KR20140103061A

KR20140103061A - Mo 합금 스퍼터링 타깃재의 제조 방법 및 Mo 합금 스퍼터링 타깃재

Info

Publication number: KR20140103061A
Application number: KR1020140015941A
Authority: KR
Inventors: 히데오 무라타; 마사시 가미나다; 게이스케 이노우에
Original assignee: 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2014-02-12
Publication date: 2014-08-25
Also published as: TW201441399A; KR101613001B1; CN103990802B; TWI548765B; JP6284004B2; CN103990802A; JP2014177696A

Abstract

본 발명의 과제는, 저저항이며 내열성, 내습성이나 기판과의 밀착성도 우수하고, 전극·배선 박막으로서 적합한 고밀도, 고순도이며, 또한 비자성의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 안정적이고 또한 저렴하게 제공할 수 있는 제조 방법 및 신규의Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 제공하는 것이다.
Ni를 10∼49원자％, Ti를 1∼30원자％ 함유하고, 또한 Ni와 Ti의 합계량이 50원자％ 이하, 잔량부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 만족시키도록, Mo 분말과 적어도 1종 또는 2종 이상의 Ni 합금 분말을 혼합하고, 이어서 가압 소결한다. Ni를 10∼49원자％, Ti를 1∼30원자％ 함유하고, 또한 Ni와 Ti의 합계량이 50원자％ 이하이고, 잔량부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Mo 합금 스퍼터링 타깃재이며, Mo의 매트릭스 중에 Ni 합금상이 분산되어 있는 조직을 갖는다.

Description

Mo 합금 스퍼터링 타깃재의 제조 방법 및 Mo 합금 스퍼터링 타깃재{METHOD OF MANUFACTURING Mo ALLOY SPUTTERING TARGET MATERIAL AND Mo ALLOY SPUTTERING TARGET MATERIAL}

본 발명은, 전자 부품용 전극이나 배선 박막을 형성하기 위한 Mo 합금 스퍼터링 타깃재의 제조 방법 및 Mo 합금 스퍼터링 타깃재에 관한 것이다.

글래스 기판 상에 박막 디바이스를 형성하는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display : 이하, LCD라 함), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel : 이하, PDP라 함), 전자 페이퍼 등에 이용되는 전기 영동형 디스플레이 등의 평면 표시 장치(플랫 패널 디스플레이, Flat Panel Display : 이하, FPD라 함)에 더하여, 각종 반도체 디바이스, 박막 센서, 자기 헤드 등의 박막 전자 부품에 있어서는, 낮은 전기 저항의 배선 박막이 필요하다. 예를 들어, LCD, PDP, 유기 EL 디스플레이 등의 FPD는, 대화면, 고해상, 고속 응답화에 수반하여, 그 배선 박막에는 저저항화가 요구되고 있다. 또한, 최근, FPD에 조작성을 더하는 터치 패널이나 수지 기판을 사용한 플렉시블한 FPD 등, 새로운 제품이 개발되고 있다.

최근, FPD의 구동 소자로서 사용되고 있는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하, TFT라 함)의 배선 박막에는 저저항화가 필요하여, 주 배선 재료를 종래의 Al로부터 보다 저저항인 Cu로 변경하는 검토가 행해지고 있다.

현재, TFT에는, 비정질 Si 반도체막이 사용되고 있고, 주 배선막인 Cu는, Si와 직접 접촉하면, TFT 제조 중의 가열 공정에 의해 열확산되어 TFT의 특성을 열화시킨다. 이로 인해, Cu와 Si 사이에 캡막으로서, 내열성이 우수한 Mo나 Mo 합금을 배리어막으로 한 적층 배선막이 사용되고 있다.

또한, FPD의 화면을 보면서 직접적인 조작성을 부여하는 터치 패널 기판 화면도 대형화가 진행되고 있어, 저저항의 Cu를 주 배선 재료로 사용하는 검토가 진행되고 있다.

TFT로부터 이어지는 화소 전극이나 휴대형 단말기나 태블릿 PC 등에 사용되고 있는 터치 패널의 위치 검출 전극에는, 일반적으로 투명 도전막인 인듐-주석 산화물(Indium Tin Oxide : 이하, ITO라 함)이 사용되고 있다. 주 배선막인 Cu는, ITO와의 콘택트성은 얻어지지만, 기판과의 밀착성이 낮음으로써, 밀착성을 확보하기 위해, 기초막으로서 기판을 Mo나 Mo 합금으로 피복한 적층 배선막으로 할 필요가 있다.

또한, 지금까지의 비정질 Si 반도체막으로부터, 보다 고속 응답을 실현할 수 있는 산화물을 사용한 투명한 반도체막의 적용 검토가 행해지고 있고, 이들 산화물 반도체의 배선 박막에도 주 배선막인 Cu와 기초막이나 캡막으로서 Mo나 Mo 합금을 사용한 적층 배선막이 검토되고 있다. 이로 인해, 이들 적층 배선막의 형성에 사용되는 Mo 합금 박막으로 이루어지는 박막 배선의 수요가 높아지고 있다.

본 출원인은, 내열성, 내식성이나 기판과의 밀착성이 우수한 저저항의 Mo 합금 박막으로서, Mo에 3∼50원자％의 V, Nb에 Ni, Cu를 더 첨가한 박막 배선을 제안하고 있고, 그 실시예에서 Mo-15Nb-10Ni(원자％)의 조성으로 이루어지는 박막 배선의 발명을 구체적으로 개시하고 있다(특허문헌 1). 또한, 높은 내습성을 갖는 Mo 합금 박막으로서 새롭게 Mo-Ni-Ti 합금의 가능성을 확인하였다.

한편, 상술한 박막 배선을 형성하는 방법으로서는, 스퍼터링 타깃재를 사용한 스퍼터링법이 최적이다. 스퍼터링법은, 물리 증착법 중 하나로, 다른 진공 증착이나 이온 프레팅과 비교하여 대면적에 안정적으로 박막을 형성할 수 있는 방법인 동시에, 상기한 바와 같은 첨가 원소가 많은 합금에서도 조성 변동이 적은 우수한 박막이 얻어지는 유효한 방법이다.

이러한 스퍼터링 타깃재를 얻는 방법으로서는, 예를 들어 특허문헌 2에 개시되는 바와 같이, 원료 Mo 분말, Ni 분말 및 그 밖의 첨가 원소(예를 들어, Nb)로 이루어지는 분말을 혼합한 혼합 분말 또는 아토마이즈법에 의해 얻은 Mo 합금 분말을 가압 소결한 소결체에 기계 가공을 실시하는 방법이 제안되어 있다.

일본 특허 공개 제2004-140319호 공보 일본 특허 공개 제2010-132974호 공보

고품위의 Mo 합금 박막을 안정적으로 얻기 위해서는, Mo 합금 박막의 모재로 되는 스퍼터링 타깃재에 고밀도, 고순도, 저가스 성분과, 편석이 없는 균일한 조직이 요구된다. 이러한 조직으로 하기 위해서는, 특허문헌 2에서 제안되는 바와 같이 모든 성분 원소를 미리 합금화한 Mo 합금 분말을 사용하는 것이 바람직하다.

그러나, Mo가 고융점 금속이므로, Mo를 주성분으로 하는 Mo 합금의 융점은 높아, 일반적으로 사용되고 있는 유도 가열 장치를 사용하여 용해하여 아토마이즈법으로 Mo 합금 분말을 수율 좋게 제조하는 것은 곤란하다. 또한, Mo 합금은 융점이 높기 때문에, 합금 분말의 입도가 크면 고밀도의 소결체를 얻기 어렵고, 합금 분말의 입도를 미세하게 하려고 하면 얻어지는 스퍼터링 타깃재 중의 불순물이 증가해 버린다고 한 문제가 있다.

또한, Mo는 산화하면, 그 산화물이 Mo의 융점에 도달하기 전에 용이하게 승화하여 기화하기 때문에, 공정 중의 Mo의 산화를 억제하기 위해서는 용해 분위기를 제어한 대규모이고 고가인 장치가 필요해므로, 얻어지는 Mo 합금 분말도 고가인 것으로 된다.

또한, 원료 분말로서 단순히 Mo 분말, Ni 분말 및 Ti 분말을 혼합하여 혼합 분말을 얻어, 이것을 가압 소결하면, 합금화가 불충분한 것에 기인하여 스퍼터링 타깃재 중에 자성을 띠기 쉬운 Ni 강자성 상이 잔존해 버려, 스퍼터 속도가 저하되거나, 스퍼터링 타깃재의 수명이 짧아진다고 하는 문제가 발생하는 경우가 있다.

본 발명의 목적은, 저저항이며 내열성, 내습성이나 기판과의 밀착성도 우수한, 전극·배선 박막의 형성에 적합한 고밀도, 고순도이고, 또한 비자성의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 안정적이고 또한 저렴하게 제공할 수 있는 제조 방법 및 신규의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 제공하는 데 있다.

본 발명자는, 상기 과제에 비추어, 고융점인 Mo를 주성분으로 하는 Mo 합금 스퍼터링 타깃재에 관하여 예의 검토하였다. 그 결과, 주성분인 Mo를 첨가하는 분말의 성상을 최적화함으로써, 저저항이며 내열성, 내습성이나 기판과의 밀착성도 우수한 고품위의 박막을 얻기 위해 필요한 고밀도이고 고순도인 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 안정적이고 또한 저렴하게 제조할 수 있는 방법을 발견하여, 본 발명에 도달하였다.

즉, 본 발명은, Ni를 10∼49원자％, Ti를 1∼30원자％ 함유하고, 또한 Ni와 Ti의 합계량이 50원자％ 이하, 잔량부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Mo 합금 스퍼터링 타깃재의 제조 방법이며, Mo 분말과, 상기 조성을 만족시키도록 적어도 1종 또는 2종 이상의 Ni 합금 분말을 혼합하고, 이어서 가압 소결하는 Mo 합금 스퍼터링 타깃재의 제조 방법의 발명이다.

상기 Ni 합금 분말은, Ni-Mo 합금으로 이루어지고, 또한 Ti 분말을 첨가하여 혼합하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 Ni-Mo 합금 분말은, Mo를 8∼40원자％ 함유하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 Ni를 10∼49원자％, Ti를 1∼30원자％ 함유하고, 또한 Ni와 Ti의 합계량이 50원자％ 이하, 잔량부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Mo 합금 스퍼터링 타깃재이며, Mo의 매트릭스 중에 Ni 합금상이 분산되어 있는 조직을 갖는 Mo 합금 스퍼터링 타깃재의 발명이다.

본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재는, 상기 Ni 합금상이 Ni-Mo 합금상 및 Ni-Ti 합금상으로부터 선택된 1개 이상으로 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 Ni 합금상과 상기 Mo의 매트릭스의 계면에 확산층을 갖는 것이 보다 바람직하다.

본 발명은 고밀도, 고순도이며, 또한 비자성의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 안정적이고 또한 저렴하게 제조하는 것이 가능해지고, 저저항이며 내열성, 내습성이나 기판과의 밀착성도 우수하고, 전극·배선 박막의 형성에 적합한 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 제공할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 전자 부품의 제조나 신뢰성의 향상에 유용한 기술이 된다.

도 1은 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재의 마이크로 조직을 광학 현미경으로 관찰한 사진의 일례이다.
도 2는 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재의 마이크로 조직을 광학 현미경으로 관찰한 사진의 다른 예이다.
도 3은 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재의 마이크로 조직을 광학 현미경으로 관찰한 사진의 다른 예이다.
도 4는 도 3을 고배율로 관찰한 사진의 예이다.

Mo를 주성분으로 하는 합금은, 융점이 높아, 종래부터 사용되고 있는 아토마이즈법으로 합금화하여 분말로 하는 것은 어려워, 스퍼터링 타깃재를 안정적이고 또한 저렴하게 얻기 위해서는 여러 과제가 있는 것은 상술한 바와 같다.

본 발명에 관한 제조 방법의 중요한 특징은, 고융점인 Mo 합금을 용해하는 일 없이, Mo 분말과 특정 Ni 합금 분말을 혼합하고, 이어서 가압 소결하는 데 있다.

우선, 본 발명의 제조 방법에서 사용하는 분말에 대해 설명하면, 본 발명에서 사용하는 Mo 분말은, 입수가 용이한 시판되고 있는 Mo 분말을 사용할 수 있다. Mo 분말의 평균 입경이 1㎛ 미만이면, 얻어지는 스퍼터링 타깃재 중의 불순물이 증가해 버리고, 50㎛를 초과하면, 고밀도의 소결체를 얻기 어려워진다. 따라서, Mo 분말의 평균 입경의 범위는 1㎛∼50㎛로 하는 것이 바람직하다. 또한, Mo 분말은, 스퍼터링 타깃재에 있어서 Mo의 매트릭스를 형성하기 위해, 총량으로 50원자％ 이상 혼합하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제조 방법에서 사용하는 Ni 합금 분말은, 예를 들어 Ni-Mo 합금 분말, Ni-Ti 합금 분말, Ni-Mo-Ti 합금의 분말을 사용할 수 있다. 이에 의해, 각각의 Ni 합금 분말의 융점을 Mo의 융점보다도 낮게 할 수 있으므로, 합금 분말의 제조, 혼합 분말의 소결, 얻어지는 소결체의 치밀화가 용이해진다. 이들 Ni 합금 분말은, 소정의 성분비로 조합한 합금을 아토마이즈법에 의해 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 용해-분쇄를 행하여, Ni 합금 분말을 제작하여 사용하는 것도 가능하다. 또한, Ti를 포함하지 않는 Ni 합금 분말을 사용하는 경우는, Ti 분말을 첨가하여 본 발명의 성분으로 되도록 혼합한다.

Ni 합금 분말의 평균 입경이 5㎛ 미만이면, 얻어지는 스퍼터링 타깃재 중의 불순물이 증가해 버린다. 한편, Ni 합금 분말의 평균 입경이 300㎛를 초과하면, 고밀도의 소결체를 얻기 어려워진다. 따라서, Ni 합금 분말의 평균 입경은, 5㎛∼300㎛로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 말하는 평균 입경은, JIS Z 8901에서 규정되는, 레이저광을 사용한 광 산란법에 의한 구 상당 직경으로 나타낸다.

또한, 본 발명의 제조 방법에서 사용하는 Ni 합금 분말은, Ni 합금 분말이 비자성 또한 소결성을 손상시키지 않도록, 그 원소와 첨가량을 선정하는 것이 바람직하다. 이것은, 상술한 바와 같이 Ni는 자성체로, Ni의 첨가량이 증가하면, 스퍼터링 타깃재 중에 자성을 띠기 쉬운 Ni 강자성 상이 잔존하여, FPD의 제조에서 일반적으로 사용되고 있는 마그네트론 스퍼터링에 있어서, 스퍼터 속도가 저하되거나, 스퍼터링 타깃재의 수명이 짧아지는 경우가 있기 때문이다. 본 발명에서는, Mo의 매트릭스 중에 비자성의 Ni 합금상이 분산된 조직으로 하기 위해 Ni 합금 분말을 사용한다. 이에 의해 본 발명에서는, 스퍼터성이 좋은 스퍼터링 타깃재를 얻는 것이 가능해진다.

본 발명의 제조 방법에서 사용하는 Ni 합금 분말은, Ni를 Mo와 합금화한 Ni-Mo 합금 분말을 사용하는 것이 바람직하고, Mo 함유량은 8∼40원자％로 하는 것이 바람직하다. 이 조성 범위의 Ni-Mo는, 융점이 Ni보다 낮아, 용이하게 합금 분말을 아토마이즈법에 의해 얻을 수 있다. 이 조성 범위로 하는 이유는, Ni 합금 분말의 Mo 함유량이 8원자％ 미만에서는, 충분히 비자성화로 하는 것이 어렵고, 한편 Mo 함유량이 40원자％를 초과하면, 취화되기 쉬운 NiMo 화합물상이 많이 발현되어, 화합물상에 크랙이 형성되기 쉬워져, 스퍼터링 타깃재에 결함이 잔류하기 쉽기 때문이다. 본 발명의 제조 방법에서 사용하는 Ni 합금 분말의 Mo의 함유량은, NiMo 화합물상이 발현되기 어려운 30원자％ 이하가 보다 바람직하다.

또한, 본 발명의 제조 방법에서 사용하는 Ni 합금 분말은, Ni-Ti 합금을 사용해도 된다. 이때, Ni-Ti 합금 분말의 Ti 함유량은 10원자％ 이상이 바람직하다. 이에 의해, Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 비자성으로 할 수 있다. 한편, Ni-Ti 합금 분말의 Ti의 첨가량이 50원자％를 초과하면, 융점이 1000℃ 이하인 상을 발현하기 쉬워져, 액상이 발현되므로, 소결 온도를 낮출 필요가 있다. 이 경우, 스퍼터링 타깃재의 상대 밀도를 향상시키기 위해서는 소결 시간을 길게 해야 해, 생산성이 저하되는 경우가 있다. 이로 인해, 본 발명의 제조 방법에서 사용하는 Ni-Ti 합금 분말의 Ti 함유량은, 50원자％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 스퍼터링 타깃재의 상대 밀도를 향상시키기 위해 소결 온도를 높이기 위해서는, Ni-Ti 합금 분말의 Ti 함유량을 25원자％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃의 제조 방법에서는, 상술한 Mo 분말과 1종 또는 2종 이상의 Ni 합금 분말을 원하는 조성을 만족시키도록 혼합하고, 이어서 가압 소결함으로써, 고밀도이고 고순도인 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 제조할 수 있다.

가압 소결은, 열간 정수압 프레스(이하, 「HIP」라 함)나 핫 프레스가 적용 가능하고, 1000∼1500℃, 10∼200㎫, 1∼10시간의 조건에서 행하는 것이 바람직하다. 이러한 조건의 선택은, 가압 소결하는 장치에 의존한다. 예를 들어 HIP는, 저온 고압의 조건이 적용하기 쉽고, 핫 프레스는 고온 저압의 조건이 적용하기 쉽다. 본 발명의 제조 방법에서는, 가압 소결에, 저온에서 소결해도 Ni 합금이나 Ti의 확산을 억제할 수 있고, 또한 고압에서 소결하여 고밀도의 소결체가 얻어지는 HIP를 사용하는 것이 바람직하다.

소결 온도가 1000℃ 미만에서는, 소결이 진행되기 어려워, 고밀도의 소결체를 얻을 수 없다. 한편, 소결 온도가 1500℃를 초과하면, 액상이 발현되거나, 소결체의 결정 성장이 현저해지거나 하여, 균일 미세한 조직을 얻기 어려워진다. 또한, 상기한 조성 범위의 Ni-Mo 합금의 융점은 1300℃ 이상이므로, 1000∼1300℃의 범위에서 소결함으로써, 고밀도의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 용이하게 얻는 것이 가능해진다.

또한, 압력은, 10㎫ 이하에서는, 소결이 진행되기 어려워 고밀도의 소결체를 얻기 어렵다. 한편, 압력이 200㎫를 초과하면, 견딜 수 있는 장치가 제한된다고 하는 문제가 있다.

또한, 소결 시간은, 1시간 이하에서는 소결을 충분히 진행시키는 것이 어려워, 고밀도의 소결체를 얻기 어렵다. 한편, 소결 시간이 10시간을 초과하면 제조 효율에 있어서 피하는 것이 좋다.

HIP나 핫 프레스에 의해 가압 소결을 할 때에는, 혼합 분말을 가압 용기나 가압용 다이스에 충전한 후에, 가열하면서 감압 탈기를 하는 것이 바람직하다. 감압 탈기는, 가열 온도 100∼600℃의 범위에서, 대기압(101.3㎪)보다 낮은 감압하에서 행하는 것이 바람직하다. 이것은, 얻어지는 소결체의 산소를 보다 저감시킬 수 있어, 고순도의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 얻는 것이 가능해지기 때문이다.

다음에, 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재에 대해 설명한다. 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재는, Ni를 10∼49원자％, Ti를 1∼30원자％ 함유하고, Ni와 Ti의 합계량이 50원자％ 이하, 잔량부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Mo의 매트릭스 중에 Ni 합금상이 분산되어 있는 조직을 갖는다. 여기서, Ni 합금상이라 함은, Ni-Mo 합금상, Ni-Ti 합금상, Ni-Ti-Mo 합금상을 말한다.

본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재는, 상기 Ni 합금상이 Ni-Mo 합금상 및 Ni-Ti 합금상으로부터 선택된 1개 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다. Mo 합금 스퍼터링 타깃재 중에 Ni가 단독으로 존재하면, Ni가 자성체이므로, 상술한 바와 같은 스퍼터링시의 안정성이나 스퍼터링 타깃재의 수명의 저하와 같은 문제를 일으킨다. 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재는, Ni를 Mo 매트릭스 중에 비자성의 Ni-Mo 합금상이나 Ni-Ti 합금상과 같은 Ni 합금상으로서 분산시킨 조직으로 함으로써, 안정된 스퍼터링을 행할 수 있음과 함께, 균일한 Mo 합금 박막을 기판 상에 형성하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재는, Ni 합금과 Mo 매트릭스의 계면에 확산층을 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 결함이 적은 고밀도인 Mo 합금 스퍼터링 타깃재로 되어, 스퍼터링시에 스퍼터링 타깃재의 표면의 침식에 의해 형성되는 에로젼 에어리어에 발생하는 요철의 높이를 저감시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 이상 방전이나 스플래시 등을 억제할 수 있어, 결함이 없는 Mo 합금 박막을 안정적으로 형성하는 것이 가능해진다고 하는 효과를 갖는다.

본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재에서 Mo에 Ni나 Ti를 첨가하는 이유는, 주 배선막인 Cu나 Al 등과 적층하는 캡막으로서 성막할 때의 내열성, 내습성의 향상이나, 기초막으로서 성막할 때의 밀착성을 확보하기 위함이다.

Ni의 첨가량이 10원자％ 미만에서는, 산화 억제 효과가 충분하지 않다. 한편, Ni는 Mo와 비교하여 Cu나 Al에 열확산되기 쉬운 원소로, Ni 리치인 합금으로 되면, 주 배선막인 Cu나 Al에 확산되기 쉬워, 전기 저항값을 증가시키므로, 49원자％ 이하로 한다.

또한, Ti의 첨가량은, 1원자％ 미만에서는 내습성의 개선 효과가 얻어지지 않는다. 한편, Ti의 첨가량이 30원자％를 초과하면 내습성의 향상 효과가 포화됨과 함께, 에칭성이 저하되므로, 가능한 한 적은 첨가량이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재는, Ti의 첨가량을 1∼30원자％로 한다. 또한, Ti도 Mo와 비교하여 주 배선막인 Cu나 Al에 대해 열확산되기 쉬운 원소이므로, 본 발명은 Ni의 첨가량을 10∼49원자％로 하고, 또한 Ni와 Ti의 합계를 50원자％ 이하로 한다.

또한, 주 배선막인 Cu는, Al과 비교하여 내산화성, 내습성이 낮다. 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재로 성막한 Mo 합금 박막을 캡막으로 하였을 때에, 내산화성, 내습성을 충분히 확보하기 위해서는, Ni의 첨가량을 20원자％ 이상, Ti의 첨가량을 10원자％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재는, Ni를 20∼35원자％, Ti를 10∼20원자％의 범위가 보다 바람직하다. 또한, 주 배선막인 Al은, 내산화성, 내습성이 우수한 바, Cu와 비교하여 Ni, Ti가 열확산되기 쉽기 때문에, Ni의 첨가량은 25원자％ 이하, Ti의 첨가량은 15원자％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재는, Ni를 10∼25원자％, Ti를 3∼15원자％의 범위에서 첨가하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재는, 주성분인 Mo와 Ni, Ti 이외의 원소는, 가능한 한 적은 것이 바람직하다. 주성분 이외의 불순물이 많으면, 박막의 전기 저항이 증가하거나, 원소의 종류에 따라 다른 적층 박막과 반응하여 밀착성이나 내습성·내산화성 등의 특성을 열화시키는 경우가 있다. 특히, 가스 성분의 산소나 질소는, 박막 중에 도입되기 쉬워, 밀착성을 저하시키거나, 박막에 결함을 발생시킨다. 따라서 본 발명의 Mo 스퍼터링 타깃재는, 순도는 99.9％ 이상 또한 산소 등의 불순물은 1000질량ppm 이하가 바람직하고, 400질량ppm 이하가 보다 바람직하다.

[실시예 1]

원자비로 20％ Ni-15％ Ti-잔량부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 제작하기 위해, 순도 99.99％, 평균 입경 6㎛인 Mo 분말과, 아토마이즈법으로 제작한 순도 99.9％, 평균 입경 70㎛인 Ni-30원자％ Mo 합금 분말과, 순도 99.8％, 평균 입경 30㎛인 Ti 분말을 준비하였다.

상기한 Mo 합금 스퍼터링 타깃재의 조성으로 되도록, 각 분말을 칭량하고, 크로스 로터리 혼합기에 의해 혼합하여 혼합 분말을 얻었다. 그 후, 내경 133㎜, 높이 30㎜, 두께 3㎜의 연강제의 용기에 충전하고, 450℃로 10시간 가열하여 탈가스 처리를 행한 후에 연강제 용기를 밀봉하고, HIP 장치에 의해 1000℃, 148㎫로 5시간 유지하여 소결하였다. 냉각 후, HIP 장치로부터 취출하여, 기계 가공에 의해 연강제 용기를 제거하고, 직경 100㎜, 두께 5㎜의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 얻어, 잔량부로부터 시험편을 잘라냈다.

또한, 비교를 위해, 원자비로 20％ Ni-15％ Ti-잔량부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Mo 합금을 용해법으로 제작하는 것을 시도하였지만, Mo가 용융 잔류하여, 정상적인 합금 덩어리를 만들 수 없었다.

얻어진 시험편의 상대 밀도를 아르키메데스법에 의해 측정한 바, 99.9％로, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 고밀도의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 여기서 말하는 상대 밀도라 함은, 아르키메데스법에 의해 측정된 부피 밀도를, Mo 합금 스퍼터링 타깃재의 조성비로부터 얻어지는 질량비로 산출한 원소 단체의 가중 평균으로서 얻은 이론 밀도로 나눈 값에 100을 곱하여 얻은 값을 말한다.

또한, 얻어진 시험편의 금속 원소의 정량 분석을 가부시끼가이샤 시마쯔 세이사꾸쇼제의 유도 결합 플라즈마 발광 분석 장치(ICP)(모델 번호 : ICPV-1017)로 행하여, 산소의 정량을 비분산형 적외선 흡수법에 의해 측정한 바, Mo, Ni, Ti의 분석값의 합계의 순도는 99.9％, 산소 농도는 350질량ppm으로, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 고순도의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.

상기에서 얻은 시험편을, 경면 연마한 후, 나이탈 시약에 의해 부식시켜, 광학 현미경으로 조직 관찰한 결과를 도 1에 나타낸다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재는, 미세하게 재결정된 Mo의 매트릭스 중에, 수 10㎛ 정도의 구 형상에 가까운 Ni-Mo 합금상이 분산되어, Mo의 매트릭스와의 계면에 확산층을 가진 조직으로, 편석이나 공공(空孔) 등의 큰 결함은 확인되지 않아, 스퍼터 성막에 적합한 스퍼터링 타깃재인 것을 확인할 수 있었다.

또한, 상기에서 얻은 직경 100㎜, 두께 5㎜의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 구리제의 백킹 플레이트에 브레이징한 후, 캐논 아네르바 가부시끼가이샤제의 스퍼터 장치(모델 번호 : SPF-440HL)에 장착하여, Ar 분위기, 압력 0.5Pa, 전력 500W로 스퍼터를 실시하였다. 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 사용하여 스퍼터하면, 이상 방전도 없고, 안정된 스퍼터를 행할 수 있는 것을 확인하였다.

코닝사제의 25㎜×50mm의 글래스 기판(제품 번호 : EagleXG) 상에, 상기한 스퍼터 조건에서 막 두께 200㎚의 Mo 합금 박막을 형성한 시료를 제작하여, 밀착성, 내습성, 내열성을 평가하였다.

밀착성의 평가는, JIS K5400에서 규정된 방법으로 행하였다. 우선, 상기한 Mo 합금 박막 상에, 스미토모 쓰리엠 가부시끼가이샤제의 투명 점착 테이프[제품명 : 투명 미색(透明美色)]를 붙이고, 한 변이 2mm인 격자 무늬를 커터 나이프로 형성하고, 투명 점착 테이프를 박리하여, 박막의 잔존의 유무로 평가를 하였다. 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 사용하여 성막한 박막은, 1칸도 박리되지 않아, 높은 밀착성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

내습성의 평가는, 상기한 Mo 합금 박막을, 온도 85℃, 습도 85％의 분위기에 300시간 방치하여, Mo 합금 박막 표면의 변색의 유무를 육안으로 확인하였다. 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 사용하여 성막한 박막은, 고온 고습 분위기에 노출시켜도 변색되지 않아, 높은 내습성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

내열성의 평가는, 상기한 Mo 합금 박막을, 대기 중의 350℃의 분위기에서 30분 가열하여, Mo 합금 박막의 변색의 유무를 육안으로 확인하였다. 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 사용하여 성막한 박막은, 고온에서 가열해도 변색되지 않아, 높은 내열성을 갖는 박막인 것을 확인할 수 있었다.

[실시예 2]

원자비로 15％ Ni-15％ Ti-잔량부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 제작하기 위해, 순도 99.99％, 평균 입경 6㎛인 Mo 분말과, 아토마이즈법으로 제작한 순도 99.9％, 평균 입경 60㎛인 Ni-50원자％ Ti 합금 분말을 준비하였다.

얻어진 시험편의 상대 밀도를 아르키메데스법에 의해 측정한 바, 98.7％로, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 고밀도의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 얻어진 시험편의 금속 원소의 정량 분석을 실시예 1과 동일 조건에서 행하여, 산소의 정량을 비분산형 적외선 흡수법에 의해 측정한 바, Mo, Ni, Ti의 분석값의 합계의 순도는 99.9％, 산소 농도는 400질량ppm으로, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 고순도의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.

상기에서 얻은 시험편을, 경면 연마한 후, 나이탈 시약에 의해 부식시켜, 광학 현미경으로 조직 관찰한 결과를 도 2에 나타낸다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재는, 미세하게 재결정된 Mo의 매트릭스 중에, 수 10㎛ 정도의 대략 구 형상의 Ni-Ti 합금상이 분산되어, Mo의 매트릭스와의 계면에 근소하게 확산층을 가진 조직으로, 편석이나 공공 등의 큰 결함은 확인되지 않아, 스퍼터 성막에 적합한 스퍼터링 타깃재인 것을 확인할 수 있었다.

또한, 실시예 1과 마찬가지로, 상기에서 얻은 직경 100㎜, 두께 5㎜의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 구리제의 백킹 플레이트에 브레이징한 후, 캐논 아네르바 가부시끼가이샤제의 스퍼터 장치(모델 번호 : SPF-440HL)에 장착하여, Ar 분위기, 압력 0.5Pa, 전력 500W로 스퍼터를 실시하였다. 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 사용하여 스퍼터하면, 이상 방전도 없고, 안정된 스퍼터를 행할 수 있는 것을 확인하였다.

밀착성의 평가는, 실시예 1과 동일한 방법으로 행하였다. 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 사용하여 성막한 박막은, 1칸도 박리되지 않아, 높은 밀착성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

내습성의 평가는, 실시예 1과 동일한 방법으로 행하였다. 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 사용하여 성막한 박막은, 고온 고습 분위기에 노출시켜도 변색되지 않아, 높은 내습성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

내열성의 평가는, 실시예 1과 동일한 방법으로 행하였다. 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 사용하여 성막한 박막은, 고온에서 가열해도 변색되지 않아, 높은 내열성을 갖는 박막인 것을 확인할 수 있었다.

[실시예 3]

원자비로 40％ Ni-10％ Ti-잔량부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 제작하기 위해, 순도 99.99％, 평균 입경 6㎛의 Mo 분말과, 아토마이즈법으로 제작한 순도 99.9％, 평균 입경 55㎛의 Ni-40원자％ Ti 합금 분말과, 평균 입경 65㎛의 Ni-20원자％ Mo 합금 분말을 준비하였다.

얻어진 시험편의 상대 밀도를 아르키메데스법에 의해 측정한 바, 99.9％로, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 고밀도의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 얻어진 시험편의 금속 원소의 정량 분석을 실시예 1과 동일 조건에서 행하여, 산소의 정량을 비분산형 적외선 흡수법에 의해 측정한 바, Mo, Ni, Ti의 분석값의 합계의 순도는 99.9％, 산소 농도는 350질량ppm으로, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 고순도의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.

상기에서 얻은 시험편을, 경면 연마한 후, 나이탈 시약에 의해 부식시켜, 광학 현미경으로 조직 관찰한 결과를 도 3 및 그 고배율을 도 4에 나타낸다. 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재는, 미세하게 재결정된 Mo의 매트릭스 중에, 수 10㎛ 정도의 Ni-Mo 합금상과, 구 형상에 가까운 Ni-Ti 합금상이 분산되어, Mo의 매트릭스와의 계면에 확산층을 가진 조직으로, 편석이나 공공 등의 큰 결함은 확인되지 않아, 스퍼터 성막에 적합한 스퍼터링 타깃재인 것을 확인할 수 있었다.

또한, 실시예 1 및 실시예 2에 비해, 실시예 3은 Ni 합금 중의 Mo나 Ti의 첨가량이 적으므로, Mo와의 확산 영역이 증가하고 있는 것을 알 수 있다.

다음에, 상기에서 얻은 직경 100㎜, 두께 5㎜의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 구리제의 백킹 플레이트에 브레이징한 후, 캐논 아네르바 가부시끼가이샤제의 스퍼터 장치(모델 번호 : SPF-440HL)에 장착하여, Ar 분위기, 압력 0.5Pa, 전력 500W로 스퍼터를 실시하였다. 본 발명의 Mo 합금 스퍼터링 타깃재를 사용하여 스퍼터하면, 이상 방전도 없고, 안정된 스퍼터를 행할 수 있는 것을 확인하였다.

Claims

Ni를 10∼49원자％, Ti를 1∼30원자％ 함유하고, 또한 Ni와 Ti의 합계량이 50원자％ 이하이고, 잔량부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Mo 합금 스퍼터링 타깃재의 제조 방법이며, Mo 분말과 적어도 1종 또는 2종 이상의 Ni 합금 분말을 상기 조성을 만족시키도록 혼합하고, 이어서 가압 소결하는 것을 특징으로 하는, Mo 합금 스퍼터링 타깃재의 제조 방법.
Ni를 10∼49원자％, Ti를 1∼30원자％ 함유하고, 또한 Ni와 Ti의 합계량이 50원자％ 이하이고, 잔량부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Mo 합금 스퍼터링 타깃재의 제조 방법이며, Mo 분말과 Ni-Mo 합금 분말과 Ti 분말을 상기 조성을 만족시키도록 혼합하고, 이어서 가압 소결하는 것을 특징으로 하는, Mo 합금 스퍼터링 타깃재의 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 Ni-Mo 합금 분말이, Mo를 8∼40원자％ 함유하는 것을 특징으로 하는, Mo 합금 스퍼터링 타깃재의 제조 방법.
Ni를 10∼49원자％, Ti를 1∼30원자％ 함유하고, 또한 Ni와 Ti의 합계량이 50원자％ 이하이고, 잔량부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Mo 합금 스퍼터링 타깃재이며, Mo의 매트릭스 중에 Ni 합금상이 분산되어 있는 조직을 갖는 것을 특징으로 하는, Mo 합금 스퍼터링 타깃재.
제4항에 있어서, 상기 Ni 합금상이, Ni-Mo 합금상 및 Ni-Ti 합금상으로부터 선택된 1개 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, Mo 합금 스퍼터링 타깃재.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 Ni 합금상과 상기 Mo의 매트릭스의 계면에 확산층을 갖는 것을 특징으로 하는, Mo 합금 스퍼터링 타깃재.