JP3275344B2 - Ti-W target material and method of manufacturing the same - Google Patents

Ti-W target material and method of manufacturing the same

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JP3275344B2
JP3275344B2 JP03271992A JP3271992A JP3275344B2 JP 3275344 B2 JP3275344 B2 JP 3275344B2 JP 03271992 A JP03271992 A JP 03271992A JP 3271992 A JP3271992 A JP 3271992A JP 3275344 B2 JP3275344 B2 JP 3275344B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体デバイスに使用さ
れるバリアメタル層の形成等に用いられるTi-Wターゲ
ット材およびその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Ti-W target material used for forming a barrier metal layer used in a semiconductor device and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のLSIの高集積化に伴い、Al配
線と半導体基板Siのコンタクト部における拡散析出部
によるコンタクトマイグレーションなどのAl配線のマ
イグレーションが問題となってきた。その対策として近
年バリアメタル層が検討されてきた。バリアメタル層と
しては、Ti-W薄膜(代表的にはTi:10wt%、残部Wの組
成を有する。)が多く使用され、その形成法としてはタ
ーゲットをスパッタリングする方法が採用されている。
2. Description of the Related Art With the recent increase in the degree of integration of LSIs, migration of Al wiring such as contact migration due to diffusion and deposition at the contact between Al wiring and semiconductor substrate Si has become a problem. As a countermeasure, a barrier metal layer has recently been considered. As the barrier metal layer, a Ti-W thin film (typically, having a composition of Ti: 10 wt% and a balance of W) is used in many cases, and a sputtering method of a target is adopted as a forming method thereof.

【0003】この薄膜用Ti-Wターゲット材は、一般に
W粉末とTi粉末とを混合し、ホットプレスすることに
より製造されている。しかしながら、従来のTi-Wター
ゲットの原料となるTi粉末は酸素含有量が高く、酸素
含有量の多いターゲットしか得られていなかった。この
ような酸素含有量の多いターゲットでは、スパッタリン
グ中の酸素の放離により、ターゲットの割れ、生成薄膜
の酸化、皮膜品質のばらつき等が生じ好ましくない。
[0003] This Ti-W target material for a thin film is generally produced by mixing W powder and Ti powder and hot pressing. However, the Ti powder used as a raw material of the conventional Ti-W target has a high oxygen content, and only a target having a high oxygen content has been obtained. Such a target having a large oxygen content is not preferable because the release of oxygen during sputtering causes cracks in the target, oxidation of the formed thin film, and variations in the film quality.

【0004】最近、このようなTi-Wターゲットの酸素
含有量を減らす方法として、米国特許4,838,935号公報
にTi粉末の少なくとも一部を水素化したTiと置き換え
ること、あるいはバイノーダル(binodal)な粒径分布を
有するW粉末と水素化したTi粉もしくは水素化したTi
粉とTi粉の混合物を用いることにより、高密度低気孔
率、およびカーボンおよび酸素の含有量を低減できるこ
とが開示された。また、同様にTi-Wターゲットの酸素
含有量を低減する方法として、特開昭63-303017号に
は、W粉末と水素化したTi粉を混合し、脱水素後ある
いは脱水素しながらホットプレスを行なう方法が開示さ
れている。この水素化したTi粉末の使用は、それ自体
酸化防止に有効であるとともに、Ti粉末に比べ破砕性
が良好であるため、粉砕時の酸素ピックアップ量を減ず
ることができるものである。このようにして、900ppm以
下という低酸素濃度のTi-Wターゲットが得られるよう
になった。
Recently, as a method of reducing the oxygen content of such a Ti-W target, US Pat. No. 4,838,935 discloses that at least a part of Ti powder is replaced with hydrogenated Ti, or a binodal particle size is reduced. W powder with distribution and hydrogenated Ti powder or hydrogenated Ti
It has been disclosed that the use of a mixture of powder and Ti powder can reduce the high density and low porosity and the content of carbon and oxygen. Similarly, as a method for reducing the oxygen content of a Ti-W target, JP-A-63-303017 discloses a method in which W powder and hydrogenated Ti powder are mixed and hot pressed after dehydrogenation or while dehydrogenation. Is disclosed. The use of this hydrogenated Ti powder is effective in preventing oxidation by itself and has a better crushing property than Ti powder, so that the amount of oxygen pick-up at the time of pulverization can be reduced. Thus, a Ti-W target having a low oxygen concentration of 900 ppm or less can be obtained.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】最近の半導体製品の電
極パターンの高密度・細線化に伴い、前述の低酸素濃度
のTi-Wターゲットを用いてスパッタリングしても、ス
パッタリングにより成膜した薄膜に巨大粒子、いわゆる
パーティクルが付着し、電極配線を断線させるという新
たな問題が生じてきた。このパーティクルの発生はTi-
Wターゲットの酸素含有量を減ずるだけでは解決できな
かった。上述した公報にもTi-Wターゲット材のミクロ
組織とスパッタリング時のパーティクル発生との関係に
ついては、全く開示されていない。
With the recent trend toward higher density and thinner electrode patterns for semiconductor products, even if sputtering is performed using the above-described Ti-W target having a low oxygen concentration, a thin film formed by sputtering can be obtained. There is a new problem that giant particles, so-called particles, adhere and break the electrode wiring. The generation of these particles is Ti-
The problem could not be solved only by reducing the oxygen content of the W target. The above publication does not disclose the relationship between the microstructure of the Ti-W target material and the generation of particles during sputtering at all.

【0006】パーティクル対策の技術としては、特開平
1−263269号には、ターゲット材の加工歪層を除
去することによりスパッタリング時の異物の発生を抑制
する方法が示され、また特開平3−130360号には
シリサイドターゲット材について、表面部の粗さをRa
(中心線粗さ)で、0.05μm以下とし、併せて表面部に存
在する圧縮残留応力を5kg/mm2以下に規定することによ
り、加工欠陥層から剥離脱落するパーティクル量を減少
させる方法が開示されている。しかしながら、Ti-Wタ
ーゲット材について、ミクロ組織と、パーティクルの発
生数との関係は不明であった。
As a technique for preventing particles, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 1-263269 discloses a method of suppressing generation of foreign matter during sputtering by removing a work strain layer of a target material. No. indicates the surface roughness of the silicide target material.
Disclosed is a method for reducing the amount of particles that peel off from the work defect layer by defining the center line roughness to be 0.05 μm or less and the compressive residual stress existing on the surface to be 5 kg / mm 2 or less. Have been. However, regarding the Ti-W target material, the relationship between the microstructure and the number of generated particles was unknown.

【0007】本発明者は、上述の問題点を解決するため
にターゲット組織とパーティクル発生との関係を詳細に
検討したところ、粗大Ti粒子がパーティクル発生に関
係することを見出した。すなわち、TiとWの共存下で
は原子量の軽いTiが選択的にスパッタリングされ、粗
大Ti粒子に内包されるW粒子あるいはその近傍のW粒
子が巨大粒子のままターゲット材から飛散することがパ
ーティクル発生の原因の一つであることを見出した。ま
た、近年半導体プロセスを中心としてスパッタリング法
による膜形成には、マグネトロン方式のスパッタリング
装置が広く利用されている。マグネトロン方式のスパッ
タリング装置は、ターゲット材の背後に永久磁石を配
し、磁界によってプラズマをターゲット材表面の近傍に
閉じ込める構造を有している。このため、成膜速度が大
きく、ターゲット材の使用効率が大きいという利点を持
つ。最近は、配置する永久磁石の位置等を変え、ターゲ
ット材表面の全面でエロージョンが起こるように設計
し、ターゲット材の使用効率をさらに高める方向にある
が、全面にわたる均質なエロージョンの実現は難しく、
特にターゲット材の最外周部は、ターゲット材の寿命ま
で使用した後も全くエロージョンが進行しない装置が多
い。本発明者らが、スパッタリングにおけるターゲット
材表面のエロージョン進行の過程を詳細に観察した結
果、ターゲット材の外周部では、エロージョンはほとん
ど進行せず、逆にターゲット材表面から飛び出したスパ
ッタ粒子が再付着して、付着膜が形成されることが確認
された。そしてこの付着膜の発生とスパッタリングによ
る形成する薄膜の状態をさらに詳しく観察した結果、付
着膜が厚くなっていくと、付着膜がターゲット材表面か
ら剥離し、剥離の際の破片が飛散し、形成する薄膜上に
付着してパーティクルとなることを見出した。本発明は
上記課題に鑑み、特にターゲット材に起因するパーティ
クルの発生を抑えることのできるTi−Wターゲット材
およびその製造方法を提供することである。
The inventor of the present invention has studied in detail the relationship between the target structure and the generation of particles in order to solve the above-mentioned problems, and has found that coarse Ti particles are involved in the generation of particles. That is, in the coexistence of Ti and W, Ti having a small atomic weight is selectively sputtered, and the W particles included in the coarse Ti particles or the W particles in the vicinity thereof are scattered from the target material as giant particles, which causes particle generation. I found that it was one of the causes. In recent years, a magnetron type sputtering apparatus has been widely used for film formation by a sputtering method mainly in a semiconductor process. The magnetron type sputtering apparatus has a structure in which a permanent magnet is arranged behind a target material, and plasma is confined near the surface of the target material by a magnetic field. Therefore, there is an advantage that the deposition rate is high and the use efficiency of the target material is high. Recently, the position of the permanent magnets to be arranged, etc. are changed, and erosion is designed to occur on the entire surface of the target material, and there is a direction to further increase the use efficiency of the target material, but it is difficult to achieve uniform erosion over the entire surface,
In particular, in many cases, the erosion of the outermost peripheral portion of the target material does not progress at all even after the target material has been used up. The present inventors have observed in detail the process of erosion progress on the target material surface during sputtering.As a result, erosion hardly progressed at the outer peripheral portion of the target material, and spatter particles jumping out of the target material surface reattached. As a result, it was confirmed that an adhered film was formed. And as a result of observing the generation of this adhered film and the state of the thin film formed by sputtering in more detail, as the adhered film becomes thicker, the adhered film peels off from the target material surface, and fragments at the time of peeling are scattered and formed. It has been found that the particles adhere to the thin film and become particles. The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a Ti-W target material capable of suppressing generation of particles caused by a target material, and a method for manufacturing the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者は、ターゲット
材組織に着目し、TiやWの単相以外にTi−Wの合金
相を設けることにより、ターゲット材はパーティクルが
発生しにくいものとなること、およびターゲット材のス
パッタリング面の外周部をスパッタリング面の中央部よ
りも下げたものとするか、または特定の粗さを有するも
のとすることにより、特にターゲット外周部の付着膜に
起因するパーティクルの発生を抑えることができること
を見出し本発明に到達した。すなわち、本発明はターゲ
ット材断面に占めるミクロ組織の面積率で20%以上のT
i−W合金相と、残部W相およびTi相からなる組織を
有し、かつターゲット材のスパッタリング面の外周部の
厚みを該スパッタリング面の中央部よりも薄くしたこと
を特徴とするTi−Wターゲット材である。また、本発
明はターゲット材断面に占めるミクロ組織の面積率で20
%以上のTi−W合金相と、残部W相およびTi相からな
る組織を有し、かつターゲット材のスパッタリング面の
外周部の少なくとも一点の表面粗さがRmax値で10μmか
ら1000μmであることを特徴とするTi−Wターゲット材
である。TiとWのスパッタリング速度の差によるW粒
子の飛散のないターゲット材として、Ti-W合金相を設
けることが有効であることを見出した。
Means for Solving the Problems The present inventor pays attention to the structure of a target material, and by providing a Ti-W alloy phase in addition to a single phase of Ti or W, the target material is considered to be less likely to generate particles. And that the outer peripheral portion of the sputtering surface of the target material is lower than the central portion of the sputtering surface or has a specific roughness, particularly due to the deposited film on the outer peripheral portion of the target. The inventors have found that generation of particles can be suppressed, and have reached the present invention. That is, according to the present invention, the area ratio of the microstructure in the cross section of the target material is 20% or more of T.
Ti-W having an i-W alloy phase, a structure consisting of the remaining W phase and Ti phase, wherein the thickness of the outer peripheral portion of the sputtering surface of the target material is made thinner than the central portion of the sputtering surface. It is a target material. Further, the present invention relates to a microstructure area ratio of 20% in the target material cross section.
% Or more of a Ti-W alloy phase and a balance consisting of a W phase and a Ti phase, and that the surface roughness of at least one point on the outer peripheral portion of the sputtering surface of the target material is 10 μm to 1000 μm in Rmax value. This is a characteristic Ti-W target material. It has been found that it is effective to provide a Ti-W alloy phase as a target material without scattering of W particles due to a difference in sputtering speed between Ti and W.

【0009】本発明のターゲット材は、Ti相やW相以
外にTi-W合金相を形成することにより、実質的なTi
相量を減らすことができ、ターゲット材中に粗大Ti粒
子の発生を防止することができる。また、W相とTi相
のスパッタリング速度の差をこのTi-W合金相により緩
衝することができる。パーティクルの発生を少なくする
ために実質的に必要なTi-W合金相の面積率は20%以上
である。W粉末とTi粉末の圧接部で拡散により形成す
る程度のTi-W合金の量では、Ti-W合金相が形成され
たとは言えない。本発明では、より具体的にパーティク
ルの発生を少なくできるTi-W合金相の量を示すために
面積率20%以上と限定した。パーティクルの発生を大幅
に減らす目的からは、Ti-W合金相の面積率は60%以上
とするのが望ましい。なお、本発明においてTi−W合
金相とはTiとWの合金であればその組成は問わず、ま
た冷却時に析出する微細なαTiを含むものを除外する
ものではない。また、本発明において、W相およびTi
相はそれぞれWおよびTiのみで構成される必要はな
い。たとえば、W粉末とTi粉末の焼結体を加熱した場
合には、得られた組織のW相内には、少量のTiは拡散
するのは当然であり、同様にTi相にも少量のWは拡散
し得るのである。
[0009] The target material of the present invention forms a Ti-W alloy phase in addition to the Ti phase and the W phase, thereby achieving a substantial Ti phase.
The phase amount can be reduced, and the generation of coarse Ti particles in the target material can be prevented. Also, the difference in sputtering rate between the W phase and the Ti phase can be buffered by the Ti-W alloy phase. The area ratio of the Ti-W alloy phase substantially required to reduce the generation of particles is 20% or more. If the amount of the Ti-W alloy is such that it is formed by diffusion at the pressure contact portion between the W powder and the Ti powder, it cannot be said that the Ti-W alloy phase has been formed. In the present invention, the area ratio is limited to 20% or more in order to more specifically show the amount of the Ti-W alloy phase that can reduce the generation of particles. For the purpose of greatly reducing the generation of particles, the area ratio of the Ti-W alloy phase is desirably 60% or more. In the present invention, the composition of the Ti-W alloy phase is not limited as long as it is an alloy of Ti and W, and does not exclude those containing fine αTi which precipitates upon cooling. In the present invention, W phase and Ti
The phases need not each consist solely of W and Ti. For example, when a sintered body of W powder and Ti powder is heated, it is natural that a small amount of Ti diffuses into the W phase of the obtained structure. Can spread.

【0010】前述したTi−W合金相を設けることは、
ターゲット材表面のエロージョンが進行する部分につい
て、ターゲット材構成粒子の欠落・飛散に起因するパー
ティクル発生を抑制する効果を有する。しかしながら、
ターゲット材外周部のエロージョンが実質的に進行しな
い部分については、パーティクル抑制のため別の対策が
必要となる。このように、本発明でいうターゲット材外
周部とは、エロージョンが実質的に進行しない外周領
域、またはエロージョンが生じてもその量が少ない外周
領域であると定義される。ターゲット材のスパッタリン
グ面の外周部の厚みを中央部よりも薄くした場合、例え
ば最も簡単に薄くする方法として、外周部にテーパ加工
を施すことにより、ターゲット材中央部より外周方向に
飛来するスパッタ粒子がターゲット材表面に再付着しに
くくなり、ターゲット材外周部への膜の堆積を防ぐこと
ができる。本発明において、ターゲット材の外周部の薄
くした領域は、曲面であってもよいし、テーパ状等の平
面であってもよい。また、ターゲット材最外周部の表面
粗さを、JISで規定される測定値であるRmax値で10μ
mから1000μmに加工することにより、堆積膜の剥離を抑
止することができる。通常、ターゲット材は、安定した
放電特性を得るために表面研磨がなされている。近年、
特にターゲット材表面からのパーティクル発生の抑制
に、鏡面研磨が効果的であるとの指摘がなされ、表面平
坦度は益々向上していく傾向にある。このような表面粗
さの小さい面上に膜が堆積した場合、膜の圧縮あるいは
引張内部応力は膜表面と平行な方向に方位を合わせて蓄
積されるため、剥離が生じやすい。本発明者らは、ター
ゲット材の表面粗さを種々に変え、膜を堆積させて剥離
との相関を調査した。その結果、従来の鏡面仕上げとは
逆の方向、すなわち表面を若干粗くする方向をとり、表
面粗さをRmax値で10μmから1000μmとすると膜が剥離し
にくいことを見出した。これは、表面を適度に粗くする
ことにより、膜の内部応力の方位を分散し、相殺により
応力を緩和させることができるためと考えられる。ま
た、本発明のターゲット材は例えば、W粉末とTi粉末
とを加圧焼結して焼結体とし、得られた焼結体を加熱
し、合金化処理してTi−W合金相を形成し、次いで、
ターゲット材外周部にテーパ加工を施す方法、またはブ
ラスト処理により表面粗さをRmax値で10μmから1000μm
にする方法で製造することができる。これらの方法によ
り、ターゲット材外周部へのスパッタ粒子の付着を防止
でき、パーティクルの発生の少ないTi−Wターゲット
材を得ることができる。
[0010] Providing the above-mentioned Ti-W alloy phase,
This has the effect of suppressing the generation of particles due to the missing or scattered particles of the target material constituents in the portion where the erosion of the target material surface progresses. However,
For the portion of the outer peripheral portion of the target material where erosion does not substantially proceed, another measure is required to suppress particles. As described above, the outer peripheral portion of the target material in the present invention is defined as an outer peripheral region where erosion does not substantially proceed, or an outer peripheral region where the amount of erosion is small even if it occurs. When the thickness of the outer peripheral portion of the sputtering surface of the target material is made thinner than the central portion, for example, as the easiest way to make the outer peripheral portion tapered, the sputtered particles flying in the outer peripheral direction from the central portion of the target material Becomes less likely to re-adhere to the surface of the target material, and the deposition of a film on the outer peripheral portion of the target material can be prevented. In the present invention, the thinned region of the outer peripheral portion of the target material may be a curved surface or a flat surface such as a tapered shape. Further, the surface roughness of the outermost peripheral portion of the target material was measured at an Rmax value of 10 μm, which is a measurement value specified by JIS.
By processing from m to 1000 μm, separation of the deposited film can be suppressed. Usually, the surface of the target material is polished to obtain stable discharge characteristics. recent years,
In particular, it has been pointed out that mirror polishing is effective in suppressing the generation of particles from the surface of the target material, and the surface flatness tends to be further improved. When a film is deposited on such a surface having a small surface roughness, the compression or tensile internal stress of the film accumulates in a direction parallel to the film surface, and thus the film is easily peeled. The present inventors varied the surface roughness of the target material, deposited a film, and investigated the correlation with the separation. As a result, it was found that the film was hardly peeled when the surface roughness was changed from 10 μm to 1000 μm in the direction opposite to the conventional mirror finish, that is, in the direction of slightly roughening the surface, and the Rmax value was set to 10 μm to 1000 μm. This is considered to be because the orientation of the internal stress of the film can be dispersed by moderately roughening the surface, and the stress can be relaxed by canceling. In addition, the target material of the present invention, for example, forms a sintered body by sintering W powder and Ti powder under pressure, heats the obtained sintered body, and performs an alloying process to form a Ti-W alloy phase. And then
The surface roughness of the target material is tapered on the outer periphery, or the surface roughness is blasted to an Rmax value of 10 μm to 1000 μm.
Can be manufactured. By these methods, it is possible to prevent the sputter particles from adhering to the outer peripheral portion of the target material, and to obtain a Ti-W target material with less generation of particles.

【0011】また、本発明においてTi−W合金相を20
%得るための方法としては、TiとWの焼結体を得た
後、1300〜1500℃の加熱を行なうことが好ましい。1300
〜1500℃に加熱するのは拡散処理により、結晶粒の成長
を押さえつつTi-W合金相を生成させるためである。T
iとWの組み合わせは全率固溶化が可能であるが、結晶
粒を粗大化させずに合金化するには、加熱処理は1500℃
以下が望ましい。また、1300℃未満では、50時間でもほ
とんど合金化しないため、Ti−Wの合金相も生成させ
る場合には1300℃以上がよい。なお、W粉末は好ましく
は純度99.99%以上、さらに好ましくは純度99.999%以上
の高純度W粉末であることが望ましく、Tiは純度99.99
%以上の高純度Tiであることが望ましい。
In the present invention, the Ti—W alloy phase is
As a method for obtaining%, it is preferable to perform heating at 1300 to 1500 ° C. after obtaining a sintered body of Ti and W. 1300
The reason for heating to ~ 1500C is to form a Ti-W alloy phase by diffusion treatment while suppressing the growth of crystal grains. T
The combination of i and W can form a solid solution, but in order to form an alloy without coarsening the crystal grains, heat treatment must be performed at 1500 ° C.
The following is desirable. If the temperature is lower than 1300 ° C., almost no alloying occurs even in 50 hours. Therefore, when a Ti—W alloy phase is also formed, the temperature is preferably 1300 ° C. or higher. The W powder is preferably a high-purity W powder having a purity of preferably 99.99% or more, more preferably 99.999% or more, and Ti has a purity of 99.99%.
%.

【0012】また、本発明において水素化した高純度T
i粉末を用いることにより、ターゲット材中の酸素含有
量を減らすことができる。このとき粉末の混合と粉砕は
別々に行なうこともできるが、本発明ではボールミル、
アトライタ等の機械的に粉砕と混合を同時に行なう装置
を用いることにより、TiとWの比重差によって不均一
な混合物になることを防ぐことができる。TiとWの粉
末は平均粒径5μm以下の粒径まで粉砕することが好ま
しい。このように、微粉末化することにより、TiとW
を均一に分散させ、焼結時のTi粒の粗大化を防ぐとと
もに、加熱処理におけるTiとWの合金化を促進するこ
とができる。また、加圧焼結には、熱間静水圧プレス
(以下HIPという)あるいはホットプレス等が使用で
きる。本発明のTi−Wターゲットをスパッタすること
により得られる薄膜は薄膜表面の最大径0.5μm以上のパ
ーティクルが1平方センチ当り約0.1個以下にすることが
でき、極めて欠陥の少ない半導体デバイスが得られる。
In the present invention, the hydrogenated high-purity T
By using i powder, the oxygen content in the target material can be reduced. At this time, mixing and grinding of the powder can be performed separately, but in the present invention, a ball mill,
By using an apparatus such as an attritor that simultaneously performs mechanical pulverization and mixing, it is possible to prevent a non-uniform mixture due to a difference in specific gravity between Ti and W. The Ti and W powders are preferably ground to a mean particle size of 5 μm or less. As described above, Ti and W are obtained by pulverization.
Can be uniformly dispersed to prevent Ti grains from becoming coarse during sintering and promote the alloying of Ti and W in the heat treatment. For the pressure sintering, a hot isostatic press (hereinafter referred to as HIP) or a hot press can be used. In the thin film obtained by sputtering the Ti-W target of the present invention, particles having a maximum diameter of 0.5 μm or more on the surface of the thin film can be reduced to about 0.1 or less per square centimeter, and a semiconductor device with extremely few defects can be obtained. .

【0013】[0013]

【実施例】【Example】

(実施例1)高純度W粉末(99.999%)と水素化した高純度
Ti(99.99%)を組成が重量百分率でW:Ti=90:10とな
るよう配合し、ボールミルを用いて粉末の平均粒径が5
μm以下となるまで混合・粉砕し、脱水素後熱間静水圧プ
レスで1250℃、5時間 1000kgf/cm2で焼結した。次に真
空炉中で1400℃で24時間合金化熱処理を行ない、ミクロ
組織の面積率で70%のTi-W合金相とW相およびTi相か
らなり、W粒子が分散して存在し、このW粒子をTi-W
合金相が取り巻いている組織のターゲット材を得た。24
時間の熱処理を行なった場合の600倍の組織写真を図1
に示す。図1中、白色部はW相を示すW粒子であり、実
質的にW粒子を取り巻いている灰白色部はTi-W合金相
である。また、Ti-W合金相またはW粒子に隣接して分
散して存在する黒色部はTi相である。
(Example 1) High-purity W powder (99.999%) and hydrogenated high-purity Ti (99.99%) were blended so that the composition becomes W: Ti = 90: 10 by weight percentage, and the average of the powder was obtained using a ball mill. Particle size 5
The mixture was mixed and pulverized until it became not more than μm, dehydrogenated, and sintered by a hot isostatic press at 1250 ° C. for 5 hours at 1000 kgf / cm 2 . Next, an alloying heat treatment was performed in a vacuum furnace at 1400 ° C. for 24 hours, and a Ti-W alloy phase having a microstructure area ratio of 70%, a W phase and a Ti phase, and W particles were present in a dispersed state. W-particles Ti-W
A target material having a structure surrounding the alloy phase was obtained. twenty four
Figure 1 shows a micrograph of the structure 600 times that of the heat treatment for a long time.
Shown in In FIG. 1, the white portion is a W particle representing a W phase, and the gray white portion substantially surrounding the W particle is a Ti-W alloy phase. Further, a black portion dispersed and present adjacent to the Ti-W alloy phase or the W particles is the Ti phase.

【0014】図1に見るように、24時間の加熱処理によ
りW粒子は微小な粒子として存在し、ほとんどがTi-W
合金相に覆われており、Ti相に取り囲まれているW粒
子は確認できなかった。またTi相の占める割合も非常
に小さくなっていることがわかる。次いで、旋盤、平面
研磨、放電加工により、焼結体をφ300mm、厚さ 6mm、
表面粗さ Rmax=3μmの円板に加工したものを用意した。
ターゲット材1のスパッタリング面2の端部から6mmの
幅でターゲット中心部の表面に対して0(処理なし)〜45
°の俯角θを有するようにテーパ加工を施した。図2は
45°のテーパ加工を施したターゲット材の断面形状を示
したものである。このようにして製造したTi-Wターゲ
ット材を6インチシリコンウェハにスパッタし、シリコ
ンウェハ毎のパーティクル数を測定した。スパッタリン
グ条件は、アルゴン圧力 5.0×10マイナス3乗Torr、高
周波投入電力 200W、ターゲットとシリコンウェハ基板
間の距離は80mmである。表1は、ターゲット材外周部に
設けた俯角と、パーティクル発生数の関係を示したもの
である。パーティクルの測定は、シリコンウェハ上に付
着した粒径 0.5μm以上を対象に光散乱法で行なった。
表1の値は、シリコンウェハ毎に測定した値の平均値で
ある。表1よりテーパ加工のない試料No.1の場合(俯角
θ=0)、発生するパーティクル数21個に対し、ターゲッ
ト材外周部を中心部より薄くするために、テーパ加工を
施した本発明例である試料No.2〜5は発生するパーティ
クル数が減少できることがわかる。積算スパッタ時間 1
5キロワット時経過後にターゲット材外周部の観察を行
なったところ、比較例であるテーパ加工のない試料No.
1の場合、外周部の幅 6〜8mmの部分に付着膜が堆積して
おり、一部剥離が認められた。一方、テーパ加工を施し
た本発明のターゲット材は、膜の付着は少なく、剥離は
確認されなかった。以上のことから、ターゲット材外周
部にテーパ加工を施すことは、パーティクル抑制に非常
に有効であることがわかる。
As shown in FIG. 1, the W particles exist as fine particles due to the heat treatment for 24 hours, and most of them are Ti-W.
W particles covered with the alloy phase and surrounded by the Ti phase could not be confirmed. It can also be seen that the ratio of the Ti phase is very small. Then, by lathe, surface polishing, electric discharge machining, the sintered body φ300mm, thickness 6mm,
A disk processed to have a surface roughness of Rmax = 3 μm was prepared.
The width of 6 mm from the end of the sputtering surface 2 of the target material 1 is 0 (no treatment) to 45 with respect to the surface of the center of the target.
Was tapered so as to have a depression angle θ of °. Figure 2
It shows the cross-sectional shape of a target material that has been tapered at 45 °. The Ti-W target material thus manufactured was sputtered on a 6-inch silicon wafer, and the number of particles for each silicon wafer was measured. The sputtering conditions were as follows: argon pressure 5.0 × 10 −3 Torr, high-frequency input power 200 W, distance between target and silicon wafer substrate 80 mm. Table 1 shows the relationship between the depression angle provided on the outer peripheral portion of the target material and the number of generated particles. The particles were measured by a light scattering method for particles having a particle diameter of 0.5 μm or more attached on the silicon wafer.
The values in Table 1 are the average values measured for each silicon wafer. According to Table 1, in the case of the sample No. 1 having no taper processing (depression angle θ = 0), an example of the present invention in which the number of generated particles was 21 in order to make the outer peripheral portion of the target material thinner than the center portion. It can be seen that the samples No. 2 to No. 5 can reduce the number of generated particles. Cumulative sputtering time 1
Observation of the outer peripheral portion of the target material after the elapse of 5 kilowatt hours showed that the sample No.
In the case of 1, the adhered film was deposited on a portion of the outer peripheral portion having a width of 6 to 8 mm, and partial peeling was observed. On the other hand, in the tape-processed target material of the present invention, adhesion of the film was small, and peeling was not confirmed. From the above, it can be understood that tapering the outer peripheral portion of the target material is very effective in suppressing particles.

【0015】[0015]

【表1】 [Table 1]

【0016】(実施例2)実施例1と全く同様の方法に
より、ミクロ組織の面積率で70%のTi-W合金相を有す
る焼結体を得た。次に、旋盤、平面研磨、放電加工によ
り、焼結体をφ300mm、厚さ 6mm、表面粗さ Rmax=3μm
の円板に加工した。次にターゲット材1のスパッタリン
グ面2の端部から幅10mmの部分を残してその他の部分を
粘着テープでマスキングし、ブラストマシンを用いてタ
ーゲット材外周部の非マスキング部にアルミナビーズを
噴射して表面を粗した。表面粗さ計を用いてRmax値を測
定したところ、通常研磨面はRmax=3μm、ブラストビー
ズの被射部は表2に示す値に仕上げた。図3は外周部の
表面を粗くしたターゲット材の断面形状を示したもので
ある。本ターゲット材を実施例1と全く同様のスパッタ
リング条件で成膜し、シリコンウェハ上に発生する粒径
0.5μm以上のパーティクル発生数を計測した。表2に
パーティクル数の測定結果を示した。
(Example 2) A sintered body having a Ti-W alloy phase having a microstructure area ratio of 70% was obtained in exactly the same manner as in Example 1. Next, the sintered body was φ300mm, thickness 6mm, surface roughness Rmax = 3μm by lathe, surface polishing and electric discharge machining.
Was processed into a disc. Next, the remaining portion is masked with an adhesive tape except for a portion having a width of 10 mm from the end of the sputtering surface 2 of the target material 1, and alumina beads are sprayed onto a non-masking portion of the outer peripheral portion of the target material using a blast machine. The surface was roughened. When the Rmax value was measured using a surface roughness meter, the polished surface was normally finished to the value shown in Table 2 with Rmax = 3 μm, and the blasted beads were irradiated. FIG. 3 shows a cross-sectional shape of a target material having a rough outer peripheral surface. This target material was formed into a film under exactly the same sputtering conditions as in Example 1, and the particle size generated on the silicon wafer
The number of generated particles of 0.5 μm or more was measured. Table 2 shows the measurement results of the number of particles.

【0017】[0017]

【表2】 [Table 2]

【0018】表2よりターゲット材スパッタリング面の
外周部をRmaxで10μm以上の粗面とすることにより、パ
ーティクルの発生が抑えられることがわかる。しかし、
Rmaxで1000μm以上の粗面にするとパーティクル発生数
が逆に多くなっており、ターゲット外周部の粗さとして
はRmax 10μm〜1000μmが好ましいことがわかる。
From Table 2, it can be seen that the generation of particles can be suppressed by setting the outer peripheral portion of the sputtering surface of the target material to a rough surface having an Rmax of 10 μm or more. But,
On the other hand, when the surface is roughened to have a Rmax of 1000 μm or more, the number of generated particles is conversely large.

【0019】(実施例3)実施例1の試料No.4と同様
に製造したターゲット材スパッタリング面の中央部に対
して30°の俯角を有する試料を実施例2と同様にターゲ
ットのスパッタリング面の端から幅 10μmの部分を表面
粗さ Rmax=150μmに仕上げた。実施例1と同じスパッタ
リング条件で成膜し、シリコンウェハ上の粒径 0.5μm
以上のパーティクル発生数を計測した。パーティクル発
生数は10(ヶ/φ6″ウェハ)であり、実施例1のRmax=3μ
mである試料No.4よりもさらにパーティクルの発生を抑
えることができた。
(Example 3) A sample having a depression angle of 30 ° with respect to the center of the sputtering surface of the target material manufactured in the same manner as the sample No. 4 of the embodiment 1 was used. A portion with a width of 10 μm from the end was finished to a surface roughness Rmax = 150 μm. A film was formed under the same sputtering conditions as in Example 1, and the particle size on a silicon wafer was 0.5 μm.
The number of generated particles was measured. The number of generated particles was 10 (pcs / φ6 ″ wafer), and Rmax = 3μ in Example 1.
The generation of particles was further suppressed as compared with the sample No. 4 which is m.

【0020】(実施例4)実施例1と全く同様の方法で
WおよびTi粉末を混合・粉砕し、脱水素後熱間静水圧プ
レスを用いて焼結体を得た。次に真空炉中で1400℃に加
熱し、合金化処理を行なった。この際、処理時間を変え
て形成されるTi-W合金相面積率を制御し、Ti-W合金
相が面積率で0%から90%を占める組織を有する6種のTi
-W焼結体を得た。この焼結体をφ300mm、厚さ 6mmの円
板に加工し、最外周部から6mmの幅で45°の俯角をもつ
テーパ加工を施した。このようにして製造したTi-Wタ
ーゲット材を6インチシリコンウェハにスパッタし、シ
リコンウェハ毎のパーティクル数を測定した。スパッタ
リング条件は、アルゴン圧力 5.0×10マイナス3乗Tor
r、高周波投入電力200W、ターゲットとシリコンウェハ
基板間の距離は80mmである。図4は、上記の各ターゲッ
ト材のTi-W合金相面積率とパーティクル数との関係を
示したものである。同一のテーパ形状を有するターゲッ
ト材において、Ti-W合金相面積率が20%を越えるとパ
ーティクル数が減少し始め、以降合金相の割合が大きく
なるにつれて、漸次パーティクル数が減少していくこと
がわかる。したがって、Ti-W組織を合金化してパーテ
ィクル数を抑制するためには、少なくとも20%以上のTi
-W合金相面積率が必要であることがわかる。
Example 4 W and Ti powders were mixed and pulverized in exactly the same manner as in Example 1, and after dehydrogenation, a sintered body was obtained using a hot isostatic press. Next, it was heated to 1400 ° C. in a vacuum furnace to perform an alloying treatment. At this time, the Ti-W alloy phase area ratio formed by changing the processing time is controlled, and six Ti-W alloy phases having a structure in which the Ti-W alloy phase accounts for 0% to 90% in area ratio are obtained.
A -W sintered body was obtained. This sintered body was processed into a disk having a diameter of 300 mm and a thickness of 6 mm, and was subjected to a taper processing with a width of 6 mm from the outermost periphery and a depression angle of 45 °. The Ti-W target material thus manufactured was sputtered on a 6-inch silicon wafer, and the number of particles for each silicon wafer was measured. Sputtering conditions were as follows: argon pressure 5.0 × 10 minus the cube of 3 Tor
r, high frequency input power 200W, distance between target and silicon wafer substrate is 80mm. FIG. 4 shows the relationship between the Ti-W alloy phase area ratio of each target material and the number of particles. In a target material having the same tapered shape, when the Ti-W alloy phase area ratio exceeds 20%, the number of particles starts to decrease, and thereafter, as the ratio of the alloy phase increases, the number of particles gradually decreases. Understand. Therefore, in order to alloy the Ti-W structure and suppress the number of particles, at least 20% or more of Ti
It is understood that the -W alloy phase area ratio is necessary.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明の方法によれば、Ti-W合金相を
主体としてW粒子とTi相が分散し、粗大Ti粒が極め
て少ないという組織とし、かつ非エロージョン部となる
ターゲット材外周面をターゲット材中央部表面より下げ
るか、または表面粗さをRmax値で10μm〜1000μmとする
ことにより、パーティクルの発生の極めて少ないスパッ
タリングが実施できるので、半導体デバイスの品質向上
に非常に有効なターゲットおよび薄膜を提供できる。
According to the method of the present invention, the structure is such that the W particles and the Ti phase are mainly dispersed in the Ti-W alloy phase, the coarse Ti particles are extremely small, and the outer peripheral surface of the target material to be a non-erosion portion. By lowering the surface roughness of the target material from the central part surface or by setting the surface roughness to an Rmax value of 10 μm to 1000 μm, it is possible to carry out sputtering with extremely low generation of particles. A thin film can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】24時間の加熱処理で得られた本発明のターゲ
ット材の合金金属ミクロ組織写真である。
FIG. 1 is a photograph of an alloy metal microstructure of a target material of the present invention obtained by a heat treatment for 24 hours.

【図2】外周部にテーパ加工を施した本発明のTi−W
ターゲット材断面図である。
FIG. 2 shows a Ti-W of the present invention having a tapered outer peripheral portion.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a target material.

【図3】外周部の表面を粗した本発明のTi−Wターゲ
ット材断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a Ti-W target material of the present invention in which the outer peripheral surface is roughened.

【図4】Ti−W合金相面積率とパーティクル発生数の
関係を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a Ti—W alloy phase area ratio and the number of generated particles.

【符号の説明】 1 ターゲット材 2 スパッタリング面[Description of Signs] 1 Target material 2 Sputtered surface

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−211575(JP,A) 特開 昭63−303017(JP,A) 特開 平5−33129(JP,A) 実公 平2−7870(JP,Y2) YAMAUCH M,KIBAYAS HI T,Development o f W−Ti Binary Allo y Sputtering Targe t and Study of its Sputtering Charac teristics,Nippon T ungsten Review,日本, vol.22,55−72 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-59-211575 (JP, A) JP-A-63-303017 (JP, A) JP-A-5-33129 (JP, A) 7870 (JP, Y2) YAMAUCH M, KIBAYAS HIT, Development of W-Ti Binary Alloy Sputtering Target and Study of Japan's Spontaneous Service, Nissan, Japan 22, 55-72

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ターゲット材断面に占めるミクロ組織の
面積率で20%以上のTi−W合金相と、残部W相および
Ti相からなる組織を有し、かつターゲット材のスパッ
タリング面の外周部の厚みを該スパッタリング面の中央
部よりも薄くしたことを特徴とするTi−Wターゲット
材。
A microstructure occupying at least 20% of a microstructure occupying a cross section of a target material, a structure comprising a balance of a W phase and a Ti phase, and an outer peripheral portion of a sputtering surface of the target material. A Ti-W target material having a thickness smaller than that of a central portion of the sputtering surface.
【請求項2】 ターゲット材断面に占めるミクロ組織の
面積率で20%以上のTi−W合金相と、残部W相および
Ti相からなる組織を有し、かつターゲット材のスパッ
タリング面の外周部の少なくとも一点の表面粗さがRmax
値で10μmから1000μmであることを特徴とするTi−W
ターゲット材。
2. A structure comprising a Ti—W alloy phase having a microstructure area ratio of not less than 20% in a cross section of a target material and a structure including a remaining W phase and a Ti phase, and having an outer peripheral portion of a sputtering surface of the target material. At least one surface roughness is Rmax
Ti-W characterized by a value of 10 μm to 1000 μm.
Target material.
【請求項3】 W粉末とTi粉末とを加圧焼結して焼結
体とし、得られた焼結体を加熱し、合金化処理してTi
−W合金相を形成し、次いで、ターゲット材外周部にテ
ーパ加工を施すことを特徴とするTi−Wターゲット材
の製造方法。
3. A sintered body obtained by sintering W powder and Ti powder under pressure to obtain a sintered body.
-A method for producing a Ti-W target material, comprising forming a W alloy phase and then tapering the outer peripheral portion of the target material.
【請求項4】 W粉末とTi粉末とを加圧焼結して焼結
体とし、得られた焼結体を加熱し、合金化処理してTi
−W合金相を形成し、次いで、ターゲット材外周部をブ
ラスト処理して表面粗さをRmax値で10μmから1000μmに
することを特徴とするTi−Wターゲット材の製造方
法。
4. A sintered body obtained by sintering W powder and Ti powder under pressure to obtain a sintered body.
-A method for producing a Ti-W target material, comprising forming a W alloy phase, and then blasting the outer peripheral portion of the target material to have a surface roughness of 10 µm to 1000 µm in Rmax value.
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YAMAUCH M,KIBAYASHI T,Development of W−Ti Binary Alloy Sputtering Target and Study of its Sputtering Characteristics,Nippon Tungsten Review,日本,vol.22,55−72

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