KR101953493B1

KR101953493B1 - 스퍼터링 타깃용 모합금 및 스퍼터링 타깃의 제조 방법

Info

Publication number: KR101953493B1
Application number: KR1020177010329A
Authority: KR
Inventors: 다카유키 아사노; 구니히로 오다
Original assignee: 제이엑스금속주식회사
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2019-02-28
Also published as: TW201619416A; JPWO2016052371A1; US10704137B2; WO2016052371A1; CN115094390A; KR20170056003A; TWI661064B; US20200308692A1; US20170218502A1; CN107075666A

Abstract

스퍼터링 타깃용 모합금이며, 모합금을 구성하는 원소를, 다음의 X1, X2, Y1, Y2, Y3으로 한 경우,
X1: Ta 또는 W 중 1종 또는 2종
X2: Ru, Mo, Nb 또는 Hf 중 1종 이상
Y1: Cr 또는 Mn 중 1종 또는 2종
Y2: Co 또는 Ni 중 1종 또는 2종
Y3: Ti 또는 V 중 1종 또는 2종
상기 구성 원소의 X1-Y1, X1-Y2, X1-Y3, X2-Y1, X2-Y2 중 어느 1종의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃용 모합금을 제공한다. 이에 의해, 결함이 적고, 고밀도이며 균일한 합금 조성의 타깃을 얻는 것이 가능하고, 이 타깃을 사용함으로써, 고속이며 균질하고, 파티클이 적은 합금 배리어막의 성막을 가능하게 하는 소결체 스퍼터링 타깃을 제공할 수 있는 우수한 효과를 갖는다.

Description

스퍼터링 타깃용 모합금 및 스퍼터링 타깃의 제조 방법 {MASTER ALLOY FOR SPUTTERING TARGET AND METHOD FOR MANUFACTURING SPUTTERING TARGET}

본 발명은, 스퍼터링 타깃용 모합금을 사용함으로써, 원료 분말의 조성 및 내부 조직을 균일하게 하고, 균질한 막을 성막 가능하게 하는 스퍼터링 타깃용 모합금 및 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 관한 것이다.

차세대 배리어 메탈로서, Cu 시드층과 「쌍」으로 사용되는 배리어막의 후보로서 들 수 있는 합금막의 특성을 겸비한, 합금 원소의 조합 및 그 제조 방법이 요구되고 있다.

예를 들어, 이러한 합금의 X를 주성분으로 하고, Y 성분을 포함하는 합금으로 한 경우, 통상 Y 성분이 0.1∼40원자％의 범위의 합금(XY 합금)으로서 사용된다. 이러한 합금의 경우, X가 높은 융점(예를 들어, Ta: 융점 3017℃)이고, Y가 낮은 비점(예를 들어, Mn: 비점 2061℃)의 조합인 경우에는, X를 용해하는 조건에서는, Y가 휘발되므로, 용해법으로는 조성의 제어가 불가능해진다.

공지 문헌을 보면, 특허문헌 1에는, 조성 균일성이 높은 반강자성 강화막을 성막 가능한 스퍼터링 타깃, 반강자성체막, 그것을 구비하는 자기 저항 효과 소자, 자기 헤드 및 자기 저항 효과형 랜덤 액세스 메모리가 기재되어 있다.

구체적으로는, 니켈, 팔라듐, 백금, 코발트, 로듐, 이리듐, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨, 구리, 은, 금, 루테늄, 오스뮴, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐 및 레늄으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와, 망간으로 이루어지고, 스퍼터되는 표면 1㎠당 결함 수가 10개 이하인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃이 기재되어 있다.

그리고, 상기 스퍼터링 타깃을 사용하여 성막된 것인 반강자성체막, 상기 반강자성체막을 구비하는 자기 저항 효과 소자, 상기 반강자성체막을 구비하는 터널 자기 저항 효과 소자, 상기 자기 저항 효과 소자를 구비하는 자기 헤드 및 상기 터널 자기 저항 효과 소자를 구비하는 자기 저항 효과형 랜덤 액세스 메모리로 하는 것이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는, Ni, Pd, Pt, Co, Rh, Ir, V, Nb, Ta, Cu, Ag, Au, Ru, Os, Cr, Mo, W 및 Re로부터 선택되는 적어도 1종의 R 원소와, Mn으로 이루어지는 스퍼터링 타깃이며, 타깃 조직의 적어도 일부로서, 상기 R 원소와 Mn의 합금상 및 화합물상으로부터 선택되는 적어도 1종을 갖는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃, 및 이것을 사용하여 형성한 반강자성체막 및 자기 저항 효과 소자가 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는, Ni, Pd, Pt, Co, Rh, Ir, V, Nb, Ta, Cu, Ag, Au, Ru, Os, Cr, Mo, W 및 Re로부터 선택되는 적어도 1종의 R 원소와, Mn으로 이루어지는 스퍼터링 타깃이며, 타깃 중의 산소 함유량을 1중량％ 이하(0을 포함함)로 한다. 반강자성체막(3)은, 이러한 스퍼터링 타깃을 사용하여, 스퍼터 성막하여 이루어지는 것이다. 반강자성체막(3)은, 예를 들어 강자성체막(4)과 적층하여 교환 결합막(2)으로서 사용되고, 이러한 교환 결합막(2)은 자기 저항 효과 소자 등에 사용되는 것이 기재되어 있다.

그러나, 이들 문헌에는, 합금의 한쪽의 성분의 융점이 높고, 다른 쪽의 성분의 비점이 낮은 경우에 있어서, 이것들을 용해하는 경우에, 한쪽의 금속 성분이 휘발되므로, 목적으로 하는 합금 조성이 변동되어, 제어가 불가능해진다고 하는 문제가 있지만, 그것을 해결하기 위한 방법은 개시되어 있지 않다.

일본 특허 공개 제2003-64473호 공보 국제 공개 제98/22636호 일본 특허 공개 제2000-160332호 공보

종래, 합금의 한쪽의 성분의 융점이 높고, 다른 쪽의 성분의 비점이 낮은 경우에 있어서, 용해하여 합금을 제조하는 경우에, 한쪽의 금속 성분이 휘발되므로, 목적으로 하는 합금 조성이 변동되어, 제어가 불가능해진다고 하는 문제가 있다. 본 발명은, 이러한 문제를 해결할 수 있는 스퍼터링 타깃 및 스퍼터링 타깃의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 이에 의해, 결함이 적고, 고밀도이며 균일한 합금 조성의 타깃을 얻는 것, 그리고 이러한 타깃을 사용함으로써, 고속으로 균질하고, 파티클이 적은 합금 배리어막의 성막을 가능하게 하는 소결체 스퍼터링 타깃을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명자는 예의 연구를 행한 결과, 모합금을 사용함으로써 원료 분말의 조성 및 내부 조직을 균일하게 하고, 균질한 막을 성막할 수 있다는 새로운 지견을 얻었다. 이러한 지견에 기초하여, 본 발명은 하기의 1) 내지 8)의 발명을 제공하는 것이다.

1) 스퍼터링 타깃용 모합금이며, 모합금을 구성하는 원소를, 다음의 X1, X2, Y1, Y2, Y3으로 한 경우,

X1: Ta 또는 W 중 1종 또는 2종

X2: Ru, Mo, Nb 또는 Hf 중 1종 이상

Y1: Cr 또는 Mn 중 1종 또는 2종

Y2: Co 또는 Ni 중 1종 또는 2종

Y3: Ti 또는 V 중 1종 또는 2종

상기 구성 원소의 X1-Y1, X1-Y2, X1-Y3, X2-Y1, X2-Y2 중 어느 1종의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃용 모합금.

2) 상기 Y1, Y2, Y3의 조성 비율이, 모합금을 구성하는 전체 조성의 50.0∼80.0원자％의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 상기 1)에 기재된 스퍼터링 타깃용 모합금.

3) 모합금을 구성하는, 한쪽의 구성 금속인 X1 또는 X2와, 다른 쪽의 구성 금속인 Y1, Y2, Y3이, 금속간 화합물을 형성하거나 또는 전율 고용되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 1) 내지 2) 중 어느 한 항에 기재된 스퍼터링 타깃용 모합금.

4) 상기 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 스퍼터링 타깃용 모합금을 분쇄하고, 상기 X1 또는 X2로 구성되는 분말과 혼합·소결하여, 배리어 메탈용 스퍼터링 타깃 재료로 하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃의 제조 방법.

5) 모합금을 구성하는, Y1, Y2, Y3의 조성이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 혼합·소결하는 것을 특징으로 하는 상기 4)에 기재되는 스퍼터링 타깃의 제조 방법.

6) 상기 스퍼터링 타깃의 면 내의 Y1, Y2, Y3의 금속 조성의 변동이 30％ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) 내지 5) 중 어느 한 항에 기재된 스퍼터링 타깃.

7) 상기 스퍼터링 타깃의 면 내의 Y1, Y2, Y3의 금속 조성의 변동이 20％ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) 내지 5) 중 어느 한 항에 기재된 스퍼터링 타깃.

8) 상기 스퍼터링 타깃의 면 내의 Y1, Y2, Y3의 금속 조성의 변동이 15％ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) 내지 5) 중 어느 한 항에 기재된 스퍼터링 타깃.

본 발명은, 스퍼터링 타깃용 모합금을 사용함으로써, 원료 분말의 조성 및 내부 조직을 균일하게 하고, 균질한 막을 성막 가능하게 하는 스퍼터링 타깃용 모합금 및 스퍼터링 타깃의 제조 방법을 제공하는 것이며, 이에 의해, 결함이 적고, 고밀도이며 균일한 합금 조성의 타깃을 얻는 것을 가능하게 하고, 이 타깃을 사용함으로써, 고속으로 균질하고, 파티클이 적은 합금 배리어막의 성막을 가능하게 하는 소결체 스퍼터링 타깃을 제공할 수 있는 우수한 효과를 갖는다.

본 발명은, 상기한 바와 같이, 스퍼터링 타깃용 모합금이며, 모합금을 구성하는 원소를, 다음의 X1, X2, Y1, Y2, Y2, Y3으로 한 경우,

X1: Ta 또는 W 중 1종 또는 2종

X2: Ru, Mo, Nb 또는 Hf 중 1종 이상

Y1: Cr 또는 Mn 중 1종 또는 2종

Y2: Co 또는 Ni 중 1종 또는 2종

Y3: Ti 또는 V 중 1종 또는 2종

상기 구성 원소의 X1-Y1, X1-Y2, X1-Y3, X2-Y1, X2-Y2 중 어느 1종의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃용 모합금을 제공한다. 상기 조성의 모합금은, 용해법에 의해 제작할 수 있다.

상기 X1, X2를 총칭하여 「X」로 하고, Y1, Y2, Y3을 총칭하여 「Y」로 하여 설명하면, 상기 Y의 조성이 높아짐에 따라서, 비점이 낮아지므로, 고 Y 함유 조성의 모합금에서는, Y의 휘발을 억제하는 조건에서 용해가 가능해진다.

또한 용해된 모합금은 분쇄 가능하고, 조성 제어를 위해 X분말과 혼합하여 소결 중인 반응을 최저한으로 억제하는 조성 범위로 하고, Y 단독의 조성을 포함하지 않고, 금속간 화합물상으로서 존재할 수 있는 50.0∼80.0at％ Y의 범위를 선택함으로써, 조성 제어용 원료 분말을 얻는 것이 가능해진다.

그리고, 분쇄한 모합금과 금속 분말을 혼합, 소결하여, 소정의 조성이며, 또한 면 내 조성이 균일한 TG의 제작이 가능해진다.

이에 의해, 결함이 적고, 고밀도이며 균일한 합금 조성의 타깃을 얻을 수 있고, 이 타깃을 사용함으로써, 고속으로 균질하고, 파티클이 적은 XY 성분의 합금 배리어막의 성막이 가능해진다. 또한, 300㎜용 사이즈의 타깃의 제작도 가능해진다.

상기 Y1, Y2, Y3의 조성 비율이, 모합금을 구성하는 전체 조성의 50.0∼80.0원자％의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이것은 일반적으로 조성이 X에 근접할수록 융점이 높아짐으로써, Y 합금의 휘발이 발생해 버리고, 조성이 Y에 근접하면 Y 단상의 영역이 생긴다고 하는 이유에 의한다.

모합금을 구성하는, 한쪽의 구성 금속인 X1 또는 X2와, 다른 쪽의 구성 금속인 Y1, Y2, Y3이, 금속간 화합물을 형성하거나 또는 전율 고용되어 있는 것이 바람직하다. 이것은 타깃의 조직을 균일화하는 데 유효하며, 또한 중요하다.

스퍼터링 타깃을 제조할 때에는, 스퍼터링 타깃용 모합금을 분쇄하고, 상기 X1 또는 X2로 구성되는 분말과 혼합·소결하여, 배리어 메탈용 스퍼터링 타깃 재료로 하고, 스퍼터링 타깃을 제조한다. 이에 의해, 결함이 적고, 고밀도이며 균일한 합금 조성의 타깃을 얻는 것을 가능하게 한다.

모합금을 구성하는, Y1, Y2, Y3의 조성이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 혼합·소결하는 것이 바람직하다.

상기 스퍼터링 타깃의 면 내의 Y1, Y2, Y3의 금속 조성의 변동이 30％ 이하, 보다 바람직하게는 20％ 이하, 더욱 바람직하게는 15％ 이하로 하는 것이 좋다.

또한, 변동의 측정 시에는, 타깃 면 내의 임의의 점(예를 들어, 타깃 면 내 십자의 9개소)의 조성을 측정하여, 「(최댓값－최솟값)/최댓값×100％의 값을 변동」이라고 정의할 수 있다.

실시예

다음으로, 실시예 및 비교예에 대해 설명한다. 또한, 이들 실시예 및 비교예는, 본원 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며, 발명의 내용은 이것들에 의해 제한되는 것이 아닌 것은 이해되어야 한다.

(실시예 1)

본 실시예 1에 대해서는, W-75원자％ V의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에, W 분말을 더 첨가하고, V의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, W-26원자％ V의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1550℃로 하였다. 모합금의 조성(V 성분)의 변동은 2.6％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 표 1에 나타낸다.

(실시예 2)

본 실시예 2에 대해서는, W-66원자％ Ti의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 W 분말을 더 첨가하고, Ti의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, W-10.1원자％ Ti의 조성의 재료 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1550℃로 하였다. 모합금의 조성(Ti 성분)의 변동은 2.4％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(실시예 3)

본 실시예 3에 대해서는, W-57원자％ Co의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 W 분말을 더 첨가하고, Co의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, W-1.4원자％ Co의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1350℃로 하였다. 모합금의 조성(Co 성분)의 변동은 4.9％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(실시예 4)

본 실시예 4에 대해서는, W-58원자％ Ni의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 W 분말을 더 첨가하고, Ni의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, W-19.2원자％ Ni의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1350℃로 하였다. 모합금의 조성(Ni 성분)의 변동은 8.5％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(실시예 5)

본 실시예 5에 대해서는, W-73원자％ Cr의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 W 분말을 더 첨가하고, Cr의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, W-21.4원자％ Cr의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1550℃로 하였다. 모합금의 조성(Cr 성분)의 변동은 3.1％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(실시예 6)

본 실시예 6에 대해서는, W-50원자％ Mn의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 W 분말을 더 첨가하고, Mn의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, W-27.5원자％ Mn의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1150℃로 하였다. 모합금의 조성(Mn 성분)의 변동은 1.5％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(실시예 7)

본 실시예 7에 대해서는, Ta-71원자％ V의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 Ta 분말을 더 첨가하고, V의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, Ta-6.3원자％ V의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1550℃로 하였다. 모합금의 조성(V 성분)의 변동은 1.0％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(실시예 8)

본 실시예 8에 대해서는, Ta-55원자％ Ti의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 Ta 분말을 더 첨가하고, Ti의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, Ta-32.8원자％ Ti의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1550℃로 하였다. 모합금의 조성(V 성분)의 변동은 8.8％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(실시예 9)

본 실시예 9에 대해서는, Ta-60원자％ Co의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 Ta 분말을 더 첨가하고, Co의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, Ta-37.4원자％ Co의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1200℃로 하였다. 모합금의 조성(Co 성분)의 변동은 1.7％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(실시예 10)

본 실시예 10에 대해서는, Ta-52원자％ Ni의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 Ta 분말을 더 첨가하고, Ni의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, Ta-10.5원자％ Ni의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1250℃로 하였다. 모합금의 조성(Ni 성분)의 변동은 7.6％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(실시예 11)

본 실시예 11에 대해서는, Ta-63원자％ Cr의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 Ta 분말을 더 첨가하고, Cr의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, Ta-2.9원자％ Cr의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1550℃로 하였다. 모합금의 조성(Cr 성분)의 변동은 9.7％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(실시예 12)

본 실시예 12에 대해서는, Ta-61원자％ Mn의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 Ta 분말을 더 첨가하고, Mn의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, Ta-14.7원자％ Mn의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1100℃로 하였다. 모합금의 조성(Mn 성분)의 변동은 9.9％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(실시예 13)

본 실시예 13에 대해서는, Mo-59원자％ Co의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 Mo 분말을 더 첨가하고, Co의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, Mo-38.1원자％ Co의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1250℃로 하였다. 모합금의 조성(Co 성분)의 변동은 5.5％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(실시예 14)

본 실시예 14에 대해서는, Mo-72원자％ Ni의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 Mo 분말을 더 첨가하고, Ni의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, Mo-30.2원자％ Ni의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1250℃로 하였다. 모합금의 조성(Ni 성분)의 변동은 1.1％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(실시예 15)

본 실시예 15에 대해서는, Mo-66원자％ Cr의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 Mo 분말을 더 첨가하고, Cr의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, Mo-5.4원자％ Cr의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1550℃로 하였다. 모합금의 조성(Cr 성분)의 변동은 4.0％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(실시예 16)

본 실시예 16에 대해서는, Mo-75원자％ Mn의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 Mo 분말을 더 첨가하고, Mn의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, Mo-21.2원자％ Mn의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1100℃로 하였다. 모합금의 조성(Mn 성분)의 변동은 4.9％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(실시예 17)

본 실시예 17에 대해서는, Nb-67원자％ Co의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 Nb 분말을 더 첨가하고, Co의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, Nb-17.5원자％ Co의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1150℃로 하였다. 모합금의 조성(Co 성분)의 변동은 5.8％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(실시예 18)

본 실시예 18에 대해서는, Nb-57원자％ Ni의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 Nb 분말을 더 첨가하고, Ni의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, Nb-3.2원자％ Ni의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1100℃로 하였다. 모합금의 조성(Ni 성분)의 변동은 10.0％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(실시예 19)

본 실시예 19에 대해서는, Nb-71원자％ Cr의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 Nb 분말을 더 첨가하고, Cr의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, Nb-20.5원자％ Cr의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1550℃로 하였다. 모합금의 조성(Ni 성분)의 변동은 7.9％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(실시예 20)

본 실시예 20에 대해서는, Nb-75원자％ Mn의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 Nb 분말을 더 첨가하고, Mn의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, Nb-17.8원자％ Mn의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1100℃로 하였다. 모합금의 조성(Mn 성분)의 변동은 2.2％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(실시예 21)

본 실시예 21에 대해서는, Ru-65원자％ Cr의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 Ru 분말을 더 첨가하고, Cr의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, Ru-12.6원자％ Cr의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

(실시예 22)

본 실시예 22에 대해서는, Ru-50원자％ Mn의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 Ru 분말을 더 첨가하고, Mn의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, Ru-11.2원자％ Mn의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1200℃로 하였다. 모합금의 조성(Mn 성분)의 변동은 4.4％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(실시예 23)

본 실시예 23에 대해서는, Hf-53원자％ Cr의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 Hf 분말을 더 첨가하고, Cr의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, Hf-13.8원자％ Cr의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1500℃로 하였다. 모합금의 조성(Cr 성분)의 변동은 9.3％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(실시예 24)

본 실시예 24에 대해서는, Hf-56원자％ Mn의 조성의 재료를 용해하여 모합금을 제작하고, 이 모합금을 분쇄하여 분말로 한다. 다음으로, 이것에 Hf 분말을 더 첨가하고, Mn의 합계량이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 조정하여 분말을 진공 소결하고, Hf-8.2원자％ Mn의 조성의 재료로 이루어지는 타깃을 제작한 것이다.

소결 시의 프레스 온도는 1100℃로 하였다. 모합금의 조성(Mn 성분)의 변동은 1.6％로 되어, 조성 변동은 적었다. 또한, 모합금의 분쇄는 용이하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 1)

비교예 1에 대해서는, W에 V를 26원자％ 첨가하고, 이것을 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 그러나, 이 합금의 재료를, 용해하여 제조할 수는 없었다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 2)

비교예 2에 대해서는, W에 Ti를 10원자％ 첨가하고, 이것을 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 그러나, 이 합금의 재료를, 용해하여 제조할 수는 없었다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 3)

비교예 3에 대해서는, W에 Co를 1원자％ 첨가하고, 이것을 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 그러나, 이 합금의 재료를, 용해하여 제조할 수는 없었다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 4)

비교예 4에 대해서는, W에 Ni를 19원자％ 첨가하고, 이것을 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 그러나, 이 합금의 재료를, 용해하여 제조할 수는 없었다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 5)

비교예 5에 대해서는, W에 Cr을 21원자％ 첨가하고, 이것을 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 그러나, 이 합금의 재료를, 용해하여 제조할 수는 없었다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 6)

비교예 6에 대해서는, W에 Mn을 28원자％ 첨가하고, 이것을 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 그러나, 이 합금의 재료를, 용해하여 제조할 수는 없었다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 7)

비교예 7에 대해서는, Ta에 V를 6원자％ 첨가하고, 이것을 3100℃에서 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 이 경우, 조성의 변동이 42.5％로 커져, 실제 생산에는 부적합하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 8)

비교예 8에 대해서는, Ta에 Ti를 33원자％ 첨가하고, 이것을 3100℃에서 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 이 경우, 조성의 변동이 39.7％로 커져, 실제 생산에는 부적합하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 9)

비교예 9에 대해서는, Ta에 Co를 37원자％ 첨가하고, 이것을 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 그러나, 이 합금의 재료를, 용해하여 제조할 수는 없었다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 10)

비교예 10에 대해서는, Ta에 Ni를 11원자％ 첨가하고, 이것을 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 그러나, 이 합금의 재료를, 용해하여 제조할 수는 없었다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 11)

비교예 11에 대해서는, Ta에 Cr을 3원자％ 첨가하고, 이것을 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 그러나, 이 합금의 재료를, 용해하여 제조할 수는 없었다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 12)

비교예 12에 대해서는, Ta에 Mn을 15원자％ 첨가하고, 이것을 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 그러나, 이 합금의 재료를, 용해하여 제조할 수는 없었다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 13)

비교예 13에 대해서는, Mo에 Co를 38원자％ 첨가하고, 이것을 2700℃에서 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 이 경우, 조성의 변동이 16.2％로 커져, 실제 생산에는 부적합하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 14)

비교예 14에 대해서는, Mo에 Ni를 30원자％ 첨가하고, 이것을 2700℃에서 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 이 경우, 조성의 변동이 26.8％로 커져, 실제 생산에는 부적합하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 15)

비교예 15에 대해서는, Mo에 Cr을 5원자％ 첨가하고, 이것을 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 그러나, 이 합금의 재료를, 용해하여 제조할 수는 없었다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 16)

비교예 16에 대해서는, Mo에 Mn을 21원자％ 첨가하고, 이것을 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 그러나, 이 합금의 재료를, 용해하여 제조할 수는 없었다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 17)

비교예 17에 대해서는, Nb에 Co를 18원자％ 첨가하고, 이것을 2550℃에서 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 이 경우, 조성의 변동이 32.0％로 커져, 실제 생산에는 부적합하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 18)

비교예 18에 대해서는, Nb에 Ni를 3원자％ 첨가하고, 이것을 2550℃에서 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 이 경우, 조성의 변동이 41.5％로 커져, 실제 생산에는 부적합하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 19)

비교예 19에 대해서는, Nb에 Cr을 21원자％ 첨가하고, 이것을 2550℃에서 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 이 경우, 조성의 변동이 31.6％로 커져, 실제 생산에는 부적합하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 20)

비교예 20에 대해서는, Nb에 Mn을 18원자％ 첨가하고, 이것을 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 그러나, 이 합금의 재료를, 용해하여 제조할 수는 없었다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 21)

비교예 21에 대해서는, Ru에 Cr을 13원자％ 첨가하고, 이것을 2400℃에서 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 이 경우, 조성의 변동이 28.3％로 커져, 실제 생산에는 부적합하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 22)

비교예 22에 대해서는, Ru에 Mn을 11원자％ 첨가하고, 이것을 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 그러나, 이 합금의 재료를, 용해하여 제조할 수는 없었다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 23)

비교예 23에 대해서는, Hf에 Cr을 14원자％ 첨가하고, 이것을 2300℃에서 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 이 경우, 조성의 변동이 29.6％로 커져, 실제 생산에는 부적합하였다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

(비교예 24)

비교예 24에 대해서는, Hf에 Mn을 8원자％ 첨가하고, 이것을 용해하여 동일 성분 조성의 합금을 제작하려고 한 것이다. 그러나, 이 합금의 재료를, 용해하여 제조할 수는 없었다. 이 결과를, 마찬가지로 표 1에 나타낸다.

이상의 비교예 1∼비교예 24에 대해서는, 고융점 금속인 W, Ta, Mo, Nb, Ru, Hf 각각에, 표 1에 나타내는 원소를 첨가하여, 용해에 의해 합금을 제작하려고 한 것이지만, 모두 제작 불가능하거나 또는 조성의 변동이 커져, 실제 생산에는 부적합한 것을 알 수 있다.

본 발명은, 스퍼터링 타깃용 모합금을 사용함으로써, 원료 분말의 조성 및 내부 조직을 균일하게 하고, 균질한 막을 성막 가능하게 하는 스퍼터링 타깃용 모합금 및 스퍼터링 타깃의 제조 방법을 제공하는 것이다. 이에 의해, 결함이 적고, 고밀도이며 균일한 합금 조성의 타깃을 얻는 것을 가능하게 하고, 이 타깃을 사용함으로써, 고속으로 균질하고, 파티클이 적은 합금 배리어막의 성막을 가능하게 하는 소결체 스퍼터링 타깃을 제공할 수 있는 우수한 효과를 갖고, 반도체 장치에 있어서의 게이트막과 같은 조성 변동을 억제할 필요가 있는 막의 제작에 특히 유용하다.

Claims

모합금을 구성하는 원소를, 다음의, X1, X2, Y1, Y2, Y3으로 한 경우,
X1: Ta
X2: Ru, Mo, Nb 또는 Hf 중 1종 이상
Y1: Cr 또는 Mn 중 1종 또는 2종
Y2: Co 또는 Ni 중 1종 또는 2종
Y3: Ti 또는 V 중 1종 또는 2종
상기 구성 원소의 X1-Y1, X1-Y2, X1-Y3, X2-Y1, X2-Y2 중 어느 1종의 조합으로 이루어지는 스퍼터링 타깃용 모합금을 분쇄하고, 상기 X1 또는 X2로 구성되는 분말과 혼합·소결하여, 배리어 메탈용 스퍼터링 타깃 재료로 하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 Y1, Y2, Y3의 조성 비율이, 모합금을 구성하는 전체 조성의 50.0∼80.0원자％의 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
모합금을 구성하는, 한쪽의 구성 금속인 X1 또는 X2와, 다른 쪽의 구성 금속인 Y1, Y2, Y3이, 금속간 화합물을 형성하거나 또는 전율 고용되어 있는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
모합금을 구성하는, Y1, Y2, Y3의 조성이 0.1∼40.0원자％의 범위로 되도록 혼합·소결하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
X1: Ta
X2: Ru, Mo, Nb 또는 Hf 중 1종 이상
Y1: Cr 또는 Mn 중 1종 또는 2종
Y2: Co 또는 Ni 중 1종 또는 2종
Y3: Ti 또는 V 중 1종 또는 2종
상기 X1-Y1, X1-Y2, X1-Y3, X2-Y1, X2-Y2 중 어느 1종의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃이며, 상기 스퍼터링 타깃의 면 내의 Y1, Y2, Y3의 금속 조성의 변동이 30％ 이하인 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타깃.
제5항에 있어서,
상기 스퍼터링 타깃의 면 내의 Y1, Y2, Y3의 금속 조성의 변동이 20％ 이하인 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타깃.
제5항에 있어서,
상기 스퍼터링 타깃의 면 내의 Y1, Y2, Y3의 금속 조성의 변동이 15％ 이하인 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타깃.
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