JPS6134509B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高融点金属とケイ素とからなるマグネ
トロンスパツタ用分割ターゲツトに関する。

IOの高機能化、高集積化に伴ないチツプ寸法
が大きくなり内部パターン寸法が小さくなつてい
くため、チツプ内での電気信号の伝達手段である
配線が長くなる傾向が顕著である。ところがこの
配線材料として現在のところは多結晶金属ケイ素
薄膜が用いられている。多結晶金属ケイ素薄膜で
は不純物を固溶限界までドープしたとしても、そ
のシート抵抗を20〜30Ω／cm²以下にすることはで
きないことはよく知られているところである。一
方このシート抵抗値では高機能デバイスを想定し
た場合、信号遅延が無視できなくなる。このため
多結晶金属ケイ素薄膜にとつてかわる材料の研
究・開発が盛んに行なわれている。

その中で一番有望と考えられているものがMo
やＷのシリサイド薄膜である。（以下MoSi₂，
WSi₂と略記する）。MoSi₂，WSi₂膜を用いると現
在使われて多結晶金属ケイ素の製造プロセスをほ
とんど変更させないで、そのシート抵抗をほぼ１
桁、即ち２〜３Ω／cm²に減少させることができ
る。

このMoSi₂やWSi₂膜を形成する方法としては
種々の方法が検討されているが、直流マグネトロ
ンスパツタリング技術（以下単にスパツタ法とい
う）を利用したものが膜質的に安定であり、生産
性も高く、生産技術的にも保持具を用いる方式が
採用しやすい等の長所があるため最も検討が進ん
でいる。

以下MoSi₂膜のスパツタリングを例にとり詳細
に説明する。

スパツタ法でMoSi膜を形成するのに最も多く
採用されている方法は、Mo及びSi粉末をMoSi₂組
成となるように配合あるいはMoSi₂粉末をあらか
じめ形成後、第１図に示すような円板形状にホツ
トプレス法でターゲツト１を製作し、このターゲ
ツトの裏面（スパツタリングされる面に対向した
面）に適当な金属材料でメタライズを行ない、バ
ツキングプレート２にIn−Sn合金３等でボンデ
イングして使用するのが通例である。

しかし、このホツトプレスターゲツトを用いて
膜形成をくり返し行なつてみたところ次のような
欠点があることが判明した。

(a) ホツトプレス法でターゲツトを形成するため
か、ターゲツト中に多くの気孔が見られ、この
気孔中に残留しているガスによつてスパツタ膜
の膜質が低下する。

(b) ホツプレス法で製作されたターゲツトでは高
純度にすることが困難であり、このため取扱い
時に付着されるNa⁺やK⁺といつた拡散し易いイ
オンが基板に形成されたMoSi₂膜中にとりこま
れやすくゲート金属材料として不適当である。

またＵ，Th等の放射性元素も検出されてお
り、膜として使用した場合ソフトエラーが発生
するなどの問題がある。

(c) ホツトプレス法では大きなターゲツトを作る
ことが困難であり、かつこのターゲツトは硬く
てもろいため急激にスパツタ電力を投入した
り、投入電力が大きすぎるとターゲツトにクラ
ツクが入り破損してしまうことがある。このた
め成膜速度が小さく生産性上も大きな問題であ
る。

本発明は前述の如き諸欠点を除き、安定した高
品質MoSi₂膜等が形成できる高融点金属とケイ素
とからなるマグネトロンスパツタ用分割ターゲツ
トを提供するものである。

ターゲツト形状は円形のものが最も一般的であ
るため、円形ターゲツトによるMoSi₂薄膜につい
て述べる。

まず高純度のSiとMo板材から第２図に示すよ
うな扇形の小片を作り、このSi小片１１，１１′
…及びMo小片１２，１２′……を第３図に示すよ
うに交互に並べ、モザイク状のターゲツトを作
る。この時、SiとMoの小片がしめる面積比を変
化させる（扇形の分割小片であるから第２図のθ
なる中心角を変化させる）ことにより、スパツタ
された膜のMoとSiの組成比を変えることができ
る。

MoSi₂なる組成比をもつたシリサイド膜を得る
ために、次のような計算を行ないSiとMoの面積
比を決定した。

SiとMoの通常のスパツタ電界（500〜900V）で
のスパツタ・イールドはＹ_Si＝0.53，Ｙ_Mp＝0.93
と報告されている。SiとMoの夫々の面積をＳ_S
i，Ｓ_Mpとすると、Si及びMoがスパツタされる量
はSiがＹ_Si×Ｓ_Si，MoがＹ_Mp×Ｓ_Mpと表わされ
る。MoSi₂なる組成比をもつたシリサイド膜を得
るためにはSi／Mo＝Ｙ_Ｓｉ×Ｓ_Ｓｉ／Ｙ_Ｍｐ×Ｓ_Ｍｐ＝
２であるからＳ_{S i} ／Ｓ_Mp＝２×０．９３／０．５３≒3.5と求めることが
できる。

即ち、扇状小片の中心角（θ）の比を3.5に選べ
ばよいことになる。あまり大きな角度を持つた分
割小片にすると、基板（図示せず）に形成される
膜の組成が不均一になる恐れがあるため、Moの
小片で８゜，Siの小片で28゜として、直径200mm
の分割ターゲツトが製作できるようにMo，Si
夫々の小片を各10本作つた。この時のターゲツト
の厚みは７mmにした。これらのMoとSiの分割小
片を単にバツキングプレート上に並べただけでス
パツタを行なうと、Si小片の表面が黒くなり、基
板に形成された膜を分析してみるとSiがほとんど
スパツタされていなかつた。そこでMo，Si夫々
の小片の表面とバツキングプレートとの間の抵抗
を測定したところ、Mo小片では0.1Ω以下、Si小
片では押え治具による押圧力の強さにより変わり
100〜数百ＫΩにまで変化した。これはSi小片と
バツキングプレートとの接触抵抗のバラツキによ
るものと考えられた。

直流スパツタの場合は放電インピーダンスその
ものが数10〜数百ＫΩ以上と高いため、ターゲツ
ト表面での抵抗値はあまり問題にならないが、磁
界と電界を交叉させた、いわゆるマグネトロン型
のスパツタの場合、放電インピーダンスは10Ω以
下と非常に小さいため、前述のようにターゲツト
抵抗にアンバランスが生じた時に、抵抗が低い方
ばかりにイオンが流れMoのみがスパツタされた
ものと考えられる。

これを改善するため本発明者等が行なつた実施
例を以下に説明する。

まずSi小片はリンＰや砒素As、場合によつて
はアンチモンSbを充分にドープして比抵抗を下
げた金属ケイ素（大略１〜0.1Ω・cm）材料を用
いた。次に、ターゲツトのエロージヨン領域（ス
パツタされる領域）は一般には第４図に示される
ようになつており、ターゲツトの中央及び周辺は
エロージヨンされないことを利用して、このエロ
ージヨンされない領域で適当な押え治具を用いて
バツキングプレートに第５，６図に示すような構
造で固着した。即ち第５図にSi分割小片１１の固
着方法を示してある。該分割小片の外周部を不銹
鋼製外周固定治具１３で同じく不銹鋼又は鋼製バ
ツキングプレート１５に不銹鋼製ボルト１６を用
いて固着している。この時、ボルト１６と外周固
定治具１３はアルミナ製絶縁碍子１７で絶縁が保
たれている。また分割小片の内周部も不銹鋼製中
央固定治具１４で同様にバツキングプレート１５
に固着されている。この固着時、Si分割小片１１
とバツキングプレート１５との間にはＡの金属
層１８が介在されている。このようにＡの金属
層１８が介在されると、クツシヨン性が向上し、
Si分割小片１１とバツキングプレート１５との接
触抵抗が減少するようになる。介在材料としては
Ａの外に電気導電性に富みかつケイ素との接触
抵抗の小さい材料を用いることができる。

第６図にはMo分割小片１２の固着方法の一例
が示してある。この場合、Mo分割小片１２と外
周固定治具１３との間には金属ケイ素導板１９が
介在され、Mo分割小片１２と中央固定治具１４
との間には金属ケイ素薄板２０が介在されてい
る。またMo分割小片１２とバツキングプレート
１５との間には金属ケイ素薄板２１とＡの金属
層１８とが介在され、金属ケイ素薄板２１がMo
分割小片１２側に位置し、Ａの金属層１８側が
バツキングプレート１５側に位置している。前記
金属ケイ素薄板２１は比抵抗のバランス上介在さ
せる。その他の構成はSi分割小片と同様にした。
なお、上記の固着手段で外周固定治具１３はリン
グ状であり、中央固着治具１４は円板状である。

このようにして組立てた分割ターゲツトでは
Si，Mo夫々の分割小片の表面抵抗はいずれも数
10Ω以下になり、このターゲツトを用いて１×
10^-トールのAr圧下でスパツタを行なつたとこ
ろ、1000〜5000Å／分の高速蒸着が可能であつ
た。

本発明の分割ターゲツトではSi及びMoの分割
小片を夫々高純度にすることは比較的容易である
ため前述したような拡散し易いイオン等の不純物
の混入はほとんど無視でき、かつＵ，Th等の放
射性元素も原材料時点で数ppbオーダーまで精製
することが可能で分割小片の所望純度についても
ほとんど問題がなくなつた。

また、もともと小さく分割してあるため熱シヨ
ツクに対しても強く急激にスパツタ電力を投入し
てもターゲツトにクラツクが入つて破損するとい
うようなこともなくなつた。

本発明の分割ターゲツトを用いて、くり返しス
パツタを行なつたところ、再現性よく満足できる
膜質のMoSi₂膜が得られた。

他の実施例として、ケイ素分割小片の裏面にＡ
を５〜50μｍ蒸着して、分割小片とバツキング
プレートとの間にＡの金属層を介在させて押え
治具により分割小片をバツキングプレートに固定
することによつて、分割小片とバツキングプレー
トとの接触抵抗を減少させた。このようにするこ
とによりSi分割小片の表面抵抗は数Ωにまでさが
り放電が一段と安定した。

以上、放射状に分割小片を交互に配設した例に
ついて詳述したが、前記分割小片を縦、横及び斜
方向に、異種のターゲツト材の面積が蒸着膜にお
いて所望の比率となるように適宜配列した分割タ
ーゲツトにおいても、前述の例と同様の作用効果
を奏し得るものである。

さらに分割小片の他の配列としては、バツキン
グプレートからの汚染がプラズマ中に拡散（マイ
グレート）してくるのを防ぐために、第７図に図
示する如く分割小片１１，１２の横方向接合面を
傾斜させて組み合せ、又は第８図に示す如く横方
向接合面を段階状に組み合せるか、更に、第９図
に示す如く、隣接する同種の分割小片１１と１２
との間に設けた溝部に異種の分割小片を嵌合、係
止する構成とするのが好ましい。

以上、MoSi₂蒸着膜の例について説明したが、
本発明はこの実施例に限定するものでなく、他の
高融点金属、例えば、タングステン、タンタル、
チタニウム、白金、ジルコニウム、バナジウム、
ハフニウムム、ニオブ等について略同様の作用、
効果を達成し得るものである。

本発明は以上のような構成からなつているの
で、かかる構成によつて達成しうる主たる作用効
果を列記すれば次の通りである。

(1) ホツトプレス法によらないのでターゲツト中
に残留ガスを包含することはない。

(2) 高純度ターゲツト材が容易に組立てできる。

(3) 大型ターゲツトの製作が容易であり、作動中
電力の変動による破損の恐れがない。

(4) 安定した高品質の膜が形成しうる。

(5) 分割小片とバツキングプレートとの間に少な
くともＡの金属層を介在させているので、ク
ツシヨン性が向上し、分割小片とバツキングプ
レートとの接触抵抗が減少するようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスパツタ法のターゲツトの断面
図、第２図は本発明の扇形分割小片の斜視図、第
３図は該扇形分割小片を円形に組立てたターゲツ
トの平面図、第４図は扇形分割小片のエロージヨ
ン領域を示す斜視図、第５図及び第６図は分割小
片のバツキングプレートへの固着手段を例示する
断面図、第７図乃至第９図は分割小片の組立態様
を例示する断面図であり、図中： １１，１１′…ケイ素分割小片、１２，１２′…
モリブデン分割小片、１３…外周固定治具、１４
…中央固定治具、１５…バツキングプレート、１
６…ボルト、１７…絶縁碍子、１８…金属箔、１
９，２０，２１…金属ケイ素薄板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高融点金属とケイ素とからなるスパツタ材料
   の分割小片を交互に配設し、該分割小片とバツキ
   ングプレートとの間にＡの金属層を介在させ
   て、押え治具により該分割小片をパツキングプレ
   ートに固着したことを特徴とする高融点金属とケ
   イ素とからなるマグネトロンスパツタ用分割ター
   ゲツト。 ２ 前記分割小片を扇形にし、扇形の分割小片の
   中心角を、分割ターゲツトをスパツタすることに
   より形成される膜の組成比に対応する角度にした
   特許請求の範囲第１項記載の高融点金属とケイ素
   とからなるマグネトロンスパツタ用分割ターゲツ
   ト。 ３ 前記分割小片の横方向接合面が傾斜面又は段
   階状である特許請求の範囲第１項記載の高融点金
   属とケイ素とからなるマグネトロンスパツタ用分
   割ターゲツト。 ４ 前記高融点金属がモリブテン、タングステ
   ン、タンタル、チタニウム、白金、ジルコニウ
   ム、バナジウム、ハフニウム、ニオブの１種であ
   る特許請求の範囲第１項記載の高融点金属とケイ
   素とからなるマグネトロンスパツタ用分割ターゲ
   ツト。