JPH06340969A - Target for sputtering and production thereof - Google Patents

Target for sputtering and production thereof

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JPH06340969A
JPH06340969A JP5130354A JP13035493A JPH06340969A JP H06340969 A JPH06340969 A JP H06340969A JP 5130354 A JP5130354 A JP 5130354A JP 13035493 A JP13035493 A JP 13035493A JP H06340969 A JPH06340969 A JP H06340969A
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JP
Japan
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titanium
nitrogen
target
phase
sputtering
Prior art date
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Application number
JP5130354A
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Japanese (ja)
Inventor
Akitoshi Hiraki
明敏 平木
Eiji Hirakawa
英司 平川
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Proterial Ltd
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Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To produce a target for sputtering capable of reducing the amt. of particles generated during sputtering. CONSTITUTION:This target consists essentially of titanium and nitrogen in 0.35-0.55 atomic ratio of N to Ti and has a TiN type phase as the principal phase. This target is produced by transforming the structure of a sintered compact consisting essentially of titanium and nitrogen in 0.35-0.55 atomic ratio of N to Ti by heating into a structure having a TiN type phase as the principal phase.

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、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化学量論組成よりも窒素の少ない
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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering target containing less nitrogen than the stoichiometric composition for producing a film made of nitrogen and titanium by reactive sputtering or ordinary sputtering, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年LSIの高集積化に伴い、コンタク
トホール直下に形成される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坂上に直接形成する
と、これらが相互拡散反応を起こしてアルミニウム等が
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。
2. Description of the Related Art In recent years, with higher integration of LSIs, a P-type or N-type doped layer formed directly under a contact hole is formed in a shallower and narrower region.
When the above-mentioned LSI dope layer is shallow, if aluminum or the like used as wiring is directly formed on the silicon substrate, they cause an interdiffusion reaction and aluminum or the like easily breaks through the dope layer to destroy the semiconductor junction structure. The problem occurs.

【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。
In order to prevent such mutual diffusion reaction,
A diffusion preventing layer (also referred to as a barrier metal layer) made of a high melting point material such as a titanium-tungsten alloy layer or a titanium nitride compound layer is formed on an ohmic contact between a wiring and semiconductor silicon. Among the diffusion prevention layers, the titanium nitride compound layer is said to be particularly excellent in the diffusion prevention property, and studies are underway to make the titanium nitride compound layer the diffusion prevention layer.

【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。
As a method for forming the titanium nitride compound layer which becomes the diffusion prevention layer, there is a monthly semiconductor world 199.
2.12, p196-p205 or Monthly Semiconductor World 19
The following method is usually used as shown in 89.12, p189-p192. (1) After forming a titanium thin film on a silicon substrate by sputtering using a pure titanium target,
A thermal nitriding method of forming a titanium nitride compound layer by nitriding the surface layer of a titanium thin film by heat treatment in a nitrogen or ammonia gas atmosphere. (2) A reactive sputtering method in which a pure titanium target is used to react with nitrogen in a sputtering gas to form a titanium nitride thin film having a stoichiometric composition.

【0005】[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。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present inventors changed the reactive sputtering method to a pure titanium target, and changed the target to a target in which titanium was in excess of the stoichiometric composition,
By using (hereinafter referred to as TiNx target), it was found that the composition of the formed thin film and the hysteresis property of the sputtering conditions can be reduced, and Japanese Patent Application No. 4-44653,
The application is made in Japanese Patent Application No. 4-172092.

【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ことである。
Further, as described in JP-A-63-259075, an attempt has been made to obtain a film in which the ratio of nitrogen and titanium is changed by performing ordinary sputtering using a TiNx target. As described above, although the use of the TiNx target is expanding, in common with the reactive sputtering method and the normal sputtering method described above, further reduction of the particles generated during the sputtering period is a major problem to be solved. Has become.
The particles are foreign particles that adhere to the generated thin film, and for example, when the particles are generated in the diffusion prevention layer of the semiconductor, they cause a partial disconnection or a short circuit. An object of the present invention is to provide a sputtering target capable of reducing particles generated during the sputtering period and a method for manufacturing the same.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】発明者らは、チタンと窒
素の2元合金において生成される結晶相とパーティクル
の発生について詳細に検討し、窒素とチタンの原子比
(窒素/チタン)(以下原子比Xと称する)が0.35
以上0.55以下である材料を、高温側の安定相である
TiN型相に変態させたターゲットがパーティクルを著
しく減少できることを見いだし、本発明に到達した。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Xが0.35以上0.55以下であ
り、TiN型相が主相であ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。
Means for Solving the Problems The present inventors have made detailed studies on the generation of crystal phases and particles produced in a binary alloy of titanium and nitrogen, and have found that the atomic ratio of nitrogen to titanium (nitrogen / titanium) (hereinafter Atomic ratio X) is 0.35
The inventors have found that a target obtained by transforming a material having a content of 0.55 or less into a TiN-type phase, which is a stable phase on the high temperature side, can significantly reduce particles, and reached the present invention. That is, the present invention is a sputtering target characterized in that it is substantially composed of titanium and nitrogen, the atomic ratio X of nitrogen and titanium is 0.35 or more and 0.55 or less, and the TiN type phase is the main phase. is there.

【0008】上述の本発明のスパッタリング用ターゲッ
トは窒素とチタンの原子比Xが0.35以上0.55以
下である焼結体を加熱処理し、TiN型相が主相である
組織とする本発明の製造方法によって得ることが好まし
い。また本発明の製造方法においてTi2N型相が主相
である硬度の低い焼結体の状態で機械加工を加えれば、
加工工数を大幅に短縮することが可能である。本発明で
主相とは、その相が体積で50%以上、好ましくは80
%以上を占めることを意味するものである。
In the sputtering target of the present invention, a sintered body having an atomic ratio X of nitrogen and titanium of 0.35 or more and 0.55 or less is heat-treated to form a structure having a TiN type phase as a main phase. It is preferably obtained by the production method of the invention. Further, in the manufacturing method of the present invention, if machining is applied in the state of a low hardness sintered body having a Ti 2 N type phase as a main phase,
It is possible to significantly reduce the processing man-hour. In the present invention, the main phase means that the volume is 50% or more, preferably 80% by volume.
It means to occupy more than%.

【0009】[0009]

【作用】本発明の最大の特徴の一つは、原子比Xが0.
35以上0.55以下の領域の材料を高温で安定なTi
N型相のターゲットとしたことである。本発明の高温域
で安定なTiN型相のターゲットとすることにより、ス
パッタリング期間中の加熱によってもターゲット表面で
相変態が起こらず、相変態に起因するパーティクルの発
生を減少できる。本発明において、原子比Xが0.35
以上としたのは、0.35未満では高温域でもαTiが
主相となるため、本発明のようにTiN型の相を主相と
するのが実質的に不可能であるためである。
One of the greatest features of the present invention is that the atomic ratio X is 0.
The material in the range of 35 to 0.55 is stable at high temperature
That is, it was used as an N-type target. By using the TiN-type target that is stable in the high temperature range of the present invention, phase transformation does not occur on the target surface even by heating during the sputtering period, and the generation of particles due to the phase transformation can be reduced. In the present invention, the atomic ratio X is 0.35.
The reason above is that if it is less than 0.35, αTi becomes the main phase even in a high temperature range, and it is substantially impossible to make the TiN type phase the main phase as in the present invention.

【0010】また原子比Xが0.55を越えると、焼結
時のビッカース硬度が1600を越え加工性が極めて悪
くなるため好ましくない。チタンと窒素の原子比Xが
0.35以上、0.55以下の領域では、製造過程の加
熱冷却条件により硬さが低く加工性の優れたTi2N型
の相を主相としておくことが可能であり、Ti2N相が
主相である状態で一次加工を行ない、高温で安定なTi
N型の相に変態させてから二次加工を行なえば、より効
率的にターゲットを製造することができる。また、本発
明を製造する別の方法として、焼結時にTiNが単相と
なる1000℃以上の高温領域に保ち、TiN単相の均
一な組織としてから急冷することによっても得ることが
できる。しかし、この方法では加工性のよい中間の状態
が得られないという欠点がある。
On the other hand, if the atomic ratio X exceeds 0.55, the Vickers hardness during sintering exceeds 1600 and the workability becomes extremely poor, which is not preferable. In the region where the atomic ratio X of titanium and nitrogen is 0.35 or more and 0.55 or less, a Ti 2 N type phase having low hardness and excellent workability may be set as a main phase depending on heating and cooling conditions in the manufacturing process. It is possible and primary processing is performed with the Ti 2 N phase being the main phase, and stable Ti at high temperatures
If the secondary processing is performed after the transformation into the N-type phase, the target can be manufactured more efficiently. Further, as another method for producing the present invention, it can be obtained by keeping TiN in a high temperature region of 1000 ° C. or higher where it becomes a single phase at the time of sintering, and then forming a uniform structure of the TiN single phase and then quenching. However, this method has a drawback that an intermediate state with good workability cannot be obtained.

【0011】[0011]

【実施例】窒素/チタンの原子比Xが1である窒素2
2.6重量%、残部チタン、純度99.99%以上、平
均粒径40μmの窒化チタン粉末と純度99.99%以
上、平均粒径40μmの純チタン粉末を特定の混合比で
配合し、V型ブレンダで混合した。得られた混合粉を内
径φ400mmの熱間静水圧プレス(以下HIPと称す
る)用のFe製カプセルに充填した後、1250℃×3
時間、120MPaの条件でHIPを行ない、600℃
まで300℃/時間の冷却速度で冷却し放冷により常温
にした後、Fe製カプセルを除去し、次いで放電加工お
よび平研加工によりφ330×9mmtの窒素/チタンの
原子比Xが0.2〜0.7の表1に示す焼結体を得た。
EXAMPLES Nitrogen 2 having an atomic ratio X of nitrogen / titanium of 1
2.6 wt%, balance titanium, purity 99.99% or more, titanium nitride powder having an average particle size of 40 μm and pure titanium powder having a purity of 99.99% or more, average particle size of 40 μm were mixed in a specific mixing ratio, and V Mixed with a mold blender. The obtained mixed powder was filled in an Fe capsule for a hot isostatic press (hereinafter referred to as HIP) having an inner diameter of 400 mm, and then 1250 ° C. × 3
HIP under the condition of 120 MPa for 600 hours
After cooling at a cooling rate of 300 ° C./hour to room temperature by allowing to cool to room temperature, the Fe capsules are removed, and then the atomic ratio X of nitrogen / titanium of φ330 × 9 mmt is 0.2 to 0.3 mm. A sintered body of 0.7 shown in Table 1 was obtained.

【0012】[0012]

【表1】 [Table 1]

【0013】この時得られた焼結体の窒素/チタンの原
子比、相対密度、結晶相の体積分率、ビッカース硬度お
よび機械加工時のチッピング発生状況を表1に示す。こ
こでいうチッピングは、主に研削面端部により発生した
深さ0.1mm以上の表面剥離のことで、研削が進行する
に伴って、研削面主体へと広がっていく傾向を持つ。な
お、平研加工条件は、砥石回転数1200rpm、送り
速度12m/min、切込み量10μm、砥石材質ダイ
ヤ140番とした。また結晶相の導定はX線回折分析に
より行った。得られた焼結体のうち剥離の起こらなかっ
た試料No.1〜試料No.6を真空中にて1400℃
×20hrで加熱した。その後、機械加工によりφ30
0×6.35mmtのターゲットを作製した。表2にその
時得られたターゲットの結晶相の体積分率とビッカース
硬度を示す。
Table 1 shows the nitrogen / titanium atomic ratio, the relative density, the volume fraction of the crystal phase, the Vickers hardness and the occurrence of chipping during machining of the sintered body obtained at this time. The chipping referred to here is a surface peeling with a depth of 0.1 mm or more mainly generated at the end of the ground surface, and tends to spread to the ground surface as the grinding progresses. The flattening processing conditions were as follows: grindstone rotation speed 1200 rpm, feed rate 12 m / min, depth of cut 10 μm, and grindstone material diamond No. 140. The crystal phase was determined by X-ray diffraction analysis. Among the obtained sintered bodies, sample No. in which peeling did not occur 1-Sample No. 6 in vacuum at 1400 ° C
It heated at x20 hr. After that, φ30 by machining
A target of 0 × 6.35 mmt was prepared. Table 2 shows the volume fraction and Vickers hardness of the crystal phase of the target obtained at that time.

【0014】[0014]

【表2】 [Table 2]

【0015】加熱処理することによりTiN型相が80
%以上になることがわかる。またこの加熱処理により、
ビッカース硬度の値が上昇しており、加工性の良いTi
2N型が主相である状態で一次加工を行なった方が良い
ことが分かる。X線回折分析によればσ'型相が少々検
出されたが、これは冷却時に発生する微細な析出相と考
えられる。また比較例のαTi単相であった試料No.
6は加熱処理を行ってもX線回折分析では相変態は確認
されないものであった。本発明例の試料No.1〜No.
5のターゲットを用いてスパッタリングを実施した際の
0.5μm以上のパーティクル発生状況を調査した。ま
た比較例のターゲットとして、同一条件で焼結し加熱処
理を施さない同一形状のターゲットを製造し、同一条件
でパーティクルの発生状況を調査した。結果を表3に示
す。なお、この時のスパッタ条件は表4に示す。
By the heat treatment, the TiN type phase is converted to 80%.
It turns out that it becomes more than%. By this heat treatment,
The Vickers hardness value is increasing and Ti with good workability
It can be seen that it is better to perform the primary processing in the state where the 2 N type is the main phase. According to X-ray diffraction analysis, a small amount of σ'type phase was detected, which is considered to be a fine precipitate phase generated during cooling. In addition, in the sample No. which was the αTi single phase of the comparative example.
No. 6 was confirmed by X-ray diffraction analysis even after heat treatment. Sample No. of the present invention example. 1-No.
The state of generation of particles of 0.5 μm or larger when sputtering was performed using the target of No. 5 was investigated. Further, as a target of the comparative example, a target having the same shape that was sintered under the same conditions and not subjected to heat treatment was manufactured, and the generation state of particles was investigated under the same conditions. The results are shown in Table 3. The sputtering conditions at this time are shown in Table 4.

【0016】[0016]

【表3】 [Table 3]

【0017】[0017]

【表4】 [Table 4]

【0018】表3によれば本発明の加熱処理によりTi
N型相が80%以上存在するターゲットは、パーティク
ルの発生がTi2N型のターゲットよりも極めて少ない
ものとなっており、TiN型相が80%以上を占めるタ
ーゲットがパーティクル発生を抑制する点において有効
であることが確認された。
According to Table 3, Ti by the heat treatment of the present invention
Targets with 80% or more N-type phase generate particles much less than Ti 2 N-type targets, and the target in which TiN-type phase accounts for 80% or more suppresses particle generation. It was confirmed to be effective.

【0019】[0019]

【発明の効果】本発明によれば、TiN型相が主相であ
り、加工性にも優れたチタンと窒素の組成範囲を有する
ターゲットとしたことにより、化学量論組成よりも窒素
の少ないターゲットのパーティクル発生を大きく減少す
ることができたものである。さらに本発明の製造方法に
示すように、硬さの低い焼結状態で一次加工を行い加熱
処理によりTiN型の相に変態させることは、加工性に
問題のあるTiN相を主体とするターゲットの製造方法
として極めて有効なものとなる。
According to the present invention, the TiN type phase is the main phase, and the target having a composition range of titanium and nitrogen which is excellent in workability is used, so that the target has less nitrogen than the stoichiometric composition. The generation of particles can be greatly reduced. Further, as shown in the manufacturing method of the present invention, the primary processing in a sintered state of low hardness and the transformation into the TiN type phase by the heat treatment is effective for a target mainly composed of the TiN phase having a problem in workability. This is a very effective manufacturing method.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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0.35以上0.
55以下であり、TiN型相が主相であることを特徴と
するスパッタリング用ターゲット
1. It is composed substantially of titanium and nitrogen, and the atomic ratio of nitrogen to titanium (nitrogen / titanium) is 0.35 or more and not less than 0.1.
A target for sputtering characterized by having a TiN type phase of 55 or less and a main phase being a main phase.
【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0.35以上0.
55以下である焼結体を加熱処理し、TiN型相が主相
である組織に変態させ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。
2. It is substantially composed of titanium and nitrogen, and the atomic ratio of nitrogen to titanium (nitrogen / titanium) is 0.35 or more and not more than 0.1.
A method for producing a sputtering target, which comprises subjecting a sintered body of 55 or less to a heat treatment to transform it into a structure in which a TiN-type phase is a main phase.
【請求項3】 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0.35以上0.
55以下であり、Ti2N型相が主相である焼結体に機
械加工を加えた後、加熱処理してTiN型相が主相であ
る組織に変態させ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。
3. Substantially composed of titanium and nitrogen, and the atomic ratio of nitrogen and titanium (nitrogen / titanium) is 0.35 or more.
A sputtering target characterized by having a ratio of 55 or less and subjecting a sintered body having a Ti 2 N-type phase as a main phase to mechanical processing and then subjecting it to heat treatment to transform it into a structure having a TiN-type phase as a main phase. Manufacturing method.
JP5130354A 1993-06-01 1993-06-01 Target for sputtering and production thereof Pending JPH06340969A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6241859B1 (en) 1997-08-22 2001-06-05 Nec Corporation Method of forming a self-aligned refractory metal silicide layer

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