JP2000328242A

JP2000328242A - Ｔｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲット及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000328242A
Application number: JP11144761A
Authority: JP
Inventors: Eiji Iwamura; 栄治岩村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 1999-05-25
Publication date: 2000-11-28
Anticipated expiration: 2019-05-25
Also published as: JP4203180B2

Abstract

(57)【要約】【課題】 Ti₃Al(又はAl₃Ti)金属間化合物を主相とする
成分系のTi-Al 合金よりなるスパッタリングターゲット
（以下、ターゲット）であって、純度が高く、不純物ガ
ス成分が少なく、アーキングやパーティクル、スプラッ
シュ等のスパッタ不良が発生し難く、又、ターゲットと
形成される薄膜との間の組成のずれが生じ難いTi-Al 合
金ターゲット及びその製造方法を提供する。【解決手段】 Al量：15〜40（又は55〜70）at％のTi-A
l 合金ターゲットであって、Ti₃Al(又はAl₃Ti)金属間化
合物の面積率が30％以上である金属組織を有し、かつ、
径が0.1mm 以上の欠陥が10個／100cm²以下であることを
特徴とするTi-Al合金ターゲット、及び、真空雰囲気で
の鋳造工程、高温での圧縮加工工程を有するTi-Al 合金
ターゲットの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ti-Al 合金スパッ
タリングターゲット及びその製造方法に関する技術分野
に属し、特には、LSI やFeRAM 等に代表される多層薄膜
構造を有する電子デバイス装置の製造、中でもスパッタ
リングによる拡散防止層の形成に用いられるTi-Al 合金
スパッタリングターゲット及びその製造方法に関する技
術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】LSI 等の半導体装置、いわゆる電子デバ
イスにおいては、様々な材料が薄膜状で積層され、デバ
イスとしての機能を発現する。かかる薄膜の多層構造に
おいては、異種の材料間の界面制御、即ち、界面反応の
防止や構成元素の拡散の防止、もしくは密着性の確保が
極めて重要な問題である。特に、最近、MOS メモリーや
FeRAM といった電子デバイスでのキャパシター部におい
ては、従来のポリシリコン電極に代えてPt等の金属電極
が使用されるようになり、その積層構造における金属電
極膜の上部又は下部で界面を形成する酸化物やシリコン
に対する反応及び拡散の防止層をその界面に施すことが
必要とされている。

【０００３】かかる反応及び拡散防止層の材料（拡散バ
リアー材）として、窒化チタンアルミ(TiAlN）は熱的・
化学的安定性及び耐酸化性に優れ、従来用いられてきた
窒化チタン(TiN）やチタンタングステン(TiW）に換わる
新拡散バリアー材として注目され、その中でもTiとAlの
組成比においてTi₃Al 金属間化合物やAl₃Ti 金属間化合
物を形成する組成範囲のものが特に優れたバリアー（反
応及び拡散の防止）機能を発揮すると一般的に考えられ
ている。かかるTiAlN 合金層は、Ti及びAlからなるスパ
ッタリングターゲット等を用いて窒素雰囲気中にて反応
性スパッタリングにより形成されるのが一般的である。

【０００４】LSI 製造プロセスで用いられるスパッタリ
ングターゲット（以下、ターゲットともいう）において
は、デバイス特性を劣化させるような不純物の制御やス
パッタリング（以下、スパッタともいう）時にパーティ
クルやアーキングを発生させるようなターゲット欠陥の
制御を厳しく行わなければならず、そのスペックは厳し
いものとなっている。ターゲット純度としては少なくと
も99.95%(3N5）以上のものが必要とされ、この場合、タ
ーゲットの製造に際し高価な高純度原料を使用し、更に
製造中（溶製ターゲットでは特に溶解鋳造時）の汚染は
極力避ける必要がある。ガス成分についても、Pt電極を
使用したLSI のキャパシター部における拡散バリアー膜
（反応及び拡散防止層）は酸素の拡散を防止する必要が
あり、それ故、この成膜に用いられるターゲットでは酸
素量を極力抑えることが要求される。かかるターゲット
は粉末焼結法により作製することは極めて難しい。

【０００５】TiAl合金ターゲット（TiとAlよりなるター
ゲット）に関する従来技術及び問題点を以下に記述す
る。

【０００６】TiとAlは非常に硬い金属間化合物を形成す
ることから、TiAl合金は高強度を有する難加工材料であ
ることがよく知られている。かかる難加工材料では粉末
焼結法によりターゲットが製造されるのが一般的であ
り、この場合、TiとAlの混合粉末を原料としてHIP やプ
レス加工にて焼結する（特開平8-120445、8-134635号公
報）。この粉末焼結法では、Tiに対するAlの混合比が自
由にとれ、又、加工・成型が容易であるという長所があ
るが、図１に示す如く、焼結中に溶融もしくは流動化し
たAlがTi粒を取り囲み、TiとAlの界面にTiAlの金属間化
合物を生じた組織を持つため、Alが糊付け相となり、Al
が少ない組成では焼結が不完全になりやすい。又、Tiと
Alの界面に形成される金属間化合物は非常に脆いため、
機械加工時やスパッタ時にTi主相（マトリックス）を含
めて脱落しやすい。このため、粉末焼結法によりTiAlタ
ーゲットを製造する際には、かかる金属間化合物相をで
きるだけ少なくする必要があり、このため、金属間化合
物の量は面積率でたかだか数％程度となっている。

【０００７】また、粉末焼結法により製造されたTiAlタ
ーゲットにおいては、上記の如く金属間化合物の量が少
ないので、スパッタ率が異なるTi相とAl相から構成さ
れ、このため、スパッタの際の組成の安定性がよくな
く、ターゲットとそれによって形成された薄膜との間で
組成のずれが生じるという問題点がある。さらに、粉末
焼結法では酸素や窒素等のガス成分が多く含まれること
は不可避であり、かかるガス成分の不純物はスパッタ時
にパーティクルやスプラッシュ等のスパッタ不良の原因
となる。更には、TiやAlの粉末原料の純度には現在のと
ころ限度があり、LSI 製造用のターゲットにおいて必要
とされる99.95%(3N5）以上の高純度のターゲットを得る
ことは非常に難しいという問題点もある。

【０００８】TiAl合金の中でも、その構成比がTi：Al＝
１：１の金属間化合物を主な相とするような組成範囲で
あるもの、つまりAl量が45〜55原子％であるTiAl合金
は、TiAl相（いわゆるγ相）を含むことにより、比較的
成型・加工がしやすい。このため、高強度を有するTiAl
構造材の製造の際の加工方法として超塑性加工等が提案
されている（特開平10-72652号公報）。又、上記の如く
成型・加工がしやすいために溶解・鋳造法によるターゲ
ットの製造が可能である。即ち、溶解・鋳造により得ら
れたTiAl合金インゴットを成型加工するという製造工程
によってTiAl合金ターゲットを得ることができる。かか
るTiAl合金ターゲットは、特に、純度、塑性、パーティ
クル等のスパッタ性能を厳しく管理することはない、工
具等の硬質コーティング膜を製造する際に使用される、
アークイオンプレーティング(AIP）法におけるターゲッ
トとして、実用に供されている。

【０００９】上記組成のTiAl合金の場合、成型加工が可
能であることから、スパッタ不良の原因となる鋳造欠陥
の除去のために鋳造インゴットを圧延することができる
（特開平8-120428、8-225907号公報）。又、鋳造時の不
純物元素の混入を防ぎ、酸素成分をできるだけ少なくす
るためにはコールドクルーシブル（スカル）溶解法が用
いられる（特開平5-59466 、5-140669号公報）。

【００１０】しかし、難加工のTi₃Al 金属間化合物やTi
Al₃ 金属間化合物を主相とする組成範囲のTiAl合金の場
合には、加工することができないため、上記の如き圧延
による鋳造欠陥の除去をし得ず、又、溶解・鋳造し加工
するという製造方法を採用し難い。更に、上記スカル溶
解法はAr雰囲気中で溶解が行われるため、Arを含むガス
穴が鋳造欠陥として形成され、この欠陥は圧延等による
加工では除去し得ないため、ターゲット中に欠陥として
残存し、スパッタ時にはアーキングやパーティクル等の
スパッタ不良の原因となるという問題点がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に着目してなされたものであって、その目的は、金
属間化合物としてTi₃Al 金属間化合物やAl₃Ti 金属間化
合物を主相とする成分系のTi-Al 合金よりなるTi-Al 合
金スパッタリングターゲットであって、純度が高く、不
純物ガス成分が少なく、このためターゲット中のガス成
分化合物に起因したアーキングやパーティクル、スプラ
ッシュ等のスパッタ不良が発生し難く、また、ターゲッ
トと形成される薄膜との間の組成のずれが生じ難いTi-A
l 合金スパッタリングターゲット及びその製造方法を提
供しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係るTi-Al 合金スパッタリングターゲッ
ト及びその製造方法は、請求項１〜３記載のTi-Al 合金
スパッタリングターゲット、及び、請求項４〜５記載の
Ti-Al 合金スパッタリングターゲットの製造方法として
おり、それは次のような構成としたものである。

【００１３】即ち、請求項１記載のTi-Al 合金スパッタ
リングターゲットは、Alを15〜40原子％含有し、残部が
実質的にTiからなるTi-Al 合金スパッタリングターゲッ
トであって、Ti₃Al 金属間化合物の面積率が30％以上で
ある金属組織を有し、かつ、径が0.1mm 以上の欠陥が10
個／100cm²以下であることを特徴とするTi-Al 合金スパ
ッタリングターゲットである（第１発明）。

【００１４】請求項２記載のTi-Al 合金スパッタリング
ターゲットは、Alを55〜70原子％含有し、残部が実質的
にTiからなるTi-Al 合金スパッタリングターゲットであ
って、TiAl₃ 金属間化合物の面積率が30％以上である金
属組織を有し、かつ、径が0.1mm 以上の欠陥が10個/100
cm²以下であることを特徴とするTi-Al 合金スパッタリ
ングターゲットである（第２発明）。

【００１５】請求項３記載のTi-Al 合金スパッタリング
ターゲットは、酸素濃度が 200質量ppm 以下であり、炭
素、窒素及び水素の濃度が合計で 100質量ppm 以下であ
る請求項１又は２記載のTi-Al 合金スパッタリングター
ゲットである（第３発明）。

【００１６】請求項４記載のTi-Al 合金スパッタリング
ターゲットの製造方法は、TiおよびAl原料を不活性ガス
雰囲気で溶解した後、該溶解により得られた溶湯を１×
10^-2Torr超の真空雰囲気にて鋳造し、該鋳造により得ら
れたインゴットを型枠に装填し、1273〜1573Ｋの温度に
おいて歪み速度を５mm／分以下にして総圧下率が30％超
となるように加工することを特徴とする請求項１、２又
は３記載のTi-Al 合金スパッタリングターゲットの製造
方法である（第４発明）。

【００１７】請求項５記載のTi-Al 合金スパッタリング
ターゲットの製造方法は、TiおよびAl原料を不活性ガス
雰囲気で溶解した後、該溶解により得られた溶湯を１×
10^-2Torr超の真空雰囲気にて鋳造し、該鋳造により得ら
れたインゴットを密閉容器内に真空封入し、1273〜1573
Ｋの温度において1000気圧以上の圧力で熱間静水圧加圧
処理を施すことを特徴とする請求項１、２又は３記載の
Ti-Al 合金スパッタリングターゲットの製造方法である
（第５発明）。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明は例えば次のようにして実
施する。TiおよびAl原料を不活性ガス雰囲気で溶解し、
該溶解により得られた溶湯を１×10^-2Torr超の真空雰囲
気にて鋳造してインゴットを得る。前記インゴットを型
枠に装填し、1273〜1573Ｋの温度において歪み速度を５
mm／分以下にして総圧下率が30％超となるように加工
し、Ti-Al 合金ターゲットを得る。或いは、前記インゴ
ットを密閉容器内に真空封入し、1273〜1573Ｋの温度に
おいて1000気圧以上の圧力で熱間静水圧加圧処理を施
し、Ti-Al 合金ターゲットを得る。このようにして得ら
れたTi-Al 合金ターゲットは、径が0.1mm 以上の欠陥が
10個／100cm²以下である。このとき、Al量が15〜40原子
％となるようにすると、Ti₃Al 金属間化合物の面積率が
30％以上となり、一方、Al量が55〜70原子％となるよう
にすると、TiAl₃ 金属間化合物の面積率が30％以上とな
り、本発明に係るTi-Al 合金ターゲットとなる。

【００１９】このような形態で本発明に係るTi-Al 合金
ターゲットの製造方法が実施され、そして本発明に係る
Ti-Al 合金ターゲットが得られる。

【００２０】以下、本発明について主にその作用効果を
説明する。

【００２１】粉末焼結法により製造されたTiAlターゲッ
ト（粉末焼結TiAlターゲット）においてターゲットとそ
れによって形成された薄膜との間で組成のずれが生じる
のは、スパッタガスであるArに対するAlとTiでのスパッ
タ率の相違に起因する。すなわち、TiとAlとはスパッタ
率がそれぞれ0.6 と1.2 と大きく異なる。このため、粉
末焼結TiAl合金ターゲットのようにAlとTiが完全に分離
した２相組織を有するターゲットをスパッタした場合、
スパッタ率の相違によりターゲットとスパッタ膜の組成
が相違し、Alが10〜20at％程度リッチになってしまうと
いう問題が起こる。

【００２２】かかる組成のずれが発生するのを避けるに
は、AlとTiとの金属間化合物の面積率をマトリックス中
で大きくした組織を有し、純Tiと純Alとがそれぞれ相当
な面積を持って共存することのないTiAl合金ターゲッ
ト、即ち、AlとTiとの金属間化合物の面積率が大きくて
Al相及びTi相の面積率が小さい組織を有するTiAl合金タ
ーゲットを用いることが有効である。かかるTiAl合金タ
ーゲットとしては、定量的にはAlとTiとの金属間化合物
の面積率を30％以上とすればよい。即ち、Alを15〜40原
子％含有し、残部が実質的にTiからなるTi-Al 合金ター
ゲットの場合は、Ti₃Al 金属間化合物の面積率を30％以
上とすればよく、一方、Alを55〜70原子％含有し、残部
が実質的にTiからなるTi-Al 合金ターゲットの場合に
は、TiAl₃ 金属間化合物の面積率を30％以上とすればよ
いとの知見が得られた。

【００２３】一方、Ti-Al 合金ターゲット中の不純物ガ
ス成分は、ガス穴やAlやTiとの化合物相の形成と関連
し、かかるガス穴や化合物相（酸化物、窒化物、水素化
物等）がターゲット中に多く存在すると、スパッタ中の
ターゲット表面での温度や、電磁場の不均一が生じ、ア
ーキングやパーティクル、スプラッシュ等のスパッタ不
良が発生しやすくなる。

【００２４】かかるスパッタ不良を発生し難くするに
は、不純物ガス成分が少なく、純度が高く、このために
ガス穴や化合物相（酸化物など）等の欠陥が少ないTiAl
合金ターゲットを用いることが有効である。かかるTiAl
合金ターゲットとしては、定量的には径が0.1mm 以上の
欠陥が10個／100cm²以下であればよいとの知見が得られ
た。

【００２５】本発明はかかる知見に基づき完成されたも
のであり、本発明に係るTi-Al 合金ターゲットは、Alを
15〜40原子％含有し、残部が実質的にTiからなるTi-Al
合金スパッタリングターゲットであって、Ti₃Al 金属間
化合物の面積率が30％以上である金属組織を有し、か
つ、径が0.1mm 以上の欠陥が10個／100cm²以下であるこ
とを特徴とするものである（第１発明）。又、本発明に
係るTi-Al 合金ターゲットは、Alを55〜70原子％含有
し、残部が実質的にTiからなるTi-Al 合金スパッタリン
グターゲットであって、TiAl₃ 金属間化合物の面積率が
30％以上である金属組織を有し、かつ、径が0.1mm 以上
の欠陥が10個/100cm²以下であることを特徴とするもの
である（第２発明）。

【００２６】従って、本発明に係るTi-Al 合金ターゲッ
トによれば、純度が高く、不純物ガス成分が少なく、こ
のためターゲット中のガス成分化合物に起因したアーキ
ングやパーティクル、スプラッシュ等のスパッタ不良が
発生し難く、又、ターゲットと形成される薄膜との間の
組成のずれが生じ難い。

【００２７】本発明に係るTi-Al 合金ターゲットの中、
第１発明に係るTi-Al 合金ターゲットにおいて、Ti₃Al
金属間化合物の面積率が30％以上であることとしている
のは、これが30％未満であると、Ti₃Al 金属間化合物相
以外の部分であるTi単相が多く、このTi単相とTi₃Al 金
属間化合物相とのスパッタ率の相違に起因し、ターゲッ
トとそれによって形成された薄膜との間で顕著な組成の
ずれが生じ、組成のずれの抑制が不充分となるからであ
る。又、径が0.1mm 以上の欠陥が10個/100cm²以下であ
ることとしているのは、これが10個/100cm²超である
と、ガス穴や化合物相（酸化物等）等の欠陥が多く、ス
パッタ中にターゲット表面での温度や電磁場の不均一が
生じ、このためアーキングやパーティクル、スプラッシ
ュ等のスパッタ不良が発生しやすくなり、かかるスパッ
タ不良の発生の抑制が不充分となるからである。

【００２８】第２発明に係るTi-Al 合金ターゲットにお
いて、TiAl₃ 金属間化合物の面積率が30％以上であるこ
ととしているのは、これが30％未満であると、Al単相が
多く、このAl単相とTiAl₃ 金属間化合物相とのスパッタ
率の相違に起因し、ターゲットと薄膜との間の組成のず
れが大きくなり、組成のずれの抑制が不充分となるから
である。又、径が0.1mm 以上の欠陥が10個/100cm²以下
であることとしているのは、上記第１発明の場合と同様
の理由により、10個/100cm²超であるとアーキングやパ
ーティクル、スプラッシュ等のスパッタ不良の発生の抑
制が不充分となるからである。

【００２９】本発明に係るTi-Al 合金ターゲットにおい
て酸素濃度が 200質量ppm 以下であり、炭素、窒素及び
水素の濃度が合計で 100質量ppm 以下である場合には、
ガス穴や化合物相（酸化物等）等の欠陥が極めて少な
く、このためアーキングやパーティクル、スプラッシュ
等のスパッタ不良がより確実に発生し難くなる（第３発
明）。

【００３０】本発明に係るTi-Al 合金ターゲットの製造
方法は、前述の如く、TiおよびAl原料を不活性ガス雰囲
気で溶解した後、該溶解により得られた溶湯を１×10^-2
Torr超の真空雰囲気にて鋳造し、該鋳造により得られた
インゴットを型枠に装填し、1273〜1573Ｋの温度におい
て歪み速度を５mm／分以下にして総圧下率が30％超とな
るように加工することを特徴とするものである（第４発
明）。また、TiおよびAl原料を不活性ガス雰囲気で溶解
した後、該溶解により得られた溶湯を１×10^-2Torr超の
真空雰囲気にて鋳造し、該鋳造により得られたインゴッ
トを密閉容器内に真空封入し、1273〜1573Ｋの温度にお
いて1000気圧以上の圧力で熱間静水圧加圧処理を施すこ
とを特徴とするものである（第５発明）。尚、１×10^-2
Torr超の真空雰囲気とは、真空度が１×10^-2Torrのとき
の真空雰囲気よりも真空度に優れた真空雰囲気のことで
あり、例えば１×10^-3Torrの真空雰囲気のことである。
１×10^-2Torrは、133.322Pa/Torr×１×10^-2Torr＝133.
322 ×10^-2Pa＝1.33322 Paである。

【００３１】上記の本発明に係るTi-Al 合金ターゲット
の製造方法によれば、前記の如き優れた特性を有する本
発明に係るTi-Al 合金ターゲットを得ることができる。
この詳細について、以下説明する。

【００３２】前述の如く、Ti-Al 合金ターゲット中の不
純物ガス成分は、ガス穴やAlやTiとの化合物相の形成と
関連し、かかるガス穴や化合物相（酸化物、窒化物、水
素化物等）がターゲット中に多く存在すると、スパッタ
中のターゲット表面での温度や、電磁場の不均一が生
じ、アーキングやパーティクル、スプラッシュ等のスパ
ッタ不良が発生しやすくなる。

【００３３】通常の粉末焼結TiAl合金ターゲットにおい
ては、酸素濃度が1000質量ppm 以上であり、炭素、窒素
及び水素の濃度が合計で 200質量ppm 以下であって、ガ
ス成分の量が多いので、ガス穴や化合物相が多く存在
し、このためアーキングやパーティクル、スプラッシュ
等のスパッタ不良が発生しやすい。

【００３４】また、Ar雰囲気中で溶解が行われるスカル
溶解鋳造法においては、鋳造後の熱間加工によっても除
去し得ないArガスを含んだガス穴が鋳造欠陥として形成
されるので、この欠陥はターゲット中に欠陥として残存
し、アーキングやパーティクル等のスパッタ不良の原因
となる。

【００３５】これらに対し、本発明に係るTi-Al 合金タ
ーゲットの製造方法（第４発明及び第５発明）において
は、第４発明の場合も第５発明の場合も、Ti-Al 合金イ
ンゴットを得る際に、一旦Ti及びAl原料を不活性ガス雰
囲気で溶解するものの、この後、該溶解により得られた
溶湯を１×10^-2Torr超という高真空度の真空雰囲気にて
鋳造して、インゴットを得るようにしている。従って、
前記溶解後鋳造前に溶湯を真空雰囲気にさらすことがで
き、それにより溶湯中の酸素、炭素、窒素及び水素等の
ガス成分を除去し得、ひいてはガス穴や化合物相（酸化
物等）等の欠陥が少ないインゴットを得ることができ
る。しかも、真空雰囲気にて鋳造していることに起因し
てArガスの巻き込みがなく、熱間加工でも除去し得ない
Arガスを含んだガス穴の形成がないインゴットとするこ
とができる。

【００３６】そして、上記鋳造により得られたTi-Al 合
金インゴットを、第４発明に係る製造方法の場合には、
型枠に装填し、1273〜1573Ｋの温度において歪み速度を
５mm／分以下にして総圧下率が30％超となるように加工
するようにしている。第５発明に係る製造方法の場合に
は、上記インゴットを密閉容器内に真空封入し、1273〜
1573Ｋの温度において1000気圧以上の圧力で熱間静水圧
加圧処理を施すようにしている。いずれの場合にも、12
73〜1573Ｋという高温において圧縮応力により比較的低
歪み速度で加工することに起因して、割れ等の支障を生
じることなく、加工でき、ひいては本発明に係るTi-Al
合金ターゲットを得ることができる。

【００３７】即ち、Ti₃Al 金属間化合物相やTiAl₃ 金属
間化合物相は加工し難く、これらを含むTiAl合金は難加
工材料であることが知られているが、本発明者らはこの
難加工材料についての加工方法について鋭意研究した結
果、1273〜1573Ｋという高温において圧縮応力下では低
歪み速度にて割れ等の支障を生じることなく加工できる
ことを見出した。かかる圧縮応力下での加工方法として
は、加工中の材料に有効に圧縮応力が働く加工法である
ところの型枠を用いての一軸高温プレス、熱間鍛造、或
いは、熱間静水圧加圧処理(HIP）が適している。そし
て、かかる加工に際して素材（インゴット）を型枠に装
填し、或いはカプセル等の密閉容器内に封入して加工す
ることは、加工時に素材に有効な圧縮応力がかかり、更
には急激な変形を抑えることができるために素材周辺部
での加工割れを防ぐことができるという点において有効
である。そこで、第４発明に係る製造方法の場合には、
前記鋳造により得られたTi-Al 合金インゴットを型枠に
装填し、1273〜1573Ｋの温度において歪み速度を５mm／
分以下にして総圧下率が30％超となるように加工するよ
うにした。又、第５発明に係る製造方法の場合には、前
記鋳造により得られたTi-Al 合金インゴットを密閉容器
内に真空封入し、1273〜1573Ｋの温度において1000気圧
以上の圧力で熱間静水圧加圧処理を施すようにした。従
って、いずれの場合にも、割れ等の支障を生じることな
く、ターゲットに成型加工でき、このため本発明に係る
Ti-Al 合金ターゲットを得ることができる。又、この成
型加工時にマイクロシュリンケージ、ガス穴、引け巣等
の鋳造欠陥を完全に圧着して除去し得る。

【００３８】本発明に係るTi-Al 合金ターゲットの製造
方法（第４発明及び第５発明）において、溶湯を鋳造す
る際の真空雰囲気の真空度を１×10^-2Torr超であること
としているのは、１×10^-2Torr以下とすると、溶湯中の
ガス成分の除去が不充分となり、そのためインゴット中
の欠陥が増え、ひいては本発明に係るTi-Al 合金ターゲ
ットの如く欠陥の少ないTi-Al 合金ターゲットを得るこ
とが難しくなるからである。

【００３９】第４発明に係るTi-Al 合金ターゲットの製
造方法において、インゴットを加工するに際し型枠に装
填するようにしているのは、加工時に素材に有効な圧縮
応力がかかるようにすると共に急激な変形を抑えて素材
周辺部での加工割れを防ぐためである。加工の際の温度
を1273〜1573Ｋとしているのは、1273Ｋ未満にすると素
材の変形能が乏しくて塑性変形加工ができず、1573Ｋ超
とすると素材の結晶粒径の粗大化が起こり、割れやすく
なり、又、仕上げ加工が行い難くなるからである。尚、
上記の如く結晶粒径の粗大化を起こした場合に得られる
ターゲットにおいては、それにより得られる薄膜の特性
に面内不均一が生じやすくなるという問題点がある。

【００４０】歪み速度を５mm／分以下にしているのは、
５mm／分超にすると素材が変形に追随できず、割れが生
じるからである。総圧下率が30％超となるようにしてい
るのは、30％以下となるようにすると、インゴット中の
マイクロシュリンケージ、ガス穴、引け巣等の鋳造欠陥
を完全に圧着するということはできず、ひいては本発明
に係るTi-Al 合金ターゲットの如く欠陥の少ないTi-Al
合金ターゲットを得ることが難しくなるからである。

【００４１】第５発明に係るTi-Al 合金ターゲットの製
造方法において、インゴットを熱間静水圧加圧処理する
に際し密閉容器内に真空封入するようにしているのは、
加工時に素材に有効な圧縮応力がかかるようにすると共
に急激な変形を抑えて素材周辺部での加工割れを防ぐた
めである。封入を真空封入としているのは、熱間静水圧
加圧処理中の素材の酸化を抑制し、酸化物による割れの
発生を防止するためである。即ち、大気封入とした場合
には、加工（熱間静水圧加圧処理）中に素材が酸化して
表面に酸化物が生成し、この酸化物が変形の不均一を生
じて割れの起点となる可能性があり、かかる酸化物によ
る割れの発生の可能性がないようにするためである。

【００４２】熱間静水圧加圧処理の際の温度を1273〜15
73Ｋとしている理由は、前記第４発明の場合と同様であ
る。

【００４３】熱間静水圧加圧処理の際の圧力を1000気圧
以上としているのは、1000気圧未満とすると塑性変形加
工がし難くなるからである。尚、1000気圧（atm ）は、
1.01325 ×10⁵Pa/atm ×1000atm ＝1.01325 ×10⁸Pa ＝
1.01325 ×10²MPaである。

【００４４】前記インゴットの加工の際の歪み速度は、
遅いほど素材が変形に追随しやすいために割れが生じ難
くなり、かかる点から特に１mm／分以下にすることが望
ましい。

【００４５】前記加工の際の温度は、1273〜1573Ｋの範
囲において高温である方が素材の変形能が優れていると
いう点でよく、一方、低温である方が結晶粒粗大化が起
こり難く、粗粒化の程度が小さいという点でよい。かか
る点から、加工の際の温度は特には1323〜1473Ｋとする
ことが望ましい。ただし、Ti-Al 合金のAl含有量によっ
て変形能の違いがあり、これを考慮すると、Al含有量：
15〜40原子％の場合には1323〜1423Ｋとすることが望ま
しく、Al含有量：55〜70原子％の場合には1373〜1523Ｋ
とすることが望ましい。

【００４６】尚、本発明において、径が0.1mm 以上の欠
陥とは、全波超音波探傷試験において認められる径が0.
1mm 以上の欠陥のことである。欠陥の径とは、欠陥の最
小径部の径のことであり、例えば、欠陥の形状が球状の
場合には直径、欠陥の断面形状が楕円状の場合にはその
短軸の長さのことである。

【００４７】

【実施例】表１〜２に本発明の実施例１〜９及び比較例
１〜５に係るTi-Al 合金ターゲットの製造の条件、及
び、該製造により得られたTi-Al 合金ターゲットのTi₃A
l 金属間化合物及びTiAl₃ 金属間化合物の面積率および
径が0.1mm 以上の欠陥の数についての測定結果、並び
に、該Ti-Al 合金ターゲットによるスパッタの結果につ
いて示す。本発明の実施例及び比較例について、主に表
１〜２に基づき、以下説明する。

【００４８】（実施例１〜９）純度４ＮのAl原料および
純度５ＮのTi原料を不活性ガス雰囲気で溶解した後、該
溶解により得られた溶湯を１×10^-2Torr超の真空雰囲気
にて鋳造して、実施例１〜９に係るTi-Al 合金インゴッ
トを得た。このとき、Ti-Al 合金中のAl量は15〜40at
％、55〜70at％となるようにした。インゴットの形状は
板状であり、その寸法は厚さ：約25mm、長さ：約500mm
、幅：約450mm である。

【００４９】上記インゴットより、厚さ：約25mm、直
径：100mm のディスク状サンプルをワイヤーカットにて
切り出した。

【００５０】上記ディスク状サンプルを次の如く加工し
て実施例１〜７、８及び９に係るTi-Al 合金ターゲット
材を作製した。

【００５１】実施例１〜７の場合は、上記ディスク状サ
ンプルを内径:100mm、外径:100mmのSUS304製リング（型
枠）にはめ込み、これを最大荷重：400tonの恒温プレス
機により、真空雰囲気にてディスク状サンプルの厚み方
向にプレスする加工を行なった。このとき、加工温度は
1373Ｋ又は1473Ｋとし、圧下加工率（総圧下率）は50％
となるようにした。歪み速度は２〜３mm／分とした。

【００５２】実施例８の場合は、上記ディスク状サンプ
ルをCr製のカプセルに真空封入し、これを大気中で1373
Ｋに加熱し、高温鍛造する成型加工を行なった。このと
き、総圧下率は50％となるようにした。歪み速度は２〜
３mm／分とした。

【００５３】実施例９の場合は、上記ディスク状サンプ
ルを封筒状のTa箔カプセルに真空封入した後、1373Ｋの
温度において1300気圧の圧力で熱間静水圧加圧処理を施
す成型加工を行なった。

【００５４】上記プレス、高温鍛造、熱間静水圧加圧処
理により得られた各試料について、Ti-Al 合金の部分
（元のディスク状サンプル部）をワイヤーカットして、
厚さ：５mm、直径：100mm のディスク状に切り出し、実
施例１〜７、８及び９に係るTi-Al 合金ターゲット材を
得た。

【００５５】上記Ti-Al 合金ターゲット材をCu製バッキ
ングプレート上にInろう材を用いてボンディングし、Ti
-Al 合金ターゲットとした。

【００５６】このようにして得られたTi-Al 合金ターゲ
ットを用いて、DCマグネトロンスパッタリング法により
厚み：5000ÅのTiAlN 膜を成膜した。このときの成膜条
件は下記の通りである。

【００５７】・雰囲気：Ar＋50％N₂混合ガス・ガス圧：２ｍtorr ・DCパワー：260 Ｗ・極間距離：55mm ・基板温度：室温・基板：２インチ径シリコンウエハー

【００５８】上記成膜されたTiAlN 膜についてICP 発光
分析を行い、TiAlN 膜中のTi及びAl濃度を測定し、この
測定結果に基づきAl濃度に関して下記式で表される組成
のずれを求めた。

【００５９】Al組成ずれ＝｜膜中Al濃度−ターゲット中
Al濃度｜／ターゲット中Al濃度

【００６０】また、前記成膜条件にて30分間の連続成膜
を行い、その間のアーキングの発生回数を目視にて計測
し、更に、走査型電子顕微鏡にて基板上に堆積した直
径:0.3μm 以上の大きさのパーティクルを計測した。

【００６１】一方、前記プレス、高温鍛造、熱間静水圧
加圧処理により得られた試料からのターゲット材の切り
出し後に残ったTi-Al 合金部すなわち残材より、金属組
織観察用サンプルを採取し、光学顕微鏡にて観察し顕微
鏡写真を撮影し、該顕微鏡写真を線分析し、又、前記サ
ンプルについてSEM-EDX により相の同定を行い、これら
に基づいてTi₃Al 金属間化合物及びTiAl₃ 金属間化合物
の面積率を算出した。又、上記サンプルについてICP 発
光分析法により酸素成分の分析、及び、炭素、窒素、水
素のガス成分分析を行った。

【００６２】又、前記プレス、高温鍛造、熱間静水圧加
圧処理により得られた試料について径が0.1mm 以上の欠
陥の数を計測した。即ち、上記試料の厚み方向について
全波超音波探傷法による計測を行い、得られた超音波探
傷像より径が0.1mm 以上の欠陥をカウントした。

【００６３】（比較例１〜５）比較例１〜５に係るTi-A
l 合金ターゲットのAl量は29〜30at％とした。

【００６４】比較例１の場合は、Ti-Al 合金インゴット
より切り出して得たディスク状サンプルを型枠にはめ込
んで恒温プレスする際の加工温度を1173Ｋとした。この
点を除き、実施例１〜７の場合と同様の方法によりTi-A
l 合金ターゲットの製作を行った。この場合、ターゲッ
ト中の内部欠陥が多い。

【００６５】比較例２の場合は、上記恒温プレスの際の
総圧下率を30％とした。この点を除き、実施例１〜７の
場合と同様の方法によりTi-Al 合金ターゲットの製作を
行った。この場合、ターゲット中の内部欠陥が多い。

【００６６】比較例３の場合は、Arガス雰囲気での溶解
により得られた溶湯を鋳造する際の雰囲気をそのままAr
ガス雰囲気とした。この点を除き、実施例１〜７の場合
と同様の方法によりTi-Al 合金ターゲットの製作を行っ
た。この場合、酸素、ガス成分が多く含まれ、ターゲッ
ト中の内部欠陥が更に多くなっている。

【００６７】比較例４の場合は、Al粉末およびTi粉末を
用いて窒素雰囲気中にて823 Ｋで粉末焼結法によりTi-A
l 合金ターゲットを製作した。この場合、ターゲット組
織は純Ti相と純Al相に分離したものとなる。又、酸素及
びガス成分が多い。

【００６８】比較例５の場合は、熱間静水圧加圧処理に
よる成型加工の際の加工温度を1223Ｋとした。この点を
除き、実施例９の場合と同様の方法によりTi-Al 合金タ
ーゲットの製作を行った。

【００６９】（ターゲット性能の試験結果）表１〜２か
らわかる如く、比較例４に係るTi-Al 合金ターゲット
は、ターゲットと薄膜との間の組成のずれが大きく、且
つ、アーキング及びパーティクルの発生の程度が高い。
比較例１〜３及び５に係るTi-Al 合金ターゲットは、組
成のずれは比較的小さいものの、アーキング及びパーテ
ィクルの発生の程度が高い。

【００７０】これに対し、本発明の実施例１〜９に係る
Ti-Al 合金ターゲットは、いずれも組成のずれが小さ
く、且つ、アーキング及びパーティクルの発生の程度が
低く、ターゲット性能に優れている。

【００７１】

【表１】

【００７２】

【表２】

【００７３】

【発明の効果】本発明に係るTi-Al 合金ターゲットによ
れば、純度が高く、不純物ガス成分が少なく、スパッタ
リングに際してアーキングやパーティクル、スプラッシ
ュ等のスパッタ不良が発生し難く、又、ターゲットと形
成される薄膜との間の組成のずれが生じ難い。このター
ゲットのTi-Al 合金中のAl量は15〜40原子％又は55〜70
原子％である。従って、スパッタ不良による薄膜の性能
低下をきたすことなく、Al量：15〜40原子％又は55〜70
原子％の薄膜であってターゲットとほぼ同一のAl量及び
Ti量で且つ均一な組成の薄膜を形成することができ、薄
膜の性能の大幅な向上がはかれるようになる。

【００７４】本発明に係るTi-Al 合金ターゲットの製造
方法によれば、従来加工が難しく粉末焼結法でしか製造
し得なかったAl量：15〜40原子％又は55〜70原子％のTi
-Al合金ターゲットを、溶解鋳造工程及び塑性加工工程
を有する製造工程により製造することができ、このた
め、上記の如く優れたターゲット性能を有する本発明に
係るTi-Al 合金ターゲットを得ることができるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の粉末焼結法により製造されたTi-Al ス
パッタリングターゲットの組織の模式図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｆ 1/00 ６８２Ｃ２２Ｆ 1/00 ６８２６８３６８３６９１６９１Ｂ６９１Ｚ６９４６９４Ａ６９４Ｂ６９４Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 Alを15〜40原子％含有し、残部が実質的
にTiからなるTi-Al合金スパッタリングターゲットであ
って、Ti₃Al 金属間化合物の面積率が30％以上である金
属組織を有し、かつ、径が0.1mm 以上の欠陥が10個／10
0cm²以下であることを特徴とするTi-Al 合金スパッタリ
ングターゲット。
【請求項２】 Alを55〜70原子％含有し、残部が実質的
にTiからなるTi-Al合金スパッタリングターゲットであ
って、TiAl₃ 金属間化合物の面積率が30％以上である金
属組織を有し、かつ、径が0.1mm 以上の欠陥が10個/100
cm²以下であることを特徴とするTi-Al 合金スパッタリ
ングターゲット。
【請求項３】酸素濃度が 200質量ppm 以下であり、炭
素、窒素及び水素の濃度が合計で 100質量ppm 以下であ
る請求項１又は２記載のTi-Al 合金スパッタリングター
ゲット。
【請求項４】 TiおよびAl原料を不活性ガス雰囲気で溶
解した後、該溶解により得られた溶湯を１×10^-2Torr超
の真空雰囲気にて鋳造し、該鋳造により得られたインゴ
ットを型枠に装填し、1273〜1573Ｋの温度において歪み
速度を５mm／分以下にして総圧下率が30％超となるよう
に加工することを特徴とする請求項１、２又は３記載の
Ti-Al 合金スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項５】 TiおよびAl原料を不活性ガス雰囲気で溶
解した後、該溶解により得られた溶湯を１×10^-2Torr超
の真空雰囲気にて鋳造し、該鋳造により得られたインゴ
ットを密閉容器内に真空封入し、1273〜1573Ｋの温度に
おいて1000気圧以上の圧力で熱間静水圧加圧処理を施す
ことを特徴とする請求項１、２又は３記載のTi-Al 合金
スパッタリングターゲットの製造方法。