JP5456763B2 - スパッタリング用ランタンターゲット - Google Patents
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Description
ランタンの原子番号は57、原子量138.9の白色の金属であり、常温で複六方最密構造を備えている。
希土類元素は一般に酸化数3の化合物が安定であるが、ランタンも3価である。最近ではランタンをメタルゲート材料、高誘電率材料(High−k)等の、電子材料として研究開発が進められており、注目されている金属である(非特許文献1参照)。
最近、次世代のMOSFETにおけるゲート絶縁膜として薄膜化が要求されているが、これまでゲート絶縁膜として使用されてきたSiO2では、トンネル効果によるリーク電流が増加し、正常動作が難しくなってきた。
また、特許文献1に、主にターゲット材料となるランタン(及びその製造方法)に関し、ランタンでターゲットを製造するという記載があるものの、具体的なターゲットの製造方法(条件)の記載がないので、参考することはできなかった。
この図1では、ターゲットの中心からやや外れた位置とターゲットの周辺に、マクロ模様のムラ(雲のように見える)が発生しているのが観察できる。これは、後述する比較例に示すように、粗大化した組織で、他の生地とのアンバランスな組織となっている。
しかしながら、このようにビッカース硬度60以上としなくても、表面にマクロ模様のムラのないスパッタリング用ランタンターゲットを提供することができることを多くの試験により確認した。それは、スパッタリング用ランタンターゲットの組織を平均結晶粒径が100μm以下の再結晶組織とすることである。
MOSFETにおけるゲート絶縁膜として利用する場合に、形成するのは主としてLaOx膜であるが、このような膜を形成する場合には、任意の膜を形成するという、膜形成の自由度を増すために、ランタン金属が必要となる。本願発明は、これに適合するターゲット材料を提供することができる。
しかしながら、本願発明は、5000wtppm近傍の酸素含有量を目途とするものではないことは理解されるべきことである。すなわち、酸素もできるだけ少ない方が望ましいことは言うまでもない。本願発明においては、1500wtppm以下、さらには1000wtppm未満とすることを目途とし、これを達成するものである。
本願発明のスパッタリング用ランタンターゲットを製造するには、ランタンを溶解し、これを鋳造して(凝固させて)インゴットを製造する。そして、このインゴットを300〜500°Cの温度でこねくり鍛造する。
また、従来の製法では、機械加工したランタン表面に、マクロ模様のムラが生ずるという問題がある。このような、ランタンターゲット表面のマクロ模様のムラや「むしれ」が存在する場合には、スパッタリング時にパーティクルが発生し、また均一な成膜ができないという大きな問題を生ずる。さらに、ランタンインゴットは加工性に富むとは言っても、このような鍛造条件だけでは、ターゲットの大径化、すなわち300mm以上の径のターゲットの製作は困難であった。
ランタンを溶解、鋳造してインゴットを製造した後、このインゴットを300〜500°Cの温度でこねくり鍛造し、その後300〜500°Cで、据え込み鍛造してターゲット原形に形状を整え、次にこれを150〜300°Cの温度で熱処理を行って再結晶させ、さらに機械加工してターゲットとする。
また、据え込み鍛造又は温間圧延してターゲット原形に形状を整える工程により、ターゲットの直径を300mm以上とすることが可能となり、ランタンターゲットの利用をさらに拡大させ、作業能率を向上させることができる。
本願発明は、これらの方法を用いて所定の再結晶組織を得るものであり、これらを包含するものである。
この結果、平均結晶粒径が100μm以下の再結晶組織を有するスパッタリング用ランタンターゲットを得ることができる。このようにして作製したランタンターゲットの硬度は低下しているが、その表面には、マクロ模様のムラは一切見られなくなった。
しかし、本願発明のランタンターゲットでは、後述する従来の製造方法で得たランタンターゲットに比べ、(101)のピーク強度よりも(100)ピーク強度が強くなっているという結果があるものが多いが、そうでないものもあった。この結果については、後述する実施例及び比較例で、再度説明する。
しかし、接合部の剥がれや浮きが発生しないように、銅−クロム(Cu−1%Cr)合金製のバッキングプレートを使用するのが望ましい。このような銅−クロム合金製のバッキングプレートを使用した場合には、スパッタリング中に、ターゲットとバッキングプレートとの接合部の剥がれや浮きが発生せず、良好な接合が可能となる。このバッキングプレートの使用は、本願発明のランタンターゲットの固有の特徴の一つでもある。
ランタンの原料として、純度99.9%のランタンを使用した。この原料を70kWのEB溶解炉を用い、真空度6.0×10−5〜7.0×10−4mbar、溶解出力10kWで溶解した。これを鋳造し、冷却してランタンインゴットを作成した。
次に、このインゴットを大気中、400°Cの温度でこねくり鍛造し、その後300°Cの温度で据え込み鍛造して径を大きくし、かつターゲット原形に形状を整え、次に180°C1hrの熱処理を行い、再結晶組織とした。
さらにこれを機械加工してφ140×14t(単位は、いずれもmmである。以下同様。)の円盤状ターゲットとした。このターゲットの重量は1.42kgであった。これをさらに銅−クロム合金バッキングプレートに拡散接合して、スパッタリング用ランタンターゲットとした。
このことから、インゴットを300〜500°Cの温度でこねくり鍛造及び据え込み鍛造し、その後に再結晶させることが良いことが確認できた。
一方、この実施例で得たスパッタリング用ランタンターゲットをX線回折(XRD)による結晶方位の測定結果を図3に示す。後述する比較例1のランタンターゲットに比べ、(100)のピーク強度よりも(101)ピーク強度が強くなっているという結果が出たが、それ以外の点については、大きな差異はなかった。この結果、結晶方位の相違は、本願発明のマクロ模様のムラの発生には、大きく影響はしていないと考えられた。
ランタンの原料として、純度99.9%のランタンを使用した。この原料を70kWのEB溶解炉を用い、真空度6.0×10−5〜7.0×10−4mbar、溶解出力10kWで溶解した。これを鋳造し、冷却してランタンインゴットを作成した。
次に、このインゴットを大気中、500°Cの温度でこねくり鍛造し、その後400°Cの温度で据え込み鍛造して径を大きくし、かつターゲット原形に形状を整え、次に290°C1hrの熱処理を行い、再結晶組織とした。
さらにこれを機械加工してφ140×14tの円盤状ターゲットとした。このターゲットの重量は1.42kgであった。これをさらに銅−クロム合金バッキングプレートに拡散接合して、スパッタリング用ランタンターゲットとした。
一方、この実施例で得たスパッタリング用ランタンターゲットをX線回折(XRD)による結晶方位の測定結果を図5に示す。後述する比較例1のランタンターゲットに比べ、(100)のピーク強度よりも(101)ピーク強度が強くなっているという結果が出たが、それ以外の点については、大きな差異はなかった。この結果、結晶方位の相違は、本願発明のマクロ模様のムラの発生には、大きく影響はしていないと考えられた。
ランタンの原料として、純度99.9%のランタンを使用した。この原料を70kWのEB溶解炉を用い、真空度6.0×10−5〜7.0×10−4mbar、溶解出力10kWで溶解した。これを鋳造し、冷却してランタンインゴットを作成した。
次に、このインゴットを大気中、300°Cの温度でこねくり鍛造し、その後400°Cの温度で温間圧延して径を大きくし、ターゲット原形に形状を整え、かつ再結晶組織とした。
さらにこれを機械加工してφ140×14tの円盤状ターゲットとした。このターゲットの重量は1.42kgであった。これをさらに銅−クロム合金バッキングプレートに拡散接合して、スパッタリング用ランタンターゲットとした。
一方、この実施例で得たスパッタリング用ランタンターゲットをX線回折(XRD)による結晶方位の測定結果を図7に示す。後述する比較例1のランタンターゲットに比べ、(100)のピーク強度が(101)ピーク強度よりも強くなっているという結果が出たが、それ以外の点については、大きな差異はなかった。この結果、結晶方位の相違は、本願発明のマクロ模様のムラの発生には、大きく影響はしていないと考えられた。
ランタンの原料として、純度99.9%のランタンを使用した。この原料を70kWのEB溶解炉を用い、真空度6.0×10−5〜7.0×10−4mbar、溶解出力10kWで溶解した。これを鋳造し、冷却してランタンインゴットを作成した。
次に、このインゴットを大気中、400°Cの温度でこねくり鍛造し、その後400°Cの温度で温間圧延して径を大きくし、ターゲット原形に形状を整え、さらに300°Cで熱処理し再結晶組織とした。
さらにこれを機械加工してφ140×14tの円盤状ターゲットとした。このターゲットの重量は1.42kgであった。これをさらに銅−クロム合金バッキングプレートに拡散接合して、スパッタリング用ランタンターゲットとした。
この図8に示すように、スパッタリング用ランタンターゲットの表面にはマクロ模様のムラは観察されなかった。このことから、インゴットを300〜500°Cの温度でこねくり鍛造、その後の温間圧延及び300°Cの熱処理による再結晶化が良いことが確認できた。
一方、この実施例で得たスパッタリング用ランタンターゲットをX線回折(XRD)による結晶方位の測定結果を図9に示す。後述する比較例1のランタンターゲットに比べ、(100)のピーク強度よりも(101)ピーク強度が強くなっているという結果が出たが、それ以外の点については、大きな差異はなかった。この結果、結晶方位の相違は、本願発明のマクロ模様のムラの発生には、大きく影響はしていないと考えられた。
ランタンの原料として、純度99.9%のランタンを使用した。この原料を70kWのEB溶解炉を用い、真空度6.0×10−5〜7.0×10−4mbar、溶解出力10kWで溶解した。これを鋳造し、冷却してランタンインゴットを作成した。
次に、このインゴットを真空中、800°Cの温度でホットプレス(HP)し、これによって、径を大きくすると共にターゲット原形に形状を整え、さらにこれを機械加工してφ140×14tの円盤状ターゲットとした。このターゲットの重量は1.42kgであった。これをさらに銅バッキングプレートに拡散接合して、スパッタリング用ランタンターゲットとした。因みに、この場合のビッカース硬度は51であった。
また、スパッタリング実施時に、ターゲットとバッキングプレートとの間の剥がれはなかったが、若干バッキングプレートからターゲットが浮き上がる傾向が見られた。これは、スパッタリング時間が短時間であったため、大きな影響がなかったと思われる。
しかし、これを長時間実施したところ、予想通りターゲットとバッキングプレートとの間の剥がれが発生した。これにより、実施例に示す銅−クロム合金製バッキングプレートが好ましいことが確認することができた。
ランタンの原料として、純度99.9%のランタンを使用した。この原料を70kWのEB溶解炉を用い、真空度6.0×10−5〜7.0×10−4mbar、溶解出力10kWで溶解した。これを鋳造し、冷却してランタンインゴットを作成した。
次に、このインゴットを大気中、600°Cの温度でこねくり鍛造し、その後300°Cの温度で据え込み鍛造して径を大きくし、かつターゲット原形に形状を整え、次に180°C1hrの熱処理を行い、再結晶組織とした。
さらに、これを機械加工してφ140×14tの円盤状ターゲットとした。このターゲットの重量は1.42kgであった。これをさらに銅バッキングプレートに拡散接合して、スパッタリング用ランタンターゲットとした。
因みに、この場合のビッカース硬度は55であった。
さらに、この比較例で得たスパッタリング用ランタンターゲットを用いて、パワー100Wの条件でスパッタリングを実施した。この結果、パーティクルの発生が実施例に比べて多くなり、基板への成膜も不均一となった。
しかし、これを長時間実施したところ、予想通りターゲットとバッキングプレートとの間の剥がれが発生した。これにより、実施例に示す銅−クロム合金製バッキングプレートが好ましいことが確認することができた。
Claims (4)
- ランタンを溶解、鋳造してインゴットを製造した後、このインゴットを300〜500°Cの温度でこねくり鍛造し、その後さらに300〜500°Cで、据え込み鍛造又は温間圧延してターゲット原形に形状を整え、次にこれを150〜300°Cの温度で熱処理を行って再結晶させ、さらに機械加工してターゲットとすることを特徴とするスパッタリング用ランタンターゲットの製造方法。
- ランタンを溶解、鋳造してインゴットを製造した後、このインゴットを300〜500°Cの温度でこねくり鍛造し、次に300〜500°Cの温度で温間圧延してターゲット原形に形状を整えると共に再結晶させ、これをさらに機械加工してターゲットとすることを特徴とするスパッタリング用ランタンターゲットの製造方法。
- ランタンを溶解、鋳造してインゴットを製造した後、このインゴットを300〜500°Cの温度でこねくり鍛造し、次に300〜500°Cの温度で温間圧延してターゲット原形に形状を整え、これを300〜500°Cの温度で熱処理して再結晶させ、さらに機械加工してターゲットとすることを特徴とするスパッタリング用ランタンターゲットの製造方法。
- 平均結晶粒径が100μm以下の再結晶組織を有するターゲットを製造することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のスパッタリング用ランタンターゲットの製造方法。
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