JP2021075748A - スパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】Ｎｉ及びＣｕを含有するＮｉ合金ターゲットに関し、磁性を低減しつつ、Ｎｉ薄膜と同程度の比抵抗を有する薄膜を成膜することができる、新たなＮｉ合金ターゲットを提供する。【解決手段】Ｃｕを０．５ａｔ％以上５．０ａｔ％以下含み、残部がＮｉであるＮｉ合金からなる、スパッタリングターゲット、又は、Ｃｕを０．５ａｔ％以上５．０ａｔ％以下含み、Ｃｕ以外の添加元素を０.０１ａｔ％以上０．５ａｔ％以下含み、残部がＮｉであるＮｉ合金からなる、スパッタリングターゲットを提供する。【選択図】なし

Description

本発明は、Ｎｉ合金からなるスパッタリングターゲット（「Ｎｉ合金ターゲット」とも称する）に関する。

スパッタリングとは、薄膜形成技術の一手法である。その一例として、Ａｒなどの不活性ガスを真空中に導入し、ターゲット部材にマイナスの電圧を印加してグロー放電を発生させ、グロー放電によって不活性ガスをプラズマ化させてイオン化してガスイオンとし、このガスイオンを高速でターゲットの表面に衝突させて、該ターゲットを構成する成膜材料の粒子を弾き出させ、この粒子を、薄膜を成膜する基材表面に付着・堆積させて、緻密で強い薄膜を基材表面に成膜する方法を挙げることができる。
このようなスパッタリング法によれば、高融点金属や合金、セラミックスなど、真空蒸着法などでは成膜が困難な材料でも成膜が可能であるほか、大面積を有する薄膜を高精度で成膜できるため、例えば情報機器、ＡＶ機器、家電製品等の各種電子部品の製造に多用されている。

純ＮｉからなるＮｉターゲットから成膜されたＮｉ薄膜は、耐酸化性及び耐熱性に優れているため、特別な用途において利用されている。しかし、ニッケルは強磁性体であるため、その磁性がプラズマ密度を高めるための磁界の形成を妨害し、スパッタ効率が低くなるという課題を抱えていた。

そこで従来、磁性を低下させてスパッタ効率を上げるために、Ｎｉに添加元素を加えて合金化したＮｉ合金ターゲットが提案されている。例えば特許文献１、２には、Ｎｉ−Ｃｕ合金ターゲットが開示されている。

特開昭５４−２４２３１号公報 特開昭５６−１１０２３０号公報

しかしながら、従来開示されていたＮｉ−Ｃｕ合金ターゲットは、磁性が低下する反面、Ｎｉ−Ｃｕ合金薄膜を成膜した際、薄膜の比抵抗が高くなるという課題を抱えていた。

そこで本発明の目的は、磁性を低減することができ、且つ、純ＮｉからなるＮｉターゲットを用いて成膜したＮｉ薄膜と同程度の比抵抗を有する薄膜を成膜することができる、新たなＮｉ合金ターゲットを提供することにある。

本発明は、Ｎｉに適量のＣｕを含有させることにより、Ｎｉターゲットのもつ磁性を低減し、且つ、Ｎｉターゲットを用いて成膜した薄膜と同等の比抵抗をもつ薄膜を成膜することができることを見出した。

かかる知見に基づき、本発明は、Ｃｕを０．５ａｔ％以上５．０ａｔ％以下含み、残部がＮｉであるＮｉ合金からなる、スパッタリングターゲット、又は、Ｃｕを０．５ａｔ％以上５．０ａｔ％以下含み、さらにＣｕ以外の添加元素を０.０１ａｔ％以上０．５ａｔ％以下含み、残部がＮｉであるＮｉ合金からなる、スパッタリングターゲットを提案するものである。

本発明が提案するスパッタリングターゲットによれば、Ｎｉが有する磁性を低減することができるため、ターゲットの厚みを薄くしたり、磁石の磁力を強くしたりする必要がなくなり、ターゲットの寿命を長くすることができ、コスト低減を図ることができる。さらに、純ＮｉからなるＮｉターゲットを用いて成膜したＮｉ薄膜と同程度の比抵抗を有する薄膜を成膜することができ、導電性を高めることもできる。

次に、実施の形態例に基づいて本発明を説明する。但し、本発明が次に説明する実施形態に限定されるものではない。

＜本ターゲット＞
本発明の実施形態の一例に係るスパッタリングターゲット（「本ターゲット」と称する）は、ＮｉとＣｕを含有するＮｉ合金からなるスパッタリングターゲットである。

前記Ｎｉ合金としては、例えば、Ｃｕを０．５ａｔ％以上５．０ａｔ％以下含み、残部がＮｉからなるものを挙げることができる。
この際、Ｃｕ含有量は、ターゲットの比透磁率を低減させる観点から、０．５ａｔ％以上であるのが好ましく、中でも０．６ａｔ％以上、その中でも０．８ａｔ％以上、その中でも０．９ａｔ％以上であるのがさらに好ましい。その一方、成膜した膜の比抵抗を低減させる観点から、５．０ａｔ％以下であるのが好ましく、中でも３．０ａｔ％以下、その中でも１．９ａｔ％以下、その中でも１．７ａｔ％以下、その中でも１．２ａｔ％以下であるのがさらに好ましい。

前記Ｎｉ合金は、Ｃｕ以外の添加元素を含有してもよい。
前記Ｎｉ合金としては、例えば、Ｃｕを０．５ａｔ％以上５．０ａｔ％以下含み、Ｃｕ以外の添加元素を０．０１ａｔ％以上０．５ａｔ％以下含み、残部がＮｉからなるものを挙げることができる。

前記Ｃｕ以外の添加元素としては、Ｎｉ合金の磁性を低減する観点から、例えばＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｇｅ及びＡｌから選択される１種または２種以上の元素を挙げることができる。中でも、特にＩＶａ族（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）、Ｖａ族（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）及びＶＩａ族（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）は磁性低減効果に優れている。また、Ｓｉ、Ｇｅといった元素も磁性の低減に効果があるため望ましい。

Ｃｕ以外の添加元素の含有量は、磁性低減の観点から、０．０１ａｔ％以上であるのが好ましく、中でも０．０２ａｔ％以上、その中でも０．０５ａｔ％以上、その中でも０．１ａｔ％以上であるのがさらに好ましい。その一方、膜の比抵抗上昇抑制の観点から、０．５ａｔ％以下であるのが好ましく、中でも０．４５ａｔ％以下、その中でも０．４ａｔ％以下、その中でも０．３５ａｔ％以下であるのがさらに好ましい。

但し、膜組成制御の観点から、Ｃｕ以外の添加元素を含まない前者のＮｉ合金、すなわち、Ｃｕを０．５ａｔ％以上５．０ａｔ％以下含み、残部がＮｉからなるものが好ましい。

本ターゲットにおける各元素の含有量は、例えばＩＣＰ−ＡＥＳ（Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy：誘導結合プラズマ発光分光法）によって測定することができる。

なお、本ターゲットは、不可避不純物を含む場合がある。
不可避不純物とは、製造工程において不可避的に混入したりするもので、本ターゲットの特性に影響を及ぼさない程度に微量に含まれる不純物をいう。
不可避不純物の含有量は、本ターゲットの特性に影響を及ぼさない観点から、１０００質量ｐｐｍ未満、中でも５００質量ｐｐｍ未満、中でも１００質量ｐｐｍ未満であることが好ましい。

本ターゲットの形状は、用途に合わせて任意である。例えば、方形面を有する板状、円筒状などを挙げることができる。但し、これらの形状に限定されるものではない。

本ターゲットのターゲット面の面積は、特に限定するものではない。しかし、本ターゲットは磁性を低減しているという特性により、ターゲットを大型化しても、従来のＮｉターゲットよりも装置への装着が容易になるという効果を奏する。そのため、本ターゲットは、ターゲット面の面積を５００００ｍｍ^２以上とすることができ、さらに６２５００ｍｍ^２以上とすることができ、さらに７５０００ｍｍ^２以上とすることができる。なお、本ターゲットが分割ターゲットである場合、ターゲット面の面積とは分割ターゲットの総面積を表す。

本ターゲットの厚さは、特に限定するものではないが、５ｍｍ以上であるのが好ましく、中でも６ｍｍ以上、その中でも７ｍｍ以上であるのがさらに好ましい。

＜本ターゲットの製造方法＞
本ターゲットは、原料すなわちＮｉ原料、Ｃｕ原料、必要に応じてＣｕ以外の添加元素原料を秤量し、溶解、鋳造圧延等の工程を経ることで作製することができる。また、Ｎｉ−Ｃｕ系合金を溶解、鋳造、圧延等の工程を経ることで本ターゲットを作製することもできる。

前記溶解の方法は特に限定するものではなく、公知の溶解法を採用可能である。中でも、生産効率の観点から、急速な昇温・加熱が可能な高周波誘導加熱を利用した高周波溶解法を採用するのが好ましい。
この際、溶解・鋳造時の雰囲気はアルゴン中、真空中などの不活性雰囲気が好ましい。
溶解温度は、１２００〜１４００℃であるのが好ましい。
上記溶解温度の保持時間は、３０〜１２０分であるのが好ましい。

また、鋳造温度は、１１００〜１３００℃であるのが好ましい。

鋳造後、必要に応じて、熱間圧延、切削加工を実施すればよい。

＜本ターゲットの物性＞
（磁性）
本ターゲットは、印加磁場１０〜５０００Ａ／ｍの時の最大比透磁率を１５０以下、特に１３０以下、その中でも１１０以下とすることができる。

（バルク抵抗）
本ターゲットは、バルク抵抗を８．０×１０^-6Ω・ｃｍ以下、特に７．０×１０^-6Ω・ｃｍ以下、その中でも６．０×１０^-6Ω・ｃｍ以下とすることができる。

＜薄膜＞
本ターゲットは、マグネトロンスパッタリング又はロータリースパッタリングなどの各種スパッタリング法において、スパッタリングターゲットとして用いて、薄膜を作製することができる。

（膜抵抗）
本ターゲットを用いて作製した薄膜は、純ＮｉからなるＮｉターゲットを用いて成膜したＮｉ薄膜と同程度の比抵抗を有することができる。すなわち、本ターゲットを用いて作製した薄膜は、厚さ１００ｎｍ時の膜抵抗率を、１．５３〜２．００（×１０^−５Ω・ｃｍ）、中でも１．５５（×１０^−５Ω・ｃｍ）以上或いは１．７０（×１０^−５Ω・ｃｍ）以下、その中でも１．５８（×１０^−５Ω・ｃｍ）以上或いは１．６５（×１０^−５Ω・ｃｍ）以下とすることができる。

＜語句の説明＞
本明細書において「Ｘ〜Ｙ」（Ｘ，Ｙは任意の数字）と表現する場合、特にことわらない限り「Ｘ以上Ｙ以下」の意と共に、「好ましくはＸより大きい」或いは「好ましくはＹより小さい」の意も包含する。
また、「Ｘ以上」（Ｘは任意の数字）或いは「Ｙ以下」（Ｙは任意の数字）と表現した場合、「Ｘより大きいことが好ましい」或いは「Ｙ未満であることが好ましい」旨の意図も包含する。

以下、実施例に基づいて本発明を説明する。但し、本発明が、ここで説明する実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
原料としての純度３Ｎ（９９．９質量％）のＮｉと、純度３Ｎ（９９．９質量％）のＣｕとを、それぞれＣｕ含有量が０．５ａｔ％となるように秤量した。
水冷銅製ルツボを備えた真空高周波誘導炉を用いて、Ａｒ雰囲気、１３００℃にてＮｉとＣｕを溶解し、Ｎｉ合金の溶湯とした。この際、１３００℃を６０分間保持した。
続いて、真空中１２５０℃にて、溶湯をグラファイト製鋳型に鋳造し、インゴットを作製した。
このインゴット（厚さ４０ｍｍ）を、１０００℃、２ｍｍ、３パスを１回→８００℃、２ｍｍ、４パスを３回繰り返し、厚さ１０ｍｍまで圧延し、これを切削加工してΦ１５２．４ｍｍ×５ｍｍｔのターゲット（サンプル）を作製した。

そして、得られたターゲットを用いて、次の成膜装置を使用して次の条件でスパッタリングを実施し、ガラス基板上に膜厚１００ｎｍの薄膜（サンプル）を得た。
・成膜装置：アルバックテクノ株式会社製、ＳＨ−５５０Ｌ（ＤＣスパッタリング装置）
・ターゲットサイズ：Φ１５２．４ｍｍ×５ｍｍｔ
・到達真空度：＜２．０×１０^-5Ｐａ
・Ａｒガス流量：８０ｓｃｃｍ
・スパッタ内圧：５．０×１０^-1Ｐａ
・パワー：１．６ｗ／ｃｍ²
・Ｔ／Ｓ距離：１００ｍｍ

＜実施例２〜９及び比較例１〜３＞
原料の比率を変えてターゲットの組成を表１に示すように変えた以外、実施例１同様にターゲット及び薄膜を作製した。

＜最大比透磁率＞
実施例・比較例で得られたターゲットを、φ５０-φ６０×５のリング形状に加工し、次のようにして、最大比磁化率を測定した。

＝巻線作業
・巻線種：１次ＡＩＷ、２次ＡＩＷ
・巻線線径：１次巻線φ０．５ｍｍ、２次巻線φ０．３ｍｍ
・巻き数：１次３００ターン、２次２００ターン
＝直流Ｂ−Ｈ曲線測定＝
・測定装置：直流磁化特性試験装置
・測定方法：リング試験
・最大印加磁化力：１５ｋＡ／ｍ

＜バルク抵抗＞
実施例・比較例で得られたターゲットのバルク抵抗を、次の装置を使用して次の方法で測定した。
・測定装置：三菱化学社製、ロレスタ（登録商標）ＨＰ ＭＣＰ-Ｔ４１０（直列４探針プローブＴＹＰＥ ＥＳＰ）
・測定方法：直流４探針法

＜比抵抗＞
実施例・比較例で得られた薄膜の比抵抗を、次の装置を使用して次の方法で測定した。

・測定装置：共和理研社製、四探針計測器 Ｋ−７０５ＲＳ
・測定方法：直流４探針法
・膜厚：１００ｎｍ

上記実施例及びこれまで本発明者が行ってきた試験結果から、Ｎｉに適量のＣｕを含有させてなるＮｉ合金ターゲットであれば、Ｎｉの有する磁性を低減しつつ、Ｎｉターゲットを用いた成膜した際の薄膜と同等の比抵抗をもつ薄膜を成膜できることが分かった。
よって、Ｃｕを０．５ａｔ％以上５．０ａｔ％以下含み、残部がＮｉであるＮｉ合金からなる、スパッタリングターゲット、又は、Ｃｕを０．５ａｔ％以上５．０ａｔ％以下含み、Ｃｕ以外の添加元素を０.０１ａｔ％以上０．５ａｔ％以下含み、残部がＮｉであるＮｉ合金からなる、スパッタリングターゲットであれば、Ｎｉターゲットのもつ磁性を低減しつつ、Ｎｉターゲットを用いて成膜した薄膜と同等の比抵抗をもつ薄膜を成膜することができる。

なお、実施例４より、Ｃｕ以外の添加元素としてＡｌを０.０１ａｔ％以上０．５ａｔ％以下の割合で含むＮｉ合金からなる、スパッタリングターゲットについても、Ｎｉターゲットのもつ磁性を低減しつつ、Ｎｉターゲットを用いて成膜した薄膜と同等の比抵抗をもつ薄膜を成膜することができることが確認された。
磁性低減が、金属元素の微量添加によるＮｉの結晶構造の微小な歪みによるものであると考えると、Ｃｕ以外の添加元素として、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｇｅなどの元素を含むＮｉ合金の場合も、Ｃｕ及びＡｌを含むＮｉ合金と同様の効果を得ることができると推察できる。

Claims (6)

1. Ｃｕを０．５ａｔ％以上５．０ａｔ％以下含み、残部がＮｉであるＮｉ合金からなる、スパッタリングターゲット。
2. Ｃｕを０．５ａｔ％以上５．０ａｔ％以下含み、さらにＣｕ以外の添加元素を０.０１ａｔ％以上０．５ａｔ％以下含み、残部がＮｉであるＮｉ合金からなる、スパッタリングターゲット。
3. 前記Ｃｕ以外の添加元素が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｇｅ及びＡｌから選択される１種または２種以上の元素である、請求項２に記載のスパッタリングターゲット。
4. 印加磁場１０〜５０００Ａ／ｍの時の最大比透磁率が１５０以下である、請求項１〜３の何れかに記載のスパッタリングターゲット。
5. バルク抵抗が８．０×１０^-6Ω・ｃｍ以下である、請求項１〜４の何れかに記載のスパッタリングターゲット。
6. 請求項１〜５の何れかに記載のスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングして得られた薄膜であって、厚さ１００ｎｍ時の膜抵抗率が１．５３×１０^−５Ω・ｃｍ〜２．００×１０^−５Ω・ｃｍである薄膜。