KR20120120964A - 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
탄탈 분말과 티탄 분말을 혼합하여 소결한 스퍼터링 타겟으로서, 티탄의 함유량이 50 wt％ 이하 (단, 0 wt％ 를 제외한다) 이며, 잔부가 탄탈 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 상대 밀도가 90 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟. 적층체 (막) 상호의 물질의 확산을 방지하기 위한 배리어막, 또 무전해 구리 도금이 가능한 구리 확산 방지용 배리어막을 형성하기 위한 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법을 제공하고, 또한 소결법에 의해 Ta-Ti 타겟의 밀도를 향상시키고, 타겟 조성의 균일성을 높여, 편석을 감소시킬 수 있는 타겟을 제공하는 것이다.
Description
본 발명은 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 적층체 (막) 상호의 물질의 확산을 방지하기 위한 배리어막, 또한 무전해 구리 도금이 가능한 구리 확산 방지용 배리어막을 형성하는 데에 적합한, 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자나 절연막에 구리 배선을 형성할 때에, 반도체 소자 (실리콘) 에 직접 구리 배선을 형성하면, 구리가 반도체 소자 (실리콘) 또는 절연막 중으로 확산되어, 반도체의 특성을 저해하므로, 확산 배리어막을 미리 형성하고, 그 후 구리 배선을 형성하고 있다.
반도체 소자의 구리 배선의 확산 배리어막으로서, 일반적으로 탄탈이나 질화 탄탈이 사용되고 있다. 예를 들어, 구리 배선을 형성하는 홈의 오목부에 고순도 탄탈 타겟으로 스퍼터링에 의해 탄탈 혹은 질화 탄탈을 성막하여 확산 배리어막을 형성하고, 이어서 구리 혹은 구리 합금으로 이루어지는 시드층을 스퍼터링에 의해 성막하고, 마지막에 전기 도금으로 구리를 매립하는 것에 의해 행해지고 있다.
이 때, 종래 사용되고 있던 탄탈 혹은 질화 탄탈에서는, 밀착성이 떨어지는 문제가 있었다. 이와 같은 것으로부터 본 발명자들은, 탄탈에 티탄을 첨가한 타겟에 의해 형성되는 구리 확산 방지용 배리어막을 제안하여 상기의 문제를 해결하는 것이다. 또, 반도체 소자에 구리 배선부를 무전해 도금으로 형성하는 것이 행해지는데, 이를 위해 사전에 구리 시드층을 형성하는 것이 필요해진다. 이와 같은 공정의 증가를 저감시키는 방책도 검토되고 있다.
즉, 반도체 소자의 배선폭은 고밀도화에 따라 더욱 좁아지는 방향을 향하고 있는데, 배선폭이 45 ㎚ 이하까지 좁아지면, 이 시드층의 형성이 어려워져 밀착성에 문제가 발생되어 오는 점, 및 전기 도금으로 구리를 매립하는 것이 곤란해지는 점 등으로부터, 매립성이 우수한 무전해 구리 도금으로 시드층이나 배선부를 형성하는 것이 검토되게 되었다 (특허문헌 1, 2, 3, 4 참조).
ULSI 미세 구리 배선 (다마신 구리 배선) 의 형성 방법으로서, 무전해 구리 도금법은 현행 스퍼터링법, 전기 구리 도금법을 대신할 수 있는 것으로서 기대되고 있다.
본 출원인들은, 무전해 구리 도금액에 첨가제로서 중량 평균 분자량 (Mw) 이 작은 수용성 질소 함유 폴리머를 첨가하고, 한편 피도금물의 기판에는 도금액 침지 전에 촉매 금속을 부착시키거나, 혹은 촉매 금속을 미리 최표면에 성막한 후, 도금액에 침지시켜 그 촉매 금속 위에 질소 원자를 개재하여 폴리머를 흡착시키고, 그 결과 도금의 석출 속도가 억제되고, 또한 결정이 매우 미세화되어 막두께 15 ㎚ 이하의 균일한 박막이 웨이퍼와 같은 경면 상에 형성 가능해지는 것을 알아내었다 (특허문헌 5 참조).
또, 본 출원인들은, 촉매 금속을 미리 최표면에 성막한 후, 도금액에 침지시켜 그 촉매 금속 위에 질소 원자를 개재하여 폴리머를 흡착시키고, 그 결과 도금의 석출 속도가 억제되고, 또한 결정이 매우 미세화되어 막두께 6 ㎚ 이하의 균일한 박막이 웨이퍼와 같은 경면 상에 형성 가능해지는 것을 개시하였다.
그러나, 실제로 이들 촉매 금속을 다마신 배선 형성에 적용하기 위해서는 구리 확산 방지를 위한 배리어층이 별도로 필요하여, 구리를 성막하기 전에 2 층이나 넣게 되어, 막두께를 두껍게 할 수 없는 초미세 배선에서는 실용상 적용이 곤란하다.
이와 같은 것으로부터 본 출원인들은, 먼저 탄탈 또는 티탄에서 선택한 1 성분 이상의 금속 원소, 무전해 도금에 대한 촉매능을 갖는 백금, 금, 은, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 이리듐에서 선택한 1 성분 이상의 금속 원소 및 상기 탄탈 또는 티탄의 질화물의 형태로 함유하는 질소로 이루어지는 구리 확산 방지용 배리어막을 제안하여 상기의 문제를 해결할 수 있었다. 이 자체는 유효한 배리어막으로서의 기능을 갖는 것이다 (특허문헌 6 참조).
한편, 스퍼터링 타겟을 제조하는 경우에, 특히 문제가 되는 것은, 용해법에 의해 타겟을 제조할 것인지, 소결법 (분말 야금법) 에 의해 타겟으로 제조할 것인지라는 점이다. 이 경우, 각각 탄탈 (Ta) 과 티탄 (Ti) 의 합금 잉곳 또는 탄탈 (Ta) 과 티탄 (Ti) 의 소결체를 제조하는 것이 기본이 되는 것이지만, 이들에 대해서는, 각각 이점과 결점을 갖고 있다.
용해법으로 본 경우, 탄탈과 티탄은 전율고용이지만, Ta 의 융점은 3020 ℃ 여서, 고온으로 가열하지 않으면, 용해되지 않는다는 문제가 있고, Ti 의 비점이 3280 ℃ 이기 때문에, 제조에 위험성이 수반된다는 문제가 있다.
이에 대해, 소결법에 의해 Ta-Ti 타겟을 제조하는 경우에는, 밀도가 오르기 어렵고, 또 타겟 조성의 균일성이 충분하지 않다는 문제를 갖고 있다. 특히, Ti 의 함유량이 증가함에 따라, 편석이 커지고, 밀도의 저하가 현저해진다. 밀도가 낮은 타겟은, 파티클의 발생을 증가시킨다는 문제가 있어, 막의 품질, 특히 배리어막으로서의 기능을 저하시킨다는 문제가 있다.
이상으로부터, 소결법에 의해 Ta-Ti 타겟을 제조하는 경우에, 타겟 조성의 균일성과 밀도를 향상시킬 수 있으면, 큰 기술적인 향상이라고 할 수 있다.
Ta-Ti 타겟의 제조에 관한 종래 기술을 보면, 특허문헌 7 에 용해법에 의한 고순도 탄탈제 타겟의 기재가 있다. 이 경우, 탄탈의 고순도화에 특징이 있고, Ta-Ti 타겟을 제조하는 기술의 개시가 없고, 그 경우의 문제점의 지적도 없다.
특허문헌 8 에는, 고순도 탄탈에 미량의 티탄을 넣은 소결체 타겟의 기재가 있다. 이 경우에는, TaH2 분말과 TiH2 분말을 혼합하여, 이것을 탈수소 처리하고, 다시 소결하여 고밀도화와 가열 처리에 의한 균질화를 도모하고 있다. 이 경우, 수소화 분말을 이용하는 점, 이 탈수소의 공정이 필요한 점, 또한 가열에 의해 균질화하는 공정이 필요하여, 이와 같은 복잡하고 또한 비용이 비싸지는 공정을 취해야 하는 점에, 소결법의 어려움을 엿볼 수 있다.
특허문헌 9 에, 반도체 소자의 캐패시터부의 형성 방법에 관한 것으로, 캐패시터부의 하부 전극으로서 Ti 막을 형성하고, 스퍼터링에 의해 그 표면을 Ti＋Ta 막으로 하는 기재가 있다. 이 경우, Ti 막 위에 기복이 있는 Ta 막을 형성하는 것으로, 기본적으로 2 층 구조로 되어 있다. 타겟으로는, Ta 타겟을 사용하는 기재는 있지만, Ta-Ti 타겟을 사용한 예는 없다.
특허문헌 10 에, Ta 스퍼터링 타겟과 그 제조 방법의 기재가 있다. 그러나, 이 경우에는, 용해품으로, Ta 잉곳을 사용하여 타겟을 제조하는 기술이 개시되어 있지만, 소결품 제조의 제안은 없다.
특허문헌 11 에는, Ta-Ti 막과 스퍼터링 타겟의 개시가 있지만, 이 타겟이 어떻게 하여 제조된 것인지 불분명하다. 이상으로부터, 용해품에서는, Ta-Ti 스퍼터링 타겟의 제조가 매우 곤란하기 때문에, 소결품에 일루의 희망을 걸 수 있지만, 종래 기술에서는 고밀도이고 품질이 우수한 스퍼터링 타겟의 제조에 이르지 않았다는 문제가 있다.
본 발명은 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 적층체 (막) 상호의 물질의 확산을 방지하기 위한 배리어막, 또한 무전해 구리 도금이 가능한 구리 확산 방지용 배리어막을 형성하기 위한 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법을 제공하고자 하는 것인데, 특히, 이 배리어막은 기판과의 밀착성을 향상시킬 수 있고, 또한 소결법에 의해 Ta-Ti 타겟의 밀도를 향상시키고, 타겟 조성의 균일성을 높여, 편석을 감소시킬 수 있는 타겟을 제공하는 것이다.
이 고밀도의 타겟을 사용함으로써 파티클의 발생을 감소시켜, 막의 품질, 특히 배리어막으로서의 기능을 향상시키고자 하는 것이다.
상기의 과제를 감안하여, 본 발명은 이하의 발명을 제공하는 것이다.
1) 탄탈 분말과 티탄 분말을 혼합하여 소결한 스퍼터링 타겟으로서, 티탄의 함유량이 50 wt％ 이하 (단, 0 wt％ 를 제외한다) 이며, 잔부가 탄탈 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 상대 밀도가 90 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟.
2) 상대 밀도가 95 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 상기 1) 에 기재된 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟.
3) 무전해 도금에 대한 촉매능을 갖는 백금, 금, 은, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 이리듐에서 선택한 1 성분 이상의 금속 원소 1 ? 15 wt％ 를 추가로 함유하고, 잔부가 탄탈 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 1) 또는 2) 에 기재된 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟.
4) 티탄의 함유량이 1 ? 40 wt％ 인 것을 특징으로 하는 상기 1) ? 3) 중 어느 한 항에 기재된 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟.
5) 탄탈 분말과 티탄 분말을 혼합하여, 이것을 온도 1300 ? 1650 ℃, 압력 150 ? 450 kgf/㎠ 로 소결하는 것을 특징으로 하는 상기 1) ? 4) 중 어느 한 항에 기재된 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟의 제조 방법.
6) 탄탈 분말과 티탄 분말의 순도가 3 N 이상인 것을 특징으로 하는 상기 5) 에 기재된 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟의 제조 방법.
7) 탄탈 분말과 티탄 분말의 입도가 50 ? 200 ㎛ 의 범위에 있는 분말을 사용하여 소결하는 것을 특징으로 하는 상기 5) 또는 6) 에 기재된 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟의 제조 방법.
본 발명은 적층체 (막) 상호의 물질의 확산을 방지하기 위한 배리어막, 특히 무전해 구리 도금이 가능한 구리 확산 방지용 배리어막을 형성하기 위한 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법에 관한 것인데, 특히, 이 배리어막은 기판과의 밀착성을 향상시킬 수 있고, 또한 소결법에 의해 Ta-Ti 타겟의 밀도를 향상시키고, 타겟 조성의 균일성을 높여, 편석을 감소시킬 수 있다는 큰 효과를 갖는다. 이 고밀도의 타겟을 사용함으로써 파티클의 발생을 감소시켜, 막의 품질, 특히 배리어막으로서의 기능을 향상시킬 수 있다.
또, 반도체 소자에 대한 구리 확산 배리어성을 갖는 금속과 구리 배선부를 무전해 도금으로 형성할 때에 촉매 작용을 하는 금속과 상기 탄탈 및 티탄의 소결체로 이루어지는 스퍼터링 타겟을 질소 가스 분위기에서 스퍼터 성막함으로써, 성막 중의 배리어성 재료, 촉매성 재료 및 질소 함유량을 조정하여 구리 시드층을 형성하는 것이 가능하고, 무전해 구리 도금성, 구리 확산 방지 배리어성 및 도금막의 내산화성을 구비한, 구리 확산 방지용 배리어막, 동 (同) 배리어막의 형성 방법, 다마신 구리 배선용 시드층의 형성 방법 및 다마신 구리 배선을 형성한 반도체 웨이퍼를 제공할 수 있다는 효과를 갖는다.
본 발명의 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟은, 탄탈 분말과 티탄 분말을 혼합하여 소결한 스퍼터링 타겟이다. 이 경우의 티탄의 함유량이 50 wt％ 이하 (단, 0 wt％ 를 제외한다) 이며, 잔부가 탄탈 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 상대 밀도가 90 ％ 이상이다. 상대 밀도는, 나아가 95 ％ 이상을 달성할 수 있다.
Ti 의 첨가는, Ta 를 주성분으로 하는 막의 밀착성을 향상시키는 것인데, Ta에 Ti 를 첨가함으로써 산화 실리콘 등의 산화물층의 밀착성이 높아진다는 현상을 발생시킨다.
티탄의 첨가량은, 미량이어도 효과가 있으며, 밀착성의 효과를 높이기 위해서는, 적어도 불순물 레벨 이상의 첨가가 바람직하다. 밀착성이 향상되는 기구는 반드시 해명된 것은 아니지만, Ti 는 활성 금속이어서, 상기 산화물층의 산소와 반응하여, 계면에 밀착성을 향상시키는 물질이 형성되는 것이 원인이라고 생각된다.
한편, 티탄의 함유량을 50 wt％ 이하로 하는 것은, 스퍼터링에 의해 배리어막을 형성한 경우, 탄탈의 배리어막으로서의 기능을 유지할 수 없기 때문이다. 상기에 있어서 Ti 의 첨가는 막의 밀착성을 향상시킨다고 서술했지만, 반대로 과잉 첨가는, 오히려 막의 밀착성을 저하시키는 현상을 발생시킨다. 이 결과, 상한값은 동일하게 50 wt％ 이다.
본 발명의 Ti 를 함유하는 Ta 소결체 스퍼터링 타겟의 밀도를 향상시키고, 또한 이 Ta-Ti 타겟을 사용하여 스퍼터 성막한 경우의, Ta 의 배리어막으로서의 기능 및 Ta-Ti 막의 밀착성의 향상으로부터, 바람직한 티탄의 함유량은 1 ? 40 wt％ 이며, 더욱 바람직한 범위는 3 ? 20 wt％ 이다. 또한, 티탄을 함유시키는 것은, 고가의 탄탈의 사용을 줄일 수 있어, 비용 저감을 도모할 수 있다는 부차적 효과도 있다.
상기 티탄을 함유하는 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟에, 추가로 백금, 금, 은, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 이리듐에서 선택한 1 성분 이상의 금속 원소 1 ? 15 wt％ 를 함유시켜, 잔부를 탄탈 및 불가피적 불순물로 할 수 있다. 이 첨가 성분은, 무전해 도금에 대한 촉매능을 갖는 것으로, 배리어막 상에 무전해 도금을 실시하는 경우에 매우 유효하다. 본원 발명은 이것들을 포함한다.
본원 발명의 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟의 제조시에는, 탄탈 분말과 티탄 분말을 혼합하여, 이것을 온도 1300 ? 1650 ℃, 압력 150 ? 450 kgf/㎠ 로 소결 함으로써 제조할 수 있다. 1300 ℃ 미만에서는, 충분한 소결 강도를 얻을 수 없고, 밀도 향상도 기대할 수 없다. 또, 1650 ℃ 를 초과하는 온도에서는, 첨가하는 Ti 의 융점 1670 ℃ 에 가까워져, 편석을 발생시킬 가능성이 높아지기 때문에, 1650 ℃ 이하로 한다.
소결시의 가압력은, 150 ? 450 kgf/㎠ 로 하는 것이 좋다. 150 kgf/㎠ 미만에서는, 소결 밀도가 오르기 어렵고, 가압력이 450 kgf/㎠ 를 초과하는 경우에는, 밀도 향상의 효과가 포화되어 소용없게 되므로, 상기의 범위로 하는 것이 좋다.
소결하는 재료에 대해서는, 탄탈 분말과 티탄 분말이 고순도인 것, 적어도 양 분말의 순도가 3 N 이상인 것이 바람직하다. 불순물 농도가 많아지면 편석이 잘 발생하게 되고, 밀도가 저하되기 때문이다. 또한, 탄탈 분말과 티탄 분말의 입도가 50 ? 200 ㎛ 의 범위에 있는 분말을 사용하여 소결하는 것이 바람직하다.
분말의 입도가 지나치게 크면, 밀도를 높일 수 없고, 반대로, 분말의 입도가 지나치게 작으면, 충전시의 부피 밀도가 낮아져, 소결 1 회당의 충전 장 수가 적어지기 때문에 생산성이 나빠진다. 또한, 혼합에 장시간을 필요로 하기 때문에 불순물의 혼입이 많아진다. 그 때문에, 적당한 입경이 바람직하다고 할 수 있다.
또한, 본원 발명은 촉매 금속 원소와 배리어 금속 원소를 동시에 함유시킴으로써 배리어겸 촉매층을 1 층으로 하여, 막두께를 얇게 할 수 있다. 배리어성을 높이기 위해서는, 막 중의 촉매 금속 성분 비율을 낮추고, 배리어 금속 성분 비율을 높일 필요가 있는데, 스퍼터 성막시에 챔버 내에 질소 가스를 도입함으로써, 배리어 성분의 성막 속도가 내려가, 결과적으로 촉매 금속 성분의 막 중 비율을 높일 수 있다.
이 현상을 상세하게 검토하면, 스퍼터링 중에 배리어 성분인 탄탈 또는 티탄 금속 원소는, 일부가 질화되어, 질화 탄탈 또는 질화 티탄이 되는데, 이 질화 탄탈 또는 질화 티탄의 성막 속도가 느리기 때문에, 질화되지 않는 촉매 금속 원소 (귀금속 원소) 는, 질화 탄탈 또는 질화 티탄에 비해, 상대적으로 성막 속도가 빨라지는 것을 생각할 수 있다. 따라서, 이로써 막 중의 촉매 금속 원소 (귀금속 원소) 의 비율이 높아지고, 이것이 촉매 금속 성분의 막 중 비율을 높이는 원인이 된다고 생각된다.
이것은 고가의 귀금속이 많은 촉매 금속을 사용한 스퍼터링 타겟 제조에 있어서, 타겟 중의 촉매 금속 성분 비율을 크게 높일 필요가 없어지므로, 실용상 유효하다.
구리 확산 방지용 배리어막 상에, 다마신 구리 배선용 시드층을 형성하는 경우에는, 상기 촉매능을 갖는 금속 원소를 촉매로 하여, 무전해 구리 도금막을 성막하는데, 이를 위한 무전해 도금 방법으로는, 예를 들어 중량 평균 분자량 (Mw) 이 1,000 이상 100,000 미만인 수용성 질소 함유 폴리머를 함유하는 무전해 구리 도금액을 사용하여 성막하는 방법을 들 수 있다. 적절히 이 수법을 사용할 수 있다.
또, 도금 전에 도금하는 기재의 산 처리, 알칼리 처리, 계면활성제 처리, 초음파 세정 혹은 이들을 조합한 처리를 실시함으로써, 기재의 클리닝, 젖음성 향상을 도모할 수 있다.
실시예
다음으로, 실시예에 대하여 설명하는데, 이 실시예는 어디까지나 일례로, 이 이 예에만 제한되지 않는다. 즉, 본 발명의 기술 사상에 포함되는 다른 양태 또는 변형을 모두 포함하는 것이다.
(실시예 1)
순도 99.9 ％, 평균 입경 150 ㎛ 의 티탄 분말 1 wt％ 와 순도 99.9 ％, 평균 입경 90 ㎛ 의 탄탈 분말을 99 wt％ 의 조건에서 혼합하여, 소결체의 원료로 하였다.
다음으로, 이 원료 분말을 핫 프레스용 용기에 넣고, 진공 분위기 중, 온도 1550 ℃, 유지 시간 2 시간, 가압력 240 kgf/㎠ 의 조건하에서, 핫 프레스하여 소결체를 얻었다. 소결체의 밀도는 94 ％ 가 되었다.
이 소결체를 선반 (旋盤) 으로 직경 165.1 ㎜, 두께 6.35 ㎜ 의 형상이 되도록, 절삭 가공하여 타겟을 제조하였다. 이 타겟을 사용하여, DC 마그네트론 스퍼터 장치로 스퍼터링을 실시하였다. 스퍼터 조건은, 스퍼터 파워 1 ㎾, Ar 가스압 0.5 Pa 로 하여, 2 ㎾hr 의 프리 (pre) 스퍼터를 실시한 후, 3.5 인치 직경의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에, 목표 막두께 1000 Å 이 되도록 스퍼터하였다.
스퍼터링 종료 후, 각 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 형성된 탄탈?티탄막 중의 파티클 등의 개수를 측정하였다. 이러한 파티클 등의 개수의 측정에는, 레이저식 파티클 카운터를 사용하였다. 그 때, 파티클 개수로서 외경 0.3 ㎛ 이상의 파티클 등의 개수를 측정하여, 12 장의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상의 파티클 1 장 당의 평균 개수를 파티클수로 하였다.
이 결과, 파티클수는, 10 개가 되었다. 이 파티클수는, 밀도 향상이 원인으로, 파티클수가 감소된 것으로 생각된다.
(스퍼터링막의 밀착성)
다음으로, 기판에 부착된 막의 밀착성을 평가하였다. 박리 강도는 스크래치 시험에 의해 측정하였다. 구체적으로는, 하기 조건에서의 스크래치 시험 후의 시료를 광학 현미경에 의해 관찰하여, 하지의 유리 (웨이퍼) 가 노출된 점을 피막의 박리점으로 하고, 스크래치 개시점으로부터의 거리를 측장함으로써, 박리 하중을 산출하였다. 이 결과, 박리 하중은 13 밀리 뉴턴으로, 양호한 결과가 되었다.
(스크래치 시험의 조건)
스크래치 시험기 ： CSEM 사 제조, Micro-Scratch-Tester
스크래치 거리 : 20 ㎜
스크래치 하중 : 0 ? 10 뉴턴
하중 레이트 ： 10 뉴턴/분
스크래치 속도 : 20 ㎜/분
다이아몬드 콘 형상 : 선단 200 ㎛Φ
하기의 실시예 및 비교예는, 모두 상기의 조건에서 측정을 실시하였다.
(배리어성의 시험과 그 결과)
다음으로, 상기 스퍼터링 소결체 타겟을 사용하여, SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 탄탈?티탄막을 제조하고, 그 위에 구리를 스퍼터로 성막하여, 400 ℃ × 30 분간의 진공 어닐 처리 후의 배리어성을 AES 뎁스 프로파일 (depth profile) 측정에 의해 확인하였다. 이 결과, 구리에 대한 실리콘의 확산이 관찰되지 않아, 실시예 1 의 탄탈?티탄막의 배리어성이 양호한 것을 확인할 수 있었다. 이상의 결과를 표 1 에 나타낸다.
(실시예 2)
순도 99.9 ％, 평균 입경 150 ㎛ 의 티탄 분말 50 wt％ 와 순도 99.9 ％, 평균 입경 90 ㎛ 의 탄탈 분말을 50 wt％ 의 조건에서 혼합하여, 소결체의 원료로 하였다.
다음으로, 이 원료 분말을 핫 프레스용 용기에 넣고, 진공 분위기 중, 온도 1550 ℃, 유지 시간 2 시간, 가압력 240 kgf/㎠ 의 조건하에서, 핫 프레스하여 소결체를 얻었다. 소결체의 밀도는 98 ％ 가 되었다.
이 소결체를 선반으로 직경 165.1 ㎜, 두께 6.35 ㎜ 의 형상이 되도록, 절삭 가공하여 타겟을 제조하였다. 이 타겟을 사용하여, DC 마그네트론 스퍼터 장치로 스퍼터링을 실시하였다. 스퍼터 조건은, 스퍼터 파워 1 ㎾, Ar 가스압 0.5 Pa 로 하여, 2 ㎾hr 의 프리 스퍼터를 실시한 후, 3.5 인치 직경의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에, 목표 막두께 1000 Å 이 되도록 스퍼터하였다.
스퍼터링 종료 후, 각 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 형성된 탄탈?티탄막 중의 파티클 등의 개수를 측정하였다. 이러한 파티클 등의 개수의 측정에는, 레이저식 파티클 카운터를 사용하였다. 그 때, 파티클 개수로서 외경 0.3 ㎛ 이상의 파티클 등의 개수를 측정하여, 12 장의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상의 파티클 1 장 당의 평균 개수를 파티클수로 하였다.
이 결과, 파티클수는, 3 개가 되었다. 이 파티클수는, 밀도 향상이 원인으로, 파티클수가 감소된 것으로 생각된다.
(스퍼터링막의 밀착성)
다음으로, 기판에 부착된 막의 밀착성을 평가하였다. 박리 강도는, 실시예 1 과 동일하게, 스크래치 시험에 의해 측정하였다. 구체적으로는, 하기 조건에서의 스크래치 시험 후의 시료를 광학 현미경에 의해 관찰하여, 하지의 유리 (웨이퍼) 가 노출된 점을 피막의 박리점으로 하고, 스크래치 개시점으로부터의 거리를 측장함으로써, 박리 하중을 산출하였다. 이 결과, 박리 하중은 19 밀리 뉴턴으로, 양호한 결과가 되었다.
(배리어성의 시험과 그 결과)
다음으로, 상기 스퍼터링 소결체 타겟을 사용하여, SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 탄탈?티탄막을 제조하고, 그 위에 구리를 스퍼터로 성막하여, 400 ℃ × 30 분간의 진공 어닐 처리 후의 배리어성을 AES 뎁스 프로파일 측정에 의해 확인하였다.
이 결과, 구리에 대한 실리콘의 확산이 관찰되지 않아, 실시예 2 의 탄탈?티탄막의 배리어성이 양호한 것을 확인할 수 있었다. 이 결과를 마찬가지로 표 1 에 나타낸다.
(실시예 3)
순도 99.9 ％, 평균 입경 150 ㎛ 의 티탄 분말 2 wt％ 와 순도 99.9 ％, 평균 입경 90 ㎛ 의 탄탈 분말을 98 wt％ 의 조건에서 혼합하여, 소결체의 원료로 하였다.
다음으로, 이 원료 분말을 핫 프레스용 용기에 넣고, 진공 분위기 중, 온도 1550 ℃, 유지 시간 2 시간, 가압력 240 kgf/㎠ 의 조건하에서, 핫 프레스하여 소결체를 얻었다. 소결체의 밀도는 94 ％ 가 되었다.
이 소결체를 선반으로 직경 165.1 ㎜, 두께 6.35 ㎜ 의 형상이 되도록, 절삭 가공하여 타겟을 제조하였다. 이 타겟을 사용하여, DC 마그네트론 스퍼터 장치로 스퍼터링을 실시하였다. 스퍼터 조건은, 스퍼터 파워 1 ㎾, Ar 가스압 0.5 Pa 로 하여, 2 ㎾hr 의 프리 스퍼터를 실시한 후, 3.5 인치 직경의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에, 목표 막두께 1000 Å 이 되도록 스퍼터하였다.
스퍼터링 종료 후, 각 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 형성된 탄탈?티탄막 중의 파티클 등의 개수를 측정하였다. 이러한 파티클 등의 개수의 측정에는, 레이저식 파티클 카운터를 사용하였다. 그 때, 파티클 개수로서 외경 0.3 ㎛ 이상의 파티클 등의 개수를 측정하여, 12 장의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상의 파티클 1 장 당의 평균 개수를 파티클수로 하였다.
이 결과, 파티클수는, 9 개가 되었다. 이 파티클수는, 밀도 향상이 원인으로, 파티클수가 감소된 것으로 생각된다.
(스퍼터링막의 밀착성)
다음으로, 기판에 부착된 막의 밀착성을 평가하였다. 박리 강도는, 실시예 1 과 동일하게, 스크래치 시험에 의해 측정하였다. 구체적으로는, 하기 조건에서의 스크래치 시험 후의 시료를 광학 현미경에 의해 관찰하여, 하지의 유리 (웨이퍼) 가 노출된 점을 피막의 박리점으로 하고, 스크래치 개시점으로부터의 거리를 측장함으로써, 박리 하중을 산출하였다. 이 결과, 박리 하중은 15 밀리 뉴턴으로, 양호한 결과가 되었다.
(배리어성의 시험과 그 결과)
다음으로, 상기 스퍼터링 소결체 타겟을 사용하여, SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 탄탈?티탄막을 제조하고, 그 위에 구리를 스퍼터로 성막하여, 400 ℃ × 30 분간의 진공 어닐 처리 후의 배리어성을 AES 뎁스 프로파일 측정에 의해 확인하였다.
이 결과, 구리에 대한 실리콘의 확산이 관찰되지 않아, 실시예 3 의 탄탈?티탄막의 배리어성이 양호한 것을 확인할 수 있었다. 이 결과를 마찬가지로 표 1 에 나타낸다.
(실시예 4)
순도 99.9 ％, 평균 입경 150 ㎛ 의 티탄 분말 40 wt％ 와 순도 99.9 ％, 평균 입경 90 ㎛ 의 탄탈 분말을 60 wt％ 의 조건에서 혼합하여, 소결체의 원료로 하였다.
다음으로, 이 원료 분말을 핫 프레스용 용기에 넣고, 진공 분위기 중, 온도 1550 ℃, 유지 시간 2 시간, 가압력 240 kgf/㎠ 의 조건하에서, 핫 프레스하여 소결체를 얻었다. 소결체의 밀도는 98 ％ 가 되었다.
이 소결체를 선반으로 직경 165.1 ㎜, 두께 6.35 ㎜ 의 형상이 되도록, 절삭 가공하여 타겟을 제조하였다. 이 타겟을 사용하여, DC 마그네트론 스퍼터 장치로 스퍼터링을 실시하였다. 스퍼터 조건은, 스퍼터 파워 1 ㎾, Ar 가스압 0.5 Pa 로 하여, 2 ㎾hr 의 프리 스퍼터를 실시한 후, 3.5 인치 직경의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에, 목표 막두께 1000 Å 이 되도록 스퍼터하였다.
스퍼터링 종료 후, 각 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 형성된 탄탈?티탄막 중의 파티클 등의 개수를 측정하였다. 이러한 파티클 등의 개수의 측정에는, 레이저식 파티클 카운터를 사용하였다. 그 때, 파티클 개수로서 외경 0.3 ㎛ 이상의 파티클 등의 개수를 측정하여, 12 장의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상의 파티클 1 장 당의 평균 개수를 파티클수로 하였다.
이 결과, 파티클수는, 4 개가 되었다. 이 파티클수는, 밀도 향상이 원인으로, 파티클수가 감소된 것으로 생각된다.
(스퍼터링막의 밀착성)
다음으로, 기판에 부착된 막의 밀착성을 평가하였다. 박리 강도는, 실시예 1 과 동일하게, 스크래치 시험에 의해 측정하였다. 구체적으로는, 하기 조건에서의 스크래치 시험 후의 시료를 광학 현미경에 의해 관찰하여, 하지의 유리 (웨이퍼) 가 노출된 점을 피막의 박리점으로 하고, 스크래치 개시점으로부터의 거리를 측장함으로써, 박리 하중을 산출하였다. 이 결과, 박리 하중은 19 밀리 뉴턴으로, 양호한 결과가 되었다.
(배리어성의 시험과 그 결과)
다음으로, 상기 스퍼터링 소결체 타겟을 사용하여, SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 탄탈?티탄막을 제조하고, 그 위에 구리를 스퍼터로 성막하여, 400 ℃ × 30 분간의 진공 어닐 처리 후의 배리어성을 AES 뎁스 프로파일 측정에 의해 확인하였다.
이 결과, 구리에 대한 실리콘의 확산이 관찰되지 않아, 실시예 4 의 탄탈?티탄막의 배리어성이 양호한 것을 확인할 수 있었다. 이 결과를 마찬가지로 표 1 에 나타낸다.
(실시예 5)
순도 99.9 ％, 평균 입경 150 ㎛ 의 티탄 분말 5 wt％ 와 순도 99.9 ％, 평균 입경 90 ㎛ 의 탄탈 분말을 95 wt％ 의 조건에서 혼합하여, 소결체의 원료로 하였다.
다음으로, 이 원료 분말을 핫 프레스용 용기에 넣고, 진공 분위기 중, 온도 1550 ℃, 유지 시간 2 시간, 가압력 240 kgf/㎠ 의 조건하에서, 핫 프레스하여 소결체를 얻었다. 소결체의 밀도는 95 ％ 가 되었다.
이 소결체를 선반으로 직경 165.1 ㎜, 두께 6.35 ㎜ 의 형상이 되도록, 절삭 가공하여 타겟을 제조하였다. 이 타겟을 사용하여, DC 마그네트론 스퍼터 장치로 스퍼터링을 실시하였다. 스퍼터 조건은, 스퍼터 파워 1 ㎾, Ar 가스압 0.5 Pa 로 하여, 2 ㎾hr 의 프리 스퍼터를 실시한 후, 3.5 인치 직경의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에, 목표 막두께 1000 Å 이 되도록 스퍼터하였다.
스퍼터링 종료 후, 각 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 형성된 탄탈?티탄막 중의 파티클 등의 개수를 측정하였다. 이러한 파티클 등의 개수의 측정에는, 레이저식 파티클 카운터를 사용하였다. 그 때, 파티클 개수로서 외경 0.3 ㎛ 이상의 파티클 등의 개수를 측정하여, 12 장의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상의 파티클 1 장 당의 평균 개수를 파티클수로 하였다.
이 결과, 파티클수는, 8 개가 되었다. 이 파티클수는, 밀도 향상이 원인으로, 파티클수가 감소된 것으로 생각된다.
(스퍼터링막의 밀착성)
다음으로, 기판에 부착된 막의 밀착성을 평가하였다. 박리 강도는, 실시예 1 과 동일하게, 스크래치 시험에 의해 측정하였다. 구체적으로는, 하기 조건에서의 스크래치 시험 후의 시료를 광학 현미경에 의해 관찰하여, 하지의 유리 (웨이퍼) 가 노출된 점을 피막의 박리점으로 하고, 스크래치 개시점으로부터의 거리를 측장함으로써, 박리 하중을 산출하였다. 이 결과, 박리 하중은 17 밀리 뉴턴으로, 양호한 결과가 되었다.
(배리어성의 시험과 그 결과)
다음으로, 상기 스퍼터링 소결체 타겟을 사용하여, SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 탄탈?티탄막을 제조하고, 그 위에 구리를 스퍼터로 성막하여, 400 ℃ × 30 분간의 진공 어닐 처리 후의 배리어성을 AES 뎁스 프로파일 측정에 의해 확인하였다.
이 결과, 구리에 대한 실리콘의 확산이 관찰되지 않아, 실시예 5 의 탄탈?티탄막의 배리어성이 양호한 것을 확인할 수 있었다. 이 결과를 마찬가지로 표 1 에 나타낸다.
(실시예 6)
순도 99.9 ％, 평균 입경 150 ㎛ 의 티탄 분말 15 wt％ 와 순도 99.9 ％, 평균 입경 90 ㎛ 의 탄탈 분말을 85 wt％ 의 조건에서 혼합하여, 소결체의 원료로 하였다.
다음으로, 이 원료 분말을 핫 프레스용 용기에 넣고, 진공 분위기 중, 온도 1550 ℃, 유지 시간 2 시간, 가압력 240 kgf/㎠ 의 조건하에서, 핫 프레스하여 소결체를 얻었다. 소결체의 밀도는 97 ％ 가 되었다.
이 소결체를 선반으로 직경 165.1 ㎜, 두께 6.35 ㎜ 의 형상이 되도록, 절삭 가공하여 타겟을 제조하였다. 이 타겟을 사용하여, DC 마그네트론 스퍼터 장치로 스퍼터링을 실시하였다. 스퍼터 조건은, 스퍼터 파워 1 ㎾, Ar 가스압 0.5 Pa 로 하여, 2 ㎾hr 의 프리 스퍼터를 실시한 후, 3.5 인치 직경의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에, 목표 막두께 1000 Å 이 되도록 스퍼터하였다.
스퍼터링 종료 후, 각 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 형성된 탄탈?티탄막 중의 파티클 등의 개수를 측정하였다. 이러한 파티클 등의 개수의 측정에는, 레이저식 파티클 카운터를 사용하였다. 그 때, 파티클 개수로서 외경 0.3 ㎛ 이상의 파티클 등의 개수를 측정하여, 12 장의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상의 파티클 1 장 당의 평균 개수를 파티클수로 하였다.
이 결과, 파티클수는, 6 개가 되었다. 이 파티클수는, 밀도 향상이 원인으로, 파티클수가 감소된 것으로 생각된다.
(스퍼터링막의 밀착성)
다음으로, 기판에 부착된 막의 밀착성을 평가하였다. 박리 강도는, 실시예 1 과 동일하게, 스크래치 시험에 의해 측정하였다. 구체적으로는, 하기 조건에서의 스크래치 시험 후의 시료를 광학 현미경에 의해 관찰하여, 하지의 유리 (웨이퍼) 가 노출된 점을 피막의 박리점으로 하고, 스크래치 개시점으로부터의 거리를 측장함으로써, 박리 하중을 산출하였다. 이 결과, 박리 하중은 18 밀리 뉴턴으로, 양호한 결과가 되었다.
(배리어성의 시험과 그 결과)
다음으로, 상기 스퍼터링 소결체 타겟을 사용하여, SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 탄탈?티탄막을 제조하고, 그 위에 구리를 스퍼터로 성막하여, 400 ℃ × 30 분간의 진공 어닐 처리 후의 배리어성을 AES 뎁스 프로파일 측정에 의해 확인하였다.
이 결과, 구리에 대한 실리콘의 확산이 관찰되지 않아, 실시예 6 의 탄탈?티탄막의 배리어성이 양호한 것을 확인할 수 있었다. 이 결과를 마찬가지로 표 1 에 나타낸다.
(비교예 1)
순도 99.9 ％, 평균 입경 90 ㎛ 탄탈 분말을 소결체의 원료로 하였다. 이 경우, 티탄의 첨가는 실시하지 않았기 때문에, 탄탈 100 wt％ 의 원료로, 본원 발명의 조건에서 벗어나는 것이다.
다음으로, 이 원료 분말을 핫 프레스용 용기에 넣고, 진공 분위기 중, 온도 1550 ℃, 유지 시간 2 시간, 가압력 240 kgf/㎠ 의 조건하에서, 핫 프레스하여 소결체를 얻었다. 소결체의 밀도는 91 ％ 가 되어, 실시예에 비해 크게 저하되었다.
이 소결체를 선반으로 직경 165.1 ㎜, 두께 6.35 ㎜ 의 형상이 되도록, 절삭 가공하여 타겟을 제조하였다. 이 타겟을 사용하여, DC 마그네트론 스퍼터 장치로 스퍼터링을 실시하였다. 스퍼터 조건은, 스퍼터 파워 1 ㎾, Ar 가스압 0.5 Pa 로 하여, 2 ㎾hr 의 프리 스퍼터를 실시한 후, 3.5 인치 직경의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에, 목표 막두께 1000 Å 이 되도록 스퍼터하였다.
스퍼터링 종료 후, 각 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 형성된 탄탈?티탄막 중의 파티클 등의 개수를 측정하였다. 이러한 파티클 등의 개수의 측정에는, 레이저식 파티클 카운터를 사용하였다. 그 때, 파티클 개수로서 외경 0.3 ㎛ 이상의 파티클 등의 개수를 측정하여, 12 장의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상의 파티클 1 장 당의 평균 개수를 파티클수로 하였다.
이 결과, 파티클수는, 11 개가 되었다. 이 파티클수는, 밀도 저하가 원인으로, 파티클수가 증가된 것으로 생각된다.
(스퍼터링막의 밀착성)
다음으로, 기판에 부착된 막의 밀착성을 평가하였다. 박리 강도는, 실시예 1 과 동일하게, 스크래치 시험에 의해 측정하였다. 구체적으로는, 하기 조건에서의 스크래치 시험 후의 시료를 광학 현미경에 의해 관찰하여, 하지의 유리 (웨이퍼) 가 노출된 점을 피막의 박리점으로 하고, 스크래치 개시점으로부터의 거리를 측장함으로써, 박리 하중을 산출하였다. 이 결과, 박리 하중은 7 밀리 뉴턴으로, 밀착성이 떨어졌다.
(배리어성의 시험과 그 결과)
다음으로, 상기 스퍼터링 소결체 타겟을 사용하여, SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 탄탈막을 제조하고, 그 위에 구리를 스퍼터로 성막하여, 400 ℃ × 30 분간의 진공 어닐 처리 후의 배리어성을 AES 뎁스 프로파일 측정에 의해 확인하였다.
이 결과, 구리에 대한 실리콘의 확산이 확인되지 않아, 비교예 1 의 탄탈막의 배리어성은 양호하였다. 이 결과를 마찬가지로 표 1 에 나타낸다.
이 표 1 에 나타내는 바와 같이, 비교예 1 에서는, 밀도가 저하되고, 절연막과의 밀착성도 저하되어 있는데, 예를 들어 실시예 1 과 비교하면, 소량이라도 Ti 를 첨가하는 경우에는, 밀도가 높아지고, 또 절연막과의 밀착성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
(비교예 2)
순도 99.9 ％, 평균 입경 150 ㎛ 의 티탄 분말 60 wt％ 와 순도 99.9 ％, 평균 입경 90 ㎛ 의 탄탈 분말을 40 wt％ 의 조건에서 혼합하여, 소결체의 원료로 하였다. 이 경우, 티탄의 함유량이 60 wt％ 로 많아, 본원 발명의 티탄 함유량을 일탈하는 것이다.
다음으로, 이 원료 분말을 핫 프레스용 용기에 넣고, 진공 분위기 중, 온도 1550 ℃, 유지 시간 2 시간, 가압력 240 kgf/㎠ 의 조건하에서, 핫 프레스하여 소결체를 얻었다. 소결체의 밀도는 98 ％ 가 되었다.
이 소결체를 선반으로 직경 165.1 ㎜, 두께 6.35 ㎜ 의 형상이 되도록, 절삭 가공하여 타겟을 제조하였다. 이 타겟을 사용하여, DC 마그네트론 스퍼터 장치로 스퍼터링을 실시하였다. 스퍼터 조건은, 스퍼터 파워 1 ㎾, Ar 가스압 0.5 Pa 로 하여, 2 ㎾hr 의 프리 스퍼터를 실시한 후, 3.5 인치 직경의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에, 목표 막두께 1000 Å 이 되도록 스퍼터하였다.
스퍼터링 종료 후, 각 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 형성된 탄탈?티탄막 중의 파티클 등의 개수를 측정하였다. 이러한 파티클 등의 개수의 측정에는, 레이저식 파티클 카운터를 사용하였다. 그 때, 파티클 개수로서 외경 0.3 ㎛ 이상의 파티클 등의 개수를 측정하여, 12 장의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상의 파티클 1 장 당의 평균 개수를 파티클수로 하였다.
이 결과, 파티클수는, 5 개가 되었다. 이 파티클수는, 밀도 향상이 원인으로, 파티클수가 감소된 것으로 생각된다.
(스퍼터링막의 밀착성)
다음으로, 기판에 부착된 막의 밀착성을 평가하였다. 박리 강도는, 실시예 1 과 동일하게, 스크래치 시험에 의해 측정하였다. 구체적으로는, 하기 조건에서의 스크래치 시험 후의 시료를 광학 현미경에 의해 관찰하여, 하지의 유리 (웨이퍼) 가 노출된 점을 피막의 박리점으로 하고, 스크래치 개시점으로부터의 거리를 측장함으로써, 박리 하중을 산출하였다. 이 결과, 박리 하중은 20 밀리 뉴턴으로, 밀착성은 양호하였다.
(배리어성의 시험과 그 결과)
다음으로, 상기 스퍼터링 소결체 타겟을 사용하여, SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 탄탈막을 제조하고, 그 위에 구리를 스퍼터로 성막하여, 400 ℃ × 30 분간의 진공 어닐 처리 후의 배리어성을 AES 뎁스 프로파일 측정에 의해 확인하였다.
이 결과, 구리에 대한 실리콘의 확산이 관찰되어, 비교예 2 의 탄탈?티탄막의 배리어성은 불량하였다. 이와 같이, 밀도가 향상되고, 내박리성도 향상되었지만, 티탄의 과잉 첨가는, 본원 발명이 목적으로 하는 배리어성을 저하시키는 원인이 되었다.
이 결과를 마찬가지로 표 1 에 나타낸다.
(실시예 7)
순도 99.9 ％, 평균 입경 150 ㎛ 의 티탄 분말 15 wt％ 와 순도 99.9 ％, 평균 입경 90 ㎛ 의 탄탈 분말을 85 wt％ 의 조건에서 혼합하여, 소결체의 원료로 하였다.
다음으로, 이 원료 분말을 핫 프레스용 용기에 넣고, 진공 분위기 중, 온도 1350 ℃, 유지 시간 2 시간, 가압력 400 kgf/㎠ 의 조건하에서, 핫 프레스하여 소결체를 얻었다. 소결체의 밀도는 95 ％ 가 되었다.
이 소결체를 선반으로 직경 165.1 ㎜, 두께 6.35 ㎜ 의 형상이 되도록, 절삭 가공하여 타겟을 제조하였다. 이 타겟을 사용하여, DC 마그네트론 스퍼터 장치로 스퍼터링을 실시하였다. 스퍼터 조건은, 스퍼터 파워 1 ㎾, Ar 가스압 0.5 Pa 로 하여, 2 ㎾hr 의 프리 스퍼터를 실시한 후, 3.5 인치 직경의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에, 목표 막두께 1000 Å 이 되도록 스퍼터하였다.
스퍼터링 종료 후, 각 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 형성된 탄탈?티탄막 중의 파티클 등의 개수를 측정하였다. 이러한 파티클 등의 개수의 측정에는, 레이저식 파티클 카운터를 사용하였다. 그 때, 파티클 개수로서 외경 0.3 ㎛ 이상의 파티클 등의 개수를 측정하여, 12 장의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상의 파티클 1 장 당의 평균 개수를 파티클수로 하였다.
이 결과, 파티클수는, 9 개가 되었다. 이 파티클수는, 밀도 향상이 원인으로, 파티클수가 감소된 것으로 생각된다.
(스퍼터링막의 밀착성)
다음으로, 기판에 부착된 막의 밀착성을 평가하였다. 박리 강도는, 실시예 1 과 동일하게, 스크래치 시험에 의해 측정하였다. 구체적으로는, 하기 조건에서의 스크래치 시험 후의 시료를 광학 현미경에 의해 관찰하여, 하지의 유리 (웨이퍼) 가 노출된 점을 피막의 박리점으로 하고, 스크래치 개시점으로부터의 거리를 측장함으로써, 박리 하중을 산출하였다. 이 결과, 박리 하중은 18 밀리 뉴턴으로, 양호한 결과가 되었다.
(배리어성의 시험과 그 결과)
다음으로, 상기 스퍼터링 소결체 타겟을 사용하여, SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 탄탈?티탄막을 제조하고, 그 위에 구리를 스퍼터로 성막하여, 400 ℃ × 30 분간의 진공 어닐 처리 후의 배리어성을 AES 뎁스 프로파일 측정에 의해 확인하였다.
이 결과, 구리에 대한 실리콘의 확산이 관찰되지 않아, 실시예 7 의 탄탈?티탄막의 배리어성이 양호한 것을 확인할 수 있었다. 이 결과를 마찬가지로 표 1 에 나타낸다.
(실시예 8)
순도 99.9 ％, 평균 입경 150 ㎛ 의 티탄 분말 15 wt％ 와 순도 99.9 ％, 평균 입경 90 ㎛ 탄탈 분말을 85 wt％ 의 조건에서 혼합하여, 소결체의 원료로 하였다.
다음으로, 이 원료 분말을 핫 프레스용 용기에 넣고, 진공 분위기 중, 온도 1600 ℃, 유지 시간 2 시간, 가압력 200 kgf/㎠ 의 조건하에서, 핫 프레스하여 소결체를 얻었다. 소결체의 밀도는 98 ％ 가 되었다.
이 소결체를 선반으로 직경 165.1 ㎜, 두께 6.35 ㎜ 의 형상이 되도록, 절삭 가공하여 타겟을 제조하였다. 이 타겟을 사용하여, DC 마그네트론 스퍼터 장치로 스퍼터링을 실시하였다. 스퍼터 조건은, 스퍼터 파워 1 ㎾, Ar 가스압 0.5 Pa 로 하여, 2 ㎾hr 의 프리 스퍼터를 실시한 후, 3.5 인치 직경의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에, 목표 막두께 1000 Å 이 되도록 스퍼터하였다.
스퍼터링 종료 후, 각 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 형성된 탄탈?티탄막 중의 파티클 등의 개수를 측정하였다. 이러한 파티클 등의 개수의 측정에는, 레이저식 파티클 카운터를 사용하고, 그 때, 파티클 개수로서 외경 0.3 ㎛ 이상의 파티클 등의 개수를 측정하였다. 12 장의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상의 파티클 1 장 당의 평균 개수를 파티클수로 하였다.
이 결과, 파티클수는, 4 개가 되었다. 이 파티클수는, 밀도 향상이 원인으로, 파티클수가 감소된 것으로 생각된다.
(스퍼터링막의 밀착성)
다음으로, 기판에 부착된 막의 밀착성을 평가하였다. 박리 강도는, 실시예 1 과 동일하게, 스크래치 시험에 의해 측정하였다. 구체적으로는, 하기 조건에서의 스크래치 시험 후의 시료를 광학 현미경에 의해 관찰하여, 하지의 유리 (웨이퍼) 가 노출된 점을 피막의 박리점으로 하고, 스크래치 개시점으로부터의 거리를 측장함으로써, 박리 하중을 산출하였다. 이 결과, 박리 하중은 18 밀리 뉴턴으로, 양호한 결과가 되었다.
(배리어성의 시험과 그 결과)
다음으로, 상기 스퍼터링 소결체 타겟을 사용하여, SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 탄탈?티탄막을 제조하고, 그 위에 구리를 스퍼터로 성막하여, 400 ℃ × 30 분간의 진공 어닐 처리 후의 배리어성을 AES 뎁스 프로파일 측정에 의해 확인하였다.
이 결과, 구리에 대한 실리콘의 확산이 관찰되지 않아, 실시예 8 의 탄탈?티탄막의 배리어성이 양호한 것을 확인할 수 있었다. 이 결과를 마찬가지로 표 1 에 나타낸다.
(비교예 3)
순도 99.9 ％, 평균 입경 150 ㎛ 의 티탄 분말 15 wt％ 와 순도 99.9 ％, 평균 입경 90 ㎛ 의 탄탈 분말을 85 wt％ 의 조건에서 혼합하여, 소결체의 원료로 하였다.
다음으로, 이 원료 분말을 핫 프레스용 용기에 넣고, 진공 분위기 중, 온도 1200 ℃, 유지 시간 2 시간, 가압력 240 kgf/㎠ 의 조건하에서, 핫 프레스하여 소결체를 얻었다. 소결체의 밀도는 80 ％ 가 되었다. 이 예에서는, 소결 온도가 본원 발명의 조건보다 낮은 온도이기 때문에, 밀도가 충분히 오르지 않는 결과가 되었다.
이 소결체를 선반으로 직경 165.1 ㎜, 두께 6.35 ㎜ 의 형상이 되도록, 절삭 가공하여 타겟을 제조하였다. 이 타겟을 사용하여, DC 마그네트론 스퍼터 장치로 스퍼터링을 실시하였다. 스퍼터 조건은, 스퍼터 파워 1 ㎾, Ar 가스압 0.5 Pa 로 하여, 2 ㎾hr 의 프리 스퍼터를 실시한 후, 3.5 인치 직경의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에, 목표 막두께 1000 Å 이 되도록 스퍼터하였다.
스퍼터링 종료 후, 각 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 형성된 탄탈?티탄막 중의 파티클 등의 개수를 측정하였다. 이러한 파티클 등의 개수의 측정에는, 레이저식 파티클 카운터를 사용하였다. 그 때, 파티클 개수로서 외경 0.3 ㎛ 이상의 파티클 등의 개수를 측정하여, 12 장의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상의 파티클 1 장 당의 평균 개수를 파티클수로 하였다. 이 결과, 파티클수는, 20 개가 되어, 실시예에 비해 대폭 증가하였다. 이것은 밀도 저하가 원인이라고 생각된다.
(스퍼터링막의 밀착성)
다음으로, 기판에 부착된 막의 밀착성을 평가하였다. 박리 강도는, 실시예 1 과 동일하게, 스크래치 시험에 의해 측정하였다. 구체적으로는, 하기 조건에서의 스크래치 시험 후의 시료를 광학 현미경에 의해 관찰하여, 하지의 유리 (웨이퍼) 가 노출된 점을 피막의 박리점으로 하고, 스크래치 개시점으로부터의 거리를 측장함으로써, 박리 하중을 산출하였다. 이 결과, 박리 하중은 15 밀리 뉴턴으로, 양호하였다.
(배리어성의 시험과 그 결과)
다음으로, 상기 스퍼터링 소결체 타겟을 사용하여, SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 탄탈?티탄막을 제조하고, 그 위에 구리를 스퍼터로 성막하여, 400 ℃ × 30 분간의 진공 어닐 처리 후의 배리어성을 AES 뎁스 프로파일 측정에 의해 확인하였다. 이 결과, 구리에 대한 실리콘의 확산은 관찰되지 않았다.
이 결과를 마찬가지로 표 1 에 나타낸다.
(비교예 4)
순도 99.9 ％, 평균 입경 150 ㎛ 의 티탄 분말 15 wt％ 와 순도 99.9 ％, 평균 입경 90 ㎛ 의 탄탈 분말을 85 wt％ 의 조건에서 혼합하여, 소결체의 원료로 하였다.
다음으로, 이 원료 분말을 핫 프레스용 용기에 넣고, 진공 분위기 중, 온도 1550 ℃, 유지 시간 2 시간, 가압력 100 kgf/㎠ 의 조건하에서, 핫 프레스하여 1 wt％ Ti 를 함유하고, 잔부가 Ta 로 이루어지는 소결체를 얻었다. 이 경우, 상기 가압력은, 본원 발명의 조건을 충족하지 않는다. 소결체의 밀도는 80 ％ 로 크게 저하되었다.
이 소결체를 선반으로 직경 165.1 ㎜, 두께 6.35 ㎜ 의 형상이 되도록, 절삭 가공하여 타겟을 제조하였다. 이 타겟을 사용하여, DC 마그네트론 스퍼터 장치로 스퍼터링을 실시하였다. 스퍼터 조건은, 스퍼터 파워 1 ㎾, Ar 가스압 0.5 Pa 로 하여, 2 ㎾hr 의 프리 스퍼터를 실시한 후, 3.5 인치 직경의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에, 목표 막두께 1000 Å 이 되도록 스퍼터하였다.
스퍼터링 종료 후, 각 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 형성된 탄탈?티탄막 중의 파티클 등의 개수를 측정하였다. 이러한 파티클 등의 개수의 측정에는, 레이저식 파티클 카운터를 사용하고, 그 때, 파티클 개수로서 외경 0.3 ㎛ 이상의 파티클 등의 개수를 측정하였다. 12 장의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상의 파티클 1 장 당의 평균 개수를 파티클수로 하였다.
이 결과, 파티클수는, 18 개가 되어, 본원 발명의 실시예에 비해 증가하였다. 이 원인은, 밀도 저하가 원인이라고 생각된다.
(스퍼터링막의 밀착성)
다음으로, 기판에 부착된 막의 밀착성을 평가하였다. 박리 강도는, 실시예 1 과 동일하게, 스크래치 시험에 의해 측정하였다. 구체적으로는, 하기 조건에서의 스크래치 시험 후의 시료를 광학 현미경에 의해 관찰하여, 하지의 유리 (웨이퍼) 가 노출된 점을 피막의 박리점으로 하고, 스크래치 개시점으로부터의 거리를 측장함으로써, 박리 하중을 산출하였다. 이 결과, 박리 하중은 15 밀리 뉴턴으로, 양호하였다.
(배리어성의 시험과 그 결과)
다음으로, 상기 스퍼터링 소결체 타겟을 사용하여, SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 탄탈?티탄막을 제조하고, 그 위에 구리를 스퍼터로 성막하여, 400 ℃ × 30 분간의 진공 어닐 처리 후의 배리어성을 AES 뎁스 프로파일 측정에 의해 확인하였다. 이 결과, 구리에 대한 실리콘의 확산은 확인되지 않았다.
이 결과를 마찬가지로 표 1 에 나타낸다.
(실시예 9)
순도 99.9 ％, 평균 입경 150 ㎛ 의 티탄 분말 14 wt％ 와 순도 99.9 ％, 평균 입경 90 ㎛ 의 탄탈 분말 83 wt％, 이것에, 무전해 도금에 대한 촉매능을 갖는 백금, 금, 은, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 이리듐의 금속 원소를 합계 3 wt％ 첨가하고 혼합하여, 소결체의 원료로 하였다.
다음으로, 이 원료 분말을 핫 프레스용 용기에 넣고, 진공 분위기 중, 온도 1550 ℃, 유지 시간 2 시간, 가압력 240 kgf/㎠ 의 조건하에서, 핫 프레스하여 소결체를 얻었다. 소결체의 밀도는 95 ％ 가 되었다.
이 소결체를 선반으로 직경 165.1 ㎜, 두께 6.35 ㎜ 의 형상이 되도록, 절삭 가공하여 타겟을 제조하였다. 이 타겟을 사용하여, DC 마그네트론 스퍼터 장치로 스퍼터링을 실시하였다. 스퍼터 조건은, 스퍼터 파워 1 ㎾, Ar 가스압 0.5 Pa 로 하여, 2 ㎾hr 의 프리 스퍼터를 실시한 후, 3.5 인치 직경의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에, 목표 막두께 1000 Å 이 되도록 스퍼터하였다.
스퍼터링 종료 후, 각 SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 형성된 탄탈?티탄막 중의 파티클 등의 개수를 측정하였다. 이러한 파티클 등의 개수의 측정에는, 레이저식 파티클 카운터를 사용하고, 그 때, 파티클 개수로서 외경 0.3 ㎛ 이상의 파티클 등의 개수를 측정하였다. 12 장의 SiO2 절연막이 형성된 기판 상의 파티클 1 장 당의 평균 개수를 파티클수로 하였다.
이 결과, 파티클수는, 9 개가 되었다. 이 파티클수는, 밀도 향상이 원인으로, 파티클수가 감소된 것으로 생각된다.
(스퍼터링막의 밀착성)
다음으로, 기판에 부착된 막의 밀착성을 평가하였다. 박리 강도는, 실시예 1 과 동일하게, 스크래치 시험에 의해 측정하였다. 구체적으로는, 하기 조건에서의 스크래치 시험 후의 시료를 광학 현미경에 의해 관찰하여, 하지의 유리 (웨이퍼) 가 노출된 점을 피막의 박리점으로 하고, 스크래치 개시점으로부터의 거리를 측장함으로써, 박리 하중을 산출하였다. 이 결과, 박리 하중은 18 밀리 뉴턴으로, 양호한 결과가 되었다.
(배리어성의 시험과 그 결과)
다음으로, 상기 스퍼터링 소결체 타겟을 사용하여, SiO2 절연막이 형성된 기판 상에 탄탈?티탄막을 제조하고, 그 위에 구리를 스퍼터로 성막하여, 400 ℃ × 30 분간의 진공 어닐 처리 후의 배리어성을 AES 뎁스 프로파일 측정에 의해 확인하였다.
이 결과, 구리에 대한 실리콘의 확산이 관찰되지 않아, 실시예 9 의 탄탈?티탄막의 배리어성이 양호한 것을 확인할 수 있었다.
또, 탄탈?티탄막 상에 무전해 도금법에 의한 구리막의 형성을 시도하였다. 먼저, 기판 상에, 탄탈?티탄막을 형성할 때에, 3 인치 RF 스퍼터 장치 (ANELVA 제조 SPF-332HS) 를 사용하였다. 챔버 내를 크라이오 펌프로 5 × 10－5 Pa 로 한 후, 어느 일정 비율의 질소?아르곤 혼합 가스를 전압 0.8 Pa 가 될 때까지 도입하고, 50 W 의 출력으로 플라즈마를 발생시켜, 15 분간의 프리 스퍼터 후, 본 성막을 실시하였다.
다음으로, 무전해 도금에 의한 구리의 성막은, 이하의 조성의 도금액을 사용하여, pH 12.5, 60 ℃ × 3 ? 5 분의 조건에서 실시하였다. 도금시의 구리막과 탄탈?티탄막의, 계면의 산화 상태의 확인을 AES 뎁스 프로파일 측정에 의해 확인하였다.
(무전해 도금액과 도금 조건)
황산 구리 : 0.02 ㏖/ℓ
에틸렌디아민 4 아세트산염 : 0.21 ㏖/ℓ
글리옥실산 : 0.1 ㏖/ℓ
2,2'-비피리딜 : 20 ㎎/ℓ
폴리에틸렌이민 (Mw 10,000) : 200 ㎎/ℓ
pH 12.5 (수산화칼륨)
이 결과, 도금막 계면의 내산화성이 양호한 것을 확인할 수 있었다. 이 결과를 마찬가지로 표 1 에 나타낸다. 또한, 본 실시예 9 에서는, 무전해 도금에 대한 촉매능을 갖는 백금, 금, 은, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 이리듐의 금속 원소를 합계 3 wt％ 첨가하고 혼합하여, 소결체의 원료로 하는 예를 나타내었지만, 백금, 금, 은, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 이리듐에서 선택한 1 성분 이상의 금속 원소를 1 ? 15 wt％ 의 범위에서 첨가한 경우도 동일한 결과를 얻을 수 있었다.
산업상 이용가능성
본 발명은 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법으로, 소결법에 의해 Ta-Ti 타겟의 밀도를 향상시키고, 타겟 조성의 균일성을 높여 편석을 감소시킬 수 있다는 큰 효과를 갖고, 이 고밀도의 타겟을 사용함으로써 파티클의 발생을 감소시켜, 막의 품질, 특히 배리어막으로서의 기능을 향상시킬 수 있고, 적층체 (막) 상호의 물질의 확산을 방지하기 위한 배리어막, 특히 무전해 구리 도금이 가능한 구리 확산 방지용 배리어막을 형성하기 위해 유용하다.
또, 반도체 소자에 대한 구리 확산 배리어성을 갖는 금속과 구리 배선부를 무전해 도금으로 형성할 때에 촉매 작용을 하는 금속과 상기 탄탈 및 티탄의 소결체로 이루어지는 스퍼터링 타겟을 질소 가스 분위기에서 스퍼터 성막함으로써, 성막 중의 배리어성 재료, 촉매성 재료 및 질소 함유량을 조정하여 구리 시드층을 형성하는 것이 가능하고, 무전해 구리 도금성, 구리 확산 방지 배리어성 및 도금막의 내산화성을 구비한, 구리 확산 방지용 배리어막, 동 배리어막의 형성 방법, 다마신 구리 배선용 시드층의 형성 방법 및 다마신 구리 배선을 형성한 반도체 웨이퍼의 제조에 유용하다.
Claims (7)
- 탄탈 분말과 티탄 분말을 혼합하여 소결한 스퍼터링 타겟으로서, 티탄의 함유량이 50 wt％ 이하 (단, 0 wt％ 를 제외한다) 이며, 잔부가 탄탈 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 상대 밀도가 90 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟.
- 제 1 항에 있어서,
상대 밀도가 95 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
무전해 도금에 대한 촉매능을 갖는 백금, 금, 은, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 이리듐에서 선택한 1 성분 이상의 금속 원소 1 ? 15 wt％ 를 추가로 함유하고, 잔부가 탄탈 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
티탄의 함유량이 1 ? 40 wt％ 인 것을 특징으로 하는 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟. - 탄탈 분말과 티탄 분말을 혼합하여, 이것을 온도 1300 ? 1650 ℃, 압력 150 ? 450 kgf/㎠ 로 소결하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟의 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서,
탄탈 분말과 티탄 분말의 순도가 3 N 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟의 제조 방법. - 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
탄탈 분말과 티탄 분말의 입도가 50 ? 200 ㎛ 의 범위에 있는 분말을 사용하여 소결하는 것을 특징으로 하는 탄탈기 소결체 스퍼터링 타겟의 제조 방법.
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