專利名稱：鎳合金濺射靶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠形成熱穩(wěn)定的硅化物(NiSi)膜，并且制造靶時的塑性加工性能良好、尤其是能用于制造柵電極材料(薄膜)的鎳合金濺射靶及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，作為柵電極材料，通過自對準(zhǔn)硅化物工藝制造的NiSi膜的利用受到關(guān)注。鎳與鈷相比具有在自對準(zhǔn)硅化物工序中能夠以較少的硅消耗量形成硅化物膜的特性。并且，NiSi與鈷硅化物膜一樣，具有配線的微細(xì)化引起的細(xì)絲電阻很難上升的特性。
正因為如此，作為柵電極材料建議使用鎳來代替高價的鈷。
但是，NiSi存在容易相變?yōu)檩^為穩(wěn)定相的NiSi2、并且界面粗糙度惡化和高電阻化的問題。此外，還存在容易引起膜凝聚或過剩的硅化物化的問題。
以往，作為使用鎳硅化物等膜的技術(shù)，有如下的技術(shù)通過在Ni或Co膜上覆蓋TiN等金屬化合物膜并進(jìn)行退火，而防止在硅化物膜形成時與氧反應(yīng)后形成絕緣膜。此時，為了防止氧和Ni反應(yīng)后形成凹凸不平的絕緣膜而使用TiN。
凹凸小的話，由于NiSi膜和源極/漏極擴(kuò)散層連接的距離較長，因而能夠抑制連接泄漏。此外作為頂膜，公開有TiC、TiW、TiB、WB2、WC、BN、AlN、Mg3N2、CaN、Ge3N4、TaN、TbNi2、VB2、VC、ZrN、ZrB等(參照特開平7-38104號公報)。
此外，現(xiàn)有技術(shù)被指出存在如下問題NiSi在硅化物材料中也非常容易被氧化，NiSi膜和Si基板之間的邊界區(qū)域上形成較大的凹凸，產(chǎn)生連接泄漏。
此時，建議在Ni膜上濺射作為頂膜的TiN膜，并且通過對其進(jìn)行熱處理而在NiSi膜的表面實施氮化。旨在由此防止NiSi被氧化，并且抑制凹凸的形成。
不過，由于在Ni上堆積TiN而形成的NiSi上的氮化膜很薄，因而存在很難長時間保持阻擋性的問題。
因此，建議在添加氮氣的混和氣體(2.5～10％)氣氛中形成硅化物膜，使硅化物膜的粗糙度為40nm以下、粒徑為200nm以上。并且優(yōu)選在Ni上覆蓋Ti、W、TiNx、WNx中的一種。
此時，公開有如下技術(shù)只用不包含氮氣的氬氣來濺射Ni，接著濺射TiN的頂膜后，將N離子離子注入到Ni膜中，從而將N添加到Ni膜中(參照特開平9-153616號公報)。
此外，作為現(xiàn)有技術(shù)公開了半導(dǎo)體裝置及其制造方法，并且記述了第一金屬Co、Ni、Pt或Pd和第二金屬Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta或Cr的組合。實施例中有Co-Ti的組合。
此外還公開有如下問題鈷與鈦相比，還原硅氧化膜的能力低，并且在堆積鈷時如果存在硅基板或多晶硅膜表面上存在的自然氧化膜時，會阻礙硅化物反應(yīng)。并且由于耐熱性比硅化鈦膜差，因而在自對準(zhǔn)硅化物工藝結(jié)束后的層間膜用硅氧化膜堆積時的熱作用下，二硅化鈷(CoSi2)膜凝聚而導(dǎo)致電阻上升(參照特開平11-204791號公報(USP5989988))。
此外，作為現(xiàn)有技術(shù)的“半導(dǎo)體裝置的制造方法”公開有如下技術(shù)為了防止形成自對準(zhǔn)硅化物時過分長大所引起的短路，而在鈷或鎳上形成與選自鈦、鋯、鉭、鉬、鈮、鉿以及鎢中的金屬組成的非晶質(zhì)合金層。此時，有鈷的含量為50～75at％、Ni40Zr60的實施例，并且為了形成非晶質(zhì)膜，合金的含量多一些(參照特開平5-94966號公報)。
如上所述，被公開的現(xiàn)有技術(shù)都涉及成膜工藝，而不涉及濺射靶。另外，作為現(xiàn)有的高純度鎳，其純度為除去氣體成分～4N左右，氧是100ppm左右的高含量。
制作這種現(xiàn)有的以鎳為基底的鎳合金靶時，由于塑性加工性能差，所以不能制作出質(zhì)量好的靶。此外還存在濺射時顆粒多、均勻性不好的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鎳合金濺射靶及其制造技術(shù)，能夠形成熱穩(wěn)定的硅化物(NiSi)膜，很難發(fā)生膜凝聚或過剩的硅化物化現(xiàn)象，另外形成濺射膜時很少產(chǎn)生顆粒，并且均勻性良好，制作靶時的塑性加工性能良好，特別是能夠用于制造柵電極材料(薄膜)。
為了解決上述問題點，發(fā)現(xiàn)在高純度鎳中添加特殊的金屬元素后，能夠制造出具有如下特性的靶能夠形成熱穩(wěn)定的硅化物(NiSi)膜，另外濺射時很少產(chǎn)生顆粒，并且均勻性良好，塑性加工性良好。
基于該發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供如下鎳合金濺射靶及其制造方法1.一種鎳合金濺射靶，其特征在于，在鎳中含有0.5～10at％的鉭。
2.一種鎳合金濺射靶，其特征在于，在鎳中含有1～5at％的鉭。
3.上述1～2所述的鎳合金濺射靶，其特征在于，除氣體成分以外的不可避免的雜質(zhì)為100重量ppm以下。
4.上述1～2所述的鎳合金濺射靶，其特征在于，除氣體成分以外的不可避免的雜質(zhì)為10重量ppm以下。
5.上述1～4中任一項所述的鎳合金濺射靶，其特征在于，氧為50重量ppm以下，氮、氫和碳分別為10重量ppm以下。
6.上述1～5中任一項所述的鎳合金濺射靶，其特征在于，氧為10重量ppm以下。
7.上述1～6中任一項所述的鎳合金濺射靶，其特征在于，靶平面內(nèi)方向的初始磁導(dǎo)率為50以上。
8.上述1～7中任一項所述的鎳合金濺射靶，其特征在于，靶平面內(nèi)方向的初始磁化曲線上的最大磁導(dǎo)率為100以上。
9.上述1～8中任一項所述的鎳合金濺射靶，其特征在于，靶的平均結(jié)晶粒徑為80μm以下。
10.上述1～9中任一項所述的鎳合金濺射靶的制造方法，其特征在于，在再結(jié)晶溫度～950℃下進(jìn)行最終熱處理。
具體實施例方式
本發(fā)明的靶，通過電解精煉粗Ni(～4N左右)，除去金屬雜質(zhì)成分后，通過EB熔化再進(jìn)行精煉后得到高純度鎳錠，該錠和高純度鉭實施真空熔化后制成高純度鎳合金錠。
實施真空熔化時，可采用使用水冷銅坩堝的冷坩堝熔化法。該合金錠在鍛造、軋制等工序中被制成板形，最終在再結(jié)晶溫度(約500℃)～950℃下經(jīng)過熱處理而制成靶。代表性的高純度鎳靶的分析值示于表1。
表1

注除了H、C、N、O與Ta，根據(jù)GDMS分析注Ta為重量％注＜意味著測量極限以下鉭的添加量為0.5～10at％，更優(yōu)選為1～5at％。添加量太少的話，不能提高鎳合金層的熱穩(wěn)定。添加量太多的話，存在如下問題膜電阻變得過大，不僅不適當(dāng)，并且金屬間化合物的量變多，難于進(jìn)行塑性加工，在濺射時顆粒也變多。
采用本發(fā)明的添加鉭的鎳合金來進(jìn)行濺射，并且將該濺射成膜在氮氣氛中加熱后，通過XRD衍射法測量結(jié)晶結(jié)構(gòu)的溫度變化時，確認(rèn)了通過添加鉭，相變溫度被提高50～90℃，從而具有明顯的熱穩(wěn)定性。
為了減少濺射時顆粒的產(chǎn)生，以及為了使均勻性良好，優(yōu)選使除去氣體成分的不可避免的雜質(zhì)為100重量ppm以下。更優(yōu)選使除去氣體成分的不可避免的雜質(zhì)為10重量ppm以下。
此外，氣體成分也成為增加顆粒產(chǎn)生的要素，因此優(yōu)選氧為50重量ppm以下，更優(yōu)選為10重量ppm以下，氮、氫以及碳分別優(yōu)選為10重量ppm以下。
靶的初始磁導(dǎo)率為50以上(優(yōu)選100左右)，并且最大磁導(dǎo)率100為以上，這對于靶特性很重要。
在再結(jié)晶溫度以上(約500℃)～950℃下進(jìn)行最終熱處理后實質(zhì)上得到再結(jié)晶組織。如果熱處理溫度未滿500℃的話，不能得到充分的再結(jié)晶組織。并且，也不能提高磁導(dǎo)率和最大磁導(dǎo)率。
在本發(fā)明的靶中，雖然一些未再結(jié)晶組織的存在不會影響特性，但是不優(yōu)選大量存在。靶的平均結(jié)晶粒徑優(yōu)選為80μm以下。
超過950℃的最終熱處理會使平均結(jié)晶粒徑粗大化，因而不優(yōu)選。平均結(jié)晶粒徑如果粗大化，則結(jié)晶粒徑的偏差變大，并且均勻性也降低。
實施例和比較例下面，說明本發(fā)明的實施例。并且，本實施例只是一個例子，并不限定于該例子。即，在本發(fā)明的技術(shù)思想的范圍內(nèi)包括實施例以外的所有方式或變形。
(實施例1-1～實施例3-2)通過電解精煉粗Ni(～4N左右)，除去金屬雜質(zhì)成分后，通過EB熔化再進(jìn)行精煉后得到高純度鎳錠，該錠和高純度鉭實施真空熔化后制成高純度鎳合金錠。真空熔化時，采用使用水冷銅坩堝的冷坩堝熔化法。
該合金錠在鍛造、軋制等工序被制成板形，最終在500℃～950℃下經(jīng)過熱處理而制成靶。
作為靶的制造條件的Ta量、純度、含氧量、熱處理溫度的條件以及作為靶和成膜的特性的初始磁導(dǎo)率、最大磁導(dǎo)率、平均結(jié)晶粒徑、結(jié)晶粒徑的偏差、顆粒量、均勻性示在表2。
如表2所示，實施例1系列的Ta量為1.68at％，實施例2系列的Ta量為3.48at％，實施例3系列的Ta量為7.50at％。
表2

Ta量、純度、含氧量、熱處理溫度的條件在本發(fā)明范圍內(nèi)的實施例1-1～1-3、實施例2-1～2-4、實施例3-1～3-2，初始磁導(dǎo)率為50以上、最大磁導(dǎo)率為100以上、平均結(jié)晶粒徑為80μm以下、結(jié)晶粒徑的偏差很小、顆粒量(0.3μm以上/in2)也很少、均勻性(％、3σ)也是很小的值。
于是，使用本實施例的添加鉭的鎳合金來進(jìn)行濺射，并且將該濺射成膜在氮氣氛中加熱后，通過XRD衍射法測定結(jié)晶結(jié)構(gòu)的溫度變化時，可知通過添加鉭，相變溫度被提高50～90℃。由此，確認(rèn)具有明顯的熱穩(wěn)定性。
此外，由于實施例1-1、實施例1-2、實施例2-1中，熱處理溫度略低，因而即使有未再結(jié)晶組織，由于存在量很少，也不會對特性產(chǎn)生影響。
(比較例1-1～3-2)制造工序與上述實施例相同，并且Ta添加量也相同，但是如表2所示地改變純度、含氧量、熱處理溫度的條件而制造靶。并且測量并觀察作為由此制得的靶和成膜的特性的初始磁導(dǎo)率、最大磁導(dǎo)率、平均結(jié)晶粒徑、結(jié)晶粒徑的偏差、顆粒量、均勻性。
此外，與實施例相同，比較例1系列的Ta量為1.68at％，比較例2系列的Ta量為3.48at％，比較例3系列的Ta量為7.50at％。
其結(jié)果，比較例1-1和1-2由于氧量多、純度低，因而存在產(chǎn)生顆粒多的問題。在比較例1-3和1-4中，由于熱處理溫度過低，沒有提高初始磁導(dǎo)率和最大磁導(dǎo)率，并且沒有再結(jié)晶或者未再結(jié)晶組織大量存在。
比較例1-5由于最終熱處理溫度過高，因而平均結(jié)晶粒徑粗大化、偏差變大、均勻性惡化。
在比較例2-1和2-2中，由于純度低、熱處理溫度過低，因而初始磁導(dǎo)率和最大磁導(dǎo)率未被提高，并且沒有再結(jié)晶或者未再結(jié)晶組織大量存在。顆粒的產(chǎn)生也很多。
比較例2-3和2-4由于最終熱處理溫度過高，因而平均結(jié)晶粒徑粗大化、偏差變大、均勻性惡化。
比較例3-1由于熱處理溫度低，初始磁導(dǎo)率和最大磁導(dǎo)率沒有被提高。并且，未再結(jié)晶組織大量地存在，顆粒的產(chǎn)生也很多。
比較例3-2由于最終熱處理溫度過高，因而平均結(jié)晶粒徑粗大化、偏差變大、均勻性惡化。
如上所述，在鎳中含有規(guī)定量的鉭的鎳合金濺射靶具有下述的顯著效果能夠提供一種鎳合金濺射靶，其能夠形成熱穩(wěn)定的硅化物(NiSi)膜，很難發(fā)生膜凝聚或過剩的硅化物化現(xiàn)象，另外形成濺射膜時很少產(chǎn)生顆粒，均勻性良好，制作靶時的塑性加工性能很好，特別是能夠用于制造柵電極材料(薄膜)。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種門電極材料用鎳-鉭合金濺射靶，其特征在于，含有0.5～10at％的鉭，余量為鎳。
2.一種門電極材料用鎳-鉭合金濺射靶，其特征在于，含有1～5at％的鉭，余量為鎳。
3.如權(quán)利要求1～2所述的鎳-鉭合金濺射靶，其特征在于，除氣體成分以外的不可避免的雜質(zhì)在100重量ppm以下。
4.如權(quán)利要求1～2所述的鎳-鉭合金濺射靶，其特征在于，除氣體成分以外的不可避免的雜質(zhì)在10重量ppm以下。
5.如權(quán)利要求1～4中任一項所述的鎳-鉭合金濺射靶，其特征在于，氧在50重量ppm以下，氮、氫和碳分別在10重量ppm以下。
6.如權(quán)利要求1～5中任一項所述的鎳-鉭合金濺射靶，其特征在于，氧為10重量ppm以下。
7.如權(quán)利要求1～6中任一項所述的鎳-鉭合金濺射靶，其特征在于，靶平面內(nèi)方向的初始磁導(dǎo)率為50以上。
8.如權(quán)利要求1～7中任一項所述的鎳-鉭合金濺射靶，其特征在于，靶平面內(nèi)方向的初始磁化曲線上的最大磁導(dǎo)率為100以上。
9.如權(quán)利要求1～8中任一項所述的鎳-鉭合金濺射靶，其特征在于，靶的平均結(jié)晶粒徑為80μm以下。
10.如權(quán)利要求1～9中任一項所述的鎳-鉭合金濺射靶的制造方法，其特征在于，在再結(jié)晶溫度～950℃下進(jìn)行最終熱處理。
權(quán)利要求
1.一種鎳合金濺射靶，其特征在于，在鎳中含有0.5～10at％的鉭。
2.一種鎳合金濺射靶，其特征在于，在鎳中含有1～5at％的鉭。
3.如權(quán)利要求1～2所述的鎳合金濺射靶，其特征在于，除氣體成分以外的不可避免的雜質(zhì)在100重量ppm以下。
4.如權(quán)利要求1～2所述的鎳合金濺射靶，其特征在于，除氣體成分以外的不可避免的雜質(zhì)在10重量ppm以下。
5.如權(quán)利要求1～4中任一項所述的鎳合金濺射靶，其特征在于，氧在50重量ppm以下，氮、氫和碳分別在10重量ppm以下。
6.如權(quán)利要求1～5中任一項所述的鎳合金濺射靶，其特征在于，氧為10重量ppm以下。
7.如權(quán)利要求1～6中任一項所述的鎳合金濺射靶，其特征在于，靶平面內(nèi)方向的初始磁導(dǎo)率為50以上。
8.如權(quán)利要求1～7中任一項所述的鎳合金濺射靶，其特征在于，靶平面內(nèi)方向的初始磁化曲線上的最大磁導(dǎo)率為100以上。
9.如權(quán)利要求1～8中任一項所述的鎳合金濺射靶，其特征在于，靶的平均結(jié)晶粒徑為80μm以下。
10.如權(quán)利要求1～9中任一項所述的鎳合金濺射靶的制造方法，其特征在于，在再結(jié)晶溫度～950℃下進(jìn)行最終熱處理。
全文摘要
一種鎳合金濺射靶，其特征在于，鎳中含有0.5～10at％鉭，并且除氣體成分以外的不可避免的雜質(zhì)在100重量ppm以下。本發(fā)明提供一種鎳合金濺射靶及其制造技術(shù)，能夠形成熱穩(wěn)定的硅化物(NiSi)膜，很難發(fā)生膜凝聚或過剩的硅化物化，并且形成濺射膜時很少產(chǎn)生顆粒，均勻性良好，制造靶時的塑性加工性能良好，尤其是能用于制造柵電極材料(薄膜)。
文檔編號C22C19/03GK1735707SQ200380108508
公開日2006年2月15日 申請日期2003年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月10日
發(fā)明者山越康廣 申請人:株式會社日礦材料