JP2016074962A - W-Ti sputtering target - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば半導体素子を実装する際に用いられるバンプと下地電極との間に、相互の元素の拡散を防止する拡散防止層としてＷ−Ｔｉ膜を成膜するためのＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットに関するものである。 The present invention provides, for example, a W-Ti sputtering target for forming a W-Ti film as a diffusion preventing layer for preventing diffusion of mutual elements between a bump and a base electrode used when mounting a semiconductor element. It is about.
従来、半導体チップを基板に実装する際には、例えばＡｌ電極やＣｕ電極の上にＡｕバンプやはんだバンプ等を形成している。
ここで、例えばＡｌ電極とＡｕバンプとが直接接触させられた場合には、ＡｌとＡｕとが相互に拡散してＡｌとＡｕの金属間化合物が形成されてしまい、電気抵抗が上昇したり密着性が低下したりするおそれがあった。また、例えばＣｕ電極とはんだバンプとが直接接触させられた場合には、Ｃｕとはんだ中のＳｎとが相互に拡散してＣｕとＳｎの金属間化合物が形成されてしまい、電気抵抗が上昇したり密着性が低下したりするおそれがあった。
Conventionally, when a semiconductor chip is mounted on a substrate, Au bumps, solder bumps, and the like are formed on, for example, Al electrodes and Cu electrodes.
Here, for example, when an Al electrode and an Au bump are brought into direct contact, Al and Au diffuse to each other to form an intermetallic compound of Al and Au, resulting in increased electrical resistance or adhesion. There was a risk that the performance would decrease. For example, when the Cu electrode and the solder bump are brought into direct contact, Cu and Sn in the solder diffuse to each other to form an intermetallic compound of Cu and Sn, and the electrical resistance increases. There was a risk that the adhesion would be reduced.
そこで、例えば特許文献１，２に開示されたＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットを用いて、下地電極とバンプとの間に相互の元素の拡散を防止する拡散防止層として、Ｗ−Ｔｉ膜を形成している。
なお、特許文献１，２に記載されたＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットは、それぞれ粉末焼結法によって製造されている。
Therefore, for example, using a W-Ti sputtering target disclosed in
Note that the W-Ti sputtering targets described in
ここで、下地電極及びバンプの間に拡散防止層としてＷ−Ｔｉ膜を成膜する際には、下地電極の全面にＷ−Ｔｉ膜を成膜した上でバンプを形成し、バンプが形成されていない領域のＷ−Ｔｉ膜をエッチングで除去していた。しかし、このＷ−Ｔｉ膜は、エッチングレートが非常に遅いため、生産効率が悪いといった問題があった。
そこで、特許文献３においては、Ｆｅを微量添加したＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットを用いることにより、成膜されたＷ−Ｔｉ膜にＦｅを含有させ、エッチングレートを改善可能であることが開示されている。
Here, when a W-Ti film is formed as a diffusion preventing layer between the base electrode and the bump, the bump is formed after forming the W-Ti film on the entire surface of the base electrode. The W-Ti film in the unexposed area was removed by etching. However, this W-Ti film has a problem that the production efficiency is poor because the etching rate is very slow.
Therefore,
ところで、上述のように、Ｗ−Ｔｉ膜にＦｅを微量添加することにより、そのエッチングレートが改善されることになるが、Ｗ−Ｔｉ膜においてＦｅ濃度にばらつきが生じた場合には、Ｗ−Ｔｉ膜内でエッチングレートが局所的に変化してしまい、均一なエッチングを行うことができなくなるおそれがあった。
このため、Ｆｅ濃度のばらつきが小さくエッチングレートが均一なＷ−Ｔｉ膜を成膜することができるＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットが望まれている。
By the way, as described above, by adding a small amount of Fe to the W-Ti film, the etching rate can be improved. There is a possibility that the etching rate locally changes in the Ti film and uniform etching cannot be performed.
Therefore, a W-Ti sputtering target that can form a W-Ti film with a small variation in Fe concentration and a uniform etching rate is desired.
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、Ｆｅ濃度のばらつきが小さくエッチングレートが均一なＷ−Ｔｉ膜を成膜することができるＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a W-Ti sputtering target capable of forming a W-Ti film with a small variation in Fe concentration and a uniform etching rate. And
上記の課題を解決するために、本発明のＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットは、Ｔｉを５質量％以上２０質量％以下の範囲内、Ｆｅを２５質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下の範囲内で含有し、残部がＷ及び不可避不純物からなる組成を有するＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットであって、ターゲット面内において複数個所でＦｅ濃度を測定し、測定されたＦｅ濃度の最大値をＦｅmax、Ｆｅ濃度の最小値をＦｅminとした場合において、
（Ｆｅmax−Ｆｅmin）／（Ｆｅmax＋Ｆｅmin）≦０．２５
との関係式を満足することを特徴としている。
In order to solve the above problems, the W-Ti sputtering target of the present invention contains Ti in a range of 5 mass% to 20 mass%, Fe in a range of 25 massppm to 100 massppm, The balance is a W-Ti sputtering target having a composition composed of W and inevitable impurities, the Fe concentration is measured at a plurality of locations in the target surface, the maximum value of the measured Fe concentration is Fe max , and the minimum value of Fe concentration Is Fe min ,
(Fe max −Fe min ) / (Fe max + Fe min ) ≦ 0.25
It is characterized by satisfying the relational expression.
このような構成とされた本発明のＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットにおいては、Ｆｅを２５質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下の範囲内で含有しているので、成膜されたＷ−Ｔｉ膜のエッチングレートを改善することができる。
そして、ターゲット面内において複数個所でＦｅ濃度を測定し、測定されたＦｅ濃度の最大値（Ｆｅmax）とＦｅ濃度の最小値（Ｆｅmin）とが上述の関係式を満足しているので、ターゲット面内でのＦｅ濃度のばらつきが抑えられていることになる。このため、Ｆｅ濃度のばらつきが小さくエッチングレートが均一なＷ−Ｔｉ膜を成膜することが可能となる。
In the W-Ti sputtering target of the present invention configured as described above, Fe is contained in the range of 25 ppm to 100 ppm by mass, so the etching rate of the formed W-Ti film is Can be improved.
Then, the Fe concentration is measured at a plurality of locations in the target plane, and the measured maximum value of Fe concentration (Fe max ) and the minimum value of Fe concentration (Fe min ) satisfy the above relational expression. The variation in the Fe concentration in the target plane is suppressed. For this reason, it becomes possible to form a W—Ti film having a small variation in Fe concentration and a uniform etching rate.
以上のように、本発明によれば、Ｆｅ濃度のばらつきが小さくエッチングレートが均一なＷ−Ｔｉ膜を成膜することができるＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットを提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a W-Ti sputtering target capable of forming a W-Ti film with a small variation in Fe concentration and a uniform etching rate.
以下に、本発明の実施形態であるＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットについて添付した図面を参照して説明する。
本実施形態に係るＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットは、例えば液晶ドライバーＩＣをＣＯＦテープに接合するために液晶ドライバーＩＣ上に形成されたＡｕバンプとＡｌパッド部（下地電極）との間に、拡散防止層としてＷ−Ｔｉ膜をスパッタリングによって成膜する際に用いられるものである。
Below, the W-Ti sputtering target which is embodiment of this invention is demonstrated with reference to attached drawing.
The W-Ti sputtering target according to the present embodiment includes, for example, a diffusion prevention layer between an Au bump formed on a liquid crystal driver IC and an Al pad portion (base electrode) in order to bond the liquid crystal driver IC to a COF tape. As used for forming a W-Ti film by sputtering.
本実施形態に係るＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットは、Ｔｉを５質量％以上２０質量％以下の範囲内、Ｆｅを２５質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下の範囲内で含有し、残部がＷ及び不可避不純物からなる組成を有する。
そして、ターゲット面内において複数個所でＦｅ濃度を測定し、測定されたＦｅ濃度の最大値をＦｅmax、Ｆｅ濃度の最小値をＦｅminとした場合において、
（Ｆｅmax−Ｆｅmin）／（Ｆｅmax＋Ｆｅmin）≦０．２５
との関係式を満足している。
The W-Ti sputtering target according to the present embodiment contains Ti in the range of 5 mass% to 20 mass%, Fe in the range of 25 massppm to 100 massppm, and the balance is from W and inevitable impurities. It has the composition which becomes.
And in the case where the Fe concentration is measured at a plurality of locations in the target surface, the maximum value of the measured Fe concentration is Fe max , and the minimum value of the Fe concentration is Fe min ,
(Fe max −Fe min ) / (Fe max + Fe min ) ≦ 0.25
And the relational expression is satisfied.
以下に、上述のように成分組成を規定した理由について説明する。 Below, the reason which prescribed | regulated the component composition as mentioned above is demonstrated.
＜Ｔｉ：５質量％以上２０質量％以下＞
Ｗ−ＴｉスパッタリングターゲットにおけるＴｉ含有量が５質量％未満とされた場合には、成膜されたＷ−Ｔｉ膜と下地電極との密着性が低下するおそれがある。一方、Ｗ−ＴｉスパッタリングターゲットにおけるＴｉ含有量が２０質量％を超えた場合には、成膜されたＷ−Ｔｉ膜の電気抵抗が上昇してしまうとともに、成膜されたＷ−Ｔｉ膜によってバンプを構成する元素（本実施形態ではＡｕ）と下地電極を構成する元素（本実施形態ではＡｌ）との相互の拡散を十分に防止できなくなるおそれがある。
そこで、本実施形態においては、Ｗ−ＴｉスパッタリングターゲットにおけるＴｉの含有量を５質量％以上２０質量％以下の範囲内に規定している。
なお、Ｔｉの含有量の下限は、７質量％以上とすることが好ましく、９質量％以上とすることがさらに好ましい。また、Ｔｉの含有量の上限は、１５質量％以下とすることが好ましく、１３質量％以下とすることがさらに好ましい。
<Ti: 5% by mass or more and 20% by mass or less>
When the Ti content in the W—Ti sputtering target is less than 5 mass%, the adhesion between the formed W—Ti film and the base electrode may be reduced. On the other hand, when the Ti content in the W-Ti sputtering target exceeds 20% by mass, the electrical resistance of the formed W-Ti film increases and bumps are formed by the formed W-Ti film. There is a possibility that mutual diffusion of the element constituting Au (Au in this embodiment) and the element constituting the base electrode (Al in this embodiment) cannot be prevented sufficiently.
Therefore, in the present embodiment, the Ti content in the W-Ti sputtering target is defined within the range of 5% by mass or more and 20% by mass or less.
In addition, it is preferable to set it as 7 mass% or more, and, as for the minimum of content of Ti, it is more preferable to set it as 9 mass% or more. Further, the upper limit of the Ti content is preferably 15% by mass or less, and more preferably 13% by mass or less.
＜Ｆｅ：２５質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下＞
Ｗ−ＴｉスパッタリングターゲットにおけるＦｅの含有量が２５質量ｐｐｍ未満とされた場合には、成膜されたＷ−Ｔｉ膜のエッチングレートを十分に改善することができないおそれがある。一方、Ｗ−ＴｉスパッタリングターゲットにおけるＦｅの含有量が１００質量ｐｐｍを超えた場合には、成膜されたＷ−Ｔｉ膜によってバンプを構成する元素（本実施形態ではＡｕ）と下地電極を構成する元素（本実施形態ではＡｌ）との相互の拡散を十分に防止できなくなるおそれがある。
そこで、本実施形態においては、Ｗ−ＴｉスパッタリングターゲットにおけるＦｅの含有量を２５質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下の範囲内に規定している。
なお、Ｆｅの含有量の下限は、３０質量ｐｐｍ以上とすることが好ましく、３５質量ｐｐｍ以上とすることがさらに好ましい。また、Ｆｅの含有量の上限は、７５質量ｐｐｍ以下とすることが好ましく、５０質量ｐｐｍ以下とすることがさらに好ましい。
<Fe: 25 mass ppm or more and 100 mass ppm or less>
When the Fe content in the W-Ti sputtering target is less than 25 ppm by mass, the etching rate of the formed W-Ti film may not be sufficiently improved. On the other hand, when the Fe content in the W—Ti sputtering target exceeds 100 mass ppm, the base electrode is configured with the element (Au in the present embodiment) constituting the bump by the formed W—Ti film. There is a possibility that mutual diffusion with the element (Al in the present embodiment) cannot be sufficiently prevented.
Therefore, in the present embodiment, the Fe content in the W-Ti sputtering target is defined within the range of 25 ppm to 100 ppm by mass.
The lower limit of the Fe content is preferably 30 mass ppm or more, and more preferably 35 mass ppm or more. Further, the upper limit of the Fe content is preferably 75 mass ppm or less, and more preferably 50 mass ppm or less.
＜（Ｆｅmax−Ｆｅmin）／（Ｆｅmax＋Ｆｅmin）≦０．２５＞
本実施形態におけるＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットを用いてＷ−Ｔｉ膜を成膜する場合には、Ｗ−Ｔｉスパッタリングターゲットのターゲット面の全体からそれぞれ原子がはじき飛ばされて成膜されることになる。
ここで、ターゲット面内において複数個所でＦｅ濃度を測定し、測定されたＦｅ濃度の最大値（Ｆｅmax）とＦｅ濃度の最小値（Ｆｅmin）とが上述の関係式を満足する場合には、ターゲット面内においてＦｅ濃度のばらつきが小さくされていることになる。よって、このＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットを用いて成膜したＷ−Ｔｉ膜においても、Ｆｅ濃度のばらつきが小さくなり、エッチングレートが均一となる。
なお、（Ｆｅmax−Ｆｅmin）／（Ｆｅmax＋Ｆｅmin）は、０．２以下とすることが好ましく、０．１５以下とすることがさらに好ましい。
<(Fe max −Fe min ) / (Fe max + Fe min ) ≦ 0.25>
When forming a W—Ti film using the W—Ti sputtering target in this embodiment, atoms are repelled from the entire target surface of the W—Ti sputtering target.
Here, when the Fe concentration is measured at a plurality of locations in the target surface, and the measured maximum value of Fe concentration (Fe max ) and the minimum value of Fe concentration (Fe min ) satisfy the above relational expression, Thus, the variation of the Fe concentration in the target plane is reduced. Therefore, even in a W-Ti film formed using this W-Ti sputtering target, the variation in Fe concentration is reduced and the etching rate is uniform.
Note that (Fe max −Fe min ) / (Fe max + Fe min ) is preferably 0.2 or less, and more preferably 0.15 or less.
ここで、本実施形態においては、Ｗ−Ｔｉスパッタリングターゲットのターゲット面が円形をなす場合には、図２に示すように、円の中心（１）、及び、円の中心を通過するとともに互いに直交する２本の直線上の外周部分（２）、（３）、（４）、（５）の５点でＦｅ濃度を測定し、上述のＦｅ濃度の最大値（Ｆｅmax）とＦｅ濃度の最小値（Ｆｅmin）を求めている。
また、Ｗ−Ｔｉスパッタリングターゲットのターゲット面が矩形をなす場合には、図３に示すように、対角線が交差する交点（１）と、各対角線上の角部（２）、（３）、（４）、（５）の５点でＦｅ濃度を測定し、上述のＦｅ濃度の最大値（Ｆｅmax）とＦｅ濃度の最小値（Ｆｅmin）を求めている。
Here, in this embodiment, when the target surface of the W—Ti sputtering target is circular, as shown in FIG. 2, it passes through the center (1) of the circle and the center of the circle and is orthogonal to each other. two straight lines on the outer peripheral portion of which (2), (3), (4), the Fe concentration was measured at 5 points (5), the minimum of the maximum value (Fe max) and Fe concentrations of Fe concentrations above The value (Fe min ) is obtained.
When the target surface of the W-Ti sputtering target is rectangular, as shown in FIG. 3, the intersection (1) where the diagonal lines intersect and the corners (2), (3), ( 4) The Fe concentration is measured at five points (5), and the above-mentioned maximum Fe concentration (Fe max ) and minimum Fe concentration (Fe min ) are obtained.
次に、本実施形態に係るＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットを製造する一実施形態について、図１のフロー図を参照して説明する。
本実施形態に係るＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットの製造方法は、図１に示すように、所定の配合量で配合された原料粉を混合粉砕する混合粉砕工程Ｓ０１と、混合粉砕された原料粉を加熱して焼結させる焼結工程Ｓ０２と、得られた焼結体を加工する加工工程Ｓ０３と、を備えている。
Next, an embodiment for producing a W—Ti sputtering target according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 1.
As shown in FIG. 1, the method for producing a W—Ti sputtering target according to the present embodiment mixes and pulverizes raw material powder blended in a predetermined blending amount, and heats the mixed and ground raw material powder. And a sintering step S02 for sintering and a processing step S03 for processing the obtained sintered body.
まず、原料粉として、Ｔｉ粉末、Ｗ粉末及びＦｅ粉末を準備する。ここで、Ｔｉ粉末としては、純度が９９．９９９質量％以上、平均粒径が１μｍ以上４０μｍ以下とされたものを用いることが好ましい。また、Ｗ粉末としては、純度が９９．９９９質量％以上、平均粒径が０．５μｍ以上２０μｍ以下とされたものを用いることが好ましい。さらに、Ｆｅ粉末としては、純度が９９．９９９質量％以上、平均粒径が７５μｍ以上１５０μｍ以下とされたものを用いることが好ましい。 First, Ti powder, W powder, and Fe powder are prepared as raw material powder. Here, it is preferable to use a Ti powder having a purity of 99.999 mass% or more and an average particle diameter of 1 μm or more and 40 μm or less. Further, as the W powder, it is preferable to use a powder having a purity of 99.999% by mass or more and an average particle diameter of 0.5 μm or more and 20 μm or less. Further, as the Fe powder, it is preferable to use a powder having a purity of 99.999% by mass or more and an average particle size of 75 μm or more and 150 μm or less.
＜混合粉砕工程Ｓ０１＞
これらの原料粉を、Ｔｉを５質量％以上２０質量％以下の範囲内、Ｆｅを２５質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下の範囲内で含有し、残部がＷ及び不可避不純物からなる組成となるように秤量するとともに、この原料粉を混合粉砕する。本実施形態においては、秤量された原料粉をボールミルによって混合し、さらに超硬合金製のボールを用いて、アトライタ装置によって混合粉砕する。
この混合粉砕工程Ｓ０１により、Ｆｅ粉末は、平均粒径が１０μｍ以下になるように粉砕されることになる。
<Mixing and grinding step S01>
These raw material powders contain Ti within a range of 5 mass% to 20 mass%, Fe within a range of 25 mass ppm to 100 mass ppm, with the balance being composed of W and inevitable impurities. While weighing, this raw material powder is mixed and pulverized. In the present embodiment, the weighed raw material powders are mixed by a ball mill, and further mixed and pulverized by an attritor device using a cemented carbide ball.
By this mixing and pulverizing step S01, the Fe powder is pulverized so that the average particle size is 10 μm or less.
＜焼結工程Ｓ０２＞
次に、上述のようにして混合粉砕された原料粉（混合粉）を、真空又は不活性ガス雰囲気中又は還元雰囲気中で焼結を行う。この焼結工程Ｓ０２において、平均粒径が１０μｍ以下にまで粉砕されたＦｅ粉末は、Ｗ中に均一に拡散されることになる。
ここで、焼結工程における焼結温度は、製造するＷ−Ｔｉ合金の融点Ｔｍに応じて設定することが好ましい。
<Sintering step S02>
Next, the raw material powder (mixed powder) mixed and pulverized as described above is sintered in a vacuum, an inert gas atmosphere, or a reducing atmosphere. In this sintering step S02, the Fe powder pulverized to an average particle size of 10 μm or less is uniformly diffused in W.
Here, the sintering temperature in the sintering step is preferably set according to the melting point Tm of the W—Ti alloy to be manufactured.
この焼結工程Ｓ０２において、焼結方法として、常圧焼結、ホットプレス、熱間静水圧プレスを適用することが可能である。
本実施形態では、グラファイト製モールドに原料粉（混合粉）を充填し、圧力を１０ＭＰａ以上６０ＭＰａ以下、温度を１０００℃以上１５００℃、とした真空ホットプレスによって焼結を行った。
In this sintering step S02, atmospheric sintering, hot pressing, or hot isostatic pressing can be applied as a sintering method.
In this embodiment, the raw material powder (mixed powder) was filled in the graphite mold, and sintering was performed by vacuum hot pressing with a pressure of 10 MPa to 60 MPa and a temperature of 1000 ° C. to 1500 ° C.
＜加工工程Ｓ０３＞
焼結工程Ｓ０２で得られた焼結体に対して切削加工又は研削加工を施すことにより、所定形状のスパッタリングターゲットに加工する。
<Processing step S03>
By subjecting the sintered body obtained in the sintering step S02 to cutting or grinding, it is processed into a sputtering target having a predetermined shape.
以上のような工程により、本実施形態であるＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットが製造される。このＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットは、Ｉｎをはんだとして、Ｃｕ又はＳＵＳ（ステンレス）又はその他の金属（例えばＭｏ）からなるバッキングプレートにボンディングして使用される。 The W-Ti sputtering target according to the present embodiment is manufactured through the processes as described above. This W-Ti sputtering target is used by bonding In to a backing plate made of Cu or SUS (stainless steel) or other metal (for example, Mo) using In as a solder.
以上のような構成とされた本実施形態であるＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットによれば、Ｆｅを２５質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下の範囲内で含有しているので、成膜されたＷ−Ｔｉ膜のエッチングレートを改善することができる。
そして、ターゲット面内において複数個所でＦｅ濃度を測定し、測定されたＦｅ濃度の最大値（Ｆｅmax）とＦｅ濃度の最小値（Ｆｅmin）とが、
（Ｆｅmax−Ｆｅmin）／（Ｆｅmax＋Ｆｅmin）≦０．２５
の関係式を満足しているので、ターゲット面内でのＦｅ濃度のばらつきが抑えられていることになる。よって、Ｆｅ濃度のばらつきが小さくエッチングレートが均一なＷ−Ｔｉ膜を成膜することが可能となる。
According to the W-Ti sputtering target of the present embodiment configured as described above, Fe is contained in the range of 25 ppm to 100 ppm by mass, so that the formed W-Ti film The etching rate can be improved.
Then, the Fe concentration is measured at a plurality of locations in the target plane, and the maximum value (Fe max ) of the measured Fe concentration and the minimum value (Fe min ) of the Fe concentration are
(Fe max −Fe min ) / (Fe max + Fe min ) ≦ 0.25
Therefore, the variation in the Fe concentration in the target plane is suppressed. Therefore, it is possible to form a W—Ti film with a small variation in Fe concentration and a uniform etching rate.
また、本実施形態では、Ｔｉ粉末、Ｗ粉末及びＦｅ粉末を混合粉砕することにより、焼結前のＦｅ粉末の粒径が１０μｍ以下とされているので、焼結時において、Ｆｅ粒子を母相となるＷ中に均一に拡散させることができ、焼結体全体にＦｅを均一に分布させることが可能となる。
なお、５０μｍ以下の粒子を全体の５０％以上含む微細なＦｅ粉末を直接使用した場合には危険物として取り扱う必要があるが、本実施形態では、平均粒径が７５μｍ以上１５０μｍ以下とされたＦｅ粉末を、他の原料粉（Ｔｉ粉末、Ｗ粉末）とともに混合粉砕することで粒径を１０μｍ以下としており、さらにＦｅ粉末の比率が十分に低いことから、取り扱いが容易となる。
In this embodiment, the Ti powder, the W powder and the Fe powder are mixed and pulverized so that the particle size of the Fe powder before sintering is 10 μm or less. Thus, it is possible to diffuse uniformly in W, and to uniformly distribute Fe throughout the sintered body.
In addition, when fine Fe powder containing 50% or more of particles of 50 μm or less is directly used, it is necessary to handle it as a dangerous substance, but in this embodiment, Fe having an average particle diameter of 75 μm or more and 150 μm or less. The powder is mixed and pulverized with other raw material powders (Ti powder, W powder) to reduce the particle size to 10 μm or less, and since the ratio of Fe powder is sufficiently low, handling becomes easy.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、アトライタ装置を用いて原料粉を混合粉砕するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の方法によって原料粉を混合粉砕してもよい。なお、原料粉を混合粉砕する方法としては、遊星ボールミル、振動ボールミル等が挙げられる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, It can change suitably in the range which does not deviate from the technical idea of the invention.
For example, in the present embodiment, the raw powder is mixed and pulverized using an attritor device, but the present invention is not limited to this, and the raw powder may be mixed and pulverized by other methods. Examples of the method for mixing and pulverizing the raw material powder include a planetary ball mill and a vibrating ball mill.
以下に、本発明に係るＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットの作用効果について評価した評価試験の結果について説明する。 Below, the result of the evaluation test evaluated about the effect of the W-Ti sputtering target which concerns on this invention is demonstrated.
＜本発明例＞
原料粉末として、純度が９９．９９９質量％、平均粒径が１５μｍとされたＴｉ粉末、純度が９９．９９９質量％、平均粒径が１μｍとされたＷ粉末、純度が９９．９９９質量％、平均粒径が１００μｍとされたＦｅ粉末を用意し、表１に示す組成となるように、Ｔｉ粉末、Ｆｅ粉末及びＷ粉末を秤量した。
<Invention Example>
As a raw material powder, a purity of 99.999% by mass, a Ti powder having an average particle size of 15 μm, a purity of 99.999% by mass, a W powder having an average particle size of 1 μm, a purity of 99.999% by mass, Fe powder having an average particle size of 100 μm was prepared, and Ti powder, Fe powder, and W powder were weighed so as to have the composition shown in Table 1.
秤量されたＴｉ粉末、Ｆｅ粉末及びＷ粉末のうち、Ｗ粉末とＦｅ粉末をアトライタ装置（日本コークス工業株式会社ＭＡ１Ｄ）に、直径約５ｍｍの超硬合金製ボールととともに投入し、回転数３００ｐｐｍの条件にてＡｒ雰囲気下で１時間の混合粉砕を実施した。なお、このアトライタの混合容器の内側には、粉砕混合時の容器からの不純物の混入を防止するため、Ｗ箔による内貼りを施した。ここで、超硬合金製ボールの投入重量は、Ｗ粉末とＦｅ粉末の投入重量の約１０倍とした。 Of the weighed Ti powder, Fe powder, and W powder, W powder and Fe powder were put into an attritor apparatus (Nippon Coke Industries, Ltd. MA1D) together with a cemented carbide ball having a diameter of about 5 mm, and the rotational speed was 300 ppm. The mixed pulverization was performed for 1 hour in an Ar atmosphere under the conditions. In addition, in the inside of the mixing container of this attritor, in order to prevent mixing of impurities from the container at the time of pulverization and mixing, an inner paste with W foil was applied. Here, the input weight of the cemented carbide ball was about 10 times the input weight of the W powder and the Fe powder.
混合粉砕されたＷ粉末とＦｅ粉末とＴｉ粉末とを、転動ボールミル装置によって混合し、混合粉末を得た。ここで、焼結前の混合粉末をＥＰＭＡ装置にて観察し、特性Ｘ線の面分析像によりＦｅ粒子を特定し、その粒子径を確認した。その粒子径を表１に示す。検出されたＦｅ粒子は全て１０μｍ未満の粒子径を有していた。 The mixed and pulverized W powder, Fe powder, and Ti powder were mixed by a rolling ball mill apparatus to obtain a mixed powder. Here, the mixed powder before sintering was observed with an EPMA apparatus, Fe particles were identified by a surface analysis image of characteristic X-rays, and the particle diameter was confirmed. The particle diameter is shown in Table 1. All detected Fe particles had a particle size of less than 10 μm.
得られた混合粉末をグラファイト製モールドに充填し、圧力：１５ＭＰａ、温度：１２００℃、３時間保持の条件で真空ホットプレスすることによりホットプレス焼結体を作製し、得られたホットプレス焼結体を機械加工して直径：１５２．４ｍｍ、厚さ：６ｍｍを有する本発明例のＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットを作製した。 The obtained mixed powder is filled in a graphite mold and subjected to vacuum hot pressing under conditions of pressure: 15 MPa, temperature: 1200 ° C. for 3 hours to produce a hot press sintered body, and the obtained hot press sintering is performed. The body was machined to produce a W-Ti sputtering target of the present invention having a diameter of 152.4 mm and a thickness of 6 mm.
＜比較例＞
原料粉末として、純度が９９．９９９質量％、平均粒径が１５μｍとされたＴｉ粉末、純度が９９．９９９質量％、平均粒径が１μｍとされたＷ粉末、純度が９９．９９９質量％、平均粒径が１００μｍとされたＦｅ粉末を用意し、表１に示す組成となるように、Ｔｉ粉末、Ｆｅ粉末及びＷ粉末を秤量した。
秤量されたＴｉ粉末、Ｆｅ粉末及びＷ粉末を転動ボールミル装置によって混合し、混合粉末を得た。すなわち、比較例では、原料粉の粉砕を実施しなかった。ここで、焼結前の混合粉末をＥＰＭＡ装置にて観察し、特性Ｘ線の面分析像によりＦｅ粒子を特定し、その粒子径を確認した。その粒子径を表１に示す。検出されたＦｅ粒子は概ね表１に示す値を最大値とする粒子径を有していた。
<Comparative example>
As a raw material powder, a purity of 99.999% by mass, a Ti powder having an average particle size of 15 μm, a purity of 99.999% by mass, a W powder having an average particle size of 1 μm, a purity of 99.999% by mass, Fe powder having an average particle size of 100 μm was prepared, and Ti powder, Fe powder, and W powder were weighed so as to have the composition shown in Table 1.
The weighed Ti powder, Fe powder and W powder were mixed by a rolling ball mill device to obtain a mixed powder. That is, in the comparative example, the raw material powder was not pulverized. Here, the mixed powder before sintering was observed with an EPMA apparatus, Fe particles were identified by a surface analysis image of characteristic X-rays, and the particle diameter was confirmed. The particle diameter is shown in Table 1. The detected Fe particles generally had a particle diameter having a maximum value shown in Table 1.
得られた混合粉末をグラファイト製モールドに充填し、圧力：１５ＭＰａ、温度：１２００℃、３時間保持の条件で真空ホットプレスすることによりホットプレス焼結体を作製し、得られたホットプレス焼結体を機械加工して直径：１５２．４ｍｍ、厚さ：６ｍｍを有する比較例のＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットを作製した。 The obtained mixed powder is filled in a graphite mold and subjected to vacuum hot pressing under conditions of pressure: 15 MPa, temperature: 1200 ° C. for 3 hours to produce a hot press sintered body, and the obtained hot press sintering is performed. The body was machined to produce a comparative W-Ti sputtering target having a diameter of 152.4 mm and a thickness of 6 mm.
＜ターゲット面内のＦｅ濃度＞
得られたＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットのターゲット面が円形（丸型ターゲット）である場合には、図２に示すように、円の中心（１）と、中心を通過するとともに互いに直交する２本の直線上の外周から約１０ｍｍの位置（２）、（３）、（４）、（５）の５点から、超硬合金製のドリルを用いて組成分析用の試料を採取した。
また、得られたＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットのターゲット面が矩形（角型ターゲット）である場合には、図３に示すように、対角線が交差する交点（１）と、各対角線上の角部から約１０ｍｍの位置（２）、（３）、（４）、（５）の５点から、超硬合金製のドリルを用いて組成分析用の試料を採取した。
これらの試料のＦｅ濃度をＩＣＰ発光分光分析法により分析した。測定結果を表２に示す。
<Fe concentration in the target surface>
When the target surface of the obtained W—Ti sputtering target is circular (round target), as shown in FIG. 2, the center (1) of the circle and the two passing through the center and orthogonal to each other Samples for composition analysis were collected from 5 points of positions (2), (3), (4), and (5) about 10 mm from the outer periphery on a straight line using a drill made of cemented carbide.
Moreover, when the target surface of the obtained W-Ti sputtering target is a rectangle (rectangular target), as shown in FIG. 3, from the intersection (1) where the diagonal lines intersect and the corners on each diagonal line Samples for composition analysis were collected from 5 points of positions (2), (3), (4), and (5) of about 10 mm using a drill made of cemented carbide.
The Fe concentration of these samples was analyzed by ICP emission spectroscopy. The measurement results are shown in Table 2.
＜Ｗ−Ｔｉ膜の成膜＞
次に、上述の本発明例及び比較例のＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットを無酸素銅製のバッキングプレートにはんだ付けし、これをスパッタ装置（株式会社アルバック製ＳＩＨ−４５０Ｈ）に装着し、以下の条件にてスパッタリング成膜を実施した。
<Deposition of W-Ti film>
Next, the W-Ti sputtering target of the present invention example and the comparative example described above is soldered to an oxygen-free copper backing plate, and this is mounted on a sputtering apparatus (SIH-450H manufactured by ULVAC, Inc.), and the following conditions are satisfied. Then, sputtering film formation was performed.
基板：直径１００ｍｍのＳｉ基板
到達真空度：＜５×１０-5Ｐａ
基板とターゲットの距離：７０ｍｍ
電力：直流６００Ｗ
ガス圧力： Ａｒ １．０Ｐａ
基板加熱 なし
膜厚：３００ｎｍ
Substrate: Ultimate vacuum on Si substrate with diameter of 100 mm: <5 × 10 −5 Pa
Distance between substrate and target: 70mm
Power: DC 600W
Gas pressure: Ar 1.0Pa
No substrate heating Thickness: 300nm
＜Ｗ−Ｔｉ膜のエッチングレート評価＞
このようにして得られた直径１００ｍｍのＳｉ基板のうち図４に示す３箇所の位置から、２０ｍｍ角の試料を切り出した。さらにこの試料を、１０ｍｍ×２０ｍｍの二つの部分に切断し、切断した片方の試料をウォーターバスにより液温３０℃に設定された３１ｖｏｌ％過酸化水素水に５分間浸漬した。過酸化水素から取り出した後、純水で十分すすぎ、さらに付着した純水の液滴を、乾燥空気を吹き付けて飛ばし、試料を乾燥させた。
<Evaluation of etching rate of W-Ti film>
A 20 mm square sample was cut out from three positions shown in FIG. 4 in the Si substrate having a diameter of 100 mm obtained in this manner. Further, this sample was cut into two parts of 10 mm × 20 mm, and one of the cut samples was immersed in a 31 vol% hydrogen peroxide solution set at a liquid temperature of 30 ° C. for 5 minutes by a water bath. After removing from the hydrogen peroxide, the sample was sufficiently rinsed with pure water, and the adhered pure water droplets were blown off with dry air to dry the sample.
この試料の過酸化水素水に浸漬していない側と、浸漬した側の両方について断面をフィールドエミッション式の走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ：株式会社日立ハイテクノロジーズ製ＳＵ−７０）にて観察し、Ｗ−Ｔｉ膜の膜厚を測定した。過酸化水素に浸漬した側としていない側の膜厚差を求め、この膜厚差を浸漬時間（５分）で割り、直径１００ｍｍの基板の各位置におけるエッチングレートを算出した。この結果を表３に示す。 The cross section of both the side not immersed in the hydrogen peroxide solution and the immersed side of this sample was observed with a field emission type scanning electron microscope (FE-SEM: SU-70 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). The film thickness of the W—Ti film was measured. The difference in film thickness on the side not immersed in hydrogen peroxide was determined, and the difference in film thickness was divided by the immersion time (5 minutes) to calculate the etching rate at each position of the substrate having a diameter of 100 mm. The results are shown in Table 3.
比較例１−６においては、表２に示すように、ターゲット面内におけるＦｅ濃度のばらつきが大きくなっていることが確認された。原料粉の粉砕を行わずに、粒径の大きなＦｅ粒子を用いて焼結を行ったためと推測される。
特に、Ｆｅ濃度の低い比較例２、５では、Ｆｅ濃度が局所的に少なくなっており、Ｆｅ濃度の低い比較例２、５では、Ｆｅ濃度の最大差が大きくなっていた。
In Comparative Example 1-6, as shown in Table 2, it was confirmed that the variation in the Fe concentration in the target plane was large. It is presumed that sintering was performed using Fe particles having a large particle size without pulverizing the raw material powder.
In particular, in Comparative Examples 2 and 5 having a low Fe concentration, the Fe concentration was locally reduced, and in Comparative Examples 2 and 5 having a low Fe concentration, the maximum difference in Fe concentration was large.
この比較例１−６のＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットを用いて成膜された比較例１１−１６のＷ−Ｔｉ膜においては、エッチングレートが不均一であることが確認された。
また、Ｆｅ濃度の低い比較例２、５のＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットを用いて成膜された比較例１２、１５のＷ−Ｔｉ膜においては、局所的にエッチングレートが非常に遅くなっていることが確認された。
In the W—Ti film of Comparative Example 11-16 formed using the W—Ti sputtering target of Comparative Example 1-6, it was confirmed that the etching rate was non-uniform.
In addition, in the W-Ti films of Comparative Examples 12 and 15 formed using the W-Ti sputtering target of Comparative Examples 2 and 5 having a low Fe concentration, the etching rate is locally very slow. Was confirmed.
これに対して、本発明例１−６においては、ターゲット面内におけるＦｅ濃度のばらつきが小さくなっていることが確認された。原料粉の混合粉砕を行うことで、粒径の小さなＦｅ粒子を用いて焼結を行ったためと推測される。
また、Ｆｅ濃度の低い本発明例２、５やＦｅ濃度の高い本発明例３、６においても、Ｆｅ濃度のばらつきが小さく安定していた。
On the other hand, in Inventive Example 1-6, it was confirmed that the variation in Fe concentration in the target plane was small. It is presumed that sintering was performed using Fe particles having a small particle size by mixing and grinding the raw material powder.
Further, in Invention Examples 2 and 5 having a low Fe concentration and Invention Examples 3 and 6 having a high Fe concentration, the variation in Fe concentration was small and stable.
この本発明例１−６のＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットを用いて成膜された本発明例１１−１６のＷ−Ｔｉ膜においては、エッチングレートが均一であることが確認された。
特に、Ｆｅ濃度の低い本発明例２、５のＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットを用いて成膜された本発明例１２、１５のＷ−Ｔｉ膜においても、Ｗ−Ｔｉ膜に確実にＦｅが添加されており、エッチングレートが安定していた。
また、Ｆｅ濃度が高い本発明例３、６のＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットを用いて成膜された本発明例１３、１６のＷ−Ｔｉ膜においても、エッチングレートのばらつきが十分に抑えられていた。
In the W-Ti film of Invention Example 11-16 formed using the W-Ti sputtering target of Invention Example 1-6, it was confirmed that the etching rate was uniform.
In particular, even in the W-Ti films of Invention Examples 12 and 15 formed using the W-Ti sputtering target of Invention Examples 2 and 5 having a low Fe concentration, Fe was reliably added to the W-Ti film. The etching rate was stable.
In addition, even in the W-Ti films of Invention Examples 13 and 16 formed using the W-Ti sputtering target of Invention Examples 3 and 6 having a high Fe concentration, variation in etching rate was sufficiently suppressed. .
以上の確認実験の結果から、本発明例によれば、Ｆｅ濃度のばらつきが小さくエッチングレートが均一なＷ−Ｔｉ膜を成膜することができることが確認された。 From the results of the above confirmation experiment, it was confirmed that according to the present invention example, it is possible to form a W—Ti film with a small variation in Fe concentration and a uniform etching rate.
上記の課題を解決するために、本発明のＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットは、Ｔｉを５質量％以上２０質量％以下の範囲内、Ｆｅを２５質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下の範囲内で含有し、残部がＷ及び不可避不純物からなる組成を有するＷ−Ｔｉスパッタリングターゲットであって、母相となるＷ中にＦｅが拡散しており、ターゲット面内において複数個所でＦｅ濃度を測定し、測定されたＦｅ濃度の最大値をＦｅmax、Ｆｅ濃度の最小値をＦｅminとした場合において、
（Ｆｅmax−Ｆｅmin）／（Ｆｅmax＋Ｆｅmin）≦０．２５
との関係式を満足することを特徴としている。
In order to solve the above problems, the W-Ti sputtering target of the present invention contains Ti in a range of 5 mass% to 20 mass%, Fe in a range of 25 massppm to 100 massppm, The balance is a W-Ti sputtering target having a composition composed of W and inevitable impurities , Fe is diffused in W as a parent phase, and the Fe concentration is measured at a plurality of locations in the target plane. In the case where the maximum value of Fe concentration is Fe max and the minimum value of Fe concentration is Fe min ,
(Fe max −Fe min ) / (Fe max + Fe min ) ≦ 0.25
It is characterized by satisfying the relational expression.
Claims (1)
ターゲット面内において複数個所でＦｅ濃度を測定し、測定されたＦｅ濃度の最大値をＦｅmax、Ｆｅ濃度の最小値をＦｅminとした場合において、
（Ｆｅmax−Ｆｅmin）／（Ｆｅmax＋Ｆｅmin）≦０．２５
との関係式を満足することを特徴とするＷ−Ｔｉスパッタリングターゲット。 A W-Ti sputtering target containing Ti within a range of 5 mass% to 20 mass%, Fe within a range of 25 massppm to 100 massppm, with the balance being composed of W and inevitable impurities. ,
In the case where the Fe concentration is measured at a plurality of locations in the target surface, the maximum value of the measured Fe concentration is Fe max and the minimum value of the Fe concentration is Fe min
(Fe max −Fe min ) / (Fe max + Fe min ) ≦ 0.25
The W—Ti sputtering target characterized by satisfying the relational expression:
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