JP3112804B2 - 半導体用タングステンターゲット - Google Patents

半導体用タングステンターゲット

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JP3112804B2
JP3112804B2 JP07052872A JP5287295A JP3112804B2 JP 3112804 B2 JP3112804 B2 JP 3112804B2 JP 07052872 A JP07052872 A JP 07052872A JP 5287295 A JP5287295 A JP 5287295A JP 3112804 B2 JP3112804 B2 JP 3112804B2
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孝幸 石橋
史郎 師井
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Central Glass Co Ltd
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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、半導体製造において使
用されるタングステンのスパッタリングターゲットに関
するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体用のターゲットは、一般に高純度
で、高密度を有することが望ましい。大きい寸法のター
ゲットを粉末冶金法で製造しようとすると高い密度が得
にくく、密度の低いものをターゲットとして加工すると
加工・洗浄工程で汚染物質が内部に浸透し、ターゲット
純度を低下させる。また、密度が低いとスパッタリング
使用時に放電が非常に不安定で異常放電が起こりやす
い。この異常放電が起こると、ターゲット表面の異常放
電発生部で局部的に溶融、爆発が発生し、パーティクル
を生ずる。このパーティクルが超LSIの狭い配線に付
着すると、半導体素子の作動不良、断線が発生しやすく
なる。
【0003】このため、半導体用ターゲットの場合、高
純度で、スパッタ使用時のパーティクル発生の少ない高
密度を有するターゲットを使用することが望ましい。こ
のようなターゲットの製造方法としては、電子ビーム溶
解−熱間圧延法(特開昭61−107728号)や、H
PあるいはHIP等で加圧焼結して圧延する加圧焼結−
熱間圧延法(特開平3−150356号、特開平5−2
22525号、特開平6−220625号)が提案され
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】電子ビーム溶解法で
は、純タングステンインゴットの結晶粒が肥大化しやす
く、大きい寸法板では機械加工時に割れやすく熱間加工
性が極めて悪い。また、焼結−熱間圧延法の場合、黒鉛
型HPでは加圧圧力に制限があり、温度1,200℃を
越えると炭化物形成が起こるので不純物としての炭素が
混入する。カプセルを用いる場合はその材質の汚染が問
題となる。また、これらの方法では、いずれにしても結
晶の配向はランダムであり、結晶方位によってある方向
からスパッタされやすい面とされにくい面が混在するこ
ととなり、同一条件でのスパッタでは均一にスパッタさ
れず、このことに起因してパーティクルの発生が起こり
やすくなる。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる従
来の問題点に鑑み鋭意検討の結果、特定の結晶構造を有
するタングステンターゲットが、スパッタリング時にお
ける特異な作用を有することを見い出し本発明に到達し
た。
【0006】すなわち本発明は、理論密度に対する相対
密度が99.5%以上であって、同一方位を有する柱状
結晶のみからなることを特徴とする半導体用タングステ
ンターゲットであり、また、その結晶方位がほとんど
(200)面のみからなることを特徴とする半導体用タ
ングステンターゲットである。
【0007】かかる本発明のタングステンターゲット
は、六フッ化タングステンと水素とのCVD反応により
得ることができるものであり、従来の方法で得られるも
のとは、全く異なった特異な性状を有するものである。
【0008】本発明のターゲットは、ほとんどミクロの
ポアも存在しないほぼ理論密度のものであり、同一方位
を有する柱状結晶からなる。この柱状結晶の径は、30
〜150μm程度である。ターゲットとしては、柱状結
晶の軸方向と垂直の方向に上下面を有する板として使用
するようにする。このようにすることでスパッタされる
方向には、ほとんど粒界が存在しないこととなる。図1
は、本発明のタングステンターゲットの厚み方向の断面
の結晶構造を模式的に示したものである。
【0009】CVDによる基板への析出により連続的に
製造するものであり、本図において上端はその結晶析出
時の状態を示すものである。基板付近では若干微細な結
晶が存在するが、この素板の両面は、機械加工により除
去、平滑化されるため、実際のタングステンターゲット
には、この部分の結晶形態は存在しない。
【0010】矢印はスパッタの方向を示すものである
が、逆に基板側の方からスパッタしてもよい。スパッタ
の時間的経過とともにターゲットは厚みが減少し、新た
なスパッタ面が現れるが、常にスパッタされる方向と垂
直な粒界がほとんど存在しないので、スパッタされやす
さが一定であり、パーティクルの発生が極めて少なくな
るものである。
【0011】表1は、種々のタングステンターゲットの
X線回折による主要回折面の強度比およびJSPPSカ
ードのタングステンの粉末X線回折データを示したもの
である。本発明のターゲット(実施例1)は、表面を機
械加工したもので、その表面は、(110)面が最も強
く、その強度を100とした場合、他の(200)、
(211)、(220)、(310)面の各面の強度が
4〜40と存在するのに対して、このものを化学研磨す
なわちフッ硝酸溶液でエッチングし、本来の結晶状態の
ままの表面状態となるようにした場合、このエッチング
厚みが300μm程度で(220)面が主回折面とな
り、他には、ほとんど回折面が認められないものであ
る。このことは、機械加工によって表層は、その結晶方
位が歪められるものの、内部はほとんど(220)面の
みであることを示している。
【0012】これに対してタングステン粉末を焼結して
得たターゲット(比較例1)では、機械加工表面とエッ
チング後の表面でのX線回折結果は若干の変化はあるも
のの、いずれも(110)面が主回折面で他の面も平均
的に存在しているものであり、JCPPSカードの粉末
X線回折データと類似している。
【0013】タングステンでは、(222)面が一番ス
パッタされやすく、次いで(200)、(220)面の
順でスパッタされやすいとされている。本発明のターゲ
ットは、一番スパッタされやすい(222)面はないも
のの、次いでスパッタされやすい(200)面のみから
ほとんどなっているものである。
【0014】本発明のターゲットを製造する方法として
は、六フッ化タングステンと水素とのCVDによる方法
が挙げられる。具体的には、WF6 とH2 とのモル比
が、1/15〜1/5の範囲の混合ガスを多孔板を介し
て400〜700℃に維持した基板上に連続的に供給
し、基板上にタングステン板を形成させるようにし、得
られた素板を、所望の形状、サイズに機械加工するとと
もに表面を研磨するものである。
【0015】従来より六フッ化タングステンと水素との
CVDにより薄い膜を形成することは行われているが、
ターゲットのように肉厚の板を得ることは容易ではな
い。すなわち、薄い膜の場合には殆ど問題にならない膜
の残留応力が、ある程度の厚みとなると非常に重要とな
り、部分的にクラックが入り基板から剥離し全く板とな
らないものである。
【0016】この点については、できるだけ析出タング
ステンと基板との密着性が高い基板、例えば、炭素、ニ
ッケルや銅等の金属を用いることで、ある程度解消でき
るものである。しかし、この場合、析出タングステン板
と基板とを容易に剥離させることができないため、基板
を切削除去、溶解除去する等の手段が必要となるが、タ
ングステン板への機械的悪影響、化学的汚染、物性への
影響等が懸念されるほか作業が非常に煩雑になるもので
ある。
【0017】基板としてステンレス鋼を用いる場合に
は、析出タングステンと適度な密着性を有しており、反
応中の剥離が防げるとともに、反応終了後、温度低下に
より容易にその界面で剥離し、独立のタングステン板が
簡単に得られるものである。
【0018】本発明において、原料として用いる六フッ
化タングステンは、極めて純度の高いガスとして得るこ
とができるものである。水素についても水分を十分に除
去したものを用いることが好ましい。
【0019】原料の六フッ化タングステンと水素とのモ
ル比は、理論比は1/3であるが、この付近では混合ム
ラが起こりやすくなるため、1/5以下の範囲が好まし
く、また水素があまりにリッチであると均一核生成が起
こりやすく、粉末、粒が生成しやすくなり、1/15以
上が好ましい。より好ましくは1/15〜1/7の範囲
である。
【0020】本発明においては、この原料の六フッ化タ
ングステンと水素とを所定のモル比となるようによく混
合して反応装置に導入する。この混合は、水素の量によ
りそのままでは十分な混合が行われない場合には、スタ
ッティックミキサー等の物理的混合手段をとることも良
策である。
【0021】この基板を400〜700℃に維持してお
き、この基板上に均一に原料混合ガスが供給されるよう
にする。基板の温度が、この範囲より低いとタングステ
ンの成膜速度が十分でなく、効率的ではない。また温度
が高いほど成膜速度は大となるが、この温度を越えると
粉末が生成しやすくなる。
【0022】反応圧力は、常圧から減圧が好ましい。加
圧下では、粉末が生成しやすくなるため好ましくない。
常圧の方が副生するHFの処理も容易であるため常圧の
方がより好ましい。
【0023】大きなサイズのターゲットを得たい場合に
は、基板上に均一に原料ガスを供給することが必要とな
るため、均一に混合された原料ガスを多孔板を介して基
板上に供給することが好ましい。この多孔板の大きさ
は、得ようとするタングステンターゲットの大きさと略
同一程度のものが好ましく、孔の大きさ、数、孔の配置
については特に制限されないが、孔からの原料ガスの吹
出し線速度が、25〜75cm/secの範囲となるよ
うにすることが好ましい。
【0024】この範囲より小さいと、混合ガスが基板に
全量到達せず、ガスの分離、ガスの片流れが起こりやす
くなるため、均一厚みの板が得られなくなる。また、こ
の範囲を越えるとガスが集束して基板に当たるため、孔
位置の中央部がくぼんだり、局部的な冷却により析出膜
のクラック発生、剥離が起こる等の問題がある。
【0025】また基板と多孔板との距離は、ガスの線速
度や得ようとするタングステンターゲットの厚みにもよ
るが、通常40〜100mmの範囲でおこなう。反応装
置としては、特に制限はないが、SUS等の耐食材料よ
りなる反応容器内に基板を設置し、この基板を加熱する
手段を設ける。六フッ化タングステンと水素との反応で
タングステンが析出するものであり、理想的には基板上
にのみタングステンが連続膜状に形成させるようにする
ことが好ましく、このため、原料供給部、反応容器内全
体は、できるだけ温度を上げず、基板付近のみ所望の温
度となるようにすることが好ましい。
【0026】混合ガスの供給ラインの先端には、ガスを
均一に基板上に吹出させるために多孔板を下部に有する
略円錐状のガス供給部を設けるようにする。また、この
多孔板の孔は、時間の経過とともにタングステンが若干
析出してその孔径が小さくなるため、良好な析出を行わ
せるために先に示した線速度、反応効率等を考慮して、
反応初期と反応終期では、その混合ガスの流量、組成を
変化させることが好ましい。
【0027】本発明のタングステン板は、常法により所
望の大きさ、形状に機械加工することによりタングステ
ンターゲットとすることができる。本発明のターゲット
は、原料が容易に高純度化できるガスを用いるものであ
り、各種の金属不純物、酸素等が極めて低いものである
とともに、密度もほぼタングステンの理論密度に近いも
のである。
【0028】また、このものの結晶方位は、一定の方向
性を有しており、板表面に対して垂直な深さ方向には粒
界が殆ど存在しないものであり、スパッタリング時のパ
ーティクル発生を可及的に抑えることができるものであ
る。
【0029】
【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明す
る。 実施例1 六フッ化タングステン(5Nグレード)と水素(水分<
2.5ppm)とを用い、WF6 流量5.0リットル/
min、H2 流量35リットル/min(モル比1/
7)で設定温度600℃、混合ガスの吹き出し線速度5
0cm/sで反応をおこなった。
【0030】SUS製の容量900リットルの反応容器
の下部中央にSUS製の400mmφ×30mmの円盤
状基板を設置した。反応容器は、基板の加熱手段を有し
ており、この基板上方に六フッ化タングステンと水素と
の混合ガスの供給部を有するガス供給ライン、基板およ
び生成タングステン板を挿入・取出しのための扉、反応
排気ガスの排出口を有している。混合ガスの供給部は、
予め計量・混合したガスの導入配管の先端が350mm
φの多孔板を底辺とする略円錐状となっており、多孔板
は8mmφの孔90個を配している。
【0031】基板の温度が所望の温度となった時点で、
原料の混合ガスを流し、常圧にて反応を行った。反応終
了後、ガス置換、冷却ののち基板を取出し、厚み約7m
mの板を得た。このものは容易にステンレス鋼製基板か
ら離脱した。このもののX線回折結果を表1に示す。ま
た、不純物含量を分析した結果を表2に示す。また、こ
のものの密度を測定した結果、理論密度に対する相対密
度は99.9%であった。この素板を機械加工し、30
0mmφ×6mmの円盤状タングステンターゲットを得
た。
【0032】このものを用いて6インチウエハにスパッ
タリングを行い、100nmの薄膜を形成し、0.5μ
m以上のパーティクル数を測定した結果11個であっ
た。 比較例1 平均粒径2.9μmのタングステン粉末を焼結して得た
タングステンターゲットのX線回折結果を表1に示し
た。また、この不純物含量を表2に示した。また、この
ものの相対密度は98.5%であり、実施例1と同様に
して測定したパーティクル数は48個であった。
【0033】
【表1】
【0034】
【表2】
【0035】
【発明の効果】本発明のタングステンターゲットは、半
導体用として十分な高純度かつ高密度を有しており、ま
た、同一方位を有する柱状結晶のみからなっているた
め、スッパッタリングがされやすく、また、常に一定の
スッパッタリング状態が得られ、パーティクルの発生が
非常に少ないものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のタングステンターゲットの結晶状態の
断面を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−283937(JP,A) 特開 平5−98435(JP,A) 特開 平8−49068(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/203,21/285,21/363 C23C 14/34

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 理論密度に対する相対密度が99.5%
    以上であって、同一方位を有する柱状結晶のみからなる
    ことを特徴とする半導体用タングステンターゲット。
  2. 【請求項2】 結晶方位が(200)面のみからなるこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体用タングステンタ
    ーゲット。
JP07052872A 1995-03-13 1995-03-13 半導体用タングステンターゲット Expired - Lifetime JP3112804B2 (ja)

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