KR100802498B1 - 티탄 및 지르코늄을 포함하는 물리 증착 타겟； 및 사용방법 - Google Patents

티탄 및 지르코늄을 포함하는 물리 증착 타겟； 및 사용방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100802498B1
KR100802498B1 KR1020027015221A KR20027015221A KR100802498B1 KR 100802498 B1 KR100802498 B1 KR 100802498B1 KR 1020027015221 A KR1020027015221 A KR 1020027015221A KR 20027015221 A KR20027015221 A KR 20027015221A KR 100802498 B1 KR100802498 B1 KR 100802498B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
delete delete
target
sputtering target
sputtering
tissue
Prior art date
Application number
KR1020027015221A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20030024667A (ko
Inventor
터너스티븐피.
Original Assignee
허니웰 인터내셔날 인코포레이티드
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 허니웰 인터내셔날 인코포레이티드 filed Critical 허니웰 인터내셔날 인코포레이티드
Publication of KR20030024667A publication Critical patent/KR20030024667A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100802498B1 publication Critical patent/KR100802498B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H01L21/02197—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides the material having a perovskite structure, e.g. BaTiO3
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/314—Inorganic layers
    • H01L21/316—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass
    • H01L21/31691—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass with perovskite structure

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

여기에서 설명된 발명은 Ti 및 Zr을 둘다 포함하는 물리 증착 타겟에 관한 것이다. 타겟은 타겟 표면을 가로질러 전 두께에 걸쳐 균일한 조직을 포함할 수 있고 고순도 티탄 및 탄탈룸에 비해 증가된 기계적 강도를 또한 가질 수 있다. 박막을 스퍼터 증착하기 위하여 스퍼터링 타겟을 이용할 수 있고 그와 같은 박막을 구리 장벽층으로서 이용할 수 있다.
Ti, Zr, 증착, 타겟, 스퍼터링, 박막, 장벽층

Description

티탄 및 지르코늄을 포함하는 물리 증착 타겟； 및 사용방법{PHYSICAL VAPOR DEPOSITION TARGETS COMPRISING Ti AND Zr； AND METHODS OF USE}
본 발명은 티탄 및 지르코늄을 포함하는 물리 증착(PVD) 타겟(스퍼터링 타겟과 같은 것)에 관한 것이다. 타겟은 미세한 입도 및 균일한 조직을 가질 수 있다. 본 발명은 또한 기재로의 구리 확산의 억제방법에 관한 것이다.
반도체 산업에 있어서 알루미늄 및 그것의 합금으로 부터 구리 및 그것의 합금으로의 이동은 새로운 장벽층 물질이 개발되는 원인이 되고 있다. 알루미늄 기술에 있어서 TiN이 장벽 물질로서 사용되고 구리 기술에 있어서는 TaN이 현재는 바람직한 선택이다. 그러나, 탄탈룸 금속은 매우 비싸서 오늘날의 시장에서는 쉽게 이용할 수 없다. 또한, 20㎛미만의 평균 입도를 갖는 탄탈룸 스퍼터링 타겟도 오늘날 산업에서 쉽게 이용할 수 없다. 탄탈룸은 또한 스퍼터링 타겟내의 조직 균일성과 관련된 문제를 갖는 것으로 알려져 있다. 이러한 조직 비균일성은 전 타겟 라이프 동안의 증착속도 변화, 그리고 필름 균일성 문제와 같은 스퍼터 증착 문제를 가져올 수 있다. 따라서 더 저렴하고 더 쉽게 이용할 수 있는 Ta에 대한 대안이 요구된다. 바람직한 대체물질은 미세한 입도 및 균일한 조직으로 제조될 수 있고 입자를 거의 발생시키지 않으며 균일한 필름을 형성하도록 스퍼터 될 수 있는 것이다. 미 래 반도체 스퍼터링 타겟의 추가적으로 요구되는 성질은 더 큰 타겟 크기 및 더 높은 스퍼터링 전력(>20kW)에 기인하는 증가된 기계적 강도이다.. 고순도 Ti 및 Ta 타겟은 일반적으로 스퍼터링중 타겟 휨을 방지하기에 충분한 기계적 강도 및 고온 안정성을 갖지 않으며, 휜 타겟으로 부터의 물질의 스퍼터-증착에 기인하는 관련된 원치 않는 박막 성질을 갖는다.
이 명세서의 해석을 돕기 위하여, 용어 "균일한"을 조직에 관하여 사용할 때 그것은 타겟 표면을 가로질러 전 타겟 두께에 걸쳐 현저하게 한 조직인 조직을 말하는 것이라는 것으로 이해되어야 한다.
발명의 개요
여기에서 설명된 발명은 티탄 및 지르코늄을 포함하고 미세한 입도를 갖는 물리 증착 타겟에 관한 것이다. 바람직하게는 타겟은 또한 타겟 표면을 가로질러 전 두께에 걸쳐 균일한 조직을 포함한다. 보다 바람직하게는 타겟은 또한 고순도 티탄 및 탄탈룸에 비해 증가된 기계적 강도를 갖는다. 입도는 중요한 타겟 변수가 될 수 있고 여전히 입도는 또한 스퍼터링 타겟에서 제어하기 어려울 수 있다.
본 발명은 또한 스퍼터링 타겟의 형성 방법과 Ti 및 Zr을 포함하는 박막을 형성시키기 위한 스퍼터링 타겟의 이용 방법에 관한 것이다(용어 "박막"은 두께 500 옹스트롬 이하를 갖는 필름을 말함).
게다가, 본 발명은 Ti 및 Zr을 포함하는 물질이 구리 확산에 대한 장벽으로서 이용되는 구조 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 구체예는 하기 첨부 도면을 참조하여 아래에서 설명된다.
도 1은 본 발명에 포함되는 예가되는 타겟 구조물의 개략 단면도이다.
도 2는 베타상 + 마르텐사이트 미세구조를 갖는, 평균 입도 74 마이크론을 갖는 Ti-5 at% Zr 스퍼터링 타겟 물질의 현미경 사진이다.
도 3은 알파상 미세구조를 갖는, 평균 입도 13.3 마이크론을 갖는 Ti-5 at% Zr 스퍼터링 타겟 물질의 현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 방법론에 의해 형성된 장벽 층을 포함하는 반도체 구조물의 개략 단면도이다.
도 5는 현저한 베타상 미세구조를 갖는, 평균 입도 8.8 ㎛를 갖는 Ti-5 at% Zr 스퍼터링 타겟 물질의 현미경 사진이다.
도 6은 현저한 알파상 미세구조를 갖는, 평균 입도 27.2 ㎛를 갖는 Ti-1 at% Zr 스퍼터링 타겟의 현미경 사진이다.
바람직한 구체예의 상세한 설명
구체적인 양태에서, 본 발명은 스퍼터링 타겟 구조물에 관한 것이다. 본 발명이 포함하는 스퍼터링 타겟은 수많은 기하학적 구조중 어떤 것도 가질 수 있으며, 예가 되는 기하학적 구조는 Honeywell Electronics, Inc.로 부터 이용할 수 있는 타입의 소위 ENDURATM 타겟이다. 지지판 (12) 및 타겟 (14)을 포함하는 예가되는 ENDURATM 타겟 구조물 (10)을 도 1에 나타내었다. 타겟 구조물 (10)을 도 1에 단면도로 나타내었고 상부에서 보면 이는 전형적으로 원형의 외면을 포함한다. 타겟 구조물 (10)은 타겟 (14)을 지지하는 지지판 (12)을 포함하는 것으로 나타나 있을지라도 본 발명은 또한 모놀리스 타겟 구조물(즉, 구조물의 전체가 타겟 물질인 타겟 구조물) 및 다른 평면 및 비평면 타겟 설계를 포함한다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명의 스퍼터링 타겟 구조물은 티탄 및 지르코늄의 합금(즉, Ti/Zr 합금)을 포함한다. 티탄 및 지르코늄 합금은 장벽 및 다른 이용분야를 위해 탄탈룸을 대체하기 위하여 사용될 수 있다. 티탄과 지르코늄은 함께 섞어 전체 Ti-Zr 이원 조성 범위에 걸쳐 단일상 고체 용액을 형성할 수 있고 그것이 스퍼터링 타겟 구조물에서 바람직할 수 있다. 티탄 포함 물질에의 지르코늄의 첨가로 초기 티탄 포함 물질에 비해 증가된 기계적 강도를 갖는(그리고 또한 고순도 탄탈룸 물질에 비해 증가된 기계적 강도를 갖는)생성 물질을 형성할 수 있다. 생성된 Ti/Zr 물질은 따라서 초기 티탄 포함 물질보다 고전력 스퍼터링 조작에 더 적합 할 수 있다(그리고 고순도 탄탈룸 물질보다 스퍼터링 조작에 더 양호함). 게다가, 생성된 Ti/Zr물질을 스퍼터하여 초기 티탄 포함 물질을 스퍼터링함에 의해 형성된 필름에 비해 개선된 성질을 갖는 필름을 형성할 수 있다. 또한, Ti/Zr물질로 부터 형성된 필름이 고순도 탄탈룸 물질로 부터 형성된 필름에 비해 개선된 성질을 가질 수 있다.
타겟 합금내의 Ti 및 Zr의 상대적인 양은 타겟의 구체적인 성질을 테일러링 하고 타겟으로 부터의 물리 증착에 의해 형성된 필름의 구체적인 성질을 테일러링하기 위하여 조절될 수 있다. 예를 들어 Ti 및 Zr의 상대적인 양을 조절함에 의해 타겟내의 hcp 결정구조의 결정격자 매개변수를 테일러링할 수 있다. 그것은 필름이 테일러링된 격자 성질을 갖는 타겟으로 부터 스퍼터 증착되도록 할 수 있다. 예를 들어 점착성 및 다른 성질을 개선하기 위하여 필름을 테일러링하여(고순도 티탄으로 부터 얻어지는 부합과 비교하여)인접한 필름의 격자 매개변수와 보다 가깝게 부합하는 격자 성질을 갖도록 할 수 있다. Ti/Zr 결정구조의 a 및 c 격자 매개변수는 Ti 및 Zr의 상대적인 양의 적절한 조절로, 예를 들어 8-10% 변화시킬수 있다. 유사한 격자 매개변수 변화가 등축정계의 TiZrN 결정학적 조직의 질화물 형태에서 유도될 수 있다. 더욱이, 조성을 통한 격자 매개변수의 제어는 스퍼터 타겟 조직을 제어하고, 예를 들어 필름 균일성 및 스텝 커버리지와 같은 타겟 스퍼터링 성질을 개선하기 위해 사용될 수 있다.
Ti 및 Zr은 모두 실온에서 동일한 결정구조(hcp)를 갖고 또한 동일한 등축정계 구조를 갖는 질화물을 형성한다. Ti 및 Zr은 상이한 원자 반경을 가지며(약 8%에 의함), 따라서 Ti에의 Zr의 첨가(또는 반대로, Zr에의 Ti첨가)는 합금 및 그들 각각의 질화물 필름의 재결정화 및 입자 성장에 영향을 줄 수 있다(일반적으로, 재결정화 및 입자 성장은 모두 Zr에의 Ti 첨가 또는 Ti에의 Zr첨가에 의해서 억제 된다).
Ti 및 Zr의 합금을 포함하는 타겟으로 부터의 스퍼터 증착에 의해 형성된 필름은 Cu확산에 대해 양호한 장벽 성질을 가질 수 있다. 더욱이, Ti 및 Zr는 서로에 완전히 용해성이 있기 때문에(그래서 모든 조성에 걸쳐 고체 용액을 형성함), 스퍼터링 타겟은 Ti-Zr 상평형도에서 모든 조성으로 형성될 수 있고 전체적으로 단일상의 균일한 조성을 갖는다. Ti 및 Zr을 포함하거나, 이들로 본질적으로 구성되거나, 이들로 구성되는 타겟으로 부터의 스퍼터 증착에 의하여 형성된 필름은 Ti 및 Zr을 포함하거나, 이들로 본질적으로 구성되거나, 이들로 구성될 수 있다. 더욱이 질소를 포함하는 분위기나 산소 및 질소를 포함하는 분위기에서 스퍼터 증착에 의하여 필름을 형성한다면, 필름은 질소 또는 산소 및 질소 둘다와 조합하여 Ti 및 Zr을 포함하거나 이들로 구성되거나 본질적으로 이들로 구성될 수 있다.
Ti 및 Zr의 합금은 반도체 산업이 추구하는 고도로 균일한 필름 두께를 생성하기 위하여 요구되는 완전 재결정화된 미세한 입도 타겟(전 타겟에 대하여 평균 입도가 500㎛ 미만)을 달성하기 위하여 열-기계적으로 가공될 수 있다. 더욱이, Ti에의 Zr의 첨가는 스퍼터링 타겟과 타겟으로 부터 형성된 스퍼터링된 필름에 유리할 수 있는 증가된 기계적 강도 및 경도를 갖는 합금을 가져온다(표 1 참조). 예를 들어, 표 1에 보인 데이타는 본 발명이 포함하는 Ti/Zr 타겟이 인장강도 50 ksi 이상(1 ksi는 1000lbs/in2 와 같음), 75 ksi 이상 또는 심지어 100 ksi 이상을 갖도록 할 수 있다는 것을 증명한다.
Figure 112002037401034-pct00001
스퍼터링 타겟에 Ti-Zr합금을 이용하는 또 다른 장점은 Ti-Zr합금이 더 높은 재결정화 온도를 가지며 따라서 순수한 Ti보다 열적으로 더 안정하다는 것인데, 이것은 Ti-Zr합금을 고전력 스퍼터링 이용분야에 보다 적합하게 만든다(고전력 스퍼터링 이용분야는 20kW이상의 전력을 이용하는 스퍼터 이용분야임).
발명의 한 양태에서, Ti 및 Zr을 포함하는 주괴(또는 본질적으로 Ti 및 Zr으로 구성되는 몇가지 구체예에서, 그리고 Ti 및 Zr으로 구성되는 몇가지 다른 구체예에서)는 진공 용해에 의하여 만들어 진다. 진공 용해는 하나 이상의 진공 유도 용해(VIM), 진공아크 재용해(VAR) 또는 전자-빔(e-빔)용해 기술을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 생성되는 주괴는 전체적으로 실질적으로 균일한 조성을 갖는다. 더욱이, 주괴 형성에 이용되는 응고 시간은 고체상에서 조성적 분리 양을 제한하기 위하여 최소화하는 것이 바람직하다.
발명의 구체적인 양태에서, 주괴는 본질적으로 Ti 및 Zr으로 구성되거나, 이들로 구성되는 물질로 형성되며, 이러한 물질은, 약 0.05 at% 내지 약 99.92 at% Zr을 포함한다. 바람직하게는 Zr농도는 약 0.05 at% 내지 10 at% 이다. 보다 바람 직하게는 Zr농도는 약 0.05 at% 내지 5 at%이다. 그리고 더더욱 바람직하게는 Zr농도는 약 0.05 at% 내지 약 2 at%이다. 특히 조성 균일성을 원한다면, 39.5±3 at% Zr으로 Ti의 적합한 조성을 선택할 수 있다.
주괴는 균열의 가능성을 줄이기 위해 충분히 높은 온도에서, 그러나 주괴의 입자 구조의 붕괴 및 정제를 일으키기에 충분히 낮은 온도에서 기계적으로 변형시킨다. Zr 20wt% 이상을 함유하는 합금에 대하여, 주괴물질의 산화를 완화시키거나 회피하기 위하여 가열중 주괴 물질을 비활성 분위기하에 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 주괴 물질의 기계적 변형은 바람직하게는 물질의 최종 재결정화 전에 총 변형 40% 이상을 포함하여야 한다. 주괴 물질의 기계적 변형은 예를 들어 단조, 압연 및 이퀄 채널 앵귤러 익스트루젼(ECAE)을 포함하는 수개의 방법중 하나 이상의 방법을 이용하여 수행할 수 있다.
주괴 물질의 최종 재결정화는 바람직하게는 알파 내지 베타 변형 온도 아래에서, 그리고 400℃를 초과하는 온도를 사용한다면 바람직하게는 그 물질을 비활성 분위기하에 두면서 실시할 수 있다(용어 "비활성"은 재결정화 온도에서 Ti/Zr 물질과 반응하지 않는 분위기를 말함).
Ti 및 Zr을 포함하는 물질의 입도 감소 및 제어는 전술한 방법에 의하여 수행할 수 있고 더 이상의 입도 감소 및 제어는 알파 내지 베타 상 변형 온도를 통해 물질을 고리화함으로써 달성할 수 있다. 그와 같은 고리화는 새로운 입자를 개시하기 위하여 마르텐사이트 상 변형을 이용할 수 있다.
본 발명의 방법론은 전체 평균 입도 500㎛ 이하, 100㎛ 이하, 50㎛ 이하, 20 ㎛ 이하 그리고 심지어 10㎛ 이하를 갖는 물질을 형성할 수 있다. 더욱이, 열-기계적 변형 기술 및 가공 온도의 주의 깊은 제어로 평균 입도 5㎛ 미만을 달성할 수 있다.
특정한 구체예에서, 본 발명의 공정은 다음 단계들을 포함할 수 있다.;
1. Ti 및 Zr의 주괴를 진공 주조하는 단계(화학 동질성을 개선하기 위하여 다중 용해 조작을 원할 수 있다);
2. 내부 주조 결함을 제거하기 위하여 재결정화 온도 이상의 온도에서 주괴를 열간 아이소택틱 프레스하거나 열간 단조/압연하는 단계;
3. 어떤 이전에 존재하는 주괴 구조를 붕괴시키기 위하여 물질을 가소성으로 변형시키는 단계(종래의 변형 기술중의 어떤 것에 의해 가소성 변형을 달성할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.), 총 변형은 40% 이상이어야 하며; 그리고
4. 완전 재결정화된 미세 구조를 원한다면, 재결정화를 일으키기에 충분한 온도 및 시간에서 어닐링을 실시할 수 있다.
전술한 과정에 의해 형성된 물질을 (α+β)/β 트랜서스 이상의 온도에서 어닐링하면 그 물질은 냉각 속도에 의존하여 베타상, 알파상 또는 마르텐사이트 미세 구조, 또는 조합을 가질 수 있다(도 2 참조). (α+β)/β 트랜서스 아래의 온도에서 물질을 어닐링하면 보다 바람직한 알파상 미세구조를 얻을 수 있다(도 3 참조).
많은 물질에 있어서 스퍼터링 타겟의 성능은 결정학적 조직에 의해 영향을 받는다. 순수한 티탄에서는 특정 이용분야에서 여러가지 조직이 다른 것보다 더 잘 수행 한다는 것이 보고 되었다. 예를 들어, 몇가지 조직은 스퍼터링된 증착 물질로 부터 다른 조직보다 더 좋은 필름 균일성 및 스텝 커버리지를 가져올 수 있다. 순수한 티탄에서 원하는 조직의 강도를 바꾸고 최적화하는 능력이 제한된다. 그러나 티탄에의 지르코늄의 첨가로 타겟 조직을 개선하거나 심지어는 타겟의 성능을 최적화하도록 조작할 수 있고 타겟으로 부터 증착된 박막의 조직을 조작할 수 있다. 티탄/지르코늄 물질의 열-기계적 가공에서의 변형온도 및 방향을 제어함으로써 티탄/지르코늄 타겟 물질의 결정학적 조직을 제어할 수 있다. 추가적으로 또는 택일적으로, 티탄/지르코늄 조성을 제어함으로써 결정구조를 제어할 수 있다. 그와 같은 조성은 궁극적으로 완결된 물질의 조직을 지시할 수 있는 변형 슬립 시스템의 유형 및 지배에 영향을 주는 결정학적 격자 매개변수에 영향을 줄 수 있다. 더욱이, 결정학적 조직은 Ti/Zr 물질의 가공에 이용되는 어닐링 시간 및 온도를 제어함으로써 제어할 수 있다.
본 발명의 방법론에 의하여 생성될 수 있는 물질중에 현저하게 (103)결정학적 조직을 갖는 Ti-Zr; 현저하게 (002)결정학적 조직을 갖는 Ti-Zr 및 현저하게 (102)결정학적 조직을 갖는 Ti-Zr을 포함하거나, 본질적으로 이들로 구성되거나 또는 이들로 구성되는 타겟이 있다.
본 발명의 방법론에 의해 생성된 Ti/Zr물질은 PVD 타겟으로서 이용될 수 있고, 현저하게(103)결정학적 조직; 현저하게 (002)결정학적 조직; 또는 현저하게 (102)결정학적 조직을 갖는 Ti/Zr의 박막을 형성하기 위하여 이용될 수 있다. 그와 같은 박막은, 예를 들면 구리 장벽층으로서 반도체 이용분야에 포함될 수 있다. 구체적으로, 박막은 구리를 현저하게 포함하는 물질과 구리 확산을 완화시키거나 방지하는 물질(예를 들어, 보로포스포실리케이트 유리)사이에 형성될 수 있다. 박막은 다음에 구리확산을 완화시키거나 방지하는 장벽층의 범위를 한정할 수 있다. 그것은 도 4에 설명되었고 반도체 구조물 (20)이 거기에서 설명되었다. 구조물 (20)은 구리함유층 (22), Ti 및 Zr을 포함하는 박막 (24), 그리고 구리확산을 완화하는 물질 (26)을 포함한다. 구리함유층이 순수한 구리 또는 구리 합금을 포함할 수 있다는 것이 주목된다. 구조물 (20)은, 예를 들면 실리콘 포함 기재와 같은 반도체 물질위에 형성시킬 수 있다.
특정한 이용분야에서, 본 발명의 타겟은 Ti 및 Zr으로 본질적으로 구성될 수 있고 지르코늄은 12-18 원자%의 범위 또는 32-38 원자%의 범위로는 존재하지 않는다. 그러나, 예를들면 타겟이 구체적으로 Cu 장벽층을 스퍼터 증착할 목적으로 제공될 경우와 같은 다른 구체예에서 타겟은 약 0.05 at% 내지 약 99.95 at%의 어떤 Zr 농도를 포함할 수 있다.
다음에 오는 특허청구범위의 해석을 돕기 위하여, 용어 "미세한 입도"는 표준 ASTM E112 방법에 의하여 계산한 바, 평균 입도 500㎛이하를 말한다.
또한, 본 명세서의 해석을 돕기 위하여, 용어 "현저하게"는 물질의 조직을 언급하기 위하여 이용할 경우에 물질의 지배적인/주요한 조직을 말하는 것으로 이해되어야 한다. 현저한 조직은 그것이 가장 풍부한 물질 조직이라면, 총 물질 조직의 50%미만일 수 있다. 따라서, (102)조직 30%, (002)조직 30% 및 (103)조직 40%을 포함하는 물질은 거기에 (103)조직 50% 미만이 존재할지라도 (103)을 현저한 결정조직으로서 가질 수 있다.
현저한 (102), (002) 또는 (103)조직을 갖는 물질을 형성하기 위하여 본 발명의 방법론을 이용할 수 있다. 여기에서 제공된 실시예가 단지 현저하게 (103) 또는 (002)조직을 갖는 물질을 형성하는 공정을 나타낼지라도, 당업자는 (102)조직을 갖는 물질을 형성하기 위하여 본 발명의 방법론을 추가적으로 이용할 수 있다는 것을 인정할 것이다.
실시예 1
하기 공정에 의하여 Ti-5 at% Zr 스퍼터링 타겟(즉, 95 원자% Ti 및 5 원자% Zr을 포함하는 타겟)을 제조하였다. Ti-5 at% Zr 물질의 주괴를 형성하기 위하여 진공 주조를 이용하였다. 다음에 그 물질을 열간 아이소택틱 프레스하였고 다음에 대략 40% 변형으로 800℃ 이상의 온도에서 열간 단조하였다. 다음에 80%를 초과하는 총 변형으로 300℃ 이상의 온도에서 특대 두께로 압연하였다. 끝으로, (α+β)/β 트랜서스 이상의 온도에서 물질을 어닐링하고 공기 냉각하고 평평하게 폈다.
미세 입자화된 혼합 알파 + 베타 구조를 생성하기 위하여 이 실시예에 대한 열처리 시간 및 온도를 선택하였다(도 5 참조). 이 예가되는 방법에 의하여 생성된 물질의 평균 입도는 현저하게 (002)조직을 갖는 8.8 마이크론임이 밝혀졌다(표 2 참조).
실시예 2
하기 공정에 의하여 Ti-1 at% Zr 스퍼터링 타겟(즉, 99 원자% Ti 및 5 원자% Zr을 포함하는 타겟)을 제조하였다. Ti-1 at% Zr 물질의 주괴를 형성하기 위하여 진공 주조를 이용하였다. 다음에 그 물질을 열간 아이소택틱 프레스하였고 다음에 대략 40% 변형으로 400℃이상의 온도에서 열간 단조하였다. 다음에 80%를 초과하는 총 변형으로 300℃이상의 온도에서 특대 두께로 압연 하였다. 끝으로, (α+β)/β 트랜서스 아래의 온도에서 물질을 어닐링하고 공기 냉각하고 평평하게 폈다.
생성되는 타겟 물질은 평균 입도 27.2 마이크론 및 현저한 (103)조직을 갖는 알파상, 이퀴액스드(equiaxed) 미세구조를 갖는 것으로 밝혀졌다(표 2 및 도 6 참조).
본 발명의 방법론에 의해 형성된 물질의 여러가지 특징적인 양태를 표 2에 실었다.
Figure 112002037401034-pct00002



Claims (71)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 티탄 및 지르코늄으로 구성되고, 평균 입도 100㎛ 이하를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  20. 제 19 항에 있어서, 평균 입도 50㎛ 이하를 포함하는 것을 특징으로 하는 스 퍼터링 타겟.
  21. 제 19 항에 있어서, 평균 입도 20㎛ 이하를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  22. 제 19 항에 있어서, 평균 입도 10㎛ 이하를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  23. 제 19 항에 있어서, 평균 입도 5㎛ 미만을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  24. 제 19 항에 있어서, 인장 강도 50ksi 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  25. 제 19 항에 있어서, 인장 강도 75ksi 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  26. 제 19 항에 있어서, 인장 강도 100ksi 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  27. 제 19 항에 있어서, (103)결정학적 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  28. 제 19 항에 있어서, (102)결정학적 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  29. 제 19 항에 있어서, (002)결정학적 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  30. 제 19 항에 있어서, 티탄 및 지르코늄이 재결정화된 합금내에 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  31. 제 19 항의 스퍼터링 타겟으로부터 스퍼터 증착된 구리 확산 장벽층.
  32. 삭제
  33. 제 19 항에 있어서, 0.05 원자% Zr 내지 99.95 원자% Zr을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  34. 제 19 항에 있어서, 0.05 원자% Zr 내지 10 원자% Zr을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  35. 제 19 항에 있어서, 0.05 원자% Zr 내지 5 원자% Zr을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  36. 제 19 항에 있어서, 5 원자% Zr을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  37. 삭제
  38. 삭제
  39. 삭제
  40. 삭제
  41. 삭제
  42. 삭제
  43. 제 19 항의 스퍼터링 타겟으로 부터 스퍼터 증착된 구리 확산 장벽층.
  44. 제 21 항에 있어서, (103)결정학적 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  45. 제 21 항에 있어서, (102)결정학적 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  46. 제 21 항에 있어서, (002)결정학적 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  47. 삭제
  48. 삭제
  49. 삭제
  50. 삭제
  51. 삭제
  52. 삭제
  53. 삭제
  54. 삭제
  55. 삭제
  56. 삭제
  57. 삭제
  58. 삭제
  59. 삭제
  60. 삭제
  61. 삭제
  62. 삭제
  63. 삭제
  64. 티탄 및 지르코늄을 함유하는 필름을 형성하는 방법으로서, 제 19 항의 스퍼터링 타겟으로 부터의 필름의 스퍼터 증착을 포함하는 방법.
  65. 제 64 항에 있어서, 타겟이 Zr 및 Ti로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  66. 제 64 항에 있어서, 타겟이 (103)결정학적 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  67. 제 64 항에 있어서, 타겟이 (102)결정학적 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  68. 제 64 항에 있어서, 타겟이 (002)결정학적 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  69. 제 64 항에 있어서, 필름이 Ti, Zr 및 N으로 구성되고 스퍼터링이 질소를 포함하는 분위기에서 타겟을 스퍼터링하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  70. 제 64 항에 있어서, 필름이 Ti, Zr, O 및 N으로 구성되고 스퍼터링이 질소 및 산소를 포함하는 분위기에서 타겟을 스퍼터링하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  71. 제 64 항에 있어서, 타겟을 20 kW 이상의 전력에 노출시키면서 스퍼터 증착이 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020027015221A 2001-05-01 2001-05-31 티탄 및 지르코늄을 포함하는 물리 증착 타겟； 및 사용방법 KR100802498B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US28788001P 2001-05-01 2001-05-01
US60/287,880 2001-05-01
PCT/US2001/017670 WO2002088413A2 (en) 2001-05-01 2001-05-31 Sputter targets comprising ti and zr

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020077018264A Division KR100826935B1 (ko) 2001-05-01 2001-05-31 티탄 및 지르코늄으로 구성된 장벽층 및 이를 포함하는반도체 구조물

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030024667A KR20030024667A (ko) 2003-03-26
KR100802498B1 true KR100802498B1 (ko) 2008-02-12

Family

ID=23104766

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020077018264A KR100826935B1 (ko) 2001-05-01 2001-05-31 티탄 및 지르코늄으로 구성된 장벽층 및 이를 포함하는반도체 구조물
KR1020027015221A KR100802498B1 (ko) 2001-05-01 2001-05-31 티탄 및 지르코늄을 포함하는 물리 증착 타겟； 및 사용방법

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020077018264A KR100826935B1 (ko) 2001-05-01 2001-05-31 티탄 및 지르코늄으로 구성된 장벽층 및 이를 포함하는반도체 구조물

Country Status (7)

Country Link
US (2) US20040119131A1 (ko)
EP (1) EP1383936A2 (ko)
JP (1) JP2004520492A (ko)
KR (2) KR100826935B1 (ko)
CN (1) CN1285754C (ko)
AU (1) AU2001265276A1 (ko)
WO (1) WO2002088413A2 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030227068A1 (en) * 2001-05-31 2003-12-11 Jianxing Li Sputtering target
US20040016635A1 (en) * 2002-07-19 2004-01-29 Ford Robert B. Monolithic sputtering target assembly
US20040123920A1 (en) * 2002-10-08 2004-07-01 Thomas Michael E. Homogenous solid solution alloys for sputter-deposited thin films
US20080067058A1 (en) * 2006-09-15 2008-03-20 Stimson Bradley O Monolithic target for flat panel application
US11244815B2 (en) 2017-04-20 2022-02-08 Honeywell International Inc. Profiled sputtering target and method of making the same
CN114107928B (zh) * 2021-11-26 2023-06-20 江苏科技大学 铜制齿轮淬火感应传感器陶瓷镀层及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4131530A (en) * 1977-07-05 1978-12-26 Airco, Inc. Sputtered chromium-alloy coating for plastic
WO1990002216A1 (en) 1988-08-25 1990-03-08 Vac-Tec Systems, Inc. Physical vapor deposition dual coating apparatus and process
KR0135369B1 (ko) * 1993-09-27 1998-07-01 나가시마 카즈나리 고순도티타늄 스퍼터링타겟
US6090490A (en) 1997-08-01 2000-07-18 Mascotech, Inc. Zirconium compound coating having a silicone layer thereon
KR20010021760A (ko) * 1997-07-11 2001-03-15 존슨매테이일렉트로닉스, 인코퍼레이티드 티타늄 스퍼터링 타겟과 제조 방법
JP2001102326A (ja) * 1999-10-01 2001-04-13 Tori Chemical Kenkyusho:Kk 導電性バリア膜形成材料、導電性バリア膜形成方法、及び配線膜形成方法、並びにｕｌｓｉ

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4451236A (en) * 1983-08-11 1984-05-29 Tarasov Jury A Dental prosthesis and method for making same
GB2202237A (en) * 1987-03-12 1988-09-21 Vac Tec Syst Cathodic arc plasma deposition of hard coatings
JPH03267361A (ja) * 1990-03-16 1991-11-28 Univ Osaka 硬質被膜とその製造方法
US5590389A (en) * 1994-12-23 1996-12-31 Johnson Matthey Electronics, Inc. Sputtering target with ultra-fine, oriented grains and method of making same
US5807443A (en) * 1995-11-30 1998-09-15 Hitachi Metals, Ltd. Sputtering titanium target assembly and producing method thereof
WO2002014576A1 (en) * 2000-08-15 2002-02-21 Honeywell International Inc. Sputtering target
US20030227068A1 (en) * 2001-05-31 2003-12-11 Jianxing Li Sputtering target
US6827828B2 (en) * 2001-03-29 2004-12-07 Honeywell International Inc. Mixed metal materials

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4131530A (en) * 1977-07-05 1978-12-26 Airco, Inc. Sputtered chromium-alloy coating for plastic
WO1990002216A1 (en) 1988-08-25 1990-03-08 Vac-Tec Systems, Inc. Physical vapor deposition dual coating apparatus and process
KR0135369B1 (ko) * 1993-09-27 1998-07-01 나가시마 카즈나리 고순도티타늄 스퍼터링타겟
KR20010021760A (ko) * 1997-07-11 2001-03-15 존슨매테이일렉트로닉스, 인코퍼레이티드 티타늄 스퍼터링 타겟과 제조 방법
US6090490A (en) 1997-08-01 2000-07-18 Mascotech, Inc. Zirconium compound coating having a silicone layer thereon
JP2001102326A (ja) * 1999-10-01 2001-04-13 Tori Chemical Kenkyusho:Kk 導電性バリア膜形成材料、導電性バリア膜形成方法、及び配線膜形成方法、並びにｕｌｓｉ

Also Published As

Publication number Publication date
CN1437659A (zh) 2003-08-20
WO2002088413B1 (en) 2003-07-03
WO2002088413A2 (en) 2002-11-07
AU2001265276A1 (en) 2002-11-11
EP1383936A2 (en) 2004-01-28
JP2004520492A (ja) 2004-07-08
KR100826935B1 (ko) 2008-05-02
KR20030024667A (ko) 2003-03-26
KR20070087260A (ko) 2007-08-27
CN1285754C (zh) 2006-11-22
US20040119131A1 (en) 2004-06-24
US20090053540A1 (en) 2009-02-26
WO2002088413A3 (en) 2003-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5993575A (en) Method for fabricating randomly oriented aluminum alloy sputting targets with fine grains and fine precipitates
US6331233B1 (en) Tantalum sputtering target with fine grains and uniform texture and method of manufacture
JP4976013B2 (ja) 銅スパッタリングターゲット及び銅スパッタリングターゲットの形成方法
US7767043B2 (en) Copper sputtering targets and methods of forming copper sputtering targets
US5087297A (en) Aluminum target for magnetron sputtering and method of making same
JPH10330923A (ja) 高純度銅スパッタリングタ−ゲットおよび薄膜
KR20090005398A (ko) 중공 캐소드 스퍼터링 타겟
US20090053540A1 (en) Physical Vapor Deposition Targets Comprising Ti and Zr and Methods of Use
JP4522675B2 (ja) 超微細結晶粒銅スパッターターゲット
WO2007130888A1 (en) Copper target
Chang et al. Structure evolution in sputtered thin films of Ti x (Ni, Cu) 1− x I: Diffusive transformations
JP4351910B2 (ja) 集合組織化された準安定アルミニウム合金スパッタリング・ターゲット
JPH11269621A (ja) 高純度チタン材の加工方法
US7517417B2 (en) Tantalum PVD component producing methods
JPH06128737A (ja) スパッタリングターゲット
JP2706635B2 (ja) スパッタリング用高純度チタンターゲット及びその製造方法
Semiatin et al. Microstructure evolution and composition control during the processing of thin-gage metallic foil
JPH0790560A (ja) 高純度チタニウムスパッタリングターゲット
JP7338036B2 (ja) 大粒子スズスパッタリングターゲット
JPH0925565A (ja) 高純度チタニウムスパッタリングターゲット及びその製造方法
JPH0790564A (ja) 高純度チタニウムスパッタリングターゲット
JP4820507B2 (ja) スパッタリングターゲットとその製造方法、およびそれを用いたＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜と電子部品の製造方法
Banerjee et al. Phase evolution during crystallization of amorphous titanium aluminide thin films: Effect Mn and Nb additions
JP4286367B2 (ja) スパッタリングターゲット、配線膜および電子部品
JPH0790561A (ja) 高純度チタニウムスパッタリングターゲット

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
A107 Divisional application of patent
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120131

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee