JPH0360119A - スパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体装置の′Ｒ極極線線材料の薄膜形成に
使用されるスパッタリングターゲットに係り、特にスパ
ッタリング時に発生するパーティクル量を著しく減少せ
しめ、欠陥の少ない薄膜を与えて製品の歩留りを大幅に
向上することができるスパッタリングターゲットに関す
る。

（従来の技術） 半導体装置の電極あるいは配線、特にＭＯ８型ＬＳＩの
ゲート電極としては、従来ポリシリコンが広く用いられ
ている。しかしながら、ＬＳＩの高集積化に伴い、ポリ
シリコンでは未だ電気抵抗が大きく、そのため信号伝搬
の遅延が問題となつてきている。

一方、近年、セルファラインによる素子形成を容易とす
るため、ゲート、ソース、ドレイン？！３極材として高
融点材料が所望され、シリコンゲートプロセスとの互換
性のある高融点金属シリサイドから成る薄膜形成技術が
有望視され、既に一部の製品に対して実用化されている
。

このような半導体装置の電極あるいは配線用の高融点−
金属シリサイド薄膜の形成に有効なひとつの方法として
スパッタリング法がある。

このスパッタリング法は、例えばＴｉ、Ｍｏ。

Ｗ、Ｚｒ、ＨｆＸＮｂまたはＴａなどの高融点金属とシ
リコンとをモザイク状に配列したモザイク型ターゲット
にアルゴンイオンを衝突させて金属を放出させ、この放
出金属をターゲツト板に対向した基板上に薄膜として堆
積させる方法である。

したがって、このようなスパッタリングで形成されるシ
リサイド薄膜の性質は、ターゲツト材の組成や表面形状
などの特性に大きく左右される。

従来のこのようなモザイク型ターゲットは、高純度の単
結晶シリコンおよび高純度の高融点金属を、例えばビー
ムと呼ばれる扇型の形状にそれぞれ成形加工し、それら
のビームを複数個組み合わせ所望の形状・寸法にするこ
とにより製造されている。

また、上記のようなモザイク型ターゲットの他に、高融
点金属とシリコンとを反応させて得られる高融点金属シ
リサイドからなる合金状のターゲットも提案されている
。この従来のシリサイドターゲットは、合成された高融
点金属シリサイド粉末を出発材料として、成形ならびに
真空ないし加圧焼結してシリサイド焼結体を調製し、得
られた焼結体を平面研削加工や旋盤加工によって所定の
形状・寸法にづることにより得られる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した機械加工によって製造した従来
のスパッタリングターゲットをそのまま、スパッタリン
グ装置に装着してスパッタリングによりシリサイド薄膜
を形成する場合、その過程でターゲットのスパッタ面か
ら微細な粒子（パーティクル）が不可避的に発生し、こ
のパーティクルが、堆積しているシリサイド薄膜の中に
混入するという問題がある。このために、形成された電
極配線の抵抗が不均一に増大したり、ショート不良が発
生するなどの不具合を引き起こす。特に、半導体装置の
集積度が４Ｍ、１６Ｍと上昇するにつれて電極配線幅は
さらに減少するとともに配線が長くなるため、シリサイ
ド薄膜中に混入したパーティクルの粒径如何によっては
不良率を急激に増加させる結果、製品の歩留まりが大幅
に低下するなどの問題がある。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、ス
パッタリング操作中において、特にスパッタリング初用
に発生するパーティクル量を著しく減少させ、製品の歩
留りを大幅に向上し得るスパッタリングターゲットを提
供することを目的とする。

（発明の構成） （課題を解決するための手段と作用） 本発明に係るスパッタリングターゲットは、半導体装置
や電子部品素子を製造するための薄膜形成に用いられ、
高融点金属を含むスパッタリングターゲットであって、
このスパッタリングターゲットの少くともスパッタされ
る面の表面層が電解研摩処理されて成ることを特徴とす
る。

またスパッタリングターゲットは、高融点金属片とシリ
コン片とを一体的に組み合わせて形成したモザイクター
ゲットとしたり、または高融点金属シリサイドにより合
金状に形成した合金ターゲットとする。

さらに高融点金属は、Ｍｏ、Ｗ、　Ｔ；、ｚｒ、口ｆ、
ＮｂおよびＴａから選択された少なくとも１種の金属を
採用することを特徴とする。

本発明者は、前述した本発明の目的を達成するために鋭
意研究を重ねた結果、スパッタリング中にターゲットか
ら発生するパーティクルは、ターゲットを構成している
ビームまたは合金材を研削などの機械加工仕上げしたと
きに形成される表面欠陥層、表面状態、残留応力などに
起因していることを見出した。

すなわち、研削仕上げ加工は、高速回転している研削砥
石の硬い砥粒によって被加工物を削り取っていく加工法
であり、ａＦａ点金属や単結晶珪素あるいはけい素化合
物のような硬くて脆い材料を研削加工する場合、粒状チ
ップが加工面から飛散する。粒状チップが飛散する原因
としては、研削時に砥粒との接触応力によって加工面に
微少クラックが生じ、砥粒が通過した後における応力の
急激な解放によってクラックの肩部が押し上げられて、
破片としてｌｉ１脱するからである。例えば硬脆材料よ
り成るスパッタリングターゲットの加工に当っては、砥
粒当りの切り込み深さまたは荷重を適当に大きくして、
砥粒によって誘起される局部的応力場にクラックが含ま
れるくらいにし、このような材料の微少破砕の集積によ
って加工を進行させている。従って、加工面には、研削
条痕、脱落孔および微少クラック等が存在する加工欠陥
層が不可避的に発生する。

このような加工欠陥層が全面に存在するターゲットを用
いてスパッタリングを行うと、プラズマ中のイオンの衝
突によって、上記加工欠陥部を起点として微細な粒子が
ターゲット表面から剥離離脱してこれが、パーティクル
となって薄膜中に混入するのである。

本発明者は、上記のような知見に基づいてさらに研究を
重ねた結果、スパッタリングターゲットの表面層を電解
研摩処理することによって、上述したような加工欠陥層
を迅速かつ効果的に除去することができ、パーティクル
を発生しない表面層を有するスパッタリングターゲット
となることを見出したものである。

したがって、本発明は、スパッタリングターゲット表面
部における機械加工によって発生した研削条痕、離脱孔
および微少クラック等の°加工欠陥層を電解研摩処理に
より除去してなることを基本的な特徴としている。

本発明に係るスパッタリングターゲットの成分となる高
融点金属としては、ＭＯ，Ｗ％Ｔｉ、Ｚｒ、口ｆ１Ｎｂ
およびＴａ等の、比抵抗が小さい金属シリサイド薄膜を
形成することができる金属が用いられる。

そしてこれらの金属は単独または２種以上併用して使用
される。

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。

そして本発明の対象とするスパッタリングターゲットは
、前述したＭＯ，Ｗ、Ｔ　ｉ　、Ｚｒ、口ｆ、Ｎｂ、Ｔ
ａなどから成る高融点金属片と、シリコン片とを一体的
に組み合わせて形成したモザイクターゲット、あるいは
高融点金属シリサイドにより合金状に形成した合金ター
ゲットに適用することができるほかに、上記高融点金属
の単体から成る金属ターゲットにも適用することができ
る。

本発明においては、所定の機械加工が施されたスパッタ
リングターゲットの少なくともスパッタが行われる面の
表面に対して電解研摩処理を行う。

この場合の電解研摩処理法としては、電解質溶液を満た
した槽内にターゲット本体またはその要素片を浸漬して
陽極を形成し、しかる後に通電することによってターゲ
ット本体の表面層に生じる溶解現象を利用して表面の加
工欠陥層や加工応力残留層を迅速かつ効果的に除去する
方法が採用される。

使用する電解質溶液は、高融点金属などのターゲットを
構成する成分の種類によって異なり、−般にターゲット
の母材がＭＯの場合においては、メチルアルコールまた
は蒸留水と硫酸、硝酸、弗酸との混合液が使用される。

また母材がＷの場合においては、蒸留水に水酸化ナトリ
ウムを溶解した溶液を、Ｔｉ、Ｚｒ１Ｈｆでは氷酢酸と
過塩素酸との混合溶液を、またＳ１含右最が高いターゲ
ットの場合にはメチルアルコール、ブチルグリコールと
過塩素酸との混合溶液やリン酸、弗酸、硝酸の混合溶液
を使用する。

なお、上記電解研摩処理に先立って、必要に応じて脱脂
処理を行ってもよい。

電解研摩処理に際しての、電解質溶液の濃度、処理時間
、研ａ！量については、加工研削方法、ターゲットの種
類によって適宜選択することができるが、上述したよう
に、仕上げ面を粗くすることなく、欠陥層および加工応
力残留層のみを充分除去できるような範囲に処理条件を
設定することが肝要である。

ところで、Ａ「イオン照射によるスパッタリングでは、
イオンの衝突点は、高い応力場となり、しかも、高温に
さらされている。したがって、ターゲット表層部の加工
欠陥に残留応力が残ると、スパッタリング中に生ずる熱
により応力が増大していくつかの放射割れを含めた大き
な割れが発生し、そのためにパーティクル発生量が増加
する。

したがって残留応力が残るターゲット表層部の加工欠陥
層を可及的に除去することが望ましい。

このようにして電解研摩処理を行ったのち、ターゲット
の腐食を防止するため常法に従って、水洗などを行うこ
とにより、ターゲット表面に残留している電解質溶液成
分を完全に除去しておくことが必要である。

このように本発明に係るスパッタリングターゲットによ
ればスパッタされるターゲツト面の表面層が電解研摩処
理されているため、研削加工等によって生じた加工欠陥
層を迅速かつ効果的に除去することが可能である。従っ
てスパッタリング時に加工欠陥層から放出されるパーテ
ィクルの発生が極めて少ないため、欠陥の少ない薄膜が
形成される。その結果、薄膜をスパッタリングによって
、形成する半導体などの製品の歩留りを、大幅に改善す
ることができる。

なお従来、研削加工等によって生じた加工欠陥層を、エ
ツチング処理によって除去する方法も一部に提案されて
いる。このエツチング処理は硝酸と弗酸との混合液など
の腐食反応を起こす溶液中にターゲツト材を浸漬してそ
の表面の加工欠陥層を化学反応によって除去するもので
ある。

しかしながらエツチング処理の場合は化学反応を利用し
ているため、加工欠陥層の除去速度が小さい欠点がある
。その上、高融点金属とシリコンとの混晶化によって形
成した合金ターゲットをエツチング処理すると、その混
晶比率の違いによってシリコン成分が優先的に溶解し除
去される結果、ターゲット表面に段差が形成され、所定
組成を有する薄膜が形成できないという問題点もある。

これに対し、本発明にて使用する電解研磨処理において
は、電気化学的反応によって加工欠陥層を溶解除去して
いるため、除去速度が極めて大きく短時間に処理するこ
とができる。また電解研摩処理においては高融点金属と
シリコンとの混晶比率に関係なく両者が一律に溶解除去
されるため、ターゲット表面に段差を生じることがなく
高品質の薄膜を形成することができる。

（実施例） 次に本発明の一実流例について添付図面を参照してより
具体的に説明する。

施例１および比較例１ まず、扇形のＭＯビームを、ＭＯインゴットから１５．
４ｍｍの厚さに切り出し、平面研削盤を用い、このビー
ムを砥石（ＳＤ２０ＯＮ１００ＶＤＩＥ’）にて硝石周
速１１００ｍ／分、切り込み速度１０μｍ／分の条件で
厚さ１５ｍ＋まで研削加工した。次にこのビームを脱脂
後、蒸留水とｌｉｉＩｉＭとの混合液中に浸漬し電解研
摩処理を行い研削加工面を厚さ１０〜１５μｍだけ除去
し、最後に水洗、乾燥した。

一方、扇形の３ｉビームを、微量のＰをドープした半結
晶３ｉインゴツトから１５．３ｍの厚さに切り出した後
、平面研削盤を用いて砥石（ＳＤ４０ＯＮ７５ＢＡ３０
０）　にｒ砥石周速１１００ｍ／分、切り込み速度１０
μｍ／分の条件で厚さ１５ｍまで研削加工した。次にこ
の３ｉビームを脱脂後、メチルアルコールとブチルグリ
コールおよび過塩素酸の混合液中に浸漬し電解研摩処理
を行い、研削加工面を厚さ１０〜１５μｍだけ除去した
のち、水洗、乾燥した。

上記のようにして得た扇形のＭＯビームとＳｉビームと
を第１図に示すように円周上に配列して組合わせモザイ
ク型ターゲット１を形成した。このモザイク型ターゲッ
ト１は、扇状に成形したＭＯビーム２およびＳｉビーム
３を交互に円周上に配置した後に、一体内に固定して略
円板状に形成される。

こうして得られたモザイク型ターゲット１をマグネトロ
ンスパッタリング装置内に装着し、Ａｒイオンを照射し
てスパッタリングを行い、５インチ径のＰｏ１ｙ−８ｉ
ウ工−ハー１００枚についてその表面上にシリサイド薄
膜を厚さ３０００Åで堆積する操作を連続して行った。

そして薄膜中に混入したパーティクル量を測定し、その
結果を第２図に示した。

一方比較例１として平面研削加工により表面を仕上げた
だけのモリブデン・シリコンモザイク型ターゲットを使
用して実施例１と同一条件でシリサイド薄膜を３０００
人堆積した場合のパーティクル量を測定し、その結果を
第２図に併記した。

第２図の結果から明らかなように、ビーム表面を電解研
摩処理した実施例１のモリブデン・シリコンモザイク型
ターゲットは、加工欠陥層が除去され表面状態が極めて
良好であるため、スパッタリングの際に発生するパーテ
ィクル量はスパッタリング開始直後から急減する。従っ
て欠陥の少ない製品を効率的に製造することが可能であ
り、製品の歩留りを大幅に向上させることができる。

一方平面研削加工のみを施し、電解研摩処理を行なわな
い比較例１のモザイク型ターゲットの場合には、スパッ
タリング開始後において発生するパーティクル数の減少
割合が少ないため、製品の不良率が高く、製品の歩留り
が低下し易い。

−よび　　　２ 実施例２として鋳造したモリブデンインゴットを鍛造圧
延した後に旋盤加工によってφ２５０ｍＸｔ１５．４ａ
ｗの円板素材を形成した。次にこの円板素材の表面を平
面研削盤によって研削しφ２５０ａＸｔ１５ａｇ＋の形
状に加工した。次に実施例１と同一条件で厚さ約１５μ
ｍにわたって電解研摩処理を行なって、表面の加工欠陥
層および加工歪層を除去せしめスパッタリングターゲッ
トとした。

得られたスパッタリングターゲットを使用してＡ「イオ
ンを照射し、５インチ径のポリシリコンウェハー上にＭ
Ｏ薄膜を厚さ３０００人だけ堆積させた後に、薄膜中に
混入したパーティクル量を測定し、第２図に示す結果を
得た。

一方比較例２として実施例２と同様に旋盤加工および平
面研削加工を実施したままで電解研摩処理を行なわない
モリブデン製スパッタリングターゲットについて、実施
例２と同一条件で、厚さ３０００ＡのＭＯ薄膜を連続的
に堆積させた場合のパーティクル量を測定し、第２図に
示す結果を得た。

第２図に示す結果から明らかなように実施例２に係るＭ
Ｏ！ｌ！Ａスパッタリングターゲットにおいても、比較
例２と異なり、その表面層から加工欠陥層等が、予め除
去されているため、スパッタリング時に発生するパーテ
ィクル量は急激に減少する。

従ってスパッタリング装置の運転初期から高品質の製品
を製造することが可能であり、製品の歩留りを大幅に向
上させることができる。

また上記実施例１〜２、比較例１〜２に示すモリブデン
−シリコンモザイク型ターゲットまたはモリブデン製タ
ーゲットの他に、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａな
どの高融点金属の単体もしくはそれらを複合化したもの
、またはそのシリサイドにより合金状に形成した合金タ
ーゲットについても、同様に電解研摩処理を行なった場
合と、行なわない場合とについて比較、試験を行ったと
ころ、はぼ第２図に示す変化曲線と同様な傾向が確認さ
れた。

さらに本発明において使用する電解研摩処理方法は、実
施例において示した単純な電解研摩方法の他に、機械的
研摩方法を併用した電解ラッピング処理法を使用しても
同様な効果が得られ゛、この方法によって処理したスパ
ッタリングターゲットも本発明の範囲に含まれることは
いうまでもない。

〔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
によればスパッタされるターゲツト面の表面層が電解研
摩処理されているため、研削加工等によって生じた加工
欠陥層等を迅速かつ効果的に、除去することが可能であ
る。従って、加工欠陥層等から放出されるパーティクル
の発生が極めて少ないため、欠陥の少ない薄膜が形成さ
れる。

その結果、薄膜をスパッタリングによって形成する半導
体などの製品の歩留りを大幅に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るスパッタリングターゲットの一実
［であるモリブデン−シリコンモザイク型ターゲットの
形状を示す斜視図。 第２図は本発明のスパッタリングターゲットを使用して
ウェハー上に薄膜を形成した場合に、薄膜に混入するパ
ーティクルの個数の変化を、従来例のものと比較して示
すグラフである。 １・・・モリブデン−シリコンモザイク型ターゲット、
２・・・モリブデンビーム、３・・・シリコンビーム。 ウェハー数 ０文） 第 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．半導体装置や電子部品素子を製造するための薄膜形
   成に用いられ、高融点金属を含むスパッタリングターゲ
   ットであつて、このスパッタリングターゲットの少なく
   ともスパッタされる面の表面層が電解研摩処理されて成
   ることを特徴とするスパッタリングターゲット。
2. ２．スパッタリングターゲットは、高融点金属片とシリ
   コン片とを一体的に組み合わせて形成したモザイクター
   ゲットである請求項１記載のスパッタリングターゲット
   。
3. ３．スパッタリングターゲットは、高融点金属シリサイ
   ドにより合金状に形成した合金ターゲットである請求項
   １記載のスパッタリングターゲット。
4. ４．高融点金属は、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ
   およびＴａから選択された少なくとも１種の金属である
   請求項１記載のスパッタリングターゲット。