KR100264095B1

KR100264095B1 - 금속실리사이드 타겟재

Info

Publication number: KR100264095B1
Application number: KR1019970033082A
Authority: KR
Inventors: 에이지 히라카와
Original assignee: 다나카 히사노리; 히다치 긴조쿠주식회사
Priority date: 1996-08-13
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 2000-08-16
Also published as: KR19980018187A; US5919321A; TW349998B

Abstract

미립자의 발생을 효과적으로 제한할 수 있는 신규한 금속 실리사이드 타겟재가 제공된다. 상기 타겟재는 금속 실리사이드와 유리(遊離) 실리콘을 포함하는 조직을 가지며, 계산에 의해 얻어진 이론 밀도에 대한 타겟재의 진밀도의 비인 상대 밀도가 100% 이상이며, 상기 타겟재의 조직에서의 유리 실리콘부는 1100 미만의 빅커스 경도를 갖거나 또는, 각각 1㎛ 이상의 직경을 갖는 전위-비검출가능 영역을 갖는다. 더욱이, 음향 방출에 의해 타겟재의 표면의 스크래칭 시험에서 발생되는 음향 방출에 의해 평가된 파괴 하중은 50 N 이상인 것이 적합하다.

Description

금속실리사이드 타겟재

본 발명은 반도체 장치에서 전극이나 배선 등의 형성을 위해 사용되는 금속 실리사이드 타겟재에 관한 것이다.

최근에, 텅스텐 실리사이드 또는 몰리브덴 실리사이드 등의 막과 같은 금속 실리사이드막이 LSI의 고집적화로 인해 LSI의 전극 및 배선으로 사용되고 있다.

상기 실리사이드막을 형성하기 위해 스퍼터링, 화학 증착법 등이 사용되고 있으며, 특히, 막의 생산성 및 재현성과, 작업의 안전성 때문에, 스퍼터링법이 주류를 이루고 있다. 스퍼터링법은 금속 및 실리콘으로 구성되는 타겟재의 표면에 대해 아르곤 등과 같은 불활성 가스 이온을 충돌시켜 방출되는 미세한 입자의 박막을 형성하는 방법이다.

타겟재의 특정 조성에 대해 금속 실리사이드 MSi₂를 형성하도록 화학양론적인 조성이 사용되는 경우 금속 실리사이드막에 고응력이 발생되기 때문에, 그 시트 저항이 증가되지 않는 범위에서 화학양론적인 조성보다도 높은 실리콘 함량을 포함하는 타겟재가 통상 사용되고 있다.

더욱이, 상술한 타겟재의 경우, 고밀도로 불순물이 적은 타겟재를 제조하는 방법이 그 사용 중에 발생되는 균열의 방지, 박막의 균일성, 저 저항성의 확보 및, 스퍼터링 중의 국부 방전에 의한 “입자(Particle)”의 발생 방지를 위하여 검토되어 왔으며, 스퍼터링 영역에서, “입자”는 생성될 박막에 부착된 거친 미립자를 의미하며, 박막상의 입자의 발생은 박막의 열화를 초래한다. 예를 들면, 회로 패턴이 박막의 사용으로 형성된 경우, 배선의 폭을 초과하는 크기를 가진 입자의 발생은 반도체 장치에서 심각한 문제인 배선의 파손을 초래한다.

예를 들어, 일본 특허 공개 공보 소61-145828호에는, 혼합물을 형성하기 위하여 고순도 고융점 금속 분말과 고순도 실리콘 분말을 혼합하고, 분압체(compact) 형성을 위해 상기 혼합물을 가압 성형하고, 소결체 형성을 위해 상기 분압체를 가열 및 소결하고, 상기 소결체를 전자-빔-용해하는 단계를 가진 용해 공정에 의해 형성된 실리사이드 용해품을 얻는 방법이 개시되어 있다.

또한, 일본 특허 공개 공보 소63-219580호에는 조직의 미세화를 위해, 하소체를 형성하도록 진공 상태에서 몰리브덴, 텅스텐 분말 등의 고융점 금속 분말과 실리콘 분말의 실리사이드 반응을 수행하며, 하소체의 열간 정수압 프레스를 수행하는 단계를 갖는 공정이 제안되어 잇다.

또한, 일본 특허 공고 공보 평6-41629호에는, 입자의 발생의 저감에 탄소량이 관계하는 것에 착안하여, 금속 분말과 실리콘 분말을 혼합하여 제공된 혼합물을 진공 상태에서 가열함으로써 탄소 및 산소를 감소시키는 단계를 부가로 포함하는 방법이 개시되어 있다.

또한, 일본 특허 공개 공보 소61-14167호 또는 소61-141674호에는, 소결체 형성을 위해 몰리브덴 분말 또는 텅스텐 분말을 혼합한 후, 성형하여, 실리사이드를 성형하고, 실리사이드 펠릿을 분쇄하여 열간 프레싱(hot-pressing)하는 단계를 가진 공정에 의해 얻어진 고밀도 타겟재가 개시되어 있다.

또한, 일본 특허 공개 공보 평8-49068호에 기술된 바와 같이, 본 출원인은 하소체를 1200 내지 1400℃의 고온 및 110MPa 이상의 고압으로 소결하여, 하소체의 상대 밀도를 101% 이상으로 한 방법을 제안한다.

상술한 고밀도화, 불순물의 저감 및, 조직의 미세화는 몰리브덴 실리사이드 또는 텅스텐 실리사이드 등의 금속 실리사이드 타겟재의 입자의 발생을 저감시키는데 각각 유효한 방법이다.

그러나, 근래의 LSI의 집적화는, 배선 등에 요구되는 박막의 폭이 1 미크론 이하로 감소되도록 현저하게 높아지고 있으며, 이에 따라, 종래에 문제가 되지 않던 미립자조차도 현재 문제로 대두되고 있다.

본 출원인이 제안한 상술된 일본 공개 공보 평8-49068호의 방법으로 얻어진 타겟재와 관련한 입자의 발생 시험에 따르면, 0.3㎛ 이상의 입자의 발생은 크게 저감되는 것을 확인하였다.

그러나, 0.2㎛ 이상의 입자의 발생 수로 평가한 엄격한 경우에는, 저감이 불충분하였다는 것이 판명되었다.

본 발명의 목적은 상술된 요구에 부합하도록 특히 소립 직경의 입자의 발생을 효과적으로 제한하는 것이 가능한 신규한 금속 실리사이드 타겟재를 제공하는 것이다.

본 발명자는 금속 실리사이드 조성물과 유리(遊離) 실리콘 부분을 포함하는 조직 및 원자기가 2 이상인 금속 M에 대한 실리콘의 원자비 Si/M을 갖는 타겟재의 경우에 있어서, 입자의 발생을 제한하도록 실행되는 타겟재의 강화는 소립 직경의 입자의 발생을 제한하는데 충분하지 못하고 강화에 부가하여 새로운 기술이 요구된다고 생각되어, 입자의 발생 및 타겟재의 조직 사이의 관계에 대하여 상세히 검토하였다.

그 결과, 소립 직경의 입자의 발생은 상기 타겟재를 구성하는 조직에서 스트레인(Strain), 전위 등과 같은 내부 조건 특히, 유리 실리콘의 내부상태에 의존하는 것을 알았다.

그리고, 본 발명자는 유리 실리콘의 경도가 유리 실리콘의 내부 상태를 반영하며, 유리 실리콘부의 경도를 저감 시킴으로써 소립자의 발생이 억제될 수 있다는 것을 주목하였다.

즉, 본 발명은 순 실리콘 Si와 화학양론적인 고융점 실리사이드 MSi₂로만 구성된 타겟과 동일한 조성을 갖는 재료에 근거하여 얻어진 이론 밀도에 대한 타겟재의 진밀도 비인 상대 밀도가 100%를 초과하고, 타겟재 조직 중의 유리 실리콘 부분의 빅커스 경도가 1100 미만인 금속 실리사이드 타겟재에 관한 것이다.

더욱이, 본 발명자는 유리 실리콘부의 조직에서 전위 밀도가 유리 실리콘의 내부 상태를 직접 표시하는 지표이며 유리 실리콘의 조직에서 검출된 전위량의 감소가 소립 직경의 입자의 발생을 저감시키는데 효과적인 것을 알았다.

전위 밀도의 고려로부터 본 발명의 타겟재는, 순 실리콘 Si와 화학양론적인 고융점 실리사이드 MSi₂로만 구성된 타겟과 동일한 조성을 갖는 재료에 근거하여 얻어진 이론 밀도에 대한 타겟재의 진밀도 비인 상대 밀도가 100%를 초과하는 금속 실리사이드 타겟재이며, 타겟재의 조직에서 유리 실리콘은 직경이 1㎛ 이상인 전위-비검출 영역을 갖는다.

이 경우, 타겟재의 조직 중 유리 실리콘부의 빅커스 경도는 적합하게는 1,100 미만이다.

본 발명의 타겟재에서, 타겟재의 조직 중의 금속 실리사이드부의 빅커스 경도는 적합하게는 1,200 미만이다.

더욱이, 본 발명의 타겟재에서, 파괴가 발생되는 스크래칭 파괴 하중은, 하중이 로크웰 경도 A 스케일로 사용되는 다이아몬드 인덴터를 사용하여, 10㎜/min의 스크래칭 비와 100 N/min의 하중비에서 0 N으로부터 연속적으로 증가되는 경우에 적합하게는 50 N 이상이다.

제1도는 본 발명의 타겟재와 관련한 100,000 배율의 투과형 전자 현미경 미세 조직의 사진.

제2도는 본 발명의 타겟재와 관련한 30,000 배율의 투과형 전자 현미경 미세 조직의 사진.

제3도는 비교용의, 타겟재와 관련한 100,000 배율의 투과형 전자 현미경 미세 조직의 사진.

제4도는 비교용의, 타겟재와 관련한 30,000 배율의 투과형 전자 현미경 미세 조직의 사진.

제5도는 본 발명의 텅스텐 실리사이드 타겟재의 조직의 예를 도시한 미세 조직의 사진.

제6도는 텅스텐 실리사이드 타겟재에서의 유리 실리콘의 경도 및 가압 소결의 압력 사이의 관계를 도시하는 그래프.

제7도는 본 발명의 몰리브덴 실리사이드 타겟재의 조직의 예를 도시한 미세 조직의 사진.

제8도는 몰리브덴 실리사이드 타겟재에서의 유리 실리콘의 경도와 가압 소결의 압력 사이의 관계를 도시한 그래프.

제9도는 음향 방출에 의한 스크래칭 파괴 하중을 측정한 예를 도시한 그래프.

본 발명에서, 조대 입자의 발생을 억제하기 위해서 상대 밀도를 100%를 초과하는 고밀도로 조정할 필요가 있다.

이는 저밀도의 타겟재의 공극(vacancy)이 스퍼터링 동안 비정상적인 방전을 초래하고 조대 입자의 발생의 원인이 되기 때문이다.

고밀도의 타겟재에서, 본 발명의 주 특징은 타겟재를 구성하는 조직의 스트레인, 전위 등과 같은 내부 상태 특히, 소립 직경의 입자의 발생을 방지하도록 유리 실리콘의 내부 상태를 규정하고 있다는 점이다.

상세한 설명이 하기에 서술된다.

타겟재의 생성 조건과 관련하여, 본 발명자는 다양한 원료 입도(grain size)로 형성된 타겟재 및 압력 소결 조건 및 소립 직경의 입자의 발생을 시험했다.

그 결과, 일견 마이크로 조직에는 차이가 없는 경우라도, 소립 직경의 입자의 발생이 적은 타겟재의 존재가 발견되었다.

이러한 현상의 상세한 검토 중에, 본 발명자는 소립 직경의 입자의 발생이 적은 타겟재에서 유리 실리콘부의 경도가 소립 직경의 입자의 발생이 많은 타겟재와 비교하여 현저히 낮다는 것을 알았다.

그러므로, 본 발명에서, 유리 실리콘부의 빅커스 경도는 1,100 미만으로 규정하였다.

본 발명에서 빅커스 경도를 1,100 미만으로 제한한 이유는 소립 직경의 입자의 발생이 고밀도의 종래의 재료와 비교할 때 경도 범위내에서 명확히 저감될 수 있기 때문이다.

다음으로, 투과형 전자 현미경의 사용에 의해 입자의 발생이 적은 타겟재의 부가의 시험으로, 입자의 발생이 적은 타겟재의 유리 실리콘의 스트레인, 스태킹(stackin) 결함 및/또는 전위가 입자의 발생이 많은 타겟재의 경우와 비교하여 적다는 것이 밝혀졌다. 다시 말해서, 상기 유리 실리콘의 경도는 이러한 조직의 내부 상태를 반영한다.

본 발명의 상술한 타겟재를 보다 명확하게 정의하도록, 타겟재의 조직의 유리 실리콘부는 각각 1㎛ 이상의 직경을 가진 전위-비검출 영역을 갖는다.

스트레인, 전위 등과 같은 내부 상태를 양적으로 평가하기 어렵기 때문에, 그리고 비교적 쉽게 검출되는 전위를 양적으로 평가하기 위해서 전위-비검출 영역의 크기가 규정된다.

WSix(x=2.75)의 조성을 가진 텅스텐 실리사이드의 타겟재의 예가 다음에 설명된다.

제1도 및 제2도는 본 발명의 타겟재와 관련한, 102%의 상대 밀도의 텅스텐 실리사이드의 유리 실리콘부의 각각 100,000 및 30,000의 배율의 투과형 전자 현미경 사진이며, 흑색 입자는 텅스텐 실리사이드부를 나타내고, 흰색 부분은 유리 실리콘부를 나타낸다.

한편, 비교예로서, 제3도 및 제4도는, 102%의 상대 밀도의 텅스텐 실리사이드의 유리 실리콘부의 각각 100,000 및 30,000의 배율의 투과형 전자 현미경 사진이다. 제1도 및 제2도에서, 쌍정(twins)으로 고려되는 상이 보여질지라도, 명료한 전위의 존재를 명확히 나타내는 상은 보여질 수 없다. 한편, 무수하게 보이는 것 같은 전위가 제3도 및 제4도ㅔ 보여질 수 있다. 제1도 및 제2도에 도시된 본 발명의 타겟재와 비교하면, 비교예의 실리콘부의 전위 밀도는 명확히 보다 높다.

전위 밀도의 정량 평가를 위하여, 전위-비검출 영역의 크기가 사용된다. 다시말해서, 제1도 및 제2도의 조직에서, 각각의 전위-비검출 영역은 1㎛ 이상의 큰 직경을 갖지만, 제3도 및 제4도의 조직에서는 각각의 전위-비검출 영역이 0.5㎛ 이하의 직경을 갖는다.

이와 같은 조직의 차이 때문에, 본 발명에서 사용되는 텅스텐 실리사이드에서 2㎛ 이상의 크기를 가진 입자의 발생 수가 비교예의 타겟재의 경우보다 적거나 3분의 1로 감소될 수 있다.

본 발명에 실현된 저 경도 및 저 전위 밀도를 가진 유리 실리콘부를 갖는 타겟재는 금속 분말(예를 들면, 텅스텐, 몰리브덴 분말 등과 같은 금속 실리사이드를 형성하는 금속 분말)의 평균 입도를 50㎛ 이하로 감소시키는 단계와, 원료 분말로서 상기 금속 분말과 함께 5㎛ 이하의 평균 입도의 극히 미세한 실리콘 분말을 이용하는 단계와, 하소체를 형성하도록 실리사이드화 반응을 행하기 위해 이들을 가열하는 단계와, 이들을 분쇄하는 단계 및, 1200℃ 이상의 온도, 40 내지 100 MPa의 압력으로 소결하는 단계를 포함하는 방법으로 제조된다.

이와 같은 미세한 원료 분말을 이용함으로서, 110 MPa 이상의 고압을 적용하지 않더라도, 100% 이상의 상대 밀도를 갖고 1100 미만의 유리 실리콘부의 빅커스 경도를 갖는 본 발명의 타겟재가 얻어진다.

더욱이, 단순히 고밀도를 얻기 위한 방법으로는, 일본 특허 공개 공보 평8-49068호에 개시된 바와 같이, 1200℃ 이상의 고온과 100 MPa 이상의 고압의 조건을 적용할 수 있다. 그러나, 이 방법에서는 고압이 적용되기 때문에, 타겟재 조직의 유리 실리콘부의 빅커스 경도(Hv)가 1100 이상으로 되고, 전위 밀도가 높아져서 적합하지 않다.

그러므로, 이 방법을 사용하는 경우에는, 1200℃ 이상의 온도로 타겟재를 어닐링함으로서 유리 실리콘부의 경도를 저감시킬 필요가 있다.

또한, 본 발명의 타겟재의 조직에서, 각각의 유리 실리콘부가 금속 실리사이드에 의해 둘러싸여 구속되기 때문에, 상술한 어닐링 처리를 행하더라도, 유리 실리콘부의 경도의 저감이 적은 범위에 머문다. 그러므로, 적합하게는 저압으로 상술한 소결 처리를 행하는 방법을 채용한다.

본 발명에서와 같이 가압 소결하여 유리 실리콘 상태에서 실리콘을 함유하는 금속 실리사이드 타겟재를 얻고자 하는 경우, 100% 이상의 상대 밀도를 얻기 위해 1200℃ 이상의 온도를 적용하는 것이 적합하다. 또한, 온도 상한은 Si의 융점(1414℃)보다 낮은 1400℃ 이하가 적합하다.

이는 1400℃를 초과하면 실리콘이 융해되어 소결체 조직이 불균일하게 되기 때문이다.

본 발명자의 실험에 따라서, 유리 실리콘부의 빅커스 경도는 소결 압력에 거의 비례하여 증가된다. 본 발명에서는 빅커스 경도를 1100 미만으로 하기 위해서는 소결 압력을 100 MPa 이하로 하는 것이 적합하다.

본 발명에서, 실리콘과 고융점 금속의 원자비 Si/M은 2 이상으로 제한된다. Si/M이 2 이하이면, 타겟재의 조직은 유리 실리콘 영역을 갖지 않는다. LSI의 전극이나 배선으로서 사용되는 경우에는, Si/M 비가 4 이상이면 시트 저항이 너무 높아지는 문제가 있기 때문에, Si/M을 4 이하로 하는 것이 적합하다. 더욱이, 유리 실리콘의 양이 많아질수록 유리 실리콘부의 경도나 전위 밀도에 의한 입자의 발생이 많아지게 되며, 따라서 본 발명에서는 2.5 이상의 Si/M 비를 가진 타겟재에 대하여 많은 장점을 제공한다.

본 발명에서 소립 직경의 입자의 발생이 유리 실리콘부의 경도나 전위 밀도에 의해 영향을 받는 이유를 명확히 알 수 없을지라도, 본 발명자들은 타겟재상의 스퍼터링된 표면부의 취성이 하나의 원인이라고 결정했다.

본 발명자의 실험의 결과로, 타겟재의 스퍼터링된 표면에 단순한 하중이 적용된 스크래칭 시험에서, 입자의 발생이 많은 비교 타겟재가 스크래칭된 폭을 증가시키는 경향이 있다는 것이 관찰됐다.

그 정량 평가를 위해, 스크래칭 시험에서의 파괴 발생에 요구되는 하중을 측정하는 수단으로서, 소위 음향 방출로 일컫는 측정 방법이 채택됐다.

특히, 록크웰 경도 A 스케일에 사용되는 다이아몬드 인덴터의 사용에 의해 100 N/min의 하중비와 10㎜/min의 스크래칭비에서 0 N으로부터 연속적으로 하중이 증가되는 경우, 스크래칭 파괴를 발생시키는 파괴 하중이 50 N 이상일 때, 소립직경의 입자의 발생이 현저히 저감하는 것을 알 수 있었다.

실제 측정에서, 음향 방출에 의한 스크래칭 파괴 하중이 상대값으로 검출됐다. 그 예가 제9도에 예시되어 있으며, 초기 단계에서 발생되는 변동값을 배제하고, 하중이 증가할 때, 검출값이 갑자기 증가되기 시작하는 검출 레벨로 제한된 스크래칭 파괴 하중이 나타난다(제9도 참조). 제9도의 종좌표는 검출된 상대값을 나타낸다.

본 발명의 타겟재를 제조할 때, 실리사이드-성형 반응을 사용할 수 있다. 이 반응은 몰리브덴 또는 텅스텐 등이 금속 실리사이드가 되도록 실리콘과 반응하는 것이다. 금속 M에 대한 실리콘의 원자비 Si/M이 화학양론적 실리사이드 MSi₂의 Si양과 비교하여 Si의 초과를 의미하는 2 이상으로 조정되면, 금속 실리사이드의 반응에 참여하지 않는 유리 실리콘을 갖는 조직이 발생된다.

본 발명의 이론 밀도는 화학양론적 금속 실리사이드 MSi₂와 순 실리콘 Si가 각각 타겟재의 조직에 독립적으로 존재하는 타겟재와 동일한 조성을 갖는 재료에 근거하여 얻어진 밀도이다.

계산의 특정 방법이 후술된다.

본 발명의 타겟재의 조직은 상술된 바와 같이 유리 실리콘과 금속 실리사이드(화합물)로 구성된다.

그러므로, 조직은 M이 텅스텐인 제5도의 실시예 또는 M이 몰리브덴인 제7도의 실시예에 도시된 바와 같이 복합상으로 형성된다. 제5도 및 제7도에 도시된 바와 같이, 조직은 금속 실리사이드에 대응하는 백색부와 유리 실리콘에 대응하는 흑색부로 구성된다.

제5도 및 제7도에 도시된 본 발명의 타겟재의 조직에서, 유리 실리콘부는 5㎛ 이하의 직경을 가진 등가원에 대응하는 크기로 미세하게 분포된다. 이 때문에, 상대 밀도가 100%를 초과하는 고밀도의 타겟재가 생성된다.

본 발명에 있어서의 이론 밀도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

실리콘과 텅스텐의 원자비 Si/M = 2.75를 갖는 타겟재의 경우, 화학양론적 텅스텐 실리사이드 WSi₂의 밀도와 분자량은 이하와 같다.

밀도 9.83[g/㎝³]

분자량 240.022[g/g-mol].

순 실리콘의 밀도와 분자량은 다음과 같다.

밀도 2.33[g/㎝³]

분자량 28.086[g/g-mol].

타겟재가 실질적으로 WSi₂: 1[g-mol]과 Si : 0.75[g-mol]만으로 구성될 때, 타겟재의 중량은,

{1[g-mol]×240.022[g/g-mol]}+{0.75[g-mol]×28.086[g/g-mol]}=261.85[g]이고,

타겟재의 체적은,

{1[g-mol]×240.022[g/g-mol]/9.83[g/㎝³]}+{0.75[g-mol]×28.086[g/g-mol]/2.33[g/㎝³]}=33.458[㎝³]이다.

이때의 밀도는 {타겟재 중량}/{타겟재 체적}=7.803[g/㎝³]이 된다. 이는 이론 밀도이다.

한편, 진밀도는, 타겟재를 아르키메데스의 원리에 의해서 체적을 구하고, 또한 칭량함에 의해 중량을 구하는 것에 따라 얻을 수 있다.

이에 의해 얻어진 진밀도가 예를 들어, 7.90[g/㎝³]이면, 상대 밀도는 {진밀도×100}/이론 밀도={7.90[g/㎝³]×100}/7.803[g/㎝³]=101.2%이다.

[실시예 1]

고순도 텅스텐 분말(순도 99.999% 이상, 평균 입경 4.8㎛)과 고순도 실리콘 분말(순도 99.999% 이상, 평균 입경 2㎛)을 Si/W=2.75의 배합비로 칭량하여 블랜더(blender)로 혼합하였다. 이때의 이론 밀도는 상술한 방법으로 계산하면 7.803[g/㎝³]이다.

혼합 분말을 1350℃×2 hr의 조건으로 6×10^-2Pa 이하의 고 진공에서 실리사이드화 반응을 행하여 하소체를 얻었다. 이 하소체를 아르곤 분위기 속에서 100 메시(150㎛) 이하의 입자 크기까지 분쇄하여, 분말을 표 1에 나타낸 조건에 의해 열간 정수압 프레스에 의해 가열 및 소결하여, 기계 가공에 의해 300㎜의 텅스텐 실리사이드 타겟재를 얻었다.

진밀도는 아르키메데스의 원리로 얻어졌다. 진밀도와 이론 밀도에 의해 계산된 상대 밀도와 얻어진 진밀도를 표 1에 나타냈다.

얻어진 타겟재의 금속 실리사이드부 및 유리 실리콘부의 경도를 50㎏ 하중의 빅커스 경도계로 측정했다.

더욱이, 록크웰 경도 A 스케일을 위해 사용되는 다이아몬드 인덴터의 사용에 의해, 100 N/min의 하중비와 10㎜/min의 스크래칭비에서 0 N으로부터 연속적으로 하중이 증가된 경우, 음향 방출을 사용함으로서, 파괴를 발생하는 파괴 하중(스크래칭 파괴 하중)이 검출된다.

또한, 투과형 전자 현미경으로 옵션 10 시각 필드에서 30,000의 배율로 조직을 관찰함으로서, 전위-비검출 영역(전위-비검출 영역의 직경)의 범위가 관찰됐다.

표 3에 나타낸 조건에서 얻어진 텅스텐 실리사이드 타겟재를 스퍼터링한 후, 6인치 웨이퍼상에 발생하는 0.3㎛ 이상 및 0.2㎛ 이상의 입자 수를 측정하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

400 배율의 본 발명의 텅스텐 실리사이드 타겟재의 대표적인 조직의 사진이 제5도에 도시되어 있다.

제5도에서, 백색부는 텅스텐 실리사이드 화합물 부분이고, 흑색부는 텅스텐 실리사이드 타겟재의 유리 실리콘부이며, 상기 실리사이드와 실리사이드이 조직에 분포되어 있다.

표 1 및 표 2에 나타낸 시료 중 1 내지 6은 본 발명의 타겟재이고, 시료 7 내지 10은 비교를 위한 타겟재이다.

합성 타겟재의 Si 및 WSi₂부의 경도와 열간 정수압 프레싱의 가압 소결의 압력 사이의 관계가 제6도에 나타나 있다.

제6도에 도시된 바와 같이, 가압 소결의 압력 증가에 비례하여, Si와 WSi₂부의 경도가 증가된다. 예를 들면, 가압 소결의 180MPa 압력에서, Si부의 경도는 1,500Hv로 증가하고, WSi₂부의 경도는 1,210Hv로 증가한다. 더욱이, 제6도에 도시된 바와 같이, 특히 Si의 경도 증가는 WSi₂부의 경우와 비교해서 중요하다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 타겟재에서, 유리 실리콘부의 빅커스 경도는 1,100 이하로 제한되고, 소립 직경의 입자의 발생은 1,200 이상의 빅커스 경도의 유리 실리콘부를 가진 비교용 시료 7 내지 9의 타겟재와 비교할 때, 현저히 감소되는 것을 알았다.

더욱이, 표 2에서, 음향 방출에 의해 평가된 스크래칭 파괴 하중으로부터 판단하면, 스크래칭 파괴 하중이 낮아질수록 타겟재에 미세한 입자의 발생 수가 많아지는 경향이 있다는 것을 알았다.

미세한 입자의 발생이 낮은 레벨에 있는 본 발명의 타겟재에서, 이들 각각의 스크래칭 파괴 하중은 50 N 이상이다.

또한, 투과형 전자 현미경에 의한 전위의 관찰 결과, 미세 입자의 발생이 적은 타겟재는 그 유리 실리콘부에서의 전위의 수가 적어진다는 것을 확인하였다. 본 발명의 타겟재의 경우에, 전위-비검출 영역의 직경은 1㎛ 이상의 비교적 큰 범위에 있지만, 미세한 입자의 발생이 많은 비교를 위한 다른 경우의 타겟재에서는 전위-비검출 영역의 직경이 0.5㎛ 이하이다.

비교용 타겟재 중 시료 10이 저온에서 소결되기 때문에, 그 상대 밀도는 단지 98.8%가 되고, 전체로서, 비교적 큰 전위-비검출 영역에도 불구하고 입자의 발생이 적합하지 않게 증가된다.

[실시예 2]

고순도 몰리브덴 분말(순도 99.999% 이상, 평균 입경 4.2㎛)과 고순도 실리콘 분말(순도 99.999% 이상, 평균 입경 2㎛)을 Si/W=2.3의 배합비로 칭량하여 블랜더로 혼합하였다. 상기 방법으로 계산된 이 경우의 이론 밀도는 5.734[g/㎝³]이다.

혼합 분말을 1,200℃×4 hr의 조건으로 6×10^-2Pa 이상의 고 진공하에서 실리사이드화 반응을 행하여 하소체를 얻었다. 상기 하소체를 아르곤 분위기내에서 100 메시(150㎛) 이하의 입자 크기까지 분쇄하여, 분말을 표 3에 나타내는 조건에 의해 열간 정수압 프레스에 의해 가열 및 소결하여, 기계 가공에 의해 300㎜의 직경의 몰리브덴 실리사이드 타겟재를 얻었다.

진밀도는 아르키메데스의 원리에 의해 얻어졌다. 얻어진 진밀도와, 진밀도와 이론 밀도에 의해 계산된 상대 밀도를 표 4에 나타낸다.

얻어진 타겟재의 금속 실리사이드부 및 유리 실리콘의 경도를 50㎏ 하중의 빅커스 경도계로 측정했다.

더욱이, 록크웰 경도 A 스케일을 위해 사용되는 다이아몬드 인덴터의 사용에 의해, 100 N/min의 하중비와 10㎜/min의 스크래칭비에서 0 N으로부터 연속적으로 하중이 증가하는 단계를 가진 스크래칭 시험을 사용하여, 음향 방출에 의해 파괴를 발생하는 파괴 하중(스크래칭 파괴 하중)이 검출된다.

또한, 투과형 전자 현미경으로 임의의 10 시각 필드에서 30,000의 배율로 조직을 관찰함으로서, 전위-비검출 영역(전위-비검출 영역의 직경)의 크기가 관찰됐다.

다음, 표 3에 나타낸 조건에서 얻어진 텅스텐 실리사이드 타겟재를 스퍼터링한 후, 15.24㎝(6인치) 웨이퍼상에 발생하는 0.3㎛ 이상 및 0.2㎛ 이상의 각각의 입자 수를 측정하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

더욱이, 본 발명의 몰리브덴 실리사이드 타겟재의 400배율의 대표적인 조직의 사진이 제7도에 도시되어 있다.

제7도의 몰리브덴 실리사이드 타겟재에서, 백색부는 몰리브덴 실리사이드 화합물 부분이고, 흑색부는 유리 실리콘부이며, 상기 실리사이드 화합물과 유리 실리콘이 조직에 분포되어 있다. 전체 조직의 유리 실리콘의 체적이 Si/Mo=2.3을 고려하여 적은양의 실리콘에 의해 발생되는 실시예 1의 텅스텐 실리사이드의 경우 보다 작다는 것을 알 수 있다.

표 4 및 표 5에 도시된 시료 중 시료 11 내지 16은 본 발명의 타겟재이고, 시료 17 내지 20은 비교를 위한 타겟재이다.

표 4 및 표 5로부터, 얻어진 타겟재의 Si와 MoSi₂부의 경도와 열간 정수압 프레싱의 가압 소결의 압력 사이의 관계가 제8도에 나타나 있다.

제8도에 도시된 바와 같이, 가압 소결의 압력 증가에 비례하여, Si와 MoSi₂부의 경도가 증가된다. 예를 들면, 가압 소결의 180 MPa 압력에서, Si부의 경도는 1,226Hv로 증가하고, MoSi₂부의 경도는 1,097Hv로 증가한다. 더욱이, 제8도에 도시된 바와 같이, 특히 Si부의 경도 증가는 MoSi₂부의 경우와 비교해서 크다. 몰리브덴 실리사이드재에서, 몰리브덴 실리사이드재의 Si부의 경도는 Si/Mo=2.3같이 적은 유리 실리콘 함량 때문에 텅스텐 실리사이드재에서와 같이 높게 증가되지 않는 것으로 고려된다.

표 5에 나타낸 바와 같이, 유리 실리콘부의 빅커스 경도가 1,100 이하 레벨로 제한되는, 본 발명의 타겟재의 미세한 입자의 수는 1,100 이상의 빅커스 경도의 유리 실리콘부를 가진 비교를 위한 시료 17 내지 19의 타겟재와 비교할 때, 현저히 감소된다.

더욱이, 음향 방출에 의해 평가된 스크래칭 파괴 하중으로부터 판단하면, 표 5에 나타낸 바와 같이, 스크래칭 파괴 하중이 낮아질수록 타겟재의 미세한 입자의 발생수가 많아지는 경향이 있다는 것을 알았다.

본 발명에서, 미세한 입자의 발생이 감소된 모든 타겟재의 경우, 스크래칭 파괴 하중은 50 N 이상이다.

투과형 전자 현미경에 의해 전위의 관찰 결과에 따르면, 미세 입자의 발생이 감소된 타겟재 및 몰리브덴 실리사이드 타겟재는 그 유리 실리콘에서의 전위의 수가 적다는 것을 확인하였다.

본 발명의 타겟재는 직경 1㎛ 이상의 큰 전위-비검출 영역을 갖지만, 미세한 입자의 발생이 많은 비교용 타겟재에서는 직경 1㎛ 이하의 전위-비검출 영역을 갖는다.

비교용 타겟재 중 시료 20이 저온에서 소결되기 때문에, 그 사애 밀도는 단지 98.5%가 되고, 전체로서, 큰 전위-비검출 영역에도 불구하고 많은 입자가 발생된다.

본 발명에 따라서, 상대 밀도가 100% 이상의 고밀도로 조정되는 금속 실리사이드 타겟재에서, 유리 실리콘부에 존재하는 전위량의 감소나 유리 실리콘부의 경도의 감소에 의해 미세한 입자의 발생이 억제될 수 있다(종래 기술에서는 이러한 억제가 어렵다).

그러므로, 본 발명의 타겟재의 사용에 의해, 미세한 정밀 작업을 요하는 반도체 장치의 생산량을 현저하게 향상시키며, 본 산업 분야에 상당히 유용하게 사용될 수 있다.

Claims

금속 M에 대한 실리콘의 원자비 Si/M이 2 이상이며, 금속 실리사이드 화합물과 유리 실리콘부로 구성되는 조직을 갖는 금속 실리사이드 타겟재에 있어서, 상기 타겟재는 순 실리콘 Si와 고융점의 화학양론적 실리사이드 MSi₂로만 구성된 타겟과 동일한 조성을 갖는 재료에 근거하여 얻어지는 이론 밀도에 대한 타겟재의 진밀도의 비로 형성되는 상대 밀도가 100% 이상이며, 상기 타겟재의 조직의 유리 실리콘부는 1,100 미만의 빅커스 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 실리사이드 타겟재.
제1항에 있어서, 상기 타겟재의 조직에서 상기 금속 실리사이드부의 빅커스 경도는 1,200 미만인 것을 특징으로 하는 금속 실리사이드 타겟재.
제2항에 있어서, 록크웰 경도 A 스케일을 위해 사용되는 다이아몬드 인덴터의 사용에 의해 100N/min의 하중비와 10㎜/min의 스크래칭비에서 0 N으로부터 하중이 연속적으로 증가되는 경우에, 파괴를 발생시키는 스크래칭 파괴 하중은 50 N 이상인 것을 특징으로 하는 금속 실리사이드 타겟재.
금속 M에 대한 실리콘의 원자비 Si/M이 2 이상이며, 금속 실리사이드 화합물과 유리 실리콘부로 구성되는 조직을 갖는 금속 실리사이드 타겟재에 있어서, 상기 타겟재는 순 실리콘 Si와 고융점의 화학양론적 실리사이드 MSi₂로만 구성된 타겟과 동일한 조성을 갖는 재료에 근거하여 얻어지는 이론 밀도에 대한 타겟재의 진밀도의 비로 형성되는 상대 밀도가 100% 이상이며, 상기 타겟재의 조직의 유리 실리콘부는 1㎛ 이상의 직경을 갖는 전위-비검출 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 실리사이드 타겟재.
제4항에 있어서, 상기 타겟재의 조직에서 상기 유리 실리콘부의 빅커스 경도는 1,100 미만인 것을 특징으로 하는 금속 실리사이드 타겟재.
제4항에 있어서, 상기 타겟재의 조직에서 상기 금속 실리사이드부의 빅커스 경도는 1,200 미만인 것을 특징으로 하는 금속 실리사이드 타겟재.
제4항에 있어서, 록크웰 경도 A 스케일을 위해 사용되는 다이아몬드 인덴터의 사용에 의해 100N/min의 하중비와 100㎜/min의 스크래칭비에서 0 N으로부터 하중이 연속적으로 증가되는 경우에, 파괴를 발생시키는 스크래칭 파괴 하중은 50 N 이상인 것을 특징으로 하는 금속 실리사이드 타겟재.