JPS62230676A - 高融点金属シリサイド製タ−ゲツトの製造方法 - 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】 本発明は、高融点金属シリサイド製ターゲットの製造方
法に関するものであり、特には半導体装置の電極、配線
材料等の薄膜形成に用いらねる高密度及び高品位の高融
点金属シリサイド製ターゲットを高い生産性の下で製造
する方法に関する。

高融点金属としては、Ｍ　Ｏ％　Ｗ％　Ｔ　Ｉ　、　Ｎ
　ｂ　ｓ　Ｔ　ａ等が含まれるが、特にここではＭ（１
及びＷをその代表例とする。本ターゲットは、特にＶＬ
ＳＩ・ＭＯＳデバイスのゲート電極及びドレイン電極の
作製に有用である。

発明の背景 半導体装置の電極あるいは配線、特にＭＯＳ・ＬＳＩの
ゲート電極及びドレイン電極としてはｌリシリコンが従
来用いられてきたが、ＭＯＳ−ＬＳＩの高集積化に伴い
ポリシリコンゲート電極及びドレイン電極の抵抗による
信号伝搬遅延が問題化している。一方、セル７アライン
法によるＭＯＳ　　素子形成を容易ならしめる為ゲート
電極及びドレイン電極として融点の高い材料の使用が所
望されている。こうした状況においてポリシリコンより
抵抗率の低い高融点金属ゲート電極及びドレイン電極の
研究が進む一方、シリコンゲートプ田セスとの互換性を
第１とした高融点金属シリサイド電極の研究が活発に進
行しつつある。そうした高融点金属シリサイドの有望な
実施例は、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉｘ）及びタ
ングステンシリサイド（ＷＳＩりである。

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
ド薄膜の形成に有効な方法として、スパッタ法及び電子
ビーム蒸着法がある。スパッタ法はターゲツト板にアル
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。電
子ビーム蒸着法は、電子ビームによりインゴット蒸発源
を溶解し、蒸着を行う方法である。いずれにせよ、生成
膜の純度その他の性状は、ターゲット板或いは蒸発源の
純度、組成、スパッタリング特性等により左右される。

以下、本明細書において「ターゲット」とは、スパッタ
源或いは蒸着源として板状その他の形態に賦形された高
融点金属シリサイド物品をすべて包括するものとする。

従来技術とその問題点 特開昭６０−６６４２５号は、特に高融点金属としてモ
リブデンを対象としてモリブデンシリサイドターゲット
を製造する方法を開示している。

ここでは、特別に調製された高純度モリブデン粉と市販
の高純度シリコン粉とを混合する工程から出発し、その
後（１）加圧成形（冷間等圧加工法）及び（２）焼結の
工程を経由して焼結体を生成し、続いて（３）エレクト
ロンビーム溶解工程によってＭＯ８１３Ｃインゴットを
生成し、更に（４）該インゴットを塑性加工（熱間押出
法又は真空鍛造法）工程によって所望の形態となし、最
後に切断、表面仕上げ等の仕上げ加工を行ってターゲッ
トが製造される。

上記方法により製造されたターゲットは、半導体装置に
とって有害なアルカリ金属元素及び放射性元素を極微量
に低減した非常に高純度のものであり、ゲート電極等の
作製に有用なものである。

しかしながら工程面に関して、次の問題点がある（イ）
工程が前記のように冷間等圧加工、焼結、エレクトロン
ビーム溶解及び塑性加工の４工程を経由するので、工程
数が多い上に各工程自体が手間と時間と高価な設備を要
し、工業的規模の生産に不適当である。

（→　エレクトロンビーム溶解でのシリコンの揮発ロス
が多く、そのためＭｏＳｉｘのＸの調整が難しい。

他方、上記方法と別に溶解工程の入らない焼結法によっ
て製造する方法があるが、従来、焼結法で製造された高
融点金属シリサイド製ターゲットはその密度比が８０〜
９０％程度と低いため空隙部が１０〜２０％存在してい
ることが原因となって、スパッタ時にターゲット内で一
様な熱伝導が行なわれないため、ターゲットが割れると
いう由々しき欠点が生じる。ターゲットの割れは、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
成をもたらさないという問題点を有しているＯ 発明の概要 こうした問題点に鑑み、本発明者等は先に、高温度、高
真空及び高プレス圧の条件下での一軸圧縮成型により合
成後の高融点金属シリサイド粉末から９７％以上の密度
を有する、焼結品としての高融点金属シリサイドターゲ
ットを製造する方法を提唱した（特願昭４０−２１００
８６号）。この方法は、冷間等圧加圧、焼結、エレク）
ａンビーム溶解及び塑性加工という４工程を全面的に放
棄し、−軸圧縮成型工程のみで高密度焼結品ターゲット
を製造するものであり、工程の大巾な簡略化とターゲッ
ト密度比の向上という、実現困難な２つの目標を一度に
実現した点で画期的なものであった。

その後、試行を続けた結果、工程の大巾な簡略化を実現
したにもかかわらず、工程時間が長く、生産性を所期の
目標程には高めることが出来ないとの欠点が新たに認識
されるようになった。上記提唱方法においては、−軸圧
縮成型時の加熱温度の上限は１３００℃と設定された。

これは、Ｓｌの融点が１４１０℃であることから、１３
００℃を越える高温の採用は材料の部分溶融を生ずる恐
れがあり、危険視されたためである。

ところが、本発明者は、この１３００℃という上限設定
を越えた高温領域での加工に敢えて挑戦した結果、１５
００℃を越えて１３８０℃までの温度ならば、材料の一
部が溶融する危険なく作業を実施することが出来ること
を確認した。しかも、驚くべきことに、この１５００℃
を越える高温域では所定の密度を得るまでの成型時間が
予想より激減することが判明した。例えば、１５００℃
では３時間かかるところが、それより２０℃だけ高めた
１３２０℃においては実に（Ｌ５時間に短縮される。こ
の短縮効果は全く予想外のものであった。

更に、高温になる程脱酸素の効果も大きくなり、低酸素
品が得られるというメリットもある。低酸素品への要望
は最近共々高まる一方であり、この点からも上記１３０
０℃を越える高温域での成型は効果的である。こうした
高温プレスにより、実に９９．９％もの超高密度化を実
現することにも成功した。

こうした考察の下で、本発明は、高融点金属シリサイド
粉末を、１５００℃を越えて１３８０℃までの高温度、
１０　〜１０　　ミリバールの高真空及び２５０〜６０
０ｋ）／♂の高プレス圧の条件下で一軸圧縮成型するこ
とを特徴とする９７−以上の密度比を有し、焼結品であ
る高融点金属シリサイド製ターゲットの製造方法を提供
する。高融点金属シリサイド粉末は、高融点金属粉とシ
リコン粉とを所定比率で混合し、高温真空下でシリサイ
ドを合成し、合成シリサイドを粉砕・分級し、合成シリ
サイド粉にシリコン粉を加えて湿式混合し、洗浄後真空
乾燥す゛ることによって入手しうる。

発明の詳細な説明 先ず、高融点金属シリサイド粉末の合成例について説明
する。タングステン及びモリブデンに代表される高融点
金属粉及びシリコン粉原料とじては、低放射性元素及び
低アルカリ金属含有量のものを使用する。９Ｎ以上の純
度を有するそうした原料シリコン粉は容易に市販入手し
つる。原料高融点金属粉についても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
１００ＰＰｂ以下の５Ｎ以上の高純度のものを調製する
技術が確立されている。これは、従来からの一般市販高
融点金属或いはその化合物を溶解して、水溶液を生成し
、該水溶液を精製した後金高融点金属結晶を晶出させ、
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高融点金属粉末を調製するものであ
る。更に、これら粉末に再溶堺等の精製処理を施すこと
によって更に高純度のものを得ることができる。

こうした原料粉末をＷＳｉｘ、ＭｏＳｉｘ等に対応する
所定の比率の下でＶ型ミキサ等により混合し、例えば真
空抵抗炉において加熱合成を行う。１０−３〜１０　　
ミリバール×１０５０〜１２５０℃の条件において下式
による合成に充分な時間合成を行う：　・ Ｗ（Ｍｏ）＋ｘＳｔ　　−４ＷＳｉｘ（ＭｏＳｉｘ）こ
うしてカルメラ状のシリサイド（ＷＳ　１　ｘ、　Ｍｏ
Ｓ　Ｌｘ）が合成される。

合成シリサイドを振動ミルその他の粉砕機により粉砕し
、３５〜４５メツシユアンダーへの分級を行って合成シ
リサイド粉を得る。

ここで、工程を通してのシリコンの揮散損失分に対応す
る補償用シリコンが添加される。補償用シリコンも合成
シリサイド粉と同程度の大きさのものとすることが好ま
しい。合成シリサイド粉と追加シリコン粉とは、例えば
Ｖ形ミキサを使用しての湿式混合により充分に混合され
る。その後、充分なる洗浄を行い、真空乾燥して、爾後
の一軸圧縮成型工程での使用に適した高融点金属シリサ
イド粉末が入手できる。

一軸圧縮成型は、９７％以上の密度比を実現す＋６ る為に１０　〜１０　　ミリバール、好ましくは＋＋６ １０　〜５×１０　　ミリバールの高真空雰囲気、１３
００℃ｔｌ−越え且つ１３８０℃までの高温度、好まし
くは、１３１０〜１３８０℃の高温度及び２５０〜６０
０にν１２、好ましくは３５０〜５００ｋｇ／ａｎ２の
高プレス圧を適用することの出来るホットプレスによっ
て実施される。

１３８０℃を越える温度にすると、シリコンの融点が１
４１０℃であることから、材料の一部が溶融する恐れが
ある。従来は、この材料の部分溶融が１３００’Ｃ上限
と考えられていたのであるが、場所による温度のバラツ
キや測温の正確さその他の因子を考慮しても１３８０’
Ｃまでなら侮辱心配な〈実施でき、特に１３００℃を越
えるとホットプレス性が格段に向上し、短時間で９７％
以上の密度が得られることが判明し、本発明に至ったも
のである。

高融点金属シリサイド粉末を型入わし、昇温を開始して
１５００“Ｃを越え１３８０℃までのうちの目標温度に
達したら、その温度水準を維持し、所定の一定高プレス
圧の適用を開始する。型入れ材料は、プレス圧の適用に
伴い次第に減厚されるが、成る時点を越えると材料厚さ
は一定に達し、それ以上減厚さねなくなる。この減厚飽
和状態を充分に確認した上で高温加圧が停止される。一
般に、１時間以内で高温加圧は完了する。１３２０℃以
上では３０分以内である。

その後、パリ等の除去、必要なら表面仕上げ等の仕上げ
加工を施されて、ターゲットが完成する。

得られるターゲットは、従来の焼結品の８０〜９０％密
度比に比較して９７％以上実に９９９％にも達しうる高
密度比のものであり、純度も放射性元素含量が１０　ｐ
ｐｂ以下、酸素含量が３００ｐｐｍ以下そしてアルカリ
その他の金属含量が１０ｐｐｍ以下ときわめて高い純度
を実現することが出来る。

酸素含量が５０〜１５０　ｐｐｍと低いことが本ターゲ
ットの一つの特徴である。酸素含量が低いのは、高温加
圧工程において５ｔ−ｔ−ｎ→ｓｔｏ（ｇ）↑の脱酸反
応が更に一層容易に進行するためである。

高真空、高温度及び高プレス圧が協作用して９７％以上
の密度比を実現しえたことは驚くべき事実である。高真
空及び高温度によって不純物除去効果も増進される。先
行技術において必要とされたエレクトロンビーム溶解を
行わないため、シリコンの揮発四ス量が少なく、それだ
け組成の調整が容易である。

発明の効果 ｔ　ターゲット密度比が向上することにより、ターゲッ
トの強度が上がり、ひび割れ、欠は等が生ぜず、ターゲ
ット寿命が長くなる。また、包蔵ガス状不純物も減少す
る。更に、前記先願より更に一層高い密度比の実現が可
能である。

２　特に酸素量の少ない高純度のターゲットを生成しう
る。

３、　工程の簡略化と工程時間の短縮により真の意味で
生産性が向上する。

４、　目標組成が従来より容易に得られる。

実施例１ 純度５ＮのＷ粉ａ　２　ｋｌと純度５Ｎのシリコン粉２
．６辱とをＶ型ミキサにより混合し、真空抵抗炉におい
て１３００℃Ｘ１０　　　ｍｂａｒの条件でＷシリサイ
ドを合成した。合成したカルメラ状シリせノＶ多Ｗ、齢
）ルＬ−１−ｎ鈴熟１−ト薙ＡつぜψｔＳツユアンダー
に分級した。これに同じく４２メツシユアンダーのＳｔ
粉α８　ｋｇを添加し、Ｖ型ミキサーにより混合した粉
末を１８７ｍｍφＸ　１５０　ｍｍの寸法の型に入れ、
１０　　　ｍｂａｒＸ１３２０℃×３５０ｋＰ／ｃｎ？
の条件の下で１５時間ホットプレスした。

得られたターゲットの密度比は９７％であった。

３０分という短時間で９７％の密度比が実現しえた。ま
た、ターゲットの酸素含量は１００　ｐｐｍであった。

実施例２ 純度５ＮのＷ粉１５．２　ｋｇと純度５ＮのＳｔ粉４、
８　ｋｇとをＶ型ミキサにより混合し、真空抵抗炉にお
いて１３００℃Ｘ１０　　　ｍｂａｒの条件でＷシリサ
イドを合成した。合成したカルメラ状シリサイドを振動
ミルにより粉砕した後４２メツシユアンダーに分級した
。これに同じく４２メツシユアンダーのＳ１粉ｔ４ｋ）
を添加し、ｖ型ミキサにより混合した粉末を２５４　ｍ
ｍφＸ１５０ｍｍの寸法の型に入れ、１０　　　ｍｂａ
ｒＸｌ　３８０℃Ｘ　５２０　ｋｇ／ｃｒｎ”の条件の
下でａ５時間ホットプレスした。得られたターゲットの
密度比は９９．９％であった。３０分で９９９％もの密
度比が得られたことは実に驚くべきものである。また、
ターゲットの酸素含量は５０　ｐｐｍであった。

実施例３ 純度５ＮのＭｏ粉１２．４ｋｙと５ＮのＳｔ粉７．４ｋ
ｆとをＶ型ミキサにより混合し、真空抵抗炉において１
２００℃Ｘ１０　　　ｍｂａｒの条件でＭｏシリサイド
を合成した。合成したカルメラ状シリサイドを振動ミル
により粉砕した後４２メツシユアンダーに分級した。こ
の中から４　ｋＰを取り出しこれに同じく４２メツシユ
アンダーのＳｉ粉α１ｋＰを添加し、Ｖ型ミキサにより
混合した粉末を１８７ｍｍφｘ１ｓｏｍｍの寸法の型に
入れ、１０　　　ｍｂａｒＸ１３８０℃Ｘ　３５０　ｋ
ｙ／ａｔｒ”の条件の下でα５時間ホットプレスした。

得られたターゲットの密度比はやはり９９９％もの高い
値であった。また、ターゲットの酸素含量は５０　ｐｐ
ｍであった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）高融点金属シリサイド粉末を、１３００℃を越えて
   １３８０℃までの高温度、１０＾−＾５〜１０＾−＾６
   ミリバールの高真空及び２５０〜６００ｋｇ／ｃｍ＾２
   の高プレス圧の条件下で一軸圧縮成型することを特徴と
   する、９７％以上の密度比を有し、焼結品である高融点
   金属シリサイド製ターゲットの製造方法。 ２）高融点金属がモリブデン或いはタングステンである
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３）高融点金属シリサイド粉末が、高融点金属粉とシリ
   コン粉とを所定比率で混合し、高温真空下でシリサイド
   を合成し、合成シリサイドを粉砕・分級し、合成シリサ
   イド粉にシリコン粉を加えて混合することによつて入手
   される特許請求の範囲第１項記載の方法。