CN110073029A - Al2O3溅射靶及其制造方法 - Google Patents
Al2O3溅射靶及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110073029A CN110073029A CN201780077077.0A CN201780077077A CN110073029A CN 110073029 A CN110073029 A CN 110073029A CN 201780077077 A CN201780077077 A CN 201780077077A CN 110073029 A CN110073029 A CN 110073029A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sputtering target
- target
- sputtering
- film
- film thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
- C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
- C04B35/111—Fine ceramics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/08—Oxides
- C23C14/081—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
- C23C14/542—Controlling the film thickness or evaporation rate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
- C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
- C04B2235/604—Pressing at temperatures other than sintering temperatures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
- C04B2235/608—Green bodies or pre-forms with well-defined density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
- C04B2235/668—Pressureless sintering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/77—Density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
- C04B2235/785—Submicron sized grains, i.e. from 0,1 to 1 micron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
- C04B2235/786—Micrometer sized grains, i.e. from 1 to 100 micron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
- C04B2235/963—Surface properties, e.g. surface roughness
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/53—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone involving the removal of at least part of the materials of the treated article, e.g. etching, drying of hardened concrete
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
一种Al2O3溅射靶,其特征在于,所述Al2O3溅射靶的纯度为99.99重量%以上、相对密度为85%以上且95%以下、体积电阻率为10×1014Ω·cm以下、介质损耗角正切为15×10‑4以上。本发明的课题在于,提供一种具有良好的溅射特性的Al2O3溅射靶、特别是即使不提高溅射功率也能够提高成膜速率的Al2O3溅射靶及其制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及适合于例如栅极绝缘膜、掩模、蚀刻阻挡层等半导体元件的形成的Al2O3溅射靶及其制造方法。
背景技术
近年来,NAND闪存由于应用范围广并且价格低廉,因此大容量化显著进展,另外,与逻辑器件、DRAM等相比,微细化、三维结构化的技术进步,结构进一步复杂化。NAND闪存层叠有具有元件功能的薄膜、用于结构形成的薄膜,对使用Al2O3薄膜作为层叠时的蚀刻阻挡层进行了研究。作为形成薄膜的方法,通常通过真空蒸镀法、溅射法等通常被称为物理蒸镀法的手段来进行。特别是,从操作性、成膜稳定性考虑,经常使用磁控溅射法形成。
通过溅射法进行的薄膜的形成通过如下方式进行:使氩离子的正离子与设置在阴极的靶物理碰撞,利用该碰撞能量使构成靶的材料被释放,在相对的阴极侧的基板上层叠与靶材料大致相同的组成的膜。通过溅射法进行的成膜具有以下特征:通过调节处理时间、供给功率等,能够以稳定的成膜速率形成从埃单位的薄膜到几十μm的厚膜。特别是,氧化物等不具有导电性,通过使用常规的直流(DC)电源的溅射法无法进行溅射,因此经常采用使用射频(RF)电源的溅射法。
在对作为绝缘体的Al2O3等化合物膜进行RF溅射的情况下,成膜速率特别成为问题。与DC溅射相比,RF溅射在作为绝缘体的靶表面施加负电压,因此一直交替施加正负电压。因此,不能像DC溅射那样一直进行成膜,是使成膜速率降低的原因。另外,原子彼此不是金属键合而是牢固的共价键合,这也是使成膜速率降低的一个原因。而且,这样的问题是使生产率下降的主要原因。
另一方面,为了提高生产率,可以考虑提高溅射功率,但是提高功率时,产生了溅射靶频繁发生破裂的问题。对于这样的问题,专利文献1中公开了一种溅射靶,其为能够耐受为了提高成膜速度的高功率的高强度靶,其中,所述溅射靶使用了平均晶粒尺寸为5μm以上且20μm以下、孔隙率为0.3%以上且1.5%以下的氧化铝烧结体。另外,作为其制造方法,公开了如下方法:对氧化铝原料粉末实施加压成型,在氢气气氛中对该成型体进行焙烧,从而制造氧化铝溅射靶。
专利文献2中公开了使用了高密度且高品质的氧化铝烧结体的溅射靶,纯度为99.99质量%以上,相对密度为98%以上,平均晶粒尺寸小于5μm。另外,作为其制造方法,记载了如下方法:实施1250℃~1350℃下的热压烧结从而得到烧结体,在大气中实施1300℃~1700℃的退火处理,从而制造靶。
如此,以往为了防止溅射靶的破裂,进行了通过调节密度、粒径等来提高靶的机械强度的操作。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2000-64034号公报
专利文献2:国际公开WO2013/065337号
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的实施方式的课题在于,提供一种即使不提高溅射功率也能够提高成膜速率的Al2O3溅射靶及其制造方法。
用于解决问题的手段
为了解决上述课题,本发明人进行了深入研究,结果得到了以下见解:控制溅射靶的电特性、特别是体积电阻率和介质损耗角正切对成膜速率的提高是有效的,通过将这些特性控制在规定范围内,能够有效地进行RF施加,能够提高成膜速率。
本发明的实施方式所涉及的Al2O3溅射靶的纯度为99.99重量%以上,相对密度为85%以上且95%以下,体积电阻率为10×1014Ω·cm以下,介质损耗角正切为15×10-4以上。
发明效果
根据本发明的实施方式,对于Al2O3溅射靶而言,具有在不提高溅射功率的情况下能够实现高成膜速率、并且能够提高生产率的优异效果。
附图说明
图1为表示本发明的溅射靶中的测定位置的图。
图2为表示在本发明的晶片上成膜后的膜厚的测定位置的图。
具体实施方式
本发明的实施方式所涉及的Al2O3溅射靶被用于具有半导体元件功能的薄膜、用于结构形成的薄膜的形成,为了抑制膜特性的降低,将纯度设定为99.99重量%(4N)以上。在此,纯度为99.99重量%以上是指:将Al2O3中相对较多地含有的Ca、Fe、K、Mg、Na作为杂质元素,通过GDMS分析,其合计含量小于100重量ppm。这些杂质元素有时会使耐腐蚀性等膜特性降低,因此优选尽可能减少。
本发明的实施方式的特征在于,对于纯度为99.99重量%以上的Al2O3溅射靶而言,体积电阻率为10×1014Ω·cm以下,介质损耗角正切为15×10-4以上。通过将溅射靶的电特性调节至上述范围内,能够在RF(高频)溅射时有效地施加高频电压,能够在不提高溅射功率的情况下提高成膜速率,能够提高产品的生产率。此外,还能够有助于粉粒产生的抑制、膜厚的稳定性、预烧时间的缩短。
在RF溅射中,为了将正离子吸引到靶表面,需要使该表面带负电荷,通过将靶的体积电阻率调节为10×1014Ω·cm以下,能够达到适度的带电状态。另一方面,在RF溅射中,由于交替施加正负电压,在施加负电压后,需要使电荷适度逸出,但是在像通常的陶瓷电容器那样损耗少、即介质损耗角正切小至约1.0×10-4的情况下,电荷难以逸出,因此不能有效地进行电压的施加。因此,在本申请发明中,通过将靶的介质损耗角正切调节至15×10-4以上,能够使电荷有效地逸出,能够有效地进行RF溅射。需要说明的是,优选将体积电阻率的下限值设定为1×1014Ω·cm以上、将介质损耗角正切的上限值设定为360×10-4以下。
另外,本发明的实施方式所涉及的Al2O3溅射靶的特征在于,相对密度为95%以下。相对密度为95%以下时,在组织内存在一定程度的中空壁,电荷容易从该中空壁逸出,从而能够达到上述的介质损耗角正切,进而能够提高成膜速率。另一方面,相对密度过低时,靶内包含的孔增加,靶有可能发生破裂,因此优选将相对密度调节为85%以上。
相对密度根据相对密度(%)=尺寸密度/理论密度×100计算。关于尺寸密度,使用游标卡尺测量试样的尺寸,由(试样的重量)/(试样的体积)计算。另外,将Al2O3的理论密度设为3.98g/cm3。
另外,本发明的实施方式所涉及的溅射靶的特征在于,平均晶粒尺寸为0.3μm以上且3.0μm以下。通过将平均晶粒尺寸调节为3.0μm以下,能够抑制膜厚的变动、从而使膜厚稳定性良好。另一方面,靶的平均晶粒尺寸依赖于原料粉末的粒径、烧结条件,通过后述的制法能够实现的平均晶粒尺寸为0.3μm以上。需要说明的是,靶的平均晶粒尺寸不仅根据原料粉末的粒径发生变动,而且根据烧结条件等发生变动,因此需要相互调节条件。
关于平均晶粒尺寸,利用扫描电子显微镜(SEM)在2000倍的视野下对与靶的溅射面平行的面的4个位置(图1)进行观察,在各自的视野中,通过根据JIS G0551的切割法的评价方法求出晶粒尺寸。然后,将该4个视野的平均值作为平均晶粒尺寸。需要说明的是,溅射面是指在溅射过程中通过氩等离子碰撞而构成靶的粒子飞出的、与基板相对的一侧的面。
另外,本发明的实施方式所涉及的Al2O3溅射靶的特征在于,溅射面的表面粗糙度Ra为1.0μm以上且2.0μm以下。通常,在生产线上使用溅射靶的情况下,为了使靶的特性稳定而进行预溅射(预烧)。此时,预烧结束后的表面粗糙度Ra为1.0μm~2.0μm,因此通过预先使表面粗糙度Ra接近预烧结束后的数值,能够缩短预烧时间。
关于本发明的表面粗糙度,利用触针式表面粗糙度测定(JIS B0601)对图1中示出的4个位置进行测定,使用将各自的测定值平均化而得到的值。
另外,本发明的实施方式所涉及的Al2O3溅射靶的特征在于,抗折强度为200MPa以上。通常,在溅射靶的密度低的情况下,由于孔的增大,有时强度降低,从而在溅射中靶产生破裂、龟裂等。但是,虽然靶的相对密度为95%以下,但是通过将其抗折强度调节为200MPa以上,在溅射时能够有效地防止靶的破裂、龟裂的发生。
关于本发明的抗折强度,通过3点弯曲(JIS R1601)对图1中示出的4个位置进行测定,使用将各自的测定值平均化而得到的值。
接着,对本发明的实施方式所涉及的Al2O3溅射靶的制造方法进行说明。
准备纯度为99.99重量%以上的Al2O3粉末。Al2O3粉末的粒径优选设定为平均粒径为0.1μm~0.3μm。平均粒径为0.1μm~0.3μm是后段的烧结工序中的最佳粒径,脱离该范围时,难以将靶的相对密度和平均晶粒尺寸控制在上述所期望的范围内。
关于原料粉末的粒径,使用激光衍射散射式粒度分布测定装置,以异丙醇作为分散介质,在超声波分散1分钟后实施测定,在测定得到的数据中,将D50作为平均粒径。
接着,进行热压成型。将原料粉末填充到模具中,然后在真空或非活性气体气氛中进行热压,从而制作成型体。此时,热压后的密度过低时,即使靶(烧结体)的特性良好,有时膜厚稳定性也会降低。另一方面,热压后的密度过高时,在之后的大气烧结中密度难以提高。认为这是由于热压与后述的大气烧结的烧结行为不同而出现的现象。即,当热压后密度低时,烧结不进行,粉末彼此的颈缩也少,因此在大气烧结中烧结进一步进行,但是在热压中充分提高密度时,烧结会过度进行并稳定在该状态下,之后即使进行大气烧结,认为仅通过加热也难以进行烧结。因此,优选将热压后的相对密度调节为60%以上且85%以下。
热压温度优选为800℃~1400℃。另外,为了容易进行成型,可以在原料粉末中混合粘结剂等,利用喷雾干燥器进行造粒,并将该造粒粉成型。
接着,在大气炉中对所得到的成型体进行常压烧结(大气烧结)。在将之前工序的热压温度设为T(℃)时,将该大气烧结中的温度t(℃)设定在满足T≤t≤T+600(℃)的温度范围内。例如,在热压温度为1200℃的情况下,将烧结的温度范围设定为1200℃以上且1800℃以下。优选将烧结的保持时间设定为2小时~10小时。
该大气烧结的条件对最终的溅射靶的密度、晶粒尺寸有较大影响。在该烧结温度高的情况下,相对密度变高,并且粒径也变大。另一方面,在烧结温度低的情况下,靶的相对密度低,并且粒径也变小。由此,如果不利用与热压后的密度、即热压温度的关系将该大气烧结的烧结条件最优化,则无法得到所期望的密度、晶粒尺寸,另外,由于晶体的异常晶粒生长,粒径的变动变得显著,因此不优选。
接着,通过车床、表面磨削等机械加工将所得到的烧结体加工成所期望的尺寸、形状的靶。之后,根据需要通过粗研磨或喷砂处理对烧结体的表面进行粗糙化,从而将表面粗糙度Ra调节为1.0μm以上且2.0μm以下。通过以上工序,可以制作本发明的Al2O3溅射靶。
包括后述的实施例、比较例在内,本发明的评价方法等如下所述。
(关于体积电阻率)
关于体积电阻率,从靶的面内4个位置(参照图1)选取试样,通过直流三端子法测定与溅射面水平的面的电阻率,由它们的平均值求出体积电阻率。在电阻率的测定中,可以使用ADC公司制造的数字超高电阻/微安表(型号5450)。
具体而言,使用丝网印刷机和银浆在试样的上下表面印刷主电极、保护电极、对电极,在大气中在100℃下干燥12小时从而形成电极,接着在试样上施加直流电压(V=1000V),测定充电1分钟后的电流(I),求出试样的体积电阻(Rv)。之后,将试样的厚度(t=1.2mm)、电极面积(S=1.85cm2)各自导入下式,从而计算体积电阻率(ρv)。
(式)体积电阻率:ρv=S/t×Rv=(S/t)×(V/I)
(关于介质损耗角正切)
如图1所示,从靶的面内4个位置选取试样,通过二端子法测定与溅射面水平的面的各自的介质损耗角正切,并求出其平均值。测量时使用德科技(Keysight Technologies)公司制造的阻抗分析器E4990A,通过自动平衡电桥法求出介质损耗角正切。试验条件为将频率设定为1MHz并在室温下进行。
(溅射特性的评价方法)
将靶设置于具有RF电源的溅射装置中,在输入功率:2.5W/cm2~3.0W/cm2、Ar分压:0.5Pa、膜厚:的条件下进行成膜。成膜速率(depo rate)由(成膜后的膜厚)/(成膜所需的时间)计算。如果成膜速率为以上,则判断为良好。
关于粉粒数,使用粉粒计数器(KLA Tencor公司制造的CS920)对成膜后存在于直径300mm的晶片上的大于0.12μm的粉粒进行了考查。如果粉粒数少于100个,则判断为良好。另外,预烧时间是直到成膜速率达到为止所需的时间。如果预烧时间在200千瓦时以内,则判断为良好。
(膜特性的评价方法)
将靶设置于具有RF电源的溅射装置中,在输入功率:2.5W/cm2~3.0W/cm2、Ar分压:0.5Pa、膜厚:的条件下进行成膜。关于膜厚稳定性,在直径为300mm的晶片上进行成膜,然后测定晶片面内的49个点(参照图2)的膜厚,求出其膜厚分布,将其变动(σ)的程度以3个等级(◎:〇:Δ:)进行了评价。
另外,关于耐蚀刻性,对在直径为300mm的晶片上成膜而得到的Al2O3膜进行干法蚀刻,并利用SEM测定深度方向的蚀刻量。而且,如果计算出的蚀刻速度为20nm/分钟以下,则判断为良好。
实施例
接下来,对本申请发明的实施例和比较例进行说明。需要说明的是,以下的实施例只不过是示出代表性的例子,本申请发明无需限于这些实施例,应该在说明书中记载的技术构思的范围内进行解释。
(实施例1)
准备纯度为99.99重量%以上的Al2O3原料粉,对其进行粒径调节以使得平均粒径达到0.2μm。接着,将该粉末填充到模具中,在真空中进行热压,设定热压的条件以使得热压后的烧结体的相对密度达到60%以上。接着,在大气炉中对该烧结体进行了常压烧结(大气烧结)。将大气烧结的温度设定为与热压温度相同。对通过以上工序而得到的烧结体进行机械加工、研磨加工,从而制作了溅射靶。
通过以上工序得到的溅射靶中,Ca为1重量ppm、Fe为3重量ppm、K为4重量ppm、Mg为2重量ppm、Na为7重量ppm,其合计含量小于100重量ppm,体积电阻率为1.3×1014Ω·cm,介质损耗角正切为300×10-4,并且相对密度为85.1%、表面粗糙度Ra为1.3μm、抗折强度为250MPa,具有所期望的特性。
另外,关于该溅射靶,对溅射特性和薄膜特性进行了考查,结果显示出如下的良好结果:成膜速率为预烧时间为50千瓦时、粉粒数为47个,另外,为膜厚稳定性和耐蚀刻特性也优异的结果。将以上结果示于表1。
(实施例2~10)
在实施例2~10中,基于上述的实施例1的制造方法,根据需要调节热压后的烧结体的密度和大气烧结时的温度(ΔT)(参见表1),从而制作了溅射靶。其结果如表1所示,靶的特性在所期望的范围内,另外,溅射特性和膜特性均显示出良好的结果。
需要说明的是,在实施例8中,将热压后的烧结体的密度设定为低至58.7%,其结果是,虽然膜厚稳定性稍微降低,但是成膜速率良好(以上),并且溅射后在靶中未观察到龟裂,能够作为产品使用。
需要说明的是,在实施例9中,将靶的表面粗糙度Ra设定为比较粗糙的2.2μm,在实施例10中,将靶的表面粗糙度Ra设定为比较平滑的0.7μm,其结果是,实施例9中的粉粒数稍微增加,实施例10中的预烧时间稍微变长,但是成膜速率均良好(以上),并且在溅射后的靶中未观察到龟裂,能够作为产品使用。
(比较例1)
基于上述的实施例1的制造方法,调节温度以使得热压后的烧结体的密度降低,将之后的常压烧结中的温度(ΔT)设定为700℃,从而制作了溅射靶。其结果如表1所示,靶的体积电阻率、介质损耗角正切、相对密度脱离了本发明的范围。
对该溅射靶的溅射特性进行了考查,结果成膜速率为比作为良好的成膜速率的基准的慢,而且膜厚稳定性也差。
(比较例2)
准备纯度为99.99重量%以上的Al2O3原料粉,对其进行粒径调节以使得平均粒径达到0.2μm。接着,将该粉末填充到模具中,在真空中进行热压,设定热压的条件以使得热压后的烧结体的相对密度达到92.5%。需要说明的是,未进行大气烧结。接着,对所得到的烧结体进行机械加工、研磨加工,从而制作了溅射靶。通过以上工序而得到的溅射靶的体积电阻率为2.7×1016Ω·cm、介质损耗角正切为15×10-4。
对该溅射靶的溅射特性进行了考察,结果成膜速率为比作为良好的成膜速率的基准的慢,另外,虽然实施了直到200千瓦时的溅射,但是成膜速率未达到因此在此结束评价,未进行之后的评价(粉粒数、膜厚稳定性、耐蚀刻性)。
(比较例3)
准备纯度为99.99重量%以上的Al2O3原料粉,对其进行粒径调节以使得平均粒径达到0.2μm。接着,将该粉末成型,然后在大气炉中对该成型体进行了常压烧结(大气烧结)。将大气烧结的温度设定为1200℃。接着,对所得到的烧结体进行机械加工、研磨加工,从而制作了溅射靶。
通过以上工序得到的溅射靶的体积电阻率为8.2×1015Ω·cm、介质损耗角正切为12×10-4。
对该溅射靶的溅射特性进行了考查,结果成膜速率为比作为良好的成膜速率的基准的慢,另外,虽然实施了直到200千瓦时的溅射,但是成膜速率未达到因此在此结束评价,未进行之后的评价(粉粒数、膜厚稳定性、耐蚀刻性)。
(比较例4)
基于上述的实施例1的制造方法,根据需要调节热压后的烧结体的密度和大气烧结时的温度(ΔT),从而制作了溅射靶。但是,在比较例2中,使用了纯度为99.9重量%以上的Al2O3原料粉作为Al2O3原料粉。其结果如表1所示,靶的纯度脱离了本发明的范围,由于杂质的存在,耐蚀刻性差。
(比较例5)
基于上述的实施例1的制造方法,调节温度以使得热压后的烧结体的密度提高,将之后的大气烧结中的温度设定为700℃,从而制作了溅射靶。其结果如表1所示,靶的相对密度、平均晶粒尺寸、抗折强度脱离了本发明的范围,溅射后的靶中产生了龟裂。
产业实用性
本发明的Al2O3溅射靶具有在RF溅射中能够实现高成膜速率、能够提高生产率的优异效果。通过使用本发明的Al2O3溅射靶,能够稳定地形成具有良好特性的膜。本发明的Al2O3溅射靶在栅极绝缘膜、掩模、蚀刻阻挡层等半导体元件的形成中是有用的。
Claims (14)
1.一种Al2O3溅射靶,其中,所述Al2O3溅射靶的纯度为99.99重量%以上、相对密度为85%以上且95%以下、体积电阻率为10×1014Ω·cm以下、介质损耗角正切为15×10-4以上。
2.如权利要求1所述的Al2O3溅射靶,其中,所述Al2O3溅射靶的平均晶粒尺寸为0.3μm~3.0μm。
3.如权利要求1或2所述的Al2O3溅射靶,其中,所述Al2O3溅射靶的表面粗糙度Ra为1.0μm~2.0μm。
4.如权利要求1~3中任一项所述的Al2O3溅射靶,其中,所述Al2O3溅射靶的抗折强度为200MPa以上。
5.如权利要求1~4中任一项所述的Al2O3溅射靶,其特征在于,在将靶设置于具有RF电源的溅射装置中、并在输入功率:2.5W/cm2~3.0W/cm2、Ar分压:0.5Pa、膜厚:的条件下进行成膜时的成膜速率为以上。
6.如权利要求1~5中任一项所述的Al2O3溅射靶,其特征在于,在将靶设置于具有RF电源的溅射装置中、并在输入功率:2.5W/cm2~3.0W/cm2、Ar分压:0.5Pa、膜厚:的条件下进行成膜时的预烧时间为200千瓦时以内。
7.如权利要求1~6中任一项所述的Al2O3溅射靶,其特征在于,在将靶设置于具有RF电源的溅射装置中、并在输入功率:2.5W/cm2~3.0W/cm2、Ar分压:0.5Pa、膜厚:的条件下在直径为300mm的晶片上进行成膜时,存在于晶片上的大于0.12μm的粉粒数少于100个。
8.如权利要求1~7中任一项所述的Al2O3溅射靶,其特征在于,在将靶设置于具有RF电源的溅射装置中、并在输入功率:2.5W/cm2~3.0W/cm2、Ar分压:0.5Pa、膜厚:的条件下在直径为300mm的晶片上进行成膜时,在晶片面内49个点处的膜厚变动(σ)为以下。
9.如权利要求1~8中任一项所述的Al2O3溅射靶,其特征在于,在将靶设置于具有RF电源的溅射装置中、并在输入功率:2.5W/cm2~3.0W/cm2、Ar分压:0.5Pa、膜厚:的条件下在直径为300mm的晶片上进行成膜时,对膜进行干法蚀刻的蚀刻速度为20nm/分钟以下。
10.一种Al2O3溅射靶的制造方法,其特征在于,对纯度为99.99重量%以上的Al2O3原料粉末进行热压,从而制作相对密度为60%以上且85%以下的成型体,并对该成型体进行常压烧结。
11.如权利要求10所述的Al2O3溅射靶的制造方法,其特征在于,在满足T≤t≤T+600℃(T为热压时的温度)的温度范围t内进行所述常压烧结。
12.如权利要求10或11所述的Al2O3溅射靶的制造方法,其中,将所述热压温度设定为800℃~1400℃。
13.如权利要求10~12中任一项所述的Al2O3溅射靶的制造方法,其中,所述方法中使用平均粒径为0.1μm~0.3μm的Al2O3原料粉末。
14.如权利要求10~13中任一项所述的Al2O3溅射靶的制造方法,其中,在常压烧结后,通过粗研磨或喷砂处理对所得到的烧结体的表面进行粗糙化。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017-049874 | 2017-03-15 | ||
JP2017049874 | 2017-03-15 | ||
PCT/JP2017/043730 WO2018168111A1 (ja) | 2017-03-15 | 2017-12-06 | Al2O3スパッタリングターゲット及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110073029A true CN110073029A (zh) | 2019-07-30 |
Family
ID=63523463
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201780077077.0A Pending CN110073029A (zh) | 2017-03-15 | 2017-12-06 | Al2O3溅射靶及其制造方法 |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20210292887A1 (zh) |
EP (1) | EP3527689A1 (zh) |
JP (1) | JP6537715B2 (zh) |
KR (1) | KR102181709B1 (zh) |
CN (1) | CN110073029A (zh) |
SG (1) | SG11201903343VA (zh) |
TW (1) | TW201835360A (zh) |
WO (1) | WO2018168111A1 (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115353373B (zh) * | 2022-08-31 | 2023-06-23 | 宁波江丰电子材料股份有限公司 | 一种氧化铝靶材及其制备方法与应用 |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10298743A (ja) * | 1997-02-28 | 1998-11-10 | Tosoh Corp | スパッタリングターゲットの製造方法 |
JP2000064034A (ja) * | 1998-08-19 | 2000-02-29 | Toshiba Ceramics Co Ltd | アルミナ・スパッタリング・ターゲット及びその製造方法並びに高周波スパッタリング装置 |
JP2002206165A (ja) * | 2000-10-24 | 2002-07-26 | Mitsubishi Materials Corp | 高出力スパッタ条件ですぐれた耐割損性を発揮する光記録媒体保護層形成用スパッタリングターゲット焼結材 |
JP2005330158A (ja) * | 2004-05-20 | 2005-12-02 | Ulvac Material Kk | 複合酸化物焼結体の製造方法及びその焼結体からなるスパッタリングターゲット |
CN101985735A (zh) * | 2009-07-29 | 2011-03-16 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种氧化铝靶材和该靶材制备的透明导电薄膜 |
WO2013065337A1 (ja) * | 2011-11-04 | 2013-05-10 | 株式会社フェローテックセラミックス | スパッタリングターゲットおよびその製造方法 |
JP2015101496A (ja) * | 2013-11-22 | 2015-06-04 | 京セラ株式会社 | 保持部材 |
CN104926304A (zh) * | 2015-06-23 | 2015-09-23 | 山东大学 | 一种氧化钆陶瓷及其制备方法 |
CN104988466A (zh) * | 2015-06-02 | 2015-10-21 | 淮阴工学院 | 一种利用双辉等离子渗金属技术低温制备α-Al2O3涂层的方法 |
CN105986228A (zh) * | 2015-02-10 | 2016-10-05 | 汕头超声显示器技术有限公司 | 一种用于制作氧化铝薄膜的溅射靶材及其制作方法 |
CN106187154A (zh) * | 2011-02-10 | 2016-12-07 | 三菱综合材料株式会社 | 用于形成太阳能电池用透明膜的溅射靶及其制造方法 |
CN106191777A (zh) * | 2016-08-29 | 2016-12-07 | 基迈克材料科技(苏州)有限公司 | 一种氧化铝溅射靶材的制备方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102432268B (zh) | 2011-09-04 | 2012-12-05 | 湖北菲利华石英玻璃股份有限公司 | 一种采用焰熔法将氧化铝粉末烧结成生产蓝宝石晶体用氧化铝块料的方法 |
-
2017
- 2017-12-06 CN CN201780077077.0A patent/CN110073029A/zh active Pending
- 2017-12-06 US US16/476,434 patent/US20210292887A1/en not_active Abandoned
- 2017-12-06 EP EP17901157.2A patent/EP3527689A1/en not_active Withdrawn
- 2017-12-06 JP JP2018517456A patent/JP6537715B2/ja active Active
- 2017-12-06 KR KR1020197014225A patent/KR102181709B1/ko active IP Right Grant
- 2017-12-06 WO PCT/JP2017/043730 patent/WO2018168111A1/ja unknown
- 2017-12-06 SG SG11201903343VA patent/SG11201903343VA/en unknown
- 2017-12-15 TW TW106144189A patent/TW201835360A/zh unknown
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10298743A (ja) * | 1997-02-28 | 1998-11-10 | Tosoh Corp | スパッタリングターゲットの製造方法 |
JP2000064034A (ja) * | 1998-08-19 | 2000-02-29 | Toshiba Ceramics Co Ltd | アルミナ・スパッタリング・ターゲット及びその製造方法並びに高周波スパッタリング装置 |
JP2002206165A (ja) * | 2000-10-24 | 2002-07-26 | Mitsubishi Materials Corp | 高出力スパッタ条件ですぐれた耐割損性を発揮する光記録媒体保護層形成用スパッタリングターゲット焼結材 |
JP2005330158A (ja) * | 2004-05-20 | 2005-12-02 | Ulvac Material Kk | 複合酸化物焼結体の製造方法及びその焼結体からなるスパッタリングターゲット |
CN101985735A (zh) * | 2009-07-29 | 2011-03-16 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种氧化铝靶材和该靶材制备的透明导电薄膜 |
CN106187154A (zh) * | 2011-02-10 | 2016-12-07 | 三菱综合材料株式会社 | 用于形成太阳能电池用透明膜的溅射靶及其制造方法 |
WO2013065337A1 (ja) * | 2011-11-04 | 2013-05-10 | 株式会社フェローテックセラミックス | スパッタリングターゲットおよびその製造方法 |
JP2015101496A (ja) * | 2013-11-22 | 2015-06-04 | 京セラ株式会社 | 保持部材 |
CN105986228A (zh) * | 2015-02-10 | 2016-10-05 | 汕头超声显示器技术有限公司 | 一种用于制作氧化铝薄膜的溅射靶材及其制作方法 |
CN104988466A (zh) * | 2015-06-02 | 2015-10-21 | 淮阴工学院 | 一种利用双辉等离子渗金属技术低温制备α-Al2O3涂层的方法 |
CN104926304A (zh) * | 2015-06-23 | 2015-09-23 | 山东大学 | 一种氧化钆陶瓷及其制备方法 |
CN106191777A (zh) * | 2016-08-29 | 2016-12-07 | 基迈克材料科技(苏州)有限公司 | 一种氧化铝溅射靶材的制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2018168111A1 (ja) | 2018-09-20 |
JPWO2018168111A1 (ja) | 2019-03-22 |
TW201835360A (zh) | 2018-10-01 |
EP3527689A1 (en) | 2019-08-21 |
KR20190069515A (ko) | 2019-06-19 |
KR102181709B1 (ko) | 2020-11-24 |
US20210292887A1 (en) | 2021-09-23 |
SG11201903343VA (en) | 2019-05-30 |
JP6537715B2 (ja) | 2019-07-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4054054B2 (ja) | 酸化ガリウム−酸化亜鉛系スパッタリングターゲット、透明導電膜の形成方法及び透明導電膜 | |
JP4926977B2 (ja) | 酸化ガリウム−酸化亜鉛系焼結体スパッタリングターゲット | |
JP4098345B2 (ja) | 酸化ガリウム−酸化亜鉛系スパッタリングターゲット、透明導電膜の形成方法及び透明導電膜 | |
WO2016088867A1 (ja) | スパッタリング用MgOターゲット材及び薄膜 | |
KR20100135957A (ko) | 몰리브덴-니오브 합금, 몰리브덴-니오브 합금을 포함하는 스퍼터링 타겟, 이러한 스퍼터링 타겟의 제조 방법 및 이러한 스퍼터링 타겟으로부터 준비되는 박막 및 그 용도 | |
JP4175071B2 (ja) | 酸化物焼結体およびスパッタリングターゲット | |
US9892891B2 (en) | Li-containing phosphoric-acid compound sintered body and sputtering target, and method for manufacturing said Li-containing phosphoric-acid compound sintered body | |
US11939647B2 (en) | Tungsten target | |
CN110073029A (zh) | Al2O3溅射靶及其制造方法 | |
JP2001295035A (ja) | スパッタリングターゲットおよびその製造方法 | |
JPWO2005019492A1 (ja) | Itoスパッタリングターゲット | |
JP6459830B2 (ja) | 酸化物焼結体及びその製造方法、並びに酸化物膜の製造方法 | |
JP2007231381A (ja) | Itoスパッタリングターゲットおよびその製造方法 | |
JP7278463B1 (ja) | タングステンターゲットおよびその製造方法 | |
TW201716353A (zh) | 含有LiCoO2的燒結體及含有LiCoO2的濺鍍靶材以及含有LiCoO2的燒結體的製造方法 | |
JP5115249B2 (ja) | 蒸着材及び該蒸着材を用いて蒸着膜を形成する方法 | |
JP2022125846A (ja) | Cu-Bi2O3スパッタリングターゲット及びその製造方法 | |
JP2023071006A (ja) | 誘電体、容量素子および誘電体の製造方法 | |
JP2004359982A (ja) | Itoスパッタリングターゲット及びその製造方法 | |
JP2003027223A (ja) | 高抵抗膜形成用ito焼結体スパッタリングターゲット及びその製造方法 | |
JP2015227262A (ja) | 酸化物焼結体及びその製造方法、並びに酸化物膜 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
AD01 | Patent right deemed abandoned | ||
AD01 | Patent right deemed abandoned |
Effective date of abandoning: 20211231 |