KR20130121199A

KR20130121199A - 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃

Info

Publication number: KR20130121199A
Application number: KR20137026764A
Authority: KR
Inventors: 겐이치 나가타; 도미오 오츠키; 다케오 오카베; 노부히토 마키노; 아츠시 후쿠시마
Original assignee: 제이엑스 닛코 닛세키 킨조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2013-11-05
Also published as: CN103547701A; IL228927A0; US20140097084A1; EP2698447A1; EP2698447A4; IL228927A; WO2013038983A1; US9090970B2; TWI409352B; TW201319290A; EP2698447B1; KR20140091734A; CN103547701B; JPWO2013038983A1; JP5329726B2

Abstract

Mn 0.05 ∼ 20 wt％ 를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물인 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃으로서, 당해 타깃에 있어서의 Mn 농도의 면내 편차 (CV 값) 가 3 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃. 이와 같이, 구리에 적절한 양의 Mn 원소를 첨가함과 함께, 스퍼터링 타깃의 면내 편차를 줄임으로써, 균일성 (유니포미티) 이 우수한 박막을 형성할 수 있다. 특히, 미세화·고집적화가 진행되는 반도체 제품의 수율이나 신뢰성을 향상시키기 위해 유용한 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃을 제공한다.

Description

고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃{HIGH-PURITY COPPER-MANGANESE-ALLOY SPUTTERING TARGET}

본 발명은, 반도체용 구리 합금 배선을 형성하기 위해 유용한, 바람직한 자기 확산 억제 기능을 구비한, 활성인 구리의 확산에 의한 배선 주위의 오염을 효과적으로 방지할 수 있는 고순도 구리망간 합금, 특히 균일성 (유니포미티) 이 우수한 박막을 형성할 수 있는 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃에 관한 것이다.

종래, 반도체 소자의 배선 재료로서 Al 합금 (비저항 : 3.0 μΩ·㎝ 정도) 이 사용되어 왔는데, 배선의 미세화에 수반하여, 보다 저항이 낮은 구리 배선 (비저항 : 2.0 μΩ·㎝ 정도) 이 실용화되어 왔다. 구리 배선의 형성 프로세스로는, 배선 또는 배선 홈에 Ta 나 TaN 등의 확산 배리어층을 형성한 후, 구리를 스퍼터 성막하는 것이 일반적으로 실시된다. 구리는 통상적으로 순도 4N (가스 성분 제외) 정도의 전기 구리를 조 (粗) 금속으로 하여 습식이나 건식의 고순도화 프로세스에 의해 5N ∼ 6N 의 고순도인 것을 제조하고, 이것을 스퍼터링 타깃으로서 사용하였다.

상기와 같이, 반도체용 배선으로서 구리는 매우 유효하지만, 구리 자체가 매우 활성인 금속이어서 확산되기 쉬워, 반도체 Si 기판 또는 그 위의 절연막을 통하여 Si 기판 또는 그 주위를 오염시킨다는 문제가 발생하였다. 특히 배선의 미세화에 수반하여, 종래의 Ta 나 TaN 의 확산 배리어층을 형성하는 것만으로는 충분하지 않아, 구리 배선재 그 자체의 개량도 요구되고 있다. 그래서, 지금까지 구리 배선재로는, 구리 (Cu) 에 망간 (Mn) 을 첨가하여, Cu-Mn 합금 중의 Mn 이 절연막의 산소와 반응하여 자기 형성적으로 배리어층을 형성하는, 자기 확산 억제 기능을 구비한 구리 합금이 제안되어 있다.

상기 반도체용 구리 합금 배선은, 구리망간 합금 스퍼터링 타깃을 사용하여 형성되는데, 반도체 디바이스의 미세화·고밀도화·고집적화, 배선층의 미세화·다층화가 진행됨에 따라, 종래에는 문제가 되지 않았던 배선층의 막두께나 시트 저항에 있어서의 면내 편차가 웨이퍼로부터 얻어지는 칩 (제품) 의 수율에 영향을 준다는 문제가 발생하였다. 그 때문에, 편차가 적은 박막 (배선) 을 성막할 수 있는 구리망간 합금 스퍼터링 타깃이 요구되고 있다.

Cu-Mn 합금 스퍼터링 타깃의 예를 이하에 예시한다.

특허문헌 1 에는, Mn 이 0.1 ∼ 20.0 at.％, 확산 계수가 Cu 의 자기 확산 계수보다 작은 불가피적 불순물 원소의 농도가 0.05 at.％ 이하, 잔부가 Cu 로 이루어지는 스퍼터링 타깃이 기재되어 있다.

특허문헌 2 에는, 첨가 원소로서 B 를 0.1 ∼ 1.0 원자％, 추가로 Mn 및/또는 Ni 를 0.1 ∼ 2.0 원자％ 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 스퍼터링 타깃이 기재되어 있다.

특허문헌 3 에는, 첨가 원소로서 B 를 0.1 ∼ 1.0 원자％, B 와 화합물을 발현하는 원소 (Mn 을 포함한다) 를 0.1 ∼ 2.0 원자％ 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 스퍼터링 타깃이 기재되어 있다.

특허문헌 4 에는, V, Nb, Fe, Co, Ni, Zn, Mg 중의 그룹에서 선택된 1 종 이상의 성분과 Sc, Al, Y, Cr 중의 그룹에서 선택된 1 종 이상의 성분의 합계가 0.005 ∼ 0.5 질량％ 가 되도록 함유하고, 산소 : 0.1 ∼ 5 ppm 을 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 스퍼터링 타깃이 기재되어 있다.

특허문헌 5 에는, 산소 : 6 초과 ∼ 20 몰％ 를 함유하고, 또한 Mo, Mn, Ca, Zn, Ni, Ti, Al, Mg 및 Fe 중 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 0.2 ∼ 5 몰％ 함유 하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 스퍼터링 타깃이 기재되어 있다.

특허문헌 6 에는, Mn, B, Bi 또는 Ge 의 금속분과, X (Cu 를 포함한다), Y 를 함유하는 합금분 또는 소결 금속으로 형성되고, 평균 입경 0.1 ∼ 300 ㎛ 의 결정 입자를 50 ％ 이상 함유하고, 함유 가스량이 600 ppm 이하인 소결 스퍼터링 타깃재가 기재되어 있다.

특허문헌 7 에는, 파티클 발생의 억제에 관하여, Mn : 0.6 ∼ 30 질량％ 를 함유하고, 금속계 불순물 : 40 ppm 이하, 산소 : 10 ppm 이하, 질소 : 5 ppm 이하, 수소 : 5 ppm 이하, 탄소 : 10 ppm 이하, 잔부가 Cu 인 스퍼터링 타깃에 대해 기재가 있다.

그러나, 이상에 대해서는, 웨이퍼 상에 성막된 구리망간 합금 박막의 면내 편차는 반드시 충분한 것이 아니라는 문제가 있다.

그 밖에, 본 출원인에 의해 제안된 반도체 소자의 배선재로서, Mn 0.05 ∼ 5 wt％ 를 함유하고 Sb, Zr, Ti, Cr, Ag, Au, Cd, In, As 에서 선택한 1 또는 2 이상의 원소의 총량이 10 wtppm 이하, 잔부 Cu 인 반도체용 구리 합금 배선을 형성하기 위한 스퍼터링 타깃이 기재되어 있다 (특허문헌 8 참조).

이것은 자기 확산 억제 기능을 향상시키기 위해 유효하지만, 웨이퍼 상에 성막된 구리망간 합금 박막의 면내 편차를 줄이는 것을 목적으로 하는 것은 아니다.

또, 본 출원인은, 먼저 Cu-Mn 합금으로 이루어지는 반도체용 구리 합금 배선 재료를 개시하며 (특허문헌 9 참조), 특히 Mn 0.05 ∼ 20 wt％ 를 함유하고, Be, B, Mg, Al, Si, Ca, Ba, La, Ce 의 총계가 500 wtppm 이하, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물인 스퍼터링 타깃을 제안하였다.

이것도 자기 확산 억제 기능을 향상시키기 위해 유효하지만, 웨이퍼 상에 성막된 구리망간 합금 박막의 면내 편차를 줄이는 것을 목적으로 하는 것은 아니다.

일본 특허공보 제4065959호 일본 공개특허공보 2009-97085호 일본 공개특허공보 2010-248619호 일본 공개특허공보 2002-294437호 일본 공개특허공보 2008-311283호 일본 공개특허공보 2009-74127호 일본 공개특허공보 2007-51351호 일본 공개특허공보 2006-73863호 국제공개 제2008/041535호

본 발명은, 구리에 적절한 양의 Mn 원소를 첨가함과 함께, 스퍼터링 타깃의 면내 편차를 줄임으로써, 균일성 (유니포미티) 이 우수한 박막을 형성하는 것을 과제로 한다. 이로써, 미세화·고집적화가 진행되는 반도체 제품의 수율이나 신뢰성을 향상시키는 것을 가능하게 한다. 또, 자기 확산 억제 기능을 가져, 활성인 Cu 의 확산에 의한 배선 주위의 오염을 효과적으로 방지할 수 있는, 일렉트로마이그레이션 (EM) 내성, 내식성 등이 우수한 반도체용 구리 합금 배선의 형성에 유용한 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃을 제공한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 발명을 제공하는 것이다.

1) Mn 0.05 ∼ 20 wt％ 를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물인 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃으로서, 당해 타깃에 있어서의 Mn 농도의 면내 편차 (CV 값) 가 3 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃,

2) Mn 0.05 ∼ 20 wt％ 를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물인 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃으로서, 당해 타깃에 있어서의 비커스 경도의 면내 편차 (CV 값) 가 15 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) 에 기재된 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃,

3) Mn 0.05 ∼ 20 wt％ 를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물인 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃으로서, 당해 타깃에 있어서의 전기 전도도의 면내 편차 (CV 값) 가 3 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) 또는 2) 에 기재된 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃,

4) Mn 0.05 ∼ 20 wt％ 를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물인 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃으로서, 당해 타깃에 있어서의 열 전도도의 면내 편차 (CV 값) 가 5 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) ∼ 3) 중 어느 한 항에 기재된 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃을 제공한다.

본 발명의 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃은, 구리에 적절한 양의 Mn 원소를 첨가함과 함께, 스퍼터링 타깃의 면내 편차를 줄임으로써, 막두께 균일성 (유니포미티) 이 우수한 박막을 형성할 수 있고, 이로써, 미세화·고집적화가 진행되는 반도체 제품의 수율이나 신뢰성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또, 자기 확산 억제 기능을 가져, 활성인 Cu 의 확산에 의한 배선 주위의 오염을 효과적으로 방지할 수 있고, 일렉트로마이그레이션 (EM) 내성, 내식성 등을 향상시킬 수 있다는 우수한 효과를 갖는다.

본 발명에 있어서, Cu 합금에 함유되는 Mn 은 0.05 wt％ 이상, 20 wt％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Mn 0.05 wt％ 미만에서는, 자기 확산 억제 기능이 작아지고, Mn 20 wt％ 를 초과하면 저항이 증대되어 반도체용 구리 합금 배선으로서의 기능은 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 더욱 바람직하게는, Mn 0.5 ∼ 10 wt％ 를 함유하는 구리 합금이다.

또, 본 발명에 있어서, 당해 타깃 표면에 있어서의 Mn 농도의 면내 편차 (CV 값) 를 3 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 타깃 표면에 있어서의 Mn 농도의 면내 편차가 3 ％ 를 초과하면, 스퍼터링에 의해 성막한 박막에 조성 어긋남이 발생하여 시트 저항의 변동이 증가하기 때문에 바람직하지 않다. 이 시트 저항의 변동에 의해, 막두께 균일성이 평가된다. 또한, CV 값은 (표준 편차 ÷ 평균값) × 100 (％) 으로 산출된다.

또, 본 발명에 있어서, 당해 타깃 표면에 있어서의 비커스 경도의 면내 편차 (CV 값) 를 15 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 타깃 표면에 있어서의 비커스 경도의 면내 편차가 15 ％ 를 초과하면, 성막 속도의 변동이나 Mn 의 스퍼터율의 변동이 증가하기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 비커스 경도의 면내 편차를 15 ％ 이하로 한다. 또한, 비커스 경도의 평균값은 60 ∼ 95 Hv 이다.

또, 본 발명에 있어서, 당해 타깃 표면에 있어서의 전기 전도도의 면내 편차 (CV 값) 를 3 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, 열 전도도의 면내 편차 (CV 값) 를 5 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 타깃 표면에 있어서의 전기 전도도의 면내 편차가 3 ％ 를 초과하거나, 열 전도도의 면내 편차가 5 ％ 를 초과하거나 하면, 성막 속도의 변동이나 Mn 의 스퍼터율의 변동이 증가하기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 전기 전도도의 평균값은 0.18 ∼ 30 ㎛·㎝ 이고, 열 전도도의 평균값은 20 ∼ 400 W·m^-1·K^- ¹ 이다.

또, 본 발명에 있어서, 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃의 제조는, 카본 도가니 (감과) 내에 순도가 6N 이상인 고순도 구리와 순도가 5N 이상인 첨가 원소인 망간을 넣고 용해시킨다. 또는, 미리 순도가 6N 이상인 고순도 구리를 카본 도가니 (감과) 내에서 용해시키고, 이것에 5N 이상의 순도를 갖는 망간을 목적으로 하는 성분 조성이 되도록 첨가할 수도 있다.

이와 같이 하여 얻은 합금을 주조하여, Mn 0.05 ∼ 20 wt％ 의 고순도의 구리망간 합금 잉곳을 얻을 수 있다. 그 후, 이 구리망간 합금의 잉곳을 소정의 단조비로 열간 단조하고, 그 후 소정의 압하율로 압연하여 압연판을 얻는다.

이것을 추가로 소정의 온도 및 시간으로 열처리한다. 그 후, 배킹 플레이트에 본딩하고, 마무리 가공하여, 상기 고순도 구리망간 합금으로 제조된 스퍼터링 타깃 조립체로 제조한다.

또, 본 발명에 있어서, Mn 조성은 ICP-AES 를 사용하여 계측하였다. 비커스 경도는, 마츠자와사 제조의 마이크로 비커스계 (디지털 미소 경도계), 형번 MMT-X7 을 사용하고, 하중 100 g 으로 하여 계측하였다. 또, 전기 전도도는, 냅슨사 제조의 4 탐침 저항 측정기, 형번 RESISTEST-9 를 사용하여 계측하였다. 또, 열 전도율은, 베텔사 제조의 열 물성 현미경, 형번 TM-3 을 사용하여 계측하였다. 각각의 면내 편차는, 타깃 표면에 있어서의 임의의 9 점을 측정하고, 그 평균값과 표준 편차로부터 산출하여 구하였다.

실시예

다음으로, 실시예에 기초하여 본 발명을 설명한다. 이하에 나타내는 실시예는 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 이들 실시예에 의해 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 기술 사상에 기초한 변형 및 다른 실시예는 당연히 본 발명에 포함된다.

(실시예 1, 비교예 1)

실시예 1 에서는, 순도 6N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (감과) 를 사용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5N 의 고순도 망간 (Mn) 을 조정하여, 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 1 wt％ 로 조정하였다.

상기 Mn 을 투입하여 용해시킨 후, 이 구리망간 합금의 용탕을 고진공 분위기 중에서 수랭 구리 주형에 주입 (鑄入) 하여 잉곳을 얻었다. 다음으로, 제조한 잉곳의 표면층을 제거하여 φ180 × 60t 로 한 후, 단조비 4.8 로 단조하여 φ200 으로 하였다. 그 후, 압하율 60 ％ 로 압연하여 φ440 × 10t 로 하였다.

다음으로, 350 ℃ 에서 1 시간 열처리 후, 타깃 전체를 급랭시켜 타깃 소재로 하였다. 이것을 기계 가공에 의해 직경 430 ㎜, 두께 7 ㎜ 의 타깃으로 가공하였다.

비교예 1 에서는, 순도 6N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (감과) 를 사용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5N 의 고순도 망간 (Mn) 을 조정하여, 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 1 wt％ 로 조정하였다.

상기 Mn 을 투입하여 용해시킨 후, 이 구리망간 합금의 용탕을 고진공 분위기 중에서 수랭 구리 주형에 주입하여 잉곳을 얻었다. 다음으로, 제조한 잉곳의 표면층을 제거하여 φ180 × 60t 로 한 후, 단조비 2.3 으로 단조하여 φ200 으로 하였다. 그 후, 압하율 50 ％ 로 압연하여 φ440 × 10t 로 하였다.

다음으로, 300 ℃ 에서 15 분간 열처리 후, 타깃 전체를 급랭시켜 타깃 소재로 하였다. 이것을 기계 가공에 의해 직경 430 ㎜, 두께 7 ㎜ 의 타깃으로 가공하였다.

이들 타깃의 Mn 조성을 측정한 결과를 표 1 에 나타낸다.

표 1 에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 의 Mn 조성의 면내 편차 (CV 값) 는 2.4 ％ 로, 비교예 1 의 3.8 ％ 보다 Mn 조성의 면내 편차가 적은 타깃이 얻어졌다.

다음으로, 스퍼터링에 의해 형성한 박막의 막질 평가로서, 실시예 1, 비교예 1 의 타깃을 스퍼터하여 성막하고, 형성된 박막의 시트 저항값을 측정하여, 그 막두께 균일성 (유니포미티) 을 산출하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 유니포미티는, 웨이퍼 상에 형성된 박막의 임의의 49 점을 측정하고, 그 평균값과 표준 편차로부터 산출하여 구하였다 [(49 점의 시트 저항값의 표준 편차) ÷ (49 점의 시트 저항값의 평균값) × 100 (％)].

표 1 에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 의 타깃을 사용하여 형성한 박막은 막두께 균일성 2.9 ％ 로, 비교예 1 의 타깃을 사용한 경우의 막두께 균일성 4.8 ％ 에 비해, 장시간 스퍼터링을 계속해도 막두께 균일성 (유니포미티) 이 양호한 결과를 나타내고 있었다.

(실시예 2, 비교예 2)

실시예 2 에서는, 순도 6N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (감과) 를 사용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5N 의 고순도 망간 (Mn) 을 조정하여, 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 1 wt％ 로 조정하였다.

상기 Mn 을 투입하여 용해시킨 후, 이 구리망간 합금의 용탕을 고진공 분위기 중에서 수랭 구리 주형에 주입하여 잉곳을 얻었다. 다음으로, 제조한 잉곳의 표면층을 제거하여 φ180 × 60t 로 한 후, 단조비 4.8 로 단조하여 φ200 으로 하였다. 그 후, 압하율 80 ％ 로 압연하여 φ440 × 10t 로 하였다.

비교예 2 에서는, 순도 6N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (감과) 를 사용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5N 의 고순도 망간 (Mn) 을 조정하여, 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 1 wt％ 로 조정하였다.

상기 Mn 을 투입하여 용해시킨 후, 이 구리망간 합금의 용탕을 고진공 분위기 중에서 수랭 구리 주형에 주입하여 잉곳을 얻었다. 다음으로, 제조한 잉곳의 표면층을 제거하여 φ180 × 60t 로 한 후, 단조비 2.3 으로 단조하여 φ200 으로 하였다. 그 후, 압하율 40 ％ 로 압연하여 φ440 × 10t 로 하였다.

이들 타깃의 Mn 조성 및 비커스 경도를 측정한 결과를 표 2 에 나타낸다.

표 2 에 나타내는 바와 같이, 실시예 2 의 Mn 조성의 면내 편차 (CV 값) 는 2.3 ％ 로, 비교예 2 의 3.8 ％ 보다 Mn 조성의 면내 편차가 적은 타깃이 얻어졌다. 또, 실시예 2 의 비커스 경도의 면내 편차 (CV 값) 는 14.2 ％ 로, 비교예 2 의 16.5 ％ 보다 비커스 경도의 면내 편차가 적은 타깃이 얻어졌다.

다음으로, 스퍼터링에 의해 형성한 박막의 막질 평가로서, 실시예 2, 비교예 2 의 타깃을 스퍼터하여 성막하고, 형성된 박막의 시트 저항값을 측정하여, 그 막두께 균일성 (유니포미티) 을 산출하였다. 그 결과를 표 2 에 나타낸다.

표 2 에 나타내는 바와 같이, 실시예 2 의 타깃을 사용하여 형성한 박막은 막두께 균일성 2.7 ％ 로, 비교예 2 의 타깃을 사용한 경우의 막두께 균일성 5.2 ％ 에 비해, 장시간 스퍼터링을 계속해도 막두께 균일성 (유니포미티) 이 양호한 결과를 나타내고 있었다.

(실시예 3, 비교예 3)

실시예 3 에서는, 순도 6N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (감과) 를 사용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5N 의 고순도 망간 (Mn) 을 조정하여, 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 1 wt％ 로 조정하였다.

상기 Mn 을 투입하여 용해시킨 후, 이 구리망간 합금의 용탕을 고진공 분위기 중에서 수랭 구리 주형에 주입하여 잉곳을 얻었다. 다음으로, 제조한 잉곳의 표면층을 제거하여 φ180 × 60t 로 한 후, 단조비 4.8 로 단조하여 φ200 으로 하였다. 그 후, 압하율 70 ％ 로 압연하여 φ440 × 10t 로 하였다.

다음으로, 400 ℃ 에서 1 시간 열처리 후, 타깃 전체를 급랭시켜 타깃 소재로 하였다. 이것을 기계 가공에 의해 직경 430 ㎜, 두께 7 ㎜ 의 타깃으로 가공하였다.

비교예 3 에서는, 순도 6N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (감과) 를 사용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5N 의 고순도 망간 (Mn) 을 조정하여, 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 1 wt％ 로 조정하였다.

다음으로, 200 ℃ 에서 15 분간 열처리 후, 타깃 전체를 급랭시켜 타깃 소재로 하였다. 이것을 기계 가공에 의해 직경 430 ㎜, 두께 7 ㎜ 의 타깃으로 가공하였다.

이들 타깃의 Mn 조성 및 전기 전도도를 측정한 결과를 표 3 에 나타낸다.

표 3 에 나타내는 바와 같이, 실시예 3 의 Mn 조성의 면내 편차 (CV 값) 는 2.1 ％ 로, 비교예 3 의 3.7 ％ 보다 Mn 조성의 편차가 적은 타깃이 얻어졌다. 또, 실시예 3 의 전기 전도도의 면내 편차 (CV 값) 는 2.4 ％ 로, 비교예 3 의 4.2 ％ 보다 전기 전도도의 면내 편차가 적은 타깃이 얻어졌다.

다음으로, 스퍼터링에 의해 형성한 박막의 막질 평가로서, 실시예 3, 비교예 3 의 타깃을 스퍼터하여 성막하고, 형성된 박막의 시트 저항값을 측정하여, 그 막두께 균일성 (유니포미티) 을 산출하였다. 그 결과를 표 3 에 나타낸다.

표 3 에 나타내는 바와 같이, 실시예 3 의 타깃을 사용하여 형성한 박막은 막두께 균일성 3.2 ％ 로, 비교예 3 의 타깃을 사용한 경우의 막두께 균일성 4.3 ％ 에 비해, 장시간 스퍼터링을 계속해도 막두께 균일성 (유니포미티) 이 양호한 결과를 나타내고 있었다.

(실시예 4, 비교예 4)

실시예 4 에서는, 순도 6N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (감과) 를 사용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5N 의 고순도 망간 (Mn) 을 조정하여, 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 1 wt％ 로 조정하였다.

상기 Mn 을 투입하여 용해시킨 후, 이 구리망간 합금의 용탕을 고진공 분위기 중에서 수랭 구리 주형에 주입하여 잉곳을 얻었다. 다음으로, 제조한 잉곳의 표면층을 제거하여 φ180 × 60t 로 한 후, 단조비 4.8 로 단조하여 φ200 으로 하였다. 그 후, 압하율 90 ％ 로 압연하여 φ440 × 10t 로 하였다.

비교예 4 에서는, 순도 6N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (감과) 를 사용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5N 의 고순도 망간 (Mn) 을 조정하여, 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 1 wt％ 로 조정하였다.

이들 타깃의 Mn 조성, 비커스 경도 및 전기 전도도를 측정한 결과를 표 4 에 나타낸다.

표 4 에 나타내는 바와 같이, 실시예 4 의 Mn 조성의 면내 편차 (CV 값) 는 2.7 ％ 로, 비교예 4 의 4.6 ％ 보다 Mn 조성의 편차가 적은 타깃이 얻어졌다. 또, 실시예 4 의 비커스 경도의 면내 편차 (CV 값) 는 12.4 ％ 로, 비교예 4 의 15.2 ％ 보다 비커스 경도의 편차가 적은 타깃이 얻어졌다. 또, 실시예 4 의 전기 전도도의 면내 편차 (CV 값) 는 2.9 ％ 로, 비교예 3 의 3.4 ％ 보다 전기 전도도의 편차가 적은 타깃이 얻어졌다.

다음으로, 스퍼터링에 의해 형성한 박막의 막질 평가로서, 실시예 4, 비교예 4 의 타깃을 스퍼터하여 성막하고, 형성된 박막의 시트 저항값을 측정하여, 그 막두께 균일성 (유니포미티) 을 산출하였다. 그 결과를 표 4 에 나타낸다.

표 4 에 나타내는 바와 같이, 실시예 4 의 타깃을 사용하여 형성한 박막은 막두께 균일성 2.5 ％ 로, 비교예 4 의 타깃을 사용한 경우의 막두께 균일성 4.9 ％ 에 비해, 장시간 스퍼터링을 계속해도 막두께 균일성 (유니포미티) 이 양호한 결과를 나타내고 있었다.

(실시예 5, 비교예 5)

실시예 5 에서는, 순도 6N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (감과) 를 사용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5N 의 고순도 망간 (Mn) 을 조정하여, 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 1 wt％ 로 조정하였다.

상기 Mn 을 투입하여 용해시킨 후, 이 구리망간 합금의 용탕을 고진공 분위기 중에서 수랭 구리 주형에 주입하여 잉곳을 얻었다. 다음으로, 제조한 잉곳의 표면층을 제거하여 φ180 × 60t 로 한 후, 단조비 4.8 로 단조하여 φ200 으로 하였다. 그 후, 압하율 60 ％ 로 압연하여 φ440 × 10t 로 하였다.

다음으로, 350 ℃ 에서 2 시간 열처리 후, 타깃 전체를 급랭시켜 타깃 소재로 하였다. 이것을 기계 가공에 의해 직경 430 ㎜, 두께 7 ㎜ 의 타깃으로 가공하였다.

비교예 5 에서는, 순도 6N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (감과) 를 사용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5N 의 고순도 망간 (Mn) 을 조정하여, 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 1 wt％ 로 조정하였다.

다음으로, 300 ℃ 에서 30 분간 열처리 후, 타깃 전체를 급랭시켜 타깃 소재로 하였다. 이것을 기계 가공에 의해 직경 430 ㎜, 두께 7 ㎜ 의 타깃으로 가공하였다.

이들 타깃의 Mn 조성 및 열 전도도를 측정한 결과를 표 5 에 나타낸다.

표 5 에 나타내는 바와 같이, 실시예 5 의 Mn 조성의 면내 편차 (CV 값) 는 2.4 ％ 로, 비교예 5 의 3.9 ％ 보다 Mn 조성의 편차가 적은 타깃이 얻어졌다. 또, 실시예 5 의 열 전도도의 면내 편차 (CV 값) 는 4.7 ％ 로, 비교예 5 의 5.9 ％ 보다 열 전도도의 면내 편차가 적은 타깃이 얻어졌다.

다음으로, 스퍼터링에 의해 형성한 박막의 막질 평가로서, 실시예 5, 비교예 5 의 타깃을 스퍼터하여 성막하고, 형성된 박막의 시트 저항값을 측정하여, 그 막두께 균일성 (유니포미티) 을 산출하였다. 그 결과를 표 5 에 나타낸다.

표 5 에 나타내는 바와 같이, 실시예 5 의 타깃을 사용하여 형성한 박막은, 막두께 균일성 2.7 ％ 로, 비교예 5 의 타깃을 사용한 경우의 막두께 균일성 4.7 ％ 에 비해, 장시간 스퍼터링을 계속해도 막두께 균일성 (유니포미티) 이 양호한 결과를 나타내고 있었다.

(실시예 6, 비교예 6)

실시예 6 에서는, 순도 6N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (감과) 를 사용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5N 의 고순도 망간 (Mn) 을 조정하여, 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 1 wt％ 로 조정하였다.

비교예 6 에서는, 순도 6N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (감과) 를 사용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5N 의 고순도 망간 (Mn) 을 조정하여, 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 1 wt％ 로 조정하였다.

상기 Mn 을 투입하여 용해시킨 후, 이 구리망간 합금의 용탕을 고진공 분위기 중에서 수랭 구리 주형에 주입하여 잉곳을 얻었다. 다음으로, 제조한 잉곳의 표면층을 제거하여 φ180 × 60t 로 한 후, 단조비 2.3 으로 단조하여 φ200 으로 하였다. 그 후, 압하율 30 ％ 로 압연하여 φ440 × 10t 로 하였다.

이들 타깃의 Mn 조성, 비커스 경도 및 열 전도도를 측정한 결과를 표 6 에 나타낸다.

표 6 에 나타내는 바와 같이, 실시예 6 의 Mn 조성의 면내 편차 (CV 값) 는 2.2 ％ 로, 비교예 6 의 4.2 ％ 보다 Mn 조성의 편차가 적은 타깃이 얻어졌다. 또, 실시예 6 의 비커스 경도의 면내 편차 (CV 값) 는 14.8 ％ 로, 비교예 6 의 19.2 ％ 보다 비커스 경도의 면내 편차가 적은 타깃이 얻어졌다. 또, 실시예 6 의 열 전도도의 면내 편차 (CV 값) 는 3.3 ％ 로, 비교예 6 의 5.2 ％ 보다 열 전도도의 면내 편차가 적은 타깃이 얻어졌다.

다음으로, 스퍼터링에 의해 형성한 박막의 막질 평가로서, 실시예 6, 비교예 6 의 타깃을 스퍼터하여 성막하고, 형성된 박막의 시트 저항값을 측정하여, 그 막두께 균일성 (유니포미티) 을 산출하였다. 그 결과를 표 6 에 나타낸다.

표 6 에 나타내는 바와 같이, 실시예 6 의 타깃을 사용하여 형성한 박막은 막두께 균일성 2.4 ％ 로, 비교예 6 의 타깃을 사용한 경우의 막두께 균일성 5.2 ％ 에 비해, 장시간 스퍼터링을 계속해도 막두께 균일성 (유니포미티) 이 양호한 결과를 나타내고 있었다.

(실시예 7, 비교예 7)

실시예 7 에서는, 순도 6N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (감과) 를 사용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5N 의 고순도 망간 (Mn) 을 조정하여, 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 1 wt％ 로 조정하였다.

다음으로, 400 ℃ 에서 2 시간 열처리 후, 타깃 전체를 급랭시켜 타깃 소재로 하였다. 이것을 기계 가공에 의해 직경 430 ㎜, 두께 7 ㎜ 의 타깃으로 가공하였다.

비교예 7 에서는, 순도 6N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (감과) 를 사용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5N 의 고순도 망간 (Mn) 을 조정하여, 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 1 wt％ 로 조정하였다.

다음으로, 200 ℃ 에서 30 분간 열처리 후, 타깃 전체를 급랭시켜 타깃 소재로 하였다. 이것을 기계 가공에 의해 직경 430 ㎜, 두께 7 ㎜ 의 타깃으로 가공하였다.

이들 타깃의 Mn 조성, 전기 전도도 및 열 전도도를 측정한 결과를 표 7 에 나타낸다.

표 7 에 나타내는 바와 같이, 실시예 7 의 Mn 조성의 면내 편차 (CV 값) 는 2.3 ％ 로, 비교예 7 의 3.9 ％ 보다 Mn 조성의 편차가 적은 타깃이 얻어졌다. 또, 실시예 7 의 전기 전도도의 면내 편차 (CV 값) 는 2.6 ％ 로, 비교예 7 의 4.7 ％ 보다 전기 전도도의 면내 편차가 적은 타깃이 얻어졌다. 또, 실시예 7 의 열 전도도의 면내 편차 (CV 값) 는 4.5 ％ 로, 비교예 7 의 5.4 ％ 보다 열 전도도의 면내 편차가 적은 타깃이 얻어졌다.

다음으로, 스퍼터링에 의해 형성한 박막의 막질 평가로서, 실시예 7, 비교예 7 의 타깃을 스퍼터하여 성막하고, 형성된 박막의 시트 저항값을 측정하여, 그 막두께 균일성 (유니포미티) 을 산출하였다. 그 결과를 표 7 에 나타낸다.

표 7 에 나타내는 바와 같이, 실시예 7 의 타깃을 사용하여 형성한 박막은 막두께 균일성 2.8 ％ 로, 비교예 7 의 타깃을 사용한 경우의 막두께 균일성 4.8 ％ 에 비해, 장시간 스퍼터링을 계속해도 막두께 균일성 (유니포미티) 이 양호한 결과를 나타내고 있었다.

(실시예 8, 비교예 8)

실시예 8 에서는, 순도 6N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (감과) 를 사용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5N 의 고순도 망간 (Mn) 을 조정하여, 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 1 wt％ 로 조정하였다.

비교예 8 에서는, 순도 6N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (감과) 를 사용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5N 의 고순도 망간 (Mn) 을 조정하여, 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 1 wt％ 로 조정하였다.

이들 타깃의 Mn 조성, 비커스 경도, 전기 전도도 및 열 전도도를 측정한 결과를 표 8 에 나타낸다.

표 8 에 나타내는 바와 같이, 실시예 8 의 Mn 조성의 면내 편차 (CV 값) 는 2.3 ％ 로, 비교예 8 의 4.3 ％ 보다 Mn 조성의 편차가 적은 타깃이 얻어졌다. 또, 실시예 8 의 비커스 경도의 면내 편차 (CV 값) 는 13.8 ％ 로, 비교예 8 의 18.0 ％ 보다 전기 전도도의 면내 편차가 적은 타깃이 얻어졌다. 또, 실시예 8 의 전기 전도도의 면내 편차 (CV 값) 는 2.8 ％ 로, 비교예 8 의 5.2 ％ 보다 전기 전도도의 면내 편차가 적은 타깃이 얻어졌다. 또, 실시예 8 의 열 전도도의 면내 편차 (CV 값) 는 2.6 ％ 로, 비교예 8 의 5.3 ％ 보다 열 전도도의 면내 편차가 적은 타깃이 얻어졌다.

다음으로, 스퍼터링에 의해 형성한 박막의 막질 평가로서, 실시예 8, 비교예 8 의 타깃을 스퍼터하여 성막하고, 형성된 박막의 시트 저항값을 측정하여, 그 막두께 균일성 (유니포미티) 을 산출하였다. 그 결과를 표 8 에 나타낸다.

표 8 에 나타내는 바와 같이, 실시예 8 의 타깃을 사용하여 형성한 박막은 막두께 균일성 3.1 ％ 로, 비교예 8 의 타깃을 사용한 경우의 막두께 균일성 4.6 ％ 에 비해, 장시간 스퍼터링을 계속해도 막두께 균일성 (유니포미티) 이 양호한 결과를 나타내고 있었다.

(실시예 9, 비교예 9)

실시예 9 에서는, 순도 6N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (감과) 를 사용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5N 의 고순도 망간 (Mn) 을 조정하여, 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 1 wt％ 로 조정하였다.

상기 Mn 을 투입하여 용해시킨 후, 이 구리망간 합금의 용탕을 고진공 분위기 중에서 수랭 구리 주형에 주입하여 잉곳을 얻었다. 다음으로, 제조한 잉곳의 표면층을 제거하여 φ180 × 151t 로 한 후, 단조비 4.8 로 단조하여 φ220 으로 하였다. 그 후, 압하율 90 ％ 로 압연하여 φ700 × 10t 로 하였다.

다음으로, 400 ℃ 에서 2 시간 열처리 후, 타깃 전체를 급랭시켜 타깃 소재로 하였다. 이것을 기계 가공에 의해 직경 650 ㎜, 두께 7 ㎜ 의 타깃으로 가공하였다.

비교예 9 에서는, 순도 6N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (감과) 를 사용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5N 의 고순도 망간 (Mn) 을 조정하여, 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 1 wt％ 로 조정하였다.

상기 Mn 을 투입하여 용해시킨 후, 이 구리망간 합금의 용탕을 고진공 분위기 중에서 수랭 구리 주형에 주입하여 잉곳을 얻었다. 다음으로, 제조한 잉곳의 표면층을 제거하여 φ180 × 151t 로 한 후, 단조비 2.3 으로 단조하여 φ400 으로 하였다. 그 후, 압하율 30 ％ 로 압연하여 φ700 × 10t 로 하였다.

다음으로, 200 ℃ 에서 30 분간 열처리 후, 타깃 전체를 급랭시켜 타깃 소재로 하였다. 이것을 기계 가공에 의해 직경 650 ㎜, 두께 7 ㎜ 의 타깃으로 가공하였다.

이들 타깃의 Mn 조성, 비커스 경도, 전기 전도도 및 열 전도도를 측정한 결과를 표 9 에 나타낸다.

표 9 에 나타내는 바와 같이, 실시예 9 의 Mn 조성의 면내 편차 (CV 값) 는 2.2 ％ 로, 비교예 9 의 4.4 ％ 보다 Mn 조성의 편차가 적은 타깃이 얻어졌다. 또, 실시예 8 의 비커스 경도의 면내 편차 (CV 값) 는 13.6 ％ 로, 비교예 9 의 18.2 ％ 보다 전기 전도도의 면내 편차가 적은 타깃이 얻어졌다. 또, 실시예 9 의 전기 전도도의 면내 편차 (CV 값) 는 2.6 ％ 로, 비교예 9 의 5.3 ％ 보다 전기 전도도의 면내 편차가 적은 타깃이 얻어졌다. 또, 실시예 9 의 열 전도도의 면내 편차 (CV 값) 는 2.7 ％ 로, 비교예 9 의 5.4 ％ 보다 열 전도도의 면내 편차가 적은 타깃이 얻어졌다.

또 표 8, 표 9 의 결과로부터, Mn 조성, 비커스 경도, 전기 전도도, 열 전도도의 면내 편차는 타깃 직경에 의존하지 않는 결과였다.

(실시예 10)

실시예 10 에서는, 순도 6N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (감과) 를 사용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5N 의 고순도 망간 (Mn) 을 조정하여, 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 0.5 wt％ 로 조정하였다.

실시예 11 에서는, 순도 6N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (감과) 를 사용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5N 의 고순도 망간 (Mn) 을 조정하여, 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 10 wt％ 로 조정하였다.

실시예 12 에서는, 순도 6N 의 고순도 구리 (Cu) 를 카본 도가니 (감과) 를 사용하여 고진공 분위기 중에서 용해시켰다. 또, 순도 5N 의 고순도 망간 (Mn) 을 조정하여, 구리의 용탕에 투입하였다. Mn 량은 15 wt％ 로 조정하였다.

이들 타깃의 Mn 조성, 비커스 경도, 전기 전도도 및 열 전도도를 측정한 결과를 표 10 에 나타낸다.

표 10 에 나타내는 바와 같이, 실시예 10 의 Mn 조성의 면내 편차 (CV 값) 는 2.1 ％, 실시예 11 의 Mn 조성의 면내 편차 (CV 값) 는 2.2 ％, 실시예 12 의 Mn 조성의 면내 편차 (CV 값) 는 2.2 ％ 로, Mn 조성의 편차가 적은 타깃이 얻어졌다. 또, 실시예 10 의 비커스 경도의 면내 편차 (CV 값) 는 13.2 ％, 실시예 11 의 비커스 경도의 면내 편차 (CV 값) 는 12.3 ％, 실시예 12 의 비커스 경도의 면내 편차 (CV 값) 는 11.9 ％ 로, 경도의 면내 편차가 적은 타깃이 얻어졌다. 또, 실시예 10 의 전기 전도도의 면내 편차 (CV 값) 는 2.3 ％, 실시예 11 의 전기 전도도의 면내 편차 (CV 값) 는 2.2 ％, 실시예 12 의 전기 전도도의 면내 편차 (CV 값) 는 2.6 ％ 로, 전기 전도도의 면내 편차가 적은 타깃이 얻어졌다. 또, 실시예 10 의 열 전도도의 면내 편차 (CV 값) 는 2.1 ％, 실시예 11 의 열 전도도의 면내 편차 (CV 값) 는 2.4 ％, 실시예 12 의 열 전도도의 면내 편차 (CV 값) 는 2.6 ％ 로, 열 전도도의 면내 편차가 적은 타깃이 얻어졌다.

또한, 상기 실시예 10 ∼ 12 로부터, Mn 량이 0.05 ∼ 20 wt％ 의 범위 내이면, 동일한 효과가 얻어짐을 확인하였다.

산업상 이용가능성

본 발명은 구리망간 합금 스퍼터링 타깃을 제공하는 것으로, 구리에 적절한 양의 Mn 원소를 첨가함과 함께, 스퍼터링 타깃의 면내 편차를 줄임으로써, 스퍼터링에 의해 성막한 막의 막질을 개선하는 것이다. 특히, 미세화·고집적화가 진행되는 반도체 제품의 수율이나 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 우수한 효과를 갖는다. 그리고, 자기 확산 억제 기능을 가져, 활성인 Cu 의 확산에 의한 배선 주위의 오염을 효과적으로 방지할 수 있는, 일렉트로마이그레이션 (EM) 내성, 내식성 등이 우수한 반도체용 구리망간 합금 배선의 형성에 유용하다.

Claims

Mn 0.05 ∼ 20 wt％ 를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물인 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃으로서, 당해 타깃에 있어서의 Mn 농도의 면내 편차 (CV 값) 가 3 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃.
제 1 항에 있어서,
Mn 0.05 ∼ 20 wt％ 를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물인 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃으로서, 당해 타깃에 있어서의 비커스 경도의 면내 편차 (CV 값) 가 15 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
Mn 0.05 ∼ 20 wt％ 를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물인 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃으로서, 당해 타깃에 있어서의 전기 전도도의 면내 편차 (CV 값) 가 3 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
Mn 0.05 ∼ 20 wt％ 를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물인 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃으로서, 당해 타깃에 있어서의 열 전도도의 면내 편차 (CV 값) 가 5 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 고순도 구리망간 합금 스퍼터링 타깃.