JP3134340B2

JP3134340B2 - スパッタリングターゲット

Info

Publication number: JP3134340B2
Application number: JP03099815A
Authority: JP
Inventors: 博志田中; 忠夫竹林; 宏昭樋高; 浩一花輪; 慎二関根
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 1991-04-05
Filing date: 1991-04-05
Publication date: 2001-02-13
Anticipated expiration: 2016-02-13
Also published as: JPH04308081A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスパッタリングターゲッ
トに関わり、スパッタリングによる成膜に於いて、特に
微細粒子（パーティクル）の付着をきらう成膜、例えば
超ＬＳＩのゲート電極、配線、バリヤメタルとして使用
される薄膜の形成等に用いられるスパッタリングターゲ
ットに関する。

【０００２】

【従来の技術とその問題点】近年、超ＬＳＩの高集積化
にともない、タングステン、モリブデン、チタン、タン
タル、ニオブ等の高融点金属を含む材料が超ＬＳＩの電
極材料、配線材料、バリヤメタル材料等として多用され
ている。このような各種材料の薄膜化の一つの有用な方
法は、スパッタリングによる成膜法であり、この方法が
現在の超ＬＳＩ製造工程で広く用いられていることは周
知の通りである。

【０００３】以下にスパッタリング法による高融点金属
のシリサイド膜形成を例に、従来技術とその問題点を説
明する。

【０００４】従来、スパッタリング法によって上述した
シリサイド薄膜を形成する際、シリサイドとシリコンの
混合粉を加圧焼結した焼結体ターゲットが用いられてい
た。このような焼結体ターゲットを用いたスパッタリン
グ成膜では次のような不都合が生じ問題となっている。

【０００５】第一にシリサイド膜への不純物混入の問題
である。これはターゲット製造時における原料の粉砕、
および原料粉の調整工程でガス成分や金属系不純物が不
可避的にターゲット中に混入することによる。これらの
不純物はスパッタリング成膜中にシリサイド膜にとりこ
まれ、超ＬＳＩの動作不良の原因となり、超ＬＳＩの生
産歩留まりを著しく低下させるなど問題となってる。

【０００６】第二にスパッタリング中のパーティクル発
生の問題である。パーティクルとはターゲットをスパッ
タした際、ターゲットから飛散した微粒子がウエハー上
に堆積したものである。ウエハー上にパーティクルが存
在すると、配線や電極の短絡、断線等の欠陥を引き起こ
し、生産の歩留まりを著しく低下させる。通常、パーテ
ィクルの許容サイズは配線幅の１／１０以下とされ、例
えば配線幅が約０．８μｍの４メガビットＬＳＩでは
０．０８μｍ以下でなければならない。前述したような
焼結体ターゲット用いたスパッタリング成膜ではパーテ
ィクル発生が著しく、大きな問題となっている。

【０００７】上述第一の問題を解決するため、シリコン
の多結晶体と高融点金属の多結晶体とがスパッタリング
面において適当な面積比になるように形成されたターゲ
ット片を組み合わせて一体化したモザイク状のスパッタ
リングターゲットが提案され、使用されている。これら
のモザイク状ターゲットは粉砕工程、粉末調整工程を経
ずに製造されるため、不純物混入を回避でき、高純度な
シリサイド膜を得る上で有用な手段であった。一方、パ
ーティクル発生量については従来の焼結体ターゲットに
比べ若干の減少がみられたものの、実用上充分な解決に
はいたっていない。即ち、上述の第二の問題点が今なお
深刻であることに変わりはなく、パーティクル発生が抑
制できるターゲットの開発が切望されていた。

【０００８】以上、高融点金属のシリサイド膜形成を例
に説明したが、一般に、高融点金属同士のその他の組み
合わせの材料についても同様の不都合が生じ、問題とな
っている。

【０００９】

【問題点を解決するための手段】本発明者等は、かかる
問題点を解決するために鋭意検討を行った結果、ターゲ
ット材に、構成物質の単結晶もしくは巨大粒をある割合
以上用いることで、パーティクルの抑制が達成されると
の知見を得、本発明を完成するに至った。

【００１０】即ち本発明は、複数の組成の異なるターゲ
ット片を組み合わせて一体化し基板上に載置してなるス
パッタリングターゲットにおいて、ターゲット構成物質
の単結晶及び／又は巨大粒の占める割合が、スパッタリ
ング面に平行なターゲットの断面において２０％以上の
面積比率であることを特徴とするスパッタリングターゲ
ットを提供するものである。ここで巨大粒とは粒径が５
ｍｍ以上の結晶粒を意味するものとする。

【００１１】以下、本発明のターゲットについてさらに
詳細に説明する。

【００１２】本発明のターゲット材は、単結晶及び／又
は巨大粒からなる金属、又は、単結晶及び／又は巨大粒
を含む。又、特に、シリコンおよび高融点金属、例えば
タングステン、モリブデン、チタン、タンタル、ニオ
ブ、ハフニウム、ジルコニウム、バナジウム、レニウ
ム、クロム、白金、イリジウム、オスミウム、ロジウム
からなる群から選ばれる二種以上を用いることも好まし
い態様である（本発明で言う高融点金属は、１４００℃
以上の融点を持つ金属を意味する）。本発明のターゲッ
ト材として用いる単結晶あるいは巨大粒の製法に関して
は何等限定はないが、一般的にフローティングゾーン
法、チョクラルスキー法等の溶融・凝固法、二次再結晶
法等が考えられる。

【００１３】これら素材は、組成の異なるターゲット片
を、例えば１／２づつ併置したり、通常はモザイク状に
配列し、例えばインジウムなどの半田材を用いて直接バ
ッキングプレートにボンディングしてターゲットとす
る。ここで、組成の異なるターゲット片の使用割合は、
目的とする膜の組成に対応する組成とするが、構成物質
の少なくとも１種の単結晶もしくは巨大粒が、本発明で
限定した割合の面積比率となるように構成することが必
要である。本発明のターゲットの形状は特に限定され
ず、円形、角型いずれでもよい。又、その大きさは、例
えば円形の場合、直径７５〜３００ｍｍ、厚さ３〜１０
ｍｍ程度である。

【００１４】スパッタリング面に平行なターゲットのあ
らゆる断面において、構成物質の単結晶もしくは巨大粒
が面積比率２０％以上を占めることは、スパッタリング
面に平行な断面の、ターゲットを構成する物質群の、単
一結晶もしくは複数の巨大粒によって占めらている面積
の総和が、スパッタリング面の面積の２０％以上である
ことを意味する。上述の面積比率が２０％を下回る場合
でも本発明の効果は皆無ではないが、２０％を越える付
近から著しい効果が現れる。さらに２０％以上では上述
の面積比率は高いほど効果が高くなる。

【００１５】本発明を用いることによって成膜面のパー
ティクル生成が抑制される理由は必ずしも明確ではない
が次のように考えられる。

【００１６】第一に、単結晶もしくは巨大粒の使用でタ
ーゲット中の微細な空隙が飛躍的に減少したことが挙げ
られる。ターゲット中の微細な空隙はパーティクル発生
の一因とみられるスパッタリング中の異常放電が誘起す
る。従来の焼結体ターゲットや多結晶体を用いたモザイ
ク状ターゲットにおいては、粒界などに無数の微細な空
隙が存在していた。これに対し、単結晶や巨大粒はそれ
自身が高密度な素材であるため上述した弊害は激減す
る。

【００１７】第二に、単結晶もしくは巨大粒の利用によ
るターゲット内の偏析不純物の低減が挙げられる。ター
ゲット中の偏析した不純物は異常放電を誘発しやすいと
されている。本発明者らは、偏析不純物の低減化を、単
結晶もしくは巨大粒を用いることによりはかれるとの知
見を得、本発明を完成した。焼結体ターゲットはもとよ
り従来のモザイク状ターゲットには多結晶体が用いられ
ていたが、これら多結晶体は一般に粉末冶金法もしくは
溶解法により作製されており、いずれの方法でもガス成
分は除去し難く、結晶粒界に窒素、酸素、二酸化炭素等
のガス成分が残存されやすい。これらのガス成分は、母
材もしくは不純物として存在している他の金属元素と結
合して、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物などを生
成し、粒界に偏析不純物として存在し異常放電の原因と
なると考えられる。また、従来の焼結体ターゲットの製
造中に混入した不純物もまた異常放電の一因であったこ
とは言うまでもない。これに対し、本発明のターゲット
は結晶粒界が従来のターゲットに比べて著しく少ないた
め、窒素、酸素、二酸化炭素等のガス成分は母材中に均
一に固溶し、上述の偏析不純物は減少する。その結果ス
パッタリング中の異常放電が回避され、パーティクルの
発生数が激減したものと考えられる。

【００１８】本発明のターゲットを用いると成膜速度の
向上も達成できる。成膜速度は超ＬＳＩ生産時の生産性
に直接関わるため、その向上は工業的に大変有益であ
る。成膜速度を増すにはスパッタリング時の投入電力を
増加すれば良い。しかしながら、投入電力の増加と共に
異常放電頻度も増加し、パーティクルが多量に発生する
ため、従来技術では成膜速度の向上が困難であった。一
方、本発明のターゲットは異常放電の発生原因が飛躍的
に取り除かれているため、パーティクル発生を抑制しつ
つ投入電力を増加でき、成膜速度の向上が達成される。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によってスパ
ッタリング中に発生するパーティクルが抑制され、さら
に、パーティクルを抑制しつつ成膜速度を向上させるこ
とができる。これにより、超ＬＳＩ等、パーティクルが
歩留まりに大きな影響を持つ製造現場において、生産性
の向上、製品不良率の低下等その工業的価値は絶大であ
る。又、本発明のターゲットは、製造段階での粉砕、粉
末調整工程が不要なので、従来のモザイク状ターゲット
と同様またはそれ以上に高純度化が容易であり、超ＬＳ
Ｉ製造用に最適である。又、本発明の効果は、物質によ
らず、モザイク状ターゲット一般に応用できるものと期
待される。

【００２０】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳しく説明
するが、本発明は何等これらに限定されるものではな
い。

【００２１】

【実施例１】図１に示すような形状で、純度９９．９９
９％の単結晶タングステン板と純度９９．９９９％の単
結晶シリコン板を用い、バッキングプレート（図１の
４）上にボンディングし、タングステン部（図１の１）
とシリコン部（図１の２）の面積比が１：３．４４であ
るタングステン−シリコン系モザイク状ターゲットを製
造した。

【００２２】タングステン部とシリコン部の結晶面はそ
れぞれ（１１１）面と（１１０）面を用いた。ターゲッ
トの大きさは直径１５０ｍｍ、厚さ５ｍｍである。この
ターゲットを用いて、ＤＣマグネトロンスパッタリング
装置により以下の条件で薄膜を形成した。

【００２３】投入電力：６００Ｗ成膜時間：１０分間 Ar圧力：０．５Ｐａ基板：６インチφ Ｓｉウェハー（１００）面成膜後、基板上に存在する０．１μｍ以上のパーティク
ルを市販のウェハー・ゴミ検査装置にて測定した。測定
結果を表１に示す。

【００２４】

【実施例２】実施例１と純度、面積比、配置およびサイ
ズが同様で、シリコン部は全て単結晶シリコンからな
り、タングステン部は巨大粒（結晶面はランダム）が２
０％を占め、粒径５ｍｍ未満の結晶粒（結晶面はランダ
ム）が８０％を占めるようなタングステン−シリコン系
モザイク状ターゲットを、実施例１と同様にして作製し
た。シリコン部の結晶面は（１１０）面である。

【００２５】このターゲットを用いて実施例１と同様の
条件で成膜し、パーティクル測定を行った。測定結果を
表１に示す。

【００２６】

【実施例３】実施例１と純度、面積比、配置およびサイ
ズが同様で、シリコン部は巨大粒（結晶面はランダム）
が２５％を占め、粒径５ｍｍ未満の結晶粒（結晶面はラ
ンダム）が７５％を占め、一方、タングステン部につい
ても巨大粒（結晶面はランダム）が２５％を占め、粒径
５ｍｍ未満の結晶粒（結晶面はランダム）が７５％を占
めるようなタングステン−シリコン系モザイク状ターゲ
ットを、実施例１と同様にして作製した。

【００２７】このターゲットを用いて、実施例１と同様
の条件で成膜し、パーティクル測定を行った。測定結果
を表１に示す。

【００２８】

【実施例４】実施例１のターゲットを用い、投入電力を
１０００Ｗとした以外は実施例１と同様の条件で成膜し
パーティクル測定を行った。測定結果を表１に示す。

【００２９】

【実施例５】図２に示すような形状で、純度９９．９９
９％の単結晶タングステン板と純度９９．９９９％の単
結晶チタン板を用い、バッキングプレート（図２の４）
上にボンディングし、タングステン部（図２の１）とチ
タン部（図２の３）の面積比２．１０：１．００である
タングステン−チタン系モザイク状ターゲットを製造し
た。

【００３０】タングステン部とチタン部の結晶面はいづ
れも（１１１）面を用いた。ターゲットの大きさは直径
１５０ｍｍ、厚さ５ｍｍである。このターゲットを用い
て、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置により以下の
条件で薄膜を形成した。

【００３１】投入電力：７００Ｗ成膜時間：８分間 Ar圧力：０．５Ｐａ基板：６インチφ Ｓｉウェハー（１００）面成膜後、基板上に存在する０．１μｍ以上のパーティク
ルを市販のウェハー・ゴミ検査装置にて測定した。測定
結果を表２に示す。

【００３２】

【実施例６】実施例５と純度、面積比、配置およびサイ
ズが同様で、チタン部は巨大粒（結晶面はランダム）が
２０％を占め、粒径５ｍｍ未満の結晶粒（結晶面はラン
ダム）が８０％を占め、タングステン部は全て単結晶タ
ングステンからなるタングステン−チタン系モザイク状
ターゲットを、実施例５と同様にして作製した。タング
ステン部の結晶面は（１１１）面である。

【００３３】このターゲットを用いて、実施例５と同様
の条件で成膜し、パーティクル測定を行った。測定結果
を表２に示す。

【００３４】

【実施例７】実施例５と純度、面積比、配置およびサイ
ズが同様で、チタン部は巨大粒（結晶面はランダム）が
２５％を占め、粒径５ｍｍ未満の結晶粒（結晶面はラン
ダム）が７５％を占め、一方、タングステン部について
も巨大粒（結晶面はランダム）が２５％を占め、粒径５
ｍｍ未満の結晶粒（結晶面はランダム）が７５％を占め
るようなタングステン−チタン系モザイク状ターゲット
を、実施例５と同様にして作製した。

【００３５】このターゲットを用いて、実施例５と同様
の条件で成膜し、パーティクル測定を行った。測定結果
を表２に示す。

【００３６】

【実施例８】実施例５のターゲットを用い、投入電力を
１２００Ｗとした以外は実施例５と同様の条件で成膜し
パーティクル測定を行った。測定結果を表２に示す。

【００３７】

【比較例１】実施例１と純度、面積比、配置およびサイ
ズが同様で、シリコン部は巨大粒（結晶面はランダム）
が１５％を占め、粒径５ｍｍ未満の結晶粒（結晶面はラ
ンダム）が８５％を占め、一方、タングステン部につい
ても巨大粒（結晶面はランダム）が１５％を占め、粒径
５ｍｍ未満の結晶粒（結晶面はランダム）が８５％を占
めるようなタングステン−シリコン系モザイク状ターゲ
ットを、実施例１と同様にして作製した。

【００３８】このターゲットを用いて、実施例１と同様
の条件で成膜し、パーティクル測定を行った。測定結果
を表１に示す。

【００３９】

【比較例２】従来品で実施例１と純度、面積比、配置お
よびサイズが同様で多結晶タングステンおよび多結晶シ
リコンからなるタングステン−シリコン系モザイク状タ
ーゲットを用い、実施例１と同様の条件で成膜した。こ
のターゲットは、本発明で意味する単結晶もしくは巨大
粒を含まない。成膜後、実施例１と同様のパーティクル
測定を行った。測定結果を表１に示す。

【００４０】

【比較例３】比較例２の従来品ターゲットを用い、実施
例４と同様にして成膜し、パーティクル測定を行った。
測定結果を表１に示す。

【００４１】

【比較例４】従来品でタングステンとシリコンのモル比
が１：２．７５、純度９９．９９９％、相対密度９９％
で実施例１と同じサイズの焼結体タングステンシリサイ
ドターゲットを用いて、実施例１と同様の条件で成膜し
パーティクル測定を行った。測定結果を表１に示す。

【００４２】

【比較例５】比較例４の従来品のターゲット用い、実施
例４と同様にして成膜しパーティクル測定を行った。測
定結果を表１に示す。

【００４３】

【比較例６】実施例５と純度、面積比、配置およびサイ
ズが同様で、チタン部は巨大粒（結晶面はランダム）が
１５％を占め、粒径５ｍｍ未満の結晶粒（結晶面はラン
ダム）が８５％を占め、一方、タングステン部について
も巨大粒（結晶面はランダム）が１５％を占め、粒径５
ｍｍ未満の結晶粒（結晶面はランダム）が８５％を占め
るようなタングステン−チタン系モザイク状ターゲット
を、実施例５と同様にして作製した。

【００４４】このターゲットを用いて、実施例５と同様
の条件で成膜し、パーティクル測定を行った。測定結果
を表２に示す。

【００４５】

【比較例７】従来品で実施例５と純度、面積比、配置お
よびサイズが同様で多結晶タングステンおよび多結晶チ
タンからなるタングステン−チタン系モザイク状ターゲ
ットを用い、実施例５と同様の条件で成膜した。このタ
ーゲットは、本発明で意味する単結晶もしくは巨大粒を
含まない。成膜後、実施例５と同様のパーティクル測定
を行った。測定結果を表２に示す。

【００４６】

【比較例８】比較例７のターゲットを用い、実施例８と
同様にして成膜し、パーティクル測定を行った。測定結
果を表２に示す。

【００４７】

【比較例９】従来品でタングステンとチタンのモル比が
２．３４：１．００、純度９９．９９９％、相対密度９
９％で実施例５と同じサイズの焼結体タングステン−チ
タンターゲットを用いて、実施例５と同様の条件で成膜
しパーティクル測定を行った。測定結果を表２に示す。

【００４８】

【比較例１０】比較例９のターゲット用い、実施例８と
同様にして成膜しパーティクル測定を行った。測定結果
を表２に示す。

【００４９】表１単結晶／巨大粒投入電力発生パーティクル数^２）占有面積率^１）（％）（Ｗ）（％）実施例１１００６００１０実施例２８２６００１５実施例３２５６００３０実施例４１００１０００１３比較例１１５６００７６比較例２０６００１００比較例３０１０００１８０比較例４０６００３０５比較例５０１０００５１３１）：ターゲットのスパッタリング面において単結晶、巨大粒が占める面積割合２）：比較例２の結果に対する相対値表２単結晶／巨大粒投入電力発生パーティクル数^２）占有面積率^１）（％）（Ｗ）（％）実施例５１００７００８実施例６７４７００１５実施例７２５７００２８実施例８１００１２００１３比較例６１５７００９１比較例７０７００１００比較例８０１２００１９５比較例９０７００２８５比較例１００１２００４７６１）：ターゲットのスパッタリング面において単結晶、巨大粒が占める面積割合２）：比較例７の結果に対する相対値

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例中のタングステン−シリコン系
モザイク状ターゲットの概念図。

【図２】本発明の実施例中のタングステン−チタン系モ
ザイク状ターゲットの概念図。

【符号の説明】

１：タングステン部２：シリコン部３：チタン部４：ターゲットのバッキングプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き審査官瀬良聡機 (56)参考文献特開平３−60119（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 H01L 21/285 H01L 21/285 301

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の組成の異なるターゲット片を組み
合わせて一体化し基板上に載置してなるスバッタリング
ターゲットにおいて、該スパッタリングターゲットを構
成する各々のターゲット片が、単結晶からなるもの、又
は、ターゲット片構成物質の巨大粒の占める割合が、ス
パッタリング面に平行なターゲット片の断面において２
０％以上の面積比率を有するもののいずれかであること
を特徴とするスパッタリングターゲット。
【請求項２】ターゲット片材料が高融点金属およびシ
リコンからなる群から選ばれる二種以上である請求項１
記載のスパッタリングターゲット。
【請求項３】高融点金属がタングステン、モリプデ
ン、チタン、タンタル、二オブである請求項２記載のス
パッタリングターゲット。
【請求項４】ターゲット片材料がシリコンとタングス
テンである請求項１または請求項２記載のスパッタリン
グターゲット。
【請求項５】ターゲット片材料がタングステンとチタ
ンである請求項１または請求項２記載のスパッタリング
ターゲット。