JPS63303017A - タ−ゲツト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、Ｗ−Ｔ１合金ターゲットに関するものであシ
、特には酸素含有１ｔを低減した半導体デバイス用Ｗ−
Ｔ１合金ターゲットに関する。本ターゲツ）Ｋよって、
ＩＣデバイスにおける絶縁バリアーとして使用されるＷ
−Ｔ１合金皮膜の形成が、従来よシ酸素含有量を低減し
たターゲットを使用して作製可能となり、ＩＣデバイス
の信頼性を高めることが出来る。

従来技術とその問題点 ＩＣデバイスにおける絶縁バリアーとしてＷ−Ｔ１　　
合金製皮膜を使用することは知られている。

例えば、Ｗ−１０ｗｔ＊Ｔ１合金ターゲットを用いてＮ
鵞　　雰囲気での反応性スパッタリングを利用して絶縁
バリアーを形成することが報告されている。

ζうしたＷ−Ｔ１合金ターゲットは、Ｗ粉末とＴ１粉末
とを混合して、粉末冶金法によ〕、即ち冷間プレス後焼
結するか或いは熱間プレスすることにより製造されてい
る。出発原料となる市販Ｔ１粉末は酸素含有量が高い。

これは、Ｔ１は非常に活性であるため酸化し易く、表面
に不可避的に酸化膜ができるためであシ、＊ｍ＋積の大
きな粉末の場合には総酸素量はきわめて高くなる０この
ような高酸素Ｔ１粉末を原料粉末として用い粉末冶金法
によジターゲットを生成する場合、ターゲットもやはシ
酸素含有量の多いものしかできない０酸素含有量の多い
ターゲットを用いてスパッタリングを行うと、酸素の放
離によ）、ターゲットの割れ、生成皮膜の酸化、皮膜品
質のバラツキ等が生じて好ましくない。

例えば、現在市販されているｗ−’ｒｉり〒ゲットは最
低限で、も１２４０　ｐｐｍの酸素を含み、多くは２５
００　ｐｐｍ乃至それ以上の酸素を含み、これでは高品
質の絶縁バリアー等の作成はできない。

発明の概要 とうし九斯界の実情ＫＩ！み、本発明者は、酸素含有量
を低減したＷ−Ｔｉ合金ターゲットの製造を目的として
、新たな製造方法の開発に取組んだ。

前述した通シ、ＴＩは、非常に活性であるなめ、Ｔ１　
　粉末を調製する粉砕等の工程でまたＷ粉末と混合して
成形−焼結する工程で酸素を多量にピックアップする。

そこで、本発明者等は、Ｔ１源として水素化チタン（Ｔ
Ｉ　Ｈ，）粉末を用い、後に脱水素することを想到した
０水素化チタンを用いることのメリットは、酸化防止に
効果的であるのみならず、その喪好な粉砕性によシ酸素
ピックアップ量が減することにある。更に、脱水素の過
程で粉末の活性化効果も得られる。試行の結果、従来品
よシ酸素含有量の大巾な低減に成功した。

上記の知見に基いて、本発明は、タングステン（Ｗ）と
水素化チタン（ＴＩＨｓ）粉末とを混合し、生成混合粉
を脱水素後或いは脱水素しつつホットプレスすることを
特徴とするタングステン（Ｗ）−チタン（ＴＩ）合金タ
ーゲットの製造方法及び低酸素含有量（ｓ　５０〜８０
０　ｐｐｍ）のＷ−Ｔ１合金ターゲットを提供する。

発明の詳細な説明 Ｗ−Ｔｉ合金ターゲットは、Ｔ１を１０〜２０ｖｒｔチ
含有するＷ−Ｔ１合金製の、スパッタリング目的のター
ゲットである。ＩＣデバイスの絶縁バリアー皮膜形成目
的で上記Ｔ１含有量をとシうるが、代表的には１０ｗｔ
’ｊ　前後の’ｒＩ　ｔ−含有するＷ−’ｌ’１合金が
使用されている。

本発明は、高純度Ｗ粉末と高純度ＴＩＭ、粉末の混合粉
を使用することを基本とする。

ＴＩ　Ｈ，粉末は高純度ＴＩ粉を水素化するととＫよシ
生成される。高純度ＴＩ扮を得る好ましい方法の一つは
、純度９９．９？ｗｔ−以上のスポンジチタンをエレク
トロンビーム（ＥＢ）溶解し、生成ＥＢインゴットから
切削によってＴ１切粉を生成し、これを酸洗等によシ表
面浄化することである。

この方法によシ４００〜５００　ｐｐｍ酸素含有量の高
純度Ｔｉ切粉が入手しうる（Ｆ・＜　１０　ｐｐｍ　）
。

切削は、ボール盤、セーバー、旋盤等の工作機械の任意
のものを用いて為しうるが、生産性、切粉の厚みの均−
性等の観点から旋盤の使用が好ましい。切粉の厚さは、
酸素量をなるたけ増さずに後の水素化工程が適度に進行
しうるよう２ｍ以下とするのが好ましい。更に、厚さが
大きすぎると切粉を切削しにくくなることも厚さを２−
以下とする別の理由である。厚さの下限は、かさ密度増
加、による取扱い体積の増加を考慮して（１０５■厚程
度とすることが推奨される。好ましい態様は、ａ１■±
４０’１ｇ程度に厚さを揃えることである。

表面浄化は、切削時のＦ・汚染、酸化汚染等を除くため
塩酸、硫酸等の好ましくはＢＬＢ等級以上の＠を用いて
の酸洗や脱脂によシもたらされる。

陶、ＥＢ溶解後のインゴットは、Ｍｇ％ＣＩ等の不純物
は除去精製されるが、Ｆｅ及び０意品位はほとんど変化
しないので、なるたけ高純度のスポンジチタンを使うこ
とが肝要である。

出発チタン粉末は、上記のようなＥＢ溶解−切削方法に
限定されるものでないことは云うまでも危く、例えばス
ポンジチタンの精製及びその粉砕、市販チタン粉末の精
製といった方法も採用しうる。

こうして得られた高純度Ｔｌ粉末（切粉）の水素化はＡ
ｒ　＋　Ｈ漏気流中で３００〜５００℃の昇温下で適宜
の時間、例えば１〜５時間保持することによりもたらさ
れる。水素化は急激な水素吸収のため炉内が負圧となっ
て危険であシ、注意？：要するが、不活性ガス、％Ｋ　
Ａｒ　＋　Ｈ！気流を流すことによシ急激な反応が有効
に防止できて好都合である。

３０〜６０チＡｒ　＋　４０〜７０　％　Ｈ！気流が使
用できる。生成する切粉状のＴｉＨ，ｌ不活性雰囲気（
人ｒ）中で粉砕することによ）所１５ｉ　０７Ｌ　Ｈ，
粉末が得られる。粉砕は、Ｆ・及び０！汚染を抑制する
ためＡｒ中Ｍｏライニングボールミルを使用して実施す
ることが推奨される。別様にはＡｒグラブボックス内で
Ｍｏ製の乳棒及び乳鉢を用いて行なわれる。粉砕容器も
非汚染性２イニングを施したものを使用すべきである。

粉砕工程を比較的活性の少ない且つ粉砕性の良好なＴｉ
　Ｈ，を用いて実施することが酸素ピックアップを最小
限とする点で大きなメリットを与える。

他方、Ｗ粉末は、最近アルカリ金属含有率が１００　ｐ
ｐｂ以下そして放射性元素含有率が１ｐｐｂ以下の５Ｎ
以上の高純度のものｆ：ｖ！４製する技術が確立されて
いる。これは、従来からの一般市販Ｗ或いはその化合物
音溶解して水溶ｉｔ−生成し、該水溶液を精製した後Ｗ
結晶を晶出させ、該結晶を固液分離、洗浄及び乾燥した
後に加熱還元することによって高純度Ｗ粉末を調製する
ものである。

更に、これら粉末に再溶解等の精製処理を施すことによ
って更に高純度のＷ粉末を得ることができる。酸素含有
量は２００　ｐｐｍの水準にある。

以上のようなＴｉ　Ｈ，粉末とＷ粉末とが、目標ターゲ
ット組成に応じた然るべき比率で混合される。

混合は例えばＶ形ミキサを用いることによシ実施される
６　Ａｒのような不活性ガス雰囲気中で行うことが望ま
しい。しかし、若干の酸素ピックアップが起ることは避
けられない。

混合物線次いで脱水素処理される。これは、Ｔｉ　ａｓ
→Ｔｌ＋Ｈ意の反応に基く〇一般に６００〜７００℃の
温度において真空中又は不活性ガス中で脱水素処理は実
施される。発生する水素は、粉末表面に還元作用を及は
し、表面の活性化に寄与する。脱水素すると、０！含有
量が４００〜６００ｐｐｍ　（Ｗ−１０ｗｔ％　Ｔｌの
場合）１でどうしても増大する＠ 脱水素後の混合粉はホットプレスによシ成形され高密度
化される。ホットプレス条件は例えば次の通シである： 温度：１２００〜１５００℃、好ましくは１２００〜１
４００　℃ 温度が低いと密度が上らず、逆に温度が高いと酸素量が
増加する。

圧カニ　２５０　Ｋ１７ｃｍ”以上 プレス圧は使用するダイスの耐力によって決定され、高
耐力のものが使用しうる場合には高いプレス圧を採用す
る。

時間：３０分〜２時間 プレス温度及び圧力に応じて適宜決定されるが、プレス
変位がなくなることが一つのめやすである。その後、ホ
ールドしてもよい０ 雰囲気：真空（↑０−’　Ｔｏｒｒ　）別法として、上
記のように脱水素とホットプレスとを別々に行なう替Ｄ
Ｋ、同時に同じ設備を使用しても実施可能である。先ず
、Ｗ　＋　Ｔｉ　Ｈｓ混合金粉末ダイケースに充填し、
１０−’　Ｔｏｒｒ　　水準にまで真空引きして昇温す
る。６００〜７００℃で発生水素のために真空圧力が上
昇する。発生水素を完全に排気するよう排気に充分時間
をかけることが必要である。ダイス内から水素の抜出し
を助成する為、ガス抜き口等の配備も可能である。圧力
が再び１０”’　Ｔｑｒｒ　　の水準に復帰してから通
常のホットプレス操作を行なう。

後者の同時法の方が０１含有量を一層低減しうるが、反
面水素に伴う危険性が潜在するので注意を要する。ヒー
タもＨ，との反志性を考慮してグツファイトヒータ等を
採用せねばならない。

こうして、Ｗ−１０ｗｔ％ＴＩ　　合金の場合、脱水素
とホットプレスを別々に行なう場合で５００〜７００　
ｐｐｍ　０１含有量そして同時に行なう場合で２００〜
４００　ｐｐｍ　Ｏ！含有量のホットプレス焼結体が得
られる。これを適宜機械加工することによジターゲット
が得られる。

本方法によるターゲットは、１２４０〜２５００ｐｐｍ
の酸素含有量を有する従来ターゲットに較べ、８００　
ｐｐｍ以下、代表的に３５０〜７００　ｐｐｍへと大巾
に低減された酸素含有量のものである。

発明の効果 Ｗ−Ｔ１合金ターゲットの酸素含有量の低減化に成功し
、酸素に伴うスパッタリング時の障害を軽減若しくは排
除し、高品質の皮！ｉＸを高い信頼性の下で形成するこ
とを可能ならしめる。

実施例 エレクトロンビーム溶解Ｔ１インゴットを旋盤によりＱ
ｌ−厚さに切削して得られ九Ｔｌ切粉をＡｒ５０％＋Ｈ
＊５０％気流中４００℃で３　ｈｒ　保持し、生成Ｔｉ
　Ｈ，切粉ｆ：Ａｒ中で粉砕してＴｉ　Ｈ，粉末全生成
した。

上記Ｔｉ　Ｈ，粉末１０４０ｆとＷ粉末９０００ｆをＶ
型混合器で混合し、混合粉末を真空加熱炉へ装入した。

１０””　Ｔｏｒｒ　　台まで真空排気後加熱したとこ
ろ４００℃程度から炉内圧力は２　Ｔｏｒｒ　　まで高
くなったが６８０℃で２．５ｈｒ　　保持すると再び炉
内は１０”’　Ｔｏｒｒ　　台まで低くなった。冷却後
炉から取シ出し、粉末８７２１ｆｔ内径２．８６φのダ
イスに充填し、１２５０℃Ｘ　３００　Ｋ４／ｅｘ”　
Ｘα５　ｈｒ　　の条件でホットプレスした。でき上っ
たターゲットは、密度９９．９％、酸素含有ｉ　７００
ｐｐｍであった０ 比較例 市販の〒１粉末１０００ｆとＷ粉末９０００ｆをＶ型混
合器で混合し、ホットプレス用ダイスに充填した。ホッ
トプレスの条件１１１２５０℃×Ｓ　ＯＯＫｐ１５＠Ｉ
　Ｘα５　ｈｒ　　と来施例と同様とした。

密度は９９．９チであったが酸素含有量は１５００ｐｐ
ｍであったＯ 同　　風間弘志゛３ ゛・ヲ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）タングステン（Ｗ）粉末と水素化チタン（ＴｉＨ＿
   ２）粉末とを混合し、生成混合粉を脱水素後或いは脱水
   素しつつホットプレスすることを特徴とするタングステ
   ン（Ｗ）−チタン（Ｔｉ）合金ターゲットの製造方法。 ２）水素化チタン粉末が高純度チタンのエレクトロンビ
   ーム溶解インゴットを切削して得られる切粉を（Ａｒ＋
   Ｈ＿２）気流中で加熱して水素化しその後粉砕すること
   により生成される特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３）酸素含有量が３５０〜８００ｐｐｍであることを特
   徴とするタングステン（Ｗ）−チタン（Ｔｉ）合金ター
   ゲット。