[发明专利]Cu-Mn合金溅射靶及半导体布线

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够有效地防止由活性Cu的扩散而引起的布线 周围的污染的半导体用铜合金布线用溅射靶，特别是涉及适合用于形 成具有自扩散抑制功能的半导体布线的Cu-Mn合金溅射靶及半导体用 铜合金布线。

背景技术

以往，使用Al合金(比电阻约为3.0μΩ·cm)作为半导体元件的布线 材料，随着布线的微细化，逐渐应用电阻更低的铜布线(比电阻约为 1.7μΩ·cm)。目前的铜布线形成工艺一般如下进行：在接触孔或布线槽 的凹部形成Ta或TaN等扩散阻挡层后，将铜或铜合金溅射成膜。

通常以纯度约为4N(除气体成分外)的电解铜作为粗金属，利用湿 式或干式的精炼工艺制造纯度为5N～6N的高纯度铜，将其用作溅射 靶。

铜或铜合金作为半导体用布线材料非常有效，但会产生下述问题： 铜本身是活性非常高的金属因而容易扩散，透过半导体Si衬底或其上 的绝缘膜污染Si衬底或其周围。因此，在现有技术中，形成Ta或TaN 等扩散阻挡层成为必不可少的工艺。但是，由于存在工序数相应增加 的问题，所以未必可以称为好的方法。因此，提出了代替该扩散阻挡 层，将铜合金成膜，通过热处理来形成自形成扩散阻挡层，但现状是 还没有简便且有效的方法。

另一方面，迄今为止，关于铜布线材料，提出了在铜中添加一些 元素，来提高其抗电迁移(EM)性、耐腐蚀性、附着强度等。

下面列举实例。下述专利文献1记载了一种溅射靶，其中，含有 10％以下的Al、Ag、B、Cr、Ge、Mg、Nd、Si、Sn、Ti、Zr等元素的 1种或2种以上作为通常添加到高纯度铜(4N以上)中的元素。

专利文献2记载了一种高纯度铜合金制成的溅射靶，其中，以 99.9999重量％以上的高纯度铜作为基体金属，在该基体金属中添加了 纯度为99.9重量％以上的钛0.04～0.15重量％或纯度为99.9999重量％ 以上的锌0.014～0.021重量％。

专利文献3记载了一种Mg含量为0.02～4重量％的99.99％以上 的铜合金溅射靶。

另外，专利文献4公开了：使金属元素Mn、Nb、Zr、Cr、V、Y、 Tc、Re与含有选自Si、C、F中的元素和氧的层间绝缘膜形成化合物， 从而形成阻挡层。但是，就以上而言，存在未必能充分防止铜扩散的 问题。

此外，作为由本申请人提出的半导体元件的布线材料，公开了含 有Sn0.4～5重量％的铜合金所构成的均匀籽晶层的形成和溅射成膜特 性优良的靶(参照专利文献5)。该铜合金作为籽晶层是有效的，但其目 的不在于形成阻挡层。

本申请人先前公开了一种由Cu-Mn合金构成的半导体用铜合金布 线材料(专利文献6)，特别是提出了一种具有自扩散抑制功能的由 Cu-Mn合金构成的半导体用铜合金布线，其中，选自Sb、Zr、Ti、Cr、 Ag、Au、Cd、In、As中的1种或2种以上的元素的总量设定为10重 量ppm以下。该铜合金布线本身对形成阻挡膜非常有效。本发明是进 一步提出改良的发明。

钽等的扩散阻挡层随着布线规则的微细化，也需要进行薄且均匀 的成膜，例如引用文献7涉及一种在Cu中添加Mg而得到的铜合金薄 膜，其中记载了通过Mg原子移动形成MgO，能够同时形成扩散阻挡 层和籽晶层。该铜合金薄膜中，通过热处理，Cu-Mg合金中的Mg与 层间绝缘膜的氧等反应，自行形成阻挡层。因此，可以不需要进行钽 等的阻挡层形成工艺。但是，其存在扩散阻挡可靠性的问题和布线电 阻增加等问题。

在半导体层上隔着绝缘膜设置布线而形成的半导体装置中，布线 为拉伸强度25kg/mm²以上的Cu合金。作为固溶强化型Cu合金之一， 记载了Cu-Mn合金，并有适当选择添加元素的添加量并通过热处理能 够得到特定拉伸强度的记载(参照专利文献8)。但是，其中Mn量为何 种程度并不明确，不能说其具有适合半导体用铜合金布线形成的自扩 散抑制功能。