JP4578704B2

JP4578704B2 - W-Ti target and manufacturing method thereof

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Publication number: JP4578704B2
Application number: JP2001058284A
Authority: JP
Inventors: 求中畠; 豊金; 正裕小寺
Original assignee: Ulvac Materials Inc
Current assignee: Ulvac Materials Inc
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2021-03-02
Also published as: JP2002256422A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｗ−Ｔｉターゲット及びその製造方法に関するものである。このターゲットは、半導体素子の電極、コンタクト部、バリア層等の好適な被膜を形成するために用いられ得る。
【０００２】
【従来の技術】
近年、絶縁バリア膜用として、Ｗ−Ｔｉ膜が使われている。一般的には、Ｗ−１０ｗｔ％Ｔｉ膜が用いられ、この膜は、スパッタリングにて成膜されている。
どのようなスパッタリングターゲットの場合も、常にターゲットから発生するパーティクルが問題となり、このＷ−Ｔｉターゲットの場合も例外ではない。
【０００３】
そのために、パーティクル発生量を抑える数々の研究がなされ、現在に至っている。例えば、特開平４−２３２２６０号公報、特開平４−２９３７７０号公報、特開平４−３０８０８２号公報、特開平５−９８４３５号公報、特開平５−１５６３８４号公報等には、Ｗ粉末とＴｉ粉末との混合粉末を熱間プレス（ＨＰ）、或いは、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）によって成形してターゲットを作製することが記載されている。これらの従来技術では、高温（例えば、１４００〜１５００℃以上）でプレス処理して、Ｗ／Ｔｉ合金相の生成を促進させ、Ｗ相、Ｗ／Ｔｉ合金相、Ｔｉ相の３相のターゲット組織からなるようにし、このようにしてＷ／Ｔｉ合金相を生成することで、Ｔｉの粒径を小さくし、これにより、ターゲットからのパーティクル発生量を抑えようとしている。すなわち、このようにＷ／Ｔｉ合金相の生成を促進させることにより、Ｗ相とＴｉ相との間のスパッタレート差がなくなって、スパッタ面の凹凸が抑えられ、ひいてはパーティクル発生を低減出来るとしている。
【０００４】
また、特開平７−２５８８３５号公報には、粉末冶金法により製造されるＷ−Ｔｉ合金スパッタリングターゲットを、Ｔｉ相の粒径が５０μｍ以下で、かつターゲット断面においてＷ−Ｔｉ合金相の占める面積率が２０％未満に調整されてなるようにし、Ｔｉ／Ｗ合金相の生成を低くすることにより耐脆さ特性を向上させ、スパッタリング時のパーティクル発生を低減しようとすることが記載されている。この公報の記載によれば、このようにＷ相（母相）中にＴｉ相、Ｗ−Ｔｉ合金相が分散した３相の混合組織を有するターゲットは、プロセス温度を１０００℃以上１３００℃未満とすることによって製造できるとしている。
【０００５】
また、パーティクル発生源としては、上記したようなターゲット組織に起因するものとは別に、スパッタリングの際にターゲットの非エロージョン部に堆積するデポ膜が剥がれ、パーティクルとなる場合がある。特開平５−１９５２１６号公報には、非エロージョン部の面粗さ（Ｒｙ）を１０μｍ〜１０００μｍにすることで、デポ膜の剥離を防止することができ、その結果、パーティクル量を抑えることができると記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
半導体の作製プロセスにおいてスパッタリング工程は多数あり、全てのスパッタリング工程でパーティクルの発生を限りなくゼロにすることが必要とされるが、上記従来技術における提案でも、未だパーティクル発生の問題は解決されておらず、不十分である。
【０００７】
本発明の課題は、スパッタリング時に、ターゲットからのパーティクル発生、及び非エロージョン部のデポ膜剥離によるパーティクル発生の低減を可能にしたＷ−Ｔｉターゲット及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、Ｗ−Ｔｉターゲットから発生するパーティクル量を更に低減すべく研究を重ねた結果、Ｗ／Ｔｉ合金相の生成を促進するのではなく、むしろその生成をなくすことによりパーティクル発生を低減することができるとの知見を得、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明のＷ−Ｔｉターゲットは、その組織がＷ相及びＴｉ相のみからなり、組織中にＷ／Ｔｉ合金相が無いものである。ターゲット組織中のＷ相のＷ粒径及びＴｉ相のＴｉ粒径を共に５μｍ以下に微細化することにより、このような組織を有するＷ−Ｔｉターゲットを提供することができる。また、このターゲットは、その一部、特に非エロージョン部が粗面化処理された表面となっていることが好ましい。
【００１０】
本発明のＷ−Ｔｉターゲット製造方法は、粒径が５μｍ以下のＷ粉末と水素化チタン粉末とを混合し、得られた混合粉末を脱水素処理し、その後１３００〜１４００℃、３００〜４５０ｋｇ／ｃｍ²で焼結して、Ｗ相及びＴｉ相の組織のみからなり、組織中にＷ／Ｔｉ合金相が無いＷ−Ｔｉターゲットを得ることからなる。焼結温度が１３００℃未満であると高密度化が難しく、１４００℃を超えるとＷ／Ｔｉ合金相が生成してしまうという問題がある。また、焼結圧力は使用するダイスの耐力によって設定すればよいが、一般に、３００ｋｇ／ｃｍ²未満だと満足すべき密度を有する焼結体が得られず、４５０ｋｇ／ｃｍ²を超えると通常使用されるカーボン製ダイスの破損の恐れがあるという問題がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のＷ−Ｔｉターゲットは、上記したように、Ｗ相及びＴｉ相の組織のみからなり、Ｗ／Ｔｉ合金相（固溶相）の組織が無いターゲットである。以下、このようなターゲットについて、その作用と共に更に詳細に説明する。
【００１２】
一般に、ＷとＴｉとでは、原子量の軽いＴｉの方がスパッタレートは早く、選択的にスパッタされるとされている（特開平４−１９３９４７号公報）。しかし、本発明者らは、従来の組織、すなわちＷ相、Ｗ／Ｔｉ合金相、Ｔｉ相の３相構造を持ったターゲットでの、それぞれのスパッタレートは、Ｗ相（２５ｎｍ／分）＞Ｔｉ相（２０ｎｍ／分）＞Ｗ／Ｔｉ合金相（１０ｎｍ／分）の順番であることを見出した。
【００１３】
従って、上記従来技術のように、Ｗ／Ｔｉ合金相の生成を促進させるということは、得られたＷ−Ｔｉ合金ターゲットを用いる場合に、スパッタレートの早いＷ相、次に、Ｔｉ相、そしてＷ／Ｔｉ合金相と、順番に、選択的にスパッタリングされ、スパッタ面の凹凸が激しくなり、パーティクル発生へとつながるものと考えられる。
【００１４】
また、Ｔｉ粒子が大きくなると、スパッタレートの順番に変化が生じ、Ｔｉ相が最も遅くなり、これもまたスパッタ面の凹凸発生の原因となる。
【００１５】
上記スパッタレート差をなくすには、Ｗ／Ｔｉ合金相を無くすこと、また、Ｗ粒子とＴｉ粒子との粒径を共に５μｍ以下にすることにより可能となる。もちろん、Ｔｉ粒子を均一に分散し、凝集のないターゲット組織にしなければならない。このようにすることにより、ターゲット自体から発生するパーティクル量を低減することが可能となる。
【００１６】
更に、本発明においては、硬いＷ／Ｔｉ合金相を無くしたこと、Ｗ粒子とＴｉ粒子とを共に微細にしたこと、また、Ｔｉ粒子を均一に分散せしめたことにより、ターゲット自体に靭性が出て、強度的に柔らかいターゲットとなっている。このことは、ターゲットの非エロージョン部にデポ膜が堆積する際に発生する膜応力を緩和し、デポ膜剥離防止に対しても有効に作用することになる。
【００１７】
成膜条件にもよるが、スパッタ面は、スパッタリング時に数百℃に温度上昇することが知られている。このような高温になったスパッタ面側の非エロージョン部にデポ膜は堆積する。スパッタリングはターゲット自体を冷却して行っていることから、その影響で、スパッタリングが終わるとスパッタ面側の温度も当然下がる。ターゲットは通常このような状態の繰り返しで使用されている。この状態でのターゲット、スパッタ面の熱膨張とデポ膜の熱膨張とにより応力が生じてデポ膜の付着状態が悪くなり、剥離が生じる。すなわち、デポ膜自体の熱膨張係数とバルク材の熱膨張係数とが異なり、デポ膜自体の応力はバルク材に比較して大きいので、また、スパッタリング工程においては、スパッタリング中とスパッタリング終了後との間でターゲット温度が大きく異なり、そのような温度差の繰り返しによりスパッタリングが繰り返されるので、非エロージョン部とデポ膜との間における圧縮／引っ張り応力の繰り返しによって、デポ膜付着強度が低減し、ひいては、デポ膜剥離を引き起こしてパーティクルが発生することになる。
【００１８】
このような現象に対し、上記したように、ターゲット自体の靭性を増大させることにより、デポ膜付着により生じる応力に対して、吸収／緩和効果が働くので、本発明の場合は、従来組織を有するターゲットに比べてデポ膜の剥離防止能力が向上する。
【００１９】
また、ターゲットの非エロージョン部に対する粗面化処理は、発生するパーティクル量の低減に有効であると言われている。しかし、従来技術に記載したような組織を有するターゲットの場合、特にＷ／Ｔｉ合金相は強度的に硬く脆い為、粗面化処理として、例えばブラスト処理を行うと、処理時に処理面表層にマイクロクラックが発生するという問題がある。従って、応力が発生するデポ膜付着界面では、このマイクロクラックの影響で粗面化処理された表面の強度が低減され、デポ膜剥離が生じる。それに比べ、本発明のＷ−Ｔｉターゲットの場合、Ｗ／Ｔｉ合金相を無くしたことにより靭性が向上する為、マイクロクラック自体の低減を可能とし、ターゲットの非エロージョン部に対する粗面化処理によりデポ膜剥離防止能力を更に向上させることが出来る。
【００２０】
本発明のＷ−Ｔｉターゲットは、次のようにして製造され得る。
【００２１】
原料として、高純度のＷ粉末及び水素化チタン粉末を用いる。チタン源として水素化チタンを用いたのは、チタン粉末を５μｍ以下に微粉砕するためである。
それにより、被膜品質のバラツキ等が生じないようにしている。まず、水素化チタン粉末を、粉砕機にて、アルゴン雰囲気中で、最大粒径が５μｍになるように微粉砕する。次いで、Ｗ粉末（粒径５μｍ以下）と微粉化した水素化チタン粉末（粒径５μｍ以下）とを所定の割合にて配合し、所定の時間の間均一に混合し、この混合粉末をアルゴンガスフロー雰囲気（５Ｐａ程度）で９５０℃×９時間の条件で既知の脱水素処理に付した後、１３００〜１４００℃、３００〜４５０ｋｇ／ｃｍ²で焼結し、Ｗ相及びＴｉ相の組織のみからなり、組織中にＷ／Ｔｉ合金相が無いＷ−Ｔｉターゲットを得る。次いで、得られた焼結体の歪みを取るために、真空熱処理炉中、例えば１２００℃程度で熱処理を行い、Ｗ−Ｔｉターゲット製品とする。なお、上記焼結には、通常のホットプレス、混合粉末を冷間プレスした後の焼結、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）等が含まれるものとする。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
水素化されたＴｉ粉末（純度：９９．９９％以上）を、粉砕機にて、最大粒径５μｍ以下になるように微粉砕した。次いで、高純度Ｗ粉末（純度：９９．９９％以上、最大粒径５μｍ）と上記で得られた最大粒径５μｍの微細化水素化チタン粉末とを、重量比Ｗ：Ｔｉ＝９：１で配合し、２時間混合した。次いで、この混合粉末を、水素化チタン粉末の脱水素工程として、アルゴンガスフロー雰囲気（５Ｐａ程度）中で９５０℃で９時間熱処理を行った後、１３５０℃、４００ｋｇ／ｃｍ²で真空ホットプレス（５×１０^-3Ｐａ以下）し、焼結した。その後、得られた焼結体の歪みを取るために、真空熱処理炉で、１２００℃で熱処理して、所期のターゲットを得た。
【００２３】
得られたＷ−Ｔｉターゲットは、Ｗ相及びＴｉ相の組織のみからなり、組織中にＷ／Ｔｉ合金相が無く、また、Ｔｉ粒子が均一に分散したターゲットであった。また、相対密度も９９．６％と９９％を越える高いものが得られた。得られたターゲット組織の電子顕微鏡写真を図１に示す。図１中、灰白色部ＡはＷ粒子相、黒色部ＢはＴｉ粒子相を示す。比較のために、Ｗ／Ｔｉ合金相を生成させたターゲット組織の電子顕微鏡写真を図２に示す。図２中、灰白色部ＡはＷ粒子相、黒色部ＢはＴｉ粒子相、灰色部ＣはＷ／Ｔｉ合金粒子相を示す。図１及び図２を比較すれば、本発明のターゲットは、Ｗ−Ｔｉ合金相を有せず、Ｗ相とＴｉ相とのみからなっており、Ｗ粒径もＴｉ粒径も共に５μｍ以下であることが明らかであり、一方、Ｗ−Ｔｉ合金相を有する従来技術によるＷ−Ｔｉ合金ターゲットの場合は、各相の粒子、特にＴｉ粒子径では５μｍを超えたものが存在していることが明らかである。
【００２４】
また、水素化Ｔｉ粉末と高純度Ｗ粉末とを最大粒径５μｍ以下に粉砕したものを用いて真空ホットプレスするに際し、その温度を上記１３５０℃の代わりに１４３０℃、１２５０℃として比較試験を行った。その結果、真空ホットプレス温度を１２５０℃とした場合、得られたターゲットはＷ−Ｔｉ合金相を有してはいないが、相対密度は９８．６％と低く、１％以上の空孔を有する健全性の乏しいスパッタリングターゲットであった。また、１４３０℃とした場合は、図２に示したものと同様なＷ−Ｔｉ合金相が生じていた。
【００２５】
上記のようにして得られた本発明のＷ−Ｔｉターゲット、及び従来技術により得られたＷ／Ｔｉ合金相を有するＷ−Ｔｉ合金ターゲットの硬度を測定し、その結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
表１から明らかなように、本発明のＷ−Ｔｉターゲットは、Ｗ／Ｔｉ合金相を有する従来のＷ−Ｔｉ合金ターゲットと比べて、靱性がある。これは、Ｗ／Ｔｉ合金相が無いためである。
（実施例２）
実施例１に従って、Ｗ／Ｔｉ合金相の無い、また、Ｔｉ粒子が均一に分散しているＷ−Ｔｉターゲットを製造した。このターゲットに対して、旋盤加工、及び研削加工を行い、φ３１２ｍｍ、厚さ１０ｍｍのターゲット製品に仕上げた。更に、このターゲットの非エロージョン部に対してＳｉＣを噴射し、表面粗さＲｙ１６．８５μｍの粗面化処理を実施して粗面化表面を有するスパッタリングターゲットを得た。このようにして得られたターゲットを用い、電力：３．５ＫＷ、室内圧力：７×１０^-3Ｔｏｒｒの条件にて、スパッタリングを行い、φ６”ウェハーに付着したパーティクル数を測定した。この場合のパーティクルサイズは０．３μｍ以上であった。
【００２８】
比較のために、水素化Ｔｉを、最大粒径６０μｍに粉砕したもの（比較品１）と、５μｍ以下に粉砕したもの（比較品２）を用意し、実施例１と同一のＷ原料を用い、Ｗ−１０％Ｔｉになる様に調合、混合し、実施例１と同様の条件で、脱水素処理を行い、その後、真空ホットプレスを１４３０℃、４００ｋｇ／ｃｍ²で行った。サンプルを採取し、その断面を観察したところ、比較品１及び２では、それぞれ、最大で６０μｍ径及び５μｍ径のＴｉ粒子とＷ／Ｔｉ合金相が認められた。それらＷ／Ｔｉ合金相を有するＷ−Ｔｉ合金ターゲットを用いて上記と同様の条件にてスパッタリングを行い、パーティクル数を測定した。
【００２９】
上記のようにして得られた、積算電力と測定されたパーティクル数（個）との関係を示すグラフを図３に示す。図３から明らかなように、本発明の場合（本発明品）の発生パーティクル数は積算電力が増しても一定であり、その数は１０〜１５個の間であるが、従来技術の場合は（比較品１及び２）、積算電力が９０Ｗ程度でも既に発生パーティクル数はほぼ２０〜５０個あり、更に積算電力が増えるにつれてその数は増大する傾向が観察された。従って、組織中にＷ／Ｔｉ合金相の無いターゲットが有効であることが分かる。上記使用済みのターゲットの外観を確認するために、その外観写真を図４（本発明品）及び図５（比較品１）に示す。非エロージョン部に堆積したデポ膜は、本発明品（図４）の方は剥離が認められず、比較品１（図４）の方は剥離が顕著であった。
【００３０】
また、上記のようにしてスパッタリングした後のターゲット面の電子顕微鏡写真を図６（本発明品）及び図７（比較品１）に示す。本発明品は、面の凹凸が小さく滑らかであるのに対し、比較品１は、Ｔｉ粒子が凸になっており、凹凸が大きい荒れた面になっていた。
【００３１】
上記したように、Ｗ／Ｔｉ合金相を無くし、Ｗ粒子及びＴｉ粒子を共に粒径５μｍ以下に微細化されたものとし、また、Ｔｉ粒子を均一に分散せしめたことにより、Ｗ−Ｔｉターゲット自体からのパーティクル発生量を抑えると共に、デポ膜の剥離を防止することができた。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、スパッタリング時の、ターゲット自体からのパーティクル発生量を抑えることが可能となると共に、デポ膜の剥離を防止することができ、例えば半導体素子の電極、コンタクト部、バリア層等の被膜を形成するためのターゲットとして用いることにより、半導体製品の歩留まり向上及び信頼性の向上を可能とするという極めて有用な効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＷ−Ｔｉターゲットの組織を示す電子顕微鏡写真。
【図２】従来技術によるＷ−Ｔｉ合金ターゲットの組織を示す電子顕微鏡写真。
【図３】本発明のターゲット（本発明品）と従来技術のターゲット（比較品１及び２）とを比較するために、スパッタリングにより発生したパーティクル数（個）と積算電力との関係を示すグラフ。
【図４】本発明品について非エロージョン部に堆積したデポ膜の状態を示す外観写真。
【図５】比較品１について非エロージョン部に堆積したデポ膜の状態を示す外観写真。
【図６】スパッタリングした後の本発明のターゲットの表面の外観を示す電子顕微鏡写真。
【図７】スパッタリングした後の従来技術によるターゲットの表面の外観を示す電子顕微鏡写真。
【符号の説明】
ＡＷ粒子相ＢＴｉ粒子相
ＣＷ／Ｔｉ合金粒子相[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a W-Ti target and a manufacturing method thereof. This target can be used to form a suitable film such as an electrode, a contact portion, or a barrier layer of a semiconductor element.
[0002]
[Prior art]
In recent years, W-Ti films have been used for insulating barrier films. Generally, a W-10 wt% Ti film is used, and this film is formed by sputtering.
In any sputtering target, particles generated from the target are always a problem, and this W-Ti target is no exception.
[0003]
For this purpose, many studies have been made to reduce the amount of particles generated, and it has reached the present. For example, JP-A-4-232260, JP-A-4-293770, JP-A-4-308082, JP-A-5-98435, JP-A-5-156384, etc. include W powder and Ti powder. The target is prepared by molding the mixed powder with the above by hot pressing (HP) or hot isostatic pressing (HIP). In these conventional techniques, press treatment is performed at a high temperature (for example, 1400 to 1500 ° C. or higher) to promote the generation of a W / Ti alloy phase, and a three-phase target structure of W phase, W / Ti alloy phase, and Ti phase. Thus, by generating the W / Ti alloy phase in this way, the particle size of Ti is reduced, thereby trying to suppress the amount of particles generated from the target. That is, by promoting the generation of the W / Ti alloy phase in this way, there is no difference in the sputtering rate between the W phase and the Ti phase, the unevenness of the sputtering surface can be suppressed, and consequently the generation of particles can be reduced. .
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-258835 discloses a W-Ti alloy sputtering target manufactured by a powder metallurgy method in which the grain size of the Ti phase is 50 μm or less and the area ratio occupied by the W-Ti alloy phase in the target cross section. It is described that the embrittlement resistance is improved by reducing the generation of Ti / W alloy phase so as to reduce the generation of particles during sputtering. According to the description of this publication, the target having a three-phase mixed structure in which the Ti phase and the W—Ti alloy phase are dispersed in the W phase (parent phase) has a process temperature of 1000 ° C. or higher and lower than 1300 ° C. It can be manufactured by doing.
[0005]
Further, as a particle generation source, there is a case where a deposition film deposited on a non-erosion portion of a target is peeled off and becomes particles, apart from those due to the target structure as described above. In JP-A-5-195216, by setting the surface roughness (Ry) of the non-erosion part to 10 μm to 1000 μm, it is possible to prevent the deposition film from peeling off, and as a result, the amount of particles can be suppressed. It is described.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
There are a large number of sputtering steps in the semiconductor fabrication process, and it is necessary to eliminate particles as much as possible in all sputtering steps. However, the proposal in the above prior art still has not solved the problem of particle generation. Not enough.
[0007]
An object of the present invention is to provide a W-Ti target capable of reducing generation of particles from a target during sputtering and generation of particles due to peeling of a deposit film from a non-erosion portion, and a method for manufacturing the W-Ti target.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of repeated research to further reduce the amount of particles generated from the W-Ti target, the present inventors have not promoted the generation of the W / Ti alloy phase, but rather generated particles by eliminating the generation. The knowledge that it can be reduced was obtained, and the present invention was completed.
[0009]
The W-Ti target of the present invention has a structure composed only of a W phase and a Ti phase, and has no W / Ti alloy phase in the structure. By reducing both the W particle size of the W phase and the Ti particle size of the Ti phase in the target structure to 5 μm or less, a W—Ti target having such a structure can be provided. Moreover, it is preferable that this target has a roughened surface of a part thereof, particularly a non-erosion part.
[0010]
In the W-Ti target manufacturing method of the present invention, a W powder having a particle size of 5 μm or less and a titanium hydride powder are mixed, the obtained mixed powder is dehydrogenated, and then 1300 to 1400 ° C. and 300 to 450 kg / kg. Sintering at cm ² consists of obtaining a W-Ti target consisting only of a W-phase and Ti-phase structure and no W / Ti alloy phase in the structure. If the sintering temperature is less than 1300 ° C, it is difficult to increase the density, and if it exceeds 1400 ° C, there is a problem that a W / Ti alloy phase is generated. The sintering pressure may be set according to the proof stress of the die used. In general, if the sintering pressure is less than 300 kg / cm ² , a sintered body having a satisfactory density cannot be obtained. If the sintering pressure exceeds 450 kg / cm ² , it is usually used. There is a problem that there is a risk of damage to the carbon die.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As described above, the W-Ti target of the present invention is composed of only the structure of the W phase and the Ti phase and has no structure of the W / Ti alloy phase (solid solution phase). Hereinafter, such a target will be described in more detail together with its operation.
[0012]
Generally, with W and Ti, it is said that Ti with a lighter atomic weight has a higher sputtering rate and is selectively sputtered (Japanese Patent Laid-Open No. 4-193947). However, the present inventors have found that the sputtering rate of each target having a conventional structure, that is, a three-phase structure of a W phase, a W / Ti alloy phase, and a Ti phase is W phase (25 nm / min)> Ti. It was found that the order of phase (20 nm / min)> W / Ti alloy phase (10 nm / min).
[0013]
Therefore, as in the above prior art, the promotion of the generation of the W / Ti alloy phase means that when the obtained W-Ti alloy target is used, the W phase having a high sputter rate, then the Ti phase, and It is considered that the sputtering is selectively performed in order with the W / Ti alloy phase, and the unevenness of the sputtered surface becomes intense, leading to generation of particles.
[0014]
Further, when the Ti particles become large, the order of the sputtering rate changes, and the Ti phase becomes the slowest, which also causes unevenness of the sputtering surface.
[0015]
In order to eliminate the difference in the sputtering rate, it is possible to eliminate the W / Ti alloy phase and to make the particle sizes of W particles and Ti particles both 5 μm or less. Of course, the Ti particles must be uniformly dispersed to form a target structure without aggregation. By doing so, it becomes possible to reduce the amount of particles generated from the target itself.
[0016]
Furthermore, in the present invention, the toughness of the target itself is increased by eliminating the hard W / Ti alloy phase, by making both W particles and Ti particles fine, and by uniformly dispersing the Ti particles. It is a target that is soft in strength. This alleviates the film stress generated when the deposition film is deposited on the non-erosion portion of the target, and effectively acts to prevent deposition film peeling.
[0017]
Although it depends on the film forming conditions, it is known that the temperature of the sputter surface rises to several hundred degrees Celsius during sputtering. The deposition film is deposited on the non-erosion portion on the sputter surface side that has become such a high temperature. Sputtering is performed by cooling the target itself, and as a result, the temperature on the sputter surface side naturally decreases when sputtering is finished. The target is usually used by repeating such a state. In this state, stress is generated by the thermal expansion of the target and sputtering surface and the thermal expansion of the deposition film, the adhesion state of the deposition film is deteriorated, and peeling occurs. That is, the thermal expansion coefficient of the deposition film itself and the thermal expansion coefficient of the bulk material are different, and the stress of the deposition film itself is larger than that of the bulk material. Also, in the sputtering process, during the sputtering and after the end of the sputtering. Since the target temperature differs greatly between them and sputtering is repeated by repeating such a temperature difference, the repeated deposition / compression stress between the non-erosion part and the deposition film reduces the deposition film adhesion strength, and consequently, Particles are generated by causing deposition film peeling.
[0018]
For such a phenomenon, as described above, by increasing the toughness of the target itself, an absorption / relaxation effect acts on the stress generated by the deposition of the deposit film. Therefore, the present invention has a conventional structure. Compared to the target, the ability to prevent the deposition film from peeling is improved.
[0019]
Further, it is said that the roughening treatment for the non-erosion portion of the target is effective for reducing the amount of generated particles. However, in the case of a target having a structure as described in the prior art, the W / Ti alloy phase is particularly hard and brittle in strength. Therefore, for example, when blasting is performed as a roughening treatment, the surface of the processing surface is microscopically treated. There is a problem that cracks occur. Therefore, the strength of the roughened surface is reduced under the influence of the microcracks at the deposition film adhesion interface where stress is generated, and deposition film peeling occurs. In contrast, in the case of the W-Ti target of the present invention, the toughness is improved by eliminating the W / Ti alloy phase, so that the microcracks themselves can be reduced, and the surface can be deposited by roughening the non-erosion portion of the target. The ability to prevent film peeling can be further improved.
[0020]
The W-Ti target of the present invention can be manufactured as follows.
[0021]
High purity W powder and titanium hydride powder are used as raw materials. The reason why titanium hydride was used as the titanium source was to pulverize the titanium powder to 5 μm or less.
As a result, variations in coating quality are prevented from occurring. First, the titanium hydride powder is finely pulverized with a pulverizer in an argon atmosphere so that the maximum particle size becomes 5 μm. Next, W powder (particle size of 5 μm or less) and finely divided titanium hydride powder (particle size of 5 μm or less) are blended at a predetermined ratio, and mixed uniformly for a predetermined time. After being subjected to a known dehydrogenation treatment at 950 ° C. for 9 hours in a flow atmosphere (about 5 Pa), sintering is performed at 1300 to 1400 ° C. and 300 to 450 kg / cm ² , and only from the structure of the W phase and the Ti phase. Thus, a W-Ti target having no W / Ti alloy phase in the structure is obtained. Subsequently, in order to take the distortion of the obtained sintered body, heat treatment is performed at, for example, about 1200 ° C. in a vacuum heat treatment furnace to obtain a W—Ti target product. The sintering includes normal hot pressing, sintering after cold pressing the mixed powder, hot isostatic pressing (HIP), and the like.
[0022]
【Example】
Example 1
Hydrogenated Ti powder (purity: 99.99% or more) was finely pulverized with a pulverizer so as to have a maximum particle size of 5 μm or less. Next, the high-purity W powder (purity: 99.99% or more, maximum particle size: 5 μm) and the refined titanium hydride powder having the maximum particle size of 5 μm obtained above were weight ratio W: Ti = 9: 1. Formulated and mixed for 2 hours. Next, the mixed powder was subjected to a heat treatment at 950 ° C. for 9 hours in an argon gas flow atmosphere (about 5 Pa) as a dehydrogenation step of the titanium hydride powder, and then vacuum hot-pressed at 1350 ° C. and 400 kg / cm ² ( 5 × 10 ⁻³ Pa or less) and sintering. Then, in order to take distortion of the obtained sintered compact, it heat-processed at 1200 degreeC with the vacuum heat processing furnace, and obtained the intended target.
[0023]
The obtained W-Ti target consisted of only the structure of the W phase and the Ti phase, had no W / Ti alloy phase in the structure, and was a target in which Ti particles were uniformly dispersed. Further, the relative density was 99.6%, which was higher than 99%. An electron micrograph of the obtained target structure is shown in FIG. In FIG. 1, grayish white part A shows the W particle phase and black part B shows the Ti particle phase. For comparison, FIG. 2 shows an electron micrograph of the target structure in which the W / Ti alloy phase is generated. In FIG. 2, the grayish white part A shows the W particle phase, the black part B shows the Ti particle phase, and the gray part C shows the W / Ti alloy particle phase. Comparing FIG. 1 and FIG. 2, the target of the present invention does not have a W—Ti alloy phase, and consists only of a W phase and a Ti phase, and both the W particle size and the Ti particle size are 5 μm or less. On the other hand, in the case of a W-Ti alloy target according to the prior art having a W-Ti alloy phase, there are particles of each phase, particularly those having a Ti particle diameter exceeding 5 μm. it is obvious.
[0024]
In addition, when vacuum hot pressing using a pulverized Ti hydrogen powder and high-purity W powder to a maximum particle size of 5 μm or less, a comparative test was performed at 1430 ° C. and 1250 ° C. instead of 1350 ° C. It was. As a result, when the vacuum hot press temperature is 1250 ° C., the obtained target does not have a W—Ti alloy phase, but the relative density is as low as 98.6% and has 1% or more voids. It was a sputtering target with poor soundness. Moreover, when it was set to 1430 degreeC, the W-Ti alloy phase similar to what was shown in FIG. 2 had arisen.
[0025]
The hardness of the W-Ti target of the present invention obtained as described above and the W-Ti alloy target having a W / Ti alloy phase obtained by the prior art was measured, and the results are shown in Table 1.
[0026]
[Table 1]

[0027]
As is apparent from Table 1, the W-Ti target of the present invention has toughness as compared with a conventional W-Ti alloy target having a W / Ti alloy phase. This is because there is no W / Ti alloy phase.
(Example 2)
According to Example 1, a W-Ti target having no W / Ti alloy phase and having Ti particles uniformly dispersed therein was produced. The target was subjected to lathe processing and grinding to finish a target product having a diameter of 312 mm and a thickness of 10 mm. Further, SiC was sprayed onto the non-erosion portion of the target, and a surface roughening treatment with a surface roughness Ry of 16.85 μm was performed to obtain a sputtering target having a roughened surface. Using the target thus obtained, sputtering was performed under the conditions of electric power: 3.5 kW, indoor pressure: 7 × 10 ⁻³ Torr, and the number of particles adhering to the φ6 ″ wafer was measured. The particle size was 0.3 μm or more.
[0028]
For comparison, one prepared by pulverizing Ti hydride to a maximum particle size of 60 μm (Comparative product 1) and one pulverized to 5 μm or less (Comparative product 2) was prepared using the same W raw material as in Example 1. , W-10% Ti was prepared and mixed, and dehydrogenation treatment was performed under the same conditions as in Example 1. Thereafter, vacuum hot pressing was performed at 1430 ° C. and 400 kg / cm ² . When samples were collected and the cross sections thereof were observed, Ti particles and W / Ti alloy phases having a maximum diameter of 60 μm and a diameter of 5 μm were observed in Comparative products 1 and 2, respectively. Sputtering was performed under the same conditions as described above using the W—Ti alloy target having the W / Ti alloy phase, and the number of particles was measured.
[0029]
A graph showing the relationship between the integrated power and the measured number of particles (pieces) obtained as described above is shown in FIG. As apparent from FIG. 3, the number of generated particles in the case of the present invention (the product of the present invention) is constant even when the integrated power is increased, and the number is between 10 and 15; (Comparative products 1 and 2) Even when the integrated power was about 90 W, the number of generated particles was already about 20 to 50, and the number increased as the integrated power increased. Therefore, it can be seen that a target having no W / Ti alloy phase in the structure is effective. In order to confirm the appearance of the above-mentioned used target, an appearance photograph thereof is shown in FIG. 4 (product of the present invention) and FIG. 5 (comparative product 1). The deposit film deposited on the non-erosion part was not peeled off in the product of the present invention (FIG. 4), and the peeling was remarkable in the comparative product 1 (FIG. 4).
[0030]
Moreover, the electron micrograph of the target surface after sputtering as mentioned above is shown in FIG. 6 (invention product) and FIG. 7 (comparative product 1). The product according to the present invention has a smooth surface with small irregularities, while the comparative product 1 has a rough surface with large irregularities because the Ti particles are convex.
[0031]
As described above, the W / Ti alloy phase is eliminated, both the W particles and the Ti particles are refined to a particle size of 5 μm or less, and the Ti particles are uniformly dispersed. As a result, the amount of particles generated from the particles was suppressed, and the deposition film was prevented from peeling off.
[0032]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to suppress the amount of particles generated from the target itself at the time of sputtering and to prevent the deposition film from being peeled off. For example, the electrodes of semiconductor elements, contact portions, barrier layers, etc. By using it as a target for forming a coating film, it is possible to obtain a very useful effect of improving the yield and reliability of semiconductor products.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electron micrograph showing the structure of a W-Ti target of the present invention.
FIG. 2 is an electron micrograph showing the structure of a W—Ti alloy target according to the prior art.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the number of particles generated by sputtering and integrated power in order to compare the target of the present invention (the product of the present invention) and the target of the prior art (Comparative products 1 and 2). .
FIG. 4 is an appearance photograph showing the state of a deposit film deposited on a non-erosion part of the product of the present invention.
FIG. 5 is an external view photograph showing the state of a deposit film deposited on a non-erosion portion of Comparative Product 1.
FIG. 6 is an electron micrograph showing the appearance of the surface of the target of the present invention after sputtering.
FIG. 7 is an electron micrograph showing the appearance of the surface of a target according to the prior art after sputtering.
[Explanation of symbols]
A W particle phase B Ti particle phase C W / Ti alloy particle phase

Claims

In W-Ti targets, the organization consisting solely W phase and Ti phase, W / Ti alloy phase in the structure is rather free, Ti particle size of the W-phase of the W particle size and Ti phases of the tissue is 5μm or less And the W-Ti target has a Hv hardness of 543 or less .

The W-Ti target according to claim 1, wherein a part of the target has a roughened surface.

After mixing W powder having a maximum particle size of 5 μm or less and titanium hydride powder having a maximum particle size of 5 μm or less , the resulting mixed powder was dehydrogenated, and then at 1300 to 1400 ° C. and 300 to 450 kg / cm ² . A method for producing a W-Ti target, characterized in that it is sintered to obtain a W-Ti target consisting only of a W-phase and Ti-phase structure and having no W / Ti alloy phase in the structure.