(57)【要約】  基板上に亜酸化クロムの薄膜を堆積させるためのＡＣまたはＤＣスパッタリングターゲットは、クロムの酸化物、金属クロム、および取込まれた酸素を含有する。ターゲットの抵抗率は、２００オーム．ｃｍ以下である。ターゲットは、クロムの酸化物の粉末と粉末状などの金属クロムとの組合せで作製され得るか、または１００％の酸化クロムもしくは亜酸化物材料で始め、当該材料をターゲット作製処理の前もしくは最中のいずれか一方に還元雰囲気に晒して、酸化クロムおよび／もしくは亜酸化物材料のある割合を金属クロムおよび保持酸素に還元して作製され得る。そのようなターゲットにより、不活性アルゴンガスのみの使用でスパッタリング処理を実行して、酸化クロムの薄膜を得ることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロムの酸化物と金属クロムとの組成から本質的に成る、ＡＣまたはＤＣに好適なスパッタリングターゲット。
【請求項２】
前記組成は、５０から８５重量％のクロムの酸化物、および１５から５０重量％の金属クロムを含有する、請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項３】
抵抗率が２００Ω．ｃｍ以下である、請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項４】
酸化クロム−金属クロムスパッタリングターゲットを作製する方法であって、
１００％の酸化クロムまたは亜酸化物材料を還元雰囲気中で処理して、前記材料のある割合を、前記ターゲットの形成処理の前または最中に、金属クロムおよび保持酸素に還元するステップを備える、方法。
【請求項５】
前記酸素は、前記ターゲットを通して均一に分散する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
結果として生じる前記ターゲットは、抵抗率が２００Ω．ｃｍ以下であるように作製される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記形成処理は、不活性ガスもしくは真空雰囲気中の熱間静水圧圧縮成形、不活性ガス焼結、鋳造、プラズマ噴霧、レーザ焼結、または爆発形成からなる群から選択される処理である、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
基板上に亜酸化クロム薄膜を堆積させる方法であって、
クロムの酸化物、金属クロムおよび酸素を含有するスパッタリングターゲットを調製するステップと、
スパッタリングガスとして不活性Ａｒのみを用いて、前記ターゲットをＡＣまたはＤＣスパッタリングによってスパッタするステップとを備える、方法。
【請求項９】
前記スパッタリングターゲットは、抵抗率が２００Ω．ｃｍ以下であるように調製される、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
本発明は一般にスパッタリングターゲット、特に酸化クロムスパッタリングターゲット、およびそのようなターゲットの作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化クロムおよび亜酸化物の薄膜は、さまざまな光学および電気的応用例の重要な材料である。多くの集積回路、フラットパネルディスプレイおよび光学装置が、酸化クロムまたは亜酸化物の薄膜を必要とする。
【０００３】
酸化クロム薄膜を作るための主要な方法の１つは、マグネトロンスパッタリング堆積法である。そのような薄膜堆積法のための既存の工業用スパッタリング処理は、一般的に反応性ＤＣまたはＡＣスパッタリングと称される。この処理では、平面または回転マグネトロン陰極にＤＣまたはＡＣ電源が接続される。真空チャンバ内に配置されるマグネトロン陰極の側面に、金属クロムスパッタリングターゲットが取付けられる。ＤＣまたはＡＣ電流がマグネトロン陰極に印加されるのと同時に、アルゴンと酸素ガスとの混合物が真空チャンバに導入される。これにより、クロムスパッタリングターゲットの表面の近くでイオン化プラズマが形成される。プラズマ中のアルゴンおよび酸素の陽イオンは、運動エネルギの高いターゲットに引寄せられる。これらのイオン化ガス原子または分子は、金属クロムのターゲット原子の表面を「スパッタ」するのに十分な力でスパッタリングターゲットに衝突する。基板材料上に酸化クロムまたは亜酸化物の薄膜を形成するために、そのような材料は、このスパッタリング処理の発生中にターゲットの前方に運ばれるか、または位置決めされる。スパッタリングターゲットに衝突するイオン化酸素のかなりの割合が、ターゲットの表面上の金属クロムに反応して、ターゲット表面上に酸化クロムまたは亜酸化物のいくつかの原子層を形成する。ターゲット表面がアルゴンおよび酸素の両方によって連続的に衝突されるにつれて、クロムおよび酸素の両方がターゲットの表面からスパッタされる。スパッタされた酸素のうちいくらかは再イオン化し、ターゲット表面に戻る。スパッタされた酸素の残りの部分は、基板の表面上に堆積されるか、または高真空ポンプによって真空チャンバから排出されるかのいずれかである。基板の表面では、到達したクロムおよび酸素が結合して、酸化クロムまたは亜酸化物薄膜を形成する。
【０００４】
この処理には多くの制限事項および問題点がある。主な制限事項は、堆積処理時にクロムターゲットの状態が不安定であることである。平面のクロムスパッタリングターゲットを用いる場合、ターゲット表面の「レーストラック（racetrack）」エロージョン区域の外側の領域は、ＣｒＯｘの絶縁膜で覆われるようになる。これによって、この絶縁ＣｒＯｘ膜の表面上にコンデンサのような状態が作り出される。この絶縁膜が、有効な誘電体バリアを形成するのに十分厚くなると、この絶縁面上に高電位の電荷が蓄積する。そのような電荷の電圧が十分大きくなると、絶縁膜の表面とクロムスパッタリングターゲットの「きれいな」金属区域との間でアーク放電が発生する。状況によっては、このアーク放電は、絶縁膜の表面と、覆われるべき基板または真空チャンバ内部の近くの表面との間でも発生し得る。反応性スパッタリング処理では、酸化クロムまたは亜酸化物薄膜を堆積できるようにするために多量の酸素ガスの流れが必要である。これらの高流量の酸素によって生じるスパッタリングターゲットの酸化は、アーク放電の原因となるだけでなく、多くの他の形態の処理不安定性ももたらす。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の要約
本発明は、クロムターゲットに酸素を取込む手段を提供すると共に、ＤＣまたはＡＣ電源を用いて当該ターゲットをスパッタできるように当該ターゲットの十分な導電性を達成する。そのようなターゲットにより、不活性アルゴンガスのみの使用でスパッタリング処理が実行可能となり得る。これにより、ターゲットの表面が連続的に安定した状態にあり続けることができ、クロムターゲットならびにアルゴンおよび酸素ガスの使用に関連付けられるアーク問題をターゲット表面からなくすことができる。
【０００６】
本発明の１つの局面によると、スパッタリングターゲット材料組成は、クロムの酸化物と金属クロムとの化合物を備える。この組成は、５０から８５重量％のクロムの酸化物、および１５から５０重量％の金属クロムを含有し得る。この組成材料は、熱間静水圧圧縮成形、焼結、鋳造などのいくつかの処理のうちのいずれか１つを用いて調製されて、抵抗率が２００Ω．ｃｍ以下であるバルクの固体材料を作り出す。また、１００％の酸化クロムまたは亜酸化物材料を用いてそのようなスパッタリングターゲットを作り出すことも可能であり、この材料は、ターゲット材料の圧縮化、高密度化、鋳造または他の形成処理の前または最中に還元雰囲気中で処理されて、導電性を有するが酸素割合が依然としてかなり高い組成が作り出される。製造方法に拘らず、材料の導電性は、そのような材料を薄膜のＤＣまたはＡＣマグネトロンまたはダイオードスパッタリングのためのスパッタリングターゲットとして利用できるのに十分である必要がある。そのようなターゲットからスパッタされる薄膜の酸化クロム化学量論は、ターゲット材料中の酸素割合の関数として変化し得る。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
詳細な説明
例示的な実施例では、ターゲット組成は、５０から８５重量％の酸化クロムおよび１５から５０重量％のクロムを含有することになり、それらの各々が粉末状である。これらの粉末は、粉末の粒径が５ｕｍよりも小さくなるまで、ジルコニア球を粉砕媒体として用いてプラスチックまたはセラミック容器内で共に調合および粉砕される。
【０００８】
混合粉末が十分に調合および粉砕されると、調合された粉末ベースは、Ｎｂ金属製の金属缶内に置かれる。粉末混合物は真空チャンバ内で加熱され、残留水分および大気ガスが除去されて金属缶は密閉封止される。
【０００９】
封止缶は、高密度のターゲットを達成できるような予め定められた圧力および加熱レベルに晒される。本明細書中で用いられるように、「高密度」は、９０％よりも高い理論上の密度を指す。好ましい実施例では、圧力は２０，０００ＰＳＩよりも高く、温度は１３５０から１４５０℃である。
【００１０】
例示的な実施例では、金属缶は熱間静水圧圧縮機の内部に置かれる。封止缶は、まず真空下で１０００℃にまで加熱される。次に、加熱炉のガス圧力が２０，０００ＰＳＩにまでゆっくりと上げられ、同時に加熱温度が１４５０℃にまで上げられる。金属缶は、約１時間２０，０００ＰＳＩの圧力および１４５０℃の温度に晒される。この１時間の終りに、ＨＩＰの温度およびＨＩＰの圧力は、２時間にわたって大気圧および室温にまで下げられる。
【００１１】
この処理で形成される焼結材料の抵抗率は２００Ω．ｃｍよりも小さいので、この材料はＤＣまたはＡＣスパッタリングに好適である。
【００１２】
ここでは酸化クロム−クロムターゲットの調製方法を１つしか説明していないが、本発明では、上述の熱間静水圧圧縮成形によって調製されるのと同一の望ましい特性をもたら
す、ターゲットを調製するためのさまざまな製造方法が使用可能であると考えられる。そのような付加的な処理には、不活性ガスまたは真空雰囲気中の熱間圧縮成形、不活性ガス焼結、鋳造、プラズマ噴霧、レーザ焼結、爆発形成、ならびに多くの他の工業金属およびセラミック形成処理が含まれる。
【００１３】
本発明の特徴および利点には以下が含まれる：
１．ターゲット中の酸素割合を制御することによって、スパッタリングガスとして不活性Ａｒのみを用いるだけでさまざまな亜酸化クロム薄膜を堆積させることが可能である。
【００１４】
２．反応性スパッタリングとは異なり、基板に到達する事実上すべてのクロムおよび酸素の到達エネルギは均一である。このため、より滑らかでより欠陥のない薄膜の形成が容易になる。
【００１５】
３．ターゲット中に多量の均一に分散した酸素があるため、ターゲットの表面からより強い二次的な電子放出が起こる結果、堆積率が高まりプラズマインピーダンスが低くなる。
【００１６】
４．導電性のあるＣｒＯｘ：Ｃｒターゲットによって、従来のＣｒＯｘ膜の反応性堆積法と比較して、処理安定性が向上する。
【００１７】
５．ＣｒＯｘ：Ｃｒターゲットを製造するために用いられる原料は、金属クロムスパッタリングターゲットに用いられる高純度金属クロムよりも低価格である。
【００１８】
６．組成の製造方法、出発原料および酸化状態を制御することにより、六価クロムなどの危険な酸化クロム組成がターゲット中またはスパッタされた薄膜中のいずれか一方に形成されるのを防止できる。
【国際調査報告】
2010513704.tif 000002