KR20190069515A

KR20190069515A - Al2O3 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20190069515A
Application number: KR1020197014225A
Authority: KR
Inventors: 요시마사 고이도
Original assignee: 제이엑스금속주식회사
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2019-06-19
Also published as: US20210292887A1; TW201835360A; EP3527689A1; CN110073029A; WO2018168111A1; SG11201903343VA; JP6537715B2; KR102181709B1; JPWO2018168111A1

Abstract

순도가 99.99wt％ 이상이고, 상대 밀도가 85％ 이상, 95％ 이하이며, 체적 저항률이 10×10¹⁴Ω·㎝ 이하, 유전 정접이 15×10^-4 이상인 것을 특징으로 하는 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃. 본 발명은 양호한 스퍼터링 특성을 갖는 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃, 특히 스퍼터 파워를 올리지 않아도, 성막 레이트를 높일 수 있는, Al₂O₃ 스퍼터링 타깃, 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

Description

Al2O3 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법

본 발명은, 예를 들어 게이트 절연막, 마스크, 에치 스토퍼 등, 반도체 소자의 형성에 적합한 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

근년, NAND 플래시 메모리는 용도의 폭의 넓이와 가격의 저렴함으로부터, 대용량화가 현저하게 진행되고, 또한 로직이나 DRAM 등에 비해, 미세화나 3차원 구조화의 기술이 진보되어, 구조가 한층 복잡화되어 있다. NAND 플래시 메모리는 소자 기능을 갖는 박막이나 구조 형성을 위한 박막이 적층되어 있고, 적층 시의 에치 스토퍼로서, Al₂O₃박막을 사용하는 것이 검토되어 있다. 박막을 형성하는 방법으로서는, 진공 증착법이나 스퍼터링법 등의 일반적으로 물리 증착법이라고 칭해지고 있는 수단에 의해 행해지는 것이 보통이다. 특히 조작성이나 성막 안정성의 점에서, 마그네트론 스퍼터링법을 사용하여 형성하는 경우가 많다.

스퍼터링법에 의한 박막의 형성은, 음극에 설치한 타깃에, 아르곤 이온의 양이온을 물리적으로 충돌시키고, 그 충돌 에너지로 타깃을 구성하는 재료를 방출시키고, 대면하고 있는 음극측의 기판에 타깃 재료와 거의 동일 조성의 막을 적층함으로써 행해진다. 스퍼터링법에 의한 성막은 처리 시간이나 공급 전력 등을 조정함으로써, 안정된 성막 레이트로 옹스트롬 단위의 얇은 막부터 수십㎛의 두꺼운 막까지 형성할 수 있다는 특징을 갖고 있다. 특히, 산화물 등은 도전성을 갖지 않고 일반적인 DC 전원을 사용한 스퍼터링법으로는 스퍼터를 할 수 없는 점에서, RF 전원을 사용한 스퍼터링법을 사용하는 경우가 많다.

절연체인 Al₂O₃ 등의 화합물막을 RF 스퍼터링하는 경우, 특히 문제가 되는 것은 성막 레이트이다. DC 스퍼터링에 비해, RF 스퍼터링은 절연체인 타깃 표면에 부의 전압을 인가시키기 위해, 상시, 정·부의 전압을 교대로 인가시키고 있다. 그 때문에, DC 스퍼터와 같이 상시 성막할 수 없어, 성막 레이트를 저하시키는 원인이었다. 또한, 원자끼리가 금속 결합이 아니라, 강고한 공유 결합인 것도, 성막 레이트를 저하시키고 있는 하나의 요인으로 되어 있다. 그리고, 이와 같은 문제는 생산성을 저하시키는 큰 원인으로 되어 있다.

한편, 생산성을 높이기 위해, 스퍼터링의 파워를 올리는 것이 고려되지만, 파워를 올리면, 스퍼터링 타깃에 크랙이 빈발한다는 문제가 발생했다. 이와 같은 문제에 비해, 특허문헌 1에는 성막 속도 향상을 위해 하이파워에 견딜 수 있는 고강도 타깃이며, 평균 결정입경이 5㎛ 이상 20㎛ 이하, 기공률이 0.3％ 이상 1.5％ 이하인 알루미나 소결체를 사용한 스퍼터링 타깃이 개시되어 있다. 또한, 그 제조 방법으로서, 알루미나 원료 분말에 가압 성형을 실시하고, 이 성형체를 수소 분위기 중에서 소성을 행하여, 알루미나 스퍼터링 타깃을 제조하는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 2에는 고밀도이고 고품질인 알루미나 소결체를 사용한 스퍼터링 타깃이며, 순도가 99.99질량％ 이상이고, 상대 밀도가 98％ 이상이고, 평균 결정입경이 5㎛ 미만인 것이 개시되어 있다. 또한, 그 제조 방법으로서, 1250 내지 1350℃에서의 핫 프레스 소결을 실시하여 소결체를 얻고, 대기 중에서 1300 내지 1700℃의 어닐 처리를 실시하여, 타깃을 제조하는 것이 기재되어 있다.

이와 같이 종래에는, 스퍼터링 타깃의 크랙 방지를 위해, 밀도나 입경 등을 조정하여, 타깃의 기계적 강도를 향상시키는 것이 행해지고 있었다.

일본 특허 공개 제2000-64034호 공보 국제 공개 WO2013/065337호

본 발명의 실시 형태는 스퍼터 파워를 올리지 않아도, 성막 레이트를 높일 수 있는 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃, 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자는 예의 연구를 행한 결과, 성막 레이트의 향상에는 스퍼터링 타깃의 전기적 특성, 특히, 체적 저항률과 유전 정접의 제어가 유효하고, 이들 특성을 소정의 범위 내로 제어함으로써, RF 인가를 효율적으로 행하는 것이 가능해져, 성막 레이트를 향상시킬 수 있다는 지견이 얻어졌다.

본 발명의 실시 형태에 관한 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃은, 순도가 99.99wt％ 이상이고, 상대 밀도가 85％ 이상, 95％ 이하이며, 체적 저항률이 10×10¹⁴Ω·㎝ 이하, 유전 정접이 15×10^-4 이상이다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, Al₂O₃ 스퍼터링 타깃에 있어서, 스퍼터 파워를 올릴 일 없이, 높은 성막 레이트를 실현할 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다는, 우수한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 스퍼터링 타깃에 있어서의 측정 개소를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 웨이퍼 상에 성막한 막 두께의 측정 개소를 도시하는 도면이다.

본 발명의 실시 형태에 관한 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃은, 반도체의 소자 기능을 갖는 박막이나 구조 형성을 위한 박막 형성에 사용되는 것이고, 막 특성의 저하를 억제하기 위해 순도를 99.99wt％(4N) 이상으로 한다. 여기서 순도 99.99wt％ 이상이란, Al₂O₃ 중에 비교적 많이 포함되는, Ca, Fe, K, Mg, Na을 불순물 원소로 하고, GDMS 분석에 의해, 그 합계 함유량이 100wtppm 미만인 것을 의미한다. 이들 불순물 원소는, 내식성 등의 막 특성을 저하시키는 경우가 있는 점에서, 최대한 저감하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시 형태는, 순도가 99.99wt％ 이상인 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃에 있어서, 체적 저항률이 10×10¹⁴Ω·㎝ 이하, 유전 정접이 15×10^-4 이상으로 하는 것이 특징이다. 스퍼터링 타깃의 전기적 특성을 상기 범위로 조정함으로써, RF(고주파) 스퍼터 시, 고주파의 전압을 효율적으로 인가할 수 있고, 스퍼터 파워를 올리는 일 없이, 성막 레이트를 높일 수 있고, 제품의 생산성을 향상시킬 수 있다. 나아가, 파티클 발생의 억제, 막 두께의 안정성, 번인 시간의 단축에도 기여할 수 있다.

RF 스퍼터링에서는, 타깃 표면에 양이온을 가까이 끌어당기기 위해, 해당 표면에 부의 전하를 대전시킬 필요가 있지만, 타깃의 체적 저항률을 10×10¹⁴Ω·㎝ 이하로 함으로써, 적당한 대전 상태로 하는 것이 가능해진다. 한편, RF 스퍼터링에서는, 정·부의 전압을 교대로 인가하기 위해, 부의 전압을 인가 후에는 전하를 적절하게 내보낼 필요가 있지만, 일반적인 세라믹 콘덴서와 같이 손실이 적은, 즉, 유전 정접이 1.0×10^-4 정도로 작은 경우에는 전하가 빠져나가기 어렵기 때문에, 전압의 인가를 효율적으로 행할 수 없다. 그래서, 본원 발명에서는, 타깃의 유전 정접을 15×10^-4 이상으로 조정함으로써 전하를 효율적으로 내보내는 것이 가능해져, RF 스퍼터를 효과적으로 행할 수 있다. 또한, 체적 저항률의 하한값은 1×10¹⁴Ω·㎝ 이상, 유전 정접의 상한값은 360×10^-4 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 관한 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃은, 상대 밀도가 95％ 이하인 것을 특징으로 한다. 상대 밀도가 95％ 이하이면, 조직 내에 공벽이 어느 정도로 존재하고, 그 공벽으로부터 전하가 빠져나가기 쉬워져, 상기한 유전 정접을 달성하는 것이 가능해지고, 나아가서는 성막 레이트를 높일 수 있다. 한편, 상대 밀도가 지나치게 낮으면, 타깃에 내포되는 포어가 증가하여, 타깃에 크랙이 발생할 우려가 있기 때문에, 상대 밀도 85％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

상대 밀도는, 상대 밀도(％)＝치수 밀도/이론 밀도×100으로부터 산출한다. 치수 밀도는 노기스를 사용하여 시료의 치수를 측장하고, (시료의 중량)/(시료의 체적)으로부터 산출한다. 또한, Al₂O₃의 이론 밀도는 3.98g/㎤로 한다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 관한 스퍼터링 타깃은, 평균 결정입경을 0.3㎛ 이상 3.0㎛ 이하인 것을 특징으로 한다. 평균 결정입경을 3.0㎛ 이하로 함으로써, 막 두께의 변동을 억제하여, 막 두께 안정성을 양호한 것으로 할 수 있다. 한편, 타깃의 평균 결정입경은, 원료 분말의 입경이나 소결 조건에 의존하고, 후술하는 제법으로 가능한 평균 결정입경은 0.3㎛ 이상이다. 또한, 타깃의 평균 결정입경은, 원료 분말의 입경뿐만 아니라, 소결 조건 등에 의해서도 변동되는 점에서, 서로 조건을 조정할 필요가 있다.

평균 결정입경은 타깃의 스퍼터면에 평행한 면을 주사형 전자 현미경(SEM)에 의해 2000배의 시야를 4개소(도 1)에 대하여 관찰하고, 각각의 시야에 있어서, JIS G0551의 절단법에 의한 평가 방법으로 결정입경을 구한다. 그리고, 이 4시야의 평균값을 평균 결정입경으로 한다. 또한, 스퍼터면이란, 스퍼터링 프로세스에 있어서, 아르곤 등의 이온이 충돌하여 타깃을 구성하는 입자가 튀어나오는, 기판에 대향하는 측의 면을 의미한다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 관한 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃은 스퍼터면에 있어서의 표면 조도 Ra가 1.0㎛ 이상, 2.0㎛ 이하인 것을 특징으로 한다. 통상, 스퍼터링 타깃이 제조 라인에서 사용되는 경우, 타깃의 특성을 안정시키기 위해 예비 스퍼터(번인)가 행해진다. 이때, 번인이 완료된 후의 표면 조도 Ra는 1.0㎛ 내지 2.0㎛가 되는 점에서, 미리 표면 조도 Ra를 번인 완료 후의 수치에 가깝게 해 둠으로써, 번인 시간을 단축하는 것이 가능해진다.

본 발명의 표면 조도는 촉침식 표면 조도 측정(JIS B0601)을 사용하여, 도 1에 도시하는 4개소에 대하여 측정하고, 각각의 측정값을 평균화한 값을 사용한다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 관한 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃은, 항절 강도가 200㎫ 이상인 것을 특징으로 한다. 통상, 스퍼터링 타깃의 밀도가 낮은 경우, 포어의 증대에 의해, 강도가 저하되고, 스퍼터링 중에 타깃에 크랙이나 균열 등이 발생하는 경우가 있다. 그러나, 타깃의 상대 밀도가 95％ 이하라도, 그 항절 강도를 200㎫ 이상으로 함으로써, 스퍼터 시에 있어서 타깃 크랙이나 균열의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.

본 발명의 항절 강도는 3점 굽힘(JIS R1601)에 의해 도 1에 도시하는 4개소에 대하여 측정하고, 각각의 측정값을 평균화한 값을 사용한다.

이어서, 본 발명의 실시 형태에 관한 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 대하여 설명한다.

순도가 99.99wt％ 이상인 Al₂O₃ 분말을 준비한다. Al₂O₃ 분말의 입자경은 평균 입자경 0.1 내지 0.3㎛로 하는 것이 바람직하다. 평균 입자경 0.1 내지 0.3㎛는 후단의 소결 공정에 있어서의 최적의 입자경이고, 이 범위를 일탈하면, 타깃의 상대 밀도와 평균 결정입경을 상기 원하는 범위로 제어하는 것이 곤란해진다.

원료 분말의 입자경은 레이저 회절 산란식의 입도 분포 측정 장치를 사용하여, 이소프로필알코올을 분산매로 하고, 1분간의 초음파 분산 후, 측정을 실시하여, 측정한 데이터 중, D₅₀을 평균 입자경이라고 한다.

이어서 핫 프레스 성형을 행한다. 원료 분말을 금형에 충전한 후, 진공 또는 불활성 가스 분위기 중에서 핫 프레스를 행하여, 성형체를 제작한다. 이때, 핫 프레스 후의 밀도가 지나치게 낮으면, 타깃(소결체)의 특성은 양호해도, 막 두께 안정성이 저하되는 경우가 있다. 한편, 핫 프레스 후의 밀도가 지나치게 높으면, 그 후의 대기 소결에 있어서 밀도가 올라가기 어려워진다. 이것은, 핫 프레스와 후술하는 대기 소결의 소결 거동이 상이하기 때문에 보이는 현상이라고 생각된다. 즉, 핫 프레스 후에 밀도가 낮으면, 소결이 진행되고 있지 않고, 가루끼리의 네킹도 적기 때문에, 대기 소결 중에 소결이 더 진행되지만, 핫 프레스에 있어서 충분히 밀도를 올려 버리면, 소결이 지나치게 진행되어 그 상태에서 안정되고, 그 후에 대기 소결되어도, 가열만으로는 소결이 진행되기 어렵다고 생각할 수 있다. 따라서, 핫 프레스 후의 상대 밀도는 60％ 이상 85％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

핫 프레스의 온도는, 바람직하게는 800℃ 내지 1400℃이다. 또한, 성형을 용이하게 하기 위해 원료 분말에 바인더 등을 섞고, 스프레이 드라이어에 의해 조립을 행하여, 이 조립 분말을 성형해도 된다.

이어서, 얻어진 성형체를 대기로에서 상압 소결(대기 소결)한다. 이 대기 소결에 있어서의 온도 t(℃)는 전체 공정의 핫 프레스 온도를 T(℃)라고 했을 때, T≤t≤T＋600(℃)를 만족시키는 온도 범위 내로 한다. 예를 들어, 핫 프레스 온도가 1200℃인 경우, 소결의 온도 범위는 1200℃ 이상 1800℃ 이하로 된다. 소결의 유지 시간을 2 내지 10시간으로 하는 것이 바람직하다.

이 대기 소결의 조건은 최종적인 스퍼터링 타깃의 밀도나 결정입경에 크게 영향을 미친다. 이 소결 온도가 높은 경우에는, 상대 밀도가 높아지고, 또한 입경도 커진다. 한편 소결 온도가 낮은 경우에는, 타깃의 상대 밀도가 낮고, 또한 입경도 작아진다. 이와 같이, 핫 프레스 후의 밀도, 즉, 핫 프레스의 온도와의 관계로, 이 대기 소결의 소결 조건을 최적화하지 않으면, 원하는 밀도나 결정입경이 얻어지지 않고, 또한 결정의 이상 입성장에 의해, 입경의 변동이 현저화되기 때문에, 바람직하지 않다.

이어서, 얻어진 소결체를 선반이나 평면 연삭 등의 기계 가공에 의해, 원하는 사이즈, 형상의 타깃으로 가공한다. 그 후, 필요에 따라, 소결체의 표면을 초벌 연마 또는 블라스트 처리로 조화하고, 표면 조도 Ra를 1.0㎛ 이상, 2.0㎛ 이하로 한다. 이상에 의해, 본 발명의 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃을 제작할 수 있다.

후술하는 실시예, 비교예를 포함하여, 본 발명의 평가 방법 등은 이하와 같다.

(체적 저항률에 대하여)

체적 저항률은, 타깃의 면 내 4개소(도 1 참조)로부터 시료를 채취하고, 직류 3단자법에 의해 스퍼터면에 대하여 수평한 면의 저항률을 측정하고, 그들 평균값으로부터 구한다. 저항률의 측정에는 ADC사제 디지털 초고저항/미소 전류계(형식 5450)를 사용할 수 있다.

구체적으로는, 스크린 인쇄기 및 은 페이스트를 사용하여, 시료의 상하면에 주전극, 가드 전극, 대향 전극을 인쇄하고, 대기 중, 100℃, 12시간 건조하여 전극을 형성하고, 이어서, 시료에 직류 전압(V＝1000V)을 인가하고, 1분간 충전 후의 전류(I)를 측정하여, 시료의 체적 저항(Rv)을 구한다. 그리고, 시료의 두께(t＝1.2㎜), 전극 면적(S＝1.85㎠)을 각각 하기 식에 도입하여, 체적 저항률(ρv)을 산출한다.

(식) 체적 저항률: ρv＝S/t×Rv＝(S/t)×(V/I)

(유전 정접에 대하여)

도 1과 같이 타깃의 면 내 4개소로부터 시료를 채취하고, 2단자법에 의해 스퍼터면에 대하여 수평한 면에 있어서의 각각의 유전 정접을 측정하고, 그 평균값을 구한다. 측정에는 키 사이트·테크놀로지사제 임피던스 애널라이저 E4990A를 사용하여, 자동 평형 브리지법에 의해 유전 정접을 구한다. 시험 조건은 주파수 1㎒로 하고, 실온에서 행하였다.

(스퍼터링 특성의 평가 방법)

RF 전원을 구비한 스퍼터링 장치에 타깃을 설치하고, 투입 전력: 2.5 내지 3.0W/㎠, Ar 분압: 0.5㎩, 막 두께: 500Å의 조건에서 성막한다. 성막 레이트(depo rate)는, (성막한 막 두께)/(성막에 필요한 시간)으로부터 산출한다. 성막 레이트는 4.0Å/초 이상이면, 양호한 것이라고 판단한다.

파티클 수는, 성막 후, 직경 300㎜의 웨이퍼 상에 존재하는 0.12㎛ 초과의 파티클을 파티클 카운터(KLA Tencor사제 CS920)를 사용하여 조사했다. 파티클 수가 100개 미만이면, 양호한 것이라고 판단한다. 또한, 번인 시간은 성막 레이트가 3.7Å/초에 도달할 때까지에 필요한 시간이다. 번인 시간이 200kwh 이내라면, 양호한 것이라고 판단한다.

(막 특성의 평가 방법)

RF 전원을 구비한 스퍼터링 장치에 타깃을 설치하고, 투입 전력: 2.5 내지 3.0W/㎠, Ar 분압: 0.5㎩, 막 두께: 500Å의 조건에서 성막한다. 막 두께 안정성은, 직경 300㎜의 웨이퍼 상에 성막 후, 웨이퍼 면 내 49점(도 2 참조)의 막 두께를 측정하고, 그 막 두께 분포를 구하고, 그 변동(σ)의 정도를 3단계(◎:σ<10Å, ○:10Å≤σ≤30Å, △:30Å<σ)로 평가했다.

또한, 내에칭성에 대해서는, 직경 300㎜의 웨이퍼 상에 성막한 Al₂O₃막에 대하여 건식 에칭을 행하고, 깊이 방향의 에칭양을 SEM으로 측정한다. 그리고, 산출되는 에칭 속도가 20㎚/min 이하라면, 양호한 것이라고 판단했다.

실시예

이어서, 본원 발명의 실시예 및 비교예에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 실시예는, 어디까지나 대표적인 예를 나타내고 있는 것으로, 본원 발명은 이들 실시예에 제한될 필요는 없고, 명세서에 기재되는 기술 사상의 범위에서 해석되어야 하는 것이다.

(실시예 1)

순도 99.99wt％ 이상의 Al₂O₃ 원료 분말을 준비하고, 이것을 평균 입자경이 0.2㎛로 되도록 입경 조정을 행하였다. 이어서, 이 분말을 금형에 충전하고, 진공 중에서 핫 프레스를 행하고, 핫 프레스 후의 소결체의 상대 밀도가 60％ 이상으로 되도록, 핫 프레스의 조건을 설정했다. 이어서, 이 소결체를 대기로에서 상압 소결(대기 소결)을 행하였다. 대기 소결의 온도는 핫 프레스 온도와 동일하게 설정했다. 이상에 의해 얻어진 소결체를 기계 가공이나 연마 가공하여, 스퍼터링 타깃을 제작했다.

이상에 의해 얻어진 스퍼터링 타깃은, Ca이 1wtppm, Fe이 3wtppm, K이 4wtppm, Mg이 2wtppm, Na이 7wtppm이며, 그 합계 함유량이 100wtppm 미만이고, 체적 저항률이 1.3×10¹⁴Ω㎝, 유전 정접이 300×10^-4이고, 또한 상대 밀도가 85.1％, 표면 조도 Ra가 1.3㎛, 항절 강도가 250㎫로, 원하는 특성을 갖고 있었다.

또한, 이 스퍼터링 타깃에 대하여, 스퍼터 특성 및 박막 특성에 대하여 조사한 결과, 성막 레이트가 4.5Å/초, 번인 시간이 50kwh, 파티클 수가 47개로 양호한 결과를 나타내고, 또한, 막 두께 안정성 및 내에칭 특성도 우수한 결과였다. 이상의 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 2-10)

실시예 2-10에서는, 상술한 실시예 1의 제조 방법을 베이스로, 핫 프레스 후의 소결체의 밀도, 및 대기 소결 시의 온도(ΔT)를 수시 조정하여(표 1 참조), 스퍼터링 타깃을 제작했다. 그 결과, 표 1에 나타낸 바와 같이, 타깃의 특성은 원하는 범위에 있고, 또한 스퍼터 특성 및 막 특성 모두 양호한 결과를 나타내고 있었다.

또한, 실시예 8은 핫 프레스 후의 소결체의 밀도를 58.7％로 낮게 설정한 결과, 막 두께 안정성이 약간 저하되었지만, 성막 레이트가 양호(4.0Å/sec 이상)하고, 스퍼터 후에 타깃에 균열은 보이지 않아, 제품으로서 사용 가능한 것이었다.

또한, 실시예 9는 타깃의 표면 조도 Ra를 2.2㎛로 비교적 거칠게 설정하고, 실시예 10은 타깃의 표면 조도 Ra를 0.7㎛로 비교적 원활하게 설정한 결과, 실시예 9에서는, 파티클 수가 약간 증가하고, 실시예 10에서는 번인 시간이 약간 길어졌지만, 모두 성막 레이트가 양호(4.0Å/sec 이상)하고, 스퍼터 후의 타깃에 균열은 보이지 않고, 제품으로서 사용 가능한 것이었다.

(비교예 1)

상술한 실시예 1의 제조 방법을 베이스로, 핫 프레스 후의 소결체의 밀도가 낮아지도록 온도를 조정하고, 그 후의 상압 소결에 있어서의 온도(ΔT)를 700℃로 설정하여, 스퍼터링 타깃을 제작했다. 그 결과, 표 1에 나타낸 바와 같이, 타깃의 체적 저항률, 유전 정접, 상대 밀도는 본 발명의 범위를 일탈하는 것이었다.

이 스퍼터링 타깃의 스퍼터 특성에 대하여 조사한 결과, 성막 레이트가 3.7Å/sec로 양호한 성막 레이트의 기준인 4.0Å/sec보다도 느리고, 또한 막 두께 안정성도 떨어지는 것이었다.

(비교예 2)

순도 99.99wt％ 이상의 Al₂O₃ 원료 분말을 준비하고, 이것을 평균 입자경이 0.2㎛가 되도록 입경 조정을 행하였다. 이어서, 이 분말을 금형에 충전하고, 진공 중에서 핫 프레스를 행하여, 핫 프레스 후의 소결체의 상대 밀도가 92.5％로 되도록 핫 프레스의 조건을 설정했다. 또한, 대기 소결은 행하지 않았다. 이어서, 얻어진 소결체를 기계 가공이나 연마 가공하여, 스퍼터링 타깃을 제작했다. 이상에 의해 얻어진 스퍼터링 타깃은, 체적 저항률이 2.7×10¹⁶Ω㎝, 유전 정접이 15×10^-4였다.

이 스퍼터링 타깃의 스퍼터 특성에 대하여 조사한 결과, 성막 레이트가 3.0Å/초로 양호한 성막 레이트의 기준인 4.0Å/sec보다도 느리고, 또한 200kwh까지 스퍼터를 실시했지만, 3.7Å/초에 도달하지 않았기 때문에, 평가는 여기서 종료하고, 그 이후의 평가(파티클 수, 막 두께 안정성, 내에칭성)는 행하지 않았다.

(비교예 3)

순도 99.99wt％ 이상의 Al₂O₃ 원료 분말을 준비하고, 이것을 평균 입자경이 0.2㎛로 되도록 입경 조정을 행하였다. 이어서, 이 분말을 성형한 후, 이 성형체를 대기로에서 상압 소결(대기 소결)을 행하였다. 대기 소결의 온도는 1200℃로 설정했다. 이어서, 얻어진 소결체를, 기계 가공이나 연마 가공하여, 스퍼터링 타깃을 제작했다.

이상에 의해 얻어진 스퍼터링 타깃은, 체적 저항률이 8.2×10¹⁵Ω㎝, 유전 정접이 12×10^-4였다.

이 스퍼터링 타깃의 스퍼터 특성에 대하여 조사한 결과, 성막 레이트가 3.2Å/초로 양호한 성막 레이트의 기준인 4.0Å/sec보다도 느리고, 또한 200kwh까지 스퍼터를 실시했지만, 3.7Å/초에는 도달하지 않았기 때문에, 평가는 여기서 종료하고, 그 이후의 평가(파티클 수, 막 두께 안정성, 내에칭성)는 행하지 않았다.

(비교예 4)

상술한 실시예 1의 제조 방법을 베이스로, 핫 프레스 후의 소결체의 밀도, 및 대기 소결 시의 온도(ΔT)를 수시 조정하여, 스퍼터링 타깃을 제작했다. 단, 비교예 2에서는, Al₂O₃ 원료 분말로서 순도 99.9wt％ 이상의 것을 사용했다. 그 결과 표 1에 나타낸 바와 같이, 타깃의 순도는 본 발명의 범위를 일탈하는 것이고, 불순물의 존재에 의해, 내에칭성이 떨어지는 것이었다.

(비교예 5)

상술한 실시예 1의 제조 방법을 베이스로, 핫 프레스 후의 소결체의 밀도가 높아지도록 온도를 조정하고, 그 후의 대기 소결에 있어서의 온도를 700℃로 설정하여, 스퍼터링 타깃을 제작했다. 그 결과, 표 1에 나타낸 바와 같이, 타깃의 상대 밀도, 평균 결정입경, 항절 강도가, 본 발명의 범위를 일탈하는 것이고, 스퍼터 후의 타깃에 균열이 발생하고 있었다.

본 발명의 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃은, RF 스퍼터링에 있어서, 높은 성막 레이트를 실현할 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있다는 우수한 효과를 갖는다. 본 발명의 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃을 사용함으로써, 양호한 특성을 갖는 막을 안정적으로 형성할 수 있다. 본 발명의 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃은 게이트 절연막, 마스크, 에치 스토퍼 등의, 반도체 소자의 형성에 유용하다.

Claims

순도가 99.99wt％ 이상이고, 상대 밀도가 85％ 이상, 95％ 이하이며, 체적 저항률이 10×10¹⁴Ω·㎝ 이하, 유전 정접이 15×10^-4 이상인, Al₂O₃ 스퍼터링 타깃.
제1항에 있어서, 평균 결정입경이 0.3 내지 3.0㎛인, Al₂O₃ 스퍼터링 타깃.
제1항 또는 제2항에 있어서, 표면 조도 Ra가 1.0 내지 2.0㎛인, Al₂O₃ 스퍼터링 타깃.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 항절 강도가 200㎫ 이상인, Al₂O₃ 스퍼터링 타깃.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, RF 전원을 구비한 스퍼터링 장치에 타깃을 설치하고, 투입 전력: 2.5 내지 3.0W/㎠, Ar 분압: 0.5㎩, 막 두께: 500Å의 조건에서 성막한 때의 성막 레이트가 4.0Å/초 이상인 것을 특징으로 하는 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, RF 전원을 구비한 스퍼터링 장치에 타깃을 설치하고, 투입 전력: 2.5 내지 3.0W/㎠, Ar 분압: 0.5㎩, 막 두께: 500Å의 조건에서 성막한 때의 번인 시간이 200kwh 이내인 것을 특징으로 하는 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, RF 전원을 구비한 스퍼터링 장치에 타깃을 설치하고, 투입 전력: 2.5 내지 3.0W/㎠, Ar 분압: 0.5㎩, 막 두께: 500Å의 조건에서 직경 300㎜ 웨이퍼 상에 성막한 때, 웨이퍼 상에 존재하는 0.12㎛ 초과의 파티클 수가 100개 미만인 것을 특징으로 하는 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, RF 전원을 구비한 스퍼터링 장치에 타깃을 설치하고, 투입 전력: 2.5 내지 3.0W/㎠, Ar 분압: 0.5㎩, 막 두께: 500Å의 조건에서 직경 300㎜ 웨이퍼 상에 성막한 때, 웨이퍼 면 내 49점에 있어서의 막 두께 변동(σ)이 30Å 이하인 것을 특징으로 하는 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, RF 전원을 구비한 스퍼터링 장치에 타깃을 설치하고, 투입 전력: 2.5 내지 3.0W/㎠, Ar 분압: 0.5㎩, 막 두께: 500Å의 조건에서 직경 300㎜ 웨이퍼 상에 성막한 때, 막에 대한 건식 에칭의 에칭 속도가 20㎚/min 이하인 것을 특징으로 하는 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃.
순도 99.99wt％ 이상의 Al₂O₃ 원료 분말을 핫 프레스하여, 상대 밀도 60％ 이상 85％ 이하의 성형체를 제작하고, 이 성형체를 상압 소결하는 것을 특징으로 하는 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 상압 소결을, T≤t≤T＋600℃(T는 핫 프레스 시의 온도)를 만족시키는 온도 범위 t에서 행하는 것을 특징으로 하는 Al₂O₃ 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 핫 프레스 온도를 800℃ 내지 1400℃로 하는, Al₂O₃ 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 평균 입자경이 0.1 내지 0.3㎛인 Al₂O₃ 원료 분말을 사용하는, Al₂O₃ 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상압 소결 후, 얻어지는 소결체의 표면을 초벌 연마 또는 블라스트 처리로 조화하는, Al₂O₃ 스퍼터링 타깃의 제조 방법.