JPWO2014148424A1 - Ti-Al alloy sputtering target - Google Patents
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Abstract
Ａｌを１５〜９０ｗｔ％含有し、残余がＴｉであるＴｉ−Ａｌ合金からなるスパッタリングターゲットであって、前記Ｔｉ−Ａｌ合金の平均結晶粒径が１５０μｍ以下であることを特徴とするＴｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲット。積層薄膜を構成する物質の相互拡散により発生する汚染防止のためのバリアー膜形成に使用することのできる有用なＴｉ−Ａｌ合金パッタリングターゲットを提供する。【選択図】なしA Ti—Al alloy characterized in that it is a sputtering target comprising a Ti—Al alloy containing 15 to 90 wt% of Al and the balance being Ti, wherein the Ti—Al alloy has an average crystal grain size of 150 μm or less. Sputtering target. Provided is a useful Ti-Al alloy sputtering target that can be used to form a barrier film for preventing contamination caused by mutual diffusion of substances constituting a laminated thin film. [Selection figure] None
Description
この発明は、積層薄膜を構成する物質の相互拡散により発生する汚染防止のためのバリアー膜の形成に使用することのできる有用なＴｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲットに関する。 The present invention relates to a useful Ti—Al alloy sputtering target that can be used for forming a barrier film for preventing contamination caused by mutual diffusion of substances constituting a laminated thin film.
近年、半導体装置の製造は飛躍的な進歩を遂げ、最近ではＧ（ギガ）バイトスケールのＤＲＡＭの設計がなされている。これら半導体装置等の製造工程の中で多数の薄膜が形成されるが、薄膜相互間の距離が極めて小さく集積密度が向上しているために、薄膜を構成する物質あるいはその薄膜に含まれる不純物が隣接する薄膜に拡散するという問題が発生している。 In recent years, the manufacture of semiconductor devices has made tremendous progress, and recently, G (giga) byte scale DRAMs have been designed. Many thin films are formed in the manufacturing process of these semiconductor devices and the like, but since the distance between the thin films is extremely small and the integration density is improved, the substances constituting the thin film or impurities contained in the thin film are not contained. There is a problem of diffusion to adjacent thin films.
これにより、自膜及び隣接膜の構成物質のバランスが崩れ、本来所有していなければならない膜の性質や機能が低下するという大きな問題が起こる。
このような薄膜の製造工程においては、数百度に加熱される場合があり、また、半導体装置を組み込んだ電子機器の使用中にも温度が上昇することがある。このような温度上昇は前記物質の拡散係数をさらに上げ、拡散による電子機器の機能低下に大きな問題を生ずることになる。As a result, the balance between the constituent materials of the self-film and the adjacent film is lost, which causes a serious problem that the properties and functions of the film that must originally be owned are deteriorated.
In the manufacturing process of such a thin film, it may be heated to several hundred degrees, and the temperature may rise even during use of an electronic device incorporating a semiconductor device. Such a temperature increase further increases the diffusion coefficient of the substance, which causes a serious problem in the deterioration of the function of the electronic device due to diffusion.
一例を挙げると、バリウム・ストロンチウム・チタネイト（ＢＳＴ）を使用したキャパシタであるが、一般にこの構造ではシリサイド（ＴｉＳｉ２ ）層とＢＳＴ層との間に、ＴｉＡｌＮのバリアー層（膜）が形成される。これは前記シリサイド層のＢＳＴ層からの酸素の拡散により汚染されるのを防止するためである。
このＴｉＡｌＮのバリアー層は緻密な層であり、多少の熱では他の物質と殆ど反応しないので、この場合も、約３〜５ｎｍ程度でバリアー層としての機能を十分に果たすことができる。For example, a capacitor using barium strontium titanate (BST) is generally used. In this structure, a TiAlN barrier layer (film) is formed between a silicide (TiSi 2 ) layer and a BST layer. . This is to prevent contamination by diffusion of oxygen from the BST layer of the silicide layer.
This TiAlN barrier layer is a dense layer and hardly reacts with other substances with a little heat. In this case as well, the function as a barrier layer can be sufficiently achieved at about 3 to 5 nm.
一般に、このＴｉＡｌＮのバリアー層はスパッタリングにより形成する。スパッタリングは陰極に設置したターゲットに、Ａｒ＋などの陽イオンを物理的に衝突させてターゲットを構成する金属原子をその衝突エネルギーで放出させる手法であるが、上記窒化物を形成するにはターゲットとしてＴｉＡｌ合金を使用し、アルゴンガスと窒素の混合ガス雰囲気中で、スパッタリングすることによって形成することができる。In general, the TiAlN barrier layer is formed by sputtering. Sputtering is a technique in which cations such as Ar + are physically collided with a target placed on the cathode and metal atoms constituting the target are released with the collision energy. To form the nitride, the target is used as a target. It can be formed by sputtering using a TiAl alloy in a mixed gas atmosphere of argon gas and nitrogen.
このようなスパッタリングによる成膜では、ダストが発生することがあり、このダストは素子の歩留まりを低下させるために、低減化が望まれている。また、スパッタリングの際に、異常放電（アーキング）があると、パーティクルが発生し易くなり、品質を低下させる原因となる。ＴｉＡｌＮのバリアー層の多くは、他の機能薄膜に影響を与えないように、極めて薄い膜を形成するものであるから、このようなパーティクルはバリアー膜としての機能を損なう可能性が非常に高い。 In such film formation by sputtering, dust may be generated, and the dust is desired to be reduced in order to reduce the yield of the element. Further, if there is abnormal discharge (arcing) during sputtering, particles are likely to be generated, which causes a reduction in quality. Many of the TiAlN barrier layers form an extremely thin film so as not to affect other functional thin films, and such particles are very likely to impair the function as a barrier film.
先行特許を見ると、特許文献１は、１〜３０原子％の範囲のＡｌを含有するＴｉ−Ａｌ合金ターゲットであって、ターゲットの結晶粒を比較的微細化することで、ダストの発生を抑制することを開示し、具体的には、ターゲットの平均結晶粒径が５００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下、さらに好ましくは２００μｍ以下とすることを開示している。
特許文献１では、アーク溶解により得られた合金インゴットに溶体化処理を施し、この合金素材を熱間圧延してターゲットを作製するもので、熱間加工時において、ターゲットにクラックが発生する問題がある。Looking at the prior patents, Patent Document 1 is a Ti—Al alloy target containing Al in the range of 1 to 30 atomic%, and suppresses the generation of dust by relatively miniaturizing the crystal grains of the target. Specifically, it is disclosed that the average crystal grain size of the target is 500 μm or less, more preferably 300 μm or less, and even more preferably 200 μm or less.
In Patent Document 1, the alloy ingot obtained by arc melting is subjected to a solution treatment, and this alloy material is hot-rolled to produce a target. During hot working, there is a problem that cracks occur in the target. is there.
また、特許文献２は、Ａｌを５〜５０原子％の範囲で含有するＴｉ−Ａｌ合金からなるスパッタリングターゲットであって、Ｔｉ−Ａｌ合金の結晶粒が比較的微細である場合に、スパッタ成膜時におけるダストの発生を抑制することができることを開示し、具体的には、Ｔｉ−Ａｌ合金の平均結晶粒径は１０ｍｍ以下、さらには５ｍｍ以下であることを開示している。
特許文献２では、平均結晶粒径が５ｍｍ以下となっているが、実施例で実現できている平均結晶粒径の最下限値は０．８ｍｍとなっており、結晶粒の微細化が充分でない。また、微細化を阻害する原因の解明がなされていないという問題がある。Further, Patent Document 2 is a sputtering target made of a Ti—Al alloy containing Al in the range of 5 to 50 atomic%, and when the Ti—Al alloy crystal grains are relatively fine, sputter deposition is performed. It is disclosed that the generation of dust at the time can be suppressed. Specifically, it is disclosed that the average crystal grain size of the Ti—Al alloy is 10 mm or less, and further 5 mm or less.
In Patent Document 2, the average crystal grain size is 5 mm or less, but the minimum value of the average crystal grain size that can be realized in the examples is 0.8 mm, and the crystal grains are not sufficiently refined. . In addition, there is a problem that the cause of inhibiting the miniaturization has not been elucidated.
本発明者らは、その後実施を重ねるうちに、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットにおいてターゲットの密度を高めたりするだけでは、スパッタリング時に発生するダストを抑制することは不十分であることが、新たに認識されるようになった。 The inventors have newly recognized that it is insufficient to suppress dust generated during sputtering simply by increasing the density of the target in the Ti-Al alloy target while repeating the implementation thereafter. It became so.
本発明は、上記の諸問題点の解決、特に積層薄膜を構成する物質の相互拡散により発生する汚染防止のためのバリアー膜としての機能を効果的に発揮するとともに、このバリアー膜から発生する汚染物質（ダスト）の影響を極力低減させ、緻密な膜を形成することができるＴｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲットを提供することを目的としたものである。 The present invention effectively functions as a barrier film for solving the above-described problems, particularly for preventing pollution caused by mutual diffusion of substances constituting the laminated thin film, and for generating contamination from the barrier film. An object of the present invention is to provide a Ti—Al alloy sputtering target capable of reducing the influence of a substance (dust) as much as possible and forming a dense film.
上記問題点を解決するための技術的な手段は、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットにおける結晶組織の厳密な管理と不純物のコントロールにより、安定したバリアー膜の形成を実現することができるとの知見を得た。 The technical means for solving the above-mentioned problems has been found to be that a stable barrier film can be formed by strict control of the crystal structure and control of impurities in the Ti-Al alloy target. .
本発明は、この知見に基づき、以下を提供するものである。
１）Ａｌを１５〜９０ｗｔ％含有し、残余がＴｉであるＴｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲットであって、Ｔｉ−Ａｌ合金の平均結晶粒径が１５０μｍ以下であることを特徴とするＴｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲット。
２）Ｔｉ−Ａｌ合金の最大結晶粒径が３００μｍ以下であることを特徴とする上記１）記載のＴｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲット。
３）Ｆｅ含有量が１０ｗｔｐｐｍ未満であることを特徴とする上記２）記載のＴｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲット。
４）Ｓｉ含有量が１０ｗｔｐｐｍ未満であることを特徴とする上記２）又は３）記載のＴｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲット。Based on this finding, the present invention provides the following.
1) Ti-Al alloy sputtering target comprising a Ti-Al alloy sputtering target containing 15 to 90 wt% of Al and the balance being Ti, wherein the average crystal grain size of the Ti-Al alloy is 150 µm or less. target.
2) The Ti—Al alloy sputtering target according to 1) above, wherein the maximum crystal grain size of the Ti—Al alloy is 300 μm or less.
3) The Ti—Al alloy sputtering target according to 2) above, wherein the Fe content is less than 10 wtppm.
4) The Ti—Al alloy sputtering target according to 2) or 3) above, wherein the Si content is less than 10 wtppm.
本発明は、特に積層薄膜を構成する物質の相互拡散により発生する汚染防止のためのバリアー膜としての機能を効果的に発揮させるとともに、このバリアー膜から発生する汚染物質または影響を極力低減させ、緻密な膜を形成することができるＴｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲットを提供する。
集積密度が極めて高くなっている半導体装置等の電子機器において、より好適なバリアー膜を提供し、結晶粒を微細化することで、スパッタリングの際に発生する異常放電（アーキング）を防止し、ダストを効果的に抑制することができる優れた特徴を有する。In particular, the present invention effectively exhibits a function as a barrier film for preventing contamination caused by mutual diffusion of substances constituting the laminated thin film, and reduces the contaminants or influences generated from the barrier film as much as possible. A Ti—Al alloy sputtering target capable of forming a dense film is provided.
In electronic devices such as semiconductor devices, where the integration density is extremely high, a more suitable barrier film is provided, and the crystal grains are refined to prevent abnormal discharge (arcing) that occurs during sputtering, and dust It has the outstanding characteristic which can suppress effectively.
本発明のＴｉ−Ａｌ合金からなるスパッタリングターゲットは、前記Ｔｉ−Ａｌ合金の平均結晶粒径が１５０μｍ以下であることを特徴とする。従来、ダストの発生を抑制するためには、ターゲットを高密度化したり、不純物のガス成分を低減したりすることが行われてきたが、Ｔｉ−Ａｌ合金の平均結晶粒径を１５０μｍ以下とすることで、スパッタリングの際のアーキングを抑制することができ、この異常放電に起因するパーティクルの発生量を著しく低減することができる。 The sputtering target comprising the Ti—Al alloy of the present invention is characterized in that the average crystal grain size of the Ti—Al alloy is 150 μm or less. Conventionally, in order to suppress the generation of dust, it has been performed to increase the density of the target or reduce the gas component of impurities, but the average crystal grain size of the Ti—Al alloy is set to 150 μm or less. Thus, arcing during sputtering can be suppressed, and the amount of particles generated due to this abnormal discharge can be significantly reduced.
本発明において、前記Ｔｉ−Ａｌ合金は、Ａｌを１５〜９０ｗｔ％含有し、残余がＴｉから構成される。このＴｉ−Ａｌ合金の組成は、前述したアーキングの抑制とは直接の関係はなく、ＴｉＡｌＮバリアー膜としての機能を維持するのに所望される組成である。また、前記Ｔｉ−Ａｌ合金は、バリアー膜からの汚染を排除するために、４Ｎ５（９９．９９５％）以上の純度を有するＴｉ−Ａｌ合金を使用することが好ましい。 In the present invention, the Ti—Al alloy contains 15 to 90 wt% of Al, and the remainder is composed of Ti. The composition of this Ti—Al alloy is not directly related to the suppression of arcing described above, and is a composition desired to maintain the function as a TiAlN barrier film. The Ti—Al alloy is preferably a Ti—Al alloy having a purity of 4N5 (99.995%) or higher in order to eliminate contamination from the barrier film.
また、本発明のＴｉ−Ａｌ合金からなるスパッタリングターゲットは、前記Ｔｉ−Ａｌ合金の最大結晶粒径が３００μｍ以下であることが好ましい。結晶粒が異常成長し、結晶粒径が３００μｍを超えるような粗大粒の存在は、スパッタリングの際にアーキングを引き起こす原因となる。したがって、このような粗大粒を極力排除することで、さらなるパーティクル発生の抑制が可能となり、ＴｉＡｌＮバリアー膜中のダストを低減することができる。 In the sputtering target made of the Ti—Al alloy of the present invention, the maximum crystal grain size of the Ti—Al alloy is preferably 300 μm or less. The presence of coarse grains in which crystal grains grow abnormally and the grain size exceeds 300 μm causes arcing during sputtering. Therefore, by eliminating such coarse particles as much as possible, further generation of particles can be suppressed, and dust in the TiAlN barrier film can be reduced.
また、本発明のＴｉ−Ａｌ合金からなるスパッタリングターゲットは、Ｆｅ含有量が１０ｗｔｐｐｍ未満であることが好ましく、また、Ｓｉ含有量が１０ｗｔｐｐｍ未満であることが好ましい。これらの不純物が存在する部分は、良好にスパッタリングされないため、残留物となってパーティクルの発生を引き起こす原因となる。したがって、このような不純物を低減することで、パーティクル量を低減することが可能となる。 In addition, the sputtering target made of the Ti—Al alloy of the present invention preferably has an Fe content of less than 10 wtppm, and preferably has an Si content of less than 10 wtppm. Since the portion where these impurities are present is not sputtered well, it becomes a residue and causes generation of particles. Accordingly, the amount of particles can be reduced by reducing such impurities.
本発明のＴｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲットは、粉末焼結法によって作製することができる。まず、原料粉末として、Ｔｉ粉末、Ａｌ粉末を用意する。このとき、単元素の金属粉だけでなく、Ｔｉ−Ａｌ合金粉を用いることもできる。これらの原料粉末は、粒径が１５〜７５０μｍの範囲のものを用いるのが好ましく、さらに好ましくは、１５〜５００μｍの範囲のものを用いるのが望ましい。粒径が７５０μｍ以下、さらに５００μｍ以下とすることで、結晶粒の微細化が可能となり、また、粗大結晶化を防止することができる。一方、１５μｍより小さい場合には、金属粉の酸化の影響が問題となることがある。 The Ti—Al alloy sputtering target of the present invention can be produced by a powder sintering method. First, Ti powder and Al powder are prepared as raw material powder. At this time, not only single-element metal powder but also Ti—Al alloy powder can be used. These raw material powders preferably have a particle size in the range of 15 to 750 μm, more preferably in the range of 15 to 500 μm. When the particle size is 750 μm or less, and further 500 μm or less, the crystal grains can be refined, and coarse crystallization can be prevented. On the other hand, when it is smaller than 15 μm, the effect of oxidation of the metal powder may be a problem.
Ｔｉ粉末、Ａｌ粉末又はＴｉ−Ａｌ粉末としては、ガス成分を除き９９．９９５％以上の純度を有する原料を使用することが好ましい。特に、Ｆｅ含有量が８ｗｔｐｐｍ以下、Ｓｉ含有量が８ｗｔｐｐｍ以下の原料を用いることが好ましい。これらの元素は、原料を製造するのに用いられる装置の構成物質である場合が多く、原料の製造工程で混入しやすい。そのため、例えば、装置が原料と接触する部分をＴｉ板で覆うことやＴｉ製に置き換えることで、その混入量を減らすことが可能となる。本発明は、ＦｅやＳｉの不純物含有量を低減した原料を用いることが重要な点の一つである。 As the Ti powder, Al powder or Ti—Al powder, it is preferable to use a raw material having a purity of 99.995% or more excluding gas components. In particular, it is preferable to use a raw material having an Fe content of 8 wtppm or less and an Si content of 8 wtppm or less. In many cases, these elements are constituent materials of an apparatus used for producing a raw material, and are easily mixed in the raw material production process. Therefore, for example, it is possible to reduce the amount of mixing by covering the part where the apparatus contacts the raw material with a Ti plate or replacing it with Ti. In the present invention, it is one of important points to use a raw material with a reduced impurity content of Fe or Si.
Ｔｉ粉末、Ａｌ粉末又はＴｉ−Ａｌ合金粉末を秤量し、これらの成分量を必要とされるＴｉ−Ａｌ合金に調整した後、混合する。混合粉末を型に充填し、温度：５００〜１５００℃、圧力：２００〜３００Ｋｇｆ／ｃｍ２にて、ホットプレス処理又はＨＩＰ処理して、Ｔｉ−Ａｌ合金の焼結体を作製する。このようにして作製した焼結体をターゲット形状に切り出し、表面を研磨して、Ｔｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲットとする。なお、スパッタリングを実施する場合には、このＴｉ−Ａｌ合金ターゲットを銅製のバッキングプレートにロウ付けするか、またはアルミ合金製のバッキングプレートと固相接合し、これをスパッタチャンバに挿入し、窒素ガスとアルゴンガスとの希薄混合ガスを充填して反応性スパッタリングを実施し、ＴｉＡｌＮバリアー膜を形成することができる。Ti powder, Al powder or Ti—Al alloy powder is weighed, and the amount of these components is adjusted to the required Ti—Al alloy and then mixed. The mixed powder is filled into a mold, and subjected to hot press treatment or HIP treatment at a temperature of 500 to 1500 ° C. and a pressure of 200 to 300 Kgf / cm 2 to produce a sintered body of Ti—Al alloy. The sintered body thus produced is cut into a target shape, and the surface is polished to obtain a Ti—Al alloy sputtering target. When sputtering is performed, the Ti—Al alloy target is brazed to a copper backing plate or is solid-phase bonded to an aluminum alloy backing plate, which is inserted into a sputtering chamber, and nitrogen gas is added. A TiAlN barrier film can be formed by filling a dilute gas mixture of argon and argon and performing reactive sputtering.
以上により、Ａｌを１５〜９０ｗｔ％含有し、残余がＴｉであるＴｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲットであって、Ｔｉ−Ａｌ合金の平均結晶粒径が１５０μｍ以下のスパッタリングターゲット、また、Ｔｉ−Ａｌ合金の最大結晶粒径が３００μｍ以下のスパッタリングターゲット、さらにＦｅ含有量が１０ｗｔｐｐｍ未満、Ｓｉ含有量が１０ｗｔｐｐｍ未満であるスパッタリングターゲットを作製できる。 From the above, a Ti—Al alloy sputtering target containing 15 to 90 wt% Al and the balance being Ti, the sputtering target having an average crystal grain size of Ti—Al alloy of 150 μm or less, and the Ti—Al alloy A sputtering target having a maximum crystal grain size of 300 μm or less, a sputtering target having an Fe content of less than 10 wtppm, and an Si content of less than 10 wtppm can be produced.
次に、実施例及び比較例について説明する。なお、これらの実施例及び比較例は、本願発明の理解を容易にするためのものであって、発明の内容はこれらによって制限されるものでないことは理解されるべきことである。 Next, examples and comparative examples will be described. In addition, it should be understood that these Examples and Comparative Examples are for facilitating the understanding of the present invention, and that the contents of the invention are not limited thereto.
（実施例１−６）
Ｔｉ粉末とアトマイズ法により作製したＴｉ−Ａｌ粉末を使用し、これらの粉末を表１に示すように最大粒径と成分組成を調整し、焼結温度をそれぞれ表１の通り変化させて、圧力３００Ｋｇｆ／ｃｍ２にて、３時間ホットプレス処理して、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットを製造した。焼結後のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットについて、それぞれ平均結晶粒径を測定した結果、いずれの場合においても１５０μｍ以下であった。(Example 1-6)
Using Ti powder and Ti-Al powder produced by atomization method, adjusting the maximum particle size and component composition of these powders as shown in Table 1, changing the sintering temperature as shown in Table 1, respectively, A Ti—Al alloy target was manufactured by hot pressing at 300 kgf / cm 2 for 3 hours. As a result of measuring the average crystal grain size of the sintered Ti—Al alloy target, it was 150 μm or less in any case.
次に、このＴｉ−Ａｌ合金ターゲットをアルミ合金製のバッキングプレートと固相接合し、これをスパッタチャンバに挿入した後、窒素ガスとアルゴンガスとの希薄混合ガスを充填して反応性スパッタリングを実施し、ＴｉＡｌＮ膜を基板上に形成した。本実施例においては、スパッタリング時の異常放電の発生は殆ど認められなかった。また、パーティクルの発生個数は、後述の比較例に比べて少なかった。 Next, this Ti-Al alloy target is solid-phase bonded to an aluminum alloy backing plate, and this is inserted into a sputtering chamber, and then reactive sputtering is performed by filling a dilute mixed gas of nitrogen gas and argon gas. Then, a TiAlN film was formed on the substrate. In this example, the occurrence of abnormal discharge during sputtering was hardly observed. Further, the number of generated particles was smaller than that of a comparative example described later.
（比較例１−１２）
Ｔｉ粉末とアトマイズ法により作製したＴｉ−Ａｌ粉末を使用し、これらの粉末を表１に示すように最大粒径と成分組成を調整し、焼結温度をそれぞれ表１の通り変化させて、圧力３００Ｋｇｆ／ｃｍ２にて、３時間ホットプレス処理して、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットを製造した。焼結後のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットについて、それぞれ平均結晶粒径を測定した結果、表１の通り、いずれの場合においても１５０μｍ超であった。(Comparative Example 1-12)
Using Ti powder and Ti-Al powder produced by atomization method, adjusting the maximum particle size and component composition of these powders as shown in Table 1, changing the sintering temperature as shown in Table 1, respectively, A Ti—Al alloy target was manufactured by hot pressing at 300 kgf / cm 2 for 3 hours. As a result of measuring the average crystal grain size of the sintered Ti—Al alloy target, it was over 150 μm in any case as shown in Table 1.
次に、このＴｉ−Ａｌ合金ターゲットをアルミ合金製のバッキングプレートと固相接合し、これをスパッタチャンバに挿入した後、窒素ガスとアルゴンガスとの希薄混合ガスを充填して反応性スパッタリングを実施し、ＴｉＡｌＮ膜を基板上に形成した。本比較例においては、スパッタリング時の異常放電が比較的多く発生し、また、パーティクルの発生個数は、前述の実施例に比べて増加していた。 Next, this Ti-Al alloy target is solid-phase bonded to an aluminum alloy backing plate, and this is inserted into a sputtering chamber, and then reactive sputtering is performed by filling a dilute mixed gas of nitrogen gas and argon gas. Then, a TiAlN film was formed on the substrate. In this comparative example, a relatively large amount of abnormal discharge was generated during sputtering, and the number of particles generated was increased as compared with the above-described example.
（実施例７−９）
Ｔｉ粉末とアトマイズ法により作製したＴｉ−Ａｌ粉末を使用し、これらの粉末を、表２に示す組成となるように成分調整して、１５００℃、圧力３００Ｋｇｆ／ｃｍ２で、３時間ホットプレス処理して、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットを製造した。このとき、ホットプレス装置の側壁をＴｉ保護材によって覆うことで、原料粉末と接触する装置の側壁（材質：ステンレス）からの汚染を防止した。
焼結後のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットについて、Ｆｅ含有量を測定した結果、表２の通り、いずれも１０ｗｔｐｐｍ未満であった。また、それぞれの平均結晶粒径及び最大結晶粒径を測定した結果、表２の通り、それぞれ１５０μｍ以下、３００μｍ以下であった。(Example 7-9)
Using Ti powder and Ti-Al powder produced by the atomizing method, adjusting the components of these powders so as to have the composition shown in Table 2, hot pressing at 1500 ° C. and a pressure of 300 kgf / cm 2 for 3 hours Thus, a Ti—Al alloy target was manufactured. At this time, the contamination from the side wall (material: stainless steel) of the device in contact with the raw material powder was prevented by covering the side wall of the hot press device with a Ti protective material.
As a result of measuring the Fe content of the sintered Ti—Al alloy target, as shown in Table 2, all were less than 10 wtppm. Moreover, as a result of measuring each average crystal grain size and maximum crystal grain size, as shown in Table 2, they were 150 μm or less and 300 μm or less, respectively.
次に、このＴｉ−Ａｌ合金ターゲットをアルミ合金製のバッキングプレートと固相接合し、これをスパッタチャンバに挿入した後、窒素ガスとアルゴンガスとの希薄混合ガスを充填して反応性スパッタリングを実施し、ＴｉＡｌＮ膜を基板上に形成した。本実施例においては、スパッタリング時の異常放電の発生は殆ど認められなかった。また、パーティクルの発生個数は後述の比較例に比べて少なかった。 Next, this Ti-Al alloy target is solid-phase bonded to an aluminum alloy backing plate, and this is inserted into a sputtering chamber, and then reactive sputtering is performed by filling a dilute mixed gas of nitrogen gas and argon gas. Then, a TiAlN film was formed on the substrate. In this example, the occurrence of abnormal discharge during sputtering was hardly observed. Further, the number of generated particles was smaller than that of a comparative example described later.
（比較例１３−１５）
Ｔｉ粉末とアトマイズ法により作製したＴｉ−Ａｌ粉末を使用し、これらの粉末を、表２に示す組成となるように成分調整して、１５００°Ｃ、圧力３００Ｋｇｆ／ｃｍ２で、３時間ホットプレス処理して、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットを製造した。
このとき、ホットプレス装置の側壁をＴｉ保護材によって覆うことはしなかった。
焼結後のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットについて、Ｆｅ含有量を測定した結果、表２の通り、いずれも１０ｗｔｐｐｍ以上であった。また、それぞれの平均結晶粒径及び最大結晶粒径を測定した結果、表２の通り、それぞれ１５０μｍ超、３００μｍ超であった。(Comparative Example 13-15)
Using Ti powder and Ti-Al powder produced by the atomization method, these powders were adjusted to have the composition shown in Table 2, and hot-pressed at 1500 ° C and pressure 300 kgf / cm 2 for 3 hours. The Ti-Al alloy target was manufactured by processing.
At this time, the side wall of the hot press apparatus was not covered with the Ti protective material.
As a result of measuring the Fe content of the sintered Ti—Al alloy target, as shown in Table 2, all were 10 wtppm or more. Moreover, as a result of measuring each average crystal grain size and maximum crystal grain size, as shown in Table 2, they were over 150 μm and over 300 μm, respectively.
次に、このＴｉ−Ａｌ合金ターゲットをアルミ合金製のバッキングプレートと固相接合し、これをスパッタチャンバに挿入した後、窒素ガスとアルゴンガスとの希薄混合ガスを充填して反応性スパッタリングを実施し、ＴｉＡｌＮ膜を基板上に形成した。本比較例においては、スパッタリング時の異常放電が比較的多く発生し、また、パーティクルの発生個数は、前述の実施例に比べて増加していた。 Next, this Ti-Al alloy target is solid-phase bonded to an aluminum alloy backing plate, and this is inserted into a sputtering chamber, and then reactive sputtering is performed by filling a dilute mixed gas of nitrogen gas and argon gas. Then, a TiAlN film was formed on the substrate. In this comparative example, a relatively large amount of abnormal discharge was generated during sputtering, and the number of particles generated was increased as compared with the above-described example.
（実施例１０−１２）
Ｔｉ粉末とアトマイズ法により作製したＴｉ−Ａｌ粉末を使用し、これらの粉末を、表３に示す組成となるように成分調整して、１５００°Ｃ、圧力３００Ｋｇｆ／ｃｍ２にて、３時間ホットプレス処理してＴｉ−Ａｌ合金ターゲットを製造した。
このとき、ホットプレス装置の側壁をＴｉ保護材によって覆うことで、原料粉末と接触する装置の側壁（材質：ステンレス）からの汚染を防止した。
焼結後のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットについて、Ｓｉ含有量を測定した結果、表３の通り、いずれも１０ｗｔｐｐｍ未満であった。また、それぞれの平均結晶粒径及び最大結晶粒径を測定した結果、表３の通り、それぞれ１５０μｍ以下、３００μｍ以下であった。(Examples 10-12)
Using Ti powder and Ti-Al powder produced by atomization method, these powders were adjusted to have the composition shown in Table 3, and hot at 1500 ° C and pressure 300 kgf / cm 2 for 3 hours. A Ti—Al alloy target was manufactured by pressing.
At this time, the contamination from the side wall (material: stainless steel) of the device in contact with the raw material powder was prevented by covering the side wall of the hot press device with a Ti protective material.
As a result of measuring Si content about the Ti-Al alloy target after sintering, as shown in Table 3, all were less than 10 wtppm. Moreover, as a result of measuring each average crystal grain size and maximum crystal grain size, as shown in Table 3, they were 150 μm or less and 300 μm or less, respectively.
次に、このＴｉ−Ａｌ合金ターゲットをアルミ合金製のバッキングプレートと固相接合し、これをスパッタチャンバに挿入した後、窒素ガスとアルゴンガスとの希薄混合ガスを充填して反応性スパッタリングを実施し、ＴｉＡｌＮ膜を基板上に形成した。本実施例においては、スパッタリング時の異常放電の発生は殆ど認められなかった。また、パーティクルの発生個数は後述の比較例に比べて少なかった。 Next, this Ti-Al alloy target is solid-phase bonded to an aluminum alloy backing plate, and this is inserted into a sputtering chamber, and then reactive sputtering is performed by filling a dilute mixed gas of nitrogen gas and argon gas. Then, a TiAlN film was formed on the substrate. In this example, the occurrence of abnormal discharge during sputtering was hardly observed. Further, the number of generated particles was smaller than that of a comparative example described later.
（比較例１６−１８）
Ｔｉ粉末とアトマイズ法により作製したＴｉ−Ａｌ粉末を使用し、これらの粉末を、表３に示す組成となるように成分調整して、１５００°Ｃ、圧力３００Ｋｇｆ／ｃｍ２で、３時間ホットプレス処理して、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットを製造した。
このとき、ホットプレス装置の側壁をＴｉ保護材によって覆うことはしなかった。
焼結後のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットについて、Ｓｉ含有量を測定した結果、表２の通り、いずれも１０ｗｔｐｐｍ以上であった。また、それぞれの平均結晶粒径及び最大結晶粒径を測定した結果、表３の通り、それぞれ１５０μｍ超、３００μｍ超であった。(Comparative Example 16-18)
Using Ti powder and Ti-Al powder produced by the atomization method, the components of these powders were adjusted so as to have the composition shown in Table 3, and hot pressing was performed at 1500 ° C. and a pressure of 300 kgf / cm 2 for 3 hours. The Ti-Al alloy target was manufactured by processing.
At this time, the side wall of the hot press apparatus was not covered with the Ti protective material.
As a result of measuring Si content about the Ti-Al alloy target after sintering, as shown in Table 2, all were 10 wtppm or more. Moreover, as a result of measuring each average crystal grain size and maximum crystal grain size, as shown in Table 3, they were over 150 μm and over 300 μm, respectively.
次に、このＴｉ−Ａｌ合金ターゲットをアルミ合金製のバッキングプレートと固相接合し、これをスパッタチャンバに挿入した後、窒素ガスとアルゴンガスとの希薄混合ガスを充填して反応性スパッタリングを実施し、ＴｉＡｌＮ膜を基板上に形成した。本比較例においては、スパッタリング時の異常放電が比較的多く発生し、また、パーティクルの発生個数は、前述の実施例に比べて増加していた。 Next, this Ti-Al alloy target is solid-phase bonded to an aluminum alloy backing plate, and this is inserted into a sputtering chamber, and then reactive sputtering is performed by filling a dilute mixed gas of nitrogen gas and argon gas. Then, a TiAlN film was formed on the substrate. In this comparative example, a relatively large amount of abnormal discharge was generated during sputtering, and the number of particles generated was increased as compared with the above-described example.
以上から、本発明は、Ａｌを１５〜９０ｗｔ％含有し、残余がＴｉであるＴｉ−Ａｌ合金からなるスパッタリングターゲットであって、前記Ｔｉ−Ａｌ合金の平均結晶粒径が１５０μｍ以下であることを特徴とするＴｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲットを提供する。特に積層薄膜を構成する物質の相互拡散により発生する汚染防止のためのバリアー膜としての機能を効果的に発揮させるとともに、このバリアー膜から発生する汚染物質または影響を極力低減させ、緻密な膜を形成することができるＴｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲットを提供する。
集積密度が極めて高くなっている半導体装置等の電子機器において、より好適なバリアー膜を提供し、スパッタリングの際アーキングやパーティクルの発生を抑制できるので、膜の劣化を効果的に防止できる優れた特徴を有する。From the above, the present invention is a sputtering target made of a Ti—Al alloy containing 15 to 90 wt% of Al and the balance being Ti, and that the average crystal grain size of the Ti—Al alloy is 150 μm or less. A Ti—Al alloy sputtering target is provided. In particular, it effectively functions as a barrier film to prevent contamination caused by mutual diffusion of substances that make up the laminated thin film, and reduces the contaminants or influences generated from this barrier film as much as possible. A Ti—Al alloy sputtering target that can be formed is provided.
In electronic devices such as semiconductor devices where the integration density is extremely high, a more suitable barrier film is provided, and since arcing and generation of particles can be suppressed during sputtering, it is possible to effectively prevent deterioration of the film Have
【００１４】
［００３４］
（実施例１０−１２）
Ｔｉ粉末とアトマイズ法により作製したＴｉ−Ａｌ粉末を使用し、これらの粉末を、表３に示す組成となるように成分調整して、１５００°Ｃ、圧力３００Ｋｇｆ／ｃｍ２にて、３時間ホットプレス処理してＴｉ−Ａｌ合金ターゲットを製造した。
このとき、ホットプレス装置の側壁をＴｉ保護材によって覆うことで、原料粉末と接触する装置の側壁（材質：ステンレス）からの汚染を防止した。焼結後のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットについて、Ｓｉ含有量を測定した結果、表３の通り、いずれも１０ｗｔｐｐｍ未満であった。また、それぞれの平均結晶粒径及び最大結晶粒径を測定した結果、表３の通り、それぞれ１５０μｍ以下、３００μｍ以下であった。
［００３５］
次に、このＴｉ−Ａｌ合金ターゲットをアルミ合金製のバッキングプレートと固相接合し、これをスパッタチャンバに挿入した後、窒素ガスとアルゴンガスとの希薄混合ガスを充填して反応性スパッタリングを実施し、ＴｉＡｌＮ膜を基板上に形成した。本実施例においては、スパッタリング時の異常放電の発生は殆ど認められなかった。また、パーティクルの発生個数は後述の比較例に比べて少なかった。
［００３６］
（比較例１６−１８）
Ｔｉ粉末とアトマイズ法により作製したＴｉ−Ａｌ粉末を使用し、これらの粉末を、表３に示す組成となるように成分調整して、１５００°Ｃ、圧力３００Ｋｇｆ／ｃｍ２で、３時間ホットプレス処理して、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットを製造した。このとき、ホットプレス装置の側壁をＴｉ保護材によって覆うことはしなかった。
焼結後のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットについて、Ｓｉ含有量を測定した結果、表３の通り、比較例１７は１０ｗｔｐｐｍ以上であり、また、比較例１６〜１７の平均結晶粒径及び最大結晶粒径を測定した結果、表３の通り、それぞれ１５０μｍ超、３００μｍ超であった。[0014]
[0034]
(Examples 10-12)
Using Ti powder and Ti-Al powder produced by atomization method, these powders were adjusted to have the composition shown in Table 3, and hot at 1500 ° C and pressure 300 kgf / cm 2 for 3 hours. A Ti—Al alloy target was manufactured by pressing.
At this time, the contamination from the side wall (material: stainless steel) of the device in contact with the raw material powder was prevented by covering the side wall of the hot press device with a Ti protective material. As a result of measuring Si content about the Ti-Al alloy target after sintering, as shown in Table 3, all were less than 10 wtppm. Moreover, as a result of measuring each average crystal grain size and maximum crystal grain size, as shown in Table 3, they were 150 μm or less and 300 μm or less, respectively.
[0035]
Next, this Ti-Al alloy target is solid-phase bonded to an aluminum alloy backing plate, and this is inserted into a sputtering chamber, and then reactive sputtering is performed by filling a dilute mixed gas of nitrogen gas and argon gas. Then, a TiAlN film was formed on the substrate. In this example, the occurrence of abnormal discharge during sputtering was hardly observed. Further, the number of generated particles was smaller than that of a comparative example described later.
[0036]
(Comparative Example 16-18)
Using Ti powder and Ti-Al powder produced by the atomization method, the components of these powders were adjusted so as to have the composition shown in Table 3, and hot pressing was performed at 1500 ° C. and a pressure of 300 kgf / cm 2 for 3 hours. The Ti-Al alloy target was manufactured by processing. At this time, the side wall of the hot press apparatus was not covered with the Ti protective material.
As a result of measuring Si content about the Ti-Al alloy target after sintering, as shown in Table 3, Comparative Example 17 is 10 wtppm or more, and the average crystal grain size and the maximum crystal grain size of Comparative Examples 16 to 17 As a result of measurement, as shown in Table 3, it was over 150 μm and over 300 μm, respectively.
（比較例１６−１８）
Ｔｉ粉末とアトマイズ法により作製したＴｉ−Ａｌ粉末を使用し、これらの粉末を、表３に示す組成となるように成分調整して、１５００°Ｃ、圧力３００Ｋｇｆ／ｃｍ２で、３時間ホットプレス処理して、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットを製造した。このとき、ホットプレス装置の側壁をＴｉ保護材によって覆うことはしなかった。
焼結後のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットについて、Ｓｉ含有量を測定した結果、表３の通り、比較例１７は１０ｗｔｐｐｍ以上であり、また、比較例１６〜１７の平均結晶粒径及び最大結晶粒径を測定した結果、表３の通り、それぞれ１５０μｍ超、３００μｍ超であった。
(Comparative Example 16-18)
Using Ti powder and Ti-Al powder produced by the atomization method, the components of these powders were adjusted so as to have the composition shown in Table 3, and hot pressing was performed at 1500 ° C. and a pressure of 300 kgf / cm 2 for 3 hours. The Ti-Al alloy target was manufactured by processing. At this time, the side wall of the hot press apparatus was not covered with the Ti protective material.
As a result of measuring Si content about the Ti-Al alloy target after sintering, as shown in Table 3, Comparative Example 17 is 10 wtppm or more, and the average crystal grain size and the maximum crystal grain size of Comparative Examples 16 to 17 As a result of measurement, as shown in Table 3, it was over 150 μm and over 300 μm, respectively.
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