(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記：
固有の透磁率を有する実質的に純なコバルト金属をキャストしかつ金属を１５℃／分よりも大きくない調節した速度で冷却して単一の六方最密相を有する実質的に純なコバルトスパッターターゲットを形成し；
スパッターターゲットを温度少なくとも１０００℃で熱間加工して歪みを少なくとも６５％にし；
熱間加工したスパッターターゲットを１５℃／分よりも大きくない調節した速度で冷却して単一の六方最密相を保ち；及び
熱間加工したスパッターターゲットを実質的に室温で冷間加工して歪み５〜２０％にする
工程を含み、冷間加工したスパッターターゲットは、前記固有の透磁率よりも小さい９未満の透磁率を有する、低透磁率コバルトスパッターターゲットを製造する方法。
【請求項２】
冷間加工したスパッターターゲットが、透磁率９未満及び純度少なくとも９９．９９重量％を有し、冷間加工したスパッターターゲットが、サイズ７０〜１６０μｍの範囲の粒子を含み、熱間加工したターゲットの前記冷間加工の歪みが１０％である請求項１の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低い透磁率を有し、それによりカソードマグネトロンスパッターをする間ターゲットの表面における漏洩磁束を改良した純なコバルトスパッターターゲットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
強磁性材料で造られたスパッターターゲットは、データ記憶やＶＬＳＩ（大規模集積回路）／半導体のような産業における薄膜蒸着にとって重要である。マグネトロンカソードスパッタリングは、磁性薄膜をスパッターする一手段である。
【０００３】
カソードスパッタリングプロセスは、強磁性材料で構成されるターゲットをイオン衝撃することを伴う。ターゲットは、アルゴンのような不活性ガスを収容する排気された室においてカソードアセンブリーの一部を形成する。室内のカソードアセンブリーとアノードとの間に電場をかけ、ガスをカソードの表面から噴出される電子と衝突させることによってイオン化させ、ターゲット表面と基材との間にプラズマを形成する。陽ガスイオンはカソード表面に引き付けられ、イオンがターゲットにぶつかり、次いで囲いを横断し、アノード電位に又はアノード電位近くに保たれる支持体上に位置される基材に薄膜として付着する際に、材料の粒子が追い出される。
【０００４】
スパッタリングプロセスは、単に電場において実施されることができ、付着速度の実質的な増大は、マグネトロンカソードスパッタリングによって可能であり、その場合、アーチ状の磁場が、スパッターターゲットの表面上に閉ループで形成され、電場上に重ねられる。アーチ状の閉ループ磁場は、電子をターゲットの表面に隣接した環領域に閉じ込め、それにより電子とガス原子との間の衝突を増加させてそのアルゴン中の対応するイオン数の増大を生成する。磁場は、１つ以上の磁石をターゲットの後ろに置くことによって生じさせるのが典型的である。この手順は、ターゲットの表面上に漏洩磁場を生成し、それでプラズマ密度を増大させ得る。
【０００５】
スパッターターゲット表面からの粒子の浸食は、閉ループ磁場の形状に相当する比較的に狭い環形状の領域において起きるのが普通である。この浸食溝における全ターゲット材料の一部、いわゆる「レーストラック」領域だけが消耗された後に、ターゲットを代えなければならない。その結果は、ターゲット材料のほんの１８〜２５％だけが利用されるのが典型的である。これより、材料（これは、大概費用がかかる）の相当な量を消耗させるか又は循環させなければならないかのいずれかである。その上に、たびたびターゲットを代える必要性により、相当な量の付着装置「停止時間」が生じる。
【０００６】
マグネトロンスパッタリングプロセスのこれらの不利を解決するために、種々の可能な解決策が提案されてきた。一つの可能性のある解決策は、ターゲットの厚さを増大するものである。ターゲットが比較的厚いならば、その場合スパッタリングは、レーストラック領域が消耗される前に、一層長い期間進行することができる。しかし、強磁性材料は、非強磁性材料が遭遇しない困難を提示する。マグネトロンスパッタリングについて、ターゲット表面における漏洩磁束（ＭＬＦ）又は漏洩磁場は、プラズマを開始しかつ続ける程に高くしなければならない。最少のＭＬＦ（また、パススルー磁束（ＰＴＦ）としても知られる）は、室圧３〜１０ｍトルのような通常のスパッタリング条件下で、スパッタリング表面においておよそ１５０ガウスであり、好ましくは高速スパッタリングについて約２００ガウスである。カソード磁石の強さは、一部ＭＬＦを決める。磁石の強さが大きい程、ＭＬＦは大きくなる。しかし、強磁性スパッターターゲットの場合に、材料の固有の高い透磁率は、ターゲットの後ろの磁石からの磁場を有効に遮断し又はそらし、故にターゲット表面上のＭＬＦをターゲット厚さに比例して減少させる。
【０００７】
空気及び非強磁性材料に対する透磁率は、１．０に極めて近い。本明細書中で言及する強磁性材料は、固有の透磁率が１．０よりも大きなそれらの材料である。透磁率は、磁場下での材料の応答（磁化）を表示する。透磁率は、ＣＧＳ単位で表して、下記のように定義される：
透磁率＝１＋４π（Ｍ／Ｈ）
ここで、Ｍは磁化であり、Ｈは磁場である。現行で入手可能なコバルトスパッターターゲットについて、透磁率はおよそ１２又はそれ以上である。
【０００８】
強磁性スパッターターゲットは、透磁率が大きくかつこれよりＭＬＦが小さいことから、かつＭＬＦは、ターゲット厚さが増大する程減少することから、マグネトロンスパッタリングについて必要なスパッタリングプラズマを続ける程の磁場をスパッタリング表面に漏れ出させるのに、非磁性スパッターターゲットに比べてずっと薄くするのが普通である。非強磁性ターゲットは、厚さ０．２５インチ（６．４ｍｍ）又はそれ以上にするのが典型的であるのに対し、強磁性ターゲットは、厚さが０．２５インチよりも小さくするのが普通である。これより、これらの強磁性ターゲットは、装置停止時間を減少させるように単に一層厚くすることができないばかりでなく、実際に一層薄くしなければならない。厚さを増大するのに、ＭＬＦを、幾分増大しなければならない。
【０００９】
コバルトスパッターターゲットの特別の場合では、シリコンベースの集積回路の継続するサイズ低減及び速度の増大は、高純度コバルトターゲットについての要求を生じてきた。高い熱安定性を有する低抵抗率接触がこれらのシリコンベースの集積回路について要求され、ＣｏＳｉ2がかかる接触材料の一種である。従来、これらの接触フィルムは、ケイ化物ターゲットを用いて付着されたが、これらのターゲットは、粉末冶金学プロセスによって造られ、低純度、低密度を有し、かつ不均質であるのがよくあった。代わりに、このＣｏＳｉ2フィルムは、コバルトをシリコン基材上に真空蒸着した後に、約５００℃に加熱することによって成長させそれによりＣｏＳｉ2接触材料を形成することができる。この方法について、高純度のコバルトターゲットが要求される。その上に、これらの高純度のコバルトターゲットは、プラズマを開始しかつ続けるためにターゲットの表面に十分なＭＬＦを必要とすることにより、更に低い透磁率、詳細には材料の固有の透磁率よりも小さな透磁率を要する。
【００１０】
いくつかの従来の開発は、コバルトベースのアロイスパッターターゲットの透磁率の低下に関するものである。米国特許第４，８３２，８１０号では、透磁率は、ｆ．ｃ．ｃ．（面心立方）相対ｈ．ｃ．ｐ．（六方最密）相の比を低下させることによって低下されると言っている。これは、それが言うところでは、ｆ．ｃ．ｃ．単相を有するコバルトベースのアロイを融解し、それをキャストし、かつ冷却してｆ．ｃ．ｃ．相の一部をｈ．ｃ．ｐ．相に変換した後に、冷間加工することによって達成される。アロイは、随意に熱間加工した後に、冷却してよい。
【００１１】
米国特許第５，２８２，９４６号では、白金−コバルトアロイの透磁率は、アロイをキャストし、４００°〜７００℃でアニールし、アロイを再結晶温度を超える（すなわち、約３００℃を超える）温度で熱間加工して歪み少なくとも３０％にし、再結晶温度よりも低い温度で冷間（又は温間（ｗａｒｍ））加工することによって低下されると記載されている。
【００１２】
米国特許第５，３３４，２６７号では、ｆ．ｃ．ｃ．構造のＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｖアロイの透磁率は、アロイをキャストし、熱間加工、及び冷間又は温間加工して歪みをターゲット内に維持させることによって低下されると言いわれている。
【００１３】
米国特許第５，１１２，４６８号では、ｈ．ｃ．ｐ．及び立方構造を有するコバルトアロイの透磁率は、ｈ．ｃ．ｐ．相を最大にしかつ六方プリズム軸をターゲット表面に垂直に合わせることによって低下されると言っている。これは、それが言うところでは、アロイをキャスト及び鍛造し、８００°〜１２００℃で熱間加工した後に、急冷して４００℃よりも低い温度で冷間（又は温間）加工することによって低下されると記載されている。
【００１４】
米国特許第５，４６８，３０５号では、コバルトアロイの透磁率は、全低下率３０％又はそれ以上を有する複熱間圧延工程に続いて、低下率１０％又はそれ以下で冷間圧延することによって低下されると記載されている。
【００１５】
これらの文献の各々では、関与される特別のアロイは、特別のコバルトアロイの透磁率をいかにして減少させるかを決める際に指向しなければならない異なるパラメーターを提示した。結晶構造、固有の透磁率、加工性、等は、アロイからアロイに変わる。これらの文献の内で、実質的に純なコバルトスパッターターゲット材料によって提示される特別のパラメーターを指向するものはない。例えば、コバルトアロイは、ｆ．ｃ．ｃ．単相又は複相構造を有していたのに対し、純コバルトは、室温で単相ｈ．ｃ．ｐ．構造を有する。その上に、純コバルトは、コバルトアロイに比べて小さい固有の透磁率を有するので、透磁率の低減は、達成するのが一層困難である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、純なコバルトスパッターターゲット及びスパッターターゲットの表面における漏洩磁束を増大させるための十分な低い透磁率を示す純なコバルトスパッターターゲットを製造する方法を開発したい要求が存在する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
発明の概要
本発明は、単相ｈ．ｃ．ｐ．構造及び材料の固有の透磁率よりも小さな透磁率を有する高純度コバルトスパッターターゲットを提供する。このために、かつ本発明の原理に従えば、実質的に純なコバルトをキャストしかつ速度１５℃／分以下のようにゆっくり冷却して単相ｈ．ｃ．ｐ．結晶構造を有するキャストされたターゲットを形成する。このキャストされたターゲットを温度少なくとも約１０００℃で熱間加工して歪み約６５％又はそれ以上をコバルト材料の中に付与し、続いて速度１５℃／分以下のように室温にゆっくり、調節して冷却して平衡な単相ｈ．ｃ．ｐ．結晶構造を得る。次いで、冷却されたターゲットを実質的に室温で冷間加工して歪み約５〜２０％を付与する。この方法によって加工されたスパッターターゲットは、約９よりも小さい透磁率を有する。本発明の一実施態様では、スパッターターゲットは、更にサイズが約７０〜１６０μｍの範囲の粒子を含む。本発明の別の実施態様では、スパッターターゲットは、平均サイズ約１３０μｍを有する粒子を含む。
【００１８】
本発明の上記の及びその他の目的、特徴及び利点は、添付する図面及び発明の詳細な説明を検討する際に一層明らかになるものと思う。
【００１９】
本明細書の一部に組み込みかつ本明細書の一部を構成する添付図は、発明の実施態様を例示し、かつ上に挙げる発明の全般的な記述及び下に挙げる詳細な説明と共に、発明の原理を説明する働きをする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
好ましい具体例の説明
本発明は、低透磁率コバルトスパッターターゲットを提供する。低い透磁率は、熱間加工及び冷間加工並びにゆっくりした調節した冷却を組み合わせて実質的に純なコバルト材料において単相ｈ．ｃ．ｐ．結晶構造を達成しかつ維持することによって達成する。本発明のスパッターターゲット用に使用する強磁性の高純度コバルト材料の低い透磁率は、コバルトターゲットの表面におけるＭＬＦの有意の増大及び安定なプラズマを得るのに要求されるアルゴン圧力の低下を生じる。強磁性の高純度コバルト材料の低い透磁率は、更にターゲット厚さを増大することを可能にし、これは、ターゲット寿命の延長を生じかつターゲット置換の頻度を低減する。低い透磁率は、同等の又は一層小さなマグネトロン場の強さにおいて高速付着を可能にし、これは、フィルム磁性特性の向上に寄与し、かつフィルム厚さ及びシート抵抗の両方の均一性が向上される。低透磁率ターゲットは、また、一層広いパッタリング浸食溝又は域、故に一層高いターゲット利用率にも至り、これは、これらの費用のかかるターゲットについての廃棄物を減少させるのに極めて重要である。その上に、本発明のスパッターターゲットは、コバルトをシリコン基材に真空蒸着することによってＣｏＳｉ2フィルムを成長させるために必要な高い純度、高い密度及び均質性を備える。
【００２１】
本発明のスパッターターゲットを含むコバルト材料は、純度少なくとも約９９．９９重量％を有することになるのが有利である。ｈ．ｃ．ｐ．単相を有するこの高純度コバルト金属を、金属をアルゴンパージされる真空炉中でコバルトの融点を超える（すなわち、約１４９５℃を超える）温度で融解されるまで加熱し、それを金型中に注ぐことによる等してキャストし、かつ空気中でゆっくり冷却させて室温にする。冷却速度は、コバルト金属の単相ｈ．ｃ．ｐ．構造を維持するように調節する。これは、速度約１５℃／分以下で冷却することによって達成することができる。このキャストされたコバルト材料は、透磁率約１５以上及び粒子サイズ１０００μｍ程度を有することになるのが典型的である。
【００２２】
コバルト材料のキャストされた粒子構造を除き、かつ更にキャストされた金属を造形してスパッターターゲット用の所望の構造にするには、キャストされたスパッターターゲットを、鍛造し、圧延し、型押しし、プレス成形又は押し出すことによるなどして熱間加工する。この熱機械的な処理は、クラッキングを最少にするために高い温度で実施する。熱間加工するための温度は、少なくとも約１０００℃にするのが有利である。その材料を、歪み少なくとも約６５％が達成されるまで熱間加工する。本明細書中で定義する通りの歪みは、下記式によって測定する：
歪み＝△ｔ／ｔ0×１００
ここで、△ｔ及びｔ0は、厚さ減少量及び加工作業する前の厚さをそれぞれ表わす。その結果生じる熱間加工されたターゲットは、ｈ．ｃ．ｐ．平衡構造を有する。
【００２３】
熱間加工されたターゲットを、次いで空気中でゆっくり冷却して室温にし、冷却速度は、平衡単相ｈ．ｃ．ｐ．結晶構造を得るように調節する。これは、速度約１５℃／分以下で冷却することによって達成することができる。
【００２４】
熱間加工されたターゲットに、次いで室温で冷間圧延のような冷間加工を施して材料内に変形誘発される残留応力を導入する。その材料を、歪み約５〜２０％が達成されるまで冷間加工する。本発明の一実施態様では、その材料を歪み約１０％に冷間加工する。５％よりも小さい歪みでは、ＭＬＦの変化は、認められないか又は更なる加工工程を正当化するのに十分なものでないかのいずれかである。２０％を越える歪みでは、ターゲット材料が破壊することになる高い危険性が存在する。
【００２５】
熱間加工及び冷間加工を、ゆっくりした調節した冷却と共に組み合わせて、粒子サイズ約７０μｍ〜約１６０μｍの範囲、平均粒子サイズ約１３０μｍ及び約９５％よりも多い（１０２）配向からなる結晶組織の等軸の均一な粒子構造を生じる。その上に、本発明のスパッターターゲットは、透磁率が約９よりも小さい高純度コバルトである。
【００２６】
上記した加工シーケンス及びパラメーターは、実質的に純なコバルトの特性を示す材料態様を定めるためにデザインした。熱間加工及び冷間加工を、単相ｈ．ｃ．ｐ．構造を維持することと共に組み合わせることによって変形誘発される残留応力を導入すると、純なコバルト材料の固有値からのコバルトスパッターターゲットの透磁率の有意の低下を達成した。
【００２７】
【実施例】
２つのサンプルターゲットを製造して６インチ（９．３ｃｍ）及び８インチ（１２ｃｍ）の両方のウェファー上に同一のテスティング条件下でスパッターした。両方のターゲットをキャストし、およそ１５℃／分の調節した速度でゆっくり冷却して室温にし、次いで温度およそ１１５０℃で熱間圧延して歪み７０％にし、およそ１５℃／分の調節した速度でゆっくり冷却して室温にした。ターゲットの内の１つを、次いで更に本発明の原理に従い室温で冷間圧延して歪み約１０％にすることによって処理加工した。図１は、２つのターゲットについての透磁率対磁場のプロットを示す。更に本発明の原理に従って冷間圧延を施したターゲットは、更に冷間圧延を施さないターゲットに比べて約２５％小さい最大透磁率を示した。スパッタリング全体にわたる透磁率の低下は、またプラズマの点弧を一層容易にしかつスパッターターゲットの表面におけるプラズマ均一性の増進にも寄与した。加えて、図２に示す通りに、本発明の原理に従って冷間加工を施したターゲットは、ターゲット寿命全体にわたって良好なシート抵抗均一性を示した。冷間圧延を施さなかったターゲットについてのシート抵抗均一性（１σ）を、バーンイン（約２ｋＷｈ）した直ぐ後に測定し、該シート抵抗均一性は、ターゲット寿命の始まりに非常に高いシート抵抗均一性を示した。冷間圧延を施さなかったターゲットについてのシート抵抗均一性を、ターゲット寿命の終わりに測定し、そのようなターゲットは、スパッタリングプロセスの終わりに向かって一層低いシート抵抗均一性を達成し得ることを示した。
【００２８】
本発明をその実施態様を記述することによって例示しかつ実施態様を相当詳細に記述したが、特許請求の範囲を限定する又はそのような詳細にいささかも制限することを意図しない。更なる利点及び変更は、当業者にとり容易に明らかになるものと思う。従って、その一層広い態様での発明は、示しかつ記述した特定の詳細、代表的な装置及び方法並びに具体例に制限しない。よって、逸脱を、そのような詳細から、出願人の全般的な発明の概念の精神及び範囲から逸脱しないでなし得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  磁場対透磁率のプロットである。
【図２】  ターゲット寿命対シート抵抗均一性のプロットである。
【図１】
0004538146.tif 000002
【図２】
0004538146.tif 000003