JP7308013B2 - タングステン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
この超LSI用の電極材や配線材料は、一般にスパッタリング法とCVD法で製造されているが、スパッタリング法は装置の構造及び操作が比較的単純で、容易に成膜でき、また低コストであることからCVD法よりも広く使用されている。
(1)タングステンスパッタリングターゲットであって、タングステンの純度が5N(99.999wt%)以上であり、タングステンに含有する不純物の炭素及び酸素がそれぞれ50wtppm以下であり、かつタングステン結晶の平均粒径が100μmを超えることを特徴とするタングステンスパッタリングターゲット。
(2)相対密度が99.3%以上であることを特徴とする(1)に記載のスパッタリングターゲット。
(3)上記炭素及び酸素がそれぞれ10wtppm以下であることを特徴とする(1)又は(2)に記載のスパッタリングターゲット。
(4)タングステン粉末をホットプレス法(HP)により成形後、熱間等方圧加圧法(HIP)により高密度化を行うタングステンスパッタリングターゲットの製造方法であって、
前記熱間等方圧加圧法における温度が1800℃以上であり、焼結時間が5.5時間以上であることを特徴とするタングステンスパッタリングターゲットの製造方法。
(5)タングステン粉末をホットプレス法(HP)により成形後、圧延法により高密度化を行うタングステンスパッタリングターゲットの製造方法であって、
前記圧延法における温度が1200℃以上1700℃以下であり、総圧下率が15%以上25%以下とすることを特徴とするタングステンスパッタリングターゲットの製造方法。
(6)前記圧延法において、1回当たりの圧延での圧下率が3~12%であることを特徴とする(5)に記載のタングステンスパッタリングターゲットの製造方法。
比抵抗の低いタングステン膜を形成するには、タングステン膜に含まれる不純物を抑える必要があり、そのためタングステンスパッタリングターゲットの高純度化が不可欠である。具体的には99.999wt%(5N)以上の純度を有することが必要である。
また、ターゲット中に含有される炭素及び酸素などの不純物は、成膜時にタングステン膜に取り込まれるため、炭素量が多くなるにつれ、スパッタリング成膜後のタングステン膜の比抵抗が増加する傾向にある。そのため、タングステンに含有する不純物の炭素及び酸素がそれぞれ50wtppm以下とする必要がある。そして、同様の観点から、タングステンに含有する不純物の炭素及び酸素がそれぞれ30wtppm以下であることが好ましく、20wtppm以下であることがさらに好ましい。そして、炭素及び酸素がそれぞれ10wtppm以下になれば、タングステン膜の比抵抗に対する影響がほとんどなくなる。
炭素の低減化のためには、タングステン粉末をグラファイト製のダイスに充填してホットプレスする際、グラファイト製のダイスとの直接接触がないように、隔離させるのが良い。
本発明のタングステンスパッタリングターゲットは、そのタングステン結晶の平均粒径が100μmを超えるものである。従来では、タングステン結晶の平均粒径がタングステンスパッタリングターゲットの密度と関係することが知られているが、タングステン結晶の平均粒径と、成膜時にAr原子がタングステン膜に取り込まれる量との関係について着目することはなかった。本発明において、タングステン結晶の平均粒径が100μmを超えるので、成膜時にAr原子がタングステン膜に取り込まれにくくなり、結果としてArの取り込み量が少ないタングステン膜を得ることができる。すなわち、タングステンスパッタリングターゲットの純度、密度などが同一の物でも、タングステン結晶の平均粒径を100μmを超えるもののほうが、タングステン結晶の平均粒径が100μm以下のものより、比抵抗の低いタングステン膜を得ることができる。そのため、本発明におけるタングステン結晶の平均粒径は、好ましくは120μm以上であり、より好ましくは150μm以上であり、さらにより好ましくは200μm以上である。
タングステンスパッタリングターゲットの相対密度は、99.3%以上とすることが好ましい。ターゲットの相対密度が99.5%以上であれば、ターゲット中に含まれるガス成分が少ないため、膜を形成した際に、膜の比抵抗を抑えることができる。また、異常放電によるダスト発生も抑制される。上記観点から、ターゲットの相対密度は、99.7%以上がより好ましく、99.9%以上がさらにより好ましい。
本発明のタングステンスパッタリングターゲットは、上述した各特性を有しているものであれば、製造方法は特に限定されるものではないが、このような特性を有するタングステンスパッタリングターゲットを得る手段として、ホットプレス法(HP)と熱間等方圧加圧法(HIP)を組み合わせた粉末冶金法を用いることができる。そして、HP後におけるHIPの適切な条件を以下のように制御することで、上述した本願発明のタングステンスパッタリングターゲットの特性を得ることができる。また、上記HP法とHIP法を組み合わせた粉末冶金法以外に、HP法の後に適切な条件で圧延処理を行うことでも、上述した本願発明のタングステンスパッタリングターゲットの特性を得ることができる。
1回当たりの圧下率=(hn-1-hn)/h0
式中、h0は初期の成形体厚みであり、hn-1は当該パスによる圧延前の成形体厚みであり、hnは当該パスによる圧延後の成形体厚みである。
カーボンダイスに純度5N(99.999wt%)、平均粒径1μmのタングステン粉末を充填し、真空チャンバー内で、最高温度1600℃の条件にてHPを行った。その際に加えるHP荷重を240kgf/cm2とした。これによって得られたHP成形体について、さらに、表1に示す条件でHIP処理を行った。HIP処理を行った焼結体について形状加工を行い、直径400mm、厚さ6mmのスパッタリングターゲットとした。
カーボンダイスに純度5N(99.999wt%)、平均粒径1μmのタングステン粉末を充填し、真空チャンバー内で、最高温度1600℃の条件にてHPを行った。その際に加えるHP荷重を240kgf/cm2とした。これによって得られたHP成形体について、さらに、1400℃で、圧延回数6回、一回の圧延当たりの圧下率は4.2%とし、総圧下率を25%として圧延処理を行なった。
カーボンダイスに純度5N(99.999wt%)、平均粒径1μmのタングステン粉末を充填し、真空チャンバー内で、最高温度1600℃の条件にてHPを行った。その際に加えるHP荷重を240kgf/cm2とした。これによって得られたHP成形体について、さらに、1400℃で、圧延回数5回、一回の圧延当たりの圧下率は5.0%とし、総圧下率を25%として圧延処理を行なった。
カーボンダイスに純度5N(99.999wt%)、平均粒径1μmのタングステン粉末を充填し、真空チャンバー内で、最高温度1600℃の条件にてHPを行った。その際に加えるHP荷重を240kgf/cm2とした。これによって得られたHP成形体について、さらに、1700℃で、圧延回数4回、一回の圧延当たりの圧下率は3.8%とし、総圧下率を15%として圧延処理を行なった。
カーボンダイスに純度5N(99.999wt%)、平均粒径1μmのタングステン粉末を充填し、真空チャンバー内で、表1に示す最高温度条件にてHPを行った。その際に加えるHP荷重を240kgf/cm2とした。これによって得られたHP成形体について、さらに、表1に示す条件でHIP処理を行った。HIP処理を行った焼結体について形状加工を行い、直径400mm、厚さ6mmのスパッタリングターゲットとした。
カーボンダイスに純度5N(99.999wt%)、平均粒径1μmのタングステン粉末を充填し、真空チャンバー内で、最高温度1200℃の条件にてHPを行った。その際に加えるHP荷重を240kgf/cm2とした。これによって得られたHP成形体について、さらに、1400℃で、圧延回数8回、一回の圧延当たりの圧下率は11.3%とし、総圧下率を90%として圧延処理を行なった。
(不純物濃度)
炭素濃度は、各タングステンスパッタリングターゲットを粉砕したのち、試料を炭素分析装置[LECO社製、CSLS600]を用いて、不活性ガス溶融法により測定した。
酸素濃度は、上記試料を酸素・窒素同時分析装置[LECO社製、TC-600]を用いて、不活性ガス溶融法により測定した。
(タングステン結晶の平均粒径)
光学顕微鏡によって組織観察を実施した。観察・保存した組織写真で、粒子数N=200になるまで写真上に直線を引き、直線上に存在する粒子数(N≧200)と直線の総長さ(L)を用い、L/Nでその観察部位の平均粒径を算出した。
(相対密度)
本明細書で言及する相対密度は、実測密度と理論密度との比を指す。実測密度については、純水を溶媒として用いたアルキメデス法にて測定を行った値を指す。理論密度については、タングステン含有量100%のときの理論密度を用いる。
(炭素濃度、酸素濃度、Ar濃度)
二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)により測定した。測定装置はアルバック・ファイ社製のPHI ADEPT1010を用いた。尚、表1中の検出不能とは、SIMS法の検出限界値未満であることを意味する。
(比抵抗の測定方法)
KLA-Tencor社製、OMNIMAP RS75を用いて、ウエハ上の7点のシート抵抗を測定し、XRR(X線反射率測定)により測定した膜厚を乗じ、その平均値を膜の比抵抗とした。
一方、比較例1~4のタングステン結晶の平均粒径が100μm以下であるため、成膜時に膜中に取り込まれるAr原子が多く、膜の比抵抗が高かった。
Claims (4)
- 圧延材タングステンスパッタリングターゲット(モリブデン(Mo)を添加したものを除く)であって、タングステンの純度が5N(99.999wt%)以上であり、タングステンに含有する不純物の炭素及び酸素がそれぞれ50wtppm以下であり、かつタングステン結晶の平均粒径が347μm以上、相対密度が99.5%以上であることを特徴とするタングステンスパッタリングターゲット。
- 上記炭素及び酸素がそれぞれ10wtppm以下であることを特徴とする請求項1に記載のスパッタリングターゲット。
- タングステン粉末をホットプレス法(HP)により成形後、圧延法により高密度化を行うタングステンスパッタリングターゲットの製造方法であって、
前記圧延法における温度が1200℃以上1700℃以下であり、総圧下率が15%以上25%以下とし、
前記タングステンスパッタリングターゲットにおいて、タングステンの純度が5N(99.999wt%)以上であり、タングステンに含有する不純物の炭素及び酸素がそれぞれ50wtppm以下であり、かつタングステン結晶の平均粒径が100μmを超えることを特徴とするタングステンスパッタリングターゲットの製造方法。 - 前記圧延法において、1回当たりの圧延での圧下率が3~12%であることを特徴とする請求項3に記載のタングステンスパッタリングターゲットの製造方法。
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