KR101338758B1

KR101338758B1 - 탄탈륨 스퍼터링 타깃

Info

Publication number: KR101338758B1
Application number: KR1020117020665A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 후쿠시마; 구니히로 오다; 신이치로 센다
Original assignee: 제이엑스 닛코 닛세키 킨조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2013-12-06
Also published as: IL214915A; CN102575336B; TW201329268A; TWI426148B; IL214915A0; US9845528B2; US20120031756A1; JP4913261B2; JPWO2011018971A1; EP2465968A1; TW201107514A; JP2011137239A; WO2011018971A1; JP2011137240A; SG184778A1; JP4920789B2; TW201329269A; TWI419986B; KR20120027113A; SG184780A1

Abstract

1 massppm 이상, 100 massppm 이하의 텅스텐을 필수 성분으로서 함유하고, 텅스텐 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃. 0 ∼ 100 massppm (단 0 massppm 을 제외한다) 의 몰리브덴 및/또는 니오븀을 추가로 함유하고, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀의 합계 함유량이 1 massppm 이상, 150 massppm 이하이고, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 상기의 탄탈륨 스퍼터링 타깃. 균일하고 미세한 조직을 구비하고, 플라즈마가 안정적이며, 막의 균일성 (유니포미티) 이 우수한 고순도 탄탈륨 스퍼터링 타깃을 얻는다.

Description

탄탈륨 스퍼터링 타깃{TANTALUM SPUTTERING TARGET}

이 발명은, 균일하고 미세한 조직을 구비하고, 플라즈마가 안정적이며, 막의 균일성 (유니포미티) 이 우수한 고순도 탄탈륨 스퍼터링 타깃에 관한 것이다. 또한, 본원 발명의 고순도 탄탈륨은, 텅스텐과 필요에 따라 몰리브덴 및/또는 니오븀을 함유 (첨가) 하는 것이지만, 이들 원소의 첨가량이 적기 때문에 본원 명세서 중에서는 「고순도 탄탈륨」이라고 총칭하는 것으로 한다.

최근, 일렉트로닉스 분야, 내식성 재료나 장식 분야, 촉매 분야, 절삭·연마재나 내마모성 재료의 제작 등, 여러 분야에 금속이나 세라믹스 재료 등의 피막을 형성하는 스퍼터링이 사용되고 있다.

스퍼터링법 자체는 상기 분야에서 잘 알려진 방법이지만, 최근에는 특히 일렉트로닉스 분야에 있어서, 복잡한 형상의 피막의 형성이나 회로의 형성, 혹은 배리어막의 형성 등에 적합한 탄탈륨 스퍼터링 타깃이 요구되고 있다.

일반적으로, 이 탄탈륨 타깃은 탄탈륨 원료를 전자빔 용해·주조한 잉곳 또는 빌렛의 열간 단조, 소둔 (열처리) 을 반복하고, 다시 압연 및 마무리 (기계, 연마 등) 가공하여 타깃으로 가공되고 있다.

이와 같은 제조 공정에 있어서, 잉곳 또는 빌렛의 열간 단조는 주조 조직을 파괴시켜 기공이나 편석을 확산, 소실시키고, 다시 이것을 소둔함으로써 재결정화하여 조직의 치밀화와 강도를 높임으로써 제조되고 있다.

일반적으로, 용해 주조된 잉곳 또는 빌렛은, 50 ㎜ 이상의 결정 입경을 갖고 있다. 그리고, 잉곳 또는 빌렛의 열간 단조와 재결정 소둔에 의해 주조 조직이 파괴되어, 대략 균일하고 미세한 (100 ㎛ 이하의) 결정 입자가 얻어진다.

한편, 이와 같이 하여 제조된 타깃을 사용하여 스퍼터링을 실시하는 경우, 타깃의 재결정 조직이 보다 세밀하고 균일하며, 또 결정 방위가 특정 방향으로 일치시킨 것일수록 균일한 성막이 가능하고, 아킹이나 파티클의 발생이 적어 안정적인 특성을 갖는 막을 얻을 수 있다고 한다.

그 때문에, 타깃의 제조 공정에 있어서, 재결정 조직의 미세화와 균일화, 나아가서는 특정 결정 방위로 일치시키고자 하는 방책이 채택되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).

또, Cu 배선막에 대한 배리어층으로서 사용하는 TaN 막을 형성하기 위한 고순도 Ta 타깃으로서, 자기 유지 방전 특성을 갖는 원소로서 Ag, Au 및 Cu 에서 선택한 원소를 0.001 ∼ 20 ppm 을 함유시키고, 또 불순물 원소로서 Fe, Ni, Cr, Si, Al, Na, K 의 합계량을 100 ppm 이하로 하여, 이들을 뺀 값이 99.99 ∼ 99.999 ％ 의 범위가 되는 고순도 Ta 를 사용하는 것이 개시되어 있다 (특허문헌 3 참조).

이들 특허문헌을 보는 한, 특정 원소의 함유가 조직을 미세화시키고, 이로써 플라즈마를 안정화시킨다는 것은 실시되지 않았다.

특히, 특허문헌 3 에서는, Ag, Au 및 Cu 에서 선택한 원소를 0.001 ∼ 20 ppm 을 함유시키는 것에 의해, 0.001 ppm 까지라는 극미량의 원소의 첨가가 Ta 이온의 방출량을 증가시킨다고 하고 있지만, 첨가 원소가 미량인 만큼 함유량을 조절하고, 또한 균일한 첨가 (편차) 가 어렵다는 문제가 있는 것으로 생각된다.

또한, 특허문헌 3 의 표 1 에 나타내는 바와 같이, Mo, W, Ge, Co 량은, 각각 10 ppm, 20 ppm, 10 ppm, 10 ppm 미만의 함유가 허용되고 있다. 이것만으로도 50 ppm 미만의 불순물이 있다.

따라서, 상기와 같이 「불순물 원소로서 Fe, Ni, Cr, Si, Al, Na, K 의 합계량을 100 ppm 이하로 하고, 이들을 뺀 값이 99.99 ∼ 99.999 ％ 의 범위가 되는 고순도 Ta 를 사용한다」고 하고 있지만, 실제 순도의 하한치는 99.99 ％ 를 하회하는 순도 (그것을 허용하는 순도) 이다.

이것은, 종래의 고순도 탄탈륨의 레벨 이하로, 고순도 탄탈륨의 특성을 활용할 수 없을 것이 강하게 예상된다.

일본 공표특허공보 2002-518593호 미국 특허 제6,331,233호 일본 공개특허공보 2002-60934호

본 발명은, 탄탈륨의 순도를 고순도로 유지함과 함께, 특정 원소를 첨가함으로써 균일하고 미세한 조직을 구비하고, 플라즈마가 안정적이며, 막의 균일성 (유니포미티) 이 우수한 고순도 탄탈륨 스퍼터링 타깃을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해서, 탄탈륨의 순도를 고순도로 유지함과 함께, 특정 원소를 첨가함으로써 균일하고 미세한 조직을 구비하고, 플라즈마가 안정적이며, 막의 균일성 (유니포미티) 이 우수한 고순도 탄탈륨 스퍼터링 타깃을 얻을 수 있다는 지견을 얻었다.

본 발명은, 이 지견에 기초하여,

1) 1 massppm 이상, 100 massppm 이하의 텅스텐을 필수 성분으로서 함유하고, 텅스텐 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃

2) 10 massppm 이상, 100 massppm 이하의 텅스텐을 필수 성분으로서 함유하고, 텅스텐 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃

3) 10 massppm 이상, 50 massppm 이하의 텅스텐을 필수 성분으로서 함유하고, 텅스텐 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃

4) 타깃 중의 텅스텐 함유량의 편차가 ±20 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) ∼ 3) 중 어느 한 항에 기재된 탄탈륨 스퍼터링 타깃

5) 평균 결정 입경이 120 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) ∼ 4) 중 어느 한 항에 기재된 탄탈륨 스퍼터링 타깃

6) 결정 입경의 편차가 ±20 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 5) 에 기재된 탄탈륨 스퍼터링 타깃을 제공한다.

본 발명은, 또한

7) 0 ∼ 100 massppm (단 0 massppm 을 제외한다) 의 몰리브덴 및/또는 니오븀을 추가로 함유하고, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀의 합계 함유량이 1 massppm 이상, 150 massppm 이하이고, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 상기 1) 에 기재된 탄탈륨 스퍼터링 타깃

8) 10 massppm 이상, 100 massppm 이하의 몰리브덴 및/또는 니오븀을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 7) 에 기재된 탄탈륨 스퍼터링 타깃

9) 10 massppm 이상, 50 massppm 이하의 몰리브덴 및/또는 니오븀을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 7) 에 기재된 탄탈륨 스퍼터링 타깃

10) 타깃 중의 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀의 함유량의 편차가 ±20 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 7) ∼ 9) 중 어느 한 항에 기재된 탄탈륨 스퍼터링 타깃

11) 평균 결정 입경이 120 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 7) ∼ 10) 중 어느 한 항에 기재된 탄탈륨 스퍼터링 타깃

12) 결정 입경의 편차가 ±20 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 11) 에 기재된 탄탈륨 스퍼터링 타깃을 제공한다

본 발명은, 탄탈륨의 순도를 고순도로 유지함과 함께, 텅스텐을 필수 성분으로서 첨가함으로써, 또 추가로 몰리브덴 및/또는 니오븀을 첨가함으로써 균일하고 미세한 조직을 구비하고, 플라즈마가 안정적이며, 막의 균일성 (유니포미티) 이 우수한 고순도 탄탈륨 스퍼터링 타깃을 제공할 수 있다는 우수한 효과를 갖는다. 또, 스퍼터링시의 플라즈마 안정화는 초기 단계에서도 안정화되기 때문에, 번인 시간을 단축시킬 수 있다는 효과를 구비하고 있다.

본원 발명에 사용하는 탄탈륨 (Ta) 타깃의 원료로는, 고순도 탄탈륨을 사용한다. 이 고순도 탄탈륨의 예를 표 1 에 나타낸다 (사단법인 발명협회 편, 일본 공개기술공보 2005-502770, 공개기술공보 명칭 「고순도 탄탈륨 및 고순도 탄탈륨로 이루어지는 스퍼터링 타깃」참조).

이 표 1 에서는, 가스 성분을 제외하고 모든 불순물은 1 massppm 미만이다. 즉 99.999 ∼ 99.9999 mass％ 로 되어 있는데, 이와 같은 고순도 탄탈륨을 사용할 수 있다.

본 발명의 스퍼터링 타깃은, 통상 다음의 공정에 의해 제조한다.

그 일례를 나타내면, 먼저 탄탈륨, 예를 들어 4N (99.99 ％ 이상) 의 고순도 탄탈륨을 사용하고, 이것에 텅스텐 (W) 을 적당량 첨가하여 타깃의 원료로 한다. 또, 추가로 몰리브덴 및/또는 니오븀을 첨가하여 타깃의 원료로 할 수 있다. 이것을 전자빔 용해 등에 의해 용해·정제하여 순도를 높이고, 이것을 주조하여 잉곳 또는 빌렛을 제작한다. 당연히, 처음부터 표 1 에 나타내는 99.999 ∼ 99.9999 mass％ 의 고순도 탄탈륨을 사용할 수도 있다.

다음으로, 이 잉곳 또는 빌렛을 소둔 - 단조, 압연, 소둔 (열처리), 마무리 가공 등의 일련의 가공을 실시한다.

구체적으로는, 예를 들어 잉곳 - 코깅 - 1373 K ∼ 1673 K 의 온도에서의 소둔 (1 회째) - 냉간 단조 (1 회째) - 재결정 개시 온도 ∼ 1373 K 의 온도에서의 재결정 소둔 (2 회째) - 냉간 단조 (2 회째) - 재결정 개시 온도 ∼ 1373 K 사이에서의 재결정 소둔 (3 회째) - 냉간 (열간) 압연 (1 회째) - 재결정 개시 온도 ∼ 1373 K 사이에서의 재결정 소둔 (4 회째) - 냉간 (열간) 압연 (필요에 따라, 2 회째) - 재결정 개시 온도 ∼ 1373 K 사이에서의 재결정 소둔 (필요에 따라, 5 회째) - 마무리 가공을 실시하여 타깃재로 한다.

단조 혹은 압연에 의해 주조 조직을 파괴시켜 기공이나 편석을 확산 혹은 소실시킬 수 있고, 다시 이것을 소둔함으로써 재결정화시켜, 이 냉간 단조 또는 냉간 압연과 재결정 소둔의 반복에 의해 조직의 치밀화, 미세화와 강도를 높일 수 있다. 상기 가공 프로세스에 있어서, 재결정 소둔은 1 회여도 되지만, 2 회 반복함으로써 조직 상의 결함을 최대한 감소시킬 수 있다. 또, 냉간 (열간) 압연과 재결정 개시 온도 ∼ 1373 K 사이에서의 재결정 소둔은, 반복해도 되지만 1 사이클이어도 된다. 이 후, 기계 가공, 연마 가공 등의 마무리 가공에 의해 최종적인 타깃 형상으로 마무리한다.

통상, 상기 제조 공정에 의해 탄탈륨 타깃을 제조하는데, 이 제조 공정은 일례를 나타내는 것으로, 본원 발명은 이 제조 공정을 발명으로 하는 것은 아니다. 따라서, 다른 공정에 의해 제조하는 것은 당연히 가능하며, 본원 발명은 그것들을 모두 포함하는 것이다.

탄탈륨 타깃의 특성을 활용하기 위해서, 6N 레벨 순도의 재료를 사용하는 경우가 많지만, 아무래도 타깃의 결정 입자가 조대화되기 쉽다는 결점이 있었다.

본 발명자들은, 이와 같은 6N 레벨 타깃의 제조 공정에 있어서, 통상적이면 0.5 massppm 정도의 함유량인 텅스텐이 우연히 1 massppm 정도로 편석되었던 부분에서, 결정 입경이 국소적으로 미세화되어 있는 것을 발견하였다. 이러한 점에서, 텅스텐의 첨가가 탄탈륨 타깃의 미세화에 유효하지 않을까라는 힌트를 얻어, 이것이 본원 발명으로 어어지는 계기가 되었다.

또, 이 검토 중에서, 텅스텐과 동질의 재료 또는 텅스텐과 공첨가할 수 있는 재료에 대해 많은 실험의 결과, 몰리브덴과 니오븀이 유효하다는 지견을 얻었다.

즉, 본 발명의 탄탈륨 스퍼터링 타깃에 있어서 중요한 것은, 텅스텐 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이상인 탄탈륨에, 1 massppm 이상, 100 massppm 이하의 텅스텐을 필수 성분으로서 함유시키는 것이다. 필요에 따라, 추가로 몰리브덴 및/또는 니오븀을 0 ∼ 100 massppm (단 0 massppm 을 제외한다) 을 첨가한다. 텅스텐의 하한치 1 massppm 은 효과를 발휘시키기 위한 수치이고, 텅스텐의 상한치 100 massppm 은 본 발명의 효과를 지속시키기 위한 상한치이다. 이 상한치를 초과하는 경우에는, 텅스텐의 편석이 일어나 텅스텐의 일부 미재결정부가 발생하여 결과적으로 번인이 길어지기 때문에, 텅스텐 100 massppm 을 상한치로 한다.

이상과 같은 텅스텐의 지견으로부터, 동질의 첨가재가 없는지 여부를 검토하고, 그 첨가재가 동일한 효과가 있다는 것을 알 수 있었다. 이것이 몰리브덴과 니오븀이다. 본원 발명에 있어서는, 텅스텐 또는 텅스텐과 몰리브덴 및/또는 니오븀을 첨가한 경우에 대해서 설명한다.

이 텅스텐 또는 텅스텐과 몰리브덴 및/또는 니오븀의 함유가 타깃의 균일하고 미세한 조직을 형성하고, 그에 따라 플라즈마를 안정화시키고, 이로써 스퍼터링 막의 균일성 (유니포미티) 을 향상시키는 것이 가능해진다. 또, 이 스퍼터링시의 플라즈마 안정화는 초기 단계에서도 안정화되기 때문에, 번인 시간을 단축시킬 수 있다.

이 경우, 탄탈륨의 순도는, 고순도 즉 99.998 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 이 경우, 원자 반경이 작은 산소, 수소, 탄소, 질소 등의 가스 성분은 제외할 수 있다. 일반적으로, 가스 성분은 특수한 방법이 아니면 제거는 곤란하여, 통상적인 생산 공정에서 정제시에 제거하는 것은 어렵기 때문에, 가스 성분은 본원 발명의 탄탈륨의 순도로부터는 제외한다.

몰리브덴과 니오븀은 텅스텐 첨가와 동등한 역할 (기능) 을 갖기 때문에, 공첨가할 수 있다. 몰리브덴과 니오븀 첨가의 하한치는 특별히 없지만, 상한치는 100 massppm 으로 한다. 이 상한치를 초과하면, 텅스텐과 마찬가지로 편석을 일으키기 쉬워지기 때문에, 상한치를 100 massppm 으로 하였다. 텅스텐과 몰리브덴 및/또는 니오븀을 공첨가하는 경우에 주의를 요하는 것은, 텅스텐과 몰리브덴 및/또는 니오븀의 합계량을 1 massppm 이상, 150 massppm 이하로 하는 것이 필요하다는 것이다.

이것은 후술하는 비교예에 나타내는 바와 같이, 미재결정이 발생하여 결정 입자의 편차가 커지고, 또한 시트 내 저항 분포 및 초기 안정까지의 전력량도 커진다는 경향이 있기 때문이다. 이 결과, 막의 균일성도 나빠진다. 이 경향은, 본원 발명에서 규정하는 이상으로 텅스텐 (단독 첨가) 을 다량으로 첨가한 경우와 동일한 결과가 된다.

그러나, 공첨가한 경우에서 특징적인 것은, 텅스텐과 몰리브덴 및/또는 니오븀의 합계량이 150 massppm 이하이면, 상기와 같은 문제를 발생시키지 않는다는 것이다.

이 이유는 반드시 명확하지 않지만, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀은 각각 유사점도 있지만 각각 상이한 물질로, 편석의 문제나 결정화에 대한 작용은 각각의 문제로서 발생하는 것으로 생각되기 때문이다. 그러나, 이 공첨가에도 한계가 있어, 텅스텐과 몰리브덴 및/또는 니오븀의 합계량이 150 massppm 을 초과하는 첨가는 바람직하지 않다는 결과가 얻어졌다.

상기와 같이, 텅스텐 또는 텅스텐과 몰리브덴 및/또는 니오븀이 탄탈륨의 균일하고 미세한 조직을 가져오는 것이지만, 다른 금속 성분, 금속성 비금속 성분, 산화물, 질화물, 탄화물 등의 세라믹스의 혼입은 유해하여 허용할 수 없다.

이들 불순물은 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀의 작용을 억제하는 작용을 한다고 생각되기 때문이다. 또, 이들 불순물은, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀과는 분명하게 달라, 탄탈륨 타깃의 결정 입경을 균일하게 마무리하는 것이 어려워, 스퍼터링 특성의 안정화에는 기여하지 않는다.

본원 발명의 탄탈륨 스퍼터링 타깃은, 보다 바람직한 범위로서 10 massppm 이상, 100 massppm 이하의 텅스텐을 필수 성분으로서 함유하고, 텅스텐 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.999 ％ 이상인 것이다.

또한, 텅스텐을 10 massppm 이상, 50 massppm 이하를 필수 성분으로서 함유하고, 텅스텐 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.999 ％ 를 초과하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃이다.

텅스텐과 몰리브덴 및/또는 니오븀을 공첨가하는 경우에 있어서도, 이들의 합계량에 있어서 상기 텅스텐과 동일한 성분 조정을 실시하여 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명의 탄탈륨 스퍼터링 타깃은, 또한 타깃 중의 텅스텐 함유량의 편차를 ±20 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 텅스텐과 몰리브덴 및/또는 니오븀을 공첨가하는 경우에 있어서도 마찬가지이다.

적당한 텅스텐의 함유가 탄탈륨 스퍼터링 타깃의 균일하고 미세한 조직을 형성하는 기능 (성질) 을 갖는 이상, 텅스텐이 보다 균일하게 분산되어 있는 것은, 타깃 조직의 균일하고 미세한 조직에 보다 강하게 공헌시킬 수 있다. 이 결과는, 텅스텐과 몰리브덴 및/또는 니오븀을 공첨가하는 경우에 있어서도 동일하게 얻을 수 있다.

당연히, 통상적인 제조 공정에 있어서 이들은 용이하게 달성할 수 있는 것이지만, 타깃의 텅스텐 함유량의 편차를 ±20 ％ 이하로 하는 점에 유의하여, 그 의도를 명확하게 갖는 것이 필요하다. 텅스텐과 몰리브덴 및/또는 니오븀을 공첨가하는 경우에 있어서도 마찬가지이다.

이 타깃의 텅스텐, 몰리브덴 및/또는 니오븀의 함유량의 편차에 대해서는, 예를 들어 원반 형상의 타깃에 있어서는, 원반의 중심을 통과하는 등분의 8 개의 선 상에 3 점 (중심점, 반경의 1/2 점, 외주 또는 그 근방점) 을 골라, 합계 17 점 {16 점 + 중심점 (중심점은 공통되어 있기 때문에 1 점)} 의 텅스텐, 몰리브덴 및/또는 니오븀의 함유량을 분석한다.

그리고, 각 점에 있어서, {(최대치 - 최소치) / (최대치 + 최소치)} × 100 의 식에 기초하여 편차를 계산할 수 있다.

본 발명의 탄탈륨 스퍼터링 타깃은, 또한 평균 결정 입경이 120 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 텅스텐의 적당한 첨가와 통상적인 제조 공정에 있어서, 결정 입경의 미세화를 달성할 수 있는 것이지만, 평균 결정 입경을 120 ㎛ 이하로 하는 점에 유의하여, 그 의도를 명확하게 갖는 것이 필요하다.

또, 이 결정 입경의 편차를 ±20 ％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

텅스텐과 몰리브덴 및/또는 니오븀을 공첨가하는 경우에 있어서도 마찬가지이다.

이 탄탈륨 타깃의 평균 결정 입경의 편차에 대해서는, 예를 들어 원반 형상의 타깃에 있어서는, 원반의 중심을 통과하는 등분의 8 개의 선 상에 3 점 (중심점, 반경의 1/2점, 외주 또는 그 근방점) 을 골라, 합계 17 점 {16 점 + 중심점 (중심점은 공통되어 있기 때문에 1 점)} 의 탄탈륨의 결정 입경을 측정한다.

그리고, 각 점에 있어서, {(최대치 - 최소치) / (최대치 + 최소치)} × 100 의 식에 기초하여 결정 입경의 편차를 계산할 수 있다.

이와 같은 타깃 조직은, 플라즈마가 안정적이고, 막의 균일성 (유니포미티) 이 우수하다. 또, 스퍼터링시의 플라즈마 안정화는 초기 단계에서도 안정화되기 때문에, 번인 시간을 단축시킬 수 있다는 효과를 갖는다.

실시예

다음으로, 실시예에 대해 설명한다. 또한, 본 실시예는 발명의 일례를 나타내기 위한 것으로, 본 발명은 이들 실시예에 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 기술 사상에 포함되는 다른 양태 및 변형을 포함하는 것이다.

(실시예 1)

순도 99.998 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 1 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 55 ㎜ 였다. 다음으로, 이 잉곳 또는 빌렛을 실온에서 코깅한 후, 1500 K 의 온도에서 재결정 소둔하였다. 이로써 평균 결정 입경이 200 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜, 직경 130 ㎜φ 의 재료가 얻어졌다.

다음으로, 이것을 재차 실온에서 코깅 및 업셋 단조하고, 다시 1480 K 온도에서 재결정 소둔을 실시하였다. 단조, 열처리를 재차 반복하고, 이로써 평균 결정 입경이 150 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜, 직경 130 ㎜φ 의 재료를 얻었다.

다음으로, 이것을 냉간에서 압연 및 1173 K 의 재결정 소둔을 실시하고, 마무리 가공을 실시하여 두께 10 ㎜, 직경 450 ㎜φ 의 타깃재로 하였다.

타깃의 평균 결정 입경은 120 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±20 ％ 였다. 또, 텅스텐 함유량의 편차는 ±20 ％ 였다. 이 결과를 표 2 에 나타낸다.

시트 저항은 막두께에 의존하기 때문에, 웨이퍼 (12 인치) 내의 시트 저항의 분포를 측정하고, 그에 따라 막두께의 분포 상황을 조사하였다. 구체적으로는, 웨이퍼 상의 49 점의 시트 저항을 측정하고, 그 표준 편차 (σ) 를 산출하였다. 그 결과를 마찬가지로 표 2 에 나타낸다. 표 2 로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 (2.6 ∼ 3.2 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과, 120 ㎾h 로 감소하였다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 2)

순도 99.999 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 5 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 50 ㎜ 였다. 다음으로, 이 잉곳 또는 빌렛을 실온에서 코깅한 후, 1500 K 의 온도에서 재결정 소둔하였다. 이로써 평균 결정 입경이 200 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜, 직경 130 ㎜φ 의 재료가 얻어졌다.

다음으로, 이것을 재차 실온에서 코깅 및 업셋 단조하고, 다시 1400 ∼ 1500 K 온도에서 재결정 소둔을 실시하였다. 단조, 열처리를 재차 반복하고, 이로써 평균 결정 입경이 100 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜, 직경 130 ㎜φ 의 재료를 얻었다.

다음으로, 이것을 냉간에서 압연 및 재결정 소둔을 실시하고, 마무리 가공을 실시하여 두께 10 ㎜, 직경 450 ㎜φ 의 타깃재로 하였다. 도중 및 최후 냉간 가공 그리고 재결정 소둔은, 이하의 평균 결정 입경 및 결정 입경의 편차가 되도록 조절하였다. 또한, 이 평균 결정 입경과 편차는 텅스텐의 첨가량에 따라서도 변화하지만, 본 실시예에서는 이들의 조절이 가능하였다.

타깃의 평균 결정 입경은 110 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±17 ％ 였다. 또, 텅스텐 함유량의 편차는 ±18 ％ 였다. 이 결과를 마찬가지로 표 2 에 나타낸다.

시트 저항은 막두께에 의존하기 때문에, 웨이퍼 (12 인치) 내의 시트 저항의 분포를 측정하고, 그에 따라 막두께의 분포 상황을 조사하였다. 구체적으로는, 웨이퍼 상의 49 점의 시트 저항을 측정하고, 그 표준 편차 (σ) 를 산출하였다.

그 결과를 마찬가지로 표 2 에 나타낸다. 표 2 로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 (2.5 ∼ 3.0 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과, 100 ㎾h 로 감소하였다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 3)

순도 99.999 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 10 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 45 ㎜ 였다.

다음으로, 이 잉곳 또는 빌렛을 실온에서 코깅한 후, 1500 K 의 온도에서 재결정 소둔하였다. 이로써 평균 결정 입경이 200 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜, 직경 130 ㎜φ 의 재료가 얻어졌다.

타깃의 평균 결정 입경은 90 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±15 ％ 였다. 또, 텅스텐 함유량의 편차는 ±16 ％ 였다. 이 결과를 마찬가지로 표 2 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 2 에 나타낸다. 표 2 로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 (2.3 ∼ 2.7 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과, 90 ㎾h 로 감소하였다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 4)

순도 99.999 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 20 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 40 ㎜ 였다.

타깃의 평균 결정 입경은 85 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±10 ％ 였다. 또, 텅스텐 함유량의 편차는 ±12 ％ 였다. 이 결과를 마찬가지로 표 2 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 2 에 나타낸다. 표 2 로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 (2.0 ∼ 2.2 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과, 87 ㎾h 로 감소하였다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 5)

순도 99.999 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 50 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 35 ㎜ 였다.

다음으로, 이것을 냉간에서 코깅과 업셋 단조 및 재결정 소둔을 실시하고, 마무리 가공을 실시하여 두께 10 ㎜, 직경 450 ㎜φ 의 타깃재로 하였다. 도중 및 최후 냉간 가공 그리고 재결정 소둔은, 이하의 평균 결정 입경 및 결정 입경의 편차가 되도록 조절하였다. 또한, 이 평균 결정 입경과 편차는 텅스텐의 첨가량에 따라서도 변화하지만, 본 실시예에서는 이들의 조절이 가능하였다.

타깃의 평균 결정 입경은 80 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±8 ％ 였다. 또, 텅스텐 함유량의 편차는 ±10 ％ 였다. 이 결과를 마찬가지로 표 2 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 2 에 나타낸다. 표 2 로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 (1.7 ∼ 1.9 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과, 85 ㎾h 로 감소하였다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 6)

순도 99.999 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 70 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 30 ㎜ 였다.

타깃의 평균 결정 입경은 75 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±7 ％ 였다. 또, 텅스텐 함유량의 편차는 ±8 ％ 였다. 이 결과를 마찬가지로 표 2 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 2 에 나타낸다. 표 2 로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 (1.3 ∼ 1.5 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과, 82 ㎾h 로 감소하였다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 7)

순도 99.999 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 100 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 25 ㎜ 였다.

타깃의 평균 결정 입경은 70 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±5 ％ 였다. 또, 텅스텐 함유량의 편차는 ±6 ％ 였다. 이 결과를 마찬가지로 표 2 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 2 에 나타낸다. 표 2 로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 (1.0 ∼ 1.2 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과, 80 ㎾h 로 감소하였다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(비교예 1)

순도 99.995 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 0.5 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 60 ㎜ 였다.

다음으로, 이것을 냉간에서 압연 및 재결정 소둔을 실시하고, 마무리 가공을 실시하여 두께 10 ㎜, 직경 450 ㎜φ 의 타깃재로 하였다. 도중 및 최후 냉간 가공 그리고 재결정 소둔을 적당한 평균 결정 입경 및 결정 입경의 편차가 되도록 조절하였지만, 본 비교예에서는 이들의 조절이 불가능하여, 타깃의 평균 결정 입경은 130 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±35 ％ 였다. 또, 텅스텐 함유량의 편차는 ±40 ％ 였다. 이 결과를 마찬가지로 표 2 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 2 에 나타낸다. 표 2 로부터 알 수 있듯이, 본 비교예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 커지는 (3.8 ∼ 6.0 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 커지는 것을 나타냈다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과, 200 ㎾h 로 증가하였다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화하지 못하고, 막의 균일성 (유니포미티) 도 불량하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 없었다.

이상에 대해, 순도 99.999 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 0.5 massppm 을 첨가한 경우에 대해서도 동일한 시험을 해 보았지만, 이 비교예 1 과 동일한 경향이 보여졌다. 이것은, 탄탈륨의 순도에도 영향을 미치는 것이 분명하였다.

(비교예 2)

순도 99.999 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 150 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 20 ㎜ 였다.

다음으로, 이것을 냉간에서 압연 및 재결정 소둔을 실시하고, 마무리 가공을 실시하여 두께 10 ㎜, 직경 450 ㎜φ 의 타깃재로 하였다. 도중 및 최후 냉간 가공 그리고 재결정 소둔을 적당한 평균 결정 입경 및 결정 입경의 편차가 되도록 조절하였지만, 본 비교예에서는 이들의 조절이 불가능하여, 타깃의 평균 결정 입경은 일단 80 ㎛ 였지만, 결정 입경의 편차는 ±50 ％ 로, 편석에 의한 편차가 컸다. 또, 텅스텐 함유량의 편차는 ±70 ％ 였다. 이 결과를 마찬가지로 표 2 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 2 에 나타낸다. 표 2 로부터 알 수 있듯이, 본 비교예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 커지는 (4.5 ∼ 7.0 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 커지는 것을 나타냈다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과, 130 ㎾h 로 증가하였다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화하지 못하고, 막의 균일성 (유니포미티) 도 불량하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 없었다.

(실시예 8)

순도 99.998 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 2.2 massppm, 몰리브덴 32 massppm, 니오븀 12 massppm, 합계 첨가량 46.2 massppm 을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 55 ㎜ 였다.

다음으로, 이것을 재차 실온에서 코깅 및 업셋 단조하고, 다시 1400 ∼ 1500 K 온도에서 재결정 소둔을 실시하였다. 단조, 열처리를 재차 반복하고, 이로써 평균 결정 입경이 130 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜, 직경 130 ㎜φ 의 재료를 얻었다.

타깃의 평균 결정 입경은 85 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±11 ％ 였다. 또, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀 함유량의 편차는 ±6 ％ 이내였다. 이상의 결과를 표 3 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 3 에 나타낸다. 표 3 으로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 (2.0 ∼ 2.5 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과, 55 ㎾h 로 감소하였다. 이 결과도 표 3 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 9)

순도 99.998 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 3.2 massppm, 몰리브덴 67 massppm, 니오븀 2.4 massppm, 합계 첨가량 72.6 massppm 인 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 55 ㎜ 였다.

타깃의 평균 결정 입경은 50 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±7 ％ 였다. 또, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀 함유량의 편차는 ±8 ％ 이내였다. 이상의 결과를 표 3 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 3 에 나타낸다. 표 3 으로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 (1.5 ∼ 1.9 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과, 40 ㎾h 로 감소하였다. 이 결과도 표 3 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 10)

순도 99.998 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 3.7 massppm, 몰리브덴 0.9 massppm, 니오븀 5.1 massppm, 합계 첨가량 9.7 massppm 을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 55 ㎜ 였다.

다음으로, 이것을 재차 실온에서 코깅 및 업셋 단조하고, 다시 1400 ∼ 1500 K 온도에서 재결정 소둔을 실시하였다. 단조, 열처리를 재차 반복하고, 이로써 평균 결정 입경이 150 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜, 직경 130 ㎜φ 의 재료를 얻었다.

타깃의 평균 결정 입경은 95 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±18 ％ 였다. 또, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀 함유량의 편차는 ±12 ％ 이내였다. 이상의 결과를 표 3 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 3 에 나타낸다. 표 3 으로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 (2.3 ∼ 3.2 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과, 80 ㎾h 로 감소하였다. 이 결과도 표 3 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 11)

순도 99.998 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 11 massppm, 니오븀 16 massppm 을 첨가하고 (이 경우, 몰리브덴은 첨가하지 않았다), 합계 첨가량 27 massppm 으로 한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 55 ㎜ 였다.

타깃의 평균 결정 입경은 92 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±13 ％ 였다. 또, 텅스텐, 니오븀 함유량의 편차는 ±16 ％ 이내였다. 이상의 결과를 표 3 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 3 에 나타낸다. 표 3 으로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 (2.2 ∼ 2.9 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과, 60 ㎾h 로 감소하였다. 이 결과도 표 3 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 12)

순도 99.998 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 12 massppm, 몰리브덴 1.5 massppm, 니오븀 18 massppm 을 첨가하고, 합계 첨가량을 31.5 massppm 으로 한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 55 ㎜ 였다.

타깃의 평균 결정 입경은 90 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±14 ％ 였다. 또, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀 함유량의 편차는 ±10 ％ 이내였다. 이상의 결과를 표 3 에 나타낸다.

(실시예 13)

순도 99.998 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 17 massppm, 니오븀 42 massppm, 합계량 59 massppm 을 첨가한 (이 경우, 몰리브덴은 첨가하지 않았다) 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 55 ㎜ 였다.

타깃의 평균 결정 입경은 55 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±7 ％ 였다. 또, 텅스텐, 니오븀 함유량의 편차는 ±11 ％ 이내였다. 이상의 결과를 표 3 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 3 에 나타낸다. 표 3 으로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 (1.4 ∼ 1.7 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과, 45 ㎾h 로 감소하였다. 이 결과도 표 3 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 14)

순도 99.998 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 18 massppm, 몰리브덴 2.1 massppm, 니오븀 22 massppm, 합계 첨가량 42.1 massppm 을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 55 ㎜ 였다.

타깃의 평균 결정 입경은 87 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±12 ％ 였다. 또, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀 함유량의 편차는 ±11 ％ 이내였다. 이상의 결과를 표 3 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 3 에 나타낸다. 표 3 으로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 (1.9 ∼ 2.3 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과, 50 ㎾h 로 감소하였다. 이 결과도 표 3 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 15)

순도 99.998 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 23 massppm, 몰리브덴 0.69 massppm, 니오븀 25 massppm, 합계 첨가량 48.69 massppm 을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 55 ㎜ 였다.

타깃의 평균 결정 입경은 73 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±8 ％ 였다. 또, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀 함유량의 편차는 ±15 ％ 이내였다. 이상의 결과를 표 3 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 3 에 나타낸다. 표 3 으로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 (1.7 ∼ 2.3 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

(실시예 16)

순도 99.998 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 24 massppm, 몰리브덴 0.97 massppm, 니오븀 75 massppm, 합계 첨가량 99.97 massppm 을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 55 ㎜ 였다.

다음으로, 이것을 재차 실온에서 코깅 및 업셋 단조하고, 다시 1400 ∼ 1500 K 온도에서 재결정 소둔을 실시하였다. 단조, 열처리를 재차 반복하고, 이로써 평균 결정 입경이 120 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜, 직경 130 ㎜φ 의 재료를 얻었다.

타깃의 평균 결정 입경은 47 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±5 ％ 였다. 또, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀 함유량의 편차는 ±8 ％ 이내였다. 이상의 결과를 표 3 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 3 에 나타낸다. 표 3 으로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 (1.3 ∼ 1.6 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과, 35 ㎾h 로 감소하였다. 이 결과도 표 3 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 17)

순도 99.998 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 53 massppm, 몰리브덴 1.4 massppm, 합계 첨가량 54.4 를 첨가한 (이 경우에는, 니오븀을 첨가하지 않았다) 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 55 ㎜ 였다.

타깃의 평균 결정 입경은 60 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±10 ％ 였다. 또, 텅스텐, 몰리브덴 함유량의 편차는 ±9 ％ 이내였다. 이상의 결과를 표 3 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 3 에 나타낸다. 표 3 으로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 (1.6 ∼ 2.6 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

(실시예 18)

순도 99.998 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 57 massppm, 몰리브덴 48 massppm, 니오븀 45 massppm, 합계 첨가량 150 massppm 을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 55 ㎜ 였다.

타깃의 평균 결정 입경은 40 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±7 ％ 였다. 또, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀 함유량의 편차는 ±15 ％ 이내였다. 이상의 결과를 표 3 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 3 에 나타낸다. 표 3 으로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 (1.5 ∼ 2.3 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

(실시예 19)

순도 99.998 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 70 massppm, 몰리브덴 31.5 massppm, 니오븀 44.7 massppm, 합계 첨가량 146.2 massppm 을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 55 ㎜ 였다.

타깃의 평균 결정 입경은 41 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±8 ％ 였다. 또, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀 함유량의 편차는 ±17 ％ 이내였다. 이상의 결과를 표 3 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 3 에 나타낸다. 표 3 으로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 (1.6 ∼ 2.1 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

(실시예 20)

순도 99.998 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 69.8 massppm, 몰리브덴 50 massppm, 니오븀 30 massppm, 합계 첨가량 149.8 massppm 을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 55 ㎜ 였다.

타깃의 평균 결정 입경은 45 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±6 ％ 였다. 또, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀 함유량의 편차는 ±15 ％ 이내였다. 이상의 결과를 표 3 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 3 에 나타낸다. 표 3 으로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 (1.5 ∼ 2.4 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

(비교예 3)

순도 99.995 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 1.5 massppm, 몰리브덴 120 massppm, 니오븀 40 massppm, 합계 첨가량 161.5 massppm 을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 60 ㎜ 였다.

다음으로, 이것을 재차 실온에서 코깅 및 업셋 단조하고, 다시 1400 ∼ 1500 K 온도에서 재결정 소둔을 실시하였다. 단조, 열처리를 재차 반복하고, 이로써 평균 결정 입경이 100 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜, 직경 20 ㎜φ 의 재료를 얻었다.

다음으로, 이것을 냉간에서 압연 및 재결정 소둔을 실시하고, 마무리 가공을 실시하여 두께 10 ㎜, 직경 450 ㎜φ 의 타깃재로 하였다. 도중 및 최후 냉간 가공 그리고 재결정 소둔을 적당한 평균 결정 입경 및 결정 입경의 편차가 되도록 조절하였지만, 본 비교예에서는 이들의 조절이 불가능하여, 타깃의 평균 결정 입경은 34 ㎛ (미재결정이 존재) 이고, 결정 입경의 편차는 ±60 ％ 였다. 또, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀 함유량의 편차는 ±25 ％ 였다. 이 결과를 마찬가지로 표 3 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 3 에 나타낸다. 표 3 으로부터 알 수 있듯이, 본 비교예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 커지는 (4.0 ∼ 6.5 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 커지는 것을 나타냈다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과, 150 ㎾h 로 증가하였다. 이 결과도 표 3 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화하지 못하고, 막의 균일성 (유니포미티) 도 불량하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 없었다.

(비교예 4)

순도 99.998 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 5.5 massppm, 몰리브덴 1.5 massppm, 니오븀 150 massppm, 합계 첨가량 157 massppm 을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 20 ㎜ 였다.

다음으로, 이것을 냉간에서 압연 및 재결정 소둔을 실시하고, 마무리 가공을 실시하여 두께 10 ㎜, 직경 450 ㎜φ 의 타깃재로 하였다. 도중 및 최후 냉간 가공 그리고 재결정 소둔을 적당한 평균 결정 입경 및 결정 입경의 편차가 되도록 조절하였지만, 본 비교예에서는 이들의 조절이 불가능하여, 타깃의 평균 결정 입경은 15 ㎛ 이지만, 미재결정을 포함하고, 결정 입경의 편차는 ±50 ％ 로 편석에 의한 편차가 컸다. 또, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀 함유량의 편차는 ±30 ％ 였다. 이 결과를 마찬가지로 표 3 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 3 에 나타낸다. 표 3 으로부터 알 수 있듯이, 본 비교예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 커지는 (5.2 ∼ 7.5 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 커지는 것을 나타냈다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과, 300 ㎾h 로 증가하였다. 이 결과도 표 3 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화하지 못하고, 막의 균일성 (유니포미티) 도 불량하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 없었다.

(비교예 5)

순도 99.998 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐 62.7 massppm, 몰리브덴 53.4 massppm, 니오븀 48.7 massppm, 합계 첨가량 164.8 massppm 을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 20 ㎜ 였다.

다음으로, 이것을 냉간에서 압연 및 재결정 소둔을 실시하고, 마무리 가공을 실시하여 두께 10 ㎜, 직경 450 ㎜φ 의 타깃재로 하였다. 도중 및 최후 냉간 가공 그리고 재결정 소둔을 적당한 평균 결정 입경 및 결정 입경의 편차가 되도록 조절하였지만, 본 비교예에서는 이들의 조절이 불가능하여, 타깃의 평균 결정 입경은 20 ㎛ 이지만, 미재결정을 포함하고, 결정 입경의 편차는 ±50 ％ 로 편석에 의한 편차가 컸다.

또, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀 함유량의 편차는 ±25 ％ 였다. 이 결과를 마찬가지로 표 3 에 나타낸다.

그 결과를 마찬가지로 표 3 에 나타낸다. 표 3 으로부터 알 수 있듯이, 본 비교예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 커지는 (4.1 ∼ 6.7 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 커지는 것을 나타냈다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과, 170 ㎾h 로 증가하였다. 이 결과도 표 3 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화하지 못하고, 막의 균일성 (유니포미티) 도 불량하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 없었다.

이상에 대해, 순도 99.998 ％ 의 탄탈륨에 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀을 첨가한 경우에, 토탈의 양이 150 massppm 을 초과하는 첨가량이 되고 나서 급속하게 결정 입경의 조대화와 편차가 커지고, 또한 텅스텐, 니오븀, 몰리브덴 함유랑의 편차도 현저해졌다. 이것은, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀이 편석된 결과라고 생각되며, 과도한 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀의 첨가는 바람직하지 않다는 것을 알 수 있었다.

산업상 이용가능성

본 발명은, 탄탈륨 스퍼터링 타깃에 있어서, 1 massppm 이상, 100 massppm 이하의 텅스텐을 필수 성분으로서 함유시키고, 텅스텐 및 가스 성분을 제외한 순도를 99.998 ％ 이상으로 함으로써 균일하고 미세한 조직을 구비하고, 플라즈마가 안정적이며, 막의 균일성 (유니포미티) 이 우수한 고순도 탄탈륨 스퍼터링 타깃을 제공 할 수 있다는 우수한 효과를 갖는다. 또, 스퍼터링시의 플라즈마 안정화는, 초기 단계에서도 안정화되므로 번인 시간을 단축할 수 있다는 효과를 갖기 때문에, 일렉트로닉스 분야, 특히 복잡한 형상의 피막의 형성이나 회로의 형성 혹은 배리어막의 형성 등에 적합한 타깃으로서 유용하다.

Claims

삭제
10 massppm 이상, 100 massppm 이하의 텅스텐을 필수 성분으로서 함유하고, 잔부가 가스 성분, 불순물 성분 및 탄탈륨으로 이루어지며, 상기 잔부에 있어서 상기 가스 성분을 제외한 탄탈륨의 순도가 99.998 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
10 massppm 이상, 50 massppm 이하의 텅스텐을 필수 성분으로서 함유하고, 잔부가 가스 성분, 불순물 성분 및 탄탈륨으로 이루어지며, 상기 잔부에 있어서 상기 가스 성분을 제외한 탄탈륨의 순도가 99.998 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
타깃 중의 텅스텐 함유량의 편차가 ±20 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
평균 결정 입경이 120 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
제 5 항에 있어서,
결정 입경의 편차가 ±20 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
추가로, 몰리브덴과 니오븀의 합계 함유량, 몰리브덴의 함유량 및 니오븀의 함유량 중 어느 하나의 함유량이 0 ∼ 100 massppm (단 0 massppm 을 제외한다) 이고, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀의 합계 함유량이 10 massppm 초과, 150 massppm 이하이고, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
제 7 항에 있어서,
추가로, 몰리브덴과 니오븀의 합계 함유량, 몰리브덴의 함유량 및 니오븀의 함유량 중 어느 하나의 함유량이 10 massppm 이상, 100 massppm 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
제 7 항에 있어서,
추가로, 몰리브덴과 니오븀의 합계 함유량, 몰리브덴의 함유량 및 니오븀의 함유량 중 어느 하나의 함유량이 10 massppm 이상, 50 massppm 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
제 7 항에 있어서,
타깃 중의 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀의 함유량의 편차가 ±20 ％ 이내인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
제 7 항에 있어서,
평균 결정 입경이 120 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
제 11 항에 있어서,
결정 입경의 편차가 ±20 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
1 massppm 이상, 100 massppm 이하의 텅스텐을 필수 성분으로서 함유하고, 잔부가 가스 성분, 불순물 성분 및 탄탈륨으로 이루어지며, 상기 잔부에 있어서 상기 가스 성분을 제외한 탄탈륨의 순도가 99.998 ％ 이상이고, 타깃 중의 텅스텐 함유랑의 편차가 ±20 ％ 인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
1 massppm 이상, 100 massppm 이하의 텅스텐을 필수 성분으로서 함유하고, 잔부가 가스 성분, 불순물 성분 및 탄탈륨으로 이루어지며, 상기 잔부에 있어서 상기 가스 성분을 제외한 탄탈륨의 순도가 99.998 ％ 이상이고, 평균 결정 입경이 120 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
1 massppm 이상, 100 massppm 이하의 텅스텐을 필수 성분으로서 함유하고, 잔부가 가스 성분, 불순물 성분 및 탄탈륨으로 이루어지며, 상기 잔부에 있어서 상기 가스 성분을 제외한 탄탈륨의 순도가 99.998 ％ 이상이고, 타깃 중의 텅스텐 함유랑의 편차가 ±20 ％ 이하이며, 평균 결정 입경이 120 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
결정 입경의 편차가 ±20 ％ 이내인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
평균 결정 입경이 120 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
제 8 항에 있어서,
타깃 중의 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀의 함유량의 편차가 ±20 ％ 이내인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
제 9 항에 있어서,
타깃 중의 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀의 함유량의 편차가 ±20 ％ 이내인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
제 8 항에 있어서,
평균 결정 입경이 120 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
제 9 항에 있어서,
평균 결정 입경이 120 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
제 10 항에 있어서,
평균 결정 입경이 120 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
제 18 항에 있어서,
평균 결정 입경이 120 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.
제 19 항에 있어서,
평균 결정 입경이 120 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타깃.