JPH03243765A - マグネトロンスパッタリング用ターゲット材 - Google Patents

マグネトロンスパッタリング用ターゲット材

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JPH03243765A
JPH03243765A JP4144890A JP4144890A JPH03243765A JP H03243765 A JPH03243765 A JP H03243765A JP 4144890 A JP4144890 A JP 4144890A JP 4144890 A JP4144890 A JP 4144890A JP H03243765 A JPH03243765 A JP H03243765A
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    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3407Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、マグネトロンスパッタリング用ターゲット材
に関し、詳細には、マグネトロンスパッタリング法によ
り基板上への薄膜の形成(以降、成膜という)を行う際
に用いるターゲット材であって、中でも強磁性体薄膜の
成膜に用いるターゲット材に関するものである。
(従来の技術) 成膜方法として、スパッタリング法は優れた再現性及び
簡易さを有するため多くの産業分野で使用されている。
中でも、マグネトロンスパッタリング法は、成膜速度が
大きく、しかも低温プロセスであるため、広汎に使用さ
れている。
即ち、マグネトロンスパッタリング法は、ターゲットの
裏側にバッキングプレートを介して永久磁石又は1を磁
石を配置し、スパッタガスのイオン化効率を高め、高密
度のプラズマをターゲット表面に収束させ、高速スパッ
タリングを達成している。このようにターゲットの裏に
磁石を配置するという非常に簡便な手法により、成膜速
度を大幅に向上し得ることから、広汎に使用されている
(発明が解決しようとする課題) ところが、上記従来のマグネトロンスパッタリング法は
、ターゲット材に強磁性体を用いて強磁性体薄膜の成膜
を行う際は、下記■〜■の問題点がある。
■ スパッタリングによりターゲット材表面にエロージ
ョン領域が形成されると、該領域に磁界が集中し、益々
局所的にエロージョンが進むという悪循環に陥り、つい
にはターゲット材に深い溝状凹部が形成され、ターゲッ
ト材の寿命が低下し、その利用率が極めて悪くなる。
■ 又、上記局所的エロージョンの進行に伴って、ター
ゲット材の内部を通っていた磁束がターゲット材の外部
に漏洩し、益々放電領域が局所化するため、膜厚分布が
不均一になる。
■ 更には、漏洩磁場の急速な増大により放電電圧が著
しく変動し、安定した成膜ができなくなる6例えば、タ
ーゲット材が寿命に達するまで膜厚を精密に制御する事
が、難しくなる。
これらは、強磁性体薄膜を成膜し、磁気記録媒体や薄膜
磁性材料を製作する上で重大且つ深刻な問題点である。
本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって
1.その目的は前記■■■の問題点を解決し、強磁性体
71膜の成膜を行う際においても、局所的エロージョン
の発生を防止し得、その結果ターゲット材の利用率が良
くなり、膜厚分布が均一になり、又、ターゲット材が寿
命に達するまで精密な膜厚制御が可能となるマグネトロ
ンスパッタリング用ターゲット材を提供しようとするも
のである。
(課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するために、本発明に係るマグネトロ
ンスパッタリング用ターゲット材は次のような構成とし
ている。
即ち、請求項1に記載のターゲット材は、マグネトロン
スパッタリングに用いられるターゲット材において、タ
ーゲット材の結晶方位の中のスパッタリングイールドの
低い結晶方位を、ターゲット面に垂直方向に優先的に配
向せしめてなることを特徴とするマグネトロンスパッタ
リング用ターゲット材である。
請求項2に記載のターゲット材は、前記ターゲット材が
体心立方構造を有する鉄、鉄合金、又はNi合金であっ
て、ターゲット面の(110)面の反射強度が、その値
を等方分布の反射強度で規格化した場合に、1.0以下
である請求項1に記載のマグネトロンスパッタリング用
ターゲット材である。
請求項3に記載のターゲット材は、前記ターゲット材が
面心立方構造を有するNi、 Ni合金、又は鉄合金で
あって、ターゲット面の(111)面の反射強度が、そ
の値を等方分布の反射強度で規格化した場合に、1.0
以下である請求項1に記載のマグネトロンスパッタリン
グ用ターゲット材である。
(作 用) 強磁性体薄膜の成膜時のターゲット材に生じるエロージ
ョンの形態は、装置の磁場の強さや分布、及び、ターゲ
ット材の飽和磁束密度や透磁率等の磁気特性の影響を受
ける事が知られている。この中、ターゲット材の磁気特
性は、特殊な場合はある程度の効果が得られるまでに改
善される事が判っている。しかし、多くの場合は本来的
に飽和磁束密度や透磁率が高く、その改善は極めて難し
いものである。従って、局所的エロージョンの発生を防
止するには、ターゲット材の磁気特性以外の材質特性に
依らざるを得ない、そこで、このような考え方に基づき
種々研究を重ね、その結果ターゲット材の結晶方位など
がエロージョンの形態に影響を及ぼすという知見が得ら
れた0本発明は、かかる知見に基づくものである。
即ち、入射イオンの結晶軸に対する空間的な角度によっ
て、スパッタされる原子数、即ち、スパッタリングイー
ルドに差が生じる。そのため、ターゲット材の結晶方位
の如何によって、スパッタリングイールドに大きな差が
生じることになる。
例えば、スパッタリングイールドの高い順番に結晶方位
を並べると、体心立方構造を有する金属では<110>
、 <100>、 <111>、面心立方構造の金属で
は<111>、<100>、<110> 、ダイヤモン
ド構造の物質では<111>、dog>、<110>と
なる、かかる結晶方位の違いにより、大きなものでは、
スパッタリングイールドに2〜3倍の差が生じる。故に
、ターゲット材の結晶方位の中で、スパッタリングイー
ルドの低い結晶方位を、ターゲット面に垂直方向に優先
的に配向させておけば、スパフタリングによりターゲッ
ト材表面に一旦エローション領域が形成された場合、そ
れ以降のエロージョン形態については、ターゲット材の
結晶方位が等方分布している場合に比し、前記領域(エ
ロージョン部)の底部でのエロージョン進行速度が低く
なり、斜面でのエロージョン進行速度が高くなる。その
結果、エロージョン部の斜面での横方向へのエロージョ
ン速度が増大し、エロージョンが主に横方向へ進み、溝
部の幅が広がるようになる。従って、ターゲット材に深
い溝状凹部が形成されず、局所的エロージョンの発生を
防止し得るようになる。
本発明に係るマグネトロンスパッタリング用ターゲット
材は、ターゲット材の結晶方位の中のスパッタリングイ
ールドの低い結晶方位を、ターゲット面に垂直方向に優
先的に配向せしめるようにしている。故に、局所的エロ
ージョンの発生を防止し得るようになる。その結果、タ
ーゲット材の利用率が良くなり、膜厚分布が均一になり
、又、ターゲット材が寿命に達するまで精密な膜厚制御
が可能となる。
尚、前記ターゲット材が体心立方構造を有する鉄、鉄合
金、又は、 Ni合金の場合は、(110)面が最もス
パッタリングイールドの高い結晶面であり、かかる(1
10)面の中のターゲット面に平行に配列するものの割
合を少なくすると、スパッタリングイールドの低い結晶
方位がターゲット面に垂直方向に優先的に配向すること
になる。上記(110)面の配列の割合はターゲット面
の(110)面の反射強度に基づき評価し得る。従って
、前記結晶方位を得るには、ターゲット面の(110)
面の反射強度が小さいものを選定すればよく、かかる反
射強度はX線回折法により確認し得る。該反射強度とし
ては、反射強度の測定値を等方分布の反射強度で規格化
(ノーマライズ)したものが通常用いられる。即ち、等
方性材料(標準試料)での反射強度を基準とし、該強度
に対する測定値の倍率(相対強度)が用いられる。
上記の如く反射強度として相対強度を使用すると、前記
体心立方構造のターゲット材の場合は、ターゲット面の
(110)面の反射強度を、1.0以下にすると、前記
の如き結晶方位の優先的配向状態が得られ、確実に局所
的エロージョンの発生を防止し得る。
又、面心立方構造を有するNi、 Ni合金、又は。
鉄合金の場合は、ターゲット面の(111)面の反射強
度を、1.0以下にすると、前記の如き結晶方位の優先
的配向状態が得られ、確実に局所的エロージョンの発生
を防止し得る。
(実施例) 裏嵐班上 Fe−10XCo材を種々の条件で冷間圧延及び焼鈍し
て、種々の集合組織を有する板材を作った。尚、これら
はいづれも体心立方構造を有するものである。該板材を
直径24インチ、厚み: 1.25mmのターゲット材
に加工した後、その片面に銅製バッキングプレートを接
着し、該プレート直下にサマリウム−コバルト系の希土
類磁石を配置し、マグネトロンスパッタリング用カソー
ドに威した。
上記カソードを用いて、アルゴンガス圧:3×1O−3
torr、放電電流:1.OAの条件で、ターゲット材
が寿命に達するまで連続的に放電してマグネトロンスパ
ッタリングを行い、放it位及びターゲット材の寿命(
利用率)を調べた。
又、前記板材から試料を採取し、X線回折法によりター
ゲットの反射強度ピーク値を測定し、等方性材料を基準
とする相対強度を求め、ターゲット材の結晶方位の違い
を調査した。
第1図にターゲット材の(110)面の反射強度と利用
率との関係を示す、尚、該利用率はターゲット材の全体
積に対する使用された体積の割合(X)である、体心立
方構造を有する該Fe−10XCo製タ−ゲント材にお
いて、 (110)面は最もスパッタレートが高い結晶
面であり、スパッタイールドが高い結晶方位の割合を減
らす事により、ターゲット材の利用率が著しく改善され
る事が判る。
(110)面よりスパッタイールドが低い(200)或
いは(111)面の反射強度と利用率との関係を第2図
に示す、スパッタレートが低い結晶面をターゲット面に
平行に配向させる事により、ターゲット材の利用率が著
しく改善されている。これは、スパッタイールドの低い
結晶方位をターゲット面に垂直方向に優先的に配向させ
た事により、エロージョンが主に横方向へ進み、局所的
エロージョンによる深溝が形成されなかったためである
。このように、結晶方位を制御する事により、ターゲッ
ト材の利用率が改善されるので、ターゲット材の寿命が
向上する。
等方性材料と、 (110)面の相対強度が0.2(等
方性材料の(110)面の反射強度の0.2倍)のター
ゲット材とについての放電電位の経時変化を、第3因に
示す。等方性材料では、2.5時間後に局所的エロージ
ョン進行による放1tit位の急激な低下が認められる
が、(110)面の相対強度:0.2のターゲット材で
は、かかる急激な変化は認められず、放電電位の変化は
かなり緩やかである。
以上の如く、スパッタイールドの高い結晶面の相対的割
合を等方性材料に比し低くする事、即ち、スパッタイー
ルドの低い結晶方位をターゲット面に垂直方向に優先的
に配向させる事が、ターゲット材の寿命(利用率)の向
上、及び、放電電位の安定化に極めて有効である事が実
証された。
夫旌拠り 前記体心立方構造のFe−10XCo材に代えて、面心
立方構造を有するNi−17zFe材を使用した点が、
特徴点であり、又、実施例1の場合と異なる主な点であ
る。上記Ni−17XFe材について、実施例1の墳合
と同様の方法により、種々の集合組織を有するターゲッ
ト材を作り、これらをマグネトロンスパッタリング用カ
ソードに威した後、実施例1の場合と同様の放電試験を
行った。
第4図にターゲット材の(111)面の反射強度と利用
率との関係を示す、該(111)面は面心立方構造の場
合、最もスパッタレートが高い結晶面であり、スパッタ
イールドが高い結晶方位の割合を減らす事により、ター
ゲット材の利用率が改善される事が判る。
第5図に等方性材料、及び、 (111)面の相対強度
が0.4のターゲット材の放電電位の経時変化を示す、
スパッタイールドが高い結晶面の(111)面の相対的
割合を等方性材料に比し低くする事によって、放1を電
位が安定化する事が確認された。
(発明の効果) 本発明に係るマグネトロンスパンタリング用ターゲット
材料によれば、強磁性体薄膜の成膜を行う際においても
、局所的エロージョンの発生を防止し得るようになる。
従って、ターゲット材の利用率(寿命)を向上し得ると
ともに、膜厚分布を均一にし得、又、ターゲット材が寿
命に達するまで猜密な膜厚制御を威し得るようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1に係るターゲット材の(110)面の
反射強度とターゲット材利用率との関係を示す図、第2
図は実施例1に係るターゲット材の(200)及び(1
11)面の反射強度と利用率との関係を示す図、第3図
は(110)面の相対強度が0.2のターゲット材、及
び、等方性材料の放電電位の経時変化を示す図、第4図
は実施例2に係るターゲット材の(111)面の反射強
度と利用率との関係を示す因、第5図は(111)面の
相対強度が0.4のターゲット材、及び、等方性材料の
放電電位の経時変化を示す図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)マグネトロンスパッタリングに用いられるターゲ
    ット材において、ターゲット材の結晶方位の中のスパッ
    タリングイールドの低い結晶方位を、ターゲット面に垂
    直方向に優先的に配向せしめてなることを特徴とするマ
    グネトロンスパッタリング用ターゲット材。
  2. (2)前記ターゲット材が体心立方構造を有する鉄,鉄
    合金,又は,Ni合金であって、ターゲット面の(11
    0)面の反射強度が、その値を等方分布の反射強度で規
    格化した場合に、1.0以下である請求項1に記載のマ
    グネトロンスパッタリング用ターゲット材。
  3. (3)前記ターゲット材が面心立方構造を有するNl,
    Ni合金,又は,鉄合金であって、ターゲット面の(1
    11)面の反射強度が、その値を等方分布の反射強度で
    規格化した場合に、1.0以下である請求項1に記載の
    マグネトロンスパッタリング用ターゲット材。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004107758A (ja) * 2002-09-20 2004-04-08 Nikko Materials Co Ltd タンタルスパッタリングターゲット及びその製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004107758A (ja) * 2002-09-20 2004-04-08 Nikko Materials Co Ltd タンタルスパッタリングターゲット及びその製造方法

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