(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリングターゲットのフラット部に加工溝が配置され、前記フラット部の加工溝の面積比率が０％より大きく１０％以下であり、前記加工溝は、深さが１〜３ｍｍ、幅が３〜１０ｍｍであって、前記スパッタリングターゲットがタンタルからなることを特徴とするスパッタリングターゲット。
【請求項２】
前記フラット部の加工溝の面積比率が５．５％以上１０％以下であることを特徴とする請求項１記載のスパッタリングターゲット。
【請求項３】
加工溝が、ターゲットの中心を中心とする同心円状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のスパッタリングターゲット。
【請求項４】
純度４Ｎ５以上のタンタルからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項５】
前記フラット部の加工溝の断面形状がＶ字型であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリングにおいて成膜速度を向上することができるスパッタリングターゲットに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の配線は、世代を重ねるごとに細線化が要求されており、このような配線となる薄膜の形成には、物理蒸着法の一種であるスパッタリングが使用されている。近年では、スパッタリングの成膜速度を上げるために電磁力によりプラズマを制御するマグネトロンスパッタリングが使用されることが多い。このような最先端に用いられるスパッタリングにおいては、安定かつ制御が容易なターゲットが不可欠となる。プラズマ点火不良により装置が停止したり、電圧変動などが発生したりして、安定した成膜ができない場合、生産性を低下させるだけでなく、製品の品質を劣化させることがある。また、制御が困難であると、成膜条件を意図的に変化させた場合、安定した成膜を開始、維持できなくなるということがある。
【０００３】
銅配線のバリア膜を形成するために、タンタルからなるスパッタリングターゲットが使用されている。バリア膜は、アスペクト比（段差の深さと開口の比）が高い配線孔の中にも形成するため成膜速度を制御して、安定的に極薄膜を形成できる必要がある。一方で、スループットを上げるためにはハイパワーで短時間にスパッタすることで所望の膜厚を確保する必要もあり、成膜速度の高いターゲットも求められている。
【０００４】
タンタルターゲットは、汎用性の観点から、純度４Ｎ５（９９．９９５ｗｔ％）品が使用されているが、不純物による膜の密着性の劣化やリーク電流の増加などを極力抑制するために、実質的に純度６Ｎ（９９．９９９９ｗｔ％）品が使用されることもある。近年では、配線設計の自由度を高めるために、このような超高純度の材料を使用することが増えている。
【０００５】
ターゲットは、純度を高めることでその材料は軟化し、塑性加工後の集合組織の配向不均質や熱処理による再結晶時の結晶粗大化など、ターゲットの品質を制御することが困難となることがある。これらの問題は、ターゲットの製造プロセスを厳密に制御することである程度解決可能であるが、このように作製された高品質ターゲットにおいてもターゲットの使用環境がより厳しくなることで、新たな問題が顕在化することがある。
【０００６】
例えば、スループットを改善するために成膜時間の短縮が求められる場合、プロセス毎に成膜条件を変更することが行われていたが、成膜条件の変更は、プロセスの安定性を損ない、膜質に悪影響を及ぼすことがあり、また、新規成膜条件の開発は、人的コストが増大するという問題があった。
【０００７】
すなわち、従来では、成膜条件を変更することで成膜速度を調整していたが、近年、多種多様な半導体デバイスに応じて、製造プロセスが複雑化しており、さらにプロセス毎に成膜条件を変更していたのでは、高品質の製品を安定かつ迅速に製造することが困難となった。
なお、本発明に関連すると思われるスパッタリングターゲットとして、特許文献１〜４などが知られているが、いずれも上記の問題を解決するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００６／０５４４０９号公報
【特許文献２】特開２００３−２２６９６５号公報
【特許文献３】特開２００３−２７２２５号公報
【特許文献４】特開２００４−８４００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記のような事情を鑑みてなされたものであって、成膜条件を変更することなく、成膜速度を向上させることが可能なスパッタリングターゲット及び成膜装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる知見を基礎として、本発明は、以下の技術を提供する。
１）スパッタリングターゲットのフラット部に加工溝が配置されていることを特徴とするスパッタリングターゲット。
２）前記フラット部の加工溝の面積比率が０％よりも大きく１０％以下であることを特徴とする上記１）記載のスパッタリングターゲット。
３）加工溝が、ターゲットの中心を中心とする同心円状に形成されていることを特徴とする上記１）又は２）記載のスパッタリングターゲット。
４）純度４Ｎ５以上のタンタルからなることを特徴とする上記１）〜３）のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のスパッタリングターゲットは、成膜条件を変更せずに、成膜速度を向上することができるので、プロセスの安定性を高めることができ、さらに、新規な成膜条件の開発や評価に伴う人的負担を軽減することができる。これにより、スループットの向上やコストパフォーマンスの改善に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のスパッタリングターゲットの説明概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のスパッタリングターゲットについて、以下、図１に基づいて説明する。図１（上図）は、スパッタリングターゲットのスパッタ面（側）を示し、図１の（下図）は、スパッタリングターゲットの断面を示す。なお、図１はあくまで理解を容易にするための一形態であり、この形態によって本発明は制限されるものではない。本発明は以下に説明する形態以外の種々の変形を包含するものである。
【００１４】
本発明のスパッタリングターゲットのスパッタ面（プラズマに曝される面）は、フラット部及びテーパ部の両方、或いはフラット部のみから構成されている。フラット部は、スパッタ面のうち、テーパ部を除いた実質的に成膜に寄与する部分であり、テーパ部は、ターゲットのスパッタ面の外周端部において、面取り加工された部分を意味し、実質的に成膜には寄与しないか或いは寄与が少ない部分である。本発明は、図１に示すように、ターゲットのフラット部（対向するウエハ面に平行する面）において、所定の面積比率で加工溝が形成されていることを特徴とするものである。これにより、マグネトロンスパッタリングによる成膜の速度を格段に向上させることができる。
【００１５】
このメカニズムは必ずしも明確ではないが、ターゲットの裏面で回転するマグネットの漏洩磁束が、溝によるターゲット厚みの減少や溝内壁の傾斜角による閉じ込め効果によって増加し、プラズマ電流密度が向上することにより、結果的に成膜速度が向上すると考えられる。加工溝は、ターゲットのスパッタ面に機械的な加工を施すことにより形成することができ、そして、その数や溝幅を変化させることで、加工溝の投影面積の面積比を適宜調整することができる。
【００１６】
本発明において加工溝の面積比率は、加工により切り取られた溝のフラット部に投影された面積を意味する。この投影面積の面積比率（加工溝の投影面積／フラット部の面積）を０％よりも大きく、１０％以下とすることで、加工溝部を有さないターゲットに比べて、成膜速度を向上させることができる。一方、加工溝の面積比率が１０％超となると、磁束の漏れ量が変化して、磁界の向きが変わることで磁界による電子の閉じ込め効果が機能しなくなり、結果として、スパッタリング時の電流値が低下して、プラズマが不安定となることがある。
【００１７】
ターゲットのスパッタ面（プラズマに曝される面）は、通常フラット部とテーパ部から構成されている。しかし、テーパ部は主にターゲット最外周に施されることが多く、マグネットの磁束密度が高い部分から外れるか、傾斜によって磁束漏れ方向が外側に傾斜することで漏洩磁束密度の増加に寄与する程度が低い。このように、テーパ部への溝加工は狙ったような効果が得られないため、本発明は、フラット部への加工溝を形成して、その溝で得られる効果を主体とする。
【００１８】
本発明において、加工溝の形状は、Ｖ字型、Ｕ字型、角型などの断面を有することができ、その形状は加工の容易さや異物発生状況に応じて選択又は組み合わせることができる。加工溝の深さは、上記の面積比率に関与せず、特に制限はないが、エロージョンの進行に伴って加工溝が徐々に浅くなるため、成膜速度向上の効果が低減する。したがって、加工溝の深さを調整することで、このような効果低減を抑制することができる。特に、深さは１ｍｍ〜ターゲット厚みの半分程度とするのが望ましい。なお、加工溝は、スパッタ面のフラット部のみに形成するが、前出の通り、テーパ部への溝加工は成膜速度に影響を与えない。また、加工溝の位置は、スパッタ装置の仕様に依存することがあるため、その仕様に応じて、適宜選択するのがよい。
【００１９】
本発明の加工溝は、ターゲットのスパッタ面のフラット部に、図１のように、加工が比較的容易な、ターゲットの中心を中心とする同心円状（但し、円弧は不連続であってもよい）に形成することができる。なお、この加工溝の位置（同心円の直径）、形状、数などは、スパッタ装置の仕様などに応じて、最適なものを選択することは言うまでもない。また、上述の加工溝は、スパッタリングターゲットの形状に関するものであり、ターゲットの材質や組成に関係なく、成膜速度（レート）の改善効果を有するものである。
【００２０】
上述の加工溝は、スパッタリングターゲットの形状に関するものであり、ターゲットの材質や組成に関係なく、成膜速度の向上を図ることができる。一方で、高純度の材料からなるターゲット、例えば純度４Ｎ５（９９．９９５％）以上のタンタルターゲットを用いることで、不純物に起因する膜質低下を抑制することができる。本発明において純度４Ｎ５（９９．９９５％）とは、溶解後のＴａインゴットをグロー放電質量分析法（ＧＤＭＳ）にて分析し、Ｎａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｋ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒの合計値が５０ｐｐｍ未満であることを意味する。
【実施例】
【００２１】
以下、実施例に基づいて説明する。なお、本実施例はあくまで理解を容易にするための一例であり、この例によって何ら制限されるものではない。すなわち、本発明は特許請求の範囲によってのみ制限されるものであり、本発明で説明する実施例以外の種々の変形を包含するものである。
【００２２】
（実施例１）
直径４４４ｍｍ、スパッタ面の直径が４０６ｍｍのタンタルスパッタリングターゲット（純度４Ｎ５以上）において、スパッタ面のフラット部に断面Ｖ字型の加工溝を同心円状に形成した。溝の幅を３ｍｍ、深さを３ｍｍ、溝の長さを外周約５２２ｍｍ、内周約５０３ｍｍとし、フラット部の加工溝の面積比率を１．２％とした。次に、このターゲットをバッキングプレートに接合した後、下記に記載のスパッタリング条件にて、スパッタを実施して、成膜速度を調べた。その結果、加工溝がない同型のターゲットに比べて、成膜レートは３７．４ｎｍ／ｍｉｎから４３．０ｎｍ／ｍｉｎまで約１５％上昇した。
【００２３】
（スパッタリングの条件）
電源：ＤＣ
雰囲気：アルゴンガス  ８ｓｃｃｍ
電力：１５０００Ｗ
ウェハバイアス：４００Ｗ
成膜時間：１５ｓｅｃ
【００２４】
（実施例２）
直径４４４ｍｍ、スパッタ面の直径が４０６ｍｍのタンタルスパッタリングターゲット（純度４Ｎ５以上）において、スパッタ面のフラット部に断面Ｖ字型の加工溝を同心円状に形成した。溝の幅を６ｍｍ、深さを３ｍｍ、溝の長さを外周約１２１２ｍｍ、内周約１１９３ｍｍとし、フラット部の加工溝の面積比率を２．８％とした。次に、このターゲットをバッキングプレートに接合した後、実施例１と同条件にて、スパッタを実施して、成膜速度を調べた。その結果、加工溝がない同型のターゲットに比べて、成膜レートは３７．４ｎｍ／ｍｉｎから４５．８ｎｍ／ｍｉｎまで約２２％上昇した。
【００２５】
（実施例３）
直径４４４ｍｍ、スパッタ面の直径が４０６ｍｍのタンタルスパッタリングターゲット（純度４Ｎ５以上）において、スパッタ面のフラット部に断面Ｖ字型の加工溝を同心円状に形成した。溝の幅を６ｍｍ、深さを３ｍｍ、溝の長さを外周約１２１２ｍｍ、内周約１１７５ｍｍとし、フラット部の加工溝の面積比率を５．５％とした。次に、このターゲットをバッキングプレートに接合した後、実施例１と同条件にて、スパッタを実施して、成膜速度を調べた。その結果、加工溝がない同型のターゲットに比べて、成膜レートは３７．４ｎｍ／ｍｉｎから４９．１ｎｍ／ｍｉｎまで約３１％上昇した。
【００２６】
（実施例４）
直径４４４ｍｍ、スパッタ面の直径が４０６ｍｍのタンタルスパッタリングターゲット（純度４Ｎ５以上）において、スパッタ面のフラット部に断面Ｖ字型の加工溝を同心円状に形成した。溝の幅を１０ｍｍ、深さを３ｍｍ、溝の長さを外周約１２５６ｍｍ、内周約１１９３ｍｍとし、フラット部の加工溝の面積比率を９．５％とした。次に、このターゲットをバッキングプレートに接合した後、実施例１と同条件にて、スパッタを実施して、成膜速度を調べた。その結果、加工溝がない同型のターゲットに比べて、成膜レートは３７．４ｎｍ／ｍｉｎから５７．１ｎｍ／ｍｉｎまで約５２％上昇した。
【００２７】
（実施例５）
直径４４４ｍｍ、スパッタ面の直径が４０６ｍｍのタンタルスパッタリングターゲット（純度４Ｎ５以上）において、スパッタ面のフラット部に断面Ｖ字型の加工溝を半径１１９０ｍｍの同心円上に等間隔で８か所形成した。溝の幅を５ｍｍ、長さを２０ｍｍ深さを３ｍｍとし、フラット部の加工溝の面積比率を１．２％とした。次に、このターゲットをバッキングプレートに接合した後、実施例１と同条件にて、スパッタを実施して、成膜速度を調べた。その結果、加工溝がない同型のターゲットに比べて、成膜レートは３７．４ｎｍ／ｍｉｎから３９．８ｎｍ／ｍｉｎまで約６％上昇した。
【００２８】
（比較例１）
直径４４４ｍｍ、スパッタ面の直径が４０６ｍｍのタンタルスパッタリングターゲット（純度４Ｎ５以上）において、加工溝が無いターゲット作成した。このターゲットをバッキングプレートに接合した後、以下の成膜条件にて、スパッタを実施して、成膜レートを調べた。その結果、成膜速度は３７．４ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００２９】
（比較例２）
直径４４４ｍｍ、スパッタ面の直径が４０６ｍｍのタンタルスパッタリングターゲット（純度３Ｎ５以上）において、スパッタ面のテーパ部に断面Ｖ字型の加工溝を同心円状に形成した。溝の幅は２ｍｍ、深さは２ｍｍ、溝の長さは外周約１２９４ｍｍ、内周約１２８１ｍｍとし、フラット部の加工溝の面積比率は１０．１％とした。次に、このターゲットをバッキングプレートに接合した後、実施例１と同条件にて、スパッタを実施して、成膜レートを調べた。その結果、加工溝がない同型のターゲットに比べると、成膜レートは３７．４ｎｍ／ｍｉｎから３７．７ｎｍ／ｍｉｎとあまり変化がなかった。
【００３０】
（比較例３）
直径４４４ｍｍ、スパッタ面の直径が４０６ｍｍのタンタルスパッタリングターゲット（純度３Ｎ５以上）において、スパッタ面のフラット部に断面Ｖ字型の加工溝を同心円状に形成した。溝の幅は１４ｍｍ、深さは３ｍｍ、溝の長さは外周約１２５０ｍｍ、内周約１１７５ｍｍとし、フラット部の加工溝の面積比率は１１．２％とした。次に、このターゲットをバッキングプレートに接合した後、実施例１と同条件にて、スパッタを実施したところ、スパッタ時の電流値が低下し、スパッタ電力が安定しない現象が見られたため、評価を中止した。以上の結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
0006498527.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のスパッタリングターゲットは、成膜条件を変更せずに、成膜速度を向上することができるので、プロセスの安定性を高めることができ、さらに、新規な成膜条件の開発や評価に伴う人的負担を軽減することができる。これにより、スループットの向上やコストパフォーマンスの改善に寄与することができる。本発明のスパッタリングターゲットは、電子デバイス用薄膜を形成するのに有用である。
【図１】
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