JPH11323539A - Ｂｉ−Ｓｒ−Ｔａ−Ｏ系強誘電体薄膜の成膜用スパッタリングタ−ゲット材およびそれを用いた成膜方法 - Google Patents
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｔａ−Ｏ系強誘電体薄膜の成膜用スパッタリングタ−ゲット材およびそれを用いた成膜方法Info
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- JPH11323539A JPH11323539A JP10133207A JP13320798A JPH11323539A JP H11323539 A JPH11323539 A JP H11323539A JP 10133207 A JP10133207 A JP 10133207A JP 13320798 A JP13320798 A JP 13320798A JP H11323539 A JPH11323539 A JP H11323539A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 成膜された薄膜相互間のＢｉ成分の含有量に
バラツキの極めて少ないＢｉ−Ｓｒ−Ｔａ−Ｏ系強誘電
体薄膜を形成するためのスパッタリングタ−ゲット材お
よびそれを用いた成膜方法を提供する。 【解決手段】 １〜１００μｍの平均粒径を有するＢｉ
粉末とＳｒXＴa2.0O5+ Xとからなる混合粉末の温間プレ
ス成形体で構成され、この温間プレス成形体は、原子比
で、同じくＴａを基準の２．０とした場合、Ｂｉ：０．
８〜２．０、Ｓｒ：０．８〜１．２、を満足する配合組
成であり、Ｂｉの素地にＳｒとＴａとの複合酸化物が均
一に分散分布した組織を有し、また９９．５％以上の理
論密度比を有することを特徴とするＢｉ−Ｓｒ−Ｔａ−
Ｏ系強誘電体薄膜の成膜用スパッタリングタ−ゲット
材、および該タ−ゲット材を用いて、所定の条件で強誘
電体薄膜を成膜する方法。
バラツキの極めて少ないＢｉ−Ｓｒ−Ｔａ−Ｏ系強誘電
体薄膜を形成するためのスパッタリングタ−ゲット材お
よびそれを用いた成膜方法を提供する。 【解決手段】 １〜１００μｍの平均粒径を有するＢｉ
粉末とＳｒXＴa2.0O5+ Xとからなる混合粉末の温間プレ
ス成形体で構成され、この温間プレス成形体は、原子比
で、同じくＴａを基準の２．０とした場合、Ｂｉ：０．
８〜２．０、Ｓｒ：０．８〜１．２、を満足する配合組
成であり、Ｂｉの素地にＳｒとＴａとの複合酸化物が均
一に分散分布した組織を有し、また９９．５％以上の理
論密度比を有することを特徴とするＢｉ−Ｓｒ−Ｔａ−
Ｏ系強誘電体薄膜の成膜用スパッタリングタ−ゲット
材、および該タ−ゲット材を用いて、所定の条件で強誘
電体薄膜を成膜する方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｔ
ａ−Ｏ系強誘電体薄膜をスパッタリング法にて成膜する
に際して、成膜された薄膜相互間のＢｉ成分の含有量に
バラツキのきわめて少ないスパッタリングタ−ゲット材
およびそれを用いた成膜方法に関するものである。
ａ−Ｏ系強誘電体薄膜をスパッタリング法にて成膜する
に際して、成膜された薄膜相互間のＢｉ成分の含有量に
バラツキのきわめて少ないスパッタリングタ−ゲット材
およびそれを用いた成膜方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般に、 組成式：Ｂｉα Ｓｒ
β Ｔａγ Ｏδ （ただし、原子比で、Ｔａを基準と
し、γを２．０とした場合、α：１．８〜２．４、β：
０．８〜１．１、δ：８．５〜９．７を示す）を満足す
るＢｉ−Ｓｒ−Ｔａ−Ｏ系強誘電体薄膜をスパッタリン
グ法を用いて成膜することが行われている。なお、上記
組成式におけるＢｉ、Ｓｒ、ＴaおよびOの原子比は、経
験的に定められたものであって、これらの成分がそれぞ
れの範囲内にある原子比を満足する場合に、成膜された
薄膜は所定の強誘電体特性を具備するようになるもので
あり、したがって、それぞれの成分の原子比が上記の範
囲からいずれかでも外れると、所望の強誘電体特性を示
さなくなるものである。また、上記強誘電体薄膜の成膜
には、酸化ビスマス（以下、Ｂｉ2Ｏ3で示す）、酸化ス
トロンチウム（以下、ＳｒＯで示す）、および酸化タン
タル（以下、Ｔａ2Ｏ5で示す）を上記強誘電体薄膜の組
成式に対応した割合で含有し、かつＢｉとＳｒとＴａの
複合酸化物からなる単相組織を有するスパッタリングタ
−ゲット材が用いられている。さらに、上記スパッタリ
ングタ−ゲット材が、原料粉末として、Ｂｉ2Ｏ3粉末、
炭酸ストロンチウム（以下、ＳｒＣＯ3で示す）粉末、
およびＴａ2Ｏ5粉末を用い、これら原料粉末を上記強誘
電体薄膜の組成式に対応する割合に配合し、ボ−ルミル
で湿式混合し、乾燥した後、例えば大気中、温度：１０
００℃で５時間保持の条件下で焼成して複合酸化物を生
成し、ついで、この複合酸化物を、ボ−ルミルで湿式解
砕し、粒度調整を行った状態で、２ｔｏｎ／ｃｍ2の圧
力で冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）成形し、この成形体
を、例えば酸素雰囲気中、温度：１０００℃で５時間保
持の条件下で焼結することにより製造されることも知ら
れている。さらに、また上記強誘電体薄膜が、例えば高
周波スパッタリング装置にて、１０-2ＴｏｒｒのＡｒ雰
囲気中、周波数：１３．５６ＭＨz 、出力：３．３Ｗ／
ｃｍ2の条件で上記タ−ゲット材をスパッタして、例え
ば厚さ：２００ｎｍの非晶質薄膜を形成し、ついでこれ
に酸素雰囲気中、温度：８００℃に高速昇温後、直ちに
放冷の条件で結晶化処理を施すことにより形成されるこ
とも知られている。
β Ｔａγ Ｏδ （ただし、原子比で、Ｔａを基準と
し、γを２．０とした場合、α：１．８〜２．４、β：
０．８〜１．１、δ：８．５〜９．７を示す）を満足す
るＢｉ−Ｓｒ−Ｔａ−Ｏ系強誘電体薄膜をスパッタリン
グ法を用いて成膜することが行われている。なお、上記
組成式におけるＢｉ、Ｓｒ、ＴaおよびOの原子比は、経
験的に定められたものであって、これらの成分がそれぞ
れの範囲内にある原子比を満足する場合に、成膜された
薄膜は所定の強誘電体特性を具備するようになるもので
あり、したがって、それぞれの成分の原子比が上記の範
囲からいずれかでも外れると、所望の強誘電体特性を示
さなくなるものである。また、上記強誘電体薄膜の成膜
には、酸化ビスマス（以下、Ｂｉ2Ｏ3で示す）、酸化ス
トロンチウム（以下、ＳｒＯで示す）、および酸化タン
タル（以下、Ｔａ2Ｏ5で示す）を上記強誘電体薄膜の組
成式に対応した割合で含有し、かつＢｉとＳｒとＴａの
複合酸化物からなる単相組織を有するスパッタリングタ
−ゲット材が用いられている。さらに、上記スパッタリ
ングタ−ゲット材が、原料粉末として、Ｂｉ2Ｏ3粉末、
炭酸ストロンチウム（以下、ＳｒＣＯ3で示す）粉末、
およびＴａ2Ｏ5粉末を用い、これら原料粉末を上記強誘
電体薄膜の組成式に対応する割合に配合し、ボ−ルミル
で湿式混合し、乾燥した後、例えば大気中、温度：１０
００℃で５時間保持の条件下で焼成して複合酸化物を生
成し、ついで、この複合酸化物を、ボ−ルミルで湿式解
砕し、粒度調整を行った状態で、２ｔｏｎ／ｃｍ2の圧
力で冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）成形し、この成形体
を、例えば酸素雰囲気中、温度：１０００℃で５時間保
持の条件下で焼結することにより製造されることも知ら
れている。さらに、また上記強誘電体薄膜が、例えば高
周波スパッタリング装置にて、１０-2ＴｏｒｒのＡｒ雰
囲気中、周波数：１３．５６ＭＨz 、出力：３．３Ｗ／
ｃｍ2の条件で上記タ−ゲット材をスパッタして、例え
ば厚さ：２００ｎｍの非晶質薄膜を形成し、ついでこれ
に酸素雰囲気中、温度：８００℃に高速昇温後、直ちに
放冷の条件で結晶化処理を施すことにより形成されるこ
とも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年、例えば半
導体素子は高集積化すると共に、その製造装置は大型化
する傾向にあり、これに伴ってスパッタリング装置も大
型化し、当然これに用いられるタ−ゲット材も大型化
し、広い面積の強誘電体薄膜の成膜が行われるようにな
るが、上記の従来スパッタリングタ−ゲット材では、こ
れを大型化すると、成膜された強誘電体薄膜相互のＢｉ
含有量にバラツキが生じ、この結果強誘電体特性が薄膜
ごとに変化するようになり、このことは高集積化の点か
らも好ましくないものである。
導体素子は高集積化すると共に、その製造装置は大型化
する傾向にあり、これに伴ってスパッタリング装置も大
型化し、当然これに用いられるタ−ゲット材も大型化
し、広い面積の強誘電体薄膜の成膜が行われるようにな
るが、上記の従来スパッタリングタ−ゲット材では、こ
れを大型化すると、成膜された強誘電体薄膜相互のＢｉ
含有量にバラツキが生じ、この結果強誘電体特性が薄膜
ごとに変化するようになり、このことは高集積化の点か
らも好ましくないものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、成膜された強誘電体薄膜相互の
Ｂｉ含有量にバラツキ発生のないスパッタリングタ−ゲ
ット材を開発すべく研究を行った結果、（ａ） 上記の
従来スパッタリングタ−ゲット材においては、これら構
成成分であるＳｒおよびＴａの酸化物種はスパッタに対
して、きわめて安定で、規則的に分解するが、Ｂｉの酸
化物種は著しく不安定な成分であり、したがってＢｉは
スパッタによる規則的分解、およびこれに伴う雰囲気放
出が行われず、Ｂｉの結合酸素が不規則に分解して雰囲
気放出された状態でのスパッタ、および／または結合酸
素が不足した状態のタ−ゲット材表面に対するスパッタ
など、Ｂｉに関しては不安定な条件でスパッタが行われ
ることから、雰囲気中へのＢｉの安定な放出が行われ
ず、このように雰囲気中のＢｉの含有割合が常に変化す
る条件下では、薄膜中のＢｉ含有量にバラツキが生じる
ようになるのを避けることができないこと、（ｂ） し
かし、タ−ゲット材中に金属Ｂｉ（以下、Ｂｉで示す）
を含有させると、スパッタ時に前記複合酸化物を用いた
場合に生ずる不安定性を無くすることができ、Ｂｉはタ
−ゲット材表面から安定的に放出されるようになり、こ
の場合Ｂｉを用いたことによる不足酸素はスパッタ雰囲
気中に酸素を存在させることにより補充でき、これによ
って薄膜中のＢｉ含有量は相互に一定となり、薄膜相互
のＢｉ含有量のバラツキはきわめて小さいものとなるこ
と、（ｃ） Ｂｉを含有したタ−ゲット材は、原料粉末
として、いずれも１〜１００μｍの平均粒径を有するＢ
ｉ粉末、並びにいずれもスパッタに対して安定なＳｒＯ
粉末およびＴａ2O5粉末よりＳｒとＴaの複合酸化物（Ｓ
ｒXＴa2.0O5+X）を合成し、これを用い、これら原料粉
末を上記組成式におけるＢｉ、Ｓｒ、およびＴａの割合
に対応した割合、すなわち、原子比で、Ｔａを基準と
し、Ｔａを２．０とした場合、 Ｂｉ：０．８〜２．０、 Ｓｒ：０．８〜１．２、 を満足した割合に配合し、混合した後、この混合粉末を
低融点金属であるＢｉの融点付近の温度、すなわち２５
０〜３００℃の温度で温間プレス成形して、９９．５％
以上の理論密度比とすることにより製造でき、この結果
のタ−ゲット材は、Ｂｉの素地にＳｒとＴａの複合酸化
物（ＳｒXＴa2.0O5+X）が均一に分散分布した組織をも
つようになること、（ｄ）上述の（Ｃ）記載のタ−ゲッ
ト材を用いて、スパッタリングタ−ゲットの電位が接地
電位に対し、正となる周期を有する ５０ｋＨｚ以上２５０ｋＨｚ以下 の交番波電力を用い 出力１．２〜４．３Ｗ／ｃｍ2 の投入電力において、スパッタリングガス組成の容量比
がO2／Aｒ＝１／９〜１／１ の範囲でスパッタリング全ガス圧Ｐが Ｐ：５〜２０ｍＴoｒｒ の条件で、基板温度無加熱の状態でスパッタリング成膜
を行い、次いで酸素雰囲気中、温度：８００℃に高速昇
温後、直ちに放冷の結晶化処理を施して強誘電体膜を形
成する所望の良質なＢｉ−Ｓｒ−Ｔａ−Ｏ系強誘電体薄
膜形成の成膜方法となる、以上（ａ）〜（ｄ）に示され
る研究結果を得たのである。
上述のような観点から、成膜された強誘電体薄膜相互の
Ｂｉ含有量にバラツキ発生のないスパッタリングタ−ゲ
ット材を開発すべく研究を行った結果、（ａ） 上記の
従来スパッタリングタ−ゲット材においては、これら構
成成分であるＳｒおよびＴａの酸化物種はスパッタに対
して、きわめて安定で、規則的に分解するが、Ｂｉの酸
化物種は著しく不安定な成分であり、したがってＢｉは
スパッタによる規則的分解、およびこれに伴う雰囲気放
出が行われず、Ｂｉの結合酸素が不規則に分解して雰囲
気放出された状態でのスパッタ、および／または結合酸
素が不足した状態のタ−ゲット材表面に対するスパッタ
など、Ｂｉに関しては不安定な条件でスパッタが行われ
ることから、雰囲気中へのＢｉの安定な放出が行われ
ず、このように雰囲気中のＢｉの含有割合が常に変化す
る条件下では、薄膜中のＢｉ含有量にバラツキが生じる
ようになるのを避けることができないこと、（ｂ） し
かし、タ−ゲット材中に金属Ｂｉ（以下、Ｂｉで示す）
を含有させると、スパッタ時に前記複合酸化物を用いた
場合に生ずる不安定性を無くすることができ、Ｂｉはタ
−ゲット材表面から安定的に放出されるようになり、こ
の場合Ｂｉを用いたことによる不足酸素はスパッタ雰囲
気中に酸素を存在させることにより補充でき、これによ
って薄膜中のＢｉ含有量は相互に一定となり、薄膜相互
のＢｉ含有量のバラツキはきわめて小さいものとなるこ
と、（ｃ） Ｂｉを含有したタ−ゲット材は、原料粉末
として、いずれも１〜１００μｍの平均粒径を有するＢ
ｉ粉末、並びにいずれもスパッタに対して安定なＳｒＯ
粉末およびＴａ2O5粉末よりＳｒとＴaの複合酸化物（Ｓ
ｒXＴa2.0O5+X）を合成し、これを用い、これら原料粉
末を上記組成式におけるＢｉ、Ｓｒ、およびＴａの割合
に対応した割合、すなわち、原子比で、Ｔａを基準と
し、Ｔａを２．０とした場合、 Ｂｉ：０．８〜２．０、 Ｓｒ：０．８〜１．２、 を満足した割合に配合し、混合した後、この混合粉末を
低融点金属であるＢｉの融点付近の温度、すなわち２５
０〜３００℃の温度で温間プレス成形して、９９．５％
以上の理論密度比とすることにより製造でき、この結果
のタ−ゲット材は、Ｂｉの素地にＳｒとＴａの複合酸化
物（ＳｒXＴa2.0O5+X）が均一に分散分布した組織をも
つようになること、（ｄ）上述の（Ｃ）記載のタ−ゲッ
ト材を用いて、スパッタリングタ−ゲットの電位が接地
電位に対し、正となる周期を有する ５０ｋＨｚ以上２５０ｋＨｚ以下 の交番波電力を用い 出力１．２〜４．３Ｗ／ｃｍ2 の投入電力において、スパッタリングガス組成の容量比
がO2／Aｒ＝１／９〜１／１ の範囲でスパッタリング全ガス圧Ｐが Ｐ：５〜２０ｍＴoｒｒ の条件で、基板温度無加熱の状態でスパッタリング成膜
を行い、次いで酸素雰囲気中、温度：８００℃に高速昇
温後、直ちに放冷の結晶化処理を施して強誘電体膜を形
成する所望の良質なＢｉ−Ｓｒ−Ｔａ−Ｏ系強誘電体薄
膜形成の成膜方法となる、以上（ａ）〜（ｄ）に示され
る研究結果を得たのである。
【０００５】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、 （ａ）組成式：ＢｉαＳｒβＴａγＯδ （ただし、原
子比で、Ｔａを基準とし、γを２．０とした場合、α：
１．８〜２．４、β：０．８〜１．１、δ：８．５〜
９．７を示す）を満足するＢｉ−Ｓｒ−Ｔａ−Ｏ系強誘
電体薄膜を形成するためのスパッタリングタ−ゲット材
において、このスパッタリングタ−ゲット材が、１〜１
００μｍの平均粒径を有するＢｉ粉末と、ＳｒとＴａよ
りなる複合酸化物：ＳｒXＴa2.0O5+X（ただし、Ｘ＝
０．８〜１．２）からなる混合粉末の温間プレス成形体
で構成され、この温間プレス成形体は、原子比で、同じ
くＴａを基準の２．０とした場合、 Ｂｉ：０．８〜２．０、 Ｓｒ：０．８〜１．２、 を満足する配合組成であり、Ｂｉの素地に複合酸化物：
ＳｒXＴa2.0O5+Xが均一に分散分布した組織を有し、ま
た９９．５％以上の理論密度比を有する、Ｂｉ−Ｓｒ−
Ｔａ−Ｏ系強誘電体薄膜の成膜用スパッタリングタ−ゲ
ット材、（ｂ）（ａ）記載の成膜用スパッタリングタ−
ゲット材を用いて、スパッタリングするＢi−Ｓｒ−Ｔa
−O系強誘電体薄膜薄膜の成膜方法、（ｃ）スパッタリ
ングタ−ゲットの電位が接地電位に対し、正となる周期
を有する ５０ｋＨｚ以上２５０ｋＨｚ以下 の交番波電力を用い 出力１．２〜４．３Ｗ／ｃｍ2 の投入電力において、スパッタリングガス組成の容量比
が O2／Aｒ＝１／９〜１／１ の範囲でスパッタリング全ガス圧Ｐが Ｐ：５〜２０ｍＴoｒｒ の条件で、基板温度無加熱の状態でスパッタリング成膜
を行い、次いで酸素雰囲気中、温度：８００℃に高速昇
温後、直ちに放冷の結晶化処理を施して強誘電体膜を形
成する（２）に記載のＢｉ−Ｓｒ−Ｔａ−Ｏ系強誘電体
薄膜の成膜方法、に特徴を有するものである。
なされたものであって、 （ａ）組成式：ＢｉαＳｒβＴａγＯδ （ただし、原
子比で、Ｔａを基準とし、γを２．０とした場合、α：
１．８〜２．４、β：０．８〜１．１、δ：８．５〜
９．７を示す）を満足するＢｉ−Ｓｒ−Ｔａ−Ｏ系強誘
電体薄膜を形成するためのスパッタリングタ−ゲット材
において、このスパッタリングタ−ゲット材が、１〜１
００μｍの平均粒径を有するＢｉ粉末と、ＳｒとＴａよ
りなる複合酸化物：ＳｒXＴa2.0O5+X（ただし、Ｘ＝
０．８〜１．２）からなる混合粉末の温間プレス成形体
で構成され、この温間プレス成形体は、原子比で、同じ
くＴａを基準の２．０とした場合、 Ｂｉ：０．８〜２．０、 Ｓｒ：０．８〜１．２、 を満足する配合組成であり、Ｂｉの素地に複合酸化物：
ＳｒXＴa2.0O5+Xが均一に分散分布した組織を有し、ま
た９９．５％以上の理論密度比を有する、Ｂｉ−Ｓｒ−
Ｔａ−Ｏ系強誘電体薄膜の成膜用スパッタリングタ−ゲ
ット材、（ｂ）（ａ）記載の成膜用スパッタリングタ−
ゲット材を用いて、スパッタリングするＢi−Ｓｒ−Ｔa
−O系強誘電体薄膜薄膜の成膜方法、（ｃ）スパッタリ
ングタ−ゲットの電位が接地電位に対し、正となる周期
を有する ５０ｋＨｚ以上２５０ｋＨｚ以下 の交番波電力を用い 出力１．２〜４．３Ｗ／ｃｍ2 の投入電力において、スパッタリングガス組成の容量比
が O2／Aｒ＝１／９〜１／１ の範囲でスパッタリング全ガス圧Ｐが Ｐ：５〜２０ｍＴoｒｒ の条件で、基板温度無加熱の状態でスパッタリング成膜
を行い、次いで酸素雰囲気中、温度：８００℃に高速昇
温後、直ちに放冷の結晶化処理を施して強誘電体膜を形
成する（２）に記載のＢｉ−Ｓｒ−Ｔａ−Ｏ系強誘電体
薄膜の成膜方法、に特徴を有するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】つぎに、本発明のスパッタリング
タ−ゲット材の実施の形態について説明する。まづ、原
料粉末として、本発明の所定の平均粒径をもったＢｉ粉
末、ＳｒＯ粉末、およびＴａ2O5粉末を用意し、まずＳ
ｒO＋Ｔａ2O5粉末を所定量秤量の後混合し、この混合粉
末を、大気中１０００℃〜１４００℃、３〜５時間保持
する。得られた焼成物を粉砕の後、この粉砕粉末と金属
Ｂｉ粉末とを、上記せる強誘電体薄膜の目標組成に対応
する割合に配合し、ボ−ルミルで１時間乾式混合した
後、この混合粉末を、１０-2Ｔｏｒｒの真空中、１００
〜２００ｋｇｆ／ｃｍ2の範囲内の所定の圧力で、２０
０〜２５０℃の範囲内の所定の温度に３時間保持の条件
で温間プレス成形することにより、所定の理論密度比を
有し、かつ所定の直径×厚さを有する寸法の本発明タ−
ゲット材をそれぞれ製造することが出来る。
タ−ゲット材の実施の形態について説明する。まづ、原
料粉末として、本発明の所定の平均粒径をもったＢｉ粉
末、ＳｒＯ粉末、およびＴａ2O5粉末を用意し、まずＳ
ｒO＋Ｔａ2O5粉末を所定量秤量の後混合し、この混合粉
末を、大気中１０００℃〜１４００℃、３〜５時間保持
する。得られた焼成物を粉砕の後、この粉砕粉末と金属
Ｂｉ粉末とを、上記せる強誘電体薄膜の目標組成に対応
する割合に配合し、ボ−ルミルで１時間乾式混合した
後、この混合粉末を、１０-2Ｔｏｒｒの真空中、１００
〜２００ｋｇｆ／ｃｍ2の範囲内の所定の圧力で、２０
０〜２５０℃の範囲内の所定の温度に３時間保持の条件
で温間プレス成形することにより、所定の理論密度比を
有し、かつ所定の直径×厚さを有する寸法の本発明タ−
ゲット材をそれぞれ製造することが出来る。
【０００７】この発明のスパッタリングタ−ゲット材に
おいて、これを構成する温間プレス成形体の酸素以外の
Ｂｉ、Ｓｒ、およびＴａの配合原子比は、成膜される強
誘電体薄膜の上記組成式にもとづいて定めたものであ
り、したがって前記温間プレス成形体のＢｉ、Ｓｒ、お
よびＴａの配合原子比が、Ｔａを基準とし、Ｔａを２．
０とした場合、それぞれ、 Ｂｉ：０．８〜２．０、 Ｓｒ：０．８〜１．２、 の範囲から外れると、上記組成式に定めるＢｉ（１．８
〜２．４）、およびＳｒ（０．８〜１．１）の原子比の
範囲から外れてしまい、薄膜に所望の強誘電体特性を具
備させることができなくなるのである。
おいて、これを構成する温間プレス成形体の酸素以外の
Ｂｉ、Ｓｒ、およびＴａの配合原子比は、成膜される強
誘電体薄膜の上記組成式にもとづいて定めたものであ
り、したがって前記温間プレス成形体のＢｉ、Ｓｒ、お
よびＴａの配合原子比が、Ｔａを基準とし、Ｔａを２．
０とした場合、それぞれ、 Ｂｉ：０．８〜２．０、 Ｓｒ：０．８〜１．２、 の範囲から外れると、上記組成式に定めるＢｉ（１．８
〜２．４）、およびＳｒ（０．８〜１．１）の原子比の
範囲から外れてしまい、薄膜に所望の強誘電体特性を具
備させることができなくなるのである。
【０００８】また、この発明のスパッタリングタ−ゲッ
ト材において、混合粉末の平均粒径を１〜１００μｍと
したのは、その平均粒径が１μｍ未満になると、特に低
融点金属であるＢｉ粉末が温間プレス成形時に酸化し易
くなり、ＢｉＯが存在するようになって上記の通り薄膜
中のＢｉ含有量にバラツキが生じるようになり、一方そ
の平均粒径が１００μｍを越えると、特に絶縁体である
ＳｒＯを起点に異常放電が発生するようになるという理
由にもとづくものである。
ト材において、混合粉末の平均粒径を１〜１００μｍと
したのは、その平均粒径が１μｍ未満になると、特に低
融点金属であるＢｉ粉末が温間プレス成形時に酸化し易
くなり、ＢｉＯが存在するようになって上記の通り薄膜
中のＢｉ含有量にバラツキが生じるようになり、一方そ
の平均粒径が１００μｍを越えると、特に絶縁体である
ＳｒＯを起点に異常放電が発生するようになるという理
由にもとづくものである。
【０００９】また、温間プレス成形において、圧力が１
００〜２００ｋｇｆ／ｃｍ2の範囲、温度が２００℃以
下では、９９．５％以上の理論密度比のスパッタリング
タ−ゲット材が得られず、また３００℃以上では、Ｂｉ
のみの溶融の結果、偏析が生じ均一なタ−ゲット材が得
られず、スパッタリング時におけるタ−ゲット材の強度
とスパッタリングの均一化を確実に保証し難くなる。
００〜２００ｋｇｆ／ｃｍ2の範囲、温度が２００℃以
下では、９９．５％以上の理論密度比のスパッタリング
タ−ゲット材が得られず、また３００℃以上では、Ｂｉ
のみの溶融の結果、偏析が生じ均一なタ−ゲット材が得
られず、スパッタリング時におけるタ−ゲット材の強度
とスパッタリングの均一化を確実に保証し難くなる。
【００１０】本発明のスパッタリング方法は、高周波ス
パッタリング法が好ましく、スパッタリングタ−ゲット
の電位が接地電位に対し、正となる周期を有する ５０ｋＨｚ以上２５０ｋＨｚ以下 の交番波電力を用い 出力１．２〜４．３Ｗ／ｃｍ2 の投入電力において、スパッタリングガス組成の容量比
が O2／Aｒ＝１／９〜１／１ の範囲でスパッタリング全ガス圧Ｐが Ｐ：５〜２０ｍＴoｒｒ の条件で、基板温度無加熱の状態でスパッタリング成膜
を行い、次いで酸素雰囲気中、温度：８００℃に高速昇
温後、直ちに放冷の結晶化処理を施して強誘電体膜を形
成する方法が望ましい。
パッタリング法が好ましく、スパッタリングタ−ゲット
の電位が接地電位に対し、正となる周期を有する ５０ｋＨｚ以上２５０ｋＨｚ以下 の交番波電力を用い 出力１．２〜４．３Ｗ／ｃｍ2 の投入電力において、スパッタリングガス組成の容量比
が O2／Aｒ＝１／９〜１／１ の範囲でスパッタリング全ガス圧Ｐが Ｐ：５〜２０ｍＴoｒｒ の条件で、基板温度無加熱の状態でスパッタリング成膜
を行い、次いで酸素雰囲気中、温度：８００℃に高速昇
温後、直ちに放冷の結晶化処理を施して強誘電体膜を形
成する方法が望ましい。
【００１１】
【実施例】つぎに、この発明のスパッタリングタ−ゲッ
ト材を実施例により具体的に説明する。まづ、原料粉末
として、それぞれ表１に示される平均粒径をもったＢｉ
粉末、ＳｒXＴa2.0O5+X混合粉末を用意し、これら原料
粉末を同じく表１に示される通り、強誘電体薄膜の目標
組成に対応する割合に配合し、ボ−ルミルで１時間乾式
混合した後、この混合粉末を、１０-2Ｔｏｒｒの真空
中、表２に示す圧力で、同じく表２に示す温度で、３時
間保持の条件で温間プレス成形することにより、同じく
表１に示される理論密度比を有し、かついずれも直径：
３００ｍｍ×厚さ：１０ｍｍの寸法をもった本発明タ−
ゲット材１〜９をそれぞれ製造した。なお、上記本発明
タ−ゲット材１〜９の組織を金属顕微鏡により観察した
ところ、いずれもＢｉの素地に、ＳｒXＴa2.0O5+X複合
酸化物が均一に分散分布した組織を示すものであった。
ト材を実施例により具体的に説明する。まづ、原料粉末
として、それぞれ表１に示される平均粒径をもったＢｉ
粉末、ＳｒXＴa2.0O5+X混合粉末を用意し、これら原料
粉末を同じく表１に示される通り、強誘電体薄膜の目標
組成に対応する割合に配合し、ボ−ルミルで１時間乾式
混合した後、この混合粉末を、１０-2Ｔｏｒｒの真空
中、表２に示す圧力で、同じく表２に示す温度で、３時
間保持の条件で温間プレス成形することにより、同じく
表１に示される理論密度比を有し、かついずれも直径：
３００ｍｍ×厚さ：１０ｍｍの寸法をもった本発明タ−
ゲット材１〜９をそれぞれ製造した。なお、上記本発明
タ−ゲット材１〜９の組織を金属顕微鏡により観察した
ところ、いずれもＢｉの素地に、ＳｒXＴa2.0O5+X複合
酸化物が均一に分散分布した組織を示すものであった。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【表２】
【００１４】また、比較の目的で、原料粉末として、そ
れぞれ表３に示される平均粒径をもったＢｉ2Ｏ3 粉
末、ＳｒＣＯ3粉末、およびＴａ2Ｏ5粉末を用意し、こ
れら原料粉末を同じく表３に示される通り、強誘電体薄
膜の目標組成に対応する割合に配合し、ボ−ルミルで湿
式混合し、乾燥した後、大気中、温度：１０００℃に５
時間保持の条件で焼成して複合酸化物を生成し、つい
で、この複合酸化物を、ボ−ルミルで湿式解砕し、粒度
調整を行った状態で、２ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力で冷間静
水圧プレス（ＣＩＰ）成形し、この成形体を、酸素雰囲
気中、温度：１０００℃に５時間保持の条件で焼結する
ことにより、同じく表３に示される理論密度比を有し、
かついずれも直径：３００ｍｍ×厚さ：１０ｍｍの寸法
をもった従来タ−ゲット材１〜９をそれぞれ製造した。
上記従来タ−ゲット材１〜９の組織を同じく金属顕微鏡
により観察したところ、いずれもＢｉとＳｒとＴａの複
合酸化物からなる単相組織を示した。
れぞれ表３に示される平均粒径をもったＢｉ2Ｏ3 粉
末、ＳｒＣＯ3粉末、およびＴａ2Ｏ5粉末を用意し、こ
れら原料粉末を同じく表３に示される通り、強誘電体薄
膜の目標組成に対応する割合に配合し、ボ−ルミルで湿
式混合し、乾燥した後、大気中、温度：１０００℃に５
時間保持の条件で焼成して複合酸化物を生成し、つい
で、この複合酸化物を、ボ−ルミルで湿式解砕し、粒度
調整を行った状態で、２ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力で冷間静
水圧プレス（ＣＩＰ）成形し、この成形体を、酸素雰囲
気中、温度：１０００℃に５時間保持の条件で焼結する
ことにより、同じく表３に示される理論密度比を有し、
かついずれも直径：３００ｍｍ×厚さ：１０ｍｍの寸法
をもった従来タ−ゲット材１〜９をそれぞれ製造した。
上記従来タ−ゲット材１〜９の組織を同じく金属顕微鏡
により観察したところ、いずれもＢｉとＳｒとＴａの複
合酸化物からなる単相組織を示した。
【００１５】
【表３】
【００１６】この結果得られた各種のタ−ゲット材を用
い、通常の高周波スパッタリング装置にて、上記本発明
タ−ゲット材１〜９については、Aｒ／O2＝４／１、全
圧１２ｍＴoｒｒ、タ−ゲットが正電位となる周期を有
する１００ｋＨｚの矩形波電力２．０Ｗ／ｃｍ2の条件
で、また上記従来タ−ゲット材１〜９では、１０-2Ｔｏ
ｒｒのＡｒ雰囲気とし、１種のタ−ゲット材当り１０枚
のＳｉウエハ−（直径：１５０ｍｍ）の表面にそれぞれ
厚さ：２００ｎｍの薄膜を形成し、この薄膜は非晶質な
ので、これに酸素雰囲気中、温度：８００℃に高速昇温
後、直ちに放冷の結晶化処理を施して強誘電体薄膜を形
成した。
い、通常の高周波スパッタリング装置にて、上記本発明
タ−ゲット材１〜９については、Aｒ／O2＝４／１、全
圧１２ｍＴoｒｒ、タ−ゲットが正電位となる周期を有
する１００ｋＨｚの矩形波電力２．０Ｗ／ｃｍ2の条件
で、また上記従来タ−ゲット材１〜９では、１０-2Ｔｏ
ｒｒのＡｒ雰囲気とし、１種のタ−ゲット材当り１０枚
のＳｉウエハ−（直径：１５０ｍｍ）の表面にそれぞれ
厚さ：２００ｎｍの薄膜を形成し、この薄膜は非晶質な
ので、これに酸素雰囲気中、温度：８００℃に高速昇温
後、直ちに放冷の結晶化処理を施して強誘電体薄膜を形
成した。
【００１７】ついで、上記強誘電体薄膜のＢｉ含有量の
相互バラツキを評価する目的で、前記強誘電体薄膜形成
のＳｉウエハ−のそれぞれの中心部から２０ｍｍ×２０
ｍｍの寸法をもった試験片を切り出し、蛍光Ｘ線装置に
て前記試験片の中央部直径１５ｍｍの範囲におけるＢｉ
／（Ｓｒ＋Ｔａ）の原子比を測定した。 これらの１種
のタ−ゲット材当り１０個の試験片の測定結果から、そ
れぞれ最小値および最大値をピックアップし、表１およ
び表３にこれらの平均値と共に示した。
相互バラツキを評価する目的で、前記強誘電体薄膜形成
のＳｉウエハ−のそれぞれの中心部から２０ｍｍ×２０
ｍｍの寸法をもった試験片を切り出し、蛍光Ｘ線装置に
て前記試験片の中央部直径１５ｍｍの範囲におけるＢｉ
／（Ｓｒ＋Ｔａ）の原子比を測定した。 これらの１種
のタ−ゲット材当り１０個の試験片の測定結果から、そ
れぞれ最小値および最大値をピックアップし、表１およ
び表３にこれらの平均値と共に示した。
【００１８】
【発明の効果】表１および表３に示される結果から、本
発明タ−ゲット材１〜９を用いて成膜された強誘電体薄
膜におけるＢｉ含有量はきわめて安定したものであり、
薄膜相互にほとんどバラツキがないのに対して、従来タ
−ゲット材１〜９を用いて成膜された強誘電体薄膜にお
いてはＢｉ含有量の薄膜相互のバラツキが大きいことが
明らかである。上述のように、この発明のスパッタリン
グタ−ゲット材は、通常のスパッタリング装置にて、成
膜雰囲気を酸化性雰囲気とするだけで、Ｂｉ含有量が一
定した強誘電体薄膜を形成することができ、薄膜の強誘
電体特性の安定化に寄与し、例えば半導体素子の高集積
化、およびその製造装置の大型化にも十分満足に対応す
ることができるものである。
発明タ−ゲット材１〜９を用いて成膜された強誘電体薄
膜におけるＢｉ含有量はきわめて安定したものであり、
薄膜相互にほとんどバラツキがないのに対して、従来タ
−ゲット材１〜９を用いて成膜された強誘電体薄膜にお
いてはＢｉ含有量の薄膜相互のバラツキが大きいことが
明らかである。上述のように、この発明のスパッタリン
グタ−ゲット材は、通常のスパッタリング装置にて、成
膜雰囲気を酸化性雰囲気とするだけで、Ｂｉ含有量が一
定した強誘電体薄膜を形成することができ、薄膜の強誘
電体特性の安定化に寄与し、例えば半導体素子の高集積
化、およびその製造装置の大型化にも十分満足に対応す
ることができるものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/285 Ｈ０１Ｌ 21/285 Ｓ
Claims (3)
- 【請求項１】 組成式：ＢｉαＳｒβ Ｔａγ Ｏδ
（ただし、原子比で、Ｔａを基準とし、γを２．０とし
た場合、α：１．８〜２．４、β：０．８〜１．１、
δ：８．５〜９．７を示す）を満足するＢｉ−Ｓｒ−Ｔ
ａ−Ｏ系強誘電体薄膜を形成するためのスパッタリング
タ−ゲットにおいて、このスパッタリングタ−ゲット材
が、１〜１００μｍの平均粒径を有する金属Ｂｉ粉末
と、ＳｒとＴaよりなる複合酸化物：ＳｒXＴa2.0O
5+X（ただし、Ｘ＝０．８〜１．２）からなる混合粉末
との温間プレス成形体で構成され、この温間プレス成形
体は、原子比で、同じくＴａを基準の２．０とした場
合、 Ｂｉ：０．８〜２．０、 Ｓｒ：０．８〜１．２、 を満足する配合組成であり、Ｂｉの素地に複合酸化物：
ＳｒXＴa2.0O5+Xが均一に分散分布した組織を有し、ま
た９９．５％以上の理論密度比を有することを特徴とす
るＢｉ−Ｓｒ−Ｔａ−Ｏ系強誘電体薄膜の成膜用スパッ
タリングタ−ゲット材。 - 【請求項２】 請求項１記載の成膜用スパッタリングタ
−ゲット材を用いて、スパッタリングすることを特徴と
するＢi−Ｓｒ−Ｔa−O系強誘電体薄膜薄膜の成膜方
法。 - 【請求項３】 スパッタリングタ−ゲットの電位が接地
電位に対し、正となる周期を有する ５０ｋＨｚ以上２５０ｋＨｚ以下 の交番波電力を用い 出力１．２〜４．３Ｗ／ｃｍ2 の投入電力において、スパッタリングガス組成の容量比
が O2／Aｒ＝１／９〜１／１ の範囲でスパッタリング全ガス圧Ｐが Ｐ：５〜２０ｍＴoｒｒ の条件で、基板温度無加熱の状態でスパッタリング成膜
を行い、次いで酸素雰囲気中、温度：８００℃に高速昇
温後、直ちに放冷の結晶化処理を施して強誘電体膜を形
成することを特徴とする請求項２に記載のＢｉ−Ｓｒ−
Ｔａ−Ｏ系強誘電体薄膜の成膜方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13320798A JP3428432B2 (ja) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | Ｂｉ−Ｓｒ−Ｔａ−Ｏ系強誘電体薄膜の成膜用スパッタリングタ−ゲット材およびそれを用いた成膜方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13320798A JP3428432B2 (ja) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | Ｂｉ−Ｓｒ−Ｔａ−Ｏ系強誘電体薄膜の成膜用スパッタリングタ−ゲット材およびそれを用いた成膜方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11323539A true JPH11323539A (ja) | 1999-11-26 |
| JP3428432B2 JP3428432B2 (ja) | 2003-07-22 |
Family
ID=15099245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13320798A Expired - Fee Related JP3428432B2 (ja) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | Ｂｉ−Ｓｒ−Ｔａ−Ｏ系強誘電体薄膜の成膜用スパッタリングタ−ゲット材およびそれを用いた成膜方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3428432B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001044535A1 (en) * | 1999-12-16 | 2001-06-21 | Honeywell International Inc. | Ferroelectric composition, ferroelectric vapor deposition target and method of making a ferroelectric vapor deposition target |
| US6645427B1 (en) | 1999-06-02 | 2003-11-11 | Honeywell International Inc. | Copper sputtering target assembly and method of making same |
| US6849139B2 (en) | 1999-06-02 | 2005-02-01 | Honeywell International Inc. | Methods of forming copper-containing sputtering targets |
-
1998
- 1998-05-15 JP JP13320798A patent/JP3428432B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6645427B1 (en) | 1999-06-02 | 2003-11-11 | Honeywell International Inc. | Copper sputtering target assembly and method of making same |
| US6849139B2 (en) | 1999-06-02 | 2005-02-01 | Honeywell International Inc. | Methods of forming copper-containing sputtering targets |
| WO2001044535A1 (en) * | 1999-12-16 | 2001-06-21 | Honeywell International Inc. | Ferroelectric composition, ferroelectric vapor deposition target and method of making a ferroelectric vapor deposition target |
| US6579467B2 (en) | 1999-12-16 | 2003-06-17 | Honeywell International Inc. | Ferroelectric composition, ferroelectric vapor deposition target and method of making a ferroelectric vapor deposition target |
| US6746619B2 (en) | 1999-12-16 | 2004-06-08 | Honeywell International Inc. | Ferroelectric vapor deposition targets |
| US6858102B1 (en) | 2000-11-15 | 2005-02-22 | Honeywell International Inc. | Copper-containing sputtering targets, and methods of forming copper-containing sputtering targets |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3428432B2 (ja) | 2003-07-22 |
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