KR19980018187A - 금속실리사이드 타겟재 - Google Patents

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Abstract

미립자의 발생을 효과적으로 제한할 수 있는 신규한 금속 실리사이드 타겟재가 제공된다. 상기 타겟재는 금속 실리사이드와 프리 실리콘을 포함하는 조직을 가지며, 계산에 의해 얻어진 이론밀도에 대한 타겟재의 진밀도의 비인 상대밀도가 100%이상이며, 상기 타겟재의 조직에서의 프리 실리콘은 1100미만의 빅커스 경도를 갖고 또는, 각각 1㎛이상의 직겨을 갖는 전위-비검출가능 영역을 갖는다. 더나아가, 음향 방출에 의해 타겟재의 표면의 스크레칭 시험에서 발생되는, 음향 방출에 의해 평가된 파열하중은 50N 이상인 것이 바람직하다.

Description

금속 실리사이드 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 고직접화로 인한 LSI의 전극 및 배선으로 사용되고 있다.
상기 실리사이드막을 형성하기위해 스퍼터링, 화학증착법등이 사용되고 있고, 특히, 막의 생산성, 막의 재현성 및, 작업의 안전성 때문에, 스퍼터링법이 주류를 이루고 있다. 스퍼터링법은 금속 및 실리콘으로 구성되는 타겟재의 표면에 대해 아르곤등과 같으 불활성 가스이온을 충돌시켜 방출되는 미세한 입자의 박막을 형성하는 방법이다.
타겟재의 특정조성에 대해 금속 실리사이드 MSi2를 형성하도록 화학양론적인 조성이 사용되는 경우 금속 실리사이드막에 고응력이 발생되기 때문에 그 시트저항이 증가되지 않는 범위에서 화학양론적인 조성보다도 높은 실리콘함량을 포함하는 타겟재가 통상 사용되고 있다.
더나아가, 상술한 타겟재의 경우, 고밀도로 불순물이 적은 타겟재를 제조하는 방법이 그 사용중에 발생되는 균열의 방지, 박막의 균일성, 저저항성의 확보 및, 스퍼터링중의 국부방전에 의한 파티클(Particle)의 발생방지를 위하여, 검토되어 왔으며, 스퍼터링영역에서, 파티클은 생성될 박막에 부착된 거친 미립자를 의미하며, 박막상의 입자는 박막내부에서 발생된다. 예를 들면, 회로패턴이 박막의 사용으로 형성된 경우, 배선의 폭을 초과하는 크기를 가진 입자의 발생은 반도체장치에서 심각한 문제인 배선의 파손을 초래한다.
예를들어, 일본특허공개소 61-145828호 공보에서는, 혼합물을 형성하기 위하여 고순도 내화 금속분말과 고순도 실리콘분말을 혼합하고, 콤팩트 형성을 위해 상기 혼합물을 압력-콤팩팅하고, 소결체형성을 위해 상기 콘팩트를 가열 및 소결하고, 상기 소결체를 전자-빔-용해하는 단계를 가진 용해공정에 의해 형성된 실리사이드 용해품을 얻는 방법이 기술되어 있다.
또한, 일본특허공개소61-14167 또는 61-141674호 공보에는, 몰리브덴 분말 또는 텅스텐 분말을 혼합한후, 콤팩팅하여, 실리사이드를 성형하고, 실리사이드 펠릿을 분쇄하여, 소결체형성을 위해 고운 프레싱하는 단계를 가진 공정에 의해 얻어진 고밀도 타겟재가 기술되어 있다.
또한, 일본특허공개소63-219580호에는 조직의 미세화를 위해, 몰리브덴, 텅스텐 분말 등의 고융점 금속분말과 실리콘 분말을 진공상태에서 실리사이드 반응시켜, 얻어진 하소체를 열간 평형 프레스하는 공정도 제안되어 있다.
또한, 일본특공평 6-41629호 공보에는, 파티클의 저감에 탄소량이 관계하는 것에 착안하여, 금속분말과 실리콘분말을 혼합하여 제공된 혼합물을 고온 진공상태로 가열함으로써 탄소 및 산소를 감소시키는 단계를 부가로 가진 방법이 개시되어 있다.
또한, 일본특개평 8-49068호 공보에 기술된 바와 같이, 본 출원인은 하소체를 1200도에서 1400도의 고온 및 110㎫ 이상의 고압력으로 소결하여, 하소체의 상대밀도를 101% 이상으로 한 방법을 제안하고 있다.
상술한 불순물의 저감, 조직의 미세화는 몰리브덴 실리사이드 또는 텅스텐 실리사이드 등의 금속 실리사이드 타겟재의 파티클의 발생을 저감시키는데 각각 유효한 방법이다.
그러나, 근래의 LSI의 고집적화는 현저하고, 배선 등에 요구하는 박막의 폭이 서브미크론으로 되고 있으며, 이에 따라, 종래에 문제가 되지 않던 미립자 조차도 현재 문제로 대두되고 있다.
본 출원인이 제안한 상술된 일본 특개평 8-49068호의 방법으로 얻어진 타겟재와 관련한 파티클의 발생시험에 따르면, 0.3㎛이상의 파티클은 크게 저감되는 것을 확인하였다.
그러나, 심각한 경우, 0.2㎛이상의 파티클의 발생개수로 평가하면, 저감이 불충분하였다는 것이 판명되었다.
본 발명의 목적은 상술된 요구에 부합하도록 소립직경의 파티클 발생을 효과적으로 제한하는 것이 가능한 신규한 금속 실리사이드 타겟재를 제공하는 것이다. 본 발명자는 금속 실리사이드 조성물과 프리 실리콘 부분을 포함하는 조직 및 원자비가 2 이상인 금속 M에 대한 실리콘의 원자비 Si/M을 갖는 타겟재의 경우에 있어서, 파티클의 발생을 제한하도록 실행되는 타겟재의 강화는 소립직경의 파티클의 발생을 제한하는데 충분하지 못하고 강화에 부가하여 새로운 기술이 요구된다고 생각되어, 파티클의 발생 및 타겟재의 조직 사이의 관계에 대하여 상세히 검토하였다.
그 결과, 소립직경의 파티클의 발생은 상기 타겟재를 구성하는 조직에서 스트레인(Strain), 전위 등과 같은 내부조건 특히, 프리 실리콘의 내부상태에 의존하는 것을 알았다.
그리고, 본 발명자는 프리 실리콘의 경도가 프리 실리콘의 내부상태를 반영하고, 프리 실리콘부의 경도를 저감시킴으로써 소립자의 발생이 억제될수 있다는 것을 주목하였다.
즉, 본 발명은 타겟재가 순 실리콘 Si와 화학양론적인 고융점 실리사이드 MSi2로 구성된다고 가정하여 계산된 이론밀도에 대한 타겟재의 진밀도 비인 상대밀도가 100% 초과하고, 타겟재 조직중의 프리 실리콘 부분의 빅커스 경도가 1100미만인 금속 실리사이드 타겟재에 관한 것이다.
더나아가, 본 발명자는 프리 실리콘부의 조직에서 전위밀도가 프리 실리콘의 내부상태를 직접 표시하는 인텍스이고 프리 실리콘의 조직에서 검출된 전위량의 감소가 소립직경의 발생을 저감시키는데 효과적인 것을 알았다.
전위밀도의 고려로부터 본 발명의 타겟재는 순 실리콘 Si와 화학양론적인 고융점 실리사이드 MSi2로 구성된다고 가정하여 계산된 이론밀도에 대한 타겟재의 전밀도 비인 상대밀도가 100%를 초과하는 금속 실리사이드 타겟재이며, 타겟재의 조직에서 프리 실리콘은 직경이 1㎛이상인 전위-비검출 영역을 갖는다.
이 경우, 타겟재의 조직중 프리 실리콘부의 빅커스 경도는 양호하게는 1,100미만이다.
본 발명의 타겟재에서, 타겟재의 조직중 금속 실리사이드부의 빅커스 경도는 양호하게는 1,200 미만이다.
더나아가, 본 발명의 타겟재에서, 파괴가 발생되는 스크래칭 파괴 로드는 로드가 로크웰 경도 A 스테일로 사용되는 다이아몬드 인덴터를 사용하여, 10㎜/min의 스크레칭 비와 100 N/min의 로딩비에서 제로 N으로부터 연속적으로 증가되는 경우에 양호하게는 50N이상이다.
도 1 은 본 발명의 타겟재와 관련한 100,000 배율의 전송-전자 현미경 미세 조직의 사진.
도 2 은 본 발명의 타겟재와 관련한 30,000 배율의 전송-전자 현미경 미세 조직의 사진.
도 3 은 비교용의, 타겟재와 관련한 100,000배율의 전송-전자 현미경 미세 조직의 사진.
도 4 는 비교용의 타겟재와 관련한 30,000배율의 전송-전자 현미경 미세 조직의 사진.
도 5 는 본 발명의 텅스텐 실리사이드 타겟재의 조직의 예를 도시한 미세 조직의 사진.
도 6 은 본 텅스텐 실리사이드 타겟재에서의 프리 실리콘의 경도 및 압력 신터링의 압력사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 7 은 본 발명의 몰리브데늄 실리사이드 타겟재의 조직의 예를 도시한 미세조직의 사진.
도 8 은 몰리브데늄 실리사이드 타겟재에서의 프리 실리콘의 경도와 압력 신터링의 압력사이의 관계를 도시한 그래프.
도 9 는 음향 방출에 의한 스크래칭 파열하중을 측정한 예를 도시한 그래프.
본 발명에서, 거친 파티클의 발생을 억제하기 위해서 상대밀도를 100%를 초과하는 고밀도로 조정할 필요가 있다.
이는 저밀도의 타겟재의 공가이 스퍼터링동안 이상한 방전을 초래하고 거친파티클의 발생의 원인이 되기 때문이다.
고밀도의 타겟재에서, 본 발명의 주 특징은 타겟재를 구성하는 조직의 스트레인, 전위 등과 같은 내부상태 특히, 소립직경의 파티클의 발생을 방지하도록 프리 실리콘의 내부상태를 규정하고 있다는 점이다.
상세한 설명이 하기에 서술된다.
타겟재의 생성조건과 관련해서, 본 발명자는 다양한 원료 그레인 크기로된 타겟재 및 압력 소결 조건 및 소립직경의 파티클의 발생을 시험했다.
그 결과, 얼핏봐서 마이크로 조직에 다른 것이 없는 경우라도, 소립직경의 파티클의 적은 발생을 가진 타겟재의 존재가 발견되었다.
이러한 현상의 상세한 검토중에, 본 발명자는 소립직경의 파티클의 적은 발생을 가진 타겟재에서 프리 실리콘부의 경도가 소립직경의 파티클의 많은 발생을 가진 타겟재와 비교하여 현저히 낮다는 것을 알았다.
그러므로, 본 발명에서, 프리 실리콘부의 빅커스 경도는 1,100미만으로 규정하였다.
본 발명에서 빅커스 경도를 1,100미만으로 제한한 이유는 소립직경의 파티클의 발생이 고밀도의 종래의 재료와 비교할 때 경도범위로 명확히 저감할 수 있기 때문이다.
다음으로, 전송전자 현미경의 사용에 의해 파티클의 적은 발생의 타겟태의 부가의 시험으로, 적은 파티클 발생의 타겟재의 프리 실리콘부의 스트레인, 스태킹 결함 및 전위가 많은 파티클 발생의 타겟재의 경우와 비교하여 적다는 것이 밝혀졌다. 다시말해서, 상기 실리콘부의 경도는 이러한 조직의 내부상태를 반영한다. 본 발명의 상술한 타겟재를 보다 명확하게 정의하도록, 타겟재의 조직의 프리 실리콘부가 각각 1㎛이상의 직경을 가진 전위-비검출 영역을 갖는다.
스트레인, 전위 등과 같은 내부상태를 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.
도 1 및 도 2는 본 발명의 텅스텐 재료와 관련한, 각각 100,000 및 30,000의 크기를 가진 102%의 상대밀도의 텅스텐 실리사이드의 프리 실리콘부의 전송-전자-현미경 사진이며, 흑색 파티클은 텅스텐 실리사이드부를 나타내고, 흰색 부분은 프리 실로콘부를 나타낸다.
한편, 비교예로서, 도 3 및 도 4는 각각 100,000 및 30,000의 크기를 가진 102%의 상대밀도의 텅스텐 실리사이드의 프리 실리콘부의 전송-전자-현미경 사진이다. 도 1 및 도 2 에서, 쌍으로 고려되는 이미지가 보여질지라도, 명료한 전위의 존재를 명확히 나타내는 이미지는 보여질 수 없다. 한편, 무수하게 보이는것 같은 전위가 도 3 및 도 4 에 보여질 수 있다. 도 1 및 도 2 에 도시된 본 발명의 타겟재와 비교하면, 비교예의 실리콘부의 전위밀도는 명확히 보다 높다.
전위밀도의 수량평가를 위하여, 전위-비검출 영역의 크기가 사용된다. 다시말해서, 도 1 및 도 2 의 조직에서, 각각의 전위-비검출 영역은 1㎛ 이상의 큰 직경을 갖지만, 도 3 및 도 4의 조직에서는 각각의 전위-비검출 영역이 0.5㎛이하의 직경을 갖는다.
이와같은 조직의 차이 때문에, 본 발명에서 실시되는 텅스텐 실리사이드에서 2㎛ 이상의 크기를 가진 파티클의 발생수가 비교예의 타겟재의 경우보다 적거나 3분의 1로 감소될 수 있다.
본 발명에 실현된 저경도 및 저 전위밀도를 가진 프리 실리콘부를 갖는 타겟재는 금속분말(텅스텐, 몰리브덴 분말 등과 같은 예를 들어 금속 실리사이드를 만드는 금속분말)의 평균 입경을 50㎛ 이하로 감소시키는 단계, 원료분말로서 상기 금속분말과 함께 5㎛ 이하의 평균입경의 극히 미세한 실리콘분말을 이용하는 단계, 하소체를 만들도록 실리사이드화 반응을 행하기 위해 이들을 가열하는 단계, 이들을 분쇄하는 단계, 및 1200℃ 이상의 온도, 40 내지 100 MPa의 압력으로 소결하는 단계를 포함하는 방법으로 제조된다.
이와같은 미세한 원료분말을 이용함으로서, 110MPa 이상의 고압을 적용하지 않더라도, 100% 이상의 상대밀도를 갖고 1100미만의 프리 실리콘부의 빅커스 경도를 갖는 본 발명의 타겟재가 얻어진다.
더나아가, 단순히 고밀도를 얻기위한 방법으로는, 일본특개평 8-49068호에 기재된 바와같은 1200℃이상의 고온과 100MPa 이상의 고압의 조건을 적용할 수 있다. 그러나, 이 방법으로서는 고압이 적용되기 때문에, 타겟재 조직의 프리 실리콘부의 빅커스 경도(Hv)가 1100이상으로 되고, 전위밀도가 높아져서 효과적이지 못하다.
그러므로, 이 방법을 사용하는 경우에는, 1200℃이상의 온도로 타겟재를 어닐링함으로서 프리 실리콘부의 경도를 저감시킬 필요가 있다.
또한, 본 발명의 타겟재의 조직에서, 각각의 프리 실리콘부가 금속 실리사이드에 의해 둘러싸여 구속되기 때문에, 상술한 어닐링처리를 행하더라도, 프리실리콘부의 경도의 저감이 적은 범위에 머문다. 그러므로, 바람직하게는 상술한 저압력으로 소결처리를 행하는 방법을 채용한다.
본 발명에서와 같이 가압소결하여 프리실리콘상태에서 실리콘을 함유하는 금속 실리사이드 타겟재를 얻고자 하는 경우, 100% 이상의 상대밀도를 얻기 위해 1200℃ 이상의 온도를 적용하는 것이 필요하다. 또한, 온도상한은 Si의 융점(1414℃)보다 낮은 1400℃이하가 바람직하다. 이는 1400℃를 초과하면 실리콘이 융해하여 소결체 조직이 불균일하게 되기 때문이다.
본 발명자의 실험에 따라서, 프리실리콘부의 빅커스경도는 소결압력에 거의 비례하여 높게된다. 본 발명에서는 빅커스경도를 1100미만으로 하기위해서는 소결압력을 100MPa 이하로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 실리콘과 내화금속의 원자비 Si/M은 2 이상으로 제한된다.
Si/M이 2 이하이면, 타겟재의 조직은 프리실리콘 영역을 갖지 않는다. LSI의 전극이나 배선으로 사용되는 경우에는, Si/M 비가 4이상이면 시트저항이 높게되어 버리는 문제가 있기 때문에, Si/M을 4 이하로 하는 것이 바람직하다. 더 나아가, 프리실리콘부의 경도나 전위밀도에 의한 파티클의 발생과 프리실리콘의 양이 많아지게되어, 본 발명에서는 2.5이상의 Si/M비를 가진 타겟재에 대하여 많은 장점을 제공한다.
본 발명에서 소립직경의 파티클의 발생이 프리실리콘부의 경도나 전위밀도에 의해 영향을 받는 이유를 알 수 없을지라도, 본 발명자들은 타겟재상의 스퍼터링된 표면부의 취성이 하나의 원인이라고 결정했다.
본 발명자의 실험의 결과로, 타겟재의 스퍼터링 표면에 단순한 로드가 적용된 스크래칭 테스트에서, 많은 파티클 발생을 가진 비교 타겟재가 스크래칭 폭을 증가시키는 경향이 있다는 것이 관찰됐다.
그 수량평가를 위해, 스크래칭 테스트에서의 파열 발생을 위해 필요한 로드를 측정하는 수단으로서, 소위 음향 방사로 칭하는 측정방법이 채택됐다.
특히, 록크웰 경도 A스케일에 사용되는 다이아몬드 인덴터의 사용에 의해 100N/min의 로딩비와 10 ㎜/min의 스크래칭비에서 제로 N으로부터 연속적으로 로드가 증가되는 경우, 스크래칭 파열을 발생시키는 파열로드가 50N이상 일 때, 소립직경의 파티클의 발생이 현저히 저감하는 것을 알 수 있었다.
실제 측정에서, 음향방사에 의한 스크래칭 파열로드가 상대값으로 검출됐다. 그 예가 도 9 에 예시되어 있으며, 초기단계에서 발생되는 변동값을 배제하고, 로드가 증가할 때, 검출값이 갑자기 증가되기 시작하는 검출레벨로 제한된 스크래칭 파열로드가 보여진다(도 9 참조). 도 9 의 종좌표는 검출된 상대값을 나타낸다. 본 발명의 타겟재를 생성할 때, 실리사이드-성형 반응을 사용할 수 있다. 이 반응은 몰리브덴이나 텅스텐 등이 금속 실리사이드가 되도록 실리콘과 작용하는 반응이다. 금속 M에 대한 실리콘의 원자비 Si/M이 화학양론적 실리사이드 MSi2의 Si양과 비교하여 Si의 초과를 의미하는 2 이상으로 조절된다.
본 발명의 이론밀도는 화학양론적 금속 실리사이드 MSi2와 순 실리콘 Si가 각각 타겟재의 조직에 독립적으로 존재한다고 가정할때의 계산에 의해 얻어진 밀도값이다. 계산의 특정 방법이 후술된다.
본 발명의 타겟재의 조직은 상술된 바와 같이 프리실리콘과 금속실리사이드(혼합물)로 구성된다.
그러므로, 조직은 M의 텅스텐인 도 5의 실시예 또는 M이 몰리브덴인 도 7의 실시예에 도시된 바와 같이 조성상으로 만들어진다. 도 5 및 도 7 에 도시된 바와 같이, 금속 실리사이드에 대응하는 백색부와 프리실리콘에 대응하는 흑색부로 구성된다.
도 5 및 도 7 에 도시된 본 발명의 타겟재의 조직에서, 프리실리콘부는 5㎛ 이하의 직경을 가진 등가원에 대응하는 크기로 미세하게 분산된다. 이 때문에, 상대밀도 100%를 넘는 고밀도의 타겟재가 생성된다.
본 발명에 있어서의 이론밀도는 다음과 같이 계산할 수 있다.
실리콘과 텅스텐의 원자비 Si/M = 2.75 를 갖는 타겟재의 경우, 화학양론적 텅스텐 실리사이드 WSi2의 밀도와 분자량은 이하와 같다.
밀도9.83[g/㎤]
분자량240.022[g/g-mol].
순실리콘의 밀도와 분자량은 다음과 같다.
밀도2.33[g/㎤]
분자량28.086[g/g-mol].
타갯재가 실질적으로 WSi2:1[g-mol]과 Si:0.75[g-mol] 만으로 구성된다고 가정하면, 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/㎤]}+{0.75[g-mol]×28.086[g/g-mol]/2.33[g/㎤]}=33.458[㎤]이다. 이때의 밀도는 {타겟재 중량}/{타겟재 체적}=7.803[g/㎤]이 된다. 이는 이론밀도이다. 한편, 진밀도는 타겟재를 아르키메데스법에 의해서 체적을 구하고, 또한 칭량함에 의해 중량을 구하는 것에 따라 얻을 수 있다.
이것에 의해서 얻어진 진밀도가 예를들어, 7.90[g/㎤]이면, 상대밀도는 {진밀도×100}/이론밀도={7.90[g/㎤]×100}/7.803[g/㎤]=101.2%이다.
[실시예 1]
고순도 텅스텐 분말(순도 99.999%이상, 평균입경 4.8㎛)과 고순도 실리콘 분말(순도 99.999%이상, 평균입경 2㎛)를 Si/W=2.75의 배합비로 칭량하여 블랜더로 혼합하였다. 이때의 이론밀도는 상술한 방법으로 계산하면 7.803[g/㎤]이다.
혼합하여 얻어진 혼합분말을 1350℃×2hr의 조건으로 6×10-2Pa이하의 고진공하에서 실리사이드화 반응을 행하여 하소체를 얻었다. 이 하소체를 아르곤분위기 속에서 100메시(150㎛)이하 까지 분쇄하여, 분쇄가루를 표 1에 나타낸 조건에 의해 열간 정수압 프레스에 의해 가압소결하여, 기계가공에 의해 300㎜의 텅스텐 실리사이드 타켓재를 얻었다. 　
진밀도는 아르키메데스법으로 얻어졌다. 진밀도와 이론밀도에 의해 계산된 상대밀도와 얻어진 진밀도를 표1에 나타냈다.
[표 1]
견본 온도(℃) 압력(MPa) 진밀도(g/㎤) 상대밀도(%) 비고
1 1,250 75 7.89 101.1 본발명예
2 1,300 65 7.97 102.1 본발명예
3 1,320 62 7.98 102.3 본발명예
4 1,340 58 7.99 102.4 본발명예
5 1,360 56 8.00 102.5 본발명예
6 1,380 48 7.99 102.4 본발명예
7 1,250 125 7.94 101.7 비교예
8 1,300 150 8.00 102.5 비교예
9 1,300 180 8.02 102.8 비교예
10 1,100 75 7.71 98.8 비교예
얻어진 타겟재의 금속 실리사이드부와 프리실리콘부의 경도를 50㎏ 하중의 빅커스 경도계로 측정했다.
더나아가, 록크웰 경도 A 스케일을 위해 사용된 다이아몬드 인덴터의 사용에 의해, 100N/min의 로딩비와 10mm/min의 스크래칭비에서 제로 N으로부터 연속적으로 로드가 증가된 경우, 음향방사를 사용함으로서, 파열을 발생하는 파열로드(스크)래칭 파열로드)가 검출된다.
또한, 전송 전자현미경으로 옵션 10 시각필드에서 30,000의 배율로 조직을 관찰함으로서, 전위-비검출 영역(전위-비검출 영역의 직경)의 크기가 관찰됐다.
표 3에 나타낸 조건에서 얻어진 텅스텐 실리사이드 타겟재를 스퍼터링한후, 6인치 웨이퍼상에 발생하는 0.3㎛이상 및 0.2㎛이상의 파티클수를 측정하였다. 그 결과를 표3에 나타낸다.
[표 2]
[표 3]
400배율의 본발명의 텅스텐 실리사이드 타겟재의 대표적인 조직의 사진이 도 5에 도시되어 있다.
도 5 에서, 백색부는 텅스텐 실리사이드 화합물이고, 흑색부는 텅스텐 실리사이드 타겟재의 프리실리콘부이며, 상기 실리사이드와 실리콘이 조직에 분산되어 있다.
표 1 및 표 2에 도시된 견본중 견본 1 내지 6은 본 발명의 타겟재이고, 견본 7 내지 10은 비교를 위한 타겟재이다.
합성 타겟재의 Si 와 WSi2부의 경도와 열간정수압 프레싱법으로 가압소결의 압력사이의 관계가 도 6에 나타나있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 가압소결의 압력증가에 비례하여, Si와 WSi2부의 경도가 증가된다. 예를들면, 압력소결의 180MPa 압력에서, Si부의 경도는 1,500Hv로 증가하고, WSi2부의 경도는 1,210Hv로 증가한다. 더나아가 도 6에 도시된 바와 같이, 특히 Si의 경도증가는 WSi2부의 경우와 비교해서 중요하다. 표2에 나타낸바와 같이, 본 발명의 타겟재에서, 프리 실리콘부의 빅커스경도는 1,100이하로 제한되고, 소립직경의파티클의 발생은 1,200이상의 빅커스경도의 프리 실리콘부를 가진 비교를 위한 견본 7 내지 9의 타겟재와 비교할 때, 현저히 감소되는 것을 알았다.
더 나아가, 표 2에서, 음향방사에 의해 평가된 스크래칭 파열 로드로부터 판단하면, 스크래칭 파열로드가 낮아지고 타겟재의 미세한 파티클의 발생수가 많아지는 경향이 있다는 것을 알았다.
미세한 파티클의 발생이 저레벨에 있는 본 발명의 타겟재에서, 이들 각각의 스크래칭 파열로드는 50N이상이다.
또한, 전송 전자현미경으로 전위의 관찰결과, 미세 파티클의 저발생의 타겟재는 그 프리 실리콘부에서의 전위의 수가 적어진다는 것을 확인하였다. 본 발명의 타겟재의 경우에, 전위-비검출 영역은 1㎛이상의 비교적 큰범위에 있지만, 미세한 파티클의 많은 발생과 비교를 위한 다른경우의 타겟재에서는 전위-비검출 영역이 0.5㎛이하이다.
비교용 타겟재중 견본 10이 저온에서 소결되기 때문에, 그 상대밀도는 단지 98.8%가 되고, 전체로서, 파티클의 발생이 비교적 큰 전위-비검출 영역에도 불구하고 바람직하지 않게 증가된다.
[실시예 2]
고순도 몰리브덴 분말(순도 99.999%이상, 평균입경 4.2㎛)과 고순도 실리콘분말(순도 99.999%이상, 평균입경 2㎛)를 Si/W=2.3의 배합비로 칭량하여 블랜더로 혼합하였다. 상기 방법으로 계산된 이 경우의 이론밀도는 5.734[g/㎤]이다.
혼합하여 얻어진 혼합분말을 1,200℃×4hr의 조건으로 6×10-2Pa 이상의 고진공하에서 실리사이드화 반응을 행하여 하소체를 얻었다. 상기 하소체를 아르곤 분위기속에서 100메시 (150㎛)이하까지 분쇄하여, 분쇄가루를 표 3 에 나타내는 조건에 의해 열간정수압 프레스에 의해 가압소결하여, 기계가공에 의해 300㎜의 직경의 몰리브덴 실리사이드 타겟재를 얻었다.
진밀도는 아르키메데스법에 의해 얻어졌다. 얻어진 진밀도와, 진밀도와 이론밀도에 의해 계산된 상대밀도가 표 4 에 나타나있다.
[표 4]
견본 온도(℃) 압력(MPa) 진밀도(g/㎤) 상대밀도(%) 비고
11 1,250 75 5.79 101.1 본발명예
12 1,300 65 5.81 101.3 본발명예
13 1,320 62 5.82 101.5 본발명예
14 1,340 58 5.83 101.6 본발명예
15 1,360 56 5.81 101.3 본발명예
16 1,380 48 5.80 101.1 본발명예
17 1,250 125 5.82 101.5 비교예
18 1,300 150 5.83 102.6 비교예
19 1,300 180 5.84 101.8 비교예
20 1,100 75 5.65 98.5 비교예
얻어진 타겟재의 금속 실리사이드부와 프리실리콘부의 경도를 50㎏ 하중의 빅커스 경도계로 측정했다.
더나아가, 록크웰 경도 A스케일을 위해 사용된 다이아몬드 인덴터의 사용에 의해, 100N/min의 로딩비와 10㎜/min의 스크래칭비에서 제로 N으로부터 연속적으로 로드가 증가하는 단계를 가진 스크래칭 테스트의 사용에 의해, 음향방사를 사용함으로서, 파열을 발생하는 파열로드(스크래칭 파열로드)가 검출된다.
또한, 전송 전자현미경으로 임의의 10 시각필드에서 30,000의 배율로 조직을 관찰함으로서, 전위-비검출 영역(전위-비검출 영역의 직경)의 크기가 관찰됐다.
표 3에 나타낸 조건에서 얻어진 텅스텐 실리사이드 타겟재를 스퍼터링한 후, 6인치 웨이퍼상에 발생하는 0.3㎛이상 및 0.2㎛이상의 파티클수를 측정하였다. 그 결과를 표5에 나타낸다.
[표 5]
더 나아가, 400배율의 본 발명의 몰리브덴 실리사이드 타겟재의 대표적인 조직의 사진이 도 7에 도시되어 있다.
도 7의 몰리브덴 실리사이드 타겟재에서, 백색부는 몰리브덴 실리사이드 화합물부이고, 흑색부는 프리실리콘부이며, 상기 실리사이드 화합물과 프리실리콘이 조직에 분산되어 있다. 전 조직의 프리실리콘의 체적이 Si/M0=2.3 을 고려하여 적은양의 실리콘에 의해 발생되는 실시예 1 의 텅스텐 실리사이드의 경우보다 작다는 것을 알 수 있다.
표 4 및 표 5 에 도시된 견본중 견본 11 내지 16은 본 발명의 타겟재이고, 견본 17 내지 20은 비교를 위한 타겟재이다.
표 4 및 표 5 로부터, 얻어진 타겟재의 Si와 MoSi2부의 경도와 열간정수압 프레싱법으로 가압소결의 압력사이의 관계가 도 8에 나타나있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 가압소결의 압력증가에 비례하여, Si와 MoSi2부의 경도가 증가된다. 예를들면, 압력소결의 180MPa 압력에서 Si부의 경도는 1,226Hv로 증가하고, MoSi2부의 경도는 1,097Hv로 증가한다. 더 나아가, 도 8에 도시된 바와 같이, 특히 Si의 경도증가는 MoSi2부의 경우와 비교해서 크다.
몰리부덴 실리사이드재에서, 몰리브덴 실리사이드재의 Si부의 경도는 Si/Mo=2.3같이 적은 프리실리콘 함량과 같이 높게 증가되지 않는 것으로 추측된다.
표 5 에 도시된 바와 같이, 프리 실리콘부의 빅커스 경도가 1,100이하 레벨로 제한되는, 본 발명의 타겟재의 미세한 파티클의 수는 1,100이상의 빅커스경도의 프리실리콘부를 가진 비교를 위한 견본 17 내지 19의 타겟재와 비교할 때, 현저히 감소된다.
더 나아가, 표 5 에서, 음향방사에 의해 평가된 스크래칭 파열 로드로 부터 판단하면, 스크래칭 파열로드가 낮아지고 타겟재의 미세한 피티클의 발생수가 많아지는 경향이 있다는 것을 알았다.
미세한 파티클의 발생이 저레벨에 있는 본 발명의 타겟재에서, 이들 각각의 스크래칭 파열로드는 50N이상이다.
전송 전자현미경으로 전위의 관찰결과에 따르면, 미세 파티클의 저 발생의 타겟재는 그 프리 실리콘부에서의 전위의 수가 적어진다는 것을 확인하였다. 본 발명의 타겟재의 경우에, 전위-비검출 영역은 1㎛이상의 비교적 큰범위에 있지만, 미세한 파티클의 많은 발생과 비교를 위한 다른 경우의 타겟재에서는 전위-비검출 영역이 1㎛이하이다.
비교용 타겟재중 견본 20이 저온에서 소결되기 때문에, 그 상대밀도는 단지 98.5%가 되고, 전체로서, 큰 전위-비검출 영역에도 불구하고 많은 파티클이 발생하였다.
본 발명에 따라서, 상대밀도가 100% 이상의 고밀도로 조절되는 금속 실리사이드 타겟재에서, 프리실리콘부에 존재하는 전위량의 감소나 프리실리콘부의 경도의 감소에 의해 미세한 파티클의 발생이 제한될 수 있다(종래 기술에서는 이러한 제한이 어렵다. )
그러므로, 본 발명의 타겟재의 사용에 의해, 미세한 정밀 작업을 요하는 반도체 장치의 생산량을 현저하게 향상시키며, 본 산업분야에 상당히 유용하게 사용될 수 있다.
내용없음

Claims (7)

  1. 원자비가 2 이상인 금속M에 대한 실리콘의 원자비 Si/M을 갖고, 금속 실리사이드 화합물과 프리실리콘부를 포함하는 조직을 가지며, 타겟재가 순 실리콘 Si와 고융점의 화학양론적 실리사이드 MSi2로 이루어진다고 가정할 때 계산에의해 얻어지는 이론밀도에 대한 타겟재의 진밀도의 비로 형성되는 상대밀도가 100% 이상인 상대밀도를 가지며, 상기 타겟재의 조직의 프리실리콘부는 1,100이하의 빅커스경도를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 실리사이드 타겟재.
  2. 제 1 항에 있어서, 타겟재의 조직에서 금속 실리사이드부의 빅커스경도는 1,200이하인 것을 특징으로 하는 금속 실리사이드 타겟재.
  3. 제 2 항에 있어서, 파열을 발생시키는 스크래칭 파열로드는 록크웰 경도 A스케일을 위해 사용된 다이아몬드 인덴터의 사용에 의해 100N/min의 로딩비와 10㎜/min의 스크래칭비에서 제로 N으로부터 로드가 연속적으로 증가되는 경우에, 50N 이상인 것을 특징으로 하는 금속 실리사이드 타겟재.
  4. 원자비가 2 이사인 금속 M에 대한 실리콘의 원자비 Si/M을 갖고, 금속 실리사이트 화합물과 프리실리콘부를 포함하는 조직을 가지며, 타겟재가 순 실리콘 Si와 고융점의 화학양론적 실리사이드 MSi2로 이루어진다고 가정할 때 계산에 의해 얻어지는 이론밀도에 대한 타겟재의 진밀도의 비로 형성되는 상대밀도가 100% 이상인 상대밀도를 가지며, 상기 타겟재의 조직의 프리실리콘부는 1㎛ 이상의 직경을 갖는 전위-비검출 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 실리사이드 타겟재.
  5. 제 4 항에 있어서, 타겟재의 조직에서 프리실리콘부의 빅커스경도는 1,100이하인 것을 특징으로 하는 금속 실리사이드 타겟재.
  6. 제 4 항에 있어서, 타겟재의 조직에서 금속 실리사이드부의 빅커스경도는 1,200이하인 것을 특징으로 하는 금속 실리사이드 타겟재.
  7. 제 4 항에 있어서, 파열을 발생시키는 스트래칭 파열로드는 록크웰 경도 A 스케일을 위해 사용된 다이아몬드 인덴터의 사용에 의해 100N/min의 로딩비와 100㎜/min의 스크래칭비에서 제로 N으로부터 로드가 연속적으로 증가되는 경우에, 50N 이상인 것을 특징으로 하는 금속 실리사이드 타겟재.
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