DE3854609T3

DE3854609T3 - Zerstäubungstarget.

Info

Publication number: DE3854609T3
Application number: DE3854609T
Authority: DE
Inventors: Yoshiharu C/O Kabushiki Kaisha Toshiba Fukusawa; Hideo C/O Kabushiki Kaisha Toshiba Ishihara; Mituo C/O Kabushiki Kaisha Toshiba Kawai; Takashi C/O Kabushiki Kaisha Toshib Yamanobe
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Materials Co Ltd
Priority date: 1987-03-06
Filing date: 1988-03-03
Publication date: 2000-11-23
Anticipated expiration: 2008-03-04
Also published as: EP0281141B2; EP0281141A1; JPH0371510B2; US4842706A; DE3854609T2; EP0281141B1; KR910007947B1; DE3854609D1; JPS63216966A; KR880011363A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zerstäubungstargets zum Einsatz bei der Ausbildung leitfähiger Dünnschichten auf Halbleiterelementen, wie LSI- Chips und ähnlichen, und insbesondere betrifft sie ein Verfahren zur Herstellung eines Zerstäubungstargets, durch das die Dicke der Dünnschichten gleichmäßig ausgebildet werden kann und durch das die Streuung des Flächenwiderstandes in den Dünnschichten auf ein Minimum beschränkt werden kann.
Bei der Herstellung von LSI-Gate-Elektroden vom MOS-Typ werden beispielsweise leitfähige Dünnschichten eines hochschmelzenden Metalles oder ähnlichem auf den Oberflächen des LSI-Chips gebildet. Als Mittel zur Ausbildung der Dünnschichten wird üblicherweise mit einem Zerstäubungsverfahren gearbeitet.
In diesem Falle wird ein geeignetes Zerstäubungstarget unter denen ausgewählt, die verschiedene Morphologien in Übereinstimmung mit der Art der zu bildenden Dünnschichten haben.
Wenn beispielsweise eine Dünnschicht mit einem einzelnen Metall gebildet wird, das durch ein Schmelzverfahren hergestellt wurde, wird als Zerstäubungstarget ein Einzelblock verwendet, der aus einem Metall besteht, das durch das Schmelzverfahren hergestellt wurde und das insgesamt eine fakultative Form hat wie eine Rundscheibe, eine rechteckige Platte oder ähnliches, oder ein kombinierter Block mit einer fakultativen Form wird verwendet, wie insgesamt einer Rundscheibe, einer rechteckigen Platte oder ähnlichem, und der eine Kombination von mehrfach keilförmigen Einheiten umfaßt, wobei diese aus dem oben genannten Metall bestehen.
Wenn weiterhin die Dünnschichten mit einer Legierung gebildet werden, wie einem Silicid, wird als Zerstäubungstarget ein Legierungsblock verwendet, der aus einer Legierung besteht, die durch das Schmelzverfahren hergestellt wurde und eine insgesamt fakultative Form hat, wie eine Rundscheibe, eine rechteckige Platte oder ähnliches, oder ein kombinierter Block ist, der eine insgesamt fakultative Form hat, wie eine Rundscheibe, eine rechteckige Platte oder ähnliches und der aus einer fakultativen Kombination von mehrfach keilförmigen oder quadratisch-stabförmigen Einzelblöcken besteht aus Metallen, die die Legierung bilden, die durch das Schmelzverfahren hergestellt wurde.
Eine wichtige Forderung hinsichtlich des Zerstäubungsverfahrens besteht darin, das die Dünnschichtbeständigkeit (Flächenbeständigkeit, Ω/ ) einer gebildeten Dünnschicht nicht über ein Standardniveau hinausgehen darf, und daß die Streuung der Flächenbeständigkeitswerte bei bestimmten Positionen auf der Oberfläche der gebildeten Dünnschicht sehr eng sein muß. Im übrigen kann die Flächenbeständigkeit gemäß dem Vier-Sonden- Verfahren gemessen werden.
Das Journal of Vacuum Science & Technology A, Bd. 3, Nr. 6 Nov.-Dez. 1985, Seiten 2152-2160 offenbart die Herstellung eines Zerstäubungstargets aus einer Ni-6At. % Au-Legierung, die wiederum durch Lichtbogenschmelzen und nachfolgendes Schwebeschmelzen in einem Induktionsofen hergestellt wurde. Das Material wird anschließend gewalzt, und es werden daraus rechteckige Probestücke geschnitten, die einen metallografischen Polieren und anschließend einem Lösungsglühen unterworfen werden. Die durchschnittliche Größe der Metallkörner in den erhaltenen Probestücken beträgt 38 um.
Die JP-A-61-116835 offenbart die Herstellung eines Zerstäubungstargets, das aus einer Legierung gebildet wird, die hochrein ist und ultrafeine Kristallkörner besitzt. Die Legierung enthält Si als wesentlichen Bestandteil zusammen mit wenigstens zwei Metallen, die ausgewählt sind unter Mo, W, Ti oder Ta. Das Si existiert innerhalb der Legierung als ein Silicat mit einem Korndurchmesser von 0,5 bis 1 mm.
Erzmetall 38, 1995, Nr. 3 offenbart die Herstellung von Zerstäubungstargets unter Verwendung pulvermetallurgischer Verfahren. Die Targets werden aus einem verdichteten Ausgangsmaterial geformt welches anschließend bei etwa 2.000ºC gesintert wird. Die resultierenden gesinterten Körper werden anschließend durch Verfahren wie Schmieden und Walzen umgeformt, gefolgt durch eine Hitzebehandlung unter Vakuum, um eine Korngröße von unter 2.000 Körner/mm² zu erhalten.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Zerstäubungstargets bereitzustellen, durch das dessen Flächenbeständigkeit leicht unter ein Standardniveau gesteuert werden kann und durch das Dünnschichten gebildet werden können, in denen die Streuung der an verschiedenen Positionen auf der Oberfläche gemessenen Werte der Flächenbeständigkeit eng ist.
Die Erfinder in der vorliegenden Patentanmeldung haben an dem Zerstäubungstarget selbst und an der Streuung der Flächenbeständigkeit mit der Absicht geforscht, das obige Ziel zu erreichen, und sie haben als Ergebnis die folgenden Tatsachen gefunden.
Diese Tatsachen bestehen darin, daß die Flächenbeständigkeitswerte einer gebildeten Dünnschicht mit der Dicke dieser Schicht variieren. In dem Falle, wo die Dicke der Dünnschicht an fakultativen Positionen davon unterschiedlich ist, gibt es eine natürliche Streuung der Flächenbeständigkeit der Dünnschicht.
Die Untersuchungen an dem Target haben die folgenden Tatsachen sichtbar gemacht.
Diese Tatsache besteht darin, daß, wenn eine Größen- und kristalline Orientierung der Kristallkörner eines Metalles oder einer Legierung, die das Target bilden, unterschiedlich sind, deren daraus zerstäubte Menge ebenso unterschiedlich ist; mit anderen Worten, daß die Dicke der Dünnschicht, die auf einem oberhalb des Target angeordneten Elementes gebildet wird, durch die Größe und die kristalline Orientierung der Kristallkörner des Metalles oder der Legierung, die das Target bilden, beeinflußt wird. Wenn allerdings das Metall oder die Legierung, die das Target bilden, aus Einkristallen besteht, ist die kristalline Orientierung des Target konstant, und daher wird die Dicke der gebildeten Dünnschicht dadurch überhaupt nicht beeinträchtigt.
Wenn daher das Target ein scheibenähnlicher oder ähnlich einer rechteckigen Platte gebildeter Einzelblock oder Legierungsblock ist, hergestellt durch ein Schmelzverfahren, und wenn die Kristallkörnchen des Metalles oder der Legierung, die den Block bilden, sich an bestimmten Positionen in dem Block in der Größe unterscheiden, sind die Zerstäubungsmengen aus den entsprechenden Positionen nicht gleichmäßig, und die Dicke der gebildeten Dünnschicht unterscheidet sich ebenso an bestimmten Positionen davon. Darüber hinaus differiert in dem Falle, wo das Target ein kombinierter Block ist, die Dicke der gebildeten Dünnschicht verschiedentlich bei bestimmten Positionen infolge des Einflusses der Streuung der Zerstäubungsmenge, die wiederum ihre Ursache in der unterschiedlichen Größe der Kristallkörner in jedem keilähnlichen oder stabähnlichen Block hat und weiterhin infolge der unterschiedlichen Zerstäubungsmengen zwischen den Blöcken.
Auf der Basis dieser Erkenntnisse haben die vorliegenden Erfinder intensiv die Beziehungen zwischen der Größe der Kristallkörner, die das Target bilden und der Streuung der Flächenwiderstandswerte untersucht, und als Ergebnis haben sie gefunden, daß je kleiner die Größe der Kristallkörner ist, desto enger die Streuung der Flächenwiderstandswerte ist, und vor allem wurde gefunden, daß das Target, bestehend aus einem Metall oder einer Legierung, in der die durchschnittliche Größe der Kristallkörner 1 mm oder weniger und mehr als 1 um beträgt, d. h. zwischen 1 um und 1 mm außerordentlich nützlich ist, und dadurch wurde das Target, hergestellt mit dieser Erfindung, entwickelt.
Das heißt, diese Erfindung stellt ein Verfahren zur Verfügung mit dem sich ein Zerstäubungsaggregat für einen Halbleiter nach Anspruch 1 herstellen läßt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 bis 3 sind perspektivische Ansichten, die die Formen der Zerstäubungstargets hergestellt mit dieser Erfindung in ihrer Gesamtheit erläutern.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Zu Beispielen der Metalle, die das Zerstäubungstarget hergestellt mit dieser Erfindung bilden, gehören Mo, W, Ta, Nb, Ti, Ni, V und Cr, und zu Beispielen der Legierungen gehören verschiedene Kombinationen von geeigneten dieser Metallen.
Das oben genannte Metall oder die Legierung wird hergestellt durch das unten aufgeführte Verfahren, so daß die durchschnittliche Größe von dessen Kristallkörnern zwischen 1 um und 100 um liegen kann. Wenn andererseits die durchschnittliche Größe der Kristallkörner weniger als 1 um beträgt, werden die Kristallkörner selbst zerstäubt, so daß die Streuung der Flächenbeständigkeit der gebildeten Dünnschicht in ähnlicher Weise verschlechtert wird.
Diese durchschnittliche Korngröße kann bestimmt werden, indem erstens die Anzahl der Kristallkörner in einem sichtbaren Feld eines Mikroskopes gezählt wird, dann die Berechnung der durchschnittlichen Fläche eines Kristallkorns erfolgt und ein durchschnittlicher Durchmesser eines Kristallkorns genommen wird. Die Anzahl (NA) der Kristallkörner pro Flächeneinheit kann auf folgende Weise gemessen werden:
Auf einer Mikroaufnahme mit der metallischen Struktur wird zuerst die Anzahl (NW) der Kristallkörner gezählt, die vollständig in einem bestimmten Kreis mit der Fläche A enthalten ist sowie die Anzahl (Ni) der Kristallkörner, die teilweise darin enthalten sind. In dem Falle ist es zweckmäßig, daß eine ausreichende Anzahl der Kristallkörner (z. B. 30 Körner oder mehr) in dem Kreis vorhanden ist. Anschließend kann die Gesamtanzahl (NT) der Kristallkörner durch die folgende Formel ermittelt werden:
NT = NW + ¹/&sub2;Ni
Daraus kann die Formel NA = NT/A abgeleitet werden. Anschließend kann die durchschnittliche Fläche pro einzelnes Kristallkorn berechnet werden nach A/NA. Der Durchmesser dieser durchschnittlichen Fläche ist der gewünschte durchschnittliche Korndurchmesser.
Das Target kann wie folgt hergestellt werden:
Zuerst wird ein ausgewähltes Metall oder eine Legierung gemäß einem Vakuumschmelzverfahren, wie einem EB (Elektronenstrahl)-Schmelzverfahren oder einem Lichtbogenschmelzverfahren geschmolzen. Anschließend wird die erhaltene Schmelze abgekühlt, um einen Schmelzbarren mit einer vorbestimmten Form zu bilden, und der Schmelzbarren wird geschmiedet und gewalzt. Danach wird er weiterhin zu einem Einzelblock verformt mit einer vorbestimmten Form, wie einer Scheibe, einer rechteckigen Platte, einem keilförmigen oder quadratischem Stab.
Die Größe der Kristallkörner des Kristalles oder der Legierung, die das Target bilden, können durch geeignete Auswahl des Bearbeitungsverhältnisses bei den Bearbeitungsstufen Schmieden und Walzen eingestellt werden. Zum Beispiel kann im Falle eines Mo-Targets bei einem Bearbeitungsverhältnis von 50% oder mehr in den Bearbeitungsstufen vom Schmelzbarren zum Einzelblock der gewünschte Korndurchmesser erreicht werden.
Die Kristallkörner im einzelnen Block werden in Längsrichtung des Schmelzbarrens durch das Schmieden und Walzen gestreckt, so daß die Körner eine faserförmige Struktur annehmen. Allerdings baut sich während der Bearbeitungsstufen Schmieden und Walzen eine innere Spannung in dem Schmelzbarren auf, und es werden rekristallisierte Körner durch eine nachfolgende Wärmebehandlung bei der Rekristallisationstemperatur oder darüber gebildet, wobei diese innere Spannung als Keim wirkt. Dementsprechend sind rekristallisierte Körner als feine Kristallkörner in dem Schmelzbarren vorhanden.
Als letzte Maßnahme wird der bearbeitete Einzelblock einer Wärmebehandlung bei seiner Rekristallisationstemperatur oder darüber unterworfen, um das gewünschte Target des Einzelblockes zu erhalten.
Der auf diese Weise hergestellte rechteckige, plattenähnliche Einzelblock oder scheibenähnliche Einzelblock, wie in Fig. 1 gezeigt, kann direkt in einer Zerstäubungsvorrichtung angeordnet werden. Im Falle von keilähnlichen oder stabähnlichen Einzelblöcken können diese in geeigneter Weise kombiniert werden, so daß ein scheibenähnlicher kombinierter Block, wie in Fig. 2 gezeigt, oder ein aus rechtwinkligen Stäben kombinierter Block, wie in Fig. 2 gezeigt, hergestellt wird. Anschließend kann der kombinierte Block in ähnlicher Weise in der Zerstäubungsvorrichtung befestigt werden.

Beispiel 1 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3

Ein Mo-Sinterkörper wurde mittels eines EB-Schmelzverfahrens geschmolzen, und die erhaltene Schmelze wurde aufgearbeitet, um vier Stücken von Mo-Schmelzbarren herzustellen. Anschließend wurden die entsprechenden Schmelzbarren einem Schmieden und Walzen in unterschiedlichen Bearbeitungsverhältnissen unterworfen, und es wurde eine Rekristallisations-Wärmebehandlung durchgeführt, um scheibenähnliche Targets mit unterschiedlicher durchschnittlicher Größe der Kristallkörner herzustellen. Die Bearbeitungsverhältnisse lagen bei etwa 90% in Beispiel 1, etwa 70% in Vergleichsbeispiel 1, etwa 45% in Vergleichsbeispiel 2 und etwa 30% in Vergleichsbeispiel 3.
Diese Targets wurden verwendet, und Mo-Dünnschichten mit einer Dicke von 300 nm (3000 Å) wurden auf Si-Plättchen gebildet, die einen Durchmesser von 13 cm (5 Zoll) hatten, wodurch 350 Platten LSI-Chips hergestellt wurden. Für alle die auf diese Weise gebildeten Dünnschichten wurde der Flächenwiderstand gemessen, und es wurde dessen Durchschnittswert ermittelt. Zusätzlich wurde die Ausbeute an LSI-Chips berechnet.
Weiterhin wurde aus einem Maximalwert, einem Minimalwert und dem Durchschnittswert des Flächenwiderstandes die Streuung des Flächenwiderstandes in jeder Dünnschicht nach der folgenden Formel berechnet:
Maximalwert - Minimalwert/Durchschnittswert · 100 (%)
Diese Ergebnisse sind zusammen in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1
Wie aus der obigen Erläuterung ersichtlich, kann das Zerstäubungstarget hergestellt mit dieser Erfindung die Streuung des Flächenwiderstandes der geformten Dünnschichten herabsetzen, so daß LSI-Chips in hoher Ausbeute hergestellt werden können. Es ist daher richtig zu sagen, daß das Zerstäubungstarget hergestellt mit dieser Erfindung eine große industrielle Bedeutung besitzen kann.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Zerstäubungstargets für einen Halbleiter, das wenigstens einen Block umfaßt, der aus einem einzelnen Metall oder einer Legierung besteht, in dem die durchschnittliche Größe der Kristallkörner 1 bis 100 um besteht, umfassend die Stufen:

Schmelzen des Metalles oder der Legierung durch Vakuumschmelzen;

Abkühlen der Schmelze zur Bildung eines Schmelzbarrens;

Schmieden, Walzen und Formen des Barrens, um ihn zu einem Target zu verformen; und

Unterwerfen des Targets einer Rekristallisations- Wärmebehandlung, um das Zerstäubungstarget zu erhalten, wobei das Metall wenigstens eines der Metalle Mo, W, Ta, Nb, Ti, V und Cr ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Vakuumschmelzverfahren ein EB (Elektronenstrahl)- Schmelzverfahren ist.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1, worin die Legierung ein Silicid aus wenigstens einem Metall ist, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Mo, W, Ta, Nb, Ti, V und Cr besteht.

4. Verfahren zur Bildung einer Dünnschicht als Teil eines LSI-Chips, gekennzeichnet durch die Stufen der Herstellung eines Zerstäubungstargets nach den Ansprüchen 1 bis 3, und der Abscheidung einer Dünnschicht durch Zerstäubung des Zerstäubungstargets.