鎳合金濺射靶、Ni合金薄膜及鎳矽化物膜的製作方法

2023-05-20 16:52:41

專利名稱：鎳合金濺射靶、Ni合金薄膜及鎳矽化物膜的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種靶，該靶可以儘可能減小隨著侵蝕的進行而選擇性地進一步進行侵蝕的部分與不怎麼進行侵蝕的部分的差異，從而減少靶的厚度偏差，延長靶的壽命，增加使用效率。另外，本發明涉及可以形成熱穩定的鎳矽化物(NiSi)膜、並且塑性加工為靶的塑性加工性良好的、特別是在柵電極材料(薄膜)的製造中有用的鎳合金濺射靶、通過濺射形成的Ni合金薄膜及通過娃襯底與Ni合金薄膜的反應而形成的鎳娃化物膜。
背景技術：
近年來，通過自對準矽化物工藝得到的NiSi膜作為柵電極材料的應用引人關注。鎳具有自對準矽化物工藝的矽消耗量比鈷少、可以形成矽化物膜的特徵。另外，NiSi與鈷矽化物膜同樣地具有難以因布線的微細化而引起細線電阻上升的特徵。 因此，認為可以使用鎳代替高價的鈷作為柵電極材料。但是，NiSi的情況下，存在容易相轉移到作為更穩定相的NiSi2，從而界面粗糙度劣化和高電阻化的問題。另外，還存在容易引起膜的凝聚或過量矽化的問題。以往，作為使用鎳矽化物等的膜的技術，有在Ni或Co膜上覆蓋TiN等金屬化合物膜並退火，由此防止在形成矽化物膜時與氧反應而形成絕緣膜的技術。此時，為了防止氧與Ni反應而形成具有凹凸的絕緣膜，使用TiN。凹凸小時，NiSi膜到源/漏擴散層的接合處的距離長，因此可以抑制接點洩漏。另夕卜，作為覆蓋膜，列舉了 Tie, Tiff, TiB、WB2、W、BN、AIN、Mg3N2' CaN、Ge3N4, TaN、TbNi2' VB2,VC、ZrN、ZrB等(參考專利文獻I)。另外，已指出現有技術中存在如下問題在襯底上形成的NiSi屬於矽化物材料中非常容易氧化的材料，NiSi膜與Si襯底的界面區域會形成大的凹凸，產生接點洩漏。此時，提出了在Ni膜上濺射TiN膜作為覆蓋膜，並且對其進行熱處理，由此使NiSi膜的表面氮化的技術。其目的在於由此防止NiSi被氧化，抑制凹凸的形成。但是，在Ni上沉積TiN而形成的NiSi上的氮化膜薄，因此存在難以長時間保持阻擋性的問題。因此，提出了在添加有氮氣的混合氣體(2. 5 10%)氣氛中形成矽化物膜，由此將矽化物膜的粗糙度調節為40nm以下、粒徑調節為200nm以上的技術。另外，期望在Ni上覆蓋Ti、W、TiNx、WNx 中的一種。此時，公開了可以僅利用不含氮氣的氬氣濺射Ni，接著濺射TiN的覆蓋膜，然後將N離子注入到Ni膜中，由此將N添加到Ni膜中的技術(參考專利文獻2)。另外，作為現有技術公開了半導體裝置及其製造方法，記載了第一金屬Co、Ni、Pt或Pd與第二金屬Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta或Cr的組合。在實施例中，記載了 Co-Ti的組合。鈷還原矽氧化膜的能力比鈦低，在沉積鈷時，在矽襯底或多晶矽膜表面存在的自然氧化膜存在時，矽化反應受到阻礙。另外，耐熱性比鈦矽化物膜差，由於自對準矽化物工藝結束後的層間膜用的氧化矽膜的沉積時的熱，存在二矽化鈷(CoSi2)膜凝聚從而電阻上升的問題(參考專利文獻3)。另外，作為現有技術，公開了 「半導體裝置的製造方法」，記載了為了防止自對準矽化物形成時的過度生長造成的短路，而形成鈷或鎳與選自鈦、鋯、鉭、鑰、鈮、鉿和鎢的金屬的非晶合金層的技術。此時，公開了鈷含量為50 75原子％的Ni40Zr60的實施例，但是，為了形成非晶膜，合金的含量高(參考專利文獻4)。關於以上公開的現有技術，均與成膜工藝有關，與濺射靶無關。另外，作為現有的高純度鎳，除氣體成分以外為約4N以下，氧含量高達約lOOppm。製作基於這樣的現有鎳的鎳合金靶時，塑料加工性差，從而無法製作品質良好的靶。另外，存在濺射時粉粒多，均勻性也不好的問題。鑑於以上的柵電極材料的問題，本申請人開發了以鎳為基材、在其中添加有鈦或鉬的濺射靶材料作為特別優良的材料，並提出了抑制向作為穩定相的NiSi2相轉移的方案(參考專利文獻5 8)。該方案中，添加有鉬的鎳合金最有效果，在該方案提出時非常有用，但是，最近縮 小布線寬度並且提高工藝溫度是不可避免的，並且進一步要求高溫下的熱穩定性。對這一點進行改良的前述專利文獻8中，具有該點的特徵特性，添加有Pt的Ni合金的特性和有用性可以說是超群的。另一方面，添加有鉬的鎳合金(Ni-Pt合金)的情況下的問題是鉬昂貴，並且作為濺射靶使用時由於高磁導率因此存在濺射性差的缺點。磁導率高的靶的漏磁通(PTF)低，因此濺射時磁力線在靶的表面局部集中，具有靶的侵蝕區域小的傾向。因此，隨著侵蝕的進行，選擇性地進一步進行侵蝕的部分與不怎麼進行侵蝕的部分的差異進一步增大。結果，靶的厚度產生偏差。侵蝕最厲害的部分決定靶的壽命，因此產生使用效率顯著下降的問題。另外，侵蝕部分的形狀也極端變化，因此具有濺射膜的均勻性也受影響的可能性。鑑於以上情況，作為對鎳矽化物膜的形成有用的鎳合金靶，要求磁導率極低、即漏磁通(PTF)高的材料。鎳可以說是典型的高磁導率材料，通過在該鎳中添加鉬，磁導率稍有下降。但是，作為上述的鎳合金靶，不能說是磁導率極低、漏磁通(PTF)高的材料，現狀是問題尚未得到解決。作為現有技術，除了上述的專利文獻廣8以外，還存在一些如下述專利文獻擴17所示的基於鎳合金的技術。例如，在專利文獻9中記載了 Pt-Ni合金靶，在專利文獻1(Γ13中記載了鎳矽化物燒結體靶，在專利文獻14中記載了將矽固溶的鎳合金靶，在專利文獻15中記載了 Ni-Si合金靶、高純度鎳合金靶，在專利文獻17中記載了 Ti-Cu-Ni合金靶，但是均未解決特性優良的鎳-鉬合金的上述問題。現有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本特開平7-38104號公報專利文獻2 :日本特開平9-153616號公報專利文獻3 :日本特開平11-204791號公報(美國專利5989988)專利文獻4 日本特開平5-94966號公報專利文獻5 :日本特開2003-213405號公報
專利文獻6 :日本特開2003-213406號公報專利文獻7 W02005-083138號公報專利文獻8 日本特開2009-167530號公報專利文獻9 :日本特開昭63-335563號公報專利文獻10 日本特開平8-144053號公報專利文獻11 :日本特開平8-144054號公報專利文獻12 日本特開平8-144055號公報專利文獻13 日本特開平8-67972號公報
專利文獻14 :日本特開平10-251848號公報專利文獻15 :日本特表2001-523767號公報專利文獻16 :日本特開2003-213407號公報專利文獻17 :日本特開2005-171341號公報

發明內容
本發明的課題在於抑制作為磁導率高的Ni-Pt合金靶的缺點的漏磁通(PTF)低的情況；由此濺射時磁力線在靶的表面局部集中，從而具有靶的侵蝕區域小的傾向的情況；而且隨著靶侵蝕的進行，選擇性地進一步進行侵蝕的部分與不怎麼進行侵蝕的部分的差異進一步增大的情況。而且，本發明的目的在於，提供可以形成熱穩定的矽化物(NiSi)膜，難以引起膜的凝聚或過量矽化，並且在形成濺射膜時粉粒的產生少，均勻性也良好，特別是在柵電極材料(薄膜)的製造中有用的鎳合金濺射靶，Ni合金薄膜，以及由所述靶形成的鎳矽化物膜。為了解決上述問題，本發明人發現，通過在高純度鎳中與鉬一起添加特殊的金屬元素，可以極力減小選擇性侵蝕進一步進行的部分與不怎麼進行侵蝕的部分的差異，減少靶的厚度偏差，延長靶的壽命，從而增加使用效率，並且可以形成熱穩定的矽化物(NiSi)膜，濺射時粉粒的產生少，均勻性也良好，並且可以降低磁導率、增大漏磁通(PTF)從而可以容易地進行濺射，並且通過使用該靶進行成膜可以得到能夠抑制從NiSi向NiSi2的相變的鎳矽化物膜。基於該發現，本發明提供I)一種Ni合金濺射靶，其特徵在於，含有5 30原子％的Pt、總計I飛原子％的選自V、Al、Cr、Ti、Mo和Si的一種以上成分，其餘包含Ni和不可避免的雜質。另外，本發明提供2)—種Ni合金薄膜，其特徵在於，具有如下組成含有5 30原子％的Pt、總計I 5原子％的選自V、Al、Cr、Ti、Mo和Si的一種以上成分，其餘為Ni和不可避免的雜質；並且通過濺射法形成。另外，本發明提供3) 一種鎳矽化物膜，該膜通過使用Ni合金靶進行濺射在矽襯底上形成鎳合金膜，並通過該鎳合金膜與矽襯底的反應而形成，所述Ni合金濺射靶含有5 30原子％的Pt、總計I飛原子％的選自V、Al、Cr、Ti、Mo和Si的一種以上成分，其餘包含Ni和不可避免的雜質。
發明效果為了解決上述問題，在高純度鎳中與鉬一起添加上述的特殊金屬元素，由此具有如下效果可以形成熱穩定的矽化物(NiSi)膜，濺射時粉粒的產生少，均勻性也良好。另外，添加有鉬的鎳合金(Ni-Pt合金)的情況下可以儘可能地減少昂貴的鉬的添力口，並且始終保持作為Ni-Pt合金的特性，同時降低磁導率、增大漏磁通(PTF)，由此具有如下效果可以抑制濺射時磁力線在靶的表面局部集中，可以儘可能地增加靶的侵蝕區域。由此，本申請發明的靶具有如下效果可以儘可能減小隨著侵蝕的進行選擇性地進一步進行侵蝕的部分與不怎麼進行侵蝕的部分的差異，可以減少靶的厚度偏差，延長靶的壽命，從而增加使用效率。另外，具有如下效果可以防止侵蝕部分的形狀極端變化，因此濺射膜的均勻性也良好。由於具有這樣的綜合效果，因此還具有如下效果通過使用該靶進行成膜，可以得到能夠抑制從NiSi向NiSi2相變的鎳矽化物膜。


圖I是表示將靶濺射到IOOkWh的壽命時的侵蝕輪廓的概略圖
具體實施例方式對於本發明的靶而言，將粗Ni (約4N以下)通過電解精煉除去金屬雜質，然後進一步利用EB熔煉進行精煉而得到高純度鎳錠，在該錠中添加高純度鉬和f 5原子％選自高純度的V、Al、Cr、Ti、Mo和Si的一種以上成分，將它們進行真空熔煉，而製作高純度鎳合金錠。可以不特別限制雜質量，但是，雜質的存在會對Ni合金薄膜的膜質產生諸多影響，因此可以說期望儘可能保持純度。在真空熔煉時，使用水冷銅製坩鍋的冷坩鍋熔煉法是適合的。將該合金錠通過鍛造、軋制等工序形成為板狀，最終在再結晶溫度(約500°C)、50°C進行熱處理，由此製作靶。具有上述組成的本申請發明的靶，可以儘可能地減小隨著侵蝕的進行選擇性地進一步進行侵蝕的部分與不怎麼進行侵蝕的部分的差異，由此可以減少靶的厚度的偏差，可以延長靶的壽命，從而增加使用效率。因此，可以防止侵蝕部分的形狀極端變化，因此具有濺射膜的均勻性也良好的效果。上述的添加元素具有這樣的綜合效果。另外，鉬(Pt)的添加量設定為5 30原子％，該鉬的添加量過少時，高溫下鎳合金層的熱穩定性不會提高。添加量過多時，存在如下問題不僅膜電阻過大，不適當，而且金屬間化合物的量增加，塑性加工變得困難，從而濺射時的粉粒增多。上述的數值是保持特性的上限值和下限值。另外，本申請發明含有I飛原子％ (以總量計)的選自V、Al、Cr、Ti、Mo和Si的一種以上成分。這些添加元素以固溶於Ni中的狀態存在。該添加具有非常重要的意義，這些合金元素具有降低Ni-Pt合金的磁導率，增大漏磁通(PTF)的重要作用。該合金元素具有抑制濺射時磁力線在靶表面局部集中，可以儘可能增加靶的侵蝕區域的顯著效果。如上所述，通過使鉬(Pt)的添加量為5 30原子％、優選超過5原子％且低於20原子％、並且含有I飛原子％ (以總量計)的選自V、Al、Cr、Ti、Mo和Si的一種以上成分，具有進一步提高高溫下的鎳合金層的熱穩定性的效果。
選自V、Al、Cr、Ti、Mo和Si的一種以上成分的添加量低於1原子％時，該效果少。另外，添加量超過5原子％時具有降低Ni-Pt合金的特性的可能性，因此設定為上述範圍。S卩，如果是上述添加量，則合金元素的添加不會降低Ni合金薄膜的特性。另外，通過該合金元素的添加，與僅添加Pt的情況相比，還具有可以有效抑制自對準矽化物工藝中從NiSi向NiSi2的相變的附加效果。S卩，使用本發明的添加有鉬的鎳合金在Si襯底上進行濺射，再將該濺射膜在氮氣氣氛中加熱後，通過XRD (X射線衍射法)測定結晶結構的變化溫度，可知通過添加5 30原子％的Pt以及I飛原子％的選自V、Al、Cr、Ti、Mo和Si的一種以上成分，相變溫度上升5(Γ100 ，可以確認明顯的熱穩定性。S卩，在通過自對準矽化物工藝形成鎳矽化物膜時，可以實現NiSi向NiSi2的相變溫度為750°C以上，進一步可以使NiSi向NiSi2的相變溫度為800°C以上。 另外，為了減少濺射時的粉粒產生，改善均勻性，期望將除氣體成分以外的不可避免的雜質調節為100重量ppm以下。更優選將除氣體成分以外的不可避免的雜質調節為10重量ppm以下。另外，氣體成分也是增加粉粒產生的重要原因，因此期望氧調節為50重量ppm以下、更優選10重量ppm以下，氮、氫和碳分別調節為10重量ppm以下。使祀的初始磁導率為50以上(優選約100)、並且最大磁導率為100以上,對於派射特性是重要的。在再結晶溫度以上(約500°C)、50°C下進行最終熱處理，得到實質上的再結晶組織。熱處理溫度低於500°C時，無法得到充分的再結晶組織。另外，磁導率和最大磁導率也不會提聞。本發明的靶中，未再結晶的些許存在對於特性沒有影響，但是，不優選大量存在。靶的平均晶粒直徑優選為80 μ m以下。超過950°C的最終熱處理，會使平均晶粒直徑粗大化，因此不優選。平均晶粒直徑粗大化時，晶粒直徑的偏差增大，均勻性下降。實施例以下，對於本發明的實施例和比較例進行說明。另外，本實施例僅僅是一例，本發明不限於該例。即，在本發明的技術構思的範圍內，包括實施例以外的全部方式或者變形。(實施例I)將粗Ni (約4N以下)進行電解精煉，除去金屬雜質成分，然後利用EB溶煉進一步進行精煉，得到高純度鎳錠(99. 999重量％)。作為添加元素，添加10原子％純度與該錠同程度的高純度鉬，選擇同樣純度的V並將其添加I原子％。然後，將所得物進行真空熔煉，製作高純度鎳合金錠。該材料的真空溶煉時，採用使用水冷銅製坩鍋的冷坩鍋熔煉法。加工成靶的加工可塑性良好，沒有特別問題。進行熔煉、鑄造而得到的合金錠在鍛造和軋制工序中被加工為板狀，最終在50(T950°C下進行熱處理後，進行機械加工，由此製作靶。該靶的尺寸為(j5440mmX3mmt。靶的磁導率為10(Tll0H/m。另外，以下信息供參考Ni的磁導率為250H/m，為本實施例的約2. 5 倍。
另外，磁導率的測定是，呈放射狀均勻地測定靶的17個點，並取其平均值。以下的實施例和比較例中同樣地進行測定。使用這樣得到的鎳合金靶，使用磁控濺射裝置，在矽襯底上進行濺射。將靶濺射到IOOkffh的壽命時的侵蝕輪廓的概要如圖1(2)所示。被侵蝕體積與初始的靶相比為1/4，因此與後述的比較例相比，可以確認整體地進行了侵蝕。如該圖I的(2)所示，靶的背側有磁鐵的部分與無磁鐵的部分在侵蝕部大的高低差少，使用效率顯著增大。另外，到500A成膜的時間為20秒。這說明由於磁導率小，因此成膜時間為20秒，濺射速度快。另外，吞吐效率上升，因此單位時間的處理個數增加。另外，將該濺射膜在氮氣氣氛中加熱，並測定方塊電阻值的變化溫度，熱處理溫度為40(T85(rC時，幾乎沒有觀察到方塊電阻值上升，低於70 Ω / 口(歐姆/平方)，通常為約3(Γ約60Ω/ □(歐姆/平方)，與僅僅添加鉬的情況相比，得到毫不遜色的結果。即使加熱 至高溫方塊電阻值也不上升，這說明不產生從NiSi向NiSi2的相變。在該實施例I中，只要添加I飛原子％的V，可以得到同樣的結果。實施例2與實施例I同樣地將粗Ni (約4Ν以下)進行電解精煉，除去金屬雜質成分，然後利用EB溶煉進一步進行精煉，得到高純度鎳錠(99. 999重量％)。作為添加元素，添加10原子％純度與該錠同程度的高純度鉬，選擇同樣純度的Al並將其添加2原子％。然後，將所得物進行真空熔煉，製作高純度鎳合金錠。該材料的真空溶煉時，採用使用水冷銅製坩鍋的冷坩鍋熔煉法。加工成靶的加工可塑性良好，沒有特別問題。進行熔煉、鑄造而得到的合金錠在鍛造和軋制工序中被加工為板狀，最終在50(T950°C下進行熱處理後，進行機械加工，由此製作靶。該靶的尺寸為(j5440mmX3mmt。靶的磁導率為9(Tl00H/m。另外，以下信息供參考Ni的磁導率為250H/m，為本實施例的約3倍。使用這樣得到的鎳合金靶，使用磁控濺射裝置，在矽襯底上進行濺射。將靶濺射到IOOkffh的壽命時的侵蝕輪廓的概要如圖1(2)所示。被侵蝕體積與初始的靶相比為1/4，因此與後述的比較例相比，可以確認整體地進行了侵蝕。與實施例I同樣，如該圖I的(2)所示，靶的背側有磁鐵的部分與無磁鐵的部分在侵蝕部大的高低差少，使用效率顯著增大。另外，到500A成膜的時間為20秒。這說明由於磁導率小，因此成膜時間為20秒，濺射速度快。另外，吞吐效率上升，因此單位時間的處理個數增加。另外，將該濺射膜在氮氣氣氛中加熱，並測定方塊電阻值的變化溫度，熱處理溫度為40(T85(rC時，幾乎沒有觀察到方塊電阻值上升，低於70 Ω / 口(歐姆/平方)，通常為約3(Γ約60Ω/ □(歐姆/平方)，與僅僅添加鉬的情況相比，得到毫不遜色的結果。即使加熱至高溫方塊電阻值也不上升，這說明不產生從NiSi向NiSi2的相變。在該實施例2中，只要添加I飛原子％的Al，可以得到同樣的結果。實施例3
與實施例I同樣地將粗Ni (約4N以下)進行電解精煉，除去金屬雜質成分，然後利用EB溶煉進一步進行精煉，得到高純度鎳錠(99. 999重量％)。作為添加元素，添加10原子％純度與該錠同程度的高純度鉬，選擇同樣純度的Cr並將其添加3原子％。然後，將所得物進行真空熔煉，製作高純度鎳合金錠。該材料的真空溶煉時，採用使用水冷銅製坩鍋的冷坩鍋熔煉法。加工成靶的加工可塑性良好，沒有特別問題。進行熔煉、鑄造而得到的合金錠在鍛造和軋制工序中被加工為板狀，最終在50(T950°C下進行熱處理後，進行機械加工，由此製作靶。該靶的尺寸為(j5440mmX3mmt。靶 的磁導率為9(Tl00H/m。另外，以下信息供參考Ni的磁導率為250H/m，為本實施例的約3倍。使用這樣得到的鎳合金靶，使用磁控濺射裝置，在矽襯底上進行濺射。將靶濺射到IOOkffh的壽命時的侵蝕輪廓的概要如圖1(2)所示。被侵蝕體積與初始的靶相比為1/4，因此與後述的比較例相比，可以確認整體地進行了侵蝕。與實施例I同樣地，如該圖I的(2)所示，靶的背側有磁鐵的部分與無磁鐵的部分在侵蝕部大的高低差少，使用效率顯著增大。另外，到500A成膜的時間為20秒。這說明由於磁導率小，因此成膜時間為20秒，濺射速度快。另外，吞吐效率上升，因此單位時間的處理個數增加。另外，將該濺射膜在氮氣氣氛中加熱，並測定方塊電阻值的變化溫度，熱處理溫度為40(T85(rC時，幾乎沒有觀察到方塊電阻值上升，低於70 Ω / 口(歐姆/平方)，通常為約3(Γ約60Ω/ □(歐姆/平方)，與僅僅添加鉬的情況相比，得到毫不遜色的結果。即使加熱至高溫方塊電阻值也不上升，這說明不產生從NiSi向NiSi2的相變。在該實施例3中，只要添加Γ5原子％的Cr，可以得到同樣的結果。實施例4與實施例I同樣地將粗Ni (約4Ν以下)進行電解精煉，除去金屬雜質成分，然後利用EB溶煉進一步進行精煉，得到高純度鎳錠(99. 999重量％)。作為添加元素，添加10原子％純度與該錠同程度的高純度鉬，選擇同樣純度的Ti並將其添加4原子％。然後，將所得物進行真空熔煉，製作高純度鎳合金錠。該材料的真空溶煉時，採用使用水冷銅製坩鍋的冷坩鍋熔煉法。加工成靶的加工可塑性良好，沒有特別問題。進行熔煉、鑄造而得到的合金錠在鍛造和軋制工序中被加工為板狀，最終在50(T950°C下進行熱處理後，進行機械加工，由此製作靶。該靶的尺寸為(j5440mmX3mmt。靶的磁導率為8(T90H/m。另外，以下信息供參考Ni的磁導率為250H/m，為本實施例的約3倍。使用這樣得到的鎳合金靶，使用磁控濺射裝置，在矽襯底上進行濺射。將靶濺射到IOOkffh的壽命時的侵蝕輪廓的概要如圖1(2)所示。被侵蝕體積與初始的靶相比為1/4，因此與後述的比較例相比，可以確認整體地進行了侵蝕。與實施例I同樣地，如該圖I的(2)所示，靶的背側有磁鐵的部分與無磁鐵的部分在侵蝕部大的高低差少，使用效率顯著增大。另外，到500A成膜的時間為20秒。這說明由於磁導率小，因此成膜時間為20秒，濺射速度快。另外，吞吐效率上升，因此單位時間的處理個數增加。另外，將該濺射膜在氮氣氣氛中加熱，並測定方塊電阻值的變化溫度，熱處理溫度為40(T85(rC時，幾乎沒有觀察到方塊電阻值上升，低於70 Ω / 口(歐姆/平方)，通常為約3(Γ約60Ω/ □(歐姆/平方)，與僅僅添加鉬的情況相比，得到毫不遜色的結果。即使加熱至高溫方塊電阻值也不上升，這說明不產生從NiSi向NiSi2的相變。在該實施例4中，只要添加Γ5原子％的Ti，可以得到同樣的結果。實施例5與實施例I同樣地將粗Ni (約4Ν以下)進行電解精煉，除去金屬雜質成分，然後 利用EB溶煉進一步進行精煉，得到高純度鎳錠(99. 999重量％)。作為添加元素，添加10原子％純度與該錠同程度的高純度鉬，選擇同樣純度的Mo並將其添加5原子％。然後，將所得物進行真空熔煉，製作高純度鎳合金錠。該材料的真空溶煉時，採用使用水冷銅製坩鍋的冷坩鍋熔煉法。加工成靶的加工可塑性良好，沒有特別問題。進行熔煉、鑄造而得到的合金錠在鍛造和軋制工序中被加工為板狀，最終在50(T950°C下進行熱處理後，進行機械加工，由此製作靶。該靶的尺寸為(j5440mmX3mmt。靶的磁導率為7(T80H/m。另外，以下信息供參考Ni的磁導率為250H/m，為本實施例的約3倍。使用這樣得到的鎳合金靶，使用磁控濺射裝置，在矽襯底上進行濺射。將靶濺射到IOOkffh的壽命時的侵蝕輪廓的概要如圖1(2)所示。被侵蝕體積與初始的靶相比為1/4，因此與後述的比較例相比，可以確認整體地進行了侵蝕。與實施例I同樣地，如該圖I的(2)所示，靶的背側有磁鐵的部分與無磁鐵的部分在侵蝕部大的高低差少，使用效率顯著增大。另外，到500A成膜的時間為20秒。這說明由於磁導率小，因此成膜時間為20秒，濺射速度快。另外，吞吐效率上升，因此單位時間的處理個數增加。另外，將該濺射膜在氮氣氣氛中加熱，並測定方塊電阻值的變化溫度，熱處理溫度為40(T85(rC時，幾乎沒有觀察到方塊電阻值上升，低於70 Ω / 口(歐姆/平方)，通常為約3(Γ約60Ω/ □(歐姆/平方)，與僅僅添加鉬的情況相比，得到毫不遜色的結果。即使加熱至高溫方塊電阻值也不上升，這說明不產生從NiSi向NiSi2的相變。在該實施例5中，只要添加I飛原子％的Mo，可以得到同樣的結果。實施例6與實施例I同樣地將粗Ni (約4Ν以下)進行電解精煉，除去金屬雜質成分，然後利用EB溶煉進一步進行精煉，得到高純度鎳錠(99. 999重量％)。作為添加元素，添加10原子％純度與該錠同程度的高純度鉬，選擇同樣純度的Si並將其添加2. 5原子％。然後，將所得物進行真空熔煉，製作高純度鎳合金錠。該材料的真空溶煉時，採用使用水冷銅製坩鍋的冷坩鍋熔煉法。加工成靶的加工可塑性良好，沒有特別問題。
進行熔煉、鑄造而得到的合金錠在鍛造和軋制工序中被加工為板狀，最終在50(T950°C下進行熱處理後，進行機械加工，由此製作靶。該靶的尺寸為(j5440mmX3mmt。靶的磁導率為8(T90H/m。另外，以下信息供參考Ni的磁導率為250H/m，為本實施例的約3倍。使用這樣得到的鎳合金靶，使用磁控濺射 裝置，在矽襯底上進行濺射。將靶濺射到IOOkffh的壽命時的侵蝕輪廓的概要如圖1(2)所示。被侵蝕體積與初始的靶相比為1/4，因此與後述的比較例相比，可以確認整體地進行了侵蝕。與實施例I同樣地，如該圖I的(2)所示，靶的背側有磁鐵的部分與無磁鐵的部分在侵蝕部大的高低差少，使用效率顯著增大。另外，到500人成膜的時間為20秒。這說明由於磁導率小，因此成膜時間為20秒，濺射速度快。另外，吞吐效率上升，因此單位時間的處理個數增加。另外，將該濺射膜在氮氣氣氛中加熱，並測定方塊電阻值的變化溫度，熱處理溫度為40(T85(rC時，幾乎沒有觀察到方塊電阻值上升，低於70 Ω / 口(歐姆/平方)，通常為約3(Γ約60Ω/ □(歐姆/平方)，與僅僅添加鉬的情況相比，得到毫不遜色的結果。即使加熱至高溫方塊電阻值也不上升，這說明不產生從NiSi向NiSi2的相變。在該實施例6中，只要添加Γ5原子％的Si，可以得到同樣的結果。實施例7與實施例I同樣地將粗Ni (約4Ν以下)進行電解精煉，除去金屬雜質成分，然後利用EB溶煉進一步進行精煉，得到高純度鎳錠(99. 999重量％)。作為添加元素，添加10原子％純度與該錠同程度的高純度鉬，選擇同樣純度的V和Al並將其分別添加I原子％、I. 5原子％。然後，將所得物進行真空熔煉，製作高純度鎳合金錠。該材料的真空溶煉時，採用使用水冷銅製坩鍋的冷坩鍋熔煉法。加工成靶的加工可塑性良好，沒有特別問題。進行熔煉、鑄造而得到的合金錠在鍛造和軋制工序中被加工為板狀，最終在50(T950°C下進行熱處理後，進行機械加工，由此製作靶。該靶的尺寸為(j5440mmX3mmt。靶的磁導率為8(T90H/m。另外，以下信息供參考Ni的磁導率為250H/m，為本實施例的約3倍。使用這樣得到的鎳合金靶，使用磁控濺射裝置，在矽襯底上進行濺射。將靶濺射到IOOkffh的壽命時的侵蝕輪廓的概要如圖1(2)所示。被侵蝕體積與初始的靶相比為1/4，因此與後述的比較例相比，可以確認整體地進行了侵蝕。與實施例I同樣地，如該圖I的(2)所示，靶的背側有磁鐵的部分與無磁鐵的部分在侵蝕部大的高低差少，使用效率顯著增大。另外，到500A成膜的時間為20秒。這說明由於磁導率小，因此成膜時間為20秒，濺射速度快。另外，吞吐效率上升，因此單位時間的處理個數增加。另外，將該濺射膜在氮氣氣氛中加熱，並測定方塊電阻值的變化溫度，熱處理溫度為40(T85(rC時，幾乎沒有觀察到方塊電阻值上升，低於70 Ω / 口(歐姆/平方)，通常為約3(Γ約60 Ω / 口(歐姆/平方)，與僅僅添加鉬的情況相比，得到毫不遜色的結果。即使加熱至高溫方塊電阻值也不上升，這說明不產生從NiSi向NiSi2的相變。在該實施例7中，只要以總量Γ5原子％添加V和Al，可以得到同樣的結果。實施例8與實施例I同樣地將粗Ni (約4N以下)進行電解精煉，除去金屬雜質成分，然後利用EB溶煉進一步進行精煉，得到高純度鎳錠(99. 999重量％)。作為添加元素，添加10原子％純度與該錠同程度的高純度鉬，選擇同樣純度的Cr和Ti並將其分別添加2原子％、I. 5原子％。然後，將所得物進行真空熔煉，製作高純度鎳合金錠。該材料的真空溶煉時，採用使用水冷銅製坩鍋的冷坩鍋熔煉法。加工成靶的加工 可塑性良好，沒有特別問題。進行熔煉、鑄造而得到的合金錠在鍛造和軋制工序中被加工為板狀，最終在50(T950°C下進行熱處理後，進行機械加工，由此製作靶。該靶的尺寸為(j5440mmX3mmt。靶的磁導率為8(T90H/m。另外，以下信息供參考Ni的磁導率為250H/m，為本實施例的約3倍。使用這樣得到的鎳合金靶，使用磁控濺射裝置，在矽襯底上進行濺射。將靶濺射到IOOkffh的壽命時的侵蝕輪廓的概要如圖1(2)所示。被侵蝕體積與初始的靶相比為1/4，因此與後述的比較例相比，可以確認整體地進行了侵蝕。與實施例I同樣地，如該圖I的(2)所示，靶的背側有磁鐵的部分與無磁鐵的部分在侵蝕部大的高低差少，使用效率顯著增大。另外，到500A成膜的時間為20秒。這說明由於磁導率小，因此成膜時間為20秒，濺射速度快。另外，吞吐效率上升，因此單位時間的處理個數增加。另外，將該濺射膜在氮氣氣氛中加熱，並測定方塊電阻值的變化溫度，熱處理溫度為40(T85(rC時，幾乎沒有觀察到方塊電阻值上升，低於70 Ω / 口(歐姆/平方)，通常為約3(Γ約60Ω/ □(歐姆/平方)，與僅僅添加鉬的情況相比，得到毫不遜色的結果。即使加熱至高溫方塊電阻值也不上升，這說明不產生從NiSi向NiSi2的相變。在該實施例8中，只要以總量I飛原子％添加Cr和Ti，可以得到同樣的結果。實施例9與實施例I同樣地將粗Ni (約4Ν以下)進行電解精煉，除去金屬雜質成分，然後利用EB溶煉進一步進行精煉，得到高純度鎳錠(99. 999重量％)。作為添加元素，添加10原子％純度與該錠同程度的高純度鉬，選擇同樣純度的Mo和Si並將其分別添加I. 5原子％、2原子％。然後，將所得物進行真空熔煉，製作高純度鎳合金錠。該材料的真空溶煉時，採用使用水冷銅製坩鍋的冷坩鍋熔煉法。加工成靶的加工可塑性良好，沒有特別問題。進行熔煉、鑄造而得到的合金錠在鍛造和軋制工序中被加工為板狀，最終在50(T950°C下進行熱處理後，進行機械加工，由此製作靶。該靶的尺寸為(j5440mmX3mmt。靶的磁導率為8(T90H/m。另外，以下信息供參考Ni的磁導率為250H/m，為本實施例的約3倍。使用這樣得到的鎳合金靶，使用磁控濺射裝置，在矽襯底上進行濺射。將靶濺射到IOOkffh的壽命時的侵蝕輪廓的概要如圖1(2)所示。被侵蝕體積與初始的靶相比為1/4，因此與後述的比較例相比，可以確認整體地進行了侵蝕。與實施例I同樣地，如該圖I的(2)所示，靶的背側有磁鐵的部分與無磁鐵的部分在侵蝕部大的高低差少，使用效率顯著增大。另外，到500A成膜的時間為20秒。這說明由於磁導率小，因此成膜時間為20秒，濺射速度快。另外，吞吐效率上升，因此單位時間的處理個數增加。另外，將該濺射膜在氮氣氣氛中加熱，並測定方塊電阻值的變化溫度，熱處理溫度為40(T85(rC時，幾乎沒有觀察到方塊電阻值上升，低於70 Ω / 口(歐姆/平方)，通常為約3(Γ約60Ω/ □(歐姆/平方)，與僅僅添加鉬的情況相比，得到毫不遜色的結果。即使加熱 至高溫方塊電阻值也不上升，這說明不產生從NiSi向NiSi2的相變。在該實施例9中，只要以總量I飛原子％添加Mo和Si，可以得到同樣的結果。實施例10與實施例I同樣地將粗Ni (約4Ν以下)進行電解精煉，除去金屬雜質成分，然後利用EB溶煉進一步進行精煉，得到高純度鎳錠(99. 999重量％)。作為添加元素，添加10原子％純度與該錠同程度的高純度鉬，選擇同樣純度的V、Cr和Mo並將其分別添加I. O原子％、I. 5原子％、I原子％。然後，將所得物進行真空熔煉，製作高純度鎳合金錠。該材料的真空溶煉時，採用使用水冷銅製坩鍋的冷坩鍋熔煉法。加工成靶的加工可塑性良好，沒有特別問題。進行熔煉、鑄造而得到的合金錠在鍛造和軋制工序中被加工為板狀，最終在50(T950°C下進行熱處理後，進行機械加工，由此製作靶。該靶的尺寸為(j5440mmX3mmt。靶的磁導率為8(T90H/m。另外，以下信息供參考Ni的磁導率為250H/m，為本實施例的約3倍。使用這樣得到的鎳合金靶，使用磁控濺射裝置，在矽襯底上進行濺射。將靶濺射到IOOkffh的壽命時的侵蝕輪廓的概要如圖1(2)所示。被侵蝕體積與初始的靶相比為1/4，因此與後述的比較例相比，可以確認整體地進行了侵蝕。與實施例I同樣地，如該圖I的(2)所示，靶的背側有磁鐵的部分與無磁鐵的部分在侵蝕部大的高低差少，使用效率顯著增大。另外，到500A成膜的時間為20秒。這說明由於磁導率小，因此成膜時間為20秒，濺射速度快。另外，吞吐效率上升，因此單位時間的處理個數增加。另外，將該濺射膜在氮氣氣氛中加熱，並測定方塊電阻值的變化溫度，熱處理溫度為40(T85(rC時，幾乎沒有觀察到方塊電阻值上升，低於70 Ω / 口(歐姆/平方)，通常為約3(Γ約60Ω/ □(歐姆/平方)，與僅僅添加鉬的情況相比，得到毫不遜色的結果。即使加熱至高溫方塊電阻值也不上升，這說明不產生從NiSi向NiSi2的相變。在該實施例10中，只要以總量I飛原子％添加V、Cr和Mo，可以得到同樣的結果。
實施例11與實施例I同樣地將粗Ni (約4N以下)進行電解精煉，除去金屬雜質成分，然後利用EB溶煉進一步進行精煉，得到高純度鎳錠(99. 999重量％)。作為添加元素，添加10原子％純度與該錠同程度的高純度鉬，選擇同樣純度的Al、Ti和Si並將其分別添加I. 5原子％、I. O原子％、I. 5原子％。然後，將所得物進行真空熔煉，製作高純度鎳合金錠。該材料的真空溶煉時，採用使用水冷銅製坩鍋的冷坩鍋熔煉法。加工成靶的加工可塑性良好，沒有特別問題。進行熔煉、鑄造而得到的合金錠在鍛造和軋制工序中被加工為板狀，最終在50(T950°C下進行熱處理後，進行機械加工，由此製作靶。該靶的尺寸為(j5440mmX3mmt。靶的磁導率為8(T90H/m。另外，以下信息供參考Ni的磁導率為250H/m，為本實施例的約3 倍。使用這樣得到的鎳合金靶，使用磁控濺射裝置，在矽襯底上進行濺射。將靶濺射到IOOkffh的壽命時的侵蝕輪廓的概要如圖1(2)所示。被侵蝕體積與初始的靶相比為1/4，因此與後述的比較例相比，可以確認整體地進行了侵蝕。與實施例I同樣地，如該圖I的(2)所示，靶的背側有磁鐵的部分與無磁鐵的部分在侵蝕部大的高低差少，使用效率顯著增大。另外，到500\成膜的時間為20秒。這說明由於磁導率小，因此成膜時間為20秒，濺射速度快。另外，吞吐效率上升，因此單位時間的處理個數增加。另外，將該濺射膜在氮氣氣氛中加熱，並測定方塊電阻值的變化溫度，熱處理溫度為40(T85(rC時，幾乎沒有觀察到方塊電阻值上升，低於70 Ω / 口(歐姆/平方)，通常為約3(Γ約60Ω/ □(歐姆/平方)，與僅僅添加鉬的情況相比，得到毫不遜色的結果。即使加熱至高溫方塊電阻值也不上升，這說明不產生從NiSi向NiSi2的相變。在該實施例11中，只要以總量I飛原子％添加Al、Ti和Si，可以得到同樣的結果。比較例I與實施例I同樣地將粗Ni (約4N以下)進行電解精煉，除去金屬雜質成分，然後利用EB溶煉進一步進行精煉，得到高純度鎳錠(99. 999重量％)。添加10原子％純度與該錠同程度的高純度鉬，不添加次要成分。然後，將所得物進行真空熔煉，製作高純度鎳合金錠。該材料的真空溶煉時，採用使用水冷銅製坩鍋的冷坩鍋熔煉法。加工成靶的加工可塑性良好，沒有特別問題。進行熔煉、鑄造而得到的合金錠在鍛造和軋制工序中被加工為板狀，最終在50(T950°C下進行熱處理後，進行機械加工，由此製作靶。該靶的尺寸為(j5440mmX3mmt。靶的磁導率為140H/m。另外，以下信息供參考Ni的磁導率為250H/m，為本實施例的約I. 5倍。使用這樣得到的鎳合金靶，使用磁控濺射裝置，在矽襯底上進行濺射。將靶濺射到IOOkffh的壽命時的侵蝕輪廓的概要如圖I (I)所示。被侵蝕體積與初始的靶相比為1/5，侵蝕深的部分被侵蝕為斷面三角形的圓環型。
如該圖I的(I)所示，靶的背側有磁鐵的部分與無磁鐵的部分在侵蝕部大的高低差大，與實施例明顯不同。另外，使用效率顯著減小。到500A成膜的時間為30秒。這說明由於磁導率大，因此成膜時間為30秒，濺射速度慢。另外，吞吐效率下降，因此單位時間的處理個數減少。另外，將該濺射膜在氮氣氣氛中加熱，並測定方塊電阻值的變化溫度，熱處理溫度為40(T85(TC時，觀察到方塊電阻值上升，僅僅添加鉬得到的結果差。加熱到高溫後方塊電阻值上升說明產生從NiSi向NiSi2的相變。在該比較例I中，為僅僅添加鉬的情況，該情況下得到的結果比實施例差。比較例2與實施例I同樣地將粗Ni (約4N以下)進行電解精煉，除去金屬雜質成分，然後利用EB溶煉進一步進行精煉，得到高純度鎳錠(99. 999重量％)。 作為添加元素，添加10原子％純度與該錠同程度的高純度鉬，選擇同樣純度的Al並將其添加10原子％。然後，將所得物進行真空熔煉，製作高純度鎳合金錠。該材料的真空溶煉時，採用使用水冷銅製坩鍋的冷坩鍋熔煉法。進行熔煉、鑄造而得到的合金錠在鍛造和軋制工序中被加工為板狀，最終在50(T95(TC下進行熱處理後，進行機械加工，由此製作靶。但是，作為次要成分的Al的含量為10原子％，大量含有，因此形成金屬間化合物，在加工時發生破裂，不能製作靶。結果，不能進行靶的評價。例如，即使可以製作產生龜裂的靶，該靶中存在龜裂和金屬間化合物，這成為粉粒顯著產生的原因，因此認為完全不適合作為靶。在該比較例2中，為單獨添加10原子％的Al的情況，但是，同樣地，以總量10原子％添加選自V、Al、Cr、Ti、Mo和Si的一種以上成分(不包括重複的Al)或者它們的多種成分的情況下，得到與所述單獨添加10原子％A1的情況同樣的結果。比較例3與實施例I同樣地將粗Ni (約4N以下)進行電解精煉，除去金屬雜質成分，然後利用EB溶煉進一步進行精煉，得到高純度鎳錠(99. 999重量％)。添加8原子％ (22重量％)純度與該錠同程度的高純度鉬以及5重量ppm高純度銥、5重量ppm高純度釕、5重量ppm高純度鈀。另外，此時，銥、釕、鈀的總量為15重量ppm。然後，將它們進行真空溶煉製作高純度鎳合金靶。該材料的真空熔煉時，採用使用水冷銅製坩鍋的冷坩鍋熔煉法。加工成靶的加工可塑性良好，沒有特別問題。進行熔煉、鑄造而得到的合金錠在鍛造和軋制工序中被加工為板狀，最終在50(T950°C下進行熱處理後，進行機械加工，由此製作靶。該靶的尺寸為(j5440mmX3mmt。靶的磁導率為140H/m。另外，以下信息供參考Ni的磁導率為250H/m，為本實施例的約I. 5倍。使用這樣得到的鎳合金靶，使用磁控濺射裝置，在矽襯底上進行濺射。將靶濺射到IOOkffh的壽命時的侵蝕輪廓的概要如圖I (I)所示。被侵蝕體積與初始的靶相比為1/5，侵蝕深的部分被侵蝕為斷面三角形的圓環型。如該圖I的(I)所示，靶的背側有磁鐵的部分與無磁鐵的部分在侵蝕部大的高低差大，與實施例明顯不同。另外，使用效率顯著減小。到500A成膜的時間為30秒。這說明由於磁導率大，因此成膜時間為30秒並且濺射速度慢。另外，吞吐效率下降，因此單位時間的處理個數減少。另外，將該濺射膜在氮氣氣氛中加熱，並測定方塊電阻值的變化溫度，熱處理溫度為40(T85(TC時，觀察到方塊電阻值上升，如上所述，存在靶的背側有磁鐵的部分與無磁鐵的部分侵蝕部的高低差大的問題，因此為不優選的結果。產業實用性如上所示，通過在高純度鎳中與鉬一起添加上述的金屬元素，具有如下效果可以形成熱穩定的矽化物(NiSi)膜，濺射時粉粒的產生少，均勻性也良好。另外，添加有鉬的鎳合金(Ni-Pt合金)的情況下，可以儘可能減少昂貴的鉬的添加，並且始終保持Ni-Pt合金的特性，並且降低磁導率，增大漏磁通(PTF)，由此具有如下顯著效果濺射時抑制磁力線在靶的表面局部地集中，可以儘可能增加靶的侵蝕區域。由此，本申請發明的靶，具有如下效果可以儘可能減小隨著侵蝕的進行選擇性地 進一步進行侵蝕的部分與不怎麼進行侵蝕的部分的差異，可以減少靶的厚度偏差，延長靶的壽命，從而增加使用效率。另外，具有如下效果可以防止侵蝕部分的形狀極端變化，因此濺射膜的均勻性也良好。具有這樣的綜合效果，並且還具有如下顯著效果通過使用該靶進行成膜，可以得到能夠抑制從NiSi向NiSi2相變的鎳矽化物膜。因此，可以提供特別是對柵極材料(薄膜)的製造有用的鎳合金濺射靶。
權利要求
1.一種Ni合金濺射靶，其特徵在於，含有5 30原子％的Pt、總計I飛原子％的選自V、Al、Cr、Ti、Mo和Si的一種以上成分，其餘包含Ni和不可避免的雜質。
2.—種Ni合金薄膜，其特徵在於，具有如下組成含有5 30原子％的Pt、總計I飛原子％的選自V、Al、Cr、Ti、Mo和Si的一種以上成分，其餘為Ni和不可避免的雜質；並且通過濺射法形成。
3.—種鎳矽化物膜，該膜通過使用Ni合金靶進行濺射在矽襯底上形成鎳合金膜，並通過該鎳合金膜與矽襯底的反應而形成，所述Ni合金濺射靶含有5 30原子％的Pt、總計f 5原子％的選自V、Al、Cr、Ti、Mo和Si的一種以上成分，其餘包含Ni和不可避免的雜質。
全文摘要
一種Ni合金濺射靶，其特徵在於，含有5～30原子%的Pt、1～5原子%的選自V、Al、Cr、Ti、Mo和Si的一種以上成分，其餘包含Ni和不可避免的雜質。本發明的課題在於抑制作為磁導率高的Ni-Pt合金靶的缺點的漏磁通(PTF)低的情況；由此濺射時磁力線在靶的表面局部集中，從而具有靶的侵蝕區域小的傾向的情況；而且隨著靶侵蝕的進行，選擇性地進一步進行侵蝕的部分與不怎麼進行侵蝕的部分的差異進一步增大的情況。
文檔編號C22C19/03GK102803550SQ201180014500
公開日2012年11月28日 申請日期2011年3月18日 優先權日2010年3月19日
發明者山越康廣, 大橋一允 申請人:吉坤日礦日石金屬株式會社