JP4342639B2 - Sputtering target and electrode film manufacturing method - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体メモリなどに用いられる薄膜キャパシタの電極形成に好適なスパッタリングターゲット、およびそれを用いた電極膜と電子部品に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、情報処理装置の高速化、大容量化に伴い、大容量のDRAMや不揮発性の強誘電体メモリ(FRAM)が用いられるようになってきている。これらDRAMやFRAMには薄膜キャパシタが搭載されており、さらなる大容量化、小型化のために高誘電性材料や強誘電性材料の研究、またこれら高誘電性材料や強誘電性材料に適した電極の開発などが進められている。
【0003】
例えば、高誘電性材料もしくは強誘電性材料としては、SrTiO3 やBa1- x Srx TiO3 などのペロブスカイト型酸化物が用いられている。
【0004】
このようなペロブスカイト型酸化物からなる誘電体膜を有する薄膜キャパシタにおいては、高純度RuやRu合金、あるいはこれらの酸化物を電極として使用することが記載されている。このようなRu系電極膜の形成には主としてスパッタ法が利用されており、例えばAr+O2 の混合ガスを用いた反応性スパッタによりRu系の電極膜を形成することが行われている。このようなスパッタ法を適用したRu系電極膜の形成には、高純度RuターゲットやRu合金ターゲットが用いられる。
【0005】
ところで、近年、半導体ウエハのサイズは8インチから12インチへと大型化されつつあり、また例えばDRAMに関しては64Mから256M、さらには1Gと大容量化が進められている。半導体素子の容量はさらに増大する一方で、素子面積は減少させることが求められていることから、電極や配線の微細化などが積極的に進められている。このような電極膜に用いられるスパッタ膜には、膜質や膜厚分布が均一で、かつ下地に対して付着力に優れるなどの特性が要求される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のRuまたはRu合金からなるスパッタリングターゲットでは、ウエハ面内の膜厚分布やシート抵抗などが均一になりやすく、安定した特性を有する電極膜を得ることが難しいという問題がある。特に、Ar+O2 の混合ガス雰囲気を用いた反応性スパッタを適用した場合に、膜厚分布やシート抵抗のばらつきが問題となっている。
【0007】
RuやRu合金などからなる電極膜の膜質や膜厚分布のばらつきについては、ターゲットの表面および内部の結晶方位がスパッタ放射角度に影響を及ぼしていることが考えられる。そこで、従来のRu基のスパッタリングターゲットでは、結晶組織の微細化やある程度の結晶面の制御などにより膜質や膜厚分布を均一化することが試みられているが、十分な結果を得るまでには至っていない。
【0008】
さらに、従来のスパッタリングターゲットを用いたRu系電極膜は、下地に対する付着力が不十分であり、例えばペロブスカイト型酸化物からなる誘電体膜を用いたDRAMやFRAMなどの信頼性を低下させる原因となっている。また、従来のスパッタリングターゲットを用いた場合には、スパッタ時にパーティクルが発生しやすく、回路の断線や短絡の原因となっている。
【0009】
ここで、上述したAr+O2 の混合ガスをスパッタガスとして用いる理由は、下地としてのSi酸化膜やSi窒化膜などに対するRu系電極膜の付着力を向上させることにあるが、従来のスパッタリングターゲットでは付着力の十分な向上が実現されておらず、Ru系電極膜の膜剥がれなどを招いている。
【0010】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、RuやRu合金あるいはこれらの酸化物を用いて、例えば誘電体膜としてペロブスカイト型酸化物を有する薄膜キャパシタの電極などをスパッタ法で形成する際に、電極膜の膜厚分布や膜質の均一性を高めるとともに、下地に対する付着力を向上させたスパッタリングターゲット、さらにはパーティクルの発生を低減させることを可能にしたスパッタリングターゲットを提供することを目的としており、またそのようなスパッタリングターゲットを用いることによって、特性や付着力などを向上させた電極膜およびそれを用いた電子部品を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、スパッタリングを用いて形成されるRu系電極膜の膜厚分布や膜質の均一性、および下地に対する付着力を改善するために、RuまたはRu合金からなるスパッタリングターゲットの結晶方位やその配向性などについて検討を行った。
【0012】
ここで、通常のRu系電極膜のX線回折法による主ピークは(110)面であることが知られているが、上述した目的に対してはRuの(002)面と(101)面が重要であり、これらの結晶面の配向性を制御することによって、熱的に安定なターゲット結晶組織が得られることを見出した。
【0013】
本発明はこのような知見に基づいてなされたものであって、請求項1に記載したように、RuまたはRu合金からなるスパッタリングターゲットであって、ターゲット表面においてX線回折法で測定された積分強度値における(002)面の結晶方位含有比が0.05以上、ターゲット表面においてX線回折法で測定された積分強度値における{I(002)/35}/{I(101)/100}の比が3.0以上、ターゲットの各部位における前記{I(002)/35}/{I(101)/100}の比のばらつきが±30%以内、ターゲット全体としての平均結晶粒径が100μm以下、前記ターゲット全体の平均結晶粒径に対するターゲットの各部位における平均結晶粒径のばらつきが±25%以内であることを特長とする。
【0014】
このように、ターゲット表面の(002)面の結晶方位含有比を0.05以上とすることによって、Ru系電極膜の下地に対する付着力を向上させることができ、また膜厚分布や膜質の均一性も高めることが可能となる。さらに、パーティクルの発生も抑制することができる。
【0015】
本発明のスパッタリングターゲットは、さらにターゲット表面においてX線回折法で測定された積分強度値における{I(002)/35}/{I(101)/100}の比が3.0以上であり、ターゲットの各部位における{I(002)/35}/{I(101)/100}の比のばらつき±30%以内である。
【0016】
このように、ターゲット表面における{I(002)/35}/{I(101)/100}の比を3.0以上とすることによって、スパッタ時のターゲット組織を安定化させることができ、これに基づいてRu系電極膜の膜厚分布や膜質の均一性を高めることができ、また下地に対する付着力も向上する。さらに、パーティクルの発生も抑制することができる。
【0017】
また、本発明のスパッタリングターゲットは、ターゲット全体としての平均結晶粒径が100μm以下であり、ターゲット全体の平均結晶粒径に対するターゲットの各部位における平均結晶粒径のばらつきが±25%以内である。さらに、本発明のスパッタリングターゲットは、請求項2に記載したように、結晶組織として再結晶組織を有することが好ましい。
【0018】
本発明の電極膜の製造方法は、請求項4に記載したように、スパッタリングターゲットを用いてスパッタ成膜を行うことにより電極膜を製造する方法であって、このスパッタリングターゲットとして上記した本発明のスパッタリングターゲットを用いることを特長とする。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
【0021】
本発明のスパッタリングターゲットは、RuまたはRu合金からなるものである。
【0022】
ターゲットをRuで構成する場合、その純度は例えば99.99%以上というように高純度であることが好ましい。
【0023】
また、ターゲットを構成するRu合金には、Ruに各種金属元素(合金化元素)を1種または2種以上含有させたものを用いることができる。例えば、Ti、Zr、Ta、Pt、Ir、Ni、Cr、Mo、W、Nbなどの金属元素を0.01〜20重量%の範囲で含有させたRu合金を用いることができる。これら合金化元素は耐熱性、耐腐食性などに寄与するものである。
【0024】
本発明のスパッタリングターゲットは、上述したようなRuまたはRu合金からなるターゲットの表面において、X線回折法で測定された積分強度値における(002)面の結晶方位含有比を0.05以上としている。(002)面の結晶方位含有比は図1に示す式により計算される値を示すものである。
【0025】
ここで、例えばI(002)は(002)面の測定強度であり、R(002)は(002)面の相対強度比(補正値)である。本発明で規定するX線回折法による各結晶面の強度値は、たとえば以下のようにして測定する。まず、X線としてCu−Kα線を使用し、測定試料の表面層を研磨などで処理した後、X線回折装置を用いて表面の各結晶方位の積分強度値(測定強度値)を求める。
【0026】
本発明における各結晶面の積分強度値は、各結晶面からの回折強度が完全にランダムに配向している粉末の回折強度で正規化した補正強度値を用いる。すなわち、JCPDS CARDなどの値で測定強度値を補正して積分強度値を求め、これらから各結晶面の結晶方位含有比を算出する。なお、(002)面及び(101)面の積分強度値(補正強度)の算出方法を表1に示す。
【0027】
【表1】

Figure 0004342639
RuまたはRu合金からなるスパッタリングターゲット表面において、X線回折法で測定された積分強度値における(002)面の結晶方位含有比を0.05以上とすることによって、得られるスパッタ膜(Ru膜、Ru合金膜、あるいはこれらの酸化膜)の下地に対する密着性を向上させることができる。この(002)面の結晶方位含有比は0.08以上であることがさらに好ましい。
【0028】
本発明のスパッタリングターゲットは、さらにターゲット表面においてX線回折法で測定された積分強度値における{I(002)/35}/{I(101)/100}の比を3.0以上としている。この際、ターゲットの各部位における{I(002)/35}/{I(101)/100}の比のばらつきは±30%以内とすることが好ましい。
【0029】
ここで、I(002)は(002)面の測定強度値、35は(002)面の相対強度比(補正値)、I(101)は(101)面の測定強度値、100は(101)面の相対強度比(補正値)である。これらから求められる{I(002)/35}/{I(101)/100}の比は、(002)面と(101)面との結晶方位含有比を表すものである。
【0030】
RuまたはRu合金からなるスパッタリングターゲットの表面において、X線回折法で測定される結晶面は多数挙げられているが、特に(002)面と(101)面が熱的に安定なターゲット組織を得るための指標として重要である。そこで、本発明では上記したように{I(002)/35}/{I(101)/100} の比を3.0以上としている。このような条件を満足させることによって、ターゲット組織の熱的安定性を高めることができるため、得られるスパッタ膜(Ru系電極膜)の膜厚分布や膜質の均一性を向上させることが可能となり、さらにはパーティクルの発生を抑制することができる。
【0031】
すなわち、上記した{I(002)/35}/{I(101)/100} の比が3.0%未満であるということは、スパッタリングターゲットの結晶組織が加工組織や部分的な再結晶組織であることを意味しスパッタリングターゲットの温度上昇に伴って再結晶組織が回復、あるいは部分的に再結晶化するおそれが大きい。このようなスパッタリングターゲットの結晶組織の変質に伴って、得られるスパッタ膜の膜質や膜厚分布などが変化する。また、異常放電などの突発的な現象が生じ、パーティクルの発生量も増加する。
【0032】
言い換えると、上記した{I(002)/35}/{I(101)/100} の比を3.0以上とすることによって、ターゲット組織の回復や部分的な再結晶化を防ぐことができる。このように、ターゲット結晶組織の熱的安定性を高めることによって、得られるスパッタ膜(Ru系電極膜)の膜厚分布や膜質の均一性を向上させることが可能となり、さらにはパーティクルの発生を抑制することができる。スパッタリングターゲットの{I(002)/35}/{I(101)/100} の比は4.5以上とすることがさらに好ましい。
【0033】
さらに、スパッタリングターゲットの各部位において、{I(002)/35}/{I(101)/100} の比のバラツキを±30%以内とすることによって、各部位で均一なスパッタリング効果が得られ、より一層スパッタ膜(Ru系電極膜)の膜厚分布や膜質の均一性を向上させることができる。スパッタリングターゲットの各部位における結晶方位含有比のバラツキが±30%を超えると、各部位における熱的安定性が異なることになり、スパッタ粒子の放出特性が変化してしまう。これは膜厚分布や膜質の変動要因となる。{I(002)/35}/{I(101)/100} の比のばらつきは±15%以内とすることがさらに好ましい。
【0034】
本発明のスパッタリングターゲットは、上述したように結晶組織として再結晶組織を有することが好ましい。加工組織ではスパッタリングターゲットの温度上昇により結晶組織が回復あるいは部分再結晶化することがあり、このスパッタリングターゲットの結晶組織の変質に伴い膜質などが変動したり、異常放電などが起こりパーティクルが増発するおそれがある。一方、スパッタリングターゲットが再結晶組織を有する場合には、結晶組織の回復や部分再結晶化、また異常放電などを防ぐことができ、安定した膜質を再現性よく得ることができる。
【0035】
また、本発明のスパッタリングターゲットにおいては、ターゲット全体としての平均結晶粒径が100μm以下であり、さらに各部位での平均結晶粒径のばらつきがターゲット全体での平均結晶粒径の±25%以内である。ターゲット全体としての平均結晶粒径は50μm以下とすることがより好ましく、さらには10μm以下とすることが望ましい。
【0036】
ターゲットの平均結晶粒径が100μmより大きいと、スパッタ時に各結晶粒からの原子の放出特性の違いが顕著になり、膜厚分布が不均一になるおそれがある。さらに、平均結晶粒径が100μmより大きいとスパッタ時にターゲット表面付近の電界が局部的に乱れ、異常放電が起こりやすくなる。このような領域のターゲット物質は液状もしくはクラスター状となってターゲットから飛散し、これらの物質が核となってダストが発生する。
【0037】
同様に、各部位での平均結晶粒径のばらつきがターゲット全体としての平均結晶粒径の±25%の範囲を超えると、各部位での原子などの放出特性の違いが顕著になり、膜質が不安定となるおそれがある。各部位での平均結晶粒径のばらつきはターゲット全体としての平均結晶粒径の±15%以内とすることがさらに好ましい。なお、各部位での平均結晶粒径の測定は、JIS H0501に記載されている切断法を適用して実施するものとする。
【0038】
本発明のスパッタリングターゲットは、粉末冶金法、溶解法、急冷凝固法などの公知の方法によって作製することができる。例えば、Ru粉末単体、もしくはRu粉末に例えばTi、Ta、Zr、Pt、Ir、Ni、Cr、Mo、W、Nbなどの粉末を所定量混合した粉末や合金粉末を、ホットプレス法やHIP法で燒結することにより作製される。この際、ホットプレスやHIPは再結晶温度以上の温度で実施する。ホットプレスやHIP時の温度が再結晶温度未満であると、本発明で規定するRuの(002)面の結晶方位含有比、あるいは(002)面と(101)面との結晶方位含有比を満足させることができない。
【0039】
また、ホットプレスやHIPを施す原料粉末すなわちRu粉末、Ru合金粉末Ruと合金化元素との混合粉末などとしては、所定の粉末粒径のものを使用する。具体的には30μm以下の粒径を有する原料粉末を用いることが好ましい。このような原料粉末を用いることによって、ターゲット全体としての平均結晶粒径、さらには各部位での平均結晶粒径のばらつきを所望範囲に制御することができる。ターゲット素材に塑性加工および熱処理を施す場合には、その際の条件によっても結晶粒径を制御することができる。
【0040】
ここで、ホットプレス法やHIP法でターゲット素材を作製した後に、塑性加工を施す場合には、その際の処理温度を再結晶温度以上とすることによっても、本発明で規定する(002)面の結晶方位含有比、あるいは(002)面と(101)面との結晶方位含有比を満足させることができる。また、塑性加工後に施す熱処理温度を再結晶温度以上とすることによっても同様である。溶解法や急冷凝固法などでターゲット素材を作製した場合についても同様である。
【0041】
RuもしくはRu合金の具体的な再結晶温度はおおよそ1000〜1600℃程度であるため、上記したホットプレスやHIP時の温度、あるいは塑性加工やその後の熱処理温度は1200℃以上とすることが好ましい。特に、これらの処理温度を1300℃以上とすることによって、(002)面の結晶方位含有比や(002)面と(101)面との結晶方位含有比をより一層高めることができる。 上述したような方法により得られたターゲット素材を所望形状に機械加工した後、バッキングプレートと接合することによって、本発明のスパッタリングターゲットが得られる。
【0042】
本発明の電極膜は、上述したような本発明のスパッタリングターゲットを用いてスパッタ成膜することにより得られるRu膜またはRu合金膜を有する。本発明のスパッタリングターゲットを用いた成膜は、通常のArガスを用いて実施してもよいし、またAr+O2 の混合ガスをスパッタガスとして用いた反応性スパッタにより実施してもよい。
【0043】
本発明のスパッタリングターゲットを用いて成膜したRu系電極膜は、膜質、シート抵抗、膜厚分布などが均一で、かつSi基板、その表面に形成されるSi酸化膜やSi窒化膜などの下地に対して良好な付着力を示し、剥がれなどが生じにくいため、それを用いた各種電子部品の特性、信頼性、耐久性などを向上させることができる。また、スパッタ時のパーティクル発生を抑制することができるため、回路の断線や短絡を防ぐことができると共に、配線の微細化などに対しても大きく貢献する。
【0044】
さらに、上述した反応性スパッタを適用した成膜によれば、酸素を含むRu膜またはRu合金膜が得られる。このような酸素を含むRu膜やRu合金膜は、特に下地に対して優れた密着性を示す。本発明においては、このような酸素を含むRu膜またはRu合金膜と、通常のスパッタ法により成膜したRu膜またはRu合金膜との積層膜を電極膜として用いてもよい。この際、酸素を含むRu膜またはRu合金膜は、下地に対する密着性の向上に寄与すると共に、下地の拡散を防ぐバリア材としても機能する。
【0045】
本発明の電極膜は各種電子部品の電極に適用可能であるが、特にSrTiO3 やBa1-x Srx TiO3 などのペロブスカイト型酸化物からなる誘電体膜を有する薄膜キャパシタの電極として好適である。薄膜キャパシタの具体的な構造としては、Si基板などの上に下部電極を形成し、下部電極上に誘電体膜および上部電極を順に形成した構造が挙げられ、このような下部電極または上部電極の少なくとも一方に本発明の電極膜が用いられる。このような薄膜キャパシタは、例えば大容量DRAMやFRAMなどの半導体記憶素子に適用される。
【0046】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例およびその評価結果について述ぺる。
【0047】
実施例1
原料粉末としてRu、W、Mo、Pt、Taの各粉末を用意し、これら粉末をRu単体、Ru−10at%W、Ru−12at%Mo、Ru−5at%Pt、Ru−20at%Taとなるように調合した。
【0048】
これらの粉末を温度1300〜1400℃、保持時間 4時間、加圧加重2500Pa、10Pa以下の真空雰囲気の条件下でホットプレスし、直径127mm、厚さ5mmの寸法を有するRuターゲットおよびRu合金ターゲットをそれぞれ10枚ずつ作製した。これらのうち、それぞれ5枚のターゲットについては、ホットプレス後に1800〜2000℃で3〜5時間保持し、結晶粒径の調節を行った。
【0049】
上述した方法により各組成について、それぞれ平均結晶粒径が100μm以下のスパッタリングターゲットを5枚と、100μmを超えるスパッタリングターゲットを5枚作製した。なお、表2の試料No1〜No5のスパッタリングターゲットは平均結晶粒径が100μm以下のものであり、試料No6〜No10のスパッタリングターゲットは平均結晶粒径が100μmを超えるものである。
【0050】
これら各ターゲット表面の(002)面の結晶方位含有比をX線回折法により測定した。結晶方位含有比は、試料表面の変質層を研磨して除去した後、X線回折計で各結晶方位に対応する回折線の積分強度を測定し、得られた強度値を相対強度値(JCPDS CARD参照)で補正した後、図1の式を用いて算出した。表2に各ターゲットの(002)結晶方位含有比、平均結晶粒径のばらつき、(002)/(101)結晶方位含有比およびそのばらつきを示す。
【0051】
【表2】
Figure 0004342639
表2から分かるように、試料No1〜No5の各ターゲットは(002)結晶方位含有比が0.05以上であり、試料No6〜No10の各ターゲットは(002)結品方位含有比が0.05以下である。また、平均結晶粒径のばらつきは試料No1〜No5の各ターゲットが25%以下であるのに対して、試料No6〜No10の各ターゲットは25%以上となっている。
【0052】
さらに、No1〜No5の各ターゲットの(002)/(101)結晶方位含有比は3以上であり、そのばらつきは±30%以内であった。
【0053】
次に、上述した各スパッタリングターゲットを用いて、温度: 20℃(室温)、DC出力:0.5kW、スパッタガス:ArとO2 の混合ガス( Ar:O2 =16:4)、圧力:l.3×10-3Pa以下、スパッタ時間:l分、の条件で、それぞれスパッタリングを行い、Siウェーハ上にRu膜またはRu合金膜を成膜した。
【0054】
このようにして得たRu膜およびRu合金膜の膜厚分布およびダスト数を測定した。さらに、得られた薄膜の密着性をピール試験により評価した。膜厚分布の測定は膜厚測定機(alpha−step200)を用いて行い、図2に示すSiウェーハの各部位について実施した。膜中のダスト数はダストカウンタ装置(VM−3)を用いて測定した。ピール試験においては、図2に示すSiウェーハの各部分から5mm角のサンプルを10個採取した後、ピール試験用のテープを薄膜に接着し、このテープを剥がした際に薄膜がテープにつくかつかないかで密着性の度合いを評価した。
【0055】
上記した試料Nol〜No10の各スパッタリングターゲットを用いた薄膜の膜厚分布を表3に示す。平均結晶粒径が100μm以下で(002)結晶方位含有比が0.05以上の試料Nol〜No5の各スパッタリングターゲットを用いた場合には、膜厚のばらつきをその平均膜厚の±5%以内に収めることができることが分かる。一方、結晶粒径が100μm以上で(002)結晶方位含有比が0.05未満の試料No6〜No10の各スパッタリングターゲットを用いた場合には、膜厚のばらつきがその平均膜厚の±5%を超えていることが分かる。
【0056】
【表3】
Figure 0004342639
表4はダストの粒径と数の関係を示したものである。平均結晶粒径が100μm以下で(002)結晶方位含有比が0.05以上の試料No1〜No5の各スパッタリングターゲットを用いた場合には、どの大きさのダストも少なく、特に100μm以上のダストは全ての場合において1桁台と少なくなっていることが分かる。一方、結晶粒径が100μm以上で(002)結晶方位含有比が0.05未満の試料No6〜No10の各スパッタリングターゲットを用いた場合、ダストが非常に多くなっていることが分かる。
【0057】
【表4】
Figure 0004342639
次に、ピール試験による薄膜の密着性の評価結果について説明する。表5はピール試験の結果を示したものである。平均結晶粒径が100μm以下で(002)結晶方位含有比が0.05以上の試料No1〜No5の各スパッタリングターゲットを用いて成膜したRu膜またはRu合金膜は、薄膜がテープに付着した割合が1桁台であった。一方、結晶粒径が100μm以上で(002)結晶方位含有比が0.05未満の試料No6〜No10の各スパッタリングターゲットを用いて成膜したRu膜またはRu合金膜は、薄膜がテープに付着した割合が試料No1〜No5により成膜した薄膜に比べてl桁多かった。この結果から、本発明のスパッタリングターゲットを用いることによって、薄膜の付着力が大幅に改善されることが確認された。
【0058】
【表5】
Figure 0004342639
さらに、上述したRu膜およびRu合金膜をそれぞれ下部電極膜と上部電極膜として薄膜キャパシタを構成した。誘電体膜にはBa1-x Srx TiO3 膜を用いた。このような薄膜キャパシタは、いずれも信頼性および特性に優れるものであった。
【0059】
実施例2
Ruおよび各種添加元素の原料粉末として純度3N以上の粉末を用意し、これら各粉末を表6に示す各組成となるように調合した。これら各粉末を10Pa以下の真空雰囲気下で表6に示す条件でホットプレスし、さらに直径127mm、厚さ5mmに機械加工した後、Cu製バッキングプレートに接合することによって、平均結晶粒径および結晶方位含有比の異なる10種類のRuターゲットおよびRu合金ターゲットを作製した。
【0060】
これら各ターゲットの平均結晶粒径とそのばらつき、およびターゲット表面の(002)/(101)結晶方位含有比とそのばらつきを測定した。これらの結果を併せて表6に示す。
【0061】
【表6】
Figure 0004342639
次に、上記した各スパッタリングターゲットを用いて、温度:20℃(室温)、DC出力: 0.5kW、スパッタガス:ArとO2 の混合ガス(Ar:O2 =16:4)、圧力:1.3×10-3Pa以下、スパッタ時間:1分、の条件で、それぞれスパッタリングを行い、Siウェーハ上にRu膜またはRu合金膜を成膜した。得られたRu膜およびRu合金膜について、実施例1と同様にしてピール試験を実施した。
【0062】
その結果を表7に示す。
【0063】
【表7】
Figure 0004342639
表7から明らかなように、再結晶組織を有し平均結晶粒径が100μm以下で、平均粒径のばらつきが±25%以内であり、ターゲット表面においてX線回折法で測定された積分強度値を用いて計算される{(002)/35}/{(101)/100 }が3.0以上であり、さらにはターゲットの各部位における(002)/(101) 結晶方位含有比のばらつきが±30%以内であるスパッタリングターゲットを用いて成膜したRu膜およびRu合金膜は、付着力に優れていることが分かる。
【0064】
さらに、上述したRu膜およびRu合金膜をそれぞれ下部電極膜と上部電極膜として薄膜キャパシタを構成した。誘電体膜にはBa1-x Srx TiO3 膜を用いた。このような薄膜キャパシタは、いずれも信頼性および特性に優れるものであった。
【0065】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスパッタリングターゲットによれば、膜厚分布や膜質が均一で、かつ下地に対して優れた付着力を示すRu膜やRu合金膜を再現性よく得ることができる。このようなRu膜やRu合金膜は各種電子部品の電極膜として有用であるが、特に誘電体膜としてペロプスカイト型酸化物を有する薄膜キャパシタの電極に好適である。このような本発明の電極膜およびそれを用いた電子部品によれば、その信頼性や特性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のスパッタリングターゲットの結晶方位含有比の計算方法を示す図である。
【図2】 本発明のスパッタリングターゲットの平均結晶粒径および付着力を測定した各部位を示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sputtering target suitable for forming an electrode of a thin film capacitor used in a semiconductor memory or the like, and an electrode film and an electronic component using the sputtering target.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the increase in speed and capacity of information processing apparatuses, large capacity DRAMs and non-volatile ferroelectric memories (FRAMs) have come to be used. These DRAMs and FRAMs are equipped with thin-film capacitors, which are suitable for research on high-dielectric materials and ferroelectric materials for higher capacity and smaller size, and suitable for these high-dielectric materials and ferroelectric materials. Development of electrodes is underway.
[0003]
For example, as a high dielectric material or a ferroelectric material, SrTiOThreeAnd Ba1- xSrxTiOThreePerovskite oxides such as are used.
[0004]
In a thin film capacitor having a dielectric film made of such a perovskite oxide, it is described that high-purity Ru or Ru alloy, or these oxides are used as electrodes. Sputtering is mainly used to form such a Ru-based electrode film. For example, Ar + O2A Ru-based electrode film is formed by reactive sputtering using a mixed gas of A high-purity Ru target or Ru alloy target is used to form a Ru-based electrode film to which such a sputtering method is applied.
[0005]
By the way, in recent years, the size of semiconductor wafers has been increased from 8 inches to 12 inches. For example, DRAMs have been increased in capacity from 64 M to 256 M and further to 1 G. While the capacity of a semiconductor element is further increased, the area of the element is required to be reduced. Therefore, miniaturization of electrodes and wiring is being actively promoted. The sputtered film used for such an electrode film is required to have characteristics such as uniform film quality and film thickness distribution and excellent adhesion to the substrate.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional sputtering target made of Ru or Ru alloy has a problem that it is difficult to obtain an electrode film having stable characteristics because the film thickness distribution and sheet resistance in the wafer surface are likely to be uniform. In particular, Ar + O2When reactive sputtering using a mixed gas atmosphere is applied, variations in film thickness distribution and sheet resistance are problematic.
[0007]
Regarding variations in film quality and film thickness distribution of an electrode film made of Ru, Ru alloy, or the like, it is considered that the surface of the target and the crystal orientation in the inside influence the sputtering radiation angle. Therefore, in conventional Ru-based sputtering targets, attempts have been made to uniformize the film quality and film thickness distribution by refining the crystal structure and controlling the crystal plane to some extent. Not reached.
[0008]
Furthermore, the Ru-based electrode film using the conventional sputtering target has insufficient adhesion to the underlayer, which causes a decrease in the reliability of DRAMs, FRAMs and the like using a dielectric film made of a perovskite oxide, for example. It has become. In addition, when a conventional sputtering target is used, particles are likely to be generated during sputtering, causing circuit disconnection or short circuit.
[0009]
Here, Ar + O described above2The reason why the mixed gas is used as the sputtering gas is to improve the adhesion of the Ru-based electrode film to the Si oxide film or the Si nitride film as a base, but the conventional sputtering target can sufficiently improve the adhesion. This has not been realized, and the Ru-based electrode film has been peeled off.
[0010]
The present invention has been made in order to cope with such problems. For example, an electrode of a thin film capacitor having a perovskite oxide as a dielectric film is formed by sputtering using Ru, a Ru alloy, or an oxide thereof. To provide a sputtering target that improves the film thickness distribution and uniformity of the electrode film, improves the adhesion to the substrate, and further reduces the generation of particles during formation. It is also an object of the present invention to provide an electrode film having improved characteristics and adhesion by using such a sputtering target, and an electronic component using the electrode film.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to improve the film thickness distribution and uniformity of the Ru-based electrode film formed by sputtering, and the adhesion to the underlying layer, the inventors have investigated the crystal orientation of the sputtering target made of Ru or Ru alloy, The orientation was examined.
[0012]
Here, it is known that the main peak of the normal Ru-based electrode film by the X-ray diffraction method is the (110) plane, but for the above-mentioned purpose, the Ru (002) plane and the (101) plane. It was found that a thermally stable target crystal structure can be obtained by controlling the orientation of these crystal planes.
[0013]
  The present invention has been made based on such findings., ContractAs described in Claim 1, the sputtering target is made of Ru or a Ru alloy, and the (002) plane crystal orientation content ratio in the integrated intensity value measured by the X-ray diffraction method on the target surface is 0.05 or more.The ratio of {I (002) / 35} / {I (101) / 100} in the integrated intensity value measured by the X-ray diffraction method on the target surface is 3.0 or more, and the {I ( 002) / 35} / {I (101) / 100} ratio variation is within ± 30%, the average crystal grain size of the target as a whole is 100 μm or less, in each part of the target with respect to the average crystal grain size of the target as a whole The variation in average crystal grain size is within ± 25%.
[0014]
Thus, by setting the crystal orientation content ratio of the (002) plane of the target surface to 0.05 or more, the adhesion of the Ru-based electrode film to the underlayer can be improved, and the film thickness distribution and film quality are uniform. It is also possible to increase the property. Furthermore, the generation of particles can be suppressed.
[0015]
  The sputtering target of the present invention further comprisesToThe ratio of {I (002) / 35} / {I (101) / 100} in the integrated intensity value measured by X-ray diffraction on the target surface is 3.0 or moreTheVariation in the ratio of {I (002) / 35} / {I (101) / 100} in each part of the targetButWithin ± 30%It is.
[0016]
Thus, by setting the ratio of {I (002) / 35} / {I (101) / 100} on the target surface to 3.0 or more, the target structure at the time of sputtering can be stabilized. Based on the above, it is possible to improve the film thickness distribution and film quality uniformity of the Ru-based electrode film, and also improve the adhesion to the substrate. Furthermore, the generation of particles can be suppressed.
[0017]
  Further, the sputtering target of the present invention has an average crystal grain size of 100 μm or less as a whole target, and the variation of the average crystal grain size in each part of the target with respect to the average crystal grain size of the entire target is within ± 25%. Furthermore, as described in claim 2, the sputtering target of the present invention preferably has a recrystallized structure as a crystal structure.
[0018]
  Electrode film of the present inventionAs described in claim 4, the manufacturing method is a method of manufacturing an electrode film by performing sputtering film formation using a sputtering target, and the sputtering target of the present invention described above is used as the sputtering target. Features.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
[0021]
The sputtering target of the present invention is made of Ru or a Ru alloy.
[0022]
When the target is made of Ru, the purity is preferably high, for example, 99.99% or more.
[0023]
In addition, as the Ru alloy constituting the target, Ru containing one or more kinds of various metal elements (alloying elements) can be used. For example, a Ru alloy containing 0.01 to 20% by weight of a metal element such as Ti, Zr, Ta, Pt, Ir, Ni, Cr, Mo, W, and Nb can be used. These alloying elements contribute to heat resistance and corrosion resistance.
[0024]
In the sputtering target of the present invention, the crystal orientation content ratio of the (002) plane in the integrated intensity value measured by the X-ray diffraction method is 0.05 or more on the surface of the target made of Ru or Ru alloy as described above. . The crystal orientation content ratio of the (002) plane indicates a value calculated by the formula shown in FIG.
[0025]
Here, for example, I (002) is the measured intensity of the (002) plane, and R (002) is the relative intensity ratio (correction value) of the (002) plane. The intensity value of each crystal plane by the X-ray diffraction method defined in the present invention is measured, for example, as follows. First, Cu-Kα rays are used as X-rays, and after processing the surface layer of the measurement sample by polishing or the like, an integrated intensity value (measurement intensity value) of each crystal orientation on the surface is obtained using an X-ray diffractometer.
[0026]
As the integrated intensity value of each crystal plane in the present invention, a corrected intensity value normalized by the diffraction intensity of the powder in which the diffraction intensity from each crystal plane is completely randomly oriented is used. That is, the measured intensity value is corrected with a value such as JCPDS CARD to obtain the integrated intensity value, and the crystal orientation content ratio of each crystal plane is calculated therefrom. Table 1 shows a method of calculating the integrated intensity value (corrected intensity) of the (002) plane and the (101) plane.
[0027]
[Table 1]
Figure 0004342639
On the sputtering target surface made of Ru or Ru alloy, the sputtered film (Ru film, obtained by setting the (002) plane crystal orientation content ratio in the integrated intensity value measured by the X-ray diffraction method to 0.05 or more. The adhesion of the Ru alloy film or these oxide films) to the base can be improved. The crystal orientation content ratio of the (002) plane is more preferably 0.08 or more.
[0028]
In the sputtering target of the present invention, the ratio of {I (002) / 35} / {I (101) / 100} in the integrated intensity value measured by the X-ray diffraction method on the target surface is 3.0 or more. At this time, the variation in the ratio of {I (002) / 35} / {I (101) / 100} in each part of the target is preferably within ± 30%.
[0029]
Here, I (002) is a measured intensity value of the (002) plane, 35 is a relative intensity ratio (correction value) of the (002) plane, I (101) is a measured intensity value of the (101) plane, and 100 is (101 ) Surface relative intensity ratio (correction value). The ratio of {I (002) / 35} / {I (101) / 100} obtained from these represents the crystal orientation content ratio between the (002) plane and the (101) plane.
[0030]
There are many crystal planes measured by the X-ray diffraction method on the surface of a sputtering target made of Ru or Ru alloy. In particular, a target structure in which the (002) plane and the (101) plane are thermally stable is obtained. Is an important indicator. Therefore, in the present invention, as described above, the ratio of {I (002) / 35} / {I (101) / 100} is set to 3.0 or more. By satisfying such conditions, the thermal stability of the target structure can be improved, so that it is possible to improve the film thickness distribution and uniformity of the film quality of the resulting sputtered film (Ru-based electrode film). Furthermore, the generation of particles can be suppressed.
[0031]
That is, the ratio of {I (002) / 35} / {I (101) / 100} described above is less than 3.0%, which means that the crystal structure of the sputtering target is processed or partially recrystallized. This means that the recrystallization structure is recovered or partially recrystallized as the temperature of the sputtering target rises. With such alteration of the crystal structure of the sputtering target, the film quality and film thickness distribution of the resulting sputtered film change. In addition, sudden phenomena such as abnormal discharge occur, and the amount of generated particles increases.
[0032]
In other words, recovery of the target structure and partial recrystallization can be prevented by setting the ratio of {I (002) / 35} / {I (101) / 100} to 3.0 or more. . As described above, by improving the thermal stability of the target crystal structure, it becomes possible to improve the film thickness distribution and the uniformity of the film quality of the obtained sputtered film (Ru-based electrode film), and further to generate particles. Can be suppressed. The ratio of {I (002) / 35} / {I (101) / 100} of the sputtering target is more preferably 4.5 or more.
[0033]
Furthermore, by making the variation of the ratio of {I (002) / 35} / {I (101) / 100} within ± 30% at each part of the sputtering target, a uniform sputtering effect can be obtained at each part. Further, the film thickness distribution and film quality uniformity of the sputtered film (Ru-based electrode film) can be further improved. If the variation in the crystal orientation content ratio in each part of the sputtering target exceeds ± 30%, the thermal stability in each part will be different, and the emission characteristics of the sputtered particles will change. This becomes a variation factor of film thickness distribution and film quality. The variation in the ratio of {I (002) / 35} / {I (101) / 100} is more preferably within ± 15%.
[0034]
As described above, the sputtering target of the present invention preferably has a recrystallized structure as a crystal structure. In the processed structure, the crystal structure may recover or partially recrystallize due to the temperature rise of the sputtering target, and the quality of the film may change due to the change in the crystal structure of the sputtering target, or abnormal discharge may occur and particles may increase. There is. On the other hand, when the sputtering target has a recrystallized structure, recovery of the crystal structure, partial recrystallization, abnormal discharge, and the like can be prevented, and a stable film quality can be obtained with good reproducibility.
[0035]
  In the sputtering target of the present invention, the average crystal grain size of the target as a whole is 100 μm or less.TheFurthermore, the variation of the average crystal grain size in each part is within ± 25% of the average crystal grain size of the entire target.TheThe average crystal grain size of the entire target is more preferably 50 μm or less, and further preferably 10 μm or less.
[0036]
If the average crystal grain size of the target is larger than 100 μm, the difference in the emission characteristics of atoms from each crystal grain becomes significant during sputtering, and the film thickness distribution may become non-uniform. Further, if the average crystal grain size is larger than 100 μm, the electric field near the target surface is locally disturbed during sputtering, and abnormal discharge is likely to occur. The target material in such a region is in the form of liquid or cluster and is scattered from the target, and these materials serve as nuclei to generate dust.
[0037]
Similarly, when the variation of the average crystal grain size in each part exceeds the range of ± 25% of the average crystal grain size of the target as a whole, the difference in emission characteristics such as atoms in each part becomes remarkable, and the film quality is improved. May become unstable. It is more preferable that the variation of the average crystal grain size in each part is within ± 15% of the average crystal grain size of the entire target. In addition, the measurement of the average crystal grain diameter in each part shall be implemented by applying the cutting method described in JIS H0501.
[0038]
The sputtering target of the present invention can be produced by a known method such as powder metallurgy, dissolution, or rapid solidification. For example, Ru powder alone, or powder or alloy powder in which a predetermined amount of powder such as Ti, Ta, Zr, Pt, Ir, Ni, Cr, Mo, W, Nb is mixed with Ru powder, hot press method or HIP method It is made by sintering with. At this time, hot pressing or HIP is performed at a temperature higher than the recrystallization temperature. If the temperature at the time of hot pressing or HIP is lower than the recrystallization temperature, the crystal orientation content ratio of the (002) plane of Ru or the crystal orientation content ratio of the (002) plane to the (101) plane specified in the present invention I can't be satisfied.
[0039]
Further, as a raw material powder subjected to hot pressing or HIP, that is, a Ru powder, a mixed powder of a Ru alloy powder Ru and an alloying element, a powder having a predetermined powder particle diameter is used. Specifically, it is preferable to use a raw material powder having a particle size of 30 μm or less. By using such raw material powder, it is possible to control the average crystal grain size of the target as a whole, and further the variation of the average crystal grain size in each part within a desired range. When plastic working and heat treatment are performed on the target material, the crystal grain size can be controlled by the conditions at that time.
[0040]
Here, when plastic working is performed after the target material is produced by the hot press method or the HIP method, the (002) plane defined by the present invention is also obtained by setting the processing temperature at that time to be equal to or higher than the recrystallization temperature. Or the crystal orientation content ratio between the (002) plane and the (101) plane can be satisfied. The same can be said by setting the heat treatment temperature applied after plastic working to the recrystallization temperature or higher. The same applies to the case where the target material is produced by a melting method or a rapid solidification method.
[0041]
Since the specific recrystallization temperature of Ru or Ru alloy is about 1000 to 1600 ° C., it is preferable that the temperature during hot pressing or HIP, or the plastic working and subsequent heat treatment temperature is 1200 ° C. or higher. In particular, by setting these treatment temperatures to 1300 ° C. or higher, the crystal orientation content ratio of the (002) plane and the crystal orientation content ratio of the (002) plane and the (101) plane can be further increased. After the target material obtained by the method as described above is machined into a desired shape, the sputtering target of the present invention is obtained by joining with a backing plate.
[0042]
The electrode film of the present invention has a Ru film or a Ru alloy film obtained by sputtering using the sputtering target of the present invention as described above. Film formation using the sputtering target of the present invention may be performed using ordinary Ar gas, or Ar + O.2Alternatively, the reactive sputtering using the mixed gas as a sputtering gas may be performed.
[0043]
The Ru-based electrode film formed using the sputtering target of the present invention has a uniform film quality, sheet resistance, film thickness distribution, and the like, and is a substrate such as a Si substrate, a Si oxide film or a Si nitride film formed on the surface thereof. Therefore, it is possible to improve the characteristics, reliability, durability and the like of various electronic components using the same. In addition, since generation of particles during sputtering can be suppressed, circuit disconnection and short circuit can be prevented, and the circuit contributes greatly to miniaturization of wiring.
[0044]
Furthermore, according to the film formation using the reactive sputtering described above, a Ru film or Ru alloy film containing oxygen can be obtained. Such a Ru film or Ru alloy film containing oxygen exhibits particularly excellent adhesion to the base. In the present invention, a laminated film of such a Ru film or Ru alloy film containing oxygen and a Ru film or Ru alloy film formed by a normal sputtering method may be used as the electrode film. At this time, the Ru film or Ru alloy film containing oxygen contributes to improvement in adhesion to the base and also functions as a barrier material that prevents the base from diffusing.
[0045]
The electrode film of the present invention can be applied to electrodes of various electronic components, and in particular, SrTiO.ThreeAnd Ba1-xSrxTiOThreeIt is suitable as an electrode of a thin film capacitor having a dielectric film made of a perovskite oxide. As a specific structure of the thin film capacitor, there is a structure in which a lower electrode is formed on a Si substrate or the like, and a dielectric film and an upper electrode are sequentially formed on the lower electrode. At least one of the electrode films of the present invention is used. Such a thin film capacitor is applied to a semiconductor memory element such as a large capacity DRAM or FRAM.
[0046]
【Example】
Next, specific examples of the present invention and evaluation results thereof will be described.
[0047]
Example 1
Ru, W, Mo, Pt, and Ta powders are prepared as raw powders, and these powders become Ru alone, Ru-10 at% W, Ru-12 at% Mo, Ru-5 at% Pt, Ru-20 at% Ta. Was formulated as follows.
[0048]
These powders were hot-pressed under conditions of a vacuum atmosphere of a temperature of 1300 to 1400 ° C., a holding time of 4 hours, a pressure load of 2500 Pa, and 10 Pa or less to obtain a Ru target and a Ru alloy target having dimensions of 127 mm in diameter and 5 mm in thickness. Ten sheets were prepared for each. Of these, five targets were each held at 1800-2000 ° C. for 3-5 hours after hot pressing to adjust the crystal grain size.
[0049]
For each composition, five sputtering targets each having an average crystal grain size of 100 μm or less and five sputtering targets exceeding 100 μm were prepared by the above-described method. The sputtering targets of samples No. 1 to No. 5 in Table 2 have an average crystal grain size of 100 μm or less, and the sputtering targets of Samples No. 6 to No. 10 have an average crystal grain size exceeding 100 μm.
[0050]
The crystal orientation content ratio of the (002) plane of each target surface was measured by the X-ray diffraction method. The crystal orientation content ratio is determined by measuring the integrated intensity of diffraction lines corresponding to each crystal orientation with an X-ray diffractometer after polishing and removing the altered layer on the surface of the sample, and calculating the obtained intensity value as a relative intensity value (JCPDS). After correction by CARD), the calculation was performed using the equation of FIG. Table 2 shows the (002) crystal orientation content ratio, the average crystal grain size variation, the (002) / (101) crystal orientation content ratio and the variation of each target.
[0051]
[Table 2]
Figure 0004342639
As can be seen from Table 2, each target of sample No1 to No5 has a (002) crystal orientation content ratio of 0.05 or more, and each target of sample No6 to No10 has a (002) product orientation content ratio of 0.05. It is as follows. In addition, the variation of the average crystal grain size is 25% or less for each of the samples No. 1 to No. 5, whereas each target of the sample No. 6 to No. 10 is 25% or more.
[0052]
Furthermore, the (002) / (101) crystal orientation content ratio of each of No. 1 to No. 5 was 3 or more, and the variation was within ± 30%.
[0053]
Next, using each sputtering target described above, temperature: 20 ° C. (room temperature), DC output: 0.5 kW, sputtering gas: Ar and O2Gas mixture (Ar: O2= 16: 4), pressure: l. 3 × 10-3Sputtering was performed under the conditions of Pa or less and sputtering time: 1 minute, and a Ru film or a Ru alloy film was formed on the Si wafer.
[0054]
The film thickness distribution and the number of dusts of the Ru film and the Ru alloy film thus obtained were measured. Furthermore, the adhesion of the obtained thin film was evaluated by a peel test. The film thickness distribution was measured using a film thickness measuring machine (alpha-step 200), and was performed for each part of the Si wafer shown in FIG. The number of dust in the film was measured using a dust counter device (VM-3). In the peel test, 10 samples of 5 mm square were taken from each part of the Si wafer shown in FIG. 2, and then the peel test tape was adhered to the thin film. When the tape was peeled off, the thin film adhered to the tape. The degree of adhesion was evaluated based on whether or not
[0055]
Table 3 shows the film thickness distribution of the thin film using each of the above-described sputtering targets of the samples Nol to No10. When using each sputtering target of samples Nol to No5 having an average crystal grain size of 100 μm or less and a (002) crystal orientation content ratio of 0.05 or more, the variation in film thickness is within ± 5% of the average film thickness. It can be seen that On the other hand, when using each sputtering target of sample No. 6 to No. 10 having a crystal grain size of 100 μm or more and a (002) crystal orientation content ratio of less than 0.05, the film thickness variation is ± 5% of the average film thickness. You can see that
[0056]
[Table 3]
Figure 0004342639
Table 4 shows the relationship between the particle size and the number of dust. When each sputtering target of sample No. 1 to No. 5 with an average crystal grain size of 100 μm or less and a (002) crystal orientation content ratio of 0.05 or more is used, there is little dust of any size, especially dust of 100 μm or more. It can be seen that in all cases it is as low as one digit. On the other hand, when each sputtering target of sample Nos. 6 to 10 having a crystal grain size of 100 μm or more and a (002) crystal orientation content ratio of less than 0.05 is used, it can be seen that dust is extremely increased.
[0057]
[Table 4]
Figure 0004342639
Next, the evaluation result of the adhesion of the thin film by the peel test will be described. Table 5 shows the results of the peel test. The Ru film or Ru alloy film formed using each of the sputtering targets of Samples No. 1 to No. 5 having an average crystal grain size of 100 μm or less and a (002) crystal orientation content ratio of 0.05 or more is the ratio of the thin film adhering to the tape. Was in the single digit range. On the other hand, in the Ru film or Ru alloy film formed using the sputtering targets of sample Nos. 6 to 10 having a crystal grain size of 100 μm or more and a (002) crystal orientation content ratio of less than 0.05, the thin film adhered to the tape. The ratio was 1 digit higher than that of the thin film formed by the samples No1 to No5. From this result, it was confirmed that the adhesion force of the thin film was significantly improved by using the sputtering target of the present invention.
[0058]
[Table 5]
Figure 0004342639
Further, a thin film capacitor was constructed using the Ru film and the Ru alloy film described above as the lower electrode film and the upper electrode film, respectively. Ba is a dielectric film.1-xSrxTiOThreeA membrane was used. Such thin film capacitors were all excellent in reliability and characteristics.
[0059]
Example 2
As raw material powders of Ru and various additive elements, powders having a purity of 3N or more were prepared, and these powders were prepared so as to have respective compositions shown in Table 6. These powders were hot-pressed under the conditions shown in Table 6 under a vacuum atmosphere of 10 Pa or less, further machined to 127 mm in diameter and 5 mm in thickness, and then bonded to a Cu backing plate to obtain an average crystal grain size and crystal Ten types of Ru targets and Ru alloy targets having different orientation content ratios were produced.
[0060]
The average crystal grain size of each target and its variation, and the (002) / (101) crystal orientation content ratio and its variation on the target surface were measured. These results are shown together in Table 6.
[0061]
[Table 6]
Figure 0004342639
Next, using each sputtering target described above, temperature: 20 ° C. (room temperature), DC output: 0.5 kW, sputtering gas: Ar and O2Gas mixture (Ar: O2= 16: 4), pressure: 1.3 × 10-3Sputtering was performed under the conditions of Pa or less and sputtering time: 1 minute, and a Ru film or a Ru alloy film was formed on the Si wafer. A peel test was performed on the obtained Ru film and Ru alloy film in the same manner as in Example 1.
[0062]
The results are shown in Table 7.
[0063]
[Table 7]
Figure 0004342639
As is clear from Table 7, the integrated crystal intensity value measured by the X-ray diffraction method on the target surface has a recrystallized structure, the average crystal grain size is 100 μm or less, and the variation of the average grain size is within ± 25%. {(002) / 35} / {(101) / 100} calculated using the above is 3.0 or more, and the variation of the (002) / (101) crystal orientation content ratio in each part of the target It can be seen that the Ru film and the Ru alloy film formed using a sputtering target within ± 30% are excellent in adhesion.
[0064]
Further, a thin film capacitor was constructed using the Ru film and the Ru alloy film described above as the lower electrode film and the upper electrode film, respectively. Ba is a dielectric film.1-xSrxTiOThreeA membrane was used. Such thin film capacitors were all excellent in reliability and characteristics.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the sputtering target of the present invention, it is possible to obtain a Ru film or Ru alloy film having a uniform film thickness distribution and film quality and exhibiting excellent adhesion to the substrate with good reproducibility. Such a Ru film or Ru alloy film is useful as an electrode film for various electronic components, but is particularly suitable for an electrode of a thin film capacitor having a perovskite oxide as a dielectric film. According to the electrode film of the present invention and the electronic component using the electrode film, the reliability and characteristics can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a calculation method of a crystal orientation content ratio of a sputtering target of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing each part where the average crystal grain size and adhesion of the sputtering target of the present invention were measured.

Claims (4)

RuまたはRu合金からなるスパッタリングターゲットであって、
ターゲット表面においてX線回折法で測定された積分強度値における(002)面の結晶方位含有比が0.05以上、ターゲット表面においてX線回折法で測定された積分強度値における{I(002)/35}/{I(101)/100}の比が3.0以上、ターゲットの各部位における前記{I(002)/35}/{I(101)/100}の比のばらつきが±30%以内、ターゲット全体としての平均結晶粒径が100μm以下、前記ターゲット全体の平均結晶粒径に対するターゲットの各部位における平均結晶粒径のばらつきが±25%以内であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
A sputtering target made of Ru or Ru alloy,
The (002) plane crystal orientation content ratio in the integrated intensity value measured by the X-ray diffraction method on the target surface is 0.05 or more , and {I (002) in the integrated intensity value measured by the X-ray diffraction method on the target surface. / 35} / {I (101) / 100} ratio is 3.0 or more, and variation in the ratio of {I (002) / 35} / {I (101) / 100} in each part of the target is ± 30 %, The average crystal grain size of the target as a whole is 100 μm or less, and the variation of the average crystal grain size in each part of the target with respect to the average crystal grain size of the target as a whole is within ± 25% .
請求項記載のスパッタリングターゲットにおいて、
結晶組織が再結晶組織であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
The sputtering target according to claim 1 , wherein
A sputtering target, wherein the crystal structure is a recrystallized structure.
請求項1または2記載のスパッタリングターゲットにおいて、
前記Ru合金は、Ti、Zr、Ta、Pt、Ir、Ni、Cr、Mo、WおよびNbから選ばれる少なくとも1種の元素を0.01〜20重量%の範囲で含むことを特徴とするスパッタリングターゲット。
The sputtering target according to claim 1 or 2 ,
The Ru alloy contains at least one element selected from Ti, Zr, Ta, Pt, Ir, Ni, Cr, Mo, W and Nb in a range of 0.01 to 20% by weight. target.
スパッタリングターゲットを用いてスパッタ成膜を行うことにより電極膜を製造する製造であって、Manufacturing an electrode film by performing sputtering film formation using a sputtering target,
前記スパッタリングターゲットとして請求項1ないし3のいずれか1項記載のスパッタリングターゲットを用いることを特徴とする電極膜の製造方法。A method for producing an electrode film, comprising using the sputtering target according to claim 1 as the sputtering target.
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