KR20130037215A - 탄탈 스퍼터링 타깃 - Google Patents

Abstract

30 massppm 이상, 100 massppm 이하의 산소를 필수 성분으로서 함유하고, 산소 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈 스퍼터링 타깃. 평균 결정 입경이 120 ㎛ 이하이고, 결정 입경의 편차가 ±20 ％ 이하인 동 탄탈 스퍼터링 타깃. 균일하고 미세한 조직을 구비하고, 플라스마가 안정적이며, 막의 균일성 (유니포미티) 이 우수한 고순도 탄탈 스퍼터링 타깃을 얻는다.

Description

탄탈 스퍼터링 타깃 {TANTALUM SPATTERING TARGET}

이 발명은, 균일하고 미세한 조직을 구비하고, 플라스마가 안정적이며, 막의 균일성 (유니포미티) 이 우수한 고순도 탄탈 스퍼터링 타깃에 관한 것이다.

최근, 일렉트로닉스 분야, 내식성 재료나 장식의 분야, 촉매 분야, 절삭·연마재나 내마모성 재료의 제작 등, 많은 분야에 금속이나 세라믹스 재료 등의 피막을 형성하는 스퍼터링이 사용되고 있다.

스퍼터링법 자체는 상기 분야에서 잘 알려진 방법이지만, 최근에는, 특히 일렉트로닉스의 분야에 있어서, 복잡한 형상의 피막의 형성이나 회로의 형성, 혹은 베리어막의 형성 등에 적합한 탄탈 스퍼터링 타깃이 요구되고 있다.

일반적으로 이 탄탈 타깃은, 탄탈 원료를 전자빔 용해·주조한 잉곳 또는 빌릿의 열간 단조, 어닐링 (열처리) 을 반복하고, 추가로 압연 및 마무리 (기계, 연마 등) 가공하여 타깃으로 가공되고 있다.

이와 같은 제조 공정에 있어서, 잉곳 또는 빌릿의 열간 단조는 주조 조직을 파괴하고, 기공이나 편석 (偏析) 을 확산, 소실시키고, 또한 이것을 어닐링함으로써 재결정화하여, 조직의 치밀화와 강도를 높임으로써 제조되고 있다.

일반적으로, 용해 주조된 잉곳 또는 빌릿은 50 ㎜ 이상의 결정 입경을 갖고 있다. 그리고, 잉곳 또는 빌릿의 열간 단조와 재결정 어닐링에 의해 주조 조직이 파괴되어, 대체적으로 균일하고 또한 미세한 (100 ㎛ 이하의) 결정립이 얻어진다.

한편, 이와 같이 하여 제조된 타깃을 사용하여 스퍼터링을 실시하는 경우, 타깃의 재결정 조직이 보다 미세하고 또한 균일하고, 또 결정 방위가 특정 방향으로 정렬되어 있는 것일수록 균일한 성막이 가능하며, 아킹이나 파티클의 발생이 적고, 안정적인 특성을 갖는 막을 얻을 수 있다고 일컬어지고 있다.

그 때문에, 타깃의 제조 공정에 있어서, 재결정 조직의 미세화와 균일화, 나아가서는 특정 결정 방위로 정렬시키려고 하는 방책이 채택되고 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).

또, Cu 배선막에 대한 베리어층으로서 사용하는 TaN 막을 형성하기 위한 고순도 Ta 타깃으로서, 자기 유지 방전 특성을 갖는 원소인 것으로서 Ag, Au 및 Cu 에서 선택한 원소를 0.001 ～ 20 ppm 을 함유시키고, 또한 불순물 원소로서 Fe, Ni, Cr, Si, Al, Na, K 의 합계량을 100 ppm 이하로 하고, 이들을 뺀 값이 99.99 ～ 99.999 ％ 의 범위로 하는 고순도 Ta 를 사용하는 것이 개시되어 있다 (특허문헌 3 참조).

이들 특허문헌을 보는 한, 특정 원소의 함유가 조직을 미세화시키고, 이로써 플라스마를 안정화시킨다는 것은 행해지고 있지 않다.

특히, 특허문헌 3 에서는, Ag, Au 및 Cu 에서 선택한 원소를 0.001 ～ 20 ppm 을 함유시킨다는 점에서, 0.001 ppm 까지라는 극미량의 원소의 첨가가 Ta 이온의 방출량을 증가시킨다고 하고 있지만, 첨가 원소가 미량인 만큼, 함유량을 조절하고, 또한 균일한 첨가 (편차) 가 어렵다는 문제가 있는 것으로 생각된다.

또한, 특허문헌 3 의 표 2 에 나타내는 바와 같이, Mo, W, Ge, Co 량은, 각각 10 ppm, 20 ppm, 10 ppm, 10 ppm 미만의 함유가 허용되고 있다. 이것만으로도 50 ppm 미만의 불순물이 있다.

따라서, 상기와 같이 「불순물 원소로서 Fe, Ni, Cr, Si, Al, Na, K 의 합계량을 100 ppm 이하로 하고, 이들을 뺀 값이 99.99 ～ 99.999 ％ 의 범위로 하는 고순도 Ta 를 사용한다」 고 하고 있지만, 실제 순도의 하한치는 99.99 ％ 를 밑도는 순도 (그것을 허용하는 순도) 이다.

이것은, 종래의 고순도 탄탈의 레벨 이하이며, 고순도 탄탈의 특성을 살릴 수 없을 것이 강하게 예상된다.

일본 공표특허공보 2002-518593호 미국 특허 제 6,331,233호 일본 공개특허공보 2002-60934호

본 발명은, 탄탈의 순도를 고순도로 유지함과 함께, 특정 원소를 첨가함으로써 균일하고 미세한 조직을 구비하고, 플라스마가 안정적이며, 막의 균일성 (유니포미티) 이 우수한 고순도 탄탈 스퍼터링 타깃을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은, 상기 문제를 해결하기 위하여 탄탈의 순도를 고순도로 유지함과 함께, 특정 원소를 첨가함으로써 균일하고 미세한 조직을 구비하고, 플라스마가 안정적이며, 막의 균일성 (유니포미티) 이 우수한 고순도 탄탈 스퍼터링 타깃을 얻을 수 있다는 지견 (知見) 을 얻었다.

본 발명은 이 지견에 기초하여,

1) 30 massppm 이상, 100 massppm 이하의 산소를 필수 성분으로서 함유하고, 산소 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈 스퍼터링 타깃

2) 40 massppm 이상, 100 massppm 이하의 산소를 필수 성분으로서 함유하고, 산소 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈 스퍼터링 타깃

3) 산소를 40 massppm 이상, 70 massppm 이하를 필수 성분으로서 함유하고, 산소 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈 스퍼터링 타깃

4) 타깃 중의 산소 함유량의 편차가 ±20 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) ～ 3) 중 어느 하나에 기재된 탄탈 스퍼터링 타깃

5) 평균 결정 입경이 120 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) ～ 4) 중 어느 하나에 기재된 탄탈 스퍼터링 타깃

6) 결정 입경의 편차가 ±20 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 5) 에 기재된 탄탈 스퍼터링 타깃을 제공한다.

본 발명은, 탄탈의 순도를 고순도로 유지함과 함께, 산소를 필수 성분으로서 첨가함으로써 균일하고 미세한 조직을 구비하고, 플라스마가 안정적이며, 막의 균일성 (유니포미티) 이 우수한 고순도 탄탈 스퍼터링 타깃을 제공할 수 있다는 우수한 효과를 갖는다. 또, 스퍼터링시의 플라스마 안정화는, 초기 단계에서도 안정화되기 때문에, 번인 시간을 단축할 수 있다는 효과를 구비하고 있다.

본원 발명에 사용하는 탄탈 (Ta) 타깃의 원료로는 고순도 탄탈을 사용한다. 이 고순도 탄탈의 예를 표 1 에 나타낸다 (사단법인 발명 협회편, 공개 기보 2005-502770, 공개 기보 명칭 「고순도 탄탈 및 고순도 탄탈로 이루어지는 스퍼터링 타깃」 참조).

이 표 2 에서는, 가스 성분을 제외하고 모든 불순물은 1 massppm 미만이다. 즉 99.999 ～ 99.9999 mass％ 로 되어 있는데, 이와 같은 고순도 탄탈을 사용 할 수 있다.

본 발명의 스퍼터링 타깃은 통상적으로 다음의 공정에 의해 제조한다.

그 일례를 나타내면, 먼저 탄탈, 예를 들어 4 N (99.99 ％ 이상) 의 고순도 탄탈을 사용하고, 이것에 산소 (O) 를 적당량 첨가하여 타깃의 원료로 한다. 이것을 전자빔 용해 등에 의해 용해·정제하여 순도를 높이고, 이것을 주조하여 잉곳 또는 빌릿을 제작한다. 당연히, 처음부터 표 2 에 나타내는 99.999 ～ 99.9999 mass％ 고순도 탄탈을 사용할 수도 있다.

다음으로, 이 잉곳 또는 빌릿을 어닐링-단조, 압연, 어닐링 (열처리), 마무리 가공 등의 일련의 가공을 실시한다.

구체적으로는, 예를 들어 잉곳 - 단신 - 1373 K ～ 1673 K 의 온도에서의 어닐링 (1 회째) - 냉간 단조 (1 회째) - 재결정 개시 온도 ～ 1673 K 의 온도에서의 재결정 어닐링 (2 회째) - 냉간 단조 (2 회째) - 재결정 개시 온도 ～ 1673 K 사이에서의 재결정 어닐링 (3 회째) - 냉간 (열간) 압연 (1 회째) - 재결정 개시 온도 ～ 1373 K 사이에서의 재결정 어닐링 (4 회째) - 냉간 (열간) 압연 (필요에 따라 2 회째) - 재결정 개시 온도 ～ 1373 K 사이에서의 재결정 어닐링 (필요에 따라 5 회째) - 마무리 가공을 실시하여 타깃재로 한다.

단조 혹은 압연에 의해, 주조 조직을 파괴하고, 기공이나 편석을 확산시키거나 혹은 소실시킬 수 있고, 또한 이것을 어닐링함으로써 재결정화시켜, 이 냉간 단조 또는 냉간 압연과 재결정 어닐링의 반복에 의해, 조직의 치밀화, 미세화와 강도를 높일 수 있다. 상기 가공 프로세스에 있어서, 재결정 어닐링은 1 회여도 되지만, 2 회 반복함으로써 조직 상의 결함을 최대한 감소시킬 수 있다. 또, 냉간 (열간) 압연과 재결정 개시 온도 ～ 1373 K 사이에서의 재결정 어닐링은, 반복해도 되지만 1 사이클이어도 된다. 이후, 기계 가공, 연마 가공 등의 마무리 가공에 의해 최종적인 타깃 형상으로 마무리한다.

통상적으로 상기 제조 공정에 의해 탄탈 타깃을 제조하지만, 이 제조 공정은 일례를 나타내는 것이고, 본원 발명은 이 제조 공정을 발명으로 하는 것은 아니기 때문에, 다른 공정에 의해 제조하는 것은 당연히 가능하며, 본원 발명은 그것들을 모두 포함하는 것이다.

탄탈 타깃의 특성을 살리기 위하여, 6 N 레벨 순도의 재료를 사용하는 경우가 많지만, 어떻게 해도 타깃의 결정립이 조대화되기 쉽다는 결점이 있었다.

본 발명자들은, 이와 같은 6 N 레벨의 타깃의 제조 공정에 있어서, 통상이라면 20 massppm 정도의 함유량인 산소가, 우연히 50 massppm 정도로 편석되어 있던 부분에서 결정 입경이 국소적으로 미세화되어 있는 것을 발견하였다. 이 점에서, 산소의 첨가가 탄탈 타깃의 미세화에 유효할 것이라는 힌트를 얻었고, 이것이 본원 발명으로 연결되는 계기가 되었다.

즉, 본 발명의 탄탈 스퍼터링 타깃에 있어서 중요한 것은, 산소 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이상인 탄탈에, 30 massppm 이상, 100 massppm 이하의 산소를 필수 성분으로서 함유시키는 것이다.

본 발명의 탄탈 스퍼터링 타깃에 있어서, 산소는 고용체 (침입형 고용체) 로서 존재한다. 상기 산소의 하한치 30 massppm 은 효과를 발휘시키기 위한 수치이고, 산소의 상한치 100 massppm 은 본 발명의 효과를 지속시키기 위한 상한치이다. 이 상한치를 초과하는 경우에는, 산소의 편석이 일어나 산소의 일부 미 (未) 재결정부가 발생하고, 결과적으로 번인이 길어지기 때문에, 산소 100 massppm 을 상한치로 한다.

이 탄탈에 대한 산소의 함유가, 타깃의 균일하고 미세한 조직을 형성하고, 그것에 의해 플라스마를 안정화시키고, 이로써 스퍼터링 막의 균일성 (유니포미티) 을 향상시키는 것이 가능해진다. 또, 이 스퍼터링시의 플라스마 안정화는 초기 단계에서도 안정화되므로, 번인 시간을 단축할 수 있다.

이 경우, 탄탈의 순도는 고순도, 즉 99.998 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 이 경우, 원자 반경이 작은 산소, 수소, 탄소, 질소 등의 가스 성분은 제외할 수 있다. 일반적으로 가스 성분은 특수한 방법이 아니면 제거는 곤란하고, 통상적인 생산 공정에서 정제시에 제거하는 것은 어렵기 때문에, 가스 성분은 본원 발명의 탄탈의 순도에서는 제외한다.

상기와 같이, 산소가 탄탈의 균일하고 미세한 조직을 초래하는 것이지만, 다른 금속 성분, 반금속 (메탈로이드), 산화물, 질화물, 탄화물 등의 세라믹스의 혼입은 유해하며, 허용할 수 없다. 이들 불순물은 산소의 작용을 억제하는 작용을 하는 것으로 생각되기 때문이다. 또, 이들 불순물은 산소와는 명백히 상이한데, 탄탈 타깃의 결정 입경을 균일하게 마무리하기 어려우며, 스퍼터링 특성의 안정화에는 기여하지 않는다.

본원 발명의 탄탈 스퍼터링 타깃은, 보다 바람직한 범위로서, 40 massppm 이상, 100 massppm 이하의 산소를 필수 성분으로서 함유하고, 산소 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이상인 것이다.

또한, 산소를 40 massppm 이상, 70 massppm 이하를 필수 성분으로서 함유하고, 산소 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이상의 탄탈 스퍼터링 타깃이다.

가스 성분 이외의 금속 불순물의 예로는, Mg, Al, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Nb, Mo, Sn, W, U 를 들 수 있지만, 이들은 모두 1 ppm 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 탄탈 스퍼터링 타깃은, 또한 타깃 중의 산소 함유량의 편차를 ±20 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

적당한 산소의 함유가 탄탈 스퍼터링 타깃의 균일하고 미세한 조직을 형성하는 기능 (성질) 을 갖는 이상, 산소가 보다 균일하게 분산되어 있는 것은, 타깃 조직의 균일하고 미세한 조직에 보다 크게 기여시킬 수 있다.

당연히 통상적인 제조 공정에 있어서 이것들은 용이하게 달성할 수 있는 것이지만, 타깃의 산소 함유량의 편차를 ±20 ％ 이하로 하는 점에 유의하여, 그 의도를 명확히 갖는 것이 필요하다.

이 타깃의 산소 함유량의 편차에 대해서는, 예를 들어 원반상의 타깃에 있어서, 원반의 중심을 통과하는 등분의 8 개의 선 상에, 3 점 (중심점, 반경의 1/2 점, 외주 또는 그 근방점) 을 채용하고, 합계 17 점 [16 점 ＋ 중심점 (중심점은 공통되기 때문에 1 점)] 의 산소 함유량을 분석한다.

그리고, 각 점에 있어서 [(최대치 － 최소치)/(최대치 ＋ 최소치)] × 100 의 식에 기초하여 편차를 계산할 수 있다.

본 발명의 탄탈 스퍼터링 타깃은, 또한 평균 결정 입경이 120 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 산소의 적당한 첨가와 통상적인 제조 공정에 있어서, 결정 입경의 미세화를 달성할 수 있는 것이지만, 평균 결정 입경을 120 ㎛ 이하로 하는 점에 유의하여, 그 의도를 명확히 갖는 것이 필요하다.

또, 이 결정 입경의 편차가 ±20 ％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

이 평균 결정 입경의 편차에 대해서는, 예를 들어 원반상의 타깃에 있어서, 원반의 중심을 통과하는 등분의 8 개의 선상에, 3 점 (중심점, 반경의 1/2 점, 외주 또는 그 근방점) 을 채용하고, 합계 17 점 [16 점 ＋ 중심점 (중심점은 공통되기 때문에 1 점)] 의 산화물의 결정 입경을 측정한다. 그리고, 각 점에 있어서 (최대치 － 최소치)/(최대치 ＋ 최소치)] × 100 의 식에 기초하여 결정 입경의 편차를 계산할 수 있다.

이와 같은 타깃 조직은, 플라스마가 안정적이고 막의 균일성 (유니포미티) 이 우수하다. 또, 스퍼터링시의 플라스마 안정화는, 초기 단계에서도 안정화되기 때문에 번인 시간을 단축할 수 있다는 효과를 갖는다.

실시예

다음으로 실시예에 대해 설명한다. 또한, 본 실시예는 발명의 일례를 나타내는 것이며, 본 발명은 이들 실시예에 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 기술 사상에 포함되는 다른 양태 및 변형을 포함하는 것이다.

(실시예 1)

순도 99.998 ％ 의 탄탈에 산소 30 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해하고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 50 ㎜ 였다.

다음으로, 이 잉곳 또는 빌릿을 실온에서 단신 (鍛伸) 한 후, 1500 K 의 온도에서 재결 어닐링 하였다. 이로써 평균 결정 입경이 200 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜, 직경 130 ㎜φ 의 재료를 얻을 수 있었다. 이것은, 상기 단락 [0015] 에 기재한 잉곳 - 단신 - 1373 K ～ 1673 K 의 온도에서의 어닐링 (1 회째) 에 대응한다. 이하의 실시예, 비교예에 있어서도 동일하게 대응시킬 수 있다.

다음으로, 이것을 다시 실온에서 단신 및 업세팅 단조하고, 다시 1400 ～ 1500 K 의 온도에서 재결정 어닐링을 실시하였다. 이것은, 상기 단락 [0015] 에 기재한 냉간 단조 (1 회째) - 재결정 개시 온도 ～ 1673 K 의 온도에서의 재결정 어닐링 (2 회째) 에 대응한다. 이하의 실시예, 비교예에 있어서도 동일하게 대응시킬 수 있다.

그리고 단조, 열처리를 다시 반복하였다. 이것은, 상기 단락 [0015] 에 기재한 냉간 단조 (2 회째) - 재결정 개시 온도 ～ 1673 K 사이에서의 재결정 어닐링 (3 회째) 에 대응한다. 이하의 실시예, 비교예에 있어서도 동일하게 대응시킬 수 있다.

이로써 평균 결정 입경이 100 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜, 직경 130 ㎜φ 의 재료를 얻었다.

다음으로, 이것을 냉간으로 압연 및 1173 K 의 온도에서 재결정 어닐링을 실시하고 (이것은, 상기 단락 [0015] 에 기재한 냉간 (열간) 압연 (1 회째) - 재결정 개시 온도 ～ 1373 K 사이에서의 재결정 어닐링 (4 회째) 에 대응한다. 이하의 실시예, 비교예에 있어서도 동일하게 대응시킬 수 있다), 마무리 가공을 실시하여 두께 10 ㎜, 직경 450 ㎜φ 의 타깃재로 하였다.

도중 및 최후의 냉간 가공 그리고 재결정 어닐링은, 이하의 평균 결정 입경 및 결정 입경의 편차가 되도록 조절하였다. 또한, 이 평균 결정 입경과 편차는 산소의 첨가량에 의해 변화되기도 하지만, 본 실시예에서는 이것들을 조절할 수 있었다.

타깃의 평균 결정 입경은 85 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±17 ％ 였다. 또, 산소 함유량의 편차는 ±15 ％ 였다. 이 결과를 표 2 에 나타낸다.

시트 저항은 막 두께에 의존하기 때문에, 웨이퍼 (12 인치) 내의 시트 저항의 분포를 측정하고, 그것에 의해 막 두께의 분포 상황을 조사하였다. 구체적으로는, 웨이퍼 상의 49 점의 시트 저항을 측정하고, 그 표준 편차 (σ) 를 산출하였다.

그 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다. 표 2 로부터 분명한 바와 같이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 (2.4 ～ 3.1 ％), 즉 막 두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과 85 kWh이고, 후술하는 비교예에 비해 크게 감소하였다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 초기 안정까지의 전력량을 줄일 수 있음 (번인 시간을 단축화할 수 있음) 과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하며, 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 2)

순도 99.998 ％ 의 탄탈에 산소 50 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해하고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 45 ㎜ 였다.

다음으로, 이 잉곳 또는 빌릿을 실온에서 단신한 후, 1500 K 의 온도에서 재결정 어닐링하였다. 이로써 평균 결정 입경이 200 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜, 직경 130 ㎜φ 의 재료를 얻을 수 있었다.

다음으로, 이것을 다시 실온에서 단신 및 업세팅 단조하고, 다시 1400 ～ 1500 K 의 온도에서 재결정 어닐링을 실시하였다.

단조, 열처리를 다시 반복하고, 이로써 평균 결정 입경이 90 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜, 직경 130 ㎜φ 의 재료를 얻었다.

다음으로, 이것을 냉간으로 압연 및 1173 K 의 온도에서 재결정 어닐링을 실시하고, 마무리 가공을 실시하여 두께 10 ㎜, 직경 450 ㎜φ 의 타깃재로 하였다.

도중 및 최후의 냉간 가공 그리고 재결정 어닐링은, 이하의 평균 결정 입경 및 결정 입경의 편차가 되도록 조절하였다. 또한, 이 평균 결정 입경과 편차는 산소의 첨가량에 의해 변화되기도 하지만, 본 실시예에서는 이것들을 조절할 수 있었다.

타깃의 평균 결정 입경은 70 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±16 ％ 였다. 또, 산소 함유량의 편차는 ±14 ％ 였다. 이 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다.

시트 저항은 막 두께에 의존하기 때문에, 웨이퍼 (12 인치) 내의 시트 저항의 분포를 측정하고, 그것에 의해 막 두께의 분포 상황을 조사하였다. 구체적으로는, 웨이퍼 상의 49 점의 시트 저항을 측정하고, 그 표준 편차 (σ) 를 산출하였다.

그 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다. 표 2 로부터 분명한 바와 같이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 것 (2.1 ～ 2.6 ％), 즉 막 두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과 75 kWh이고, 감소하였다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여, 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 3)

순도 99.998 ％ 의 탄탈에 산소 70 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해하고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 40 ㎜ 였다.

다음으로, 이 잉곳 또는 빌릿을 실온에서 단신한 후, 1500 K 의 온도에서 재결정 어닐링하였다. 이로써 평균 결정 입경이 200 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜, 직경 130 ㎜φ 의 재료를 얻을 수 있었다.

다음으로, 이것을 다시 실온에서 단신 및 업세팅 단조하고, 다시 1400 ～ 1500 K 의 온도에서 재결정 어닐링을 실시하였다.

단조, 열처리를 다시 반복하여, 이로써 평균 결정 입경이 80 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜, 직경 130 ㎜φ 의 재료를 얻었다.

다음으로, 이것을 냉간으로 압연 및 1173 K 의 온도에서 재결정 어닐링을 실시하고, 마무리 가공을 실시하여 두께 10 ㎜, 직경 450 ㎜φ 의 타깃재로 하였다.

도중 및 최후의 냉간 가공 그리고 재결정 어닐링은, 이하의 평균 결정 입경 및 결정 입경의 편차가 되도록 조절하였다. 또한, 이 평균 결정 입경과 편차는 산소의 첨가량에 의해 변화되기도 하지만, 본 실시예에서는 이것들을 조절할 수 있었다.

타깃의 평균 결정 입경은 50 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±12 ％ 였다. 또, 산소 함유량의 편차는 ±18 ％ 였다. 이 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다.

시트 저항은 막 두께에 의존하기 때문에, 웨이퍼 (12 인치) 내의 시트 저항의 분포를 측정하고, 그것에 의해 막 두께의 분포 상황을 조사하였다. 구체적으로는, 웨이퍼 상의 49 점의 시트 저항을 측정하고, 그 표준 편차 (σ) 를 산출하였다.

그 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다. 표 2 로부터 분명한 바와 같이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 것 (1.5 ～ 1.8 ％), 즉 막 두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과 60 kWh이고, 감소하였다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여, 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(실시예 4)

순도 99.998 ％ 의 탄탈에 산소 100 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해하고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 35 ㎜ 였다.

다음으로, 이 잉곳 또는 빌릿을 실온에서 단신한 후, 1500 K 의 온도에서 재결정 어닐링하였다. 이로써 평균 결정 입경이 200 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜, 직경 130 ㎜φ 의 재료를 얻을 수 있었다.

다음으로, 이것을 다시 실온에서 단신 및 업세팅 단조하고, 다시 1400 ～ 1500 K 온도에서 재결정 어닐링을 실시하였다.

단조, 열처리를 다시 반복하여, 이로써 평균 결정 입경이 70 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜, 직경 130 ㎜φ 의 재료를 얻었다.

다음으로, 이것을 냉간으로 압연 및 1173 K 의 온도에서 재결정 어닐링을 실시하고, 마무리 가공을 실시하여 두께 10 ㎜, 직경 450 ㎜φ 의 타깃재로 하였다.

도중 및 최후의 냉간 가공 그리고 재결정 어닐링은, 이하의 평균 결정 입경 및 결정 입경의 편차가 되도록 조절하였다. 또한, 이 평균 결정 입경과 편차는 산소의 첨가량에 의해 변화되기도 하지만, 본 실시예에서는 이것들을 조절할 수 있었다.

타깃의 평균 결정 입경은 30 ㎛ 이고, 결정 입경의 편차는 ±7 ％ 였다. 또, 산소 함유량의 편차는 ±16 ％ 였다. 이 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다.

시트 저항은 막 두께에 의존하기 때문에, 웨이퍼 (12 인치) 내의 시트 저항의 분포를 측정하고, 그것에 의해 막 두께의 분포 상황을 조사하였다. 구체적으로는, 웨이퍼 상의 49 점의 시트 저항을 측정하여, 그 표준 편차 (σ) 를 산출하였다.

그 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다. 표 2 로부터 분명한 바와 같이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 적은 것 (2.2 ～ 3.5 ％), 즉 막 두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과 90 kWh이고, 감소하였다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 막의 균일성 (유니포미티) 이 양호하여, 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

(비교예 1)

순도 99.995 ％ 의 탄탈에 산소 20 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해하고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 60 ㎜ 였다.

다음으로, 이 잉곳 또는 빌릿을 실온에서 단신한 후, 1500 K 의 온도에서 재결정 어닐링하였다. 이로써 평균 결정 입경이 200 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜, 직경 130 ㎜φ 의 재료를 얻을 수 있었다.

다음으로, 이것을 다시 실온에서 단신 및 업세팅 단조하고, 다시 1400 ～ 1500 K 온도에서 재결정 어닐링을 실시하였다.

단조, 열처리를 다시 반복하고, 이로써 평균 결정 입경이 100 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜, 직경 130 ㎜φ 의 재료를 얻었다.

다음으로, 이것을 냉간으로 압연 및 1173 K 의 온도에서 재결정 어닐링을 실시하고, 마무리 가공을 실시하여 두께 10 ㎜, 직경 450 ㎜φ 의 타깃재로 하였다.

도중 및 최후의 냉간 가공 그리고 재결정 어닐링을, 적당한 평균 결정 입경 및 결정 입경의 편차가 되도록 조절하였지만, 본 비교예에서는 결정 입경의 편차를 조절할 수 없으며, 타깃의 평균 결정 입경은 130 ㎛ 이고 결정 입경의 편차는 ±35 ％ 였다. 또, 산소 함유량의 편차는 ±15 ％ 였다. 이 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다.

시트 저항은 막 두께에 의존하기 때문에, 웨이퍼 (12 인치) 내의 시트 저항의 분포를 측정하고, 그것에 의해 막 두께의 분포 상황을 조사하였다. 구체적으로는, 웨이퍼 상의 49 점의 시트 저항을 측정하여, 그 표준 편차 (σ) 를 산출하였다.

그 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다. 표 2 로부터 분명한 바와 같이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 큰 것 (3.7 ～ 5.8 ％), 즉 막 두께 분포의 변동이 커지는 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과 180 kWh이고, 증가하였다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화시키지 못하고, 막의 균일성 (유니포미티) 도 불량하여, 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 없었다.

이상에 대해, 순도 99.999 ％ 의 탄탈에 산소 20 massppm 을 첨가했을 경우에 대해서도 동일한 시험을 해 보았지만, 이 비교예 1 과 동일한 경향이 보여졌다. 이것은, 탄탈의 순도에 관계없이 영향을 미치는 것이 분명하였다.

(비교예 2)

순도 99.999 ％ 의 탄탈에 산소 150 massppm 상당량을 첨가한 원료를 전자빔 용해하고, 이것을 주조하여 두께 200 ㎜, 직경 200 ㎜φ 의 잉곳으로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약 20 ㎜ 였다.

다음으로, 이 잉곳 또는 빌릿을 실온에서 단신한 후, 1500 K 의 온도에서 재결정 어닐링하였다. 이로써 평균 결정 입경이 190 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜, 직경 130 ㎜φ 의 재료를 얻을 수 있었다.

다음으로, 이것을 다시 실온에서 단신 및 업세팅 단조하고, 다시 1400 ～ 1500 K 의 온도에서 재결정 어닐링을 실시하였다.

단조, 열처리를 다시 반복하고, 이로써 평균 결정 입경이 60 ㎛ 인 조직을 갖는 두께 120 ㎜, 직경 130 ㎜φ 의 재료를 얻었다.

다음으로, 이것을 냉간으로 압연 및 1173 K 의 온도에서 재결정 어닐링을 실시하고, 마무리 가공을 실시하여 두께 10 ㎜, 직경 450 ㎜φ 의 타깃재로 하였다.

도중 및 최후의 냉간 가공 그리고 재결정 어닐링을, 적당한 평균 결정 입경 및 결정 입경의 편차가 되도록 조절하였지만, 본 비교예에서는 이들을 조절할 수 없으며, 타깃의 평균 결정 입경은 일단 15 ㎛ 였지만, 미재결정이 있기 때문에, 결정 입경의 편차는 ±50 ％ 로, 편차가 컸다. 또, 산소 함유량의 편차는 ±60 ％ 였다. 이 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다.

시트 저항은 막 두께에 의존하기 때문에, 웨이퍼 (12 인치) 내의 시트 저항의 분포를 측정하고, 그것에 의해 막 두께의 분포 상황을 조사하였다. 구체적으로는, 웨이퍼 상의 49 점의 시트 저항을 측정하여, 그 표준 편차 (σ) 를 산출하였다.

그 결과를 동일하게 표 2 에 나타낸다. 표 2 로부터 분명한 바와 같이, 본 실시예에 있어서는, 스퍼터 초기부터 후기에 걸쳐 시트 내 저항 분포의 변동이 큰 것 (4.8 ～ 7.2 ％), 즉 막 두께 분포의 변동이 커지는 것을 나타내고 있다.

또, 스퍼터링의 초기 안정화에 이를 때까지의 전력량을 측정한 결과 300 kWh 이고, 증가하였다. 이 결과도 표 2 에 나타낸다. 이와 같이 번인 시간을 단축화시키지 못하고, 막의 균일성 (유니포미티) 도 불량하여, 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 없었다.

이상에 대해, 순도 99.998 ％ 의 탄탈에 산소를, 100 massppm 를 초과하는 첨가량이 되고 나서 급속히 결정 입경의 조대화와 편차가 커지고, 나아가서는 산소 함유량의 편차도 현저해졌다. 이것은, 산소가 편석된 결과로 생각되며, 과잉된 산소 첨가는 바람직하지 않은 것을 알 수 있었다.

산업상 이용가능성

본 발명은, 탄탈 스퍼터링 타깃에 있어서, 30 massppm 이상, 100 massppm 이하의 산소를 필수 성분으로서 함유시키고, 산소 및 가스 성분을 제외한 순도를 99. 998 ％ 이상으로 함으로써, 균일하고 미세한 조직을 구비하고, 플라스마가 안정적이며, 막의 균일성 (유니포미티) 이 우수한 고순도 탄탈 스퍼터링 타깃을 제공할 수 있다는 우수한 효과를 갖는다. 또, 스퍼터링시의 플라스마 안정화는, 초기 단계에서도 안정화되므로, 번인 시간을 단축할 수 있다는 효과를 갖기 때문에, 일렉트로닉스 분야, 특히 복잡한 형상의 피막의 형성이나 회로의 형성 혹은 베리어막의 형성 등에 적합한 타깃으로서 유용하다.

Claims (6)

1. 30 massppm 이상, 100 massppm 이하의 산소를 필수 성분으로서 함유하고, 산소 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈 스퍼터링 타깃.
2. 40 massppm 이상, 100 massppm 이하의 산소를 필수 성분으로서 함유하고, 산소 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈 스퍼터링 타깃.
3. 산소를 40 massppm 이상, 70 massppm 이하를 필수 성분으로서 함유하고, 산소 및 가스 성분을 제외한 순도가 99.998 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈 스퍼터링 타깃.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   타깃 중의 산소 함유량의 편차가 ±20 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈 스퍼터링 타깃.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   평균 결정 입경이 120 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈 스퍼터링 타깃.
6. 제 5 항에 있어서,
   결정 입경의 편차가 ±20 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 탄탈 스퍼터링 타깃.