JP5526072B2 - Sputtering target and Ti-Al-N film and electronic component manufacturing method using the same - Google Patents

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本発明は、半導体基板などに対する拡散防止層の形成に好適なスパッタリングターゲットとそれを用いたTi−Al−N膜および電子部品の製造方法に関する。   The present invention relates to a sputtering target suitable for forming a diffusion prevention layer on a semiconductor substrate or the like, a Ti—Al—N film using the sputtering target, and an electronic component manufacturing method.

最近、記憶媒体として強誘電体薄膜を用いた強誘電体メモリ(FeRAM)などの開発が盛んに行われており、DRAMの代替メモリとして期待されている。このようなFeRAMにおいては、ジルコン酸チタン酸鉛(PbZrO3とPbTiO3との固溶体(PZT))、チタン酸バリウム(BaTiO3(BTO))、チタン酸バリウム・ストロンチウム(BaaSr1-aTiO3(BSTO))などの強誘電体の薄膜が用いられている。 Recently, a ferroelectric memory (FeRAM) using a ferroelectric thin film as a storage medium has been actively developed, and is expected as an alternative memory for DRAM. In such FeRAM, lead zirconate titanate (solid solution of PbZrO 3 and PbTiO 3 (PZT)), barium titanate (BaTiO 3 (BTO)), barium strontium titanate (Ba a Sr 1-a TiO 2). 3 (BSTO)) and the like are used.

上述した酸化物系の誘電体薄膜を用いたFeRAMなどのメモリデバイスにおいては、従来から用いられてきたポリシリコン電極に代えて、Pt、Ir、Ruなどの貴金属電極やIrOx、PtOx、RuOxなどの酸化物電極が用いられるようになってきており、これらの電極で誘電体薄膜をサンドイッチした構造が採用されている。このようなデバイス構造において、酸化物系誘電体薄膜の形成には600℃以上の温度が要求されており、半導体プロセスの中でも特に高温のプロセスとなる。さらに、酸化物系の誘電体薄膜を形成することから、酸素雰囲気中で薄膜を形成することが多い。 In the memory device such as FeRAM using the above-described oxide-based dielectric thin film, a precious metal electrode such as Pt, Ir, Ru, IrO x , PtO x , RuO is used instead of the conventionally used polysilicon electrode. Oxide electrodes such as x have been used, and a structure in which a dielectric thin film is sandwiched between these electrodes has been adopted. In such a device structure, the formation of an oxide-based dielectric thin film requires a temperature of 600 ° C. or higher, which is a particularly high-temperature process among semiconductor processes. Further, since an oxide-based dielectric thin film is formed, the thin film is often formed in an oxygen atmosphere.

酸化物系誘電体薄膜を用いたメモリデバイスを実用化するにあたっては、例えばスイッチ用トランジスタを形成した半導体基板と酸化物系誘電体薄膜を用いたメモリセル(薄膜キャパシタ)とを組合せる必要がある。具体的には、トランジスタが形成されたSi基板のWプラグ上に、貴金属電極や酸化物電極と酸化物系誘電体薄膜とを順に形成する。酸化物系誘電体薄膜は上述したように高温酸素雰囲気下などで形成されることから、誘電体薄膜や電極中の酸素がSi基板側に拡散しやすく、例えばWプラグの酸化などの問題を招いている。Wプラグの酸化は体積膨張を伴うため、界面での剥離などが生じてしまう。   In putting a memory device using an oxide-based dielectric thin film into practical use, for example, it is necessary to combine a semiconductor substrate on which a switching transistor is formed and a memory cell (thin film capacitor) using the oxide-based dielectric thin film. . Specifically, a noble metal electrode, an oxide electrode, and an oxide-based dielectric thin film are sequentially formed on a W plug of a Si substrate on which a transistor is formed. Since the oxide-based dielectric thin film is formed in a high-temperature oxygen atmosphere or the like as described above, oxygen in the dielectric thin film or the electrode is likely to diffuse to the Si substrate side, causing problems such as oxidation of the W plug, for example. It is. Since oxidation of the W plug is accompanied by volume expansion, peeling at the interface occurs.

このような問題に対しては、酸化物系誘電体薄膜を用いた薄膜キャパシタと半導体基板との間に、これらの構成元素(特に酸素)の相互拡散を防ぐ拡散防止層(バリア層)を形成することが有効である。半導体デバイスにおいては、一般にTiN膜やTaN膜が拡散防止層として用いられているが、これらは耐酸化性に劣ることから、酸化物系誘電体薄膜を有する半導体デバイスの拡散防止層としては、TiNとAlNとの固溶体であるTi1-xAlxN(Ti−Al−N)膜が使用されている。Ti−Al−N膜のAl組成に関しては、耐熱性を高める上で増加させる方向にシフトしており、例えばAlを25〜50原子%の範囲で含むような合金組成が適用されるようになってきている。 To prevent this problem, a diffusion prevention layer (barrier layer) is formed between the thin film capacitor using an oxide-based dielectric thin film and the semiconductor substrate to prevent mutual diffusion of these constituent elements (especially oxygen). It is effective to do. In a semiconductor device, a TiN film or a TaN film is generally used as a diffusion prevention layer. However, since these are inferior in oxidation resistance, as a diffusion prevention layer of a semiconductor device having an oxide-based dielectric thin film, a TiN film is used. Ti 1-x Al x N (Ti—Al—N) film, which is a solid solution of AlN and AlN, is used. The Al composition of the Ti—Al—N film has been shifted to increase the heat resistance, and for example, an alloy composition containing Al in the range of 25 to 50 atomic% is applied. It is coming.

Ti−Al−N膜は熱的および化学的に安定であり、耐酸化性にも優れている。このような拡散防止層としてのTi−Al−N膜は、Ti−Al合金ターゲットを用いて、ArとN2の混合ガス雰囲気中で反応性スパッタすることにより形成されている。Ti−Al−N膜の形成に用いられるTi−Al合金ターゲットは、溶解法や焼結法を適用して作製することが一般的である。 The Ti—Al—N film is thermally and chemically stable and has excellent oxidation resistance. Such a Ti—Al—N film as a diffusion preventing layer is formed by reactive sputtering in a mixed gas atmosphere of Ar and N 2 using a Ti—Al alloy target. A Ti—Al alloy target used for forming a Ti—Al—N film is generally produced by applying a melting method or a sintering method.

上述したTi−Al合金ターゲットには、素子特性の劣化原因やダストの発生原因などとなる不純物量を低減することが求められることから、高純度材が得られやすい溶解法が主に用いられている。溶解法でTi−Al合金ターゲットを作製する場合には、まずTi材とAl材を真空アーク溶解や電子ビーム(EB)溶解などの真空溶解技術を適用して溶解し、所定の組成比を有するTi−Al母合金を作製する。   Since the above-described Ti-Al alloy target is required to reduce the amount of impurities that cause deterioration of element characteristics and generation of dust, a melting method in which a high-purity material is easily obtained is mainly used. Yes. When producing a Ti—Al alloy target by a melting method, first, a Ti material and an Al material are melted by applying a vacuum melting technique such as vacuum arc melting or electron beam (EB) melting, and have a predetermined composition ratio. A Ti—Al master alloy is prepared.

次に、Ti−Al母合金(インゴット)を1000℃以上に加熱して、鍛造や圧延などの熱間加工を施した後、再度1000℃以上の温度で熱処理する。ここで、ターゲットを構成するTi−Al合金の結晶粒径やそのばらつきはダスト発生や薄膜の膜厚均一性などに影響を及ぼすことから、熱間加工後にTi−Al合金の再結晶化のための熱処理が必要となる。このようにして作製したターゲット素材(Ti−Al合金素材)を所定のターゲット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り、目的とするターゲットが得られる。   Next, the Ti—Al mother alloy (ingot) is heated to 1000 ° C. or higher, subjected to hot working such as forging or rolling, and then heat-treated again at a temperature of 1000 ° C. or higher. Here, since the crystal grain size of the Ti-Al alloy constituting the target and its variation affect the generation of dust and the film thickness uniformity of the thin film, it is necessary to recrystallize the Ti-Al alloy after hot working. Heat treatment is required. The target material (Ti—Al alloy material) thus manufactured is machined into a predetermined target shape, and then joined to a backing plate to obtain a target target.

ところで、溶解法でTi−Al合金ターゲットを作製する場合には、熱間加工時に発生する合金材のクラック、特に材料外周部に発生するワレやカケが問題となっている。Ti単体やAl単体では、塑性加工を施してもワレやカケなどはほとんど発生しない。これは延性を妨害する物質が少ないためである。これに対して、Ti−Al合金ではTi3AlやAl3Tiなどの金属間化合物が形成され、これら金属間化合物は一般的に脆いという特性を有するため、熱間加工時にワレやカケなどが発生しやすいという問題が生じている。 By the way, when a Ti—Al alloy target is produced by a melting method, cracks in the alloy material generated during hot working, particularly cracks and chips generated in the outer peripheral portion of the material are problematic. In the case of Ti alone or Al alone, cracking or chipping hardly occurs even when plastic working is performed. This is because there are few substances that obstruct ductility. In contrast, Ti—Al alloys form intermetallic compounds such as Ti 3 Al and Al 3 Ti, and these intermetallic compounds are generally brittle. There is a problem that it is likely to occur.

このようなことから、できるだけTi−Al合金材を高温に加熱して、原子の移動性を高めた状態で塑性加工を施しているが、このような高温状態においてもクラックの発生を十分に抑制することができず、ターゲットの製造歩留りを低下させている。特に、Alを多量に含有するTi−Al合金(例えばAl含有量が25〜50原子%)では、金属間化合物が形成されやすいことから、熱間加工時のクラック発生が問題となっている。   For this reason, the Ti-Al alloy material is heated to as high a temperature as possible, and plastic processing is performed in a state in which the mobility of atoms is enhanced, but cracks are sufficiently suppressed even in such a high temperature state. It is not possible to reduce the production yield of the target. In particular, in a Ti—Al alloy containing a large amount of Al (for example, an Al content of 25 to 50 atomic%), since an intermetallic compound is easily formed, the occurrence of cracks during hot working is a problem.

一方、Ti−Al合金ターゲットを焼結法により作製する場合には、熱間加工などを施すことなく所定のターゲット形状が得られると共に、結晶粒径の微細化などを図ることができる。焼結法はサイズ依存性がなく、またターゲット組成の均一化などに対しても有効である。しかし、不純物の観点からは粉末作製時に不純物元素で汚染されやすく、また原料の比表面積が大きいために、特にガス成分を多量に吸着しやすいという問題がある。酸素や窒素などのガス成分はスパッタ時に異常放電の発生原因となり、これによりダスト量などが増大する。このようなことから、焼結ターゲットにおいては不純物量、特に酸素や窒素などのガス成分の含有量を低減することが求められている。   On the other hand, when a Ti—Al alloy target is produced by a sintering method, a predetermined target shape can be obtained without performing hot working or the like, and the crystal grain size can be reduced. The sintering method has no size dependency and is also effective for making the target composition uniform. However, from the viewpoint of impurities, there is a problem that it is easy to be contaminated with impurity elements during powder production and that the raw material has a large specific surface area, so that gas components are particularly easily adsorbed in large quantities. Gas components such as oxygen and nitrogen cause abnormal discharge during sputtering, which increases the amount of dust and the like. For this reason, it is required to reduce the amount of impurities, particularly the content of gas components such as oxygen and nitrogen, in the sintering target.

なお、特開2000−273623号公報には、Alを5〜65質量%の範囲で含有するTi−Al合金ターゲットが示されており、ここではNaやKなどのアルカリ金属の含有量やFe、Ni、Coなどの遷移金属の含有量、さらには酸素、炭素、水素、窒素などのガス成分の含有量を低減することが記載されている。しかし、上記公報は溶解法を適用したTi−Al合金ターゲットを前提としており、焼結法を適用したTi−Al合金ターゲットの高純度化については何等記載されていない。さらに、溶解法を適用したTi−Al合金ターゲットの熱間加工性の改善についても何等記載されていない。   JP-A-2000-273623 discloses a Ti-Al alloy target containing Al in the range of 5 to 65% by mass. Here, the content of alkali metals such as Na and K, Fe, It describes that the content of transition metals such as Ni and Co, and further the content of gas components such as oxygen, carbon, hydrogen and nitrogen are reduced. However, the above publication presupposes a Ti—Al alloy target to which a melting method is applied, and does not describe anything about the purification of the Ti—Al alloy target to which a sintering method is applied. Furthermore, there is no description about improvement of hot workability of the Ti—Al alloy target to which the melting method is applied.

さらに、従来のTi−Al合金ターゲットを用いた成膜工程に関しては、成膜時のプラズマ状態の不安定さが問題になっている。すなわち、従来のTi−Al合金ターゲットを用いて反応性スパッタを行った場合、長時間連続成膜するとプラズマが不安定な状態になり、結果的に放電が切れてしまうという問題が発生する。また、プラズマ状態が不安定になると異常放電の発生回数も増加する。これらは素子歩留りの低下原因となっている。このようなことから、Ti−Al合金ターゲットを用いたスパッタ工程においてはプラズマの安定化、さらには異常放電の減少などを図ることが強く求められている。   Furthermore, regarding the film formation process using the conventional Ti—Al alloy target, the instability of the plasma state during film formation is a problem. That is, when reactive sputtering is performed using a conventional Ti—Al alloy target, if the film is continuously formed for a long time, the plasma becomes unstable, resulting in a problem that the discharge is cut off. Further, when the plasma state becomes unstable, the number of occurrences of abnormal discharge increases. These cause a decrease in device yield. For this reason, in the sputtering process using a Ti—Al alloy target, there is a strong demand for stabilization of plasma and further reduction of abnormal discharge.

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、Ti−Al−N膜などを成膜する際に用いられるTi−Al合金ターゲットにおいて、不純物量の低減を図った上で、ターゲットの製造歩留りを高め、さらには膜品質の向上を図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いる。より具体的には、高純度化が可能な溶解ターゲットの製造歩留りを高め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いる。   The present invention has been made to cope with such a problem. In a Ti—Al alloy target used when forming a Ti—Al—N film or the like, the target is obtained after reducing the amount of impurities. An object of the present invention is to provide a sputtering target capable of increasing the production yield of the film and further improving the film quality. More specifically, an object of the present invention is to provide a sputtering target that can increase the production yield of a melting target that can be highly purified.

本発明のスパッタリングターゲットは、Alを5〜50原子%の範囲で含有するTi−Al合金の溶解材からなるスパッタリングターゲットであって、前記ターゲットのZr含有量およびHf含有量がそれぞれ100ppb以下であり、かつターゲット全体としてのZr含有量およびHf含有量のばらつきがそれぞれ20%以下であることを特徴としている。 The sputtering target of the present invention is a sputtering target made of a melting material of a Ti—Al alloy containing Al in the range of 5 to 50 atomic%, and the Zr content and the Hf content of the target are each 100 ppb or less. And the variation of the Zr content and the Hf content of the target as a whole is 20% or less, respectively .

ZrおよびHfはTiと同じ4A族元素であり、Tiと親和性を有することから、Ti材中に不純物として存在しやすい元素である。このようなZrやHfがTi−Al合金材中に比較的高濃度に存在していると、熱間加工時にワレやカケなどが発生しやすくなる。これに対して、例えば熱間加工を施すTi−Al合金材中のZr含有量およびHf含有量、さらにはこれらの含有量のばらつきを低減することによって、熱間加工時のワレやカケなどの発生を抑制することが可能となる。従って、上述したZr含有量およびHf含有量を満足させたTi−Al合金ターゲットによれば製造歩留りの向上を図ることが可能となる。   Zr and Hf are the same 4A group elements as Ti and have an affinity for Ti, and therefore are easily present as impurities in the Ti material. When such Zr and Hf are present at a relatively high concentration in the Ti—Al alloy material, cracking and chipping are likely to occur during hot working. On the other hand, for example, by reducing the Zr content and Hf content in the Ti-Al alloy material subjected to hot working, as well as variations in these contents, cracks and cracks during hot working, etc. Occurrence can be suppressed. Therefore, according to the Ti—Al alloy target satisfying the above-described Zr content and Hf content, the production yield can be improved.

本発明のスパッタリングターゲットによれば、例えばTi−Al−N膜などを成膜する際に用いられるTi−Al合金ターゲット中の不純物量の低減を図った上で、ターゲットの製造歩留りを高めると共に、膜品質の向上などを図ることが可能となる。   According to the sputtering target of the present invention, for example, while reducing the amount of impurities in the Ti-Al alloy target used when forming a Ti-Al-N film or the like, the production yield of the target is increased, It is possible to improve the film quality.

本発明のスパッタリングターゲットを用いて成膜したTi−Al−N膜を拡散防止層として有する電子部品(薄膜キャパシタ)の一構成例を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows one structural example of the electronic component (thin film capacitor) which has the Ti-Al-N film | membrane formed into a film using the sputtering target of this invention as a diffusion prevention layer.

以下、本発明を実施するための形態について説明する。本発明のスパッタリングターゲットは、Alを5〜50原子%の範囲で含有するTi−Al合金からなり、例えば耐酸化性に優れる拡散防止層(バリア層)として用いられるTi−Al−N(Ti1-xAlxN(0.05≦x≦0.5))膜の形成などに適用されるものである。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described. The sputtering target of the present invention is made of a Ti—Al alloy containing Al in the range of 5 to 50 atomic%. For example, Ti—Al—N (Ti 1 ) used as a diffusion prevention layer (barrier layer) having excellent oxidation resistance. -x Al x N (0.05 ≦ x ≦ 0.5)) The film is applied.

上述したTi−Al合金からなるスパッタリングターゲット(Ti−Al合金ターゲット)中のAl組成が5原子%未満であると、耐酸化性の向上効果を十分に得ることができない。例えば、Al組成が5原子%未満のTi−Al合金ターゲットを用いて形成したTi−Al−N膜は酸化が進行しやすく、その上に形成した膜、例えば薄膜キャパシタの下部電極との付着力が低下して剥がれなどが生じやすくなる。Al組成が増加するほど高温域での耐酸化性が向上するため、Al組成は25原子%以上であることが好ましい。   When the Al composition in the sputtering target (Ti—Al alloy target) made of the Ti—Al alloy is less than 5 atomic%, the effect of improving the oxidation resistance cannot be sufficiently obtained. For example, a Ti—Al—N film formed using a Ti—Al alloy target having an Al composition of less than 5 atomic% is likely to oxidize and adheres to the film formed thereon, for example, the lower electrode of a thin film capacitor. Decreases and peeling easily occurs. As the Al composition increases, the oxidation resistance in the high temperature region improves, so the Al composition is preferably 25 atomic% or more.

ただし、Al組成を高く設定しすぎると逆に耐酸化性が劣化し、酸素やその他の可動イオンなどが拡散防止層としてのTi−Al−N膜を容易に通り抜けてしまうようになるため、Ti−Al合金ターゲット中のAl組成は50原子%以下とする。また、Al組成が50原子%を超えると、Ti−Al−N膜の抵抗率なども増加して、素子特性の低下などを招くことになる。このような点からもAl組成は50原子%以下とする。   However, if the Al composition is set too high, the oxidation resistance deteriorates, and oxygen and other mobile ions can easily pass through the Ti—Al—N film as the diffusion preventing layer. -Al composition in Al alloy target shall be 50 atomic% or less. On the other hand, if the Al composition exceeds 50 atomic%, the resistivity of the Ti—Al—N film also increases, leading to degradation of device characteristics. Also from such a point, the Al composition is 50 atomic% or less.

Ti−Al−N膜中のAlはそれ自体の耐酸化性を高めるだけでなく、酸素のトラップ材などとしても機能する。例えば、Ti−Al−N膜上にSrRuO3(SRO)などの導電性酸化物からなる電極膜を形成した場合、この導電性酸化物中の酸素が半導体基板などの成膜基板中に拡散することを抑制することが可能となる。Ti−Al合金ターゲット中のAl組成(Al含有量)は、拡散防止層の耐酸化性、耐熱性、バリア性などを高める上で、特に25〜50原子%の範囲とすることが好ましい。 Al in the Ti—Al—N film not only enhances its oxidation resistance, but also functions as an oxygen trap material. For example, when an electrode film made of a conductive oxide such as SrRuO 3 (SRO) is formed on a Ti—Al—N film, oxygen in the conductive oxide diffuses into a film formation substrate such as a semiconductor substrate. This can be suppressed. The Al composition (Al content) in the Ti—Al alloy target is particularly preferably in the range of 25 to 50 atomic% in order to improve the oxidation resistance, heat resistance, barrier properties and the like of the diffusion prevention layer.

本発明における第1のスパッタリングターゲットは、上述したようなAl組成を有するTi−Al合金ターゲットにおいて、酸素含有量を500ppm以下、窒素含有量を50ppm以下、炭素含有量を100ppm以下とすると共に、ターゲット全体としての酸素含有量、窒素含有量および炭素含有量のばらつきをそれぞれ20%以下としたものである。このような第1のTi−Al合金ターゲットは、Ti−Al合金の焼結材を具備する焼結ターゲットに対して特に効果を発揮するものである。   The first sputtering target in the present invention is a Ti-Al alloy target having an Al composition as described above, wherein the oxygen content is 500 ppm or less, the nitrogen content is 50 ppm or less, and the carbon content is 100 ppm or less. Variations in the oxygen content, nitrogen content, and carbon content as a whole are each 20% or less. Such a 1st Ti-Al alloy target exhibits an effect especially with respect to the sintering target which comprises the sintered compact of Ti-Al alloy.

すなわち、焼結Ti−Al合金ターゲットは、溶解ターゲットのように熱間加工を施すことなく、所望サイズおよび所望形状のターゲットを容易に得ることができると共に、結晶粒径の微細化を図ることができる反面、従来のTi−Al合金粉末を用いた焼結ターゲットでは不純物量、特に酸素、窒素、炭素などのガス成分量を十分に低減することが難しいという欠点が存在していた。これに対して、後に詳述する本発明の製造方法を適用することによって、酸素、窒素および炭素の含有量を十分に低減したTi−Al合金ターゲット、特に焼結ターゲットを得ることが可能となる。   That is, the sintered Ti—Al alloy target can easily obtain a target of a desired size and a desired shape without performing hot working like a melting target, and can achieve a finer crystal grain size. On the other hand, the conventional sintering target using Ti-Al alloy powder has a drawback that it is difficult to sufficiently reduce the amount of impurities, particularly gas components such as oxygen, nitrogen, and carbon. On the other hand, by applying the manufacturing method of the present invention described in detail later, it becomes possible to obtain a Ti-Al alloy target, particularly a sintered target, in which the contents of oxygen, nitrogen and carbon are sufficiently reduced. .

Ti−Al合金ターゲット中に不純物として存在する酸素、窒素および炭素は、いずれもスパッタ時に異常放電の発生原因となり、これによりダスト量などが増加する。このようなことから、第1のTi−Al合金ターゲットにおいては酸素含有量を500ppm以下、窒素含有量を50ppm以下、炭素含有量を100ppm以下としている。酸素、窒素および炭素の含有量が上記した範囲を超えると、ダストの発生量が大幅に増加する。   Oxygen, nitrogen, and carbon present as impurities in the Ti—Al alloy target all cause abnormal discharge during sputtering, which increases the amount of dust and the like. For this reason, in the first Ti—Al alloy target, the oxygen content is 500 ppm or less, the nitrogen content is 50 ppm or less, and the carbon content is 100 ppm or less. When the content of oxygen, nitrogen and carbon exceeds the above range, the amount of dust generated is greatly increased.

Ti−Al合金ターゲット中に存在する酸素は、当該ターゲットをスパッタすることで得られるTi−Al−N膜の酸化を促進し、その上に形成される例えば薄膜キャパシタの下部電極の付着力などを低下させる。また、Ti−Al−N膜自体の耐酸化特性の低下原因となる。このような点からも、Ti−Al合金ターゲットの酸素含有量は500ppm以下とする。ターゲットの酸素含有量は300ppm以下とすることがさらに好ましい。ただし、Ti−Al合金ターゲットから完全に酸素を除去してしまうと、得られるTi−Al−N膜の拡散防止性能が低下するおそれがあることから、微量の酸素を含んでいることが好ましい。具体的には、Ti−Al合金ターゲットの酸素含有量は10〜500ppmの範囲、さらには10〜300ppmの範囲とすることが好ましい。   Oxygen present in the Ti—Al alloy target promotes the oxidation of the Ti—Al—N film obtained by sputtering the target, and the adhesion force of, for example, the lower electrode of the thin film capacitor formed thereon is increased. Reduce. In addition, the oxidation resistance of the Ti—Al—N film itself is reduced. Also from such a point, the oxygen content of the Ti—Al alloy target is set to 500 ppm or less. More preferably, the oxygen content of the target is 300 ppm or less. However, if oxygen is completely removed from the Ti—Al alloy target, the anti-diffusion performance of the resulting Ti—Al—N film may be lowered. Specifically, the oxygen content of the Ti—Al alloy target is preferably in the range of 10 to 500 ppm, more preferably in the range of 10 to 300 ppm.

また、Ti−Al合金ターゲット中に存在する窒素は、得られるTi−Al−N膜などの特性低下原因、特に比抵抗のばらつきの原因となる。このようなことからも、Ti−Al合金ターゲットの窒素含有量は50ppm以下とする。ターゲットの窒素含有量は30ppm以下とすることがさらに好ましい。同様に、Ti−Al合金ターゲット中に存在する炭素は、ターゲットの焼結性に悪影響を及ぼす原因となることから、ターゲットの炭素含有量は100ppm以下とする。炭素含有量は60ppm以下とすることがさらに好ましい。   In addition, nitrogen present in the Ti—Al alloy target causes deterioration in characteristics of the obtained Ti—Al—N film or the like, and in particular, causes variations in specific resistance. Also from such a thing, the nitrogen content of a Ti-Al alloy target shall be 50 ppm or less. More preferably, the nitrogen content of the target is 30 ppm or less. Similarly, the carbon present in the Ti—Al alloy target causes a bad influence on the sinterability of the target, and therefore the carbon content of the target is set to 100 ppm or less. The carbon content is more preferably 60 ppm or less.

Ti−Al合金ターゲット中の酸素、窒素および炭素の存在形態に関しては、ターゲット全体としての酸素含有量、窒素含有量および炭素含有量にばらつきが生じていると、得られる薄膜(Ti−Al−N膜など)の特性、例えば比抵抗の面内均一性が低下する。さらに、Ti−Al−N膜の拡散防止性能などにもばらつきが生じやすくなる。このため、ターゲット全体としての酸素含有量、窒素含有量および炭素含有量のばらつきはそれぞれ20%以下とする。これらガス成分の含有量のばらつきはそれぞれ10%以下とすることがさらに好ましい。   Regarding the presence forms of oxygen, nitrogen, and carbon in the Ti—Al alloy target, if the oxygen content, nitrogen content, and carbon content of the target as a whole vary, the resulting thin film (Ti—Al—N The characteristics of the film etc.), for example, the in-plane uniformity of the resistivity decreases. In addition, the diffusion prevention performance of the Ti—Al—N film tends to vary. For this reason, the variation of the oxygen content, the nitrogen content, and the carbon content of the target as a whole is 20% or less. The variation in the content of these gas components is more preferably 10% or less.

さらに、第1のTi−Al合金ターゲットは、Mg含有量が50ppm以下、Mn含有量が50ppm以下、およびSi含有量が100ppm以下で、かつターゲット全体としてのMg含有量、Mn含有量およびSi含有量のばらつきがそれぞれ20%以下であることが好ましい。Mg、MnおよびSiの各元素はTi−Al合金ターゲット中のガス成分、すなわち酸素、窒素および炭素を安定的に吸着して脱ガスを妨げるため、これら各元素の含有量はそれぞれ上記した範囲内とすることが好ましい。Mg、MnおよびSiの各元素のより好ましい含有量は、それぞれMgは30ppm以下、Mnは30ppm以下、Siは50ppm以下である。   Further, the first Ti—Al alloy target has an Mg content of 50 ppm or less, an Mn content of 50 ppm or less, and an Si content of 100 ppm or less, and the Mg content, Mn content, and Si content as a whole target. It is preferable that the amount variation is 20% or less. Since each element of Mg, Mn and Si stably adsorbs gas components in the Ti-Al alloy target, that is, oxygen, nitrogen and carbon to prevent degassing, the content of each of these elements is within the above-mentioned range. It is preferable that The more preferable contents of each element of Mg, Mn and Si are 30 ppm or less for Mg, 30 ppm or less for Mn, and 50 ppm or less for Si, respectively.

また、ターゲット全体としてのMg、MnおよびSiの各含有量のばらつきが大きいと、脱ガスを妨げると共に、得られる薄膜の特性の均一性などが低下することから、各元素の含有量のターゲット全体としてのばらつきは20%以下とすることが好ましい。Mg含有量、Mn含有量およびSi含有量のばらつきはそれぞれ10%以下とすることがより好ましい。   In addition, if the variation of each content of Mg, Mn and Si as a whole target is large, degassing is prevented and the uniformity of characteristics of the obtained thin film is deteriorated. Is preferably 20% or less. The variations in Mg content, Mn content, and Si content are more preferably 10% or less.

ここで、Ti−Al合金ターゲットの酸素含有量、窒素含有量、炭素含有量、またMg含有量、Mn含有量、Si含有量、さらにこれら各元素の含有量のばらつきは、以下のようにして求めた値を指すものである。すなわち、例えばターゲットが円盤状の場合、ターゲットの中心部と、中心部を通り円周を均等に分割した4本の直線上の中心部から50%の距離の各位置(計8個所)、および中心部から90%の距離の各位置(計8個所)の合計17個所からそれぞれ試験片を採取し、これら17個の試験片の各元素の含有量をそれぞれ測定し、これらの測定値の平均値をTi−Al合金ターゲットの酸素含有量、窒素含有量、炭素含有量、さらにMg含有量、Mn含有量、Si含有量とする。   Here, the oxygen content, the nitrogen content, the carbon content, the Mg content, the Mn content, the Si content, and the variation of the content of each of these elements in the Ti—Al alloy target are as follows. It refers to the calculated value. That is, for example, when the target is disk-shaped, each position at a distance of 50% from the central portion of the target and four straight central portions that divide the circumference evenly through the central portion (a total of eight locations), and Specimens were collected from a total of 17 locations at 90% distance from the center (total of 8 locations), and the content of each element in these 17 test samples was measured, and the average of these measured values. Values are the oxygen content, nitrogen content, carbon content, Mg content, Mn content, and Si content of the Ti-Al alloy target.

さらに、酸素、窒素および炭素の各含有量のばらつき、さらにMg、MnおよびSiの各含有量のばらつきは、各試験片の各元素の含有量(各測定値)の最大値と最小値から、{(最大値−最小値)/(最大値+最小値)}×100(%)に基づいて求めるものとする。なお、酸素および窒素の各含有量は不活性ガス−熱伝導度法により測定した値とし、炭素の含有量は高周波燃焼−赤外線吸収法により測定した値とする。また、Mg、MnおよびSiの各含有量はICP−発光分光分析法により測定した値とする。   Furthermore, the variation of each content of oxygen, nitrogen, and carbon, and the variation of each content of Mg, Mn, and Si, from the maximum value and the minimum value of the content (each measured value) of each element of each test piece, It is determined based on {(maximum value−minimum value) / (maximum value + minimum value)} × 100 (%). The oxygen and nitrogen contents are values measured by an inert gas-thermal conductivity method, and the carbon content is a value measured by a high-frequency combustion-infrared absorption method. The contents of Mg, Mn and Si are values measured by ICP-emission spectroscopic analysis.

上述した第1のTi−Al合金ターゲットにおいて、Ti−Al合金の平均結晶粒径は10mm以下、さらには5mm以下であることが好ましく、さらにターゲット全体としての平均結晶粒径のばらつきが20%以下であることが好ましい。このように、Ti−Al合金の結晶粒が比較的微細で、かつターゲット全体としての平均結晶粒径のばらつきが少ない場合に、スパッタ成膜時におけるダストの発生を抑制することができる。   In the first Ti—Al alloy target described above, the average crystal grain size of the Ti—Al alloy is preferably 10 mm or less, more preferably 5 mm or less, and the variation of the average crystal grain size as a whole target is 20% or less. It is preferable that As described above, when the crystal grains of the Ti—Al alloy are relatively fine and the variation of the average crystal grain size of the target as a whole is small, the generation of dust during sputter deposition can be suppressed.

Ti−Al合金の結晶粒が粗大化すると、面方位の違いによりエロージョンに差が生じるため、結晶粒が隣り合う粒界部に凹凸が生じ、凸部に集中してスパッタ粒子の再付着が起こる。このようにして堆積した付着物が剥離したり、また異常放電を引き起こすなどによって、突発的に多量のダストが発生してしまう。Ti−Al合金の平均結晶粒径が10mmを超えると、上記した凹凸の高低差が非常に大きくなり、多数のダストが発生しやすくなり、素子歩留りを低下させることになる。また、ターゲット全体としての結晶粒径にばらつきが生じている場合にも、同様に粒界部に凹凸が生じやすいことから、ダストの発生量が増加すると共に、得られる薄膜の膜厚の面内均一性などが低下する。   When the Ti-Al alloy crystal grains become coarse, erosion is different due to the difference in the plane orientation, so that the crystal grains are uneven at the adjacent grain boundary part and concentrated on the convex part, resulting in reattachment of sputtered particles. . A large amount of dust is abruptly generated when the deposits deposited in this way peel off or cause abnormal discharge. When the average crystal grain size of the Ti—Al alloy exceeds 10 mm, the above-described height difference of the unevenness becomes very large, and a large number of dusts are likely to be generated, resulting in a decrease in device yield. In addition, when the crystal grain size of the target as a whole varies, unevenness is likely to occur in the grain boundary portion as well, increasing the amount of dust generated and increasing the in-plane thickness of the thin film obtained. Uniformity is reduced.

このようなことから、第1のTi−Al合金ターゲットにおいては、Ti−Al合金の平均結晶粒径を10mm以下とすることが好ましく、さらには突発的なダストの抑制に有効な5mm以下とすることが望ましい。また、ターゲット全体としての平均結晶粒径のばらつきについては、薄膜の膜厚などの面内均一性を高めることが可能であると共に、ダストの低減にも有効な20%以下とすることが好ましい。平均結晶粒径のばらつきは10%以下とすることがより好ましい。これらによって、Ti−Al−N膜などの製造歩留り、ひいてはそれを用いた素子歩留りを向上させることが可能となる。   For this reason, in the first Ti—Al alloy target, the average crystal grain size of the Ti—Al alloy is preferably 10 mm or less, and more preferably 5 mm or less which is effective for sudden dust suppression. It is desirable. The average crystal grain size variation of the entire target is preferably 20% or less, which can improve in-plane uniformity such as the film thickness of the thin film and is effective for reducing dust. The variation in average crystal grain size is more preferably 10% or less. By these, it becomes possible to improve the manufacturing yield of Ti—Al—N film and the like, and consequently the device yield using the Ti—Al—N film.

なお、Ti−Al合金ターゲットの平均結晶粒径およびそのばらつきについては、後述する第2および第3のTi−Al合金ターゲットにおいても同様な値を満足させることが好ましい。   In addition, about the average crystal grain diameter of the Ti-Al alloy target and its dispersion | distribution, it is preferable to satisfy the same value also in the 2nd and 3rd Ti-Al alloy target mentioned later.

ここで、Ti−Al合金の平均結晶粒径は、以下のようにして求めた値を示すものとする。まず、不純物含有量の測定と同様に、ターゲットの17個所の位置からそれぞれ試験片を採取し、各試験片の表面をHF:HNO3:H2O=1:1:1のエッチング液でエッチングした後、光学顕微鏡で組織観察を行う。この光学顕微鏡写真上に既知の面積の円を描き、円内に完全に含まれる結晶粒の個数(個数A)と、円周により切断される結晶粒の個数(個数B)とを数える。測定倍率は円の中に完全に含まれる結晶粒の個数が30個以上となるように設定することが好ましい。円内の結晶粒の総数Nは、個数A+個数B/2とする。この円内の結晶粒の総数Nと円の面積Aから、A/Nにより結晶粒1個当りの平均面積を求め、この平均面積の直径を平均粒径とする。 Here, the average crystal grain size of the Ti—Al alloy is a value obtained as follows. First, similarly to the measurement of the impurity content, specimens are sampled from 17 positions of the target, and the surface of each specimen is etched with an etching solution of HF: HNO 3 : H 2 O = 1: 1: 1. Then, the structure is observed with an optical microscope. A circle having a known area is drawn on the optical micrograph, and the number of crystal grains completely included in the circle (number A) and the number of crystal grains cut by the circumference (number B) are counted. The measurement magnification is preferably set so that the number of crystal grains completely contained in the circle is 30 or more. The total number N of crystal grains in the circle is number A + number B / 2. From the total number N of crystal grains in the circle and the area A of the circle, the average area per crystal grain is obtained by A / N, and the diameter of this average area is defined as the average grain size.

このようにして各試験片(計17個)の平均粒径を求め、これらの値の平均値を本発明のスパッタリングターゲットの平均結晶粒径とする。さらに、平均結晶粒径のばらつきについては、上記した各試験片(計17個)の平均粒径の最大値と最小値から、{(最大値−最小値)/(最大値+最小値)}×100(%)に基づいて求めるものとする。   Thus, the average particle diameter of each test piece (total 17 pieces) is obtained, and the average value of these values is taken as the average crystal grain diameter of the sputtering target of the present invention. Further, regarding the variation of the average crystal grain size, {(maximum value−minimum value) / (maximum value + minimum value)} from the maximum value and the minimum value of the average grain size of each test piece (a total of 17 pieces). It is determined based on × 100 (%).

上述した第1のTi−Al合金ターゲットは、例えば以下に示す製造方法を適用することにより再現性よく得ることができる。まず、3N以上の高純度Ti材と4N以上の高純度Al材とを用意し、これらを所望の組成比となるように秤量した後、例えば1×10-2Pa以下の真空下で溶解し、所望組成のTi−Al母合金(Ti1-xAlx(x=0.05〜0.5))を作製する。Ti原料およびAl原料の溶解には、真空アーク溶解法、EB溶解法、コールドクルーシブ溶解法などを適用することが好ましく、これら真空溶解時の雰囲気を1×10-2Pa以下とすることによって、酸素、窒素、炭素などのガス成分量を十分に低減することができる。 The above-described first Ti—Al alloy target can be obtained with good reproducibility by applying, for example, the manufacturing method shown below. First, a high-purity Ti material of 3N or higher and a high-purity Al material of 4N or higher are prepared, weighed so as to have a desired composition ratio, and then dissolved under a vacuum of, for example, 1 × 10 −2 Pa or lower. Then, a Ti—Al master alloy (Ti 1-x Al x (x = 0.05 to 0.5)) having a desired composition is prepared. For melting the Ti raw material and the Al raw material, it is preferable to apply a vacuum arc melting method, an EB melting method, a cold exclusive melting method or the like. By setting the atmosphere during the vacuum melting to 1 × 10 −2 Pa or less. The amount of gas components such as oxygen, nitrogen, and carbon can be sufficiently reduced.

次いで、上述したTi−Al母合金を回転電極法により粉体化する。言い換えると、回転電極法を適用して所望組成のTi−Al合金粉末を作製する。回転電極法によれば、真空溶解により得たガス成分量(酸素、窒素および炭素の各含有量)が少ないTi−Al母合金の特性を維持しつつ、所望粒径のTi−Al合金粉末を得ることができる。回転電極法によるTi−Al合金粉末の粒子径は500μm以下とすることが好ましい。Ti−Al合金粉末の粒子径が500μmを超えると、その後の焼結工程において十分に高密度化できないおそれがある。   Next, the Ti—Al mother alloy described above is pulverized by the rotating electrode method. In other words, a Ti—Al alloy powder having a desired composition is produced by applying the rotating electrode method. According to the rotating electrode method, a Ti—Al alloy powder having a desired particle size is obtained while maintaining the characteristics of a Ti—Al master alloy having a small amount of gas components (oxygen, nitrogen and carbon contents) obtained by vacuum melting. Can be obtained. The particle diameter of the Ti—Al alloy powder by the rotating electrode method is preferably 500 μm or less. When the particle diameter of the Ti—Al alloy powder exceeds 500 μm, there is a possibility that it cannot be sufficiently densified in the subsequent sintering step.

次に、このようなTi−Al合金粉末をホットプレス、HIP、プラズマ放電焼結などを適用して焼結して、ターゲット素材としてのTi−Al合金の焼結体を作製する。Ti−Al合金粉末の焼結は、真空中にて1000〜1500℃の温度で3時間以上行うことが好ましい。焼結温度が1000℃未満であったり、また焼結時間が3時間未満であると、十分に高密度な焼結体を得ることができず、また焼結体中のガス成分量も増加するおそれがある。一方、焼結温度が1500℃を超えるとTi−Al合金の結晶が異常成長し、焼結体の平均結晶粒径が粗大化したり、また平均結晶粒径のばらつきも大きくなる。さらに、ガス成分やMg、Mn、Siなどの含有量のばらつきにも悪影響を及ぼす。   Next, such a Ti—Al alloy powder is sintered by applying hot pressing, HIP, plasma discharge sintering, etc., and a sintered body of Ti—Al alloy as a target material is produced. The sintering of the Ti—Al alloy powder is preferably performed in a vacuum at a temperature of 1000 to 1500 ° C. for 3 hours or more. When the sintering temperature is less than 1000 ° C. or the sintering time is less than 3 hours, a sufficiently high density sintered body cannot be obtained, and the amount of gas components in the sintered body also increases. There is a fear. On the other hand, when the sintering temperature exceeds 1500 ° C., Ti—Al alloy crystals grow abnormally, the average crystal grain size of the sintered body becomes coarse, and the variation in average crystal grain size also increases. Furthermore, it adversely affects the variation in the content of gas components and Mg, Mn, Si and the like.

そして、上述したようなターゲット素材(Ti−Al合金の焼結材)を所望のターゲット形状に機械加工し、Al、Cu、もしくはこれらの合金などからなるバッキングプレートと接合することによって、目的とするスパッタリングターゲット(Ti−Al合金ターゲット)が得られる。すなわち、焼結体からなるターゲット素材を用いた上で、酸素、窒素および炭素の各ガス成分量を十分に低減すると共に、それらの含有量のばらつきを抑制したTi−Al合金ターゲットを再現性よく得ることが可能となる。   Then, the target material (sintered material of Ti—Al alloy) as described above is machined into a desired target shape and joined to a backing plate made of Al, Cu, or an alloy thereof, etc. A sputtering target (Ti-Al alloy target) is obtained. That is, after using a target material made of a sintered body, the amount of each gas component of oxygen, nitrogen, and carbon is sufficiently reduced, and a Ti-Al alloy target that suppresses variation in the content thereof is highly reproducible. Can be obtained.

なお、ターゲットとバッキングプレートとの接合には拡散接合やろう付け接合などが採用される。ろう付け接合は、公知のIn系やSn系の接合材(ろう材)を用いて実施することが好ましい。また、Al系のバッキングプレートを用いる場合には、ろう付け温度は600℃以下とする。これはAlの融点が660℃であり、600℃を超えると塑性変形が生じやすくなるためである。また、別個のバッキングプレートを使用するのではなく、ターゲットの作製時にバッキングプレート形状を同時に形成した一体型のスパッタリングターゲットであってもよい。   Note that diffusion bonding, brazing bonding, or the like is employed for bonding the target and the backing plate. The brazing joining is preferably performed using a known In-based or Sn-based bonding material (brazing material). Further, when an Al-based backing plate is used, the brazing temperature is set to 600 ° C. or lower. This is because the melting point of Al is 660 ° C., and when it exceeds 600 ° C., plastic deformation tends to occur. Further, instead of using a separate backing plate, an integrated sputtering target in which the backing plate shape is formed simultaneously when the target is manufactured may be used.

本発明における第2のスパッタリングターゲットは、前述したAl組成を有するTi−Al合金ターゲットにおいて、Zr含有量およびHf含有量をそれぞれ100ppb以下としたものである。このような第2のTi−Al合金ターゲットにおいては、ターゲット全体としてのZr含有量およびHf含有量のばらつきをそれぞれ20%以下とすることが好ましい。第2のTi−Al合金ターゲットは、Ti−Al合金の溶解材を具備する溶解ターゲットに対して特に効果を発揮するものである。   The second sputtering target in the present invention is a Ti-Al alloy target having the Al composition described above, wherein the Zr content and the Hf content are each 100 ppb or less. In such a second Ti—Al alloy target, it is preferable that variations in the Zr content and the Hf content of the target as a whole are 20% or less, respectively. The second Ti—Al alloy target is particularly effective for a melting target including a melting material of Ti—Al alloy.

すなわち、従来のTi−Al合金の溶解インゴットに熱間加工を施した際にワレやカケなどが発生した部分について、EPMAやSIMS、さらにGDMSなどの種々の手法を用いて正常部と比較したところ、ワレやカケなどが発生した部分は正常部と比較してZrおよびHfの含有量が大きく異なることを見出した。ZrおよびHfはTiと同じ4A族元素であり、Tiと親和性を有することから、Ti材中に不純物として存在しやすい。このようなZrやHfがTi−Al合金の溶解インゴット中に比較的高濃度に存在していると、これらが粒界部に集中して析出することから、熱間加工時にワレやカケなどが発生しやすくなる。   That is, when the cracking and chipping occurred when the conventional Ti-Al alloy melting ingot was hot-worked, it was compared with the normal part using various methods such as EPMA, SIMS, and GDMS. It has been found that the content of Zr and Hf is greatly different in the part where cracks and cracks are generated as compared with the normal part. Zr and Hf are the same 4A group elements as Ti and have an affinity for Ti, and thus are easily present as impurities in the Ti material. If such Zr and Hf are present in a relatively high concentration in the molten ingot of the Ti—Al alloy, they concentrate and precipitate at the grain boundary part, so cracks and cracks may occur during hot working. It tends to occur.

そこで、第2のTi−Al合金ターゲットにおいては、例えば熱間加工を施すTi−Al合金の溶解インゴット中のZr含有量およびHf含有量、ひいてはTi−Al合金ターゲット中のZr含有量およびHf含有量をそれぞれ100ppb以下としている。ZrおよびHfの含有量をそれぞれ100ppb以下としたTi−Al合金材を使用することによって、熱間加工時のワレやカケなどの発生を抑制することが可能となる。言い換えると、Ti−Al合金材中のZrやHfの含有量が100ppbを超えると、熱間加工時にワレやカケが多数発生し、Ti−Al合金ターゲットの製造歩留りが大幅に低下する。ZrおよびHfの含有量はそれぞれ50ppb以下とすることがさらに好ましい。   Therefore, in the second Ti—Al alloy target, for example, the Zr content and the Hf content in the molten ingot of the Ti—Al alloy subjected to hot working, and thus the Zr content and the Hf content in the Ti—Al alloy target. Each amount is 100 ppb or less. By using a Ti—Al alloy material in which the contents of Zr and Hf are each 100 ppb or less, it is possible to suppress the occurrence of cracks and chips during hot working. In other words, if the content of Zr or Hf in the Ti—Al alloy material exceeds 100 ppb, a lot of cracks and chips are generated during hot working, and the production yield of the Ti—Al alloy target is greatly reduced. More preferably, the contents of Zr and Hf are 50 ppb or less, respectively.

また、Ti−Al合金材中のZrおよびHfの含有量にばらつきが生じている場合にも、熱間加工時にワレやカケなどが発生しやすく、特にTi−Al合金材の外周部に局所的にワレが生じやすくなる。このような現象はターゲット全体としてのばらつきが20%を超えると顕著になるため、第2のTi−Al合金ターゲットではZrおよびHfの含有量のばらつきをそれぞれ20%以下とすることが好ましい。これらZrやHfの含有量のばらつきはそれぞれ10%以下とすることがより好ましい。なお、第2のTi−Al合金ターゲットにおいて、ZrやHfの含有量とそれらのばらつきは、第1のTi−Al合金ターゲットにおけるガス成分量とそのばらつきと同様にして求めるものとする。   Also, even when the Zr and Hf contents in the Ti—Al alloy material vary, cracking and chipping are likely to occur during hot working, and in particular, locally on the outer periphery of the Ti—Al alloy material. Cracks are likely to occur. Such a phenomenon becomes prominent when the variation of the target as a whole exceeds 20%. Therefore, in the second Ti—Al alloy target, the variation of the Zr and Hf contents is preferably 20% or less. It is more preferable that the variation in the contents of Zr and Hf is 10% or less. Note that, in the second Ti—Al alloy target, the contents of Zr and Hf and variations thereof are determined in the same manner as the gas component amounts and variations in the first Ti—Al alloy target.

さらに、第2のTi−Al合金ターゲットにおいても、ガス成分量(酸素、窒素、炭素)とそのばらつき、またTi−Al合金の平均結晶粒径とそのばらつきを、第1のTi−Al合金ターゲットと同様に制御することが好ましい。これらによって、ダストの発生を抑制することが可能となると共に、得られる薄膜の特性や膜厚の面内均一性などを高めることができる。   Further, in the second Ti—Al alloy target, the gas component amount (oxygen, nitrogen, carbon) and its variation, and the average crystal grain size of the Ti—Al alloy and its variation are also expressed as the first Ti—Al alloy target. It is preferable to control similarly to. By these, generation | occurrence | production of dust can be suppressed and the in-plane uniformity of the characteristic of a thin film obtained, or a film thickness can be improved.

本発明における第3のスパッタリングターゲットは、前述したAl組成を有するTi−Al合金ターゲットにおいて、Cu含有量を10ppm以下およびAg含有量を1ppm以下としたものである。このような第3のTi−Al合金ターゲットにおいては、ターゲット全体としてのCu含有量およびAg含有量のばらつきをそれぞれ30%以下とすることが好ましい。第3のTi−Al合金ターゲットは、Ti−Al合金の溶解材および焼結材のいずれを具備するターゲットに対しても効果を発揮するものである。   The third sputtering target in the present invention is a Ti-Al alloy target having the Al composition described above, wherein the Cu content is 10 ppm or less and the Ag content is 1 ppm or less. In such a third Ti—Al alloy target, it is preferable that the variation of the Cu content and the Ag content as the whole target is 30% or less, respectively. The third Ti—Al alloy target is effective even for a target comprising either a melting material or a sintered material of a Ti—Al alloy.

すなわち、CuおよびAgは周期律表の中でも最も高いイオン化率を示す元素である。このような元素がTi−Al合金ターゲット中に比較的高濃度に存在していると、スパッタ成膜時にこれらの元素(CuおよびAg)自体がイオン化してターゲットに戻り、自己維持放電を引き起こすことになる。このような自己維持放電が起こると、長時間成膜時にプラズマが不安定な状態となったり、また異常放電を誘発してダストの発生量などを増加させる。   That is, Cu and Ag are elements showing the highest ionization rate in the periodic table. If such elements are present in a relatively high concentration in the Ti-Al alloy target, these elements (Cu and Ag) themselves ionize and return to the target during sputter deposition, causing self-sustained discharge. become. When such a self-sustaining discharge occurs, the plasma becomes unstable during film formation for a long time, or abnormal discharge is induced to increase the amount of dust generated.

そこで、第3のTi−Al合金ターゲットにおいては、Cu含有量を10ppm以下およびAg含有量を1ppm以下としている。このようなTi−Al合金ターゲットを用いることによって、長時間連続成膜時のプラズマ状態を安定化させることができると共に、異常放電によるダストの発生などを抑制することが可能となる。言い換えると、Ti−Al合金ターゲット中のCu含有量が10ppmを超えると、連続放電に悪影響を及ぼし、異常放電が増加して突発ダストが多数発生する。Ag含有量が1ppmを超える場合も同様である。Ti−Al合金ターゲット中のCu含有量は5ppm以下とすることがさらに好ましく、またAg含有量は500ppb以下とすることがさらに好ましい。   Therefore, in the third Ti—Al alloy target, the Cu content is set to 10 ppm or less and the Ag content is set to 1 ppm or less. By using such a Ti—Al alloy target, it is possible to stabilize the plasma state during continuous film formation for a long time and to suppress the generation of dust due to abnormal discharge. In other words, when the Cu content in the Ti—Al alloy target exceeds 10 ppm, the continuous discharge is adversely affected, abnormal discharge increases, and a lot of sudden dust is generated. The same is true when the Ag content exceeds 1 ppm. The Cu content in the Ti—Al alloy target is more preferably 5 ppm or less, and the Ag content is more preferably 500 ppb or less.

また、Ti−Al合金ターゲット中のCuおよびAgの含有量にばらつきが生じている場合には、得られる薄膜の膜厚や比抵抗などの特性の均一性が損なわれるおそれが大きくなるため、第3のTi−Al合金ターゲットにおいてはCuおよびAgの含有量のばらつきをそれぞれ30%以下とすることが好ましい。これら元素の含有量のばらつきはそれぞれ15%以下とすることがより好ましい。なお、第3のTi−Al合金ターゲットにおいて、CuやAgの含有量とそれらのばらつきは、第1のTi−Al合金ターゲットにおけるガス成分量とそのばらつきと同様にして求めるものとする。   In addition, when the content of Cu and Ag in the Ti-Al alloy target varies, the uniformity of characteristics such as the film thickness and specific resistance of the obtained thin film increases, In the Ti-Al alloy target No. 3, it is preferable that variation in Cu and Ag contents is 30% or less. The variation in the content of these elements is more preferably 15% or less. Note that, in the third Ti—Al alloy target, the contents of Cu and Ag and variations thereof are obtained in the same manner as the gas component amounts and variations in the first Ti—Al alloy target.

さらに、第3のTi−Al合金ターゲットにおいても、ガス成分量(酸素、窒素、炭素)とそのばらつき、またTi−Al合金の平均結晶粒径とそのばらつきを、第1のTi−Al合金ターゲットと同様に制御することが好ましい。これらによって、ダストの抑制効果や薄膜の特性の均一性などをより一層高めることが可能となる。加えて、第3のTi−Al合金ターゲットに溶解材を適用する場合には、ZrおよびHfの各含有量とそのばらつきを、第2のTi−Al合金ターゲットと同様に制御することが好ましい。これらによって、ターゲットの製造歩留りを高めることができる。   Further, in the third Ti—Al alloy target, the gas component amount (oxygen, nitrogen, carbon) and its variation, and the average crystal grain size of the Ti—Al alloy and its variation are also expressed by the first Ti—Al alloy target. It is preferable to control similarly to. By these, it becomes possible to further enhance the dust suppressing effect and the uniformity of the thin film characteristics. In addition, when applying a melting material to the third Ti—Al alloy target, it is preferable to control the contents of Zr and Hf and their variations in the same manner as the second Ti—Al alloy target. As a result, the production yield of the target can be increased.

上述した第2および第3のTi−Al合金ターゲットは、例えば以下に示す製造方法を適用することにより再現性よく得ることができる。ここでは、溶解ターゲットについて主として説明する。   The second and third Ti—Al alloy targets described above can be obtained with good reproducibility, for example, by applying the following manufacturing method. Here, the dissolution target will be mainly described.

まず、4N以上の高純度Ti材(例えば針状Ti)を用意し、これを例えばEB溶解する。この際、EB溶解の真空チャンバ内を1×10-5Pa以下の真空雰囲気とすることが好ましく、さらにEB溶解は3回以上繰り返し行うことが好ましい。このような条件下でEB溶解を行うことで、Ti材中のZrやHf、またCuやAgの含有量を所定値以下とすることができる。特に、ZrやHfはTiからの分離が難しいことから、例えばEB溶解の繰り返し回数を5回以上とすることが好ましい。 First, a high purity Ti material (for example, acicular Ti) of 4N or more is prepared, and this is dissolved, for example, by EB. At this time, the inside of the vacuum chamber for EB melting is preferably a vacuum atmosphere of 1 × 10 −5 Pa or less, and EB melting is preferably repeated three times or more. By performing EB dissolution under such conditions, the contents of Zr and Hf, and Cu and Ag in the Ti material can be reduced to a predetermined value or less. In particular, since Zr and Hf are difficult to separate from Ti, for example, the number of repetitions of EB dissolution is preferably 5 or more.

一方、Al材についてはZrやHfの含有量のみを低減する場合には市販の4N以上のAl材をそのまま用いてもよいが、CuやAgの含有量を低減する場合には4N以上のAl材を例えばゾーンリファイニング法を用いて3回以上処理することが好ましい。このような処理を適用することにより、CuやAgの含有量を所定値以下とすることができる。   On the other hand, as for the Al material, when reducing only the content of Zr or Hf, a commercially available Al material of 4N or higher may be used as it is, but when reducing the content of Cu or Ag, Al of 4N or higher may be used. The material is preferably treated three or more times, for example using a zone refining method. By applying such treatment, the content of Cu or Ag can be reduced to a predetermined value or less.

次いで、上述したような処理を施したTi材とAl材を所望の組成比となるように秤量した後、例えば真空アーク溶解法、EB溶解法、コールドクルーシブ溶解法などを適用して溶解し、所望組成のTi−Al母合金(Ti1-xAlx(x=0.05〜0.5))のインゴットを作製する。インゴットのサイズは直径100〜300mmの範囲とすることが好ましい。ここで、真空溶解に用いられるるつぼはCuが主流であるが、Cuるつぼを用いると溶解された鋳塊が凝固していく過程で、鋳塊の表面にCuるつぼからわずかにCuが拡散するおそれがある。このようなCuの拡散を防ぐためには、Auるつぼを使用することが好ましい。 Next, the Ti material and the Al material that have been treated as described above are weighed so as to have a desired composition ratio, and then melted by applying, for example, a vacuum arc melting method, an EB melting method, a cold exclusive melting method, or the like. Then, an ingot of a Ti—Al master alloy (Ti 1-x Al x (x = 0.05 to 0.5)) having a desired composition is produced. The size of the ingot is preferably in the range of 100 to 300 mm in diameter. Here, the main crucible used for vacuum melting is Cu. However, if the crucible is used, the molten ingot is solidified, and the Cu may be slightly diffused from the Cu crucible to the surface of the ingot. There is. In order to prevent such diffusion of Cu, it is preferable to use an Au crucible.

なお、第3のTi−Al合金ターゲットに焼結ターゲットを適用する場合には、上述したようなTi−Al合金インゴットを回転電極法により粉末化し、このTi−Al合金粉末を前述したような方法で焼結することによって、焼結材からなる第3のTi−Al合金ターゲットを得ることができる。   When applying a sintered target to the third Ti—Al alloy target, the Ti—Al alloy ingot as described above is pulverized by the rotating electrode method, and this Ti—Al alloy powder is processed as described above. The third Ti—Al alloy target made of a sintered material can be obtained by sintering at step S2.

次に、得られたTi−Al合金インゴットに対して、熱間鍛造や圧延などの塑性加工を施す。ZrやHfの含有量を低減したTi−Al合金インゴットを使用することによって、熱間加工時のワレやカケの発生を抑制することが可能となる。また、この際の加工率は50〜98%の範囲とすることが好ましい。さらに、ZrやHfの含有量、またCuやAgの含有量のばらつきを制御する上で、熱間加工時の熱処理温度と保持時間が重要となる。具体的には、熱処理温度は1100〜1500℃の範囲とすることが好ましく、またそのような温度での保持時間は3時間以上とすることが好ましい。   Next, the obtained Ti—Al alloy ingot is subjected to plastic working such as hot forging or rolling. By using a Ti—Al alloy ingot with a reduced content of Zr or Hf, it is possible to suppress the occurrence of cracks and chips during hot working. Moreover, it is preferable to make the processing rate in this case into the range of 50 to 98%. Furthermore, the heat treatment temperature and the holding time at the time of hot working are important in controlling the variation in the content of Zr and Hf and the content of Cu and Ag. Specifically, the heat treatment temperature is preferably in the range of 1100 to 1500 ° C., and the holding time at such temperature is preferably 3 hours or more.

すなわち、熱間加工時の熱処理温度が1100℃未満であると、塑性加工の最中にワレやカケなどが生じやすくなってしまう。一方、熱処理温度が1500℃を超えると、Ti−Al合金の結晶粒径が粗大化してしまい、ターゲットに要求される特性として重要な平均結晶粒径を十分に制御することができなくなる。さらに、拡散係数が高いCuやAgが素材表面部に積極的に現れるようになるため、これらの含有量のばらつきが大きくなりやすくなる。   That is, if the heat treatment temperature during hot working is less than 1100 ° C., cracking or chipping is likely to occur during plastic working. On the other hand, when the heat treatment temperature exceeds 1500 ° C., the crystal grain size of the Ti—Al alloy becomes coarse, and it becomes impossible to sufficiently control the average crystal grain size that is important as a characteristic required for the target. Furthermore, since Cu and Ag having a high diffusion coefficient appear positively on the surface portion of the material, the variation in their contents tends to increase.

このようにして作製したターゲット素材としてのTi−Al合金材(溶解・加工材)に1000〜1500℃の温度で2時間以上の熱処理を施し、Ti−Al合金を再結晶化させる。再結晶化のための熱処理温度は、結晶粒の粗大化を抑制する上で1000〜1500℃の範囲とすることが好ましい。そして、熱処理後のTi−Al合金材を所望のターゲット形状に機械加工した後、Al、Cu、もしくはこれらの合金などからなるバッキングプレートと接合することによって、目的とするスパッタリングターゲット(Ti−Al合金ターゲット)が得られる。   The Ti—Al alloy material (melting / working material) as the target material thus produced is subjected to a heat treatment for 2 hours or more at a temperature of 1000 to 1500 ° C. to recrystallize the Ti—Al alloy. The heat treatment temperature for recrystallization is preferably in the range of 1000 to 1500 ° C. in order to suppress coarsening of crystal grains. After the heat-treated Ti—Al alloy material is machined into a desired target shape, the target sputtering target (Ti—Al alloy) is formed by joining with a backing plate made of Al, Cu, or an alloy thereof. Target).

すなわち、溶解・加工材からなるターゲット素材を用いた上で、熱間加工時のワレやカケなどの発生を抑制することができるため、Ti−Al合金ターゲットの製造歩留りを大幅に高めることが可能となる。さらには、CuやAgの含有量を十分に低減すると共に、それらの含有量のばらつきを抑制したTi−Al合金ターゲットを再現性よく得ることができる。バッキングプレートとの接合には、前述した方法が適用される。   In other words, the production yield of Ti-Al alloy target can be greatly increased because it is possible to suppress the occurrence of cracks and chips during hot working after using a target material made of melted and processed material. It becomes. Furthermore, it is possible to obtain a Ti—Al alloy target with sufficient reproducibility while sufficiently reducing the contents of Cu and Ag and suppressing variations in the contents. The method described above is applied to the joining with the backing plate.

なお、本発明のスパッタリングターゲット(Ti−Al合金ターゲット)中の上述した各元素以外の不純物元素については、一般的な高純度金属材のレベル程度であれは多少含んでいてもよい。Ti−Al合金ターゲットの純度は、[100−(Fe,Ni,Cr,Na,K,U,Thの合計含有量)]×100(%)で表される純度が99.9%以上であることが好ましい。   Note that impurity elements other than the above-described elements in the sputtering target (Ti—Al alloy target) of the present invention may be included to some extent at a level of a general high-purity metal material. As for the purity of the Ti—Al alloy target, the purity represented by [100− (total content of Fe, Ni, Cr, Na, K, U, Th)] × 100 (%) is 99.9% or more. It is preferable.

本発明のスパッタリングターゲット(Ti−Al合金ターゲット)は、例えばTi−Al−N膜(Ti1-xAlxN膜(0.05≦x≦0.5))の成膜に用いられるものである。このようなTi−Al−N膜は、本発明のTi−Al合金ターゲットを用いて、例えばArとN2の混合ガス中で反応性スパッタを行うことで得ることができる。得られるTi−Al−N膜は拡散防止層としての特性に優れると共に、ダストの混入数も大幅に低減されたものとなる。すなわち、本発明のTi−Al合金ターゲットを用いることによって、特性および品質に優れる拡散防止層(Ti−Al−N膜)を歩留りよく得ることができる。 The sputtering target (Ti—Al alloy target) of the present invention is used for forming a Ti—Al—N film (Ti 1-x Al x N film (0.05 ≦ x ≦ 0.5)), for example. is there. Such a Ti—Al—N film can be obtained, for example, by performing reactive sputtering in a mixed gas of Ar and N 2 using the Ti—Al alloy target of the present invention. The obtained Ti—Al—N film has excellent properties as a diffusion preventing layer, and the number of dust contamination is greatly reduced. That is, by using the Ti—Al alloy target of the present invention, a diffusion prevention layer (Ti—Al—N film) having excellent characteristics and quality can be obtained with high yield.

上述したTi−Al−N膜は、酸素をはじめとする各種元素に対するバリア特性、特に高温下でのバリア特性に優れ、かつ抵抗率が200μΩ・cm以下というような低抵抗を有する。従って、このようなTi−Al−N膜を半導体基板と各種素子との間の拡散防止層として用いることによって、例えば高温アニール(例えば600℃以上)による酸素や他の元素の相互拡散を防ぐことができる。また、Ti−Al−N膜自体の酸化も防ぐことができるため、素子構成層との界面での付着力の低下を抑えることが可能となる。すなわち、素子構成層の剥がれなどを抑制することができる。   The Ti—Al—N film described above has excellent barrier properties against various elements including oxygen, particularly barrier properties at high temperatures, and has a low resistance of 200 μΩ · cm or less. Therefore, by using such a Ti—Al—N film as a diffusion prevention layer between the semiconductor substrate and various elements, for example, interdiffusion of oxygen and other elements due to high temperature annealing (for example, 600 ° C. or more) is prevented. Can do. Further, since the oxidation of the Ti—Al—N film itself can be prevented, it is possible to suppress a decrease in adhesion at the interface with the element constituent layer. That is, peeling of the element constituent layer can be suppressed.

上述したTi−Al−N膜は、半導体基板に対する拡散防止層として好適である。具体的には、スイッチ用トランジスタを形成した半導体基板とペロブスカイト型酸化物からなる誘電体薄膜を用いた薄膜キャパシタ(メモリセル)とを組合せた、FeRAMやDRAMなどの半導体メモリに対して特に有効である。   The Ti—Al—N film described above is suitable as a diffusion prevention layer for the semiconductor substrate. Specifically, it is particularly effective for semiconductor memories such as FeRAM and DRAM, which are a combination of a semiconductor substrate on which a switching transistor is formed and a thin film capacitor (memory cell) using a dielectric thin film made of a perovskite oxide. is there.

図1は本発明のTi−Al合金ターゲットを用いて成膜したTi−Al−N膜を拡散防止層として具備する電子部品(FeRAMやDRAMなどの半導体メモリ)の一構成例を示す断面図である。同図において、1は図示を省略したスイッチ用トランジスタが形成された半導体基板(Si基板)であり、図示しないスイッチ用トランジスタに電気的に接続されたWプラグ2を有している。この半導体基板1上には拡散防止層として、上述した本発明のスパッタリングターゲットを用いて形成したTi−Al−N膜3が形成されており、さらにその上に薄膜キャパシタ4が形成されている。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of an electronic component (a semiconductor memory such as FeRAM or DRAM) having a Ti—Al—N film formed using the Ti—Al alloy target of the present invention as a diffusion prevention layer. is there. In the figure, reference numeral 1 denotes a semiconductor substrate (Si substrate) on which a switching transistor (not shown) is formed, and has a W plug 2 electrically connected to a switching transistor (not shown). A Ti—Al—N film 3 formed using the above-described sputtering target of the present invention is formed on the semiconductor substrate 1 as a diffusion preventing layer, and a thin film capacitor 4 is further formed thereon.

薄膜キャパシタ4は、Ti−Al−N膜3上に順に形成された下部電極5、誘電体薄膜6および上部電極7を有している。下部電極5には、Pt、Au、Pd、Ir、Rh、Re、Ruなどの貴金属、およびそれらの合金(Pt−RhやPt−Ruなど)、あるいはSrRuO3、CaRuO3、BaRuO3およびこれらの固溶系(例えば(Ba,Sr)RuO3や(Sr,Ca)RuO3)などの導電性ペロブスカイト型酸化物が使用される。上部電極7の構成材料は特に限定されるものではないが、下部電極5と同様に貴金属(合金を含む)や導電性ペロブスカイト型酸化物などを使用することが好ましい。 The thin film capacitor 4 includes a lower electrode 5, a dielectric thin film 6, and an upper electrode 7 that are sequentially formed on the Ti—Al—N film 3. The lower electrode 5 includes noble metals such as Pt, Au, Pd, Ir, Rh, Re, Ru, and alloys thereof (Pt—Rh, Pt—Ru, etc.), SrRuO 3 , CaRuO 3 , BaRuO 3, and these Conductive perovskite oxides such as solid solution systems (for example, (Ba, Sr) RuO 3 and (Sr, Ca) RuO 3 ) are used. The constituent material of the upper electrode 7 is not particularly limited, but it is preferable to use a noble metal (including an alloy), a conductive perovskite oxide, or the like, similarly to the lower electrode 5.

誘電体薄膜6としては、ペロブスカイト型結晶構造を有する誘電性材料が好適である。このような誘電性材料としては、ABO3で表されるペロブスカイト型酸化物が挙げられる。特に、チタン酸バリウム(BaTiO3(BTO))や、このBTOのAサイト元素(Ba)の一部をSrやCaなどの元素で置換したり、またBサイト元素(Ti)の一部をZr、Hf、Snなどの元素で置換したペロブスカイト型酸化物(BSTOなど)が好ましく用いられる。 As the dielectric thin film 6, a dielectric material having a perovskite crystal structure is suitable. Examples of such a dielectric material include a perovskite oxide represented by ABO 3 . In particular, barium titanate (BaTiO 3 (BTO)), a part of the A site element (Ba) of the BTO is replaced with an element such as Sr or Ca, and a part of the B site element (Ti) is replaced with Zr. A perovskite oxide (such as BSTO) substituted with an element such as Hf, Sn or the like is preferably used.

なお、誘電体薄膜6にはBTOやBSTO以外のペロブスカイト型酸化物、例えばSrTiO3、CaTiO3、BaSnO3、BaZrO3などの単純ぺロブスカイト型酸化物、Ba(Mg1/3Nb2/3)O3、Ba(Mg1/3Ta2/3)O3などの複合ぺロブスカイト型酸化物、およびこれらの固溶系などを適用することも可能である。ぺロブスカイト型酸化物の組成については、化学量論比からの多少のずれは許容されることは言うまでもない。 The dielectric thin film 6 includes a perovskite oxide other than BTO or BSTO, for example, a simple perovskite oxide such as SrTiO 3 , CaTiO 3 , BaSnO 3 , BaZrO 3 , Ba (Mg 1/3 Nb 2/3 ). It is also possible to apply composite perovskite oxides such as O 3 and Ba (Mg 1/3 Ta 2/3 ) O 3 , and their solid solution systems. It goes without saying that a slight deviation from the stoichiometric ratio is allowed for the composition of the perovskite oxide.

このような半導体メモリにおいては、バリア特性および耐酸化性に優れるTi−Al−N膜3からなる拡散防止層によって、半導体基板1上にその特性を低下させることなく薄膜キャパシタ4を良好に形成することができる。特に、薄膜キャパシタ4の下部電極5とTi−Al−N膜3との間の剥離、またTi−Al−N膜3とWプラグ2との間の剥離などを良好に抑制することができる。Ti−Al−N膜3の膜厚は、拡散防止効果が得られる範囲内で薄い方がよく、具体的には10〜50nmの範囲とすることが好ましい。   In such a semiconductor memory, the thin film capacitor 4 is satisfactorily formed on the semiconductor substrate 1 without deteriorating its characteristics by the diffusion preventing layer made of the Ti—Al—N film 3 having excellent barrier characteristics and oxidation resistance. be able to. In particular, peeling between the lower electrode 5 of the thin film capacitor 4 and the Ti—Al—N film 3, peeling between the Ti—Al—N film 3 and the W plug 2, etc. can be satisfactorily suppressed. The thickness of the Ti—Al—N film 3 is preferably as thin as possible within the range in which the diffusion preventing effect can be obtained. Specifically, the thickness is preferably in the range of 10 to 50 nm.

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説明する。   Next, specific examples of the present invention and evaluation results thereof will be described.

実施例1
まず、4N5のTi材と4NのAl材を用意し、これらをTi−30原子%Al組成の配合となるように秤量した。次いで、これらを1×10-2Pa以下の真空中で真空アーク溶解法により溶解し、直径80mmのTi−Al合金インゴットを作製した。このTi−Al合金インゴットを直径70mm×長さ100mmの電極材に加工した後、この電極材を用いて回転電極法(回転数:8000rpm以上)によって、平均粒子径が300μmのTi−Al合金粉末を作製した。
Example 1
First, 4N5 Ti material and 4N Al material were prepared, and these were weighed so as to have a composition of Ti-30 atomic% Al. Next, these were melted in a vacuum of 1 × 10 −2 Pa or less by a vacuum arc melting method to produce a Ti—Al alloy ingot having a diameter of 80 mm. After processing this Ti—Al alloy ingot into an electrode material having a diameter of 70 mm and a length of 100 mm, Ti—Al alloy powder having an average particle diameter of 300 μm is obtained by a rotating electrode method (rotation speed: 8000 rpm or more) using this electrode material. Was made.

次に、上記したTi−Al合金粉末を内径130mmのカーボンモールドに充填し、ホットプレス装置を用いて焼結した。ホットプレス焼結は、真空中にて1200℃×5時間、昇温速度10℃/min、圧力25MPaの条件下で実施した。このようにして得たTi−Al合金の焼結体を機械加工した後、Al製バッキングプレートとろう付け接合し、さらに機械加工を施すことによって、直径127mm×厚さ5mmのTi−Al合金ターゲットを得た。   Next, the above-described Ti—Al alloy powder was filled into a carbon mold having an inner diameter of 130 mm and sintered using a hot press apparatus. Hot press sintering was performed in a vacuum at 1200 ° C. for 5 hours, at a heating rate of 10 ° C./min, and at a pressure of 25 MPa. After the Ti-Al alloy sintered body thus obtained is machined, it is brazed to an Al backing plate and further machined to obtain a Ti-Al alloy target having a diameter of 127 mm and a thickness of 5 mm. Got.

このようにして得たTi−Al合金ターゲットの酸素、窒素、炭素の各含有量とそれらのばらつき、Mg、Mn、Siの各含有量とそれらのばらつきを測定した。測定方法は前述した通りである。測定装置は、酸素および窒素についてはLECO社製TC−436、炭素についてはLECO社製CS444、Mg、MnおよびSiについてはセイコー電子工業社製SPS−1200Aを用いた。さらに、Ti−Al合金ターゲットの平均結晶粒径とそのばらつきを測定、評価した。測定方法は前述した通りである。これらの結果を表1および表2に示す。そして、このTi−Al合金ターゲットを後述する特性評価に供した。   Each content of oxygen, nitrogen, and carbon and variations thereof, and each content of Mg, Mn, and Si and variations thereof of the Ti—Al alloy target thus obtained were measured. The measuring method is as described above. As the measuring apparatus, TC-436 manufactured by LECO was used for oxygen and nitrogen, CS444 manufactured by LECO was used for carbon, and SPS-1200A manufactured by Seiko Denshi Kogyo was used for Mg, Mn and Si. Furthermore, the average crystal grain size and the variation of the Ti—Al alloy target were measured and evaluated. The measuring method is as described above. These results are shown in Tables 1 and 2. And this Ti-Al alloy target was used for the characteristic evaluation mentioned later.

実施例2
まず、3N5のTi材と4NのAl材を用意し、これらをTi−45原子%Al組成の配合となるように秤量した。次いで、これらを1×10-2Pa以下の真空中でコールドクルーシブ法により溶解し、直径80mmのTi−Al合金インゴットを作製した。このTi−Al合金インゴットを直径70mm×長さ100mmの電極材に加工した後、この電極材を用いて回転電極法(回転数:10000rpm以上)によって、平均粒子径が150μmのTi−Al合金粉末を作製した。
Example 2
First, a 3N5 Ti material and a 4N Al material were prepared and weighed so as to have a composition of Ti-45 atomic% Al. Subsequently, these were melt | dissolved by the cold exclusive method in the vacuum of 1 * 10 <-2 > Pa or less, and the Ti-Al alloy ingot with a diameter of 80 mm was produced. After processing this Ti-Al alloy ingot into an electrode material having a diameter of 70 mm and a length of 100 mm, a Ti-Al alloy powder having an average particle diameter of 150 μm is obtained using this electrode material by a rotating electrode method (rotation speed: 10000 rpm or more). Was made.

次に、上記したTi−Al合金粉末を内径130mmのカーボンモールドに充填し、ホットプレス装置を用いて焼結した。ホットプレス焼結は、真空中にて1400℃×5時間、昇温速度10℃/min、圧力30MPaの条件下で実施した。このようにして得たTi−Al合金の焼結体を機械加工した後、Al製バッキングプレートとろう付け接合し、さらに機械加工を施すことによって、直径127mm×厚さ5mmのTi−Al合金ターゲットを得た。   Next, the above-described Ti—Al alloy powder was filled into a carbon mold having an inner diameter of 130 mm and sintered using a hot press apparatus. Hot press sintering was performed in vacuum under the conditions of 1400 ° C. × 5 hours, a heating rate of 10 ° C./min, and a pressure of 30 MPa. After the Ti-Al alloy sintered body thus obtained is machined, it is brazed to an Al backing plate and further machined to obtain a Ti-Al alloy target having a diameter of 127 mm and a thickness of 5 mm. Got.

このようにして得たTi−Al合金ターゲットの酸素、窒素、炭素の各含有量とそれらのばらつき、Mg、Mn、Siの各含有量とそれらのばらつきを測定した。測定方法は前述した通りである。さらに、Ti−Al合金ターゲットの平均結晶粒径とそのばらつきを測定、評価した。測定方法は前述した通りである。これらの結果を表1および表2に示す。そして、このTi−Al合金ターゲットを後述する特性評価に供した。   Each content of oxygen, nitrogen, and carbon and variations thereof, and each content of Mg, Mn, and Si and variations thereof of the Ti—Al alloy target thus obtained were measured. The measuring method is as described above. Furthermore, the average crystal grain size and the variation of the Ti—Al alloy target were measured and evaluated. The measuring method is as described above. These results are shown in Tables 1 and 2. And this Ti-Al alloy target was used for the characteristic evaluation mentioned later.

実施例3
まず、2N5のTi材と3NのAl材を用意し、これらをTi−35原子%Al組成の配合となるように秤量した。次いで、これらを1×10-2Pa以下の真空中で真空アーク溶解法により溶解し、直径80mmのTi−Al合金インゴットを作製した。このTi−Al合金インゴットを直径70mm×長さ100mmの電極材に加工した後、この電極材を用いて回転電極法(回転数:5000rpm以上)によって、平均粒径が450μmのTi−Al合金粉末を作製した。
Example 3
First, a 2N5 Ti material and a 3N Al material were prepared and weighed so as to have a composition of Ti-35 atomic% Al composition. Next, these were melted in a vacuum of 1 × 10 −2 Pa or less by a vacuum arc melting method to produce a Ti—Al alloy ingot having a diameter of 80 mm. After processing this Ti-Al alloy ingot into an electrode material having a diameter of 70 mm and a length of 100 mm, a Ti-Al alloy powder having an average particle diameter of 450 μm is obtained by a rotating electrode method (rotation speed: 5000 rpm or more) using this electrode material. Was made.

次に、上記したTi−Al合金粉末を内径130mmのカーボンモールドに充填し、ホットプレス装置を用いて焼結した。ホットプレス焼結は、真空中にて1700℃×5時間、昇温速度10℃/min、圧力25MPaの条件下で実施した。このようにして得たTi−Al合金の焼結体を機械加工した後、Al製バッキングプレートとろう付け接合し、さらに機械加工を施すことによって、直径127mm×厚さ5mmのTi−Al合金ターゲットを得た。   Next, the above-described Ti—Al alloy powder was filled into a carbon mold having an inner diameter of 130 mm and sintered using a hot press apparatus. Hot press sintering was performed in vacuum under the conditions of 1700 ° C. × 5 hours, a heating rate of 10 ° C./min, and a pressure of 25 MPa. After the Ti-Al alloy sintered body thus obtained is machined, it is brazed to an Al backing plate and further machined to obtain a Ti-Al alloy target having a diameter of 127 mm and a thickness of 5 mm. Got.

このようにして得たTi−Al合金ターゲットの酸素、窒素、炭素の各含有量とそれらのばらつき、Mg、Mn、Siの各含有量とそれらのばらつきを測定した。測定方法は前述した通りである。さらに、Ti−Al合金ターゲットの平均結晶粒径とそのばらつきを測定、評価した。測定方法は前述した通りである。これらの結果を表1および表2に示す。そして、このTi−Al合金ターゲットを後述する特性評価に供した。   Each content of oxygen, nitrogen, and carbon and variations thereof, and each content of Mg, Mn, and Si and variations thereof of the Ti—Al alloy target thus obtained were measured. The measuring method is as described above. Furthermore, the average crystal grain size and the variation of the Ti—Al alloy target were measured and evaluated. The measuring method is as described above. These results are shown in Tables 1 and 2. And this Ti-Al alloy target was used for the characteristic evaluation mentioned later.

比較例1
まず、粉末冶金法によりTi−30原子%Al組成のTi−Al合金材を作製した。このTi−Al合金材を機械加工した後、Al製バッキングプレートとろう付け接合し、さらに機械加工を施すことによって、直径127mm×厚さ5mmのTi−Al合金ターゲットを得た。
Comparative Example 1
First, a Ti—Al alloy material having a Ti-30 atomic% Al composition was produced by powder metallurgy. After this Ti—Al alloy material was machined, it was brazed to an Al backing plate and further machined to obtain a Ti—Al alloy target having a diameter of 127 mm × thickness of 5 mm.

このようにして得たTi−Al合金ターゲットの酸素、窒素、炭素の各含有量とそれらのばらつき、Mg、Mn、Siの各含有量とそれらのばらつきを測定した。測定方法は前述した通りである。さらに、Ti−Al合金ターゲットの平均結晶粒径とそのばらつきを測定、評価した。測定方法は前述した通りである。これらの結果を表1および表2に示す。そして、このTi−Al合金ターゲットを後述する特性評価に供した。   Each content of oxygen, nitrogen, and carbon and variations thereof, and each content of Mg, Mn, and Si and variations thereof of the Ti—Al alloy target thus obtained were measured. The measuring method is as described above. Furthermore, the average crystal grain size and the variation of the Ti—Al alloy target were measured and evaluated. The measuring method is as described above. These results are shown in Tables 1 and 2. And this Ti-Al alloy target was used for the characteristic evaluation mentioned later.

Figure 0005526072
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上述した実施例1〜3および比較例1による各Ti−Al合金ターゲットをそれぞれ用いて、4インチのSi基板上に反応性スパッタによりTi−Al−N膜を100nmの厚さで成膜した。スパッタガスにはAr10sccmとN220sccmの混合ガスを用い、またスパッタ条件は基板−ターゲット間距離:150mm、背圧:1×10-5Pa、DC出力:2kW、スパッタ時間:10minとした。このような条件下でスパッタ成膜した際のアーク発生回数、および得られた各Ti−Al−N膜の膜厚均一性とダスト数を測定、評価した。 Using each Ti—Al alloy target according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 described above, a Ti—Al—N film having a thickness of 100 nm was formed on a 4-inch Si substrate by reactive sputtering. As the sputtering gas, a mixed gas of Ar 10 sccm and N 2 20 sccm was used, and the sputtering conditions were a substrate-target distance: 150 mm, back pressure: 1 × 10 −5 Pa, DC output: 2 kW, and sputtering time: 10 min. The number of arc generations during sputter deposition under such conditions, and the film thickness uniformity and the number of dusts of each Ti—Al—N film obtained were measured and evaluated.

アーク発生回数はマイクロアークカウンタを使用して測定した。ダスト数はダスト測定器WM3を用いて測定した。また、Ti−Al−N膜の膜厚均一性については、基板直径に対して端部から5mm間隔で膜厚を被覆段差計を用いて測定し、これらの値の最大値と最小値とから、[(最大膜厚−最小膜厚)/(最大膜厚+最小膜厚)×100(%)]の式に基づいて膜厚均一性を求めた。これらの結果を表3に示す。なお、各測定値は3枚のSi基板にスパッタ成膜した際の平均値である。   The number of arc occurrences was measured using a micro arc counter. The number of dusts was measured using a dust measuring device WM3. Further, regarding the film thickness uniformity of the Ti—Al—N film, the film thickness was measured at a 5 mm interval from the end with respect to the substrate diameter using a coating step meter, and from the maximum value and the minimum value of these values. , [(Maximum film thickness−minimum film thickness) / (maximum film thickness + minimum film thickness) × 100 (%)] was obtained. These results are shown in Table 3. In addition, each measured value is an average value at the time of carrying out sputtering film-forming on three Si substrates.

Figure 0005526072
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表3から明らかなように、実施例1〜3によるTi−Al合金ターゲットは、いずれもアーク発生回数が少なく、またダストの発生数も比較例1に比べて大幅に低減されていることが分かる。また、実施例1〜3によるTi−Al合金ターゲットを用いて成膜したTi−Al−N膜は、いずれも膜厚の面内均一性に優れていることが分かる。   As is clear from Table 3, it can be seen that the Ti—Al alloy targets according to Examples 1 to 3 all have a smaller number of arcs and the number of dusts is significantly reduced as compared with Comparative Example 1. . Moreover, it turns out that the Ti-Al-N film | membrane formed into a film using the Ti-Al alloy target by Examples 1-3 is excellent in the in-plane uniformity of a film thickness.

実施例4、比較例2
まず、Fe、Ni、Cr、CuおよびAgの各含有量を変化させた7種類のTi−Al合金インゴット(Ti−10原子%Al組成)を用意した。これらのTi−Al合金インゴットは、Ti材のEB溶解の回数やAl材のゾーンリファイニングの回数などを変化させることにより調整したものである。
Example 4 and Comparative Example 2
First, seven types of Ti—Al alloy ingots (Ti-10 atomic% Al composition) in which the contents of Fe, Ni, Cr, Cu and Ag were changed were prepared. These Ti—Al alloy ingots are adjusted by changing the number of times of Ti material EB dissolution, the number of times of Al material zone refining, and the like.

次に、これらTi−Al合金インゴットに対して1100℃×3hrの熱処理を施した後、連続して熱間鍛造を行った。この後、再結晶化のために1100℃×2hrの条件で熱処理を施して、それぞれターゲット素材としてのTi−Al合金材を作製した。これら各ターゲット素材を機械加工した後、Al製バッキングプレートとろう付け接合し、さらに機械加工を施すことによって、直径300mm×厚さ5mmのTi−Al合金ターゲットをそれぞれ得た。   Next, these Ti—Al alloy ingots were subjected to heat treatment at 1100 ° C. × 3 hr, followed by continuous hot forging. Thereafter, heat treatment was performed under the conditions of 1100 ° C. × 2 hr for recrystallization, and Ti—Al alloy materials as target materials were respectively produced. Each of these target materials was machined, brazed to an Al backing plate, and further machined to obtain Ti-Al alloy targets each having a diameter of 300 mm and a thickness of 5 mm.

このようにして得た各Ti−Al合金ターゲットを用いて、実施例1と同一条件下でTi−Al−N膜をスパッタ成膜した。そして、このスパッタ成膜時におけるアーク発生回数と得られた各Ti−Al−N膜のダスト数を、実施例1と同様にして測定、評価した。これらの結果を表4に併せて示す。なお、各測定値は10枚のSi基板にスパッタ成膜した際の平均値である。   Using each Ti—Al alloy target thus obtained, a Ti—Al—N film was formed by sputtering under the same conditions as in Example 1. Then, the number of arc occurrences during the sputtering film formation and the number of dusts of the obtained Ti—Al—N films were measured and evaluated in the same manner as in Example 1. These results are also shown in Table 4. In addition, each measured value is an average value at the time of carrying out sputtering film-forming on 10 Si substrates.

Figure 0005526072
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表4から明らかなように、Cu含有量およびAg含有量が共に少ないTi−Al合金ターゲット(試料1〜5)は、いずれもアーク発生回数が少なく、またダストの発生数もCu含有量やAg含有量が多いTi−Al合金ターゲット(試料6〜7)に比べて大幅に低減されていることが分かる。   As is clear from Table 4, the Ti-Al alloy targets (Samples 1 to 5), both of which have a low Cu content and a low Ag content, all have a small number of arcs generated, and the number of dust generated is also the Cu content and Ag content. It turns out that it is reduced significantly compared with Ti-Al alloy target (samples 6-7) with much content.

実施例5、比較例3
まず、CuおよびAgの含有量が異なる6種類のTi−Al合金インゴット(Ti−20原子%Al組成)を用意した。これらのTi−Al合金インゴットは、Ti材のEB溶解の回数やAl材のゾーンリファイニングの回数、さらにるつぼの材質などを変化させることにより調整したものである。また、必要に応じてCuやAgを添加して含有量やばらつきを調整した。
Example 5, Comparative Example 3
First, six types of Ti—Al alloy ingots (Ti-20 atomic% Al composition) having different Cu and Ag contents were prepared. These Ti—Al alloy ingots are adjusted by changing the number of times of EB melting of the Ti material, the number of times of zone refining of the Al material, and the material of the crucible. Moreover, Cu and Ag were added as needed, and content and dispersion | variation were adjusted.

次に、これらTi−Al合金インゴットに対して1100℃×3hrの熱処理を施した後、連続して熱間鍛造を行った。この後、再結晶化のために1100℃×2hrの条件で熱処理を施して、それぞれターゲット素材としてのTi−Al合金材を作製した。これら各ターゲット素材を機械加工した後、Al製バッキングプレートとろう付け接合し、さらに機械加工を施すことによって、直径300mm×厚さ5mmのTi−Al合金ターゲットをそれぞれ得た。   Next, these Ti—Al alloy ingots were subjected to heat treatment at 1100 ° C. × 3 hr, followed by continuous hot forging. Thereafter, heat treatment was performed under the conditions of 1100 ° C. × 2 hr for recrystallization, and Ti—Al alloy materials as target materials were respectively produced. Each of these target materials was machined, brazed to an Al backing plate, and further machined to obtain Ti-Al alloy targets each having a diameter of 300 mm and a thickness of 5 mm.

このようにして得た各Ti−Al合金ターゲットのCu、Agの各含有量とそれらのばらつきを測定した。測定方法は前述した通りである。次に、各Ti−Al合金ターゲットを用いて、実施例1と同一条件下でTi−Al−N膜をスパッタ成膜した。そして、スパッタ成膜時におけるアーク発生回数と得られた各Ti−Al−N膜のダスト数および膜厚の面内均一性を、実施例1と同様にして測定、評価した。これらの測定、評価結果を表5に示す。なお、各評価結果は10枚のSi基板にスパッタ成膜した際の平均値である。   Each content of Cu and Ag of each Ti—Al alloy target thus obtained and their variations were measured. The measuring method is as described above. Next, a Ti—Al—N film was formed by sputtering under the same conditions as in Example 1 using each Ti—Al alloy target. Then, in the same manner as in Example 1, the number of arc occurrences during sputtering film formation and the in-plane uniformity of the dust number and film thickness of each Ti—Al—N film obtained were measured and evaluated. These measurements and evaluation results are shown in Table 5. Each evaluation result is an average value when sputtering is performed on 10 Si substrates.

Figure 0005526072
Figure 0005526072

表5から明らかなように、Cu含有量およびAg含有量が共に少ないと共に、それらのばらつきが小さいTi−Al合金ターゲットによれば、ダストの発生数を低減することが可能であると共に、膜厚の面内均一性に優れるTi−Al−N膜が再現性よく得られることが分かる。   As is clear from Table 5, according to the Ti-Al alloy target in which both the Cu content and the Ag content are small and their variation is small, it is possible to reduce the number of dust generation and the film thickness. It can be seen that a Ti—Al—N film having excellent in-plane uniformity can be obtained with good reproducibility.

実施例6、比較例4
まず、数種の純度が異なる針状Ti(3N材、3N5材、4N材)と4NのAl材を用意した。Ti材については、用意した針状TiのEB溶解の回数を変化させ、数種類のTi鋳塊を作製した。このようなTi材とAl材をTi−10原子%Al組成の配合となるように秤量した。次いで、これらを1×10-2Pa以下の真空中でコールドクルーシブ法により溶解し、Ti−Al合金インゴットを作製した。
Example 6 and Comparative Example 4
First, acicular Ti (3N material, 3N5 material, 4N material) and 4N Al material having different purity were prepared. For the Ti material, the number of EB dissolutions of the prepared needle-like Ti was changed to produce several types of Ti ingots. Such Ti material and Al material were weighed so as to have a composition of Ti-10 atomic% Al. Subsequently, these were melt | dissolved by the cold exclusive method in the vacuum of 1 * 10 <-2 > Pa or less, and the Ti-Al alloy ingot was produced.

次に、これらTi−Al合金インゴットに対して1100℃×3hrの熱処理を施した後、連続して熱間鍛造を行った。熱間鍛造後に、合金材のワレおよびカケの状態を目視で確認、評価した。ワレおよびカケの評価結果は、10〜30mmのワレやカケがあるものを×、1〜10mmのワレやカケがあるものを△、ワレやカケが1mm以下のものを○として表6に示した。さらに、熱間鍛造後のTi−Al合金素材の重量測定を行った。   Next, these Ti—Al alloy ingots were subjected to heat treatment at 1100 ° C. × 3 hr, followed by continuous hot forging. After hot forging, the state of cracking and chipping of the alloy material was visually confirmed and evaluated. The evaluation results of cracks and cracks are shown in Table 6 with those having cracks and chips of 10 to 30 mm, △ with cracks and chips of 1 to 10 mm, and ◯ with cracks and chips of 1 mm or less. . Furthermore, the weight of the Ti—Al alloy material after hot forging was measured.

外観を確認したTi−Al合金材に1100℃×2hrの条件で熱処理(再結晶化熱処理)を施した後、機械加工を行うことによって、直径300mm×厚さ10mmのTi−Al合金ターゲットをそれぞれ得た。このようにして得た各Ti−Al合金ターゲットの重量を測定した。そして、ターゲット重量とインゴット重量から、ターゲット歩留り(ターゲット重量/インゴット重量×100%)をそれぞれ求めた。これらの結果を表6に示す。   The Ti-Al alloy material whose appearance was confirmed was subjected to heat treatment (recrystallization heat treatment) at 1100 ° C. × 2 hr, and then machined to obtain a Ti—Al alloy target having a diameter of 300 mm × thickness of 10 mm. Obtained. The weight of each Ti—Al alloy target thus obtained was measured. Then, the target yield (target weight / ingot weight × 100%) was determined from the target weight and the ingot weight. These results are shown in Table 6.

Figure 0005526072
Figure 0005526072

表6から明らかなように、Zr含有量およびHf含有量を本発明の範囲内としたTi−Al合金ターゲットは、いずれも熱間加工時にワレやカケの発生が少なく、その結果としてターゲット歩留りが高いことが分かる。   As is apparent from Table 6, the Ti-Al alloy target having the Zr content and the Hf content within the scope of the present invention has little cracking and chipping during hot working, resulting in a target yield. I understand that it is expensive.

1……半導体基板,2……Wプラグ,3……Ti−Al−N膜,4……薄膜キャパシタ,5……下部電極,6……誘電体薄膜,7……上部電極   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... W plug, 3 ... Ti-Al-N film, 4 ... Thin film capacitor, 5 ... Lower electrode, 6 ... Dielectric thin film, 7 ... Upper electrode

Claims (6)

Alを5〜50原子%の範囲で含有するTi−Al合金の溶解材からなるスパッタリングターゲットであって、
前記ターゲットのZr含有量およびHf含有量がそれぞれ100ppb以下であり、かつターゲット全体としての前記Zr含有量およびHf含有量のばらつきがそれぞれ20%以下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 composed of a melting material of Ti-Al alloy containing Al in a range of 5 to 50 atomic%,
Sputtering target, wherein the Zr content and Hf content of the target Ri der less 100ppb respectively, and the variation of the Zr content and Hf content of the overall target is 20% or less, respectively.
請求項記載のスパッタリングターゲットにおいて、
前記ターゲットはバッキングプレートと接合されてい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 target is bonded to a backing plate.
請求項1または請求項2記載のスパッタリングターゲットを用いて、Ti−Al−N膜を成膜することを特徴とするTi−Al−N膜の製造方法。 A Ti—Al—N film manufacturing method, wherein a Ti—Al—N film is formed using the sputtering target according to claim 1 . 請求項1または請求項2記載のスパッタリングターゲットを用いて、Ti−Al−N膜を成膜する工程を具備することを特徴とする電子部品の製造方法。 A method for manufacturing an electronic component, comprising the step of forming a Ti—Al—N film using the sputtering target according to claim 1 . 請求項記載の電子部品の製造方法において、
前記Ti−Al−N膜は拡散防止層であることを特徴とする電子部品の製造方法。
In the manufacturing method of the electronic component of Claim 4 ,
The method of manufacturing an electronic component, wherein the Ti—Al—N film is a diffusion prevention layer.
請求項または請求項記載の電子部品の製造方法において、
前記電子部品は半導体メモリであることを特徴とする電子部品の製造方法。
In the manufacturing method of the electronic component of Claim 4 or Claim 5 ,
The method of manufacturing an electronic component, wherein the electronic component is a semiconductor memory.
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