JP2917743B2 - Si target material for magnetron sputtering - Google Patents
Si target material for magnetron sputteringInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、長期に亘ってパーテ
ィクルの少ない成膜形成が可能なマグネトロンスパッタ
リング用Ｓｉターゲット材に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Si target material for magnetron sputtering capable of forming a film with few particles for a long period of time.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、一般に、雰囲気ガスとしてＮ2 や
Ｏ2 などの反応性ガスを用いてプラズマを発生させ、マ
グネットによりＳｉターゲット材の表面に垂直方向の磁
界を印加しながら、前記Ｓｉターゲット材表面をスパッ
タして基体の表面にＳｉＮ膜などを形成するマグネトロ
ンスパッタリング法が知られている。Conventionally, in general, to generate a plasma using a reactive gas such as N 2 or O 2 as an atmosphere gas, while applying a magnetic field in the direction perpendicular to the surface of the Si target material by the magnet, the Si target There is known a magnetron sputtering method in which a material surface is sputtered to form a SiN film or the like on the surface of a substrate.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】一方、近年のこの種マ
グネトロンスパッタリング装置の大型化および高性能化
はめざましく、これに伴ないスパッタ条件は一段と苛酷
さを増す状況にあるが、上記の従来Ｓｉターゲット材の
場合、苛酷な条件下でのスパッタでは、比較的短時間の
操業で成膜中に、通常直径：０．３μｍ以上の粗大なパ
ーティクルが多数発生するようになり、これが原因で使
用寿命に至るのが現状である。On the other hand, the size and performance of this type of magnetron sputtering apparatus in recent years have been remarkable, and the sputtering conditions accompanying this have become more severe. In the case of materials, spattering under severe conditions causes a large number of coarse particles, usually with a diameter of 0.3 μm or more, to be generated during film formation in a relatively short period of operation, which causes a decrease in service life. That is the current situation.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、成膜中に粗大パーティクルを発
生させないマグネトロンスパッタリング用Ｓｉターゲッ
ト材を開発すべく研究を行なった結果、 （ａ） 従来Ｓｉターゲット材の場合、比較的短時間の
使用で成膜中に多数のパーティクルが形成されるように
なるのは、操業中にターゲット材のスパッタ面の非エロ
ージョン部、すなわちスパッタ面の中央部および外周縁
部にＳｉＮなどのスパッタ生成物が堆積するが、この堆
積物がある量になると、スパッタ中に前記非エロージョ
ン部から剥離し、これが成膜中にパーティクルとして混
入するようになることに原因があること。Means for Solving the Problems Accordingly, the present inventors have
From the viewpoints described above, studies were conducted to develop a Si target material for magnetron sputtering that does not generate coarse particles during film formation. (A) In the case of a conventional Si target material, it can be formed in a relatively short time. A large number of particles are formed in the film because a sputter product such as SiN is deposited on the non-erosion portion of the sputter surface of the target material during operation, that is, on the central portion and the outer peripheral edge of the sputter surface. When the amount of the deposit reaches a certain amount, the deposit separates from the non-erosion portion during sputtering, and this is mixed as particles during film formation.
【０００５】（ｂ） 一般に、従来Ｓｉターゲット材に
おいては、そのスパッタ面の面粗さを全面に亘って０．
０２〜０．１μｍＲａ（中心線平均粗さ、以下同じ）と
しているが、これをスパッタ面における上記非エロージ
ョン部の面粗さを相対的に粗い０．２〜２μｍＲａと
し、残りの平面リング状のエロージョン部の面粗さをこ
れより平滑な０．０１〜０．０５μｍＲａとすると、前
記エロージョン部の表面粗さによってスパッタが円滑
に、かつ多数のパーティクルの発生が極力抑制された状
態で行なわれるようになり、一方上記非エロージョン部
の相対的に粗い面粗さによって操業中に堆積したスパッ
タ生成物との間に強固な密着力が形成されることから、
苛酷な条件でスパッタを行なっても前記スパッタ生成堆
積物が非エロージョン部から剥離することがなく、成膜
中のパーティクルの形成が長期に亘って抑制されるよう
になること。(B) In general, in the conventional Si target material, the surface roughness of the sputtering surface is set to 0.1% over the entire surface.
02 to 0.1 μm Ra (center line average roughness, the same applies hereinafter). The surface roughness of the non-erosion portion on the sputter surface is set to 0.2 to 2 μm Ra, which is relatively coarse, and the remaining planar ring shape is used. When the surface roughness of the erosion portion is set to 0.01 to 0.05 μm Ra, which is smoother than this, the sputter is smoothly performed by the surface roughness of the erosion portion and the generation of a large number of particles is performed in a state where it is suppressed as much as possible. On the other hand, since a strong adhesion is formed between the sputter products deposited during operation due to the relatively rough surface roughness of the non-erosion portion,
Even when sputtering is performed under severe conditions, the sputtered deposits do not peel off from the non-erosion portion, and the formation of particles during film formation is suppressed for a long time.
【０００６】（ｃ） スパッタ面における上記非エロー
ジョン部を同エロージョン部に対して面レベルで低くす
る、すなわちエロージョン部を非エロージョン部に対し
て突出させると、操業中に非エロージョン部に堆積した
スパッタ生成物がスパッタ反応空間の影響を受けにくく
なるので、成膜中のパータィクルの形成がさらに一段と
抑制されるようになること。なお、この場合、エロージ
ョン部をスパッタ面中央部の非エロージョン部に対して
面高さで０．０５〜５mm高くするのが望ましく、また、
非エロージョン部の外周縁部を面取り加工面とすること
や、上記突出したエロージョン部の角部をＲ加工面とす
ることが望ましく、これによってパーティクル発生の原
因となる異常放電が著しく低減するようになること。 以上（ａ）〜（ｃ）に示される研究結果が得られたので
ある。(C) When the non-erosion portion on the sputtering surface is lowered at the surface level with respect to the erosion portion, that is, when the erosion portion protrudes from the non-erosion portion, the sputter deposited on the non-erosion portion during operation is reduced. The formation of particles during film formation is further suppressed because products are less affected by the sputter reaction space. In this case, it is desirable that the erosion portion is 0.05 to 5 mm higher in surface height than the non-erosion portion at the center of the sputtering surface.
It is desirable that the outer peripheral edge of the non-erosion portion be a chamfered surface, and that the corner of the protruded erosion portion be an R-processed surface, so that abnormal discharge causing particle generation is significantly reduced. To become a. The research results shown in (a) to (c) above were obtained.
【０００７】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、スパッタ面の平面リング状のエ
ロージョン部を、残りのスパッタ面中央部および外周縁
部で構成された非エロージョン部に対して突出させ、か
つ前記エロージョン部の表面粗さを０．０１〜０．０５
μｍＲａとし、前記非エロージョン部の表面粗さを０．
２〜２μｍＲａとすることにより、長期に亘ってパーテ
ィクルの少ない成膜形成を可能ならしめたマグネトロン
スパッタリング用Ｓｉターゲット材に特徴を有するもの
である。The present invention has been made on the basis of the above research results, and a flat ring-shaped erosion portion of a sputter surface is replaced with a non-erosion portion constituted by a center portion and an outer peripheral edge portion of the remaining sputter surface. The erosion portion has a surface roughness of 0.01 to 0.05.
μmRa, and the surface roughness of the non-erosion portion is 0.1 μm.
By setting the thickness to 2 to 2 μmRa, a Si target material for magnetron sputtering, which is capable of forming a film with few particles over a long period of time, is characterized.
【０００８】つぎに、この発明のＳｉターゲット材にお
いて、エロージョン部および非エロージョン部の表面粗
さを上記の通りに限定した理由を説明する。すなわち、
エロージョン部の表面粗さを０．０１〜０．０５μｍＲ
ａとしたのは、その表面粗さが０．０１μｍＲａ未満で
は、スパッタ面が平滑すぎて、特に初期段階でのスパッ
タがスムーズに行なわれず、一方その表面粗さが０．０
５μｍＲａを越えると、異常放電が発生し易くなり、パ
ーティクルの多発形成の原因になるという理由によるも
のである。また、非エロージョン部の表面粗さを０．２
〜２μｍＲａとしたのは、その表面粗さが０．２μｍＲ
ａ未満では、スパッタ生成堆積物との間にスパッタ中に
剥離のない強固な密着力を形成することができず、この
結果上記の通りスパッタ生成堆積物の剥離が起ってパー
ティクルの多数発生の原因となり、一方その表面粗さが
２μｍＲａを越えると、特にスパッタ初期において、粗
面が原因で異常放電を起し易くなり、同様に成膜中のパ
ーティクル数が増大するようになるという理由にもとづ
くものである。さらに、エロージョン部を非エロージョ
ン部における中央部に対して面高さで０．０５〜５mm高
くするのが望ましい理由は、その高さが０．０５mm未満
では所望のパーティクルの発生抑制効果が得られず、一
方その高さが５mmを越えると、スパッタ効率が低下し、
成膜速度が低下するようになることにある。Next, the reason why the surface roughness of the eroded portion and the non-eroded portion in the Si target material of the present invention is limited as described above will be described. That is,
The surface roughness of the erosion part is 0.01 to 0.05 μmR
If the surface roughness is less than 0.01 μm Ra, the sputtered surface is too smooth, and spattering is not particularly smoothly performed in the initial stage.
If the thickness exceeds 5 μmRa, abnormal discharge is likely to occur, which causes the generation of many particles. Further, the surface roughness of the non-erosion portion is set to 0.2.
The reason why the surface roughness is 0.2 μmR
If the value is less than a, it is not possible to form a strong adhesion without spalling during the sputtering between the sputtered sediment and the sputtered sediment. On the other hand, if the surface roughness exceeds 2 μmRa, abnormal discharge is likely to occur due to the rough surface, especially in the initial stage of sputtering, and the number of particles during film formation similarly increases. Things. Further, it is desirable to make the erosion portion 0.05 to 5 mm higher in surface height than the central portion in the non-erosion portion because, if the height is less than 0.05 mm, a desired particle generation suppressing effect can be obtained. On the other hand, if the height exceeds 5 mm, the sputtering efficiency decreases,
The point is that the film forming speed is reduced.
【０００９】[0009]
【実施例】つぎに、この発明のＳｉターゲット材を実施
例により具体的に説明する。図１にそれぞれ概略縦断面
図で示されるＡ型、Ｂ型、およびＣ型の形状および表１
に示される寸法を有し、かつ表２に示される表面粗さを
もった平面円形の本発明Ｓｉターゲット材１〜９をそれ
ぞれ用意した。また、比較の目的で同じく表２に示され
る寸法およびスパッタ面表面粗さをもった従来Ｓｉター
ゲット材１〜３を用意した。ついで、これらの各種Ｓｉ
ターゲット材を用い、直流マグネトロンスパッタリング
装置にて、電圧：４００Ｖ、出力：１０００Ｗ、雰囲
気：Ａｒ＋Ｎ2 、雰囲気圧力：１０torr（ただし、Ｎ2
分圧：３torr）の条件で、直径：２５０mm×厚さ：１０
mmの寸法をもった平面円形のＳｉウエハの表面に厚さ：
０．５μｍのＳｉＮ成膜を形成する操作を連続的に行な
い、一方で前記ＳｉＮ成膜中に存在する直径：０．３μ
ｍ以上のパーティクル数をパーティクルカウンターを用
い、レーザ光を当てて観察し、前記成膜中に前記パーテ
ィクルが１００個以上存在するに至るまでのＳｉウエハ
枚数を測定した。これらの測定結果を表２に示した。Next, the Si target material of the present invention will be described in detail with reference to examples. Table 1 shows the shapes of A-type, B-type and C-type shown respectively in schematic longitudinal sectional views in FIG.
And the planar target circular Si target materials 1 to 9 having the dimensions shown in Table 2 and the surface roughness shown in Table 2, respectively. Also, for the purpose of comparison, conventional Si target materials 1 to 3 having the dimensions and the sputter surface roughness shown in Table 2 were prepared. Next, these various Si
Using a target material, with a DC magnetron sputtering device, voltage: 400 V, output: 1000 W, atmosphere: Ar + N 2 , atmosphere pressure: 10 torr (N 2
Partial pressure: 3 torr), diameter: 250 mm x thickness: 10
Thickness on the surface of a flat circular Si wafer with dimensions of mm:
The operation of forming a 0.5 μm SiN film is continuously performed, while the diameter existing in the SiN film is 0.3 μm.
The number of particles of m or more was observed by irradiating a laser beam using a particle counter, and the number of Si wafers until the number of the particles was 100 or more during the film formation was measured. Table 2 shows the results of these measurements.
【００１０】[0010]
【表１】 [Table 1]
【００１１】[0011]
【表２】 [Table 2]
【００１２】[0012]
【発明の効果】表２に示される結果から、本発明Ｓｉタ
ーゲット材１〜９は、いずれもエロージョン部はスパッ
タ効率の点から従来表面粗さと同等であるが、特に非エ
ロージョン部を構成するスパッタ面中央部および外周縁
部の表面粗さを相対的に粗くすることにより、これに堆
積するスパッタ生成物との密着性が高いものとなってい
るので、スパッタ中に前記スパッタ生成堆積物が剥れる
ことがなくなり、この結果成膜中のパーティクルの多発
が著しく長期に亘って抑制されるようになるのに対し
て、従来Ｓｉターゲット材１〜３は、スパッタ面の表面
粗さが全面同じであり、その表面粗さもスパッタ効率を
主体としたものとなり、どうしても相対的に平滑なもの
とならざるを得ず、この結果特に苛酷な条件でのスパッ
タではスパッタ生成堆積物のスパッタ面からの剥離を避
けることができなくなり、短時間の操業でパーティクル
の多発を見るようになることが明らかである。上述のよ
うに、この発明のＳｉターゲット材は、苛酷な条件での
スパッタでも成膜中にパーティクルが多発するのを長期
に亘って抑制することができるので、マグネトロンスパ
ッタリング装置の大型化および高性能化に十分満足に対
応でき、長い使用寿命を示すものである。According to the results shown in Table 2, the erosion portion of each of the Si target materials 1 to 9 of the present invention is the same as the conventional surface roughness in terms of the sputtering efficiency. By relatively roughening the surface roughness of the central portion and the outer peripheral portion of the surface, the adhesion to the sputter products deposited on the surface is high, so that the sputter products are peeled during the sputtering. As a result, the generation of particles during film formation is significantly suppressed over a long period of time, whereas the conventional Si target materials 1 to 3 have the same surface roughness of the sputtering surface. The surface roughness is mainly based on the sputter efficiency, and must be relatively smooth by all means.As a result, spatter is generated especially in spatter under severe conditions. Can not be avoided the peeling from the sputtering surface of the product material, it is clear that so view particles frequently in a short time of operation. As described above, the Si target material of the present invention can suppress the occurrence of a large number of particles during film formation over a long period of time even under sputtering under severe conditions. It can respond satisfactorily to chemical conversion and shows a long service life.
【図１】この発明のＳｉターゲット材のＡ型、Ｂ型、お
よびＣ型の実施例を示す概略縦断面図である。FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing an example of A type, B type, and C type of a Si target material of the present invention.
１ エロージョン部 ２ａ、２ｂ 非エロージョン部 1 Erosion part 2a, 2b Non-erosion part
Claims (4)
ン部を、残りのスパッタ面中央部および外周縁部で構成
された非エロージョン部に対して突出させ、かつ前記エ
ロージョン部の表面粗さを０．０１〜０．０５μｍＲａ
（中心線平均粗さ）とし、前記非エロージョン部の表面
粗さを０．２〜２μｍＲａとしたことを特徴とするマグ
ネトロンスパッタリング用Ｓｉターゲット材。1. A flat ring-shaped erosion portion of a sputtering surface is projected from a non-erosion portion formed by a center portion and an outer peripheral portion of the remaining sputtering surface, and the surface roughness of the erosion portion is set to 0. 01-0.05 μmRa
(Central line average roughness), and the surface roughness of the non-erosion portion is 0.2 to 2 μm Ra.
部の非エロージョン部に対して面高さで０．０５〜５mm
高くしたことを特徴とする上記請求項１記載のマグネト
ロンスパッタリング用Ｓｉターゲット材。2. The erosion portion has a surface height of 0.05 to 5 mm with respect to a non-erosion portion at the center of the sputtering surface.
2. The Si target material for magnetron sputtering according to claim 1, wherein the Si target material is raised.
を面取り加工面としたことを特徴とする上記請求項１ま
たは２記載のマグネトロンスパッタリング用Ｓｉターゲ
ット材。3. The magnetron sputtering Si target material according to claim 1, wherein the non-erosion portion at the outer peripheral edge of the sputtering surface is a chamfered surface.
したことを特徴とする上記請求項１，２、または３記載
のマグネトロンスパッタリング用Ｓｉターゲット材。4. The Si target material for magnetron sputtering according to claim 1, wherein a corner of the erosion portion is an R-processed surface.
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Publications (2)
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| JPH06306596A JPH06306596A (en) | 1994-11-01 |
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-
1993
- 1993-04-23 JP JP5120960A patent/JP2917743B2/en not_active Expired - Lifetime
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