鉭濺射靶及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鉭濺射靶及其制造方法。尤其是涉及用于形成作為L(zhǎng)SI中銅布線的擴(kuò) 散阻擋層的Ta膜或者TaN膜的鉭濺射靶及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 以往，使用鋁作為半導(dǎo)體元件的布線材料，但隨著元件的微細(xì)化、高集成化，顯現(xiàn) 出布線延遲的問(wèn)題，逐漸使用電阻小的銅來(lái)代替鋁。銅作為布線材料非常有效，但銅本身是 活躍的金屬，因此存在擴(kuò)散至層間絕緣膜而導(dǎo)致污染的問(wèn)題，需要在銅布線與層間絕緣膜 之間形成Ta膜或TaN膜等擴(kuò)散阻擋層。
[0003] 通常，Ta膜或TaN膜通過(guò)用鉭靶進(jìn)行濺射而成膜。迄今，對(duì)于鉭靶而言，關(guān)于對(duì)濺射 時(shí)的性能造成的影響，已知靶中含有的各種雜質(zhì)、氣體成分、晶體的面取向、晶粒直徑等對(duì) 成膜速度、膜厚的均勻性、粉粒產(chǎn)生等造成影響。
[0004] 例如，專利文獻(xiàn)1中記載了，通過(guò)形成從革E1厚度的30%的位置向革E1的中心面(222) 取向占優(yōu)的晶體組織，提高膜的均勻性。
[0005] 另外，專利文獻(xiàn)2中記載了，通過(guò)使鉭靶的晶體取向隨機(jī)(不對(duì)齊于特定的晶體取 向），增大成膜速度并提高膜的均勻性。
[0006] 另外，專利文獻(xiàn)3中記載了，通過(guò)在濺射面中選擇性地增加原子密度高的（110)、 (200)、（211)的面取向，提高成膜速度并抑制面取向的波動(dòng)，從而提高均一性。
[0007] 此外，專利文獻(xiàn)4中記載了，通過(guò)將由X射線衍射求出的（110)面的強(qiáng)度比隨濺射表 面部分位置的波動(dòng)調(diào)節(jié)為20%以內(nèi)，提高膜厚均勻性。
[0008] 另外，專利文獻(xiàn)5中描述了將模鍛、擠出、旋轉(zhuǎn)鍛造、無(wú)潤(rùn)滑的鐓鍛與多向乳制組合 使用，可以制作具有非常強(qiáng)的（111)、（1〇〇)等結(jié)晶學(xué)織構(gòu)的圓形金屬靶。
[0009] 此外，下述專利文獻(xiàn)6中記載了鉭濺射靶的制造方法，其中，對(duì)鉭錠實(shí)施鍛造、退 火、乳制加工，在最終組成加工后，再在1173K以下的溫度下進(jìn)行退火，使未再結(jié)晶組織為 20%以下、90%以下。
[0010] 另外，專利文獻(xiàn)7中公開(kāi)了如下技術(shù):通過(guò)鍛造、冷乳等加工和熱處理，使靶的濺射 面的峰的相對(duì)強(qiáng)度為(110 )>( 211 )>( 200 )，從而使濺射特性穩(wěn)定。
[0011] 此外，專利文獻(xiàn)8中記載了，對(duì)鉭錠進(jìn)行鍛造，在該鍛造工序中進(jìn)行兩次以上的熱 處理，進(jìn)而實(shí)施冷乳，并進(jìn)行再結(jié)晶熱處理。
[0012] 然而，在上述任一專利文獻(xiàn)中均未有如下設(shè)想:通過(guò)控制靶的濺射面中的晶體取 向，降低鉭靶的放電電壓，從而容易產(chǎn)生等離子體，并且提高等離子體的穩(wěn)定性。
[0013] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0014] 專利文獻(xiàn)
[0015] 專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2004-107758號(hào)公報(bào)
[0016] 專利文獻(xiàn)2:國(guó)際公開(kāi)2005/045090號(hào) [0017] 專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)平11-80942號(hào)公報(bào)
[0018] 專利文獻(xiàn)4:日本特開(kāi)2002-363736號(hào)公報(bào) [0019] 專利文獻(xiàn)5:日本特表2008-532765號(hào)公報(bào) [0020] 專利文獻(xiàn)6:日本專利第4754617號(hào) [0021] 專利文獻(xiàn)7:國(guó)際公開(kāi)2011/061897號(hào) [0022] 專利文獻(xiàn)8:日本專利第4714123號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]發(fā)明所要解決的問(wèn)題
[0024] 本發(fā)明的課題在于，對(duì)于鉭濺射靶而言，通過(guò)控制靶的濺射面中的晶體取向，降低 鉭靶的放電電壓，從而容易產(chǎn)生等離子體，并且提高等離子體的穩(wěn)定性。
[0025] 尤其是，本發(fā)明的課題在于提供一種鉭濺射靶，該鉭濺射靶在形成能夠有效地防 止由活躍的Cu的擴(kuò)散而導(dǎo)致的布線周圍的污染的包含Ta膜或者TaN膜等的擴(kuò)散阻擋層時(shí)有 用。
[0026]用于解決問(wèn)題的手段
[0027] 為了解決上述課題，本發(fā)明提供以下的發(fā)明。
[0028] 1)-種鉭濺射靶，其特征在于，在鉭濺射靶的濺射面中，（200)面的取向率大于 70%，且(222)面的取向率為30%以下。
[0029] 2)如上述1)所述的鉭濺射靶，其特征在于，在鉭濺射靶的濺射面中，（200)面的取 向率為80%以上，且(222)面的取向率為20%以下。
[0030] 3) -種擴(kuò)散阻擋層用薄膜，其通過(guò)使用上述1)~2)中任一項(xiàng)所述的濺射靶而形 成。
[0031] 4)-種半導(dǎo)體器件，其使用了上述3)所述的擴(kuò)散阻擋層用薄膜。
[0032]另外，本發(fā)明提供：
[0033] 5)-種鉭濺射靶的制造方法，其特征在于，對(duì)經(jīng)熔煉和鑄造的鉭錠進(jìn)行鍛造和再 結(jié)晶退火，然后進(jìn)行乳制和熱處理，從而形成在靶的濺射面中（200)面的取向率大于70%且 (222)面的取向率為30%以下的晶體組織。
[0034] 6)如上述5)所述的鉭濺射靶的制造方法，其特征在于，對(duì)經(jīng)熔煉和鑄造的鉭錠進(jìn) 行鍛造和再結(jié)晶退火，然后進(jìn)行乳制和熱處理，從而形成在靶的濺射面中（200)面的取向率 為80 %以上且(222)面的取向率為20 %以下的晶體組織。
[0035] 7)如上述5)~6)中任一項(xiàng)所述的鉭濺射靶的制造方法，其特征在于，使用乳輥直 徑500mm以下的乳輥，在乳制速度10m/分鐘以上、壓下率大于80%的條件下進(jìn)行冷乳。
[0036] 8)如上述5)~7)中任一項(xiàng)所述的鉭濺射靶的制造方法，其特征在于，在900°C~ 1400°C的溫度下進(jìn)行熱處理。
[0037] 9)如上述5)~8)中任一項(xiàng)所述的鉭濺射靶的制造方法，其特征在于，乳制和熱處 理后，通過(guò)切削、拋光進(jìn)行表面精加工。
[0038]發(fā)明效果
[0039]通過(guò)控制靶的濺射面中的晶體取向，本發(fā)明的鉭濺射靶具有如下優(yōu)良效果:可以 降低鉭靶的放電電壓，從而容易產(chǎn)生等離子體，并且可以提高等離子體的穩(wěn)定性。尤其是， 在形成能夠有效地防止由活躍的Cu的擴(kuò)散而導(dǎo)致的布線周圍的污染的包含Ta膜或者TaN膜 等的擴(kuò)散阻擋層時(shí)具有優(yōu)良效果。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 本發(fā)明的鉭濺射靶的特征在于提高該鉭濺射靶的濺射面中的（200)面的取向率且 降低(222)面的取向率。
[0041] 鉭的晶體結(jié)構(gòu)為體心立方晶格結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)稱BCC)，因此(222)面的相鄰原子間距離比 (200)面短，（222)面的原子處于比（200)面更密堆積的狀態(tài)。因此，認(rèn)為在濺射時(shí)（222)面放 出比（200)面更多的鉭原子，從而濺射速率(成膜速度)更快。
[0042]本發(fā)明中，對(duì)于鉭濺射靶而言，其濺射面中的（200)面的取向率大于70%且(222) 面的取向率小于30%。優(yōu)選的是(200)面的取向率為80%以上且(222)面的取向率為20%以 下。
[0043] 認(rèn)為通過(guò)這樣提高濺射面中的（200)面的取向率、并降低（222)面的取向率，在通 常條件下濺射速率(成膜速度)變慢。然而，在不需要過(guò)度提高成膜速度的情況下，具有如下 優(yōu)點(diǎn):可以降低鉭靶的放電電壓，因此容易產(chǎn)生等離子體，并且可以使等離子體穩(wěn)定。
[0044] 通常，通過(guò)濺射進(jìn)行鉭膜的成膜時(shí)，調(diào)節(jié)電壓和電流使得能夠以設(shè)定的輸入功率 保存放電。然而，有時(shí)電流由于某種影響而降低，為了將功率保持在恒定值，電壓上升，通常 將這種狀態(tài)稱為放電異常。
[0045] 本發(fā)明中，對(duì)于鉭濺射靶而言，通過(guò)控制靶的濺射面中的晶體取向，可以降低鉭靶 的放電電壓，使等離子體穩(wěn)定，因而能夠抑制在上述濺射時(shí)的放電異常的發(fā)生。尤其是，通 過(guò)使放電電壓為620V以下且使放電電壓波動(dòng)為20V以下，能夠降低放電異常發(fā)生率。
[0046] 本發(fā)明中，取向率是指將通過(guò)X射線衍射法得到的（110)、（ 200)、（ 211)、（ 310)、 (222)、（321)各自的衍射峰的測(cè)定強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化，將各個(gè)面取向的強(qiáng)度的總和設(shè)為100時(shí)的特 定的面取向的強(qiáng)度比。需要說(shuō)明的是，標(biāo)準(zhǔn)化使用JCPDS(粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合委員會(huì)(Joint Committee for Powder Diffraction Standard))〇
[0047] 例如，（200)面的取向率(％)為：
[0048] {[(200)的測(cè)定強(qiáng)度/(200)的JCPDS強(qiáng)度]/Σ (各面的測(cè)定強(qiáng)度/各面的JCPDS強(qiáng) 度)}Χ100〇
[0049] 本發(fā)明的鉭濺射靶可以用于形成銅布線中的Ta膜或者TaN膜等擴(kuò)散阻擋層。即使 在濺射時(shí)的氣氛中導(dǎo)入氮?dú)獠⑦M(jìn)行TaN膜的成膜的情況下，通過(guò)控制靶的濺射面中的晶體 取向，本發(fā)明的濺射靶也具有如下優(yōu)良效果:可以降低鉭靶的放電電壓，從而容易產(chǎn)生等離 子體，并且可以提高等離子體的穩(wěn)定性，因而在形成具備該Ta膜或TaN膜等擴(kuò)散阻擋層的銅 布線時(shí)、以及在制造具備該銅布線的半導(dǎo)體器件時(shí)，可以提高制品成品率。
[0050] 本發(fā)明的鉭濺射靶通過(guò)如下工序制造。示出其一個(gè)示例：首先，通常使用4N (99.99%)以上的高純度鉭作為鉭原料。將其通過(guò)電子束熔煉等進(jìn)行熔煉，并對(duì)其進(jìn)行鑄造 而制成錠或還料。接著，對(duì)該錠或還料進(jìn)行鍛造、再結(jié)晶退火。具體來(lái)說(shuō)，例如進(jìn)行如下過(guò) 程:錠或坯料-拔長(zhǎng)鍛造(締6鍛造)-在1100~1400°c的溫度下退火-冷鍛(一次鍛造)_在再 結(jié)晶溫度~1400°C的溫度下退火-冷鍛(二次鍛造)_在再結(jié)晶溫度~1400°C的溫度下退火。
[0051] 接著，進(jìn)行冷乳。通過(guò)調(diào)節(jié)該冷乳的條件，可以控制本發(fā)明的鉭濺射靶的取向率。 具體來(lái)說(shuō)，乳輯的輯直徑越小越好，優(yōu)選500mmΦ以下。另外，乳制速度盡可能越快越好，優(yōu) 選10m/分鐘以上。此外，在僅實(shí)施一次乳制的情況下，優(yōu)選高壓下率且大于80%，在重復(fù)進(jìn) 行兩次以上的乳制的情況下，需要將壓下率調(diào)節(jié)為60%以上、并使靶的最終厚度與乳制一 次的情況相同。優(yōu)選壓下率總計(jì)大于80%。
[0052]接著，進(jìn)行熱處理。通過(guò)將冷乳后進(jìn)行的熱處理?xiàng)l件與冷乳條件一起進(jìn)行調(diào)節(jié)，可 以控制本發(fā)明的鉭濺射靶的取向率。具體來(lái)說(shuō)，熱處理溫度越高越好，優(yōu)選為900~1400°C。 熱處理溫度也與取決于由乳制引入的應(yīng)變的量，為了得到再結(jié)晶組織，需要在900°C以上的 溫度下進(jìn)行熱處理。另一方面，在超過(guò)1400°C的溫度下進(jìn)行熱處理在經(jīng)濟(jì)上不優(yōu)選。此后， 對(duì)靶的表面進(jìn)行機(jī)械加工、拋光加工等精加工，由此精加工成最終制品。
[0053]雖然通過(guò)上述的制造工序制造鉭靶，但本發(fā)明中特別重要的是，在靶的濺射面的 晶體取向方面，提高(200)面的取向率且降低(222)面的取向率。
[0054]與取向的控制大為相關(guān)的主要是乳制工序。在乳制工序中，通過(guò)控制乳輥的直徑、 乳制速度、壓下率等參數(shù)，能夠改變?cè)谌橹茣r(shí)引入的應(yīng)變的量、分布，從而能夠控制(200)面 的取向率和(222)面的取向率。
[0055]為了有效地進(jìn)行面取向率的調(diào)節(jié)，需要一定程度上反復(fù)進(jìn)行條件設(shè)定，但一旦可 以調(diào)節(jié)(200)面的取向率和(222)面的取向率，就能夠通過(guò)設(shè)定該制造條件制造恒定特性的 (具有固定水平的特性的)靶。
[0056]通常