(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリング用チタンターゲットに含有する酸素が２０ｐｐｍ以下であり、該ターゲットの平均結晶粒径が２０μｍ以下であることを特徴とするスパッタリング用チタンターゲット。
【請求項２】
ヴィッカース硬度（Ｖｓ）が１２０以下であることを特徴とする請求項１記載のスパッタリング用チタンターゲット。   
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、スパッタリング用チタンターゲットに含有する酸素、窒素、水素等のガス成分の不純物濃度を著しく低減させ、成膜時のパーティクルの発生を効果的に抑えることのできる高品質のスパッタリング用チタンターゲットに関する。  なお、本明細書中に記載する酸素、窒素、水素等のガス成分の不純物濃度については全て質量分率で表示する。
【背景技術】
【０００２】  近年、半導体の飛躍的な進歩に端を発して様々な電子機器が生まれ、さらにその性能の向上と新しい機器の開発が日々刻々なされている。  このような中で、電子、デバイス機器がより微小化し、かつ集積度が高まる方向にある。これら多くの製造工程の中で多数の薄膜が形成されるが、チタンもその特異な金属的性質からチタン及びその合金膜、チタンシリサイド膜、あるいは窒化チタン膜などとして、多くの電子機器薄膜の形成に利用されている。  このようなチタン（合金、化合物を含む）の薄膜を形成する場合に、注意を要することは、それ自体が極めて高い純度を必要とすることである。【０００３】  半導体装置等に使用される薄膜派は一層薄くかつ短小化される方向にあり、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する。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機能が低下するという大きな問題が起こる。【０００４】  このような薄膜の製造工程において、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。このような温度上昇は前記物質の拡散速度をさらに上げ、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となる。  また、一般に上記のチタン及びその合金膜、チタンシリサイド膜、あるいは窒化チタン膜等はスパッタリングや真空蒸着などの物理的蒸着法により形成することができる。この中で最も広範囲に使用されているスパッタリング法について説明する。このスパッタリング法は陰極に設置したターゲットに、Ａｒ+などの正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。【０００５】  窒化物を形成するにはターゲットとしてチタンまたはその合金（ＴｉＡｌ合金など）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。  このスパッタリング膜の形成に際して、チタン（合金・化合物を含む）ターゲットに不純物が存在すると、スパッタチャンバ内に浮遊する粗大化した粒子が基板上に付着して薄膜回路を断線または短絡させたり、薄膜の突起物の原因となるパーティクルの発生量が増し、またガス成分である酸素、水素、窒素等が存在するとスパッタリング中に、該ガスによる突発が原因と考えられる異常放電を起こし、均一な膜が形成されないという問題が発生する。【０００６】  このようなことから、従来不純物となる遷移金属、高融点金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属またはその他の金属を低減させる必要があることはいうまでもないが、これらの元素を可能な限り低減させても上記のようなパーティクルの発生があり、根本的な解決策を見出していないのが現状である。  また、チタン薄膜は窒化チタンＴｉ−Ｎ膜を形成する場合のパーティクル発生防止用ペースティング層として使用することがあるが、膜が硬くて十分な接着強度が得られず、成膜装置内壁または部品から剥がれてしまいペースティング層としての役割をせず、パーティクル発生原因となるという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  本発明は、上記の諸問題点の解決、特にパーティクルや異常放電現象が発生せず、汚染物質が少なく、かつ軟質のスパッタリング用チタンターゲットを提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明は、１）スパッタリング用チタンターゲットに含有する酸素が２０ｐｐｍ以下であり、該ターゲットの平均結晶粒径が２０μｍ以下であることを特徴とするスパッタリング用チタンターゲット、２）スパッタリング用チタンターゲットに含有する酸素、窒素、水素のガス成分の不純物濃度が２０ｐｐｍ以下であり、該ターゲットの平均結晶粒径が２０μｍ以下であることを特徴とするスパッタリング用チタンターゲット、３）ヴィッカース硬度（Ｖｓ）が１２０以下であることを特徴とする１）又は２）に記載のスパッタリング用チタンターゲット、を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】図１は、実施例の積算電力量とパーティクルの発生状況を示す相関図である。図２は、比較例１の積算電力量とパーティクルの発生状況を示す相関図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  本発明の、スパッタリング用チタンターゲットは、該ターゲットに含有する酸素が２０ｐｐｍ以下であり、さらに該ターゲットの最大結晶粒径が２０μｍ以下である。含有する酸素が２０ｐｐｍを超え、該ターゲットの最大結晶粒径が２０μｍを超えると後述するように、スパッタリングの進行と共に、次第に パーティクルの発生が増大してくる。  従来は、酸素含有量を低減させると結晶粒径が粗大化する傾向があるため、双方を厳密に調整することがなされていなかった。しかし、本発明において、このように、酸素含有量の低減と結晶粒径の粗大化防止が、パーティクル発生防止に特に有効であるとの知見が得られた。【００１１】  さらに、チタンターゲットに存在する酸素以外の窒素、水素等のガス成分も酸素と同様の挙動を示すので、酸素、窒素、水素等のガス成分不純物濃度の総量において、２０ｐｐｍ以下であることが望ましい。  また、チタンターゲットの酸素、窒素、水素等のガス成分不純物濃度が２０ｐｐｍ以下である場合には、ヴィッカース硬度（Ｖｓ）が１２０以下であり、軟質な膜が形成できる。因みに通常の高純度チタンターゲットのヴィッカース硬度（Ｖｓ）は１５０であり、著しい硬度の低下が認められる。  高純度チタンを製造するには、溶融塩電解において、使用する塩を十分乾燥し（真空乾燥脱水、温度３００°Ｃ以上）、さらに原料等は乾燥雰囲気中に保管する。【００１２】  また、溶融塩電解における雰囲気も不活性雰囲気とし、外気の流入がないようにする。できれば、電析Ｔｉの取出し時等でのバルブの開閉時に大気の混入が懸念されるため、できるだけ湿度を３０％以下の雰囲気で作業を実施する。  さらに電解時には、初期カソード電流密度を低電流密度である０．６Ａ／ｃｍ２以下にして行う。これにより、酸素２０ｐｐｍ以下の電析Ｔｉを得ることができる。  電解温度は６００〜８００°Ｃとする。６００°Ｃ未満では電析Ｔｉがスポンジ状になり、酸素が増大する。また８００°Ｃを超えるとルツボ材質等の劣化、塩の蒸発が多くなり、生産性が悪くなる。また、原料から得られる電析Ｔｉは８０％（収率）以下が好ましい。これ以上では、酸素等の不純物の増大を招く。【００１３】  このようにして得た電析Ｔｉを純水洗浄し（酸洗浄は表面が酸化するため好ましくない）、乾燥後、真空中又は不活性雰囲気中に保管し、その後乾燥雰囲気でプレスして、これをさらにＥＢ（電子ビーム）溶解する。これにより、ＥＢ溶解時の酸素増大をあまり招くことなく、２０ｐｐｍ以下に抑えることができる。  次に、このように厳密な成分コントロールを行った酸素濃度２０ｐｐｍ以下のＥＢ溶解インゴットに対して、該インゴットの不均一かつ粗大化した鋳造組織を破壊し均一微細化するために、動的な再結晶化が起こる７００°Ｃ以上、好ましくは８００〜９５０°Ｃで熱間鍛造又は熱間押出し等の熱間塑性加工を施してビレットを作製する。【００１４】  このようにして得たビレットに対して、冷間鍛造又は冷間押出し等の冷間塑性変形を繰返し実行し、高歪をビレットに付与することにより、最終的にターゲットの結晶組織を２０μｍ以下の均一微細組織にする。  次に、このビレットを切断し、ターゲット体積に相当するプリフォームを作製する。このプ��フォームにさらに冷間鍛造又は冷間押出し等の冷間塑性加工を行って高歪を付与しかつ円板形状等のターゲットに加工する。  さらに、このように高い歪を蓄えた加工組織をもつターゲットを、流動床炉等を用いて急速昇温し、４００〜５００°Ｃで短時間の熱処理を行う。これによって、２０μｍ以下の微細な再結晶組織をもつターゲットを得る。
【実施例】
【００１５】  次に、本発明の実施例について説明する。なお、本実施例はあくまで１例であり、この例に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想の範囲に含まれる実施例以外の態様あるいは変形を全て包含するものである。【００１６】  高純度チタンの製造に際しては、まず電解浴として塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）−塩化カリウム（ＫＣｌ）浴の塩化物浴を使用した。  この電解浴は使用に先立ち、５００°Ｃで２０ｈｒ、十分真空乾燥脱水を行った。電解槽及びその周辺機器には耐食性に富むニッケルを使用し、不純物の混入及び汚染防止を図った。  電解温度７４０°Ｃ、カソード初期電流密度０．３Ａ／ｃｍ２、Ａｒ雰囲気下で電解した。【００１７】  これにより得た電析Ｔｉを純水洗浄し、乾燥脱水後、湿度１０％以下の雰囲気でプレスした。  上記の後、電子ビーム溶解する。溶融塩電解によってアルカリ金属元素は増えるが、この電子ビーム溶解により大きく減少させることができるので、特に問題となることはない。またこれによって、水素等のガス成分の不純物を大幅に低減させることができる。この工程で、酸素の上昇を極力抑える必要があり、高真空下で実施する。  放射性元素のＵ、Ｔｈは電解の際に浴中に濃縮するので、電解析出チタンの不純物としてはさらに減少する。次に、ＥＢ溶解インゴットを鍛造、圧延し、急速熱処理を４００〜５００°Ｃで行った。【００１８】  上記の工程の厳密な成分コントロール等により、酸素の濃度を２０ｐｐｍ以下とし、さらに材料の平均結晶粒径を２０μｍ以下とした。これをターゲット形状に加工した後、実生産機を用いてスパッタリングし、その積算電力量（Ａｃｃｕｍｌａｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ）とパーティクルの発生状況を観察した。  その結果を図１に示す。パーティクルは８インチウエハー上、０．３μｍ以上のものをカウントした。  スパッタリング初期の段階から積算電力量４００ｋＷｈに至るまで、パーティクルの発生がやや増えるものの、パーティクルの発生が低く抑えられ殆ど変わらない状態で推移しているのが分かる。酸素濃度と結晶粒径の双方をコントロールすることにより、パーティクルの発生を効果的に抑制できた。【００１９】（比較例１）  次に、酸素の含有量が２００ｐｐｍであり、ターゲットの最大結晶粒径が１００μｍであるスパッタリングターゲットを用い、同様に実生産機を用いてスパッタリングし、その積算電力量とパーティクルの発生状況を観察した。その結果を図２に示す。  スパッタリング初期の段階から積算電力量１５０ｋＷｈに至るまでは比較的パーティクルは低く抑えられているが、数箇所突発的なパーティクル発生が観察された。その後２５０ｋＷｈに至るまでにパーティクルの発生が急速に増大し、また不安定になった。【００２０】（比較例２）  酸素の含有量が３０ｐｐｍであり、ターゲットの最大結晶粒径が１５μｍであるスパッタリングターゲットを用い、実施例１同様に実生産機を用いてスパッタリングし、その積算電力量とパーティクルの発生状況を観察した。  スパッタリング初期の段階から積算電力量１５０ｋＷｈに至るまではパーティクルは低く抑えられており、突発的なパーティクル発生も観察されなかった。その後３００ｋＷｈ付近からパーティクルが徐々に増大し��一般的なパーティクルの上限値である０．３μｍ以上のパーティクル３０個を３００ｋＷｈ時点で超えた。【００２１】（比較例３）  酸素の含有量が１０ｐｐｍであり、ターゲットの最大結晶粒径が１００μｍであるスパッタリングターゲットを用い、実施例１同様に実生産機を用いてスパッタリングし、その積算電力量とパーティクルの発生状況を観察した。  スパッタリング初期から積算電力量２５０ｋＷｈに至るまではパーティクルは低く抑えられていたが、突発的なパーティクル発生が途中数箇所観察された。その後２５０ｋＷｈ付近で突発的なパーティクルが発生した後、パーティクルは徐々に増大し、一般的なパーティクルの上限値である０．３μｍ以上のパーティクル３０個を３００ｋＷｈ時点で超えた。  このように、酸素の増加と結晶の粗大化により著しいパーティクルの発生現象がみられた。特に、結晶粒径が大きくなるとスパッタリング中に粗大なチタン粒子が基になって、パーティクルの発生が多く観察された。
【産業上の利用可能性】
【００２２】  酸素、窒素、水素等のガス成分の不純物濃度を著しく低減させ、かつ最大結晶粒径が２０μｍ以下である高純度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、スパッタリング中のパーティクルの発生個数を著しく減少させることができるという優れた特徴を有し、電子機器等の薄膜の形成に有用なスパッタリング用チタンターゲットを提供する。
【図１】
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【図２】
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