JPH06207267A - スパッタリング用ターゲットおよびその製造方法 - Google Patents

スパッタリング用ターゲットおよびその製造方法

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JPH06207267A
JPH06207267A JP1810093A JP1810093A JPH06207267A JP H06207267 A JPH06207267 A JP H06207267A JP 1810093 A JP1810093 A JP 1810093A JP 1810093 A JP1810093 A JP 1810093A JP H06207267 A JPH06207267 A JP H06207267A
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JP
Japan
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titanium
nitrogen
target
atomic ratio
sputtering
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Pending
Application number
JP1810093A
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English (en)
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Eiji Hirakawa
英司 平川
Akitoshi Hiraki
明敏 平木
Akira Kawakami
章 川上
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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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 & Material Sciences (AREA)
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パーティクルを低減できるスパッタリング用
ターゲットおよびその製造方法を提供する。 【構成】 本発明のターゲットは実質的にチタンと窒素
で構成され、窒素とチタンの原子比(窒素/チタン)が
0.85以下、ターゲット組織における平均結晶粒径が
100μm以下であり、チタンと窒素が概ね均一に固溶
しあった相を主体とすることを特徴とするスパッタリン
グ用ターゲットである。本発明のターゲットは窒化チタ
ン粉末とチタン粉末の混合物をチタンの融点以下の温度
で加圧焼結して窒素とチタンの原子比(窒素/チタン)
が0.85以下の焼結体とし、次いで得られた焼結体を
チタンの融点以下で溶体化処理することにより得ること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、反応性スパッタリング
または通常スパッタリングによって窒素とチタンよりな
る膜を生成するためのスパッタリング用ターゲットおよ
びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年LSIの高集積化に伴い、コンタク
トホール下に形成されるP型あるいはN型のドープ層は
より浅く、狭い領域に形成されるようになってきてい
る。上述したLSIのドープ層が浅い場合、配線として
使用されるアルミニウム等をシリコン基板上に直接形成
すると、これらが相互拡散反応を起こしアルミニウム等
がドープ層を容易に突き破り、半導体の接合構造を破壊
するという問題が起こる。
【0003】このような相互拡散反応を防止するため、
配線と半導体シリコンとの間のオーミックコンタクトに
チタン−タングステン合金層あるいは窒化チタン化合物
層といった高融点材料からなる拡散防止層(バリアメタ
ル層とも言う)を形成することが行われている。拡散防
止層のうち窒化チタン化合物層は特に拡散防止性に優れ
ているとされ、窒化チタン化合物層を拡散防止層とする
ための研究が進められているところである。
【0004】拡散防止層となる窒化チタン化合物層を形
成する方法としては、月刊 Semiconductor World 199
2.12,p196-p205あるいは月刊 Semiconductor World 19
89.12,p189-p192に示されるように、通常次の方法が用
いられている。 (1)純チタンターゲットを用いてスパッタリングする
ことによりチタン薄膜をシリコン基板上に形成した後、
窒素あるいはアンモニアガス雰囲気で加熱処理すること
によって、チタン薄膜の表層を窒化し窒化チタン化合物
層を形成する熱窒化法。 (2)純チタンターゲットを用いてスパッタリングガス
中の窒素と反応させ化学量論組成の窒化チタン薄膜を形
成する反応性スパッタリング法。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上述し
た反応性スパッタリング法に純チタンターゲットに変え
て化学量論組成よりもチタンが過剰であるターゲット、
(以下TiNxターゲットという)を使用すると、生成
薄膜中の組成とスパッタリング条件のヒステリシス性を
低減できることを見いだし、特願平4−44653号、
特願平4−172092号等で出願している。
【0006】また特開昭63−259075号公報に記
載されるようにTiNxターゲットを用いて通常のスパ
ッタリングを行い窒素とチタンの比を変えた皮膜を得よ
うとする試みも行われている。このように、TiNxタ
ーゲットの用途は拡大しつつあるが、上述した反応性ス
パッタリング法および通常のスパッタリング法に共通し
て、スパッタリング期間中に発生するパーティクルをよ
り低減することが解決すべき大きな課題となっている。
このパーティクルというのは、生成薄膜に付着する異物
粒子のことであり、例えば半導体の拡散防止層にこのパ
ーティクルが発生すると、部分的な断線や短絡の原因と
なる。本発明の目的は、スパッタリング期間中に発生す
るパーティクルを低減できるTiNxターゲットおよび
その製造方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らが、TiNx
ターゲットの組織とパーティクル発生の関係を研究した
ところ、パーティクル発生を抑えるにはターゲット密度
を高めるだけでは十分ではなく、ターゲット密度を高め
た上でさらにターゲット中のチタン原子の偏在をなくす
こと、およびターゲット組織における平均結晶粒径をで
きるだけ小さくすることが有効であることを見いだし本
発明に到達した。
【0008】すなわち本発明は、実質的にチタンと窒素
で構成され、窒素とチタンの原子比(以下窒素/チタン
原子比という)が0.85以下、ターゲット組織におけ
る平均結晶粒径が100μm以下であり、チタンと窒素
が概ね均一に固溶しあった相を主体とすることを特徴と
するスパッタリング用ターゲットである。
【0009】もう一つの本発明は、実質的にチタンと窒
素で構成され、窒素/チタン原子比が0.85以下、タ
ーゲット組織における平均結晶粒径が100μm以下で
あり、再結晶組織を有することを特徴とするスパッタリ
ング用ターゲットである。
【0010】上述した本発明のターゲットは窒化チタン
粉末とチタン粉末の混合物をチタンの融点以下の温度で
加圧焼結して窒素/チタン原子比が0.85以下の焼結
体とし、次いで得られた焼結体をチタンの融点以下の温
度で溶体化処理することによって得ることができる。
【0011】本発明で、概ね均一に固溶しあっているか
どうかは、ターゲットを弗硝酸水溶液でエッチングする
ことにより確認することができる。均一に固溶していな
いとチタンの濃度が高い部分は選択的にエッチングされ
るため、窒化チタン粒が浮き上がり砂粒状の組織となる
か、虫食い状のくぼみが生成する。また本発明でいう再
結晶組織とは、原料中のチタンが窒化チタン粒子内に固
溶するとともに結晶が成長しており、明確な結晶粒界で
結晶粒同士が区切られている組織をいうものである。
【0012】
【作用】本発明の最大の特徴の一つは、上述したように
チタンと窒素を概ね均一に固溶した組織としたことであ
る。チタンは1670℃の融点を持つ金属であり、30
00℃を越える融点を持つ化合物である窒化チタンと異
なり、加圧焼結時に窒化チタン粒を取りまくメタルバイ
ンダ的な役目を果たし、焼結密度を高める作用がある。
しかし、チタンは窒化チタンよりもスパッタリング速度
が速いため、最終製品であるターゲット組織中に未固溶
のチタンあるいはチタン濃度の高い部分が存在するとそ
の部分だけスパッタリングされてしまい、浮き上がった
窒化チタン粒がターゲットから剥離しパーティクルの原
因となる。
【0013】このような未固溶のチタンの存在およびチ
タン濃度の高い部分の存在に起因するパーティクルの発
生を抑えるために、本発明においては焼結後に溶体化処
理を施す。本発明の溶体化処理により得られるターゲッ
ト組織はチタンと窒素が概ね均一に固溶した新規な組織
であり、また結晶粒が成長しており、明確な結晶粒界で
結晶粒同士が区切られた新規な再結晶組織になってい
る。
【0014】また本発明の製造方法における加圧焼結温
度および溶体化処理温度はチタンの融点以下であること
が必要である。これはチタンの融点を越える場合、チタ
ンが窒化チタン内に急速に固溶するとともに結晶粒が急
速に巨大化してしまうためである。結晶粒が巨大化する
と、結晶方位の違いによる結晶粒毎のスパッタリング速
度の差が無視できなくなり、スパッタリング期間が長く
なるとターゲット表面の段差が大きくなって、段差部分
の欠けによるパーティクルが増加していくことになる。
したがって、加圧焼結温度および溶体化処理温度はチタ
ンの融点を越えない温度とする。ターゲット組織中の平
均結晶粒径は小さいほどよいが、100μm以下では大
きな問題にならなかったため、本発明のターゲットでは
平均結晶粒径は100μm以下と規定している。
【0015】本発明のターゲットにおいて窒素/チタン
原子比を0.85以下と規定している。これは0.85
を越えると、ターゲット密度が低下して脆くなりスパッ
タリング中のパーティクル増加の他の要因となるためで
ある。なお、窒素/チタン原子比が0.2未満ではター
ゲットは窒素量が少なすぎてTiNxターゲットとする
実質的な利点が少ないため、好ましくは窒素/チタン原
子比は0.2以上とする。
【0016】
【実施例】
(実施例1)窒素/チタン原子比が1の化学量論組成を
有する純度99.99%以上、平均結晶粒径40μmの
窒化チタン粉末と、純度99.99%以上、平均結晶粒
径40μmの水素化チタン粉末を窒素/チタン原子比が
0.00〜0.91となる混合比で配合し、ボールミル
で粉砕混合した。なお、窒素/チタン原子比0.00と
は、水素化チタン粉末のみを原料とした場合である。
【0017】得られた混合粉を内径φ133mmの熱間
静水圧プレス用のカプセルに充填し、700℃で脱水素
処理後、1250℃×5時間、120MPaの条件で熱
間静水圧プレスを行い焼結体を得た。得られた焼結体に
1390℃×75時間の溶体化処理を施した後、φ75
mm×6mmtに機械加工してTiNxターゲットを得
た。溶体化処理前の相対密度と得られたターゲット密度
および平均結晶粒径の関係を表1に示す。表1より、窒
素/チタン原子比が0.85を越えると顕著な密度の低
下が起こることがわかる。また得られたターゲットの平
均結晶粒径は、窒素/チタン原子比が小さい、すなわち
純チタンに近いものほど大きくなる傾向にあることがわ
かる。
【0018】
【表1】
【0019】表1に示す本発明の試料4および試料6に
ついて、溶体化処理前の金属ミクロ組織および溶体化処
理後のターゲットの金属ミクロ組織を図1および図2に
示す。この組織はそれぞれ水50cc、38重量%の硝
酸水溶液20cc、40重量%の弗酸水溶液8ccを混
合したエッチング液でエッチングし、100倍の実体顕
微鏡で観察したものである。
【0020】図1に示す窒素/チタン原子比が0.40
と低い本発明の試料4の溶体化処理前の組織では未反応
チタンあるいはチタン濃度の高い部分が選択的にエッチ
ングされ、虫食い状にエッチングされた組織となってい
ることがわかる。これはスパッタリング期間中にターゲ
ット表面に段差を生じ易く、パーティクルが発生し易い
組織であることを示している。これに対して、溶体化処
理後はエッチングによるむらはなく、チタンと窒素が概
ね均一に固溶した組織となっていることがわかる。また
溶体化処理前と比べて溶体化処理後の組織では結晶粒が
成長し、明確な結晶粒界で結晶粒同士が区切られた再結
晶組織となったことがわかる。
【0021】また図2に示す窒素/チタン原子比が0.
70と高い本発明の試料6の溶体化処理前の組織は、エ
ッチングによって窒化チタン粒が浮きだって、砂粒状の
組織となっている。これはスパッタリングにおいて、窒
化チタン粒が欠落しパーティクルの発生し易い組織であ
ることを示している。これに対して溶体化処理後は、エ
ッチングによるむらはなく、窒素/チタン原子比が0.
70のターゲットにおいても、チタンと窒素が概ね均一
に固溶した組織となった。また、窒素/チタン原子比
0.70のターゲットは、0.40のターゲットに比べ
て結晶粒は小さいが、明確な結晶粒界で結晶粒同士が区
切られた再結晶組織となっていることがわかる。
【0022】表1に示すターゲットを用いて、φ6イン
チのシリコンウエハー上に表2に示すスパッタリング条
件でスパッタリングを行い1000オングストロームの
TiNx膜を得た。TiNx膜組成とターゲット組成に
有意の差は認められなかった。得られたTiNx膜上に
発生した0.3μm以上のパーティクル数をカウントし
た結果を表3に示す。また表3の試料番号は表1の番号
と一致する。また比較例として、溶体化処理前の焼結体
から同様の形状に加工したターゲットについても同様の
条件でスパッタリングを行いパーティクル数をカウント
した。
【0023】
【表2】
【0024】
【表3】
【0025】表3に示すように、溶体化処理をしない比
較例のターゲットである試料9ないし13に比べて、本
発明のターゲットである試料2ないし8はパーティクル
の発生が著しく減っていることがわかる。また窒素/チ
タン原子比が0.91のターゲットは溶体化処理しても
パーティクル数が100以上もあり好ましくないターゲ
ットであった。この原因はターゲットの密度が低いため
と推定できる。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、溶体化処理を行うこと
によって、窒素とチタンが概ね均一に固溶した新規のT
iNxターゲットが得られるため、このターゲットを用
いて反応性スパッタリングおよび通常スパッタリングを
行えば極めてパーティクルの発生の少ない薄膜が得られ
る。したがってパーティクルの発生を極力抑えなければ
ならないLSIの拡散防止膜形成用途に用いられるター
ゲットとして極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のターゲット組織の一例を示す金属ミク
ロ組織写真である。
【図2】本発明のターゲット組織の他の例を示す金属ミ
クロ組織写真である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 実質的にチタンと窒素で構成され、窒素
    とチタンの原子比(窒素/チタン)が0.85以下、タ
    ーゲット組織における平均結晶粒径が100μm以下で
    あり、チタンと窒素が概ね均一に固溶しあった相を主体
    とすることを特徴とするスパッタリング用ターゲット。
  2. 【請求項2】 実質的にチタンと窒素で構成され、窒素
    とチタンの原子比(窒素/チタン)が0.85以下、タ
    ーゲット組織における平均結晶粒径が100μm以下で
    あり、再結晶組織を有することを特徴とするスパッタリ
    ング用ターゲット。
  3. 【請求項3】 窒化チタン粉末とチタン粉末の混合物を
    チタンの融点以下の温度で加圧焼結して窒素とチタンの
    原子比(窒素/チタン)が0.85以下の焼結体とし、
    次いで得られた焼結体をチタンの融点以下で溶体化処理
    することを特徴とするスパッタリング用ターゲットの製
    造方法。
JP1810093A 1993-01-08 1993-01-08 スパッタリング用ターゲットおよびその製造方法 Pending JPH06207267A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9279178B2 (en) 2007-04-27 2016-03-08 Honeywell International Inc. Manufacturing design and processing methods and apparatus for sputtering targets

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9279178B2 (en) 2007-04-27 2016-03-08 Honeywell International Inc. Manufacturing design and processing methods and apparatus for sputtering targets

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