JP3465567B2 - タンタルシリコンナイトライド薄膜形成用スパッタリングターゲット材 - Google Patents

タンタルシリコンナイトライド薄膜形成用スパッタリングターゲット材

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JP3465567B2 JP00225098A JP225098A JP3465567B2 JP 3465567 B2 JP3465567 B2 JP 3465567B2 JP 00225098 A JP00225098 A JP 00225098A JP 225098 A JP225098 A JP 225098A JP 3465567 B2 JP3465567 B2 JP 3465567B2
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】この発明は、反応性スパッタ
リング法によりタンタルシリコンナイトライド[以下、
組成式:(TaSiy )Nz で示す。ただし、原子比で
y:0.1〜0.75、z:0.8〜2.7を満足す
る]薄膜を形成するに際して、構成成分の膜面上の局部
的(位置的)バラツキがきわめて小さい(TaSiy
z 薄膜を形成することができるスパッタリングターゲ
ット材(以下、単にターゲット材と云う)に関するもの
である。 【0002】 【従来の技術】従来、一般に、(TaSiy )Nz 薄膜
が、図1に概略要部縦断面図で示されるように、例えば
半導体記憶素子におけるPt電極と多結晶Siプラグの
間に反応防止バリア層として設けられていることはよく
知られている。また、上記(TaSiy )Nz 薄膜が、
図3に概略説明図で示される通り、反応性スパッタリン
グ装置にて、ターゲット材として溶融多結晶Siターゲ
ット材と焼結金属Taターゲット材を用い、減圧不活性
ガス雰囲気中、この両ターゲット材の表面をそれぞれス
パッタしてTaおよびSiを所定割合で蒸発させ、雰囲
気中にArと共に導入した窒素ガスと反応させて(Ta
Siy )Nz を形成し、これを基体表面に蒸着させるこ
とにより形成されることも知られている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】一方、近年の半導体装
置の高集積化および大容量化はめざましく、これに伴
い、基板表面に蒸着形成される(TaSiy )Nz 薄膜
は大面積化の傾向になるのが避けられず、このように
(TaSiy )Nz 薄膜が大面積化した場合、上記のタ
ーゲット材として溶融多結晶Siターゲット材と焼結金
属Taターゲット材を並列使用する従来スパッタリング
法では、(TaSiy )Nz 薄膜の構成成分であるTa
およびSiに膜面上局部的バラツキが生じ易く、このバ
ラツキは(TaSiy )Nz 薄膜のもつ特性が局部的に
バラツク結果となり、半導体装置の製造上問題となるも
のである。 【0004】 【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、特に大面積化した(TaSi
y )Nz 薄膜におけるTaおよびSiの膜面上の局部的
バラツキを低減すべく、ターゲット材に着目し、研究を
行った結果、原料粉末として、タンタルシリサイド粉末
と金属Ta粉末を用い、これを所定の割合に配合し、混
合した後、カーボンモールド内に充填し、真空中、ある
いは不活性ガス雰囲気中、温度:1750〜1950
℃、圧力:10〜50MPaの条件でホットプレスする
ことにより、組織上実質的にタンタルシリサイド相と金
属Ta相からなり、前記タンタルシリサイド相の割合が
電子プローブX線マイクロアナライザーによる組織写真
で観察して33〜92面積%を占め、さらに理論密度比
(相対密度)が90%以上、すなわち気孔の占める割合
が10容量%以下にして、全体組成を組成式:TaSi
x で現した場合、x値が原子比で0.1〜0.65を満
足する焼結体を製造し、この焼結体を、反応性スパッタ
リング法にて(TaSiy )Nz 薄膜を形成するに際し
て、ターゲット材として用いると、基体表面に形成され
た(TaSiy )Nz 薄膜におけるTaとSiの膜面上
の局部的バラツキが、これを大面積化した場合にもきわ
めて小さくなるという研究結果を得たのである。 【0005】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、タンタルシリサイド粉末と金属
Ta粉末からなる混合粉末のホットプレス焼結体にし
、組織上実質的にタンタルシリサイド相と金属Ta相
からなり、前記タンタルシリサイド相の割合が電子プロ
ーブX線マイクロアナライザーによる組織写真で観察し
て33〜92面積%を占め、さらに理論密度比(相対密
度)が90%以上、すなわち気孔の占める割合が10容
量%以下にして、全体組成を組成式:TaSixで現し
た場合、x値が原子比で0.1〜0.65を満足するホ
ットプレス焼結体で構成してなる、構成成分であるTa
およびSiの膜面上の局部的(位置的)バラツキがきわ
めて小さい(TaSiy )Nz 薄膜を形成することがで
きるターゲット材に特徴を有するものである。 【0006】つぎに、この発明のターゲット材を構成す
るホットプレス焼結体において、タンタルシリサイド相
の割合、理論密度比、および全体組成を示す組成式:T
aSix のx値を上記の通りに限定した理由を説明す
る。 (a)タンタルシリサイド相の割合 その割合が33面積%未満になると、(TaSiy )N
z 薄膜における構成成分の局部的バラツキの抑制効果に
低下傾向が現れるようになり、一方その割合が92面積
%を越えると成膜速度が急激に低下するようになること
から、その割合を33〜92面積%、望ましくは50〜
80面積%と定めた。 【0007】(b)理論密度比 理論密度比が90%未満になると、相対的に気孔の割合
が増加し、これがスパッタリング時にパーテクル発生の
原因となるばかりでなく、気孔成分が薄膜中に介在する
ようになって薄膜特性が著しく損なわれるようになるこ
とから、理論密度比を90%以上、望ましくは95%以
上と定めた。 【0008】(c)組成式:TaSix のx値 x値は、上記の通り薄膜の組成式:(TaSiy )Nz
におけるy値およびz値、すなわち前記薄膜が必要とす
る特性を具備するために定められたy値およびz値に応
じて変化させるものであり、したがってその値が0.1
未満でも、また0.65を越えても薄膜におけるy値お
よびz値は上記の所定値、すなわちy:0.1〜0.7
5、z:0.8〜2.7の範囲から外れてしまい、所望
の特性を薄膜に確保することができなくなることから、
x値を0.1〜0.65、望ましくは0.15〜0.5
0と定めた。 【0009】 【発明の実施の形態】つぎに、この発明のターゲット材
を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、そ
れぞれ表1に示される平均粒径をもった、組成式:Ta
Si2 のタンタルシリサイド粉末と金属Ta粉末を用意
し、これら原料粉末を同じく表1に示される割合に配合
し、ボールミルで12時間混合し、乾燥した後、この混
合粉末を250mmの外径を有し、キャビテイ寸法が直
径:130mm×深さ:60mmのカーボンモールド内
に充填し、真空中、あるいは不活性ガス雰囲気中、温
度:1750〜1950℃の範囲内の所定の温度で、圧
力:20〜30MPaの範囲内の所定の圧力を1時間付
与する条件でホットプレスして焼結体とし、このホット
プレス焼結体の表面部にカーボンとの反応により生成し
た黄色のTaC層を除去する目的も兼ねて、ダイヤモン
ド砥石を用いて、これの表面部を研磨加工し、直径:1
25mm×厚さ:5mmの寸法に仕上げることにより円
板状の本発明ターゲット材1〜8をそれぞれ製造した。
この結果得られた本発明ターゲット材1〜8について、
その任意断面を、電子プローブX線マイクロアナライザ
ーを用いて組織観察したところ、いずれも基本的にタン
タルシリサイド相と金属Ta相からなることが確認さ
れ、かつこれの画像解析により前記タンタルシリサイド
相の占める割合を算出した。また、化学分析により全体
組成を示す組成式:TaSix のx値を測定した。これ
らの結果を表1に示した。さらに、表1には理論密度比
も合わせて示した。 【0010】ついで、上記本発明ターゲット材1〜8
を、それぞれIn−15重量%Sn合金はんだを用いて
純銅製バッキングプレートにはんだ付けした状態で、図
2に概略縦断面図で示される構造の反応性スパッタリン
グ装置に装入し、 基体:100mmの直径、0.5mmの厚さを有する単
結晶Siウエハ(固定)、 基体表面とターゲット材表面間の距離:60mm、 基体温度:室温、 減圧不活性ガス雰囲気圧力:1Pa、 Ar/N2 流量比:8/2、 印加電力:RF500W、 成膜時間:5分、 の条件で上記基体表面に(TaSiy )Nz 薄膜を形成
した。 【0011】また、比較の目的で、いずれも直径:12
5mm×厚さ:5mmの寸法をもった円板状の焼結金属
Taターゲット材および溶融多結晶Siターゲット材を
従来ターゲット材として用意し、これらの両ターゲット
材を図3の反応性スパッタリング装置に、同じ条件で純
銅製バッキングプレートにはんだ付けした状態で装入
し、 基体:100mmの直径、0.5mmの厚さを有する単
結晶Siウエハ(10rpmの速度で回転)、 基体表面とターゲット材表面間の距離:60mm、 基体温度:室温、 減圧不活性ガス雰囲気圧力:1Pa、 Ar/N2 流量比:8/2、 印加電力:いずれのターゲット材にもRF500W、 成膜時間:5分、 の条件で上記基体表面に(TaSiy )Nz 薄膜を形成
した。 【0012】このように本発明ターゲット材1〜8およ
び従来ターゲット材を用いて形成された(TaSiy
z 薄膜の膜厚を蒸着表面全体に亘って任意15カ所に
ついて測定するすると共に、その部分のSi/Ta原子
比を測定し、この測定結果から最大値および最小値をピ
ックアップすると共に、これらの測定値の平均値を算出
した。この結果を表2に示した。 【0013】 【表1】 【0014】 【表2】【0015】 【発明の効果】表2に示される結果から、本発明ターゲ
ット材1〜8を用いれば、従来ターゲット材を用いた場
合に比して、均一な厚さの(TaSiy )Nz 薄膜を相
対的に速い成膜速度で形成でき、かつ前記薄膜における
TaおよびSiの膜面上の局部的バラツキがきわめて小
さく、薄膜全体が均質化したものとなっていることが明
らかである。上述のように、この発明のターゲット材に
よれば、構成成分であるTaおよびSiの膜面上の局部
的バラツキがきわめて小さく、しかも膜厚が均一化した
(TaSiy )Nz 薄膜を相対的に速い成膜速度で形成
することができるので、例えば半導体装置の高集積化お
よび大容量化にも十分満足に対応することができるなど
工業上有用な効果がもたらされるものである。
【図面の簡単な説明】 【図1】半導体記憶素子の概略要部縦断面図である。 【図2】反応性スパッタリング装置を例示する概略縦断
面図である。 【図3】他の形式の反応性スパッタリング装置を例示す
る概略縦断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // C22C 1/05 C22C 1/05 Z (56)参考文献 特開 平11−6060(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58 C22C 27/02 103 H01L 21/285 H01L 21/31 H01L 21/318 C22C 1/05

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 タンタルシリサイド粉末と金属Ta粉末
    からなる混合粉末のホットプレス焼結体にして、組織上
    実質的にタンタルシリサイド相と金属Ta相からなり、
    かつ前記タンタルシリサイド相の割合が電子プローブX
    線マイクロアナライザーによる組織写真で観察して33
    〜92面積%を占め、さらに90%以上の理論密度比を
    有すると共に、全体組成を組成式:TaSix で現した
    場合、x値が原子比で0.1〜0.65を満足するホッ
    トプレス焼結体で構成したことを特徴とするタンタルシ
    リコンナイトライド薄膜形成用スパッタリングターゲッ
    ト材。
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