RU2454484C2 - Manufacturing method of cast target from molybdenum-based alloy for magnetron sputtering - Google Patents
Manufacturing method of cast target from molybdenum-based alloy for magnetron sputtering Download PDFInfo
- Publication number
- RU2454484C2 RU2454484C2 RU2010119784/02A RU2010119784A RU2454484C2 RU 2454484 C2 RU2454484 C2 RU 2454484C2 RU 2010119784/02 A RU2010119784/02 A RU 2010119784/02A RU 2010119784 A RU2010119784 A RU 2010119784A RU 2454484 C2 RU2454484 C2 RU 2454484C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- molybdenum
- ingot
- purity
- silicon
- alloy
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургического производства распыляемых металлических мишеней для микроэлектроники, а также к материаловедению токопроводящих систем полупроводниковых систем и интегральных схем. Молибден представляет значительный интерес в связи с его уникальными возможностями как материала низкоомных контактов с кремнием и токопроводящих систем. Молибден имеет низкое удельное электросопротивление и наиболее близкую к кремнию величину коэффициента термического расширения. Однако использование молибдена даже высокой чистоты осложняется трудностями получения пленок с физическими свойствами массивных образцов. В настоящее время основной промышленной технологией нанесения тонких пленок в промышленности является магнетронное распыление мишеней.The invention relates to the field of metallurgical production of sprayed metal targets for microelectronics, as well as to materials science of conductive systems of semiconductor systems and integrated circuits. Molybdenum is of considerable interest in connection with its unique capabilities as a material of low-resistance contacts with silicon and conductive systems. Molybdenum has a low electrical resistivity and the coefficient of thermal expansion closest to silicon. However, the use of even high purity molybdenum is complicated by the difficulties in obtaining films with the physical properties of bulk samples. Currently, the main industrial technology for applying thin films in industry is magnetron sputtering of targets.
Известен электродный материал, включающий молибден с содержанием более 50 мас.% кремния, который представляет собой сложное химическое соединение молибдена и кремния нестехиометрического состава [Патент Японии №4926463]. Этот сплав характеризуется высоким удельным сопротивлением и нестабильностью свойств, что обусловлено крайне неравновесным состоянием и является существенным недостатком, особенно в случае высокотемпературной обработки (до 900°С) при производстве МОП-структур по технологии с самосовмещающимся затвором. Известен материал, содержащий молибден, кремний и металл платиновой группы [А.с. СССР №611520]. В этом материале при термообработке тонкопленочных структур образуются химические соединения и твердые растворы, что приводит к изменению электрофизических свойств пленок и особенно контактов молибден-кремний. При этом неконтролируемо изменяется электросопротивление пленки, работа выхода электронов, потенциальный барьер контактов и др.Known electrode material, including molybdenum with a content of more than 50 wt.% Silicon, which is a complex chemical compound of molybdenum and silicon non-stoichiometric composition [Japanese Patent No. 4926463]. This alloy is characterized by high resistivity and instability of properties, which is due to an extremely nonequilibrium state and is a significant drawback, especially in the case of high-temperature processing (up to 900 ° C) in the production of MOS structures using a technology with a self-locking shutter. Known material containing molybdenum, silicon and a platinum group metal [A.S. USSR No. 611520]. In this material, during the heat treatment of thin-film structures, chemical compounds and solid solutions are formed, which leads to a change in the electrophysical properties of the films and especially molybdenum-silicon contacts. In this case, the electrical resistance of the film, the electron work function, the potential barrier of contacts, etc., change uncontrollably.
Известны способы, принятые за прототип, получения литых мишеней из молибдена высокой чистоты [RU №2349657, RU №2356964], распыление которых позволяет наносить тонкопленочную металлизацию на кремниевые структуры. При всех неоспоримых физических и технологических достоинствах литых мишеней из молибдена высокой чистоты при нанесении металлизации возникают проблемы адгезии молибдена к кремнию и неконтролируемого образования нестехиометрических соединений на границе раздела молибден-кремний. Другим недостатком является повышенная окисляемость пленок молибдена при термообработке в инертной атмосфере и при химической обработке в растворе моноэтаноламин + диметилформамид (1:3), что отрицательно сказывается на стабильности, например, порогового напряжения в МОП-структурах (МОП - металл-окисел-полупроводник). Оптимальным путем устранения этого недостатка оказалось легирование молибдена кремнием при полном сохранении высокой чистоты молибдена по всем остальным примесям. Присутствие в молибдене кремния в случае использования данного материала в качестве контактного к полупроводнику повышает стабильность скрытых контактов при высокотемпературных обработках (до 900°С) вследствие ограничения диффузии атомов кремния из подложки при образовании фазы силицида молибдена на границе раздела молибден-кремний.Known methods adopted for the prototype, obtaining cast targets of high purity molybdenum [RU No. 2349657, RU No. 2356964], the spraying of which allows to apply thin-film metallization on silicon structures. For all the indisputable physical and technological advantages of high purity molybdenum cast targets, metallization causes problems of adhesion of molybdenum to silicon and uncontrolled formation of non-stoichiometric compounds at the molybdenum-silicon interface. Another disadvantage is the increased oxidation of molybdenum films during heat treatment in an inert atmosphere and during chemical treatment in a solution of monoethanolamine + dimethylformamide (1: 3), which negatively affects the stability, for example, of the threshold voltage in MOS structures (MOS - metal-oxide-semiconductor) . The best way to eliminate this disadvantage was doping of molybdenum with silicon while fully maintaining high purity of molybdenum for all other impurities. The presence of silicon in molybdenum in the case of using this material as a contact to the semiconductor increases the stability of hidden contacts during high-temperature treatments (up to 900 ° C) due to the restriction of the diffusion of silicon atoms from the substrate during the formation of the molybdenum-silicon phase at the molybdenum-silicon interface.
Задача изобретения состоит в повышении качества полупроводниковых микроприборов за счет повышения химической стойкости молибдена, используемого в качестве материала токопроводящих систем, а также стабильности величины переходного сопротивления контактов при термообработке.The objective of the invention is to improve the quality of semiconductor microdevices by increasing the chemical resistance of molybdenum used as a material of conductive systems, as well as the stability of the contact resistance of the contacts during heat treatment.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Это достигается тем, что используется способ производства литой мишени для магнетронного распыления из сплава на основе молибдена, включающий получение слитка сплава на основе молибдена, отличающийся тем, что предварительно получают поликристаллический слиток молибдена высокой чистоты путем глубокого вакуумного рафинирования электронно-лучевым капельным переплавом заготовки, изготовленной из молибдена высокой чистоты, затем проводят дуговой вакуумный переплав поликристаллического слитка молибдена высокой чистоты с полосами из монокристаллического кремния высокой чистоты, причем количество полос выбирают из условия получения поликристаллического слитка сплава с составом молибден - 0,005-1,0 мас.% кремния, который подвергают механической обработке. Литую мишень для магнетронного распыления из сплава на основе молибдена получают указанным способом.This is achieved by using a method for producing a cast target for magnetron sputtering from a molybdenum-based alloy, including producing an ingot of an molybdenum-based alloy, characterized in that a polycrystalline high-purity molybdenum ingot is preliminarily obtained by deep vacuum refining of a workpiece made by electron beam drop remelting of high purity molybdenum, then an arc vacuum remelting of a polycrystalline high purity molybdenum ingot with strips of m nanocrystalline silicon of high purity, the number of lanes is selected from the condition for producing polycrystalline alloy ingot with the composition of molybdenum - 0.005-1.0 wt% of silicon, which is subjected to machining.. A cast target for magnetron sputtering from a molybdenum-based alloy is obtained by the indicated method.
Нижний предел выбранного соотношения ограничен низкой устойчивостью предлагаемого материала к окислению при термообработке и химической обработке, когда содержание кремния в высокочистом молибдене оказывается менее 0,005 мас.%.The lower limit of the selected ratio is limited by the low resistance of the proposed material to oxidation during heat treatment and chemical treatment, when the silicon content in high-purity molybdenum is less than 0.005 wt.%.
Верхний предел содержания кремния в молибдене ограничен необходимостью иметь низкое удельное электросопротивление предлагаемого материала, а также возможностью воспроизводимого получения тонкопленочных элементов при фотолитографической обработке. В случае превышения содержания кремния 1,0 мас.% в молибдене значительно возрастает удельное сопротивление материала, что может приводить к снижению быстродействия интегральных схем, а также затруднить процесс травления тонких пленок из предлагаемого сплава.The upper limit of the silicon content in molybdenum is limited by the need to have a low electrical resistivity of the proposed material, as well as the possibility of reproducible production of thin-film elements during photolithographic processing. If the silicon content exceeds 1.0 wt.% In molybdenum, the specific resistance of the material increases significantly, which can lead to a decrease in the speed of integrated circuits, as well as to complicate the etching process of thin films of the proposed alloy.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Способ осуществляют следующим образом. Исходные заготовки молибдена помещают в плавильную камеру электронно-лучевой печи, производят откачку камеры для создания вакуума и постепенно расплавляют заготовки, подводя их под электронный луч, создаваемый аксиальной пушкой. Затем поликристаллический слиток молибдена с добавкой кремния переплавляют в электродуговой вакуумной установке с интенсивным электромагнитным перемешиванием расплава. Для создания продольного электромагнитного поля используют соленоид постоянного тока, намотанный на рубашку охлаждения вертикального кристаллизатора. Вращение расплава способствует усреднению химического состава по кремнию, устранению температурных градиентов и получению мелкозернистой литой структуры вследствие разрушения кристаллитов и появления дополнительных центров кристаллизации.The method is as follows. The initial molybdenum preforms are placed in the melting chamber of an electron beam furnace, the chamber is evacuated to create a vacuum, and the preforms are gradually melted, bringing them under the electron beam created by the axial gun. Then the polycrystalline ingot of molybdenum with the addition of silicon is remelted in an electric arc vacuum installation with intense electromagnetic mixing of the melt. To create a longitudinal electromagnetic field, a direct current solenoid is used, wound on a cooling jacket of a vertical crystallizer. The rotation of the melt contributes to the averaging of the chemical composition over silicon, elimination of temperature gradients, and the formation of a fine-grained cast structure due to the destruction of crystallites and the appearance of additional crystallization centers.
Пример реализации способаAn example implementation of the method
Реализацию способа осуществили при изготовлении литых мишеней из сплава на основе молибдена. В качестве исходного материала для получения слитков молибдена использовали заготовки, изготовленные прессованием порошков молибдена высокой чистоты. Рафинирование производили с помощью электронно-лучевой плавки в высоком вакууме на установке в вертикальном кристаллизаторе, в результате чего получали поликристаллические слитки молибдена высокой чистоты диаметром 80 мм. Скорость электронно-лучевого переплава составляла 0,5-0,6 кг/мин. Вдоль поликристаллического слитка высокочистого молибдена через каждые 90-100 мм крепили полосы высокочистого монокристаллического кремния, для чего использовали тонкую молибденовую проволоку. Количество закрепленных полос кремния зависело от заданной концентрации кремния в сплаве в пределах 0,005-1,0 мас.%. Второй вакуумный переплав поликристаллического слитка молибдена высокой чистоты с закрепленными полосами кремния производили в электродуговой вакуумной установке, оснащенной устройством для электромагнитного перемешивания расплава. В результате получали поликристаллический слиток сплава на основе молибдена с заданным содержанием кремния. Диаметр слитка - до 200 мм при длине 1000 мм. Слиток разрезали на ленточном электроискровом станке на плоские заготовки для изготовления мишеней. Механическую обработку заготовок производили до получения распыляемых мишеней заданной геометрии. Содержание кремния в образцах контролировали с помощью масс-спектрометрии. Выплавлено три слитка сплава на основе молибдена с содержанием кремния 0,008, 0,1 и 0,8 мас.%, а также один слиток молибдена высокой чистоты (без легирования кремнием). Диаметр слитков 200 мм. Изготовлено по две распыляемых мишени из каждого слитка - всего 8 круглых распыляемых мишеней диаметром до 190 мм для установки «Оратория-5». Проведено детальное исследование как процессов магнетронного распыления мишеней из молибдена высокой чистоты, так и тонких пленок, полученных распылением мишеней всех четырех сплавов. Тонкопленочные слои сплава молибден-кремний (0,008 мас.%) толщиной 0,15 мкм на тестовых структурах получали распылением мишеней соответствующего состава. Затем проводили фотолитографическую гравировку полученных пленок с травлением в 50%-ном растворе НNО3, после чего при температуре 140°С наносили межслойный диэлектрик, в котором вскрывали контактные окна к поверхности молибдена путем плазмохимического травления через маску фоторезиста и который затем удаляли в растворе моноэтаноламин+диметилформамид (1:3). Формирование второго уровня токопроводящего слоя осуществляли нанесением пленки алюминия толщиной 1,2 мкм с последующей фотолитографической гравировкой. Отжиг полученных тестовых структур производили в атмосфере азота при температуре 430°С в течение 15 мин. Деградацию тестовых структур определяли на микроскопе по наличию темных участков на внешней части контактов, что свидетельствует об окислении материала нижнего уровня токопроводящей системы. Результаты испытаний тестовых структур приведены в Таблице 1.The implementation of the method was carried out in the manufacture of cast targets from an alloy based on molybdenum. As the starting material for obtaining molybdenum ingots, billets made by pressing high purity molybdenum powders were used. Refining was carried out by electron beam melting in high vacuum using a vertical crystallizer, resulting in high-purity polycrystalline molybdenum ingots with a diameter of 80 mm. The electron beam remelting rate was 0.5-0.6 kg / min. Along the polycrystalline ingot of high-purity molybdenum, strips of high-purity single-crystal silicon were fastened every 90-100 mm, for which a thin molybdenum wire was used. The number of fixed silicon bands depended on a given concentration of silicon in the alloy in the range of 0.005-1.0 wt.%. The second vacuum remelting of a high-purity polycrystalline ingot of molybdenum with fixed silicon strips was carried out in an electric arc vacuum unit equipped with a device for electromagnetic mixing of the melt. As a result, a polycrystalline ingot of a molybdenum-based alloy with a given silicon content was obtained. The diameter of the ingot is up to 200 mm with a length of 1000 mm. The ingot was cut on an electric spark tape machine into flat blanks for the manufacture of targets. The machining of the workpieces was carried out to obtain sprayed targets of a given geometry. The silicon content in the samples was controlled using mass spectrometry. Three ingots of a molybdenum-based alloy with a silicon content of 0.008, 0.1 and 0.8 wt.%, As well as one ingot of high purity molybdenum (without doping with silicon) were smelted. The diameter of the ingots is 200 mm. Two sprayed targets were made from each ingot - a total of 8 round sprayed targets with a diameter of up to 190 mm for the Oratorio-5 installation. A detailed study of both the processes of magnetron sputtering of targets of high purity molybdenum and thin films obtained by sputtering targets of all four alloys was carried out. Thin film layers of a molybdenum-silicon alloy (0.008 wt.%) With a thickness of 0.15 μm on test structures were obtained by sputtering targets of the corresponding composition. Then, photolithographic engraving of the obtained films was carried out with etching in a 50% HNO 3 solution, after which an interlayer dielectric was deposited at a temperature of 140 ° C, in which contact windows were opened to the molybdenum surface by plasma-chemical etching through a photoresist mask and which was then removed in a solution of monoethanolamine + dimethylformamide (1: 3). The second level of the conductive layer was formed by applying an aluminum film 1.2 microns thick followed by photolithographic engraving. The obtained test structures were annealed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 430 ° С for 15 min. The degradation of the test structures was determined on a microscope by the presence of dark areas on the outer part of the contacts, which indicates the oxidation of the material of the lower level of the conductive system. The test results of the test structures are shown in Table 1.
Для оценки термостабильности контактов молибден-кремний изготавливали тестовые структуры, позволяющие измерять переходное сопротивление контактов четырехточечным методом. Отжиг тестовых структур с пленками толщиной 0,2 мкм проводили в атмосфере аргона при температурах 800°С и 900°С в течение 15 минут. Результаты испытаний тестовых структур на увеличение переходного сопротивления приведены в Таблице 2.To assess the thermal stability of the molybdenum-silicon contacts, test structures were made that made it possible to measure the transition resistance of the contacts using the four-point method. Annealing of test structures with 0.2 μm films was carried out in an argon atmosphere at temperatures of 800 ° C and 900 ° C for 15 minutes. The test results of the test structures to increase the transient resistance are shown in Table 2.
Таким образом, использование предлагаемого способа получения литых мишеней из молибдена, легированного кремнием, позволяет заметно повысить качество интегральных схем за счет повышения химической стойкости материала токопроводящих систем и стабильности величины переходного сопротивления контактов при термообработке. Учитывая перечисленную совокупность преимуществ, это позволяет получить более высокий технико-экономический эффект, который проявляется в повышении качества интегральных схем и увеличении выхода годных изделий.Thus, the use of the proposed method for producing cast targets from silicon doped molybdenum can significantly improve the quality of integrated circuits by increasing the chemical resistance of the material of the conductive systems and the stability of the contact resistance of the contacts during heat treatment. Given the above set of advantages, this allows you to get a higher technical and economic effect, which is manifested in improving the quality of integrated circuits and increasing the yield of suitable products.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010119784/02A RU2454484C2 (en) | 2010-05-19 | 2010-05-19 | Manufacturing method of cast target from molybdenum-based alloy for magnetron sputtering |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010119784/02A RU2454484C2 (en) | 2010-05-19 | 2010-05-19 | Manufacturing method of cast target from molybdenum-based alloy for magnetron sputtering |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009127342 Substitution | 2009-07-17 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010119784A RU2010119784A (en) | 2011-11-27 |
RU2454484C2 true RU2454484C2 (en) | 2012-06-27 |
Family
ID=45317519
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010119784/02A RU2454484C2 (en) | 2010-05-19 | 2010-05-19 | Manufacturing method of cast target from molybdenum-based alloy for magnetron sputtering |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2454484C2 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5447616A (en) * | 1988-12-21 | 1995-09-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Sputtering target |
RU2356964C1 (en) * | 2007-08-16 | 2009-05-27 | Вадим Георгиевич Глебовский | Manufacturing method of sputtering targets from cast disilicide of refractory metal and facility for its implementation |
-
2010
- 2010-05-19 RU RU2010119784/02A patent/RU2454484C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5447616A (en) * | 1988-12-21 | 1995-09-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Sputtering target |
RU2356964C1 (en) * | 2007-08-16 | 2009-05-27 | Вадим Георгиевич Глебовский | Manufacturing method of sputtering targets from cast disilicide of refractory metal and facility for its implementation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010119784A (en) | 2011-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0466617B1 (en) | Process for the production of high purity aluminium-based cathodes for cathodic sputtering | |
KR20020028890A (en) | Copper sputtering target assembly and method of making same | |
WO2021177469A1 (en) | Pure copper plate | |
JP6984799B1 (en) | Pure copper plate, copper / ceramic joint, insulated circuit board | |
JP3727115B2 (en) | Manufacturing method of sputtering target | |
WO2021177461A1 (en) | Pure copper plate, copper/ceramic joined body, and insulated circuit substrate | |
KR101854009B1 (en) | Silver-alloy sputtering target for conductive-film formation, and method for producing same | |
IL230014A (en) | High-purity copper-manganese-alloy sputtering target | |
TW202130826A (en) | Copper alloy, copper alloy plastic-processed material, component for electronic and electric devices, terminal, bus bar, and heat dissipation substrate | |
KR100660731B1 (en) | Nickel alloy sputtering target | |
KR20200121280A (en) | Ag alloy sputtering target, and manufacturing method of Ag alloy sputtering target | |
CN106661720B (en) | Sputtering target based on silver alloy | |
US20180305805A1 (en) | Ti-Ta ALLOY SPUTTERING TARGET AND PRODUCTION METHOD THEREFOR | |
WO2013105283A1 (en) | Titanium target for sputtering | |
JP3819487B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
RU2454484C2 (en) | Manufacturing method of cast target from molybdenum-based alloy for magnetron sputtering | |
RU2454481C2 (en) | Method for obtaining composite target for sputtering from tungsten-titanium-silicon alloy | |
KR20050103973A (en) | Hafnium alloy target and process for producing the same | |
CN113680980B (en) | Production process for horizontally continuously casting copper-manganese alloy | |
RU2392685C1 (en) | Sprayed targets of highly pure alloys on basis of transition metals and method of their production | |
US11837449B2 (en) | Ti-Nb alloy sputtering target and production method thereof | |
RU2392686C1 (en) | Composite target for spraying and method of its production | |
WO2013133353A1 (en) | Sputtering target | |
TW202130827A (en) | Copper alloy, copper alloy plastic working material, electronic/electrical device component, terminal, busbar, heat-dissipating board | |
US8668895B2 (en) | Purifying method for metallic silicon and manufacturing method of silicon ingot |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160520 |