JP2000160330A - Ｃｏ−Ｎｉ合金スパッタリングターゲット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸素含有量が少なく、成膜の耐蝕性を高め、
さらに飽和磁化を低下させてマグネトロンスパタリング
が容易に行なうことができるＣｏ−Ｎｉ合金ターゲット
を得る。 【解決手段】 Ｎｉを０．５〜１０ａｔ％含有するＣｏ
−Ｎｉ合金を真空溶解し、これをさらに熱間圧延してＣ
ｏ−Ｎｉ合金ターゲットとする。さらに、酸素含有量を
１００ｐｐｍ以下、結晶粒径を５０μ以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸素含有量が少な
く、シリサイド層の耐食性を高め、さらに飽和磁化を低
下させてマグネトロンスパッタリングが容易に行なうこ
とができるＣｏ−Ｎｉ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】半導体薄膜の形成方法として、スパッタ
リング法が広く用いられている。スパッタリング法は、
陽極となる基板と陰極となるターゲットとを対向させ、
不活性ガス雰囲気下でこれらの基板とターゲットの間に
高電圧を印加して電場を発生させるものであり、この時
電離した電子と不活性ガスが衝突してプラズマが形成さ
れ、このプラズマ中の陽イオンがターゲット表面に衝突
してターゲット構成原子を叩きだし、この飛び出した原
子が対向する基板表面に付着して膜が形成されるという
原理を用いたものである。

【０００３】現在、一般に行なわれているスパッタリン
グの殆どは、いわゆるマグネトロンスパッタリングと呼
ばれている方法が使用されている。マグネトロンスパッ
タリング法は、ターゲットの裏側に磁石をセットしてタ
ーゲット表面に電界と垂直方向に磁界を発生させてスパ
ッタリングを行なう方法であり、このような直交電磁界
空間内ではプラズマの安定化および高密度化が可能であ
り、スパッタ速度を大きくすることができるという特徴
を有している。

【０００４】一般に、このようなマグネトロンスパッタ
リング法を用い、磁性体薄膜を基板上に形成することが
行なわれている。従来、Ｃｏシリサイド膜を形成するた
めに、純Ｃｏターゲットを用いてマグネトロンスパッタ
リングが行なわれていた。しかし、この純Ｃｏは強磁性
体であるために、磁界発生装置により発生した磁束がこ
の強磁性体ターゲットによりシールドされてしまいマグ
ネトロンスパッタリングが非常に困難であった。このた
めＣｏターゲットの面内方向の透磁率を低下させたり、
ターゲットをできるだけ薄くしスパッタリングが可能と
なるように工夫したり、さらにはターゲットに切り込み
を入れて漏洩磁界を増加させるなどの試みもなされた
（特開昭５９−２１１２１１号公報）。しかし、それで
もスパッタリングの効率が悪く、切り込み形成などは複
雑な加工を必要とし製造工数の増加を招く。またターゲ
ットを薄くした場合にはその薄さが原因でターゲットの
寿命が短くなり、交換頻度が増加し、また一定の膜厚を
形成するのに必要とされるターゲット枚数が必然的に増
えるので、全体として非効率性と製造費の増加になるな
どの欠点を有していた。

【０００５】また、Ｃｏのみではシリコン等の基板上に
形成された酸化膜を還元できないので、スパッタリング
により形成されるＣｏ及びシリサイド膜がその酸化膜の
影響を受けやすいという問題があった。このためシリコ
ン基板とシリサイド膜との間（界面）にシリコンを注入
し、同界面のミキシングを行なう工夫がなされている
が、このこと自体工数の増加となりコスト高となる。こ
のように生産性とスパッタリングによって形成されるシ
リサイド膜の耐蝕性の問題から従来のＣｏターゲットに
は問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、Ｃｏ−Ｎｉ
合金ターゲットを溶解法によって作製することにより酸
素量を低減させ、また飽和磁化を低下させてマグネトロ
ンスパッタリングが容易に行なうことができるように
し、さらにＮｉを添加することによりシリサイド層の耐
食性を高めることのできるＣｏ−Ｎｉ合金スパッタリン
グターゲット及びその製造方法を得ることを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明者らは鋭意研究を行なった結果、純Ｃｏに
Ｎｉを添加し、これを真空溶解法によりＣｏ−Ｎｉ合金
スパッタリングターゲットに製造することにより、酸素
量を低減させ、飽和磁化を低下させてマグネトロンスパ
ッタリングの効率を上げ、さらにこのＣｏ−Ｎｉ合金タ
ーゲットを用いてシリサイド膜を形成することにより、
シリサイド膜の耐食性を高め安定した製造条件で再現性
よくかつ品質の良い薄膜を得ることができるとの知見を
得た。本発明はこの知見に基ずき、 １ Ｎｉを０．５〜１０ａｔ％含有することを特徴とす
るＣｏ−Ｎｉ合金スパッタリングターゲット ２ 真空溶解により作製されたものであることを特徴と
する上記１記載のＣｏ−Ｎｉ合金スパッタリングターゲ
ット。 ３ 酸素含有量が１００ｐｐｍ未満であることを特徴と
する上記１又は２に記載のスパッタリングターゲット ４ 結晶粒径が５０μｍ以下であることを特徴とする上
記１〜３のそれぞれに記載のスパッタリングターゲット ５ ターゲットにおける面内方向の最大透磁率が３０未
満、板厚方向の最大透磁率が５以上１００未満であるこ
とを特徴とする上記１〜４のそれぞれに記載のスパッタ
リングターゲット ６ Ｃｏ−Ｎｉ合金がシリコンとのモザイクターゲット
の一部を構成することを特徴とする上記１〜５のそれぞ
れに記載のスパッタリングターゲット ７ Ｎｉ０．５〜１０ａｔ％を含有するＣｏ−Ｎｉ合金
を真空溶解及によりＣｏ−Ｎｉ合金インゴットを形成し
た後、該インゴットを熱間加工によりターゲットとした
ことを特徴とするＣｏ−Ｔｉ合金スパッタリングターゲ
ットの製造方法 、を提供する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明のＣｏ−Ｎｉ合金スパッタ
リングターゲットはＮｉ０．５〜１０ａｔ％を含有す
る。残部は基本的にＣｏであり、許容される不可避的不
純物を含有してもよい。該ターゲットの製造に際して
は、まず高純度のＣｏとＮｉを真空中で溶解する。Ｃｏ
の原料としては高純度のＣｏを使用するが、市販されて
いる純度９９．９９％以上のものが使用できる。Ｎｉは
純度９９．９９％以上のものを使用する。このＣｏ−Ｎ
ｉ合金を溶製後所定のブロック（インゴット）に鋳造
し、これを熱間で鍛造又は圧延加工し、さらに仕上げ加
工して平板状その他のマグネトロンスパッタリング装置
にセットできるターゲット形状に成形する。上記の熱間
加工は３００〜１２００°Ｃの範囲で行なう。この熱間
加工は鋳造のままの比較的粗い組織を、より緻密にし結
晶粒を５０μｍ以下に微細化する手段として有効であ
る。この熱間加工によって、本発明のターゲットの品質
をさらに向上させることができる。以上によって得られ
た本発明の合金ターゲットの酸素含有量は１００ｐｐｍ
未満であり、結晶粒径は５０μｍ以下の緻密な組織を持
つ。さらに本発明のＣｏ−Ｎｉ合金スパッタリングター
ゲットの酸素含有量を８０ｐｐｍ以下に、また結晶粒径
は３０μｍ以下にすることもできる。

【０００９】本発明のＣｏ−Ｎｉ合金スパッタリングタ
ーゲットのＮｉ含有量を０．５〜１０ａｔ％とする理由
は、Ｔｉ含有量が１０ａｔ％を超えるとスパッタリング
膜の比抵抗が増加し膜の平坦度が悪化するためであり、
また０．５ａｔ％未満であるとシリサイド膜の耐蝕性を
高めるＮｉ含有の効果がなくなるからである。また、本
発明において酸素含有量１００ｐｐｍ未満のターゲット
を容易に得ることができるが、酸素含有量が１００ｐｐ
ｍ以上であると磁性Ｃｏ−Ｎｉ合金薄膜の抵抗が増加す
るので、上限をこの範囲とすることが必要である。好ま
しくは上記に示す通り、８０ｐｐｍ以下とするのが良
い。結晶粒径は５０μｍ以下の緻密な組織を持つ本発明
の溶製Ｃｏ−Ｎｉ合金ターゲットを用いてスパッタリン
グ成膜すると、従来の純Ｃｏターゲットに比べ飽和磁化
を減少させることができ、マグネトロンスパッタリング
の効率を著しく高めることができる。またＣｏ−Ｎｉ合
金ターゲットを使用してシリサイド膜を形成することに
より、該耐蝕性に優れたシリサイド膜薄膜を基板（ウエ
ハー）上に形成することができる。なお、シリサイド膜
薄膜は通常のＣｏ−Ｎｉ合金ターゲットとシリコンター
ゲットのモザイクターゲットを使用することができる。
また、同ターゲットの交互スパッタリングで行なっても
よい。上記熱間加工を３００〜１２００°Ｃの範囲で行
なう理由は、インゴット段階でのＮｉ偏析を解消するた
めである。

【００１０】上記本発明のＣｏ−Ｎｉ合金スパッタリン
グターゲットは面内方向の最大透磁率が３０未満、板厚
方向の最大透磁率が５以上１００未満となる。この溶製
法による低透磁率のＣｏ−Ｎｉ合金ターゲットを用いて
スパッタリングするとマグネトロンスパッタリングの効
率を高めるだけでなく放電が安定し、パーティクル等の
欠陥の少ない薄膜が得られる。また、本発明のＣｏ−Ｎ
ｉ合金ターゲットにおけるＮｉ濃度のバラツキが±０．
２ｗｔ％以下となるので、再現性の良いシリサイドの安
定した薄膜を得ることができる。また、スパッタリング
により得られた薄膜の酸素含有量もターゲットと同様に
１００ｐｐｍ未満、さらには８０ｐｐｍ以下とすること
ができるため、低抵抗の膜が形成できる。さらに、薄膜
それ自体も均一な厚みを持ち、成分偏析がなく緻密な組
織を有し、均一性及び耐蝕性に優れた薄膜を得ることが
できる。

【００１１】

【実施例および比較例】以下、実施例および比較例に基
づいて説明する。なお、本実施例はあくまで一例であ
り、この例によって何ら制限されるものではない。すな
わち、本発明は特許請求の範囲によってのみ制限される
ものであり、本発明に含まれる実施例以外の種々の変形
を包含するものである。

【００１２】高純度のＣｏとＮｉを原料として、Ｃｏ−
５ａｔ％Ｎｉ合金を真空誘導溶解炉を用いて真空溶解し
た。溶解後鋳造しφ１２７×５０ｔのインゴットを作製
した。このインゴットを１１００°Ｃで８ｔまで１ヒー
ト２パスで熱間圧延し、このようにして得た圧延板から
試料を切り出して磁気特性を測定した。また、比較のた
めに純Ｃｏインゴットを作製し、前記と同様の条件で圧
延板とし、磁気特性を測定した（比較例）。この結果を
表１に示す。表１から明らかなように、Ｃｏ−Ｎｉ合金
である実施例の飽和磁化はＣｏの比較例に比べ低く、約
８４％程度となっている。また、透磁率は面内方向及び
板厚方向でほぼ同程度となっている。このように、本発
明の実施例で得られたターゲット材は純Ｃｏターゲット
材に比べ安定したスパッタリングが可能であることが分
かる。

【００１３】

【表１】

【００１４】次に、上記実施例のＣｏ−Ｎｉ合金板と比
較例の純Ｃｏ板からそれぞれφ３″のターゲットを作製
し、スパッタリングによりシリコン基板（ウエハー）上
にそれぞれの材料を成膜した。スパッタリングによる成
膜条件は、基板間距離：６０ｍｍ、ガス（Ａｒ）圧：
０．５Ｐａ、電圧：５００Ｖである。これらの成膜した
基板を２０°Ｃの塩酸浴（２００ｍｌ）中に５ｍｉｎ間
浸漬し、さらにこれを引き上げて、塩酸浴中のＣｏ及び
Ｎｉ量を定量し、薄膜の耐蝕性を調べた。その結果を表
２に示す。なお、成膜した基板を挿入していない（生
の）塩酸中のＣｏ及びＮｉ量を念のため同様に定量し
た。それも比較のために合わせて表２に示す。この表２
から明らかなように、Ｃｏ−Ｎｉ合金の実施例ではＣｏ
及びＮｉ量がいずれも１ｐｐｍ未満であるのに対し、純
Ｃｏでは４ｐｐｍに達し、耐蝕性に劣ることが分かる。
なお、純ＣｏではＮｉを添加していないので、１ｐｐｍ
未満となるのは当然である。以上から、本発明の実施例
のＣｏ−Ｎｉ合金ターゲット材は基板上の酸化膜等に影
響を受けることなく成膜することができ、品質に優れた
薄膜を作製することができる。

【００１５】

【表２】

【００１６】

【発明の効果】本発明のＣｏ−Ｎｉ合金スパッタリング
ターゲットは、Ｎｉ含有量を０．５〜１０ａｔ％とし、
溶解鋳造により同合金のインゴットとし、さらにこのイ
ンゴットを熱間加工し、結晶粒径を５０μｍ以下、酸素
含有量１００ｐｐｍ未満に減少させたものである。この
ようにして製造したＣｏ−Ｎｉ合金ターゲットはＮｉ濃
度のバラツキを±０．２ｗｔ％以内とすることができ、
また飽和磁化を低下させかつ放電を安定化させててマグ
ネトロンスパッタリングの効率を上げることができる。
そして、このＣｏ−Ｎｉ合金ターゲットを使用すること
により、シリコン等の基板上に存在する酸化膜等の影響
がないように耐蝕性を向上させたＣｏ−Ｎｉ合金磁性薄
膜又はシリサイド膜を基板上に形成できる。また、放電
の安定化により成膜速度の変動が少なく、Ｃｏ−Ｎｉ合
金磁性薄膜の成膜条件の範囲も広くとることができ、再
現性がよく安定した成膜が可能である。さらに、熱間加
工により製造されたターゲットなので、焼結体ターゲッ
トに見られるような成膜時にＡｒガス圧を高くしなけれ
ば放電しないという問題もなく、均一かつ緻密な薄膜が
得られるので、従来の純Ｃｏターゲトに比べ優れた特性
を有し、コスト的にも低廉にできるという著しい効果を
有する。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎｉを０．５〜１０ａｔ％含有すること
   を特徴とするＣｏ−Ｎｉ合金スパッタリングターゲッ
   ト。
2. 【請求項２】 真空溶解により作製されたものであるこ
   とを特徴とする請求項１記載のＣｏ−Ｎｉ合金スパッタ
   リングターゲット。
3. 【請求項３】 酸素含有量が１００ｐｐｍ未満であるこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタリング
   ターゲット。
4. 【請求項４】 結晶粒径が５０μｍ以下であることを特
   徴とする請求項１〜３のそれぞれに記載のスパッタリン
   グターゲット。
5. 【請求項５】 ターゲットにおける面内方向の最大透磁
   率が３０未満、板厚方向の最大透磁率が５以上１００未
   満であることを特徴とする請求項１〜４のそれぞれに記
   載のスパッタリングターゲット。
6. 【請求項６】 Ｃｏ−Ｎｉ合金がシリコンとのモザイク
   ターゲットの一部を構成することを特徴とする請求項１
   〜５のそれぞれに記載のスパッタリングターゲット。
7. 【請求項７】 Ｎｉ０．５〜１０ａｔ％を含有するＣｏ
   −Ｎｉ合金を真空溶解によりＣｏ−Ｎｉ合金インゴット
   を形成した後、該インゴットを熱間加工によりターゲッ
   トとしたことを特徴とするＣｏ−Ｎｉ合金スパッタリン
   グターゲットの製造方法。