KR20210139211A - 산화텅스텐 스퍼터링 타깃 - Google Patents

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고 야마구치
겐스케 이오
시오리 가와무라
게이타 우메모토
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미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
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Abstract

스퍼터면 및 상기 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 X 선 회절 분석에 의해, W18O49 의 피크가 확인됨과 함께, 상기 스퍼터면에 있어서의 W18O49 의 (103) 면의 회절 강도 IS(103) 과 (010) 면의 회절 강도 IS(010) 의 비 IS(103)/IS(010) 이 0.57 이상이 되고, 상기 단면에 있어서의 W18O49 의 (103) 면의 회절 강도 IC(103) 과 (010) 면의 회절 강도 IC(010) 의 비 IC(103)/IC(010) 이 0.38 이하가 되어 있고, 스퍼터면에 평행한 면에 있어서의 상기 W18O49 상의 면적률이 37 % 이상이 되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

산화텅스텐 스퍼터링 타깃
본 발명은, 산화텅스텐막을 성막할 때에 사용되는 산화텅스텐 스퍼터링 타깃에 관한 것이다.
본원은, 2019년 3월 15일에 일본에 출원된 특원 2019-048885호, 및 2020년 3월 6일에 일본에 출원된 특원 2020-039257호에 대하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
상기 서술한 산화텅스텐막은, 일렉트로 크로믹 표시 소자나 차광 부재 등의 각종 분야에 있어서 사용되고 있다. 또한, 특허문헌 1 에는, 유기 EL 소자의 양전극으로서 산화텅스텐막 (WOX 막) 을 사용하는 것이 개시되어 있다.
상기 서술한 산화텅스텐막은, 특허문헌 1 에 기재되어 있는 바와 같이, 스퍼터링 타깃을 사용한 스퍼터법에 의해 성막되어 있다.
산화텅스텐막을 성막하는 스퍼터링 타깃으로는, 예를 들어, 특허문헌 2, 3 에 나타내는 바와 같이, 산화텅스텐 분말을 소결한 소결체로 이루어지는 산화텅스텐 스퍼터링 타깃이 제공되고 있다.
특허문헌 2 에 있어서는, 소결체의 밀도를 향상시키기 위해서, 망간 혹은 망간 화합물을 소결 보조제로서 첨가한 산화텅스텐 스퍼터링 타깃이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 3 에 있어서는, DC 스퍼터를 가능하게 하기 위해서, WO2 와, W18O49 및 WO3 의 적어도 일방을 포함하는 산화텅스텐 분말을 사용하여 진공 중에서 소결하고, WO2 상과 W18O49 상의 2 상 이상으로 이루어지는 조직을 가진 소결체로 이루어지는 산화텅스텐 스퍼터링 타깃이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 평11-067459호 일본 공개특허공보 평10-259054호 일본 공개특허공보 2013-076163호
최근에는, 산화텅스텐막을 효율적으로 성막하기 위해서, 산화텅스텐 스퍼터링 타깃에 대하여, 종래보다 높은 전력을 부하하여 스퍼터 성막을 실시하는 경우가 있다.
소결체로 이루어지는 산화텅스텐 스퍼터링 타깃에 있어서는, 고전력 조건에서 스퍼터를 실시했을 때에, 스퍼터면에 균열이 발생할 우려가 있었다. 또한, 스퍼터의 초기 단계에서는 균열이 발생하지 않는 경우에도, 스퍼터가 진행되어 이로전부의 깊이가 깊어지면, 고전력을 부하했을 때에 균열이 발생하기 쉬운 경향이 있다.
이 발명은, 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 고전력 조건에서 스퍼터를 실시했을 경우에도, 균열의 발생을 억제할 수 있고, 장기간 안정적으로 스퍼터 성막을 실시하는 것이 가능한 산화텅스텐 스퍼터링 타깃을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 이하와 같은 지견을 얻었다.
스퍼터면에 있어서의 결정 배향 및 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 결정 배향을 소정 범위 내로 함으로써, 고전력을 부하했을 경우에도, 균열의 발생을 억제할 수 있음과 함께, 스퍼터가 진행된 상태에서도 균열의 발생을 억제하는 것이 가능해진다. 이것은, 스퍼터면에 있어서의 결정 배향 및 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 결정 배향을 소정 범위 내로 함으로써, 스퍼터면의 굳기가 향상되는 것이 하나의 이유로서 생각된다.
본 발명은, 상기 서술한 지견에 기초하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 산화텅스텐 스퍼터링 타깃은, 스퍼터면 및 상기 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 X 선 회절 분석에 의해, W18O49 의 피크가 확인됨과 함께, 상기 스퍼터면에 있어서의 W18O49 의 (103) 면의 회절 강도 IS(103) 과 (010) 면의 회절 강도 IS(010) 의 비 IS(103)/IS(010) 이 0.57 이상이 되고, 상기 단면에 있어서의 W18O49 의 (103) 면의 회절 강도 IC(103) 과 (010) 면의 회절 강도 IC(010) 의 비 IC(103)/IC(010) 이 0.38 이하가 되어 있고, 스퍼터면에 평행한 면에 있어서의 상기 W18O49 상의 면적률이 37 % 이상이 되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성의 산화텅스텐 스퍼터링 타깃에 의하면, 스퍼터면 및 상기 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 X 선 회절 분석에 의해, W18O49 의 피크가 확인됨과 함께, 스퍼터면에 평행한 면에 있어서의 상기 W18O49 상의 면적률이 37 % 이상이 되어 있기 때문에, 도전성을 확보할 수 있고, 안정적으로 DC 스퍼터를 실시할 수 있다. 또한, 산화텅스텐 스퍼터링 타깃의 강도를 확보할 수 있다.
그리고, 스퍼터면에 있어서의 W18O49 의 (103) 면의 회절 강도 IS(103) 과 (010) 면의 회절 강도 IS(010) 의 비 IS(103)/IS(010) 이 0.57 이상이 되고, 상기 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 W18O49 의 (103) 면의 회절 강도 IC(103) 과 (010) 면의 회절 강도 IC(010) 의 비 IC(103)/IC(010) 이 0.38 이하가 되어 있고, 스퍼터면에 있어서 W18O49 의 (103) 면이 강하게 배향하고 있기 때문에, 고전력을 부하했을 경우에도 균열의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 스퍼터가 진행되어 이로전부가 형성된 경우에도, 스퍼터면에 있어서의 결정 배향이 유지되고, 고전력을 부하했을 경우에도 균열의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 산화텅스텐 스퍼터링 타깃에 있어서는, WOX (2.1 ≤ X ≤ 2.9) 의 조성인 것이 바람직하다.
이 경우, WOX (2.1 ≤ X ≤ 2.9) 의 조성으로 되어 있기 때문에, WO2 상이나 WO3 상이 많이 존재하는 것이 억제되어 있고, 도전성이 우수한 W18O49 상을 충분히 확보할 수 있고, 더욱 안정적으로 DC 스퍼터를 실시할 수 있다. 또한, 산화텅스텐 스퍼터링 타깃의 강도를 충분히 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 산화텅스텐 스퍼터링 타깃에 있어서는, Nb, Ta, Ti, Zr, Y, Al, Si 의 어느 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 금속의 산화물을 함유하고, 금속 성분으로서, 상기 첨가 금속의 합계 함유량을 M (mass%) 이라고 하고, 텅스텐의 함유량을 W (mass%) 라고 했을 경우에, M/(W + M) 이 0.1 이상 0.67 이하의 범위 내가 되어 있는 것이 바람직하다.
이 경우, Nb, Ta, Ti, Zr, Y, Al, Si 의 어느 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 금속의 산화물을 함유하고, 상기 첨가 금속의 합계 함유량을 M (원자%) 이라고 하고, 텅스텐의 함유량을 W (원자%) 라고 했을 경우에, M/(W + M) 이 0.1 이상이 되어 있기 때문에, 성막된 산화물막의 알칼리 내성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, M/(W + M) 이 0.67 이하가 되어 있기 때문에, 첨가 금속의 산화물에서 기인한 이상 방전의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면, 고전력 조건에서 스퍼터를 실시했을 경우에도, 균열의 발생을 억제할 수 있고, 장기간 안정적으로 스퍼터 성막을 실시하는 것이 가능한 산화텅스텐 스퍼터링 타깃을 제공할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 산화텅스텐 스퍼터링 타깃의 스퍼터면 및 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 X 선 회절 분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 2 는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 산화텅스텐 스퍼터링 타깃의 제조 방법을 나타내는 플로도이다.
이하에, 본 발명의 실시형태인 산화텅스텐 스퍼터링 타깃에 대하여, 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시형태에 관련된 산화텅스텐 스퍼터링 타깃에 있어서는, 스퍼터면 및 상기 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 X 선 회절 분석에 의해, W18O49 의 피크가 확인되어 있고, 스퍼터면에 평행한 면에 있어서의 W18O49 상의 면적률이 37 % 이상이 되어 있다.
그리고, 본 실시형태에 관련된 산화텅스텐 스퍼터링 타깃에 있어서는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, X 선 회절 측정의 결과, 스퍼터면에 있어서의 W18O49 의 (103) 면의 회절 강도 IS(103) 과 (010) 면의 회절 강도 IS(010) 의 비 IS(103)/IS(010) 이 0.57 이상이 되어 있다.
또한, 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 W18O49 의 (103) 면의 회절 강도 IC(103) 과 (010) 면의 회절 강도 IC(010) 의 비 IC(103)/IC(010) 이 0.38 이하가 되어 있다.
또한, 본 실시형태에 관련된 산화텅스텐 스퍼터링 타깃에 있어서는, WOX (2.1 ≤ X ≤ 2.9) 의 조성인 것이 바람직하다.
또한, 본 실시형태에 관련된 산화텅스텐 스퍼터링 타깃에 있어서는, Nb, Ta, Ti, Zr, Y, Al, Si 의 어느 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 금속의 산화물을 함유하고, 금속 성분으로서, 상기 첨가 금속의 합계 함유량을 M (원자%) 이라고 하고, 텅스텐의 함유량을 W (원자%) 라고 했을 경우에, M/(W + M) 이 0.1 이상 0.67 이하의 범위 내가 되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시형태인 산화텅스텐 스퍼터링 타깃에 있어서, 스퍼터면에 있어서의 W18O49 의 (103) 면의 회절 강도 IS(103) 과 (010) 면의 회절 강도 IS(010) 의 비 IS(103)/IS(010), 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 W18O49 의 (103) 면의 회절 강도 IC(103) 과 (010) 면의 회절 강도 IC(010) 의 비 IC(103)/IC(010), 스퍼터면에 평행한 면에 있어서의 W18O49 상의 면적률, 조성을, 상기 서술한 바와 같이 규정한 이유에 대하여 설명한다.
(스퍼터면에 있어서의 회절 강도비 IS(103)/IS(010))
W18O49 의 (103) 면은, 다른 방위의 면보다 딱딱하기 때문에, 스퍼터면에 있어서 (103) 면이 강하게 배향하도록 결정 배향을 제어함으로써, 균열의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
그래서, 본 실시형태에 있어서는, 스퍼터면에 있어서의 W18O49 의 (103) 면의 회절 강도 IS(103) 과 (010) 면의 회절 강도 IS(010) 의 비 IS(103)/IS(010) 을 0.57 이상으로 설정하고 있다.
스퍼터면에 있어서의 W18O49 의 (103) 면의 회절 강도 IS(103) 과 (010) 면의 회절 강도 IS(010) 의 비 IS(103)/IS(010) 은, 1.2 이상으로 하는 것이 바람직하고, 2.02 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, IS(103)/IS(010) 의 상한에 특별히 제한은 없지만, 2.56 이하로 하는 것이 바람직하다.
(스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 회절 강도비 IC(103)/IC(010))
스퍼터가 진행되면, 스퍼터면에 이로전부가 형성되게 된다. 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서, W18O49 의 (103) 면의 배향이 낮으면, 스퍼터가 진행되었을 경우에도, 스퍼터면에 있어서는 (103) 면이 강하게 배향하고 있는 상태가 유지되게 되고, 스퍼터가 진행된 후에 있어도 균열의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
그래서, 본 실시형태에 있어서는, 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 W18O49 의 (103) 면의 회절 강도 IC(103) 과 (010) 면의 회절 강도 IC(010) 의 비 IC(103)/IC(010) 을 0.38 이하로 설정하고 있다.
스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 W18O49 의 (103) 면의 회절 강도 IC(103) 과 (010) 면의 회절 강도 IC(010) 의 비 IC(103)/IC(010) 은, 0.30 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.18 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, IC(103)/IC(010) 의 하한에 특별히 제한은 없지만, 0.13 이상으로 하는 것이 바람직하다.
(스퍼터면에 평행한 면에 있어서의 W18O49 상의 면적률)
산화텅스텐 중 W18O49 상은, 도전성이 높기 때문에, W18O49 상의 면적률을 확보 함으로써, 도전성이 향상되고, DC 스퍼터에 의해 안정적으로 산화텅스텐막을 성막하는 것이 가능해진다.
그래서, 본 실시형태에 있어서는, 스퍼터면에 평행한 면에 있어서의 W18O49 상의 면적률을 37 % 이상으로 하고 있다. 스퍼터면에 평행한 면에 있어서의 W18O49 상의 면적률은, 관찰 시료의 관찰면을 EPMA 분석한 화상으로부터 산출할 수 있다. 산화텅스텐에 더하여, Nb, Ta, Ti, Zr, Y, Al, Si 의 어느 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 금속의 산화물을 함유하는 경우에 있어서도, 이들 첨가 원소의 산화물도 포함한 스퍼터면에 평행한 면의 전체에 대하여, W18O49 상의 면적률이 37 % 이상이 되어 있으면 된다.
스퍼터면에 평행한 면에 있어서의 W18O49 상의 면적률은, 55 % 이상인 것이 바람직하고, 85 % 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 스퍼터면에 평행한 면에 있어서의 W18O49 상의 면적률의 상한에 특별히 제한은 없지만, 94 % 이하로 하는 것이 바람직하다.
(조성)
산화텅스텐에 있어서는, WO2 상, WO3 상, W18O49 상 등의 각종 상이 혼재하기 때문에, WOX 로서, 텅스텐과 산소의 비율을 규정한다.
X 를 2.1 이상으로 함으로써, WO2 상의 비율을 억제할 수 있고, 도전성이 우수한 W18O49 상을 충분히 확보하는 것이 가능해진다. 한편, X 를 2.9 이하로 함으로써, WO3 상의 비율을 억제할 수 있고, 도전성이 우수한 W18O49 상을 충분히 확보하는 것이 가능해진다. 즉, X 를 2.1 이상 2.9 이하로 함으로써, W18O49 상이 주상 (매트릭스) 이 되고, 스퍼터링 타깃의 도전성을 확보할 수 있다.
X 의 하한은 2.4 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, X 의 상한은 2.82 이하로 하는 것이 바람직하다.
(첨가 금속의 산화물)
성막한 산화물막에 있어서는, 에칭법으로 패터닝할 때에, 레지스트 박리액으로서 알칼리가 사용된다. 산화텅스텐에, Nb, Ta, Ti, Zr, Y, Al, Si 의 어느 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 금속의 산화물을 함유시킴으로써, 산화텅스텐의 알칼리 내성을 향상시키는 것이 가능해진다. 한편, 상기 서술한 첨가 금속의 산화물의 함유량이 지나치게 많아지면, 첨가 금속의 산화물에서 기인하여 스퍼터시에 이상 방전이 발생할 우려가 있다.
그래서, 본 실시형태에 있어서, Nb, Ta, Ti, Zr, Y, Al, Si 의 어느 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 금속의 산화물을 함유시키는 경우에는, 금속 성분으로서, 첨가 금속의 합계 함유량을 M (원자%) 이라고 하고, 텅스텐의 함유량을 W (원자%) 라고 했을 경우에, M/(W + M) 이 0.1 이상 0.67 이하의 범위 내가 되도록 규정한다.
M/(W + M) 의 하한은 0.15 이상인 것이 바람직하고, 0.2 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, M/(W + M) 의 상한은 0.5 이하인 것이 바람직하고, 0.4 이하인 것이 보다 바람직하다.
다음으로, 본 실시형태에 관련된 산화텅스텐 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 대하여, 도 2 를 참조하여 설명한다.
본 실시형태에 관련된 산화텅스텐 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 있어서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 원료 분말 준비 공정 S01 과, 원료 분말을 소결하는 소결 공정 S02 와, 얻어진 소결체를 기계 가공하는 기계 가공 공정 S03 을 구비하고 있다.
(원료 분말 준비 공정 S01)
WO3 분말을 환원 처리함으로써, WO2 분말 및 W18O49 분말을 함유하는 WOX 분말을 얻는다. 이 WOX 분말은, WO3 분말을 포함하고 있어도 된다. WOX 분말의 순도는 99.9 mass% 이상이 되어 있다. 환원 처리의 조건을 조정함으로써, WOX 분말의 X 를 제어한다.
상기 환원 처리로는, 예를 들어 WO3 분말을 수소 분위기 중에서 소정 시간, 소정 온도에서 가열하여 수소 환원을 실시한다. 이 수소 환원에서는 WO3 으로부터 WO2.9, WO2.72, WO2, W 의 순서로 환원이 진행된다. 환원의 진행 상황을 컨트롤함으로써 환원 상태가 상이한 상기 조성의 혼합 상태의 분말을 제작하고, WOX 분말의 X 의 값을 세세하게 변동시키는 것이 가능하다.
또한, WOX 분말의 X 의 값을 제어 및 미세 조정하는 방법으로서, 상기 서술한 바와 같이 환원 처리한 분말에, WO3, WO2.9, WO2.72, WO2, W 로 이루어지는 분말을 적절히 혼합하는 것도 가능하다.
WOX 의 X 의 정량은, 샘플링한 WOX 를 중량 측정한 후, 대기 중에서 800 ℃ × 1 시간의 열 처리를 실시하고, 열 처리 후에 중량 측정을 실시한다. 그리고, 모두가 WO3 이 되어 있는 것을 X 선 회절 분석에 의해 확인하고, W 량을 이하의 식에 의해 산출한다. 그리고, 구한 W 량으로부터 산소의 비율을 X 로서 산출한다.
W 의 중량 = 열 처리 후의 중량 × MW/MWO3
W (mass%) = (W 의 중량/열 처리 전의 WOX 의 중량) × 100
MW : W 의 원자량 (183.85), MWO3 : WO3 의 원자량 (231.85)
얻어진 WOX 분말을 혼합함으로써, 원료 분말을 얻는다. 혼합 방법으로는, 예를 들어 지르코니아 볼을 사용한 건식의 볼 밀을 사용할 수 있다. 혼합 방법은, 한정되는 것이 아니고, 믹서나 블렌더, 구체적으로는, 헨셸, 로킹, 레콘 등을 적용할 수 있다.
원료 분말의 평균 입경은, 1 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하의 범위 내인 것이 바람직하다.
Nb, Ta, Ti, Zr, Y, Al, Si 의 어느 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 금속의 산화물을 첨가하는 경우에는, 각종 산화물 분말을, 상기 서술한 WOX 분말과 혼합한다. 혼합 방법으로는, 예를 들어 지르코니아 볼을 사용한 건식의 볼 밀을 사용할 수 있다. 혼합 방법은, 한정되는 것이 아니고, 믹서나 블렌더, 구체적으로는, 헨셸, 로킹, 레콘 등을 적용할 수 있다.
또한, 첨가 금속의 산화물 분말은, WOX 분말끼리의 소결을 저해하지 않도록, WOX 분말보다 입경이 큰 것이 바람직하다.
(소결 공정 S02)
다음으로, 상기 서술한 원료 분말을, 가압 및 가열함으로써 소결하여, 소결체를 얻는다. 본 실시형태에서는, 핫 프레스 장치를 사용하여, 진공 중에서 소결을 실시하였다.
이 소결 공정 S02 에 있어서의 소결 온도는 850 ℃ 이상 1400 ℃ 이하의 범위 내, 소결 온도에서의 유지 시간은 1 시간 이상 4 시간 이하의 범위 내, 가압 압력은 10 ㎫ 이상 35 ㎫ 이하의 범위 내로 하였다.
본 실시형태에 있어서는, 소결 공정 S02 에 의해, 이하와 같이 온도 제어함으로써, 소결체에 있어서의 결정 배향을 제어한다.
먼저, 승온을 개시하기 전에, 상기 서술한 가압 압력으로 가압을 실시하고, 5 ℃/min 이상 20 ℃/min 이하의 범위 내의 승온 속도로 승온한다. 그리고, 586 ℃ 이상 750 ℃ 이하의 범위 내의 중간 온도에서 1 시간 이상 2 시간 이하의 범위 내로 유지한다. 그 후, 상기 서술한 소결 온도까지 승온하여 유지함으로써, 소결을 실시한다.
이로써, 가압면 (가압 방향에 직교하는 면) 에 있어서, W18O49 의 (103) 면이 강하게 배향하고, 가압면에 직교하는 면 (가압 방향을 따른 면) 에 있어서, W18O49 의 (010) 면이 강하게 배향하게 된다.
상기 서술한 중간 온도의 하한은 600 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 중간 온도의 상한은 700 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.
(기계 가공 공정 S03)
다음으로, 얻어진 소결체를 소정 치수가 되도록 기계 가공한다. 이 때, 가압면이 스퍼터면이 되도록, 기계 가공을 실시하게 된다.
이로써, 본 실시형태인 산화텅스텐 스퍼터링 타깃이 제조된다.
이상과 같은 구성으로 된 본 실시형태인 산화텅스텐 스퍼터링 타깃에 의하면, 스퍼터면 및 상기 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 X 선 회절 분석에 의해, W18O49 의 피크가 확인됨과 함께, 스퍼터면에 평행한 면에 있어서의 W18O49 상의 면적률이 37 % 이상이 되어 있기 때문에, 도전성을 확보할 수 있고, 안정적으로 DC 스퍼터를 실시할 수 있다. 또한, 산화텅스텐 스퍼터링 타깃의 강도를 확보할 수 있다.
그리고, 본 실시형태인 산화텅스텐 스퍼터링 타깃에 있어서는, 스퍼터면에 있어서의 W18O49 의 (103) 면의 회절 강도 IS(103) 과 (010) 면의 회절 강도 IS(010) 의 비 IS(103)/IS(010) 이 0.57 이상이 되고, 상기 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 W18O49 의 (103) 면의 회절 강도 IC(103) 과 (010) 면의 회절 강도 IC(010) 의 비 IC(103)/IC(010) 이 0.38 이하가 되어 있고, 스퍼터면에 있어서 W18O49 의 (103) 면이 강하게 배향하고 있기 때문에, 고전력을 부하했을 경우에도 균열의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 스퍼터가 진행되어 이로전부가 형성된 경우에도, 스퍼터면에 있어서의 결정 배향이 유지되어, 고전력을 부하했을 경우에도 균열의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태인 산화텅스텐 스퍼터링 타깃에 있어서, WOX (2.1 ≤ X ≤ 2.9) 의 조성으로 되어 있는 경우에는, WO2 상이나 WO3 상이 많이 존재하는 것을 억제하여, W18O49 상을 충분히 확보할 수 있고, 더욱 안정적으로 DC 스퍼터를 실시할 수 있다. 또한, 산화텅스텐 스퍼터링 타깃의 강도를 충분히 확보할 수 있다.
또한, 본 실시형태인 산화텅스텐 스퍼터링 타깃에 있어서, Nb, Ta, Ti, Zr, Y, Al, Si 의 어느 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 금속의 산화물을 함유하고, 상기 첨가 금속의 합계 함유량을 M (원자%) 이라고 하고, 텅스텐의 함유량을 W (원자%) 라고 했을 경우에, M/(W + M) 이 0.1 이상 0.67 이하가 되어 있는 경우에는, 성막된 산화물막의 알칼리 내성을 향상시키는 것이 가능해짐과 함께, 첨가 금속의 산화물에서 기인한 이상 방전의 발생을 억제할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 그 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.
실시예
이하에, 본 발명에 관련된 산화텅스텐 스퍼터링 타깃의 작용 효과에 대하여 평가한 평가 시험의 결과를 설명한다.
먼저, 상기 서술한 WO3 분말을 수소 환원 처리함으로써 WOX 분말을 제조하였다. 본 실시예에서는, 환원의 정도를 조정함으로써, 상이한 x 의 값의 WOX 분말을 제작하였다. 원료 분말의 평균 입경을 2.4 ㎛ 로 하였다.
또한, 각종 첨가 금속의 산화물 분말로서, Nb2O5 분말 (순도 : 99.9 mass%, 입경 D50 : 4.6 ㎛), Ta2O5 분말 (순도 : 99.9 mass%, 입경 D50 : 3.5 ㎛), TiO2 분말 (순도 : 99.9 mass%, 입경 D50 : 2.6 ㎛), ZrO2 분말 (순도 : 99.9 mass%, 입경 D50 : 11 ㎛), Y2O3 분말 (순도 : 99.9 mass%, 입경 D50 : 2.3 ㎛), Al2O3 분말 (순도 : 99.9 mass%, 입경 D50 : 0.2 ㎛), SiO2 분말 (순도 : 99.9 mass%, 입경 D50 : 1.9 ㎛) 을 준비하고, 표 1, 2 에 나타내는 배합으로, WOX 분말과 혼합하였다.
이 원료 분말을 사용하여, 표 1, 2 에 나타내는 장치 (방식), 및, 조건으로 소결 공정을 실시하여, 소결체를 얻었다. 표 1, 2 에 있어서, 「HP」 는 진공 분위기에서의 핫 프레스, 「HIP」 는 열간 등방압 가압법, 「대기 소성」 은, 대기 분위기에서의 1 축 성형을 나타낸다.
「HP」 에 있어서는, 이하에 나타내는 소결 조건 A ∼ D 에 의해 소결을 실시하였다.
소결 조건 A 에 있어서는, 표 1, 2 에 기재한 가압 압력으로 가압한 상태에서, 승온 속도 10 ℃/min 로 승온을 실시하고, 600 ℃ (중간 온도) 에서 1 시간 유지하였다. 그 후, 표 1, 2 에 나타내는 소결 온도로까지 승온 속도 10 ℃/min 로 승온하고, 소결 온도에서 2 시간 유지하였다. 그 후, 압력을 빼고 방랭하였다.
소결 조건 B 에 있어서는, 표 1, 2 에 기재한 가압 압력으로 가압한 상태에서, 승온 속도 10 ℃/min 로 승온을 실시하고, 700 ℃ (중간 온도) 에서 1 시간 유지하였다. 그 후, 표 1, 2 에 나타내는 소결 온도로까지 승온 속도 10 ℃/min 로 승온하고, 소결 온도에서 2 시간 유지하였다. 그 후, 압력을 빼고 방랭하였다.
소결 조건 C 에 있어서는, 중간 온도에서 유지하지 않고, 소결 온도로까지 승온하고, 소결 온도에서 2 시간 유지하였다. 그 후, 압력을 빼고 방랭하였다.
소결 조건 D 에 있어서는, 표 1, 2 에 기재한 가압 압력으로 가압한 상태에서, 승온 속도 10 ℃/min 로 승온을 실시하고, 800 ℃ 에서 1 시간 유지하였다. 그 후, 표 1, 2 에 나타내는 소결 온도로까지 승온 속도 10 ℃/min 로 승온하고, 소결 온도에서 2 시간 유지하였다. 그 후, 압력을 빼고 방랭하였다.
「HIP」 에 있어서는, 원료 분말을 충전하여 진공 밀봉한 금속 캔을, 열간 등방압 가압법을 실시하는 열간 정수압 프레스 장치의 압력 용기 내에 장입하고, 표 1, 2 에 나타내는 압력, 소결 온도에서 2 시간 유지하여, 소결을 실시하였다.
「대기 소성」 에 있어서는, 금형에 원료 분말을 충전하고, 1 축 성형에 의해 압축 성형을 실시하여 성형체를 얻었다. 이 성형체를 대기노에 장입하고, 표 1, 2 에 나타내는 소결 온도에서 20 시간 유지하여, 소결을 실시하였다.
그리고, 얻어진 소결체를 기계 가공하여, 직경 152.4 ㎜ × 두께 6 ㎜ 의 원판상의 산화텅스텐 스퍼터링 타깃을 제조하였다. 「HP」 에 의해 제조한 소결체에 있어서는, 가압면이 스퍼터면이 되도록 기계 가공을 실시하였다.
얻어진 산화텅스텐 스퍼터링 타깃에 대하여, 이하의 항목에 대하여 평가를 실시하였다.
(산화텅스텐 스퍼터링 타깃의 조성)
얻어진 산화텅스텐 스퍼터링 타깃으로부터 측정 샘플을 채취하고, 이 측정 샘플을 유발로 분쇄하고, 상기 서술한 WOX 의 X 의 정량 방법으로 X 를 확인하였다. 이 결과, 배합한 WOX 분말로부터의 X 의 변동이 없는 것을 확인하였다. 평가 결과를 표 1, 2 에 나타낸다.
첨가 금속의 산화물을 첨가한 본 발명예 13 - 20 의 산화도의 측정에 대해서는, 먼저, 얻어진 산화텅스텐 스퍼터링 타깃으로부터 관찰 시료를 채취하고, 스퍼터면에 평행한 단면이 관찰면이 되도록, 이것을 에폭시 수지에 매립하고, 연마 처리를 실시한 후, EPMA (필드 이미션형 전자선 프로브 마이크로 애널라이저) 를 사용하여, 원소의 조성 분포를 나타내는 원소 분포 이미지를 관찰하였다. 또한, EPMA 에서의 관찰에 있어서는, 0.005 ㎟ 의 관찰 시야의 사진 (배율 500 배) 을 촬영하였다. 얻어진 W 의 원소 매핑 이미지의 W 가 검출된 영역의 임의의 5 점에 있어서, W 와 O 의 표준 시료를 사용한 정량 분석을 실시하고, W 의 산화도를 측정한 값의 평균치를 표 1, 2 의 WOX 의 값의 난에 기재하였다.
또한, 첨가 금속의 산화물을 첨가한 본 발명예 13 - 21 에 있어서는, 얻어진 첨가 금속의 산화물을 첨가한 산화텅스텐 스퍼터링 타깃의 파편을 마노 유발로 갈아서 으깨고, 산 혹은 알칼리로 분말을 용해시킨 후, ICP 발광 분석 장치에 의해 첨가 금속의 함유량을 측정하였다.
(스퍼터면 및 스퍼터면에 직교하는 단면의 X 선 회절 분석)
얻어진 산화텅스텐 스퍼터링 타깃으로부터, 스퍼터면 및 스퍼터면에 직교하는 단면이 측정면이 되도록 측정 시료를 채취하고, 측정면을 SiC-㎩per (grit180) 로 습식 연마하였다.
그리고, 리가쿠 전기사 제조 RINT-ULtima/PC 를 사용하여, 이하의 조건으로 X 선 회절 분석을 실시하였다.
관구 : Cu
관 전압 : 40 ㎸
관 전류 : 50 ㎃
주사 범위 (2θ) : 5° ∼ 80°
슬릿 사이즈 : 발산 (DS) 2/3 도, 산란 (SS) 2/3 도, 수광 (RS) 0.8 ㎜
측정 스텝 폭 : 2θ 에서 0.02 도
스캔 스피드 : 매분 2 도
시료대 회전 스피드 : 30 rpm
얻어진 X 선 회절 피크에 대하여, PDF 카드 번호 : 1-084-1516 (W18O49) 을 사용하여, 면 지수를 확인하였다.
그리고, 스퍼터면에 있어서의 W18O49 의 (103) 면의 회절 강도 IS(103) 과 (010) 면의 회절 강도 IS(010) 의 비 IS(103)/IS(010), 및, 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 W18O49 의 (103) 면의 회절 강도 IC(103) 과 (010) 면의 회절 강도 IC(010) 의 비 IC(103)/IC(010) 을 산출하였다. 평가 결과를 표 3, 4 에 나타낸다.
(밀도)
측정 시료의 치수와 중량으로부터 실온에 있어서의 밀도를 측정하였다. 측정 결과를 표 3, 4 에 나타낸다.
(W18O49 상의 면적률)
얻어진 산화텅스텐 스퍼터링 타깃으로부터 관찰 시료를 채취하고, 스퍼터면에 평행한 단면이 관찰면이 되도록, 이것을 에폭시 수지에 매립하고, 연마 처리를 실시한 후, EPMA (필드 이미션형 전자선 프로브 마이크로 애널라이저) 를 사용하여, 원소의 조성 분포를 나타내는 원소 분포 이미지를 관찰하였다. 또한, EPMA 에서의 관찰에 있어서는, 0.005 ㎟ 의 관찰 시야의 사진 (배율 500 배) 을 5 장 촬영하고, 그 중에서 관찰된 W18O49 상의 면적을 측정하였다. 측정 결과를 표 3, 4 에 나타낸다.
W18O49 상의 면적률은, 이하의 (a) ∼ (e) 의 순서에 의해 측정할 수 있다.
(a) 상기의 조건의 X 선 회절 분석에 의해 관찰 시료의 관찰면에 있어서의 생성상을 확인한다.
(b) EPMA 의 원소 분석에 의해 관찰 시야 내에서 (a) 에서 W18O49 상이라고 분석된 상을 동정한다.
(c) EPMA 에 의해 배율 500 배의 COMPO 이미지 (60 ㎛ × 80 ㎛) 로 관찰 시야의 사진을 5 장 촬영한다.
(d) 시판되는 화상 해석 소프트에 의해, (b) 에서 동정한 W18O49 상을 추출하고, 촬영한 화상을 흑백 화상으로 변환함과 함께, 2 치화 처리한다. 화상 해석 소프트로는, 예를 들어, WinRoof Ver.5.6.2 (미타니 상사사 제조) 등을 이용할 수 있다.
(e) 2 치화한 화상 모두로부터, 모든 W18O49 상의 면적의 합계치를 산출하고, 2 치화 처리를 실시한 전체 영역의 면적으로 나누어, 관찰 영역 전체에 대한 W18O49 상의 면적률을 산출한다.
(스퍼터면의 굳기)
얻어진 산화텅스텐 스퍼터링 타깃으로부터 관찰 시료를 채취하고, 스퍼터면의 굳기를 측정하였다.
비커스 경도계를 사용하여, 하중 500 gf, 시간 10 초, 의 조건으로 굳기 측정을 실시하였다. 측정 결과를 표 3, 4 에 나타낸다.
(스퍼터 시험에 있어서의 균열의 발생 상황)
DC 마그네트론 스퍼터 장치를 사용하여, 도달 진공도 : 5 × 10-5 ㎩ 이하, 스퍼터 Ar 가스압 : 0.3 ㎩ 의 조건으로 스퍼터 시험을 실시하였다.
이 때, 스퍼터 출력을 DC 100 W 로부터 10 분 마다 100 W 씩 상승시켜 가, 균열이 발생한 스퍼터 출력을 확인하였다. 평가 결과를 표 3, 4 에 나타낸다.
표 3, 4 에 있어서, 「초기」 는, 프리 스퍼터를 1 시간 실시한 후에, 스퍼터 시험을 실시한 결과이다. 「중기」 는, 이로전부의 깊이가 타깃 두께의 1/2 에 도달한 상태에서, 스퍼터 시험을 실시한 결과이다.
(알칼리 내성)
DC 마그네트론 스퍼터 장치를 사용하여, 도달 진공도 : 5 × 10-5 ㎩ 이하, 스퍼터 Ar 가스압 : 0.3 ㎩, 스퍼터 출력 300 W, Ar 가스 90 sccm, 산소 가스 10 sccm, 의 조건으로 유리 기판에 100 ㎚ 성막하였다. 얻어진 막을 수산화테트라메틸암모늄 (TMAH) 2.38 mass% 수용액에 담그고, 막이 없어질 때까지의 시간을 계측하여, 표 3 에 기재하였다. 60 sec 이상이면, 배선 공정 (포토 레지스트 공정의 현상) 에 견딜 수 있는 알칼리 내성을 가지는 것으로 판단하였다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
비교예 1 에 있어서는, 핫 프레스 (HP) 에 의해 소결 조건 C 로 소결을 실시했지만, 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 W18O49 의 회절 강도비 IC(103)/IC(010) 이 본 발명의 범위 밖이 되었다. 그리고, 스퍼터 시험에서는, 초기에는 800 W, 스퍼터가 진행된 중기에는 600 W 에서 균열이 확인되었다.
비교예 2 에 있어서는, 열간 등방압 가압법 (HIP) 에 의해 소결을 실시했지만, 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 W18O49 의 회절 강도비 IC(103)/IC(010) 이 본 발명의 범위 밖이 되었다. 그리고, 스퍼터 시험에 있어서는, 스퍼터가 진행된 중기에는 700 W 에서 균열이 확인되었다.
비교예 3 에 있어서는, 대기 소성한 결과, W18O49 상이 확인되지 않아, DC 스퍼터를 실시할 수 없었다.
비교예 4 에 있어서는, 핫 프레스 (HP) 에 의해 소결 조건 C 로 소결을 실시했지만, 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 W18O49 의 회절 강도비 IC(103)/IC(010) 이 본 발명의 범위 밖이 되었다. 그리고, 스퍼터 시험에서는, 초기에는 600 W, 스퍼터가 진행된 중기에는 500 W 에서 균열이 확인되었다.
비교예 5 에 있어서는, 핫 프레스 (HP) 에 의해 소결 조건 C 로 소결을 실시했지만, 스퍼터면에 있어서의 W18O49 의 회절 강도비 IS(103)/IS(010), 및, 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 W18O49 의 회절 강도비 IC(103)/IC(010) 이 본 발명의 범위 밖이 되었다. 그리고, 스퍼터 시험에서는, 초기에는 900 W 에서 균열이 확인되었지만, 스퍼터가 진행된 중기에는 500 W 에서 균열이 확인되었다.
비교예 6 에 있어서는, WOX (X = 2.06) 이고, W18O49 상의 면적률이 28 % 로 낮고, DC 스퍼터시에 이상 방전이 다발하여 방전이 정지했기 때문에, 스퍼터를 실시할 수 없었다. WO2 상이 많이 존재했기 때문인 것으로 추측된다.
비교예 7 에 있어서는, WOX (X = 2.86) 이고, W18O49 상의 면적률이 23 % 로 낮고, DC 스퍼터시에 이상 방전이 다발하여 방전이 정지했기 때문에, 스퍼터를 실시할 수 없었다. WO3 상이 많이 존재했기 때문인 것으로 추측된다.
비교예 8 에 있어서는, 핫 프레스 (HP) 에 의해 소결 조건 D 로 소결을 실시했지만, 밀도가 낮아, 충분히 소결을 할 수 없었다. 또한, 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 W18O49 의 회절 강도비 IC(103)/IC(010) 이 본 발명의 범위 밖이 되었다. 그리고, 스퍼터 시험에서는, 초기에는 400 W, 스퍼터가 진행된 중기에는 400 W 에서 균열이 확인되었다.
비교예 9 에 있어서는, 열간 등방압 가압법 (HIP) 에 의해 소결을 실시했지만, 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 W18O49 의 회절 강도비 IC(103)/IC(010) 이 본 발명의 범위 밖이 되었다. 그리고, 스퍼터 시험에 있어서는, 스퍼터가 진행된 중기에는 700 W 에서 균열이 확인되었다.
비교예 10 에 있어서는, TiO2 를 70 ㏖% 함유하고 있고, 스퍼터면에 평행한 면에 있어서의 W18O49 상의 면적률이 27 % 로 낮고, DC 스퍼터시에 이상 방전이 다발하여 방전이 정지되었기 때문에, 스퍼터를 실시할 수 없었다.
이에 반하여, 본 발명예 1 - 10, 12 에 있어서는, 핫 프레스 (HP) 에 의해 소결 조건 A 로 소결을 실시한 결과, 스퍼터면에 있어서의 W18O49 의 회절 강도비 IS(103)/IS(010), 및, 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 W18O49 의 회절 강도비 IC(103)/IC(010) 이 본 발명의 범위 내가 되고, W18O49 상의 면적률도 본 발명의 범위 내가 되었다. 그리고, 본 발명예 1 - 4, 6 - 12 에서는, 스퍼터 시험의 초기, 중기 모두 1000 W 까지 출력을 높여도 균열이 확인되지 않았다. 또한, 본 발명예 5 에서는, 스퍼터 시험의 초기, 중기 모두 900 W 에서 균열이 확인되었지만, 충분히 사용 가능하였다.
또한, 본 발명예 11 에 있어서는, 핫 프레스 (HP) 에 의해 소결 조건 B 로 소결을 실시한 결과, 스퍼터면에 있어서의 W18O49 의 회절 강도비 IS(103)/IS(010), 및, 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 W18O49 의 회절 강도비 IC(103)/IC(010) 이 본 발명의 범위 내가 되고, W18O49 상의 면적률도 본 발명의 범위 내가 되었다. 그리고, 스퍼터 시험의 초기, 중기 모두 1000 W 까지 출력을 높여도 균열이 확인되지 않았다.
또한, 본 발명예 13 - 21 에 있어서는, 첨가 금속의 산화물을 첨가했지만, 스퍼터면에 있어서의 W18O49 의 회절 강도비 IS(103)/IS(010), 및, 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 W18O49 의 회절 강도비 IC(103)/IC(010) 이 본 발명의 범위 내가 되고, W18O49 상의 면적률도 본 발명의 범위 내가 되었다. 본 발명예 13, 14, 16 - 21 에서는, 스퍼터 시험의 초기, 중기 모두 1000 W 까지 출력을 높여도 균열이 확인되지 않았다. 또한, 본 발명예 15 에서는, 스퍼터 시험의 초기, 중기 모두 900 W 에서 균열이 확인되었지만, 충분히 사용 가능하였다.
그리고, 알칼리 내성이, 첨가 금속의 산화물을 첨가하지 않은 본 발명예 1 - 12 에 비하여 크게 개선되었다.
이상으로부터, 본 발명예에 의하면, 고전력 조건에서 스퍼터를 실시했을 경우에도, 균열의 발생을 억제할 수 있고, 안정적으로 스퍼터 성막을 실시하는 것이 가능한 산화텅스텐 스퍼터링 타깃을 제공 가능하다는 것이 확인되었다.
산업상 이용가능성
본 발명에 의하면, 고전력 조건에서 스퍼터를 실시했을 경우에도, 균열의 발생을 억제할 수 있고, 장기간 안정적으로 스퍼터 성막을 실시하는 것이 가능한 산화텅스텐 스퍼터링 타깃을 제공할 수 있다.

Claims (3)

  1. 스퍼터면 및 상기 스퍼터면에 직교하는 단면에 있어서의 X 선 회절 분석에 의해, W18O49 의 피크가 확인됨과 함께,
    상기 스퍼터면에 있어서의 W18O49 의 (103) 면의 회절 강도 IS(103) 과 (010) 면의 회절 강도 IS(010) 의 비 IS(103)/IS(010) 이 0.57 이상이 되고,
    상기 단면에 있어서의 W18O49 의 (103) 면의 회절 강도 IC(103) 과 (010) 면의 회절 강도 IC(010) 의 비 IC(103)/IC(010) 이 0.38 이하가 되어 있고,
    스퍼터면에 평행한 면에 있어서의 상기 W18O49 상의 면적률이 37 % 이상이 되어 있는 것을 특징으로 하는 산화텅스텐 스퍼터링 타깃.
  2. 제 1 항에 있어서,
    WOX (2.1 ≤ X ≤ 2.9) 의 조성인 것을 특징으로 하는 산화텅스텐 스퍼터링 타깃.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    Nb, Ta, Ti, Zr, Y, Al, Si 의 어느 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 금속의 산화물을 함유하고,
    금속 성분으로서, 상기 첨가 금속의 합계 함유량을 M (원자%) 이라고 하고, 텅스텐의 함유량을 W (원자%) 라고 했을 경우에, M/(W + M) 이 0.1 이상 0.67 이하의 범위 내가 되어 있는 것을 특징으로 하는 산화텅스텐 스퍼터링 타깃.
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