(57)【要約】  本発明は、中空カソードマグネトロンスパッタリングターゲットを成形する方法を含む。金属材料を、処理して約３０ミクロン以下の平均粒径を生成させ、次いで、深絞りする。本発明は、Ｃｕ、Ｔｉ及びＴａから選択される少なくとも１種の元素を含む材料を含む三次元スパッタリングターゲットを含む。ターゲットは、ターゲット全体にわたって約０．２ミクロン〜約３０ミクロンの平均粒径及び１５％（１−σ）以下の粒径標準偏差を有する。本発明は、０．２ミクロンから１５０ミクロン未満の平均粒径及び１５％（１−σ）以下の粒径標準偏差を有する、Ａｌを含む三次元ターゲットを含む。
2009535519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット全体にわたって約０．２ミクロン〜約３０ミクロンの平均粒径を有する銅含有材料を含む三次元スパッタリングターゲット。
【請求項２】
該ターゲットが中空カソードマグネトロンスパッタリングターゲットである請求項１記載の三次元ターゲット。
【請求項３】
該ターゲットが、該ターゲット全体にわたって１５％（１−σ）以下の粒径均一性を有する請求項１記載のターゲット。
【請求項４】
該ターゲットが、該ターゲット全体にわたって１０％（１−σ）以下の粒径均一性を有する請求項１記載のターゲット。
【請求項５】
該ターゲットが、該ターゲット全体にわたって６％（１−σ）以下の粒径均一性を有する請求項１記載のターゲット。
【請求項６】
該平均粒径が、１ミクロン未満である請求項１記載のターゲット。
【請求項７】
該平均粒径が、１ミクロン〜約２０ミクロンである請求項１記載のターゲット。
【請求項８】
該銅材料が、重量基準で少なくとも９９．９９９％の銅含量を有する請求項１記載のターゲット。
【請求項９】
該銅材料が、重量基準で少なくとも９９．９９９９％の銅含量を有する請求項１記載のターゲット。
【請求項１０】
銅含有材料が、Ｃｄ、Ｃａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｂｅ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｈｇ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｂ、Ｇａ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｏ、Ｓｂ、Ｉｒ、Ｐ、Ａｓ、Ｃｏ、Ｔｅ、Ｆｅ、Ｓ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｍｏ、及びＨｆから成る群より選択される少なくとも１種の元素を含む請求項１記載のターゲット。
【請求項１１】
該ターゲットが、総量で少なくとも１種の元素を重量基準で１ｐｐｍ〜１００ｐｐｍ含む請求項１０記載のターゲット。
【請求項１２】
Ｃｕ、Ｔｉ及びＴａから成る群より選択される少なくとも１種のメンバーを含む金属材料を含む三次元スパッタリングターゲットであって、該ターゲット全体にわたって約０．２ミクロン〜約３０ミクロンの平均粒径且つ１５％（１−σ）未満の粒径標準偏差を有することを特徴とする前記ターゲット。
【請求項１３】
該粒径標準偏差が、１０％（１−σ）以下である請求項１２記載のターゲット。
【請求項１４】
該粒径標準偏差が、６％（１−σ）以下である請求項１２記載のターゲット。
【請求項１５】
該金属材料が、合金である請求項１２記載のターゲット。
【請求項１６】
該金属材料が、少なくとも１種のドーパント元素を含み且つそのドーパント濃度が１ｐｐｍ〜１００ｐｐｍである請求項１２記載のターゲット。
【請求項１７】
ターゲット全体にわたって、０．２ミクロン〜１５０ミクロン未満の平均粒径を有し且つ１５％（１−σ）未満の粒径標準偏差を有するアルミニウム含有材料を含む三次元スパッタリングターゲット。
【請求項１８】
該アルミニウム含有材料が、アルミニウム合金であり、そして０．２ミクロン〜約３０ミクロンの平均粒径を有する請求項１７記載のターゲット。
【請求項１９】
該アルミニウム含有材料が、ドープされたアルミニウムであり、そして１０ミクロン〜約１５０ミクロンの平均粒径を有する請求項１７記載のターゲット。
【請求項２０】
該銅含有材料が、Ｃｄ、Ｃａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｂｅ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｐｄ、Ｈｇ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｂ、Ｇａ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｏ、Ｓｂ、Ｉｒ、Ｐ、Ａｓ、Ｃｏ、Ｔｅ、Ｆｅ、Ｓ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｍｏ、及びＨｆから成る群より選択される少なくとも１種の元素を含む請求項１７記載のターゲット。
【請求項２１】
該アルミニウム含有材料が、総量で少なくとも１種の元素を重量基準で１ｐｐｍ〜１００ｐｐｍ含む請求項２０記載のターゲット。
【請求項２２】
約３０ミクロン以下の平均粒径を有する金属材料を提供する工程；そして
深絞り、冷間鍛造、爆発成形、回転成形、熱間ブロー成形、及びハイドロ成形から成る群より選択される成形法を使用して該金属材料を成形する工程
を含む中空カソードマグネトロンスパッタリングターゲットを成形する方法。
【請求項２３】
該金属材料を提供することが、極低温成形及び側方押出のうちの少なくとも１つを使用して該粒径を生成することを含む請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
該方法が、側方押出の少なくとも１つのパスを含む請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
該平均粒径が、１ミクロン未満である請求項２２記載の方法。
【請求項２６】
該平均粒径が、１ミクロン〜約２０ミクロンである請求項２２記載の方法。
【請求項２７】
該金属材料が、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ及びＴａから成る群より選択される少なくとも１種の元素を含む請求項２２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
技術分野
［０００１］
本発明は、例えば中空カソードマグネトロンターゲットのような三次元物理気相堆積（ＰＶＤ）ターゲット、及び三次元ＰＶＤを成形する方法に関する。
【０００２】
発明の背景
［０００２］
物理気相堆積（ＰＶＤ）は、例えば半導体の製作のようなプロセスで材料の薄層を形成するために通常使用される。ＰＶＤは、スパッタリング法を含む。例示的なＰＶＤ法では、カソードターゲットは、高密度粒子のビームに暴露される。高強度粒子がターゲットの表面に衝突するとき、それらはターゲット表面から材料を強制的に放出させる。次いで、放出された材料を半導体基板上へと堆積させて、基板全体に前記材料の薄膜を形成することができる。
【０００３】
［０００３］
半導体基板表面全体にわたって均一な厚さを得ようとする場合、特に、基板表面が様々な位相幾何学的特徴及び／又は複雑な幾何学的な特徴を含む場合には、ＰＶＤプロセス中に問題が生じる。ターゲット形状によって前記の問題点に対処しようとする試みが成されて来た。而して、多数のターゲット形状が現在商業的に製造されている。例示的な形状は、図１〜４に概略記載してある。図１及び図２には、それぞれ、平坦なターゲット構造１６の等角図及び断面側面図が図示してある。図３及び図４には、それぞれ、例示的な三次元ターゲット構造の等角図及び断面側面図が図示してある。
【０００４】
［０００４］
図２及び図４の断面側面図のそれぞれには水平寸法「ｘ」及び垂直寸法「ｙ」が示してある。ｘ対ｙの比率は、ターゲットがいわゆる三次元のターゲット又は二次元のターゲットであろうとなかろうと決定又は規定することができる。詳しくは、図示してあるターゲットのそれぞれは、約１３〜約２２インチの水平寸法ｘを含む。図２に図示してある平坦なターゲットは、典型的には、約１インチ以下の水平寸法を含む。図４に図示してある三次元寸法ターゲットは、典型的には、約２インチ〜約１０インチの垂直寸法を含む。記載してある本明細書の開示及びクレームを説明するために、ターゲットが図２の単純な平面ターゲットに比べてより複雑な形状を有する場合、ターゲットは三次元ターゲットであると考えられ、そして、特定の面では、三次元ターゲットは、垂直寸法ｙ対水平寸法ｘの比率が０．１５以上であるターゲットであることができる。本発明の特定の面では、三次元ターゲットでは、垂直寸法ｙの水平寸法ｘに対する比率は０．５以上であることができる。垂直寸法ｙの水平寸法ｘに対する比率が０．１５未満である場合、ターゲットは二次元ターゲットであると考えられる。
【０００５】
［０００５］
図４に記載してある例示的なターゲットは、記載してある形状と同様な形状を有するモノリシックなターゲットを作製し難いことがあるという点で、複雑な三次元形状を含むと考えることができる。例示的な三次元ターゲットは、一対の対向端部１３及び１５を有するカップ１１を含む形状特性を有する。端部１５は開口していて、端部１３は閉じている。カップ１１は、その中で延在している中空１９を有する。更に、カップ１１は、中空１９の周囲を画定している内部（又は、外部）表面２１を有し、そして外面２３は内面とは対向関係にある。外面２３は、カップ１１、閉成端１３、そして半径２５の周囲に延在している。ターゲット１２は、側面２７を有する。説明のために、用語「側壁」は、内面と外面とによって画定される内面２１及び外面２３によって結合された垂直部分２７を指すために使用される。ベース部分という用語は、半径２５の間に延在していて且つ内面２１と外面２３によって結合されている水平（図示してある）部分２４を指すために使用することができる。ベース及び側壁の接合部は鋭い角を有するのではなく、その三次元ターゲット構成は、典型的には、傾斜しているか、角をなしているか、又は湾曲していて且つ水平ベースと垂直側壁との間に延在している半径部分２５を有することができる。側壁２７は、縦方向に半径２５から端部１５まで垂直に延在している。
【０００６】
［０００６］
図４に記載してあるターゲット１２は、端部１５近傍の側壁２７の周囲から外向きに横に延在しているフランジ２９を更に含む。別の構成では、フランジ１５は、ターゲット構造には存在していないことができる（図示せず）。
【０００７】
［０００７］
図４に記載してある例示的なターゲット１２は、中空カソードマグネトロン（ＨＣＭ）スパッタリングシステムで使用することができる。而して、ターゲット１２は、中空カソードマグネトロン（ＨＣＭ）ターゲットと呼ぶことができる。二次元又は平面のターゲットを使用することとは対照的に、物理気相堆積法において、ＨＣＭターゲットのような三次元ターゲットを使用することの利点としては、堆積の均一性を挙げることができる。しかしながら、従来の三次元ターゲットを更に圧縮して、半導体製造目的のために、増大する均一性要求を満たしている。半導体ウエハの所定の表面積上における半導体デバイスの密度が増加するにつれて、膜の厚さ及び均一性の精度は益々重要である。更に、従来の三次元ターゲットを含む従来のターゲットは、厚さと品質の膜均一性を維持することができる領域にしばしば限定されるので、大型半導体ウエハ（例えば３００ｍｍウエハ）のための均一性要求条件は満たされない。而して、より大きい表面積全体にわたって改良された堆積の均一性を可能にする別の三次元ターゲットを開発することが望ましいと考えられる。
【０００８】
発明の概要
［０００８］
一つの面では、本発明は、中空カソードマグネトロンスパッタリングターゲットを形成する方法を含む。金属材料を処理して約２０ミクロン以下の平均粒径を生成させる。次いで、その材料を深絞りする。
【０００９】
［０００９］
一つの方法では、本発明は、Ｃｕ、Ｔｉ及びＴａから選択される少なくとも１種の元素を含む金属材料を含む三次元スパッタリングターゲットを含む。ターゲットは、ターゲット全体にわたって約０．２ミクロン〜約３０ミクロンの平均粒径を有する。ターゲットは、ターゲット全体にわたって１５％（１−σ）以下の粒径標準偏差を有する。
【００１０】
［００１０］
一つの面では、本発明は、１５０ミクロン未満の平均粒径とターゲット全体にわたって１５％（１−σ）以下の粒径標準偏差とを有する三次元のアルミニウム又はドープされたアルミニウムのターゲットを含む。あるいは、三次元ターゲットは、アルミ合金を含むことができ、そして、０．２ミクロン〜約３０ミクロンの平均粒径とターゲット全体にわたって１５％（１−σ）以下の粒径標準偏差とを有することができる。
【００１１】
図面の簡単な説明
［００１１］
本発明の好ましい実施態様を、以下の添付の図面を参照しつつ以下で説明する。
［００１２］
図１は、従来技術の平坦なスパッタリングターゲットの等角図である。
［００１３］
図２は、スパッタリングターゲットの断面側面図である。
［００１４］
図３は、例示的な中空カソードスパッタリングターゲットの等角図である。
［００１５］
図４は、図３のスパッタリングターゲットの断面側面図である。
［００１６］
図５は、物理気相堆積システムの概略断面図であって、基板近傍の物理気相堆積ターゲット構造を示している。
［００１７］
図６は、側方押出装置で処理されている材料の概略断面図である。
［００１８］
図７は、材料分析目的のためのターゲット領域を図示している深絞りターゲットの概略断面側面図である。
［００１９］
図８は、深絞り前に、側方押出銅材料を使用して成形された深絞りターゲットの微細構造を４００倍に拡大した像である。前記材料を側方押出（ｅｑｕａｌ  ｃｈａｎｎｅｌ  ａｎｇｕｌａｒ  ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）で処理し（ルートＤを６回通す）、そして圧延によって７０％減少させ、次いで、２３５℃で１時間アニールした。顕微鏡写真は、深絞りターゲットの上部（ベース）からとられたサンプルを示している。
［００２０］
図９は、図８に示してある深絞りターゲットの側面の平面部分の微細構造（４００倍に拡大）を示している。
［００２１］
図１０は、２２５℃で１時間アニールした後の深絞りターゲット上部の断面の４００倍拡大像を示している。
［００２２］
図１１は、２２５℃で１時間アニールした後の深絞りターゲットの側面からとられた断面の４００倍拡大像を示している。
［００２３］
図１２には、２．０〜２．５ｐｐｍのＡｇを含む深絞り高純度銅材料の粒径に関するアニールの効果を例示しているグラフが示してある。
［００２４］
図１３は、３００℃で１時間アニールした後の深絞りターゲットの側壁の平面部分の２００倍拡大像を示している。深絞り前の材料の平均粒径は０．５ミクロンであった。
［００２５］
図１４は、３００℃で１時間アニールした後の深絞りターゲットの側壁の平面部分を示している（２００倍拡大像）深絞り前の材料の平均粒径は１０ミクロンであった。
［００２６］
図１５は、本発明にしたがって成形された６Ｎ銅深絞りターゲットに関して測定された粒径の均一性を示している。
［００２７］
図１６は、深絞りアルミニウム合金構造からとられた断面の光顕微鏡写真が示してある。
【００１２】
好ましい実施態様の詳細な説明
［００２８］
一般的に、本発明は、従来のＨＣＭターゲットに比べて改良された膜均一性を有する膜を製造することができる中空カソードマグネトロン（ＨＣＭ）ターゲットのような三次元ターゲットの製造及び使用に関する。特に、本発明のＨＣＭターゲットは、微細な粒径、粒径の均一性及び粒径の安定性を有するように製造される。分かり易いので、本発明をＨＣＭターゲットに関して説明する。しかしながら、説明される方法論、材料及び構造は、上記した別の三次元ターゲット構成に等しく適用できることは言うまでもない。
【００１３】
［００２９］
図５を参照されたい。本発明にしたがってターゲットであることができる例示的なＨＣＭターゲット１２を使用している物理気相堆積法を概略図示している例示的ＨＣＭシステム４０が示してある。支持体４０は、ＨＣＭ物理気相堆積ターゲット１２（スパッタリングターゲットとも呼ぶ）近傍に位置している。支持体４０は、ホルダー３８上に配置することができ、また、任意に一方に偏らせることができる。
【００１４】
［００３０］
スパッタリングプロセスの間、支持体４０を、スパッタリング装置内に取り付けられるターゲット１２の中空部分１９の反対側に規定された距離で典型的に配置する（図示せず）。スパッタリングプロセスの間、高密度プラズマを使用して、中空内部１９内でターゲット材をスパッタし且つイオン化する。ＨＣＭシステムでは、磁場を使用して、図５のライン３９によって示してあるように、支持体４０の表面に関して実質的に直角にイオンを指向する。
放出されたイオンは堆積して支持体４０の表面上に薄い膜又は層４２を成形する。
【００１５】
［００３１］
ＨＣＭスパッタリングシステムで使用される超高密度プラズマ（典型的には少なくとも１０１３イオン／ｃｍ３）の故に、スパッタリングターゲット材の粒径が膜の均一性に実質的に影響を及ぼす可能性は前以て予測されなかった。而して、大きな粒径を有する従来のＨＣＭターゲットが典型的に製造される。銅材料のためには、前記粒径は、典型的にはおよそ５０ミクロン以上である。別の金属材料のＨＣＭターゲットの従来の製造でも、処理される特定の材料のために比較的大きな粒子となる。更に、従来のＨＣＭターゲット製造の方法論は、ターゲット表面全体、ターゲット領域全体、又はターゲット全体にわたる均一な粒径に特に関心を向けていないか又はそのような粒径を達成しない。
【００１６】
［００３２］
特定の場合では、また、特定の材料のために、従来のＨＣＭターゲットは、別のターゲット構成（例えば平面ターゲット）に比べて薄膜均一性を向上させることができるが、本発明によるターゲットは、改良された粒径均一性、低下した平均粒径を有し、且つ、得られる薄膜均一性において一貫性と著しい向上を示す。その向上は、高純度材料及び特に超高純度材料（９９．９９９９％以上の金属純度を有する）において最も顕著である。
【００１７】
［００３３］
説明のために、高純度の非合金材料に関して、「金属純度」という用語は、特定の金属元素から成る金属材料（ガスを除く）の量又は重量％を意味している。例えば、純度９９．９９９９％の銅材料とは、重量を基準とした総金属含量の９９．９９９９％が銅原子である金属材料を意味している。合金又はドープされた材料に関して、明記される純度レベルは、任意の合金又はドーピング元素の添加前のベース金属の純度を示している。
【００１８】
［００３４］
本発明の方法論及びターゲットは、純度が低下した金属材料を使用することができるが、本発明による方法論及び本発明によって製造されたターゲットは、超高純度（純度９９．９９９９％以上）の材料を堆積させなければならない場合には、特に有利であり得る。なぜならば高純度材料の膜の均一性を達成することは特に難しいからである。本発明によるＨＣＭターゲットにとって特に重要なものは、高純度の銅、アルミニウム、チタン又はタンタル及びそれらの合金である。
【００１９】
［００３５］
本発明による方法論及び本発明によって製造されるターゲットは、より低い純度の銅（又は別の金属）材料、例えば、重量を基準として、少なくとも純度９９．９９％の銅を有する銅を製造するのにも有用であり得る。
【００２０】
［００３６］
銅合金、例えば、Ｃｄ、Ｃａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｂｅ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｈｇ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｂ、Ｇａ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｏ、Ｓｂ、Ｉｒ、Ｐ、Ａｓ、Ｃｏ、Ｔｅ、Ｆｅ、Ｓ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｍｏ及びＨｆから成る群より選択される少なくとも１種の合金元素が添加された純度９９．９９９％ベース銅を含む合金を使用することもできる。本明細書で使用する「合金」という用語は、少なくとも約１００ｐｐｍの合金元素（１種又は複数種）が加えられたベース金属を含むターゲット材を意味している。特定の場合では、銅合金は、好ましくは、Ａｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐ及びＴｉから選択される１種以上の元素を含むことができる。これらの合金元素に関する好ましい総含量範囲は、約１００ｐｐｍ〜約２重量％であることができる。
【００２１】
［００３７］
本発明によるターゲット材及びターゲットは、銅のような特定の金属を高い割合で有し且つ少なくとも１種のドーピング元素を更に含むドープされた材料も含む。説明のために、ドープされた材料とは、１００ｐｐｍ以下のドーピング元素が加えられたベース金属（好ましくは高純度）を有する材料を意味している。ドープされた材料が銅の材料である場合、その材料は、好ましくは、１種以上のドーピング元素が加えられた９９．９９９９％の銅を含むことができる。銅材料用のドーピング元素としては、好ましくは、Ｃｄ、Ｃａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｂｅ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｈｇ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｂ、Ｇａ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｏ、Ｓｂ、Ｉｒ、Ｐ、Ａｓ、Ｃｏ、Ｔｅ、Ｆｅ、Ｓ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｍｏ及びＨｆから成る群より選択される少なくとも１種のドーピング元素が挙げられる。Ａｇは、ドープされた銅材料を含む本発明のＨＣＭターゲットのための好ましいドーピング元素であることができる。
［００３８］
別のドープされた金属材料は、ドープされたアルミニウム材料であることができる。本発明のドープされたアルミニウムターゲットは、好ましくは、重量基準で少なくとも約９９．９９％のアルミニウムを含み、そして更に、Ｃｕ、Ｃｄ、Ｃａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｂｅ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｐｄ、Ｈｇ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｂ、Ｇａ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｏ、Ｓｂ、Ｉｒ、Ｐ、Ａｓ、Ｃｏ、Ｔｅ、Ｆｅ、Ｓ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｍｏ及びＨｆから成る群より選択される少なくとも１種のドーピング元素も含む。本発明によるドープされたアルミニウムターゲットは、好ましくは、少なくとも１ｐｐｍの総ドーパント含量を有する。特定用途では、ドーピング元素は、好ましくは、Ｔｉ、Ｓｃ及びＳｉのうちの１種以上を含むことができる。
【００２２】
［００３９］
本発明のＨＣＭターゲットは、あるいは、アルミ合金ターゲットであることができる。
アルミニウム合金ターゲットのためには、ターゲット材は、好ましくは、１種以上の合金元素が添加された重量基準で純度９９．９９％のアルミニウムを有するアルミニウムを含む。アルミニウム合金ターゲットはＣｕ、Ｃｄ、Ｃａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｂｅ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｐｄ、Ｈｇ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｂ、Ｇａ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｏ、Ｓｂ、Ｉｒ、Ｐ、Ａｓ、Ｃｏ、Ｔｅ、Ｆｅ、Ｓ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｍｏ及びＨｆから選択される少なくとも１種の合金元素を含むことができ、そしてその合金元素の総量は少なくとも１００ｐｐｍである。特定用途では、使用される合金元素としては、Ｃｕ、Ｔｉ及びＳｉのうちの少なくとも１種が挙げられる。
【００２３】
［００４０］
本発明によるチタン合金及びタンタル合金は、好ましくは、Ｃｕ、Ｃｄ、Ｃａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｂｅ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｐｄ、Ｈｇ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｂ、Ｇａ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｏ、Ｓｂ、Ｉｒ、Ｐ、Ａｓ、Ｃｏ、Ｔｅ、Ｆｅ、Ｓ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｍｏ及びＨｆから成る群より選択される少なくとも１種の合金元素が添加された重量基準で純度９９．９％以上のＴｉ又はＴａを含む。
【００２４】
［００４１］
本発明による別のＨＣＭターゲットは、ドープされたＴｉ又はＴａ材料を含むことができる。前記のドーピングされた材料は、好ましくは、Ｃｕ、Ｃｄ、Ｃａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｂｅ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｐｄ、Ｈｇ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｂ、Ｇａ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｏ、Ｓｂ、Ｉｒ、Ｐ、Ａｓ、Ｃｏ、Ｔｅ、Ｆｅ、Ｓ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｍｏ及びＨｆから成る群より選択される少なくとも１種のドーピング元素が添加された純度９９．９％以上のＴｉ又はＴａを含む。Ｔａ又はＴｉターゲット中に存在するドーピング元素の総量は、好ましくは約１〜約１００ｐｐｍであることができる。
【００２５】
［００４２］
本発明の三次元ターゲットは、任意の三次元形状、例えば、限定するものではないが、ＨＣＭターゲット形状、及び上記した別の三次元形状（発明の背景を参照されたい）を含む従来のターゲット形状を有することができる。而して、従来のスパッタリングシステム、特に三次元ターゲットを使用するために開発された前記システムは、本発明のターゲットから材料を堆積させるために使用することができる。本発明のＨＣＭターゲットは、上記したように、ベース部分、半径部分及び側壁部分を含むものとして説明できる。
【００２６】
［００４３］
本発明のターゲットは、材料組成、特定の領域及び／又はターゲット全体における平均粒径、及び／又は組織に関して更に説明され得る。本発明によって製造されるＨＣＭターゲットは、特定の所望の範囲内で平均粒径を有することができる。所望の範囲は、粒径の均一性及び安定性が、特定の材料及び／又は特定のＨＣＭシステムのために、最大化される粒径範囲であることもできる。所望の粒径の特定の粒径又は範囲は、膜品質及び均一性に影響を及ぼし得る、ターゲット寿命の最大化、粒子性能及び／又はターゲット消耗の均一性に基づくこともできる。一般的に、本発明のＨＣＭターゲットは、２つのカテゴリーに分かれる。第一のカテゴリーは、ターゲット材の平均粒径が１ミクロン未満であるサブミクロン粒径ターゲットである。第二のターゲットカテゴリーとしては、１ミクロン以上の粒径を有するターゲットが挙げられる。銅を含む材料では、第二カテゴリーのターゲットは、典型的には、約２０ミクロン以下の平均粒径を有することができる。Ｔｉ又はＴａ材料では、第二カテゴリーのターゲットは、３０ミクロン以下の平均粒径を有することができる。アルミニウムを含む材料では、第二カテゴリーのターゲットは、１５０ミクロン未満の平均粒径を有することができる。
【００２７】
［００４４］
ターゲットの両方のカテゴリーは、ターゲットの特定の領域（ベース、半径又は側壁）全体にわたって１５％（１−σ）未満の総粒径標準偏差を有するように製造することができ、また、一般的に、本発明の方法論は、ターゲット全体にわたって１５％（１−σ）の全体粒径標準偏差を有するターゲットを製造することができる。本発明のターゲット材の平均粒径は特定の材料に基づいて（主としてベース金属に基づいて）変えることができるが、粒径の均一性（標準偏差）は、上記した材料のタイプのそれぞれに関して達成できる。特定の場合では、本発明のターゲットは、ターゲットの全体にわたって、１０％以下（１−σ）、そして特定の実施態様では６％未満（１−σ）の全体標準偏差を有する。
【００２８】
［００４５］
本発明にしたがってＨＣＭターゲットを製造するための方法論は、高純度金属、合金又はドープされた金属材料を、側方押出及び／又は極低温成形を使用して処理して、サブミクロン粒径又は１〜２０ミクロン未満の粒径（その場合、粒径は、材料の平均粒径を意味している）を有する材料を製造する第一プロセスを一般的に使用する。次いで、材料を冷間成形して、ＨＣＭ（又は別の三次元形状）構成を製造する。冷間成形は、深絞り、爆発成形、熱間ブロー成形、冷間鍛造、回転成形、ハイドロ成形、超塑性成形及び他の適当な造形プロセスを含む１つ以上の方法を含むことができる。特定の実施態様では、冷間成形は、好ましくは深絞りを含む。
【００２９】
［００４６］
図６を参照されたい。図６には、例示的な側方押出（ＥＣＡＥ）デバイス５０が図示してある。デバイス５０は、一対の交差チャネル５４と５６を画定している金型アセンブリ５２を含む。交差チャネル５４及び５６は、断面が同じか又は少なくとも実質的に同じである。その「実質的に同じ」という用語は、チャネルがＥＣＡＥ装置の許容可能な許容差と同じであることを示唆している。運転時には、ビレット５８（上記した材料のいずれかであることができる）を、チャネル５４及び５６から押出す。前記の押出では、チャネルの交差平面に位置している細いゾーンにおいて一層一層を単純せん断することによって、ビレットの塑性変形が起こる。チャネル５４及び５６は約９０°の角度で交差しているのが好ましいものであり得るが、別の刃先を使用できることは言うまでもない（図示せず）。最適変形（真のせん断歪）を達成することができるので、約９０°の刃先角（チャネル交差角）が好ましいものであり得る。
【００３０】
［００４７］
ＥＣＡＥは、材料のブロックの寸法を変えずに、押出材に高度の塑性変形を導入することができる。ＥＣＡＥは、低い荷重と圧力で使用して全く均一な歪を誘発することができるという点で、金属材料中に高度の歪を誘導するための好ましい方法であることができる。更に、ＥＣＡＥは、１パス当たり高度の変形（真歪ε＝１．１７）を達成することができ；ＥＣＡＥデバイスを通過させる複数のパスによって高度の累積歪（ｎ＝４パス、ε＝４．６４）を達成することができ；また、ＥＣＡＥを使用して、異なる変形経路を使用することによって（すなわち、ＥＣＡＥデバイスを通過するパス間で材料ブロックの配向を変えることによって）、材料中に様々な組織／微細構造を作り出すことができる。
【００３１】
［００４８］  
本発明の例示的な方法では、ＥＣＡＥは、特定の材料のビレット又はブロック中に所望の微細構造（例えば弱い組織及び小さい粒径）を得るのに充分な且つ材料全体にわたって均一な応力歪状態を発生させるのに充分な歪速度と処理温度で実行される。材料は、１回、２回以上又は数回、材料の冷間処理又は熱間処理に対応し得る温度において多くの経路でＥＣＡＥ装置中を通過させることができる。特定の材料では、ＥＣＡＥ装置への複数回パスで使用するための好ましい経路は「経路Ｄ」であることができ、そしてそれは、連続パスそれぞれの前で、一定の９０ビレット回転に対応する。ＥＣＡＥ経路は、動的再結晶中に生成される構造配向に影響を及ぼし得るので、変形パスのために１つ以上の特定の経路を選択して、処理される特定の材料中に所望の配向を誘発させることができる。
【００３２】
［００４９］
特定の用途では、ＥＣＡＥで処理されるブロックは、少なくとも１回のＥＣＡＥパスを経験するだろう。典型的には、ＥＣＡＥ処理は、４〜８回のパスを含むことができる、また、好ましくは４〜６回パスを含むことができる。前記の例示的な数は、機械的に誘発された動的再結晶によって、結晶粒微細化をサブミクロンサイズへと促進させるのに充分であることが一般的に認められる。又は、１ミクロン〜約２０ミクロンの範囲のより大きな粒径は、より少ない回数のＥＣＡＥパス及び／又は別の押出経路を使用して生成させることができる。
【００３３】
［００５０］
ＥＣＡＥ処理は、任意に、１つ以上の熱処理を行うことを含むことができる。前記熱処理は、押出パスのうちの少なくともいくつかの間でのアニール加熱、押出後のアニール加熱、又は両方を含むことができる。当業者によって理解されるだろうように、ＥＣＡＥ処理中に行われる様々な熱処理の適当な温度は、押出される特定の材料に基づいて変化させることができ且つ決めることができる。
【００３４】
［００５１］
別の処理では、本発明による微粒化は、例えば極低温鍛造、極低温圧延などのような１つ以上の技術を使用することができる。本発明にしたがって微粒化技術が使用されるにもかかわらず、処理される特定の材料の粒径安定性を高めるために、特定の粒径を生成させることができる。特に、スパッタリング処理及び／又は他の高温操作中に粒径安定性を付与できる粒径が生成される。前記の粒径安定性により、一貫した薄膜の品質と均一性、均一なターゲット消耗、そしてターゲット寿命の延長が付与される。
【００３５】
［００５２］
所望の粒径が特定の材料で達成されたら、その材料を、冷間加工技術によってＨＣＭ構成（又は別の構成）へと成形することができる。前記冷間加工は、例えば冷間鍛造、回転成形及び／又は別の冷間成形操作を含むことができる。特定の場合では、深絞りを含む冷間加工を使用してＨＣＭターゲット構成を成形する。粒径、機械的及び結晶学的組織に関する深絞りの効果を判定するために行った研究（以下でより詳細に検討する）は、深絞りの間、予備絞り粒径が維持され、機械的及び結晶学的組織は殆ど又は全く変化しないことを示唆している。
【００３６】
［００５３］
スパッタリングプロセス中に達するターゲット温度をシミュレートした温度又はターゲット温度を超える温度に暴露したときに、特定の材料の粒径及び組織の安定性を測定するために、結晶粒微細化処理した材料に関してアニーリング研究を行った。前記の研究は、予備絞り及び深絞りされた材料の両方について行い、粒径及び微細構造の安定性に関する深絞りの効果を測定した。これらの研究（以下でより詳細に説明する）は、特定の材料に関して、１〜２０ミクロンの粒径は、粒径と微細構造の安定性とを最大化するのに好ましく、そして、別材料の組織及び粒径は、サブミクロンの粒径を有するように処理されたときでも安定であり得ることを示唆している。而して、材料の組成及び／又はスパッタリング中にターゲットが暴露される温度に基づいて、異なる粒径及び組織が好ましいものであり得る。
【００３７】
［００５４］
特定の材料、例えば特定の銅材料のためには、サブミクロン粒径が好ましいものであり得る。他の銅材料のためには、１ミクロン〜２０ミクロンの平均粒径が好ましいものであり得る。特定の材料及び用途のためには、ＨＣＭターゲットの平均粒径は１ミクロン〜１５ミクロンであることが好ましいものであり得る。他の材料のためには、好ましい平均粒径は、１５ミクロン未満であり、また、より好ましくは１ミクロン〜約１０ミクロンであることができる。別の金属材料（例えばＴｉ、Ｔａ又はＡｌ材料）のためには、他の粒径が好ましいかもしれない。
【００３８】
［００５５］
好ましい粒径を決める場合に考慮される一つのファクターは、材料が堆積されるスパッタリング温度である。一般的に、より小さい粒径は、低温スパッタリングにとって好ましいものであり得る。而して、低いスパッタリング温度（例えば、特定の銅材料用に１２５℃未満）だけの場合は、サブミクロン構造は、安定であることができ、而して、ターゲット寿命、ターゲット消耗の均一性、及び得られる膜の均一性と品質を最大化するのに好ましいものであり得る。
【００３９】
［００５６］
後述する研究結果は、本発明にしたがう方法論を使用して、ＨＣＭスパッタリングターゲットと、そして三次元ターゲットを成形する従来の方法に比べて比較的小さい平均粒径を有する別の三次元ターゲット形状とを製造できることを示唆している。而して、本発明にしたがって成形されるターゲットは、改良されたターゲット寿命均一性及びターゲット消耗、及び改良された堆積膜均一性と膜品質を提供する能力を有すると共に、従来のターゲットと同様か又は同一の形状構成を含むことができる。
【００４０】
［００５７］
本発明のターゲットを使用する膜堆積は、従来のシステム又は開発されるスパッタリングシステムを使用して行うことができる。一般的に、本発明の膜堆積方法論は、図５に図示してあるＨＣＭスパッタリングシステムのような適当なスパッタリングシステムの堆積チャンバ内に、本発明のＨＣＭターゲット又は別の三次元ターゲットを提供することを含む。基板をチャンバ内に提供し、そして、高密度プラズマを使用して、材料をターゲットからスパッタし、基板全体に材料の層を形成する。
【００４１】
［００５８］
本発明の銅含有ターゲットを使用して成形される膜は、一貫して均一の厚さであり、３％（１−σ）以下の厚み均一性を有する。この均一性は、例えば３００ｍｍウエハのような大型基板表面全体で達成される。当業者には公知であるように、堆積パラメーターを調整して、特定材料のターゲットの性能を最大化させるのを助けることができる。本発明のターゲットを使用して形成される高度に均一な膜を、ターゲット材と実質的に同一な金属組成及び純度を有するように堆積させることができる。同様な均一性は、本発明による別の材料のターゲットから形成される膜で達成することができる。
［００５９］
以下の実施例には、特定の材料に関する研究及び結果が記録してある。特定の材料は例示であり、また、以下の実施例は、本発明の範囲を限定することを意図していないことは言うまでもない。
【００４２】
実施例
［００６０］
１つの研究では、１．７〜１．９ｐｐｍのＡｇが加えられた、６Ｎ銅（９９．９９９９％、重量基準）を含む組成物を、６パスの側方押出（経路Ｄ）に暴露し、次いで、圧延による７０％減少、２３５℃で１時間のアニールに暴露した。深絞りと、深絞り後のアニールの効果を、１０ミクロンのＥＣＡＥ銀ドープト銅の２つの独立試験片を使用して調べた。第一試験片は８．５インチからの直径を有し、そして第二試験片は約９インチの直径を有していた。第一及び第二試験片のそれぞれは、深絞りの前に、０．３７５インチの厚さを有していた。
【００４３】
［００６１］
図７を参照されたい。図７は、例示的な深絞りターゲット１２Ａの断面が図示してあり、そしてそこには、上部部分６０、中空内部１９を囲む側面部分６２、及び半径部分６４（側面部分６２と上部部分６０との交差部分に位置している）が図示してある。２つの深絞りターゲットのそれぞれを、上部、側面部分及び半径部分に沿ってサンプルをとって、深絞りの効果を観察した。直径９インチの試験片の深絞りは、直径８．５インチの深絞りサンプルと比較して１．０５インチ長い壁長を生成した。試験片それぞれにおいて実質的に壁厚は同様である。約５５％材料厚が低減された最終肉厚は０．１７５インチとなった。深絞り後の各試験片用の上部部分の厚さは約０．３５０インチであった。
【００４４】
［００６２］
９インチの試験片から得られた、深絞りされた銀ドープト銅の微細構造は、図８及び図９に示してある。図８を参照されたい。７〜１０ミクロンの平均粒径の等軸粒構造が認められる上部面の４００倍拡大像が示してある。図９を参照されたい。７〜１０ミクロンの平均直径を有する粒構造が認められる側面部分の４００倍拡大像が示してある。深絞りされた８インチ試験片について観察された微細構造も同様であった（図示せず）。
【００４５】
［００６３］
横断面微細構造も研究した。横断面は、上部部分、側面部分、上部部分近くの半径部分、及び深絞りされた材料の側面方向の半径部分に沿ってとった。前記研究により、上部横断面では６〜１０ミクロンの平均粒径、側面横断面では２〜１０ミクロンの平均粒径、上部近傍の半径横断面では６〜１０ミクロンの平均粒径、そして側面方向の半径横断面では２〜１０ミクロン平均粒径であることが分かった（図示せず）。
【００４６】
［００６４］
深絞りされた銀ドープト銅材料を、２２５℃で１時間アニールして、深絞り後のアニーリングの効果を判定した。ターゲットの上部横断面の４００倍拡大像が図１０に示してあり、６〜８ミクロンの平均粒径を有する等軸粒構造が認められる。ターゲットの側面部分の横断面では、図１１に示してある４００倍拡大像によって示されている等軸粒を有する８〜１０ミクロンの平均粒径が認められる。側面部分内の等軸粒は、アニーリング中におけるなんらかの再結晶に起因している可能性がある。
【００４７】
［００６５］
上記の研究は、１０ミクロン粒構造が、深絞りと、２２５℃での１時間のアニーリングとの後でも安定であることを示唆している。この結果は、１０ミクロン粒構造が、約１００℃〜約２００℃のスパッタリング温度においてＡｇドープト銅材料をスパッタリングするための使用において安定であることを示唆している。
【００４８】
［００６６］
追加の研究では、側方押出されたサンプルを調製して、深絞り及び／又はアニールのプロセス中における特定の粒径の安定性を研究するために、特定の粒径を生成させた。特定の研究では、高純度（９９．９９９９％）の銅を使用した。ＥＣＡＥを使用してサブミクロン粒径を有する第一サンプルを製造した。９９．９９９９％（６Ｎ）の銅材料の第二サンプルを、１０〜１５ミクロンの粒径を有するようにＥＣＡＥを使用して製造した。これらの試験サンプル用に、押出され且つ圧延された試験片は、直径４．１２５インチ及び厚さ０．１２５インチの寸法を有していた。
【００４９】
［００６７］
２つの試験片のそれぞれを、外径２．４３５インチ及び高さ１．５インチの最終寸法まで深絞りした。約２５％の側壁材料の厚さ低減により側壁の厚さは０．０９５インチであった。２つの試験片のそれぞれの微細構造を深絞りターゲットの様々な領域でその特性を調べ、微細構造及び粒子の安定性を評価した。その分析により、微細構造の硬度及び弱い組織を保持しつつ、深絞り中に、第一試験片で０．５ミクロンの平均粒径が維持されたことが分かった。同様に、第二試験片では、微細構造の硬度及び弱い組織と共に、深絞り中に、１０ミクロン平均粒径が維持された。表面硬度の５〜１０％の増加が、第二試験片（１０ミクロンの平均粒径）で観察された。
【００５０】
［００６８］
次いで、その２つの深絞りされた試験片を、図１２に示してある様々な温度で１時間アニールした。深絞りされた材料のそれぞれの側面及び上面をアニール後に分析した。図１２に示してある結果は、０．５ミクロンの初期粒径を有する深絞りされた６Ｎ銅材料の完全再結晶を示唆しており、完全再結晶は２００℃以上の温度で１時間のアニール中に起こる。同様な粒径の増大は、２００℃〜３５０℃の温度で１時間アニールしたときに、１０ミクロン試験片で観察された。而して、ＥＣＡＥ銅は、２００℃〜３００℃でアニールされたときに１０〜２０ミクロンの細粒構造を維持しており、そしてその場合、初期の深絞り微細構造は０．５又は約１０ミクロンの平均粒径を有している。粒径の差は、アニールされた材料の側壁と上部壁との間で観察されなかった。局所的な異常な粒子（５０ミクロン超）が、３５０℃における１時間のアニール後に材料中に生じるが、サブミクロン粒子材料に相当する初期１０ミクロン構造は、異常な粒子成長に対してより抵抗性があるようである。
【００５１】
［００６９］
アニーリング後材料において生成した微細構造は、図１３及び１４に掲げてある。３００℃で１時間のアニーリング後における０．５ミクロンの予備アニール平均粒径を有する深絞り材料は図１３に示してある。前記材料の側壁の２００倍拡大像は、１８〜２０ミクロンの平均粒径を有する。
【００５２】
［００７０］
１０ミクロン平均粒径を有する（予備アニール）材料を、深絞り後に、３００℃で１時間アニールした。図１４にはアニールされた材料の２００倍拡大像が示してある。前記拡大像は、約１５ミクロンの平均粒径を有する側壁粒構造を示している。
【００５３】
［００７１］
表１を参照されたい。表１は、０．５ミクロン予備アニール平均粒径を有する深絞り銅をアニールしたときの集合組織形成（ｔｅｘｔｕｒｅ  ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）を示している。表１のパートＡは、予備アニールサブミクロン平均粒径を有する側壁材料に関する集合組織形成を示す。表１のパートＢは、構造の上部部分からの材料に関する集合組織形成を示す。
【００５４】
【表１】
2009535519.tif 000003
【００５５】
［００７２］
表１には、深絞り後、変形させたまま（ＡＤ）の状態の組織と、掲示した温度での１時間のアニール後の組織について記録してある。パートＡにおける結果によって判定されるように、弱い初期組織は、２００℃での１時間のアニール後に、側壁において、弱い（１１１）タイプの組織へと変化する。２００℃〜３５０℃間のアニールは、安定な組織を生成させる。１７５℃で観察される強い組織は、部分的な再結晶の移行状態に相当する。
［００７３］
表１、パートＢを参照されたい。上部壁に関しては、初期の弱い（２００）／（２２０）組織は、１時間の２２５℃以下のアニールには比較的安定のままである。上部と側壁との間の組織配向は、変形の方式及びレベルの違いに起因して変化する。結果は、全体的な組織強度は弱いままであり、組織安定性は１時間の２００〜３５０℃でのアニール後に観察されたことを示している。
［００７４］
１０ミクロン（平均粒径予備アニール）銅材料の集合組織形成は、表２パートＡ（側壁）及びパートＢ（上部壁）において認められる。
【００５６】
【表２】
2009535519.tif 000004
【００５７】
［００７５］
集合組織形成結果は、側壁部分に関しては、組織は３５０℃以下のアニールでは弱く且つランダムに近いままであり、４つの結晶面方位それぞれに関する％比は殆ど等しいことを示している。パートＢに提示してある上部壁の結果は、初期の弱い（２００）／（２２０）組織が２２５℃以下のアニールでは安定したままであることを示している。上部と側壁との間の組織配向は、変形の方式及びレベルの違いに起因して変化する。初期１０ミクロン平均粒径サンプルと初期０．５ミクロン平均粒径サンプルとに関する差は小さい。全体の組織強度は、各サンプルで弱いままである。１０ミクロン平均粒径（予備アニール）を有する銅の４つの結晶面方位の比率は、３５０℃以下での１時間のアニールでは比較的安定である。
［００７６］
更に、これらの結果は、１０ミクロン平均粒径を有する銅は、２２５℃〜約３００℃の温度に暴露される深絞り構造においてより安定であることも示している。０．５ミクロンの平均粒径を有するＥＣＡＥ材料は、約２００℃で再結晶して１０ミクロン粒構造となる。この種の銅材料のスパッタリング中のターゲット温度は、典型的には数時間１００℃を超える。そのことは、１０ミクロン構造は、比較的高い熱安定性の故に好ましいものであり得ることを示している。
［００７７］
本発明にしたがって処理された材料における粒径の均一性を評価した。特定の例示的な研究のために、銀（約１．９ｐｐｍ）によってドープされた高純度銅（６Ｎ）を含む銅材料を使用した。処理は、ＥＣＡＥ、次いで、７０％（減少）及び２５０℃での１時間のアニールを含んでいた。得られたターゲットのブランク（直径９インチｘ厚さ０．３５７インチ）は、１０ミクロンの平均粒径を有していた。そのブランクを深絞りし、次いで２２５℃で１時間アニールした。図７に位置Ａ〜Ｌとして示した１２のターゲット位置を分析した。ＣＬＥＭＥＸ（登録商標）ソフトウェア（加国ケベック州にあるＬｅｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｃｌｅｍｅｘ  Ｉｎｃ．／Ｃｌｅｍｅｘ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ）を使用して、各位置において、２つの領域を測定して、粒径を計算した。
各領域の測定値と平均は表３に示してある。
【００５８】
【表３】
2009535519.tif 000005
【００５９】
［００７８］
表３に示してある粒径データを使用して、ターゲットの粒径均一性を判定した。図１５には平均（線Ｘ）値及び範囲の平均（線Ｒ）値が示してある。示してあるように、平均（線Ｘ）値は８．３８９ミクロンであり、そして範囲の平均（線Ｒ）値は０．５４０ミクロンであった。推定標準偏差（１−σ）＝（線Ｒの値）／ｄ２  ＝  ０．５４／１．１２８＝  ０．４７８（すなわち、平均粒径線Ｘ５．６％、粒径均一性が５．６％（１−σ）であることを示している）。上記の推定標準偏差に関する方程式において、ｄ２とは、線Ｒに基づいて標準偏差を推定するための統計値である。２つの測定を位置ごとに行う場合（サブグループサイズ＝２）、ｄ２は１．１２８に等しい。
［００７９］
追加の研究は、アルミニウムと０．５％銅を含むアルミニウム合金（Ａｌ０．５Ｃｕ）を使用して行った。アルミニウム合金の第一及び第二のサンプルに関して経路ＤでＥＣＡＥを６パス実施した。ＥＣＡＥで変形されたサンプルは、０．５ミクロンの平均粒径を有していた。次いで、第二サンプルを、１５０℃で１時間アニールした。第二サンプルは０．５ミクロンの平均粒径を保持した。第一サンプル（変形させたままの状態で）及び第二サンプル（アニール後）それぞれを深絞りした。深絞り構造のマクロエッチング（図示せず）により、サブミクロン構造を暗示する交差マクロ剪断バンド（ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｎｇ  ｍａｃｒｏ−ｓｈｅａｒ  ｂａｎｄ）が認められた。
［００８０］
得られた粒径は、第一及び第二のサンプル双方で非常に小さいので光学顕微鏡検査では正確には判定できないが、光学顕微鏡検査では、サブミクロンＥＣＡＥアルミニウムにとって典型的で且つそれを暗示する肉眼で見えるフローラインの存在が確認される。Ａｌ０．５Ｃｕ材料の上記の処理及び深絞りの後にフローラインを示している例示的な光顕微鏡写真は図１６に掲げてある。これらの結果は、アルミニウム合金材料においてＥＣＡＥによって製造されるサブミクロン構造が、深絞り後に安定であることを示唆している。
［００８１］
一般的に、上記の銅材料と追加で分析した材料に関する微細構造と粒径の研究の結果は、サブミクロン粒径が、前記材料をスパッタリングするために典型的に使用されるスパッタリング温度で又は前記温度近傍で安定であるので、特定の材料のためには好ましいものであり得ることを示唆している。特定の例では、サブミクロン平均粒径は、好ましくは０．２ミクロン〜１．０ミクロン未満であることができる。しかしながら、サブミクロン粒子に比べて１〜２０ミクロンの粒径が熱安定性を増大させる材料では、１〜２０ミクロンの平均粒径が好ましいものであり得る。本発明による方法論によって、特定の材料及び特定のスパッタリング温度のために特定の粒径を得ることができる。
［００８２］
本発明によるターゲットは、ターゲット寿命を延ばすか又は最大化させるように、また、ターゲット消耗の改良された均一性、得られた堆積薄膜の改良された均一性及び得られた膜の品質の一貫性を提供するように都合良く製造することができる。ターゲット材の組成をベースとする本発明のターゲットにとって好ましい粒径が多くの材料について決定された。高純度銅ターゲットのためには、３０ミクロン未満の平均粒径が好ましく、より好ましくは約５ミクロン〜約２０ミクロンである。銅合金ターゲットのためには、平均粒径は、全ての場合で好ましくは３０ミクロン未満であり、特定の合金のためには、より好ましくは５〜２０ミクロンであり、他の銅合金のためには、サブミクロン粒径が好ましい。ドープされた銅の材料のためには、好ましい粒径は、３０ミクロン未満であり、より好ましくは約５〜約２０ミクロンである。
［００８３］
本発明のターゲットが高純度アルミニウム又はドープされたアルミニウムを含む場合、ターゲットは、好ましくは約１０ミクロンから１５０ミクロン未満、そしてより好ましくは１００ミクロン未満の平均粒径を有する。アルミニウム合金のためには、好ましい粒径は、０．２ミクロンから３０ミクロン未満であり、より好ましくはサブミクロンの粒径である。
［００８４］  
チタン合金及びタンタル合金のためには、好ましい粒径は、３０ミクロン未満であり、特定の合金のためにはより好ましくは約５〜約２０ミクロンであり、他の銅合金のためにはサブミクロンの粒径が好ましい。ドープされたチタン材料及びドープされたタンタル材料のためには、特定の合金のためには好ましい平均粒径は３０ミクロン未満であり、より好ましくは約５〜約２０ミクロンであり、そして他の合金のためには好ましくはサブミクロン（典型的には０．２〜１ミクロン未満）の平均粒径が好ましい。
［００８５］
上記した好ましい範囲でターゲット粒径を有する本発明によるターゲットを使用するスパッタリングによって製造される薄膜を、半導体ウエハの表面全体にわたって３％（１σ）以下の均一性を有するように一貫して形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】従来技術の平坦なスパッタリングターゲットの等角図である。
【図２】図１のスパッタリングターゲットの断面側面図である。
【図３】例示的な中空カソードスパッタリングターゲットの等角図である。
【図４】図３のスパッタリングターゲットの断面側面図である。
【図５】基板近傍の物理気相堆積ターゲット構造を示している、物理気相堆積システムの概略断面図である。
【図６】側方押出装置で処理されている材料の概略断面図である。
【図７】材料分析目的のためのターゲット領域を図示している深絞りターゲットの概略断面側面図である。
【図８】深絞り前に、側方押出銅材料を使用して成形された深絞りターゲットの微細構造の４００倍拡大像である。
【図９】図８に示してある深絞りターゲット側面の平面部分の微細構造の４００倍拡大像である。
【図１０】２２５℃で１時間アニールした後の深絞りターゲット上部の断面の４００倍拡大像である。
【図１１】２２５℃で１時間アニールした後の深絞りターゲットの側面からとられた断面の４００倍拡大像である。
【図１２】２．０〜２．５ｐｐｍのＡｇを含む深絞り高純度銅材料の粒径に関するアニールの効果を例示しているグラフである。
【図１３】３００℃で１時間アニールした後の深絞りターゲット側壁の平面部分の２００倍拡大像である。
【図１４】３００℃で１時間アニールした後の深絞りターゲット側壁の平面部分を示している２００倍拡大像である。
【図１５】本発明にしたがって成形された６Ｎ銅深絞りターゲットに関して測定された粒径の均一性を示しているグラフである。
【図１６】深絞りアルミニウム合金構造からとられた断面の光顕微鏡写真である。
【図１】
2009535519.tif 000006
【図２】
2009535519.tif 000007
【図３】
2009535519.tif 000008
【図４】
2009535519.tif 000009
【図５】
2009535519.tif 000010
【図６】
2009535519.tif 000011
【図７】
2009535519.tif 000012
【図８】
2009535519.tif 000013
【図９】
2009535519.tif 000014
【図１０】
2009535519.tif 000015
【図１１】
2009535519.tif 000016
【図１２】
2009535519.tif 000017
【図１３】
2009535519.tif 000018
【図１４】
2009535519.tif 000019
【図１５】
2009535519.tif 000020
【図１６】
2009535519.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成21年1月8日(2009.1.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット全体にわたって約０．２ミクロン〜約３０ミクロンの平均粒径を有する銅含有材料を含む三次元スパッタリングターゲット。
【請求項２】
該ターゲットが、該ターゲット全体にわたって１５％（１−σ）以下の粒径均一性を有する請求項１記載のターゲット。
【請求項３】
Ｃｕ、Ｔｉ及びＴａから成る群より選択される少なくとも１種のメンバーを含む金属材料を含む三次元スパッタリングターゲットであって、該ターゲットが該ターゲット全体にわたって約０．２ミクロン〜約３０ミクロンの平均粒径且つ１５％（１−σ）未満の粒径標準偏差を有することを特徴とする前記ターゲット。
【請求項４】
ターゲット全体にわたって、０．２ミクロンから１５０ミクロン未満の平均粒径を有し且つ１５％（１−σ）未満の粒径標準偏差を有するアルミニウム含有材料を含む三次元スパッタリングターゲット。
【請求項５】
約３０ミクロン以下の平均粒径を有する金属材料を提供する工程；そして
深絞り、冷間鍛造、爆発成形、回転成形、熱間ブロー成形、及びハイドロ成形から成る群より選択される成形法を使用して該金属材料を成形する工程
を含む中空カソードマグネトロンスパッタリングターゲットを成形する方法。
【国際調査報告】
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