JP2003073815A - スパッタリングターゲットとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＦｅＲＡＭやＤＲＡＭなどに使用されるＴｉ
−Ａｌ−Ｎ膜などの成膜用のＴｉ−Ａｌ合金ターゲット
において、不純物量の低減を図った上で、ターゲットの
製造歩留りを高めると共に、膜品質の向上などを図る。 【解決手段】 スパッタリングターゲットはＡｌを5〜5
0原子％の範囲で含有するＴｉ−Ａｌ合金からなる。こ
のようなＴｉ−Ａｌ合金ターゲットにおいて、ターゲッ
トの酸素含有量を500ppm以下、窒素含有量を50ppm以
下、および炭素含有量を100ppm以下とすると共に、ター
ゲット全体としての酸素含有量、窒素含有量および炭素
含有量のばらつきをそれぞれ20％以下とする。また、タ
ーゲットのＺｒ含有量およびＨｆ含有量をそれぞれ100p
pb以下、さらにターゲットのＣｕ含有量を10ppm以下お
よびＡｇ含有量を1ppm以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板などに
対する拡散防止層の形成に好適なスパッタリングターゲ
ットとその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、記憶媒体として強誘電体薄膜を用
いた強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）などの開発が盛んに
行われており、ＤＲＡＭの代替メモリとして期待されて
いる。このようなＦｅＲＡＭにおいては、ジルコン酸チ
タン酸鉛（ＰｂＺｒＯ₃とＰｂＴｉＯ₃との固溶体（ＰＺ
Ｔ））、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃（ＢＴ
Ｏ））、チタン酸バリウム・ストロンチウム（Ｂａ_aＳ
ｒ_1-aＴｉＯ₃（ＢＳＴＯ））などの強誘電体の薄膜が用
いられている。

【０００３】上述した酸化物系の誘電体薄膜を用いたＦ
ｅＲＡＭなどのメモリデバイスにおいては、従来から用
いられてきたポリシリコン電極に代えて、Ｐｔ、Ｉｒ、
Ｒｕなどの貴金属電極やＩｒＯ_x、ＰｔＯ_x、ＲｕＯ_xな
どの酸化物電極が用いられるようになってきており、こ
れらの電極で誘電体薄膜をサンドイッチした構造が採用
されている。このようなデバイス構造において、酸化物
系誘電体薄膜の形成には600℃以上の温度が要求されて
おり、半導体プロセスの中でも特に高温のプロセスとな
る。さらに、酸化物系の誘電体薄膜を形成することか
ら、酸素雰囲気中で薄膜を形成することが多い。

【０００４】酸化物系誘電体薄膜を用いたメモリデバイ
スを実用化するにあたっては、例えばスイッチ用トラン
ジスタを形成した半導体基板と酸化物系誘電体薄膜を用
いたメモリセル（薄膜キャパシタ）とを組合せる必要が
ある。具体的には、トランジスタが形成されたＳｉ基板
のＷプラグ上に、貴金属電極や酸化物電極と酸化物系誘
電体薄膜とを順に形成する。この際、酸化物系誘電体薄
膜は上述したように高温酸素雰囲気下などで形成される
ことから、誘電体薄膜や電極中の酸素がＳｉ基板側に拡
散しやすく、例えばＷプラグの酸化などの問題を招いて
いる。Ｗプラグの酸化は体積膨張を伴うため、界面での
剥離などが生じてしまう。

【０００５】このような問題に対しては、酸化物系誘電
体薄膜を用いた薄膜キャパシタと半導体基板との間に、
これらの構成元素（特に酸素）の相互拡散を防ぐ拡散防
止層（バリア層）を形成することが有効である。半導体
デバイスにおいては、一般にＴｉＮ膜やＴａＮ膜が拡散
防止層として用いられているが、これらは耐酸化性に劣
ることから、酸化物系誘電体薄膜を有する半導体デバイ
スの拡散防止層としては、ＴｉＮとＡｌＮとの固溶体で
あるＴｉ_l-xＡｌ_xＮ（Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ）膜が使用されて
いる。Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜のＡｌ組成に関しては、耐熱性
を高める上で増加させる方向にシフトしており、例えば
Ａｌを25〜50原子％の範囲で含むような合金組成が適用
されるようになってきている。

【０００６】Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜は熱的および化学的に安
定であり、耐酸化性にも優れている。このような拡散防
止層としてのＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜は、Ｔｉ−Ａｌ合金ター
ゲットを用いて、ＡｒとＮ₂の混合ガス雰囲気中で反応
性スパッタすることにより形成されている。Ｔｉ−Ａｌ
−Ｎ膜の形成に用いられるＴｉ−Ａｌ合金ターゲット
は、溶解法や焼結法を適用して作製することが一般的で
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したＴｉ−Ａｌ合
金ターゲットには、素子特性の劣化原因やダストの発生
原因などとなる不純物量を低減することが求められるこ
とから、高純度材が得られやすい溶解法が主に用いられ
ている。溶解法でＴｉ−Ａｌ合金ターゲットを作製する
場合には、まずＴｉ材とＡｌ材を真空アーク溶解や電子
ビーム（ＥＢ）溶解などの真空溶解技術を適用して溶解
し、所定の組成比を有するＴｉ−Ａｌ母合金を作製す
る。

【０００８】次に、Ｔｉ−Ａｌ母合金（インゴット）を
1000℃以上に加熱して、鍛造や圧延などの熱間加工を施
した後、再度1000℃以上の温度で熱処理する。ここで、
ターゲットを構成するＴｉ−Ａｌ合金の結晶粒径やその
ばらつきはダスト発生や薄膜の膜厚均一性などに影響を
及ぼすことから、熱間加工後にＴｉ−Ａｌ合金の再結晶
化のための熱処理が必要となる。このようにして作製し
たターゲット素材（Ｔｉ−Ａｌ合金素材）を所定のター
ゲット形状に機械加工した後、バッキングプレートと接
合することにより、目的とするターゲットが得られる。

【０００９】ところで、溶解法でＴｉ−Ａｌ合金ターゲ
ットを作製する場合には、熱間加工時に発生する合金材
のクラック、特に材料外周部に発生するワレやカケが問
題となっている。Ｔｉ単体やＡｌ単体では、塑性加工を
施してもワレやカケなどはほとんど発生しない。これは
延性を妨害する物質が少ないためである。これに対し
て、Ｔｉ−Ａｌ合金ではＴｉ₃ＡｌやＡｌ₃Ｔｉなどの金
属間化合物が形成され、これら金属間化合物は一般的に
脆いという特性を有するため、熱間加工時にワレやカケ
などが発生しやすいという問題が生じている。

【００１０】このようなことから、できるだけＴｉ−Ａ
ｌ合金材を高温に加熱して、原子の移動性を高めた状態
で塑性加工を施しているが、このような高温状態におい
てもクラックの発生を十分に抑制することができず、タ
ーゲットの製造歩留りを低下させている。特に、Ａｌを
多量に含有するＴｉ−Ａｌ合金（例えばＡｌ含有量が25
〜50原子％）では、金属間化合物が形成されやすいこと
から、熱間加工時のクラック発生が問題となっている。

【００１１】一方、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットを焼結法
により作製する場合には、熱間加工などを施すことなく
所定のターゲット形状が得られると共に、結晶粒径の微
細化などを図ることができる。焼結法はサイズ依存性が
なく、またターゲット組成の均一化などに対しても有効
である。しかし、不純物の観点からは粉末作製時に不純
物元素で汚染されやすく、また原料の比表面積が大きい
ために、特にガス成分を多量に吸着しやすいという問題
がある。酸素や窒素などのガス成分はスパッタ時に異常
放電の発生原因となり、これによりダスト量などが増大
する。このようなことから、焼結ターゲットにおいては
不純物量、特に酸素や窒素などのガス成分の含有量を低
減することが求められている。

【００１２】なお、特開2000-273623公報には、Ａｌを5
〜65質量％の範囲で含有するＴｉ−Ａｌ合金ターゲット
が示されており、ここではＮａやＫなどのアルカリ金属
の含有量やＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏなどの遷移金属の含有量、
さらには酸素、炭素、水素、窒素などのガス成分の含有
量を低減することが記載されている。しかし、上記公報
は溶解法を適用したＴｉ−Ａｌ合金ターゲットを前提と
しており、焼結法を適用したＴｉ−Ａｌ合金ターゲット
の高純度化については何等記載されていない。さらに、
溶解法を適用したＴｉ−Ａｌ合金ターゲットの熱間加工
性の改善についても何等記載されていない。

【００１３】さらに、従来のＴｉ−Ａｌ合金ターゲット
を用いた成膜工程に関しては、成膜時のプラズマ状態の
不安定さが問題になっている。すなわち、従来のＴｉ−
Ａｌ合金ターゲットを用いて反応性スパッタを行った場
合、長時間連続成膜するとプラズマが不安定な状態にな
り、結果的に放電が切れてしまうという問題が発生す
る。また、プラズマ状態が不安定になると異常放電の発
生回数も増加する。これらは素子歩留りの低下原因とな
っている。このようなことから、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲ
ットを用いたスパッタ工程においてはプラズマの安定
化、さらには異常放電の減少などを図ることが強く求め
られている。

【００１４】本発明はこのような課題に対処するために
なされたもので、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜などを成膜する際に
用いられるＴｉ−Ａｌ合金ターゲットにおいて、不純物
量の低減を図った上で、ターゲットの製造歩留りを高
め、さらには膜品質の向上を図ることを可能にしたスパ
ッタリングターゲットとその製造方法を提供することを
目的としている。より具体的には、製造歩留りや結晶粒
径の微細化などに優れる焼結ターゲットの不純物量（特
にガス成分量）を低減することを可能にしたスパッタリ
ングターゲットとその製造方法、高純度化が可能な溶解
ターゲットの製造歩留りを高めることを可能にしたスパ
ッタリングターゲット、さらに異常放電などを抑制して
膜の歩留りや品質などを向上させることを可能にしたス
パッタリングターゲットを提供することを目的としてい
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明における第１のス
パッタリングターゲットは、請求項１に記載したよう
に、Ａｌを5〜50原子％の範囲で含有するＴｉ−Ａｌ合
金からなるスパッタリングターゲットであって、前記タ
ーゲットの酸素含有量が500ppm以下、窒素含有量が50pp
m以下、および炭素含有量が100ppm以下であり、かつタ
ーゲット全体としての前記酸素含有量、窒素含有量およ
び炭素含有量のばらつきがそれぞれ20％以下であること
を特徴としている。

【００１６】第１のスパッタリングターゲットは、さら
に請求項２に記載したように、Ｔｉ−Ａｌ合金の平均結
晶粒径が10mm以下であり、かつターゲット全体としての
平均結晶粒径のばらつきが20％以下であることを特徴と
している。このような第１のスパッタリングターゲット
は、Ｔｉ−Ａｌ合金の焼結材を具備するＴｉ−Ａｌ合金
ターゲットに対して特に有効である。

【００１７】第１のスパッタリングターゲットの製造方
法は、請求項１１に記載したように、Ｔｉ材とＡｌ材を
真空溶解法により溶解してＴｉ−Ａｌ母合金を作製する
工程と、前記Ｔｉ−Ａｌ母合金を回転電極法により粉体
化する工程と、前記Ｔｉ−Ａｌ合金粉末を焼結してター
ゲット素材を作製する工程と、前記ターゲット素材を所
望のターゲット形状に加工する工程とを具備することを
特徴としている。

【００１８】このように、真空溶解法でガス成分量など
を十分に低減したＴｉ−Ａｌ母合金を、回転電極法を適
用して粉体化することによって、高純度でかつ粒径が揃
ったＴｉ−Ａｌ合金粉末が得られる。このようなＴｉ−
Ａｌ合金粉末を原料として用いてＴｉ−Ａｌ合金の焼結
材を作製し、この焼結材（ターゲット素材）をターゲッ
ト形状に加工することによって、酸素、窒素、炭素など
の不純物ガス成分量が少ないだけでなく、そのばらつき
（ターゲット全体としての不純物含有量のばらつき）を
十分に抑制したＴｉ−Ａｌ合金ターゲットを得ることが
できる。このようなＴｉ−Ａｌ合金ターゲットによれ
ば、不純物ガス成分に起因する異常放電やダスト発生な
どを抑制した上で、例えば結晶粒径の微細化や各種ター
ゲットサイズへの対応などを図ることが可能となる。

【００１９】本発明における第２のスパッタリングター
ゲットは、請求項５に記載したように、Ａｌを5〜50原
子％の範囲で含有するＴｉ−Ａｌ合金からなるスパッタ
リングターゲットであって、前記ターゲットのＺｒ含有
量およびＨｆ含有量がそれぞれ100ppb以下であることを
特徴としている。

【００２０】第２のスパッタリングターゲットは、さら
に請求項６に記載したように、ターゲット全体としての
Ｚｒ含有量およびＨｆ含有量のばらつきがそれぞれ20％
以下であることを特徴としている。このような第２のス
パッタリングターゲットは、Ｔｉ−Ａｌ合金の溶解材を
具備するＴｉ−Ａｌ合金ターゲットに対して特に有効で
ある。

【００２１】ＺｒおよびＨｆはＴｉと同じ４Ａ族元素で
あり、Ｔｉと親和性を有することから、Ｔｉ材中に不純
物として存在しやすい元素である。このようなＺｒやＨ
ｆがＴｉ−Ａｌ合金材中に比較的高濃度に存在している
と、熱間加工時にワレやカケなどが発生しやすくなる。
これに対して、例えば熱間加工を施すＴｉ−Ａｌ合金材
中のＺｒ含有量およびＨｆ含有量、さらにはこれらの含
有量のばらつきを低減することによって、熱間加工時の
ワレやカケなどの発生を抑制することが可能となる。従
って、上述したＺｒ含有量およびＨｆ含有量を満足させ
たＴｉ−Ａｌ合金ターゲットによれば製造歩留りの向上
を図ることが可能となる。

【００２２】本発明における第３のスパッタリングター
ゲットは、請求項７に記載したように、Ａｌを5〜50原
子％の範囲で含有するＴｉ−Ａｌ合金からなるスパッタ
リングターゲットであって、前記ターゲットのＣｕ含有
量が10ppm以下、およびＡｇ含有量が1ppm以下であるこ
とを特徴としている。

【００２３】第３のスパッタリングターゲットは、さら
に請求項８に記載したように、ターゲット全体としての
前記Ｃｕ含有量およびＡｇ含有量のばらつきがそれぞれ
30％以下であることを特徴としている。このような第３
のスパッタリングターゲットは、Ｔｉ−Ａｌ合金の溶解
材および焼結材のいずれを具備するＴｉ−Ａｌ合金ター
ゲットに対しても有効である。

【００２４】ＣｕおよびＡｇは周期律表の中でも高いイ
オン化率を示す元素であり、このような元素がＴｉ−Ａ
ｌ合金ターゲット中に比較的高濃度に存在していると、
スパッタ成膜時にこれらの元素が自己維持放電を起こ
し、プラズマ状態が不安定になると共に、異常放電の発
生回数が増加する。これに対して、Ｔｉ−Ａｌ合金ター
ゲット中のＣｕ含有量およびＡｇ含有量、さらにはこれ
らの含有量のばらつきを低減することで、長時間連続成
膜時のプラズマ状態を安定化させることができると共
に、異常放電によるダストの発生などを抑制することが
可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。本発明のスパッタリングターゲッ
トは、Ａｌを5〜50原子％の範囲で含有するＴｉ−Ａｌ
合金からなり、例えば耐酸化性に優れる拡散防止層（バ
リア層）として用いられるＴｉ−Ａｌ−Ｎ（Ｔｉ_l-xＡ
ｌ_xＮ（0.05≦ｘ≦0.5））膜の形成などに適用されるも
のである。

【００２６】上述したＴｉ−Ａｌ合金からなるスパッタ
リングターゲット（Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲット）中のＡ
ｌ組成が5原子％未満であると、耐酸化性の向上効果を
十分に得ることができない。例えば、Ａｌ組成が5原子
％未満のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットを用いて形成したＴ
ｉ−Ａｌ−Ｎ膜は酸化が進行しやすく、その上に形成し
た膜、例えば薄膜キャパシタの下部電極との付着力が低
下して剥がれなどが生じやすくなる。Ａｌ組成が増加す
るほど高温域での耐酸化性が向上するため、Ａｌ組成は
25原子％以上であることが好ましい。

【００２７】ただし、Ａｌ組成を高く設定しすぎると逆
に耐酸化性が劣化し、酸素やその他の可動イオンなどが
拡散防止層としてのＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜を容易に通り抜け
てしまうようになるため、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲット中
のＡｌ組成は50原子％以下とする。また、Ａｌ組成が50
原子％を超えると、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜の抵抗率なども増
加して、素子特性の低下などを招くことになる。このよ
うな点からもＡｌ組成は50原子％以下とする。

【００２８】Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜中のＡｌはそれ自体の耐
酸化性を高めるだけでなく、酸素のトラップ材などとし
ても機能する。例えば、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜上にＳｒＲｕ
Ｏ₃（ＳＲＯ）などの導電性酸化物からなる電極膜を形
成した場合、この導電性酸化物中の酸素が半導体基板な
どの成膜基板中に拡散することを抑制することが可能と
なる。Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲット中のＡｌ組成（Ａｌ含
有量）は、拡散防止層の耐酸化性、耐熱性、バリア性な
どを高める上で、特に25〜50原子％の範囲とすることが
好ましい。

【００２９】本発明における第１のスパッタリングター
ゲットは、上述したようなＡｌ組成を有するＴｉ−Ａｌ
合金ターゲットにおいて、酸素含有量を500ppm以下、窒
素含有量を50ppm以下、炭素含有量を100ppm以下とする
と共に、ターゲット全体としての酸素含有量、窒素含有
量および炭素含有量のばらつきをそれぞれ20％以下とし
たものである。このような第１のＴｉ−Ａｌ合金ターゲ
ットは、Ｔｉ−Ａｌ合金の焼結材を具備する焼結ターゲ
ットに対して特に効果を発揮するものである。

【００３０】すなわち、焼結Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲット
は、溶解ターゲットのように熱間加工を施すことなく、
所望サイズおよび所望形状のターゲットを容易に得るこ
とができると共に、結晶粒径の微細化を図ることができ
る反面、従来のＴｉ−Ａｌ合金粉末を用いた焼結ターゲ
ットでは不純物量、特に酸素、窒素、炭素などのガス成
分量を十分に低減することが難しいという欠点が存在し
ていた。これに対して、後に詳述する本発明の製造方法
を適用することによって、酸素、窒素および炭素の含有
量を十分に低減したＴｉ−Ａｌ合金ターゲット、特に焼
結ターゲットを得ることが可能となる。

【００３１】Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲット中に不純物とし
て存在する酸素、窒素および炭素は、いずれもスパッタ
時に異常放電の発生原因となり、これによりダスト量な
どが増加する。このようなことから、第１のＴｉ−Ａｌ
合金ターゲットにおいては酸素含有量を500ppm以下、窒
素含有量を50ppm以下、炭素含有量を100ppm以下として
いる。酸素、窒素および炭素の含有量が上記した範囲を
超えると、ダストの発生量が大幅に増加する。

【００３２】Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲット中に存在する酸
素は、当該ターゲットをスパッタすることで得られるＴ
ｉ−Ａｌ−Ｎ膜の酸化を促進し、その上に形成される例
えば薄膜キャパシタの下部電極の付着力などを低下させ
る。また、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜自体の耐酸化特性の低下原
因となる。このような点からも、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲ
ットの酸素含有量は500ppm以下とする。ターゲットの酸
素含有量は300ppm以下とすることがさらに好ましい。た
だし、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットから完全に酸素を除去
してしまうと、得られるＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜の拡散防止性
能が低下するおそれがあることから、微量の酸素を含ん
でいることが好ましい。具体的には、Ｔｉ−Ａｌ合金タ
ーゲットの酸素含有量は10〜500ppmの範囲、さらには10
〜300ppmの範囲とすることが好ましい。

【００３３】また、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲット中に存在
する窒素は、得られるＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜などの特性低下
原因、特に比抵抗のばらつきの原因となる。このような
ことからも、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットの窒素含有量は
50ppm以下とする。ターゲットの窒素含有量は30ppm以下
とすることがさらに好ましい。同様に、Ｔｉ−Ａｌ合金
ターゲット中に存在する炭素は、ターゲットの焼結性に
悪影響を及ぼす原因となることから、ターゲットの炭素
含有量は100ppm以下とする。炭素含有量は60ppm以下と
することがさらに好ましい。

【００３４】Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲット中の酸素、窒素
および炭素の存在形態に関しては、ターゲット全体とし
ての酸素含有量、窒素含有量および炭素含有量にばらつ
きが生じていると、得られる薄膜（Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜な
ど）の特性、例えば比抵抗の面内均一性が低下する。さ
らに、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜の拡散防止性能などにもばらつ
きが生じやすくなる。このため、ターゲット全体として
の酸素含有量、窒素含有量および炭素含有量のばらつき
はそれぞれ20％以下とする。これらガス成分の含有量の
ばらつきはそれぞれ10％以下とすることがさらに好まし
い。

【００３５】さらに、第１のＴｉ−Ａｌ合金ターゲット
は、Ｍｇ含有量が50ppm以下、Ｍｎ含有量が50ppm以下、
およびＳｉ含有量が100ppm以下で、かつターゲット全体
としてのＭｇ含有量、Ｍｎ含有量およびＳｉ含有量のば
らつきがそれぞれ20％以下であることが好ましい。Ｍ
ｇ、ＭｎおよびＳｉの各元素はＴｉ−Ａｌ合金ターゲッ
ト中のガス成分、すなわち酸素、窒素および炭素を安定
的に吸着して脱ガスを妨げるため、これら各元素の含有
量はそれぞれ上記した範囲内とすることが好ましい。Ｍ
ｇ、ＭｎおよびＳｉの各元素のより好ましい含有量は、
それぞれＭｇは30ppm以下、Ｍｎは30ppm以下、Ｓｉは50
ppm以下である。

【００３６】また、ターゲット全体としてのＭｇ、Ｍｎ
およびＳｉの各含有量のばらつきが大きいと、脱ガスを
妨げると共に、得られる薄膜の特性の均一性などが低下
することから、各元素の含有量のターゲット全体として
のばらつきは20％以下とすることが好ましい。Ｍｇ含有
量、Ｍｎ含有量およびＳｉ含有量のばらつきはそれぞれ
10％以下とすることがより好ましい。

【００３７】ここで、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットの酸素
含有量、窒素含有量、炭素含有量、またＭｇ含有量、Ｍ
ｎ含有量、Ｓｉ含有量、さらにこれら各元素の含有量の
ばらつきは、以下のようにして求めた値を指すものであ
る。すなわち、例えばターゲットが円盤状の場合、ター
ゲットの中心部と、中心部を通り円周を均等に分割した
4本の直線上の中心部から50％の距離の各位置（計8個
所）、および中心部から90％の距離の各位置（計8個
所）の合計17個所からそれぞれ試験片を採取し、これら
17個の試験片の各元素の含有量をそれぞれ測定し、これ
らの測定値の平均値をＴｉ−Ａｌ合金ターゲットの酸素
含有量、窒素含有量、炭素含有量、さらにＭｇ含有量、
Ｍｎ含有量、Ｓｉ含有量とする。

【００３８】さらに、酸素、窒素および炭素の各含有量
のばらつき、さらにＭｇ、ＭｎおよびＳｉの各含有量の
ばらつきは、各試験片の各元素の含有量（各測定値）の
最大値と最小値から、｛（最大値−最小値）／（最大値
＋最小値）｝×100（％）に基づいて求めるものとす
る。なお、酸素および窒素の各含有量は不活性ガス−熱
伝導度法により測定した値とし、炭素の含有量は高周波
燃焼−赤外線吸収法により測定した値とする。また、Ｍ
ｇ、ＭｎおよびＳｉの各含有量はＩＣＰ−発光分光分析
法により測定した値とする。

【００３９】上述した第１のＴｉ−Ａｌ合金ターゲット
において、Ｔｉ−Ａｌ合金の平均結晶粒径は10mm以下、
さらには5mm以下であることが好ましく、さらにターゲ
ット全体としての平均結晶粒径のばらつきが20％以下で
あることが好ましい。このように、Ｔｉ−Ａｌ合金の結
晶粒が比較的微細で、かつターゲット全体としての平均
結晶粒径のばらつきが少ない場合に、スパッタ成膜時に
おけるダストの発生を抑制することができる。

【００４０】Ｔｉ−Ａｌ合金の結晶粒が粗大化すると、
面方位の違いによりエロージョンに差が生じるため、結
晶粒が隣り合う粒界部に凹凸が生じ、凸部に集中してス
パッタ粒子の再付着が起こる。このようにして堆積した
付着物が剥離したり、また異常放電を引き起こすなどに
よって、突発的に多量のダストが発生してしまう。Ｔｉ
−Ａｌ合金の平均結晶粒径が10mmを超えると、上記した
凹凸の高低差が非常に大きくなり、多数のダストが発生
しやすくなり、素子歩留りを低下させることになる。ま
た、ターゲット全体としての結晶粒径にばらつきが生じ
ている場合にも、同様に粒界部に凹凸が生じやすいこと
から、ダストの発生量が増加すると共に、得られる薄膜
の膜厚の面内均一性などが低下する。

【００４１】このようなことから、第１のＴｉ−Ａｌ合
金ターゲットにおいては、Ｔｉ−Ａｌ合金の平均結晶粒
径を10mm以下とすることが好ましく、さらには突発的な
ダストの抑制に有効な5mm以下とすることが望ましい。
また、ターゲット全体としての平均結晶粒径のばらつき
については、薄膜の膜厚などの面内均一性を高めること
が可能であると共に、ダストの低減にも有効な20％以下
とすることが好ましい。平均結晶粒径のばらつきは10％
以下とすることがより好ましい。これらによって、Ｔｉ
−Ａｌ−Ｎ膜などの製造歩留り、ひいてはそれを用いた
素子歩留りを向上させることが可能となる。

【００４２】なお、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットの平均結
晶粒径およびそのばらつきについては、後述する第２お
よび第３のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットにおいても同様な
値を満足させることが好ましい。

【００４３】ここで、Ｔｉ−Ａｌ合金の平均結晶粒径
は、以下のようにして求めた値を示すものとする。ま
ず、不純物含有量の測定と同様に、ターゲットの17個所
の位置からそれぞれ試験片を採取し、各試験片の表面を
ＨＦ：ＨＮＯ₃：Ｈ₂Ｏ＝1:1:1のエッチング液でエッチ
ングした後、光学顕微鏡で組織観察を行う。この光学顕
微鏡写真上に既知の面積の円を描き、円内に完全に含ま
れる結晶粒の個数（個数Ａ）と、円周により切断される
結晶粒の個数（個数Ｂ）とを数える。測定倍率は円の中
に完全に含まれる結晶粒の個数が30個以上となるように
設定することが好ましい。円内の結晶粒の総数Ｎは、個
数Ａ＋個数Ｂ/2とする。この円内の結晶粒の総数Ｎと円
の面積Ａから、Ａ／Ｎにより結晶粒1個当りの平均面積
を求め、この平均面積の直径を平均粒径とする。

【００４４】このようにして各試験片（計17個）の平均
粒径を求め、これらの値の平均値を本発明のスパッタリ
ングターゲットの平均結晶粒径とする。さらに、平均結
晶粒径のばらつきについては、上記した各試験片（計17
個）の平均粒径の最大値と最小値から、｛（最大値−最
小値）／（最大値＋最小値）｝×100（％）に基づいて
求めるものとする。

【００４５】上述した第１のＴｉ−Ａｌ合金ターゲット
は、例えば以下に示す製造方法を適用することにより再
現性よく得ることができる。まず、3N以上の高純度Ｔｉ
材と4N以上の高純度Ａｌ材とを用意し、これらを所望の
組成比となるように秤量した後、例えば1×10^-2Pa以下
の真空下で溶解し、所望組成のＴｉ−Ａｌ母合金（Ｔｉ
_l-xＡｌ_x（ｘ＝0.05〜0.5））を作製する。Ｔｉ原料お
よびＡｌ原料の溶解には、真空アーク溶解法、ＥＢ溶解
法、コールドクルーシブ溶解法などを適用することが好
ましく、これら真空溶解時の雰囲気を1×10^-2Pa以下と
することによって、酸素、窒素、炭素などのガス成分量
を十分に低減することができる。

【００４６】次いで、上述したＴｉ−Ａｌ母合金を回転
電極法により粉体化する。言い換えると、回転電極法を
適用して所望組成のＴｉ−Ａｌ合金粉末を作製する。回
転電極法によれば、真空溶解により得たガス成分量（酸
素、窒素および炭素の各含有量）が少ないＴｉ−Ａｌ母
合金の特性を維持しつつ、所望粒径のＴｉ−Ａｌ合金粉
末を得ることができる。回転電極法によるＴｉ−Ａｌ合
金粉末の粒子径は500μm以下とすることが好ましい。Ｔ
ｉ−Ａｌ合金粉末の粒子径が500μmを超えると、その後
の焼結工程において十分に高密度化できないおそれがあ
る。

【００４７】次に、このようなＴｉ−Ａｌ合金粉末をホ
ットプレス、ＨＩＰ、プラズマ放電焼結などを適用して
焼結して、ターゲット素材としてのＴｉ−Ａｌ合金の焼
結体を作製する。Ｔｉ−Ａｌ合金粉末の焼結は、真空中
にて1000〜1500℃の温度で3時間以上行うことが好まし
い。焼結温度が1000℃未満であったり、また焼結時間が
3時間未満であると、十分に高密度な焼結体を得ること
ができず、また焼結体中のガス成分量も増加するおそれ
がある。一方、焼結温度が1500℃を超えるとＴｉ−Ａｌ
合金の結晶が異常成長し、焼結体の平均結晶粒径が粗大
化したり、また平均結晶粒径のばらつきも大きくなる。
さらに、ガス成分やＭｇ、Ｍｎ、Ｓｉなどの含有量のば
らつきにも悪影響を及ぼす。

【００４８】そして、上述したようなターゲット素材
（Ｔｉ−Ａｌ合金の焼結材）を所望のターゲット形状に
機械加工し、Ａｌ、Ｃｕ、もしくはこれらの合金などか
らなるバッキングプレートと接合することによって、目
的とするスパッタリングターゲット（Ｔｉ−Ａｌ合金タ
ーゲット）が得られる。すなわち、焼結体からなるター
ゲット素材を用いた上で、酸素、窒素および炭素の各ガ
ス成分量を十分に低減すると共に、それらの含有量のば
らつきを抑制したＴｉ−Ａｌ合金ターゲットを再現性よ
く得ることが可能となる。

【００４９】なお、ターゲットとバッキングプレートと
の接合には拡散接合やろう付け接合などが採用される。
ろう付け接合は、公知のＩｎ系やＳｎ系の接合材（ろう
材）を用いて実施することが好ましい。また、Ａｌ系の
バッキングプレートを用いる場合には、ろう付け温度は
600℃以下とする。これはＡｌの融点が660℃であり、60
0℃を超えると塑性変形が生じやすくなるためである。
また、別個のバッキングプレートを使用するのではな
く、ターゲットの作製時にバッキングプレート形状を同
時に形成した一体型のスパッタリングターゲットであっ
てもよい。

【００５０】本発明における第２のスパッタリングター
ゲットは、前述したＡｌ組成を有するＴｉ−Ａｌ合金タ
ーゲットにおいて、Ｚｒ含有量およびＨｆ含有量をそれ
ぞれ100ppb以下としたものである。このような第２のＴ
ｉ−Ａｌ合金ターゲットにおいては、ターゲット全体と
してのＺｒ含有量およびＨｆ含有量のばらつきをそれぞ
れ20％以下とすることが好ましい。第２のＴｉ−Ａｌ合
金ターゲットは、Ｔｉ−Ａｌ合金の溶解材を具備する溶
解ターゲットに対して特に効果を発揮するものである。

【００５１】すなわち、従来のＴｉ−Ａｌ合金の溶解イ
ンゴットに熱間加工を施した際にワレやカケなどが発生
した部分について、ＥＰＭＡやＳＩＭＳ、さらにＧＤＭ
Ｓなどの種々の手法を用いて正常部と比較したところ、
ワレやカケなどが発生した部分は正常部と比較してＺｒ
およびＨｆの含有量が大きく異なることを見出した。Ｚ
ｒおよびＨｆはＴｉと同じ４Ａ族元素であり、Ｔｉと親
和性を有することから、Ｔｉ材中に不純物として存在し
やすい。このようなＺｒやＨｆがＴｉ−Ａｌ合金の溶解
インゴット中に比較的高濃度に存在していると、これら
が粒界部に集中して析出することから、熱間加工時にワ
レやカケなどが発生しやすくなる。

【００５２】そこで、第２のＴｉ−Ａｌ合金ターゲット
においては、例えば熱間加工を施すＴｉ−Ａｌ合金の溶
解インゴット中のＺｒ含有量およびＨｆ含有量、ひいて
はＴｉ−Ａｌ合金ターゲット中のＺｒ含有量およびＨｆ
含有量をそれぞれ100ppb以下としている。ＺｒおよびＨ
ｆの含有量をそれぞれ100ppb以下としたＴｉ−Ａｌ合金
材を使用することによって、熱間加工時のワレやカケな
どの発生を抑制することが可能となる。言い換えると、
Ｔｉ−Ａｌ合金材中のＺｒやＨｆの含有量が100ppbを超
えると、熱間加工時にワレやカケが多数発生し、Ｔｉ−
Ａｌ合金ターゲットの製造歩留りが大幅に低下する。Ｚ
ｒおよびＨｆの含有量はそれぞれ50ppb以下とすること
がさらに好ましい。

【００５３】また、Ｔｉ−Ａｌ合金材中のＺｒおよびＨ
ｆの含有量にばらつきが生じている場合にも、熱間加工
時にワレやカケなどが発生しやすく、特にＴｉ−Ａｌ合
金材の外周部に局所的にワレが生じやすくなる。このよ
うな現象はターゲット全体としてのばらつきが20％を超
えると顕著になるため、第２のＴｉ−Ａｌ合金ターゲッ
トではＺｒおよびＨｆの含有量のばらつきをそれぞれ20
％以下とすることが好ましい。これらＺｒやＨｆの含有
量のばらつきはそれぞれ10％以下とすることがより好ま
しい。なお、第２のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットにおい
て、ＺｒやＨｆの含有量とそれらのばらつきは、第１の
Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットにおけるガス成分量とそのば
らつきと同様にして求めるものとする。

【００５４】さらに、第２のＴｉ−Ａｌ合金ターゲット
においても、ガス成分量（酸素、窒素、炭素）とそのば
らつき、またＴｉ−Ａｌ合金の平均結晶粒径とそのばら
つきを、第１のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットと同様に制御
することが好ましい。これらによって、ダストの発生を
抑制することが可能となると共に、得られる薄膜の特性
や膜厚の面内均一性などを高めることができる。

【００５５】本発明における第３のスパッタリングター
ゲットは、前述したＡｌ組成を有するＴｉ−Ａｌ合金タ
ーゲットにおいて、Ｃｕ含有量を10ppm以下およびＡｇ
含有量を1ppm以下としたものである。このような第３の
Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットにおいては、ターゲット全体
としてのＣｕ含有量およびＡｇ含有量のばらつきをそれ
ぞれ30％以下とすることが好ましい。第３のＴｉ−Ａｌ
合金ターゲットは、Ｔｉ−Ａｌ合金の溶解材および焼結
材のいずれを具備するターゲットに対しても効果を発揮
するものである。

【００５６】すなわち、ＣｕおよびＡｇは周期律表の中
でも最も高いイオン化率を示す元素である。このような
元素がＴｉ−Ａｌ合金ターゲット中に比較的高濃度に存
在していると、スパッタ成膜時にこれらの元素（Ｃｕお
よびＡｇ）自体がイオン化してターゲットに戻り、自己
維持放電を引き起こすことになる。このような自己維持
放電が起こると、長時間成膜時にプラズマが不安定な状
態となったり、また異常放電を誘発してダストの発生量
などを増加させる。

【００５７】そこで、第３のＴｉ−Ａｌ合金ターゲット
においては、Ｃｕ含有量を10ppm以下およびＡｇ含有量
を1ppm以下としている。このようなＴｉ−Ａｌ合金ター
ゲットを用いることによって、長時間連続成膜時のプラ
ズマ状態を安定化させることができると共に、異常放電
によるダストの発生などを抑制することが可能となる。
言い換えると、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲット中のＣｕ含有
量が10ppmを超えると、連続放電に悪影響を及ぼし、異
常放電が増加して突発ダストが多数発生する。Ａｇ含有
量が1ppmを超える場合も同様である。Ｔｉ−Ａｌ合金タ
ーゲット中のＣｕ含有量は5ppm以下とすることがさらに
好ましく、またＡｇ含有量は500ppb以下とすることがさ
らに好ましい。

【００５８】また、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲット中のＣｕ
およびＡｇの含有量にばらつきが生じている場合には、
得られる薄膜の膜厚や比抵抗などの特性の均一性が損な
われるおそれが大きくなるため、第３のＴｉ−Ａｌ合金
ターゲットにおいてはＣｕおよびＡｇの含有量のばらつ
きをそれぞれ30％以下とすることが好ましい。これら元
素の含有量のばらつきはそれぞれ15％以下とすることが
より好ましい。なお、第３のＴｉ−Ａｌ合金ターゲット
において、ＣｕやＡｇの含有量とそれらのばらつきは、
第１のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットにおけるガス成分量と
そのばらつきと同様にして求めるものとする。

【００５９】さらに、第３のＴｉ−Ａｌ合金ターゲット
においても、ガス成分量（酸素、窒素、炭素）とそのば
らつき、またＴｉ−Ａｌ合金の平均結晶粒径とそのばら
つきを、第１のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットと同様に制御
することが好ましい。これらによって、ダストの抑制効
果や薄膜の特性の均一性などをより一層高めることが可
能となる。加えて、第３のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットに
溶解材を適用する場合には、ＺｒおよびＨｆの各含有量
とそのばらつきを、第２のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットと
同様に制御することが好ましい。これらによって、ター
ゲットの製造歩留りを高めることができる。

【００６０】上述した第２および第３のＴｉ−Ａｌ合金
ターゲットは、例えば以下に示す製造方法を適用するこ
とにより再現性よく得ることができる。ここでは、溶解
ターゲットについて主として説明する。

【００６１】まず、4N以上の高純度Ｔｉ材（例えば針状
Ｔｉ）を用意し、これを例えばＥＢ溶解する。この際、
ＥＢ溶解の真空チャンバ内を1×10^-5Pa以下の真空雰囲
気とすることが好ましく、さらにＥＢ溶解は3回以上繰
り返し行うことが好ましい。このような条件下でＥＢ溶
解を行うことで、Ｔｉ材中のＺｒやＨｆ、またＣｕやＡ
ｇの含有量を所定値以下とすることができる。特に、Ｚ
ｒやＨｆはＴｉからの分離が難しいことから、例えばＥ
Ｂ溶解の繰り返し回数を5回以上とすることが好まし
い。

【００６２】一方、Ａｌ材については、ＺｒやＨｆの含
有量のみを低減する場合には市販の4N以上のＡｌ材をそ
のまま用いてもよいが、ＣｕやＡｇの含有量を低減する
場合には4N以上のＡｌ材を例えばゾーンリファイニング
法を用いて3回以上処理することが好ましい。このよう
な処理を適用することによって、ＣｕやＡｇの含有量を
所定値以下とすることができる。

【００６３】次いで、上述したような処理を施したＴｉ
材とＡｌ材を所望の組成比となるように秤量した後、例
えば真空アーク溶解法、ＥＢ溶解法、コールドクルーシ
ブ溶解法などを適用して溶解し、所望組成のＴｉ−Ａｌ
母合金（Ｔｉ_l-xＡｌ_x（ｘ＝0.05〜0.5））のインゴッ
トを作製する。インゴットのサイズは直径100〜300mmの
範囲とすることが好ましい。ここで、真空溶解に用いら
れるるつぼはＣｕが主流であるが、Ｃｕるつぼを用いる
と溶解された鋳塊が凝固していく過程で、鋳塊の表面に
ＣｕるつぼからわずかにＣｕが拡散するおそれがある。
このようなＣｕの拡散を防ぐためには、Ａｕるつぼを使
用することが好ましい。

【００６４】なお、第３のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットに
焼結ターゲットを適用する場合には、上述したようなＴ
ｉ−Ａｌ合金インゴットを回転電極法により粉末化し、
このＴｉ−Ａｌ合金粉末を前述したような方法で焼結す
ることによって、焼結材からなる第３のＴｉ−Ａｌ合金
ターゲットを得ることができる。

【００６５】次に、得られたＴｉ−Ａｌ合金インゴット
に対して、熱間鍛造や圧延などの塑性加工を施す。Ｚｒ
やＨｆの含有量を低減したＴｉ−Ａｌ合金インゴットを
使用することによって、熱間加工時のワレやカケの発生
を抑制することが可能となる。また、この際の加工率は
50〜98％の範囲とすることが好ましい。さらに、Ｚｒや
Ｈｆの含有量、またＣｕやＡｇの含有量のばらつきを制
御する上で、熱間加工時の熱処理温度と保持時間が重要
となる。具体的には、熱処理温度は1100〜1500℃の範囲
とすることが好ましく、またそのような温度での保持時
間は3時間以上とすることが好ましい。

【００６６】すなわち、熱間加工時の熱処理温度が1100
℃未満であると、塑性加工の最中にワレやカケなどが生
じやすくなってしまう。一方、熱処理温度が1500℃を超
えると、Ｔｉ−Ａｌ合金の結晶粒径が粗大化してしま
い、ターゲットに要求される特性として重要な平均結晶
粒径を十分に制御することができなくなる。さらに、拡
散係数が高いＣｕやＡｇが素材表面部に積極的に現れる
ようになるため、これらの含有量のばらつきが大きくな
りやすくなる。

【００６７】このようにして作製したターゲット素材と
してのＴｉ−Ａｌ合金材（溶解・加工材）に1000〜1500
℃の温度で2時間以上の熱処理を施し、Ｔｉ−Ａｌ合金
を再結晶化させる。再結晶化のための熱処理温度は、結
晶粒の粗大化を抑制する上で1000〜1500℃の範囲とする
ことが好ましい。そして、熱処理後のＴｉ−Ａｌ合金材
を所望のターゲット形状に機械加工した後、Ａｌ、Ｃ
ｕ、もしくはこれらの合金などからなるバッキングプレ
ートと接合することによって、目的とするスパッタリン
グターゲット（Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲット）が得られ
る。

【００６８】すなわち、溶解・加工材からなるターゲッ
ト素材を用いた上で、熱間加工時のワレやカケなどの発
生を抑制することができるため、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲ
ットの製造歩留りを大幅に高めることが可能となる。さ
らには、ＣｕやＡｇの含有量を十分に低減すると共に、
それらの含有量のばらつきを抑制したＴｉ−Ａｌ合金タ
ーゲットを再現性よく得ることができる。バッキングプ
レートとの接合には、前述した方法が適用される。

【００６９】なお、本発明のスパッタリングターゲット
（Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲット）中の上述した各元素以外
の不純物元素については、一般的な高純度金属材のレベ
ル程度であれは多少含んでいてもよい。Ｔｉ−Ａｌ合金
ターゲットの純度は、［100−（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｎ
ａ，Ｋ，Ｕ，Ｔｈの合計含有量）］×100（％）で表さ
れる純度が99.9％以上であることが好ましい。

【００７０】本発明のスパッタリングターゲット（Ｔｉ
−Ａｌ合金ターゲット）は、例えばＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜
（Ｔｉ_1-xＡｌ_xＮ膜（0.05≦ｘ≦0.5））の成膜に用い
られるものである。このようなＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜は、本
発明のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットを用いて、例えばＡｒ
とＮ₂の混合ガス中で反応性スパッタを行うことで得る
ことができる。得られるＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜は拡散防止層
としての特性に優れると共に、ダストの混入数も大幅に
低減されたものとなる。すなわち、本発明のＴｉ−Ａｌ
合金ターゲットを用いることによって、特性および品質
に優れる拡散防止層（Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜）を歩留りよく
得ることができる。

【００７１】上述したＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜は、酸素をはじ
めとする各種元素に対するバリア特性、特に高温下での
バリア特性に優れ、かつ抵抗率が200μΩ・cm以下とい
うような低抵抗を有する。従って、このようなＴｉ−Ａ
ｌ−Ｎ膜を半導体基板と各種素子との間の拡散防止層と
して用いることによって、例えば高温アニール（例えば
600℃以上）による酸素や他の元素の相互拡散を防ぐこ
とができる。また、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜自体の酸化も防ぐ
ことができるため、素子構成層との界面での付着力の低
下を抑えることが可能となる。すなわち、素子構成層の
剥がれなどを抑制することができる。

【００７２】上述したＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜は、半導体基板
に対する拡散防止層として好適である。具体的には、ス
イッチ用トランジスタを形成した半導体基板とペロブス
カイト型酸化物からなる誘電体薄膜を用いた薄膜キャパ
シタ（メモリセル）とを組合せた、ＦｅＲＡＭやＤＲＡ
Ｍなどの半導体メモリに対して特に有効である。

【００７３】図１は本発明のＴｉ−Ａｌ合金ターゲット
を用いて成膜したＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜を拡散防止層として
具備する電子部品（ＦｅＲＡＭやＤＲＡＭなどの半導体
メモリ）の一構成例を示す断面図である。同図におい
て、１は図示を省略したスイッチ用トランジスタが形成
された半導体基板（Ｓｉ基板）であり、図示しないスイ
ッチ用トランジスタに電気的に接続されたＷプラグ２を
有している。この半導体基板１上には拡散防止層とし
て、上述した本発明のスパッタリングターゲットを用い
て形成したＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜３が形成されており、さら
にその上に薄膜キャパシタ４が形成されている。

【００７４】薄膜キャパシタ４は、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜３
上に順に形成された下部電極５、誘電体薄膜６および上
部電極７を有している。下部電極５には、Ｐｔ、Ａｕ、
Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｒｕなどの貴金属、およびそ
れらの合金（Ｐｔ−ＲｈやＰｔ−Ｒｕなど）、あるいは
ＳｒＲｕＯ₃、ＣａＲｕＯ₃、ＢａＲｕＯ₃およびこれら
の固溶系（例えば（Ｂａ，Ｓｒ）ＲｕＯ₃や（Ｓｒ，Ｃ
ａ）ＲｕＯ₃）などの導電性ペロブスカイト型酸化物が
使用される。上部電極７の構成材料は特に限定されるも
のではないが、下部電極５と同様に貴金属（合金を含
む）や導電性ペロブスカイト型酸化物などを使用するこ
とが好ましい。

【００７５】誘電体薄膜６としては、ペロブスカイト型
結晶構造を有する誘電性材料が好適である。このような
誘電性材料としては、ＡＢＯ₃で表されるペロブスカイ
ト型酸化物が挙げられる。特に、チタン酸バリウム（Ｂ
ａＴｉＯ₃（ＢＴＯ））や、このＢＴＯのＡサイト元素
（Ｂａ）の一部をＳｒやＣａなどの元素で置換したり、
またＢサイト元素（Ｔｉ）の一部をＺｒ、Ｈｆ、Ｓｎな
どの元素で置換したペロブスカイト型酸化物（ＢＳＴＯ
など）が好ましく用いられる。

【００７６】なお、誘電体薄膜６にはＢＴＯやＢＳＴＯ
以外のペロブスカイト型酸化物、例えばＳｒＴｉＯ₃、
ＣａＴｉＯ₃、ＢａＳｎＯ₃、ＢａＺｒＯ₃などの単純ぺ
ロブスカイト型酸化物、Ｂａ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃、
Ｂａ（Ｍｇ_1/3Ｔａ_2/3）Ｏ₃などの複合ぺロブスカイト
型酸化物、およびこれらの固溶系などを適用することも
可能である。ぺロブスカイト型酸化物の組成について
は、化学量論比からの多少のずれは許容されることは言
うまでもない。

【００７７】このような半導体メモリにおいては、バリ
ア特性および耐酸化性に優れるＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜３から
なる拡散防止層によって、半導体基板１上にその特性を
低下させることなく薄膜キャパシタ４を良好に形成する
ことができる。特に、薄膜キャパシタ４の下部電極５と
Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜３との間の剥離、またＴｉ−Ａｌ−Ｎ
膜３とＷプラグ２との間の剥離などを良好に抑制するこ
とができる。Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜３の膜厚は、拡散防止効
果が得られる範囲内で薄い方がよく、具体的には10〜50
nmの範囲とすることが好ましい。

【００７８】

【実施例】次に、本発明の具体的な実施例およびその評
価結果について説明する。

【００７９】実施例１ まず、4N5のＴｉ材と4NのＡｌ材を用意し、これらをＴ
ｉ−30原子％Ａｌ組成の配合となるように秤量した。次
いで、これらを1×10^-2Pa以下の真空中で真空アーク溶
解法により溶解し、直径80mmのＴｉ−Ａｌ合金インゴッ
トを作製した。このＴｉ−Ａｌ合金インゴットを直径70
mm×長さ100mmの電極材に加工した後、この電極材を用
いて回転電極法（回転数：8000rpm以上）によって、平
均粒子径が300μmのＴｉ−Ａｌ合金粉末を作製した。

【００８０】次に、上記したＴｉ−Ａｌ合金粉末を内径
130mmのカーボンモールドに充填し、ホットプレス装置
を用いて焼結した。ホットプレス焼結は、真空中にて12
00℃×5時間、昇温速度10℃/min、圧力25MPaの条件下で
実施した。このようにして得たＴｉ−Ａｌ合金の焼結体
を機械加工した後、Ａｌ製バッキングプレートとろう付
け接合し、さらに機械加工を施すことによって、直径12
7mm×厚さ5mmのＴｉ−Ａｌ合金ターゲットを得た。

【００８１】このようにして得たＴｉ−Ａｌ合金ターゲ
ットの酸素、窒素、炭素の各含有量とそれらのばらつ
き、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉの各含有量とそれらのばらつきを
測定した。測定方法は前述した通りである。測定装置
は、酸素および窒素についてはLECO社製TC-436、炭素に
ついてはLECO社製CS444、Ｍｇ、ＭｎおよびＳｉについ
てはセイコー電子工業社製SPS-1200Aを用いた。さら
に、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットの平均結晶粒径とそのば
らつきを測定、評価した。測定方法は前述した通りであ
る。これらの結果を表１および表２に示す。そして、こ
のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットを後述する特性評価に供し
た。

【００８２】実施例２ まず、3N5のＴｉ材と4NのＡｌ材を用意し、これらをＴ
ｉ−45原子％Ａｌ組成の配合となるように秤量した。次
いで、これらを1×10^-2Pa以下の真空中でコールドクル
ーシブ法により溶解し、直径80mmのＴｉ−Ａｌ合金イン
ゴットを作製した。このＴｉ−Ａｌ合金インゴットを直
径70mm×長さ100mmの電極材に加工した後、この電極材
を用いて回転電極法（回転数：10000rpm以上）によっ
て、平均粒子径が150μmのＴｉ−Ａｌ合金粉末を作製し
た。

【００８３】次に、上記したＴｉ−Ａｌ合金粉末を内径
130mmのカーボンモールドに充填し、ホットプレス装置
を用いて焼結した。ホットプレス焼結は、真空中にて14
00℃×5時間、昇温速度10℃/min、圧力30MPaの条件下で
実施した。このようにして得たＴｉ−Ａｌ合金の焼結体
を機械加工した後、Ａｌ製バッキングプレートとろう付
け接合し、さらに機械加工を施すことによって、直径12
7mm×厚さ5mmのＴｉ−Ａｌ合金ターゲットを得た。

【００８４】このようにして得たＴｉ−Ａｌ合金ターゲ
ットの酸素、窒素、炭素の各含有量とそれらのばらつ
き、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉの各含有量とそれらのばらつきを
測定した。測定方法は前述した通りである。さらに、Ｔ
ｉ−Ａｌ合金ターゲットの平均結晶粒径とそのばらつき
を測定、評価した。測定方法は前述した通りである。こ
れらの結果を表１および表２に示す。そして、このＴｉ
−Ａｌ合金ターゲットを後述する特性評価に供した。

【００８５】実施例３ まず、2N5のＴｉ材と3NのＡｌ材を用意し、これらをＴ
ｉ−35原子％Ａｌ組成の配合となるように秤量した。次
いで、これらを1×10^-2Pa以下の真空中で真空アーク溶
解法により溶解し、直径80mmのＴｉ−Ａｌ合金インゴッ
トを作製した。このＴｉ−Ａｌ合金インゴットを直径70
mm×長さ100mmの電極材に加工した後、この電極材を用
いて回転電極法（回転数：5000rpm以上）によって、平
均粒径が450μmのＴｉ−Ａｌ合金粉末を作製した。

【００８６】次に、上記したＴｉ−Ａｌ合金粉末を内径
130mmのカーボンモールドに充填し、ホットプレス装置
を用いて焼結した。ホットプレス焼結は、真空中にて17
00℃×5時間、昇温速度10℃/min、圧力25MPaの条件下で
実施した。このようにして得たＴｉ−Ａｌ合金の焼結体
を機械加工した後、Ａｌ製バッキングプレートとろう付
け接合し、さらに機械加工を施すことによって、直径12
7mm×厚さ5mmのＴｉ−Ａｌ合金ターゲットを得た。

【００８７】このようにして得たＴｉ−Ａｌ合金ターゲ
ットの酸素、窒素、炭素の各含有量とそれらのばらつ
き、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉの各含有量とそれらのばらつきを
測定した。測定方法は前述した通りである。さらに、Ｔ
ｉ−Ａｌ合金ターゲットの平均結晶粒径とそのばらつき
を測定、評価した。測定方法は前述した通りである。こ
れらの結果を表１および表２に示す。そして、このＴｉ
−Ａｌ合金ターゲットを後述する特性評価に供した。

【００８８】比較例１ まず、粉末冶金法によりＴｉ−30原子％Ａｌ組成のＴｉ
−Ａｌ合金材を作製した。このＴｉ−Ａｌ合金材を機械
加工した後、Ａｌ製バッキングプレートとろう付け接合
し、さらに機械加工を施すことによって、直径127mm×
厚さ5mmのＴｉ−Ａｌ合金ターゲットを得た。

【００８９】このようにして得たＴｉ−Ａｌ合金ターゲ
ットの酸素、窒素、炭素の各含有量とそれらのばらつ
き、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉの各含有量とそれらのばらつきを
測定した。測定方法は前述した通りである。さらに、Ｔ
ｉ−Ａｌ合金ターゲットの平均結晶粒径とそのばらつき
を測定、評価した。測定方法は前述した通りである。こ
れらの結果を表１および表２に示す。そして、このＴｉ
−Ａｌ合金ターゲットを後述する特性評価に供した。

【００９０】

【表１】

【００９１】

【表２】

【００９２】上述した実施例１〜３および比較例１によ
る各Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットをそれぞれ用いて、4イ
ンチのＳｉ基板上に反応性スパッタによりＴｉ−Ａｌ−
Ｎ膜を100nmの厚さで成膜した。スパッタガスにはＡｒ1
0sccmとＮ₂ 20sccmの混合ガスを用い、またスパッタ条
件は基板−ターゲット間距離：150mm、背圧：1×10^-5P
a、ＤＣ出力：2kW、スパッタ時間：10minとした。この
ような条件下でスパッタ成膜した際のアーク発生回数、
および得られた各Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜の膜厚均一性とダス
ト数を測定、評価した。

【００９３】アーク発生回数はマイクロアークカウンタ
を使用して測定した。ダスト数はダスト測定器WM3を用
いて測定した。また、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜の膜厚均一性に
ついては、基板直径に対して端部から5mm間隔で膜厚を
被覆段差計を用いて測定し、これらの値の最大値と最小
値とから、［（最大膜厚−最小膜厚）／（最大膜厚＋最
小膜厚）×100（％）］の式に基づいて膜厚均一性を求
めた。これらの結果を表３に示す。なお、各測定値は3
枚のＳｉ基板にスパッタ成膜した際の平均値である。

【００９４】

【表３】

【００９５】表３から明らかなように、実施例１〜３に
よるＴｉ−Ａｌ合金ターゲットは、いずれもアーク発生
回数が少なく、またダストの発生数も比較例１に比べて
大幅に低減されていることが分かる。また、実施例１〜
３によるＴｉ−Ａｌ合金ターゲットを用いて成膜したＴ
ｉ−Ａｌ−Ｎ膜は、いずれも膜厚の面内均一性に優れて
いることが分かる。

【００９６】実施例４、比較例２ まず、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＣｕおよびＡｇの各含有量を
変化させた7種類のＴｉ−Ａｌ合金インゴット（Ｔｉ−1
0原子％Ａｌ組成）を用意した。これらのＴｉ−Ａｌ合
金インゴットは、Ｔｉ材のＥＢ溶解の回数やＡｌ材のゾ
ーンリファイニングの回数などを変化させることにより
調整したものである。

【００９７】次に、これらＴｉ−Ａｌ合金インゴットに
対して1100℃×3hrの熱処理を施した後、連続して熱間
鍛造を行った。この後、再結晶化のために1100℃×2hr
の条件で熱処理を施して、それぞれターゲット素材とし
てのＴｉ−Ａｌ合金材を作製した。これら各ターゲット
素材を機械加工した後、Ａｌ製バッキングプレートとろ
う付け接合し、さらに機械加工を施すことによって、直
径300mm×厚さ5mmのＴｉ−Ａｌ合金ターゲットをそれぞ
れ得た。

【００９８】このようにして得た各Ｔｉ−Ａｌ合金ター
ゲットを用いて、実施例１と同一条件下でＴｉ−Ａｌ−
Ｎ膜をスパッタ成膜した。そして、このスパッタ成膜時
におけるアーク発生回数と得られた各Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜
のダスト数を、実施例１と同様にして測定、評価した。
これらの結果を表４に併せて示す。なお、各測定値は10
枚のＳｉ基板にスパッタ成膜した際の平均値である。

【００９９】

【表４】

【０１００】表４から明らかなように、Ｃｕ含有量およ
びＡｇ含有量が共に少ないＴｉ−Ａｌ合金ターゲット
（試料1〜5）は、いずれもアーク発生回数が少なく、ま
たダストの発生数もＣｕ含有量やＡｇ含有量が多いＴｉ
−Ａｌ合金ターゲット（試料6〜7）に比べて大幅に低減
されていることが分かる。

【０１０１】実施例５、比較例３ まず、ＣｕおよびＡｇの含有量が異なる6種類のＴｉ−
Ａｌ合金インゴット（Ｔｉ−20原子％Ａｌ組成）を用意
した。これらのＴｉ−Ａｌ合金インゴットは、Ｔｉ材の
ＥＢ溶解の回数やＡｌ材のゾーンリファイニングの回
数、さらにるつぼの材質などを変化させることにより調
整したものである。また、必要に応じてＣｕやＡｇを添
加して含有量やばらつきを調整した。

【０１０２】次に、これらＴｉ−Ａｌ合金インゴットに
対して1100℃×3hrの熱処理を施した後、連続して熱間
鍛造を行った。この後、再結晶化のために1100℃×2hr
の条件で熱処理を施して、それぞれターゲット素材とし
てのＴｉ−Ａｌ合金材を作製した。これら各ターゲット
素材を機械加工した後、Ａｌ製バッキングプレートとろ
う付け接合し、さらに機械加工を施すことによって、直
径300mm×厚さ5mmのＴｉ−Ａｌ合金ターゲットをそれぞ
れ得た。

【０１０３】このようにして得た各Ｔｉ−Ａｌ合金ター
ゲットのＣｕ、Ａｇの各含有量とそれらのばらつきを測
定した。測定方法は前述した通りである。次に、各Ｔｉ
−Ａｌ合金ターゲットを用いて、実施例１と同一条件下
でＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜をスパッタ成膜した。そして、スパ
ッタ成膜時におけるアーク発生回数と得られた各Ｔｉ−
Ａｌ−Ｎ膜のダスト数および膜厚の面内均一性を、実施
例１と同様にして測定、評価した。これらの測定、評価
結果を表５に示す。なお、各評価結果は10枚のＳｉ基板
にスパッタ成膜した際の平均値である。

【０１０４】

【表５】

【０１０５】表５から明らかなように、Ｃｕ含有量およ
びＡｇ含有量が共に少ないと共に、それらのばらつきが
小さいＴｉ−Ａｌ合金ターゲットによれば、ダストの発
生数を低減することが可能であると共に、膜厚の面内均
一性に優れるＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜が再現性よく得られるこ
とが分かる。

【０１０６】実施例６、比較例４ まず、数種の純度が異なる針状Ｔｉ（3N材、3N5材、4N
材）と4NのＡｌ材を用意した。Ｔｉ材については、用意
した針状ＴｉのＥＢ溶解の回数を変化させ、数種類のＴ
ｉ鋳塊を作製した。このようなＴｉ材とＡｌ材をＴｉ−
10原子％Ａｌ組成の配合となるように秤量した。次い
で、これらを1×10^-2Pa以下の真空中でコールドクルー
シブ法により溶解し、Ｔｉ−Ａｌ合金インゴットを作製
した。

【０１０７】次に、これらＴｉ−Ａｌ合金インゴットに
対して1100℃×3hrの熱処理を施した後、連続して熱間
鍛造を行った。熱間鍛造後に、合金材のワレおよびカケ
の状態を目視で確認、評価した。ワレおよびカケの評価
結果は、10〜30mmのワレやカケがあるものを×、1〜10m
mのワレやカケがあるものを△、ワレやカケが1mm以下の
ものを○として表６に示した。さらに、熱間鍛造後のＴ
ｉ−Ａｌ合金素材の重量測定を行った。

【０１０８】外観を確認したＴｉ−Ａｌ合金材に1100℃
×2hrの条件で熱処理（再結晶化熱処理）を施した後、
機械加工を行うことによって、直径300mm×厚さ10mmの
Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットをそれぞれ得た。このように
して得た各Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットの重量を測定し
た。そして、ターゲット重量とインゴット重量から、タ
ーゲット歩留り（ターゲット重量／インゴット重量×10
0％）をそれぞれ求めた。これらの結果を表６に示す。

【０１０９】

【表６】

【０１１０】表６から明らかなように、Ｚｒ含有量およ
びＨｆ含有量を本発明の範囲内としたＴｉ−Ａｌ合金タ
ーゲットは、いずれも熱間加工時にワレやカケの発生が
少なく、その結果としてターゲット歩留りが高いことが
分かる。

【０１１１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のスパッタ
リングターゲットによれば、例えばＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜な
どを成膜する際に用いられるＴｉ−Ａｌ合金ターゲット
中の不純物量の低減を図った上で、ターゲットの製造歩
留りを高めると共に、膜品質の向上などを図ることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のスパッタリングターゲットを用いて
成膜したＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜を拡散防止層として有する電
子部品（薄膜キャパシタ）の一構成例を示す要部断面図
である。

【符号の説明】

１……半導体基板，２……Ｗプラグ，３……Ｔｉ−Ａｌ
−Ｎ膜，４……薄膜キャパシタ，５……下部電極，６…
…誘電体薄膜，７……上部電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石上 隆 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 鈴木 幸伸 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 高阪 泰郎 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 小松 透 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 4K029 BA58 BD01 DC04 DC09 4M104 BB36 DD40 DD42 FF18 HH05

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａｌを5〜50原子％の範囲で含有するＴ
   ｉ−Ａｌ合金からなるスパッタリングターゲットであっ
   て、 前記ターゲットの酸素含有量が500ppm以下、窒素含有量
   が50ppm以下、および炭素含有量が100ppm以下であり、
   かつターゲット全体としての前記酸素含有量、窒素含有
   量および炭素含有量のばらつきがそれぞれ20％以下であ
   ることを特徴とするスパッタリングターゲット。
2. 【請求項２】 請求項１記載のスパッタリングターゲッ
   トにおいて、 前記Ｔｉ−Ａｌ合金の平均結晶粒径が10mm以下であり、
   かつターゲット全体としての前記平均結晶粒径のばらつ
   きが20％以下であることを特徴とするスパッタリングタ
   ーゲット。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載のスパッタ
   リングターゲットにおいて、 前記ターゲットのＭｇ含有量が50ppm以下、Ｍｎ含有量
   が50ppm以下、およびＳｉ含有量が100ppm以下であり、
   かつターゲット全体としての前記Ｍｇ含有量、Ｍｎ含有
   量およびＳｉ含有量のばらつきがそれぞれ20％以下であ
   ることを特徴とするスパッタリングターゲット。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
   記載のスパッタリングターゲットにおいて、 前記ターゲットは前記Ｔｉ−Ａｌ合金の焼結材を具備す
   ることを特徴とするスパッタリングターゲット。
5. 【請求項５】 Ａｌを5〜50原子％の範囲で含有するＴ
   ｉ−Ａｌ合金からなるスパッタリングターゲットであっ
   て、 前記ターゲットのＺｒ含有量およびＨｆ含有量がそれぞ
   れ100ppb以下であることを特徴とするスパッタリングタ
   ーゲット。
6. 【請求項６】 請求項５記載のスパッタリングターゲッ
   トにおいて、 ターゲット全体としての前記Ｚｒ含有量およびＨｆ含有
   量のばらつきがそれぞれ20％以下であることを特徴とす
   るスパッタリングターゲット。
7. 【請求項７】 Ａｌを5〜50原子％の範囲で含有するＴ
   ｉ−Ａｌ合金からなるスパッタリングターゲットであっ
   て、 前記ターゲットのＣｕ含有量が10ppm以下、およびＡｇ
   含有量が1ppm以下であることを特徴とするスパッタリン
   グターゲット。
8. 【請求項８】 請求項７記載のスパッタリングターゲッ
   トにおいて、 ターゲット全体としての前記Ｃｕ含有量およびＡｇ含有
   量のばらつきがそれぞれ30％以下であることを特徴とす
   るスパッタリングターゲット。
9. 【請求項９】 請求項５ないし請求項８のいずれか１項
   記載のスパッタリングターゲットにおいて、 前記ターゲットは前記Ｔｉ−Ａｌ合金の溶解材を具備す
   ることを特徴とするスパッタリングターゲット。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし請求項９のいずれか１
    項記載のスパッタリングターゲットにおいて、 前記ターゲットはバッキングプレートと接合されている
    ことを特徴とするスパッタリングターゲット。
11. 【請求項１１】 Ｔｉ材とＡｌ材を真空溶解法により溶
    解してＴｉ−Ａｌ母合金を作製する工程と、 前記Ｔｉ−Ａｌ母合金を回転電極法により粉体化する工
    程と、 前記Ｔｉ−Ａｌ合金粉末を焼結してターゲット素材を作
    製する工程と、 前記ターゲット素材を所望のターゲット形状に加工する
    工程とを具備することを特徴とするスパッタリングター
    ゲットの製造方法。