JPH06272033A - Production of abox high dielectric target for sputtering - Google Patents

Production of abox high dielectric target for sputtering

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JPH06272033A
JPH06272033A JP8508993A JP8508993A JPH06272033A JP H06272033 A JPH06272033 A JP H06272033A JP 8508993 A JP8508993 A JP 8508993A JP 8508993 A JP8508993 A JP 8508993A JP H06272033 A JPH06272033 A JP H06272033A
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JP
Japan
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target
pzt
plzt
powder
sputtering
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Withdrawn
Application number
JP8508993A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeo Ohashi
建夫 大橋
Yasuhiro Yamakoshi
康廣 山越
Osamu Kanano
治 叶野
Koichi Yasui
浩一 安井
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Eneos Corp
Original Assignee
Japan Energy Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a PZT based or PLZT based high dielectric target capable of unnecessitating wet treating process, improving the micronization of target structure and reducing ununiformity, and facilitating the control of the oxygen content of film. CONSTITUTION:In the producing method of the PZT based or PLZT based high dielectric target expressed by the general formula, ABOX (A=Pbm or Pbm-aLaa, B=Zrn-bTib and (x)=0-3.0, where 0.9<=(m)<=1.2, 0.9<=(n)<=1.2, 0.001<(a)<0.2, (b)<0.7), a raw material powder composed of the pure metal and/or oxide of Pb, Zr, Ti, La as the constituting elements of the target is mechanically alloyed to make the PZT based or PLZT based powder, which is formed into the target. The (x) is controlled by selecting whether the pure metal is used or the oxide is used as the raw material powder for the constituting elements. The low cost target small in the generating number of the particle and excellent in sputtering property is produced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスのキャ
パシター材形成のためのスパッタリング用高誘電体ター
ゲットの製造方法に関するものであり、特には一般式A
BOX (A=Pb又はPb+La、B=Zr+Tiそし
てX=0〜3.0)で表されるPZT系又はPLZT系
スパッタリング用高誘電体ターゲットの製造方法に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a high dielectric constant target for sputtering for forming a capacitor material of a semiconductor device, and more particularly to a general formula A
The present invention relates to a method for manufacturing a PZT-based or PLZT-based high dielectric constant target for sputtering represented by BO X (A = Pb or Pb + La, B = Zr + Ti and X = 0 to 3.0).

【0002】[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、シリサイド(MoSiX 、WSi
x 、NiSix 等)ターゲット、誘電体ターゲット等が
代表的に使用されている。
2. Description of the Related Art A sputtering target is usually a disk-shaped plate which serves as a sputtering source for forming electrodes, gates, wirings, elements, protective films, etc. of various semiconductor devices on a substrate by sputtering. When the accelerated particles collide with the target surface, the atoms constituting the target are released into space by the exchange of momentum and are deposited on the facing substrate. As the sputtering target, Al alloy target, refractory metal and alloy (W, M
o, Ti, Ta, Zr, Nb etc. and its alloys like W-Ti) targets, suicides (MoSi x , WSi)
x , NiSi x, etc.) targets, dielectric targets, etc. are typically used.

【0003】DRAM半導体デバイスにおいて、キャパ
シター材として現在使用されているのはSiO2 膜であ
る。SiO2 膜は、Si半導体プロセスとの整合性がよ
いので現在のところでは(256kb、1Mb、4M
b、16Mbあたりまでは)使用されているが、VLS
Iの集積度が上がるにつれてほぼ限界となっている。こ
れは、SiO2 の誘電率が小さく、デバイスがスケール
ダウンして薄くなってくると、蓄積電荷量に限界が出て
くるためである。
A SiO 2 film is currently used as a capacitor material in DRAM semiconductor devices. Since the SiO 2 film has good compatibility with the Si semiconductor process, at present (256 kb, 1 Mb, 4 M
b, up to around 16Mb), but VLS
As the degree of integration of I increases, it is almost the limit. This is because the permittivity of SiO 2 is small, and when the device is scaled down and becomes thinner, the amount of accumulated charge is limited.

【0004】その対策として、面積を大きくすること
で、SiO2 の欠点をカバーし、あくまでもSiO2
キャパシター材として使用すること並びに誘電率のも
っと大きい高誘電体材料の使用を検討することが考慮さ
れうるが、の対策では積層化、立体化につながりコス
トアップとなる。の対策では、高誘電体材料として
は、PZT系、PLZT系、BaSrTiO3 、BaT
iO3 等の候補が考えられるが、これら材料をスパッタ
リングターゲットとして活用するのは今後の検討課題で
あり、高誘電体ターゲットの現状として、まだ確立され
たものはない。
As a countermeasure, it is considered to cover the defect of SiO 2 by enlarging the area, and to use SiO 2 as a capacitor material and to consider the use of a high dielectric material having a larger dielectric constant. However, the measures described above lead to layering and three-dimensionalization, resulting in cost increase. As a high dielectric material, PZT-based, PLZT-based, BaSrTiO 3 , BaT
Candidates such as iO 3 are considered, but the utilization of these materials as a sputtering target is a subject for further study, and the current state of the high dielectric target has not been established yet.

【0005】結局のところ、今後の根本的対策として
は、SiO2 の使用では、その誘電率が基本的に小さ
く、蓄積電荷量に限界があることから、高誘電体材料の
使用が本命となるものと思われる。幾つかの理由から、
高誘電体材料のうちでも、特にPZT系及びPLZT系
が重要になるものと予想される。ここで、PZT系及び
PLZT系とは、基本的には、一般式ABOX (A=P
b又はPb+La、B=Zr+TiそしてX=0〜3.
0)で表される、それぞれ、Pb−Zr−Ti−O系及
びPb−La−Zr−Ti−O系の高誘電体材料であ
る。より具体的には、一般式ABOX (A=Pbm 又は
Pbm-a Laa 、B=Zrn-b Tib そしてX=0〜
3.0、但し0.9≦m≦1.2、0.9≦n≦1.
2、0.001≦a≦0.2、b≦0.7)として表す
ことができる。
After all, as a fundamental measure for the future, the use of SiO 2 is a favorite because the dielectric constant is basically small and the amount of accumulated charge is limited. It seems to be. For several reasons
Among the high dielectric materials, it is expected that the PZT system and the PLZT system will be particularly important. Here, the PZT system and the PLZT system are basically the general formula ABO x (A = P
b or Pb + La, B = Zr + Ti and X = 0-3.
0), which are Pb-Zr-Ti-O-based and Pb-La-Zr-Ti-O-based high dielectric materials, respectively. More specifically, the general formula ABO x (A = Pb m or Pb ma La a , B = Zr nb Ti b and X = 0 to
3.0, where 0.9 ≦ m ≦ 1.2, 0.9 ≦ n ≦ 1.
2, 0.001 ≦ a ≦ 0.2, b ≦ 0.7).

【0006】こうしたPZT系及びPLZT系ターゲッ
トの製造に関して幾つかの試みは開始されているが、一
般的にはPZT系粉末(PbZrTiO3 の組成を有す
る粉末)又はPLZT系粉末(PbLaZrTiO3
組成を有する粉末)を共沈法等を含めての湿式処理或い
は乾式合成処理によって準備し、その後コールドプレス
と続いての焼結或いは酸化雰囲気でのホットプレスがな
されている。
Although some attempts have been started for the production of such PZT-based and PLZT-based targets, in general, PZT-based powders (powder having a composition of PbZrTiO 3 ) or PLZT-based powders (PbLaZrTiO 3 composition) are used. Powder) is prepared by a wet process or a dry synthesis process including a coprecipitation method, and then cold pressing and subsequent hot pressing in a sintering or oxidizing atmosphere are performed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】湿式処理は、均一で微
細な粉末を得ることができるという長所を持つ反面、工
程が複雑で、制御すべき要因が多過ぎ、非常に高価につ
く。乾式合成法は、比較的簡便ではあるが、蒸気圧の高
いPbがPbOとなって優先的に揮化するので組成の制
御が困難であり、構成成分の分散が不十分な場合が多
く、組織が不均一となり、また微紛を得ることが困難で
ある。
The wet process has an advantage that a uniform and fine powder can be obtained, but on the other hand, the process is complicated, there are many factors to be controlled, and it is very expensive. Although the dry synthesis method is relatively simple, it is difficult to control the composition because Pb having a high vapor pressure becomes PbO and volatilizes preferentially, and it is often the case that the dispersion of the constituents is insufficient. Are non-uniform and it is difficult to obtain fine powder.

【0008】ターゲット組織が不均一となるとパーティ
クル発生の問題が生じる。「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、VLS
I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。パーティクル
発生量を低減するためにはターゲットの結晶組織の均一
微細化が必要とされる。そうした一層の組織の微細化が
求められた場合、原料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、酸素濃度のコントロールの問題が生じる。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。
When the target structure becomes non-uniform, a problem of particle generation occurs. The "particles" are particles that fly in the device during the formation of a thin film and are deposited on the substrate in clusters. Since many of these clustered particles have a diameter of up to several μm, When this is deposited on the substrate, it can be used for LSI, VLS, etc.
In the case of I, problems such as short circuit of wiring or conversely disconnection occur, which causes an increase in defective rate. These particles have various factors such as those caused by the target itself and those caused by the thin film forming apparatus. In order to reduce the amount of particles generated, it is necessary to make the crystal structure of the target uniform and fine. When such a further refinement of the structure is required, the specific surface area increases geometrically as the raw material powder becomes finer, which complicates the process and contaminates impurities such as oxygen, and causes problems of controlling oxygen concentration. . The crushing and classifying processes are practically impossible with conventional ball mills and sieving machines.

【0009】更には、これらの方法は、粉末の段階で酸
化物つまりABOX (X=3)を形成することを念頭に
置いており、Xが3より小さいものの形成はまったく考
慮していない。最終的に膜組成の酸素が制御されねばな
らないが、ターゲットの酸素量を可変とする(化学量論
組成より低くする)ことによって、膜組成の酸素量をコ
ントロールすることが容易となり、加えてスパッタ速度
も大幅に改善することができるはずである。
Furthermore, these methods are mindful of forming oxides or ABO x (X = 3) in the powder stage, not taking into account the formation of those with X <3. Eventually, the oxygen content of the film composition must be controlled, but by varying the target oxygen content (lower than the stoichiometric composition), it becomes easier to control the oxygen content of the film composition, and in addition, sputtering The speed should also be able to be improved significantly.

【0010】本発明の課題は、高集積化DRAMキャパ
シター材としてPZT系またはPLZT系高誘電体膜を
形成するためのスパッタリングターゲットを製造するに
際して、コストアップにつながる湿式処理工程を不要と
し、ターゲット組織の不均一性や成分の分散化の改善を
通して、パーティクル発生量の少ない均一な高品質の低
コストターゲットを製造する技術を開発することであ
る。
An object of the present invention is to eliminate the need for a wet treatment process which leads to an increase in cost when manufacturing a sputtering target for forming a PZT-based or PLZT-based high dielectric film as a highly integrated DRAM capacitor material, and to improve the target structure. Through the improvement of non-uniformity and dispersion of components, it is to develop a technology for manufacturing a uniform high-quality low-cost target with a small amount of particles generated.

【0011】本発明のまた別の課題は、ターゲットの酸
素量を可変とする(化学量論組成より低くする)ことに
よって、膜組成の酸素量をコントロールすることを容易
するための方法を確立することである。
Another object of the present invention is to establish a method for facilitating control of the oxygen content of the film composition by making the oxygen content of the target variable (lower than the stoichiometric composition). That is.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明者はPZT系また
はPLZT系高誘電体スパッタリングターゲット製造用
の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PZT系またはPLZT系高誘電体粉末を用
い、それをターゲットとすることにより、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
伴う酸素汚染及び酸素コントロールの問題が回避できる
ことが判明した。加えて、メカニカルアロイングにより
得られた粉末を使用するとホットプレスを回避でき或い
はその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Pb蒸発問題、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、ターゲ
ット形成の点からも有益なのである。
The present inventor has conceived to adopt a mechanical alloying method as a powder manufacturing process for manufacturing a PZT-based or PLZT-based high dielectric sputtering target. As a result of trial, it was found that a target having a uniform and fine crystal structure can be manufactured by using a PZT-based or PLZT-based high-dielectric powder obtained by mechanical alloying and targeting it. It has been found that mechanical alloying allows the use of relatively large raw material powder particles, thus avoiding the problems of oxygen contamination and oxygen control associated with the use of finer starting raw material powders. In addition, when the powder obtained by mechanical alloying is used, hot pressing can be avoided or the temperature can be made lower than before, and the hot pressing time can be shortened, which leads to Pb evaporation problems, oxidation problems and coarse crystal grains. It turned out that it is possible to obtain an unexpected benefit that the problem of reduction can be reduced. Therefore, mechanical alloying is beneficial not only in powder preparation but also in terms of target formation.

【0013】スパッタリングターゲット材料を対象とし
て、いわんや高誘電体ターゲット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10号(1
988)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、
高誘電体PZT系またはPLZT系に関するものはな
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] There are no literatures which describe the application of mechanical alloying to the target material for sputtering and the target material for high dielectric materials. For example, the Japan Institute of Metals, Vol. 27, No. 10 (1
988), some research reports are summarized as "Small feature: Recent research trends in mechanical alloying".
There is nothing about the high-dielectric PZT system or PLZT system, and no mention is made of problems specific to the sputtering target.

【0014】こうした知見に基づいて、本発明は、
(1)一般式ABOX (A=Pb又はPb+La、B=
Zr+TiそしてX=0〜3.0)で表されるPZT系
又はPLZT系ターゲットの製造方法において、ターゲ
ット構成元素Pb、Zr及びTi又はPb、Zr、Ti
及びLaの純金属及び/又は酸化物から成る原料粉末混
合物をメカニカルアロイングによりPZT系又はPLZ
T系粉末としそしてターゲットとして形成することを特
徴とするスパッタリング用ABOX 高誘電体ターゲット
の製造方法、並びに(2)ABOX 高誘電体ターゲット
の酸素含有量Xを構成元素の原料粉末を純金属とするか
或いは酸化物とするかの選択を通してコントロールする
ことを特徴とする上記1のスパッタリング用ABOX
誘電体ターゲットの製造方法を提供する。
Based on these findings, the present invention provides
(1) General formula ABO x (A = Pb or Pb + La, B =
Zr + Ti, and X = 0 to 3.0), in the method of manufacturing a PZT-based or PLZT-based target, target constituent elements Pb, Zr and Ti or Pb, Zr, Ti
And PZT-based or PLZ-based raw powder mixture consisting of pure metal and / or oxide of La by mechanical alloying
A method for producing an ABO x high-dielectric target for sputtering, characterized in that it is formed as a T-based powder and as a target, and (2) the oxygen content X of the ABO x high-dielectric target is made of pure metal as a raw material powder of constituent elements. There is provided a method for producing an ABO x high dielectric constant target for sputtering according to the above 1, which is controlled by selecting whether to use an oxide or an oxide.

【0015】「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、固溶化、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。
"Mechanical alloying" occurs when a hard ball or rod as a grinding medium and generally a mixture of a plurality of raw material powders are filled in a closed container and milled by rolling or mechanical stirring. It means to bring the components into ultrafine mixing, solid solution, and the amorphous state as the limit.

【0016】[0016]

【作用】PZT系は反強誘電体であるPbZrO3 と強
誘電体であるPbTiO3 の固溶体セラミックであり、
そしてPLZT系はPZT系にLaをドープしたもので
ある。これらは、一般式ABOX (A=Pbm 又はPb
m-a Laa 、B=Zrn- b Tib そしてX=0〜3.
0)で表される。一般に、m及びn並びにa及びbは次
の範囲を取りうる。0.9≦m≦1.2、0.9≦n≦
1.2、0.001≦a≦0.2、b≦0.7。PZT
及びPLZT系は、その純粋(真正)セラミック以外
に、メタルPZT及びPLZT並びにPb2+をBa2+
Sr2+等で置換したような変性物をも含めるものとす
る。本発明に従えば、メカニカルアロイングにより、従
来コストのかかる湿式法でしか実現できなかったPZT
系またはPLZT系粉末の組織の微細化及び成分の均一
分散化・固溶化を乾式法で安価に達成する。
The PZT system is a solid solution ceramic of PbZrO 3 which is an antiferroelectric substance and PbTiO 3 which is a ferroelectric substance.
The PLZT system is a PZT system doped with La. These are represented by the general formula ABO x (A = Pb m or Pb
ma La a , B = Zr n- b Ti b and X = 0-3.
It is represented by 0). In general, m and n and a and b can take the following ranges. 0.9 ≦ m ≦ 1.2, 0.9 ≦ n ≦
1.2, 0.001 ≦ a ≦ 0.2, b ≦ 0.7. PZT
In addition to the pure (genuine) ceramics, the PLZT system and the metal PZT and PLZT and modified products obtained by substituting Pb 2+ with Ba 2+ , Sr 2+ and the like are also included. According to the present invention, due to mechanical alloying, PZT which can be realized only by a conventional wet method which is costly
A dry method is used to achieve finer structure of PLZT powder or PLZT powder and to uniformly disperse and solidify components.

【0017】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、転動ミ
ル、アトライタ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PZT系又はPLZ
T系粉末生成のための原料粉末を投入する。原料粉末
は、PZT系の場合には、Pb又はPbO、Zr又はZ
rO2 及びTi又はTiO2 であり、そしてPLZT系
の場合には更にLa又はLa23 を追加したものであ
る。製造すべきABOX のXに応じて純金属形態或いは
酸化物形態を選択することができる。投入する原料粉の
平均粒径が100μm以上であれば固溶化に時間がかか
り、一方1μm未満では原料粉の値段が高く、取扱の困
難が伴うため経済的でない。
In the process of the present invention, a high energy mill such as a ball mill, a rod mill, a rolling mill, an attritor, etc., which is provided with measures against contamination from the grinding medium and the container, preferably has a mean particle size of 1 to 100 μm as PZT system or PLZ as raw material powder.
A raw material powder for producing a T-based powder is added. In the case of PZT system, the raw material powder is Pb or PbO, Zr or Z.
rO 2 and Ti or TiO 2 , and in the case of the PLZT system, La or La 2 O 3 is further added. Depending on the X of the ABO x to be produced, the pure metal form or the oxide form can be selected. If the raw material powder to be charged has an average particle size of 100 μm or more, it takes time to form a solid solution, while if it is less than 1 μm, the raw material powder is expensive and handling is difficult, which is not economical.

【0018】原料投入量と粉砕媒体の量との比は1:1
0〜1:100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以上では固溶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。
The ratio of the amount of raw material input to the amount of grinding medium is 1: 1.
It is preferably 0 to 1: 100. This 1: 100
If it is less than, the amount of processing per batch is small and mass productivity is poor,
This is because if it is 1:10 or more, the time required for solid solution becomes long. It should be noted that oxygen contamination during mechanical alloying can be prevented by creating an inert atmosphere in the container after charging the raw materials.

【0019】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、原料混合粉の
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、固溶化する。第
4段階では、固溶化した原料混合粉の結晶構造が最終的
に壊れ、アモルファス化する。
The mechanical alloying time strongly depends on the particle size of the above-mentioned raw material and the ratio of the raw material input amount to the grinding medium. Mechanical alloying proceeds in four stages. The first stage is a stage in which pulverization and mixing of the fed raw material mixed powder progresses, and the second stage is rapid miniaturization and agglomeration of the raw material mixed powder repeatedly, resulting in each raw material being submicron or finer. This is the stage where agglomerates of powder with a particle size of several tens of microns are formed. In the third stage, the agglomerated powder gradually becomes equiaxed, and the raw material mixed powder is further homogenized in the inside, resulting in atomic level mixing and solid solution. At the fourth stage, the crystal structure of the solid solution raw material mixed powder is finally broken and becomes amorphous.

【0020】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段階で現れるまだ固溶化していない一
次粒子の凝集体では、後の段階での固溶化に負担をか
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。
In the present invention, the target properties of the mechanical alloying powder are mainly the state of secondary particle powder in which the secondary particles of 5 μm or less corresponding to the above-mentioned third stage are aggregated to a size of about 10 μm or more. However, it is also possible to use amorphized grains in the fourth stage. Secondary particles obtained by aggregating such primary particles have excellent antioxidant ability because they have a form in which the primary particles are wrapped inside, and because they agglomerate to an appropriate size, they are excellent in press formability, so a sputtering target should be used. Suitable as a raw material for molding by pressing.
It is preferable to obtain a secondary particle powder that is aggregated to 10 μm or more, because if it is less than 10 μm, it is strongly subjected to oxygen contamination when taken out from the container after mechanical alloying. In addition, in the aggregate of primary particles that have not yet been solidified in the second stage, the solid solution in the later stage is burdened with solution, while in the amorphous particles that appear in the fourth stage, the milling time is long, Not suitable for mass production, but can be used.

【0021】このようにして得られたメカニカルアロイ
ングPZT系又はPLZT系粉末はコールドプレスによ
りターゲットに成形される。メカニカルアロイングによ
って構成原子は充分な固溶状態を実現しているからコー
ルドプレスのみでターゲットに成形し、ターゲットをス
パッタして形成した膜を熱処理することにより良好なP
ZT系又はPLZT系膜を得ることができる。しかし、
コールドプレスに続いての焼結或いはPb蒸発を防止し
うる雰囲気中でのホットプレスを実施することもでき
る。
The mechanically alloyed PZT-based or PLZT-based powder thus obtained is molded into a target by cold pressing. Since the constituent atoms have achieved a sufficient solid solution state by mechanical alloying, it is possible to obtain a good P by forming a target only by cold pressing and heat-treating the film formed by sputtering the target.
A ZT-based or PLZT-based film can be obtained. But,
Cold pressing may be followed by sintering or hot pressing in an atmosphere capable of preventing Pb evaporation.

【0022】例えば、ABOX (X=0.61)のPL
ZT系ターゲットの製造の場合を例に取ると、原料とし
て、Pb:51.0at%、La23 :1.4at%
(メタル分)、ZrO2 :14.3at%(メタル分)
及びTi:33.3at%をボールミル、アトライタ等
の手段でメカニカルアロイング処理して極めて分散性良
好なPLZT系粉末を得、コールドプレスを行い、機械
加工により仕上げ、バッキングプレートにボンディング
し、ABO0.61PLZT系ターゲットとする。Xを大き
くしたければ、純メタルTiの代わりにTiO2 をそし
て(或いは)Pbの代わりにPbOを使用することによ
り対応することができる。逆に、Xを小さくしたけれ
ば、ZrO2 の代わりに純Zrを原料として使用すれば
よい。ABOX (X=1.5)のPZT系ターゲットの
製造の場合を例に取ると、原料として、PbO:50a
t%、ZrO2 :25at%及びTiO2 :25at%
をボールミル、アトライタ等の手段でメカニカルアロイ
ング処理して極めて分散性良好なPZT系粉末を得、コ
ールドプレス及び焼結を行い、同様にABO1.5 PZT
系ターゲットとする。PZT又はPLZTメタルターゲ
ットを製造し、O2 雰囲気でスパッタリングして酸化す
ることもできる。
For example, PL of ABO x (X = 0.61)
Taking the case of manufacturing a ZT-based target as an example, Pb: 51.0 at% and La 2 O 3 : 1.4 at% are used as raw materials.
(Metal content), ZrO 2 : 14.3 at% (metal content)
And Ti: 33.3 at% are mechanically alloyed by means such as a ball mill and an attritor to obtain a PLZT-based powder having extremely good dispersibility, cold pressed, finished by machining, bonded to a backing plate, and bonded to ABO 0.61. PLZT system target. If one wants to increase X, this can be accommodated by using TiO 2 instead of pure metal Ti and / or PbO instead of Pb. On the contrary, if it is desired to reduce X, pure Zr may be used as a raw material instead of ZrO 2 . Taking the case of manufacturing a PZT-based target of ABO x (X = 1.5) as an example, as a raw material, PbO: 50a
t%, ZrO 2 : 25 at% and TiO 2 : 25 at%
Is mechanically alloyed with a means such as a ball mill and an attritor to obtain a PZT-based powder having extremely good dispersibility, cold pressed and sintered, and similarly ABO 1.5 PZT
System target. It is also possible to manufacture a PZT or PLZT metal target and oxidize it by sputtering in an O 2 atmosphere.

【0023】最終的に膜組成の酸素が制御されねばなら
ないが、ターゲットの酸素量を可変とする(化学量論組
成より低くする)ことによって、膜組成の酸素量をコン
トロールすることが容易となり、且つスパッタ速度も大
幅に改善することができる。酸化物ターゲットをスパッ
タする場合よりも、スパッタ条件に巾を持たせることが
可能となり、最終的に特性の優れた膜を作製することが
できる。また、ターゲット自体の靱性も酸素含有量をコ
ントロールすることにより改善でき、割れ、欠け等の問
題が解消できる。
Eventually, the oxygen content of the film composition must be controlled, but by making the oxygen content of the target variable (lower than the stoichiometric composition), it becomes easy to control the oxygen content of the film composition, In addition, the sputter rate can be greatly improved. As compared with the case where the oxide target is sputtered, it is possible to have a wider range of sputtering conditions, and finally a film having excellent characteristics can be manufactured. Further, the toughness of the target itself can be improved by controlling the oxygen content, and problems such as cracking and chipping can be solved.

【0024】ターゲット組織の微細化は、スパッタを安
定化させまた低パーティクルという利点を引き出す。
The refinement of the target structure stabilizes the spatter and brings out the advantage of low particles.

【0025】こうして製造されたターゲットは、不活性
雰囲気或いは酸素雰囲気中でスパッタリングすることに
より成膜されそして必要に応じ400〜700℃の温度
で熱処理される。
The thus-produced target is deposited by sputtering in an inert atmosphere or an oxygen atmosphere, and if necessary, heat-treated at a temperature of 400 to 700 ° C.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明の実施例を示す。EXAMPLES Examples of the present invention will be shown below.

【0027】(実施例1)Pb:3540g、ZrO
2 :1039g及びTi:406gを混合してボールミ
ルによりメカニカルアロイング処理をした。得られた粉
末を310mm直径の金型に充填し、コールドプレスを
行い、310mm直径×10mm厚さの成型体を得た。
これをそのまま機械加工仕上げ及びボンディングしてP
ZT系ターゲットとした。X=1.0のABO1.0 PZ
T系ターゲットが得られた。このターゲットをO2 雰囲
気でスパッタリングし、600℃での熱処理を行うこと
によって良好なPZT系膜を得た。パーティクル発生数
は少なかった。
(Example 1) Pb: 3540 g, ZrO
2 : 1039 g and Ti: 406 g were mixed and mechanically alloyed by a ball mill. The obtained powder was filled in a mold having a diameter of 310 mm and cold pressed to obtain a molded product having a diameter of 310 mm and a thickness of 10 mm.
This is machine-finished as it is and bonded to P
It was a ZT-based target. ABO 1.0 PZ with X = 1.0
A T-based target was obtained. This target was sputtered in an O 2 atmosphere and heat-treated at 600 ° C. to obtain a good PZT-based film. The number of particles generated was small.

【0028】(実施例2)Pb:3976g、Zr:8
76g及びTi:456gを混合して、実施例1と同様
にボールミルによりメカニカルアロイング処理をした。
得られた粉末を310mm直径の金型に充填し、コール
ドプレスを行い、310mm直径×10mm厚さの成型
体を得た。これをこのまま機械加工仕上げ及びボンディ
ングしてメタルPZT系ターゲットとした。X=0のP
ZT系ターゲットが得られた。このターゲットをO2
囲気でスパッタリングし、600℃での熱処理を行うこ
とによって良好なPZT系膜を得た。パーティクル発生
数は少なかった。
(Example 2) Pb: 3976 g, Zr: 8
76 g and Ti: 456 g were mixed and mechanically alloyed by a ball mill in the same manner as in Example 1.
The obtained powder was filled in a mold having a diameter of 310 mm and cold pressed to obtain a molded product having a diameter of 310 mm and a thickness of 10 mm. This was machine-finished and bonded as it was to obtain a metal PZT-based target. P for X = 0
A ZT-based target was obtained. This target was sputtered in an O 2 atmosphere and heat-treated at 600 ° C. to obtain a good PZT-based film. The number of particles generated was small.

【0029】(実施例3)Pb:3692g、ZrO
2 :616g、La23 :82g及びTi:559g
を混合して、実施例1と同様にボールミルによりメカニ
カルアロイング処理をした。得られた粉末を310mm
直径の金型に充填し、コールドプレスを行い、310m
m直径×10mm厚さの成型体を得た。これをこのまま
機械加工仕上げ及びボンディングしてメタルPLZT系
ターゲットとした。X=0.59のABO0.59PLZT
系ターゲットが得られた。このターゲットをO2 雰囲気
でスパッタリングし、600℃での熱処理を行うことに
よって良好なPZT系膜を得た。パーティクル発生数は
少なかった。
(Example 3) Pb: 3692 g, ZrO
2 : 616 g, La 2 O 3 : 82 g and Ti: 559 g
Were mixed and mechanically alloyed by a ball mill in the same manner as in Example 1. 310 mm of the obtained powder
It is filled in a metal mold of diameter and cold pressed, 310 m
A molded body of m diameter × 10 mm thickness was obtained. This was machine-finished and bonded as it was to obtain a metal PLZT-based target. X = 0.59 ABO 0.59 PLZT
The system target was obtained. This target was sputtered in an O 2 atmosphere and heat-treated at 600 ° C. to obtain a good PZT-based film. The number of particles generated was small.

【0030】[0030]

【発明の効果】高集積化DRAMキャパシター材として
PZT系またはPLZT系高誘電体膜を形成するための
スパッタリングターゲットを製造するに際して、コスト
アップにつながる湿式処理工程を不要とし、ターゲット
組織の不均一性及び成分の分散化の改善して、パーティ
クル発生量の少ない低コストターゲットを製造すること
を可能ならしめる。ターゲットの酸素量を可変とする
(化学量論組成より低くする)ことによって、膜組成の
酸素量をコントロールすることが容易となり、且つスパ
ッタ速度も大幅に改善することができる。酸化物ターゲ
ットをスパッタする場合よりも、スパッタ条件に巾を持
たせることが可能となり、最終的に特性の優れた膜を作
製することができ、また、ターゲット自体の靱性も酸素
含有量をコントロールすることにより改善でき、割れ、
欠け等の問題を解消できる。
EFFECTS OF THE INVENTION When manufacturing a sputtering target for forming a PZT-based or PLZT-based high-dielectric film as a highly integrated DRAM capacitor material, a wet process step leading to an increase in cost is unnecessary, and the target structure is not uniform. Further, it is possible to improve the dispersion of components and to manufacture a low-cost target with a small amount of particles generated. By making the oxygen amount of the target variable (lower than the stoichiometric composition), the oxygen amount of the film composition can be easily controlled, and the sputtering rate can be greatly improved. Sputtering conditions can have a wider range than when an oxide target is sputtered, and finally a film with excellent characteristics can be produced, and the toughness of the target itself also controls the oxygen content. Can be improved and cracked,
Problems such as chipping can be solved.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安井 浩一 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Koichi Yasui Koichi Yasui 187 Usba, Hwagawa Town, Kitaibaraki City, Ibaraki Prefecture 4 Stocks at Nikko Kyoiso Isohara Factory

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一般式ABOX (A=Pb又はPb+L
a、B=Zr+TiそしてX=0〜3.0)で表される
PZT系又はPLZT系ターゲットの製造方法におい
て、ターゲット構成元素Pb、Zr及びTi又はPb、
Zr、Ti及びLaの純金属及び/又は酸化物から成る
原料粉末混合物をメカニカルアロイングによりPZT系
又はPLZT系粉末としそしてターゲットとして形成す
ることを特徴とするスパッタリング用ABOX 高誘電体
ターゲットの製造方法。
1. The general formula ABO x (A = Pb or Pb + L
a, B = Zr + Ti and X = 0 to 3.0), the target constituent elements Pb, Zr and Ti or Pb,
Manufacture of ABO x high dielectric constant target for sputtering, characterized in that a raw material powder mixture consisting of pure metals and / or oxides of Zr, Ti and La is made into PZT type or PLZT type powder by mechanical alloying and formed as a target. Method.
【請求項2】 ABOX 高誘電体ターゲットの酸素含有
量Xを構成元素の原料粉末を純金属とするか或いは酸化
物とするかの選択を通してコントロールすることを特徴
とする請求項1のスパッタリング用ABOX 高誘電体タ
ーゲットの製造方法。
2. The sputtering method according to claim 1, wherein the oxygen content X of the ABO X high-dielectric-constant target is controlled by selecting whether the raw material powder of the constituent elements is a pure metal or an oxide. ABO X High-dielectric Target Manufacturing Method.
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