KR102490385B1

KR102490385B1 - Al-Te-Cu-Zr계 합금으로 이루어지는 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR102490385B1
Application number: KR1020217021156A
Authority: KR
Inventors: 요시마사 고이도
Original assignee: 제이엑스금속주식회사
Priority date: 2014-10-09
Filing date: 2015-10-08
Publication date: 2023-01-19
Also published as: KR20170063746A; JP6282755B2; SG11201701833TA; EP3170916A4; EP3170916B1; WO2016056612A1; CN106795622B; US10612128B2; US20170306473A1; TW201619402A; EP3170916A1; CN106795622A; KR20210088022A; TWI667354B; JPWO2016056612A1; KR20190065461A

Abstract

Te를 20원자％∼40원자％ 함유하고, Cu를 5원자％∼20원자％ 함유하고, Zr을 5원자％∼15원자％ 함유하고, 잔부가 Al로 이루어지고, 스퍼터링 타깃 조직이 Al상, Cu상, CuTeZr상, CuTe상 및 Zr상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃. 본 발명은, 조성 편차에 기인하는 특성의 열화를 효과적으로 억제한 Al-Te-Cu-Zr계 합금 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

Description

Al-Te-Cu-Zr계 합금으로 이루어지는 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법 {SPUTTERRING TARGET COMPRISING Al-Te-Cu-Zr-BASED ALLOY AND METHOD OF MANUFACTURING SAME}

본 발명은, Al-Te-Cu-Zr계 합금으로 이루어지는 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법, 특히 저항 변화형 재료인 Al-Te-Cu-Zr계 합금으로 이루어지는 박막을 형성하기 위한 Al-Te-Cu-Zr계 합금 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 저항 변화형 기록 재료로서, 저항 변화를 이용하여 정보를 기록하는 Te-Al계 재료나 Te-Zr계 재료로 이루어지는 박막이 사용되고 있다. 이들 재료로 이루어지는 박막을 형성하는 방법으로서는, 진공 증착법이나 스퍼터링법 등의 일반적으로 물리 증착법이라고 일컬어지고 있는 수단에 의해 행해지는 것이 보통이다. 특히, 조작성이나 성막의 안정성으로부터 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 형성하는 경우가 많다.

스퍼터링법에 의한 박막의 형성은, 음극에 설치한 타깃에 아르곤 이온 등의 양이온을 물리적으로 충돌시키고, 그 충돌 에너지로 타깃을 구성하는 재료를 방출시켜, 대면하고 있는 음극측의 기판에 타깃 재료와 거의 동일 조성의 막을 적층함으로써 행해진다. 스퍼터링법에 의한 성막은, 처리 시간이나 공급 전력 등을 조정함으로써, 안정된 성막 속도로 옹스트롬 단위의 얇은 막부터 수십 ㎛의 두꺼운 막까지 형성할 수 있다고 하는 특징을 갖고 있다.

Te-Al계 스퍼터링용 타깃으로서, 예를 들어 특허문헌 1에는, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, 및 란타노이드 원소의 원소 군에서 선택되는 1종 이상의 고융점 금속 원소와, Al, Ge, Zn, Co, Cu, Ni, Fe, Si, Mg, Ga로부터 선택되는 1종 이상의 원소와, S, Se, Te로부터 선택되는 1종 이상의 칼코겐 원소를 포함하는 타깃이 개시되어 있다. 또한, 그 제조 방법으로서, AlCuZr 합금 잉곳을 제작한 후, 이 합금 잉곳을 분쇄하여, 합금 분말로 하고, 이 합금 분말에 Te 분말과, Ge 분말을 혼합하여, 소결함으로써, AlCuGeTeZr 타깃재를 제조하는 것이 개시되어 있다.

다원계의 합금으로 이루어지는 소결체를 제작하는 경우, 상기한 바와 같이 구성 성분을 미리 합성하여, 그것을 원료로서 사용하는 방법이 자주 행해지고 있다. 그러나, Al-Te-Cu-Zr의 합금을 제조하는 경우, Te-Zr을 미리 합성하면, Te의 증기압이 크기 때문에, 고융점의 Zr과의 액상 합성에서는 조성 편차가 발생해 버리는 것(1000℃에 있어서의, Te의 증기압 100㎪, Zr의 증기압 1㎪ 이하), 또한 Al과 Te를 합금화하면, 매우 활성이며 핸들링이 곤란한 Al-Te가 생성되어 버리는 것 등의 문제가 있다.

또한, 저항 변화형 기록 재료인 Te-Al계 등의 합금막을 형성하는 경우, 문제가 되는 것은, 스퍼터링 시에 타깃 표면에 노듈이 발생하여, 파티클이나 아킹의 원인이 되는 것이다. 특히, Al-Te-Cu-Zr 합금 타깃은, 성막 속도가 상이한 다수의 금속 성분으로 구성되어 있으므로, 노듈의 발생 빈도가 많고, 파티클의 발생량도 많다고 하는 문제가 있었다. 그리고, 이러한 타깃이나 스퍼터링 시의 문제는, 기록 매체인 박막의 품질을 저하시키는 큰 원인이 되고 있다.

일본 특허 공개 제2011-26679호 공보

본 발명의 과제는, 조성 편차가 적은, 원하는 특성을 구비한 Al-Te-Cu-Zr계 합금 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자는 예의 연구를 행한 결과, 제조 방법을 고안함으로써 원료 배합비에 대한 소결체의 조성 편차가 적고, 또한 파티클 발생량이 적은, Al-Te-Cu-Zr계 합금 스퍼터링 타깃의 제조가 가능해진다는 지견을 얻었다.

이러한 지견에 기초하여, 본 발명은,

1) Te를 20원자％∼40원자％ 함유하고, Cu를 5원자％∼20원자％ 함유하고, Zr을 5원자％∼15원자％ 함유하고, 잔부가 Al로 이루어지고, 스퍼터링 타깃의 조직은, Al상, Cu상, CuTeZr상, CuTe상 및 Zr상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃,

2) 평균 입경이 1㎛∼50㎛, 최대 입경이 100㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1)에 기재된 스퍼터링 타깃,

3) 순도가 3N 이상이며, 산소 함유량이 3000wtppm 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) 또는 2)에 기재된 스퍼터링 타깃,

4) Si, C, Ti, Hf, V, Nb, Ta, 란타노이드 원소, Ge, Zn, Co, Ni, Fe, Mg, Ga, S, Se로부터 선택되는 어느 1종 이상의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 1) 내지 3) 중 어느 하나에 기재된 스퍼터링 타깃,

5) 상대 밀도가 90％ 이상인 것을 특징으로 하는 상기 1) 내지 4) 중 어느 하나에 기재된 스퍼터링 타깃을 제공한다.

또한, 본 발명은,

6) Al 원료 분말, Te 원료 분말, Cu 원료 분말, Zr 원료 분말을 원하는 조성으로 되도록 칭량한 후, 이것을 혼합하고, 이어서, 얻어진 혼합 분말을 소결하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃의 제조 방법,

7) 평균 입경이 1㎛∼50㎛, 최대 입경이 100㎛ 이하인 원료 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 상기 6)에 기재된 스퍼터링 타깃의 제조 방법,

8) 300℃∼380℃에서 소결하는 것을 특징으로 하는 상기 6) 또는 7)에 기재된 스퍼터링 타깃의 제조 방법,

9) 아르곤 분위기하에서 소결하는 것을 특징으로 하는 상기 6) 내지 8) 중 어느 하나에 기재된 스퍼터링 타깃의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 Al-Te-Cu-Zr계 합금 소결체 스퍼터링 타깃은 미리 합성하지 않으므로, 그 합성에 기인하는 조성 편차가 적어, 조성 편차에 기인하는 특성의 열화를 억제할 수 있다고 하는 우수한 효과를 갖는다.

도 1은 스퍼터링 타깃에 있어서의 입경의 측정 개소를 도시하는 도면이다.
도 2는 실시예 1의 스퍼터링 타깃의 외관 사진이다.
도 3은 실시예 1의 스퍼터링 타깃의 FE-EPMA를 사용하여 얻어진 원소 맵핑이다.

본 발명의 Al-Te-Cu-Zr계 합금 스퍼터링 타깃은, Te를 20원자％∼40원자％ 함유하고, Cu를 5원자％∼20원자％ 함유하고, Zr을 5원자％∼15원자％ 함유하고, 잔부가 Al로 이루어지도록 구성된다. 각각의 조성 범위는, 저항 변화형 기록 재료로서의 특성이 얻어지도록 정해져 있다.

또한, 본 발명의 Al-Te-Cu-Zr계 합금 스퍼터링 타깃의 조직은, Al상, Cu상, CuTeZr상, CuTe상 및 Zr상으로 구성된다. 이들 상은, EPMA에 의한 조직 관찰에 의해 확인할 수 있다. 순 Te상이 존재하면, 스퍼터 레이트가 크기 때문에, 조성 편차가 발생하거나, 노듈이 발생하거나 하는 등의 문제가 있다. 또한, Te는 증기압이 높기 때문에 타깃에 구멍을 발생하기 쉽고, 또한 열전도율이 낮기 때문에 열이 축적되어 균열되기 쉬운 것과 같은 문제도 있다. 그러나, 본 발명과 같이, Te를 다른 금속 원소와의 합금상으로 함으로써, 상기한 문제를 해결할 수 있다.

본 발명의 스퍼터링 타깃에 있어서는, 평균 입경이 1㎛ 이상 50㎛ 이하, 최대 입경이 100㎛ 이하인 것이 바람직하다. 성막 속도가 상이한 상으로 구성되는 복합재의 경우, 결정립경을 작게 함으로써, 스퍼터링 타깃 표면의 기복을 저감시킬 수 있고, 이에 의해 노듈의 발생을 저감시키는 것이 가능해진다. 또한, 후술하는 바와 같이 스퍼터링 타깃의 결정립경은, 원료 분말의 입경 조정뿐만 아니라, 혼합 방법, 소결 조건 등에 의해서도 크게 변동되는 것이다.

또한, 본 발명의 스퍼터링 타깃은, 산소 함유량이 3000wtppm 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이 산소 함유량을 저감시킴으로써, 그것에 기인하는 파티클의 발생을 억제할 수 있고, 나아가 저항 변화형 메모리 등의 디바이스의 특성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 불순물 원소의 존재는, 디바이스 특성을 저하시키므로, 스퍼터링 타깃의 순도를 3N(99.9％) 이상으로 하는 것이 더 바람직하다. 단, 본 발명의 순도는, 타깃이나 막의 구성 원소와 Zr의 동족 원소인 Ti, Hf 및 가스 성분(C, O, N, H)을 제외한 순도로 한다.

본 발명의 스퍼터링 타깃은, Al, Te, Cu, Zr을 주성분으로 하는 것이지만, 저항 변화형 메모리 등의 디바이스의 특성을 조정하기 위해, 다른 성분을 첨가할 수 있다. 예를 들어, Si, C, Ti, Hf, V, Nb, Ta, 란타노이드 원소, Ge, Zn, Co, Ni, Fe, Mg, Ga, S, Se로부터 선택되는 어느 1종 이상의 원소를 첨가할 수 있다. 이들 첨가물은, 바람직하게는 0.1wt％∼5.0wt％로 첨가함으로써, 디바이스 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 스퍼터링 타깃의 상대 밀도는, 90％ 이상인 것이 바람직하다. 이러한 치밀한 타깃을 사용함으로써 우수한 스퍼터 특성을 실현할 수 있다. 본 발명에 있어서의 상대 밀도는, 다음 식으로부터 산출하는 것으로 한다.

단, 상기 소결체 밀도는, 소결체의 치수를 노기스로 측장하여, 그 체적과 측정 중량으로부터 산출하고, 이론 밀도는, 하기에 나타내는 바와 같이, 원료의 단체 밀도 각각에, 혼합 질량비를 곱하여, 얻어진 값을 합계하여 구한다.

본 발명의 Al-Te-Cu-Zr계 합금 스퍼터링 타깃은, 예를 들어 이하의 방법으로 제작할 수 있다.

먼저, Al 원료 분말, Te 원료 분말, Cu 원료 분말, Zr 원료 분말, 또한 필요에 따라서, 상기한 첨가 금속의 원료 분말을 준비한다. 본 발명에 있어서 특히 중요한 것은, 이들 원료 분말을 미리 합성하는 일 없이, 그대로 소결하는 것이다. 미리 합성함으로써, 소재가 균질해져, 막의 균질성의 향상, 나아가 파티클의 저감이라고 하는 장점이 얻어지지만, 상술한 바와 같이, 합성의 과정에서 원료의 일부가 휘발하거나, 합성에 의해 얻어진 합금의 취급이 어려워지거나 하는 등의 문제가 있다. 한편, 원료 분말을 합성하지 않고 소결하면, 복수의 상이 존재함으로써 파티클이 증가하기 쉬운 것과 같은 문제가 생각되지만, 본 발명에 따르면, 반응 소결에 의해 순 Te를 합금화함으로써, 이러한 문제를 해소할 수 있다.

이들 금속 분말은, 평균 입경이 1㎛∼50㎛, 최대 입경이 100㎛의 범위의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 입경의 분말을 사용함으로써 밀도가 저하되는 일 없이, 산소를 저감시킬 수 있다. 특히, 평균 입경이 50㎛보다 큰 경우에는 균일하게 분산되지 않는 경우가 있다.

다음으로, 상기한 원료 분말을 원하는 조성으로 되도록 칭량하여, 산화가 진행되지 않도록 마일드 혼합한다. 혼합은, 일반적인 분말용 믹서, 초음파 진동 체 등을 사용할 수 있다. 혼합 파워가 지나치게 강하면, 입경 차·비중 차로부터 분리되어 버리므로, 믹서의 경우는, 가능한 한 저속 운전이 바람직하고, 초음파 진동 체의 경우는, 가능한 한 고주파로 하는 것이 바람직하다. 또한, 볼 밀이나 아트리토 등, 매체를 사용하는 혼합 방법은, 매체나 포트 내벽에 분말이 압착되어 버리므로, 바람직하지 않다. 분말의 산화를 효과적으로 방지하기 위해, 진공 또는 불활성 분위기에서 혼합하는 것이 바람직하다. 진공 또는 불활성 분위기에서 혼합 처리할 수 없는 경우에는, 그 후에 수소 환원함으로써 산소 함유량을 저감시킬 수 있다.

이와 같이 하여 얻어진 혼합 분말을, 진공 분위기 또는 불활성 가스 분위기에서 소결한다. 소결 방법으로서는, 핫 프레스법, 플라즈마 방전 소결법, 열간 정수압 소결법 등 다양한 가압 소결 방법을 사용할 수 있다. 또한, 혼합 분말을 성형 후, 그 성형체를 소결할 수도 있다. 소결 시의 유지 온도는, 300℃∼380℃의 온도 범위로 하는 것이 바람직하다. 300℃ 미만이면, 밀도가 충분히 상승하지 않아, 스퍼터링 중에 파티클이나 아킹을 일으키는 것이 우려된다. 한편, 380℃를 초과하면, Te와 Al, Zr이 반응하여 강렬한 반응열을 발생하여, 소결체가 용해되어 버리므로, 바람직하지 않다. 또한, Te는 매우 휘발성이 높은 소재이므로, 함부로 가스를 발생시키지 않도록 하기 위해 진공 분위기보다 불활성 가스(아르곤 가스) 분위기에서 소결하는 것이 바람직하다.

이상의 방법으로 제작한 AlTeCuZr 소결체, 또한 다른 성분을 첨가한 소결체를 필요에 따라서 절삭, 연마 등의 기계 가공을 이용하여, 소정의 형상의 스퍼터링 타깃을 제작할 수 있다. 이에 의해, 상술한 특징을 갖는 본 발명의 Al-Te-Cu-Zr계 합금 스퍼터링 타깃을 제작할 수 있다.

또한, 소결체의 입경은, 다음 방법에 의해 측정한다. 먼저, 타깃 단면을 SEM(주사형 전자 현미경)에 의해 2000배의 시야를 4개소(도 1 참조)에 대해 관찰한다. 그리고, 각각의 시야에 있어서, JIS G0551의 절단법에 의한 평가 방법에 준하여 입경을 측정한다. 이 4시야의 입경의 평균값을 평균 입경으로 하고, 4시야 중 최대의 입경을 최대 입경으로 하여 산출한다.

실시예

이하, 실시예 및 비교예에 기초하여 설명한다. 또한, 본 실시예는 어디까지나 일례이며, 이 예에 의해 전혀 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명은 청구범위에 의해서만 제한되는 것이며, 본 발명에 포함되는 실시예 이외의 다양한 변형을 포함하는 것이다.

(실시예 1)

순도 4N의 Al 원료 분말(평균 입경 43㎛, 최대 입경은 84㎛), 순도 5N의 Te 원료 분말(평균 입경 29㎛, 최대 입경 76㎛ 이하), 순도 4N의 Cu 원료 분말(평균 입경 45㎛, 최대 입경 96㎛), 순도 98％의 Zr 원료 분말(평균 입경 13㎛, 최대 입경 42㎛ 이하)을, Al:Te:Cu:Zr＝38:39:12:11(원자％)의 조성으로 되도록 칭량하였다. 다음으로, 칭량한 분말을 회전식 혼합기로 2000rpm으로 30분간 예비 혼합을 행하고, 계속해서 초음파 진동 체로 혼합을 행하였다. 초음파의 주파수는 35㎑로 하였다. 그리고, 초음파 진동 체로부터 취출한 혼합 분말을 다이스에 충전하고, 핫 프레스에 의해 소결하였다. 핫 프레스의 조건은, 아르곤 분위기, 유지 온도 300℃, 유지 시간 4시간 30분으로 하고, 승온 개시 시로부터 유지 종료까지 면압 300㎏/㎠로 가압하였다. 유지 종료 후에는 챔버 내에서 그대로 자연 냉각시켰다.

얻어진 소결체를 직경 125㎜, 두께 3㎜의 형상으로 선반에 의해 절삭 가공하여, 원반상의 스퍼터링 타깃을 제작하였다. 이 스퍼터링 타깃의 외관 사진을 도 2에 나타낸다. 이 스퍼터링 타깃의 입경 및 밀도를 측정한 결과, 평균 입경이 16㎛, 최대 입경이 70㎛, 상대 밀도가 90％였다. 분석 결과, 순도는 3N 이상, 산소 농도는 2700wtppm이었다.

다음으로, 이것을 스퍼터 장치에 설치하여, 스퍼터링을 행하였다. 스퍼터링 조건은, 투입 전력 1㎾, Ar 가스압 1.7Pa로 하고, 실리콘 기판 상에 20초간 성막하였다. 그리고, 기판 상에 부착된 파티클을 측정한 결과, 품질에 영향을 미치는 문제가 없는 레벨이었다. 또한, 스퍼터 후의 타깃에 대해, EPMA로 조직을 관찰하였다. 도 2에 EPMA의 맵핑 상을 나타낸다. 도 3으로부터 타깃의 조직이 Al상, Cu상, CuTeZr상, CuTe상, TeZr상, Zr상으로 구성되는 것을 확인하였다. 또한, 스퍼터링 평가 결과, 파티클(0.4㎛ 이상)은 86개로, 발생률은 극히 적어졌다.

(실시예 2)

핫 프레스 온도를 300℃로부터 380℃로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 소결체를 제작하였다. 이에 의해, 순도 3N 이상, 산소 농도 2400wtppm, 상대 밀도 99％, 평균 입경 29㎛, 최대 입경 89㎛의 Al-Te-Cu-Zr 합금 소결체가 얻어졌다. 또한, 소결체 조직이 Al상, Cu상, CuTeZr상, CuTe상, TeZr상, Zr상으로 구성되는 것을 확인하였다. 다음으로, 이 소결체를 기계 가공하여 제작한 타깃을 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 스퍼터링을 행한 결과, 파티클(0.4㎛ 이상)은 27개로 극히 적어졌다.

(실시예 3)

Al, Te, Cu, Zr의 조성비와 핫 프레스 온도를 표 1에 나타내는 바와 같이 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 소결체를 제작하였다. 이에 의해, 순도 3N 이상, 산소 농도 2500wtppm, 상대 밀도 99％, 평균 입경 21㎛, 최대 입경 78㎛의 Al-Te-Cu-Zr 합금 소결체가 얻어졌다. 또한, 소결체 조직이 Al상, Cu상, CuTeZr상, CuTe상, TeZr상, Zr상으로 구성되는 것을 확인하였다. 다음으로, 이 소결체를 기계 가공하여 제작한 타깃을 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 스퍼터링을 행한 결과, 파티클(0.4㎛ 이상)은 35개로 극히 적어졌다.

(실시예 4)

Al, Te, Cu, Zr의 조성비와 핫 프레스 온도를 표 1에 나타내는 바와 같이 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 소결체를 제작하였다. 이에 의해, 순도 3N 이상, 산소 농도 2200wtppm, 상대 밀도 99％, 평균 입경 34㎛, 최대 입경 97㎛의 Al-Te-Cu-Zr 합금 소결체가 얻어졌다. 또한, 소결체 조직이 Al상, Cu상, CuTeZr상, CuTe상, TeZr상, Zr상으로 구성되는 것을 확인하였다. 다음으로, 이 소결체를 기계 가공하여 제작한 타깃을 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 스퍼터링을 행한 결과, 파티클(0.4㎛ 이상)은 18개로 극히 적어졌다.

(실시예 5)

첨가 원소로서 Si를 표 1에 나타나는 조성으로 되도록 첨가하고 핫 프레스 온도를 380℃로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 소결체를 제작하였다. 이에 의해, 순도 3N 이상, 산소 농도 1900wtppm, 상대 밀도 97％, 평균 입경 25㎛, 최대 입경 90㎛의 Al-Te-Cu-Zr 합금 소결체가 얻어졌다. 또한, 소결체 조직이 Al상, Cu상, CuTeZr상, CuTe상, Si상, TeZr상, Zr상으로 구성되는 것을 확인하였다. 다음으로, 이 소결체를 기계 가공하여 제작한 타깃을 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 스퍼터링을 행한 결과, 파티클(0.4㎛ 이상)은 46개로 극히 적어졌다.

(실시예 6)

첨가 원소로서 Ti를 표 1에 나타나는 조성으로 되도록 첨가하고 핫 프레스 온도를 380℃로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 소결체를 제작하였다. 이에 의해, 순도 3N 이상, 산소 농도 2900wtppm, 상대 밀도 96％, 평균 입경 28㎛, 최대 입경 91㎛의 Al-Te-Cu-Zr 합금 소결체가 얻어졌다. 또한, 소결체 조직이 Al상, Cu상, CuTeZr상, CuTe상, Ti상, TeZr상, Zr상으로 구성되는 것을 확인하였다. 다음으로, 이 소결체를 기계 가공하여 제작한 타깃을 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 스퍼터링을 행한 결과, 파티클(0.4㎛ 이상)은 31개로 극히 적어졌다.

(실시예 7)

첨가 원소로서 Ge와 C를 표 1에 나타나는 조성으로 되도록 첨가하고 핫 프레스 온도를 380℃로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 소결체를 제작하였다. 이에 의해, 순도 3N 이상, 산소 농도 2600wtppm, 상대 밀도 93％, 평균 입경 30㎛, 최대 입경 88㎛의 Al-Te-Cu-Zr 합금 소결체가 얻어졌다. 또한, 소결체 조직이 Al상, Cu상, CuTeZr상, CuTe상, C상, Ge상, TeZr상, Zr상으로 구성되는 것을 확인하였다. 다음으로, 이 소결체를 기계 가공하여 제작한 타깃을 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 스퍼터링을 행한 결과, 파티클(0.4㎛ 이상)은 62개로 극히 적어졌다.

(비교예 1)

순도 4N의 Al 원료 분말(평균 입경 43㎛, 최대 입경은 84㎛), 순도 5N의 Te 원료 분말(평균 입경 29㎛, 최대 입경 76㎛ 이하), 순도 4N의 Cu 원료 분말(평균 입경 45㎛, 최대 입경 96㎛), 순도 98％의 Zr 원료 분말(평균 입경 13㎛, 최대 입경 42㎛ 이하)을 Al:Te:Cu:Zr＝65:10:3:22(원자％)의 조성으로 되도록 칭량하였다. 다음으로, 칭량한 분말을 회전식 혼합기로 2000rpm으로 30분간 예비 혼합을 행하고, 계속해서 초음파 진동 체로 혼합을 행하였다. 초음파의 주파수는 35㎑로 하였다. 그리고, 초음파 진동 체로부터 취출한 혼합 분말을 다이스에 충전하고, 핫 프레스에 의해 소결하였다. 핫 프레스의 조건은, 아르곤 분위기, 유지 온도 380℃, 유지 시간 4시간 30분으로 하고, 승온 개시 시로부터 유지 종료까지 면압 300㎏/㎠로 가압하였다. 유지 종료 후에는 챔버 내에서 그대로 자연 냉각시켰다.

얻어진 소결체를 직경 125㎜, 두께 3㎜의 형상으로 선반에 의해 절삭 가공하여, 원반상의 스퍼터링 타깃을 제작하였다. 이 스퍼터링 타깃의 입경 및 밀도를 측정한 결과, 평균 입경이 18㎛, 최대 입경이 72㎛, 상대 밀도가 99％였다. 분석 결과, 순도는 3N 이상, 산소 농도는 2800wtppm이었다.

다음으로, 이것을 스퍼터 장치에 설치하여, 스퍼터링을 행하였다. 스퍼터링 조건은, 투입 전력 1㎾, Ar 가스압 1.7Pa로 하고, 실리콘 기판 상에 20초간 성막하였다. 그리고, 기판 상에 부착된 파티클을 측정한 결과, 품질에 영향을 미치는 문제가 없는 레벨이었다. 타깃의 조직은 Al상, Cu상, CuTeZr상, CuTe상, TeZr상, Zr상으로 구성되는 것을 확인하였다. 또한, 스퍼터링 평가 결과, 파티클(0.4㎛ 이상)은 59개로 적어졌다. 그러나, 이러한 조성에서는, 충분한 디바이스 특성을 얻을 수 없었다.

(비교예 2)

Al, Te, Cu, Zr의 조성비를 표 1에 나타내는 바와 같이 변경하고 핫 프레스 온도를 380℃로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 소결체를 제작하였다. 이에 의해, 순도 3N 이상, 산소 농도 2700wtppm, 상대 밀도 99％, 평균 입경 27㎛, 최대 입경 92㎛의 Al-Te-Cu-Zr 합금 소결체가 얻어졌다. 또한, 소결체 조직이 Al상, Cu상, CuTeZr상, CuTe상, TeZr상, Zr상으로 구성되는 것을 확인하였다. 다음으로, 이 소결체를 기계 가공하여 제작한 타깃을 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 스퍼터링을 행한 결과, 파티클(0.4㎛ 이상)은 43개로 적어졌다. 그러나, 이러한 조성에서는, 충분한 디바이스 특성을 얻을 수 없었다.

(비교예 3)

핫 프레스 시의 유지 시간을 1시간으로 단축하고 핫 프레스 온도를 380℃로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 소결체를 제작하였다. 이에 의해, 순도 3N 이상, 산소 농도 2600wtppm, 상대 밀도 99％, 평균 입경 19㎛, 최대 입경 85㎛의 Al-Te-Cu-Zr 합금 소결체가 얻어졌다. 유지 시간이 짧음으로써 합금화가 억제되어, Al상, Cu상, Te상, Zr상으로 구성되는 소결체 조직으로 변화하였다. 다음으로, 이 소결체를 기계 가공하여 제작한 타깃을 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 스퍼터링을 행한 결과, 노듈이 대량으로 발생하고, 파티클(0.4㎛ 이상)은 414개로 대폭 증가하였다.

(비교예 4)

핫 프레스 시의 유지 시간을 8시간으로 연장하고 핫 프레스 온도를 380℃로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 소결체를 제작하였다. 이에 의해, 순도 3N 이상, 산소 농도 2700wtppm, 상대 밀도 99％, 평균 입경 55㎛, 최대 입경 104㎛의 Al-Te-Cu-Zr 합금 소결체가 얻어졌다. 또한, 소결체 조직이 Al상, Cu상, CuTeZr상, CuTe상, TeZr상, Zr상으로 구성되는 것을 확인하였다. 다음으로, 이 소결체를 기계 가공하여 제작한 타깃을 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 스퍼터링을 행한 결과, 노듈이 대량으로 발생하고, 파티클(0.4㎛ 이상)은 285개로 대폭 증가하였다.

(비교예 5)

원료 분말을 30분간 대기 중에 방치하고 핫 프레스 온도를 380℃로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 소결체를 제작하였다. 이에 의해, 순도 3N 이상, 산소 농도 3400wtppm, 상대 밀도 99％, 평균 입경 55㎛, 최대 입경 104㎛의 Al-Te-Cu-Zr 합금 소결체가 얻어졌다. 또한, 소결체 조직이 Al상, Cu상, CuTeZr상, CuTe상, TeZr상, Zr상으로 구성되는 것을 확인하였다. 다음으로, 이 소결체를 기계 가공하여 제작한 타깃을 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 스퍼터링을 행한 결과, 타깃 중에 포함되는 산화물을 기점으로 하여 아킹이 대량으로 발생하고, 파티클(0.4㎛ 이상)은 970개로 대폭 증가하였다. 게다가, 산소량이 많았기 때문에, 충분한 디바이스 특성을 얻을 수 없었다.

(비교예 6)

핫 프레스 온도를 280℃로 낮춘 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 소결체를 제작하였다. 이에 의해, 평균 입경 11㎛, 최대 입경 53㎛로 되었다. 순도는 3N 이상, 산소 농도 2700wtppm, 상대 밀도 87％의 Al-Te-Cu-Zr 합금 소결체가 얻어졌다. 또한, 소결체 조직이 Al상, Cu상, CuTeZr상, CuTe상, TeZr상, Zr상으로 구성되는 것을 확인하였다. 다음으로, 이 소결체를 기계 가공하여 제작한 타깃을 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 스퍼터링을 행한 결과, 노듈이 대량으로 발생하고, 파티클(0.4㎛ 이상)은 340개로 대폭 증가하였다.

(비교예 7)

핫 프레스 온도를 400℃로 높인 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 소결체를 제작하였다. 이에 의해, 평균 입경 42㎛, 최대 입경 99㎛로 되었다. 또한, 핫 프레스 중에 Te가 휘발하였기 때문에, 상대 밀도가 84％로 되었다. 순도 3N 이상, 산소 농도 2600wtppm의 Al-Te-Cu-Zr 합금 소결체가 얻어졌다. 또한, 소결체 조직이 Al상, Cu상, CuTeZr상, CuTe상, TeZr상, Zr상으로 구성되는 것을 확인하였다. 다음으로, 이 소결체를 기계 가공하여 제작한 타깃을 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 스퍼터링을 행한 결과, 노듈이 대량으로 발생하고, 파티클(0.4㎛ 이상)은 537개로 대폭 증가하였다.

(비교예 8)

핫 프레스 시의 분위기를 Ar로부터 진공으로 변경하고 핫 프레스 온도를 380℃로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 소결체를 제작하였다. 핫 프레스 중에 Te가 휘발하였기 때문에, 상대 밀도가 88％로 되었다. 순도 3N 이상, 산소 농도 2700wtppm, 평균 입경 33㎛, 최대 입경 94㎛의 Al-Te-Cu-Zr 합금 소결체가 얻어졌다. 또한, 소결체 조직이 Al상, Cu상, CuTeZr상, CuTe상, TeZr상, Zr상으로 구성되는 것을 확인하였다. 다음으로, 이 소결체를 기계 가공하여 제작한 타깃을 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 스퍼터링을 행한 결과, 노듈이 대량으로 발생하고, 파티클(0.4㎛ 이상)은 276개로 대폭 증가하였다.

이상의 결과를 정리한 것을 표 1에 나타낸다.

본 발명의 Al-Te-Cu-Zr계 합금 소결체 스퍼터링 타깃은, 조성 편차가 적기 때문에, 이 조성 편차에 기인하는 특성의 열화를 억제할 수 있다고 하는 우수한 효과를 갖는다. 따라서, 본 발명은, 고품질의 저항 변화형 기록 재료인 Al-Te계 합금으로 이루어지는 박막을 안정적으로 공급하는 데 유용하다.

Claims

Al 원료 분말, Te 원료 분말, Cu 원료 분말, Zr 원료 분말의 혼합 분말을 300℃~380℃에서 소결한 스퍼터링 타깃이며, Te를 33원자％∼39원자％ 함유하고, Cu를 5원자％∼20원자％ 함유하고, Zr을 5원자％∼15원자％ 함유하고, 잔부가 Al로 이루어지고, 스퍼터링 타깃 조직이 Al상, Cu상, CuTeZr상, CuTe상, Zr상 및 TeZr상으로 구성되며, 순 Te상은 포함하지 않고,
상기 스퍼터링 타깃의 평균 입경이 1㎛∼50㎛, 최대 입경이 100㎛ 이하이고,
산소 함유량이 3000wtppm 이하이고,
상대 밀도가 90％ 이상인 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타깃.
제1항에 있어서,
순도가 3N 이상인 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타깃.
제1항 또는 제2항에 있어서,
Si, C, Ti, Hf, V, Nb, Ta, 란타노이드 원소, Ge, Zn, Co, Ni, Fe, Mg, Ga, S, Se로부터 선택되는 어느 1종 이상의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타깃.
제1항 또는 제2항에 기재된 스퍼터링 타깃의 제조 방법이며,
Al 원료 분말, Te 원료 분말, Cu 원료 분말, Zr 원료 분말을 원하는 조성으로 되도록 칭량한 후, 이것을 혼합하고, 이어서, 얻어진 혼합 분말을 300℃∼380℃에서 소결하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제4항에 있어서,
평균 입경이 1㎛∼50㎛, 최대 입경이 100㎛ 이하인 원료 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제4항에 있어서,
아르곤 분위기하에서 소결하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타깃의 제조 방법.