KR101955746B1

KR101955746B1 - 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101955746B1
Application number: KR1020147012231A
Authority: KR
Inventors: 겐 오카모토; 다다히사 아라호리; 아키시게 사토; 사치오 미야시타; 에이지 구사노; 무네아키 사카모토
Original assignee: 가부시키가이샤 페로테크 세라믹스
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2019-03-07
Also published as: US10504706B2; TWI453294B; CN103917688A; JP5969493B2; KR20140073570A; CN103917688B; US20150122642A1; JPWO2013065337A1; TW201319286A; WO2013065337A1

Abstract

질량 %로, 순도가 99.99% 이상이며, 상대 밀도가 98% 이상이고, 또한 평균 결정 입경이 5㎛ 미만인 알루미나 소결체, 또는, 질량 %로, 순도가 99.999% 이상이며, 또한 상대 밀도가 98% 이상인 알루미나 소결체를 이용한 스퍼터링 타겟. 이 스퍼터링 타겟을 이용하면, 뛰어난 절연 내성과 균질성을 가지는 스퍼터막을 얻을 수 있다,

Description

스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법{SPUTTERING TARGET AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은, 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

스퍼터링은, 통상, 글로 방전을 사용하여 가속된 이온을 스퍼터링 타겟에 부딪치고, 그 운동 에너지에 의해 타겟으로부터 튕겨진 재료를 기판에 성막하는 방법이다. 반도체, 액정, 태양 전지의 분야 등에서 박막 디바이스 등의 구조를 제작하는 툴로서 폭넓게 사용되고 있다. 그 중에서도, 알루미나 소결체를 이용한 타겟(이하, 「알루미나 타겟」이라고도 한다)은, 자기 헤드, 광자기 디스크 그 외에 있어서의 보호막 또는 절연막을 형성할 때에, 막 재료의 공급원으로서 이용되고 있다. 초경(超硬) 공구에의 내마모막 형성 등에도 이용된다.

알루미나 타겟은, 통상, 절연 재료이므로, 알루미나의 스퍼터막의 형성은, 고주파 스퍼터링 장치가 이용된다. 이 장치에 있어서는, 알루미나 타겟을 전극에 접합하고, 이 전극의 대극에 기판을 배치하여, 감압 하, 아르곤 등의 분위기 등에 있어서, 스퍼터 방전시킴으로써, 기판 상에 알루미나막을 퇴적시킨다.

특허문헌 1에는, 평균 결정 입경이 5㎛ 이상 20㎛ 이하, 기공율이 0.3% 이상 1.5% 이하인 알루미나 소결체를 이용한 알루미나·스퍼터링·타겟이 개시되어 있다. 특히, 그 청구항 2에 있어서는, 순도가 99.9% 이상인 알루미나 소결체(통상, 「three nine」으로 불리고, 「3N」으로 표기된다)를 이용하는 것이 기재되고, 실시예에 있어서도, 3N의 알루미나 분말을 이용한 예가 나타나 있다.

일본국 특허공개 2000-64034호 공보

특허문헌 1의 알루미나·스퍼터링·타겟은, 고전력을 투입하거나, 또는, 이상 방전, 아크 방전 등이 발생해도 큰 균열, 깨짐 등의 파손이 생기기 어려운 성질을 가지는 것으로 되어 있다.

그러나, 최근, 디바이스의 고도화·미세화에 따라, 스퍼터막의 박막화의 요구가 있어, 박막의 물성면에 대한 요구도 점점 엄격해지고 있다. 스퍼터막에 뛰어난 절연 내성과 균질성을 부여하기 위해서는, 스퍼터링 시의 전력에 의해 타겟에 균열 깨짐 등의 파손이 생기지 않는것만으로는 부족하다. 또한, 스퍼터막의 불순물 저감에는, 타겟 재료의 순도 향상이 유효하다. 특히, 특허문헌 1에서 검토되고 있는 것은, 순도가 99.9% 이상(3N)의 알루미나 소결체만이며, 더 높은 물성을 얻기 위해서는 한계가 있다.

한편, 절연막의 박막화에는, 막재료 자체가 고절연 내압으로 신뢰성이 높은 것에 추가하여, 스퍼터막의 막 두께 분포 등, 막질이 균질하지 않으면 고성능 디바이스의 설계가 곤란해진다. 그러나, 종래, 이들 기술 사항에 관한 검토는 행해지고 있지 않다.

본 발명은, 스퍼터링에 의해 형성한 스퍼터막에 뛰어난 절연 내성과 균질성을 부여할 수 있는 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위해, 각종 디바이스의 절연층으로서 이용되는 알루미나 박막의 물성, 특히, 스퍼터링에 의해 형성한 스퍼터막의 절연 내성과 균질성에 관하여 예의 연구를 행했다. 그 결과, 타겟의 원료인 알루미나 소결체의 고순도화가 한층 더 필요하고, 그 순도를 99.99% 이상(4N), 나아가, 99.999% 이상(5N)으로 할 필요가 있는 것, 또한, 고순도의 알루미나 소결체의 상대 밀도 및 결정 입경을 향상시키는 것이 유효한 것을 찾아내어, 본 발명을 완성시켰다.

본 발명은, 하기 (1)∼(5) 및 (7)의 스퍼터링 타겟, 및, 하기(6)의 스퍼터링 타겟의 제조 방법을 요지로 하고 있다.

(1) 질량 %로, 순도가 99.99% 이상이고, 상대 밀도가 98% 이상이며, 또한 평균 결정 입경이 5㎛ 미만인 알루미나 소결체를 이용한 스퍼터링 타겟.

(2) 질량 %로, 순도가 99.999% 이상이고, 또한 상대 밀도가 98% 이상인 알루미나 소결체를 이용한 스퍼터링 타겟.

(3) 평균 결정 입경이 5㎛ 미만인 상기 (2)의 스퍼터링 타겟.

(4) 상대 밀도가 99% 이상인 상기 (1)∼(3) 중 어느 하나의 스퍼터링 타겟.

(5) 평균 결정 입경이 2㎛ 미만인 상기 (1)∼(3) 중 어느 하나의 스퍼터링 타겟.

(6) 평균 결정 입경이 2㎛ 미만인 상기 (4)의 스퍼터링 타겟.

(7) 1250∼1350℃에서의 핫 프레스 소결을 실시하여 소결체를 얻은 후, 대기중에서 1300∼1700℃의 어닐링 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는, 질량 %로 순도 99.99% 이상의 알루미나 소결체를 이용한 스퍼터링 타겟의 제조 방법.

(8) 상기 (7)의 제조 방법에 의해 얻어진 스퍼터링 타겟.

본 발명의 스퍼터링 타겟은, 이를 이용한 스퍼터링에 의해 형성한 스퍼터막에 뛰어난 절연 내성과, 표면 거칠기가 작고, 뛰어난 균질성을 가지는 것으로 할 수 있다. 이와 같이, 뛰어난 절연 내성 및 뛰어난 균질성을 가지는 스퍼터막은, 극박막이라도 안정된 전기 특성과 유전율을 가지는 막이 된다.

1.알루미나 소결체의 순도

본 발명에 관련된 스퍼터링 타겟에 있어서는, 질량 %로, 순도가 99.99% 이상(4N)인 알루미나 소결체를 이용할 필요가 있다. 순도가 99.9% 이상(3N)인 알루미나 소결체에서는, 후단에서 설명하는 것과 같은 핫 프레스 소결 및 어닐링 처리를 실시하는 등, 다양한 대책을 강구한 바, 이를 타겟으로 하여 얻은 스퍼터막에 뛰어난 절연 내압과 양호한 표면 거칠기를 부여할 수 없다. 이에 대하여, 순도가 99.99% 이상(4N)인 알루미나 소결체를 이용하면, 이러한 특수한 열 처리를 실시하지 않아도, 양호한 상대 밀도와 평균 결정 입경을 가지는 소결체가 된다. 이 소결체를 타겟으로 하는 스퍼터링으로 얻은 스퍼터막에 뛰어난 절연 내압과 양호한 표면 거칠기를 부여할 수 있다. 특히, 알칼리 금속 및 할로겐을 포함하지 않는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련된 스퍼터링 타겟에 있어서는, 질량 %로, 순도가 99.999% 이상(5N)인 알루미나 소결체를 이용할 수도 있다. 단, 5N의 알루미나 소결체를 이용한 스퍼터링 타겟은, 4N의 알루미나 소결체를 이용한 스퍼터링 타겟과 마찬가지로, 3N의 알루미나 소결체를 이용한 스퍼터링 타겟과 비교하여 매우 뛰어난 물성을 가지는 스퍼터막이 얻어진다.

알루미나 소결체는, 원하는 순도와 동등 수준의 순도를 가지는 원료 분말을 소성하여 얻어진다. 여기에서, 4N 알루미나 소결체는, 통상, 4N 이상의 원료 분말을, 분쇄, 분급, 조입(造粒) 등의 사전 처리를 행한 후에, 성형되고, 소결되어, 제조된다. 한편, 5N 알루미나 소결체를 제조할 경우도, 순도가 5N 이상인 원료 분말을 이용하여 동일한 제조 프로세스를 채택한다. 그러나, 분쇄, 분급, 조입 등의 공정에 대해서는, 분체를 직접 처리하기 위해서 설비 유래의 불순물 혼입을 비교적 받기 쉬운 프로세스이며, 원료 분말의 순도가 4N인 경우는 문제없지만, 5N의 순도(＝불순물 10ppm 미만)를 유지하기 위해서는 일반적인 생산 설비에서는, 성형 공정 이후의 5N 순도를 확보하기 어렵다.

한편, 알루미나 원료 분말의 입경 제어를 행하지 않은 채, 성형 및 소결을 행할 경우, 순도의 유지는 비교적 용이하다. 그러나, 분체의 입도 분포가 제어되어 있지 않으므로, 성형성 또는 소결성이 떨어져, 치밀한 소결체를 얻기 어렵다. 매우 청정한 환경 하에서 전용 입경 조제 설비를 이용하여, 입경 조제후에 다시 원료분의 정제 공정도 추가하는 등의 대책을 강구하면, 순도가 5N 이상의 순도를 가지는 원료 분말에 의한 상압 치밀 소결도 가능하지만, 설비 투자를 포함하여 극단적으로 제조 비용이 증가해 버린다. 따라서, 5N의 알루미나 소결체의 경우에는, 통상의 대기로에 의한 상압 소결이 아니라, 후단에서 설명하는 핫 프레스 소결을 실시하는 것이 좋다. 상압 소결체를 뒤부터 치밀화하는 수단으로서, HIP법이 알려져 있는데, HIP 처리 중에 결정 입자가 성장하여, 평균 결정 입경을 5㎛ 미만으로 제어하는 것은 곤란해진다.

2. 상대 밀도

알루미나 소결체 중의 기공이 많을 경우, 최대의 개재물은, 공기 조성 기체 및 물이 되고, 가령 고순도의 알루미나 소결체라도, 그 상대 밀도가 낮은 경우에는 스퍼터링에 의해 얻어지는 스퍼터막의 저밀도화 및 이상 성장을 야기하여, 내절연 내압을 저하시킨다. 스퍼터링 타겟의 상대 밀도(실측 밀도를 이론 밀도로 나눈 값을 백분률로 나타낸 값)가 낮으면, 그 타겟을 이용한 스퍼터링에 의해 얻어지는 스퍼터막의 표면 거칠기가 커져, 박막의 균질화에 악영향을 끼치게 된다. 또한, 기재 중의 기공도 많아지고, 기재 내에 미량의 수분을 흡착하기 위해서 스퍼터 프로세스 중에 물을 방출하여, 스퍼터막의 특성에도 악영향을 미친다. 이 때문에, 상대 밀도는, 98% 이상으로 할 필요가 있다. 소결 과정의 결정 입자 성장을 후술하는 평균 결정 입경의 범위로 억제할 수 있는 것이 전제 조건이 되지만, 보다 바람직한 것은 99% 이상이며, 더욱 바람직한 것은 99.5% 이상이다.

3. 평균 결정 입경

스퍼터링 타겟의 평균 결정 입경이 크면, 그 타겟을 이용한 스퍼터링에 의해 얻어지는 스퍼터막의 표면 거칠기가 커져, 박막의 균질화에 악영향을 미치게 된다. 이 때문에, 평균 결정 입경은 가능한한 작게 하는 것이 바람직하다. 특히, 10㎛ 이하로 하는 것이 좋다. 평균 결정 입경은, 5㎛ 미만으로 하는 것이 보다 바람직하고, 특히, 2㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 단, 순도가 4N의 알루미나 소결체는, 평균 결정 입경을 5㎛ 미만으로 하는 것이 필요하다.

또한, 본 발명자들의 연구에 의하면, 스퍼터링 타겟의 순도를 3N으로부터 4N, 또한 5N으로 올리는 것은, 스퍼터막의 물성에 양호한 영향을 준다. 단, 전술과 같이, 5N의 알루미나 소결체에 대하여, 현 시점에 있어서 대기로 상압 소결로 치밀한 소결체를 저비용으로 제조하는 기술이 확립되어 있지 않으므로, 핫 프레스 소결로 제조하는 것이 유효하다. 이 점, 4N의 알루미나 소결체이면, 대기로에서의 상압 소성이라도 치밀한 소결체를 얻을 수 있으므로(즉, 평균 결정 입경을 5㎛ 미만으로 할 수 있다), 5N의 알루미나 소결체보다도 저비용으로, 고성능의 타겟을 얻을 수 있다.

4. 스퍼터링 타겟의 제조 방법

본 발명에 관련된 스퍼터링 타겟의 제조 방법에 대해서는, 특별히 제약이 없고, 대기로에서의 소결에 의해서 제조해도 된다. 대기로에 있어서의 소결은, 원하는 순도와 동등 정도의 순도를 가지는 원료 분체를 형성한 후, 예를 들면, 1250∼1700℃의 대기로에 30∼600분 유지함으로써 행할 수 있다. 성형에 관해서는 CIP나 금형 프레스 성형 등의 수법을 취할 수 있고, 성형전에 입도 조제나 바인더 등을 첨가한 조입을 적절히 실시해도 된다. 대기로의 온도가 1250℃ 미만에서는, 치밀한 소결체를 얻을 수 없어, 스퍼터막의 균질성 및 절연 내압이 악화된다. 또한, 이러한 저온에서 소결한 소결체는, 다공질로 강도가 떨어지므로, 스퍼터 프로세스 시의 이상 방전 등으로 타겟이 파손될 우려가 있어, 타겟 기재 그 자체가 파티클로서 비산하여 스퍼터막의 결함 요인이 될 수 도 있다.

또한, 성형전의 원료 분말의 입도 조제, 조입 등의 공정은 순도의 저하를 초래할 경우가 있어, 원료의 순도 유지에 특히 주의할 필요가 있다. 또한, 소결체 최표층 부분은, 소성로재 등 유래의 불순물 원소로 오염되기 쉬우므로, 전면을 연마 제거해 두는 것이 바람직하다.

한편, 대기로의 온도가 1700℃를 초과하면, 결정 입자 성장이 과잉이 되어, 불균일하게 조대입(粗大粒)이 발생하여, 스퍼터막 두께의 균질성을 악화시킨다. 또한, 타겟 중에 불균일한 조대 결정입이 존재하면, 스퍼터링의 진행에 따라 대입자가 처리실 내에 이물로서 탈락하는 경우가 있다. 탈락이 발생하여, 타겟 표면이 황폐해지면, 스퍼터막의 균질성을 악화시킬 수도 있다. 유지 시간이 30분 미만에서는, 소재 전체가 원하는 밀도 및 결정 입경에 도달하지 않고, 동일 기재 내에서 물성이 달라지는 요인이 된다. 한편, 유지 시간이 600분을 초과할 경우도, 불균일한 조대입이 발생하여, 스퍼터 막질의 악화를 초래할 우려가 있다.

본 발명에 관련된 스퍼터링 타겟은, 알루미나 소결체를, 1250∼1350℃에서의 핫 프레스 소결을 실시한 후, 대기 중에서 1300∼1700℃의 어닐 처리를 실시하여 얻음으로써 제조할 수도 있다. 핫 프레스 소결을 이용할 경우, 원하는 소결체와 동등 순도의 분말 원료를 카본제의 몰드 내에 장전하여, 진공, 또는, 질소, 아르곤 등의 비산화성 분위기에서 1축 가압 소결되는 것이 일반적이다.

핫 프레스 소결의 온도가 1250℃ 미만인 경우, 소결체의 밀도를 충분히 확보할 수 없어, 스퍼터막의 균질성 및 절연 내압의 악화로 연결된다. 한편, 온도가 1350℃를 초과하면, 이론 밀도에 가까운 치밀 소결체를 얻는 것이 가능하지만, 소결체 내에 다수의 산소 결함이 발생하여, 산소 결함이 증가할수록 소결체의 정색(呈色)이 백색으로부터 회색∼검은색으로 변화된다. 이러한 산소가 결핍된 소결체를 스퍼터링 타겟에 이용한 경우는, 스퍼터막도 마찬가지로 산소가 결핍된 상태가 되어, 절연 내압 등의 막 물성의 악화를 초래한다. 후술하는 어닐링 공정을 실시해도, 산소 결함의 제거는 표층에 한정되어, 내층부의 산소 결함 제거는 곤란하다.

또한, 핫 프레스 온도가 1350℃ 이하인 경우에도 산소 결함이 발생하는데, 이쪽은 후술의 대기 어닐링 공정에 의해 제거가 가능하다.

한편, 스퍼터링에서는 프로세스 가스에 산소를 첨가하여, 타겟재에서 결핍된 산소를 막 퇴적시에 보충하는 것도 가능하다. 그러나, 타겟 유래의 산소 원자는 스퍼터되는 순간에는 10000K 초과의 초고온역에 도달하는데 대하여, 외부로부터 프로세스 가스로서 공급된 산소 원자는 저온이기 때문에, 스퍼터막에 집어넣기 어렵다. 그 결과, 스퍼터막 중에 미소 결함(빈 구멍)을 포함하는 등 막질이 안정되지 않고, 절연 내압이 극단적으로 악화되는 경우가 있다. 추가하여, 산소 가스 첨가의 스퍼터링에서는 성막 속도를 떨어트릴 필요가 있어, 수율면에서도 악영향이 있고, 또한, 막질의 경시 변화도 수반되기 쉽다. 따라서, 산소 결함을 가지는 타겟은 극박이며 신뢰성이 있는 절연막의 형성에는 알맞지 않다.

핫 프레스 소결은, 예를 들면, 30∼600분의 범위에서 행하는 것이 좋다. 프레스 시간이 30분 미만에서는, 열전달 및 소결이 안정 상태에 도달하지 않아, 전체적인 치밀화가 부족하거나, 외주만이 치밀화하여 잔류 응력이 축적되어, 스퍼터링의 충격으로 타겟 기재가 파손되는 경우가 있다. 한편, 프레스 시간이 600분을 초과하면, 소결체의 결정 입자 성장 및 산소 결함이 증대하여, 타겟재로 했을 때에 양질의 스퍼터막을 얻기 어려워진다.

핫 프레스 소결의 프레스압은, 10MPa 이상으로 하는 것이 좋다. 프레스압이 10MPa 미만이면, 가압력 부족으로 밀도의 저하나 기재 중에서 국소적인 밀도 불균일이 발생하는 원인이 된다. 프레스압의 상한은 설비 능력이 허용하는 범위에서 특별히 제약은 없다.

대기 어닐링 처리는, 실시하지 않은 경우, 또는 핫 프레스 소결후에 실시했다고 해도 그 온도가 1300℃ 미만인 경우, 소결체 중의 산소 결함을 충분히 제거할 수 없으므로, 전술한대로 스퍼터막의 특성이 저하된다. 한편, 어닐링 온도가 1700℃를 초과하면, 결정 입자 성장이 과잉이 되고, 불균일하게 조대 입자가 생겨, 스퍼터 막 두께의 균질성을 악화시킨다. 또한, 타겟 중에 불균일한 조대 결정 입자가 존재하면, 스퍼터링의 진행에 따라 대입자가 처리실 내에 이물로서 탈락하는 경우가 있다. 탈락이 생기고, 타겟 표면이 거칠어지면, 스퍼터막의 균질성을 악화시키는 일도 있다.

대기 어닐링 처리는, 예를 들면 30∼600분의 범위에서 행하는 것이 좋다. 어닐링 시간이 30분 미만에서는, 소재 전체가 원하는 밀도나 결정 입경에 도달하지 않아, 동일 기재 내에서 물성이 달라지는 요인이 된다. 한편, 어닐링 시간이 600분을 초과한 경우는 과잉 입자 성장에 의한 불균일한 조대 입자가 발생하여, 스퍼터 막질의 악화를 초래한다고 하는 문제가 발생할 우려가 있다.

특히 전술의 핫 프레스 조건으로 소결체의 상대 밀도를 90∼98%로 조제하여, 대기 어닐링 공정에서 소결을 진행시켜서 상대 밀도를 98% 이상, 바람직하게는 99% 이상으로 함으로써, 산소 결함의 제거와 밀도와 결정 입자의 제어를 동시에 진행시키는 것이 가능해진다. 이와 같이 하여 얻어지는 스퍼터링 타겟은, 치밀질, 미결정 또한 산소 결함을 거의 포함하지 않게 된다. 또한, 산소 결함의 제거에 대해서는 소결체의 백색화로 확인이 가능하다.

소결체의 가공은, 일반적인 다이아몬드 숫돌 가루를 포함하는 숫돌을 이용한 습식의 연삭 가공에 의해 행하는 것이 좋다. 필요에 따라 랩핑 등의 연마 처리 및/또는 샌드 블러스트 등의 조면화 처리를 추가해도 된다. 연삭 가공후에는, 표층에 부착되어 있는 연삭액 및 연삭 찌꺼기를, 약액 세정, 순수 초음파 세정 등의 수법을 이용하여 충분히 제거하는 것도 유효하다.

실시예 1

본 발명의 효과를 확인하기 위해, 표 1에 표시하는 순도를 가지는 알루미나를 준비하고, 각종 제조 조건으로 타겟(직경 75mm, 두께 5mm의 원판)을 제작했다.

<소결체의 상대 밀도>

JIS R 1634에 준거하여, 아르키메데스법으로 외관 밀도를 측정하고, 알루미나의 이론 밀도를 3.987g/㎤로 하여, 이에 대한 상대 밀도(%)를 구했다.

<소결체의 평균 결정 입경>

소결체의 내층부로부터 Ra:0.05㎛ 미만까지 경면 연마한 시험편을 잘라내고, 열 농인산으로 결정 그레인이 노출될때까지 화학 에칭 처리를 실시했다. 그 후, 주사 전자 현미경(SEM)으로 결정 입자의 사진 촬영을 실시하고, JIS R 1670에 준거하여, N＝100이 확보되는 임의 시야 내에서 원 상당 직경을 만들어 결정 입경을 집계하여, 평균 결정 입경을 (㎛)을 산출했다.

<소결체의 순도>

소결체에, 알칼리 용융 등의 전처리를 실시하여 용액화한 다음에, 유도 결합 플라즈마 발광 분광 분석(ICP-AES) 및 염광 분광 광도계(Li, Na, K가 대상)로, Mg, Si, Fe, Cu, Ca, Cr, Ti, Ni, Mo, W, Co, Y, Zn, Mn, Li, Na 및 K의 17원소의 정량 분석을 실시하고, 검출된 원소에 대해서는 정량값을 산화물로 환산하여, 100%로 나누어 알루미나 소결체의 순도를 구했다.

또한, 구한 소결체의 순도는, 99.9% 이상 99.99% 미만인 것을 3N, 99.99% 이상 99.999% 미만인 것을 4N, 99.999% 이상인 것을 5N으로 칭한다.

<스퍼터링 타겟의 표면 마무리>

#400번 숫돌을 이용한 연삭 가공에서 이로전면의 마무리 가공을 실시한, 각 타겟재의 연삭면의 중심선 평균 거칠기(Ra)＝0.2∼0.8㎛의 범위가 되었다.

상기 각종의 타겟을, 로드 록식 초고진공 고주파 스퍼터링 장치의 쳄버 내에 장착하여, 성막하고, 얻어진 스퍼터막의 물성값을 측정하여, 평가하는 실험을 행했다. 그 결과를 표 1에 병기했다.

또한, 성막은, 방전 가스로서 99.9995%의 Ar 가스를 이용하고, 유량은 10sccm, 방전 압력은 0.4Pa로서 행했다. 또한, 성막시의 도달 압력은, 2.0×10^－4Pa로 했다. 투입 전력은 150W로 했다. 기판에는, 50mm각의 붕규산 유리와 주석 도프 산화 인듐(Indium Tin Oxide: ITO)막 부착 유리로 양단 5mm폭의 ITO상 은전극을 가지는 것을 이용하여, 알루미나 스퍼터막을 막 두께 400nm로 퇴적시켰다. 절연 내압 측정용 샘플에서는 알루미나 스퍼터막 상에 직경 3mm, 막 두께 100nm의 Cu 전극 9군데를 스퍼터링법에 의해 형성했다. 또한, 하기의 측정은, 타겟 투입 전력이 4.5kWh에 도달한 이후에 퇴적한 박막에 대하여 행했다.

<스퍼터막의 표면 거칠기>

스퍼터막의 표면 거칠기 Ra(nm)는, 주사 프로브 현미경(AFM)으로 가진(加振) 전압 1.36V, 주사 범위 1000nm, 레버 길이 125㎛, 바늘 높이 10㎛의 조건으로 측정했다.

<스퍼터막의 절연 내압>

Electrochemical Analyzer를 이용하여, 측정 전위 0∼5V, 스캔 속도 0.01V/s의 조건으로, Cu 상부 전극을 설치한 부분 9군데의 절연 내압값을 측정하여, 9점의 평균치를 구하여, 스퍼터막의 절연 내압으로 했다.

[표 1]

표 1에 표시하는 바와 같이, No. 1은 순도가 4N이지만, 소결 온도가 1200℃로 낮기 때문에, 상대 밀도가 낮고, 소결체가 다공질로 되었다. 그 결과, 이를 타겟에 이용한 스퍼터링에 의해 얻은 스퍼터막 중에 빈 구멍이 남아, 절연 내압이 극단적으로 악화, 막의 균질성도 불량으로 되었다. No. 2 및 3은, 모두 순도가 4N이고, 상대 밀도, 평균 결정 입경 모두 양호하며, 이를 타겟에 이용한 스퍼터링에 의해 얻은 스퍼터막의 절연 내압, 균질성 모두 양호했다.

No. 4은, 상대 밀도, 평균 결정 입경 모두 양호하지만, 순도가 3N이기 때문에, 이를 타겟에 이용한 스퍼터링에 의해 얻은 스퍼터막의 절연 내압은 중간 정도도에 머물러, 균질성이 떨어졌다. No. 5는, 순도가 4N이며, 상대 밀도, 평균 결정 입경 모두 양호하고, 이를 타겟에 이용한 스퍼터링에 의해 얻은 스퍼터막의 절연 내압, 균질성 모두 양호했다. 단, 비교적 고온에서 소결을 행했기 때문에, No. 3에는 미치지 않았다.

No. 6은, 순도가 4N이지만, 과잉의 고온으로 유지된 대기로 내에서 상압 소결을 행했으므로, 평균 결정 입경이 커져, 이를 타겟에 이용한 스퍼터링에 의해 얻은 스퍼터막의 절연 내압, 균질성 모두 열화했다. No. 7은, 순도가 5N인데, 핫 프레스 소결을 했지만, 그 후에 어닐링 처리를 행하지 않았으므로, 상대 밀도가 충분하지 않아, 이를 타겟에 이용한 스퍼터링에 의해 얻은 스퍼터막의 절연 내압이 열화했다.

No. 8∼10은, 순도가 5N이며, 상대 밀도, 평균 결정 입경 모두 양호하고, 이를 타겟에 이용한 스퍼터링에 의해 얻은 스퍼터막의 절연 내압, 균질성 모두 양호했다. No. 11은, 순도가 4N이며, 상대 밀도, 평균 결정 입경 모두 양호하고, 이를 타겟에 이용한 스퍼터링에 의해 얻은 스퍼터막의 절연 내압, 균질성 모두 양호했다. No. 12는, 순도가 5N이지만, 핫 프레스 온도가 너무 높기 때문에 산소 결함을 많이 포함한 채 치밀화되어 버려, 그 후의 대기 어닐링에서도 산소 결함을 해소할 수 없다는 문제가 있어, 이를 타겟에 이용한 스퍼터링에 의해 얻은 스퍼터막의 절연 내압, 균질성 모두 떨어졌다. No. 13은, 순도가 3N이며, 상대 밀도, 평균 결정 입경 모두 양호했지만, 이를 타겟에 이용한 스퍼터링에 의해 얻은 스퍼터막의 균질성이 떨어졌다.

<산업상의 이용 가능성>

Claims

삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
분말 원료에 대하여 1250∼1350℃에서, 30~600분의 핫 프레스 소결을 실시하여 소결체를 얻은 후, 대기중에서 1300∼1700℃의 어닐링 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는, 질량 %로, 순도가 99.99% 이상인 알루미나 소결체를 이용한 스퍼터링 타겟의 제조 방법.
청구항 7에 기재된 제조 방법에 의해 얻어진 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.