KR20020016534A - 스퍼터링 타겟 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 Cu 배선막에 대한 배리어층으로서 사용되는 TaN막 등을, 예를 들어 바이어스 스퍼터를 적용하여 형성하는 경우에, 장시간에 걸쳐서 안정된 플라즈마 상태를 실현하는 것을 목적으로 한다.
고순도 Ta로 이루어지는 스퍼터링 타겟이다. 이 스퍼터링 타겟을 구성하는 고순도 Ta는 자기 유지 방전 특성을 갖는 Ag, Au 및 Cu로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 0.001 내지 20 ppm 범위로 함유한다. 이들 자기 유지 방전 특성을 갖는 원소는 Ta의 이온화를 촉진하고, 이에 의해 플라즈마 상태가 안정된다. 자기 유지 방전 특성을 갖는 원소의 함유량의 편차는 타겟 전체로서 30 % 이내로 되어 있다.
Description
본 발명은 반도체 소자 등에 사용되는 Cu 배선의 배리어층의 형성에 적합한 스퍼터링 타겟에 관한 것이다.
최근, LSI로 대표되는 반도체 공업은 급속하게 진보하고 있다. 고속 논리 등의 반도체 장치에 있어서는 고집적화, 고신뢰성화, 고기능화가 진행됨에 따라서, 미세 가공 기술에 요구되는 정밀도도 점점 높아지기 시작하고 있다. 이러한 집적 회로의 고밀도화와 고속화 등에 수반하여, Al이나 Cu를 주성분으로 하여 형성되는 금속 배선의 폭은 1/4 ㎛ 이하로 되고 있다.
한편, 집적 회로를 고속으로 동작시키기 위해서는 Al 배선이나 Cu 배선의 저항을 저감하는 것이 필수로 된다. 종래의 배선 구조에서는 배선의 두께를 두껍게 함으로써 배선 저항을 저감하는 것이 일반적이었다. 그러나, 더 한층 고집적화ㆍ고밀도화된 반도체 장치에서는 지금까지의 적층 구조를 이용했을 때 배선상에 형성되는 절연막의 커버리지성이 악화되고, 당연히 장치의 수율도 저하되므로, 배선 기술 그 자체를 개량하는 것이 요구되고 있다.
그래서, 종래의 배선 기술과는 다른 듀얼 다마신(Dual Damascene) 배선 기술을 적용하는 것이 검토되고 있다. DD 기술이라 함은, 미리 기초막에 형성한 배선홈 상에, 배선재가 되는 Al이나 Cu를 주성분으로 하는 금속을 스퍼터링법이나 CVD법 등을 이용하여 성막하고, 열처리(리플로우)에 의해서 홈으로 유입하며, CMP(Chemical Mechanical Polishing)법 등에 의해 여분의 배선 금속을 제거하는 기술이다.
상술한 바와 같은 배선 재료로서는 저항률이 Al보다 낮은 Cu가 주류를 이루고 있다. Cu 배선은 Al 배선에 비해 내일렉트로 마이그레이션성이 우수하므로, 지금까지의 고속 장치에서는 Cu 배선이 필수이다. 이러한 Cu 배선을 적용하는 경우에는 Cu의 Si 내로의 확산 방지를 목적으로 한 배리어 금속층을 형성할 필요가 있다.
반도체 장치용의 배리어 금속으로서는 일반적으로 TiN이 사용되어 왔지만, 최근 Cu 배선용의 배리어 재료로서 TaN이 제안되고, Cu의 Si 내로의 확산 방지에 대해서는 TaN이 유효하다는 사실이 명확해지고 있다. 그래서, Cu 배선용의 배리어층에는 TaN막을 적용하는 방향으로 진행되고 있다.
상기한 바와 같은 배리어층으로서의 TaN막은, 예를 들어 Ta 타겟을 사용하여 Ar과 N2의 혼합 가스속에서 스퍼터링을 행하는 리액티브 스퍼터법을 적용함으로써 형성된다. 이 때, 예를 들어 종횡비가 4를 초과하는 배선홈이나 홀 내에 TaN막을 양호하면서도 균일하게 형성하기 위해서, 타겟에 마이너스 전압을 인가하는 동시에 기판측에도 마이너스의 바이어스 전압을 인가하여 스퍼터 입자의 직진성을 향상시킨 스퍼터법, 즉 바이어스 스퍼터법을 적용하는 것이 검토되고 있다.
상술한 바와 같은 바이어스 스퍼터법에 있어서는, 우선 성막 챔버 내부를 최저라도 1 × 10-5Pa 이상의 고진공 상태로 유지하면서 Ta 타겟측에 일정치 이상의 마이너스 전압을 인가하고, 또 Ar이나 Kr 등의 희석 가스와 N2가스의 혼합 가스를 도입하여 플라즈마를 발생시킨다. 동시에 기판측에도 마이너스 전압을 인가한다. 이러한 상태에서 Ar과 함께 N2 +이온으로 Ta 타겟 표면에 충격을 가하여, Ta와 N의 화합물인 TaN 입자를 비상시킴으로써 TaN막이 성막된다.
그러나, 종래의 Ta 타겟을 사용하여 바이어스 스퍼터를 실시한 경우, 기판측에의 바이어스 전압을 높였을 때 등에 장시간 성막하고 있으면 플라즈마가 불안정한 상태로 되어, 결과적으로 방전이 중단되어 버리는 문제가 발생한다. 이러한 문제가 반도체 장치의 양산 라인에서 발생하면 다량의 불량품을 발생시키게 되며, 반도체 장치의 제조 수율을 대폭 저하시켜 버린다.
본 발명은 이러한 과제에 대처하기 위해서 이루어진 것으로, 배리어층으로서의 TaN막 등을 바이어스 스퍼터법으로 형성할 때, 장시간에 걸쳐서 안정된 플라즈마 상태를 실현하는 것을 가능하게 한 스퍼터링 타겟을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
도1은 본 발명의 스퍼터링 타겟에 있어서의 Ag, Au 및 Cu 함유량의 측정 방법을 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 타겟의 중심부
2 내지 9 : 외주 근방 위치
10 내지 17 : 중심부와 외주부의 1/2 거리의 위치
본 발명의 스퍼터링 타겟은 청구항 1에 기재한 바와 같이 고순도 Ta로 이루어지는 스퍼터링 타겟이며, 상기 고순도 Ta는 Ag, Au 및 Cu로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 0.001 내지 20 ppm 범위로 함유하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 스퍼터링 타겟은 또한 청구항 2에 기재한 바와 같이, 상기 타겟 전체로서의 상기 Ag, Au 및 Cu로부터 선택되는 적어도 1종의 원소의 함유량의 편차가 30 % 이내인 것을 특징으로 하고 있다. 또, 본 발명의 스퍼터링 타겟을 구성하는 고순도 Ta는 청구항 3에 기재한 바와 같이, 불순물 원소로서의 Fe, Ni, Cr, Si, Al, Na 및 K의 합계 함유량이 100 ppm 이하의 순도를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 스퍼터링 타겟은 예를 들어 청구항 4에 기재한 바와 같이 지지판과 접합하여 사용된다. 본 발명의 스퍼터링 타겟은 청구항 5에 기재한 바와 같이, 특히 TaN막으로 이루어지는 배리어층을 형성할 때 적합하게 사용되는 것이다. 또한, 청구항 6에 기재한 바와 같이, Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 배선막에 대한 배리어층의 형성용으로서 적합하다.
본 발명의 스퍼터링 타겟에 있어서는 고순도 Ta에 Ag, Au 및 Cu로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 0.001 내지 20 ppm 범위로 함유시키고 있다. 여기서, Ag, Au 및 Cu는 스퍼터링율이 높고, 또한 이온화 효율이 높은 원소이며, 이들 원소 자체가 이온화되어 타겟으로 되돌아가서 자기 유지 스퍼터하는 특성을 갖고 있다. 이러한 특성을 갖는 금속 원소를 Ta 타겟 중에 적당량 첨가함으로써 Ta의 이온화가 촉진되므로, Ta 타겟을 스퍼터링할 때의 플라즈마 상태를 장시간에 걸쳐서 안정하게 유지하는 것이 가능해진다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 설명한다.
본 발명의 스퍼터링 타겟은 Ag, Au 및 Cu로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 0.001 내지 20 ppm(질량화) 범위로 함유하는 고순도 Ta로 이루어지는 것이다. 상기한 바와 같은 원소를 소정량 함유하는 고순도 Ta에 따르면, Ta의 바이어스 스퍼터시에 있어서의 플라즈마 상태를 안정화시키는 것이 가능해진다.
즉, Si 기판상 등에 Ta 타겟을 사용한 리액티브 스퍼터법에 의해 TaN막을 성막하는 경우, 배선홈이나 홀 내에의 성막 상태를 향상시키기 위해서 기판측에도 마이너스의 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 스퍼터법을 적용하는 것이 유효하다. 바이어스 스퍼터에 의하면, 스퍼터 입자(TaN 입자)의 직진성이 향상되므로, 배선홈이나 홀 내에 TaN막을 양호하면서도 균일하게 형성할 수 있다.
단, 종래의 고순도 Ta 타겟을 사용하여 바이어스 스퍼터를 실시한 경우에는 장시간 성막을 계속하면 플라즈마가 매우 불안정한 상태에 빠지며, 최종적으로는 방전이 중단되어 버린다. 이러한 플라즈마 상태의 불안정화를 회피하기 위해서는 Ta 타겟으로부터도 Ta 이온을 방출시켜, 이 Ta 이온의 방출량을 한층 더 증가시키는 것이 유효하다. 이 점에 대하여 다양하게 검토한 결과, 이온화 효율이 높은 Ag, Au 및 Cu로부터 선택되는 적어도 1종의 원소가 Ta 이온의 발생수의 증가에 대하여 유효하게 작용하는 것을 발견했다.
즉, Ag, Au 및 Cu는 스퍼터링율이 높고, 또한 이온화 효율이 높은 원소이다. 이러한 금속 원소는 그 원자 자체가 이온화되고, 그 생성된 금속 이온이 타겟으로 되돌아가서 자기 유지 스퍼터하는, 환언하면 자기 유지 방전에 의해 스퍼터가 계속되는 특성을 갖고 있다.
상기한 바와 같은 자기 유지 방전 특성을 갖는 금속 원소, 즉 Ag, Au 및 Cu로부터 선택되는 적어도 1종을 Ta 타겟 중에 적당량 함유시킴으로써, Ta의 이온화를 촉진시킬 수 있다. 환언하면, Ag, Au 및 Cu는 Ta의 이온화를 보완하는 역할을 한다. 이와 같이 Ta의 이온화를 촉진함으로써, Ta 타겟을 스퍼터링할 때의 플라즈마 상태를 장시간에 걸쳐서 안정하게 유지하는 것이 가능해진다.
특히, 기판측에 마이너스 전하(바이어스 전하)를 인가한 경우에 있어서도, 자기 유지 방전 특성을 갖는 금속 원소(Ag, Au, Cu)로 Ta의 이온화를 촉진함으로써, Ta 타겟을 스퍼터링할 때의 플라즈마 상태를 장시간에 걸쳐서 안정하게 유지할 수 있다.
상술한 바와 같은 Ag, Au 및 Cu로부터 선택되는 적어도 1종의 원소(이하, 자기 유지 방전성 원소라고 기재함)의 함유량은 이들 원소의 합계 함유량으로서 질량비로 0.001 내지 20 ppm 범위로 한다. 자기 유지 방전성 원소의 합계 함유량이 0.001 ppm 미만이면, 상기한 Ta의 이온화를 촉진시키는 효과를 얻지 못한다. 한편, 자기 유지 방전성 원소의 합계 함유량이 20 ppm을 초과하면, 스퍼터막의 막두께의 면내 균일성이 저하된다. 통상의 스퍼터막의 막두께 면내 균일성은 5 % 이하가 표준인데, 자기 유지 방전성 원소의 합계 함유량이 20 ppm을 초과하면 5 % 이상, 또는 10 % 가까이까지 막두께의 면내 균일성이 저하되어 버린다. 이러한 점으로부터, 자기 유지 방전성 원소의 합계 함유량은 20 ppm 이하로 한다.
본 발명의 스퍼터링 타겟을 구성하는 고순도 Ta 중의 Ag, Au 및 Cu의 합계 함유량은 0.001 내지 10 ppm 범위로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.001 내지 3 ppm 범위로 하는 것이 더 한층 바람직하다. 이러한 범위의 양으로 자기 유지 방전성 원소를 함유시킴으로써, 스퍼터막의 막두께 면내 균일성과 플라즈마 상태의 안정화 효과를 보다 양호하게 양립시키는 것이 가능해진다.
그리고, Ag, Au, Cu의 각 원소는 예를 들어 TaN막의 비저항에 대해서도 영향을 미친다. TaN막의 비저항은 N량이 증가함에 따라서 증대하는데, Ag, Au 및 Cu의 합계 함유량을 적절하게 설정함으로써, TaN막의 비저항을 원하는 범위(예를 들어 250 μΩㆍcm 전후)로 제어할 수 있다. 이와 같이, Ag, Au 및 Cu 원소는 본 발명의 타겟을 스퍼터링함으로써 형성되는, 예를 들어 TaN막의 비저항의 제어에 대해서도 유효하게 기능하는 것이다. 단, TaN막 중의 Ag, Au 및 Cu의 함유량이 너무 많아지면 막의 비저항이 상승하므로, Ag, Au 및 Cu의 함유량은 적절하게 조정하는 것으로 한다.
또, 본 발명의 스퍼터링 타겟에 있어서, 상기한 자기 유지 방전성 원소(Ag, Au, Cu)의 함유량의 편차는 타겟 전체로서 30 % 이내로 하는 것이 바람직하다. 또한, 여기서 의미하는 자기 유지 방전성 원소의 함유량의 편차라 함은, 타겟 각부에 있어서의 Ag, Au 및 Cu의 합계 함유량(각 원소의 미시적인 함유량의 합계)을 비교한 경우의 편차를 나타내는 것이다.
이와 같이, 타겟 전체에 대한 Ag, Au 및 Cu의 합계 함유량의 편차를 낮게 억제함으로써, 타겟 전체로서 Ta의 이온화를 촉진시킬 수 있고, 플라즈마 상태를 보다 한층 안정화시키는 것이 가능해진다.
그리고, 타겟 전체에 대한 Ag, Au 및 Cu의 합계 함유량의 편차가 커지면, 스퍼터막의 막두께의 면내 균일성이 저하되는 동시에, 스퍼터막 중의 Ag, Au 및 Cu의 양이 국소적으로 증대하여, 막의 비저항을 상승시킬 우려가 있다. 이러한 점으로부터도 Ag, Au 및 Cu의 합계 함유량의 편차는 30 % 이내로 하는 것이 바람직하다. 이들 금속 원소의 합계 함유량의 편차는 15 % 이내로 하는 것이 더욱 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 % 이내이다.
여기서, 본 발명의 스퍼터링 타겟에 있어서의 자기 유지 방전성 원소의 함유량(Ag, Au 및 Cu의 합계 함유량)은 이하에 제시하는 방법에 의해 측정된 값을 나타내는 것으로 한다.
즉, 도1에 도시한 바와 같이 예를 들어 원판형 타겟의 중심부(위치 1)와, 중심부를 지나서 원주를 균등하게 분할한 4개의 직선상의 외주 근방 위치(위치 2 내지 9) 및 그 1/2 거리의 위치(위치 10 내지 17)로부터 각각 길이 10 mm, 폭 10 mm의 시험편을 채취한다. 이들 17점의 시험편의 Ag 함유량, Au 함유량, Cu 함유량을 각각 측정하고, 이들 측정치를 평균한 값을 Ta 타겟의 Ag 함유량, Au 함유량, Cu함유량으로 한다. 자기 유지 방전성 원소의 합계 함유량은 이들 각 원소의 함유량의 평균치를 합계한 값을 나타내는 것이다. Ag량, Au량, Cu량은 ICP-AES법에 기초하여 측정한다.
그리고, 타겟 전체의 자기 유지 방전성 원소의 합계 함유량의 편차는 상기한 17점의 시험편으로부터 구한 Ag, Au 및 Cu의 합계 함유량의 최대치 및 최소치로부터, {(최대치-최소치) / (최대치+최소치)} × 100의 식에 기초하여 구한 값을 나타내는 것으로 한다.
본 발명의 스퍼터링 타겟은 상술한 바와 같이 고순도 Ta 중에 Ag, Au 및 Cu로부터 선택되는 적어도 1종의 자기 유지 방전성 원소를 소정량 함유시킨 점에 특징을 갖는 것인데, 타겟을 구성하는 고순도 Ta의 순도 레벨(Ag, Au 및 Cu량을 제외한 순도)을 너무 높이면 플라즈마 상태가 불안정해질 우려가 있다.
이러한 점으로부터, 본 발명의 스퍼터링 타겟은 불순물 원소로서의 Fe, Ni, Cr, Si, Al, Na 및 K의 합계 함유량이 100 ppm 이하인 고순도 Ta로 구성하는 것이 바람직하다. 환언하면, Fe, Ni, Cr, Si, Al, Na 및 K의 각 함유량(질량%)의 합계량을 100 %로부터 차감한 값, [100 - (Fe%+Ni%+Cr%+Si%+Al%+Na%+K%)]가 99.99 내지 99.999 % 범위인 고순도 Ta를 사용하는 것이 바람직하다.
상기한 불순물 원소의 합계 함유량이 100 ppm을 초과하면, 얻어지는 막의 비저항이 너무 높아져서 예를 들어 배선막으로서의 특성이 저하되어 버린다. 이러한 점으로부터, Ta 타겟 중의 불순물 원소로서의 Fe, Ni, Cr, Si, Al, Na 및 K의 합계 함유량은 100 ppm 이하로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 스퍼터링 타겟은 예를 들어 이하와 같이 해서 제작할 수 있다. 즉, 우선 Ta 타겟의 형성 원료가 되는 고순도 Ta를 제작한다. 예를 들어, Ta2O5 광석에 대하여 알칼리 융해법, 분별 결정법, 전자 비임 용해법 등을 적용하여 Ta 잉곳을 제작한다.
이 때, Ta 잉곳의 순도가 상기한 범위가 되도록 Ta 원료의 정제 조건을 설정하는 것이 바람직하다. Ta 원료의 순도가 낮은 경우에는 예를 들어 Ta2O5에 대하여 알칼리 융해법을 실시한 후, 분별 결정법이나 할로겐 금속에 의한 환원법을 적용하거나, 또는 필요에 따라서 전자 비임 용해 등을 적용한다. 그리고, 최종적으로 얻어지는 스퍼터링 타겟이 0.001 내지 20 ppm 범위의 자기 유지 방전성 원소(Ag, Au, Cu)를 함유하도록, Ta 원료 중의 Ag, Au 및 Cu 함유량을 고려한 다음에, 예를 들어 용해시에 Ag, Au, Cu를 적당량 첨가한다.
다음에, 얻어진 Ta 잉곳에 대하여 단조, 압연에 의한 소성 가공을 실시한다. 이 소성 가공시의 가공율은 예를 들어 50 내지 98 %로 한다. 이러한 가공율의 소성 가공에 의하면, 잉곳에 적당한 열에너지를 부여할 수 있고, 이 열에너지에 의해서 자기 유지 방전성 원소(Ag, Au, Cu)의 균질화(편차의 감소)를 도모할 수 있다. 가공시의 열에너지는 결정 입자의 배열을 정합시키는 역할을 하므로, 미소한 내부 결함의 제거 등에 대해서도 유효하게 작용한다. 소성 가공 공정에 있어서는 필요에 따라서 중간 열처리를 실시해도 된다. 이 후, 1000 내지 1500 ℃ 범위의 온도에서 1시간 이상의 열처리를 실시한다. 이 열처리에 의해서, 타겟 재료 중의 Ag,Au, Cu의 각 원소의 편차를 더욱 감소시킨다.
이와 같이 해서 얻어지는 Ta 소재를 원하는 원판형 등으로 기계 가공하고, 이를 예를 들어 Al이나 Cu로 이루어지는 지지판과 접합한다. 지지판과의 접합에는 확산 접합이나 납땜 접합 등이 적용된다. 확산 접합시의 온도는 600 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, 납땜 접합은 공지한 In계나 Sn계의 접합재를 사용하여 실시한다. 여기서 얻어진 타겟 소재를 소정 크기로 기계 가공함으로써, 본 발명의 스퍼터링 타겟이 얻어진다.
본 발명의 스퍼터링 타겟은 각종 전자 장치의 배선막 형성용으로서 사용할 수 있는데, 특히 Cu막이나 Cu 합금막으로 이루어지는 배선막에 대한 배리어층으로서의 TaN막의 형성에 바람직하게 사용된다. 특히, 리액티브 스퍼터법에 의한 TaN막의 성막시에, 스퍼터 입자(TaN 입자)의 직진성을 높이기 위해서, 기판측에도 마이너스의 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 스퍼터를 적용하는 경우에 본 발명의 스퍼터링 타겟은 적합하다.
본 발명의 스퍼터링 타겟이 사용되는 구체적인 배선 구조로서는, 예를 들어 SiO2계의 절연막 상에 TaN막을 성막하고, 다시 그 위에 Cu 배선막(Cu막 또는 Cu 합금막)을 형성한 Cu 배선 구조를 들 수 있다. 이러한 Cu 배선 구조에 의하면, 예를 들어 DD 배선 기술을 적용할 때 적합한 배선막 구조를 제공할 수 있고, 고밀도 배선을 고신뢰성하에서 재현성 높게 얻을 수 있다. 이것은 초 고집적형의 반도체 장치의 제조 수율의 향상 등에 크게 공헌한다. 그리고, 이러한 Cu 배선 구조는 VLSI등의 반도체 장치로 한정하지 않고, SAW 장치, TPH, LCD 장치 등의 각종 전자 부품에 적용할 수 있다.
다음에, 본 발명의 구체적인 실시예 및 그 평가 결과에 대하여 기술한다.
<제1 실시예, 제1 비교예>
우선, Ag, Au, Cu의 각 원소의 함유량, 그리고 불순물 원소로서의 Fe, Ni, Cr 등의 함유량을 변화시킨 18종류의 Ta 잉곳을 전자 비임 용해에 의해 제작했다. Ag, Au, Cu를 비롯한 각 원소의 함유량은 전자 비임 용해시에 첨가하거나, 또는 전자 비임 용해의 횟수에 의해 조정했다.
상기한 각 Ta 잉곳에 냉간 단조 및 냉간 압연을 실시하고, 또한 1200 ℃ × 120 min의 조건으로 열처리했다. 그 후, 각각 확산 접합법을 적용하여 Al 지지판과 접합하고, 또 기계 가공을 실시하여 직경 300 mm × 두께 10 mm의 18종류의 Ta 스퍼터링 타겟을 제작했다. 또한, 각 원소의 함유량에 대해서는 ICP 장치(발광 분광 분석 장치: 세이코 인스트루먼츠사제ㆍSPS 1200A)에 의해서 분석했다.
이와 같이 해서 얻은 18종류의 Ta 타겟을 각각 사용하여, 기판 타겟 사이의 거리 : 300 mm, 스퍼터 가스 : Ar(5 sccm) + N2(20 sccm), 배압 : 1 × 10-5Pa, 출력 DC : 18 kW, 스퍼터 시간 : 5 min, 기판 바이어스 : -100 V의 조건하에서 방전의 지속성을 조사했다. 이 결과에 대하여, 방전 지속 시간을 표1에 나타낸다.
표1로부터 명확해지는 바와 같이, 적당량의 Ag, Au, Cu를 함유시킨 시료 No.1 내지 No.9의 본 발명의 Ta 스퍼터링 타겟은 다른 원소량을 증가시킨 시료No.10 내지 No.25의 Ta 스퍼터링 타겟에 비해, 2배 가까이의 방전 지속 특성을 갖고 있음을 알 수 있다.
<제2 실시예, 제2 비교예>
우선, Ag, Au, Cu의 각 원소 함유량을 변화시킨 6종류의 Ta 잉곳을 전자 비임 용해에 의해 제작했다. Ag, Au, Cu의 각 원소의 함유량은 전자 비임 용해의 횟수나 전자 비임 용해시에 첨가함으로써 조정했다. 또, Ta 잉곳의 Ag, Au, Cu의 각 원소를 제외한 순도는 약 99.95%이다.
상기한 각 Ta 잉곳에 냉간 단조 및 냉간 압연을 실시하고, 또한 1200 ℃ × 120 min의 조건으로 열처리했다. 그 후, 각각 확산 접합법을 적용하여 Al 지지판과 접합하고, 또 기계 가공을 실시하여 직경 300 mm × 두께 10 mm의 6종류의 Ta 스퍼터링 타겟을 제작했다. 이와 같이 해서 얻은 6종류의 Ta 스퍼터링 타겟의 Ag, Au 및 Cu의 합계 함유량, 및 그 편차를 전술한 방법에 기초하여 측정, 평가했다.
그리고, 각 Ta 스퍼터링 타겟을 사용하여 기판 타겟 사이의 거리 : 300 mm, 스퍼터 가스 : Ar(5 sccm) + N2(20 sccm), 배압 : 1 × 10-5Pa, 출력 DC : 18 kW, 스퍼터 시간 : 5 min, 기판 바이어스 : -100 V의 조건하에서 스퍼터링을 실시하여, 두께 5 ㎛의 TaN막을 각각 제작했다.
상기한 스퍼터링 시험에 있어서 방전 지속 시간을 측정했다. 또, 얻어진 TaN막의 막두께의 면내 균일성과 비저항을 측정했다. 이들 결과를 함께 표2에 나타낸다. 또한, 막두께의 면내 균일성은 전술한 편차의 측정 방법과 마찬가지로 원판형 타겟의 17점의 위치에 있어서 TaN막의 막두께를 측정하고, 그 최대치 및 최소치로부터 {(최대치-최소치) / (최대치+최소치)} × 100의 식에 기초하여 구한 값을 나타낸다.
표2로부터 명확해지는 바와 같이, 적당량의 Ag, Au, Cu를 함유시키는 동시에 그 편차를 억제한 본 발명의 Ta 스퍼터링 타겟(시료 No.1 내지 No.13)은 양호한 방전 지속 특성을 갖고 있으며, 또한 얻어지는 TaN막의 막두께의 면내 균일성과 비저항도 우수함을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 스퍼터링 타겟에 의하면, 바이어스 스퍼터를 적용한 경우에 있어서도 플라즈마 상태를 안정하게 지속시킬 수 있다. 따라서, 이러한 Ta 스퍼터링 타겟을 사용함으로써, 예를 들어 Cu 배선막의 배리어층으로서유효한 TaN막 등을 안정하며 높은 수율로 형성하는 것이 가능해진다.
Claims (6)
- 고순도 Ta로 이루어지는 스퍼터링 타겟으로서, 상기 고순도 Ta는 Ag, Au 및 Cu로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 0.001 내지 20 ppm 범위로 함유하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
- 제1항에 있어서, 상기 타겟 전체로서의 상기 Ag, Au 및 Cu로부터 선택되는 적어도 1종의 원소의 함유량의 편차는 30 % 이내인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
- 제1항에 있어서, 상기 고순도 Ta는 불순물 원소로서의 Fe, Ni, Cr, Si, Al, Na 및 K의 합계 함유량이 100 ppm 이하인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
- 제1항에 있어서, 상기 타겟은 지지판과 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
- 제1항에 있어서, 상기 타겟은 TaN막으로 이루어지는 배리어층을 형성할 때 사용되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
- 제1항에 있어서, 상기 타겟은 Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 배선막에 대한 배리어층을 형성할 때 사용되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
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