JP3086447B1 - スパッタリング用タングステンターゲットおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 従来の加圧焼結法よりも低温で緻密化する方
法により、Ｗ粉末の焼結性を改善してより密度を向上さ
せ、かつ酸素含有量と結晶粒を低く抑え、さらにパーテ
ィクルの発生を抑制することのできるスパッタリング用
タングステンターゲット及び該ターゲットの製造コスト
を下げ、かつ安定して製造できる方法を提供する。 【解決手段】 タングステン粉末をプラズマ処理した後
に真空中で加圧焼結するかまたはタングステン粉末をプ
ラズマ処理と同時に加圧焼結することにより、酸素含有
量０．１〜１０ｐｐｍ、相対密度９９％以上、且つ結晶
粒が８０μｍ以下であるスパッタリング用タングステン
ターゲットを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、IC、ＬＳＩ等のゲ
ート電極あるいは配線材料等をスパッタリング法によっ
て形成する際に用いられるタングステンターゲットおよ
びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年，超ＬＳＩの高集積化に伴い電気抵
抗値のより低い材料を電極材や配線材料として使用する
検討が行われているが、このような中で抵抗値が低く、
熱及び化学的に安定である高純度タングステンが電極材
や配線材料として有望視されている。この超ＬＳＩ用の
電極材や配線材料は、一般にスパッタリング法とＣＶＤ
法で製造されているが、スパッタリング法は装置の構造
及び操作が比較的単純で、容易に成膜でき、また低コス
トであることからＣＶＤ法よりも広く使用されている。
ところが、超ＬＳＩ用の電極材や配線材をスパッタリン
グ法で成膜する際に使用されるタングステンターゲット
は、３００ｍｍφ以上の比較的大きな寸法が必要であ
り、且つ高純度、高密度が要求される。

【０００３】従来、このような大型のタングステンター
ゲットの作製方法として、電子ビーム溶解を用いてイン
ゴットを作製し，これを熱間圧延する方法（特開昭６１
−１０７７２８）、タングステン粉末を加圧焼結しその
後圧延する方法（特開平３−１５０３５６）およびＣＶ
Ｄ法によってタングステンの底板の一面にタングステン
層を積層する、いわゆるＣＶＤ−Ｗ法（特開平６−１５
８３００）が知られている。しかし、前記の電子ビーム
溶解したインゴットあるいはタングステン粉末を加圧焼
結した焼結体を圧延する方法は、結晶粒が粗大化し易い
ため機械的に脆く、またスパッタリングした膜上にパー
ティクルと呼ばれる粒状の欠陥が発生し易くなるという
問題があった。またＣＶＤ−Ｗ法は良好なスパッタリン
グ特性を示すが、ターゲットの作製に多大な時間と費用
がかかるという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは製造工程
が比較的簡単である粉末焼結法に着目し、従来の加圧焼
結法よりも低温で緻密化する方法により、Ｗ粉末の焼結
性を改善してより密度を向上させ、かつ酸素含有量と結
晶粒を低く抑え、さらにパーティクルの発生を抑制する
ことのできるスパッタリング用タングステンターゲット
及び該ターゲットの製造コストを下げ、かつ安定して製
造できる方法に関する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】加圧焼結前にＷ粉末をプ
ラズマ処理しタングステン粉末表面を活性化させるか、
またはプラズマ処理と同時に加圧焼結を行うことにより
焼結特性を著しく向上させ、加圧焼結法だけで高密度の
タングステンターゲットを作製できることを見出した。
すなわち、本発明のタングステンターゲットは、酸素含
有量０．１〜１０ｐｐｍ、相対密度９９％以上、且つ結
晶粒径が８０μｍ以下のスパッタリング用タングステン
ターゲット、好ましくは該ターゲットの前記酸素含有量
が０．１〜５ｐｐｍである、スパッタリングによる膜上
のパーティクルの発生が非常に少ないスパッタリング用
タングステンターゲットであって、このタングステンタ
ーゲットは、タングステン粉末を真空下で高周波電流を
通電してタングステン粉末表面間でプラズマを発生させ
るプラズマ処理した後に真空中で加圧焼結するか又はタ
ングステン粉末を真空下で高周波電流を通電してタング
ステン粉末表面間でプラズマを発生させるプラズマ処理
と同時に加圧焼結することを特徴とするスパッタリング
用タングステンターゲットの製造を提供するものであ
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】通常、粉末冶金法では使用する粉
体の粒度が微細なほど焼結性が向上する。しかし、タン
グステンは酸化されやすい材料であるため、粉体の粒径
を微細にするとその表面に酸化物層が形成され焼結性を
低下させてしまう。そこで本発明では、加圧焼結する前
または加圧焼結と同時にタングステン粉末をプラズマ処
理する事によって、タングステン粉末表面の酸化層を除
去することができるため、微細なタングステン粉末を使
用することができ焼結性が向上するという特性を見い出
し、これを利用したものである。原料タングステン粉末
の表面に酸化層があると、焼結中にＷＯ_３が蒸発し気孔
として残留するために密度が上がりづらくなる。一方、
本発明においては焼結が進行する前の段階で、プラズマ
処理によって酸化層を除去するため、ＷＯ_３の蒸発によ
る気孔の残留が少なくなり、高密度化が達成できる。ま
た、プラズマ処理しながらホットプレスする方法は、粉
体表面の酸化層除去効果の外、プラズマの発生によって
ネック成長が促進されるため、より低温で焼結が進むと
考えられる。

【０００７】上記により、本発明は酸素含有量０．１〜
１０ｐｐｍ、相対密度９９％以上、且つ結晶粒径が８０
μｍ以下のスパッタリング用タングステンターゲット得
ることが可能となった。これによって、スパッタリング
中に異常放電が起こりスプラッシュが発生したり、ある
いはスパッタリング膜上にパーティクル欠陥が多数発生
してしまうという問題が解消され、また、ターゲットの
強度も十分であり、操作または使用中に割れるというよ
うな問題もなくなった。

【０００８】

【実施例および比較例】以下、実施例および比較例に基
づいて説明する。なお、本実施例はあくまで一例であ
り、この例のみに制限されるものではない。すなわち、
本発明に含まれる他の態様または変形を包含するもので
ある。 （実施例１）純度９９．９９９%、平均粒径０．６μｍ
のタングステン粉末を１００mmφのグラファイトダイス
に充填し同材質の上パンチと下パンチで密閉した後、真
空度１０−２Ｐａに減圧した。

【０００９】次に、上下パンチに約４０００Ａの高周波
電流を１０分間通電し、内部のタングステン粉末表面間
でプラズマを発生させて粉体表面を浄化および活性化さ
せた。続いて通電を停止した後、ダイスに３０ＭＰａの
圧力を付加し，外部加熱で１８００°Ｃまで加熱後２時
間保持した。得られたタングステン焼結体の密度は９
９．２%、結晶粒径は７２μｍ、酸素含有量は３ｐｐｍ
であった。このように、粉末の粒径が小さいにもかかわ
らず酸素の含有量が極めて少ない結果が得られた。この
タングステン焼結体をターゲットとしてスパッタリング
した結果、膜上のパーティクルは０．０９個／ｃｍ^２で
あった。

【００１０】（実施例２）実施例１と同じ粉末を１００
mmφのグラファイトダイスに充填し同材質の上パンチと
下パンチで密閉した後、真空度１０−２Ｐａに減圧し
た。同様にして高周波電流を通電すると同時に３０ＭＰ
ａの圧力を付加し、タングステン粉末表面間でプラズマ
を発生させて粉体表面を浄化および活性化させると同時
に加圧焼結した。焼結中、ダイス及び充填されたタング
ステン粉中の通電による自己発熱によって１５５０°Ｃ
まで昇温した後、その温度で２時間保持した。得られた
タングステン焼結体の密度は９９．１％であり、結晶粒
径は３８μｍ、酸素含有量は９ｐｐｍであった。焼結温
度が低い条件で実施したので、結晶成長が小さく密度も
それほど高くないが、満足できる範囲である。実施例１
と同様に、粉末の粒径が小さいにもかかわらず酸素の含
有量が少ない結果が得られた。このタングステン焼結体
をターゲットとして成膜した膜上のパーティクルは０．
０７個／ｃｍ^２であり、良好な結果を示した。

【００１１】（実施例３）実施例１と同じ粉末を１００
mmφのグラファイトダイスに充填し同材質の上パンチと
下パンチで密閉した後、真空度１０−２Ｐａに減圧し
た。同様にして高周波電流を通電すると同時に３０ＭＰ
ａの圧力を付加し、タングステン粉末表面間でプラズマ
を発生させて粉体表面を浄化および活性化させると同時
に加圧焼結した。焼結中、ダイス及び充填されたタング
ステン粉中の通電による自己発熱によって１６５０°Ｃ
まで昇温した後、その温度で２時間保持した。得られた
タングステン焼結体の密度は９９．６％に達し、結晶粒
径は５５μｍと、結晶成長が抑制されており、酸素含有
量も３ｐｐｍであった。実施例１と同様に、使用した粉
末の粒径が小さいにもかかわらず酸素の含有量が極めて
少ない結果が得られた。このタングステン焼結体をター
ゲットとして成膜した膜上のパーティクルは０．０５個
／ｃｍ^２であり、良好な結果を示している。

【００１２】（実施例４）実施例１と同じ粉末を１００
mmφのグラファイトダイスに充填し同材質の上パンチと
下パンチで密閉した後、真空度１０−２Ｐａに減圧し
た。同様にして高周波電流を通電すると同時に３０ＭＰ
ａの圧力を付加し、タングステン粉末表面間でプラズマ
を発生させて粉体表面を浄化および活性化させると同時
に加圧焼結した。焼結中、ダイス及び充填されたタング
ステン粉中の通電による自己発熱によって１８００°Ｃ
まで昇温した後、その温度で２時間保持した。得られた
タングステン焼結体の密度は９９．８％に達し、結晶粒
径は８０μｍと、焼結温度が高いために結晶成長が強く
現れているが、この程度は特に問題となることはない。
酸素含有量は１ｐｐｍと非常に低くなっており、酸素の
低減効果は大きい。実施例１と同様に、使用した粉末の
粒径が小さいにもかかわらず酸素の含有量が極めて少な
い結果が得られた。このタングステン焼結体をターゲッ
トとして成膜した膜上のパーティクルは０．０３個／ｃ
ｍ^２であり、良好な結果を示している。

【００１３】（比較例）実施例１と同じタングステン粉
末を用い、１００ｍｍφのグラファイトダイスに充填
し、真空度１０−２Ｐａで３０ＭＰａの圧力を付加、１
８００°Ｃで２時間保持した。得られたタングステン焼
結体の密度は９５．８%で、結晶粒径は６９μｍ、酸素
含有量は８０ｐｐｍであった。このタングステン焼結体
をターゲットとして成膜した膜上のパーティクル数は
０．４４個／ｃｍ^２であった。

【００１４】実施例１および２ならびに比較例の結果を
表１に示す。この表の対比から明かなように、比較例の
タングステン焼結体をターゲットでは密度が９５．８%
と低く、また酸素含有量が８０ｐｐｍと高い。これに対
し、本発明の実施例に示すタングステンターゲットはい
ずれも、酸素含有量が０．１〜１０ｐｐｍの範囲で少な
く、相対密度９９％以上の緻密なターゲットが得られ、
またパーティクル数も比較例にくらべ格段に優れたター
ゲットが得られた。特に、実施例３は結晶が成長せず粒
径はより小さい値となっており、相対密度も高く、酸素
含有量及びパーティクル数も少なくなっており、好まし
い結果が得られている。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【発明の効果】本発明の方法によって製造されるスパッ
タリング用タングステンターゲットは、従来法で得られ
るタングステンターゲットに比べて密度が高くかつ結晶
粒径が小さく、また酸素含有量がきわめて少ないという
特徴を有する。更に、このタングステンターゲットを用
いてスパッタリングすることにより、タングステン膜上
のパーティクルが著しく減少し、製品歩留まりが大きく
向上するという優れた効果を備えている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−220625（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−120704（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 H01L 21/28 301 H01L 21/285 B22F 1/00 - 7/08 C22C 1/04 - 1/05 C22C 33/02 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素含有量０．１〜１０ｐｐｍ、相対密
   度９９％以上、且つ結晶粒径が８０μｍ以下であること
   を特徴とするスパッタリング用タングステンターゲッ
   ト。
2. 【請求項２】 酸素含有量が０．１〜５ｐｐｍであるこ
   とを特徴とする請求項１記載のスパッタリング用タング
   ステンターゲット。
3. 【請求項３】 タングステン粉末を真空下で高周波電流
   を通電してタングステン粉末表面間でプラズマを発生さ
   せるプラズマ処理した後に真空中で加圧焼結することを
   特徴とする酸素含有量０．１〜１０ｐｐｍ、相対密度９
   ９％以上、且つ結晶粒径が８０μｍ以下であるスパッタ
   リング用タングステンターゲットの製造方法。
4. 【請求項４】 タングステン粉末を真空下で高周波電流
   を通電してタングステン粉末表面間でプラズマを発生さ
   せるプラズマ処理と同時に加圧焼結することを特徴とす
   る酸素含有量０．１〜１０ｐｐｍ、相対密度９９％以
   上、且つ結晶粒径が８０μｍ以下であるスパッタリング
   用タングステンターゲットの製造方法。
5. 【請求項５】 酸素含有量が０．１〜５ｐｐｍであるこ
   とを特徴とする請求項３または４記載のスパッタリング
   用タングステンターゲットの製造方法。