JPH08250427A - 半導体用タングステンターゲット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体製造において使用されるタングステンの
スパッタリングターゲットを提供する。 【構成】理論密度に対する相対密度が９９．５％以上で
あって、基本的に同一方位を有する柱状結晶〔結晶方位
が（２００）面〕のみからなるタングステンターゲッ
ト。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造において使
用されるタングステンのスパッタリングターゲットに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体用のターゲットは、一般に高純度
で、高密度を有することが望ましい。大きい寸法のター
ゲットを粉末冶金法で製造しようとすると高い密度が得
にくく、密度の低いものをターゲットとして加工すると
加工・洗浄工程で汚染物質が内部に浸透し、ターゲット
純度を低下させる。また、密度が低いとスパッタリング
使用時に放電が非常に不安定で異常放電が起こりやす
い。この異常放電が起こると、ターゲット表面の異常放
電発生部で局部的に溶融、爆発が発生し、パーティクル
を生ずる。このパーティクルが超ＬＳＩの狭い配線に付
着すると、半導体素子の作動不良、断線が発生しやすく
なる。

【０００３】このため、半導体用ターゲットの場合、高
純度で、スパッタ使用時のパーティクル発生の少ない高
密度を有するターゲットを使用することが望ましい。こ
のようなターゲットの製造方法としては、電子ビーム溶
解−熱間圧延法（特開昭６１−１０７７２８号）や、Ｈ
ＰあるいはＨＩＰ等で加圧焼結して圧延する加圧焼結−
熱間圧延法（特開平３−１５０３５６号、特開平５−２
２２５２５号、特開平６−２２０６２５号）が提案され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】電子ビーム溶解法で
は、純タングステンインゴットの結晶粒が肥大化しやす
く、大きい寸法板では機械加工時に割れやすく熱間加工
性が極めて悪い。また、焼結−熱間圧延法の場合、黒鉛
型ＨＰでは加圧圧力に制限があり、温度１，２００℃を
越えると炭化物形成が起こるので不純物としての炭素が
混入する。カプセルを用いる場合はその材質の汚染が問
題となる。また、これらの方法では、いずれにしても結
晶の配向はランダムであり、結晶方位によってある方向
からスパッタされやすい面とされにくい面が混在するこ
ととなり、同一条件でのスパッタでは均一にスパッタさ
れず、このことに起因してパーティクルの発生が起こり
やすくなる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる従
来の問題点に鑑み鋭意検討の結果、特定の結晶構造を有
するタングステンターゲットが、スパッタリング時にお
ける特異な作用を有することを見い出し本発明に到達し
た。

【０００６】すなわち本発明は、理論密度に対する相対
密度が９９．５％以上であって、基本的に同一方位を有
する柱状結晶のみからなることを特徴とする半導体用タ
ングステンターゲットであり、また、その結晶方位が本
質的に（２００）面のみからなることを特徴とする半導
体用タングステンターゲットである。

【０００７】かかる本発明のタングステンターゲット
は、六フッ化タングステンと水素とのＣＶＤ反応により
得ることができるものであり、従来の方法で得られるも
のとは、全く異なった特異な性状を有するものである。

【０００８】本発明のターゲットは、基本的にはミクロ
のポアも存在しないほぼ理論密度のものであり、基本的
に同一方位を有する柱状結晶からなる。この柱状結晶の
径は、３０〜１５０μｍ程度である。ターゲットとして
は、柱状結晶の軸方向と垂直の方向に上下面を有する板
として使用するようにする。このようにすることでスパ
ッタされる方向には、基本的には粒界が存在しないこと
となる。図１は、本発明のタングステンターゲットの厚
み方向の断面の結晶構造を模式的に示したものである。

【０００９】ＣＶＤによる基板への析出により連続的に
製造するものであり、本図において上端はその結晶析出
時の状態を示すものである。基板付近では若干微細な結
晶が存在するが、この素板の両面は、機械加工により除
去、平滑化されるため、実際のタングステンターゲット
には、この部分の結晶形態は存在しない。

【００１０】矢印はスパッタの方向を示すものである
が、逆に基板側の方からスパッタしてもよい。スパッタ
の時間的経過とともにターゲットは厚みが減少し、新た
なスパッタ面が現れるが、常にスパッタされる方向と垂
直な粒界がほとんど存在しないので、スパッタされやす
さが一定であり、パーティクルの発生が極めて少なくな
るものである。

【００１１】表１は、種々のタングステンターゲットの
Ｘ線回折による主要回折面の強度比およびＪＳＰＰＳカ
ードのタングステンの粉末Ｘ線回折データを示したもの
である。本発明のターゲット（実施例１）は、表面を機
械加工したもので、その表面は、（１１０）面が最も強
く、その強度を１００とした場合、他の（２００）、
（２１１）、（２２０）、（３１０）面の各面の強度が
４〜４０と存在するのに対して、このものを化学研磨す
なわちフッ硝酸溶液でエッチングし、本来の結晶状態の
ままの表面状態となるようにした場合、このエッチング
厚みが３００μｍ程度で（２２０）面が主回折面とな
り、他には、ほとんど回折面が認められないものであ
る。このことは、機械加工によって表層は、その結晶方
位が歪められるものの、内部は本質的に（２２０）面の
みであることを示している。

【００１２】これに対してタングステン粉末を焼結して
得たターゲット（比較例１）では、機械加工表面とエッ
チング後の表面でのＸ線回折結果は若干の変化はあるも
のの、いずれも（１１０）面が主回折面で他の面も平均
的に存在しているものであり、ＪＣＰＰＳカードの粉末
Ｘ線回折データと類似している。

【００１３】タングステンでは、（２２２）面が一番ス
パッタされやすく、次いで（２００）、（２２０）面の
順でスパッタされやすいとされている。本発明のターゲ
ットは、本質的に一番スパッタされやすい（２２２）面
はないものの、次いでスパッタされやすい（２００）面
のみからなっているものである。

【００１４】本発明のターゲットを製造する方法として
は、六フッ化タングステンと水素とのＣＶＤによる方法
が挙げられる。具体的には、ＷＦ₆ とＨ₂ とのモル比
が、１／１５〜１／５の範囲の混合ガスを多孔板を介し
て４００〜７００℃に維持した基板上に連続的に供給
し、基板上にタングステン板を形成させるようにし、得
られた素板を、所望の形状、サイズに機械加工するとと
もに表面を研磨するものである。

【００１５】従来より六フッ化タングステンと水素との
ＣＶＤにより薄い膜を形成することは行われているが、
ターゲットのように肉厚の板を得ることは容易ではな
い。すなわち、薄い膜の場合には殆ど問題にならない膜
の残留応力が、ある程度の厚みとなると非常に重要とな
り、部分的にクラックが入り基板から剥離し全く板とな
らないものである。

【００１６】この点については、できるだけ析出タング
ステンと基板との密着性が高い基板、例えば、炭素、ニ
ッケルや銅等の金属を用いることで、ある程度解消でき
るものである。しかし、この場合、析出タングステン板
と基板とを容易に剥離させることができないため、基板
を切削除去、溶解除去する等の手段が必要となるが、タ
ングステン板への機械的悪影響、化学的汚染、物性への
影響等が懸念されるほか作業が非常に煩雑になるもので
ある。

【００１７】基板としてステンレス鋼を用いる場合に
は、析出タングステンと適度な密着性を有しており、反
応中の剥離が防げるとともに、反応終了後、温度低下に
より容易にその界面で剥離し、独立のタングステン板が
簡単に得られるものである。

【００１８】本発明において、原料として用いる六フッ
化タングステンは、極めて純度の高いガスとして得るこ
とができるものである。水素についても水分を十分に除
去したものを用いることが好ましい。

【００１９】原料の六フッ化タングステンと水素とのモ
ル比は、理論比は１／３であるが、この付近では混合ム
ラが起こりやすくなるため、１／５以下の範囲が好まし
く、また水素があまりにリッチであると均一核生成が起
こりやすく、粉末、粒が生成しやすくなり、１／１５以
上が好ましい。より好ましくは１／１５〜１／７の範囲
である。

【００２０】本発明においては、この原料の六フッ化タ
ングステンと水素とを所定のモル比となるようによく混
合して反応装置に導入する。この混合は、水素の量によ
りそのままでは十分な混合が行われない場合には、スタ
ッティックミキサー等の物理的混合手段をとることも良
策である。

【００２１】この基板を４００〜７００℃に維持してお
き、この基板上に均一に原料混合ガスが供給されるよう
にする。基板の温度が、この範囲より低いとタングステ
ンの成膜速度が十分でなく、効率的ではない。また温度
が高いほど成膜速度は大となるが、この温度を越えると
粉末が生成しやすくなる。

【００２２】反応圧力は、常圧から減圧が好ましい。加
圧下では、粉末が生成しやすくなるため好ましくない。
常圧の方が副生するＨＦの処理も容易であるため常圧の
方がより好ましい。

【００２３】大きなサイズのターゲットを得たい場合に
は、基板上に均一に原料ガスを供給することが必要とな
るため、均一に混合された原料ガスを多孔板を介して基
板上に供給することが好ましい。この多孔板の大きさ
は、得ようとするタングステンターゲットの大きさと略
同一程度のものが好ましく、孔の大きさ、数、孔の配置
については特に制限されないが、孔からの原料ガスの吹
出し線速度が、２５〜７５ｃｍ／ｓｅｃの範囲となるよ
うにすることが好ましい。

【００２４】この範囲より小さいと、混合ガスが基板に
全量到達せず、ガスの分離、ガスの片流れが起こりやす
くなるため、均一厚みの板が得られなくなる。また、こ
の範囲を越えるとガスが集束して基板に当たるため、孔
位置の中央部がくぼんだり、局部的な冷却により析出膜
のクラック発生、剥離が起こる等の問題がある。

【００２５】また基板と多孔板との距離は、ガスの線速
度や得ようとするタングステンターゲットの厚みにもよ
るが、通常４０〜１００ｍｍの範囲でおこなう。反応装
置としては、特に制限はないが、ＳＵＳ等の耐食材料よ
りなる反応容器内に基板を設置し、この基板を加熱する
手段を設ける。六フッ化タングステンと水素との反応で
タングステンが析出するものであり、理想的には基板上
にのみタングステンが連続膜状に形成させるようにする
ことが好ましく、このため、原料供給部、反応容器内全
体は、できるだけ温度を上げず、基板付近のみ所望の温
度となるようにすることが好ましい。

【００２６】混合ガスの供給ラインの先端には、ガスを
均一に基板上に吹出させるために多孔板を下部に有する
略円錐状のガス供給部を設けるようにする。また、この
多孔板の孔は、時間の経過とともにタングステンが若干
析出してその孔径が小さくなるため、良好な析出を行わ
せるために先に示した線速度、反応効率等を考慮して、
反応初期と反応終期では、その混合ガスの流量、組成を
変化させることが好ましい。

【００２７】本発明のタングステン板は、常法により所
望の大きさ、形状に機械加工することによりタングステ
ンターゲットとすることができる。本発明のターゲット
は、原料が容易に高純度化できるガスを用いるものであ
り、各種の金属不純物、酸素等が極めて低いものである
とともに、密度もほぼタングステンの理論密度に近いも
のである。

【００２８】また、このものの結晶方位は、一定の方向
性を有しており、板表面に対して垂直な深さ方向には粒
界が殆ど存在しないものであり、スパッタリング時のパ
ーティクル発生を可及的に抑えることができるものであ
る。

【００２９】

【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明す
る。 実施例１ 六フッ化タングステン（５Ｎグレード）と水素（水分＜
２．５ｐｐｍ）とを用い、ＷＦ₆ 流量５．０リットル／
ｍｉｎ、Ｈ₂ 流量３５リットル／ｍｉｎ（モル比１／
７）で設定温度６００℃、混合ガスの吹き出し線速度５
０ｃｍ／ｓで反応をおこなった。

【００３０】ＳＵＳ製の容量９００リットルの反応容器
の下部中央にＳＵＳ製の４００ｍｍφ×３０ｍｍの円盤
状基板を設置した。反応容器は、基板の加熱手段を有し
ており、この基板上方に六フッ化タングステンと水素と
の混合ガスの供給部を有するガス供給ライン、基板およ
び生成タングステン板を挿入・取出しのための扉、反応
排気ガスの排出口を有している。混合ガスの供給部は、
予め計量・混合したガスの導入配管の先端が３５０ｍｍ
φの多孔板を底辺とする略円錐状となっており、多孔板
は８ｍｍφの孔９０個を配している。

【００３１】基板の温度が所望の温度となった時点で、
原料の混合ガスを流し、常圧にて反応を行った。反応終
了後、ガス置換、冷却ののち基板を取出し、厚み約７ｍ
ｍの板を得た。このものは容易にステンレス鋼製基板か
ら離脱した。このもののＸ線回折結果を表１に示す。ま
た、不純物含量を分析した結果を表２に示す。また、こ
のものの密度を測定した結果、理論密度に対する相対密
度は９９．９％であった。この素板を機械加工し、３０
０ｍｍφ×６ｍｍの円盤状タングステンターゲットを得
た。

【００３２】このものを用いて６インチウエハにスパッ
タリングを行い、１００ｎｍの薄膜を形成し、０．５μ
ｍ以上のパーティクル数を測定した結果１１個であっ
た。 比較例１ 平均粒径２．９μｍのタングステン粉末を焼結して得た
タングステンターゲットのＸ線回折結果を表１に示し
た。また、この不純物含量を表２に示した。また、この
ものの相対密度は９８．５％であり、実施例１と同様に
して測定したパーティクル数は４８個であった。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】

【発明の効果】本発明のタングステンターゲットは、半
導体用として十分な高純度かつ高密度を有しており、ま
た、基本的に同一方位を有する柱状結晶のみからなって
いるため、スッパッタリングがされやすく、また、常に
一定のスッパッタリング状態が得られ、パーティクルの
発生が非常に少ないものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のタングステンターゲットの結晶状態の
断面を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 理論密度に対する相対密度が９９．５％
   以上であって、基本的に同一方位を有する柱状結晶のみ
   からなることを特徴とする半導体用タングステンターゲ
   ット。
2. 【請求項２】 結晶方位が本質的に（２００）面のみか
   らなることを特徴とする請求項１記載の半導体用タング
   ステンターゲット。