JPH04116161A - チタンターゲット材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体デバイスに使用される電極、配線及び
バリアメタルの形成に用いられる高純度チタンターゲッ
トに関するものである。

〔従来の技術〕

近年の超ＬＳＩの高集積化に伴い、ＬＳＩの電極および
配線幅もサブミクロンレベルに微細化されるようになっ
てきた。このように微細化された電極および配線では、
従来広く用いられてきたＡｌ系配線でのＡＩのマイグレ
ーションによる配線寿命の低下や、電極および配線の抵
抗のためにゲート信号遅延が発生し、超ＬＳＩの信頼性
を下げるという問題が発生している。

このような問題に対して、バリアメタル層の採用、低抵
抗ゲート電極等が必要となり、ここにＴｉＮ、Ｔｉシリ
サイド等のＴｉ系の材料が多く使用されている。

このようなバリアメタル等は通常純Ｔｉターゲットをス
パッタし、Ｔｉ層を形成し、これを窒化あるいはシリサ
イド化することによって形成される。

使用される純Ｔｉターゲットは、高純度スポンジチタン
を電子ビーム溶解するいわゆる溶解法が主流である。ま
た、高純度Ｔｉ粉末をホットプレスなどを利用して加圧
焼結するいわゆる粉末法も使用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、溶解法で作製する場合にはチタンが高融点（融
点１６６８℃）の金属であるため高温に加熱する必要が
あり、また純度が高いため結晶粒は著しく粗大化する。

結晶粒が粗大化したターゲットを用いてスパッタリング
を実施した場合、結晶粒の異方性のため均質な膜が形成
されない。

このような溶解法によって得られるターゲットの結晶粒
を微細化する方法としてＳｉのような合金化元素を少量
添加する方法が特開昭６１−１１６８３５号に記載され
ている。しかし、せいぜい０．５〜１ｍｌ１１程度の粒
径しか得られず、また純チタンに添加元素を加えること
は、純度を下げることになり、チタンターゲット材とし
ては好ましくない。

一方粉末法においては、高純度Ｔｉ粉末を次のように作
成している。

まず、高純度スポンジチタンを電子ビーム溶解し、イン
づットを得る。その後、インゴットを切削し切粉を得、
これに水素化処理を施した後、粉砕する（Ｔｉは粉砕性
が非常に悪いので、粉砕性を良くするため水素化する必
要がある。）粉砕後説水素をするが、この際の凝集は避
けられず、これを解砕するため、再び粉砕し、Ｔｉ粉末
とする。そしてこれを加圧焼結してターゲットとする。

この場合、二度の粉砕工程が必要であるため、また水素
化チタンが非常に粉砕性が良いことから必要以上に微細
になるものもあり、反応界面積が増加してしまうためＴ
ｉ粉末への酸素量の富化は避けられない。粉砕法を種々
工夫しても酸素濃度が１１０００ｐｐ以下であるＴｉ粉
末を得ることは困難である。

このような酸素の富化は、生成皮膜の酸化、皮膜の品質
のバラツキの原因となり好ましくない。

また、ターゲツト材としては、ターゲツト材中に空孔が
存在しないことが要求される。

ターゲット在中に空孔が存在するとスパッタリング時の
発熱によりターゲツト材が割れたり、異常放電の原因と
なる。また、このような空孔はスパッタリングにより生
成した膜に巨大粒子の付着、いわゆるパーティクルの発
生の原因にもなる。

したがって、ターゲツト材には高密度化か要求される。

本発明の目的は、微細な結晶粒を有し、しかも高密度で
低酸素濃度の純Ｔｉターゲットを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、平均結晶粒径５０ｍｍ以下の微細焼結組織を
有しかつ酸素含有量が５００ｐｐｍ以下であることを特
徴とするチタンターゲット材である。

発明のチタンターゲット材は原料として回転電極法で作
製したＴｉ粉末を使用することによって得ることができ
る。回転電極法によるＴｉ粉末の製造は消耗電極式真空
アーク再溶解で得られた純Ｔ１九棒を電極として用い、
これを高速回転させてその一端をＷアークを熱源として
溶解し、溶湯をＨｅ等の不活性ガス雰囲気中で飛散、凝
固させて、平均粉末粒径が】５０μｍ程度の球状のＴｉ
粉末を得るものである。上記の製法で製造されたＴｉ粉
末の酸素含有量は多くても５００ｐｐｍ、平均的には３
’ＯＯｐｐｍ以下で、次工程で粉砕することなく使用す
ることができ、Ｔｉターゲットの製造工程中に富化され
る酸素量を少なくすることができる。また、回転電極法
では再溶解する工程が入るため原料となる高純度スポン
ジＴｉに含有するＭｇ、Ｃ１等の不純物元素を除去する
ことができる。

また、回転電極法で得られたＴｉ粉末はほぼ球状であり
、粒径も均一とすることができるため、加圧焼結時の粉
末の流動性を高めることができ、従来の焼結材では得ら
れないような９９．９％以上の高密度のターゲットを得
ることができる。これにより、スパッタリング時の微小
空孔の存在に起因するターゲツト材の割れ、異常放電、
スパッタリング時のパーティクルの発生を抑制できる。

上記回転電極法には熱源にプラズマアークを用いる方法
または電子ビームを用いて真空中で溶解するなど種々改
良型が開発されているが、どの方法でも良い。

上述したように回転電極法で得られたＴｉ粉末をＴｉタ
ーゲットとするには加圧焼結する必要がある。

加圧焼結の具体的手段としては、熱間静水圧プレス（以
下ＨＩＰと称する）またはホットプレスが適用できる。

ＨＩＰ処理を適用する場合、得られたＴｉ粉末を圧密用
封入缶（いわゆるＨＩＰ缶）内に充填する。その後、Ｈ
Ｉ　Ｐ缶を真空排気しながら、３００℃以上に加熱し、
表面吸着ガス及び水分を除去後、ＨＩＰ缶は封止され、
ＨＩＰ処理に供される。

ＨＩＰ処理は、このように封止された缶内で加圧、焼結
が進行するため、加圧、焼結過程での酸化等の汚染を防
止できるという利点をも有する。

ＨＩＰ処理条件としては、ＨＩＰ温度９００〜１１００
℃、ＨＩＰ圧力１１０００ａｔ以上、保持時間ＩＨｒ以
上が望ましい。

ＨＩＰ温度を９００℃以上とするのは、これ未満の温度
では、十分な密度の焼結体を得ることが困難であり、一
方、１１００℃以下どするのは、これを越えると結晶粒
が粗大化してしまうからである。

ＨＩＰ処理終了後は、ＨＩ　Ｉ−’缶を除去し、機械加
工により所望寸法のターゲツト材を得る。

次に、ホットプレスを適用する場合について説明する。

ホットプレスにおいては、得られたＴｉ粉末をダイケー
スに充填した後、後述の条件てホットプレスを行なう。

ホットプレス条件は、温度９５０−１１００℃、圧力２
５０ｋｇ／ｃｍ”以上、時間３０分以上とすることが望
ましい。

温度を９５０℃以上とするのは、これ未満では十分な焼
結密度を得ることが困難であるからであり、１１００°
Ｃ以下とするのはこれを越えると結晶粒が粗大化してし
まうからである。

焼結材を機械加工により所望寸法のターゲツト材を得る
。

以上のように、ＨＩＰまたはホットプレスにより得られ
た焼結体は、平均粒径５０μｍ以下の微細焼結組織を有
しかつ十分に圧密化されており、密度比９９．９％以上
である。

このようにして得られたチタンターゲット材の酸素含有
量は５００ｐｐｍ以下、代表的には４００ｐｐｍ前後と
することができる。

本発明において、酸素以外の不純物としてＮａ。

Ｋ、・Ｌｌ等のアルカリ金属元素および、ＴＪ、　Ｔｈ
等の放射性元素を低減することが要求される。

そこで本発明においては、アルカリ金属元素を１００ｐ
ｐｂ以下、放射性元素を１ｐｐｂ以下に限定することが
望ましい。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を詳しく説明する。

（実施例１） 高純度スポンジＴｉを電子ビーム溶解（ＥＢＭ）し、高
純度化された丸棒を電極とし、熱源としてプラズマアー
クを用いた回転電極法により作製した粉末粒径１５０〜
２００μｍのＴｉ粉末を準備する。

上記により準備したＴｉ粉末を内径φ４００のＨＩＰ缶
内に充填し、５　Ｘ　１０’　ｔｏｒｒに真空排気しな
がら４００℃Ｘ５Ｈｒ加熱し、表面吸着ガス及び水分を
放出した。加熱脱気後１０００℃Ｘ５Ｈｒ、１１０００
ａｔの条件でＨＩ　Ｐ処理を行なった。得られた焼結体
を機械加工し、φ３００のターゲツト材を得た。ターゲ
ツト材の組織を観察したところ、平均結晶粒径は３０μ
ｍと微細焼結組織を有していた。密度比も９９．９％以
上と、十分に圧密化されている。一方、酸素含有量は３
９０ｐドであった。

（実施例２） （実施例１）と同一の方法で準備したＴ１粉末を内径φ
４００のホットプレス用ダイスに充填し、１０５０’Ｃ
Ｘ３００ｋｇ／ｃｍ２Ｘ　Ｉ　Ｈｒの条件でホットプレ
スした。

得られた焼結体を機械加工し、φ３００のターゲツト材
を得た。ターゲツト材の組織を観察したところ、平均粒
径４０μｍと微細焼結組織を有していた。

密度比も９９．９％以上と十分に圧密化されている。

一方酸素含有量は４１０ｐｐｍであった。

（比較例１） 高純度スポンジＴｊを電子ビーム溶解して、得られたイ
ンゴットを熱間加工及び機械加工によす所望の形状にし
、φ３００のターゲツト材を得た。

ターゲツト材の密度及び酸素含有量は各々、９９．９％
以上、３１４ｐｐｍと良好であったか、組織を観察した
ところ平均粒径２００μｍ以上と非常に粗大な組織であ
った。

（比較例２） 高純度スポンジＴ１を電子ビーム溶解して、得られたイ
ンゴットを切削し切粉を得る。これに水素化処理を施し
た後粉砕する。粉砕後説水素する。

その際、凝集したものを解砕するため再び粉砕すること
により粉末粒径１５０μｍ以下のＴｉ粉末を準備する。

・上記により準備したＴ】粉末を（実施例１）と同一条
件でＨＩＰ処理し、焼結体を得た。得られた焼結体を機
械加工し、φ３００のターゲツト材を得た。ターゲツト
材の組織を観察したところ、平均結晶粒径は７０μｍで
あった。密度比は、９９．９％以上と十分に圧密化され
ていたが、酸素含有量は２５６０ｐｐｍと著しく高かっ
た。

〔発明の効果〕

本発明で得られたチタンターゲット材は、５０μｍ以下
というきわめて微細組織、高密度を有し、かつ酸素含有
量が少ないため、均質で信頼性の高いＬＳＩ用Ｔｉ′ｆ
Ｉ！膜を得ることができ、半導体装置を製造するうえで
有益である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　平均結晶粒径５０μｍ以下の微細焼結組織を有
   し、かつ酸素含有量が５００ｐｐｍ以下であることを特
   徴とするチタンターゲット材。
2. （２）　密度比が９９．９％以上である請求項１記載の
   チタンターゲット材。
3. （３）　回転電極法から得られる高純度Ｔｉ粉末を加圧
   焼結することを特徴とするチタンターゲット材の製造方
   法。
4. （４）　回転電極法から得られた高純度Ｔｉ粉末を圧密
   用封入缶内に充填し、缶内を真空排気後封止し、熱間静
   水圧プレス（ＨＩＰ）にて加圧焼結することを特徴とす
   るチタンターゲット材の製造方法。
5. （５）　回転電極法から得られた高純度Ｔｉ粉末をホッ
   トプレスにて加圧焼結することを特徴とするチタンター
   ゲット材の製造方法。