JPH0428865A - 高融点金属シリサイドターゲットの製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高融点金属シリサイドターゲットの製造方法
に関するものであり、詳しくは、ＭＯ８ＬＳＩのゲート
電極膜をスパッタリングにより形成する際に用いられる
高融点金属シリサイドターゲットの製造方法に関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来より、半導体素子の電極あるいは配線、特に、ＭＯ
３−ＬＳＩのゲート電極には、ポリシリコン（ｐ−８ｉ
）が広く用いられてきた。

しかしながら、ＬＳＩが高集積化されるに従って電気信
号の伝達遅延が問題となり、低電気抵抗の電極材料が求
められるようになり、現在では、高集積率のＬＳＩには
、ポリシリコンに代わり、低電気抵抗の高融点金属シリ
サイドが広く利用されている。

このような高融点金属シリサイドのゲート電極膜は、殆
どスパッタリングにより形成されるが、その膜の性質は
ターゲツト材の特性に太き（影響され、特に、ターゲツ
ト材の均一性は、膜組成および膜厚の均一性に関係する
ため非常に重要な因子である。

そして、斯かる高融点金属シリサイドからなるターゲツ
ト材は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（ＭＯ）、タ
ンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）等の高融点金属とケイ
素との混合粉末をホットプレス処理する方法により得ら
れる。

上記の方法は高融点金属とケイ素との混合粉末を焼成し
てシリサイド化し、それを粉砕して得た粉末をホットプ
レス処理する方法よりも製造工程が簡易であり、工程か
らの不純物の混入が少ないため、高純度品を経済的に有
利に製造できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記の方法は、シリサイド化反応による
発熱のために、融点の低いケイ素が瞬間的に溶融し、そ
の溶融ケイ素がホットプレスの圧力により焼結体内部に
存在する欠陥部や低密度部に移動し、その結果、繊維状
の綱板を生じたり、圧力分布に沿って低密度部にＳｉの
多い組織（組織ムラ）を部分的に形成したりして均一性
に問題があった。

例えば、タングステンシリサイドターゲットの場合、通
常、ＭＯ８−ＬＳＩのゲート電極の成膜用タングステン
シリサイドターゲットの組成は、Ｓｉ／Ｗ＝２゜２〜３
．２のモル比のものが多（用いられており、化学量論的
なＷＳｉ２の組成よりもケイ素が過剰に含まれている。

そして、タングステン粉末とケイ素粉末を混合してホッ
トプレス処理する場合、その処理温度は、ＷＳｉ２とＳ
ｉの共晶温度よりもやや低い１３７０〜１４００℃の温
度が用いられる。このような温度でホットプレス処理す
る場合、その昇温途中でタングステン粉末とケイ素粉末
が反応し、大きな発熱を伴いなからＷＳｉ２の金属間化
合物（シリサイド）が形成される。

このシリサイド化の反応が起こる温度は、通常、１００
０〜１２００６Ｃであるが、主に、タングステン粉末と
ケイ素粉末の表面酸化皮膜に影響され、酸素含有量の少
ない（表面酸化皮膜が薄い）ものほど反応温度が低い傾
向にある。反応で形成されるＷＳｉ２の融点は２１６５
°Ｃであるのに対し、ケイ素の融点は１４１０℃と低い
ため、焼結体の温度は、反応熱により瞬間的にケイ素の
融点を越える。その結果、反応によってＷＳｉ２を形成
した残りの溶融状態にあるケイ素は、ホットプレスの圧
力により焼結体の欠陥部や低密度部に押し出され、繊維
状の綱板や組織ムラを生ずる。このような綱板等は、過
剰ケイ素量が多いほど、また、反応温度が高いほど発生
し易い傾向にある。また、反応が急激であるほど瞬間的
な温度上昇が大きくなるため、同様の傾向がみられる。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明者等は、斯かる問題点を解決すべく鋭意
検討した結果、高融点金属とケイ素との混合粉末をホッ
トプレス処理するに際し、シリサイド化の反応が終了す
るまでは無加圧ないし非常に小さい圧力で加圧し、反応
後に目的の圧力まで昇圧しホットプレス処理をするなら
ば、シリサイド化は既に終了しているため、加圧時に溶
融ケイ素の生成もなく、また、移動もないため、問題の
綱板等が生じないことを見い出し本発明に到達した。

すなわち、本発明の目的は、ケイ素の繊維状綱板や組織
ムラの問題を解決し、均一性が良好で高密度の高融点金
属シリサイドターゲットの製造方法を提供することにあ
る。

そして、斯かる目的は、高融点金属とケイ素との混合粉
末をホットプレス処理することにより、高融点金属シリ
サイドターゲットを製造するに当り、シワサイド化か終
了するまでは約５０ｋｇ／ｃＩＩＩ′以下の圧力でホッ
トプレス処理を行い、当該反応の終了後は目的の圧力ま
で昇圧してホットプレス処理を行うことを特徴とする高
融点金属シリサイドターゲットの製造方法により容易に
達成される。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明において高融点金属としては、ケイ素の融点以上
の融点を有し、ケイ素と発熱反応を行いシリサイド化す
るような高融点金属が用いられる。

具体的には、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）
、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）等の高融点金属が
挙げられ、特に、タングステン（Ｗ）又はモリブデン（
ＭＯ）を用いるのが好ましい。

一方、ケイ素としては、特に、限定されるものではない
が、酸素含有量の少ない高純度のものが好ましい。

上記の各成分は、いずれも粉末状態で使用されるが、通
常、高融点金属の場合は、粒径５０μｍ以下、好ましく
２０μｍ以下のものを使用するのがよく、ケイ素の場合
は、粒径１５０μｍ以下、好ましくは１〜５５μｍの範
囲のものを使用するのがよい。

ケイ素粉末として市販の高純度品を用し）る場合には、
しばしば、粉砕時に容器および治具より混入した鉄系の
不純物および表面酸化による酸素をそれぞれ数１００〜
数１１０００ｐｐ程度含んでし）るため、分級機を用い
て酸素の多０微粉を除去し、更に、酸洗浄により鉄系の
不純物と表面酸化皮膜を除去する必要がある。鉄系の不
純物は１０ｐｐｍ以下、酸素は１１０００ｐｐ以下、好
ましくは鉄系の不純物は５　ｐｐｍ以下、酸素は６００
　ｐｐｍ以下とするのがよい。

また、高融点金属も同様に酸素の少ない高純度のものが
よく、例えば、市販の４Ｎ品以上のものを用いるのがよ
い。

本発明においては、先ず、上記のような高融点金属粉末
とケイ素粉末とを目的のモル比で秤量配合し、ボールミ
ル等で乾式混合する。

ケイ素粉末の配合は、ルツボ中で開放して焼成する場合
に比べ、ホットプレス処理ではモールド中に充填されて
いるため、蒸発による減少は少な（、従って、通常、配
合モル比の補正は必要ないが、配合モル比の０〜１％増
しとするのがよい。

混合方法は、容器およびボール等からの汚染を防ぐため
、ナイロンライニングを施したものか、または、使用す
る高融点金属と同じ金属、そのシリサイドの共材もしく
はモリブデン材からなるものを用いるのがよい。混合時
の雰囲気は、窒素あるいはアルゴン等の不活性気体雰囲
気または真空雰囲気とするのがよく、いずれの場合も、
水分による汚染を防止する必要がある。

本発明においては、上記のようにして得られた混合粉末
を高純度黒鉛モールドに充填し、ホットプレス処理して
ターゲツト材を製造する。そして、シリサイド化反応の
前後でその圧力を制御しながら行う。

ホットプレス処理の雰囲気は、窒素あるいはアルゴン等
の不活性気体雰囲気、好ましくは、不純物を蒸発除去す
るために、真空雰囲気とするのかよい。真空度は高い方
が好ましいか、通常、１×１０　’−’　〜Ｉ　Ｘ　Ｉ
　０−５ｔｏｒｒであればよい。

ホットプレス処理の圧力は、シリサイド化反応が終了す
るまでは約５０ｋｇ／ｃｎｆ以下、好ましくは２０ｋｇ
／ｃＴｌ以下の圧力とし、当該反応が終了後は目的の圧
力に昇圧して焼結する。

シリサイド化反応が終了するまでの加圧方法は、特に制
限はなく、例えば、最初から前記の圧力を加圧しておく
か、−旦１００〜２００ｋｇ／ｃゴ程度の圧力を短時間
加圧し、直ちに接圧して前記圧力に変えるなどの方法を
採用し得る。いずれの場合も、充填した混合粉末の上面
が平坦になるようにすることが望ましい。シリサイド化
反応の終了前の圧力が上記範囲を超えて高すぎる場合は
、シリサイド化反応時に溶融ケイ素が移動して偏析し、
本発明の所期の目的を達成し得ない。

一方、シリサイド化反応終了後の圧力は、高圧であれば
特に制約はなく、高い方が高密度化に有利である。実際
は、モールド材料の強度によって決定され、黒鉛モール
ドを使用する場合は、通常、１５　Ｃ１−３５０ｋｇ／
ｃｒｉ、好ましくは２００〜３５０　ｋｇ　／　ｃｒｌ
の範囲とされる。

シリサイド化反応終了後の昇圧は、反応熱によって上昇
した温度が黒鉛モールドに吸熱され、ケイ素の融点以下
まで下かり、溶融ケイ素がなくなった時期に行われる。

シリサイド化の反応は速いか、炉温か高いため放熱には
時間を要し、通常、昇圧は、反応後、３〜６０分、好ま
しくは１５〜６０分保持後に開始するのがよい。そして
、余りに昇圧の時期が遅れると焼結が進み過ぎ、高密度
化に不利である。

なお、昇圧の速度は、１〜２０　ｋｇ／　ｃｒｌ　／　
ｍｉｎ　。

好ましくは５〜１５　ｋｇ／ｃａｒ／　ｍｉｎとするの
がよい。

シリサイド化反応の温度は、高融点金属の種類、高融点
金属粉末とケイ素粉末の粒度分布、表面酸化皮膜等によ
って変化するが、通常、９００〜１３００℃の範囲にあ
る。

そして、シリサイド化反応が起こるとその反応熱によっ
て温度が瞬間的に上昇し、金属蒸気、酸化物蒸気および
脱ガスが発生し、また、僅かでも加圧していると近位に
収縮が観察される。従って、シリサイド化反応の進捗状
況は、蒸気および脱ガスによる真空度の変化ないし収縮
変位の変化から判断できる。

シリサイド化反応終了後のホットプレス処理の温度とし
ては、ＭＳ　ｉ　ｘ　（Ｍ＝Ｗ、　Ｍｏ、　Ｔ　ｉ。

Ｔａなど）とＳｉの共晶温度よりやや低い温度が採用さ
れ、通常は１３００〜１４５０℃とされる。

そして、タングステンシリサイドの場合は、１３７０〜
１４００℃、モリブデンシリサイドの場合は、１３８０
〜１４１０℃とするのがよい。

昇温は、通常１〜２０°Ｃ／ｍｉｎの速度で行われるが
、シリサイド化の反応が起こる９００〜１３００℃の温
度範囲では徐々に昇温するのが好ましく、具体的には、
５°Ｃ／ｍｉｎ以下の昇温速度とするのがよい。

ホットプレス処理の時間は、焼結体全体が均熱化される
時間で十分であり、焼結体の大きさにもよるが、通常０
．５〜３時間の範囲とされる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本
発明は、その要旨を超えない限り以下の実施例に限定さ
れるものではない。

実施例１ 原料として次のものを使用した。

（ａ）Ｓｉ粉末 市販の高純度Ｓｉ粉末（−３００メツシユ）を空気分級
機で処理し、酸素の多い微粉末および焼結性の悪い粗粉
末を除去し、更に、純化して得た高純度Ｓｉ粉末（酸素
量２２０ｐｐｍ）を使用した。

Ｓｉ粉末の純化は、先ず、６０℃の６Ｎ−ＨＣ１水溶液
で、次いで、０．５Ｎ−ＨＦ水溶液で処理して粉砕時に
汚染したＦｅ系の不純物および酸化物を溶解除去し、更
に、純水で繰り返し洗浄を行い、最後に、８０℃で真空
乾燥する方法で行・つた。

（ｂ）Ｗ粉末 市販の５Ｎ高純度Ｗ粉末（平均粒径４μｍ、酸素量３４
０ｐｐｍ）を使用した。

上記の各原料を使用し、Ａｒ雰囲気のボールミル中、Ｗ
：５ｉ＝１：２．７の割合で４時間乾式混合して１０．
４　ｋｇの混合粉末を得た。

なお、ミル用ボールは、ナイロンライニングの鉄球を用
いた。

上記の混合粉末を大型ホットプレス炉の内径２８０φの
高純度黒鉛モールドに充填し、真空雰囲気中でホットプ
レス処理を行った。

処理圧力は、１２５０℃まで１６ｋｇ／ｃＪとし、１２
５０°Ｃで１時間保持後、２００ｋｇ／ｃｒｌに昇圧し
た。シリサイド化反応は、１２５０℃に達して７分後に
生じた。この反応温度は通常よりも高いが、これは測温
している雰囲気温度と黒鉛モールド内の焼結体の温度差
によるものである。

昇圧は、１３　ｋｇ／ｃｎｆ／ｍｉｎの速度で行った。

また、昇温速度は、３００℃まで５°Ｃ／ｍｉｎ　、　
３００〜１２５’０℃／ｍｉｎの範囲では１０°Ｃ／ｍ
ｉｎ。

１２５０〜１３９５℃範囲では５°Ｃ／ｍｉｎとした。

最終保持温度および時間は、１３９５°Ｃ，３時間とし
た。

なお、シリサイド化反応の前に焼結体全体の均熱化を計
るため１０５０°Ｃで１時間保持した。

上記のようにして得られたホットプレス処理品の密度は
７．８９　ｇ　／ｃｒｌであった。

ホットプレス品の上下面を０．５〜１ｍｍ研削し、日立
建機（株）製の超音波探査映像装置にてＳｉ編綱板の欠
陥検査を行った。その結果、本発明のホットプレス処理
品は、従来の処理品に比較し、欠陥率が減少し、均一性
が向上したものであることが認められた。

また、金属顕微鏡による観察でも組織は均一良好であっ
た。

更に、ホットプレス処理品から７５φＸ６ｔの円板を切
り出し、裏面に銅のバッキングプレートをボンディング
してターゲットを作製した。これを島津製作所製のスパ
ッタリング装置にてスパッターし、その二ローション表
面からＳｉ編綱板様の有無を観察した。その結果、本発
明のホットプレス処理品には、そのような模様は見られ
ず均一であった。

本発明品と従来品との比較結果を表−１に示す。

表 ■ 〔効　果〕 本発明によれば、高融点金属とケイ素との混合粉末をホ
ットプレス処理するに際して、シリサイド化の反応前後
で圧力を制御するという簡易な方法により、従来の問題
点であるケイ素の綱板、組織ムラ等を解決し、均一性が
良好な高融点金属シリサイドターゲットを得ることがで
きる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）高融点金属とケイ素の混合粉末をホットプレス処
   理することにより、高融点金属シリサイドターゲットを
   製造するに当り、シリサイド化の反応が終了するまでは
   約５０ｋｇ／ｃｍ＾２以下の圧力でホットプレス処理を
   行い、当該反応の終了後は目的の圧力まで昇圧してホッ
   トプレス処理を行うことを特徴とする高融点金属シリサ
   イドターゲットの製造方法。