JP2003160862A - スパッタリング用アルミニウム含有シリコン合金ターゲット - Google Patents

スパッタリング用アルミニウム含有シリコン合金ターゲット

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JP2003160862A JP2001362015A JP2001362015A JP2003160862A JP 2003160862 A JP2003160862 A JP 2003160862A JP 2001362015 A JP2001362015 A JP 2001362015A JP 2001362015 A JP2001362015 A JP 2001362015A JP 2003160862 A JP2003160862 A JP 2003160862A
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aluminum
sputtering
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silicon alloy
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Kenichi Taniguchi
兼一 谷口
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高出力の直流スパッタリングを行っても割れが
発生することがなくパーティクル発生の少ないスパッタ
リング用アルミニウム含有シリコン合金ターゲットを提
供する。 【解決手段】Al:0.1〜15質量%、P:10〜5
0000ppmを含有し、残部がSiおよび不可避不純
物からなり、かつ原子比でP/Al≦1であるように調
整された成分組成を有するスパッタリング用アルミニウ
ム含有シリコン合金ターゲット。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、液晶パネルの反
射防止膜、4Mや16MDRMなどの半導体デバイスの
拡散防止膜、透明電極として使用されるITO(インジ
ウム錫酸化物)膜の下地絶縁層、CD−RやCD−RW
などの光記録媒体の保護膜等として使用するアルミニウ
ム含有シリコン合金薄膜を形成するためのスパッタリン
グターゲットに関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、燐をドープしたSi薄膜または
Al:5質量%を含有し残部がSiおよび不可避不純物
からなる成分組成のアルミニウム含有シリコン合金薄膜
は、液晶パネルの反射防止膜、4Mや16MDRMなど
の半導体デバイスの拡散防止膜、透明電極として使用さ
れるITO(インジウム錫酸化物)膜の下地絶縁層、CD
−RやCD−RWなどの光記録媒体の保護膜などとして
使用されており、この燐をドープしたSi薄膜およびア
ルミニウム含有シリコン合金薄膜はこれと同じ成分組成
を有するターゲットを用いて直流スパッタリングするこ
とにより形成されることが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年、燐をドープした
Si薄膜およびアルミニウム含有シリコン合金薄膜を一
層安価に形成することが求められており、ますます高出
力直流スパッタリングされる傾向にある。しかし、従来
の燐をドープしたSiおよびアルミニウム含有シリコン
合金ターゲットを一層高出力で直流スパッタリングを行
うとパーティクルの発生が激しくなり、不良品となる事
が多く、また、一層高出力で直流スパッタリングを行う
にはターゲットの冷却能力を高める必要があるところか
らバッキングプレートに供給する冷却水の圧力を高めな
ければならず、冷却水圧を高めるとバッキングプレート
の変形がますます大きくなり、従来の燐をドープしたS
iまたはアルミニウム含有シリコン合金からなるターゲ
ットでは強度が不足してスパッタ中にターゲット割れが
発生するなどの欠点があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
一層の高出力直流スパッタリングを行ってもスパッタ発
生の少なくかつパーティクル発生の少ないアルミニウム
含有シリコン合金ターゲットを得るべく研究を行なっ
た。その結果、(イ)Al:0.1〜15質量%を含有
し、残部がSiおよび不可避不純物からなる成分組成を
有するアルミニウム含有シリコン合金ターゲットにPを
10〜50000ppm含有させたアルミニウム含有シ
リコン合金ターゲットは、AlとPを共に添加すること
によりアルミニウム含有シリコン合金の結晶粒が平均粒
径3mm以下に微細化して強度が向上し、それによって
バッキングプレートの冷却水圧を高めて一層の高出力直
流スパッタリングを行ってもターゲットに割れが発生す
ることが格段に少なく、さらにターゲット結晶粒の微細
化によりスパッタ中のパーティクルの発生が極めて少な
くなる、(ロ)この場合、Pの原子数がAlの原子数を
越えると、AlP化合物の生成に必要なPの原子数以上
にPが存在することとなり、過剰のPはSi−Pの共晶
反応を起こすためにSi−Pが粗大に晶出し、そのため
にターゲットの強度が低下することがあり、したがっ
て、AlとPの含有量は原子比でP/Al≦1であるよ
うに調整された成分組成とすることが一層好ましい、と
いう研究結果が得られたのである。
【0005】この発明は、かかる研究結果に基づいて成
されたものであって、(1)Al:0.1〜15質量
%、P:10〜50000ppmを含有し、残部がSi
および不可避不純物からなる成分組成を有するスパッタ
リング用アルミニウム含有シリコン合金ターゲット、
(2)Al:0.1〜15質量%、P:10〜5000
0ppmを含有し、残部がSiおよび不可避不純物から
なり、かつ原子比でP/Al≦1であるように調整され
た成分組成を有するスパッタリング用アルミニウム含有
シリコン合金ターゲット、(3)平均粒径:3mm以下
の微細な結晶粒からなる前記(1)または(2)記載の
スパッタリング用アルミニウム含有シリコン合金ターゲ
ット、に特徴を有するものである。
【0006】この発明のスパッタリング用アルミニウム
含有シリコン合金ターゲットは、原料を鋳型内で溶解
し、得られた鋳型内の溶湯を鋳型下部から上部に向かっ
て徐々に冷却しながら下方から上方へ指向性凝固させる
ことにより作られる。その理由は、シリコンは凝固膨張
するために、下方から上方へ指向性凝固を行わないと、
最終凝固部分がインゴット内部にできてしまい、インゴ
ットに割れが発生するからである。したがって、この発
明は、(4)原料を鋳型内で溶解し、得られた鋳型内の
溶湯を鋳型下部から上部に向かって徐々に冷却しながら
下方から上方へ指向性凝固させる前記(1)、(2)ま
たは(3)記載のスパッタリング用アルミニウム含有シ
リコン合金ターゲットの製造方法、に特徴を有するもの
である。
【0007】この発明のスパッタリング用アルミニウム
含有シリコン合金ターゲットに含まれるAlを0.1〜
15質量%に限定した理由は、Alを0.1質量%未満
含有しても十分な強度および導電性が得られないのでS
iと大きな差が生じることがなく、一方、Alを15質
量%を越えて含有させると、強度および導電性は向上し
てスパッタリング中に熱衝撃やボンディングされるバッ
キングプレートにかかる冷却水圧による変形によりター
ゲット割れが発生することはないが、得られた膜は抵抗
が小さくなって、絶縁膜として十分に機能しないので好
ましくないからである。この発明のスパッタリング用ア
ルミニウム含有シリコン合金ターゲットに含まれるAl
の含有量の一層好ましい範囲は3〜7質量%である。ま
た、この発明のスパッタリング用アルミニウム含有シリ
コン合金ターゲットに含まれるPの含有量を10〜50
000ppmに限定した理由は、Pを10ppm未満含
有しても結晶粒微細化などの所望の効果が得られず、一
方、Pを50000ppmを越えて含有させると、スパ
ッタリング中にパーティクルの発生が異常に多くなり、
また得られた膜は抵抗が小さくなって、絶縁膜として十
分に機能しないので好ましくないからである。この発明
のスパッタリング用アルミニウム含有シリコン合金ター
ゲットに含まれるPの含有量の一層好ましい範囲は50
〜1000ppm(さらに一層好ましい範囲は600〜
1000ppm)である。
【0008】溶湯に存在するPの原子数がAlの原子数
を越えて存在すると、AlPの生成に必要なPの原子数
以上にPが存在することになり、Si−Pの共晶反応が
起こるために、Si−Pが粗大に抄出することがある。
したがって、AlとPの含有量は原子比でP/Al≦1
(質量比で、P/Al≦0.465/0.535)である
ように調整された成分組成とすることが一層好ましい。
P/Alは原子比で0.1以下(質量比で、P/Al≦
0.087)であることが更に一層好ましい。
【0009】
【発明の実施の態様】原料として、純度:99.999
%の高純度Siおよび予めPをドープしたシリコンを用
意した。さらに純度:99.999%の高純度Alを用
意した。このPをドープしたシリコンと高純度Alを、
内面にシリカ粉末を塗布した内径:250mm、深さ:
210mmの石英坩堝に充填し、この原料を充填した石
英坩堝を、上部にヒーターを下部に冷却板をそれぞれ設
けた溶解装置に装入し、大気圧Ar雰囲気下で1350
℃に加熱して溶解した。得られた溶湯をそのまま石英坩
堝の中に保持し、ついで冷却板により石英坩堝内の溶湯
を下部から冷却しながら上部に設置されたヒーターの温
度を毎分2℃で徐々に下げ、下方から上方へ指向性凝固
させることによりインゴットを作製した。このようにし
て作製した直径:250mm、高さ:200mmの寸法
を有するインゴットを輪切りにし、面削を行い、直径:
230mm、厚さ:15mmの寸法を有する本発明アル
ミニウム含有シリコン合金ターゲット(以下、本発明タ
ーゲットという)1〜10および比較アルミニウム含有
シリコン合金ターゲット(以下、比較ターゲットとい
う)1〜2を作製した。
【0010】さらに、純度:99.999%の高純度S
iおよび純度:99.99%の高純度Alを通常の溶解
法により溶解しインゴットを作製し、このインゴットを
輪切りにして従来アルミニウム含有シリコン合金ターゲ
ット(以下、従来ターゲット1という)を作製し、さら
にPを1000ppmドープしたシリコンインゴットか
らSiターゲット(以下、従来ターゲット2という)を
作製した。
【0011】これら本発明ターゲット1〜10および比
較ターゲット1〜2および従来ターゲット1〜2の平均
結晶粒径を測定してその結果を表1に示したのち、本発
明ターゲット1〜10および比較ターゲット1〜2およ
び従来ターゲット1〜2を厚さ:10mmの無酸素銅製
冷却板にIn−Sn共晶はんだを用いてはんだ付けし、
通常の直流マグネトロンスパッタ装置に取り付け、 スパッタガス:Arガス5mmTorr+O2ガス10
μTorr、 直流電力:800kw、 冷却水圧:0.3MPa、 の条件にて試験時間30時間でスパッタした。スパッタ
開始から10分間は空スパッタリングし、その後、5時
間、15時間、20時間、25時間、及び30時間経過
後におけるアーク放電の回数を測定し、その結果を表1
に示した。
【0012】さらに、ターゲットの強度を評価するため
に、本発明ターゲット1〜10、比較ターゲット1〜2
および従来ターゲット1〜2をそれぞれ冷却水で冷却す
ることのできる厚さ:10mmの無酸素銅製冷却板にI
n−Sn共晶はんだを用いてはんだ付けし、冷却水圧:
0.8MPaにまで高めて、ターゲット割れの有無を調
べ、その結果を表1に示した。
【0013】
【表1】
【0014】
【発明の効果】表1に示される結果から、本発明ターゲ
ット1〜10は、従来ターゲット1〜2に比べて結晶粒
が微細であり、アーク放電回数が少ないところからパー
ティクル発生が極めて少なく、さらに高圧の冷却水圧を
かけてもターゲット割れがないところから強度が一段と
優れていることが分かる。しかし、この発明の範囲から
外れてPを含む比較ターゲット1〜2は好ましくない特
性が現れることが分かる。
【0015】上述のように、この発明は、高電力の直流
スパッタリングを行ってもターゲット割れが発生するこ
とがなく、パーティクルの発生が極めて少ないアルミニ
ウム含有シリコン合金薄膜を形成するためのスパッタリ
ング用ターゲットを提供することができ、電子産業の発
展に大いに貢献し得るものである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Al:0.1〜15質量%、P:10〜5
    0000ppmを含有し、残部がSiおよび不可避不純
    物からなる成分組成を有することを特徴とするスパッタ
    リング用アルミニウム含有シリコン合金ターゲット。
  2. 【請求項2】Al:0.1〜15質量%、P:10〜5
    0000ppmを含有し、残部がSiおよび不可避不純
    物からなり、かつ原子比でP/Al≦1であるように調
    整された成分組成を有することを特徴とするスパッタリ
    ング用アルミニウム含有シリコン合金ターゲット。
  3. 【請求項3】平均粒径:3mm以下の微細な結晶粒から
    なることを特徴とする請求項1または2記載のスパッタ
    リング用アルミニウム含有シリコン合金ターゲット。
  4. 【請求項4】原料を鋳型内で溶解し、得られた鋳型内の
    溶湯を鋳型下部から上部に向かって徐々に冷却しながら
    下方から上方へ指向性凝固させることを特徴とする請求
    項1、2または3記載のスパッタリング用アルミニウム
    含有シリコン合金ターゲットの製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008101277A (ja) * 2008-01-15 2008-05-01 Mitsubishi Materials Corp スパッタリング用ターゲット及びその製造方法
WO2015159947A1 (ja) * 2014-04-17 2015-10-22 三菱マテリアル株式会社 スパッタリングターゲット及びスパッタリングターゲットの製造方法

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Effective date: 20050201