JPH04154964A - 窒化チタンターゲット材の製造方法 - 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、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窒化チタンターゲット材の製造方
法に関するものである。

〔従来の技術〕

ＬＳＩ等の半導体デバイスには、層間のバリア材として
、シリコン酸化膜が用いられてきたが、近年のＬＳＩの
高集積化に伴い、特にＡｔ配線のマイグレーション対策
として窒化チタン薄膜がバリア材として使用されるよう
になってきた。

このような窒化チタン薄膜を形成する場合、通常はチタ
ンターゲット利を作成し、これを窒素によってスパッタ
し、窒化チタン薄膜を形成する方法がとられている。

しかしながら、上記のようなチタンターゲットを用いる
方法では、チタンと窒素の反応の不均一性に起因して、
形成される薄膜中のチタンと窒素の存在量が不均一とな
り、バリア材としての特性が得られない場合があった。

この問題を解決する方法の一つにチタンターゲットでは
なく、窒化チタンターゲットを用いる方法がある。この
方法では、窒化チタンターゲットの組成とほぼ等しい均
一な膜ができるという利点がある。しかし、窒化チタン
はそれ自体２９５０℃の高融点物質であり、焼結性が悪
いため、実際にターゲットを作成する場合密度が上がら
ず、ターゲット形状への加工、バッキングプレートへの
接合等の工程中に割れが発生し易く、φ３００以上の大
型ターゲツト材の製造に関しては著しく困難になる。こ
のため、高密度の窒化チタンターゲットを製造する方法
が種々検討されている。

最近、高密度の窒化チタンターゲットを得る方法として
、１７００〜１８００℃の温度でホットプレスする方法
が特開昭６３−２５９０７５号に開示され、また熱間静
水圧プレス（以下ＨＩＰと称する）を用いる方法が特開
昭６３−３０３０６６号に開示された。

〔発明が解決しようとする課題〕 特開昭６３−２５９０７５号に開示されたホットプレス
を用いる方法では、特に窒素／チタンの原子比が０．５
以上の窒化チタンターゲット材を得る場合、１７００〜
１８００℃という高温を使用するため、特に窒化チタン
の分解が起こりやすくなるという問題がある。また、高
温のためカーボン等で作成されるモールドからの汚染が
発生し、高純度のターゲットが得られない場合があった
。

一方、特開昭６３−３０３０６６号に記載されるＨＩＰ
を用いる方法では、窒化チタン粉を充填する缶が鋼鉄製
であるため、鉄の融点より低い温度までしか利用できず
、実用上１４００℃が上限である。この程度の温度では
、せいぜい９５％程度の相対密度が限界である。

本発明の目的は、ＨＩ’Ｐが適用できる程度の低温で十
分高密度となり、高純度の窒化チタンターゲットが得ら
れる窒化チタンターゲット材の製造方法を提供すること
である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、窒素／チタンの原子比が１に近い窒化チ
タンの粉末にチタン粉末を少量添加することにより、少
量のチタン粉末が焼結助剤のごとく作用し、１４００℃
以下の比較的低い温度でも極めて高い温度が得られるこ
とを見出したものである。

すなわち本発明は、窒化チタン粉末にチタン粉末を１５
ｗｔ％以下添加した混合粉末を１２００〜１４００℃で
熱間静水圧プレスにより加圧焼結し、窒素の含有量が１
７ｗｔ％以上の窒化チタンターゲット材を得ることを特
徴とする窒化チタンターゲット材の製造方法である。

本発明において、チタン粉末は窒化チタンターゲット材
の高密度化に作用するものであるが、入れすぎると窒化
チタン本来の窒素／チタンの原子比；１から大きくはず
れるものとなるため好ましくない。

また、窒化チタン粉末中の窒素／チタンの原子比は０．
８以上、窒素含有量にして１９ｗｔ％以上であることが
好ましい。窒化チタン粉末中のチタンの原子比が大きい
ものを使用することにより、密度を上げることができる
が、窒化チタン粉末中のチタンの原子比を上げることは
本来の窒素／チタンの原子比＝１からはずれることにな
るので窒素含有量として１９ｗｔ％以上とするのが好ま
しい。

また、得られる窒化チタンターゲット材中の窒素／チタ
ンの原子比は０．７、窒素の含有量にして１７ｗｔ％以
上であることが好ましい。この原子比は窒化チタン粉末
中の窒素とチタンの原子比およびチタン粉末の添加量を
変えることにより変わるものであるが、窒化チタンター
ゲット本来の窒素／チタンの原子比＝１より大きくはず
れると窒化チタンターゲットとして意味をなさないため
窒素の含有量にして１７ｗｔ％以上に限定した。

窒化チタンターゲット材中のより好ましい窒素／チタン
の原子比は０．８以上、窒素の含有量にして１９ｗｔ％
以上である。

本発明において、加圧焼結は１２００−１４００℃が好
ましい。１４００℃以下とするのは１４００℃を越える
と１（ＩＰにおいて鉄製のＨＩＰ缶が使用できなくなる
こと、および加圧焼結時の窒化チタンの分解を抑制する
ためである。また、１２００℃未満ではＨＩＰを用いて
も密度を上げることができないためである。

加圧焼結はホットプレス等に比べて高圧が得られるため
ＨＩ　Ｐを用いることが好ましい。

ＨＩＰの条件としては、圧力１１０００ａｔ以上、保持
時間はｌｈｒ以上が好ましい。

なお、窒化チタン粉末およびチタン粉末としては、純度
９９．９９％以上、好ましくは純度９９．９９９％以上
が好ましい。

また、チタン粉末の代わりに水素化チタン粉末を添加し
ても良い。

水素化チタン粉末はチタン粉末を比較し粉砕性が良いこ
とで知られており、添加チタンを微粒に分散させたい時
は、水素化チタン粉末を使用することが好ましい。

粉末の混合方法としては、通常の■型ブレンダー、円筒
型ミキサー、粉砕と混合を同時に行なうボールミル、ア
トライター等があるが、限定されない。ただし、水素化
チタン粉末を使用する場合は、粉砕混合を同時に行なう
ボールミル、アトライター等で混合する方が、水素化チ
タン粉末を微細に分散することができ好ましい。

なお、水素化チタン粉未使用の場合は、脱水素処理後、
加圧焼結する必要がある。

［実施例］ （実施例１） 窒素／チタンの原子比＝１の高純度窒化チタン粉末（Ｎ
　：　２２．６ｗｔ％、純度９９．９９％以上、平均粒
径ｌＯμｍ）と高純度チタン粉末（純度９９．９９％以
上、平均粒径５０μｍ）をチタン添加量Ｏ〜３０ｗｔ％
になるように配合し、■型ブレンダーで混合した。得ら
れた混合粉を内径φ４００のＨＩＰ缶内に充填した後、
１３００℃Ｘ　５ｈ１１２００ａｔｍの条件でＨＩＰ処
理を行なった。ＨＩＰ缶除去後機械加工を行ない、φ３
００Ｘ６ｔのターゲツト材を得た。

第１図にチタン添加量と得られたターゲツト材の相対密
度および得られたターゲツト材の窒素含有量の関係を示
す。

高密度化に対するチタン添加の効果が著しいことがわか
る。なお、チタン添加量Ｏｗｔ％および２ｗｔ％の低密
産品は、φ３００　Ｘ　６ｔの形状に機械加工する途中
で割れてしまった。

第１図より窒化チタン粉末にチタン粉末を添加すること
によって著しく密度が上がることがわかる。またチタン
粉末の添加量は、５ｗｔ％以上が好ましいことがわかる
。

（実施例２） 窒素／チタンの原子比＝０．９の高純度窒化チタン粉末
（Ｎ　：　２０．８ｗｔ％、純度９９．９９％以上、平
均粒径１０μｌ１１）と高純度チタン粉末（純度９９．
９９％以上、平均粒径５０μｍ）をチタン粉末添加量０
〜３０ｗｔ％になるように配合し、実施例１と同様にし
てφ３００Ｘ６ｔのターゲツト材を得た。なお、チタン
添加量Ｏｗｔ％の低密産品は、φ３００　Ｘ　６ｔの形
状に機械加工する途中で割れてしまった。

第２図にチタン粉末添加量と得られたターゲツト材の相
対密度および得られたターゲツト材の窒素含有量の関係
を示す。

実施例２の第２図より窒素の少ない窒化チタン粉を使え
ば、少量のチタン粉末の添加でも高い相対密度を得るこ
とができることがわかる。

実施例１に示した第１図と比較すると、第２図矢印ａに
示すチタン粉末を添加しない組成のターゲツト材は、９
１．４％の相対密度であるのに対し、８一 実施例１の第１図矢印すに示すチタンを添加して得た同
一組成ターゲツト材の相対密度は９８％を越えるものと
なり、チタン粉末を窒化チタン粉末に添加することによ
って著しくターゲツト材の密度が向上することがわかる
。

（実施例３） 窒素／チタンの原子比＝１の高純度窒化チタン粉末（Ｎ
　：　２２．６ｗｔ％、純度９９．９９％以上、平均粒
径１０μ■）とチタン換算で４ｗｔ％の水素化チタン粉
末（純度９９．９９％以上、平均粒径７５μｍ以下）と
をボールミル中で９０分間粉砕しつつ混合した。

得られた混合粉を７００℃Ｘ２４ｂｒで脱水素処理を行
なった。

得られた混合粉を実施例１と同様に、φ４００のＨＩＰ
缶内に充填した後、１３００’ＣＸ　５ｈ、１２００ａ
ｔｍの条件でＨＩＰ処理を行なった。ＨＩ　Ｐ缶除去後
機械加工を行ない、ψ３００×６シのターゲツト材を得
た。

得られたターゲツト材の相対密度は９８．１％であり、
実施例１よりも高密度となり、水素化チタンを使用する
ことにより、高密度が得られることが確認された。

〔発明の効果〕

低温で高密度の窒化チタンターゲット材が得られるため
、製造中にモールド等からの汚染が少なく、高純度のタ
ーゲツト材となり、ＬＳＩ等の高純度が要求されるバリ
アメタル用ターゲツト材として有用である。

また低温で焼鈍できるため、窒化チタンの分解によるガ
スの発生による割れ、窒化チタン中の窒素量の減少を防
止でき、工業的に極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例に基づいて作成したターゲツト材のチ
タン添加量とターゲツト材の相対密度ならびに窒素含有
量の関係を示す図、第２図は別の実施例に基づいて作成
したターゲツト材のチタン添加量とターゲツト材の相対
密度ならびに窒素含（、／／−７／？Ｉ）４１Ｍｆｊ！
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Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化チタン粉末にチタン粉末を１５ｗｔ％以下添
   加した混合粉末を１２００〜１４００℃で熱間静水圧プ
   レスにより加圧焼結し、窒素の含有量が１７ｗｔ％以上
   の窒化チタンターゲット材を得ることを特徴とする窒化
   チタンターゲット材の製造方法。
2. （２）窒化チタン粉末に水素化チタン粉末をチタン粉末
   に換算して１５ｗｔ％以下添加したものを粉砕混合し、
   脱水素処理後１２００〜１４００℃で熱間静水圧プレス
   により加圧焼結し、窒素の含有量が１７ｗｔ％以上の窒
   化チタンターゲット材を得ることを特徴とする窒化チタ
   ンターゲット材の製造方法。
3. （３）窒化チタン粉末は窒素の含有量が１９ｗｔ％以上
   あることを特徴とする請求項１ないし２に記載の窒化チ
   タンターゲット材の製造方法。