JPH08283937A

JPH08283937A - 金属シリサイドターゲット材

Info

Publication number: JPH08283937A
Application number: JP7110165A
Authority: JP
Inventors: Akitoshi Hiraki; 明敏平木
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1995-04-11
Filing date: 1995-04-11
Publication date: 1996-10-29
Anticipated expiration: 2020-10-19
Also published as: JP3707622B2

Abstract

(57)【要約】【目的】パーティクルの発生を低減できる金属シリサ
イドターゲット材を提供する。【構成】本発明は、シリコンと金属Ｍとの原子比Ｓ
ｉ／Ｍが２以上、金属Ｍはタングステンまたはモリブデ
ンであり、実質的に化合物である金属シリサイドと遊離
シリコンからなる組織を有するターゲット材であって、
ターゲット材組織中の遊離シリコン部分のビッカース硬
度が１１００以上、好ましくはターゲット材が化学量論
的な高融点シリサイドＭＳｉ₂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Ｔｉ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
上である金属シリサイドターゲット材である。遊離シリ
コン領域の硬さを高めることにより、スパッタリング期
間中にシリコン突起物が発生するのを抑え、パーティク
ルを低減するものである。

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金属シ
リサイドターゲット材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タングステンシリサイドあるい
はモリブデンシリサイド膜が用いられている。これらの
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、タングステ
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、化学量論的な金
属シリサイドＭＳｉ₂では、形成する金属シリサイド膜
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、上述し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−
１４１６７３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タングステン粉末
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
や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
ドあるいはタングステンシリサイドターゲットのパーテ
ィクルの低減のために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、使用済の金
属シリサイドターゲット材の表面を観察したところ、図
３に示すシリコン隆起物の存在を確認した。そして、さ
らにこの隆起物の発生したターゲットに多量のパーティ
クルが発生していることを見出した。これは、シリコン
隆起物が存在すると、スパッタリング期間中に突起部分
に電荷がチャージアップして、この部分に異常放電が発
生する。その時の衝撃力でシリコン隆起物が飛散し、こ
れがパーティクルとなっていると推定される。本発明者
は、パーティクルを抑制するためにシリコン隆起物の発
生しにくいターゲットを検討した。そして、ターゲット
材の構成相のうち遊離シリコン領域の硬さとパーティク
ルの発生に相関があり、遊離シリコン領域の硬さが高い
ほどパーティクルが少ないことを見出し、本発明に到達
した。

【０００７】すなわち、本発明は、シリコンと金属Ｍと
の原子比Ｓｉ／Ｍが２以上、金属Ｍはタングステンま
たはモリブデンであり、実質的に化合物である金属シリ
サイドと遊離シリコンからなる組織を有するターゲット
材であって、ターゲット材組織中の遊離シリコン部分の
ビッカース硬度が１１００以上であることを特徴とする
金属シリサイドターゲット材である。上記本発明のター
ゲット材を得るための具体的な製造方法としては、Ｓｉ
／Ｍが２を超えるように調整した金属シリサイドと遊離
シリコンでなる原料を１２００℃〜１４００℃、１１０
ＭＰａ以上というシリコンの融点である１４１４℃近傍
の高い温度で極めて高い圧力を適用することによって得
ることができる。

【０００８】従来、本発明のようなシリコンが遊離シリ
コンとして存在する金属シリサイドターゲット材を熱間
静水圧プレスを適用して得ようとする場合、熱間静水圧
プレス用に粉末等を充填する缶体とシリコンとの反応を
防ぐ必要がある。したがって、シリコンの融点１４１４
℃以下であるのは、もちろん、できるだけ低い温度で１
００％の密度を得ようとされてきた。そして、１００％
の密度は、１２００℃未満の温度で１００ＭＰａ程度の
圧力を加えれば得られるため、これ以上の温度および圧
力の設定は、熱間静水圧プレスにおいては必要とされて
いなかったのである。

【０００９】本発明においては、上述した方法により遊
離シリコン部の硬さの高いターゲットを得たものであ
る。遊離シリコン部の硬さが高くなる理由は不詳である
が、上述した高温、高圧の熱間静水圧プレスを適用する
ことによって、高温域で軟化したシリコンが固化する状
態が変化し、本発明のような硬い遊離シリコン部が得ら
れたものと考えられる。また、このような条件で熱間静
水圧プレスを適用した場合、相対密度が１０１％を越え
るものとすることができる。相対密度が理論密度より高
いということは、単純な純シリコンＳｉと金属シリサ
イドＭＳｉ₂ではなく、これらとは異なる組織になって
いることを意味する。

【００１０】このような組織において、実際にパーティ
クル発生が少なくなることを初めて見出したことに本発
明の最大の特徴がある。上述の金属シリサイドと遊離シ
リコンでなる原料としては、例えば金属Ｍ粉末とシリコ
ン粉末とを化学量論的にシリサイドの組成であるＭＳｉ
₂よりもシリコンを過剰になるように配合し、加熱する
ことにより、金属シリサイドと遊離シリコンが分散する
仮焼体を用いるか、この仮焼体をさらに粉砕した粉末を
用いることができる。

【００１１】なお、本発明にいうシリサイド反応とは、
モリブデンまたはタングステンがシリコンと反応して金
属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ＭＳｉ₂、すなわちシリコンとモリブデン
またはタングステンとの原子比Ｓｉ／Ｍが２、よりも
シリコンが過剰になるように調整すると、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
化学量論的な金属シリサイドＭＳｉ₂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。

【００１２】

【作用】上述したように、本発明の最大の特徴は、ター
ゲット組織におけるシリコン領域の硬さを、ビッカース
硬度で１１００以上と従来では得られていなかった高い
硬さにしたことである。本発明のターゲット組織は、上
述したように化合物である金属シリサイドと遊離シリコ
ンで構成されている。そのため、組織としては、具体的
には実施例で示す図１あるいは図２に示す複合相となっ
ている。図１および図２に示すように金属シリサイドに
対応する白色部と、遊離シリコンに対応する暗色部、も
しくは黒色部で構成されている。パーティクルの原因と
なる上述したシリコン隆起物が発生するということは、
化合物であるシリサイドの領域と、遊離シリコンの領域
とで、スパッタリングの形態が異なることを意味する。

【００１３】本発明においては、上述したように高温、
高圧の熱間静水圧プレスを適用することで遊離シリコン
の領域の硬さを高くすることによって、金属シリサイド
と遊離シリコンの領域において、スパッタリングの形態
の差が緩和され、パーティクルの発生を少なくできたも
のである。本発明において、遊離シリコン部分の硬さを
ビッカース硬度で１１００以上と規定した理由は、１１
００以下の硬さでは、スパッタリング期間中に多くのシ
リコン突起物が発生し、パーティクルを大きく抑制する
ことができなかったためである。

【００１４】また、本発明においては、好ましくは相対
密度を１０１％以上とする。相対密度が１０１％以上に
なる理由は、不詳であるが本発明者の検討した結果、加
圧焼結に際して、熱間静水圧プレスを用いて、シリコン
の融点近傍である１２００〜１４００℃で、１１０ＭＰ
ａ以上という高圧を適用した場合、上述したような遊離
シリコン領域の硬さを高めるだけではなく、相対密度を
１０１％以上にすることができることを見出した。特に
相対密度が１０１％以上とすることにより、上述した硬
いシリコン領域とすることによるパーティクルの低減効
果を一層顕著なものとすることができるものである。な
お、焼結温度の上限は１４００℃以下が望ましい。これ
は、１４００℃を越えるとシリコンが溶解して、焼結体
組織が不均一になるためである。

【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。シリコンとタングステンの原子比Ｓｉ
／Ｗ＝２．７５のターゲット材の場合。化学量論的タン
グステンシリサイドＷＳｉ₂の密度と分子量は以下の通
りである。密度 9.83 [g/cm³] 分子量 240.022[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]

【００１６】ターゲット材が実質的にWSi₂ 1[g-mol]とS
i 0.75[g-mol]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]×240.022[g/g-mol])+(0.75[g-mol]×28.086
[g/g-mol])=261.085[g] ターゲット材容積は、 (1[g-mol]×240.022[g/g-mol]／9.83[g/cm³])+(0.75[g-
mol]×28.086[g/g-mol]／2.33[g/cm³]) ＝33.458[cm³]

【００１７】この時の密度は、ターゲット材重量/ター
ゲット材容積＝7.803〔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、7.90〔g/cm³〕であれば、相対
密度は、(真密度×100)／理論密度＝(7.90[g/cm³]×10
0)／7.803[g/cm³]＝101.2%である。また本発明法におい
て、シリコンと高融点金属の原子比Ｓｉ／Ｍが２を越
えると規定したのは、Ｓｉ／Ｍが２以下であると、遊離
シリコン領域が存在しない組織のターゲットとなりシリ
コン隆起物が発生しないためである。また、ＬＳＩの電
極または配線として使用する場合には、Ｓｉ／Ｍが４を
越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／Ｍを４以下とする。

【００１８】

【実施例】

（実施例１）高純度タングステン粉末(純度99.999%以
上、平均粒径4.8μｍ)と高純度シリコン粉末(純度99.99
9%以上、平均粒径12μｍ)をSi/W=2.75の配合比に秤量
し、ブレンダーにて混合した。この時の理論密度は上述
した手法で計算すると7.803[g/cm²]である。混合して得
られた混合粉末を1350℃×2hr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
より熱間静水圧プレスにより加圧焼結し、機械加工によ
り300mmφのタングステンシリサイドターゲット材を得
た。得られたターゲット材の遊離シリコン部の硬さを50
kgの荷重によるビッカース硬度計により求めた。また、
アルキメデス法により、真密度を求めた。得られた真密
度と理論密度で計算される相対密度を表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
ティクル数を測定するとともに、ターゲット使用後のシ
リコン突起物の発生を面積率で評価した。結果を表１に
示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】また、本発明のタングステンシリサイドタ
ーゲット材の代表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に示す本発明の
タングステンシリサイドターゲット材において、白色で
表されるのは化合物であるタングステンシリサイド領域
であり、黒色に見えるのは遊離シリコン領域であり、こ
れらが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４〜５は比較例の試料である。表１に示すよ
うに、遊離シリコン領域の硬さがビッカース硬度で１１
００以上に高めると、ビッカース硬度が１０１０〜１０
４０である試料Ｎｏ．４，Ｎｏ．５と比較して、シリコ
ン突起物の発生が顕著に少なくなるとともにパーティク
ルの著しい低減が可能であることがわかる。また、さら
にターゲットの相対密度が１０１％以上である本発明の
ターゲット材ではパーティクルの発生を有効に抑制して
いることがわかる。

【００２２】（実施例２）高純度モリブデン粉末(純度9
9.999%以上、平均粒径4.2μｍ)と高純度シリコン粉末
(純度99.999%以上、平均粒径10μｍ)をSi/Mo=2.3の配合
比に秤量し、ブレンダーにて混合した。この時の理論密
度は上述した手法で計算すると5.734[g/cm²]である。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３に示す条件
により熱間静水圧プレスにより加圧焼結し、機械加工に
より300mmφのモリブデンシリサイドターゲット材を得
た。得られたターゲット材の遊離シリコン部の硬さおよ
び真密度、相対密度を実施例１と同様に求めた。結果を
表１に示す。また、得られたモリブデンシリサイドター
ゲット材を実施例１と同様の表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
ティクル数を測定するとともに、ターゲット使用後のシ
リコン突起物の発生を面積率で評価した。結果を表３に
示す。

【００２３】

【表３】

【００２４】また、本発明のモリブデンシリサイドター
ゲット材の代表的な組織を示すために試料Ｎｏ．７の６
００倍の組織写真を図２に示す。図２に示す本発明のモ
リブデンシリサイドターゲット材において、白色で表さ
れるのは化合物であるモリブデンシリサイド領域であ
り、黒色に見えるのは遊離シリコン領域であり、これら
が分散した組織となっていることがわかる。表３に示す
試料のうち、試料６〜８が本発明のターゲット材であ
り、試料９〜１０は比較例の試料である。表３に示すよ
うに、遊離シリコン領域の硬さがビッカース硬度で１１
００以上に高めると、ビッカース硬度が１０００〜１０
７０である試料Ｎｏ．９〜１０と比較するとシリコン突
起物の発生が顕著に少なくなるとともにパーティクルの
著しい低減が可能であることがわかる。

【００２５】また、さらにターゲットの相対密度が１０
１％以上であるとパーティクルの発生が顕著に少なくな
ることがわかる。この結果は、上述した実施例１と同様
の傾向を示すものであり、モリブデンシリサイドターゲ
ット材に対しても、遊離シリコン領域の硬さを高めるこ
と、および密度を理論密度よりも顕著に高い相対密度１
０１％以上とることがパーティクルの抑制に有効である
ことがわかる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、従来では考えられなか
った遊離シリコン部の硬度１１００ＨＶ以上によっ
て、シリコン突起物の発生に起因するパーティクル発生
の発生を著しく抑制することでできるようになる。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】本発明のタングステンシリサイドターゲット材
の組織の一例を示す金属ミクロ組織写真である。

【図２】本発明のモリブデンシリサイドターゲット材の
組織の一例を示す金属ミクロ組織写真である。

【図３】金属シリサイドターゲットに発生するシリコン
突起物の形態を示す金属ミクロ組織写真である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコンと金属Ｍとの原子比Ｓｉ／Ｍ
が２以上、金属Ｍはタングステンまたはモリブデンであ
り、実質的に化合物である金属シリサイドと遊離シリコ
ンからなる組織を有するターゲット材であって、ターゲ
ット材組織中の遊離シリコン部分のビッカース硬度が１
１００以上であることを特徴とする金属シリサイドター
ゲット材。
【請求項２】ターゲット材が化学量論的な高融点シリ
サイドＭＳｉ₂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％以上であることを特徴
とする請求項１に記載の金属シリサイドターゲット材。