KR910007947B1

KR910007947B1 - 스퍼터링 타겟

Info

Publication number: KR910007947B1
Application number: KR1019880002359A
Authority: KR
Inventors: 요시하루 후카사와; 미쯔오 가와이; 히데오 이시하라; 다카시 야마노베
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 아오이 죠이찌
Priority date: 1987-03-06
Filing date: 1988-03-05
Publication date: 1991-10-04
Also published as: DE3854609T3; EP0281141B1; DE3854609D1; EP0281141A1; JPS63216966A; US4842706A; KR880011363A; JPH0371510B2; EP0281141B2; DE3854609T2

Abstract

내용 없음.

Description

스퍼터링 타겟

제1도 내지 제3도는 본 발명의 스퍼터링 타겟의 전체형상을 나타낸 사시도이다.

본 발명은 LSI 칩등과 같은 반도체 소자위에 도전성 박막을 형성하는데 사용하기 위한 스퍼터링 타겟(sputtering target)에 관한 것으로, 특히, 박막의 두께를 균일하게 하고, 박막내의 시이트 저항의 스캐터(scatter)를 최소화 할 수 있는 스퍼터링 타겟에 관한 것이다.

예로서, MOS형 LSI 게이트 전극을 형성하는 경우에, LSI 칩의 표면상에는 고융점 금속등의 도전성 박막이 형성된다. 박막을 형성하기 위한 방법으로서 스퍼터링법이 통상적으로 적용된다. 이 경우에, 형성되는 박막의 종류에 따라 여러 가지 형상을 가지는 것들 중에서 적당한 스퍼터링 타겟을 선택한다.

예를 들어, 박막이 용해법으로 제조된 단일 금속으로 형성되는 경우에는, 용해법으로 제조된 금속으로 이루어지고, 전체 형상이 원판형상, 각판형상등과 같은 단일 블럭 또는 전체 형상이 원판형상, 각판형상등과 같고, 전술한 금속으로된 다수의 쐐기형상 유닛의 조합으로 이루어진 조합블럭을 스퍼터링 타겟으로 사용한다. 또한, 박막이 규화물(silicide)같은 합금으로 형성된다면, 용해법으로 제조된 합금으로 이루어지며, 전체 형상이 원판형상, 각판형상등과 같은 합금블럭, 또는 전체 형상이 원판형상, 각판형상등과 같고, 용해법으로 제조된 합금을 구성하는 금속들로된 각이진 봉형상의 단일 블럭이거나 또는 다수의 쐐기형상의 조합으로 이루어진 조합블럭을 스퍼터링 타겟으로 사용한다.

오늘날, 스퍼터링법에서 주의해야 하는 중요한 문제는 형성된 박막의 막저항(시이트 저항, Ω/□)이 기준치를 초과해서는 안되며, 형성된 박막의 표면상의 어떤 지점에서의 시이트 저항값의 스캐터 폭이 좁아야 한다는 것이다.

본 발명의 목적은 박막의 시이트 저항을 기준치 아래로 쉽게 제어할 수 있고, 박막의 표면상의 상기한 위치들에서 측정된 시이트 저항값의 스캐터의 폭을 좁힐 수 있도록 박막을 형성할 수 있는 스퍼터링 타겟을 제공하는데 있다.

본 출원의 발명자들은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 스퍼터링 타겟 자체와, 시이트 저항의 스캐터의 원인에 대하여 연구하였으며, 그 결과 다음과 같은 사실을 알았다. 즉, 형성된 박막의 시이트 저항값은 박막의 두께에 따라 변동한다. 따라서, 박막의 두께가 장소에 따라 다를 경우에 박막의 시이트 저항에는 당연히 스캐터가 생긴다. 또한, 타겟에 관한 검톤에서 다음 사실을 알 수 있었다. 즉, 타겟을 구성하는 금속 또는 합금의 결정입자의 크기 및 결정 배향이 다르면 타겟으로부터 스퍼터링된 양도 역시 다르다.

바꾸어말하면, 타겟위에 설치된 소자 상에 형성되는 박막의 두께는 타겟을 구성하는 금속 또는 합금의 결정입자의 크기 및 결정 배향에 의해 영향을 받는다. 그러나, 타겟을 구성하는 금속 또는 합금이 단결정이면 타겟의 결정 배향은 일정하므로, 형성된 박막의 두께는 전술한 것에 의해 전혀 영향을 받지 않는다.

따라서, 타겟이 용해법으로 제조된 원판형 또는 각판형의 단일 블럭 또는 합금 블럭이고, 블럭을 구성하는 금속 또는 합금의 결정입자들의 크기가 각 위치들에서 다르다면, 각 위치들로부터의 스퍼터링 양들은 균일하지 않게 되고 또한 형성된 박막의 두께로 각 위치들에서 다르게 된다.

또한, 타겟이 조합블럭인 경우에, 형성된 박막의 두께는 각각 쐐기형상 또는 봉형상인 결정입자의 상이한 크기 및, 블럭들간의 상이한 스퍼터링 양들로 인한 스퍼터링 양의 스캐터의 영향으로 인해서 소정 위치들에서 다양하게 다르다.

전술한 사실을 기초로 하여, 본 발명자들은 타겟을 구성하는 결정입자들의 크기와 시이트 저항값의 스캐터 사이의 관계를 예의 연구한 결과, 결정입자의 크기가 작으면 작을수록, 시이트 저항값의 스캐터의 폭은 좁아지며, 특히 결정입자의 평균크기가 1μm와 1mm 사이에 있는 금속 또는 합금으로된 타겟이 극히 유용하다는 것을 알았으며, 따라서 본 발명의 타겟을 개발하게 되었다.

즉, 본 발명의 스퍼터링 타겟은 용해법으로 제조되는 하나 이상의 금속 또는 합금으로 된 단일 블럭 또는, 단일 블럭들과 실리콘 블럭들의 조합 블럭으로서 금속 또는 합금의 결정입자의 평균크기가 1μm와 1mm 사이에 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 스퍼터링 타겟을 구성하는 금속의 예로써 Mo,W,Ta,Nb,Ti,V,Cr 및 Al을 들 수 있고, 합금들의 예로서는 이들 금속들중에서 적당한 것들의 다양한 조합을 들 수 있다.

전술한 금속 또는합금은 그 결정입자의 평균크기가 1μm∼mm가 되도록 후술하는 방법에 의해서 제조된다. 그 결정입자의 평균크기가 1mm 이상이면, 타겟으로부터의 스퍼터링 양이 형성된 박막의 소정의 위치들에서 불균일하게 되어서 시이트 저항이 크게 스캐터된다. 반대로, 결정입자의 평균크기가 1μm 이하이면, 결정입자들 스스로 스퍼터링되어, 형성된 박막의 시이트 저항이 유사하게 나빠진다. 결정입자의 평균크기는 0.5mm 이하, 특히 0.1mm 이하인 것이 바람직하다.

이러한 평균입자 크기는 현미경 시야로 결정입자들의 수를 먼저 세고 결정입자의 평균크기를 측정하여, 하나의 결정입자의 평균 직경을 구하여 정해질 수 있다. 단위 면적당 결정입자들의 수(NA)는 다음방법으로 측정될 수 있다.

금속의 구조를 보여주는 현미경 사진으로, 면적(A)을 가진 소정의 원내에 완전히 포함된 결정입자의 수(NW)와, 그 내에 부분적으로 포함된 결정입자의 수(Ni)를 먼저 센다.

이 경우에, 원내에는 충분한 수의 결정입자(예로서, 30그레인(grain)이상)가 있는 것이 적합하다. 그리고, 결정입자의 총수(NT)는 다음 공식에 의해 주어질 수 있다;

따라서, NA=NT/A의 공식을 유도할 수 있다. 하나의 결정입자당 평균 면적은 A/NA에 의해 계산할 수 있다.

이러한 평균면적의 직경이 원하는 평균입자직경이다.

본 발명의 타겟은 다음과 같이하여 제조될 수 있다. 선택된 금속 또는 합금을 EB(electron beam) 용해법 또는 아아크 용해법 같은 진공용해법에 따라서 용해한다. 그리고 얻어진 용해물을 식혀서 소정 형상의 잉곳(ingot)을 성형하여, 잉곳에 단조가공과 압연가공을 실시한다. 후에, 그것을 원판형, 각판형, 쐐기형 또는 각봉형상 같은 소정형상을 가지는 단일 블럭으로 모울드한다. 타겟을 구성하는 금속 또는 합금의 결정입자의 크기는 단조 가공 및 압연가공 과정에서 가공율(working ratio)을 적절히 선택하여 조정될 수 있다.

예를 들어, Mo 타겟의 경우에, 잉곳으로부터 단일블럭으로 만드는 과정에서 가공율을 50% 아성으로 하면 원하는 입자작경을 적합하게 제공할 수 있다. 단일 블럭의 결정입자들은 단조 가공 및 압연 가공에 의해 잉곳의 종방향으로 배열되어, 입자들은 섬유성 구조가 된다. 그러나, 성형 및 압연가공 과정동안, 스트래인(strain)이 잉곳내에 누적되고, 이러한 스트래인이 핵(nucleus)으로서 작용하여 재결정화된 입자들이 재결정화 온도이상에서 후의 열처리에 의해 형성된다. 따라서, 재결정화된 입자들은 잉곳내에서 미세결정입자로서 존재하게 된다.

마지막으로, 가공된 단일 블럭에 재결정화 온도 이상에서 열처리를 실시하여 단일 블럭으된 원하는 타겟을 얻는다.

제1도에 도시된 것과 같이 제조된 각판형상의 단일 블럭 또는 원펀형상의 단일 블럭은 스퍼터링 장치에 직접장착될 수 있다. 쐐기형 또는 각봉형상의 단일 블럭들인 경우에는, 제2도에 도시된 것과 같이 각 원판형의 조합된 블럭 또는 제3도에 도시된 것과 같이 각봉형상의 조합된 블럭을 만들 수 있게 적당히 조합할 수 있다.

조합된 블럭은 스퍼터링 장치내에 비슷하게 장착될 수 있다.

[실시예 1·2 및 비교예 1·2]

Mo 소결 분말을 EB, 용해법으로 용해시켜서, 얻어진 용해물로 4조각의 Mo 잉곳을 제조했다.

다음으로, 각각의 잉곳들을 다른 가공율로 단조 및 압연가공을 행하고, 재결정화 열처리를 실시하여서 결정입자의 평균크기가 다른 원펀형상의 타겟을 제조했다. 가공율은 실시예 1에서는 약 90%, 실시예 2에서는 약 70%, 비교예 1에서는 45% 및 비교예 2에서는 30%였다.

이들 타겟들을 사용하여, 그 두께가 3000Å인 Mo 박막을 직경이 5인치인 Si 웨이퍼상에 형성하여, 350 시이트의 LSI 칩을 제조했다. 형성된 모든 박막에 대하여 시이트 저항을 측정하여, 그 평균 값을 구했다. 또한, LSI 칩의 수확률로 조사하였다. 시이트 저항의 최대값, 최소값 및 평균값에서 각 박막의 시이트 저항의 스캐터를 다음식을 사용하여 계산하였다.

이 결과를 표 1에 함께 나타난다.

[실시예 3 및 비교예 3]

단결정들로 이루어진 Si 단일 블럭들과 Mo단일 블럭들을 제2도에 도시된 것과 같이 교대로 조합하여서 된 조합 블럭형 스퍼터링 타겟을 제조했다. 먼저 소정의 압력하에서 Mo 분말을 모울드하고 ; 수소 분위기에서 얻어진 것을 소결하여 소결제를 성형하고 ; 이 소결체를 전자빔으로 용해하여 잉곳을 얻고 ; 잉곳을 소성 변형 및 어닐링하여 Mo 단일 블럭을 제조했다.

소성 변형은 압축성형, 단조가공 및 압연가공에 의해 실시되하며, 고온상태(1100-1200℃)에서 실시하며, 가공율은 실시예 3에서는 약 75%, 비교예 3에서 약 35% 였다. 얻어진 Mo 잉곳을 기계가공하여 쐐기형상의 단일 블럭을 만들어 이들 쐐기 형상의 단일 블럭들을 유사한 쐐기형상의 단결정 Si 블럭들과 조합하여 스퍼터링 타겟을 제조했다. 제조된 조합 타겟을 사용하는 것을 제외하고는 전술한 실시예들에서와 같은 스퍼터링 방법을 반복했다.

그 결과를 표 1에 나타낸다.

[표 1]

[실시예 4 및 비교예 4]

전자 빔으로 Ta 재료를 용해하고, 소성변형하고, 기계가공하여 제조된 제1도에 도시된 것과 같은 스퍼터링 타겟을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2에서와 같은 스퍼터링 방법을 반복했다.

얻어진 결과는 표 2에 나타낸다.

[표 2]

이상 설명한 바와같이, 본 발명의 스퍼터링 타겟을 형성된 박막의 시이트 저항의 스캐터를 줄여서 LSI칩을 높은 수확율로 제조할 수 있도록 한다. 따라서, 본 발명의 스퍼터링 타겟은 그 공업적 가치가 크다는 것이 명백하다.

Claims

용해법으로 제조된 하나 이상의 금속 또는 그 합금으로 구성된 단일 블럭 ; 다수의 단일 블럭들로된 조합블럭 ; 또는 단일 블럭들과 실리콘 블럭들로된 조합블럭으로 이루어지며, 금속 또는 합금의 결정입자의 평균크기가 1μm 내지 1mm인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
제1항에 있어서, 단일 블럭, 다수의 단일 블럭들로된 조합블럭, 또는 단일 블럭들과 실리콘 블럭들로된 조합블럭의 전체 형상이 원판형상 또는 각판형상인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
제1항에 있어서, 구성 금속이 Mo,W,Ta,Nb,Ti,Ni,V,Cr 및 Al로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.