DE69117868T2

DE69117868T2 - Zerstäubungstarget und dessen herstellung

Info

Publication number: DE69117868T2
Application number: DE69117868T
Authority: DE
Inventors: Mituo Kawai; Tooru Komatu; Michio Satou; Hiromi Shizu; Noriaki Yagi; Takasi Yamanobe
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-05-15
Filing date: 1991-05-15
Publication date: 1996-07-25
Anticipated expiration: 2011-05-16
Also published as: EP0483375A1; DE69117868D1; US5508000A; EP0483375B1; EP0483375A4; US5612571A; WO1991018125A1; US5409517A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sputter-Target und ein Verfahren zur Herstellung des Sputter-Targets. Noch spezieller betrifft die vorliegende Erfindung ein Sputter-Target von hoher Dichte und hoher Qualität, das für die Verwendung zur Herstellung von Dünnfilmen in Form von Elektroden und Verdrahtungs-Bauteilen von Halbleiter-Vorrichtungen angepaßt ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Art eines Sputter- Targets.
Sputter-Verfahren wurden bisher bei der Ausbildung von Elektroden oder Verdrahtungen von Halbleiter-Vorrichtungen eingesetzt. Da das Verfahren für eine Massenproduktion vorteilhaft ist und die Sicherheit des durch das Verfahren hergestellten Films sicherzustellen war, wurde das Verfahren so angewendet, daß Argon-Ionen dazu gebracht wurden, auf ein Target aus einem Silicid eines hochschmelzenden Metalls aufzutreffen und dort das Metall freizusetzen und dieses auf einem dem Target gegenüberliegend angeordneten Substrat in Form eines dünnen Films abzuscheiden. Es ist daher offensichtlich, daß die Eigenschaften des durch den Sputter-Vorgang gebildeten Silicid-Films im wesentlichen von den Eigenschaften des Targets abhängen.
Jedoch war im Zuge der Erhöhung des Integrationsgrades und der Miniaturisierung der integrierten Halbleiter-Elemente eine Reduktion der Größe der Teilchen (winzige Körner), die aus dem Sputter-Target gebildet werden, bei der Herstellung eines Dünnfilms aus einem Silicid eines hochschmelzenden Metalls in hohem Maße verlangt. Der Grund hierfür liegt darin, daß die winzigen Teilchen einer Größe von etwa 0,2 bis 10 µm, die aus dem Target während des Sputter-Schritts gebildet werden, in dem abgeschiedenen Dünnfilm gemischt werden und dann Mängel oder Unterbrechungen der Verdrahtung hervorrufen, wenn die Halbleiter-Vorrichtung praktisch in einem Schaltkreis eingesetzt wird. Hierdurch wird die Produktionsausbeute für das Target verringert.
Herkömmlicherweise wurden verschiedene Verfahren zur Herstellung von Targets vorgeschlagen, die eine hohe Dichte aufweisen und deren Struktur kompakt und feinteilig gemacht wurde, so daß die Zahl der aus dem Target gebildeten Teilchen reduziert ist.
So offenbart beispielsweise das japanische offengelegte Patent Nr. 179,534/1986 ein Verfahren, in dem geschmolzenes Si als Imprägnierung in ein halbgesintertes Rohmaterial eingebracht wird, das aus einer hochschmelzenden Metall-Komponente (M) und einer Si- Komponente besteht. Gemäß diesem Verfahren wird eine Struktur erhalten, die sphärisches bzw. kreisförmiges oder oval geformtes MSi&sub2; mit einem Korndurchmesser von 5 bis 500 µm aufweist, das in kontinuierlichen Matrizes aus Si dispergiert ist. Die Menge an darin enthaltenen Verunreinigungen wie beispielsweise Kohlenstoff und Sauerstoff wird bei einem Wert unterhalb von 50 ppm gehalten.
Andererseits offenbart das japanische offengelegte Patent Nr.219,580/1988 eine Verfahrensweise, bei der eine Mischung, die aus einem hochschmelzenden Metall (M) und Si hergestellt wurde, einer Silicid-Reaktion im Hochvakuum unterworfen wird, wodurch eine semigesinterte bzw. halbgesinterte Substanz gebildet wird. Diese Substanz wird danach einem heißisostatischen Preßsinter-Schritt unterworfen und so eine hohe Dichte des Targets erhalten. In diesem Fall wird eine kompakte Struktur mit einer maximalen Korngröße des MSi&sub2;, die unter 20 µm gehalten wird, und einer maximalen Korngröße von freiem Si, die unter 50 µm gehalten wird, erhalten. Dieses Target hat eine Mischstruktur aus winzigen MSi&sub2;-Körnern und freien Si-Körnern, die miteinander dispergiert sind, und die darin enthaltene Sauerstoff-Menge wird auf einen Wert unter 200 ppm festgesetzt. Da der Sauerstoff-Gehalt des Targets so auf einen niedrigen Wert gedrückt wird, kann der Schichtwiderstand des resultierenden Dünnfilms bei einem niedrigen Wert gehalten werden.
Das Dokument DE-A 38 07 579 offenbart ein Sputter-Target, das eine Siliciummetall- Verbindung mit einem hohen Schmelzpunkt umfaßt, worin die Struktur aus stöchiometrisch zusammengesetzten Körnern von MSi&sub2; besteht, die eine Maximal-Korngröße von µm aufweisen (M ist darin ein Metall mit einem hohem Schmelzpunkt). Die relativ großen MSi&sub2;-Körner sind in der Struktur dispergiert und sind von Si-Körnern umgeben, so daß die MSi&sub2;-Körner wenigstens teilweise einzeln und unabhängig voneinander in der Struktur existieren. Wenn folglich ein Target, das aus einem solchen Material hergestellt ist, verwendet wird, besteht eine gewisse Wahrscheinlichkeit, daß Teilchen aus dem Target herausfallen. Eine derartige Produktion von Teilchen ist bei Gebrauch des Targets unerwünscht. In dem in diesem Dokument offenbarten Target-Material existieren auch grobe Aggregate von MSi&sub2; und grobe Abscheidungen der Si-Phase. Daher können im wesentlichen feine oder winzige Substrukturen in Übereinstimmung mit dem genannten Dokument nicht erhalten werden. Dies ist unerwünscht, da eine große Wahrscheinlichkeit besteht, daß die Bildung einheitlicher Filme aus solchen Targets verhindert wird.
In "Patent Abstracts of Japan, Band 13, Nr.423 (C-638) [3771)" (dieses Dokument referiert die Druckschrift JP-A 162,762/89) wird ein WSi&sub2;-Target zum Sputtern offenbart, das hergestellt wird unter Verwendung eines Si-Ausgangsmaterials, das mit einer Verunreinigung wie beispielsweise P oder B dotiert ist. Durch das Dotierungsmittel wird der spezifische Widerstand des Si-Materials verringert, und ein Target, mit dem keine anormale Entladung verursacht wird, wird erhalten.
In "Patent Abstracts of Japan, Band 13, Nr.592 (C-671) [3940]" (dieses Dokument referiert die Druckschrift JP-A 249,619/89) wird ein MSi&sub2;-Target (M = z.B. W) offenbart, das eine hohe Dichte, eine hohe Qualität, eine streng gesteuerte Zusammensetzung und eine ideal-dichte Struktur aufweist. Dieses Target wird hergestellt durch Mischen eines Pulvers aus M, das einen hohen Schmelzpunkt und eine mittlere Teilchengröße von 1 bis 100 µm aufweist, und der 2,1- bis 3,0-fachen Molmenge Si-Pulver und Packen des Pulvers in eine Graphit-Form. Das Material wird in einem vier Schritte umfassenden Verfahren bei erhöhten Temperaturen und verringerten Drücken erhalten, und ein Target wird durch im letzten Schritt erfolgendes Heißpressen erhalten.
Außerdem offenbaren die japanischen offengelegten Patente Nr. 179,061188 und 39,374/89 eine Verfahrensweise, bei der eine pulverförmige Mischung eines hochschmelzenden Metalls (M) und Si einer Silicid-Reaktion unter Hochvakuum unterworfen werden und so eine gesinterte Substanz erhalten wird. Diese Substanz wird pulverisiert und wird mit einem die Silicid-Zusammensetzung einstellenden Pulver versetzt und anschließend einem Heißpreß-Sinterverfahren unterworfen, wodurch ein Target hoher Dichte erhalten und die Si-Koagulation unterdrückt wird.
Im Fall des Verfahrens, in dem geschmolzenes Silicium imprägnierend in eine halbgesinterte Substanz eingebracht wird, wurde jedoch gefunden, daß trotz der Tatsache, daß ein hochdichtes Target als Ergebnis einer wesentlichen Reduktion der Gehalte an Verunreinigungen wie beispielsweise Kohlenstoff, Sauerstoff und dergleichen erhalten werden kann, das imprägnierungsmäßig in die halbgesinterte Substanz eingebrachte Silicium (Si) dazu neigt, kontinuierlich unter Bildung einer Matrix auszufallen. Gefunden wurde auch, daß deswegen, weil grobe und große Si-Bereiche durch Si gebildet werden, das imprägnierungsmaßig in große Hohlräume eingebracht wird, die in der halbgesinterten Substanz gebildet sind, das Si, das eine Steife aufweist, die vergleichsweise geringer ist als die des Metallsilicids, eine Neigung dazu zeigt, durch thermische Belastung gebrochen zu werden, die während des Sputter-Verfahrens auftritt. Da außerdem das Si kontinuierlich geliefert wird, wird die Festigkeit des gesamten Targets unzureichend.
So fällt das Metallsilicid leicht auseinander, und es wird dadurch eine große Zahl von Teilchen erzeugt.
Im Fall des Verfahrens, in dem eine halbgesinterte Substanz unter Verwendung pulverförmigen Si-Pulvers im Originalzustand zum anschließenden Preßsintern gebildet wird, wird ebenfalls gefunden, daß trotz der Tatsache, daß ein Target hoher Dichte und kompakter Struktur erhalten werden kann, eine Kontamination von Kohlenstoff, der während des Pulverisierungsschritts des Si eingemischt wird, nicht entfernt wird, sondern im Target verbleibt. Daher werden während des Schritts des Sputterns Sputter-Tropfen nicht in ausreichender Weise aus einem Bereich gesputtert, der viel Kohlenstoff enthält, was zur Bildung von Teilchen führt. Außerdem gibt es in diesem Zusammenhang das Problem, daß der Kohlenstoff enthaltende Bereich, der in dem Dünnfilm ausgebildet wird, kaum geätzt wird, was zum Zurückbleiben von Ätzmittel und zur Unterbrechung der Verdrahtung führt.
Außerdem wird auch gefunden, daß in dem Fall, in dem das pulverförmige Si-Pulver zu einer halbgesinterten Substanz verarbeitet wird und die halbgesinterte Substanz nicht pulverisiert wird, sondern einem Schritt des Preßsinterns unterworfen wird, trotz der Tatsache, daß ein Target hoher Dichte und kompakter Struktur erhalten werden kann, der Kohlenstoff, der nachteiligerweise während des Pulverisierungsschritts des Si eingemischt wird, nicht entfernt wird, sondern in dem Target verbleibt. Folglich besteht ein weiteres Problem darin, daß Sputter-Tropfen nicht in ausreichender Weise in einem Bereich gesputtert werden, der eine große Kohlenstoffmenge enthält. Außerdem wird ein Bereich des Dünnfilms, der Kohlenstoff enthält, kaum geätzt, was dazu führt, daß restliches Ätzmittel zurückbleibt und zu einer Unterbrechung der Verdrahtung führt.
In dem Fall, in dem pulverisiertes Si-Pulver zu einer halbgesinterten Substanz geformt wird, wird die so erhaltene halbgesinterte Substanz erneut pulverisiert, und es wird ein die Silicid-Zusammensetzung einstellendes Pulver zugesetzt, und die gesamte Masse wird dann einem Heißpreß-Sinterverfahren unterworfen. Es wird auch gefunden, daß trotz der Tatsache, daß ein Target hoher Dichte und feiner Struktur erhalten werden kann, nicht nur eine Kontamination des Materials aufgrund des Anstiegs des Kohlenstoff-Gehalts erfolgt, sondern auch der Gehalt an Sauerstoff, der in das Material eingemischt wird, ansteigt, was auf die beiden Schritte des Vermahlens zurückzuführen ist. Dementsprechend steigt die Menge an erzeugten Teilchen an, und der elektrische Widerstand des Dünnfilms steigt aufgrund des Gehalts an Sauerstoff an, der in den Dünnfilm eingemischt ist.
Selbst im Fall eines Targets mit hoher Dichte, das ein Dichte-Verhältnis von 99 % aufweist, wird ebenfalls bestätigt, daß die Menge an erzeugten Teilchen unter Einfluß einer speziellen Verunreinigung anzusteigen neigt, und es besteht die Wahrscheinlichkeit, daß die Menge an zu verwerfenden Produkten zu dem Zeitpunkt rapide ansteigt, wenn ein Verdrahtungsmuster durch Ätzen auf dem Dünnfilm gebildet wird.
Bisher wurde im Hinblick auf die Leichtigkeit einer Steuerung der Zusammensetzung des Silicid-Films üblicherweise ein Sputter-Target verwendet, das nach einem Pulver-Sinterverfahren hergestellt wurde. Genauer gesagt wurde ein herkömmliches Metallsilicid-Target durch ein Verfahren hergestellt, in dem ein Metallsilicid (nachfolgend mit MSi&sub2; bezeichnet), das durch Synthesereaktion eines Pulvers eines Metalls (M) aus der Gruppe Wolfram, Molybdän usw. mit Silicium-Pulver (Si) erhalten wurde, zusammen mit Si einem Schritt des Heißpressens oder Schritt des heißisostatischen Pressens unterworfen wird (japanische offengelegte Patente Nr. 141,673/86; 141,674/86 und 178,474/86 usw.). Alternativ erfolgte die Herstellung durch ein Verfahren, in dem Si in Form einer Imprägnierung in eine halbgesinterte Silicid-Substanz eingebracht wurde (japanisches offengelegtes Patent Nr. 58,866/86).
Da jedoch im Fall des erstgenannten Verfahrens die Sintersubstanz in der Weise geschaffen wird, daß man Si-Pulver einem synthetisierten MSi&sub2;-Pulver zusetzt, wird bei einer Sintersubstanz, die beispielsweise eine Zusammensetzung im Bereich von MSi&sub2;,&sub2; bis MSi&sub2;,&sub9; aufweist, der von der Si-Phase eingenommene Volumenanteil in einem Bereich von 8 % bis 25 % gehalten, was ein viel kleinerer Wert als der der MSi&sub2;-Phase ist. Dementsprechend ist bei dem Ziel, die Si-Phase in ausreichender Weise um die MSi&sub2;-Körner mit eckiger Form zu verteilen, die durch den Schritt des Pulverisierens erhalten wurden, ein Verfahren nicht ausreichend, das von dem Preß-Sinterschritt abhängt. Es wird also dadurch ein Target erhalten, das eine mangelhafte und nicht einheitliche Struktur aufweist, beispielsweise einen koagulierten Bereich eckiger MSi&sub2;-Körner und einen lokalisierten Bereich einer Si-Phase einschließt.
Andererseits sind die Schmelzpunkte der MSi&sub2;-Phase in Abhängigkeit von der Art des Metalls M stark verschieden. Beispielsweise sind die Schmelzpunkte von WSi&sub2;, MoSi&sub2;, TiSi&sub2; und TaSi&sub2; 2.165 ºC, 2.030 ºC, 1.540 ºC bzw. 2.200 ºC. In einem Fall, in dem eine Verbindung MSi&sub2;, die einen in einem so weiten Bereich schwankenden Schmelzpunkt aufweist, und die Si-Phase, die einen Schmelzpunkt von 1.414 ºC aufweist, bei einer Temperatur unterhalb der eutektischen Temperatur druckgesintert werden, erfolgt eine Sinterung zwischen den thermisch stabilen MSi&sub2;-Körnern nicht, wodurch die Bindungsfestigkeit zwischen den Körnern wesentlich verringert wird. Hierdurch werden die Produkte brüchig. Außerdem führt das Zurückbleiben von Poren dazu, daß die Kompaktheit der Struktur unzureichend ist.
Wenn ein Silicid-Film durch Sputtern unter Verwendung des so erhaltenen Targets gebildet wird, besteht eine Neigung dazu, daß die Bindung zwischen den Körnern durch die Energie der aufgestrahlten Argon-Ionen bricht. Hierdurch werden aus der in den Sputter-Prozeß einbezogenen Oberfläche des Targets aufgrund von Brüchen und aufgrund eines Zusammenfallens, das von den vorstehend beschriebenen mangelhaften Abschnitten ausgeht, Teilchen gebildet.
Insbesondere bei hochverdichteten integrierten Schaltkreisen und dergleichen sind die Breite der Elektroden und der Abstand zwischen den Verdrahtungen infolge einer Erhöhung des Integrationsgrades von 4 Mega auf 16 Mega minimiert. Daher verschlechtern die in dem abgeschiedenen Dünnfilm eingemischten Teilchen die Produktionsausbeute rapide.
Bei dem zuletzt genannten herkömmlichen Verfahren wird die Zusammensetzung des Targets dadurch gesteuert, daß man imprägnierungsmaßig geschmolzenes Si in die halbgesinterte Silicid-Substanz einbringt, deren Dichte vorher auf einen vorbestimmten Wert eingesteuert wurde. Jedoch wird in dem Fall, in dem MSi&sub2; durch eine Silicid-Reaktion zwischen dem M-Pulver und dem Si-Pulver synthetisiert wurde, um eine halbgesinterte Substanz einer vorbestimmten Dichte zu erhalten, oder in dem Fall, in dem eine halbgesinterte Substanz einer vorbestimmten Dichte gebildet wird durch einen Sinter- Schritt des druckgeformten MSi&sub2;, die Dichte in Abhängigkeit von der Behandlungstemperatur und -zeit und von dem Preßdruck variiert, so daß es extrem schwierig ist, ein Target einer gewünschten Zusammensetzung zu erhalten.
In Übereinstimmung mit den Kenntnissen der Erfinder der vorliegenden Erfindung besteht dann, wenn die als Materialien zu verwendenden pulverförmigen Stoffe MSi&sub2; und Si Materialien hoher Reinheit sind, keine Tendenz, daß Verunreinigungen durch Diffusion in die Grenzflächen zwischen der MSi&sub2;-Phase und der Si-Phase des Targets eingebaut werden, und daher sind die Bindungsfestigkeiten an der Grenzfläche zwischen der MSi&sub2;- Phase und der Si-Phase bzw. zwischen verschiedenen MSi&sub2;-Phasen schwach.
Außerdem besteht das Problem, daß der Sputter-Vorgang instabil wird, da der Unterschied des elektrischen Widerstands zwischen der MSi&sub2;-Phase und der Si-Phase extrem groß ist. Genauer gesagt sind die elektrischen Widerstände von WSi&sub2;, MoSi&sub2;, TiSi&sub2; und TaSi&sub2;, aus denen MSi&sub2; bestehen kann, mit den Werten 70, 100, 16 bzw. 45 µΩ cm bei vergleichsweise niedrigen Werten, während der elektrische Widerstand der Si-Phase einen extrem hohen Wert von 3 x 10¹&sup0; µΩ cm aufweist.
Außerdem gibt es keine Grenzflächenschicht zwischen der MSi&sub2;-Phase und der Si-Phase, so daß sich der elektrische Widerstand im Grenzflächen-Abschnitt abrupt ändert. Insbesondere im Fall der Struktur des Targets, das in Übereinstimmung mit dem zuletzt genannten Verfahren hergestellt wird, wird das Material in einem Zustand gehalten, in dem die Si-Phase mit einem hohen Widerstandswert in unmittelbarem Kontakt mit der MSi&sub2;-Phase mit einem niedrigen Widerstandswert ist.
Wenn dabei unter Verwendung eines derartigen Targets ein Sputter-Vorgang durchgeführt wird, tritt unvermeidlich bei einer Spannung, die größer als ein vorbestimmter Wert ist, ein Durchschlag bzw. Zusammenbruch der Isolation zwischen der MSi&sub2;-Phase und der Si- Phase ein, und es beginnt sofort ein elektrischer Strom zu fließen. Mit anderen Worten: Wenn die Spannung einen Wert annimmt, der höher ist als ein vorbestimmter Wert, tritt eine elektrische Entladung ein, und es besteht eine gewisse Wahrscheinlichkeit, daß MSi&sub2;- Körner mit schwacher Bindungsfestigkeit an den Grenzflächen oder Teile der Si-Phase herausbrechen, wodurch Teilchen erzeugt werden.
Diese Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Schwierigkeiten des Standes der Technik gemacht, und es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sputter-Target hoher Qualität zu schaffen, bei dem sich die Erzeugung von Teilchen im wesentlichen verhindern laßt und mit dem ein Dünnfilm bzw. eine dünne Schicht hoher Qualität ausgebildet werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Sputter-Targets zu schaffen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Sputter-Target bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Metallsilicid einer durch MSi&sub2; wiedergegebenen stöchiometrischen Zusammensetzung, worin M für ein Metall steht, in aneinandergefügter Form verbunden und so eine Metallsilicid-Phase geschaffen wird und eine aus Si-Körnern bestehende Si-Phase in den Lücken der Metallsilicid-Phase diskontinuierlich dispergiert und so eine kompakte Mischstruktur des Targets geschaffen wird und der Kohlenstoff- Gehalt in der Struktur auf einen Wert unter 100 ppm beschränkt wird.
Außerdem werden in einem Abschnittsbereich von 1 mm² der Mischstruktur Metallsilicid- Körner in einer Zahl geschaffen, die in einen Bereich von 400 bis 400 x 10&sup4; fällt, wobei jedes Korn einen Korndurchmesser von 5 bis 30 µm aufweist und der maximale Korndurchmesser der Si-Körner auf einen Wert unter 30 µm beschränkt ist.
Vorzugsweise wird der mittlere Durchmesser der Metallsilicid-Körner in einem Bereich von 2 bis 15 µm gehalten, während der mittlere Durchmesser der Si-Körner in einem Bereich von 2 bis 10 µm gehalten wird.
In der obigen Beschreibung ist der Begriff "Korndurchmesser" definiert als Durchmesser des kleinsten Kreises, der das Korn umschreibt.
Vorzugsweise beträgt die Raumfüllung (density ratio) des Targets mehr als 99 %, und der Sauerstoff-Gehalt wird auf einen Wert unter 150 ppm beschränkt.
Außerdem ist das Metall (M), das das Metallsilicid bildet, wenigstens ein Metall, das aus der aus Wolfram, Molybdän, Titan, Zirkon, Hafnium, Niob, Tantal, Vandadium, Cobalt, Chrom und Nickel bestehenden Gruppe gewählt ist.
Vorzugsweise wird eine Grenzfläche zwischen der Metallsilicid-Phase und der Si-Phase gebildet, und die Dicke der Grenzflächenschicht wird auf einen Wert im Bereich von 100 bis 10.000 Å (10 bis 1.000 nm) festgesetzt.
Vorzugsweise enthält die Si-Phase wenigstens eines der Elemente, die gewählt sind aus der aus B, P, Sb und As sowie unvermeidlich enthaltenen Elementen bestehenden Gruppe, und der spezifische elektrische Widerstand der Si-Phase ist auf einen Wert im Bereich von 0,01 bis 100 Ω cm beschränkt.
Außerdem wird ein Herstellungsverfahren für ein Sputter-Target gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, mit dem man ein Sputter-Target herstellen kann. In diesem Verfahren wird ein Metallsilicid einer durch MSi&sub2; wiedergegebenen stöchiometrischen Zusammensetzung, worin M für ein Metall steht, in aneinandergefügter Form verbunden und so eine Metallsilicid-Phase geschaffen. Eine Si-Phase, die aus Si-Körnern besteht, wird in den Lücken der Silicid-Phase diskontinuierlich dispergiert und so eine kompakte und fein vermischte Struktur des Targets geschaffen, worin der Kohlenstoff-Gehalt in der Struktur auf einen Wert unter 100 ppm beschränkt ist, wobei das Verfahren zur Herstellung des Sputter-Targets umfaßt;
I. einen Schritt des Mischens von Metallpulver (M) und Si-Pulver (Si) in einem Atomverhältnis Si/M, das im Bereich von 2,0 bis 4,0 liegt, wodurch ein Mischpulver gebildet wird;
II. einen Schritt des Einfüllens des Mischpulvers in eine Form und des Reduzierens der Gehalte an Kohlenstoff und Sauerstoff durch Erhitzen des gesamten Materials im Hochvakuum auf eine Temperatur im Bereich von 1.000 bis 1.300 ºC;
III. einen Schritt, in dem das Mischpulver im Hochvakuum und unter einem Druck im Bereich von 10 bis 100 kg/cm² erhitzt wird, um eine Synthese und ein Sintern des Metallsilicids zu bewirken; und
IV. einen Schritt, in dem das resultierende Material weiter in einer Hochvakuum- Atmosphäre oder einer Inertgas-Atmosphäre und unter einem Preßdruck im Bereich von 100 bis 300 kg/cm² auf eine Temperatur im Bereich von Ts - 50 ≤ T < Ts erhitzt wird, worin Ts die eutektische Temperatur in ºC ist, so daß die Kompaktheit des Materials gefördert wird.
Vorzugsweise ist das Pulver des Metalls M, das in diesem Verfahren verwendet wird, ein Pulver eines hochreinen Metalls, das einen maximalen Korndurchmesser unter 10 µm aufweist, während das Si-Pulver (Si) ein hochreines Si-Pulver ist, das einen maximalen Korndurchmesser unter 30 µm aufweist.
Weiter kann der vorstehend beschriebene, aus chemischer Reaktion, Schmelzen, Schmelzen und Sintern bestehende Prozeß unter Anwendung eines Heißpreß-Verfahrens oder eines heißisostatischen Preßverfahrens durchgeführt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde der Grund für eine Erzeugung von Teilchen in dem Metallsilicid-Target, das aus einer Sinterlegierung hergestellt wurde, unter verschiedenen Blickwinkeln analysiert. Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage der Kenntnisse zum Abschluß gebracht, die bei der Analyse der Ergebnisse gewonnen wurden. Genauer gesagt wurden auf der Grundlage der Einschätzung, daß die Bildung von Teilchen, die bisher in dem Target aus einem Silicid eines hochschmelzenden Metalls gebildet wurden, das durch ein Pulver-Sinterverfahren hergestellt wurde, als Ergebnis einer nicht normalen elektrischen Entladung erfolgte, die in den in dem Target erzeugten Poren (oder Hohlräumen) stattfand, und daß dadurch die diese Poren umgebenden Bereiche einbrachen, verschiedene Anstrengungen zur Verbesserung der Dichte des Targets und zur Verringerung der Zahl der Poren unternommen.
Jedoch wurden nach einer weiteren, durch die Erfinder vorgenommenen Untersuchung zur Klärung des Grunds für die Bildung von Teilchen in dem Target aus einem Silicid eines hochschmelzenden Metalls verschiedene Gründe, wie beispielsweise ein Zusammenbrechen erodierter Si-Abschnitte aufgrund thermischer Belastungen, Zusammenbrechen der MSi&sub2;-Phase aufgrund des Unterschieds der Sputter-Geschwindigkeit zwischen der MSi&sub2;- Phase und der Si-Phase usw. neben der Erzeugung von Teilchen aufgrund des Zusammenbrechens der Poren, gefunden. Um dem Temperaturanstieg zu begegnen, der durch das kontinuierliche Auftreffen von Argon-Ionen mit hoher Geschwindigkeit verursacht wird, wird die Oberfläche des Targets von der Rückseite her gekühlt. So wirken thermische Belastungen, die durch den Temperaturunterschied in Dicke-Richtung erzeugt werden, und eine thermische Deformation des Targets auf die Oberfläche des Targets. Folglich bricht die Si-Phase, die eine geringere Festigkeit als diejenige der MSi&sub2;-Phase aufweist, ein, was zur Bildung von Teilchen führt. Insbesondere ist die erodierte Oberfläche der Si-Phase viel gröber als die ziemlich flache Oberfläche der MSi&sub2;-Phase, und die vorspringenden Teile der Si-Phase brechen bei thermischer Belastung oder bei durch Deformation bewirkter Belastung zusammen, die durch die Sputter-Cyclen hervorgerufen wird, so daß leicht Teilchen erzeugt werden. Außerdem wird die Si-Phase beim Sputtern bevorzugt gegenüber der MSi&sub2;-Phase erodiert, und wenn die MSi&sub2;-Phase innerhalb der kontinuierlich verteilten Si-Phase geschaffen wird, wird die Kraft zum Festhalten der MSi&sub2;-Phase infolge der Erosion der Si-Phase reduziert, und die MSi&sub2;-Phase bricht in Form einzelner oder miteinander verbundener Körner zusammen, wodurch ebenfalls Teilchen erzeugt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß die Erzeugung von Teilchen, die durch das Zusammenbrechen der MSi&sub2;-Phase hervorgerufen wird, welche ihrerseits durch die Erosion der Si-Phase aufgrund thermischer Belastungen oder aufgrund des Unterschieds der Sputter-Geschwindigkeit zwischen der MSi&sub2;-Phase und der Si-Phase bewirkt wird, im wesentlichen unterdrückt werden kann durch einen Mischaufbau des Sputter-Targets, worin die leicht herausbrechende Si-Phase sehr klein gemacht wird und die so klein gemachte Si-Phase diskontinuierlich in der MSi&sub2;-Phase verteilt wird, die ebenfalls winzig ausgebildete Teilchen aufweist und in aneinandergefügter Form verbunden ist.
Außerdem wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung dem in das Target eingemischten und als Quelle der Bildung von Teilchen wirkenden Kohlenstoff Aufmerksamkeit gewidmet. Insbesondere wurde dann, wenn die erodierte Oberfläche des Targets in vergrößertem Maßstab nach dem Sputter-Schritt angeschaut wird, gefunden, daß der durch Kohlenstoff kontaminierte Abschnitt nicht in ausreichender Weise gesputtert worden war, sondern in von der erodierten Oberfläche vorstehender Weise zurückgeblieben war. Hierdurch wurde die Plasma-Entladung instabil gemacht, so daß anormale Entladungen wiederholt auftraten, was zur Erzeugung von Teilchen führte.
Im Rahmen der Erfindung wurde durch Experimente auch bestätigt, daß die Menge an Kohlenstoff, der in dem Target enthalten ist, in weitem Umfang die Ätz-Eigenschaften des durch Sputtern gebildeten Silicid-Dünnfilms beeinträchtigt. Genauer gesagt führt die Gegenwart von Kohlenstoff, der mit der Si-Komponente kombiniert wird, zur Bildung von SiC, welches hochisolierende Eigenschaften hat. Das Vorhandensein von SiC und dessen Einmischen in den Dünnfilm führt zur abrupten Verschlechterung der Ätz-Eigenschaften des Dünnfilms. Noch genauer gesagt, steigt zu dem Zeitpunkt, bei dem das Schaltkreis- Muster auf einem Substrat, das mit einem Photoresist-Material beaufschlagt ist, mittels einer Lichtbestrahlungs-Vorrichtung gebildet wird und das Muster mit einem vorbestimmten Mittel zum Erhalt eines Schaltungsmusters eines integrierten Schaltkreises (IC) durch ätzen des mit dem Dünnfilm beaufschlagten Substrats entwickelt wird, der Anteil von zurückbleibendem SiC als Rückstand an, und es steigt dann die Wahrscheinlichkeit, daß mangelhafte Schaltungsmuster und unstete Schaltungen auftreten.
Außerdem haben die Kohlenstoff-Ablagerungen, die in den Silicid-Film in Form von Teilchen eingemischt sind, ein Licht-Reflexionsvermögen, das von dem anderer Bereiche verschieden ist, und werden leicht Licht ausgesetzt. Folglich werden Bereiche mit lokal unterschiedlichem Licht-Reflexionsvermögen auf der Filmoberfläche gebildet, und die Bereitstellung eines einheitlichen und mit hoher Präzision gebildeten Schaltungsmusters wird hierdurch erschwert.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde auch vorspringenden Abschnitten Aufmerksamkeit geschenkt, die in der MSi&sub2;-Phase und in der Si-Phase als weitere Quelle zur Erzeugung von Teilchen gebildet werden. Wenn die erodierte Oberfläche eines Metallsilicid-Targets, das mit einem herkömmlichen Verfahren hergestellt wurde, vergrößert und durch ein Rasterelektronenmikroskop (scanning electron microscope; SEM) betrachtet wird, wird gefunden, daß eine große Zahl winziger vorstehender Abschnitte 3 auf der Oberfläche eines groben MSi&sub2;-Phasen-Koms und eines Si-Phasen-Korns gebildet sind, wie dies in den Figuren 11A, 11B und 12A, 12B gezeigt ist. Es wurde auch gefunden, daß es eine enge Beziehung zwischen der Schaffung der vorstehenden Abschnitte und der Menge an erzeugten Teilchen gibt. Weitere Untersuchungen haben auch gezeigt, daß die Zahl vorstehender Abschnitte in Übereinstimmung mit der Verringerung der Korndurchmesser der Teilchen der MSi&sub2;-Phase und der Si-Phase verringert wird. Wenn der maximale Korndurchmesser der Teilchen der MSi&sub2;-Phase so gewählt wird, daß er geringer ist als µm, und wenn der maximale Korndurchmesser der Teilchen der Si-Phase so gewählt wird, daß er geringer ist als 20 µm, kann die Bildung von Teilchen im wesentlichen unterdrückt werden.
Als Ergebnis weiterer Untersuchungen zum Erhalt eines Sputter-Targets hoher Dichte, das eine Struktur aus winzigen Teilchen und einen geringstmöglichen Kohlenstoff-Gehalt aufweist, wurden folgende Tatsachen offensichtlich gemacht, und die Erfindung wurde hierdurch zum Abschluß gebracht:
- Wenn ein Mischpulver, das aus einem feinteiligen Pulver eines Metalls M und aus Si-Pulver hergestellt wurde, in eine Form gegeben und unter Hochvakuum erhitzt wird und anschließend einer Silicid-Reaktion unter niedrigem Preßdruck unterworfen wird und weiter das so erhaltene Metallsilicid unter hohem Preßdruck gesintert wird, reagiert in der Si-Oberfläche enthaltener Kohlenstoff mit Sauerstoff bei einer Temperatur unterhalb von 1.300 ºC, wodurch eine Verdampfung von Si signifikant gehalten wird, und der Gehalt der in dem resultierenden Produkt enthaltenen Elemente Kohlenstoff und Sauerstoff wird durch die Bildung von CO oder CO&sub2; reduziert;
- der in der Si-Oberfläche enthaltene Sauerstoff reagiert mit Si unter Bildung von SiO- oder SiO&sub2;-Gas, so daß der Sauerstoff-Gehalt auf diesem Wege ebenfalls verringert wird;
- Metall (M) wird vollständig in winzige Teilchen von MSi&sub2; umgewandelt;
- eine Mischstruktur, in der MSi&sub2; in aneinandergefügter Form verbunden wird und Si diskontinuierlich in den Zwischenräumen der aneinandergefügten Verbindungen verteilt wird, kann auf diesem Wege erhalten werden;
- eine Eliminierung von Poren und die Dichtheit der Struktur werden bei einer Temperatur unmittelbar unter dem eutektischen Punkt gefördert.
Im Rahmen der Erfindung wurde auch gefunden, daß dadurch, daß man eine Zwischenschicht zwischen der MSi&sub2;-Phase und der Si-Phase vorsieht, die wenigstens ein Element enthält, das gewählt ist aus der aus Bor (B), Phosphor (P), Antimon (Sb) und Arsen (As) bestehenden Gruppe, die Bindungsfestigkeit zwischen diesen beiden Phasen erhöht wird und eine abrupte Änderung des elektrischen Widerstands vermieden werden kann. Dadurch wird eine Verringerung der Erzeugung von Teilchen realisiert.
Im Rahmen der Erfindung werden Metalle (M) wie beispielsweise Molybdän (Mo), Wolfram (W), Titan (Ti), Zirkon (Zr), Hafnium (Hf), Niob (Nb), Tantal (Ta), Vanadium (V), Cobalt (Co), Chrom (Cr), Nickel (Ni) und dergleichen, die in der Lage sind, einen Metallsilicid-Dünnfilm mit vergleichsweise geringem spezifischen Widerstand zu bilden, allein oder in Kombination von zwei oder mehr Metallen zur Bildung des Targets verwendet, und es ist besonders vorteilhaft, hochschmelzende Metalle wie beispielsweise Mo, W, Ti, Zr, Hf, Nb und Ta für diesen Zweck zu verwenden.
Im Vergleich mit den herkömmlichen Elektroden-Verdrahtungsmaterialien zeigen diese Metalle einen niedrigeren spezifischen Widerstand und eine höhere Korrosionsbeständigkeit bei hoher Temperatur. Wenn also Silicide dieser Metalle zur Elektrodenverdrahtung von Halbleiter-Vorrichtungen verwendet werden, wird ein Hochgeschwindigkeits-Betrieb der Halbleiter-Vorrichtungen möglich gemacht, und eine Korrosion aufgrund der Anwendung verschiedener Mittel zum Zeitpunkt der Herstellung oder aufgrund einer Oxidation zum Zeitpunkt einer Hochtemperatur-Behandlung kann im wesentlichen verhindert werden.
Durch Steuern von drei Hauptmerkmalen wie der Korngröße des Materialpulvers, der Heiztemperatur und des Preßdrucks kann eine Mischstruktur des Sputter-Targets gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden, die 400 bis 400 x 10&sup4; MSi&sub2;-Phasen-Körner pro 1 mm² der Struktur enthält, wobei der Korndurchmesser der Körner in einen Bereich von 0,5 bis 30 µm fällt. Der mittlere Korndurchmesser der MSi&sub2;-Phase wird 2 bis 15 µm, während der mittlere Korndurchmesser der Si-Phase 2 bis 10 µm wird.
Zum Zeitpunkt der Synthese des Silicids werden B, P, Sb und As, die in dem Si-Material enthalten sind, sowie Elemente wie beispielsweise Fe, Ni, Cr, Al und dergleichen, die nicht vermeidbare Elemente darstellen, dispergiert und bewegen sich in den Bereich einer Grenzfläche zwischen der MSi&sub2;-Phase und der Si-Phase, so daß eine Zwischenschicht gebildet wird, die die Bindungsfestigkeit zwischen den beiden Phasen verstärkt.
Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage der oben beschriebenen Kenntnisse vervollständigt. Die Erfindung wird nun weiter im einzelnen beschrieben.
Wenn ein Misch-Pulver aus M und Si unter geeignetem Druck erhitzt wird, wird das Si erweicht, während es mit M unter Bildung von MSi&sub2; in Form von Körnern umgesetzt wird. So wird in dem Bereich, in dem M in Kontakt mit Si gehalten wird, die Temperatur lokal durch die Wärme der Reaktion zu MSi&sub2; angehoben, so daß das Si weiter erweicht wird. Folglich werden Körner, die teilweise zu MSi&sub2; reagieren, um jedes MSi&sub2;-Korn herum koaguliert, und die so koagulierten MSi&sub2;-Körner werden miteinander verbunden, so daß dies eine aneinandergefügte Struktur liefert. Wenn die MSi&sub2;-Körner getrennt voneinander in einer Si-Phase verteilt werden, wird die Si-Phase, die eine größere Sputter- Geschwindigkeit aufweist, zuerst im Verlauf des Fortschreitens des Sputter-Verfahrens erodiert, so daß die MSi&sub2;-Phase leicht herausbricht. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, daß die Körner der MSi&sub2;-Phase in aneinandergeffigter Weise miteinander verbunden werden.
Wenn der Korndurchmesser der MSi&sub2;-Phase 30 µm übersteigt, werden während des Sputter-Prozesses auf dem MSi&sub2;-Korn vorstehende Teile ausgebildet, was zur Bildung von separaten Teilchen führt. Wenn andererseits der Korndurchmesser der MSi&sub2;-Phase geringer ist als 0,5 µm, fallt die MSi&sub2;-Phase während des Sputter-Prozesses unter Bildung von Teilchen leicht aus. Folglich ist es bevorzugt, daß der Korndurchmesser der MSi&sub2;- Phase in einem Bereich von 0,5 bis 30 µm gehalten wird, noch mehr bevorzugt im Bereich von 2 bis 20 µm.
In dem Fall, in dem der x-Wert in einer Zusammensetzung MSix im Bereich von 2,0 bis 4,0 liegt und der Korndurchmesser von MSi&sub2; im Bereich von 0,5 bis 30 µm liegt, ist es auch bevorzugt, daß in jedem mm² der Mischstruktur 400 bis 400 x 10&sup4; Körner vorgesehen werden. In einem Fall, in dem der Korndurchmesser von MSi&sub2; im Bereich von 2 bis 20 µm liegt, ist es bevorzugt, daß 2.000 bis 300.000 MSi&sub2;-Körner in jedem mm² der gemischten Struktur vorgesehen werden.
Außerdem hängt die Korngröße der MSi&sub2;-Teilchen vom Korndurch messer des Metallkorns ab, aus dem das Metallsilicid gebildet wird. Die meisten M-Körner liegen jedoch im koagulierten Zustand vor, so daß MSi&sub2;-Körner mit unterschiedlichen Korndurchmessern erzeugt werden. Bei einem Anstieg der Variationsbreite des Korndurchmessers werden Vorsprünge und Einschnitte der erodierten Oberfläche aufgrund des Sputterns signifikant stärker, und wegen der Wirkung des Unterschieds der Oberflächenhöhe steigt die Zahl erzeugter Teilchen. Aus diesem Grund ist es erforderlich, den Korndurchmesser soweit wie möglich auszugleichen, und es ist wünschenswert, daß der mittlere Korndurchmesser der MSi&sub2;-Phase in einem Bereich von 2 bis 15 µm liegt, vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 10 µm. Der im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschriebene mittlere Korndurchmesser ist ein mittlerer Korndurchmesser je 100 Körner des Metallsilicids.
Was die Form der MSi&sub2;-Körner angeht, die miteinander in aneinandergefügter Form verbunden sind, ist eine nahezu sphärische (kugelförmige) Konfiguration am meisten wünschenswert. Der Grund hierfür liegt darin, daß kugelförmige Körner kaum aus der Mischstruktur ausfallen, die mit der Si-Phase gebildet wird, und eckige Körner leicht Teilchen bilden, da sie einer anormalen Entladung unterliegen. Da Metallkörner, die durch ein Ionenaustausch-Raffinierverfahren erhalten werden, leicht während eines Reduktionsschrittes koaguliert werden und MSi&sub2;-Körner, die durch Binden dieser M-Körner erhalten werden, viele Vorsprünge und Einschnitte zeigen, ist es aus dieser Sicht erforderlich, daß die Koagulation dadurch unterdrückt wird, daß man eine Behandlung unter reduzierenden Bedingungen durchführt, bei denen eine Koagulation kaum hervorgerufen wird, oder daß man ein Dispergiermittel zum Zeitpunkt des Mischens der Pulver zusetzt. Andererseits ist es auch bevorzugt, daß M-Körner zum Erhalt der MSi&sub2;-Phase verwendet werden, die durch ein Verfahren der chemischen Abscheidung aus der Dampfphase (chemical vapor deposition; CVD) hergestellt werden und damit gute Korn-Dispergiereigenschaften aufweisen.
Das Verfahren der chemischen Abscheidung aus der Dampfphase (chemical vapor deposition; nachfolgend abgekürzt als CVD-Verfahren) ist ein Verfahren, in dem ein Material wie beispielsweise ein Halogenid, Sulfid, Hydrid und dergleichen bei hoher Temperatur in die Dampfphase überführt wird, einer chemischen Reaktion wie beispielsweise einer thermischen Zersetzungsreaktion, Oxidation oder Reduktion unterworfen wird und das so erhaltene Reaktionsprodukt auf einem Substrat abgeschieden wird. Dieses Verfahren wird in weitem Umfang zur Herstellung von Halbleitern und Isolationsfilmen verwendet.
Andererseits reagiert Si mit M-Körnern unter Bildung von MSi&sub2;, wobei überschüssiges Si zwangsläufig um die MSi&sub2;-Körner herumströmt, so daß eine Konfiguration erhalten wird, in der Si diskontinuierlich in den Zwischenräumen verteilt ist, die zwischen den MSi&sub2;- Körnern gebildet sind, die in aneinandergefügter Form miteinander verbunden sind.
Eine kontinuierliche Verteilung von Si führt zu einem Auseinanderfallen der Körner aufgrund der Tatsache, daß Si vorzugsweise gegenüber MSi&sub2; bei Fortschreiten des Sputter- Schritts erodiert wird, und wegen der Verringerung der mechanischen Festigkeit aufgrund thermischer Spannungen, die in dem Target während des Sputter-Schritts erzeugt werden, neigen Si-Bereiche, die für Wärmestöße empfähglich sind, zum Abbrechen. Um die Erzeugung von Teilchen durch eine Verbesserung der mechanischen Festigkeit zu verhindern, ist es vorteilhaft, daß Si in den Lücken von MSi&sub2; diskontinuierlich verteilt ist.
Wenn außerdem der Korndurchmesser von Si 30 µm übersteigt, tritt ein Auseinanderfallen des erodierten Si-Teils aufgrund der thermischen Einflüsse ein. Außerdem neigen vorspringende Abschnitte, die in der Si-Phase während des Sputter-Schritts gebildet werden, zur Erzeugung von Teilchen. Daher wird der maximale Korndurchmesser von Si so gewählt, daß er unter 30 µm liegt, vorzugsweise unter 20 µm.
Wenn die Abweichung des Korndurchmessers der Si-Teilchen groß wird, treten Spannungen konzentriert in einem Teil auf, in dem der Korndurchmesser groß ist, so daß dieser Teil durch wiederholtes Auftreten von thermischen Spannungen leicht auseinanderbricht. Aus diesem Grund wird der mittlere Korndurchmesser von Si vorzugsweise in einem Bereich von 2 bis 10 µm und noch mehr bevorzugt in einem Bereich von 3 bis 8 µm gewählt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der Korndurchmesser von Si ein Mittelwert zwischen der Maximalmessung und der Minimalmessung der Si-Phase, die in den Lücken des MSi&sub2; vorhanden ist, während der mittlere Korndurchmesser von Si ein Mittelwert der Korndurchmesser von 100 Körnern ist.
Es ist wünschenswert, daß ein Rohmaterial-Si-Pulver hoher Reinheit oder ein solches mit hoher Reinheit, das ein Dotierungsmittel enthält, für die Herstellung des Targets verwendet wird. Es ist wünschenswert, den Gehalt an Verunreinigungen, die in dem Si- Pulver hoher Reinheit enthalten sind, auf einen möglichst niedrigen Wert abzusenken, da die Verunreinigungen die charakteristischen Eigenschaften eines Halbleiter-Elements verschlechtern. Beispielsweise wird der Gehalt an radioaktiven Elementen wie beispielsweise U und Th, die Programm-Fehler hervorrufen, auf weniger als 5 ppb beschränkt. Der Gehalt an Alkalimetall-Elementen wie beispielsweise Na oder K, die eine Kontamination mit beweglichen Ionen hervorrufen, wird auf weniger als 100 ppb beschränkt. Verunreinigungen, die in das Si hoher Reinheit eingemischt sind, müssen Schwermetall- Elemente wie beispielsweise Fe, Ni, Cr usw. sein, die Verunreinigungen geringer Konzentration darstellen; ihr Gehalt wird auf weniger als 1 ppm beschränkt. Der Gehalt an der Verunreinigung Kohlenstoff, der die Bildung von Teilchen und Ätz-Defekte hervorruft, wird auf weniger als 300 ppm beschränkt, und der Gehalt an Sauerstoff, der einen Anstieg des Widerstands hervorruft, wird auf weniger als 500 ppm beschränkt.
Die Verunreinigungen wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Na, K usw., die in dem Si-Pulver enthalten sind, befinden sich während der Schritte des Mahlens des Si an der Pulver- Oberfläche, und eine Verringerung des Gehalts an diesen Verunreinigungen kann dadurch versucht werden, daß man das mit einer Verunreinigung kontaminierte Si-Pulver einem Schritt des Erhitzens auf eine Temperatur von 1.200 bis 1.300 ºC unter Vakuum unterhalb eines Drucks von 1,3 x 10&supmin;² Pa (10&supmin;&sup4; Torr) für die Zeit von 2 bis 6 h unterwirft. Es ist erwünscht, daß ein so hitzebehandeltes Si-Materialpulver zur Herstellung des Targets verwendet wird.
Wenn üblicherweise ein Target aus einem Si-Materialpulver hergestellt wird, das ein Dotierungsmittel enthält, besteht eine Neigung dazu, daß dieses Dotierungsmittel während der Reaktions- und Synthesezeit in spezifischen Bereichen an der Grenzfläche der Kristalle dispergiert und kondensiert ist. Das so dispergierte Dotierungsmittel ruft Störungen im Kristallgitter hervor und bewegt sich zu den Grenzflächen zwischen der MSi&sub2;-Phase und der Si-Phase unter Bildung einer Grenzflächenschicht.
Bei Bestehen einer derartigen Grenzflächenschicht erhöht sich die Bindungsfestigkeit zwischen der MSi&sub2;-Phase und der Si-Phase, und es wird eine Situation erreicht, in der es schwierig ist, daß die MSi&sub2;-Phase aus der Mischstruktur aus MSi&sub2;-Phase und Si-Phase ausfallt. Außerdem beseitigt das Bestehen der Grenzflächenschicht mit hoher Dotierungsmittel-Dichte an der Grenze zwischen der MSi&sub2;-Phase niedrigen elektrischen Widerstands und der Si-Phase hohen elektrischen Widerstands eine abrupte Änderung des Widerstands, so daß die Wahrscheinlichkeit einer anormalen Entladung zum Zeitpunkt des Sputterns verringert und die Bildung von Teilchen, die durch die anormale Entladung hervorgerufen wird, unterdrückt werden kann.
Als Ergebnis weiterer Untersuchungen zur Einstellung einer sanften Änderung des elektrischen Widerstands an der Grenze zwischen der MSi&sub2;-Phase und der Si-Phase wurde gefunden, daß in dem Fall, in dem ein Target aus einem Si-Pulver und einem M-Pulver oder aus einem MSi&sub2;-Pulver hergestellt wird, das wenigstens ein Element als Dotierungselement enthält, das gewählt ist aus B, P, Sb und As, und das auch nicht vermeidbare Elemente enthält, und daß dann, wenn der elektrische Widerstand der Pulver gesteuert wird, das so hergestellte Target einen verbesserten Abgleich des elektrischen Widerstands der MSi&sub2;-Phase und der Si-Phase zeigt und daß die Sputter-Geschwindigkeit bei einem solchen Target ebenfalls einheitlich wird. Da eine Grenzflächenschicht, in der die oben beschriebenen Elemente diffundiert sind, zwischen der MSi&sub2;-Phase und der Si-Phase gebildet wird, tritt keine abrupte Änderung des elektrischen Widerstands auf, und es wird hierdurch ein Target mit ausgezeichneter Grenzflächen-Festigkeit erhalten.
Von den oben beschriebenen Dotierungsmitteln sind die Elemente B, P, Sb und As Elemente, die den elektrischen Widerstand stark senken können. Wenn eine Si-Phase, die diese Elemente enthält, verwendet wird, werden die elektrischen Widerstände beider Phasen in ausreichender Weise abgeglichen, was zu einer Vereinheitlichung der Sputter- Geschwindigkeit führt und einen Dünnfilm stabiler Zusammensetzung und einheitlicher Dicke liefert. Zum Zeitpunkt des Sinterns diffundieren diese in der Si-Phase enthaltenen Elemente unter Bewegung in den Grenzflächen-Bereich zwischen der MSi&sub2;-Phase, die eine Störung oder Deformation des Kristallgitters aufweist, und der Si-Phase unter Bildung einer Grenzflächenschicht. Dabei liefern Elemente wie beispielsweise Fe und Ni, die unvermeidbar neben B, P, Sb und As enthalten sind, ebenfalls ähnliche Wirkungen.
Für die Dicke der Grenzflächenschicht wird ein Wert im Bereich von 10 nm bis 1.000 nm (100 bis 10.000 Å) als geeignet angesehen, obwohl die Dicke in Abhängigkeit von der Menge an Dotierungsmittel, das in der Si-Phase enthalten ist, verschieden ist.
In dem Fall, in dem die Dicke der Grenzflächenschicht größer ist als 1.000 nm (10.000 Å), neigen die charakteristischen Eigenschaften des Dünnfilms zu Schwankungen, während in dem Fall, in dem die Dicke der Grenzflächenschicht geringer ist als 10 nm (100 Å), die oben beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften nicht in ausreichender Weise erwartet werden können. Ein noch mehr bevorzugter Bereich der Dicke liegt im Bereich von 100 bis 800 nm (1.000 bis 8.000 Å).
Die Dicke der Grenzflächenschicht kann durch ein hochauflösendes Sekundärionen- Massenspektroskop (high resolution secondary ion mass spectroscope; SIMS) bestimmt werden.
Das SIMS führt ein Sputter-Ätzen einer Probe unter Verwendung von O²&spplus;-Ionen oder Ionen erster Ordnung von Cs&spplus; durch und erfaßt die Ionen zweiter Ordnung, die dadurch erzeugt werden, zur Analyse der Verunreinigungen in der Oberflächenschicht in dritter Ordnung mit hoher Empfindlichkeit. Die Dicke der Grenzflächenschicht wird gemessen durch Messung des Profils des in der Si-Phase enthaltenen Dotierungsmittels in Tiefenrichtung, bis die MSi&sub2;-Phase erreicht wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der Begriff "Dicke der Grenzflächenschicht" definiert als die Entfernung von einem Wendepunkt, der in einem beschränkten Bereich des Profils des Dotierungsmittels in der Si-Phase gelegen ist, zu einem anderen Wendepunkt.
Der vorstehend bereits angesprochene spezifische elektrische Widerstand der Si-Phase wird vorzugsweise so gewählt, daß er in einem Bereich von 0,01 bis 100 Ω cm liegt. Wenn der spezifische Widerstand so gewählt wird, daß er geringer ist als 0,01 Ω cm, steigt die Sputter-Geschwindigkeit der Si-Phase an. Das dadurch tief erodierte Si hat nicht nur die schnelle Bildung von Teilchen zur Folge, sondern macht es auch unmöglich, die gewünschte Filmstruktur zu erhalten. Wenn andererseits der spezifische Widerstand 100 Ω cm übersteigt, können die oben beschriebenen Wirkungen nicht erwartet werden. Noch mehr bevorzugt wird der spezifische Widerstand der Si-Phase so gewahlt, daß er in einem Bereich von 0,1 bis 10 Ω cm liegt.
Andererseits werden Bereiche, die durch Kohlenstoff kontaminiert sind, nicht in ausreichender Weise gesputtert, sondern bleiben auf der erodierten Oberfläche in Form von Vorsprüngen zurück. Als Ergebnis wird eine Plasma-Entladung in diesen Bereichen instabil, was zu wiederholten anormalen Entladungen in diesem Bereich führt und die Bildung von Teilchen induziert. Wenn eine große Menge Kohlenstoff in den Dünnfilm eingemischt ist, besteht eine Neigung dazu, daß Ätzmittel in diesem Teil zurückbleibt, wenn Verdrahtungen in dem Teil durch Ätzen gebildet werden, was zu Unterbrechungen aufgrund fehlerhafter Verdrahtung und aufgrund des Vorhandenseins isolierender Substanzen führt, Aus diesem Grund ist es erforderlich, daß der Gehalt an Kohlenstoff- Verunreinigungen auf weniger als 100 ppm beschränkt wird, vorzugsweise auf weniger als 50 ppm und noch mehr bevorzugt auf weniger als 30 ppm. Der Kohlenstoff-Gehalt wird bestimmt durch einen Kohlenstoff-Detektor unter Einsatz eines aus Verbrennung und Absorption infraroter Strahlung bestehenden Verfahrens.
In dem Fall, in dem eine große Menge Sauerstoff-Verunreinigungen in dem Target enthalten ist, wird der Sauerstoff in dem Dünnfilm beim Sputtern eingemischt und erhöht den elektrischen Widerstand des Dünnfilms. Aus diesem Grund wird der Sauerstoff-Gehalt auf vorzugsweise weniger als 150 ppm unterdrückt, noch mehr bevorzugt auf weniger als 100 ppm. Der Sauerstoff-Gehalt wird bestimmt mit einem Sauerstoff-Analysator unter Anwendung eines Schmelzen unter einem Inertgas und Absorbieren infraroter Strahlung umfassenden Verfahrens.
Das Sputter-Target der vorliegenden Erfindung wird zu einer Mischstruktur aus winzigen Körnern einer MSi&sub2;-Phase und einer Si-Phase gebildet. Diese Struktur wird in der Weise erhalten, daß ein aus M-Pulver und Si-Pulver gebildetes Mischpulver einem Sinter-Syntheseschritt unter Schaffung der MSi&sub2;-Phase unterworfen wird. In diesem Fall ist das Mischungsverhältnis dieser beiden Pulver so gewählt, daß es eine Zusammensetzung von MSix liefert, in der der Wert x im Bereich von 2,0 < x < 4,0 gehalten wird. Mit anderen Worten: Überschüssiges Si bleibt zurück, so daß es die MSi&sub2;-Phase anhaftend umgibt.
Wenn das Mischpulver aus M und Si unter passendem Druck erhitzt wird, wird Si erweicht, während es mit M unter Bildung von MSi&sub2; reagiert. In Bereichen, in denen die Si-Körner in Kontakt mit M-Körnern gehalten werden, steigt die Temperatur der Mischung örtlich wegen der Reaktionswärme an, so daß Si weiter erweicht wird. Im Ergebnis werden Si-Körner um die Oberfläche der Körner herum koaguliert, die nun zu einer MSi&sub2;-Zubereitung geworden sind, wobei die Verbindungsreaktion gefördert wird. Andererseits werden die MSi&sub2;-Phase und die Si-Phase oder die Körner der MSi&sub2;-Phase unterem ander fest miteinander durch eine Diffusionsreaktion verbunden, so daß eine große Menge an noch nicht umgesetztem Si etwas erweicht wird und dafür gesorgt wird, daß sich die Überschußmenge Si um die MSi&sub2; bildenden Körner anordnet, so daß die Struktur verdichtet wird.
Der Grund dafür, daß der Wert x in der Zubereitung MSix auf 2,0 < x < 4,0 beschränkt wird, ist der folgende: In dem Fall, in dem der Wert x in der Zubereitung MSix kleiner als 2,0 gemacht wird, wird in dem so gebildeten Silicid-Film eine große Zugkraft erzeugt, wodurch die Bindungseigenschaften zwischen dem Film und dem Substrat verschlechtert wird und ein Abschälen von dem Substrat erleichtert wird. Wenn andererseits der Wert x der Zubereitung 4,0 übersteigt, wird der Schichtwiderstand des Dünnfilms hoch, was ihn ungeeignet dafür macht, als die Elektrodenverdrahtung bildender Dünnfilm verwendet zu werden.
Außerdem gibt es eine Beziehung zwischen der Raumfüllung des Targets und der Menge an gebildeten Teilchen. In einem Fall niedriger Dichte werden viele Poren in dem Target geschaffen. Es besteht eine Neigung zum Auftreten anormaler Entladungen in diesen Bereichen, und der dadurch zusammenbrechende Teil bildet eine Vielzahl von Teilchen. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, daß die Raumfüllung der gesamten Abschnitte des Targets bei einem Wert über 99 % gehalten wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Raumfüllung (d = dt/ds) das Verhältnis zwischen der theoretischen Dichte (ds), berechnet vom Komponentenverhältnis der gesinterten Substanz und der Dichte (dt) der gesinterten Substanz, wie sie praktisch nach dem Archimedes-Verfahren gemessen wird.
Im Rahmen der Erfindung wurde außerdem gefunden, daß die Abtrennung von Teilchen aus dem Target während des Sputterns nicht nur von an der Oberfläche mangelhaften Schichten in der MSi&sub2;-Phase und der Si-Phase abhängt, sondern auch hervorgerufen wird durch aufgrund der Bearbeitung defekte Schichten, den Zustand der Oberfläche oder zurückbleibende Spannungen, die zu dem Zeitpunkt aufgebaut werden, wenn die gesinterte Silicid-Substanz einer Bearbeitung wie beispielsweise einem Schritt des Schleifens und Glättens unterworfen wird. Mit anderen Worten: Das Schleifen und Glätten eines Targets wurde bisher in der Weise durchgeführt, daß das Werkstück mit harten Körnern einer mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Schleifmaschine abgeschabt und geschliffen wurde. Wenn ein starres und brüchiges Material wie beispielsweise die gesinterte Silicid-Sub stanz, die aus einem Metallsilicid und Silicium bestand, mit einem wie oben beschriebenen Verfahren bearbeitet wird, ist es nicht vermeidbar, daß komförmige Stückchen von der Oberfläche des Werkstücks abgetrennt werden. Nach den Kenntnissen der Erfinder ist in Betracht zu ziehen, daß der Grund hierfür darin besteht, daß zum Zeitpunkt des Schleifens winzige Risse an der Oberfläche des Werkstücks durch die Spannungen gebildet werden, die durch den Kontakt des Werkstücks mit harten, abrasiv wirkenden Körnern hervorgerufen werden. Nach Passieren der abrasiv wirkenden Körner werden Kantenbereiche der Risse durch abrupte Freisetzung der Spannung hochgeschoben und in Form von Fragmentstücken abgetrennt. Üblicherweise wird bei der Bearbeitung eines brüchigen Materials die Schnittiefe oder Schnittbelastung pro abrasiv wirkendem Korn geeignet groß gewählt, so daß Brüche in einem durch die Körner gebildeten örtlichen Spannungsfeld ausgedehnt werden. Durch Akkumulation der winzigen Zusammenbrüche des Materials schreitet die Bearbeitung des Materials fort. Dementsprechend wird auf der bearbeiteten Oberfläche der gesinterten Silicid-Substanz eine große Zahl von durch die Bearbeitung erzeugten defekten Schichten geschaffen, beispielsweise Schleifspuren, Ausbruch-Löcher und winzige Brüche bzw. Risse.
Wenn ein Sputtern unter Verwendung eines Targets durchgeführt wird, das derartige Defektschichten auf seiner gesamten Oberfläche aufweist, werden winzige Körner aus der Oberfläche des Targets durch den Stoß von in dem Plasma gelieferten Ionen abgerissen und herausgebrochen, wobei die oben beschriebenen defekten Bereiche als Ausgangspunkt dienen. Hierdurch werden die Teilchen erzeugt. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, die Oberfläche des Targets so zu glätten, daß die Oberflächenrauhheit Ra (arithmetischer Rauhheits-Mittelwert) unter 0,05 µm gehalten wird und durch Bearbeitung entstandene mangelhafte Schichten wie beispielsweise durch die Bearbeitung hervorgerufene winzige Brüche bzw. Risse und mangelhafte Abschnitte im wesentlichen nicht zurückbleiben.
Gemäß der Definition in "Japan Industries Standard (JIS-B0601) wird ein Abschnitt der Rauhheitskurve, der eine gemessene Länge 1 in Richtung der Mittelwertslinie aufweist, herausgegriffen, und die X-Achse wird auf die Mittellinie des herausgegriffenen Abschnitts gesetzt, und die Y-Achse wird in Richtung der Längsvergrößerung gesetzt. Die Rauhheitskurve wird ausgedrückt durch y = f (x), und die Oberflächenrauhheit Ra, angegeben in Mikrometer (µm) errechnet sich wie folgt:
Ra = 1/l &sub0;l f (x) dx
Um die Rauhheit der geglätteten Oberfläche zu reduzieren und im wesentlichen nach Bearbeitung mangelhafte Schichten zu entfernen, in denen Brüche bzw. Risse und Ausreiß-Löcher gebildet werden, ist es wichtig, die Bearbeitungseinheit relativ zur Verteilung der Materialdefekte zu verringern. Genauer gesagt ist es erforderlich, Schleifkörner zu verwenden, die eine kleinere und einheitliche Korngröße aufweisen, oder die Belastung pro Schleifkorn zu verringern, indem man ein Material wie beispielsweise einen Weichglätter verwendet, der im Hinblick auf Elastizität oder Viskoelastizität verbessert ist, um die in dem Material verursachten Spannungen auf einen Wert zu beschränken, der niedriger ist als die zum Bruch führende Spannung.
Wenn also selbst im Fall eines brüchigen Materials wie einer gesinterten Substanz einschließlich eines Metallsilicids die vorstehend genannte Belastung extrem klein ist, zeigt das Material nur eine plastische Verformung, so daß dies nicht zu einem Bereich mit Rißbildung führt, so daß es möglich wird, eine geglättete Oberfläche zu erhalten, die nur in geringem Umfang Vorsprünge und Einschnitte und Glanz aufweist. In einem praktischen Anwendungsverfahren werden Läpp- und Polierverfahren zum Glätten der Oberfläche sowie ein mechano-chemisches Polierverfahren zum Glätten der Oberfläche mit extrem hoher Prosision als bevorzugt angesehen.
Das Verfahren des mechano-chemischen Polierens ist ein Verfahren, in dem ein herkömmliches mechanisches Verfahren unter Verwendung eines Schleifsteins und ein herkömmliches chemisches Verfahren unter Einsatz chemischer Wirkungen eines Erodierens der polierten Materialoberfläche mit einem chemischen Mittel in Kombination angewendet werden.
Praktisch ist es jedoch schwierig, eine gesinterte Silicid-Substanz allein unter Anwendung dieser Verfahrensweisen im gewünschten Umfang zu glätten. Daher ist es erforderlich, daß die Oberfläche zuerst mit einem effizienteren Verfahren wie beispielsweise mit einem Schleifverfahren bearbeitet und anschließend durch die kombinierte Anwendung von Läppund Polierschritten geglättet wird.
Da bei dem oben beschriebenen Verfahren zur Bearbeitung der Oberfläche die Größe der Schleifkörner in der Reihenfolge Läppen, Polieren und mechano-chemisches Polieren reduziert wird, wird die Rauhheit der geglätteten Oberfläche auch in dieser Reihenfolge kleiner. Durch Anwendung eines derartigen Bearbeitungsverfahrens an dem Metallsilicid Target wird die Menge an aus dem Target erzeugten Teilchen wesentlich reduziert. Nach den Kenntnissen der Erfinder gibt es eine Korrelation zwischen der Menge an erzeugten Teilchen und der Rauhheit der Oberfläche. Um die Erzeugung von Teilchen zu unterdrücken, ist es erwünscht, daß die Oberflächenrauhheit Ra (arithmetischer Mittelwert der Rauhheit) der bearbeiteten Oberfläche geringer ist als 0,02 µm, vorzugsweise geringer als 0,05 µm.
Beim Sputtern durch Bestrahlung mit Ar-Ionen wird der Punkt, an dem ein Ion auftritt, ein Bereich hoher Spannung, und dieser Bereich ist auch einer hohen Temperatur ausgesetzt. Wenn also die Restspannung in dem Schichtbereich der Target-Oberfläche ungleich bleibt, wird die Spannung durch die während des Sputterns erzeugte Hitze rückverteilt, wodurch die Spannung lokal erhöht wird. Als Ergebnis dessen werden große Risse einschließlich radialer Risse gebildet, und die Menge an abgetrennten Teilchen steigt stark an. Dementsprechend ist es bevorzugt, daß die Restspannung auf einen Wert unter kg/mm² verringert wird, noch mehr bevorzugt auf weniger als 5 kg/mm².
Nachfolgend wird nun das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung weiter im einzelnen beschrieben. Das Verfahren umfaßt einen Schritt 1, in dem ein M-Pulver und ein Si-Pulver miteinander in einem vorbestimmten Verhältnis gemischt werden, einen Schritt II, in dem das Mischpulver auf eine niedrige Temperatur erhitzt wird, um die Gehalte an Kohlenstoff und Sauerstoff zu reduzieren, einen Schritt III, in dem das M/Si- Mischpulver in eine Form gefüllt wird und einer Silicid-Reaktion unter geringem Heißpreßdruck und unter Hochvakuum unterworfen wird, um eine Synthese des Silicids eines hochschmelzenden Metalls zu bewirken, und einen Schritt IV, in dem das so synthetisierte Metallsilicid unter hohem Heißpreßdruck unter Erhalt einer kompakten und dichten Struktur gesintert wird. Die Temperatur und der Preßdruck, die in den Schritten III und IV angewendet werden, stellen sehr wichtige Faktoren zum Erhalt einer Sintersubstanz hoher Dichte und kompakter Struktur dar.
Der Schritt 1 des Herstellungsverfahrens ist ein Schritt zur Herstellung und zum Mischen eines M-Pulvers und eines Si-Pulvers unter Erhalt einer Mischzubereitung mit einem Si/M-Atomverhältnis von 2,0 bis 4,0. In diesem Schritt des Mischens eines M-Pulvers und eines Si-Pulvers üben die Korngrößen der beiden Pulverarten eine signifikante Wirkung auf die Korngrößen des so synthetisierten MSi&sub2; und des zwischen den MSi&sub2;- Körnern angeordneten Si aus. Um die vorstehend beschriebene, aus winzigen Teilchen bestehende Struktur zu schaffen, ist es bevorzugt, M-Pulver einer maximalen Korngröße unter 10 µm und Si-Pulver einer maximalen Korngröße unter 30 µm zu verwenden.
Der Grund warum der Wert x der Zubereitung MSix auf 2,0 < x < 4,0 beschränkt ist, ist darin zu sehen, daß dann, wenn der Wert x kleiner ist als 2,0, eine große Zugkraft in dem so gebildeten Silicid-Dünnfilm gebildet wird, so daß die Bindung des Dünnfilms zu dem Substrat verschlechtert wird. Dies führt zu einer Neigung zum Abschälen des Films von dem Substrat. Wenn andererseits der Wert x 4,0 übersteigt, wird der Schichtwiderstand des Dünnfilms hoch, und er wird ungeeignet dafür, zur Schaffung von Elektroden und Verdrahtungen verwendet zu werden. In diesem Schritt werden das Rohmaterial, d.h. das M-Pulver und das Si-Pulver, in einem Si/M-Atomverhältnis von 2,0 bis 4,0 unter Verwendung einer Kugelmühle oder eines V-förmigen Mischers des Trocken-Typs miteinander gemischt, so daß eine Mischung ausreichend einheitlicher Struktur dadurch erhalten wird. Eine ungleiche Mischung ist nicht vorteilhaft, da die Zusammensetzung und Struktur des resultierenden Targets ungleichmäßig wird und die Eigenschaften eines daraus gebildeten Dünnfilms verschlechtert werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es mit dem Ziel, eine Kontamination mit Sauerstoff zu verhindern, wünschenswert, daß der Mischschritt im Vakuum oder in einer Inertgas-Atmosphäre durchgeführt wird.
Außerdem ist es im Hinblick auf einen Verlust von Si und SiO&sub2; durch Verflüchtigung von der Oberfläche des Si-Pulvers zu dem Zeitpunkt, wenn das Pulver auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, sinnvoll, daß die Menge an Si-Pulver etwas größer ist als der tatsächliche Wert, wenn dieses mit dem anderen Pulver gemischt wird. Die Überschuß-Menge wird aufgrund der Erfahrungen und im Hinblick auf die Temperatur, Zeitdauer und den Druck usw. des nachfolgenden Schritts so gewählt, daß sie geringer ist als 5 %.
In Schritt II wird das in Schritt I hergestellte Mischpulver bei niedriger Temperatur und unter Hochvakuum erhitzt, um die Gehalte an Kohlenstoff und Sauerstoff zu verringern. In diesem Schritt ist es wichtig, daß die Heiztemperatur, Haltezeit und der Grad des Vakuums auf geeignete Werte in einem Zustand festgesetzt werden, in dem kein Preßdruck aufgebracht wird. Genauer gesagt ist es notwendig, die Heiztemperatur auf einen Wert im Bereich von 1.000 bis 1.300 ºC festzusetzen. Bei einer Temperatur unter 1.000 ºC ist die Entfernung von Verunreinigungen nicht ausreichend, während bei einer Temperatur über 1.300 ºC die Silicid-Reaktion beginnt und die Verdampfung von Verunreinigungen unzureichend wird. Dies führt zu einem Target, das eine große Menge an Kohlenstoff und Sauerstoff enthält. Noch mehr bevorzugt wird die Heiztemperatur in einem Bereich von 1.100 ºC bis 1.300 ºC gewählt.
Es ist vorteilhaft, daß die Haltezeit auf einen Wert im Bereich von 1 bis 10 h festgesetzt wird. Dies geschieht im Hinblick auf die Heiztemperatur. Wenn die Haltezeit geringer ist als 1 h, kann der oben beschriebene Vorteil nicht in ausreichender Weise erhalten werden. Wenn die Haltezeit länger ist als 10 h, sinkt die Produktivität.
Um andererseits die Gehalte an Kohlenstoff und Sauerstoff in ausreichender Weise zu reduzieren, wird der Wert des Vakuums in der Heißpresse vorzugsweise auf einen Hochvakuum-Wert unter 1,33 10&supmin;² Pa (10&supmin;&sup4; Torr) und noch mehr bevorzugt auf einen Wert unter 1,33 10&supmin;³ Pa (10&supmin;&sup5; Torr) festgesetzt. Wenn der Wert des Vakuums in der Heißpresse abrupt erhöht wird, besteht eine Neigung dazu, daß das Mischpulver aus der Form davonfliegt, so daß die Dichte der gesinterten Substanz selbst nach der Durchführung des nachfolgenden Schritts unzureichend wird. Demzufolge ist es wünschenswert, daß der Grad des Vakuums in der Heißpresse allmählich erhöht wird, bis er auf einen Wert unter 1,33 10&sup4; Pa (100 Torr) gefallen ist.
Im Schritt III wird das entgaste Mischpulver im Hochvakuum und bei niedrigem Preßdruck erhitzt, um die MSi&sub2;-Phase zu synthetisieren. Bei diesem Silicid-Syntheseschritt ist es erforderlich, daß die Heiztemperatur und der Preßdruck auf geeignete Bedingungen eingestellt werden, daß dafür gesorgt wird, daß die Silicid-Reaktion allmählich abläuft, daß ein Wachstum der MSi&sub2;-Körner unterdrückt wird und daß dafür gesorgt wird, daß erweichtes Si in die Lücken zwischen den MSi&sub2;-Körnern fließt. Hierfür ist es wünschenswert, die Heiztemperatur auf einen Wert im Bereich von 1.000 bis 1.300 ºC festzusetzen. In dem Fall, in dem die Heiztemperatur unter 1.000 ºC liegt, startet die Silicid-Reaktion nicht leicht, und in dem Fall, in dem die Temperatur 1.300 ºC übersteigt, wachsen MSi&sub2;- Körner durch eine schnelle Silicid-Reaktion, so daß die Körner grob und groß werden. Dementsprechend ist es wünschenswert, daß die Heiztemperatur vorzugsweise auf einen Wert im Bereich von 1.100 ºC bis 1.300 ºC festgesetzt wird.
Dabei ist es erwünscht, daß die Aufheiz-Geschwindigkeit auf einen Wert unter 20 ºC/min festgesetzt wird, um eine synthetisierte MSi&sub2;-Phase mit einer aus winzigen Körnern bestehenden Struktur zu erhalten. Um eine gute Steuerbarkeit der Silicid-Reaktionsgeschwindigkeit zu realisieren und eine Absorption von verunreinigenden Gasen zu verhindern, ist es erwünscht, daß die Reaktion in einer Hochvakuum-Atmosphäre bei einem Druck von weniger als 1,33 10&supmin;² Pa (10&supmin;&sup4; Torr) bewirkt wird.
Da außerdem der Preßdruck sehr stark den Korndurchmesser der MSi&sub2;-Körner beeinflußt, ist es wünschenswert, den Preßdruck auf einen Wert im Bereich von 10 bis 100 kg/cm² festzusetzen. Wenn der Preßdruck geringer ist als 10 kg/cm², wird die Silicid-Reaktionswärme niedrig und die Erweichung und der Fluß von Si ist nicht ausreichend, was eine mangelhafte Struktur mit ungleicher Si-Abtrennung bewirkt. Wenn andererseits der Preßdruck größer ist als 100 kg/cm², wird der Kontaktdruck zwischen dem M-Pulver und dem Si-Pulver groß, bewirkt die Silicid-Reaktionswärme eine Beschleunigung der Reaktion und werden die MSi&sub2;-Körner groß und grob. Der Preßdruck wird noch mehr bevorzugt auf einen Wert im Bereich von 30 bis 60 kg/cm² festgesetzt.
Im Hinblick auf die Atmosphäre zum Zeitpunkt der Silicid-Synthese ist Hochvakuum, d.h. ein Druck unterhalb von 1,33 10&supmin;² Pa (10&supmin;&sup4; Torr) bevorzugt, wie dies vorstehend im Hinblick auf die Silicid-Reaktionsgeschwindigkeit und die Absorption von verunreinigenden Gasen beschrieben wurde.
Schritt IV ist ein Schritt, in dem die gesinterte Substanz im Hochvakuum oder in einer Inertgas-Atmosphäre unter hohem Preßdruck und bei einer Temperatur genau unter dem eutektischen Punkt erhitzt wird, so daß eine aus winzigen Körnern bestehende und kompakte Struktur der gesinterten Substanz erhalten wird.
In diesem Schritt, in dem die Kompaktheit der gesinteren Substanz erreicht wird, sind der Preßdruck, die Heiztemperatur und die Heizzeit bei dieser Temperatur wichtig zum Erhalt der kompakten Struktur.
Der Preßdruck, der in diesem Schritt angewendet wird, wird vorzugsweise bei einem Wert im Bereich von 100 bis 300 kg/cm² erhalten, um die Kompaktheit der gesinterten Substanz zu fördern. Wenn der Preßdruck niedriger ist als 100 kg/cm², wird die Dichte der resultierenden gesinterten Substanz niedrig, und die gesinterte Substanz enthält eine große Zahl von in der Substanz verbliebenen Poren. Im Gegensatz dazu neigt in dem Fall, in dem der Preßdruck 300 kg/cm² übersteigt, trotz der Tatsache, daß die Dichte der gesinterten Substanz hoch wird, die aus Graphit hergestellte Form dazu, zu brechen. Dementsprechend ist ein Druck im Bereich von 150 bis 250 kg/cm² noch mehr bevorzugt erwünscht.
Was die Sintertemperatur (Heiztemperatur) T dieses Schritts angeht, ist eine Temperatur genau unterhalb des eutektischen Punktes, d.h. eine Temperatur im Bereich von Ts - 50 ≤ T < Ts, bevorzugt. Dabei sind die eutektischen Temperaturen Ts von W, Mo, Ti und Ta, die das Metall M ausmachen, 1.400 ºC, 1.410 ºC, 1.330 ºC bzw. 1.385 ºC. Wenn die Temperatur T niedriger ist als Ts - 50, bleiben Poren zurück, so daß es schwierig ist, eine gesinterte Substanz hoher Dichte zu erhalten. Wenn andererseits die Temperatur T höher ist als Ts, schmilzt die Si-Phase und fließt aus der Form aus, so daß ein gesintertes Produkt erhalten wird, das eine große Abweichung von dem Komponenten- Verhältnis aufweist.
Außerdem wird die Haltezeit der Heiztemperatur im Schritt des Heißsinterns vorzugsweise so gewählt, daß sie in einem Bereich von 1 bis 8 h liegt. Wenn sie kürzer als 1 h ist, bleiben viele Poren zurück, so daß eine gesinterte Substanz hoher Dichte nicht erhalten werden kann. Im Gegensatz dazu wird dann, wenn die Haltetemperatur länger ist als 8 h, die Dichte der gesinterten Substanz nicht weiter erhöht, so daß die Effizienz der Herstellung des Targets verringert wird. Es ist wünschenswert, daß der verdichtende Sinterschritt im Vakuum oder in einer Inertgas-Atmosphäre durchgeführt wird, um eine Kontamination zu verhindern, die durch das Einmischen von Verunreinigungen hervorgerufen wird. Eine Stickstoff-Atmosphäre ist nicht vorteilhaft, da in dieser eine Neigung zur Herstellung von Si&sub3;N&sub4; besteht.

Kurze Beschreibung der Figuren

Figur 1A ist eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme einer Metallstruktur eines Targets gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Figur 1B ist eine schematische Teilzeichnung zur Verwendung bei der Erklärung der in Figur 1A gezeigten Metallstruktur.
Figur 2A ist eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme, die eine Metallstruktur eines Targets gemäß Referenzbeispiel und herkömmuchem Beispiel zeigt.
Figur 2B ist eine schematische Teilzeichnung zur Verwendung bei der Erklärung der in Figur 2A gezeigten Metallstruktur.
Figur 3A ist eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme, die die Konfiguration einer erodierten Oberfläche des Targets gemäß den bevorzugten Ausführungsformen zeigt.
Figur 3B ist eine schematische Teilzeichnung zur Verwendung bei der Erklärung der in Figur 3A gezeigten Oberflächenkonfiguration.
Figur 4A ist eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme, die die Konfiguration einer erodierten Oberfläche eines Targets gemäß dem Referenzbeispiel und herkömmlichem Beispiel zeigt.
Figur 4B ist eine schematische Teilzeichnung zur Verwendung bei der Erklärung der in Figur 4A abgebildeten Photographie der Oberflächenkonfiguration.
Figur 5A ist eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme, die in stark vergrößerter Weise einen vorspringenden Abschnitt, der auf der erodierten Oberfläche des Targets gemäß dem Referenzbeispiel und herkömmuchem Beispiel gebildet ist, zeigt.
Figur 5B ist eine schematische Teilzeichnung zur Verwendung bei der Erklärung des in Figur 5A gezeigten vorstehenden Abschnitts.
Figur 6 ist eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme, die die Ergebnisse der Elementaranalyse der Oberfläche des vorspringenden Abschnitts zeigt, der in Figur 5A gezeigt ist.
Figur 7A ist die Photographie einer Metallstruktur eines Targets gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, aufgenommen mit einem optischen Mikroskop.
Figur 7B ist eine schematische Teilzeichnung zur Verwendung bei der Erklärung der Photographie der Metalistruktur von Figur 7A.
Figur 8A ist eine Aufnahme der Metallstruktur eines Targets gemäß den Referenzbeispielen, aufgenommen mit einem optischen Mikroskop.
Figur 8B ist eine schematische Teilzeichnung zur Verwendung bei der Erklärung der Photographie der Metallstruktur, die in Figur 8A gezeigt ist.
Figur 9A ist eine Aufnahme einer Metallstruktur eines Targets gemäß den herkömmlichen Beispielen, aufgenommen mit einem optischen Mikroskop.
Figur 9B ist eine schematische Teilzeichnung zur Verwendung bei der Erklärung der in Figur 9A gezeigten Photographie der Metalistruktur.
Figur 10A ist eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme, die eine erodierte Oberfläche eines Targets gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
Figur 10B ist eine schematische Teilzeichnung zur Verwendung bei der Erklärung der in Figur 10A gezeigten Aufnahme der erodierten Oberfläche.
Figur 11A ist eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme einer erodierten Oberfläche eines Targets gemäß den Referenzbeispielen.
Figur 11B ist eine schematische Teilzeichnung zur Verwendung bei der Erklärung der in Figur 11A gezeigten Aufnahme der erodierten Oberfläche.
Figur 12A ist eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme, die eine erodierte Oberfläche eines Targets gemäß den herkömmlichen Beispielen zeigt.
Figur 12B ist eine schematische Teilzeichnung zur Verwendung bei der Erklärung der Aufnahme der erodierten Oberfläche von Figur 12A.
Der Aufbau und die Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die folgenden Ausführungsformen beschrieben.

Ausführungsformen 1 bis 12

Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurde ein hochreines Metallpulver aus W, Mo, Ta oder Nb, das einen maximalen Komdurch messer unter 10 µm aufwies, mit einem hochreinen Si-Pulver, das einen maximalen Korndurchmesser unter 30 µm aufwies, in einem Si/M-Atomverhältnis von 2,7 gemischt. Das resultierende Mischpulver wurde weiter einer Mischbehandlung in einer Kugelmühle, in der die Atmosphäre durch hochreines Ar-Gas ersetzt worden war, für die Zeit von 48 h unterworfen. Das so behandelte Mischpulver wurde in eine Form gefüllt, in eine Heißpresse gestellt und in einem Vakuum von 1,06 10&supmin;² Pa (8 x 10&supmin;&sup5; Torr) bei einer Temperatur von 1.200 ºC 3 h lang entgast, um den Gehalt an Verunreinigungen an Kohlenstoff, Sauerstoff und dergleichen zu reduzieren.
Anschließend wurden unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen der Schritt der Silicid-Synthese und der Sinterung zum Herbeiführen von Kompaktheit durchgeführt. Der so erhaltene Sinterkörper wurde danach geschliffen und unter elektrischen Entladungen geglättet und so ein Target mit einem Durchmesser von 260 mm und einer Dicke von 6 mm erhalten.

Referenzbeispiele 1 bis 12

Im Rahmen der Referenzbeispiele wurde ein hochreines Metalipulver aus W, Mo, Ta oder Nb mit einem maximalen Komdurchmesser unter 100 µm mit einem hochreinen Si-Pulver mit einem maximalen Korndurchmesser unter 200 µm in einem Si/M-Atomverhältnis von 2,7 gemischt, und das resultierende Mischpulver wurde, ohne einer Hitzebehandlung zum Entgasen unter Hochvakuum unterworfen worden zu sein, einer Silicid-Synthesereaktion und einem Schritt des Sinterns unter Herbeiführung von Kompaktheit unter den in Tabelle 1 genannten Bedingungen unterworfen. Der resultierende Sinterkörper wurde anschließend zu einem Target mit einem Durchmesser von 260 mm und einer Dicke von 6 mm unter Schleifen und Entladungsglätten genauso wie in den obigen Beispielen verarbeitet.

Herkömmliche Beispiele 1 bis 3

Ein Mischpulver wurde hergestellt durch Mischen eines hochreinen Metallpulvers aus W, Mo, Ta oder Nb, das einen maximalen Korndurchmesser unter 100 µm hatte, mit einem hochreinen Si-Pulver, das einen maximalen Komdurchmesser unter 200 µm hatte, in einem Si/M-Atomverhältnis von 2,0. Das so hergestellte Mischpulver wurde dann unter Vakuum von 2,66 10&supmin;² Pa (2 x 10&supmin;&sup4; Torr) und bei einer Temperatur von 1.300 ºC 4 h lang erhitzt und so eine haibgesinterte Substanz erhalten. Diese wurde danach mit geschmolzenem Si imprägniert und so eine gesinterte Substanz mit einem Si/M-Atomverhältnis von 2,7 hergestellt. Die gesinterte Substanz wurde anschließend zu einem Target des herkömmlichen Beispiels 1 mit einem Durchmesser von 260 mm und einer Dicke von 6 mm verarbeitet, indem man es schliff und unter Entladungen glättete.
Ein Mischpulver wurde hergestellt durch Mischen eines hochreinen Metallpulvers aus W, das einen maximalen Korndurchmesser unter 15 µm aufwies, mit einem hochreinen Si- Pulver, das einen maximalen Korndurchmesser unter 20 µm aufwies, in einem Si/M- Atomverhältnis von 2,7. Das so hergestellte Mischpulver wurde anschließend in einem Vakuum von 1,06 10&supmin;² Pa (8 x 10&supmin;&sup5; Torr) und bei einer Temperatur von 1.250 ºC 4 h lang erhitzt und so eine haibgesinterte Substanz erhalten. Die halbgesinterte Substanz wurde dann in eine druckdichte verschlossene Dose gefüllt und einem Vorgang des heißisostatischen Pressens unter einem Druck von 1,01 10&sup8; Pa (1.000 atm) unterworfen und so ein Sinterkörper geschaffen. Der so erhaltene Sinterkörper wurde geschliffen, poliert und unter Entladungen geglättet und so ein Target mit einem Durchmesser von 260 mm und einer Dicke von 6 mm hergestellt, der das herkömmliche Beispiel 2 darstellte.
Ein Mischpulver wurde hergestellt durch Mischen eines hochreinen W-Pulvers mit einem maximalen Korndurchmesser unter 100 µm mit einem hochreinen Si-Pulver mit einem maximalen Korndurchmesser unter 200 µm in einem Si/M-Atomverhältnis von 2,5. Das so hergestellte Mischpulver wurde anschließend unter Vakuum von 2,66 10&supmin;² Pa (2 x 10&supmin;&sup4; Torr) und bei einer Temperatur von 1.300 ºC 4 h lang erhitzt und so eine halbgesinterte Substanz erhalten. Die halbgesinterte Substanz wurde dann zerkleinert und mit einem ein Silicid synthetisierenden Pulver versetzt und so ein Si/M-Atomverhältnis von 2,7 erhalten. Die resultierende Substanz wurde anschließend einem Schritt des Heißpressens in einer Ar-Gasatmosphäre bei einer Temperatur von 1.380 ºC für die Zeit von 3 h unterworfen und so ein Sinterkörper erhalten. Der Sinterkörper wurde dann durch Schleifen poliert und durch Entladungen geglättet und so ein Target des herkömmlichen Beispiels 3 mit einem Durchmesser von 260 mm und einer Dicke von 6 mm erhalten.
Ergebnisse der mikroskopischen Betrachtung der Struktur einer Ausschnitts-Oberfläche eines Targets gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform und des Targets eines Referenzbeispiels sind in den Figuren 1A und 1B sowie in den Figuren 2A und 2B gezeigt. Wie in den Figuren 2A und 2B gezeigt ist, zeigte die Struktur des Targets gemäß dem Referenzbeispiel eine ungleiche Abtrennung von Si 2 und grobem MSi&sub2; 1. Demgegenüber zeigte das Target der in den Figuren 1A und 1B gezeigten Ausführungsform eine aus winzigen Körnern bestehende und einheitliche Struktur, worin MSi&sub2; 1 mit einem maximalen Korndurchmesser unter 10 µm in aneinandergefügter Form verbunden war und Si 2 in den Lücken zwischen den MSi&sub2;-Körnern 1 diskontinuierlich verteilt war. Außerdem wurde als Ergebnis einer Analyse der Gehalte an Kohlenstoff und Sauerstoff gefunden, daß in dem Target der Ausführungsform die Gehalte an Kohlenstoff und Sauerstoff geringer waren als 50 ppm bzw. 100 ppm, während in dem Target des Referenzbeispiels die Gehalte der genannten Elemente etwa 250 ppm bzw. 1.500 ppm waren.
In Tabelle 1 sind auch die Ergebnisse des Falls angegeben, in dem die in Übereinstimmungen mit den Ausführungsformen 1 bis 12, den Referenzbeispielen 1 bis 12 und den herkömmlichen Beispielen 1 bis 3 erhaltenen Targets in eine Magnetsputter-Vorrichtung eingesetzt wurden und der Vorgang des Sputterns dann unter einem Argongas-Druck von 3,06 10&supmin;¹ Pa (2,3 x 10&supmin;³ Torr) durchgeführt wurde, so daß ein Silicid-Dünnfilm einer Dicke von etwa 300 nm (3.000 Å) auf einem 12,7 cm (5 in) großen Si-Wafer gebildet wurde. Danach wurde die Menge an gemischten Teilchen gemessen. Tabelle 1 Mittlerer Korndurchmesser Silicid-Synthesebedingungen Bedingungen des Sinters z. Verdichten M-Pulver Kohlenstoffgehalt (ppm) Sauerstoffgehalt (ppm) Raumfüllung (%) Zahl der Teilchen Temperatur x Zeit (C x h) Druck (kg/cm²) Ausführungsformen gemäß d. Erfindung Referenzbeispiele
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, war die Menge an aus dem Target gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzeugten Teilchen viel kleiner als diejenige gemäß den Referenzbeispielen und den herkömmlichen Beispielen. Wenn darüberhinaus die erodierten Oberflächen der Targets, die gemäß den erfindungsgemäßen Ausführungsformen, Referenzbeispielen und herkömmlichen Beispielen gebildet worden waren, unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (scanning electron microscope; SEM) betrachtet wurden, wurden zahlreiche Vorsprünge 3 an den erodierten Oberflächen der Targets gefunden, die nach den Referenzbeispielen und den herkömmlichen Beispielen erhalten worden waren, wie dies in den Figuren 4A und 4B gezeigt ist. Wie jedoch in den Figuren 3A und 3B gezeigt ist, wurde kein Vorsprung an den erodierten Oberflächen der Targets beobachtet, die nach den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhalten wurden.
Das Ergebnis einer weiter vergrößerten Betrachtung eines Vorsprungs 3 mit einer ver gleichsweise großen Größe, der auf den erodierten Oberflächen der Targets gemäß den herkömmlichen Beispielen und den Referenzbeispielen gefunden wurde, ist in den Figuren 5A und 5B angegeben, und das Ergebnis einer Elementaranalyse der Oberfläche des in Figur 5A gezeigten Vorsprungs 3 unter Verwendung eines Röntgen-Mikroanalysators (X- ray microanalyzer; XMA) ist in Figur 6 gezeigt. Wie aus Figur 6 ersichtlich ist, wurde Kohlenstoff beobachtet, der in Form weißer Punkte auf der Oberfläche des Vorsprungs dispergiert ist. Dieser Kohlenstoffliefert einen Grund zur Abtrennung von Teilchen. Es wurde bestätigt, daß ein Target gemäß einer der Ausführungsformen der Erfindung sehr viel zur Verbesserung der Produktionsausbeute beitrug, wenn es zur Ausbildung der Elektrodenverdrahtung von Ralbleiter-Vorrichtungen verwendet wurde.
Nachfolgend werden die Eigenschaften eines Targets, bei dem eine Grenzflächenschicht zwischen der MSi&sub2;-Phase und der Si-Phase des Targets gebildet wird, (Ausführungsformen gemäß der Erfindung) verglichen mit denen eines Targets, in dem keine Grenzflächenschicht ausgebildet wird (Referenzbeispiele).

Beispiele 101 bis 114

Ein hochreines Metallpulver aus W, Mo, Ti, Ta, Zr, Hf, Nb, V, Co, Cr oder Ni oder aus einer Kombination der genannten Elemente, das eine mittlere Korngröße von 2 µm aufwies, wurde gemischt mit einem hochreinen Si-Pulver, das B, P, Sb, As und andere nicht vermeidbare Elemente wie beispielsweise Fe, Ni usw. enthielt und eine mittlere Korngröße von 20 µm aufwies, in einem Si/M-Atomverhältnis von 2,6. Das resultierende Mischpulver wurde danach einem Trockenmisch-Schritt für die Zeit von 72 h in einer Kugelmühle unterworfen, in der die Atmosphäre durch hochreines Argongas ersetzt worden war. Das so behandelte Mischpulver wurde danach in eine Heißpreßform aus hochreinem Graphit gefüllt. Die gesamte Anordnung wurde dann in eine Vakuum-Heißpresse gestellt und unter einem Vakuum von 6,65 10&supmin;³ Pa (5 x 10&supmin;&sup5; Torr) und bei einer Temperatur von 1.250 ºC 2 h lang entgast.
Anschließend wurde in einem Vakuum von 6,65 10&supmin;³ Pa (5 x 10&supmin;&sup5; Torr) und unter Anwendung eines Preßdrucks von 50 kg/cm² ein Metallsilicid (MSi&sub2;) bei 1.250 ºC hergestellt. Unter hochreinem Argongas, das als Innenatmosphäre der Heißpresse zugeleitet worden war, und bei einem Innendruck, der auf einen Wert von 7,98 10&sup4; Pa (600 Torr) angehoben wurde, wurde das synthetisierte MSi&sub2; 2 h lang bei 1.370 ºC gesintert. Der resultierende Sinterkörper wurde anschließend geschliffen und unter Entladungen geglättet und so ein Target mit einem Durchmesser von 260 mm und einer Dicke von 6 mm erhalten.

Referenzbeispiele 101 bis 114

Zum Erhalt eines Targets der Beispiele 101 bis 110, wurde ein Metallpulver hoher Reinheit aus W, Mo, Ti, Ta, Zr, Hf, Nb, Co, Cr oder Ni, das einen mittleren Korndurchmesser von 25 µm aufwies, gemischt mit einem hochreinen Si-Pulver einer mittleren Korngröße von 40 µm bei einem Si/M-Atomverhältnis von 2,6. Das Mischpulver wurde anschließend einem Heißpreßschritt unter folgenden Bedingungen unterworfen:
- Heißpreßtemperatur: 1.380 ºC;
- Heißpreßdruck: 250 kg/cm²;
- Innenatmosphäre aus
1) 10,64 10&supmin;³ Pa (8 x 10&supmin;&sup5; Torr) Vakuum bis 1.250 ºC;
2) 7,98 10&sup4; Pa (600 Torr) Argongas im Bereich von 1.250 ºC bis 1.380 ºC.
Es wurde so ein Target mit einem Durchmesser von 260 mm und einer Dicke von 6 mm nach einem herkömmlichen Verfahren erhalten.
Außerdem wurde zum Erhalt von Referenzbeispielen 111 bis 114 ein WSi&sub2;-Pulver, MoSi&sub2;- Pulver, TaSi&sub2;-Pulver oder TiSi&sub2;-Pulver mit einem mittleren Korndurchmesser von 80 µm mit einem hochreinen Si-Pulver mit einem mittleren Korndurchmesser von 60 µm in einem Si/M-Atomverhältnis von 2,6 gemischt und anschließend einem Heißpreßschritt unter Bedingungen unterworfen, die ähnlich denen der Referenzbeispiele 101 bis 110 waren. So wurde ein Target mit einem Durchmesser von 260 mm und einer Dicke von 6 mm erhalten.
In Bezug auf die in den Ausführungsformen 101 bis 114 und in den Referenzbeispielen 101 bis 114 erhaltenen Targets wurden die mittlere Dicke der Zwischenschichten, die Werte der Raumfüllung und die Werte der Biegefestigkeit gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. Wie aus dieser Tabelle ersichtlich ist, zeigen die Targets gemäß den Ausführungsformen 101 bis 114 eine hohe Dichte und eine hohe Biegefestigkeit, und die MSi&sub2;-Phase und die Si-Phase sind fest über die Zwischenschicht verbunden.
Außerdem wurden Ausschnittsstrukturen der Targets, die im Rahmen der erfindungsgemäßen Ausführungsformen, der Referenzbeispiele und der herkömmlichen Beispiele erhalten wurden, mit einem optischen Mikroskop betrachtet, und die erhaltenen Ergebnisse sind in den Figuren 7A, 7B, 8A, 8B bzw. 9A und 9B angegeben. Wie aus den Figuren 7A und 7B ersichtlich ist, wurde im Fall der vorliegenden, erfindungsgemäßen Ausführungsformen eine aus winzigen Körnem bestehende Mischstruktur der MSi&sub2;-Phase 1 und der Si-Phase 2 mit einem mittleren Korndurchmesser von 10 µm beobachtet. Im Fall des Targets gemäß dem Referenzbeispiel waren sowohl die Si-Phase 2 als auch die MSi&sub2;-Phase 1 grob und groß, wie in den Figuren 8A und 8B gezeigt ist. Im Fall des Targets gemäß dem herkömmlichen Beispiel wurde bestätigt, daß sowohl die Si-Phase 2 als auch die MSi&sub2;-Phase 1 beide grob waren, wie dies in den Figuren 9A und 9B gezeigt ist, und zu einer Struktur gefügt waren, aus der leicht Teilchen entstehen.
Die Ergebnisse der Versuche, in denen die Targets, die gemäß den Ausführungsformen 101 bis 114 und gemäß den Referenzbeispielen 101 bis 114 erhalten worden waren, in eine Magnetsputter-Vorrichtung eingebaut wurden, der Vorgang des Sputterns unter einem Argongas-Druck von 3,06 10&supmin;¹ Pa (2,3 x 10&supmin;³ Torr) durchgeführt wurde, um einen Silicid-Dünnfilm einer Dicke on 300 om (3.000 Å) auf einem 12,7 cm (5 in) großen Si- Wafer abzuscheiden, und anschließend die Menge der in dem Dünnfilm enthaltenen Teilchen gemessen wurde, sind ebenfalls in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2 Mittlerer Korndurchmesser Si-Pilver Target hergest. Dünnfilm M-Pulver oder MSi&sub2;-Pulver Kohlenstoffgehalt (ppm) Sauerstoffgehalt (ppm) Zahl der Teilchen Dotierungsmittel elektrischer Widerstand (µ Ω cm) Mittlere Dicke der Zwischensch. Raumfüllung (%) Biegefestigk. (kg/mm²) Ausführungsformen gemäß der Erfindung Referenzbeispiele
Wie aus den in Tabelle 2 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, war die Menge der aus dem Target gemäß den Ausführungsformen der Erfindung erzeugten Teilchen extrem klein.
Die Sputter-Oberflächen der Targets, die im Rahmen der erfindungsgemäßen Ausführungsformen, der Referenzbeispiele und der herkömmlichen Beispiele erhalten worden waren, wurden mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) betrachtet, und es wurden die in den Figuren 10A, 10B, 11A, 11B, 12A und 12B gezeigten Metallstrukturen gefunden. Zwar wurde eine große Zahl von Vorsprüngen 3 auf der Sputter-Oberfläche der Referenzbeispiele (Figuren 11A, 11B) und der herkömmlichen Beispiele (Figuren 12A, 12B) wahrgenommen, jedoch wurde kein Vorsprung 3 an der Oberfläche des Targets gemäß den Ausführungsformen der Erfindung beobachtet, wie in den Figuren 10A und 10B gezeigt ist. Es wurde durch diese Ergebnisse bestätigt, daß eine wesentliche Verbesserung der Produktionsausbeute bei Verwendung des Targets der vorliegenden Erfindung zur Bildung von Elektroden und Verdrahtungen von Halbleiter-Vorrichtungen erwartet werden konnte.
Nachfolgend werden anhand der folgenden Ausführungsformen die Wirkungen beschrieben, die sich auf die Bildung von Teilchen aus einer defekten Schicht, dem Oberflächenzustand und der Restspannung ergeben, die zu dem Zeitpunkt verursacht werden, wenn die gesinterte Silicid-Substanz einem Schritt des mechanischen Glättens wie beispielsweise einem Schritt des Polierens zur Schaffung eines Targets unterworfen wird.

Ausführungsform 200

Eine gesinterte Silicid-Substanz (Wolframsilicid) wurde durch Bearbeiten unter Entladung mit einem elektrischen Draht zu einem Werkstück mit einem Durchmesser von 260 mm geschnitten, und danach wurde die gesinterte Substanz unter Verwendung eines sich um die vertikale Achse drehenden Oberflächenschleifers mit dem Schleifrad SD270J558W6 unter folgenden Bedingungen zu einer Dicke von 6 mm geschliffen: Schleifrad-Umfangsgeschwindigkeit: 1.200 m/min; Tisch-Rotationsgeschwindigkeit: 12 Upm; Schleifgeschwindigkeit: 10 µm/min.
Nachdem die rückseitige Fläche des Targets auf eine Stützplatte aufgelötet worden war, wurde die Vorderseite des Targets mit einer Linsen-Poliervorrichtung und 15 µm Schleifkörnern aus Diamant 60 h lang und anschließend mit 3 µm großen Schleifkörnern 10 h lang bearbeitet. Ein Ultraschall-Reinigungsgerät wurde zur Entfernung der Bearbeitungslösung verwendet, die auf der geläppten Oberfläche haftete, und die Oberfläche wurde danach mit Aceton entfettet und getrocknet.
Als Ergebnis der Betrachtung der bearbeiteten Oberfläche mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) wurden keine Schleifspuren oder durch Ausfall von Teilchen hervorgerufene Löcher, die durch das Schleifen hervorgerufen worden waren, und auch keine feinen Risse, die durch Bruch infolge der Einwirkung von Deformation der Schleifkörner hervorgerufen worden waren, wahrgenommen. Hierdurch wurde die Entfernung der durch die Bearbeitung hervorgerufenen Defekt-Schichten sichergestellt.
Die Rauhheit der bearbeiteten Oberfläche wurde mit einer Oberflächenrauhheits-Meßvorrichtung (Talysurf) beobachtet, und die Restspannung in der bearbeiteten Oberfläche wurde mit einer Röntgen-Spannungsmeßvorrichtung auf der Grundlage eines Parallel- Neigungs-Verfahrens gemessen. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse dieser Messungen. Die Ergebnisse der entsprechenden Messungen an einer geschliffenen Oberfläche, die so gehalten wurde wie sie war, sind als Referenzbeispiel 200 in Tabelle 3 gezeigt.
Nachdem das so erhaltene Target in eine Magnetsputter-Einrichtung eingesetzt worden war, wurde ein Sputter-Schritt unter Ar-Ionenbestrahlung durchgeführt, so daß ein Silicid- Dünnfilm einer Dicke von 300 nm (3.000 Å) auf einem 12,7 cm (5 in) großen Si-Wafer abgeschieden wurde. Die Menge an in dem Dünnfilm enthaltenen Teilchen wurde gemessen.
Die Meßergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 3 angegeben. Aus den in Tabelle 3 gezeigten Ergebnissen läßt sich bestätigen, daß die Menge der Teilchen bei dem Target gemäß der Ausführungsform 200 merklich verringert war und daß durch den Schritt des Läppens die Menge an Teilchen in dem Dünnfilm, der aus dem Target hergestellt worden war, weitgehend verringert werden konnte.

Ausführungsform 201

Eine gesinterte Silicid-Substanz mit einem Durchmesser von 260 mm wurde geschliffen und in derselben Weise geläppt wie bei der Ausführungsform 200. Das Material wurde anschließend mit einem Acrylharz-Polierer und 0,3 µm Ceroxid-Schleifkörnern 10 h lang unter einem Druck des Polierers von 1 kg/cm² und einer Geschwindigkeit des Polierers von 10 m/min poliert. Die Bearbeitungslösung wurde durch Ultraschallreinigung entfernt, und die polierte Oberfläche wurde danach mit Aceton entfettet und getrocknet, wodurch das Target geglättet wurde.
Als Ergebnis einer Betrachtung der bearbeiteten Fläche mittels SEM wurde gefunden, daß die durch Bearbeitung hervorgerufenen Defekt-Schichten mit Schleifspuren, durch Herausfallen von Teilchen hervorgerufenen Löchern und feinen Rissen, die durch das Schleifen hervorgerufen worden waren, vollständig eliminiert wurden und die Oberfläche in spiegelblankem Zustand geglättet war. Die Ergebnisse der Messungen der Oberflächenrauhheit und der Restspannung in der bearbeiteten Oberfläche sind ebenfalls in Tabelle 3 gezeigt. Die Zahl der Unregelmäßigkeiten in der bearbeiteten Oberfläche war extrem klein, verglichen mit der als Referenzbeispiel 200 gezeigten geschliffenen Oberfläche, und elastische Deformationen der Oberfläche, die durch das Schleifen hervorgerufen worden waren, waren nahezu vollständig entfernt.
Ein Schritt des Magnetsputterns wurde unter Verwendung dieses Targets bewirkt, und es wurde ein Silicid-Dünnfilm auf einem 12,7 cm (5 in) großen Wafer gebildet. Das Ergebnis der Messung der Menge an in dem Film eingebauten Teilchen ist auch in Tabelle 3 gezeigt. Wie sich anhand dieses Ergebnisses zeigt, wurde bestätigt, daß die Menge an Teilchen, die sich von dem Target abgetrennt hatten, merklich durch die Verbesserung der Oberflächeneigenschaften reduziert werden konnte, die durch den Schritt des Polierens erhalten wurden, der als Schritt des endgültigen Glättens durchgeführt wurde.

Ausführungsform 202

Eine gesinterte Silicid-Substanz mit einem Durchmesser von 260 mm wurde geschliffen und in derselben Weise geläppt wie in Ausführungsform 200. Das Material wurde anschließend mechano-chemisch unter Verwendung eines Stoff-Polierers und eines SiO&sub2;- Pulvers einer Korngröße von 0,02 µm 20 h lang unter einem Druck der Poliervorrichtung von 1 kg/cm² und einer Geschwindigkeit der Poliervorrichtung von 10 mimin poliert. Nach Ultraschallreinigen wurde die polierte Oberfläche mit Aceton entfettet und getrocknet und so das Target geglättet.
Als Ergebnis der Beobachtung der bearbeiteten Oberfläche mit einem SEM wurden keine durch die Bearbeitung vorhandenen Defekt-Schichten, die durch das Schleifen hervorgerufen worden waren, wahrgenommen, und der Grad der Glätte in Bezug auf die Oberflächenrauhheit und die Restspannung war extrem hoch, verglichen mit der geschliffenen Oberfläche, so daß die bearbeitete Oberfläche äquivalent einer keiner Verzerrung unterworfenen Oberfläche war.
Ein Vorgang des Magnetsputterns wurde auch unter Verwendung dieses Targets durchgeführt und so ein Silicid-Dünnfilm auf einem 12,7 cm (5 in) großen Si-Wafer gebildet. Die Menge an in dem Diinnfilm eingemischten Teilchen wurde gemessen. Als Ergebnis, wie es in Tabelle 3 gezeigt ist, wurden im wesentlichen keine Teilchen gefunden, und es wurde bestätigt, daß die durch die Bearbeitung hervorgerufenen Defekt-Schichten und die Restspannungen, die eine Abtrennung von Teilchen bewirken, vollständig durch den Schritt des Glättens entfernt werden konnten. Tabelle 3 Oberflächen rauhheit Ra (µm) Restdruckspannung (kg/mm²) Menge an erzeugten Teilchen (Zahl) Ausführungsform Referenzbeispiel

Industrielle Anwendbarkeit

Mit dem Sputter-Target und dem Herstellungsverfahren für das Sputter-Target gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Target hoher Dichte und hoher Festigkeit sowie einer aus winzigen Teilchen bestehenden Struktur, das daher in der Lage ist, die Bildung von Teilchen im wesentlichen zu verhindern, geschaffen werden. Daher ist dieses extrem vorteilhaft zur Schaffung eines Dünnfilms, mit dem Elektroden und Verdrahtungen von Halbleiter-Vorrichtungen geschaffen werden können.

Claims

1. Sputter-Target, worin ein Metallsilicid (der stöchiometrischen Zusammensetzung MSi&sub2;, worin M ein Metall ist) in aneinandergefügter Form gebunden ist und eine Metallsilicid- Phase geschaffen wird und eine Si-Phase, die aus Si-Körnern besteht, in den Lücken der Metallsilicid-Phase diskontinuierlich dispergiert ist und so eine kompakte Mischstruktur des Targets geschaffen wird, und worin der Kohlenstoff-Gehalt in der Mischstruktur auf einen Wert unter 100 ppm beschränkt ist.

2. Sputter-Target nach Anspruch 1, worin Metallsilicid-Körner in einer Zahl, die in einen Bereich von 400 bis 400 x 10&sup4; fällt, wobei jedes Korn einen Korndurchmesser im Bereich von 5 bis 30 µm aufweist, in einem Abschnittsbereich von 1 mm² der Mischstruktur geschaffen sind und der maximale Korndurchmesser der Si-Körner auf einen Wert unter 30 µm beschränkt ist.

3. Sputter-Target nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der mittlere Durchmesser der Metallsilicid-Körner in einem Bereich von 2 bis 15 µm liegt, während der mittlere Durchmesser der Si-Körner in einem Bereich von 2 bis 10 µm liegt.

4. Sputter-Target nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Raumfüllung (bzw. das Dichteverhältnis) des Targets über 99 % liegt.

5. Sputter-Target nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin der Sauerstoff-Gehalt des Targets auf einen Wert unter 150 ppm beschränkt ist.

6. Sputter-Target nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin das das Metallsilicid bildende Metall wenigstens ein Metall ist, das gewählt ist aus der aus Wolfram, Molybdän, Titan, Zirkon, Hafnium, Niob, Tantal, Vanadium, Cobalt, Chrom und Nickel bestehenden Gruppe.

7. Sputter-Target nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin eine Zwischenschicht zwischen der Metallsilicid-Phase und der Si-Phase gebildet ist.

8. Sputter-Target nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die Dicke der Zwischenschicht, die zwischen der Metallsilicid-Phase und der Si-Phase gebildet ist, auf einen Wert im Bereich von 10 bis 1.000 nm (100 bis 10.000 Å) festgesetzt ist.

9. Sputter-Target nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin die Si-Phase wenigsten eines der Elemente enthält, die gewählt ist aus der aus B, P, Sb und As und unvermeidlich enthaltenen Elementen bestehenden Gruppe, und worin der spezifische elektrische Widerstand der Si-Phase auf einen Wert im Bereich von 0,01 bis 100 Ω cm beschränkt ist.

10. Verfahren zur Herstellung eines Sputter-Targets, worin ein Metallsilicid (der stöchiometrischen Zusammensetzung MSi&sub2;, worin M ein Metall ist) in aneinandergefügter Form gebunden ist und eine Metallsilicid-Phase geschaffen wird und eine Si-Phase, die aus Si- Körnern besteht, in den Lücken der Metallsilicid-Phase diskontinuierlich dispergiert ist und so eine kompakte Mischstruktur des Targets geschaffen wird, und worin der Kohlenstoff-Gehalt in der Mischstruktur auf einen Wert unter 100 ppm beschränkt ist, wobei das Verfahren umfaßt

(I) einen Schritt des Mischens eines Metallpulvers (M) und eines Si-Pulvers (Si) in einem Si/M-Atomverhältnis, das im Bereich von 2,0 bis 4,0 liegt, unter Bildung eines Mischpulvers;

(II) einen Schritt des Einfüllens des Mischpulvers in eine Form und des Reduzierens der Gehalte an Kohlenstoff und Sauerstoff durch Erhitzen des gesamten Anordnung im Hochvakuum bei einer Temperatur im Bereich von 1.000 bis 1.300 ºC;

(III) einen Schritt, in dem das Mischpulver im Hochvakuum und unter einem Preßdruck im Bereich von 10 bis 100 kg/cm² erhitzt wird, um eine Synthese und ein Sintern des Metallsilicids durchzuführen; und

(IV) einen Schritt, in dem das resultierende Material weiter in einer Hochvakuum- Atmosphäre oder in einer Inertgas-Atmosphäre unter einem Preßdruck im Bereich von 100 bis 300 kg/cm² auf eine Temperatur im Bereich von Ts - 50 ≤ T < Ts erhitzt wird, worin Ts die eutektische Temperatur in ºC ist, so daß die Kornpaktheit des Materials gefördert wird.

11. Verfahren zur Herstellung eines Sputter-Targets nach Anspruch 10, worin das in diesem Verfahren verwendete Metallpulver ein hochreines Metalipulver mit einem maximalen Korndurchmesser von unter 10 µm ist, während das Si-Pulver ein hochreines Si-Pulver mit einem maximalen Korndurchmesser unter 30 µm ist.

12. Herstellungsverfahren für ein Sputter-Target nach den Ansprüchen 10 oder 11, worin der Schritt der Reaktion, des Schmelzens und des Sinterns unter Anwendung eines Heißpreßverfahrens oder eines Verfahrens des heißisostatischen Pressens durchgeführt wird.