CN108690964A

CN108690964A - 溅射靶

Info

Publication number: CN108690964A
Application number: CN201810253834.1A
Authority: CN
Inventors: 黑田稔显; 泷川干雄
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2018-10-23
Anticipated expiration: 2038-03-26
Also published as: TW201837219A; KR20200106146A; JP2018168466A; KR20180110615A; US10861684B2; JP6291122B1; US20180286646A1; JP6420454B2; US11862443B2; TWI691610B; JP2019011512A; JP2018168463A; CN108690964B; US20210057196A1; KR102338193B1

Abstract

本发明涉及溅射靶，其包含靶材，所述靶材的溅射面中，在溅射时侵蚀最集中的位置处具有以所述靶材的厚度减小的方式设置的层差。

Description

溅射靶

技术领域

本发明涉及溅射靶(sputtering target)。

背景技术

溅射是指如下方法：在真空下，导入氩等非活性气体，对基板与靶材之间外加高电压，由此使等离子体化(或者离子化)的非活性气体与靶材碰撞，撞击出靶材所含的靶原子，使该被撞击出的原子沉积在基板上，从而在基板上形成薄膜。

例如，众所周知有在靶材的溅射面(即靶材中等离子体化(或者离子化)的非活性气体碰撞一侧的面)的背面侧配置磁体而提高了成膜速度的磁控溅射等。

这样的溅射中使用的溅射靶通常有板状、圆筒形、圆盘形的形状，特别是在半导体用途的情况下大多使用圆盘形且表面平坦的靶材，其溅射面通常为圆形。

在日本特许第4213030号公报、日本特开2001-140063号公报、日本特许第4209198号公报、美国专利第6497797号说明书、日本特许第5676429号公报及国际公开第2015/111576号小册子中，公开了具有各种表面形状的靶材的溅射靶。

发明内容

发明所要解决的课题

如果以溅射靶的长寿命化(长效化)为目的而增加靶材的厚度，则靶材与基板之间的距离(TS距离)变小，因此存在下述这样的问题：可形成在基板上的薄膜的膜厚分布变差，在溅射的初期阶段，膜厚均匀性明显降低。另外，有在溅射时、侵蚀集中于靶材中的水平磁场强度高的部分的倾向，在该部分中，靶材明显被消耗，在形成薄膜的基板的中间部(基板的端部与中心之间的区域)，膜厚较之平均膜厚而言增加，而在基板的端部膜厚减少，因此，尤其在溅射的末期阶段，存在膜厚均匀性明显降低的问题(图9(左侧))。

因此，本发明的课题在于提供能够在溅射期间(尤其在溅射的末期阶段)提高形成在基板上的薄膜的膜厚均匀性的溅射靶。

鉴于上述的课题，本申请的发明人经过潜心研究，结果发现通过在溅射时侵蚀集中的位置处以靶材的厚度减小的方式设置层差，由此能够在溅射期间(尤其在溅射的末期阶段)改善形成在基板上的薄膜的膜厚均匀性，从而完成了本发明。

本申请涉及以下发明。

[1]溅射靶，其包含靶材，上述靶材的溅射面中，在溅射时侵蚀最集中的位置处具有以上述靶材的厚度减小的方式设置的层差。

[2]如[1]所述的溅射靶，其中，上述侵蚀最集中的位置为溅射时水平磁场强度最大的部分。

[3]如[1]或[2]所述的溅射靶，其中，上述溅射面为圆形，在上述溅射面的直径的60％以上且小于90％的位置处，在上述溅射面的半径方向的外侧以上述靶材的厚度减小的方式形成有上述层差。

[4]如[3]所述的溅射靶，其中，上述靶材具有位于溅射面的中央部的平坦且为圆形的第1区域、位于上述第1区域的周围的平坦且为环形的第2区域、和位于上述第2区域的周围的平坦且为环形的第3区域，

上述层差存在于上述第2区域与上述第3区域之间，上述第3区域的厚度小于上述第2区域的厚度，

上述第3区域的厚度与上述第1区域的厚度相同或者比上述第1区域的厚度大，

上述第1区域的直径为上述溅射面的直径的14％以上且小于60％，

上述第3区域的内径小于上述溅射面的直径的90％。

[5]如[4]所述的溅射靶，其中，上述第3区域的厚度与上述第3区域的环宽度之比在0.1～1.1的范围内。

[6]如[5]所述的溅射靶，其中，上述比在0.1～0.6的范围内。

[7]如[1]～[6]中任一项所述的溅射靶，其中，上述溅射面为圆形，在上述溅射面的直径的14％以上且小于60％的位置处，在上述溅射面的半径方向的内侧以上述靶材的厚度减小的方式形成有上述层差。

发明效果

根据本发明，能够在溅射期间(尤其在溅射的末期阶段)提高形成在基板上的薄膜的膜厚均匀性。

附图说明

[图1]为示意性地表示现有的溅射靶的靶材的使用前的状态的剖面图。

[图2]为示意性地表示现有的溅射靶的靶材的使用后的状态的剖面图。

[图3]为示意性地表示现有的溅射靶的靶材中的侵蚀集中的位置的剖面图。

[图4]为示意性地表示现有的溅射靶的靶材中的侵蚀集中的位置的剖面图。

[图5]为示意性地表示本发明的溅射靶的靶材中的侵蚀集中的位置的剖面图。

[图6]为示意性地表示利用现有的溅射靶的靶材在基板上沉积原子的剖面图。

[图7]为示意性地表示利用本发明的溅射靶的靶材在基板上沉积原子的剖面图。

[图8]为表示由层差引起的侵蚀的位移的概要图。

[图9]为表示基于“无层差”、“有层差”的膜厚均匀性的差异的概要图。

[图10]为示意性地表示利用本发明的其他溅射靶的靶材在基板上沉积原子的剖面图。

[图11]为表示本发明的一实施方式的溅射靶的靶材的概要图。

[图12]为表示本发明的一实施方式的溅射靶的剖面概要图。

[图13]为表示本发明的一实施方式的溅射靶的剖面概要图。

[图14]为表示在直径200mm的基板上的薄膜的9个点处测定薄层电阻值(Ω/□)的测定点(点1～9)的示意图。

[图15]为表示本发明的实施例中使用的溅射靶的靶材的剖面的概要图。

[图16]为表示本发明的比较例中使用的溅射靶的靶材的剖面的概要图。

[图17]为表示累计功率与膜厚均匀性的关系的图。

[图18]为表示溅射面位置的残余厚度及侵蚀量的图。

[图19]为示意性地表示形成水平磁场强度高的部分(由虚线包围的部分)的机制的概要图。

[图20]为示意性地表示磁通密度与供于溅射的靶材的残余厚度的对应关系的概要图。

附图标记说明

1 靶材

2 支承构件

3 背衬板

4 焊接材料

10 溅射靶

20 溅射靶

A 第1区域

B 第2区域

C 第3区域

O 溅射面的中心

具体实施方式

本发明的溅射靶包含靶材，其特征在于，靶材的溅射面中，在溅射时侵蚀集中的位置处具有至少1处以靶材的厚度减小的方式设置的层差。

在本发明的溅射靶中，上述溅射面为圆形，在上述溅射面的直径的14％以上且小于60％的位置处，在上述溅射面的半径方向的内侧以上述靶材的厚度减小的方式形成有上述层差。

本发明中，“侵蚀集中的位置”是指侵蚀进行得较深的位置，优选为侵蚀进行得最深的位置，也就是指溅射时水平磁场强度高的部分，理想的是溅射面上水平磁场强度最大或者极大的部分，更优选为溅射面上水平磁场强度最大的部分。此时，侵蚀集中的位置的垂直磁场强度(与溅射面垂直的磁场成分的大小)优选为零(0)。

例如，在使用电磁铁等磁体的溅射装置中，通过对电流进行周期性控制等的电控制，使得产生磁场的区域以数秒单位进行经时变化。在溅射面上的水平磁场强度高的部分，被等离子体化(或者离子化)的非活性气体被磁场的水平成分捕捉，在该位置，靶材的侵蚀可集中进行。

更具体而言，如图19所示，通过周期性地电切换多个电磁铁的N极、S极的位置(例如，通过壳体A与壳体B的切换)，使得产生磁场的区域进行经时变化，在溅射面上可形成水平磁场强度高的部分(具体而言，在图19中为由虚线包围的部分)。

此处，一般而言，磁场由在空间的各点具有大小和方向的物理量表示(矢量场)，因此本发明中的“水平磁场强度”是指相对于溅射面呈水平的磁场成分的大小，例如，可以表示为能够用特斯拉表等测定的“磁通密度”。

在“磁通密度”(B)(单位：T(特斯拉))与“磁场强度”(H)(单位：A/m)之间，下述式表示的正比例的关系成立，因此，通过测定溅射面上的“磁通密度”，能够确定“水平磁场强度”。

B＝μH[式中，比例常数μ表示导磁率]

因此，在溅射面上的“磁通密度”值高的部分、理想的是磁通密度值为最大值或者极大值的位置，存在侵蚀集中的倾向。通过在这样的位置以靶材的厚度减小的方式设置至少1处层差，从而能够在溅射期间(尤其在溅射的末期阶段)提高可形成在基板上的薄膜的膜厚均匀性。

在溅射时，溅射面上水平磁场强度高的部分的磁通密度(理想的是其最大值或者极大值)优选为10mT～45mT，更优选为20mT～40mT，特别优选为25mT～35mT。

在图20中，用概要图示意性地表示磁通密度与供于溅射的靶材的残余厚度(侵蚀量)的关系，图20示出在磁通密度的值为极大值的位置存在侵蚀集中的倾向。

关于这样的“侵蚀集中的位置”，例如在现有的具有圆形溅射面的圆盘状的溅射靶中，如图2所示，可存在于靶材的半径方向的外周附近，但在本发明中，“侵蚀集中的位置”不限于这样的位置。另外，“侵蚀集中的位置”可以存在多个。

“侵蚀集中的位置”如图2所示，不仅为各侵蚀凹部的最低点，还可包括含有该最低点的附近区域。具体而言，可以为以侵蚀凹部的最低点为中心的0.5mm～5.0mm，或者，也可以为以最低点为中心、产生最低点的侵蚀的80％以上的侵蚀的区域。

靶材的溅射面为圆形时，优选的是，在例如溅射面的直径的60％以上(下限)、优选为65％以上、更优选为70％以上、并且小于溅射面的直径的90％(上限)、优选小于85％、更优选小于80％的范围内，例如如图5所示，在溅射面的半径方向的外侧的位置处以靶材的厚度减小的方式设置层差(图5中，为了便于说明，对于其他的侵蚀部位，省略了其记载)。

以往，例如如图3、4所示，进行过在侵蚀集中的位置增大靶材的厚度以实现溅射靶的长寿命化这样的尝试，但如图4所示，如果靶材的厚度增加，则靶材与基板之间的距离(TS距离)变小，因此在溅射的初期阶段，形成在基板上的薄膜的膜厚均匀性明显降低(需要说明的是，在图3、4中，为了便于说明，对于其他的侵蚀部位，省略了其记载)。另外，根据本申请的发明人的研究，还发现在现有技术中，在溅射的末期阶段得不到充分的膜厚均匀性。

如图6示意性地所示，如果像以往那样以长寿命化为目的而在靶材的侵蚀集中的位置增大靶材的厚度，则尤其在溅射的末期阶段，存在原子集中沉积于基板的中间部的倾向。因此，在基板的中间部厚度增加，与其相比，在基板的端部厚度减少，由此如图9(左侧)所示，在基板的中间部、端部、中心之间形成的薄膜的厚度产生大的差异，其结果是，膜厚均匀性降低。

与此相对，本发明中，如图7所示，通过设置如上所述的层差以降低靶材的厚度，从而能够使溅射面靠近装置(磁场)，在这样的层差部分，能够进一步提高水平磁场强度。其结果是，侵蚀可以从这样的层差部分开始，侵蚀区域会向靶材的边缘部侧移动(位移)(图8)。由于原子可以优选从这样的位置飞翔，向基板的端部方向位移后原子沉积，因此能够避免在溅射期间(尤其在溅射的末期阶段)、原子集中沉积于基板的中间部，能够抑制其厚度的增加。另外，随着侵蚀区域向边缘部侧移动，在从溅射面的中间部到中心的区域内产生的侵蚀量增加，从靶材的中心附近飞翔的原子的量增加。其结果是，在中间部、端部、中心产生的厚度差减小，在溅射的末期阶段，能够提高膜厚均匀性(图9(右侧))。

根据同样的原理，如果在溅射面的中心方向设置层差，则能够使原子的沉积向基板的中心方向移动(位移)，其结果是，同样地能够避免原子在基板的中间部的集中沉积(图10)。本发明中，在溅射面的直径的14％以上(下限)、优选为20％以上、更优选为30％以上、并且小于溅射面的直径的60％(上限)、优选为58％以下、更优选为50％以下、进一步优选为40％以下的位置处，在溅射面的半径方向的内侧以靶材的厚度减小的方式形成有层差。

本发明中，通过在溅射面设置这样的层差，能够在溅射的初期阶段及末期阶段这两个阶段(尤其在末期阶段)得到充分的膜厚均匀性。

本发明中，溅射的初期阶段(或者溅射靶或靶材的使用初期)是指例如以累计功率计消耗200kWh以下、优选为100kWh以下、更优选为50kWh以下的功率的时期。

本发明中，溅射的末期阶段(或者溅射靶或靶材的使用末期)是指例如以累计功率计消耗优选为650kWh以上、更优选为700kWh以上、更进一步优选为750kWh以上的功率的时期。

层差的深度(高度)没有特别限制，作为下限，例如大于0mm，优选为0.2mm以上，更优选为0.5mm以上，作为上限，例如为10mm以下，优选为5mm以下，更优选为3mm以下。

以下举出例示的实施方式对本发明进行更详细的说明，但本发明不限于以下的实施方式。

[实施方式]

如图11所示，本发明的溅射靶包含溅射面为圆形(包括大致为圆形)的靶材1。本发明中，溅射面的形状为圆形，但靶材整体的形状没有特别限制。

在图11所示的实施方式中，靶材1具有位于其溅射面的中央部的平坦且为圆形(包括大致为圆形)的第1区域A、位于上述第1区域的周围的平坦且为环形的第2区域B、和位于上述第2区域的周围的平坦且为环形的第3区域C。

本发明中，“溅射面”是指靶材的供于溅射的面，溅射面的中央部是指包含溅射面的几何学中心在内的部分(例如图示的形态中的包含圆的中心O在内的部分)。

本发明中，“平坦”是指实质上没有形成凸部、凹部，此处，“实质上没有形成凸部、凹部”是指并未有意地形成凸部、凹部。但是，本发明中，可允许算术平均粗糙度Ra＝7μm程度以下的表面粗糙度。

本发明中，所谓“环形”的区域，如图11所示，是指以几乎恒定的间隔(以下，称为“环宽度”)呈同心圆状(包括大致为同心圆状)延伸的带状的区域。

如上所述，靶材中，在溅射时侵蚀集中的位置、优选为侵蚀最集中的位置处具有以靶材的厚度减小的方式设置的层差。在图11所示的实施方式中，在靶材1中，在下文中详细说明的第2区域B与第3区域C之间存在层差，并且第3区域C的厚度(T₃)小于第2区域B的厚度(T₂)。该第3区域C的厚度(T₃)与下文中详细说明的第1区域A的厚度(T₁)相同，或者比第1区域A的厚度(T₁)大。

在图11所示的实施方式中，在靶材1中，第1区域A的直径(W₁)为溅射面的直径(R_t)的14％以上，优选为20％以上，更优选为30％以上，进一步优选大于31％，更进一步优选为32％以上，最优选为35％以上，并且小于溅射面的直径(R_t)的60％，优选小于50％，更优选小于40％。在该范围内时，能够实现溅射靶的长寿命化，并且能够在溅射的初期阶段及末期阶段(尤其在末期阶段)得到充分的膜厚均匀性。

第3区域C的内径(r)小于溅射面的直径(R_t)的90％，优选为89％以下，更优选为85％以下，进一步优选为80％以下，更进一步优选为75％以下，更进一步优选为71％以下或者70％以下，另外，第3区域C的内径(r)为溅射面的直径(R_t)的60％以上，更优选为65％以上。在该范围内时，能够在侵蚀集中的位置配置层差，从而能够实现溅射靶的长寿命化，并且能够在溅射的初期阶段及末期阶段(尤其在末期阶段)得到充分的膜厚均匀性。能够抑制沉积集中于可形成在基板上的薄膜的中心及中间部、尤其是中间部，其结果是，能够减小中间部与端部的厚度差，从而能够在全部区域获得均匀且良好的膜厚分布。

第3区域C的厚度(T₃)与第3区域C的环宽度(W₃)之比(T₃/W₃)例如为0.1以上，优选为0.2以上，更优选为0.3以上，另外，为1.1以下，优选为0.6以下，更优选在0.5以下的范围内。在该范围内时，能够更适当地调节层差的位置，从而能够实现溅射靶的长寿命化，并且能够在溅射的初期阶段及末期阶段(尤其在末期阶段)得到充分的膜厚均匀性。

以下，对靶材进行更详细的说明。

·靶材

靶材例如可以由如下材料制作，该材料选自由铝(Al)、铬(Cr)、铁(Fe)、钽(Ta)、钛(Ti)、锆(Zr)、钨(W)、钼(Mo)、铌(Nb)等金属以及它们的合金组成的组中。构成靶材的材料不限于这些物质。

作为靶材的材料，优选铝，例如特别优选使用纯度为99.99％以上、更优选为99.999％以上的铝。

作为靶材的材料，还优选铝合金，该铝合金中可以含有铜、硅等金属，其含量例如为2重量％以下，优选为1重量％以下。

在图11所示的实施方式中，靶材具有包含第1区域A、第2区域B和第3区域C的溅射面。

图11中，溅射面的直径(R_t)例如在260mm～325mm的范围内。

靶材的背面(与溅射面相反的一侧的面)优选具有圆形的外周，该外周的直径例如在260mm～440mm的范围内。

第1区域A

在图11的实施方式中，第1区域A为位于溅射面的中央部的平坦且为圆形的区域。

第1区域A的直径(W₁)例如为10mm～180mm，优选为20mm～160mm，更优选为30mm～130mm。

第1区域A的厚度(T₁)例如为10mm～35mm，优选为11mm～30mm，更优选为12mm～25mm。

利用第1区域A，能够得到下述效果：可抑制溅射时膜向基板的中心及中间部的沉积集中等。

第2区域B

在图11的实施方式中，第2区域为可隔开间隔地或者邻接地配置在第1区域周围的平坦且为环形的区域。

第2区域B的环宽度(W₂)例如为5mm～75mm，优选为10mm～50mm，更优选为20mm～30mm。

第2区域B的厚度(T₂)例如为5mm～40mm，优选为10mm～30mm，更优选为12mm～25mm。

利用第2区域B，能够得到下述效果：可使溅射时的膜向基板外周部的沉积量较之中间部、中心而言增大等。

对于第2区域B的内周与上述的第1区域A的外周之间的间隔(W_2a)(内侧层差部分的间隔)，没有特别限制，例如为0mm～60mm，优选为5mm～40mm，更优选为10mm～30mm。

第2区域B的厚度(T₂)大于第1区域A的厚度(T₁)，其差值例如为0.5mm～10mm，优选为1mm～5mm，更优选为1.5mm～4mm。通过设置这样的层差，能够得到下述效果：可抑制溅射时膜向中间部的沉积集中等。

此处，优选第2区域B的厚度(T₂)与现有的标准溅射靶的靶材的厚度相等。

需要说明的是，靶材1的溅射面具有由第1区域A构成的凹面，可以进一步包含由下文中详细说明的第3区域C构成的凹面。这些凹面形成为比现有的溅射面低。此外，由于这些凹面位于侵蚀集中的位置，所以靶材与基板之间的距离(TS距离)与以往相比不会降低。因此，本发明中的溅射材能够在溅射的初期阶段及末期阶段提高可形成在基板上的薄膜的膜厚均匀性。此外，令人惊讶的是，尽管第2区域B的厚度(T₂)与现有的靶材的厚度相等，但却能够实现溅射靶的长寿命化。

第3区域C

本发明中，溅射材可以具有第3区域C。

在图11的实施方式中，第3区域为可隔开间隔地或者邻接地配置在第2区域周围的平坦且为环形的区域。

第3区域C的环宽度(W₃)例如为1mm～100mm，优选为20mm～80mm，更优选为30mm～60mm。

第3区域C的厚度(T₃)例如为7mm～30mm，优选为10mm～27mm，更优选为12mm～25mm。

利用第3区域C，能够得到下述效果：能够在溅射的初期阶段及末期阶段(尤其在末期阶段)提高可形成在基板上的薄膜的膜厚均匀性等。

对于第3区域C的内周与第2区域B的外周之间的间隔(W_2c)(外侧层差部分的间隔)，没有特别限制，例如为0mm～20mm，优选为1mm～10mm，更优选为2mm～6mm。

第3区域C的厚度(T₃)小于第2区域B的厚度(T₂)，其差值例如为0.3mm～10mm，优选为0.5mm～6mm，更优选为1mm～3mm。这样的层差如上所述存在于侵蚀集中的位置(或者利用层差能够形成侵蚀集中的位置)，能够实现兼得溅射靶的长寿命化和在溅射的初期阶段及末期阶段(尤其在溅射的末期阶段)中的膜厚均匀性的提高。

第3区域C的厚度(T₃)与第1区域A的厚度(T₁)相同或者比第1区域A的厚度(T₁)大，其差值例如为0mm～10mm，优选为0.5mm～8mm，更优选为1mm～6mm。利用这样的高低差，能够得到下述效果：可使溅射时的膜向基板外周部的沉积量较之基板中心而言增加等。

第4区域D

本发明中，在第3区域C的外侧可以进一步包含第4区域D(例如，参照图15)。

第4区域D的环宽度(W₄)例如为1mm～30mm，优选为3mm～20mm，更优选为5mm～15mm。

第4区域D的厚度(T₄)与第2区域B的厚度(T₂)相等或者为第2区域B的厚度(T₂)以下，例如为5mm～40mm，优选为10mm～30mm，更优选为12mm～25mm。

对于第4区域D的内周与第3区域C的外周之间的间隔(W_4c)(层差部分的间隔)，没有特别限制，例如为0mm～30mm，优选为0.1mm～10mm，更优选为0.2mm～5mm。

利用第4区域D，能够设置以溅射时产生的未到达基板的溅射粒子不会再次附着于靶材的方式安装用于遮盖的夹具(防附着板)的空间，能够控制因再次附着所引起的过度沉积而导致的异常放电。

区域X

本发明中，在第4区域D的外侧可以进一步包含区域X(例如，参照图15)。区域X为可形成在靶材侧面的层差，不适于区域D的内侧的层差和上述的第2区域B与第3区域C之间的“层差”的定义。

区域X的环宽度(W_x)例如为1mm～10mm，优选为2mm～7mm，更优选为3mm～5mm。

区域X的厚度(T_x)例如为8mm～32mm，优选为10mm～30mm，更优选为12mm～25mm。

利用这样的区域X，能够消除与防附着板之间的空隙，能够得到抑制溅射时的异常放电等效果。

其他

本发明中，第1区域A与第2区域B可形成的角度θ₁(以下，有时也称为倾斜角θ₁)只要小于垂直的角度(θ₁＝90°)就没有特别限制(更具体而言，参照图15所示的角度θ₁)。对于倾斜角θ₁而言，其下限优选为1度以上，更优选为1.5度以上，更进一步优选为2度以上，特别优选为5度以上，上限优选为70度以下，更优选为50度以下，更进一步优选为30度以下，特别优选为10度以下。具体而言，在1°≤θ₁≤70°、优选1.5°≤θ₁≤50°、更优选2°≤θ₁≤30°、更进一步优选5°≤θ₁≤10°的范围内。

另外，第2区域B与第3区域C可形成的角度θ₂(以下，有时也称为倾斜角θ₂)只要小于垂直的角度(θ₂＝90°)就没有特别限制(更具体而言，参照图15所示的角度θ₂)。对于倾斜角θ₂而言，其下限优选为1度以上，更优选为5度以上，更进一步优选为10度以上，特别优选为15度以上，上限优选为70度以下，更优选为50度以下，更进一步优选为30度以下，特别优选为25度以下。具体而言，在1°≤θ₂≤70°、优选5°≤θ₂≤50°、更优选10°≤θ₂≤30°、更进一步优选15°≤θ₂≤25°的范围内。

倾斜角θ₁、θ₂在上述的范围内时，能够在溅射期间提高可形成在基板上的薄膜的膜厚均匀性，进而能够以这样的角度抑制可能产生的异常放电。

·支承构件

如图12所示，溅射靶10可以包含用于将其固定于例如磁控溅射装置等溅射装置的支承构件2。

支承构件2为金属制，例如，可利用选自由铝、铜、铁、铬、镍等金属及其合金组成的组中的材料来制作。

支承构件2主要由用于配置靶材1的环部构成，可以进一步包含用于使得能够向溅射装置上固定的凸缘部。需要说明的是，支承构件2的环部及凸缘部优选通过切削加工等由上述材料一体地形成。

环部的厚度(即壁厚)没有特别限制，例如为5mm～20mm，优选为10mm～15mm。环部的厚度可以为均匀的，也可以不均匀。例如，如图所示，可以以其厚度随着向凸缘部的靠近而增加的方式形成。

如下文中详细说明的那样，优选靶材1通过电子束(EB)焊接等焊接或者利用下文中详细说明的焊接材料的接合而被结合在支承构件2的环部。另外，优选支承构件2的环部的外侧的周缘部与靶材1的外侧的周缘部形成在同一水平面上。另外，靶材1与支承构件2的外周部如图12所示，可以为锥形。

在支承构件2的凸缘部可以形成有多个孔，该多个孔用于使得能够借助螺栓等紧固件向溅射装置上固定。

凸缘部的厚度没有特别限制，例如为5mm～15mm，优选为8mm～12mm，更优选为10mm～11mm。另外，凸缘部的厚度优选是均匀的。

支承构件2的高度没有特别限制，例如为10mm～30mm，优选为20mm～29mm，更优选为25mm～29mm。

溅射靶10的整体高度(即，从靶材1的第2区域B的上表面到支承构件2的凸缘部的背面的距离)没有特别限制，例如为10mm～70mm，优选为13mm～65mm，更优选为15mm～60mm。

在图13所示的实施方式中，溅射靶20可以包含背衬板(backing plate)3，该背衬板3固定于例如磁控溅射装置等溅射装置，并且能够扩散来自靶材1的热量。

作为背衬板3，只要由导电性的材料构成就没有特别限制，优选使用由金属或其合金等材料制作的背衬板。

作为金属或其合金，可以举出铜、铜合金、铝、铝合金、钛、钛合金、钨、钨合金、钼、钼合金、钽、钽合金、铌、铌合金、不锈钢等，从加工性、机械强度、耐久性、散热性等观点考虑，优选使用铜，其中特别是从高导热性和高导电性的观点考虑，优选使用无氧铜(纯度为99.96％以上，氧浓度为10ppm以下)。另外，背衬板3的尺寸及形状没有特别限制。

如图13所示，可以使用焊接材料4将靶材1接合于背衬板3。

作为焊接材料4，没有特别限制，为含有低熔点(例如723K以下)的金属或合金的材料，例如，可以举出含有选自由铟(In)、锡(Sn)、锌(Zn)、铅(Pb)、银(Ag)、铜(Cu)、铋(Bi)、镉(Cd)以及锑(Sb)组成的组中的金属或其合金的材料等。更具体而言，可以举出In、In-Sn、Sn-Pb、Sn-Zn、Sn-Zn-In、In-Ag、Sn-Pb-Ag、Sn-Bi、Sn-Ag-Cu、Pb-Ag、Zn-Cd、Pb-Sn-Sb、Pb-Sn-Cd、Pb-Sn-In、Bi-Sn-Sb等。

在背衬板3上形成有多个孔，该多个孔用于使得能够借助螺栓等紧固件向溅射装置上固定。

背衬板3的厚度没有特别限制，例如为5mm～30mm，优选为7mm～29mm，更优选为10mm～25mm。

溅射靶20的整体高度(即，从靶材1的第2区域B的上表面到背衬板3的背面的距离)没有特别限制，例如为10mm～70mm，优选为13mm～65mm，更优选为15mm～60mm。

·溅射靶的制造方法

本发明的溅射靶的制造方法如下：例如，首先，将靶材的材料混合并进行熔融、铸造，形成被称为扁坯的铸锭，将该铸锭进行轧制和热处理后，以任意的尺寸及形状、例如冲裁成圆盘状而得到靶材的预成型体。

接下来，将该靶材的预成型体与预先制成的支承构件或者背衬板进行焊接或者利用焊接材料等进行接合，然后将该靶材的预成型体通过例如切削加工而成型为所期望的形状，由此可以制造溅射靶。利用焊接材料进行接合的情况下，可以使用上述的焊接材料，例如在205℃～240℃的温度范围下通过真空接合而将靶材的预成型体与支承构件或者背衬板进行接合。

在图12所示的实施方式中，可以通过上述的切削加工而对靶材的背面以超出靶材与支承构件的接合面的方式实施切削加工。另外，通过上述的切削加工，可以形成以圆的中心为顶点的圆锥形状的凹部。这样的凹部的深度在顶点部通常为1mm～3mm。靶材的背面具有上述的凹部时，第1区域A的厚度(T₁)为区域A的上表面与其厚度最小的区域A的下表面之间的距离(即，区域A的上表面与凹部的顶点之间的距离)。第2区域B的厚度(T₂)为区域B的上表面与其厚度最大的区域B的下表面之间的距离。第3区域C的厚度(T₃)为区域C的上表面与其厚度最大的区域C的下表面之间的距离(其中，不包括靶材的与支承构件的接合部)。

本发明中，溅射靶的制造方法不限于上述方法。

·溅射装置

溅射装置没有特别限制，可以不受限制地使用市售的溅射装置。

其中，优选使用磁控溅射装置。在磁控溅射装置中，可以利用磁体捕捉等离子体化(或者离子化)的氩等非活性气体，因此能够高效地从靶材中撞击出靶原子，提高在基板上的成膜速度。

作为磁控溅射装置，优选使用爱发科公司制的被称为“Ceraus Z-1000”的装置，其中特别优选利用了电磁铁类型的磁体的装置。或者也可以使用Applied Materials,Inc.制的被称为“Endura”的装置，其中优选利用了Dura类型(Dura-type)的磁体的装置。

·基板

作为可以使用上述的溅射靶及溅射装置来形成薄膜的基板，没有特别限制，例如，可以举出硅、铜等金属晶片，氧化锌、氧化镁等氧化物晶片，石英、派热克斯玻璃(Pyrex)等玻璃基板，树脂基板等。

基板的形状没有特别限制，优选为圆形，另外，其尺寸也没有特别限制，例如为100mm～450mm，优选为150mm～300mm，更优选为200mm。

·溅射靶的寿命

本发明的溅射靶可具有以累计功率计优选为650kWh～750kWh或者其以上的寿命。此处提及的寿命是指能够在不超过具有膜厚均匀性的阈值、例如6.4％的情况下进行溅射的累计功率。

本发明中，得到这样的寿命的原因在于本发明的溅射靶包含上述的形状及尺寸的靶材。

其中，原因尤其在于，靶材的溅射面具有第1区域A、第2区域B和第3区域C，并且第1区域A的直径(W₁)为溅射面的直径(R_t)的14％以上且小于60％，第3区域的内径(r)小于溅射面的直径的90％。

·形成在基板上的薄膜的膜厚均匀性

对于利用本发明的溅射靶可在基板上形成的薄膜的膜厚均匀性，可以基于利用在可形成在基板上的薄膜的规定的9个点处测定的薄膜的薄层电阻值R_S(Ω/□)和已知的薄膜的体积电阻率R_V(Ω·m)而由式：t＝R_V/R_S×10⁶求出的膜厚t(μm)值的最大值(max)和最小值(min)，通过式：(max-min)/(max+min)×100(％)求出。需要说明的是，铝薄膜的情况下，R_V＝2.9×10^-8(Ω·m)。

薄膜的薄层电阻值(Ω/□)例如可以使用KLA-Tencor Corporation制的OmnimapRS35c测定。关于进行测定的规定的9个点，例如使用直径为200mm的基板时，例如如图14所示，沿X轴、Y轴分别测定中心、距离中心47.5mm的位置(中间部)和距离中心95mm的位置(端部)(合计9个点)。

本发明中，上述的膜厚均匀性例如小于6.4％，优选小于6.3％，更优选小于6.0％。即便在溅射的初期阶段(例如0～200kWh)，也能够实现小于6.4％、优选小于6.3％、更优选小于6.0％的膜厚均匀性。另外，即便在末期阶段(尤其是750kWh以上的经过长时间后的时刻)，膜厚均匀性也小于6.4％，优选小于6.3％，更优选小于6.0％。

如上所述，本发明中，在溅射的初期阶段及末期阶段(尤其在末期阶段)能够得到优异的膜厚均匀性。

在以下的实施例中，对本发明进行更详细的说明，但本发明不限于以下的实施例。

实施例

实施例1

在纯度为99.999％以上的铝中添加0.5重量％的铜，将它们的混合物进行熔融、铸造而得到铸锭(扁坯)，对该铸锭进行轧制和热处理后，用铣床冲裁成圆盘状，得到直径为325mm、厚度为18mm的靶材的预成型体。

利用焊接材料(In)将上述靶材的预成型体与图13所示的形状的背衬板在200℃下进行接合，进一步通过利用车床的切削加工而将靶材的预成型体成型为图15所示的形状，由此制造溅射靶。靶材的各尺寸如下所示。需要说明的是，各符号表示图15所示的区域。

实施例1的溅射靶的靶材如图15及图18所示的那样在侵蚀最集中的位置处具有“层差(W_2c)”。

R_t：312mm

r：215mm

T₁：13mm

T₂：15mm

T₃：14mm

T₄：15mm

T_x：12mm

θ₁：5.7°

θ₂：21.8°

W₁：120mm

W₂：25mm

W_2a：20mm

W_2c：2.5mm

W₃：35mm

W₄：10mm

W_4c：0.5mm

W_x：3mm

W₁/R_t×100＝38.5％

r/R_t×100＝68.9％

T₃/W₃＝0.4

溅射靶的整体高度(从第2区域的上表面到背衬板的背面的距离)：27.3mm

实施例2

与实施例1同样地操作，制造实施例2的溅射靶。靶材的各尺寸如下所示。需要说明的是，各符号表示图15所示的区域。实施例2的溅射靶的靶材如图15及图18所示的那样在侵蚀最集中的位置处具有“层差(W_2c)”。

R_t：312mm

r：220mm

T₁：13mm

T₂：15mm

T₃：13mm

T₄：15mm

T_x：12mm

θ₁：5.7°

θ₂：21.8°

W₁：120mm

W₂：25mm

W_2a：20mm

W_2c：5mm

W₃：32.5mm

W₄：10mm

W_4c：0.5mm

W_x：3mm

W₁/R_t×100＝38.5％

r/R_t×100＝70.5％

T₃/W₃＝0.4

比较例1

与实施例1同样地操作，制造比较例1的溅射靶。靶材的各尺寸如下所示。需要说明的是，比较例1的溅射靶的靶材仅在X区域具有层差(标准形状)。

R_ct：312mm

r_c：306mm

T_c1：15mm

T_cx：12mm

W_cx：3mm

比较例2

与实施例1同样地操作，制造比较例2的溅射靶。靶材的各尺寸如下所示。需要说明的是，比较例2的溅射靶的靶材在侵蚀最集中的位置处没有“层差”。

R_ct：312mm

r_c：306mm

T_c1：13mm

T_c2：15mm

T_cx：12mm

θ_C1：5.7°

W_c1：120mm

W_c2：73mm

W_c2a：20mm

W_cx：3mm

W_c1/R_ct×100＝38.5％

溅射

分别使用磁控溅射装置(爱发科公司制的Ceraus Z-1000，磁体：电磁铁类型)以及实施例和比较例的溅射靶，按照以下的条件在直径为200mm的基板(LG Siltron公司制的硅基板)上形成薄膜。

＜溅射条件＞

输出功率：10kW

非活性气体：氩

基板温度：25℃

靶与基板之间的距离(TS距离)：40mm

溅射靶的评价

按照上述的条件，在0～800kWh的范围内对实施例和比较例的各溅射靶进行溅射操作。将累计功率(kWh)与膜厚均匀性(％)的关系示于图17。将溅射面位置的残余厚度及侵蚀量(比较例1为使用700kWh时，比较例2、实施例1及实施例2为使用800kWh时)示于图18。

如图17所示，可知对于实施例1和实施例2的溅射靶而言，在溅射的初期阶段及末期阶段、尤其在累计功率为650kWh～750kWh的末期阶段，能够将膜厚均匀性维持为小于6％，可以在比以往更长的时间内使用靶材。

与此相对，可知在比较例1中大致超过500kWh后、在比较例2中大致超过650kWh后，膜厚均匀性大于6％，膜厚均匀性变差。

得到这样的结果的原因在于，在实施例1、2中，在靶材的侵蚀集中的位置存在以其厚度减小的方式设置的层差。认为通过使这样的层差存在，使得侵蚀区域向靶材的边缘部侧移动(位移)，从而在基板的中间部、端部、中心产生的厚度差减小，因此，末期阶段中的膜厚均匀性提高(图7～图9、图18)。

产业上的可利用性

本发明的溅射靶可以用于市售的溅射装置、尤其是磁控溅射装置中，能够在基板上形成在溅射期间(尤其在溅射的末期阶段)具有优异的膜厚均匀性的薄膜，因此对利用溅射形成薄膜而言非常有益。

Claims

1.溅射靶，其包含靶材，所述靶材的溅射面中，在溅射时侵蚀最集中的位置处具有以所述靶材的厚度减小的方式设置的层差。

2.如权利要求1所述的溅射靶，其中，所述侵蚀最集中的位置为溅射时水平磁场强度最大的部分。

3.如权利要求1或2所述的溅射靶，其中，所述溅射面为圆形，在所述溅射面的直径的60％以上且小于90％的位置处，在所述溅射面的半径方向的外侧以所述靶材的厚度减小的方式形成有所述层差。

4.如权利要求3所述的溅射靶，其中，所述靶材具有位于溅射面的中央部的平坦且为圆形的第1区域、位于所述第1区域的周围的平坦且为环形的第2区域、和位于所述第2区域的周围的平坦且为环形的第3区域，

所述层差存在于所述第2区域与所述第3区域之间，所述第3区域的厚度小于所述第2区域的厚度，

所述第3区域的厚度与所述第1区域的厚度相同或者比所述第1区域的厚度大，

所述第1区域的直径为所述溅射面的直径的14％以上且小于60％，

所述第3区域的内径小于所述溅射面的直径的90％。

5.如权利要求4所述的溅射靶，其中，所述第3区域的厚度与所述第3区域的环宽度之比在0.1～1.1的范围内。

6.如权利要求5所述的溅射靶，其中，所述比在0.1～0.6的范围内。

7.如权利要求1所述的溅射靶，其中，所述溅射面为圆形，在所述溅射面的直径的14％以上且小于60％的位置处，在所述溅射面的半径方向的内侧以所述靶材的厚度减小的方式形成有所述层差。