KR20080100445A

KR20080100445A - 스퍼터링 타겟

Info

Publication number: KR20080100445A
Application number: KR1020087021786A
Authority: KR
Inventors: 유진 와이 이바노프; 융원 위안; 데이빗 비 스마더즈; 로날드 지 조단
Original assignee: 토소우 에스엠디, 인크
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2007-02-26
Publication date: 2008-11-18
Also published as: US8992748B2; TWI398534B; TW200734473A; US20090008786A1; WO2007103014A2; KR101376502B1; CN101395296A; CN101395296B; WO2007103014A3; US20120298506A1

Abstract

본 발명은 알루미늄과 Ni, Co, Ti, V, Cr, Mn, Mo, Nb, Ta, W 및 희토류 금속(REM)을 포함하는 1종 이상의 합금 원소를 포함하는 스퍼터링 타겟(sputtering target)을 제공한다. 순수한 알루미늄 및 알루미늄 합금 타겟에 극소량의 합금 원소를 첨가하면 타겟의 재결정화 과정에 영향을 미침으로써 침착된 와이어링 필름의 균일성이 개선된다. 합금 원소의 함량 범위는 0.01 내지 100ppm, 바람직하게는 0.1 내지 50ppm, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 10ppm 중량으로, 이것은 순수한 알루미늄 및 30ppm Si 합금과 같은 알루미늄 합금의 동적 재결정화를 방지하기에 충분하다. 소량의 합금 원소의 첨가는 순수한 알루미늄 및 알루미늄 합금 박막의 낮은 전기 저항과 양호한 에칭력을 유지하면서 이들의 열 안정성 및 전자이동 저항을 증가시킨다. 본 발명은 미세합금된 알루미늄 및 알루미늄 합금 스퍼터링 타겟의 제조방법도 제공한다.

스퍼터링 타겟, 합금 원소, 열 안정성, 전자이동 저항

Description

스퍼터링 타겟 {Sputtering target}

[관련 출원에 대한 상호참조]

본 출원은 2006년 3월 6일자로 출원된 미국 가특허 출원 계열 번호 제60/779,500호 및 2006년 6월 22일자로 출원된 미국 가특허 출원 계열 번호 제60/815,635호의 우선권을 청구한다.

본 발명은 반도체 집적 회로 소자 및 평판 디스플레이를 위한 개선된 균일성, 열 안정성 및 전자이동 저항을 갖는 와이어링 필름(wiring films)의 형성에 적합한 스퍼터링 타겟(sputtering target)에 관한 것이다. 본 발명은 특히 소량의 합금 원소를 함유하는 순수한 알루미늄 및 알루미늄 합금의 스퍼터링 타겟에 관한 것이다.

스퍼터링 방법으로 형성된 알루미늄 와이어링 필름은 저항이 낮고 에칭력이 양호하며 제조 비용이 적기 때문에 반도체 집적 회로 및 평판 디스플레이에 폭넓게 사용되고 있다. 저항이 낮고 열 전도성이 높으면 상호연결 네트워크와 관련된 저 항-용량(R-C) 지연이 낮아진다. R-C 지연은 소자 및 회로에서의 신호 전파 속도 또는 시간 상수를 결정하는 데에 중요한 인자이다. 예컨대, 액정 디스플레이(LCD)의 무정형 박막 트랜지스터(TFT)의 소스(sources)와 드레인(drains)을 연결하는 와이어링 필름에 대해서, 디스플레이 패널의 크기가 커질 때 목적하는 디스플레이 품질과 전력 소모를 유지하기 위해서는 낮은 시간 상수를 유지하고 5μΩ.㎝ 미만 및 심지어 3μΩ.㎝ 미만의 전기 저항을 유지할 필요가 있다.

다수의 응용에 있어서 와이어링 필름은 전체의 침착된 기판에 걸쳐 균일한 두께를 가짐이 중요하다. 이것은 1㎛ 이하의 피쳐(feature) 크기를 갖는 다중 레벨 구조의 복수 층으로 이루어진 대규모 집적 회로에서 특히 그러하다. 하나의 다중 레벨 구조의 제조는 유전체 재료의 침착과 패턴화, 확산 장벽층의 침착, 및 전도성 와이어링 필름의 침착과 패턴화를 포함하는 수회의 스퍼터링 및 패턴화 공정을 포함한다. 와이어링 필름 두께의 변화는 필름 두께에 반비례하는 필름 시트 저항(Rs)의 변화로 인해서 불일치 신호 전파 속도 및 전력 소모를 일으킬뿐 아니라 와이어링 필름 위에 만들어진 층의 성능에도 악영향을 주거나 심지어 거대한 필름 범프-힐락(bumps-hillocks)의 형성으로 인해서 도전성 와이어 필름들 사이에 단락 회로를 발생시키기도 한다.

와이어링 필름의 두께 균일성은 스퍼터링 타겟의 입자 크기, 방위 및 분포 균일성을 포함한 구조적 특성들에 의해서 직접 영향을 받는다고 믿어진다. 타겟 입자 구조는 전형적으로 기계적 변형 및 열 어닐링으로 이루어지는 이의 제조 과정의 제어를 통해서 조절된다. 목적하는 타겟 입자 구조를 형성하기 위한 핵심적인 단계는 변형 과정(압연, 압축, 단조, 압출 또는 이들의 병용)에서 충분하고 균일하게 분포된 내부 에너지를 축적하는 것이다. 내부 에너지는 재결정화 어닐링 과정에서의 입자 미세화를 위한 구동력이다. 그러나, 고순도 알루미늄(5N 이상의 순도)은 열간 변형 중에 동적 재결정화를 경험할 수 있음이 관찰되었다. 동적 재결정화 결과 중 하나는 내부 에너지가 부분적으로 소실되는 것이다. 불충분한 내부 에너지로 인해서 후속의 정적 재결정화 과정에서 입자 미세화 과정이 불완전하거나 아예 일어나지 않을 수 있다. 동적 재결정화의 또 다른 결과는 높은 전위 밀도의 변형된 매트릭스 내에 분산된 비(悲) 무변형 재결정화 입자의 형성이다. 이러한 종류의 불균일 부분 재결정화 구조는 재결정화 입자와 변형된 매트릭스가 서로 다른 스퍼터링 거동을 갖기 때문에 침착 필름의 두께 또는 평활성에서 상당한 변화를 초래한다.

순수한 알루미늄 필름의 응용과 관련한 문제점은 이의 낮은 전자이동 저항과 열 안정성이다. 다수의 알루미늄 와이어링 필름의 실패는, 와이어링 필름이 높은 전류 밀도의 영향을 받을 때 발생하여 원자 유량 발산과 관련한 방향성 물질 전달을 초래하는 전자이동에 의해서 유발된다. 높은 전류 밀도에 의해 발생한 주울(joule) 열 또는 열 처리의 영향을 받는 열 안정성이 낮은 필름 내에는 공극 또는 힐락이 형성된다. 일반적으로, 전자이동 저항은 열 안정성이 증가함에 따라 커진다. 열 안정성과 전자이동을 향상시키기 위한 통상적인 해법은 알루미늄을 합금하는 것이다. 침착된 필름의 열 안정성을 향상시키기 위하여 순수한 알루미늄 타겟에 0.1중량% 이하의 Cu, Fe, Ti 및 B 합금 원소를 첨가하는 방법이 보고되었다. 그러나, 알루미늄을 불순물 원소들과 합금하면 알루미늄의 전기 저항이 높아질 수 있다. 다른 한편, 합금 불순물을 알루미늄에 첨가하면 알루미늄의 에칭력이 떨어진다. 통상적으로 사용되는 Al 합금 원소인 Cu는 Al의 패턴성을 악화시킬 수 있는데, 그 이유는 Cu와 Al은 Al 에칭 반응물에 의해 제거되기 어려운 매우 안정한 금속간 침전물을 형성할 수 있고, Al에 적합한 에칭 반응물은 Cu와 반응하여 통상적으로 사용되는 세정 용매에 불용성인 화합물을 형성하기 때문이다.

따라서, 반도체 소자 및 평판 디스플레이 응용에서 금후의 요구를 만족시키는, 낮은 저항과 양호한 에칭력을 유지하면서 개선된 균일성, 전자이동 저항 및 열 안정성을 갖는 와이어링 필름을 생성하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 타겟의 개발에 대한 요구가 계속 증가하고 있다.

[발명의 개요]

본 발명자들은 Ni, Co, Ti, V, Cr, Mn, Mo, Nb, Ta, W 및 희토류 금속(REM)을 포함하는 1종 이상의 다른 원소 또는 제2 합금 원소 0.01 내지 100ppm을 함유하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 스퍼터링 타겟을 발견하고 이러한 스퍼터링 타겟의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 알루미늄 및 알루미늄 합금 스퍼터링 타겟으로부터 제조된 필름의 성능을 개선시키는 방법을 제공한다. 제한 없이 Ni, Co, Ti, V, Cr, Mn, Mo, Nb, Ta, W 및 희토류 금속(REM)을 포함하는 합금 원소를 알루미늄 또는 알루미늄 합금 타겟에 첨가하면 침착된 필름의 균일성이 개선된다. 합금 원소, 특히 Ni 및 Nd을 첨가하면 순수한 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 재결정화 온도가 상승되고, 열간 변형된 알루미늄 또는 알루미늄 합금에서 동적 재결정화가 효과적으로 억제되며, 냉간 가공된 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 위한 정적 재결정화에서 새로운 입자의 핵 생성을 구동하는 내부 에너지가 축적된다. 본 발명자들의 데이터는, 수 ppm의 Cu 또는 Fe로도 순수한 알루미늄 및 알루미늄-30ppm Si 합금에서의 동적 재결정화를 막을 수 없으나 Ni은 0.1 내지 0.3ppm처럼 소량으로 첨가되어도 알루미늄 또는 알루미늄-30ppm Si 합금의 열간 변형 중의 동적 재결정화를 효과적으로 제한함을 보여준다. 본 발명자들은 동적 재결정화는 불균일 입자 구조를 발생시켜 침착된 필름의 균일성을 떨어뜨리는 원인이 됨을 알게 되었다.

표면-활성의 특성을 갖는 제2 원소를 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 소량 첨가하면 침착된 필름의 결정 입자 미세화가 일어나고 이의 열 안정성, 전자이동 저항 및 힐락 저항이 개선된다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 소량의 합금 원소를 첨가해도 침착된 필름의 저항과 에칭력은 변하지 않는다.

이하 첨부된 도면을 참조로 상세하게 설명한다.

도 1은 필름의 불균일성을 Ni 함량의 함수로서 나타낸 도면이다. 점선은 육안 가이드라인이다.

도 2는 (a) Al-30ppm Si 콘맥(ConMag) 타겟 및 (b) 4ppm Ni 첨가된 Al-30ppm Si 콘맥 타겟의 스퍼터링된 표면의 사진이다. 변형된 띠를 함유하는 조대한 잉 곳(ingot) 입자를 보유하는 Ni 첨가된 타겟에 비해서 Ni 첨가되지 않은 타겟은 보다 미세한 입자 크기로 이루어진다. 이 사진은 타겟을 처음 50개의 웨이퍼에 대해 스퍼터링한 후 촬영하였다.

도 3은 (a) Ni 첨가되지 않은 타겟 및 (b) 4ppm Ni 첨가된 타겟의 금속 표면 확대도이다. Ni 첨가되지 않은 타겟은 톱니형의 입자 경계 및 아입자 경계를 갖는 동적 재결정화(DRX) 입자를 함유한다.

도 4는 Al-30ppm Si 콘맥 타겟의 (a) SEM, (b) OIM 역극점도(IPF) 지도, 및 (c) OIM 어긋남 방위 지도이다. 이들 영상은 변형된 원래의 입자 내에 톱니형의 입자 경계 및 아입자 경계를 갖는 동적 재결정화(DRX) 입자가 형성된 것을 보여준다. DRX 입자는 변형된 매트릭스보다 훨씬 더 낮은 밀도의 저각 아입자 경계를 갖는다.

도 5는 Ni 합금된 Al-30ppm Si 콘맥 타겟의 입자 삼중 접합에 대한 (a) SEM, (b) OIM 역극점도(IPF) 지도, 및 (c) OIM 어긋남 방위 지도이다. 이들 영상은 Ni 미세합금된 타겟은 동적 재결정화 입자를 갖지 않음을 보여준다. IPF 및 OIM 지도는 고각 입자 경계로 이루어지는 변형된 원래의 입자 내에, 전위로 이루어지는 저각 아입자 경계가 존재함을 보여준다.

도 6은 Ni 첨가 및 무첨가 Al-30ppm Si 타겟에 대한 어닐링 온도의 함수로서 나타낸 경도의 도면이다. 경도는 15㎏ 하중 및 1/8" 볼을 사용하여 측정한다. Ni 첨가는 알루미늄-30ppm Si 합금의 경도와 재결정화 온도를 증가시킨다.

도 7은 알루미늄-30ppm Si의 저항을 Ni 함량의 함수로서 나타낸 도면이다.

본 발명에 포함되는 알루미늄 및 이의 합금 스퍼터링 타겟은 임의의 적합한 형태를 가질 수 있다. 본 발명은 1종 이상의 합금 원소 Ni, Co, Ti, V, Cr, Mn, Mo, Nb, Ta, W 및 희토류 금속(REM)을 함유하는 알루미늄 및 이의 합금 타겟의 제조방법을 포함한다. 알루미늄 원료는 바람직하게는 99.999중량%의 순도를 가질 것이다. Ni 원료는 바람직하게는 99.95중량% 이상의 순도를 가질 것이다. Co 원료는 바람직하게는 99.95중량%의 순도를 가질 것이다. Ti 원료는 바람직하게는 99.995중량%의 순도를 가질 것이다. V 원료는 바람직하게는 99.5중량%의 순도를 가질 것이다. Cr은 바람직하게는 99.9중량% 이상의 순도를 가질 것이다. Mn은 바람직하게는 99.9중량% 이상의 순도를 가질 것이다. Mo은 바람직하게는 99.95중량% 이상의 순도를 가질 것이다. Ta는 바람직하게는 99.95중량% 이상의 순도를 가질 것이다. W는 바람직하게는 99.95중량% 이상의 순도를 가질 것이다. 알루미늄, 또는 알루미늄과 Si 및 Cu를 포함한 이의 주요 합금 원소, 및 1종 이상의 다른 합금 원소 Ni, Co, Ti, V, Cr, Mn, Mo, Nb, Ta, W 및 희토류 금속(REM)을 바람직하게는 진공 유도 용해 또는 연속 주조 공정을 통해서 용융시켜서 용융된 합금을 형성한다. 이어서 용융된 합금을 냉각하고 주조하여 Ni, Co, Ti, V, Cr, Mn, Mo, Nb, Ta, W 및 희토류 금속(REM)을 포함하는 1종 이상의 합금 원소를 함유한 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 잉곳을 형성한다. 본 발명의 알루미늄 또는 이의 합금 내의 제2 합금 원소는 0.01 내지 100ppm 중량 범위일 수 있다. 생성된 잉곳은 임의의 크기 및 원형, 사각형 및 직사각형을 포함하는 임의의 적합한 모양을 가질 수 있다. 1종 이상의 합금 원소를 소량으로 갖는 알루미늄 합금의 잉곳은 열 기계적 공정을 거쳐서 목적하는 입자 구조를 형성한다. 열 기계적 공정은 제한 없이 판 또는 소판을 형성하기 위한 열간 또는 냉간 압연, 열간 또는 냉간 압축, 열간 또는 냉간 단조, 및 어닐링을 포함한다. 알루미늄 합금의 판 또는 소판을 상이한 형태를 갖는 타겟으로 가공한다.

상술된 방법에 따라서 10ppm 미만의 Ni과 합금된 전형적인 알루미늄-30ppm Si 콘맥 타겟을 제조한다. 순도 99.999%의 Al을 순도 99.999% 이상의 Si 예정량 및 순도 99.5%의 Ni과 함께 진공 유도 용융 방법을 사용하여 용융시켜서 75㎜ 내지 200㎜의 바람직한 직경을 갖는 잉곳을 생성한다. GDMS 방법에 의해 측정된, 생성된 잉곳의 조성을 표 1에 열거한다(모든 원소에 대한 중량 농도 단위는 ppm이다). 잉곳을 목적하는 높이의 잉곳 슬라이스로 자른다. 잉곳 슬라이스를 6시간 이하의 시간 동안 250℃ 내지 600℃ 범위의 온도에서 어닐링 처리한다. 이어서 잉곳 슬라이스를 200℃ 내지 600℃ 범위의 온도에서 40% 내지 80% 감소의 열간 변형을 수행하여 소판을 만든다. 소판을 어닐링을 사용하거나 사용하지 않고서 원뿔형의 콘맥 타겟으로 가공한다. 비교를 위해서, Ni 첨가되지 않은 알루미늄-30ppm Si 콘맥 타겟을 동일한 제조방법으로 제조한다. 표 1에 이들 두 타겟의 조성을 비교한다. 이들 사이의 유일한 차이는 이들의 Ni 함량으로, 다시 말해 하나는 본질적으로 순수한 알루미늄-30ppm Si 합금이고, 다른 하나는 약 4ppm의 Ni과 합금된 알루미늄-30ppm Si 합금이다.

이들 두 타겟에 스퍼터링을 수행한다. 주요한 스퍼터링 조건을 표 2에 열거한다. 필름 불균일성은 9-포인트 접근법을 사용하여 특성화된다. 측정 결과 Ni 첨가되지 않은 타겟으로부터 침착된 필름의 불균일성은 14%이고 Ni 합금된 타겟으로부터 침착된 필름의 불균일성은 4%로 나타난다. 이것은 소량의 Ni 첨가가 필름 균일성을 현저하게 개선시킴을 명백하게 보여준다. 상기 방법 및 조건을 사용하여 다양한 Ni 함량을 갖는 일련의 타겟을 제조하고 스퍼터링한다. 도 1은 필름의 불균일성을 알루미늄-30ppm Si 합금 내의 Ni 함량의 함수로서 나타낸 도면이다. 이것은 Ni 함량이 증가함에 따라 필름 불균일성이 감소함을 보여준다. 필름 불균일성은 0.2ppm처럼 적은 양의 Ni 첨가로 현격하게 개선된다.

구조 조사 결과, 필름 불균일성이 타겟 구조와 서로 관계가 있는 것으로 드러났다. 단시간의 스퍼터링 후(처음 50개의 웨이퍼), 본 발명자들은 Ni 첨가된 타겟은 비재결정화 구조를 갖는 반면, Ni 첨가되지 않은 타겟은 부분적인 재결정화 구조를 갖는 것으로 나타남을 발견하였다. 도 2는 약 4ppm의 Ni을 갖는 타겟과 Ni 무첨가 타겟의 거대구조를 예시한다. Ni 합금된 타겟은 변형 띠를 함유하는 잘 정의된 비재결정화 조대 입자로 이루어진다. 이와 반대로, Ni 첨가되지 않은 타겟은 미세하고 부분적인 재결정화 입자로 이루어진다.

Ni 첨가 및 무첨가 타겟에 대한 구조상의 차이는 미세구조와 집합조직 조사에 의해서 추가로 확인된다. 도 3에서 보는 바와 같이, Ni 첨가된 타겟은 재결정화 단계 이전에 기계적 변형 후의 금속 재료의 전형적인 회복 구조인, 높은 전위 밀도 및 내부 에너지의 고도로 변형된 입자 구조를 나타낸다. 이와 반대로, Ni 첨가되지 않은 타겟에 대해서는 변형된 입자 매트릭스로부터 톱니형의 입자 경계를 갖는 입자 및 아입자가 재형성된다. 아입자를 갖는 비 무변형 입자의 형성은 동적 재결정화의 특징적인 미세구조적 특성이다. 이러한 동적 재결정화 입자는 변형 후 금속 재료에 통상적으로 형성되는 균등화된 모양의 무변형 정적 재결정화 입자와는 구별되는데, 다시 말하면 Ni 첨가되지 않은 타겟은 통상적인 정적 재결정화보다는 입자 핵 생성 및 성장을 모두 포함하는 동적 재결정화 과정을 거친다.

순수한 알루미늄-30ppm Si과, Ni 미세합금된 Al-30ppm Si 타겟 사이의 직접적인 금속 표면 확대도 비교는 Ni 첨가가 알루미늄-30ppm Si 타겟에서의 동적 재결정화를 억제함을 보여준다(도 3). 방위 영상 현미경(OIM)의 영상은 Ni 미세합금된 타겟의 변형된 입자 내에 존재하는 다수의 저각 아입자 경계가 있음을 추가로 확증한다(도 4). 저각 입자 경계는 일반적으로 전위로 이루어진다. Ni 미세합금된 타겟에서 입자의 저각 아입자 경계가 존재한다는 사실은 열간 변형 과정 중에 아입자 경계에서 전위가 축적 및 고정됨을 암시한다. 동적 재결정화는 부동의 아입자 경계로 인해서 억제된다. Ni 미세합금된 재료에 냉간 변형이 적용되는 경우, 고밀도 전위의 아입자 경계 내에 저장된 내부 에너지가 정적 재결정화 과정을 구동하여 균일하고 미세한 입자 구조를 형성할 것이다. 동적 재결정화 과정 중에는, 변형된 입자 내부의 높은 전위 밀도 영역 내에 저장된 내부 에너지를 감소시키기 위해 새로운 입자가 형성된다. 도 5에서 보는 바와 같이, 새로 형성된 동적 재결정화 입자 내에는 전위로 이루어지는 저각 아입자 경계가 변형된 매트릭스보다 훨씬 더 낮은 밀도로 존재한다. 이것은 동적 재결정화 입자와 변형된 매트릭스가 서로 다른 전위 밀도 또는 내부 에너지를 가짐을 확증한다. 환언하면, 동적 재결정화 과정은 전위 밀도 영역의 변형된 도메인 내에 저장된 내부 에너지를 소모한다. 재형성된 동적 재결정화 입자와 고전위 밀도 및 내부 에너지의 변형된 매트릭스 사이의 입자 방위 및 원자 이동성은 서로 다를 것이다. 따라서, 동적 재결정화 과정을 겪는 타겟의 재결정화 입자와 변형된 매트릭스 사이의 국지적 스퍼터링 속도가 서로 다르다는 것은 당연하다. 그 결과, 이러한 타겟으로부터 침착된 필름은 필름 두께의 상당한 변화와 불량한 필름 균일성을 가질 것이다. 반면, Ni 미세합금된 타겟은 동적 재결정화 구조를 갖지 않는다. 전체의 타겟은 이의 균일하고 일관된 입자 구조로 인해서 일관된 스퍼터링 성능을 갖기 때문에 Ni 미세합금된 타겟으로부터 침착된 필름은 양호한 필름 균일성을 갖는다.

쓰루-프로세스(through-process) 조사 결과 동적 재결정화는 열간 변형 중에 일어나는 것으로 밝혀졌다. 기계적 변형을 겪는 금속 재료는 전위의 이동에 의해서 생기는 소성 변형을 경험할 것이다. 전위는 변형 과정 중에 이들이 입자 경계, 아입자 경계 및 침전물과 같은 장애에 직면할 때 축적될 수 있다. 이것은 변형된 재료가 기계적 일을 고전위 밀도의 영역에 축적되는 이의 내부 에너지로 전환시킬 수 있게 한다. 축적된 내부 에너지는 재결정화 과정을 위한 구동력이다. 고전위 밀도의 영역 내의 원자는 고에너지 상태에 있으며 불안정하다. 이들은 스퍼터링 중에 고에너지 입사 이온에 의해서 쉽게 제거되는 경향이 있다. 따라서 이러한 종류의 고도로 변형되고 재결정화되지 않은 구조를 갖는 타겟이 스퍼터링에 적합하다. 그러나, 알루미늄은 면심 입방(FCC) 결정 구조 및 다중 {111} <110> 전위 슬립 시스템(slip systems)을 갖는다. 하나의 슬립 시스템을 따르는 완전한 전위 이동은 또 다른 동등한 슬립 시스템으로 활주될 수 있다. 전위의 교차 슬립의 결과, 완전한 전위 a/2 <110>가 두 개의 부분 전위 a/6 <112>로 분해되고(여기서, a는 알루미늄의 격자 매개변수이다) 부분 전위들 사이에 적층 결합의 영역이 생긴다. 실제로, 알루미늄은 적층 결함 에너지가 구리(78mJ/㎟) 및 금(45mJ/㎟)과 같은 다른 FCC 재료에 비해서 훨씬 더 높다(166mJ/㎟). 타겟의 야금 및 열 기계적 공정 중에 순수한 알루미늄 또는 알루미늄-30ppm 규소 재료의 적층 결함 에너지가 감소될 수 없는 경우에는, 전위가 이들의 교차 슬립 이동으로 인해 고정 및 축적되기 어렵기 때문에, 변형된 알루미늄 또는 Al-30ppm Si 재료는 변형 과정 후 재결정화를 수행하기 위한 전체 재료의 충분한 내부 에너지를 축적할 수 없을 것이다. 그러나, 높은 온도에서(열간 변형) 임계 내부 에너지가 도달될 때 국소적 입자 핵 생성이 일어날 수 있다. 또한, 전위로 이루어지는 입자 경계는 높은 이동성을 갖는다. 높은 입자 경계 이동은 열간 변형 중에 국소 영역 내에서 새로 형성된 입자의 성장을 가져온다.

입자 핵 생성 및 성장을 둘 다 포함하는 과정은 동적 재결정화의 특성이다. Ni 첨가되지 않은 타겟 내에 존재하는 동적 재결정화 입자와 변형된 매트릭스 사이의 미세구조 성질의 차이는 침착된 필름에 대해 두께 및 전기 저항의 높은 불균일성을 가져온다. 본 발명은 Ni을 포함하는 제2 합금 원소를 순수한 알루미늄 또는 이의 합금에 첨가하면 열간 가공되는 알루미늄 또는 이의 합금에 대해서 동적 재결정화가 효과적으로 억제되고 냉간 가공되는 알루미늄 또는 이의 합금에 대해서 정적 재결정화가 촉진됨을 밝혀냈다.

와이어링 필름의 형성에서 순수한 알루미늄 스퍼터링 타겟의 사용과 관련한 주된 문제 중 하나는 낮은 열 안정성 또는 침착 필름 내의 비정상적 성장이다. 낮은 열 안정성 또는 비정상적 성장은 개별적 결정 입자들이 특정 온도에 노출시 성장하는 경향으로 특성화된다. 재결정화 온도 또는 입자 성장 온도가 높을수록 열안정성이 높아진다. 높은 열 안정성 또는 낮은 비정상적 성장은 침착된 필름의 전자이동 저항과 힐락 저항을 향상시킨다. 도 6은 Ni 첨가 및 무첨가 알루미늄-30ppm Si 타겟에 대한 어닐링 온도의 함수로서 나타낸 경도의 도면이다. 상술된 제조방법에 의해서 이들 타겟을 제조한다. 이들을 60% 두께 감소의 열간 변형 처리한 후 200℃ 내지 450℃ 범위의 온도에서 1시간 동안 재결정화 어닐링한다. 도 6은 Ni 첨가가 알루미늄-30ppm Si 재료의 경도를 증가시킴을 보여준다. 또한, 경도는 Ni 첨가 또는 무첨가 타겟에 대한 어닐링 온도가 증가함에 따라 감소한다. 재결정화 과정에서 새로운 무변형 입자의 형성에 의해 가공 경화 응력이 해제될 때 재료가 부드러워지고 경도가 감소한다. 도 6을 참조로, 경도 하락은 Ni 첨가 및 무첨가 알루미늄-30ppm Si 합금에 대한 재결정화 개시 온도가 각각 약 260℃ 및 200℃임을 나타낸다. Ni 미세합금된 알루미늄-30ppm Si의 재결정화 온도는 Ni 미세합금되지 않은 알루미늄-30ppm Si의 재결정화 온도보다 60° 더 높다. 이것은 Ni 첨가가 재결정화 온도를 증가시키며 알루미늄 및 이의 합금의 열 안정성과 전자이동 저항을 개선시킴을 나타낸다. Co, Ti, V, Cr, Mn, Mo, Nb, Ta, W 및 희토류 금속(REM)을 포함하는 1종 이상의 다른 원소를 첨가함으로써 알루미늄의 열 안정성 및 전자이동 저항에서 유사한 개선 효과를 달성할 수 있다. 알루미늄 또는 이의 합금 타겟을 다른 제2 원소와 합금하면 열 안정성 및 전자이동 저항이 효과적으로 향상된다. 침착된 필름은 이로 인해 개선된 열 안정성, 전자이동 저항 및 힐락 저항을 가질 수 있다.

와이어링 필름 응용에서는 낮은 저항과 양호한 에칭력이 바람직하다. 본 발명자들의 데이터는, 알루미늄 또는 이의 합금을 소량의 제2 원소와 합금하는 경우 미세합금된 알루미늄 및 이의 합금의 저항과 패턴성이 크게 변하지 않는다는 사실도 보여준다. 도 7은 알루미늄-30ppm Si의 저항을 첨가된 Ni 함량의 함수로서 나타낸 도면이다. 이것은 Ni 합금된 알루미늄-30ppm Si의 저항은 소량의 Ni 첨가에 의해서 본질적으로 변하지 않음을 보여준다. 예컨대, 4ppm의 Ni을 갖는 알루미늄-30ppm Si의 저항은 순수한 알루미늄의 저항과 본질적으로 동일한 2.71μΩ.㎝이다. 또한, Ni 첨가는 Al 에칭 반응물과 반응하지 않는다. Ni 미세합금된 타겟으로부터 침착된 필름은 순수한 알루미늄에 필적하는 에칭력을 유지한다.

본 발명을 바람직한 양태를 들어 설명하였으나 이들은 본 발명을 실시하기 위한 바람직한 형태의 수단일 뿐 본 발명은 설명된 특정 양태들에 제한되지 않고, 다른 양태들도 하기 청구의 범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 범위에 포함될 수 있음을 이해해야 한다.

스퍼터링 조건
전력	8.4KW
타겟/기판 거리	7.05㎝
챔버 아르곤 압력	6Mt
개시 챔버 압력	0.0002mT
침착 시간	55초
기판 온도	250℃
셔터(shutter) 지연	2.5초
램프(ramp) 시간	2.5초
필름 균일성 측정	9-포인트 접근법

Claims

알루미늄과 1종 이상의 다른 원소 또는 알루미늄 합금과 1종 이상의 제2 원소로 제조된, 반도체 집적 회로 소자, 평판 디스플레이 및 다른 응용에 사용하기 위한 스퍼터링 타겟(sputtering target).
제1항에 있어서, 1종 이상의 다른 원소 또는 제2 원소가 제한 없이 Ni, Co, Ti, V, Cr, Mn, Mo, Nb, Ta, W 및 희토류 금속(REM)을 포함하는 스퍼터링 타겟.
제1항에 있어서, 1종 이상의 다른 원소 또는 제2 원소가 알루미늄 또는 이의 합금 내에 0.01 내지 100중량ppm, 바람직하게는 0.1 내지 10중량ppm 범위의 총 농도로 존재하는 스퍼터링 타겟.
제1항에 있어서, Ni 또는 Nd을 포함하는 1종 이상의 다른 원소 또는 제2 원소를 알루미늄 또는 이의 합금에 첨가하여, 침착된 필름의 두께 균일성을 개선시킨 스퍼터링 타겟.
제1항에 있어서, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 및 0.01 내지 10ppm의 Ni을 포함하고, 타겟 내에 합금된 Ni의 함량이 증가하면 침착된 필름의 두께 불균일성이 감소되는 스퍼터링 타겟.
제1항에 있어서, Ni을 포함하는 1종 이상의 다른 원소 또는 제2 원소의 첨가가 열간 가공되는 알루미늄 또는 이의 합금의 동적 재결정화를 억제하고 냉간 가공되는 알루미늄 또는 이의 합금의 정적 재결정화를 증진시키는 스퍼터링 타겟.
제1항에 있어서, Ni을 포함하는 다른 원소 또는 제2 원소의 소량 첨가가 알루미늄 또는 이의 합금의 저항을 증가시키지 않는 스퍼터링 타겟.
제1항에 있어서, 침착된 필름이 양호한 에칭력을 달성하는 스퍼터링 타겟.
제1항에 있어서, Ni을 포함하는 1종 이상의 다른 원소 또는 제2 원소의 첨가가 침착된 필름의 열 안정성, 전자이동 저항, 및 힐락(hillock) 저항을 증가시키는 스퍼터링 타겟.
순도 99.999중량% 이상의 Al 재료를 제공하는 단계,

순도 99.95중량% 이상의 Ni 재료를 제공하는 단계,

순도 99.95중량% 이상의 Co 재료를 제공하는 단계,

순도 99.995중량% 이상의 Ti 재료를 제공하는 단계,

순도 99.5중량% 이상의 V 재료를 제공하는 단계,

순도 99.95중량% 이상의 Cr 재료를 제공하는 단계,

순도 99.9중량% 이상의 Mn 재료를 제공하는 단계,

순도 99.95중량% 이상의 Mo 재료를 제공하는 단계,

순도 99.95중량% 이상의 Nb 재료를 제공하는 단계,

순도 99.95중량% 이상의 Ta 재료를 제공하는 단계,

순도 99.95중량% 이상의 W 재료를 제공하는 단계,

순도 99중량% 이상의 Nd 재료를 제공하는 단계,

알루미늄, 또는 알루미늄과 Si 및 Cu를 포함한 이의 주요 합금 원소, 및 1종 이상의 다른 원소를 함께 용융시켜서 용융된 알루미늄 합금을 형성하는 단계 및

용융된 합금을 냉각 및 주조하여 알루미늄 합금 잉곳(ingot)을 형성하는 단계를 포함하는, 알루미늄 또는 이의 합금 스퍼터링 타겟의 제조방법.
제10항에 있어서, 알루미늄 또는 이의 합금이 Ni, Co, Ti, V, Cr, Mn, Mo, Nb, Ta, W 및 희토류 금속(REM)을 포함하는 1종 이상의 다른 원소 또는 제2 원소를 0.01 내지 100ppm으로 포함하는, 알루미늄 또는 이의 합금 스퍼터링 타겟의 제조방법.
제10항에 있어서, 알루미늄 합금 잉곳 재료를 열 기계적 공정 처리하여 목적하는 입자 구조를 수득하는 단계를 추가로 포함하는, 알루미늄 또는 이의 합금 스퍼터링 타겟의 제조방법.
제12항에 있어서, 열 기계적 공정이 열간 또는 냉간 압축, 열간 압연, 냉간 압연, 열간 또는 냉간 단조, 압출 및 어닐링을 포함하는, 알루미늄 또는 이의 합금 스퍼터링 타겟의 제조방법.