WO2015050041A1 - タンタルスパッタリングターゲット - Google Patents

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WO2015050041A1
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tungsten
niobium
sputtering
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小田　国博
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Jx日鉱日石金属株式会社
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    • H01J37/3414—Targets
    • H01J37/3423—Shape

Definitions

  • the present invention relates to a high-purity tantalum sputtering target having a uniform structure and capable of performing uniform sputtering stably at a high film formation rate.
  • sputtering that forms a coating of metal or ceramic material has been used in many fields such as electronics, corrosion-resistant materials and decoration, catalysts, and production of cutting / polishing materials and wear-resistant materials.
  • the sputtering method itself is a well-known method in the above field, but recently, particularly in the field of electronics, tantalum sputtering suitable for forming a complex-shaped film, forming a circuit, or forming a barrier film. A target is requested.
  • this tantalum target is processed into a target by repeatedly forging and annealing (heat treatment) of an ingot or billet obtained by melting and casting a tantalum raw material, and further rolling and finishing (mechanical processing, polishing, etc.).
  • forging of an ingot or billet destroys the cast structure, diffuses and disappears pores and segregation, and further recrystallizes by annealing, thereby increasing the density and strength of the structure. It is manufactured.
  • a melt-cast ingot or billet has a primary crystal grain size of 50 mm or more. Then, the casting structure is destroyed by forging or recrystallization annealing of an ingot or billet, and generally uniform and fine (100 ⁇ m or less) crystal grains are obtained.
  • high-purity Ta target for forming a TaN film used as a barrier layer for Cu wiring 0.001 to 20 ppm of an element selected from Ag, Au and Cu is included as an element having self-sustained discharge characteristics. Further, high-purity Ta is used in which the total amount of Fe, Ni, Cr, Si, Al, Na, and K as impurity elements is 100 ppm or less and the value obtained by subtracting these is in the range of 99.99 to 99.999%. (See Patent Document 3). However, as far as these patent documents are viewed, the inclusion of a specific element does not refine the structure and thereby stabilize the plasma.
  • the Ta or TaN film used as a barrier layer for Cu wiring further maintains a barrier property equivalent to or higher than that of the conventional film thickness. Is required to be thin (ultra-thin film).
  • a high-purity material in which impurities that hinder the adhesion of the film are reduced as much as possible.
  • a Ta material such as a purity of 6N
  • the present invention maintains the purity of tantalum at a high level and has a microstructure adjusted to a uniform and optimum range by adding a specific element, and stably sputtering at a high deposition rate. It is an object of the present invention to provide a high-purity tantalum sputtering target that can be used.
  • the present invention enables a crystal structure to be adjusted to an optimum range by adding a very small amount of a specific element, and has a uniform structure, It was found that a high-purity tantalum sputtering target capable of performing stable sputtering at a high deposition rate stably can be obtained.
  • the present invention is based on this finding.
  • a tantalum sputtering target characterized by containing niobium and tungsten as essential components in a total amount of 1 massppm or more and less than 10 massppm, and having a purity excluding niobium, tungsten and gas components of 99.9999% or more, 2) The tantalum sputtering target according to 1) above, wherein the average crystal grain size is 50 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less, 3) The tantalum sputtering target according to 2) above, wherein the variation in crystal grain size is 20% or less.
  • the present invention keeps the purity of tantalum at a high level, and by adding a very small amount of niobium and tungsten as essential components, it has a microstructure that is uniform and adjusted to the optimum range, and has a stable and high deposition rate.
  • a high-purity tantalum sputtering target capable of homogeneous sputtering can be provided.
  • High-speed sputtering is extremely effective from the viewpoint of productivity because the film formation time can be shortened.
  • Tantalum (Ta) used in the present invention can be purified, for example, as follows. First, a tantalum raw material ore is pulverized, this pulverized powder is dissolved with hydrofluoric acid, and solvent extraction is performed to obtain a tantalum solution. Next, potassium fluoride and potassium chloride are added to the tantalum solution to precipitate and separate potassium fluorotantalate. Thereafter, it is melt-reduced with metallic sodium to obtain high-purity tantalum powder.
  • the tantalum powder is preferably subjected to deoxygenation treatment with magnesium as necessary.
  • the high-purity tantalum thus obtained has all impurities less than 1 mass ppm except for gas components, and has a purity of 99.9999 mass% or more.
  • impurities can also be removed by electron beam melting in the next step, for example, tantalum of 4N level (99.99%) or more can be used.
  • high-purity tantalum purified using other methods can also be used.
  • the tantalum ingot used in the present invention can be manufactured, for example, by the following process.
  • a small amount of niobium (Nb) powder and tungsten (W) powder are added to and mixed with the tantalum powder obtained above, and this mixed powder is molded into a green compact with a die press.
  • niobium powder and tungsten powder can be added to 600 kg of tantalum powder.
  • it is effective to perform mixing for a long time in a mixer, or to stir the molten metal in a melting / purifying step described later.
  • niobium or tungsten can be continuously and uniformly supplied by using a tantalum alloy containing niobium or tungsten as a thin wire and sandwiching it in the molten material.
  • the activity is lower than that of the powder, and it is possible to suppress the scattering reduction during electron beam melting.
  • the raw material tantalum alloy can be easily obtained by small-scale dissolution such as EB button melt, it may be used by drawing and thinning it.
  • a face obtained by cutting a tantalum alloy containing 100 ppm of niobium and tungsten can be pulverized, and the pulverized powder can be added to and mixed with the tantalum powder.
  • the amount necessary for the facet is 60 g with respect to 600 kg of the tantalum powder, and homogenization can be enhanced by adding the crushed facet.
  • niobium and tungsten-containing tantalum blocks melted with EB by EB are filled at equal intervals in press-molded briquettes, so that they can be added at an equal rate when the raw material for EB melting is introduced. It is effective for.
  • the obtained green compact is introduced and filled into the raw material introduction part in the electron beam melting furnace, the raw material introduction part is evacuated, and then the raw material is transferred to the main body of the electron beam melting furnace to obtain an electron beam (EB).
  • EB electron beam
  • the melting temperature is preferably around 3020 ° C. (3020-3500 ° C.), which is the melting point of tantalum.
  • Niobium (melting point: 2469 ° C., boiling point: 4927 ° C.) and tungsten (melting point: 3420 ° C., boiling point: 5555 ° C.) do not volatilize when dissolved, but volatile impurities can be removed at this time.
  • the high-purity tantalum ingot thus obtained has less than 1 massppm of all impurities except for gas components. Thereafter, the liquefied tantalum melt is cooled to room temperature, whereby a high-purity tantalum ingot can be produced.
  • the above-mentioned electron beam melting is an example of a melting / purifying means, and any other melting / purifying means can be used as long as the object of the present invention can be achieved.
  • An example of the tantalum sputtering target of the present invention can be produced using the following method. First, the tantalum ingot obtained above is subjected to a series of processing such as annealing-forging, rolling, annealing (heat treatment), and finishing.
  • it can be set as a sputtering target material.
  • the cast structure can be destroyed by the forging or rolling described above, and the pores and segregation can be diffused or disappeared. Furthermore, this can be recrystallized by annealing, and cold forging or cold rolling and recrystallization annealing can be repeated. , The densification, refinement and strength of the structure can be increased.
  • the recrystallization annealing may be performed once, but the defects on the structure can be reduced as much as possible by repeating twice.
  • the cold (hot) rolling and the recrystallization annealing between the recrystallization start temperature and 1373 K may be repeated or may be one cycle. Thereafter, a final target shape is finished by finishing such as machining and polishing.
  • this invention can manufacture a tantalum target by said manufacturing process, since this manufacturing process shows an example and this invention does not make this manufacturing process an invention, other processes Of course, it is possible to manufacture by this, and this invention includes all of them.
  • a 4N5 to 4N level tantalum material with inferior purity has been used as a sputtering target for obtaining a uniform film, but a 6N level purity material is used to take advantage of the characteristics of the tantalum material.
  • a high-purity raw material exhibits excellent adhesion as a barrier layer for copper wiring, and has very high reliability because it hardly contains impurities that can cause defects.
  • the tantalum target using such a material has gained support in the market.
  • ingots used for such materials have a cast structure destroyed by forging and recrystallization annealing, a uniform and fine (less than 500 ⁇ m) crystal structure with a crystal orientation aligned in a specific direction.
  • sputtering is performed using a target obtained from the ingot, high-speed film formation is possible, and generation of arcing and particles is low, and a film having stable characteristics can be obtained.
  • tantalum used as a barrier layer for copper wiring is further required to be an extremely thin film and have excellent barrier properties equivalent to or higher than those of conventional tantalum.
  • a high-purity material in which impurity components that inhibit the adhesion of the film are reduced as much as possible is desired.
  • a high-purity tantalum material such as purity 6N obtains a fine and uniform structure as described above. There was a drawback that it was difficult.
  • the inventor of the present application added niobium (Nb) and tungsten (W), which have little influence on film properties, in a range that maintains at least 5 N purity, thereby achieving high purity. It was found that the crystal grain size can be finely homogenized while maintaining the superiority, and this led to the present invention.
  • attempts to reduce impurities in tantalum raw material powder purified by electron beam melting as much as possible have been achieved over many years, and high-purity tantalum having a purity level of 6N has been obtained. The purity of the raw material powder has not yet been controlled so that a pure ingot can be obtained.
  • tantalum having a purity of 99.9999% or more excluding niobium, tungsten and gas components contains niobium and tungsten having a total of 1 massppm or more and 10 massppm or less as essential components. It is to contain.
  • the lower limit value 1 massppm of the niobium and tungsten content is a numerical value for exerting the effect
  • the upper limit value 10 massppm of the niobium and tungsten content is the upper limit value for maintaining the effect of the present invention.
  • the content of niobium and tungsten is 10 massppm as the upper limit. To do.
  • This niobium and tungsten content contributes to the formation of an optimal uniform microstructure of the target, thereby stabilizing the plasma and increasing the deposition rate, as well as the uniformity of the sputtering film (uniformity). Can be improved.
  • the burn-in time can be shortened.
  • the purity of tantalum needs to be high, that is, 99.9999% or more.
  • gas components of oxygen, hydrogen, carbon, nitrogen, and sulfur can be excluded.
  • the gas component is difficult to remove unless it is a special method, and it is difficult to remove at the time of purification in a normal production process. Therefore, the gas component is excluded from the purity of the tantalum of the present invention.
  • niobium and tungsten provide a uniform fine structure of tantalum, but mixing of ceramics such as other metal components, oxides, nitrides and carbides is harmful and cannot be tolerated. This is because these impurities are considered to act to suppress the action of niobium and tungsten. Further, these impurities are clearly different from niobium and tungsten, and it is difficult to finish the crystal grain size of the tantalum target uniformly, and do not contribute to stabilization of the sputtering characteristics.
  • the tantalum sputtering target of the present invention contains niobium and tungsten as essential components of 1 massppm or more and 5 massppm or less, respectively, and the purity excluding niobium, tungsten and gas components is 99.9999% or more. .
  • the variation in niobium and tungsten contents in the target is 30% or less.
  • the appropriate content of niobium and tungsten has the function (property) to form the uniform fine structure of the tantalum sputtering target, the more uniformly dispersed niobium is stronger in the uniform fine structure of the target structure.
  • the variation in the niobium and tungsten content of the target is 20% or less, and that the intention is clear. .
  • the variation in the niobium and tungsten contents of the target in the case of a disk-shaped target, five points (center point, half point of radius, outer periphery or nearby points) on two perpendicular diameter lines, respectively. And analyze the content of niobium and tungsten at a total of 9 points ⁇ 10 points-center point (one point because the center point is common) ⁇ . At each point, the variation can be calculated based on the equation ⁇ (maximum value ⁇ minimum value) / (maximum value + minimum value) ⁇ ⁇ 100.
  • the tantalum sputtering target of the present invention desirably has an average crystal grain size of 50 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less.
  • the crystal grain size of the target material defines the upper limit of the average grain size, and it was recognized that uniform film formation is possible if it is less than that, but details on the structure and film formation characteristics of the tantalum target
  • the average crystal grain size is desirably 50 ⁇ m or more.
  • the average crystal grain size is The knowledge that it is desirable that it is 150 micrometers or less was acquired.
  • the crystal grain size can be made finer by appropriate addition of niobium and tungsten and the normal manufacturing process. However, the intention is to keep in mind that the average crystal grain size is 50 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less. It is necessary.
  • the variation in crystal grain size is 20% or less.
  • plasma is stable, film formation speed can be increased, and film uniformity (uniformity) is excellent.
  • plasma stabilization at the time of sputtering is stabilized even at an initial stage, and thus has an effect of shortening the burn-in time.
  • the variation in the average crystal grain size of the tantalum target in the case of a disk-shaped target, five points (center point, half point of radius, outer periphery or nearby points) are taken on two perpendicular diameter lines. , Measure the crystal grain size of tantalum at a total of 9 points ⁇ 10 points ⁇ center point (one point because the center point is common) ⁇ . At each point, the variation in crystal grain size can be calculated based on the formula ⁇ (maximum value ⁇ minimum value) / (maximum value + minimum value) ⁇ ⁇ 100.
  • Example 1 A raw material obtained by adding 5 massppm of niobium and 4 massspppm of tungsten to tantalum having a purity of 99.9999% or more was melted by electron beam, and cast into an ingot having a length of 1000 mm and a diameter of 200 mm ⁇ . Next, the ingot was forged at room temperature and then cut and recrystallized and annealed at a temperature of 1500K. As a result, a material having a thickness of 120 mm and a diameter of 130 mm ⁇ was obtained. Next, this was again forged and upset at room temperature, and recrystallized and annealed again at a temperature of 1480K.
  • the intermediate and final cold working and recrystallization annealing were adjusted so that the average crystal grain size and the crystal grain size were varied.
  • the average crystal grain size and variation vary depending on the amount of niobium or tungsten added, but can be adjusted depending on the processing conditions.
  • the target thus obtained was attached to a sputtering apparatus, and sputtering was performed.
  • the sputtering conditions were an input power of 15 kW, an Ar gas flow rate of 8 sccm, and 75 kWhr of pre-sputtering was performed, and then a film was formed on a 12-inch diameter silicon wafer for 15 seconds. Since the sheet resistance depends on the film thickness, the distribution of the sheet resistance in the wafer was measured, thereby examining the distribution of the film thickness. Specifically, the sheet resistance at 49 points on the wafer was measured, and the standard deviation ( ⁇ ) was calculated. The results are also shown in Table 1. As is apparent from Table 1, in this example, the in-sheet resistance distribution is small (1.0%), that is, the film thickness distribution is small. Further, when the film formation rate of sputtering was measured, it was 8 ⁇ / sec.
  • Example 2 A raw material obtained by adding 1 massppm of niobium and 5 massppm of tungsten to tantalum having a purity of 99.9999% or more was melted by electron beam, and cast into an ingot having a length of 1000 mm and a diameter of 200 mm ⁇ . Next, the ingot was forged at room temperature and then cut and recrystallized and annealed at a temperature of 1500K. As a result, a material having a thickness of 120 mm and a diameter of 130 mm ⁇ was obtained. Next, this was again forged and upset at room temperature, and recrystallized and annealed again at a temperature of 1480K.
  • the target thus obtained was attached to a sputtering apparatus, and sputtering was performed.
  • the sputtering conditions were the same as in Example 1.
  • the sheet resistance distribution in the wafer was measured, and thereby the film thickness distribution was examined.
  • the sheet resistance measurement method was the same as in Example 1.
  • the results are also shown in Table 1. As is clear from Table 1, in this example, the in-sheet resistance distribution is small (1.3%), that is, the film thickness distribution is small. Further, the film formation rate of sputtering was measured and found to be 9.5 K / sec.
  • Example 3 A raw material obtained by adding 5 massppm of niobium and 1 massppm of tungsten to tantalum having a purity of 99.9999% or more was melted by electron beam, and cast into an ingot having a length of 1000 mm and a diameter of 200 mm ⁇ . Next, the ingot was forged at room temperature and then cut and recrystallized and annealed at a temperature of 1500K. As a result, a material having a thickness of 120 mm and a diameter of 130 mm ⁇ was obtained. Next, this was again forged and upset at room temperature, and recrystallized and annealed again at a temperature of 1480K.
  • the target thus obtained was attached with a sputtering apparatus and sputtered.
  • the sputtering conditions were the same as in Example 1.
  • the sheet resistance distribution in the wafer was measured, and thereby the film thickness distribution was examined.
  • the sheet resistance measurement method was the same as in Example 1.
  • the results are also shown in Table 1. As is apparent from Table 1, in this example, the in-sheet resistance distribution is small (1.5%), that is, the film thickness distribution is small. Further, when the film formation rate of sputtering was measured, it was 9 ⁇ / sec.
  • Example 4 A raw material obtained by adding 1 mass ppm of niobium and 1 mass ppm of tungsten to tantalum having a purity of 99.9999% or more was melted by electron beam, and cast into an ingot having a length of 1000 mm and a diameter of 200 mm ⁇ . Next, the ingot was forged at room temperature and then cut and recrystallized and annealed at a temperature of 1500K. As a result, a material having a thickness of 120 mm and a diameter of 130 mm ⁇ was obtained. Next, this was again forged and upset at room temperature, and recrystallized and annealed again at a temperature of 1480K.
  • the target thus obtained was attached with a sputtering apparatus and sputtered.
  • the sputtering conditions were the same as in Example 1.
  • the sheet resistance distribution in the wafer was measured, and thereby the film thickness distribution was examined.
  • the sheet resistance measurement method was the same as in Example 1.
  • Table 1 As is apparent from Table 1, in this example, the in-sheet resistance distribution is small (2.0%), that is, the film thickness distribution is small. Moreover, when the film-forming speed
  • the target thus obtained was attached with a sputtering apparatus and sputtered.
  • the sputtering conditions were the same as in Example 1.
  • the sheet resistance distribution in the wafer was measured, and thereby the film thickness distribution was examined.
  • the sheet resistance measurement method was the same as in Example 1.
  • the results are also shown in Table 1.
  • the resistance distribution in the sheet was small (1.0%), that is, the film thickness distribution was small, but when the film formation rate of sputtering was measured, it was 6 ⁇ / sec. The film formation rate was slower than in this example.
  • Comparative Example 2 A raw material obtained by adding 15 massppm of niobium and 5 massppm of tungsten to tantalum having a purity of 99.999% was melted by electron beam, and cast into an ingot having a length of 1000 mm and a diameter of 200 mm ⁇ . Next, the ingot was forged at room temperature and then cut and recrystallized and annealed at a temperature of 1500K. As a result, a material having a thickness of 120 mm and a diameter of 130 mm ⁇ was obtained. Next, this was again forged and upset at room temperature, and recrystallized and annealed again at a temperature of 1480K.
  • the target thus obtained was attached with a sputtering apparatus and sputtered.
  • the sputtering conditions were the same as in Example 1.
  • the sheet resistance distribution in the wafer was measured, and thereby the film thickness distribution was examined.
  • the sheet resistance measurement method was the same as in Example 1.
  • Table 1 As is clear from Table 1, in this comparative example, the resistance distribution in the sheet was small (1.0%), that is, the film thickness distribution was small. sec, the film formation rate was slower than in this example.
  • the target thus obtained was attached with a sputtering apparatus and sputtered.
  • the sputtering conditions were the same as in Example 1.
  • the sheet resistance distribution in the wafer was measured, and thereby the film thickness distribution was examined.
  • the sheet resistance measurement method was the same as in Example 1.
  • the results are also shown in Table 1.
  • the resistance distribution in the sheet was small (1.0%), that is, the film thickness distribution was small, but when the film formation rate of sputtering was measured, it was 6 ⁇ / sec. The film formation rate was slower than in this example.
  • the target thus obtained was attached with a sputtering apparatus and sputtered.
  • the sputtering conditions were the same as in Example 1.
  • the sheet resistance distribution in the wafer was measured, and thereby the film thickness distribution was examined.
  • the sheet resistance measurement method was the same as in Example 1.
  • Table 1 As is clear from Table 1, in this comparative example, the in-sheet resistance distribution is large (5.0%), that is, the film thickness distribution is large. When the film formation rate of sputtering was measured, it was 10 ⁇ / sec.
  • niobium and tungsten are contained as essential components in a total of 1 massppm or more and less than 10 massppm, and the purity excluding niobium, tungsten, and gas components is 99.9999% or more, and is optimally uniform. It has an excellent effect of providing a high-purity tantalum sputtering target that has a fine structure adjusted to a range, stably realizes a high film formation rate, and can form a uniform film. In addition, increasing the film formation speed has the effect of shortening the film formation time, so from the viewpoint of productivity, the field of electronics, especially the formation of complex-shaped films, circuits, or barrier films, etc. It is useful as a target that conforms to

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Abstract

ニオブ及びタングステンを必須成分として、合計で１ｍａｓｓｐｐｍ以上、１０ｍａｓｓｐｐｍ未満含有し、ニオブ、タングステン及びガス成分を除く純度が９９．９９９９％以上であることを特徴とするタンタルスパッタリングターゲット。均一で最適な範囲に調整された微細な組織を備え、安定して高い成膜速度を実現し、均一な膜を成膜することができる高純度タンタルスパッタリングターゲットを得る。

Description

タンタルスパッタリングターゲット
　この発明は、均一な組織を備え、安定して高い成膜速度で均質なスパッタリングが可能な高純度タンタルスパッタリングターゲットに関する。
近年、エレクトロニクス分野、耐食性材料や装飾の分野、触媒分野、切削・研磨材や耐摩耗性材料の製作等、多くの分野に金属やセラミックス材料等の被膜を形成するスパッタリングが使用されている。
スパッタリング法自体は上記の分野で、よく知られた方法であるが、最近では、特にエレクトロニクスの分野において、複雑な形状の被膜の形成や回路の形成、あるいはバリア膜の形成等に適合するタンタルスパッタリングターゲットが要求されている。
一般に、このタンタルターゲットは、タンタル原料を電子ビーム溶解・鋳造したインゴット又はビレットの鍛造、焼鈍（熱処理）を繰り返し、さらに圧延及び仕上げ加工（機械加工、研磨等）してターゲットに加工されている。
このような製造工程において、インゴット又はビレットの鍛造は、鋳造組織を破壊し、気孔や偏析を拡散、消失させ、さらにこれを焼鈍することにより再結晶化し、組織の緻密化と強度を高めることによって製造されている。
通常、溶解鋳造されたインゴット又はビレットは、５０ｍｍ以上の１次結晶粒径を有している。そして、インゴット又はビレットの鍛造と再結晶焼鈍により、鋳造組織が破壊され、おおむね均一かつ微細（１００μｍ以下の）結晶粒が得られる。
一方、このようにして製造されたターゲットを用いて、スパッタリングを実施する場合、ターゲットの再結晶組織がより細かくかつ均一であり、また結晶方位が特定の方向に揃っているものほど均一な成膜が可能であり、アーキングやパーティクルの発生が少なく、安定した特性を持つ膜を得ることができると言われている。そのため、ターゲットの製造工程において、再結晶組織の微細化と均一化、さらには特定の結晶方位に揃えようとする方策が採られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
　また、Ｃｕ配線に対するバリア層として用いるＴａＮ膜を形成するための高純度Ｔａターゲットとして、自己維持放電特性を有する元素であるとして、Ａｇ、Ａｕ及びＣｕから選択した元素を０．００１～２０ｐｐｍ含有させ、また、不純物元素としてＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎａ、Ｋの合計量を１００ｐｐｍ以下として、これらを差引いた値が９９．９９～９９．９９９％の範囲とする高純度Ｔａを用いることが開示されている（特許文献３参照）。
しかしながら、これらの特許文献を見る限り、特定の元素の含有が、組織を微細化させ、これによってプラズマを安定化させるということは行われていない。
また、最先端の半導体デバイスにおいて、その配線幅は極めて狭くなるため、Ｃｕ配線に対するバリア層として使用されるＴａあるいはＴａＮ膜は、従来と同等又はそれ以上のバリア特性を維持しつつ、さらに膜厚を薄くすること（極薄膜）が要求されている。
このような要求に対して、膜の密着性を阻害する不純物を極力減らした高純度の材料を用いることが望まれるが、純度６ＮのようなＴａ材料では、結晶粒径を微細化するための鍛造や、圧延工程で導入された塑性変形歪みを熱処理によって再結晶させた場合に、容易に結晶粒が粗大化してしまい、微細で均一な組織を得ることが難しかった。そして、このような粗大な結晶組織を持つターゲットを用いてスパッタリングを行った場合には、成膜された膜の均一性が劣化するという問題があった。
このようなことから、本出願人は以前、膜特性に影響の少ない成分を微量添加することにより、高純度を維持しつつ、結晶粒径の微細均質化が可能となることを見出し、タングステンなどを必須成分として１ｍａｓｓｐｐｍ以上、１００ｍａｓｓｐｐｍ以下含有し、純度が９９．９９８５％以上のタンタルスパッタリングターゲットについて出願を行った（特許文献４～６参照）。
しかしながら、このようなターゲットを用いた場合、過度の微細化による極微細結晶組織を持つターゲットをスパッタリングすると、成膜速度が遅くなり、安定的に均質かつ高速なスパッタリングが行われず、生産性を著しく低下させるという大きな問題が指摘されることがあった。
特表２００２－５１８５９３号公報 米国特許第６，３３１，２３３号 特開２００２－６０９３４号公報 国際公開第２０１１／０１８９７１号 国際公開第２０１０／１３４４１７号 国際公開第２０１１／０１８９７０号
　本発明は、タンタルの純度を高純度に維持すると共に、特定の元素を添加することによって、均一かつ最適な範囲に調整された微細組織を備え、安定的に高い成膜速度で、均質なスパッタリングが可能な高純度タンタルスパッタリングターゲットを提供することを課題とする。
本発明は、上記の問題を解決するため鋭意研究を行った結果、特定の元素を極めて微量添加することで、結晶組織構造を最適な範囲に調整することを可能とし、均一な組織を備え、安定して高い成膜速度で均質なスパッタリングが可能な高純度タンタルスパッタリングターゲットを得ることができるとの知見を得た。
本発明は、この知見に基づいて、
１）ニオブ及びタングステンを必須成分として、合計で１ｍａｓｓｐｐｍ以上、１０ｍａｓｓｐｐｍ未満含有し、ニオブ、タングステン及びガス成分を除く純度が９９．９９９９％以上であることを特徴とするタンタルスパッタリングターゲット、
２）平均結晶粒径が５０μｍ以上、１５０μｍ以下であることを特徴とする上記１）記載のタンタルスパッタリングターゲット、
３）結晶粒径のばらつきが２０％以下であることを特徴とする上記２）記載のタンタルスパッタリングターゲット、を提供する。
本発明は、タンタルの純度を高純度に維持すると共に、ニオブ及びタングステンを必須成分として極めて微量添加することにより、均一で最適な範囲に調整された微細組織を備え、安定して高い成膜速度で均質なスパッタリングが可能な、高純度タンタルスパッタリングターゲットを提供することができるという優れた効果を有する。高速スパッタリングは、成膜時間を短縮できるので、生産性の観点から極めて有効である。
（タンタル原料の精製）
　本願発明で使用するタンタル（Ｔａ）は、例えば、以下のようにして精製することができる。まず、タンタル原料鉱石を粉砕し、この粉砕粉をフッ化水素酸で溶解し、溶媒抽出して、タンタル溶液を得る。次に、このタンタル溶液にフッ化カリウム及び塩化カリウムを添加して、フルオロタンタル酸カリウムを沈殿・分離する。その後、金属ナトリウムにて溶融還元して、高純度のタンタル粉末を得る。また、このタンタル粉末は必要に応じてマグネシウムによる脱酸素処理を行うことが好ましい。
このようにして得られる高純度タンタルは、ガス成分を除き全ての不純物は１ｍａｓｓｐｐｍ未満であり、純度９９．９９９９ｍａｓｓ％以上となっている。もっとも、次工程の電子ビーム溶解によっても不純物を除去することができるので、例えば、４Ｎレベル（９９．９９％）以上のタンタルを使用することもできる。また、当然ながら他の方法を用いて精製した高純度のタンタルを使用することもできる。
（タンタルインゴットの作製）
本発明で使用するタンタルインゴットは、例えば、次の工程によって製造することができる。まず、上記で得られたタンタル粉末に、ニオブ（Ｎｂ）粉末及びタングステン（Ｗ）粉末を微量添加、混合し、この混合粉末を金型プレスで圧粉体に成形する。
具体的には、例えば、タンタル粉末６００ｋｇに対し、ニオブ粉末及びタングステン粉末を０．６ｇ添加することができる。このとき、添加粉末を均一に分散させるために、混合機において長時間かけて混合を行うか、又は、後述する溶解・精製工程において、溶湯内を攪拌することが有効である。
また、別の添加の方法として、ニオブやタングステンを含有するタンタル合金を細線とし、これを溶湯原料内部に挟み込むことで、連続的かつ均一にニオブやタングステンを供給することができる。この場合、すでに合金化しているため、粉末より活量が低く、電子ビーム溶解中に飛散減少することを抑えることが可能となる。原料のタンタル合金は、ＥＢボタンメルト等の小規模溶解で簡単に得ることができるので、これを延伸して細線化して用いればよい。
また、別の添加の方法として、例えば、ニオブ及びタングステンを１００ｐｐｍ含むタンタル合金を切削した切子を粉砕し、この粉砕粉をタンタル粉末に添加混合することもできる。このとき、タンタル粉末６００ｋｇに対して、切子として必要な量は６０ｇとなり、この切子を粉砕したものを投入することで、均質化を高めることができる。
さらには、ＥＢによりボタン溶解したニオブ及びタングステン含有タンタル小塊を、プレス成型のブリケットに等間隔で埋めていくことにより、ＥＢ溶解の原料導入時に等しい割合で添加していくことも、均質化のために有効である。その際、ＥＢの溶湯形成範囲を推測して、溶湯堆積中に等間隔、等量ずつ、前記小塊を供給することが望ましい。溶湯体積よりも大きな体積の添加物を添加したり、添加の間隔があいたりすると、添加されずに冷却固化してしまう部分ができてしまうため、小さな体積の添加物を、断続的かつ連続的に供給することが望ましい。
次に、得られた圧粉体を電子ビーム溶解炉中の原料導入部に導入充填し、原料導入部を真空排気した後、原料を電子ビーム溶解炉本体へ移行して、電子ビーム（ＥＢ）にて溶解・精製する。溶解温度は、タンタルの融点である３０２０℃付近（３０２０～３５００℃）とするのが好ましい。ニオブ（融点：２４６９℃、沸点：４９２７℃）やタングステン（融点：３４２０℃、沸点：５５５５℃）は溶解時に揮発することはないが、揮発性不純物については、このとき除去することができる。このようにして得られる高純度タンタルインゴットは、ガス成分を除き全ての不純物は１ｍａｓｓｐｐｍ未満となっている。
その後、この液化したタンタル溶湯を室温まで冷却することで、高純度タンタルのインゴットを作製することができる。なお、上記の電子ビーム溶解は、溶解・精製手段の一例であって、本発明の目的を達成できるものであれば、他の溶解・精製手段を用いることに何ら支障ない。
（スパッタリングターゲットの作製）
本発明のタンタルスパッタリングターゲットは、その一例を示すと、次のような方法を用いて作製することができる。まず、上記で得られたタンタルインゴットを、焼鈍－鍛造、圧延、焼鈍（熱処理）、仕上げ加工等の一連の加工を行う。
具体的には、例えばインゴット－鍛伸－１３７３Ｋ～１６７３Ｋの温度での焼鈍（１回目）－冷間鍛造（１回目）－再結晶開始温度～１３７３Ｋの温度での再結晶焼鈍（２回目）－冷間鍛造（２回目）－再結晶開始温度～１３７３Ｋの間での再結晶焼鈍（３回目）－冷間（熱間）圧延（１回目）－再結晶開始温度～１３７３Ｋの間での再結晶焼鈍（４回目）－冷間（熱間）圧延（必要に応じて、２回目）－再結晶開始温度～１３７３Ｋの間での再結晶焼鈍（必要に応じて、５回目）－仕上げ加工を行うことで、スパッタリングターゲット材とすることができる。
上記の鍛造あるいは圧延によって鋳造組織を破壊し、気孔や偏析を拡散あるいは消失させることができ、さらにこれを焼鈍することにより再結晶化させ、冷間鍛造又は冷間圧延と再結晶焼鈍の繰返しにより、組織の緻密化、微細化と強度を高めることができる。上記の加工プロセスにおいて、再結晶焼鈍は１回でも良いが、２回繰返すことによって組織上の欠陥を極力減少させることができる。また、冷間（熱間）圧延と再結晶開始温度～１３７３Ｋの間での再結晶焼鈍は、繰返しても良いが１サイクルでも良い。この後、機械加工、研磨加工等の仕上げ加工によって、最終的なターゲット形状に仕上げる。
なお、本発明は、上記の製造工程によってタンタルターゲットを製造することができるが、この製造工程は一例を示すもので、本願発明は、この製造工程を発明とするものではないので、他の工程によって製造することは、当然可能であり、本願発明はそれらを全て包含するものである。
ところで、従来、均一な膜が得られるスパッタリングターゲットとして、純度の劣る４Ｎ５～４Ｎレベルのタンタル材料が用いられることもあったが、タンタル材料の特性を活かすために６Ｎレベルの純度の材料を使用することが行われ、このような高純度の原料は、銅配線のバリア層として優秀な密着力を示し、かつ、不具合を誘発するおそれのある不純物成分をほとんど内包しないため非常に高い信頼性を示し、そのような材料を用いたタンタルターゲットは、市場において支持を得ていた。
また、このような材料に使用されるインゴットは、鍛造と再結晶焼鈍により、鋳造組織が破壊され、均一かつ微細（５００μｍ以下の）であって、結晶方位が特定の方向に揃った結晶組織を備え、そのインゴットから得られるターゲットを用いてスパッタリングを実施した場合、高速成膜が可能であり、アーキングやパーティクルの発生が少なく、安定した特性を備えた膜を得ることができるとされていた。
以上のようなことから、従来では良好な成膜特性を得るためには、ターゲットの製造工程において再結晶組織の微細化と均一化、さらには特定の結晶方位に揃えようとする方策が採用されていた。
ところが、上述のような高純度（６Ｎレベルの）材料を使用した場合、鍛造や圧延の塑性加工によって一次結晶粒の破壊や塑性加工歪みの導入を行うことで、均一かつ微細な結晶粒を得ようとしても、再結晶温度付近で極めて容易に結晶粒成長をしてしまい、微細結晶を得ることが困難であった。
近年の先端半導体デバイスにおいては、配線幅がさらに狭くなるため、銅配線のバリア層として使用されるタンタルはさらに極薄膜で、かつ、従来と同等又はそれ以上の優秀なバリア特性が要求される。そのような要求下では、膜の密着性を阻害する不純物成分を極力低減した高純度材料が望まれるが、純度６Ｎのような高純度タンタル材料は、先述の通り、微細かつ均一な組織を得ることが難しいという欠点があった。
このようなことから、本願発明者は、さらなる研究開発を行った結果、膜特性に影響の少ないニオブ（Ｎｂ）及びタングステン（Ｗ）を少なくとも純度５Ｎを維持する範囲で添加することで、高純度である優位性を維持しつつ、結晶粒径の微細均質化が可能となることを見出し、本願発明につながる契機となった。
なお、電子ビーム溶解にて精製されるタンタル原料粉末における不純物を極力減らす試みは長い年月を経て達成されており、純度が６Ｎレベルの高純度タンタルは得られるようになっているが、所望の純度のインゴットが得られるように原料粉末の純度を制御するまでには至っていない。
すなわち、本発明のタンタルスパッタリングターゲットにおいて、重要なことは、ニオブ、タングステン及びガス成分を除く純度が９９．９９９９％以上であるタンタルにおいて、合計で１ｍａｓｓｐｐｍ以上、１０ｍａｓｓｐｐｍ以下のニオブ及びタングステンを必須成分として含有させることである。
ニオブ及びタングステン含有量の下限値１ｍａｓｓｐｐｍは、効果を発揮させるための数値であり、ニオブ及びタングステン含有量の上限値１０ｍａｓｓｐｐｍは、本発明の効果を持続させるための上限値である。この下限値を下回る場合は再結晶粒径のコントロールが困難であり、粗大化した結晶粒はスパッタリング膜の均一性を低下させる要因となる。この上限値を超える場合には、過度の結晶組織微細化が起こり、一部未再結晶部が発生し、結果としてスパッタ速度の極端な低下を引き起こすので、ニオブ及びタングステン含有量１０ｍａｓｓｐｐｍを上限値とする。
このニオブ及びタングステンの含有が、最適なターゲットの均一微細組織を形成することに寄与し、それによってプラズマを安定化させ、成膜速度を高めることができるとともに、スパッタリング膜の均一性（ユニフォーミティ）を向上させることが可能となる。また、このスパッタリング時のプラズマ安定化は、初期の段階でも安定化するので、バーンイン時間を短縮できる。
この場合、タンタルの純度は高純度すなわち９９．９９９９％以上とする必要がある。この場合、酸素、水素、炭素、窒素、硫黄のガス成分は除外することができる。一般にガス成分は特殊な方法でなければ除去は困難であり、通常の生産工程で精製の際に除去することは難しいので、ガス成分は本願発明のタンタルの純度からは除外する。
上記の通り、ニオブ及びタングステンがタンタルの均一微細な組織をもたらすのであるが、他の金属成分、酸化物、窒化物、炭化物等のセラミックスの混入は有害であり、許容することはできない。これらの不純物はニオブやタングステンの作用を抑制する作用をすると考えられるからである。また、これらの不純物は、ニオブやタングステンとは明らかに異なり、タンタルターゲットの結晶粒径を均一に仕上げることが難しく、スパッタリング特性の安定化には寄与しない。
本願発明のタンタルスパッタリングターゲットは、より好ましい範囲として、ニオブ及びタングステンをそれぞれ１ｍａｓｓｐｐｍ以上、５ｍａｓｓｐｐｍ以下の必須成分として含有し、ニオブ、タングステン及びガス成分を除く純度が９９．９９９９％以上であることである。
本発明のタンタルスパッタリングターゲットは、さらにターゲット中のニオブ及びタングステン含有量のばらつきを３０％以下とすることが望ましい。
適度なニオブ及びタングステンの含有がタンタルスパッタリングターゲットの均一微細な組織を形成する機能（性質）を有する以上、ニオブはより均一に分散していることは、ターゲット組織の均一微細な組織に、より強く貢献させることができる。当然ながら、通常の製造工程において、これらは容易に達成できるのであるが、ターゲットのニオブ及びタングステン含有量のばらつきを２０％以下とする点に留意し、その意図を明確に持つことが必要である。
このターゲットのニオブ及びタングステンの含有量のばらつきについては、円盤状のターゲットにおいては、直行する２本の直径線上に、それぞれ５点（中心点、半径の１／２点、外周又はその近傍点）を採り、合計９点｛１０点－中心点（中心点は共通しているので１点）｝のニオブ及びタングステンの含有量を分析する。そして、各点において、{（最大値－最小値）／（最大値＋最小値）}×１００の式に基づいて、ばらつきを計算することができる。
また、本発明のタンタルスパッタリングターゲットは、平均結晶粒径が５０μｍ以上、１５０μｍ以下であることが望ましい。
従来、ターゲット材の結晶粒径は、平均粒径の上限値を規定し、それ以下であれば均一な成膜が可能であるという認識であったが、タンタルターゲットの組織と成膜特性について詳細な研究を続けた結果、高速かつ安定な成膜を実現するためには、平均結晶粒径が５０μｍ以上であることが望ましく、一方、均一な膜特性を得るためには、平均結晶粒径が１５０μｍ以下であることが望ましい、との知見を得た。
ニオブ及びタングステンの適度な添加と通常の製造工程において、結晶粒径の微細化が達成できるのであるが、平均結晶粒径が５０μｍ以上、１５０μｍ以下とする点に留意し、その意図を明確に持つことが必要である。
また、この結晶粒径のばらつきが２０％以下とすることがより望ましい。
このようなターゲット組織は、プラズマが安定であり、成膜速度の高速化が可能となり、膜の均一性（ユニフォーミティ）に優れる。また、スパッタリング時のプラズマ安定化は、初期の段階でも安定化するので、バーンイン時間を短縮できるという効果を有する。
タンタルターゲットの平均結晶粒径のばらつきについては、円盤状のターゲットにおいては、直行する２本の直径線上に、それぞれ５点（中心点、半径の１／２点、外周又はその近傍点）を採り、合計９点｛１０点－中心点（中心点は共通しているので１点）｝のタンタルの結晶粒径を測定する。そして、各点において、{（最大値－最小値）／（最大値＋最小値）}×１００の式に基づいて、結晶粒径のばらつきを計算することができる。
次に、実施例について説明する。なお、本実施例は発明の一例を示すためのものであり、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想に含まれる他の態様及び変形を含むものである。
（実施例１）
純度９９．９９９９％以上のタンタルに、ニオブを５ｍａｓｓｐｐｍ、タングステンを４ｍａｓｓｐｐｐｍ添加した原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して長さ１０００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴットとした。
次に、このインゴットを室温で鍛伸した後に切断し、１５００Ｋの温度で再結晶焼鈍した。これによって、厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料が得られた。
次に、これを再度室温で鍛伸及び据え込み鍛造し、再び１４８０Ｋ温度で再結晶焼鈍を実施した。鍛造、熱処理を再度繰り返し、これによって、厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料を得た。なお、再結晶焼鈍温度は、１４００～１５００Ｋ温度の範囲で調整可能であり、同様の効果が得られる。
次に、これを冷間で圧延及び１１７３Ｋの再結晶焼鈍を行い、仕上げ加工を行って厚さ１０ｍｍ、直径４５０ｍｍφのターゲット材とした。
ターゲットの平均結晶粒径は５０μｍであり、結晶粒径のばらつきは２０％であった。また、ニオブ及びタングステン含有量のばらつきは２０％であった。この結果を表１に示す。
なお、途中及び最後の冷間加工並びに再結晶焼鈍は、上記平均結晶粒径及び結晶粒径のばらつきとなるように調節した。なお、この平均結晶粒径とばらつきは、ニオブやタングステンの添加量によっても変化するが、加工条件によっても調節が可能である。
このようにして得られたターゲットをスパッタ装置に取り付け、スパッタリングを行った。スパッタリングの条件は、投入電力１５ｋｗ、Ａｒガス流量を８ｓｃｃｍとし、７５ｋＷｈｒのプレスパッタリングを実施した後、１２インチ径のシリコンウエハ上に１５秒間成膜した。シート抵抗は膜厚に依存するので、ウエハ内のシート抵抗の分布を測定し、それによって膜厚の分布状況を調べた。具体的には、ウエハ上の４９点のシート抵抗を測定し、その標準偏差（σ）を算出した。
その結果を、同様に表１に示す。表１から明らかなように、本実施例においては、シート内抵抗分布が小さい（１．０％）、すなわち膜厚分布が小さいことを示している。また、スパッタリングの成膜速度を測定したところ、８Å／ｓｅｃであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（実施例２）
純度９９．９９９９％以上のタンタルに、ニオブを１ｍａｓｓｐｐｍ、タングステンを５ｍａｓｓｐｐｍ添加した原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して長さ１０００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴットとした。
次に、このインゴットを室温で鍛伸した後に切断し、１５００Ｋの温度で再結晶焼鈍した。これによって、厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料が得られた。
次に、これを再度室温で鍛伸及び据え込み鍛造し、再び１４８０Ｋ温度で再結晶焼鈍を実施した。鍛造、熱処理を再度繰り返し、これによって、厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料を得た。　
次に、これを冷間で圧延及び再結晶焼鈍を行い、仕上げ加工を行って厚さ１０ｍｍ、直径４５０ｍｍφのターゲット材とした。
ターゲットの平均結晶粒径は１２０μｍであり、結晶粒径のばらつきは１０％であった。また、ニオブ及びタングステン含有量のばらつきは３０％であった。この結果を、同様に表１に示す。
なお、途中及び最後の冷間加工並びに再結晶焼鈍は、上記平均結晶粒径及び結晶粒径のばらつきとなるように調節した。なお、この平均結晶粒径とばらつきは、ニオブやタングステンの添加量によっても変化するが、加工条件によっても調節が可能である。
このようにして得られたターゲットをスパッタ装置に取り付け、スパッタリングを行った。なお、スパッタリングの条件は実施例１と同一とした。次に、ウエハ内のシート抵抗の分布を測定し、それによって膜厚の分布状況を調べた。なお、シート抵抗の測定方法等は実施例１と同様とした。その結果を、同様に表１に示す。表１から明らかなように、本実施例においては、シート内抵抗分布が小さい（１．３％）、すなわち膜厚分布が小さいことを示している。また、スパッタリングの成膜速度を測定したところ、９．５Å／ｓｅｃであった。
（実施例３）
純度９９．９９９９％以上のタンタルに、ニオブを５ｍａｓｓｐｐｍ、タングステンを１ｍａｓｓｐｐｍ添加した原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して長さ１０００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴットとした。
次に、このインゴットを室温で鍛伸した後に切断し、１５００Ｋの温度で再結晶焼鈍した。これによって、厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料が得られた。
次に、これを再度室温で鍛伸及び据え込み鍛造し、再び１４８０Ｋ温度で再結晶焼鈍を実施した。鍛造、熱処理を再度繰り返し、これによって、厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料を得た。　
次に、これを冷間で圧延及び再結晶焼鈍を行い、仕上げ加工を行って厚さ１０ｍｍ、直径４５０ｍｍφのターゲット材とした。
ターゲットの平均結晶粒径は１００μｍであり、結晶粒径のばらつきは１０％であった。また、ニオブ及びタングステン含有量のばらつきは３０％であった。この結果を、同様に表１に示す。
なお、途中及び最後の冷間加工並びに再結晶焼鈍は、上記平均結晶粒径及び結晶粒径のばらつきとなるように調節した。なお、この平均結晶粒径とばらつきは、ニオブやタングステンの添加量によっても変化するが、加工条件によっても調節が可能である。
このようにして得られたターゲットをスパッタ装置の取り付け、スパッタリングを行った。なお、スパッタリングの条件は実施例１と同一とした。次に、ウエハ内のシート抵抗の分布を測定し、それによって膜厚の分布状況を調べた。なお、シート抵抗の測定方法等は実施例１と同様とした。その結果を、同様に表１に示す。表１から明らかなように、本実施例においては、シート内抵抗分布が小さい（１．５％）、すなわち膜厚分布が小さいことを示している。また、スパッタリングの成膜速度を測定したところ、９Å／ｓｅｃであった。
（実施例４）
純度９９．９９９９％以上のタンタルに、ニオブを１ｍａｓｓｐｐｍ、タングステンを１ｍａｓｓｐｐｍ添加した原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して長さ１０００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴットとした。
次に、このインゴットを室温で鍛伸した後に切断し、１５００Ｋの温度で再結晶焼鈍した。これによって、厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料が得られた。
次に、これを再度室温で鍛伸及び据え込み鍛造し、再び１４８０Ｋ温度で再結晶焼鈍を実施した。鍛造、熱処理を再度繰り返し、これによって、厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料を得た。　
次に、これを冷間で圧延及び再結晶焼鈍を行い、仕上げ加工を行って厚さ１０ｍｍ、直径４５０ｍｍφのターゲット材とした。ターゲットの平均結晶粒径は１４０μｍであり、結晶粒径のばらつきは８％であった。また、ニオブ含有量のばらつきは５０％であった。この結果を、同様に表１に示す。
なお、途中及び最後の冷間加工並びに再結晶焼鈍は、上記平均結晶粒径及び結晶粒径のばらつきとなるように調節した。なお、この平均結晶粒径とばらつきは、ニオブやタングステンの添加量によっても変化するが、加工条件によっても調節が可能である。
このようにして得られたターゲットをスパッタ装置の取り付け、スパッタリングを行った。なお、スパッタリングの条件は実施例１と同一とした。次に、ウエハ内のシート抵抗の分布を測定し、それによって膜厚の分布状況を調べた。なお、シート抵抗の測定方法等は実施例１と同様とした。その結果を、同様に表１に示す。表１から明らかなように、本実施例においては、シート内抵抗分布が小さい（２．０％）、すなわち膜厚分布が小さいことを示している。また、スパッタリングの成膜速度を測定したところ、１０Å／ｓｅｃであった。
（比較例１）
純度９９．９９９％のタンタルに、ニオブを１０ｍａｓｓｐｐｍ、タングステンを１０ｍａｓｓｐｐｍ添加した原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して長さ１０００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴットとした。
次に、このインゴットを室温で鍛伸した後に切断し、１５００Ｋの温度で再結晶焼鈍した。これによって、厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料が得られた。
次に、これを再度室温で鍛伸及び据え込み鍛造し、再び１４８０Ｋ温度で再結晶焼鈍を実施した。鍛造、熱処理を再度繰り返し、これによって、厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料を得た。　
次に、これを冷間で圧延及び再結晶焼鈍を行い、仕上げ加工を行って厚さ１０ｍｍ、直径４５０ｍｍφのターゲット材とした。ターゲットの平均結晶粒径は３０μｍであり、結晶粒径のばらつきは３０％であった。また、ニオブ及びタングステン含有量のばらつきは１０％であった。この結果を、同様に表１に示す。
このようにして得られたターゲットをスパッタ装置の取り付け、スパッタリングを行った。なお、スパッタリングの条件は実施例１と同一とした。次に、ウエハ内のシート抵抗の分布を測定し、それによって膜厚の分布状況を調べた。なお、シート抵抗の測定方法等は実施例１と同様とした。その結果を、同様に表１に示す。表１から明らかなように、本比較例においては、シート内抵抗分布は小さい（１．０％）、すなわち膜厚分布が小さかったが、スパッタリングの成膜速度を測定したところ、６Å／ｓｅｃと、本実施例に比べて成膜速度が遅かった。
（比較例２）
純度９９．９９９％のタンタルに、ニオブを１５ｍａｓｓｐｐｍ、タングステンを５ｍａｓｓｐｐｍ添加した原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して長さ１０００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴットとした。
次に、このインゴットを室温で鍛伸した後に切断し、１５００Ｋの温度で再結晶焼鈍した。これによって、厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料が得られた。
次に、これを再度室温で鍛伸及び据え込み鍛造し、再び１４８０Ｋ温度で再結晶焼鈍を実施した。鍛造、熱処理を再度繰り返し、これによって、厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料を得た。　
次に、これを冷間で圧延及び再結晶焼鈍を行い、仕上げ加工を行って厚さ１０ｍｍ、直径４５０ｍｍφのターゲット材とした。ターゲットの平均結晶粒径は２５μｍであり、結晶粒径のばらつきは３０％であった。また、ニオブ及びタングステン含有量のばらつきは１０％であった。この結果を、同様に表１に示す。
このようにして得られたターゲットをスパッタ装置の取り付け、スパッタリングを行った。なお、スパッタリングの条件は実施例１と同一とした。次に、ウエハ内のシート抵抗の分布を測定し、それによって膜厚の分布状況を調べた。なお、シート抵抗の測定方法等は実施例１と同様とした。その結果を、同様に表１に示す。表１から明らかなように、本比較例においては、シート内抵抗分布は小さい（１．０％）、すなわち膜厚分布が小さかったが、スパッタリングの成膜速度を測定したところ、５．５Å／ｓｅｃと、本実施例に比べて成膜速度が遅かった。
（比較例３）
純度９９．９９９％のタンタルに、ニオブを５ｍａｓｓｐｐｍ、タングステンを１５ｍａｓｓｐｐｍ添加した原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して長さ１０００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴットとした。
次に、このインゴットを室温で鍛伸した後に切断し、１５００Ｋの温度で再結晶焼鈍した。これによって、厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料が得られた。
次に、これを再度室温で鍛伸及び据え込み鍛造し、再び１４８０Ｋ温度で再結晶焼鈍を実施した。鍛造、熱処理を再度繰り返し、これによって、厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料を得た。　
次に、これを冷間で圧延及び再結晶焼鈍を行い、仕上げ加工を行って厚さ１０ｍｍ、直径４５０ｍｍφのターゲット材とした。ターゲットの平均結晶粒径は３５μｍであり、結晶粒径のばらつきは３０％であった。また、ニオブ及びタングステン含有量のばらつきは１０％であった。この結果を、同様に表１に示す。
このようにして得られたターゲットをスパッタ装置の取り付け、スパッタリングを行った。なお、スパッタリングの条件は実施例１と同一とした。次に、ウエハ内のシート抵抗の分布を測定し、それによって膜厚の分布状況を調べた。なお、シート抵抗の測定方法等は実施例１と同様とした。その結果を、同様に表１に示す。表１から明らかなように、本比較例においては、シート内抵抗分布は小さい（１．０％）、すなわち膜厚分布が小さかったが、スパッタリングの成膜速度を測定したところ、６Å／ｓｅｃと、本実施例に比べて成膜速度が遅かった。
（比較例４）
純度９９．９９９９％以上のタンタルに、ニオブを０．５ｍａｓｓｐｐｍ、タングステンを０．０５ｍａｓｓｐｐｍを添加した原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して長さ１０００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴットとした。
次に、このインゴットを室温で鍛伸した後に切断し、１５００Ｋの温度で再結晶焼鈍した。これによって、厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料が得られた。
次に、これを再度室温で鍛伸及び据え込み鍛造し、再び１４８０Ｋ温度で再結晶焼鈍を実施した。鍛造、熱処理を再度繰り返し、これによって、厚さ１２０ｍｍ、直径１３０ｍｍφの材料を得た。　
次に、これを冷間で圧延及び再結晶焼鈍を行い、仕上げ加工を行って厚さ１０ｍｍ、直径４５０ｍｍφのターゲット材とした。ターゲットの平均結晶粒径は２００μｍであり、結晶粒径のばらつきは１５％であった。また、ニオブ及びタングステン含有量のばらつきは５０％であった。この結果を、同様に表１に示す。
このようにして得られたターゲットをスパッタ装置の取り付け、スパッタリングを行った。なお、スパッタリングの条件は実施例１と同一とした。次に、ウエハ内のシート抵抗の分布を測定し、それによって膜厚の分布状況を調べた。なお、シート抵抗の測定方法等は実施例１と同様とした。その結果を、同様に表１に示す。表１から明らかなように、本比較例においては、シート内抵抗分布が大きい（５．０％）、すなわち膜厚分布が大きいことを示している。なお、スパッタリングの成膜速度を測定したところ、１０Å／ｓｅｃであった。
以上について、純度９９．９９９９％以上のタンタルに、ニオブ及びタングステンを合計で１０ｍａｓｓｐｐｍを超える添加量とすると、成膜速度は遅くなり、過剰な添加は好ましくないことが分かった、また、ニオブ及びタングステンを合計で１ｍａｓｓｐｐｍ未満の添加量とすると、急速に結晶粒径の粗大化とばらつきが大きくなって、好ましくないことが分かった。
本発明は、タンタルスパッタリングターゲットにおいて、ニオブ及びタングステンを必須成分として合計で１ｍａｓｓｐｐｍ以上、１０ｍａｓｓｐｐｍ未満含有させ、ニオブ、タングステン及びガス成分を除く純度を９９．９９９９％以上とすることにより、均一で最適な範囲に調整された微細な組織を備え、安定して高い成膜速度を実現し、均一な膜を成膜することができる高純度タンタルスパッタリングターゲットを提供することができるという優れた効果を有する。
また、成膜速度の高速化は、成膜時間を短縮できるという効果を有するので、生産性の観点から、エレクトロニクスの分野、特に複雑な形状の被膜の形成や回路の形成あるいはバリア膜の形成等に適合するターゲットとして有用である。

Claims (3)

  1. ニオブ及びタングステンを必須成分として、合計で１ｍａｓｓｐｐｍ以上、１０ｍａｓｓｐｐｍ未満含有し、ニオブ、タングステン及びガス成分を除く純度が９９．９９９９％以上であることを特徴とするタンタルスパッタリングターゲット。
  2. 平均結晶粒径が５０μｍ以上、１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のタンタルスパッタリングターゲット。
  3. 結晶粒径のばらつきが２０％以下であることを特徴とする請求項２記載のタンタルスパッタリングターゲット。
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