(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結体ターゲットの溝部に粉体または顆粒状のターゲット材料が設けられた成膜装置用ターゲットであって、前記ターゲット材料の表面部は、内部に設けられたターゲット材料に比べ、嵩密度が小さい、若しくは比表面積の大きい材料であることを特徴とする成膜用ターゲット。
【請求項２】
前記粉体または顆粒状のターゲット材料上面に凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜用ターゲット。
【請求項３】
粉末状または顆粒状のターゲット材料の平均粒子径が１μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜用ターゲット。
【請求項４】
嵩密度の値が１．５ｇ／ｍｌ以下のターゲット材料を配置することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の成膜用ターゲット。
【請求項５】
比表面積が１．０ｍ2／ｇ以上の材料を配置することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の成膜用ターゲット。
【請求項６】
ターゲット材料は、典型金属元素または遷移金属元素またはそれらの酸化物またはフッ化物、窒化物、硫化物、水酸化物、炭酸化物であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の成膜用ターゲット。
【請求項７】
真空を維持することが可能な真空チャンバーと、前記真空チャンバー内に配置されプラズマによって処理される被対象物を載置する保持台と、前記真空チャンバー内にガスを導入し排気するガス吸排気手段と、前記真空チャンバー内にあり、かつ、前記保持台と対向して設けられた焼結体ターゲットとを有する成膜装置であって、前記焼結体ターゲットは溝部を有し、前記ターゲット材料の表面部は、内部に設けられたターゲット材料に比べ、嵩密度が小さい、若しくは比表面積の大きい材料であることを特徴とする成膜装置。
【請求項８】
真空チャンバー内にガスを導入しつつ排気し、真空チャンバー内に配置された溝部を有する焼結体ターゲットを皿を介して載置する電極に電力を印加することで、真空チャンバー内にプラズマを発生させ、被対象物を処理する成膜方法であって、前記ターゲット材料の表面部は、内部に設けられたターゲット材料に比べ、嵩密度が小さい、若しくは比表面積の大きい材料であることを特徴とする成膜方法。
【請求項９】
前記粉体または顆粒状のターゲット材料上面に凹部が形成され、かつ、前記凹部の深さが１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項８記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜工程を含んだ様々なデバイス製造に利用される成膜装置用ターゲットに関し、特に典型金属元素もしくは遷移金属元素もしくはそれらの酸化物またはフッ化物、窒化物、硫化物、水酸化物、炭酸化物を含む物質を成膜する方法及び装置並びに成膜用ターゲットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体などの電子デバイスは、急速に細密化が進んでおり、高精度の加工処理が求められている。このような微細加工技術のうち、特に薄膜形成工程では、スパッタリング法を用いた成膜方法が一般的となっている。スパッタリング法とは、真空雰囲気で気体放電を引き起こすことによりプラズマを発生させ、このプラズマの陽イオンをスパッタリング電極と呼ばれる負極に設置されたターゲットに衝突させ、その衝突によりスパッタされた粒子が被処理基板に付着して薄膜形成させる方法である。
【０００３】
このようなスパッタリング法は、組成の制御や装置の操作性が比較的容易であることから、成膜工程で広く利用されており、図５に示すように、ターゲット載置用皿３に粉末状もしくは顆粒状のターゲット材料５を載置したターゲットを用いてターゲット材料５の利用効率を向上させる取り組みがなされている（例えば、特許文献１、特許文献２及び例えば、未公開自社出願の特願２００５−０２０７０４号明細書参照）。
【特許文献１】特開平０９−１７６８４５号公報
【特許文献２】特開平１０−０３６９６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記に示したようなターゲットに粉末状もしくは顆粒状の材料を用いた方法では、図４に示すように、放電開始後、ターゲット粉末が赤熱して、安定状態になるのに時間（２０分以上）を要する為、量産安定性や量産タクトを考慮すると、出来る限り短縮する必要があるという課題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題に鑑み、従来ターゲット材料表面に嵩密度が小さいもしくは比表面積の大きい材料を配置することで、赤熱が拡大する速度が増加し、安定な状態になるまでの時間が短縮出来る。量産性を考慮する上で、安定性向上やタクト短縮に繋がる成膜方法及び装置並びに成膜装置用ターゲットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明の成膜用ターゲットは、焼結体ターゲットの溝部に粉体または顆粒状のターゲット材料が設けられた成膜装置用ターゲットであって、前記ターゲット材料の表面部は、内部に設けられたターゲット材料に比べ、嵩密度が小さい、若しくは比表面積の大きい材料である点に特徴があり、赤熱が拡大する速度が増加し、安定な状態になるまでの時間が短縮でき、量産に適した安定な成膜工程が実現することを可能とする。
【０００７】
このとき、前記粉体または顆粒状のターゲット材料上面に凹部が形成されていると好適である。
【０００８】
また、粉末状または顆粒状のターゲット材料の平均粒子径を１μｍ以下としても良い。
【０００９】
また、ターゲット材料を嵩密度の値の１．５ｇ／ｍｌ以下の材料とすると好適である。
【００１０】
また、ターゲット材料を比表面積が１．０ｍ2／ｇ以上の材料とすると好適である。
【００１１】
更に、ターゲット材料は、典型金属元素または遷移金属元素またはそれらの酸化物またはフッ化物、窒化物、硫化物、水酸化物、炭酸化物であると良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、連続量産性を考慮した際のタクト短縮が可能となり、さらに成膜における量産安定性の向上を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態１を図１及び図２を参照しながら詳述する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施の形態に係る成膜装置を示す図である。同図において、１は真空チャンバー、２は後述する焼結体ターゲットの近傍に配置されたアースシールド、３はターゲット載置用皿、４は溝部７が形成された焼結体ターゲットである。また、５及び７は焼結体ターゲット４に形成された溝部６に配置される粉体または顆粒状のターゲット材料である。更に、８は真空チャンバー１内にガスを導入するガス導入手段であって、９は真空チャンバー１内のガスを排気するガス排気手段である。また、１０はターゲット載置用皿３に電力を印加する電源である。
【００１５】
また、図２は、本発明の一実施の形態におけるターゲットの一例（図１における焼結体ターゲット４近傍を拡大した内容）を示す図である。
【００１６】
図２は、本発明の一実施の形態におけるターゲットの一例を示す図である。図２において、真空チャンバー１内においてアースシールド２で囲んだ部分にターゲットを配置する。ターゲット載置用皿３に焼結体のターゲット材料４として酸化マグネシウムを載置し、その焼結体に溝部を形成し、そこに粉末状または顆粒状のターゲット材料５として酸化マグネシウムを載置し、その粉末状または顆粒状のターゲット材料５に凹形状６を形成している。さらに、ターゲット材料５の表面にこれよりも嵩密度が小さい、もしくは比表面積の大きい酸化マグネシウムのターゲット材料７を表面部に配置している。この際、ターゲット材料５の嵩密度および比表面積は、それぞれ０．４ｇ／ｍｌと７．０ｍ2／ｇとし、ターゲット材料７の嵩密度および比表面積は、それぞれ０．１ｇ／ｍｌと２８．０ｍ2／ｇであるものを用いた。
【００１７】
図２において、ターゲット７を配置したターゲット（以降；トリガーありターゲット）とターゲット５のみで７を配置していないターゲット（以降；従来ターゲット）を用いて、成膜を行った。成膜条件は、プラズマ源電力２０００Ｗ、アルゴンガス流量１００ｓｃｃｍ、圧力０．３５Ｐａ、成膜時間１分、ターゲットと基板間の距離１００ｍｍとし、１６０ｍｍ角ガラスに酸化マグネシウムの成膜を行った。
【００１８】
図３は、焼結体＋粉体ターゲットと従来ターゲットを用いたそれぞれの場合の成膜レートの放電開始依存性の比較を示す図である。図３において、従来ターゲットを用いた場合は、成膜レートが一定値に安定するまでに約２０分を要している。それに対し、トリガーありターゲットを用いた場合は、成膜レートの立ち上がり値が１０分から３分にシフトしており、それに伴って、安定成膜に至る時間も１０分と約１０分短縮している。安定成膜レートはともに４６０ｎｍ／ｍｉｎで大差はなかった。
【００１９】
この結果より、トリガーありターゲットを用いることで、従来例と比べて安定した成膜状態に至るまでの時間を短縮化することが可能であり、量産に用いる場合、連続成膜を考慮して、材料を供給する都度、安定化するまでのタクトを短縮でき、信頼性の高い成膜処理が可能となった。
【００２０】
以上のように、本発明の実施の形態においては、大きな効果が得られたが、このメカニズムについて以下に考察する。
【００２１】
ターゲット材料に厚さ６ｍｍの酸化マグネシウムの焼結体を用いて、それに溝深さ５ｍｍの溝部を形成し、その部分に粉末状または顆粒状のターゲット材料を配置し、表面を均一にした後、凹形状部におけるターゲット材料の厚さが２ｍｍの凹部を形成する。この従来ターゲットに対し、表面にこれよりも嵩密度が小さい、もしくは比表面積の大きい酸化マグネシウムを配置する。これにより、放電開始と同時に凹形状部表面に配置した嵩密度が小さい、もしくは比表面積の大きい酸化マグネシウムから選択的に素早く赤熱が開始し、次第に粉末状または顆粒状のターゲット材料全面に赤熱が拡大する。
【００２２】
これは、粉末状または顆粒状のターゲット材料においては、凹形状部表面に配置した酸化マグネシウムの嵩密度が小さく、比表面積が大きいことから、特に凹形状部の表面エッジ部の酸化マグネシウムから選択的に温度が上昇し、赤熱し始める。その後、凹形状部において、嵩密度が小さく、比表面積が大きい酸化マグネシウムの表面を中心に赤熱部分が急速に拡大し、通常のターゲット状態よりも高速で拡大すると考える。ターゲット載置用皿に断熱性が良い材質を用いることにより、特に凹形状部の温度上昇が加速し、ターゲット材料が熱により活性化し、スパッタリング効果が加速される。
【００２３】
この際、ターゲット材料に元々、嵩密度が小さく、比表面積が大きいターゲット材料（例えば嵩密度０．１ｇ／ｍｌと比表面積２８．０ｍ2／ｇ）のみを使用して放電を開始すると、ターゲットがスプラッシュしてしまい、形状が崩れて、正常な放電を維持出来なくなる。これは、嵩密度が小さい（０．３ｇ／ｍｌ以下）もしくは比表面積が大きい（１０．０ｍ2／ｇ以上）材料を使用することでターゲット材料に熱が蓄熱され易くなり、静電作用によってスプラッシュを起こしてしま為だと考える。よって、本発明のように従来のターゲットに対して、表面部のみに配置することで、安定な放電が可能となる。
【００２４】
したがって、従来例に比べて、赤熱が拡大する速度が増加し、安定な状態になるまでの時間が短縮でき、量産に適した安定な成膜工程が実現出来る。
【００２５】
以上のように本発明の実施の形態によれば、連続量産性を考慮した際のタクト短縮が可能となり、さらに成膜における量産安定性の向上が実現出来る。
【００２６】
本発明の実施の形態においては、ターゲットの焼結体４の立体形状を円形に配置したが、図４（ａ）〜図４（ｂ）に示すような形状としてもよい。
【００２７】
また、ターゲット材料４および５、７として酸化マグネシウムを用いて説明したが、典型金属元素または遷移金属元素またはそれらの酸化物、フッ化物、窒化物、硫化物、水酸化物、炭酸化物を用いてもよい。
【００２８】
また、粉体または顆粒状のターゲット材料５、７を配置する際に、嵩密度の値が１．５ｇ／ｃｍ3以下の材料を配置する方が効果が増す。嵩密度の値が１．５ｇ／ｃｍ3以上になると、その材料の熱容量が大きくなり、温度上昇しにくくなる為である。さらに材料７の嵩密度の値が０．３ｇ／ｃｍ3以下であればトリガーとして赤熱化速度が大きく適している。
【００２９】
さらに、粉体または顆粒状のターゲット材料５、７を配置する際に、比表面積の値が１．０ｍ2／ｇ以上の材料を配置する方が効果が増す。比表面積の値が１．０ｍ2／ｇ以下になると、その材料の嵩密度が増加し熱容量が大きくなり、温度上昇しにくくなる為である。さらに材料７の比表面積の値が１．０ｍ2／ｇ以上であれば熱容量が低下し、トリガーとして赤熱化速度が大きく好ましい。
【００３０】
また、焼結体４に形成する溝部の深さ５ｍｍとして説明したが、１ｍｍ以上であればよい。なぜならば、１ｍｍより小さくなるとターゲット材料５の粉末同士間での熱伝導が盛んになるため断熱性が低下し、ターゲット材料５に赤熱が発生しにくくなるためである。
【００３１】
また、ターゲット材料５に形成する凹形状６部のターゲット材料５の厚さを２ｍｍとして説明したが、０ｍｍより大きくかつ５ｍｍ以下であればよい。なぜならば、５ｍｍより厚くなるとターゲット材料５の粉末同士の熱拡散が盛んになるため断熱性が低下し、ターゲット材料５に赤熱が発生しにくくなるためである。
【００３２】
また、本発明の実施の形態においては、ターゲット材料５としての酸化マグネシウムの粒子径は０．２μｍのものを用いたが、１μｍ以下の粒子であればよい。なぜならば、粒子径が１μｍより大きい粉末をターゲット材料５して用いた場合、粉末間での断熱性がよくなく熱容量が大きくなる為、赤熱が発生しにくくなるためである。
【００３３】
また、本発明の実施の形態においては、ターゲット載置用皿３に石英を用いたが、酸化アルミニウムや酸化ジルコニウムのような酸化マグネシウムよりも熱伝導度が低いセラミックス材料を用いてもよい。
【００３４】
また、本発明の実施の形態においては、成膜に用いるプロセスガスにアルゴンガスを用いたが、アルゴン、酸素、水素、窒素のうち少なくとも１つを用いればよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の成膜装置用ターゲットは、成膜レートおよび面内均一性の向上、さらに成膜レートの量産安定性を確保する性能を有し、液晶やＰＤＰおよび電池や半導体といった様々なデバイス製造に利用され、一般的に典型金属元素もしくは遷移金属元素もしくはそれらの酸化物および硫化物を含む物質を成膜する際の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態における成膜装置の概略を示す図
【図２】本発明の実施の形態におけるターゲット材料の一例を示す断面図
【図３】本発明の実施の形態と従来例との成膜レートの連続放電安定性を比較する図
【図４】本発明の実施の形態におけるターゲット材料の他の例を示す図
【図５】従来のターゲット材料の平面図
【符号の説明】
【００３７】
１  真空チャンバー
２  アースシールド
３  ターゲット載置用皿
４  ターゲット材料（焼結体）
５  ターゲット材料（粉末または顆粒状）
６  凹形状
７  ターゲット材料（５よりも嵩密度が小さい、もしくは比表面積の大きい材料）
【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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