JP2003171760A

JP2003171760A - タングステンスパッタリングターゲット

Info

Publication number: JP2003171760A
Application number: JP2001369989A
Authority: JP
Inventors: Koichi Watanabe; 光一渡邊; Takashi Watanabe; 高志渡辺; Yukinobu Suzuki; 幸伸鈴木; Naomi Fujioka; 直美藤岡; Takashi Ishigami; 隆石上; Yasuo Kosaka; 泰郎高阪; Toru Komatsu; 透小松
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2003-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】大型の基板上に成膜した場合においても、Ｗ膜
の比抵抗の面内均一性を３％以下に低減することが可能
となるタングステンスパッタリングターゲットを提供す
る。【解決手段】ターゲットの相対密度が９９％以上であ
り、かつビッカース硬度が３３０Ｈｖ以上であり、かつ
ターゲット全体のビッカース硬度のばらつきが３０％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
ターゲットである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＳＩや液晶、Ｐ
ＤＰ等のエレクトロニクス分野、磁気記録分野において
電極膜や配線膜をスパッタリング法により形成する際に
使用されるタングステンスパッタリングターゲットに係
り、特に均一なスパッタリング操作による製膜が可能で
あり、膜比抵抗の面内均一性を大幅に改善できるタング
ステンスパッタリングターゲットに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイス技術は急速に進捗
しつつあり、特にＤＲＡＭ、ロジック、フラッシュメモ
リー等に代表される半導体素子においては、その高集積
化・高信頼性・高機能化・高速化がさらに進展するに伴
って、素子の微細加工技術に要求される加工精度も益々
高度になる傾向にある。

【０００３】上記のような高度の技術的要求を達成する
ためには、半導体素子の内部配線材料の低抵抗化が必須
となる。これまでＬＳＩに使用されてきた電極の構成材
としては、ＭｏＳｉｘやＷＳｉｘなどに代表される高融
点金属シリサイド膜が広く使用されてきたが、信号伝播
の高速化を可能とする、より低抵抗な材料の検討開発も
鋭意進められている。その中でタングステン（Ｗ）は低
抵抗であり、耐熱性にも優れており今後の電極配線材料
として注目され、一部では既に使用されている。

【０００４】電極配線膜の形成方法はこれまでスパッタ
リング法が主流であったが、Ｗ膜に関してはブランケッ
トＷに代表されるＣＶＤ法を用いた技術でも成膜は可能
である。スパッタリング法は、一般にＷなどで形成され
たスパッタリングターゲットにＡｒやＫｒで代表される
希ガスを高速度で衝突せしめ、はじき出されたターゲッ
ト成分分子をシリコン（Ｓｉ）ウェハーなどの基板表面
に蒸着させて所定厚さのＷ膜等を形成する成膜方法であ
る。このスパッタリング法はＣＶＤ法と比較して、成膜
速度が速く量産性にも優れ、下地膜に対するプラズマダ
メージも小さく、かつ取り扱いも簡単であるなどの有利
点があるため、今後の電極配線の形成方法としてもスパ
ッタリング法が主として採用されることは間違いない。

【０００５】ところで現状の半導体製造装置において、
ＬＳＩを製造するための使用されているＳｉウェハーの
サイズは、より製造効率を高めるために順次大型化が進
められている。具体的にはウェハーサイズは直径６イン
チから８インチへとシフトして直径２００ｍｍサイズの
ウェハーが主として使用されている。しかしながら、大
型化が進み、今後は更に１２インチ（直径３００ｍｍ）
までスケールアップされると予測されている。

【０００６】現状の８インチサイズのＳｉウェハーに対
応するスパッタリングターゲットのサイズは、スパッタ
リング装置の種類によっても若干異なるよるが、一般に
直径３００ｍｍ相当である。そして今後直径が１２イン
チクラスのＳｉウェハーが実現した場合には、おそらく
直径が４００ｍｍ以上の大型サイズのターゲットが要求
される。このようなウェハーサイズのスケールアップ化
に伴って生起する問題として、膜比抵抗の面内均一性の
低下が大きくクローズアップされてくる。特にＬＳＩで
使用する電極は、比抵抗の差異によって、トランジスタ
ーの特性に大きな影響をもたらすため、ＬＳＩの特性上
重要なファクターとなる。言い換えれば、電極形成した
薄膜の比抵抗の面内均一性が良好でないと、ＬＳＩの製
造歩留りが急激に低下し良品率の悪化によりＬＳＩメー
カーの収益率に大きなダメージを与えてしまう。

【０００７】比抵抗の面内均一性は、スパッタリングす
る条件、具体的に言えば、スパッタリング装置における
投入電力値やガス圧力、ターゲットと基板との距離など
様々なパラメーターによって大きな影響を受ける。しか
しながら、これらのパラメーターを厳密に制御しても、
現在までに市販されているスパッタリング装置を用いて
得られる成膜の比抵抗の面内均一性は５％程度が限界で
ある。

【０００８】Ｗ膜を形成するためのスパッタリングター
ゲットが現在までに各種提案され公知例として公報に記
載されている。例えば特開平７−７６７７１号公報には
相対密度が９９．５％以上で平均粒径が１０μｍを超え
２００μｍ以下であることを特徴とするスパッタリング
ターゲットが提唱されている。また特開平５−９３２６
７号公報には、Ｃ含有量が５０ｐｐｍ以下であり、Ｏ含
有量が３０ｐｐｍ以下であり、相対密度が９７％以上で
あり、結晶粒径が一定方向につぶれた形状を有すること
を特徴とするスパッタリングターゲットが提案されてい
る。さらに特開平５−２２２５２５公報には、Ｗ粉末を
加圧して６０％以上の相対密度を有する成形体を作製し
た後、水素を含む雰囲気中で該成形体を温度１４００℃
以上、好ましくは１６００℃以上に加熱して相対密度９
０％以上の焼結体とし、更に焼結体を１６００℃以上で
熱間加工し９９％以上の相対密度を得ること特徴とする
スパッタリングターゲットが提案されている。

【０００９】しかしながら、これら公知のＷスパッタリ
ングターゲットを用いて、所定のスパッタリング条件を
厳密に制御しながら成膜を実施しても、現状では、Ｗ膜
の比抵抗の面内均一性は５％程度が限界であり、このＷ
膜を使用したＬＳＩの製造歩留りの改善効果は少ない状
態である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】近年、ＬＳＩに要求さ
れる高集積化・高速化・高信頼性化に対する技術的要求
がさらに高度化するに伴って、電極・配線材料の低抵抗
化がさらに要求されており、電極構成材料について言え
ば、従来主流のシリサイド系材料からＷなどの高純度金
属系（ピュアメタル）へとシフトする傾向がある。この
ようなＬＳＩの電極部には、ウェハー面内における成膜
の比抵抗の均一性（面内均一性）が重要なポイントとな
る。しかしながら、前記のように現状で公知であるスパ
ッタリングターゲットを用いて得られるＷ膜の比抵抗の
面内均一性は５％程度であることから、更にウェハーサ
イズが大型化された場合には、膜の比抵抗の面内均一性
はますます悪化する傾向を示す。この現象を回避しない
限り、ＬＳＩの量産ラインでの製造歩留りが大幅に低下
してしまい、多額な損失が発生してしまうことが不可避
となる問題点があった。

【００１１】本発明は、上記のような問題点に対処する
ためになされたものであり、８インチサイズ以上の大型
のＳｉウェハー上に成膜した場合においても、Ｗ膜の比
抵抗の面内均一性を３％以下に低減することが可能とな
るタングステンスパッタリングターゲットを提供するこ
とを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するため、スパッタリングターゲットの密度や硬
さ、その面内でのばらつきなどが成膜の比抵抗の面内均
一性に及ぼす影響について種々検討した。その結果、特
にターゲット全体をむらなく高密度化して、かつ硬さ及
びそのばらつきを制御することにより、従来達成するこ
とができなかった８インチサイズ以上のＳｉウェハー上
に成膜したＷ膜の比抵抗の面内均一性を３％以下に低減
することが可能になるという知見が初めて得られた。

【００１３】本発明は上記知見に基づいて完成されたも
のである。すなわち、本発明に係るタングステンスパッ
タリングターゲットは、ターゲットの相対密度が９９％
以上であり、かつビッカース硬度が３３０Ｈｖ以上であ
り、かつターゲット全体のビッカース硬度のばらつきが
３０％以下であることを特徴とする。

【００１４】また上記タングステンスパッタリングター
ゲットにおいて、このターゲットに含有される不純物と
してのＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｎａ，Ｋ，Ｕお
よびＴｈの合計含有量が０．０１質量％未満であること
が好ましい。すなわち、前記ターゲットを構成するタン
グステンの純度が９９．９９％以上であることが好まし
い。

【００１５】さらに、前記ターゲットが、Ｃｕ，Ａｌ、
またはそれらの合金からなるバッキングプレートと一体
に接合されていることが好ましい。また、前記ターゲッ
トが拡散接合またはソルダー接合によって前記バッキン
グプレートと一体に接合されていることが好ましい。

【００１６】このように、本発明に係るタングステンス
パッタリングターゲットは、相対密度が９９％以上であ
り、かつビッカース硬度が３３０Ｈｖ以上であり、かつ
ターゲット全体のビッカース硬度のばらつきが、３０％
以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット
である。上記したような構成の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、Ｗ膜の比抵抗の面内
均一性を大幅に改善することが可能となる。

【００１７】すなわち、従来から８インチのＳｉ基板上
にＷターゲットを用いたスパッタリング法によりＷ膜を
成膜する場合において、このＷ膜を使用したＬＳＩなど
の製造歩留りを改善するためには、Ｗ膜の比抵抗の均一
性を向上させることが必須の要件となる。

【００１８】しかしながら、従来から公知の高純度Ｗタ
ーゲットを用いてスパッタリングした場合、成膜条件を
厳正に制御した場合においても、Ｗ膜の比抵抗の面内均
一性を５％程度にすることが限界であった。更にウェハ
ーサイズが大口径化した場合、例えば１２インチウェハ
ーの場合では、この面内均一性は７％程度まで増大して
しまう。このような比抵抗の均一性を更に改善を図るた
めには、Ｗターゲットから飛散する中性粒子やイオンの
放出分布角度が重要なファクターとなる。この点につい
て種々検討した結果、本発明者らはターゲットの相対密
度を９９％以上とし、ターゲットのビッカース硬度を３
３０Ｈｖ以上に規定し、かつターゲット全体でのビッカ
ース硬さのばらつきを所定範囲に制御することがＷ膜の
比抵抗の均一性を高めることに対して有効に作用するこ
とを見出した。

【００１９】従来のＷターゲットに関しては、粒径や不
純物に着目して特性の向上を図ったターゲットについて
の開発はなされてきたものの、ターゲットの硬さに注目
した例はなかった。スパッタリングで形成した膜の比抵
抗の均一性に対しては、膜厚と膜質との相関性が重要な
因子である。この双方の特性を適正にコントロールする
ためには、原料粉末の粒径や不純物含有量の他に、ター
ゲット自体の硬度及びそのばらつきを管理制御すること
が重要となる。つまり、ターゲットにＡｒイオンを繰返
して衝突せしめて、はじき出されたターゲット成分を基
板等に蒸着させて薄膜を形成する過程において、ターゲ
ット表面に部分的に硬度が異なる箇所が存在すると、Ａ
ｒイオンが衝突してはじき出されるターゲット成分のク
ラスターの数量や放出角度にばらつきが生じ、結果的に
膜厚および膜質がともに悪影響を受けることが判明し
た。

【００２０】ここで、ターゲットの相対密度は、９９％
以上とすることが必要である。ターゲットの相対密度が
９９％以下である場合には、ターゲット中にガス成分が
多く含まれるため、膜を形成した際に、膜の比抵抗が増
大してしまう。また、異常放電によるダスト発生の増大
化も懸念される。上記観点から、ターゲットの相対密度
は、さらに９９．３％以上が好ましく、さらには９９．
５％以上がより好ましい。

【００２１】ターゲットのビッカース硬度は、３３０Ｈ
ｖ以上とすることが必要である。このビッカース硬度が
３３０Ｈｖ以下であると、完全に再結晶化が終了してい
ないことから、僅かな内部歪みがスパッタリングによっ
て発生する熱エネルギーの影響を受け、部分的に粒径の
粗大化を引き起こし、膜厚及び比抵抗分布に悪影響を与
える。上記観点から、ターゲットのビッカース硬度は、
３５０Ｈｖ以上とすることがより好ましく、さらに３７
０Ｈｖ以上とすることが、より好ましい。

【００２２】ターゲット全体における上記ビッカース硬
度のばらつきは、３０％以下とすることが必要である。
このビッカース硬度のばらつきが、３０％を超えると、
ターゲットがエロージョンされる深さにばらつきを生
じ、ターゲット成分（タングステン）の放出分布角度に
悪影響を与える。したがって、ターゲット全体における
上記ビッカース硬度のばらつきは、３０％以下と規定さ
れるが、さらに２０％以下であることが好ましく、さら
には１５％以下であることがより好ましい。

【００２３】ここで、本発明に係るタングステンスパッ
タリングターゲットの相対密度は、以下に示す方法によ
り測定された値を示すものとする。すなわち、図１に示
す様に、例えば円盤状のターゲットＴの中心部（位置
１）と、中心部を通り円周を均等に分割した４本の直線
状の外周近傍位置（位置２〜９）及びその１／２の距離
の位置（位置１０〜１７）とから、それぞれ長さ１５ｍ
ｍ×幅１５ｍｍの試験片を採取する。これら１７点の試
験片についてアルキメデス法を用いて、比重を算出し、
理論比重：１９．２５４ｇ／ｃｍ^３の値を用いて下記数
式（１）により相対密度を計算し、得られた計算値の平
均値を本発明に係るスパッタリングターゲットの相対密
度とした。

【００２４】

【数１】

【００２５】また本発明に係るスパッタリングターゲッ
トのビッカース硬度は、以下に示す方法により測定され
た値を示すものとする。すなわち、図１に示す様に、例
えば円盤状のターゲットの中心部（位置１）と、中心部
を通り円周を均等に分割した４本の直線状の中心部から
９０％の位置（位置２〜９）及び中心部から５０％の位
置（位置１０〜１７）とから、それぞれ長さ１５ｍｍ×
幅１５ｍｍの試験片を採取する。これら１７点の試験片
についてビッカース硬度測定器によって、荷重：５００
ｇ、荷重時間：１５ｓ、測定ポイント：３箇所での平均
値を算出し、この各試験片についての平均値をさらに平
均して得られた値を本発明に係るターゲットの硬度とし
た。

【００２６】さらに、ターゲット全体としてのビッカー
ス硬度のバラツキは、上記した１７点の試験片から求め
たビッカース硬度の最大値および最小値から、下記計算
式（２）に基づいて求めた値を示すものとする。

【００２７】

【数２】

【００２８】本発明に係るスパッタリングターゲット
は、通常の高純度金属材料と同程度の不純物であれば含
んでも良い。ただし、過度に不純物元素含有量が多いタ
ーゲットを使用して成膜した場合には、例えばリーク電
流が増大する一方、膜の比抵抗が高くなるなど製品特性
が低下するおそれがある。従って、本発明のスパッタリ
ングターゲットにおいては、不純物元素としてのＦｅ、
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎａ、Ｋ、Ｕ、Ｔｈの合計含
有量が１００ｐｐｍ以下の高純度Ｗで構成することが好
ましい。言い換えると、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａ
ｌ、Ｎａ、Ｋ、Ｕ、Ｔｈの各含有量（質量％）の合計量
を１００％から引いた値［１００−（Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｃｒ
＋Ｃｕ＋Ａｌ＋Ｎａ＋Ｋ＋Ｕ＋Ｔｈ）］が９９．９９％
以上（４Ｎ以上）の高純度Ｗを構成材料として使用する
ことが望ましい。

【００２９】本発明に係るスパッタリングターゲット
は、例えば以下のようにして作製することができる。例
えば、単一粒子が不規則に凝集した形骸粒子の割合が少
なく、粒度分布範囲が２０μｍ以下である高純度Ｗ粉末
を、目的とするターゲットサイズに対応する形状を有す
るカーボン型などに充填し、ホットプレス法により加圧
焼結することが、本発明で規定するターゲットのビッカ
ース硬度及びそのばらつきを得るのに効果的である。

【００３０】なお、前記形骸粒子を多量に含有した高純
度Ｗ粉末は、高い加圧力で焼結してもその形骸粒子の内
部まで完全に焼結が進行せず、ターゲット組織内に気孔
が発生して高密度の焼結体が得られないため、上記形骸
粒子が少ないＷ原料粉末を使用することが好ましい。

【００３１】また、粒度分布範囲が２０μｍを超える粗
大なタングステン粒子が存在すると、焼結過程における
結晶化の速度にばらつきが生じ易いため、得られた焼結
体の硬度およびその位置的なばらつきが大きくなってし
まう恐れがある。したがって、タングステン原料粒子の
粒度分布範囲は２０μｍ以下であることが好ましく、さ
らには１０μｍ以下がより望ましい。

【００３２】上述した加圧焼結工程においては、タング
ステン成形体を最高焼結温度まで昇温する前に、例え
ば、１１５０℃〜１４５０℃の温度で５時間以上加熱し
て脱ガス処理を実施することが好ましい。この脱ガス処
理により、原料粉末に付着していた吸着酸素や他の不純
物元素を効果的に除去することができる。ここで、脱ガ
ス処理の温度が過度に低いと脱ガスの効果が十分に得ら
れず、逆に処理温度が過度に高いと成形体の外周部の焼
結が進行し閉気孔の発生によりガスが抜けにくくなるた
め、前記脱ガス温度範囲とした。脱ガス処理の雰囲気
は、真空中（１Ｐａ以下）、もしくはＨ_２ガス雰囲気中
が好ましい。このような脱ガス処理を実施した後に、例
えば、１．０Ｐａ以下の真空雰囲気下で２０ＭＰａ以上
の加圧力を付加しつつ成形体を加熱して焼結する。ここ
で最高焼結温度までに到達させる前に昇温速度２℃／ｍ
ｉｎ〜５℃／ｍｉｎで成形体を加熱し、中間焼結温度１
４５０℃〜１７００℃の温度で最低１．０時間保持する
中間焼結工程を実施することが好ましい。このような中
間焼結工程を実施することにより、ターゲット焼結体の
温度均一性を向上させることができ、また焼結体に含有
形成された空孔もしくはボイドを効果的に除去すること
が可能になる。ここで、中間焼結温度が過度に低いと焼
結が進行しないため密度が十分に向上せず、逆に過度に
中間焼結温度が高いと内部に閉気孔が残存してしまうた
め、前記の範囲の中間焼結温度とした。

【００３３】そして、上記のような中間焼結工程を実施
した後に、最高焼結温度で焼結する焼結体の緻密化を図
る。この最高焼結温度は、ターゲットの融点温度の１／
２以上が好ましい。この最高焼結温度での焼結体の保持
時間は、５時間以上とすることが好ましい。このような
最高焼結工程を実施した後に、例えば加圧していた焼結
雰囲気圧力を開放して、冷却速度１０℃／ｍｉｎ以上で
焼結体を冷却することが好ましい。また、この加圧焼結
された焼結体をさらにＨＩＰ（熱間静水圧プレス）処理
してもよい。このＨＩＰ処理における加熱温度は、１４
００℃〜１８００℃に設定する一方、加圧力は１５０Ｍ
Ｐａ以上に設定することが好ましい。このようなＨＩＰ
処理を実施することにより、より緻密なターゲット焼結
体を得ることが可能となる。

【００３４】その他の製法として、前述した高純度で粒
径範囲が小さい微細なタングステン原料粉末を使用し、
原料粉末をＣＩＰ（冷間静水圧プレス）処理により所定
形状に成形した後に、上記ＨＩＰ処理を実施して、その
後に成形体を水素焼結の後に、さらに焼結体を熱間圧延
もしくは熱間鍛造してターゲット焼結体を形成してもよ
い。

【００３５】具体的には、前述した高純度で粒径範囲が
小さい微細なタングステン原料粉末を使用し、原料粉末
を１００ＭＰａ以上でＣＩＰ処理して、密度が６０％程
度の仮成形体を作製する。ここで、ＣＩＰ処理圧力を前
記値以上としたのは、過度に処理圧力が低いと意図する
密度を得ることができにくくなるためである。その後、
１５００℃以上、１５０ＭＰａ以上の条件下でＨＩＰ処
理を施し、その後に成形体を１８００℃以上、最低５時
間以上の条件下で水素焼結を施す。いずれについても、
上記条件下で処理した場合、密度の低下や硬度のばらつ
きを完全に回避することはできないため、その後、熱間
圧延もしくは熱間鍛造してもよい。

【００３６】当然、さらに緻密化を図るために、ＨＩＰ
処理を実施して緻密なターゲット焼結体を製造すること
も可能である。また、ホットプレス処理もしくはＨＩＰ
処理を実施した後に、水素焼結を施し、その後に熱間鍛
造または熱間圧延を実施してもよい。また、ＣＩＰ処理
後に直接ＨＩＰ処理を実施しても構わない。

【００３７】このようにして得られたターゲット材料を
機械加工し所定のターゲット形状に加工する。このよう
にして得られたターゲット材料をＣｕやＡｌ、もしくは
それらの合金からなるバッキングプレートと一体に接合
することにより、取扱い性が良好なスパッタリングター
ゲットが得られる。

【００３８】上記バッキングプレートとの接合法として
は、半田などのろう材を使用したソルダー接合法（ろう
付け接合法）や拡散接合法などが適用される。ろう付け
接合は、公知のＩｎ系やＳｎ系の接合材（ろう材）を使
用して実施する。また拡散接合時の加熱温度は、６００
℃以下とする。これは、Ａｌの融点が６６０℃であるた
めである。

【００３９】特に、熱伝導率が高いＣｕやＡｌ、もしく
はそれらの合金からなるバッキングプレートとターゲッ
トを一体に接合することにより、スパッタリング時にお
けるターゲットの発熱を、バッキングプレートを介して
効率的に系外に放出することが可能となる。さらに、冷
却水の流路を一体に形成したバッキングプレートをター
ゲットに一体に接合し、冷却水を流通させることによ
り、ターゲットの冷却効果をより増進させることができ
る。

【００４０】上記構成に係るタングステンスパッタリン
グターゲットによれば、ターゲットの相対密度が９９％
以上であり、かつビッカース硬度が３３０Ｈｖ以上であ
り、かつターゲット全体のビッカース硬度のばらつきが
３０％以下とし、緻密で硬度のばらつきが少ないスパッ
タリングターゲットとしているため、大口径のウェハー
上にスパッタリングにより薄膜を形成した場合において
も、比抵抗の面内均一性が３％以下となるような均一な
薄膜を形成することが可能になる。したがって、ウェハ
ーサイズの大型化により、半導体装置の製造歩留りを大
幅に改善することが可能になり、製品コストの顕著な低
減が実現する。

【００４１】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態について以
下の具体的な実施例、比較例およびその評価結果に基づ
いて説明する。

【００４２】実施例１〜４および比較例１〜７まず、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒなどの不純物元素の合計含有量
が０．０１質量％で純度が９９．９９質量％（４Ｎ）で
あり、表１に示すように粒度分布範囲がそれぞれ１０μ
ｍ以下、２０μｍ以下、３０μｍ以下、５０μｍ以下、
１００μｍ以下の粒子で構成される高純度Ｗ粉末を用意
した。

【００４３】この各々の高純度Ｗ粉末をカーボン型内に
充填してホットプレス装置にセットし、まず、１Ｐａ以
下の真空雰囲気中にて表１に示す各温度に加熱して１０
時間保持する脱ガス処理を実施して不純物元素量を低減
した。次いで、同様の真空雰囲気中で成形体に表１に示
す各圧力を加えつつ、昇温速度２℃／ｍｉｎで加熱し、
表１に示す各温度で１０時間保持した後、表１に示す各
最高焼結温度で１５時間保持して緻密化焼結を実施し
て、それぞれのターゲット材料としてのＷ焼結体を作製
した。焼結後の冷却は雰囲気をＡｒで置換し、かつ１０
℃／ｍｉｎの冷却速度で実施した。

【００４４】このようにして作製したＷ焼結体を所望の
ターゲット寸法（直径Φ３００×厚さ５ｍｍ）に機械加
工してスパッタリングターゲットＴとし、さらに図２に
示すように、このターゲットＴをＣｕ製バッキングプレ
ートＢにろう付け接合することによって、実施例１〜４
および比較例１〜７に係る１１種類のＷスパッタリング
ターゲットを調製した。

【００４５】このように調製した各スパッタリングター
ゲットの相対密度を、前記アルキメデス法によって解析
した。また各ターゲットのビッカース硬度及びそのばら
つきは、前記手法によりビッカース硬度測定器（島津製
作所製：ＨＭＶ−２０００）を使用して測定した。

【００４６】このようにして作製した各Ｗスパッタリン
グターゲットをそれぞれ用いて、スパッター方式：マグ
ネトロンスパッター、背圧：１×１０^−５（Ｐａ）、出
力ＤＣ：２（ｋＷ）、Ａｒ：０．５Ｐａ、スパッター時
間：５（ｍｉｎ）の条件下で、８インチのＳｉウェハー
基板上にＷ膜を成膜した。

【００４７】こうしてＳｉウェハー基板上に形成された
各Ｗ膜の比抵抗の均一性を下記のようにして測定した。
すなわち、ウェハー基板の直径に沿って端部から５ｍｍ
間隔で測定点を設定し、各測定点におけるＷ膜の膜厚及
びシート抵抗から、比抵抗を算出し、その最大値および
最小値を次の（３）式に代入して求めた値を各Ｗ膜の比
抵抗の均一性とした。

【００４８】

【数３】

【００４９】これらの測定算出結果を下記表１に示す。

【００５０】

【表１】

【００５１】上記表１に示す結果から明らかなように、
ターゲットの相対密度が９９％以上であり、かつビッカ
ース硬度が３３０ＨＶ以上であり、かつターゲット全体
のビッカース硬度のばらつきが、３０％以下である各実
施例に係るスパッタリングターゲットを使用して形成し
たＷ膜は、いずれも比抵抗の均一性が３％以下となり、
大口径のウェハー基板上に成膜した場合においても、優
れた面内均一性を実現できることが判明した。

【００５２】実施例５〜８および比較例８〜１３実施例１と同様に、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒなどの不純物元素
の合計含有量が０．０１質量％で純度が９９．９９質量
％（４Ｎ）であり、表２に示すように粒度分布範囲がそ
れぞれ１０μｍ以下、２０μｍ以下、３０μｍ以下、５
０μｍ以下、１００μｍ以下の粒子で構成される高純度
Ｗ粉末を用意した。

【００５３】この各高純度Ｗ粉末を１００ＭＰａの加圧
力にてＣＩＰ成形して、得られた成形体に対して引き続
き、表２に示す各温度および各圧力の条件でＨＩＰ処理
を実施し、表２に示す相対密度の焼結体を得た。その
後、焼結体を水素雰囲気中で１０ｈｒ保持した後、さら
に水素雰囲気中において表２に示す各温度で熱間圧延を
実施して、ターゲット材料としての各焼結体を得た。こ
のようにして作製したＷ焼結体を所望のターゲット寸法
（直径Φ３００×厚さ５ｍｍ）に機械加工し、さらにＣ
ｕ製バッキングプレートに一体的にろう付け接合するこ
とによって、それぞれ実施例５〜８および比較例８〜１
３に係る１０種類のＷスパッタリングターゲットを調製
した。

【００５４】このようにして作製した各Ｗスパッタリン
グターゲットをそれぞれ用いて、スパッター方式：マグ
ネトロンスパッター、背圧：１×１０^−５（Ｐａ）、出
力ＤＣ：２（ｋＷ）、Ａｒ：０．５Ｐａ、スパッター時
間：５（ｍｉｎ）の条件下で、８インチのＳｉウェハー
基板上にＷ膜を成膜した。

【００５５】こうしてＳｉウェハー基板上に形成された
各Ｗ膜の比抵抗の均一性を実施例１と同様に測定すると
ともに、ターゲットの相対密度、ビッカース硬度（Ｈ
ｖ）およびそのばらつきを同様に測定した。これらの測
定算出結果を下記表２に示す。

【００５６】

【表２】

【００５７】上記表２に示す結果から明らかなように、
ターゲットの相対密度が９９％以上であり、かつビッカ
ース硬度が３３０Ｈｖ以上であり、かつターゲット全体
のビッカース硬度のばらつきが、３０％以下である各実
施例に係るスパッタリングターゲットを使用して形成し
たＷ膜は、いずれも比抵抗の均一性が３％以下となり、
大口径のウェハー基板上に成膜した場合においても、優
れた面内均一性を実現できることが判明した。

【００５８】

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係るタングス
テンスパッタリングターゲットによれば、ターゲットの
相対密度が９９％以上であり、かつビッカース硬度が３
３０Ｈｖ以上であり、かつターゲット全体のビッカース
硬度のばらつきが３０％以下とし、緻密で硬度のばらつ
きが少ないスパッタリングターゲットとしているため、
大口径のウェハー基板上にスパッタリングにより薄膜を
形成した場合においても、比抵抗の面内均一性が３％以
下となるような均一な薄膜を形成することが可能にな
る。したがって、ウェハーサイズの大型化により、半導
体装置の製造歩留りを大幅に改善することが可能にな
り、製品コストの顕著な低減が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るタングステンスパッタリングター
ゲットおよびそのターゲットを使用して形成したタング
ステン膜の特性を測定するための試料片の採取位置およ
び測定位置を示す平面図。

【図２】バッキングプレートと一体に接合した本発明に
係るタングステンスパッタリングターゲットの一実施例
を示す断面図。

【符号の説明】

１〜１７試料片の採取位置および測定位置ＴタングステンスパッタリングターゲットＢバッキングプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木幸伸神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者藤岡直美神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者石上隆神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者高阪泰郎神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者小松透神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内Ｆターム(参考） 4K029 AA02 BA23 BD02 DC03 DC21 DC22 DC24 4M104 BB18 DD40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターゲットの相対密度が９９％以上であ
り、かつビッカース硬度が３３０Ｈｖ以上であり、かつ
ターゲット全体のビッカース硬度のばらつきが３０％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】前記ターゲットに含有される不純物とし
てのＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｎａ，Ｋ，Ｕおよ
びＴｈの合計含有量が０．０１質量％未満であることを
特徴とする請求項１記載のタングステンスパッタリング
ターゲット。
【請求項３】前記ターゲットを構成するタングステン
の純度が９９．９９％以上であることを特徴とする請求
項１記載のタングステンスパッタリングターゲット。
【請求項４】前記ターゲットが、Ｃｕ，Ａｌ、または
それらの合金からなるバッキングプレートと一体に接合
されていることを特徴とする請求項１記載のタングステ
ンスパッタリングターゲット。
【請求項５】前記ターゲットが拡散接合またはソルダ
ー接合によって前記バッキングプレートと一体に接合さ
れていることを特徴とする請求項４記載のタングステン
スパッタリングターゲット。