JP5389955B2 - タンタルスパッタリングターゲット - Google Patents
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Description
この発明は、均一微細な組織を備え、プラズマが安定であり、膜の均一性（ユニフォーミティ）に優れた高純度タンタルスパッタリングターゲットに関する。
近年、エレクトロニクス分野、耐食性材料や装飾の分野、触媒分野、切削・研磨材や耐摩耗性材料の製作等、多くの分野に金属やセラミックス材料等の被膜を形成するスパッタリングが使用されている。
スパッタリング法自体は上記の分野で、よく知られた方法であるが、最近では、特にエレクトロニクスの分野において、複雑な形状の被膜の形成や回路の形成、あるいはバリア膜の形成等に適合するタンタルスパッタリングターゲットが要求されている。
スパッタリング法自体は上記の分野で、よく知られた方法であるが、最近では、特にエレクトロニクスの分野において、複雑な形状の被膜の形成や回路の形成、あるいはバリア膜の形成等に適合するタンタルスパッタリングターゲットが要求されている。
一般に、このタンタルターゲットは、タンタル原料を電子ビーム溶解・鋳造したインゴット又はビレットの熱間鍛造、焼鈍（熱処理）を繰り返し、さらに圧延及び仕上げ（機械、研磨等）加工してターゲットに加工されている。
このような製造工程において、インゴット又はビレットの熱間鍛造は、鋳造組織を破壊し、気孔や偏析を拡散、消失させ、さらにこれを焼鈍することにより再結晶化し、組織の緻密化と強度を高めることによって製造されている。
一般に、溶解鋳造されたインゴット又はビレットは、５０ｍｍ以上の結晶粒径を有している。そして、インゴット又はビレットの熱間鍛造と再結晶焼鈍により、鋳造組織が破壊され、おおむね均一かつ微細な（１００μｍ以下の）結晶粒が得られる。
このような製造工程において、インゴット又はビレットの熱間鍛造は、鋳造組織を破壊し、気孔や偏析を拡散、消失させ、さらにこれを焼鈍することにより再結晶化し、組織の緻密化と強度を高めることによって製造されている。
一般に、溶解鋳造されたインゴット又はビレットは、５０ｍｍ以上の結晶粒径を有している。そして、インゴット又はビレットの熱間鍛造と再結晶焼鈍により、鋳造組織が破壊され、おおむね均一かつ微細な（１００μｍ以下の）結晶粒が得られる。
一方、このようにして製造されたターゲットを用いて、スパッタリングを実施する場合、ターゲットの再結晶組織がより細かくかつ均一であり、また結晶方位が特定の方向に揃っているものほど均一な成膜が可能であり、アーキングやパーティクルの発生が少なく、安定した特性を持つ膜を得ることができると言われている。
そのため、ターゲットの製造工程において、再結晶組織の微細化と均一化、さらには特定の結晶方位に揃えようとする方策が採られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
そのため、ターゲットの製造工程において、再結晶組織の微細化と均一化、さらには特定の結晶方位に揃えようとする方策が採られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
また、Ｃｕ配線膜に対するバリア層として用いるＴａＮ膜を形成するための高純度Ｔａターゲットとして、自己維持放電特性を有する元素であるとしてＡｇ、Ａｕ及びＣｕから選択した元素を０．００１〜２０ｐｐｍを含有させ、また不純物元素としてＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎａ、Ｋの合計量を１００ｐｐｍ以下として、これらを差引いた値が９９．９９〜９９．９９９％の範囲とする高純度Ｔａを用いることが開示されている（特許文献３参照）。
これらの特許文献を見る限り、特定の元素の含有が、組織を微細化させ、これによってプラズマを安定化させるということは行われていない。
これらの特許文献を見る限り、特定の元素の含有が、組織を微細化させ、これによってプラズマを安定化させるということは行われていない。
特に、特許文献３では、Ａｇ、Ａｕ及びＣｕから選択した元素を０．００１〜２０ｐｐｍを含有させるということで、０．００１ｐｐｍまでという極微量の元素の添加が、Ｔａイオンの放出量を増加させるとしているが、添加元素が微量なだけに、含有量を調節し、かつ均一な添加（ばらつき）が難しいという問題があると考えられる。
しかも、特許文献３の表２に示すように、Ｍｏ、Ｗ、Ｇｅ、Ｃｏ量は、それぞれ１０ｐｐｍ、２０ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、１０ｐｐｍ未満の含有が許容されている。これだけでも５０ｐｐｍ未満の不純物がある。
しかも、特許文献３の表２に示すように、Ｍｏ、Ｗ、Ｇｅ、Ｃｏ量は、それぞれ１０ｐｐｍ、２０ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、１０ｐｐｍ未満の含有が許容されている。これだけでも５０ｐｐｍ未満の不純物がある。
したがって、上記の通り「不純物元素としてＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎａ、Ｋの合計量を１００ｐｐｍ以下として、これらを差引いた値が９９．９９〜９９．９９９％の範囲とする高純度Ｔａを用いる」としているが、実際の純度の下限値は９９．９９％を下回る純度（それを許容する純度）である。
これは、従来の高純度タンタルのレベル以下であり、高純度タンタルの特性を活かすことはできないことが強く予想される。
これは、従来の高純度タンタルのレベル以下であり、高純度タンタルの特性を活かすことはできないことが強く予想される。
本発明は、タンタルの純度を高純度に維持すると共に、特定の元素を添加することにより、均一微細な組織を備え、プラズマが安定であり、膜の均一性（ユニフォーミティ）に優れた高純度タンタルスパッタリングターゲットを提供することを課題とする。
本発明は、上記の問題を解決するために、タンタルの純度を高純度に維持すると共に、特定の元素を添加することにより、均一微細な組織を備え、プラズマが安定であり、膜の均一性（ユニフォーミティ）に優れた高純度タンタルスパッタリングターゲットを得ることができるとの知見を得た。
本発明は、この知見に基づいて、
１）３０ｍａｓｓｐｐｍ以上、１００ｍａｓｓｐｐｍ以下の酸素を必須成分として含有し、酸素及びガス成分を除く純度が９９．９９８％以上であることを特徴とするタンタルスパッタリングターゲット
２）４０ｍａｓｓｐｐｍ以上、１００ｍａｓｓｐｐｍ以下の酸素を必須成分として含有し、酸素及びガス成分を除く純度が９９．９９８％以上であることを特徴とするタンタルスパッタリングターゲット
３）酸素を４０ｍａｓｓｐｐｍ以上、７０ｍａｓｓｐｐｍ以下を必須成分として含有し、酸素及びガス成分を除く純度が９９．９９８％以上であることを特徴とするタンタルスパッタリングターゲット
４）ターゲット中の酸素含有量のばらつきが±２０％以下であることを特徴とする上記１）〜３）のいずれかに記載のタンタルスパッタリングターゲット
５）平均結晶粒径が１２０μｍ以下であることを特徴とする上記１）〜４）のいずれかに記載のタンタルスパッタリングターゲット
６）結晶粒径のばらつきが±２０％以下であることを特徴とする上記５）記載のタンタルスパッタリングターゲット、を提供する。
本発明は、この知見に基づいて、
１）３０ｍａｓｓｐｐｍ以上、１００ｍａｓｓｐｐｍ以下の酸素を必須成分として含有し、酸素及びガス成分を除く純度が９９．９９８％以上であることを特徴とするタンタルスパッタリングターゲット
２）４０ｍａｓｓｐｐｍ以上、１００ｍａｓｓｐｐｍ以下の酸素を必須成分として含有し、酸素及びガス成分を除く純度が９９．９９８％以上であることを特徴とするタンタルスパッタリングターゲット
３）酸素を４０ｍａｓｓｐｐｍ以上、７０ｍａｓｓｐｐｍ以下を必須成分として含有し、酸素及びガス成分を除く純度が９９．９９８％以上であることを特徴とするタンタルスパッタリングターゲット
４）ターゲット中の酸素含有量のばらつきが±２０％以下であることを特徴とする上記１）〜３）のいずれかに記載のタンタルスパッタリングターゲット
５）平均結晶粒径が１２０μｍ以下であることを特徴とする上記１）〜４）のいずれかに記載のタンタルスパッタリングターゲット
６）結晶粒径のばらつきが±２０％以下であることを特徴とする上記５）記載のタンタルスパッタリングターゲット、を提供する。
本発明は、タンタルの純度を高純度に維持すると共に、酸素を必須成分として添加することにより、均一微細な組織を備え、プラズマが安定であり、膜の均一性（ユニフォーミティ）に優れた高純度タンタルスパッタリングターゲットを提供することができるという優れた効果を有する。また、スパッタリング時のプラズマ安定化は、初期の段階でも安定化するので、バーンイン時間を短縮できるという効果を備えている。
本願発明に使用するタンタル（Ｔａ）ターゲットの原料としては、高純度タンタルを使用する。この高純度タンタルの例を表１に示す（社団法人発明協会編、公開技報２００５−５０２７７０、公開技報名称「高純度タンタル及び高純度タンタルからなるスパッタリングターゲット」参照）。
この表２では、ガス成分を除き、全ての不純物は１ｍａｓｓｐｐｍ未満である。すなわち９９．９９９〜９９．９９９９ｍａｓｓ％となっているが、このような高純度タンタルを使用することができる。
この表２では、ガス成分を除き、全ての不純物は１ｍａｓｓｐｐｍ未満である。すなわち９９．９９９〜９９．９９９９ｍａｓｓ％となっているが、このような高純度タンタルを使用することができる。
本発明のスパッタリングターゲットは、通常、次の工程によって製造する。
その一例を示すと、まずタンタル、例えば４Ｎ（９９．９９％以上）の高純度タンタルを使用し、これに酸素（Ｏ）を適量添加してターゲットの原料とする。これを電子ビーム溶解等により溶解・精製して純度を高め、これを鋳造してインゴット又はビレットを作製する。当然ながら、最初から表２に示す９９．９９９〜９９．９９９９ｍａｓｓ％高純度タンタルを使用することもできる。
次に、このインゴット又はビレットを焼鈍−鍛造、圧延、焼鈍（熱処理）、仕上げ加工等の一連の加工を行う。
その一例を示すと、まずタンタル、例えば４Ｎ（９９．９９％以上）の高純度タンタルを使用し、これに酸素（Ｏ）を適量添加してターゲットの原料とする。これを電子ビーム溶解等により溶解・精製して純度を高め、これを鋳造してインゴット又はビレットを作製する。当然ながら、最初から表２に示す９９．９９９〜９９．９９９９ｍａｓｓ％高純度タンタルを使用することもできる。
次に、このインゴット又はビレットを焼鈍−鍛造、圧延、焼鈍（熱処理）、仕上げ加工等の一連の加工を行う。
具体的には、例えばインゴット−鍛伸−１３７３Ｋ〜１６７３Ｋの温度での焼鈍（１回目）−冷間鍛造（１回目）−再結晶開始温度〜１６７３Ｋの温度での再結晶焼鈍（２回目）−冷間鍛造（２回目）−再結晶開始温度〜１６７３Ｋの間での再結晶焼鈍（３回目）−冷間（熱間）圧延（１回目）−再結晶開始温度〜１３７３Ｋの間での再結晶焼鈍（４回目）−冷間（熱間）圧延（必要に応じて、２回目）−再結晶開始温度〜１３７３Ｋの間での再結晶焼鈍（必要に応じて、５回目）−仕上げ加工を行ってターゲット材とする。
鍛造あるいは圧延によって、鋳造組織を破壊し、気孔や偏析を拡散あるいは消失させることができ、さらにこれを焼鈍することにより再結晶化させ、この冷間鍛造又は冷間圧延と再結晶焼鈍の繰返しにより、組織の緻密化、微細化と強度を高めることができる。上記の加工プロセスにおいて、再結晶焼鈍は１回でも良いが、２回繰返すことによって組織上の欠陥を極力減少させることができる。また、冷間（熱間）圧延と再結晶開始温度〜１３７３Ｋの間での再結晶焼鈍は、繰返しても良いが１サイクルでも良い。この後、機械加工、研磨加工等の仕上げ加工によって、最終的なターゲット形状に仕上げる。
通常、上記の製造工程によってタンタルターゲットを製造するが、この製造工程は、一例を示すもので、本願発明は、この製造工程を発明とするものではないので、他の工程によって製造することは、当然可能であり、本願発明はそれらを全て包含するものである。
タンタルターゲットの特性を活かすために、６Ｎレベルの純度の材料を使用することが多いが、どうしてもターゲットの結晶粒が粗大化し易いという欠点があった。
本発明者らは、このような６Ｎレベルのターゲットの製造工程において、通常であれば２０ｍａｓｓｐｐｍ程度の含有量である酸素が、たまたま５０ｍａｓｓｐｐｍ程度に偏析していた部分で、結晶粒径が局所的に微細化していることを発見した。このことから、酸素の添加がタンタルターゲットの微細化に有効ではないかというヒントを得、これが本願発明につながる契機となった。
タンタルターゲットの特性を活かすために、６Ｎレベルの純度の材料を使用することが多いが、どうしてもターゲットの結晶粒が粗大化し易いという欠点があった。
本発明者らは、このような６Ｎレベルのターゲットの製造工程において、通常であれば２０ｍａｓｓｐｐｍ程度の含有量である酸素が、たまたま５０ｍａｓｓｐｐｍ程度に偏析していた部分で、結晶粒径が局所的に微細化していることを発見した。このことから、酸素の添加がタンタルターゲットの微細化に有効ではないかというヒントを得、これが本願発明につながる契機となった。
すなわち、本発明のタンタルスパッタリングターゲットにおいて、重要なことは、酸素及びガス成分を除く純度が９９．９９８％以上であるタンタルに、３０ｍａｓｓｐｐｍ以上、１００ｍａｓｓｐｐｍ以下の酸素を必須成分として含有させることである。
本発明のタンタルスパッタリングターゲットにおいて、酸素は固溶体（侵入型固溶体）として存在する。上記酸素の下限値３０ｍａｓｓｐｐｍは効果を発揮させるための数値であり、酸素の上限値１００ｍａｓｓｐｐｍは、本発明の効果を持続させるための上限値である。この上限値を超える場合には、酸素の偏析が起こり、酸素の一部未再結晶部が発生し、結果としてバーンインが長くなるので、酸素１００ｍａｓｓｐｐｍを上限値とする。
本発明のタンタルスパッタリングターゲットにおいて、酸素は固溶体（侵入型固溶体）として存在する。上記酸素の下限値３０ｍａｓｓｐｐｍは効果を発揮させるための数値であり、酸素の上限値１００ｍａｓｓｐｐｍは、本発明の効果を持続させるための上限値である。この上限値を超える場合には、酸素の偏析が起こり、酸素の一部未再結晶部が発生し、結果としてバーンインが長くなるので、酸素１００ｍａｓｓｐｐｍを上限値とする。
このタンタルへの酸素の含有が、ターゲットの均一微細な組織を形成し、それによってプラズマを安定化させ、これによってスパッタリング膜の均一性（ユニフォーミティ）を向上させることが可能となる。また、このスパッタリング時のプラズマ安定化は、初期の段階でも安定化するので、バーンイン時間を短縮できる。
この場合、タンタルの純度は、高純度すなわち９９．９９８％以上とする必要がある。この場合、原子半径の小さい、酸素、水素、炭素、窒素等のガス成分は除外することができる。一般にガス成分は特殊な方法でなければ除去は困難であり、通常の生産工程で精製の際に除去することは難しいので、ガス成分は本願発明のタンタルの純度からは除外する。
この場合、タンタルの純度は、高純度すなわち９９．９９８％以上とする必要がある。この場合、原子半径の小さい、酸素、水素、炭素、窒素等のガス成分は除外することができる。一般にガス成分は特殊な方法でなければ除去は困難であり、通常の生産工程で精製の際に除去することは難しいので、ガス成分は本願発明のタンタルの純度からは除外する。
上記の通り、酸素がタンタルの均一微細な組織をもたらすのであるが、他の金属成分、半金属（メタロイド）、酸化物、窒化物、炭化物等のセラミックスの混入は有害であり、許容することはできない。これらの不純物は酸素の作用を抑制する作用をすると考えられるからである。また、これらの不純物は、酸素とは明らかに異なり、タンタルターゲットの結晶粒径を均一に仕上げることが難しく、スパッタリング特性の安定化には寄与しない。
本願発明のタンタルスパッタリングターゲットは、より好ましい範囲として、４０ｍａｓｓｐｐｍ以上、１００ｍａｓｓｐｐｍ以下の酸素を必須成分として含有し、酸素及びガス成分を除く純度が９９．９９８％以上であることである。
さらに、酸素を４０ｍａｓｓｐｐｍ以上、７０ｍａｓｓｐｐｍ以下を必須成分として含有し、酸素及びガス成分を除く純度が９９．９９８％以上のタンタルスパッタリングターゲットである。
ガス成分以外の金属の不純物の例としては、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｗ、Ｕを挙げることができるが、これらはいずれも１ｐｐｍ以下とすることが望ましい。
さらに、酸素を４０ｍａｓｓｐｐｍ以上、７０ｍａｓｓｐｐｍ以下を必須成分として含有し、酸素及びガス成分を除く純度が９９．９９８％以上のタンタルスパッタリングターゲットである。
ガス成分以外の金属の不純物の例としては、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｗ、Ｕを挙げることができるが、これらはいずれも１ｐｐｍ以下とすることが望ましい。
本発明のタンタルスパッタリングターゲットは、さらにターゲット中の酸素含有量のばらつきを±２０％以下とすることが望ましい。
適度な酸素の含有がタンタルスパッタリングターゲットの均一微細な組織を形成する機能（性質）を有する以上、酸素はより均一に分散していることは、ターゲット組織の均一微細な組織に、より強く貢献させことができる。
当然ながら、通常の製造工程において、これらは容易に達成できるのであるが、ターゲットの酸素含有量のばらつきを±２０％以下とする点に留意し、その意図を明確に持つことが必要である。
適度な酸素の含有がタンタルスパッタリングターゲットの均一微細な組織を形成する機能（性質）を有する以上、酸素はより均一に分散していることは、ターゲット組織の均一微細な組織に、より強く貢献させことができる。
当然ながら、通常の製造工程において、これらは容易に達成できるのであるが、ターゲットの酸素含有量のばらつきを±２０％以下とする点に留意し、その意図を明確に持つことが必要である。
このターゲットの酸素の含有量のばらつきについては、例えば円盤状のターゲットにおいては、円盤の中心を通る等分の８本の線上に、３点（中心点、半径の１／２点、外周又はその近傍点）を採り、合計１７点｛１６点＋中心点（中心点は共通しているので１点）｝の酸素の含有量を分析する。
そして、各点において、{（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）}×１００の式に基づいて、ばらつきを計算することができる。
本発明のタンタルスパッタリングターゲットは、さらに平均結晶粒径が１２０μｍ以下であることが望ましい。酸素の適度な添加と通常の製造工程において、結晶粒径の微細化が達成できるのであるが、平均結晶粒径が１２０μｍ以下とする点に留意し、その意図を明確に持つことが必要である。
また、この結晶粒径のばらつきが±２０％以下とすることがより望ましい。
そして、各点において、{（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）}×１００の式に基づいて、ばらつきを計算することができる。
本発明のタンタルスパッタリングターゲットは、さらに平均結晶粒径が１２０μｍ以下であることが望ましい。酸素の適度な添加と通常の製造工程において、結晶粒径の微細化が達成できるのであるが、平均結晶粒径が１２０μｍ以下とする点に留意し、その意図を明確に持つことが必要である。
また、この結晶粒径のばらつきが±２０％以下とすることがより望ましい。
この平均結晶粒径のばらつきについては、例えば円盤状のターゲットにおいては、円盤の中心を通る等分の８本の線上に、３点（中心点、半径の１／２点、外周又はその近傍点）を採り、合計１７点｛１６点＋中心点（中心点は共通しているので１点）｝の酸化物の結晶粒径を測定する。そして、各点において、{（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）}×１００の式に基づいて、結晶粒径のばらつきを計算することができる。
このようなターゲット組織は、プラズマが安定であり、膜の均一性（ユニフォーミティ）に優れる。また、スパッタリング時のプラズマ安定化は、初期の段階でも安定化するので、バーンイン時間を短縮できるという効果を有する。
次に、実施例について説明する。なお、本実施例は発明の一例を示すためのものであり、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想に含まれる他の態様及び変形を含むものである。
（実施例１）
純度９９．９９８％のタンタルに酸素３０ｍａｓｓｐｐｍ相当量を添加した原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して厚さ２００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴットとした。この場合の結晶粒径は約５０ｍｍであった。
次に、このインゴット又はビレットを室温で鍛伸した後、１５００Ｋの温度で再結晶焼鈍した。これによって平均結晶粒径が２００μｍの組織を持つ厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料が得られた。これは、上記段落［００１５］に記載したインゴット−鍛伸−１３７３Ｋ〜１６７３Ｋの温度での焼鈍（１回目）に対応する。以下の実施例、比較例においても同様に対応させることができる。
純度９９．９９８％のタンタルに酸素３０ｍａｓｓｐｐｍ相当量を添加した原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して厚さ２００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴットとした。この場合の結晶粒径は約５０ｍｍであった。
次に、このインゴット又はビレットを室温で鍛伸した後、１５００Ｋの温度で再結晶焼鈍した。これによって平均結晶粒径が２００μｍの組織を持つ厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料が得られた。これは、上記段落［００１５］に記載したインゴット−鍛伸−１３７３Ｋ〜１６７３Ｋの温度での焼鈍（１回目）に対応する。以下の実施例、比較例においても同様に対応させることができる。
次に、これを再度室温で鍛伸及び据え込み鍛造し、再び１４００〜１５００Ｋの温度で再結晶焼鈍を実施した。これは、上記段落［００１５］に記載した冷間鍛造（１回目）−再結晶開始温度〜１６７３Ｋの温度での再結晶焼鈍（２回目）に対応する。以下の実施例、比較例においても同様に対応させることができる。
そして鍛造、熱処理を再度繰り返した。これは、上記段落［００１５］に記載した冷間鍛造（２回目）−再結晶開始温度〜１６７３Ｋの間での再結晶焼鈍（３回目）に対応する。以下の実施例、比較例においても同様に対応させることができる。
これによって平均結晶粒径が１００μｍの組織を持つ厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料を得た。
そして鍛造、熱処理を再度繰り返した。これは、上記段落［００１５］に記載した冷間鍛造（２回目）−再結晶開始温度〜１６７３Ｋの間での再結晶焼鈍（３回目）に対応する。以下の実施例、比較例においても同様に対応させることができる。
これによって平均結晶粒径が１００μｍの組織を持つ厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料を得た。
次に、これを冷間で圧延及び１１７３Ｋの温度で再結晶焼鈍を行い（これは、上記段落［００１５］に記載した冷間（熱間）圧延（１回目）−再結晶開始温度〜１３７３Ｋの間での再結晶焼鈍（４回目）に対応する。以下の実施例、比較例においても同様に対応させることができる。）、仕上げ加工を行って厚さ１０ｍｍ、直径４５０ｍｍφのターゲット材とした。
途中及び最後の冷間加工並びに再結晶焼鈍は、以下の平均結晶粒径及び結晶粒径のばらつきとなるように調節した。なお、この平均結晶粒径とばらつきは、酸素の添加量によっても変化するが、本実施例では、これらの調節が可能であった。
ターゲットの平均結晶粒径は８５μｍであり、結晶粒径のばらつきは±１７％であった。また、酸素含有量のばらつきは±１５％であった。この結果を、表２に示す。
途中及び最後の冷間加工並びに再結晶焼鈍は、以下の平均結晶粒径及び結晶粒径のばらつきとなるように調節した。なお、この平均結晶粒径とばらつきは、酸素の添加量によっても変化するが、本実施例では、これらの調節が可能であった。
ターゲットの平均結晶粒径は８５μｍであり、結晶粒径のばらつきは±１７％であった。また、酸素含有量のばらつきは±１５％であった。この結果を、表２に示す。
シート抵抗は膜厚に依存するので、ウエハー（１２インチ）内のシート抵抗の分布を測定し、それによって膜厚の分布状況を調べた。具体的には、ウエハー上の４９点のシート抵抗を測定し、その標準偏差（σ）を算出した。
その結果を、同様に表２に示す。表２から明らかなように、本実施例においては、スパッタ初期から後期にかけてシート内抵抗分布の変動が少ない（２．４〜３．１％）、すなわち膜厚分布の変動が少ないことを示している。
その結果を、同様に表２に示す。表２から明らかなように、本実施例においては、スパッタ初期から後期にかけてシート内抵抗分布の変動が少ない（２．４〜３．１％）、すなわち膜厚分布の変動が少ないことを示している。
また、スパッタリングの初期安定化に至るまでの電力量を測定したところ、８５ｋＷｈであり、後述する比較例に比べ大きく減少した。この結果も表２に示す。このように初期安定までの電力量を少なくできる（バーンイン時間を短縮化できる）と共に、膜の均一性（ユニフォーミティ）が良好であり、スパッタ成膜の品質を向上させることができた。
（実施例２）
純度９９．９９８％のタンタルに酸素５０ｍａｓｓｐｐｍ相当量を添加した原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して厚さ２００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴットとした。この場合の結晶粒径は約４５ｍｍであった。
純度９９．９９８％のタンタルに酸素５０ｍａｓｓｐｐｍ相当量を添加した原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して厚さ２００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴットとした。この場合の結晶粒径は約４５ｍｍであった。
次に、このインゴット又はビレットを室温で鍛伸した後、１５００Ｋの温度で再結晶焼鈍した。これによって平均結晶粒径が２００μｍの組織を持つ厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料が得られた。
次に、これを再度室温で鍛伸及び据え込み鍛造し、再び１４００〜１５００Ｋの温度で再結晶焼鈍を実施した。
鍛造、熱処理を再度繰り返し、これによって平均結晶粒径が９０μｍの組織を持つ厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料を得た。
鍛造、熱処理を再度繰り返し、これによって平均結晶粒径が９０μｍの組織を持つ厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料を得た。
次に、これを冷間で圧延及び１１７３Ｋの温度で再結晶焼鈍を行い、仕上げ加工を行って厚さ１０ｍｍ、直径４５０ｍｍφのターゲット材とした。
途中及び最後の冷間加工並びに再結晶焼鈍は、以下の平均結晶粒径及び結晶粒径のばらつきとなるように調節した。なお、この平均結晶粒径とばらつきは、酸素の添加量によっても変化するが、本実施例では、これらの調節が可能であった。
ターゲットの平均結晶粒径は７０μｍであり、結晶粒径のばらつきは±１６％であった。また、酸素含有量のばらつきは±１４％であった。この結果を、同様に表２に示す。
ターゲットの平均結晶粒径は７０μｍであり、結晶粒径のばらつきは±１６％であった。また、酸素含有量のばらつきは±１４％であった。この結果を、同様に表２に示す。
シート抵抗は膜厚に依存するので、ウエハー（１２インチ）内のシート抵抗の分布を測定し、それによって膜厚の分布状況を調べた。具体的には、ウエハー上の４９点のシート抵抗を測定し、その標準偏差（σ）を算出した。
その結果を、同様に表２に示す。表２から明らかなように、本実施例においては、スパッタ初期から後期にかけてシート内抵抗分布の変動が少ない（２．１〜２．６％）、すなわち膜厚分布の変動が少ないことを示している。
その結果を、同様に表２に示す。表２から明らかなように、本実施例においては、スパッタ初期から後期にかけてシート内抵抗分布の変動が少ない（２．１〜２．６％）、すなわち膜厚分布の変動が少ないことを示している。
また、スパッタリングの初期安定化に至るまでの電力量を測定したところ、７５ｋＷｈであり、減少した。この結果も表２に示す。このようにバーンイン時間を短縮化することができると共に、膜の均一性（ユニフォーミティ）が良好であり、スパッタ成膜の品質を向上させることができた。
（実施例３）
純度９９．９９８％のタンタルに酸素７０ｍａｓｓｐｐｍ相当量を添加した原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して厚さ２００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴットとした。この場合の結晶粒径は約４０ｍｍであった。
次に、このインゴット又はビレットを室温で鍛伸した後、１５００Ｋの温度で再結晶焼鈍した。これによって平均結晶粒径が２００μｍの組織を持つ厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料が得られた。
純度９９．９９８％のタンタルに酸素７０ｍａｓｓｐｐｍ相当量を添加した原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して厚さ２００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴットとした。この場合の結晶粒径は約４０ｍｍであった。
次に、このインゴット又はビレットを室温で鍛伸した後、１５００Ｋの温度で再結晶焼鈍した。これによって平均結晶粒径が２００μｍの組織を持つ厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料が得られた。
次に、これを再度室温で鍛伸及び据え込み鍛造し、再び１４００〜１５００Ｋの温度で再結晶焼鈍を実施した。
鍛造、熱処理を再度繰り返し、これによって平均結晶粒径が８０μｍの組織を持つ厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料を得た。
次に、これを冷間で圧延及び１１７３Ｋの温度で再結晶焼鈍を行い、仕上げ加工を行って厚さ１０ｍｍ、直径４５０ｍｍφのターゲット材とした。
途中及び最後の冷間加工並びに再結晶焼鈍は、以下の平均結晶粒径及び結晶粒径のばらつきとなるように調節した。なお、この平均結晶粒径とばらつきは、酸素の添加量によっても変化するが、本実施例では、これらの調節が可能であった。
ターゲットの平均結晶粒径は５０μｍであり、結晶粒径のばらつきは±１２％であった。また、酸素含有量のばらつきは±１８％であった。この結果を、同様に表２に示す。
ターゲットの平均結晶粒径は５０μｍであり、結晶粒径のばらつきは±１２％であった。また、酸素含有量のばらつきは±１８％であった。この結果を、同様に表２に示す。
シート抵抗は膜厚に依存するので、ウエハー（１２インチ）内のシート抵抗の分布を測定し、それによって膜厚の分布状況を調べた。具体的には、ウエハー上の４９点のシート抵抗を測定し、その標準偏差（σ）を算出した。
その結果を、同様に表２に示す。表２から明らかなように、本実施例においては、スパッタ初期から後期にかけてシート内抵抗分布の変動が少ない（１．５〜１．８％）、すなわち膜厚分布の変動が少ないことを示している。
その結果を、同様に表２に示す。表２から明らかなように、本実施例においては、スパッタ初期から後期にかけてシート内抵抗分布の変動が少ない（１．５〜１．８％）、すなわち膜厚分布の変動が少ないことを示している。
また、スパッタリングの初期安定化に至るまでの電力量を測定したところ、６０ｋＷｈであり、減少した。この結果も表２に示す。このようにバーンイン時間を短縮化することができると共に、膜の均一性（ユニフォーミティ）が良好であり、スパッタ成膜の品質を向上させることができた。
（実施例４）
純度９９．９９８％のタンタルに酸素１００ｍａｓｓｐｐｍ相当量を添加した原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して厚さ２００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴットとした。この場合の結晶粒径は約３５ｍｍであった。
次に、このインゴット又はビレットを室温で鍛伸した後、１５００Ｋの温度で再結晶焼鈍した。これによって平均結晶粒径が２００μｍの組織を持つ厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料が得られた。
純度９９．９９８％のタンタルに酸素１００ｍａｓｓｐｐｍ相当量を添加した原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して厚さ２００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴットとした。この場合の結晶粒径は約３５ｍｍであった。
次に、このインゴット又はビレットを室温で鍛伸した後、１５００Ｋの温度で再結晶焼鈍した。これによって平均結晶粒径が２００μｍの組織を持つ厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料が得られた。
次に、これを再度室温で鍛伸及び据え込み鍛造し、再び１４００〜１５００Ｋ温度で再結晶焼鈍を実施した。
鍛造、熱処理を再度繰り返し、これによって平均結晶粒径が７０μｍの組織を持つ厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料を得た。
次に、これを冷間で圧延及び１１７３Ｋの温度で再結晶焼鈍を行い、仕上げ加工を行って厚さ１０ｍｍ、直径４５０ｍｍφのターゲット材とした。
途中及び最後の冷間加工並びに再結晶焼鈍は、以下の平均結晶粒径及び結晶粒径のばらつきとなるように調節した。なお、この平均結晶粒径とばらつきは、酸素の添加量によっても変化するが、本実施例では、これらの調節が可能であった。
ターゲットの平均結晶粒径は３０μｍであり、結晶粒径のばらつきは±７％であった。また、酸素含有量のばらつきは±１６％であった。この結果を、同様に表２に示す。
ターゲットの平均結晶粒径は３０μｍであり、結晶粒径のばらつきは±７％であった。また、酸素含有量のばらつきは±１６％であった。この結果を、同様に表２に示す。
シート抵抗は膜厚に依存するので、ウエハー（１２インチ）内のシート抵抗の分布を測定し、それによって膜厚の分布状況を調べた。具体的には、ウエハー上の４９点のシート抵抗を測定し、その標準偏差（σ）を算出した。
その結果を、同様に表２に示す。表２から明らかなように、本実施例においては、スパッタ初期から後期にかけてシート内抵抗分布の変動が少ない（２．２〜３．５％）、すなわち膜厚分布の変動が少ないことを示している。
その結果を、同様に表２に示す。表２から明らかなように、本実施例においては、スパッタ初期から後期にかけてシート内抵抗分布の変動が少ない（２．２〜３．５％）、すなわち膜厚分布の変動が少ないことを示している。
また、スパッタリングの初期安定化に至るまでの電力量を測定したところ、９０ｋＷｈであり、減少した。この結果も表２に示す。このようにバーンイン時間を短縮化することができると共に、膜の均一性（ユニフォーミティ）が良好であり、スパッタ成膜の品質を向上させることができた。
（比較例１）
純度９９．９９５％のタンタルに酸素２０ｍａｓｓｐｐｍ相当量を添加した原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して厚さ２００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴットとした。この場合の結晶粒径は約６０ｍｍであった。
純度９９．９９５％のタンタルに酸素２０ｍａｓｓｐｐｍ相当量を添加した原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して厚さ２００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴットとした。この場合の結晶粒径は約６０ｍｍであった。
次に、このインゴット又はビレットを室温で鍛伸した後、１５００Ｋの温度で再結晶焼鈍した。これによって平均結晶粒径が２００μｍの組織を持つ厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料が得られた。
次に、これを再度室温で鍛伸及び据え込み鍛造し、再び１４００〜１５００Ｋ温度で再結晶焼鈍を実施した。
鍛造、熱処理を再度繰り返し、これによって平均結晶粒径が１００μｍの組織を持つ厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料を得た。
次に、これを冷間で圧延及び１１７３Ｋの温度で再結晶焼鈍を行い、仕上げ加工を行って厚さ１０ｍｍ、直径４５０ｍｍφのターゲット材とした。
途中及び最後の冷間加工並びに再結晶焼鈍を、適度な平均結晶粒径及び結晶粒径のばらつきとなるように調節したが、本比較例では、結晶粒径のばらつきの調節ができず、ターゲットの平均結晶粒径は１３０μｍであり、結晶粒径のばらつきは±３５％であった。また、酸素含有量のばらつきは±１５％であった。この結果を、同様に表２に示す。
シート抵抗は膜厚に依存するので、ウエハー（１２インチ）内のシート抵抗の分布を測定し、それによって膜厚の分布状況を調べた。具体的には、ウエハー上の４９点のシート抵抗を測定し、その標準偏差（σ）を算出した。
その結果を、同様に表２に示す。表２から明らかなように、本実施例においては、スパッタ初期から後期にかけてシート内抵抗分布の変動が大きく（３．７〜５．８％）、すなわち膜厚分布の変動が大きくなることを示していた。
その結果を、同様に表２に示す。表２から明らかなように、本実施例においては、スパッタ初期から後期にかけてシート内抵抗分布の変動が大きく（３．７〜５．８％）、すなわち膜厚分布の変動が大きくなることを示していた。
また、スパッタリングの初期安定化に至るまでの電力量を測定したところ、１８０ｋＷｈであり、増加した。この結果も表２に示す。このようにバーンイン時間を短縮化できず、膜の均一性（ユニフォーミティ）も不良であり、スパッタ成膜の品質を向上させることができなかった。
以上について、純度９９．９９９％のタンタルに酸素２０ｍａｓｓｐｐｍを添加した場合についても、同様の試験をしてみたが、この比較例１と同様の傾向が見られた。これは、タンタルの純度にかかわらず影響することが明らかであった。
（比較例２）
純度９９．９９９％のタンタルに酸素１５０ｍａｓｓｐｐｍ相当量を添加した原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して厚さ２００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴットとした。この場合の結晶粒径は約２０ｍｍであった。
純度９９．９９９％のタンタルに酸素１５０ｍａｓｓｐｐｍ相当量を添加した原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して厚さ２００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴットとした。この場合の結晶粒径は約２０ｍｍであった。
次に、このインゴット又はビレットを室温で鍛伸した後、１５００Ｋの温度で再結晶焼鈍した。これによって平均結晶粒径が１９０μｍの組織を持つ厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料が得られた。
次に、これを再度室温で鍛伸及び据え込み鍛造し、再び１４００〜１５００Ｋの温度で再結晶焼鈍を実施した。
鍛造、熱処理を再度繰り返し、これによって平均結晶粒径が６０μｍの組織を持つ厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料を得た。
次に、これを冷間で圧延及び１１７３Ｋの温度で再結晶焼鈍を行い、仕上げ加工を行って厚さ１０ｍｍ、直径４５０ｍｍφのターゲット材とした。
途中及び最後の冷間加工並びに再結晶焼鈍を、適度な平均結晶粒径及び結晶粒径のばらつきとなるように調節したが、本比較例では、これらの調節ができず、ターゲットの平均結晶粒径は一応１５μｍであったが、未再結晶があるため、結晶粒径のばらつきは±５０％で、ばらつきが大であった。また、酸素含有量のばらつきは±６０％であった。この結果を、同様に表２に示す。
シート抵抗は膜厚に依存するので、ウエハー（１２インチ）内のシート抵抗の分布を測定し、それによって膜厚の分布状況を調べた。具体的には、ウエハー上の４９点のシート抵抗を測定し、その標準偏差（σ）を算出した。
その結果を、同様に表２に示す。表２から明らかなように、本実施例においては、スパッタ初期から後期にかけてシート内抵抗分布の変動が大きく（４．８〜７．２％）、すなわち膜厚分布の変動が大きくなることを示していた。
その結果を、同様に表２に示す。表２から明らかなように、本実施例においては、スパッタ初期から後期にかけてシート内抵抗分布の変動が大きく（４．８〜７．２％）、すなわち膜厚分布の変動が大きくなることを示していた。
また、スパッタリングの初期安定化に至るまでの電力量を測定したところ、３００ｋＷｈであり、増加した。この結果も表２に示す。このようにバーンイン時間を短縮化できず、膜の均一性（ユニフォーミティ）も不良であり、スパッタ成膜の品質を向上させることができなかった。
以上について、純度９９．９９８％のタンタルに酸素を、１００ｍａｓｓｐｐｍを超える添加量となってから急速に結晶粒径の粗大化とばらつきが大きくなり、さらには酸素含有量のばらつきも顕著になった。これは、酸素が偏析した結果と考えられ、過剰な酸素添加は、好ましくないことが分かった。
本発明は、タンタルスパッタリングターゲットにおいて、３０ｍａｓｓｐｐｍ以上、１００ｍａｓｓｐｐｍ以下の酸素を必須成分として含有させ、酸素及びガス成分を除く純度を９９．９９８％以上とすることにより、均一微細な組織を備え、プラズマが安定であり、膜の均一性（ユニフォーミティ）に優れた高純度タンタルスパッタリングターゲットを提供することができるという優れた効果を有する。また、スパッタリング時のプラズマ安定化は、初期の段階でも安定化するので、バーンイン時間を短縮できるという効果を有するので、エレクトロニクスの分野、特に複雑な形状の被膜の形成や回路の形成あるいはバリア膜の形成等に適合するターゲットとして有用である。
Claims (5)
- 溶解材料からなるタンタルスパッタリングターゲットであって、３０ｍａｓｓｐｐｍ以上、１００ｍａｓｓｐｐｍ以下の酸素を必須成分として含有し、酸素及びガス成分を除く純度が９９．９９８％以上であり、かつ平均結晶粒径が１２０μｍ以下であることを特徴とするタンタルスパッタリングターゲット。
- 溶解材料からなるタンタルスパッタリングターゲットであって、４０ｍａｓｓｐｐｍ以上、１００ｍａｓｓｐｐｍ以下の酸素を必須成分として含有し、酸素及びガス成分を除く純度が９９．９９８％以上であり、かつ平均結晶粒径が１２０μｍ以下であることを特徴とするタンタルスパッタリングターゲット。
- 溶解材料からなるタンタルスパッタリングターゲットであって、酸素を４０ｍａｓｓｐｐｍ以上、７０ｍａｓｓｐｐｍ以下を必須成分として含有し、酸素及びガス成分を除く純度が９９．９９８％以上であり、かつ平均結晶粒径が１２０μｍ以下であることを特徴とするタンタルスパッタリングターゲット。
- ターゲット中の酸素含有量のばらつきが±２０％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のタンタルスパッタリングターゲット。
- 結晶粒径のばらつきが±２０％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のタンタルスパッタリングターゲット。
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