WO2014157054A1 - スパッタリング用シリサイドターゲット及びその製造方法 - Google Patents

スパッタリング用シリサイドターゲット及びその製造方法 Download PDF

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WO2014157054A1
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sputtering
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孝幸 浅野
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Jx日鉱日石金属株式会社
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0682—Silicides

Definitions

  • the present invention relates to a sputtering silicide target and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a high-density sputtering target used for forming a silicide film in a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
  • metal silicide wirings and electrodes having a lower resistivity than polysilicon and having compatibility with the gate process are used.
  • metal silicides include tungsten silicide (WSi x ), molybdenum silicide (MoSi x ), tantalum silicide (TaSi x ), titanium silicide (TiSi x ), cobalt silicide (CoSi x ), chromium silicide (CrSi x ), nickel Examples thereof include silicide (NiSi x ).
  • such a metal silicide thin film is formed by sputtering a sputtering silicide target.
  • a sputtering silicide target if the molar ratio x is 2 or less, the film stress is high when the film is formed, and the film is peeled off. For this reason, a sputtering silicide target having a silicon / metal molar ratio exceeding 2 is often used.
  • Patent Document 1 discloses a metal silicide having a mixed structure of a granular MSi 2 phase and a Si phase as a matrix phase, and having an interface layer having a predetermined thickness at the boundary between the MSi 2 phase and the Si phase.
  • a sputtering target and a manufacturing method thereof are disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a fine structure in which metal silicides are bonded in a chain to form a metal silicide phase, and silicon phases formed by bonding silicon particles are discontinuously present in the gaps between the metal silicides. Disclosure of a sputtering target characterized by having an excellent mixed structure and an aluminum content of 1 ppm or less, and disclosure of low generation of particles during sputtering due to high density and high strength is doing.
  • Patent Document 3 of the present applicant the area ratio of the silicon phase appearing on the sputter surface is 23% or less, the density is 99% or more, and the work-affected layer on the surface is partially removed, and the surface A sputtering target characterized by having a roughness exceeding 0.05 ⁇ m and 1 ⁇ m or less is disclosed, whereby the generation amount of initial particles can be greatly reduced as compared with the conventional technique.
  • an object of the present invention is to provide a high-density sputtering target for sputtering with a small amount of particles generated during sputtering and a method for manufacturing the same.
  • the present inventors have conducted intensive research, and as a result, sintering in a temperature region close to the melting point of silicon and reacting the molten silicon with the solid-phase silicide, It has become possible to produce a high-density sputtering silicide target with significantly reduced pores (vacancies), and when sputtered using this, it has been found that the amount of particles can be significantly reduced.
  • the present invention 1) A silicide target for sputtering, wherein the number of pores having a size of 50 ⁇ m 2 or more in the target is 10 or less per 0.25 mm 2 ; 2) The silicide target for sputtering rig as described in 1) above, wherein the number of pores having a size of 1 ⁇ m 2 or more in the target is 20 or less per 0.01 mm 2 ; 3) The silicide target according to 1) or 2) above, wherein a spherical silicide phase occupies 90% or more per 0.01 mm 2 ; 4) The silicide target according to any one of 1) to 3) above, wherein the relative density of the target is 98% or more, 5) The silicide target for sputtering rig according to any one of 1) to 4) above, wherein the target material is TaSi x (x> 2.0), 6) A metal powder and a silicon powder are mixed and synthesized by heating to form a metal silicide powder.
  • the metal silicide powder is mechanically pulverized, and then the fine metal silicide powder and the fine silicon powder are predetermined.
  • a method for producing a silicide target for sputtering rigs characterized in that the mixed powder is uniformly mixed so as to have a molar ratio of, and the mixed powder is hot-pressed and sintered at a temperature at which silicon melts.
  • the silicide target for sputtering according to the present invention has an excellent effect that the generation of particles can be extremely reduced during sputtering by significantly reducing the pores present in the target. That is, the yield during film formation can be improved.
  • tissue image magnification: 200 times
  • tissue image magnification: 1000 times
  • tissue image magnification: 1000 times
  • a metal powder and a silicon powder are mixed and mixed so as to have a predetermined molar ratio. and sintering at a temperature just below the T S, it has been performed to produce a target.
  • the powders (solids) are bonded (necked), but there are parts that cannot be combined, and this is the target as pores (holes) Many remained inside. Such pores cause abnormal discharge (arcing) during sputtering and increase the number of particles.
  • the eutectic temperature Ts of the metal silicide is about 950 ° C. to 1400 ° C., although it varies depending on the composition.
  • the metal powder and the silicon powder are mixed and synthesized by heating to form a metal silicide powder, and then the metal silicide powder is mechanically pulverized to obtain the fine metal silicide powder and the fine silicon powder.
  • this mixed powder is sintered by hot pressing in a temperature region immediately below the melting point of silicon, that is, by sintering at a temperature at which silicon melts.
  • the molten silicon can be filled with the gap, and a sputtering target with significantly reduced pores can be obtained.
  • the reaction between the solid phase and the liquid phase is superior to the reaction between the solid phase and the solid phase, a more uniform tissue can be obtained.
  • the silicide target for sputtering of the present invention can be manufactured as follows. First, metal powder and silicon powder are prepared. As the metal powder, a known material can be used as a silicide for a semiconductor device, and examples thereof include tantalum, molybdenum, tungsten, cobalt, and nickel. Next, the metal powder and the silicon powder are mixed using a ball mill or the like, and this is heated and synthesized using a heating device such as a heat treatment furnace to obtain a metal silicide alloy. The conditions for synthesizing the silicide are slightly different depending on the composition, but it is preferable to set the atmosphere: vacuum and temperature: 800 to 1350 ° C.
  • the obtained metal silicide lump is finely pulverized using mechanical pulverization such as a jet mill so that the maximum particle diameter becomes 100 ⁇ m.
  • a silicon fine powder having a maximum particle size of 100 ⁇ m, which is pulverized by jet mill, is mixed with the fine silicide powder so that the final target has the following molar ratio to obtain a mixed powder.
  • This mixed powder is hot-pressed in a temperature region where silicon melts to produce a sintered body.
  • this temperature range is preferably in the range of 1385 to 1400 ° C., although it depends on the composition. If the sintering temperature is less than 1385 ° C., the silicon does not melt sufficiently. On the other hand, if the sintering temperature exceeds 1400 ° C., oversintering occurs and the pores increase, which is not preferable. . Although the melting point of silicon is about 1414 ° C., the melting point of the compound drops when it becomes a compound. Therefore, silicon melts in the above temperature range.
  • the sintering pressure can be 250 to 350 kg / cm 2 .
  • the silicide target for sputtering of this invention is producible by machining the sintered compact produced in this way to a desired shape.
  • a silicide target for sputtering can be manufactured by the above manufacturing process, but this manufacturing process shows an example, and the present invention does not invent this manufacturing process. Of course, it is possible, and the present invention includes all of them.
  • a target was prepared by sintering a mixed powder of silicide powder and silicon powder, but a mixed powder of silicide powder and metal powder adjusted to have a predetermined composition was sintered. And a target can also be produced.
  • the number of pores having a size of 50 ⁇ m 2 or more in the target is 10 or less per 0.25 mm 2 , and preferably the number of pores having a size of 1 ⁇ m 2 or more is 0 in the target. No more than 20 per 01 mm 2 . Thereby, abnormal discharge starting from coarse pores can be suppressed, and plasma during sputtering can be stabilized.
  • the pore size can be obtained by observing the cut target cross-section and measuring and calculating the cross-sectional area of the pore.
  • the observed pore does not necessarily have the maximum cross-sectional area, but any cross-sectional area of the pore may be included in the present invention as long as the above numerical range is included. It should be understood that it is included.
  • a spherical silicide phase occupies 90% or more per 0.01 mm 2 in the target.
  • the spherical shape represents a solid shape including a true sphere, a pseudo true sphere, an oblate sphere, and a pseudo oblate sphere, and means that the ratio of the maximum value to the minimum value of the length from the center to the outer periphery is 2 or less. . Within this range, similar characteristics can be obtained even if there are some irregularities on the outer periphery.
  • the silicide phases may be combined and it may be difficult to confirm as a single phase. In such a case, the joint portion can be extended and measured in a virtual shape.
  • the cross section of the sputtering target thus produced was polished and observed at any five locations on the target using a scanning electron microscope (SEM) (FIGS. 1 and 2). As a result, there were no pores of 50 ⁇ m 2 or more in a visual field of 0.25 mm 2 . The number of pores of 1 ⁇ m 2 or more in the visual field of 0.01 ⁇ m 2 was 1 on average. In addition, a spherical silicide phase in the field of view of 0.01 mm 2 occupied 99% or more. The relative density of the target determined by the Archimedes method was 99.9%.
  • this target was attached to a sputtering apparatus, magnetron sputtering was performed under the following conditions, and the number of particles having a diameter of 0.3 ⁇ m or more attached to the tantalum silicide thin film on the Si substrate surface was measured. As a result, 70 pieces were obtained.
  • Atmospheric gas Ar gas
  • Atmospheric pressure 1 pa Sputter output: 1KW Distance between target and Si substrate: 5cm Sputtering time: 30 seconds
  • the cross section of the sputtering target thus produced was polished and observed at any five locations on the target using a scanning electron microscope (SEM) (FIGS. 3 and 4). As a result, there were no pores of 50 ⁇ m 2 or more in a visual field of 0.25 mm 2 . The average number of pores of 1 ⁇ m 2 or more in the visual field of 0.01 ⁇ m 2 was zero. In addition, a spherical silicide phase in the field of view of 0.01 mm 2 occupied 99% or more. The relative density of the target determined by the Archimedes method was 99.8%.
  • this target was attached to a sputtering apparatus, and magnetron sputtering was performed under the same conditions as in Example 1 to measure the number of particles having a diameter of 0.3 ⁇ m or more attached to the tantalum silicide thin film on the Si substrate surface. As a result, it was 58 pieces.
  • the cross section of the sputtering target thus produced was polished and observed at any five locations on the target using a scanning electron microscope (SEM) (FIGS. 5 and 6). As a result, there were no pores of 50 ⁇ m 2 or more in a visual field of 0.25 mm 2 . The average number of pores of 1 ⁇ m 2 or more in the visual field of 0.01 ⁇ m 2 was three. In addition, a spherical silicide phase in the field of view of 0.01 mm 2 occupied 99% or more. The relative density of the target determined by the Archimedes method was 98.9%.
  • this target was attached to a sputtering apparatus, and magnetron sputtering was performed under the same conditions as in Example 1 to measure the number of particles having a diameter of 0.3 ⁇ m or more attached to the tantalum silicide thin film on the Si substrate surface. As a result, 62 pieces were obtained.
  • the cross section of the sputtering target thus produced was polished and observed at any five locations on the target using a scanning electron microscope (SEM) (FIGS. 7 and 8). As a result, there were 15 pores of 50 ⁇ m 2 or more in a visual field of 0.25 mm 2 . The average number of pores of 1 ⁇ m 2 or more in the visual field of 0.01 ⁇ m 2 was 25. In addition, a spherical silicide phase in the visual field of 0.01 mm 2 occupied 43%. The relative density of the target determined by the Archimedes method was 97.2%.
  • this target was attached to a sputtering apparatus, and magnetron sputtering was performed under the same conditions as in Example 1 to measure the number of particles having a diameter of 0.3 ⁇ m or more attached to the tantalum silicide thin film on the Si substrate surface. As a result, it was 203 pieces.
  • the cross section of the sputtering target thus produced was polished and observed at any five locations on the target using a scanning electron microscope (SEM) (FIGS. 9 and 10). As a result, there were 5 pores of 50 ⁇ m 2 or more in a visual field of 0.25 mm 2 . The number of pores of 1 ⁇ m 2 or more in the visual field of 0.01 ⁇ m 2 was 18 on average. Further, the spherical silicide phase in the field of view of 0.01 mm 2 occupied 73%. The relative density of the target determined by the Archimedes method was 94.5%.
  • this target was attached to a sputtering apparatus, and magnetron sputtering was performed under the same conditions as in Example 1 to measure the number of particles having a diameter of 0.3 ⁇ m or more attached to the tantalum silicide thin film on the Si substrate surface. As a result, it was 174.
  • the cross section of the sputtering target thus produced was polished and observed at any five locations on the target using a scanning electron microscope (SEM) (FIGS. 11 and 12).
  • SEM scanning electron microscope
  • the number of pores of 50 ⁇ m 2 or more in the visual field of 0.25 mm 2 was zero.
  • the average number of pores of 1 ⁇ m 2 or more in the visual field of 0.01 ⁇ m 2 was 23.
  • a spherical silicide phase in the field of view of 0.01 mm 2 occupied 99% or more.
  • the relative density of the target determined by the Archimedes method was 99.7%.
  • this target was attached to a sputtering apparatus, and magnetron sputtering was performed under the same conditions as in Example 1 to measure the number of particles having a diameter of 0.3 ⁇ m or more attached to the tantalum silicide thin film on the Si substrate surface. As a result, 125 pieces were obtained.
  • the sputtering target of the present invention has an excellent effect that the amount of particles generated at the time of sputtering can be reduced and the yield at the time of film formation can be improved. Therefore, it is useful as a sputtering target for forming a silicide film used as an electrode or wiring of a semiconductor device.

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Abstract

　ターゲット内に５０μｍ２以上の大きさをもつポアが存在しないことを特徴とするスパッタリング用シリサイドターゲット。スパッタリングの際に発生するパーティクル量を大幅に低減させたスパッタリング用シリサイドターゲットを提供することを課題とする。

Description

スパッタリング用シリサイドターゲット及びその製造方法
　本発明は、スパッタリング用シリサイドターゲット及びその製造方法に関し、特に、半導体デバイスにおけるシリサイド膜の形成に用いられる高密度スパッタリングターゲット及びその製造方法に関する。
　半導体デバイスの電極又は配線としてポリシリコンが従来用いられてきたが、半導体デバイスの微細化、高集積化に伴い、抵抗による信号伝播遅延が問題化している。一方セルフアライン法による配線等の形成を容易にするための電極として融点の高い材料の使用が求められている。
　このようなことから、ポリシリコンより抵抗率が低く、ゲートプロセスとの互換性を有する金属シリサイド配線及び電極が使用されている。金属シリサイドの例としては、タングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉｘ）、タンタルシリサイド（ＴａＳｉｘ）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉｘ）、コバルトシリサイド（ＣｏＳｉｘ）、クロムシリサイド（ＣｒＳｉｘ）、ニッケルシリサイド（ＮｉＳｉｘ）、などが挙げられる。
　通常、このような金属シリサイドの薄膜は、スパッタリング用シリサイドターゲットをスパッタすることにより形成される、スパッタリング用シリサイドターゲットとしては、モル比ｘを２以下とすると成膜する際に膜応力が高く、剥離し易いという理由からシリコン／金属のモル比が２を超えるスパッタリング用シリサイドターゲットが使用されることが多い。
　ところで、シリサイドターゲットを用いてスパッタリングする場合、ターゲットからパーティクルが発生することがある。これらは基板上の膜に直接付着したり、或いは、チャンバー内の壁等に付着し、堆積後に剥離して膜に再付着したりして、配線の短絡、断線等の問題を引き起こす。電子デバイスの回路の高集積化、微細化が進むにつれて、パーティクルの発生は、極めて重大な問題であった。
　従来から、このような金属シリサイドターゲットから発生するパーティクル量を低減する試みがなされている。例えば、特許文献１は、粒状のＭＳｉ２相とマトリックス相としてのＳｉ相との混合組織を有し、ＭＳｉ２相とＳｉ相との境界に所定の厚さの界面層を形成した金属シリサイドからなるスパッタリング用ターゲット及びその製造方法を開示している。
　また、特許文献２は、金属珪化物が連鎖状に結合して金属珪化物相が形成され、珪素粒子が結合して形成された珪素相が前記金属珪化物の間隙に不連続に存在する微細な混合組織を有し、アルミニウム含有量が１ｐｐｍ以下であることを特徴とするスパッタリングターゲットを開示し、そして、高密度かつ高強度であるために、スパッタリング時におけるパーティクルの発生量が少ないことを開示している。
　さらに、本件出願人に係る特許文献３は、スパッタ面に現れるシリコン相の面積比率が２３％以下であり、密度が９９％以上であり、そして表面の加工変質層が一部除去され、かつ表面粗さが０．０５μｍを超え且つ１μｍ以下であることを特徴とするスパッタリング用ターゲットを開示し、これにより、初期パーティクルの発生量を従来よりも大幅に減少できることを開示している。
　しかしながら、その後実施を重ねるうちに、金属シリサイドターゲットのスパッタ面に現れる粗大シリコン相の存在量を低減したり、表面の加工変質層を除去したり、するだけでは、パーティクル発生を抑制することは不十分であることが、新たに認識されるようになった。
特開平３－１３０３６０号公報 特開平５－２１４５２３号公報 特開平６－３０６５９５号公報
　本発明の課題は、上記問題を鑑みて、スパッタリングの際に発生するパーティクルの発生量が少ない、高密度のスパッタリング用シリサイドターゲット及びその製造方法を提供することである。
　上記の課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を行った結果、シリコンの融点に近い温度領域で焼結して、溶融シリコンと固相シリサイドとを反応することにより、ターゲット内のポア（空孔）を著しく低減した、高密度のスパッタリング用シリサイドターゲットを作製することが可能となり、これを用いてスパッタリングした場合には、パーティクルの量を著しく低減できることを見出した。
　このような知見に基づき、本発明は、
　１）ターゲット内に５０μｍ２以上の大きさをもつポアが０．２５ｍｍ２当たり１０個以下であることを特徴とするスパッタリング用シリサイドターゲット、
　２）ターゲット内に１μｍ２以上の大きさをもつポアが０．０１ｍｍ２当たり２０個以下であることを特徴とする上記１）記載のスパッタリグ用シリサイドターゲット、
　３）球形のシリサイド相が０．０１ｍｍ２当たり９０％以上占有することを特徴とする上記１）又は２）記載のシリサイドターゲット、
　４）ターゲットの相対密度が９８％以上であることを特徴とする上記１）～３）のいずれか一に記載のシリサイドターゲット、
　５）ターゲット材がＴａＳｉｘ（ｘ＞２．０）からなることを特徴とする上記１）～４）のいずれか一に記載のスパッタリグ用シリサイドターゲット、
　６）金属粉末とシリコン粉末を混合し、これを加熱合成して金属シリサイド粉末とした後、該金属シリサイド粉末を機械的に微粉砕し、次にこの微細金属シリサイド粉末と微細シリコン粉末とを所定のモル比となるように均一混合し、この混合粉末をシリコンが溶融する温度でホットプレスして焼結することを特徴とするスパッタリグ用シリサイドターゲットの製造方法、を提供する。
　本発明のスパッタリング用シリサイドターゲットは、ターゲット内に存在するポアを著しく低減することにより、スパッタリングの際、パーティクルの発生を非常に少なくすることできるという優れた効果を有する。すなわち、成膜時の歩留まりを向上することが可能となる。
実施例１のターゲット面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したときの組織画像（倍率：２００倍）である。 実施例１のターゲット面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したときの組織画像（倍率：１０００倍）である。 実施例２のターゲット面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したときの組織画像（倍率：２００倍）である。 実施例２のターゲット面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したときの組織画像（倍率：１０００倍）である。 実施例３のターゲット面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したときの組織画像（倍率：２００倍）である。 実施例３のターゲット面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したときの組織画像（倍率：１０００倍）である。 比較例１のターゲット面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したときの組織画像（倍率：２００倍）である。 比較例１のターゲット面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したときの組織画像（倍率：１０００倍）である。 比較例２のターゲット面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したときの組織画像（倍率：２００倍）である。 比較例２のターゲット面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したときの組織画像（倍率：１０００倍）である。 比較例３のターゲット面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したときの組織画像（倍率：２００倍）である。 比較例３のターゲット面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したときの組織画像（倍率：１０００倍）である。
　従来、スパッタリング用シリサイドターゲットにおいては、金属粉末とシリコン粉末とを所定のモル比となるように配合、混合し、この混合粉末を加熱してシリサイド合成を行った後、金属シリサイド粉末を共晶温度ＴＳの直下の温度で焼結して、ターゲットを作製することが行われていた。しかし、このような原料粉末が溶融しない温度領域で焼結を行う方法では、粉末（固体）同士が結合（ネッキング）するが、結合しきれない部分が存在し、これがポア（空孔）としてターゲット中に多く残存していた。そして、このようなポアはスパッタリングの際、異常放電（アーキング）の発生の原因となり、パーティクルを増加させる問題となっていた。なお、金属シリサイドの共晶温度Ｔｓは組成によって異なるが、約９５０℃～１４００℃である。
　このようなことから、金属粉末とシリコン粉末を混合し、これを加熱合成して金属シリサイド粉末とした後、該金属シリサイド粉末を機械的に微粉砕し、この微細金属シリサイド粉末と微細シリコン粉末とを所定のモル比となるように均一混合し、この混合粉末をシリコンの融点直下の温度領域でホットプレスして焼結する、すなわち、シリコンが溶融する温度で焼結することで、固相間に生じた隙間を溶融シリコンが埋めることができ、ポア（空孔）が著しく低減したスパッタリングターゲットを得ることができる。さらに、固相と液相との反応は、固相と固相との反応よりも、反応性が優れていることからより均一な組織を得ることができる。
　本発明のスパッタリング用シリサイドターゲットは、次のようにして、製造することができる。まず、金属粉末とシリコン粉末とを用意する。金属粉末としては、半導体装置用シリサイドとして、公知の材料を用いることができ、例えば、タンタル、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケルが挙げられる。
　次に、金属粉末とシリコン粉末とをボールミル等を用いて混合し、これを熱処理炉等の加熱装置を用いて、加熱合成して金属シリサイド合金とする。シリサイドの合成条件は、組成によっても若干異なるが、雰囲気：真空、温度：８００～１３５０℃、とすることが好ましい。
　得られた金属シリサイド塊をジェットミル等の機械粉砕を用いて、最大粒径が１００μｍとなるように微粉砕する。このシリサイド微粉末にジェットミル粉砕した最大粒径が１００μｍのシリコン微粉末を、最終的なターゲットが次のようなモル比となるように混合して、混合粉末を得る。
　Ｔａ／Ｓｉｘ（ｘ＞２．０）、Ｍｏ／Ｓｉｘ（ｘ＞２．１５）、Ｗ／Ｓｉｘ（ｘ＞２．２５）、Ｃｏ／Ｓｉｘ（ｘ＞２．２）、Ｎｉ／Ｓｉｘ（ｘ＞２．２）
　この混合粉末を、シリコンが溶融する温度領域でホットプレスして、焼結体を作製する。これが本発明において重要な点の一つである。この温度領域は、組成にもよるが、例えば、ＴａＳｉｘ（ｘ＞２．０）の場合、１３８５～１４００℃の範囲とすることが好ましい。焼結温度が１３８５℃未満であると、シリコンの溶融が充分に起こらず、一方、焼結温度が１４００℃超であると、過焼結が発生し、ポアが増大してしまうため、好ましくない。なお、シリコンの融点は約１４１４℃であるが、化合物となるときその融点は降下することから、上記温度範囲において、シリコンは溶融する。また、焼結圧力は２５０～３５０ｋｇ／ｃｍ２とすることができる。そして、このようにして作製した焼結体を、所望の形状へ機械加工することで、本発明のスパッタリング用シリサイドターゲットを作製できる。
　上記の製造工程によってスパッタリング用シリサイドターゲットを製造することができるが、この製造工程は一例を示すものであって、本発明は、この製造工程を発明とするものではないので、他の工程によって製造することは当然可能であり、本発明は、それらを全て包含するものである。
　たとえば、上記では、シリサイド粉末とシリコン粉末の混合粉末を焼結して、ターゲットを作製する例を示したが、所定の組成となるように調整した、シリサイド粉末と金属粉末の混合粉末を焼結して、ターゲットを作製することもできる。
　本発明のスパッタリング用シリサイドターゲットは、ターゲット内に５０μｍ２以上の大きさをもつポアが０．２５ｍｍ２当たり１０個以下であり、好ましくは、ターゲット内に１μｍ２以上の大きさをもつポアが０．０１ｍｍ２当たり２０個以下である。これにより、粗大なポアを起点とした異常放電を抑制することができ、スパッタリング時のプラズマを安定化することが可能となる。
　なお、ポアの大きさは、切り出したターゲット断面を観察し、ポアの断面積を測定、算出して求めることができる。もっとも、ポアは体積を有しているため、観察したポアが、最大の断面積になるとは限らないが、ポアのいずれの断面積においても上記の数値範囲含まれるものであれば、本発明に包含されることは当然理解されるべきである。
　また、本発明のスパッタリング用シリサイドターゲットは、ターゲット内に球形のシリサイド相が０．０１ｍｍ２当たり９０％以上占有することが好ましい。ここで、球形とは、真球、擬似真球、扁球、擬似扁球を含む立体形状を表し、その中心から外周までの長さの最小値に対する最大値の比が２以下であるものを意味する。
　この範囲であれば、外周部に多少の凹凸があっても、同様の特性を得るものである。また、組成によっては、シリサイド相同士が結合し、単独の相として確認することが難しい場合もある。そのような場合は接合部分を延長し、仮想的な形状にて測定するものとすることができる。
　以下、実施例および比較例に基づいて説明する。なお、本実施例はあくまで一例であり、この例によって何ら制限されるものではない。すなわち、本発明は特許請求の範囲によってのみ制限されるものであり、本発明に含まれる実施例以外の種々の変形を包含するものである。
（実施例１）
　高純度タンタル粉と高純度シリコン粉をボールミルで混合し、真空中で加熱することにより、ＴａＳｉｘ（ｘ＝２.０）の合金塊を得た。このシリサイド塊をジェットミル粉砕し、最大粒径１００μｍのシリサイド粉末を得た。このシリサイド粉末に、ジェットミル粉砕して最大粒径１００μｍとしたシリコン粉末を、ターゲットにおけるＳｉ含有量が２７．９６ｗｔ％となるように混合し、該混合粉末を、ホットプレス装置を用いて、加熱温度１３８５℃、プレス荷重３００ｋｇ／ｃｍ２、保持時間２時間で焼結し、焼結体を作製した。この焼結体を機械加工により、φ３００ｍｍ、６．３５ｍｍｔのスパッタリング用シリサイドターゲットを作製した。
　このようにして作製したスパッタリングターゲットの断面を研磨して、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてターゲットの任意の５箇所で観察した（図１、２）。その結果、０．２５ｍｍ２の視野における５０μｍ２以上のポアは存在しなかった。０．０１μｍ２の視野内における１μｍ２以上のポアは平均で１個であった。また、０．０１ｍｍ２の視野内における球形のシリサイド相が９９％以上占有していた。また、アルキメデス法で求めたターゲットの相対密度は９９．９％であった。
　次に、このターゲットをスパッタ装置に取り付け、以下の条件でマグネトロンスパッタリングを行い、Ｓｉ基板表面のタンタルシリサイド薄膜に付着した直径：０．３μｍ以上の大きさのパーティクル数を測定した。その結果７０個であった。
　（スパッタ条件）
　　　　雰囲気ガス：Ａｒガス
　　　　雰囲気圧力：１ｐａ
　　　　スパッタ出力：１ＫＷ
　　　　ターゲットとＳｉ基板の距離：５ｃｍ
　　　　スパッタ時間：３０秒
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（実施例２）
　高純度タンタル粉と高純度シリコン粉をボールミルで混合し、真空中で加熱することにより、ＴａＳｉｘ（ｘ＝２.０）の合金塊を得た。このシリサイド塊をジェットミル粉砕し、最大粒径１００μｍのシリサイド粉末を得た。このシリサイド粉末に、ジェットミル粉砕して最大粒径１００μｍとしたシリコン粉末を、ターゲットにおけるＳｉ含有量が２８．７３ｗｔ％となるように混合し、該混合粉末を、ホットプレス装置を用いて、加熱温度１３８５℃、プレス荷重２９０ｋｇ／ｃｍ２、保持時間３時間で焼結し、焼結体を作製した。この焼結体を機械加工により、φ３００ｍｍ、６．３５ｍｍｔのスパッタリング用シリサイドターゲットを作製した。
　このようにして作製したスパッタリングターゲットの断面を研磨して、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてターゲットの任意の５箇所で観察した（図３、４）。その結果、０．２５ｍｍ２の視野における５０μｍ２以上のポアは存在しなかった。０．０１μｍ２の視野内における１μｍ２以上のポアは平均で０個であった。また、０．０１ｍｍ２の視野内における球形のシリサイド相が９９％以上占有していた。また、アルキメデス法で求めたターゲットの相対密度は９９．８％であった。次に、このターゲットをスパッタ装置に取り付け、実施例１と同様な条件でマグネトロンスパッタリングを行い、Ｓｉ基板表面のタンタルシリサイド薄膜に付着した直径：０．３μｍ以上の大きさのパーティクル数を測定した。その結果５８個であった。
（実施例３）
　高純度タンタル粉と高純度シリコン粉をボールミルで混合し、真空中で加熱することにより、ＴａＳｉｘ（ｘ＝２.０）の合金塊を得た。このシリサイド塊をジェットミル粉砕し、最大粒径１００μｍのシリサイド粉末を得た。このシリサイド粉末に、ジェットミル粉砕して最大粒径１００μｍとしたシリコン粉末を、ターゲットにおけるＳｉ含有量が２７．５１ｗｔ％となるように混合し、該混合粉末を、ホットプレス装置を用いて、加熱温度１３９０℃、プレス荷重３１０ｋｇ／ｃｍ２、保持時間２時間で焼結し、焼結体を作製した。この焼結体を機械加工により、φ３００ｍｍ、６．３５ｍｍｔのスパッタリング用シリサイドターゲットを作製した。
　このようにして作製したスパッタリングターゲットの断面を研磨して、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてターゲットの任意の５箇所で観察した（図５、６）。その結果、０．２５ｍｍ２の視野における５０μｍ２以上のポアは存在しなかった。０．０１μｍ２の視野内における１μｍ２以上のポアは平均で３個であった。また、０．０１ｍｍ２の視野内における球形のシリサイド相が９９％以上占有していた。また、アルキメデス法で求めたターゲットの相対密度は９８．９％であった。次に、このターゲットをスパッタ装置に取り付け、実施例１と同様な条件でマグネトロンスパッタリングを行い、Ｓｉ基板表面のタンタルシリサイド薄膜に付着した直径：０．３μｍ以上の大きさのパーティクル数を測定した。その結果６２個であった。
（比較例１）
　高純度タンタル粉と高純度シリコン粉をボールミルで混合し、真空中で加熱することにより、ＴａＳｉｘ（ｘ＝２.０）の合金塊を得た。このシリサイド塊をジェットミル粉砕し、最大粒径１００μｍのシリサイド粉末を得た。このシリサイド粉末に、ジェットミル粉砕して最大粒径１００μｍとしたシリコン粉末を、ターゲットにおけるＳｉ含有量が２８．７６ｗｔ％となるように混合し、該混合粉末を、ホットプレス装置を用いて、加熱温度１３７０℃、プレス荷重２８０ｋｇ／ｃｍ２、保持時間２時間で焼結し、焼結体を作製した。この焼結体を機械加工により、φ３００ｍｍ、６．３５ｍｍｔのスパッタリング用シリサイドターゲットを作製した。
　このようにして作製したスパッタリングターゲットの断面を研磨して、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてターゲットの任意の５箇所で観察した（図７、８）。その結果、０．２５ｍｍ２の視野における５０μｍ２以上のポアは１５個であった。０．０１μｍ２の視野内における１μｍ２以上のポアは平均で２５個であった。また、０．０１ｍｍ２の視野内における球形のシリサイド相が４３％占有していた。また、アルキメデス法で求めたターゲットの相対密度は９７．２％であった。次に、このターゲットをスパッタ装置に取り付け、実施例１と同様な条件でマグネトロンスパッタリングを行い、Ｓｉ基板表面のタンタルシリサイド薄膜に付着した直径：０．３μｍ以上の大きさのパーティクル数を測定した。その結果２０３個であった。
（比較例２）
　高純度タンタル粉と高純度シリコン粉をボールミルで混合し、真空中で加熱することにより、ＴａＳｉｘ（ｘ＝２.０）の合金塊を得た。このシリサイド塊をジェットミル粉砕し、最大粒径１００μｍのシリサイド粉末を得た。このシリサイド粉末に、ジェットミル粉砕して最大粒径１００μｍとしたシリコン粉末を、ターゲットにおけるＳｉ含有量が２７.９６ｗｔ％となるように混合し、該混合粉末を、ホットプレス装置を用いて、加熱温度１３６５℃、プレス荷重２９０ｋｇ／ｃｍ２、保持時間３時間で焼結し、焼結体を作製した。この焼結体を機械加工により、φ３００ｍｍ、６．３５ｍｍｔのスパッタリング用シリサイドターゲットを作製した。
　このようにして作製したスパッタリングターゲットの断面を研磨して、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてターゲットの任意の５箇所で観察した（図９、１０）。その結果、０．２５ｍｍ２の視野における５０μｍ２以上のポアは５個であった。０．０１μｍ２の視野内における１μｍ２以上のポアは平均で１８個であった。また、０．０１ｍｍ２の視野内における球形のシリサイド相が７３％占有していた。また、アルキメデス法で求めたターゲットの相対密度は９４．５％であった。次に、このターゲットをスパッタ装置に取り付け、実施例１と同様な条件でマグネトロンスパッタリングを行い、Ｓｉ基板表面のタンタルシリサイド薄膜に付着した直径：０．３μｍ以上の大きさのパーティクル数を測定した。その結果１７４個であった。
（比較例３）
　高純度タンタル粉と高純度シリコン粉をボールミルで混合し、真空中で加熱することにより、ＴａＳｉｘ（ｘ＝２.０）の合金塊を得た。このシリサイド塊をジェットミル粉砕し、最大粒径１００μｍのシリサイド粉末を得た。このシリサイド粉末に、ジェットミル粉砕して最大粒径１００μｍとしたシリコン粉末を、ターゲットにおけるＳｉ含有量が２０．４６ｗｔ％となるように混合し、該混合粉末を、ホットプレス装置を用いて、加熱温度１４０５℃、プレス荷重３１０ｋｇ／ｃｍ２、保持時間１時間で焼結し、焼結体を作製した。この焼結体を機械加工により、φ３００ｍｍ、６．３５ｍｍｔのスパッタリング用シリサイドターゲットを作製した。
　このようにして作製したスパッタリングターゲットの断面を研磨して、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてターゲットの任意の５箇所で観察した（図１１、１２）。その結果、０．２５ｍｍ２の視野における５０μｍ２以上のポアは０個であった。０．０１μｍ２の視野内における１μｍ２以上のポアは平均で２３個であった。また、０．０１ｍｍ２の視野内における球形のシリサイド相が９９％以上占有していた。また、アルキメデス法で求めたターゲットの相対密度は９９．７％であった。次に、このターゲットをスパッタ装置に取り付け、実施例１と同様な条件でマグネトロンスパッタリングを行い、Ｓｉ基板表面のタンタルシリサイド薄膜に付着した直径：０．３μｍ以上の大きさのパーティクル数を測定した。その結果１２５個であった。
　本発明のスパッタリングターゲットは、スパッタ時に発生するパーティクル量を低減することができ、成膜時における歩留まりを向上することができるという優れた効果を有する。したがって、半導体デバイスの電極又は配線として用いられるシリサイド膜を形成するためのスパッタリングターゲットとして有用である。
　

Claims (6)

  1. 　ターゲット内に５０μｍ２以上の大きさをもつポアが０．２５ｍｍ２当たり１０個以下であることを特徴とするスパッタリング用シリサイドターゲット。
  2. 　ターゲット内に１μｍ２以上の大きさをもつポアが０．０１ｍｍ２当たり２０個以下であることを特徴とする請求項１記載のスパッタリグ用シリサイドターゲット。
  3. 　球形のシリサイド相が０．０１ｍｍ２当たり９０％以上占有することを特徴とする請求項１又は２記載のシリサイドターゲット。
  4. 　ターゲットの相対密度が９８％以上であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のシリサイドターゲット。
  5. 　ターゲット材がＴａＳｉｘ（ｘ＞２．０）からなることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のスパッタリグ用シリサイドターゲット。
  6. 　金属粉末とシリコン粉末を混合し、これを加熱合成して金属シリサイド粉末とした後、該金属シリサイド粉末を機械的に微粉砕し、次にこの微細金属シリサイド粉末と微細シリコン粉末とを所定のモル比となるように均一混合し、この混合粉末をシリコンが溶融する温度でホットプレスして焼結することを特徴とするスパッタリグ用シリサイドターゲットの製造方法。
    　
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