JPH05452B2 - - Google Patents

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JPH05452B2
JPH05452B2 JP62137710A JP13771087A JPH05452B2 JP H05452 B2 JPH05452 B2 JP H05452B2 JP 62137710 A JP62137710 A JP 62137710A JP 13771087 A JP13771087 A JP 13771087A JP H05452 B2 JPH05452 B2 JP H05452B2
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JP
Japan
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powder
titanium
target
oxygen
tih
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JP62137710A
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JPS63303017A (ja
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Susumu Sawada
Yoshitaka Sumya
Yoshiharu Kato
Osamu Kanano
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NITSUKO KYOSEKI KK
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NITSUKO KYOSEKI KK
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3407Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy

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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、W−Ti合金ターゲツトに関するも
のであり、特には酸素含有量を低減した半導体デ
バイス用W−Ti合金ターゲツトに関する。本タ
ーゲツトによつて、ICデバイスにおける絶縁バ
リアーとして使用されるW−Ti合金皮膜の形成
が、従来より酸素含有量を低減したターゲツトを
使用して作製可能となり、ICデバイスの信頼性
を高めることが出来る。
従来技術とその問題点 ICデバイスにおける絶縁バリアーとしてW−
Ti合金製皮膜を使用することは知られている。
例えば、W−10wt%Ti合金ターゲツトを用いて
N2雰囲気での反応性スパツタリングを利用して
絶縁バリアーを形成することが報告されている。
こうしたW−Ti合金ターゲツトは、W粉末と
Ti粉末とを混合して、粉末冶金法により、即ち
冷間プレス後焼結するか或いは熱間プレスするこ
とにより製造されている。出発原料となる市販
Ti粉末は酸素含有量が高い。これは、Tiは非常
に活性であるため酸化し易く、表面に不可避的に
酸化膜ができるためであり、表面積の大きな粉末
の場合には総酸素量はきわめて高くなる。このよ
うな高酸素Ti粉末を原料粉末として用い粉末冶
金法によりターゲツトを生成する場合、ターゲツ
トもやはり酸素含有量の多いものしかできない。
酸素含有量の多いターゲツトを用いてスパツタ
リングを行うと、酸素の放離により、ターゲツト
の割れ、生成皮膜の酸化、皮膜品質のバラツキ等
が生じて好ましくない。
例えば、現在市販されているW−Tiターゲツ
トは最低限でも1240ppmの酸素を含み、多くは
2500ppm乃至それ以上の酸素を含み、これでは高品
質の絶縁バリアー等の作成はできない。
発明の概要 こうした斯界の実情に鑑み、本発明者は、酸素
含有量を低減したW−Ti合金ターゲツトの製造
を目的として、新たな製造方法の開発に取組ん
だ。
前述した通り、Tiは、非常に活性であるため、
Ti粉末を調製する粉砕等の工程でまたW粉末と
混合して成形−焼結する工程で酸素を多量にピツ
クアツプする。そこで、本発明者等は、Ti源と
して水素化チタン(TiH2)粉末を用い、後に脱
水素することを想到した。水素化チタンを用いる
ことのメリツトは、酸化防止に効果的であるもみ
ならず、その良好な粉砕性により酸素ピツクアツ
プ量が減ずることにある。更に、脱水素の過程で
粉末の活性化効果も得られる。試行の結果、従来
品より酸素含有量の大巾な低減に成功した。
上記の知見に基いて、本発明は、チタン(Ti)
を20wt%以下含有するタングステン(W)−チタ
ン(Ti)合金ターゲツトにおいて、酸素含有量
が350〜800ppmに低減されたことを特徴とするタ
ングステン(W)−チタン(Ti)合金ターゲツト
並びにタングステン(W)粉末と水素化チタン
(TiH2)粉末とを混合し、生成混合粉を脱水素後
或いは脱水素しつつホツトプレスすることを特徴
とするタングステン(W)−チタン(Ti)合金タ
ーゲツトの製造方法を提供する。
発明の具体的説明 W−Ti合金ターゲツトは、20wt%以下のTi、
例えばTiを10〜20wt%含有するW−Ti合金製の、
スパツタリング目的のターゲツトである。ICデ
バイスの絶縁バリアー皮膜形成目的で上記Ti含
有量をとりうるが、代表的には10wt%前後のTi
を含有するW−Ti合金が使用されている。
本発明は、高純度W粉末と高純度TiH2粉末の
混合粉を使用することを基本とする。
TiH2粉末は高純度Ti粉を水素化することによ
り生成される。高純度Ti粉を得る好ましい方法
の一つは、純度99.99wt%以上のスポンジチタン
をエレクトロンビーム(EB)溶解し、生成EBイ
ンゴツトから切削によつてTi切粉を生成し、こ
れを酸洗等により表面浄化することである。この
方法により400〜500ppm酸素含有量の高純度Ti
切粉が入手しうる(Fe<10ppm)。切削は、ポー
ル盤、セーパー、旋盤等の工作機械の任意のもの
を用いて為しうるが、生産性、切粉の厚みの均一
性等の観点から施盤の使用が好ましく。切粉の厚
さは、酸素量をなるたけ増さずに後の水素化工程
が適度に進行しうるよう2mm以下とするのが好ま
しく。更に、厚さが大きすぎると切粉を切削しに
くくなることも厚さを2mm以下とする別の理由で
ある。厚さの下限は、かさ密度増加による取扱い
体積の増加を考慮して0.05mm厚程度とすることが
推奨される。好ましい態様は、0.1mm±40%程度
に厚さを揃えることである。表面浄化は、切削時
のFe汚染、酸化汚染等を除くため塩酸、硫酸等
の好ましくはELS等級以上の酸を用いての酸洗や
脱脂によりもたらされる。尚、EB溶解後のイン
ゴツトは、Mg、Cl等の不純物は除去精製される
が、Fe及びO2品位はほとんど変化しないので、
なるたけ高純度のスポンジチタンを使うことが肝
要である。
出発チタン粉末は、上記のようなEB溶解−切
削方法に限定されるものでないことは云うまでも
なく、例えばスポンジチタンの精製及びその粉
砕、市販チタン粉末の精製といつた方法も採用し
うる。
こうして得られた高純度Ti粉末(切粉)の水
素化はAr+H2気流中で300〜500℃の昇温下で適
宜の時間、例えば1〜5時間保持することにより
もたらされる。水素化は急激な水素吸収のため炉
内が負圧となつて危険であり、注意を要するが、
不活性ガス、特にAr+H2気流を流すことにより
急激な反応が有効に防止できて好都合である。30
〜60%Ar+40〜70%H2気流が使用できる。生成
する切粉状のTiH2を不活性雰囲気(Ar)中で粉
砕することにより所要のTiH2粉末が得られる。
粉砕は、Fe及びO2汚染を抑制するためAr中Mo
ライニングボールミルを使用して実施することが
推奨される。別様にはArグラブボツクス内でMo
製の乳棒及び乳鉢を用いて行なわれる。粉砕容器
も非汚染性ライニングを施したものを使用すべき
である。
粉砕工程を比較的活性の少ない且つ粉砕性の良
好なTiH2を用いて実施することが酸素ピツクア
ツプを最小限とする点で大きなメリツトを与え
る。
他方、W粉末は、最近アルカリ金属含有率が
100ppb以下そして放射性元素含有率が1ppb以下
の5N以上の高純度のものを調整する技術が確立
されている。これは、従来からの一般市販W或い
はその化合物を溶解して水溶液を生成し、該水溶
液を精製した後W結晶を晶出させ、該結晶を固液
分離、洗浄及び乾燥した後に加熱還元することに
よつて高純度W粉末を調整するものである。更
に、これら粉末に再溶解等の精製処理を施すこと
によつて更に高純度のW粉末を得ることができ
る。酸素含有量は200ppmの水準にある。
以上のようなTiH2粉末とW粉末とが、目標タ
ーゲツト組成に応じた然るべき比率で混合され
る。混合は例えばV形ミキサを用いることにより
実施される。Arのような不活性ガス雰囲気中で
行うことが望ましい。しかし、若干の酸素ピツク
アツプが起ることは避けられない。
混合物は次いで脱水素処理される。これは、
TiH2→Ti+H2の反応に基く。一般に600〜700℃
の温度において真空中又は不活性ガス中で脱水素
処理は実施される。発生する水素は、粉末表面に
還元作用を及ぼし、表面の活性化に寄与する。脱
水素すると、O2含有量が400〜600ppm(W−10wt
%Tiの場合)までどうしても増大する。
脱水素後の混合粉はホツトプレスにより成形さ
れ高密度化される。ホツトプレス条件は例えば次
の通りである: 温度:1200〜1500℃、好ましくは1200〜1400℃ 温度が低いと密度が上らず、逆に温度が高い
と酸素量が増加する。
圧力:250Kg/cm2以上 プレス圧は使用するダイスの耐力によつて決
定され、高耐力のものが使用しうる場合には高
いプレス圧を採用する。
時間:30分〜2時間 プレス温度及び圧力に応じて適宜決定される
が、プレス変位がなくなることが一つのめやす
である。その後、ホールドしてもよい。
雰囲気:真空(10-5Torr) 別法として、上記のように脱水素とホツトプレ
スとを別々に行なう替りに、同時に同じ設備を使
用しても実施可能である。先ず、W+TiH2混合
粉末をダイケースに充填し、10-5Torr水準にま
で真空引きして昇温する。600〜700℃で発生水素
のために真空圧力が上昇する。発生水素を完全に
排気するよう排気に充分時間をかけることが必要
である。ダイス内から水素の抜出しを助成する
為、ガス抜き口等の配備も可能である。圧力が再
び10-5Torrの水準に復帰してから通常のホツト
プレス操作を行なう。
後者の同時法の方がO2含有量を一層低減しう
るが、反面水素に伴う危険性が滞在するので注意
を要する。ヒータもH2との反応性を考慮してグ
ラフアイトヒータ等を採用せねばならない。
こうして、W−10wt%Ti合金の場合、脱水素
とホツトプレスを別々に行なう場合で500〜
700ppmO2含有量そして同時に行なう場合で200
〜400ppmO2含有量のホツトプレス焼結体が得られ
る。これを適宜機械加工することによりターゲツ
トが得られる。
本方法によるターゲツトは、1240〜2500ppmの
酸素含有量を有する従来ターゲツトに較べ、
800ppm以下、代表的に350〜700ppmへと大巾に
低減された酸素含有量のものである。
発明の効果 W−Ti合金ターゲツトの酸素含有量の低減化
に成功し、酸素に伴うスパツタリング時の障害を
軽減若しくは排除し、高品質の皮膜を高い信頼性
の下で形成することを可能ならしめる。
実施例 エレクトロンビーム溶解Tiインゴツトを旋盤
により0.1mm厚さに切削して得られたTi切粉を
Ar50%+H250%気流中400℃で3hr保持し、生成
TiH2切粉をAr中で粉砕してTiH2粉末を生成し
た。
上記TiH2粉末1040gとW粉末9000gをV型混
合器で混合し、混合粉末を真空加熱炉へ装入し
た。10-5Torr台まで真空排気後加熱したところ
400℃程度から炉内圧力は2Torrまで高くなつた
が680℃で2.5hr保持すると再び炉内は10-4Torr台
まで低くなつた。冷却後炉から取り出し、粉末
8721gを内型286φのダイスに充填し、1250℃×
300Kg/cm2×0.5hrの条件でホツトプレスた。でき
上つたターゲツトは、密度99.9%、酸素含有量
700ppmであつた。
同様にして、20wt%チタン含有率のターゲツ
トを製造した。この場合には、脱水素後の混合粉
は500〜700ppm酸素を含有したが、ホツトプレス
及び機械加工後ターゲツトの酸素量は800ppmを
超えることはなかつた。
比較例 市販のTi粉末1000gとW粉末9000gをV型混
合器で混合し、ホツトプレス用ダイスに充填し
た。ホツトプレスの条件は1250℃×300Kg/cm2×
0.5hrと実施例と同様とした。密度は99.9%であ
つたが酸素含有量は1500ppmであつた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 チタン(Ti)を20wt%以下含有するタング
    ステン(W)−チタン(Ti)合金ターゲツトにお
    いて、酸素含有量が350〜800ppmに低減されたこ
    とを特徴とするタングステン(W)−チタン
    (Ti)合金ターゲツト。 2 タングステン(W)粉末と水素化チタン
    (TiH2)粉末とを混合し、生成混合粉を脱水素後
    或いは脱水素しつつホツトプレスすることを特徴
    とするタングステン(W)−チタン(Ti)合金タ
    ーゲツトの製造方法。 3 水素化チタン粉末が高純度チタンのエレクト
    ロンビーム溶解インゴツトを切削して得られる切
    粉を(Ar+H2)気流中で加熱して水素化し、そ
    の後粉砕することにより生成される特許請求の範
    囲第2項記載の方法。
JP13771087A 1987-06-02 1987-06-02 タ−ゲツト及びその製造方法 Granted JPS63303017A (ja)

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