KR20110056418A

KR20110056418A - 탄탈륨 스퍼터링 타겟

Info

Publication number: KR20110056418A
Application number: KR1020117008749A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 후쿠시마; 구니히로 오다
Original assignee: 제이엑스 닛코 닛세키 킨조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2009-05-22
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2011-05-27
Also published as: JP5144760B2; CN102356179A; SG173141A1; IL212815A0; EP2418299A1; EP2418299A4; CN102356179B; IL212815A; JPWO2010134417A1; KR101288651B1; TWI413703B; TW201042069A; US10266924B2; WO2010134417A1; US20110266145A1

Abstract

1 massppm 이상, 100 massppm 이하의 니오븀을 필수 성분으로 함유하고, 니오븀 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟. 균일하고 미세한 조직을 구비하며, 플라즈마가 안정적이고, 막의 균일성 (유니포미티) 이 우수한 고순도 탄탈륨 스퍼터링 타겟을 얻는다.

Description

탄탈륨 스퍼터링 타겟{TANTALUM SPUTTERING TARGET}

본 발명은 균일하고 미세한 조직을 구비하며, 플라즈마가 안정적이고, 막의 균일성 (유니포미티) 이 우수한 고순도 탄탈륨 스퍼터링 타겟에 관한 것이다.

최근, 일렉트로닉스 분야, 내식성 재료나 장식 분야, 촉매 분야, 절삭·연마재나 내마모성 재료의 제작 등, 많은 분야에 금속이나 세라믹스 재료 등의 피막을 형성하는 스퍼터링이 사용되고 있다.

스퍼터링법 자체는, 상기 분야에서 잘 알려진 방법이지만, 최근에는 특히 일렉트로닉스 분야에서 복잡한 형상의 피막의 형성이나 회로의 형성 혹은 배리어 막의 형성 등에 적합한 탄탈륨 스퍼터링 타겟이 요구되고 있다.

일반적으로, 이 탄탈륨 타겟은 탄탈륨 원료를 전자빔 용해·주조한 잉곳 또는 빌렛의 열간 단조, 소둔 (열처리) 을 반복하고, 추가로 압연 및 마무리 (기계, 연마 등) 가공하여 타겟으로 가공되고 있다.

이와 같은 제조 공정에서 잉곳 또는 빌렛의 열간 단조는 주조 조직을 파괴시키고, 기공이나 편석을 확산, 소실시키고, 그리고 소둔함으로써 재결정화되고, 조직의 치밀화와 강도를 높임으로써 제조되고 있다.

일반적으로, 용해 주조된 잉곳 또는 빌렛은 50 ㎜ 이상의 결정립 직경을 갖고 있다. 그리고 잉곳 또는 빌렛의 열간 단조와 재결정 소둔에 의해 주조 조직이 파괴되고, 대개 균일하고 미세한 (100 ㎛ 이하의) 결정립이 얻어진다.

한편, 이와 같이 하여 제조된 타겟을 사용하여 스퍼터링을 실시하는 경우, 타겟의 재결정 조직이 더욱 미세하고 균일하며, 또한 결정 방위가 특정한 방향으로 정렬되어 있는 것일수록 균일한 성막이 가능하고, 아킹 (arcing) 이나 파티클의 발생이 적어 안정적인 특성을 갖는 막을 얻을 수 있다고 알려져 있다.

그 때문에, 타겟의 제조 공정에 있어서 재결정 조직의 미세화와 균일화, 또한 특정한 결정 방위로 정렬하고자 하는 방책이 채택되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).

또, Cu 배선막에 대한 배리어층으로 사용하는 TaN 막을 형성하기 위한 고순도 Ta 타겟으로서, 자기 유지 방전 특성을 갖는 원소라고 하여 Ag, Au 및 Cu 에서 선택된 원소를 0.001 ∼ 20 ppm 을 함유시키고, 또 불순물 원소로서 Fe, Ni, Cr, Si, Al, Na, K 의 합계량을 100 ppm 이하로 하여, 이들을 차감한 값이 99.99 ∼ 99.999 ％ 의 범위로 하는 고순도 Ta 를 사용하는 것이 개시되어 있다 (특허문헌 3 참조).

이들 특허문헌을 보면, 특정 원소의 함유가 조직을 미세화시키고, 이로써 플라즈마를 안정화시킨다는 것은 이루어져 있지 않다.

특히, 특허문헌 3 에는 Ag, Au 및 Cu 에서 선택된 원소를 0.001 ∼ 20 ppm 을 함유시킴으로써, 0.001 ppm 까지라는 극미량 원소의 첨가가 Ta 이온의 방출량을 증가시킨다고 기재되어 있지만, 첨가 원소가 미량인 만큼, 함유량을 조절하고 또한 균일한 첨가 (편차) 가 어렵다는 문제가 있는 것으로 볼 수 있다.

또한, 특허문헌 3 의 표 1 에 나타내는 바와 같이, Mo, W, Ge, Co 량은 각각 10 ppm, 20 ppm, 10 ppm, 10 ppm 미만의 함유가 허용되어 있다. 이것만으로도 50 ppm 미만의 불순물이 있다.

따라서, 상기와 같이 「불순물 원소로서 Fe, Ni, Cr, Si, Al, Na, K 의 합계량을 100 ppm 이하로 하여, 이들을 차감한 값이 99.99 ∼ 99.999 ％ 의 범위로 하는 고순도 Ta 를 사용한다」라고 기재되어 있지만, 실제 순도의 하한값은 99.99 ％ 를 밑도는 순도 (그것을 허용하는 순도) 이다.

이것은 종래의 고순도 탄탈륨의 레벨 이하이며, 고순도 탄탈륨의 특성을 살릴 수 없음이 강하게 예상된다.

일본 공표특허공보 2002-518593호 미국 특허 제6,331,233호 일본 공개특허공보 2002-60934호

본 발명은 탄탈륨의 순도를 고순도로 유지함과 함께, 특정 원소를 첨가함으로써 균일하고 미세한 조직을 구비하며, 플라즈마가 안정적이고, 막의 균일성 (유니포미티) 이 우수한 고순도 탄탈륨 스퍼터링 타겟을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해서, 탄탈륨의 순도를 고순도로 유지함과 함께 특정 원소를 첨가함으로써 균일하고 미세한 조직을 구비하며, 플라즈마가 안정적이고, 막의 균일성 (유니포미티) 이 우수한 고순도 탄탈륨 스퍼터링 타겟을 얻을 수 있다는 지견을 얻었다.

본 발명은 이 지견에 기초하여,

1) 1 massppm 이상, 100 massppm 이하의 니오븀을 필수 성분으로 함유하고, 니오븀 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟,

2) 10 massppm 이상, 100 massppm 이하의 니오븀을 필수 성분으로 함유하고, 니오븀 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.999 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟,

3) 니오븀을 10 massppm 이상, 50 massppm 이하를 필수 성분으로 함유하고, 니오븀 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.999 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟,

4) 타겟 중의 니오븀 함유량의 편차가 ±20 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) 내지 3) 중 어느 하나에 기재된 탄탈륨 스퍼터링 타겟,

5) 평균 결정립 직경이 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) 내지 4) 중 어느 하나에 기재된 탄탈륨 스퍼터링 타겟, 및

6) 결정립 직경의 편차가 ±20 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 5) 에 기재된 탄탈륨 스퍼터링 타겟을 제공한다.

본 발명은 탄탈륨의 순도를 고순도로 유지함과 함께, 니오븀을 필수 성분으로서 첨가함으로써, 균일하고 미세한 조직을 구비하며, 플라즈마가 안정적이고, 막의 균일성 (유니포미티) 이 우수한 고순도 탄탈륨 스퍼터링 타겟을 제공할 수 있다는 우수한 효과를 갖는다. 또, 스퍼터링시의 플라즈마 안정화는 초기 단계에서도 안정화되므로, 번인 (burn-in)시간을 단축할 수 있다는 효과를 갖추고 있다.

본원 발명에 사용하는 탄탈륨 (Ta) 타겟의 원료로는 고순도 탄탈륨을 사용한다. 이 고순도 탄탈륨의 예를 표 1 에 나타낸다 (사단법인 발명 협회편, 공개 기보 2005-502770, 공개 기보 명칭 「고순도 탄탈륨 및 고순도 탄탈륨으로 이루어지는 스퍼터링 타겟」참조).

이 표 1 에서는 가스 성분을 제외하고 모든 불순물은 1 massppm 미만이다. 즉 99.999 ∼ 99.9999 mass％ 로 되어 있지만, 이와 같은 고순도 탄탈륨을 사용할 수 있다.

본 발명의 스퍼터링 타겟은 통상적으로 다음 공정에 의해 제조된다.

그 일례를 나타내면, 먼저 탄탈륨, 예를 들어 4N (99.99 ％ 이상) 의 고순도 탄탈륨을 사용하고, 이것에 니오븀 (Nb) 을 적당량 첨가하여 타겟의 원료로 한다. 이것을 전자빔 용해 등에 의해 용해·정제하여 순도를 높이고 이를 주조하여 잉곳 또는 빌렛을 제작한다. 당연히 처음부터 표 1 에 나타내는 99.999 ∼ 99.9999 mass％ 의 고순도 탄탈륨을 사용할 수도 있다.

다음으로, 이 잉곳 또는 빌렛을 소둔-단조, 압연, 소둔 (열처리), 마무리 가공 등의 일련 가공을 실시한다.

구체적으로는, 예를 들어 잉곳-단신 (鍛伸) -1373K ∼ 1673K 온도에서의 소둔 (1 회째)-냉간 단조 (1 회째)-재결정 개시 온도 ∼ 1373K 온도에서의 재결정 소둔 (2 회째)-냉간 단조 (2 회째)-재결정 개시 온도 ∼ 1373K 사이에서의 재결정 소둔 (3 회째)-냉간 (열간) 압연 (1 회째)-재결정 개시 온도 ∼ 1373K 사이에서의 재결정 소둔 (4 회째)-냉간 (열간) 압연 (필요에 따라, 2 회째)-재결정 개시 온도 ∼ 1373K 사이에서의 재결정 소둔 (필요에 따라, 5 회째)-마무리 가공을 실시하여 타겟재로 한다.

단조 혹은 압연에 의해, 주조 조직을 파괴하여 기공이나 편석을 확산 혹은 소실시킬 수 있고, 또한 이것을 소둔함으로써 재결정화시키고, 이 냉간 단조 또는 냉간 압연과 재결정 소둔의 반복에 의해, 조직의 치밀화, 미세화 및 강도를 높일 수 있다. 상기의 가공 프로세스에서, 재결정 소둔은 1 회여도 되지만, 2 회 반복함으로써 조직 상의 결함을 최대한 감소시킬 수 있다. 또, 냉간 (열간) 압연과 재결정 개시 온도 ∼ 1373K 사이에서의 재결정 소둔은 반복해도 되는데, 1 사이클이어도 된다. 이 후, 기계 가공 및 연마 가공 등의 마무리 가공에 의해 최종적인 타겟 형상으로 마무리한다.

통상적으로 상기의 제조 공정에 의해 탄탈륨 타겟을 제조하는데, 이 제조 공정은 일례를 나타내는 것으로, 본원 발명은 이 제조 공정을 발명으로 하는 것이 아니므로, 다른 공정에 의해 제조하는 것은 당연히 가능하고, 본원 발명은 그것들을 모두 포함하는 것이다.

탄탈륨 타겟의 특성을 살리기 위해서 6N 레벨 순도의 재료를 사용하는 경우가 많지만, 아무리 해도 타겟의 결정립이 조대화되기 쉽다는 결점이 있었다.

본 발명자들은 이와 같은 6N 레벨의 타겟 제조 공정에서, 통상적이면 0.5 massppm 정도의 함유량인 Nb 가 가끔 1 massppm 정도로 편석되어있던 부분에서 결정립 직경이 국소적으로 미세화되어 있는 것을 발견하였다. 이러한 점에서, Nb 의 첨가가 탄탈륨 타겟의 미세화에 유효한 것이 아닌가라는 힌트를 얻어, 이것이 본원 발명에 연결되는 계기가 되었다.

즉, 본 발명의 탄탈륨 스퍼터링 타겟에 있어서, 중요한 것은 니오븀 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이상인 탄탈륨에, 1 massppm 이상, 100 massppm 이하의 니오븀을 필수 성분으로 함유시키는 것이다. 니오븀의 하한값 1 massppm 은 효과를 발휘시키기 위한 수치이고, 니오븀의 상한값 100 massppm 은 본 발명의 효과를 지속시키기 위한 상한값이다. 이 상한값을 초과하는 경우에는 니오븀의 편석이 일어나 니오븀의 일부 미재결정부가 발생하고, 결과적으로 번인이 길어지므로, 니오븀 100 massppm 을 상한값으로 한다.

이 탄탈륨의 함유가 타겟의 균일하고 미세한 조직을 형성하고, 그에 따라 플라즈마를 안정화시키고, 이로써 스퍼터링 막의 균일성 (유니포미티) 을 향상시킬 수 있게 된다. 또, 이 스퍼터링시의 플라즈마 안정화는 초기 단계에서도 안정화되므로, 번인 시간을 단축할 수 있다.

이 경우, 탄탈륨의 순도는 고순도, 즉 99.998 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 이 경우, 원자 반경이 작은 산소, 수소, 탄소, 질소 등의 가스 성분은 제외할 수 있다. 일반적으로 가스 성분은 특수한 방법이 아니면 제거하기는 곤란하고, 통상적인 생산 공정에서 정제시에 제거하는 것은 어려우므로, 가스 성분은 본원 발명의 탄탈륨의 순도로부터는 제외한다.

상기와 같이, 니오븀이 탄탈륨의 균일하고 미세한 조직을 초래하는 것이지만, 다른 금속성분, 금속성 비금속성분, 산화물, 질화물, 탄화물 등의 세라믹스의 혼입은 유해하므로, 허용할 수는 없다. 이들 불순물은 니오븀의 작용을 억제시키는 작용을 한다고 볼 수 있기 때문이다. 또, 이들 불순물은 니오븀과는 명백하게 상이하고, 탄탈륨 타겟의 결정립 직경을 균일하게 마무리하는 것이 어렵고, 스퍼터링 특성의 안정화에는 기여하지 않는다.

본원 발명의 탄탈륨 스퍼터링 타겟은 보다 바람직한 범위로서 10 massppm 이상, 100 massppm 이하의 니오븀을 필수 성분으로 함유하고, 니오븀 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.999 ％ 이상인 것이다.

또한, 니오븀을 10 massppm 이상, 50 massppm 이하를 필수 성분으로 함유하고, 니오븀 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.999 ％ 를 초과하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟이다.

본 발명의 탄탈륨 스퍼터링 타겟은 또한 타겟 중의 니오븀 함유량의 편차를 ±20 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

적당한 니오븀의 함유가 탄탈륨 스퍼터링 타겟의 균일하고 미세한 조직을 형성하는 기능 (성질) 을 갖는 이상, 니오븀은 보다 균일하게 분산되어 있는 것은 타겟 조직의 균일하고 미세한 조직에 보다 강하게 공헌시킬 수 있다.

당연히, 통상적인 제조 공정에서 이들은 용이하게 달성할 수 있는 것이지만, 타겟의 니오븀 함유량의 편차를 ±20 ％ 이하로 하는 점에 유의하고, 그 의도를 명확하게 갖는 것이 필요하다.

이 타겟의 니오븀 함유량의 편차에 대해서는, 예를 들어 원반상의 타겟에 있어서는 원반의 중심을 통과하는 등분의 8 개의 선 상에, 3 점 (중심점, 반경의 1/2점, 외주 또는 그 근방점) 을 취하고, 합계 17 점 {16 점 + 중심점 (중심점은 공통되어 있으므로 1 점)} 의 니오븀 함유량을 분석한다.

그리고, 각 점에서 {(최대치 - 최소치) / (최대치 + 최소치)} × 100 의 식 에 기초하여, 편차를 계산할 수 있다.

본 발명의 탄탈륨 스퍼터링 타겟은 또한 평균 결정립 직경이 100 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 니오븀의 적당한 첨가와 통상적인 제조 공정에서 결정립 직경의 미세화를 달성할 수 있는 것이지만, 평균 결정립 직경을 100 ㎛ 이하로 하는 점에 유의하여 그 의도를 명확하게 갖는 것이 필요하다.

또, 이 결정립 직경의 편차를 ±20 ％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

이 니오븀 타겟의 평균 결정립 직경의 편차에 대해서는, 예를 들어 원반 형상의 타겟에서는 원반의 중심을 통과하는 등분의 8 개의 선 상에, 3 점 (중심점, 반경의 1 / 2 점, 외주 또는 그 근방점) 을 취하고, 합계 17 점 {16 점 + 중심점 (중심점은 공통되어 있으므로 1 점)} 의 니오븀의 결정립 직경을 측정한다.

그리고, 각 점에서 {(최대치 - 최소치) / (최대치 + 최소치)} × 100 의 식 에 기초하여, 결정립 직경의 편차를 계산할 수 있다.

이와 같은 타겟 조직은 플라즈마가 안정적이고 막의 균일성 (유니포미티) 이 우수하다. 또, 스퍼터링시의 플라즈마 안정화는 초기 단계에서도 안정화되므로, 번인 시간을 단축할 수 있다는 효과를 갖는다.

실시예

다음으로, 실시예에 대해 설명한다. 또한, 본 실시예는 발명의 일례를 나타내기 위한 것으로, 본 발명은 이들 실시예에 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 기술 사상에 포함되는 다른 양태 및 변형을 포함하는 것이다.

(실시예 1)

순도 99.998 ％ 의 탄탈륨에 니오븀 1 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜ 및 직경 200 ㎜ φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정립 직경은 약 55 ㎜ 이었다.

다음으로, 이 잉곳 또는 빌렛을 실온에서 단신시킨 후, 1500K 의 온도에서 재결정 소둔하였다. 이로써 평균 결정립 직경이 200 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜ 및 직경 130 ㎜ φ 의 재료가 얻어졌다.

다음으로, 이것을 재차 실온에서 단신 및 업셋 단조하고, 다시 1480K 온도에서 재결정 소둔을 실시하였다. 단조 및 열처리를 재차 반복하고, 이로써 평균 결정립 직경이 100 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜ 및 직경 130 ㎜ φ 의 재료를 얻었다.

다음으로, 이것을 냉간에서 압연 및 1173K 의 재결정 소둔을 실시하고, 마무리 가공을 실시하여 두께 10 ㎜ 및 직경 450 ㎜ φ 의 타겟재로 하였다.

타겟의 평균 결정립 직경은 100 ㎛ 이고, 결정립 직경의 편차는 ±20 ％ 이었다. 또, 니오븀 함유량의 편차는 ±20 ％ 이었다. 이 결과를 표 2 에 나타낸다.

시트 저항은 막두께에 따라 다르므로, 웨이퍼 (12 인치) 내의 시트 저항의 분포를 측정하고, 그에 따라 막두께의 분포 상황을 조사하였다. 구체적으로는 웨이퍼 상의 49 점의 시트 저항을 측정하고, 그 표준 편차 (σ) 를 산출하였다.

그 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다. 표 2 에서 명백한 바와 같이, 본 실시예에서는 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적고 (2.6 ∼ 3.2 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이르기까지의 전력량을 측정한 바, 100 kwh 로, 단축되었다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 2)

순도 99.999 ％ 의 탄탈륨에 니오븀 5 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜ 및 직경 200 ㎜ φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정립 직경은 약 50 ㎜ 이었다.

다음으로, 이 잉곳 또는 빌렛을 실온에서 단신시킨 후, 1500K 의 온도에서 재결정 소둔하였다. 이로써 평균 결정립 직경이 200 ㎛ 조직을 갖는 두께 120 ㎜ 및 직경 130 ㎜ φ 의 재료가 얻어졌다.

다음으로, 이것을 재차 실온에서 단신 및 업셋 단조하고, 다시 1400 ∼ 1500K 온도에서 재결정 소둔을 실시하였다. 단조 및 열처리를 재차 반복하고 이로써 평균 결정립 직경이 100 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜ 및 직경 130 ㎜ φ 의 재료를 얻었다.

다음으로, 이것을 냉간에서 압연 및 재결정 소둔을 실시하고, 마무리 가공을 실시하여 두께 10 ㎜ 및 직경 450 ㎜ φ 의 타겟재로 하였다. 도중 및 최종 냉간 가공 그리고 재결정 소둔은 이하의 평균 결정립 직경 및 결정립 직경의 편차가 되도록 조절하였다. 또한, 이 평균 결정립 직경과 편차는 니오븀의 첨가량에 따라서도 변화되는데, 본 실시예에서는 이들의 조절이 가능하였다.

타겟의 평균 결정립 직경은 80 ㎛ 이고, 결정립 직경의 편차는 ±17 ％ 이었다. 또, 니오븀 함유량의 편차는 ±18 ％ 이었다. 이 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다.

그 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다. 표 2 에서 명백한 바와 같이, 본 실시예에서는 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적고 (2.5 ∼ 3.0 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이르기까지의 전력량을 측정한 바, 85 kwh 로, 단축되었다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 3)

순도 99.999 ％ 의 탄탈륨에 니오븀 10 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜ 및 직경 200 ㎜ φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정립 직경은 약 45 ㎜ 이었다.

다음으로, 이것을 재차 실온에서 단신 및 업셋 단조하고, 다시 1400 ∼ 1500K 온도에서 재결정 소둔을 실시하였다. 단조 및 열처리를 재차 반복하고, 이로써 평균 결정립 직경이 100 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜ 및 직경 130 ㎜ φ 의 재료를 얻었다.

다음으로, 이것을 냉간에서 압연 및 재결정 소둔을 실시하고, 마무리 가공을 실시하여 두께 10 ㎜ 및 직경 450 ㎜ φ 의 타겟재로 하였다. 도중 및 최종 냉간 가공 그리고 재결정 소둔은 이하의 평균 결정립 직경 및 결정립 직경의 편차가 되도록 조절하였다. 또한, 이 평균 결정립 직경과 편차는 니오븀의 첨가량에 따라서도 변화되는데, 본 실시예에서는 이들 조절이 가능하였다.

타겟의 평균 결정립 직경은 70 ㎛ 이고, 결정립 직경의 편차는 ±15 ％ 이었다. 또, 니오븀 함유량의 편차는 ±16 ％ 이었다. 이 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다.

그 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다. 표 2 에서 명백한 바와 같이, 본 실시예에서는 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적고 (2.3 ∼ 2.7 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이르기까지의 전력량을 측정한 바, 75 kwh 로, 단축되었다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 4)

순도 99.999 ％ 의 탄탈륨에 니오븀 20 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜ 및 직경 200 ㎜ φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정립 직경은 약 40 ㎜ 이었다.

타겟의 평균 결정립 직경은 60 ㎛ 이고, 결정립 직경의 편차는 ±10 ％ 이었다. 또, 니오븀 함유량의 편차는 ±12 ％ 이었다. 이 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다.

그 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다. 표 2 에서 명백한 바와 같이, 본 실시예에서는 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적고 (2.0 ∼ 2.2 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이르기까지의 전력량을 측정한 바, 72 kwh 로, 단축되었다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 5)

순도 99.999 ％ 의 탄탈륨에 니오븀 50 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜ 및 직경 200 ㎜ φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정립 직경은 약 35 ㎜ 이었다.

다음으로, 이것을 냉간에서 단신과 업셋 단조 및 재결정 소둔을 실시하고, 마무리 가공을 실시하여 두께 10 ㎜ 및 직경 450 ㎜ φ 의 타겟재로 하였다. 도중 및 최종 냉간 가공 그리고 재결정 소둔은 이하의 평균 결정립 직경 및 결정립 직경의 편차가 되도록 조절하였다. 또한, 이 평균 결정립 직경과 편차는 니오븀의 첨가량에 따라서도 변화되는데, 본 실시예에서는 이들 조절이 가능하였다.

타겟의 평균 결정립 직경은 50 ㎛ 이고, 결정립 직경의 편차는 ±8 ％ 이었다. 또, 니오븀 함유량의 편차는 ±10 ％ 이었다. 이 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다.

그 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다. 표 2 에서 명백한 바와 같이, 본 실시예에서는 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적고 (1.7 ∼ 1.9 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이르기까지의 전력량을 측정한 바, 50 kwh 로, 단축되었다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 6)

순도 99.999 ％ 의 탄탈륨에 니오븀 70 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜ 및 직경 200 ㎜ φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정립 직경은 약 30 ㎜ 이었다.

다음으로, 이것을 냉간에서 압연 및 재결정 소둔을 실시하고, 마무리 가공을 실시하여 두께 10 ㎜ 및 직경 450 ㎜ φ 의 타겟재로 하였다. 도중 및 최후 냉간 가공 그리고 재결정 소둔은 이하의 평균 결정립 직경 및 결정립 직경의 편차가 되도록 조절하였다. 또한, 이 평균 결정립 직경과 편차는 니오븀의 첨가량에 따라서도 변화되는데, 본 실시예에서는 이들의 조절이 가능하였다.

타겟의 평균 결정립 직경은 45 ㎛ 이고, 결정립 직경의 편차는 ±7 ％ 이었다. 또, 니오븀 함유량의 편차는 ±8 ％ 이었다. 이 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다.

그 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다. 표 2 에서 명백한 바와 같이, 본 실시예에서는 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적고 (1.3 ∼ 1.5 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이르기까지의 전력량을 측정한 바, 45 kwh 로, 단축되었다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 7)

순도 99.999 ％ 의 탄탈륨에 니오븀 100 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜ 및 직경 200 ㎜ φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정립 직경은 약 25 ㎜ 이었다.

타겟의 평균 결정립 직경은 40 ㎛ 이고, 결정립 직경의 편차는 ±5 ％ 이었다. 또, 니오븀 함유량의 편차는 ±6 ％ 이었다. 이 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다.

시트 저항은 막두께에 따라 다르므로 웨이퍼 (12 인치) 내의 시트 저항의 분포를 측정하고, 그에 따라 막두께의 분포 상황을 조사하였다. 구체적으로는 웨이퍼 상의 49 점의 시트 저항을 측정하고, 그 표준 편차 (σ) 를 산출하였다.

그 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다. 표 2 에서 명백한 바와 같이, 본 실시예에서는 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적고 (1.0 ∼ 1.2 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이르기까지의 전력량을 측정한 바, 35 kwh 로, 단축되었다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(비교예 1)

순도 99.995 ％ 의 탄탈륨에 니오븀 0.5 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜ 및 직경 200 ㎜ φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정립 직경은 약 60 ㎜ 이었다.

다음으로, 이것을 냉간에서 압연 및 재결정 소둔을 실시하고, 마무리 가공을 실시하여 두께 10 ㎜ 및 직경 450 ㎜ φ 의 타겟재로 하였다. 도중 및 최후 냉간 가공 그리고 재결정 소둔을, 적당한 평균 결정립 직경 및 결정립 직경의 편차가 되도록 조절했는데, 본 비교예에서는 이들 조절을 할 수 없고,

타겟의 평균 결정립 직경은 120 ㎛ 이고, 결정립 직경의 편차는 ±35 ％ 이었다. 또, 니오븀 함유량의 편차는 ±40 ％ 이었다. 이 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다.

그 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다. 표 2 에서 명백한 바와 같이, 본 실시예에서는 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 크고 (3.8∼6.0 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 커지는 것을 나타내었다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이르기까지의 전력량을 측정한 바, 150 kwh 로, 증가되었다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화화 할 수 없고, 막의 균일성 (유니포미티) 도 불량하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 없었다.

이상에 대해, 순도 99.999 ％ 의 탄탈륨에 니오븀 0.5 massppm 을 첨가했을 경우에 대해서도, 동일한 시험을 해 보았지만 이 비교예 1 과 동일한 경향이 보였다. 이것은 탄탈륨의 순도에도 영향을 주는 것이 명백하였다.

(비교예 2)

순도 99.999 ％ 의 탄탈륨에 니오븀 150 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해시키고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜ 및 직경 200 ㎜ φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정립 직경은 약 20 ㎜ 이었다.

다음으로, 이것을 냉간에서 압연 및 재결정 소둔을 실시하고, 마무리 가공을 실시하여 두께 10 ㎜ 및 직경 450 ㎜ φ 의 타겟재로 하였다. 도중 및 최후 냉간 가공 그리고 재결정 소둔을, 적당한 평균 결정립 직경 및 결정립 직경의 편차가 되도록 조절했는데, 본 비교예에서는 이들 조절을 할 수 없고, 타겟의 평균 결정립 직경은 200 ㎛ 로, 일부에 재결정 불완전 부위 (미재결정) 가 존재하고, 결정립 직경의 편차는 ±50 ％ 이었다. 또, 니오븀 함유량의 편차는 ±70 ％ 이었다. 이 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다.

그 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다. 표 2 에서 명백한 바와 같이, 본 실시예에서는 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 크고 (4.5 ∼ 7.0 ％), 즉 막두께 분포의 변동이 커지는 것을 나타내었다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이르기까지의 전력량을 측정한 바, 300 kwh 로, 증가되었다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 없고, 막의 균일성 (유니포미티) 도 불량하여 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 없었다.

이상에 대해, 순도 99.999 ％ 의 탄탈륨에 니오븀을 100 massppm 을 초과하는 첨가량이 되고 나서 급속히 결정립 직경의 조대화와 편차가 커지고, 또한 니오븀 함유량의 편차도 현저해졌다.

이것은 니오븀이 편석된 결과로 볼 수 있고, 과잉된 니오븀 첨가는 바람직하지 않음을 알 수 있었다.

산업상 이용 가능성

본 발명은 탄탈륨 스퍼터링 타겟에 있어서 1 massppm 이상, 100 massppm 이하의 니오븀을 필수 성분으로 함유시키고, 니오븀 및 가스 성분을 제외한 순도를 99.998 ％ 이상으로 함으로써, 균일하고 미세한 조직을 구비하며, 플라즈마가 안정적이고, 막의 균일성 (유니포미티) 이 우수한 고순도 탄탈륨 스퍼터링 타겟을 제공할 수 있다는 우수한 효과를 갖는다. 또, 스퍼터링시의 플라즈마 안정화는 초기 단계에서도 안정화되므로, 번인 시간을 단축할 수 있다는 효과를 가지므로, 일렉트로닉스 분야, 특히 복잡한 형상의 피막 형성이나 회로 형성 혹은 배리어 막 형성 등에 적합한 타겟으로서 유용하다.

Claims

1 massppm 이상, 100 massppm 이하의 니오븀을 필수 성분으로 함유하고, 니오븀 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟.

10 massppm 이상, 100 massppm 이하의 니오븀을 필수 성분으로 함유하고, 니오븀 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.999 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟.

니오븀을 10 massppm 이상, 50 massppm 이하를 필수 성분으로 함유하고, 니오븀 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.999 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟.

제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
타겟 중의 니오븀 함유량의 편차가 ±20 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟.

제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
평균 결정립 직경이 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟.

제 5 항에 있어서,
결정립 직경의 편차가 ±20 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟.