(57)【要約】      （修正有）【課題】  高密度銅配線半導体の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高密度銅配線半導体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の提供。【解決手段】  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高密度銅配線半導体用バリア膜。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バリア膜形成用スパッタリングターゲット。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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請求項２記載の半導体用銅配線。
【請求項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請求項２又は３記載の半導体用銅配線。
【請求項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請求項２又は３記載の半導体用銅配線。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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請求項６又は７記載の半導体用銅配線の製造方法。
【請求項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請求項６〜８のいずれかに記載の半導体用銅配線の製造方法。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【特許文献１】特開２００２−２５２２５７号公報
【特許文献２】特開２００２−２８０６８４号公報
【特許文献３】特願２００４−２３２８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【発明の効果】
【０００８】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【実施例】
【００１６】
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。
【００１７】
（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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
（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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
（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。
【００２５】
（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。
【００２６】
（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。
【００２７】
（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。
【００２８】
（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。
【００２９】
（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。
【００３０】
（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。
【００３１】
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。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
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
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例１のＮｉ−２０ｗｔ％Ｃｒ−４．９ｗｔ％Ｔｉ合金のバリア膜を使用した場合の、Ｃｕ拡散の分析（ＡＥＳ）結果を示す図である。
【図２】実施例９のＮｉ−１９．６ｗｔ％Ｃｒ−５．１ｗｔ％Ｚｒ合金のバリア膜を使用した場合の、Ｃｕ拡散の分析（ＡＥＳ）結果を示す図である。
【図３】比較例１のＮｉ−１９．７ｗｔ％Ｃｒ合金のバリア膜を使用した場合の、Ｃｕ拡散の分析（ＡＥＳ）結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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