KR101032011B1 - 니켈 합금 스퍼터링 타겟 및 니켈실리사이드막 - Google Patents

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Abstract

(과제) 열적으로 안정된 실리사이드 (NiSi) 막의 형성이 가능하고, 막의 응집이나 과잉 실리사이드화가 잘 일어나지 않고, 또 스퍼터막의 형성시에 입자의 발생이 적어, 균일성도 양호하고, 또한 타겟에 대한 소성 가공성이 풍부한, 특히 게이트 전극 재료 (박막) 의 제조에 유용한 니켈 합금 스퍼터링 타겟 및 그 타겟에 의해 형성된 니켈실리사이드막을 제공한다.
(해결 수단) 백금을 22 ∼ 46 wt％, 이리듐, 팔라듐, 루테늄에서 선택된 1 성분 이상을 5 ∼ 100 wtppm 함유하고, 잔부가 니켈 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 니켈 합금 스퍼터링 타겟.

Description

니켈 합금 스퍼터링 타겟 및 니켈실리사이드막{NICKEL ALLOY SPUTTERING TARGET AND NICKEL SILICIDE FILM}
본 발명은, 열적으로 안정된 니켈실리사이드 (NiSi) 막의 형성이 가능하고, 또 타겟에 대한 소성 가공성이 양호한, 특히 게이트 전극 재료 (박막) 의 제조에 유용한 니켈 합금 스퍼터링 타겟 및 그 타겟에 의해 형성된 니켈실리사이드막에 관한 것이다.
최근, 게이트 전극 재료로서 살리사이드 프로세스에 의한 NiSi 막의 이용이 주목받고 있다. 니켈은 코발트에 비해 살리사이드 프로세스에 의한 실리콘의 소비량이 적어 실리사이드막을 형성할 수 있다는 특징이 있다. 또, NiSi 는 코발트실리사이드막과 동일하게, 배선의 미세화에 의한 세선 저항의 상승이 잘 일어나지 않는다는 특징이 있다.
이와 같은 점에서, 게이트 전극 재료로서 고가인 코발트 대신에 니켈을 사용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, NiSi 의 경우에는, 보다 안정상 (相) 인 NiSi2 로 상 전이되기 쉬워, 계면 거칠기의 악화와 고저항화되는 문제가 있다. 또, 막의 응집이나 과잉 실리사이드화가 잘 일어난다는 문제도 있다.
종래, 니켈실리사이드 등의 막을 사용하는 것으로서, Ni 혹은 Co 막 상에 TiN 등의 금속 화합물막을 캡하여 어닐링함으로써, 실리사이드막 형성시에 산소와 반응하여 절연막을 형성하는 것을 방지하는 기술이 있다. 이 경우, 산소와 Ni 가 반응하여 요철이 있는 절연막이 형성되는 것을 방지하기 위해 TiN 이 사용되고 있다.
요철이 작으면 NiSi 막과 소스/드레인 확산층의 접합까지의 거리가 길어지므로, 접합 리크를 억제할 수 있다고 여겨지고 있다. 그 밖에 캡막으로는 TiC, TiW, TiB, WB2, WC, BN, AlN, Mg3N2, CaN, Ge3N4, TaN, TbNi2, VB2, VC, ZrN, ZrB 등이 개시되어 있다 (특허문헌 1 참조).
또 종래 기술에서는, NiSi 는 실리사이드 재료 중에서도 매우 잘 산화되어 NiSi 막과 Si 기판의 계면 영역에는 요철이 크게 형성되어, 접합 리크가 발생한다는 문제가 있는 것이 지적되고 있다.
이 경우, Ni 막 상에 캡막으로서 TiN 막을 스퍼터링하고, 또한 이것을 열처리함으로써 NiSi 막의 표면을 질화시키는 제안이 이루어져 있다. 이로써 NiSi 가 산화되는 것을 방지하여, 요철의 형성을 억제하는 것을 목적으로 하고 있다. 그러나, TiN 이 Ni 상에 퇴적되어 형성된 NiSi 상의 질화막은 얇기 때문에, 배리어성을 장시간 유지하기 어렵다는 문제가 있다.
그래서 질소 가스를 첨가한 혼합 가스 (2.5 ∼ 10 ％) 분위기 중에서 실리사이드막을 형성함으로써, 실리사이드막의 러프네스를 40 ㎚ 이하, 입경 200 ㎚ 이상으로 하는 제안이 있다. 또한 Ni 상에 Ti, W, TiNx, WNx 중 1 개를 캡하는 것이 바람직한 것으로 한다.
이 경우, 질소 가스를 함유하지 않는 아르곤 가스만으로 Ni 를 스퍼터링하고,계속해서 TiN 의 캡막을 스퍼터링한 후, N 이온을 Ni 막 중에 이온 주입함으로써 Ni 막 중에 N 을 첨가해도 되는 것이 개시되어 있다 (특허문헌 2 참조).
또, 종래 기술로서 반도체 장치와 그 제조 방법이 개시되고, 제 1 금속 : Co, Ni, Pt 또는 Pd 와, 제 2 금속 : Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta 또는 Cr 의 조합이 기술되어 있다. 실시예에는, Co-Ti 의 조합이 있다.
코발트는, 티탄에 비해 실리콘 산화막을 환원시키는 능력이 낮아, 코발트를 퇴적시킬 때 실리콘 기판이나 폴리실리콘막 표면에 존재하는 자연 산화막이 존재하는 경우에는 실리사이드 반응이 저해된다. 또한 내열성이 티타늄실리사이드막보다 떨어져, 살리사이드 프로세스 종료 후의 층간막용 실리콘 산화막의 퇴적시의 열에 의해, 코발트 다이실리사이드 (CoSi2) 막이 응집되어 저항이 상승되는 문제가 있는 것이 개시되어 있다 (특허문헌 3 참조).
또, 종래 기술로서 「반도체 장치의 제조 방법」의 개시가 있는데, 살리사이드 형성시의 오버 그로스에 의한 단락을 방지하기 위해, 코발트 혹은 니켈에 티탄, 지르코늄, 탄탈, 몰리브덴, 니오브, 하프늄 및 텅스텐에서 선택된 금속과의 비정질 합금층을 형성하는 기술이 개시되어 있다. 이 경우, 코발트의 함유량 50 ∼ 75 at％, Ni40Zr60 의 실시예가 있는데, 비정질막으로 하기 위해 합금의 함유량이 많다 (특허문헌 4 참조).
이상 개시되어 있는 종래 기술에 대해서는, 모두 성막 프로세스에 관한 것으로 스퍼터링 타겟에 관한 것은 아니다. 또, 종래의 고순도 니켈로는, 가스 성분을 제외하고 ∼ 4 N 정도이며 산소는 100 ppm 정도로 높은 것이었다. 이와 같은 종래의 니켈을 기로 한 니켈 합금 타겟을 제조한 결과, 소성 가공성이 나빠 품질이 양호한 타겟을 제조할 수 없었다. 또 스퍼터링시에 입자가 많아, 균일성도 양호하지 않다는 문제가 있었다.
이상의 게이트 전극 재료의 문제점을 감안하여, 본 발명자들은, 특히 우수한 재료로서 니켈을 베이스로 하여, 이것에 티탄 또는 백금을 첨가한 스퍼터링 타겟 재를 개발하고, 안정상인 NiSi2 로 상 전이되는 것을 억제하는 제안을 하였다 (특허문헌 5, 특허문헌 6 참조).
이 제안 중에서, 백금을 첨가한 니켈 합금이 가장 효과적으로, 이 제안 시점에서는 매우 유용했지만, 최근에는 배선폭의 축소와 함께, 프로세스 온도의 상승은 피할 수 없어, 더욱 고온에서의 열안정성이 요구되게 되었다.
일본 공개특허공보 평7-38104호 일본 공개특허공보 평9-153616호 일본 공개특허공보 평11-204791호 (USP5989988) 일본 공개특허공보 평5-94966호 일본 공개특허공보 2003-213406호 일본 공개특허공보 2003-213406호
본 발명은, 열적으로 안정된 실리사이드 (NiSi) 막의 형성이 가능하고, 막의 응집이나 과잉 실리사이드화가 잘 일어나지 않고, 또 스퍼터막의 형성시에 입자의 발생이 적어, 균일성도 양호하고, 또한 타겟에 대한 소성 가공성이 풍부한, 특히 게이트 전극 재료 (박막) 의 제조에 유용한 니켈 합금 스퍼터링 타겟 및 그 타겟에 의해 형성된 니켈실리사이드막을 제공하는 것을 목적으로 한 것이다.
상기 문제점을 해결하기 위해, 고순도 니켈에 백금과 함께, 특수한 금속 원소를 첨가함으로써, 열적으로 안정된 실리사이드 (NiSi) 성막이 가능하고, 스퍼터링시에 입자의 발생이 적어, 균일성도 양호하고, 또 소성 가공성이 풍부한 타겟을 제조할 수 있고, 또한 이 타겟을 사용한 성막에 의해 NiSi 에서 NiSi2 로의 상변화를 억제할 수 있는 니켈실리사이드막을 얻을 수 있다는 지견을 얻었다.
이 지견에 기초하여, 본 발명은
1) 백금을 22 ∼ 46 wt％, 이리듐, 팔라듐, 루테늄에서 선택된 1 성분 이상을 5 ∼ 100 wtppm 함유하고, 잔부가 니켈 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 니켈 합금 스퍼터링 타겟을 제공한다.
또, 본 발명은,
2) 백금 22 ∼ 46 wt％, 이리듐, 팔라듐, 루테늄에서 선택된 1 성분 이상을 5 ∼ 100 wtppm 함유하고 잔부가 니켈 및 불가피적 불순물인 니켈 합금 타겟을 사용하여 스퍼터링함으로써, 실리콘 기판 상에 니켈 합금막을 형성하고, 이 니켈 합금막과 실리콘 기판의 반응에 의해 형성된 니켈실리사이드막으로서, 당해 니켈실리사이드막의 NiSi 에서 NiSi2 로의 상변화 온도가 750 ℃ 이상인 것을 특징으로 하는 니켈실리사이드막
3) NiSi 에서 NiSi2 로의 상변화 온도가 800 ℃ 이상인 것을 특징으로 하는 상기 2) 기재된 니켈실리사이드막을 제공한다.
상기 문제점을 해결하기 위해, 고순도 니켈에 백금과 함께, 특수한 금속 원소를 첨가함으로써, 열적으로 안정된 실리사이드 (NiSi) 성막이 가능하고, 스퍼터링시에 입자의 발생이 적어, 균일성도 양호하고, 또 소성 가공성이 풍부한 타겟을 제조할 수 있고, 또한 이 타겟을 사용한 성막에 의해 NiSi 에서 NiSi2 로의 상변화를 억제할 수 있는 니켈실리사이드막을 얻을 수 있다는 지견을 얻었다.
도 1 은 실시예 및 비교예의 열처리 온도에 의한 시트 저항 변화를 나타내는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 형태
본 발명의 타겟은, 조 (粗) Ni (∼ 4 N 정도) 를 전해 정제에 의해, 금속 불순물 성분을 제거한 후, EB 용해에 의해 다시 정제하여 고순도 니켈 잉곳으로 하고, 이 잉곳과 고순도 백금을 진공 용해시켜 고순도 니켈 합금 잉곳을 제조한다.
진공 용해시에는, 수냉 구리제 도가니를 사용한 콜드 크루시블 용해법이 적합하다. 이 합금 잉곳을 단조 (鍛造), 압연 등의 공정에 의해 판 형상으로 하여, 최종적으로 재결정 온도 (약 500 ℃) ∼ 950 ℃ 에서 열처리함으로써 타겟을 제조한다.
백금 (Pt) 의 첨가량은 22 ∼ 46 wt％, 보다 바람직하게는 27 ∼ 37 wt％ 로 한다. 이 백금의 첨가량이 지나치게 적으면, 니켈 합금층의 열안정이 향상되지 않는다. 첨가량이 지나치게 많으면, 막저항이 지나치게 커져 적당하지 않을 뿐만 아니라, 금속간 화합물의 양이 많아져 소성 가공이 곤란해져, 스퍼터링시의 입자도 많아진다는 문제가 있다.
게다가, 본원 발명은, 이리듐 (Ir), 팔라듐 (Pd), 루테늄 (Ru) 에서 선택된 1 성분 이상을 5 ∼ 100 wtppm 함유시킨다. 이들 첨가 원소는, Ni 중에 고용된 상태로 존재한다. 이 합금 원소의 첨가에 의해, 단순히 Pt 를 첨가하는 경우에 비해, 살리사이드 프로세스에 있어서의 NiSi 에서 NiSi2 로의 상변화를 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 상기 첨가제에 수반하여 불순물이 혼입될 우려가 있으므로, 이리듐, 팔라듐, 루테늄의 첨가물에 대해서는, 3 N 레벨 이상의 고순도품을 사용하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 백금 첨가 니켈 합금을 사용하여 Si 기판 상에 스퍼터링하고, 또한 이 스퍼터 성막을 질소 분위기 중에서 가열한 후, XRD 회절법에 의해 결정 구조의 변화 온도를 측정한 결과, 백금 22 ∼ 46 wt％ 및 이리듐, 팔라듐, 루테늄에서 선택된 1 성분 이상을 5 ∼ 100 wtppm 의 첨가에 의해 50 ∼ 100 ℃ 의 상변화 온도가 향상되어, 명백한 열안정성을 확인할 수 있었다.
즉, 살리사이드 프로세스에 의한 니켈실리사이드막을 형성한 경우, NiSi 에서 NiSi2 로의 상변화 온도 750 ℃ 이상을 달성하고, 나아가서는 NiSi 에서 NiSi2 로의 상변화 온도가 800 ℃ 이상으로 할 수 있게 되었다.
스퍼터링시의 입자 발생을 감소시켜, 균일성을 양호하게 하기 위해, 가스 성분을 제외한 불가피 불순물을 100 wtppm 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 가스 성분을 제외한 불가피 불순물을 10 wtppm 이하로 한다.
또, 가스 성분도 입자 발생을 증가시키는 요인이 되므로, 산소 50 wtppm 이하, 보다 바람직하게는 10 wtppm 이하, 질소, 수소 및 탄소를 각각 10 wtppm 이하로 하는 것이 바람직하다.
타겟의 초투자율 (初透磁率) 이 50 이상 (바람직하게는 100 정도), 나아가서는 최대 투자율 100 이상으로 하는 것이 스퍼터 특성에 대해 중요하다.
재결정 온도 이상 (약 500 ℃) ∼ 950 ℃ 에서 최종 열처리를 실시하여 실질적인 재결정 조직으로 한다. 열처리 온도가 500 ℃ 미만이면 충분한 재결정 조직을 얻을 수 없다. 또, 투자율 및 최대 투자율의 향상도 없다.
본 발명의 타겟에 있어서는, 다소의 미재결정의 존재는 특성에 영향을 미치지 않지만, 다량의 존재는 바람직하지 않다. 타겟의 평균 결정 입경이 80 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
950 ℃ 를 초과하는 최종 열처리는, 평균 결정 입경을 조대화시키므로 바람직하지 않다. 평균 결정 입경이 조대화되면, 결정 입경의 편차가 커져, 균일성이 저하된다.
실시예
다음으로, 본 발명의 실시예 및 비교예에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시예는 어디까지나 일례이며, 이 예에 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서, 실시예 이외의 양태 혹은 변형을 모두 포함하는 것이다.
(실시예 1)
조 Ni (∼ 4 N 정도) 를 전해 정제에 의해, 금속 불순물 성분을 제거한 후, EB 용해에 의해 다시 정제하여 고순도 니켈 잉곳 (99.999 wt％) 으로 하고, 이 잉곳과 동일한 정도의 순도의 고순도 백금 22.4 wt％ 및 고순도 이리듐 2 wtppm, 고순도 루테늄 2 wtppm, 고순도 팔라듐 1 wtppm 을 첨가하고, 이것들을 진공 용해시켜 고순도 니켈 합금 잉곳을 제조하였다. 또한, 이 경우, 이리듐, 루테늄, 팔라듐의 총량은 5 wtppm 이 된다.
이 재료의 진공 용해시에는, 수냉 구리제 도가니를 사용한 콜드 크루시블 용해법을 사용하였다. 타겟에 대한 소성 가공성은 양호하며, 특별히 문제는 없었다.
용해, 주조하여 얻은 합금 잉곳을 단조 및 압연 공정에 의해 판 형상으로 하여, 최종적으로 500 ∼ 950 ℃ 에서 열처리함으로써 타겟을 제조하였다.
이와 같이 하여 얻은 니켈 합금 타겟을 사용하여 실리콘 기판 상에 스퍼터링하고, 또한 이 스퍼터 성막을 질소 분위기 중에서 가열하여, 시트 저항값의 변화 온도를 측정하였다. 이로써, 단순한 백금 첨가의 경우와 비교하여, 150 ∼ 200 ℃ 의 상변화 온도가 향상되어, 명백한 열안정성을 확인할 수 있었다. 이 니켈 합금막의 시트 저항을 측정한 결과를 도 1 에 나타낸다.
이 도 1 로부터 알 수 있는 바와 같이, 800 ℃ 이하에서는 시트 저항값의 상승은 전혀 관찰되지 않는다. 또한 850 ℃ 의 가열에서도, 약간 시트 저항값의 상승이 있을 뿐이었다. 이 고온으로 가열해도 시트 저항값이 오르지 않는 것은, NiSi 에서 NiSi2 로의 상변화가 일어나지 않는 것을 의미한다.
이 실시예 1 에 있어서는, 고순도 이리듐 2 wtppm, 고순도 루테늄 2 wtppm, 고순도 팔라듐 1 wtppm 과, 3 성분의 부성분을 총량으로 5 wtppm 첨가한 경우이지만, 이들 부성분을 1 성분으로 단독 첨가한 경우, 또 각 부성분을 2 성분 조합한 경우에도, 총량으로 5 wtppm 을 첨가하는 한, 동일한 결과가 얻어졌다.
(실시예 2)
실시예 1 과 동일하게, 조 Ni (∼ 4 N 정도) 를 전해 정제에 의해, 금속 불순물 성분을 제거한 후, EB 용해에 의해 다시 정제하여 고순도 니켈 잉곳 (99.999 wt％) 으로 하였다.
다음으로, 이 잉곳과 동일한 정도의 순도의 고순도 백금 22.4 wt％ 및 고순도 이리듐 5 wtppm, 고순도 루테늄 5 wtppm, 고순도 팔라듐 5 wtppm 을 첨가하고, 이것들을 진공 용해시켜 고순도 니켈 합금 잉곳을 제조하였다. 또한, 이 경우, 이리듐, 루테늄, 팔라듐의 총량은 15 wtppm 이 된다.
이 재료의 진공 용해시에는, 수냉 구리제 도가니를 사용한 콜드 크루시블 용해법을 사용하였다. 타겟에 대한 소성 가공성은 양호하며, 특별히 문제는 없었다.
용해, 주조하여 얻은 합금 잉곳을 단조 및 압연 공정에 의해 판 형상으로 하여, 최종적으로 500 ∼ 950 ℃ 에서 열처리함으로써 타겟을 제조하였다.
이와 같이 하여 얻은 니켈 합금 타겟을 사용하여 실리콘 기판 상에 스퍼터링 하고, 또한 이 스퍼터 성막을 질소 분위기 중에서 가열하여, 시트 저항값의 변화 온도를 측정하였다. 이로써, 단순한 백금 첨가의 경우와 비교하여, 실시예 1 과 동일하게, 150 ∼ 200 ℃ 의 상변화 온도가 향상되어, 명백한 열안정성을 확인할 수 있었다. 이 니켈 합금막의 시트 저항을 측정한 결과를 도 1 에 나타낸다.
이 도 1 로부터 알 수 있는 바와 같이, 800 ℃ 이하에서는 시트 저항값의 상승은 전혀 관찰되지 않는다. 또한 850 ℃ 의 가열에서도, 약간 시트 저항값의 상승이 있을 뿐이었다. 이 고온으로 가열해도 시트 저항값이 오르지 않는 것은, NiSi 에서 NiSi2 로의 상변화가 일어나지 않는 것을 의미한다.
이 실시예 2 에 있어서는, 고순도 이리듐 5 wtppm, 고순도 루테늄 5 wtppm, 고순도 팔라듐 5 wtppm 과, 3 성분의 부성분을 총량으로 15 wtppm 첨가한 경우이지만, 이들 부성분을 1 성분으로 단독 첨가한 경우, 또 각 부성분을 2 성분 조합한 경우에도, 총량으로 15 wtppm 을 첨가하는 한, 동일한 결과가 얻어졌다.
(실시예 3)
실시예 1 과 동일하게, 조 Ni (∼ 4 N 정도) 를 전해 정제에 의해, 금속 불순물 성분을 제거한 후, EB 용해에 의해 다시 정제하여 고순도 니켈 잉곳 (99.999 wt％) 으로 하였다.
다음으로, 이 잉곳과 동일한 정도의 순도의 고순도 백금 27 wt％ 및 고순도 이리듐 8 wtppm, 고순도 루테늄 8 wtppm, 고순도 팔라듐 9 wtppm 을 첨가하고, 이것들을 진공 용해시켜 고순도 니켈 합금 잉곳을 제조하였다. 또한, 이 경우, 이리듐, 루테늄, 팔라듐의 총량은 25 wtppm 이 된다.
이 재료의 진공 용해시에는, 수냉 구리제 도가니를 사용한 콜드 크루시블 용해법을 사용하였다. 타겟에 대한 소성 가공성은 양호하며, 특별히 문제는 없었다.
용해, 주조하여 얻은 합금 잉곳을 단조 및 압연 공정에 의해 판 형상으로 하여, 최종적으로 500 ∼ 950 ℃ 에서 열처리함으로써 타겟을 제조하였다.
이와 같이 하여 얻은 니켈 합금 타겟을 사용하여 실리콘 기판 상에 스퍼터링 하고, 또한 이 스퍼터 성막을 질소 분위기 중에서 가열하여, 시트 저항값의 변화 온도를 측정하였다. 이로써, 단순한 백금 첨가의 경우와 비교하여, 실시예 1 과 동일하게, 150 ∼ 200 ℃ 의 상변화 온도가 향상되어, 명백한 열안정성을 확인할 수 있었다. 이 니켈 합금막의 시트 저항을 측정한 결과를 도 1 에 나타낸다.
이 도 1 로부터 알 수 있는 바와 같이, 800 ℃ 이하에서는 시트 저항값의 상승은 전혀 관찰되지 않는다. 또한 850 ℃ 의 가열에서도, 약간 시트 저항값의 상승이 있을 뿐이었다. 이 고온으로 가열해도 시트 저항값이 오르지 않는 것은, NiSi 에서 NiSi2 로의 상변화가 일어나지 않는 것을 의미한다.
이 실시예 3 에 있어서는, 고순도 이리듐 8 wtppm, 고순도 루테늄 8 wtppm, 고순도 팔라듐 9 wtppm 과, 3 성분의 부성분을 총량으로 25 wtppm 첨가한 경우이지만, 이들 부성분을 1 성분으로 단독 첨가한 경우, 또 각 부성분을 2 성분 조합한 경우에도, 총량으로 25 wtppm 을 첨가하는 한, 동일한 결과가 얻어졌다.
(실시예 4)
실시예 1 과 동일하게, 조 Ni (∼ 4 N 정도) 를 전해 정제에 의해, 금속 불순물 성분을 제거한 후, EB 용해에 의해 다시 정제하여 고순도 니켈 잉곳 (99.999 wt％) 으로 하였다.
다음으로, 이 잉곳과 동일한 정도의 순도의 고순도 백금 45.4 wt％ 및 고순도 이리듐 20 wtppm, 고순도 루테늄 20 wtppm, 고순도 팔라듐 10 wtppm 을 첨가하고, 이것들을 진공 용해시켜 고순도 니켈 합금 잉곳을 제조하였다. 또한, 이 경우, 이리듐, 루테늄, 팔라듐의 총량은 50 wtppm 이 된다.
이 재료의 진공 용해시에는, 수냉 구리제 도가니를 사용한 콜드 크루시블 용해법을 사용하였다. 타겟에 대한 소성 가공성이 전 실시예에 비해 조금 떨어졌지만, 가공은 가능하였다.
용해, 주조하여 얻은 합금 잉곳을 단조 및 압연 공정에 의해 판 형상으로 하여, 최종적으로 500 ∼ 950 ℃ 에서 열처리함으로써 타겟을 제조하였다.
이와 같이 하여 얻은 니켈 합금 타겟을 사용하여 실리콘 기판 상에 스퍼터링 하고, 또한 이 스퍼터 성막을 질소 분위기 중에서 가열하여, 시트 저항값의 변화 온도를 측정하였다. 이로써, 단순한 백금 첨가의 경우와 비교하여, 실시예 1 과 동일하게, 150 ∼ 200 ℃ 의 상변화 온도가 향상되어, 명백한 열안정성을 확인할 수 있었다. 이 니켈 합금막의 시트 저항을 측정한 결과를 도 1 에 나타낸다.
이 도 1 로부터 알 수 있는 바와 같이, 800 ℃ 이하에서는 시트 저항값의 상승은 전혀 관찰되지 않는다. 또한 850 ℃ 의 가열에서도, 약간 시트 저항값의 상승이 있을 뿐이었다. 이 고온으로 가열해도 시트 저항값이 오르지 않는 것은, NiSi 에서 NiSi2 로의 상변화가 일어나지 않는 것을 의미한다.
이 실시예 4 에 있어서는, 고순도 이리듐 20 wtppm, 고순도 루테늄 20 wtppm, 고순도 팔라듐 10 wtppm 과, 3 성분의 부성분을 총량으로 50 wtppm 첨가한 경우이지만, 이들 부성분을 1 성분으로 단독 첨가한 경우, 또 각 부성분을 2 성분 조합한 경우에도, 총량으로 50 wtppm 을 첨가하는 한, 동일한 결과가 얻어졌다.
(실시예 5)
실시예 1 과 동일하게, 조 Ni (∼ 4 N 정도) 를 전해 정제에 의해, 금속 불순물 성분을 제거한 후, EB 용해에 의해 다시 정제하여 고순도 니켈 잉곳 (99.999 wt％) 으로 하였다.
다음으로, 이 잉곳과 동일한 정도의 순도의 고순도 백금 46 wt％ 및 고순도 이리듐 40 wtppm, 고순도 루테늄 40 wtppm, 고순도 팔라듐 20 wtppm 을 첨가하고, 이것들을 진공 용해시켜 고순도 니켈 합금 잉곳을 제조하였다. 또한, 이 경우, 이리듐, 루테늄, 팔라듐의 총량은 100 wtppm 이 된다.
이 재료의 진공 용해시에는, 수냉 구리제 도가니를 사용한 콜드 크루시블 용해법을 사용하였다. 타겟에 대한 소성 가공성에 약간 어려움은 있었지만, 가공은 가능하였다.
용해, 주조하여 얻은 합금 잉곳을 단조 및 압연 공정에 의해 판 형상으로 하여, 최종적으로 500 ∼ 950 ℃ 에서 열처리함으로써 타겟을 제조하였다.
이와 같이 하여 얻은 니켈 합금 타겟을 사용하여 실리콘 기판 상에 스퍼터링 하고, 또한 이 스퍼터 성막을 질소 분위기 중에서 가열하여, 시트 저항값의 변화 온도를 측정하였다. 이로써, 단순한 백금 첨가의 경우와 비교하여, 실시예 1 과 동일하게, 150 ∼ 200 ℃ 의 상변화 온도가 향상되어, 명백한 열안정성을 확인할 수 있었다. 이 니켈 합금막의 시트 저항을 측정한 결과에 대해서는, 특별히 개시하지 않지만, 전 실시예와 동일한 경향을 나타내었다.
이 경우, 실시예 4 와 동일하게, 800 ℃ 이하에서는 시트 저항값의 상승은 전혀 관찰되지 않는다. 또한 850 ℃ 의 가열에서도, 약간 시트 저항값의 상승이 있을 뿐이었다. 이 고온으로 가열해도 시트 저항값이 오르지 않는 것은, NiSi 에서 NiSi2 로의 상변화가 일어나지 않는 것을 의미한다.
이 실시예 5 에 있어서는, 고순도 이리듐 40 wtppm, 고순도 루테늄 40 wtppm, 고순도 팔라듐 20 wtppm 과, 3 성분의 부성분을 총량으로 100 wtppm 첨가한 경우이지만, 이들 부성분을 1 성분으로 단독 첨가한 경우, 또 각 부성분을 2 성분 조합한 경우에도, 총량으로 100 wtppm 을 첨가하는 한, 동일한 결과가 얻어졌다.
(비교예 1)
실시예 1 과 동일하게, 조 Ni (∼ 4 N 정도) 를 전해 정제에 의해, 금속 불순물 성분을 제거한 후, EB 용해에 의해 다시 정제하여 고순도 니켈 잉곳 (99.999 wt％) 으로 하였다.
다음으로, 백금은 첨가하지 않고, 고순도 이리듐 0.3 wtppm, 고순도 루테늄 0.3 wtppm, 고순도 팔라듐 0.2 wtppm 을 첨가하고, 이것들을 진공 용해시켜 고순도 니켈 합금 잉곳을 제조하였다. 또한, 이 경우, 이리듐, 루테늄, 팔라듐의 총량은 0.8 wtppm 이 된다.
이 재료의 진공 용해시에는, 수냉 구리제 도가니를 사용한 콜드 크루시블 용해법을 사용하였다. 타겟에 대한 소성 가공성은 양호하며, 특별히 문제는 없었다.
용해, 주조하여 얻은 합금 잉곳을 단조 및 압연 공정에 의해 판 형상으로 하여, 최종적으로 500 ∼ 950 ℃ 에서 열처리함으로써 타겟을 제조하였다.
이와 같이 하여 얻은 니켈 합금 타겟을 사용하여 실리콘 기판 상에 스퍼터링 하고, 또한 이 스퍼터 성막을 질소 분위기 중에서 가열하여, 시트 저항값의 변화 온도를 측정하였다. 이 경우, 실시예 1 과 비교하여, 550 ℃ 이상에서는, 상변화 온도가 급속히 증가되어, 열안정성이 현저하게 저하되었다. 이 니켈 합금막의 시트 저항을 측정한 결과를 도 1 에 나타낸다.
이 도 1 로부터 알 수 있는 바와 같이, 550 ℃ 를 초과하면 시트 저항값의 상승이 현저해진 것을 확인할 수 있었다. 이와 같이 저온으로 가열한 경우에도, 시트 저항값이 크게 높아진 것은, NiSi 에서 NiSi2 로의 상변화가 일어난 것을 의미하는 것이다.
이 비교예 1 에 있어서는, 고순도 이리듐 0.3 wtppm, 고순도 루테늄 0.3 wtppm, 고순도 팔라듐 0.2 wtppm 으로 하고, 3 성분의 부성분을 총량으로 0.8 wtppm 첨가한 경우이지만, 이들 부성분을 1 성분으로 단독 첨가한 경우, 또 각 부성분을 2 성분 조합한 경우에도, 총량으로 0.8 wtppm 을 첨가하는 한, 동일한 나쁜 결과가 얻어졌다.
(비교예 2)
실시예 1 과 동일하게, 조 Ni (∼ 4 N 정도) 를 전해 정제에 의해, 금속 불순물 성분을 제거한 후, EB 용해에 의해 다시 정제하여 고순도 니켈 잉곳 (99.999 wt％) 으로 하였다.
다음으로, 백금을 14.9 wt％ 첨가하고, 추가로 고순도 이리듐 1 wtppm, 고순도 루테늄 1 wtppm, 고순도 팔라듐 1 wtppm 을 첨가하고, 이것들을 진공 용해시켜 고순도 니켈 합금 잉곳을 제조하였다. 또한, 이 경우, 이리듐, 루테늄, 팔라듐의 총량은 3 wtppm 이 된다. 백금의 첨가량 및 이리듐, 루테늄, 팔라듐의 첨가량은, 모두 본원 발명의 조건을 충족하지 않는다.
이 재료의 진공 용해시에는, 수냉 구리제 도가니를 사용한 콜드 크루시블 용해법을 사용하였다. 타겟에 대한 소성 가공성은 양호하며, 특별히 문제는 없었다.
용해, 주조하여 얻은 합금 잉곳을 단조 및 압연 공정에 의해 판 형상으로 하여, 최종적으로 500 ∼ 950 ℃ 에서 열처리함으로써 타겟을 제조하였다.
이와 같이 하여 얻은 니켈 합금 타겟을 사용하여 실리콘 기판 상에 스퍼터링 하고, 또한 이 스퍼터 성막을 질소 분위기 중에서 가열하여, 시트 저항값의 변화 온도를 측정하였다. 이 경우, 실시예 1 과 비교하여, 550 ℃ 이상에서는, 상변화 온도가 급속히 증가되어, 열안정성이 현저하게 저하되었다. 이 니켈 합금막의 시트 저항을 측정한 결과를 도 1 에 나타낸다.
이 도 1 로부터 알 수 있는 바와 같이, 550 ℃ 를 초과하여, 600 ℃ 에서 일단 시트 저항값이 감소되었지만, 650 ℃ 이상에서는 상승이 현저해진 것을 확인할 수 있었다. 이와 같이 650 ℃ 정도의 저온으로 가열한 경우에도, 시트 저항값이 크게 높아진 것은, NiSi 에서 NiSi2 로의 상변화가 일어난 것을 의미하는 것이다.
이 비교예 2 에 있어서는, 백금 14.9 wt％ 이외에, 고순도 이리듐 1 wtppm, 고순도 루테늄 1 wtppm, 고순도 팔라듐 1 wtppm 으로 하여, 3 성분의 부성분을 총량으로 3 wtppm 첨가한 경우이지만, 이들 부성분을 1 성분으로 단독 첨가한 경우, 또 각 부성분을 2 성분 조합한 경우에도, 총량으로 3 wtppm 을 첨가하는 한, 동일한 나쁜 결과가 얻어졌다.
(비교예 3)
실시예 1 과 동일하게, 조 Ni (∼ 4 N 정도) 를 전해 정제에 의해, 금속 불순물 성분을 제거한 후, EB 용해에 의해 다시 정제하여 고순도 니켈 잉곳 (99.999 wt％) 으로 하였다.
다음으로, 백금을 20 wt％ 첨가하고, 추가로 고순도 이리듐 10 wtppm, 고순도 루테늄 10 wtppm, 고순도 팔라듐 10 wtppm 을 첨가하고, 이것들을 진공 용해시켜 고순도 니켈 합금 잉곳을 제조하였다. 또한, 이 경우, 이리듐, 루테늄, 팔라듐의 총량은 30 wtppm 이 된다. 백금의 첨가량은 본 발명의 22 wt％ 보다 적어, 본 발명의 조건을 충족하지 않는다. 또한, 이리듐, 루테늄, 팔라듐의 첨가량은 본원 발명의 조건을 충족한다.
이 재료의 진공 용해시에는, 수냉 구리제 도가니를 사용한 콜드 크루시블 용해법을 사용하였다. 타겟에 대한 소성 가공성은 양호하며, 특별히 문제는 없었다.
용해, 주조하여 얻은 합금 잉곳을 단조 및 압연 공정에 의해 판 형상으로 하여, 최종적으로 500 ∼ 950 ℃ 에서 열처리함으로써 타겟을 제조하였다.
이와 같이 하여 얻은 니켈 합금 타겟을 사용하여 실리콘 기판 상에 스퍼터링 하고, 또한 이 스퍼터 성막을 질소 분위기 중에서 가열하여, 시트 저항값의 변화 온도를 측정하였다. 이 경우, 실시예 1 과 비교하여, 750 ℃ 이상에서는, 상변화 온도가 급속히 증가되어, 열안정성이 저하되었다. 이 니켈 합금막의 시트 저항을 측정한 결과를 도 1 에 나타낸다.
이 도 1 로부터 알 수 있는 바와 같이, 700 ℃ 를 초과하면 시트 저항값이 증가되고, 750 ℃ 이상에서는 상승이 현저해진 것이 확인할 수 있었다. 이와 같이 750 ℃ 정도의 온도로 가열한 경우에도, 시트 저항값이 크게 높아진 것은, 이 온도에서 NiSi 에서 NiSi2 로의 상변화가 일어난 것을 의미하는 것이다.
이 비교예 3 에 있어서는, 고순도 이리듐 10 wtppm, 고순도 루테늄 10 wtppm, 고순도 팔라듐 10 wtppm 으로 하여, 3 성분의 부성분을 총량으로 30 wtppm 첨가한 경우이지만, 이들 부성분을 1 성분으로 단독 첨가한 경우, 또 각 부성분을 2 성분 조합한 경우에도, 총량으로 30 wtppm 을 첨가하는 한, 백금 20 wt％ 로 낮기 때문에, 동일한 나쁜 결과가 얻어졌다.
(비교예 4)
실시예 1 과 동일하게, 조 Ni (∼ 4 N 정도) 를 전해 정제에 의해, 금속 불순물 성분을 제거한 후, EB 용해에 의해 다시 정제하여 고순도 니켈 잉곳 (99.999 wt％) 으로 하였다.
다음으로, 백금을 27 wt％ 첨가하고, 추가로 고순도 이리듐 1 wtppm, 고순도 루테늄 1 wtppm, 고순도 팔라듐 2 wtppm 을 첨가하고, 이것들을 진공 용해시켜 고순도 니켈 합금 잉곳을 제조하였다. 또한, 이 경우, 이리듐, 루테늄, 팔라듐의 총량은 4 wtppm 이 된다. 백금의 첨가량은 본 발명의 22 wt％ 이상이므로, 본 발명의 조건을 충족한다. 또한, 이리듐, 루테늄, 팔라듐의 첨가량은 본원 발명의 조건인 5 wtppm 을 충족하지 않는다.
이 재료의 진공 용해시에는, 수냉 구리제 도가니를 사용한 콜드 크루시블 용해법을 사용하였다. 타겟에 대한 소성 가공성은 양호하며, 특별히 문제는 없었다.
용해, 주조하여 얻은 합금 잉곳을 단조 및 압연 공정에 의해 판 형상으로 하여, 최종적으로 500 ∼ 950 ℃ 에서 열처리함으로써 타겟을 제조하였다.
이와 같이 하여 얻은 니켈 합금 타겟을 사용하여 실리콘 기판 상에 스퍼터링 하고, 또한 이 스퍼터 성막을 질소 분위기 중에서 가열하여, 시트 저항값의 변화 온도를 측정하였다. 이 경우, 실시예 1 과 비교하여, 750 ℃ 이상에서는, 상변화 온도가 급속히 증가되어, 열안정성이 저하되었다. 이 니켈 합금막의 시트 저항을 측정한 결과를 도 1 에 나타낸다.
이 도 1 로부터 알 수 있는 바와 같이, 750 ℃ 를 초과하면 시트 저항값이 높아진 것을 확인할 수 있었다. 이와 같이 750 ℃ 정도의 온도로 가열한 경우에도, 시트 저항값이 크게 높아진 것은, 이 온도에서 NiSi 에서 NiSi2 로의 상변화가 일어난 것을 의미하는 것이다. 비교예 1 ∼ 비교예 3 에 비해 크게 개선되었지만, 발명의 목적으로 하는 개선에 이르지 않았다.
이 비교예 4 에 있어서는, 고순도 이리듐 1 wtppm, 고순도 루테늄 1 wtppm, 고순도 팔라듐 2 wtppm 으로 하여, 3 성분의 부성분을 총량으로 4 wtppm 첨가한 경우이지만, 이들 부성분을 1 성분으로 단독 첨가한 경우, 또 각 부성분을 2 성분 조합한 경우에도, 총량으로 4 wtppm 을 첨가하는 한, 백금 첨가량이 27 wt％ 로 본원 발명의 조건을 충족하여도, 약간 나쁜 결과가 얻어졌다.
산업상 이용가능성
이상에 나타내는 바와 같이, 니켈에 백금을 22 ∼ 46 wt％, 이리듐, 팔라듐, 루테늄에서 선택된 1 성분 이상을 5 ∼ 100 wtppm 첨가한 니켈 합금 스퍼터링 타겟은, 열적으로 안정된 실리사이드 (NiSi) 막의 형성이 가능하고, 막의 응집이나 과잉 실리사이드화가 잘 일어나기 않고, 또 스퍼터막의 형성시에 입자의 발생이 적어, 균일성도 양호하고, 또한 타겟에 대한 소성 가공성이 풍부하므로, 특히 게이트 전극 재료 (박막) 의 제조에 유용한 니켈 합금 스퍼터링 타겟을 제공할 수 있다.

Claims (3)

  1. 백금을 22 ∼ 46 wt％, 이리듐, 팔라듐, 루테늄에서 선택된 1 성분 이상을 5 ∼ 100 wtppm 함유하고, 잔부가 니켈 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 니켈 합금 스퍼터링 타겟.
  2. 백금 22 ∼ 46 wt％, 이리듐, 팔라듐, 루테늄에서 선택된 1 성분 이상을 5 ∼ 100 wtppm 함유하고, 잔부가 니켈 및 불가피적 불순물인 니켈 합금 타겟을 사용하여 스퍼터링함으로써, 실리콘 기판 상에 니켈 합금막을 형성하고, 이 니켈 합금막과 실리콘 기판의 반응에 의해 형성된 니켈실리사이드막으로서, 당해 니켈실리사이드막의 NiSi 에서 NiSi2 로의 상변화 온도가 750 ℃ 이상인 것을 특징으로 하는 니켈실리사이드막.
  3. 제 2 항에 있어서,
    NiSi 에서 NiSi2 로의 상변화 온도가 800 ℃ 이상인 것을 특징으로 하는 니켈실리사이드막.
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WO2005083138A1 (ja) 2004-03-01 2005-09-09 Nippon Mining & Metals Co., Ltd. Ni-Pt合金及び同合金ターゲット

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