[发明专利]镍合金溅射靶及镍硅化物膜

说明书

技术领域

本发明涉及可以形成热稳定的镍硅化物(NiSi)膜、并且加工为靶时的塑性加工性良好、特别对栅极材料(薄膜)的制造有用的镍合金溅射靶及由该靶形成的镍硅化物膜。

背景技术

近年来，作为栅极材料，通过自对准硅化物工艺(サリサイドプロセス)得到的NiSi膜的使用引起关注。镍所具有的特征在于，能够以比钴低的自对准硅化物工艺的硅消耗量来形成硅化物膜。另外，NiSi与钴硅化物膜同样具有难以产生由布线的细微化所引起的细线电阻上升的特征。

基于这样的情况，考虑使用镍代替高价的钴作为栅极材料。但是，在为NiSi的情况下，容易相变为更稳定的相NiSi₂，存在界面粗糙度变差和高电阻化的问题。另外，也存在容易引起膜的凝聚或过量的硅化物化的问题。

以往，作为使用镍硅化物等的膜的技术，有在Ni或Co膜上覆盖TiN等金属化合物膜进行退火，由此防止在硅化物膜形成时与氧反应而形成绝缘膜的技术。此时，为了防止氧与Ni反应形成具有凹凸的绝缘膜，使用TiN。

如果凹凸小，则NiSi膜至源/漏扩散层的结处的距离变长，因此可以抑制结漏。另外，作为覆盖膜，可以列举TiC、TiW、TiB、WB₂、WC、BN、AlN、Mg₃N₂、CaN、Ge₃N₄、TaN、TbNi₂、VB₂、VC、ZrN、ZrB等(参考专利文献1)。

另外，现有技术中指出，即使在硅化物材料中，NiSi也非常容易被氧化，在NiSi膜与Si衬底的界面区域形成明显的凹凸，存在产生结漏的问题。

对于这种情况，提出了在Ni膜上溅射作为覆盖膜的TiN膜并且将其进行热处理，由此使NiSi膜的表面氮化的方案。目的在于由此防止NiSi被氧化，从而抑制凹凸的形成。但是，由于是在Ni上淀积TiN而形成的NiSi上的氮化膜薄，因此存在难以长时间保持阻挡性的问题。

因此，提出了在添加有氮气的混合气体(2.5～10％)气氛中形成硅化物膜，由此将硅化物膜的粗糙度调节为40nm以下、粒径200nm以上的方案。另外，期望在Ni上覆盖Ti、W、TiNx、WNx中的一种。

还公开的方案为，此时，可以仅在不含氮气的氩气中溅射Ni，接着溅射TiN覆盖膜，然后将N离子离子注入到Ni膜中，由此将N添加到Ni膜中(参考专利文献2)。

另外，作为现有技术公开了半导体装置及其制造方法，记载了第一金属：Co、Ni、Pt或Pd与第二金属：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta或Cr的组合。实施例中为Co-Ti的组合。

钴的还原硅氧化膜的能力比钛低，在淀积钴时，存在在硅衬底或多晶硅膜表面存在的自然氧化膜的情况下，硅化反应受到阻碍。另外，还公开到，钴的耐热性比钛硅化物膜差，且由于自对准硅化物工艺结束后层间膜用硅氧化膜的淀积时产生的热，存在钴二硅化物(CoSi₂)膜凝聚而导致电阻上升的问题(参考专利文献3)。

另外，作为现有技术，公开了“半导体装置的制造方法”，并公开了以下技术：为了防止自对准硅化物形成时的过度生长造成短路，由钴或镍与选自钛、锆、钽、钼、铌、铪及钨的金属形成非晶合金层。此时，钴含量为50～75原子％，有Ni40Zr60的实施例，为了形成非晶膜，合金的含量高(参考专利文献4)。

以上公开的现有技术均与成膜工艺有关，不涉及溅射靶。另外，作为现有的高纯度镍，除气体成分以外为约4N以下，氧高达约100ppm。制作以这样的现有的镍为基础的镍合金靶时，塑性加工性差，不能制作品质好的靶。另外，还存在溅射时的粉粒多，均匀性也不好的问题。

鉴于以上的栅极材料的问题点，本发明人开发了特别优良的材料，即以镍为基础，并在其中添加有钛或铂的溅射靶材料，提出了抑制向稳定相NiSi₂的相变(参考专利文献5、专利文献6)。

在这些方案中，添加有铂的镍合金最有效，该方案在提出时非常有用，但是，最近随着布线宽度的缩小，不可避免工艺温度的上升，进而开始要求高温下的热稳定性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7-38104号公报

专利文献2：日本特开平9-153616号公报

专利文献3：日本特开平11-204791号公报(USP5989988)

专利文献4：日本特开平5-94966号公报