JPS6158865A - 高融点金属珪化物基焼結体の製造法 - Google Patents

高融点金属珪化物基焼結体の製造法

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JPS6158865A
JPS6158865A JP59181551A JP18155184A JPS6158865A JP S6158865 A JPS6158865 A JP S6158865A JP 59181551 A JP59181551 A JP 59181551A JP 18155184 A JP18155184 A JP 18155184A JP S6158865 A JPS6158865 A JP S6158865A
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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Si基板上に配線・ゲート電極用
材料として高融点金属珪化物をスパッタリ゛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
量の少ない高融点金属珪化物基焼結体の製造法に関する
〔従来の技術〕
従来、IC用Si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!U −S i合金が使用
されてきた。
しかし、半導体の高密度化、高集積比が進むに従い、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5動きが盛んであり、既に一部
の製品に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)に、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製造される。
即ち、例えばMo S i□焼結体の場合は、通常、微
細なMo S i 2粉末を成形後、あるいは成形を兼
ねて1600〜1800 ’Cの高温において焼結して
、相対密度95%以上の高密度焼結体を得ている。この
場合、原料となるMo S i 2粉末は通常Mo粉と
Si粉を混合し、1000〜1400°C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
成法により作られる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、合成されたMo S r 2粉には、原料であ
るSi中に含まれる5iO3(8iは非常に酸化されや
すいため、1μm程度の粒径な有するSi粉末中には酸
素が1重量%以上含まれている)に由来する酸素、及び
Mo S i 2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01重重量%上となるのである。
Mo S i 2焼結時に、この高濃度の酸素を大巾に
減少させることは困難である。例えば、酸素含有量0.
5重位%のMo S 12粉を1700”C2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
分程度に減少するにすぎない。
このような焼結体からなり、したがって高濃度の酸素を
含むターゲツト材をスパッタリングに用いると、Si基
板上に形成された珪化物膜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、酸素含有量が少なく、
スパッタリングターゲツト材に好適な高融点金属珪化物
基焼結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、式M S + 2
(但し、M=Mo、 W、 Ta、 Ti )で表わさ
れる高融点金属の珪化物とSi単体の2相よりなる仮焼
結体を、無酸素雰囲気中においてSi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S+02の形で残存する
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)  弐M S i 2 (但1.、M−Mo、 
W、  Ta、  Ti ) テ表わされる高融点金属
の珪化物と珪素単体の2相よりなる仮焼結体を、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の一部あるいは全部を珪
素そのまま及び一酸化珪素として蒸発させることを特徴
とする酸素含有量の少ない高融点金属珪化物基焼“給体
の製造法。
(2)  式MSt2 (但し、M=Mo、 W、 T
a、 Ti )で表わされる高融点金属の珪化物と珪素
単体の2相よりなる仮焼結体を、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
に含まれる珪素の一部あるいは全部を珪素そのまま及び
一酸化珪素として蒸発させ、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の少ない高
融点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1式MSi2(但し、M = Mo 、
 W。
Ta、Ti)  で表わされる高融点金属の珪化物と珪
素単体の2相よりなる複合組織を有するものである。
この仮焼結体は、出発原料として、S i / Mの原
子比〉2の配合組成を有するM粉とSi粉の混合物、あ
るいはM S i 2粉と81粉の混合物、あるいはM
とSiの他の化合物の粉末とSi粉の混合物等?用いて
、成形と熱処理の二段工程によって、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
の製造法におけろ温度よりも低温であり、約1100〜
1300 ’Cの範囲内の温度が好ましい。これは、M
Si2  生成反応が起こり、しかもプレス成形により
得られる圧粉体よりも強度が大きい焼結体でなければな
らないからである。
(11)加熱・蒸発工程 加熱するときの雰囲気は無酸素雰囲気であることが必要
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が酸化されて不揮発性の5i
02が生成fるし、又、Sl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、低温で81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0.1torr以
下であることが更に好ましい。
次に、加熱温度は、Siの溶融@度(1410℃)以上
の温度であることが、仮焼結体中に主としてSiO□の
形で残存する酸素とSiとの反応を起こすために必要で
ある。なかでも、1430〜1500°Cが好ましい。
この加熱により、6’+1記したように、仮焼結体中に
主として5i02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Slの一部あるいは全部がSiそのまま及び8
i0として蒸発し、酸素含有量の少ない高融点金属珪化
物基焼結体が得られるのである。
(iiil  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、4’4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°C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 高融点金属の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(:製造されたものを用いた。
平均粒径3μmのMO粉(酸素含有−i:1400Pp
m)60重量部と平均粒径1.5 p mのSi粉(酸
素含有量:13000ppm)40重量部(Si/Mo
の原子比=2.28)を配合し、ヘキサンを混合溶媒と
して2時間ボールミル(二より混合する。十分L:乾燥
ビた後、プレス圧2.5t/crIでプレス成形し、密
度2.30 t/ cm3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、Mo5izとSiの2相よりなる
仮焼結体(密度; 2.36 r/cm3)を得た。
このようにシて得られ、定量分析の結果酸素含有曾が2
500 ppmである仮焼結体を真空度10°−3to
rr 、  温度1500℃の条件圧で10時間加熱し
たところ、仮焼結体中のSiは丁べて蒸散してしまい、
MoSi2が36.5容量%を占め残りが気孔である密
度2.28 f / c7rL3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20 ppmであっ
た。
更に、この脱Si焼結体を1700℃、真空度10−”
 torrの条件で1時間焼結したところ、密度が3.
2497cIILであり、相対密度52循のM08+2
焼結体が得られた。この焼結体の酸素含有量は18 p
pmだった。
実施例2 高融点金属の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℃、プレス圧150 K#/、L
の条件でホットプレスを行ない、密度5.501/cr
rt3とSiの2相よりなる仮焼結体を得た。
このようにして得られ、定量分析の結果酸素含有全が6
000 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、MoSi2が88容量係を占め残りが気孔であ
水密度5.49.9/CrrL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。
明細魯の浄書(内容に変更なし) 更に、この脱臼焼結体を実施例1と同じ条件で焼結した
ところ、密度が5.93!!/cmであり%相対密度が
95%のMo8 i 2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 ぶ科のMo粉と81粉の配合比を変えて、実施例2と同
様な方法でrR素含有量の少ないMo S iユ焼給体
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、 83分蒸発のための加熱条件を真
空度10−” torr 、  温度1430℃2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
、Mo S 12が88容量係、Slが6容量係を占め
残りが気孔である密度5.63g/CTLの脱S1焼結
体を製造した。この脱S1焼結体中の酸素含有量は50
ppmであった。
更に、この脱Si焼結体を真空度10  torr、温
度1400’C,時間1時間の条件で焼結したところ、
密度が5.9017cmであり、相対密度が98,5係
のMoSi2−8i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粉の代りK、平均粒径4μ扉のTa粉(酸素含有量
: 1500 ppm)、平均粒径5μmのW粉(&素
含有量:1200I)l)m)及び平均粒径30μ肌の
Ti粉(酸素含有量:4000ppm)をそれぞれ用い
て実施例2を繰り返した結果を下記表に示す。但し、T
iSを用いる場合は、ホットプレス温度を1100℃、
脱Si温度を1430℃とした。
明細書の浄書(内容に変更なし) 〔発明の総括的効果〕 この発明の製造法によれば、俄素含有量が50ppm以
下と極めて少ない高融点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高融
点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と比較して半分以下であって、
したが゛つて、配線やゲート電極に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)式MSi_2(但し、M=Mo、W、Ta、Ti
    )で表わされる高融点金属の珪化物と珪素単体の2相よ
    りなる仮焼結体を、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
    素の一部あるいは全部を珪素そのまま及び一酸化珪素と
    して蒸発させることを特徴とする酸素含有量の少ない高
    融点金属珪化物基焼結体の製造法。
  2. (2)式MSi_2(但し、M=Mo、W、Ta、Ti
    )で表わされる高融点金属の珪化物と珪素単体の2相よ
    りなる仮焼結体を、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
    素の一部あるいは全部を珪素そのまま及び一酸化珪素と
    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の少ない高融点金属珪化
    物基焼結体の製造法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61136964A (ja) * 1984-12-05 1986-06-24 三菱マテリアル株式会社 金属珪化物基焼結体の製造法
JPH0234919A (ja) * 1988-12-21 1990-02-05 Hitachi Metals Ltd スパッタリング装置用ターゲット

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61136964A (ja) * 1984-12-05 1986-06-24 三菱マテリアル株式会社 金属珪化物基焼結体の製造法
JPS6359994B2 (ja) * 1984-12-05 1988-11-22
JPH0234919A (ja) * 1988-12-21 1990-02-05 Hitachi Metals Ltd スパッタリング装置用ターゲット

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