JPH04128369A - 炭化珪素スパッタリング用ターゲット及びその製造方法 - Google Patents

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、導電性、熱伝導性に優れたスパッタリング用
ターゲットとして、特に直流スパッタリングにも好適に
使用される高純度で緻密質の炭化珪素スパッタリング用
ターゲットと、その製造方法に関するものである。

（従来の技術） 炭化珪素は常温および高温で化学的に極めて安定なもの
で、耐酸化性、熱伝導性、高温での機械的強度などに優
れているため、これを基体上に薄膜化したものは精密金
型部品や半導体製造用装置部品、各種電子デバイスなど
に有用なものとされている。また、最近では炭化珪素薄
膜をコンピュータの記録媒体である磁気ディスクの耐摩
耗保護膜として使用することが検討されており、ますま
す産業上の利用分野が広がりつつある。

このような炭化珪素薄膜の作成方法には、従来からの真
空蒸着法、ＣＶＤ法（化学気相蒸着法）スパッタリング
法などが広く使用されているが、中でもスパッタリング
法は、他の方法に比較して基体の選択性、量産性、製造
コストなどの点で有利とされている。しかし、スパッタ
リング法では、成膜速度、膜特性などは使用するターゲ
ツト材の性状に大きく左右されるため、炭化珪素薄膜の
作成においてもターゲットとなる炭化珪素焼結体の特性
向上が強く要求されている。

従来、このような炭化珪素薄膜の作成に使用されている
スパッタリング用ターゲットとしては、例えば炭化珪素
粉末をそのまま焼き固めた多孔質炭化珪素焼結体や、も
しくは炭化珪素粉末にホウ素やアルミニウム、ベリリウ
ム等の焼結助剤を添加して緻密に焼結した炭化珪素焼結
体があった。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記の炭化珪素焼結体をスパッタリング
用ターゲットとして使用するにあたっては以下のような
不都合がある。

■多孔質の炭化珪素焼結体をスパッタリング用ターゲッ
トとして使用する場合には、多孔質であることから機械
的強度、耐熱衝撃性が低く、スパッタリング時に割れや
欠け、粒子の脱落等を生じ易いため安定な薄膜形成が難
しい。また、スパッタリング装置に取り付ける際やハン
ドリング時に細心の注意が必要となる。

■焼結助剤を添加した炭化珪素焼結体をスパッタリング
用ターゲットとして使用する場合には、焼結助剤がその
まま不純物として焼結体中に残留しているので、形成さ
れる薄膜は高純度のものが得られず、また、これらの不
純物が薄膜中で偏析し易いため、膜の均質性や基体への
密着強度が不十分となる。

一方、スパッタリング法には大別して直流スパッタリン
グと高周波スパッタリングとがある。

直流スパッタリングは装置が簡略化でき量産性に優れる
反面、ターゲツト材には金属や半導体などの導電性を有
するものしか使用できないという欠点がある。高周波ス
パッタリングは絶縁物であってもターゲットに使用する
ことは可能であるが、直流スパッタリングと比較して装
置が高価であり、また電力制御の精度が低いという欠点
がある。

そこで、上述したような炭化珪素焼結体は電気比抵抗値
が高いため、直流スパッタリング装置のターゲットには
使用できず、従って炭化珪素薄膜の量産性やコストなど
の点で不利があった。

本発明はこのような技術背景に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、焼結助剤を添加することなく
、高純度で緻密質の炭化珪素焼結体を得、これにより炭
化珪素本来の優れた機械的特性、高熱伝導性等を有し、
室温での電気比抵抗値が１Ω・ｃｍ以下と優れた導電性
を示す炭化珪素スパッタリング用ターゲットおよびその
製造方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結
果、平均粒子径が０．１〜１０ＪＬｍの第１の炭化珪素
粉末と非酸化性雰囲気のプラズマ中にシラン化合物また
はハロゲン化珪素と炭化水素とからなる原料ガスを導入
し、反応系の圧力を１気圧未満から０．１ｔｏｒｒの範
囲で制御しつつ気相反応させることによって合成された
平均粒子径が０．１７ｂｍ以下の第２の炭化珪素粉末と
を混合し、これを加熱し、焼結することによって炭化珪
素焼結体を得、この焼結体をスパッタリング用ターゲッ
トとするか、または単に非酸化性雰囲気のプラズマ中に
シラン化合物またはハロゲン化珪素と炭化水素とからな
る原料ガスを導入し、反応系の圧力を１気圧未満から０
．１ｔｏｒｒの範囲で制御しつつ気相反応させることに
よって合成された平均粒子径が０．１ｐｍ以下である炭
化珪素超微粉末を加熱し、焼結することによって炭化珪
素焼結体を得、この焼結体をスパッタリング用ターゲッ
トとすることにより機械的高強度、高熱伝導性を損なう
ことなく、焼結体密度２．８ｇ／ｃｍ３以上で、室温で
の電気比抵抗値が１Ω・ｃｍ以下の炭化珪素焼結体から
なる炭化珪素スパッタリング用ターゲットが得られるこ
とを究明し、上記課題を解決した。

以下、本発明の炭化珪素スパッタリング用ターゲットを
その製造方法に基いて詳細に説明する。

まず、平均粒子径が０．１〜１０ＩＬｍの第１の炭化珪
素粉末と平均粒子径が０．１μｍ以下の第２の炭化珪素
粉末とを用意する。ここで第１の炭化珪素粉末としては
、一般に使用されるものでよく、例えばシリカ還元法、
アチソン法等の方法によって製造されたものが用いられ
る。但し、センサーや半導体素子等の電子デバイス製造
工程において使用されるスパッタリング用ターゲットを
製造する場合には、高純度が要求されるので、酸処理等
を施した高純度粉末を使用する必要がある。

第１の炭化珪素の結晶相としては非晶質、α型、β型あ
るいはこれらの混合相のいずれでもよい。

また、この炭化珪素粉末の平均粒子径としては、０．１
〜ＩＪＬｍにするのが焼結性がよくなることから望まし
い。

また、第２の炭化珪素粉末としては、非酸化性雰囲気の
プラズマ中にシラン化合物またはハロゲン化珪素と炭化
水素の原料ガスを導入し、反応系の圧力を１気圧未満か
ら０．１ｔｏｒｒの範囲で制御しつつ気相反応させるこ
とによって得られたものを使用する。例えば、モノシラ
ンとメタンとからなる原料ガスを高周波により励起され
たアルゴンプラズマ中に導入して合成を行うと、平均粒
子径が０．０２μｍで、アスペクト比の小さいβ型超微
粉末が、また合成条件によってはα型とβ型との混合相
が得られる。このようにして得られた超微粉末は焼結性
が非常に優れているため、上記第１の炭化珪素粉末と混
合するのみで、焼結助剤を添加することなく高純度かつ
緻密質の炭化珪素焼結体を得ることができるようになる
。

次に、上記第１の炭化珪素粉末と第２の炭化珪素粉末と
を混合して混合物とする。ここで、第１の炭化珪素粉末
と第２の炭化珪素粉末とを混合するにあたっては、第２
の炭化珪素粉末の配合量を０．５〜５０重量％の範囲と
することが好適とされる。すなわち、第２の炭化珪素粉
末の配合量を０．５重量未満とすると、この炭化珪素粉
末を配合した効果が十分に発揮されず、また５０重量％
を越えて配合しても、焼結体密度がほぼ横這いになって
その効果が得られないからである。しかし、上述した電
子デバイス製造用の薄膜形成装置などに使用されるスパ
ッタリング用ターゲットのように高純度が要求される場
合には、第２の炭化珪素粉末のみから焼結体を製造した
方がよい。

すなわち、第２の炭化珪素粉末は高純度ガスを原料とし
て合成されているため、その含有不純物量が数ｐｐｍ以
下と極めて純度が高いからである。

その後、上記混合物または第２炭化珪素粉末をスパッタ
リング用ターゲットとしての所望する形状に成形し、得
られた成形体を１８００〜２４００°Ｃの温度範囲で加
熱し、さらに焼結助成無添加で焼結して炭化珪素スパッ
タリング用ターゲットを得る。炭化珪素粉末の成形にあ
たっては、プレス成形法、押出成形法、射出成形法など
の従来からの公知の方法を採用することができる。この
場合、成形バインダとしてはポリビニルアルコールやポ
リビニルピロリドンなどを使用することができ、必要に
応じてステアリン酸塩などの分散剤を添加してもよい。

また、焼結にあたっては、常圧焼結、雪囲気加圧焼結、
ホットプレス焼結、あるいは熱間静水圧焼結（ＨＩＰ）
などの従来の方法が採用可能であるが、より高密度で導
電性に優れた炭化珪素スパッタリング用ターゲットを得
るためにはホットプレス等の加圧焼結法を採用すること
が望ましい。焼結温度についても特に限定されるもので
はないが、１９００°Ｃより低い加熱温度では焼結不足
が生じ、また２３００°Ｃより高い加熱温度では炭化珪
素の蒸発が起こり易くなり、粒子の成長によって焼結体
の強度や靭性が低下する恐れがあることから、１９００
〜２３００°Ｃの温度範囲で焼結するのが好適とされる
。

また、焼結時の雰囲気としては、真空雰囲気、不活性雰
囲気もしくは還元ガス雰囲気のいずれも採用可能である
。

このようにして得られた炭化珪素スパッタリング用ター
ゲットは、その焼結体密度が２．８ｇ／ｃｍ３以上（論
理密度が３．２１ｇ／ｃｍ３以上であることから、論理
密度の約８７％以上）となる。そして、焼結体密度が２
．８ｇ／ｃｍ”以上であることから炭化珪素粒子間の結
合力が十分であり、スパッタリング時の粒子の脱落など
が少なくなり、またターゲットの寿命も長くなる。さら
に、機械的強度も高く、熱放散性にも優れることから、
スパッタリング時の耐熱衝撃性が十分なものとなるので
、ターゲットの割れや欠は等が少なくなり、またハンド
リングに過剰な注意を要することもなくなる。

また、この炭化珪素スパッタリング用ターゲットは室温
時の電気比抵抗値がｌΩ・ｃｍ以下になるので、構造が
簡略な直流スパッタリング装置への使用が可能となり、
また炭化珪素薄膜の成膜速度も向上することから、量産
性やコストの点て有利となる。

そして、この炭化珪素スパッタリング用ターゲットは焼
結助剤を添加していないため、遊離炭素および！Ｍシリ
カ以外の不純物含有量を数ｐｐｍ以下とすることが可能
である。したがって、高純度が要求される電子デバイス
用の薄膜形成に使用しても、高純度かつピンホールの極
めて少ない、密着強度に侵れた膜が得られる。

（実施例） 以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。

（実施例１） 第１の炭化珪素粉末として、平均粒子径が１．１ｐｍ、
ＢＥＴ比表面積値１．７ｍ２／ｇのβ型炭化珪素粉末を
使用した。この粉末中の含有金属不純物量を調べたとこ
ろ、３ｐｐｍのナトリウム、ｉｐｐｍのカリウム、ｌｌ
ｐｐｍの鉄、４ｐｐｍのアルミニウム、２ｐｐｍのカル
シウムが含まれており、ニッケル、クロム、銅の含有量
はｌｐｐｍ未満であった。

次に、この第１の炭化珪素粉末に、四塩化珪素とエチレ
ンとを原料ガスとしてプラズマＣＶＤ法により気相合成
して得た平均粒子径０．０１７１ｍ、比表面積９６ｍ”
７ｇの非晶質炭化珪素超微粉末（第２の炭化珪素粉末）
を５重量％添加し、これをメタノール中にて分散せしめ
、さらにボールミルで１２時間混合した。

次いで、この混合物を乾燥して内径１３０ｍｍの黒鉛製
モールドに充填し、ホットプレス装置にてアルゴン雰囲
気下、プレス圧４００ｋｇ／ｃｍ２、焼結温度２２００
０Ｃの条件で９０分間焼結した。

得られた炭化珪素焼結体の密度を調べたところ、２．９
ｇ／ｃｍ３であった。また、この焼結体の室温時におけ
る３点曲げ強度は、ＪＩＳ　　Ｒ−１６０１に準拠して
測定したところ４８．７ｋｇ／ｍｍ２であり、１５００
°Ｃ１大気中における３点曲げ強度は５０．２ｋｇ／ｍ
ｍ２であった。さらに室温時の電気比抵抗値を四端子法
で測定したところ０．０５Ω・ｃｍであり、室温時の熱
伝導率はレーザーフラッシュ法で測定すると１８０Ｗ／
ｍ−にであった。また、焼結体中の含有不純物量をアー
ク発光分析で調べたところ、鉄が５ｐｐｍ、アルミニウ
ムが１８ｐｐｍ、カルシウムが３ｐｐｍ、銅が２ｐｐｍ
でありナトリウム、カリウム、クロム、ニッケルはいず
れもｌｐｐｍ未満であった。

次いで、この直径１３０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの円板状炭
化珪素焼結体の表面に付着した炭素を除去し、その上下
両側を研削して炭化珪素スパッタリング用ターゲットと
した。

これを直流二極スパッタリング装置のスパッタリング用
ターゲットとして使用し、シリコン基板の上に炭化珪素
薄膜の形成を行なった。第１図は、本実施例で使用した
直流二極スパッタリング装置の構成図であり、１は真空
容器、２は負高電圧電極、３はシールド板、４は本発明
の炭化珪素スパッタリング用ターゲット、５はシャッタ
、６はシリコン製基板、７はガス導入口、８は真空排気
口である。スパッタリング条件は、アルゴン雰囲気下、
圧力０．１ｔｏｒｒ、電源出力２ＫＷとした。

その結果、基板上に形成された炭化珪素膜にはピンホー
ルや剥がれはほとんど認められず、均質であるなどの優
れた成膜特性が得られた。また、使用後の炭化珪素スパ
ッタリング用ターゲットは、割れや欠は等がなく良好な
スパッタリングを行なえることが確認された。

一方、比較のために本発明のスパッタリング用ターゲッ
トを高周波スパッタリング装置に取り付けて、電源出力
２ＫＷで炭化珪素膜の形成を行なったところ、その成膜
速度は直流スパッタリングに比べて約４０％低下した。

（実施例２〜４） 実施例１と同一の炭化珪素粉末（第１の炭化珪素粉末）
に、モノシランとメタンとを原料ガスとしてプラズマＣ
ＶＤ法により気相合成した平均粒子径０．０２μｍ、Ｂ
ＥＴ比表面積値７０ｍ”７ｇのβ型炭化珪素超微粉末（
第２の炭化珪素粉末）を５〜５０重量％添加し、実施例
１と同一の条件で焼結して炭化珪素焼結体を製造した。

得られた炭化珪素焼結体の焼結体密度、室温時の３点曲
げ強度、１５００°Ｃでの３点曲げ強度、室温時の電気
比抵抗値、室温時の熱伝導率を実施例１と同一の方法で
それぞれ調べ、その結果を実施例１の測定結果とともに
第１表に示す。第１表に示した結果より、異種原料ガス
から合成された炭化珪素超微粉末を使用しても、また炭
化珪素超微粉末の添加量を変えても、本発明の効果が十
分得られることが確認された。

これらの焼結体中に含まれる不純物量を実施例１と同一
の方法で調べた結果、いずれの焼結体も（実施例５） モノシランとメタンとを原料ガスとしてプラズマＣＶＤ
法により気相合成した平均粒子径０．０３ｐｍ、ＢＥＴ
比表面積値４９ｍ”７ｇのβ型炭化珪素超微粉末をメタ
ルノール中にて分散せしめ、さらにボールミルで１２時
間混合した。

次に、この混合粉末を乾燥し造粒して粉末を得、これを
実施例１と同一の条件で焼結して炭化珪素焼結体を製造
した。

得られた炭化珪素焼結体の密度を調べたところ３．１ｇ
／ｃｍ３であった。また、この炭化珪素焼結体の室温時
の３点曲げ強度、１５００’Ｃでの大気中の３点曲げ強
度、室温時の電気比抵抗値、室温時の熱伝導率を実施例
１と同一の方法で測定したところ、それぞれ７４．０ｋ
ｇ／ｍｍ’７５．２ｋｇ／ｍｍ２，０．０３Ω”ｃｍ。

１９１Ｗ／ｍ−にであった。（第１表に併記）さらに、
この炭化珪素焼結体の不純物分析を実施例１と同一の分
析方法で調べたところナトリウムが３ｐｐｍ、鉄が３ｐ
ｐｍ、アルミニウムが２ｐｐｍ、クロムがｉｐｐｍ含ま
れており、カミつム、カルシウム、ニッケル、銅はｉｐ
ｐｍ未りであった。

以上の結果から、炭化珪素超微粉末だけを原本とした炭
化珪素焼結体はより高強度かつ高純度ズあることが確認
され、超高純度薄膜の形成に使Ｈ可能なスパッタリング
用ターゲットとなり得ることが判明した。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明における炭化珪奔スパッタ
リング用ターゲットは、緻密質で高純用であることから
、スパッタリング中でも粒子の取落等がなく、安定的な
スパッタリングが続けられる。また、高純度が要求され
る電子デバイスなどの薄膜形成に際しても、高純度で密
着強度に優ねた緻密質の膜を信頼性高く得ることができ
る。さらに１本発明の炭化珪素スパッタリング用ターゲ
ットは、従来の炭化珪素スパッタリング用ターゲットと
比較して機械的強度や熱伝導性に侵れるため、スパッタ
リング時の熱衝撃に強く、ターゲットの割れや欠は等の
発生を少なくすることかできる。また、ターゲットの取
り付けや取り外し等のハンンドリングが容易となる。加
えて、優れた導電性を有するので、直流スパッタリング
が可能となることから、装置の前略化、成膜速度の向上
などが果たせ、その結果、量産性や製造コストの点で有
利となる。

そして、これにより該炭化珪素スパッタリング用ターゲ
ットを使用して形成された炭化珪素膜は、センサーや半
導体素子の電子デバイスから金型精密部品、Ｘ線反射鏡
などの機械部品にまで幅広く使用でき、産業上多大な効
果を奏するものとなる。

一方、本発明に係る炭化珪素スパッタリング用ターゲッ
トの製造方法によれば、焼結助剤無添加で緻密焼結を行
なうことができることから、極めて高純度かつ高密度な
焼結体を得ることができ、よって炭化珪素本来の性質で
ある機械的高強度、高熱伝導性を併せ持ち、しかも導電
性に優れた炭化珪素スパッタリング用ターゲットを製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は直流二極スパッタリング装置の構成図を示した
ものである。 ｌ・・・・・・真空容器　　　２・・・・・・負高電圧
極３・・・・・・シールド板 ４・・・・・・炭化珪素スパッタリング用ターゲット５
・・・・・・シャッタ　　　６・ｍ５ｍｍ５シリコン製
基板７・・・・・・ガス導入口　　８・・・・・・真空
排気口特許出願人　　　　住友セメント株式会社第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）焼結助剤無添加で焼結されてなり、焼結体密度が
   ２．８ｇ／ｃｍ＾３以上で、室温での電気比抵抗値が１
   Ω・ｃｍ以下の炭化珪素焼結体からなる炭化珪素スパッ
   タリング用ターゲット。
2. （２）平均粒子径が０．１〜１０μｍの第１の炭化珪素
   粉末と、非酸化性雰囲気のプラズマ中にシラン化合物ま
   たはハロゲン化珪素と炭化水素とからなる原料ガスを導
   入し、反応系の圧力を１気圧未満から０．１ｔｏｒｒの
   範囲で制御しつつ気相反応させることによって合成され
   た平均粒子径が０．１μｍ以下の第２の炭化珪素粉末と
   を混合し、これを加熱し焼結することによって炭化珪素
   焼結体からなるスパッタリング用ターゲットを得ること
   を特徴とする炭化珪素スパッタリング用ターゲットの製
   造方法。
3. （３）非酸化性雰囲気のプラズマ中にシラン化合物また
   はハロゲン化珪素と炭化水素とからなる原料ガスを導入
   し、反応系の圧力を１気圧未満から０．１ｔｏｒｒの範
   囲で制御しつつ気相反応させることによって合成された
   平均粒子径が０．１μｍ以下である炭化珪素超微粉末を
   加熱し、焼結することによって炭化珪素焼結体からなる
   スパッタリング用ターゲットを得ることを特徴とする炭
   化珪素スパッタリング用ターゲットの製造方法。