JPH0776771A

JPH0776771A - タングステンスパッタリングターゲット

Info

Publication number: JPH0776771A
Application number: JP24603193A
Authority: JP
Inventors: Junichi Anami; 純一阿南; Osamu Kanano; 治叶野
Original assignee: Japan Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1993-09-08
Filing date: 1993-09-08
Publication date: 1995-03-20

Abstract

(57)【要約】【目的】高密度、更には高密度・高純度タングステン
ターゲットの開発。【構成】タングステン粉末焼結体を水素雰囲気中で２
０００℃以上に加熱し、その後熱間圧延することにより
相対密度９９．５％以上でありそして平均粒径が１０μ
ｍを超え２００μｍ以下であるタングステンスパッタリ
ングターゲットが得られる。高純度化処理したタングス
テン粉末を使用することにより０：２０ｐｐｍ以下、
Ｃ：３０ｐｐｍ以下、他の不純物の合計：１０ｐｐｍ以
下、Ｕ及びＴｈ：各０．１ｐｐｂ以下のターゲットを得
ることができる。パーティクル低下及びソフトエラー低
減による信頼性向上、膜比抵抗の改善に寄与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タングステンスパッタ
リングターゲット及びその製造方法に関するものであ
り、特には高密度、更には高密度・高純度タングステン
スパッタリングターゲット及びその製造方法に関するも
のである。本発明のターゲットにより生成されたタング
ステン膜は、パーティクル低下による信頼性向上、ソフ
トエラー低減による信頼性向上、膜特性改善による高性
能化等の利点があり、より一層高集積化した微細幅のタ
ングステン膜として有効である。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリングターゲットは、スパッタ
リングにより各種の半導体デバイスの電極、ゲート、配
線、素子、絶縁膜、保護膜等を基板上に形成するための
スパッタリング源となる、通常は円盤状の板である。加
速された粒子がターゲット表面に衝突するとき運動量の
交換によりターゲットを構成する原子が空間に放出され
て対向する基板上に堆積する。近時、タングステン製の
電極、配線等が使用されることが多いが、タングステン
製の電極、配線等のタングステン膜はタングステンター
ゲットを用いたスパッタリング法により好適に形成され
る。

【０００３】ターゲットのスパッタリングにおいて重要
な問題の一つは、パーティクルが発生してスパッタ膜を
汚染し、その膜特性が低下することである。この「パー
ティクル」とは、スパッタリングによる薄膜形成時に装
置内を飛散する粒子がクラスター化して基板上に堆積し
たものを云うのであるが、このクラスター化粒子は直径
が数μｍ程度にまで大きくなるものが多いので、これが
基板上に堆積すると、例えばＬＳＩの場合は配線の短絡
或いは逆に断線を引き起こす等の問題を生じ、不良率増
大の原因となる。これらのパーティクルはターゲットか
ら放出される粒子に起因する。

【０００４】スパッタリング法の場合特にターゲット材
料の性状が素子の電極、配線等の特性を決定づける重要
な要因となる。タングステンターゲットに関しては、そ
の密度、結晶粒等と関連してこれまで幾つかの提唱がな
されている。例えば、特開平５−９３２６７号は、Ｃ：
５０ｐｐｍ以下、０：３０ｐｐｍ以下、密度：９７％以
上、結晶粒がほぼ一定方向につぶれたことを特徴とする
タングステンターゲットを提唱している。特開平３−１
５０３５６号は、密度９９％以上で平均粒径が１０μｍ
以下のタングステンターゲットを提唱している。特開平
４−１６０１０４号は、ＨＩＰにより密度９８％以上の
タングステンターゲットを製造する方法を記載してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】半導体デバイスの近時
の急速な高精細化及び高集積化によりまた信頼性の一層
の向上への要求により、タングステン配線、電極等のタ
ングステン膜に関して、パーティクル低下による信頼性
向上、ソフトエラー低減による信頼性向上、比抵抗の低
減化による高性能化等の問題が改めて認識されるように
なっている。上に挙げたようなタングステンターゲット
では、こうした要求を充分に満足させることはできな
い。

【０００６】本発明の課題は、膜の生成に際して、パー
ティクルの低下、ソフトエラーの低減及び比抵抗の低減
という要求の少なくとも一つ、好ましくはこれら要求を
同時に満足するタングステンターゲットを開発すること
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者の研究の結果、
パーティクルを従来より一層低下させるためには、密度
規定を従来より一層厳密に規定して９９．５％以上の密
度を実現することが必要であることが判明した。ソフト
エラーの低減及び比抵抗の低減という要求を満足させる
ためには、Ｕ、Ｔｈ等放射性元素並びに炭素及び酸素そ
の他の不純物の含有量を低減することが必要である。本
発明者は、タングステン粉末の焼結体を水素雰囲気中で
２０００℃以上に加熱して圧延することにより相対密度
９９．５％以上の高密度化を実現しうることを見出し
た。高純度化処理を行ったタングステン粉末を用いて水
素雰囲気中で２０００℃以上に加熱して圧延することに
より高密度・高純度タングステンターゲットを得ること
ができた。高温処理により結晶粒の成長が起こるが、実
質上支障はないことを確認した。

【０００８】この知見に基づいて、本発明は、（１）相
対密度が９９．５％以上であり、平均粒径が１０μｍを
超え２００μｍ以下であることを特徴とするタングステ
ンスパッタリングターゲット、（２）炭素量３０ｐｐｍ
以下、酸素量２０ｐｐｍ以下及び他の不純物の合計が１
０ｐｐｍ以下であることを特徴とする上記１のタングス
テンスパッタリングターゲット、更には（３）Ｕ及びＴ
ｈが各々０．１ｐｐｂ以下であることを特徴とする上記
１又は２のタングステンスパッタリングターゲットを提
供する。本発明はまた、（４）タングステン粉末の焼結
体を水素雰囲気中で２０００℃以上に加熱し、その後熱
間圧延することを特徴とする、相対密度９９．５％以上
でありそして平均粒径が１０μｍを超え２００μｍ以下
であるタングステンスパッタリングターゲットの製造方
法、（５）ターゲットが、炭素量３０ｐｐｍ以下、酸素
量２０ｐｐｍ以下及び他の不純物の合計が１０ｐｐｍ以
下であることを特徴とする上記４のタングステンスパッ
タリングターゲットの製造方法、更には（６）ターゲッ
トに含まれるＵ及びＴｈが各々０．１ｐｐｂ以下である
ことを特徴とする上記４又は５のタングステンスパッタ
リングターゲットの製造方法をも提供するものである。

【０００９】

【作用】ＶＬＳＩへの成膜用タングステンターゲットと
しては、高密度であることそして更には高純度であるこ
とが重要である。相対密度を９９．５％以上とすること
により内部気孔の低減によりパーティクルを一層減少さ
せることができる。炭素量３０ｐｐｍ以下、酸素量２０
ｐｐｍ以下そして他の不純物の合計が１０ｐｐｍ以下と
従来より更に厳しい限定を加えることは、膜の比抵抗低
減に寄与する。Ｕ及びＴｈが各々０．１ｐｐｂ以下とす
ることにより、ソフトエラーによる信頼性を極限まで低
下させることができる。高密度化を実現するために、高
温での熱間圧延が必要となるが、高純度材であるため不
可避的に高温処理に伴い粒成長が起こり、平均粒径が１
０μｍを超え２００μｍ以下の範囲となる。水素処理の
温度は可能な限り高い方が密度上昇、酸素低減、炭素低
減のいずれにも有効であり、特に酸素低減に有効であ
る。安定的に酸素を２０ｐｐｍ以下とするためには、水
素での熱処理温度を２０００℃以上とすることが必要で
ある。

【００１０】

【実施例】高純度タングステン粉末を製造するには、原
料タングステン化合物或いは原料タングステンメタルを
まずメタタングステン酸アンモニウム（ＡＭＴ）のよう
な水溶液の形とし、該水溶液を種々の方法で精製した
後、パラタングステン酸アンモニウム（ＡＰＴ）のよう
な精製結晶を水溶液から晶出させ、該精製タングステン
化合物結晶を水素還元してタングステン粉末を得るのが
一般的方法である。従来から提案されている幾つかの高
純度タングステン製造法として、例えば、特公平２−２
７２８６号、特公平２−２７２８７号或いは特開平１−
１７２２２６号は、ＡＭＴ（メタタングステン酸アンモ
ニウム）を原料として、強酸性領域で晶出させた結晶性
の良い水溶性タングステン化合物を経由することによっ
て高純度ＡＰＴ（パラタングステン酸アンモニウム）を
製造する方法を開示している。また、特開昭６１−２９
５３３８号、特開昭６１−２９５３３９号或いは特開昭
６１−２９５３４０号には、タングステン粉末を原料と
し過酸化水素水を使用して得た水溶液を強酸性陽イオン
交換樹脂と接触させ、その後液の濃縮固形物を水素還元
する方法を開示している。

【００１１】本件出願人は先に、更に高純度のタングス
テン粉末を製造する方法として、特願平４−２２７７７
９号において、（イ）メタタングステン酸アンモニウム
を水に溶解して含タングステン水溶液を生成し、（ロ）
該含タングステン水溶液をリン酸型又はアミドキシム型
キレート樹脂と接触させて精製パラタングステン酸アン
モニウム結晶析出母液を生成し、そして（ハ）該精製パ
ラタングステン酸アンモニウム結晶析出母液のｐＨを調
整後加熱することによりパラタングステン酸アンモニウ
ム結晶を析出させることを特徴とする高純度パラタング
ステン酸アンモニウム結晶の製造方法を提唱した。この
提唱方法においては、前記含タングステン水溶液と前記
キレート樹脂を接触させるに先立ち、含タングステン水
溶液のｐＨを５．０〜７．０に調整することが好まし
い。前記精製パラタングステン酸アンモニウム結晶析出
は母液にアンモニア水を添加してｐＨを６．０〜８．０
の範囲に調整し、５０℃以上に加熱することが好まし
い。この方法は、従来はＡＭＴ水溶液から一旦タングス
テン酸等の水溶性の化合物結晶を晶出させる方法等によ
って精製した後、ＡＰＴの精製結晶（高純度タングステ
ン原料）を得る方法を採っていたのに対し、ＡＭＴ水溶
液を、リン酸型キレート樹脂或いはアミドキシム型キレ
ート樹脂を充填したカラムに通液し、液中のＵ、Ｔｈ等
の放射性元素及びＦｅ等の遷移元素を吸着除去して調製
した精製ＡＭＴ水溶液から高純度のＡＰＴ結晶を得るも
のである。リン酸型キレート樹脂或いはアミドキシム型
キレート樹脂は、ＡＭＴ液中のＵ、Ｔｈ等の放射性元素
及びＦｅ等の遷移元素と錯体を形成してそれらを効率的
に吸着除去する。

【００１２】ＡＰＴ結晶を洗浄、乾燥、ばい焼した後無
水のタングステン酸とし、その後、水素還元することに
より高純度タングステン粉末を得ることができる。

【００１３】本発明では、こうした従来からの提唱方法
を総称して高純度化処理と定義し、不純物（酸素、炭素
を除く）の合計が１０ｐｐｍ以下そしてＵ及びＴｈが各
々０．１ｐｐｂ以下とすることができるものあれば、任
意の従来からの精製方法を使用することができるし、こ
の要件を満たす市販のタングステン粉末を使用すること
ができる。

【００１４】高純度タングステン粉末は、ＣＩＰと続い
てのＨＩＰ処理により、或いはホットプレスすることに
より焼結され、タングステンブリケット（密度：９５〜
９８％）とされる。その後、タングステンブリケットは
水素熱処理・圧延される。水素処理の温度は可能な限り
高い方が密度上昇、酸素低減、炭素低減のいずれにも有
効であり、特に酸素低減に有効である。安定的に酸素を
２０ｐｐｍ以下とし、かつ健全な材料を得るためには水
素雰囲気での加熱を２０００℃以上として圧延すること
が必要である。高温処理が必要となるが、高純度材であ
るため不可避的に高温処理に伴い粒成長が起こり、平均
粒径が１０μｍを超え２００μｍ以下の範囲となる。

【００１５】こうして、次の特性を有するタングステン
ターゲットが得られる：（１）密度：９９．５％（２）０：２０ｐｐｍ以下（３）Ｃ：３０ｐｐｍ以下（４）他の不純物の合計：１０ｐｐｍ以下（５）Ｕ及びＴｈ：各０．１ｐｐｂ以下（６）平均粒径：１０〜２００μｍ

【００１６】（実施例）原料ＡＭＴ粉（Ｕ：０．１ｐｐ
ｂ、Ｔｈ：０．５ｐｐｂ、Ｆｅ：０．２ｐｐｍ）を純水
で溶解し、濃度を５００ｇ−ＡＭＴ／ｌに調製した。こ
のＡＭＴ溶液をＮＨ₄ ＯＨａｑ．（ＥＬグレード）を用
いてｐＨ＝６．０に調整し、ポンプを用いてＬＶ（線速
度）値０．２ｍ／時間で室温（２１℃）にて吸着カラム
に連続通液した。通液後の精製ＡＭＴ液に、ＮＨ₄ ＯＨ
ａｑ．（ＥＬグレード）を必要量加え、８０℃に一晩保
温し、ＡＰＴ結晶を晶出させた。晶出したＡＰＴ結晶を
ろ過しそして純水で洗浄した後、乾燥、ばい焼（大気雰
囲気、３００℃−５時間）及び還元（水素雰囲気での２
段還元、５６５℃−８０分＋１０５０℃−３時間）を行
った。

【００１７】高純度タングステン粉末をホットプレスす
ることにより焼結し、密度９７％のブリケットとした。
その後、２０００℃で水素熱処理し、圧延した。製造さ
れたタングステンターゲットの、ターゲットとしての特
性、および得られた膜の特性は以下の表１及び２に示し
た通りであった。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】（比較例１）実施例と同様の原料粉を用い
てターゲットを製造したが、水素熱処理温度を１６００
℃とした。その結果、０：２５ｐｐｍ、Ｃ：１０ｐｐ
ｍ、密度：９９．１％、膜抵抗：８．９μΩ・ｃｍ、パ
ーティクル発生数：０．５μｍ以上のものが３ケそして
０．３〜０．５μｍ範囲のものが１５ケとなった。水素
熱処理温度を２０００℃以上と高くする必要性がわか
る。

【００２１】（比較例２）原料精製工程が不十分であっ
た、Ｕ：１ｐｐｂ、Ｔｈ：１ｐｐｂの原料を用いて実施
例と同様にタングステンターゲットを製造した。その結
果、生成膜のソフトエラー確率は５００時間で１回とな
り、信頼性が大幅に低下した。

【００２２】

【発明の効果】パーティクル低下による信頼性向上、ソ
フトエラー低減による信頼性向上、膜特性改善による高
性能化により一層高集積化した微細幅のタングステン膜
の生成を可能ならしめる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相対密度が９９．５％以上であり、平均
粒径が１０μｍを超え２００μｍ以下であることを特徴
とするタングステンスパッタリングターゲット。
【請求項２】炭素量３０ｐｐｍ以下、酸素量２０ｐｐ
ｍ以下及び他の不純物の合計が１０ｐｐｍ以下であるこ
とを特徴とする請求項１のタングステンスパッタリング
ターゲット。
【請求項３】Ｕ及びＴｈが各々０．１ｐｐｂ以下であ
ることを特徴とする請求項１又は２のタングステンスパ
ッタリングターゲット。
【請求項４】タングステン粉末の焼結体を水素雰囲気
中で２０００℃以上に加熱し、その後熱間圧延すること
を特徴とする、相対密度９９．５％以上でありそして平
均粒径が１０μｍを超え２００μｍ以下であるタングス
テンスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項５】ターゲットが、炭素量３０ｐｐｍ以下、
酸素量２０ｐｐｍ以下及び他の不純物の合計が１０ｐｐ
ｍ以下であることを特徴とする請求項４のタングステン
スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項６】ターゲットに含まれるＵ及びＴｈが各々
０．１ｐｐｂ以下であることを特徴とする請求項４又は
５のタングステンスパッタリングターゲットの製造方
法。