JP4921653B2

JP4921653B2 - Sputtering target and manufacturing method thereof

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Publication number: JP4921653B2
Application number: JP2001245275A
Authority: JP
Inventors: 高志渡辺; 隆石上; 光一渡邊; 幸伸鈴木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-08-13
Filing date: 2001-08-13
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2021-08-13
Also published as: JP2003055761A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属薄膜を形成するために用いられるスパッタリングターゲットおよびその製造方法に係り、特に成膜時に発生するパーティクルおよび異常放電を低減でき安定した成膜操作が可能になる上にパーティクル等による不良を低減し、半導体装置の製造歩留りを改善できるスパッタリングターゲットおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の高集積化および高密度化の進展に伴って電極や配線も細長化しているため電気信号の遅延が発生し易い問題が顕在化している。電気信号の遅延は、半導体デバイスにおける高速処理の実現への障害となり、デバイス機能の低下を招くことを意味する。そのため、半導体装置の電極や配線を構成する金属材料としては、より低抵抗な導電材料が希求されている。
【０００３】
特に半導体装置のゲート電極材としては、抵抗値が低いタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）またはそれらの珪化物（金属シリサイド）が有用である。
【０００４】
従来から半導体装置の電極あるいは配線用の金属薄膜を形成する方法として、スパッタリング法やＣＶＤ（化学的蒸着）法が広く使用されている。特に、スパッタリング法は、ＣＶＤ法と比較して成膜の量産性、製造コストと成膜の安定性に優れている。このスパッタリング法は、金属シリサイドの円盤状ターゲットにアルゴンイオンを衝突させてターゲット構成金属を放出させ、この放出金属を、ターゲット板に対向したウエハー基板上に薄膜として堆積させる方法である。したがって、スパッタリングで形成したシリサイド薄膜の性質は、ターゲットの特性に大きく左右されることになる。
【０００５】
上記スパッタリングターゲットの製造方法としては、電子ビーム（ＥＢ）によって原材料を溶解して固化させるＥＢ溶解等を利用した溶解法や、原料粉末をホットプレス処理（ＨＰ）したり、熱間静水圧（ＨＩＰ）処理したりして所定形状に緻密化する粉末焼結法などが広く使用されている。
【０００６】
例えば特開平５−２１４５２３号公報では、Ｓｉ粉末と高融点金属（Ｍ）粉末とを、高融点金属に対するＳｉの原子比（Ｓｉ／Ｍ比）が２〜４程度になるように混合した原料混合体を加熱して高融点金属シリサイドを合成する工程と、得られたシリサイド粉末を高真空中で高プレス圧力下で加圧焼結を行い緻密化する工程とを具備する高融点金属シリサイドターゲットの製造方法を開示している。
【０００７】
この高融点金属シリサイド薄膜の形成に用いられているスパッタリングターゲットには、半導体素子の高集積化および緻密化の進展に伴って、パーティクル（微細な粒子）発生量の低減が強く要求されている。
【０００８】
これはスパッタリング中にターゲットから発生した０．２〜１０μｍ前後の非常に微細なパーティクルが堆積中の薄膜に混入し、これが回路配線間のショートや配線のオープン不良などの不具合を招き、その結果、半導体製品の歩留りが大幅に低下するなど深刻な問題となっているためである。
【０００９】
現在では高融点金属シリサイドから成るスパッタリングターゲットとしては、形成するシリサイド膜の組成の制御が容易である点に着目して、粉末焼結法で製造されたターゲットが一般的に使用されている。すなわち、金属シリサイド製ターゲットは、タングステン，モリブデン等の高融点金属（Ｍ）粉末とシリコン（Ｓｉ）粉末とを反応合成して得た金属シリサイド（以下、「ＭＳｉ_２」と記す。）とＳｉ粉末とを共にホットプレス（ＨＰ）処理あるいは熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理して製造されるものが一般的に使用されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のスパッタリングターゲットの製造方法においては、合成されたシリサイド（ＭＳｉ_２）粉末にＳｉ粉末を所定比率で加えて焼結体を製造しているため、例えば、平均組成がＭＳｉ_{２．２〜３}の焼結体では、Ｓｉ相の占有容積率は約８〜２５％の範囲となり、ＭＳｉ_２相の占有率と比較して非常に小さな値となる。したがって、粉砕されて得られたＭＳｉ_２粒子の周囲に、くまなくＳｉ相が行き渡るようにターゲット組織を形成することは容易ではない。そのため、ＭＳｉ_２粒子同士の凝集部が形成されたり、局所的にＳｉ相が偏在するなどの欠陥が多い不均一な組織を有するスパッタリングターゲットが形成され易い。
【００１１】
また、高融点金属Ｍの融点の相違もターゲット性能に大きく影響し、スパッタリング特性を低下させる要因になっている。例えば、ＷＳｉ_２，ＭｏＳｉ_２，ＴｉＳｉ_２，ＴａＳｉ_２などの金属シリサイド（ＭＳｉ_２）の融点は、それぞれ２１６５℃、２０３０℃、１５４０℃、２２００℃と異なっている。このように融点が大きく異なるＭＳｉ_２相と、融点が１４１４℃であるＳｉ相とを、その共晶温度直下の温度で加圧焼結しているため、熱的に安定なＭＳｉ_２粒子間では焼結が十分に進行せず、ＭＳｉ_２粒子間の結合力は弱く破壊され易いポア（空孔）が残存してターゲットの緻密化が不十分となる。
【００１２】
このようなターゲットを用いてスパッタリングを実施すると、スパッタリング時のＡｒ照射エネルギによりＭＳｉ_２粒子間の結合が切れ、ターゲットのスパッタ面から前記欠陥部を起点として破壊が生じ易くなり、破壊した部分が欠落してパーティクルが発生し成膜中に混入する。また、このような欠陥部は局所的な異常放電の原因となり、スパッタリング操作の安定性が阻害される。
【００１３】
上記のようなパーティクル発生現象および異常放電現象は、特に配線間隔が精細化した高密度集積回路を使用した半導体装置の製品歩留りを大幅に低下させる要因となっており、高集積化および高速化を指向する半導体装置を低コストで製造する場合において解決すべき技術上の課題となっている。
【００１４】
本発明は上記課題を解決するためになされたものでおり、特に成膜時に発生するパーティクルおよび異常放電を低減でき安定した成膜操作が可能になる上にパーティクル等による不良を低減し、半導体装置の製造歩留りを改善できるスパッタリングターゲット、その製造方法および電子部品を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者らは高融点金属シリサイド製スパッタリングターゲットを対象として成膜特性の向上および製品歩留りの向上のために種々の解決手段の検討を重ねた。その結果、ターゲット中に銀（Ａｇ）および金（Ａｕ）の少なくとも一方の元素を所定の範囲で添加したときに、ターゲットを使用して安定した成膜操作が初めて実現するとともに、パーティクルおよび異常放電の発生が減少し、これらの現象による欠陥発生量が低減され、製品歩留りを大幅に向上させることが可能になるという知見を得た。また、特に上記ＡｇおよびＡｕの添加量のばらつきを同一ターゲット内で３０％以下とすることにより、上記パーティクルの低減効果および異常放電防止効果をさらに高めることが可能になるという知見も得た。本発明はこれらの知見に基づいて完成されたものである。
【００１６】
すなわち、本発明に係るスパッタリングターゲットは、平均組成が一般式ＭＳｉｘ（但し、Ｍはタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），タンタル（Ｔａ），チタン（Ｔｉ）およびニオブ（Ｎｂ）から選択される少なくとも１種の金属であり、２≦ｘ≦４を満足する。）で表わされ、金属シリサイドが連鎖状に形成される一方、Ｓｉ粒子が結合して形成されたＳｉ相が上記金属シリサイドの間隙に不連続に存在する微細な混合組織を有するスパッタリングターゲットにおいて、このスパッタリングターゲットがＡｕおよびＡｇの少なくとも一方を元素を１０〜３００ｐｐｍの範囲で含有することを特徴とする。
【００１７】
また、上記スパッタリングターゲットにおいて、スパッタリングターゲット全体におけるＡｕおよびＡｇの少なくとも一方の元素の含有量のばらつきが３０％以下であることが好ましい。さらに、スパッタリングターゲットの相対密度が９９％以上であることが望ましい。
【００１８】
本発明のスパッタリングターゲットにおいては、シリサイドターゲット本体にＡｇおよびＡｕから選ばれる少なくとも１種の元素を１０〜３００ｐｐｍ（質量比）の範囲で含有させている。ここで、ＡｇおよびＡｕは、周期律表の各種元素の中でも最もスパッタリング率が高く、かつイオン化効率が高い元素であり、これらの元素自体がイオン化してターゲットに戻り、自己維持スパッタする特性を有している。このような特性を有する金属元素（以下、「自己維持放電性元素」という。）をシリサイドターゲット中に適量添加することによって、ターゲット構成成分のイオン化が促進されるため、シリサイドターゲットをスパッタリングする際のプラズマ状態を長時間に亘って安定に維持することが可能となる。
【００１９】
すなわち、高融点金属シリサイドターゲットから放出されるイオン数が増加するためターゲットが効率良くスパッタされるとともに、異常放電およびパーティクルの発生も減少するため、安定的にスパッタ放電を長時間に亘って安定的に持続させることが可能になる。
【００２０】
上述したようなＡｇおよびＡｕから選ばれる少なくとも１種の元素の含有量は、これらの元素の合計含有量として質量比で１０〜３００ｐｐｍの範囲とする。自己維持放電性元素の合計含有量が１０ｐｐｍ未満であると、上記したターゲットの構成成分のイオン化を促進させる効果が得られず、従来品と同様のスパッタ特性を示し、異常放電、パーティクルの発生等の問題が顕著になる。
【００２１】
一方、自己維持放電性元素の合計含有量が３００ｐｐｍを超えると、放電自体への悪影響は少ないが、スパッタ膜の膜厚の面内均一性が低下する。すなわち、通常のスパッタ装置における膜厚の面内均一性は５％以下が標準であるが、自己維持放電性元素の合計含有量が３００ｐｐｍを超えると５％以上、さらには１５％近くまで膜厚の面内均一性が低下し、ばらつきを与えてしまう問題が発生する。このようなことから、自己維持放電性元素の合計含有量は３００ｐｐｍ以下とする。
【００２２】
本発明のスパッタリングターゲットを構成するシリサイド組織中のＡｇおよびＡｕの合計含有量は３０〜２００ｐｐｍの範囲とすることがより好ましく、さらには５０〜１００ｐｐｍの範囲とすることが望ましい。このような量的範囲で自己維持放電性元素を含有させることによって、スパッタ膜の膜厚の面内均一性とプラズマ状態の安定化効果とを、より良好に両立させることが可能となる。
【００２３】
さらに、Ａｇ，Ａｕの各元素は、例えばシリサイド膜の比抵抗に対しても影響を及ぼす。シリサイド膜の比抵抗は不純物量が増加するに連れて増大するが、ＡｇおよびＡｕの合計含有量を適宜に設定することによって、シリサイド膜の比抵抗を所望の範囲に制御することができる。このように、ＡｇやＡｕの元素を含有するシリサイド膜は、本発明のターゲットをスパッタリングすることにより形成される。例えばシリサイド膜の比抵抗の制御に対しても有効に機能するものである。但し、シリサイド膜中のＡｇおよびＡｕの含有量があまり多くなり過ぎると膜の比抵抗が上昇するため、ＡｇおよびＡｕの含有量は適宜に調整するものとする。
【００２４】
また、本発明のスパッタリングターゲットにおいて、上記した自己維持放電性元素（Ａｇ，Ａｕ）の含有量のばらつきは、ターゲット全体として３０％以下とすることが好ましい。なお、ここでいう自己維持放電性元素の含有量のばらつきとは、ターゲット各部におけるＡｇおよびＡｕの合計含有量（各元素の微視的な含有量の合計）を比較した場合のばらつきを示すものである。
【００２５】
このように、ターゲット全体に対するＡｇおよびＡｕの合計含有量のばらつきを低く抑えることによって、ターゲット全体として構成成分のイオン化を促進させることができ、プラズマ状態をより一層安定化させることが可能となる。
【００２６】
さらに、ターゲット全体に対するＡｇおよびＡｕの合計含有量のばらつきが大きくなると、スパッタ膜の膜厚の面内均一性が低下するとともに、スパッタ膜中のＡｇおよびＡｕの量が局所的に増大し、膜の比抵抗を上昇させるなど膜特性が変化するおそれがある。このような点からもＡｇおよびＡｕの合計含有量は３０％以内とすることが好ましい。これら金属元素の合計含有量のばらつきは１５％以内とすることがさらに好ましく、より望ましくは１０％以内である。
【００２７】
ここで、本発明のスパッタリングターゲットにおける自己維持放電性元素の含有量（ＡｇおよびＡｕの合計含有量）は、以下に示す方法により測定された値を示すものとする。
【００２８】
すなわち、図１に示すように、例えば円板状ターゲットの中心部（位置１）と、中心部を通り円周を均等に分割した４本の直線上で中心から半径の９０％の距離だけ離れた位置（位置２〜９）および中心から半径５０％の距離の位置（位置１０〜１７）とから、それぞれ長さ１０ｍｍ、幅１０ｍｍの試験片を採取する。これら１７点の試験片のＡｇ含有量、Ａｕ含有量をそれぞれ測定し、これらの測定値を平均した値を、シリサイドターゲットのＡｇ含有量、Ａｕ含有量とする。自己維持放電性元素の合計含有量は、これら各元素の含有量の平均値を合計した値を示すものである。Ａｇ量、Ａｕ量はＩＣＰ−ＡＥＳ法に基づいて測定する。
【００２９】
さらに、ターゲット全体の自己維持放電性元素の合計含有量のばらつきは、上記した１７点の試験片から求めたＡｇおよびＡｕの合計含有量の最大値および最小値から、｛（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）｝×１００（％）の式に基づいて求めた値を示すものとする。
【００３０】
本発明のスパッタリングターゲットは、上述したようにシリサイドターゲット中にＡｇおよびＡｕから選ばれる少なくとも１種の自己維持放電性元素を所定量含有させたことに特徴を有するものであるが、ターゲットを構成する成分の純度レベル（ＡｇおよびＡｕ量を除く純度）をあまり上げ過ぎると、プラズマ状態が不安定になる虞がある。
【００３１】
このようなことから、本発明のスパッタリングターゲットは、不純物元素としての鉄（Ｆｅ），ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），アルミニウム（Ａｌ），ナトリウム（Ｎａ）およびカリウム（Ｋ）の合計含有量が１００ｐｐｍ以下の高純度材料で構成することが好ましい。言い換えると、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｌ，ＮａおよびＫの含有量（質量％）の合計量を１００％から引いた値［１００−（Ｆｅ％＋Ｎｉ％＋Ｃｒ％＋Ａｌ％＋Ｎａ％＋Ｋ％）が９９．９９〜９９．９９９％の範囲の高純度材料を用いることが好ましい。
【００３２】
上記した不純物元素の合計含有量が１００ｐｐｍを超えると、得られるシリサイド膜の比抵抗が高くなり過ぎて、例えば配線膜としての特性が低下してしまう。このようなことから、シリサイドターゲット中の不純物元素としてのＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｌ，ＮａおよびＫの合計含有量は１００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。
【００３３】
本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法は、平均組成が一般式ＭＳｉｘ（但し、ＭはＷ，Ｍｏ，Ｔａ，ＴｉおよびＮｂから選択される少なくとも１種の金属であり、２≦ｘ≦４を満足する。）で表わされ、金属シリサイドが連鎖状に形成される一方、Ｓｉ粒子が結合して形成されたＳｉ相が上記金属シリサイドの間隙に不連続に存在する微細な混合組織を有し、ＡｕおよびＡｇの少なくとも一方を元素を１０〜３００ｐｐｍの範囲で含有するスパッタリングターゲットの製造方法において、Ｍ金属粉末とシリコン（Ｓｉ）粉末とを、Ｓｉ／Ｍ原子比で２〜４になるように混合して均一な原料混合体を調製する工程と、得られた原料混合体を加熱して金属シリサイドを合成し仮焼結体を調製する工程と、得られた仮焼結体を粉砕し、この粉砕粉にＡｇ粉末およびＡｕ粉末の少なくとも一方を１０〜３００ｐｐｍ添加して均一に混合し、得られた混合体を真空中にて温度１１００〜１２００℃で２〜３時間加熱する液相分散化熱処理を行い、添加したＡｇ粉末およびＡｕ粉末を均一に分散させる工程と、上記混合体を２８〜４０ＭＰａの加圧下において温度１３００〜１４００℃で加熱して緻密化焼結する工程と、を具備することを特徴とする。
【００３４】
ここでターゲットの構成成分となる金属（Ｍ）としては、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）等の、比抵抗の小さい金属シリサイド薄膜の形成が可能な金属が使用されるが、特に、Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ等の高融点金属が好ましい。
【００３５】
これらの金属は従来の電極配線材と比較して、比抵抗が小さく、高温における耐腐食性が高いため、そのシリサイドを半導体の電極配線に用いると、半導体装置における演算の高速化が可能となり、また半導体製造時における薬品による腐食や高温処理による酸化を受けにくいという利点を有する。
【００３６】
本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法は、基本的には高融点金属（Ｍ）粉末とシリコン（Ｓｉ）粉末との混合体を加熱して反応合成して得た金属シリサイド粉末をホットプレスなどにより緻密化焼結する各工程から成る。しかしながら、必須の添加元素である自己維持放電性元素としてのＡｕおよびＡｇの融点がそれぞれ１０６４℃および９６０℃と低いために、これらの元素を添加する時期が重要となる。すなわち、これらの元素を原料粉末の混合段階で添加すると、その後の反応合成工程で発生する反応熱によって揮散してしまう可能性がある。
【００３７】
そのため本発明の製造方法では、まず一旦、Ｍ粉末とＳｉ粉末との原料混合体を加熱してシリサイドを形成した後に、上記自己維持放電性元素としてのＡｇやＡｕを添加し、その均質化処理を実施した後にホットプレス法などで緻密化焼結を実施している。
【００３８】
まず、前記製造方法の第１の工程は、Ｍ粉末とＳｉ粉末とを組成がＳｉ／Ｍ原子比で２〜４になるように配合、混合する工程である。
【００３９】
このＭ粉末とＳｉ粉末を混合する工程では、両者の粉末粒径がシリサイド合成により生成するＭＳｉ_２粒径と介在するＳｉの粒径とに影響を及ぼす。特に微細な混合組織を得るためには、最大粒径１０μｍ以下のＭ粉末と最大粒径３０μｍ以下のＳｉ粉末を使用することが好ましい。
【００４０】
ここで組成ＭＳｉｘのＸ値を２〜４の範囲に限定した理由は、Ｘ値が２未満になると、形成されたシリサイド膜に大きな引張り応力が発生して基板との密着性が悪くなり剥離し易くなる。一方、Ｘ値が４を超えると、膜のシート抵抗が高くなって電極配線膜としては不適当となるためである。
【００４１】
そして原料Ｍ粉末とＳｉ粉末とをＳｉ／Ｍ原子比で２〜４に配合し、ボールミルあるいはＶ形ミキサ等を用いて十分均一に乾式混合する。混合が不均一であると、ターゲットの組織と組成が不均一となって膜特性が劣化するので好ましくない。ここで粉末混合は、酸素汚染を防止するため真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。
【００４２】
次に第２工程として、得られた原料混合体を１０００〜１２００℃に加熱して金属シリサイドを合成し仮焼結体を調製する。ＭとＳｉの混合粉末を加熱すると、Ｓｉは軟化するとともにＭと反応して粒状の金属シリサイド（ＭＳｉ_２）を形成するため、ＭとＳｉが接した部分では、ＭＳｉ_２の生成熱により局所的に昇温して一層軟化する。そのためＭＳｉ_２粒子の表面および周囲にＭＳｉ_２化した粒子が凝集し、粒状のＭＳｉ_２が連鎖状に結合した状態となり、Ｓｉ粒子が結合して形成されたＳｉ相が上記金属シリサイドの間隙に不連続に存在する微細な混合組織を有する仮焼結体が得られる。
【００４３】
次に第３工程として、得られた仮焼結体を粉砕し、この粉砕粉にＡｇ粉末およびＡｕ粉末の少なくとも一方を１０〜３００ｐｐｍ添加して均一に混合し、得られた混合体を真空中にて温度１１００〜１２００℃で２〜３時間加熱する液相分散化熱処理を実施する。
【００４４】
この液相分散化熱処理（均一化処理）により、Ａｇ成分およびＡｕ成分が液相状態となって粉砕粉周囲に流動化して均一に分散した混合体が得られる。
【００４５】
上記粉砕粉に添加するＡｇ粉末およびＡｕ粉末としては、より均一分散化を実現するために最大粒径が２０μｍ以下の粉末を使用することが好ましい。
【００４６】
上記液相分散化熱処理および後述する緻密化焼結における加熱条件についても、前記自己維持放電性元素としてのＡｇおよびＡｕの融点がシリサイドの焼結温度に対して低いために厳格に制御する必要がある。
【００４７】
すなわち本発明では、添加物としてのＡｇおよびＡｕを均一に分散させるために温度１１００〜１２００℃で２〜３時間加熱する液相分散化熱処理を、本焼結（緻密化焼結）に先立って実施する。この液相分散化熱処理の温度が１１００℃未満であると、添加元素（Ａｇ，Ａｕ）の均一分散が困難であり、そのまま加圧して焼結すると添加元素が凝集したままの状態で焼結されてしまう。
【００４８】
一方、処理温度が１２００℃を超えると、添加元素が液相分散する前にシリサイド粒子の焼結が進行し、添加元素が組織内に閉じ込められ、いずれも結果的に分散せず凝集してしまうためである。したがって、上記液相分散化処理時の温度は、添加元素が液相となって流動し易く、なおかつシリサイド粒子の焼結の進行度が小さい１１００〜１２００度の温度範囲が適切である。
【００４９】
次に第４工程として、上記混合体を２８〜４０ＭＰａの加圧下において温度１３００〜１４００℃で加熱して緻密化焼結する工程を実施する。加熱温度はＳｉ成分の融点直下の温度である１３００〜１４００℃の範囲とされる。加熱温度が１３００℃未満である場合には、緻密化が不十分となり、相対密度が９９％以上のターゲットは得られない。一方、加熱温度が１４００℃を超えると、共晶反応が進行して粗大なＭＳｉ_２が生成し易くなるとともに、Ｓｉが溶融して連続的な組織を有するターゲットになり易い。
【００５０】
また上記緻密化焼結工程における加圧力が２８ＭＰａ未満であると、緻密化が不十分となり相対密度が９９％以上のターゲットが得にくくなる。一方、加圧力が４０ＭＰａを超えるとＭＳｉ_２粒子が粗大化して微細な混合組織が得にくくなる。
【００５１】
上記のような本発明の製造方法を実施することにより、金属シリサイドが連鎖状に形成される一方、Ｓｉ相が金属シリサイドの間隙に不連続に存在し、かつＡｇ，Ａｕの自己維持放電性元素が均一に分散化した微細な混合組織を有するスパッタリングターゲットが得られる。また、上記Ａｇ，Ａｕの含有量のばらつきが３０％以下であるターゲットを容易に製造することが可能になる。
【００５２】
上記構成に係るスパッタリングターゲットおよびその製造方法によれば、連鎖状に形成された金属シリサイドの間隙に珪素相が不連続に存在し、かつＡｇ，Ａｕの自己維持放電性元素が均一に分散した微細な混合組織を有するターゲットとしているため、製膜時に発生するパーティクルおよび異常放電を低減でき、安定した成膜操作が可能になる上にパーティクル等による不良を低減し、半導体装置の製造歩留りを大幅に改善できる。
【００５４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態について以下の実施例に基づいて具体的に説明する。
【００５５】
実施例１
高融点金属（Ｍ）粉末として最大粒径１０μｍの高純度Ｗ粉末と最大粒径３０μｍ以下のＳｉ粉末とを、Ｓｉ／Ｍ原子比が２．８となるように配合し、高純度Ａｒガスで置換したボールミルで４８時間混合して均一な原料混合体を調製した。
【００５６】
次に、得られた原料混合体を１０００〜１２００℃に加熱してシリサイド合成反応を生起せしめ仮焼結体とした。さらに仮焼結体を９６〜１４４時間粉砕してＷシリサイド粉末を得た。この粉末に、最大粒径２０μｍ以下のＡｇ粉末を５０ｐｐｍ添加し、ボールミルによって３時間均一に混合して均質化を図った。
【００５７】
次に得られた混合体を黒鉛製の成形用型に充填し、この成形用型をホットプレス装置に挿入し、真空度５×１０^−２Ｐａ以下の真空中において温度１２００度で２時間加熱する液相均質化熱処理を実施した。その後に３４．３Ｍｐａの加圧力を作用させた状態で温度１３５０℃で５時間加熱する緻密化焼結を実施し、円盤状のターゲット焼結体（相対密度９９％以上）を製造した。
【００５８】
得られたターゲット焼結体について図１に示す１７箇所の位置より試料片を採取し、その相対密度をアルキメデス法によって測定して平均値を算出する一方、ＩＣＰ発光分光分析法（装置名：セイコー電子工業株式会社製ＳＰＳ−１２００Ａ）によりＡｇ含有量を計測し、その含有量のばらつきを調査した。その結果、Ａｇ含有量は添加時と同じく５０ｐｐｍであり、その含有量のばらつきは２０％に抑制することができた。
【００５９】
さらに上記のように調製したターゲット焼結体を機械研削加工することにより直径１２７ｍｍ×厚さ６ｍｍのスパッタリングターゲットを作製した。このスパッタリングターゲットをスパッタリング装置（ＵＬＶＡＣ製ＳＨ−５５０）に装着し、Ａｒ圧力を２．０×１０^−１Ｐａとした条件下でスパッタリング操作を実行し、５インチウェハー上に厚さ２０００Åのシリサイド膜を堆積させた。
【００６０】
そして、上記スパッタリング操作中に発生した異常放電回数を測定するとともに、形成したシリサイド膜中に混入したパーティクル数およびシリサイド膜の膜厚のばらつきを計測した。
【００６１】
なお、異常放電に関しては、マイクロアークモニターを用い、２００ｍＶ以上の電圧値の発生を一回の異常放電として計測した。またパーティクルに関しては、直径が０．２μｍ以上のパーティクルを対象としてパーティクルカウンターによって計測した。また、膜厚に関しては図１に示すターゲットに対応するウェハー上に設定された１７箇所のシリサイド膜の厚さを膜厚計測器（ａｌｐｈａ−ｓｔｅｐ２０００）を使用して計測し、この膜厚分布から、Ａｇ，Ａｕ含有量のばらつきを求める計算式と同様の式に基づいて膜厚のばらつきを算出した。
【００６２】
その結果、異常放電回数は１５回であり、シリサイド膜の膜厚のばらつきは１０％であり、直径０．２μｍ以上のパーティクルの混入数は１ウェハー当り２０個に抑制されており、良好なスパッタリング特性が得られることが判明した。
【００６３】
実施例２
高融点金属（Ｍ）粉末として最大粒径１０μｍの高純度Ｍｏ粉末と最大粒径３０μｍ以下のＳｉ粉末とを、Ｓｉ／Ｍ原子比が２．７となるように配合し、高純度Ａｒガスで置換したボールミルで４８時間混合して均一な原料混合体を調製した。
【００６４】
次に、得られた原料混合体を１０００〜１２００℃に加熱してシリサイド合成反応を生起せしめ仮焼結体とした。さらに仮焼結体を９６〜１４４時間粉砕してＭｏシリサイド粉末を得た。この粉末に、最大粒径２０μｍ以下のＡｕ粉末を１００ｐｐｍ添加し、ボールミルによって３時間均一に混合して均質化を図った。
【００６５】
次に得られた混合体を黒鉛製の成形用型に充填し、この成形用型をホットプレス装置に挿入し、真空度５×１０^−２Ｐａ以下の真空中において温度１１００℃で２時間加熱する液相均質化熱処理を実施した。その後に２９．４Ｍｐａの加圧力を作用させた状態で温度１３００℃で７時間加熱する緻密化焼結を実施し、円盤状のターゲット焼結体（相対密度９９％以上）を製造した。
【００６６】
得られたターゲット焼結体について図１に示す１７箇所の位置より試料片を採取し、その相対密度をアルキメデス法によって測定して平均値を算出する一方、ＩＣＰ発光分光分析法によりＡｕ含有量を計測し、その含有量のばらつきを調査した。その結果、Ａｕ含有量は添加時と同じく１００ｐｐｍであり、その含有量のばらつきは１５％に抑制することができた。
【００６７】
さらに上記のように調製したターゲット焼結体を機械研削加工することにより直径１２７ｍｍ×厚さ６ｍｍのスパッタリングターゲットを作製した。このスパッタリングターゲットをスパッタリング装置（ＵＬＶＡＣ製ＳＨ−５５０）に装着し、Ａｒ圧力を２．０×１０^−１Ｐａとした条件下でスパッタリング操作を実行し、５インチウェハー上に厚さ２０００Åのシリサイド膜を堆積させた。
【００６８】
そして、上記スパッタリング操作中に発生した異常放電回数を測定するとともに、形成したシリサイド膜中に混入したパーティクル数およびシリサイド膜の膜厚のばらつきを実施例１と同様にして計測した。その結果、異常放電回数は９回であり、シリサイド膜の膜厚のばらつきは８％であり、直径０．２μｍ以上のパーティクルの混入数は１ウェハー当り１４個に抑制されており、良好なスパッタリング特性が得られることが判明した。
【００６９】
実施例３
高融点金属（Ｍ）粉末として最大粒径１０μｍの高純度Ｔａ粉末と最大粒径３０μｍ以下のＳｉ粉末とを、Ｓｉ／Ｍ原子比が２．６となるように配合し、高純度Ａｒガスで置換したボールミルで４８時間混合して均一な原料混合体を調製した。
【００７０】
次に、得られた原料混合体を１０００〜１２００℃に加熱してシリサイド合成反応を生起せしめ仮焼結体とした。さらに仮焼結体を９６〜１４４時間粉砕してＴａシリサイド粉末を得た。この粉末に、最大粒径２０μｍ以下のＡｕ粉末を２００ｐｐｍ添加し、ボールミルによって３時間均一に混合して均質化を図った。
【００７１】
次に得られた混合体を黒鉛製の成形用型に充填し、この成形用型をホットプレス装置に挿入し、真空度５×１０^−２Ｐａ以下の真空中において温度１１５０℃で３時間加熱する液相均質化熱処理を実施した。その後に３４．３Ｍｐａの加圧力を作用させた状態で温度１３８０℃で５時間加熱する緻密化焼結を実施し、円盤状のターゲット焼結体（相対密度９９％以上）を製造した。
【００７２】
得られたターゲット焼結体について図１に示す１７箇所の位置より試料片を採取し、その相対密度をアルキメデス法によって測定して平均値を算出する一方、ＩＣＰ発光分光分析法によりＡｕ含有量を計測し、その含有量のばらつきを調査した。その結果、Ａｕ含有量は添加時と同じく２００ｐｐｍであり、その含有量のばらつきは１０％に抑制することができた。
【００７３】
さらに上記のように調製したターゲット焼結体を機械研削加工することにより直径１２７ｍｍ×厚さ６ｍｍのスパッタリングターゲットを作製した。このスパッタリングターゲットをスパッタリング装置（ＵＬＶＡＣ製ＳＨ−５５０）に装着し、Ａｒ圧力を２．０×１０^−１Ｐａとした条件下でスパッタリング操作を実行し、５インチウェハー上に厚さ２０００Åのシリサイド膜を堆積させた。
【００７４】
そして、上記スパッタリング操作中に発生した異常放電回数を測定するとともに、形成したシリサイド膜中に混入したパーティクル数およびシリサイド膜の膜厚のばらつきを実施例１と同様にして計測した。その結果、異常放電回数は２０回であり、シリサイド膜の膜厚のばらつきは１８％であり、直径０．２μｍ以上のパーティクルの混入数は１ウェハー当り２５個に抑制されており、良好なスパッタリング特性が得られることが判明した。
【００７５】
実施例４〜８
表１に示す通り、ターゲットを構成するＭ金属の種類，Ｓｉ／Ｍ原子比，ＡｇやＡｕの添加量，液相均質化熱処理条件を変更した点以外は実施例１と同様の条件で原料粉末の混合、シリサイド合成反応，緻密化焼結を実施してそれぞれ各実施例に係るターゲット焼結体（相対密度９９％以上）を製造した。
【００７６】
各ターゲット焼結体について実施例１と同様にして、添加物としてのＡｇ，Ａｕ含有量の分布を測定し、この分布値からＡｇ，Ａｕ含有量のばらつきを算出して表１に示す結果を得た。
【００７７】
また各ターゲット焼結体を機械研削加工して実施例１と同一寸法のスパッタリングターゲットを作製し、同様にスパッタリング操作を実施した。そして各スパッタリング操作中に発生した異常放電回数を測定するとともに、形成したシリサイド膜中に混入したパーティクル数およびシリサイド膜厚のばらつきを測定して表１に示す結果を得た。
【００７８】
比較例１
高融点金属（Ｍ）粉末として最大粒径１０μｍの高純度Ｗ粉末と最大粒径３０μｍ以下のＳｉ粉末とを、Ｓｉ／Ｍ原子比が２．８となるように配合し、高純度Ａｒガスで置換したボールミルで４８時間混合して均一な原料混合体を調製した。
【００７９】
次に、得られた原料混合体を１０００〜１２００℃に加熱してシリサイド合成反応を生起せしめ仮焼結体とした。さらに仮焼結体を９６〜１４４時間粉砕してＷシリサイド粉末を得た。この粉末に、最大粒径２０μｍ以下のＡｕ粉末を１ｐｐｍと過少に添加し、ボールミルによって３時間均一に混合して均質化を図った。
【００８０】
次に得られた混合体を黒鉛製の成形用型に充填し、この成形用型をホットプレス装置に挿入し、真空度５×１０^−２Ｐａ以下の真空中において温度１２００℃で５時間加熱する液相均質化熱処理を実施した。その後に３４．３Ｍｐａの加圧力を作用させた状態で温度１３５０℃で５時間加熱する緻密化焼結を実施し、円盤状のターゲット焼結体を製造した。
【００８１】
得られたターゲット焼結体について図１に示す１７箇所の位置より試料片を採取し、その相対密度をアルキメデス法によって測定して平均値を算出する一方、ＩＣＰ発光分光分析法によりＡｕ含有量は添加時と同じく１ｐｐｍであり、その含有量のばらつきは１４％に抑制することができた。
【００８２】
さらに上記のように調製したターゲット焼結体を機械研削加工することにより直径１２７ｍｍ×厚さ６ｍｍのスパッタリングターゲットを作製した。このスパッタリングターゲットをスパッタリング装置（ＵＬＶＡＣ製ＳＨ−５５０）に装着し、Ａｒ圧力を２．０×１０^−１Ｐａとした条件下でスパッタリング操作を実行し、５インチウェハー上に厚さ２０００Åのシリサイド膜を堆積させた。
【００８３】
そして、上記スパッタリング操作中に発生した異常放電回数を測定するとともに、形成したシリサイド膜中に混入したパーティクル数およびシリサイド膜の膜厚のばらつきを実施例１と同様にして計測した。その結果、異常放電回数は７５回であり、シリサイド膜の膜厚のばらつきは１４％であり、直径０．２μｍ以上のパーティクルの混入数は１ウェハー当り７２個と増加していた。すなわち、比較例１に係るターゲットにおいては、Ａｕ含有量が過少であったために、従来のターゲット並みに異常放電の発生頻度が高く、その結果、パーティクルの混入数も多くなることが確認できた。
【００８４】
比較例２
高融点金属（Ｍ）粉末として最大粒径１０μｍの高純度Ｍｏ粉末と最大粒径３０μｍ以下のＳｉ粉末とを、Ｓｉ／Ｍ原子比が２．６となるように配合し、高純度Ａｒガスで置換したボールミルで４８時間混合して均一な原料混合体を調製した。
【００８５】
次に、得られた原料混合体を１０００〜１２００℃に加熱してシリサイド合成反応を生起せしめ仮焼結体とした。さらに仮焼結体を９６〜１４４時間粉砕してＭｏシリサイド粉末を得た。この粉末に、最大粒径２０μｍ以下のＡｇ粉末を５００ｐｐｍと過剰に添加し、ボールミルによって３時間均一に混合して均質化を図った。
【００８６】
次に得られた混合体を黒鉛製の成形用型に充填し、この成形用型をホットプレス装置に挿入し、真空度５×１０^−２Ｐａ以下の真空中において温度１１５０度で３時間加熱する液相均質化熱処理を実施した。その後に２９．４Ｍｐａの加圧力を作用させた状態で温度１３００℃で７時間加熱する緻密化焼結を実施し、円盤状のターゲット焼結体を製造した。
【００８７】
得られたターゲット焼結体について図１に示す１７箇所の位置より試料片を採取し、その相対密度をアルキメデス法によって測定して平均値を算出する一方、ＩＣＰ発光分光分析法によりＡｇ含有量を計測し、その含有量のばらつきを調査した。その結果、Ａｇ含有量は添加時と同じく５００ｐｐｍであり、その含有量のばらつきは２４％に抑制することができた。
【００８８】
さらに上記のように調製したターゲット焼結体を機械研削加工することにより直径１２７ｍｍ×厚さ６ｍｍのスパッタリングターゲットを作製した。このスパッタリングターゲットをスパッタリング装置（ＵＬＶＡＣ製ＳＨ−５５０）に装着し、Ａｒ圧力を２．０×１０^−１Ｐａとした条件下でスパッタリング操作を実行し、５インチウェハー上に厚さ２０００Åのシリサイド膜を堆積させた。
【００８９】
そして、上記スパッタリング操作中に発生した異常放電回数を測定するとともに、形成したシリサイド膜中に混入したパーティクル数およびシリサイド膜の膜厚のばらつきを実施例１と同様にして計測した。その結果、異常放電回数は２０回であり、シリサイド膜の膜厚のばらつきは６０％であり、直径０．２μｍ以上のパーティクルの混入数は１ウェハー当り１７個であった。すなわち、比較例２のターゲットにおいては、Ａｇ含有量が過剰であったため、形成したシリサイド膜の膜厚の均一性が著しく低下しており、製膜の歩留りが悪化することが判明した。
【００９０】
比較例３
高融点金属（Ｍ）粉末として最大粒径１０μｍの高純度Ｔａ粉末と最大粒径３０μｍ以下のＳｉ粉末とを、Ｓｉ／Ｍ原子比が２．６となるように配合し、高純度Ａｒガスで置換したボールミルで４８時間混合して均一な原料混合体を調製した。
【００９１】
次に、得られた原料混合体を１０００〜１２００℃に加熱してシリサイド合成反応を生起せしめ仮焼結体とした。さらに仮焼結体を９６〜１４４時間粉砕してＴａシリサイド粉末を得た。この粉末に、最大粒径２０μｍ以下のＡｇ粉末を０．５ｐｐｍと過少に添加し、ボールミルによって３時間均一に混合して均質化を図った。
【００９２】
次に得られた混合体を黒鉛製の成形用型に充填し、この成形用型をホットプレス装置に挿入し、真空度５×１０^−２Ｐａ以下の真空中において温度９００度で５時間加熱してＡｇ成分を分散させる液相均質化熱処理を実施した。その後に３４．３Ｍｐａの加圧力を作用させた状態で温度１３８０℃で５時間加熱する緻密化焼結を実施し、円盤状のターゲット焼結体を製造した。
【００９３】
得られたターゲット焼結体について図１に示す１７箇所の位置より試料片を採取し、その相対密度をアルキメデス法によって測定して平均値を算出する一方、ＩＣＰ発光分光分析法によりＡｇ含有量を計測し、その含有量のばらつきを調査した。その結果、Ａｇ含有量は添加時と同じく０．５ｐｐｍであり、その含有量のばらつきは４８％であった。すなわち、比較例３に係るターゲットでは、分散化熱処理温度が低く、そのまま焼結したため、Ａｇ成分がターゲット組織内に均一に分散せず、凝集してしまう結果となった。
【００９４】
さらに上記のように調製したターゲット焼結体を機械研削加工することにより直径１２７ｍｍ×厚さ６ｍｍのスパッタリングターゲットを作製した。このスパッタリングターゲットをスパッタリング装置（ＵＬＶＡＣ製ＳＨ−５５０）に装着し、Ａｒ圧力を２．０×１０^−１Ｐａとした条件下でスパッタリング操作を実行し、５インチウェハー上に厚さ２０００Åのシリサイド膜を堆積させた。
【００９５】
そして、上記スパッタリング操作中に発生した異常放電回数を測定するとともに、形成したシリサイド膜中に混入したパーティクル数およびシリサイド膜の膜厚のばらつきを実施例１と同様にして計測した。
【００９６】
その結果、異常放電回数は１０２回であり、シリサイド膜の膜厚のばらつきは２０％であり、直径０．２μｍ以上のパーティクルの混入数は１ウェハー当り９５個であった。すなわち、比較例３のターゲットにおいては、Ａｇの含有量が過少であり、かつそのＡｇ成分の分散度が低い状態であったため、従来のターゲットより異常放電が頻発することになり、その結果、パーティクルの混入数も増加し、安定したスパッタリング操作は困難であった。
【００９７】
比較例４
高融点金属（Ｍ）粉末として最大粒径１０μｍの高純度Ｗ粉末と最大粒径３０μｍ以下のＳｉ粉末とを、Ｓｉ／Ｍ原子比が２．８となるように配合し、高純度Ａｒガスで置換したボールミルで４８時間混合して均一な原料混合体を調製した。
【００９８】
次に、得られた原料混合体を１０００〜１２００℃に加熱してシリサイド合成反応を生起せしめ仮焼結体とした。さらに仮焼結体を９６〜１４４時間粉砕してＷシリサイド粉末を得た。この粉末に、最大粒径２０μｍ以下のＡｕ粉末を４５０ｐｐｍと過剰に添加し、ボールミルによって３時間均一に混合して均質化を図った。
【００９９】
次に得られた混合体を黒鉛製の成形用型に充填し、この成形用型をホットプレス装置に挿入し、真空度５×１０^−２Ｐａ以下の真空中において温度８００℃で４時間加熱する液相均質化熱処理を実施した。その後に３４．３Ｍｐａの加圧力を作用させた状態で温度１３５０℃で５時間加熱する緻密化焼結を実施し、円盤状のターゲット焼結体を製造した。
【０１００】
得られたターゲット焼結体について図１に示す１７箇所の位置より試料片を採取し、その相対密度をアルキメデス法によって測定して平均値を算出する一方、ＩＣＰ発光分光分析法によりＡｕ含有量を計測し、その含有量のぎらつきを調査した。その結果、Ａｕ含有量は添加時と同じく４５０ｐｐｍであったが、その含有量のばらつきは６２％と増大した。すなわち、比較例４のターゲットでは、分散化熱処理温度が低い上に、そのまま焼結していたためにＡｕ成分が均一に分散せずに凝集してしまう結果となった。
【０１０１】
さらに上記のように調製したターゲット焼結体を機械研削加工することにより直径１２７ｍｍ×厚さ６ｍｍのスパッタリングターゲットを作製した。このスパッタリングターゲットをスパッタリング装置（ＵＬＶＡＣ製ＳＨ−５５０）に装着し、Ａｒ圧力を２．０×１０^−１Ｐａとした条件下でスパッタリング操作を実行し、５インチウェハー上に厚さ２０００Åのシリサイド膜を堆積させた。
【０１０２】
そして、上記スパッタリング操作中に発生した異常放電回数を測定するとともに、形成したシリサイド膜中に混入したパーティクル数およびシリサイド膜の膜厚のばらつきを実施例１と同様にして計測した。
【０１０３】
その結果、異常放電回数は１１０回であり、シリサイド膜の膜厚のばらつきは５５％であり、直径０．２μｍ以上のパーティクルの混入数は１ウェハー当り８０個であった。すなわち、比較例４のターゲットにおいては、Ａｕ成分の分散度が低いため、従来のターゲットより多くの異常放電が発生し、その結果、パーティクルの混入数も増大した。さらにＡｕ含有量が過大であるため、シリサイド膜の膜厚の均一性が著しく悪化し、製膜の歩留りが大幅に低下した。
【０１０４】
比較例５
高融点金属（Ｍ）粉末として最大粒径１０μｍの高純度Ｔｉ粉末と最大粒径３０μｍ以下のＳｉ粉末とを、Ｓｉ／Ｍ原子比が３．０となるように配合し、高純度Ａｒガスで置換したボールミルで４８時間混合して均一な原料混合体を調製した。
【０１０５】
次に、得られた原料混合体を１０００〜１２００℃に加熱してシリサイド合成反応を生起せしめ仮焼結体とした。さらに仮焼結体を９６〜１４４時間粉砕してＴｉシリサイド粉末を得た。この粉末に自己維持放電性元素としてのＡｕやＡｇを全く添加しない状態で、そのまま粉砕粉を黒鉛製の成形用型に充填し、この成形用型をホットプレス装置に挿入し、真空度５×１０^−２Ｐａ以下の真空中において３４．３Ｍｐａの加圧力を作用させた状態で温度１３６０℃で５時間加熱する緻密化焼結を実施し、円盤状のターゲット焼結体を製造した。
【０１０６】
さらに上記のように調製したターゲット焼結体を機械研削加工することにより直径１２７ｍｍ×厚さ６ｍｍのスパッタリングターゲットを作製した。このスパッタリングターゲットをスパッタリング装置（ＵＬＶＡＣ製ＳＨ−５５０）に装着し、Ａｒ圧力を２．０×１０^−１Ｐａとした条件下でスパッタリング操作を実行し、５インチウェハー上に厚さ２０００Åのシリサイド膜を堆積させた。
【０１０７】
そして、上記スパッタリング操作中に発生した異常放電回数を測定するとともに、形成したシリサイド膜中に混入したパーティクル数およびシリサイド膜の膜厚のばらつきを実施例１と同様にして計測した。
【０１０８】
その結果、異常放電回数は５０回であり、シリサイド膜の膜厚のばらつきは９％であり、直径０．２μｍ以上のパーティクルの混入数は１ウェハー当り４０個であった。すなわち、この比較例５に係るターゲットは、Ａｕ，Ａｇ成分を含有しない従来のターゲットに相当し、自己維持放電性元素としてのＡｕ，Ａｇを含有していないため、異常放電が多く、その結果、シリサイド膜へのパーティクル混入量も多くなることが再確認できた。
【０１０９】
上記のように調製した各実施例および比較例に係るスパッタリングターゲットの組成、添加物としてのＡｇ，Ａｕ含有量、処理条件、ターゲット特性値をまとめて下記表１に示す。
【０１１０】
【表１】

【０１１１】
上記表１に示す結果から明らかなように、本発明の各実施例および比較例に係るターゲットの特性を比較すると、自己維持放電性元素としてのＡｇ，Ａｕを所定量含有し均一な微細混合組織を有する各実施例のターゲットでは、異常放電回数，膜厚のばらつき，パーティクル混入数が大幅に減少しており、従来より安定したスパッタリング特性を示すことが判明した。また欠陥が少ない安定した製膜操作が可能となるため、半導体装置の電極および配線用の高品質の薄膜を形成する際に極めて有用であり、半導体製品の製造歩留りを大幅に改善できることが判明した。そして、本発明のスパッタリングターゲットを用いて成膜した薄膜を具備する電子部品は信頼性が高いものであった。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明の通り、本発明に係るスパッタリングターゲット、その製造方法によれば、連鎖状に形成された金属シリサイドの間隙に珪素相が不連続に存在し、かつＡｇ，Ａｕの自己維持放電性元素が均一に分散した微細な混合組織を有するターゲットとしているため、製膜時に発生するパーティクルおよび異常放電を低減でき、安定した成膜操作が可能になる上にパーティクル等による不良を低減し、半導体装置の製造歩留りを大幅に改善でき、信頼性の高い電子部品を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスパッタリングターゲットおよびそのターゲットを使用して形成したシリサイド膜の特性を測定するための試料片の採取位置および測定位置を示す平面図。
【符号の説明】
１〜１７試料片の採取位置，測定位置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sputtering target used for forming a metal thin film.andHow to make itLawIn particular, a sputtering target that can reduce particles generated during film formation and abnormal discharge, enable stable film formation operations, reduce defects due to particles, etc., and improve the manufacturing yield of semiconductor devices.andHow to make itTo the lawRelated.
[0002]
[Prior art]
Along with the progress of higher integration and higher density of semiconductor devices, electrodes and wirings have become thinner, and thus a problem that an electric signal is likely to be delayed has become apparent. The delay of the electric signal is an obstacle to the realization of high-speed processing in the semiconductor device, which means that the device function is deteriorated. Therefore, there is a demand for a conductive material having a lower resistance as a metal material constituting the electrodes and wirings of the semiconductor device.
[0003]
In particular, tungsten (W), molybdenum (Mo), or a silicide thereof (metal silicide) having a low resistance value is useful as a gate electrode material of a semiconductor device.
[0004]
Conventionally, sputtering methods and CVD (chemical vapor deposition) methods have been widely used as methods for forming electrodes of semiconductor devices or metal thin films for wiring. In particular, the sputtering method is superior to the CVD method in mass productivity of film formation, manufacturing cost, and stability of film formation. This sputtering method is a method in which argon ions collide with a disk-shaped target of metal silicide to release a target constituent metal, and this released metal is deposited as a thin film on a wafer substrate facing the target plate. Therefore, the properties of the silicide thin film formed by sputtering greatly depend on the characteristics of the target.
[0005]
As a method for producing the sputtering target, a melting method using EB melting or the like in which the raw material is melted and solidified by an electron beam (EB), a raw powder is subjected to hot pressing (HP), or hot isostatic pressure (HIP). The powder sintering method etc. which are densified into a predetermined shape by processing are widely used.
[0006]
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-214523, raw material mixing in which Si powder and refractory metal (M) powder are mixed so that the atomic ratio of Si to refractory metal (Si / M ratio) is about 2 to 4. A refractory metal silicide target comprising a step of heating a body to synthesize a refractory metal silicide and a step of pressure-sintering the resulting silicide powder in a high vacuum under a high press pressure to make it dense. A manufacturing method is disclosed.
[0007]
The sputtering target used for forming this refractory metal silicide thin film is strongly required to reduce the generation amount of particles (fine particles) as the semiconductor element is highly integrated and densified.
[0008]
This is because very fine particles of about 0.2 to 10 μm generated from the target during sputtering are mixed into the thin film that is being deposited, which leads to defects such as short circuits between circuits and poor open wiring. This is because the yield of semiconductor products is a serious problem such as a significant drop.
[0009]
At present, as a sputtering target made of a refractory metal silicide, a target manufactured by a powder sintering method is generally used because it is easy to control the composition of a silicide film to be formed. That is, the metal silicide target is a metal silicide (hereinafter referred to as “MSi”) obtained by reactive synthesis of a refractory metal (M) powder such as tungsten or molybdenum and a silicon (Si) powder.₂". ) And Si powder are generally used by hot press (HP) treatment or hot isostatic press (HIP) treatment.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional sputtering target manufacturing method, synthesized silicide (MSi) is used.₂) Since the sintered body is manufactured by adding Si powder to the powder at a predetermined ratio, for example, the average composition is MSi_2.2-3In this sintered body, the occupied volume ratio of the Si phase is in the range of about 8 to 25%.₂This is a very small value compared to the phase occupancy. Therefore, MSi obtained by grinding₂It is not easy to form the target structure so that the Si phase is distributed around the particles. Therefore, MSi₂It is easy to form a sputtering target having a non-uniform structure with many defects such as formation of agglomerated parts of particles or local uneven distribution of Si phase.
[0011]
In addition, the difference in melting point of the refractory metal M greatly affects the target performance, and is a factor that degrades the sputtering characteristics. For example, WSi₂, MoSi₂, TiSi₂, TaSi₂Metal silicide (MSi)₂) Are different from 2165 ° C, 2030 ° C, 1540 ° C and 2200 ° C, respectively. Thus, MSi having greatly different melting points₂Since the phase and the Si phase having a melting point of 1414 ° C. are pressure-sintered at a temperature just below the eutectic temperature, the thermally stable MSi₂Sintering does not proceed sufficiently between particles, and MSi₂The bonding force between the particles is weak, and pores (holes) that are easily broken remain and the target is not sufficiently densified.
[0012]
When sputtering is performed using such a target, the MSi is irradiated by Ar irradiation energy during sputtering.₂The bonds between the particles are broken, and breakage is likely to occur from the sputtered surface of the target, starting from the defective portion. The broken portion is lost and particles are generated and mixed during film formation. Moreover, such a defective part causes local abnormal discharge, and the stability of sputtering operation is inhibited.
[0013]
The above-mentioned particle generation phenomenon and abnormal discharge phenomenon are factors that significantly reduce the product yield of semiconductor devices using high-density integrated circuits with particularly fine wiring intervals. This is a technical problem to be solved in the case of manufacturing an oriented semiconductor device at a low cost.
[0014]
The present invention has been made to solve the above problems, and in particular, it is possible to reduce particles generated during film formation and abnormal discharge, to enable stable film formation operation, and to reduce defects due to particles, etc. An object of the present invention is to provide a sputtering target capable of improving the production yield of the above, a production method thereof, and an electronic component.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present inventors have repeatedly studied various means for improving the film forming characteristics and the product yield for a refractory metal silicide sputtering target. As a result, when at least one element of silver (Ag) and gold (Au) is added to the target within a predetermined range, a stable film forming operation is realized for the first time using the target, and particles and abnormal discharge are realized. It has been found that the occurrence of defects is reduced, the amount of defects generated by these phenomena is reduced, and the product yield can be greatly improved. In addition, it was also found that the effect of reducing the particles and preventing abnormal discharge can be further enhanced by setting the variation in the addition amount of Ag and Au to 30% or less in the same target. The present invention has been completed based on these findings.
[0016]
That is, the sputtering target according to the present invention has an average composition of at least MSix (where M is selected from tungsten (W), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), titanium (Ti), and niobium (Nb)). The metal silicide is formed in a chain shape, and the Si phase formed by combining the Si particles is a gap between the metal silicides. In the sputtering target having a fine mixed structure existing discontinuously, the sputtering target is characterized by containing at least one of Au and Ag in the range of 10 to 300 ppm.
[0017]
In the sputtering target, it is preferable that variation in the content of at least one element of Au and Ag in the entire sputtering target is 30% or less. Furthermore, it is desirable that the relative density of the sputtering target is 99% or more.
[0018]
In the sputtering target of the present invention, the silicide target body contains at least one element selected from Ag and Au in the range of 10 to 300 ppm (mass ratio). Here, Ag and Au are elements having the highest sputtering rate and high ionization efficiency among the various elements of the periodic table, and these elements themselves ionize and return to the target, and have a characteristic of self-sustained sputtering. is doing. By adding an appropriate amount of a metal element having such characteristics (hereinafter referred to as “self-sustainable discharge element”) to the silicide target, ionization of the target component is promoted. It becomes possible to maintain the plasma state stably for a long time.
[0019]
That is, since the number of ions released from the refractory metal silicide target increases, the target is efficiently sputtered, and abnormal discharge and particle generation are also reduced, so that the sputter discharge can be stably performed over a long period of time. Can be sustained.
[0020]
The content of at least one element selected from Ag and Au as described above is in the range of 10 to 300 ppm by mass ratio as the total content of these elements. If the total content of self-sustainable discharge elements is less than 10 ppm, the effect of promoting ionization of the components of the target described above cannot be obtained, and the same sputtering characteristics as conventional products are exhibited, abnormal discharge, generation of particles, etc. The problem becomes noticeable.
[0021]
On the other hand, when the total content of the self-sustaining dischargeable elements exceeds 300 ppm, there is little adverse effect on the discharge itself, but the in-plane uniformity of the sputtered film thickness decreases. That is, in-plane uniformity of the film thickness in a normal sputtering apparatus is typically 5% or less, but when the total content of self-sustainable discharge elements exceeds 300 ppm, the film thickness reaches 5% or more, and even close to 15%. In-plane uniformity is reduced, and there arises a problem of causing variation. For this reason, the total content of self-sustainable discharge elements is set to 300 ppm or less.
[0022]
The total content of Ag and Au in the silicide structure constituting the sputtering target of the present invention is more preferably in the range of 30 to 200 ppm, and further preferably in the range of 50 to 100 ppm. By including the self-sustainable discharge element in such a quantitative range, it is possible to achieve better compatibility between the in-plane uniformity of the film thickness of the sputtered film and the effect of stabilizing the plasma state.
[0023]
Further, each element of Ag and Au also affects, for example, the specific resistance of the silicide film. Although the specific resistance of the silicide film increases as the amount of impurities increases, the specific resistance of the silicide film can be controlled within a desired range by appropriately setting the total content of Ag and Au. As described above, the silicide film containing Ag or Au element is formed by sputtering the target of the present invention. For example, it functions effectively for controlling the specific resistance of a silicide film. However, if the Ag and Au contents in the silicide film become too large, the specific resistance of the film increases, so the Ag and Au contents should be adjusted appropriately.
[0024]
In the sputtering target of the present invention, it is preferable that the variation in the content of the self-sustaining discharge element (Ag, Au) described above is 30% or less as a whole. The variation in the content of the self-sustainable discharge element here refers to variation when the total content of Ag and Au in each part of the target (total of microscopic contents of each element) is compared. It is.
[0025]
As described above, by suppressing the variation in the total content of Ag and Au with respect to the entire target, ionization of the constituent components as the entire target can be promoted, and the plasma state can be further stabilized.
[0026]
Furthermore, when the variation in the total content of Ag and Au with respect to the entire target increases, the in-plane uniformity of the film thickness of the sputtered film decreases, and the amount of Ag and Au in the sputtered film increases locally. The film characteristics may change, for example, by increasing the specific resistance. Also from such a point, the total content of Ag and Au is preferably within 30%. The variation in the total content of these metal elements is more preferably within 15%, and more preferably within 10%.
[0027]
Here, the content of the self-sustainable discharge element (total content of Ag and Au) in the sputtering target of the present invention is a value measured by the following method.
[0028]
That is, as shown in FIG. 1, for example, the center part (position 1) of the disk-shaped target is separated from the center by a distance of 90% of the radius on four straight lines that pass through the center part and equally divide the circumference. A test piece having a length of 10 mm and a width of 10 mm is taken from the position (positions 2 to 9) and the position having a radius of 50% from the center (positions 10 to 17). The Ag content and Au content of these 17 test pieces are measured, and the average of these measured values is taken as the Ag content and Au content of the silicide target. The total content of self-sustainable discharge elements is a value obtained by summing up the average values of the contents of these elements. The amount of Ag and the amount of Au are measured based on the ICP-AES method.
[0029]
Furthermore, the variation in the total content of the self-sustainable discharge elements of the entire target is determined from the maximum value and the minimum value of the total content of Ag and Au obtained from the 17 test pieces described above, {(maximum value−minimum value). ) / (Maximum value + minimum value)} × 100 (%).
[0030]
The sputtering target of the present invention is characterized in that a predetermined amount of at least one self-sustainable discharge element selected from Ag and Au is contained in the silicide target as described above. If the purity level of the component (purity excluding the amount of Ag and Au) is increased too much, the plasma state may become unstable.
[0031]
Therefore, the sputtering target of the present invention has a total content of iron (Fe), nickel (Ni), chromium (Cr), aluminum (Al), sodium (Na) and potassium (K) as impurity elements. Is preferably composed of a high-purity material of 100 ppm or less. In other words, the value obtained by subtracting the total amount of Fe, Ni, Cr, Al, Na and K (mass%) from 100% [100− (Fe% + Ni% + Cr% + Al% + Na% + K%) is 99. It is preferable to use a high-purity material in the range of .99 to 99.999%.
[0032]
If the total content of the impurity elements exceeds 100 ppm, the specific resistance of the obtained silicide film becomes too high, and the characteristics as a wiring film, for example, deteriorate. Therefore, the total content of Fe, Ni, Cr, Al, Na and K as impurity elements in the silicide target is preferably 100 ppm or less.
[0033]
In the method for producing a sputtering target according to the present invention, the average composition is a general formula MSix (where M is at least one metal selected from W, Mo, Ta, Ti and Nb, and satisfies 2 ≦ x ≦ 4) The metal silicide is formed in a chain shape, while the Si phase formed by combining the Si particles has a fine mixed structure discontinuously existing in the gap between the metal silicide, In a method for producing a sputtering target containing at least one of Au and Ag in the range of 10 to 300 ppm, M metal powder and silicon (Si) powder are mixed so that the Si / M atomic ratio is 2 to 4. A step of preparing a uniform raw material mixture, a step of heating the obtained raw material mixture to synthesize a metal silicide to prepare a temporary sintered body, and crushing the obtained temporary sintered body, 10 to 300 ppm of at least one of Ag powder and Au powder is added to the pulverized powder and uniformly mixed, and the resulting mixture is heated in a vacuum at a temperature of 1100 to 1200 ° C. for 2 to 3 hours for liquid phase dispersion Performing a heat treatment to uniformly disperse the added Ag powder and Au powder, and heating the mixture at a temperature of 1300 to 1400 ° C. under a pressure of 28 to 40 MPa to perform densification and sintering. It is characterized by that.
[0034]
Here, as the metal (M) as a constituent component of the target, specific resistance of molybdenum (Mo), tungsten (W), titanium (Ti), hafnium (Hf), niobium (Nb), tantalum (Ta), etc. A metal capable of forming a small metal silicide thin film is used, and a refractory metal such as Mo, W, or Ta is particularly preferable.
[0035]
Since these metals have a small specific resistance and high corrosion resistance at high temperatures compared to conventional electrode wiring materials, if the silicide is used for semiconductor electrode wiring, it becomes possible to speed up operations in semiconductor devices, In addition, it has the advantage that it is less susceptible to chemical corrosion and oxidation due to high temperature processing during semiconductor manufacturing.
[0036]
The method for producing a sputtering target according to the present invention basically comprises hot pressing a metal silicide powder obtained by reaction synthesis by heating a mixture of a refractory metal (M) powder and a silicon (Si) powder. It consists of each step of densification and sintering. However, since the melting points of Au and Ag as self-sustainable discharge elements, which are essential additive elements, are as low as 1064 ° C. and 960 ° C., respectively, the timing of adding these elements becomes important. That is, when these elements are added in the raw material powder mixing stage, there is a possibility that they will be volatilized by the reaction heat generated in the subsequent reaction synthesis process.
[0037]
Therefore, in the production method of the present invention, first, after the raw material mixture of M powder and Si powder is heated to form silicide, Ag and Au as the self-sustainable discharge elements are added, and the homogenization treatment is performed. After carrying out the above, densification sintering is carried out by a hot press method or the like.
[0038]
First, the 1st process of the said manufacturing method is a process of mix | blending and mixing M powder and Si powder so that a composition may become 2-4 by Si / M atomic ratio.
[0039]
In the process of mixing the M powder and the Si powder, both powder particle sizes are generated by MSi synthesis by silicide synthesis.₂It affects the particle size and the particle size of the intervening Si. In order to obtain a particularly fine mixed structure, it is preferable to use M powder having a maximum particle size of 10 μm or less and Si powder having a maximum particle size of 30 μm or less.
[0040]
Here, the reason why the X value of the composition MSix is limited to the range of 2 to 4 is that when the X value is less than 2, a large tensile stress is generated in the formed silicide film, resulting in poor adhesion to the substrate and peeling. It becomes easy. On the other hand, when the X value exceeds 4, the sheet resistance of the film becomes high and becomes unsuitable as an electrode wiring film.
[0041]
Then, the raw material M powder and the Si powder are blended in an Si / M atomic ratio of 2 to 4, and sufficiently dry-mixed using a ball mill or a V-shaped mixer. If the mixing is not uniform, the structure and composition of the target are not uniform and the film characteristics deteriorate, which is not preferable. Here, the powder mixing is preferably performed in a vacuum or in an inert gas atmosphere in order to prevent oxygen contamination.
[0042]
Next, as a second step, the obtained raw material mixture is heated to 1000 to 1200 ° C. to synthesize metal silicide to prepare a temporary sintered body. When the mixed powder of M and Si is heated, Si softens and reacts with M to form a granular metal silicide (MSi).₂) To form MSi at the portion where M and Si are in contact with each other.₂The temperature rises locally due to the heat of formation and further softens. Therefore MSi₂MSi on the surface and around the particle₂Particles are agglomerated and granular MSi₂Thus, a pre-sintered body having a fine mixed structure in which Si phases formed by bonding Si particles discontinuously exist in the gaps of the metal silicide is obtained.
[0043]
Next, as a third step, the obtained temporary sintered body is pulverized, and at least one of Ag powder and Au powder is added to this pulverized powder in an amount of 10 to 300 ppm and mixed uniformly. A liquid phase dispersion heat treatment is performed by heating at a temperature of 1100 to 1200 ° C. for 2 to 3 hours.
[0044]
By this liquid phase dispersion heat treatment (homogenization treatment), a mixture in which the Ag component and the Au component are in a liquid phase and fluidized around the pulverized powder to be uniformly dispersed is obtained.
[0045]
As the Ag powder and Au powder added to the pulverized powder, it is preferable to use a powder having a maximum particle size of 20 μm or less in order to achieve more uniform dispersion.
[0046]
The heating conditions in the liquid phase dispersion heat treatment and densification sintering described later also need to be strictly controlled because the melting points of Ag and Au as the self-sustainable discharge elements are lower than the sintering temperature of silicide. is there.
[0047]
That is, in the present invention, in order to uniformly disperse Ag and Au as additives, liquid phase dispersion heat treatment is performed at a temperature of 1100 to 1200 ° C. for 2 to 3 hours, prior to the main sintering (densification sintering). carry out. When the temperature of this liquid phase dispersion heat treatment is less than 1100 ° C., it is difficult to uniformly disperse the additive elements (Ag, Au), and when the pressure elements are pressed and sintered as they are, the additive elements are sintered in an aggregated state. End up.
[0048]
On the other hand, when the processing temperature exceeds 1200 ° C., the sintering of the silicide particles proceeds before the additive element is dispersed in the liquid phase, and the additive element is confined in the structure, and as a result, all of the elements are aggregated without being dispersed. Because. Therefore, the temperature at the time of the liquid phase dispersion treatment is suitably a temperature range of 1100 to 1200 degrees in which the additive element tends to flow in the liquid phase and the progress of the sintering of the silicide particles is small.
[0049]
Next, as a fourth step, a step of heating and densifying the mixture at a temperature of 1300 to 1400 ° C. under a pressure of 28 to 40 MPa is performed. The heating temperature is in the range of 1300 to 1400 ° C., which is the temperature immediately below the melting point of the Si component. When the heating temperature is less than 1300 ° C., densification is insufficient and a target having a relative density of 99% or more cannot be obtained. On the other hand, when the heating temperature exceeds 1400 ° C., the eutectic reaction proceeds and coarse MSi₂Are easily generated, and Si is easily melted to become a target having a continuous structure.
[0050]
If the pressure applied in the densification and sintering step is less than 28 MPa, densification is insufficient and it is difficult to obtain a target having a relative density of 99% or more. On the other hand, if the applied pressure exceeds 40 MPa, MSi₂Particles become coarse and it becomes difficult to obtain a fine mixed structure.
[0051]
By carrying out the manufacturing method of the present invention as described above, the metal silicide is formed in a chain shape, while the Si phase is discontinuously present in the gap between the metal silicide and the self-sustainable discharge element of Ag, Au. A sputtering target having a fine mixed structure in which is uniformly dispersed can be obtained. In addition, it is possible to easily manufacture a target having a variation in the content of Ag and Au of 30% or less.
[0052]
According to the sputtering target and the method for manufacturing the same according to the above configuration, the silicon phase is discontinuously present in the gap between the metal silicide formed in a chain shape, and the self-sustainable discharge elements of Ag and Au are uniformly dispersed. Because the target has an appropriate mixed structure, particles and abnormal discharge generated during film formation can be reduced, stable film formation operations can be performed, and defects due to particles, etc. can be reduced, greatly increasing the manufacturing yield of semiconductor devices. Can improve.
[0054]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be specifically described based on the following examples.
[0055]
Example 1
As a high melting point metal (M) powder, a high purity W powder having a maximum particle size of 10 μm and a Si powder having a maximum particle size of 30 μm or less are blended so that the Si / M atomic ratio is 2.8. A uniform raw material mixture was prepared by mixing with a substituted ball mill for 48 hours.
[0056]
Next, the obtained raw material mixture was heated to 1000 to 1200 ° C. to cause a silicide synthesis reaction to obtain a temporary sintered body. Furthermore, the temporary sintered body was pulverized for 96 to 144 hours to obtain W silicide powder. To this powder, 50 ppm of Ag powder having a maximum particle size of 20 μm or less was added and uniformly mixed for 3 hours by a ball mill to achieve homogenization.
[0057]
Next, the obtained mixture was filled in a molding die made of graphite, and this molding die was inserted into a hot press apparatus, and the degree of vacuum was 5 × 10.^-2Liquid phase homogenization heat treatment was performed in a vacuum of Pa or lower at a temperature of 1200 ° C. for 2 hours. Thereafter, densification sintering was performed by heating at a temperature of 1350 ° C. for 5 hours in a state where a pressure of 34.3 Mpa was applied to produce a disk-shaped target sintered body (relative density of 99% or more).
[0058]
For the obtained target sintered body, sample pieces were collected from 17 positions shown in FIG. 1, and the relative density was measured by Archimedes method to calculate the average value. On the other hand, ICP emission spectroscopy (device name: Seiko) The Ag content was measured by SPS-1200A manufactured by Denki Kogyo Co., Ltd., and the variation in the content was investigated. As a result, the Ag content was 50 ppm as in the addition, and the variation in the content could be suppressed to 20%.
[0059]
Furthermore, a sputtering target having a diameter of 127 mm and a thickness of 6 mm was produced by mechanically grinding the target sintered body prepared as described above. This sputtering target is mounted on a sputtering apparatus (SH-550 manufactured by ULVAC), and the Ar pressure is set to 2.0 × 10.^-1A sputtering operation was performed under the condition of Pa, and a silicide film having a thickness of 2000 mm was deposited on a 5-inch wafer.
[0060]
The number of abnormal discharges generated during the sputtering operation was measured, and the number of particles mixed in the formed silicide film and the variation in the thickness of the silicide film were measured.
[0061]
In addition, regarding abnormal discharge, generation | occurrence | production of the voltage value of 200 mV or more was measured as one abnormal discharge using the micro arc monitor. The particles were measured with a particle counter for particles having a diameter of 0.2 μm or more. Regarding the film thickness, the thickness of 17 silicide films set on the wafer corresponding to the target shown in FIG. 1 was measured using a film thickness measuring instrument (alpha-step 2000), and from this film thickness distribution, The film thickness variation was calculated based on a formula similar to the calculation formula for determining the variation in the Ag, Au content.
[0062]
As a result, the number of abnormal discharges was 15, the variation in the thickness of the silicide film was 10%, and the number of particles having a diameter of 0.2 μm or more was suppressed to 20 per wafer, and good sputtering. It was found that characteristics were obtained.
[0063]
Example 2
As a high melting point metal (M) powder, a high-purity Mo powder with a maximum particle size of 10 μm and a Si powder with a maximum particle size of 30 μm or less are blended so that the Si / M atomic ratio is 2.7. A uniform raw material mixture was prepared by mixing with a substituted ball mill for 48 hours.
[0064]
Next, the obtained raw material mixture was heated to 1000 to 1200 ° C. to cause a silicide synthesis reaction to obtain a temporary sintered body. Further, the temporary sintered body was pulverized for 96 to 144 hours to obtain Mo silicide powder. To this powder, 100 ppm of Au powder having a maximum particle size of 20 μm or less was added and uniformly mixed by a ball mill for 3 hours to achieve homogenization.
[0065]
Next, the obtained mixture was filled in a molding die made of graphite, and this molding die was inserted into a hot press apparatus, and the degree of vacuum was 5 × 10.^-2Liquid phase homogenization heat treatment was performed in a vacuum of Pa or lower at a temperature of 1100 ° C. for 2 hours. Thereafter, densification sintering was performed by heating at a temperature of 1300 ° C. for 7 hours in a state where a pressure of 29.4 Mpa was applied to produce a disk-shaped target sintered body (relative density of 99% or more).
[0066]
About the obtained target sintered body, sample pieces are collected from 17 positions shown in FIG. 1, and the relative density is measured by Archimedes method to calculate the average value, while the Au content is calculated by ICP emission spectroscopy. We measured and investigated the variation of the contents. As a result, the Au content was 100 ppm as in the addition, and the variation in the content could be suppressed to 15%.
[0067]
Furthermore, a sputtering target having a diameter of 127 mm and a thickness of 6 mm was produced by mechanically grinding the target sintered body prepared as described above. This sputtering target is mounted on a sputtering apparatus (SH-550 manufactured by ULVAC), and the Ar pressure is set to 2.0 × 10.^-1A sputtering operation was performed under the condition of Pa, and a silicide film having a thickness of 2000 mm was deposited on a 5-inch wafer.
[0068]
The number of abnormal discharges generated during the sputtering operation was measured, and the number of particles mixed in the formed silicide film and the variation in the thickness of the silicide film were measured in the same manner as in Example 1. As a result, the number of abnormal discharges was 9, the variation in the film thickness of the silicide film was 8%, and the number of particles with a diameter of 0.2 μm or more was suppressed to 14 per wafer, and good sputtering. It was found that characteristics were obtained.
[0069]
Example 3
As high melting point metal (M) powder, high purity Ta powder with a maximum particle size of 10 μm and Si powder with a maximum particle size of 30 μm or less are blended so that the Si / M atomic ratio is 2.6. A uniform raw material mixture was prepared by mixing with a substituted ball mill for 48 hours.
[0070]
Next, the obtained raw material mixture was heated to 1000 to 1200 ° C. to cause a silicide synthesis reaction to obtain a temporary sintered body. Furthermore, the temporary sintered body was pulverized for 96 to 144 hours to obtain Ta silicide powder. To this powder, 200 ppm of Au powder having a maximum particle size of 20 μm or less was added, and the mixture was uniformly mixed by a ball mill for 3 hours to achieve homogenization.
[0071]
Next, the obtained mixture was filled in a molding die made of graphite, and this molding die was inserted into a hot press apparatus, and the degree of vacuum was 5 × 10.^-2Liquid phase homogenization heat treatment was performed in a vacuum of Pa or lower at a temperature of 1150 ° C. for 3 hours. After that, densification sintering was performed by heating at a temperature of 1380 ° C. for 5 hours in a state where a pressure of 34.3 Mpa was applied, and a disk-shaped target sintered body (relative density 99% or more) was produced.
[0072]
About the obtained target sintered body, sample pieces are collected from 17 positions shown in FIG. 1, and the relative density is measured by Archimedes method to calculate the average value, while the Au content is calculated by ICP emission spectroscopy. We measured and investigated the variation of the contents. As a result, the Au content was 200 ppm as in the addition, and the variation in the content could be suppressed to 10%.
[0073]
Furthermore, a sputtering target having a diameter of 127 mm and a thickness of 6 mm was produced by mechanically grinding the target sintered body prepared as described above. This sputtering target is mounted on a sputtering apparatus (SH-550 manufactured by ULVAC), and the Ar pressure is set to 2.0 × 10.^-1A sputtering operation was performed under the condition of Pa, and a silicide film having a thickness of 2000 mm was deposited on a 5-inch wafer.
[0074]
The number of abnormal discharges generated during the sputtering operation was measured, and the number of particles mixed in the formed silicide film and the variation in the thickness of the silicide film were measured in the same manner as in Example 1. As a result, the number of abnormal discharges was 20, the variation in the thickness of the silicide film was 18%, and the number of particles with a diameter of 0.2 μm or more was suppressed to 25 per wafer, and good sputtering. It was found that characteristics were obtained.
[0075]
Examples 4-8
As shown in Table 1, raw material powder under the same conditions as in Example 1 except that the type of M metal constituting the target, the Si / M atomic ratio, the addition amount of Ag and Au, and the liquid phase homogenization heat treatment conditions were changed. The target sintered bodies (relative density of 99% or more) according to the respective examples were manufactured by carrying out mixing, silicide synthesis reaction, and densification sintering.
[0076]
For each target sintered body, the distribution of Ag and Au contents as additives was measured in the same manner as in Example 1, and the dispersion of Ag and Au contents was calculated from the distribution values, and the results shown in Table 1 were obtained. Obtained.
[0077]
Each target sintered body was mechanically ground to produce a sputtering target having the same dimensions as in Example 1, and the sputtering operation was performed in the same manner. The number of abnormal discharges that occurred during each sputtering operation was measured, and the number of particles mixed in the formed silicide film and the variation in the silicide film thickness were measured to obtain the results shown in Table 1.
[0078]
Comparative Example 1
As a high melting point metal (M) powder, a high purity W powder having a maximum particle size of 10 μm and a Si powder having a maximum particle size of 30 μm or less are blended so that the Si / M atomic ratio is 2.8. A uniform raw material mixture was prepared by mixing with a substituted ball mill for 48 hours.
[0079]
Next, the obtained raw material mixture was heated to 1000 to 1200 ° C. to cause a silicide synthesis reaction to obtain a temporary sintered body. Furthermore, the temporary sintered body was pulverized for 96 to 144 hours to obtain W silicide powder. To this powder, Au powder having a maximum particle size of 20 μm or less was added in an excessive amount of 1 ppm, and the mixture was uniformly mixed by a ball mill for 3 hours for homogenization.
[0080]
Next, the obtained mixture was filled in a molding die made of graphite, and this molding die was inserted into a hot press apparatus, and the degree of vacuum was 5 × 10.^-2Liquid phase homogenization heat treatment was performed in a vacuum of Pa or lower at a temperature of 1200 ° C. for 5 hours. After that, densification sintering was performed by heating at a temperature of 1350 ° C. for 5 hours in a state where a pressure of 34.3 Mpa was applied to produce a disk-shaped target sintered body.
[0081]
Sample pieces were collected from the 17 positions shown in FIG. 1 for the obtained target sintered body, the relative density was measured by the Archimedes method, and the average value was calculated. On the other hand, the Au content was calculated by ICP emission spectroscopy. It was 1 ppm as in the addition, and the variation in the content could be suppressed to 14%.
[0082]
Furthermore, a sputtering target having a diameter of 127 mm and a thickness of 6 mm was produced by mechanically grinding the target sintered body prepared as described above. This sputtering target is mounted on a sputtering apparatus (SH-550 manufactured by ULVAC), and the Ar pressure is set to 2.0 × 10.^-1A sputtering operation was performed under the condition of Pa, and a silicide film having a thickness of 2000 mm was deposited on a 5-inch wafer.
[0083]
The number of abnormal discharges generated during the sputtering operation was measured, and the number of particles mixed in the formed silicide film and the variation in the thickness of the silicide film were measured in the same manner as in Example 1. As a result, the number of abnormal discharges was 75, the variation in the thickness of the silicide film was 14%, and the number of particles having a diameter of 0.2 μm or more increased to 72 per wafer. That is, in the target according to Comparative Example 1, since the Au content was too small, the occurrence frequency of abnormal discharge was as high as that of the conventional target, and as a result, it was confirmed that the number of mixed particles increased.
[0084]
Comparative Example 2
As a high melting point metal (M) powder, a high-purity Mo powder having a maximum particle size of 10 μm and a Si powder having a maximum particle size of 30 μm or less are blended so that the Si / M atomic ratio is 2.6. A uniform raw material mixture was prepared by mixing with a substituted ball mill for 48 hours.
[0085]
Next, the obtained raw material mixture was heated to 1000 to 1200 ° C. to cause a silicide synthesis reaction to obtain a temporary sintered body. Further, the temporary sintered body was pulverized for 96 to 144 hours to obtain Mo silicide powder. To this powder, an excessive amount of Ag powder having a maximum particle size of 20 μm or less was added in an amount of 500 ppm, and the mixture was uniformly mixed by a ball mill for 3 hours for homogenization.
[0086]
Next, the obtained mixture was filled in a molding die made of graphite, and this molding die was inserted into a hot press apparatus, and the degree of vacuum was 5 × 10.^-2Liquid phase homogenization heat treatment was performed in a vacuum of Pa or lower at a temperature of 1150 degrees for 3 hours. Thereafter, densification sintering was performed by heating at a temperature of 1300 ° C. for 7 hours in a state where a pressure of 29.4 Mpa was applied, and a disk-shaped target sintered body was manufactured.
[0087]
About the obtained target sintered compact, a sample piece is extract | collected from the position of 17 places shown in FIG. 1, while measuring the relative density by the Archimedes method and calculating an average value, On the other hand, Ag content is measured by ICP emission spectrometry. We measured and investigated the variation of the contents. As a result, the Ag content was 500 ppm as in the addition, and variation in the content could be suppressed to 24%.
[0088]
Furthermore, a sputtering target having a diameter of 127 mm and a thickness of 6 mm was produced by mechanically grinding the target sintered body prepared as described above. This sputtering target is mounted on a sputtering apparatus (SH-550 manufactured by ULVAC), and the Ar pressure is set to 2.0 × 10.^-1A sputtering operation was performed under the condition of Pa, and a silicide film having a thickness of 2000 mm was deposited on a 5-inch wafer.
[0089]
The number of abnormal discharges generated during the sputtering operation was measured, and the number of particles mixed in the formed silicide film and the variation in the thickness of the silicide film were measured in the same manner as in Example 1. As a result, the number of abnormal discharges was 20, the variation in the thickness of the silicide film was 60%, and the number of particles having a diameter of 0.2 μm or more was 17 per wafer. That is, in the target of Comparative Example 2, since the Ag content was excessive, it was found that the uniformity of the film thickness of the formed silicide film was remarkably reduced, and the yield of film formation was deteriorated.
[0090]
Comparative Example 3
As high melting point metal (M) powder, high purity Ta powder with a maximum particle size of 10 μm and Si powder with a maximum particle size of 30 μm or less are blended so that the Si / M atomic ratio is 2.6. A uniform raw material mixture was prepared by mixing with a substituted ball mill for 48 hours.
[0091]
Next, the obtained raw material mixture was heated to 1000 to 1200 ° C. to cause a silicide synthesis reaction to obtain a temporary sintered body. Furthermore, the temporary sintered body was pulverized for 96 to 144 hours to obtain Ta silicide powder. To this powder, an Ag powder having a maximum particle size of 20 μm or less was added in an excessive amount of 0.5 ppm, and the mixture was uniformly mixed by a ball mill for 3 hours for homogenization.
[0092]
Next, the obtained mixture was filled in a molding die made of graphite, and this molding die was inserted into a hot press apparatus, and the degree of vacuum was 5 × 10.^-2Liquid phase homogenization heat treatment was performed in which the Ag component was dispersed by heating at 900 ° C. for 5 hours in a vacuum of Pa or lower. After that, densification sintering was performed by heating at a temperature of 1380 ° C. for 5 hours in a state where a pressure of 34.3 Mpa was applied to manufacture a disk-shaped target sintered body.
[0093]
About the obtained target sintered compact, a sample piece is extract | collected from the position of 17 places shown in FIG. 1, while measuring the relative density by the Archimedes method and calculating an average value, On the other hand, Ag content is measured by ICP emission spectrometry. We measured and investigated the variation of the contents. As a result, the Ag content was 0.5 ppm as in the addition, and the variation in the content was 48%. That is, in the target according to Comparative Example 3, since the dispersion heat treatment temperature was low and sintered as it was, the Ag component was not uniformly dispersed in the target structure, but agglomerated.
[0094]
Furthermore, a sputtering target having a diameter of 127 mm and a thickness of 6 mm was produced by mechanically grinding the target sintered body prepared as described above. This sputtering target is mounted on a sputtering apparatus (SH-550 manufactured by ULVAC), and the Ar pressure is set to 2.0 × 10.^-1A sputtering operation was performed under the condition of Pa, and a silicide film having a thickness of 2000 mm was deposited on a 5-inch wafer.
[0095]
The number of abnormal discharges generated during the sputtering operation was measured, and the number of particles mixed in the formed silicide film and the variation in the thickness of the silicide film were measured in the same manner as in Example 1.
[0096]
As a result, the number of abnormal discharges was 102, the variation in the thickness of the silicide film was 20%, and the number of particles having a diameter of 0.2 μm or more was 95 per wafer. That is, in the target of Comparative Example 3, since the Ag content is too low and the degree of dispersion of the Ag component is low, abnormal discharge occurs more frequently than the conventional target. As a result, the stable sputtering operation was difficult.
[0097]
Comparative Example 4
As a high melting point metal (M) powder, a high purity W powder having a maximum particle size of 10 μm and a Si powder having a maximum particle size of 30 μm or less are blended so that the Si / M atomic ratio is 2.8. A uniform raw material mixture was prepared by mixing with a substituted ball mill for 48 hours.
[0098]
Next, the obtained raw material mixture was heated to 1000 to 1200 ° C. to cause a silicide synthesis reaction to obtain a temporary sintered body. Furthermore, the temporary sintered body was pulverized for 96 to 144 hours to obtain W silicide powder. To this powder, an excessive amount of 450 ppm of Au powder having a maximum particle size of 20 μm or less was added and mixed uniformly for 3 hours by a ball mill to achieve homogenization.
[0099]
Next, the obtained mixture was filled in a molding die made of graphite, and this molding die was inserted into a hot press apparatus, and the degree of vacuum was 5 × 10.^-2Liquid phase homogenization heat treatment was performed in a vacuum of Pa or less at a temperature of 800 ° C. for 4 hours. After that, densification sintering was performed by heating at a temperature of 1350 ° C. for 5 hours in a state where a pressure of 34.3 Mpa was applied to produce a disk-shaped target sintered body.
[0100]
About the obtained target sintered body, sample pieces are collected from 17 positions shown in FIG. 1, and the relative density is measured by Archimedes method to calculate the average value, while the Au content is calculated by ICP emission spectroscopy. Measured and investigated the glare of its content. As a result, the Au content was 450 ppm as in the addition, but the variation in the content increased to 62%. That is, in the target of Comparative Example 4, since the dispersion heat treatment temperature was low and sintering was performed as it was, the Au component was aggregated without being uniformly dispersed.
[0101]
Furthermore, a sputtering target having a diameter of 127 mm and a thickness of 6 mm was produced by mechanically grinding the target sintered body prepared as described above. This sputtering target is mounted on a sputtering apparatus (SH-550 manufactured by ULVAC), and the Ar pressure is set to 2.0 × 10.^-1A sputtering operation was performed under the condition of Pa, and a silicide film having a thickness of 2000 mm was deposited on a 5-inch wafer.
[0102]
The number of abnormal discharges generated during the sputtering operation was measured, and the number of particles mixed in the formed silicide film and the variation in the thickness of the silicide film were measured in the same manner as in Example 1.
[0103]
As a result, the number of abnormal discharges was 110, the variation in the thickness of the silicide film was 55%, and the number of particles having a diameter of 0.2 μm or more was 80 per wafer. That is, in the target of Comparative Example 4, since the degree of dispersion of the Au component is low, more abnormal discharge occurs than in the conventional target, and as a result, the number of mixed particles increases. Furthermore, since the Au content is excessive, the uniformity of the film thickness of the silicide film is remarkably deteriorated, and the yield of film formation is greatly reduced.
[0104]
Comparative Example 5
A high-purity Ti powder with a maximum particle size of 10 μm and a Si powder with a maximum particle size of 30 μm or less are blended as a refractory metal (M) powder so that the Si / M atomic ratio is 3.0. A uniform raw material mixture was prepared by mixing with a substituted ball mill for 48 hours.
[0105]
Next, the obtained raw material mixture was heated to 1000 to 1200 ° C. to cause a silicide synthesis reaction to obtain a temporary sintered body. Further, the temporary sintered body was pulverized for 96 to 144 hours to obtain Ti silicide powder. In a state where Au and Ag as self-sustainable discharge elements are not added at all to this powder, the pulverized powder is filled as it is into a molding die made of graphite, this molding die is inserted into a hot press apparatus, and the degree of vacuum is 5 ×. 10^-2Density sintering was performed by heating at a temperature of 1360 ° C. for 5 hours under a pressure of 34.3 Mpa in a vacuum of Pa or less to produce a disk-shaped target sintered body.
[0106]
Furthermore, a sputtering target having a diameter of 127 mm and a thickness of 6 mm was produced by mechanically grinding the target sintered body prepared as described above. This sputtering target is mounted on a sputtering apparatus (SH-550 manufactured by ULVAC), and the Ar pressure is set to 2.0 × 10.^-1A sputtering operation was performed under the condition of Pa, and a silicide film having a thickness of 2000 mm was deposited on a 5-inch wafer.
[0107]
The number of abnormal discharges generated during the sputtering operation was measured, and the number of particles mixed in the formed silicide film and the variation in the thickness of the silicide film were measured in the same manner as in Example 1.
[0108]
As a result, the number of abnormal discharges was 50, the variation in the thickness of the silicide film was 9%, and the number of particles having a diameter of 0.2 μm or more was 40 per wafer. That is, the target according to Comparative Example 5 corresponds to a conventional target that does not contain Au and Ag components, and does not contain Au or Ag as a self-sustainable discharge element, so there are many abnormal discharges. It was reconfirmed that the amount of particles mixed into the silicide film increased.
[0109]
The composition of the sputtering target according to each Example and Comparative Example prepared as described above, the contents of Ag and Au as additives, processing conditions, and target characteristic values are shown together in Table 1 below.
[0110]
[Table 1]

[0111]
As is clear from the results shown in Table 1 above, when the characteristics of the targets according to the examples and comparative examples of the present invention are compared, a uniform fine mixed structure containing a predetermined amount of Ag and Au as self-sustaining discharge elements It was found that the target of each example having the above has a significantly reduced number of abnormal discharges, variations in film thickness, and the number of mixed particles, and exhibits a more stable sputtering characteristic than the conventional one. In addition, since stable film forming operation with few defects is possible, it was found to be extremely useful when forming high-quality thin films for electrodes and wiring of semiconductor devices, and it was found that the manufacturing yield of semiconductor products can be greatly improved. . And the electronic component which comprises the thin film formed into a film using the sputtering target of this invention was a thing with high reliability.
[0112]
【The invention's effect】
As described above, the sputtering target according to the present invention and the method for manufacturing the sputtering targetTo the lawAccording to the present invention, since the silicon phase is discontinuously present in the gap between the metal silicides formed in a chain, and the target has a fine mixed structure in which self-sustainable discharge elements of Ag and Au are uniformly dispersed, Reduces particles and abnormal discharge that occur during film formation, enables stable film formation operations, reduces defects due to particles, etc., greatly improves the manufacturing yield of semiconductor devices, and provides highly reliable electronic components it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a sampling position and a measurement position of a sample piece for measuring characteristics of a sputtering target according to the present invention and a silicide film formed using the target.
[Explanation of symbols]
1-17 Sample sampling position, measurement position

Claims

The average composition is represented by the general formula MSix (where M is at least one metal selected from W, Mo, Ta, Ti and Nb and satisfies 2 ≦ x ≦ 4). In a sputtering target having a fine mixed structure in which Si phases formed by joining Si particles discontinuously exist in the gaps of the metal silicide while being formed in a chain shape, the sputtering target is composed of at least Au and Ag. One of them contains an element in the range of 10-300 ppm, The sputtering target characterized by the above-mentioned.

The sputtering target according to claim 1, wherein a variation in the content of at least one of Au and Ag in the entire sputtering target is 30% or less.

The sputtering target according to claim 1, wherein a relative density of the sputtering target is 99% or more.

The average composition is represented by the general formula MSix (where M is at least one metal selected from W, Mo, Ta, Ti and Nb and satisfies 2 ≦ x ≦ 4). While formed in a chain, the Si phase formed by combining Si particles has a fine mixed structure in which the metal silicide is discontinuously present in the gap between the metal silicides, and at least one of Au and Ag is composed of 10 to 10 elements. In the manufacturing method of the sputtering target containing in the range of 300 ppm,
M metal powder and silicon (Si) powder are mixed so that the Si / M atomic ratio is 2 to 4, and a uniform raw material mixture is prepared;
Heating the obtained raw material mixture to synthesize a metal silicide to prepare a pre-sintered body,
The obtained temporary sintered body is pulverized, and at least one of Ag powder and Au powder is added to this pulverized powder in an amount of 10 to 300 ppm and mixed uniformly. The resulting mixture is heated in a vacuum at a temperature of 1100 to 1200 ° C. Performing a liquid phase dispersion heat treatment for 2 to 3 hours, and uniformly dispersing the added Ag powder and Au powder;
Heating the mixture at a temperature of 1300 to 1400 ° C. under a pressure of 28 to 40 MPa and densifying and sintering the mixture.

5. The sputtering target manufacturing method according to claim 4, wherein a metal powder having a maximum particle size of 10 μm or less is used as the M metal powder, and a Si powder having a maximum particle size of 30 μm or less is used as the Si powder. Manufacturing method.

5. The method of manufacturing a sputtering target according to claim 4, wherein a powder having a maximum particle size of 20 [mu] m or less is used as the Ag powder or Au powder.