KR19990044398A - 알루미늄 또는 알루미늄합금 스퍼터링타겟 - Google Patents

알루미늄 또는 알루미늄합금 스퍼터링타겟 Download PDF

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Abstract

돌발적인 파티클의 발생을 억제한 고순도알루미늄 또는 고순도알루미늄합금스퍼터링타겟을 제공하기 위하여, 고순도알루미늄(합금)스퍼터링타겟에 있어서, 타겟속의 개재물, 특히 산화물이 파티클의 주된 원인이 되고, 또, 타겟속에 비교적 드물게 분포되어 있는 흑연·알루미나복합개재물이 돌발적인 파티클의 증가를 야기한다는 지견에 의거하여, 타겟속의 산소함유량을 5ppm미만으로하고, 또 타겟표면으로부터 행한 초음파탐상검사에 있어서의, 평저구멍(Flat Bottom Hole)0.5㎜ø이상 상당의 인디케이션(Indication)수가 0.014개/㎠미만이 되도록 한다.

Description

알루미늄 또는 알루미늄합금 스퍼터링타겟
스퍼터링타겟은, 스퍼터링에 의해 각종 반도체디바이스의 전극, 게이크, 배선, 소자, 절연막, 보호막 등을 기판위에 형성하기 위한 스퍼터링원(源)이 되는, 통상은 원반형상의 판이다. 가속된 입자가 타겟표면에 충돌할 때 운동량의 변환에 의해 타겟을 구성하는 원자가 공간에 방출되어서 대향하는 기판에 퇴적한다. 스퍼터링타겟으로서는, 알루미늄 및 알루미늄합금타겟, 고융점금속 및 합금(W, Mo, Ti, Ta, Zr, Nb 등 및 W-Ti와 같은 그 합금)타겟, 금속실리사이드(MoSix, WSix, NiSix 등)타겟, 백금족 금속타겟 등이 대표적으로 사용되어 왔다.
이와 같은 타겟중에서도 중요한 것의 하나가, 알루미늄배선형성용의 알루미늄 및 알루미늄합금타겟이다. 알루미늄박막은 또 콤팩트디스크나 광자기디스크의 반사면에도 사용되고 있다.
LSI의 고집적화에 따라, 회로의 배선폭은 1㎛이하로 미세화되어가고 있다. 이와 같은 속에서 스퍼터링에 의한 박막형성시의 파티클이, 회로의 단선 또는 단락의 원인으로서 큰 문제가 되고 있다. 「파티클」이란, 스퍼터링에 있어서 타겟으로부터 비산하는 입자가 클러스터(cluster)화해서 기판위의 박막에 직접 부착하거나, 혹은 주위벽이나 부품에 부착·퇴적후 박리해서 박막위에 부착하는 것이다. 알루미늄(합금)타겟에 있어서도, 알루미늄배선의 미세화 또는 콤팩트디스크나 광자기디스크의 반사면의 고품질화에 따라, 파티클을 감소시키는, 특히 0.3㎛이상의 치수의 파티클의 수를 50개/㎠이하로 하는 것이 소망된다.
이러한 상황하에서, 본 발명자들은, 알루미늄(합금)타겟속의 개재물이 파티클의 원인으로 되는 것, 또, 그 개재물이 주로 산화물로부터 이루어지는 것이라는 지견에 의거하여, 타겟의 스퍼터면에 나타나는 평균직경 10㎛이상의 개재물의 존재량이 40개/㎠미만이고, 또 상기 타겟속의 산소함유량이 15ppm미만인 것을 특징으로 하는 알루미늄 또는 알루미늄합금스퍼터링타겟을 제안하였다(일본국 특원평 7- 192619호).
상기 일본국 특원평 7-192619호에 기재한 바와 같이, 알루미늄 또는 알루미늄합금타겟 속의 산소함유량을 저감함으로써 파티클의 발생은 대폭적으로 억제하는 일이 가능하게 되었다. 그러나, 여전히, 스퍼터링중에 돌발적으로 파티클수가 증가한다고하는 문제가 있는 것이 지적되었다. 즉 스프터링중의 평균적인 파티클수는 충분히 낮은 레벨에 있음에도 불구하고, 어떤 웨이퍼의 로트에 있어서, 돌연, 파티클수가 관리상한치를 넘는다고하는 현상이 발생한다. 그리고 이 돌발적인 파티클의 발생이 LSI제조공정의 수율을 저하시키는 한 원인으로 되어있다.
본 발명은, 특히 스퍼터링에 의해 박막을 형성할때의 돌발적인 파티클의 발생을 억제한 고순도알루미늄 또는 고순도알루미늄합금스퍼터링타겟을 제공하는 것을 과제로 하였다.
(발명의 개시)
본 발명자들은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력하여, 알루미늄 또는 알루미늄합금타겟 속의 산소의 존재형태에 착안해서 조사를 행하였다. 그 결과, 타겟소재의 용해공정에서 사용하는 흑연도가니에 기인되는 것으로 생각되는 카본입자와 알루미나가 복합된 개재물로서 존재해있는 가능성이 높은 것을 발견하였다.
이들 복합개재물은, 비교적 드물게 분포해있기 때문에 일반적인 산소분석을 위한 샘플링에서는 시료속에 내포되지 않고, 분석치에 나타나는 것은 희소하나, 스퍼터링프로세스중에서는 파티클의 발생원인으로 된다. 또, 비교적 드물게 분포되어 있기 때문에, 특히 저산소함유량의 타겟의 경우에 돌발성의 파티클증가를 야기하는 것으로 생각된다.
그리고, 이와 같은 발견을 근거로하여, 알루미늄 또는 알루미늄합금타겟 속의 흑연·알루미나복합개재물의 존재빈도를 표시하는 지표로서, 타겟재의 초음파탐상검사에 있어서의 인디케이션(Indication)수를 사용할 수 있다는 것을 명백하게 하였다.
이들 지견에 의거해서, 본 발명은, 고순도알루미늄 또는 고순도알루미늄합금스퍼터링타겟에 있어서, 이 타겟속의 산소함유량이 5ppm미만이고, 또 이 타겟표면으로부터 행한 초음파탐상검사에 있어서의 평저구멍(平底穴:Flat Bottom Hole)0.5㎜ø이상 상당의 인디케이션(Indication)수가 0.014개/㎠미만인 것을 특징으로 하는 알루미늄 또는 알루미늄합금스퍼터링타겟을 제공한다.
본 발명은, 고순도 알루미늄 또는 고순도알루미늄합금스퍼터링타겟에 관한 것이며, 특히 스퍼터링에 의해 박막을 형성할때에 파티클(particle)의 발생이 적은 고순도알루미늄 또는 알루미늄합금스퍼터링타겟에 관한 것이다.
도 1은 타겟A(비교예) 및 타겟B(실시예)를 사용한 경우의 각 로드마다의 파티클수의 추이를 표시한 도면
도 2는 타겟C(비교예) 및 타겟D(실시예)를 사용한 경우의 각 로드마다의 파티클수의 추이를 표시한 도면
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
스퍼터링시의 파티클은, 타겟속의 개재물이 파열함으로써 발생한다. 또 파열에 의해 뚫린 구멍의 근처에 입자의 재부착이 발생하고, 이 재부착물이 박리해서 이것도 또 파티클의 원인이 된다. 파티클의 원인이 되는 개재물은, 주로 산화물로 이루어진 것이기 때문에, 타겟속의 산소함유량을 5ppm미만으로 한다. 또, 타겟표면으로부터 행한 초음파탐상검사에 있어서의 평저구멍(Flat Bottom Hole)0.5㎜ø이상 상당의 인디케이션(Indication)수를 0.014개/㎠미만으로 함으로써, 흑연·알루미나복합개재물을 저감하여, 돌발성의 파티클의 발생을 충분히 적게할 수 있다.
본 발명의 스퍼터링타겟의 소재로서 사용하는 고순도알루미늄이란 4N(99.99% )이상의 알루미늄을 의미하고, 알루미늄합금이란 스퍼터링타겟으로서 통상 첨가되는 Si, Cu, Ti, Ge, Cr, Ni, Mo, B, Zr, Nd, Ta등의 원소를 고순도알루미늄에 1종 또는 2종이상을 10중량%이하 함유하는 것이다.
또, 본 발명의 스퍼터링타겟의 제조에 사용하는 원료로서는, 시판의 고순도알루미늄자료 및 상기의 합금첨가성분재료를 사용할 수 있으나, 전자디바이스 등에 악영향을 미치는 방사성원소, 알칼리금속 등의 불순물함유량을 극력 저감한 것이 바람직하다.
타겟은 통상, 원료를 용해 및 주조하고, 주조후의 소재를, 결정조직, 입자직경 등을 적절한 것으로 하기 위하여 열처리 및 가공처리를 실시하고, 그후 원반형상 등의 최종타겟치수로 마무리함으로써 제작된다. 압연이나 단조 등의 소성가공과 열처리를 적절히 조합시킴으로써 타겟의 결정방위 등의 품질조정을 행할 수 있다.
개재물은, 주로 원료의 용해, 주조의 과정에서 발생하고, 산화물, 질화물, 탄화물, 수소화물, 황화물, 규화물 등이나, 주로 산화물로 이루어진 것이기 때문에, 타겟을 제조할때에 사용하는 도가니, 탕구, 몰드 등은 환원성이 있는 재료를 사용하는 것이 좋다. 또, 용융한 알루미늄 또는 알루미늄합금의 주조를 행하기 전에, 용융한 금속의 표면에 떠오르는 산화물 등의 슬러그를 충분히 제거할 필요가 있다. 용해, 주조는 비산화성분위기속, 바람직하게는 진공속에서 행한다.
스퍼터링시의 파티클은, 타겟속의 개재물이 파열함으로써 발생한다. 또 파열에 의해 뚫린 구멍의 근처에 입자의 재부착이 발생하고, 이 재부착물이 박리해서 이것 역시 파티클의 원인이 된다. 파티클의 원인이 되는 개재물은, 주로 산화물로 이루어진 것이며, 타겟속의 산소함유량이 5ppm이상으로 되면, 특히, 파티클의 발생이 많아진다. 따라서, 타겟속의 산소함유량은 5ppm미만이 되도록 한다.
또, 돌발성의 파티클의 원인이 되는 흑연·알루미나복합개재물을 저감할 필요가 있으나, 이들 개재물은 비교적 드물게 분포해있기 때문에, 일반적인 산소분석을 위한 샘플링에서는 시료속에 내포되지 않아 분석치에 나타나는 것은 드물다. 그래서, 타겟재의 표면으로부터 초음파탐상검사를 행하고, 그 결과 관찰되는 평저구멍(Flat Bottom Hole)0.5㎜ø이상 상당의 인디케이션(Indication)수를 흑연·알루미나복합개재물의 존재빈도를 표시하는 지표로 하였다.
초음파탐상에 의한 인디케이션(Indication)의 측정은, Indication까지의 거리, Indication의 크기, 형상 등에 의해서 상이하는 반사에코의 세기로부터 구할 수 있다. 일반적으로는, 여러 가지의 깊이, 크기로 기계가공을 행한 평저구멍(Flat Bottom Hole)으로부터의 반사에코를 사용해서 측정한 DGS선도와 Indication에코의 세기를 비교함으로써 Indication의 크기를 추정한다. 따라서, 평저구멍(Flat Bottom Hole)0.5㎜ø란, 그 깊이의 직경 0.5㎜직경의 평저구멍으로부터의 반사에코와 동등한 세기를 가진 Indication의 크기를 표시하는 것이며, 등가직경이라고도 불린다.
그리고, 이 Flat Bottom Hole 0.5㎜ø이상 상당의 Indication수가 0.014개/㎠이상의 경우에, 돌발성의 파티클의 증가가 현저하게 된다. 따라서, Flat Bottom Holde 0.5㎜ø이상 상당의 Indication수는 0.014개/㎠미만으로 되게 한다. 또한, 이 값은, 통상의 고순도알루미늄 또는 알루미늄합금스퍼터링타겟, 즉 직경 300㎜, 두께 10∼15㎜의 타겟에 있어서 10개미만에 상당하는 것이다.
이렇게 해서, 본 발명에 의해, 평균적인 파티클의 수를 저감하는 동시에 돌발적인 파티클의 발생까지도 억제할 수 있어, 금후의 알루미늄(합금)타겟에의 요구에 대응할 수 있다.
실시예 1
2종류의 Al-0.5%Cu합금타겟 (직경 300㎜ø, 두께 10㎜)을 제작했다. 타겟속의 산소함유량을 측정했다. 또, 타겟표면으로부터 초음파탐상검사를 행하였다. 초음파탐상검사의 조건은 이하 대로였다.
진동자의 직경: 9.5㎜ø
진동자면적 : 68㎟
진동자형상 : 원형
초음파주파수 : 5∼10㎒
각각의 타겟의 산소함유량 및 단위면적당의 초음파탐상검사에 있어서의 Flat Bottom Hole 0.5㎜ø이상 상당의 Indication수는 이하대로 였다.
산소함유량 Flat Bottom Hole 0.5㎜ø이상
(ppm) 상당의 Indication 수(개/㎠)
타겟 A 1 0.0453
타겟 B 2 0.0042
이들 타겟을 사용해서, 스퍼터링시험을 행하였다. 직경 8인치의 실리콘웨이퍼위에 스퍼터막을 성막하고, 0.3㎛이상의 파티클수를 파티클카운터(Tencor제 6420)에 의해 측정했다. 각 로트마다의 파티클수의 추이를 도 1에 표시한다.
여기서, 로트№1∼32는 타겟A를, 로트№33∼40은 타겟B를, 그리고, 로트№41∼49는 재차 타겟A를 사용해서 스퍼터링을 행한 것이다.
타겟A를 사용했을 경우에는, 돌발적인 파티클수의 증가(도 1의 *표시)를 볼수 있었는데 대해서, 타겟B에서는 이와 같은 돌발적인 파티클수의 증가는 볼수 없고 안정되어 있었다.
실시예 2
실시예 1과 마찬가지로, 2종류의 Al-0.5%Cu합금타겟(직경 300㎜ø, 두께 10㎜)을 제작하였다. 타겟속의 산소함유량을 측정했다. 또, 타겟표면으로부터 초음파탐상검사를 행하였다.
각각의 타겟의 산소함유량 및 단위면적당의 초음파탐상검사에 있어서의 Flat Bottom Hole 0.5㎜ø이상 상당의 Indication수는 이하대로 였다.
산소함유량 Flat Bottom Hole 0.5㎜ø이상
(ppm) 상당의 Indication 수(개/㎠)
타겟 C (비교예) 0.5 0.0325
타겟 D (실시예) 0.5 0.0127
이들 타겟을 사용해서, 스퍼터링시험을 행하였다. 직경 8인치의 실리콘웨이퍼위에 스퍼터막을 성막하고, 0.3㎛이상의 파티클수를 파티클카운터(Tencor제 6420)에 의해 측정했다. 각 로트마다의 파티클수의 추이를 도 2에 표시한다.
여기서, 로트№1∼17는 타겟C를, 로트№18∼33은 타겟D를 사용해서 스퍼터링을 행한 것이다.
타겟C를 사용했을 경우에는, 관리상한치(이 경우에는 30개)를 초과하게 되는 돌발적인 파티클수의 증가(도 2의 *표시)를 볼수 있었는데 대해서, 타겟D에서는 이와 같은 돌발적인 파티클수의 증가는 볼수 없고 안정되어 있었다.
본 발명의 고순도알루미늄 또는 고순도알루미늄합금스퍼터링타겟을 사용함으로써, 스퍼터링시의 돌발적인 파티클의 발생을 저감하는 일이 가능하다.

Claims (1)

  1. 고순도알루미늄 또는 고순도알루미늄합금스퍼터링타겟에 있어서, 이 타겟속의 산소함유량이 5ppm미만이고, 또 이 타겟표면으로부터 행한 초음파탐상검사에 있어서의, 평저구멍(平底穴: Flat Bottom Hole)0.5㎜ø이상 상당의 인디케이션(Indication)수가 0.014개/㎠미만인 것을 특징으로 하는 알루미늄 또는 알루미늄합금스퍼터링타겟.
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