JP4880809B2 - Sputtering target manufacturing method, sputtering target, metal silicide film, wiring, electrode, and electronic component using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属シリサイドからなるスパッタリングターゲットの製造方法およびスパッタリングターゲットならびにそれを用いた金属シリサイド膜、配線、電極、電子部品に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体素子や液晶表示素子などに代表される電子部品においては、配線や電極の形成材料、また素子構成膜などとして、W、Mo、Ta、Ti、Zr、Coなどの高融点金属のシリサイド化合物が使用されている。特に、半導体素子の高集積化、高密度化に伴う電極や配線の細長化によって、電気信号の遅延が問題となっているが、抵抗値の低いWやMoなどの金属シリサイド薄膜は、低抵抗な電極や配線の形成材料として有用である。金属シリサイド薄膜は、エレクトロマイグレーションの抑制などにも効果を発揮する。
【0003】
WやMoなどの高融点金属のシリサイド化合物(WSi2やMoSi2など)からなる薄膜を形成する方法としては、スパッタリング法とCVD法が代表的な成膜法として挙げられるが、成膜の生産性、安定性、製造コストなどの観点から、特にスパッタリング法が一般的に使用されている。
【0004】
上述したような金属シリサイド薄膜をスパッタリング法で形成する場合、金属シリサイドでスパッタリングターゲットを作製する必要がある。ここで、一般的なスパッタリングターゲットの製造方法としては、電子ビーム(EB)溶解などを適用した溶解法、あるいはホットプレス(HP)や熱間静水圧プレス(HIP)などを適用した粉末焼結法が知られている。
【0005】
金属シリサイドターゲットを作製する場合には、成膜する金属シリサイド膜の組成制御が容易であることなどから、粉末焼結法が一般的に使用されている(例えば特開平5-214523号公報参照)。具体的には、まずWやMoなどの高融点金属(M)粉末とシリコン(Si)粉末とを、Siの原子比が2〜4程度となるように混合し、この混合粉末に熱処理を施して金属シリサイドを合成した後、HPやHIPなどを適用して高真空中、高圧力下で加圧焼結することによって、金属シリサイドターゲットを作製している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような金属シリサイドターゲットを用いたスパッタ成膜においては、半導体素子などの高集積化や高機能化などに伴って、ターゲットや装置に起因するパーティクルが重大な問題として認識されている。このパーティクルとは、例えば直径が0.2〜10μm程度の微細な粒子であり、このような微細粒子が成膜した薄膜中に混入すると、配線間のショートや配線のオープン不良などの原因となるため、半導体素子や液晶表示素子などの電子部品の製造歩留りを低下させることになる。
【0007】
従来の粉末焼結法による金属シリサイドターゲットは、MSi2相の間隙に微細なSi相を配置した微細組織を有しており、例えば99%以上というような密度が得られている。このような従来の金属シリサイドターゲットを用いて、金属シリサイド膜をスパッタ成膜した場合のパーティクルの発生レベルは、平均して30〜60個/ウェーハ程度である。
【0008】
しかしながら、最近の半導体素子の高集積化や高密度化などに伴って、要求されるパーティクルレベルは年々厳しくなっており、上記したような従来のパーティクルの発生レベルでは十分に対応しきれなくなっている。このようなことから、高集積化や高密度化が進められている半導体素子などの製造歩留りの向上を図る上で、粉末焼結法による金属シリサイドターゲットに起因するパーティクルの発生量を大幅に低減することが強く望まれている。
【0009】
本発明はこのような課題に対処するためになされたものであって、金属シリサイドターゲットの内部組織や内部状態などに起因するパーティクルの発生を大幅に抑制することを可能にしたスパッタリングターゲットの製造方法およびそれにより得られるスパッタリングターゲットを提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は粉末焼結法による金属シリサイドターゲットの内部組織や内部状態に起因すると考えられるパーティクルの発生を抑制するために、種々の検討を重ねた結果、スパッタ時にターゲットの内部残留応力が開放されることがパーティクルの発生要因の1つとなっていることを見出した。このようなパーティクルの発生原因において、金属シリサイドターゲットが金属シリサイド相(MSi2相)の間隙に遊離Si相を存在させた微細組織を有する場合には、特に遊離Si相の内部応力の開放が強く影響していることを見出した。さらに、遊離Si相の内部欠陥などもパーティクル発生原因となっている。
【0011】
上述したような遊離Si相の残留応力の開放に基づくパーティクルは、予めターゲットの残留応力を開放しておくことで大幅に抑制することができる。本発明は、このような知見に基づいて成されたものであり、遊離Si相の残留応力をある値以下まで開放しておくことによって、パーティクルの発生を大幅に抑制することを可能にしたものである。さらに、遊離Si相の内部欠陥を低減することによって、パーティクルの発生をより一層抑制することが可能となる。
【0012】
上述したようなスパッタリングターゲットは、本発明の製造方法を適用することにより得られるスパッタリングターゲットである。すなわち、本発明のスパッタリングターゲットの製造方法は、請求項1に記載したように、
一般式:MSi x
(式中、MはW、Mo、Ta、Ti、Zr、Hf、NiおよびCoから選ばれる少なくとも1種の元素を、xは2≦x≦4を満足する数を示す)
で表される金属シリサイド粉末を加圧下で焼結し、緻密化された金属シリサイド焼結体を作製する工程と、前記焼結工程に引き続いて、前記金属シリサイド焼結体への加圧力を開放した状態で1000〜1380℃の温度で熱処理した後、常温まで冷却する工程と、前記熱処理工程を経た金属シリサイド焼結体を所望のターゲット形状に加工する工程とを有することを特徴としている。
【0013】
また、本発明のスパッタリングターゲットは、上記本発明の製造方法により製造されたスパッタリングターゲットであって、連鎖状に形成された金属シリサイド相と、前記金属シリサイド相の間隙に不連続に存在する遊離Si相とを含む微細組織を有するスパッタリングターゲットである。
さらに、本発明のスパッタリングターゲットにおいては、遊離Si相の残留応力が、ラマン分光分析のラマンスペクトルにおける遊離Siピークのシフト量(△ν(単位:cm-1))から、式:(2.5×109×△ν)×10-1[Pa]で表される応力換算式に基づいて算出された値として、750MPa以下であることを特徴としている。
【0014】
このように、金属シリサイドターゲットの構成相のうち、遊離Si相のラマン分光分析に基づく残留応力を750MPa以下としておくことによって、上述した遊離Si相の応力開放に起因するパーティクルの発生を大幅に低減することが可能となる。さらに、本発明のスパッタリングターゲットにおいては、ターゲット全体としての遊離Si相の残留応力のバラツキを20%以内とすることが好ましい。
【0015】
本発明のスパッタリングターゲットは、さらに、ラマン分光分析のラマンスペクトルにおける遊離Siピークの半値幅が10cm-1以下であることを特徴としている。ラマンスペクトルにおける遊離Siピークの半値幅は、遊離Si相の内部欠陥が多いと広くなる傾向がある。すなわち、遊離Siピークの半値幅を10cm-1以下とした金属シリサイドターゲットによれば、遊離Si相の内部欠陥に起因するパーティクルの発生を抑制することが可能となる。
【0016】
また、本発明の金属シリサイド膜は、本発明のスパッタリングターゲットを用いて形成されたことを特徴としている。本発明の配線は、本発明のスパッタリングターゲットを用いて形成された金属シリサイド膜からなることを特徴としている。本発明の電極は、本発明のスパッタリングターゲットを用いて形成された金属シリサイド膜からなることを特徴としている。本発明の電子部品は、本発明のスパッタリングターゲットを用いて形成された金属シリサイド膜を具備することを特徴としている。本発明の電子部品としては、半導体素子や液晶表示素子等が挙げられる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
【0018】
本発明のスパッタリングターゲットは、
一般式:MSix …(1)
(式中、MはW、Mo、Ta、Ti、Zr、Hf、NiおよびCoから選ばれる少なくとも1種の元素を、xは2≦x≦4を満足する数を示す)
で表される金属シリサイドからなるものである。
【0019】
ここで、xの値は基本的には、MSi2を構成するSi量と過剰のSi量(遊離Si相を構成するSi)とから設定されるものである。xの値が2未満であると、目的とする金属シリサイド(MSi2)薄膜を再現性よく得ることができない。一方、xの値が4を超えると、過剰のSi量が多すぎることで抵抗値が高くなり、各種素子に悪影響を及ぼすおそれがある。xの値は2.5〜3.2の範囲とすることがさらに好ましい。
【0020】
本発明による金属シリサイドターゲットは、連鎖状に形成されたMSi2相(金属シリサイド相)の間隙に、上記した過剰なSi粒子が結合して形成された遊離Si相を不連続に存在させた微細組織を有するものである。このように、MSi2相の間隙にSi相を不連続に存在させることによって、MSi2相間の結合状態を高めることができる。
【0021】
本発明のスパッタリングターゲット(金属シリサイドターゲット)においては、上述した過剰のSiに基づく遊離Si相の残留応力を、ラマン分光分析のラマンスペクトルによる遊離Siピークのシフト量(△ν)から求めた値として、750MPa以下としている。このように、遊離Si相の残留応力を低減することによって、スパッタ時における遊離Si相の応力開放に起因するパーティクルの発生量を大幅に低減することが可能となる。
【0022】
すなわち、金属シリサイドターゲットにおけるパーティクルの発生原因の1つとして、スパッタ時にターゲットの内部残留応力が開放されることが挙げられる。例えば、主としてターゲット素材の作製工程で生じた残留応力が、スパッタ時のArなどの照射エネルギーにより開放され、この応力開放に伴ってスパッタ面で破壊や欠落、さらには異常放電などが生じる。このスパッタ面での破壊や欠落、さらには異常放電などにより生じた異物がパーティクルとして、成膜した金属シリサイド膜中に混入して問題を引き起こしている。
【0023】
上述した応力開放に基づくパーティクルは、特に遊離Si相の内部応力の開放が強く影響している。すなわち、金属シリサイドターゲットを加圧焼結により作製する場合、金属シリサイド相の成長に伴って、遊離Si相には引張ないしは圧縮の応力が加わりやすい。このような遊離Si相の内部応力がスパッタ時の衝撃により開放され、パーティクルが発生する。
【0024】
このような遊離Si相の応力開放に起因するパーティクルは、予め金属シリサイドターゲットの残留応力、特に遊離Si相の残留応力を開放しておき、スパッタエネルギーによる応力開放を抑えることによって、大幅に低減することが可能となる。金属シリサイドターゲットの残留応力は、例えばホットプレス(HP)や熱間静水圧プレス(HIP)で加圧焼結して作製した金属シリサイド焼結体、すなわちターゲット素材に対して、加圧焼結工程(加圧下での高温保持工程)に引き続いて、加圧力を開放した状態(無加圧状態)で1000〜1380℃の温度で熱処理し、その後常温まで冷却することによって、大幅に低減(応力開放)することができる。
【0025】
上述したような熱処理工程を経ることによって、遊離Si相の残留応力を750MPa以下とした金属シリサイド焼結体が得られる。そして、このような金属シリサイド焼結体を所望のターゲット形状に加工して得られる金属シリサイドターゲットによれば、ラマン分光分析のラマンスペクトルによる遊離Siピークのシフト量(△ν)から求めた値として、遊離Si相の残留応力を750MPa以下とすることができる。このように、ターゲット組織中に存在する遊離Si相の残留応力を750MPa以下とすることによって、スパッタ時の遊離Si相の応力開放に基づくパーティクルの発生を大幅に抑制することが可能となる。
【0026】
ここで、ラマン分光分析は化学、物理学、医学、薬学などの様々な分野で、組成や構造の解析に幅広く利用されている。具体的には、レーザ光源からの光束を試料に照射し、光束が当たった部分から発生するラマン散乱光のスペクトルが、その部分に存在する化学種や分子により異なることを利用して、試料表面の二次元的な分布解析を行う方法であり、化学結合や結晶構造の情報も直接得ることができる。そして、波長の短い可視光を使用することによって、サブミクロンオーダーまで分析が可能である。
【0027】
上記したラマン分光分析において、ラマンスペクトルのSiピークは内部応力によりシフトする。Siのラマンスペクトルピークの応力依存性に関しては、例えばJpn.J.Appl.Phys.,33(1994)4491(H.Watanabe)に記載されている。それによると、poly-Siは波長520cm-1付近に鋭いラマン散乱ピークを与え、このピークは図1に示すようにpoly-Siの内部応力によりシフトする。この波数からのシフト量△ν[cm-1]と内部応力σ[Pa]との間には、
σ=(2.5×109×△ν)×10-1 [Pa] …(2)
の関係が存在する。Siピークのシフト方向が基準ピークより高い場合は圧縮応力、低い場合は引張応力を表している。なお、上記(2)式の△νにはSiピークのシフト量の絶対値が代入される。
【0028】
従って、ビームサイズを絞ったレーザ光を用いて、遊離Si相のラマン分光分析を行うことによって、ラマンスペクトルのSiピークのシフト量△νから残留応力を測定、評価することができる。本発明は、金属シリサイドターゲットの遊離Si相の残留応力を、このラマン分光分析により測定した値として750MPa以下としたことを特徴とするものである。遊離Si相の残留応力は650MPa以下とすることがより好ましく、さらに好ましくは550MPa以下である。
【0029】
ターゲット組織中に存在する遊離Si相の残留応力は、ターゲット全体としてのバラツキを20%以内とすることがさらに好ましい。このように、金属シリサイドターゲット全体の遊離Si相の残留応力を平均的に低下させることによって、ターゲット中の各部位によるパーティクル発生量のバラツキを抑えることができる。すなわち、金属シリサイドターゲット全体としてパーティクルの発生量を抑制することができ、より高品質な金属シリサイド薄膜を得ることができる。ターゲット全体としての遊離Si相の残留応力のバラツキは10%以内とすることがより好ましい。
【0030】
さらに、ラマン分光分析によるラマンスペクトルのSiピークの形状は、poly-Siの内部欠陥の状態を示している。すなわち、poly-Si(遊離Si相)中に存在する内部欠陥の程度に応じて、Siピークの半値幅が広がる。このようなことから、ラマン分光分析のラマンスペクトルにおける遊離Siピークの半値幅は10cm-1以下とすることが好ましい。
【0031】
すなわち、Siピークの半値幅が10cm-1以下であるということは、遊離Si相中に内部欠陥が少ないことを意味している。従って、このような金属シリサイドターゲットによれば、遊離Si相の内部欠陥に起因するパーティクルの発生を抑制することができ、金属シリサイド膜の成膜時におけるパーティクル発生量をより一層低減することが可能となる。ラマン分光分析のラマンスペクトルにおける遊離Siピークの半値幅は5cm-1以下とすることがさらに好ましい。
【0032】
ここで、本発明で規定するターゲット組織中の遊離Si相の残留応力(ラマン分光分析による残留応力)および遊離Siピークの半値幅(ラマンスペクトルにおけるSiピークの半値幅)は、以下に示す方法により求められた値を示すものとする。
【0033】
すなわち、図2に示すように、例えば円板状ターゲットの中心部(位置1)と、中心部を通り円周を均等に分割した4本の直線上の外周近傍位置(位置2〜9)およびその1/2の距離の位置(位置10〜17)とから、それぞれ長さ10mm、幅10mmの試験片を採取し、これら17点の試験片に対してラマン分光分析を行い、それぞれSiピークのシフト量△νと半値幅を測定する。なお、ラマン分光分析は遊離Si相に焦点を当てて実施するものとする。遊離Si相の残留応力は、得られたSiピークのシフト量△νから、前述した(2)式に基づいて求める。そして、これらの各値を平均した値を、それぞれ遊離Si相の残留応力およびSiピークの半値幅とする。
【0034】
また、遊離Si相の残留応力のターゲット全体としてのバラツキは、まず上記した17点の試験片から求めたSiピークのシフト量△νから、それぞれ前述した(2)式に基づいて残留応力σを求める。そして、得られた残留応力σの最大値および最小値から、{(最大値−最小値)/(最大値+最小値)}×100の式に基づいて求めた値を示すものとする。
【0035】
本発明のスパッタリングターゲット(金属シリサイドターゲット)は、例えば以下のようにして製造することができる。
【0036】
すなわち、まず原料となるM元素粉末とSi粉末とを、所望の組成比となるように混合する。これらの原料粉末の粒径(最大粒径)は、良好な混合状態を得る上で10μm以下とすることが好ましい。このような混合粉末に対して、使用したM元素に応じた温度で熱処理を施して、金属シリサイド(MSix=MSi2+Six-2)を合成する。
【0037】
次いで、上記した金属シリサイドの仮焼体を粉砕して、金属シリサイド粉末とする。得られた金属シリサイド粉末を例えば黒鉛製の成型用型に充填して、ホットプレス(HP)により加圧焼結し、緻密化した金属シリサイド焼結体を作製する。なお、金属シリサイド粉末の加圧焼結にHIP処理を適用してもよい。加圧焼結工程にホットプレスを適用する場合、真空雰囲気中にて24.5〜34.3MPaの圧力を印加しつつ、1200〜1380℃の温度で焼結させることが好ましい。また、焼結時間は3〜6hとすることが好ましい。
【0038】
ホットプレスなどにより加圧焼結を行った後、通常は雰囲気ファン冷却などにより常温まで冷却するが、本発明においては加圧焼結工程(加圧下での高温保持工程)に引き続いて、加圧力を開放した状態で1000〜1380℃の温度で熱処理し、この後常温まで冷却する。この熱処理は7×10-2Pa以下の真空中で実施することが好ましい。このように、加圧焼結を行った後に無加圧下で金属シリサイド焼結体に対して熱処理を施すことによって、金属シリサイドターゲット中の遊離Si相の残留応力を大幅に低減(応力開放)することができる。
【0039】
さらに、上記した熱処理は結晶格子の配列を整合させる役割も果たすことから、遊離Si相中の内部欠陥の除去に対しても有効に作用する。すなわち、加圧焼結後に金属シリサイド焼結体に対して、上記したような熱処理を施すことによって、ラマンスペクトルの遊離Siピークの半値幅を再現性よく10cm-1以下とすることができる。
【0040】
上述した応力開放および内部欠陥除去のための熱処理は、1000〜1380℃の範囲の温度で実施するものとする。熱処理温度が1000℃未満では、遊離Si相の残留応力を十分に開放することができないと共に、内部欠陥についても除去が不十分となる。一方、熱処理温度が1380℃を超えると、Siの融点直下になってしまい、遊離Si相が不安定になって組成制御やターゲット組織の維持が難しくなる。熱処理温度は1000〜1200℃の範囲とすることがさらに好ましい。熱処理時間は2〜10時間の範囲とすることが好ましい。
【0041】
この後、上記した条件下で熱処理した金属シリサイド焼結体(ターゲット素材)に対して機械加工を施し、所望のターゲット形状とする。この際、スパッタ面の表面加工(仕上げ加工)には、ラッピング加工、ポリッシング加工、CMPなどを適用することが好ましい。すなわち、ターゲット表面の残留応力の大きさは、表面の加工方法によっても異なり、従来の表面研削法では残留応力が発生しやすい。これに対して、ターゲット素材を所望の寸法に機械加工した後、ラッピング加工、ポリッシング加工、CMPなどで表面を仕上げることによって、加工面を平滑化することができると共に、ターゲット表面(特にスパッタ面)の残留応力を低減することができる。
【0042】
そして、所望形状に機械加工ならびに表面仕上げ加工したターゲット材を、必要に応じてAlやCuなどからなるバッキングプレートと接合することによって、本発明のスパッタリングターゲットが得られる。
【0043】
本発明のスパッタリングターゲットは、各種電子デバイスの例えば電極や配線膜の形成用として使用される。特に、半導体デバイスのゲート電極を形成する際に好適に用いられる。本発明のスパッタリングターゲットを用いて形成した金属シリサイド膜は、パーティクルの混入量が少ないため、高集積化や高密度化が進められている半導体デバイスの製造歩留りの向上などに対して大きく貢献する。また、本発明のスパッタリングターゲットにより成膜した金属シリサイド膜は半導体デバイスに限らず、SAWデバイス、TPH、LCDデバイスなどの各種の電子部品に適用することができる。
【0044】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
【0045】
実施例1
まず、最大粒径10μm程度の高純度W粉末と、最大粒径30μm以下のSi粉末とを、Si/Wの原子比(x)が2.8となるように配合し、これを高純度Arガスで置換したボールミルで48時間混合した。この混合粉末に1200℃×1hの条件でシリサイド反応のための熱処理を施し、得られた仮焼体を粉砕してWシリサイド粉末を得た。
【0046】
上記したWシリサイド粉末を黒鉛製の成型用型内に充填した後、ホットプレス装置にセットし、まず5×10-4Pa以下の真空中にて34.3MPaの圧力を印加しつつ、1350℃×5hの条件で緻密化焼結した。この緻密化焼結のための加圧加熱工程に引き続いて、上記した真空雰囲気を維持しつつ加圧力を取り除き、この無加圧状態の下でWシリサイド焼結体に1200℃×5hの条件で熱処理を施した。この後、雰囲気冷却を行って室温まで冷却した。
【0047】
この無加圧熱処理を経たWシリサイド焼結体を所望のターゲット寸法に機械加工し、さらにスパッタ面をポリッシング加工により面仕上げした。仕上げ加工後のスパッタ面の表面粗さはRaで0.04μmであった。このようにして、2個のWシリサイドターゲット(直径127mm×厚さ6mm)を作製した。
【0048】
このようにして得た2個のWシリサイドターゲットのうち、一方のターゲットについては図2に示した各部から試験片を採取し、それぞれの表面をダイヤモンドペーストで鏡面研磨した後、下記の条件でそれぞれ遊離Si相のラマンスペクトルを測定した。ラマン分光分析は、装置:Renishaw社製Raman分光装置、照射光:Ar+イオンレーザ(λ=514.5nm,出力=15mW)、ビームサイズ:直径約1μm、ピーク波数:Lorentz曲線で近似して計測、の条件下で行った。なお、Siピークの参照試料としてSi(111)ウェーハを用い、これによるラマンピークを応力零として各値を測定した。
【0049】
得られた各ラマンスペクトルからSiピークのシフト量△νを測定し、これらシフト量△νから前述した(2)式に基づいて、それぞれ遊離Si相の残留応力を算出した。そして、これら残留応力値の平均値を、この実施例1によるWシリサイドターゲットの遊離Si相の残留応力σとして求めた。また、前述した方法にしたがって遊離Si相の残留応力のバラツキを求めた。さらに、得られたラマンスペクトルからSiピークの半値幅をそれぞれ測定し、これらの値の平均値を遊離Siピークの半値幅として求めた。
【0050】
その結果、この実施例1のWシリサイドターゲットにおいては、遊離Siピークのシフト量△νの平均値は1.41cm-1、各シフト量△νから求めた残留応力σの平均値は352MPaであり、またSiピークの半値幅の平均値は4.30cm-1であった。
【0051】
次に、他方のWシリサイドターゲットをCu製バッキングプレートに接合した後、スパッタリング装置(ULVAC社製SH-550)にセットした。このようなスパッタリング装置を用いて、5インチSiウェーハ上に厚さ200nmのWシリサイド膜を成膜した。スパッタリング条件は、Ar圧=0.27Pa、Ar流量=80sccm、Power=0.5kWとした。スパッタ成膜は24枚のSiウェーハに対して順に行い、各Siウェーハ上のWシリサイド膜中に存在する0.2μm以上のパーティクル数を調べ、その平均値を求めた。その結果、0.2μm以上のパーティクル数は3個/枚であった。
【0052】
実施例2
実施例1と同一条件で緻密化焼結まで行ったWシリサイド焼結体に対して、加圧加熱工程に引き続いて真空雰囲気を維持しつつ加圧力を取り除き、この無加圧状態の下で1000℃×3hの条件で熱処理を施した。この後、雰囲気冷却を行って室温まで冷却した。
【0053】
上記した無加圧熱処理を経たWシリサイド焼結体を所望のターゲット寸法に機械加工し、さらにスパッタ面をCMPにより面仕上げした。仕上げ加工後のスパッタ面の表面粗さはRaで0.03μmであった。このようにして、2個のWシリサイドターゲット(直径127mm×厚さ6mm)を作製した。
【0054】
このようにして得た2個のWシリサイドターゲットのうち、一方のターゲットについてはラマン分光分析に供し、実施例1と同様にしてラマンスペクトルを測定した。その結果、この実施例2のWシリサイドターゲットにおいては、遊離Siピークのシフト量△νの平均値は2.35cm-1、各シフト量△νから求めた残留応力σの平均値は587MPaであり、またSiピークの半値幅の平均値は6.23cm-1であった。
【0055】
次に、他方のWシリサイドターゲットをCu製バッキングプレートに接合した後、スパッタリング装置(ULVAC社製SH-550)にセットし、実施例1と同様にしてWシリサイド膜を成膜した。その結果、Wシリサイド膜中に存在する0.2μm以上のパーティクル数(平均値)は14個/枚であった。
【0056】
実施例3
実施例1と同一条件で緻密化焼結まで行ったWシリサイド焼結体に対して、加圧加熱工程に引き続いて真空雰囲気を維持しつつ加圧力を取り除き、この無加圧状態の下で1150℃×5hの条件で熱処理を施した。この後、雰囲気冷却を行って室温まで冷却した。
【0057】
上記した無加圧熱処理を経たWシリサイド焼結体を所望のターゲット寸法に機械加工し、さらにスパッタ面をポリッシング加工により面仕上げした。仕上げ加工後のスパッタ面の表面粗さはRaで0.05μmであった。このようにして、2個のWシリサイドターゲット(直径127mm×厚さ6mm)を作製した。
【0058】
このようにして得た2個のWシリサイドターゲットのうち、一方のターゲットについてはラマン分光分析に供し、実施例1と同様にしてラマンスペクトルを測定した。その結果、この実施例3のWシリサイドターゲットにおいては、遊離Siピークのシフト量△νの平均値は1.84cm-1、各シフト量△νから求めた残留応力σの平均値は459MPaであり、またSiピークの半値幅の平均値は4.24cm-1であった。
【0059】
次に、他方のWシリサイドターゲットをCu製バッキングプレートに接合した後、スパッタリング装置(ULVAC社製SH-550)にセットし、実施例1と同様にしてWシリサイド膜を成膜した。その結果、Wシリサイド膜中に存在する0.2μm以上のパーティクル数(平均値)は9個/枚であった。
【0060】
実施例4
実施例1と同一条件で緻密化焼結まで行ったWシリサイド焼結体に対して、加圧加熱工程に引き続いて真空雰囲気を維持しつつ加圧力を取り除き、この無加圧状態の下で1350℃×4hの条件で熱処理を施した。この後、雰囲気冷却を行って室温まで冷却した。
【0061】
上記した無加圧熱処理を経たWシリサイド焼結体を所望のターゲット寸法に機械加工し、さらにスパッタ面をポリッシング加工により面仕上げした。仕上げ加工後のスパッタ面の表面粗さはRaで0.05μmであった。このようにして、2個のWシリサイドターゲット(直径127mm×厚さ6mm)を作製した。
【0062】
このようにして得た2個のWシリサイドターゲットのうち、一方のターゲットについてはラマン分光分析に供し、実施例1と同様にしてラマンスペクトルを測定した。その結果、この実施例4のWシリサイドターゲットにおいては、遊離Siピークのシフト量△νの平均値は2.08cm-1、各シフト量△νから求めた残留応力σの平均値は519MPaであり、またSiピークの半値幅の平均値は4.90cm-1であった。
【0063】
次に、他方のWシリサイドターゲットをCu製バッキングプレートに接合した後、スパッタリング装置(ULVAC社製SH-550)にセットし、実施例1と同様にしてWシリサイド膜を成膜した。その結果、Wシリサイド膜中に存在する0.2μm以上のパーティクル数(平均値)は10個/枚であった。
【0064】
実施例5
まず、最大粒径10μm程度の高純度Mo粉末と、最大粒径30μm以下のSi粉末とを、Si/Moの原子比(x)が2.2となるように配合し、これを高純度Arガスで置換したボールミルで24時間混合した。この混合粉末に1200℃×1hの条件でシリサイド反応のための熱処理を施し、得られた仮焼体を粉砕してMoシリサイド粉末を得た。
【0065】
上記したMoシリサイド粉末を黒鉛製の成型用型内に充填した後、ホットプレス装置にセットし、まず5×10-4Pa以下の真空中にて34.3MPaの圧力を印加しつつ、1350℃×4hの条件で緻密化焼結した。この緻密化焼結のための加圧加熱工程に引き続いて、上記した真空雰囲気を維持しつつ加圧力を取り除き、この無加圧状態の下でMoシリサイド焼結体に1200℃×5hの条件で熱処理を施した。この後、雰囲気冷却を行って室温まで冷却した。
【0066】
この無加圧熱処理を経たMoシリサイド焼結体を所望のターゲット寸法に機械加工し、さらにスパッタ面をポリッシング加工により面仕上げした。仕上げ加工後のスパッタ面の表面粗さはRaで0.08μmであった。このようにして、2個のMoシリサイドターゲット(直径127mm×厚さ6mm)を作製した。
【0067】
このようにして得た2個のMoシリサイドターゲットのうち、一方のターゲットについてはラマン分光分析に供し、実施例1と同様にしてラマンスペクトルを測定した。その結果、この実施例5のMoシリサイドターゲットにおいては、遊離Siピークのシフト量△νの平均値は1.53cm-1、各シフト量△νから求めた残留応力σの平均値は382MPaであり、またSiピークの半値幅の平均値は4.51cm-1であった。
【0068】
次に、他方のMoシリサイドターゲットをCu製バッキングプレートに接合した後、スパッタリング装置(ULVAC社製SH-550)にセットした。このようなスパッタリング装置を用いて、5インチSiウェーハ上に厚さ200nmのMoシリサイド膜を成膜した。スパッタリング条件は、Ar圧=0.27Pa、Ar流量=80sccm、Power=0.5kWとした。スパッタ成膜は24枚のSiウェーハに対して順に行い、各Siウェーハ上のMoシリサイド膜中に存在する0.2μm以上のパーティクル数を調べ、その平均値を求めた。その結果、0.2μm以上のパーティクル数は10個/枚であった。
【0069】
実施例6
まず、最大粒径10μm程度の高純度Ta粉末と、最大粒径30μm以下のSi粉末とを、Si/Taの原子比(x)が2.7となるように配合し、これを高純度Arガスで置換したボールミルで24時間混合した。この混合粉末に1200℃×1hの条件でシリサイド反応のための熱処理を施し、得られた仮焼体を粉砕してTaシリサイド粉末を得た。
【0070】
上記したTaシリサイド粉末を黒鉛製の成型用型内に充填した後、ホットプレス装置にセットし、まず5×10-4Pa以下の真空中にて34.3MPaの圧力を印加しつつ、1380℃×4hの条件で緻密化焼結した。この緻密化焼結のための加圧加熱工程に引き続いて、上記した真空雰囲気を維持しつつ加圧力を取り除き、この無加圧状態の下でTaシリサイド焼結体に1300℃×4hの条件で熱処理を施した。この後、雰囲気冷却を行って室温まで冷却した。
【0071】
この無加圧熱処理を経たTaシリサイド焼結体を所望のターゲット寸法に機械加工し、さらにスパッタ面をCMP加工により面仕上げした。仕上げ加工後のスパッタ面の表面粗さはRaで0.08μmであった。このようにして、2個のTaシリサイドターゲット(直径127mm×厚さ6mm)を作製した。
【0072】
このようにして得た2個のTaシリサイドターゲットのうち、一方のターゲットについてはラマン分光分析に供し、実施例1と同様にしてラマンスペクトルを測定した。その結果、この実施例6のTaシリサイドターゲットにおいては、遊離Siピークのシフト量△νの平均値は2.71cm-1、各シフト量△νから求めた残留応力σの平均値は677MPaであり、またSiピークの半値幅の平均値は7.28cm-1であった。
【0073】
次に、他方のTaシリサイドターゲットをCu製バッキングプレートに接合した後、スパッタリング装置(ULVAC社製SH-550)にセットした。このようなスパッタリング装置を用いて、5インチSiウェーハ上に厚さ200nmのTaシリサイド膜を成膜した。スパッタリング条件は、Ar圧=0.27Pa、Ar流量=80sccm、Power=0.5kWとした。スパッタ成膜は24枚のSiウェーハに対して順に行い、各Siウェーハ上のTaシリサイド膜中に存在する0.2μm以上のパーティクル数を調べ、その平均値を求めた。その結果、0.2μm以上のパーティクル数は20個/枚であった。
【0074】
比較例1
実施例1と同様にして作製したWシリサイド粉末を、黒鉛製の成型用型内に充填した後、ホットプレス装置にセットし、5×10-4Pa以下の真空中にて34.3MPaの圧力を印加しつつ、1350℃×5hの条件で緻密化焼結した。この後、無加圧熱処理を施すことなく、雰囲気冷却を行って室温まで冷却した。
【0075】
このWシリサイド焼結体を所望のターゲット寸法に機械加工し、さらにスパッタ面をポリッシング加工により面仕上げした。仕上げ加工後のスパッタ面の表面粗さはRaで0.03μmであった。このようにして、2個のWシリサイドターゲット(直径127mm×厚さ6mm)を作製した。
【0076】
このようにして得た2個のWシリサイドターゲットのうち、一方のターゲットについてはラマン分光分析に供し、実施例1と同様にしてラマンスペクトルを測定した。その結果、この比較例1のWシリサイドターゲットにおいては、遊離Siピークのシフト量△νの平均値は4.40cm-1、各シフト量△νから求めた残留応力σの平均値は1100MPaであり、またSiピークの半値幅の平均値は14.23cm-1であった。
【0077】
次に、他方のWシリサイドターゲットをCu製バッキングプレートに接合した後、スパッタリング装置(ULVAC社製SH-550)にセットし、実施例1と同様にしてWシリサイド膜を成膜した。その結果、Wシリサイド膜中に存在する0.2μm以上のパーティクル数(平均値)は72個/枚であった。
【0078】
比較例2
比較例1と同一条件で緻密化焼結まで行ったWシリサイド焼結体に対して、加圧加熱工程に引き続いて真空雰囲気を維持しつつ加圧力を取り除き、この無加圧状態の下で600℃×5hの条件で熱処理を施した。この後、雰囲気冷却を行って室温まで冷却した。
【0079】
上記した無加圧熱処理を経たWシリサイド焼結体を所望のターゲット寸法に機械加工し、さらにスパッタ面をポリッシング加工により面仕上げした。仕上げ加工後のスパッタ面の表面粗さはRaで0.04μmであった。このようにして、2個のWシリサイドターゲット(直径127mm×厚さ6mm)を作製した。
【0080】
このようにして得た2個のWシリサイドターゲットのうち、一方のターゲットについてはラマン分光分析に供し、実施例1と同様にしてラマンスペクトルを測定した。その結果、この比較例2のWシリサイドターゲットにおいては、遊離Siピークのシフト量△νの平均値は3.33cm-1、各シフト量△νから求めた残留応力σの平均値は832MPaであり、またSiピークの半値幅の平均値は11.20cm-1であった。
【0081】
次に、他方のWシリサイドターゲットをCu製バッキングプレートに接合した後、スパッタリング装置(ULVAC社製SH-550)にセットし、実施例1と同様にしてWシリサイド膜を成膜した。その結果、Wシリサイド膜中に存在する0.2μm以上のパーティクル数(平均値)は33個/枚であった。
【0082】
比較例3
比較例1と同一条件で緻密化焼結まで行ったWシリサイド焼結体に対して、加圧加熱工程に引き続いて真空雰囲気を維持しつつ加圧力を取り除き、この無加圧状態の下で800℃×3hの条件で熱処理を施した。この後、雰囲気冷却を行って室温まで冷却した。
【0083】
上記した無加圧熱処理を経たWシリサイド焼結体を所望のターゲット寸法に機械加工し、さらにスパッタ面をCMPにより面仕上げした。仕上げ加工後のスパッタ面の表面粗さはRaで0.03μmであった。このようにして、2個のWシリサイドターゲット(直径127mm×厚さ6mm)を作製した。
【0084】
このようにして得た2個のWシリサイドターゲットのうち、一方のターゲットについてはラマン分光分析に供し、実施例1と同様にしてラマンスペクトルを測定した。その結果、この比較例3のWシリサイドターゲットにおいては、遊離Siピークのシフト量△νの平均値は3.45cm-1、各シフト量△νから求めた残留応力σの平均値は863MPaであり、またSiピークの半値幅の平均値は12.11cm-1であった。
【0085】
次に、他方のWシリサイドターゲットをCu製バッキングプレートに接合した後、スパッタリング装置(ULVAC社製SH-550)にセットし、実施例1と同様にしてWシリサイド膜を成膜した。その結果、Wシリサイド膜中に存在する0.2μm以上のパーティクル数(平均値)は55個/枚であった。
【0086】
比較例4
比較例1と同一条件で緻密化焼結まで行ったWシリサイド焼結体に対して、加圧加熱工程に引き続いて真空雰囲気を維持しつつ加圧力を取り除き、この無加圧状態の下で1400℃×3hの条件で熱処理を施した。この後、雰囲気冷却を行って室温まで冷却した。得られたWシリサイド焼結体は、Siの融点直下で熱処理したために遊離Si相が溶出してしまい、到底ターゲットとして成形できるものではなかった。
【0087】
比較例5
実施例5と同一条件で緻密化焼結まで行ったMoシリサイド焼結体に対して、加圧加熱工程に引き続いて真空雰囲気を維持しつつ加圧力を取り除き、この無加圧状態の下で800℃×5hの条件で熱処理を施した。この後、雰囲気冷却を行って室温まで冷却した。
【0088】
上記した無加圧熱処理を経たMoシリサイド焼結体を所望のターゲット寸法に機械加工し、さらにスパッタ面をポリッシング加工により面仕上げした。仕上げ加工後のスパッタ面の表面粗さはRaで0.05μmであった。このようにして、2個のMoシリサイドターゲット(直径127mm×厚さ6mm)を作製した。
【0089】
このようにして得た2個のMoシリサイドターゲットのうち、一方のターゲットについてはラマン分光分析に供し、実施例1と同様にしてラマンスペクトルを測定した。その結果、この比較例5のMoシリサイドターゲットにおいては、遊離Siピークのシフト量△νの平均値は3.07cm-1、各シフト量△νから求めた残留応力σの平均値は767MPaであり、またSiピークの半値幅の平均値は10.21cm-1であった。
【0090】
次に、他方のMoシリサイドターゲットをCu製バッキングプレートに接合した後、スパッタリング装置(ULVAC社製SH-550)にセットし、実施例5と同様にしてMoシリサイド膜を成膜した。その結果、Moシリサイド膜中に存在する0.2μm以上のパーティクル数(平均値)は45個/枚であった。
【0091】
比較例6
実施例6と同一条件で緻密化焼結まで行ったTaシリサイド焼結体に対して、加圧加熱工程に引き続いて真空雰囲気を維持しつつ加圧力を取り除き、この無加圧状態の下で1000℃×3hの条件で熱処理を施した。この後、雰囲気冷却を行って室温まで冷却した。
【0092】
上記した無加圧熱処理を経たTaシリサイド焼結体を所望のターゲット寸法に機械加工し、さらにスパッタ面をCMP加工により面仕上げした。仕上げ加工後のスパッタ面の表面粗さはRaで0.08μmであった。このようにして、2個のTaシリサイドターゲット(直径127mm×厚さ6mm)を作製した。
【0093】
このようにして得た2個のTaシリサイドターゲットのうち、一方のターゲットについてはラマン分光分析に供し、実施例1と同様にしてラマンスペクトルを測定した。その結果、この比較例6のTaシリサイドターゲットにおいては、遊離Siピークのシフト量△νの平均値は3.50cm-1、各シフト量△νから求めた残留応力σの平均値は875MPaであり、またSiピークの半値幅の平均値は16.54cm-1であった。
【0094】
次に、他方のTaシリサイドターゲットをCu製バッキングプレートに接合した後、スパッタリング装置(ULVAC社製SH-550)にセットし、実施例6と同様にしてTaシリサイド膜を成膜した。その結果、Taシリサイド膜中に存在する0.2μm以上のパーティクル数(平均値)は85個/枚であった。
【0095】
上述した実施例1〜6および比較例1〜6による各シリサイドターゲットの熱処理条件、ラマン分光分析の結果、およびそれらを用いてシリサイド膜を成膜した際のパーティクル数を、表1にまとめて示す。
【0096】
【表1】
表1から明らかなように、遊離Si相の残留応力を750MPa以下とすると共に、ラマンスペクトルの遊離Siピークの半値幅を10cm-1以下とした、実施例1〜6による金属シリサイドターゲットによれば、比較例1〜3および比較例5〜6に比べてパーティクルの発生数が大幅に低減していることが分かる。
【0097】
さらに、上記した各実施例によるシリサイドターゲットを用いて、半導体デバイスおよびLCD素子の電極および配線を形成したところ、これら半導体デバイスやLCD素子の歩留りおよび品質が向上することが確認された。すなわち、高品質の電子部品を高歩留りで得ることができる。
【0098】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスパッタリングターゲットによれば、遊離Si相の残留応力などに起因するパーティクルの発生を大幅に抑制することができる。従って、半導体素子や液晶表示素子などに代表される電子部品の配線、電極、素子構成膜などとして使用される金属シリサイド薄膜の品質を大幅に向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のスパッタリングターゲットにおける遊離Si相の残留応力を求めるためのラマンスペクトルのSiピークのシフト状態を示す図である。
【図2】 本発明のスパッタリングターゲットにおける遊離Si相の残留応力の測定方法を説明するための図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sputtering target made of metal silicide.ToManufacturing methodAnd sputtering targets andThe present invention relates to a metal silicide film, wiring, electrode, and electronic component using the same.
[0002]
[Prior art]
In an electronic component typified by a semiconductor element or a liquid crystal display element, a silicide compound of a refractory metal such as W, Mo, Ta, Ti, Zr, or Co is used as a wiring or electrode forming material or an element constituent film. in use. In particular, the delay of electrical signals has become a problem due to the thinning of electrodes and wiring due to high integration and high density of semiconductor elements, but metal silicide thin films such as W and Mo having low resistance values have low resistance. It is useful as a material for forming a simple electrode or wiring. The metal silicide thin film is also effective for suppressing electromigration.
[0003]
As a method for forming a thin film made of a refractory metal silicide compound such as W or Mo (WSi 2 or MoSi 2), a sputtering method and a CVD method can be cited as typical film forming methods. In particular, sputtering is generally used from the viewpoints of stability and manufacturing cost.
[0004]
When the metal silicide thin film as described above is formed by sputtering, it is necessary to produce a sputtering target with metal silicide. Here, as a general sputtering target manufacturing method, a melting method applying electron beam (EB) melting or the like, or a powder sintering method applying hot press (HP), hot isostatic pressing (HIP), or the like. It has been known.
[0005]
In the case of producing a metal silicide target, a powder sintering method is generally used because the composition control of the metal silicide film to be formed is easy (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-145523). . Specifically, refractory metal (M) powder such as W or Mo and silicon (Si) powder are first mixed so that the atomic ratio of Si is about 2 to 4, and the mixed powder is subjected to heat treatment. After synthesizing the metal silicide, the metal silicide target is manufactured by applying HP, HIP, or the like and performing pressure sintering in a high vacuum under a high pressure.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the sputter film formation using the metal silicide target as described above, particles resulting from the target and the apparatus are recognized as a serious problem as the semiconductor elements and the like are highly integrated and highly functional. . This particle is, for example, a fine particle having a diameter of about 0.2 to 10 μm, and if such a fine particle is mixed in a thin film formed, it causes a short circuit between wirings or a wiring open defect. The manufacturing yield of electronic parts such as semiconductor elements and liquid crystal display elements is reduced.
[0007]
A conventional metal silicide target by a powder sintering method has a fine structure in which a fine Si phase is arranged in a gap between MSi2 phases, and a density of, for example, 99% or more is obtained. When such a conventional metal silicide target is used and a metal silicide film is formed by sputtering, the generation level of particles is about 30 to 60 particles / wafer on average.
[0008]
However, with the recent high integration and high density of semiconductor elements, the required particle level is becoming stricter year by year, and the conventional generation level of particles as described above cannot sufficiently cope with it. . For this reason, in order to improve the manufacturing yield of semiconductor elements and other devices that are being highly integrated and increased in density, the amount of particles generated due to the metal silicide target by the powder sintering method is greatly reduced. It is strongly desired to do so.
[0009]
The present invention has been made to cope with such a problem, and it is possible to greatly suppress the generation of particles due to the internal structure and internal state of a metal silicide target.ToProduction methodAnd sputtering target obtained therebyThe purpose is to provide.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of various investigations to suppress the generation of particles that are considered to be caused by the internal structure and internal state of the metal silicide target by the powder sintering method, the present inventors have released the internal residual stress of the target during sputtering. It was found that this is one of the generation factors of particles. When the metal silicide target has a microstructure in which a free Si phase is present in the gap between the metal silicide phases (MSi2 phase), the release of internal stress in the free Si phase has a strong influence on the generation of such particles. I found out. Furthermore, the internal defect of the free Si phase and the like are the cause of particle generation.
[0011]
Particles based on the release of the residual stress of the free Si phase as described above can be greatly suppressed by releasing the residual stress of the target in advance. The present invention has been made on the basis of such knowledge, and by allowing the residual stress of the free Si phase to be released to a certain value or less, the generation of particles can be greatly suppressed. It is. Furthermore, it is possible to further suppress the generation of particles by reducing the internal defects of the free Si phase.
[0012]
The sputtering target as described above is a sputtering target obtained by applying the production method of the present invention.That is, the sputtering target of the present inventionManufacturing methodAs described in
General formula: MSi x
(Wherein M represents at least one element selected from W, Mo, Ta, Ti, Zr, Hf, Ni and Co, and x represents a number satisfying 2 ≦ x ≦ 4)
The metal silicide powder represented by is sintered under pressure to produce a densified metal silicide sintered body, and the pressure applied to the metal silicide sintered body is released following the sintering process. In this state, the heat treatment is performed at a temperature of 1000 to 1380 ° C. and then cooled to room temperature, and the metal silicide sintered body that has undergone the heat treatment step is processed into a desired target shape.
[0013]
The sputtering target of the present invention is a sputtering target manufactured by the above-described manufacturing method of the present invention, and is a free Si that is discontinuously present in the gap between the metal silicide phase formed in a chain and the metal silicide phase. A sputtering target having a microstructure including a phase.
further,In the sputtering target of the present inventionIsResidual stress of free Si phaseBut laShift amount of free Si peak in Raman spectrum of Mann spectroscopy (Δν (unit: cm-1)) From the formula: (2.5 × 109 × △ ν) × 10-1Value calculated based on the stress conversion formula expressed in [Pa]It is characterized by being 750 MPa or less.
[0014]
As described above, by setting the residual stress based on Raman spectroscopy of the free Si phase among the constituent phases of the metal silicide target to 750 MPa or less, the generation of particles due to the above-described release of stress in the free Si phase is greatly reduced. It becomes possible to do. Furthermore, in the sputtering target of the present invention,, TaThe variation of the residual stress of the free Si phase as a whole of the target is preferably within 20%.
[0015]
The sputtering target of the present invention further comprisesAnd laThe half-width of the free Si peak in the Raman spectrum of Mann spectroscopy is 10 cm.-1It is characterized by the following. The full width at half maximum of the free Si peak in the Raman spectrum tends to increase when there are many free Si phase internal defects. That is, the half width of the free Si peak is 10 cm.-1According to the metal silicide target described below, generation of particles due to internal defects in the free Si phase can be suppressed.
[0016]
MaIn addition, the metal silicide film of the present invention is formed using the sputtering target of the present invention. The wiring of the present invention is characterized by comprising a metal silicide film formed using the sputtering target of the present invention. The electrode of the present invention is characterized by comprising a metal silicide film formed using the sputtering target of the present invention. The electronic component of the present invention is characterized by including a metal silicide film formed using the sputtering target of the present invention. Examples of the electronic component of the present invention include a semiconductor element and a liquid crystal display element.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
[0018]
The sputtering target of the present invention is
General formula: MSix (1)
(Wherein M represents at least one element selected from W, Mo, Ta, Ti, Zr, Hf, Ni and Co, and x represents a number satisfying 2 ≦ x ≦ 4)
It consists of the metal silicide represented by these.
[0019]
Here, the value of x is basically set from the Si amount constituting MSi2 and the excessive Si amount (Si constituting the free Si phase). If the value of x is less than 2, the target metal silicide (MSi2) thin film cannot be obtained with good reproducibility. On the other hand, if the value of x exceeds 4, the amount of excessive Si is too large, resulting in an increase in resistance value, which may adversely affect various elements. More preferably, the value of x is in the range of 2.5 to 3.2.
[0020]
The metal silicide target according to the present invention has a microstructure in which the free Si phase formed by combining the excessive Si particles described above is discontinuously present in the gaps between the MSi2 phases (metal silicide phases) formed in a chain. It is what has. In this way, by making the Si phase discontinuously exist in the gap between the MSi2 phases, the bonding state between the MSi2 phases can be enhanced.
[0021]
In the sputtering target (metal silicide target) of the present invention, the residual stress of the free Si phase based on the excessive Si described above is obtained as a value obtained from the shift amount (Δν) of the free Si peak due to the Raman spectrum of Raman spectroscopic analysis. 750MPa or less. Thus, by reducing the residual stress of the free Si phase, it is possible to greatly reduce the amount of particles generated due to the release of the stress of the free Si phase during sputtering.
[0022]
That is, one of the causes of generation of particles in the metal silicide target is that the internal residual stress of the target is released during sputtering. For example, the residual stress generated mainly in the process of producing the target material is released by irradiation energy such as Ar during sputtering, and along with the release of the stress, the sputter surface is broken or missing, and further abnormal discharge occurs. Foreign matter generated due to destruction or missing on the sputtered surface or abnormal discharge is mixed in the formed metal silicide film as particles, causing a problem.
[0023]
In particular, the release of the internal stress of the free Si phase has a strong influence on the particles based on the stress release described above. That is, when a metal silicide target is produced by pressure sintering, tensile or compressive stress is easily applied to the free Si phase as the metal silicide phase grows. Such internal stress of the free Si phase is released by the impact during sputtering, and particles are generated.
[0024]
Particles resulting from the release of stress in the free Si phase are greatly reduced by previously releasing the residual stress of the metal silicide target, particularly the residual stress of the free Si phase, and suppressing the release of stress due to sputtering energy. It becomes possible. The residual stress of the metal silicide target is, for example, a pressure sintering process for a metal silicide sintered body produced by pressure sintering by hot pressing (HP) or hot isostatic pressing (HIP), that is, a target material. Subsequent to the (high temperature holding process under pressure), heat treatment is performed at a temperature of 1000 to 1380 ° C with the applied pressure released (no pressure applied), and then cooled to room temperature, greatly reducing stress (relieving stress) )can do.
[0025]
By passing through the heat treatment process as described above, a metal silicide sintered body having a free Si phase residual stress of 750 MPa or less is obtained. And according to the metal silicide target obtained by processing such a metal silicide sintered body into a desired target shape, the value obtained from the shift amount (Δν) of the free Si peak due to the Raman spectrum of Raman spectroscopy analysis The residual stress of the free Si phase can be made 750 MPa or less. As described above, by setting the residual stress of the free Si phase existing in the target structure to 750 MPa or less, the generation of particles based on the release of the stress of the free Si phase during sputtering can be significantly suppressed.
[0026]
Here, Raman spectroscopy is widely used for composition and structure analysis in various fields such as chemistry, physics, medicine, and pharmacy. Specifically, the sample surface is irradiated by utilizing the fact that the spectrum of the Raman scattered light generated from the part irradiated with the light beam from the laser light source varies depending on the chemical species and molecules present in the part. This is a method for performing a two-dimensional distribution analysis, and information on chemical bonds and crystal structures can also be obtained directly. By using visible light having a short wavelength, analysis can be performed down to the submicron order.
[0027]
In the Raman spectroscopic analysis described above, the Si peak of the Raman spectrum is shifted by internal stress. The stress dependence of the Raman spectrum peak of Si is described in, for example, Jpn. J. Appl. Phys., 33 (1994) 4491 (H. Watanabe). According to this, poly-Si gives a sharp Raman scattering peak in the vicinity of a wavelength of 520 cm-1, and this peak shifts due to the internal stress of poly-Si as shown in FIG. Between the shift amount Δν [cm-1] from this wave number and the internal stress σ [Pa],
σ = (2.5 × 109 × △ ν) × 10-1 [Pa]… (2)
The relationship exists. When the shift direction of the Si peak is higher than the reference peak, it indicates a compressive stress, and when it is lower, it indicates a tensile stress. Note that the absolute value of the shift amount of the Si peak is substituted for Δν in the above equation (2).
[0028]
Therefore, the residual stress can be measured and evaluated from the shift amount Δν of the Si peak of the Raman spectrum by performing the Raman spectroscopic analysis of the free Si phase using the laser beam with a reduced beam size. The present invention is characterized in that the residual stress of the free Si phase of the metal silicide target is set to 750 MPa or less as a value measured by this Raman spectroscopic analysis. The residual stress of the free Si phase is more preferably 650 MPa or less, and further preferably 550 MPa or less.
[0029]
The residual stress of the free Si phase existing in the target structure is more preferably within 20% of the variation of the target as a whole. Thus, by reducing the average residual stress of the free Si phase of the entire metal silicide target, it is possible to suppress variations in the amount of particles generated by each part in the target. That is, the generation amount of particles can be suppressed as a whole metal silicide target, and a higher quality metal silicide thin film can be obtained. The variation in the residual stress of the free Si phase as a whole target is more preferably within 10%.
[0030]
Furthermore, the shape of the Si peak of the Raman spectrum by Raman spectroscopic analysis indicates the state of poly-Si internal defects. That is, the full width at half maximum of the Si peak is increased according to the degree of internal defects present in poly-Si (free Si phase). For this reason, the half width of the free Si peak in the Raman spectrum of the Raman spectroscopic analysis is preferably 10 cm -1 or less.
[0031]
That is, the fact that the half width of the Si peak is 10 cm-1 or less means that there are few internal defects in the free Si phase. Therefore, according to such a metal silicide target, generation of particles due to internal defects in the free Si phase can be suppressed, and the amount of particles generated during the formation of the metal silicide film can be further reduced. It becomes. More preferably, the full width at half maximum of the free Si peak in the Raman spectrum of the Raman spectroscopic analysis is 5 cm -1 or less.
[0032]
Here, the residual stress of the free Si phase in the target structure defined in the present invention (residual stress by Raman spectroscopic analysis) and the half width of the free Si peak (half width of the Si peak in the Raman spectrum) are as follows. The determined value shall be indicated.
[0033]
That is, as shown in FIG. 2, for example, the center part (position 1) of the disk-shaped target, and the positions near the outer periphery (positions 2 to 9) on four straight lines that pass through the center part and equally divide the circumference, Samples with a length of 10 mm and a width of 10 mm were sampled from the half distance positions (positions 10 to 17), and Raman spectroscopic analysis was performed on these 17 test pieces. The shift amount Δν and the half width are measured. The Raman spectroscopic analysis is performed focusing on the free Si phase. The residual stress of the free Si phase is determined from the obtained Si peak shift amount Δν based on the aforementioned equation (2). And the value which averaged each of these values is made into the residual stress of a free Si phase, and the half value width of Si peak, respectively.
[0034]
In addition, the variation of the residual stress of the free Si phase as a whole of the target is first determined from the Si peak shift amount Δν obtained from the 17 test pieces described above based on the above-described equation (2), respectively. Ask. And the value calculated | required based on the formula of {(maximum value-minimum value) / (maximum value + minimum value)} * 100 from the maximum value and minimum value of the obtained residual stress (sigma) shall be shown.
[0035]
The sputtering target (metal silicide target) of the present invention can be manufactured, for example, as follows.
[0036]
That is, first, the M element powder and the Si powder as raw materials are mixed so as to have a desired composition ratio. The particle size (maximum particle size) of these raw material powders is preferably 10 μm or less in order to obtain a good mixed state. Such a mixed powder is heat-treated at a temperature corresponding to the M element used to synthesize a metal silicide (MSix = MSi2 + Six-2).
[0037]
Next, the metal silicide calcined body is pulverized to form a metal silicide powder. The obtained metal silicide powder is filled into a molding die made of graphite, for example, and pressure-sintered by hot pressing (HP) to produce a densified metal silicide sintered body. Note that the HIP process may be applied to the pressure sintering of the metal silicide powder. When applying a hot press to a pressure sintering process, it is preferable to sinter at the temperature of 1200-1380 degreeC, applying the pressure of 24.5-34.3 MPa in a vacuum atmosphere. The sintering time is preferably 3 to 6 hours.
[0038]
After pressure sintering by hot pressing, etc., it is usually cooled to room temperature by cooling the atmospheric fan, etc., but in the present invention, following the pressure sintering process (high temperature holding process under pressure), the applied pressure In the open state, heat treatment is performed at a temperature of 1000 to 1380 ° C., and then cooled to room temperature. This heat treatment is preferably performed in a vacuum of 7 × 10 −2 Pa or less. In this way, by performing heat treatment on the metal silicide sintered body without pressure after performing pressure sintering, the residual stress of the free Si phase in the metal silicide target is greatly reduced (stress release). be able to.
[0039]
Furthermore, since the heat treatment described above also plays a role of matching the arrangement of crystal lattices, it effectively acts to remove internal defects in the free Si phase. That is, by subjecting the metal silicide sintered body to the heat treatment as described above after pressure sintering, the full width at half maximum of the free Si peak in the Raman spectrum can be reduced to 10 cm −1 or less with good reproducibility.
[0040]
The above-described heat treatment for releasing stress and removing internal defects is performed at a temperature in the range of 1000 to 1380 ° C. When the heat treatment temperature is less than 1000 ° C., the residual stress of the free Si phase cannot be sufficiently released, and internal defects are not sufficiently removed. On the other hand, when the heat treatment temperature exceeds 1380 ° C., the temperature becomes just below the melting point of Si, the free Si phase becomes unstable, and it becomes difficult to control the composition and maintain the target structure. The heat treatment temperature is more preferably in the range of 1000 to 1200 ° C. The heat treatment time is preferably in the range of 2 to 10 hours.
[0041]
Thereafter, the metal silicide sintered body (target material) heat-treated under the above conditions is machined to obtain a desired target shape. At this time, it is preferable to apply lapping, polishing, CMP, or the like to the surface processing (finishing) of the sputter surface. That is, the magnitude of the residual stress on the target surface varies depending on the surface processing method, and residual stress is likely to occur in the conventional surface grinding method. On the other hand, the target surface can be smoothed by machining the target material to the desired dimensions and then finishing the surface by lapping, polishing, CMP, etc., and the target surface (especially the sputter surface) Residual stress can be reduced.
[0042]
And the sputtering target of this invention is obtained by joining the target material machined and surface-finished to the desired shape with the backing plate which consists of Al, Cu, etc. as needed.
[0043]
The sputtering target of the present invention is used for forming, for example, electrodes and wiring films of various electronic devices. In particular, it is suitably used when forming a gate electrode of a semiconductor device. Since the metal silicide film formed using the sputtering target of the present invention has a small amount of mixed particles, it greatly contributes to the improvement of the manufacturing yield of semiconductor devices that are being highly integrated and densified. In addition, the metal silicide film formed by the sputtering target of the present invention is not limited to a semiconductor device, and can be applied to various electronic components such as a SAW device, TPH, and LCD device.
[0044]
【Example】
Next, specific examples of the present invention will be described.
[0045]
Example 1
First, a high-purity W powder with a maximum particle size of about 10 μm and a Si powder with a maximum particle size of 30 μm or less were blended so that the atomic ratio (x) of Si / W was 2.8. It mixed for 48 hours with the substituted ball mill. This mixed powder was subjected to a heat treatment for the silicidation under conditions of 1200 ° C. × 1 h, and the obtained calcined body was pulverized to obtain a W silicide powder.
[0046]
After filling the above-mentioned W silicide powder into a molding die made of graphite, it is set in a hot press machine, and first, while applying a pressure of 34.3 MPa in a vacuum of 5 × 10 −4 Pa or less, 1350 ° C. × 5 h Densification and sintering were performed under the following conditions. Subsequent to the pressure heating process for densification sintering, the applied pressure is removed while maintaining the above-described vacuum atmosphere, and the W silicide sintered body is subjected to 1200 ° C. × 5 h under this non-pressurized state. Heat treatment was applied. Thereafter, the atmosphere was cooled to room temperature.
[0047]
The W silicide sintered body that had been subjected to the pressureless heat treatment was machined to a desired target size, and the sputtered surface was finished by polishing. The surface roughness of the sputtered surface after finishing was 0.04 μm in Ra. In this way, two W silicide targets (diameter 127 mm × thickness 6 mm) were produced.
[0048]
Of the two W silicide targets obtained in this way, for one target, specimens were taken from each part shown in FIG. 2, and each surface was mirror-polished with diamond paste, and each was subjected to the following conditions. The Raman spectrum of the free Si phase was measured. Raman spectroscopic analysis is a device: a Raman spectroscope manufactured by Renishaw, irradiation light: Ar + ion laser (λ = 514.5 nm, output = 15 mW), beam size: diameter of about 1 μm, peak wave number: approximated by Lorentz curve, It carried out on condition of this. The Si (111) wafer was used as a Si peak reference sample, and each value was measured with the resulting Raman peak as zero stress.
[0049]
The Si peak shift amount Δν was measured from the obtained Raman spectra, and the residual stress of the free Si phase was calculated from the shift amount Δν based on the above-described equation (2). The average value of these residual stress values was determined as the residual stress σ of the free Si phase of the W silicide target according to Example 1. Moreover, the variation in the residual stress of the free Si phase was determined according to the method described above. Further, the half width of the Si peak was measured from the obtained Raman spectrum, and the average value of these values was obtained as the half width of the free Si peak.
[0050]
As a result, in the W silicide target of Example 1, the average value of the shift amount Δν of the free Si peak is 1.41 cm −1, and the average value of the residual stress σ obtained from each shift amount Δν is 352 MPa. The average half-width of the Si peak was 4.30 cm-1.
[0051]
Next, the other W silicide target was bonded to a Cu backing plate, and then set in a sputtering apparatus (ULVAC SH-550). Using such a sputtering apparatus, a W silicide film having a thickness of 200 nm was formed on a 5-inch Si wafer. The sputtering conditions were Ar pressure = 0.27 Pa, Ar flow rate = 80 sccm, and Power = 0.5 kW. Sputter deposition was performed sequentially on 24 Si wafers, and the number of particles of 0.2 μm or more present in the W silicide film on each Si wafer was examined, and the average value was obtained. As a result, the number of particles of 0.2 μm or more was 3 / sheet.
[0052]
Example 2
For the W silicide sintered body that has been subjected to densification and sintering under the same conditions as in Example 1, the pressure is removed while maintaining the vacuum atmosphere following the pressurizing and heating step, and 1000 W under this non-pressurized state. Heat treatment was performed under the condition of ℃ × 3h. Thereafter, the atmosphere was cooled to room temperature.
[0053]
The W silicide sintered body that has undergone the above-described pressureless heat treatment was machined to a desired target dimension, and the sputtered surface was further finished by CMP. The surface roughness of the sputtered surface after finishing was 0.03 μm in Ra. In this way, two W silicide targets (diameter 127 mm × thickness 6 mm) were produced.
[0054]
One of the two W silicide targets thus obtained was subjected to Raman spectroscopic analysis, and the Raman spectrum was measured in the same manner as in Example 1. As a result, in the W silicide target of Example 2, the average value of the shift amount Δν of the free Si peak is 2.35 cm −1, and the average value of the residual stress σ obtained from each shift amount Δν is 587 MPa. The average half-width of the Si peak was 6.23 cm-1.
[0055]
Next, after bonding the other W silicide target to a Cu backing plate, it was set in a sputtering apparatus (SH-550 manufactured by ULVAC), and a W silicide film was formed in the same manner as in Example 1. As a result, the number (average value) of particles of 0.2 μm or more present in the W silicide film was 14 / sheet.
[0056]
Example 3
For the W silicide sintered body that has been subjected to densification and sintering under the same conditions as in Example 1, the applied pressure was removed while maintaining the vacuum atmosphere following the pressurizing and heating step. Heat treatment was performed under the condition of ℃ × 5h. Thereafter, the atmosphere was cooled to room temperature.
[0057]
The W silicide sintered body that has undergone the above-described pressureless heat treatment was machined to a desired target size, and the sputtered surface was further polished by polishing. The surface roughness of the sputtered surface after finishing was Ra, 0.05 μm. In this way, two W silicide targets (diameter 127 mm × thickness 6 mm) were produced.
[0058]
One of the two W silicide targets thus obtained was subjected to Raman spectroscopic analysis, and the Raman spectrum was measured in the same manner as in Example 1. As a result, in the W silicide target of Example 3, the average value of the shift amount Δν of the free Si peak was 1.84 cm −1, and the average value of the residual stress σ obtained from each shift amount Δν was 459 MPa. The average half-width of the Si peak was 4.24 cm-1.
[0059]
Next, after bonding the other W silicide target to a Cu backing plate, it was set in a sputtering apparatus (SH-550 manufactured by ULVAC), and a W silicide film was formed in the same manner as in Example 1. As a result, the number (average value) of 0.2 μm or more particles present in the W silicide film was 9 / sheet.
[0060]
Example 4
For the W silicide sintered body that has been subjected to densification and sintering under the same conditions as in Example 1, the applied pressure was removed while maintaining the vacuum atmosphere following the pressurization and heating step. Heat treatment was performed under the condition of ℃ × 4h. Thereafter, the atmosphere was cooled to room temperature.
[0061]
The W silicide sintered body that has undergone the above-described pressureless heat treatment was machined to a desired target size, and the sputtered surface was further polished by polishing. The surface roughness of the sputtered surface after finishing was Ra, 0.05 μm. In this way, two W silicide targets (diameter 127 mm × thickness 6 mm) were produced.
[0062]
One of the two W silicide targets thus obtained was subjected to Raman spectroscopic analysis, and the Raman spectrum was measured in the same manner as in Example 1. As a result, in the W silicide target of Example 4, the average value of the shift amount Δν of the free Si peak is 2.08 cm −1, and the average value of the residual stress σ obtained from each shift amount Δν is 519 MPa. The average half-width of the Si peak was 4.90 cm-1.
[0063]
Next, after bonding the other W silicide target to a Cu backing plate, it was set in a sputtering apparatus (SH-550 manufactured by ULVAC), and a W silicide film was formed in the same manner as in Example 1. As a result, the number (average value) of 0.2 μm or more particles present in the W silicide film was 10 / sheet.
[0064]
Example 5
First, a high-purity Mo powder having a maximum particle size of about 10 μm and a Si powder having a maximum particle size of 30 μm or less were blended so that the atomic ratio (x) of Si / Mo was 2.2. It mixed for 24 hours by the substituted ball mill. This mixed powder was subjected to a heat treatment for the silicidation under conditions of 1200 ° C. × 1 h, and the obtained calcined body was pulverized to obtain a Mo silicide powder.
[0065]
After filling the above-mentioned Mo silicide powder into a molding die made of graphite, set it in a hot press device, and first apply a pressure of 34.3 MPa in a vacuum of 5 × 10 −4 Pa or less, 1350 ° C. × 4 h Densification and sintering were performed under the following conditions. Subsequent to the pressure heating process for densification sintering, the applied pressure is removed while maintaining the above-described vacuum atmosphere, and the Mo silicide sintered body is subjected to 1200 ° C. × 5 h under this non-pressurized state. Heat treatment was applied. Thereafter, the atmosphere was cooled to room temperature.
[0066]
The Mo silicide sintered body subjected to the pressureless heat treatment was machined to a desired target size, and the sputtered surface was further finished by polishing. The surface roughness of the sputtered surface after finishing was 0.08 μm in Ra. In this way, two Mo silicide targets (diameter 127 mm × thickness 6 mm) were produced.
[0067]
One of the two Mo silicide targets thus obtained was subjected to Raman spectroscopic analysis, and the Raman spectrum was measured in the same manner as in Example 1. As a result, in the Mo silicide target of Example 5, the average value of the shift amount Δν of the free Si peak is 1.53 cm −1, and the average value of the residual stress σ obtained from each shift amount Δν is 382 MPa. The average half-width of the Si peak was 4.51 cm-1.
[0068]
Next, the other Mo silicide target was bonded to a Cu backing plate, and then set in a sputtering apparatus (ULVAC SH-550). Using such a sputtering apparatus, a Mo silicide film having a thickness of 200 nm was formed on a 5-inch Si wafer. The sputtering conditions were Ar pressure = 0.27 Pa, Ar flow rate = 80 sccm, and Power = 0.5 kW. Sputter deposition was performed sequentially on 24 Si wafers, and the number of particles of 0.2 μm or more present in the Mo silicide film on each Si wafer was examined, and the average value was obtained. As a result, the number of particles of 0.2 μm or more was 10 / sheet.
[0069]
Example 6
First, a high-purity Ta powder having a maximum particle size of about 10 μm and a Si powder having a maximum particle size of 30 μm or less are blended so that the atomic ratio (x) of Si / Ta is 2.7, and this is mixed with high-purity Ar gas. It mixed for 24 hours by the substituted ball mill. The mixed powder was heat-treated for a silicidation reaction at 1200 ° C. × 1 h, and the obtained calcined body was pulverized to obtain a Ta silicide powder.
[0070]
After filling the above-mentioned Ta silicide powder into a graphite mold, set it in a hot press machine, and first apply a pressure of 34.3 MPa in a vacuum of 5 × 10 −4 Pa or less, 1380 ° C. × 4 h Densification and sintering were performed under the following conditions. Subsequent to the pressure heating process for densification sintering, the applied pressure is removed while maintaining the above-described vacuum atmosphere, and the Ta silicide sintered body is subjected to 1300 ° C. × 4 h under the non-pressurized state. Heat treatment was applied. Thereafter, the atmosphere was cooled to room temperature.
[0071]
The Ta silicide sintered body subjected to the pressureless heat treatment was machined to a desired target dimension, and the sputtered surface was finished by CMP. The surface roughness of the sputtered surface after finishing was 0.08 μm in Ra. In this way, two Ta silicide targets (diameter 127 mm × thickness 6 mm) were produced.
[0072]
One of the two Ta silicide targets thus obtained was subjected to Raman spectroscopic analysis, and the Raman spectrum was measured in the same manner as in Example 1. As a result, in the Ta silicide target of Example 6, the average value of the shift amount Δν of the free Si peak is 2.71 cm −1, and the average value of the residual stress σ obtained from each shift amount Δν is 677 MPa. The average half-width of the Si peak was 7.28 cm-1.
[0073]
Next, the other Ta silicide target was bonded to a Cu backing plate, and then set in a sputtering apparatus (ULVAC SH-550). Using such a sputtering apparatus, a Ta silicide film having a thickness of 200 nm was formed on a 5-inch Si wafer. The sputtering conditions were Ar pressure = 0.27 Pa, Ar flow rate = 80 sccm, and Power = 0.5 kW. Sputter deposition was performed sequentially on 24 Si wafers, and the number of particles of 0.2 μm or more present in the Ta silicide film on each Si wafer was examined, and the average value was obtained. As a result, the number of particles of 0.2 μm or more was 20 particles / sheet.
[0074]
Comparative Example 1
The W silicide powder produced in the same manner as in Example 1 was filled into a graphite mold and then set in a hot press apparatus, and a pressure of 34.3 MPa was applied in a vacuum of 5 × 10 −4 Pa or less. However, it was densified and sintered under the condition of 1350 ° C. × 5 h. Thereafter, the atmosphere was cooled to room temperature without applying pressureless heat treatment.
[0075]
This W silicide sintered body was machined to a desired target size, and the sputtered surface was finished by polishing. The surface roughness of the sputtered surface after finishing was 0.03 μm in Ra. In this way, two W silicide targets (diameter 127 mm × thickness 6 mm) were produced.
[0076]
One of the two W silicide targets thus obtained was subjected to Raman spectroscopic analysis, and the Raman spectrum was measured in the same manner as in Example 1. As a result, in the W silicide target of Comparative Example 1, the average value of the shift amount Δν of the free Si peak is 4.40 cm−1, and the average value of the residual stress σ obtained from each shift amount Δν is 1100 MPa. The average half-width of the Si peak was 14.23 cm-1.
[0077]
Next, after bonding the other W silicide target to a Cu backing plate, it was set in a sputtering apparatus (SH-550 manufactured by ULVAC), and a W silicide film was formed in the same manner as in Example 1. As a result, the number (average value) of 0.2 μm or more particles present in the W silicide film was 72 / sheet.
[0078]
Comparative Example 2
For the W silicide sintered body that has been subjected to densification and sintering under the same conditions as in Comparative Example 1, the pressing force was removed while maintaining the vacuum atmosphere following the pressurizing and heating step. Heat treatment was performed under the condition of ℃ × 5h. Thereafter, the atmosphere was cooled to room temperature.
[0079]
The W silicide sintered body that has undergone the above-described pressureless heat treatment was machined to a desired target size, and the sputtered surface was further polished by polishing. The surface roughness of the sputtered surface after finishing was 0.04 μm in Ra. In this way, two W silicide targets (diameter 127 mm × thickness 6 mm) were produced.
[0080]
One of the two W silicide targets thus obtained was subjected to Raman spectroscopic analysis, and the Raman spectrum was measured in the same manner as in Example 1. As a result, in the W silicide target of Comparative Example 2, the average value of the shift amount Δν of the free Si peak was 3.33 cm −1, and the average value of the residual stress σ obtained from each shift amount Δν was 832 MPa. The average half-width of the Si peak was 11.20 cm-1.
[0081]
Next, after bonding the other W silicide target to a Cu backing plate, it was set in a sputtering apparatus (SH-550 manufactured by ULVAC), and a W silicide film was formed in the same manner as in Example 1. As a result, the number (average value) of 0.2 μm or more particles present in the W silicide film was 33 particles / sheet.
[0082]
Comparative Example 3
For the W silicide sintered body that has been subjected to densification and sintering under the same conditions as in Comparative Example 1, the pressing force is removed while maintaining the vacuum atmosphere following the pressurizing and heating step. Heat treatment was performed under the condition of ℃ × 3h. Thereafter, the atmosphere was cooled to room temperature.
[0083]
The W silicide sintered body that has undergone the above-described pressureless heat treatment was machined to a desired target dimension, and the sputtered surface was further finished by CMP. The surface roughness of the sputtered surface after finishing was 0.03 μm in Ra. In this way, two W silicide targets (diameter 127 mm × thickness 6 mm) were produced.
[0084]
One of the two W silicide targets thus obtained was subjected to Raman spectroscopic analysis, and the Raman spectrum was measured in the same manner as in Example 1. As a result, in the W silicide target of Comparative Example 3, the average value of the shift amount Δν of the free Si peak is 3.45 cm −1, and the average value of the residual stress σ obtained from each shift amount Δν is 863 MPa. The average half-width of the Si peak was 12.11 cm-1.
[0085]
Next, after bonding the other W silicide target to a Cu backing plate, it was set in a sputtering apparatus (SH-550 manufactured by ULVAC), and a W silicide film was formed in the same manner as in Example 1. As a result, the number (average value) of particles of 0.2 μm or more existing in the W silicide film was 55 / sheet.
[0086]
Comparative Example 4
For the W silicide sintered body that has been subjected to densification and sintering under the same conditions as in Comparative Example 1, the pressure is removed while maintaining the vacuum atmosphere following the pressure heating step, and 1400 Heat treatment was performed under the condition of ℃ × 3h. Thereafter, the atmosphere was cooled to room temperature. Since the obtained W silicide sintered body was heat-treated immediately below the melting point of Si, the free Si phase was eluted and could not be molded as a target.
[0087]
Comparative Example 5
With respect to the Mo silicide sintered body that was subjected to densification sintering under the same conditions as in Example 5, the pressure was removed while maintaining the vacuum atmosphere following the pressurization and heating step. Heat treatment was performed under the condition of ℃ × 5h. Thereafter, the atmosphere was cooled to room temperature.
[0088]
The Mo silicide sintered body that had undergone the above-described pressureless heat treatment was machined to a desired target size, and the sputtered surface was further polished by polishing. The surface roughness of the sputtered surface after finishing was Ra, 0.05 μm. In this way, two Mo silicide targets (diameter 127 mm × thickness 6 mm) were produced.
[0089]
One of the two Mo silicide targets thus obtained was subjected to Raman spectroscopic analysis, and the Raman spectrum was measured in the same manner as in Example 1. As a result, in the Mo silicide target of Comparative Example 5, the average value of the shift amount Δν of the free Si peak is 3.07 cm-1, and the average value of the residual stress σ obtained from each shift amount Δν is 767 MPa. The average half-width of the Si peak was 10.21 cm-1.
[0090]
Next, after bonding the other Mo silicide target to a Cu backing plate, it was set in a sputtering apparatus (SH-550 manufactured by ULVAC), and a Mo silicide film was formed in the same manner as in Example 5. As a result, the number (average value) of particles of 0.2 μm or more existing in the Mo silicide film was 45 / sheet.
[0091]
Comparative Example 6
For the Ta silicide sintered body that was subjected to densification and sintering under the same conditions as in Example 6, the applied pressure was removed while maintaining the vacuum atmosphere following the pressurization and heating step. Heat treatment was performed under the condition of ℃ × 3h. Thereafter, the atmosphere was cooled to room temperature.
[0092]
The Ta silicide sintered body subjected to the above-described pressureless heat treatment was machined to a desired target size, and the sputtered surface was further finished by CMP. The surface roughness of the sputtered surface after finishing was 0.08 μm in Ra. In this way, two Ta silicide targets (diameter 127 mm × thickness 6 mm) were produced.
[0093]
One of the two Ta silicide targets thus obtained was subjected to Raman spectroscopic analysis, and the Raman spectrum was measured in the same manner as in Example 1. As a result, in the Ta silicide target of Comparative Example 6, the average value of the shift amount Δν of the free Si peak was 3.50 cm-1, and the average value of the residual stress σ obtained from each shift amount Δν was 875 MPa. The average half-width of the Si peak was 16.54 cm-1.
[0094]
Next, after bonding the other Ta silicide target to the Cu backing plate, it was set in a sputtering apparatus (SH-550 manufactured by ULVAC), and a Ta silicide film was formed in the same manner as in Example 6. As a result, the number (average value) of particles of 0.2 μm or more existing in the Ta silicide film was 85 / sheet.
[0095]
Table 1 summarizes the heat treatment conditions of each silicide target according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6 described above, the results of Raman spectroscopic analysis, and the number of particles when a silicide film is formed using them. .
[0096]
[Table 1]
As apparent from Table 1, according to the metal silicide targets according to Examples 1 to 6, the residual stress of the free Si phase was set to 750 MPa or less and the half-width of the free Si peak of the Raman spectrum was set to 10 cm -1 or less. It can be seen that the number of particles generated is significantly reduced as compared with Comparative Examples 1 to 3 and Comparative Examples 5 to 6.
[0097]
Furthermore, it was confirmed that the yield and quality of these semiconductor devices and LCD elements were improved when the electrodes and wirings of the semiconductor devices and LCD elements were formed using the silicide targets according to the above-described embodiments. That is, high-quality electronic components can be obtained with a high yield.
[0098]
【The invention's effect】
As described above, according to the sputtering target of the present invention, the generation of particles due to the residual stress of the free Si phase can be significantly suppressed. Accordingly, it is possible to greatly improve the quality of the metal silicide thin film used as wiring, electrodes, element constituent films and the like of electronic parts typified by semiconductor elements and liquid crystal display elements.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a shift state of a Si peak of a Raman spectrum for obtaining a residual stress of a free Si phase in a sputtering target of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a method for measuring a residual stress of a free Si phase in a sputtering target of the present invention.
Claims (13)
(式中、MはW、Mo、Ta、Ti、Zr、Hf、NiおよびCoから選ばれる少なくとも1種の元素を、xは2≦x≦4を満足する数を示す)
で表される金属シリサイド粉末を加圧下で焼結し、緻密化された金属シリサイド焼結体
を作製する工程と、
前記焼結工程に引き続いて、前記金属シリサイド焼結体への加圧力を開放した状態で1000〜1380℃の温度で熱処理した後、常温まで冷却する工程と、
前記熱処理工程を経た金属シリサイド焼結体を、所望のターゲット形状に加工する工程と
を有することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。General formula: MSi x
(Wherein M represents at least one element selected from W, Mo, Ta, Ti, Zr, Hf, Ni and Co, and x represents a number satisfying 2 ≦ x ≦ 4)
Sintering a metal silicide powder represented by the following under pressure to produce a densified metal silicide sintered body;
Subsequent to the sintering step, after heat treatment at a temperature of 1000 to 1380 ° C. with the pressure applied to the metal silicide sintered body being released, cooling to room temperature,
And a step of processing the metal silicide sintered body that has undergone the heat treatment step into a desired target shape.
前記加圧焼結工程は、真空中にて前記金属シリサイド粉末に対して24.5〜34.3MPaの圧力を印加しつつ、1200〜1380℃の温度で所定時間保持することにより行うことを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。In the manufacturing method of the sputtering target of Claim 1 ,
The pressure sintering step is performed by holding a pressure of 24.5-34.3 MPa to the metal silicide powder in a vacuum at a temperature of 1200-1380 ° C. for a predetermined time. Target manufacturing method.
前記熱処理工程は、真空中にて1000〜1200℃の温度で前記金属シリサイド焼結体を2〜10時間保持することにより行うことを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。In the manufacturing method of the sputtering target of Claim 1 or Claim 2 ,
The said heat processing process is performed by hold | maintaining the said metal silicide sintered compact at the temperature of 1000-1200 degreeC in a vacuum for 2 to 10 hours, The manufacturing method of the sputtering target characterized by the above-mentioned.
連鎖状に形成された金属シリサイド相と、前記金属シリサイド相の間隙に不連続に存在する遊離Si相とを含む微細組織を有するスパッタリングターゲット。 A sputtering target manufactured by the method for manufacturing a sputtering target according to any one of claims 1 to 3,
A sputtering target having a microstructure including a metal silicide phase formed in a chain shape and a free Si phase existing discontinuously in a gap between the metal silicide phases .
前記遊離Si相の残留応力が、ラマン分光分析のラマンスペクトルにおける遊離Siピークのシフト量(△ν(単位:cm The residual stress of the free Si phase is the amount of shift of the free Si peak in the Raman spectrum of Raman spectroscopy (Δν (unit: cm -1-1 ))から、))
式:(2.5×109×△ν)×10 Formula: (2.5 × 109 × △ ν) × 10 -1-1 [Pa] [Pa]
で表される応力換算式に基づいて算出された値として、750MPa以下であることを特徴するスパッタリングターゲット。 The sputtering target characterized by being 750 MPa or less as a value computed based on the stress conversion formula represented by these.
前記ターゲット全体としての前記遊離Si相の残留応力のバラツキが20%以内であることを特徴するスパッタリングターゲット。 The sputtering target, wherein the variation of the residual stress of the free Si phase as a whole of the target is within 20%.
ラマン分光分析のラマンスペクトルにおける遊離Siピークの半値幅が10cm The half-width of the free Si peak in the Raman spectrum of Raman spectroscopy is 10 cm. -1-1 以下であることを特徴するスパッタリングターゲット。A sputtering target characterized by:
半導体素子であることを特徴とする電子部品。The electronic component according to claim 11 , wherein
An electronic component characterized by being a semiconductor element.
液晶表示素子であることを特徴とする電子部品。The electronic component according to claim 11 , wherein
An electronic component which is a liquid crystal display element.
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