(57)【要約】【課題】多種類の組成の物質を個別に製造することなく、簡単な操作で傾斜的成分（異なる組成割合である）の物質を製作し、この成膜物質の組成変化とそれに対応した物質特性を測定又は調査することができるスパッタリングターゲットを提供する。【解決手段】異なる物質又は異なる物質を含む成分組成を隣接させた一体型ターゲットを同時スパッタリングすることにより、基板上にこれらの物質又は成分組成を任意の混合比率で含有するスパッタ膜を形成することを特徴とするスパッタリング方法及びスパッタリング時に、基板上に異なる物質又は異なる物質を含む成分組成を任意の混合比率で含有するスパッタ膜を形成することができる、異なる物質又は異なる物質を含む成分組成を隣接させた一体型ターゲットであることを特徴とするスパッタリングターゲット。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる物質又は異なる物質を含む成分組成を隣接させた一体型ターゲットを同時スパッタリングすることにより、基板上にこれらの物質又は成分組成を任意の混合比率で含有するスパッタ膜を形成することを特徴とするスパッタリング方法。
【請求項２】
スパッタリング時に、基板上に異なる物質又は異なる物質を含む成分組成を任意の混合比率で含有するスパッタ膜を形成することができる、異なる物質又は異なる物質を含む成分組成を隣接させた一体型ターゲットであることを特徴とするスパッタリングターゲット。
【請求項３】
２個以上の異なる物質又は異なる物質を含む成分組成のターゲットであることを特徴とする請求項２記載のスパッタリングターゲット。
【請求項４】
円盤状のターゲットであって、異なる物質又は異なる物質を含む成分組成のターゲットであることを特徴とする請求項２又は３記載のスパッタリングターゲット。
【請求項５】
矩形状（長方形、正方形）のターゲットであって、異なる物質又は異なる物質を含む成分組成のターゲットであることを特徴とする請求項２又は３記載のスパッタリングターゲット。
【請求項６】
ターゲットの構成要素である異なる物質又は異なる物質を含む成分組成の１要素の面積比率が１０％以上であることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
【請求項７】
異なる物質又は異なる物質を含む成分組成のターゲットの構成要素であるターゲットの部分が取外し可能であることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
【請求項８】
カルコゲナイド系材料であることを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
【請求項９】
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの少なくとも１以上を含む材料であることを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１０】
Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｗの少なくとも１以上を含む材料であることを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に一回のスパッタリング操作により異なる物質又は異なる物質を含む成分組成の混合量が任意の分布を有するスパッタ膜を形成し、多種類のターゲット又は多種類の組成の物質を個別に製造することなく、その組合せ物質又はそれらの物質からなるスパッタ膜成分の諸特性を、同時に調査・研究することができるスパッタリング方法及びスパッタリングターゲットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、薄膜を形成する手段として、２極直流スパッタリング法、高周波スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法など、いくつかのスパッタリング法があり、それぞれ固有のスパッタリングの性質を利用して、各種電子部品の薄膜を形成する手段として利用されている。
スパッタリング法は、陽極となる基板と陰極となるターゲットとを対向させ、不活性ガス雰囲気下でこれらの基板とターゲットの間に高電圧を印加して電場を発生させるものであり、この時電離した電子と不活性ガスが衝突してプラズマが形成され、このプラズマ中の陽イオンがターゲット表面に衝突してターゲット構成原子を叩きだし、この飛び出した原子が対向する基板表面に付着して膜が形成されるという原理を用いたものである。
【０００３】
一般に、異なる物質の化合物（合金を含む）又は混合物の、物理的又は化学的性質や特性を調べようとする場合は、必要とする物質が少量の場合であっても、これらの異なる物質をその都度秤量し、混合、反応、溶解、加熱等を行って、所定の組成からなる多数の物質を作製し、それを供試材としていた。
しかし、このような供試材を作製する作業は、多くのコストと時間がかかるという問題があり、簡便にこれらの供試材を用意できる方法が望まれていた。
これに替わるものとして、複数のターゲットをそれぞれ独立に作成し、これらを個別に同時スパッタリングし、形成されたスパッタ膜成分を調査・研究する提案がなされた（例えば、非特許文献１参照）。
この場合に、特に問題となるのは、ターゲットの個数だけ独立のカソード（負極）が必要であり、またそれぞれのターゲットの向きを個別に調節する必要があるため、装置が大掛かりになるという問題があった。また、得られる組成の範囲が±５ａｔ％以下と小さいことも問題であった。
【０００４】
従来技術として、バッキングプレート上に、ターゲット全体は同一の材料系でありながら組成の異なるターゲット材を薄膜における組成の分布を所望の状態になるように、連続的に又は局所的に併設して固着して１枚のスパッタリングターゲットを形成し、このターゲットを用いて薄膜を形成することにより、広い面積にわたって所望の組成分布を有する薄膜を得る提案がある（例えば、特許文献１参照）。
しかし、この場合はあくまでの同一の材料系のターゲットで、局所的に組成のみを変えることを狙いとしており、異なる物質又は異なる物質を含む成分の組合せ物質からなる任意のスパッタ膜成分の諸特性を、同時に調査・研究することを狙いとするものではない。
また、従来技術としてＭＢＥ（分子線エピタキシアル成長法）又はＩＢＳ（イオンビームスパッタリング）を使用して任意に組成を得ようとする提案もある。ＭＢＥの場合には、組成の再現性は良好だが、成膜速度が極端に遅く，装置が高価であるなどの実用上の問題が大きい（例えば、特許文献２参照）。また、ＩＢＳの場合、基本的に一成膜で一組成しか得られないという制約がある。
さらに、従来技術としてスパッタ電極はアノード電極と２個のカソード電極で構成され、２個のカソード電極に組成の異なるターゲットがそれぞれ貼り付けられ、基板が２個のターゲットで囲まれている空間の外に置かれているスパッタリング装置の提案もある（例えば、特許文献３参照）。
しかし、この特許文献もターゲットの個数だけ独立のスパッタ制御装置が必要であり、またそれぞれのターゲットの距離を個別に調節する必要があるため、装置が大掛かりになるという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４−３５４８６６号公報
【特許文献２】
特開平１−２７５７５７号公報
【特許文献３】
特開平５−７０９４０号公報
【非特許文献１】
Ｒ．  Ｃｒｅｍｅｒ  外１０名著「Ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  ＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈ  ＆  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ」Ｃａｒｌ  Ｈａｎｓｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ，  Ｍｕｎｃｈｅｎ  Ｚ．  Ｍｅｔａｌｌｋｄ．  ９２（２００１）１０，  １１２０−１１２７
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題または欠点に鑑みてなされたもので、多種類の組成の物質又はターゲットを個別に製造することなく、また複数のスパッタ装置又はカソードを必要とすることなく、従来の装置をそのまま使用でき、安価にかつ簡単な操作で広い範囲の成分濃度（異なる組成割合である）の物質を製作することができ、また得られた多元物質の特性の調査又は測定が可能であるスパッタリング方法及びスパッタリングターゲットを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明者は、異なる物質又は異なる物質を含む成分組成の材料を隣接させた一体型のターゲットを用いてスパッタリングすることにより、上記のような供試材を一度にかつ多量に作製でき、かつ多元物質を測定又は調査できるとの知見を得た。
【０００８】
本発明は、上記知見に基づき、
１．異なる物質又は異なる物質を含む成分組成を隣接させた一体型ターゲットを同時スパッタリングすることにより、基板上にこれらの物質又は成分組成を任意の混合比率で含有するスパッタ膜を形成することを特徴とするスパッタリング方法
２．スパッタリング時に、基板上に異なる物質又は異なる物質を含む成分組成を任意の混合比率で含有するスパッタ膜を形成することができる、異なる物質又は異なる物質を含む成分組成を隣接させた一体型ターゲットであることを特徴とするスパッタリングターゲット
３．２個以上の異なる物質又は異なる物質を含む成分組成のターゲットであることを特徴とする上記２記載のスパッタリングターゲット
４．円盤状のターゲットであって、異なる物質又は異なる物質を含む成分組成のターゲットであることを特徴とする上記２又は３記載のスパッタリングターゲット
５．矩形状（長方形、正方形）のターゲットであって、異なる物質又は異なる物質を含む成分組成のターゲットであることを特徴とする上記２又は３記載のスパッタリングターゲット
６．ターゲットの構成要素である異なる物質又は異なる物質を含む成分組成の１要素の面積比率が１０％以上であることを特徴とする上記２〜５のいずれかに記載のスパッタリングターゲット
７．異なる物質又は異なる物質を含む成分組成のターゲットの構成要素であるターゲットの部分が取外し可能であることを特徴とする上記２〜６のいずれかに記載のスパッタリングターゲット
８．カルコゲナイド系材料であることを特徴とする上記２〜７のいずれかに記載のスパッタリングターゲット
９．Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの少なくとも１以上を含む材料であることを特徴とする上記２〜７のいずれかに記載のスパッタリングターゲット
１０．Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｗの少なくとも１以上を含む材料であることを特徴とする上記２〜７のいずれかに記載のスパッタリングターゲット
を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
ターゲットから飛来する物質は、ターゲットに対して平行に配置した基板に向かって進むが、垂直に飛来するものだけでなく側方から飛来も飛来する。そのスパッタ形態を見ると、比較的ランダムにスパッタされていることが分かる。
したがって、スパッタの条件が同一であれば、異なる物質のターゲットが隣接している境界線上では、ちょうど双方の物質が均等に混合した状態の膜が形成されるということが、原理的に成り立つ。
そして、その境界線から離れるに従って、一方の物質の濃度がやや高めになり、その距離が増加するに従って一方の物質の濃度が増す。最終的には、斜め方向から飛来する物質が無くなるところで、一方の物質のみが基板に積層される。
【００１０】
このような現象は、基板に形成される物質が基板の幅方向に傾斜的に物質の濃度が変化することを意味する。本発明は、この現象を利用するものであり、それぞれ異なる物質又は異なる物質を含む成分組成の物質を隣接させてターゲットとし、基板上に、これらの物質又は成分組成の混合量が傾斜的な分布を有するスパッタ膜を形成し、さらに成膜物質の組成変化と、それに対応した物質特性を測定又は調査するものであり、これに適合する一体型スパッタリングターゲットである。
スパッタされる物質は、磁性材料、半導体材料、導電材料、抵抗材料、誘電体材料等の金属材料、無機（セラミックス）材料、有機材料等の、全ての材料を対象とすることができる。そして、これらの材料の組合せによる化合物、合金、混合体等の成分組成変化と、それに対応した諸特性を容易に調査・研究することができる。
【００１１】
基板に形成される物質又は成分組成は漸次変化するので、それ自体が複雑な成分比を持つ。したがって、基板組成又はターゲットの管理から、比較的単純な組成すなわち２個の異なる物質又は異なる物質を含む成分組成のターゲットであることが望ましいと言えるが、複数の成分組成の物質を２個組み合せても良いし、また複数成分の物質を複数組み合せたターゲットとしても良い。
このような材料評価に使用されるものとしては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｗを含む材料を挙げることができる。しかし、本発明はこれらの材料に制限されるものではなく、目的に応じて他の材料を使用することができる。
【００１２】
スパッタリングの条件をより単純化するために、これらの異なる物質又は異なる物質を含む成分組成の物質は一体型とすることが必要である。一体型と言った場合、必ずしも取外しができないことを意味しない。緊密に結合できるようにすれば、分離できるものでも良い。一体型ターゲットは、このような構造を含むものである。交換可能であれば、調査目的とするターゲットに容易に組替えることができるという利点がある。
上記一体型ターゲット又は緊密に結合できる構造のターゲットであることは、重要な意味を持つ。これによって、スパッタリングの操作を簡単にし、安定した被膜を形成できるからである。
【００１３】
また、ターゲット自体も図１に示すように、比較的単純な形である円盤型の左右に異なる物質又は異なる成分組成のターゲットとすることができる。
これによって、基板のスパッタ膜は異なる物質又は異なる物質を含む成分組成の比較的単純な形態の被膜であり、濃度差が傾斜したスパッタ膜を形成することができ、異なる物質の化合物（合金を含む）又は混合物の、物理的又は化学的性質や特性を調べようとする場合には、その管理が容易であるという利点がある。このようにして基板に形成されたスパッタ膜は、必要に応じて熱処理することができる。
このような特性評価に使用される材料としては、特に、カルコゲナイド系材料又はＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏの少なくとも１以上を含む材料を挙げることができる。
【００１４】
この他、特に本発明のターゲットを製作する上で配慮しなければならない点は、ターゲットの構成要素である異なる物質又は異なる物質を含む成分組成の１要素の面積比率が１０％以上とすることが望ましいことである。
面積比率が１０％未満（２種系の場合、例えば面積比率が５：９５）であると、スパッタリングの特徴から小面積側の組成でプラズマが立ち難くなり、作製される膜中の組成が大面積側のものでほぼ全てとなって、当初の目的である多種類の組成の物質が形成されず、試料の評価ができなくなるからである。
【００１５】
次に、実施例に基づいて本発明を説明する。なお、以下の実施例は発明を容易に理解できるようにするためのものであり、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想に基づく他の例又は変形は、当然本発明に含まれるものである。
【００１６】
（実施例１）
図１に示すように、全体形状が１５０φの円盤形であるターゲットを使用し、左右に組成を変えたものであり、左にＳｂ２Ｔｅ３からなる物質のターゲットを、右にＧｅＴｅからなる物質のターゲットを形成した。
このターゲットを用いてスパッタリングしたところ、基板に成膜されたスパッタ膜は一度に約９組成の膜が形成された。成分濃度の蛍光Ｘ線による分析結果を図２に示す。図２の成分濃度の測定点１〜１０は、図１のターゲットの測定点１〜１０に対応するものである。
【００１７】
組成はターゲットの仕込み（目標）組成から若干ずれているが、Ｓｂの組成に着目すると、１８．１ａｔ％から７８．１ａｔ％と非常に広い範囲で組成を振ることに成功した。
これと同じ実験を、組成を決めて合成した個別のターゲットで対応しようとすると、９枚のターゲットと９回の予備成膜と９回の本成膜が必要で、これらに伴って消耗品及び人件費も９倍以上必要となる。以上から明らかなように、本発明を使用すれば、大幅な時間と費用の削減が可能となることが分かった。
【００１８】
図３に、光学特性である屈折率の測定例を示す。一度の成膜によって複数の組成の試料が作成でき、それぞれを基板から切り出してエリプソメーターにて測定を試みた。図中、左がＳｂ２Ｔｅ３リッチ側で、右がＧｅＴｅリッチ側である。Ｓｂ２Ｔｅ３リッチ側は屈折率が低く、ＧｅＴｅリッチ側に近づくにつれて屈折率が上昇していることが分かる。図３の下方にある帯状の表示は、濃淡で屈折率２．５〜３．５の範囲を示したものである。
【００１９】
また、図４に吸収係数の測定例を示す。屈折率と同様に左がＳｂ２Ｔｅ３リッチ側で、右がＧｅＴｅリッチ側である。Ｓｂ２Ｔｅ３リッチ側は吸収係数が低く、ＧｅＴｅリッチ側に近づくにつれて吸収係数が上昇していることが分かる。図４の下方にある帯状の表示は、濃淡で吸収係数２．５〜３．５の範囲を示したものである。
上記の例では、基板から試料を切り出して測定したが、光を吸収するマスクを基板上に設置すれば、任意の箇所のかつ任意の組成の光学定数を切り出さずに測定することが可能である。反射率、シート抵抗なども同様に測定可能である。
構造解析も、Ｘ線回折法、透過電子顕微鏡、原子間力顕微鏡、結晶化速度測定など、様々な手法を適用することが可能である。このような中で、光学定数の測定などの非破壊検査であれば、任意の組成の繰返し測定が可能であり、実験時間の大幅な短縮と詳細な実験パラメーターの設定が実現可能である。
【００２０】
【発明の効果】
異なる物質又は異なる物質を含む成分組成の物質を隣接させた一体型ターゲットからなり、基板上にこれらの物質又は成分組成の混合量が任意の分布を有するスパッタ膜を形成することにより、多種類の組成の物質を個別に製造することなく、かつ既存の成膜装置を改造することなくそのまま転用でき、基板上に一回のスパッタリング操作により成膜された傾斜的成分（異なる組成割合である）の物質を作製し、そのスパッタ膜成分の諸特性を調査・研究することができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の円盤状ターゲットの例と成分濃度の測定位置を示す説明図である。
【図２】図１のターゲットを用いてスパッタした場合の成分濃度の分析結果を示す図である。
【図３】成膜後、それぞれの変化する組成について屈折率の測定を行なった結果を示す図である。
【図４】成膜後、それぞれの変化する組成について吸収係数の測定を行なった結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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