(57)【要約】【課題】アーキングの発生を防止するスパッタカソードを提供する。【解決手段】カソード電極１２とターゲット材料１４の間に絶縁体１３を配置する。ターゲット材料１４には、カソード電極１２に印加される電圧の交流成分が印加され、スパッタされる。このとき、ターゲット材料１４とカソード電極１２の間は絶縁体１３で絶縁されているので、ターゲット材料１４に生じたチャージはカソード電極１２には移動せず、アーク放電は生じない。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気導電性を有するカソード電極と、
前記カソード電極に取り付けられたターゲット材料とを有するスパッタカソードであって、
前記カソード電極と前記ターゲット材料との間には電気絶縁性を有する絶縁体が配置され、前記ターゲット材料は前記カソード電極と電気的に絶縁されたスパッタカソード。
【請求項２】
前記絶縁体は、厚み５μｍ以上に形成された請求項１記載のスパッタカソード。
【請求項３】
真空槽と、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のスパッタカソードを有するスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスパッタカソードの技術分野にかかり、特に、アーキング発生が生じないスパッタカソードとそれを用いたスパッタリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリング法は、いろいろな特性の薄膜を作る最も代表的な成膜方法として、ＬＳＩ、ＦＰＤ、ハードディスク、樹脂コーティングなどの多くの分野で利用されている。
【０００３】
図７に示したように、従来のスパッタカソード１１１は、銅やアルミなどで構成された導電性のバッキングプレート１１２の上に、ターゲット材料１１４が、インジウムなどの接着剤１１３によって接着されて構成されている。
【０００４】
しかしながら、ターゲット材料１１４として、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＴｉＮ、ＴｉＯｘ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（以下、ＰＺＴと略す）、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９（以下、ＳＢＴと略す）、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ２（以下ＢＳＴと略す）、ＳｒＴｉＯ３（以下、ＳＴＯと略す）のような絶縁体を用い、スパッタリングガスと共に酸素や窒素などを導入してＲＦリアクティブスパッタリングまたはｐｕｌｓｅＤＣリアクティブスパッタリングを行う場合には、ターゲット材料１１４の表面にターゲット材料１１４の構成物質による高抵抗の薄膜が堆積し、この薄膜が表面でチャージアップしてしまう場合がある。
【０００５】
上記のような、ターゲット表面でのチャージアップが発生した場合、その電荷は容易にカソード側に移動し、アーキングを発生させる原因となっていた。
【０００６】
また、ターゲット材料１１４がＧｅＳｅ、ＧｅＴｅ、ＧｅＳ、ＡｓＳｅ、ＡｓＴｅ、ＡｇＳｅ、ＡｇＴｅ、ＡｇＳ及びこれらの複合化合物から成るカルコゲナイト系半導体で構成される場合は、各原子のスパッタ率の違いなどの原因により、ターゲット表面にＳｅ等の高抵抗材料が残り、高抵抗の薄膜が堆積した場合と同様にアークを発生させるという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するものであり、アーキングの発生を防止することによりパーティクルを低減させ、均質な薄膜を安定して提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、電気導電性を有するカソード電極と、前記カソード電極に取り付けられたターゲット材料とを有するスパッタカソードであって、前記カソード電極と前記ターゲット材料との間には電気絶縁性を有する絶縁体が配置され、前記ターゲット材料は前記カソード電極と電気的に絶縁されたスパッタカソードである。
請求項２記載の発明は、前記絶縁体は、厚み５μｍ以上に形成された請求項１記載のスパッタカソードである。
請求項３記載の発明は、真空槽と、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のスパッタカソードを有するスパッタリング装置である。
【０００９】
本発明の発明者等は、ターゲット材料とカソード電極の間に薄い絶縁体をはさむことにより、ターゲット材料表面のチャージがカソード電極側に移動することが抑制され、アーク放電（アーキング）の発生が防止されることを確認した。
【００１０】
本発明で用いる絶縁体は、ダイヤモンド、サファイア、アルミナイトライド、ボロンナイトライド、カーボンナイトライド、シリコンカーバイトなとの高抵抗率かつ高熱伝導率の材料が望ましい。
【００１１】
本発明で用いる絶縁体は、ターゲット材料の冷却効率を向上させるため、できる限り薄いことが望ましい。他方、絶縁性確保の面からは厚い方が望ましい。そのため、本発明の絶縁体は５μｍ以上の厚さが効果的なことが確認されている。
【００１２】
本発明の絶縁体は、焼結法や引き上げ法などで作製され、ターゲット材料とカソード電極（バッキングプレート）の間にインジウムなど低融点で且つ耐熱性を有する材料を接着剤としてボンディングによって固定することができる。
【００１３】
他方、本発明で用いられる絶縁体は、ボンディングに替わり、塗布、スパッタまたはＣＶＤ等の成膜方法により、ターゲット材料の表面、カソード電極の表面、又は接着剤の表面に直接形成することも可能である。
【００１４】
【本発明の実施の形態】
図１の符号１１は、本発明の一例のスパッタカソードであり、符号２１は、そのスパッタカソード１１を有するスパッタリング装置を示している。
【００１５】
このスパッタカソード１１は、カソード電極１２と、カソード電極１２の一表面に配置された絶縁体１３と、該絶縁体１３上に配置されたターゲット材料１４とを有している。
【００１６】
カソード電極１２は銅等の金属材料で構成されており、絶縁体１３はターゲット材料１４の片面に成膜された一定厚みのアルミナイトライド薄膜で構成されている。ここでは絶縁体１３の厚みは５μｍである。
【００１７】
絶縁体１３とカソード電極１２の間にはインジウムから成る接着剤１５が配置されており、この接着剤１５によって絶縁体１３がカソード電極１２に接着され、その結果、ターゲット材料１４がカソード電極１２に対して固定されるようになっている。
【００１８】
スパッタリング装置２１は真空槽２２を有している。スパッタカソード１１は、ターゲット材料１４が配置された面を上方に向け、絶縁物３１を介して真空槽２２の底面側に配置されている。
【００１９】
真空槽２２の天井側には、ターゲット材料１４と面する位置に基板ホルダ３３が配置されている。真空槽２２には、真空排気系２４が接続されており、真空排気系２４が有する真空ポンプを起動し、所定圧力まで真空槽２２内部を真空排気した後、真空雰囲気を維持しながら基板ホルダ３３に基板３４を装着する。この基板３４はここではシリコンウェハである。
【００２０】
次いで、ガス導入系２３に接続されたガスボンベから、真空槽２２内にスパッタリングガスと反応性ガスを導入する。
【００２１】
カソード電極１２には、マッチングボックス３７を介して電源３８が接続されており、真空槽２２の内部が所定圧力まで上昇したところで電源３８を起動し、カソード電極１２にパルスＤＣ電圧または高周波電圧を印加する。
【００２２】
図２（ａ）の符号Ｌ１はパルスＤＣ電圧の電圧波形を示しており、負電圧にパルス状の電圧が重畳され、パルスのピーク時だけ正電圧が生じるようになっている。
【００２３】
カソード電極１２とターゲット材料１４との間には絶縁体１３が配置されておりカソード電極１２とターゲット材料１４の間は直流電圧的には絶縁されているが交流電圧的には接続されているから、電源３８の出力電圧（パルスＤＣ電圧）に含まれる交流成分がターゲット材料１４に印加され、ターゲット材料１４表面近傍でスパッタリングガスと反応性ガスとの混合ガスのプラズマが生成される。
【００２４】
ここではスパッタリングガスとしてアルゴンガスが用いられており、反応性ガスとして酸素ガスが用いられている。ターゲット材料１４はアルミニウムで構成されており、アルゴンガスと酸素ガスが混合されたガスのプラズマによって反応性スパッタリングが行われ、基板３４表面に、その反応の生成物である酸化アルミニウムの薄膜が成長する。酸化アルミニウム薄膜が所定膜厚になるとスパッタリング作業は終了する。
【００２５】
次に、１μｍ〜１０μｍの異なる厚みの絶縁体１３（アルミナイトライド）を用い、上記と同じ構成の複数のスパッタカソードを作成した。そして、各スパッタカソードを用いて上記と同じ条件で反応性スパッタリングを行い、酸化アルミニウムを基板上に成長させた。この反応性スパッタリング中に生じたアーク放電の回数と絶縁体の膜厚の関係を調べた。その結果を図３のグラフに示す。
【００２６】
絶縁体の膜厚が上昇するとアーク放電の回数は減少し、５μｍでゼロになっている。従って、絶縁体の厚みは５μｍ以上が望ましいことが分かる。厚くなりすぎるとターゲット材料と絶縁体とカソード電極とで構成されるコンデンサの容量値が小さくなり、ターゲット材料１４に印加される交流電圧成分が小さくなるので厚みにも上限がある。
【００２７】
次に、図４に示すように、厚さ１ｍｍのＳｉＣから成る絶縁体５３の両面に、インジウムから成る接着剤５５ａ、５５ｂを配置し、カソード電極５２上に、ＢＳＴから成るターゲット材料５４を最上層に置いて積層させ、スパッタカソード５１を構成させた。
【００２８】
このスパッタカソード５１を真空槽２２の底面に配置し、アルゴンガスと酸素ガスを導入し、リアクティブＲＦスパッタ法によって基板３４表面にＢＳＴ膜を成長させ、アーク放電の回数とパーティクルの個数を測定した。
【００２９】
このときの電源３８の出力電圧の波形を図２（ｂ）のグラフに示す。曲線Ｌ２が電源３８の出力電圧の波形であり、正弦波である。出力電圧の平均値は負電圧であり、短時間だけ正電圧になっている。
【００３０】
このとき、本発明のスパッタカソード５１に替え、絶縁体を有さず、ターゲット材料がカソード電極に対して電気的に接続された状態になっている従来技術のスパッタカソードを用い、同様にリアクティブＲＦスパッタ法によってＢＳＴ膜を成長させ、アーク放電の回数とパーティクルの個数を測定した。
【００３１】
測定結果を図５、図６に示す。本発明のスパッタカソード５１（絶縁体有りの場合）では、アーク放電が抑制され、パーティクルが減少していることがわかる。アーク放電は、従来技術の３００回に対してゼロ回、パーティクルは１万個以上に対して８０個以下になっている。
【００３２】
以上説明したように、本発明のスパッタカソード１１、５１では、ターゲット材料１４、５４の電荷がカソード電極１２、５２に移動しないため、アーク放電の回数が少なく、パーティクルが減少している。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、ＬＳＩ，ＦＰＤ、マイクロデバイスなどの配線キャパシタの成膜、ハードディスクやＣＤなどの磁性膜、保護膜、反射膜の作製、金属や樹脂フィルムのコーティングなどに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例のスパッタカソードとそれを用いたスパッタリング装置の例
【図２】（ａ）：パルスＤＣ電圧の波形　　（ｂ）：ＲＦ電圧の波形
【図３】絶縁体の厚みとアーク放電の回数の関係を示すグラフ
【図４】本発明のスパッタカソードの他の例
【図５】絶縁体の有無とアーク放電の回数の関係を示すグラフ
【図６】絶縁体の有無とパーティクルの個数の関係を示すグラフ
【図７】従来技術のスパッタカソード
【符号の説明】
１１、５１……スパッタカソード
１２、５２……カソード電極
１３、５３……絶縁体
１４、５４……ターゲット材料
２１……スパッタリング装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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