JP4466902B2

JP4466902B2 - Nickel alloy sputtering target

Info

Publication number: JP4466902B2
Application number: JP2003004685A
Authority: JP
Inventors: 康廣山越
Original assignee: Nippon Mining and Metals Co Ltd
Current assignee: Nippon Mining Holdings Inc
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2023-01-10
Also published as: US20060037680A1; TW200413548A; KR20050097930A; JP2004217967A; TWI227279B; KR100660731B1; CN1735707A; WO2004063420A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱的に安定なシリサイド（ＮｉＳｉ）膜の形成が可能であり、またターゲットへの塑性加工性が良好である、特にゲート電極材料（薄膜）の製造に有用なニッケル合金スパッタリングターゲット及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ゲート電極材料としてサリサイドプロセスによるＮｉＳｉ膜の利用が注目されている。ニッケルはコバルトに比べてサリサイドプロセスによるシリコンの消費量か少なくシリサイド膜を形成することができるという特徴がある。また、ＮｉＳｉはコバルトシリサイド膜と同様に、配線の微細化による細線抵抗の上昇が起り難いという特徴がある。
このようなことから、ゲート電極材料として高価なコバルトに替えてニッケルを使用することが考えられる。
しかし、ＮｉＳｉの場合は、より安定相であるＮｉＳｉ_２へ相転移し易く、界面ラフネスの悪化と高抵抗化する問題がある。また、膜の凝集や過剰なシリサイド化が起り易いという問題もある。
【０００３】
従来、ニッケルシリサイド等の膜を用いるものとして、ＮｉあるいはＣｏ膜の上にＴｉＮなどの金属化合物膜をキャップしてアニールすることによって、シリサイド膜形成時に酸素と反応して絶縁膜を形成してしまうことを防止する技術がある。この場合、酸素とＮｉが反応して凹凸のある絶縁膜が形成されるのを防ぐために、ＴｉＮが使用されている。
凹凸が小さいとＮｉＳｉ膜とソース／ドレイン拡散層の接合までの距離が長くなるので、接合リークを抑制できるとされている。他にキャップ膜としてはＴｉＣ、ＴｉＷ、ＴｉＢ、ＷＢ_２、ＷＣ、ＢＮ、ＡｌＮ、Ｍｇ_３Ｎ_２、ＣａＮ、Ｇｅ_３Ｎ_４、ＴａＮ、ＴｂＮｉ_２、ＶＢ_２、ＶＣ、ＺｒＮ、ＺｒＢなどが示されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また従来技術では、ＮｉＳｉはシリサイド材料中でも非常に酸化され易くＮｉＳｉ膜とＳｉ基板との界面領域には凹凸が大きく形成され、接合リークが生じるという問題があることが指摘されている。
この場合、Ｎｉ膜上にキャップ膜としてＴｉＮ膜をスパッタし、かつこれを熱処理することによりＮｉＳｉ膜の表面を窒化させる提案がなされている。これによってＮｉＳｉが酸化されるのを防ぎ、凹凸の形成を抑制することを目的としている。
しかし、ＴｉＮをＮｉ上に堆積して形成したＮｉＳｉ上の窒化膜は薄いため、バリア性を長時間保つことは難しいという問題がある。
そこで窒素ガスを添加した混合ガス（２．５〜１０％）雰囲気中でシリサイド膜を形成することにより、シリサイド膜のラフネスを４０ｎｍ以下、粒径２００ｎｍ以上とする提案がある。さらにＮｉ上にＴｉ、Ｗ、ＴｉＮｘ、ＷＮｘのうち一つをキャップすることが望ましいとする。
この場合、窒素ガスを含まないアルゴンガスのみでＮｉをスパッタし、続いてＴｉＮのキャップ膜をスパッタした後、ＮイオンをＮｉ膜中にイオン注入することでによってＮｉ膜中にＮを添加してもよいということが示されている（特許文献２参照）。
【０００５】
また、従来技術として半導体装置とその製造方法が開示され、第一金属：Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ又はＰｄと、第二金属：Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ又はＣｒの組合せが記述されている。実施例では、Ｃｏ−Ｔｉの組合せがある。
コバルトは、チタンに比べてシリコン酸化膜を還元させる能力が低く、コバルトを堆積する際にシリコン基板やポリシリコン膜表面に存在する自然酸化膜が存在する場合はシリサイド反応が阻害される。さらに耐熱性がチタニウムシリサイド膜より劣り、サリサイドプロセス終了後の層間膜用のシリコン酸化膜の堆積時の熱で、コバルトダイシリサイド（ＣｏＳｉ_２）膜が凝集して抵抗が上昇してしまう問題があるということが示されている（特許文献３参照）。
【０００６】
また、従来技術として、「半導体装置の製造方法」の開示があり、サリサイド形成の際のオーバーグロースによる短絡を防止するために、コバルトあるいはニッケルにチタン、ジルコニウム、タンタル、モリブデン、ニオブ、ハフニウム及びタングステンより選択された金属との非晶質合金層を形成する技術が示されている。この場合、コバルトの含有量５０〜７５ａｔ％、Ｎｉ４０Ｚｒ６０の実施例があるが、非晶質膜とするために合金の含有量が多い（特許文献４参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−３８１０４号公報
【特許文献２】
特開平９−１５３６１６号公報
【特許文献３】
特開平１１−２０４７９１号公報（ＵＳＰ５９８９９８８）
【特許文献４】
特開平５−９４９６６号公報
【０００８】
上記のように、開示されている従来技術については、いずれも成膜プロセスに関するものでありスパッタリングターゲットに関するものではない。
また、従来の高純度ニッケルとしては、ガス成分を除いて〜４Ｎ程度であり酸素は１００ｐｐｍ程度と高いものであった。
このような従来のニッケルを基としたニッケル合金ターゲットを作製したところ、塑性加工性が悪く品質の良いターゲットを作製することが出来なかった。またスパッタの際にパーティクルが多く、ユニフォーミティも良くないという問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、熱的に安定なシリサイド（ＮｉＳｉ）膜の形成が可能であり、膜の凝集や過剰なシリサイド化が起り難く、またスパッタ膜の形成に際してパーティクルの発生が少なく、ユニフォーミティも良好であり、さらにターゲットへの塑性加工性に富む、特にゲート電極材料（薄膜）の製造に有用なニッケル合金スパッタリングターゲット及びその製造技術を提供することを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、高純度ニッケルに特殊な金属元素を添加することにより、熱的に安定したシリサイド（ＮｉＳｉ）成膜が可能であり、スパッタリングの際にパーティクルの発生が少なく、ユニフォーミティも良好であり、さらに塑性加工性に富むターゲットを製造できるとの知見を得た。
【００１１】
この知見に基づき、本発明は
１．ニッケルにタンタルを０．５〜１０ａｔ％含有することを特徴とするニッケル合金スパッタリングターゲット
２．ニッケルにタンタルを１〜５ａｔ％含有することを特徴とするニッケル合金スパッタリングターゲット
３．ガス成分を除く不可避不純物が１００ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする上記１〜２に記載のニッケル合金スパッタリングターゲット
４．ガス成分を除く不可避不純物が１０ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする上記１〜２に記載のニッケル合金スパッタリングターゲット
５．酸素が５０ｗｔｐｐｍ以下、窒素、水素及び炭素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする上記１〜４のそれぞれに記載のニッケル合金スパッタリングターゲット
６．酸素が１０ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする上記1〜５のそれぞれに記載のニッケル合金スパッタリングターゲット
７．ターゲットの初透磁率が５０以上であることを特徴とする上記1〜６のそれぞれに記載のニッケル合金スパッタリングターゲット
８．ターゲットの最大透磁率が１００以上であることを特徴とする上記1〜７のそれぞれに記載のニッケル合金スパッタリングターゲット
９．ターゲットの平均結晶粒径が８０μｍ以下であることを特徴とする上記1〜８に記載のニッケル合金スパッタリングターゲット
１０．再結晶温度〜９５０°Ｃで最終熱処理を行うことを特徴とする上記1〜９のそれぞれに記載のニッケル合金スパッタリングターゲットの製造方法
を提供するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のターゲットは、粗Ｎｉ（〜４Ｎ程度）を電解精製にて、金属不純物成分を除去したのち、ＥＢ溶解にてさらに精製して高純度ニッケルインゴットとし、このインゴットと高純度タンタルを真空溶解して高純度ニッケル合金インゴットを作製する。
真空溶解に際しては、水冷銅製坩堝を用いたコールドクルーシブル溶解法が適している。この合金インゴットを鍛造、圧延などの工程で板状にして、最終的に再結晶温度（約５００°Ｃ）〜９５０°Ｃで熱処理することによりターゲットを作製する。この代表的な高純度ニッケルターゲットの分析値を表１に示す。
【００１３】
【表１】

【００１４】
タンタルの添加量は０．５〜１０ａｔ％、より好ましくは１〜５ａｔ％とする。添加量が少なすぎると、ニッケル合金層の熱安定が向上しない。添加量か多すぎると、膜抵抗が大きくなりすぎて適当でないばかりか、金属間化合物の量が多くなり塑性加工が困難となって、スパッタ時のパーティクルも多くなるという問題がある。
本発明のタンタル添加ニッケル合金を用いてスパッタリングし、さらにこのスパッタ成膜を窒素雰囲気中で加熱した後、ＸＲＤ回折法により結晶構造の変化温度を測定したところ、タンタルの添加により５０〜９０°Ｃの相変化温度が向上し、明らかな熱安定性が確認できた。
【００１５】
スパッタリングの際のパーティクル発生を減少させ、ユニフォーミティを良好にするために、ガス成分を除く不可避不純物を１００ｗｔｐｐｍ以下とすることが望ましい。より好ましくはガス成分を除く不可避不純物を１０ｗｔｐｐｍ以下とする。
また、ガス成分もパーティクル発生を増加させる要因となるので、酸素５０ｗｔｐｐｍ以下、より好ましくは１０ｗｔｐｐｍ以下、窒素、水素及び炭素をそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下とするのが望ましい。
【００１６】
ターゲットの初透磁率が５０以上（好ましくは１００程度）、さらには最大透磁率１００以上にすることがスパッタ特性に対して重要である。
再結晶温度以上（約５００°Ｃ）〜９５０°Ｃで最終熱処理を行い実質的な再結晶組織とする。熱処理温度が５００°Ｃ未満であると十分な再結晶組織が得られない。また、透磁率及び最大透磁率の向上も無い。
本発明のターゲットにおいては、多少の未再結晶の存在は特性に影響しないが、多量の存在は好ましくない。ターゲットの平均結晶粒径が８０μｍ以下であることが望ましい。
９５０°Ｃを超える最終熱処理は、平均結晶粒径を粗大化させるので好ましくない。平均結晶粒径が粗大化すると、結晶粒径のばらつきが大きくなり、ユニフォーミティの低下となる。
【００１７】
【実施例及び比較例】
次に、本発明の実施例について説明する。なお、本実施例はあくまで一例であり、この例に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想の範囲内で、実施例以外の態様あるいは変形を全て包含するものである。
【００１８】
（実施例１−１〜実施例３−２）
粗Ｎｉ（〜４Ｎ程度）を電解精製にて、金属不純物成分を除去したのち、ＥＢ溶解にてさらに精製して高純度ニッケルインゴットとし、このインゴットと高純度タンタルを真空溶解して高純度ニッケル合金インゴットを作製した。真空溶解に際しては、水冷銅製坩堝を用いたコールドクルーシブル溶解法を用いた。
この合金インゴットを鍛造、圧延などの工程で板状にして、最終的に５００〜９５０°Ｃで熱処理することによりターゲットを作製した。
ターゲットの製造条件であるＴａ量、純度、酸素含有量、熱処理温度の条件並びにターゲット及び成膜特性である初透磁率、最大透磁率、平均結晶粒径、結晶粒径のばらつき、パーティクル量、ユニフォーミティを表２に示す。
表２に示すように、実施例１シリーズはＴａ量が１．６８ａｔ％、実施例２シリーズはＴａ量が３．４８ａｔ％、実施例３シリーズはＴａ量が７．５０ａｔ％である。
【００１９】
【表２】

【００２０】
Ｔａ量、純度、酸素含有量、熱処理温度の条件が本発明の範囲にある実施例１−１〜１−３、実施例２−１〜２−４、実施例３−１〜３−２は、初透磁率５０以上、最大透磁率１００以上、平均結晶粒径８０μｍ以下、結晶粒径のばらつきが小さく、パーティクル量（０．３μｍ以上／ｉｎ^２）も少なく、ユニフォーミティ（％、３σ）も小さな値となっている。
そして、本実施例のタンタル添加ニッケル合金を用いてスパッタリングし、さらにこのスパッタ成膜を窒素雰囲気中で加熱した後、ＸＲＤ回折法により結晶構造の変化温度を測定したところ、タンタルの添加により５０〜９０°Ｃの相変化温度が向上した。これによって、明らかな熱安定性が確認できた。
なお、実施例１−１、実施例１−２、実施例２−１については、熱処理温度がやや低いために、未再結晶組織があったが、存在量が少ないために、特性に影響を与えることはなかった。
【００２１】
（比較例１−１〜３−２）
上記実施例と製造工程は同様とし、Ｔａ添加量は同一であるが、表２に示すように純度、酸素含有量、熱処理温度の条件を変えてターゲットを製造した。これによるターゲット及び成膜特性である初透磁率、最大透磁率、平均結晶粒径、結晶粒径のばらつき、パーティクル量、ユニフォーミティを測定及び観察した。
なお、実施例と同様に、比較例１シリーズはＴａ量が１．６８ａｔ％、比較例２シリーズはＴａ量が３．４８ａｔ％、比較例３シリーズはＴａ量が７．５０ａｔ％である。
この結果、比較例１−１及び１−２は酸素量が多く、純度が低いために、パーティクルの発生が多いという問題があった。比較例１−３及び１−４については熱処理温度が低く過ぎるため、初透磁率及び最大透磁率の向上がなく、また再結晶しないか又は未再結晶組織が多量に存在した。
比較例１−５は最終熱処理温度が高すぎ、平均結晶粒径が粗大化し、ばらつきが大きくなり、ユニフォーミティが悪化した。
【００２２】
比較例２−１及び比較例２−２は純度が低く、熱処理温度が低く過ぎるため、初透磁率及び最大透磁率の向上がなく、また再結晶していないか又は未再結晶組織が多量に存在した。パーティクルの発生も多い。
比較例２−３及び２−４は最終熱処理温度が高すぎ、平均結晶粒径が粗大化し、ばらつきが大きくなり、ユニフォーミティが悪化した。
比較例３−１は熱処理温度が低く、初透磁率及び最大透磁率の向上がない。また未再結晶組織が多量に存在し、パーティクルの発生も多かった。
比較例３−２は最終熱処理温度が高すぎ、平均結晶粒径が粗大化し、ばらつきが大きくなり、ユニフォーミティが悪化した。
【００２３】
【発明の効果】
以上に示すように、ニッケルにタンタルを所定量含有するニッケル合金スパッタリングターゲットは、熱的に安定なシリサイド（ＮｉＳｉ）膜の形成が可能であり、膜の凝集や過剰なシリサイド化が起り難く、またスパッタ膜の形成に際してパーティクルの発生が少なく、ユニフォーミティも良好であり、さらにターゲットへの塑性加工性に富む、特にゲート電極材料（薄膜）の製造に有用なニッケル合金スパッタリングターゲットを提供できるという著しい効果を有する。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is capable of forming a thermally stable silicide (NiSi) film, has good plastic workability to the target, and is particularly useful for manufacturing a gate electrode material (thin film). It relates to the manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the use of a NiSi film by a salicide process has attracted attention as a gate electrode material. Nickel has a feature that a silicide film can be formed with less silicon consumption by the salicide process than cobalt. In addition, NiSi is characterized in that it is unlikely to cause an increase in the fine wire resistance due to the miniaturization of the wiring, like the cobalt silicide film.
For these reasons, it is conceivable to use nickel as the gate electrode material instead of expensive cobalt.
However, in the case of NiSi, there is a problem that the phase transition to NiSi ₂ which is a more stable phase is easy, the interface roughness is deteriorated and the resistance is increased. There is also a problem that film aggregation and excessive silicidation are likely to occur.
[0003]
Conventionally, as a film using nickel silicide or the like, a metal compound film such as TiN is capped and annealed on a Ni or Co film, thereby forming an insulating film by reacting with oxygen during the formation of the silicide film. There is a technology to prevent this. In this case, TiN is used to prevent oxygen and Ni from reacting to form an uneven insulating film.
If the unevenness is small, the distance to the junction between the NiSi film and the source / drain diffusion layer becomes long, so that junction leakage can be suppressed. _TiC Other cap _{_{_{film, TiW, TiB, WB 2,}}} WC, BN, AlN, Mg 3 N 2, CaN, Ge 3 N 4, TaN, TbNi 2, VB 2, VC, ZrN, etc. ZrB is shown (See Patent Document 1).
[0004]
Further, it has been pointed out in the prior art that NiSi is very easily oxidized even in a silicide material, and there is a problem that unevenness is formed largely in the interface region between the NiSi film and the Si substrate, resulting in junction leakage.
In this case, a proposal has been made that the surface of the NiSi film is nitrided by sputtering a TiN film as a cap film on the Ni film and heat-treating it. This is intended to prevent NiSi from being oxidized and suppress the formation of irregularities.
However, since the nitride film on NiSi formed by depositing TiN on Ni is thin, there is a problem that it is difficult to maintain the barrier property for a long time.
Therefore, there is a proposal that the silicide film is formed to have a roughness of 40 nm or less and a grain size of 200 nm or more by forming a silicide film in a mixed gas atmosphere (2.5 to 10%) to which nitrogen gas is added. Further, it is desirable to cap one of Ti, W, TiNx, and WNx on Ni.
In this case, Ni is sputtered only with argon gas not containing nitrogen gas, and subsequently a TiN cap film is sputtered, and then N ions are implanted into the Ni film by adding N into the Ni film. It is shown that it is good (refer patent document 2).
[0005]
In addition, a semiconductor device and a manufacturing method thereof are disclosed as conventional techniques, and a combination of a first metal: Co, Ni, Pt, or Pd and a second metal: Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, or Cr is described. ing. In the embodiment, there is a combination of Co—Ti.
Cobalt has a lower ability to reduce a silicon oxide film than titanium, and the silicide reaction is inhibited when a natural oxide film exists on the surface of a silicon substrate or a polysilicon film when depositing cobalt. Furthermore, the heat resistance is inferior to that of the titanium silicide film, and there is a problem that the cobalt disilicide (CoSi ₂ ) film agglomerates due to heat during the deposition of the silicon oxide film for the interlayer film after the completion of the salicide process, thereby increasing the resistance. (See Patent Document 3).
[0006]
In addition, as a prior art, there is a disclosure of a “semiconductor device manufacturing method”, and in order to prevent a short circuit due to overgrowth at the time of salicide formation, titanium, zirconium, tantalum, molybdenum, niobium, hafnium and tungsten are added to cobalt or nickel. Techniques for forming amorphous alloy layers with more selected metals are shown. In this case, there is an example in which the cobalt content is 50 to 75 at% and Ni40Zr60, but the alloy content is large in order to obtain an amorphous film (see Patent Document 4).
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-7-38104 [Patent Document 2]
JP-A-9-153616 [Patent Document 3]
JP 11-204791 A (USP 5989988)
[Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-94966
As described above, all of the disclosed prior arts are related to the film forming process and are not related to the sputtering target.
Further, as conventional high-purity nickel, excluding gas components, it is about 4N and oxygen is as high as about 100 ppm.
When a nickel alloy target based on such a conventional nickel was produced, it was impossible to produce a target with poor plastic workability. There is also a problem that there are many particles during sputtering and the uniformity is not good.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the present invention, a thermally stable silicide (NiSi) film can be formed, film aggregation and excessive silicidation hardly occur, particle generation is small during formation of a sputtered film, and uniformity is good. In addition, the present invention aims to provide a nickel alloy sputtering target that is excellent in plastic workability to a target and that is particularly useful for manufacturing a gate electrode material (thin film), and a manufacturing technique thereof.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, by adding a special metal element to high-purity nickel, a thermally stable silicide (NiSi) film can be formed, and the generation of particles during sputtering is small. It was also found that it was possible to produce a target having good plastic workability.
[0011]
Based on this finding, the present invention provides 1. 1. Nickel alloy sputtering target containing 0.5 to 10 at% of tantalum in nickel 2. Nickel alloy sputtering target containing 1 to 5 at% of tantalum in nickel 3. The nickel alloy sputtering target according to the above 1-2, wherein inevitable impurities excluding gas components are 100 wtppm or less. 4. The nickel alloy sputtering target according to 1 or 2 above, wherein inevitable impurities excluding gas components are 10 wtppm or less. 5. Nickel alloy sputtering target according to each of 1 to 4 above, wherein oxygen is 50 wtppm or less and nitrogen, hydrogen and carbon are each 10 wtppm or less. 6. The nickel alloy sputtering target according to each of 1 to 5 above, wherein oxygen is 10 wtppm or less. 7. Nickel alloy sputtering target according to each of 1 to 6 above, wherein the initial permeability of the target is 50 or more. 8. The nickel alloy sputtering target according to any one of 1 to 7 above, wherein the target has a maximum magnetic permeability of 100 or more. 9. The nickel alloy sputtering target according to any one of 1 to 8 above, wherein the average crystal grain size of the target is 80 μm or less. The method for producing a nickel alloy sputtering target as described in any one of 1 to 9 above, wherein the final heat treatment is performed at a recrystallization temperature of 950 ° C.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The target of the present invention is to refine crude Ni (about 4N) by electrolytic purification, remove metal impurity components, and further refine it by EB melting to obtain a high-purity nickel ingot. This ingot and high-purity tantalum are vacuum-dissolved. Thus, a high purity nickel alloy ingot is produced.
For vacuum melting, a cold crucible melting method using a water-cooled copper crucible is suitable. This alloy ingot is formed into a plate shape by a process such as forging and rolling, and finally heat-treated at a recrystallization temperature (about 500 ° C.) to 950 ° C. to produce a target. The analytical values of this typical high purity nickel target are shown in Table 1.
[0013]
[Table 1]

[0014]
The amount of tantalum added is 0.5 to 10 at%, more preferably 1 to 5 at%. If the amount added is too small, the thermal stability of the nickel alloy layer will not be improved. If the amount added is too large, the film resistance becomes too large, which is not suitable, and there is a problem that the amount of intermetallic compounds increases, making plastic processing difficult, and increasing the number of particles during sputtering.
After sputtering using the tantalum-added nickel alloy of the present invention and further heating this sputtered film in a nitrogen atmosphere, the change temperature of the crystal structure was measured by the XRD diffraction method. The phase change temperature of was improved and clear thermal stability was confirmed.
[0015]
In order to reduce the generation of particles during sputtering and improve uniformity, it is desirable that the inevitable impurities excluding gas components be 100 wtppm or less. More preferably, the inevitable impurities excluding gas components are 10 wtppm or less.
Further, since gas components also increase the generation of particles, it is desirable that oxygen is 50 wtppm or less, more preferably 10 wtppm or less, and nitrogen, hydrogen, and carbon are each 10 wtppm or less.
[0016]
It is important for the sputtering characteristics that the initial permeability of the target is 50 or more (preferably about 100), and the maximum permeability is 100 or more.
A final heat treatment is performed at a recrystallization temperature or higher (about 500 ° C.) to 950 ° C. to obtain a substantial recrystallization structure. If the heat treatment temperature is less than 500 ° C, a sufficient recrystallized structure cannot be obtained. Further, there is no improvement in the magnetic permeability and the maximum magnetic permeability.
In the target of the present invention, the presence of some unrecrystallized material does not affect the properties, but a large amount is not preferable. The average crystal grain size of the target is desirably 80 μm or less.
A final heat treatment exceeding 950 ° C. is not preferable because the average crystal grain size is coarsened. As the average crystal grain size becomes coarse, the variation in crystal grain size increases, resulting in a decrease in uniformity.
[0017]
[Examples and Comparative Examples]
Next, examples of the present invention will be described. In addition, a present Example is an example to the last, and is not restrict | limited to this example. That is, all aspects or modifications other than the embodiments are included within the scope of the technical idea of the present invention.
[0018]
(Example 1-1 to Example 3-2)
Crude Ni (about 4N) is removed by electrolytic refining to remove metal impurity components, and further purified by EB melting to obtain a high-purity nickel ingot. This ingot and high-purity tantalum are vacuum-melted to obtain a high-purity nickel alloy. An ingot was produced. In the vacuum melting, a cold crucible melting method using a water-cooled copper crucible was used.
This alloy ingot was formed into a plate shape by a process such as forging and rolling, and finally heat-treated at 500 to 950 ° C. to prepare a target.
Target production conditions Ta amount, purity, oxygen content, heat treatment temperature conditions, initial permeability, maximum permeability, average crystal grain size, crystal grain size variation, particle quantity, uniform Table 2 shows Mitty.
As shown in Table 2, the Example 1 series has a Ta amount of 1.68 at%, the Example 2 series has a Ta amount of 3.48 at%, and the Example 3 series has a Ta amount of 7.50 at%.
[0019]
[Table 2]

[0020]
Examples 1-1 to 1-3, Examples 2-1 to 2-4, and Examples 3-1 to 3-2 in which the conditions of Ta amount, purity, oxygen content, and heat treatment temperature are within the scope of the present invention are as follows. Initial permeability 50 or more, maximum permeability 100 or more, average crystal grain size 80 μm or less, variation in crystal grain size is small, particle amount (0.3 μm or more / in ² ) is small, and uniformity (%, 3σ) is also small. It is a small value.
Then, after sputtering using the tantalum-added nickel alloy of this example and further heating this sputtered film in a nitrogen atmosphere, the crystal structure change temperature was measured by the XRD diffraction method. The phase change temperature of 90 ° C was improved. As a result, clear thermal stability was confirmed.
In addition, about Example 1-1, Example 1-2, and Example 2-1, since the heat treatment temperature was slightly low, there was an unrecrystallized structure, but since the abundance was small, the characteristics were affected. Did not give.
[0021]
(Comparative Examples 1-1 to 3-2)
The production process was the same as in the above examples, and the Ta addition amount was the same. However, as shown in Table 2, the target was produced by changing the conditions of purity, oxygen content, and heat treatment temperature. The initial permeability, maximum permeability, average crystal grain size, variation in crystal grain size, particle amount, and uniformity, which are targets and film forming characteristics, were measured and observed.
As in the example, the comparative example 1 series has a Ta amount of 1.68 at%, the comparative example 2 series has a Ta amount of 3.48 at%, and the comparative example 3 series has a Ta amount of 7.50 at%.
As a result, Comparative Examples 1-1 and 1-2 had a problem that the generation of particles was large because of a large amount of oxygen and low purity. In Comparative Examples 1-3 and 1-4, since the heat treatment temperature was too low, the initial magnetic permeability and the maximum magnetic permeability were not improved, and no recrystallization occurred or a large amount of unrecrystallized structure existed.
In Comparative Example 1-5, the final heat treatment temperature was too high, the average crystal grain size became coarse, the variation increased, and the uniformity deteriorated.
[0022]
Since Comparative Example 2-1 and Comparative Example 2-2 have low purity and the heat treatment temperature is too low, there is no improvement in initial magnetic permeability and maximum magnetic permeability, and there is no recrystallization or a large amount of unrecrystallized structure. Were present. There are many particles.
In Comparative Examples 2-3 and 2-4, the final heat treatment temperature was too high, the average crystal grain size became coarse, the variation became large, and the uniformity deteriorated.
In Comparative Example 3-1, the heat treatment temperature is low and the initial permeability and the maximum permeability are not improved. In addition, a large amount of non-recrystallized structure was present and many particles were generated.
In Comparative Example 3-2, the final heat treatment temperature was too high, the average crystal grain size became coarse, the dispersion increased, and the uniformity deteriorated.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, a nickel alloy sputtering target containing a predetermined amount of tantalum in nickel is capable of forming a thermally stable silicide (NiSi) film, which is unlikely to cause film aggregation and excessive silicidation. Significant effect of being able to provide a nickel alloy sputtering target that produces few particles when forming a sputtered film, has good uniformity, and has excellent plastic workability on the target, especially useful for the production of gate electrode materials (thin films). Have

Claims

A nickel alloy containing 0.5 to 10 at% of tantalum , the remainder being nickel and inevitable impurities , oxygen is 50 wtppm or less, the initial permeability of the target is 50 or more, the maximum permeability of the target is 100 or more, the target A nickel alloy sputtering target having an average crystal grain size of 80 μm or less.

The nickel alloy sputtering target according to claim 1, containing 1 to 5 at% of tantalum.

The nickel alloy sputtering target according to claim 1, wherein inevitable impurities excluding gas components are 100 wtppm or less.

The nickel alloy sputtering target according to claim 1 or 2, wherein inevitable impurities excluding gas components are 10wtppm or less.

The nickel alloy sputtering target according to any one of claims 1 to 4, wherein nitrogen, hydrogen, and carbon are each 10 wtppm or less.

The nickel alloy sputtering target according to any one of claims 1 to 5, wherein oxygen is 10 wtppm or less.

The method for producing a nickel alloy sputtering target according to any one of claims 1 to 6, wherein a final heat treatment is performed at a recrystallization temperature of 950 ° C.