JP6133357B2 - タンタルスパッタリングターゲット及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、タンタルスパッタリングターゲット及びその製造方法に関する。特には、ＬＳＩにおける銅配線の拡散バリア層としてのＴａ膜又はＴａＮ膜の形成に用いられるタンタルスパッタリングターゲット及びその製造方法に関する。
従来、半導体素子の配線材料としてアルミニウムが使用されていたが、素子の微細化、高集積化に伴い、配線遅延の問題が表面化し、アルミに替わって電気抵抗の小さい銅が使用されるようになった。銅は、配線材料として非常に有効であるが、銅自体が活発な金属であるため、層間絶縁膜に拡散して汚染するという問題があり、銅配線と層間絶縁膜との間に、Ｔａ膜やＴａＮ膜などの拡散バリア層を形成する必要がある。
一般に、Ｔａ膜やＴａＮ膜は、タンタルターゲットをスパッタリングすることにより成膜する。これまでタンタルターゲットについて、スパッタリング時のパフォーマンスに及ぼす影響に関して、ターゲットに含有される各種不純物、ガス成分、結晶の面方位や結晶粒径等が、成膜速度、膜厚の均一性、パーティクル発生等に影響を与えることが知られている。
例えば、特許文献１には、ターゲット厚さの３０％の位置からターゲットの中心面に向かって（２２２）配向が優先的である結晶組織にすることより、膜の均一性を向上させることが記載されている。また、特許文献２は、タンタルターゲットの結晶配向をランダムにする（特定の結晶方位にそろえない）ことにより、成膜速度が大きく、膜の均一性を向上させることが記載されている。また、特許文献３には、原子密度の高い（１１０）、（２００）、（２１１）の面方位をスパッタ面に選択的に多くすることにより成膜速度が向上し、かつ面方位のばらつきを抑えることでユニフォーミティの向上が記載されている。
さらに、特許文献４には、Ｘ線回折により求められる（１１０）面の強度比の、スパッタ表面部分の場所によるばらつきを２０％以内にすることにより、膜厚均一性を向上させることが記載されている。また、特許文献５には、スエージング、押し出し、回転鍛造、無潤滑の据え込み鍛造をクロック圧延と組み合わせて用い、非常に強い（１１１）、（１００）などの結晶学集合組織を持つ円形の金属ターゲットを作製できると述べられている。しかしながら、いずれのタンタルターゲットを用いてスパッタリングを実施しても、スパッタレート（成膜速度）が必ずしも高くなく、スループットが悪いという問題が生じた。
この他、下記特許文献６には、タンタルインゴットを、鍛造、焼鈍、圧延加工を施し、最終組成加工後、さらに１１７３Ｋ以下の温度で焼鈍を行い、未再結晶組織を２０％以下、９０％以下とするタンタルスパッタリングターゲットの製造方法が記載されている。しかし、この場合は、結晶配向を制御することにより、スパッタレートを早め、スループットを向上させるという発想はない。
また、特許文献７には、鍛造、冷間圧延等の加工と熱処理により、ターゲットのスパッタ面のピークの相対強度を（１１０）＞（２１１）＞（２００）とし、スパッタ特性を安定化させる技術が開示されている。しかし、結晶配向を制御して、スパッタレートを早め、スループットを向上させるという発想はない。
さらに、特許文献８には、タンタルインゴットを鍛造し、この鍛造工程で２回以上の熱処理を行い、さらに冷間圧延を施し、これを再結晶化熱処理を行うことが記載されている。しかし、この場合も結晶配向を制御することにより、スパッタレートを早め、スループットを向上させるという発想はない。
本発明は、タンタルスパッタリングターゲットにおいて、ターゲットのスパッタ面における結晶配向を制御することにより、スパッタレートを早めることができ、短時間で必要な膜厚を成膜することを可能とし、スループットを向上することを課題とする。特に活発なＣｕの拡散による配線周囲の汚染を効果的に防止することができるＴａ膜又はＴａＮ膜などからなる拡散バリア層の形成に有用な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。
上記の課題を解決するために、本発明は、以下の発明を提供するものである。
１）タンタルスパッタリングターゲットのスパッタ面において、（２００）面の配向率が７０％以下、かつ、（２２２）面の配向率が１０％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）タンタルスパッタリングターゲットのスパッタ面において、（２００）面の配向率が６０％以下、かつ、（２２２）面の配向率が２０％以上であることを特徴とする上記１）記載のタンタルスパッタリングターゲット、
３）タンタルスパッタリングターゲットのスパッタ面において、（２００）面の配向率が５０％以下、かつ、（２２２）面の配向率が３０％以上であることを特徴とする上記１）記載のタンタルスパッタリングターゲット、
４）上記１）〜３）のいずれかに記載のスパッタリングターゲットを用いて形成した拡散バリア層用薄膜、
５）上記４）記載の拡散バリア層用薄膜を用いられた半導体デバイス、を提供する。
１）タンタルスパッタリングターゲットのスパッタ面において、（２００）面の配向率が７０％以下、かつ、（２２２）面の配向率が１０％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）タンタルスパッタリングターゲットのスパッタ面において、（２００）面の配向率が６０％以下、かつ、（２２２）面の配向率が２０％以上であることを特徴とする上記１）記載のタンタルスパッタリングターゲット、
３）タンタルスパッタリングターゲットのスパッタ面において、（２００）面の配向率が５０％以下、かつ、（２２２）面の配向率が３０％以上であることを特徴とする上記１）記載のタンタルスパッタリングターゲット、
４）上記１）〜３）のいずれかに記載のスパッタリングターゲットを用いて形成した拡散バリア層用薄膜、
５）上記４）記載の拡散バリア層用薄膜を用いられた半導体デバイス、を提供する。
また、本発明は、
６）溶解鋳造したタンタルインゴットを鍛造及び再結晶焼鈍した後、圧延及び熱処理し、ターゲットのスパッタ面において、（２００）面の配向率が７０％以下、かつ、（２２２）面の配向率が１０％以上である結晶組織を形成す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の製造方法、
７）溶解鋳造したタンタルインゴットを鍛造及び再結晶焼鈍した後、圧延及び熱処理し、ターゲットのスパッタ面において、（２００）面の配向率が６０％以下、かつ、（２２２）面の配向率が２０％以上である結晶組織を形成することを特徴とする上記６）記載のタンタルスパッタリングターゲットの製造方法、
８）溶解鋳造したタンタルインゴットを鍛造及び再結晶焼鈍した後、圧延及び熱処理し、ターゲットのスパッタ面において、（２００）面の配向率が５０％以下、かつ、（２２２）面の配向率が３０％以上である結晶組織を形成することを特徴とする上記６）記載のタンタルスパッタリングターゲットの製造方法、
９）圧延ロール径５００ｍｍ以上の圧延ロールを用いて、圧延速度１０ｍ／分以上、圧延率８０％超で冷間圧延することを特徴とする上記６）〜８）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の製造方法、
１０）圧延及び熱処理を２回以上繰り返し、圧延ロール径５００ｍｍ以上の圧延ロールを用いて、圧延速度１０ｍ／分以上、圧延率６０％以上で冷間圧延することを特徴とする上記６）〜８）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の製造方法、
１１）温度９００℃〜１４００℃で熱処理することを特徴とする上記６）〜１０）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の製造方法、
１２）鍛造及び再結晶焼鈍を２回以上繰り返すことを特徴とする上記６）〜１１）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の製造方法、
１３）圧延及び熱処理後、切削、研磨により表面仕上げを行うことを特徴とする上記６）〜１２）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の製造方法、を提供する。
６）溶解鋳造したタンタルインゴットを鍛造及び再結晶焼鈍した後、圧延及び熱処理し、ターゲットのスパッタ面において、（２００）面の配向率が７０％以下、かつ、（２２２）面の配向率が１０％以上である結晶組織を形成す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の製造方法、
７）溶解鋳造したタンタルインゴットを鍛造及び再結晶焼鈍した後、圧延及び熱処理し、ターゲットのスパッタ面において、（２００）面の配向率が６０％以下、かつ、（２２２）面の配向率が２０％以上である結晶組織を形成することを特徴とする上記６）記載のタンタルスパッタリングターゲットの製造方法、
８）溶解鋳造したタンタルインゴットを鍛造及び再結晶焼鈍した後、圧延及び熱処理し、ターゲットのスパッタ面において、（２００）面の配向率が５０％以下、かつ、（２２２）面の配向率が３０％以上である結晶組織を形成することを特徴とする上記６）記載のタンタルスパッタリングターゲットの製造方法、
９）圧延ロール径５００ｍｍ以上の圧延ロールを用いて、圧延速度１０ｍ／分以上、圧延率８０％超で冷間圧延することを特徴とする上記６）〜８）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の製造方法、
１０）圧延及び熱処理を２回以上繰り返し、圧延ロール径５００ｍｍ以上の圧延ロールを用いて、圧延速度１０ｍ／分以上、圧延率６０％以上で冷間圧延することを特徴とする上記６）〜８）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の製造方法、
１１）温度９００℃〜１４００℃で熱処理することを特徴とする上記６）〜１０）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の製造方法、
１２）鍛造及び再結晶焼鈍を２回以上繰り返すことを特徴とする上記６）〜１１）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の製造方法、
１３）圧延及び熱処理後、切削、研磨により表面仕上げを行うことを特徴とする上記６）〜１２）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の製造方法、を提供する。
本発明のタンタルスパッタリングターゲットは、ターゲットのスパッタ面における結晶配向を制御することにより、スパッタレートを早めることができ、これにより、短時間で必要な膜厚を成膜することが可能となり、スループットを向上することができるという優れた効果を有する。特に活発なＣｕの拡散による配線周囲の汚染を効果的に防止することができるＴａ膜又はＴａＮ膜などからなる拡散バリア層の形成に優れた効果を有する。
本発明のタンタルスパッタリングターゲットは、そのスパッタ面における（２００）面の配向率を低くすること、かつ、（２２２）面の配向率を高くすることが特徴である。
タンタルの結晶構造は体心立方格子構造（略称、ＢＣＣ）であるため、（２２２）面の方が（２００）面よりも隣接する原子間距離が短く、（２２２）面の方が（２００）面よりも原子が密に詰まっている状態にある。このため、スパッタリングの際、（２２２）面の方が（２００）面よりもタンタル原子をより多く放出して、スパッタレート（成膜速度）が早くなると考えられる。
タンタルの結晶構造は体心立方格子構造（略称、ＢＣＣ）であるため、（２２２）面の方が（２００）面よりも隣接する原子間距離が短く、（２２２）面の方が（２００）面よりも原子が密に詰まっている状態にある。このため、スパッタリングの際、（２２２）面の方が（２００）面よりもタンタル原子をより多く放出して、スパッタレート（成膜速度）が早くなると考えられる。
本発明において、タンタルスパッタリングターゲットは、そのスパッタ面における（２００）面の配向率は７０％以下、かつ、（２２２）面の配向率は１０％以上とすることが好ましい。より好ましくは、（２００）面の配向率は６０％以下、かつ、（２２２）面の配向率は２０％以上とし、さらに好ましくは、（２００）面の配向率は６０％以下、かつ、（２２２）面の配向率は２０％以上とする。
なお、安定な結晶構造を得るために（２００）面の配向率は５０％以上、（２２２）面の配向率は３０％以下であることが好ましい。（２００）面の配向率の下限値は３０％、（２２２）面の配向率の上限値は４０％とすることが望ましい。（２００）面の配向率の下限値及び（２２２）面の配向率の上限値は、特に制限はないが、（２００）面の配向率が３０％より小さい場合、また（２２２）面の配向率が４０％より大きい場合は、スパッタレートが１０Å／ｓｅｃを超えるので、薄いＴａバリア膜を成膜する際には、成膜時間が短くなりすぎ、均一なバリア膜を得るのが難しくなるためである。しかしながら、必要に応じて上記（２００）面の配向率の下限値３０％、（２２２）面の配向率の上限値４０％を超えて実施することも可能である。
なお、安定な結晶構造を得るために（２００）面の配向率は５０％以上、（２２２）面の配向率は３０％以下であることが好ましい。（２００）面の配向率の下限値は３０％、（２２２）面の配向率の上限値は４０％とすることが望ましい。（２００）面の配向率の下限値及び（２２２）面の配向率の上限値は、特に制限はないが、（２００）面の配向率が３０％より小さい場合、また（２２２）面の配向率が４０％より大きい場合は、スパッタレートが１０Å／ｓｅｃを超えるので、薄いＴａバリア膜を成膜する際には、成膜時間が短くなりすぎ、均一なバリア膜を得るのが難しくなるためである。しかしながら、必要に応じて上記（２００）面の配向率の下限値３０％、（２２２）面の配向率の上限値４０％を超えて実施することも可能である。
本発明において配向率とは、Ｘ線回折法によって得られる（１１０）、（２００）、（２１１）、（３１０）、（２２２）、（３２１）それぞれの回折ピークの測定強度を標準化し、それぞれの面方位の強度の総和を１００とした時の、特定の面方位の強度比を意味する。なお、標準化にはＪＣＰＤＳ（Ｊｏｉｎｔ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｆｏｒ Ｐｏｗｄｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）を用いた。
例えば、（２００）面の配向率（％）は、{［(２００)の測定強度／(２００)のＪＣＰＤＳ強度］／Σ（各面の測定強度／各面のＪＣＰＤＳ強度）}×１００となる。
例えば、（２００）面の配向率（％）は、{［(２００)の測定強度／(２００)のＪＣＰＤＳ強度］／Σ（各面の測定強度／各面のＪＣＰＤＳ強度）}×１００となる。
本発明のタンタルスパッタリングターゲットは、銅配線におけるＴａ膜又はＴａＮ膜などの拡散バリア層を形成するために用いることができる。スパッタ時の雰囲気に窒素を導入してＴａＮ膜を成膜する場合においても、本発明のスパッタリングターゲットは、従来に比べてスパッタレートを早くすることができる。このようにスパッタ効率を向上させることができるので、従来よりも短時間で必要な膜厚を成膜することができ、当該Ｔａ膜又はＴａＮ膜などの拡散バリア層を備えた銅配線形成、さらに、その銅配線を備えた半導体デバイス製造において、スループットを著しく向上することができる。
本発明のタンタルスパッタリングターゲットは、次のような工程によって製造する。その例を示すと、まず、タンタル原料として、通常４Ｎ（９９．９９％）以上の高純度タンタルを使用する。これを電子ビーム溶解等により溶解し、これを鋳造してインゴット又はビレットを作製する。次に、このインゴット又はビレットを、鍛造、再結晶焼鈍、を行う。具体的には、例えば、インゴット又はビレット−締め鍛造−１１００〜１４００℃の温度での焼鈍−冷間鍛造（一次鍛造）−再結晶温度〜１４００℃の温度での焼鈍−冷間鍛造（二次鍛造）−再結晶温度〜１４００℃の温度での焼鈍を行う。
次に、冷間圧延を行う。この冷間圧延の条件を調整することで、本発明のタンタルスパッタリングターゲットの配向率を制御することができる。具体的には、圧延ロールはロール径が大きいものがよく、５００ｍｍφ以上のものが好ましい。また、圧延速度はできるだけ速い方がよく、１０ｍ／ｍｉｎ以上が好ましい。さらに、圧延を１回のみ実施する場合は、圧延率は高く８０％超であることが好ましく、圧延を２回以上繰り返す場合は、圧延率は６０％以上とし、ターゲットの最終厚みを圧延１回の場合と同じにする必要がある。
次に、熱処理を行う。冷間圧延の条件と併せて、冷間圧延後に行う熱処理条件を調整することで、本発明のタンタルスパッタリングターゲットの配向率を制御することができる。具体的には熱処理温度は高い方が良く、好ましくは９００〜１４００℃とする。圧延で導入される歪みの量にもよるが、再結晶組織を得るためには９００℃以上の温度で熱処理する必要がある。一方、１４００℃超で熱処理することは、経済的に好ましくない。この後、ターゲットの表面を機械加工、研磨加工等の仕上げ加工によって、最終的な製品に仕上げる。
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、本発明において特に重要なことは、ターゲットのスパッタ面の結晶配向において、（２００）配向率を低くし、かつ、（２２２）配向率を高くすることである。
配向の制御に大きくかかわるのは、主として圧延工程である。圧延工程においては、圧延ロールの径、圧延速度、圧延率等のパラメータを制御することにより、圧延時に導入される歪みの量や分布を変えることが可能となり、（２００）面配向率及び（２２２）面配向率の制御が可能となる。
面配向率の調整を効果的に行うには、ある程度の繰り返しの条件設定が必要であるが、一旦（２００）面配向率及び（２２２）面配向率の調整ができると、その製造条件を設定することにより、恒常的特性の（一定レベルの特性を持つ）ターゲットの製造が可能となる。
通常、ターゲットを製造する場合には、圧延ロール径５００ｍｍ以上の圧延ロールを使用し、圧延速度を１０ｍ／ｍｉｎ以上、１パスの圧延率を８〜１２％とすることが有効である。しかし、本発明の結晶配向が達成できる製造工程であれば、必ずしも、この製造工程のみに限定する必要はない。一連の加工において、鍛造・圧延で鋳造組織を破壊するとともに、再結晶化を十分に行うという条件設定が有効である。
さらに、溶解鋳造したタンタルインゴット又はビレットに鍛造し、圧延等の加工を加えた後は、再結晶焼鈍し、組織を微細かつ均一化するのが望ましい。
配向の制御に大きくかかわるのは、主として圧延工程である。圧延工程においては、圧延ロールの径、圧延速度、圧延率等のパラメータを制御することにより、圧延時に導入される歪みの量や分布を変えることが可能となり、（２００）面配向率及び（２２２）面配向率の制御が可能となる。
面配向率の調整を効果的に行うには、ある程度の繰り返しの条件設定が必要であるが、一旦（２００）面配向率及び（２２２）面配向率の調整ができると、その製造条件を設定することにより、恒常的特性の（一定レベルの特性を持つ）ターゲットの製造が可能となる。
通常、ターゲットを製造する場合には、圧延ロール径５００ｍｍ以上の圧延ロールを使用し、圧延速度を１０ｍ／ｍｉｎ以上、１パスの圧延率を８〜１２％とすることが有効である。しかし、本発明の結晶配向が達成できる製造工程であれば、必ずしも、この製造工程のみに限定する必要はない。一連の加工において、鍛造・圧延で鋳造組織を破壊するとともに、再結晶化を十分に行うという条件設定が有効である。
さらに、溶解鋳造したタンタルインゴット又はビレットに鍛造し、圧延等の加工を加えた後は、再結晶焼鈍し、組織を微細かつ均一化するのが望ましい。
次に、実施例に基づいて本発明を説明する。以下に示す実施例は、理解を容易にするためのものであり、これらの実施例によって本発明を制限するものではない。すなわち、本発明の技術思想に基づく変形及び他の実施例は、当然本発明に含まれる。
純度９９．９９５％のタンタル原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して直径１９５ｍｍφのインゴットとした。次に、このインゴットを室温で締め鍛造して直径１５０ｍｍφとし、これを１１００〜１４００℃の温度で再結晶焼鈍した。再度、これを室温で鍛造して厚さ１００ｍｍ、直径１５０ｍｍφとし（一次鍛造）、これを再結晶温度〜１４００℃の温度で再結晶焼鈍した。さらに、これを室温で鍛造して厚さ７０〜１００ｍｍ、直径１５０〜１８５ｍｍφとし（二次鍛造）、これを再結晶温度〜１４００℃の温度で再結晶焼鈍して、ターゲット素材を得た。
（実施例１）
実施例１では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径６５０ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度２０ｍ／ｍｉｎ、圧延率９２％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを１０００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が３８．６％、（２２２）配向率が３７．８％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが９．５２Å／ｓｅｃと良好であり、スパッタ効率を向上させることができた。この結果を表１に示す。
なお、スパッタリングの条件は以下のとおりである。
電源：直流方式
電力：１５ｋＷ
到達真空度：５×１０-８Ｔｏｒｒ
雰囲気ガス組成：Ａｒ
スパッタガス圧：５×１０-３Ｔｏｒｒ
スパッタ時間：１５秒
実施例１では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径６５０ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度２０ｍ／ｍｉｎ、圧延率９２％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを１０００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が３８．６％、（２２２）配向率が３７．８％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが９．５２Å／ｓｅｃと良好であり、スパッタ効率を向上させることができた。この結果を表１に示す。
なお、スパッタリングの条件は以下のとおりである。
電源：直流方式
電力：１５ｋＷ
到達真空度：５×１０-８Ｔｏｒｒ
雰囲気ガス組成：Ａｒ
スパッタガス圧：５×１０-３Ｔｏｒｒ
スパッタ時間：１５秒
（実施例２）
実施例２では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径６５０ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度２０ｍ／ｍｉｎ、圧延率６６％で冷間圧延して厚さ２４ｍｍ、直径３００ｍｍφとし、これを１１００℃の温度で熱処理した。再度、これを圧延率６７％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを９００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が３９．６％、（２２２）配向率が３４．５％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが９．２３Å／ｓｅｃと良好であり、スパッタ効率を向上させることができた。この結果を表１に示す。
実施例２では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径６５０ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度２０ｍ／ｍｉｎ、圧延率６６％で冷間圧延して厚さ２４ｍｍ、直径３００ｍｍφとし、これを１１００℃の温度で熱処理した。再度、これを圧延率６７％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを９００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が３９．６％、（２２２）配向率が３４．５％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが９．２３Å／ｓｅｃと良好であり、スパッタ効率を向上させることができた。この結果を表１に示す。
（実施例３）
実施例３では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径５００ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度２０ｍ／ｍｉｎ、圧延率９１％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを１０００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が４０．８％、（２２２）配向率が３５．７％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが９．１９Å／ｓｅｃと良好であり、スパッタ効率を向上させることができた。この結果を表１に示す。
実施例３では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径５００ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度２０ｍ／ｍｉｎ、圧延率９１％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを１０００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が４０．８％、（２２２）配向率が３５．７％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが９．１９Å／ｓｅｃと良好であり、スパッタ効率を向上させることができた。この結果を表１に示す。
（実施例４）
実施例４では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径６５０ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度１５ｍ／ｍｉｎ、圧延率６５％で冷間圧延して厚さ２４ｍｍ、直径３００ｍｍφとし、これを１１００℃の温度で熱処理した。再度、これを圧延率６７％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを９００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が４５．２％、（２２２）配向率が３２．７％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが９．１８Å／ｓｅｃと良好であり、スパッタ効率を向上させることができた。この結果を表１に示す。
実施例４では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径６５０ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度１５ｍ／ｍｉｎ、圧延率６５％で冷間圧延して厚さ２４ｍｍ、直径３００ｍｍφとし、これを１１００℃の温度で熱処理した。再度、これを圧延率６７％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを９００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が４５．２％、（２２２）配向率が３２．７％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが９．１８Å／ｓｅｃと良好であり、スパッタ効率を向上させることができた。この結果を表１に示す。
（実施例５）
実施例５では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径６５０ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度１５ｍ／ｍｉｎ、圧延率９０％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを１２００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が５３．４％、（２２２）配向率が２１．２％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが８．９６Å／ｓｅｃと良好であり、スパッタ効率を向上させることができた。この結果を表１に示す。
実施例５では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径６５０ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度１５ｍ／ｍｉｎ、圧延率９０％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを１２００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が５３．４％、（２２２）配向率が２１．２％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが８．９６Å／ｓｅｃと良好であり、スパッタ効率を向上させることができた。この結果を表１に示す。
（実施例６）
実施例６では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径５００ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度２０ｍ／ｍｉｎ、圧延率９２％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを９００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が５５．４％、（２２２）配向率が２０．４％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが８．９１Å／ｓｅｃと良好であり、スパッタ効率を向上させることができた。この結果を表１に示す。
実施例６では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径５００ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度２０ｍ／ｍｉｎ、圧延率９２％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを９００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が５５．４％、（２２２）配向率が２０．４％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが８．９１Å／ｓｅｃと良好であり、スパッタ効率を向上させることができた。この結果を表１に示す。
（実施例７）
実施例７では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径５００ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度１０ｍ／ｍｉｎ、圧延率９０％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを１４００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が６３．９％、（２２２）配向率が１６．８％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが８．８６Å／ｓｅｃと良好であり、スパッタ効率を向上させることができた。この結果を表１に示す。
実施例７では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径５００ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度１０ｍ／ｍｉｎ、圧延率９０％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを１４００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が６３．９％、（２２２）配向率が１６．８％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが８．８６Å／ｓｅｃと良好であり、スパッタ効率を向上させることができた。この結果を表１に示す。
（実施例８）
実施例８では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径５００ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度２０ｍ／ｍｉｎ、圧延率８２％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを９００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が６９．８％、（２２２）配向率が１２．１％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが８．６６Å／ｓｅｃと良好であり、スパッタ効率を向上させることができた。この結果を表１に示す。
実施例８では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径５００ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度２０ｍ／ｍｉｎ、圧延率８２％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを９００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が６９．８％、（２２２）配向率が１２．１％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが８．６６Å／ｓｅｃと良好であり、スパッタ効率を向上させることができた。この結果を表１に示す。
（比較例１）
比較例１では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径６５０ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度２０ｍ／ｍｉｎ、圧延率８０％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを８００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が７７．２％、（２２２）配向率が９．６％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが８．２７Å／ｓｅｃと悪く、スループットを低下させる原因となった。この結果を同様に表１に示す。
比較例１では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径６５０ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度２０ｍ／ｍｉｎ、圧延率８０％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを８００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が７７．２％、（２２２）配向率が９．６％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが８．２７Å／ｓｅｃと悪く、スループットを低下させる原因となった。この結果を同様に表１に示す。
（比較例２）
比較例２では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径５００ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度１５ｍ／ｍｉｎ、圧延率８０％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを８００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が７８．７％、（２２２）配向率が８．３％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが８．２１Å／ｓｅｃと悪く、スループットを低下させる原因となった。この結果を同様に表１に示す。
比較例２では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径５００ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度１５ｍ／ｍｉｎ、圧延率８０％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを８００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が７８．７％、（２２２）配向率が８．３％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが８．２１Å／ｓｅｃと悪く、スループットを低下させる原因となった。この結果を同様に表１に示す。
（比較例３）
比較例３では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径４００ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度１０ｍ／ｍｉｎ、圧延率７８％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを１１００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が８５．３％、（２２２）配向率が８．０％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが８．０５Å／ｓｅｃと悪く、スループットを低下させる原因となった。この結果を同様に表１に示す。
比較例３では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径４００ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度１０ｍ／ｍｉｎ、圧延率７８％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを１１００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が８５．３％、（２２２）配向率が８．０％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが８．０５Å／ｓｅｃと悪く、スループットを低下させる原因となった。この結果を同様に表１に示す。
（比較例４）
比較例４では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径４００ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度１０ｍ／ｍｉｎ、圧延率７５％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを１２００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が８７．５％、（２２２）配向率が６．８％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが７．８３Å／ｓｅｃと悪く、スループットを低下させる原因となった。この結果を同様に表１に示す。
比較例４では、得られたターゲット素材を、圧延ロール径４００ｍｍの圧延ロールを用いて、圧延速度１０ｍ／ｍｉｎ、圧延率７５％で冷間圧延して厚さ８ｍｍ、直径５２０ｍｍφとし、これを１２００℃の温度で熱処理した。その後、表面を切削、研磨してターゲットとした。以上の工程により、（２００）配向率が８７．５％、（２２２）配向率が６．８％の結晶組織を有するタンタルスパッタリングターゲットを得ることができた。このスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを実施したところ、スパッタレートが７．８３Å／ｓｅｃと悪く、スループットを低下させる原因となった。この結果を同様に表１に示す。
以上の実施例及び比較例が示すように、本願発明の条件の範囲にあるものはスパッタレートが早く、スループットを向上させることができる。また、実施例及び比較例における結晶配向とスパッタレートとの関係を図１に示す。図１に示されるとおり、（２００）面の配向率が下がるにつれて、また、（２２２）面の配向率が上がるにつれて、スパッタレートが早くなることが分かる。
本発明は、タンタルスパッタリングターゲットを提供するものであり、ターゲットのスパッタ面における結晶配向を制御することによって、スパッタレートを早めることができ、これにより、短時間で必要な膜厚を成膜することが可能となり、スループットを向上することができるという優れた効果を有する。
本発明のタンタルスパッタリングターゲットは特に、活発なＣｕの拡散による配線周囲の汚染を効果的に防止することができるＴａ膜又はＴａＮ膜などからなる拡散バリア層の形成に有用である。
本発明のタンタルスパッタリングターゲットは特に、活発なＣｕの拡散による配線周囲の汚染を効果的に防止することができるＴａ膜又はＴａＮ膜などからなる拡散バリア層の形成に有用である。
Claims (5)
- タンタルスパッタリングターゲットのスパッタ面において、（２００）面の配向率が３８．６％以上６９．８％以下、かつ、（２２２）面の配向率が１２．１％以上３７．８％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。
- 溶解鋳造したタンタルインゴットを鍛造及び再結晶焼鈍した後、圧延及び熱処理し、圧延は、圧延ロール径５００ｍｍ以上の圧延ロールを用いて、圧延速度１０ｍ／分以上、圧延率８０％超で冷間圧延を行い、熱処理は、温度９００℃〜１４００℃で行って、ターゲットのスパッタ面において、（２００）面の配向率が３６．８％以上６９．８％以下、かつ、（２２２）面の配向率が１２．１％以上３７．８％以下である結晶組織を形成す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の製造方法。
- 溶解鋳造したタンタルインゴットを鍛造及び再結晶焼鈍した後、圧延及び熱処理し、圧延及び熱処理を２回以上繰り返し、圧延は、圧延ロール径５００ｍｍ以上の圧延ロールを用いて、圧延速度１０ｍ／分以上、圧延率６５％以上９２％以下で冷間圧延を行い、熱処理は、温度９００℃〜１４００℃で行って、ターゲットのスパッタ面において、（２００）面の配向率が３６．８％以上６９．８％以下、かつ、（２２２）面の配向率が１２．１％以上３７．８％以下である結晶組織を形成す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の製造方法。
- 鍛造及び再結晶焼鈍を２回以上繰り返すことを特徴とする請求項２又は３に記載のタンタルスパッタリングターゲットの製造方法。
- 圧延及び熱処理後、切削、研磨による表面仕上げを行うことを特徴とする請求項２〜４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の製造方法。
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