CN1693531A

CN1693531A - 溅射靶及使用该靶的溅射方法

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Publication number: CN1693531A
Application number: CNA2005100684276A
Authority: CN
Inventors: 新井真; 石桥晓; 小松孝; 谷典明; 清田淳也; 太田淳; 杉浦功; 中村久三
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2005-04-29
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2025-04-29
Also published as: KR101108894B1; JP4959118B2; DE102005019456A1; TWI414621B; TW200538570A; CN1693531B; KR20060047524A; JP2005314773A

Abstract

在现有技术的溅射靶构型下，在通过施加负DC电压或者高频电压到靶上产生等离子体期间，会导致电流从靶流向接地护罩。因此会产生一个问题，即由于靶的外周表面上不产生等离子体使靶外周的非腐蚀区域保留下来而不被溅射。这会由于充电诱发不正常放电，或者通过在非腐蚀区域上重沉积膜而在基片表面上形成颗粒，其对膜形成的重现性产生影响，减少靶的服务效能。这种问题能够通过本发明加以解决，其中在靶(T)体的溅射表面(Ts)和外周表面(Tc)彼此交叉的区域上形成围绕靶(T)体的倾斜表面(T2)。

Description

溅射靶及使用该靶的溅射方法

技术领域

本发明涉及用于溅射的靶和使用该靶的溅射方法，更明确地讲，涉及用于磁控管型溅射装置的靶和使用该靶的溅射方法。

背景技术

在磁控管型溅射中，有可能通过如下的方法提高等离子体的密度：在靶的后面布置具有磁极交替的磁体阵列的磁体组件，使用该磁体组件在靶溅射表面的前面形成隧道形磁通，并且俘获在溅射表面前方电离的电子和由溅射产生的二次电子以便增加溅射表面上的电子密度以及增加这些电子与稀有气体气体分子的碰撞几率。所以，磁控管型溅射具有例如提高形成沉积膜的速度的优点，因此用于在待处理的基片上形成预定的薄膜。

迄今为止，人们使用圆柱形或者正方形棱柱构型的只在高磁通密度的溅射表面区域加厚的靶作为磁控管溅射型溅射装置的靶(例如见图2的日本公开专利申请公布No.18435/1995)。

围绕靶的外周布置一个接地护罩(earth shield)用于在将靶安装在溅射装置上时包围它，从而稳定地产生等离子体。接地护罩的功能是防止与靶相连的例如背板(backing plate)等部件由于在这些部件与接地护罩之间形成暗区而被溅射。

但是，在通过施加负DC电压或者高频电压到靶产生等离子体期间，这种布置会导致电流从靶流向接地护罩。这样会产生一个问题，即靶外周的非腐蚀区域会由于在靶的外周表面上不产生等离子体而保持不被溅射。

在这种情况下，如果非腐蚀区域保留在靶的外周，则会由于充电而诱发不正常放电，或者重新沉积在非腐蚀区域上的膜会在基片表面上产生颗粒。这会对膜形成的重现性产生影响，降低靶的服务效能。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种溅射靶和使用该靶的溅射方法，其使得靶的外周区域能够成为溅射区域，抑制不正常放电和颗粒的产生，此外还具有高的服务效能。

为了获得该目的，本发明具有预定外形的溅射靶的特点是，在靶体的溅射表面和外周表面彼此交叉的区域上围绕靶体形成了倾斜的表面。

根据本发明，在靶体的溅射表面和外周表面彼此交叉的区域上围绕靶体提供倾斜表面使得有可能减小倾斜表面与布置在靶后面的磁体组件之间的距离，从而增加靶倾斜表面的磁场强度。因此，由于倾斜表面的电子密度也增加，从而当向靶施加负DC电压或者高频电压时，在靶的倾斜表面上能够均匀地产生等离子体。从而靶的外周区域也能够成为溅射腐蚀区域。

因此，有可能防止由于充电诱发的不正常放电，和防止作为在基片表面上产生颗粒的原因的膜的重沉积。此外，因为靶的外周区域能够被溅射，所以有可能均匀地腐蚀靶表面从而改良其服务效能。

优选地，倾斜表面距离溅射表面的高度被设定为大约是靶中心部分的20-80％，从而使靶的外周区域成为溅射腐蚀区域。

再优选地，溅射表面与倾斜表面之间的夹角可以设定为5-60°，从而使靶的外周部分成为溅射腐蚀区域。

已知当通过引入预定的溅射气体，例如氩气，在等离子体气氛中溅射包括铟、锡和氧的ITO溅射靶时，导致颗粒产生的黄粉将沉积在非腐蚀区域上。当使用本发明的外周能够成为溅射腐蚀区域的靶作为包括铟、锡和氧的ITO溅射靶时，则能够消除这个问题。

优选地，该靶可以是用于磁控管型溅射装置的靶，其通过在溅射表面的前方形成磁通并且在靶与待处理基片之间形成电场而产生用于溅射靶的等离子体。

根据本发明，进一步提供了一种使用根据权利要求1-3中任何一个的靶的溅射方法，其中通过在靶的溅射表面前方形成磁通并在靶与待处理表面之间形成电场而产生等离子体，该方法的特点是，溅射的执行是通过引入氧、氮、碳或者氢或者这些气体的混合物。

发明效果

如上所述，本发明的溅射靶和使用该靶的溅射方法能够使靶的外周区域成为溅射腐蚀区域。这使得有可能防止不正常放电和颗粒的产生，从而获得更高的膜形成重现性和高的靶服务效能。

附图说明

本发明的附加优点和特征通过结合附图从后面的说明和附属权利要求中将变得显而易见，其中：

图1是显示具有本发明的靶的溅射装置的示意图；

图2(a)和(b)是分别显示现有技术和本发明溅射腐蚀区域的解释图；

图3(a)-(c)分别是本发明的靶的透视图、平面图和侧视图；

图4(a)-(c)是显示本发明修改实施例的靶的简图；和

图5是显示当外加电功率改变时电弧放电数目的简图，作为本发明的靶与现有技术靶相比较的一个实例。

具体实施方式

参考图1，指代数字1表示具有本发明溅射靶T的磁控管型溅射装置。该溅射装置1是所谓的直列型(inline type)，具有通过真空装置保持在预定真空度下的溅射室11，该真空装置包括例如旋转式泵、涡轮分子泵或者类似的泵(未显示)。基片传递装置2布置在溅射室11的上方。基片传递装置2具有已知的结构，包括例如在上面安装待处理基片S并通过驱动装置(未显示)间接地加以驱动进而将基片S传递到与靶T相对的位置的运载器21。

气体导入装置3也布置在溅射室11内。气体导入装置3与多个气体源通过气体管道32相通，中间插入质量流控制器31从而以恒定的流速将气体引入到溅射室11中，气体包括溅射气体和在必要的情况下使用的反应气体，溅射气体如氩气，反应气体包括在反应溅射中使用的氧、氮、碳或者氢或者这些气体的混合物。

阴极组件4具有长圆形的靶T，其是根据即将沉积在基片S上的薄膜的成分用例如Si、Ta、Al、C、ZnO或者ITO制成的。在本实例中，靶T是由原料，例如Si等，通过使用任何一种已知的方法，例如挤压法或者铸造法，制成的。在ITO靶实例中，它是在用例如球磨机混合预定粉末之后用任何一种已知的方法形成的。

这样形成的靶T与背板41相连，用于在溅射期间冷却靶T，背板通过绝缘板42安装在阴极组件43的框43上。

围绕靶T的外周布置接地护罩44，从而稳定地产生等离子体。接地护罩44的功能是防止与靶T相连的部件，例如背板41，由于在这些部件，例如背板41，与接地护罩44之间形成暗区而被溅射。

磁体组件45布置在靶T的后面并安装在阴极组件4上。磁体组件45具有支持部件45a，在支持部件上面以预定的间隔、磁极交替地布置三个磁体45b和45c。这种布置能够通过在靶T的溅射表面前方形成闭合环路隧道形磁通M和通过俘获在溅射表面前方电离的电子以及由溅射产生的二次电子增加溅射表面水平处的电子密度从而增加等离子体密度。

大体上，靶T的外形尺寸被设定成大于待处理基片S的尺寸。因此基片的尺寸越大，靶T的尺寸越大。如果基片和靶的尺寸较大，则要在靶T后面以预定的间隔并排布置多个磁体组件45。此外，当基片的外形尺寸较大时，可以在溅射室11内布置多个阴极组件4。

用驱动装置驱动运载器21进而将基片S传递到与靶T相对的位置，并通过气体导入装置3引入溅射气体和反应气体，从而形成垂直于基片S和靶T的电场和在靶T前方产生等离子体，通过溅射靶T在基片S上的形成薄膜。

如果磁体组件45的位置固定，则等离子体密度会局部增加，从而靶T的溅射腐蚀将主要集中在高等离子体密度的区域。这会减少靶的服务效能。因此磁体组件45要布置成能够通过由马达46a构成的驱动装置46在沿着靶T的两个水平位置之间以恒定的速度来回移动靶T。

在接地护罩44围绕靶布置的结构下，当通过施加负DC电压或者高频电压到靶产生等离子体时，电流趋向于从靶流向接地护罩44。因此，在现有技术的具有例如圆柱形或者正方形棱柱构型的靶的外周部分表面上没有等离子体产生。

当溅射具有现有技术构型的靶“t”(图2(a))时，非腐蚀区域“tu”保留在其外周。保留在靶“t”外周“t1”上的非腐蚀区域“tu”会由于充电或者非腐蚀区域上的膜重沉积而诱发不正常放电，这会在基片表面上产生颗粒。这给膜形成的重现性带来影响，并降低了靶的服务效能。

如图2(b)和3最清晰显示的，本发明优选实施例的靶T在靶T体的溅射表面Ts和外周表面Tc彼此交叉的区域上均匀地形成了围绕靶T体的倾斜表面T2。也就是说，靶T在溅射表面Ts一侧的外周区域被切边。在这种情况下，当靶T安装在溅射装置1上时，倾斜表面T2形成布置在向溅射室11凸出的至少超过接地护罩44的位置。

靶T的倾斜表面T2距离溅射表面Ts的高度H1被设定在大体上为靶T中心部分高度HT 20-80％的范围，溅射表面Ts与倾斜表面T2之间的夹角α被设定在5-60°的范围，以便减少倾斜表面T2与磁体组件45之间的距离，从而增加倾斜表面T2处磁场的强度。优选地，外周侧表面Tc到倾斜表面T2顶部的距离W1被设定在分别是靶T最大轴WL和最小轴WT 10-50％的范围。

倾斜表面T2能够在将靶T加工成预定构型期间用任何一种已知的方法形成，例如积压法或者铸造法，或者它能够在将靶T加工成预定构型之后用切割工具通过切边加工而成。

根据本发明，因为有可能减少倾斜表面T2与磁体组件45之间的距离，从而增加磁场强度，所以当向靶T施加负DC电压或者高频电压产生等离子体时，即使在倾斜表面T2上也能够产生等离子体。因此，当例如如上所述地导入或者不导入反应气体进行溅射时，靶T的外周部分T1也能够被溅射并形成如图2(b)所示的溅射腐蚀区域。

已知当包括铟、锡和氧的ITO溅射靶通过导入预定的溅射气体，例如氩气，在等离子体气氛中被溅射时，导致颗粒形成的黄粉被沉积在非腐蚀区域上。然而当使用本发明的外周能够作为溅射腐蚀区域的靶作为包括铟、锡和氧的ITO溅射靶时，能够消除这种问题。

尽管本发明优选实施例的靶T是参考具有长圆形构型说明的，但是它并不仅限于这种构型，也可以使用如图4(a)-(c)所示的其他构型。溅射腐蚀区域能够通过斜切靶的外周形成倾斜表面T2从而在具有如上构型的靶T的外周形成。当在靶T的后面布置多个磁体组件45时，这也是可行的。

实施例1

根据实施例1，靶T是通过使用一种已知的方法由Si形成具有大轴WL(300mm)、小轴WT(125mm)和高度HT(10mm)的长圆构型。然后在靶上形成斜面，即具有侧面宽度W1(20mm)和高度H1(5mm)的倾斜表面T2，最后将其连接到背板41。

靶T安装在溅射装置1上，随后通过真空转移装置21将玻璃基片S转移到与靶T相对的位置。

在溅射条件下，溅射室11内的压力保持在0.4Pa的真空度下并将作为溅射气体的氩气和作为反应气体的氮气在质量流控制器31的控制下导入到溅射室11内，在玻璃基片上连续地沉积氮化硅膜。在这种情况下，靶T与玻璃基片之间的距离设定为90mm。图5中的线“A”显示了施加0-7kW范围的不同电功率(DC电压)到靶上时每单位时间间隔(min)放电(不正常放电)数目的结果。

对比实例1

在对比实例1中，Si靶T被制成具有与实例1相同的尺寸，但在溅射表面Ts与外周侧表面Tc交叉的区域内没有形成斜面。溅射条件与实施例1也相同，并且在转移到与靶T相对位置处的玻璃基片上形成氮化硅膜。

类似于实施例1，图5中的线“B”显示了施加0-7kW范围的不同电功率(负DC电压)到靶上时每单位时间间隔(min)放电(不正常放电)数目的结果。

由图5显见，对比实施例的电弧放电数目与施加到靶T上的电功率成比例地显著增加，并且当所施加的电功率增加到超过6kW时，数目超过了20次。相反，尽管施加到靶T上的电功率增加，但实施例1的电弧放电数目没有显著增加，并且在Si溅射通常所用的电功率(大约7kW)范围，电弧放电的数目能够抑制在小于对比实施例1的1/6。这是因为本发明靶T的外周部分T1能够被有利地溅射。

本发明是参考优选实施例加以说明的。显然，本领域的普通技术人员一旦阅读和理解了先前的详细说明便能够进行各种修饰和改变。因此本发明的解释意图包括本范国内的所有这些改变和修饰，它们来自于附属权利要求或其等价物的范围内。

Claims

1.一种具有预定外形的溅射靶，其中在靶(T)体的溅射表面(Ts)和外周表面(Tc)彼此交叉的区域上围绕靶(T)体形成一个倾斜表面(T2)。

2.根据权利要求1的溅射靶，其中倾斜表面(T2)距离溅射表面(Ts)的高度(H1)被设定在靶(T)的大致中心部分的高度(HT)的20-80％的范围。

3.根据权利要求1或者2的溅射靶，其中溅射表面(Ts)与倾斜表面(T2)之间角度(α)被设定在5-60°范围。

4.根据权利要求1-3任何一个的溅射靶，其中靶(T)是ITO溅射靶，包括铟(In)、锡(Sn)和氧(O)。

5.根据权利要求1-4任何一个的溅射靶，其中靶(T)是用于磁控管型溅射装置的靶，其通过在溅射表面(Ts)的前面形成磁通(M)和在靶(T)与待处理基片(S)之间形成电场产生用于溅射靶(T)的等离子体。

6.使用根据权利要求1-3任何一个的靶的溅射方法，其中通过在溅射表面(Ts)的前面形成磁通(M)和在靶(T)与待处理基片(S)之间形成电场产生等离子体，其特征在于通过引入氧(O)、氮(N)、碳(C)或者氢(H)或者这些气体的混合物执行溅射。