(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
純度が４Ｎ５（９９．９９５重量％）以上である高純度ニッケルを熱間鍛造した後、３０％以上の圧延率で冷間圧延し、これをさらに２５０°Ｃ以上４００°Ｃ以下の温度で熱処理する工程からなり、前記冷間圧延と熱処理を少なくとも２回以上繰り返し、平均結晶粒径が１０〜１５０μｍである膜のユニフォーミティに優れたマグネトロンスパッタリング用、純度が４Ｎ５（９９．９９５重量％）以上である高純度ニッケルターゲットの製造方法。
【請求項２】
純度が４Ｎ５（９９．９９５重量％）以上である高純度ニッケルからなるスパッタリングターゲットであって、平均結晶粒径が１０〜１５０μｍであり、スパッタリングのエロージョン面における平均結晶粒径のばらつきが変動係数１８％以内である膜のユニフォーミティに優れたマグネトロンスパッタリング用、純度が４Ｎ５（９９．９９５重量％）以上である高純度ニッケルターゲット。
【請求項３】
平均結晶粒径が３０〜１２０μｍである膜のユニフォーミティに優れた請求項２記載のマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲット。
【請求項４】
平均結晶粒径の５倍以上に粒成長した粗大結晶粒を含まない膜のユニフォーミティに優れた請求項２又は３記載のマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲット。
【請求項５】
高純度ニッケルを熱間鍛造した後、３０％以上の圧延率で冷間圧延し、これをさらに２５０°Ｃ以上４００°Ｃ以下の温度で熱処理する工程からなり、前記冷間圧延と熱処理を少なくとも２回以上繰り返すことによって得られた、平均結晶粒径が１０〜１５０μｍである膜のユニフォーミティに優れた請求項２〜４のいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜のユニフォーミティ（膜厚の均一性）とプラズマのイグニッション（点弧）性に優れたニッケルスパッタリングターゲットの製造方法及びこれによって得られた高純度ニッケルターゲットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスク用磁気記録媒体、磁気ヘッド、ＬＳＩチップ等に磁性膜を形成する方法として、スパッタリング法が広く用いられている。
スパッタリング法は、陽極となる基板と陰極となるターゲットとを対向させ、不活性ガス雰囲気下でこれらの基板とターゲットの間に高電圧を印加して電場を発生させるものであり、この時電離した電子と不活性ガスが衝突してプラズマが形成され、このプラズマ中の陽イオンがターゲット表面に衝突してターゲット構成原子を叩きだし、この飛び出した原子が対向する基板表面に付着して膜が形成されるという原理を用いたものである。
【０００３】
現在、スパッタリングの多くは、いわゆるマグネトロンスパッタリングと呼ばれている方法が使用されている。マグネトロンスパッタリング法は、ターゲットの裏側に磁石をセットしターゲット表面に電界と垂直方向に磁界を発生させてスパッタリングを行なう方法であり、このような直交電磁界空間内ではプラズマの安定化および高密度化が可能であり、スパッタ速度を大きくすることができるという特徴を有している。
【０００４】
一般に、このようなマグネトロンスパッタリング法を用い、ＮｉやＣｏ等の強磁性体またはフェリ磁性体等の磁性体薄膜を基板上に形成することが行なわれている。マグネトロンスパッタリングは磁界中に電子を捕らえて、効率よくスパッタガスを電離するが、ターゲットが磁化をもつ場合、ターゲットそのものが磁気特性によって、スパッタ面近傍の磁界に影響を与える。
近年、特にゲート材料として、シリサイド化温度が低いこと、膜抵抗が低いこと、さらにはシリサイド反応で使用されるシリコンが少ないなどの特性があることから、コバルトに替えてニッケルを使用する提案がなされている。
【０００５】
一般に、強磁性体は磁気的に閉回路を作るためにマグネトロンスパッタリングすることが極めて難しいという問題がある。しかし、最近ではニッケルのような強磁性体ターゲットでも、強力なマグネットを用いるなどのマグネトロンスパッタリング装置の改善によって、ニッケルターゲットの厚さが５ｍｍ程度あれば、十分な成膜速度が得られるようになっている。
しかし、逆に言うとニッケルのようなターゲットにおいては、その厚さを５ｍｍ以下好ましくは３ｍｍ以下に薄くし、かつ均一な膜が得られるように、ターゲットを加工する必要があるという大きな課題がある。
また、スパッタ面内の磁気特性が不均一である（磁気異方性がある）ターゲットを用いるとエロージョン部の最深部が歪み、予定した膜厚分布が得られないという問題があり、磁気異方性を利用するニッケルターゲットは、特にこの傾向が著しいと言える。
【０００６】
圧延を施したターゲット素材は、当然歪みが等方的ではない。すなわち結晶粒が一方向に延ばされた集合組織となる。このため、三次元的に見た場合には勿論のこと、圧延面内ですら、磁気特性に異方性を生ずる。
ニッケルターゲットは、この磁気的異方性を利用するものであるが、内部組織に歪み等がそのまま存在するという欠点を有している。
このような圧延板から円盤状のターゲットを切出してターゲットを作製すると、本来円形のエロージョンが進行するところが、１方向に延ばされた形となる。本来、円形基板上への成膜の際に本来円形のエロージョンとなることが期待されていたものであるから、該円形基板上での均一の膜厚が得られないという問題がある。
以上から、通常成膜の厚さは磁気特性を左右するので、ある程度の膜厚があり、かつそれが均一であることが必要である。しかし、ゲート膜は薄くても良く、成膜速度や膜厚は特に問題となることはない。
しかしながら、上記の成膜特性において、膜のユニフォーミティ（膜厚の均一性）とプラズマのイグニッション（点弧）性がゲート膜の特性に大きな影響を与え、特に、最近の３００ｍｍウエハプロセスでは大きな問題となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題または欠点に鑑みてなされたもので、３００ｍｍウエハを用いた製造プロセスにおいても、膜のユニフォーミティ（膜厚の均一性）とプラズマのイグニッション（点弧）性を良好にすることができるマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲットの製造方法及び同高純度ニッケルターゲットを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明者はスパッタリング用ターゲットの製造工程に着目し、加工工程の改良により、膜のユニフォーミティ（膜厚の均一性）とプラズマのイグニッション（点弧）性を改善することができ、これによって得られた高純度ニッケルターゲットを用いてマグネトロンスパッタリングすることにより、安定した製造条件で、再現性よくかつ品質の良いニッケル薄膜を得ることができるとの知見を得た。
本発明はこの知見に基づき、
１．高純度ニッケルを熱間鍛造した後、３０％以上の圧延率で冷間圧延し、これをさらに２５０°Ｃ以上の温度で熱処理する工程からなり、前記冷間圧延と熱処理を少なくとも２回以上繰り返すことを特徴とする膜のユニフォーミティに優れたマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲットの製造方法
２．純度が４Ｎ５（９９．９９５重量％）以上である高純度ニッケルからなるスパッタリングターゲットであって、平均結晶粒径が１０〜１５０μｍであり、スパッタリングのエロージョン面における平均結晶粒径のばらつきが変動係数１８％以内であることを特徴とする膜のユニフォーミティに優れたマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲット
３．平均結晶粒径が３０〜１２０μｍであることを特徴とする膜のユニフォーミティに優れた上記２記載のマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲット
４．平均結晶粒径の５倍以上に粒成長した粗大結晶粒を含まないことを特徴とする膜のユニフォーミティに優れた上記２又は３記載のマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲット
５．高純度ニッケルを熱間鍛造した後、３０％以上の圧延率で冷間圧延し、これをさらに２５０°Ｃ以上の温度で熱処理する工程からなり、前記冷間圧延と熱処理を少なくとも２回以上繰り返すことによって得ることを特徴とする膜のユニフォーミティに優れた上記２〜４のそれぞれに記載のマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲット
を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
高純度ニッケルターゲットの製造に際しては、まず高純度ニッケルを溶製し、これをブロック（インゴット）に鋳造する。
次に、これを熱間鍛造し、さらに３０％以上の圧延率で冷間圧延し、これを２５０°Ｃ以上４００°Ｃ以下の温度で熱処理する。本発明においては前記冷間圧延と熱処理を少なくとも２回以上繰り返すことを特徴とする。
最終的に、平板状その他のマグネトロンスパッタリング装置にセットできるターゲット形状に加工する。
高純度ニッケルはそもそも軟質な材料であり、異常な粒成長を起こし易く、細粒の中に粗大粒が混在する不均一な金属組織に成り易いという傾向がある。
そして、この不均一組織は膜の膜のユニフォーミティに大き影響することが分かった。また、このような高純度ニッケルターゲット内部組織の粗大粒の混在は、プラズマのイグニッション（点弧）性にも悪影響を与えると考えられる。
【００１０】
上記のように、マグネトロンスパッタリングの際に好適なプラズマを形成させるためには、ニッケルターゲットを５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ程度の厚さにする必要があるが、もし異常な粒成長を起こしたターゲットの不均一組織が存在すると、それはターゲットが薄いだけに、ターゲット全体に大きく影響を与えることになる。その結果、スパッタリング膜のユニフォーミティ及びプラズマのイグニッション（点弧）性をより悪化させる。
このような、異常な粒成長を起こさない均一組織のニッケルターゲットにするためには、上記の通り凝固組織を破壊したインゴットを３０％以上の圧延率での冷間圧延と２５０°Ｃ以上４００°Ｃ以下の温度での熱処理を２回以上、繰り返して平板状に形成していくことが重要である。また、このような加工の繰り返しにより、ターゲット板に平坦性を持たせることができるという特徴を有する。
【００１１】
３０％未満の圧延率では、異常粒成長した粗大組織を十分破壊（分断）できず、また２５０°Ｃ未満では再結晶による微細結晶を生じさせることができない。また、４００°Ｃを超えると逆に再結晶組織が粗大化する傾向があるので、望ましくない。したがって、熱処理の範囲は２５０°Ｃ以上４００°Ｃ以下とする。また、一回の３０％以上の圧延率での冷間圧延と２５０°Ｃ以上４００°Ｃ以下の温度での熱処理（たとえ８０％程度の強加工をしても）では、異常粒成長した粗大組織を十分に消失させることができない。
したがって、この工程は少なくとも２回以上、繰り返すことが必要である。なお、この冷間圧延と熱処理は必ずしも同一条件とする必要はない。
以上の工程によって、膜のユニフォーミティ及びプラズマのイグニッション（点弧）性に優れたマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲットを製造することができる。
【００１２】
高純度ニッケルターゲットとしては、純度が４Ｎ５（９９．９９５重量％）以上、好ましくは５Ｎ（９９．９９９重量％）以上である高純度ニッケルであることが望ましく、またターゲット中の平均結晶粒径が１０〜１５０μｍ、好ましくは３０〜１２０μｍであり、スパッタリングのエロージョン面における平均結晶粒径のばらつきが変動係数１８％以内であることが望ましい。これによって、膜のユニフォーミティ及びプラズマのイグニッション（点弧）性に優れた好適なマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲットを得ることができる。
さらにまた、マグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲット中に、晶粒径の５倍以上に粒成長した粗大結晶粒を含まないことが望ましい。これによって、膜のユニフォーミティ及びプラズマのイグニッション（点弧）性がさらに改善される。
【００１３】
【実施例および比較例】
以下、実施例および比較例に基づいて説明する。なお、本実施例はあくまで一例であり、この例によって何ら制限されるものではない。すなわち、本発明は特許請求の範囲によってのみ制限されるものであり、本発明の技術思想に含まれる実施例以外の種々の変形を包含するものである。
【００１４】
（実施例１〜実施例５）
純度９９．９９９％のニッケルを原料として電子ビーム溶解し、これを鋳造してインゴット（１２０φ×７０ｈ）とした。このインゴットを均熱化処理（９００〜１１５０°Ｃで２時間保持）した後、熱間鍛造（こねくり鍛造）を行った。熱間鍛造の開始温度は９００°Ｃ〜１１５０°Ｃであり、真歪み約５．５で行った。９００°Ｃ未満の熱間鍛造では割れが入ることが多く、１１５０°Ｃを超える温度では材料の酸化が著しいので、上記の範囲の温度とした。
これを圧延率３０〜６０％で冷間圧延し、２５０°Ｃ〜４００°Ｃで１時間熱処理し、再結晶させた。次に、これをさらに圧延率３０〜６０％で冷間圧延し、２５０〜４００°Ｃで１時間熱処理し、再結晶させた。
これによって得た圧延板から試料を切り出し、厚さ３ｍｍ、直径４４０ｍｍの円盤状ニッケルターゲット試料とした。ターゲット試料の平均粒径は下表に示す通り３８．６〜１４２．１μｍにあり、異常結晶粒が見られない組織のターゲットが得られた。
上記実施例１〜５のニッケルターゲット製造条件の詳細並びに結晶組織の観察及び結晶粒径の測定結果を、表１に示す。なお、結晶粒径の測定及び組織観察位置は円盤状のニッケルターゲットを放射状に均一に１７点をとって観察し、結晶粒径の測定については、それらの平均値とした。
【００１５】
次に、このニッケルターゲットを用いて３００ｍｍウエハに対してマグネトロンスパッタリングを実施し、膜のユニフォーミティ（％、３σ）及びプラズマのイグニッション（点弧）性を測定及び観察した。なお、膜のユニフォーミティは間接的に４端子法による抵抗値から計算した。
膜のユニフォーミティの測定結果は、いずれも４未満であり、しかもターゲットライフ９０ｋｗｈ（スパッタパワー１ｋｗ）まで持続し、優れた膜のユニフォーミティを示した。その詳細を、同様に表１に示す。なお、表１には、プラズマのイグニッション（点弧）性を表示していないが、いずれも良好であった。
【００１６】
【表１】
0004006620.tif 000002
【００１７】
（比較例１〜比較例１３）
実施例と同様の純度９９．９９９％のニッケルを原料として電子ビーム溶解し、これを鋳造してインゴット（１２０φ×７０ｈ）とした。このインゴットを均熱化処理（９００〜１１５０°Ｃで２時間保持）した後、熱間鍛造を行った。熱間鍛造の開始温度は９００°Ｃ〜１１５０°Ｃであり、真歪み約５．５で行った。
これを圧延率５０〜８０％で冷間圧延し、２５０°Ｃ〜６００°Ｃで１時間熱処理した。この冷間圧延と熱処理は１回である。
これによって得た圧延板から試料を切り出し、厚さ３ｍｍ、直径４４０ｍｍの円盤状ニッケルターゲット試料とした。
ターゲット試料の平均粒径は下表に示す通り２０．５〜２１０．３μｍにあり、粗大結晶粒（１４９〜１１７０μｍ）が存在する組織のターゲットが得られた。なお、熱処理２００°Ｃの比較例１及び比較例９については、再結晶せず圧延組織が残存していた。
上記比較例１〜１３のニッケルターゲット製造条件の詳細並びに結晶組織の観察及び結晶粒径の測定結果を、表１に示す。なお、結晶粒径の測定及び組織観察位置は、実施例と同様に円盤状のニッケルターゲットを放射状に均一に１７点をとって観察し、結晶粒径の測定については、それらの平均値とした。
【００１８】
次に、このニッケルターゲットを用いて実施例と同一の条件でマグネトロンスパッタリングを実施し、膜のユニフォーミティ（％、３σ）及びプラズマのイグニッション（点弧）性を測定及び観察した。なお、膜のユニフォーミティの測定は間接的に４端子法による抵抗値から計算した。
膜のユニフォーミティの測定結果は上限値が７．５〜１５の範囲にあり、膜のユニフォーミティが著しく悪い結果となった。その詳細を、同様に表１に示す。なお、表１には、プラズマのイグニッション（点弧）性は不良であった。
【００１９】
（比較例１４〜比較例１９）
実施例と同様の純度９９．９９９％のニッケルを原料として電子ビーム溶解し、これを鋳造してインゴット（１２０φ×７０ｈ）とした。このインゴットを均熱化処理（９００〜１１５０°Ｃで２時間保持）した後、熱間鍛造を行った。熱間鍛造の開始温度は９００°Ｃ〜１１５０°Ｃであり、真歪み約５．５で行った。
但し、比較例１４と１５については、第１回目の圧延を、２０又は２５％の低い圧延率で冷間圧延し、３００°Ｃで１時間熱処理した。
また比較例１６と１７については、第２回目の圧延を、２０又は２５％の低い圧延率で冷間圧延し、さらに３００°Ｃで１時間熱処理した。このように２回の冷間圧延と２回の熱処理を実施したが、冷間圧延率は本発明の条件から逸脱している。
さらに比較例１８と比較例１９については、比較例１８では一回目の熱処理温度を５００°Ｃに、比較例１９では二回目の熱処理温度を６００°Ｃにしたものであるが、結晶粒のばらつきが大きくなった。
これによって得た圧延板から試料を切り出し、厚さ３ｍｍ、直径４４０ｍｍの円盤状ニッケルターゲット試料とした。
ターゲット試料の平均粒径は下表に示す通り２２．３〜８１．６μｍにあり、粗大結晶粒（２８８〜４０２μｍ）が存在する組織のターゲットが得られた。
上記比較例１４〜１９のニッケルターゲット製造条件の詳細並びに結晶組織の観察及び結晶粒径の測定結果を、表１に示す。なお、結晶粒径の測定及び組織観察位置は、実施例と同様に円盤状のニッケルターゲットを放射状に均一に１７点をとって観察し、結晶粒径の測定については、それらの平均値とした。
【００２０】
次に、このニッケルターゲットを用いて実施例と同一の条件でマグネトロンスパッタリングを実施し、膜のユニフォーミティ（％、３σ）及びプラズマのイグニッション（点弧）性を測定及び観察した。なお、膜のユニフォーミティの測定は間接的に４端子法による抵抗値から計算した。
膜のユニフォーミティの測定結果は上限値が６．７〜１２の範囲にあり、膜のユニフォーミティが著しく悪い結果となった。その詳細を、同様に表１に示す。なお、表１には、プラズマのイグニッション（点弧）性は不良であった。
【００２１】
【発明の効果】
本発明のマグネトロンスパッタリング用高純度ニッケルターゲットの製造方法及び同高純度ニッケルターゲットは、結晶粒径が均一で粗大化した異常結晶粒がなく、３００ｍｍウエハを用いた成膜プロセスにおいても、膜のユニフォーミティ（膜厚の均一性）とプラズマのイグニッション（点弧）性を良好にすることができるという優れた効果を有する。