JP3127831B2 - Sputtering target for high dielectric film formation - Google Patents
Sputtering target for high dielectric film formationInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体メモリー
などのキャパシタ用薄膜成形のための高誘電体膜形成用
スパッタリングターゲット、特に高誘電体膜を形成する
ための大型で高密度のスパッタリングターゲットに関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering target for forming a high dielectric film for forming a thin film for a capacitor such as a semiconductor memory, and more particularly to a large and high density sputtering target for forming a high dielectric film. It is.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、BaおよびTiの複合酸化物
(以下、BaTi複合酸化物という)、SrおよびTi
の複合酸化物(以下、SrTi複合酸化物という)並び
にBa、SrおよびTiの複合酸化物(以下、BaSi
Ti複合酸化物という)からなるペロブスカイト構造を
有する高誘電体膜形成用スパッタリングターゲットは、
半導体メモリー等に用いられるキャパシタ用薄膜形成用
スパッタリングターゲットとして用いることは知られて
いる。2. Description of the Related Art In general, a composite oxide of Ba and Ti (hereinafter referred to as a BaTi composite oxide), Sr and Ti
Composite oxide (hereinafter, referred to as SrTi composite oxide) and a composite oxide of Ba, Sr, and Ti (hereinafter, BaSi
Sputtering target for forming a high dielectric film having a perovskite structure composed of Ti composite oxide)
It is known to use as a sputtering target for forming a thin film for a capacitor used in a semiconductor memory or the like.
【0003】前記BaTi複合酸化物からなるペロブス
カイト構造を有する高誘電体膜形成用スパッタリングタ
ーゲットを製造するには、まず原料粉末のBaCO3 粉
末およびTiO2 粉末を所定の割合に配合し、ボールミ
ルに入れて混合し、得られた混合粉末をMgOルツボに
入れ、大気雰囲気中、温度:1200〜1350℃、3
〜10時間保持の条件で焼成し、ボールミルで粉砕する
ことによりBaTi複合酸化物粉末を作製する。得られ
たBaTi複合酸化物粉末にさらに前記条件の焼成およ
び粉砕を2回以上繰り返して施した後、圧力:150k
g/cm2 、温度:1200〜1350℃、0.5〜3
時間保持の条件でホットプレスする。前記ホットプレス
されたBaTi複合酸化物からなる焼結体は、機械加工
して所定のターゲット形状に仕上げられる。In order to manufacture a sputtering target for forming a high dielectric film having a perovskite structure composed of the BaTi composite oxide, first, a BaCO 3 powder and a TiO 2 powder as raw material powders are mixed in a predetermined ratio and put into a ball mill. And the resulting mixed powder is placed in a MgO crucible, and in an air atmosphere, at a temperature of 1200 to 1350 ° C.,
It is fired under the condition of holding for 10 to 10 hours, and pulverized by a ball mill to produce a BaTi composite oxide powder. The obtained BaTi composite oxide powder is further subjected to firing and pulverization under the above conditions twice or more, and then the pressure is set to 150 k.
g / cm 2 , temperature: 1200-1350 ° C., 0.5-3
Hot press under the condition of holding time. The sintered body of the hot-pressed BaTi composite oxide is machined and finished to a predetermined target shape.
【0004】また、前記SrTi複合酸化物からなるペ
ロブスカイト構造を有する高誘電体膜形成用スパッタリ
ングターゲットを製造するには、原料粉末のSrCO3
粉末およびTiO2 粉末を所定の割合に配合し、ボール
ミルに入れて混合し、得られた混合粉末をMgOルツボ
に入れ、大気雰囲気中、温度:1200〜1350℃、
3〜10時間保持の条件で焼成し、ボールミルで粉砕す
ることによりSrTi複合酸化物粉末を作製する。得ら
れたSrTi複合酸化物粉末にさらに前記条件の焼成お
よび粉砕を2回以上繰り返して施した後、圧力:150
kg/cm2 、温度:1200〜1350℃、0.5〜
3時間保持の条件でホットプレスする。前記ホットプレ
スされたSrTi複合酸化物からなる焼結体は、機械加
工して所定のターゲット形状に仕上げられる。In order to manufacture a sputtering target for forming a high dielectric film having a perovskite structure made of the SrTi composite oxide, a raw material powder of SrCO 3
The powder and the TiO 2 powder are blended in a predetermined ratio, put in a ball mill and mixed, and the obtained mixed powder is put in a MgO crucible, in an air atmosphere, at a temperature of 1200 to 1350 ° C.
The SrTi composite oxide powder is prepared by firing under the condition of holding for 3 to 10 hours and pulverizing with a ball mill. The obtained SrTi composite oxide powder was repeatedly fired and pulverized under the above conditions twice or more, and then subjected to a pressure of 150.
kg / cm 2 , temperature: 1200-1350 ° C., 0.5-
Hot pressing is performed for 3 hours. The sintered body made of the hot-pressed SrTi composite oxide is machined and finished to a predetermined target shape.
【0005】さらに、前記BaSrTi複合酸化物から
なるペロブスカイト構造を有する高誘電体膜形成用スパ
ッタリングターゲットを製造するには、原料粉末のSr
CO3 粉末、BaCO3 粉末およびTiO2 粉末を所定
の割合に配合し、ボールミルに入れて混合し、得られた
混合粉末をMgOルツボに入れ、大気雰囲気中、温度:
1200〜1350℃、3〜10時間保持の条件で焼成
し、ボールミルで粉砕することによりBaSrTi複合
酸化物粉末を作製する。得られたBaSrTi複合酸化
物粉末にさらに前記条件の焼成および粉砕をを2回以上
繰り返して施した後、圧力:150kg/cm2 、温
度:1200〜1350℃、0.5〜3時間保持の条件
でホットプレスする。前記ホットプレスされたBaSr
Ti複合酸化物からなる焼結体は、機械加工して所定の
ターゲット形状に仕上がられる。Further, in order to manufacture a sputtering target for forming a high dielectric film having a perovskite structure composed of the BaSrTi composite oxide, the raw material powder Sr
CO 3 powder, BaCO 3 powder and TiO 2 powder are blended in a predetermined ratio, put in a ball mill and mixed, and the obtained mixed powder is put in a MgO crucible.
Baking is performed at 1200 to 1350 ° C. for 3 to 10 hours, and the mixture is pulverized with a ball mill to produce a BaSrTi composite oxide powder. The obtained BaSrTi composite oxide powder is further subjected to baking and pulverization under the above-mentioned conditions twice or more, and then conditions of pressure: 150 kg / cm 2 , temperature: 1200 to 1350 ° C., and holding for 0.5 to 3 hours. Hot press. The hot pressed BaSr
The sintered body made of the Ti composite oxide is machined and finished in a predetermined target shape.
【0006】近年、半導体メモリーの大量生産とコスト
ダウンのために、従来よりも大型で高密度の高誘電体膜
形成用スパッタリングターゲットを用いて高出力でスパ
ッタリングし、広域面に高速成膜することにより短時間
で高誘電体膜を形成しょうとしている。しかし、従来の
大型で高密度の高誘電体膜形成用スパッタリングターゲ
ットの直径は300mm程度であり、これより直径の大
きい直径:400mm程度の大型で高密度の高誘電体膜
形成用スパッタリングターゲットを用いて成膜速度:1
00オングストローム/min.以上の高速スパッタリ
ング成膜を行うと、ターゲット表面が鱗片状に剥離した
り、ターゲット全体が割れてしまうことがあった。In recent years, in order to mass-produce semiconductor memories and reduce costs, sputtering is performed at a high output using a sputtering target for forming a high-dielectric-constant film, which is larger and more dense than before, to form a film over a wide area at high speed. To form a high dielectric film in a short time. However, the diameter of a conventional large and high-density sputtering target for forming a high-dielectric film is about 300 mm, and a larger diameter: a large and high-density sputtering target for forming a high-dielectric film having a diameter of about 400 mm is used. Deposition rate: 1
00 angstroms / min. When the high-speed sputtering film formation is performed, the target surface may peel off in a scale-like manner, or the entire target may be broken.
【0007】かかる過酷な条件で高速スパッタリング成
膜しても割れが発生しない大型で高密度の高誘電体膜形
成用スパッタリングターゲットとして、Na、Ca,、
Al、SiおよびFeなどの不可避不純物を90ppm
以下に低減した大型で高密度の高誘電体膜形成用スパッ
タリングターゲットが提案されている(特開平7−34
44号公報参照)。この不可避不純物を90ppm以下
に低減した大型で高密度の高誘電体膜形成用スパッタリ
ングターゲットは、直径:500mmまで大型にしても
スパッタリング中に割れが発生しないとされている。[0007] As a sputtering target for forming a large, high-density, high-dielectric-constant film that does not crack even when subjected to high-speed sputtering film formation under such severe conditions, Na, Ca,.
90 ppm of unavoidable impurities such as Al, Si and Fe
A large and high-density sputtering target for forming a high dielectric film, which has been reduced as follows, has been proposed (JP-A-7-34).
No. 44). It is said that a large-sized, high-density sputtering target for forming a high-dielectric film in which the unavoidable impurities are reduced to 90 ppm or less does not crack during sputtering even if the sputtering target is as large as 500 mm in diameter.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかし、現在では半導
体メモリーの生産性を上げるために、直径:500mm
を越える大型で高密度の高誘電体膜形成用スパッタリン
グターゲットが求められているが、直径が500mmを
越える大型で高密度の高誘電体膜形成用スパッタリング
ターゲットは作製が可能であるにしてもスパッタリング
中に割れが発生して実用にならず、生産性の向上につな
がらなかった。However, at present, in order to increase the productivity of the semiconductor memory, the diameter is 500 mm.
Large and high-density sputtering targets for forming high-dielectric films over 500 mm are required. Cracks were generated in the inside and it was not practical, and did not lead to improvement in productivity.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
高電力をかけて高速スパッタリング成膜しても割れおよ
び剥離が発生ずることのない直径:500mmを越える
大型で高密度の高誘電体膜形成用スパッタリングターゲ
ットを開発すべく研究を行なった結果、 (a)高速スパッタリング成膜時の割れおよび剥離は不
可避不純物の内でもSi成分が最も大きな影響を及ぼす
ことが分かり、高電力をかけて高速スパッタリング成膜
しても割れおよび剥離が生ずることのない直径:500
mmを越える大型で高密度の高誘電体膜形成用スパッタ
リングターゲットを得るには、そこに含まれるSiの含
有量を25ppm以上にする必要がある、 (b)しかし、大型で高密度の高誘電体膜形成用スパッ
タリングターゲットに含まれるSiが70ppmを越え
ると、高誘電体膜形成用スパッタリングターゲット自体
の強度が低下するので好ましくない、という知見を得た
のである。Means for Solving the Problems Accordingly, the present inventors have:
As a result of conducting research to develop a large and high-density sputtering target for forming a high dielectric film with a diameter exceeding 500 mm, which does not cause cracking and peeling even when high-speed sputtering film formation is performed with high power, a) It is understood that the Si component has the greatest influence on the cracks and peeling during high-speed sputtering film formation among the inevitable impurities, and the diameter at which cracking and peeling do not occur even when high-speed sputtering film formation is performed by applying high power. : 500
In order to obtain a large-sized, high-density sputtering target for forming a high-dielectric film having a size exceeding 1 mm, the content of Si contained therein must be 25 ppm or more. It has been discovered that if the Si contained in the sputtering target for forming a body film exceeds 70 ppm, the strength of the sputtering target for forming a high dielectric film is lowered, which is not preferable.
【0010】この発明は、かかる知見に基づいて成され
たものであって、 (1)Si:25〜70ppmを含有するBaTi複合
酸化物からなるペロブスカイト構造を有する大型で高密
度の高誘電体膜形成用スパッタリングターゲット、 (2)Si:25〜70ppmを含有するSrTi複合
酸化物からなるペロブスカイト構造を有する大型で高密
度の高誘電体膜形成用スパッタリングターゲット、 (3)Si:25〜70ppmを含有するBaSrTi
複合酸化物からなるペロブスカイト構造を有する大型で
高密度の高誘電体膜形成用スパッタリングターゲット、
に特徴を有するものである。The present invention has been made based on this finding, and (1) a large-sized, high-density high-dielectric film having a perovskite structure composed of a BaTi composite oxide containing Si: 25 to 70 ppm. (2) Si: a large and high-density sputtering target for forming a high dielectric film having a perovskite structure composed of a SrTi composite oxide containing 25 to 70 ppm; (3) Si: 25 to 70 ppm BaSrTi
A large and high density sputtering target for forming a high dielectric film having a perovskite structure composed of a composite oxide,
It is characterized by the following.
【0011】この発明で大型で高密度の高誘電体膜形成
用スパッタリングターゲットとは、直径:500mmを
越えかつ相対密度が95%以上のターゲットを示し、そ
のターゲットに含まれるSi含有量は、得られる高誘電
体膜の膜質から見ると微量であることが好ましいが、2
5ppmよりも少ないと、高出力スパッタリング中のタ
ーゲットの割れおよび剥離が多くなり、一方、70pp
mを越えて含有すると、ターゲットの強度が低下するの
で好ましくない。したがって、この発明の高誘電体膜形
成用スパッタリングターゲットに含まれるSi量は25
〜70ppmに定めた。Si含有量の一層好ましい範囲
は30〜50ppmである。In the present invention, the large and high-density sputtering target for forming a high-dielectric film refers to a target having a diameter of more than 500 mm and a relative density of 95% or more. From the viewpoint of the quality of the resulting high dielectric film, it is preferable that the amount is very small.
If it is less than 5 ppm, cracking and peeling of the target during high power sputtering will increase, while 70 pp
If the content exceeds m, the strength of the target is undesirably reduced. Therefore, the amount of Si contained in the sputtering target for forming a high dielectric film of the present invention is 25%.
に 70 ppm. A more preferred range of the Si content is 30 to 50 ppm.
【0012】この発明の高誘電体膜形成用スパッタリン
グターゲットの製造方法は、原料粉末としていずれもS
i含有量:10ppm未満の市販の高純度炭酸Ba粉
末、市販の高純度炭酸Sr粉末および市販の高純度酸化
チタン粉末を用意し、これら原料粉末を所定の割合に配
合し、さらにSiを添加してSi含有量が25〜70p
pmとなるように成分調整する以外は、従来の製造方法
と同じであるから詳細な説明は省略する。In the method for producing a sputtering target for forming a high dielectric film according to the present invention, any
i content: A commercially available high-purity Ba carbonate powder having a content of less than 10 ppm, a commercially available high-purity Sr carbonate powder and a commercially available high-purity titanium oxide powder are prepared, and these raw material powders are blended in a predetermined ratio, and Si is further added. And Si content is 25-70p
Except that the components are adjusted to be pm, the production method is the same as that of the conventional production method, and a detailed description thereof will be omitted.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】実施例 いずれもSi含有量:5ppm以下の市販の高純度Ba
CO3 粉末、高純度SiCO3 粉末および高純度TiO
2 粉末を用意し、これら高純度BaCO3 粉末、高純度
SrCO3 粉末および高純度TiO2 粉末を表1に示さ
れる高誘電体化合物となる割合に配合し、さらに微量の
Si粉末を添加したのちボールミルに入れて混合し、得
られた混合粉末を大気中、1100℃で1時間保持の条
件で焼成しすることにより表1に示される量のSiを含
む複合酸化物を作製した。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In each case, commercially available high-purity Ba having a Si content of 5 ppm or less.
CO 3 powder, high-purity SiCO 3 powder and high-purity TiO
2 powder were prepared, these high-purity BaCO 3 powder, high-purity SrCO 3 powder, and high-purity TiO 2 powder were blended in such a ratio as to become a high dielectric compound shown in Table 1, and a small amount of Si powder was added. The mixture was placed in a ball mill and mixed, and the obtained mixed powder was baked in the atmosphere at 1100 ° C. for 1 hour to produce a composite oxide containing Si in the amount shown in Table 1.
【0014】この複合酸化物をボールミルに入れて粉砕
し、平均粒径:1〜5μmを有する複合酸化物粉末を製
造し、さらに得られた複合酸化物粉末をグラファイトモ
ールドに充填し、 昇温速度:5℃/min、 加熱温度:1300℃、 圧力:150ton/cm2 、 保持時間:1時間、 冷却:炉冷、 の条件でホットプレスすることにより、直径:650m
m、厚さ:6mmの寸法を有し、相対密度がいずれも9
9%以上のホットプレス体を作製し、このホットプレス
体を機械加工することにより直径:600mm、厚さ:
5mmの寸法を有する本発明スパッタリングターゲット
(以下、本発明ターゲットという)1〜5および比較ス
パッタリングターゲット(以下、比較ターゲットとい
う)1〜5を作製した。The composite oxide is pulverized in a ball mill to produce a composite oxide powder having an average particle size of 1 to 5 μm. The obtained composite oxide powder is filled in a graphite mold, and the temperature is increased. : 5 ° C / min, heating temperature: 1300 ° C, pressure: 150 ton / cm 2 , holding time: 1 hour, cooling: furnace cooling, diameter: 650m by hot pressing
m, thickness: 6 mm, relative density of 9
A hot-pressed body of 9% or more is produced, and the hot-pressed body is machined to obtain a diameter: 600 mm and a thickness:
Sputtering targets of the present invention (hereinafter, referred to as present invention targets) 1 to 5 and comparative sputtering targets (hereinafter, referred to as comparative targets) 1 to 5 each having a size of 5 mm were produced.
【0015】これら本発明ターゲット1〜5および比較
ターゲット1〜5をIn−Snはんだにより水冷銅板に
接合し、高周波マグネトロンスパッタ装置内にセット
し、 雰囲気ガス:Arと酸素の混合ガス(Ar:O=1:
1)、 雰囲気圧力:1pa、 周波数:13.56Mhz、 出力:3kW、 時間:50時間、 成膜速度:250オングストローム/min、 の条件にてスパッタし、ターゲットの表面に割れが発生
したか否かを黙視にて観察し、その結果を表1に示し
た。The targets 1 to 5 of the present invention and the comparative targets 1 to 5 were joined to a water-cooled copper plate by In-Sn solder, set in a high-frequency magnetron sputtering apparatus, and an atmosphere gas: a mixed gas of Ar and oxygen (Ar: O = 1
1) Atmospheric pressure: 1 pa, Frequency: 13.56 Mhz, Output: 3 kW, Time: 50 hours, Deposition rate: 250 Å / min, whether or not cracks occurred on the target surface Was observed by silent observation, and the results are shown in Table 1.
【0016】[0016]
【表1】 [Table 1]
【0017】[0017]
【発明の効果】表1に示される結果から、原料粉末とし
ていずれもSi含有量:5ppm以下の高純度BaCO
3 粉末、高純度SrCO3 粉末およびTiO2 粉末を使
用し、さらにSiを添加してSi含有量を25〜70p
pmに調整して得られたSi含有量:25〜70ppm
の本発明ターゲット1〜5は、いずれもスパッタリング
時に剥離または割れが生ずることがないが、Si含有量
が25ppm未満の比較ターゲット1〜2はスパッタリ
ング時に剥離または割れが発生することが分かる。As can be seen from the results shown in Table 1, high purity BaCO having a Si content of 5 ppm or less was used as the raw material powder.
3 powder, high-purity SrCO 3 powder and TiO 2 powder, and further adding Si to reduce the Si content to 25 to 70 p.
Si content obtained by adjusting to pm: 25 to 70 ppm
It can be seen that none of the targets 1 to 5 of the present invention cause peeling or cracking during sputtering, but the comparative targets 1 to 2 having a Si content of less than 25 ppm are peeled or cracked during sputtering.
【0018】しかし、Si含有量を70ppmを越えて
含む比較ターゲット3〜5はスパッタリング時に剥離ま
たは割れが発生することはないが、ターゲット自体の強
度が不足し、特に大型の高誘電体膜形成用スパッタリン
グターゲットの成分組成としては好ましくないことが分
かる。上述のように、この発明の高誘電体膜形成用スパ
ッタリングターゲットは、大型で高密度であってもスパ
ッタリング時に剥離または割れが生ずることがなく、し
たがって、高出力および高速成膜ができ、産業上優れた
効果を奏するものである。However, the comparative targets 3 to 5 containing the Si content exceeding 70 ppm do not cause peeling or cracking at the time of sputtering, but have insufficient strength of the target itself, and are particularly suitable for forming a large high dielectric film. It turns out that it is not preferable as a component composition of a sputtering target. As described above, the sputtering target for forming a high dielectric film of the present invention does not cause separation or cracking at the time of sputtering even if the sputtering target is large and has a high density. It has excellent effects.
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−199504(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58 C01G 23/00 C01G 25/00 - 57/00 C04B 35/42 - 35/51 C01F 11/16 C01B 13/16 JICSTファイル(JOIS)Continuation of front page (56) References JP-A-59-199504 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C23C 14/00-14/58 C01G 23/00 C01G 25 / 00-57/00 C04B 35/42-35/51 C01F 11/16 C01B 13/16 JICST file (JOIS)
Claims (3)
ロブスカイト構造を有する高誘電体膜形成用スパッタリ
ングターゲットにおいて、Si:25〜70ppmを含
有し、直径:500mmを越えかつ相対密度:95%以
上を有することを特徴とするスパッタリングターゲッ
ト。1. A sputtering target for forming a high dielectric film having a perovskite structure composed of a composite oxide of Ba and Ti, containing 25 to 70 ppm of Si , having a diameter of more than 500 mm and a relative density of 95% or less.
A sputtering target having the above .
ロブスカイト構造を有する高誘電体膜形成用スパッタリ
ングターゲットにおいて、Si:25〜70ppmを含
有し、直径:500mmを越えかつ相対密度:95%以
上を有することを特徴とするスパッタリングターゲッ
ト。2. A sputtering target for forming a high dielectric film having a perovskite structure comprising a composite oxide of Sr and Ti, which contains 25 to 70 ppm of Si , has a diameter of more than 500 mm and a relative density of 95% or less.
A sputtering target having the above .
なるペロブスカイト構造を有する高誘電体膜形成用スパ
ッタリングターゲットにおいて、Si:25〜70pp
mを含有し、直径:500mmを越えかつ相対密度:9
5%以上を有することを特徴とするスパッタリングター
ゲット。3. A sputtering target for forming a high dielectric film having a perovskite structure comprising a composite oxide of Ba, Sr and Ti, wherein Si: 25 to 70 pp.
m , diameter: over 500 mm and relative density: 9
A sputtering target having 5% or more .
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---|---|---|---|
JP08185846A JP3127831B2 (en) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | Sputtering target for high dielectric film formation |
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JPH1030172A JPH1030172A (en) | 1998-02-03 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9719769B2 (en) | 2014-03-14 | 2017-08-01 | Tokyo Seimitsu Co., Ltd. | Bidirectional displacement detector |
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JP2001003164A (en) * | 1999-06-18 | 2001-01-09 | Mitsubishi Materials Corp | Sputtering target for forming high dielectric film free from generation of cracking even in the case of high speed film formation |
US9837543B2 (en) * | 2013-04-12 | 2017-12-05 | Hitachi Metals, Ltd. | Oxide semiconductor target, oxide semiconductor film and method for producing same, and thin film transistor |
-
1996
- 1996-07-16 JP JP08185846A patent/JP3127831B2/en not_active Expired - Fee Related
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