JP4874879B2 - エルビウムスパッタリングターゲット及びその製造方法 - Google Patents
エルビウムスパッタリングターゲット及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4874879B2 JP4874879B2 JP2007164007A JP2007164007A JP4874879B2 JP 4874879 B2 JP4874879 B2 JP 4874879B2 JP 2007164007 A JP2007164007 A JP 2007164007A JP 2007164007 A JP2007164007 A JP 2007164007A JP 4874879 B2 JP4874879 B2 JP 4874879B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- target
- erbium
- sputtering
- purity
- grain size
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 73
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 72
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 63
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000013077 target material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 26
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 25
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 19
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 18
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 17
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 16
- VQCBHWLJZDBHOS-UHFFFAOYSA-N erbium(iii) oxide Chemical compound O=[Er]O[Er]=O VQCBHWLJZDBHOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 12
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 21
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 abstract 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 23
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 15
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 6
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 6
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 6
- 229910001122 Mischmetal Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- -1 moisture Chemical compound 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 5
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 2
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 2
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Chemical group [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSDQQAQKBAQLLE-UHFFFAOYSA-N 4-(4-chlorophenyl)-4,5,6,7-tetrahydrothieno[3,2-c]pyridine Chemical compound C1=CC(Cl)=CC=C1C1C(C=CS2)=C2CCN1 CSDQQAQKBAQLLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004484 Briquette Substances 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000000917 Erbium Chemical class 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VCUFZILGIRCDQQ-KRWDZBQOSA-N N-[[(5S)-2-oxo-3-(2-oxo-3H-1,3-benzoxazol-6-yl)-1,3-oxazolidin-5-yl]methyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C1O[C@H](CN1C1=CC2=C(NC(O2)=O)C=C1)CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F VCUFZILGIRCDQQ-KRWDZBQOSA-N 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- OYLGJCQECKOTOL-UHFFFAOYSA-L barium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ba+2] OYLGJCQECKOTOL-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001632 barium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce] ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- ZXGIFJXRQHZCGJ-UHFFFAOYSA-N erbium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Er+3].[Er+3] ZXGIFJXRQHZCGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000005408 paramagnetism Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009721 upset forging Methods 0.000 description 1
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/04—Refining by applying a vacuum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B59/00—Obtaining rare earth metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/11—Making amorphous alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
- C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Description
本発明は、スパッタリング時のパーティクルの発生が少なく、またスパッタリング膜のユニフォーミティが良好であるエルビウムスパッタリング及びその製造方法に関する。
エルビウム（Ｅｒ）は希土類元素の中に含まれるものであるが、鉱物資源としては混合複合酸化物の形で地殻に存在する。希土類元素は比較的希（まれ）に存在する鉱物から分離されたので、このような名称がついたが、地殻全体からみると決して希少ではない。
エルビウムの原子番号は６８、原子量１６７．３の灰色の金属であり、六方細密構造を備えている。融点は１５３０°Ｃ、沸点２８６０°Ｃ、密度９．０７ｇ／ｃｍ３である。空気中では表面が酸化され、水には徐々にとける。また、酸に可溶である。耐食性及び耐磨耗性に優れており、高い常磁性を示す。高温で酸化物（Ｅｒ２Ｏ３）を生成する。希土類元素は、一般に酸化数３の化合物が安定であるが、エルビウム（Ｅｒ）も３価である。
エルビウムの原子番号は６８、原子量１６７．３の灰色の金属であり、六方細密構造を備えている。融点は１５３０°Ｃ、沸点２８６０°Ｃ、密度９．０７ｇ／ｃｍ３である。空気中では表面が酸化され、水には徐々にとける。また、酸に可溶である。耐食性及び耐磨耗性に優れており、高い常磁性を示す。高温で酸化物（Ｅｒ２Ｏ３）を生成する。希土類元素は、一般に酸化数３の化合物が安定であるが、エルビウム（Ｅｒ）も３価である。
最近では、ＬＳＩの微細化が進み、４５ｎｍ以下の細線化のプロセスでは、ゲート絶縁膜にはＨｉｇｈ−Ｋ材が、またゲート電極にはメタルゲートの導入が検討されている。しかし、メタルゲートの候補材の中には仕事関数が適さないという問題があるものが多い。ここで、メタルゲートにＥｒやＹｂ、Ｄｙなどの希土類金属を添加することにより、仕事関数を制御できるという報告があり、注目されている材料である。
希土類金属を添加する方法としてスパッタリングが挙げられる。スパッタリングを行うためにはターゲットが必要となるが、エルビウム（Ｅｒ）は室温では脆弱な材料であることから、室温で塑性加工を行ってターゲットを製造することができないという問題がある。また、エルビウムは化学的に活性な材料で大気中の酸素、水分、炭酸ガスとの反応が顕著であることから熱間での塑性加工も困難であった。
このようなことから、スパッタリング用エルビウムターゲットを作製するには、溶解法で作製したインゴットから円板状に切り出すか、あるいは溶湯を円板状に直接鋳込む方法がなされてきた。しかし、上述のように室温で脆弱な材料であるため、φ２００ｍｍ以上の材料を作製することが困難であった。
さらに、溶解インゴットから切り出したターゲットあるいは円板状に鋳込んだターゲットの場合、冷却時の温度勾配により、外周と中心近傍での結晶粒径に大きな差異が生じるため、スパッタリング膜のユニフォーミティが悪いという問題があった。
さらに、溶解インゴットから切り出したターゲットあるいは円板状に鋳込んだターゲットの場合、冷却時の温度勾配により、外周と中心近傍での結晶粒径に大きな差異が生じるため、スパッタリング膜のユニフォーミティが悪いという問題があった。
しかし、電子部品として利用するというようなことは、最近の考えであり、従来はそれほど着目されてきた金属とは言えない。したがって、エルビウムの実用化に向けた文献は多くはない。電子部品として使用する以上、エルビウムターゲットの高純度化も当然必要となるが、ターゲットの製造工程で酸素等の不純物が混入するという問題があることから、本格的にターゲットの製造工程を含めて対策が採られた例がない。
また、エルビウムターゲットに含有される不純物の中で、特に問題となる元素について検討され又は調査された例もない。
希土類金属の抽出という中で、その一部にエルビウムが挙げられている程度であるが、参考となる文献を次に紹介する。
また、エルビウムターゲットに含有される不純物の中で、特に問題となる元素について検討され又は調査された例もない。
希土類金属の抽出という中で、その一部にエルビウムが挙げられている程度であるが、参考となる文献を次に紹介する。
Ｓｍ、Ｅｕ、Ｙｂの酸化物粉末とミッシュメタルとを混合後ブリケット状とし、真空熱還元法によりミッシュメタルを還元材としてＳｍ、Ｅｕ、Ｙｂの希土類元素を製造する方法で、ミッシュメタルを予め水素化処理して粒粉状の水素化ミッシュメタルとし、これを混合してブリケット状にして、ミッシュメタルの粒粉状化工程の酸化燃焼を防止するという技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この場合、還元材であるミッシュメタルの利用に工夫があるが、さらに高純度化を達成しようとするものではなく、高純度化に制限があるという問題がある。
希土類のハロゲン化物をカルシウム又は水素化カルシウムにより還元し、得られた希土類金属とスラグを分離する際に、スラグ分離治具を溶融したスラグ中に入れ、スラグを凝固させて、この治具と共にスラグを除去する技術が提案されている。また、この希土類としては、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジウムが選択されている（例えば、特許文献２参照）。この技術は、スラグの除去が十分でないので、高純度化を達成することが難しいという問題がある。
希土類金属のフッ化物原料に還元剤を添加して高温加熱する熱還元法により希土類金属の製造方法であり、原料として希土類金属のフッ化物とフッ化リチウムの混合組成物又はこれにフッ化バリウム、フッ化カルシウムの１種以上を添加する提案がある。この場合、溶融塩電解浴を使用することができるという提案があり、これによって酸素含有量が１０００ｐｐｍとなるということが開示されている（例えば、特許文献３参照）。この技術は溶融塩電解浴の利用を基本とするものであり、複雑な工程が必要であり、また酸素除去の効果も十分ではないという問題がある。また、使用するリチウム、バリウム、カルシウム等が不純物として随伴する問題もある。
希土類金属のフッ化物、フッ化リチウムの混合組成物又はこれにフッ化バリウム、フッ化カルシウムの１種以上を添加した混合組成物と、希土類金属を混合し、加熱溶融して希土類を取り出すもので、希土類には熱還元した市販のものを使用し、混合組成物としては、希土類金属と鉄族遷移金属との合金製造用の溶融塩電解溶媒浴を使用する提案がある。
これによって酸素含有量が３００ｐｐｍ以下であり、カルシウム、リチウム、フッ素などの不純物が少ない高純度希土類金属を得ることが開示されている（例えば、特許文献４参照）。この技術も、上記と同様に溶融塩電解浴の利用を基本とするものであり、複雑な工程が必要であり、また酸素除去の効果も十分ではないという問題がある。また、使用するリチウム、バリウム、カルシウム等が不純物として随伴する問題もある。
これによって酸素含有量が３００ｐｐｍ以下であり、カルシウム、リチウム、フッ素などの不純物が少ない高純度希土類金属を得ることが開示されている（例えば、特許文献４参照）。この技術も、上記と同様に溶融塩電解浴の利用を基本とするものであり、複雑な工程が必要であり、また酸素除去の効果も十分ではないという問題がある。また、使用するリチウム、バリウム、カルシウム等が不純物として随伴する問題もある。
不純物であるＴａ含有希土類金属にＭｇ又はＺｎを加えて、るつぼ内で溶解し、凝固させた後、るつぼ底部に存在する高Ｔａ含有部分を除去し、低Ｔａ含有部分を真空蒸留して高純度希土類を得る精製方法が提案されている（例えば、特許文献５参照）。しかし、これは、添加する金属が不純物として随伴する問題があり、またＴａの除去も十分でないので、高純度化のレベルは低いという問題がある。
上記の文献に示すように、エルビウムの精製効果は必ずしも十分ではなく、特に酸素の低減化を図るものは少なく、低減化を図っても十分ではないという問題がある。また、溶融塩電解を使用するものは工程が複雑となり、また精製効果が十分でないという問題がある。このように、高融点金属であり、蒸気圧が高く金属溶融状態での精製が難しいエルビウムを高純度化する技術については、効率的かつ安定した生産方法がないというのが現状である。
本発明は、スパッタリング時のパーティクルの発生が少なく、またスパッタリング膜のユニフォーミティが良好であるエルビウムスパッタリングを効率的かつ安定して提供できる技術及びその製造方法を提供することを課題とする。
上記の課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を行った結果、スパッタリング時のパーティクルの発生が少なく、またスパッタリング膜のユニフォーミティが良好であるエルビウムスパッタリングを得るためには、従来の鋳造品を原材料として、切り出したターゲットを使用することでは限界があることが分かった。
そして、溶解したインゴットを、さらに鍛造加工して得たターゲットが、品質に優れたターゲットとすることができるとの知見を得た。これが本願発明の基本であり、ターゲットに必要とされる条件については、優先順位があり、ターゲットの具体的用途から、その最適条件を適宜選択することができる。
そして、溶解したインゴットを、さらに鍛造加工して得たターゲットが、品質に優れたターゲットとすることができるとの知見を得た。これが本願発明の基本であり、ターゲットに必要とされる条件については、優先順位があり、ターゲットの具体的用途から、その最適条件を適宜選択することができる。
１）エルビウムスパッタリングターゲットは、鍛造及び熱処理を施して作製したエルビウムスパッタリングターゲットである。このエルビウムスパッタリングターゲットで、ユニフォーミティが良好であるスパッタリング膜を得るためには、エルビウムターゲットの純度が３Ｎ５以上で、かつターゲットの組織において観察される結晶の平均結晶粒径を１〜２０ｍｍに調整することが重要である。なお、この場合、エルビウムターゲットの純度３Ｎ５以上については、ガス成分である酸素及び炭素を除く純度である。
このような観点で、エルビウムターゲットの組織の調整を図ったものは、従来技術では存在しない。平均結晶粒径１ｍｍ未満の調整は非常に難しいので、下限値を１ｍｍとした。また平均結晶粒径が２０ｍｍを超えると、ユニフォーミティを良好にするという目的を達成できないので、上限値を２０ｍｍとした。なお、この鍛造エルビウムターゲットは、後述する製造条件において達成できるものである。
２）前記エルビウムスパッタリングターゲットの平均結晶粒径については、さらに３〜１５ｍｍとすることが望ましい。これによって、スパッタ膜のユニフォーミティをさらに良好とする効果がある。
３）また、前記エルビウムスパッタリングターゲットの結晶粒径のスパッタ面内の均一性が、±７０％以内であることが望ましい。鍛造品であっても、ターゲットの中心部と周辺部では結晶粒径の大小に分布があり、この分布に一定の範囲に収めることが、スパッタ膜のユニフォーミティをさらに高めることが可能となる。
４）前記エルビウムスパッタリングターゲットの結晶粒径のスパッタ面内の均一性を±５０％以内とすることが望ましい。これも上記３）と同様の理由によるものであり、さらに品質を向上させることができる。
３）また、前記エルビウムスパッタリングターゲットの結晶粒径のスパッタ面内の均一性が、±７０％以内であることが望ましい。鍛造品であっても、ターゲットの中心部と周辺部では結晶粒径の大小に分布があり、この分布に一定の範囲に収めることが、スパッタ膜のユニフォーミティをさらに高めることが可能となる。
４）前記エルビウムスパッタリングターゲットの結晶粒径のスパッタ面内の均一性を±５０％以内とすることが望ましい。これも上記３）と同様の理由によるものであり、さらに品質を向上させることができる。
５）さらに、本願発明のエルビウムスパッタリングターゲットは、ターゲット中の酸素含有量を１００ｗｔｐｐｍ以下、炭素含有量を１５０ｗｔｐｐｍ以下とすることが望ましい。
ターゲット中に含有されるガスで成分としての酸素及び炭素は、スパッタリング成膜時にスプラッシュ又はパーティクルを発生させる原因となるからである。
ターゲット中に含有されるガスで成分としての酸素及び炭素は、スパッタリング成膜時にスプラッシュ又はパーティクルを発生させる原因となるからである。
６）エルビウムスパッタリングターゲットは、ターゲット中のタングステン及びタンタルの含有量をそれぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下とするのが望ましい。
７）さらに、好ましくはタングステン及びタンタルの含有量をそれぞれ２０ｗｔｐｐｍ以下とすることである。
７）さらに、好ましくはタングステン及びタンタルの含有量をそれぞれ２０ｗｔｐｐｍ以下とすることである。
８）本願発明のエルビウムスパッタリングターゲットは、ターゲットの径をφ３００ｍｍ以上とすることが可能であることが、特徴の一つである。
９）本願のエルビウムスパッタリングターゲットの製造に際しては、真空鋳造したインゴットを、１１００〜１２００°Ｃの範囲の温度で恒温鍛造し、次にこの鍛造したターゲット素材を８００〜１２００°Ｃの温度で熱処理して、ターゲット組織における平均結晶粒径を１〜２０ｍｍに調整し、これを切り出してターゲットとすることができる。
１０）さらに、前記ターゲットの原料となる純度３Ｎ５の高純度エルビウムインゴットは、粗原料である純度３Ｎ以下の酸化エルビウムと還元金属を混合し、１５００〜２５００°Ｃの温度に加熱エルビウムの還元と蒸留を行うことにより製造することができる。
以上の製造方法により、すなわち、高純度のインゴットを製造し、そのインゴットの鍛造条件及び熱処理条件を目的とするターゲットの組織を得るように、任意に変えることにより、前記ターゲットの全てが製造可能である。本願発明は、これらを全て包含する。
以上の製造方法により、すなわち、高純度のインゴットを製造し、そのインゴットの鍛造条件及び熱処理条件を目的とするターゲットの組織を得るように、任意に変えることにより、前記ターゲットの全てが製造可能である。本願発明は、これらを全て包含する。
本発明は、スパッタリング時のパーティクルの発生が少なく、またスパッタリング膜のユニフォーミティが良好であるエルビウムスパッタリングを効率的かつ安定して提供できるという優れた効果を有する。
本発明は、高純度化用のエルビウム原料として、純度３Ｎ以下の粗エルビウム酸化物の原料を使用することができる。これらの原料は、希土類元素を除き、主な不純物として、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｏ、Ｃ、Ｎ等が含有されている。
粗酸化エルビウムを還元性の金属と混合し、真空中１５００〜２５００°Ｃに加熱し還元する。還元性の金属としては、蒸気圧が低く還元力が高いイットリウム（Ｙ）金属が有効であるが、これ以外にランタン（Ｌａ）等の還元性金属を使用することも可能である。蒸気圧が低く還元力が高い金属であれば、その使用に特に制限はない。
粗酸化エルビウムを還元性の金属と混合し、真空中１５００〜２５００°Ｃに加熱し還元する。還元性の金属としては、蒸気圧が低く還元力が高いイットリウム（Ｙ）金属が有効であるが、これ以外にランタン（Ｌａ）等の還元性金属を使用することも可能である。蒸気圧が低く還元力が高い金属であれば、その使用に特に制限はない。
酸化エルビウムの還元の進行と共に、エルビウムが蒸留され純度が向上したエルビウムがコンデンサ部に貯留する。この蒸留物を坩堝で溶解し、凝固させてインゴットとする。この溶解及び凝固の操作は、不活性雰囲気中で行うのが良い。これによって、酸素含有率の上昇を抑制することができる。真空中で溶解・凝固の操作を行うこともできるが、歩留まりが悪くなる傾向があるので、上記の通り不活性雰囲気で行うのが望ましいと言える。しかし、真空中での操作を否定するものではない。
このようにして、ガス成分を除いた純度が３Ｎ５以上の高純度エルビウムを製造することができる。なお、上記において固有の精製方法を示したが、本願発明においては、純度が３Ｎ５以上の高純度エルビウムであれば、特に精製方法に制限を有するものではない。
また、ガス成分を除いた純度が３Ｎ５以上とするのは、ガス成分は除去が難しく、これをカウントすると純度の向上の目安とならないからである。また、一般に他の不純物元素に比べ、多少の存在は無害である場合が多いからである。
また、ガス成分を除いた純度が３Ｎ５以上とするのは、ガス成分は除去が難しく、これをカウントすると純度の向上の目安とならないからである。また、一般に他の不純物元素に比べ、多少の存在は無害である場合が多いからである。
本願のエルビウムスパッタリングターゲットの製造に際しては、原料となる純度が３Ｎ５以上の高純度エルビウムを真空鋳造し、この鋳造インゴットを、１１００〜１２００°Ｃの範囲の温度で恒温鍛造する。次にこの恒温鍛造したターゲット素材を８００〜１２００°Ｃの温度で熱処理して、鍛造組織の平均結晶粒径を１〜２０ｍｍに調整する。
この鍛造品をさらに切削・仕上げ加工（研磨）等の加工を行い、当該ターゲット組織において観察される結晶の平均結晶粒径が１〜２０ｍｍであるエルビウムスパッタリングターゲットを得る。
この鍛造品をさらに切削・仕上げ加工（研磨）等の加工を行い、当該ターゲット組織において観察される結晶の平均結晶粒径が１〜２０ｍｍであるエルビウムスパッタリングターゲットを得る。
従来の鋳造ターゲットでは、結晶粒径がターゲットの周辺と中心部で大きく異なるため、スパッタ膜のユニフォーミティが著しく悪いという問題があったが、本願発明の鍛造品はこれを解決するものである。
ターゲットの結晶粒径のスパッタ面内の均一性についても、スパッタ膜のユニフォーミティに影響を与える。ターゲットの結晶粒径のスパッタ面内の均一性については、±７０％以内であること、さらにはターゲットの結晶粒径のスパッタ面内の均一性が、±５０％以内であることが望ましい。
ターゲットは、その目的に応じて、酸素や炭素等ガス成分又は不純物レベルを調整することも重要である。しかし、従来の大きな欠点であったスパッタ膜のユニフォーミティを解決する観点から、これらに共通して必要とされるのはターゲットの結晶粒径の調整である。すなわち、酸素や炭素等ガス成分又は不純物レベルを犠牲にしても、大きな欠点であったスパッタ膜のユニフォーミティを優先させることが必要であったからである。したがって、ターゲットの結晶粒径の調整は、第一義的なものであることを知るべきである。
ターゲットの結晶粒径のスパッタ面内の均一性についても、スパッタ膜のユニフォーミティに影響を与える。ターゲットの結晶粒径のスパッタ面内の均一性については、±７０％以内であること、さらにはターゲットの結晶粒径のスパッタ面内の均一性が、±５０％以内であることが望ましい。
ターゲットは、その目的に応じて、酸素や炭素等ガス成分又は不純物レベルを調整することも重要である。しかし、従来の大きな欠点であったスパッタ膜のユニフォーミティを解決する観点から、これらに共通して必要とされるのはターゲットの結晶粒径の調整である。すなわち、酸素や炭素等ガス成分又は不純物レベルを犠牲にしても、大きな欠点であったスパッタ膜のユニフォーミティを優先させることが必要であったからである。したがって、ターゲットの結晶粒径の調整は、第一義的なものであることを知るべきである。
本願発明のエルビウムスパッタリングターゲットは、ガス成分、特に酸素及び炭素が混入し易く、ターゲット中に、酸素が１００ｗｔｐｐｍ、炭素が１５０ｗｔｐｐｍを超えるような場合には、スパッタリング中に酸素及び炭素が原因となるスプラッシュが生じ、均一な成膜ができなくなるからである。また、酸化物又は炭化物は、微量でもスパッタリング成膜時にパーティクルを発生させる原因となる。
このパーティクル発生は、その量が少ない段階では品質に大きく影響を与えるものではないが、その量が多くなると、同様にスパッタ膜の品質を悪化させる原因となる。前記結晶粒径の調整とこのガス成分の制限により、さらに良好な成膜が可能となる。また、エルビウムをメタルゲート膜に利用する場合には、成膜後の性質に影響を少なからず与えるので、酸素及び炭素については、極力制御することが望ましいことは言うまでもない。
ターゲット中の酸素含有量を調整する場合には、１００ｗｔｐｐｍ以下とすることが望ましい。また、炭素含有量を調整する場合には、１５０ｗｔｐｐｍ以下とすることが望ましい。いずれも、上記数値を超える場合には、調整の効果が現れないからである。
このパーティクル発生は、その量が少ない段階では品質に大きく影響を与えるものではないが、その量が多くなると、同様にスパッタ膜の品質を悪化させる原因となる。前記結晶粒径の調整とこのガス成分の制限により、さらに良好な成膜が可能となる。また、エルビウムをメタルゲート膜に利用する場合には、成膜後の性質に影響を少なからず与えるので、酸素及び炭素については、極力制御することが望ましいことは言うまでもない。
ターゲット中の酸素含有量を調整する場合には、１００ｗｔｐｐｍ以下とすることが望ましい。また、炭素含有量を調整する場合には、１５０ｗｔｐｐｍ以下とすることが望ましい。いずれも、上記数値を超える場合には、調整の効果が現れないからである。
エルビウムスパッタリングターゲット中のタングステン及びタンタルの含有量をそれぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下とするのが望ましく、さらに好ましくはタングステン及びタンタルの含有量をそれぞれ２０ｗｔｐｐｍ以下とすることである。
タングステン及びタンタルは、一般にるつぼ材料として使用されるものである。このため、希土類の材料の溶解において、無意識に混入を認めてしまうケースが多い。しかし、タングステン及びタンタルの過剰な混入は、パーティクル発生の原因となり、また場合によっては、膜の抵抗値が変わってしまうということすらある。
これを防止するためには、タングステン及びタンタルの含有量をそれぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下とするのが望ましい。
タングステン及びタンタルは、一般にるつぼ材料として使用されるものである。このため、希土類の材料の溶解において、無意識に混入を認めてしまうケースが多い。しかし、タングステン及びタンタルの過剰な混入は、パーティクル発生の原因となり、また場合によっては、膜の抵抗値が変わってしまうということすらある。
これを防止するためには、タングステン及びタンタルの含有量をそれぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下とするのが望ましい。
本願発明のエルビウムスパッタリングターゲットは、ターゲットの径をφ３００ｍｍ以上とする。この要件は、一見普通の条件に見えるかも知れない。しかし、従来のエルビウムスパッタリングターゲットは鋳造でしか製造できず、またこの鋳造品は上記に述べた通り、粒径のばらつきが大きく、またポアが形成され、その弊害がターゲットの径大きくなるに従って顕著になるため、事実上使用及び製造不能であった。
しかし、本願発明は、鍛造ターゲットとすることにより、ターゲットの径をφ３００ｍｍ以上とすることが可能となったのであり、従来では存在しなかったターゲット技術である。決して軽んずべき問題ではない。また、本願発明のターゲット径の上限に制限はない。スパッタリング装置に適合するサイズの要求があれば、その製造は容易である。本願発明はこれを包含するものである。
しかし、本願発明は、鍛造ターゲットとすることにより、ターゲットの径をφ３００ｍｍ以上とすることが可能となったのであり、従来では存在しなかったターゲット技術である。決して軽んずべき問題ではない。また、本願発明のターゲット径の上限に制限はない。スパッタリング装置に適合するサイズの要求があれば、その製造は容易である。本願発明はこれを包含するものである。
さらに、この高純度ターゲットを用いてスパッタリングすることにより高純度エルビウムを、基板上に成膜することができる。基板上の膜はターゲットの組成が反映され、高純度のエルビウム膜を形成できる。そして、スパッタリング時のパーティクルの発生が少なく、またスパッタリング膜のユニフォーミティが良好であるエルビウムスパッタリングを効率的かつ安定して提供できるという効果を有する。
メタルゲート膜としての使用は、上記高純度エルビウムの組成そのものとして使用することができるが、他のゲート材と混合又は合金若しくは化合物としても形成可能である。この場合は、他のゲート材のターゲットとの同時スパッタ又はモザイクターゲットを使用してスパッタすることにより達成できる。本願発明はこれらを包含するものである。不純物の含有量は、原材料に含まれる不純物量によって変動するが、上記の方法を採用することにより、それぞれの不純物を上記数値の範囲に調節が可能である。
次に、実施例について説明する。なお、この実施例は理解を容易にするためのものであり、本発明を制限するものではない。すなわち、本発明の技術思想の範囲内における、他の実施例及び変形は、本発明に含まれるものである。
（実施例１−１０）
本発明は、エルビウム原料として、２Ｎの粗酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）を使用した。この原料に含まれる不純物を、表１に示す。次に、これを還元性の金属であるイットリウム（Ｙ）と混合し、真空蒸留装置を使用して、真空中１６００°Ｃに加熱し還元した。酸化エルビウムの還元の進行と共に、エルビウムが蒸留され純度が向上し、エルビウムがコンデンサ部に貯留した。
蒸留熱還元反応は、次の通りである。
Ｅｒ２Ｏ３（固体）＋２Ｙ（固体）→２Ｅｒ（気体）＋３Ｙ２Ｏ３（固体）
上記コンデンサに貯留したエルビウム蒸留物から１０ｋｇを取り出し、ＣａＯ坩堝を使用し、Ａｒ雰囲気中で溶解し、凝固させてインゴットとした。この結果、４Ｎの純度のインゴットを得た。
本発明は、エルビウム原料として、２Ｎの粗酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）を使用した。この原料に含まれる不純物を、表１に示す。次に、これを還元性の金属であるイットリウム（Ｙ）と混合し、真空蒸留装置を使用して、真空中１６００°Ｃに加熱し還元した。酸化エルビウムの還元の進行と共に、エルビウムが蒸留され純度が向上し、エルビウムがコンデンサ部に貯留した。
蒸留熱還元反応は、次の通りである。
Ｅｒ２Ｏ３（固体）＋２Ｙ（固体）→２Ｅｒ（気体）＋３Ｙ２Ｏ３（固体）
上記コンデンサに貯留したエルビウム蒸留物から１０ｋｇを取り出し、ＣａＯ坩堝を使用し、Ａｒ雰囲気中で溶解し、凝固させてインゴットとした。この結果、４Ｎの純度のインゴットを得た。
次に、このインゴットを１１５０°Ｃの恒温下で鍛造した（９０％のアプセット鍛造）。次に、このインゴットを８００〜１２００°Ｃで熱処理を行った。
そして、このインゴットを切り出し、かつ研磨処理して、５００ｍｍφのターゲットを、平均結晶粒径は１〜２０ｍｍの範囲で、１、３、５、・・１７、２０ｍｍまでの１０ランクの種類のターゲットを製造した。
この場合、いずれのターゲットも粒径の面内均一性は±７０％以内にあったが、この区別は特にしなかった。なお、参考のために平均結晶粒径２５ｍｍのターゲットを作製した。
また、この場合のターゲット純度は４Ｎであり、酸素含有量が７０ｗｔｐｐｍ、炭素含有量が２０ｗｔｐｐｍ、タングステン含有量が１０ｗｔｐｐｍ、タンタル含有量が５ｗｔｐｐｍであった。この結果を表１に示す。
そして、このインゴットを切り出し、かつ研磨処理して、５００ｍｍφのターゲットを、平均結晶粒径は１〜２０ｍｍの範囲で、１、３、５、・・１７、２０ｍｍまでの１０ランクの種類のターゲットを製造した。
この場合、いずれのターゲットも粒径の面内均一性は±７０％以内にあったが、この区別は特にしなかった。なお、参考のために平均結晶粒径２５ｍｍのターゲットを作製した。
また、この場合のターゲット純度は４Ｎであり、酸素含有量が７０ｗｔｐｐｍ、炭素含有量が２０ｗｔｐｐｍ、タングステン含有量が１０ｗｔｐｐｍ、タンタル含有量が５ｗｔｐｐｍであった。この結果を表１に示す。
次に、このターゲットをＳｉ基板上にスパッタすることにより、スパッタリング時のパーティクルの発生量及びスパッタリング膜のユニフォーミティを調べた。この結果を同様に、表１に示す。なお、パーティクルの発生量及びユニフォーミティは次のようにして求めた。まず、約１０ｋｗｈのプレスパッタを行った後、スパッタ成膜を開始し、５ｋｗｈ毎に５０００Åの成膜を行い、ユニフォーミティとパーティクル数を調べた。パーティクルは０．２５μｍ以上のサイズのカウント数である。
ユニフォーミティは膜のシート抵抗の標準偏差σとして評価し、KLA-Tencor社製、OMNIMAP RS75により行った。なお、ユニフォーミティは３σを平均値に対する％で表した値で示す。また、パーティクル数の測定は、KLA-Tencor社製、Surfscan 6420により行った。以下のパーティクルの発生量及びユニフォーミティの調査は、同様に行った。
ユニフォーミティは膜のシート抵抗の標準偏差σとして評価し、KLA-Tencor社製、OMNIMAP RS75により行った。なお、ユニフォーミティは３σを平均値に対する％で表した値で示す。また、パーティクル数の測定は、KLA-Tencor社製、Surfscan 6420により行った。以下のパーティクルの発生量及びユニフォーミティの調査は、同様に行った。
この結果、スパッタリング時のパーティクルの発生量については大差ないが、スパッタリング膜のユニフォーミティは、１０．９〜１４．５の範囲にあり、良好な結果が得られた。上記のエルビウムターゲットの条件は、平均結晶粒径の差異は別にして、本願発明において最も普通に得られる条件である。なお、平均結晶粒径が２５ｍｍである参考例１については、スパッタリング膜のユニフォーミティが１８．３と悪い結果となった。
この結果から明らかなように、平均結晶粒径が本願発明の条件を外れた場合には、ユニフォーミティが悪くなるという欠陥を持つことが分かった。
この結果から明らかなように、平均結晶粒径が本願発明の条件を外れた場合には、ユニフォーミティが悪くなるという欠陥を持つことが分かった。
（実施例１１〜２０）
次に、実施例５の条件、すなわち平均結晶粒径を１０ｍｍとし、ターゲット粒径の面内均一性を±７０％の範囲で変化させたターゲットについて、同様にＳｉ基板上にスパッタすることにより、スパッタリング時のパーティクルの発生量及びスパッタリング膜のユニフォーミティを調べた。この結果を表２に示す。なお、実施例５のターゲットの粒径の面内均一性は±２０％であった。なお、参考例２として、ターゲット粒径の面内均一性が±１００％であるものについて調べた。
この結果、ターゲット粒径の面内均一性を±７０％の範囲にある実施例１１−２０のユニフォーミティは１０．５〜１３．８となり、いずれも良好なスパッタリング膜のユニフォーミティを示した。面内均一性が±５０％の範囲、特に±３０％の範囲にあるターゲットについては、特に良好な結果を示した。
参考例２については、ターゲット粒径の面内均一性が±１００％と、本願発明の条件を外れているが、この場合は、スパッタリング膜のユニフォーミティが２０．８となり、実施例１１−２０に比べてやや悪い結果となった。
次に、実施例５の条件、すなわち平均結晶粒径を１０ｍｍとし、ターゲット粒径の面内均一性を±７０％の範囲で変化させたターゲットについて、同様にＳｉ基板上にスパッタすることにより、スパッタリング時のパーティクルの発生量及びスパッタリング膜のユニフォーミティを調べた。この結果を表２に示す。なお、実施例５のターゲットの粒径の面内均一性は±２０％であった。なお、参考例２として、ターゲット粒径の面内均一性が±１００％であるものについて調べた。
この結果、ターゲット粒径の面内均一性を±７０％の範囲にある実施例１１−２０のユニフォーミティは１０．５〜１３．８となり、いずれも良好なスパッタリング膜のユニフォーミティを示した。面内均一性が±５０％の範囲、特に±３０％の範囲にあるターゲットについては、特に良好な結果を示した。
参考例２については、ターゲット粒径の面内均一性が±１００％と、本願発明の条件を外れているが、この場合は、スパッタリング膜のユニフォーミティが２０．８となり、実施例１１−２０に比べてやや悪い結果となった。
（実施例２１〜３０）
次に、実施例５の条件、すなわち平均結晶粒径を１０ｍｍとし、ターゲット粒径の面内均一性が±２０％の範囲にあるターゲットについて、酸素含有量が１００ｗｔｐｐｍ以下、炭素含有量が１５０ｗｔｐｐｍ以下で展開した場合の、スパッタリング時のパーティクルの発生量及びスパッタリング膜のユニフォーミティを調べた。この結果を表３に示す。なお、参考例３として、酸素含有量が１００ｗｔｐｐｍを越えるもの、参考例４として、炭素含有量が１５０ｗｔｐｐｍターゲットを超えるものについて調べた。
この結果、酸素含有量が１００ｗｔｐｐｍ以下、炭素含有量が１５０ｗｔｐｐｍ以下である実施例２１−３０は、いずれもスパッタリング時のパーティクルの発生量が０．１４〜０．４０個/cm2と少なく、また良好なスパッタリング膜のユニフォーミティを示した。
参考例３及び４については、酸素含有量がそれぞれ１１０、１５０ｗｔｐｐｍ、炭素含有量が１７０、２００ｗｔｐｐｍと、本願発明の条件を外れているが、この場合は、スパッタリング時のパーティクルの発生量が０．４８〜０．７５個／ｃｍ２となり、実施例２１−３０に比べてやや多く、悪い結果となった。
次に、実施例５の条件、すなわち平均結晶粒径を１０ｍｍとし、ターゲット粒径の面内均一性が±２０％の範囲にあるターゲットについて、酸素含有量が１００ｗｔｐｐｍ以下、炭素含有量が１５０ｗｔｐｐｍ以下で展開した場合の、スパッタリング時のパーティクルの発生量及びスパッタリング膜のユニフォーミティを調べた。この結果を表３に示す。なお、参考例３として、酸素含有量が１００ｗｔｐｐｍを越えるもの、参考例４として、炭素含有量が１５０ｗｔｐｐｍターゲットを超えるものについて調べた。
この結果、酸素含有量が１００ｗｔｐｐｍ以下、炭素含有量が１５０ｗｔｐｐｍ以下である実施例２１−３０は、いずれもスパッタリング時のパーティクルの発生量が０．１４〜０．４０個/cm2と少なく、また良好なスパッタリング膜のユニフォーミティを示した。
参考例３及び４については、酸素含有量がそれぞれ１１０、１５０ｗｔｐｐｍ、炭素含有量が１７０、２００ｗｔｐｐｍと、本願発明の条件を外れているが、この場合は、スパッタリング時のパーティクルの発生量が０．４８〜０．７５個／ｃｍ２となり、実施例２１−３０に比べてやや多く、悪い結果となった。
（実施例３１〜４０）
次に、実施例５の条件、すなわち平均結晶粒径を１０ｍｍとし、ターゲット粒径の面内均一性が±２０％の範囲にあり、酸素含有量が７０ｗｔｐｐｍ、炭素含有量が２０ｗｔｐｐｍ、タングステン含有量が１０ｗｔｐｐｍ、タンタル含有量が５ｗｔｐｐｍであるターゲットについて、タングステン含有量を１００ｗｔｐｐｍ以下、タンタル含有量が１００ｗｔｐｐｍ以下で展開した場合の、スパッタリング時のパーティクルの発生量及びスパッタリング膜のユニフォーミティを調べた。この結果を表４に示す。なお、参考例５として、タングステン含有量が１００ｗｔｐｐｍを越えるもの、参考例６として、タンタル含有量が１００ｗｔｐｐｍターゲットを超えるものについて調べた。
次に、実施例５の条件、すなわち平均結晶粒径を１０ｍｍとし、ターゲット粒径の面内均一性が±２０％の範囲にあり、酸素含有量が７０ｗｔｐｐｍ、炭素含有量が２０ｗｔｐｐｍ、タングステン含有量が１０ｗｔｐｐｍ、タンタル含有量が５ｗｔｐｐｍであるターゲットについて、タングステン含有量を１００ｗｔｐｐｍ以下、タンタル含有量が１００ｗｔｐｐｍ以下で展開した場合の、スパッタリング時のパーティクルの発生量及びスパッタリング膜のユニフォーミティを調べた。この結果を表４に示す。なお、参考例５として、タングステン含有量が１００ｗｔｐｐｍを越えるもの、参考例６として、タンタル含有量が１００ｗｔｐｐｍターゲットを超えるものについて調べた。
この結果、タングステン含有量が１００ｗｔｐｐｍ以下、タンタル含有量が１００ｗｔｐｐｍ以下である実施例３１−４０は、いずれもスパッタリング時のパーティクルの発生量が０．１４〜０．４１個／ｃｍ２と少なく、また良好なスパッタリング膜のユニフォーミティを示した。
参考例５及び６については、タングステン含有量がそれぞれ１１０、１５０ｗｔｐｐｍ、タンタル含有量が１１０、１５０ｗｔｐｐｍと、本願発明の条件を外れているが、この場合は、スパッタリング時のパーティクルの発生量が０．５０〜０．７５個／ｃｍ２と、実施例３１−４０に比べてやや多く、悪い結果となった。
参考例５及び６については、タングステン含有量がそれぞれ１１０、１５０ｗｔｐｐｍ、タンタル含有量が１１０、１５０ｗｔｐｐｍと、本願発明の条件を外れているが、この場合は、スパッタリング時のパーティクルの発生量が０．５０〜０．７５個／ｃｍ２と、実施例３１−４０に比べてやや多く、悪い結果となった。
（比較例）
従来の鋳造によって、φ２５０ｍｍのエルビウム板を作製し、これを切削してターゲットとした。炭素含有量：５０ｗｔｐｐｍ、酸素含有量：３００ｗｔｐｐｍ、タングステン含有量：４０００ｗｔｐｐｍ、タンタル：５ｗｔｐｐｍであった。ターゲットの径が３００φのものは、切削中に亀裂が入るという問題があった。
このターゲットの平均結晶粒径は、中心が２．１ｍｍ、Ｒ／２が１．３ｍｍ、外周が４．５ｍｍで、微細な結晶を有していたが、内部に、大きなポアが確認された。このターゲットを用いてスパッタリングしたところ、スパッタリング時のパーティクルの発生量が１３５７であり、またスパッタリング膜のユニフォーミティ（３σ）は２０．６と著しく悪い結果となった。
従来の鋳造によって、φ２５０ｍｍのエルビウム板を作製し、これを切削してターゲットとした。炭素含有量：５０ｗｔｐｐｍ、酸素含有量：３００ｗｔｐｐｍ、タングステン含有量：４０００ｗｔｐｐｍ、タンタル：５ｗｔｐｐｍであった。ターゲットの径が３００φのものは、切削中に亀裂が入るという問題があった。
このターゲットの平均結晶粒径は、中心が２．１ｍｍ、Ｒ／２が１．３ｍｍ、外周が４．５ｍｍで、微細な結晶を有していたが、内部に、大きなポアが確認された。このターゲットを用いてスパッタリングしたところ、スパッタリング時のパーティクルの発生量が１３５７であり、またスパッタリング膜のユニフォーミティ（３σ）は２０．６と著しく悪い結果となった。
（実施例の結果の総合評価）
上記実施例については、いずれもパーティクルの発生量が少なく、またスパッタリング膜のユニフォーミティが良好であるという結果になった。実施例については、いずれも径が５００ｍｍであるターゲットを用いて、スパッタリング時のパーティクルの発生量及びスパッタリング膜のユニフォーミティを調べたが、径が３００ｍｍのターゲット及び径が５００ｍｍを超えるターゲットでも同様であった。また、ターゲットの製作時に亀裂が入ることはなく、また鋳造品のようなポアの発生もなく、優れたターゲットが得られた。
また、上記実施例においては、総合的な純度が４Ｎのターゲットを用いたが、３Ｎ５〜５Ｎのターゲットでも同様の傾向があった。
上記実施例については、いずれもパーティクルの発生量が少なく、またスパッタリング膜のユニフォーミティが良好であるという結果になった。実施例については、いずれも径が５００ｍｍであるターゲットを用いて、スパッタリング時のパーティクルの発生量及びスパッタリング膜のユニフォーミティを調べたが、径が３００ｍｍのターゲット及び径が５００ｍｍを超えるターゲットでも同様であった。また、ターゲットの製作時に亀裂が入ることはなく、また鋳造品のようなポアの発生もなく、優れたターゲットが得られた。
また、上記実施例においては、総合的な純度が４Ｎのターゲットを用いたが、３Ｎ５〜５Ｎのターゲットでも同様の傾向があった。
本発明は、スパッタリング時のパーティクルの発生が少なく、またスパッタリング膜のユニフォーミティが良好であるエルビウムスパッタリングを効率的かつ安定して提供できるという優れた効果を有し、電子部品材料として有用である。
Claims (10)
- 鍛造及び熱処理を施して作製したエルビウムスパッタリングターゲットであって、ターゲットの純度が３Ｎ５以上であり、当該ターゲット組織において観察される結晶の平均結晶粒径が１〜２０ｍｍであることを特徴とするエルビウムスパッタリングターゲット。
- 平均結晶粒径が３〜１５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のエルビウムスパッタリングターゲット。
- 前記ターゲットの結晶粒径のスパッタ面内の均一性が、±７０％以内であることを特徴とする請求項１又は２記載のエルビウムスパッタリングターゲット。
- 前記ターゲットの結晶粒径のスパッタ面内の均一性が、±５０％以内であることを特徴とする請求項１又は２記載のエルビウムスパッタリングターゲット。
- 上記ターゲット中の酸素含有量が１００ｗｔｐｐｍ以下、炭素含有量が１５０ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエルビウムスパッタリングターゲット。
- 上記ターゲット中のタングステン及びタンタルの含有量が、それぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のエルビウムスパッタリングターゲット。
- 上記ターゲット中のタングステン及びタンタルの含有量が、それぞれ２０ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のエルビウムスパッタリングターゲット。
- 上記ターゲットの径がφ３００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のエルビウムスパッタリングターゲット。
- 真空鋳造した純度が３Ｎ５以上のインゴットを、１１００〜１２００°Ｃの範囲の温度で恒温鍛造し、次にこの鍛造したターゲット素材を８００〜１２００°Ｃの温度で熱処理して、ターゲットの純度が３Ｎ５以上であり、当該ターゲット組織における平均結晶粒径を１〜２０ｍｍに調整し、これを切り出してターゲットとすることを特徴とするエルビウムスパッタリングターゲットの製造方法。
- 原料である純度３Ｎ以下の酸化エルビウムと還元金属を混合し加熱してエルビウムの還元及び蒸留を行う際に、１５００〜２５００°Ｃの温度に加熱することにより、純度３Ｎ５の高純度エルビウムを製造し、これを真空鋳造したインゴットを用いることを特徴とする請求項９記載のエルビウムスパッタリングターゲットの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007164007A JP4874879B2 (ja) | 2007-06-21 | 2007-06-21 | エルビウムスパッタリングターゲット及びその製造方法 |
| US12/137,856 US20090090621A1 (en) | 2007-06-21 | 2008-06-12 | Erbium Sputtering Target and Manufacturing Method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007164007A JP4874879B2 (ja) | 2007-06-21 | 2007-06-21 | エルビウムスパッタリングターゲット及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009001866A JP2009001866A (ja) | 2009-01-08 |
| JP4874879B2 true JP4874879B2 (ja) | 2012-02-15 |
Family
ID=40318569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007164007A Active JP4874879B2 (ja) | 2007-06-21 | 2007-06-21 | エルビウムスパッタリングターゲット及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20090090621A1 (ja) |
| JP (1) | JP4874879B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2241649B1 (en) * | 2008-02-08 | 2015-01-21 | JX Nippon Mining & Metals Corporation | Ytterbium sputtering target and method for manufacturing the target |
| US20110300017A1 (en) * | 2009-01-29 | 2011-12-08 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | Method for Manufacturing High-Purity Erbium, High-Purity Erbium, Sputtering Target Composed of High-Purity Erbium, and Metal Gate Film having High-Purity Erbium as Main Component |
| EP2728023A4 (en) * | 2011-06-30 | 2015-04-15 | Jx Nippon Mining & Metals Corp | HIGH PURITY ERBIUM, CATHODIC SPRAY TARGET COMPRISING HIGH PURITY ERBIUM, METALLIC GRID FILM HAVING HIGH PURITY ERBIUM AS THE MAIN COMPONENT THEREOF, AND METHOD FOR MANUFACTURING HIGH PURITY ERBIUM |
| KR101606971B1 (ko) | 2011-07-06 | 2016-03-28 | 제이엑스 킨조쿠 가부시키가이샤 | 고순도 이트륨, 고순도 이트륨의 제조 방법, 고순도 이트륨 스퍼터링 타깃, 고순도 이트륨 스퍼터링 타깃을 이용하여 성막한 메탈 게이트막 그리고 그 메탈 게이트막을 구비하는 반도체 소자 및 디바이스 |
| JP5980335B2 (ja) | 2012-08-22 | 2016-08-31 | 株式会社日立製作所 | 仮想計算機システム、管理計算機及び仮想計算機管理方法 |
| JPWO2020090977A1 (ja) * | 2018-11-02 | 2021-09-30 | 株式会社東芝 | イットリウム製スパッタリングターゲットおよびそれを用いた成膜方法 |
| WO2021215376A1 (ja) * | 2020-04-23 | 2021-10-28 | 東ソー株式会社 | イットリウムインゴット及びそれを用いたスパッタリングターゲット |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2509441B2 (ja) * | 1992-08-18 | 1996-06-19 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション | スパッタリング・タ―ゲット及び粒度が大きい金属膜の被着方法 |
| US5637200A (en) * | 1995-02-08 | 1997-06-10 | Nobler Technologies, Inc. | Compact disk locking apparatus |
| US5843520A (en) * | 1997-01-13 | 1998-12-01 | Vanguard International Semiconductor Corporation | Substrate clamp design for minimizing substrate to clamp sticking during thermal processing of thermally flowable layers |
| TW461923B (en) * | 1998-02-17 | 2001-11-01 | Sharp Kk | Movable sputtering film forming apparatus |
| US6348113B1 (en) * | 1998-11-25 | 2002-02-19 | Cabot Corporation | High purity tantalum, products containing the same, and methods of making the same |
| WO2001091451A2 (en) * | 2000-05-23 | 2001-11-29 | Ohio University | Amorphous aluminum nitride emitter |
| US6887356B2 (en) * | 2000-11-27 | 2005-05-03 | Cabot Corporation | Hollow cathode target and methods of making same |
| JP2002261359A (ja) * | 2001-02-28 | 2002-09-13 | Japan Aviation Electronics Industry Ltd | 薄膜レーザ装置 |
| CN1274874C (zh) * | 2001-08-14 | 2006-09-13 | 三星康宁株式会社 | 在玻璃衬底上淀积薄膜的设备和方法 |
| US20050225927A1 (en) * | 2004-04-06 | 2005-10-13 | Tagusagawa Solon Y | Processes for the production of niobium oxides with controlled tantalum content and capacitors made therefrom |
| JP2008045073A (ja) * | 2006-08-19 | 2008-02-28 | Meiji Univ | 薄膜、発光素子、および薄膜の製造方法 |
| JP2008098385A (ja) * | 2006-10-11 | 2008-04-24 | Japan Fine Ceramics Center | ＺｎＯ系光機能素子及びその製造方法 |
| US20110300017A1 (en) * | 2009-01-29 | 2011-12-08 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | Method for Manufacturing High-Purity Erbium, High-Purity Erbium, Sputtering Target Composed of High-Purity Erbium, and Metal Gate Film having High-Purity Erbium as Main Component |
-
2007
- 2007-06-21 JP JP2007164007A patent/JP4874879B2/ja active Active
-
2008
- 2008-06-12 US US12/137,856 patent/US20090090621A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2009001866A (ja) | 2009-01-08 |
| US20090090621A1 (en) | 2009-04-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5160554B2 (ja) | 高純度イッテルビウム、高純度イッテルビウムからなるスパッタリングターゲット、高純度イッテルビウムを含有する薄膜及び高純度イッテルビウムの製造方法 | |
| JP4874879B2 (ja) | エルビウムスパッタリングターゲット及びその製造方法 | |
| JP5969138B2 (ja) | タンタルスパッタリングターゲット | |
| WO2013038962A1 (ja) | 高純度銅マンガン合金スパッタリングターゲット | |
| JP2014177698A (ja) | 高純度エルビウムの製造方法及び高純度エルビウム並びに高純度エルビウムからなるスパッタリングターゲット及び高純度エルビウムを主成分とするメタルゲート膜 | |
| US20180087136A1 (en) | Method of producing high-purity erbium | |
| JP2014111833A (ja) | 高純度ランタンの製造方法、高純度ランタン、高純度ランタンからなるスパッタリングターゲット及び高純度ランタンを主成分とするメタルゲート膜 | |
| WO2014077110A1 (ja) | Ｃｕ－Ｇａ合金スパッタリングターゲット及びその製造方法 | |
| US20140360869A1 (en) | High-purity copper-chromium alloy sputtering target | |
| JP6087117B2 (ja) | 高純度ネオジムの製造方法、高純度ネオジム、高純度ネオジムを用いて製造したスパッタリングターゲット、高純度ネオジムを成分とする永久磁石 | |
| JP6087186B2 (ja) | 高純度ネオジムの製造方法、高純度ネオジム、高純度ネオジムからなるスパッタリングターゲット及び高純度ネオジムを成分とする希土類磁石 | |
| AU2011372574B2 (en) | High-purity yttrium, process for producing high-purity yttrium, high-purity yttrium sputtering target, metal gate film deposited with high-purity yttrium sputtering target, and semiconductor element and device equipped with said metal gate film | |
| KR20150026843A (ko) | 구리 합금 스퍼터링 타깃 | |
| TW201207135A (en) | Titanium target for sputtering |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100603 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20100813 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111110 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20111122 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111124 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141202 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4874879 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |