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JPH1088334A - Target for magnetron sputtering - Google Patents

Target for magnetron sputtering

Info

Publication number
JPH1088334A
JPH1088334A JP24627396A JP24627396A JPH1088334A JP H1088334 A JPH1088334 A JP H1088334A JP 24627396 A JP24627396 A JP 24627396A JP 24627396 A JP24627396 A JP 24627396A JP H1088334 A JPH1088334 A JP H1088334A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
target
sputtering
titanium
magnetron sputtering
intensity ratio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP24627396A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Minoru Fujita
稔 冨士田
Hiroshi Hisamoto
寛 久本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Chemical Co Ltd filed Critical Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority to JP24627396A priority Critical patent/JPH1088334A/en
Publication of JPH1088334A publication Critical patent/JPH1088334A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボトムカバレッジ効果に優れるチタンからな
るマグネトロンスパッタリング用ターゲットを提供す
る。 【解決手段】 チタン材を圧延や熱処理等により結晶方
位を調整し、材の表面の(103)面と(002)面の
強度比〔(103)/(002)〕を4以上としたチタ
ン材を用いてターゲットを構成する。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To provide a magnetron sputtering target made of titanium which is excellent in a bottom coverage effect. SOLUTION: A titanium material in which the crystal orientation is adjusted by rolling, heat treatment, or the like, and the strength ratio ((103) / (002)) between the (103) plane and the (002) plane of the titanium material is 4 or more. A target is configured using.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はマグネトロンスパッ
タリング用ターゲットに関する。詳しくはウェハー等サ
ブストレートへ付着する薄膜のステップカバレッジ、就
中ボトムカバレッジを向上させたチタンからなるマグネ
トロンスパッタリング用ターゲットに関する。
The present invention relates to a magnetron sputtering target. More particularly, the present invention relates to a step coverage of a thin film adhered to a substrate such as a wafer, and more particularly to a magnetron sputtering target made of titanium having improved bottom coverage.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、物理的薄膜形成法であるスパッタ
リング法は、半導体の配線材や磁気記憶媒体の磁性薄膜
等多くの分野で利用されている。この一種として半導体
デバイスの信頼性や電気特性の確保を目的として、コン
タクトホールやスルーホール内部にTiやTiNを成膜
するためにチタンターゲットが使用されている。例えば
導電用金属Al膜と半導体Si基板の間に厚さ1000
Å程度のバリア層TiN膜をスパッタ法で堆積して、金
属Al膜と半導体Si基板との相互拡散を防止する用途
等に用いられている。
2. Description of the Related Art In recent years, a sputtering method as a physical thin film forming method has been used in many fields such as wiring materials for semiconductors and magnetic thin films for magnetic storage media. As one type, a titanium target is used to form Ti or TiN inside contact holes and through holes for the purpose of ensuring the reliability and electrical characteristics of a semiconductor device. For example, a thickness of 1000 between a conductive metal Al film and a semiconductor Si substrate.
A barrier layer TiN film of about Å is deposited by a sputtering method to prevent mutual diffusion between a metal Al film and a semiconductor Si substrate.

【0003】しかしながら、かかる半導体分野に於いて
はデバイスの微細化,高集積化が進むにつれて、コンタ
クトホールやスルーホールのアスペクト比が増大し、従
来のスパッタリング技術では十分なステップカバレッジ
が得られなくなった。
However, in the field of semiconductors, as device miniaturization and integration increase, the aspect ratio of contact holes and through holes increases, and sufficient step coverage cannot be obtained by conventional sputtering techniques. .

【0004】ステップカバレッジの改善を目的として、
スパッタリング装置については、ウェハーに対してほぼ
垂直に入射するスパッタ粒子のみをウェハーに到達させ
るために、コリメートスパッタプロセスや遠隔スパッタ
プロセスが開発されている。該スパッタ法は溶融金属の
蒸発による蒸着法とは異なり、ターゲットの表面及び内
部の結晶構造がターゲットからの原子の放出特性に大き
な影響を与えることが知られている。例えば、銀、銅の
単結晶を用いたウェナー(Wehner)の実験によれ
ば、結晶構造の最密方向である(110)方向にターゲ
ットからの原子の放出密度が高く、ウェハー上にスポッ
ト状の分布が得られることが記載されている〔フィッジ
カルレビュー(Phys.Rev)102号,699頁
〜(1956)〕。
For the purpose of improving step coverage,
As for the sputtering apparatus, a collimated sputtering process and a remote sputtering process have been developed in order to allow only sputtered particles that are incident almost perpendicularly to the wafer to reach the wafer. It is known that the sputtering method differs from the vapor deposition method by evaporating the molten metal, and the crystal structure on the surface and inside of the target greatly affects the emission characteristics of atoms from the target. For example, according to a Wehner experiment using a single crystal of silver or copper, the emission density of atoms from a target is high in the (110) direction, which is the closest density direction of the crystal structure, and a spot-like shape is formed on a wafer. It is described that a distribution can be obtained [Physical Review (Phys. Rev.) 102, p. 699 to (1956)].

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】コリメートスパッタプ
ロセスや遠隔スパッタプロセスの開発により、ステップ
カバレッジが改善されているが、カバレッジ改善効果、
就中、ボトムカバレッジの改善効果をより高めるために
は放出される原子の垂直成分が多いターゲットの開発が
望まれていた。本発明の目的は、チタンターゲット表面
の結晶方位とボトムカバレッジの関係を解明し、カバレ
ッジ改善を高めた、半導体デバイスの信頼性や電気特性
の確保に優れた薄膜を形成するためのマグネトロンスパ
ッタリングターゲットを提供することにある。
The step coverage has been improved by the development of the collimated sputtering process and the remote sputtering process.
In particular, in order to further improve the bottom coverage improvement effect, it has been desired to develop a target having a large vertical component of the emitted atoms. An object of the present invention is to clarify the relationship between the crystal orientation of the titanium target surface and the bottom coverage, improve the coverage, and provide a magnetron sputtering target for forming a thin film excellent in ensuring the reliability and electrical characteristics of a semiconductor device. To provide.

【0006】かかる事情に鑑み、チタンの表面の結晶方
位がスパッタリングによる原子放出に与える影響につい
て鋭意検討を重ねた結果、ターゲット表面に於ける(1
03)面と(002)面のX線回折法による強度比(1
03)/(002)が4以上の場合、ボトムカバレッジ
が向上することを見出し、本発明を完成するに至った。
In view of such circumstances, as a result of intensive studies on the influence of the crystal orientation of the titanium surface on the emission of atoms by sputtering, as a result, (1)
The intensity ratio of the (03) plane and the (002) plane by the X-ray diffraction method (1
When 03) / (002) was 4 or more, it was found that the bottom coverage was improved, and the present invention was completed.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明はチタ
ンからなるマグネトロンスパッタリング用ターゲットに
おいて、スパッタリング表面の(103)面と(00
2)面の強度比〔(103)/(002)〕が4以上で
あるマグネトロンスパッタリング用ターゲットを提供す
るものである。
That is, the present invention relates to a magnetron sputtering target made of titanium, wherein the (103) face of the sputtering surface and the (00) face are formed.
2) A magnetron sputtering target having a plane intensity ratio [(103) / (002)] of 4 or more.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、本発明を更に詳細に説明す
る。本発明に於いてターゲット素材として用いるチタン
は純度が99.995%以上の高純度チタンが用いられ
る。しかして本発明のターゲットは、スパッタリングに
供する表面の(103)面と(002)面の強度比
〔(103)/(002)〕が、約4以上、好ましくは
約10以上の品質を有することを特徴とする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below in more detail. As the titanium used as the target material in the present invention, high-purity titanium having a purity of 99.995% or more is used. Therefore, the target of the present invention has a quality in which the intensity ratio [(103) / (002)] between the (103) plane and the (002) plane of the surface to be subjected to sputtering is about 4 or more, preferably about 10 or more. It is characterized by.

【0009】このような結晶方位を有するターゲット材
は、使用する素材により一義的ではないが、原料として
使用する素材を特定すれば、圧延等の塑性加工条件や熱
処理条件を選定することにより、容易に素材表面の結晶
方位をコントロールし、強度比を調整することができ
る。
The target material having such a crystal orientation is not unique depending on the material to be used, but if the material to be used as a raw material is specified, it can be easily determined by selecting plastic working conditions such as rolling and heat treatment conditions. By controlling the crystal orientation of the material surface, the intensity ratio can be adjusted.

【0010】より具体的には高純度チタンのインゴット
を圧延等の塑性加工により圧下率70%〜90%、より
好ましくは80%〜90%に圧下して、約400℃〜約
650℃で約1時間、好ましくは約550℃〜約600
℃で約1時間熱処理を行うことにより得ることができ
る。塑性加工量(圧下率)は多いほど好ましいが、多す
ぎると加工時間が長くなり生産性が低下する。また、熱
処理温度も高いほど好ましいが、高すぎると結晶粒の異
常成長を招き、粗大結晶粒となるため、スパッタリング
時に膜厚分布の不均一性が生じる。
More specifically, a high-purity titanium ingot is reduced to a rolling reduction of 70% to 90%, more preferably 80% to 90% by plastic working such as rolling. 1 hour, preferably from about 550 ° C. to about 600
It can be obtained by performing heat treatment at about 1 hour. The larger the amount of plastic working (reduction), the better, but if too large, the working time will be long and the productivity will be reduced. The heat treatment temperature is preferably as high as possible. However, if the heat treatment temperature is too high, abnormal growth of crystal grains is caused, and coarse crystal grains are formed.

【0011】通常本発明のターゲット材としての平均結
晶粒径は約500μm以下、このましくは約50μm以
下で用いられる。上記加工条件を採用することにより、
ターゲット構成時の該ターゲット表面の(103)/
(002)面の強度比が約4以上で、平均結晶粒径は約
500μm以下の、上記範囲を満足するものを得ること
ができる。
Usually, the average grain size of the target material of the present invention is about 500 μm or less, preferably about 50 μm or less. By adopting the above processing conditions,
(103) /
A (002) plane having an intensity ratio of about 4 or more and an average crystal grain size of about 500 μm or less, satisfying the above range can be obtained.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れに限定されるものでない。なお、本発明に於いて(1
03)/(002)面の強度比、およびボトムカバレッ
ジは以下の方法により測定した。
The present invention will now be described by way of examples, which should not be construed as limiting the invention. In the present invention, (1)
The intensity ratio of the 03) / (002) plane and the bottom coverage were measured by the following methods.

【0013】結晶方位の強度比:測定すべき面を旋盤等
により切削し、その表層部にある切削加工による極く薄
い変形領域をエッチング処理により取り除いた後、X線
回折装置により各結晶方位に対応する回折線の強度を測
定し、得られた 回折線の測定強度をASTM 5−0
682に記載されている各結晶方位の相対強度比に基づ
く補正をおこない補正強度値を得、この値を用いて強度
比を算出した。
[0013] Intensity ratio of crystal orientation: The surface to be measured is cut by a lathe or the like, and an extremely thin deformed region in the surface layer by cutting is removed by etching treatment. The intensity of the corresponding diffraction line was measured, and the measured intensity of the obtained diffraction line was determined according to ASTM 5-0.
A corrected intensity value was obtained by performing a correction based on the relative intensity ratio of each crystal orientation described in 682, and the intensity ratio was calculated using this value.

【0014】ボトムカバレッジ:ホール入口近くの膜厚
とホール底部中央の膜厚をSEM写真から測定し、次式
より計算で求めた。 〔(ホールの底部の膜厚)/(ホールの入口近くの膜
厚)〕×100(%)
Bottom coverage: The film thickness near the hole entrance and the film thickness at the center of the hole bottom were measured from an SEM photograph, and calculated by the following equation. [(Film thickness at bottom of hole) / (film thickness near entrance of hole)] × 100 (%)

【0015】実施例1 純度99.995%の高純度チタン素材を圧下率80%
で圧延加工し、これを590℃大気下で熱処理した後、
直径約300mm、厚み6.35mmに加工し平板状ス
パッタリングターゲットを得た。このターゲット材の結
晶方位強度比を測定した。その結果を表1に示す。
Example 1 A high-purity titanium material having a purity of 99.995% was reduced to a rolling reduction of 80%.
After rolling at 590 ° C in air,
It was processed into a diameter of about 300 mm and a thickness of 6.35 mm to obtain a flat sputtering target. The crystal orientation intensity ratio of this target material was measured. Table 1 shows the results.

【0016】[0016]

【表1】 [Table 1]

【0017】次いで、このようにして得られたターゲッ
トを用い、アスペクト比1のコリメータを使用してアス
ペクト比2のホールにスパッタリングによる成膜を行
い、該ホールの断面のSEM写真よりボトムカバレッジ
を測定した。その結果、ボトムカバレッジは24.0%
であった。
Next, using the target obtained in this manner, a hole having an aspect ratio of 2 is formed by sputtering using a collimator having an aspect ratio of 1, and the bottom coverage is measured from an SEM photograph of a cross section of the hole. did. As a result, bottom coverage is 24.0%
Met.

【0018】実施例2 純度99.995%の高純度チタン素材を圧下率70%
で圧延加工し、これを600℃大気下で熱処理した後、
直径約300mm、厚み6.35mmに加工し平板状ス
パッタリングターゲットを得た。このターゲット材の結
晶方位強度比を測定した。その結果を表2に示す。
Example 2 A high-purity titanium material having a purity of 99.995% was reduced to a rolling reduction of 70%.
After rolling at 600 ° C. in the atmosphere,
It was processed into a diameter of about 300 mm and a thickness of 6.35 mm to obtain a flat sputtering target. The crystal orientation intensity ratio of this target material was measured. Table 2 shows the results.

【0019】[0019]

【表2】 [Table 2]

【0020】次いで、このようにして得られたターゲッ
トを用い、ターゲットとウェハーの距離が270mmの
低圧遠隔スパッタ法によりアスペクト比2のホールに成
膜を行い、該ホールの断面のSEM写真よりボトムカバ
レッジを測定した。その結果ボトムカバレッジは51.
2%であった。
Next, using the thus obtained target, a film was formed in a hole having an aspect ratio of 2 by a low-pressure remote sputtering method in which the distance between the target and the wafer was 270 mm, and bottom coverage was obtained from a SEM photograph of a cross section of the hole. Was measured. As a result, the bottom coverage is 51.
2%.

【0021】比較例1 純度99.995%の高純度チタン素材を圧下率50%
で圧延加工し、これを550℃大気下で熱処理した後、
直径約300mm、厚み6.35mmに加工し平板状ス
パッタリングターゲットを得た。このターゲット材の結
晶方位強度比を測定した。その結果を表3に示す。
Comparative Example 1 A high-purity titanium material having a purity of 99.995% was reduced to a rolling reduction of 50%.
After rolling at 550 ° C in air,
It was processed into a diameter of about 300 mm and a thickness of 6.35 mm to obtain a flat sputtering target. The crystal orientation intensity ratio of this target material was measured. Table 3 shows the results.

【0022】[0022]

【表3】 [Table 3]

【0023】次いで、このようにして得られたターゲッ
トを用い、実施例1と同様の方法を用いて成膜を行い、
該ホールの断面のSEM写真よりボトムカバレッジを測
定した。その結果ボトムカバレッジは19.8%であっ
た。
Next, using the target thus obtained, a film is formed in the same manner as in Example 1,
Bottom coverage was measured from a SEM photograph of a cross section of the hole. As a result, the bottom coverage was 19.8%.

【0024】比較例2 純度99.995%の高純度チタン素材を圧下率50%
で圧延加工し、これを540℃大気下で熱処理した後、
直径約300mm、厚み6.35mmに加工し平板状ス
パッタリングターゲットを得た。このターゲット材の結
晶方位強度比を測定した。その結果を表4に示す。
Comparative Example 2 A high-purity titanium material having a purity of 99.995% was reduced to a rolling reduction of 50%.
After rolling at 540 ° C in air,
It was processed into a diameter of about 300 mm and a thickness of 6.35 mm to obtain a flat sputtering target. The crystal orientation intensity ratio of this target material was measured. Table 4 shows the results.

【0025】[0025]

【表4】 [Table 4]

【0026】次いで、このようにして得られたターゲッ
トを用い、実施例2と同様の方法を用いて成膜を行い、
該ホールの断面のSEM写真よりボトムカバレッジを測
定した。その結果ボトムカバレッジは44.5%であっ
た。
Next, using the target thus obtained, a film is formed by the same method as in the second embodiment.
Bottom coverage was measured from a SEM photograph of a cross section of the hole. As a result, the bottom coverage was 44.5%.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上、詳述した如く、本発明に於いては
チタンよりなるマグネトロンスパッタリングターゲット
として、該ターゲット材表面の(103)および(00
2)の結晶方位強度比が特定値以上のものを用いるのみ
で、かかるターゲットを用いたスパッタ法に於いて得ら
れる薄膜は、ウェハー上のボトムカバレッジを改善し、
半導体デバイスの信頼性や電気特性の確保を可能ならし
めるもので、その工業的価値は頗る大である。
As described in detail above, in the present invention, as the magnetron sputtering target made of titanium, (103) and (00) on the surface of the target material are used.
The thin film obtained by sputtering using such a target only has a crystal orientation intensity ratio of 2) or more which is equal to or more than a specific value, and improves the bottom coverage on the wafer,
It enables the reliability and electrical characteristics of a semiconductor device to be ensured, and its industrial value is extremely large.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チタンからなるマグネトロンスパッタリ
ング用ターゲットにおいて、その表面の(103)面と
(002)面の強度比〔(103)/(002)〕が4
以上であるマグネトロンスパッタリング用ターゲット。
In a magnetron sputtering target made of titanium, the intensity ratio ((103) / (002)) between the (103) plane and the (002) plane is 4
The above is a target for magnetron sputtering.
JP24627396A 1996-09-18 1996-09-18 Target for magnetron sputtering Pending JPH1088334A (en)

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JP24627396A JPH1088334A (en) 1996-09-18 1996-09-18 Target for magnetron sputtering

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