JP2009197279A - スパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】 薄膜の結晶粒径の大きさを抑制するためにドーピング材料にメッキ加工が必要でなく、従来と比べて費用が安いターゲット材料を提供すること。
【解決手段】 薄膜１の基本部分となるクロム１１（原料粉）と、原料粉の結晶粒径が粗大化を防止するのを防止する窒化クロム１２（ドーピング材料）と、クロム１１と窒化クロム１２を混合して焼結により成形されるスパッタリングターゲット１０であって、ドーピング材料の窒化クロムは、原材料と同じクロム１１の金属元素とスパッタリングの雰囲気ガスと同じ成分の元素である窒素元素を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被膜材料の表面に薄膜を形成するスパッタリングに使用されるスパッタリングターゲットに関する。

従来技術では、薄膜の基本部分となる原料粉の結晶粒径を微細化するため、原料粉に結晶粒径粗大化を防止する効果（ピン止め効果）を持たせるドーピング材料をメッキして焼結しターゲット材料とすることで、薄膜の結晶粒径の大きさを抑制している。（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−１７１３５９号公報

しかしながら、ドーピング材料はメッキが可能な物質に限定されるため、メッキができない金属窒化物や酸化物などを用いることができない。また、ドーピング材料にメッキ加工を行った後に焼結するため、メッキ加工が必要な分費用が高くなる問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、薄膜の結晶粒径の大きさを抑制するためにドーピング材料にメッキ加工が必要でなく、従来と比べて費用が安いターゲット材料を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、薄膜の基本部分となる原料粉と、前記原料粉の結晶粒径が粗大化を防止するドーピング材料と、前記原料粉と前記ドーピング材料を混合して焼結により成形されるスパッタリングターゲットであって、前記ドーピング材料は、前記原材料と同じ金属元素とスパッタリングの雰囲気ガスと同じ成分の元素を持った化合物であることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記金属元素はクロムで、雰囲気ガスは窒素であることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、前記原料粉と前記ドーピング材料の混合割合ｗｔ％は７０／３０から３０／７０の間であることを特徴とする。

請求項１に記載の発明では、ターゲットは、原料粉と、原料粉と同じ元素とスパッタリングの雰囲気ガスと同じ元素を備えたドーピング材料と、を焼結して成形するため、ピン止め効果によりクロム金属の結晶粒の粗大化を防ぐことができる。また、スパッタリングターゲット中の結晶粒径が小さいため、スパッタリングによる成膜の際にドロップレットにより飛び出す粒子を小さくできる。これらの効果により成膜後の被膜表面の面粗度が向上する。

また、請求項２に記載の発明では、窒化クロムの被膜成分とすることができ、耐摩耗性、耐潤滑性等にすぐれた被膜を形成できる。

特に、請求項３に記載の発明とすることにより、成膜後の薄膜の面粗度が向上する。

以下に本発明の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明のスパッタリングターゲット１０の結晶状態を示す説明図である。スパッタリングターゲット１０は、クロム１１（原料粉）とスパッタリングの雰囲気ガスと同じ窒素の元素を持った化合物である窒化クロム（ドーピング材料）を混合し焼結して成形したものである。クロム１１の結晶粒は、窒化クロム１２の結晶粒と相互に配置される。クロム１１の融点は７００℃〜８００℃の間であり、窒化クロム１２の融点は１５００℃である。

クロム１１、窒化クロム１２の結晶粒径を交互に配置することで、クロム１１、窒化クロム１２の融点の違いからピン止め効果が得られクロム１１の結晶粒の粗大化を防ぐことができる。

図２は、本発明のスパッタリングターゲット１０のドロップレット発生を示す説明図である。図２（ａ）でスパッタリングにおいてアーク放電１３の発生初期時は、スパッタリングターゲット１０のクロム１１をイオン化するエネルギーがなく、溶融する。このとき図２（ｂ）に示すように、スパッタリングターゲット１０のクロム１１が溶融してドロップレット１４が生じる。このとき窒化クロム１２がクロム１１の周囲にあるため、溶融はクロム１１のみであり、スパッタリングターゲット１０から飛び出すクロム粒子を小さくできる。図２（ｃ）でイオン化可能なエネルギーをもったアーク放電１３があると、スパッタリングターゲット１０からイオン化したクロムイオン１５、窒素イオン１６が飛び出して、被膜材料２（図３〜１０）に薄膜１（図３〜１０）を形成する。

（実験結果）
図３〜図１１は、原料粉のクロム１１とドーピング材料の窒化クロムの混合割合ｗｔ％を変えた場合の、実験結果である。

実験の条件は、原料粉のクロムの粉末粒径は５０μｍ以下で、ドーピング材料の窒化クロムの粉末粒径は１０μｍ以下である。放電プラズマ焼結の条件は温度１０５０℃、圧力２０ＭＰａ、雰囲気は真空５０Ｐａ以下、昇温速度２５℃／ｍｉｎ、保持時間５ｍｉｎである。

図３と図４は、原料粉のクロムとドーピング材料の窒化クロムの混合割合ｗｔ％が、１００／０の場合（従来）の断面と表面である。

図５と図６は、原料粉のクロムとドーピング材料の窒化クロムの混合割合ｗｔ％が、７０／３０の場合の断面と表面である。

図７と図８は、原料粉のクロムとドーピング材料の窒化クロムの混合割合ｗｔ％が、５０／５０の場合の断面と表面である。

図９と図１０は、原料粉のクロムとドーピング材料の窒化クロムの混合割合ｗｔ％が、３０／７０の場合の断面と表面である。

薄膜の断面は、原料粉のクロムとドーピング材料の窒化クロムの混合割合ｗｔ％が７０／３０の場合、５０／５０の場合に、薄膜が均一に成長（厚く）している。また、薄膜の表面は同様に、原料粉のクロムとドーピング材料の窒化クロムの混合割合ｗｔ％が７０／３０の場合、５０／５０の場合に滑らかになる。

図１１は、原料粉のクロム１１とドーピング材料の窒化クロム１２の混合割合ｗｔ％を変えた場合の面粗度（自乗平均平方根粗さＲｍｓ、算術平均粗さＲａ、最大高さＲｍａｘ、十点平均粗さＲｚ）の測定結果である。原料粉のクロムとドーピング材料の窒化クロムの混合割合ｗｔ％が従来の１００／０の場合と比較して、７０／３０、５０／５０、３０／７０の場合に面粗度が向上していることがわかる。

本発明では、スパッタリングターゲット１０は、クロム１１と、窒化クロム１２を焼結して成形するため、ピン止め効果によりクロム１１の結晶粒の粗大化を防ぐことができる。また、スパッタリングターゲット１０中の結晶粒径が小さいため、スパッタリングによる成膜の際にドロップレット１４により飛び出す粒子を小さくできる。これらの効果により成膜後の薄膜１の面粗度が向上する。

本発明のスパッタリングターゲットの結晶状態を示す説明図である。 本発明のスパッタリングターゲットのドロップレット発生を示す説明図である。 原料粉のクロムとドーピング材料の窒化クロムの混合割合ｗｔ％が、１００／０の場合（従来）の断面である。 原料粉のクロムとドーピング材料の窒化クロムの混合割合ｗｔ％が、１００／０の場合（従来）の表面である。 原料粉のクロムとドーピング材料の窒化クロムの混合割合ｗｔ％が、７０／３０の場合の断面である。 原料粉のクロムとドーピング材料の窒化クロムの混合割合ｗｔ％が、７０／３０の場合の表面である。 原料粉のクロムとドーピング材料の窒化クロムの混合割合ｗｔ％が、５０／５０の場合の断面である。 原料粉のクロムとドーピング材料の窒化クロムの混合割合ｗｔ％が、５０／５０の場合の表面である。 原料粉のクロムとドーピング材料の窒化クロムの混合割合ｗｔ％が、３０／７０の場合の断面である。 原料粉のクロムとドーピング材料の窒化クロムの混合割合ｗｔ％が、３０／７０の場合の表面である。 原料粉のクロムとドーピング材料の窒化クロムの混合割合ｗｔ％を変えた場合の面粗度（自乗平均平方根粗さＲｍｓ、算術平均粗さＲａ、最大高さＲｍａｘ、十点平均粗さＲｚ）の測定結果である。

符号の説明

１ 薄膜
１０ スパッタリングターゲット
１１ クロム（原料粉）
１２ 窒化クロム（ドーピング材料）

Claims (3)

1. 薄膜の基本部分となる原料粉と、
   前記原料粉の結晶粒径が粗大化を防止するドーピング材料と、
   前記原料粉と前記ドーピング材料を混合して焼結により成形されるスパッタリングターゲットであって、
   前記ドーピング材料は、前記原材料と同じ金属元素とスパッタリングの雰囲気ガスと同じ成分の元素を持った化合物であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
2. 前記金属元素はクロムで、雰囲気ガスは窒素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ターゲット。
3. 前記原料粉と前記ドーピング材料の混合割合ｗｔ％は７０／３０から３０／７０の間であることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。

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