KR20180125952A - 탄탈륨 스퍼터링 타겟 - Google Patents

Abstract

고성능 스퍼터 시의 막 두께 균일성을 향상시키는데 기여하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟을 제공한다. 순도가 99.99질량% 이상, 스퍼터링면의 비커스 경도의 평균치가 85~110Hv이고, 또한 다음 (1)~(2) 중 양쪽 모두의 조건을 만족시키는 탄탈륨 스퍼터링 타겟.
(1) 스퍼터링면에 수직인 단면을 EBSP 측정했을 때, 국소 각도 방위차(KAM 값)의 평균치가 0.2˚~2.8˚이다.
(2) 스퍼터링면에 수직인 단면을 EBSP 측정했을 때, 스퍼터링면의 법선 방향에 대한 방위차가 15˚ 이내에서 배향한 {100}면의 배향 면적율의 평균치가 20% 이상이다.

Description

탄탈륨 스퍼터링 타겟

본 발명은 탄탈륨 스퍼터링 타겟에 관한 것이다.

전자 공학 분야, 내식성 재료나 장식 분야, 촉매 분야, 절삭·연마재나 내마모성 재료의 제작 등, 많은 분야에 금속이나 세라믹 재료 등의 피막을 형성하는 스퍼터링법이 사용되고 있다. 스퍼터링법 자체는 상기 분야에서 잘 알려진 방법이지만, 최근에는, 특히 전자 공학 분야에서, 복잡한 형상의 피막 형성이나 회로 형성, 특히 반도체 집적회로의 배선을 피복하는 배리어 시드층 형성에 적합한 탄탈륨 스퍼터링 타겟이 요구되고 있다.

최근, 스퍼터링의 성막 속도를 올리기 위해서 마그네트론 스퍼터링 장치를 이용한 고성능 스퍼터가 실시되고 있다. 한편, 고성능 스퍼터로는, 타겟으로부터 방출되는 물질의 방향 제어가 곤란하고, 계속해서 미세화되고 있는 반도체 집적회로의 배선에 있어서, 웨이퍼면 위에 스퍼터 물질을 균질적으로 성막하는 것이 곤란하며, 특히, 종횡비가 큰 배선구멍에 매립하는 경우, 그 문제가 현저하였다. Cu 배선의 배리어 시드층 재료로 사용되는 탄탈륨 스퍼터링 타겟에서도 그 요구가 엄격해지고 있고, 종횡비가 크면서 가는 배선 구멍에 신뢰성이 높은 막을 형성하기 위해서는, 스퍼터링 비율을 제어하여 안정된 극박막을 형성할 수 있을 필요가 있다. 특히, 탄탈륨 스퍼터링 타겟에서는, 스퍼터링 했을 때에 높은 막 두께 균일성을 얻을 수 있을 것이 요구되고 있다.

지금까지 제안된 탄탈륨 스퍼터링 타겟의 특성을 개선하는 방책을 이하에 예시한다.

· (222) 배향이 우선적인 결정 조직을, 탄탈륨 타겟의 중심면을 향해서, 타겟의 30% 위치 혹은 두께의 20% 위치 또는 두께의 10% 위치로부터 마련하고, 타겟의 중심부에서 원반 모양(볼록렌즈 모양)으로 형성한다(특허문헌 1)

· {110}면의 X선 회절 강도비를 0.4 이하로 제어한다(특허문헌 2)

· 결정립의 미세화 및 균일화(특허문헌 3, 4)

· 원자 밀도가 높은 {110}, {200}, {211} 3면의 스퍼터면에의 면적율 총합의 타겟면 내의 편차를 ±20% 이내로 한다(특허문헌 3)

· 용해 주조한 탄탈륨 잉곳 또는 빌릿(billet)을 단조, 소둔, 압연 등의 소성가공으로 제조하여, 탄탈륨 타겟의 조직이 재결정 되지 않은 조직을 가지는 것(특허문헌 5)

· 결정 방위를 랜덤으로 하고, (100), (111), (110)의 어느 배향을 가지는 결정도 그 면적율이 0.5를 넘지 않도록 하는 것(특허문헌 6)

· 집합 조직의 미세화(특허문헌 7, 9)

· 잉곳 유래의 예비 성형체를 스퍼터 타겟의 형상 및 사이즈에 회전축 방향 단조 하는 공정을 실시할 것(특허문헌 8)

· 스퍼터되는 면의 X선 회절에 의해 구해진 결정면의 (110)/{(110)＋(200)＋(211)＋(220)＋(310)}의 강도비의, 스퍼터 표면 부분의 장소에 따른 편차를 20% 이내로 억제할 것(특허문헌 10)

· 스퍼터 되는 면의 평균 결정 입경을 300㎛ 이하로 하고, 또한 평균 결정 입경의 스퍼터 표면 장소에 따른 편차를 20% 이내로 제어할 것(특허문헌 10)

· 타겟 조직의 결정립 내에서의 버블 발생 억제(특허문헌 11)

· 고순도화(특허문헌 9, 12)

· 미세한 알갱이 구조 및/또는 균일한 집합 조직의 형성(특허문헌 9, 12)

· 비커스 경도의 제어(특허문헌 5, 13)

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2004-107758호 특허문헌 2: 국제 공개 2006/117949호 특허문헌 3: 일본 공개특허공보 평11-80942호 특허문헌 4: 일본 공개특허공보 2004-162117호 특허문헌 5: 국제 공개 2004/090193호 특허문헌 6: 국제 공개 2005/045090호 특허문헌 7: 일본 공표특허공보 2008-532765호 특허문헌 8: 일본 공표특허공보 2007-536431호 특허문헌 9: 일본 공표특허공보 2002-530534호 특허문헌 10: 일본 공개특허공보 2002-363736호 특허문헌 11: 일본 공개특허공보 2001-295035호 특허문헌 12: 일본 특허공보 제5076137호 특허문헌 13: 일본 특허공보 제3898043호

이와 같이, 탄탈륨 스퍼터링 타겟의 특성을 개선하기 위해 여러 가지가 제안되었지만, 반도체 집적회로의 미세화에 수반하여, 막 두께 균일성에 대한 요구 수준도 계속 높아지고 있다. 특히, 고성능 스퍼터를 높은 막 두께 균일성으로 실시할 수 있게 되는 것은 최첨단 미세 배선 패턴을 높은 생산 효율로 제조하는데 유리할 것이다. 여기서, 본 발명은 고성능 스퍼터 시의 막 두께 균일성을 향상시키는데 기여하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟을 제공하는 것을 과제의 하나로 한다.

본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해서 열심히 연구를 거듭한 바, 종래의 탄탈륨 스퍼터링 타겟에서는 고성능 스퍼터에서의 성막 속도가 너무 높아서, 최첨단 미세 Cu 배선 패턴에 대응하는 배리어 시드층을 형성할 때의 막 두께 균일성을 충분히 얻을 수 없다는 것을 발견했다. 이 때문에, 본 발명자는 성막 속도를 억제한다는 점에 착목하여 고성능 스퍼터를 실시할 때의 막 두께 균일성을 높이는데 효과적인 탄탈륨 스퍼터링 타겟의 특성에 대해서 검토하고, 시행착오 결과, 변형량 및 결정 방위를 제어함으로써 고성능 스퍼터 시의 성막 속도가 적당히 억제되어 막 두께 균일성이 향상된다는 것을 발견했다.

본 발명은 상기 지견에 근거하여 완성한 것으로써, 일 측면에서 순도가 99.99질량% 이상, 스퍼터링면의 비커스 경도 평균치가 85~110Hv이며, 또한 다음 (1)~(2) 중 양쪽 모두의 조건을 만족시키는 탄탈륨 스퍼터링 타겟이다.

(1) 스퍼터링면에 수직인 단면을 EBSP 측정했을 때, 국소 각도 방위차(KAM 값)의 평균치가 0.2˚~2.8˚이다.

(2) 스퍼터링면에 수직인 단면을 EBSP 측정했을 때, 스퍼터링면의 법선 방향에 대한 방위차가 15˚ 이내에서 배향한 {100}면의 배향 면적율의 평균치가 20% 이상이다.

본 발명과 관련되는 탄탈륨 스퍼터링 타겟의 일 실시형태에서는 스퍼터링면에 수직인 단면에서 관찰한 결정립의 종횡비 평균치가 2.0 이상이다.

본 발명과 관련되는 탄탈륨 스퍼터링 타겟의 다른 일 실시형태에서는, 상기 국소 각도 방위차(KAM 값)의 평균치가 1.0˚~2.5˚이다.

본 발명과 관련되는 탄탈륨 스퍼터링 타겟의 또한 다른 일 실시형태에서는, 스퍼터링면에 수직인 단면을 EBSP 측정했을 때, 스퍼터링면의 법선 방향에 대한 방위차가 15˚ 이내에서 배향한 {100}면의 배향 면적율의 평균치가 30% 이상이다.

본 발명은 다른 일 측면에 있어서, 본 발명과 관련되는 탄탈륨 스퍼터링 타겟을 스퍼터 하는 것을 포함하는 성막 방법이다.

본 발명과 관련되는 탄탈륨 스퍼터링 타겟을 이용하여 고성능 스퍼터 시의 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명과 관련되는 탄탈륨 스퍼터링 타겟은 미세 Cu 배선 패턴에 대응하는 배리어 시드층을 형성하는 용도에 특히 유리하다.

도 1은 {100}면의 배향 면적율을 측정하기 위한 스퍼터링 타겟의 조직의 관찰 장소를 나타내는 도면이다.
도 2는 웨이퍼 상에 형성한 막의 시트 저항의 측정 개소를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.

(1) 순도

탄탈륨 스퍼터링 타겟 중의 불순물은 반도체 집적회로에서 디바이스 특성을 열화 시키는 원인이 되기 때문에, 가능한 한 고순도인 것이 바람직하다. 그래서 본 발명과 관련되는 탄탈륨 스퍼터링 타겟은 순도가 99.99질량% 이상(4N 이상)인 것이 바람직하고, 99.995질량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 예시적으로는 본 발명과 관련되는 탄탈륨 스퍼터링 타겟의 순도는 99.99질량%~99.9999질량%로 할 수 있다. 본 발명에 있어서, 순도가 99.99질량% 이상이란, 글로우방전 질량분석법(GDMS)으로 조성 분석했을 때의, Na, Al, Si, K, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr의 합계치가 100질량ppm 이하인 것을 의미한다.

(2) 비커스 경도(Hv)

후술하는 KAM 값 및 {100}면의 배향 면적율을 제어하면서 탄탈륨 스퍼터링 타겟의 비커스 경도을 소정의 범위로 제어함으로써 막 두께의 균일성을 향상시킬 수 있다. 비커스 경도만을 제어해도 막 두께의 균일성을 향상시키는 효과는 거의 볼 수 없다. KAM 값 및 {100}면의 배향 면적율을 적절하게 제어하고 조합함으로써 막 두께의 균일성이 의미 있게 향상된다.

구체적으로는, 탄탈륨 스퍼터링 타겟의 스퍼터링면의 비커스 경도의 평균치는 85Hv 이상인 것이 바람직하고, 90Hv 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 탄탈륨 스퍼터링 타겟의 스퍼터링면의 비커스 경도의 평균치는 110Hv 이하인 것이 바람직하고, 105Hv 이하인 것이 보다 바람직하다. 이론에 의해서 본 발명이 한정되는 것을 의도하지 않지만, 탄탈륨 스퍼터링 타겟의 스퍼터링면의 비커스 경도의 평균치가 상기 범위로서 타겟 내부에는 적당한 변형이 잔존하며, 이것이 고성능 스퍼터 시의 성막 속도를 억제하는 것으로 생각된다.

본 발명에 있어서, 탄탈륨 스퍼터링 타겟의 스퍼터링면(즉, 스퍼터되는 주표면)의 비커스 경도는 JIS Z2244: 2009에 준거해서 측정할 수 있다. 비커스 경도의 평균치를 구할 때는, 스퍼터링면의 중심부로부터 주연부까지 측정 개소에 치우침이 없도록 유의하면서 5개소 이상 측정하는 것으로 한다.

(3) 국소 각도 방위차(KAM 값)

KAM(Kerner Average Misorientation) 값은, 결정립 내에서의 인접 측정점간 방위차를 나타내고, EBSP(Electron Back Scattering Pattern) 측정에서의 결정 방위 해석에 의해서, EBSP 장치에 부속되어 있는 해석 소프트를 이용함에 따라 결정립 내의 방위차를 측정하여 산출할 수 있다. 본 발명자의 검토 결과에 따르면, KAM 값은 어느 정도까지는 커질수록 막 두께의 균일성에 기여하지만, 어떤 부분부터 급격하게 막 두께의 균일성이 악화된다.

구체적으로는, KAM 값의 평균치를 0.2˚~2.8˚로 제어함으로써, 막 두께의 균일성이 의미있게 향상된다. KAM 값의 평균치는 바람직하게는 0.5˚ 이상이고, 보다 바람직하게는 1.0˚ 이상이며, 보다 바람직하게는 1.5˚ 이상이다. 또한, KAM 값의 평균치는 바람직하게는 2.5˚ 이하이다. 이론에 의해서 본 발명이 한정되는 것을 의도하지는 않지만, KAM 값을 제어함으로써 막 두께의 균일성이 향상하는 이유는, 스퍼터링 시에 타겟에 충돌하는 Ar 이온의 침입 깊이가 작아져 스퍼터링 비율이 낮아지기 때문이라고 추측된다.

본 발명에 있어서, 탄탈륨 스퍼터링 타겟의 KAM 값은 이하의 측정 조건으로 구할 수 있다. 측정 개소가 치우치지 않도록 유의하면서 5개소 이상의 관찰 시야에 대해서 KAM 값을 측정하고, 그 평균치를 측정치로 한다.

(a) SEM 조건

· 빔 조건: 가속 전압 15 kV, 조사 전류량 60μA

· 작동거리: 20㎜

· 관찰면: 스퍼터링면에 수직인 단면(두께 방향에 평행한 단면)

· 하나의 관찰 시야의 크기:

스퍼터링면에 평행한 방향(폭 방향)의 길이=2㎜

스퍼터링면에 수직인 방향(두께 방향)의 길이=전체 두께

· 관찰면의 사전 처리: 연마지(＃2000 상당)로 연마하고, 연마액을 추가로 사용해서 버프 연마하여 거울면으로 마무리하며, 얻어진 연마면에 대해서 플루오르화 수소, 질산, 염산의 혼합액의 처리 조건으로 조직을 현출

(b) EBSP 조건

· 측정 프로그램: OIM Data Collection

· 데이터 해석 프로그램: OIM Analysis

· 스텝 폭: 20㎛

· 0~5˚의 방위차를 측정(방위차가 5˚ 이상인 경우는 모두 5˚로 취급한다. )

(4) {100}면의 배향 면적율

막 두께 균일성을 높이는 데는, 탄탈륨 스퍼터링 타겟의 스퍼터링면에 수직인 단면을 관찰했을 때, 스퍼터링면의 법선 방향에 {100}면이 배향하는 결정립 비율이 큰 것도 중요하다. 구체적으로는, 스퍼터링면에 수직인 단면을 EBSP 측정했을 때, 스퍼터링면의 법선 방향에 대한 방위차가 15˚ 이내에서 배향한 {100}면의 배향 면적율의 평균치가 20% 이상인 것이 바람직하고, 25% 이상인 것이 보다 바람직하며, 30% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이론에 의해서 본 발명이 한정되는 것을 의도하지 않지만, {100}면의 배향 면적율을 제어함으로써 막 두께 균일성이 향상하는 이유는 이하와 같이 추측된다. 체심입방구조를 가지는 탄탈륨은 원자의 밀집 방향은 ＜111＞이고, 스퍼터면과 이 밀집 방향의 관계가 성막 속도를 제어하는 데에 중요하다. 압연면 법선 방향(ND)에 대해서 {100}면이 배향하는 경우, 스퍼터면의 법선 방향에 대한 밀집 방향의 각도가 커(넓은 각도)지기 때문에, 웨이퍼면 내에서 부분적으로 막이 두꺼워지는 개소가 감소하고, 막 두께 균일성이 양호한 박막을 형성할 수 있다. 다만, 본 발명자의 검토 결과에 의하면, {100}면의 배향 면적율이 커질수록 막 두께의 균일성에 기여하지만, 40% 부근을 넘으면 결정립이 찌그러져서 형태를 유지할 수 없게 되고, 급격하게 막 두께 균일성이 악화된다. 이 때문에, {100}면의 배향 면적율은 40% 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 탄탈륨 스퍼터링 타겟의 {100}면의 배향 면적율은 이하의 측정 조건에 따라서 구할 수 있다. 측정 개소가 치우치지 않도록 유의하면서 5개소 이상의 관찰 시야에 대해서 {100}면의 배향 면적율을 측정하고, 그 평균치를 측정치로 한다.

(a) SEM 조건

· 빔 조건: 가속 전압 15kV, 조사 전류량 60μA

· 작동거리: 20㎜

· 관찰면: 스퍼터링면에 수직인 단면(두께 방향에 평행한 단면)

· 하나의 관찰 시야의 크기:

스퍼터링면에 평행한 방향(폭 방향)의 길이=2㎜

스퍼터링면에 수직인 방향(두께 방향)의 길이=전체 두께

· 관찰면의 사전 처리: 연마지(＃2000 상당)로 연마하고, 연마액을 추가로 사용해서 버프 연마하여 거울면으로 마무리하며, 얻어진 연마면에 대해서 플루오르화 수소, 질산, 염산의 혼합액의 처리 조건으로 조직을 현출

(b) EBSP 조건

· 측정 프로그램: OIM Data Collection

· 데이터 해석 프로그램: OIM Analysis

· 스텝 폭: 20㎛

(5) 종횡비

막 두께 균일성을 높이는 데는, 스퍼터링면에 수직인 단면에서 관찰한 결정립의 종횡비의 평균치가 2.0 이상인 것이 바람직하다. 여기서, 결정립의 종횡비라는 것은 각 결정립에 대해 판 두께 방향(스퍼터링면에 수직인 방향)의 결정립의 길이에 대한 면내 방향(스퍼터링면에 평행한 방향)의 결정립의 길이의 비를 가리킨다. 각 결정립의 판 두께 방향의 길이는, 단면 관찰시의 각 결정립에서의 판 두께 방향 길이의 최대치로 정의된다. 또한, 각 결정립의 면내 방향의 길이는, 단면 관찰시의 각 결정립에서의 면내 방향 길이의 최대치로 정의된다. 따라서, 결정립의 종횡비가 2.0 이상이라는 것은 결정립이 두께 방향(스퍼터링면의 법선 방향)으로 찌그러진 형상을 가지고 있고, 결정립에 비교적 큰 변형이 생성되는 것을 나타낸다. 이론에 의해서 본 발명이 한정되는 것을 의도하지 않지만, 이 변형이 고성능 스퍼터 시의 성막 속도 억제에 기여하는 것이라고 생각한다.

결정립의 종횡비의 평균치는 바람직하게는 2.0 이상이고, 보다 바람직하게는 2.5 이상이며, 더욱 바람직하게는 2.8 이상이다. 다만, 결정립의 종횡비의 평균치는, 너무 커지면 막 두께 균일성이 저하하는 점에서, 바람직하게는 3.5 이하이고, 보다 바람직하게는 3.2 이하이다.

본 발명에 있어서, 결정립의 종횡비는 이하의 순서로 측정한다. 측정 개소가 치우치지 않도록 유의하면서 20개 이상의 결정립의 종횡비를 측정하고, 그 평균치를 측정치로 한다. 단면 관찰은, 거울면을 마무리한 후에 광학 현미경으로 100배 배율로 실시한다.

(6) 제조 방법

본 발명과 관련되는 탄탈륨 스퍼터링 타겟은, 예시적으로는 이하의 순서로 제조할 수 있다. 우선, 고순도 탄탈륨 원료, 예를 들면 순도가 99.99질량% 이상(4N 이상)의 탄탈륨 원료를 준비하고, 이것을 용해 주조하여 잉곳을 제작한다. 그 후, 이 잉곳을 냉간에서 리베팅, 단조하여 빌릿으로 하고, 이것을 적당한 크기로 절단한 후, 열처리(바람직하게는 750~1300℃) 한다. 또한, 1차 냉간 단조 및 1차 열처리(바람직하게는 750~1300℃)를 순서대로 실시하고, 또한 2차 냉간 단조 후, 2분할 해서, 2차 열처리(바람직하게는 950~1100℃)를 실시한다. 본 발명은 상기 공정에 제한되는 것은 아니고, 단조 조직을 조정하기 위해서, 단조 횟수나 열처리 온도는 적당히 선택하여 실시할 수 있다.

다음으로, 1) 한 방향으로 2회 이상 연속해서 압연하고, 2) 90도 회전시키며, 또한 2회 이상 연속해서 냉간 압연하여, 이것을 1)→2)→1)→2)→···와 같이 2세트 이상 반복한 후, 소정의 판 두께로 한다. 본 발명에 있어서는, 1) 및 2)를 1세트 실시하는 것을 1세트 크로스 압연이라고 부르기로 한다. 상기 냉간 압연은 1패스당 압하율 12% 이하로 조직 배향을 제어하고, 총 압하율이 85% 이상이 되도록 조정한다. 이 중간 단계에서의 냉간 압연의 1패스의 횟수가 배향을 제어하는 데에 크게 기여하여, 패스 횟수가 많은 것이 {100}면의 배향 면적율을 크게 할 수가 있다.

다음으로, 이 압연재에 대해서 재결정화를 목적으로 열처리, 바람직하게는 750~1000℃에서 1시간 이상 열처리를 실시하고, 마지막에 냉간 압연을 실시한다. 이 최종 냉간 압연은 적당한 변형을 도입하기 위해서, 1패스당 3% 이하의 압하율로 2세트 이상 크로스 압연을 실시하는 조건으로 실시하는 것이 바람직하고, 1패스당 3% 이하의 압하율로 4세트 이상 크로스 압연을 실시하는 조건으로 실시하는 것이 보다 바람직하며, 1패스당 3% 이하의 압하율로 6세트 이상 크로스 압연을 실시하는 조건으로 실시하는 것이 더욱 바람직하다. 최종 냉간 압연에서의 1패스당 압하율을 낮게 설정해서 패스 횟수를 많게 하는 것은, {100}면의 배향 면적율을 크게 하는데 유리하고, 또한 변형을 균일하게 도입할 수 있다고 하는 이점도 얻을 수 있다. 최종 냉간 압연에 의해서 비커스 경도를 상승시킬 수 있는 동시에 결정립 종횡비를 크게 할 수 있다. 또한, KAM 값은 최종 압연의 압연율을 높게 하여 크게 할 수 있다. 이에 따라서, 단조 조직의 파괴와 압연에 의해, 효과적으로 균일하고 미세한 조직으로 할 수 있다.

그 후, 이것을 원하는 형상(원반 모양, 직사각형 모양, 다각형 모양, 원통형 등)으로 기계 가공하여 스퍼터링 타겟으로 한다. 압연에 의해 제조했을 경우, 압연면이 스퍼터링면이 되는 것이 보통이다. 압연 가공이나 열처리에 의해서 형성되는 스퍼터링 타겟 중의 결정 집합 조직에 대해서, EBSP법에 따라서 어느 면이 우선적으로 배향하는지 파악하여, 그 결과를 압연 가공이나 열처리 조건으로 피드백 함으로써, 원하는 조직 배향을 얻을 수 있다. 스퍼터링 타겟은 단독으로 사용해도 좋고, 적당히 배킹 플레이트에 접합해서 사용할 수 있다.

[ 실시예 ]

이하, 본 발명 및 그 이점을 쉽게 이해하도록 하기 위한 실시예를 제시하지만, 본 발명은 실시예로 한정되어야 할 것은 아니다.

(예 1)

순도 99.997질량%의 탄탈륨 원료를 전자빔 용해하고, 주조해서 길이 1000㎜, 직경 195㎜ø의 잉곳을 제작했다. 다음으로, 이 잉곳을 냉간에서 리베팅, 단조하고, 직경 150㎜ø로 한 후에 필요한 길이로 절단하여 빌릿를 얻었다. 다음으로, 1250℃의 온도로 열처리하고, 다시 냉간에서 1차 단조하여 1000℃에서 열처리하며, 그 다음 냉간에서 2차 단조를 실시하고, 2분할하여 다시 1000℃에서 열처리하였다.

다음으로, 단조 빌릿를 냉간에서 크로스 압연했다. 크로스 압연은, 1패스당 압하율 12% 미만의 크로스 압연을 합계 10세트 반복하고, 그 후 압하율 10% 미만의 압연 패스로 냉간 압연했다. 냉간 압연 후의 압연재를 800℃에서 열처리 했다. 그 다음, 얻어진 두께 10㎜, 500㎜ø의 타겟 소재에 대해서 마무리 기계 가공을 실시하여, 두께 6.35㎜, 450㎜ø의 원반상 탄탈륨 스퍼터링 타겟을 제작했다. 스퍼터링 타겟은 각종 특성 시험에 제공하기 위해서 각각 복수 준비했다.

(예 2~7)

800℃에서의 열처리와 마무리 기계 가공 동안, 추가로 표 1에 기재된 전체 압하율 및 1패스당 압하율의 조건으로 최종 냉간 압연을 실시한 것 외에는 예 1과 동일한 제조 순서로 두께 6.35㎜, 450㎜ø의 원반상 탄탈륨 스퍼터링 타겟을 제작했다. 또한, 최종 냉간 압연시의 최종 패스는 끝수를 조정했기 때문에, 표 1에 기재한 1패스 조건보다 작아진다.

(순도)

상술한 제조 공정에 의해서 얻어진 각 시험예의 탄탈륨 스퍼터링 타겟에 대해서, 샘플링하여 글로우방전 질량분석법(GDMS)으로 조성을 분석한 바, 어느 쪽의 시험예와 관련되는 탄탈륨 스퍼터링 타겟에서도 99.995질량% 이상의 순도를 유지하고 있었다.

(비커스 경도의 평균치)

상술한 제조 공정으로 얻어진 각 시험예의 탄탈륨 스퍼터링 타겟에 대해서, 스퍼터링면의 비커스 경도를 JIS Z2244:2009에 준거하여, MATSUZAWA사제 형식 MMT-X7를 이용해서 200kg 하중의 측정 조건으로 구했다. 비커스 경도의 측정은 각 타겟에 대해서 스퍼터링면의 중심부로부터 주연부까지 지름 방향에 등간격으로 5개소씩 실시하여, 그 평균치를 측정치로 했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

(KAM 값의 평균치)

상술한 제조 공정에 의해 얻어진 각 시험예의 탄탈륨 스퍼터링 타겟에 대해서, 스퍼터링면에 수직인 방향으로 절단하고, 그 단면을 연마지(＃2000 상당)로 연마하며, 추가로 연마액(주식회사 후지미 인코포레이티드제, POLIPLA ＃700)(이하, 「폴리플라액」이라고 한다)을 사용하여 버프 연마하고 거울면에 마무리해서, 얻어진 연마면에 대해서 플루오르화 수소, 질산, 염산의 혼합액으로 처리하고, 스퍼터링면에 수직인 단면 조직을 현출시켰다. 다음으로, 스퍼터링면에 수직인 단면(폭 방향: 2㎜, 두께 방향: 전체 두께)을 EBSP 장치(JSM-7001 FTTLS형 전계 방출 전자현미경/결정 방위 해석 장치　OIM6.0-CCD/BS)를 이용해서, 상술한 측정 조건으로 관찰하여, 국소 각도 방위차(KAM 값)를 구했다. 각 타겟에 대해서 도 1에 나타내는 5개소 단면에 대해서 KAM 값을 측정하여, 그 평균치를 구했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

({100}면의 배향 면적율의 평균치)

상술한 제조 공정에 의해서 얻어진 각 시험예의 탄탈륨 스퍼터링 타겟에 대해서, 스퍼터링면에 수직인 방향으로 절단하여, 그 단면을 연마지(＃2000 상당)로 연마하고, 추가로 폴리플라액을 사용해서 버프 연마하여 거울면으로 마무리해서 얻어진 연마면에 대해 플루오르화 수소, 질산, 염산의 혼합액으로 처리하여, 스퍼터링면에 수직인 단면의 조직을 현출시켰다. 다음으로, 스퍼터링면에 수직인 단면(폭 방향: 2㎜, 두께 방향: 전체 두께)을 EBSP 장치(JSM-7001 FTTLS형 전계 방출 전자현미경/결정 방위 해석 장치 OIM6.0-CCD/BS)를 이용하여 상술한 측정 조건으로 관찰하고, 스퍼터링면의 법선 방향에 대한 방위차가 15˚ 이내로 배향한 {100}면의 배향 면적율을 구했다. 각 타겟에 대해서 도 1에 나타내는 5개소 단면에 대해서 {100}면의 배향 면적율을 측정하고, 그 평균치를 구했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

(결정립 종횡비의 평균치)

상술한 제조 공정에 의해서 얻어진 각 시험예의 탄탈륨 스퍼터링 타겟에 대해서, 스퍼터링면에 수직인 방향으로 절단하여, 그 단면을 연마지(＃2000 상당)로 연마하고, 추가로 폴리플라액을 사용해서 버프 연마하여 거울면으로 마무리해서 얻어진 연마면에 대해 플루오르화 수소, 질산, 염산의 혼합액으로 처리하여, 스퍼터링면에 수직인 단면의 조직을 현출시켰다. 다음으로, 스퍼터링면에 수직인 단면을 광학 현미경 장치(Nikon사 제조 형식　ECLIPSE　MA200)에 의해서 상술한 측정 조건으로 관찰하고, 20개 결정립의 종횡비를 측정하여, 그 평균치를 구했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

(스퍼터 시험)

다음으로, 각 시험예와 관련되는 스퍼터링 타겟을 사용해서 스퍼터링을 실시하고, 얻어진 스퍼터막의 막 두께 균일성을 평가했다. 막 두께 균일성은, 각 타겟 라이프별(각 웨이퍼마다) 막 두께 변동율(표준 편차/평균치×100)의 「평균치」를 이용하여 평가했다. 타겟 라이프는 스퍼터링시의 전력과 총 스퍼터링 시간과의 누적으로 나타낼 수 있다. 예를 들면, 15kW의 전력에서 100시간 스퍼터링 했을 경우의 타겟 라이프는 1500kWh이다.

구체적인 평가로는, 우선, 각 스퍼터링 타겟에 대해서 타겟 라이프가 300kWh(전력 300kW로 1시간)의 스퍼터링을 Applied　Materials사 제조 마그네트론 스퍼터 장치(Endura)를 이용하여 7회씩 실시하고, 합계 7매의 원반 모양 열산화막 부착 Si 웨이퍼에 성막했다. 그리고 도 2에 나타내는 각 웨이퍼면 내의 49개소에서의 시트 저항을 KLA사 제조 Omni-map RS-100 장치로 측정하고, 그 값을 막 두께로 환산해서(탄탈륨의 저항율을 180μΩcm로 한다), 막 두께의 표준 편차와 평균치를 구했다. 그리고 웨이퍼 각각에 대해서 면 내의 막 두께 변동율(%)=표준 편차/평균치×100을 산출하고, 이 웨이퍼별로 산출한 「막 두께 변동율」의 평균치를 막 두께 균일성으로 했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

[표 1]

(고찰)

시험 번호 1~3의 탄탈륨 스퍼터링 타겟에 대비하여, 시험 번호 4~7의 탄탈륨 스퍼터링 타겟은 막 두께 균일성이 향상되었다는 것을 알 수 있다. 이것은, 시험 번호 4~7에서는, 비커스 경도, KAM 값 및 {100}면의 배향 면적율의 모든 것이 적절한 값으로 제어된 것에 따른 것이다. 시험 번호 4~7 중에서도, 결정립 종횡비를 호적화한 시험 번호 6 및 7은 특히 막 두께 균일성이 우수했다.

Claims (5)

1. 순도가 99.99질량% 이상, 스퍼터링면의 비커스 경도 평균치가 85~110Hv이며, 또한 다음 (1)~(2) 중 양쪽 모두의 조건을 만족시키는, 탄탈륨 스퍼터링 타겟.
   (1) 스퍼터링면에 수직인 단면을 EBSP 측정했을 때, 국소 각도 방위차(KAM 값)의 평균치가 0.2˚~2.8˚이다.
   (2) 스퍼터링면에 수직인 단면을 EBSP 측정했을 때, 스퍼터링면의 법선 방향에 대한 방위차가 15˚ 이내에서 배향한 {100}면의 배향 면적율의 평균치가 20% 이상이다.
2. 제1항에 있어서,
   스퍼터링면에 수직인 단면에서 관찰한 결정립의 종횡비 평균치가 2.0 이상인 탄탈륨 스퍼터링 타겟.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   국소 각도 방위차(KAM 값)의 평균치가 1.0˚~2.5˚인 탄탈륨 스퍼터링 타겟.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   스퍼터링면에 수직인 단면을 EBSP 측정했을 때, 스퍼터링면의 법선 방향에 대한 방위차가 15˚ 이내에서 배향한 {100}면의 배향 면적율의 평균치가 30% 이상인 탄탈륨 스퍼터링 타겟.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 탄탈륨 스퍼터링 타겟을 스퍼터하는 것을 포함하는 성막 방법.

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