WO2018168111A1 - Ａｌ２Ｏ３スパッタリングターゲット及びその製造方法 - Google Patents

Ａｌ２Ｏ３スパッタリングターゲット及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2018168111A1
WO2018168111A1 PCT/JP2017/043730 JP2017043730W WO2018168111A1 WO 2018168111 A1 WO2018168111 A1 WO 2018168111A1 JP 2017043730 W JP2017043730 W JP 2017043730W WO 2018168111 A1 WO2018168111 A1 WO 2018168111A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sputtering target
sputtering
target according
film
target
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/043730
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
由将 小井土
Original Assignee
Ｊｘ金属株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ｊｘ金属株式会社 filed Critical Ｊｘ金属株式会社
Priority to US16/476,434 priority Critical patent/US20210292887A1/en
Priority to EP17901157.2A priority patent/EP3527689A1/en
Priority to CN201780077077.0A priority patent/CN110073029A/zh
Priority to SG11201903343VA priority patent/SG11201903343VA/en
Priority to JP2018517456A priority patent/JP6537715B2/ja
Priority to KR1020197014225A priority patent/KR102181709B1/ko
Publication of WO2018168111A1 publication Critical patent/WO2018168111A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111—Fine ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/081—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/542—Controlling the film thickness or evaporation rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/604—Pressing at temperatures other than sintering temperatures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/608—Green bodies or pre-forms with well-defined density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/668—Pressureless sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/785—Submicron sized grains, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/786—Micrometer sized grains, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/963—Surface properties, e.g. surface roughness
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/53—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone involving the removal of at least part of the materials of the treated article, e.g. etching, drying of hardened concrete

Definitions

  • the present invention relates to an Al 2 O 3 sputtering target suitable for forming a semiconductor element, such as a gate insulating film, a mask, and an etch stopper, and a method for manufacturing the same.
  • NAND flash memory has significantly increased in capacity due to its wide range of applications and low price, and further advances in miniaturization and three-dimensional structuring technologies compared to logic, DRAM, etc. It is getting complicated.
  • a NAND flash memory has a thin film having an element function and a thin film for structure formation, and the use of an Al 2 O 3 thin film as an etch stopper at the time of stacking has been studied.
  • As a method for forming a thin film it is usually performed by means generally called physical vapor deposition such as vacuum vapor deposition or sputtering.
  • the magnetron sputtering method is often used because of operability and film formation stability.
  • a thin film is formed by a sputtering method in which a positive ion of argon ions is physically collided with a target placed on the cathode, and the material constituting the target is released by the collision energy, and the substrate on the cathode side facing the target is released. This is done by stacking films having the same composition as the target material.
  • Film formation by the sputtering method has a feature that it can be formed from a thin film in angstrom units to a thick film of several tens of ⁇ m at a stable film formation rate by adjusting processing time, supply power, and the like.
  • oxides and the like have no electrical conductivity and cannot be sputtered by a sputtering method using a general DC power source, and therefore a sputtering method using an RF power source is often used.
  • Patent Document 1 discloses a high-strength target that can withstand high power in order to improve the film formation rate, and has an average crystal grain size of 5 to 20 ⁇ m, a porosity of 0.3% or more, A sputtering target using an alumina sintered body of 1.5% or less is disclosed. Further, as a production method thereof, it is disclosed that an alumina raw material powder is subjected to pressure molding, and this molded body is fired in a hydrogen atmosphere to produce an alumina sputtering target.
  • Patent Document 2 discloses a sputtering target using a high-density and high-quality alumina sintered body having a purity of 99.99% by mass or more, a relative density of 98% or more, and an average crystal grain size of 5 ⁇ m. It is disclosed that it is less than. Further, as a manufacturing method thereof, it is described that a sintered body is obtained by performing hot press sintering at 1250 to 1350 ° C., and a target is manufactured by performing an annealing treatment at 1300 to 1700 ° C. in the atmosphere. ing. Thus, conventionally, in order to prevent the sputtering target from cracking, the density, particle size, and the like are adjusted to improve the mechanical strength of the target.
  • the present inventors have conducted intensive research.
  • the electrical characteristics of the sputtering target in particular, control of volume resistivity and dielectric loss tangent are effective for improving the film formation rate. It was found that by controlling the characteristics within a predetermined range, RF application can be performed efficiently and the film formation rate can be improved.
  • the Al 2 O 3 sputtering target according to the embodiment of the present invention has a purity of 99.99 wt% or more, a relative density of 85% or more and 95% or less, and a volume resistivity of 10 ⁇ 10 14 ⁇ ⁇ cm.
  • the dielectric loss tangent is 15 ⁇ 10 ⁇ 4 or more.
  • an Al 2 O 3 sputtering target has an excellent effect that a high film formation rate can be realized without increasing the sputtering power and productivity can be improved.
  • the Al 2 O 3 sputtering target according to the embodiment of the present invention is used for forming a thin film having a semiconductor element function or a thin film for forming a structure, and has a purity in order to suppress deterioration of film characteristics. It shall be 99.99 wt% (4N) or more.
  • the purity of 99.99 wt% or more means that the total content is less than 100 wtppm by GDMS analysis using Ca, Fe, K, Mg, and Na as impurity elements, which are relatively contained in Al 2 O 3. Means that. Since these impurity elements may deteriorate film characteristics such as corrosion resistance, it is preferable to reduce them as much as possible.
  • a volume resistivity is 10 ⁇ 10 14 ⁇ ⁇ cm or less and a dielectric loss tangent is 15 ⁇ 10 ⁇ 4 or more in an Al 2 O 3 sputtering target having a purity of 99.99 wt% or more. Is a feature.
  • a high frequency voltage can be efficiently applied during RF (high frequency) sputtering, and the film formation rate can be increased without increasing the sputtering power. This can improve the productivity of the product. Furthermore, it can contribute to suppression of particle generation, film thickness stability, and shortening of burn-in time.
  • the dielectric loss tangent of the target by adjusting the dielectric loss tangent of the target to 15 ⁇ 10 ⁇ 4 or more, it becomes possible to efficiently release charges, and RF sputtering can be performed effectively.
  • the lower limit value of the volume resistivity is preferably 1 ⁇ 10 14 ⁇ ⁇ cm or more, and the upper limit value of the dielectric loss tangent is preferably 360 ⁇ 10 ⁇ 4 or less.
  • the Al 2 O 3 sputtering target according to the embodiment of the present invention is characterized in that the relative density is 95% or less.
  • the relative density is 95% or less, there are some vacancies in the tissue, electric charges can easily escape from the vacancies, and the above dielectric loss tangent can be achieved. Can be increased.
  • the relative density is preferably 85% or more.
  • the dimensional density is calculated from (sample weight) / (sample volume) by measuring the dimensions of the sample using calipers.
  • the theoretical density of Al 2 O 3 is 3.98 g / cm 3 .
  • the sputtering target according to the embodiment of the present invention is characterized in that the average crystal grain size is 0.3 ⁇ m or more and 3.0 ⁇ m or less.
  • the average crystal grain size of the target depends on the grain size of the raw material powder and the sintering conditions, and the possible average crystal grain size in the production method described later is 0.3 ⁇ m or more. Note that the average crystal grain size of the target varies depending not only on the grain size of the raw material powder, but also on the sintering conditions and the like, so the conditions must be adjusted with each other.
  • the average crystal grain size is evaluated by observing a field parallel to the sputtered surface of the target with a scanning electron microscope (SEM) at four places (FIG. 1) at a magnification of 2000 times, and JIS G0551 cutting method in each field of view.
  • the crystal grain size is determined by the method. And let the average value of these 4 visual fields be an average crystal grain size.
  • the sputtering surface means a surface on the side facing the substrate from which ions such as argon collide and particles constituting the target jump out in the sputtering process.
  • the Al 2 O 3 sputtering target according to the embodiment of the present invention is characterized in that the surface roughness Ra on the sputtering surface is 1.0 ⁇ m or more and 2.0 ⁇ m or less.
  • pre-sputtering burn-in
  • the burn-in time can be shortened by bringing the surface roughness Ra close to the value after the completion of the burn-in in advance. It becomes possible.
  • the surface roughness of the present invention is measured at four locations shown in FIG. 1 using a stylus type surface roughness measurement (JIS B0601), and a value obtained by averaging each measured value is used.
  • the Al 2 O 3 sputtering target according to the embodiment of the present invention has a bending strength of 200 MPa or more.
  • the density of the sputtering target is low, the strength decreases due to the increase in pores, and the target may be cracked or cracked during sputtering.
  • the relative density of the target is 95% or less, by setting the bending strength to 200 MPa or more, it is possible to effectively prevent target cracks and cracks during sputtering.
  • the bending strength of the present invention is measured at four points shown in FIG. 1 by three-point bending (JIS R1601), and a value obtained by averaging each measured value is used.
  • Al 2 O 3 powder having a purity of 99.99 wt% or more is prepared.
  • the particle diameter of the Al 2 O 3 powder is preferably an average particle diameter of 0.1 to 0.3 ⁇ m.
  • the average particle size of 0.1 to 0.3 ⁇ m is the optimum particle size in the subsequent sintering step, and if it deviates from this range, the relative density of the target and the average crystal particle size can be controlled within the above desired range. It becomes difficult.
  • hot press molding is performed. After filling the raw material powder into the mold, hot pressing is performed in a vacuum or an inert gas atmosphere to produce a molded body. At this time, if the density after hot pressing is too low, the film thickness stability may be lowered even if the characteristics of the target (sintered body) are good. On the other hand, if the density after hot pressing is too high, it is difficult to increase the density in the subsequent atmospheric sintering. This is considered to be a phenomenon that can be seen due to the difference in sintering behavior between hot pressing and atmospheric sintering described later.
  • the relative density after hot pressing is preferably 60% or more and 85% or less.
  • the temperature of hot pressing is preferably 800 ° C. to 1400 ° C.
  • the obtained molded body is subjected to atmospheric pressure sintering (atmospheric sintering) in an atmospheric furnace.
  • the temperature t (° C.) in the air sintering is set within a temperature range satisfying T ⁇ t ⁇ T + 600 (° C.) when the hot pressing temperature in the previous step is T (° C.).
  • T atmospheric pressure
  • the holding time for sintering is preferably 2 to 10 hours.
  • the sintering temperature when the sintering temperature is low, the relative density of the target is low and the particle size is also small.
  • the sintering conditions of this atmospheric sintering are optimized in relation to the density after hot pressing, that is, the temperature of hot pressing, the desired density and crystal grain size cannot be obtained. Unusual grain growth is not preferable because variation in grain size becomes noticeable.
  • the obtained sintered body is processed into a target having a desired size and shape by machining such as lathe or surface grinding. Thereafter, if necessary, the surface of the sintered body is roughened by rough polishing or blasting so that the surface roughness Ra is 1.0 ⁇ m or more and 2.0 ⁇ m or less.
  • the Al 2 O 3 sputtering target of the present invention can be produced.
  • the evaluation method and the like of the present invention including Examples and Comparative Examples described later are as follows.
  • the volume resistivity is obtained from an average value obtained by collecting samples from four locations in the surface of the target (see FIG. 1), measuring the resistivity of a surface parallel to the sputtering surface by a direct current three-terminal method.
  • a digital ultra-high resistance / microammeter (model 5450) manufactured by ADC Corporation can be used. Specifically, using a screen printer and a silver paste, the main electrode, guard electrode, and counter electrode are printed on the upper and lower surfaces of the sample, and dried in air at 100 ° C. for 12 hours to form an electrode.
  • a target is set in a sputtering apparatus equipped with an RF power source, and a film is formed under the conditions of input power: 2.5 to 3.0 W / cm 2 , Ar partial pressure: 0.5 Pa, and film thickness: 500 mm.
  • the deposition rate is calculated from (film thickness formed) / (time required for film formation). If the film formation rate is 4.0 liters / second or more, it is judged to be good.
  • the number of particles was examined using a particle counter (CS920 manufactured by KLA Tencor) for particles having a diameter of more than 0.12 ⁇ m present on a 300 mm diameter wafer after film formation. If the number of particles is less than 100, it is determined to be good.
  • the burn-in time is the time required for the film formation rate to reach 3.7 liters / second. If the burn-in time is within 200 kwh, it is judged as good.
  • a target is set in a sputtering apparatus equipped with an RF power source, and a film is formed under the conditions of input power: 2.5 to 3.0 W / cm 2 , Ar partial pressure: 0.5 Pa, and film thickness: 500 mm.
  • the film thickness at 49 points in the wafer surface is measured to obtain the film thickness distribution, and the degree of variation ( ⁇ ) is 3 Evaluation was carried out in stages ( ⁇ ⁇ : ⁇ ⁇ 10 ⁇ , ⁇ : 10 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 30 ⁇ , ⁇ : 30 ⁇ ⁇ ).
  • etching resistance dry etching is performed on an Al 2 O 3 film formed on a wafer having a diameter of 300 mm, and the etching amount in the depth direction is measured by SEM. And if the etching rate calculated was 20 nm / min or less, it was judged that it was favorable.
  • Example 1 Al 2 O 3 raw material powder having a purity of 99.99 wt% or more was prepared, and the particle size was adjusted so that the average particle size was 0.2 ⁇ m. Next, this powder was filled in a mold and hot-pressed in vacuum, and the hot-pressing conditions were set so that the relative density of the sintered body after hot-pressing was 60% or more. Next, this sintered body was subjected to atmospheric pressure sintering (atmospheric sintering) in an atmospheric furnace. The temperature of atmospheric sintering was set to be the same as the hot press temperature. The sintered body obtained as described above was machined or polished to produce a sputtering target.
  • atmospheric pressure sintering atmospheric sintering
  • the sputtering target obtained as described above has Ca of 1 wtppm, Fe of 3 wtppm, K of 4 wtppm, Mg of 2 wtppm, and Na of 7 wtppm, and the total content thereof is less than 100 wtppm, and the volume resistivity is 1.3. ⁇ 10 14 ⁇ cm, dielectric loss tangent was 300 ⁇ 10 ⁇ 4 , relative density was 85.1%, surface roughness Ra was 1.3 ⁇ m, and bending strength was 250 MPa. .
  • the film formation rate was 4.5 kg / sec
  • the burn-in time was 50 kwh
  • the number of particles was 47
  • the film thickness stability was shown.
  • the etching resistance was also excellent. The results are shown in Table 1.
  • Example 2-10 In Example 2-10, the density of the sintered body after hot pressing and the temperature ( ⁇ T) during atmospheric sintering were adjusted as needed based on the manufacturing method of Example 1 described above (see Table 1).
  • a sputtering target was prepared. As a result, as shown in Table 1, the target characteristics were in a desired range, and both the sputtering characteristics and the film characteristics showed good results.
  • the density of the sintered body after hot pressing was set as low as 58.7%. As a result, although the film thickness stability was slightly lowered, the film formation rate was good (4.0 mm / sec or more). Thus, no cracks were found in the target after sputtering, and it was usable as a product.
  • Example 9 the target surface roughness Ra was set to be relatively rough as 2.2 ⁇ m, and in Example 10, the target surface roughness Ra was set as relatively smooth as 0.7 ⁇ m. In No. 9, the number of particles increased slightly. In Example 10, the burn-in time was slightly longer. However, in all cases, the film formation rate was good (4.0 mm / sec or more), and cracks were observed in the target after sputtering. It was usable as a product.
  • Example 1 Based on the manufacturing method of Example 1 described above, the temperature is adjusted so that the density of the sintered body after hot pressing is low, and the temperature ( ⁇ T) in the subsequent atmospheric pressure sintering is set to 700 ° C., A sputtering target was produced. As a result, as shown in Table 1, the volume resistivity, dielectric loss tangent, and relative density of the target deviated from the scope of the present invention. As a result of investigating the sputtering characteristics of this sputtering target, the film formation rate was 3.7 ⁇ / sec, which is slower than the standard value of 4.0 ⁇ / sec, and the film thickness stability was inferior. It was.
  • the film formation rate was 3.0 ⁇ / sec, which was slower than 4.0 ⁇ / sec, which is a standard for a good film formation rate, and sputtering was performed up to 200 kwh. Since it did not reach 0.7 mm / sec, the evaluation was terminated here, and the subsequent evaluation (number of particles, film thickness stability, etching resistance) was not performed.
  • the film formation rate was 3.2 ⁇ / sec, which was slower than 4.0 ⁇ / sec, which is the standard for a good film formation rate, and sputtering was performed up to 200 kwh. Since it did not reach 0.7 mm / second, the evaluation was terminated here, and the subsequent evaluation (number of particles, film thickness stability, etching resistance) was not performed.
  • Comparative Example 4 Based on the manufacturing method of Example 1 described above, the density of the sintered body after hot pressing and the temperature ( ⁇ T) during atmospheric sintering were adjusted as needed to produce a sputtering target. However, in Comparative Example 2, the Al 2 O 3 raw material powder having a purity of 99.9 wt% or more was used. As a result, as shown in Table 1, the purity of the target deviated from the scope of the present invention, and the etching resistance was poor due to the presence of impurities.
  • Example 5 Based on the manufacturing method of Example 1 described above, the temperature is adjusted so as to increase the density of the sintered body after hot pressing, and the temperature in the subsequent atmospheric sintering is set to 700 ° C. to produce a sputtering target. did. As a result, as shown in Table 1, the relative density, average crystal grain size, and bending strength of the target depart from the scope of the present invention, and the target after sputtering had cracks.
  • the Al 2 O 3 sputtering target of the present invention has an excellent effect that a high film formation rate can be realized and productivity can be improved in RF sputtering.
  • a film having good characteristics can be stably formed.
  • the Al 2 O 3 sputtering target of the present invention is useful for forming semiconductor elements such as a gate insulating film, a mask, and an etch stopper.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

純度が９９．９９ｗｔ％以上であり、相対密度が８５％以上、９５％以下であって、体積抵抗率が１０×１０１４Ω・ｃｍ以下、誘電正接が１５×１０－４以上、であることを特徴とするＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲット。本発明は、良好なスパッタリング特性を有するＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲット、特に、スパッタパワーを上げなくても、成膜レートを高めることができる、Ａｌ２Ｏ３スパッタリングターゲット、及びその製造方法を提供することを課題とする。

Description

Ａｌ２Ｏ３スパッタリングターゲット及びその製造方法
　本発明は、例えば、ゲート絶縁膜、マスク、エッチストッパー等、半導体素子の形成に適したＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲット及びその製造方法に関する。
　近年、ＮＡＮＤフラッシュメモリは、用途の幅の広さと価格の安さから、大容量化が著しく進み、また、ロジックやＤＲＡＭ等に比べ、微細化や３次元構造化の技術が進歩し、構造が一層複雑化している。ＮＡＮＤフラッシュメモリは、素子機能を有する薄膜や構造形成のための薄膜が積層されており、積層時のエッチストッパーとして、Ａｌ２Ｏ３薄膜を用いることが検討されている。薄膜を形成する方法としては、真空蒸着法やスパッタリング法等の一般的に物理蒸着法と言われている手段により行われるのが普通である。特に操作性や成膜安定性から、マグネトロンスパッタリング法を用いて形成することが多い。
　スパッタリング法による薄膜の形成は、陰極に設置したターゲットに、アルゴンイオンの正イオンを物理的に衝突させ、その衝突エネルギーでターゲットを構成する材料を放出させて、対面している陰極側の基板にターゲット材料とほぼ同組成の膜を積層することによって行われる。スパッタリング法による成膜は、処理時間や供給電力等を調整することによって、安定した成膜レートでオングストローム単位の薄い膜から数十μｍの厚い膜まで形成できるという特徴を有している。とりわけ、酸化物等は導電性を持たず一般的なＤＣ電源を用いたスパッタリング法ではスパッタが出来ないことから、ＲＦ電源を用いたスパッタリング法を用いることが多い。
　絶縁体であるＡｌ２Ｏ３等の化合物膜をＲＦスパッタリングする場合、特に問題となるのは成膜レートである。ＤＣスパッタリングに比べて、ＲＦスパッタリングは絶縁体であるターゲット表面に負の電圧を印加させるため、常時、正・負の電圧を交互に印加させている。そのため、ＤＣスパッタのように常時成膜することができず、成膜レートを低下させる原因であった。また、原子同士が金属結合では無く、強固な共有結合であることも、成膜レートを低下させている一因となっている。そして、このような問題は、生産性を低下させる大きな原因となっている。
　一方、生産性を上げるために、スパッタリングのパワーを上げることが考えられるが、パワーを上げると、スパッタリングターゲットに割れが頻発するという問題が生じた。このような問題に対し、特許文献１には成膜速度向上のためにハイパワーに耐えられる高強度ターゲットであって、平均結晶粒径が５μｍ以上２０μｍ以下、気孔率が０．３％以上、１．５％以下のアルミナ焼結体を用いたスパッタリングターゲットが開示されている。また、その製造方法として、アルミナ原料粉末に加圧成形を施し、この成形体を水素雰囲気中で焼成を行い、アルミナスパッタリングターゲットを製造することが開示されている。
　特許文献２には、高密度で高品質のアルミナ焼結体を用いたスパッタリングターゲットであって、純度が９９．９９質量％以上であり、相対密度が９８％以上で、平均結晶粒径が５μｍ未満である、ことが開示されている。また、その製造方法として、１２５０～１３５０℃でのホットプレス焼結を実施して焼結体を得、大気中で１３００～１７００℃のアニール処理を実施して、ターゲットを製造することが記載されている。
　このように従来では、スパッタリングターゲットの割れ防止のために、密度や粒径等を調整して、ターゲットの機械的強度を向上させることが行われていた。
特開２０００－６４０３４号公報 国際公開ＷＯ２０１３／０６５３３７号
　本発明の実施形態は、スパッタパワーを上げなくても、成膜レートを高めることができるＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲット、及びその製造方法を提供することを課題とする。
　上記課題を解決するために、本発明者は鋭意研究を行った結果、成膜レートの向上にはスパッタリングターゲットの電気的特性、特に、体積抵抗率と誘電正接の制御が有効であり、これらの特性を所定の範囲内に制御することで、ＲＦ印加を効率的に行うことが可能となり、成膜レートを向上させることができるとの知見が得られた。
　本発明の実施形態に係るＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲットは、純度が９９．９９ｗｔ％以上であり、相対密度が８５％以上、９５％以下であって、体積抵抗率が１０×１０１４Ω・ｃｍ以下、誘電正接が１５×１０－４以上、である。
　本発明の実施形態によれば、Ａｌ２Ｏ３スパッタリングターゲットにおいて、スパッタパワーを上げることなく、高い成膜レートを実現することができ、生産性を向上できるという、優れた効果を有する。
本発明のスパッタリングターゲットにおける測定箇所を示す図である。 本発明のウェハ上に成膜した膜厚の測定箇所を示す図である。
　本発明の実施形態に係るＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲットは、半導体の素子機能を有する薄膜や構造形成のための薄膜の形成に使用されるものであり、膜特性の低下を抑制するために純度を９９．９９ｗｔ％（４Ｎ）以上とする。ここで純度９９．９９ｗｔ％以上とは、Ａｌ２Ｏ３中に比較的多く含まれる、Ｃａ、Ｆｅ、Ｋ、Ｍｇ、Ｎａを不純物元素として、ＧＤＭＳ分析により、その合計含有量が１００ｗｔｐｐｍ未満であることを意味する。これらの不純物元素は、耐食性等の膜特性を低下させることがあることから、極力低減することが好ましい。
　本発明の実施形態は、純度が９９．９９ｗｔ％以上の、Ａｌ２Ｏ３スパッタリングターゲットにおいて、体積抵抗率が１０×１０１４Ω・ｃｍ以下、誘電正接が１５×１０－４以上、とすることが特徴である。スパッタリングターゲットの電気的特性を上記範囲に調整することで、ＲＦ（高周波）スパッタの際、高周波の電圧を効率的に印可することができ、スパッタパワーを上げることなく、成膜レートを高めることができ、製品の生産性を向上させることができる。さらには、パーティクル発生の抑制、膜厚の安定性、バーンイン時間の短縮、にも寄与することができる。
　ＲＦスパッタリングでは、ターゲット表面に正イオンを引き寄せるために、該表面に負の電荷を帯電させる必要があるが、ターゲットの体積抵抗率を１０×１０１４Ω・ｃｍ以下とすることで、適度な帯電状態にすることが可能となる。一方で、ＲＦスパッタリングでは、正・負の電圧を交互に印加するため、負の電圧を印加後は、電荷を適度に逃がす必要があるが、一般的なセラミックコンデンサのように損失が少ない、つまり、誘電正接が１．０×１０－４程度と小さい場合には電荷が逃げ難いため、電圧の印可を効率的に行うことが出来ない。そこで、本願発明では、ターゲットの誘電正接を１５×１０－４以上に調整することで電荷を効率的に逃がすことが可能となり、ＲＦスパッタを効果的に行うことができる。なお、体積抵抗率の下限値は１×１０１４Ω・ｃｍ以上、誘電正接の上限値は３６０×１０－４以下、とすることが好ましい。
　また、本発明の実施形態に係るＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲットは、相対密度が９５％以下であることを特徴とする。相対密度が９５％以下であると、組織内に空壁がある程度に存在し、その空壁から電荷が逃げやすくなって、上記の誘電正接を達成することが可能となり、ひいては、成膜レートを高めることができる。一方、相対密度が低くすぎると、ターゲットに内包するポアが増加し、ターゲットに割れが発生するおそれがあるため、相対密度８５％以上とすることが好ましい。
　相対密度は、相対密度（％）＝寸法密度／理論密度×１００から算出する。寸法密度は、ノギスを用いて試料の寸法を測長し、（試料の重量）／（試料の体積）から算出する。また、Ａｌ２Ｏ３の理論密度は３．９８ｇ／ｃｍ３とする。
　また、本発明の実施形態に係るスパッタリングターゲットは、平均結晶粒径を０．３μｍ以上３．０μｍ以下であることを特徴とする。平均結晶粒径を３．０μｍ以下とすることで、膜厚のばらつきを抑制して、膜厚安定性を良好なものにすることができる。一方、ターゲットの平均結晶粒径は、原料粉末の粒径や焼結条件に依存し、後述する製法での可能な平均結晶粒径は０．３μｍ以上である。なお、ターゲットの平均結晶粒径は、原料粉の粒径だけでなく、焼結条件等によっても、変動することから、互いに条件を調整する必要がある。
　平均結晶粒径は、ターゲットのスパッタ面に平行な面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により２０００倍の視野を４箇所（図１）について観察し、それぞれの視野において、ＪＩＳ　Ｇ０５５１の切断法による評価方法で結晶粒径を求める。そして、この４視野の平均値を平均結晶粒径とする。なお、スパッタ面とは、スパッタリングプロセスにおいて、アルゴンなどのイオンが衝突してターゲットを構成する粒子が飛び出す、基板に対向する側の面を意味する。
　また、本発明の実施形態に係るＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲットは、スパッタ面における表面粗さＲａが１．０μｍ以上、２．０μｍ以下であることを特徴とする。通常、スパッタリングターゲットが製造ラインで使用される場合、ターゲットの特性を安定させるためにプレ・スパッタ（バーンイン）が行われる。このとき、バーンインが完了後の表面粗さＲａは１．０μｍ～２．０μｍとなることから、予め表面粗さＲａをバーンイン完了後の数値に近づけておくことで、バーンイン時間を短縮することが可能となる。
　本発明の表面粗さは、触針式表面粗さ測定（ＪＩＳ　Ｂ０６０１）を用いて、図１に示す４箇所について測定して、それぞれの測定値を平均化した値を用いる。
　また、本発明の実施形態に係るＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲットは、抗折強度が２００ＭＰａ以上であることを特徴とする。通常、スパッタリングーゲットの密度が低い場合、ポアの増大により、強度が低下して、スパッタリング中にターゲットに割れや亀裂等が生じることがある。しかし、ターゲットの相対密度が９５％以下であっても、その抗折強度を２００ＭＰａ以上とすることで、スパッタ時においてターゲット割れや亀裂の発生を効果的に防止することができる。
　本発明の抗折強度は、３点曲げ（ＪＩＳ　Ｒ１６０１）により図１に示す４箇所について測定し、それぞれの測定値を平均化した値を用いる。
　次に、本発明の実施形態に係るＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲットの製造方法について説明する。
　純度が９９．９９ｗｔ％以上のＡｌ２Ｏ３粉末を準備する。Ａｌ２Ｏ３粉末の粒子径は平均粒子径０．１～０．３μｍとすることが好ましい。平均粒子径０．１～０．３μｍは後段の焼結工程における最適な粒子径であり、この範囲を逸脱すると、ターゲットの相対密度と平均結晶粒径とを上記所望の範囲に制御することが困難となる。
　原料粉末の粒子径は、レーザ回折散乱式の粒度分布測定装置を用い、イソプロピルアルコールを分散媒とし、１分間の超音波分散後、測定を実施し、測定したデータのうち、Ｄ５０を平均粒子径とする。
　次にホットプレス成形を行う。原料粉を金型に充填した後、真空又は不活性ガス雰囲気中でホットプレスを行って、成形体を作製する。このとき、ホットプレス後の密度が低すぎると、ターゲット（焼結体）の特性は良好であっても、膜厚安定性が低下することがある。一方、ホットプレス後の密度が高すぎると、その後の大気焼結において密度が上がり難くなる。これは、ホットプレスと後述の大気焼結の焼結挙動が異なるために見らえる現象と考えられる。つまり、ホットプレス後に密度が低いと、焼結が進行しておらず、粉同士のネッキングも少ないため、大気焼結中に焼結がさらに進行するが、ホットプレスにおいて十分に密度を上げてしまうと、焼結が進み過ぎてその状態で安定し、その後に大気焼結しても、加熱のみでは焼結が進行し難いと考えらえる。したがって、ホットプレス後の相対密度は６０％以上８５％以下とするのが好ましい。
　ホットプレスの温度は、好ましくは８００℃～１４００℃である。また、成形を容易にするために原料粉末にバインダー等を混ぜ、スプレードライヤーにより造粒を行い、この造粒粉を成形しても良い。
　次に、得られた成形体を大気炉で常圧焼結（大気焼結）する。この大気焼結における温度ｔ（℃）は、前工程のホットプレス温度をＴ（℃）としたとき、Ｔ≦ｔ≦Ｔ＋６００（℃）を満たす温度範囲内とする。例えば、ホットプレス温度が１２００℃の場合、焼結の温度範囲は１２００℃以上１８００℃以下となる。焼結の保持時間を、２～１０時間とすることが好ましい。
　この大気焼結の条件は、最終的なスパッタリングターゲットの密度や結晶粒径に大きく影響する。この焼結温度が高い場合には、相対密度が高くなり、また、粒径も大きくなる。一方焼結温度が低い場合には、ターゲットの相対密度が低く、また粒径も小さくなる。このように、ホットプレス後の密度、すなわち、ホットプレスの温度との関係で、この大気焼結の焼結条件を最適化しないと、所望の密度や結晶粒径が得られず、また、結晶の異常粒成長により、粒径のばらつきが顕著化するため、好ましくない。
　次に、得られた焼結体を旋盤や平面研削等の機械加工により、所望のサイズ、形状のターゲットに加工する。その後、必要に応じて、焼結体の表面を粗研磨又はブラスト処理で粗化して、表面粗さＲａを１．０μｍ以上、２．０μｍ以下とする。以上により、本発明のＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲットを作製することができる。
　後述する実施例、比較例を含め、本発明の評価方法等は、以下の通りである。
（体積抵抗率について）
　体積抵抗率は、ターゲットの面内４箇所（図１参照）から試料を採取し、直流三端子法によってスパッタ面に対して水平な面の抵抗率を測定し、それらの平均値から求める。抵抗率の測定には、エーディーシー社製デジタル超高抵抗／微少電流計（型式５４５０）を用いることができる。
　具体的には、スクリーン印刷機及び銀ペーストを用いて、試料の上下面に主電極、ガード電極、対極を印刷し、大気中、１００℃、１２時間乾燥して電極を形成し、次に、試料に直流電圧（Ｖ＝１０００Ｖ）を印加し、１分間充電後の電流（Ｉ）を測定して、試料の体積抵抗（Ｒｖ）を求める。そして、試料の厚み（ｔ＝１．２ｍｍ）、電極面積（Ｓ＝１．８５ｃｍ２）をそれぞれ下記式に導入して、体積抵抗率（ρｖ）を算出する。
　（式）体積抵抗率：ρｖ＝Ｓ／ｔ×Ｒｖ＝（Ｓ／ｔ）×（Ｖ／Ｉ）
（誘電正接について）
　図１のようにターゲットの面内４箇所から試料を採取し、二端子法によってスパッタ面に対して水平な面におけるそれぞれの誘電正接を測定し、その平均値を求める。測定にはキーサイト・テクノロジー社製インピーダンスアナライザーＥ４９９０Ａを用い、自動平衡ブリッジ法によって、誘電正接を求める。試験条件は、周波数１ＭＨｚとし、室温で行った。
（スパッタリング特性の評価方法）
　ＲＦ電源を備えたスパッタリング装置にターゲットを設置して、投入電力：２．５～３．０Ｗ／ｃｍ２、Ａｒ分圧：０．５Ｐａ、膜厚：５００Å、の条件で成膜する。成膜レート（ｄｅｐｏ　ｒａｔｅ）は、（成膜した膜厚）／（成膜に要した時間）から算出する。成膜レートは４．０Å／秒以上であれば、良好なものと判断する。
　パーティクル数は、成膜後、直径３００ｍｍのウェハ上に存在する０．１２μｍ超のパーティクルをパーティクルカウンタ（ＫＬＡ　Ｔｅｎｃｏｒ社製ＣＳ９２０）を用いて調べた。パーティクル数が１００個未満であれば、良好なものと判断する。また、バーンイン時間は、成膜レートが３．７Å／秒に到達するまでに要した時間である。バーンイン時間が２００ｋｗｈ以内であれば、良好なものと判断する。
（膜特性の評価方法）
　ＲＦ電源を備えたスパッタリング装置にターゲットを設置して、投入電力：２．５～３．０Ｗ／ｃｍ２、Ａｒ分圧：０．５Ｐａ、膜厚：５００Å、の条件で成膜する。膜厚安定性は、直径３００ｍｍのウェハ上に成膜後、ウェハ面内４９点（図２参照）の膜厚を測定して、その膜厚分布を求め、そのバラツキ（σ）の程度を３段階（◎：σ＜１０Å、〇：１０Å≦σ≦３０Å、△：３０Å＜σ）で評価した。
　また、耐エッチング性については、直径３００ｍｍのウェハ上に成膜したＡｌ２Ｏ３膜に対してドライエッチングを行い、深さ方向のエッチング量をＳＥＭにて測定する。そして、算出されるエッチング速度が２０ｎｍ／ｍｉｎ以下であれば、良好なものと判断した。
　次に、本願発明の実施例及び比較例について説明する。なお、以下の実施例は、あくまで代表的な例を示しているもので、本願発明はこれらの実施例に制限される必要はなく、明細書に記載される技術思想の範囲で解釈されるべきものである。
（実施例１）
　純度９９．９９ｗｔ％以上のＡｌ２Ｏ３原料粉を用意し、これを平均粒子径が０．２μｍとなるように粒径調整を行った。次に、この粉末を金型に充填し、真空中でホットプレスを行い、ホットプレス後の焼結体の相対密度が６０％以上となるように、ホットプレスの条件を設定した。次に、この焼結体を大気炉で常圧焼結（大気焼結）を行った。大気焼結の温度は、ホットプレス温度と同じに設定した。以上により得られた焼結体を機械加工や研磨加工して、スパッタリングターゲットを作製した。
　以上により得られたスパッタリングターゲットは、Ｃａが１ｗｔｐｐｍ、Ｆｅが３ｗｔｐｐｍ、Ｋが４ｗｔｐｐｍ、Ｍｇが２ｗｔｐｐｍ、Ｎａが７ｗｔｐｐｍ、であって、その合計含有量が１００ｗｔｐｐｍ未満であり、体積抵抗率が１．３×１０１４Ωｃｍ、誘電正接が３００×１０－４であり、また、相対密度が８５．１％、表面粗さＲａが１．３μｍ、抗折強度が２５０ＭＰａと、所望の特性を有していた。
　また、このスパッタリングターゲットについて、スパッタ特性及び薄膜特性について調べた結果、成膜レートが４．５Å／秒、バーンイン時間が５０ｋｗｈ、パーティクル数が４７個と良好な結果を示し、また、膜厚安定性及び耐エッチング特性も優れた結果であった。以上の結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（実施例２－１０）
　実施例２－１０では、上述した実施例１の製造方法をベースに、ホットプレス後の焼結体の密度、及び、大気焼結時の温度（ΔＴ）を随時調整して（表１参照）、スパッタリングターゲットを作製した。その結果、表１に示す通り、ターゲットの特性は所望の範囲にあり、また、スパッタ特性及び膜特性のいずれも良好な結果を示していた。　
　なお、実施例８は、ホットプレス後の焼結体の密度を５８．７％と低く設定した結果、膜厚安定性が若干低下したものの、成膜レートが良好（４．０Å／ｓｅｃ以上）で、スパッタ後にターゲットに亀裂は見られず、製品として使用可能なものであった。
　なお、実施例９は、ターゲットの表面粗さＲａを２．２μｍと比較的粗く設定し、実施例１０は、ターゲットの表面粗さＲａを０．７μｍと比較的滑らかに設定した結果、実施例９では、パーティクル数が若干増加し、実施例１０では、バーンイン時間が若干長くなったが、いずれも成膜レートが良好（４．０Å／ｓｅｃ以上）で、スパッタ後のターゲットに亀裂は見られず、製品として使用可能なものであった。
（比較例１）
　上述した実施例１の製造方法をベースに、ホットプレス後の焼結体の密度が低くなるように温度を調整し、その後の常圧焼結における温度（ΔＴ）を７００℃に設定して、スパッタリングターゲットを作製した。その結果、表１に示す通り、ターゲットの体積抵抗率、誘電正接、相対密度は、本発明の範囲を逸脱するものであった。
　このスパッタリングターゲットのスパッタ特性について調べた結果、成膜レートが３．７Å／ｓｅｃと良好な成膜レートの基準である４．０Å／ｓｅｃよりも遅く、さらに、膜厚安定性も劣るものであった。
（比較例２）
　純度９９．９９ｗｔ％以上のＡｌ２Ｏ３原料粉を用意し、これを平均粒子径が０．２μｍとなるように粒径調整を行った。次に、この粉末を金型に充填し、真空中でホットプレスを行い、ホットプレス後の焼結体の相対密度が９２．５％となるように、ホットプレスの条件を設定した。なお、大気焼結は行わなかった。次に、得られた焼結体を機械加工や研磨加工して、スパッタリングターゲットを作製した。以上により得られたスパッタリングターゲットは、体積抵抗率が２．７×１０１６Ωｃｍ、誘電正接が１５×１０－４であった。
　このスパッタリングターゲットのスパッタ特性について調べた結果、成膜レートが３．０Å／秒と良好な成膜レートの基準である４．０Å／ｓｅｃよりも遅く、また、２００ｋｗｈまでスパッタを実施したが、３．７Å／秒に到達しなかったため、評価はここで終了し、それ以降の評価（パーティクル数、膜厚安定性、耐エッチング性）は行わなかった。
（比較例３）
　純度９９．９９ｗｔ％以上のＡｌ２Ｏ３原料粉を用意し、これを平均粒子径が０．２μｍとなるように粒径調整を行った。次に、この粉末を成形した後、この成形体を大気炉で常圧焼結（大気焼結）を行った。大気焼結の温度は、１２００℃に設定した。次に得られた焼結体を、機械加工や研磨加工して、スパッタリングターゲットを作製した。
以上により得られたスパッタリングターゲットは、体積抵抗率が８．２×１０１５Ωｃｍ、誘電正接が１２×１０－４であった。
　このスパッタリングターゲットのスパッタ特性について調べた結果、成膜レートが３．２Å／秒と良好な成膜レートの基準である４．０Å／ｓｅｃよりも遅く、また、２００ｋｗｈまでスパッタを実施したが、３．７Å／秒には到達しなかったため、評価はここで終了し、それ以降の評価（パーティクル数、膜厚安定性、耐エッチング性）は行わなかった。
（比較例４）
　上述した実施例１の製造方法をベースに、ホットプレス後の焼結体の密度、及び大気焼結時の温度（ΔＴ）を随時調整して、スパッタリングターゲットを作製した。但し、比較例２では、Ａｌ２Ｏ３原料粉として純度９９．９ｗｔ％以上のものを用いた。その結果表１に示す通り、ターゲットの純度は、本発明の範囲を逸脱するものであり、不純物の存在によって、耐エッチング性の劣るものであった。
（比較例５）
　上述した実施例１の製造方法をベースに、ホットプレス後の焼結体の密度が高くなるように温度を調整し、その後の大気焼結における温度を７００℃に設定して、スパッタリングターゲットを作製した。その結果、表１に示す通り、ターゲットの相対密度、平均結晶粒径、抗折強度が、本発明の範囲を逸脱するものであり、スパッタ後のターゲットに亀裂が生じていた。
　本発明のＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲットは、ＲＦスパッタリングにおいて、高い成膜レートを実現することができ、生産性を向上することができるという優れた効果を有する。本発明のＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲットを用いることで、良好な特性を有する膜を安定的に形成することができる。本発明のＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲットは、ゲート絶縁膜、マスク、エッチストッパーなどの、半導体素子の形成に有用である。

Claims (14)

  1. 　純度が９９．９９ｗｔ％以上であり、相対密度が８５％以上、９５％以下であって、体積抵抗率が１０×１０１４Ω・ｃｍ以下、誘電正接が１５×１０－４以上、であるＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲット。
  2. 　平均結晶粒径が０．３～３．０μｍである請求項１に記載のＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲット。
  3. 　表面粗さＲａが１．０～２．０μｍである請求項１又は２に記載のＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲット。
  4. 　抗折強度が２００ＭＰａ以上である請求項１～３のいずれか一項に記載のＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲット。
  5. 　ＲＦ電源を備えたスパッタリング装置にターゲットを設置して、投入電力：２．５～３．０Ｗ／ｃｍ２、Ａｒ分圧：０．５Ｐａ、膜厚：５００Å、の条件で成膜したときの成膜レートが４．０Å／秒以上であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲット。
  6. 　ＲＦ電源を備えたスパッタリング装置にターゲットを設置して、投入電力：２．５～３．０Ｗ／ｃｍ２、Ａｒ分圧：０．５Ｐａ、膜厚：５００Å、の条件で成膜したときのバーンイン時間が２００ｋｗｈ以内であることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載のＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲット。
  7. 　ＲＦ電源を備えたスパッタリング装置にターゲットを設置して、投入電力：２．５～３．０Ｗ／ｃｍ２、Ａｒ分圧：０．５Ｐａ、膜厚：５００Å、の条件で直径３００ｍｍウェハ上に成膜したとき、ウェハ上に存在する０．１２μｍ超のパーティクル数が１００個未満であることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載のＡｌ２Ｏ３スパッタリングンターゲット。
  8. 　ＲＦ電源を備えたスパッタリング装置にターゲットを設置して、投入電力：２．５～３．０Ｗ／ｃｍ２、Ａｒ分圧：０．５Ｐａ、膜厚：５００Å、の条件で直径３００ｍｍウェハ上に成膜したとき、ウェハ面内４９点における膜厚バラツキ（σ）が３０Å以下であることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載のＡｌ２Ｏ３スパッタリングンターゲット。
  9. 　ＲＦ電源を備えたスパッタリング装置にターゲットを設置して、投入電力：２．５～３．０Ｗ／ｃｍ２、Ａｒ分圧：０．５Ｐａ、膜厚：５００Å、の条件で直径３００ｍｍウェハ上に成膜したとき、膜に対するドライエッチングのエッチング速度が２０ｎｍ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載のＡｌ２Ｏ３スパッタリングンターゲット。
  10. 　純度９９．９９ｗｔ％以上のＡｌ２Ｏ３原料粉末をホットプレスして、相対密度６０％以上８５％以下の成形体を作製し、この成形体を常圧焼結することを特徴とするＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲットの製造方法。
  11. 　前記常圧焼結を、Ｔ≦ｔ≦Ｔ＋６００℃（Ｔは、ホットプレス時の温度）を満たす温度範囲ｔで行うことを特徴とする請求項１０に記載のＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲットの製造方法。
  12. 　前記ホットプレス温度を８００℃～１４００℃とする請求項１０又は１１に記載のＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲットの製造方法。
  13. 　平均粒子径が０．１～０．３μｍのＡｌ２Ｏ３原料粉末を用いる請求項１０～１２のいずれか一項に記載のＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲットの製造方法。
  14. 　常圧焼結後、得られる焼結体の表面を粗研磨又はブラスト処理で粗化する請求項１０～１３のいずれか一項に記載のＡｌ２Ｏ３スパッタリングターゲットの製造方法。
    　
PCT/JP2017/043730 2017-03-15 2017-12-06 Ａｌ２Ｏ３スパッタリングターゲット及びその製造方法 WO2018168111A1 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/476,434 US20210292887A1 (en) 2017-03-15 2017-12-06 Al2O3 Sputtering Target and Production Method Thereof
EP17901157.2A EP3527689A1 (en) 2017-03-15 2017-12-06 Al2o3 sputtering target and method for producing same
CN201780077077.0A CN110073029A (zh) 2017-03-15 2017-12-06 Al2O3溅射靶及其制造方法
SG11201903343VA SG11201903343VA (en) 2017-03-15 2017-12-06 Al2o3 sputtering target and production method thereof
JP2018517456A JP6537715B2 (ja) 2017-03-15 2017-12-06 Ａｌ２Ｏ３スパッタリングターゲット及びその製造方法
KR1020197014225A KR102181709B1 (ko) 2017-03-15 2017-12-06 Al2O3 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-049874 2017-03-15
JP2017049874 2017-03-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018168111A1 true WO2018168111A1 (ja) 2018-09-20

Family

ID=63523463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/043730 WO2018168111A1 (ja) 2017-03-15 2017-12-06 Ａｌ２Ｏ３スパッタリングターゲット及びその製造方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20210292887A1 (ja)
EP (1) EP3527689A1 (ja)
JP (1) JP6537715B2 (ja)
KR (1) KR102181709B1 (ja)
CN (1) CN110073029A (ja)
SG (1) SG11201903343VA (ja)
TW (1) TW201835360A (ja)
WO (1) WO2018168111A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115353373B (zh) * 2022-08-31 2023-06-23 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种氧化铝靶材及其制备方法与应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10298743A (ja) * 1997-02-28 1998-11-10 Tosoh Corp スパッタリングターゲットの製造方法
WO2013065337A1 (ja) * 2011-11-04 2013-05-10 株式会社フェローテックセラミックス スパッタリングターゲットおよびその製造方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000064034A (ja) * 1998-08-19 2000-02-29 Toshiba Ceramics Co Ltd アルミナ・スパッタリング・ターゲット及びその製造方法並びに高周波スパッタリング装置
JP2002206165A (ja) * 2000-10-24 2002-07-26 Mitsubishi Materials Corp 高出力スパッタ条件ですぐれた耐割損性を発揮する光記録媒体保護層形成用スパッタリングターゲット焼結材
JP4733930B2 (ja) * 2004-05-20 2011-07-27 株式会社アルバック 複合酸化物焼結体の製造方法及びその焼結体からなるスパッタリングターゲット
CN101985735A (zh) * 2009-07-29 2011-03-16 中国科学院福建物质结构研究所 一种氧化铝靶材和该靶材制备的透明导电薄膜
CN106187154A (zh) * 2011-02-10 2016-12-07 三菱综合材料株式会社 用于形成太阳能电池用透明膜的溅射靶及其制造方法
CN102432268B (zh) 2011-09-04 2012-12-05 湖北菲利华石英玻璃股份有限公司 一种采用焰熔法将氧化铝粉末烧结成生产蓝宝石晶体用氧化铝块料的方法
JP6141756B2 (ja) * 2013-11-22 2017-06-07 京セラ株式会社 保持部材
CN105986228B (zh) * 2015-02-10 2018-11-06 汕头超声显示器技术有限公司 一种用于制作氧化铝薄膜的溅射靶材及其制作方法
CN104988466B (zh) * 2015-06-02 2017-06-09 淮阴工学院 一种利用双辉等离子渗金属技术低温制备α‑Al2O3涂层的方法
CN104926304B (zh) * 2015-06-23 2017-11-07 山东大学 一种氧化钆陶瓷及其制备方法
CN106191777A (zh) * 2016-08-29 2016-12-07 基迈克材料科技（苏州）有限公司 一种氧化铝溅射靶材的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10298743A (ja) * 1997-02-28 1998-11-10 Tosoh Corp スパッタリングターゲットの製造方法
WO2013065337A1 (ja) * 2011-11-04 2013-05-10 株式会社フェローテックセラミックス スパッタリングターゲットおよびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20210292887A1 (en) 2021-09-23
TW201835360A (zh) 2018-10-01
JP6537715B2 (ja) 2019-07-03
CN110073029A (zh) 2019-07-30
EP3527689A1 (en) 2019-08-21
KR102181709B1 (ko) 2020-11-24
SG11201903343VA (en) 2019-05-30
KR20190069515A (ko) 2019-06-19
JPWO2018168111A1 (ja) 2019-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5586752B2 (ja) 高密度の耐熱金属及び合金のスパッタリングターゲット
JP4846872B2 (ja) スパッタリングターゲット及びその製造方法
WO2016088867A1 (ja) スパッタリング用ＭｇＯターゲット材及び薄膜
WO2013065564A1 (ja) スパッタリングターゲットおよびその製造方法
WO2019188148A1 (ja) 複合焼結体、半導体製造装置部材および複合焼結体の製造方法
CN103917688B (zh) 溅射靶材及其制造方法
JPWO2014156234A1 (ja) Ｉｔｏスパッタリングターゲット及びその製造方法
KR101648656B1 (ko) Li 함유 인산염 화합물 소결체 및 스퍼터링 타깃, 및 그 제조 방법
WO2018168111A1 (ja) Ａｌ２Ｏ３スパッタリングターゲット及びその製造方法
JP6052976B2 (ja) 静電チャック誘電体層および静電チャック
JP2007290875A (ja) 酸化チタン系焼結体およびその製造方法
JP2001295035A (ja) スパッタリングターゲットおよびその製造方法
JP2000129432A (ja) 導電性金属酸化物焼結体およびその用途
TW201605762A (zh) 氧化物燒結體、濺鍍靶材及薄膜
JP7108046B2 (ja) 酸化マグネシウムスパッタリングターゲット
JP6149804B2 (ja) 酸化物焼結体及びその製造方法
JP6459830B2 (ja) 酸化物焼結体及びその製造方法、並びに酸化物膜の製造方法
JP3129233B2 (ja) Ｂａ、ＳｒおよびＴｉの複合酸化物焼結体からなる高誘電体膜形成用スパッタリングターゲット
JP2001303243A (ja) スパッタリングターゲットとその製造方法、および電子部品
JP7165023B2 (ja) 酸化マグネシウムスパッタリングターゲット
JP7278463B1 (ja) タングステンターゲットおよびその製造方法
JP7178707B2 (ja) ＭｇＯ－ＴｉＯ系スパッタリングターゲットの製造方法
JP2000185968A (ja) 導電性金属酸化物焼結体およびその用途
JP6489694B2 (ja) スパッタリングターゲット
JP2022125846A (ja) Ｃｕ－Ｂｉ２Ｏ３スパッタリングターゲット及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018517456

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17901157

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017901157

Country of ref document: EP

Effective date: 20190424

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20197014225

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE