WO2014148588A1 - タングステン焼結体スパッタリングターゲット及びその製造方法 - Google Patents

タングステン焼結体スパッタリングターゲット及びその製造方法 Download PDF

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一允 大橋
岡部　岳夫
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    • C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
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    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C23C14/165—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon by cathodic sputtering

Definitions

  • the present invention relates to a tungsten sintered body target used when forming a gate electrode or wiring material of IC, LSI or the like by sputtering, and a method for manufacturing the target.
  • the electrode material and wiring material for VLSI are generally manufactured by sputtering method and CVD method, but the sputtering method is relatively simple in structure and operation of the apparatus, can be easily formed, and is low in cost. Therefore, it is used more widely than the CVD method.
  • the tungsten sintered compact target can be improved in purity and densified, and there is a disclosure for achieving it, but it relates to abnormal grain growth of tungsten and a decrease in target strength. There was no research or development.
  • Patent Document 1 In the case of producing a conventional tungsten sintered sputtering target, pressure sintering is generally performed using a graphite die.
  • Patent Document 2 Patent Document 3
  • C may inevitably be mixed into tungsten as an impurity.
  • Patent Document 4 and Patent Document 5 in which a device for increasing the density is made, although the type of the die is not specified.
  • the above patent documents are mainly aimed at achieving higher density of the tungsten target.
  • Patent Document 6 in which the C content is reduced for the tungsten sintered body target.
  • carbon is reduced to 50 ppm or less (the most reduced C content is 19 ppm in the examples). A method is disclosed.
  • Patent Document 7 the amount of C in the metal material is reduced with the aim of making the film uniform and reducing the number of dust generation (the most reduced amount of C is 10 ppm in the examples). ) The technology is disclosed.
  • Patent Document 8 discloses a technique for reducing the C content to 30 ppm or less (the most reduced C content is 6 ppm in the examples) in order to produce a high-purity, high-density tungsten sintered compact target. It is disclosed.
  • Patent Document 9 As patent documents other than the above, there is Patent Document 9 in which the particle size and crystal structure are prepared by rotary forging. However, there is no specific means for preventing the growth of abnormal grain growth of tungsten. Currently.
  • a tungsten sintered sputtering target in which the impurity iron is 0.8 wtppm or less, the balance is tungsten and other inevitable impurities, and the iron concentration range in the target structure is ⁇ 0.
  • tungsten sintered sputtering target in which the impurity iron is 0.8 wtppm or less and the balance is tungsten and other inevitable impurities, abnormal grain growth and the target are produced at the stage of manufacturing the tungsten sintered sputtering target. It has an excellent effect of suppressing the decrease in strength. Thereby, there is an effect that the problem of processing defects can be reduced in the post-processing, and the product yield of the target can be improved.
  • the tungsten sintered sputtering target of the present invention is characterized in that the iron content of impurities is 0.8 wtppm or less and the balance is tungsten and other inevitable impurities.
  • the iron content is limited to an extremely small amount, but this is very important, which can suppress abnormal grain growth and a decrease in the strength of the target and prevent the occurrence of defects in the subsequent processing. Has an effect. It is further effective that the impurity iron is 0.5 wtppm or less.
  • a relative density of 99% or more, an average crystal grain size of 50 ⁇ m or less, and a crystal grain size of 5 to 200 ⁇ m are particularly effective in maintaining the strength of the tungsten sintered sputtering target.
  • the tungsten sintered sputtering target of the present invention preferably has a purity of 5N (99.999%) or higher. This is effective in maintaining the strength of the tungsten sintered sputtering target. It is necessary for the tungsten sintered compact sputtering target that the iron concentration range in the target structure be within the range of ⁇ 0.1 wtppm of the average content concentration.
  • the impurity iron contained in tungsten is 0.8 wtppm or less in the target, if there is segregation in the target structure, the point of the structure is likely to be the starting point of abnormal grain growth. is there.
  • the suppression of the above variation has the effect of reducing such problems.
  • it is also effective to set the contents of hydrogen, carbon, nitrogen, oxygen, and sulfur, which are gas components, to 50 wtppm or less, respectively, which is also effective in maintaining the strength of the tungsten sintered sputtering target.
  • a tungsten raw material powder having an impurity iron of 0.8 wtppm or less is used and mixed sufficiently so that variation in Fe content is reduced.
  • This mixing can be performed by, for example, a ball mill or a V-type mixer.
  • the iron concentration in the raw material powder is suppressed to 0.8 wtppm or less by ICP analysis.
  • the raw material powder is divided into 25 parts, and each of the raw material powders is analyzed, and the range of variation in the analytical value of iron is preferably within the range of ⁇ 0.1 wtppm of the average content concentration.
  • the iron concentration range in the target structure can be within the range of ⁇ 0.1 wtppm of the average content concentration. Since the amount of Fe in tungsten is small, it is possible to suppress variation and make uniform by mainly sufficiently mixing the raw material powder. Specifically, it is effective to measure the iron concentration under the following conditions, arbitrarily set manufacturing conditions that match this, and control the steady iron concentration variation of the tungsten target structure. In this sense, a clear process of measuring and controlling the variation in iron concentration in the target structure is important.
  • the iron concentration in the target is measured by, for example, measuring 17 points (one point is the center) in a disk-like tungsten target. That is, as shown in FIG. 1, the iron concentration at a total of 17 points including the center, 8 points of 1 / 2R (radius), and 8 points of the outer periphery is measured.
  • the tungsten raw material powder prepared as described above is filled with tungsten powder having an average particle diameter of about 1 ⁇ m in a carbon die, hot-pressed at a temperature of 1500 to 1800 ° C., and then 1600 to 1850 °.
  • This HIP processing condition is a condition that is normally performed, and can be performed outside the range of this condition, if necessary.
  • the average particle diameter is 20-30 ⁇ m, and the relative density can be 99%.
  • the tungsten sintered compact sputtering target is produced using the carbon die, a large amount of carbon (C) is contained as an impurity in the sintered compact target.
  • the content of carbon as a gas component is preferably 50 wtppm or less.
  • the oxygen gas component also reacts with tungsten to form an oxide in the same manner. Therefore, it is preferable to reduce the oxygen content to 50 wtppm or less.
  • the total impurity concentration excluding gas components is desirably 4 wtppm or less, 3 wtppm or less, and further 2 ppm or less.
  • tungsten sintered compact sputtering targets can be formed into a film on a board
  • sintering it is effective to perform hot pressing (HP) at a temperature exceeding 1500 ° C.
  • HIP treatment can be performed at a temperature exceeding 1600 ° C. to further improve the density.
  • the tungsten sintered compact sputtering target whose relative density of a target is 99% or more and the tungsten sintered compact sputtering target whose relative density of a target is 99.5% or more can be provided. An increase in density is more preferable because it increases the strength of the target.
  • the structure of the target is made uniform in the radial direction and thickness direction of the target, the target has sufficient strength, and there is no problem of cracking during operation or use. Therefore, the yield of target manufacture can be improved.
  • reduction can be achieved by reducing the iron content as an impurity to 0.8 wtppm or less, and further reducing the iron content to 0.5 wtppm or less. As a result, abnormal grain growth and a decrease in the strength of the target can be suppressed, and the occurrence of defects in subsequent processing can be prevented.
  • the sputtering target of the present invention can maintain the density at a high level, reduce the number of vacancies and refine the crystal grains, and make the sputtering surface of the target uniform and smooth. And it has the effect that the particle
  • Example 1 The purified W powder was sufficiently mixed to produce a W powder in which the average Fe concentration was 0.4 wtppm and the Fe concentration range was 0.3 to 0.5 wtppm (25-point measurement). Hot pressing was performed at a pressure of 200 kgf. Next, HIP was performed under the conditions of 1700 ° C., pressure: 1800 kgf, and time: 3.0 hr. In the tungsten target manufactured in this way, particle growth leading to processing failure did not occur. In the sputtering target, it was possible to maintain an average Fe concentration of 0.4 wtppm and an Fe concentration range of 0.3 to 0.5 wtppm (measured at 17 points).
  • the content of P is 0.5 wtppm or less, the average crystal grain size is 20 ⁇ m, the range of the average crystal grain size is 15 to 25 ⁇ m, the total impurity concentration is 1.001 wtppm, the oxygen content as a gas component is 30 wtppm, and the carbon content is It was 20 wtppm and satisfied the conditions of the present invention. And the abnormal grain growth was not seen in the target, the intensity
  • the particle size was measured by polishing and etching W and observing the structure with an optical microscope.
  • the crystal grain size has a great influence on processability. For example, if the average crystal grain size is small, normal lathe processing is possible, but if the grain size is large, degranulation occurs, and a problem arises that a smooth surface cannot be obtained after turning. If such degranulation is severe, it becomes the starting point of cracking and may not be processed in the first place. The same applies to the following examples and comparative examples. The results are shown in Table 1.
  • Example 2 The purified W powder was sufficiently mixed to prepare a W powder having an average Fe concentration of 0.7 wtppm and an Fe concentration range of 0.6 to 0.8 wtppm (measured at 25 points). Hot pressing was performed at a pressure of 200 kgf. Next, this was subjected to HIP under the conditions of 1750 ° C., pressure: 1700 kgf, and time: 4.0 hr. In the tungsten target manufactured in this way, particle growth leading to processing failure did not occur.
  • the sputtering target it was possible to maintain an average Fe concentration of 0.7 wtppm and an Fe concentration range of 0.6 to 0.8 wtppm (17-point measurement).
  • the P content is 0.5 wtppm or less
  • the average crystal grain size is 25 ⁇ m
  • the average crystal grain size range is 20-30 ⁇ m
  • the total impurity concentration is 1.003 wtppm
  • the oxygen content as a gas component is 20 wtppm
  • the carbon content It was 20 wtppm and satisfied the conditions of the present invention.
  • the abnormal grain growth was not seen in the target, the intensity
  • the results are also shown in Table 1.
  • Example 3 The refined W powder was sufficiently mixed to prepare a W powder having an average Fe concentration of 0.8 wtppm and an Fe concentration range of 0.7 to 0.9 wtppm (measured at 25 points). Hot pressing was performed at a pressure of 200 kgf. Next, this was subjected to HIP under the conditions of 1750 ° C., pressure: 1700 kgf, and time: 4.0 hr. In the tungsten target manufactured in this way, particle growth leading to processing failure did not occur.
  • the sputtering target it was possible to maintain an average Fe concentration of 0.8 wtppm and an Fe concentration range of 0.7 to 0.9 wtppm (17-point measurement).
  • the content of P is 0.5 wtppm or less, the average crystal grain size is 30 ⁇ m, the range of the average crystal grain size is 20 to 35 ⁇ m, the total impurity concentration is 1.013 wtppm, the oxygen content as a gas component is 20 wtppm, and the carbon content is It was 20 wtppm and satisfied the conditions of the present invention.
  • the abnormal grain growth was not seen in the target, the intensity
  • the results are also shown in Table 1.
  • Example 4 The purified W powder was sufficiently mixed to prepare a W powder having an average Fe concentration of 0.7 wtppm and an Fe concentration range of 0.6 to 0.8 wtppm (measured at 25 points). Hot pressing was performed at a pressure of 200 kgf. Next, this was subjected to HIP under the conditions of 1770 ° C., pressure: 1770 kgf, and time: 2.0 hr. In the tungsten target manufactured in this way, particle growth leading to processing failure did not occur.
  • the sputtering target it was possible to maintain an average Fe concentration of 0.7 wtppm and an Fe concentration range of 0.6 to 0.8 wtppm (17-point measurement).
  • the content of P is 0.5 wtppm or less
  • the average crystal grain size is 50 ⁇ m
  • the range of the average crystal grain size is 5 to 200 ⁇ m
  • the total impurity concentration is 1.003 wtppm
  • the oxygen content as a gas component is 30 wtppm
  • the carbon content It was 30 wtppm and satisfied the conditions of the present invention.
  • the abnormal grain growth was not seen in the target, the intensity
  • the results are also shown in Table 1.
  • Comparative Example 1 A W powder having an average Fe concentration of 1.0 wtppm was prepared. The concentration range of Fe was 0.9 to 1.1 wtppm (measured at 25 points). This was hot-pressed at 1800 ° C. and a pressure of 200 kgf, and then HIP was performed under the conditions of 1700 ° C., pressure: 1800 kgf, and time: 8.0 hr. As a result, particle growth leading to processing defects occurred.
  • the average Fe concentration was 1.0 wtppm, and the Fe concentration range was 0.9 to 1.1 wtppm (17-point measurement), which did not satisfy the conditions of the present invention.
  • the content of P is 0.5 wtppm or less
  • the average crystal grain size is 800 ⁇ m
  • the range of the average crystal grain size is 600 to 1000 ⁇ m
  • the total impurity concentration is 1.005 wtppm
  • the oxygen content as a gas component is 30 wtppm
  • the carbon content is It was 30 wtppm, and comprehensively, the conditions of the present invention were not satisfied.
  • the average crystal grain size and the range of the average crystal grain size deviated greatly. As a result, abnormal grain growth was observed on the target, the strength of the target was lowered, and the subsequent workability was poor.
  • Table 1 The results are also shown in Table 1.
  • Comparative Example 2 A W powder having an average Fe concentration of 0.4 wtppm was prepared.
  • the concentration range of Fe was 0.2 to 0.8 wtppm (25 point measurement). This was hot-pressed at 1800 ° C. and a pressure of 200 kgf, and then HIP was carried out under the conditions of 1750 ° C., pressure: 1700 kgf, and time: 6.0 hr. As a result, particle growth leading to processing defects occurred.
  • the average Fe concentration is 0.4 wtppm
  • the Fe concentration range is 0.2 to 0.8 wtppm (17-point measurement)
  • the variation in the maximum and minimum ranges is large, satisfying the conditions of the present invention.
  • the content of P is 0.5 wtppm or less
  • the average crystal grain size is 500 ⁇ m
  • the range of the average crystal grain size is 400 to 650 ⁇ m
  • the total impurity concentration is 1.002 wtppm
  • the oxygen content as a gas component is 30 wtppm
  • the carbon content is It was 20 wtppm, and comprehensively, the conditions of the present invention were not satisfied.
  • the average crystal grain size and the range of the average crystal grain size deviated greatly. As a result, abnormal grain growth was observed on the target, the strength of the target was lowered, and the subsequent workability was poor.
  • the results are also shown in Table 1.
  • the average Fe concentration is 0.7 wtppm
  • the Fe concentration range is 0.4 to 0.9 wtppm (17 points measurement)
  • the variation of the maximum and minimum range is large, satisfying the conditions of the present invention. It wasn't.
  • the content of P is 0.5 wtppm or less
  • the average crystal grain size is 700 ⁇ m
  • the range of the average crystal grain size is 500 to 850 ⁇ m
  • the total impurity concentration is 1.001 wtppm
  • the oxygen content as a gas component is 20 wtppm
  • the carbon content is It was 20 wtppm, and comprehensively, the conditions of the present invention were not satisfied.
  • the average crystal grain size and the range of the average crystal grain size deviated greatly. As a result, abnormal grain growth was observed on the target, the strength of the target was lowered, and the subsequent workability was poor. The results are similarly shown in Table 1.
  • the average Fe concentration was 1.0 wtppm, the Fe concentration range was 0.9 to 1.1 wtppm (measured at 17 points), and the average Fe concentration did not satisfy the conditions of the present invention.
  • the content of P is 0.5 wtppm or less, the average crystal grain size is 900 ⁇ m, the range of the average crystal grain size is 800 to 1000 ⁇ m, the total impurity concentration is 5.201 wtppm, the oxygen content as a gas component is 40 wtppm, and the carbon content is It was 40 wtppm, and comprehensively, the conditions of the present invention were not satisfied.
  • the average crystal grain size and the range of the average crystal grain size deviated greatly. As a result, abnormal grain growth was observed on the target, the strength of the target was lowered, and the subsequent workability was poor. The results are also shown in Table 1.
  • the average Fe concentration is 0.7 wtppm
  • the Fe concentration range is 0.4 to 0.9 wtppm (17-point measurement)
  • the variation of the Fe concentration range is large, satisfying the conditions of the present invention. It wasn't.
  • the content of P is 0.5 wtppm or less
  • the average crystal grain size is 900 ⁇ m
  • the range of the average crystal grain size is 850 to 950 ⁇ m
  • the total impurity concentration is 4.606 wtppm
  • the oxygen content as a gas component is 120 wtppm
  • the carbon content is It was 20 wtppm, and comprehensively, the conditions of the present invention were not satisfied.
  • the average Fe concentration is 0.4 wtppm
  • the Fe concentration range is 0.2 to 0.8 wtppm (17-point measurement)
  • the variation of the Fe concentration range is large and satisfies the conditions of the present invention.
  • the content of P is 0.5 wtppm or less
  • the average crystal grain size is 800 ⁇ m
  • the range of the average crystal grain size is 700 to 900 ⁇ m
  • the total impurity concentration is 4.293 wtppm
  • the oxygen content as a gas component is 30 wtppm
  • the carbon content is It was 160 wtppm, and comprehensively, the conditions of the present invention were not satisfied.
  • the average crystal grain size, the range of the average crystal grain size, and the carbon content deviated greatly.
  • abnormal grain growth was observed on the target, the strength of the target was lowered, and the subsequent workability was poor.
  • the results are also shown in Table 1.
  • the present invention relates to a tungsten sintered sputtering target, wherein the impurity iron contained in tungsten is 0.8 wtppm or less, and the balance is tungsten and other inevitable impurities.
  • This provides a target, and has an excellent effect that abnormal grain growth and a decrease in the strength of the target can be suppressed at the stage of manufacturing the tungsten sintered sputtering target. And it has the effect that the problem of a processing defect can be reduced by the process of a post process, and the product yield of a target can be improved.
  • the electrical resistance value can be stably reduced in the tungsten film by forming a film using this tungsten sintered body sputtering target. Therefore, the tungsten sintered compact sputtering target of the present invention is useful for LSI wiring films.

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Abstract

タングステン焼結体スパッタリングターゲットであって、不純物の鉄が０．８ｗｔｐｐｍ以下で、残部がタングステンとその他の不可避的不純物であり、ターゲット組織における鉄の濃度範囲が、平均含有濃度の±０．１ｗｔｐｐｍの範囲内であることを特徴とするタングステン焼結体スパッタリングターゲット。さらに、ターゲットの相対密度が９９％以上、平均結晶粒径が５０μｍ以下、結晶粒径の範囲が５～２００μｍであることを特徴とする上記タングステン焼結体スパッタリングターゲット。タングステン焼結体スパッタリングターゲットの鉄を低減させることにより、該タングステンターゲット中の異常粒成長を抑制することを課題とする。

Description

タングステン焼結体スパッタリングターゲット及びその製造方法
　本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ等のゲート電極あるいは配線材料等を、スパッタリング法によって形成する際に用いられるタングステン焼結体ターゲット及び同ターゲットの製造方法に関する。
近年、超ＬＳＩの高集積化に伴い電気抵抗値のより低い材料を電極材や配線材料として使用する検討が行われているが、このような中で抵抗値が低く、熱及び化学的に安定である高純度タングステンが、電極材や配線材料として使用されている。
この超ＬＳＩ用の電極材や配線材料は、一般にスパッタリング法とＣＶＤ法で製造されているが、スパッタリング法は装置の構造及び操作が比較的単純で、容易に成膜でき、また低コストであることからＣＶＤ法よりも広く使用されている。
タングステンターゲットについては、高純度、高密度が要求されるが、近年、超ＬＳＩ用の電極材や配線材を、タングステンターゲットを用いてスパッタリングにより成膜した膜については、さらに電気抵抗値が低い材料が求められている。
後述するように、タングステン焼結体ターゲットは、純度を向上させ、高密度化することが可能であり、それを達成するための開示があるが、タングステンの異常粒成長やターゲットの強度の低下に関する研究や開発は行われていなかった。
従来の、タングステン焼結体スパッタリングターゲットを製造する場合には、グラファイトダイスを用いて加圧焼結するのが一般的である。例えば、後述する特許文献１、特許文献２、特許文献３がある。この場合には、必然的にＣがタングステンに不純物として混入する可能性がある。また、特にダイスの種類は明記されていないが、高密度化するための工夫がなされている特許文献４、特許文献５がある。
以上の特許文献は、主としてタングステンターゲットの高密度化を達成するのが狙いである。
この他、タングステン焼結体ターゲットについて、Ｃ量を低下させた特許文献６があり、この場合は、炭素を５０ｐｐｍ以下（最も低減化したＣ量として、実施例の中で１９ｐｐｍ）にまで低減させる方法が開示されている。
また、特許文献７には、膜の均一化とダスト発生数の低減化を狙いとして、金属材料中のＣ量を低減化する（最も低減化したＣ量として、実施例の中で１０ｐｐｍとする）技術が開示されている。
また、特許文献８には、高純度、高密度のタングステン焼結体ターゲットを作製するために、Ｃ量を３０ｐｐｍ以下（最も低減化したＣ量として、実施例の中で６ｐｐｍ）とする技術が開示されている。
　一方、タングステン焼結体スパッタリングターゲットの製造の段階で、異常粒成長とターゲットの強度の低下が起こり、製品歩留まりを低下させるという問題があることが分かった。これを解決する方策として、本出願人は、このタングステンの異常粒成長とターゲットの強度の低下は、リンの含有が大きな影響を与えることが分かり、特許文献３に示すように、タングステンに含有するリンを１ｐｐｍ以下にする提案をした。
この結果、タングステンの異常粒成長の防止とターゲットの製品歩留まりを向上させることが可能となり、この段階では極めて有効であった。
しかしながら、タングステン中のリンを低下させることは、非常に有効であったが、厳密な意味では、やはり異常粒成長の発生があるので、さらに改良が必要となった。
一般に、タングステンターゲットの高密度及び高強度化のために、ＨＩＰにより焼結体を作製するが、この段階での異常粒成長は、後工程の加工で加工不良の問題が発生するので、さらにこれを低減しなければならないという課題がある。
上記以外の特許文献としては、回転鍛造により粒子のサイズと結晶構造を調製する特許文献９があるが、タングステンの異常粒成長の防止を課題とするものではなく、その具体的手段も無いのが現状である。
特許第３０８６４４７号公報 特開２００１－０９８３６４号公報 ＷＯ２００９／１４７９００号公報 特開２００５－１７１３８９号公報 特開２００７－３１４８８３号公報 特開平５－９３２６７号公報 特開２００１－３３５９２３号公報 特開平７－７６７７１号公報 特開２０１２－１８０５９９号公報
以上の点に鑑み、タングステン焼結体スパッタリングターゲットの製造の段階で、異常粒成長とターゲットの強度の低下が起こり、製品歩留まりを低下させるという問題があるが、このタングステンの異常粒成長とターゲットの強度の低下を抑制することを課題とする。
上記の課題を解決するために、本発明者らは、次の発明を提供するものである。
１）タングステン焼結体スパッタリングターゲットであって、不純物の鉄が０．８ｗｔｐｐｍ以下で、残部がタングステンとその他の不可避的不純物であり、ターゲット組織における鉄の濃度範囲が、平均含有濃度の±０．１ｗｔｐｐｍの範囲内であることを特徴とするタングステン焼結体スパッタリングターゲット。
２）ターゲットの相対密度が９９％以上、平均結晶粒径が５０μｍ以下、結晶粒径の範囲が５～２００μｍであることを特徴とする上記１）に記載のタングステン焼結体スパッタリングターゲット。
３）ガス成分を除くタングステンの純度が５Ｎ（９９．９９９％）以上であることを特徴とするタングステン焼結体スパッタリングターゲット上記１）～２）いずれか一項に記載のタングステン焼結体スパッタリングターゲット。
４）酸素及び炭素の含有量が、それぞれ５０ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする上記３）に記載のタングステン焼結体スパッタリングターゲット。
不純物の鉄が０．８ｗｔｐｐｍ以下であり、残部がタングステンとその他の不可避的不純物であるタングステン焼結体スパッタリングターゲットとすることにより、タングステン焼結体スパッタリングターゲットの製造の段階で、異常粒成長とターゲットの強度の低下抑制できるという優れた効果を有する。これにより、後工程の加工で加工不良の問題を減少させ、ターゲットの製品歩留まりを向上させることができる効果を有する。
合計１７点の鉄濃度を測定する点の、概略説明図である。
本願発明のタングステン焼結体スパッタリングターゲットは、不純物の鉄が０．８ｗｔｐｐｍ以下であり、残部がタングステンとその他の不可避的不純物であることを特徴とする。鉄の含有量は極めて少ない量に制限されているが、このことが非常に重要であり、これにより、異常粒成長とターゲットの強度の低下を抑制でき、その後の加工における不良の発生を防止できる効果を有する。不純物の鉄は０．５ｗｔｐｐｍ以下とすることが、さらに有効である。
相対密度を９９％以上、平均結晶粒径が５０μｍ以下、結晶粒径が５～２００μｍとすることが、タングステン焼結体スパッタリングターゲットの強度を維持する上で、特に有効である。
本願発明のタングステン焼結体スパッタリングターゲットは、純度が５Ｎ（９９．９９９％）以上であることが望ましい。これは、タングステン焼結体スパッタリングターゲットの強度を維持する上で有効である。ターゲット組織における鉄の濃度範囲が、平均含有濃度の±０．１ｗｔｐｐｍの範囲内とすることがタングステン焼結体スパッタリングターゲットであることが必要である。
ターゲットの中で、タングステンに含有する不純物の鉄が０．８ｗｔｐｐｍ以下とした場合でも、ターゲットの組織の中で、偏析がある場合には、その組織の地点が異常粒成長の起点となり易いからである。上記のばらつきの抑制は、このような問題を減少させる効果を有する。
さらに、ガス成分である水素、炭素、窒素、酸素、硫黄の含有量を、それぞれ５０ｗｔｐｐｍ以下とすることも有効であり、同様にタングステン焼結体スパッタリングターゲットの強度を維持する上で有効である。
　タングステン焼結体スパッタリングターゲットの製造に際しては、不純物の鉄が０．８ｗｔｐｐｍ以下のタングステン原料粉を使用し、Ｆｅ含有量のばらつきが少なくなるように、十分に混合する。この混合は、例えばボールミル、Ｖ型混合機で行うことができる。原料粉末中の鉄濃度については、ＩＣＰ分析により０．８ｗｔｐｐｍ以下に抑える。特に、原料粉末を２５分割し、この原料粉をそれぞれ分析し、鉄の分析値のばらつきの範囲が、平均含有濃度の±０．１ｗｔｐｐｍの範囲にすることが良い。
これによって、ターゲット組織内における鉄の濃度範囲を、平均含有濃度の±０．１ｗｔｐｐｍの範囲内とすることが可能となる。タングステン中のＦｅの量が少ないので、主として原料粉末の混合を十分に行うことにより、ばらつきを抑制し、均一化することができる。具体的には、鉄の濃度を下記の条件で測定し、これに適合する製造条件を任意に設定し、タングステンターゲット組織の定常的な鉄濃度のばらつきを制御することが有効である。この意味から、ターゲット組織中の鉄濃度のばらつき測定し、これを制御するという明確な工程が重要となる。
ターゲット内の鉄濃度の測定については、例えば円盤状タングステンターゲットでは、１７点（１点は中心）を測定することにより行う。すなわち、図１に示すように、中心、１／２Ｒ（半径）の均等８点、及び外周均等８点、の合計１７点の鉄濃度を測定する。
上記のように調整したタングステンの原料粉末を、カーボン製ダイスの中に、平均粒径１μｍ程度のタングステン粉を充填し、１５００～１８００°Ｃの温度でホットプレスを行った後、１６００～１８５０°Ｃの温度、圧力１７００～１８００ｋｇｆ、３～４時間、ＨＩＰ処理して製造する。このＨＩＰ処理の条件は、通常実施する条件であり、必要に応じて、この条件の範囲外でも実施可能である。これにより、平均粒径は２０～３０μｍで、相対密度は９９％を達成することができる。
しかし、カーボン製ダイスを使用してタングステン焼結体スパッタリングターゲットを作製しているために、焼結体ターゲットの内部に多くのカーボン（Ｃ）が不純物として含有することになる。この場合、Ｃ量が多くなるにつれ、スパッタリング成膜後のタングステン膜の比抵抗が増加する傾向にある。そのため、ガス成分である炭素の含有量を５０ｗｔｐｐｍ以下とするのがよい。
酸素は、タングステンに含有する不純物と結合し、酸化物を形成するので、同時に低減させることが望ましい。また、酸素のガス成分は、タングステンとも反応して、同様に酸化物を形成する。そのため、酸素含有量を５０ｗｔｐｐｍ以下に低減するのがよい。
また、ガス成分を除く総不純物濃度は４ｗｔｐｐｍ以下、３ｗｔｐｐｍ以下、さらには２ｐｐｍ以下であることが望ましい。
これは、スパッタリング成膜時のＬＳＩ用配線材の内部に混入して、タングステン配線の機能を低下させる要因となるので、できるだけ少ない方が良いと言える。　また、このような炭素、酸素及び鉄の低減化は、組織の均一化と共に、ターゲットの割れや亀裂の発生を抑制する効果も有する。そして、これらのタングステン焼結体スパッタリングターゲットは、基板上に成膜することができ、半導体デバイスの作製に有用である。
焼結の際には、１５００°Ｃを超える温度でホットプレス（ＨＰ）することが有効である。また、ホットプレスした後、１６００°Ｃを超える温度でＨＩＰ処理を行い、さらに密度を向上させることができる。
また、ターゲットの相対密度が９９％以上であるタングステン焼結体スパッタリングターゲット、さらにターゲットの相対密度が９９．５％以上であるタングステン焼結体スパッタリングターゲットを提供できる。密度の向上は、ターゲットの強度を増加させるので、より好ましい。
このようにターゲットの組織が、ターゲットの径方向及び厚み方向に、均一化され、ターゲットの強度も十分であり、操作または使用中に割れるというような問題もなくなった。したがって、ターゲット製造の歩留まりを向上させることができる。
上記の通り、不純物である鉄含有量を０．８ｗｔｐｐｍ以下に、さらに鉄含有量を０．５ｗｔｐｐｍ以下に、低減化が達成できる。これによって、異常粒成長とターゲットの強度の低下を抑制でき、その後の加工における不良の発生を防止できる効果を有する。
上記の通り、本発明のスパッタリングターゲットは密度を高レベルに維持すると共に空孔を減少させ結晶粒を微細化し、ターゲットのスパッタ面を均一かつ平滑にすることができる。そして、スパッタリング時のパーティクルやノジュールを低減させ、さらにターゲットライフも長くすることができるという効果を有し、品質のばらつきが少なく量産性を向上させることができる効果を有する。
　以下、実施例および比較例に基づいて説明する。なお、本実施例はあくまで一例であり、この例によって何ら制限されるものではない。すなわち、本発明は特許請求の範囲によってのみ制限されるものであり、本発明に含まれる実施例以外の種々の変形を包含するものである。
（実施例１）
精製したＷ粉末の十分な混合を行い、Ｆｅの平均含有濃度を０．４ｗｔｐｐｍ、Ｆｅの濃度範囲が０．３～０．５ｗｔｐｐｍ（２５点測定）となるようにしたＷ粉末を作製し、１８００℃、圧力２００ｋｇｆでホットプレスを実施した。
次に、これを１７００℃、圧力：１８００ｋｇｆ、時間：３．０ｈｒの条件下で、ＨＩＰを実施した。これにより製造されたタングステンターゲットには、加工不良につながる粒子成長は起きなかった。
当該スパッタリングターゲットにおいては、Ｆｅの平均含有濃度を０．４ｗｔｐｐｍ、Ｆｅの濃度範囲が０．３～０．５ｗｔｐｐｍ（１７点測定）を維持することができた。
Ｐの含有量は０．５ｗｔｐｐｍ以下、平均結晶粒径は２０μｍ、平均結晶粒径の範囲は１５～２５μｍ、総不純物濃度が１．００１ｗｔｐｐｍ、ガス成分である酸素含有量が３０ｗｔｐｐｍ、炭素含有量が２０ｗｔｐｐｍであり、本願発明の条件を満たしていた。そして、ターゲットには異常粒成長が見られず、ターゲットの強度の低下がなく、さらにその後の加工性は良好であった。
なお、粒径の測定は、Ｗを研磨・エッチングし、光学顕微鏡に組織を観察して行った。すなわち、１視野の組織写真に、縦横２本ずつの直線を引き、その線と交差する粒界の個数を数え、その上で、視野上に引いた４直線の合計を、先ほどの粒界と交差する個数で割りかえして算出した（クロスカット法）。範囲は、組織１視野中の最も大きい粒と小さい粒の粒径を測定し、その範囲とする。測定位置は１７点とした。以下に示す、実施例、比較例については、同様の方法を用いて測定した。
特に、結晶粒径は加工性に大きな影響を与える。例えば、平均結晶粒径が小さいと通常の旋盤加工が可能であるが、粒径が大きくなると脱粒が発生し、旋盤加工上がりの組織が平滑な面が得られないという問題を発生する。このような脱粒がひどい場合は、割れの起点になってしまい、そもそもの加工ができない場合もある。以下の実施例、比較例についても同様である。この結果を、表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（実施例２）
精製したＷ粉末の十分な混合を行い、Ｆｅの平均含有濃度が０．７ｗｔｐｐｍ、Ｆｅの濃度範囲が０．６～０．８ｗｔｐｐｍ（２５点測定）となるようにしたＷ粉末を作成し、１８００℃、圧力２００ｋｇｆでホットプレスを実施した。
次に、これを１７５０℃、圧力：１７００ｋｇｆ、時間：４．０ｈｒの条件下で、ＨＩＰを実施した。これにより製造されたタングステンターゲットには、加工不良につながる粒子成長は起きなかった。
当該スパッタリングターゲットにおいては、Ｆｅの平均含有濃度を０．７ｗｔｐｐｍ、Ｆｅの濃度範囲が０．６～０．８ｗｔｐｐｍ（１７点測定）を維持することができた。
Ｐの含有量は０．５ｗｔｐｐｍ以下、平均結晶粒径は２５μｍ、平均結晶粒径の範囲は２０～３０μｍ、総不純物濃度が１．００３ｗｔｐｐｍ、ガス成分である酸素含有量が２０ｗｔｐｐｍ、炭素含有量が２０ｗｔｐｐｍであり、本願発明の条件を満たしていた。そして、ターゲットには異常粒成長が見られず、ターゲットの強度の低下がなく、さらにその後の加工性は良好であった。この結果を、同様に表１に示す。
（実施例３）
精製したＷ粉末の十分な混合を行い、Ｆｅの平均含有濃度が０．８ｗｔｐｐｍ、Ｆｅの濃度範囲が０．７～０．９ｗｔｐｐｍ（２５点測定）となるようにしたＷ粉末を作成し、１８００℃、圧力２００ｋｇｆでホットプレスを実施した。
次に、これを１７５０℃、圧力：１７００ｋｇｆ、時間：４．０ｈｒの条件下で、ＨＩＰを実施した。これにより製造されたタングステンターゲットには、加工不良につながる粒子成長は起きなかった。
当該スパッタリングターゲットにおいては、Ｆｅの平均含有濃度を０．８ｗｔｐｐｍ、Ｆｅの濃度範囲が０．７～０．９ｗｔｐｐｍ（１７点測定）を維持することができた。
Ｐの含有量は０．５ｗｔｐｐｍ以下、平均結晶粒径は３０μｍ、平均結晶粒径の範囲は２０～３５μｍ、総不純物濃度が１．０１３ｗｔｐｐｍ、ガス成分である酸素含有量が２０ｗｔｐｐｍ、炭素含有量が２０ｗｔｐｐｍであり、本願発明の条件を満たしていた。そして、ターゲットには異常粒成長が見られず、ターゲットの強度の低下がなく、さらにその後の加工性は良好であった。この結果を、同様に表１に示す。
（実施例４）
精製したＷ粉末の十分な混合を行い、Ｆｅの平均含有濃度が０．７ｗｔｐｐｍ、Ｆｅの濃度範囲が０．６～０．８ｗｔｐｐｍ（２５点測定）となるようにしたＷ粉末を作成し、１８００℃、圧力２００ｋｇｆでホットプレスを実施した。
次に、これを１７７０℃、圧力：１７７０ｋｇｆ、時間：２．０ｈｒの条件下で、ＨＩＰを実施した。これにより製造されたタングステンターゲットには、加工不良につながる粒子成長は起きなかった。
当該スパッタリングターゲットにおいては、Ｆｅの平均含有濃度を０．７ｗｔｐｐｍ、Ｆｅの濃度範囲が０．６～０．８ｗｔｐｐｍ（１７点測定）を維持することができた。
Ｐの含有量は０．５ｗｔｐｐｍ以下、平均結晶粒径は５０μｍ、平均結晶粒径の範囲は５～２００μｍ、総不純物濃度が１．００３ｗｔｐｐｍ、ガス成分である酸素含有量が３０ｗｔｐｐｍ、炭素含有量が３０ｗｔｐｐｍであり、本願発明の条件を満たしていた。そして、ターゲットには異常粒成長が見られず、ターゲットの強度の低下がなく、さらにその後の加工性は良好であった。この結果を、同様に表１に示す。
（比較例１）
Ｆｅの平均含有濃度が１．０ｗｔｐｐｍであるＷ粉末を作製した。Ｆｅの濃度範囲が０．９～１．１ｗｔｐｐｍ（２５点測定）であった。これを１８００℃、圧力２００ｋｇｆでホットプレスを実施し、次にこれを１７００℃、圧力：１８００ｋｇｆ、時間：８．０ｈｒの条件下で、ＨＩＰを実施した。この結果、加工不良につながる粒子成長が発生した。
当該スパッタリングターゲットにおいては、Ｆｅの平均含有濃度は１．０ｗｔｐｐｍ、Ｆｅの濃度範囲が０．９～１．１ｗｔｐｐｍ（１７点測定）となり、本願発明の条件を満たしていなかった。
Ｐの含有量は０．５ｗｔｐｐｍ以下、平均結晶粒径は８００μｍ、平均結晶粒径の範囲は６００～１０００μｍ、総不純物濃度が１．００５ｗｔｐｐｍ、ガス成分である酸素含有量が３０ｗｔｐｐｍ、炭素含有量が３０ｗｔｐｐｍであり、総合的にみて、本願発明の条件を満たしていなかった。特に、平均結晶粒径、平均結晶粒径の範囲は大きく逸脱していた。この結果、ターゲットには異常粒成長が見られ、ターゲットの強度が低下し、さらにその後の加工性は不良となった。この結果を、同様に表１に示す。
（比較例２）
Ｆｅの平均含有濃度が０．４ｗｔｐｐｍであるＷ粉末を作製した。Ｆｅの濃度範囲が０．２～０．８ｗｔｐｐｍ（２５点測定）であった。これを１８００℃、圧力２００ｋｇｆでホットプレスを実施し、次にこれを１７５０℃、圧力：１７００ｋｇｆ、時間：６．０ｈｒの条件下で、ＨＩＰを実施した。この結果、加工不良につながる粒子成長が発生した。
当該スパッタリングターゲットにおいては、Ｆｅの平均含有濃度は０．４ｗｔｐｐｍ、Ｆｅの濃度範囲０．２～０．８ｗｔｐｐｍ（１７点測定）となり、最大最少の範囲のばらつきが大きく、本願発明の条件を満たしていなかった。
Ｐの含有量は０．５ｗｔｐｐｍ以下、平均結晶粒径は５００μｍ、平均結晶粒径の範囲は４００～６５０μｍ、総不純物濃度が１．００２ｗｔｐｐｍ、ガス成分である酸素含有量が３０ｗｔｐｐｍ、炭素含有量が２０ｗｔｐｐｍであり、総合的にみて、本願発明の条件を満たしていなかった。特に、平均結晶粒径、平均結晶粒径の範囲は大きく逸脱していた。この結果、ターゲットには異常粒成長が見られ、ターゲットの強度が低下し、さらにその後の加工性は不良となった。この結果を、同様に表１に示す。
（比較例３）
Ｆｅの平均含有濃度が０．７ｗｔｐｐｍであるＷ粉末を作製した。Ｆｅの濃度範囲が０．４～０．９ｗｔｐｐｍ（２５点測定）であった。これを１８００℃、圧力２００ｋｇｆでホットプレスを実施し、次にこれを１７００℃、圧力：１４００ｋｇｆ、時間：３．０ｈｒの条件下で、ＨＩＰを実施した。この結果、加工不良につながる粒子成長が発生した。
当該スパッタリングターゲットにおいては、Ｆｅの平均含有濃度は０．７ｗｔｐｐｍ、Ｆｅの濃度範囲が０．４～０．９ｗｔｐｐｍ（１７点測定）となり、最大最少の範囲のばらつきが大きく、本願発明の条件を満たしていなかった。
Ｐの含有量は０．５ｗｔｐｐｍ以下、平均結晶粒径は７００μｍ、平均結晶粒径の範囲は５００～８５０μｍ、総不純物濃度が１．００１ｗｔｐｐｍ、ガス成分である酸素含有量が２０ｗｔｐｐｍ、炭素含有量が２０ｗｔｐｐｍであり、総合的にみて、本願発明の条件を満たしていなかった。特に、平均結晶粒径、平均結晶粒径の範囲は大きく逸脱していた。この結果、ターゲットには異常粒成長が見られ、ターゲットの強度が低下し、さらにその後の加工性は不良となった。この結果を、同様に表１に示す。
（比較例４）
Ｆｅの平均含有濃度が１．０ｗｔｐｐｍであるＷ粉末を作製した。Ｆｅの濃度範囲が０．９～１．１ｗｔｐｐｍ（２５点測定）であった。これを１８００℃、圧力２００ｋｇｆでホットプレスを実施し、次にこれを１７５０℃、圧力：１５００ｋｇｆ、時間：４．０ｈｒの条件下で、ＨＩＰを実施した。この結果、加工不良につながる粒子成長が発生した。
当該スパッタリングターゲットにおいては、Ｆｅの平均含有濃度は１．０ｗｔｐｐｍ、Ｆｅの濃度範囲が０．９～１．１ｗｔｐｐｍ（１７点測定）となり、Ｆｅの平均濃度が本願発明の条件を満たしていなかった。
Ｐの含有量は０．５ｗｔｐｐｍ以下、平均結晶粒径は９００μｍ、平均結晶粒径の範囲は８００～１０００μｍ、総不純物濃度が５．２０１ｗｔｐｐｍ、ガス成分である酸素含有量が４０ｗｔｐｐｍ、炭素含有量が４０ｗｔｐｐｍであり、総合的にみて、本願発明の条件を満たしていなかった。特に、平均結晶粒径、平均結晶粒径の範囲は大きく逸脱していた。この結果、ターゲットには異常粒成長が見られ、ターゲットの強度が低下し、さらにその後の加工性は不良となった。この結果を、同様に表１に示す。
（比較例５）
Ｆｅの平均含有濃度が０．７ｗｔｐｐｍであるＷ粉末を作製した。Ｆｅの濃度範囲が０．４～０．９ｗｔｐｐｍ（２５点測定）であった。これを１８００℃、圧力２００ｋｇｆでホットプレスを実施し、次にこれを１６００℃、圧力：１８００ｋｇｆ、時間：３．０ｈｒの条件下で、ＨＩＰを実施した。この結果、加工不良につながる粒子成長が発生した。
当該スパッタリングターゲットにおいては、Ｆｅの平均含有濃度は０．７ｗｔｐｐｍ、Ｆｅの濃度範囲が０．４～０．９ｗｔｐｐｍ（１７点測定）となり、Ｆｅの濃度範囲のばらつきが大きく、本願発明の条件を満たしていなかった。
Ｐの含有量は０．５ｗｔｐｐｍ以下、平均結晶粒径は９００μｍ、平均結晶粒径の範囲は８５０～９５０μｍ、総不純物濃度が４．６０６ｗｔｐｐｍ、ガス成分である酸素含有量が１２０ｗｔｐｐｍ、炭素含有量が２０ｗｔｐｐｍであり、総合的にみて、本願発明の条件を満たしていなかった。特に、平均結晶粒径、平均結晶粒径の範囲、酸素含有量は大きく逸脱していた。この結果、ターゲットには異常粒成長が見られ、ターゲットの強度が低下し、さらにその後の加工性は不良となった。この結果を、同様に表１に示す。
（比較例６）
Ｆｅの平均含有濃度が０．４ｗｔｐｐｍであるＷ粉末を作製した。Ｆｅの濃度範囲が０．２～０．８ｗｔｐｐｍ（２５点測定）であった。これを１８００℃、圧力２００ｋｇｆでホットプレスを実施し、次にこれを１５００℃、圧力：１７００ｋｇｆ、時間：４．０ｈｒの条件下で、ＨＩＰを実施した。この結果、加工不良につながる粒子成長が発生した。
当該スパッタリングターゲットにおいては、Ｆｅの平均含有濃度は０．４ｗｔｐｐｍ、Ｆｅの濃度範囲が０．２～０．８ｗｔｐｐｍ（１７点測定）となり、Ｆｅの濃度範囲のばらつきが大きく本願発明の条件を満たしていなかった。
Ｐの含有量は０．５ｗｔｐｐｍ以下、平均結晶粒径は８００μｍ、平均結晶粒径の範囲は７００～９００μｍ、総不純物濃度が４．２９３ｗｔｐｐｍ、ガス成分である酸素含有量が３０ｗｔｐｐｍ、炭素含有量が１６０ｗｔｐｐｍであり、総合的にみて、本願発明の条件を満たしていなかった。特に、平均結晶粒径、平均結晶粒径の範囲、炭素含有量は大きく逸脱していた。この結果、ターゲットには異常粒成長が見られ、ターゲットの強度が低下し、さらにその後の加工性は不良となった。この結果を、同様に表１に示す。
本発明は、タングステン焼結体スパッタリングターゲットであって、タングステンに含有する不純物の鉄が０．８ｗｔｐｐｍ以下であり、残部がタングステンとその他の不可避的不純物であることを特徴とするタングステン焼結体スパッタリングターゲット提供するものであり、これによって、タングステン焼結体スパッタリングターゲットの製造の段階で、異常粒成長とターゲットの強度の低下抑制できるという優れた効果を有する。そして、後工程の加工で加工不良の問題を減少させ、ターゲットの製品歩留まりを向上させることができる効果を有する。
また、このタングステン焼結体スパッタリングターゲットを使用して成膜することにより、タングステン膜において、安定した電気抵抗値の低減化が可能であるという優れた効果を有する。したがって、本願発明のタングステン焼結体スパッタリングターゲットは、ＬＳＩ配線膜用として、有用である。

Claims (4)

  1. 　タングステン焼結体スパッタリングターゲットであって、不純物の鉄が０．８ｗｔｐｐｍ以下で、残部がタングステンとその他の不可避的不純物であり、ターゲット組織における鉄の濃度範囲が、平均含有濃度の±０．１ｗｔｐｐｍの範囲内であることを特徴とするタングステン焼結体スパッタリングターゲット。
  2. ターゲットの相対密度が９９％以上、平均結晶粒径が５０μｍ以下、結晶粒径の範囲が５～２００μｍであることを特徴とする請求項１に記載のタングステン焼結体スパッタリングターゲット。
  3. 　ガス成分を除くタングステンの純度が５Ｎ（９９．９９９％）以上であることを特徴とするタングステン焼結体スパッタリングターゲット請求項１～２いずれか一項に記載のタングステン焼結体スパッタリングターゲット。
  4. 　酸素及び炭素の含有量が、それぞれ５０ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のタングステン焼結体スパッタリングターゲット。
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