TWI414621B - Sputtering target and sputtering method using the target - Google Patents

Description

濺鍍用的靶及使用該靶的濺鍍方法

本發明是有關濺鍍用的靶及使用該靶的濺鍍方法，特別是有關使用於磁控管(Magnetron)方式的濺鍍裝置的靶及使用該靶的濺鍍方法。

磁控管濺鍍方式是在靶的後方配置一交互改變極性而由複數個磁石所構成的磁石組合體，藉由該磁石組合體，在靶的濺鍍面的前方形成隧道狀的磁束，而來捕捉在濺鍍面的前方電離後的電子及藉由濺鍍而產生的二次電子，而使能夠提高在濺鍍面的表面的電子密度，因此可提高該等的電子與被導入真空處理室內的稀有氣體的氣體分子之衝突確率，而提高電漿密度。於是，具有可提高成膜速度等的優點，常利用於處理基板上形成特定的薄膜。

以往，使用於磁控管濺鍍方式的濺鍍裝置的靶，例如為使用圓柱狀或四角柱狀，僅使濺鍍面中磁束密度高的部份形成厚壁者(例如參照專利文獻1)。

在將如此形成的靶裝著於濺鍍裝置時，為了使電漿安定地發生，而於靶的周圍設有能夠圍繞該靶的接地屏蔽。接地屏蔽是在與接合於靶的背板(backing plate)等靶以外的零件之間形成暗區(dark space)，而來防止該等的零件被濺鍍。

[專利文獻1]特開平7-18435號公報(例如，圖2)。

但，若在靶的周圍設置接地屏蔽，則例如對靶施加負的直流電壓或高頻電壓而使電漿發生時，電流會從靶流往接地屏蔽。因此，在靶的外周緣部的表面不會有電漿形成，靶的外周緣部會有成為不被濺鍍的非侵蝕(erosion)區域而殘留的問題。

此情況，一旦靶的外周緣部成為非侵蝕區域而殘留，則會誘發充電(charge up)的異常放電，或再附著於非侵蝕區域的膜形成粒子(particle)的原因，對再現性佳的成膜造成影響，且靶的利用效率會變低。

於是，有鑑於上述點，本發明的課題是在於提供一種連靶的外周緣部也能夠形成侵蝕區域，且可制止異常放電或粒子的發生，進而提高利用效率之濺鍍用的靶及使用該靶的濺鍍方法。

為了解決上述課題，本發明之濺鍍用的靶，係具有特定的外形之濺鍍用的靶，其特徵為：在濺鍍面與周壁面所交會的部份，對其全周賦予斜面。

若利用本發明，則因為在濺鍍面與周壁面所交會的部份，對其全周賦予斜面，所以例如一旦在磁控管濺鍍裝置中使用該靶，則位於靶的外周緣部的斜面與配置於靶的後方的磁石組合體之間的距離會變短，在斜面的表面的磁場強度會變強。因此，在斜面的表面的電子密度會提高，一旦對靶施加負的直流電壓或高頻電壓而使電漿發生，則在斜面的表面也會發生電漿。其結果，靶的外周緣部會形成被濺鍍的侵蝕區域。

藉此，不會誘發充電(charge up)的異常放電，或再附著於非侵蝕區域的膜形成粒子的原因，因此可再現性佳地成膜，且靶的外周緣部會被濺鍍，藉此可均一地侵蝕靶，而提高其利用效率。

此情況，為了使靶的外周緣部形成侵蝕區域，可將來自上述濺鍍面的斜面高度設定成上述靶的大致中央部之高度的20~80%。

又，為了使靶的外周緣部形成侵蝕區域，可將上述濺鍍面與上述斜面所成的角度設定於5~60°的範圍。

但，若導入氬等的特定濺鍍氣體，在電漿環境中對含銦，錫及氧的ITO濺鍍用的靶進行濺鍍，則黃色的粉末會堆積於非侵蝕區域，這會形成粒子的原因。此情況，若使用靶的外周緣部被濺鍍而形成侵蝕區域之本發明的靶T來作為含銦，錫及氧的ITO濺鍍用的靶，則不會有如此的問題發生。

又，上述靶，係例如使用於磁控管方式的濺鍍裝置，其係於該靶的前方形成磁束，且在靶與處理基板之間形成電場，使電漿產生來對靶進行濺鍍者。

又，本發明的濺鍍方法，係使用申請專利範圍第1~3項的任一項所記載之濺鍍用的靶，在此靶的濺鍍面的前方形成磁束，且在靶與處理基板之間形成電場，使電漿產生來對靶進行濺鍍者，其特徵為：以氧，氮，碳或氫或該等的混合氣體作為反應氣體來予以導入而進行濺鍍。

如以上說明，本發明之濺鍍用的靶及使用該靶的濺鍍方法，連靶的外周緣部也能夠形成侵蝕區域，因此可制止異常放電或粒子的發生，而能夠再現性佳地成膜，且提高利用效率。

參照圖1來進行說明，其中元件符號1是表示裝著本發明的濺鍍用的靶T之磁控管方式的濺鍍裝置（以下稱為「濺鍍裝置」）。濺鍍裝置1為串聯式(in－line)，具有經由旋轉泵(Rotary Pump)，渦輪分子泵(turbo molecular pump)等的真空排氣手段（未圖示）來保持於所定的真空度之濺鍍室11。在濺鍍室11的上部設有基板搬送手段2。此基板搬送手段2具有習知的構造，例如具有裝著處理基板S的載體(carrier)21，使未圖示的驅動手段間歇驅動，依次搬送處理基板S至與靶T呈對向的位置。

在濺鍍室11中更設有氣體導入手段3。氣體導入手段3是經由介設質量流量(MASS FLOW)控制器31的氣體管32來連通至氣體源33，氬等的濺鍍氣體或反應性濺鍍時所使用的氧，氮，碳或氫或該等的混合氣體等的反應氣體會以一定的流量來導入濺鍍室11內。在濺鍍室11的下側配置有陰極組合體4。

陰極組合體4具有長圓形狀的靶T，此靶T是按照Si、Ta，Al，C，ZnO或ITO等所欲形成於處理基板S上的薄膜組成來製作。此情況，靶T是藉由沖壓法或鑄入法等的習知成形方法來使Si等的原料粉末成形，藉此製作。在ITO等的靶時，是利用球磨機(Ball Mill)等來混合特定的混合粉末之後，藉由習知的成形方法來成形製作。

如此製作的靶T是在濺鍍時接合於冷卻該靶T的背板41，背板41會隔著絶縁板42來安裝於陰極組合體的框架43。

另外，在靶T的周圍，為了安定地產生電漿，而以能夠圍繞靶T的周圍之方式設有接地屏蔽44。此情況，接地屏蔽44是在與接合於靶T的背板41等靶T以外的零件之間形成暗區(dark space)，防止該等的零件被濺鍍。

在陰極組合體4，位於靶T的後方設有磁石組合體45。磁石組合體45具有平行配置於靶T的支持部45a，在此支持部45a上設有交互改變極性且取所定間隔的3個磁石45b，45c。藉此，在靶T的濺鍍面的前方，形成有閉迴路的隧道狀磁束M，捕捉在靶T的前方電離後的電子及藉由濺鍍而產生的二次電子，而使能夠提高在濺鍍面的表面的電子密度，進而提高電漿密度。

一般，靶T的外形尺寸是設定成比處理基板S的外形尺寸更大。因此，若處理基板S變大，則靶T的外形尺寸也會變大。此情況，在靶T的後方，複數個磁石組合體45會取所定的間隔來並設。此外，當處理基板S的外形尺寸較大時，亦可於濺鍍室11配置複數個陰極組合體4。

然後，藉由驅動手段來驅動載體21，依次將處理基板S搬送至與靶T呈對向的位置，經由氣體導入手段3來導入濺鍍氣體或反應氣體，若經由濺鍍電源E來將負的直流電壓或高頻電壓施加於靶T，則會在處理基板S及靶T形成垂直的電場，使電漿產生於靶T的前方，濺鍍靶T，而於處理基板S上成膜。

在此，若固定磁石組合體45的位置，則電漿密度會局部地變高，濺鍍所產生之靶T的侵蝕區域會只在電漿密度高的部份變大，靶T的利用效率會變低。於是，在磁石組合體45設置具有馬達46a的驅動手段46，在沿著靶T的水平方向之兩處的位置之間以平行且等速來往復作動。

但，若在靶T的周圍設置接地屏蔽44，則對靶T施加負的直流電壓或高頻電壓而使產生電漿時，電流會從靶T流往接地屏蔽44。因此，在以往技術那樣形成圓柱狀或四角柱狀的靶T中，電漿不會被形成於其外周緣部T1的表面。

此情況，如圖2(a)所示，若對以往技術那樣形成的靶T進行濺鍍，則其外周緣部t1會成為非侵蝕區域tu而殘留。一旦外周緣部t1成為非侵蝕區域tu而殘留，則會誘發充電異常放電，或者再附著於非侵蝕區域的膜會形成粒子的原因，對再現性佳的成膜造成影響，且靶t的利用效率會變低。

於是，本實施形態中，如圖1及圖3所示，在濺鍍面Ts與周壁面Tc所交會的部份，對其全周均等地賦予斜面T2。亦即，將靶T的濺鍍面Ts側的外周緣部予以倒角。此情況，斜面T2是在將靶T安裝於濺鍍裝置1時，只要至少存在於藉由接地屏蔽44來突出於濺鍍室11側的部份即可。

並且，以斜面T2與磁石組合體45之間的距離變短，斜面T2的表面的磁場強度變強之方式，設定來自靶T的濺鍍面Ts的斜面T2的高度H1能夠形成靶T的大致中央部HT的高度的20~80%的範圍，且將濺鍍面與上述斜面T2所成的角度α設定於5~60°的範圍。而且，在濺鍍面之來自周壁面Tc的斜面的距離W1最好是設定成能夠形成靶T的長軸WL及短軸WT的10~50%。

斜面T2是藉由沖壓法或鑄入法等習知的成形方法來將原料粉末形成特定形狀的靶時形成，或利用習知的成形方法來將原料材料形成特定形狀的靶T之後，藉由使用切削工具的倒角加工，在濺鍍面Ts與周壁面TC所交會的部份，對其全周賦予斜面T2。

藉此，由於斜面T2與磁石組合體45之間的距離短，在斜面T2的表面的磁場強度強，因此在斜面T2的表面的電子密度會提高，若對靶T施加負的直流電壓或高頻電壓來使電漿產生，則連斜面的表面也會產生電漿。其結果，例如不導入上述反應氣體來進行濺鍍時，或導入上述反應氣體來進行反應性濺鍍時，如圖2(b)所示，靶T的外周緣部T1會形成被濺鍍的侵蝕區域。

但，若導入氬等的特定濺鍍氣體，在電漿環境中對含銦，錫及氧的ITO濺鍍用的靶進行濺鍍，則黃色的粉末會堆積於非侵蝕區域，這將會形成粒子的原因，可是若使用外周緣部T1被濺鍍而形成侵蝕區域之本發明的靶T來作為含銦，錫及氧的ITO濺鍍用的靶T，則不會有如此的問題發生。

本實施形態是針對形成長圓形狀的靶T來進行說明，但並非限於此，如圖4(a)~(c)所示，即使是在形成具有各種形狀的靶時，只要將外周緣部T1予以倒角加工而形成斜面T2、便可使靶的外周緣部T1形成侵蝕區域，且在靶T的後方並設複數個磁石組合物45時，同様可形成侵蝕區域。

[實施例1]

本實施例1中，靶T為使用Si，藉由習知的方法來將此Si形成長軸(WL)300mm，短軸(WT)125mm，高度(HT)10mm的長圓形狀，然後，在濺鍍面Ts與周壁面Tc所交會的部份實施倒角加工，而使能夠形成横寬(W1)20mm，高度(H1)5mm，且接合於背板41。

然後，將此靶T安裝於圖1所示的濺鍍裝置1，使用玻璃基板作為處理基板S，藉由真空搬送手段21來依次將此玻璃基板搬送至對向於靶T的位置。

就濺鍍條件而言，是以被真空排氣的濺鍍室11內的壓力能夠保持0.4Pa之方式，控制質量流量控制器31，將濺鍍氣體的氬及反應氣體的氮予以導入濺鍍室11內，連續在玻璃基板上形成氮化矽膜。此情況，將靶T與玻璃基板之間的距離設定成90mm。然後，計數使往靶T的投入電力（直流電壓）變化於0~7KW的範圍時之每單位時間(min)的電弧(Arc)放電（異常放電）次數，且將其結果顯示於圖5，如線A。

（比較例1）比較例1中，雖以和上述實施例1同様的尺寸來製作Si的靶T，但在濺鍍面Ts與周壁面Tc所交叉的部份並未實施倒角加工。濺鍍條件也是與上述實施例1同様，將載體21上的玻璃基板搬送至對向於靶T的位置，而形成氮化矽膜。

然後，與上述實施例1同様的，計數使往靶T的投入電力（負的直流電位）變化於0~7KW的範圍時之每單位時間(min)的電弧放電（異常放電）次數，且其結果顯示於圖5，如線B。

就比較例1而言，隨著往靶T的投入電力變大，電弧放電的次數會急速増加，一旦投入電力超過6KW，則電弧放電的次數會超過20次。相對的，就實施例1而言，即使往靶T的投入電力變大，電弧放電的次數也不會急速增加，在一般使用於Si的濺鍍之投入電力的範圍（7KW前後），對靶T的外周緣部T1進行濺鍍時，與比較例1相較之下，電弧放電的次數會壓制到1/6。

1．．．磁控管濺鍍裝置

4．．．陰極組合體

45．．．磁石組合體

M．．．隧道狀磁束

S．．．處理基板

T．．．靶

T1．．．外周緣部

T2．．．斜面

圖1是概略說明裝著本發明的靶之濺鍍裝置。

圖2是概略說明靶的侵蝕狀況。

圖3(a)~(c)是說明本發明的靶。

圖4(a)~(c)是表示本發明的靶的變形例。

圖5是計數使投入電力變化時之電弧放電的次數之圖表。

T．．．靶

T1．．．外周緣部

T2．．．斜面

Tc．．．周壁面

Ts．．．濺鍍面

H1．．．高度

HT．．．高度

W1．．．橫寬

WT．．．短軸

WL．．．長軸

Claims (3)

1. 一種濺鍍裝置，係具備與處理基板對向配置的特定形狀的濺鍍用靶之濺鍍裝置，其特徵為：在具備：以靶的濺鍍面側作為前，於此濺鍍面的前方形成閉迴路的磁束的磁石組合體、及在沿著靶的水平方向之兩處的位置之間使磁石組合體往復作動的驅動手段、及配置於靶的周圍的接地屏蔽之磁控管方式者中，在上述濺鍍面與周壁面所交會的部份，對其全周設置斜面，此靶的斜面係設置成比上述接地屏蔽還突出至處理基板側。
2. 如申請專利範圍第1項之濺鍍裝置，其中將上述濺鍍面與上述斜面所成的角度設定於5~60°的範圍。
3. 如申請專利範圍第1或2項之濺鍍裝置，其中上述靶為含銦，錫及氧的ITO濺鍍用的靶。