Ｎｉ合金スパッタリングターゲットおよびその製造方法並びに半導体素子の製造方法
【課題】 長期間使用できるＮｉ合金スパッタリングターゲットおよびその製造方法を提
供する。
【解決手段】 平均結晶粒径１０００μｍ以下のＮｉ合金からなるＮｉ合金スパッタリン
グターゲットにおいて、スパッタ面の結晶配向がランダム配向であり、ターゲットの厚さ
方向の中心面の結晶配向のランダム配向であることを特徴とするＮｉ合金スパッタリング
ターゲット。粉末にしてＸ線回折を行ってもピークの順番が変わらないことが好ましい。
また、厚さが３ｍｍ以上であることが好ましい。
供する。
【解決手段】 平均結晶粒径１０００μｍ以下のＮｉ合金からなるＮｉ合金スパッタリン
グターゲットにおいて、スパッタ面の結晶配向がランダム配向であり、ターゲットの厚さ
方向の中心面の結晶配向のランダム配向であることを特徴とするＮｉ合金スパッタリング
ターゲット。粉末にしてＸ線回折を行ってもピークの順番が変わらないことが好ましい。
また、厚さが３ｍｍ以上であることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｉ合金スパッタリングターゲットおよびその製造方法並びに、Ｎｉ合金ス
パッタリングターゲットを使った半導体素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高融点金属シリサイド膜は半導体素子（液晶表示素子含む）などの配線膜に使われてい
る。配線膜の形成方法としては、高融点金属シリサイドスパッタリングターゲットをスパ
ッタして成膜する方法が用いられていた。例えば、特開２００２−３８２６０号公報（特
許文献１）ではＷ，Ｍｏ，Ｎｉなどのシリサイドを焼結してターゲットを得ることが開示
されている。このような金属シリサイドターゲットでは、金属シリサイドと遊離Ｓｉの制
御が必要である。
一方、半導体素子は配線の狭ピッチ化や複雑化に伴い金属膜を設けた後、熱処理を施し
て金属膜を金属シリサイド膜にすることが試みられている。例えば、特開２００９−２３
９１７２号公報（特許文献２）では、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉなどの金属膜を設けた後、４
００〜５００℃程度で熱処理して金属膜を金属シリサイド膜にするＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ
Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）法が開示されている。これにより、目的とする箇
所に金属シリサイド膜を形成できている。
このような金属シリサイド膜に用いられる金属としてはＮｉが注目されている。例えば
、特開２００９−１２０９５９号公報（特許文献３）では、高純度Ｎｉに、Ｔｉ，Ｚｒ，
Ｃｒ，Ｃｏ，Ｉｒなどを添加したＮｉ合金スパッタリングターゲットが開示されている。
特許文献３では、透磁率と粗大粒を制御することにより、スパッタ膜のユニフォーミティ
を向上させている。
一方で、特許文献３のターゲットはターゲット厚さが５ｍｍ以下にしなければならない
ことから、長期のスパッタが行えず、ターゲットの交換回数が多かった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３８２６０号公報
【特許文献２】特開２００９−２３９１７２号公報
【特許文献３】特開２００９−１２０９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
厚さ５ｍｍ以上のＮｉ合金ターゲットを製造する場合、問題となるのは結晶の配向性で
ある。例えば、スパッタ面の結晶配向とターゲット中心部の配向性が違っているとスパッ
タレートが変わることから安定した長期のスパッタ特性が得られない。
本発明は、このような問題を解決するためのもので、結晶配向を均一なランダム配向と
することにより長期信頼性のあるスパッタリングターゲットを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第一のＮｉ合金スパッタリングターゲットは、平均結晶粒径１０００μｍ以下
のＮｉ合金からなるＮｉ合金スパッタリングターゲットにおいて、スパッタ面の結晶配向
がランダム配向であり、ターゲットの厚さ方向の中心面の結晶配向のランダム配向である
ことを特徴とするものである。
また、本発明の第二のＮｉ合金スパッタリングターゲットは、平均結晶粒径１０００μ
ｍ以下のＮｉ合金からなるＮｉ合金スパッタリングターゲットにおいて、スパッタ面をＸ
線回折したときに検出される各ピークの高さの順番と、粉末をＸ線回折したときに検出さ
れる各ピークの高さの順番が同一であることを特徴とするものである。
また、Ｃｏを１〜２０ａｔ％含有することが好ましい。また、Ｎｉ、Ｃｏおよびガス成
分以外の金属不純物が５００ｗｔｐｐｍ以下であることが好ましい。また、スパッタリン
グターゲットの厚さが３ｍｍ以上であることが好ましい。
【０００６】
本発明のＮｉ合金スパッタリングターゲットの製造方法は、円柱形状Ｎｉ合金インゴッ
トまたはビレットからなるＮｉ合金素材を、厚さ方向に平行な方向と垂直な方向の冷間鍛
造加工を１セットとするこねくり鍛造を２セット以上行う第一のこねくり鍛造工程と、こ
ねくり鍛造工程後に９００℃以上の温度で再結晶化させる第一の熱処理工程と、 第一の
熱処理工程後に、厚さ方向に平行な方向と垂直な方向の冷間鍛造加工を１セットとするこ
ねくり鍛造を２セット以上行う第二のこねくり鍛造工程と、 第二のこねくり鍛造工程後
に、冷間圧延を行う冷間圧延工程と、冷間圧延工程後、５００℃以上の温度で熱処理する
第二の熱処理工程を具備することを特徴とするものである。
また、冷間圧延工程を２回以上行うことが好ましい。また、第一のこねくり鍛造工程ま
たは第二のこねくり鍛造工程の少なくとも一方は、断面減少率または厚さ減少率が４０％
以上の加工率で行われることが好ましい。また、第一のこねくり鍛造後のＮｉ合金素材の
ビッカース硬度Ｈｖの平均値がＨｖ１６０以上であることが好ましい。また、Ｎｉ合金素
材は、Ｃｏを１〜２０ａｔ％含有していることが好ましい。
本発明の半導体素子の製造方法は、Ｓｉを構成元素として含む膜の上に、本発明のＮｉ
合金スパッタリングターゲットをスパッタしてＮｉ合金薄膜を形成する工程と、熱処理を
施しＮｉ合金薄膜をＮｉ合金シリサイド膜にする工程、を具備することを特徴とするもの
である。
また、前記Ｎｉ合金シリサイド膜はゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の一部また
は全部であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のＮｉ合金スパッタリングターゲットは、ランダムな結晶配向が厚さ方向に渡っ
て維持されているので長期間スパッタレートが安定している。そのため、本発明の半導体
素子の製造方法は、ターゲットの取り換え回数が少なくて済むので効率的である。
また、本発明のＮｉ合金スパッタリングターゲットの製造方法であれば、本発明のＮｉ
合金スパッタリングターゲットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のＮｉ合金スパッタリングターゲットの一例を示す図。
【図２】円柱状Ｎｉ合金素材の一例を示す図。
【図３】円柱状Ｎｉ合金素材を横方向から見た一例を示す図。
【図４】円柱状Ｎｉ合金素材を上から見た一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の第一のＮｉ合金スパッタリングターゲットは、平均結晶粒径１０００μｍ以下
のＮｉ合金からなるＮｉ合金スパッタリングターゲットにおいて、スパッタ面の結晶配向
がランダム配向であり、ターゲットの厚さ方向の中心面の結晶配向のランダム配向である
ことを特徴とするものである。
また、本発明の第二のＮｉ合金スパッタリングターゲットは、平均結晶粒径１０００μ
ｍ以下のＮｉ合金からなるＮｉ合金スパッタリングターゲットにおいて、スパッタ面をＸ
線回折したときに検出される各ピークの高さの順番と、ターゲットの一部を粉末にしてＸ
線回折したときに検出される各ピークの高さの順番が同一であることを特徴とするもので
ある。
まず、Ｎｉ合金とは、Ｎｉ以外の第二の金属成分を含むものである。第二の金属成分は
特に限定されるものではないが、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｐｄ
、Ｍｎが挙げられる。これらの元素は、半導体素子の配線としてＮｉ合金シリサイド膜を
形成したとき、Ｓｉが必要以上に拡散するのを防ぐことができる。特に、ＣｏはＳｉの拡
散防止効果が大きいため好ましい。また、第二の金属成分の含有量は１〜２０ａｔ％が好
ましい。第二の金属成分の含有量が１ａｔ％未満では添加の効果が不十分であり、２０ａ
ｔ％を超えると添加の効果が飽和するだけでなく返ってＮｉの持つ特性を活かせなくなる
。
このため、より好ましくはＣｏを１〜２０ａｔ％含有したＮｉ−Ｃｏ合金スパッタリン
グターゲットであり、好ましくは８〜１４ａｔ％、さらに好ましく張Ｃｏを１０〜１２ａ
ｔ％含有したＮｉ−Ｃｏ合金スパッタリングターゲットである。
【００１０】
また、平均粒径は１０００μｍ以下である。平均粒径が１０００μｍを超えるとＮｉ（
Ｎｉ合金含む）の結晶が大きくなりすぎてスパッタレートのばらつきの原因となる。好ま
しくは、平均結晶粒径４０〜５００μｍである。また、平均結晶粒径の制御には熱処理に
より再結晶化することも有効である。
平均結晶粒径の測定は、光学顕微鏡写真により、単位面積３０００μｍ×３０００μｍ
の拡大写真を撮り、線インターセプト法により行う。線インターセプト法は、任意の直線
（長さ３０００μｍ分）を引き、その線上にあるＮｉ結晶（Ｎｉ合金含む）粒径の数を数
え、（３０００μｍ／直線３０００μｍ上の結晶の数）により平均の結晶粒径を求める。
この作業を３回行った平均値を平均結晶粒径とする。
また、Ｎｉ、第二の金属成分およびガス成分以外の金属不純物は５００ｗｔｐｐｍ以下
であることが好ましい。より好ましくは３００ｗｔｐｐｍ以下である。このような金属不
純物は、Ｎｉおよび前述の第二の金属成分以外の金属が該当し、Ｆｅ、Ｃｕなどが代表と
して挙げられる。また、前述の第二の金属成分（Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔ
ａ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｎ）は１ａｔ％以上含有されていないときは金属不純物として取り扱
うものとする。また、ウラン、トリウムなどの放射性元素はそれぞれ０．１ｗｔｐｐｍ以
下、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属はそれぞれ１ｐｐｍ以下であることが好ましい。また、
ガス成分とは、酸素、窒素、炭素などが挙げられ、合計で１００ｗｔｐｐｍ以下であるこ
とが好ましい。
【００１１】
このため、Ｎｉ−Ｃｏ合金スパッタリングターゲットの場合は、Ｎｉ、Ｃｏおよびガス
成分以外の金属不純物が５００ｗｔｐｐｍ以下であることが好ましい。
第一のＮｉ合金スパッタリングターゲットはスパッタ面の結晶配向がランダム配向であ
り、ターゲットの厚さ方向の中心面の結晶配向のランダム配向であることを特徴とするも
のである。
図１に本発明のスパッタリングターゲットの一例を示した。図中、１はスパッタリング
ターゲット、２はスパッタ面、Ｔはターゲットの厚みである。図１では円柱形状のターゲ
ットとしたが、直方体であってもよい。円柱形状、直方体どちらの形状であっても、必要
に応じ面取りしてもよい。
本発明の第一のＮｉ合金スパッタリングターゲットは、そのスパッタ面の結晶配向がラ
ンダム配向である。また、ターゲットの厚さ方向の中心面の結晶配向もランダム配向を示
すものである。「ターゲットの厚さ方向の中心面」とは図１に点線で示したように、ター
ゲットの厚さＴの真中からスパッタ面に平行に切断した面である。Ｎｉ合金スパッタリン
グターゲットは鍛造や圧延などの塑性加工を使って製造される。塑性加工を行うと結晶が
配向し易い。特に、スパッタ面と内部で配向性が異なる現象が起き易い。それに対し、本
発明ではスパッタ面をランダム配向とし、さらにターゲットの中心部もランダム配向とな
っているので長期間使っていてもスパッタレートの変化が起き難い。
ターゲットの厚さ方向の中心面の結晶配向もランダム配向に関しては、ターゲットの厚
さ方向の中心のスパッタ面に平行な面を切り出してＸ線回折することにより、同様のラン
ダム配向が確認できる。
【００１２】
また、本発明の第二のＮｉ合金スパッタターゲットは、平均結晶粒径１０００μｍ以下
のＮｉ合金からなるＮｉ合金スパッタリングターゲットにおいて、スパッタ面をＸ線回折
したときに検出される各ピークの高さの順番と、ターゲットの一部を粉末にしてＸ線回折
したときに検出される各ピークの高さの順番が同一であることを特徴とするものである。
スパッタ面をＸ線回折したときに検出される各ピークの高さの順番と、ターゲットの一
部を粉末にしてＸ線回折したときに検出される各ピークの高さの順番が同一であるという
ことは、ターゲット全体が均一なランダム配向を具備していることを示している。
Ｘ線回折には、使用Ｘ線Ｃｕ−Ｋα、管電圧４０ｋＶ、管電流１００ｍＡという一般的
な条件で行うものとする。
スパッタ面のＸ線回折を撮ったときランダム配向であれば強度比（ピークの高さ）の順
番が（２２０）＜（２００）＜（１１１）という結果が得られる。
【００１３】
本発明では、スパッタ面のピークの高さの順番と、ＰＤＦピークの高さの順番を比較す
ると同じになる。個々のピークの高さの比は、スパッタ面とＰＤＦ（粉末）では異なる場
合もあるが、検出されるピークの高さの順番は一致する。前述に示したようにスパッタ面
のピーク順は（２２０）＜（２００）＜（１１１）であり、この順番が粉末（ＰＤＦピー
ク）と同じ順番である。粉末と同じ順番であるということはターゲット全体で均一なラン
ダム配向が維持されていることの証明である。また、ＰＤＦピークは、ランダム配向した
粉末データを標準試料として使うことが好ましい。
また、ランダム配向とすることにより、透磁率を３００以下、さらには２００以下、９
０以下にすることができる。透磁率は結晶の配向によっても影響を受ける。ランダム配向
とすることにより、透磁率を下げることができるのでマグネトロンスパッタ時の磁界の影
響（デポレート）を低減できるのでスパッタレートが安定する。このため、本発明ではタ
ーゲットの厚さを３ｍｍ以上、さらには６ｍｍ以上と厚くしても、長期間スパッタレート
が安定したターゲットを得ることができる。なお、ターゲットの厚さの上限は特に限定さ
れるものではないが１５ｍｍ以下が好ましい。１５ｍｍを超えると厚くなりすぎ取扱い性
が悪くなる。また、ターゲットの直径についても特に限定されるものではないが直径２０
０ｍｍ以上、さらには４００ｍｍ以上と大型化しても均一なランダム配向を得ることがで
きる。なお、ターゲット直径の上限は特に限定されるものではないが６００ｍｍ以下が好
ましい。６００ｍｍを超えると取扱い性が悪くなる。
また、本発明のスパッタリングターゲットには、必要に応じ、バッキングプレートを接
合するものとする。
【００１４】
次に、製造方法について説明する。本発明のＮｉ合金スパッタリングターゲットは製造
方法は特に限定されるものではないが効率よく得るための方法として次の製造方法が挙げ
られる。
本発明のＮｉ合金スパッタリングターゲットの製造方法は、円柱形状Ｎｉ合金インゴッ
トまたはビレットからなるＮｉ合金素材を、厚さ方向に平行な方向と垂直な方向の冷間鍛
造加工を１セットとするこねくり鍛造を２セット以上行う第一のこねくり鍛造工程と、こ
ねくり鍛造工程後に９００℃以上の温度で再結晶化させる第一の熱処理工程と、 第一の
熱処理工程後に、厚さ方向に平行な方向と垂直な方向の冷間鍛造加工を１セットとするこ
ねくり鍛造を２セット以上行う第二のこねくり鍛造工程と、第二のこねくり鍛造工程後に
、冷間圧延を行う冷間圧延工程と、冷間圧延工程後、５００℃以上の温度で熱処理する第
二の熱処理工程を具備することを特徴とするものである。
円柱形状Ｎｉ合金インゴットまたはビレットからなるＮｉ合金素材とは、例えば図２に
示したように円柱形状を具備するものである。また、図３には円柱状Ｎｉ合金素材の厚さ
Ｈ、直径Ｗを示した。円柱状Ｎｉ合金素材のサイズは、特に限定されるものではないが、
厚さＨが２０〜３００ｍｍ、直径Ｗが１００〜４００ｍｍくらいのものが取扱い易い。ま
た、Ｎｉ合金素材は、ＮｉとＣｏなどの第二成分を混合して、スカル溶解法やＥＢ溶解法
などの鋳造により高純度化されたものが好ましい。Ｎｉ合金素材の純度が得られるＮｉ合
金ターゲットの純度に準ずるためである。そのため、純度９９．９５ｗｔ％以上（３Ｎ５
以上）のＮｉ合金ターゲットが必要な時は、純度９９．９５ｗｔ％以上のＮｉ合金素材を
使うものとする。
【００１５】
円柱状Ｎｉ合金素材を、厚さ方向に平行な方向と垂直な方向の冷間鍛造加工を１セット
とするこねくり鍛造を２セット以上行う第一のこねくり鍛造工程を行う。厚さ方向に平行
な方向とは厚さＨ方向のことであり、厚さ方向に垂直な方向とは直径Ｗ方向のことである
。
厚さＨ方向と直径Ｗ方向を交互に鍛造するこねくり鍛造を１セットとしたとき、これを２
セット以上行うものとする。こねくり鍛造は、異なる方向から圧力を加えていることから
、結晶粒径の微細化を達成し、特定の方向に結晶配向が偏ることを防ぐことができる。ま
た、鋳造により製造されたＮｉ合金素材の鋳造組織を減少させることができる。こねくり
鍛造の回数は多いほど良いが、あまり回数が多いと製造コストを上げ、素材の割れ、シワ
などが発生しやすくなるのでこねくり鍛造回数は２〜４セットが好ましい。
また、第一のこねくり鍛造工程により、Ｎｉ合金素材のビッカース硬度Ｈｖが１６０以
上であることが好ましい。こねくり鍛造を２セット以上行うことにより組織の均質化が図
れＮｉ合金素材の硬度は上がる。しかしながら、後述の製造工程を考慮したとき、Ｈｖ１
６０未満にしたとしても、これ以上の効果は得られず、こねくり鍛造工程を無駄に行うこ
とになる。従って、第一のこねくり鍛造のセット数を制御する上でもビッカース硬度Ｈｖ
１６０以上になるようにこねくり鍛造を行うことが好ましい。
また、直径Ｗ方向の圧力は、図４に示したように常に一定方向ではなく、１セット目は
圧力２、２セット目は圧力３のように圧力を付加する方向を変えることが好ましい。また
、１セットの中で圧力を付加する方向を変えることも有効である。直径Ｗ方向においても
圧力を付加する方向を変えることにより、結晶粒径の微細化を達成し、特定の方向に結晶
配向が偏ることを防ぐ効果をより得ることができる。また、第一のこねくり鍛造は冷間鍛
造であることが好ましい。熱間で行うと酸化により表面割れが発生してしまう。また、結
晶の粒成長が起きるので平均結晶粒径１０００μｍ以下の微細な結晶組織は得難い。
【００１６】
第一のこねくり鍛造工程の後に、９００℃以上の温度で再結晶化させる第一の熱処理工
程を行う。第一のこねくり鍛造工程により、円柱状Ｎｉ合金素材に生じた内部歪を熱処理
により除去し、さらに再結晶化させて均一な微細結晶構造を得ることができる。熱処理温
度は９５０〜１３００℃、１〜１０時間が好ましい。熱処理温度が１３００℃を超えるま
たは熱処理時間が１０時間を超えると粒成長を伴うおそれがある。好ましくは１０００〜
１２００℃×３〜７時間である。また、雰囲気は０．１３３Ｐａ以下の真空雰囲気が好ま
しい。酸素含有雰囲気では熱処理中に表面が酸化されるおそれがあるためである。
第一の熱処理工程の後、第二のこねくり鍛造を行う。こねくり鍛造の詳細は第一のこね
くり鍛造と同じであり、２セット以上行うことが好ましい。第二のこねくり鍛造も２〜４
回が好ましい。また、１セット目と２セット目で直径Ｗ方向に付加する圧力方向を変える
ことが好ましい。また、第二のこねくり鍛造工程も冷間鍛造であることが好ましい。第二
のこねくり鍛造により、結晶粒径の微細化をより推進することができる。
第二のこねくり鍛造後、冷間圧延工程を行う。冷間圧延は、円柱状Ｎｉ合金素材を板状
に塑性加工する工程である。必要に応じ、冷間圧延工程を２回以上行ってもよい。冷間圧
延工程により、厚さ３〜２０ｍｍ、好ましくは６〜１５ｍｍの板厚にすることが望ましい
。冷間圧延工程により調製した板厚から切削加工を施してスパッタリングターゲットの板
厚とする。
【００１７】
また、第二のこねくり鍛造工程と冷間圧延工程の間には熱処理工程は行わない方がよい
。第二のこねくり鍛造工程により均質化されたＮｉ合金素材をそのまま冷間圧延した方が
好ましい。
また、第一のこねくり鍛造工程、第二のこねくり鍛造工程および冷間圧延工程の加工率
は任意であるが、第一のこねくり鍛造工程、第二のこねくり鍛造工程および冷間圧延工程
の少なくとも１つの工程は断面減少率または厚さ減少率が４０％以上であることが好まし
い。断面減少率は、円柱状Ｎｉ合金素材の直径Ｗ方向の断面積の減少率である。厚さ減少
率は円柱状Ｎｉ合金素材の厚さＨ方向の減少率である。例えば、第一のこねくり鍛造工程
は２セット以上行っている。加工率４０％以上とは、１セットあたりに行った結果の加工
率である。
【００１８】
加工率４０％以上の工程は、冷間工程であることが好ましい。例えば、第一のこねくり
鍛造工程→第一の熱処理工程→第二のこねくり鍛造工程を行った後であると、加工率４０
％以上の冷間圧延を行ったとしても内部歪の発生を抑制できる。加工率が低いと内部歪の
発生は抑制できるが各工程を何度も繰り返すことなり製造時間が掛り過ぎる。そのため、
どこかの工程で加工率４０％以上の工程を行うことが好ましい。なお、加工率の上限は８
０％以下が好ましい。一つの工程で８０％を超える加工率で加工すると内部歪、割れ、シ
ワなどが発生し易い。
冷間圧延工程後、５００℃以上の温度で熱処理する第二の熱処理工程を行う。熱処理条
件は５００〜１１００℃×２〜５時間が好ましい。また、雰囲気は０．１３３Ｐａ以下の
真空雰囲気が好ましい。酸素含有雰囲気では熱処理中に表面が酸化されるおそれがあるた
めである。第二の熱処理工程により、第二のこねくり鍛造工程および冷間圧延工程により
生じた内部歪を除去すると共に、再結晶化させることができる。
第二の熱処理工程後は、必要に応じ、旋盤加工などの切削加工により形状を整える。ま
た、ろう材接合または拡散接合などによりバッキングプレートを接合するものとする。
このような製造方法であれば、平均結晶粒径１０００μｍ以下と微細な結晶構造とラン
ダム配向を得ることができる。
【００１９】
次に本発明の半導体素子の製造方法について説明する。本発明の半導体素子の製造方法
は、Ｓｉを構成元素として含む膜の上に、本発明のＮｉ合金スパッタリングターゲットを
スパッタしてＮｉ合金薄膜を形成する工程と、熱処理を施しＮｉ合金薄膜をＮｉ合金シリ
サイド膜にする工程、を具備することを特徴とするものである。
Ｓｉを構成元素として含む膜とは、Ｓｉ基板、ゲート電極（多結晶Ｓｉ、非晶質Ｓｉな
ど）が挙げられる。Ｓｉを構成元素として含む膜上に、本発明のＮｉ合金スパッタターゲ
ットを使ってマグネトロンスパッタすることによりＮｉ合金膜を形成する。次に、４００
〜５００℃程度で熱処理してＮｉ合金膜をＳｉと反応させてＮｉ合金シリサイド膜にする
ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）工程を行う。
熱処理の度合いにより、Ｎｉ合金膜は、その一部または全部がＮｉ合金シリサイド膜に
なる。また、前記Ｎｉ合金シリサイド膜はゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の一部
または全部に使われることが好ましい。
本発明のＮｉ合金スパッタリングターゲットを使うことにより、長期間スパッタレート
を安定させることができるので半導体素子を製造する際に安定したＮｉ合金膜を得ること
ができる。また、ターゲット厚さを厚くしてもスパッタレートの変動が少ないのでターゲ
ットの交換回数を減らすことができるので半導体素子の製造効率を向上させることができ
る。
【実施例】
【００２０】
（実施例１〜５、比較例１）
ＮｉにＣｏを６〜１２ａｔ％添加し、ＥＢ溶解により直径Ｗ１００〜３００ｍｍ×厚さ
Ｈ１００〜２００ｍｍのＮｉ−Ｃｏ合金素材を用意し、表１に示す製造工程を施した。実
施例１〜２はＣｏを１０ａｔ％、実施例３はＣｏを６ａｔ％、実施例４〜５はＣｏを１２
ａｔ％とした。なお、表１において、加工率（％）は、直径Ｗ方向の断面減少率（％）ま
たは厚さＨ方向の厚さ減少率（％）の少なくとも一方のうち、大きい方の値を記載した。
また、得られたＮｉ−Ｃｏ合金素材は、酸素２０ｗｔｐｐｍ以下、窒素１０ｗｔｐｐｍ
以下、炭素１０ｗｔｐｐｍ以下であり、ＮｉおよびＣｏ以外の金属成分は合計で１００ｗ
ｔｐｐｍ以下であった。
【００２１】
【表１】
【００２２】
表１の製造工程を経たＮｉ−Ｃｏ合金素材を旋盤加工して、表２に示すサイズのスパッ
タリングターゲットを得た。各ターゲットにおける平均結晶粒径（μｍ）、ランダム配向
の有無を確認した。平均結晶粒径の測定は、スパッタ面および断面から単位面積３０００
μｍ×３０００μｍの拡大写真（光学顕微鏡写真）を撮り、線インターセプト法（直線３
本の平均値）により求めた。ランダム配向の有無は、スパッタ面およびスパッタ面からタ
ーゲット厚さの中心のスパッタ面に平行な面を切り出したところから任意の測定箇所を選
択しＸ線回折分析（２θ）を行った。なお、Ｘ線回折は、Ｃｕ−Ｋα（ターゲットＣｕ）
、管電圧４０ｋＶ、電流１００ｍＡで行った。
その結果を表２に示す。なお、結晶組織はいずれも再結晶化されていた。
【００２３】
【表２】
【００２４】
また、粉末のＸ線回折ピークの順番を求めた。その結果を表３に示す。
【００２５】
【表３】
【００２６】
表２と表３を比べると検出されるピークの順番は比較例では一致しないが、実施例では
いずれも一致した。次に各実施例および比較例のターゲットを用いてマグネトロンスパッ
タを行った。スパッタ開始後からターゲットが０．５ｍｍ消費されたときのＮｉ合金膜厚
を１００としたとき、２ｍｍ消費後と５ｍｍ消費後の膜厚の変化を比較した。
【００２７】
【表４】
【００２８】
表から分かる通り、長期間使用してもスパッタレートの変化が小さいことが分かった。
この結果から、本実施例のターゲットは厚さを厚くしても長期信頼性が高いことが分かる
。
【符号の説明】
【００２９】
１…スパッタリングターゲット
２…スパッタ面
３…Ｎｉ合金素材
Ｔ…スパッタリングターゲットの厚さ
Ｗ…Ｎｉ合金素材の直径
Ｈ…Ｎｉ合金素材の厚さ（高さ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｉ合金スパッタリングターゲットおよびその製造方法並びに、Ｎｉ合金ス
パッタリングターゲットを使った半導体素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高融点金属シリサイド膜は半導体素子（液晶表示素子含む）などの配線膜に使われてい
る。配線膜の形成方法としては、高融点金属シリサイドスパッタリングターゲットをスパ
ッタして成膜する方法が用いられていた。例えば、特開２００２−３８２６０号公報（特
許文献１）ではＷ，Ｍｏ，Ｎｉなどのシリサイドを焼結してターゲットを得ることが開示
されている。このような金属シリサイドターゲットでは、金属シリサイドと遊離Ｓｉの制
御が必要である。
一方、半導体素子は配線の狭ピッチ化や複雑化に伴い金属膜を設けた後、熱処理を施し
て金属膜を金属シリサイド膜にすることが試みられている。例えば、特開２００９−２３
９１７２号公報（特許文献２）では、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉなどの金属膜を設けた後、４
００〜５００℃程度で熱処理して金属膜を金属シリサイド膜にするＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ
Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）法が開示されている。これにより、目的とする箇
所に金属シリサイド膜を形成できている。
このような金属シリサイド膜に用いられる金属としてはＮｉが注目されている。例えば
、特開２００９−１２０９５９号公報（特許文献３）では、高純度Ｎｉに、Ｔｉ，Ｚｒ，
Ｃｒ，Ｃｏ，Ｉｒなどを添加したＮｉ合金スパッタリングターゲットが開示されている。
特許文献３では、透磁率と粗大粒を制御することにより、スパッタ膜のユニフォーミティ
を向上させている。
一方で、特許文献３のターゲットはターゲット厚さが５ｍｍ以下にしなければならない
ことから、長期のスパッタが行えず、ターゲットの交換回数が多かった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３８２６０号公報
【特許文献２】特開２００９−２３９１７２号公報
【特許文献３】特開２００９−１２０９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
厚さ５ｍｍ以上のＮｉ合金ターゲットを製造する場合、問題となるのは結晶の配向性で
ある。例えば、スパッタ面の結晶配向とターゲット中心部の配向性が違っているとスパッ
タレートが変わることから安定した長期のスパッタ特性が得られない。
本発明は、このような問題を解決するためのもので、結晶配向を均一なランダム配向と
することにより長期信頼性のあるスパッタリングターゲットを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第一のＮｉ合金スパッタリングターゲットは、平均結晶粒径１０００μｍ以下
のＮｉ合金からなるＮｉ合金スパッタリングターゲットにおいて、スパッタ面の結晶配向
がランダム配向であり、ターゲットの厚さ方向の中心面の結晶配向のランダム配向である
ことを特徴とするものである。
また、本発明の第二のＮｉ合金スパッタリングターゲットは、平均結晶粒径１０００μ
ｍ以下のＮｉ合金からなるＮｉ合金スパッタリングターゲットにおいて、スパッタ面をＸ
線回折したときに検出される各ピークの高さの順番と、粉末をＸ線回折したときに検出さ
れる各ピークの高さの順番が同一であることを特徴とするものである。
また、Ｃｏを１〜２０ａｔ％含有することが好ましい。また、Ｎｉ、Ｃｏおよびガス成
分以外の金属不純物が５００ｗｔｐｐｍ以下であることが好ましい。また、スパッタリン
グターゲットの厚さが３ｍｍ以上であることが好ましい。
【０００６】
本発明のＮｉ合金スパッタリングターゲットの製造方法は、円柱形状Ｎｉ合金インゴッ
トまたはビレットからなるＮｉ合金素材を、厚さ方向に平行な方向と垂直な方向の冷間鍛
造加工を１セットとするこねくり鍛造を２セット以上行う第一のこねくり鍛造工程と、こ
ねくり鍛造工程後に９００℃以上の温度で再結晶化させる第一の熱処理工程と、 第一の
熱処理工程後に、厚さ方向に平行な方向と垂直な方向の冷間鍛造加工を１セットとするこ
ねくり鍛造を２セット以上行う第二のこねくり鍛造工程と、 第二のこねくり鍛造工程後
に、冷間圧延を行う冷間圧延工程と、冷間圧延工程後、５００℃以上の温度で熱処理する
第二の熱処理工程を具備することを特徴とするものである。
また、冷間圧延工程を２回以上行うことが好ましい。また、第一のこねくり鍛造工程ま
たは第二のこねくり鍛造工程の少なくとも一方は、断面減少率または厚さ減少率が４０％
以上の加工率で行われることが好ましい。また、第一のこねくり鍛造後のＮｉ合金素材の
ビッカース硬度Ｈｖの平均値がＨｖ１６０以上であることが好ましい。また、Ｎｉ合金素
材は、Ｃｏを１〜２０ａｔ％含有していることが好ましい。
本発明の半導体素子の製造方法は、Ｓｉを構成元素として含む膜の上に、本発明のＮｉ
合金スパッタリングターゲットをスパッタしてＮｉ合金薄膜を形成する工程と、熱処理を
施しＮｉ合金薄膜をＮｉ合金シリサイド膜にする工程、を具備することを特徴とするもの
である。
また、前記Ｎｉ合金シリサイド膜はゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の一部また
は全部であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のＮｉ合金スパッタリングターゲットは、ランダムな結晶配向が厚さ方向に渡っ
て維持されているので長期間スパッタレートが安定している。そのため、本発明の半導体
素子の製造方法は、ターゲットの取り換え回数が少なくて済むので効率的である。
また、本発明のＮｉ合金スパッタリングターゲットの製造方法であれば、本発明のＮｉ
合金スパッタリングターゲットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のＮｉ合金スパッタリングターゲットの一例を示す図。
【図２】円柱状Ｎｉ合金素材の一例を示す図。
【図３】円柱状Ｎｉ合金素材を横方向から見た一例を示す図。
【図４】円柱状Ｎｉ合金素材を上から見た一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の第一のＮｉ合金スパッタリングターゲットは、平均結晶粒径１０００μｍ以下
のＮｉ合金からなるＮｉ合金スパッタリングターゲットにおいて、スパッタ面の結晶配向
がランダム配向であり、ターゲットの厚さ方向の中心面の結晶配向のランダム配向である
ことを特徴とするものである。
また、本発明の第二のＮｉ合金スパッタリングターゲットは、平均結晶粒径１０００μ
ｍ以下のＮｉ合金からなるＮｉ合金スパッタリングターゲットにおいて、スパッタ面をＸ
線回折したときに検出される各ピークの高さの順番と、ターゲットの一部を粉末にしてＸ
線回折したときに検出される各ピークの高さの順番が同一であることを特徴とするもので
ある。
まず、Ｎｉ合金とは、Ｎｉ以外の第二の金属成分を含むものである。第二の金属成分は
特に限定されるものではないが、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｐｄ
、Ｍｎが挙げられる。これらの元素は、半導体素子の配線としてＮｉ合金シリサイド膜を
形成したとき、Ｓｉが必要以上に拡散するのを防ぐことができる。特に、ＣｏはＳｉの拡
散防止効果が大きいため好ましい。また、第二の金属成分の含有量は１〜２０ａｔ％が好
ましい。第二の金属成分の含有量が１ａｔ％未満では添加の効果が不十分であり、２０ａ
ｔ％を超えると添加の効果が飽和するだけでなく返ってＮｉの持つ特性を活かせなくなる
。
このため、より好ましくはＣｏを１〜２０ａｔ％含有したＮｉ−Ｃｏ合金スパッタリン
グターゲットであり、好ましくは８〜１４ａｔ％、さらに好ましく張Ｃｏを１０〜１２ａ
ｔ％含有したＮｉ−Ｃｏ合金スパッタリングターゲットである。
【００１０】
また、平均粒径は１０００μｍ以下である。平均粒径が１０００μｍを超えるとＮｉ（
Ｎｉ合金含む）の結晶が大きくなりすぎてスパッタレートのばらつきの原因となる。好ま
しくは、平均結晶粒径４０〜５００μｍである。また、平均結晶粒径の制御には熱処理に
より再結晶化することも有効である。
平均結晶粒径の測定は、光学顕微鏡写真により、単位面積３０００μｍ×３０００μｍ
の拡大写真を撮り、線インターセプト法により行う。線インターセプト法は、任意の直線
（長さ３０００μｍ分）を引き、その線上にあるＮｉ結晶（Ｎｉ合金含む）粒径の数を数
え、（３０００μｍ／直線３０００μｍ上の結晶の数）により平均の結晶粒径を求める。
この作業を３回行った平均値を平均結晶粒径とする。
また、Ｎｉ、第二の金属成分およびガス成分以外の金属不純物は５００ｗｔｐｐｍ以下
であることが好ましい。より好ましくは３００ｗｔｐｐｍ以下である。このような金属不
純物は、Ｎｉおよび前述の第二の金属成分以外の金属が該当し、Ｆｅ、Ｃｕなどが代表と
して挙げられる。また、前述の第二の金属成分（Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔ
ａ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｎ）は１ａｔ％以上含有されていないときは金属不純物として取り扱
うものとする。また、ウラン、トリウムなどの放射性元素はそれぞれ０．１ｗｔｐｐｍ以
下、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属はそれぞれ１ｐｐｍ以下であることが好ましい。また、
ガス成分とは、酸素、窒素、炭素などが挙げられ、合計で１００ｗｔｐｐｍ以下であるこ
とが好ましい。
【００１１】
このため、Ｎｉ−Ｃｏ合金スパッタリングターゲットの場合は、Ｎｉ、Ｃｏおよびガス
成分以外の金属不純物が５００ｗｔｐｐｍ以下であることが好ましい。
第一のＮｉ合金スパッタリングターゲットはスパッタ面の結晶配向がランダム配向であ
り、ターゲットの厚さ方向の中心面の結晶配向のランダム配向であることを特徴とするも
のである。
図１に本発明のスパッタリングターゲットの一例を示した。図中、１はスパッタリング
ターゲット、２はスパッタ面、Ｔはターゲットの厚みである。図１では円柱形状のターゲ
ットとしたが、直方体であってもよい。円柱形状、直方体どちらの形状であっても、必要
に応じ面取りしてもよい。
本発明の第一のＮｉ合金スパッタリングターゲットは、そのスパッタ面の結晶配向がラ
ンダム配向である。また、ターゲットの厚さ方向の中心面の結晶配向もランダム配向を示
すものである。「ターゲットの厚さ方向の中心面」とは図１に点線で示したように、ター
ゲットの厚さＴの真中からスパッタ面に平行に切断した面である。Ｎｉ合金スパッタリン
グターゲットは鍛造や圧延などの塑性加工を使って製造される。塑性加工を行うと結晶が
配向し易い。特に、スパッタ面と内部で配向性が異なる現象が起き易い。それに対し、本
発明ではスパッタ面をランダム配向とし、さらにターゲットの中心部もランダム配向とな
っているので長期間使っていてもスパッタレートの変化が起き難い。
ターゲットの厚さ方向の中心面の結晶配向もランダム配向に関しては、ターゲットの厚
さ方向の中心のスパッタ面に平行な面を切り出してＸ線回折することにより、同様のラン
ダム配向が確認できる。
【００１２】
また、本発明の第二のＮｉ合金スパッタターゲットは、平均結晶粒径１０００μｍ以下
のＮｉ合金からなるＮｉ合金スパッタリングターゲットにおいて、スパッタ面をＸ線回折
したときに検出される各ピークの高さの順番と、ターゲットの一部を粉末にしてＸ線回折
したときに検出される各ピークの高さの順番が同一であることを特徴とするものである。
スパッタ面をＸ線回折したときに検出される各ピークの高さの順番と、ターゲットの一
部を粉末にしてＸ線回折したときに検出される各ピークの高さの順番が同一であるという
ことは、ターゲット全体が均一なランダム配向を具備していることを示している。
Ｘ線回折には、使用Ｘ線Ｃｕ−Ｋα、管電圧４０ｋＶ、管電流１００ｍＡという一般的
な条件で行うものとする。
スパッタ面のＸ線回折を撮ったときランダム配向であれば強度比（ピークの高さ）の順
番が（２２０）＜（２００）＜（１１１）という結果が得られる。
【００１３】
本発明では、スパッタ面のピークの高さの順番と、ＰＤＦピークの高さの順番を比較す
ると同じになる。個々のピークの高さの比は、スパッタ面とＰＤＦ（粉末）では異なる場
合もあるが、検出されるピークの高さの順番は一致する。前述に示したようにスパッタ面
のピーク順は（２２０）＜（２００）＜（１１１）であり、この順番が粉末（ＰＤＦピー
ク）と同じ順番である。粉末と同じ順番であるということはターゲット全体で均一なラン
ダム配向が維持されていることの証明である。また、ＰＤＦピークは、ランダム配向した
粉末データを標準試料として使うことが好ましい。
また、ランダム配向とすることにより、透磁率を３００以下、さらには２００以下、９
０以下にすることができる。透磁率は結晶の配向によっても影響を受ける。ランダム配向
とすることにより、透磁率を下げることができるのでマグネトロンスパッタ時の磁界の影
響（デポレート）を低減できるのでスパッタレートが安定する。このため、本発明ではタ
ーゲットの厚さを３ｍｍ以上、さらには６ｍｍ以上と厚くしても、長期間スパッタレート
が安定したターゲットを得ることができる。なお、ターゲットの厚さの上限は特に限定さ
れるものではないが１５ｍｍ以下が好ましい。１５ｍｍを超えると厚くなりすぎ取扱い性
が悪くなる。また、ターゲットの直径についても特に限定されるものではないが直径２０
０ｍｍ以上、さらには４００ｍｍ以上と大型化しても均一なランダム配向を得ることがで
きる。なお、ターゲット直径の上限は特に限定されるものではないが６００ｍｍ以下が好
ましい。６００ｍｍを超えると取扱い性が悪くなる。
また、本発明のスパッタリングターゲットには、必要に応じ、バッキングプレートを接
合するものとする。
【００１４】
次に、製造方法について説明する。本発明のＮｉ合金スパッタリングターゲットは製造
方法は特に限定されるものではないが効率よく得るための方法として次の製造方法が挙げ
られる。
本発明のＮｉ合金スパッタリングターゲットの製造方法は、円柱形状Ｎｉ合金インゴッ
トまたはビレットからなるＮｉ合金素材を、厚さ方向に平行な方向と垂直な方向の冷間鍛
造加工を１セットとするこねくり鍛造を２セット以上行う第一のこねくり鍛造工程と、こ
ねくり鍛造工程後に９００℃以上の温度で再結晶化させる第一の熱処理工程と、 第一の
熱処理工程後に、厚さ方向に平行な方向と垂直な方向の冷間鍛造加工を１セットとするこ
ねくり鍛造を２セット以上行う第二のこねくり鍛造工程と、第二のこねくり鍛造工程後に
、冷間圧延を行う冷間圧延工程と、冷間圧延工程後、５００℃以上の温度で熱処理する第
二の熱処理工程を具備することを特徴とするものである。
円柱形状Ｎｉ合金インゴットまたはビレットからなるＮｉ合金素材とは、例えば図２に
示したように円柱形状を具備するものである。また、図３には円柱状Ｎｉ合金素材の厚さ
Ｈ、直径Ｗを示した。円柱状Ｎｉ合金素材のサイズは、特に限定されるものではないが、
厚さＨが２０〜３００ｍｍ、直径Ｗが１００〜４００ｍｍくらいのものが取扱い易い。ま
た、Ｎｉ合金素材は、ＮｉとＣｏなどの第二成分を混合して、スカル溶解法やＥＢ溶解法
などの鋳造により高純度化されたものが好ましい。Ｎｉ合金素材の純度が得られるＮｉ合
金ターゲットの純度に準ずるためである。そのため、純度９９．９５ｗｔ％以上（３Ｎ５
以上）のＮｉ合金ターゲットが必要な時は、純度９９．９５ｗｔ％以上のＮｉ合金素材を
使うものとする。
【００１５】
円柱状Ｎｉ合金素材を、厚さ方向に平行な方向と垂直な方向の冷間鍛造加工を１セット
とするこねくり鍛造を２セット以上行う第一のこねくり鍛造工程を行う。厚さ方向に平行
な方向とは厚さＨ方向のことであり、厚さ方向に垂直な方向とは直径Ｗ方向のことである
。
厚さＨ方向と直径Ｗ方向を交互に鍛造するこねくり鍛造を１セットとしたとき、これを２
セット以上行うものとする。こねくり鍛造は、異なる方向から圧力を加えていることから
、結晶粒径の微細化を達成し、特定の方向に結晶配向が偏ることを防ぐことができる。ま
た、鋳造により製造されたＮｉ合金素材の鋳造組織を減少させることができる。こねくり
鍛造の回数は多いほど良いが、あまり回数が多いと製造コストを上げ、素材の割れ、シワ
などが発生しやすくなるのでこねくり鍛造回数は２〜４セットが好ましい。
また、第一のこねくり鍛造工程により、Ｎｉ合金素材のビッカース硬度Ｈｖが１６０以
上であることが好ましい。こねくり鍛造を２セット以上行うことにより組織の均質化が図
れＮｉ合金素材の硬度は上がる。しかしながら、後述の製造工程を考慮したとき、Ｈｖ１
６０未満にしたとしても、これ以上の効果は得られず、こねくり鍛造工程を無駄に行うこ
とになる。従って、第一のこねくり鍛造のセット数を制御する上でもビッカース硬度Ｈｖ
１６０以上になるようにこねくり鍛造を行うことが好ましい。
また、直径Ｗ方向の圧力は、図４に示したように常に一定方向ではなく、１セット目は
圧力２、２セット目は圧力３のように圧力を付加する方向を変えることが好ましい。また
、１セットの中で圧力を付加する方向を変えることも有効である。直径Ｗ方向においても
圧力を付加する方向を変えることにより、結晶粒径の微細化を達成し、特定の方向に結晶
配向が偏ることを防ぐ効果をより得ることができる。また、第一のこねくり鍛造は冷間鍛
造であることが好ましい。熱間で行うと酸化により表面割れが発生してしまう。また、結
晶の粒成長が起きるので平均結晶粒径１０００μｍ以下の微細な結晶組織は得難い。
【００１６】
第一のこねくり鍛造工程の後に、９００℃以上の温度で再結晶化させる第一の熱処理工
程を行う。第一のこねくり鍛造工程により、円柱状Ｎｉ合金素材に生じた内部歪を熱処理
により除去し、さらに再結晶化させて均一な微細結晶構造を得ることができる。熱処理温
度は９５０〜１３００℃、１〜１０時間が好ましい。熱処理温度が１３００℃を超えるま
たは熱処理時間が１０時間を超えると粒成長を伴うおそれがある。好ましくは１０００〜
１２００℃×３〜７時間である。また、雰囲気は０．１３３Ｐａ以下の真空雰囲気が好ま
しい。酸素含有雰囲気では熱処理中に表面が酸化されるおそれがあるためである。
第一の熱処理工程の後、第二のこねくり鍛造を行う。こねくり鍛造の詳細は第一のこね
くり鍛造と同じであり、２セット以上行うことが好ましい。第二のこねくり鍛造も２〜４
回が好ましい。また、１セット目と２セット目で直径Ｗ方向に付加する圧力方向を変える
ことが好ましい。また、第二のこねくり鍛造工程も冷間鍛造であることが好ましい。第二
のこねくり鍛造により、結晶粒径の微細化をより推進することができる。
第二のこねくり鍛造後、冷間圧延工程を行う。冷間圧延は、円柱状Ｎｉ合金素材を板状
に塑性加工する工程である。必要に応じ、冷間圧延工程を２回以上行ってもよい。冷間圧
延工程により、厚さ３〜２０ｍｍ、好ましくは６〜１５ｍｍの板厚にすることが望ましい
。冷間圧延工程により調製した板厚から切削加工を施してスパッタリングターゲットの板
厚とする。
【００１７】
また、第二のこねくり鍛造工程と冷間圧延工程の間には熱処理工程は行わない方がよい
。第二のこねくり鍛造工程により均質化されたＮｉ合金素材をそのまま冷間圧延した方が
好ましい。
また、第一のこねくり鍛造工程、第二のこねくり鍛造工程および冷間圧延工程の加工率
は任意であるが、第一のこねくり鍛造工程、第二のこねくり鍛造工程および冷間圧延工程
の少なくとも１つの工程は断面減少率または厚さ減少率が４０％以上であることが好まし
い。断面減少率は、円柱状Ｎｉ合金素材の直径Ｗ方向の断面積の減少率である。厚さ減少
率は円柱状Ｎｉ合金素材の厚さＨ方向の減少率である。例えば、第一のこねくり鍛造工程
は２セット以上行っている。加工率４０％以上とは、１セットあたりに行った結果の加工
率である。
【００１８】
加工率４０％以上の工程は、冷間工程であることが好ましい。例えば、第一のこねくり
鍛造工程→第一の熱処理工程→第二のこねくり鍛造工程を行った後であると、加工率４０
％以上の冷間圧延を行ったとしても内部歪の発生を抑制できる。加工率が低いと内部歪の
発生は抑制できるが各工程を何度も繰り返すことなり製造時間が掛り過ぎる。そのため、
どこかの工程で加工率４０％以上の工程を行うことが好ましい。なお、加工率の上限は８
０％以下が好ましい。一つの工程で８０％を超える加工率で加工すると内部歪、割れ、シ
ワなどが発生し易い。
冷間圧延工程後、５００℃以上の温度で熱処理する第二の熱処理工程を行う。熱処理条
件は５００〜１１００℃×２〜５時間が好ましい。また、雰囲気は０．１３３Ｐａ以下の
真空雰囲気が好ましい。酸素含有雰囲気では熱処理中に表面が酸化されるおそれがあるた
めである。第二の熱処理工程により、第二のこねくり鍛造工程および冷間圧延工程により
生じた内部歪を除去すると共に、再結晶化させることができる。
第二の熱処理工程後は、必要に応じ、旋盤加工などの切削加工により形状を整える。ま
た、ろう材接合または拡散接合などによりバッキングプレートを接合するものとする。
このような製造方法であれば、平均結晶粒径１０００μｍ以下と微細な結晶構造とラン
ダム配向を得ることができる。
【００１９】
次に本発明の半導体素子の製造方法について説明する。本発明の半導体素子の製造方法
は、Ｓｉを構成元素として含む膜の上に、本発明のＮｉ合金スパッタリングターゲットを
スパッタしてＮｉ合金薄膜を形成する工程と、熱処理を施しＮｉ合金薄膜をＮｉ合金シリ
サイド膜にする工程、を具備することを特徴とするものである。
Ｓｉを構成元素として含む膜とは、Ｓｉ基板、ゲート電極（多結晶Ｓｉ、非晶質Ｓｉな
ど）が挙げられる。Ｓｉを構成元素として含む膜上に、本発明のＮｉ合金スパッタターゲ
ットを使ってマグネトロンスパッタすることによりＮｉ合金膜を形成する。次に、４００
〜５００℃程度で熱処理してＮｉ合金膜をＳｉと反応させてＮｉ合金シリサイド膜にする
ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）工程を行う。
熱処理の度合いにより、Ｎｉ合金膜は、その一部または全部がＮｉ合金シリサイド膜に
なる。また、前記Ｎｉ合金シリサイド膜はゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の一部
または全部に使われることが好ましい。
本発明のＮｉ合金スパッタリングターゲットを使うことにより、長期間スパッタレート
を安定させることができるので半導体素子を製造する際に安定したＮｉ合金膜を得ること
ができる。また、ターゲット厚さを厚くしてもスパッタレートの変動が少ないのでターゲ
ットの交換回数を減らすことができるので半導体素子の製造効率を向上させることができ
る。
【実施例】
【００２０】
（実施例１〜５、比較例１）
ＮｉにＣｏを６〜１２ａｔ％添加し、ＥＢ溶解により直径Ｗ１００〜３００ｍｍ×厚さ
Ｈ１００〜２００ｍｍのＮｉ−Ｃｏ合金素材を用意し、表１に示す製造工程を施した。実
施例１〜２はＣｏを１０ａｔ％、実施例３はＣｏを６ａｔ％、実施例４〜５はＣｏを１２
ａｔ％とした。なお、表１において、加工率（％）は、直径Ｗ方向の断面減少率（％）ま
たは厚さＨ方向の厚さ減少率（％）の少なくとも一方のうち、大きい方の値を記載した。
また、得られたＮｉ−Ｃｏ合金素材は、酸素２０ｗｔｐｐｍ以下、窒素１０ｗｔｐｐｍ
以下、炭素１０ｗｔｐｐｍ以下であり、ＮｉおよびＣｏ以外の金属成分は合計で１００ｗ
ｔｐｐｍ以下であった。
【００２１】
【表１】
【００２２】
表１の製造工程を経たＮｉ−Ｃｏ合金素材を旋盤加工して、表２に示すサイズのスパッ
タリングターゲットを得た。各ターゲットにおける平均結晶粒径（μｍ）、ランダム配向
の有無を確認した。平均結晶粒径の測定は、スパッタ面および断面から単位面積３０００
μｍ×３０００μｍの拡大写真（光学顕微鏡写真）を撮り、線インターセプト法（直線３
本の平均値）により求めた。ランダム配向の有無は、スパッタ面およびスパッタ面からタ
ーゲット厚さの中心のスパッタ面に平行な面を切り出したところから任意の測定箇所を選
択しＸ線回折分析（２θ）を行った。なお、Ｘ線回折は、Ｃｕ−Ｋα（ターゲットＣｕ）
、管電圧４０ｋＶ、電流１００ｍＡで行った。
その結果を表２に示す。なお、結晶組織はいずれも再結晶化されていた。
【００２３】
【表２】
【００２４】
また、粉末のＸ線回折ピークの順番を求めた。その結果を表３に示す。
【００２５】
【表３】
【００２６】
表２と表３を比べると検出されるピークの順番は比較例では一致しないが、実施例では
いずれも一致した。次に各実施例および比較例のターゲットを用いてマグネトロンスパッ
タを行った。スパッタ開始後からターゲットが０．５ｍｍ消費されたときのＮｉ合金膜厚
を１００としたとき、２ｍｍ消費後と５ｍｍ消費後の膜厚の変化を比較した。
【００２７】
【表４】
【００２８】
表から分かる通り、長期間使用してもスパッタレートの変化が小さいことが分かった。
この結果から、本実施例のターゲットは厚さを厚くしても長期信頼性が高いことが分かる
。
【符号の説明】
【００２９】
１…スパッタリングターゲット
２…スパッタ面
３…Ｎｉ合金素材
Ｔ…スパッタリングターゲットの厚さ
Ｗ…Ｎｉ合金素材の直径
Ｈ…Ｎｉ合金素材の厚さ（高さ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均結晶粒径１０００μｍ以下のＮｉ合金からなるＮｉ合金スパッタリングターゲット
において、スパッタ面の結晶配向がランダム配向であり、ターゲットの厚さ方向の中心面
の結晶配向のランダム配向であることを特徴とするＮｉ合金スパッタリングターゲット。
【請求項２】
平均結晶粒径１０００μｍ以下のＮｉ合金からなるＮｉ合金スパッタリングターゲット
において、スパッタ面をＸ線回折したときに検出される各ピークの高さの順番と、粉末を
Ｘ線回折したときに検出される各ピークの高さの順番が同一であることを特徴とするＮｉ
合金スパッタリングターゲット。
【請求項３】
スパッタ面をＸ線回折したときに検出される各ピークの高さの順番と、粉末をＸ線回折
したときに検出される各ピークの高さの順番が同一であることを特徴とする請求項１記載
のＮｉ合金スパッタリングターゲット。
【請求項４】
Ｃｏを１〜２０ａｔ％含有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のＮｉ合
金スパッタリングターゲット。
【請求項５】
Ｎｉ、Ｃｏおよびガス成分以外の金属不純物が５００ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴
とする請求項４記載のＮｉ合金スパッタリングターゲット。
【請求項６】
スパッタリングターゲットの厚さが３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし
請求項５のいずれか１項に記載のＮｉ合金スパッタリングターゲット。
【請求項７】
円柱形状Ｎｉ合金インゴットまたはビレットからなるＮｉ合金素材を、厚さ方向に平行
な方向と垂直な方向の冷間鍛造加工を１セットとするこねくり鍛造を２セット以上行う第
一のこねくり鍛造工程と、
こねくり鍛造工程後に９００℃以上の温度で再結晶化させる第一の熱処理工程と、
第一の熱処理工程後に、厚さ方向に平行な方向と垂直な方向の冷間鍛造加工を１セット
とするこねくり鍛造を２セット以上行う第二のこねくり鍛造工程と、
第二のこねくり鍛造工程後に、冷間圧延を行う冷間圧延工程と、
冷間圧延工程後、５００℃以上の温度で熱処理する第二の熱処理工程を具備することを
特徴とするＮｉ合金スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項８】
冷間圧延工程を２回以上行うことを特徴とする請求項７記載のＮｉ合金スパッタリング
ターゲットの製造方法。
【請求項９】
第一のこねくり鍛造工程または第二のこねくり鍛造工程の少なくとも一方は、断面減少
率または厚さ減少率が４０％以上の加工率で行われることを特徴とする請求項７ないし請
求項８のいずれか１項に記載のＮｉ合金スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１０】
第一のこねくり鍛造後のＮｉ合金素材のビッカース硬度Ｈｖの平均値がＨｖ１６０以上
であることを特徴とする請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載のタンタルスパッ
タリングターゲットの製造方法。
【請求項１１】
Ｎｉ合金素材は、Ｃｏを１〜２０ａｔ％含有していることを特徴とする請求項７ないし
請求項１０のいずれか１項に記載のＮｉ合金スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１２】
Ｓｉを構成元素として含む膜の上に、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の
Ｎｉ合金スパッタリングターゲットをスパッタしてＮｉ合金薄膜を形成する工程と、熱処
理を施しＮｉ合金薄膜をＮｉ合金シリサイド膜にする工程、を具備することを特徴とする
半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
前記Ｎｉ合金シリサイド膜はゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の一部または全部
であることを特徴とする請求項１２記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１】
平均結晶粒径１０００μｍ以下のＮｉ合金からなるＮｉ合金スパッタリングターゲット
において、スパッタ面の結晶配向がランダム配向であり、ターゲットの厚さ方向の中心面
の結晶配向のランダム配向であることを特徴とするＮｉ合金スパッタリングターゲット。
【請求項２】
平均結晶粒径１０００μｍ以下のＮｉ合金からなるＮｉ合金スパッタリングターゲット
において、スパッタ面をＸ線回折したときに検出される各ピークの高さの順番と、粉末を
Ｘ線回折したときに検出される各ピークの高さの順番が同一であることを特徴とするＮｉ
合金スパッタリングターゲット。
【請求項３】
スパッタ面をＸ線回折したときに検出される各ピークの高さの順番と、粉末をＸ線回折
したときに検出される各ピークの高さの順番が同一であることを特徴とする請求項１記載
のＮｉ合金スパッタリングターゲット。
【請求項４】
Ｃｏを１〜２０ａｔ％含有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のＮｉ合
金スパッタリングターゲット。
【請求項５】
Ｎｉ、Ｃｏおよびガス成分以外の金属不純物が５００ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴
とする請求項４記載のＮｉ合金スパッタリングターゲット。
【請求項６】
スパッタリングターゲットの厚さが３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし
請求項５のいずれか１項に記載のＮｉ合金スパッタリングターゲット。
【請求項７】
円柱形状Ｎｉ合金インゴットまたはビレットからなるＮｉ合金素材を、厚さ方向に平行
な方向と垂直な方向の冷間鍛造加工を１セットとするこねくり鍛造を２セット以上行う第
一のこねくり鍛造工程と、
こねくり鍛造工程後に９００℃以上の温度で再結晶化させる第一の熱処理工程と、
第一の熱処理工程後に、厚さ方向に平行な方向と垂直な方向の冷間鍛造加工を１セット
とするこねくり鍛造を２セット以上行う第二のこねくり鍛造工程と、
第二のこねくり鍛造工程後に、冷間圧延を行う冷間圧延工程と、
冷間圧延工程後、５００℃以上の温度で熱処理する第二の熱処理工程を具備することを
特徴とするＮｉ合金スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項８】
冷間圧延工程を２回以上行うことを特徴とする請求項７記載のＮｉ合金スパッタリング
ターゲットの製造方法。
【請求項９】
第一のこねくり鍛造工程または第二のこねくり鍛造工程の少なくとも一方は、断面減少
率または厚さ減少率が４０％以上の加工率で行われることを特徴とする請求項７ないし請
求項８のいずれか１項に記載のＮｉ合金スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１０】
第一のこねくり鍛造後のＮｉ合金素材のビッカース硬度Ｈｖの平均値がＨｖ１６０以上
であることを特徴とする請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載のタンタルスパッ
タリングターゲットの製造方法。
【請求項１１】
Ｎｉ合金素材は、Ｃｏを１〜２０ａｔ％含有していることを特徴とする請求項７ないし
請求項１０のいずれか１項に記載のＮｉ合金スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１２】
Ｓｉを構成元素として含む膜の上に、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の
Ｎｉ合金スパッタリングターゲットをスパッタしてＮｉ合金薄膜を形成する工程と、熱処
理を施しＮｉ合金薄膜をＮｉ合金シリサイド膜にする工程、を具備することを特徴とする
半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
前記Ｎｉ合金シリサイド膜はゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の一部または全部
であることを特徴とする請求項１２記載の半導体素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１４９０３４（Ｐ２０１１−１４９０３４Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３２６７（Ｐ２０１０−３２６７）
【出願日】平成２２年１月８日（２０１０．１．８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３０３０５８３２８）東芝マテリアル株式会社 (252)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月８日（２０１０．１．８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３０３０５８３２８）東芝マテリアル株式会社 (252)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]