JPH06200370A - スパッタリング用Ｗ−Ｔｉターゲットの製造方法 - Google Patents
スパッタリング用Ｗ−Ｔｉターゲットの製造方法Info
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- JPH06200370A JPH06200370A JP35877692A JP35877692A JPH06200370A JP H06200370 A JPH06200370 A JP H06200370A JP 35877692 A JP35877692 A JP 35877692A JP 35877692 A JP35877692 A JP 35877692A JP H06200370 A JPH06200370 A JP H06200370A
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- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
- C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 水素化及び脱水素工程を省略することがで
き、所定の酸素水準を維持しつつ今後のＷ−Ｔｉターゲ
ット結晶組織の均一微細化への要求に対処しうるＷ−Ｔ
ｉターゲットの製造方法を確立する。 【構成】 ８０〜９９重量％タングステン粉末及び１〜
２０重量％チタン粉末をメカニカルアロイングにより１
０μｍ以上の寸法の粒子からなる合金粉末とし、該合金
粉末をホットプレスすることを特徴とするＷ−１〜２０
重量％Ｔｉスパッタリング用ターゲットの製造方法。メ
カニカルアロイングにおいては、Ｗ−Ｔｉ混合粉の急激
な微細化と凝集が繰り返し起こり、サブミクロン以下に
微細化した各原料粉からなる粒径が数十ミクロンの凝集
体が形成され、凝集粉は次第に等軸形状になり、内部で
は原料混合粉の均一化が進み、原子レベルの混合とな
り、合金化する。ホットプレス温度を従来より低くする
ことができる。ターゲット内に含まれるＴｉリッチ相の
最大粒径は約２μｍを超えない。
き、所定の酸素水準を維持しつつ今後のＷ−Ｔｉターゲ
ット結晶組織の均一微細化への要求に対処しうるＷ−Ｔ
ｉターゲットの製造方法を確立する。 【構成】 ８０〜９９重量％タングステン粉末及び１〜
２０重量％チタン粉末をメカニカルアロイングにより１
０μｍ以上の寸法の粒子からなる合金粉末とし、該合金
粉末をホットプレスすることを特徴とするＷ−１〜２０
重量％Ｔｉスパッタリング用ターゲットの製造方法。メ
カニカルアロイングにおいては、Ｗ−Ｔｉ混合粉の急激
な微細化と凝集が繰り返し起こり、サブミクロン以下に
微細化した各原料粉からなる粒径が数十ミクロンの凝集
体が形成され、凝集粉は次第に等軸形状になり、内部で
は原料混合粉の均一化が進み、原子レベルの混合とな
り、合金化する。ホットプレス温度を従来より低くする
ことができる。ターゲット内に含まれるＴｉリッチ相の
最大粒径は約２μｍを超えない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｗ−Ｔｉスパッタリン
グ用ターゲットの製造方法に関するものであり、特には
メカニカルアロイングによって得られた所定寸法のＷ−
Ｔｉ合金粉末をホットプレスすることを特徴とするＷ−
１〜２０重量％Ｔｉスパッタリング用ターゲットの製造
方法に関するものである。
グ用ターゲットの製造方法に関するものであり、特には
メカニカルアロイングによって得られた所定寸法のＷ−
Ｔｉ合金粉末をホットプレスすることを特徴とするＷ−
１〜２０重量％Ｔｉスパッタリング用ターゲットの製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】スパッタリングターゲットは、スパッタ
リングにより各種半導体デバイスの電極、ゲート、配
線、素子、保護膜等を基板上に形成するためのスパッタ
リング源となる、通常は円盤状の板である。加速された
粒子がターゲット表面に衝突するとき運動量の交換によ
りターゲットを構成する原子が空間に放出されて対向す
る基板上に堆積する。スパッタリングターゲットとして
は、Ａｌ合金ターゲット、高融点金属及び合金（Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎｂ等及びＷ−Ｔｉのようなそ
の合金）ターゲット、（ＭｏＳｉX 、ＷＳｉx 、ＮｉＳ
ｉx 等）ターゲット等が代表的に使用されている。特
に、ＩＣデバイスにおける拡散バリアーとしてＷ−Ｔｉ
合金製皮膜を作製するためにＷ−Ｔｉスパッタリング用
ターゲットを使用することが知られている。例えば、Ｗ
−１０ｗｔ％Ｔｉ合金ターゲットを用いてスパッタリン
グにより拡散バリアーを形成することが実施されており
そして幾種かのＷ−Ｔｉ合金ターゲットが既に市販され
ている。
リングにより各種半導体デバイスの電極、ゲート、配
線、素子、保護膜等を基板上に形成するためのスパッタ
リング源となる、通常は円盤状の板である。加速された
粒子がターゲット表面に衝突するとき運動量の交換によ
りターゲットを構成する原子が空間に放出されて対向す
る基板上に堆積する。スパッタリングターゲットとして
は、Ａｌ合金ターゲット、高融点金属及び合金（Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎｂ等及びＷ−Ｔｉのようなそ
の合金）ターゲット、（ＭｏＳｉX 、ＷＳｉx 、ＮｉＳ
ｉx 等）ターゲット等が代表的に使用されている。特
に、ＩＣデバイスにおける拡散バリアーとしてＷ−Ｔｉ
合金製皮膜を作製するためにＷ−Ｔｉスパッタリング用
ターゲットを使用することが知られている。例えば、Ｗ
−１０ｗｔ％Ｔｉ合金ターゲットを用いてスパッタリン
グにより拡散バリアーを形成することが実施されており
そして幾種かのＷ−Ｔｉ合金ターゲットが既に市販され
ている。
【０００３】こうしたＷ−Ｔｉ合金ターゲットは、タン
グステン粉末とチタン粉末とを混合して、粉末冶金法に
より、すなわ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。
グステン粉末とチタン粉末とを混合して、粉末冶金法に
より、すなわ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。
【０００４】出発原料となる市販チタン粉末は酸素含有
量が高い。これは、チタンが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存在するためであ
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。このような高酸素含有量のチタン粉末を原料
として粉末冶金法によりターゲットを製造すると、酸素
含有量の多いターゲットしか製造できない。
量が高い。これは、チタンが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存在するためであ
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。このような高酸素含有量のチタン粉末を原料
として粉末冶金法によりターゲットを製造すると、酸素
含有量の多いターゲットしか製造できない。
【０００５】酸素含有量の多いターゲットを用いてスパ
ッタリングを行うと、酸素の放離により、ターゲットの
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合
金ターゲットは、最低限でも１２４０ｐｐｍの酸素を含
み、多くは２５００ｐｐｍないしは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。
ッタリングを行うと、酸素の放離により、ターゲットの
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合
金ターゲットは、最低限でも１２４０ｐｐｍの酸素を含
み、多くは２５００ｐｐｍないしは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。
【０００６】こうした状況に鑑み、本出願人は、チタン
源として水素化チタン（ＴｉＨ2 ）粉末を使用し、後に
それを脱水素することを想到し、特開昭６３−３０３０
１７号において、タングステン（Ｗ）粉末と水素化チタ
ン（ＴｉＨ2 ）粉末とを混合し、生成混合粉末を脱水素
後或いは脱水素しつつホットプレスすることを特徴とす
るＷ−Ｔｉ合金ターゲットの製造方法を提唱した。この
方法により低酸素含有量のＷ−Ｔｉ合金ターゲットの製
造が可能となり、多くの成果を得た。
源として水素化チタン（ＴｉＨ2 ）粉末を使用し、後に
それを脱水素することを想到し、特開昭６３−３０３０
１７号において、タングステン（Ｗ）粉末と水素化チタ
ン（ＴｉＨ2 ）粉末とを混合し、生成混合粉末を脱水素
後或いは脱水素しつつホットプレスすることを特徴とす
るＷ−Ｔｉ合金ターゲットの製造方法を提唱した。この
方法により低酸素含有量のＷ−Ｔｉ合金ターゲットの製
造が可能となり、多くの成果を得た。
【０００７】Ｗ−Ｔｉ合金ターゲットは現在主に、１Ｍ
ｅｇａ以上の拡散バリアーとして各種ＩＣデバイスに用
いられている。しかしながら、こうしたターゲットを用
いてスパッタリングを行うと、パーティクルが多く発生
し、配線巾が１μｍ未満、例えば０．５μｍのデバイス
用には使用が困難であることが改めて問題視されるよう
になった。パーティクルとは、薄膜形成時に装置内を飛
散する粒子がクラスター化して基板上に堆積したものを
云うのであるが、このクラスター化粒子は直径が数μｍ
程度にまで大きくなるものが多いので、これが基板上に
堆積すると、例えばＬＳＩの場合は配線の短絡或いは逆
に断線を引き起こす等の問題を生じ、不良率増大の原因
となる。これらのパーティクルは、ターゲット自体に起
因するものや薄膜形成装置に起因するもの等の種々の要
因がある。
ｅｇａ以上の拡散バリアーとして各種ＩＣデバイスに用
いられている。しかしながら、こうしたターゲットを用
いてスパッタリングを行うと、パーティクルが多く発生
し、配線巾が１μｍ未満、例えば０．５μｍのデバイス
用には使用が困難であることが改めて問題視されるよう
になった。パーティクルとは、薄膜形成時に装置内を飛
散する粒子がクラスター化して基板上に堆積したものを
云うのであるが、このクラスター化粒子は直径が数μｍ
程度にまで大きくなるものが多いので、これが基板上に
堆積すると、例えばＬＳＩの場合は配線の短絡或いは逆
に断線を引き起こす等の問題を生じ、不良率増大の原因
となる。これらのパーティクルは、ターゲット自体に起
因するものや薄膜形成装置に起因するもの等の種々の要
因がある。
【０００８】特に最近では、ターゲット起因のパーティ
クル問題が大きくクローズアップされており、本件出願
人らは先に、市販Ｗ−Ｔｉ合金ターゲットにおけるＴｉ
リッチ相の平均粒径は数１０μｍ〜１００μｍと大きい
のが特徴であり、このようなターゲットをスパッタリン
グすると、大きなＴｉリッチ相が優先的にスパッターさ
れ、これがパーティクル多量発生の主原因となっている
ことを究明するに至った。そこで、チタン源として、粒
径６０μｍ以下の水素化チタン（ＴｉＨ2 ）粉末を使用
して、これをタングステン粉末と混合し、生成混合粉末
を脱水素後或いは脱水素しつつホットプレスすることに
より、Ｗ−Ｔｉ合金ターゲット中に含まれるＴｉリッチ
相の粒径を５０μｍ以下とすることにより低酸素含有量
を保持したままパーティクル発生量を低減することに成
功した（特開平４−２３２２６０号）。
クル問題が大きくクローズアップされており、本件出願
人らは先に、市販Ｗ−Ｔｉ合金ターゲットにおけるＴｉ
リッチ相の平均粒径は数１０μｍ〜１００μｍと大きい
のが特徴であり、このようなターゲットをスパッタリン
グすると、大きなＴｉリッチ相が優先的にスパッターさ
れ、これがパーティクル多量発生の主原因となっている
ことを究明するに至った。そこで、チタン源として、粒
径６０μｍ以下の水素化チタン（ＴｉＨ2 ）粉末を使用
して、これをタングステン粉末と混合し、生成混合粉末
を脱水素後或いは脱水素しつつホットプレスすることに
より、Ｗ−Ｔｉ合金ターゲット中に含まれるＴｉリッチ
相の粒径を５０μｍ以下とすることにより低酸素含有量
を保持したままパーティクル発生量を低減することに成
功した（特開平４−２３２２６０号）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記の方法は、水素化
チタン粉末の調製と水素化チタン粉末とタングステン粉
末の混合粉末の脱水素という工程を必要とする。水素化
は急激な水素吸収のため炉内が負圧となるので非常に危
険な工程である。脱水素工程も５００〜７００℃の温度
において真空中或いは不活性雰囲気で実施されるが、酸
素含有量を増加せしめまた発生する水素の管理に注意を
要する。更には、今後、パーティクル発生量を低減する
ために、さらにターゲットの結晶組織の均一微細化が求
められた場合、粉体の細粒化に伴い比表面積が幾何級数
的に増大するため工程の複雑化及び酸素等不純物汚染の
問題が生じる。粉砕及び分級工程が従来のボールミル及
び分篩等ではもはや限界であり、事実上できなくなる。
チタン粉末の調製と水素化チタン粉末とタングステン粉
末の混合粉末の脱水素という工程を必要とする。水素化
は急激な水素吸収のため炉内が負圧となるので非常に危
険な工程である。脱水素工程も５００〜７００℃の温度
において真空中或いは不活性雰囲気で実施されるが、酸
素含有量を増加せしめまた発生する水素の管理に注意を
要する。更には、今後、パーティクル発生量を低減する
ために、さらにターゲットの結晶組織の均一微細化が求
められた場合、粉体の細粒化に伴い比表面積が幾何級数
的に増大するため工程の複雑化及び酸素等不純物汚染の
問題が生じる。粉砕及び分級工程が従来のボールミル及
び分篩等ではもはや限界であり、事実上できなくなる。
【００１０】本発明の課題は、水素化及び脱水素工程を
省略することができ、所定の酸素水準を維持しつつ今後
のＷ−Ｔｉターゲット結晶組織の均一微細化への要求に
対処しうるＷ−Ｔｉターゲットの製造方法を確立するこ
とである。
省略することができ、所定の酸素水準を維持しつつ今後
のＷ−Ｔｉターゲット結晶組織の均一微細化への要求に
対処しうるＷ−Ｔｉターゲットの製造方法を確立するこ
とである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】現状のチタン源粉末とタ
ングステン粉末とを混合してそれをホットプレスすると
いう製造工程では、粉体の一層の細粒化を進める上で本
質的に制約が内在しており、本発明者はまったく新規な
Ｗ−Ｔｉスパッタリングターゲット粉体製造プロセスと
してメカニカルアロイング法の採用を想到した。試行の
結果、メカニカルアロイングにより得られる１０μｍ以
上のＷ−Ｔｉ合金二次粒子粉からなる粉末を用い、それ
をホットプレスすることにより、従来の製造工程では困
難であったＴｉリッチ相の粒径を５０μｍ以下とし、し
かも酸素濃度が所定水準以下の均一微細な結晶組織を有
するターゲットの製造が可能であることが判明した。メ
カニカルアロイングでは比較的大きな原料粉末粒子を使
用できるので、微細な出発原料粉末の使用に伴う酸素混
入の問題が回避でき、しかも二次粒子の使用は酸化問題
の軽減化に極めて有用であることが判明した。加えて、
メカニカルアロイングにより得られた合金粉末を使用す
るとホットプレス温度を従来より低くすることができま
たホットプレス時間を短縮でき、それだけ酸化問題及び
結晶粒の粗大化問題を軽減することができるという予想
以上の利益が得られることが判明した。従って、メカニ
カルアロイングは、粉末の調製のみならず、ホットプレ
スの点からも酸素汚染防止等に有益なのである。水素化
及び脱水素工程は一切関与しない。
ングステン粉末とを混合してそれをホットプレスすると
いう製造工程では、粉体の一層の細粒化を進める上で本
質的に制約が内在しており、本発明者はまったく新規な
Ｗ−Ｔｉスパッタリングターゲット粉体製造プロセスと
してメカニカルアロイング法の採用を想到した。試行の
結果、メカニカルアロイングにより得られる１０μｍ以
上のＷ−Ｔｉ合金二次粒子粉からなる粉末を用い、それ
をホットプレスすることにより、従来の製造工程では困
難であったＴｉリッチ相の粒径を５０μｍ以下とし、し
かも酸素濃度が所定水準以下の均一微細な結晶組織を有
するターゲットの製造が可能であることが判明した。メ
カニカルアロイングでは比較的大きな原料粉末粒子を使
用できるので、微細な出発原料粉末の使用に伴う酸素混
入の問題が回避でき、しかも二次粒子の使用は酸化問題
の軽減化に極めて有用であることが判明した。加えて、
メカニカルアロイングにより得られた合金粉末を使用す
るとホットプレス温度を従来より低くすることができま
たホットプレス時間を短縮でき、それだけ酸化問題及び
結晶粒の粗大化問題を軽減することができるという予想
以上の利益が得られることが判明した。従って、メカニ
カルアロイングは、粉末の調製のみならず、ホットプレ
スの点からも酸素汚染防止等に有益なのである。水素化
及び脱水素工程は一切関与しない。
【００１２】スパッタリングターゲット材料を対象とし
てメカニカルアロイングを応用したことを記載する文献
は未だない。例えば、日本金属学会会報第２７巻、第１
０号（１９８８）に「小特集：メカニカルアロイングの
最近の研究動向」として幾つかの研究報告が総括されて
いるが、Ｗ−Ｔｉ合金に関するものはなく、またスパッ
タリングターゲット固有の問題に言及したものはない。
てメカニカルアロイングを応用したことを記載する文献
は未だない。例えば、日本金属学会会報第２７巻、第１
０号（１９８８）に「小特集：メカニカルアロイングの
最近の研究動向」として幾つかの研究報告が総括されて
いるが、Ｗ−Ｔｉ合金に関するものはなく、またスパッ
タリングターゲット固有の問題に言及したものはない。
【００１３】この知見に基づいて、本発明は、Ｗ−１〜
２０重量％Ｔｉからなるスパッタリング用ターゲットの
製造方法において、８０〜９９重量％タングステン粉末
及び１〜２０重量％チタン粉末をメカニカルアロイング
により１０μｍ以上の寸法範囲の粒子からなる合金粉末
とし、該合金粉末をホットプレスすることを特徴とする
Ｗ−１〜２０重量％Ｔｉスパッタリング用ターゲットの
製造方法を提供するものである。ホットプレスを９００
〜１５００℃の温度範囲において実施することが好まし
い。本発明により製造されたターゲットは、所定水準の
酸素含有量を維持しつつ結晶粒が５μｍ以下であること
により特徴づけられる。チタンの水素化及び脱水素工程
は不要である。
２０重量％Ｔｉからなるスパッタリング用ターゲットの
製造方法において、８０〜９９重量％タングステン粉末
及び１〜２０重量％チタン粉末をメカニカルアロイング
により１０μｍ以上の寸法範囲の粒子からなる合金粉末
とし、該合金粉末をホットプレスすることを特徴とする
Ｗ−１〜２０重量％Ｔｉスパッタリング用ターゲットの
製造方法を提供するものである。ホットプレスを９００
〜１５００℃の温度範囲において実施することが好まし
い。本発明により製造されたターゲットは、所定水準の
酸素含有量を維持しつつ結晶粒が５μｍ以下であること
により特徴づけられる。チタンの水素化及び脱水素工程
は不要である。
【００１４】「メカニカルアロイング」とは、粉砕媒体
である硬質のボールまたはロッドと一般に複数種の原料
粉末混合物を密閉容器に充填し、転動あるいは機械的な
攪拌によりミリングを行ったときに起こる構成成分の超
微細混合、合金化、その限界としてのアモルファス化状
態に持ちきたすことを云う。
である硬質のボールまたはロッドと一般に複数種の原料
粉末混合物を密閉容器に充填し、転動あるいは機械的な
攪拌によりミリングを行ったときに起こる構成成分の超
微細混合、合金化、その限界としてのアモルファス化状
態に持ちきたすことを云う。
【００１５】
【作用】Ｗ−Ｔｉ合金ターゲットは、Ｔｉを１〜２０ｗ
ｔ％含有するＷ−Ｔｉ合金製のスパッタリング目的のタ
ーゲットである。ＩＣデバイスの拡散バリアー皮膜形成
目的で代表的には１０ｗｔ％前後のチタンを含有するＷ
−Ｔｉ合金ターゲットが使用されている。１〜２０重量
％チタンを含有するものが使用可能である。
ｔ％含有するＷ−Ｔｉ合金製のスパッタリング目的のタ
ーゲットである。ＩＣデバイスの拡散バリアー皮膜形成
目的で代表的には１０ｗｔ％前後のチタンを含有するＷ
−Ｔｉ合金ターゲットが使用されている。１〜２０重量
％チタンを含有するものが使用可能である。
【００１６】本発明プロセスでは、粉砕媒体及び容器か
らの汚染対策を施したボールミル、ロッドミル及び転動
ミル等の高エネルギーミルに原料粉として好ましくは平
均粒径１〜１００μｍのタングステン粉末及びチタン粉
末を投入する。投入する原料粉の平均粒径が１００μｍ
以上であればメカニカルアロイングによるシリサイド化
に時間がかかり、一方１μｍ未満では原料粉の酸素濃度
が高く、使用不適切である。しかし、従来より大きな寸
法のチタン粉末を使用することができ、それだけ出発粉
末から混入する酸素量を低減することができる。ここ
で、原料投入量と粉砕媒体の量との比は１：１０〜１：
１００であることが好ましい。この１：１００未満では
バッチ当たりの処理量が小さく量産性に劣り、１：１０
以上ではシリサイド化にかかる時間が長くなるためであ
る。なお、原料投入後、容器内を不活性雰囲気にするこ
とによりメカニカルアロイング時の酸素汚染を防ぐこと
ができる。
らの汚染対策を施したボールミル、ロッドミル及び転動
ミル等の高エネルギーミルに原料粉として好ましくは平
均粒径１〜１００μｍのタングステン粉末及びチタン粉
末を投入する。投入する原料粉の平均粒径が１００μｍ
以上であればメカニカルアロイングによるシリサイド化
に時間がかかり、一方１μｍ未満では原料粉の酸素濃度
が高く、使用不適切である。しかし、従来より大きな寸
法のチタン粉末を使用することができ、それだけ出発粉
末から混入する酸素量を低減することができる。ここ
で、原料投入量と粉砕媒体の量との比は１：１０〜１：
１００であることが好ましい。この１：１００未満では
バッチ当たりの処理量が小さく量産性に劣り、１：１０
以上ではシリサイド化にかかる時間が長くなるためであ
る。なお、原料投入後、容器内を不活性雰囲気にするこ
とによりメカニカルアロイング時の酸素汚染を防ぐこと
ができる。
【００１７】メカニカルアロイング時間は上記した投入
原料の粒径及び原料投入量と粉砕媒体との比に強く依存
する。メカニカルアロイング化は４つの段階をとって進
行する。第１段階は、投入された原料混合粉の粉砕及び
混合が進行する段階であり、第２段階は、混合粉の急激
な微細化と凝集が繰り返し起こり、サブミクロン以下に
微細化した各原料粉からなる粒径が数十ミクロンの凝集
体が形成される段階である。第３段階では、凝集粉は次
第に等軸形状になり、内部では原料混合粉の均一化が一
層進み、原子レベルの混合となり、合金化する。第４段
階では、合金化した原料混合分の結晶構造が最終的に壊
れ、アモルファス化する。
原料の粒径及び原料投入量と粉砕媒体との比に強く依存
する。メカニカルアロイング化は４つの段階をとって進
行する。第１段階は、投入された原料混合粉の粉砕及び
混合が進行する段階であり、第２段階は、混合粉の急激
な微細化と凝集が繰り返し起こり、サブミクロン以下に
微細化した各原料粉からなる粒径が数十ミクロンの凝集
体が形成される段階である。第３段階では、凝集粉は次
第に等軸形状になり、内部では原料混合粉の均一化が一
層進み、原子レベルの混合となり、合金化する。第４段
階では、合金化した原料混合分の結晶構造が最終的に壊
れ、アモルファス化する。
【００１８】本発明において、目標とするメカニカルア
ロイング粉の性状は主として、上記した第３段階に相当
する、５μｍ以下のー次粒が約１０μｍ以上の大きさに
凝集した二次粒子粉の状態であるが、第４段階のアモル
ファス化した粒でもよい。こうした一次粒子が凝集した
二次粒子は一次粒子を内部に包み込んだ形態をしている
ために酸化防止能力に優れそして適度の大きさに凝集し
ているからプレス成形性に優れるので、スパッタリング
ターゲットをホットプレスにより成形する原料として適
する。１０μｍ以上に凝集した二次粒子粉を得ることが
好ましいが、これは、１０μｍ未満ではメカニカルアロ
イング後容器から取り出した際、酸素汚染を強く受ける
ためである。また、第２段階で現れるまだ合金化してい
ない一次粒子の凝集体では、ホットプレス段階に負担を
かけ、一方、第４段階で現れるアモルファス化した粒で
は、ミリング時間が長く、量産性に適さないが、但し使
用可能である。
ロイング粉の性状は主として、上記した第３段階に相当
する、５μｍ以下のー次粒が約１０μｍ以上の大きさに
凝集した二次粒子粉の状態であるが、第４段階のアモル
ファス化した粒でもよい。こうした一次粒子が凝集した
二次粒子は一次粒子を内部に包み込んだ形態をしている
ために酸化防止能力に優れそして適度の大きさに凝集し
ているからプレス成形性に優れるので、スパッタリング
ターゲットをホットプレスにより成形する原料として適
する。１０μｍ以上に凝集した二次粒子粉を得ることが
好ましいが、これは、１０μｍ未満ではメカニカルアロ
イング後容器から取り出した際、酸素汚染を強く受ける
ためである。また、第２段階で現れるまだ合金化してい
ない一次粒子の凝集体では、ホットプレス段階に負担を
かけ、一方、第４段階で現れるアモルファス化した粒で
は、ミリング時間が長く、量産性に適さないが、但し使
用可能である。
【００１９】このようにして得られたメカニカルアロイ
ングＷ−Ｔｉ合金粉はホットプレスされそして高密度化
される。ホットプレス条件は次の通りである： （１）温度：９００〜１５００℃ 温度が低いと密度が増大せず、他方温度が高いとＴｉリ
ッチ相の粒子数は減少するが、反面酸素量が増大する。 （２）圧力：２５０kg/cm2以上。 プレス圧は使用するダイスの耐力によって決定され、高
い耐力のダイスが使用出来る場合には相応に高いプレス
圧を使用する。 （３）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
変位が生じなくなることがプレス終了の一つの目安であ
る。その後、ホールドしても良い。長時間のプレス、ホ
ールドによりＴｉリッチ相の粒子の数は減少する。 （４）雰囲気：真空（１０-5Ｔｏｒｒ） 本発明においては、ホットプレス時に既にＷ−Ｔｉ合金
が微粒子として均一に存在しているので、従来より焼結
温度を低くそしてプレス時間を短くすることができる。
ホットプレス温度を減じそしてプレス時間を短縮しうる
ことはそれだホットプレス中に生じる酸化を軽減できま
た結晶粒の粗大化が防止できるので、大きな利点であ
る。
ングＷ−Ｔｉ合金粉はホットプレスされそして高密度化
される。ホットプレス条件は次の通りである： （１）温度：９００〜１５００℃ 温度が低いと密度が増大せず、他方温度が高いとＴｉリ
ッチ相の粒子数は減少するが、反面酸素量が増大する。 （２）圧力：２５０kg/cm2以上。 プレス圧は使用するダイスの耐力によって決定され、高
い耐力のダイスが使用出来る場合には相応に高いプレス
圧を使用する。 （３）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
変位が生じなくなることがプレス終了の一つの目安であ
る。その後、ホールドしても良い。長時間のプレス、ホ
ールドによりＴｉリッチ相の粒子の数は減少する。 （４）雰囲気：真空（１０-5Ｔｏｒｒ） 本発明においては、ホットプレス時に既にＷ−Ｔｉ合金
が微粒子として均一に存在しているので、従来より焼結
温度を低くそしてプレス時間を短くすることができる。
ホットプレス温度を減じそしてプレス時間を短縮しうる
ことはそれだホットプレス中に生じる酸化を軽減できま
た結晶粒の粗大化が防止できるので、大きな利点であ
る。
【００２０】製造されたＷ−Ｔｉターゲットは、Ｗリッ
チ相にＴｉリッチ相が点在する組織を有し、このＴｉリ
ッチ相の平均粒径は５０μｍ以下である。そのため、本
発明のターゲットをスパッタリングするとき、パーティ
クルが多量に発生しない。ホットプレス条件の最適化に
よりターゲット表面におけるＴｉリッチ相の粒子数を４
００個／ｍｍ2 以下とすることが好ましい。Ｗ−１０ｗ
ｔ％Ｔｉターゲットの場合Ｗリッチ相のＴｉ含有率は７
ｗｔ％以上であることが好ましい。
チ相にＴｉリッチ相が点在する組織を有し、このＴｉリ
ッチ相の平均粒径は５０μｍ以下である。そのため、本
発明のターゲットをスパッタリングするとき、パーティ
クルが多量に発生しない。ホットプレス条件の最適化に
よりターゲット表面におけるＴｉリッチ相の粒子数を４
００個／ｍｍ2 以下とすることが好ましい。Ｗ−１０ｗ
ｔ％Ｔｉターゲットの場合Ｗリッチ相のＴｉ含有率は７
ｗｔ％以上であることが好ましい。
【００２１】
（Ａ）原料粉： （１）タングステン粉：平均粒径５μｍ、酸素濃度１５
０ｐｐｍ（重量） （２）チタン粉：平均粒径１００μｍ、酸素濃度１２０
０ｐｐｍ（重量） （Ｂ）ミリング装置：汚染対策を施したロッドミルを使
用。 （Ｃ）ミリング条件： （１）原料粉と粉砕媒体であるロッドの体積比を１：４
０とした。 （２）回転数は６０回転 （３）原料粉投入後、容器をＡｒで置換。 （Ｄ）結果：ミリング２００時間後、１μｍ以下のＷ−
Ｔｉ合金ー次粒が約５０μｍに凝集した二次粒子粉が得
られた。取り出し直後の酸素濃度は７００ｐｐｍ（重
量）であった。このＷ−Ｔｉ合金粉を１３５０℃の温度
で真空ホットプレスし、Ｗ−１０重量％合金ターゲット
を製造した。ターゲットの組織を調ベたところ、ターゲ
ット内に含まれるＴｉリッチ相の最大粒径は約２μｍを
超えていないことを確認した。酸素水準も７００ｐｐｍ
と所要の水準を維持した。
０ｐｐｍ（重量） （２）チタン粉：平均粒径１００μｍ、酸素濃度１２０
０ｐｐｍ（重量） （Ｂ）ミリング装置：汚染対策を施したロッドミルを使
用。 （Ｃ）ミリング条件： （１）原料粉と粉砕媒体であるロッドの体積比を１：４
０とした。 （２）回転数は６０回転 （３）原料粉投入後、容器をＡｒで置換。 （Ｄ）結果：ミリング２００時間後、１μｍ以下のＷ−
Ｔｉ合金ー次粒が約５０μｍに凝集した二次粒子粉が得
られた。取り出し直後の酸素濃度は７００ｐｐｍ（重
量）であった。このＷ−Ｔｉ合金粉を１３５０℃の温度
で真空ホットプレスし、Ｗ−１０重量％合金ターゲット
を製造した。ターゲットの組織を調ベたところ、ターゲ
ット内に含まれるＴｉリッチ相の最大粒径は約２μｍを
超えていないことを確認した。酸素水準も７００ｐｐｍ
と所要の水準を維持した。
【００２２】
【発明の効果】配線巾が１μｍ未満のＩＣデバイスにお
いても、良好な絶縁バリアーとして使用されるＷ−Ｔｉ
合金皮膜の形成が可能となり、ＩＣデバイスの信頼性を
高めることができる。メカニカルアロイングの作用とホ
ットプレス温度の低減を通して、従来の製造工程では困
難であったＴｉリッチ相が５μｍ以下であり、かつ酸素
濃度を所定水準に維持して均一微細な結晶組織を有する
スパッタリングターゲットの製造を可能とした。
いても、良好な絶縁バリアーとして使用されるＷ−Ｔｉ
合金皮膜の形成が可能となり、ＩＣデバイスの信頼性を
高めることができる。メカニカルアロイングの作用とホ
ットプレス温度の低減を通して、従来の製造工程では困
難であったＴｉリッチ相が５μｍ以下であり、かつ酸素
濃度を所定水準に維持して均一微細な結晶組織を有する
スパッタリングターゲットの製造を可能とした。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福世 秀秋 茨城県北茨城市華川町臼場187番地４株式 会社日鉱共石磯原工場内 (72)発明者 大橋 建夫 茨城県北茨城市華川町臼場187番地４株式 会社日鉱共石磯原工場内
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｗ−１〜２０重量％Ｔｉからなるスパッ
タリング用ターゲットの製造方法において、８０〜９９
重量％タングステン粉末及び１〜２０重量％チタン粉末
をメカニカルアロイングにより１０μｍ以上の寸法範囲
の粒子からなる合金粉末とし、該合金粉末をホットプレ
スすることを特徴とするＷ−１〜２０重量％Ｔｉスパッ
タリング用ターゲットの製造方法。 - 【請求項２】 ホットプレスを９００〜１５００℃の温
度範囲において実施することを特徴とする請求項１のス
パッタリング用ターゲットの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35877692A JPH06200370A (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | スパッタリング用Ｗ−Ｔｉターゲットの製造方法 |
| US08/172,504 US5415829A (en) | 1992-12-28 | 1993-12-22 | Sputtering target |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35877692A JPH06200370A (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | スパッタリング用Ｗ−Ｔｉターゲットの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06200370A true JPH06200370A (ja) | 1994-07-19 |
Family
ID=18461053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35877692A Withdrawn JPH06200370A (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | スパッタリング用Ｗ−Ｔｉターゲットの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06200370A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001295035A (ja) * | 2000-04-11 | 2001-10-26 | Toshiba Corp | スパッタリングターゲットおよびその製造方法 |
| CN104611599A (zh) * | 2015-01-13 | 2015-05-13 | 西安理工大学 | 一种细晶钨钛合金的制备方法 |
| CN111230129A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-06-05 | 宁波江丰电子材料股份有限公司 | 一种钨钛混粉方法 |
-
1992
- 1992-12-28 JP JP35877692A patent/JPH06200370A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001295035A (ja) * | 2000-04-11 | 2001-10-26 | Toshiba Corp | スパッタリングターゲットおよびその製造方法 |
| CN104611599A (zh) * | 2015-01-13 | 2015-05-13 | 西安理工大学 | 一种细晶钨钛合金的制备方法 |
| CN111230129A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-06-05 | 宁波江丰电子材料股份有限公司 | 一种钨钛混粉方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000307 |