが、高密度化に伴い配線間の距離が近くなるに伴い、前記トレンチやビア内に形成した銅が容易に拡散し(マイグレーション)、回路配線が短絡するという問題が発生するようになった。
Conventionally, as a fine wiring material of a high-density integrated circuit formed on a semiconductor wafer, copper capable of increasing the speed has been used instead of an aluminum alloy. Copper has a characteristic that the specific resistance is as low as 1.8 μWcm and the electromigration resistance is one digit higher than that of the aluminum alloy system. By the way, many trenches and vias for connecting elements are formed in a semiconductor device, and these are formed by forming an opening in an interlayer insulating layer and embedding a conductive material therein.
In recent years, trenches and via holes have been formed by forming a trench in the interlayer insulating layer and filling the trench with copper to form a trench wiring, or by embedding the trench and the opening provided at the bottom of the trench with copper. Wiring formation by a dual damascene method in which the two are integrally formed is being put into practical use. Inside an integrated circuit, metal wiring is stretched over several layers to transmit signals. However, as the distance between wirings becomes shorter as the density increases, the copper formed in the trenches and vias becomes smaller. The problem of easy diffusion (migration) and short-circuiting of circuit wiring has occurred.
このようなCuの拡散を抑制するために、トレンチやビアの下に予めCuの拡散を防止するためのバリア層を形成し、その上にCuのシード層及びCuの厚付けめっき層を形成することが提案されている。
その代表的なものとして、Ni−Cr合金のバリア層を形成したものがある(特許文献1参照)。しかし、200〜300°C程度の温度上昇があると、依然としてCuの拡散が認められる。また、特に配線幅が狭くなると、従来のバリア層では銅の拡散を防ぐことができず、必ずしも効果的でないことが分かった。
In order to suppress such diffusion of Cu, a barrier layer for preventing diffusion of Cu is previously formed under the trench or via, and a Cu seed layer and a Cu thick plating layer are formed thereon. It has been proposed.
A typical example is a Ni-Cr alloy barrier layer formed (see Patent Document 1). However, if there is a temperature rise of about 200 to 300 ° C., diffusion of Cu is still recognized. Further, it has been found that when the wiring width becomes narrow, the conventional barrier layer cannot prevent copper diffusion and is not necessarily effective.
これを防ぐ手段として、従来のバリア層の厚さを厚くすることで、バリア特性を向上させることも考えられる。しかし、一定値以上に厚さを厚くすると、膜が剥がれてしまうという問題が発生した。したがって、これも根本的な解決手段とは言えなかった。
本技術に近いものとしてポリイミドのフレキシブル回路基板への応用例があり、Ni、Cr、Co、Moから選んだ少なくとも1種の金属からなるバリアメタルを被覆し、熱可塑性樹脂を加熱して流動化させ、熱可塑性ポリイミドとバリアメタルとの結合力を増加させるという提案もある(特許文献2参照)。
しかし、この場合は、バリアメタルの拡散というものの根本的なものを解決するものではないので、依然として問題は残っている。
このようなことから、本発明者らはCoをベースにCrを添加するものを提案した(特許文献3)。この材料は特性的には優れているが、Coの価格がNiの2〜3倍となり、コストの上昇を招くという問題がある。
There is an application example of polyimide to a flexible circuit board that is close to this technology, coating a barrier metal made of at least one metal selected from Ni, Cr, Co, and Mo, and fluidizing by heating a thermoplastic resin There is also a proposal to increase the bonding force between the thermoplastic polyimide and the barrier metal (see Patent Document 2).
However, in this case, the problem remains because it does not solve the fundamental barrier metal diffusion.
In view of the above, the present inventors have proposed the addition of Cr based on Co (Patent Document 3). Although this material is excellent in characteristics, there is a problem that the price of Co is two to three times that of Ni, leading to an increase in cost.
以上の従来技術の問題点から、トレンチやビアを埋め込んで形成された銅の拡散を抑制するに際し、膜剥離を生じさせない程度の薄い膜厚で、また狭い配線幅でも十分なバリア効果を得ることができ、さらに熱処理等により温度上昇があっても、バリア特性に変化がない半導体回路形成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を得ることを課題とする。 Due to the above-mentioned problems of the prior art, when suppressing the diffusion of copper formed by burying trenches and vias, a sufficient barrier effect can be obtained with a thin film thickness that does not cause film peeling and a narrow wiring width. It is another object of the present invention to obtain a barrier film for forming a semiconductor circuit and a sputtering target for forming a barrier film that do not change in barrier characteristics even when the temperature rises due to heat treatment or the like.
本発明者らは鋭意研究を行った結果、効果的なバリア特性を有する合金を使用し、バリア膜をできる限り薄くして剥離を防止すると共に、成膜した膜の均一性を高めることにより、上記の課題を解決することができるとの知見を得た。
本発明はこの知見に基づき、
1. Cr:5〜30wt%、Ti及び/又はZr:1〜10wt%含有し、残部が不可避的不純物及びNiからなるNi−Cr系合金膜からなり、膜厚が3〜150nm、膜厚均一性が1σで10%以下であることを特徴とする半導体配線用バリア膜
2. 半導体基板上に、膜厚が3〜150nm、膜厚均一性が1σで10%以下であるNi−Cr系合金からなるバリア膜、及び該バリア膜上に形成された銅被覆層を備えていることを特徴とする半導体用銅配線
3. Ni−Cr系合金からなるバリア膜が、Crを5〜30wt%、Ti及び/又はZr:1〜10wt%含有し、残部が不可避的不純物及びNiからなるNi−Cr系合金膜であることを特徴とする上記2記載の半導体用銅配線
4. バリア膜上に形成された銅被覆層が、無電解銅めっき層又は無電解銅めっきシード層とその上に形成された電気銅めっき層であることを特徴とする上記2又は3記載の半導体用銅配線
5. バリア膜上に形成された銅被覆層が、銅スパッタ膜又は銅スパッタ膜からなるシード層とその上に形成された電気銅めっき層であることを特徴とする上記2又は3記載の半導体用銅配線、を提供する。
As a result of diligent research, the present inventors have used an alloy having effective barrier properties, made the barrier film as thin as possible to prevent peeling, and improve the uniformity of the film formed, The knowledge that said subject can be solved was acquired.
The present invention is based on this finding,
1. Cr: 5 to 30 wt%, Ti and / or Zr: 1 to 10 wt%, the balance is made of a Ni—Cr based alloy film made of inevitable impurities and Ni, the film thickness is 3 to 150 nm, and the film thickness uniformity is 1. Barrier film for semiconductor wiring, wherein 1σ is 10% or less Provided on a semiconductor substrate is a barrier film made of a Ni—Cr alloy having a film thickness of 3 to 150 nm and a film thickness uniformity of 10% or less at 1σ, and a copper coating layer formed on the barrier film. 2. Copper wiring for semiconductor, characterized in that The barrier film made of a Ni—Cr alloy is a Ni—Cr alloy film containing 5 to 30 wt% of Cr, Ti and / or Zr: 1 to 10 wt%, and the balance being inevitable impurities and Ni. 3. The copper wiring for semiconductors according to the above item 2, The copper coating layer formed on the barrier film is an electroless copper plating layer or an electroless copper plating seed layer and an electrolytic copper plating layer formed thereon. 4. Copper wiring 4. The copper for semiconductor according to the above 2 or 3, wherein the copper coating layer formed on the barrier film is a copper sputtered film or a seed layer made of a copper sputtered film and an electro copper plating layer formed thereon. Wiring, provide.
本発明は、また
6. 半導体基板上に、スパッタリングによりNi−Cr系合金からなるバリア膜を形成し、さらにその上に無電解銅めっき層又は無電解銅めっきシード層と電気銅めっきによる銅被覆層を形成することを特徴とする半導体用配線の製造方法
7. 半導体基板上に、スパッタリングによりNi−Cr系合金からなるバリア膜を形成し、さらにその上にスパッタ銅被覆層又はスパッタ膜からなる銅シード層と電気銅めっきによる銅被覆層を形成することを特徴とする半導体用配線の製造方法
8. Ni−Cr系合金からなるバリア膜は、膜厚が3〜150nm、膜厚均一性が1σで10%以下であることを特徴とする上記6又は7記載の半導体用銅配線の製造方法
9. Ni−Cr系合金からなるバリア膜が、Crを5〜30wt%、Ti及び/又はZr:1〜10wt%含有し、残部が不可避的不純物及びNiからなるNi−Cr系合金膜であることを特徴とする上記6〜8のいずれかに記載の半導体用銅配線の製造方法
10. Crを5〜30wt%、Ti及び/又はZr:1〜10wt%含有し、残部が不可避的不純物及びNiからなるNi−Cr系合金であって、スパッタ面の面内方向の比透磁率が100以下であることを特徴とする半導体バリア膜形成用スパッタリングターゲット、を提供する。
The present invention also provides: A barrier film made of a Ni-Cr alloy is formed on a semiconductor substrate by sputtering, and an electroless copper plating layer or an electroless copper plating seed layer and a copper coating layer by electrolytic copper plating are further formed thereon. 6. Manufacturing method of semiconductor wiring A barrier film made of a Ni—Cr alloy is formed on a semiconductor substrate by sputtering, and a copper seed layer made of a sputtered copper coating layer or a sputtered film and a copper coating layer formed by electrolytic copper plating are formed on the barrier film. 7. Manufacturing method of semiconductor wiring 8. The method for producing a copper wiring for a semiconductor according to 6 or 7 above, wherein the barrier film made of a Ni—Cr alloy has a film thickness of 3 to 150 nm and a film thickness uniformity of 1σ of 10% or less. The barrier film made of a Ni—Cr alloy is a Ni—Cr alloy film containing 5 to 30 wt% of Cr, Ti and / or Zr: 1 to 10 wt%, and the balance being inevitable impurities and Ni. 9. The method for producing a copper wiring for a semiconductor according to any one of 6 to 8 above. Ni—Cr-based alloy containing 5-30 wt% Cr, Ti and / or Zr: 1-10 wt%, the balance being inevitable impurities and Ni, and having a relative permeability of 100 in the in-plane direction of the sputtering surface A sputtering target for forming a semiconductor barrier film is provided.
本発明の半導体銅配線用バリア膜は、膜剥離を生じさせない程度の薄い膜厚とし、また狭い配線幅でも十分なバリア効果を得ることができ、さらに熱処理等により温度上昇があっても、バリア特性に変化がないという優れた特徴を有している。本発明は、半導体銅配線材料において銅の拡散を効果的に抑制する著しい特性を有する。 The barrier film for semiconductor copper wiring of the present invention has a thin film thickness that does not cause film peeling, and can obtain a sufficient barrier effect even with a narrow wiring width. It has an excellent feature that there is no change in characteristics. The present invention has significant characteristics that effectively suppress copper diffusion in semiconductor copper wiring materials.
本発明の半導体銅配線材料用バリア膜は、Cr:5〜30wt%、Ti及び/又はZr:1〜10wt%含有し、残部が不可避的不純物及びNiからなるNi−Cr系合金膜である。
膜組成において、Crが5wt%に満たない場合はバリア性が十分でなく、従来のバリア膜に比べ優位性が無い。また、Crが30wt%を超えるとCMP(ケミカルメカニカルポリッシング)加工する際、このバリア膜がポリッシングを阻害するので、除去するのに非常に時間がかかり過ぎ、実用に向かない。したがって、上記のCrの範囲とする。
また、Ti及び/又はZrの添加は、後述する実施例に示すように、バリア特性を著しく向上させて膜の耐久性を上げ、膜の均一性を確保するのに有効である。その添加量は1〜10wt%とするのが良い。Ti及び/又はZrの含有量が1wt%未満であると、膜の耐久性向上の効果が少なく、膜均一性の向上が期待できない。逆に、Ti及び/又はZrの含有量が10wt%を超えると、膜の剥離を発生し易くなるので、上記の範囲とする。
The barrier film for semiconductor copper wiring material of the present invention is a Ni—Cr alloy film containing Cr: 5 to 30 wt%, Ti and / or Zr: 1 to 10 wt%, and the balance being inevitable impurities and Ni.
In the film composition, when Cr is less than 5 wt%, the barrier property is not sufficient, and there is no advantage over the conventional barrier film. On the other hand, if the Cr content exceeds 30 wt%, this barrier film hinders polishing during CMP (Chemical Mechanical Polishing), so that it takes too much time for removal and is not suitable for practical use. Therefore, the Cr range is set.
Further, the addition of Ti and / or Zr is effective for significantly improving the barrier characteristics and increasing the durability of the film and ensuring the uniformity of the film, as shown in the examples described later. The addition amount is preferably 1 to 10 wt%. When the content of Ti and / or Zr is less than 1 wt%, the effect of improving the durability of the film is small, and improvement in film uniformity cannot be expected. On the other hand, if the content of Ti and / or Zr exceeds 10 wt%, film peeling is likely to occur, so the above range is set.
本発明の半導体銅配線材料用バリア膜の膜厚は、3〜150nmとする。膜厚が3nm未満の場合:充分なバリア性を持たない。また、膜厚が150nmを超えると膜剥がれを生じ易くなるので、上記の範囲とする。
本発明の半導体銅配線材料用バリア膜の膜厚は、膜厚均一性が1σで10%以下とする。この膜均一性を適切な値を維持することは均一幅の配線を形成する上で極めて重要である。膜厚均一性(1σ)が、10%を超えると、バリア膜上に形成する銅膜が不均一となり、半導体の伝送特性に支障をきたすという問題がある。したがって、上記の膜厚均一性(1σ)を10%以下とする。
The thickness of the barrier film for semiconductor copper wiring material of the present invention is 3 to 150 nm. When the film thickness is less than 3 nm: it does not have sufficient barrier properties. Moreover, since it will become easy to produce film peeling when a film thickness exceeds 150 nm, it is set as said range.
The film thickness of the barrier film for semiconductor copper wiring material of the present invention is 10% or less with a film thickness uniformity of 1σ. Maintaining this film uniformity at an appropriate value is extremely important in forming a wiring having a uniform width. If the film thickness uniformity (1σ) exceeds 10%, the copper film formed on the barrier film becomes non-uniform, which causes a problem in that the transmission characteristics of the semiconductor are hindered. Therefore, the film thickness uniformity (1σ) is set to 10% or less.
本発明のバリア膜形成用スパッタリングターゲットについては、Crを5〜30wt%、Ti及び/又はZr:1〜10wt%含有し、残部が不可避的不純物及びNiからなるNi−Cr系合金ターゲットを用いる。本発明のNi−Cr系合金ターゲットの組成は、バリア膜の組成に直接反映される。すなわち、ターゲット組成のCrが5wt%に満たない場合、5wt%Cr以上のNi−Cr系合金膜が成膜できない。
一方Crが30wt%を超えると、Cr30%以下Ni合金の膜が成膜できない。
同様に、Ti及び/又はZrが1wt%に満たない含有量では、Ti及び/又はZrが1wt%以上のNi−Cr系合金膜が成膜できない。また、Ti及び/又はZrが10wt%を超える含有量では、Ti及び/又はZrが10wt%以下のNi−Cr系合金膜が成膜できない。したがって、Ni−Cr系合金ターゲットの組成は、上記の範囲とする。
また、本発明のバリア膜形成用スパッタリングターゲットの、スパッタ面の面内方向の比透磁率が100以下とする。比透磁率が100を超えると、スパッタ膜の膜厚均一性が1σで10%を超えてしまうからである。
As for the sputtering target for forming a barrier film of the present invention, a Ni—Cr based alloy target containing 5 to 30 wt% of Cr, Ti and / or Zr: 1 to 10 wt%, and the balance of inevitable impurities and Ni is used. The composition of the Ni—Cr alloy target of the present invention is directly reflected in the composition of the barrier film. That is, when the target composition Cr is less than 5 wt%, a Ni—Cr alloy film of 5 wt% Cr or more cannot be formed.
On the other hand, if Cr exceeds 30 wt%, a film of Ni alloy with Cr of 30% or less cannot be formed.
Similarly, when the content of Ti and / or Zr is less than 1 wt%, a Ni—Cr alloy film with Ti and / or Zr of 1 wt% or more cannot be formed. Further, when the content of Ti and / or Zr exceeds 10 wt%, a Ni—Cr alloy film having Ti and / or Zr of 10 wt% or less cannot be formed. Therefore, the composition of the Ni—Cr-based alloy target is within the above range.
Further, the relative permeability in the in-plane direction of the sputtering surface of the sputtering target for forming a barrier film of the present invention is set to 100 or less. This is because when the relative magnetic permeability exceeds 100, the film thickness uniformity of the sputtered film exceeds 10% at 1σ.
本発明のNi−Cr系合金ターゲットは、平均結晶粒径が500μm以下、特に100μm以下が望ましい。平均結晶粒径が500μmを超えると、パーティクル発生量多くなり、ピンホールと呼ばれる膜欠陥が増加し、製品収率が低下するからである。
また、本発明のNi−Cr系合金ターゲットは、ターゲット内の平均結晶粒径のバラツキが30%以内のものが望ましい。平均粒径のばらつきが30%を超えると、スパッタ成膜した膜の膜厚均一性が1σで10%を超えるおそれがあるからである。
The Ni—Cr-based alloy target of the present invention preferably has an average crystal grain size of 500 μm or less, particularly 100 μm or less. This is because when the average crystal grain size exceeds 500 μm, the amount of particles generated increases, film defects called pinholes increase, and the product yield decreases.
Further, the Ni—Cr alloy target of the present invention desirably has an average crystal grain size variation within 30% within the target. This is because if the variation in average particle diameter exceeds 30%, the film thickness uniformity of the sputtered film may exceed 10% at 1σ.
本発明のターゲットを製造するに際しては、700〜1280°Cの熱間における鍛造と、圧延の組み合わせにより、ターゲット板に加工するのが望ましい。
さらに、前記熱間鍛造・圧延後、大気中、真空中又は不活性ガス雰囲気中で、保持温度:300〜950°Cの熱処理を行うのが良い。これによって得たターゲットは、スパッタリングされる部分の平均粗さ (Ra) が、0.01〜5μmとする。
また、ターゲットやバッキングフレートの側面などの非スパッタ面、すなわちスパッタされた物質が付着する部分を、サンドブラスト処理、エッチング処理又は溶射被膜層の形成等によって、表面の平均粗さ (Ra)を1〜50μmに表面粗化して、付着した被膜が再剥離するのを防止することが望ましい。再剥離してスパッタ雰囲気中に浮遊する物質は、基板へのパーティクル発生の原因となるからである。
When manufacturing the target of the present invention, it is desirable to process the target plate by a combination of hot forging at 700 to 1280 ° C. and rolling.
Further, after the hot forging / rolling, heat treatment at a holding temperature of 300 to 950 ° C. may be performed in the air, in a vacuum, or in an inert gas atmosphere. The target thus obtained has an average roughness (Ra) of a portion to be sputtered of 0.01 to 5 μm.
Further, the average roughness (Ra) of the surface of the non-sputtered surface such as the side surface of the target or the backing fret, that is, the portion to which the sputtered material adheres is reduced by sandblasting, etching, or formation of a sprayed coating layer. It is desirable to roughen the surface to 50 μm to prevent the attached film from peeling again. This is because the substance that re-peels and floats in the sputtering atmosphere causes generation of particles on the substrate.
本発明のターゲットは、Al合金、Cu、 Cu合金、Ti、Ti合金などのバッキングプレートへロウ付け若しくは高出力スパッタに耐えられるように、拡散接合法の金属結合によってボンディングしたり、バッキングプレート部をターゲット材と同じ材料を使用して一体成形して用いられる。
また、ターゲットに含有される不純物として、Na、Kの濃度がそれぞれ5ppm以下(以降ppmは、wtppmを示す)、U、Thの濃度がそれぞれ0.05ppm以下、さらには主元素、添加元素以外の金属元素の総計が0.5wt%以下、かつ酸素濃度が0.5%以下であることが望ましい。
The target of the present invention can be bonded to the backing plate of Al alloy, Cu, Cu alloy, Ti, Ti alloy or the like by brazing or metal bonding of the diffusion bonding method so that it can withstand high power sputtering, or the backing plate portion can be The same material as the target material is used for integral molding.
Further, as impurities contained in the target, the concentrations of Na and K are each 5 ppm or less (hereinafter, ppm indicates wtppm), the concentrations of U and Th are each 0.05 ppm or less, and other than the main elements and additive elements It is desirable that the total amount of metal elements is 0.5 wt% or less and the oxygen concentration is 0.5% or less.
本発明の半導体用配線の製造に際しては、半導体基板上に、スパッタリングによりNi−Cr系合金からなるバリア膜を形成し、さらにその上に無電解めっき層又は無電解めっきシード層と電気銅めっきによる銅被覆層を形成して高密度の半導体用配線を形成することができる。本発明のバリア膜は、このような集積度の高い配線膜においても、半導体基板への銅の拡散を効果的に抑制できる。
上記のNi−Cr系合金からなるバリア膜を形成した後、さらにその上にスパッタ銅被覆層又はスパッタ膜からなる銅シード層と電気銅めっきによる銅被覆層を形成することもできる。これは製造工程に応じて、適宜選択できる。
前記Ni−Cr系合金からなるバリア膜を形成する場合には、いずれも膜厚が3〜150nm、膜厚均一性が1σで10%以下であることが必要である。また、このバリア膜はCrを5〜30wt%、Ti及び/又はZr:1〜10wt%含有し、残部が不可避的不純物及びNiからなるNi−Cr系合金膜であることが望ましい。
以上のNi−Cr系合金のバリア膜はスパッタリングにより形成するが、スパッタ面の面内方向の比透磁率が100以下である半導体バリア膜形成用スパッタリングターゲットを使用することが望ましい。
In the production of the semiconductor wiring of the present invention, a barrier film made of a Ni—Cr alloy is formed on a semiconductor substrate by sputtering, and an electroless plating layer or an electroless plating seed layer and electrolytic copper plating are further formed thereon. A copper coating layer can be formed to form a high-density semiconductor wiring. The barrier film of the present invention can effectively suppress the diffusion of copper into the semiconductor substrate even in such a highly integrated wiring film.
After the barrier film made of the Ni—Cr alloy is formed, a copper seed layer made of a sputtered copper coating layer or a sputtered film and a copper coating layer by electrolytic copper plating can be further formed thereon. This can be appropriately selected according to the manufacturing process.
In the case of forming a barrier film made of the Ni—Cr alloy, it is necessary that the film thickness is 3 to 150 nm and the film thickness uniformity is 10% or less at 1σ. Further, this barrier film is preferably a Ni—Cr-based alloy film containing 5 to 30 wt% of Cr, Ti and / or Zr: 1 to 10 wt%, and the balance being inevitable impurities and Ni.
The above-described Ni—Cr alloy barrier film is formed by sputtering, but it is desirable to use a sputtering target for forming a semiconductor barrier film having a relative permeability of 100 or less in the in-plane direction of the sputtering surface.
次に、実施例に基づいて本発明を説明する。以下に示す実施例は、理解を容易にするためのものであり、これらの実施例によって本発明を制限するものではない。本発明の技術思想に基づく変形及び他の実施例は、当然本発明に含まれる。すなわち、以下に示す実施例は、好適な実施例の一部を示しているだけで、以下の実施例だけに本発明が限定される必要がないことは容易に理解されるべきものである。 Next, the present invention will be described based on examples. The following examples are for ease of understanding, and the present invention is not limited by these examples. Modifications and other embodiments based on the technical idea of the present invention are naturally included in the present invention. That is, it should be easily understood that the following examples show only some of the preferred examples, and the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1−9)
表1に示すターゲットを製造するために、Ni、Cr、Ti及び/又はZrの組成を溶解・鋳造し、各種Ni−Cr系インゴットを作製した。これを、1100°Cで熱間鍛造・熱間圧延し、冷却後500°Cで2時間熱処理を行い、ターゲットに加工した。このターゲットの結晶粒径はターゲットにより80〜250μmの範囲であった。これを、さらに表面粗さRa0.14μmに仕上げた。
ターゲット中のCr濃度は10.2〜29.5wt%の範囲、Tiの濃度は1.5〜9.5wt%の範囲、Zrの濃度は5.3wt%であった。なお、実施例でZrを添加した例は少ないが、ZrはTiと実質的に同効の材料であり、煩雑になるので省略した。
その他、不純物成分は、Na:0.2ppm、K:0.1wtppm、U:0.02ppm、Th:0.03ppm、 金属成分の総計が250〜470ppm、 酸素が10〜20ppmであった。
このターゲットをバッキングプレートにインジウムでボンディングして、ターゲットの側面とターゲット近傍のバッキングプレート部をサンドブラストで、Ra=7.5μmに粗化した。
(Example 1-9)
In order to manufacture the target shown in Table 1, the composition of Ni, Cr, Ti and / or Zr was melted and cast to prepare various Ni—Cr ingots. This was hot forged and hot rolled at 1100 ° C., and after cooling, heat-treated at 500 ° C. for 2 hours to be processed into a target. The crystal grain size of this target was in the range of 80 to 250 μm depending on the target. This was further finished to a surface roughness Ra of 0.14 μm.
The Cr concentration in the target was in the range of 10.2 to 29.5 wt%, the Ti concentration was in the range of 1.5 to 9.5 wt%, and the Zr concentration was 5.3 wt%. In addition, although there are few examples which added Zr in the Example, since Zr is a material substantially the same effect as Ti and becomes complicated, it was omitted.
In addition, the impurity components were Na: 0.2 ppm, K: 0.1 wtppm, U: 0.02 ppm, Th: 0.03 ppm, the total of metal components was 250 to 470 ppm, and oxygen was 10 to 20 ppm.
This target was bonded to the backing plate with indium, and the side surface of the target and the backing plate near the target were roughened to Ra = 7.5 μm by sand blasting.
表1に示す本発明の範囲にある合金組成及び比透磁率のターゲットを用いて、SiO2基板上に膜厚140nmのバリア層を作製した。
このバリア層の各添加成分の組成(wt%)、バリア層の膜厚(nm)、バリア層の膜厚を49点測定し、その膜厚の均一性(%)を調べた結果を表1に示す。実施例1〜9のバリア膜の膜組成(wt%)、膜厚(nm)、膜厚の均一性(%)はいずれも、本願発明の範囲に入るものである。
なお、ターゲット組成と膜組成に若干の差異が認められるが、その量はわずかであり、ターゲット組成が膜に反映されていることが分かる。
さらに、このバリア層の上にスパッタ法でCuシード層を20nm成膜後、電気めっきにより200nmのCu層を形成した。
A barrier layer having a thickness of 140 nm was formed on a SiO 2 substrate using an alloy composition and relative permeability target within the scope of the present invention shown in Table 1.
Table 1 shows the results of measuring the composition (wt%) of each additive component of the barrier layer, the thickness of the barrier layer (nm), and the thickness of the barrier layer at 49 points and examining the uniformity (%) of the thickness. Shown in The film compositions (wt%), film thickness (nm), and film thickness uniformity (%) of the barrier films of Examples 1 to 9 all fall within the scope of the present invention.
Although a slight difference is observed between the target composition and the film composition, the amount is slight and it can be seen that the target composition is reflected in the film.
Further, a Cu seed layer having a thickness of 20 nm was formed on the barrier layer by sputtering, and then a 200 nm Cu layer was formed by electroplating.
このCu/Ni−Cr系合金膜について、成膜したままの試料と、真空中で300°C×2時間の熱処理を行った試料について、AES(オージェ電子分光法)で深さ方向にプロファイルをとり、Cuのバリア層への拡散を評価した。
図1〜2に、AESの結果を示す。本実施例におけるNi−Cr系合金をバリア膜としたものでは、300°Cで熱処理したものでも、Cuのプロファイルは熱処理を行わなかったものと同様のプロファイルを示しており、バリア層への拡散が認められなかった。下記に示す比較例1と比較すると、Ti及び/又はZrの添加により、バリア特性の著しい向上が確認できた。この結果を、同様に表1に示す。
About this Cu / Ni-Cr-based alloy film, a profile was formed in the depth direction by AES (Auger Electron Spectroscopy) for the as-deposited sample and the sample that was heat-treated in vacuum at 300 ° C for 2 hours. Then, the diffusion of Cu into the barrier layer was evaluated.
1 and 2 show the results of AES. In the case where the Ni—Cr alloy in this example is used as a barrier film, the Cu profile shows the same profile as that without heat treatment even when heat-treated at 300 ° C., and diffusion into the barrier layer Was not recognized. When compared with Comparative Example 1 shown below, it was confirmed that the barrier properties were significantly improved by the addition of Ti and / or Zr. The results are also shown in Table 1.
(比較例1)
従来のバリア材であるNi−19.80wt%Crの組成を有する材料を、溶解・鋳造し、Ni−Crインゴットを作製した。これを、1100°Cで熱間鍛造・熱間圧延し、冷却後500°Cで2時間の熱処理を行い、ターゲットに加工した。
このターゲットの結晶粒径は300μmで、表面粗さをRaで0.15μmに仕上げた。ターゲット中のCr濃度は19.7wt%、不純物成分は、Na:0.1ppm、K:0.3ppm、U:0.02ppm、Th:0.04ppm、 不純物金属成分の総計が510ppm、 酸素が10ppmであった。
(Comparative Example 1)
A material having a composition of Ni-19.80 wt% Cr, which is a conventional barrier material, was melted and cast to prepare a Ni-Cr ingot. This was hot forged and hot rolled at 1100 ° C., and after cooling, heat-treated at 500 ° C. for 2 hours to be processed into a target.
The crystal grain size of this target was 300 μm, and the surface roughness was finished to 0.15 μm with Ra. Cr concentration in the target is 19.7 wt%, impurity components are Na: 0.1 ppm, K: 0.3 ppm, U: 0.02 ppm, Th: 0.04 ppm, total of impurity metal components is 510 ppm, oxygen is 10 ppm Met.
ターゲットをバッキングプレートにインジウムでボンディングして、ターゲットの側面とターゲット近傍のバッキングプレート部をサンドブラストで、Ra=7.0μmで粗化した。ターゲットの面内方向の比透磁率は30であった。
このターゲットを使ってSiO2基板上に膜厚:140nmのバリア層を作製した。このバリア層の各添加成分の組成を分析したところ、Cr:19.7wt%と、若干Crが少ない組成となった。このバリア層の膜厚を49点測定し、その膜厚均一性を調べたところ、1σで6.5%であった。以上の結果を、表1に示す。
The target was bonded to the backing plate with indium, and the side surface of the target and the backing plate portion in the vicinity of the target were roughened by sand blasting at Ra = 7.0 μm. The relative permeability in the in-plane direction of the target was 30.
Using this target, a barrier layer having a thickness of 140 nm was formed on the SiO 2 substrate. When the composition of each additive component in the barrier layer was analyzed, Cr was 19.7 wt%, and the composition was slightly less Cr. When the film thickness of this barrier layer was measured at 49 points and the film thickness uniformity was examined, it was 6.5% at 1σ. The results are shown in Table 1.
このバリア層の上にスパッタ法でCu膜を200nm成膜した。このCu/Ni−Cr膜について、成膜したままの試料と、真空中で300°C×2時間の熱処理を行った試料について、AES(オージェ電子分光法)で深さ方向にプロファイルをとり、Cuのバリア層への拡散を評価した。図3に、AESの結果を示す。300°Cで熱処理したもののCuのプロファイルが、熱処理していないものよりも、バリア層に入り込んでいる。すなわち、バリア層としての機能が低いことが分かった。この結果を同様に、表1に示す。 A Cu film having a thickness of 200 nm was formed on the barrier layer by sputtering. About this Cu / Ni-Cr film, about the sample as it was formed and the sample which performed heat processing for 300 ° C x 2 hours in a vacuum, take a profile in the depth direction by AES (Auger electron spectroscopy), The diffusion of Cu into the barrier layer was evaluated. FIG. 3 shows the results of AES. The Cu profile that was heat-treated at 300 ° C. entered the barrier layer more than the one that was not heat-treated. That is, it turned out that the function as a barrier layer is low. The results are similarly shown in Table 1.
(比較例2)
比較例1と同様の操作により、表1に示すターゲットを製造し、このターゲットを使って、SiO2基板上に膜厚2.5nmのNi−Cr−Ti合金バリア層を形成した。ターゲットの面内方向の比透磁率は35であった。このバリア層の各添加成分の組成(wt%)、バリア層の膜厚(nm)、バリア層の膜厚を49点測定し、膜厚の均一性(%)を調べた結果を表1に示す。
比較例2のバリア膜の膜厚が2.5nmと薄く、本願発明のターゲットと成分組成は同じであるが、膜厚が異なるものである。さらに、このバリア層の上にCuシード層を20nm成膜後、電気めっきにより200nmのCu層を形成した。
Ni−Cr−Ti合金バリア膜について、成膜したままの試料と真空中で300°C×2時間の熱処理を行った試料について、AES(オージェ電子分光法)で深さ方向にプロファイルをとり、Cuのバリア層への拡散を評価した。
300°Cで熱処理したもののCuのプロファイルが、熱処理していないものよりも、バリア層に入り込んでおり、バリア層としての機能が低いことが分かった。この結果を同様に表1に示す。
(Comparative Example 2)
A target shown in Table 1 was manufactured by the same operation as in Comparative Example 1, and a Ni—Cr—Ti alloy barrier layer having a thickness of 2.5 nm was formed on the SiO 2 substrate using this target. The relative permeability in the in-plane direction of the target was 35. Table 1 shows the results of measuring the uniformity (%) of the film thickness by measuring the composition (wt%) of each additive component of the barrier layer, the thickness of the barrier layer (nm), and the thickness of the barrier layer at 49 points. Show.
Although the film thickness of the barrier film of Comparative Example 2 is as thin as 2.5 nm, the target composition of the present invention is the same as the component composition, but the film thickness is different. Further, a Cu seed layer was formed to 20 nm on the barrier layer, and then a 200 nm Cu layer was formed by electroplating.
Regarding the Ni—Cr—Ti alloy barrier film, a profile was taken in the depth direction by AES (Auger Electron Spectroscopy) for the as-deposited sample and the sample that was heat-treated in vacuum at 300 ° C. for 2 hours, The diffusion of Cu into the barrier layer was evaluated.
It was found that the Cu profile of the material heat-treated at 300 ° C. entered the barrier layer than that not heat-treated, and the function as the barrier layer was low. The results are also shown in Table 1.
(比較例3)
比較例1と同様の操作により、表1に示すターゲットを製造し、このターゲットを用いて、SiO2基板上に、表1に示す膜厚10nmのNi−Cr−Ti合金バリア層を形成した。ターゲットの面内方向の比透磁率は25であった。このバリア層の各添加成分の組成(wt%)、バリア層の膜厚(nm)、バリア層の膜厚を49点測定し、膜厚の均一性(%)を調べた結果を表1に示す。
比較例3のバリア膜は、Tiが12.0と過剰に添加されたものである。さらに、このバリア層の上にCuシード層を20nm成膜後、電気めっきにより200μmのCu層を形成した。Ni−Cr−Ti合金バリア膜について、成膜したままの試料と、真空中で300°C×2時間の熱処理を行った試料について、AES(オージェ電子分光法)で深さ方向にプロファイルをとり、Cuのバリア層への拡散を評価した。
300°Cで熱処理したもののCuのプロファイルが、熱処理していないものよりもバリア層に入り込んでおり、バリア層としての機能が低いことが分かった。以上から、バリア層のTiの過剰な添加は、適切でないことが分かった。この結果を同様に表1に示す。
(Comparative Example 3)
A target shown in Table 1 was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, and a 10 nm thick Ni—Cr—Ti alloy barrier layer shown in Table 1 was formed on the SiO 2 substrate using this target. The relative permeability in the in-plane direction of the target was 25. Table 1 shows the results of measuring the composition (wt%) of each additive component of the barrier layer, the thickness of the barrier layer (nm), and the thickness of the barrier layer at 49 points and examining the uniformity of the thickness (%). Show.
In the barrier film of Comparative Example 3, Ti is excessively added at 12.0. Further, a Cu seed layer having a thickness of 20 nm was formed on the barrier layer, and then a 200 μm Cu layer was formed by electroplating. For the Ni—Cr—Ti alloy barrier film, a profile was taken in the depth direction by AES (Auger Electron Spectroscopy) for the as-deposited sample and the sample that was heat-treated at 300 ° C. for 2 hours in vacuum. The diffusion of Cu into the barrier layer was evaluated.
It was found that the Cu profile of the sample heat-treated at 300 ° C. entered the barrier layer more than that not heat-treated, and the function as the barrier layer was low. From the above, it was found that excessive addition of Ti in the barrier layer is not appropriate. The results are also shown in Table 1.
(比較例4)
比較例1と同様の操作により、表1に示すターゲットを製造し、このターゲットを用いて、SiO2基板上に、表1に示す膜厚10nmのNi−Cr−Ti合金バリア層を形成した。ターゲットの面内方向の比透磁率は60であった。このバリア層の各添加成分の組成(wt%)、バリア層の膜厚(nm)、バリア層の膜厚を49点測定し、膜厚の均一性(%)を調べた結果を表1に示す。
比較例4のバリア膜は、Tiが0.9と添加量が本発明の規定に達しないものである。さらに、このバリア層の上にCuシード層を20nm成膜後、電気めっきにより200nmのCu層を形成した。Ni−Cr−Ti合金バリア膜について、成膜したままの試料と、真空中で300°C×2時間の熱処理を行った試料について、AES(オージェ電子分光法)で深さ方向にプロファイルをとり、 Cuのバリア層への拡散を評価した。300°Cで熱処理したもののCuのプロファイルが、熱処理していないものよりもバリア層に入り込んでおり、バリア層としての機能が低いことが分かった。
これらの結果を同様に、表1に示す。比較例5は膜厚の均一性が15.3%と悪くバリア効果が低下するという結果になった。したがって、バリア層に十分な量のTiがない場合には、耐久性が劣ることが分かった。
(Comparative Example 4)
A target shown in Table 1 was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, and a 10 nm thick Ni—Cr—Ti alloy barrier layer shown in Table 1 was formed on the SiO 2 substrate using this target. The relative permeability in the in-plane direction of the target was 60. Table 1 shows the results of measuring the composition (wt%) of each additive component of the barrier layer, the thickness of the barrier layer (nm), and the thickness of the barrier layer at 49 points and examining the uniformity of the thickness (%). Show.
The barrier film of Comparative Example 4 has a Ti content of 0.9 and the added amount does not meet the requirements of the present invention. Further, a Cu seed layer was formed to 20 nm on the barrier layer, and then a 200 nm Cu layer was formed by electroplating. For the Ni—Cr—Ti alloy barrier film, a profile was taken in the depth direction by AES (Auger Electron Spectroscopy) for the as-deposited sample and the sample that was heat-treated at 300 ° C. for 2 hours in vacuum. The diffusion of Cu into the barrier layer was evaluated. It was found that the Cu profile of the material heat-treated at 300 ° C. entered the barrier layer more than that not heat-treated, and the function as the barrier layer was low.
These results are similarly shown in Table 1. In Comparative Example 5, the film thickness uniformity was as bad as 15.3%, and the barrier effect was reduced. Therefore, it was found that the durability is inferior when there is not a sufficient amount of Ti in the barrier layer.
(比較例5)
比較例1と同様の操作により、表1に示すターゲットを製造し、このターゲットを用いて、SiO2基板上に、表1に示す膜厚10nmのNi−Cr−Ti合金バリア層を形成した。ターゲットの面内方向の比透磁率は30であった。このバリア層の各添加成分の組成(wt%)、バリア層の膜厚(nm)、バリア層の膜厚を49点測定し、膜厚の均一性(%)を調べた結果を表1に示す。
比較例5のバリア膜は、Crが33.2wt%と添加量が本発明の規定量を超えるものである。さらに、このバリア層の上にCuシード層を20nm成膜後、電気めっきにより200nmのCu層を形成した。300°Cで熱処理したものでも、Cuのプロファイルは熱処理を行わなかったものと同様のプロファイルを示しており、バリア層への拡散が認められず、バリア特性の向上が確認できた。しかし、CMPによる研磨に時間がかかり過ぎ、またCu部が過剰にエッチングされるという問題が生じた。以上から、バリア層のCrの過剰な添加は、適切でないことが分かった。この結果を同様に表1に示す。
(Comparative Example 5)
A target shown in Table 1 was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, and a 10 nm thick Ni—Cr—Ti alloy barrier layer shown in Table 1 was formed on the SiO 2 substrate using this target. The relative permeability in the in-plane direction of the target was 30. Table 1 shows the results of measuring the composition (wt%) of each additive component of the barrier layer, the thickness of the barrier layer (nm), and the thickness of the barrier layer at 49 points and examining the uniformity of the thickness (%). Show.
The barrier film of Comparative Example 5 has a Cr content of 33.2 wt% and an added amount exceeding the specified amount of the present invention. Further, a Cu seed layer was formed to 20 nm on the barrier layer, and then a 200 nm Cu layer was formed by electroplating. Even when the heat treatment was performed at 300 ° C., the Cu profile showed the same profile as that without heat treatment, and no diffusion into the barrier layer was observed, confirming improvement in barrier properties. However, polishing by CMP takes too much time, and the Cu portion is excessively etched. From the above, it was found that excessive addition of Cr in the barrier layer is not appropriate. The results are also shown in Table 1.
(比較例6)
比較例1と同様の操作により、表1に示すターゲットを製造し、このターゲットを用いて、SiO2基板上に、表1に示す膜厚10nmのNi−Cr−Ti合金バリア層を形成した。ターゲットの面内方向の比透磁率は30であった。
このバリア層の各添加成分の組成(wt%)、バリア層の膜厚(nm)、バリア層の膜厚を49点測定し、膜厚の均一性(%)を調べた結果を表1に示す。
比較例6のバリア膜は、Crが9.2wt%と添加量が本発明の規定量に達しないものである。さらに、このバリア層の上にCuシード層を20nm成膜後、電気めっきにより200nmのCu層を形成した。
Ni−Cr−Ti合金バリア膜について、成膜したままの試料と、真空中で300°C×2時間の熱処理を行った試料について、AES(オージェ電子分光法)で深さ方向にプロファイルをとり、Cuのバリア層への拡散を評価した。300°Cで熱処理したもののCuのプロファイルが、熱処理していないものよりも、バリア層に入り込んでいる。すなわち、バリア層としての機能が低いことが分かった。これらの結果を同様に、表1に示す。
比較例6は、バリア効果が低下し、耐久性が悪いという結果になった。したがって、バリア層に十分な量のCrがない場合には、耐久性が劣ることが分かった。
(Comparative Example 6)
A target shown in Table 1 was manufactured by the same operation as in Comparative Example 1, and a 10 nm thick Ni—Cr—Ti alloy barrier layer shown in Table 1 was formed on the SiO 2 substrate using this target. The relative permeability in the in-plane direction of the target was 30.
Table 1 shows the results of measuring the composition (wt%) of each additive component of the barrier layer, the thickness of the barrier layer (nm), and the thickness of the barrier layer at 49 points and examining the uniformity of the thickness (%). Show.
The barrier film of Comparative Example 6 has a Cr content of 9.2 wt% and does not reach the specified amount of the present invention. Further, a Cu seed layer was formed to 20 nm on the barrier layer, and then a 200 nm Cu layer was formed by electroplating.
For the Ni—Cr—Ti alloy barrier film, a profile was taken in the depth direction by AES (Auger Electron Spectroscopy) for the as-deposited sample and the sample that was heat-treated at 300 ° C. for 2 hours in vacuum. The diffusion of Cu into the barrier layer was evaluated. The Cu profile that was heat-treated at 300 ° C. entered the barrier layer more than the one that was not heat-treated. That is, it turned out that the function as a barrier layer is low. These results are similarly shown in Table 1.
In Comparative Example 6, the barrier effect was lowered and the durability was poor. Therefore, it was found that the durability is poor when there is not a sufficient amount of Cr in the barrier layer.
(比較例7)
比較例1と同様の操作で溶解し、1100°Cで熱間鍛造・圧延して、表1に示すターゲットを製造した。ターゲットの面内方向の比透磁率は120であったこのターゲットを用いて、SiO2基板上に、表1に示す膜厚10nmのNi−Cr−Ti合金バリア層を形成した。
このバリア層の各添加成分の組成(wt%)、バリア層の膜厚(nm)、バリア層の膜厚を49点測定し、膜厚の均一性(%)を調べた結果を表1に示す。
比較例7のターゲットの比透磁率は120であり、本発明の規定に達しないものである。さらに、このバリア層の上にCuシード層を20nm成膜後、電気めっきにより200nmのCu層を形成した。そして、Ni−Cr−Ti合金バリア膜について、成膜したままの試料と、真空中で300°C×2時間の熱処理を行った試料について、AES(オージェ電子分光法)で深さ方向にプロファイルをとり、Cuのバリア層への拡散を評価した。
300°Cで熱処理したものの Cuのプロファイルが、熱処理していないものよりも、バリア層に入り込んでいる。すなわち、バリア層としての機能が低いことが分かった。
これらの結果を同様に、表1に示す。比較例7は、膜厚の均一性が13.1%と悪く、バリア効果が低いという結果になった。したがって、比透磁率が高すぎる場合には、膜厚の均一性が悪く、耐久性が劣ることが分かった。
(Comparative Example 7)
It melt | dissolved by the same operation as the comparative example 1, and hot forged and rolled at 1100 degreeC, and produced the target shown in Table 1. Using this target having a relative magnetic permeability of 120 in the in-plane direction, a 10 nm thick Ni—Cr—Ti alloy barrier layer shown in Table 1 was formed on a SiO 2 substrate.
Table 1 shows the results of measuring the composition (wt%) of each additive component of the barrier layer, the thickness of the barrier layer (nm), and the thickness of the barrier layer at 49 points and examining the uniformity of the thickness (%). Show.
The relative permeability of the target of Comparative Example 7 is 120, which does not reach the definition of the present invention. Further, a Cu seed layer was formed to 20 nm on the barrier layer, and then a 200 nm Cu layer was formed by electroplating. The Ni-Cr-Ti alloy barrier film was profiled in the depth direction by AES (Auger Electron Spectroscopy) for the as-deposited sample and the sample that was heat-treated in vacuum at 300 ° C for 2 hours. The diffusion of Cu into the barrier layer was evaluated.
Although Cu was heat-treated at 300 ° C., the Cu profile entered the barrier layer more than the one not heat-treated. That is, it turned out that the function as a barrier layer is low.
These results are similarly shown in Table 1. In Comparative Example 7, the uniformity of the film thickness was as bad as 13.1%, and the barrier effect was low. Therefore, it was found that when the relative permeability is too high, the uniformity of the film thickness is poor and the durability is inferior.
(比較例8)
比較例1と同様の操作で溶解し、1100°Cで熱間鍛造のみを行い、表1に示すターゲットを製造し、ターゲットの面内方向の比透磁率は150であったこのターゲットを用いて、SiO2基板上に、表1に示す膜厚10nmのNi−Cr−Ti合金バリア層を形成した。
比較例8のターゲットの比透磁率は150と、上記比較例7よりもさらに高い比透磁率を示すものであった。これをスパッタリングにより成膜しようとしたが、成膜不能であった。したがって、比透磁率が高すぎる場合には、成膜すら不能であり、適切でないことが分かった。この結果を同様に表1に示す。
(Comparative Example 8)
It melt | dissolved by the same operation as the comparative example 1, only hot forging was performed at 1100 degreeC, the target shown in Table 1 was manufactured, and the relative permeability of the in-plane direction of the target was 150 using this target A 10 nm-thick Ni—Cr—Ti alloy barrier layer shown in Table 1 was formed on the SiO 2 substrate.
The relative magnetic permeability of the target of Comparative Example 8 was 150, which was higher than that of Comparative Example 7 above. An attempt was made to form a film by sputtering, but film formation was impossible. Therefore, it was found that when the relative magnetic permeability is too high, even film formation is impossible and not appropriate. The results are also shown in Table 1.
以上から、本発明のNi−Cr系合金膜及びターゲットは、適切な量のCr、Ti及び/又はZrを含有することが重要である。特に、Ti及び/又はZrの添加は、バリア特性を著しく向上させて膜の耐久性を上げ、膜の均一性を確保するのに有効である。
また、本発明の高密度銅配線半導体用バリア膜厚は3〜150nmとすることが必要である。膜厚が3nm未満の場合は充分なバリア性を持たない。また、膜厚が150nmを超えると膜剥がれを生じ易くなり、またトレンチ/ビアのバリア膜という性質上意味をなさないので、上記の範囲とする。
さらに、本発明の高密度銅配線半導体用バリア膜厚は、膜厚均一性が1σで10%以下とすることが必要である。この膜均一性を適切な値を維持することは均一幅の配線を形成する上で極めて重要である。
本発明のバリア膜形成用スパッタリングターゲットにおいては、スパッタ面の面内方向の比透磁率が100以下とすることが必要である。比透磁率が100を超えると、スパッタ膜の膜厚均一性が1σで10%を超えてしまい、場合によっては、スパッタリング不能となることがあるからである。
From the above, it is important that the Ni—Cr alloy film and the target of the present invention contain an appropriate amount of Cr, Ti and / or Zr. In particular, the addition of Ti and / or Zr is effective in remarkably improving the barrier properties, increasing the durability of the film, and ensuring the uniformity of the film.
In addition, the barrier film thickness for the high-density copper wiring semiconductor of the present invention is required to be 3 to 150 nm. When the film thickness is less than 3 nm, it does not have sufficient barrier properties. Further, if the film thickness exceeds 150 nm, film peeling is likely to occur, and it does not make sense as a trench / via barrier film.
Furthermore, the barrier film thickness for high-density copper wiring semiconductors of the present invention needs to have a film thickness uniformity of 10% or less at 1σ. Maintaining this film uniformity at an appropriate value is extremely important in forming a wiring having a uniform width.
In the sputtering target for forming a barrier film of the present invention, the relative permeability in the in-plane direction of the sputtering surface needs to be 100 or less. When the relative magnetic permeability exceeds 100, the film thickness uniformity of the sputtered film exceeds 10% at 1σ, and in some cases, sputtering may not be possible.
本発明は、細かい配線ピッチでも十分なバリア効果を得ることができ、さらに熱処理等により温度上昇があっても、バリア特性に変化がないという優れた特徴を有している。このように、銅の拡散を効果的に抑制する著しい特性を有するので、高密度銅配線半導体用バリア膜として有用である The present invention has an excellent feature that a sufficient barrier effect can be obtained even with a fine wiring pitch, and even if the temperature rises due to heat treatment or the like, the barrier characteristics do not change. Thus, it has a remarkable characteristic to effectively suppress the diffusion of copper, so it is useful as a barrier film for high-density copper wiring semiconductors.
Claims (10)
Ni—Cr-based alloy containing 5-30 wt% Cr, Ti and / or Zr: 1-10 wt%, the balance being inevitable impurities and Ni, and having a relative permeability of 100 in the in-plane direction of the sputtering surface The sputtering target for semiconductor barrier film formation characterized by the following.
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| JP2013254931A (en) * | 2012-06-05 | 2013-12-19 | Samsung Display Co Ltd | Thin film transistor substrate |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010013636A1 (en) * | 2008-07-29 | 2010-02-04 | 株式会社アルバック | Wiring film, thin film transistor, target, wiring film formation method |
| JP2013254931A (en) * | 2012-06-05 | 2013-12-19 | Samsung Display Co Ltd | Thin film transistor substrate |
| CN103474431A (en) * | 2012-06-05 | 2013-12-25 | 三星显示有限公司 | Thin film transistor array panel |
| WO2014007151A1 (en) * | 2012-07-04 | 2014-01-09 | Jx日鉱日石金属株式会社 | Sputtering target |
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