KR0184725B1

KR0184725B1 - 고융점 금속 실리사이드 타겟, 그의 제조방법, 고융점 금속 실리사이드 박막 및 반도체장치

Info

Publication number: KR0184725B1
Application number: KR1019950701163A
Authority: KR
Inventors: 미치오 사토; 타카시 야마노베; 토루 고마추; 요시하루 후카사와; 노리아키 야기; 토시히로 마키; 히로미 시주
Original assignee: 사토 후미오; 가부시키가이샤 도시바
Priority date: 1993-07-27
Filing date: 1994-07-27
Publication date: 1999-04-01
Also published as: EP0666336A1; KR950703668A; EP0666336A4; EP0666336B1; EP1118690A3; DE69428672D1; US6309593B1; EP1118690A2; DE69428672T2; US20010037938A1; US6352628B2; WO1995004167A1

Abstract

본 발명에 의한 고융점 금속 실리사이드 타겟은 MSi₂입자(단 M은 고융점 금속)와 Si 입자등으로 이루어진 미세한 혼합조직을 갖고, 혼합조직의 단면 0.01mm²내에 단독으로 존재하는 MSi₂입자가 15개 이하이며, 상기 MSi₂입자의 평균입경이 10㎛이하인 한편, MSi₂입자의 간극에 존재하는 유리 Si 입자의 최대입경이 20㎛이하인 것을 특징으로 한다. 상기 금속 타겟은 미세한 혼합조직을 갖고, 고밀도이며, 조직이 균일하고, 동시에 산소등의 불순물 함유량이 적어진 고순도이다. 이 타겟을 사용하므로써 스퍼터시에 발생하는 파티클, 위이퍼면 내의 막저항 변화 및 막불순물 등이 저감될 수 있고, 반도체 장치의 제조비용 및 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.

Description

고융점 금속 실리사이드 타겟, 그의 제조방법, 고융점 금속 실리사이드 박막 및 반도체장치(HIGH MELTING POINT METALLIC SILICIDE TARGET AND MET HOD FOR PRODUCING THE SAME, HIGH MELITING POINT METALLIC SILICIDE FILM AND SEMICONDUCTOR DEVICE)

MOS LSI 디바이스등의 반도체장치의 게이트(gate)전극, 소스전극 드레인전극 또는 배선용의 고융점 실리사이드 박막의 형성에 유효한 하나의 방법으로서 스퍼터링법이 있다. 스퍼터링법은 양산성과 성막의 안정성이 우수하고, 고융점 금속 실리사이드의 원반형 타겟에 아르곤 이온을 충돌시켜 타겟구성 금속을 방출시키고, 이 방출금속을 타겟과 마주향한 기판위에 박막으로서 퇴적시키는 방법이 있다. 따라서, 스퍼터링으로 형성된 실리사이드 박막의 성질은 타겟의 특성에 크게 좌우되는 것이 된다.

최근, 반도체 소자의 고집적화 및 미세화에 동반하여, 고융점 금속 실리사이드 박막의 형성에 이용되고 있는 스퍼터링 타겟에는 파티클(미세한 입자)의 발생량이 적어지는 것이 요구되고 있다. 즉, 스퍼터링 중에 타겟으로부터 발생하는 파티클은 입경이 0.1∼10㎛정도로 매우 미세한 것이므로, 이 파티클이 퇴적중의 박막에 혼입되는 경우, 이것이 회로배선간의 쇼트나 배선의 오픈 불량 등의 문제를 일으키고, 반도체 장치의 생산효율이 크게 저하하는 심각한 문제가 있기 때문에, 이 파티클의 저감이 강하게 요구되고 있다.

종래, 타겟으로부터 발생하는 파티클량을 감소시키는 위해서는, 타겟의 조직을 미세화함과, 즉 MSi₂입자와 유리(遊離) Si입자를 가급적으로 작게 하는 것이 유효한 수단으로 여겨지기 때문에, 하기에 나타난 바와 같이 조직을 미세화하는 제조방법이 각종 제안되어 있다.

예를 들면, 일본특개소 63-219580호 공보에는 고순도 고융점 금속분말과 고순도 실리콘 분말과의 혼합분말을 고진공중에서 실리사이드 반응시켜 가소체를 형성시킨후, 가소체를 분쇄하지 말고 압밀용 봉입부내에 충전하고, 압밀용 봉입부내를 진공배기후 밀봉(封止)하고, 열간 정수압(靜水壓)프레스로 소결함으로서, 미세조직이며, 고밀도인 동시에 저산소의 타겟을 얻는 것이 개시되어 있다. 이 경우, MSi₂의 최대 입경이 20㎛이하, 유리 Si의 최대입경이 50㎛이하의 미세조직으로 되고, 산소 함유량이 200ppm 이하이어서, 밀도비가 99%이상이 되고 있다.

또한, 일본특개평 2-47261호 공보에서는 고밀도 고융점 금속분말과 고순도 실리콘 분말과의 혼합분말을 고진공중에서 실리사이드 반응시켜 가소체를 형성후, 가소체를 150㎛ 이하로 분쇄시키고, 또 고순도 실리콘 분말을 첨가혼합하여, 압밀용 봉입부내로 충전하고, 압밀용 봉입부내를 진공배기후 밀봉(封止)하고, 열간정수압 프레스에서 소결함으로써 미세조직이며 고밀도의 타겟을 얻는 것이 개시되어 있다. 이 경우, MSi₂의 최대 입경이 20㎛이하이고, 유리 Si가 입계(粒界)에만 있고, 밀도비가 99%이상인 타겟이 얻어지게 되었다.

최근, 반도체 소자의 고집적화 및 미세화에 동반하여, 고융점 금속실리사이드 박막의 형성에 이용되고 있는 스퍼터링 타겟에는, 소자특성의 열화(劣化)를 초래하는 불순물이 대단히 적은 고순도의 타겟이 요구되고 있다. 특히, 실리사이드 층과 하지(下地)층과의 계면에 농축되어서 막저항을 증대시키는 산소는 신호지연을 일으켜서 소자의 신뢰성의 저하를 초래하기 때문에, 타겟중의 산소량은 가능한 한 저감시키는 것이 강하게 요구되고 있다.

종래, 타겟의 산소량을 저감시키기 위해서는 원료인 가소체를 진공중에서 가열하고, 산소를 실리콘 산화물(SiO 또는 SiO₂)로서 휘발시켜 탈산소하는 것이 유효한 수단인 것으로부터, 하기의 산소저감의 제조방법이 제안되어 있다.

예를 들면, 일본 특개소 62-171911호 공보에서는 Mo분말 혹은 W분말과 Si분말과의 혼합분말을 진공중 800 내지 1300℃ 미만의 온도에서 가열처리하여 Mo실리사이드 분말 혹은 W실리사이드 분말을 합성후, 진공중에서 1300 내지 1500℃의 온도로 유지함으로써, 산소를 과잉 Si로부터 SiO로서 탈산소하고, 저산소함유량의 Mo 실리사이드 혹은 W 실리사이드를 얻고있다.

한편, 유리 Si의 응축이 파티클의 발생량의 증대에 관여 한다는 점으로부터, 원료분말의 입경이나 핫프레스 조건을 최적화하는 시도가 되어 하기의 제조방법도 제안되어 있다.

예를 들면, 일본특개소 63-74967호 공보에서는, -100메쉬의 합성 실리사이드 분말에 -42메쉬의 실리콘 분말을 첨가한 혼합분말을 60~170kg/㎠의 예하중을 가하는 것으로부터 1300~1400℃로 가열한 후, 프레스 압력 200~400kg/㎠을 가하여 핫프레스하여, 프레스후 고정(hold)함으로서, 응축 실리콘을 제거한 타겟을 얻고 있다.

또한, 일본특개소 64-39374호 공보에서는 조성이 다른 2종류의 v-100메쉬 합성 실리사이드 분말을 준비하고, 목표조성으로 되도록 조정한 혼합분말을 상기 방법과 동일한 조건으로 핫프레스하고, 응축실리콘을 제거한 타겟을 얻고 있다.

그렇지만, 상기 종래 제법에 있어서, 1개의 게이트를 형성하기 위하여 필요한 혼합분말 전량을 한꺼번에 고진공중에서 실리사이드 합성하는 경우, 실리사이드 반응이 발열반응이기 때문에, 반응시의 급격한 온도상승에 의해, 생성된 MSi₂입자가 급속하게 성장되어서 조대화(組大化)함과 동시에, 가소체 전체에 미미한 분할이 발생하고, 이상태에서 프레스 소결하면, 만들어진 소결체에는 미미한 분할이 잔존하게 되어 사용할 수 없게 되는 문제가 있다.

또한, 실리사이드 반응시의 급격한 온도상승과 함께, 원료혼합 분말이 용기로부터 분출하거나, 휘발성이 높은 Si가 휘산되어 목표조성으로부터 어긋나기 때문에, 가소체를 그대로 프레스 소결하는 경우, 원하는 조성을 갖는 타겟을 얻을 수 없는 문제가 있다.

또, 가소체를 분쇄하여 분말화시켜도 일단 입자성장되어 조대화된 경질의 MSi₂입자는 미세하게 분쇄되지 않고 남아 있기 때문에, 균일하고 미세한 조직을 갖는 타겟을 얻을 수 없음과 함께, 분쇄에 의해 불순물의 오염량이 증가하고, 특히 산소량이 대폭으로 증가하는 문제가 있다.

한편, 일본특개소 62-171911호 공보에 개시되어 있는 바에 의하면, 불순물 산소를 저감하기 위하여, 혼합분말을 800~1300℃에서 실리사이드 합성한 후, 또 고온으로 가열하여서 탈산소시키는 경우, 얻어진 가소체의 소결성이 지나치게 좋아져서, 이후 공정의 분쇄에서 가소체가 충분히 분쇄되지 않아, MSi₂나 Si가 불균일하게 분산된 편석(偏析)조직이 되며, 특히, 가열온도가 1400℃를 초월하는 온도영역에 도달하면 이러한 경향이 일층 현저하게 된다는 문제가 있다.

또한, 가소체를 분쇄하는 경우, 산소량의 증가를 방지하기 위하여 Ar치환 분위기하에서 행하고 있지만, 분쇄시의 산소오염을 완전하게 방지하는 것은 곤란하다. 더욱이 분쇄한 분말을 볼밀 등의 용기로부터 빼낼 때, 필요하지 않는 산소가 분말에 흡착되어서 산소량은 많아지게 되고, 미분쇄한 분말에서는 표면적이 증대되고, 분말의 산소흡착량이 지나치게 많아지게 되는 문제가 있다.

한편, 일본특개소 63-74967호 공보 및 일본특개소 64-39374호 공보에 개시되어진 제조방법에 따르면, 합성분말에 60~170 kg/㎠의 예하중을 가하면서 핫프레스시켜도 응축실리콘은 발생되고, 미세하고 균일한 조직의 타겟을 얻을 수가 없었다.

또한, 예하중을 가함 없이 핫프레스한 경우에는 합성으로 얻어진 MSi₂입자가 성장함과 함께, 타겟 내에서 조성이 경사분포로 되고, 균일한 조성을 갖는 타겟을 얻는 것이 곤란하였다.

한편, 일본특개소 62-70270호 공보에는 밀도비가 97% 이상의 고융점 금속 실리사이드 타겟이 개시되어 있다. 또, 일본특개소 62-230676호 공보에는 고융점 금속 실리사이드 타겟의 제조방법이 개시되어 있으며, 고온도, 고진공, 고프레스압의 조건하에서 일축 압축성형하는 것이 기재되어 있다.

그러나, 상기 각각의 종래예에 있어서는 타겟 원료분말을 핫프레스(HP) 처리시켜 제조하는 것만이 기재되어 있을 뿐이고, 미세하고 균일한 조직에 관하여서는 완전하게 기재되어 있지 않고, 파티클을 효과적으로 억제하도록 하는 목적은 달성될 수 없다.

한편, 특허협력조약(PCT)에 기초한 특허출원공개 공보(국제공개번호 WO 91/18125)는 타겟의 혼합조직 단면 1㎟ 내에 입경 0.5~30㎛의 실리사이드가 400~400×10⁴개 존재하고, Si의 최대입경이 30㎛ 이하인 실리사이드 타겟, 또 실리사이드 평균입경이 2~15㎛인 한편, 규소의 평균입경이 2~10㎛의 실리사이드 타겟을 개시하고 있다.

그렇지만, 상기 종래예에 기재된 제조방법에서는 미세하고 동시에 균일한 타겟조직을 얻는 것은 불충분하며, 파티클의 발생을 억제하도록 하는 목적은 충분하게 달성될 수 없었다.

그래서, 본 발명은 미세한 혼합조직을 갖고, 고밀도이며, 조성이 균일하고, 동시에 산소 등의 불순물 함유량이 적은 고순도인 고융점 금속 실리사이드 타겟, 그의 제조방법, 고융점 금속 실리사이드 박막 및 반도체장치를 제공하는 것이며, 이 타겟에 의해 스퍼터시에 발생하는 파티클, 웨이퍼 면내의 막(膜)저항 변화 및 막(膜)불순물 등을 저막시키고, 반도체장치의 제조효율 및 신뢰성의 향상을 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 고융점 금속 실리사이드 타겟, 그의 제조방법, 고융점 금속 실리사이드 박막 및 반도체장치에 관한 것으로 특히, 혼합조직의 미세화와 조성의 균일화를 도모하고, 또 고밀도화 및 고순도화를 도모하는 것에 의해, 스퍼터시에 있는 파티클의 발생을 저감시키고, 고품질의 박막을 형성하는 것이 가능한 고융점 금속 실리사이드 타겟, 그의 간단한 제조방법, 고융점 금속 실리사이드 박막 및 반도체장치에 관한 것이다.

제1a도 및 제1b도는, 실시예 1에 관한 타겟의 연마면 및 파단면의 금속조직을 각각 나타내는 전자 현미경 사진이다.

제2a도 및 제2b도는, 실시예 6에 관한 타겟의 연마면 및 파단면의 금속조직을 각각 나타내는 전자 현미경 사진이다.

제3a도 및 제3b도는, 비교예 1에 관한 타겟의 연마면 및 파단면의 금속조직을 각각 나타내는 전자 현미경 사진이다.

제4a도 및 제4b도는, 비교예4에 관한 타겟의 연마면 및 파단면의 금속조직을 각각 나타내는 전자 현미경 사진이다.

제5도는, 실시예 11에 관한 타겟의 가소체의 표면의 금속조직을 나타내는 전자 현미경 사진이다.

제6도는, 비교예 7에 관한 타겟의 가소체의 표면의 금속조직을 나타내는 전자 현미경 사진이다.

제7도는, 비교예 8에 관한 타겟의 가소체의 표면의 금속조직을 나타내는 전자 현미경 사진이다.

제8도는, 실시예 12에 관한 타겟의 가소체의 표면의 금속조직을 나타내는 전자 현미경 사진이다.

제9도는, 비교예 9에 관한 타겟의 가소체의 표면의 금속조직을 나타내는 전자 현미경 사진이다.

제10도는, 비교예10에 관한 타겟의 가소체의 표면의 금속조직을 나타내는 전자 현미경 사진이다.

[발명의 개시]

본 발명자들은 파티클의 발생원인을 예의 검토한 결과, 하기와 같은 사항을 처음으로 알게 되었다. 즉, (1) 유리 Si가 MSi₂에 비해서 스퍼트레이트가 크기 때문에, 스퍼터링의 진행과 함께, 침식(erosion)면에 MSi₂가 노출된 상태로 되고, 단독의 MSi₂입자 혹은 인접의 MSi₂와의 결합력이 약한 MSi₂입자가 침식면에서 탈락하기 쉽고, 특히 매우 미세한 MSi₂입자일수록 이러한 경향이 현저하게 됨과, (2) 유리 Si 부분의 침식 형태는 파형을 나타내지만, Si 부분이 커지게 됨에 따라 파형 형태의 선단이 날카로워지고, 게다가 파형 형태의 크기가 커지게 되어, 스퍼터시의 열변동에 의해 Si 선단부가 결락(抉落)되고, 파티클로 되기 쉬운 것과, (3) 타겟의 MSi₂와 유리 Si 와의 계면 혹은 유리 Si의 내부에 포아(pore)가 잔존하면, 포아 주변에 돌기물이 형성되고, 스퍼터시에 돌기물이 존재하는 부분에서 이상(異常)방전이 발생되면서 돌기물이 결락되어 파티클로 되는 것 등을 알게 되었다.

또한, 상기 파티클의 발생을 억제하기 위해서는, (1) 혼합 조직의 임의의 표면 또는 단면 0.01㎟ 내에 단독으로 존재하는 MSi₂입자 (M은 고융점금속)가 15개 이하이고, MSi₂의 평균입경이 10㎛ 이하이고, MSi₂의 간극에 존재하는 유리 Si의 최대 입경이 20㎛이하인 미세한 혼합조직을 형성하는 것과, (2) 혼합조직의 1㎟ 내의 Si/M 원자비 X의 오차가 X±0.02로, 유리 Si가 균일하게 분산되도록 구성하는 것과, (3) 밀도비가 타겟 전면에 걸쳐서 99.5% 이상으로 하는 것이 매우 유효한 것을 알게 되었다.

또한, 실리사이드 합성공정에 있어서, 1회의 실리사이드 합성을 행하는데 있어서, 성형용 틀에 충전하는 혼합분말을 소량씩 나누고, 즉, 혼합분말의 성형용 틀에 대한 충전 깊이를 20㎜ 이내로 설정하고, 진공중에서 가열시켜 합성처리 함으로써, 생성되는 MSi₂의 입성장(粒成長)을 억제할 수 있음과, Si의 휘산이 거의 없고, 큰 조성어긋남(조성비의 오차)을 방지할 수 있음을 알게 되었다.

또, 타겟의 불순물을 저감시켜 순도를 높이기 위하여, (1) 실리사이드 합성에 의해서 얻어진 가소체를 그대로 가열하여 탈산소하는 것이 아니라, 일단 가소체를 분쇄한 후, 그의 분말을 진공중에서 가열하거나, 또는 감압시킨 수소 분위기 하에서 가열하여 탈산소함으로써, 종래방법으로는 얻어지는 않는 200ppm 이하의 산소량이 적은 고융점 금속 실리사이드의 가소체를 얻을 수가 있고, (2) 가소체를 있는 그대로의 상태로 핫프레스 등의 방법으로 소결할 수 있도록, 동일 내경을 갖는 복수의 분말 삽입용기를 준비하여 분쇄시킨 분말을 탈산소시킨 경우, 가소체가 동일한 치수이기 때문에 복수개의 가소체를 동시 소결하는 것이 가능하므로, 타겟의 생산성이 향상하는 이점이 있고, (3) 흑연(黑鉛)제의 히타 및 단열재를 사용한 진공로를 사용하여 실리사이드 합성시키는 경우, 합성으로 얻어진 가소체 내에 탄소 및 철이 혼입 오염되지만, 고순도 고융점 재료제의 히타 및 단열재를 사용한 진공로에서는 오염을 효과적으로 방지할 수 있고, (4) 고순도 재료로 내장된 볼밀 본체와 고순도 재료로 형성된 분쇄매체(볼)를 갖는 볼밀에서 가소체를 분쇄함으로써 원료의 불순물오염을 효과적으로 방지할 수 있는 것을 알게 되었다.

더욱이, 본 발명자들은 합성분말을 이용하여 핫프레스 조건을 예의 검토한 결과, 프레스압을 가하는 온도와 승온의 방법에 따라서, 생성되는 MSi₂입자 크기가 다른 것과 타겟내에서 조성의 경사분포가 형성되는 것을 발견하였다. 즉, 합성분말을 공정온도(共晶溫度) 바로 아래까지 가열한 후에 프레스압을 가하는 경우, 합성에 의해 형성한 MSi₂입자가 재성장하는 것과, MSi₂입자의 성장과 동반하여 유리 Si가 타겟 단부방향으로 유동되어 조성이 경사진 불균일한 분포로 이루어지는 것을 발견하였다.

또한, 1200℃ 미만의 온도단계에 있어서, 어느 정도의 프레스압을 가한후, 공정온도 바로 아래까지 단계적으로 또는 저속으로 가열하고, 거기에 큰 프레스압을 가함으로써, MSi₂입자의 성장이 억제되는 것과, 타겟 내의 조성이 균일하게 되는 것과, 타겟이 고밀도화하는 것 등을 처음으로 알게 되었다.

본 발명은 상기 발견에 기초하여 완성하게 된 것이다.

즉, 본 발명에 의한 고융점 금속 실리사이드 타겟은 MSi₂입자(단 M은 고융점 금속)와 Si 입자로 이루어진 미세한 혼합조직을 갖고, 혼합조직의 단면 0.01㎟내에 단독으로 존재하는 MSi₂입자가 15개 이하이며, 상기 MSi₂입자의 평균입경이 10㎛이하인 한편, MSi₂입자의 간극에 존재하는 유리 Si 입자의 최대입경이 20㎛이하인 것을 특징으로 한다. 상기 금속 실리사이드(MSi₂)를 구성하는 금속(M)으로서는 구체적으로는 W, Mo, Ti, Ta, Zr, Hf, Nb, V, Co, Cr, Ni가 사용된다.

또, 상기 혼합조직에 있어서, MSi₂및 Si 입자의 형상 및 개수는 이하와 같이 측정된다. 즉, MSi₂입자의 경우는 타겟 소결체의 파단면(破斷面)을 주사형 전자현미경(SEM)으로, 배율 : X 1000으로 촬영하여 조직사진을 얻고, 이 조직사진을 화상 분석장치로 분석하여 최대입경과 평균입경과 개수를 측정하였다. 분석범위(解析視野)는 10개소로 한다.

한편, 유리 Si 입자 및 연쇄상 Si 입자의 경우는 타겟 소결체의 연마면(硏磨面)을 주사형 전자현미경(SEM)에 의해, 배율 1000로 촬영하여 조직사진을 얻어, 이 조직사진을 화상 분석장치로 해석하고, 최대입경과 평균입경과 개수를 측정한다. 이 경우, 연마면의 두께 방향으로 10㎛마다에 5등분한 5단면을 측정하고, Si 입자가 다른 Si 입자로부터 유리되어 있는 경우는 유리 Si로 간주하는 한편, 어느 것에서 있어서 다른 Si 입자와 접속되어 있는 경우는 연쇄상 Si로 간주한다. 분석범위는 1단면 마다에 20개소로 한다.

상기 혼합조직에 있어서, 스퍼터에 의해 Si가 MSi₂에 비해 깊게 침식되기 때문에, MSi₂가 Si중에 단독으로 존재하는 부분에서는 MSi₂가 침식면으로부터 탈락되기 쉬워서, 타겟의 낮은 파티클화에는, MSi₂는 연쇄상으로 결합되고, 그의 간극에 Si가 존재하는 조직인 것이 바람직하다.

또한, MSi₂입자가 크게 되면, MSi₂로부터 Si가 선택적으로 떨어져나가서 입상(粒狀)의 돌기물이 형성되고, 이것이 탈락되어서 파티클이 되므로, 이 발생을 방지하기 위하여, MSi₂의 평균 입경은 10㎛이하인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하기로는 5㎛이하이다. 한편, Si는 스퍼터에 의해 파형 막모양으로 침식되고, Si가 커짐에 따라서 파형모양이 날카로워지고, 또 깊어져서 결락되기 쉽기 때문에, Si의 최대입경은 20㎛이하인 것이 바람직하다. 또는 15㎛이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하기로는 10㎛이하인 것이 바람직하다.

또한, 타겟 전체에서 Si/M 원자비의 평균치를 X로 하는 경우에 있어서, 혼합조직의 임의의 단면 1㎟내의 Si/M 원자비의 오차가 0.02의 범위로 설정되는 것이 좋다. 즉 타겟이 미세한 조직을 나타내도 MSi₂와 Si의 분산이 불균일한 경우, 특히 유리 Si가 국소적으로 집합되어 불균일한 분포상태이면, 타겟 면내의 조성 변화가 크게 되는 것과 함께, 플라스마 방전이 불안정하게 되어서 파티클을 유발하므로, 1㎟내의 Si/M 원자비 X의 오차는 X±0.02가 바람직하고, 더욱 바람직하기로는 X±0.01이다.

또, 타겟의 밀도비가 타겟전면에 걸쳐서 99.5%이상인 고밀도 실리사이드 타겟을 형성하는 것이 좋다. 타겟의 밀도 부족에 의해 포아(구멍)가 많이 잔존해 있는 경우, 포아는 MSi₂와 Si와의 계면이나 Si내부에 존재하고, 스퍼터시에 포아 주변에 돌기물이 형성되어, 그 부분에서 이상(異常)방전을 일으키고, 돌기물이 파손되고, 떨어져 나가게 되어 파티클이 발생하기 때문에 포아를 가능한 한 적게 할 필요가 있고, 이를 위해 타겟 밀도비가 전면에 걸쳐서 99.5%이상인 것이 바람직하다. 또는 99.7%이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하기로는 99.8%이상인 것이 바람직하다.

또한, 불순물로서의 산소의 함유량은 200ppm이하, 탄소의 함유량은 50ppm이하로 설정되는 것이 바람직하다. 산소를 함유하는 타겟의 스퍼터링에 의해 적층막중에 산소가 들어가게 되면, 적층막의 계면에서 실리콘 산화물이 형성되어 저항의 증대를 일으키기 때문에, 저저항화를 도모하기 위해서는 타겟중의 산소함유량은 200ppm이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하기로는 100ppm이하이다. 또한, 탄소도 실리콘 탄화물을 형성시켜 저항증대를 초래하므로 저저항화를 더욱 도모하기 위해서는 탄소의 함유량은 50ppm이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하기로는 30ppm이하이다.

또, 불순물로서의 철 및 알루미늄의 함유량은 각각 1ppm이하로 설정된다. 철 및 알루미늄이 막중에 혼입되는 경우, 적층막의 계면에 딥레벨을 형성시켜 접합리크의 원인이 되며, 반도체 소자의 작동불량, 특성 열화를 초래한다. 그러므로 철 및 알루미늄의 함유량은 각각 1ppm이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하기로는 0.5ppm이하인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 의한 고융점 금속 실리사이드의 제조방법에 대해 설명한다.

제1공정에 있어서는 최대 입경이 15㎛이하의 고융점 금속분말과 최대입경이 30㎛이하의 실리콘 분말을 Si/M 원자비(X값)로 2~4가 되도록 배합하고, 볼밀 혹은 V형 믹서 등을 이용하여, 실리콘 분말이 고융점 금속 분말중에 균일하게 분산이 되도록 충분하게 건식 혼합한다. 혼합이 불균일하면, 타겟의 조직과 조성이 불균일하게 되어 막특성이 열화하므로 바람직하지 않다. 이 분말혼합은 산소오염을 방지하기 위해 10^-3토르이하의 진공중 혹은 Ar가스 등의 불활성 가스 분위기중에서 행하는 것이 바람직하다. 특히, 볼밀등의 분쇄혼합기를 사용하는 경우에 분쇄기 본체로부터의 오염을 방지하기 위하여 5N(99.999%) 이상의 고순도 재료로 내장시킨 본체와 고순도 재료제의 분쇄매체(볼)를 갖춘 볼밀을 사용하여 건식혼합함으로써 불순물 오염을 효과적으로 방지할 수 있다.

상기 고순도 재료로서는 타겟을 구성하는 고융점 금속(M)과 동일의 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들면, W, Mo, Ti, Ta, Zr, Hf, Nb, V, Co, Cr, Ni등이 사용된다.

또한, 분쇄기 본체를 고순도 재료로서 내장하는 방법으로서는 고순도 재료판을 부착하는 방법, 혹은 CVD 법이나 플라스마 증착법 등의 각종 피복방법에 의해서 본체 내면에 고순도 재료층을 전반에 걸쳐 형성하는 방법 등이 채용될 수 있다.

타겟원료로서 사용하는 고융점 금속 분말과 실리콘 분말은 반도체 디바이스의 특성 열화를 초래하게 되는 불순물을 가능한 한 적게하는 것이 바람직하고, 순도적으로는 5N(99.999%)이상인 것이 바람직하다. 또한, 조대한 분말은 형성되는 MSi₂입자와 Si입자의 조대화를 초래할 수 있고, 또한 Si의 분산성을 저하시키기 때문에, 고융점 금속분말은 15㎛이하, 실리콘 분말은 30㎛이하인 것이 바람직하다. 또한 고융점 분말은 10㎛이하, 실리콘 분말은 20㎛ 이하인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하기로는 고융점 금속 분말은 5㎛이하, 실리콘 분말은 10㎛이하이다.

여기서, Si/M 원자비의 X값을 2≤X≤4로 한정하는 이유는 다음과 같다. 즉, X값이 2미만이면, 실리사이드 타겟 중에서 유리 Si가 감소 또는 소멸되고, 본 발명에서 한정되는 조직이 얻어지지 않게 된다. 한편, X값이 4를 넘으면, 유리 Si는 연속적으로 존재하게 되고, MSi₂입자는 Si의 매트릭스 중에 존재하는 조직이 되므로, MSi₂입자가 연쇄상으로 결합되고, 이 사이에 Si 입자가 존재한다는 본 발명의 조직이 얻어지기 어렵기 때문이다. 또한, X값이 2미만이면 형성된 실리사이드 막에 큰 인장응력이발생되어 기판과의 밀착성이 나빠지므로 박리되기 쉽다. 한편, X값이 4를 넘으면 막저항이 높아지게 되어 전극배선막으로서는 부적당하기 때문이다. 또, X값이 2이상의 혼합분말을 실리사이드 합성시킨 경우, 유리 Si가 존재하기 때문에 후술하는 제3공정에 의한 분쇄성이 향상되는 이점이 있다.

Si의 배합량으로서는 고온가열시키는 경우, Si분말표면으로부터의 Si 및 SiO₂피막의 휘산손실분을 예상하여 목표조성보다도 약간 과잉으로 배합하는 것이 적당하다. 이 과잉량은 5%로 적으며, 원료분말의 산소량이나 후공정에서의 온도 및 시간 등의 처리조건을 고려하여 경험적으로 정하였다.

제2공정은 제1공정에서 제조한 혼합분말을 성형용틀에 충전하고, 고진공중 또는 불활성 가스 분위기 중에서 가열처리시킴으로서 고융점 금속 실리사이드를 합성함과 함께 가소체를 형성하는 공정이다. 이 제2공정에 있어서, 1회의 합성조작에 대한 성형용틀로의 혼합분말의 충전량은 생성하는 MSi₂입자의 커짐과 휘발하는 Si량에 영향을 미치기 때문에, 1회당의 충전 깊이는 20㎜이하로 설정하는 것이 바람직하다. 이 충전 깊이가 20㎜를 넘어서면, 실리사이드 반응에 의한 온도상승에 의해 형성되는 MSi₂입자가 조대화되고, 분말이 폭발적인 반응에 의해 용기밖으로 분출하는 경우가 있다. 한편, 용기에 충전하는 혼합분말의 충전 깊이를 1㎜이하로 하는 경우, 타겟 1개당에 사용하는 용기의 수가 매우 많아짐과 함께, 1회의 합성처리에 의한 제조량이 대폭으로 저감되어서 생산성이 저하된다. 바람직한 충전 깊이는 1~10㎜이다. 단, 고융점 금속 분말로서 Mo를 사용하는 경우는 실리사이드 반응에 의한 발열량이 특히 많아지기 때문에 용기 1개당의 혼합분말 충전량은 충전깊이로서 10㎜이하로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하기로는 5㎜이하이다.

여기서 사용하는 용기는 혼합분말의 용기로부터의 불순물 오염과 열변형을 방지하기 위하여, 고순도 Mo, W, Ta, Nb재료 등을 사용하는 것이 바람직하고, 또 목적으로 하는 고융점 금속 실리사이드를 구성하는 고융점 금속(M)과 동일의 금속재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 용기의 평면부의 형상 및 크기는 사용하는 소성 설비로 삽입될 수 있는 형상 및 크기로 설정하면 좋다.

가열 패턴은 MSi₂입자의 성장억제와 조성변화를 최소한으로 억제하기 위하여, 실리사이드 반응 개시온도로부터 200℃ 낮은 온도에서는 단계적으로 승온하는 것이 바람직하다. 승온폭은 20 내지 200℃인 것이 바람직하다. 즉, 승온폭이 20℃ 미만이면 합성처리로 장시간을 요하여 생산성이 낮아지는 한편, 200℃를 넘는 경우는 급격한 승온에 의해 MSi₂입자가 성장함과 함께, 분말이 용기 밖으로 떨어져나가 조성변화가 발생하게 되고, 노벽오염등을 일으킨다. 또한, 각 온도의 유지(保持)시간은 0.1 내지 3시간인 것이 바람직하고, 0.1시간 미만이면, 용기내의 분말의 온도가 균일하지 못하고, 온도차이가 급격하게 확대되어서 MSi₂입자가 조대화된다. 한편, 3시간을 넘으면 장시간을 요구하여 생산성이 저하한다. 즉, 승온폭은 20 내지 200℃, 더욱 바람직하기로는 50 내지 100℃, 유지시간은 0.5 내지 2시간의 범위로 설정하는 것이 더욱 바람직하다. 특히, 실리사이드 반응 개시온도로부터 100℃이상의 온도로 상승하는 경우는, 실리사이드 반응 개시온도 또는 개시온도 +50℃ 이내에서 유지시간을 길게 하는 것이 바람직하고, 이 유지시간은 1시간 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 이 실리사이드 반응개시온도는 반응열로 휘발하는 Si 혹은 실리콘산화물(SiO 또는 SiO₂)의 발생에 의해 노(爐)내의 진공도가 저하하는 것을 알 수 있는 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 단계상의 승온 조작을 대신하여 저속가열을 행하는 경우에도 동일한 효과가 얻어진다. 이 경우는 5℃/분 이하로 가열속도를 제어하는 것이 바람직하다. 이 가열속도가 너무 지나치게 크면, 급속한 승온으로 MSi₂입자가 성장함과 함께, 분말이 용기 밖으로 빠져나가서 조성변화가 생기고, 노내 오염 등을 일으킨다.

합성시의 최고가열온도는 실리사이드 반응이 개시되어 합성이 완료하는 1100℃까지 승온하는 것이 바람직하지만, 혼합분말의 함유산소량에 의해서 반응온도가 다르게 되기 때문에 산소함유량의 저감을 고려하여서 1300℃ 정도로 승온하는 것이 바람직하다. 이 승온이 1300℃를 넘어서는 경우에는 실리사이드 반응에 의해 형성되어진 가소결체의 소결이 진행되고, 제3공정에서의 분쇄가 곤란하게 되고, 또, 유리 Si가 용융함과 함께 공정반응에 의해 MSi₂입자가 성장되어 조대화하는 등 MSi₂입자 및 Si 입자가 불균일하게 분산되는 조직으로 되고, 결과로서 목적으로 하는 결정조직을 갖는 실리사이드 타겟은 얻어지지 않는다. 한편, M이 Ni인 경우를 제외하고, 1,000℃이하에서는 실리사이드 반응이 개시되지 않고 합성이 불가능하게 된다. 이러한 상황으로부터 더욱 바람직하기로는 1150 내지 1250℃이다.

더욱이, 상기 합성시의 최고 가열온도에 있어서, M이 Ni인 경우는 가열온도가 너무 높으면 다른 M에 비해 소결이 진행되기 쉽기 때문에 Ni의 합성 경우만 바람직하기로는 800℃ 정도까지의 승온이 바람직하고, 더욱 바람직하기로는 700 내지 800℃의 범위이다.

이 제2공정에서 고융점 금속 실리사이드를 합성하는 것과 함께 가소체를 형성하는 경우에 있어서, 가열에 사용하는 진공로는 고순도 고융점 재료제의 히터, 예를 들면 고순도 Mo 히터 혹은 고순도 W 히터, 및 고순도 고융점 재료제의 단열재를 이용한 진공로를 사용하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 바에 의해, 합성에 의해 얻어진 가소체로 히터 혹은 단열재로부터의 불순물의 오염을 효과적으로 방지할 수 있다.

제3공정은 실리사이드 합성처리에 의해 얻어진 원자비 X가 2≤X≤4의 고융점 금속 실리사이드의 가소체를 분쇄하고, 분쇄분말을 제조하는 공정이다. 이 분쇄처리에 의해 합성시에 형성된 MSi₂의 집합체에 편석(偏析)된 유리 Si가 존재하는 분괴(粉塊)가 미세하게 분쇄되어 상호 균일하게 분산된다. 이 분쇄조작이 불균일하면, MSi₂및 유리 Si의 분산성이 저하되고, 타겟의 조직과 조성이 불균일하게 되어서 막특성이 열화되므로, 분쇄시간은 24시간 이상이 바람직하다. 한편, 분쇄시간이 길어지는 만큼 분쇄효율은 향상되지만, 생산성이 저하됨과 함께, 산소에 의한 오염량이 증가하기 때문에, 분쇄시간은 72시간 이하인 것이 바람직하다. 이 분쇄에 의해 얻어진 분말의 최대입경은 본 발명에서 규정하는 미세, 균일한 조직을 얻기 위한 중요한 인자이며, 본 발명에서 규정하는 MSi₂입자의 평균입경이 10㎛이하, 유리 Si 입자의 최대입경이 20㎛이하라는 본 발명의 조직을 얻기 위해서는 그의 최대입경은 20㎛이하, 또는 15㎛이하가 바람직하다.

또한, 이 분쇄는 산소오염을 방지하기 위하여, 제1공정과 동일하게 진공중 혹은 불활성가스 분위기중에서 행하는 것이 바람직하다. 특히, 볼밀등의 분쇄 혼합기를 사용하는 경우에 분쇄기 본체로부터의 불순물의 오염을 방지하기 위하여, 고순도 재료판으로 내장시킨 본체와 고순도 재료제의 분쇄매체(볼)를 갖춘 볼밀을 사용하여 건식분쇄함으로써, 불순물오염을 효과적으로 방지할 수 있다.

또, 분쇄 분말에 함유된 산소나 탄소등의 불순물을 제거하기 위하여, 제3공정의 후에 하기와 같은 불순물 제거공정을 설치하는 것이 보다 바람직하다. 즉, 이 불순물 제거공정은 제3공정에서 제조된 분쇄분말을 가열하고, 특히 산소등의 불순물을 제거하여서 고순도 분말이나 고순도 가소체를 제조하는 공정이다. 가열온도는 분쇄분말에 흡착시킨 산소를 효과적으로 제거하기 위하여 1100 내지 1300℃로 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 가열온도가 1100℃미만에서는 산소를 실리콘산화물(SiO 또는 SiO₂)로서 휘발제거하여 200ppm 이하의 저산소타겟을 얻는 것이 곤란하다. 한편, 가열온도가 1300℃를 넘어서면, 유리 Si의 휘발손실이 현저하므로 소정 조성의 타겟이 얻어지기 어렵고, 또, 가소체에 균열(龜裂)이 발생하고, 소결이 진행되어서 수축량이 증대되어 그대로의 상태로 핫프레스할 수 없는 문제가 발생한다. 따라서, 더욱 바람직한 범위는 1200 내지 1250℃이다.

특히, 상기 가열온도가 높아지게 되면 가소체에 균열이 발생하기 쉽기 때문에, 저압력의 프레스압을 가하는 것으로 처리하는 것이 바람직하다. 이 압력의 크기는 10kg/㎠이하의 범위인 것이 바람직하다.

또한, 상기 가열온도의 유지시간은 1 내지 8시간인 것이 바람직하고, 1시간 미만에서는 탈산소가 불충분하고 한편, 8시간을 넘어서면 장시간을 요하여 생산성이 저하하는 것과 함께, Si의 휘발손실분이 많게 되므로, 실리사이드 타겟의 조성의 어긋남이 커지게 된다. 따라서, 유지시간은 2 내지 5시간의 범위로 설정하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 실리콘산화물의 휘산에 의해 산소의 저감을 보다 효과적으로 진행시키기 위하여, 진공도는 10^-3토르 이하로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하기로는 10^-4토르 이하이다. 또한 , 상기 진공도로 조정한 후에, 가열로내로 수소를 도입하고, 감압시킨 수소분위기 중에서 가열함으로써, 한층 나은 탈산소 효과가 얻어져 저산소 함유량의 타겟을 얻는 것이 가능하다.

분쇄된 분말을 삽입하는 용기의 형상과 크기는 후술하는 핫프레스등의 소결공정으로 사용하는 성형틀과 동일치수로 하며, 또한 가소체의 소결축소량을 고려한 치수로 설정함으로써, 탈산소한 가소체를 성형틀내로 삽입하는 것이 용이하고, 동시에 복수개의 가소체를 소결할 수 있어, 생산성이 대폭으로 개선되는 이점이 있다. 이 용기는 분쇄분말의 불순물오염과 열변형을 방지하기 위하여 고순도 Mo, W, Ta, Nb재료 등을 사용하는 것이 바람직하다.

용기 내에 분쇄분말을 충전한 후, 분말을 전용의 틀로 고르게 하여 분말의 표면을 전후 및 회전이동시켜 평면화함으로써 탈산소후의 가소체를 그대로 핫프레스시킬 수 있어서 바람직하다.

제4공정은 제3공정에서 제조한 분쇄분말 혹은 불순물 제거공정후의 가소체를 본소결하여 치밀화를 도모하는 공정이며, Si/M 원자비 X가 2 내지 4로 조정되고, MSi₂와 과잉 Si로부터 구성되는 분쇄분말 혹은 불순물 제거공정후의 가소체를 성형용틀에 충전하고, 온도 및 압력을 2단계로 설정하여서 치밀화 소결이 실시된다.

여기서, 사용하는 성형용틀로서는 예를 들면, 틀 내표면에 이형제로서, 고온에서의 내박리성을 갖는 BN 분말 등을 스프레이 또는 솔 등으로 도포시킨 후에 추가로 격벽판을 양면 테입 또는 접착제등의 접착수단에 의해 점착시킨 흑연제 성형틀을 사용하여도 좋다. 상기 이형제는 핫프레스시에 있어서 성형틀 본체와 격벽판과의 융착을 방지하기 위하여 설치된다. 한편, 격벽판은 가소결체와 이형제등이 직접 접촉하지 않도록 격리하기 위하여 설치되는 것이다. 격벽판으로서는 소결시의 온도에 내성이 있는 Mo, W, Ta, Nb등의 고융점 금속, 가공제로 우수한 재료인 Ni, Ti 등을 0.1 내지 0.2 ㎜정도의두께로 성형시킨 것을 사용한다. 이 격벽판의 판두께가 너무 두꺼우면, 강도가 높아지기 때문에 성형용틀에 점착하는 경우에 성형성이 나빠져 작업성이 저하됨과 함께, 이 격벽판의 소결체에 부착하기 때문에 연삭가공등에 의한 제거에 장시간을 요구한다. 한편, 이 두께가 너무 얇게 되면, 강도가 낮아지기 때문에 취급이 곤란하게 되므로 작업성이 저하된다.

상기와 같이 틀 내표면에 이형제를 도포하고, 또 격벽판을 붙여 설치한 성형용틀을 사용함으로써, 성형용틀과 격벽판과의 융착이 방지되는 것과 함께, 이형제의 박리탈락이 없고, 이형제에 함유된 불순물이 소결체중에 혼입하는 것이 효과적으로 방지될 수 있다. 특히, 이형제로서 BN을 사용하는 경우에 있어서도 불가피적으로 함유된 알루미늄 혹은 철등의 불순물에 의한 타겟의 오염이 효과적으로 방지될 수 있다.

이어서, 10^-3트로, 이하의 고진공중에서 10 내지 50kg/㎠의 저프레스압을 가한 후, 공정온도 바로 아래의 온도까지 단계적으로 혹은 저속도로 승온시켜 소결한다.

또한, 제1단계에 의한 프레스압력의 크기는 응집실리콘의 잔존과 MSi₂의 입자크기에 영향을 미치기 때문에 10 내지 50kg/㎠로 설정하는 것이 바람직하고, 10kg/㎠미만에서는 MSi₂가 입성장함과 함께, 조성이 불균일한 분포로 된다. 한편, 압력이 50kg/㎠ 이상으로 되면, 유리 Si의 소성(塑性)유동이 억제되어서 응집 Si가 잔존되고, 불균일한 Si 분산 상태의 조직이 된다. 그래서 프레스압력은 20 내지 30kg/㎠이 바람직하다.

거듭되지만, 압력을 가하면서 공정온도 바로 아래의 온도까지 가열하여 소결하는 경우, 가열 방법은 MSi₂입자의 성장억제를 위하여, 단계적으로 또는 저속에서 승온하는 것이 바람직하다. 승온 폭은 20∼200℃인 것이 바람직하고, 승온 폭이 20℃미만이면, 소결에 장시간을 요하게 되어 생산성이 저하되는 반면, 200℃를 넘을 경우에, 급격한 승온에 의해, MSi₂입자가 성장함과 동시에, 유리 Si의 유동에 의해, 조성이 타겟면내에서 경사 분포가 된다. 또한, 각 온도의 유지시간은 0.1∼3시간 인것이 바람직하고, 0.5시간 미만이면 틀 내의 소결체의 온도가 균일한 분포가 되지 않고, 2시간을 넘으면, 장시간을 요하게 되어 생산성이 저하된다. 따라서, 승온은 50∼100℃, 유지시간은, 0.5∼2시간의 범위에서 설정하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 저속가열을 할 경우, 가열 속도가 20℃/분을 넘으면, MSi₂입자의 조대화를 초래하기 때문에, 가열속도는 20℃/분 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 가열속도가 3℃/분 미만이면, 소결조작에 장시간을 요하게 되어 생산성의 저하를 초래하기 때문에, 가열속도는 3∼20℃/분의 범위로 설정하는 것이 바람직하고, 또한 5∼10℃/min의 범위로 설정하는 것이 보다 바람직하다.

소결의 최종 온도 T는, 공정온도 Ts 바로 아래의 온도, 즉, Ts-50≤TTs의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 여기에 예를 들면, M으로서 W, Mo, Ti, Ta를 사용할 경우의 공정온도 Ts는, 각각 1400, 1410, 1330, 1385℃이다. 더우기 상기 공정온도 Ts는, CONSTITUTION OF BINARY ALLOYS (Dr. phil. Max Hansen and Dr. Kurt Anderko; McGRAW-HILL BOOK COMPANY, 1958) 등의 문헌을 참조함으로써 용이하게 얻어진다. T가 (Ts-50)이하이면, 포아가 잔존하여 원하는 고밀도 타겟이 얻어지지 않는다. 한편, T가 Ts이상이 되면, 유리 Si가 용융하고, 성형용 틀로부터 유출하여, 원하는 조성에서 크게 벗어나는 타겟이 된다.

또한, 제2단계에 있어서의 프레스 압력의 크기는 얻어지는 소결체의 밀도에 영향을 미치기 때문에, 200∼500kg/㎠에서 설정하는 것이 바람직하다. 프레스 압력이 200kg/㎠ 미만에서는 소결체의 밀도가 99%이상의 것이 얻어지지 않고, 잔존하는 구멍이 파티클의 발생원인이 된다. 한편, 압력이 500kg/㎠ 이상이 되면, 흑연제의 성형용 틀이 파손하기 쉽게 된다. 따라서, 프레스 압력의 크기는 300∼400kg/㎠의 범위에서 설정하는 것이 더욱 바람직하다.

이 프레스 압력을 가할 시에는, 최종온도에 도달하고, 나서 1∼5시간 후인 것이 바람직하다. 1시간 미만 이면, 틀내부의 가소체의 온도가 균일하게 되지 않고, 그 상태에서 프레스 압력을 가한 경우, 온도가 일정치 않게 됨으로써, 균일한 밀도 분포 또는 균일한 조직이 되지 않는 문제가 발생한다. 한편, 5시간을 넘으면, 틀내의 가소체는 완전히 균일한 온도로 되어 있으나, 그것 이상의 유지는 생산성의 저하를 초래한다. 바람직하게는 2∼3시간이다.

또한, 이 프레스 압력의 유지 시간은 1 내지 8시간이 적절하다. 1시간 이하이면, 포아가 많이 잔존하고, 고밀도의 타겟이 얻어지지 않고, 한편, 8시간 이상이면, 치밀화가 그것 이상으로 진행되지 않으므로 타겟의 제조효율이 저하한다. 더욱 바람직한 유지시간은 3 내지 5시간이다. 이 치밀화 소결은 불순물의 혼입에 의한 오염을 방지하기 위하여 진공중에서 행하는 것이 바람직하다.

얻어진 타겟 소결체를 소정의 형상으로 기계 가공을 실시함으로써 최종적으로 목적하는 타겟이 얻어진다. 이 경우, 최종의 마무리 가공에 있어서는 타겟의 표면에 있어서 표면 결함(欠陷)이 발생하지 않는 가공법으로 마무리하는 것이 바람직하다.

그리고, 이 타겟을 이용하여 스퍼터링을 행함으로써 고순도 실리사이드 박막이 형성된다. 또, 이 박막에 에칭 처리등을 함으로써, 반도체 장치의 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극 또는 박막등의 각종 전극 또는 배선재용 박막이 형성된다.

[발명을 실시하기 위한 형태]

이어서, 이하의 실시예에 의해, 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세하게 설명한다.

[실시예 1∼10]

최대입경이 15㎛의 고순도 M(M은 표 1에 나타낸 W, Mo) 분말과 최대입경이 30㎛의고순도 Si 분말을 준비하고, 각 분말을 고순도 Mo로 내장한 볼밀내에 고순도 Mo제 볼과 함께 삽입후, Ar가스로 치환하여 48시간 혼합하였다. 얻어진 각 혼합 분말을 M=Mo 일 때의 충전 깊이를 3mm(충전중량으로서 250g 정도), M=W일 때의 충전 깊이를 10mm(충전중량으로서 750g 정도)에서 설정하여 고순도 Mo제 용기에 삽입하고, 이 용기를 Mo 히터 및 Mo 단열재를 사용한 진공로를 이용하고, 1×10^-4토르 이하의 진공중에서 950℃에서 1300℃까지 50℃마다 승온하고, 각 온도의 유지시간을 1시간으로 해서 실리사이드 합성하였다. 고순도 재료는 모두 순도 5N이상 (99.999%이상)의 것을 사용하였다.

이어서, 실리사이드 합성에 의해 얻어진 가소체를 고순도 Mo로 내장한 볼 내에 고순도 Mo제 볼과 함께 삽입한 후, Ar 가스로 치환하여 72시간 분쇄하였다. 얻어진 분쇄 분말을 직경 280mm의 고순도 Mo제 용기에 삽입하고, 이 용기를 1×10^-4토르 이하의 진공중에서 1250℃×4시간 가열하여 탈산소처리하였다.

또, 얻어진 가소체(약 φ280mm×40tmm)를 Ta박을 붙인 흑연제의 성형틀에 셋트하고, 10^-4토르 이하의 진공중에서 1000℃에서 가열한 후, 20kg/㎠의 프레스압을 가하면서 1380℃까지 승과폭 50℃마다 승온하고 각도의 유지시간을 1시간으로 하고, 1380℃에 도달하여 2시간 후에 300kg/㎠의 프레스압을 가하여 핫프레스를 행하고, φ280mm×14tmm 소결체를 제작하였다. 얻어진 소결체를 연삭연마, 방전가공하여 φ258mm×10tmm의 타겟으로 마무리 하였다.

[비교예 1∼6]

비교예 1∼6로서, 실시예 1∼10과 같은 M분말과 최대 입경 50㎛의 Si 분말을 혼합하고, 이어서, 얻어진 각 혼합 분말을, M=Mo일 때의 충전 깊이를 6mm, M=W일 때의 충전 깊이를 20mm로 설정하고 각 혼합 분말을 종래의 카본 (C) 히터 및 카본 (C) 단열재를 갖는 진공로에 삽입하고, 1×10^-4토르 이하의 진공 중에서 1300℃까지 10℃/분의 속도로 가열하고, 실리사이드 합성하였다.

이어서, 실시예 1과 같은 방법으로 분쇄한 분말을 탈산소 처리하지 않은 채 흑연제의 성형틀에 셋트하고, 진공중에서 1000℃로 가열한 후, 200kg/㎠의 프레스압을 가하면서 1380℃까지 승온하고, 2시간 유지하여 핫프레스압을 행하고, φ280mm×14tmm의 소결체를 제작하였다.

실시예 1∼10과 비교예 1∼6의 단면조직을 관찰하고, 0.01mm²내에 단독으로 존재하는 MSi₂의 개수와 MSi₂의 평균입경 및 Si의 최대 입경을 주사형 전자 현미경(SEM)에 의해 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 실시예 1, 6 및 비교예 1, 4에 관한 타겟 소결체의 연마면의 금속조직의 전자 현미경 사진을 각각 제1a도, 제2a도, 제3a도 및 제4a도에 나타내었다. 또한 상기 각 타겟 소결체의 파단면의 금속조직을 전자 현매경 사진을 각각 제1b도, 제2b도, 제3b도 및 제4b도에 나타내었다. 더우기, 측정치는 단면의 20개소를 조사한 결과의 평균치이다. 또한 입경은 입자에 외접하는 최소원의 직경으로 나타내었다.

상기 표1 및 제1도 내지 제4도에 나타낸 결과로부터 밝혀진 것처럼, 본 실시예 1∼10인 쪽이 비교예 1∼6과 비교해서 MSi₂입자가 연쇄상으로 결합하고, 단독으로 존재하는 MSi₂의 개수가 적고, 그 간격에 Si가 분산하는 균일한 조직으로, 또한 MSi₂와 Si의 입경이 작고, 미세한 조직을 나타내고 있다. 즉, 제1도 내지 제2도에서 나타낸 실시예 타겟의 금속 조직에 있어서는, 회색부로 나타내어진 미세한 MSi₂입자가 연쇄상으로 결합하고 있는 한편, 그 사이에 흑색부로 나타내어진 미세한 Si 입자가 분산한 혼합조직이 형성되어 있다. 한편, 제3도 및 제4도에 나타낸 비교예 타겟의 금속조직에 있어서는, 조대한 MSi₂입자(회색부) 및 Si입자(흑색부)가 성장하고 있음과 함께, Si상중에 미세한 MSi₂입자가 단독으로 존재하는 비율이 높아지고, 파티클이 발생하기 쉬운 조직을 갖고 있는 것이 판명되었다.

또한, 표면 분석 장치 (X선 마이크로아날라이져 : EPMA)에 의해 각 타겟의 혼합조직 단면 1mm²내의 Si/W 원자비를 분석한 결과도, 표 1에 나타냈으나, 본 실시예 쪽이 비교예와 비교하여 목표 조성에 가깝고, 또한 균일한 조성인 것이 판명되었다. 또한, 각 타겟에 관하여 밀도를 측정한 결과와 산소, 탄소, 철 및 알루미늄의 분석 결과를 하기 표2에 나타내었다.

상기 표 2에 나타난 결과로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 10에 의한 타겟의 밀도비는 어떤 것도 99.9%이상이므로, 본 실시예 1 내지 10의 쪽이 비교예 1 내지 6에 비해서 불순물의 함유량이 크게 적어지는 것이 나타났다.

또한, 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 6에 의한 각 타겟을 마그네트론 스퍼터링 장치에 세트한 후, 아르곤압 2.3×10^-3토르의 조건하에서 스퍼터링을 행하고, 6인치 Si웨이퍼 상에 실리사이드 막을 약 3000옹그스트롱 퇴적시켰다. 동일 조작을 10회 실행하고, 입경 0.2㎛이상의 파티클 혼입량을 측정하고, 그 결과를 표 2에 기재하였다. 표 2에 나타난 결과에서도 분명하게 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 10에 의한 타겟에 의하면, 6인치 웨이퍼상에 혼입하는 파티클수는 어떤 것도 33개 이하로 매우 적게되는 한편, 비교예 1 내지 6에 의하면, 10배 정도의 다량의 파티클이 발생하는 것이 분명하다.

[실시예 11]

고순도(5N)로 최대입경이 8㎛의 W 분말 4658g과 고순도(5N)로 최대입경이 30㎛의 Si분말 1992g을 준비하고, 각 분말을 고순도 Mo로 내장시킨 볼밀 내에 고순도 Mo볼과 함께 삽입후, Ar가스로 치환시켜 48시간 혼합하였다. 얻어진 Si/W 원자비 = 2.80의 혼합분말을 고순도 Mo제 용기에 충전깊이 3mm(충전중량으로서 250g정도)로 분할하여 충전하고, 이 용기를 Mo히터 및 Mo단열재를 사용하는 진공로를 사용하고, 1×10^-4토르 이하의 진공중에서 950℃에서 1300℃까지 50℃의 폭으로 승온시키고, 각 온도의 유지시간을 1시간으로서 실리사이드 합성하고, 실시예 11의 가소체를 제조하였다.

[비교예 7 내지 8]

한편, 비교예 7로서, 실시예 11로 제조한 타겟 1개분의 혼합분말 전량을 동일한 진공하에서 950℃에서 1300℃까지 10℃/분의 승온속도로 가열하여 형성한 가소체를 비교예 7로 하였다. 또한, 실시예 11과 동일한 혼합분말을 충전깊이 3mm씩 분할한 후, 1×10^-4토르 이하의 진공중에서 1300℃까지 10℃/분의 승온속도로 연속적으로 가열시켜 형성한 가소체를 비교예 8로 하였다.

실시예 11, 비교예 7 및 비교예 8에 의한 각 타겟 가소체의 표면금속조직을 주사형 전자 현미경(SEM)으로 확대 관찰하고, 각각 제5도 제6도 및 제7도에 나타낸 전자 현미경 사진이 얻어졌다. 그리고, 제5도 내지 제7도에 있어서, 각 금속조직을 구성하는 WSi₂입자 및 Si 입자의 최대입경을 조사한 결과 본 실시예 11의 쪽이 비교예 7 및 비교예 8에 비해서 각 입자의 입경이 적고, 미세한 조직이 형성되고, 파티클의 발생이 보다 저감되는 것이 확인되었다.

또한, 합성처리에 의해 얻어진 가소체를 조성분석한 결과를 표 3에 나타냈다. 그의 결과, 본 실시예의 쪽이 비교예 7 및 비교예 8에 비해서 조성에서 벗어남의 정도가 적어졌다.

[실시예 12]

고순도(5N)로 최대입경이 5㎛의 Mo 분말 2850g과 고순도(5N)로 최대입경이 30㎛의 Si분말 2250g을 준비하고, 각 분말을 고순도 Mo로 내장시킨 볼밀 내에 고순도 Mo 볼과 함께 삽입 후, Ar가스로 치환시켜 48시간 혼합하였다. 얻어진 Si/Mo 원자비 = 2.70의 혼합분말을 충전깊이 1.5mm(충전중량으로서 100g정도)로 분할하여 고순도 Mo제 용기에 충전하고, 이 용기를 Mo히터 및 Mo단열재를 사용하는 진공로를 사용하고, 1×10^-4토르 이하의 진공중에서 900℃에서 1250℃까지 50℃의 폭으로 승온시키고, 각 온도의 유지시간을 1시간으로서 실리사이드 합성하고, 실시예 11의 가소체를 제조하였다.

[비교예 9 내지 10]

한편, 비교예 9로서, 실시예 12로 제조한 타겟 1개분의 혼합분말 전량을 동일한 진공하에서 900℃에서 1250℃까지 10℃/분의 승온속도로 가열하여 형성한 가소체를 비교예 9로 하였다. 또한, 실시예 12와 동일한 혼합분말을 충전깊이 1.5mm 씩 분할한 후, 1×10^-4토르 이하의 진공중에서 1250℃까지 10℃/분의 가열속도로 연속적으로 가열시켜 형성한 가소체를 비교예 10으로 하였다.

실시예 12, 비교예 9 및 비교예 10에 의한 각 가소체의 표면금속조직을 주사형 전자 현미경(SEM)으로 확대 관찰하여, 각각 제8도, 제9도 및 제10도에 나타낸 전자 현미경 사진이 얻어졌다. 그리고, 제8도 내지 제10도에 있어서, 각 금속조직을 구성하는 MoSi₂입자(회색부) 및 Si 입자(흑색부)의 입경을 측정함과 함께, 각 가소체의 조성의 어긋남을 분석한 결과, 하기의 표 3에 나타난 결과를 얻었다.

표 3 및 제8도 내지 제10도에 나타난 결과로부터 분명하게 나타난 바와 같이, 본 실시예 12가 비교예 9 및 비교예 10에 비해서 MoSi₂입자의 입경이 적고, 미세하고 균일한 조직이 얻어졌다.

또한, 합성처리에 의해 얻어진 가소체를 조성분석한 결과, 본 실시예 12의 쪽이 비교예 9 및 비교예 10에 비해서 조성에서 어긋남의 정도가 적어졌고, 보다 균질한 타겟을 제공하는 것이 가능하게 되었다.

이어서, 탈산소효과의 다름에 대해서 설명한다.

[실시예 13]

실시예 11에 의해서 얻어진 가소체를 고순도 Mo재로 내장시킨 볼밀내에 고순도 Mo제 볼과 함께 삽입후, Ar가스로 치환시켜 48시간 분쇄하였다. 얻어진 분쇄분말을 직경 280mm의 고순도 Mo제 용기에 삽입하고, 이 용기를 1×10^-4토르 이하의 진공중에서 1250℃×4시간 가열하였다.

[실시예 14]

한편, 실시예 13과 동일한 혼합분말을 1×10^-4토르 이하의 진공중에서 1100℃×4시간 가열한 것을 실시예 14로 하였다.

실시예 13과 실시예 14의 각 가소체에 있어서 산소분석한 결과를 표 4에 나타냈다.

표 4에 나타낸 결과로부터 분명해지는 바와 같이 본 실시예 13의 쪽이 실시예 14에 비해서 산소함유량이 1/3정도로 감소하는 것이 확인 되었다.

[실시예 15]

실시예 12에 있어서, 얻어진 가소체를 고순도 Mo재로 내장시킨 볼밀내에 고순도 Mo제 볼과 함께 삽입후, 볼밀내를 Ar가스 치환시켜 48시간 분쇄하였다. 얻어진 분쇄분말을 직경 280mm의 고순도 Mo제 용기에 삽입하고, 이 용기를 1×10^-4토르 이하의 진공중에서 1250℃×4시간 가열하였다.

[실시예 16]

한편, 실시예 15와 동일한 혼합분말을 1×10^-4토르 이하의 진공중에서 1100℃×4시간 가열한 것을 실시예 16으로 하였다.

실시예 15와 실시예 16의 각 가소체에 있어서 산소분석한 결과를 표 4에 나타냈다.

[실시예 17]

또한, 실시예 11에 있어서, 얻어진 가소체를 고순도 Mo재로 내장시킨 볼밀 내에 고순도 Mo제 볼과 함께 삽입후, 볼밀 내를 Ar가스로 치환시켜 48시간 분쇄하였다. 얻어진 분쇄분말의 직경 280mm 의 고순도 Mo제 용기에 삽입하고, 이 용기를 1×10^-4토르의 진공배기를 행한 후, 수소를 도입하여 0.1토르의 감압분위기 중에서 1250℃×4시간 가열하였다. 얻어진 시료(가소체)의 산소함유량을 분석한 결과를 하기 표 4에 나타냈다.

상기 표 4에 나타낸 결과로부터 분명해지는 바와 같이, 본 실시예 15에 의하면 실시예 16에 비해서 산소함유량이 1/3정도로 감소하는 것이 확인 되었다.

또한, 실시예 7에 나타난 바와 같이 불순물 제거공정을 단순한 진공하에서 실시하는 것보다 환원성이 강한 수소를 도입한 감압분위기에서 실시하는 것이 보다 높은 탈산소효과가 얻어졌다.

이와 같은 본 실시예의 제조방법에 의해서 얻어진 고융점 금속실리사이드의 가소체는 산소함유량이 매우 적어지기 때문에 저산소타겟이 용이하게 얻어지고, 본 타겟의 사용에 의해 막저항이 저감하고, 반도체장치의 신뢰성 향상이 가능해졌다.

[실시예 18 내지 23]

상술된 실시예 1 내지 10과 동일한 수서 및 처리조건에 따라 최대입경 15㎛의 고순도 W 분말 또는 Mo분말과 최대입경이 30㎛의 고순도 Si분말을 혼합하고, 얻어진 혼합분말을 진공중에서 가열시켜 실리사이드 합성하였다. 또, 실리사이드 합성에 의해 얻어진 가소체를 볼밀로 분쇄하고, 얻어진 분쇄분말을 진공중에서 가열하는 탈산소처리를 행함으로써, 평균조성이 WSi_2.8또는 MoSi_2.7로 되며, 직경 280mm×두께40mm의 가소체를 다수 제조하였다.

이어서, 얻어진 각 가소체를 표 5에 나타난 2단계의 가압조건 및 가열조건으로서 핫프레스하여, 각각 실시예 18 내지 23에 의한 실리사이드 타겟을 제조하였다. 또 가열조건은 온도 1000℃까지는 5 내지 20℃/분의 승온속도에서 연속적으로 가열함과 함께, 온도 1000℃에서 1380℃까지 단계상으로 승온하고, 이의 각 단계의 온도폭은 50 내지 150℃로 하였다.

[비교예 11 내지 15]

한편, 실시예 19 내지 23에서 사용한 가소체를 각각 표 5에 나타낸 2단계의 가압조건 및 가열조건으로 핫프레스하여, 각각 비교예 11 내지 15에 의한 실리사이드 타겟을 제조하였다.

이렇게 얻어진 실시예 18 내지 23 및 비교예 11 내지 15에 의한 각 실리사이드 타겟의 혼합조직을 주사형 전자 현미경으로 관찰하여, 혼합조직을 구성하는 WSi₂입자, MoSi₂입자의 평균입경 및 Si 입자의 최대입경을 측정하는 것과 함께, 각 실리사이드 타겟의 단부 및 중앙부의 조성분석을 행하여 하기 표 5에 나타난 결과를 얻었다.

실시예 18 내지 23에 의한 타겟에 있어서는 어떤 것도 저프레스압 조건하에서 Si가 소성유동되어 가소체의 간극부에 분산이동되고, 이 간극부를 메우는 거동을 하기 때문에 Si의 편석(偏析)이 적어지고, 균일하게 분산된다. 이 때문에 표 5에 나타난 결과로부터 분명해지는 바와 같이, 각 실시예의 타겟은 비교예의 것과 비교하여 WSi₂입자, MoSi₂입자 및 Si입자가 적고, 미세하고 치밀한 혼합조직이 얻어졌다. 또한, 타겟의 단부와 중앙부에 있어서 조성 (Si/M원자비)의 어긋남이 적어지고, 비교예보다 균일한 조성분포를 나타내고 있는 것이 판명되었다.

한편 비교예 11, 13, 14의 타겟과 같이, 소결개시 초기부터 고압력을 작용시키면 Si 성분이 구속되어서 소성유동이 일어나기 어렵기 때문에, Si입자가 조대화되고, 미세한 혼합조직이 얻어지지 않는 것이 판명되었다.

한편, 비교예 12 및 15에 나타난 바와 같이 저프레스 압력하에서 급격하게 가열하면, MSi₂입자의 과립성장이 진행되고, 마찬가지로 미세조직이 얻어지지 않는 것도 판명되었다.

[실시예 24 내지 34]

최대입경이 15㎛의 고순도 M(M은 표 6에 나타난 W, Mo, Ti, Zr, Hf, N, Ta, V, Co, Cr, Ni) 분말과 최대입경이 30㎛의 고순도 Si분말을 준비하고, 각 분말을 고순도 Mo로 내장시킨 볼밀 내에 고순도 Mo제 볼과 함께 삽입후, Ar가스로 치환시켜 48시간 혼합하였다. 얻어진 각 혼합분말을 고순도 Mo제 용기에 충전하였다. 혼합분말의 충전깊이는 5mm, 충전중량은 약 2000g으로 설정하였다. 이 용기를 Mo히터 및 Mo단열재를 사용하는 진공로를 사용하고, 1×10^-4토르 이하의 진공중에서 800℃에서 1300℃까지의 온도범위내(재료에 의해 다름)에서 50℃의 폭으로 승온시키고, 각 온도의 유지시간을 1시간으로서 실리사이드 합성하였다. 고순도 재료는 어떤 것도 5N 이상의 것을 사용하였다.

이어서, 상기 실리사이드 합성에 의해 얻어진 가소체를 고순도 Mo로 내장시킨 볼밀내에 고순도 Mo제 볼과 함께 삽입후, Ar가스 치환시켜 72시간 분쇄하였다. 얻어진 분쇄분말을 직경 280mm의 고순도 Mo제 용기에 삽입하고, 이 용기를 1×10^-4토르 이하의 진공중에서 1250℃×4시간 가열하여 탈산소처리하였다.

또한, 얻어진 가소체(약 φ280mm×40tmm)를 Ta박(箔)을 부착한 흑연제의 성형틀에 세트하고, 10^-4토르 이하의 진공중에서 1000℃로 가열후, 20kg/㎠의 저프레스압을 가하는 것으로부터 각 재료의 공정온도보다 30℃ 낮은 온도 (최종온도)까지 승온폭 50℃씩으로 승온하고, 각온도에서의 유지시간을 1시간으로 하고, 최종온도에 도달시켜 2시간후에 350kg/㎠의 고프레스압을 가하여 핫프레스를 행하고, φ280mm×14tmm의 소결체를 제조하였다.

얻어진 소결체를 연삭연마, 방전가공하여 φ258mm×10tmm의 타겟으로 마무리하였다.

[비교예 16 내지 26]

비교예 16 내지 26으로서, 실시예 24 내지 34와 동일한 M분말과 최대입경 50㎛의 Si분말을 혼합하고, 이어서 얻어진 각 혼합분말의 충전깊이를 20mm로 설정하여, 각 혼합분말을 종래의 카본(C)히터 및 카본(C)단열재를 갖는 진공로에 삽입하고, 1×10^-4토르 이하의 진공중에서 800 내지 1300℃까지의 온도 범위(재료에 의해 다름)에서 10℃/분의 속도로 가열시켜 실리사이드 합성하여 가소체를 얻었다.

이어서, 실리사이드 합성한 가소체를 탈산소처리하지 않은 체 흑연제의 성형틀에 세트하고, 진공중에서 1000℃로 가열후, 200kg/㎠의 프레스압을 가하면서 각 재료의 공정온도보다 30℃ 낮은 온도(최종온도)까지 승온하고, 2시간 유지하고 핫프레스를 행하고, φ280mm×14tmm의 소결체를 제조하였다. 또, 실시예와 동일한 치수의 타겟으로 마무리하였다.

실시예 24 내지 34와 비교예 16 내지 26에 의한 각 타겟의 단면조직을 관찰하여, 0.01mm²내에 단독으로 존재하는 MSi₂의 개수와 MSi₂의 평균입경 및 Si의 최대입경을 주사형 전자 현미경(SEM)에 의해 측정한 결과를 하기 표 6에 나타냈다. 또, 측정치는 단면의 20개소를 조사한 결과의 평균치이다. 또한, 입경은 입자에 외접하는 최소원의 직경을 나타냈다.

상기 표 6에 나타난 결과로부터 분명한 바와 같이 본 실시예 24 내지 34의 쪽이 비교예 16 내지 26에 비해서 단독으로 존재하는 MSi₂입자의 개수가 적고, 그 간격에 Si가 분산하는 균일한 조직으로 또, MSi₂및 Si의 입경이 적고, 미세한 조직을 나타냈다. 또한, 각 실시예의 타겟에 있어서는 제1도 내지 제2도에 나타낸 상기 실시예 1 및 6에 의한 타겟의 금속조직과 동일하게, 백색부로 나타나는 미세한 MSi₂입자가 연쇄상으로 결합되어 있는 한편, 그 사이에 흑색부로 나타낸 미세한 Si입자가 분산된 혼합조직이 형성되어 있다. 한편, 비교예 16 내지 26에 의한 타겟에 있어서는 제3도 및 제4도에 나타낸 비교예 1 및 4에 의한 타겟의 금속조직과 동일하게 조대한 MSi₂입자(회색부) 및 Si입자(흑색부)가 성장되어 있는 것과 함께, Si상 중에 미세한 MSi₂입자가 단독으로 존재하는 비율이 높게되고, 파티클이 발생하기 쉬운 조직을 갖고 있는 것이 판명되었다.

또한, 표면분석장치(X선 마이크로아날라이자 : EPMA)에 의해 각 타겟의 혼합조직단면 1mm²내의 Si/W 원자비를 분석한 결과도, 표 6에 나타냈으나, 본 실시예의 쪽이 비교예에 비해서 목표조성에 가깝고 또 균일한 조성인 것이 판명되었다.

또한, 각 타겟에 있어서, 밀도를 측정한 결과와 산소, 탄소, 철 및 알루미늄의 분석결과를 하기 표 7에 나타냈다.

상기 표 7에 나타난 결과로부터 분명한 바와 같이, 실시예 24 내지 실시예 34에 의한 타겟의 밀도비는 모두 99.9%이상 이므로, 본 실시예에 의한 타겟이 비교예 16 내지 26에 비해서 불순물의 함유량이 매우 적어지는 것으로 나타났다.

또한, 실시예 24 내지 34 및 비교예 16 내지 26에 의한 각 타겟을 마그네트론 스퍼터링 장치에 세트한 후, 아르곤압 2.3×10^-3토르의 조건하에서 스퍼터링을 행하고, 6인치 Si 웨이퍼 상에 실리사이드 막을 약 3000융그스트롱 퇴적시켰다. 동일 조작을 10회 실행하고, 입경 0.2㎛이상의 파티클 혼입량을 측정하고, 그 결과를 표 7에 기재하였다. 표 7에 나타난 결과에서도 분명하게 나타난 바와 같이, 실시예 24 내지 34에 의한 타겟에 의하면, 6인치 웨이퍼상에 혼입하는 파티클수는 어떤 것도 20개 이하로 매우 적게되는 한편, 비교예 16 내지 26에 의하면, 10배 정도의 다량의 파티클이 발생하는 것이 분명하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 고융점 금속 실리사이드는 고융점 금속 실리사이드 입자와 Si입자로부터 이루어진 미세한 혼합조직을 갖고, 고밀도이며, Si입자를 균일분산시켜 타겟내에서의 조성이 균일하고, 동시에 고순도이다. 따라서, 본 타겟의 사용에 의해 스퍼터시에 발생하는 파티클이나 웨이퍼면내의 막저항변화 및 막불순물등이 저감되고, 반도체 장치의 제조비용 및 신뢰성의 향상이 가능하다.

Claims

MSi₂입자(단 M은 W, Mo, Ti, Ta, Zr, Hf, Nb, V, Co, Cr, Ni로부터 선택되는 적어도 1종의 고융점금속)와 Si 입자로 이루어진 미세한 혼합조직을 갖고, 혼합조직의 단면 0.01mm²내에 단독으로 존재하는 MSi₂입자가 15개 이하이며, 상기 MSi₂입자의 평균입경이 10㎛이하인 한편, MSi₂입자의 간극에 존재하는 유리 Si 입자의 최대입경이 20㎛이하인 것을 특징으로 하는 고융점 금속 실리사이드 타겟.
제1항에 있어서, 타겟 전체에서의 Si/M 원자비의 평균치를 X로 하는 경우에 있어서, 혼합조직의 임의의 단면 1mm²내의 Si/M 원자비의 오차가 X±0.02의 범위인 것을 특징으로 하는 고융점 금속 실리사이드 타겟.
제1항에 있어서, 밀도비가 타겟 전면에 걸쳐서 99.5% 이상인 것을 특징으로 하는 고융점 금속 실리사이드 타겟.
제1항에 있어서, 산소의 함유량이 200ppm이하, 탄소의 함유량이 50ppm이하인 것을 특징으로 하는 고융점 금속 실리사이드 타겟.
제1항에 있어서, 철 및 알루미늄의 함유량이 각각 1ppm이하인 것을 특징으로 하는 고융점 금속 실리사이드 타겟.
MSi₂입자(단 M은 W, Mo, Ti, Ta, Zr, Hf, Nb, V, Co, Cr, Ni로부터 선택되는 적어도 1종의 고융점금속)와 Si 입자로 이루어진 미세한 혼합조직을 갖고, 혼합조직의 단면 0.01mm²내에 단독으로 존재하는 MSi₂입자가 15개 이하이며, 상기 MSi₂입자의 평균입경이 10㎛이하인 한편, MSi₂입자의 간극에 존재하는 유리 Si입자의 최대입경이 20㎛이하인 고융점 금속 실리사이드 타겟의 제조방법에 있어서, (1) 최대입경이 15㎛이하인 고순도 고융점 금속분말과 최대입경이 30㎛이하인 고순도 실리콘 분말을 Si/M 원자비가 2∼4가 되도록 혼합하여 혼합분말을 제조하는 공정과, (2) 상기 혼합분말을 용기에 충전하고, 진공중에서 1300℃까지 가열처리함으로써 고융점 금속 실리사이드를 합성함과 함께 가소체를 형성하는 공정과, (3) 진공중 또는 불활성가스 분위기 중에서 상기 가소체를 분쇄하고, 분쇄분말을 제조하는 공정과, (4) 상기 (3)공정에서 제조한 분쇄분말을 용기로 충전하고, 진공중에서 온도 1100 내지 1300℃로 가열하는 것에 의해, 산소 및 탄소 등의 불순물을 저감해서 고순도 분말을 제조하는 공정, 및 (5) 상기 고순도 분말을 성형용틀에 충전하고, 진공중 또는 불활성 가스 분위기 중에서, 1200℃ 미만의 온도에서, 10 내지 50kg/㎠의 저프레스압력을 가하여 공정온도 직하의 온도까지 승온하고, 이후에 200 내지 500kg/㎠의 고프레스 압력하에서 치밀화를 도모하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 고융점 금속 실리사이드 타겟의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 불순물을 저감시키는 공정에서 진공대신 감압하의 수소분위기에서 가열시키는 것을 특징으로 하는 고융점 금속 실리사이드 타겟의 제조방법.
제6항에 있어서, 제(2)공정에서 1회의 가열처리에 대하여 용기에 충전하는 혼합분말의 충전깊이를 20mm이하로 설정하는 것을 특징으로 하는 고융점 금속 실리사이드 타겟의 제조방법.
제6항에 있어서, 제(4)공정에서 분쇄분말을 충전하는 용기의 내경과, 제(5)공정에서 고순도분말을 충전하는 성형용틀의 내경을 동일하게 설정하는 것을 특징으로 하는 고융점 금속 실리사이드 타겟의 제조방법.
MSi₂입자(단 M은 W, Mo, Ti, Ta, Zr, Hf, Nb, V, Co, Cr, Ni로부터 선택되는 적어도 1종의 고융점금속)와 Si 입자로 이루어진 미세한 혼합조직을 갖고, 혼합조직의 단면 0.01mm²내에 단독으로 존재하는 MSi₂입자가 15개 이하이며, 상기 MSi₂입자의 평균입경이 10㎛이하인 한편, MSi₂입자의 간극에 존재하는 유리 Si 입자의 최대입경이 20㎛이하인 것을 특징으로 하는 고융점 금속 실리사이드 타겟을 이용하여 형성되는 고융점 금속 실리사이드 박막.
제10항에 있어서, 고융점 금속 실리사이드 박막은 반도체 장치의 게이트전극, 소스전극, 드레인전극 및 배선의 적어도 1종을 구성하는 박막인 고융점 금속 실리사이드 박막.
MSi₂입자(단 M은 W, Mo, Ti, Ta, Zr, Hf, Nb, V, Co, Cr, Ni로부터 선택되는 적어도 1종의 고융점금속)와 Si 입자로 이루어진 미세한 혼합조직을 갖고, 혼합조직의 단면 0.01mm²내에 단독으로 존재하는 MSi₂입자가 15개 이하이며, 상기 MSi₂입자의 평균입경이 10㎛이하인 한편, MSi₂입자의 간극에 존재하는 유리 Si 입자의 최대입경이 20㎛이하인 것을 특징으로 하는 고융점 금속 실리사이드 타겟을 이용하여 형성되는 고융점 금속 실리사이드 박막으로된 게이트전극, 소스전극, 드레인전극 및 베선의 적어도 1종을 갖춘 반도체장치.