[发明专利]镍合金溅射靶、Ni合金薄膜及镍硅化物膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种靶，该靶可以尽可能减小随着侵蚀的进行而选择性地进一步进行侵蚀的部分与不怎么进行侵蚀的部分的差异，从而减少靶的厚度偏差，延长靶的寿命，增加使用效率。

另外，本发明涉及可以形成热稳定的镍硅化物（NiSi）膜、并且塑性加工为靶的塑性加工性良好的、特别是在栅电极材料（薄膜）的制造中有用的镍合金溅射靶、通过溅射形成的Ni合金薄膜及通过硅衬底与Ni合金薄膜的反应而形成的镍硅化物膜。

背景技术

近年来，通过自对准硅化物工艺得到的NiSi膜作为栅电极材料的应用引人关注。镍具有自对准硅化物工艺的硅消耗量比钴少、可以形成硅化物膜的特征。另外，NiSi与钴硅化物膜同样地具有难以因布线的微细化而引起细线电阻上升的特征。

因此，认为可以使用镍代替高价的钴作为栅电极材料。但是，NiSi的情况下，存在容易相转移到作为更稳定相的NiSi₂，从而界面粗糙度劣化和高电阻化的问题。另外，还存在容易引起膜的凝聚或过量硅化的问题。

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等金属化合物膜并退火，由此防止在形成硅化物膜时与氧反应而形成绝缘膜的技术。此时，为了防止氧与Ni反应而形成具有凹凸的绝缘膜，使用TiN。

凹凸小时，NiSi膜到源/漏扩散层的接合处的距离长，因此可以抑制接点泄漏。另外，作为覆盖膜，列举了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，已指出现有技术中存在如下问题：在衬底上形成的NiSi属于硅化物材料中非常容易氧化的材料，NiSi膜与Si衬底的界面区域会形成大的凹凸，产生接点泄漏。

此时，提出了在Ni膜上溅射TiN膜作为覆盖膜，并且对其进行热处理，由此使NiSi膜的表面氮化的技术。其目的在于由此防止NiSi被氧化，抑制凹凸的形成。但是，在Ni上沉积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、粒径调节为200nm以上的技术。另外，期望在Ni上覆盖Ti、W、TiNx、WNx中的一种。

此时，公开了可以仅利用不含氮气的氩气溅射Ni，接着溅射TiN的覆盖膜，然后将N离子注入到Ni膜中，由此将N添加到Ni膜中的技术（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。在实施例中，记载了Co-Ti的组合。

钴还原硅氧化膜的能力比钛低，在沉积钴时，在硅衬底或多晶硅膜表面存在的自然氧化膜存在时，硅化反应受到阻碍。另外，耐热性比钛硅化物膜差，由于自对准硅化物工艺结束后的层间膜用的氧化硅膜的沉积时的热，存在二硅化钴（CoSi₂）膜凝聚从而电阻上升的问题（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”，记载了为了防止自对准硅化物形成时的过度生长造成的短路，而形成钴或镍与选自钛、锆、钽、钼、铌、铪和钨的金属的非晶合金层的技术。此时，公开了钴含量为50~75原子%的Ni40Zr60的实施例，但是，为了形成非晶膜，合金的含量高（参考专利文献4）。

关于以上公开的现有技术，均与成膜工艺有关，与溅射靶无关。另外，作为现有的高纯度镍，除气体成分以外为约4N以下，氧含量高达约100ppm。制作基于这样的现有镍的镍合金靶时，塑料加工性差，从而无法制作品质良好的靶。另外，存在溅射时粉粒多，均匀性也不好的问题。

鉴于以上的栅电极材料的问题，本申请人开发了以镍为基材、在其中添加有钛或铂的溅射靶材料作为特别优良的材料，并提出了抑制向作为稳定相的NiSi₂相转移的方案（参考专利文献5~8）。

该方案中，添加有铂的镍合金最有效果，在该方案提出时非常有用，但是，最近缩小布线宽度并且提高工艺温度是不可避免的，并且进一步要求高温下的热稳定性。对这一点进行改良的前述专利文献8中，具有该点的特征特性，添加有Pt的Ni合金的特性和有用性可以说是超群的。