JPH051371A - スパツタリング用ターゲツト材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 反応性スパッタリング中に、パーティクルの
発生を抑えることのできるスパッタリング用ターゲット
材を提供する。 【構成】 ターゲット材組織中に窒化チタン相が体積率
で0.1%以上10%以下存在し、残部実質的にチタンよりな
ることを特徴とするスパッタリング用ターゲット材であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩ等の電極部で発
生する反応拡散による半導体素子の破壊を防止する層と
して用いられる窒化チタン層を形成するために使用され
るスパッタリング用ターゲットに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年ＬＳＩの集積度向上にはめざましい
ものがあり、そのために回路を構成する配線幅もさらな
る微細化が進行中である。また、ＬＳＩには電極部であ
るアルミニウムと素子部であるシリコンの間の、両元素
の反応拡散を防止するために、拡散防止層が形成されて
いる。この拡散防止層も配線幅の微細化にともない、よ
り薄肉化が要求され、現在高融点で拡散防止効果も高い
拡散防止層がもとめられており、その一つとして窒化チ
タン層が採用されている。この窒化チタン層は、反応性
スパッタリング法により数百ｎｍの厚さに形成される。
この反応性スパッタリング法とは、純チタンターゲット
材にグロー放電によって形成した窒素イオンおよびアル
ゴンイオン等の荷電粒子で衝撃を与えることによって、
ターゲット材表面を窒化するとともに、その衝撃力で窒
化チタン粒子を放出させて、ターゲット材に対向して設
置したシリコンウエハーに窒化チタン膜を形成するもの
である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】最近、最近の半導体製
品の電極パターンの高密度化・細線化にともない、前述
の純チタンターゲットを用いて反応性スパッタリングを
行ない窒化チタン膜を形成する場合、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
線させるという問題が深刻化してきた。このパーティク
ル発生の一因として、反応性スパッタリング中にターゲ
ット材表面に形成された窒化チタンの薄い層が、スパッ
タリング中の荷電粒子の衝撃による表面の温度上昇、窒
化チタン層とチタン母材との熱膨張差の発生、窒化にと
もなう格子歪みの発生などにより剥離し、巨大粒子とな
って、シリコンウエハー上に付着することが挙げられ
る。このようなパーティクルの発生は反応性スパッタリ
ングの条件を変更することによってもある程度抑えるこ
とが可能であるか、反応性スパッタリングは、作成する
窒化チタン膜の特性最適化が第１の条件であるため、パ
ーティクルの発生を防ぐことを目的とした条件の変更は
極めて困難である。本発明の目的は、ターゲット材の材
質に着目し、ターゲット材表面から窒化チタン層が剥離
しにくく、パーティクルの発生を抑えたスパッタリング
用ターゲットを提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、パーテイク
ルの発生をターゲット材の材質に着目し研究した結果、
少量の窒化チタン相をチタン母相中に分散させることに
より極めてパーティクルの発生を抑えることができるこ
とを見出した。すなわち、本発明はターゲット材組織中
に窒化チタン相が体積率で０．１％以上、１０％以下存
在し、残部実質的にチタンよりなることを特徴するスパ
ッタリング用ターゲット材である。

【０００５】

【作用】本発明において、窒化チタン相は反応性スパッ
タリング中で形成される窒化チタン層とターゲット材と
の熱膨張差を縮めるとともに、窒化チタン層をターゲッ
ト材表面に結合する、いわゆるアンカー効果が得られ
る。ターゲット材中の窒化チタンの量は体積率で０．１
％より少ないと実質的な効果がなく、１０％を超えると
ターゲット中の窒素が反応性スパッタリング中の窒素量
の変動要因となったり、ターゲット作成時の焼結性を低
下する場合があるため、０．１％以上、１０％以下と規
定した。窒化チタンの体積比は、焼結体表面をＸ線回折
により求めることができる。詳しく説明すると、「Ｘ線
回折要論」カリティ著、松村源太郎訳、アグネ社出版第
９８頁〜１３２頁の方法に基づき、Ｘ線強度比を構造因
子、多重度因子、ｌｏｒｅｎｔｚ因子の３因子補正を行
なう方法を用いて算出する。具体的には、次の第１式を
用いる。 Ｖ(TIN)／Ｖ(Ti)＝０．２７８×Ｉ(TiN)／Ｉ(Ti) ・・・・(1) ここで、Ｖ(TIN)／Ｖ(Ti)はＴｉＮとＴｉの体積比、
Ｉ(TiN)はＴｉＮ（２００）面のＸ線回折強度、Ｉ(Ti)
はＴｉ（０１１）面のＸ線回折強度である。第１式のＴ
ｉＮとＴｉの体積比をａとすると求めるＴｉＮの体積率
は次の第２式となる。 ＴｉＮ体積率（％）＝ ａ×１００／（１＋ａ） ・・・・(2) 実際の焼結体には窒化チタン相としてＴｉＮだけでな
く、Ｔｉ₂Ｎ相も存在することが確認できるが、その量
はＴｉＮ相の量に較べて極めて少ないため、体積率の計
算では無視した。

【０００６】

【実施例】

（実施例１）窒素とチタンの原子比＝１：１であり、平
均粒径３μｍの純度９９．９９％以上の窒化チタン粉末
粉と、１００メッシュより細かい粉末であり純度９９．
９９％以上のチタン粉末を混合比を変えて混合し種々の
混合粉を得た。得られた混合粉を内径φ４００ｍｍの熱
間静水圧プレス用のカプセルに充填した後、１０００℃
×２Ｈｒで１０００ａｔｍの条件で熱間静水圧プレス装
置により焼結しターゲット材を得た。得られたターゲッ
ト材をφ３００×６ｍｍに機械加工しターゲットとし
た。このターゲットをＸ線回折により分析し、前述の第
１式および第２式により、窒化チタン相の体積率を求め
た。得られたターゲット材を６インチシリコンウエハー
を基板とし、窒素分圧２ｍＴｏｒｒ、全圧６ｍＴｏｒｒ
のアルゴン＋窒素雰囲気で反応性スパッタリングをおこ
なった。図１に６インチウエハーに発生した０．５μｍ
以上のパーティクルの数とＸ回折によって得られた窒化
チタンの体積率の関係を示す。図１によれば、窒化チタ
ンを存在させることによりパーティクルの発生を大きく
減少できることがわかる。

【０００７】（実施例２）窒素とチタンの原子比＝１：
１であり、平均粒径３μｍの純度９９．９９％以上の窒
化チタン粉末粉と、１００メッシュより細かい粉末であ
り純度９９．９９％以上のチタン粉末を窒化チタン粉末
が８重量％になるように混合しの混合粉を得た。得られ
た混合粉を内径φ４００ｍｍの熱間静水圧プレス用のカ
プセルに充填した後、８００℃〜１３００℃、２Ｈｒで
１０００ａｔｍの条件で熱間静水圧プレス装置により焼
結しターゲット材を得た。得られたターゲット材をφ３
００×６ｍｍに機械加工しターゲットとした。このター
ゲットを実施例１と同様に反応性スパッタリングを行な
いパーティクルの発生数を求めた。またターゲット材中
の窒化チタンの体積率も実施例１と同様に求めた。これ
らの結果を図２に示す。図２によれば、熱間静水圧プレ
スによる焼結温度が上昇すると、窒化チタン中の窒素が
チタン相へ固溶していくため、窒化チタン体積率が減少
し、これに伴ってパーティクル発生数も増加することが
わかる。これは、ターゲット中に窒化チタン相が存在し
なくなると、パーティクルが発生することを示してい
る。

【０００８】

【発明の効果】本発明の少量の窒化チタン相を存在させ
たパーティクルの発生しにくいスパッタリング用ターゲ
ットを用いることにより、スパッタリング工程でのパー
ティクル発生などの欠陥発生が極めて少なくなり、半導
体装置の信頼性の向上、製造時の歩留向上が達成される
ため、工業上極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】窒化チタン体積率とパーティクル発生数の関係
を示す図である。

【図２】焼結温度と窒化チタン体積率およびパーティク
ル発生数の関係を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ターゲット材組織中に窒化チタン相が体
   積率で０．１％以上、１０％以下存在し、残部実質的に
   チタンよりなることを特徴するスパッタリング用ターゲ
   ット材。