JPH0666288B2 - スパッタリング装置用ターゲット - Google Patents

スパッタリング装置用ターゲット

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JPH0666288B2
JPH0666288B2 JP63323064A JP32306488A JPH0666288B2 JP H0666288 B2 JPH0666288 B2 JP H0666288B2 JP 63323064 A JP63323064 A JP 63323064A JP 32306488 A JP32306488 A JP 32306488A JP H0666288 B2 JPH0666288 B2 JP H0666288B2
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良一 柴田
裕介 井寄
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はスパッタリング装置用ターゲットに係り、特に
MOS−ICに使用されるゲート電極材料を形成するに用い
るに好適な、高密度のモリブデンシリサイドからなるス
パッタリング装置用ターゲットに関する。
[従来の技術] 近年MOS型LSIのゲート電極に、比抵抗の小さいモリブデ
ンやタングステンなどの高融点金属のシリサイド(珪化
物)が用いられるようになってきた。こうした高融点金
属のシリサイドの膜を形成するには、高融点金属のシリ
サイド製のターゲットを用いたスパッタリング法が主と
して採用されている。
高融点金属のシリサイド特にモリブデンシリサイド製の
ターゲットは、一般にモリブデン粉末とシリコン粉末と
を原料としてホットプレス法或るいは無加圧真空焼結法
で製造されている。
[発明が解決しようとする課題] しかるに、モリブデンとシリコンとの粉末を混合し加熱
すると、大きな反応熱が急激に発生し、ガスが発生する
と共に、寸法の著しい変化が生じるので、プレス成形し
た形状、寸法通りの焼結品を得ることは甚だ困難であ
る。
また加圧容器中にモリブデン粉末とシリコン粉末とを入
れ、ホットプレスすることにより所定形状の焼結品を得
ようとしても、この容器が破壊されるほどの圧が内部に
生じ、ホットプレス法によっても所定形状で高密度のタ
ーゲットを得ることは容易でない。
特開昭57−145981号には、組成や製法については全く開
示されていないが、モリブデンシリサイドのターゲット
をホットプレス法により製造する旨の記載があるが、こ
のターゲットはやはり強度が十分でないために、裏面に
金属膜を設けるなどの補強処理を必要とする。即ち、特
開昭57−145981には、「ホットプレス法でモリブデンシ
リサイドのターゲット本体を作り」とあるが、その組成
や密度、製造条件等が適当でないために、補強処理を施
さずに使用に供することができる程度の十分な強度を有
するターゲットを得ることができないのである。
このようなことから、モリブデンシリサイド合金系のタ
ーゲットの使用ではなく、特開昭開57−145982の如く、
金属モリブデンと金属シリコンとを単体で組み合わせる
ものも提案されているが、スパッタ蒸発領域におけるモ
リブデンとシリコンとの面積比を設定値通りの比率とす
るのは容易ではなく、従って、予定した組成のモリブデ
ンシリサイド組成からなる蒸着膜を形成することが難し
く、実用性に乏しい。
[課題を解決するための手段] 上記問題点を解決するために、本発明は、MoSix(2.18
≦x≦2.57)なる組成のモリブデンシリサイドからなる
相対密度90%以上のターゲットであって、シリコンが含
浸されていないモリブデンシリサイドの粉末焼結一体品
よりなることを特徴とするスパッタリング装置用ターゲ
ットを提供するものである。
以下に本発明について詳細に説明する。
本発明のターゲットは、MoSix(2.18≦x≦2.57)なる
組成のモリブデンシリサイドからなる。
一般に、MOS型LSIのゲート電極膜中のシリコン含有率は
30〜40重量%(以下組成を示す%は全て重量%を示す)
であることが必要である。第1図は、モリブデンシリサ
イド中におけるシリコン含有率と比抵抗/膜厚(Ω/
□)の関係を示す図であるが、図示の如く、モリブデン
シリサイド中におけるシリコン含有率が40%を超えると
抵抗が急激に増加し、ゲート電極膜として不適当とな
る。またシリコン含有率が30%よりも少なくなると、比
抵抗/膜厚は小さくなるもの、基板との密着性が悪くな
り、また、化学的な安定性が乏しくなり、やはりゲート
電極膜として不適当となる。このようなことから、ゲー
ト電極膜中におけるシリコン含有率は30〜40%の間とす
る必要がある。好ましくは35〜40%、特に好ましいのは
35〜37%である。(因みにMoSi2.0はシリコン36.8%に
相当する。) しかして、本発明者らが鋭意研究を重ねたところ、ゲー
ト電極膜中におけるシリコン含有率と、モリブデンシリ
サイドターゲット中におけるシリコン含有率とは、第2
図に示す如き関係があることが認められた。即ちゲート
電極膜中のシリコン含有率とターゲット中のシリコン含
有量とはほぼ直線的な関係があり、かつゲート電極膜中
シリコン含有率よりも数%前後程度少なくなる。
第2図より、ゲート電極膜中におけるシリコン含有率の
必要な範囲30〜40%に対応するターゲット中のシリコン
含有率は、35〜43%であり、これはMoSi1.84〜MoSi2.57
に相当し、好適範囲35〜40%に対応するターゲット中の
シリコン含有率は39〜43%であり、これはMoSi2.18〜Mo
Si2.57に対応する。またゲート電極膜中における時に好
適なシリコン含有範囲である35〜37%に対応するターゲ
ット中のシリコン含有範囲は39〜40.6%であり、これは
MoSi2.18〜MoSi2.33に相当する。
本発明の如く、MoSi2.18〜MoSi2.57と、シリコン含有率
の若干多い組成とすることにより、相対密度が高く、高
強度のターゲットを得ることができ、また、本発明組成
範囲のターゲットを用いてスパッタリングして得られる
膜の抵抗値は、ゲート電極膜として好適な値となり、か
つ基板との密着性にも優れるといった効果が奏され極め
て有利である。
また、本発明のターゲットは、相対密度が90%以上の、
モリブデンシリサイドの粉末焼結一体品である。相対密
度が90%よりも小さい場合には、ターゲットの強度が不
足し、とりわけ脆くなって、取扱いが不便になると共
に、スパッタ中におけるターゲットの割れなどの恐れも
ある。
また、本発明のターゲットにおいては、気孔は独立した
気孔、即ち気孔同志が連通していないものが好ましい。
これは、スパッタ装置の真空度の早期上昇、バッキング
プレートのボンディング時の汚染、ターゲットを機械加
工するときに機会加工油がターゲット中に染み込んでタ
ーゲットを汚染することを防止するためである。
このような本発明のスパッタリング装置用ターゲットを
製造するには、次のような方法が好適である。
即ち、まず、モリブデンシリサイドの粉末を用意し、こ
れを成形する。
モリブデンシリサイドの粉末は、モリブデンとシリコン
とを溶解して合金となし、これを粉砕したものでもよ
い。この溶解には、プラズマ溶解炉、アーク溶解炉など
が使用できる。
またモリブデンシリサイドの粉末を、次のようにして仮
焼法によって作ることもできる。即ちまずモリブデン粉
末とシリコン粉末とを混合した後、真空又は不活性ガス
雰囲気中で1100℃以上の温度で焼成するものである。な
おモリブデン粉末とシリコン粉末とを混合する際して
は、仮焼後の混合物中におけるシリコン含有率の目標値
よりもシリコン含有率が多くなるように混合する。これ
は、仮焼中にシリコンがモリブデンよりもはるかに蒸発
しやすいからである。
この仮焼法に用いる原料粉末の粒度は数μ以下が好まし
い。また仮焼温度は特に上限はないのであるが、経済性
の面から1500℃以下程度とするのが好ましく、とりわけ
1200〜1400℃程度が好ましい。モリブデンシリサイドの
仮焼物は、次いでこれを粉砕して次の成形工程に供す
る。
モリブデンシリサイドの粉末を成形するには、通常の方
法例えばプレス成形法などに従って行う。
なお、この場合、モリブデンシリサイドの粉末にシリコ
ン粉末を添加してもよい。
即ち本発明のターゲットを製造するには、モリブデンシ
リサイド中におけるシリコン含有率を精密にコントロー
ルする必要があるのであるが、所定のシリコン含有率の
モリブデンシリサイドを、上記の仮焼法或るいは溶解法
によって一回の工程で製造することは困難である。
そこで上記仮焼法又は溶解法を行うに際して、シリコン
含有率が目標値よりも少し少なくなるようにし、これか
ら得られるモリブデンシリサイド粉末にシリコン粉末を
添加して混合成形するのが好ましいのでいる。このよう
にすれば目標値通りのシリコン含有率である成形体が得
られる。更に成形体中にシリコン粉末が含まれている
と、焼結工程においてこのシリコンが溶融し少なくとも
部分的に液相焼結が行われるようになり、低い焼結温度
で高い密度の焼結体を得ることができるようになる。
即ち上述の如くして成形された成形体は、これを焼結す
るのであるがモリブデンシリサイドの粉末だけからなる
成形体においては主として固相焼結となり、シリコン粉
末を添加した成形体においては液相焼結も行われる。
この焼結は、真空中又は不活性ガス雰囲気中において行
われる。また焼結は、ホットプレス法によってもよく、
常圧で行ってもよい。焼結温度は、ホットプレス法の場
合には1400〜1600℃で十分であるが、常圧焼結の場合
は、上述の如く主として固相焼結が行われる場合には18
00℃以上とりわけ1900℃前後程度の温度とする。(特に
成形体が大きい場合には、焼結温度を高くするのが好ま
しい。) また、シリコンの添加により液相焼結も進行する場合に
は、同じ焼結温度で密度は高くなる傾向が見られる。
本発明のスパッタリング装置用ターゲットはHIP(熱間
静水圧プレス)法によって製造することもできる。この
場合、製造条件としては、温度1100〜1300℃、圧力1000
kg/cm2以上とするが好ましい。温度が低すぎると密度
向上の効果が得にくくなり、一方、高すぎるとHIP容器
(通常Fe系材質のものが多い。)と被焼結体が反応し不
純物の混入等が生ずる恐れが出てくる。
[実施例] 以下、製造例を挙げて、本発明により具体的に説明す
る。
製造例1 平均粒径3μのモリブデン粉末(純度99.98%)と平均
粒径1μのシリコン粉末(純度99.96%)の粉末を、モ
リブデン61重量部、シリコン39重量部の割合で混合し、
直径80mm、厚さ10mmの成形体を、成形圧0.5トン/cm2
成形した。
この成形体を10-1Torrの真空雰囲気中にて1300℃、1時
間仮焼した。
仮焼物を振動式粉砕機にて粉砕し、粉砕した粉末100重
量部に対して6.4重量部のシリコン粉末(上記原料シリ
コン粉末と同じもの)を添加し、直径180mm、厚さ12mm
の成形体を、成形圧0.5トン/cm2で成形した。
この成形体を、次の条件でホットプレスし焼結体とし
た。
温度 1550℃ 時間 2時間 圧力 120kg/cm2 雰囲気 真空中(10-4Torr) その結得られた焼結体(ターゲット)は、相対密度が98
%、シリコン含有率は42.5%で、極めて高強度であっ
た。また断面の顕微鏡観察を行ったところ、少量存在す
る気孔も全て独立気孔であることが認められた。
製造例2 純度99.98%のモリブデンのインゴットと、純度99.9999
%のシリコンインゴットとを、MoSi2.5(モリブデン57.
2%、シリコン42.8%)となるように配合し、プラズマ
アーク溶解炉にて溶解した。得られた合金を製造例1と
同様にして粉砕し、この得られた粉末100重量部に対し
て0.6重量部のシリコン粉末(製造例1で用いたものと
同じ)を添加し、成形、ホットプレスを行った、成形及
びホットプレスの条件は製造例1と同様である。
その結果相対密度95%、シリコン含有率42.3%のターゲ
ットが得られた。このターゲットは、同様に、高強度で
あり、含まれる気孔も独立気孔であることが認められ
た。なお、本例において、シリコンの初期配合率に対し
て、得られたターゲットのシリコン含有率が少なくなっ
ているが、これは溶解時にシリコンが蒸発したためであ
る。
製造例3 製造例1において、仮焼物の粉砕物にシリコン粉末を添
加した後の成形工程で、直径80mmの成形体としたこと、
及びホットプレスの代りに常圧焼結を行ったこと以外は
製造例1と同様にしてターゲットを製造した。焼結温度
は1700、1800及び1900℃の3点とした。得られた焼結体
の相対密度を表1に示す。
表1より常圧焼結を行う場合には、最終的な焼結温度を
1900℃程度にまで高める必要があることが認められる。
なお、得られた焼結体の組成はいずれも製造例1で得ら
れたものよりも、シリコン含有量が0.2〜0.5%程度低か
った。
製造例4(参考例) 製造例1に用いたのと同じ原料粉を用い、モリブデン5
7.5%、シリコン42.5%の割合で混合したこと、仮焼物
の粉砕物にシリコン粉末を添加せず、かつその後の成形
体の大きさを80mmとしたこと、及びホットプレスの代り
に常圧焼結を行ったこと以外は製造例1と同様にしてタ
ーゲットを得た。最終的な焼結温度は1700、1800及び19
00℃の3点とした。得られた焼結体のシリコン含有率は
42.3%であり、その相対密度は表1に示す通りであっ
た。
表1より、1900℃以上の焼結温度とすれば、相対密度90
%以上のターゲットを得ることができるが、製造例3と
比べると、シリコンを添加しない本製造例4の場合には
相対密度が若干低下することが認められる。これはシリ
コンを添加すると、液相焼結が行われ、焼結速度が増大
するためであると推察される。
製造例5 製造例1において、仮焼物の粉砕物に添加するシリコン
粉末の量を変えるとともに、常圧焼結又はHP(ホットプ
レス)と焼結条件を適宜変えたこと以外は同様にして表
2に示すシリコン含有量及び固体密度のターゲットを製
造した。各々のターゲットについて、気孔の有無及びス
パッタリングにより得られる膜の抵抗及び密着性を調
べ、結果を表2に示した。表2より、シリコン含有率39
%以上、即ちMoSi2.18以上のSiの若干多い組成とし、ま
た相対密度を90%以上とすることにより、極めて高特性
のターゲットが得られることが明らかである。
製造例6(比較例) 製造例1に用いたのと同じモリブデン粉末とシリコン粉
末を、MoSi2.2となるように配合し、この混合粉末を直
径180mm、厚さ12mmとなるように成形した。成形圧は0.5
トン/cm2である。そして製造例1と同様にしてホット
プレスを行ったところ、急激な発熱反応が生じ、モール
ドが破壊した。
またホットプレスの代わりに常圧焼結を行ったところ、
焼結工程において成形体が細かく烈断し所定形状のター
ゲットを得ることはできなかった。
[効果] 以上の通り本発明によれば、MOS型LSIのゲート電極膜を
形成するに好適なモリブデンシリサイド合金からなるタ
ーゲットが提供される。このターゲットは高強度であ
り、取扱いが容易である。
【図面の簡単な説明】
第1図はゲート電極膜の比抵抗/膜厚とシリコン含有率
との関係を示すグラフ、第2図はゲート電極膜中のシリ
コン含有率とターゲット中におけるシリコン含有率との
関係を示すグラフである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】MoSix(2.18≦x≦2.57)なる組成のモリ
    ブデンシリサイドからなる相対密度90%以上のターゲッ
    トであって、シリコンが含浸されていないモリブデンシ
    リサイドの粉末焼結一体品よりなることを特徴とするス
    パッタリング装置用ターゲット。
  2. 【請求項2】モリブデンシリサイド粉末の焼結一体品で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のス
    パッタリング装置用ターゲット。
  3. 【請求項3】モリブデンシリサイド粉末とシリコン粉末
    との焼結一体品であることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項に記載のスパッタリング装置用ターゲット。
JP63323064A 1988-12-21 1988-12-21 スパッタリング装置用ターゲット Expired - Lifetime JPH0666288B2 (ja)

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