JPH0234919A - スパッタリング装置用ターゲット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明はスパッタリング装置用ターゲットに係り、特に
ＭＯＳ−ＩＣに使用されるゲート電極材料を形成するに
用いるに好適な、高密度のモリブデンシリサイドからな
るスパッタリング装置用ターゲットに関する。

［従来の技術］ 近年ＭＯＳ型ＬＳＩのゲート電極に、比抵抗の小さいモ
リブデンやタングステンなどの高融点金属のシリサイド
（珪化物）が用いられるようになってきた。こうした高
融点金属のシリサイドの膜を形成するには、高融点金属
のシリサイド製のターゲットを用いたスパッタリング法
が主として採用されている。

高融点金属のシリサイド特にモリブデンシリサイド製の
ターゲットは、一般にモリブデン粉末とシリコン粉末と
を原料としてホットプレス性成るいは無加圧真空焼結法
で製造されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに、モリブデンとシリコンとの粉末を混合し加熱
すると、大きな反応熱が急激に発生し、ガスが発生する
と共に、寸法の著しい変化が生じるので、プレス成形し
た形状、寸法通りの焼結晶を得ることは甚だ困難である
。

また加圧容器中にモリブデン粉末とシリコン粉末とを入
れ、ホットプレスすることにより所定形状の焼結晶を得
ようとしても、この容器が破壊されるほどの圧が内部に
生じ、ホットプレス法によっても所定形状で高密度のタ
ーゲットを得ることは容易でない。

このようなことから、モリブデンシリサイド合金系のタ
ーゲットの使用ではなく、特開昭５７−１４５９８２の
如く、金属モリブデンと金属シリコンとを単体で組み合
わせるものも提案されているが、スパッタ蒸発領域にお
けるモリブデンとシリコンとの面積比を設定値通りの比
率とするのは容易ではなく、従って、予定した組成のモ
リブデンシリサイド組成からなる蒸着膜を形成すること
が難しく、実用性に乏しい。

［課題を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために、本発明は、ＭｏＳｉｘ　
（１，８４≦Ｘ≦２．５７）なる組成のモリブデンシリ
サイドからなり、相対密度が９０％以上であることを特
徴とするスパッタリング装置用ターゲットを提供するも
のである。

以下に本発明について詳細に説明する。

本発明のターゲットは、Ｍｏ５ｉｘ （１，８４≦Ｘ≦２．５７）なる組成のモリブデンシリ
サイドからなる。

一般に、ＭＯ３型ＬＳＩのゲート電極膜中のシリコン含
有率は３０〜４０瓜量％（以下組成を示す％は全て重量
％を示す）であることが必要である。Ｓ１図は、モリブ
デンシリサイド中におけるシリコン含有率と比抵抗／膜
厚（Ω／口）の関係を示す図であるが、図示の如く、モ
リブデンシリサイド中におけるシリコン含有率が４０％
を超えると抵抗が急激に増加し、ゲート電極膜として不
適当となる。またシリコン含有率が３０％よりも少なく
なると、比抵抗／膜厚は小さくなるものの、基板との密
着性が悪くなり、また、化学的な安定性が乏しくなり、
やはりゲート電極膜として不適当となる。このようなこ
とから、ゲート電極膜中におけるシリコン含有率は３０
〜４０％の間とする必要がある。特に好ましいのは３５
〜３７％である。（因みにＭｏ５ｔ２　はシリコン３６
．８％に相当する。） しかして、本発明者らが鋭意研究を重ねたところ、ゲー
ト電極膜中におけるシリコン含有率と、モリブデンシリ
サイドターゲット中におけるシリコン含有率とは、第２
図に示す如き関係があることが認められた。即ちゲート
電極膜中のシリコン含有率とターゲット中のシリコン含
有量とはほぼ直線的な関係があり、かつゲート電極膜中
シリコン含有率よりも数％前後程度少なくなる。

第２図より、ゲート電極膜中におけるシリコン含有率の
必要な範囲３０〜４０％に対応するターゲット中のシリ
コン含有率は、３５〜４３％であり、これはＭ　ＯＳ　
ｉ　１．６４〜Ｍ　ｏ　Ｓ　ｉ　ｚ、ｓ’ｙに相当する
。

またゲート電極膜中における好適なシリコン含有範囲で
ある３５〜３７％に対応するターゲット中のシリコン含
有範囲は３９〜４０．６％であり、これはＭ　ＯＳ　ｉ
　２．１６〜Ｍ　ＯＳ　ｆ　２．３３に相当する。

また、本発明のターゲットは、相対密度が９０％以上の
ものである。相対密度が９０％よりも小さい場合には、
ターゲットの強度が不足し、とりわけ脆くなって、取扱
いが不便になると共に、スパッタ中におけるターゲット
の割れなどの恐れもある。

また、本発明のターゲットにおいては、気孔は独立した
気孔、即ち気孔同志が連通していないものが好ましい。

これは、スパッタ装置の真空度の早期上昇、バッキング
プレートのボンディング時の汚染、ターゲットを機械加
工するときにｍｉ加工油がターゲット中に染み込んでタ
ーゲットを汚染することを防止するためである。

このような本発明のスパッタリング装置用ターゲットを
製造するには、次のような方法が好適である。

即ち、まず、モリブデンシリサイドの粉末を用意し、こ
れを成形する。

モリブデンシリサイドの粉末は、モリブデンとシリコン
とを溶解して合金となし、これを粉砕したものでもよい
。この溶解には、プラズマ溶解炉、アーク溶解炉などが
使用できる。

またモリブデンシリサイドの粉末を、次のようにして仮
焼法によって作ることもできる。即ちまずモリブデン粉
末とシリコン粉末とを混合した後、真空又は不活性ガス
雰囲気中で１１００℃以上の温度で焼成するものである
。なおモリブデン粉末とシリコン粉末とを混合するに際
しては、仮焼後の混合物中におけるシリコン含有率の目
標値よりもシリコン含有率が多くなるように混合する。

これは、仮焼中にシリコンがモリブデンよりもはるかに
蒸発しやすいからである。

この仮焼法に用いる原料粉末の粒度は数μ以下が好まし
い。また仮焼温度は特に上限はないのであるが、経済性
の面から１５００℃以下程度とするのが好ましく、とり
わけ１２００〜１４００℃程度が好ましい。モリブデン
シリサイドの仮焼物は、次いでこれを粉砕して次の成形
工程に供する。

モリブデンシリサイドの粉末を成形するには、通常の方
法例えばプレス成形法などに従って行う。

なお、この場合、モリブデンシリサイドの粉末にシリコ
ン粉末を添加してもよい。

即ち本発明のターゲットを製造するには、モリブデンシ
リサイド中におけるシリコン含有率を精密にコントロー
ルする必要があるのであるが、所定のシリコン含有率の
モリブデンシリサイドを、上記の仮焼性成るいは溶解法
によって一回の工程で製造することは困難である。

そこで上記仮焼法又は溶解法を行うに際して、シリコン
含有率が目標値よりも少し少なくなるようにし、これか
ら得られるモリブデンシリサイド粉末にシリコン粉末を
添加して混合成形するのが好ましいのである。このよう
にすれば目標値通りのシリコン含有率である成形体が得
られる。更に成形体中にシリコン粉末が含まれていると
、焼結工程においてこのシリコンが溶融し少なくとも部
分的に液相焼結が行われるようになり、低い焼結温度で
高い密度の焼結体を得ることができるようになる。

即ち上述の如くして成形された成形体は、これを焼結す
るのであるがモリブデンシリサイドの粉末だけからなる
成形体においては主として固相焼結となり、シリコン粉
末を添加した成形体においては液相焼結も行われる。

この焼結は、真空中又は不活性ガスτ囲気中において行
われる。また焼結は、ホットプレス法によってもよく、
常圧で行ってもよい。焼結温度は、ホットプレス法の場
合には１４００〜１６００℃で十分であるが、常圧焼結
の場合は、上述の如く主として固相焼結が行われる場合
には１８００℃以上とりわけ１９００℃前後程度の温度
とする。（特に成形体が大きい場合には、焼結温度を高
くするのが好ましい。） また、シリコンの添加により液相焼結も進行する場合に
は、同じ焼結温度で密度は高くなる傾向が見られる。

［実施例］ 以下、製造例を挙げて、本発明をより具体的に説明する
。

製造例１ 平均粒径３μのモリブデン粉末（純度 ９９．９８％）と平均粒径１μのシリコン粉末（純度９
９．９６％）の粉末を、モリブデン６１重量部、シリコ
ン３９重量部の割合で混合し、直径８０ｍｍ、厚さ１０
ｍｍの成形体を、成形圧０．５トン／　ｃ　ｒｎ’で成
形した。

この成形体を１０″″’Ｔ　ｏ　ｒ　ｒの真空雰囲気中
にて１３００℃、１時間仮焼した。

仮焼物を振動式粉砕機にて粉砕し、粉砕した粉末１００
重量部に対して６．４重量部のシリコン粉末（上記原料
シリコン粉末と同じもの）を添加し、直径１８０　ｍｍ
、厚さ１２ｍｍの成形体を、成形圧０．５トン／　ｃ　
ｒｎ’で成形した。

この成形体を、次の条件でホットプレスし焼結体とした
。

温度　　　１５５０℃ 時間　　　２時間 圧力　　　１２０Ｋｇ／ｃｒｎ’ ７囲気　　真空中（１０−’Ｔｏｒｒ）その結果得られ
た焼結体（ターゲット）は、相対密度が９８％、シリコ
ン含有率は４２．５％で、極めて高強度であった。また
断面の顕微鏡観察を行ったところ、少量存在する気孔も
全て独立気孔であることが認められた。

製造例２ 製造例１において、仮焼物を粉砕して得た粉末にシリコ
ンを添加しなかったこと以外は製造例１と同様にしてタ
ーゲットの焼結体を得た。この相体密度は９２．５％、
シリコン含有率は３５．７％であり、同様に高い強度を
有し、かつ独立気孔を有するものであることが認められ
た。

製造例３ 純度９９．９８％のモリブデンのインゴットと、純度９
９．９９９９％のシリコンインゴットとを、ＭｏＳｉ２
．ｓ（モリブデン５７．２％、シリコン４２．８％）と
なるように配合し、プラズマアーク溶解炉にて溶解した
。得られた合金を製造例１と同様にして粉砕し、この得
られた粉末１００重量部に対して６．４重量部のシリコ
ン粉末（製造例１で用いたものと同じ）を添加し、成形
、ホットプレスを行った。成形及びホットプレスの条件
は製造例１と同様である。

その結果相対密度９５％、シリコン含有率３５．３％の
ターゲットが得られた。このターゲットは、同様に、高
強度であり、含まれる気孔も独立気孔であることが認め
られた。

製造例４ 製造例１において、仮焼物の粉砕物にシリコン粉末を添
加した後の成形工程で、直径８０ｍｍの成形体としたこ
と、及びホットプレスの代りに常圧焼結を行ったこと以
外は製造例１と同様にしてターゲットを製造した。焼結
温度は１７００．１８００及び１９００℃の３点とした
。得られた焼結体の相対密度を表１に示す。表１より常
圧焼結を行う場合には、最終的な焼結温度を１９００℃
程度にまで高める必要があることが認められる。

製造例５ 製造例１において、仮焼物の粉砕物にシリコン粉末を添
加せず、かつその後の成形体の大きさを８０ｍｍとした
こと、及びホットプレスの代りに常圧焼結を行ったこと
以外は製造例１と同様にしてターゲットを得た。なお最
終的な焼結温度は１７００．１８００及び１９００℃の
３点とした。その結果得られたターゲットの相対密度を
表１に示す。表１より、相対密度９０％以上のターゲッ
トを得るには焼結温度を１９００℃程度にまで高める必
要があることが認められる。

また製造例４と比べると、シリコンを添加しない木製造
例５の場合には相対密度が若干低下することが認められ
る。これはシリコンを添加すると、液相焼結が行われ、
焼結速度が増大するためであると推察される。

表１　焼結温度（１）と相対密度（％）製造例６（比較
例） 製造例１で用いたものと同じモリブデン粉末とシリコン
粉末を、Ｍｏ５ｔ、、２となるように配合し、この混合
粉末を直径１８０ｍｍ、厚さ１２ｍｍとなるように成形
した。成形圧は０．５トン／　ｃ　ｒｎ”である。そし
て製造例１と同様にしてホットプレスを行ったところ、
急激な発熱反応が生じ、モールドが破壊した。

またホットプレスの代わりに常圧焼結を行ったところ、
焼結工程において成形体が細かく烈断し所定形状のター
ゲットを得ることはで籾なかった。

［効果］ 以上の通り本発明によれば、ＭＯＳ型ＬＳＩのゲート電
極膜を形成するに好適なモリブデンシリサイド合金から
なるターゲットが提供される。このターゲットは高強度
であり、取扱いが容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図はゲート電極膜の比抵抗／膜厚とシリコン含有率
との関係を示すグラフ、第２図はゲート電極膜中のシリ
コン含有率とターゲット中におけるシリコン含有率との
関係を示すグラフである。 代理人　　弁理士　　　重　野　　剛 第１ 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＭｏＳｉｘ（１．８４≦Ｘ≦２．５７）なる組成
   のモリブデンシリサイドからなり、相対密度が９０％以
   上であることを特徴とするスパッタリング装置用ターゲ
   ット。
2. （２）２．１８≦ｘ≦２．３３であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載のスパッタリング装置用タ
   ーゲット。
3. （３）気孔が実質的に独立気孔であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のスパッタリン
   グ装置用ターゲット。