JPS61145829A - モザイク状スパツタリングタ−ゲツトとその製造方法 - Google Patents

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】 発明の分野 本発明は、半導体装置の電極、配線材料等の薄膜形成に
用いられる、高融点金属シリサイドブロックとシリコン
ブロックとを所定の配列模様に組合せて成るモザイク状
スパッタリングターゲットに関するものであり、特には
より高品質の薄膜形成の為、密度比（充填率；見掛密度
の真密度に対する比）が高く、高純度であり特にアルカ
リ金属及び放射性元素含有率が低い高融点金属シリサイ
ドプレツタを用いることを特徴とする仮止のモザイク状
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。高融点金属としてはＭｏ。

”ｓ　Ｔ　１、Ｎ　ｂ、　Ｔ畠等が代表的である。本タ
ーゲットは特にＶＬＳＩ−ＭＯＳデバイスの電極・配線
材料に有、用である。

発明の背景 半導体装置の配線特にＭＯ８ＬＳＩのゲート電極に用い
られるポリシリコンより抵抗率の低い高融点材料として
の高融点金属ゲート電極の研究が進む一方、シリコンゲ
ートプ冑セスとの互換性を第一とした高融点金属シリサ
イド電極の研究も進行しつつある。

こうした半導体装置の電極あるいは配線用の高融点金属
シリサイド薄膜の形成に有刃な方法はスパッタ法である
。スパッタ法は薄膜源物質のターゲットにアルゴンイオ
ンを衝突させて金属を放出させ、放出金属をターゲツト
板に対向した基板に堆積させる方法である。従って、生
成膜の純度その他の性状は、ターゲットの純度及びター
ゲットスパッタリング特性により決定されてしまう。

ターゲットとしては、生成膜と同一組成の一枚板のター
ゲットを使う場合と、モザイク状のターゲットを使う場
合とがある。モザイク状ターゲットは、高融点金属シリ
サイドブロックとシリコンブリックとを成る配列模様に
並べて全体として一つのターゲットを構成したものであ
り、シリサイドブロックよりシリコン量を僅かに増加し
たスパッタ生成膜を得たい時に使用される。例えば、Ｍ
＠８１！プリッタと８１プリツタとによってＭｏ５１１
゜のスパッタ生成膜を作りたい場合とか、　Ｍｏ８１１
ブ賞ツクを作成する積りがＭ　Ｏ８１＄６　＠　　ブ四
ツクとなったのでそれとＳｔプ田フッタによってＭｏ５
１ｍスパッタ生成膜を作りたい場合に使用される。スパ
ッタ生成膜の目的組成に応じて不足量のシリコンがシリ
コンブロックにより補われる。配列模様として様々のも
のが提唱されているが、扇形断面のシリサイドブロック
とシリコンブロックとを交互に配列して全体として円板
形のターゲットを構成するのがその一例である。

モザイク状ターゲットの場合、シリコンブロックについ
ては高純度高密度のものが容易に得られるので問題はな
いが、シリサイドブロックについては良質のものが仲々
得られない。モザイク状ターゲット全体としての品質は
シリサイドブロックの品質によって決定されると云って
もよい。

従来技術 高融点金属シリサイドプリッタとシリコンブロックとか
ら成るモザイク状スパッタリングターゲットの例として
モリブデンシリサイド（ＭＯ８Ｉりブロックを例にとる
と、従来からのモリブデンシリサイドブロックの作製方
法は次の通りであった。

９９９襲〜９９．９９襲（以下３〜４Ｎと記す）で真空
焼結し、その後所望のターゲットブロック形態に成形加
工する。従来技術により作製されたモリブデンシリサイ
ドブロックは次のような問題を呈した： を焼結晶であるため密度比（充填率）が８０％程度と低
く、空隙部が２０−存在していることがな熱伝導が行な
われないため、ブロックが割れるという由々しき欠点が
生じた。ブ四ツクの割れは、ターゲットのスパッタリン
グ特性を悪化し、良質の薄膜の形成をもたらさない。

２多量の空隙部が存在するため、ナトリウム、カリウム
等のアルカリ金属及び酸素等のガス成分が空隙部に捕捉
され、汚染度が高く、高純度品が必要とされる電子材料
としては純度の面で問題がある。

五焼結品であるため化学量論的組成のシリサイドをショ
ートレンジオーダーで作製することが難しい。

本焼納品であるため精密切断・研削が困難であり、シリ
コンブロックとの組合せ下で正しいターゲット形態を作
ることが難しい。

＆きわめて高純度のＭｏ粉の入手ができないので半導体
装置の動作の信頼性に悪影響を与える放射性元素、アル
カリ金属、重金属の混入が避けられない。

このうち５については、後述するように、最近高純度モ
リブデン粉の製造技術を確立し、問題を解決した。

しかし、１〜４の問題については焼結晶に由来する固有
の欠点であり、従来からの作製方法の全面的検討が必要
である。

発明の概要 本発明者等は、多くの検討の結果、モザイク状ターゲッ
トにおけるシリサイドブロックを熔成品として作製する
のが上記問題を解消するには最上の方策であるとの結論
に達し、その方法について実験を重ねた。その結果、純
度９５１９９？ｓ以上の高融点金属粉末と高純度シリコ
ン粉末とを混合し、加圧成形及び加熱焼結して得られる
シリサイド焼結体を電子ビーム熔解することにより上記
問題点のない高融点金属シリサイドブ田ツタの作製に成
功した。

こうして得られるシリサイドブ田ツタは熔成品であるた
め、密度比が非常に高い稠密な組成のものとなり、スパ
ッタ中ブロックの割れは発生しないし、また化学量論的
組成のシリサイドをショートレンジ及び冒ングレンジの
オーダーで作製することが可能となった。空隙率が低い
ことにより捕捉ガス状不純物汚染が激減するに加えて、
電子ビーム熔解技術の採用により不純物が揮散するので
きわめて高純度のシリサイドブ田ツクの作製が可能とな
る。

斯くして、本発明は、半導体装置製造のための高融点金
属シリサイド薄膜形成に用いられるモザイク状スパッタ
リングターゲットであって、密度比が９８メ以上である
熔成品高融点金属シリサイドブロックと、シリコンブロ
ックとを組合せた構造であることを特徴とするモザイク
状スパッタリングターゲットを提供する。また、精製さ
れた高純度高融点金属を珀いることにより、純度５Ｎ、
放射性元素含有率１００　ＰＰｂ以下且つアルカリ金属
含有率１０００　ｐｐｂ以下である熔成品高融点金属シ
リサイドブロックとシリコンブロックとを組合せた構造
であるモザイク状スパッタリングターゲットを提供する
。更に、本拠明は、純度５Ｎ以上の高純度高融点金属粉
末と高純度シリコン粉末とを混合し、加圧成形及び加熱
焼結してシリサイド焼結体を形成し、次いで該焼結体を
電子ビーム熔解してシリサイド熔成品を生成し、該熔成
品□から切出した高融点金属シリサイドブロックとシリ
コンブロックとを所定の配列模様で組合せることを特徴
とするモザイク状スパッタリングターゲットの製造方法
をも提供する。

発明の詳細な説明 代表例として、モリブデンシリサイドブリック゛　とシ
リコンブロックとから成るモザイク状スパッタリングタ
ーゲットを例にとって説明するが、シリコンブロックに
ついては前述の通り高純度・高密度のものが容易に得ら
れるので問題はなく、ここではモリブデンシリサイドブ
リックについて説明する。

原料シリコン粉末は９Ｎ以上の純度を有ししかも低放射
性元素及び低アルカリ金属含有量のものが容易に市販入
手しうるのでそれを用いてもよいし或いはそうした高純
度のシリコンバルクを振動ミル等により所望の粒径にま
で粉砕して使用してもよい。

原料モリブデン粉末は、先に述べたように、最近アルカ
リ金属含有率が１０００　ｐｐｂ以下そして放射性元素
含有率が１００　ｐｐｂ以下の５Ｎ以上の高純度モリブ
デンを調製する技術が確立されている。これは、従来か
らの一般市販金属モリブデン或いはモリブデン化合物を
熔解して含モリブデン水溶液を生成し、該水溶液を精製
した後含モリブデン結晶を晶出させ、該結晶を固液分離
、洗浄及び乾燥した後に加熱還元することによって高純
度モリブデン粉末を調製することを含むものであり、得
られる高純度モリブデン粉末を本発明の出発物質として
使用することができる。更に、上記高純度モリブデン粉
末を加圧成形及び焼結した後熔解して得られるインゴッ
トを破砕したモリブデンバルクを振動ミル等によって所
定の粒径にまで粉砕した粉末はより高純度のものであり
、本発明目的に一層好適である。

上述したシリコン或いはモリブデンバルクの粉砕には振
動ミルの使用が好適である。振動ミルはボールミルに振
動装置を取付けたものであり、時間で粒径のコントロー
ルが可能であり、非常に効率的粉砕を行うことができる
。後に説明する工程でのモリブデン粉とシリコン粉の化
学量論的反応を一様にもたらすためまた密度比を高くす
るためシリコン粒径の方をモリブデン粒径より大きくす
ることが好ましい。こうすることにより、両粉末の混合
時、モリブデン粒子がシリコン粒子間の間隙に入り稠密
化混合物が得られる。

モリブデン及びシリコン粉末の調合に当っては後の電子
ビーム熔解時のシリコンの揮発損失を見込んでＭｏＳｉ
２組成に対応する５６．９２ｖｔ％シリコンよりシリコ
ンを過剰量に配合することが好ましい。過剰量は、真空
ビーム熔解工程の条件に応じて実験的に決定することが
出来る。一般にシリコン配合量は４０〜７０　ｖｒｔ　
％　とされる、これ以外の範囲ではＭｏ８１ｇ組成比の
シリサイドの作製が不可となる。

これら粉末混合物＋’を最終的に電子ビーム熔解により
熔融及びインゴット化して熔成品とされるが、電子ビー
ム熔解に供せられる粉末成形体を先ず作製する必要があ
る。電子ビーム熔解に供せられる粉末成形体は、内部に
包蔵気体がなく、かつ汚染の恐れのないことが必要であ
り、また見掛は密度の高い長尺物の加圧焼結体であるこ
とが望ましい。

そこで、本発明においては、加圧成形及び加熱焼結を経
由してシリサイド焼結体が形成される。加圧成形は、冷
間等圧加圧法（ＣＩＰ）により行うことが好ましい。加
熱焼結は、熱間等圧加圧法（ＨＩＰ）の使用が好ましい
。

得られたシリサイド焼結体は、モリブデン俸等の適宜の
支持棒を付設して、回転及び昇降自在に電子ビーム熔解
真空室に設置される。ブロックの下側には水冷銅製の周
囲壁と対象とするモリブデン又はそのシリサイド族のス
ターティングブａツク底壁から構成されるインゴット型
が置かれる。

スターティングプルツクは昇降自在である。焼結体が電
子ビームにより熔解滴下するにつれ、溶滴はモールド内
に受取られる。

溶成シリサイドインゴットは汚染防止に留意しつつ切断
及び表面仕上げされ、扇状、板状、角状等の所望のプリ
ッタ形態に加工されうる。

モリブデン以外のタングステン、チタン、タリウム等の
高融点金属に対しても実質同態様で処理が行われる。

こうして得られるシリサイドブロックは、別に準備した
シリコンブロックと所定の配列模様で組合せられてスパ
ッタリングターゲットとしての使用に供せられる。

発明の効果 １　密度比（充填率）の非常に高い（９８％以上稠密な
シリサイドプレツクが得られ、スパッタ時にシリサイド
ブはツタの割れが起らないので、安定したスパッタ操作
を行うことを可能ならしめる。これはまた、本発明モザ
イク状ターゲットを高速スパッタに好適に使用すること
を可ならしめる。

′　　２　化学量論的組成のシリサイドブロックをショ
ートレンジ及びリングレンジのオーダーで作の組合せ下
でスパッタにより得られる薄膜も目標通りの一様なもの
が得られる。

五　稠密組成のためシリサイドブロック中のボイドに捕
捉されるガス状不純物が少なく、それに起因する汚染の
発生が激減できる。

本　電子ビーム熔解により不純物が揮散するので高純度
のシリサイドが得られる。

５．５．４と相俟って、出発粉末に放射性元素及びアル
カリ・金属含量の少ないものを使用することによりシリ
サイドプレツタの放射性元素含有率が１００　Ｐｐｂ以
下であり且つアルカリ土類金属含有率が１０００　ｐｐ
ｂ以下とでき、半導体装置の動作信頼性を向上する。

＆　稠密組成のため加工中欠けが生ぜず、精密切断Φ研
削が可能であるので、正しいモザイク模様を構成するこ
とができる。

実施例 ６ＮのＭｅ粉９００．９と９Ｎのｓｉ粉１１００１１（
Ｓｔ配合率：５５ｗｔ％）とを混合した後、室温におい
て１５００　ｋｇ７ｃｍ”の圧力下で２分間冷間等圧加
圧してプレス品を作った後続けて１４００℃の湿度で１
０００　ｋｇ／ｌｘ”の圧力下において２時間熱間等圧
加圧してシリサイド焼結晶を作成した。

次いで、ｔ　６ｘ１ｏ−’　〜ｔｓｘ１ｏ−’　ト、ｖ
のＸ抱子で供給電力６０〜８０ＫＷとして２時間電子ビ
ーム熔解を行い、シリサイド熔成品（寸法１００φ×２
０ｔ）を作製した。こうして得られたＭｏ８１１　シリ
サイドの密度比、組成比、純度及び結晶粒度を測定した
。従来市販品の結果を併せて示す。

急激な熱変化を与えることによる割れ発生の有無を検査
した結果、従来品は割れが発生したが、本発明ブロック
は割れを生じなかった。これをＪｉＩ形！ｌｒ面に切削
加工し、やはりｌｉｈ形断面のシリコンブロックと組合
せて円柱形のモザイク状ターゲットを作製した。これは
良好なスパッタ特性を示した。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半導体装置製造のための高融点金属シリサイド薄膜
   形成に用いられるモザイク状スパッタリングターゲット
   であつて、密度比が９８％以上である熔成品高融点金属
   シリサイドブロックと、シリコンブロツクとを組合せた
   構造であることを特徴とするモザイク状スパッタリング
   ターゲット。 ２）半導体装置製造のための高融点金属シリサイド薄膜
   形成に用いられるモザイク状スパッタリングターゲット
   であつて、純度が９９．９９９％以上、放射性元素含有
   率が１００ｐｐｂ以下であり且つアルカリ金属含有率が
   １０００ｐｐｂ以下である高融点金属シリサイドブロッ
   クとシリコンブロックとを組合せた構造であることを特
   徴とするモザイク状スパッタリングターゲット。 ３）純度９９．９９９％以上の高純度高融点金属粉末と
   高純度シリコン粉末とを混合し、加圧成形及び加熱焼結
   してシリサイド焼結体を形成し、次いで該焼結体を電子
   ビーム熔解してシリサイド熔成品を生成し、該熔成品か
   ら切出した高融点金属シリサイドブロックとシリコンブ
   ロックとを所定の配列模様で組合せることを特徴とする
   モザイク状スパッタリングターゲットの製造方法。