JPS61136964A - 金属珪化物基焼結体の製造法 - Google Patents

金属珪化物基焼結体の製造法

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JPS61136964A
JPS61136964A JP59256803A JP25680384A JPS61136964A JP S61136964 A JPS61136964 A JP S61136964A JP 59256803 A JP59256803 A JP 59256803A JP 25680384 A JP25680384 A JP 25680384A JP S61136964 A JPS61136964 A JP S61136964A
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silicon
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土方 研一
杉原 忠
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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〕 この発明は、半導体用81基板上:二配線・ゲート電極
用材料として高融点金属珪化物膜をスパッタリングによ
り析出させるためのターゲツト材として好適な、酸素含
有量の少ない金属珪化物基あるいは複合金属珪化物基焼
結体の製造法(:関する。
〔従来の技術〕
従来、IC用81基板上に析出される配線・ゲート電極
材として、多結晶シリコンやM−8i合金が使用されて
きた。
しかし、半導体の高密度化、高集積化が進む:二従い、
より比抵抗の小さい電極・配線材料が必要となってきて
いる。この問題を解決すべく、高融点金属珪化物を配線
材料として使用しようという動きが盛んであり、既に一
部の製品C二対し実用化が始まっている。
高融点金属珪化物をSi基板上に析出する方法の1つに
スパッタリング法がある。スパッタリング法においては
、スパッタリング装置の陰極(ターゲツト材)(=、高
融点金属珪化物焼結体が使用される。
この高融点金属珪化物焼結体は次のように裏造される。
即ち、例えばMo5t2焼結体の場合は、通常、微細な
Mo5t、粉末を成形後、あるいは成形を兼ねて160
0〜1800℃の高温C=おいて焼結して、相対密度9
596以上の高密度焼結体を得ている。この場合、原料
となるMo5t、粉末は通常Mo粉とSi粉を混合し、
1000〜1400℃で焼成するか、あるいは反応時の
多量の熱発生を利用した自己焼結合成法C二より作られ
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、合成されたMo5t2粉には、その原料である
Si粉末中に含まれるSiO□(Stは非常に酸化され
やすいため、1μm程度の粉径を有するSi粉末中には
酸素が1重量%以上含まれている)ζ二由来する酸素、
及びMo5t2粒上に吸着された酸素等が含まれるため
、その酸素含有量が0.1重量%以上となるのである。
MOb l 2焼結体の製造時に、この高濃度の酸素を
大巾(;減少させることは困難である。例えば、酸素含
有量0.5重量%のMo8t2粉を1700℃、真空中
で焼結しても、焼結体中の酸素含有量は0.2重量%と
半分程度に減少するC二すぎない。
このような焼結体からなり、したがって置濃度の酸素を
含なターゲツト材をスパッタリングに用いると、Sl基
板上C:形成された珪化物襖の比抵抗が上昇するという
欠点がある。
したがって、この発明の目的は、゛酸素含有量が低減さ
れ、スパッタリングターゲツト材に好適な金属珪化物固
溶体の製造法を提供することである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者らは種々研究を重ねた結果、金属珪化物及び複
合金属珪化物からなる群より選ばれた少なくとも1種と
Si単体を含有する仮焼結体を、無酸素雰囲気中(=お
いてStの溶融温度以上の温度に加熱することにより、
仮焼結体中に溶融S1が生成して、仮焼結体中の主とし
てSiO□O形で残存する酸素と反応し、揮発性物質で
あるSIOが生成・蒸発するので、酸素含有量を大巾に
減少させることができることを見い出した。
この発明は、上記知見に基いて発明されたものであり、 (1)金属珪化物及び複合金属珪化物からなる群より選
ばれた少なくとも1種と珪素単体を含有する仮焼結体を
、無酸素雰囲気中において珪素の溶融温度以上の温度に
加熱して、前記仮焼結体(:含まれる珪素単体の一部あ
るいは全部を一酸化珪素及び珪素そのままとして蒸発さ
せることを特徴とする酸素含有量が低減された金属珪化
物基あるいは複合金属珪化物基焼結体の製造法。
(2)金属珪化物及び複合金属珪化物からなる群より選
ばれた少なくとも1種と珪素単体を含有する仮焼結体を
、無酸素雰囲気中において珪素の溶融温度以上の温度C
:加熱して、前記仮焼結体C二含まれる珪素単体の一部
あるいは全部を一酸化珪素及び珪素そのままとして蒸発
させ、次いで焼きしまりが生ずる高温で焼結することを
特徴とする酸素含有量が低減された金属珪化物基あるい
は複合金属珪化物基焼結体の製造法 である。
以下、この発明の詳細な説明する。
(1)  仮焼結体 この仮焼結体は、金属珪化物及び複合金属珪化物からな
る群より選ばれた少なくとも1種と珪素単体を含有する
ものである。金属珪化物としてはMoSi2 *WSi
、 t TaSi2 + TiSi2* VSi、 、
 CrSi2+ZrSi 、NbSi2.HfSi2.
Re5t□、VSi2等が挙げられる。
そして、複合金属珪化物とは、前記のような2種以上の
金属を固溶して含む金属珪化物固溶体であり、例えば、
CWe MO) 5t21 (w、 ’l’a ) S
t、 #CWe T i″IsL2t(Mo*Ta)S
i2.(Mo、Ti)St、、(Ta、Ti)Si2゜
(Tl、ReEs1z  等である。仮焼結体は、金属
珪化物を1種のみ含んでもよいし、異なった種類の金楓
珪化物を2種以上混在状態で含んでもよいし、又、複合
金属珪化物を1種のみ含んでもよいし、異なった種類の
複合金属珪化物を2種以上混在状態で含んでもよいし、
更(=は、金属珪化物の1種以上と複合金属珪化物の1
種以上とを含んでいてもよいが、とにかく珪素単体を含
有することが必要である。仮焼結体は、前記した珪化物
と珪素単体の他に、他の微量成分、例えば、gu、pa
、pt等を含んでもよい。又、含有されても支障のない
不純物としてはMn、Fe、C0TNi jMgが挙げ
らtL6゜この仮焼結体は、例えば、仮焼結体中の金属
珪化物を二珪化物としたい場合;;は、出発原料として
、St/Mの原子比〉2の配合組成を有するM粉の1種
以上とSi粉の混合物、あるいはMSi、粉の1種以上
とSi粉の混合物、あるいはMとStの他の化合物の粉
末の1種以上と3i粉の混合物、あるいは複合金属珪化
物粉とSi粉の混合物等を用いて、成形と熱処理の二段
工程C;よって、あるいは真空ホットプレス法によって
一段で製造される。但し、熱処理温度あるいはホットプ
レス温度は、これらの焼結体の従来の製造法における温
度(1600〜1800℃)よりも低温であり、約11
00−1300℃の範囲内の温度が好ましい。これは、
次工程の加熱・蒸発工程でも焼結は起こるので、プレス
成形により得られる圧粉体よりも強度が大きく取扱い易
い焼結体(仮焼結体)とすれば事足りるからであり、又
、所望の金属珪化物(例え、ば、MSi2)  生成反
応及び/又は複合金属珪化物生成反応が起こればよいか
らである。
なお、仮焼結体としては、出発原料混合物のプレス成形
により得られた圧粉体を、次工程の加熱・蒸発工程のた
めの加熱炉に入れて、下記のような所定の温度に昇温す
る途中で生成した仮焼結体であってもよい。
(II)加熱・蒸発工程 加熱するときの雰囲気は無酸素雰囲気(できるだけ酸素
分圧を低くした雰囲気3であることが必要である。これ
は、雰囲気中に酸素が存在すると、せっかく生成した揮
発性のSiOが識化されて不揮発生の5102に変化す
るし、又、仮焼結体中のSiの酸化も起こるために、仮
焼結体中の酸素を有効に除去することができないためで
ある。無酸素雰囲気としては、真空や不活性ガス雰囲気
等があるが、より低温でSiの蒸発を起こすことができ
る点で、真空が好ましい。真空度としては0.1tor
r以下であることが更(:好ましい。
次に、加熱温度は、Siの溶融温度(1410℃)以上
の温度であることが、仮焼結体中(=主としてSiO2
の形で残存する酸素と仮焼結体中のStとの反応を起こ
すために必要である。なかでも、1430〜1500℃
が好ましい。そして、時間は雰囲気及び加熱温度l二よ
っても異なるが、10〜20時間が好ましい。
この加熱により、前記したように、仮焼結体中に主とし
てSiO2の形で残存する酸素と溶融Siとの反応が起
こり、揮発性のSiOを生成し、前記仮焼結体に含まれ
るSt単体の一部あるいは全部がSiO及びSiそのま
まとして蒸発し、酸素含有量が低減された金属珪化物基
あるいは複合金属珪化物生成反応が得られるのである。
(曲 高温焼結工程 以上の加熱・蒸発工程では、焼結も一部進行するのでは
あるが、得られた焼結体は、Si分の蒸発により多孔質
となっており、強度が小さい、したがって、必要に応じ
て、焼きしまりが生ずる高温で(例えば、仮焼結体を製
造したときの熱処理温度あるいはホットプレス温度や加
熱−蒸発温度よりも高温で)焼結して、緻゛密にすると
ともに強度を向上させてもよい。この工程の焼結温度は
1600〜1800℃の範囲内の温度が好ましい。
〔実施例〕
以下、実施例により、この発明の構成及び効果を詳細に
説明する。
実施例1 金属珪化物と珪素単体の2相よりなる仮焼結体として以
下のように製造されたものを用いた。
平均粒径3μmのMO粉(酸素含有量:1400ppm
)60重量部と平均粒径1.571 mのSi粉(酸素
含有量: 13000ppm)40i1j量部(Si/
MOの原子比=2.28)を配合し、ヘキナンを混合溶
媒として2時間ボールミルにより混合する。十分に乾燥
した後、プレス圧2゜5t/iでプレス成形し、密度2
.30 f lcdの圧粉体を得た。
この圧粉体を真空度10−’torr、温度1200℃
の条件で1時間熱処理をして、MOSi2とSiの2相
よりなる仮焼結体(密度: 2.36 f/cd )を
得た。
このようにして得られ、定量分析の結果酸素含有量が2
500 ppmである仮焼結体を真空度1O−3tor
r、温度1500℃の条件下で10時間加熱したところ
、仮焼結体中のSiはすべて蒸散してしまい、MoSi
2が36.5容量%を占め残りが気孔である密度2.2
8f/c−の脱S1焼結体が得られた。この脱Si焼結
体中の酸素含有量は20 ppmであった。
更に、この脱Si焼結体を1700℃、真空度10−3
torrの条件で1時間焼結したところ、密度が3.2
497adであり、相対密度52%のMO8i2焼結体
が得られた。この焼結体の酸素含有量は18 ppmだ
った。
実施例2 金属珪化物と珪素単体の2相よりなる仮焼結体として、
以下のように製造されたものを用いた。
実施例1で調製した乾燥混合粉に、真空度1O−3to
rr、温度1300℃、プl//C圧150Kg/−の
条件でホットプレスを行ない、密度5.50 f /c
a/のMo5t2とSiの2相よりなる仮焼結体を得た
このよう(ニして得られ、定量分析の結果酸素含有量が
6000 ppmである仮焼結体を、実施例1と同じ条
件で加熱したところ、仮焼結体中のSiはすべて蒸散し
てしまい、Mo5izが88容t96を占め残りが気孔
である密度5.49 f/cdの脱Si焼結体が得られ
た。この脱Si焼結体中の酸素含有量は30 ppmで
あった。
更に、この脱Si焼結体を実施例1と同じ条件で焼結し
たところ、密度が5.93flcdであり、相対密度が
9596のMai12焼結体が得られた。この焼結体の
酸素含有量は30 ppmであった。
実施例3 原料のMO粉とSi粉の配合比を変えて、実施例2と同
様な方法で酸素含有量が低減されたMoS 12焼結体
を製造した。その結果を下記表に示す。
実施例4 実施例2において、St蒸発のための加熱条件を真空度
10−3torr、温度1430℃9時間0.1時間に
変えること以外は同様な方法を繰り返して、MOSi2
が88容量%、Siが6容量%を占め残りが気孔である
密度5.63t/c/の一部脱Si焼結体を製造した。
この一部脱Si焼結体中の酸素含有量は50 ppmで
あった。
更に、この−邪説Sl焼結体を真空度10−3torr
温度1400℃1時間1時間の条件で焼結しMろ、密度
が5.90 f / am3であり、相対密度が98.
5%のMOSi2  Si焼結体が得られた。この焼結
体の酸素含有量は50 ppmであった。
実施例5 MO粉の代冬月:、平均粒径4μmのTa粉(酸素含有
量: 1500 ppm ) 、平均粒径5μmのW粉
(酸素含有量: 1200 ppm )及び平均粒径3
0pmのT1粉(酸素含有量: 4000 ppm )
をそれぞれ用いて実施例2を繰り返した(但し、Si7
Mの原子比−2,51)結果を下記表に示す。但し、T
i粉を用いる場合は、ホットプレヌ温度を1100℃、
脱si温度を1430℃とした。
実施例6 実施例2において、別表に示すような配合組成、817
M原子比及び異種金属の原子比を有する原料混合物の乾
燥粉末を用いる他は同様にして、別表に示すような組織
及び酸素含有量を有する仮焼結体を得、次いで、前記仮
焼結体に実施例2と同じ条件で加熱を行ない、別表に示
すような組織及び酸素含有量を有する脱Sl焼結体を製
造した。
〔発明の総括的効果〕
この発明の製造法によれば、#1素含有量が50ppm
以下と極めて少ない金属珪化物基あるいは複合金属珪化
物基焼結体を製造することができる。
したがって、この発明で製造された金属珪化物基あるい
は複合金属珪化物基焼結体をスパッタリングターゲツト
材として用いれば、酸素含有量がターゲツト材と同程度
で、シート抵抗が従来のもの(160051800℃の
高温で1段で焼結されWト材を用いて得られた膜のシー
ト抵抗)と比較して半分以下であって、したがって、配
線・ゲート電極(=適した高融点金属珪化物膜が得られ
るのである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)金属珪化物及び複合金属珪化物からなる群より選
    ばれた少なくとも1種と珪素単体を含有する仮焼結体を
    、無酸素雰囲気中において珪素の溶融温度以上の温度に
    加熱して、前記仮焼結体に含まれる珪素単体の一部ある
    いは全部を一酸化珪素及び珪素そのままとして蒸発させ
    ることを特徴とする酸素含有量が低減された金属珪化物
    基あるいは複合金属珪化物基焼結体の製造法。
  2. (2)金属珪化物及び複合金属珪化物からなる群より選
    ばれた少なくとも1種と珪素単体を含有する仮焼結体を
    、無酸素雰囲気中において珪素の溶融温度以上の温度に
    加熱して、前記仮焼結体に含まれる珪素単体の一部ある
    いは全部を一酸化珪素及び珪素そのままとして蒸発させ
    、次いで焼きしまりが生ずる高温で焼結することを特徴
    とする酸素含有量が低減された金属珪化物基あるいは複
    合金属珪化物基焼結体の製造法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018173450A1 (ja) * 2017-03-24 2018-09-27 Jx金属株式会社 タングステンシリサイドターゲット及びその製造方法

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