钽溅射靶及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钽溅射靶及其制造方法。尤其是涉及用于形成作为LSI中铜布线的扩 散阻挡层的Ta膜或者TaN膜的钽溅射靶及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 以往，使用铝作为半导体元件的布线材料，但随着元件的微细化、高集成化，显现 出布线延迟的问题，逐渐使用电阻小的铜来代替铝。铜作为布线材料非常有效，但铜本身是 活跃的金属，因此存在扩散至层间绝缘膜而导致污染的问题，需要在铜布线与层间绝缘膜 之间形成Ta膜或TaN膜等扩散阻挡层。
[0003] 通常，Ta膜或TaN膜通过用钽靶进行溅射而成膜。迄今，对于钽靶而言，关于对溅射 时的性能造成的影响，已知靶中含有的各种杂质、气体成分、晶体的面取向、晶粒直径等对 成膜速度、膜厚的均匀性、粉粒产生等造成影响。
[0004] 例如，专利文献1中记载了，通过形成从革E1厚度的30%的位置向革E1的中心面(222) 取向占优的晶体组织，提高膜的均匀性。
[0005] 另外，专利文献2中记载了，通过使钽靶的晶体取向随机(不对齐于特定的晶体取 向），增大成膜速度并提高膜的均匀性。
[0006] 另外，专利文献3中记载了，通过在溅射面中选择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动，从而提高均一性。
[0007] 此外，专利文献4中记载了，通过将由X射线衍射求出的（110)面的强度比随溅射表 面部分位置的波动调节为20%以内，提高膜厚均匀性。
[0008] 另外，专利文献5中描述了将模锻、挤出、旋转锻造、无润滑的镦锻与多向乳制组合 使用，可以制作具有非常强的（111)、（1〇〇)等结晶学织构的圆形金属靶。
[0009] 此外，下述专利文献6中记载了钽溅射靶的制造方法，其中，对钽锭实施锻造、退 火、乳制加工，在最终组成加工后，再在1173K以下的温度下进行退火，使未再结晶组织为 20%以下、90%以下。
[0010] 另外，专利文献7中公开了如下技术:通过锻造、冷乳等加工和热处理，使靶的溅射 面的峰的相对强度为(110 )>( 211 )>( 200 )，从而使溅射特性稳定。
[0011] 此外，专利文献8中记载了，对钽锭进行锻造，在该锻造工序中进行两次以上的热 处理，进而实施冷乳，并进行再结晶热处理。
[0012] 然而，在上述任一专利文献中均未有如下设想:通过控制靶的溅射面中的晶体取 向，降低钽靶的放电电压，从而容易产生等离子体，并且提高等离子体的稳定性。
[0013] 现有技术文献
[0014] 专利文献
[0015] 专利文献1:日本特开2004-107758号公报
[0016] 专利文献2:国际公开2005/045090号 [0017] 专利文献3:日本特开平11-80942号公报
[0018] 专利文献4:日本特开2002-363736号公报 [0019] 专利文献5:日本特表2008-532765号公报 [0020] 专利文献6:日本专利第4754617号 [0021] 专利文献7:国际公开2011/061897号 [0022] 专利文献8:日本专利第4714123号
【发明内容】
[0023]发明所要解决的问题
[0024] 本发明的课题在于，对于钽溅射靶而言，通过控制靶的溅射面中的晶体取向，降低 钽靶的放电电压，从而容易产生等离子体，并且提高等离子体的稳定性。
[0025] 尤其是，本发明的课题在于提供一种钽溅射靶，该钽溅射靶在形成能够有效地防 止由活跃的Cu的扩散而导致的布线周围的污染的包含Ta膜或者TaN膜等的扩散阻挡层时有 用。
[0026]用于解决问题的手段
[0027] 为了解决上述课题，本发明提供以下的发明。
[0028] 1)-种钽溅射靶，其特征在于，在钽溅射靶的溅射面中，（200)面的取向率大于 70%，且(222)面的取向率为30%以下。
[0029] 2)如上述1)所述的钽溅射靶，其特征在于，在钽溅射靶的溅射面中，（200)面的取 向率为80%以上，且(222)面的取向率为20%以下。
[0030] 3) -种扩散阻挡层用薄膜，其通过使用上述1)~2)中任一项所述的溅射靶而形 成。
[0031] 4)-种半导体器件，其使用了上述3)所述的扩散阻挡层用薄膜。
[0032]另外，本发明提供：
[0033] 5)-种钽溅射靶的制造方法，其特征在于，对经熔炼和铸造的钽锭进行锻造和再 结晶退火，然后进行乳制和热处理，从而形成在靶的溅射面中（200)面的取向率大于70%且 (222)面的取向率为30%以下的晶体组织。
[0034] 6)如上述5)所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于，对经熔炼和铸造的钽锭进 行锻造和再结晶退火，然后进行乳制和热处理，从而形成在靶的溅射面中（200)面的取向率 为80 %以上且(222)面的取向率为20 %以下的晶体组织。
[0035] 7)如上述5)~6)中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于，使用乳辊直 径500mm以下的乳辊，在乳制速度10m/分钟以上、压下率大于80%的条件下进行冷乳。
[0036] 8)如上述5)~7)中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于，在900°C~ 1400°C的温度下进行热处理。
[0037] 9)如上述5)~8)中任一项所述的钽溅射靶的制造方法，其特征在于，乳制和热处 理后，通过切削、抛光进行表面精加工。
[0038]发明效果
[0039]通过控制靶的溅射面中的晶体取向，本发明的钽溅射靶具有如下优良效果:可以 降低钽靶的放电电压，从而容易产生等离子体，并且可以提高等离子体的稳定性。尤其是， 在形成能够有效地防止由活跃的Cu的扩散而导致的布线周围的污染的包含Ta膜或者TaN膜 等的扩散阻挡层时具有优良效果。
【具体实施方式】
[0040] 本发明的钽溅射靶的特征在于提高该钽溅射靶的溅射面中的（200)面的取向率且 降低(222)面的取向率。
[0041] 钽的晶体结构为体心立方晶格结构（简称BCC)，因此(222)面的相邻原子间距离比 (200)面短，（222)面的原子处于比（200)面更密堆积的状态。因此，认为在溅射时（222)面放 出比（200)面更多的钽原子，从而溅射速率(成膜速度)更快。
[0042]本发明中，对于钽溅射靶而言，其溅射面中的（200)面的取向率大于70%且(222) 面的取向率小于30%。优选的是(200)面的取向率为80%以上且(222)面的取向率为20%以 下。
[0043] 认为通过这样提高溅射面中的（200)面的取向率、并降低（222)面的取向率，在通 常条件下溅射速率(成膜速度)变慢。然而，在不需要过度提高成膜速度的情况下，具有如下 优点:可以降低钽靶的放电电压，因此容易产生等离子体，并且可以使等离子体稳定。
[0044] 通常，通过溅射进行钽膜的成膜时，调节电压和电流使得能够以设定的输入功率 保存放电。然而，有时电流由于某种影响而降低，为了将功率保持在恒定值，电压上升，通常 将这种状态称为放电异常。
[0045] 本发明中，对于钽溅射靶而言，通过控制靶的溅射面中的晶体取向，可以降低钽靶 的放电电压，使等离子体稳定，因而能够抑制在上述溅射时的放电异常的发生。尤其是，通 过使放电电压为620V以下且使放电电压波动为20V以下，能够降低放电异常发生率。
[0046] 本发明中，取向率是指将通过X射线衍射法得到的（110)、（ 200)、（ 211)、（ 310)、 (222)、（321)各自的衍射峰的测定强度标准化，将各个面取向的强度的总和设为100时的特 定的面取向的强度比。需要说明的是，标准化使用JCPDS(粉末衍射标准联合委员会(Joint Committee for Powder Diffraction Standard))〇
[0047] 例如，（200)面的取向率(％)为：
[0048] {[(200)的测定强度/(200)的JCPDS强度]/Σ (各面的测定强度/各面的JCPDS强 度)}Χ100〇
[0049] 本发明的钽溅射靶可以用于形成铜布线中的Ta膜或者TaN膜等扩散阻挡层。即使 在溅射时的气氛中导入氮气并进行TaN膜的成膜的情况下，通过控制靶的溅射面中的晶体 取向，本发明的溅射靶也具有如下优良效果:可以降低钽靶的放电电压，从而容易产生等离 子体，并且可以提高等离子体的稳定性，因而在形成具备该Ta膜或TaN膜等扩散阻挡层的铜 布线时、以及在制造具备该铜布线的半导体器件时，可以提高制品成品率。
[0050] 本发明的钽溅射靶通过如下工序制造。示出其一个示例：首先，通常使用4N (99.99%)以上的高纯度钽作为钽原料。将其通过电子束熔炼等进行熔炼，并对其进行铸造 而制成锭或还料。接着，对该锭或还料进行锻造、再结晶退火。具体来说，例如进行如下过 程:锭或坯料-拔长锻造(締6鍛造)-在1100~1400°c的温度下退火-冷锻(一次锻造)_在再 结晶温度~1400°C的温度下退火-冷锻(二次锻造)_在再结晶温度~1400°C的温度下退火。
[0051] 接着，进行冷乳。通过调节该冷乳的条件，可以控制本发明的钽溅射靶的取向率。 具体来说，乳辑的辑直径越小越好，优选500mmΦ以下。另外，乳制速度尽可能越快越好，优 选10m/分钟以上。此外，在仅实施一次乳制的情况下，优选高压下率且大于80%，在重复进 行两次以上的乳制的情况下，需要将压下率调节为60%以上、并使靶的最终厚度与乳制一 次的情况相同。优选压下率总计大于80%。
[0052]接着，进行热处理。通过将冷乳后进行的热处理条件与冷乳条件一起进行调节，可 以控制本发明的钽溅射靶的取向率。具体来说，热处理温度越高越好，优选为900~1400°C。 热处理温度也与取决于由乳制引入的应变的量，为了得到再结晶组织，需要在900°C以上的 温度下进行热处理。另一方面，在超过1400°C的温度下进行热处理在经济上不优选。此后， 对靶的表面进行机械加工、抛光加工等精加工，由此精加工成最终制品。
[0053]虽然通过上述的制造工序制造钽靶，但本发明中特别重要的是，在靶的溅射面的 晶体取向方面，提高(200)面的取向率且降低(222)面的取向率。
[0054]与取向的控制大为相关的主要是乳制工序。在乳制工序中，通过控制乳辊的直径、 乳制速度、压下率等参数，能够改变在乳制时引入的应变的量、分布，从而能够控制(200)面 的取向率和(222)面的取向率。
[0055]为了有效地进行面取向率的调节，需要一定程度上反复进行条件设定，但一旦可 以调节(200)面的取向率和(222)面的取向率，就能够通过设定该制造条件制造恒定特性的 (具有固定水平的特性的)靶。
[0056]通常