JP4642813B2 - Silicide target for forming gate oxide film having excellent embrittlement resistance and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
この発明は、高誘電体ゲート絶縁膜として使用することが可能であるZrO2・SiO2又はHfO2・SiO2膜の形成に好適な、耐脆化性に富むシリサイドターゲットの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a silicide target having a high embrittlement resistance suitable for forming a ZrO 2 · SiO 2 or HfO 2 · SiO 2 film that can be used as a high dielectric gate insulating film.
誘電体ゲート絶縁膜の膜厚は、MOSトランジスタの性能に大きく影響するものであり、シリコン基板との界面が電気的にスムーズでキャリヤの移動度が劣化しないことが必要である。
従来、このゲート絶縁膜としてSiO2膜が使用されているが、界面特性からみて最も優れたものであった。そして、このゲート絶縁膜として使用されているSiO2膜が薄いほどキャリヤである電子又は正孔の数が増えてドレイン電流を増やすことができるという特性を有している。
The film thickness of the dielectric gate insulating film greatly affects the performance of the MOS transistor, and it is necessary that the interface with the silicon substrate is electrically smooth and the carrier mobility does not deteriorate.
Conventionally, a SiO 2 film has been used as the gate insulating film, but it was the most excellent in terms of interface characteristics. The thinner the SiO 2 film used as the gate insulating film, the greater the number of electrons or holes that are carriers, so that the drain current can be increased.
このようなことから、SiO2膜をより微細化して電流電圧値を下げるとともに、絶縁破壊を生じない範囲で薄膜化がなされてきた。しかし、このようなSiO2膜の薄膜化にも限度があり、SiO2膜が2〜3nm以下になるとトンネルリーク電流が流れ絶縁膜として作動しなくなるという問題を生じた。
一方で、トランジスタをより微細化しようとしているが、前記のようにゲート絶縁膜であるSiO2膜の膜厚に制限がある以上、トランジスタの微細化が意味をなさず、性能が改善されないという問題を生じた。
また、LSIの電源電圧を下げ消費電力を下げるためには、ゲート絶縁膜をより一層薄くする必要があるが、SiO2膜を3nm以下にすると上記のようにゲート絶縁破壊の問題があるので、薄膜化それ自体に限界があった。
For this reason, the SiO 2 film has been made finer to reduce the current voltage value, and the film thickness has been reduced within a range where dielectric breakdown does not occur. However, there is a limit to the reduction in the thickness of the SiO 2 film. When the SiO 2 film has a thickness of 2 to 3 nm or less, a tunnel leak current flows and the insulating film is not operated.
On the other hand, we are trying to make transistors finer, but as mentioned above, there is a limit to the thickness of the SiO 2 film, which is a gate insulating film, so that miniaturization of transistors does not make sense and performance is not improved. Produced.
Further, in order to lower the power supply voltage of LSI and lower the power consumption, it is necessary to make the gate insulating film thinner. However, if the SiO 2 film is 3 nm or less, there is a problem of gate dielectric breakdown as described above. There was a limit to thinning itself.
以上から、最近ではSiO2膜に替えて高誘電体ゲート絶縁膜の検討がなされている。この高誘電体ゲート絶縁膜として注目されているのがZrO2・SiO2又はHfO2・SiO2膜である。
この高誘電体ゲート絶縁膜は比較的厚い膜でSiO2膜と同等の容量を得ることができ、トンネル漏れ電流を抑制できるという特徴を有している。また、SiO2にZr又はHfを添加したものとみなすことができるため、界面特性もSiO2に近いものとなると予想される。
このため、良質のZrO2・SiO2又はHfO2・SiO2高誘電体ゲート絶縁膜を、容易かつ安定して形成できるスパッタリングターゲットが求められている。
From the above, recently, a high dielectric gate insulating film has been studied in place of the SiO 2 film. The ZrO 2 · SiO 2 or HfO 2 · SiO 2 film is attracting attention as the high dielectric gate insulating film.
This high dielectric gate insulating film is a relatively thick film, and can obtain a capacitance equivalent to that of the SiO 2 film, and can suppress a tunnel leakage current. Moreover, since it can be assumed that the addition of Zr or Hf to SiO 2, the interface characteristics are also expected to be close to SiO 2.
Therefore, a sputtering target capable of easily and stably forming a high-quality ZrO 2 · SiO 2 or HfO 2 · SiO 2 high dielectric gate insulating film is desired.
本発明は、上記の問題を解決するために、SiO2膜に替わる特性を備えた高誘電体ゲート絶縁膜として使用することが可能であるZrO2・SiO2又はHfO2・SiO2膜の形成に好適な、耐脆化性に富むシリサイドターゲット及びその製造方法を提供する課題とする。 The present invention, in order to solve the above problems, formation of ZrO 2 · SiO 2 or HfO 2 · SiO 2 film can be used as a high dielectric gate insulating film having a characteristic alternative to the SiO 2 film It is an object of the present invention to provide a silicide target rich in embrittlement resistance and a method for manufacturing the same.
本発明は、
1.MSi0.8−1.2(M:Zr、Hf)からなり、遊離Siが存在せず、相対密度が99%以上であり、かつ平均結晶粒径が30μm以下であることを特徴とする耐脆化性に優れたゲート酸化膜形成用シリサイドターゲット
2.MSi単相からなることを特徴とする上記1記載の耐脆化性に優れたゲート酸化膜形成用シリサイドターゲット
3.MSi、M5Si4又はMSi2から選択した少なくとも2種以上の混相からなることを特徴とする上記1記載の耐脆化性に優れたゲート酸化膜形成用シリサイドターゲット
4.平均結晶粒径が10μm以下であることを特徴とする上記1〜3のいずれかに記載の耐脆化性に優れたゲート酸化膜形成用シリサイドターゲット
5.抗折力が200MPa以上であることを特徴とする上記1〜4のいずれかに記載の耐脆化性に優れたゲート酸化膜形成用シリサイドターゲット
6.水素化金属(M)粉とSi粉を1:0.8〜1:1.2のモル比に調製・混合した後、焼成し、焼成の際の加熱により、脱水素とシリサイド化を一度に行い、得られたシリサイド粉を粉砕し、これを焼結して、遊離Siが存在せず、相対密度が99%以上であり、かつ平均結晶粒径が30μm以下であるMSi0.8−1.2(M:Zr、Hf)からなる焼結体を製造することを特徴とする耐脆化性に優れたゲート酸化膜形成用シリサイドターゲットの製造方法
7.焼成の際の加熱により、脱水素とシリサイド化を行うことを特徴とする上記6記載の耐脆化性に優れたゲート酸化膜形成用シリサイドターゲットの製造方法
8.600°C〜800°Cで焼成することを特徴とする上記7記載の耐脆化性に優れたゲート酸化膜形成用シリサイドターゲットの製造方法、を提供する。
The present invention
1. It consists of MSi 0.8-1.2 (M: Zr, Hf), free Si is not present, the relative density is 99% or more, and the average crystal grain size is 30 μm or less. 1. Silicide target for forming a gate oxide film excellent in embrittlement 2. A silicide target for forming a gate oxide film having excellent embrittlement resistance according to the above 1, characterized by comprising an MSi single phase. MSi, M 5 Si 4 or MSi said first gate excellent embrittlement resistance according oxide film for forming silicide target 4, characterized in that at least two or more multiphase selected from 2. 4. The silicide target for forming a gate oxide film having excellent embrittlement resistance according to any one of the above 1 to 3, wherein the average crystal grain size is 10 μm or less. 5. A silicide target for forming a gate oxide film having excellent brittleness resistance according to any one of 1 to 4 above, wherein the bending strength is 200 MPa or more. Preparation and mixing of metal hydride (M) powder and Si powder in a molar ratio of 1: 0.8 to 1: 1.2, followed by firing and dehydrogenation and silicidation at once by heating during firing The resulting silicide powder is pulverized and sintered, and MSi 0.8-1 having no free Si, a relative density of 99% or more, and an average crystal grain size of 30 μm or less. .2 Manufacturing method of silicide target for forming gate oxide film excellent in embrittlement resistance, characterized by manufacturing a sintered body made of (M: Zr, Hf) 6. The method for producing a silicide target for forming a gate oxide film having excellent embrittlement resistance according to the above 6, characterized in that dehydrogenation and silicidation are performed by heating at the time of firing 8. At 600 ° C. to 800 ° C. 8. The method for producing a silicide target for forming a gate oxide film having excellent embrittlement resistance according to the above 7, characterized by firing.
本発明は、SiO2膜に替わる特性を備えた高誘電体ゲート絶縁膜として使用することが可能であるZrO2・SiO2又はHfO2・SiO2膜の形成に好適な、耐脆化性に富むMSi0.8−1.2(M:Zr、Hf)からなるシリサイドターゲットを得ることができる特徴を有している。
また、本シリサイドターゲットは結晶粒の成長を抑制でき、成型する際には高密度化が達成できる。さらに、相対密度を99%以上に高密度化したシリサイドターゲットは抗折力が200MPa以上の優れた強度をもつ。
さらに、高密度化された本発明のシリサイドターゲットは、スパッタリング中にポアに起因するパーティクルの発生や脆性組織の破壊飛散に起因するパーティクルの発生を防止できる著しい効果を有する。
The present invention is suitable for the formation of ZrO 2 · SiO 2 or HfO 2 · SiO 2 film can be used as a high dielectric gate insulating film having a characteristic alternative to the SiO 2 film, the embrittlement-resistant It has a feature that a silicide target made of rich MSi 0.8-1.2 (M: Zr, Hf) can be obtained.
Further, the silicide target can suppress the growth of crystal grains, and can achieve high density when formed. Furthermore, a silicide target whose relative density is increased to 99% or more has an excellent strength with a bending strength of 200 MPa or more.
Furthermore, the silicide target of the present invention having a high density has a remarkable effect of preventing the generation of particles due to pores and the generation of particles due to breakage and scattering of brittle structures during sputtering.
SiO2膜に替わる特性を備えた高誘電体ゲート絶縁膜として使用することが可能であるZrO2・SiO2又はHfO2・SiO2膜は、ZrSi又はHfSiのターゲットを使用して酸素反応性スパッタリングにより形成できる。
本発明は、MSi0.8−1.2(M:Zr、Hf)からなるシリサイドターゲットであり、遊離Siが存在せず、MSi単相からなるシリサイドターゲット、又はMSi、M5Si4又はMSi2から選択した少なくとも2種以上の混相からなるシリサイドターゲットである。
高誘電体ゲート絶縁膜として要求されるモル比はZr:Si=1:1である。所定のモル比に調製する場合、極論するとZr金属粉とSi粉あるいはZrSi2粉といった、所望のモル比から大きくはずれた組成の混相でも作製可能といえる。
しかし、金属シリサイドのパーティクル発生には、遊離Si相が大きく関与していることが分かっている。すなわち、シリサイド相とSi相が混在する組織をもつスパッタリングターゲットをスパッタしていくと、Si相と金属シリサイド相のスパッタ速度差に起因する表面凹凸が顕著になり、この段差がパーティクル増を引き起こすと考えられている。
本発明では、遊離Siを無くし、所望のモル比近傍のMSi、M5Si4又はMSi2の3相に限定することにより、スパッタ速度差に起因するエロージョン表面の凹凸を少なくし、パーティクルの発生を抑えることが可能となる。
ZrO 2 · SiO 2 or HfO 2 · SiO 2 film can be used as a high dielectric gate insulating film having a characteristic alternative to the SiO 2 film, the oxygen reactive sputtering using a target of ZrSi or HfSi Can be formed.
The present invention, MSi 0.8-1.2: a silicide target made of (M Zr, Hf), there is no free Si, silicide target made of MSi single phase or MSi, M 5 Si 4 or MSi 2 is a silicide target composed of at least two mixed phases selected from 2.
The molar ratio required for the high dielectric gate insulating film is Zr: Si = 1: 1. When preparing to a predetermined molar ratio, it can be said that it is possible to produce even a mixed phase having a composition greatly deviating from a desired molar ratio, such as Zr metal powder and Si powder or ZrSi 2 powder.
However, it is known that the free Si phase is greatly involved in the generation of metal silicide particles. That is, when a sputtering target having a structure in which a silicide phase and a Si phase are mixed is sputtered, surface unevenness due to a difference in sputtering speed between the Si phase and the metal silicide phase becomes remarkable, and this step causes an increase in particles. It is considered.
In the present invention, free Si is eliminated, and it is limited to three phases of MSi, M 5 Si 4 or MSi 2 in the vicinity of a desired molar ratio, thereby reducing unevenness of the erosion surface due to the difference in sputtering rate and generating particles. Can be suppressed.
上記ゲート酸化膜形成用シリサイドターゲットは、脆性が高いという欠点をもつが、本発明において相対密度を99%以上、平均結晶粒径が30μm以下、好ましくは平均結晶粒径が10μm以下とする。これによって、抗折力が200MPa以上の耐脆化性に優れたゲート酸化膜形成用シリサイドターゲットを得ることができる。
相対密度を99%未満及び平均結晶粒径が30μmを超えると、密度不足で脆性が低くなり加工性も悪くなる。さらに脆性結晶の破壊飛散によるパーティクル増を引き起こす。したがって、上記の範囲とするのが望ましい。
Although the above-described silicide target for forming a gate oxide film has a drawback of high brittleness, in the present invention, the relative density is 99% or more, the average crystal grain size is 30 μm or less, preferably the average crystal grain size is 10 μm or less. As a result, a silicide target for forming a gate oxide film having a bending strength of 200 MPa or more and excellent in embrittlement resistance can be obtained.
If the relative density is less than 99% and the average crystal grain size exceeds 30 μm, the density is insufficient and the brittleness is lowered and the workability is also deteriorated. Furthermore, it causes an increase in particles due to the breaking and scattering of brittle crystals. Therefore, the above range is desirable.
MSi0.8−1.2(M:Zr、Hf)からなる耐脆化性に優れたゲート酸化膜形成用シリサイドターゲットを製造するには、水素化金属(M)粉とSi粉を1:0.8〜1:1.2のモル比に調製・混合した後、600°C〜800°Cで焼成する。
Zr及びHf粉を使用することも考えられるが、Zr及びHf粉は酸化力が強く、微粉化すると発火するという問題を生ずる。
したがって、このような発火防止のために、水素化ジルコニウム又は水素化ハフニウムを使用する。これらの水素化粉及びシリコン粉は平均粒径10μm以下に微粉砕して用いる。この微粉を用いることにより焼結時の高密度化が可能となる。
上記焼成の際の加熱により、脱水素とシリサイド化を行う。脱水素は600°Cから起こる。焼結は真空中(1×10−4〜1×10−2Torr)で行うが、脱水素のために若干水素雰囲気になっている。
In order to manufacture a silicide target for forming a gate oxide film having excellent embrittlement resistance composed of MSi 0.8-1.2 (M: Zr, Hf), metal hydride (M) powder and Si powder are mixed with 1: After preparing and mixing to a molar ratio of 0.8 to 1: 1.2, firing is performed at 600 ° C to 800 ° C.
Although it is conceivable to use Zr and Hf powders, Zr and Hf powders have a strong oxidizing power and cause a problem of ignition when pulverized.
Therefore, zirconium hydride or hafnium hydride is used to prevent such ignition. These hydrogenated powder and silicon powder are used after being finely pulverized to an average particle size of 10 μm or less. By using this fine powder, it becomes possible to increase the density during sintering.
Dehydrogenation and silicidation are performed by heating during the firing. Dehydrogenation occurs from 600 ° C. Sintering is performed in a vacuum (1 × 10 −4 to 1 × 10 −2 Torr), but the atmosphere is slightly hydrogen for dehydrogenation.
上記のように、加熱合成する際、粒成長が起こらない低温で脱水素とシリサイド化を一度に行うことにより粒成長を抑え、焼成粉は微細なままであり、焼結の際にも、平均結晶粒径が30μm以下とすることができる。焼成粉が粗大化すると、焼結前の微粉砕が困難であるため、粗大粒の残存及び密度低下を引き起こす。
このように、本発明では低温で焼成するため結晶粒の成長を抑制できる大きな特徴を有している。そして、焼結する際に高密度化が達成できる。
相対密度を99%以上に高密度化したシリサイドターゲットは抗折力が200MPa以上の強度を示す。
高密度化された本発明のシリサイドターゲットは、スパッタリング中にポアに起因するパーティクルの発生や脆性組織の破壊飛散に起因するパーティクルの発生を防止できる効果を有する。
As described above, when performing heat synthesis, grain growth is suppressed by performing dehydrogenation and silicidation at a low temperature at which grain growth does not occur, and the sintered powder remains fine. The crystal grain size can be 30 μm or less. When the calcined powder becomes coarse, fine pulverization before sintering is difficult, which causes residual coarse grains and a decrease in density.
As described above, the present invention has a great feature that it can suppress the growth of crystal grains because it is fired at a low temperature. And when densifying, densification can be achieved.
A silicide target whose relative density is increased to 99% or more shows a strength with a bending strength of 200 MPa or more.
The silicide target of the present invention having a high density has an effect of preventing generation of particles due to pores and generation of particles due to breakage and scattering of a brittle structure during sputtering.
次に、実施例について説明する。なお、本実施例は発明の一例を示すためのものであり、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想に含まれる他の態様及び変形を含むものである。
(実施例1)
ZrH2粉とSi粉とを混合し、真空中、800°Cで加熱することにより、脱水素反応とシリサイド合成反応を一挙に行い、ZrSix(x=1.0)の合成粉を得た。このシリサイド粉を粉砕し、−200メッシュのシリサイド粉末を得た。このシリサイド粉は、XRDによりZrSi1.0相のみからなっていることを確認した。
このシリサイド粉末を用いてホットプレス法により密度99.2%の焼結体を作製し、機械加工によりφ300mm×6.35mmtのターゲットを作製した。この焼結体ターゲットの結晶粒径は、15μmであった。
このようにして作製したターゲットを用いてスパッタリングを行い、6インチ型ウエハー上のパーティクルを測定したところ、0.2μm以上の寸法のパーティクルが合計25ケであった。
さらに、ターゲットのエロージョン表面を観察すると、ZrSix相の破壊した痕は見られず、スパッタ速度差に起因する表面凹凸も見られなかった。また、ターゲットの抗折力を測定した結果、220MPaであった。
Next, examples will be described. In addition, a present Example is for showing an example of invention, This invention is not restrict | limited to these Examples. That is, other aspects and modifications included in the technical idea of the present invention are included.
Example 1
ZrH 2 powder and Si powder were mixed and heated at 800 ° C. in a vacuum to perform a dehydrogenation reaction and a silicide synthesis reaction all at once to obtain a synthetic powder of ZrSi x (x = 1.0). . The silicide powder was pulverized to obtain a -200 mesh silicide powder. This silicide powder was confirmed by XRD to consist only of ZrSi 1.0 phase.
Using this silicide powder, a sintered body having a density of 99.2% was produced by hot pressing, and a target of φ300 mm × 6.35 mmt was produced by machining. The crystal grain size of the sintered compact target was 15 μm.
Sputtering was performed using the target thus prepared, and the particles on the 6-inch wafer were measured. As a result, a total of 25 particles having a size of 0.2 μm or more were observed.
Furthermore, when the erosion surface of the target was observed, no trace of ZrSi x phase destruction was observed, and no surface irregularities due to the difference in sputtering rate were observed. Moreover, it was 220 MPa as a result of measuring the bending strength of a target.
(実施例2)
ZrH2粉とSi粉とを混合し、真空中、800°Cで加熱することにより、脱水素反応とシリサイド合成反応を一挙に行い、ZrSix(x=0.9)の合成粉を得た。このシリサイド粉を粉砕し、−200メッシュのシリサイド粉末を得た。このシリサイド粉は、XRDによりZr5Si4相及びZrSi相の2相からなっていることを確認した。
このシリサイド粉末を用いてホットプレス法により密度99.3%の焼結体を作製し、機械加工によりφ300mm×6.35mmtのターゲットを作製した。この焼結体ターゲットの結晶粒径は、9μmであった。
このようにして作製したターゲットを用いてスパッタリングを行い、6インチ型ウエハー上のパーティクルを測定したところ、0.2μm以上の寸法のパーティクルが合計35ケであった。
さらに、ターゲットのエロージョン表面を観察すると、ZrSix相の破壊した痕は見られず、スパッタ速度差に起因する表面凹凸も見られなかった。また、ターゲットの抗折力を測定した結果、215MPaであった。
(Example 2)
ZrH 2 powder and Si powder were mixed and heated at 800 ° C. in a vacuum to perform dehydrogenation reaction and silicide synthesis reaction all at once to obtain a synthetic powder of ZrSi x (x = 0.9). . The silicide powder was pulverized to obtain a -200 mesh silicide powder. This silicide powder was confirmed by XRD to consist of two phases, a Zr 5 Si 4 phase and a ZrSi phase.
Using this silicide powder, a sintered body with a density of 99.3% was produced by hot pressing, and a target of φ300 mm × 6.35 mmt was produced by machining. The crystal grain size of the sintered compact target was 9 μm.
Sputtering was performed using the target thus prepared, and the particles on the 6-inch wafer were measured. As a result, a total of 35 particles having a size of 0.2 μm or more were obtained.
Furthermore, when the erosion surface of the target was observed, no trace of ZrSi x phase destruction was observed, and no surface irregularities due to the difference in sputtering rate were observed. Moreover, it was 215 MPa as a result of measuring the bending strength of a target.
(実施例3)
ZrH2粉とSi粉とを混合し、真空中、800°Cで加熱することにより、脱水素反応とシリサイド合成反応を一挙に行い、ZrSix(x=0.8及びx=1.2)の2種類の合成粉を得た。このシリサイド粉を粉砕し、−200メッシュとした後、モル比Si/Zr=1.0となるように混合したシリサイド粉末を得た。このシリサイド粉は、XRDによりZr5Si4相、ZrSi相及びZrSi2相の3相からなっていることを確認した。
このシリサイド粉末を用いてホットプレス法により密度99.0%の焼結体を作製し、機械加工によりφ300mm×6.35mmtのターゲットを作製した。この焼結体ターゲットの結晶粒径は、25μmであった。
このようにして作製したターゲットを用いてスパッタリングを行い、6インチ型ウエハー上のパーティクルを測定したところ、0.2μm以上の寸法のパーティクルが合計30ケであった。
さらに、ターゲットのエロージョン表面を観察すると、ZrSix相の破壊した痕は見られず、スパッタ速度差に起因する表面凹凸も殆ど見られなかった。また、ターゲットの抗折力を測定した結果、205MPaであった。
(Example 3)
ZrH 2 powder and Si powder are mixed and heated at 800 ° C. in a vacuum to perform dehydrogenation reaction and silicide synthesis reaction all at once, ZrSi x (x = 0.8 and x = 1.2) Two types of synthetic powders were obtained. The silicide powder was pulverized to -200 mesh, and then a silicide powder mixed so that the molar ratio Si / Zr = 1.0 was obtained. It was confirmed by XRD that this silicide powder was composed of three phases of Zr 5 Si 4 phase, ZrSi phase and ZrSi 2 phase.
Using this silicide powder, a sintered body having a density of 99.0% was produced by hot pressing, and a target of φ300 mm × 6.35 mmt was produced by machining. The crystal grain size of the sintered compact target was 25 μm.
Sputtering was performed using the target thus prepared, and the particles on the 6-inch wafer were measured. As a result, a total of 30 particles having a size of 0.2 μm or more were obtained.
Further, when the erosion surface of the target was observed, no trace of ZrSi x phase destruction was observed, and almost no surface unevenness due to the difference in sputtering rate was observed. Moreover, it was 205 MPa as a result of measuring the bending strength of a target.
(比較例1)
ZrH2粉とSi粉とを混合し、真空中、1200°Cで加熱することにより、脱水素反応とシリサイド合成反応を一挙に行い、ZrSix(x=1.0)の合成粉を得た。このシリサイド粉を粉砕し、−200メッシュとしたシリサイド粉末を得た。このシリサイド粉は、XRDによりZrSi相のみからなっていることを確認した。
このシリサイド粉末を用いてホットプレス法により密度89.0%の焼結体を作製し、機械加工によりφ300mm×6.35mmtのターゲットを作製した。この焼結体ターゲットの結晶粒径は、100μmであった。
このようにして作製したターゲットを用いてスパッタリングを行い、6インチ型ウエハー上のパーティクルを測定したところ、0.2μm以上の寸法のパーティクルが合計95ケであった。
さらに、ターゲットのエロージョン表面を観察すると、ZrSix相が破壊され、明らかに発塵源になったと思われる痕が観察された。スパッタ速度差に起因する表面凹凸は見られなかったが、ノジュールが多数発生していた。また、ターゲットの抗折力を測定した結果、150MPaであった。
(Comparative Example 1)
ZrH 2 powder and Si powder were mixed and heated at 1200 ° C. in a vacuum to perform a dehydrogenation reaction and a silicide synthesis reaction all at once to obtain a synthetic powder of ZrSi x (x = 1.0). . This silicide powder was pulverized to obtain a silicide powder having a -200 mesh. This silicide powder was confirmed by XRD to consist only of the ZrSi phase.
Using this silicide powder, a sintered body having a density of 89.0% was produced by hot pressing, and a target of φ300 mm × 6.35 mmt was produced by machining. The crystal grain size of the sintered compact target was 100 μm.
Sputtering was performed using the target thus prepared, and the particles on the 6-inch wafer were measured. As a result, a total of 95 particles having a size of 0.2 μm or more were observed.
Furthermore, when the erosion surface of the target was observed, the ZrSi x phase was destroyed, and traces that seemed to have clearly become dust generation sources were observed. Although the surface unevenness due to the difference in the sputtering rate was not seen, many nodules were generated. Moreover, it was 150 MPa as a result of measuring the bending strength of a target.
(比較例2)
ZrH2粉とSi粉とを混合し、真空中、1200°Cで加熱することにより、脱水素反応とシリサイド合成反応を一挙に行い、ZrSix(x=0.6及び2.2)の2種類の合成粉を得た。このシリサイド粉を粉砕し、−200メッシュとした後、モル比Si/Zr=1.0となるように混合したシリサイド粉末を得た。このシリサイド粉は、XRDによりZr5Si3相、ZrSi2相及びSi相の3相からなっていることを確認した。
このシリサイド粉末を用いてホットプレス法により密度93%の焼結体を作製し、機械加工によりφ300mm×6.35mmtのターゲットを作製した。この焼結体ターゲットの結晶粒径は、100μmであった。
このようにして作製したターゲットを用いてスパッタリングを行い、6インチ型ウエハー上のパーティクルを測定したところ、0.2μm以上の寸法のパーティクルが合計120ケであった。
さらに、ターゲットのエロージョン表面を観察すると、ZrSix相が破壊され、明らかに発塵源になったと思われる痕が観察された。スパッタ速度差に起因する表面凹凸が見られ、ノジュールが多数発生していた。また、ターゲットの抗折力を測定した結果、165MPaであった。
(Comparative Example 2)
ZrH 2 powder and Si powder are mixed and heated at 1200 ° C. in a vacuum to perform dehydrogenation reaction and silicide synthesis reaction all at once, and ZrSi x (x = 0.6 and 2.2) 2 A kind of synthetic powder was obtained. The silicide powder was pulverized to -200 mesh, and then a silicide powder mixed so that the molar ratio Si / Zr = 1.0 was obtained. It was confirmed by XRD that this silicide powder was composed of three phases of Zr 5 Si 3 phase, ZrSi 2 phase and Si phase.
Using this silicide powder, a sintered body having a density of 93% was produced by hot pressing, and a target of φ300 mm × 6.35 mmt was produced by machining. The crystal grain size of the sintered compact target was 100 μm.
Sputtering was performed using the target thus prepared, and particles on a 6-inch wafer were measured. As a result, a total of 120 particles having a size of 0.2 μm or more were observed.
Furthermore, when the erosion surface of the target was observed, the ZrSi x phase was destroyed, and traces that seemed to have clearly become dust generation sources were observed. The surface unevenness | corrugation resulting from a sputtering rate difference was seen, and many nodules were generated. Moreover, it was 165 MPa as a result of measuring the bending strength of a target.
以上、実施例1〜3及び比較例1〜2の結果を表1に示す。
表1から明らかなように、実施例1〜3のターゲットの平均結晶粒径はいずれも30μm以下であり、相対密度は99%以上である。パーティクル数は35ケ以下であり、ZrSix相の破壊した痕は見られず、スパッタ速度差に起因する表面凹凸も殆ど見られなかった。また、ターゲットの抗折力は、220MPa、215MPa、205MPaであり、高い抗折力を有していた。
これに対し、比較例1は平均結晶粒径が100μmと大きく、また相対密度が89%と低かった。この結果、パーティクル数は95ケ以下であり、ZrSix相が破壊した痕が観察された。スパッタ速度差に起因する表面凹凸は見られなかったが、ノジュールが発生し、ターゲットの抗折力は150MPaと低く、悪い結果となった。
また、比較例2は平均結晶粒径が100μmと大きく、また相対密度は93%と高いが、遊離Siが存在した。この結果、パーティクル数は120ケ以下であり、ZrSix相が破壊した痕が観察された。また、スパッタ速度差に起因する表面凹凸も観察され、ノジュールが発生し、ターゲットの抗折力は165MPaと低く、悪い結果となった。
以上から、本発明の実施例の優位性は明らかであり、優れた特性を有することが分かる。
The results of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 1 above.
As is clear from Table 1, the average crystal grain sizes of the targets of Examples 1 to 3 are all 30 μm or less, and the relative density is 99% or more. The number of particles was 35 or less, no traces of destruction of the ZrSi x phase were observed, and almost no surface irregularities due to the difference in sputtering rate were observed. Moreover, the bending strength of the target was 220 MPa, 215 MPa, and 205 MPa, and had high bending strength.
In contrast, in Comparative Example 1, the average crystal grain size was as large as 100 μm and the relative density was as low as 89%. As a result, the number of particles was 95 or less, and traces of destruction of the ZrSi x phase were observed. Although the surface unevenness due to the difference in the sputtering rate was not observed, nodules were generated, and the bending strength of the target was as low as 150 MPa.
In Comparative Example 2, the average crystal grain size was as large as 100 μm and the relative density was as high as 93%, but free Si was present. As a result, the number of particles was 120 or less, and traces of destruction of the ZrSi x phase were observed. Further, surface irregularities due to the difference in sputtering rate were also observed, nodules were generated, and the bending strength of the target was as low as 165 MPa, resulting in a bad result.
From the above, it can be seen that the advantages of the embodiments of the present invention are clear and have excellent characteristics.
本発明は、耐脆化性に富むMSi0.8−1.2(M:Zr、Hf)からなるシリサイドターゲットを得ることができる特徴を有しており、また本シリサイドターゲットは結晶粒の成長を抑制でき、成型する際には高密度化が達成できる。さらに、相対密度を99%以上に高密度化したシリサイドターゲットは抗折力が200MPa以上の優れた強度をもち、高密度化された本発明のシリサイドターゲットは、スパッタリング中にポアに起因するパーティクルの発生や脆性組織の破壊飛散に起因するパーティクルの発生を防止できる著しい効果を有する。以上から、SiO2膜に替わる特性を備えた高誘電体ゲート絶縁膜として使用することができるZrO2・SiO2又はHfO2・SiO2膜の形成に好適なシリサイドターゲットに有用である。 The present invention is characterized in that a silicide target made of MSi 0.8-1.2 (M: Zr, Hf), which is rich in brittleness resistance, can be obtained. The density can be increased when molding. Further, the silicide target having a relative density of 99% or more has an excellent strength with a bending strength of 200 MPa or more, and the silicide target of the present invention having a higher density has the advantage that particles caused by pores are generated during sputtering. It has a remarkable effect of preventing the generation of particles due to generation and breakage and scattering of brittle structures. From the above, it is useful in a suitable silicide target for forming a ZrO 2 · SiO 2 or HfO 2 · SiO 2 film that can be used as a high dielectric gate insulating film having a characteristic alternative to the SiO 2 film.
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