(57)【要約】【課題】装置変更を要せず、既存のスパッタリング装置を用いるも、表面を効率良く消費してターゲット寿命を延ばし、ＰＴ歩留まり、ＰＴレシオ、及びデータリテンションを大幅に向上させるスパッタリング用ターゲットを提供する。【解決手段】ターゲット２は、エロージョンの発生分布を打ち消す断面厚み分布となるように、厚みが中央部から周縁部へかけて異なる形状であり、その表面は、エロージョンの発生分布を打ち消す断面形状の凹凸面とされ、裏面が平面とされている。当該スパッタリング装置に対応して、断面形状が逆Ｍ字形状とされている。【選択図】図５
2007224392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリング装置に用いられるスパッタリング用ターゲットであって、
表面上におけるエロージョンの発生分布を打ち消す断面形状となるように、厚みが中央部から周縁部へかけて異なることを特徴とするスパッタリング用ターゲット。
【請求項２】
表面及び裏面の一方が前記エロージョンの発生分布を打ち消す断面形状の凹凸面とされており、他方が平面であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング用ターゲット。
【請求項３】
強誘電体材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタリング用ターゲット。
【請求項４】
スパッタリング装置により基板表面に薄膜を形成する成膜方法であって、
表面上におけるエロージョンの発生分布を打ち消す断面形状となるように、厚みが中央部から周縁部へかけて異なるスパッタリング用ターゲットを用いて、前記薄膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項５】
前記スパッタリング用ターゲットは、表面及び裏面の一方が前記エロージョンの発生分布を打ち消す断面形状の凹凸面とされており、他方が平面であることを特徴とする請求項４に記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリング装置に用いられるスパッタリング用ターゲット及び成膜方法に関するものであり、特に、チャンバー内に磁場を形成するためのマグネットを有するマグネトロン・スパッタリング装置に適用して好適である。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、マグネトロン・スパッタリング装置は、真空チャンバーと、真空チャンバー内にあって被処理基板、例えば半導体ウェーハが設置される上部電極と、真空チャンバー内にあって被処理基板と対向するようにターゲットが設置される下部電極と、下部電極の下方に位置するマグネトロンユニットとを備えている。マグネトロンユニットは、ターゲットの近傍に磁場を形成するための複数のマグネットを有するマグネットアセンブリと、このマグネットアセンブリを回転駆動させる駆動モータとを有している。
【０００３】
上記のように構成されたマグネトロン・スパッタリング装置を用いて、半導体ウェーハに成膜処理を施す場合には、真空チャンバー内にプロセスガス（例えばアルゴンガス）を供給すると共に、上部電極と下部電極との間に所定の電圧を印加し、真空チャンバー内にプラズマを発生させる。このとき、マグネットアセンブリにより発生した磁力線により、ターゲットから発生する電子は所定の軌道を描き、ガス分子と衝突を繰り返しながらこれを電離するため、イオン化効率に優れた高密度のプラズマが得られる。このプラズマ中のアルゴンイオンがターゲットに衝突し、衝突部位からスパッタされる粒子（被スパッタ粒子）が半導体ウェーハ上に堆積し、半導体ウェーハ表面に所望の薄膜が形成される。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３３４１３３号公報
【特許文献２】特開平５−１３７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のマグネトロン・スパッタリング装置においては、プラズマ、印加電圧、磁場等の影響により、ターゲット表面が均等に消費されず、ターゲットの消費量に表面ムラが生じる。この消費量のムラはエロージョンと呼ばれており、ターゲット表面のエロージョンの進行により、当該ターゲットを継続使用することができなくなるため、その寿命が短いという問題がある。
【０００６】
この問題に加え、スパッタリング用ターゲットとして、強誘電体材料、例えばＰＺＴターゲットを用い、例えば強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）のキャパシタ膜をスパッタ成膜する場合には、上記のエロージョンに起因して、いわゆるＰＴ歩留まり又はＰＴレシオの低下を招くことになる。またこの場合、エロージョンによりＰＺＴターゲットのライフ後半（使用時間後半）で配向性（原子配列）が崩れ、ＦｅＲＡＭのデータリテンション不良を招くという問題もある。上記の緒事情により、ＰＴＺターゲットの使用時間は例えば３００ｋｈ程度と短かった。
【０００７】
上記の緒問題に対処するため、特許文献１，２のように、ターゲットの寿命を延ばすべく、マグネットアセンブリのマグネットを可動として、ターゲット表面における磁場分布を移動させる構成が提案されている。この構成によれば、確かにターゲットの寿命を延ばすことはできるが、大掛かりな装置変更を要するという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、装置変更を要せず、既存のスパッタリング装置を用いるも、表面を効率良く消費してターゲット寿命を延ばし、ＰＴ歩留まり、ＰＴレシオ、及びデータリテンションを大幅に向上させるスパッタリング用ターゲット、及びこのターゲットを用いて、当該ターゲットを可及的に長く継続使用するとともに、信頼性の高い良質な薄膜を形成することを可能とする成膜方法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】
【０００９】
本発明のスパッタリング用ターゲットは、表面上におけるエロージョンの発生分布を打ち消す断面形状となるように、厚みが中央部から周縁部へかけて異なるものである。
【００１０】
本発明の成膜方法は、スパッタリング装置により基板表面に薄膜を形成する成膜方法であって、表面上におけるエロージョンの発生分布を打ち消す断面形状となるように、厚みが中央部から周縁部へかけて異なるスパッタリング用ターゲットを用いて、前記薄膜を形成する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のパッタリング用ターゲットによれば、装置変更を要せず、既存のスパッタリング装置を用いるも、表面を効率良く消費してターゲット寿命を延ばし、ＰＴ歩留まり、ＰＴレシオ、及びデータリテンションを大幅に向上させることができる。
【００１２】
本発明の成膜方法によれば、上記のパッタリング用ターゲットを用いて、当該ターゲットを可及的に長く継続使用するとともに、信頼性の高い良質な薄膜を形成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】
−本発明の基本骨子−
本発明者は、装置変更をすることなくターゲット寿命の向上を図るべく鋭意検討した結果、ターゲットの形状を変更することに想到した。即ち、ターゲットを可及的に効率良く消費してゆくには、エロージョンの発生分布を打ち消す断面形状となるように、厚みが中央部から周縁部へかけて異なる断面形状、即ちエロージョンの発生分布と逆の厚み分布となる断面形状に、ターゲットを構成する。
【００１４】
上記のターゲットは、その厚みが、エロージョンによるターゲットの厚みの減少が大きい部位では厚く、エロージョンによるターゲットの厚みの減少が小さい部位では薄く形成されているため、エロージョンの進行によりターゲットの厚い部位は速く、薄い部位は遅く消費されてゆく。従って、ターゲット全体としてみれば、当該ターゲットをその使用終了状態まで可及的に効率良くスパッタ成膜に供することができる。
【００１５】
更に、ＦｅＲＡＭの誘電体膜をスパッタ成膜するためのターゲットとして、強誘電体材料、例えばＰＺＴターゲットに本発明を適用する場合、上述のように当該ターゲットが可及的に効率良く使用されることから、成膜されるＰＺＴ薄膜における配向性（原子配列）の崩れを生ぜしめることがないため、データリテンション不良等の不都合の発生を防止することができる。
【００１６】
−本発明を適用した好適な実施形態−
図１は、本実施形態に用いる一般的なマグネトロン・スパッタリング装置の概略構成を示す模式図である。
このマグネトロン・スパッタリング装置は、真空チャンバー１１と、真空チャンバー１１内にあって被処理基板、ここでは半導体ウェーハ１が設置される上部電極１２と、真空チャンバー１１内にあって半導体ウェーハ１と対向するようにターゲット２１が設置される下部電極１３と、下部電極１３の下方に位置するマグネトロンユニット１４とを備えている。
【００１７】
マグネトロンユニット１４は、ターゲット２１の近傍に磁場を形成するための複数のマグネットを有するマグネットアセンブリ１５と、このマグネットアセンブリ１５を回転駆動させる駆動モータ１６とを有している。
【００１８】
上記のように構成されたマグネトロン・スパッタリング装置を用いて、半導体ウェーハ１に成膜処理を施す場合には、真空チャンバー１１内にプロセスガス（例えばアルゴンガス）を供給すると共に、上部電極１２と下部電極１３との間に電源１７から所定の電圧を印加し、真空チャンバー１１内にプラズマを発生させる。このとき、マグネットアセンブリ１５により発生した磁力線により、ターゲット２１から発生する電子は所定の軌道を描き、ガス分子と衝突を繰り返しながらこれを電離するため、イオン化効率に優れた高密度のプラズマが得られる。このプラズマ中のアルゴンイオンがターゲットに衝突し、衝突部位からスパッタされる粒子（被スパッタ粒子）が半導体ウェーハ１上に堆積し、半導体ウェーハ１の表面に所望の薄膜が形成される。
【００１９】
通常、マグネトロン・スパッタリング装置に用いられるターゲットは、平板状のものである。ここでは、図１に示すように、強誘電体膜をスパッタリング成膜するための強誘電体材料、例えばＰＺＴからなる平板状のターゲット２１を例示する。
【００２０】
このターゲット２１を継続使用すると、マグネットアセンブリ１５のマグネットの状態（マグネットの形状、配置状況等）に起因する磁力線の状態や，発生したプラズマ、印加電圧等の諸々の当該マグネトロン・スパッタリング装置に固有の性質により、ターゲット２１に発生するエロージョンが決定される。
【００２１】
図２に、図１のマグネトロン・スパッタリング装置において、平板状のターゲット２１に発生するエロージョンの様子を示す。
図１のマグネトロン・スパッタリング装置においてターゲット２１を継続使用すると、例えば図２のようなエロージョンの発生分布、即ちターゲット２１の表面における消費量の差による当該ターゲット２１の断面厚み分布を示すことになる。ここで、エロージョンの発生したターゲット２１の厚い部位を２１ａ、薄い部位を２１ｂと記す。
【００２２】
本実施形態では、図３に示すように、図２のエロージョンの発生分布を打ち消す断面厚み分布となるように、厚みが中央部から周縁部へかけて異なる形状の板状ターゲット２を用いる。ここで、ターゲット２の厚い部位を２ａ、薄い部位を２ｂと記す。
【００２３】
ターゲット２は、ターゲット２１と同様に強誘電体膜をスパッタリング成膜するための強誘電体材料、例えばＰＺＴからなるものである。そして、ターゲット２の表面は、エロージョンの発生分布を打ち消す断面形状の凹凸面とされており、裏面が平面とされている。この凹凸面は、図２のエロージョンの発生分布を打ち消すように、図１のマグネトロン・スパッタリング装置に対応して、断面形状が逆Ｍ字形状とされている。
【００２４】
ここで、ターゲット２の凹凸面における厚み差（２ａの高さと２ｂの高さとの差）の最大値ｄは、スパッタリング装置の状況やその稼動状態に応じて決定される。例えば、図４（ａ）に示すように、この最大値ｄを、図４（ｂ）に示すようなエロージョンによるターゲット２１における厚み差（２１ａの高さと２１ｂの高さとの差）の最大値ｄ0の半値（ｄ0／２）とすることが考えられる。
【００２５】
ターゲット２は、このように凹凸面が形成されることにより、その厚みが、エロージョンによるターゲット２の厚みの減少が大きい部位では厚く、エロージョンによるターゲット２の厚みの減少が小さい部位では薄く形成されている。従って、図５に示すように、このターゲット２を図１のマグネトロン・スパッタリング装置に設置してスパッタ成膜を繰り返し行った場合、エロージョンの進行によりターゲット２の厚い部位２ａは速く、薄い部位２ｂは遅く消費されてゆく。従って、ターゲット２の全体としてみれば、当該ターゲット２をその使用終了状態まで可及的に効率良くスパッタ成膜に供することができる。
【００２６】
特に、ターゲット２はＰＺＴを材料としている。この場合、上述のようにターゲット２が可及的に効率良く使用されることから、成膜されるＰＺＴ薄膜における配向性（原子配列）の崩れを生ぜしめることがないため、データリテンション不良等の不都合の発生を防止することができる。
【００２７】
この場合、局所的な見方をすれば、ターゲット２を用いて成膜されてゆく各ＰＺＴ薄膜の原子配列は、初期では若干配向性に劣るが、中盤で最も良好になり、終盤で若干配向性に劣るが、ターゲット２１に比べると長期間に渡ってＰＺＴの原子配列が一定となる。また使用時間の中期で最高の特性が得られ、ターゲット２１を用いた場合のように使用時間末期で極端に歩留まりが劣化することが無くなる。従って、ターゲット２を用いることにより、成膜される薄膜の配向性が大幅に改善されるため、ターゲットの長寿命化、例えば６００ｋＷＨ程度の長寿命化を達成することができる。
【００２８】
本実施形態のターゲット２によれば、装置変更を要せず、既存のスパッタリング装置を用いるも、表面を効率良く消費してターゲット寿命を延ばし、ＰＴ歩留まり、ＰＴレシオ、及びデータリテンションを大幅に向上させることができる。
【００２９】
なお、本実施形態では、ターゲット２をマグネトロン・スパッタリング装置に適用する場合について説明したが、本発明はマグネトロン・スパッタリング装置に限定されるものではなく、ターゲットにエロージョンが発生するあらゆる種類のスパッタリング装置に適用可能である。
【００３０】
以下、本発明の緒態様を付記としてまとめて記す。
【００３１】
（付記１）スパッタリング装置に用いられるスパッタリング用ターゲットであって、
表面上におけるエロージョンの発生分布を打ち消す断面形状となるように、厚みが中央部から周縁部へかけて異なることを特徴とするスパッタリング用ターゲット。
【００３２】
（付記２）表面及び裏面の一方が前記エロージョンの発生分布を打ち消す断面形状の凹凸面とされており、他方が平面であることを特徴とする付記１に記載のスパッタリング用ターゲット。
【００３３】
（付記３）前記凹凸面の断面形状が逆Ｍ字形状であることを特徴とする付記２に記載のスパッタリング用ターゲット。
【００３４】
（付記４）チャンバー内に磁場を形成するためのマグネットを有するマグネトロン・スパッタリング装置に用いられることを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載のスパッタリング用ターゲット。
【００３５】
（付記５）強誘電体材料からなることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載のスパッタリング用ターゲット。
【００３６】
（付記６）スパッタリング装置により基板表面に薄膜を形成する成膜方法であって、
表面上におけるエロージョンの発生分布を打ち消す断面形状となるように、厚みが中央部から周縁部へかけて異なるスパッタリング用ターゲットを用いて、前記薄膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【００３７】
（付記７）前記スパッタリング用ターゲットは、表面及び裏面の一方が前記エロージョンの発生分布を打ち消す断面形状の凹凸面とされており、他方が平面であることを特徴とする付記６に記載の成膜方法。
【００３８】
（付記８）前記スパッタリング用ターゲットは、前記凹凸面の断面形状が逆Ｍ字形状であることを特徴とする付記７に記載の成膜方法。
【００３９】
（付記９）チャンバー内に磁場を形成するためのマグネットを有するマグネトロン・スパッタリング装置を用いて、前記薄膜を形成することを特徴とする付記６〜８のいずれか１項に記載の成膜方法。
【００４０】
（付記１０）前記スパッタリング用ターゲットは、強誘電体材料からなることを特徴とする付記６〜９のいずれか１項に記載の成膜方法。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施形態に用いる一般的なマグネトロン・スパッタリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１のマグネトロン・スパッタリング装置において、平板状のターゲットに発生するエロージョンの様子を示す模式図である。
【図３】本実施形態によるターゲットの断面形状を示す概略断面図である。
【図４】本実施形態によるターゲットの具体例を平板状のターゲットと共に示す概略断面図である。
【図５】本実施形態によるターゲットを図１のマグネトロン・スパッタリング装置に設置した様子を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  半導体ウェーハ
２，２１  ターゲット
１１  真空チャンバー
１２  上部電極
１３  下部電極
１４  マグネトロンユニット
１５  マグネットアセンブリ
１６  駆動モータ
【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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