JPH042540B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、高融点金属シリサイド製ターゲツト
の製造方法に関するものであり、特には半導体装
置の電極、配線材料等の薄膜形成に用いられる高
密度及び高品位の高融点金属シリサイド製ターゲ
ツトを高い生産性の下で製造する方法に関する。
高融点金属としては、Mo、Ｗ、Ti、Nb、Ta等
が含まれるが、特にここではMo及びＷをその代
表例とする。本ターゲツトは、特にVLSI・MOS
デバイスのゲート電極及びドレイン電極の作製に
有用である。

発明の背景 半導体装置の電極あるいは配線、特にMOS・
LSIのゲート電極及びドレイン電極としてはポリ
シリコンが従来用いられてきたが、MOS・LSI
の高集積化に伴いポリシリコンゲート電極及びド
レイン電極の抵抗による信号伝搬遅延が問題化し
ている。一方、セルフアライン法によるMOS素
子形成を容易ならしめる為ゲート電極及びドレイ
ン電極として融点の高い材料の使用が所望されて
いる。こうした状況においてポリシリコンより抵
抗率の低い高融点金属ゲート電極及びドレイン電
極の研究が進む一方、シリコンゲートプロセスと
の互換性を第１とした高融点金属シリサイド電極
の研究が活発に進行しつつある。そうした高融点
金属シリサイドの有望な実施例は、モリブデンシ
リサイド（MoSix）及びタングステンシリサイ
ド（WSix）である。

半導体装置の電極あるいは配線用の高融点金属
シリサイド薄膜の形成に有効な方法として、スパ
ツタ法及び電子ビーム蒸着法がある。スパツタ法
はターゲツト板にアルゴンイオンを衝突させて金
属を放出させ、放出金属をターゲツト板に対向し
た基板に堆積させる方法である。電子ビーム蒸着
法は、電子ビームによりインゴツト蒸発源を溶解
し、蒸着を行う方法である。いずれにせよ、生成
膜の純度そと他の性状は、ターゲツト板或いは蒸
発源の純度、組成、スパツタリング特性等により
左右される。

以下、本明細書において「ターゲツト」とは、
スパツタ源或いは蒸着源として板状その他の形態
に賦形された高融点金属シリサイド物品をすべて
包括するものとする。

従来技術とその問題点 特開昭60−66425号、特に高融点金属としてモ
リブデンを対象としてモリブデンシリサイドター
ゲツトを製造する方法を開示している。ここで
は、特別に調製された高純度モリブデン粉と市販
の高純度シリコン粉とを混合する工程から出発
し、その後(1)加圧成形（冷間等圧加工法）及び(2)
焼結の工程を経由して焼結体を生成し、続いて(3)
エレクトロンビーム溶解工程によつてMoSixイ
ンゴツトを生成し、更に(4)該インゴツトを塑性加
工（熱間押出法又は真空鍛造法）工程によつて所
望の形態となし、最後に切断、表面仕上げ等の仕
上げ加工を行つてターゲツトが製造される。

上記方法により製造されたターゲツトは、半導
体装置にとつて有害なアルカリ金属元素及び放射
性元素を極微量に低減した非常に高純度のもので
あり、ゲート電極等の作製に有用なものである。
しかしながら工程面に関して、次の問題点があ
る： (イ) 工程が前記のように冷間等圧加工、焼結、エ
レクトロンビーム溶解及び塑性加工の４工程を
経由するので、工程数が多い上に各工程自体が
手間と時間と高価な設備を要し、工業的規模の
生産に不適当である。

(ロ) エレクトロンビーム溶解でのシリコンの揮発
ロスが多く、そのためMoSixのｘの調整が難
しい。

他方、上記方法と別に溶解工程の入らない焼結
法によつて製造する方法があるが、従来、焼結法
で製造された高融点金属シリサイド製ターゲツト
はその密度比が80〜90％程度と低いため空隙部が
10〜20％存在していることが原因となつて、スパ
ツタ時にターゲツト内で一様な熱伝導が行なわれ
ないため、ターゲツトが割れるという由々しき欠
点が生じる。ターゲツトの割れは、ターゲツトの
スパツタリング特性を悪化し、良質の薄膜の形成
をもたらさないという問題点を有している。

発明の概要 こうした問題点に鑑み、本発明者等は先に、高
温度、高真空及び高プレス圧の条件下での一軸圧
縮成型により合成後の高融点金属シリサイド粉末
から97％以上の密度を有する、焼結品としての高
融点金属シリサイドターゲツトを製造する方法を
提唱した（特願昭60−210086号）。この方法は、
冷間等圧加圧、焼結、エレクトロンビーム溶解及
び塑性加工という４工程を全面的に放棄し、一軸
圧縮成型工程のみで高密度焼結品ターゲツトを製
造するものであり、工程の大巾な簡略化とターゲ
ツト密度比の向上という、実現困難な２つの目標
を一度に実現した点で画期的なものであつた。

その後、試行を続けた結果、工程の大巾な簡略
化を実現したにもかかわらず、工程時間が長く、
生産性を所期の目標程には高めることが出来ない
との欠点が新たに認識されるようになつた。上記
提唱方法においては、一軸圧縮成型時の加熱温度
の上限は1300℃と設定された。これは、Siの融点
が1410℃であることから、1300℃を越える高温の
採用は材料の部分溶融を生ずる恐れがあり、危険
視されたためである。

ところが、本発明者は、この1300℃という上限
設定を越えた高温領域での加工に敢えて挑戦した
結果、1300℃を越えて1380℃までの温度ならば、
材料の一部が溶融する危険なく作業を実施するこ
とが出来ることを確認した。しかも、驚くべきこ
とに、この1300℃を越える高温域では所定の密度
を得るまでの成型時間が予想より激減することが
判明した。例えば、1300℃では３時間かかるとこ
ろが、それより20℃だけ高めた1320℃においては
実に0.5時間に短縮される。この短縮効果は全く
予想外のものであつた。更に、高温になる程脱酸
素の効果も大きくなり、低酸素品が得られるとい
うメリツトもある。低酸素品への要望は最近益々
高まる一方であり、この点からも上記1300℃を越
える高温域での成型は効果的である。こうした高
温プレスにより、実に99.9％もの超高密度化を実
現することにも成功した。

こうした考察の下で、本発明は、高融点金属シ
リサイド粉末を、1300℃を越えて1380℃までの高
温度、10^-5〜10^-6ミリバールの高真空及び250〜
600Kg／cm²の高プレス圧の条件下で一軸圧縮成型
することを特徴とする97％以上の密度比を有し、
焼結品である高融点金属シリサイド製ターゲツト
の製造方法を提供する。高融点金属シリサイド粉
末は、高融点金属粉とシリコン粉とを所定比率で
混合し、高温真空下でシリサイドを合成し、合成
シリサイドを粉砕・分級し、合成シリサイド粉に
シリコン粉を加えて湿式混合し、洗浄後真空乾燥
することによつて入手しうる。

発明の具体的説明 先ず、高融点金属シリサイド粉末の合成例につ
いて説明する。タングステン及びモリブデンに代
表される高融点金属粉及びシリコン粉原料として
は、低放射性元素及び低アルカリ金属含有量のも
のを使用する。9N以上の純度を有するそうした
原料シリコン粉は容易に市販入手しうる。原料高
融点金属粉についても最近アルカリ金属含有率が
1000ppb以下そして放射性元素含有率が100ppb以
下の5N以上の高純度のものを調製する技術が確
立されている。これは、従来からの一般市販高融
点金属或いはその化合物を溶解して、水溶液を生
成し、該水溶液を精製した後含高融点金属結晶を
晶出させ、該結晶を固液分離、洗浄及び乾燥した
後に加熱還元することによつて高純度高融点金属
粉末を調製するものである。更に、これら粉末に
再溶解等の精製処理を施すことによつて更に高純
度のものを得ることができる。

こうした原料粉末をWSix、MoSix等に対応す
る所定の比率の下でＶ型ミキサ等により混合し、
例えば真空抵抗炉において加熱合成を行う。10^-3
〜10^-5ミリバール×1050〜1250℃の条件において
下式による合成に充分な時間合成を行う： Ｗ（Mo）＋xSi→WSix（MoSix） こうしてカルメラ状のシリサイド（WSix、
MoSix）が合成される。

合成シリサイドを振動ミルその他の粉砕機によ
り粉砕し、35〜45メツシユアンダーへの分級を行
つて合成シリサイド粉を得る。

ここで、工程を通してのシリコンの揮散損失分
に対応する補償用シリコンが添加される。補償用
シリコンも合成シリサイド粉と同程度の大きさの
ものとすることが好ましい。合成シリサイド粉と
追加シリコン粉とは、例えばＶ形ミキサを使用し
ての湿式混合により充分に混合される。その後、
充分なる洗浄を行い、真空乾燥して、爾後の一軸
圧縮成型工程での使用に適した高融点金属シリサ
イド粉末が入手できる。

一軸圧縮成型は、97％以上の密度比を実現する
為に15^-5〜10^-6ミリバール、好ましくは10^-6〜５
×10^-6ミリバールの高真空雰囲気、1300℃を越え
且つ1380℃までの高温度、好ましくは、1310〜
1380℃の高温度及び250〜600Kg／cm²、好ましくは
350〜500Kg／cm²の高プレス圧を適用することの出
来るホツトプレスによつて実施される。

1380℃を越える温度にすると、シリコンの融点
が1410℃であることから、材料の一部が溶融する
恐れがある。従来は、この材料の部分溶融が1300
℃上限と考えられていたのであるが、場所による
温度のバラツキや測温の正確さその他の因子を考
慮しても1380℃までなら何等心配なく実施でき、
特に1300℃を越えるとホツトプレス性が格段に向
上し、短時間で97％以上の密度が得られることが
判明し、本発明に至つたものである。

高融点金属シリサイド粉末を型入れし、昇温を
開始して1300℃を越え1380℃までのうちの目標温
度に達したら、その温度水準を維持し、所定の一
定高プレス圧の適用を開始する。型入れ材料は、
プレス圧の適用に伴い次第に減厚されるが、或る
時点を越えると材料厚さは一定に達し、それ以上
減厚されなくなる。この減厚飽和状態を充分に確
認した上で高温加圧が停止される。一般に、１時
間以内で高温加圧は完了する。1320℃以上では30
分以内である。

その後、バリ等の除去、必要なら表面仕上げ等
の仕上げ加工を施されて、ターゲツトが完成す
る。

得られるターゲツトは、従来の焼結品の80〜90
％密度比に比較して97％以上実に99.9％にも達し
うる高密度比のものであり、純度も放射性元素含
量が10ppb以下、酸素含量が300ppm以下そして
アルカリその他の金属含量が10ppm以下ときわめ
て高い純度を実現することが出来る。

酸素含量が50〜150ppmと低いことが本ターゲ
ツトの一つの特徴である。酸素含量が低いのは、
高温加圧工程においてSi＋Ｏ→SiO（ｇ）↑の脱
酸反応が更に一層容易に進行するためである。

高真空、高温度及び高プレス圧が協作用して97
％以上の密度比を実現したことは驚くべき事実で
ある。高真空及び高温度によつて不純物除去効果
も増進される。先行技術において必要とされたエ
レクトロンビーム溶解を行わないため、シリコン
の揮発ロス量が少なく、それだけ組成の調整が容
易である。

発明の効果 １ ターゲツト密度比が向上することにより、タ
ーゲツトの強度が上がり、ひび割れ、欠け等が
生ぜず、ターゲツト寿命が長くなる。また、包
蔵ガス状不純物も減少する。更に前記先願より
更に一層高い密度比の実現が可能である。

２ 特に酸素量の少ない高純度のターゲツトを生
成しうる。

３ 工程の簡略化と工程時間の短縮により真の意
味で生産性が向上する。

４ 目標組成が従来より容易に得られる。

実施例 １ 純度5NのＷ分8.2Kgと純度5Nのシリコン粉2.6
KgとをＶ型ミキサにより混合し、真空抵抗炉にお
いて1300℃×10^-4ｍbarの条件でＷシリサイドを
合成した。合成したカルメラ状シリサイドを振動
ミルにより粉砕した後42メツシユアンダーに分級
した。これに同じく42メツシユアンダーのSi粉
0.8Kgを添加し、Ｖ型ミキサーにより混合した粉
末を187mmφ×150mmの寸法の型に入れ、10^-5ｍ
bar×1320℃×350Kg／cm²の条件の下で0.5時間ホ
ツトプレスした。得られたターゲツトの密度比は
97％であつた。30分という短時間で97％の密度比
が実現しえた。また、ターゲツトの酸素含量は
100ppmであつた。

実施例 ２ 純度5NのＷ粉15.2Kgと純度5NのSi粉4.8Kgとを
Ｖ型ミキサにより混合し、真空抵抗炉において
1300℃×10^-4ｍbarの条件でＷシリサイドを合成
した。合成したカルメラ状シリサイドを振動ミル
により粉砕した後42メツシユアンダーに分級し
た。これに同じく42メツシユアンダーのSi粉1.4
Kgを添加し、Ｖ型ミキサにより混合した粉末を
254mmφ×150mmの寸法の型に入れ、10^-5ｍbar×
1380℃×520Kg／cm²の条件の下で0.5時間ホツトプ
レスした。得られたターゲツトの密度比は99.9％
であつた。30分で99.9％もの密度比が得られたこ
とは実に驚くべきものである。また、ターゲツト
の酸素含量50ppmであつた。

実施例 ３ 純度5NのMo粉12.4Kgと5NのSi粉7.4KgとをＶ
型ミキサにより混合し、真空抵抗炉において1200
℃×10^-4ｍbarの条件でMoシリサイドを合成し
た。合成したカルメラ状シリサイドを振動ミルに
より粉砕した後42メツシユアンダーに分級した。
この中から４Kgを取り出しこれに同じく42メツシ
ユアンダーのSi粉0.1Kgを添加し、Ｖ型ミキサに
より混合した粉末を187mmφ×150mmの寸法の型に
入れ、10^-5ｍbar×1380℃×350Kg／cm²の条件の下
で0.5時間ホツトプレスした。得られたターゲツ
トの密度比はやはり99.9％もの高い値であつた。
また、ターゲツトの酸素含量は50ppmであつた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高融点金属シリサイド粉末を、1300℃を越え
   て1380℃までの高温度、10^-5〜10^-6ミリバールの
   高真空及び250〜600Kg／cm²の高プレス圧の条件下
   で一軸圧縮成型することを特徴とする、97％以上
   の密度比を有し、焼結品である高融点金属シリサ
   イド製ターゲツトの製造方法。 ２ 高融点金属がモリブデン或いはタングステン
   である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 高融点金属シリサイド粉末が、高融点金属粉
   とシリコン粉とを所定比率で混合し、高温真空下
   でシリサイドを合成し、合成シリサイドを粉砕・
   分級し、合成シリサイド粉にシリコン粉を加えて
   混合することによつて入手される特許請求の範囲
   第１項記載の方法。