JP2610575B2 - W−Ti合金ターゲット - Google Patents

W−Ti合金ターゲット

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JP2610575B2
JP2610575B2 JP5317470A JP31747093A JP2610575B2 JP 2610575 B2 JP2610575 B2 JP 2610575B2 JP 5317470 A JP5317470 A JP 5317470A JP 31747093 A JP31747093 A JP 31747093A JP 2610575 B2 JP2610575 B2 JP 2610575B2
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嘉隆 角谷
義春 加藤
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、W−Ti合金ターゲッ
トに関するものであり、特には酸素含有量を低減した半
導体デバイス用W−Ti合金ターゲットに関する。本タ
ーゲットによって、ICデバイスにおける絶縁バリアー
として使用されるW−Ti合金製皮膜の形成が、従来よ
り酸素含有量を低減したターゲットを使用して作製可能
となり、ICデバイスの信頼性を高めることが出来る。
【0002】
【従来の技術】ICデバイスにおける絶縁バリアーとし
てW−Ti合金製皮膜を使用することは知られてる。例
えば、W−10wt%Ti合金ターゲットを用いてN2
雰囲気での反応性スパッタリングを利用して絶縁バリア
ーを形成することが報告されている。
【0003】こうしたW−Ti合金ターゲットは、W粉
末とTi粉末とを混合して、粉末冶金法により、即ち冷
間プレス後焼結するか或いは熱間プレスすることにより
製造されている。出発原料となる市販Ti粉末は酸素含
有量が高い。これは、Tiは非常に活性であるため酸化
し易く、表面に不可避的に酸化膜ができるためであり、
表面積の大きな粉末の場合には総酸素量はきわめて高く
なる。このような高酸素Ti粉末を原料粉末として用い
粉末冶金法によりターゲットを生成する場合、ターゲッ
トもやはり酸素含有量の多いものしかできない。
【0004】酸素含有量の多いターゲットを用いてスパ
ッタリングを行うと、酸素の放離により、ターゲットの
割れ、生成皮膜の酸化、皮膜品質のバラツキ等が生じて
好ましくない。
【0005】例えば、現在市販されているW−Ti合金
ターゲットは最低限でも1240ppmの酸素を含み、
多くは2500ppm乃至それ以上の酸素を含み、これ
では高品質の絶縁バリアー等の作成はできない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本件出願人は高純度タ
ングステン粉末と高純度チタン粉末を使用して酸素含有
量の少ないターゲットを開発するべく努力を続けてきた
が、「Tungsten and Other Refractory Metals for VLS
I Applications II 」Materials Research Society (19
87) pp339-345 に掲載された論文「DEVELOPMENT OF REF
RACTORY METALS SILICIDES TARGETS, AND THEIR CHARAC
TERISTICS 」に発表されたように、W−Ti合金ターゲ
ットの場合600ppmの酸素含有量が低減化の限界で
あった。こうした斯界の実情に鑑み、本発明は、酸素含
有量を600ppm未満に低減したW−Ti合金ターゲ
ットの製造を課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前述した通り、Tiは、
非常に活性であるため、Ti粉末を調製する粉砕等の工
程でまたW粉末と混合して成形−焼結する工程で酸素を
多量にピックアップする。そこで、本発明者は、Ti源
として水素化チタン(TiH2 )粉末を用い、後に脱水
素することを想到した。水素化チタンを用いることのメ
リットは、酸化防止に効果的であるのみならず、その良
好な粉砕性により酸素ピックアップ量が減ずることにあ
る。更に、脱水素の過程で粉末の活性化効果も得られ
る。試行の結果、従来より酸素含有量の350ppm〜
600ppm未満への低減に成功した。こうして、本発
明は、チタン(Ti)を20wt%以下含有するタング
ステン(W)−チタン(Ti)合金ターゲットにおい
て、酸素含有量が350ppm〜600ppm未満に低
減されたことを特徴とするタングステン(W)−チタン
(Ti)合金ターゲットを提供する。
【0008】
【作用】W−Ti合金ターゲットは、Tiを20wt%
以下、例えば10〜20wt%含有するW−Ti合金製
の、スパッタリング目的のターゲットである。ICデバ
イスの絶縁バリアー皮膜形成目的で上記Ti含有量をと
りうるが、代表的には10wt%前後のTiを含有する
W−Ti合金が使用されている。
【0009】本発明は、高純度W粉末と高純度TiH2
粉末の混合粉を使用することを基本とする。
【0010】TiH2 粉末は高純度Ti粉を水素化する
ことにより生成される。高純度Ti粉を得る好ましい方
法の一つは、純度99.99wt%以上のスポンジチタ
ンをエレクトロンビーム(EB)溶解し、生成EBイン
ゴットから切削によってTi切粉を生成し、これを酸洗
等により表面浄化することである。この方法により40
0〜500ppm酸素含有量の高純度Ti切粉が入手し
うる(Fe<10ppm)。切削は、ボール盤、セーパ
ー、旋盤等の工作機械の任意のものを用いて為しうる
が、生産性、切粉の厚みの均一性等の観点から旋盤の使
用が好ましい。切粉の厚さは、酸素量をなるたけ増さず
に後の水素化工程が適度に進行しうるよう2mm以下と
するのが好ましい。更に、厚さが大きすぎると切粉を切
削しにくくなることも厚さを2mm以下とする別の理由
である。厚さの下限は、かさ密度増加による取扱い体積
の増加を考慮して0.05mm厚さ程度とすることが推
奨される。好ましい態様は、0.1mm±40%程度に
厚さを揃えることである。表面浄化は、切削時のFe汚
染、酸化汚染等を除くため塩酸、硫酸等の好ましくはE
LS等級以上の酸を用いての酸洗や脱脂によりもたらさ
れる。尚、EB溶解後のインゴットは、Mg、Cl等の
不純物は除去精製されるが、Fe及びO2 品位はほとん
ど変化しないので、なるたけ高純度のスポンジチタンを
使うことが肝要である。
【0011】出発チタン粉末は、上記のようなEB溶解
−切削方法に限定されるものでないことは云うまでもな
く、例えばスポンジチタンの精製及びその粉砕、市販チ
タン粉末の精製といった方法も採用しうる。
【0012】こうして得られた高純度Ti粉末(切粉)
の水素化はAr+H2 気流中で300〜500℃の昇温
下で適宜の時間、例えば1〜5時間保持することにより
もたらされる。水素化は急激な水素吸収のため炉内が負
圧となって危険であり、注意を要するが、不活性ガス、
特にAr+H2 気流を流すことにより急激な反応が有効
に防止できて好都合である。30〜60%Ar+40〜
70%H2 気流が使用できる。生成する切粉状のTiH
2 を不活性雰囲気(Ar)中で粉砕することにより所要
のTiH2 粉末が得られる。粉砕は、Fe及びO2 汚染
を抑制するためAr中Moライニングボールミルを使用
して実施することが推奨される。別様にはArグラブボ
ックス内でMo製の乳棒及び乳鉢を用いて行なわれる。
粉砕容器も非汚染性ライニングを施したものを使用すべ
きである。
【0013】粉砕工程を比較的活性の少ない且つ粉砕性
の良好なTiH2 を用いて実施することが酸素ピックア
ップを最小限とする点で大きなメリットを与える。
【0014】他方、W粉末は、最近アルカリ金属含有率
が100ppb以下そして放射性元素含有率が1ppb
以下の5N以上の高純度のものを調製する技術が確立さ
れている。これは、従来からの一般市販W或いはその化
合物を溶解して水溶液を生成し、該水溶液を精製した後
W結晶を晶出させ、該結晶を、固液分離、洗浄及び乾燥
した後に加熱還元することによって高純度W粉末を調製
するものである。更に、これら粉末に再溶解等の精製処
理を施すことによって更に高純度のW粉末を得ることが
できる。酸素含有量は200ppmの水準にある。
【0015】以上のようなTiH2 粉末とW粉末とが、
目標ターゲット組成に応じた然るべき比率で混合され
る。混合は例えばV形ミキサを用いることにより実施さ
れる。Arのような不活性ガス雰囲気中で行うことが望
ましい。しかし、若干の酸素ピックアップが起ることは
避けられない。
【0016】混合物は次いで脱水素処理される。これ
は、TiH2 →Ti+H2 の反応に基く。一般に600
〜700℃の温度において真空中又は不活性ガス中で脱
水素処理は実施される。発生する水素は、粉末表面に還
元作用を及ぼし、表面の活性化に寄与する。脱水素する
と、O2 含有量が400〜600ppm(W−10wt
%Tiの場合)までどうしても増大する。
【0017】脱水素後の混合粉はホットプレスにより成
形され高密度化される。ホットプレス条件は例えば次の
通りである: (イ)温度:1200〜1500℃、好ましくは120
0〜1400℃(温度が低いと密度が上らず、逆に温度
が高いと酸素量が増加する。) (ロ)圧力:250kg/cm2 以上(プレス圧は使用
するダイスの耐力によって決定され、高耐力のものが使
用しうる場合には高いプレス圧を採用する。) (ハ)時間:30分〜2時間(プレス温度及び圧力に応
じて適宜決定されるが、プレス変位がなくなることが一
つのめやすである。その後、ホールドしてもよい。) (ニ)雰囲気:真空(10-5Torr)
【0018】別法として、上記のように脱水素とホット
プレスとを別々に行う替りに、同時に同じ設備を使用し
ても実施可能である。先ず、W+TiH2 混合粉末をダ
イケースに充填し、10-5Torr水準にまで真空引き
して昇温する。600〜700℃で発生水素のために真
空圧力が上昇する。発生水素を完全に排気するよう排気
に充分時間をかけることが必要である。ダイス内から水
素の抜出しを助成する為、ガス抜き口等の配備も可能で
ある。圧力が再び10-5Torrの水準に復帰してから
通常のホットプレス操作を行なう。
【0019】後者の同時法の方がO2 含有量を一層低減
しうるが、反面水素に伴う危険性が潜在するので注意を
要する。ヒータもH2 との反応性を考慮してグラファイ
トヒータ等を採用せねばならない。
【0020】こうして、W−10wt%Ti合金の場
合、脱水素とホットプレスを別々に行なう場合で400
ppm〜600ppm未満O2 含有量そして同時に行な
う場合で200〜400ppmO2 含有量のホットプレ
ス焼結体が得られる。これを適宜機械加工することによ
りターゲットが得られる。
【0021】本方法によるターゲットは、1240〜2
500ppmの酸素含有量を有する従来ターゲットに較
べ、600ppm未満、代表的に300〜500ppm
へと大巾に低減された酸素含有量のものである。
【0022】
【実施例】以下、実施例及び比較例を呈示する。 (実施例1)エレクトロンビーム溶解Tiインゴットを
旋盤により0.1mm厚さに切削して得られたTi切粉
をAr50%+H2 50%気流中400℃で3hr保持
し、生成TiH2 切粉をAr中で粉砕してTiH2 粉末
を生成した。
【0023】上記TiH2 粉末1040gとW粉末90
00gをV形混合器で混合し、混合粉末を真空加熱炉へ
装入した。10-5Torr台まで真空排気後加熱したと
ころ400℃程度から炉内圧力は2Torrまで高くな
ったが680℃で2.5hr保持すると再び炉内は10
-4Torr台まで低くなった。冷却後炉から取り出し、
粉末8721gを内径286φのダイケースに充填し、
1220℃×300kg/cm2 ×1.0hrの条件で
ホットプレスした。でき上ったターゲットは、密度9
9.9%、酸素含有量550ppmであった。
【0024】同様にして、20wt%チタン含有率のタ
ーゲットを製造した。この場合には脱水素後の混合粉は
500〜600ppm酸素を含有したが、ホットプレス
及び機械加工後ターゲットの酸素量は600ppm以上
となることはなかった。
【0025】(実施例2)TiH2 粉末1040gとW
粉末9000gをV形混合器で混合し、混合粉末をダイ
ケースに充填し、10-5Torr台まで真空引きして昇
温した。400℃から圧力が高くなり始めたが、680
℃で4hr保持すると炉内は再び10-5Torr台まで
復帰した。そのまま炉内温度を1250℃まで上昇さ
せ、300kg/cm2 ×0.5hrの条件でホットプ
レスした。でき上ったターゲットは、密度99.9%、
酸素含有量400ppmであった。
【0026】(比較例)市販のTi粉末1000gとW
粉末9000gをV型混合器で混合し、ホットプレス用
ダイスに充填した。ホットプレスの条件は1220℃×
300kg/cm2 ×1.0hrと実施例と同様とし
た。密度は99.9%であったが酸素含有量は1400
ppmであった。
【0027】
【発明の効果】W−Ti合金ターゲットの酸素含有量の
低減化に成功し、酸素に伴うスパッタリング時の障害を
軽減若しくは排除し、高品質の皮膜を高い信頼性の下で
形成することを可能ならしめる。
フロントページの続き (72)発明者 加藤 義春 茨城県北茨城市華川町臼場187番地4株 式会社日鉱共石磯原工場内 (72)発明者 叶野 治 茨城県北茨城市華川町臼場187番地4株 式会社日鉱共石磯原工場内 (56)参考文献 Materials Pesearc h Society Conferen ce Proceedings,Vo l.VLSI ▲II▼1987年4月30日 発行 P.339〜345「Tungsten and other Refruct ory Metals for VLS I APPlications ▲II ▼」 Thin Solid Films, 64(1979)P.17〜23 「RESIST IVITY OF BIAS−SPUT TERED Ti−WFILMS」

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チタン(Ti)を20wt%以下含有す
    るタングステン(W)−チタン(Ti)合金ターゲット
    において、酸素含有量が350ppm〜600ppm未
    満に低減されたことを特徴とするタングステン(W)−
    チタン(Ti)合金ターゲット。
JP5317470A 1993-11-25 1993-11-25 W−Ti合金ターゲット Expired - Lifetime JP2610575B2 (ja)

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JPH0711434A (ja) * 1993-11-29 1995-01-13 Japan Energy Corp W−Ti合金ターゲット
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JPH0711434A (ja) * 1993-11-29 1995-01-13 Japan Energy Corp W−Ti合金ターゲット

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Materials Pesearch Society Conference Proceedings,Vol.VLSI ▲II▼1987年4月30日発行 P.339〜345「Tungsten and other Refructory Metals for VLSI APPlications ▲II▼」
Thin Solid Films,64(1979)P.17〜23 「RESISTIVITY OF BIAS−SPUTTERED Ti−WFILMS」

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