(57)【要約】【課題】寿命を長くして交換頻度を少なくすることができる、マグネトロンスパッタリング用の強磁性体スパッタリングターゲットを提供する。【解決手段】本発明に係る強磁性体スパッタリングターゲットは、表面に、複数の孔状の凹部を有する。前記凹部は、少なくとも底面上の部分における径又は幅が３ｍｍ以下であるのが好ましい。前記強磁性体スパッタリングターゲットは円板状である場合、前記複数の凹部の一つは、前記強磁性体スパッタリングターゲットの中心に配置され、前記複数の凹部の少なくとも一部は、前記強磁性体スパッタリングターゲットと同心の円周に沿って略等間隔で配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネトロンスパッタリング装置で使用され、表面に、径又は幅に対する深さの比が１以上である孔状の凹部を複数有する強磁性体スパッタリングターゲット。
【請求項２】
前記凹部は、少なくとも底面上の部分における径又は幅が３ｍｍ以下である請求項１に記載の強磁性体スパッタリングターゲット。
【請求項３】
前記凹部は、円柱形状の下部と、該下部の上端と前記強磁性体スパッタリングターゲットの表面を繋ぐ上部を有しており、
前記上部は、いずれの部分においても前記強磁性体スパッタリングターゲットの表面と平行な断面が略円形であり、かつ該断面の半径が、前記強磁性体スパッタリングターゲットの表面に近づくにつれて徐々に大きくなっている請求項１又は２に記載の強磁性体スパッタリングターゲット。
【請求項４】
前記強磁性体スパッタリングターゲットは円板状であり、
前記複数の凹部の一つは、前記強磁性体スパッタリングターゲットの中心に配置されており、
前記複数の凹部の少なくとも一部は、前記強磁性体スパッタリングターゲットと同心の円周に沿って略等間隔で配置されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の強磁性体スパッタリングターゲット。
【請求項５】
前記円周の半径は、前記強磁性体スパッタリングターゲットの半径の３０％以上７０％以下である請求項４に記載の強磁性体スパッタリングターゲット。
【請求項６】
半導体ウェハを載置するステージと、
前記ステージに対向する位置に設けられた電極と、
前記電極に固定され、前記ステージに面している強磁性体スパッタリングターゲットと、
前記電極を介して前記強磁性体スパッタリングターゲットとは反対側に配置された磁石と、
を具備し、
前記強磁性体スパッタリングターゲットは、表面に、径又は幅に対する深さの比が1以上である孔状の凹部を複数有するマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項７】
マグネトロンスパッタリング装置の内部において、半導体ウェハを、径又は幅に対する深さの比が１以上である孔状の凹部を表面に複数有する強磁性体スパッタリングターゲットに対向させる工程と、
前記マグネトロンスパッタリング装置を用いて前記強磁性体スパッタリングターゲットをスパッタリングすることにより、半導体ウェハに強磁性体膜を成膜する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネトロンスパッタリング用の強磁性体スパッタリングターゲット、マグネトロンスパッタリング装置、及び半導体装置の製造方法に関する。特に本発明は、寿命を長くして交換頻度を少なくすることができる強磁性体スパッタリングターゲット、マグネトロンスパッタリング装置、及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造方法において、強磁性体膜（例えばＮｉやＦｅなど）を、マグネトロンスパッタリング法を用いて形成することがある。マグネトロンスパッタリング法は、電極上にスパッタリングターゲットを配置し、さらに電極を介してスパッタリングターゲットとは反対側の位置に磁石を配置することにより、電界及び漏洩磁界の双方を利用してスパッタガス（例えばＡｒ）を電離させてプラズマを生じさせ、スパッタリングを行う方法である。
【０００３】
強磁性体膜をマグネトロンスパッタリング法により形成する場合、スパッタリングターゲットは強磁性体によって形成される為、磁石からの磁界がスパッタリングターゲットを透過しにくくなり、漏洩磁界が弱くなる。これを抑制する為に、従来はスパッタリングターゲットの厚さを、例えば３ｍｍと薄くしていた
【０００４】
また特許文献１には、スパッタリングターゲット上に該スパッタリングターゲットと同じ材料で形成されたスパッタ源を配置することにより、実質的にスパッタリングターゲットとなる部材の一部に表面形状が長方形状の溝を形成し、この溝からの漏洩磁界を用いてプラズマを発生させる技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１３６５３３号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のようにスパッタリングターゲットの厚さを薄くした場合、スパッタリングターゲットの寿命が短くなる。この場合、スパッタリングターゲットの交換頻度が多くなってしまい、スパッタリング装置の稼働率が低下してしまう。
【０００７】
また上記した特許文献１に記載の技術では、長方形の溝の底部の一部も他の部分と略同じ速度でエッチングされてしまう為、スパッタリングターゲットの寿命が短くなってしまう。
【０００８】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、寿命を長くして交換頻度を少なくすることができる、マグネトロンスパッタリング用の強磁性体スパッタリングターゲット、マグネトロンスパッタリング装置、及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る強磁性体スパッタリングターゲットは、マグネトロンスパッタリング装置で使用され、表面に、径又は幅に対する深さの比が1以上である孔状の凹部を複数有する。
【００１０】
この強磁性体スパッタリングターゲットによれば、径又は幅に対する深さの比が1以上であるため、前記凹部の底面にはイオンが入りにくく、底面はスパッタリングされにくい。また、漏洩磁界が前記凹部の周囲で大きくなるため、低圧力かつ低電圧でも、安定して放電を開始させ、かつ維持することが可能になる。従って、強磁性体スパッタリングターゲットの寿命を長くして交換頻度を少なくすることができる。
【００１１】
前記凹部は、少なくとも底面上の部分における径又は幅が３ｍｍ以下であるのが好ましい。
前記凹部は、例えば円柱形状の下部と、該下部の上端と前記強磁性体スパッタリングターゲットの表面を繋ぐ上部を有している。この場合、前記上部は、いずれの部分においても前記強磁性体スパッタリングターゲットの表面と平行な断面が略円形であり、かつ該断面の半径が、前記強磁性体スパッタリングターゲットの表面に近づくにつれて徐々に大きくなっていてもよい。
【００１２】
前記強磁性体スパッタリングターゲットは円板状である場合、前記複数の凹部の一つは、前記強磁性体スパッタリングターゲットの中心に配置され、前記複数の凹部の少なくとも一部は、前記強磁性体スパッタリングターゲットと同心の円周に沿って略等間隔で配置されている。
この場合、前記円周の半径は、前記強磁性体スパッタリングターゲットの半径の３０％以上７０％以下であるのが好ましい。
【００１３】
本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置は、半導体ウェハを載置するステージと、
前記ステージに対向する位置に設けられた電極と、
前記電極に固定され、前記ステージに面している強磁性体スパッタリングターゲットと、
前記電極を介して前記強磁性体スパッタリングターゲットとは反対側に配置された磁石と、
を具備し、
前記強磁性体スパッタリングターゲットは、表面に、径又は幅に対する深さの比が１以上である孔状の凹部を複数有する。
【００１４】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、マグネトロンスパッタリング装置の内部において、半導体ウェハを、表面に複数の孔状の凹部を有する強磁性体スパッタリングターゲットに対向させる工程と、
前記マグネトロンスパッタリング装置を用いて前記強磁性体スパッタリングターゲットをスパッタリングすることにより、半導体ウェハに強磁性体膜を成膜する工程とを具備する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。本方法は、マグネトロンスパッタリング装置を用いてシリコン基板１に強磁性体膜（例えばＮｉ膜又はＦｅ膜）を形成する方法である。
【００１６】
図１に示すマグネトロンスパッタリング装置において、シリコン基板１はステージ１０上に載置されており、円板状の強磁性体スパッタリングターゲット２０は、シリコン基板１に対向する位置に配置されている。強磁性体スパッタリングターゲット２０は電極２１上に固定されており、その厚さは従来の強磁性体スパッタリングターゲット２０の厚さと比較して厚い。
【００１７】
電極２１を介して強磁性体スパッタリングターゲット２０の反対側には、磁石３０が配置されている。磁石３０はベース板３２上に固定されている。ベース板３２は、強磁性体スパッタリングターゲット２０の中心を回転中心として、図示しない動力源によって回転する。これにより、強磁性体スパッタリングターゲットの全面に磁界が略均等に加わる。
【００１８】
強磁性体スパッタリングターゲット２０の表面には、複数の孔状の凹部２２が形成されている。凹部２２は、径又は幅に対する深さの比が１以上である。凹部２２の底面から強磁性体スパッタリングターゲット２０の裏面までの距離は、従来の強磁性体スパッタリングターゲットの厚さに略等しく、例えば３ｍｍである。凹部２２は、強磁性体スパッタリングターゲット２０とシリコン基板１の間の空間に漏洩する磁界（以下、漏洩磁界と記載）を大きくする為に形成されている。漏洩磁界が部分的にでも大きくなることにより、低圧力かつ低電圧でも、安定して放電を開始させ、かつ維持することが可能になる。低圧力にした場合、形成された強磁性体膜が高品質になる。
【００１９】
図２は強磁性体スパッタリングターゲット２０の平面図である。凹部２２は、一つが強磁性体スパッタリングターゲット２０の中心に配置されており、残りが強磁性体スパッタリングターゲット２０と同心の円周に沿って略等間隔で配置されている。このため、磁石３０がいずれの場所にある場合においても、漏洩磁界が大きい領域を形成することができ、この領域を起点としてスパッタガス（例えばＡｒ）放電の開始及び維持を行うことができる。
【００２０】
また上記した円周の半径は、強磁性体スパッタリングターゲット２０の半径の３０％以上７０％以下である。一般的に強磁性体スパッタリングターゲットは、中心部及び外周部のスパッタリング速度が、他の部分のスパッタリング速度より遅い。このため、強磁性体スパッタリングターゲットの中心部及び外周部を除いた領域で磁界が強くなると考えられる。従って上記した円周の半径を上記の範囲に限定することにより、漏洩磁界を更に強くすることができる。
なお、本図では凹部２２は、一つの円周に沿って配置されているが、互いに径が異なる複数の円周それぞれに沿って配置されていてもよい。
【００２１】
図３（Ａ）は、図２のＡ−Ａ´断面図である。本例において凹部２２は、円柱形状の下部２２ａの上端に、上部２２ｂをつなげた形状である。上部２２ｂは、いずれの部分においても水平方向の断面が円形であるが、その半径は、強磁性体スパッタリングターゲット２０の表面に近づくにつれて徐々に大きくなっている。上部２２ｂの側面の縦断面形状は、中心角が９０°の円弧であり、下部２２ａの鉛直な側面と強磁性体スパッタリングターゲット２０の表面とをなめらかに結んでいる。また、下部２２ａの直径は３ｍｍ以下である。
【００２２】
図３（Ｂ）は、凹部２２の変形例を説明するための断面図であり、図２のＡ−Ａ´断面図に相当する。本例において凹部２２は円柱形状であり、その直径は３ｍｍ以下である。このようにすると、例えば凹部２２の側壁に形成されるシースの影響により、凹部２２の底面２２ｃにはイオン（例えばＡｒイオン）が入り込みにくくなり、凹部２２の底面２２ｃはスパッタリングされにくくなる。上記したように、強磁性体スパッタリングターゲット２０の厚さは、凹部２２を除いて従来の強磁性体スパッタリングターゲット２０より厚い。従って、強磁性体スパッタリングターゲット２０の寿命は従来と比較して長くなる。
【００２３】
凹部２２の形状をこのようにすると、凹部２２の上部２２ｂで電離した電荷を起点として放電が開始しやすくなる。また、凹部２２の底面２２ｃにはイオン（例えばＡｒイオン）が入り込みにくくなり、下部２２ａの底面２２ｃはスパッタリングされにくくなる。従って、強磁性体スパッタリングターゲット２０の寿命は従来と比較して長くなる。
【００２４】
以上、本実施形態によれば、強磁性体スパッタリングターゲット２０の厚さは、凹部２２の底面２２ｃを除いて従来の強磁性体スパッタリングターゲット２０より厚い。また凹部２２の底面にはイオンが入りにくい為、下部２２ａの底面２２ｃはスパッタリングされにくい。また、漏洩磁界が凹部２２の周囲で大きくなるため、低圧力かつ低電圧でも、安定して放電を開始させ、かつ維持することが可能になる。
従って、強磁性体スパッタリングターゲット２０の寿命を長くして交換頻度を少なくすることができる。その結果、スパッタリング装置の稼働率が低下することを抑制できる。
【００２５】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば凹部２２の形状は上記した例に限定されるものではなく、例えば多角柱であってもよい。
【００２６】
また、複数の凹部２２のレイアウトは上記した例に限定されるものではなく、例えば強磁性体スパッタリングターゲット２０の表面全面に、略均等な密度で配置してもよいし、強磁性体スパッタリングターゲット２０のうち磁石３０による磁束密度が最も強くなる領域に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図。
【図２】強磁性体スパッタリングターゲット２０の平面図。
【図３】（Ａ）は図２のＡ−Ａ´断面図、（Ｂ）は凹部２２の変形例を示す為の断面図。
【符号の説明】
【００２８】
１…シリコン基板、１０…ステージ、２０…強磁性体スパッタリングターゲット、２１…電極、２２…凹部、２２ａ…下部、２２ｂ…上部、２２ｃ…底面、３０…磁石、３２…ベース板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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