JP2859466B2 - Ti-W target material and method of manufacturing the same - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体デバイスに使用さ
れるバリアメタル層の形成等に用いられるＴi-Ｗターゲ
ット材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 Ti-W target material used for forming a barrier metal layer used in a semiconductor device and a method for manufacturing the same.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年のLSIの高集積化に伴い、Ａl配線と
半導体基板Ｓiのコンタクト部における拡散析出部によ
るコンタクトマイグレーションなどのＡl配線のマイグ
レーションが問題となってきた。その対策として近年バ
リアメタル層が検討されてきた。バリアメタル層として
は、Ｔi-Ｗ薄膜(代表的にはＴi:10wt%、残部Ｗの組成を
有する。)が多く使用され、その形成法としてはターゲ
ットをスパッタリングする方法が採用されている。2. Description of the Related Art With the recent increase in the degree of integration of LSIs, migration of Al wiring such as contact migration due to diffusion and deposition at the contact between Al wiring and semiconductor substrate Si has become a problem. As a countermeasure, a barrier metal layer has recently been considered. As the barrier metal layer, a Ti-W thin film (typically, having a composition of Ti: 10 wt% and a balance of W) is used in many cases, and a sputtering method of a target is adopted as a forming method thereof.

【０００３】この薄膜用Ｔi-Ｗターゲット材は、一般に
Ｗ粉末とＴi粉末とを混合し、ホットプレスすることに
より製造されている。しかしながら、従来のＴi-Ｗター
ゲットの原料となるＴi粉末は酸素含有量が高く、酸素
含有量の多いターゲットしか得られていなかった。この
ような酸素含有量の多いターゲットでは、スパッタリン
グ中の酸素の放離により、ターゲットの割れ、生成皮膜
の酸化、皮膜品質のばらつき等が生じ好ましくない。[0003] This Ti-W target material for a thin film is generally produced by mixing W powder and Ti powder and hot pressing. However, the Ti powder used as a raw material of the conventional Ti-W target has a high oxygen content, and only a target having a high oxygen content has been obtained. Such a target having a large oxygen content is not preferable because the release of oxygen during sputtering causes cracking of the target, oxidation of a formed film, and variation in film quality.

【０００４】最近、このようなＴi-Ｗターゲットの酸素
含有量を減らす方法として、米国特許4,838,935号公報
にＴi粉末の少なくとも一部を水素化したＴiと置き換え
ること、あるいはバイノーダル(binodal)な粒径分布を
有するＷ粉末と水素化したＴi粉もしくは水素化したＴi
粉とＴi粉の混合物を用いることにより、高密度低気孔
率、およびカーボンおよび酸素の含有量を低減できるこ
とが開示された。また、同様にＴi-Ｗターゲットの酸素
含有量を低減する方法として、特開昭63-303017号に
は、Ｗ粉末と水素化したＴi粉を混合し、脱水素後ある
いは脱水素しながらホットプレスを行なう方法が開示さ
れている。この水素化したＴi粉末の使用は、それ自体
酸化防止に有効であるとともに、Ｔi粉末に比べ破砕性
が良好であるため、粉砕時の酸素ピックアップ量を減ず
ることができるものである。このようにして、900ppm以
下という低酸素濃度のＴi-Ｗターゲットが得られるよう
になった。このようにＴi-Ｗターゲット材においては、
酸素の含有量を低減するための研究が盛んに行なわれて
いる。しかし、上述した公報には、ターゲットを構成す
るＴiとＷの組織がスパッタリングにどのような影響を
もたらすかを示唆する記載はなく、ミクロ組織、特にＴ
i相の存在がスパッタにおけるパーティクルの発生と関
係するということについては全く開示されていないもの
である。Recently, as a method of reducing the oxygen content of such a Ti-W target, US Pat. No. 4,838,935 discloses that at least a part of Ti powder is replaced with hydrogenated Ti, or a binodal particle size is reduced. W powder with distribution and hydrogenated Ti powder or hydrogenated Ti
It has been disclosed that the use of a mixture of powder and Ti powder can reduce the high density and low porosity and the content of carbon and oxygen. Similarly, as a method for reducing the oxygen content of a Ti-W target, JP-A-63-303017 discloses a method in which W powder and hydrogenated Ti powder are mixed and hot pressed after dehydrogenation or while dehydrogenation. Is disclosed. The use of this hydrogenated Ti powder is effective in preventing oxidation by itself and has a better crushing property than Ti powder, so that the amount of oxygen pick-up at the time of pulverization can be reduced. Thus, a Ti-W target having a low oxygen concentration of 900 ppm or less can be obtained. Thus, in the Ti-W target material,
Research for reducing the oxygen content has been actively conducted. However, there is no description in the above-mentioned publication that suggests how the structure of Ti and W constituting the target has an effect on sputtering.
There is no disclosure that the existence of the i-phase is related to the generation of particles in sputtering.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】最近の半導体製品の電
極パターンの高密度・細線化に伴い、前述の低酸素濃度
のＴi-Ｗターゲットを用いてスパッタリングしても、ス
パッタリングにより成膜した薄膜に巨大粒子、いわゆる
パーティクルが付着し、電極配線を断線させるという新
たな問題が生じてきた。このパーティクルの発生はＴi-
Ｗターゲットの酸素含有量を減ずるだけでは解決できな
かった。With the recent trend toward higher density and thinner electrode patterns for semiconductor products, even if sputtering is performed using the above-described Ti-W target having a low oxygen concentration, a thin film formed by sputtering can be obtained. There is a new problem that giant particles, so-called particles, adhere and break the electrode wiring. The generation of these particles is Ti-
The problem could not be solved only by reducing the oxygen content of the W target.

【０００６】本発明者は、上述の問題点を解決するため
にターゲット組織とパーティクル発生との関係を詳細に
検討したところ、粗大Ｔi粒子がパーティクル発生に関
係することを見出した。すなわち、ＴiとＷの共存下で
は原子量の軽いＴiが選択的にスパッタリングされ、粗
大Ｔi粒子に内包されるＷ粒子あるいはその近傍のＷ粒
子が巨大粒子のままターゲット材から飛散することがパ
ーティクル発生の原因の一つであることを見出した。本
発明は、パーティクル発生の極めて少ない組織を制御し
たＴi-Ｗターゲット材およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。The inventor of the present invention has studied in detail the relationship between the target structure and the generation of particles in order to solve the above-mentioned problems, and has found that coarse Ti particles are involved in the generation of particles. That is, in the coexistence of Ti and W, Ti having a small atomic weight is selectively sputtered, and the W particles included in the coarse Ti particles or the W particles in the vicinity thereof are scattered from the target material as giant particles, which causes particle generation. I found that it was one of the causes. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a Ti-W target material in which a structure in which generation of particles is extremely small is controlled, and a method for manufacturing the same.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者は、ＴiとＷの
スパッタリング速度の差によるＷ粒子の飛散のないター
ゲット材として、Ｔi-Ｗ合金相を設けることが有効であ
ることを見出した。即ち、本発明はターゲット材断面に
占めるミクロ組織の面積率で20%以上のＴｉ−Ｗ合金相
と、Ｗ相およびＴi相からなる組織を有することを特徴
とするＴi−Ｗターゲット材である。また、本発明のタ
ーゲット材の組織は分散して存在するＷ粒子と、実質的
に該Ｗ粒子を取り巻くＴi-Ｗ合金相と、該Ｔi-Ｗ合金相
またはＷ粒子に隣接して分散するＴi相よりなってい
る。The present inventor has found that it is effective to provide a Ti-W alloy phase as a target material without scattering of W particles due to a difference in sputtering speed between Ti and W. That is, the present invention provides a Ti-W target material having a Ti-W alloy phase having a microstructure area ratio of not less than 20% in a cross section of the target material, and a structure comprising a W phase and a Ti phase. In addition, the structure of the target material of the present invention is composed of W particles dispersed and present, a Ti-W alloy phase substantially surrounding the W particles, and a Ti dispersed near the Ti-W alloy phase or the W particles. Consists of phases.

【０００８】本発明のターゲット材は、Ｔi-Ｗ合金相を
形成することにより、実質的なＴi相量を減らすことが
でき、ターゲット材中に粗大Ｔi粒子の発生を防止する
ことができる。また、Ｗ相とＴi相のスパッタリング速
度の差をこのＴi-Ｗ合金相により緩衝することができ
る。パーティクルの発生を少なくするために実質的に必
要なＴi-Ｗ合金相の面積率は20%以上である。Ｗ粉末と
Ｔi粉末の圧接部で形成する程度のＴi-Ｗ合金の量で
は、Ｔi-Ｗ合金相が形成されたとは言えない。本発明で
は、より具体的にパーティクルの発生を少なくできるＴ
i-Ｗ合金相の量を示すために面積率20%以上と限定し
た。なお、本発明においてＴｉ−Ｗ合金相とはＴｉとＷ
の合金であればその組成は問わず、また冷却時に析出す
る微細なαＴｉを含むものを除外するものではない。ま
た、本発明において、Ｗ相およびＴi相はそれぞれＷお
よびＴiのみで構成される必要はない。たとえば、Ｗ粉
末とＴi粉末の焼結体を加熱した場合には、得られた組
織のＷ相内には、少量のＴiは拡散するのは当然であ
り、同様にＴi相にも少量のＷは拡散し得るのである。By forming the Ti-W alloy phase, the target material of the present invention can substantially reduce the amount of the Ti phase and can prevent generation of coarse Ti particles in the target material. Also, the difference in sputtering rate between the W phase and the Ti phase can be buffered by the Ti-W alloy phase. The area ratio of the Ti-W alloy phase substantially required to reduce the generation of particles is 20% or more. If the amount of the Ti-W alloy is such that it is formed at the pressure contact portion between the W powder and the Ti powder, it cannot be said that the Ti-W alloy phase has been formed. In the present invention, more specifically, T
The area ratio was limited to 20% or more to indicate the amount of the i-W alloy phase. In the present invention, the Ti-W alloy phase is Ti and W
Any alloy may be used regardless of its composition, and an alloy containing fine αTi precipitated upon cooling is not excluded. In the present invention, the W phase and the Ti phase do not need to be composed of only W and Ti, respectively. For example, when a sintered body of W powder and Ti powder is heated, it is natural that a small amount of Ti diffuses into the W phase of the obtained structure. Can spread.

【０００９】本発明において、Ｔi-Ｗターゲット材の平
均結晶粒径は10μm以下が好ましい。平均結晶粒径は、
ターゲット材の破面の組織写真を撮影し、この写真に20
mm間隔で平行線を引き、この直線と交わった結晶粒の結
晶粒径と結晶数を測定し、それぞれの結晶粒径の合計を
結晶数で除した値と定義する。Ｔi-Ｗターゲット材の平
均結晶粒径が大きくなると、個々の結晶粒がそれぞれ有
する結晶方位の影響が大きくなり、結晶粒ごとにスパッ
タ速度に差が生ずることとなり、ターゲット表面に凹凸
ができ、凹凸部へのスパッタ粒子の付着・剥離等により
パーティクルを増加させる原因になる。ターゲットにお
ける結晶粒径は小さいほど良いが、10μm以下であれば
全く問題ない。また、Ｔi相はパーティクル発生の原因
となるため少ないほどよいが、ターゲット材断面に占め
る面積率は10%以下であればパーティクル発生頻度が大
幅に減るので望ましい。また本発明において、Ｔi-Ｗ合
金相のターゲット材断面に占める面積率は60%以上が好
ましい。パーティクルの発生を少なくするためにはＴi-
Ｗの合金化を進めることが好ましく、Ｔi-Ｗ合金相の面
積率を60%以上とすることにより、特にパーティクルの
発生の少ないターゲット材となる。さらに望ましくは80
%以上である。また、本発明のターゲット材は粒子や合
金相の分布が最も重要であるが、さらに酸素含有量が60
0ppm以下であることが均質な薄膜を得る上で好ましい。
酸素含有量の少ないターゲット材は、例えば本発明では
もともと酸素量の少ない水素化した高純度Ｔｉ粉末を用
い、非酸化性雰囲気で粉砕と混合を同時に行なうという
手段で得ることができる。In the present invention, the average crystal grain size of the Ti-W target material is preferably 10 μm or less. The average crystal grain size is
Photographs of the structure of the fracture surface of the target material were taken.
Parallel lines are drawn at mm intervals, the crystal grain size and the number of crystals of the crystal grains intersecting with this straight line are measured, and defined as the value obtained by dividing the total of each crystal grain size by the number of crystals. When the average crystal grain size of the Ti-W target material becomes large, the influence of the crystal orientation of each crystal grain becomes large, and a difference occurs in the sputtering rate for each crystal grain. This may cause an increase in particles due to attachment and separation of sputtered particles to the part. The smaller the crystal grain size in the target is, the better, but it is no problem if it is 10 μm or less. Further, the smaller the Ti phase is, the smaller the Ti phase is because it causes the generation of particles. However, if the area ratio in the cross section of the target material is 10% or less, the frequency of the generation of the particles is greatly reduced, which is desirable. In the present invention, the area ratio of the Ti-W alloy phase to the cross section of the target material is preferably 60% or more. Ti- to reduce particle generation
It is preferable to promote the alloying of W. By setting the area ratio of the Ti-W alloy phase to 60% or more, a target material with less generation of particles can be obtained. More preferably 80
% Or more. In the target material of the present invention, the distribution of particles and alloy phase is the most important, but the oxygen content is further increased to 60%.
It is preferable that the content be 0 ppm or less in order to obtain a homogeneous thin film.
The target material having a low oxygen content can be obtained by, for example, using a hydrogenated high-purity Ti powder originally having a low oxygen content and simultaneously performing pulverization and mixing in a non-oxidizing atmosphere in the present invention.

【００１０】また、本発明の方法はＷ粉末とＴｉ粉末と
を加圧焼結して焼結体とし、得られた焼結体を加熱処理
してＴｉ−Ｗ合金相を形成することを特徴とするＴｉ−
Ｗターゲット材の製造方法である。また、本発明のより
具体的な方法の一つはＷ粉末と水素化したＴｉ粉末とを
混合粉砕処理し、次いで脱水素処理をした後、あるいは
脱水素処理をしながら加圧焼結を行い焼結体とし、得ら
れた焼結体を加熱処理して実質的にＷ粒子を取り巻くよ
うにＴi-Ｗ合金相を生成することを特徴とするＴi-Ｗタ
ーゲット材の製造方法である。Further, the method of the present invention is characterized in that W powder and Ti powder are sintered under pressure to form a sintered body, and the obtained sintered body is subjected to a heat treatment to form a Ti-W alloy phase. Ti-
This is a method for manufacturing a W target material. Also, one of the more specific methods of the present invention is to mix and pulverize W powder and hydrogenated Ti powder, and then perform dehydrogenation treatment or pressure sintering while performing dehydrogenation treatment. A method for producing a Ti-W target material, which comprises forming a sintered body, and subjecting the obtained sintered body to heat treatment to generate a Ti-W alloy phase substantially surrounding W particles.

【００１１】なお、Ｗ粉末は好ましくは純度99.99%以
上、さらに好ましくは純度99.999%以上の高純度Ｗ粉末
であることが望ましく、Ｔiは純度99.99%以上の高純度
Ｔiであることが望ましい。また本発明において、水素
化した高純度Ｔi粉末を用いるのはターゲット材中の酸
素含有量を減らすことができるためである。このとき粉
末の混合と粉砕は別々に行うこともできるが本発明では
ボールミル、アトライタ等の機械的に粉砕と混合を同時
に行う装置を用いることにより、ＴiとＷの比重差によ
って不均一な混合物になることを防ぐことができる。Ｔ
iとＷの粉末は平均粒径5μm以下の粒径まで粉砕するこ
とが好ましい。このように、微粉末化することにより、
ＴiとＷを均一に分散させ、焼結時のＴi粒の粗大化を防
ぐとともに、加熱処理におけるＴiとＷの合金化を促進
することができる。The W powder is preferably a high-purity W powder having a purity of preferably 99.99% or more, more preferably 99.999% or more, and Ti is preferably a high-purity Ti having a purity of 99.99% or more. In the present invention, the use of hydrogenated high-purity Ti powder is because the oxygen content in the target material can be reduced. At this time, mixing and pulverization of the powder can be performed separately, but in the present invention, by using a device such as a ball mill or an attritor that simultaneously performs pulverization and mixing, an uneven mixture due to a difference in specific gravity between Ti and W is obtained. Can be prevented. T
It is preferable that the powders of i and W are ground to a particle diameter of 5 μm or less. In this way, by pulverizing,
Ti and W can be uniformly dispersed to prevent Ti grains from becoming coarse during sintering and promote the alloying of Ti and W in the heat treatment.

【００１２】また、本発明において加熱処理は1300〜15
00℃が好ましい。1300〜1500℃に加熱するのは拡散処理
により、結晶粒の成長を押さえつつＴi-Ｗ合金相を生成
させるためである。ＴiとＷの組み合わせは全率固溶化
が可能であるが、結晶粒を粗大化させずに合金化するに
は、加熱処理は1500℃以下が望ましい。また、1300℃未
満では、50時間でもほとんど合金化しないため、実用上
好ましくない。また、加圧焼結には、熱間静水圧プレス
(以下HIPという)あるいはホットプレス等が使用でき
る。In the present invention, the heat treatment is carried out at 1300 to 15
00 ° C. is preferred. The reason for heating to 1300 to 1500 ° C. is to form a Ti—W alloy phase by diffusion treatment while suppressing the growth of crystal grains. Although the combination of Ti and W can form a solid solution, the heat treatment is desirably at 1500 ° C. or less in order to alloy without crystal grains becoming coarse. On the other hand, if the temperature is lower than 1300 ° C., almost no alloying occurs even after 50 hours, which is not practically preferable. For pressure sintering, use a hot isostatic press
(Hereinafter referred to as HIP) or a hot press can be used.

【００１３】本発明のＴｉ−Ｗターゲットをスパッタす
ることにより得られる薄膜は薄膜表面の最大径0.5μm以
上のパーティクルが1平方センチ当り約0.1個以下にする
ことができ、極めて欠陥の少ない半導体デバイスが得ら
れる。The thin film obtained by sputtering the Ti-W target of the present invention can be reduced to about 0.1 particles or less per square centimeter of particles having a maximum diameter of 0.5 μm or more on the surface of the thin film. Is obtained.

【００１４】[0014]

【実施例】(実施例１)高純度Ｗ粉末(純度99.999%以上、
平均粒径5μm以下)と水素化した高純度Ｔi(純度99.99%
以上、平均粒径75μm以下:以下水素化チタンという)と
を水素化チタンが10.36wt%になるように配合し、Ｗ内張
りのポットとＷ製ボールを使用した専用ボールミル内に
投入した後、ポット内を真空排気した後、Arガスで置換
し非酸化性雰囲気とし、90分間粉砕しつつ混合した。得
られた混合粉は、20μm以上の水素化チタンは観察され
ず、平均粒径は4μmであった。また、混合粉の酸素含有
量は540ppmであった。EXAMPLES (Example 1) High-purity W powder (purity of 99.999% or more,
Hydrogenated high purity Ti (purity 99.99%)
Above, average particle size of 75 μm or less: hereinafter referred to as titanium hydride) and titanium hydride is blended to 10.36 wt%, and put into a special ball mill using a W-lined pot and a W-made ball, After evacuating the inside, the atmosphere was replaced with Ar gas to make a non-oxidizing atmosphere, and the mixture was pulverized and mixed for 90 minutes. In the obtained mixed powder, no titanium hydride of 20 μm or more was observed, and the average particle size was 4 μm. Further, the oxygen content of the mixed powder was 540 ppm.

【００１５】得られた混合粉を内径400φのHIP缶内に充
填し、5×10マイナス５乗torrに真空排気しながら、700
℃×24時間加熱し、脱水素処理を行った。脱水素後HIP
缶を封止し、1250℃×2時間、1000atmの条件でHIP処理
をおこなった。得られた焼結材の600倍の組織写真を図
１に示す。図１において白色粒子はＷ相を示すＷ粒子で
あり、Ｗ粒子間に存在する灰色部はＴi相である。この
焼結体のＷは微細な粒子のまま分散しているが、部分的
にＴiの凝集が起こっていることがわかる。また、この
段階では、Ｔi-Ｗ合金相は確認できなかった。The mixed powder thus obtained is filled in a HIP can having an inner diameter of 400φ, and the HIP can is evacuated to 5 × 10 -5 torr while evacuation is performed.
Heating was performed at 24 ° C. for 24 hours to perform dehydrogenation treatment. HIP after dehydrogenation
The can was sealed and subjected to HIP treatment at 1250 ° C. × 2 hours under the condition of 1000 atm. FIG. 1 shows a photograph of the structure of the obtained sintered material at a magnification of 600 times. In FIG. 1, white particles are W particles showing a W phase, and a gray portion existing between W particles is a Ti phase. It can be seen that W of the sintered body is dispersed as fine particles but Ti is partially aggregated. At this stage, no Ti-W alloy phase could be confirmed.

【００１６】この焼結体を熱処理時間を変え真空度10マ
イナス５乗torrで、1380℃の条件で合金化処理を行いタ
ーゲット材を得た。得られたターゲット材の酸素含有量
はほぼ550ppmであった。得られたターゲット材の内、5
時間の加熱処理を行った場合および24時間の熱処理を行
なった場合の組織写真を図２および図３に示す。図２お
よび図３中、白色部はＷ相を示すＷ粒子であり、実質的
にＷ粒子を取り巻いている灰色部はＴi-Ｗ合金相であ
る。また、Ｔi-Ｗ合金相またはＷ粒子に隣接して分散し
て存在する黒色部はＴi相である。The sintered body was subjected to an alloying process at 1380 ° C. at a degree of vacuum of 10 −5 torr with a change in heat treatment time to obtain a target material. The oxygen content of the obtained target material was approximately 550 ppm. Of the obtained target materials, 5
FIGS. 2 and 3 show micrographs of the structure after the heat treatment for 24 hours and the heat treatment for 24 hours. 2 and 3, the white portion is a W particle representing a W phase, and the gray portion substantially surrounding the W particle is a Ti-W alloy phase. Further, a black portion dispersed and present adjacent to the Ti-W alloy phase or the W particles is the Ti phase.

【００１７】図３に見るように、24時間の加熱処理によ
りＷ粒子は微小な粒子として存在し、ほとんどがＴi-Ｗ
合金相に覆われており、Ｔi相に取り囲まれているＷ粒
子は確認できなかった。またＴi相の占める割合も非常
に小さくなっていることがわかる。As shown in FIG. 3, the W particles exist as fine particles by the heat treatment for 24 hours, and most of them are Ti-W.
W particles covered with the alloy phase and surrounded by the Ti phase could not be confirmed. It can also be seen that the ratio of the Ti phase is very small.

【００１８】また、図４に50時間の加熱処理を行なった
場合のターゲット材の破面を走査型電子顕微鏡で観察し
て得られた600倍の組織写真を示す。図４より50時間加
熱処理したターゲット材は10μm以下の平均結晶粒より
なっていることがわかる。FIG. 4 shows a micrograph of a 600-fold structure obtained by observing the fracture surface of the target material in the case of performing the heat treatment for 50 hours with a scanning electron microscope. FIG. 4 shows that the target material subjected to the heat treatment for 50 hours has an average crystal grain of 10 μm or less.

【００１９】図５および図６に熱処理時間を変えて得ら
れたターゲット材の断面に占めるＴi相の面積率および
Ｔi-Ｗ合金相の面積率をそれぞれ示す。加熱処理により
Ｔi相が減少し、20時間以上の熱処理でＴi面積率が10%
以下、Ｔi-Ｗ合金相面積率が80%以上となることが分か
る。FIGS. 5 and 6 show the area ratio of the Ti phase and the area ratio of the Ti-W alloy phase in the cross section of the target material obtained by changing the heat treatment time, respectively. The heat treatment reduces the Ti phase, and the heat treatment for 20 hours or more reduces the Ti area ratio to 10%.
Hereinafter, it is understood that the Ti-W alloy phase area ratio is 80% or more.

【００２０】また図４に示したように、各熱処理時間で
得られたターゲット材の破面の組織写真を撮影し、この
写真に20mm間隔で平行線を引き、この直線と交わった結
晶粒の結晶粒径および数を測定し、平均結晶粒径を計算
した。図７にこの時の平均結晶粒径を示す。熱処理時間
の増加とともに結晶粒が成長することがわかる。また、
1380℃の熱処理では結晶粒の成長は遅く、この程度の熱
処理温度が好ましいことがわかる。As shown in FIG. 4, a micrograph of the fracture surface of the target material obtained at each heat treatment time was taken, and parallel lines were drawn on the photograph at intervals of 20 mm. The crystal grain size and number were measured, and the average crystal grain size was calculated. FIG. 7 shows the average crystal grain size at this time. It can be seen that the crystal grains grow as the heat treatment time increases. Also,
In the heat treatment at 1380 ° C., the growth of crystal grains is slow, and it is understood that such a heat treatment temperature is preferable.

【００２１】得られたターゲット材を300φのターゲッ
ト材に加工し、このターゲットを用いて6インチウエハ
ーにスパッタリングした。図８に各熱処理時間で得られ
たターゲットを用いてスパッタリングした時の0.5μm以
上のパーティクル発生数を示す。図５および図６と図８
を対比することにより、Ｔi相が合金化によって減少
し、Ｔi-Ｗ合金相が増加するとともに、著しいパーティ
クル数の減少がみられ、Ｔi-Ｗの合金化がパーティクル
発生を抑制できたことがわかる。また、Ｔi相の量は面
積率で10%以下が好ましいことがわかる。The obtained target material was processed into a target material having a diameter of 300φ, and the target was sputtered on a 6-inch wafer. FIG. 8 shows the number of generated particles of 0.5 μm or more when sputtering is performed using the targets obtained at each heat treatment time. 5 and 6 and 8
By contrast, the Ti phase decreases due to alloying, the Ti-W alloy phase increases, and a remarkable decrease in the number of particles is observed, indicating that the Ti-W alloying was able to suppress the generation of particles. . It is also found that the amount of the Ti phase is preferably 10% or less in terms of area ratio.

【００２２】(実施例２)実施例１と同様に得られた熱処
理前の焼結体を24時間の保持時間で熱処理温度を変え加
熱処理し、Ｔi相面積率とＴi-Ｗ合金相面積率を測定し
た。結果を図９および図１０にそれぞれ示す。図９およ
び図１０より、熱処理温度が1300℃以上でＴiの面積率
が著しく減少し、Ｔi-Ｗ合金相の面積率が著しく増加す
ることがわかる。また、図１１に実施例１と同様に求め
た結晶粒径を示す。図１１から、1500℃を越える温度で
顕著に結晶粒の成長がみられ、1500℃以下の加熱処理が
好ましいことがわかる。(Example 2) The sintered body obtained before the heat treatment obtained in the same manner as in Example 1 was subjected to a heat treatment while changing the heat treatment temperature for a holding time of 24 hours to obtain a Ti phase area ratio and a Ti-W alloy phase area ratio. Was measured. The results are shown in FIGS. 9 and 10, respectively. 9 and 10, it can be seen that when the heat treatment temperature is 1300 ° C. or higher, the area ratio of Ti is significantly reduced, and the area ratio of the Ti—W alloy phase is significantly increased. FIG. 11 shows the crystal grain size obtained in the same manner as in Example 1. From FIG. 11, it can be seen that crystal grains grow remarkably at a temperature exceeding 1500 ° C., and that a heat treatment at 1500 ° C. or less is preferable.

【００２３】得られたターゲット材を用いて実施例１と
同様にスパッタリングした時のパーティクル発生数を調
べ、その結果を図１２に示した。図１２より1300℃以上
の熱処理を行なうことにより、パーティクル発生数を著
しく少なくできることがわかる。これより、実用的な24
時間程度の熱処理によるＴi-Ｗの合金相の形成は1300〜
1500℃の範囲が特に好ましいことがわかる。The number of particles generated when sputtering was performed using the obtained target material in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIG. FIG. 12 shows that the number of particles can be significantly reduced by performing the heat treatment at 1300 ° C. or higher. This is a more practical 24
Formation of Ti-W alloy phase by heat treatment for about 1 hour
It turns out that the range of 1500 ° C. is particularly preferable.

【００２４】[0024]

【発明の効果】本発明の方法によれば、Ｔi-Ｗのターゲ
ット材の組織をＴi-Ｗ合金相を主体としてＷ粒子とＴi
相が分散し、粗大Ｔｉ粒が極めて少なく、また結晶粒径
の小さいという特徴のある新規な組織を有するターゲッ
ト材が製造できる。本発明のターゲット材を用いればパ
ーティクル発生の極めて少ないスパッタリングが実施で
きるので、半導体デバイスの品質向上に非常に有効なタ
ーゲットおよび薄膜を提供できる。また、本発明のター
ゲット材はパーティクルの発生が少ないという特徴の他
に、酸素含有量が少ないので、ターゲットの割れや生成
皮膜の酸化およびスパッタリングした皮膜の品質のバラ
ツキを抑えるという効果を有するものである。According to the method of the present invention, the structure of the Ti-W target material is changed to W particles and Ti particles mainly in the Ti-W alloy phase.
It is possible to produce a target material having a novel structure in which the phase is dispersed, the number of coarse Ti particles is extremely small, and the crystal grain size is small. By using the target material of the present invention, it is possible to carry out sputtering with extremely small generation of particles, so that it is possible to provide a target and a thin film which are very effective for improving the quality of a semiconductor device. In addition, the target material of the present invention has the effect of suppressing the cracking of the target, the oxidation of the formed film, and the variation in the quality of the sputtered film, since the target material of the present invention has a low oxygen content, in addition to the feature of low particle generation. is there.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】焼結材の合金金属組織写真である。FIG. 1 is a photograph of an alloy metal structure of a sintered material.

【図２】５時間の加熱処理で得られた本発明のターゲッ
ト材の合金金属組織写真である。FIG. 2 is a photograph of an alloy metal structure of a target material of the present invention obtained by a heat treatment for 5 hours.

【図３】２４時間の加熱処理で得られた本発明のターゲ
ット材の合金金属組織写真である。FIG. 3 is a photograph of an alloy metal structure of a target material of the present invention obtained by a heat treatment for 24 hours.

【図４】５０時間の加熱処理で得られた本発明のターゲ
ット材の破面で結晶粒の大きさを示す金属組織写真であ
る。FIG. 4 is a metallographic photograph showing the size of crystal grains at the fracture surface of the target material of the present invention obtained by the heat treatment for 50 hours.

【図５】加熱処理時間とＴi面積率の関係を示した図で
ある。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a heat treatment time and a Ti area ratio.

【図６】加熱処理時間とＴi-Ｗ合金相面積率の関係を示
した図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a heat treatment time and a Ti-W alloy phase area ratio.

【図７】加熱処理時間と平均結晶粒径の関係を示した図
である。FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a heat treatment time and an average crystal grain size.

【図８】加熱処理時間と作成した薄膜上のパーティクル
発生数の関係を示した図である。FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a heat treatment time and the number of generated particles on a formed thin film.

【図９】加熱処理温度とＴi面積率の関係を示した図で
ある。FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a heat treatment temperature and a Ti area ratio.

【図１０】加熱処理温度とＴi-Ｗ合金相面積率の関係を
示した図である。FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a heat treatment temperature and a Ti-W alloy phase area ratio.

【図１１】加熱処理温度と平均結晶粒径の関係を示した
図である。FIG. 11 is a diagram showing a relationship between a heat treatment temperature and an average crystal grain size.

【図１２】加熱処理温度と作成した薄膜上のパーティク
ル発生数の関係を示した図である。FIG. 12 is a diagram showing a relationship between a heat treatment temperature and the number of generated particles on a formed thin film.

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 ターゲット材断面に占めるミクロ組織の
面積率で20%以上のＴｉ−Ｗ合金相と、Ｗ相およびＴi相
からなる組織を有することを特徴とするＴi−Ｗターゲ
ット材。1. A Ti—W target material having a Ti—W alloy phase having a microstructure area ratio of not less than 20% in a cross section of the target material and a structure composed of a W phase and a Ti phase. 【請求項２】 分散して存在するＷ粒子と、実質的に該
Ｗ粒子を取り巻くＴi-Ｗ合金相と、該Ｔi-Ｗ合金相また
はＷ粒子に隣接して分散するＴi相よりなることを特徴
とするＴi-Ｗターゲット材。2. The method according to claim 1, further comprising: dispersing W particles, a Ti-W alloy phase substantially surrounding the W particles, and a Ti phase dispersed adjacent to the Ti-W alloy phase or the W particles. Characteristic Ti-W target material. 【請求項３】 平均結晶粒径が10μm以下であることを
特徴とする請求項１ないし２に記載のＴi-Ｗターゲット
材。3. The Ti-W target material according to claim 1, wherein the average crystal grain size is 10 μm or less. 【請求項４】 Ｔi相のターゲット材断面に占める面積
率が10%以下であることを特徴とする請求項１ないし３
に記載のＴi-Ｗターゲット材。4. The method according to claim 1, wherein an area ratio of the Ti phase to the cross section of the target material is 10% or less.
2. The Ti-W target material according to 1. 【請求項５】 Ｔi-Ｗ合金相のターゲット材断面に占め
る面積率が60%以上であることを特徴とする請求項１な
いし４に記載のＴi-Ｗターゲット材。5. The Ti-W target material according to claim 1, wherein an area ratio of the Ti-W alloy phase to a cross section of the target material is 60% or more. 【請求項６】 酸素含有量が600ppm以下であることを特
徴とする請求項１ないし５に記載のＴi-Ｗターゲット
材。6. The Ti-W target material according to claim 1, wherein the oxygen content is 600 ppm or less. 【請求項７】 Ｗ粉末とＴｉ粉末とを加圧焼結して焼結
体とし、得られた焼結体を加熱処理してＴｉ−Ｗ合金相
を形成することを特徴とするＴｉ−Ｗターゲット材の製
造方法。7. A Ti—W alloy, comprising sintering W powder and Ti powder under pressure to form a sintered body, and subjecting the obtained sintered body to heat treatment to form a Ti—W alloy phase. Target material manufacturing method. 【請求項８】 Ｗ粉末と水素化したＴｉ粉末とを混合粉
砕処理し、次いで脱水素処理をした後、あるいは脱水素
処理をしながら加圧焼結を行い焼結体とし、得られた焼
結体を加熱処理してＴi-Ｗ合金相を生成することを特徴
とするＴi-Ｗターゲット材の製造方法。8. A W powder and a hydrogenated Ti powder are mixed and pulverized and then subjected to dehydrogenation treatment or pressure sintering while performing dehydrogenation treatment to form a sintered body. A method for producing a Ti-W target material, comprising: forming a Ti-W alloy phase by heat-treating the sintered body. 【請求項９】加熱処理は1300〜1500℃で行なうことを特
徴とする請求項７ないし８に記載のＴi-Ｗターゲット材
の製造方法。9. The method for producing a Ti-W target material according to claim 7, wherein the heat treatment is performed at 1300 to 1500 ° C. 【請求項１０】 混合粉砕処理は機械的に混合と粉砕を
同時に行うものであることを特徴とする請求項８に記載
のＴi-Ｗターゲット材の製造方法。10. The method for producing a Ti-W target material according to claim 8, wherein the mixing and pulverization is performed by simultaneously mixing and pulverizing mechanically. 【請求項１１】 加圧焼結は熱間静水圧プレスによって
行うことを特徴とする請求項７ないし１０に記載のＴi-
Ｗターゲット材の製造方法。11. The Ti− according to claim 7, wherein the pressure sintering is performed by hot isostatic pressing.
Manufacturing method of W target material.