JP2004068073A - 導電性酸化物焼結体、同焼結体からなるスパッタリングターゲット及びこれらの製造方法 - Google Patents

導電性酸化物焼結体、同焼結体からなるスパッタリングターゲット及びこれらの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】Biの添加量及び焼結条件を改善することにより、SrRuO系導電性酸化物焼結体の相対密度の向上を図り、薄膜を形成する際のスパッタリング時におけるパーティクル発生を抑制し、品質及び歩留を向上させた導電性酸化物焼結体、同焼結体からなるスパッタリングターゲット及びこれらの製造方法を提供する。
【解決手段】相対密度が93%以上であることを特徴とするSrRuO系導電性酸化物焼結体。
【選択図】  図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、DRAM、FRAM等の誘電体薄膜メモリーの電極に好適な導電性酸化物焼結体、同焼結体からなるスパッタリングターゲット及びこれらの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、DRAM、FRAM等の誘電体薄膜メモリーの電極としてPt電極が使用されてきたが、Pt電極の触媒作用により強誘電体薄膜が水素劣化することが指摘され、このPt電極に替わるものとして、いくつかの導電性酸化物が提案された。 このような導電性酸化物としては、SrRuO、SrIrO、CaRuO、BaRuO、SrRuO、SrIrOなどがある。
一方、誘電体材料としてはPTZ(PbZrTi1−x)あるいはBST(BaSrTi)が使用されているが、上記導電性酸化物はこれらに対して材質上の適合性があり、しかもバルク抵抗が低いので極めて有望視されている。
【0003】
しかし、上記に挙げた導電性酸化物は、いずれも焼結性が悪いために焼結密度が著しく低いという問題がある。このような低密度の焼結体から得られたスパッタリングターゲットは、該ターゲット中の気孔形態が開気孔となっているため、ターゲット加工時に切削粉等が残り、電極用の薄膜を形成する際のスパッタリング時にパーティクル発生を著しく増加させる問題がある。
また、焼結密度の低いターゲットは、製造工程や操作時さらにはスパッタリング時に割れや欠けが発生し易く、歩留りが低下し、またスパッタリング時にスパッタパワーを上げることができないので、量産コストが低下するという欠点がある。
【0004】
このようなことから、焼結密度を上げるために焼結助剤を添加する提案がなされた。例えば特開2000−247739文献にはBiを0.001mol〜0.5mol添加し相対密度を85%〜90%にまで上げる試みがなされている。
しかし、同文献において相対密度を向上させても、最大90%以下であって、満足できるターゲット密度の向上が得られているとは言えない。
したがって、依然として薄膜を形成する際のスパッタリング時におけるパーティクル発生が多く、品質及び歩留の低下を効果的に抑制することはできなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解決するために、Biの添加量及び焼結条件を改善することにより、SrRuO系導電性酸化物焼結体の相対密度の向上を図り、薄膜を形成する際のスパッタリング時におけるパーティクル発生を抑制し、品質及び歩留を向上させた導電性酸化物焼結体、同焼結体からなるスパッタリングターゲット及びこれらの製造方法を提供する課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
1.相対密度が93%以上であることを特徴とするSrRuO系導電性酸化物焼結体
2.比抵抗が500μΩcm以下であることを特徴とする上記1記載の導電性酸化物焼結体
3.比抵抗が300μΩcm以下であることを特徴とする上記1記載の導電性酸化物焼結体
4.Biを0.3mol〜1.2mol含有することを特徴とする上記1〜3のそれぞれに記載の導電性酸化物焼結体
5.Biを0.5(超)mol〜1.0mol含有することを特徴とする上記1〜3のそれぞれに記載の導電性酸化物焼結体
を提供する。
【0007】
また、本発明は
6.相対密度が93%以上であることを特徴とするSrRuO系導電性酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット
7.比抵抗が500μΩcm以下であることを特徴とする上記6記載の導電性酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット
8.比抵抗が300μΩcm以下であることを特徴とする上記6記載の導電性酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット
9.Biを0.3mol〜1.2mol含有することを特徴とする上記6〜8のそれぞれに記載の導電性酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット10.Biを0.5(超)mol〜1.0mol含有することを特徴とする上記6〜8のそれぞれに記載の導電性酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット
を提供する。
【0008】
また、本発明は
11.SrRuO系導電性酸化物焼結体の製造に際し、焼結助剤としてBiを0.3mol〜1.2mol添加することを特徴とするSrRuO系導電性酸化物焼結体又は同焼結体からなるスパッタリングターゲットの製造方法
12.SrRuO系導電性酸化物焼結体の製造に際し、焼結助剤としてBiを0.5(超)mol〜1.0mol添加することを特徴とするSrRuO系導電性酸化物焼結体又は同焼結体からなるスパッタリングターゲットの製造方法
13.SrRuO系導電性酸化物焼結体の製造に際し、焼結温度1400〜1700°Cで焼結することを特徴とするSrRuO系導電性酸化物焼結体又は同焼結体からなるスパッタリングターゲットの製造方法
14.SrRuO系導電性酸化物焼結体の製造に際し、焼結温度1400〜1700°Cで焼結することを特徴とする上記11又は12記載のSrRuO系導電性酸化物焼結体又は同焼結体からなるスパッタリングターゲットの製造方法を提供する。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明は、スパッタリングターゲットの材料として、DRAM、FRAM等の誘電体薄膜メモリー用薄膜電極等の形成に利用することができるペロブスカイト型SrRuO系導電性酸化物に関するものであり、SrRuO系導電性酸化物の密度向上を目途として改良を重ねた結果、相対密度が93%以上であるSrRuO系導電性酸化物焼結体及びスパッタリングターゲットを得ることが可能となった。本発明は、さらにこれらの製造方法を提供するものである。
本発明のSrRuO系導電性酸化物焼結体及びスパッタリングターゲットは、比抵抗500μΩcm以下、さらに比抵抗300μΩcm以下である材料を得ることができ、電極材料として好適な導電性を得ることができる。相対密度が向上すると比抵抗がさらに減少する傾向がある。
従来の技術において、比抵抗500μΩcm以下であり、かつ相対密度が93%以上であるSrRuO系導電性酸化物は存在せず、本発明において初めて達成されたものである。
【0010】
本発明のSrRuO系導電性酸化物焼結体の製造に際しては、焼結助剤としてBiを0.3mol〜1.2mol添加する。好ましくはBiを0.5(超)mol〜1.0mol添加して焼結する。これによって、SrRuO系導電性酸化物焼結体及びスパッタリングターゲット中には、Bi0.3mol〜1.2mol、好ましくはBi0.5(超)mol〜1.0molが含有される。
焼結性を改善し、高密度のSrRuO系導電性酸化物焼結体を得るためには、Biを0.3mol以上添加することが必要であり、より好ましくはBi0.5molを超えて添加するのが望ましい。Bi0.3mol未満では、密度93%以上を達成することができない。
但し、SrRuO系導電性酸化物焼結体及びスパッタリングターゲット中のBiが増加すると、スパッタ膜中のBiが増え、比抵抗が高くなる傾向がある。また、1.2molを超えると、スパッタ膜中に第2層ができ、これがBSTO膜あるいはPZT膜との界面にBi化合物が生じ、誘電特性を低下させる問題を生ずる。以上から、添加量の上限を1.2mol、より好ましくは1.0molとした。
【0011】
さらに、SrRuO系導電性酸化物焼結体の製造において、焼結温度1400〜1700°Cで焼結することが望ましい。焼結温度1400°Cとすることにより焼結性を著しく改善することができ、高密度ターゲットを製造することができる。
焼結温度が1700°Cを超えるとRuOの蒸発が激しくなり、SrRuOが生成し、導電性が低下するので、1700°C以下とする必要がある。
以上によって得られた相対密度が93%以上である高密度SrRuO系導電性酸化物焼結体ターゲットは、該ターゲット中の気孔形態が閉気孔となっている(開気孔が残存していない)ため、ターゲット加工時の切削粉等が残存することがなく、スパッタリングによる電極用の薄膜を形成する際に、パーティクル発生を著しく減少させることができる。
高密度ターゲットは、上記のように比抵抗を減少させる効果があり、また製造工程や操作時さらにはスパッタリング時に割れや欠けが発生することなく、製品歩留りを向上させることができという著しい利点がある。さらに、スパッタリング時にスパッタパワーを上げることができ生産コストも向上させることができるという効果がある。
【0012】
【実施例及び比較例】
次に、実施例について説明する。なお、本実施例は発明の一例を示すためのものであり、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想に含まれる他の態様及び変形を含むものである。
【0013】
(実施例1〜3、比較例1〜2)
純度5N(99.999%)のSrCO粉及び純度4N(99.99%)のRuO粉を出発原料とし、両粉末をモル比1:1となるように秤量後、純水を媒体としてボールミル混合した。得られたスラリーを乾燥した後、大気中、1000°C×10時間の条件で熱合成を行い、SrRuO単相粉末を作製した。
次に、純度4NのBi粉末をSrRuO粉末に対し、0(無添加)、0.2、0.5、0.8、1.0及び1.2モル%添加してそれぞれ個別の試料とし、これらを再びボールミルで混合・粉砕を実施した。
この混合スラリーを乾燥した後、有機バインダーを添加して一軸プレス成形で予備成形した後、1500kg/cmの圧力でCIP成形した。各成形体を半密閉のアルミナ容器内にセットし、1300°C(比較例1)、1400°C(実施例1)、1600°C(実施例2)、1700°C(実施例3)、1750°C(比較例2)で焼成した。
焼結後、焼結体の表面からRuO欠損層を除去した後、密度及び比抵抗を測定した。その結果を表1に示す。
【0014】
【表1】
Figure 2004068073
【0015】
表1において、○印は比抵抗300μΩcm以下であることを示すが、比較例1の焼成温度1300°Cにおいても、Bi添加量が多い場合は、300μΩcm以下を示すが、93%以上の十分な密度が得られていないことが分かる。
しかし、実施例1〜3である1400°C〜1700°Cでは93%以上の十分な密度が得られている。比較例2に示すように、1750°Cの焼成温度で一部、93%の高密度焼結体が得られているが、上記のように、焼結温度が1700°Cを超えるとRuOの蒸発が激しくなり、SrRuOが生成し膜の性質が変化するという問題があるので、避ける必要がある。
1700°Cで焼成した場合のBi添加量と相対密度の関係は、図1に示すように、相対密度は添加量0.3mol%以上で93%以上となり、Bi添加量の増加と共に、相対密度が上昇する傾向にある。
また、1700°Cで焼成した場合のBi添加量と比抵抗の関係を同様に図1に示す。この図1に示すように、Bi添加量0.2mol%以上で、比抵抗が300μΩcm以下を達成することができる。
【0016】
次に、1700°Cで焼成したBi添加量0.2、0.3、0.8mol%の焼結体を、機械加工によりφ200mm×6mmtのターゲットに作製した。
このようにして作製したターゲットを用いてスパッタリングを行い、6インチ型ウエハー上のパーティクルを測定した。この結果0.3μm以上の寸法のパーティクルがそれぞれ89、14、13ヶであった。
本発明の範囲内に入るターゲットの相対密度はいずれも93%以上であり、またパーティクル数は20ヶ以下であった。そして、1400°C〜1700°Cでの最適な焼結条件下で、相対密度の向上を達成することができた。
しかし、本発明の範囲を外れる密度が低い焼結体ターゲットは、パーティクルの発生も多いという結果となった。
以上から、本発明の実施例の優位性は明らかであり、優れた特性を有することが分かる。
【0017】
【発明の効果】
本発明の相対密度が93%以上である高密度SrRuO系導電性酸化物焼結体ターゲットは、該ターゲット中の気孔形態が閉気孔となっている(開気孔が残存していない)ため、ターゲット加工時の切削粉等が残存することがなく、スパッタリングによる電極用の薄膜を形成する際に、パーティクル発生を著しく減少させることができる。
また、高密度ターゲットは、比抵抗をより減少させる効果があり、また製造工程や操作時さらにはスパッタリング時に割れや欠けが発生することなく、製品歩留りを向上させることができという著しい利点がある。さらに、スパッタリング時にスパッタパワーを上げることができ生産コストも向上させることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】1700°Cで焼成した場合のBi添加量と比抵抗及び相対密度との関係を示す図である。

Claims (14)

  1. 相対密度が93%以上であることを特徴とするSrRuO系導電性酸化物焼結体。
  2. 比抵抗が500μΩcm以下であることを特徴とする請求項1記載の導電性酸化物焼結体。
  3. 比抵抗が300μΩcm以下であることを特徴とする請求項1記載の導電性酸化物焼結体。
  4. Biを0.3mol〜1.2mol含有することを特徴とする請求項1〜3のそれぞれに記載の導電性酸化物焼結体。
  5. Biを0.5(超)mol〜1.0mol含有することを特徴とする請求項1〜3のそれぞれに記載の導電性酸化物焼結体。
  6. 相対密度が93%以上であることを特徴とするSrRuO系導電性酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット。
  7. 比抵抗が500μΩcm以下であることを特徴とする請求項6記載の導電性酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット。
  8. 比抵抗が300μΩcm以下であることを特徴とする請求項6記載の導電性酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット。
  9. Biを0.3mol〜1.2mol含有することを特徴とする請求項6〜8のそれぞれに記載の導電性酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット。
  10. Biを0.5(超)mol〜1.0mol含有することを特徴とする請求項6〜8のそれぞれに記載の導電性酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット。
  11. SrRuO系導電性酸化物焼結体の製造に際し、焼結助剤としてBiを0.3mol〜1.2mol添加することを特徴とするSrRuO系導電性酸化物焼結体又は同焼結体からなるスパッタリングターゲットの製造方法。
  12. SrRuO系導電性酸化物焼結体の製造に際し、焼結助剤としてBiを0.5(超)mol〜1.0mol添加することを特徴とするSrRuO系導電性酸化物焼結体又は同焼結体からなるスパッタリングターゲットの製造方法。
  13. SrRuO系導電性酸化物焼結体の製造に際し、焼結温度1400〜1700°Cで焼結することを特徴とするSrRuO系導電性酸化物焼結体又は同焼結体からなるスパッタリングターゲットの製造方法。
  14. SrRuO系導電性酸化物焼結体の製造に際し、焼結温度1400〜1700°Cで焼結することを特徴とする請求項11又は12記載のSrRuO系導電性酸化物焼結体又は同焼結体からなるスパッタリングターゲットの製造方法。
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