JPS6374967A - シリサイドタ−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、シリサイドターゲットの製造方法に関するも
のであシ、特にはスパッタ時にクリコンウェハー成膜上
のパーティクルの発生量が少女い高温プレス焼結シリサ
イドターゲットの製造方法に関する。本発明において、
シリサイドはＭｏ。

Ｗ％Ｔｉ　、　Ｎｂ　、Ｔｌｋ等の高融点金属のシリサ
イドを対象とするものである。本発明によ〕製造された
シリサイドターゲットを使用してスパッタプロセスによ
シ形成された電極、配線等の成膜は、パーティクル発生
量が少なく、デバイスの配線巾を狭くすることが出来、
ＶＬＳＩの高集積化（例えは２５６ＫＢ→ＩＭＢ）のた
めの配線材料として特に適する。

発明の背景 半導体デバイスの高集積化に伴い、デバイスにおける電
極及び配線材料として近時高融点金属シリサイドが脚光
をあびている。とうしたシリサイド製電極及び配線成膜
を生成する一つの有用な方法はスパッタプロセスである
０スパツタプロセスにおいては、シリサイドターゲット
にアルゴンイオンを衝突させて金属を放出させ、−放出
金属をターゲットに対向した基板にシリサイドとして堆
積させるものである。成膜の性状はターゲットの性状に
大きく左右される。

現在、汎用されているスパッタプロセスは大量生産技術
として確立されているが、成膜プロセスとして対抗する
ＣＶＤプロセスと比較して焼結ターゲットを使用するた
め成膜上のパーティクル問題がクローズアップされてい
る。

パーティクルとは、焼結ターゲットをスパッタする際、
飛散する微粒子がウエノ・ｉ上に堆積したものを云う。

焼結ターゲットの場合、焼結が進んでいないと粒子間の
結合力が弱く、スノシツタした場合スパッタ時のエネル
ギーにより粒子間の結合が切れ、微粒子となって飛びだ
す。この微粒子は直径が数ｐｍ程度のものが多いので、
これがウェハー上に堆積すると、数μｍｏ線巾のゲート
電極を断線させ、ＬＳＩの不良率増大の原因となる。

集積度が例えば２５６ＫＢからＩＭＢへと増加するに従
って、シリコンウェハー成膜上のパーティクルの許容数
、許容サイズはゼロへの収斂が要求され、例えばサイズ
でいえばＩＭＢの配線巾が１．５μｍとすると、その　
／１０の（１１５μｍ以下が許容パーティクルサイズで
あると云われている。

従来技術とその問題点 シリサイド焼結ターゲットの製造方法として、従来、シ
リサイド粉末を常温でプレスした後焼結することによシ
製造が行われていたが、この方法では焼結が進まないた
め、スパッタ時に５００〜２０００個／６泣ウェハーと
いう多量のパーティクルが発生した。またその密度比が
８０〜９０チ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われないためターゲットが割れる
という欠点も生じた。

こうした問題点に鑑み、本件出願人は先に、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チ以上の密度
を有する、腔結晶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。

この方法は、前述のパーティクル発生問題を軽減し、高
密度のシリサイド焼結ターゲットを製造しうる点で非常
に好適なものであったが、ＣＶＤプロセスに充分対抗し
うるシリサイド成膜を完成するべくパーティクル発生問
題の更に一段の軽減化が強く要望されている。ＣＶＤと
対抗しうるには、スパッタした後のウェハー上に発生す
るパーティクルの数は４０〜５０個／６ｂウェハー以下
にまで低減する必要がある。

発明の概要 上記パーティクルの発生問題について本発明者等は更に
詳しい発生メカニズムの追求に取組んだ。

その結果、シリサイドターゲットの高密度化、高焼結強
度化はパーティクル対策の基本であシ、これを増強する
ことが重要であることを確認すると共に、凝集シリコン
がパーティクル問題に深くかかわっているという新たな
知見を得た。即ち、スバッタ後のターゲット表両を８１
Ｍ観察した結果、シリサイドの粒度よシも　Ｓｔの粒度
会形態がパーティクルに重要な意味を持つ。Ｓｔ　粉は
特に凝集性が強く、粉砕、混合及び合成のいずれのプロ
セスでも凝集しがちである。注目すべきは、凝集ｓｉ粒
の内部にシリサイド粒が取込まれているとの事実である
。そのままの状態でスパッタすると、厘子量の関係でＳ
ｌが先にスパッタされるため、これら取込まれたシリサ
イド粒がパーティクルの原因となるのである。また、凝
集Ｓ１とシリサイドとの境界面もパーティクル発生源と
な夛やすい形状となっている。

実際的なシリサイドターゲット製造工程においては、合
成されたシリサイド粉とシリコンの揮散損失分に対応す
る添加シリコン粉とを混合し、これをホットプレスする
ことによジターゲットが製造されるが、この場合の添加
シリコン粉の粒径がシリコン凝集と深く関与する。

多くの検討の結果、シリコン粉を４２メツシユ篩で篩別
することによシ凝集シリコンが問題となら力い程度にま
で取除かれることを確認した。

こうして、高密度化、高焼結強度化を基本としつつ、凝
集８１粒のサイズを所定水準以下に規制することによシ
バ−ティクル発生が激減する。高密度化、高焼結強度化
のためには、シリサイド粉末を１００メツシユ以下と微
細化し且つ充分なる高温プレスを行い、ホットプレス時
には予荷重をかけ、プレス後ホールドすることが好まし
い。

斯くして、本発明は、 （１）　　合成シリサイド粉と添加シリコン粉とを混合
し、ホットプレスしてシリサイドターゲットを製造する
方法において、合成シリサイド粉を一１００メツシュ粒
度にし、添加シリコン粉を−４２メツシユ粒度とするこ
とを特徴とするシリサイドターゲットの製造方法。

（２）　　シリサイドを取込んだ凝集シリコンを取除い
たシリサイドターゲット。

（３）　　ウェハー上のパーティクルの発生数が４０〜
５０個７６　ｍウェーハであることを特徴とするスパッ
タリングシリサイド成膜 を提供する。

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しては、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。５〜９Ｎ（９
９，９９９〜９９．９９９９９９　？ｖｔ％）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
うる。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
１００１）１）ｂ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、これら粉末に再溶解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目標とするシリサイドＷＳｌｘ、Ｍ
ｏ５ｔエ　（Ｘは一般に２〜３）に対応する所定の比率
の下でＶ型ミキサ等によシ混合し、例えば真空抵抗炉に
おいて加熱合成を行う。合成条件は一般に次の通シであ
る： 真空圧：　１〜１０−’　Ｐａ 温　　　　度：１２００〜１４００℃ 時　　　間：５分〜６時間 反応終了後、放冷し、真空炉から取出された合成シリサ
イドは、ボールミル、振動ミルその他の粉砕機により充
分に粉砕し、乾式篩で篩別して一１００メツシュ、好ま
しくは−２００メツシユ粒度のものを合成シリサイド粉
とする。

ここで、工程を通してのシリコンの揮散損失分を補償す
るシリコン粉を湿式篩により−２５０メツシユ粒度とし
たものを弗化水素酸等で酸洗いしそして乾燥後、乾式篩
で一４２メツシュの粒度のものを篩別する。この−４２
メツシュ粒度のシリコンを添加シリコン粉とする。好ま
しくは、−１００メツシュ粒度の添加シリコン粉が使用
される。

合成シリサイド粉と添加シリコン粉とは例えばＶ型ミキ
サを使用して充分に混合する。

この後ホットプレスが実施される。ホットプレスは混合
粉の充分なる高密度化・高焼結強度化を図るよう実施す
ることが肝要である。ホットプレスする際に、予荷重を
かけプレス後ホールドすることが好ましい。ホットプレ
ス条件は次の通シであるニ プレス温度：１３００〜１４００℃ （好ましくは１３７０〜 １４００℃） プレス圧カニ高い方が良いが、ダイケースの強度を考慮
して一般に ２００〜４００麺／ｃｄ プレス時間：２０〜４０分 予荷重：６０〜１７０陶／１：ＩＩＰ ホールド時間：長い方がよいが最小３０分真　空　度：
１ＧＰｍ　のオーダー ホットプレスは、上記混合粉を盟入れし、昇温を開始し
て１３００〜１４００℃のうちの目標温度に達したら、
その温度水準を維持しつつ所定のプレス圧の適用を開始
する＠プレス圧の適用によシ材料は次第に減厚され、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
されない。この状態で一般にプレス圧の適用が解除され
るが、高密度化をよシ増進するには、プレス時に予荷重
をかけておいて上記時点以降例えば３０分以上その状態
で保持することが効果的である。これをホールドとこむ
では呼ぶ◇ 微細な合成シリサイド粉を原料とし高温で充分の時間プ
レスを行うことによシ、粒間の焼結は進行し、均一な焼
結組織が生成される。上記のように、予荷重をかけプレ
ス後ホールドすることも高密度化・高焼結強度化に特に
有効な手段である。

この高温プレスによシ、９７％以上？　９．９　％にも
違しうる高密度比のターゲットが生成しうる。

プレス後、プレス品は取出され、機械加工によシスバッ
タ用ターゲットに仕上げられる。

前述したように、スノくツタ後のターゲット表面をＳＥ
Ｍ観察した結果、添加シリコン粉の凝集シリコン粒がパ
ーティクル発生に大きな影響を与える。即ち、シリコン
粉は凝集性が強く、シリサイド粉との混合時に凝集しが
ちであり、その際凝集シリコン粒の内部にシリサイド粒
を取込みやすい。

第２（ａ）図は、タングステンシリサイド粉と添加シリ
サイド粉とを使用して作成されたターゲットに見られる
凝集シリコンの例示である。大きな凝集シリコン（黒く
見えるもの）が散在している状況が見られる。第２（ｂ
）図は第２（ａ）図の一部の拡大写真でｓｂ、凝集シリ
コンの様相を示す。凝集シリコン粒の内部にタングステ
ンシリサイド粒が取込まれている。このままスパッタす
ると、原子量の関係でＳｌが先にとばされるため、取込
まれたタングステンシリサイド微粒がパーティクルの原
因となるのである。

添加シリコン粉を４２メツシユアンダーとすることによ
シ、第１図に示されるように大きな凝集シリコンは取除
かれ、タングステンシリサイド粒取込みの問題は解消す
る。

次に、実際に両ターゲット即ち凝集シリコンが存在する
場合（第２図）と凝集シリコンをカットした場合（第１
図）の各ターゲットをスパッタした場合の結果を示す。

第３図は凝集シリコンの存在するターゲットをスパッタ
した場合の凝集シリコン部以外のマトリックスを示す。

マトリックスは均質なりレータ状にスパッタされておシ
、高密度、高焼結強度化によるパーティクル発生の排除
という本発明の利点が認められる。第４（ａ）図は凝集
シリコン部がスパッタされた跡を示すが、微小なパーテ
ィクル源となるような表面状態を示している。ただし、
この第４（ａ）図の場合は焼結強度を充分に強化させた
場合であり、焼結強度を向上させない場合には第４＜ｂ
）図に示すように凝集シリコン部のスパッタ跡のクレー
タ内面には大聖の突起物（ポリープ）が成長している。

この比較からも、焼結強度は出来るだけアップさせるこ
とが望ましいことがわかる。

本発明に従い、凝集シリコンのサイズを小さく管理した
場合のスパッタ面の状況を第５（ａ）図に、更にその凝
集シリコン部を更に拡大したものを第５（ｂ）図に示す
。第４図に比べても明らかに８１跡のクレータ内はきれ
いであシ、パーティクル発生源は存在しない。

参考までに、市販の８２９６密度ｗｓｉＸターゲットの
スパッタ面の観察結果を第６図に示す。突起物のサイズ
、数とも本発明に従うターゲットと較べものにならず、
且つ焼結強度が弱いため粒子境界が分離しておシ、そこ
からもパーティクル源たる突起物が成長していることが
明白である＠発明の効果 本方法で製造したターゲットを用いてスパッタした後の
ウェハー上に発生するパーティクルの数は４０〜５０個
／　６　ｉａウェハーとＣＶＤの場合と同等であシ、ス
パッタリング法によってパーティクルの発生の少ないシ
リサイド成膜をウェハー上に形成することが可能となっ
た。これによシ、デバイスの配線巾を狭くすることが出
来、ＶＬＳＩの高集積化のための配線材料として好適で
ある０実施例 ５Ｎ（？ｔ？？？Ｗｔ＊）　　のＷ粉１４８４とｓＮ（
ｔｔｔｔ９ｗｔ−）のＳｉ粉５．２４をＶ型ミキサーで
混合し、合成炉でタングステンシリサイド（ＷＳ、、、
　）の合成を行った。合成条件は、４　Ｘ　１０−”　
Ｐａ　　まで真空排気した後、１５３０℃で４　ｈｒ　
反応を行うものとした。反応終了後放冷し、５０℃まで
下がった時点で炉から取出した。

これをボールミルで粉砕し、乾式篩で−２００メツシユ
粒度のものを篩別回収した。これをシリサイド合成物と
した。

一方、Ｓｉ粉を湿式篩によｐ−２５０メツシユに分篩し
九ものを弗化水素酸で酸洗いしそして乾燥した後、乾式
篩で−４２メツシユ粒度のものを篩別回収した。これを
添加シリコン粉とした０前記タングステンシリサイド粉
５９２２１と添加シリコン粉１４４ｔとをＶ型ミキサー
で混合し、カーボン製ダイスに装入し、ホットプレスを
行った。ホットプレスは予荷重をかけ、１３８０℃でプ
レスし、プレス時間は３０分とし、その後１時間ホール
ドした。

プレス後、プレス品を取出し、機械加工によってスパッ
タ用ターゲットに仕上げた。

このターゲットをスパッタしたところ、発生したパーテ
ィクルの数は４０〜５０個／６ｈウェハーであった。

比較例 実施例とは、添加シリコン粉及び合成シリサイド粉を４
２〜４２５メツシュ粒度範囲としそしてホットプレス時
にホールドをしなかったことを除いて同一条件でターゲ
ットを作製した。ターゲツト面にシリコン凝集が認めら
れ、スパッタ時に５００〜２，０００個ｌｂｍウェハー
のパーティクルの発生が認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、凝集シリコンをカットした本発明に従うター
ゲットの表面の粒子構造を示す電子顕微鏡写真である（
ａＯ倍）。第２（ａ）図は、凝集シリコンの存在するタ
テゲット表面の粒子構造を示す電子顕微鏡写真であシ（
４０倍）、そして第２（ｂ）図はその一部の拡大写真で
ある（２００倍）０第３図は、シリコン凝集部以外のマ
トリックススパッタ直の粒子構造を示す同様の写真であ
る（４００倍）。第４（ａ）図は、高い焼結強度を持つ
ターゲットの凝集シリコン部のスパッタ後の粒子構造を
示す同様の写真であり（４００倍）、そして第４（ｂ）
図は焼結強度の低いターゲットの凝集シリコン部のスパ
ッタ後の粒子構造を示す同様の写真である０第５（ａ）
図は、凝集シリコンサイズを小さくした本発明に係るタ
ーゲットスパッタ面の粒子構造を示す同様の写真であシ
、そして第５（ｂ）図はその拡大写真である。第６（ａ
）図は市販ターゲットのスパッタ後の粒子構造を示しそ
して第６（ｂ）図はその一部を拡大した電子顕微鏡写真
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）合成シリサイド粉と添加シリコン粉とを混合し、ホ
   ットプレスしてシリサイドターゲットを製造する方法に
   おいて、合成シリサイド粉を−１００メッシュ粒度にし
   、添加シリコン粉を−４２メッシュ粒度とすることを特
   徴とするシリサイドターゲットの製造方法。 ２）ホットプレス時に予荷重をかけプレス後ホールドす
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３）ホットプレス条件が 温度：１３００〜１４００℃ プレス圧力：２００〜４００Ｋｇ／ｃｍ＾２プレス時間
   ：２０〜４０分 予荷重：６０〜１７０Ｋｇ／ｃｍ＾２ ホールド時間：少くとも３０分 である特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４）シリサイドがタングステンシリサイド、モリブデン
   シリサイド、チタンシリサイド、ニオブシリサイド又は
   タンタルシリサイドである特許請求の範囲第１〜３項の
   いずれか１項記載の方法。 ５）シリサイドを取込んだ凝集シリコンを取除いたシリ
   サイドターゲット。 ６）相対密度が９７％以上である特許請求の範囲第５項
   記載のターゲット。 ７）シリサイドがタングステンシリサイド、モリブデン
   シリサイド、チタンシリサイド、ニオブシリサイド又は
   タンタルシリサイドである特許請求の範囲第５項又は第
   ６項記載のターゲット。 ８）ウェハー上のパーテイクルの発生数が４０〜５０個
   ／６ｍウェーハであることを特徴とするスパッタリング
   シリサイド成膜。 ９）シリサイドがタングステンシリサイド、モリブデン
   シリサイド、チタンシリサイド、ニオブシリサイド又は
   タンタルシリサイドである特許請求の範囲第８項記載の
   シリサイド成膜。