JPH08269702A - モリブデンシリサイドターゲット材およびその製造方法 - Google Patents

モリブデンシリサイドターゲット材およびその製造方法

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JPH08269702A
JPH08269702A JP9997895A JP9997895A JPH08269702A JP H08269702 A JPH08269702 A JP H08269702A JP 9997895 A JP9997895 A JP 9997895A JP 9997895 A JP9997895 A JP 9997895A JP H08269702 A JPH08269702 A JP H08269702A
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JP
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silicon
molybdenum
molybdenum silicide
density
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JP9997895A
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Akitoshi Hiraki
明敏 平木
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Proterial Ltd
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Hitachi Metals Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 パーティクルの発生を低減できるターゲット
材およびその製造方法を提供する。 【構成】 本発明は、ターゲット材が化学量論的なモリ
ブデンシリサイドMoSi2および純シリコンSiで構
成されると仮定して計算された理論密度に対するターゲ
ット材の真密度の比である相対密度が101%以上であ
り、シリコンとモリブデンの原子比Si/Moが2を超
えることを特徴とするモリブデンシリサイドターゲット
材である。本発明のターゲット材は、仮焼体を粉砕して
得られた粉砕粉を1250℃〜1400℃、120MP
a以上で焼結することにより得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスに使用
される電極形成あるいは配線形成等に使用されるモリブ
デンシリサイドターゲット材およびその製造方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】近年のLSIの高集積化に伴い、LSI
の電極および配線としてモリブデンシリサイド膜が用い
られている。このモリブデンシリサイド膜を形成する方
法としては、スパッタリング法、化学蒸着法等が使用さ
れており、特に膜の生産性、再現性および作業の安全性
から、スパッタリング法が主流となっている。このスパ
ッタリング法は、モリブデンとシリコンで構成されるタ
ーゲットを用いて、アルゴン等の不活性ガスイオンをタ
ーゲット表面に衝突させ、放出される微細な粒子を薄膜
として形成させる方法である。具体的なターゲット組成
としては、化学量論的なモリブデンシリサイド MoS
2では形成するモリブデンシリサイド膜に大きな引張
応力がかかるため、シート抵抗が増大しない範囲で化学
量論組成よりもシリコンを高めた組成のターゲットが通
常使用されている。
【0003】またターゲットとしては、使用中の割れの
発生を防止するため、薄膜の均一性、低抵抗性などを確
保するため、あるいはスパッタ時の局部放電によりター
ゲット表面に突起が生じ、パーティクルが発生するのを
防止するために、高密度で不純物の少ないターゲットを
製造する方法が検討されている。例えば、特開昭61−
145828号公報では、高純度高融点金属粉末と高純
度シリコン粉末を混合、加圧成形、加熱焼結して焼結体
を得た後、電子ビーム溶解してシリサイド溶製品を得る
方法が開示されている。また、特開昭61−14167
3号公報あるいは特開昭61−141674号公報で
は、モリブデン粉末あるいはモリブデン粉末とシリコン
粉末を混合後、成形、シリサイド化の後にペレットを粉
砕し、ホットプレスによる焼結体を得る方法によって高
密度ターゲットを得ている。
【0004】また、特開昭63−219580号公報に
記載されるように、組織の微細化のために、モリブデン
あるいはタングステン等の高融点金属粉末とシリコン粉
末とを真空中でシリサイド反応させ、得られた仮焼体を
熱間静水圧プレスする方法も提案されている。さらに、
最近では、特公平6−41629号公報に記載されるよ
うに、パーティクルの低減に炭素量が関係することに着
目して、金属粉末とシリコン粉末の混合粉末を作製した
後、炭素および酸素を低減するために高真空中で加熱し
て炭素および酸素を低減する工程を付加する方法も開示
されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した高密度化、不
純物の低減および組織の微細化は、モリブデンシリサイ
ドターゲットの製造方法の改善としてそれぞれ有効な手
法である。しかし、近年のLSIの高集積化は著しく、
配線などに要求される薄膜の幅がサブミクロンになって
きており、上述した従来の手法だけでは、微細なデバイ
スのパーティクルの発生をさらに低減するのには不十分
である。本発明は、上述した要求に答えるべく、パーテ
ィクルの発生をさらに低減できる新規なターゲット材お
よびその製造方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、種々の手法
を用いて、モリブデンシリサイドターゲット材を製造
し、化学量論的なモリブデンシリサイドMoSi2およ
び純シリコンSiで構成されると仮定して計算された時
の理論密度に対するターゲット材の真密度の比である相
対密度が101%を超える従来にはないターゲット材を
特定の方法で製造することが可能であることを見い出
し、この相対密度が101%を超えたターゲット材が、
パーティクルの低減に極めて有効であることを見いだし
本発明に到達した。
【0007】すなわち本発明は、ターゲット材が化学量
論的なモリブデンシリサイドMoSi2および純シリコ
ンSiで構成されると仮定して計算された理論密度に対
するターゲット材の真密度の比である相対密度が101
%以上であり、シリコンとモリブデンの原子比Si/M
oが2を超えることを特徴とする新規なモリブデンシリ
サイドターゲット材である。
【0008】また、上記本発明のターゲット材を得るた
めの製造方法は、シリコンとモリブデンの原子比Si/
Moが2を超えるように混合したモリブデン粉末とシリ
コン粉末とを還元性雰囲気でシリサイド反応させて仮焼
体とし、ついで該仮焼体を粉砕して得られた粉砕粉を1
250℃〜1400℃、120MPa以上で焼結して、
化学量論的なモリブデンシリサイドMoSi2および純
シリコンSiで構成されると仮定して計算された理論密
度に対する真密度の比である相対密度が101%以上で
あるターゲット材を得ることを特徴とするモリブデンシ
リサイドターゲット材の製造方法である。
【0009】なお、本発明にいうシリサイド反応とは、
モリブデンがシリコンと反応してモリブデンシリサイド
になる反応である。本発明のように、化学量論組成であ
るMoSi2、すなわち、シリコンとモリブデンの原子
比 Si/Moが2、よりも過剰にシリコンを含むよう
に調整すると、シリサイド反応によって、モリブデンシ
リサイドと反応にあずからなかった遊離シリコンとが存
在する組織になる。そのため、本発明において理論密度
とは、ターゲット組織中に化学量論的なモリブデンシリ
サイドMoSi2と純シリコン Siとがそれぞれ単独で
存在すると仮定して求めるものである。計算の具体的な
手法は後述する通りである。
【0010】
【作用】上述したように、本発明の最大の特徴の一つ
は、モリブデンシリサイドターゲット材の相対密度を1
01%以上にしたことである。従来のモリブデンシリサ
イドターゲット材は、その組織として上述したように化
学量論的なモリブデンシリサイドMoSi2と遊離シリ
コンで構成されるものと考えられ、相対密度を100%
に近づけることによって、スパッタリング時の異常放電
の原因となる空隙を減らすことを目的として高密度化が
検討されてきた。これに対して、本発明者は、上述した
従来の手法をさらに検討したところ、1250℃〜14
00℃、110MPa以上という、シリコンの融点であ
る1414℃直下でかつ極めて高い圧力条件を選択する
ことにより、化学量論的なモリブデンシリサイドと遊離
シリコンのみで構成されるとは考えられない相対密度1
01%以上の新規なターゲット材を実際に製造できるこ
とを見いだしたのである。
【0011】相対密度が101%以上のターゲット材
が、パーティクルを低減できる理由は不詳であるが、高
温・高圧の条件により組織中のモリブデンシリサイド相
とシリコン相の界面で一部拡散が起こり、化合物である
モリブデンシリサイド相とシリコン相とのスパッタ速度
の違いを緩和していることが考えられる。あるいは、モ
リブデンシリサイド相とシリコン相との機械的な結合力
が強くなっており、パーティクルの発生を抑制したもの
と考えられる。本発明における相対密度は好ましくは1
02%以上である。
【0012】また、本発明においてシリコンとモリブデ
ンの原子比Si/Moが2を超えると規定したのは、S
i/Moが2以下であると、生成する薄膜に大きな引張
り応力が発生し、薄膜の密着性を阻害する危険があるた
めである。またLSIの電極または配線として使用する
場合には、Si/Moが3を超えるとシート抵抗が高く
なってしまうという問題があるため、好ましくはSi/
Moを3以下とする。
【0013】本発明のターゲット材を得るための製造方
法の最も特徴とするところは、1250℃〜1400
℃、120MPa以上という、純シリコンの融点141
4℃直下で極めて高い圧力を適用したことである。これ
により上述した本発明のターゲット材を得ることが可能
となる。このような高温・高圧条件で焼結するには、例
えば熱間静水圧プレス法が適用できる。従来モリブデン
シリサイドターゲット材を製造するために熱間静水圧プ
レス法を適用する場合は、通常では1250℃以上とす
ることはなく、またこのような高温で120MPa以上
の高圧条件を適用していなかった。これはこのような高
温・高圧の条件を適用しなくても相対密度がほぼ100
%となり、これ以上密度を高めようとしなかったためで
ある。なお、本発明において焼結温度の上限を1400
℃としたのは、1400℃を超えるとシリコンが溶融し
て、焼結体組織が不均一になるためである。好ましい焼
結温度範囲は1300〜1350℃であり、好ましい焼
結圧力は150MPa以上である。
【0014】また本発明の製造方法において、まずシリ
コンとモリブデンの原子比Si/Moが2を超えるよう
に混合したモリブデン粉末とシリコン粉末とを還元性雰
囲気下でシリサイド反応させてモリブデンシリサイドと
遊離シリコンからなる仮焼体とし、ついで該仮焼体を粉
砕して焼結原料としている。仮焼体をあらかじめ製造す
るのは、モリブデンはシリサイド化反応させモリブデン
シリサイドとし、反応にあずからなかったシリコンは微
細な遊離シリコンとするためである。また還元性雰囲気
下で行うのは、シリサイド反応に伴ない、Mo,Siに
吸着していた酸素が解離され、不純物酸素を効果的に低
減できるためである。還元性雰囲気としては、水素含有
雰囲気や減圧雰囲気が使用できる。また、仮焼体をさら
に粉砕するのは、均一で高密度な焼結体を得るためであ
る。
【0015】本発明において、理論密度は例えば次のよ
うに計算できる。シリコンとモリブデンの原子比Si/
Mo=2.30のターゲット材の場合、化学量論的モリ
ブデンシリサイドMoSi2の密度と分子量は以下の通
りである。 密度 6.24 [g/cm3] 分子量 152.112[g/g-mol] 純シリコンの密度と分子量は以下の通りである。 密度 2.33 [g/cm3] 原子量 28.086[g/g-mol] ターゲット材が実質的にMoSi2 1[g-mol]とSi 0.3[g-mo
l]のみで構成されると仮定すると、ターゲット材重量
は、 (1[g-mol]×152.112[g/g-mol])+(0.3[g-mol]×28.086[g/g-mol]) =160.538[g]
【0016】ターゲット材容積は、 (1[g-mol]×152.112[g/g-mol]/6.24[g/cm3])+(0.3[g-mol]×28.086[g/g-mol] /2.33[g/cm3]) =27.996[cm3] この時の密度は、ターゲット材重量/ターゲット材容積
=5.734〔g/cm3〕となる。これが理論密度である。一方
真密度は、ターゲット材をアルキメデス法によって容積
を求め、また秤量することにより重量を求めることによ
って得ることができる。これによって得られた真密度が
たとえば、5.80/〔g/cm3〕であれば、相対密度は、(真
密度×100)/理論密度=(5.80[g/cm3]×100)/5.734[g/
cm3]=101.2%である。
【0017】
【実施例】高純度モリブデン粉末(純度99.999%以上、平
均粒径5μm)と高純度シリコン粉末(純度99.999%以上、
平均粒径16μm)をSi/Mo=2.3の配合比に秤量し、ブレン
ダーにて混合した。Si/Mo=2.3の場合の理論密度は、上
述したように5.734[g/cm3]である。混合して得られた混
合粉末を1250℃×4hrの条件で5×10マイナス4乗Torr以
下の高真空下でシリサイド化反応を行い仮焼体を得た。
この仮焼体をアルゴン雰囲気中で100メッシュ(150μm)
以下にまで粉砕し、粉砕粉を表1に示す条件により加圧
焼結し、機械加工により300mmφのターゲット材を得
た。表1に示すHIPは熱間静水圧プレス、HPはホッ
トプレスを意味するものである。得られたターゲット材
の密度を測定した結果を表1に示す。また、得られたタ
ーゲット材を表2の条件でスパッタリングを行い6イン
チウエハーに発生する0.3μm以上のパーティクル数を
測定した。結果を表1に示す。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】また、本発明のターゲット材の基本的な組
織を示すために試料No.2の600倍の組織写真を図
1に示す。図1に示すように本発明のターゲット材は、
白色で表されるモリブデンシリサイド相と黒色に見える
遊離シリコン相が均一に分散した組織となっていること
がわかる。表1に示す試料のうち、試料1〜3が本発明
のターゲット材であり、試料4〜6は比較例の試料であ
る。試料4および試料5に示すように、圧力および温度
のいずれか一方が本発明よりも低い場合には、101%
以上の密度とすることはできなかった。また、試料6は
通常のホットプレスの限界の条件を適用してみたもので
あるが、相対密度101%以上のターゲット材を得るこ
とはできなかった。
【0021】このような比較例のターゲット材に対し
て、表1に示すように1250℃以上、120MPa以
上の本発明の焼結条件を適用した場合、ターゲット材の
相対密度は、理論密度をはるかに超えた101%以上の
相対密度のターゲット材を得ることができたことがわか
る。そして相対密度が101%未満の比較例のターゲッ
ト材のパーティクル発生数は、本発明のターゲット材に
比べて2倍近く多くなっており、相対密度を101%以
上にしたターゲット材がパーティクルの発生を抑制する
のに有効であることをがわかる。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、従来では考えられなか
った相対密度101%以上のターゲット材を得ることが
でき、このターゲット材によって、パーティクル発生の
発生を効果的に抑制することでできるようになった。し
たがって、本発明のターゲット材を使用することによ
り、半導体デバイスの製造歩留まり向上あるいは半導体
デバイスの信頼性向上となり、工業上極めて有効であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のターゲット材の組織の一例を示す金属
ミクロ組織写真である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ターゲット材が化学量論的なモリブデン
    シリサイドMoSi2および純シリコンSiで構成され
    ると仮定して計算された理論密度に対するターゲット材
    の真密度の比である相対密度が101%以上であり、シ
    リコンとモリブデンの原子比Si/Moが2を超えるこ
    とを特徴とするモリブデンシリサイドターゲット材。
  2. 【請求項2】 シリコンとモリブデンの原子比Si/M
    oが2を超えるように混合したモリブデン粉末とシリコ
    ン粉末とを還元性雰囲気でシリサイド反応させて仮焼体
    とし、ついで該仮焼体を粉砕して得られた粉砕粉を12
    50℃〜1400℃、120MPa以上で焼結して、化
    学量論的なモリブデンシリサイドMoSi2および純シ
    リコンSiで構成されると仮定して計算された理論密度
    に対する真密度の比である相対密度が101%以上であ
    るターゲット材を得ることを特徴とするモリブデンシリ
    サイドターゲット材の製造方法。
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