JP5812217B1 - 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 - Google Patents

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Abstract

【課題】スパッタリングターゲットの抗折強度を高めて、割れ易さを抑制し、異常放電が少なく、安定的に高速成膜できるシリコンを主成分としたスパッタリングターゲットの提供。【解決手段】体積抵抗10Ω・cm以下、理論密度比が85%〜99%、抗折強度が65N/mm2以上であって、Ni、Alから選ばれた少なくとも1種類の金属元素:0.5〜10at%と、B又はP:0.01〜10000重量ppmとを含有したリコンスパッタリングターゲットであって、B又はPを含有している平均粒径150μm以下のSi粉末と、Ni及びAlから選ばれた少なくとも1種類の金属元素からなる粉末又は金属元素を含むシリサイト粉末とを混合し、加圧焼結したシリコンスパッタリングターゲット。【選択図】なし

Description

本発明は、ターゲット割れを抑制し、スパッタリング時の異常放電を低減し、しかも、安定的に高速成膜が可能な、シリコン(Si)を主成分としたスパッタリングターゲット及びその製造方法に関する。
シリコン(Si)膜、シリコンの窒化物膜、又は、シリコンの酸化物膜を成膜するために、シリコン(Si)スパッタリングターゲットがよく使われている。Si膜は、Siスパッタリングターゲットを用いて、そのまま成膜されるが、シリコンの窒化物膜又はシリコンの酸化物膜を成膜する場合には、Siスパッタリングターゲットを用いて、窒素や酸素を含んだ雰囲気で反応性スパッタリング技術を用いて成膜することが一般的である。
これらの膜を形成するために、一般的に、結晶系Siスパッタリングターゲット(単結晶又は多結晶のSiスパッタリングターゲット)が使われている。結晶系Siスパッタリングターゲットは、純度が高く、入手が容易であるなどのメリットがあるが、スパッタリング中に割れやすく、また、成膜速度が非常に遅いなどという課題がある。
そのため、結晶系Siスパッタリングターゲットの熱処理及び化学エッチング処理により、成膜速度や耐割れ性の向上を図ることが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。一方、成膜速度や耐割れ性の向上を図るため、Si粉末を用いてSiの焼結体を製造する方法が提案されている(例えば、特許文献2、3などを参照)。この製造方法によって、焼結体密度99%以上の高密度スパッタリングターゲットを得ることができる。
さらに、SiとMo、W、Ti、Nb、Cr、Taからなる高融点金属群のシリサイトからなるスパッタリングターゲットが提案されている(例えば、特許文献4を参照)。また、溶射法により、原子番号が11以下の金属が含有された金属シリコンでターゲット材を形成して、ターゲット材の抵抗率を低下させた、導電性のあるSiスパッタリングターゲットを製造する方法が提案されている(例えば、特許文献5を参照)。
特開平7−268616号公報 特許第3819863号公報 特許第4354721号公報 特開2002−173765号公報 特開2012−007218号公報
上記特許文献2、3で提案されたスパッタリングターゲットの製造方法によれば、焼結体密度99%以上の高密度スパッタリングターゲットを得ることができるが、得られたスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング成膜では、その成膜速度が結晶系Siスパッタリングターゲットと違いがなく、依然として、スパッタリング中に割れやすいという問題が残されている。
また、上記特許文献4により、Siを主成分とし、Mo、W、Ti、Nb、Cr、Taからなる高融点金属群のシリサイトを添加したスパッタリングターゲットが提案されているが、このスパッタリングターゲットに関しては、以下の問題がある。
i)焼結から冷却までを有する一般的な製造によると、その工程が複雑となり、高融点金属の添加により応力が発生しやすく、残留応力が生じ、焼結体にクラックが入りやすい。また、高電力密度での直流(DC)スパッタリング成膜時に割れやすい。
ii)スパッタリングターゲットの導電性を確保するために、シリコンは97重量%までしか添加できず、これ以上添加すると、導電性がなくなる。このため、シリコン添加量97重量%以上のスパッタリングターゲットを作製することができない。
iii)高融点金属を使うため、溶射法を用いたターゲット製造方法に適用できず、円筒型スパッタリングターゲットなど、平板形状以外のスパッタリングターゲットの製造ができない。
一方、上記特許文献5には、溶射法により、導電性のあるSiスパッタリングターゲットを製造する方法が提案されているが、ここでは、原子番号11以降の金属元素を添加することを展開していないため、このSiスパッタリングターゲットを用いてスパッタリング成膜する場合には、成膜速度が遅いという課題を解決できない。
そこで、本発明は、スパッタリングターゲットの抗折強度を高めて割れやすさを抑制し、スパッタリング時の異常放電を低減し、しかも、安定的に高速成膜できるSiを主成分としたスパッタリングターゲットを提供することを目的とする。
本発明者らは、Siスパッタリングターゲットに、Ni又はAl及びB又はPを添加することによって、容易に低抵抗化を図ることができ、さらに、スパッタリングターゲットの強度を向上することができるという知見を得た。
SiスパッタリングターゲットにNi又はAl及びB又はPを添加することより、スパッタリングターゲットが低抵抗化し、直流(DC)スパッタリングや中間周波(MF)スパッタリングに適用が可能となり、スパッタリング成膜の向上を図ることができるとともに、パッタリングターゲットの抗折強度が向上し、機械加工時、さらには、スパッタリング時における耐割れ性に優れたスパッタリングターゲットを作製できることが確認された。
したがって、本発明は、上記知見から得られたものであり、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
(1)本発明のスパッタリングターゲットは、Ni及びAlから選ばれた少なくとも1種類の金属元素:0.5〜10at%と、B又はP:0.01〜10000重量ppmとを含有し、残部がSi及び不可避不純物からなる焼結体であって、前記焼結体の体積抵抗が10Ω・cm以下であり、かつ、理論密度比は85%〜99%、抗折強度が65N/mm以上であることを特徴とする。
(2)本発明のスパッタリングターゲットの製造方法は、B又はPを含有している平均粒径150μm以下のSi粉末と、Ni及びAlから選ばれた少なくとも1種類の金属元素からなる粉末又は前記金属元素を含むシリサイト粉末とを、Ni元素及びAl元素の合計が0.5〜10at%、B又はPの含有量が0.01〜10000重量ppmになるように配合して混合し、加圧焼結することを特徴とする。
(3)本発明のスパッタリングターゲットの製造方法は、平均粒径150μm以下のSi粉末と、B粉末又はP粉末と、Ni及びAlから選ばれた少なくとも1種類の金属元素からなる粉末又は前記金属元素を含むシリサイト粉末とを、Ni元素及びAl元素の合計が0.5〜10at%、B又はPの含有量が0.01〜10000重量ppmになるように配合して混合し、加圧焼結することを特徴とする。
(4)本発明のスパッタリングターゲットの製造方法は、B又はPを含有している平均粒径150μm以下のSi粉末と、Ni及びAlから選ばれた少なくとも1種類の金属元素からなる粉末又は前記金属元素を含むシリサイト粉末とを、Ni元素及びAl元素の合計が0.5〜10at%、B又はPの含有量が0.01〜10000重量ppmになるように配合して混合し、溶射焼結することを特徴とする。
(5)発明のスパッタリングターゲットの製造方法は、平均粒径150μm以下のSi粉末と、B粉末又はP粉末と、Ni及びAlから選ばれた少なくとも1種類の金属元素からなる粉末又は前記金属元素を含むシリサイト粉末とを、Ni元素及びAl元素の合計が0.5〜10at%、B又はPの含有量が0.1〜20000重量ppmになるように配合して混合し、溶射焼結することを特徴とする。
上記のように、本発明のスパッタリングターゲットの特徴は、Ni及びAlから選ばれた少なくとも1種類の金属元素:0.5〜10at%と、B又はP:0.01〜10000重量ppmとを含有し、残部がSi及び不可避不純物からなる焼結体において、前記焼結体の体積抵抗を10Ω・cm以下、かつ、理論密度比は85%〜99%、抗折強度を65N/mm以上とすることである。
Siに、Ni又はAl及びB又はPを添加することによって、容易に低抵抗化を図ることができる。さらに、スパッタリングターゲットの強度を向上しやすく、Siを99.5at%含有した場合であっても、低い添加量でも、スパッタリング成膜の速度を向上することができるとともに、機械加工時、さらには、スパッタリング時に割れないスパッタリングターゲットを作製することができる。スパッタリングターゲットの体積抵抗が高いと、直流(DC)スパッタリングや中間周波(MF)スパッタリングに適用できない。スパッタリングターゲットの抗折強度が足りないと、割れやすい。従来技術による焼結タイプのSiスパッタリングターゲットと比較して、Ni又はAl及びB又はPが添加されると、成膜速度が速くなる。
また、添加されるNi、Al元素の含有量が0.5at%以下になると、スパッタリングターゲットの抗折強度の向上、耐割れ性の向上の効果が得られない。一方、その含有量が10at%を超えると、添加金属元素とのシリサイトがターゲット中に大量に形成されるため、スパッタリングターゲットが脆くなりやすく、さらに、スパッタリング時において、そのシリサイトによる異常放電の発生が増大する。粉末焼結法又は溶射焼結法により製造する場合には、スパッタリングターゲットに含有されるNi、Alの含有量が多くなると、添加されたNi,Alが酸化されやすいため、ターゲット中の酸素の含有量が多くなり、スパッタリング時における異常放電が増える。なお、スパッタリングターゲットに含有されるNi、Alの金属元素は、Ni、Al単体として含まれても良く、NiとAlとの合金、NiとSiとの化合物、AlとSiとの化合物になっていても良い。さらに、これらの金属や合金、シリサイトには、B又はPを含んでも良い。
さらに、本発明のスパッタリングターゲットには、B又はPが0.01〜10000重量ppm含有されることを特徴としているが、その含有量が0.01重量ppm以下になると、スパッタリングターゲット面内における電気抵抗分布が悪くなり、一様な低抵抗化が困難になる。一方、その含有量が、10000重量ppmを超えて増えると、B又はPと添加金属元素(Ni、Al)の反応が増加し、スパッタリング時の異常放電発生の増加や、スパッタリングターゲットの強度の低下がみられる。
さらに、本発明ターゲットの体積抵抗が10Ω・cm以下であり、かつ、理論密度比は85%〜99%、抗折強度が65N/mm以上であることを特徴とする。スパッタリングターゲットの体積抵抗が高いと、直流(DC)スパッタリングや中間周波(MF)スパッタリングに適用できない。また、焼結法で形成されるため、理論密度比が焼結条件によって変動しやすく、85%以下になるとスパッタ中にSi粒子の脱落による異常放電が頻発し、99%以上になると、脆性が増え、大電力スパッタ時に割れが発生しやすくなる。
本発明のスパッタリングターゲットの製造方法の特徴は、1)B又はPを含有している平均粒径150μm以下のSi粉末と、Ni及びAlから選ばれた少なくとも1種類の金属元素からなる粉末又は前記金属元素を含むシリサイト粉末とを、Ni元素及びAl元素の合計が0.5〜10at%、B又はPの含有量が0.01〜10000重量ppmになるように配合して混合し、加圧焼結する、或いは、2)平均粒径150μm以下のSi粉末と、B粉末又はP粉末と、Ni及びAlから選ばれた少なくとも1種類の金属元素からなる粉末又は前記金属元素を含むシリサイト粉末とを、Ni元素及びAl元素の合計が0.5〜10at%、B又はPの含有量が0.01〜10000重量ppmになるように配合して混合し、加圧焼結することである。
上記1)及び2)の特徴を有するスパッタリングターゲットの製造では、B又はPがドープされたSi粉末、或いは、Si粉末及びB粉末又はP粉末の混合粉末を使うことによって粉末焼結しているため、スパッタリングターゲット内の電気抵抗の分布を均一化することができる。しかも、この加圧粉末焼結法の採用により、ターゲット抗折強度を焼結条件の選択により容易に調整することができるので、ターゲット抗折強度を高めることにより、ターゲット割れの発生を抑制でき、高電力密度スパッタリング時の安定性を強化することができる。
なお、上記2)の特徴を有する製造方法において、「平均粒径150μm以下のSi粉末」は、B又はPを含有していてもよい。即ち、SiにB又はPをドープするとともに、粉末としてもB又はPを添加することも可能であり、この場合には、全体としてB又はPの含有量が0.01〜10000重量ppmになっていればよい。
また、本発明のスパッタリングターゲットの製造方法の特徴は、3)B又はPを含有している平均粒径150μm以下のSi粉末と、Ni及びAlから選ばれた少なくとも1種類の金属元素からなる粉末又は前記金属元素を含むシリサイト粉末とを、Ni元素及びAl元素の合計が0.5〜10at%、B又はPの含有量が0.01〜10000重量ppmになるように配合して混合し、溶射焼結する、或いは、4)平均粒径150μm以下のSi粉末と、B粉末又はP粉末と、Ni及びAlから選ばれた少なくとも1種類の金属元素からなる粉末又は前記金属元素を含むシリサイト粉末とを、Ni元素及びAl元素の合計が0.5〜10at%、B又はPの含有量が0.1〜20000重量ppmになるように配合して混合し、溶射焼結することである。
上記3)及び4)の特徴を有する製造方法では、高融点金属を使わないため、溶射法によるスパッタリングターゲットを製造することができるようになる。溶射法を使うことで、円筒形のスパッタリングターゲット等、平板形以外のスパッタリングターゲットの製造が可能になる。なお、B及びPを単体粉末として原料粉末に添加する場合、溶射における高温で著しく蒸発するため、溶射原料粉末中のB及びP元素を、ターゲット目標組成より多く添加することが必要である。一方、NiやAlは、Siより溶射時の附着率が高く、溶射条件によって、ターゲット中のNi,Alの含有量が原料粉中のNi,Alの含有量より多くなる傾向がある。
なお、上記4)の特徴を有する製造方法において、「平均粒径150μm以下のSi粉末」は、B又はPを含有していてもよい。即ち、SiにB又はPをドープするとともに、粉末としてもB又はPを添加することも可能である。
以上の様に、本発明によるスパッタリングターゲットは、Ni及びAlから選ばれた少なくとも1種類の金属元素:0.5〜10at%と、B又はP:0.01〜10000重量ppmとを含有し、残部がSi及び不可避不純物からなる焼結体であって、前記焼結体の体積抵抗が10Ω・cm以下であり、かつ、理論密度比85%〜99%、抗折強度が65N/mm以上であることを特徴としているので、ターゲット作製のための機械加工時において、割れやひびの発生を無くし、さらには、高スパッタ電力密度の直流(DC)スパッタリングや中間周波(MF)スパッタリング時においても、異常放電を低減でき、しかも、割れやひびの発生を無くすことができる。そのため、本発明のスパッタリングターゲットを用いれば、高スパッタ電力密度のスパッタリングにおいても、安定性を強化でき、高速成膜を行うことができる。
また、本発明によるスパッタリングターゲットの製造方法は、B又はPを含有している平均粒径150μm以下のSi粉末と、Ni及びAlから選ばれた少なくとも1種類の金属元素からなる粉末又は前記金属元素を含むシリサイト粉末とを、Ni元素及びAl元素の合計が0.5〜10at%、B又はPの含有量が焼結方法に応じて所定量になるように配合して混合し、或いは、平均粒径150μm以下のSi粉末と、B粉末又はP粉末と、Ni及びAlから選ばれた少なくとも1種類の金属元素からなる粉末又は前記金属元素を含むシリサイト粉末とを、Ni元素及びAl元素の合計が0.5〜10at%、B又はPの含有量が、加圧焼結又は溶射焼結の焼結方法に応じた所定量になるように配合して混合し、加圧焼結又は溶射焼結することを特徴としており、この製造方法によれば、Ni及びAlから選ばれた少なくとも1種類の金属元素:0.5〜10at%と、B又はP:0.01〜10000重量ppmとを含有し、残部がSi及び不可避不純物からなり、体積抵抗が、10Ω・cm以下であり、かつ、理論密度比が、85%〜99%の範囲にあり、抗折強度が、65N/mm以上である焼結体が得られ、高スパッタ電力密度のスパッタリングにおいても、安定的に高速成膜を行うことができるスパッタリングターゲットを製造することができる。
実施例のスパッタリングターゲットについて、スパッタリング実施後に撮影したターゲット外観の写真である。 比較例のスパッタリングターゲットについて、スパッタリング実施後に撮影したターゲット外観の写真である。
次に、本発明のスパッタリングターゲット及びその製造方法について、以下に、実施例により具体的に説明する。
〔実施例〕
先ず、スパッタリングターゲットを製造するに当たり、Si原料、Ni原料、Al原料及びドープ用B粉末を用意した。
Si原料については、表1に示されるように、Bドープ単結晶Siウエファー、Bドープ多結晶Siブロック、純度6Nの多結晶Siブロック、Pドープ多結晶Siブロック、単結晶Siブロックをそれぞれ粉砕して得たSi粉砕粉末とし、実施例1〜15のSi粉砕粉末を作製した。なお、各実施例に用いられた粉砕前のSiウエファー、Siブロックに係る体積抵抗を、表1の「体積抵抗(Ω・cm)」欄に示した。これらの粉砕においては、ジョークラッシャーを用いて1mm程度の粗い粉末に粉砕した後、ディスククラッシャーを用いて、一定な平均粒径を有する粉末に粉砕した。粉砕時の酸化を防止するために、ディスククラッシャーを用いた粉砕プロセスでは、N雰囲気中で行った。粉砕後の粉末は、篩にて分級した。粉砕後の粉末平均粒径については、マイクロトラックを用いて測定したD50粒径を使用した。実施例1〜15のSi粉砕粉末に係る平均粒径が、表1の「粉砕粉末平均粒径(μm)」欄に示されている。
一方、Ni原料とAl原料については、表2に示される平均粒径を有するNi粉末、Niシリサイト粉末及びAl粉末を使用し、Bドープ剤として、表2に示される平均粒径を有するB粉末を使用した。Ni粉末及びAl粉末の平均粒径についても、上記Si粉末の場合と同様に測定した。なお、Ni粉末及びAl粉末中の酸素管理は、非常に重要であるため、原料粉末中の酸素を測定し、酸素含有量の低いものを選んだ。
次いで、用意したSi粉砕粉末と、Ni粉末及びAl粉末のいずれかと、場合によっては、B粉末とを、表1及び表2の「添加量(wt%)」欄に示された添加量となるように秤量し、表3の「混合方法」欄に示されるように、実施例1、2、13の場合には、V型混合器を、実施例3、4、14、15の場合には、乾式ボールミルを、そして、実施例5〜12の場合には、ロッキングミキサーを使用して混合した。その混合時間は、表3の「混合時間(hour)」欄に示されている。ここで、Al粉末などは粉じん爆発の危険があるため、上記の混合においては、不活性ガス中で行うものとし、混合後の粉末の扱いにも、静電気による火花の発生を回避する必要がある。なお、混合粉末のB元素を除く各組成元素の含有量をICP−MASS法で測定し、一方、B元素の含有量が2重量ppm以下の場合には、ICP−MASSを、2重量ppm以上の場合には、ICP発光分析を用いて測定を行った。その結果を、表3の「混合粉末の組成分析」欄に示した。
上記で得られた実施例1、3〜6、8〜10の混合粉末を、表4に示した条件(昇温速度、キープ温度、キープ時間、プレス圧力)にてホットプレス焼結(HP)又は熱間静水圧焼結(HIP)より焼結体を得て、この焼結体を機械加工後、バッキングプレートに貼着し、実施例1、3〜6、8〜10のスパッタリングターゲットを作製した。このホットプレス焼結については、前記混合粉末を黒鉛製モールドに入れ、真空中又は不活性雰囲気で加圧し、ホットプレス焼結を行った。なお、上記特許文献5で提案された製造方法では、焼結後に1200〜1300℃の無加圧温度保持を行って、残留応力を除去しているが、本実施例では、この焼結後の無加圧キープは行われない。
また、実施例2、7、11〜15の混合粉末の場合には、溶射法により焼結体を作製した。この溶射法では、プラズマ溶射機(エアロプラズマ製APS7100)を用いて、出力120kWにて、バッキングプレートに対し、1パス50μmにて溶射施工を実施し、バッキングプレート上に溶射膜厚5mmの焼結体を作成し、研削加工を経て、実施例2、7、11〜15のスパッタリングターゲットを作製した。なお、溶射中はバッキングプレート裏面に冷却水を通し、溶射膜、基材双方の温度上昇を抑制した。また、溶射は不活性雰囲気中で実施した。
以上の実施例1〜15のスパッタリングターゲットについて、作製された焼結体を粉砕後、前述と同様のICP−MASS法又はICP発光法により組成分析測定を行い、その結果を、表5の「ターゲット組成分析」欄に示した。
〔比較例〕
上記した本実施例と比較するため、比較例1〜14のスパッタリングターゲットを用意した。比較例1のスパッタリングターゲットには、単結晶Si板を、比較例2、3のスパッタリングターゲットは、Bドープ多結晶Si板を、そして、比較例4のスパッタリングターゲットには、多結晶Si板をそれぞれ用いた。また、比較例5、7〜11、13、14の場合には、Si原料として、体積抵抗が表1に示される値を有するBドープ多結晶Siブロックを用い、比較例6、12の場合には、多結晶Siブロックを用い、実施例の場合と同様の手法で粉砕してSi粉砕粉末を作製した。比較例5の場合では、このSi粉砕粉末とNi粉末とを乾式ボールミルで混合した混合粉末をホットプレス焼結し、比較例6、7の場合では、Si粉砕粉末のみでホットプレス焼結し、比較例8の場合には、Si粉砕粉末とAl粉末とをロッキングミキサーで混合した混合粉末をホットプレス焼結し、比較例9の場合には、Si粉砕粉末と、Ni粉末及びAl粉末とをロッキングミキサーで混合した混合粉末をホットプレス焼結し、それぞれ評価用スパッタリングターゲットを作製した。また、比較例10の場合には、Ni原料の代わりに、W粉末が用いられ、Si粉砕粉末と共に乾式ボールミルで混合してホットプレス焼結され、比較例11の場合には、Ni原料の代わりに、Mo粉末が用いられ、Si粉砕粉末と共に乾式ボールミルで混合した後に溶射焼結され、スパッタリングターゲットが作製された。比較例12のスパッタリングターゲットには、高抵抗の多結晶Siブロックより作成されたSi粉砕粉末が用いられ、Mo粉末とB粉末と共に乾式ボールミルで混合した後に、溶射焼結された。
上記比較例1〜14の場合における混合粉末の組成分析の結果を、表3の「混合粉末の組成分析」欄に示し、比較例1〜14のスパッタリングターゲットについて、寸法密度測定し、粉砕後、ICP−MASS法またはICP発光法により組成分析測定を行い、その結果を、表5の「ターゲット組成分析」欄に示した。
上記で作製された実施例1〜15及び比較例1〜14のスパッタリングターゲットについて、理論密度比、抗折強度及び体積抵抗(比抵抗)の測定を実施し、さらに、加工・ボンディング後の外観の検査を行った。
<理論密度比の測定>
実施例1〜15及び比較例5〜14のスパッタリングターゲットの理論密度比は、作製された実施例1〜15及び比較例5〜14の焼結体の寸法密度を測定し、この測定した寸法密度と焼結体の理論密度との比で計算される。その結果を、表6の「ターゲット理論密度比(%)」欄に示した。なお、比較例1〜4のスパッタリングターゲットの場合には、単結晶又は多結晶Siブロックを使用しているため、その理論密度比を100%とした。
ここで、焼結体の理論密度は、下記の式によって計算される。
焼結体理論密度=100/(a/A+b/B+c/C)
A:Si単結晶の密度 a%:焼結体中のSi元素の重量割合
B:純Ni(又は、W)金属の密度 b%:焼結体中のNi(又は、W)元素の重量割合
C:純Al(又は、Mo)金属の密度
c%:焼結体中のAl(又は、Mo)元素の重量割合
なお、B及びPに関して、その添加量が少ないため、この理論密度の計算には取り入れていない。
<抗折強度の測定>
抗折強度の測定には、上記で得られた実施例1〜15及び比較例5〜14の焼結体を加工して、それぞれの焼結体毎に、サイズ:40mm×3mm×4mmの10サンプルを作製し、これらのサンプルについて、JIS1601に従って、三点曲げ強度を測定した。10サンプルの平均値を抗折強度の測定値とした。その測定結果を、表6の「抗折強度(N/mm)」欄に示した。
<体積抵抗の測定>
上記で作製した実施例及び比較例の各スパッタリングターゲットの体積抵抗(比抵抗)について、抵抗測定機を用い、測定した。なお、体積抵抗値が1000Ω・cm以下の場合には、三菱ガス化学(株)製抵抗測定機ロレスターを使用し、体積抵抗値が1000Ω・cm以上の場合には、同社製抵抗測定機ハイレスターを使用した。
その測定結果を、表6の「比抵抗(Ω・cm)」欄に示した。
<加工・ボンディング後の外観>
上記で作製された実施例1〜15及び比較例1〜14のスパッタリングターゲットの製作過程において、機械加工後の段階、バッキングプレートに貼着後の段階で、目視により、割れやひびの発生状況について外観検査を行った。その検査結果を、表6の「加工、ボンディング後外観」欄に示した。
次に、上記で作製された実施例1〜15及び比較例1〜14のスパッタリングターゲットを、φ125mm×厚さ5mmの試料に加工して、成膜テストを実施した。この成膜テストでは、純Ar(「Arのみ」と表示)、Arと酸素の混合ガス(「Ar+酸素」と表示)、純酸素ガス(「純酸素」と表示)の雰囲気にて、直流(DC)電源(MKS社RPG−50)を用いてスパッタリング成膜を行った。スパッタリング中の成膜速度、異常放電回数を測定し、さらに、スパッタリング後のターゲット外観について検査を行った。
<成膜速度の測定>
上記で作製された実施例1〜15及び比較例1〜14のスパッタリングターゲットを用いて、ガラス基板上に、以下に示す条件でスパッタリングを行い、スパッタリングの雰囲気ガスとしては、Arのみの場合、Ar+酸素の場合、純酸素の場合に分けて、Si膜を成膜した。それぞれの場合において、成膜速度を測定した。なお、Ar+酸素の場合では、Ar対酸素体積比は、Ar/酸素=1/1である。
・投入電力:DC1000W
・ターゲット−基板間距離:70mm
・水平磁場:2000ガウス
・基板加熱:なし
・成膜時間:60sec
・膜厚測定法:触針式表面段差計により測定
・成膜速度の計算:成膜速度=(膜厚)/(成膜時間)
以上の成膜側の測定結果を、表7の「成膜速度(nm/sec)」欄に示した。なお、比較例1、4、6、11、12のスパッタリングターゲットについては、DCスパッタリングを行うことができなかったので、成膜速度を測定しておらず、表中には、「DCスパッタリングできず」と表記した。また、比較例10の場合には、異常放電が多発し、成膜テストを実施できなかったため、成膜速度を測定していない。
<異常放電回数の測定>
Ar+酸素ガス(Ar/酸素=1/1体積比)中、投入電力1250W、1時間の条件でスパッタリングを行い、異常放電の発生回数(回数/時間)を計測した。その結果を、表7の「異常放電回数(/hour)」欄に示した。
<スパッタリング後のターゲット外観>
上記で作製された実施例1〜15及び比較例1〜14のスパッタリングターゲットの成膜速度測定及び異常放電回数測定のためのスパッタリング実施後、スパッタチャンバーを開放し、チャンバー内のスパッタリングターゲットについて、目視により、割れやひびの発生状況について外観検査を行った。その検査結果を、表7の「スパッタ後のターゲット外観」欄に示した。なお、比較例1、4、6、11、12のスパッタリングターゲットでは、DCスパッタリングを行えなかったので、表6中では、「DCスパッタリングできず」と表記し、成膜速度、異常放電回数の測定を行わなかった。また、比較例5の場合には、スパッタリング成膜途中において、ターゲット割れが発生し、スパッタリング成膜を中止し、比較例10の場合には、異常放電が多発し、クラックが生じたため、成膜テストを続行できなかった。
ここで、実施例5のスパッタリングターゲットについて、スパッタリング実施後のターゲット外観の写真を図1に、そして、比較例2のスパッタリングターゲットについて、スパッタリング実施後のターゲット外観の写真を図2にそれぞれ示した。図1の実施例の場合には、スパッタリング実施後でも、割れやひびが見られず、異常がないのに対して、図2の比較例の場合には、スパッタリング実施後には、クラックが発生していることが分かる。
以上の表6及び表7に示された結果によれば、実施例1〜15のSiスパッタリングターゲットのいずれも、Ni又はAl及びB又はPを添加することにより、理論密度比が、85%〜99%、抗折強度が、65N/mm以上に向上できることが確認でき、体積抵抗(比抵抗)についても、10Ω・cm以下であり、DCスパッタリングやMFスパッタリングが可能な程度に、低抵抗化されたことが示され、ターゲット製造過程において、実施例1〜15のいずれの場合も、ターゲット割れや、ひびの発生が無かった。さらに、実施例1〜15のSiスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング成膜においては、Ni又はAlが添加されたことにより、成膜速度が向上し、しかも、異常放電の発生回数を低減できたことが確認され、スパッタリング後のターゲット外観に、割れやひびの異常が現われなかった。なお、実施例9、10の場合には、Niシリサイト粉末が添加されたが、Ni粉末を添加した場合と同様の効果が確認された。
一方、比較例1、4、6、12の場合では、Ni又はAl及びB又はPが実質的に添加されておらず、比抵抗が高いため、DCスパッタリングを行えなかった。比較例2、3の場合でも、Ni又はAlが添加されておらず、異常放電が多発し、スパッタリングターゲットの製造時には、ターゲット割れやひびは発生しなかったが、スパッタリング後には、クラックが発生した。比較例5の場合では、抗折強度が低く、スパッタリング中に割れが発生し、スパッタリング成膜が中止された。比較例7、9の場合には、異常放電回数が多く、クラックが発生した。比較例8の場合では、抗折強度が低く、クラックが発生した。比較例10の場合では、W粉末が添加されており、加工・ボンディング後に小量なひびが観察され、異常放電回数が多発したため、成膜テストを中止した。また、比較例11、12の場合は、Mo粉末が添加されており、溶射法でターゲット製造されたが、抗折強度が低く、加工・ボンディング後に、割れやひびが確認され、スパッタリングを行えなかった。比較例13、14の場合は、ターゲット理論密度比や抗折強度が低く、スパッタリング中に異常放電が多発し、クラックが発生した。
以上の様に、本実施例のスパッタリングターゲットでは、Siを主成分とし、Ni及びAlから選ばれた少なくとも1種類の金属元素:0.5〜10at%と、B又はP:0.01〜10000重量ppmとが含有されることにより、体積抵抗が10Ω・cm以下であり、かつ、理論密度比が85%〜99%、抗折強度が65N/mm以上であることが分かり、そのため、スパッタリングターゲットの抗折強度が高められて耐割れ性を向上でき、スパッタリング時の異常放電も低減され、しかも、高電力のスパッタリングにおいても、安定的に高速成膜を行えることが確認された。

Claims (5)

  1. Ni及びAlから選ばれた少なくとも1種類の金属元素:0.5〜10at%と、B又はP:0.01〜10000重量ppmとを含有し、残部がSi及び不可避不純物からなる焼結体であって、
    前記焼結体の体積抵抗が10Ω・cm以下であり、かつ、理論密度比が85%〜99%、抗折強度が65N/mm以上であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
  2. B又はPを含有している平均粒径150μm以下のSi粉末と、Ni及びAlから選ばれた少なくとも1種類の金属元素からなる粉末又は前記金属元素を含むシリサイト粉末とを、Ni元素及びAl元素の合計が0.5〜10at%、B又はPの含有量が0.01〜10000重量ppmになるように配合して混合し、加圧焼結することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
  3. 平均粒径150μm以下のSi粉末と、B粉末又はP粉末と、Ni及びAlから選ばれた少なくとも1種類の金属元素からなる粉末又は前記金属元素を含むシリサイト粉末とを、Ni元素及びAl元素の合計が0.5〜10at%、B又はPの含有量が0.01〜10000重量ppmになるように配合して混合し、加圧焼結することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
  4. B又はPを含有している平均粒径150μm以下のSi粉末と、Ni及びAlから選ばれた少なくとも1種類の金属元素からなる粉末又は前記金属元素を含むシリサイト粉末とを、Ni元素及びAl元素の合計が0.5〜10at%、B又はPの含有量が0.01〜10000重量ppmになるように配合して混合し、溶射焼結することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
  5. 平均粒径150μm以下のSi粉末と、B粉末又はP粉末と、Ni及びAlから選ばれた少なくとも1種類の金属元素からなる粉末又は前記金属元素を含むシリサイト粉末とを、Ni元素及びAl元素の合計が0.5〜10at%、B又はPの含有量が0.1〜20000重量ppmになるように配合して混合し、溶射焼結することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
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