JPH116060A - スパッタリングターゲット及びその製造方法 - Google Patents
スパッタリングターゲット及びその製造方法Info
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- JPH116060A JPH116060A JP9169691A JP16969197A JPH116060A JP H116060 A JPH116060 A JP H116060A JP 9169691 A JP9169691 A JP 9169691A JP 16969197 A JP16969197 A JP 16969197A JP H116060 A JPH116060 A JP H116060A
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Abstract
5〜1.1)シリサイドターゲットのパーティクル発生
を低減させること。 【解決手段】 MSix(M=W、Ta、Ti)(x=
0.5〜1.1)の組成を有し、密度比が95%以上で
ある低モル比シリサイドターゲットを提供する。上記組
成のシリサイド粉末を合成し、合成シリサイド粉末を直
接、もしくはホットプレスにより焼結体を作製後、融点
直下でかつ高圧力の下で、HIP処理することによっ
て、密度比を95%以上とする。
Description
上であることを特徴とするMSix(M=W、Ta、T
i)(x=0.5〜1.1)の低モル比シリサイドのス
パッタリングターゲット及びその製造方法に関するもの
であり、特にはLSIにおける電極及び配線の拡散バリ
ヤー材形成用の、スパッタリング時のパーティクル発生
を最小限とした、上記低モル比・高密度シリサイドのス
パッタリングターゲット及びその製造方法に関するもの
である。
接合部に用いられており、そのモル比は約2以上であっ
た(2.5〜2.8が一般的である)。例えば、特開昭
62−171911号はx=2〜3.5のモリブデン或
いはタングステンシリサイドターゲットを、特開昭61
−76664号はx=1.84〜2.57のモリブデン
シリサイドターゲットを、そしてWO91/18125
(特公平6−41629号)はx=2.0〜4.0の各
種金属のシリサイドターゲットをそれぞれ記載してい
る。
ゲットでは、密度比を95%以上又は97%以上と高く
したターゲットが開示されている。しかるに、モル比が
0.6前後のシリサイドは、特に半導体の分野で用途が
なかったためにこれまで殆ど省みられなかった。しか
し、LSIの集積度の上昇にともない、配線材料として
電気抵抗の低い純銅が使用されるに至り、純銅の拡散バ
リヤーとして従来のTiNやW−Tiでは銅のSi中へ
の拡散を防止することができず、そのため新しい拡散バ
リヤー材としてモル比の低いシリサイド膜が注目を浴び
るようになってきた。
高密度化が困難であり、これまで低密度(70〜90%
程度)のターゲットしか製造できなかった。これは、モ
ル比2以上のシリサイドの場合は、遊離Si相が存在
し、結合相として焼結を促進する働きをするのに対し、
低モル比(x=0.5〜1.1)シリサイドでは遊離S
i相が存在しないためである。
合は、スパッタリング時のパーティクル発生が避けられ
ず、大きな問題となってきている。「パーティクル」と
は、スパッタリング時ターゲットから飛散する粒子が群
集してウエハー上に付着するものを云い、これはウエハ
ー上の配線回路の断線等の原因となるので、重大な問題
である。例えば、従来の低密度のシリサイドターゲット
の場合、ウエハー(6インチ径)上のパーティクルの発
生数は、0.2μm以上の寸法のパーティクルが合計6
0〜65ケにも達した。これでは、今後の半導体デバイ
スの要件に対応できない。
は、ホットプレス法、コールドプレス真空焼結法、HI
P法等が一般的であるが、これらの方法はいずれも、こ
れまでは、モル比2以上のシリサイドに適用されてお
り、低モル比シリサイドには適用されていない。まして
や低モル比シリサイドの密度を上げる試みは報告されて
いない。
要となると思われる、MSix(M=W、Ta、Ti)
(x=0.5〜1.1)の組成を有する低モル比シリサ
イドのスパッタリングターゲットを対象として、従来の
ターゲットの密度が低いという欠点を解決し、その密度
を高めてスパッタリング時のパーティクル発生を低減さ
せることを課題としている。
ティクルはターゲットの密度を上げることにより低減で
きる。本発明者らは、MSix(M=W、Ta、Ti)
(x=0.5〜1.1)の組成を有する低モル比シリサ
イドのスパッタリングターゲットにおいては、HIP処
理における焼結温度を上げ、かつ、焼結圧力を高めるこ
とにより密度を上げることができることを見いだした。
すなわち、WSiについては最高2000℃、TiSi
については最高1800℃、TaSiについては最高2
100℃までの温度で1000〜1500kg/cm2
の高圧力をかけたHIP処理により、密度を95%以
上、99.5%程度までにも上げることに成功した。M
Six(M=W、Ta、Ti)(x=0.5〜1.1)
シリサイドターゲットにおいて、95%以上の密度比を
実現したのは本発明が初めてである。合成したシリサイ
ド粉末をホットプレスにより焼結した後HIP処理して
もよいし、直接HIP処理を行ってもよい。
Ta、Ti)(x=0.5〜1.1)の組成を有し、そ
して密度比が95%以上であることを特徴とする低モル
比・高密度のシリサイドから成るスパッタリングターゲ
ットを提供する。本ターゲットにおいては、不純物含有
量がNa≦0.1ppm、K≦0.1ppm、U≦1p
pb、Th≦1ppb、Fe≦5ppm、Cr≦5pp
m、Ni≦5ppmのものとすることができる。本発明
はまた、MSix(M=W、Ta、Ti)(x=0.5
〜1.1)の組成を有するシリサイド粉末を合成し、該
合成シリサイド粉末を直接、もしくは該合成シリサイド
粉末をホットプレスして焼結体を作製し、該ホットプレ
スした焼結体を更に、WSiについては最高2000
℃、TiSiについては最高1800℃、そしてTaS
iについては最高2100℃までの温度で1000〜1
500kg/cm2 の高圧力の下で、更にHIP処理す
ることによって、密度比を95%以上とすることを特徴
とする低モル比シリサイドのスパッタリングターゲット
を製造する方法を提供する。合成した粉末を平均粒径5
〜20μmになるように粉砕、篩別により調整すること
が好ましい。
(W、Ta、Ti)粉末は、高純度のものを使用する。
特に、電子工業用途に用いられるターゲット作製のため
には、放射性元素、アルカリ金属、及び遷移金属含有量
の少ないものが望まれる。これは、α線によるソフトエ
ラーや膜界面でのアルカリ金属及び遷移金属原子の移動
による弊害を排除するためである。高純度のシリコン粉
末は容易に市販入手することができる。タングステン、
タンタル、チタンについても、現在では上述した不純物
の少ない高純度の粉末を製造する技術が本件出願人らに
より確立されており、不純物含有量がNa≦0.1pp
m、K≦0.1ppm、U≦1ppb、Th≦1pp
b、Fe≦5ppm、Cr≦5ppm、Ni≦5ppm
等級の粉末を入手または調製することができる。
(W、Ta、Ti)粉末は、モル比をMSix(M=
W、Ta、Ti)(x=0.5〜1.1)となるような
配合比において十分に混合する。混合は例えばV型ミキ
サ等を用いて行われる。シリサイドの合成は、水素又は
真空雰囲気において800〜1400℃、通常800〜
1300℃の温度で混合粉を加熱することにより実施さ
れる。こうして、シリサイド合成塊が得られる。これら
の工程において、シリコンの揮散損失量を適宜配慮する
ことが必要である。
にHIP処理されるわけであるが、HIP処理による密
度増大には勿論粉末粒度も有効な因子であり、密度アッ
プには微細粉末の方が有利である。粒径は望ましくは平
均粒径5〜20μmが良い。平均粒径5μm未満の微細
粉は密度アップには望ましいが、酸素含有量が1000
ppm以上まで高くなるので使用できない。平均粒径5
〜20μmであれば、酸素含有量をWSi、TaSiで
500ppm以下、TiSiで1000ppm以下に抑
えることが可能である。
ることができるし、もしくは合成シリサイド粉末をホッ
トプレスして焼結体を作製し、ホットプレスした焼結体
を更にHIP処理することができる。ホットプレス条件
は、シリサイドの種類によって異なるが、例えばタング
ステンシリサイドの場合、温度1370℃、圧力400
kg/cm2 、加圧時間2時間で、75%密度比の焼結
体が得られる。タンタルシリサイドの場合には、ホット
プレスの条件は例えば温度1470℃、圧力400kg
/cm2 、加圧時間2時間で、75%の密度比の焼結体
が得られる。チタンシリサイドの場合、ホットプレスの
条件は、例えば温度1300℃、圧力400kg/cm
2 、加圧時間2時間で、80%の密度比の焼結体が得ら
れる。
ド粉末のホットプレス焼結体は、HIP処理に供され
る。HIPをするに当たっては、圧力媒体として粉末を
充填するカプセル(円筒容器)が必要となる。実際のH
IP処理に当たっては、カプセル材からの汚染以外に
も、材料とカプセルとの反応の有無、材料との反応によ
るカプセルの融点低下等も考慮に入れなければならな
い。前述のHIP条件はWSiターゲットについては高
純度Wカプセル、TaSiターゲットについては高純度
Taカプセル、TiSiターゲットについは高純度Wカ
プセル又はMoカプセルを使用することにより可能とな
っている。ここで、TiSiターゲットにTiカプセル
ではなく、W又はMoのカプセルを使用するのは、溶融
温度を考慮してのことである。すなわち、Tiカプセル
は1800℃の条件下で溶融の危険があるため異種金属
ではあるが、高純度のWまたはMoを使用する。合成シ
リサイド又はその焼結体をカプセルに入れ電子ビーム溶
接により同じ材料製の蓋を溶接し、材料をカプセル内に
真空封入する。
できるだけ高い温度」という基準で選択された。すなわ
ち機器の温度管理の誤差範囲も考慮に入れて、融点より
やや低い温度をHIP温度とした。これ以上の高温度は
材料の溶融の恐れがあるので採用できない。温度が低け
ればHIPのコストは安くなるが、密度アップが困難と
なる。こうした観点から、WSiについては最高200
0℃、TiSiについては最高1800℃、そしてTa
Siについては最高2100℃までの温度で行う。HI
P圧力は、「設備の破損等の支障の起こらない範囲でで
きるだけ高い圧力」という基準で選択された。一般に、
1000〜1500kg/cm2 の高圧力が適用できれ
ば十分である。加圧時間は、温度及び圧力に応じて、1
〜2時間の範囲とされる。HIP設備の加圧体の変位が
なくなった後、しばらく保持することが好ましい。
機械加工により例えば直径300mm、厚さ6.4mm
のターゲットを作製する。こうして、密度比99.5%
以上の低モル比・高密度のタングステンシリサイド、タ
ンタルシリサイド及びチタンシリサイドから成るターゲ
ットを得ることができる。
ーゲットを用いてスパッタリングを行いウエハー上のパ
ーティクル数を測定した結果をも示す。
高純度Si粉末1.7kgとを混合し、真空中1300
℃で合成処理を行い、WSix合成塊を得た。これを粉
砕、篩別し、平均粒径10μmの粉末を得た。この粉末
を分析したところ、Na<0.01ppm、K<0.0
1ppm、Fe=0.5ppm、Cr<0.1ppm、
Ni<0.1ppm、U<0.5ppb、Th<0.5
ppbであり、モル比は0.6であった。この粉末を用
いてホットプレスにより焼結体を作製したが、密度比は
75%であった。ホットプレスの条件は、温度:137
0℃、圧力:400kg/cm2、加圧時間:2時間で
あった。この密度比75%の焼結体をW製のカプセル
(円筒容器)に入れそして電子ビーム溶接によりW製の
蓋を溶接し、材料をWカプセル内に真空封入した。この
カプセル内に封入した材料をHIP処理した。HIP条
件は、温度:2000℃、圧力:1000kg/cm
2 、加圧時間:1時間であった。HIP処理後、カプセ
ル材料を取り出し、機械加工により直径300mm、厚
さ6.4mmのターゲットを作製した。この材料の密度
比99.5%であった。また、ターゲット材の分析も行
ったが、粉末で得られた値と全く同じであった。このタ
ーゲットを用いてスパッタリングを行いウエハー(6イ
ンチ径)上のパーティクルを測定したところ、0.2μ
m以上の寸法のパーティクルが合計15ケであった。
と高純度Si粉末1.7kgとを混合し、真空中130
0℃で合成処理を行い、TaSix合成塊を得た。これ
を粉砕、篩別し、平均粒径10μmの粉末を得た。この
粉末を分析したところ、Na=0.05ppm、K=
0.02ppm、Fe=2ppm、Cr=0.5pp
m、Ni=1ppm、U<0.5ppb、Th<0.5
ppbであり、そのモル比0.6であった。この粉末を
用いてホットプレスにより焼結体を作製したが、密度比
は75%であった。ホットプレスの条件は、温度:14
70℃、圧力:400kg/cm2、加圧時間:2時間
であった。この75%の焼結体をTa製のカプセル(円
筒容器)に入れ電子ビーム溶接によりTa製の蓋を溶接
し、材料をTaカプセル内に真空封入した。このカプセ
ル内に封入した材料をHIP処理した。HIP条件は温
度:2200℃、圧力:1000kg/cm2 、加圧時
間:1時間であった。HIP処理後、カプセル材料を取
り出し機械加工により直径300mm、厚さ6.4mm
のターゲットを作製した。この材料の密度は密度比9
9.0%であった。また、ターゲット材の分析も行った
が、粉末で得られた値と全く同じであった。このターゲ
ットを用いてスパッタリングを行いウエハー(6インチ
径)上のパーティクルを測定したところ0.2μm以上
の寸法のパーティクルが合計16ケであった。
と高純度Si粉末5.2kgとを混合し、真空中120
0℃で合成処理を行い、TiSix合成塊を得た。これ
を粉砕、篩別し、平均粒径10μmの粉末を得た。この
粉末を分析したところ、Na<0.01ppm、K<
0.01ppm、Fe=3ppm、Cr=1ppm、N
i=3ppm、U<0.5ppb、Th<0.5ppb
であり、そのモル比は0.6であった。この粉末を用い
てホットプレスにより焼結体を作製したが、密度比は8
0%であった。ホットプレスの条件は温度:1300
℃、圧力:400kg/cm2 、加圧時間:2時間であ
った。この80%の密度比の焼結体をMo製のカプセル
(円筒容器)に入れ電子ビーム溶接によりMo製の蓋を
溶接し、材料をMoカプセル内に真空封入した。このカ
プセル内に封入した材料をHIP処理した。HIP条件
は温度:1800℃、圧力:1000kg/cm2 、加
圧時間:1時間であった。HIP処理後カプセル材料を
取り出し機械加工により直径300mm、厚さ6.4m
mのターゲットを作製した。この材料の密度は密度比9
9.8%であった。また、ターゲット材の分析も行った
が、粉末で得られた値と全く同じであった。このターゲ
ットを用いてスパッタリングを行いウエハー(6インチ
径)上のパーティクルを測定したところ0.2μm以上
の寸法のパーティクルが合計13ケであった。
高純度Si粉末1.7kgとを混合し、真空中1300
℃で合成処理を行い、WSix合成塊を得た。これを粉
砕、篩別し、平均粒径30μmの粉末を得た。この粉末
を分析したところ、Na<0.01ppm、K<0.0
1ppm、Fe=0.5ppm、Cr<0.1ppm、
Ni<0.1ppm、U<0.5ppb、Th<0.5
ppbであり、そのモル比0.6であった。この粉末を
用いてホットプレスにより焼結体を作製したが、密度は
72%であった。ホットプレスの条件は、温度:137
0℃、圧力:400kg/cm2 、加圧時間:2時間で
あった。この72%の密度比焼結体をW製のカプセル
(円筒容器)に入れ電子ビーム溶接により蓋を溶接し、
材料をWカプセル内に真空封入した。このカプセル内に
封入した材料をHIP処理した。HIP条件は、温度:
2000℃、圧力:1000kg/cm2 、加圧時間:
1時間であった。HIP処理後、カプセル材料を取り出
し機械加工により直径300mm、厚さ6.4mmのタ
ーゲットを作製した。この材料の密度は密度比98%で
あった。また、ターゲット材の分析も行ったが、粉末で
得られた値と全く同じであった。このターゲットを用い
てスパッタリングを行い、ウエハー(6インチ径)上の
パーティクルを測定したところ、0.2μm以上の寸法
のパーティクルが合計22ケであった。
と高純度Si粉末1.7kgとを混合し、真空中130
0℃で合成処理を行い、TaSix合成塊を得た。これ
を粉砕、篩別し、平均粒径10μmの粉末を得た。この
粉末を分析したところ、Na=0.05ppm、K=
0.02ppm、Fe=2ppm、Cr=0.5pp
m、Ni=1ppm、U<0.5ppb、Th<0.5
ppbであり、そのモル比は0.6であった。この粉末
をTa製のカプセル(円筒容器)に入れ電子ビーム溶接
によりTa製の蓋を溶接し、材料をTaカプセル内に真
空封入した。このカプセル内に封入した材料をHIP処
理した。HIP条件は、温度:2200℃、圧力:10
00kg/cm2 、加圧時間:1時間であった。HIP
処理後カプセル材料を取り出し機械加工により直径:3
00mm、厚さ:6.4mmのターゲットを作製した。
この材料の密度比は99.0%であった。また、ターゲ
ット材の分析も行ったが、粉末で得られた値と全く同じ
であった。このターゲットを用いてスパッタリングを行
い、ウエハー(6インチ径)上のパーティクルを測定し
たところ、0.2μm以上の寸法のパーティクルが合計
16ケであった。
を用い、全く同じ方法でホットプレスを行い密度75%
のWSiを得た。これより機械加工により直径300m
m、厚さ6.4mmのターゲットを作製しスパッタリン
グを行った。ウエハー(6インチ径)上のパーティクル
測定を行ったところ0.2μm以上の寸法のパーティク
ルが合計65ケであった。
を用い、全く同じ方法でホットプレスを行い密度75%
のTaSiを得た。これより機械加工により直径300
mm、厚さ6.4mmのターゲットを作製しスパッタリ
ングを行った。ウエハー(6インチ径)上のパーティク
ル測定を行ったところ0.2μm以上の寸法のパーティ
クルが合計65ケであった。
を用い、全く同じ方法でホットプレスを行い密度80%
のTiSiを得た。これより機械加工により直径300
mm、厚さ6.4mmのターゲットを作製しスパッタリ
ングを行った。ウエハー(6インチ径)上のパーティク
ル測定を行ったところ0.2μm以上の寸法のパーティ
クルが合計60ケであった。
=W、Ta、Ti x=0.5−1.1)膜をスパッタ
リングによって得ることができる。配線材料として電気
抵抗の低い純銅が使用される場合の純銅の拡散バリヤー
として有効に使用することができる。
Claims (5)
- 【請求項1】 MSix(M=W、Ta、Ti)(x=
0.5〜1.1)の組成を有し、そして密度比が95%
以上であることを特徴とする低モル比・高密度のシリサ
イドから成るスパッタリングターゲット。 - 【請求項2】 不純物含有量がNa≦0.1ppm、K
≦0.1ppm、U≦1ppb、Th≦1ppb、Fe
≦5ppm、Cr≦5ppm、Ni≦5ppmであるこ
とを特徴とする請求項1のスパッタリングターゲット。 - 【請求項3】 MSix(M=W、Ta、Ti)(x=
0.5〜1.1)の組成を有するシリサイド粉末を合成
し、該合成シリサイド粉末をホットプレスして焼結体を
作製し、該ホットプレスした焼結体を更に、WSiにつ
いては最高2000℃、TiSiについては最高180
0℃、そしてTaSiについては最高2100℃までの
温度で1000〜1500kg/cm2 の高圧力の下
で、HIP処理することによって、密度比を95%以上
とすることを特徴とする低モル比・高密度のシリサイド
から成るスパッタリングターゲットを製造する方法。 - 【請求項4】 MSix(M=W、Ta、Ti)(x=
0.5〜1.1)の組成を有するシリサイド粉末を合成
し、該合成シリサイド粉末を直接、WSiについては最
高2000℃、TiSiについては最高1800℃、そ
してTaSiについては最高2100℃までの温度で1
000〜1500kg/cm2 の高圧力の下で、HIP
処理することによって密度比を95%以上とすることを
特徴とする低モル比・高密度のシリサイドから成るスパ
ッタリングターゲットを製造する方法。 - 【請求項5】 合成したシリサイド粉末を平均粒径5〜
20μmになるように粉砕、篩別により調整する請求項
3又は4のスパッタリングターゲットを製造する方法。
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JP16969197A JP3792007B2 (ja) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | スパッタリングターゲットの製造方法 |
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