JP2594794B2

JP2594794B2 - シリサイドターゲットとその製造方法

Info

Publication number: JP2594794B2
Application number: JP62195277A
Authority: JP
Inventors: 進沢田; 祐一沼田; 治叶野
Original assignee: Japan Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1987-08-06
Filing date: 1987-08-06
Publication date: 1997-03-26
Anticipated expiration: 2012-03-26
Also published as: JPS6439374A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、シリサイドターゲツトとその製造方法に関
するものであり、特にはスパツタ時にシリコンウエハー
成膜上のパーテイクルの発生量が少ない高温プレス焼結
シリサイドターゲツトの製造方法に関する。本発明にお
いて、シリサイドはMo、Ｗ、Ti、Nb、Ta等の高融点金属
のシリサイドを対象とするものである。本発明により製
造されたシリサイドターゲツトを使用してスパツタプロ
セスにより形成された電極、配線等の成膜は、パーテイ
クル発生量が少なく、デバイスの配線巾を狭くすること
が出来、VLSIの高集積化（例えば256KB→1MB）のための
配線材料として特に適する。

発明の背景半導体デバイスの高集積化に伴い、デバイスにおける
電極及び配線材料として近時高融点金属シリサイドが脚
光をあびている。こうしたシリサイド製電極及び配線成
膜を生成する一つの有用な方法はスパツタプロセスであ
る。スパツタプロセスにおいては、シリサイドターゲツ
トにアルゴンイオンを衝突させて金属を放出させ、放出
金属をターゲツトに対向した基板にシリサイドとして堆
積させるものである。成膜の性状はターゲツトの性状に
大きく左右される。

現在、汎用されているスパツタプロセスは大量生産技
術として確立されているが、成膜プロセスとして対抗す
るCVDプロセスと比較して焼結ターゲツトを使用するた
め成膜上のパーテイクル問題がクローズアツプされてい
る。

パーテイクルとは、焼結ターゲツトをスパツタする
際、飛散する微粒子がウエハー上に堆積したものを云
う。焼結ターゲツトの場合、焼結が進んでいないと粒子
間の結合力が弱く、スパツタした場合スパツタ時のエネ
ルギーにより粒子間の結合が切れ、微粒子となつて飛び
だす。この微粒子は直径が数μｍ程度のものが多いの
で、これがウエハー上に堆積すると、数μｍの線巾のゲ
ート電極を断線させ、LSIの不良率増大の原因となる。

集積度が例えば256KBから1MBへと増加するに従つて、
シリコンウエハー成膜上のパーテイクルの許容数、許容
サイズはゼロへの収斂が要求され、例えばサイズでいえ
ば1MBの配線巾が1.5μｍとすると、その1/10の0.15μｍ
以下が許容パーテイクルサイズであると云われている。

従来技術とその問題点シリサイド焼結ターゲツトの製造方法として、従来、
シリサイド粉末を目標モル比調整の為シリコン粉を加え
そして常温でプレスした後焼結することにより製造が行
われていたが、この方法では焼結が進まないため、スパ
ツタ時に500〜2000個/6inウエハーという多量のパーテ
イクルが発生した。またその密度比が80〜90％程度と低
いため空隙部が10〜20％存在していることが原因となつ
て、スパツタ時にターゲツト内で一様な熱伝導が行われ
ないためターゲツトが割れるという欠点も生じた。

こうした問題点に鑑み、本件出願人は先に、合成高融
点金属シリサイド粉を先ず生成し、それに目標モル比調
整のためのシリコン粉を添加し、その混合物をホツトプ
レス、即ち高温度、高真空及び高プレス圧の条件下での
一軸圧縮成型により合成後の高融点金属シリサイド粉末
から97％以上の密度を有する、焼結品としての高融点金
属シリサイドターゲツトを製造する方法を提唱した。

この方法は、前述のパーテイクル発生問題を軽減し、
高密度のシリサイド焼結ターゲツトを製造しうる点で非
常に好適なものであつたが、CVDプロセスに対抗する品
質を得るためにはシリサイド粉及びシリコン粉の粒度調
整、シリコン粉末の添加量の調整、粉の混合並びに成型
プレス条件の設定など正確な工程管理が必要であること
及び比較的製造工程が煩雑であるという欠点があつた。

発明の概要上記パーテイクルの発生問題について本発明者等は更
に詳しい発生メカニズムの追求に取組んだ。その結果、
シリサイドターゲツトの高密度化、高焼結強度化はパー
テイクル対策の基本であり、これを補強することが重要
であることを確認すると共に、凝集シリコンがパーテイ
クル問題に深くかかわつているという新たな知見を得
た。

Si粉は特に凝集性が強く、粉砕、混合及び合成のいず
れのプロセスでも凝集しがちである。注目すべきは、凝
集Si粉の内部にシリサイド粉が取込まれているとの事実
である。そのままの状態でスパツタすると、原子量の関
係でSiが先にスパツタされるため、これら取込まれたシ
リサイド粉がパーテイクルの原因となるのである。ま
た、凝集Siとシリサイドとの境界面もパーテイクル発生
源となりやすい形状となつている。

シリサイドターゲツト製造工程においては、前述した
ように合成されたシリサイド粉とシリコンの揮散損失分
に対応する添加シリコン粉とを混合し、これをホツトプ
レスすることによりターゲツトが製造されるが、この場
合の添加シリコン粉がシリコン凝集と深く関与するので
ある。

したがつてシリコン粉を添加する場合に、上記のよう
な工程管理が厳しくコントロールされないとややもする
とパーテイクル発生の原因となるおそれがあつた。こう
した考察の下でシリコン粉添加を行なわずに、同種のシ
リサイド粉の添加により目標セル比調整を行う方法を見
出したものである。

こうして、高密度化、高焼結強度化を基本としつつ、
凝集Si粉のサイズを所定水準以下に規制することにより
パーテイクル発生が激減する。高密度化、高焼結強度化
のためには、シリサイド粉末を100メツシユ以下と微細
化し且つ充分なる高温プレスを行い、ホツトプレス時に
は予荷重をかけ、プレス後ホールドすることが好まし
い。

斯くして、本発明は、（１）相対密度97％以上であり、焼結組織はシリサイド
及び遊離シリコン又は不可避的に存在するシリコンから
成り、凝集シリコンが存在しないことを特徴とするシリ
サイドターゲット、及び（２）合成された、モル比の異なる同種のシリサイド原
料粉２種以上を準備し、これを分析してそれぞれのシリ
サイドを構成する元素のモル比を正確に求め、次にこれ
らを混合して−100メッシュ粒度の原料合成シリサイド
粉をシリサイドを構成する元素の目標モル比に調整した
後、ホットプレスすることを特徴とするシリサイドター
ゲットの製造方法を提供する。

発明の具体的説明タングステン及びモリブデンに代表される高融点金属
粉及びシリコン粉原料としては、低放射性元素及び低ア
ルカリ金属含有量のものを使用する。５〜9N（99.999〜
99.9999999wt％）の純度を有するそうした原料シリコン
粉は容易に市販入手しうる。原料高融点金属粉について
も最近アルカリ金属含有率が1000ppb以下そして放射性
元素含有率が100ppb以下の5N以上の高純度のものを調製
する技術が確立されている。これは、従来からの一般市
販高融点金属或いはその化合物を溶解して、水溶液を生
成し、該水溶液を精製した後含高融点金属結晶を晶出さ
せ、該結晶を固液分離、洗浄及び乾燥した後に加熱還元
することによつて高純度高融点金属粉末を調製するもの
である。更に、これら粉末に再溶解等の精製処理を施す
ことによつて更に高純度のものを得ることができる。

こうした原料粉末を目標とするシリサイドWSi_x、MoSi
_x（ｘは一般に２〜３）に対応する所定の比率の下でＶ
型ミキサ等により混合し、例えば真空抵抗炉において加
熱合成を行う。合成条件は一般に次の通りである：真空圧:1〜10^-4Pa 温度:1200〜1400℃ 時間:5分〜６時間反応終了後、放冷し、真空炉から取出された合成シリ
サイドは、ボールミル、振動ミルその他の粉砕機により
充分に粉砕し、乾式篩で篩別して−100メツシユ、好ま
しくは−200メツシユに粒度を揃え、原料シリサイド粉
とする。

この後、篩別された原料シリサイド粉のモル比が分析
により明確にされる。

工程を通してのシリコンの揮散損失分を補償するシリ
サイド粉が加えられる。これは添加シリサイド粉と呼ば
れる。添加シリサイド粉は別工程において製造されたシ
リサイド粉でよい。これは同様に予め元素のモル比を分
析により正確に求める。このシリサイド粉も、−100メ
ツシユ、好ましくは−200メツシユのものが使用され
る。添加シリサイド粉は、目標のモル比とする為に、そ
の前後のモル比のシリサイド粉を使用するのが良い。

原料シリサイド粉と添加シリサイド粉とは例えばＶ型
ミキサを使用して充分に混合する。

この後ホツトプレスが実施される。ホツトプレスは混
合粉の充分なる高密度化・高焼結強度化を図るよう実施
することが肝要である。ホツトプレスする際に、予荷重
をかけプレス後ホールドすることが好ましい。ホツトプ
レス条件は次の通りである：プレス温度:1300〜1400℃（好ましくは1370〜1400℃）プレス圧力：高い方が良いが、ダイケースの強度を考慮
して一般に200〜400Kg/cm² プレス時間:20〜40分予荷重:60〜170Kg/cm² ホールド時間：長い方がよいが最小30分（一般にプレス
時間込みで１〜３時間）真空度:10^-3Paのオーダーホツトプレスは、上記混合粉を型入れし、昇温を開始
して1300〜1400℃のうちの目標温度に達したら、その温
度水準を維持しつつ所定のプレス圧の適用を開始する。
プレス圧の適用により材料は次第に減厚され、或る時点
を越えると材料厚さは一定に達し、それ以上減厚されな
い。この状態で一般にプレス圧の適用が解除されるが、
高密度化をより増進するには、プレス時に予荷重をかけ
ておいて上記時点以降例えば30分以上その状態で保持す
ることが効果的である。これをホールドとここでは呼
ぶ。

微細な合成シリサイド粉を原料とし高温で充分の時間
プレスを行うことにより、粒間の焼結は進行し、均一な
焼結組織が生成される。上記のように、予荷重をかけプ
レス後ホールドすることも高密度化・高焼結強度化に特
に有効な手段である。この高温プレスにより、97％以上
99.9％にも達しうる高密度化のターゲツトが生成しう
る。

プレス後、プレス品は取出され、機械加工によりスパ
ツタ用ターゲツトに仕上げられる。

こうして、（１）原料シリサイド粉を細かくすること、（２）充分にホツトプレスを行い、焼結を進行させる
こと、（３）添加シリコン粉の代りにシリサイド粉を使用す
ること、及び（４）モル比の調整に、目標とするモル比の前後のシ
リサイド粉を使用することにより、凝集シリコンが排除され、スパツタに際しての
パーテイクルの発生が激減しうる。

なお本発明においては、遊離シリコン又は不可避的に
存在するシリコンはシリサイドターゲツトにおいて当然
許容され、これらを包含するものである。

前述したように、シリコン粉は凝集性が強く、シリサ
イド粉との混合時に凝集しがちであり、その際凝集シリ
コン粉の内部にシリサイド粉を取込みやすい。第２
（ａ）図は、タングステンシリサイド粉と添加シリコン
粉とを使用して作成されたターゲツトに見られる凝集シ
リコンの例示である。大きな凝集シリコン（黒く見える
もの）が散在している状況が見られる。第２（ｂ）図は
第２（ａ）図の一部の拡大写真であり、凝集シリコンの
様相を示す。凝集シリコン粒の内部にタングステンシリ
サイド粒が取込まれている。このままスパツタすると、
原子量の関係でSiが先にとばされるため、取込まれたタ
ングステンシリサイド微粒がパーテイクルの原因となる
のである。

本発明により、こうした大きな凝集シリコンは排除さ
れる。第１図は、本発明のターゲツトの組織を示す。大
きな凝集シリコンは一切存在しない。

次に、実際に両ターゲツト即ち凝集シリコンが存在す
る場合（第２図）と凝集シリコンをカツトした場合（第
１図）の各ターゲツトをスパツタした場合の結果を示
す。

第３図は凝集シリコンの存在しないターゲツトをスパ
ツタした場合のマトリツクスを示す。マトリツクスは均
質なクレータ状にスパツタされており、高密度、高焼結
強度化によるパーテイクル発生の排除という本発明の利
点が認められる。第４（ａ）図は凝集シリコン部がスパ
ツタされた跡を示すが、微小なパーテイクル源となるよ
うな表面状態を示している。ただし、この第４（ａ）図
の場合は焼結強度を充分に強化させた場合であり、焼結
強度を向上させない場合には第４（ｂ）図に示すように
凝集シリコン部のスパツタ跡のクレータ内面には大型の
突起物（ポリープ）が成長している。この比較からも、
焼結強度は出来るだけアツプさせることが望ましいこと
がわかる。

なお本出願人が先に提唱した凝集シリコンのサイズを
小さく管理した場合のスパツタ面の状況を参考として第
５（ａ）図に、更にその凝集シリコン部を更に拡大した
ものを第５（ｂ）図に示す。第４図に比べても明らかに
Si跡のクレータ内はきれいであり、パーテイクル発生源
は存在しない。

参考までに、市販の92％密度WSi_xターゲツトのスパツ
タ面の観察結果を第６図に示す。突起物のサイズ、数と
も本発明に従うターゲツトと較べものにならず、且つ焼
結強度が弱いため粒子境界が分離しており、そこからも
パーテイクル源たる突起物が成長していることが明白で
ある。

発明の効果本方法で製造したターゲツトを用いてスパツタした後
のウエハー上に発生するパーテイクルの数は50個以下/6
inウエハーとCVDの場合と同等であり、スパツタリング
法によつてパーテイクルの発生の少ないシリサイド成膜
をウエハー上に形成することが可能となつた。これによ
り、デバイスの配線巾を狭くすることが出来、VLSIの高
集積化のための配線材料として好適である。

実施例 5N（99.999wt％）のＷ粉13.9Kgと5N（99.999wt％）の
Si粉6.1KgをＶ型ミキサーで混合し、合成炉でタングス
テンシリサイド（WSi_2.90）の合成を行つた。合成条件
は、４×10^-2Paまで真空排気した後、1330℃で4hr反応
を行うものとした。反応終了後放冷し、50℃まで下がつ
た時点で炉から取出した。これをボールミルで粉砕し、
乾式篩で−200メツシユ粒度のものを篩別回収した。こ
れをタングステンシリサイド原料粉とする。この原料粉
を分析してモル比を正確に測定したところｘ＝2.83（WS
i_2.83）であつた。

WSi_2.80のシリサイドターゲツト製品を作製するべ
く、添加タングステンシリサイド粉WSi_2.75を別に用意
した。これを目標とする成分元素のモル比WSi_x（ｘ＝2.
80）となるように適宜（例えば原料シリサイド粉2.900g
と添加シリサイド粉1700g）をＶ型ミキサーで混合し、
カーボン製ダイスに装入し、ホツトプレスを行つた。ホ
ツトプレスは1150℃から予荷重をかけ、1380℃でプレス
し、プレス時間は30分とし、その後１時間ホールドし
た。

プレス後、プレス品を取出し、機械加工によつてスパ
ツタ用ターゲツトに仕上げた。

このターゲツトをスパツタしたところ、発生したパー
テイクルの数は十数個/6inウエハーであつた。これは、
非常に秀れた結果である。製品ターゲツトはWSi_2.80と
目標通りであつた。

比較例実施例とは、組成調整をシリコン粉により行いそして
この添加シリコン粉及び合成シリサイド粉を42〜425メ
ツシユ粒度範囲としそしてホツトプレス時にホールドを
しなかつたことを除いて同一条件でターゲツトを作製し
た。ターゲツト面にシリコン凝集が認められ、スパツタ
時に500〜2,000個/6inウエハーのパーテイクルの発生が
認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、凝集シリコンをカツトした本発明に従うター
ゲツトの表面の粒子構造を示す電子顕微鏡写真である
（50倍）。第２（ａ）図は、凝集シリコンの存在するタ
ーゲツト表面の粒子構造を示す電子顕微鏡写真であり
（40倍）、そして第２（ｂ）図はその一部の拡大写真で
ある（200倍）。第３図は、シリコン凝集部のないマト
リツクススパツタ面の粒子構造を示す同様の写真である
（400倍）。第４（ａ）図は、高い焼結強度を持つター
ゲツトの凝集シリコン部のスパツタ後の粒子構造を示す
同様の写真であり（400倍）、そして第４（ｂ）図は焼
結強度の低いターゲツトの凝集シリコン部のスパツタ後
の粒子構造を示す同様の写真である。第５（ａ）図は、
参考例として掲げた凝集シリコンサイズを小さくした場
合のターゲツトスパツタ面の粒子構造を示す同様の写真
であり、そして第５（ｂ）図はその拡大写真である。第
６（ａ）図は市販ターゲツトのスパツタ後の粒子構造を
示しそして第６（ｂ）図はその一部を拡大した電子顕微
鏡写真である。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−70270（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−208071（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−74967（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】相対密度97％以上であり、焼結組織はシリ
サイド及び遊離シリコン又は不可避的に存在するシリコ
ンから成り、凝集シリコンが存在しないことを特徴とす
るシリサイドターゲット。
【請求項２】合成された、モル比の異なる同種のシリサ
イド原料粉２種以上を準備し、これを分析してそれぞれ
のシリサイドを構成する元素のモル比を正確に求め、次
にこれらを混合して−100メッシュ粒度の原料合成シリ
サイド粉をシリサイドを構成する元素の目標モル比に調
整した後、ホットプレスすることを特徴とするシリサイ
ドターゲットの製造方法。
【請求項３】混合シリサイド粉として目標モル比に近い
ものを使用する特許請求の範囲第２項記載の方法。
【請求項４】ホットプレス時に予荷重をかけプレス後ホ
ールドする特許請求の範囲第２項記載の方法。
【請求項５】ホットプレス条件が温度 :1300〜1400℃ プレス圧力 :200〜400kg/cm² プレス時間 :20〜40分予荷重 :60〜170kg/cm² ホールド時間：少なくとも30分である特許請求の範囲第４項記載の方法。
【請求項６】シリサイドがタングステンシリサイド、モ
リブデンシリサイド、チタンシリサイド、ニオブシリサ
イド又はタンタルシリサイドである特許請求の範囲第２
〜５項のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】ターゲット相対密度が97％以上である特許
請求の範囲第６項記載の方法。