专利名称：溅射膜形成用硅靶和形成含硅薄膜的方法
技术领域：
本发明涉及溅射膜形成用硅靶和形成含硅薄膜的方法。
背景技术：
含硅薄膜如硅膜、二氧化硅膜、氮化硅膜以及氮氧化硅膜用于多种领域中。例如， 含硅薄膜在半导体器件领域中用作绝缘膜和介电膜、在光学材料领域中用作抗反射膜或者在光掩模技术领域中用作遮光膜和相移膜。已经将使用含硅靶材的溅射方法广泛用于形成含硅薄膜，原因在于可以以低成本实施所述方法，其中的材料限制相对较少并且所述方法高度可控。含硅靶材通常通过导电结合材料如铟和锡而附着至金属背衬板。对所述背衬板施加电压，并且所述电压通过所述结合材料而到达所述硅靶材。由此因电阻而产生热。因此， 通常将具有优异的冷却效率和电导率的无氧铜等用于背衬板。硅靶材为典型的含硅靶材。为了改善与结合材料的润湿性，优选在所述靶材的结合表面上设置具有约1至10 μ m厚度的铜、铬、镍等的胶粘层(日本专利特开平7468616)。当靶材具有高电阻时，在溅射期间可能发生异常放电如电弧放电。因此，靶材优选具有低电阻。已经提及了通过添加掺杂剂如硼而使其电阻降低的硅靶材(日本专利特开 2003-322955)。本发明人对于如下进行了实验通过使用因添加掺杂剂而使电阻降低且导电类型为η型的硅靶材在光掩模板上形成用作遮光膜或相移膜的硅化合物薄膜，与由过渡金属材料等制成的靶材相比，确认了在其中产生更多数量粉尘的现象。本发明人还确认了，即使当通过增加添加至硅靶材中施主(donor)的量而降低电阻率时，使用所述η型硅靶材时产生的粉尘量也未降低。所产生的粉尘在形成的含硅薄膜中造成缺陷，并由此劣化膜的品质。为解决上述问题而完成了本发明，并且本发明的目的是提供溅射膜形成用硅靶， 其使得能够在溅射膜形成期间通过抑制粉尘的产生而形成高品质含硅薄膜。
发明内容
为实现上述目的，根据本发明的溅射膜形成用硅靶是其中硅靶材通过结合材料而附着至金属背衬板的溅射膜形成用硅靶，其中所述硅靶材由导电类型为η型的硅制成，并且在所述硅靶材于所述结合材料侧的表面上设置有由功函数比所述硅靶材小的材料制成的导电层。优选地，所述导电层包含镧系元素、稀土元素、碱金属元素和碱土金属元素中的一种。更优选地，所述导电层包含Y和镧系元素中的一种。优选地，所述硅靶材在室温下的电阻以体积电阻率计为1 Ω cm以上。优选地，所述硅靶材为单晶。
在根据本发明的形成含硅薄膜的方法中，通过使用上述靶由含有氮和氩的气体来进行溅射。在本发明中，在所述靶材的所述结合表面上设置有由功函数比所述η型硅靶材小的材料制成的导电层。因此，减少了溅射膜形成期间的带电(charge up)，并且抑制了粉尘的产生。结果，可形成高品质的含硅薄膜。
图1是用于说明根据本发明的溅射膜形成用硅靶的构造的示意性截面图；以及图2A和2B分别是η型硅靶材和导电层的能带图以及其中将所述η型硅靶材和所述导电层结合在一起的能带图。
具体实施例方式在下文中，将通过参考附图而具体地描述根据本发明的溅射膜形成用硅靶。作为对通过使用导电类型为η型的硅靶材进行溅射而形成含硅薄膜时抑制粉尘产生的认真研究的结果，本发明人推断，粉尘的产生是由在所述η型硅靶材和背衬板之间的结合部中发生的带电所引起的。常规的硅靶材通过结合层而结合至金属背衬板。所述结合层由具有低熔点的结合材料诸如金属如h和Sn或其合金制成。当将所述结合层结合至所述靶材时，可以在所述靶材的结合表面上形成金属膜以改善所述结合表面的润湿性及其粘附强度(日本专利特开平 7-268616)。根据本发明人的研究，如果没有考虑所述η型硅靶材和所述结合层之间的结合部中的电能势垒来选择材料，则由于在结合界面中产生的电能势垒而发生带电，由此导致粉尘的产生。基于该发现，本发明提供了一种溅射膜形成用硅靶，其中由导电类型为η型的硅制成的靶材通过结合材料(结合层)而附着至金属背衬板，其中在所述硅靶材于所述结合材料侧的表面上设置有由功函数比所述硅靶材小的材料制成的导电层。由此在附着区域中防止了电能势垒的产生，从而抑制了粉尘的产生。功函数是指将电子从材料表面移出至无限远所需要的最小能量。图1是用于说明根据本发明的溅射膜形成用硅靶的构造的示意性截面图。在图中，标号10表示由导电类型为η型的硅制成的靶材，并且标号20表示金属背衬板。所述η 型硅靶材10和所述金属背衬板20通过结合层40而彼此附着。在所述硅靶材10于所述结合层40侧的表面上设置有由功函数比所述硅靶材10小的材料制成的导电层30。S卩，所述硅靶材10通过所述导电层30和所述结合层40而附着至所述金属背衬板20。图2Α和2Β分别是所述η型硅靶材和所述导电层的能带图以及其中将所述η型硅靶材和所述导电层结合在一起时的能带图。本发明人注意到作为半导体的η型硅靶材的功函数和与其接触的导电层的功函数之间的差。假定所述导电层的功函数Φπι大于所述η型硅靶材的功函数Φη(4. 05eV)。在这种情况下，当在膜形成期间施加电压时，所述导电层和所述靶材的结合表面形成整流接触，其中在电压方向上的所述导电层侧为负而所述η型硅靶材侧为正。因此，阻挡了电流，并且不能在所述靶材表面附近的区域中保持充分量的电子。也不能充分释放电荷，因此发生异常放电。然而，如图2A和2B所示，在导电层的功函数Φπι小于η型硅靶材的功函数Φη的情况下，即使当如上所述在膜形成期间施加电压时，所述导电层和所述η型靶材的结合表面形成所谓的欧姆接触。因此，在所述结合表面中没有产生能量势垒，由此抑制了异常放 H1^ ο因此，在本发明中，由于设置了由功函数比所述η型硅靶材小的材料制成的导电层，所以减少了带电。由此能够大大减少在溅射膜形成期间所产生的粉尘量。当导电层的功函数大于η型硅靶材的功函数时，在所述η型硅靶材的结合表面中产生能量势垒，从而阻挡了电流。因此，发生异常放电，或者变得难以引发溅射放电。在单晶硅的情况下，η型硅的功函数通常为4. 05eVo因此，用于导电层的材料的功函数需要小于4. 05eV。可以将包含镧系元素、稀土元素、碱金属元素和碱土金属元素作为主要成分的材料用作上述材料。根据本发明的导电层优选包含镧系元素、稀土元素、碱金属元素和碱土金属元素之一。所述材料也可以为化合物如包含上述元素的硼化物和碳化物。所述材料可进一步包含氧等。更具体地，镧系元素的例子包括La、Ce、Nd、Sm、Eu、Gd和Tb。稀土元素的例子包括 Y和&。碱金属元素的例子包括Li、Na和K。碱土金属元素的例子包括Mg、Ca、Sr和Ba。 也可以将化合物如GaAs和TaN用作导电层材料。特别地，Y具有3. IeV的低功函数，在空气中稳定，因此优选将其用作所述材料。只要可以将在硅靶材和导电层的结合表面中产生的电势垒充分消除，则可以将导电层的厚度设定为任意值，例如将其设定为0. 1至10 μ m。只要用于本发明的硅靶材由η型硅制成，则所述硅靶材可以为单晶或多晶，或者可以为浇铸体或烧结体。由于单晶硅具有高密度和较少的空隙，所以难以发生粉尘产生和异常放电。还优选通过蚀刻等从硅靶材于结合层侧的表面(结合表面)预先除去加工应变层。通过除去所述加工应变层可防止靶材破裂。尽管所述硅靶材可具有平滑的结合表面， 但是更优选使用粗糙表面以改善与导电层的电接触。为了将硅靶材的结合表面以没有加工应变的方式粗糙化，优选在所述结合表面上进行蚀刻如湿式蚀刻或干式蚀刻。通过蚀刻，可以将所述硅靶材的所述结合表面微细均勻地粗糙化。为了在硅靶材的结合表面上形成导电层，可以使用常规的金属化方法。所述方法的例子包括溅射法、蒸镀法和电镀法。背衬板可以由常规材料如无氧铜和铝制成。结合层可还由常规材料如铟、锡或其合金制成。可在导电层和结合层之间设置Cr等的金属层以改善润湿性和粘附性。可通过直流溅射和射频溅射两者从而将根据本发明的硅靶用于形成含硅薄膜。从抑制粉尘产生的观点来看，更优选直流溅射。这是因为，直流溅射更容易受硅靶材和背衬板之间的电结合状态影响。 可以将根据本发明的硅靶用于磁控溅射，还可以将其用作对向型靶。
对通过使用本发明的靶进行溅射膜形成时的条件没有特殊限制。可以将惰性气体如Ar、He和Ne用作溅射气体。还可以使用氧气、氮气、氮氧化物气体、烃气体、一氧化碳或二氧化碳。优选含氮和Ar的气体用于进行溅射。所述靶不限于特别形状，并且可具有板状形状或圆锥形状。在板状形状的情况下， 可以使用任何形状如圆板形、矩形和环状。通过使用根据本发明的溅射膜形成用硅靶，抑制了带电从而抑制了粉尘的产生。 所述优点不取决于根据本发明的硅靶材的电阻率。通常认为，为了抑制溅射处理期间的粉尘产生，使靶材的电阻率低是有效的。当靶材由η型硅制成时，随着电阻率降低，需要添加更多量的作为施主杂质的P或As。然而，当添加更多量的施主杂质时，易于将所述杂质引入到通过溅射形成的含硅薄膜中，从得到高品质膜的观点来看这是不优选的。因此，硅靶材的电阻在室温下以体积电阻率计优选为1 Ω cm以上。体积电阻率更优选为10 Ω cm以上，并且最优选50 Ω cm以上。实施例将通过浮区法制造的具有200 Ω cm电阻率的η型单晶硅切割成5mm的厚度。为了除去硅衬底表面上的应变层，使用通过以2 5 3的体积比将氟(50重量％的浓度)、硝酸(70重量％的浓度)和甲醇混合而得到的化学溶液实施蚀刻。通过在如上所述得到的η 型硅靶材的一个表面上进行溅射而形成500nm的Y膜作为导电层。还在所述Y膜上形成 500nm的Cr膜作为金属膜。通过包含铟作为主要成分的结合材料将所述Cr膜和无氧铜的背衬板结合在一起，从而得到溅射膜形成用硅靶。准备了由合成二氧化硅制成的152平方毫米的光掩模衬底，并且通过使用上述硅靶进行直流溅射而在所述衬底上形成具有76nm膜厚的MoSiON膜(Mo Si 0 N = 1:4:1:4)。将氩气、氮气和氧气用作溅射气体。当通过使用由Lasertec Corporation制造的Magics 2351来对如上所述得到的 MoSiON膜实施缺陷测量时，具有0. 1 μ m以上尺寸的缺陷数为2。得到了具有很少缺陷的膜。比较例将通过浮区法制造的具有200 Ω cm电阻率的η型单晶硅切割成5mm的厚度。为了除去硅衬底表面上的应变层，使用通过以2 5 3的体积比将氟(50重量％的浓度)、硝酸(70重量％的浓度)和甲醇混合而得到的化学溶液实施蚀刻。在如上所述得到的η型硅靶材的一个表面上形成500nm的Cr膜作为金属膜。通过包含铟作为主要成分的结合材料将所述Cr膜和无氧铜的背衬板结合在一起，从而得到溅射膜形成用硅靶。准备了由合成二氧化硅制成的152平方毫米的光掩模衬底，并且在与实施例相同的成膜条件下，通过使用上述硅靶进行直流溅射而在所述衬底上形成具有76nm膜厚的 MoSiON膜(Mo Si 0 N = 1 4 1:4)。将氩气、氮气和氧气用作溅射气体。当通过使用由Lasertec Corporation制造的Magics 2351来对如上所述得到的 MoSiON膜实施缺陷测量时，具有0. 1 μ m以上尺寸的缺陷数为10，这是实施例的五倍。在本发明中，在靶材的结合表面上设置有由功函数比所述η型硅靶材小的材料制成的导电层。因此，减少了在溅射膜形成期间的带电从而抑制了粉尘的产生。结果，可形成高品质的含硅薄膜。
权利要求
1.一种溅射膜形成用硅靶，其中硅靶材通过结合材料而附着至金属背衬板， 其中所述硅靶材由导电类型为η型的硅制成，并且在所述硅靶材于所述结合材料侧的表面上设置有由功函数比所述硅靶材小的材料制成的导电层。
2.根据权利要求1的溅射膜形成用硅靶，其中所述导电层包含镧系元素、稀土元素、碱金属元素和碱土金属元素中的一种。
3.根据权利要求1的溅射膜形成用硅靶，其中所述导电层包含Y和镧系元素中的一种。
4.根据权利要求1至3中任一项的溅射膜形成用硅靶，其中所述硅靶材在室温下具有的电阻以体积电阻率计为IQcm以上。
5.根据权利要求1至3中任一项的溅射膜形成用硅靶，其中所述硅靶材为单晶。
6.一种形成含硅薄膜的方法，其中通过使用根据权利要求1至3中任一项的靶由含有氮和氩的气体来进行溅射。
全文摘要
本发明提供溅射膜形成用硅靶和形成含硅薄膜的方法。提供了一种溅射膜形成用硅靶，其使得能够在溅射膜形成期间通过抑制粉尘产生而形成高品质的含硅薄膜。n型硅靶材10和金属背衬板20通过结合层40而彼此附着。在所述硅靶材10在所述结合材料40侧的表面上设置有由功函数比所述硅靶材10小的材料制成的导电层30。即，所述硅靶材10通过所述导电层30和所述结合层40而附着至所述金属背衬板20。在单晶硅的情况下，n型硅的功函数通常为4.05eV。所述导电层30的材料的功函数需要小于4.05eV。
文档编号C23C14/14GK102534502SQ20111045540
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者吉川博树, 稻月判臣, 金子英雄 申请人:信越化学工业株式会社