JP2004204278A

JP2004204278A - シリサイドターゲット材の製造方法

Info

Publication number: JP2004204278A
Application number: JP2002373508A
Authority: JP
Inventors: Eiji Hirakawa; 英司平川; Shigeru Taniguchi; 繁谷口; Takashi Haraguchi; 崇原口; Tadashi Matsuo; 正松尾; Toshihiro Ii; 稔博伊井; Tadashi Saga; 匡佐賀
Original assignee: Hitachi Metals Ltd; Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc; Proterial Ltd
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】スパッタリング時のパーティクルの発生を従来にないレベルにまで低減できるＳｉ単体相を有するシリサイドターゲット材の製造方法を提供する。
【解決手段】目標組成はＳｉ単体相が存在する組成であって、該目標組成よりもＳｉが少ない組成に配合した珪化物形成金属元素ＭとＳｉとの混合粉末を加熱反応させ仮焼結体とし、次いで粉砕し、目標組成になるようにＳｉ粉末を添加混合した後、加熱して仮焼結体とし、次いで再粉砕し、該再粉砕粉を加圧焼結し、シリサイドターゲット材を製造する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリング時のパーティクルを低減するシリサイドターゲット材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＳＩ半導体デバイスの高集積化に対応するため、ＬＳＩの電極および配線には金属シリサイド膜が使用されている。この金属シリサイド膜を形成する方法としては、特に膜の生産性、再現性および作業の安全性から、金属とシリコンで構成されているターゲット材を使用したスパッタリング法が用いられている。
【０００３】
また、上述したターゲット材においては、使用中の割れの発生を防止する目的、薄膜の均一性、低抵抗性等を確保する目的、あるいはスパッタリング時の局部放電によりパーティクルが発生するのを防止する目的のために、高純度で不純物の少ないターゲット材を製造する方法が提案されてきた。
さらに、近時、ＬＳＩ半導体デバイスの集積度がさらにあがり、配線幅が１μｍ以下と微細になりつつある中、スパッタリングに際してターゲット材から飛散するパーティクルが緻密な薄膜を形成する上で大きな問題となってきた。そのため、金属シリサイドターゲット材に存在する金属シリサイド相とＳｉ相を微細分散することが検討されている。
【０００４】
例えば、合成済のシリサイド粉末を１０μm 程度に微粉砕し、得られた微粉砕シリサイド粉末を加圧せずに真空焼鈍を行い、その後ホットプレスにより９９％以上に加圧焼結することでＳｉ相を微細分散させる製造方法がある（例えば特許文献１参照。）。
【０００５】
また、例えば、シリコン含有量が７０〜９７重量％である高融点金属シリサイドターゲット材に関して、高融点金属シリサイド相の最大粒径を２０μm 以下にすることで、低パーティクル化および安定成膜の実現ができるとされ、さらに、その製造方法としてＳｉ粉末とＭｏ等の金属粉末を混合し、これを成形型に充填し０．１〜０．３ＭＰａのプレス圧力下で１０００〜１３００℃に加熱することで高融点金属のシリサイドを合成し、つづいて真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で２４．５〜３９．２ＭＰａのプレス圧力化で１３５０℃〜１４５０℃に加熱することで高融点金属シリサイドを緻密化してスパッタリング用ターゲットを作製する方法がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３２２５２９号公報（第３−５頁）
【特許文献２】
特開２００２−１８２３６５号公報（第３−５頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
半導体の高集積化に伴い配線幅の微細化が望まれ、パーティクルの少ない良質な膜であることが望まれる。しかしながら特許文献２で開示されるターゲット材の製造方法では、金属シリサイド相を合成した後そのまま緻密化を行うため、Ｓｉ母相中に見られる金属シリサイド相を均一に分散させることが出来ない。そのためターゲット組識が不均一になり、スパッタリングが進行するにつれて各相のスパッタレートの違いに起因する凹凸がターゲット表面に発生し異常放電の起点となり、パーティクルの発生を抑えることが難しい。また、特許文献１で開示されるターゲット材の製造方法でも、合成済みのシリサイド粉末を１０μｍ程度に微粉砕した後に焼結を行うため、１０μｍ以上の粗大シリコン相が少ないシリサイドターゲット材を実現できるが、ターゲット材の各相の均一分散が実現できないためにパーティクルの発生を十分に抑制できない。
本発明の目的は、スパッタリング時のパーティクルの発生を従来にないレベルにまで低減できるＳｉ単体相を有するシリサイドターゲット材の製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、シリサイドターゲット材におけるパーティクルの発生を低減する方法を種々検討した結果、特定の焼結と焼結体の粉砕を複数回数組み合わせることによって、ミクロ組織におけるＳｉ単体相と金属シリサイド（ＭＳｉ₂）相が微細かつ丸みのある形状で均一に分散したシリサイドターゲット材を実現し、スパッタリングの際のパーティクルを大きく改善できることを見いだし本発明に到達した。
【０００９】
すなわち、本発明のシリサイドターゲット材の製造方法は、目標組成がＳｉ単体相の存在する組成であって、該目標組成よりもＳｉが少ない組成に配合した珪化物形成金属元素ＭとＳｉとの混合粉末を加熱反応させ仮焼結体とし、次いで粉砕し、目標組成になるようにＳｉ粉末を添加混合した後、加熱して仮焼結体とし、次いで再粉砕し、該再粉砕粉を加圧焼結し、ターゲットとすることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明のシリサイドターゲット材の製造方法は、前記珪化物形成金属元素ＭとＳｉの混合粉末は、ＭＳｉｘ（１．９≦Ｘ≦２．１）に調整することを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
上述したように、本発明の重要な特徴はシリサイドターゲット材のミクロ組織において、Ｓｉ単体相と金属シリサイド（ＭＳｉ₂）相を微細かつ丸みのある形状で均一に分散させる方法を見出したことにより、スパッタリング中のパーティクル発生を抑制できる点にある。
【００１２】
２相以上の組織をもつターゲット材の場合、スパッタリングが進行するにつれて各相のスパッタレートの違いに起因する凹凸がターゲット表面に発生してくる。この凹凸が大きいと異常放電発生によるパーティクル発生の原因になるため、パーティクルの抑制のためには出来るだけターゲット材の表面を平滑に保つことが必要である。そのためにはターゲット材のミクロ組識を微細になるよう調整することが最も有効であり、シリサイドターゲット材の場合は、Ｓｉ単体相と金属シリサイド（ＭＳｉ₂）相を微細でなおかつ均一に分散させたミクロ組識にすることが求められる。
【００１３】
また、従来のシリサイドターゲット材における金属シリサイド相の形状は、原料粉末の種類・形状および仮焼結・粉砕条件により変化するが、一般に粉砕工程においてシリサイド相の形状は角張った状態となる。特に目標組成で焼結したシリサイドを微粉砕して焼結する場合、シリサイド粉砕粉は金属シリサイド相がＳｉ相に包まれたミクロ組織となるものがあり、金属シリサイドを単独で効率よく粉砕できないので金属シリサイド相の形状が角張りやすい。この金属シリサイド相の角部がスパッタリングが進行すると異常放電の起点となりうる。そこで、本発明のシリサイドターゲット材の製造方法では、まず目標組成よりＳｉ量が少ない組成でＳｉと珪化物形成金属元素Ｍを加熱反応させ、金属シリサイド相を主体とした仮焼結体を粉砕した粉末を作製し、金属シリサイドを効率よく微細化する。さらに、本発明では金属シリサイド相を主体とした粉砕粉末に新たにＳｉ粉末を添加し、再び加熱焼結させることにより、金属シリサイド相を丸みを帯びた形状とすることができる。これは金属シリサイド相を主体とした粉砕粉末に含まれるミクロレベルの珪化物形成金属元素Ｍが新たに添加したＳｉに拡散したことによるものと考えられる。これにより、スパッタリング時の異常放電の起点となりうるシリサイドターゲット材の金属シリサイド相の角部が減少し、パーティクルの抑制に効果がある。
【００１４】
本発明のシリサイドターゲット材の製造方法は、具体的には（１）Ｓｉ単体相が存在する目標組成よりもＳｉが少ない組成の第１のシリサイド仮焼結体を作製する工程、（２）第１のシリサイド仮焼結体を粉砕する工程、（３）目標組成となるようにシリサイド粉砕粉にＳｉ粉末を添加してＳｉ単体相を有する第２のシリサイド仮焼結体を作製する工程、（４）第２のシリサイド仮焼結体を粉砕する工程、（５）第２のシリサイド仮焼結体の粉砕粉を加圧焼結する工程といった工程を有する。
【００１５】
上述（１）の第１のシリサイド仮焼結体の作製工程は、Ｓｉ粉末と珪化物形成金属元素Ｍの粉末を目標組成よりもＳｉ量が少ない組成で混合し加熱して、シリサイド反応させて仮焼結体とするものである。この際、混合粉末はシリサイド反応により最終的には安定なＭＳｉ₂となるが、シリサイド反応にあずからなかったＳｉは遊離Ｓｉとして残留する。なお、Ｓｉの最低混合量はシリサイド反応にあずからない珪化物形成金属元素Ｍが多量に発生しないようにすることが望ましい。つまり珪化物形成金属元素ＭとＳｉの混合粉末は、原子量でＳｉ／Ｍ＝１．９〜２．１に調整することが好ましい。
【００１６】
次に、上述（２）の第１のシリサイド仮焼結体を粉砕する工程においては、粉砕粉の粒径はシリサイドターゲット材の組織に深く影響を及ぼすので、粒径１０μｍ以下とするのが好ましい。
【００１７】
続いて、上述（３）の目標組成となるようにシリサイド粉砕粉にＳｉ粉末を添加してＳｉ単体相を有する第２のシリサイド仮焼結体を作製する工程をとる。この第２のシリサイド仮焼結体において、焼結前の粉末の粒径を制御することにより、微細なＳｉ単体相と金属シリサイド（ＭＳｉ₂）相で構成されるミクロ組織とすることができる。しかし、半導体配線膜やフォトマスク膜を形成するシリサイドターゲット材として要求されるパーティクルの抑制を実現できるほどの各相の均一分散を達成できない。そこで、さらに上述（４）の工程の第２のシリサイド仮焼結体を粉砕し、（５）の工程の粉砕した第２のシリサイド仮焼結体を加圧焼結することでＳｉ単体相とシリサイド相を微細かつ均一に分散したミクロ組織を有するターゲット材とすることができる。
【００１８】
前記第１および第２のシリサイド焼結体の粉砕方法としては、例えば、ボールミル等の粉砕機を使用してアルゴン雰囲気中で３０μｍ程度に粉砕した後、さらに微細な粉砕粉を得るために、例えば、ジェットミル粉砕機等の微粉砕機を用いて１０μｍ以下に粉砕することが望ましい。
【００１９】
加圧焼結の方法としては、ホットプレス（ＨＰ）、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）あるいは放電プラズマ焼結法等が適用できる。ターゲット材の相対密度として９８％以上好ましくは９９％以上を実現できるものであればいずれの方法でもよい。
【００２０】
スパッタリング時のパーティクル低減のためには、シリサイドターゲット材のミクロ組織のＳｉ相と金属シリサイド（ＭＳｉ₂）相が微細となることが好ましい。金属シリサイド相としては粒径１０μｍ以下が望ましい。
【００２１】
珪化物形成金属元素Ｍとしては、ジルコニウム、モリブデン、クロム、タンタル等が適用できる。
【００２２】
なお、本発明の製造方法を使用するシリサイドターゲット材としては、目標組成としてＳｉと珪化物形成金属元素Ｍが原子量でＳｉ／Ｍ＝２．２以上、さらに好ましくは４．０以上の配合比であることが望ましい。このような配合比であればＳｉ相が単体相として存在する組成となるためである。
【００２３】
【実施例】
以下に本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
【００２４】
（実施例１）
ジルコニウム粉末（純度９９．９％以上、平均粒径３０μｍ）と高純度シリコン粉末（純度９９．９９９％以上、平均粒径８μｍ）を原子量でＳｉ／Ｚｒ＝２．０の配合比に秤量し、ブレンダーにて混合した。混合して得られた混合粉末を１３６０℃×４時間の条件で６×１０^-2Ｐａ以下の高真空下でシリサイド化反応を行い仮焼結体を得た。この仮焼結体をアルゴン雰囲気中で１００メッシュ（１５０μｍ）以下まで粉砕し、粉砕粉をさらにジェットミルにて１０μｍ以下の微粉砕して第１の微粉砕粉を得た。
前記第１の微粉砕粉（粒径１０μｍ以下）と高純度シリコン粉末（純度９９．９９９％以上、平均粒径８μｍ）を原子量でＳｉ／Ｚｒ＝９．０の配合比となるように秤量し、ブレンダーにて混合した。混合して得られた混合粉末を１３６０℃×４時間の条件で６×１０^-2Ｐａ以下の高真空下で再びシリサイド化反応を行い仮焼結体を得た。この仮焼結体をアルゴン雰囲気中で１００メッシュ（１５０μｍ）以下まで粉砕し、粉砕粉をさらにジェットミルにて１０μｍ以下に微粉砕し第２の微粉砕粉を得た。
この第２の微粉砕粉を温度１２００℃、圧力５００気圧の条件のホットプレスにより加圧焼結した後、機械加工により２１６ｍｍφのジルコニウムシリサイドターゲット材を得た。
【００２５】
（実施例２）
原料粉末として、モリブデン粉末（純度９９．９％以上、平均粒径１０μｍ）と高純度シリコン粉末（純度９９．９９９％以上、平均粒径８μｍ）を使用し、第２の微粉砕粉の元素配合をＳｉ／Ｍｏ＝９．０とした他は実施例１と同様条件にて、２１６ｍｍφのモリブデンシリサイドターゲット材を作製した。
【００２６】
（実施例３）
原料粉末として、タンタル粉末（純度９９．９％以上、平均粒径２０μｍ）と高純度シリコン粉末（純度９９．９９９％以上、平均粒径８μｍ）を使用し、第２の微粉砕粉の元素配合をＳｉ／Ｔａ＝４．０とした他は実施例１と同様条件にて、２１６ｍｍφのタンタルシリサイドターゲット材を作製した。
【００２７】
（実施例４）
原料粉末として、クロム粉末（純度９９．９％以上、平均粒径１００μｍ）と高純度シリコン粉末（純度９９．９９９％以上、平均粒径８μｍ）を使用し、第２の微粉砕粉の元素配合をＳｉ／Ｃｒ＝４．０とした他は実施例１と同様条件にて、２１６ｍｍφのクロムシリサイドターゲット材を作製した。
【００２８】
実施例１〜４のシリサイドターゲット材のミクロ組織を光学顕微鏡（４００倍）で観察し、ミクロ組織中に存在する金属シリサイド（ＭＳｉ₂）相の最大粒径を測定した。また、上記シリサイドターゲット材の真密度をアルキメデス法により求め、得られた真密度と理論密度で相対密度（相対密度（％）＝真密度／理論密度×１００）を計算した。実施例１のジルコニウムシリサイドターゲット材のミクロ組織の光学顕微鏡写真（４００倍）を図１に示す。
【００２９】
（比較例１）
比較例として、以下のシリサイドターゲット材を作製した。
ジルコニウム粉末（純度９９．９％以上、平均粒径３０μｍ）と高純度シリコン粉末（純度９９．９９９％以上、平均粒径８μｍ）を原子量でＳｉ／Ｚｒ＝９．０の配合比に秤量し、ブレンダーにて混合した。混合して得られた混合粉末を１３６０℃×４時間の条件で６×１０^-2Ｐａ以下の高真空下でシリサイド化反応を行い仮焼体を得た。この仮焼体をアルゴン雰囲気中で１００メッシュ（１５０μｍ）以下まで粉砕した。
この粉砕粉を温度１２００℃、圧力５００気圧の条件のホットプレスにより加圧焼結した後、機械加工により２１６ｍｍφの比較例１のジルコニウムシリサイドターゲット材を得た。
【００３０】
（比較例２）
比較例１と同様に得た仮焼体をアルゴン雰囲気中で１００メッシュ（１５０μｍ）以下まで粉砕した後、その粉砕粉をさらにジェットミルにて１０μｍ以下に微粉砕した微粉砕粉を使用して、比較例１と同様に加圧焼結した後、機械加工により２１６ｍｍφの比較例２のジルコニウムシリサイドターゲット材を得た。
【００３１】
比較例１および２のシリサイドターゲット材のミクロ組織を光学顕微鏡（４００倍）で観察し、ミクロ組織中に存在する金属シリサイド（ＭＳｉ₂）相の最大粒径を測定した。また、上記ターゲット材の真密度をアルキメデス法により求め、得られた真密度と理論密度で相対密度（相対密度（％）＝真密度／理論密度×１００）を計算した。比較例１および２のジルコニウムシリサイドターゲット材のミクロ組織の光学顕微鏡写真（４００倍）をそれぞれ図２および図３に示す。
【００３２】
実施例１〜４および比較例１、２で得たシリサイドターゲット材を表１の条件でスパッタリングを行い、累積膜厚が２０ｎｍのときの６インチウェハー上に発生する０．２μｍ以上のパーティクル数を測定した。実施例１〜４および比較例１、２に関して、シリサイドターゲット材の組成、相対密度、金属シリサイド（ＭＳｉ₂）相の最大粒径、および測定したスパッタリング時のパーティクル数を表２に示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
【表２】

【００３５】
表２から分かるように、比較例１のシリサイド焼結体を１５０μｍ以下程度に１度粉砕した後に最終の加圧焼結をしたシリサイドターゲット材は、金属シリサイド相の最大粒径が４０μｍとなり粗大な金属シリサイド相がターゲット材の組織に存在するの、でスパッタリング時に０．２μｍ以上のパーティクルが６０個と多量に発生した。一方、本発明実施例１〜４の焼結と焼結体の粉砕を複数回数組合わせて実施したシリサイドターゲット材は、金属シリサイド相の最大粒径が１０μｍ以下となり、Ｓｉ単体相と金属シリサイド相が微細かつ均一に分散したミクロ組織を有しており、スパッタリング時に発生する０．２μｍ以上のパーティクルが３（個／６インチウェハ）以下と十分に抑制できていることが分かる。また、比較例２のシリサイド焼結体を１０μｍ以下程度に１度のみ粉砕した後に最終の加圧焼結をしたシリサイドターゲット材は、金属シリサイド相は最大粒径が１０μｍ以下と微細なミクロ組織を有しているが微細かつ均一な分散が十分ではないため、スパッタリング時の０．２μｍ以上のパーティクル発生が８（個／６インチウェハ）となった。このように比較例２の１度のみの焼結粉砕では、本発明実施例１〜４で実現される０．２μｍ以上のパーティクルの発生数が３（個／６インチウェハ）以下の水準を満たすことができなかった。
【００３６】
また、図１〜図３の各シリサイドターゲット材のミクロ組織写真を比較すると、図１の本発明実施例１のミクロ組織写真では、濃灰色に見えるＳｉ単体相と白色に見える金属シリサイド相が微細かつ丸みのある形状で均一に分散した金属組織を有していることが分かる。一方、図２の比較例１のシリサイドターゲット材のミクロ組織写真では白色に見える金属シリサイド相が粗大である。また、図３の比較例２のシリサイドターゲット材のミクロ組織写真では、濃灰色のＳｉ単体相と白色の金属シリサイド相は微細かつ均一に分散しているが、図１と比較すると各相の分散度が十分ではなく、金属シリサイド相も端部が角張ったままの形状をしているため、パーティクルの抑制が十分でないものと考えられる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、スパッタリングの際に発生するパーティクルを抑えるシリサイドターゲット材を製造することが可能になる。したがって、本発明の製造方法により製造されたターゲット材を使用することにより、より微細な加工精度が要求される半導体デバイス等の製品歩留が向上し、あるいは半導体デバイスの信頼性が増して、工業上極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のジルコニウムシリサイドターゲット材の４００倍の光学顕微鏡写真によるミクロ組織写真である。
【図２】比較例１のジルコニウムシリサイドターゲット材の４００倍の光学顕微鏡写真によるミクロ組織写真である。
【図３】比較例２のジルコニウムシリサイドターゲット材の４００倍の光学顕微鏡写真によるミクロ組織写真である。

Claims

目標組成がＳｉ単体相の存在する組成であって、該目標組成よりもＳｉが少ない組成に配合した珪化物形成金属元素ＭとＳｉとの混合粉末を加熱反応させ仮焼結体とし、次いで粉砕し、目標組成になるようにＳｉ粉末を添加混合した後、加熱して仮焼結体とし、次いで再粉砕し、該再粉砕粉を加圧焼結し、ターゲットとすることを特徴とするシリサイドターゲット材の製造方法。
前記珪化物形成金属元素ＭとＳｉの混合粉末は、ＭＳｉｘ（１．９≦Ｘ≦２．１）に調整することを特徴とする請求項１に記載のシリサイドターゲット材の製造方法。