特許 6883103 カルコゲナイドスパッタリングターゲット及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6883103

(24)【登録日】2021年5月11日

(45)【発行日】2021年6月9日

(54)【発明の名称】カルコゲナイドスパッタリングターゲット及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/34 20060101AFI20210531BHJP

   B22F 3/14 20060101ALI20210531BHJP

   B22F 9/04 20060101ALI20210531BHJP

   C22C 28/00 20060101ALI20210531BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/34 A

   B22F3/14 A

   B22F9/04 C

   C22C28/00 B

【請求項の数】2

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2019-526211(P2019-526211)

(86)(22)【出願日】2017年8月8日

(65)【公表番号】特表2019-529718(P2019-529718A)

(43)【公表日】2019年10月17日

(86)【国際出願番号】US2017045895

(87)【国際公開番号】WO2018038910

(87)【国際公開日】20180301

【審査請求日】2019年1月30日

(31)【優先権主張番号】62/378,031

(32)【優先日】2016年8月22日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】15/670,487

(32)【優先日】2017年8月7日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500575824

【氏名又は名称】ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100120112

【弁理士】

【氏名又は名称】中西 基晴

(74)【代理人】

【識別番号】100120754

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 豊治

(72)【発明者】

【氏名】マイケル・アール・ピンター

【審査官】 松本 瞳

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２４５２５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０２３３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 再公表特許第２０１１／１３６１２０（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−２６５２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１３０５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１１７０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 再公表特許第２００８／０４４６２６（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−０３３２１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８

Ｂ２２Ｆ １／００− ８／００

Ｃ２２Ｃ １／０４− １／０５

Ｃ２２Ｃ ３３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

相変化材料スパッタリングターゲットを形成する方法であって、
酸素を除外する周期律表のＶＩ族からの少なくとも１つの元素と、周期律表のＩＶ族又はＶ族からの少なくとも１つの元素とを含む、一次合金を形成することと、
前記一次合金を粉末状にして、合金粉末を形成することと、
前記合金粉末を追加の粉末成分とブレンドすることによって、粉末混合物を形成することと、
前記粉末混合物を熱間プレスして、スパッタリングターゲットを形成することと、を含み、
前記粉末混合物が一次合金のガラス転移温度で熱間プレスされる、方法。

【請求項2】

前記スパッタリングターゲットが、スパッタリング面にわたって原子元素組成における１％未満の変動を有する、請求項１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１６年８月２２日に出願された米国仮特許出願第６２／３７８，０３１号の優先権を主張し、その開示全体が、参照により本明細書に明示的に組み込まれる。

【0002】

本発明は、カルコゲナイドを含有するスパッタリングターゲットに関する。より具体的には、本発明は、カルコゲナイド化合物又は元素を１つ以上の追加の相と共に含有する一次マトリックスを含むスパッタリングターゲットに関する。その製造方法もまた提供される。

【背景技術】

【0003】

物理蒸着法（「ＰＶＤ」）は、様々な基板の表面に材料の薄膜を形成するために広く使用されている。スパッタリングとして知られる１つのＰＶＤプロセスでは、原子は、プラズマなどのガスイオンとの衝突によって、スパッタリングターゲットの表面から排出される。そのため、スパッタリングターゲットは、基板上に堆積される材料の供給源である。

【0004】

相変化材料は、不揮発性メモリデバイスにおいて使用するための有望な材料として浮上している。相変化材料は、それらの非晶質及び結晶質相内に情報を格納し、材料に電圧を印加することによって迅速に可逆的に変化することができる。多くの相変化材料は、周期律表のＩＶ族又はＶ族からの１つ以上の元素と組み合わされた、周期律表のＶＩ族からの少なくとも１つの元素（すなわち、カルコゲナイド）を含む。相変化材料の元素は、異種融点及び高蒸気圧を有することが多い。このことは、高金属純度、低酸素含有量、及び所望の化合物化学量論を維持しながら相変化材料を製造する上で難題をもたらす。このことは、相変化材料が、高融点を有する１つ以上の元素を含有する場合に特に当てはまる。

【0005】

カルコゲナイドスパッタリングターゲットは、基板上にカルコゲナイド材料の薄膜を形成するために半導体メモリ用途において使用され得る。カルコゲナイドスパッタリングターゲットを形成する１つの現行の方法は、所望の組成を得るために、個々の元素粉末の圧密化を伴う。この方法は、高い酸素レベルを生じる傾向がある。更に、最低融点成分によって課せられる制限要因のために、密度が影響を被る場合がある。カルコゲナイドスパッタリングターゲットを形成するための別の方法は、封入された石英管を反応器として利用して、組成物全体を合金化し、固化させる。この方法は、高価であり、規模拡大が困難である。更に、得られた材料は、圧密化を阻止する金属間化合物の形成のために、多孔質スパッタリングターゲットを生成する傾向がある。

【発明の概要】

【0006】

一実施形態では、物理蒸着装置は、一次マトリクスと、一次マトリクス中に実質的に均質に分散された少なくとも１つの追加の相とを含む、相変化材料スパッタリングターゲットを含む。一次マトリックスは、酸素を除外する周期律表のＶＩ族からの少なくとも１つの元素と、周期律表のＩＶ族又はＶ族からの１つ以上の元素とを含む。好適な追加の相は、化合物又は元素材料とすることができる。

【0007】

相変化材料スパッタリングターゲットを製造する方法もまた提供される。多数の実施形態が開示されるが、それでもなお当業者には、本発明の例示的な実施形態を示し、説明する以下の詳細な説明から、本発明の他の実施形態が明らかになるであろう。したがって、図面及び詳細な説明は、制限的なものではなく、本質的に実例とみなされるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】例示的な物理蒸着装置の一部の線図である。

【図2】例示的なＧｅＳｅＡｓ材料についての温度対プローブ位置のグラフである。

【図3】実施例１についての走査電子顕微鏡画像である。

【図4】実施例１についての走査電子顕微鏡画像である。

【図5】実施例２についての走査電子顕微鏡画像である。

【図6】実施例２についての走査電子顕微鏡画像である。

【図7】実施例２についての平均サイズ分布のグラフである。

【図8】実施例２についてのエネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＳ）からの画像である。

【図9】実施例４についての走査電子顕微鏡画像である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本開示は、相変化材料スパッタリングターゲット及びその製造方法に関する。例示的な物理蒸着装置１０の一部の線図を、図１に示す。物理蒸着（「ＰＶＤ」）装置１０は、エポキシ結合、インジウム結合、又は他のタイプのはんだ結合などの、スパッタリングターゲット１４が接合されたバッキングプレート１２を備える。半導体材料ウエハ１８は、装置１０内にあり、ターゲット１４から離間して設けられる。スパッタリングターゲット１４の表面１６は、スパッタリング面である。動作中、スパッタリングされた材料２２は、スパッタリングターゲット１４のスパッタリング面１６から離れ、ウエハ１８の上方にコーティング（又は薄膜）２０を形成する。いくつかの実施形態では、スパッタリングターゲット１４は、バッキングプレート１２を有しないＰＶＤ装置１０で使用されてもよい。この構成は、モノリシック構成と称される。

【0010】

いくつかの実施形態では、スパッタリングターゲット１４は、一次合金材料と、少なくとも１つの追加の相とを含む、合金化合物から形成された相変化スパッタリングターゲットである。一次合金は、周期律表のＶＩ族からの少なくとも１つの元素（すなわち、カルコゲナイド）と、周期律表のＩＶ族又はＶ族からの１つ以上の元素とを含む。ＶＩ族からの好適な元素としては、イオウ（Ｓ）、セレニウム（Ｓｅ）、テルリウム（Ｔｅ）、及びポロニウム（Ｐｏ）が挙げられる。ＩＶ族及びＶ族からの好適な元素としては、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ素（Ａｓ）、スズ（Ｓｎ）、及びアンチモン（Ｓｂ）が挙げられる。一次合金材料は、いくつかの実施形態では、ガラス転移挙動を呈し得る。

【0011】

スパッタリングターゲット１４は、少なくとも１つの追加の相を含む。追加の相は、化合物又は元素材料であってもよい。好適な追加の相は、ＧｅＳｅなどの化合物又はシリコン（Ｓｉ）などの元素とすることができる。いくつかの実施形態では、スパッタリングターゲット１４は、追加の相及び追加の元素材料を含むことができる。例えば、スパッタリングターゲット１４は、Ｓｉ及びＧｅＳｅを含むことができる。いくつかの実施形態では、スパッタリングターゲット１４は、セレニウム、ゲルマニウム、ヒ素、及びシリコンからなるか、又は本質的になってもよく、あるいはゲルマニウム、ヒ素、テルリウム、及びシリコンからなるか、又は本質的になってもよく、このような列挙は、元素の経験的比を示すものではない。微量の不純物が存在してもよい。

【0012】

いくつかの実施形態では、ＶＩ族元素（複数可）は、合金化合物の主要成分において存在してもよい。例えば、ＶＩ族元素（複数可）は、合金化合物の約４５重量％〜約８０重量％の量で存在することができる。いくつかの実施形態では、ＩＶ族又はＶ族からの各元素は、合金化合物の約５重量％〜約５０重量％の量で存在することができる。合金化合物は、二元〜五元化合物であってもよい。いくつかの実施形態では、合金化合物は、５つを超える構成成分を含有してもよい（すなわち、四元化合物よりも高次元のものであってもよい）。スパッタリングターゲット１４についての合金化合物の例示的な組成範囲を、表１に提供する。

【0013】

【表1】

【0014】

いくつかの実施形態では、合金化合物は、単相又はほぼ単相の合金であり得るバルク又は一次マトリックスから構成され得る。バルクマトリックスは、１つ以上の均質な又は実質的に均質に分布した追加の相を含有することができる。

【0015】

いくつかの実施形態では、追加の相（複数可）の均質な特性は、均質な又は実質的に均質な元素組成によって示される。例えば、いくつかの実施形態では、スパッタリングターゲット１４のスパッタリング面にわたって取られるＦＥＩ測定値は、原子元素組成における１％未満の変動を示す。例えば、ターゲットブランクの中心、中間半径、及び縁部からの試料は、原子元素組成における１％未満の変動を示す。いくつかの実施形態では、追加の相の実質的に均質な分布を有するスパッタリングターゲットは、試料にわたって相サイズ及びカウントを収集することによって特徴付けられる。相の和は、１０％未満の中心−縁部間相対偏差の範囲内で均一であり、個々の相は、１０％未満の中心−縁部間相対偏差の範囲内で均一である。いくつかの実施形態では、相の平均サイズは、５％未満の中心−縁部間相対偏差の範囲内で均一である。実質的に均質に分布された追加の相を有する例示的なスパッタリングターゲットを、表２に提供する。

【表2】

【0016】

いくつかの実施形態では、追加の相のうちの１つ以上は、約２００ミクロン〜１０ミクロン未満、例えば約１ミクロンまでの平均直径又はサイズを有してもよい。いくつかの実施形態では、追加の相のうちの１つ以上は、約４０ミクロン未満、例えば、約４０ミクロン〜約１ミクロンの平均サイズを有してもよい。

【0017】

元素材料の形態の追加の相の平均等価直径は、バルクマトリックス内への組み込みの前に、破砕、粉砕、ボールミル、及びジェットミルを含む通常の縮小法を使用して調整されてもよい。粒子は、所望の平均直径又はサイズ分布を得るために、標準タイラー篩又は別の手段を通して篩い分けられてもよい。いくつかの実施形態では、シリコンの第２の相は、およそ４０ミクロン〜１０ミクロン未満の平均直径又はサイズを有してもよい。超微粉製造された粉末の使用は、任意の二次相の非常に微細な分散体を得ることができる。

【0018】

スパッタリングターゲット１４は、低酸素含有量を有し得る。酸素含有量を判定するための１つの好適な方法は、ガスクロマトグラフィによるものである。いくつかの実施形態では、酸素含有量は、２０００百万分率（ｐｐｍ）未満、１０００ｐｐｍ未満、３００ｐｐｍ未満、又は１００ｐｐｍ未満であってもよい。いくつかの実施形態では、酸素含有量は、約２０００ｐｐｍ〜約５ｐｐｍ、又は約１０００ｐｐｍ〜約５ｐｍ、又は約３００ｐｐｍ〜約５ｐｐｍ、又は約５ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍであってもよい。

【0019】

スパッタリングターゲット１４は、高純度を有し得る。純度を判定するために好適な方法としては、誘導結合プラズマ発光分析法（ＩＣＰ−ＯＥＳ）及びグロー放電質量分析法（ＧＤＭＳ）が挙げられる。いくつかの実施形態では、スパッタリングターゲット１４は、４Ｎ純度又は９９．９９％純度を満たすことができる。更なる実施形態では、スパッタリングターゲット１４は、４Ｎ５純度又は９９．９９５％純度を満たすことができる。いくつかの実施形態では、スパッタリングターゲット１４は、少なくとも９９．９９９％の純度を有することができる。

【0020】

いくつかの実施形態では、スパッタリングターゲット１４は、理論密度の少なくとも９０％、又は理論密度の少なくとも９５％の密度を有することができる。例えば、いくつかの実施形態では、スパッタリングターゲット１４は、理論密度の９８％以上の密度を有することができる。いくつかの実施形態では、スパッタリングターゲット１４は、完全に緻密であってもよい。すなわち、スパッタリングターゲット１４は、細孔、空間、及び空隙を含まない可能性がある。多孔率の総表示は、アルキメデス密度測定中の泡の観察であってもよい。多孔率を判定する別の方法は、カルコゲナイド合金材料の断面サンプリングを伴う。完全に緻密な材料は、空隙を含まないであろう。カルコゲナイド合金材料は、公開された密度値を有してはいない。混合物法は、概算を供給するが、複数の合金又は元素相の存在、並びに変化する固体状態は、密度の概算を困難にさせる。また、追加の相（すなわち、シリコン）などの角度のついた表面を伴う硬質相成分の周りの区域は、これらの複合材料において充填するのが困難である。いくつかの実施形態では、スパッタリングターゲット１４は、空隙又は空間を含まなくてもよく、例えば、バルクマトリックスと追加の相（複数可）との間に空隙又は空間を含まない。ＳＥＭ撮像を使用して、バルクマトリックスと追加の相（複数可）との間の空隙又は空間を検出することができる。開発されたプロセス方法論は、これらの間隙を完全に充填する。

【0021】

スパッタリングターゲット１４は、スパッタリング面にわたって実質的に一貫した又は均質な元素分布を有することができる。例えば、スパッタリング面の縁部、中間半径及び中心で取り込まれた試料は、実質的に同一の元素分布を有することができる。元素分布を判定するのに好適な方法としては、断面のエネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＳ）を利用するＦＥＩマッピングが挙げられる。いくつかの実施形態では、ＦＥＩマッピングは、目標のスパッタリングターゲット１４の中心から中間半径、そこから縁部に至る原子元素組成における１％未満の変動を示すことができる。別の好適な方法は、ＩＣＰ−ＯＥＳを使用して一連の試料を分析し、様々な場所で主要構成要素を追跡することを伴う。図８は、四元合金のターゲットブランクの半径にわたるＥＤＳマッピングを示す。元素は、各試料の全体にわたって、かつブランクにわたって均等に分散されている。

【0022】

スパッタリングターゲット１４は、一次合金を合成して、これを粉末状にして、少なくとも１つの第２の合金粉末又は元素粉末とブレンドして、粉末混合物を形成することによって形成することができる。この粉末混合物を、真空熱間プレスして緻密化し、スパッタリングターゲットを形成する。

【0023】

一次合金は、坩堝内で、良好な二元又は三元相を有する成分を融解することによって、形成することができる。いくつかの実施形態では、一次合金は、周期律表のＶＩ族（酸素を除外する）から選択される第１の成分と、周期律表のＩＶ族又はＶ族から選択される第２の成分とを有する二元合金である。多くのカルコゲナイドは、セレニウム又はヒ素のいずれか、相対的に低い融点及び高い蒸気圧を有する元素を含有する。収量損失を最小化し、かつ公称組成を維持する組成を選択するように注意を払う必要がある。合金は、酸化を低減するために不活性雰囲気において形成されてもよい。

【0024】

いくつかの実施形態では、一次合金は、溶融二元合金に第三成分を添加することによって形成される三元合金であってもよい。いくつかの実施形態では、溶融二元合金が維持される温度は、第３の成分が添加される前に低下され、第３の成分の損失を最小限にしてもよい。いくつかの実施形態では、第三成分及び１つ以上の追加の成分は、溶融二元合金に添加される。溶融二元合金が維持される温度は、成分の添加の前に低下させてもよい。

【0025】

溶融一次合金は、成形型に注入してもよい。いくつかの実施形態では、一次合金は急速に凝固して、均質な又は少なくとも実質的に均質な非晶質のガラス状ビレットを形成する。

【0026】

第２の合金粉末は、一次合金粉末と同様のプロセスを使用して形成されてもよい。第２の合金は、一次合金と同様なガラスに似た特性を呈することができるか、又は圧密化中に一次合金によって封入されることになるより硬質の材料であってよい。第２の合金粉末は、一次合金粉末とブレンドする前に粉末状にされる。追加の合金粉末もまた、同様のプロセスで形成されてもよい。

【0027】

１つ以上の元素粉末もまた、粉末混合物に添加されてもよい。例えば、シリコンショットを、粉末混合物に添加してもよい。いくつかの実施形態では、このショットは、元素粉末を粉末混合物に添加する前に、平均粒子サイズを低減することができる。

【0028】

一次合金と、少なくとも１つの追加の合金粉末（第２の合金粉末など）又は元素粉末とがブレンドされて、所望の化学量論を達成する。すなわち、粉体混合物は、一次合金粉末と、もう１つの追加合金粉末及び／又は元素粉末とを含む。いくつかの実施形態では、元素粉末は、所望の粒径を得るためにバルク材料から物理的に生成されてもよく、又は所定の粒径の粉末として購入されてもよい。いくつかの実施形態では、混合粉末は、粉末状の三元合金をシリコン粉末と混合することによって形成される。元素粉末は、低融点成分が気化する温度まで液相を上昇させる高融点材料となる傾向がある。

【0029】

この混合粉末を、スパッタリングターゲットブランクの圧密化及び形成のために、真空熱間プレス内に装填する。いくつかの実施形態では、シリコンは、粉末混合物中にこれがブレンドされる直前に、形状因子が低減されてもよい。例えば、ショットの形状のシリコンを粉末状にしてもよい。いくつかの実施形態では、初期シリコンショットは、５ｍｍの平均直径を有することができ、少なくとも−１４０Ｍのタイラー等価メッシュサイズを有するシリコン粉末にされてもよい。シリコン形状因子を、それが粉末混合物とブレンドされる直前に低減させることが、スパッタリングターゲットの酸素含有量を低下させることを見出した。

【0030】

粉末ブレンドは、一次合金のガラス転移温度で熱間プレスされてもよい。ガラス転移温度は、材料が、固体又は硬質状態から流動可能又は粘性状態まで転移する温度範囲である。熱間プレスの温度が低すぎる場合、スパッタリングターゲットは、より低密度となるであろう。熱間プレスの温度が高すぎる場合、材料は、金型セットから絞り出される場合がある。温度と圧力との正確なバランスにより、高密度のカルコゲナイドターゲットブランクが生成される。

【0031】

ガラス転移温度で真空熱間プレスされると、一次合金が、より硬質の成分の周りを流れ、緻密なスパッタリングターゲットブランクを形成する。追加の成分は、軟化する別のカルコゲナイドガラスであってもよく、又は硬質合金であってもよい。残りの追加物は、所望の組成を完成するための元素（すなわち、シリコン）であってもよい。本明細書に記載するように、スパッタリングターゲットは、理論密度の少なくとも９５％の密度を有してもよく、いくつかの実施形態では、観察可能な多孔性を有さずに完全に緻密化されていてもよい。

【0032】

スパッタリングターゲットブランクは、真空熱間プレス後に追加の表面処理及び／又は機械加工にかけられてもよい。例えば、スパッタリングターゲットブランクの表面を洗浄してもよい。いくつかの実施形態では、スパッタリングターゲットブランクは、バッキングプレートに接合され得るスパッタリングターゲットを形成するように処理される。例えば、スパッタリングターゲットは、エポキシ、インジウム結合、又は他の型のはんだ接合によって、バッキングプレートに接合されてもよい。

【0033】

実施例１−ＳｅＡｓＧｅＳｉスパッタリングターゲット
スパッタリングターゲットブランクを、セレニウム、ゲルマニウム、ヒ素、及びシリコンから形成した。二元合金を、不活性雰囲気中で、ヒ素及びセレニウムを坩堝内で合わせて、加熱することによって生成した。溶融一次合金を、鋳造して冷却した。

【0034】

第２の二元合金を、不活性雰囲気中で、セレニウム及びゲルマニウムを坩堝内で組み合わせて、加熱することによって生成した。溶融第２の二次合金を、鋳造して冷却した。

【0035】

一次及び二次合金は、ガラスである。熱分析を使用して、ガラス転移温度を判定した。一次及び二次合金では、形状因子が低減した。シリコンショットは、低減した形状因子の一次及び二次合金と組み合わせるのに好適な粒径まで、形状因子を低減させた。混合物を、図２に描写した条件において真空熱間プレスした。

【0036】

試験１では、ＳｅＡｓＧｅＳｉ材料を、点Ａの温度で真空熱間プレスした。得られたスパッタリングターゲットは、約７４％の緻密さで、解砕した。得られたスパッタリングターゲットは、好適ではなかった。

【0037】

試験２では、ＳｅＡｓＧｅＳｉ材料を、点Ｂの温度で真空熱間プレスした。熱間プレス中に無視できるほどの絞り出しが観察された。得られたスパッタリングは、９９％超の緻密さであった。

【0038】

試験３では、ＳｅＡｓＧｅＳｉ材料を、点Ｃの温度で真空熱圧プレスした。熱間プレス中に、無視できるほどの絞り出しが観察された。得られたスパッタリングターゲットは、１００％の密度を有した。

【0039】

図３及び図４は、圧密化ＳｅＡｓＧｅＳｉ化合物の走査電子顕微鏡画像である。３つの領域が図４では明らかである。より具体的には、図４において、元素相（すなわち、シリコン）は、「Ｅ」で示される暗領域であり、バルク相（すなわち、ＳｅＡｓ））は「Ｂ」相で示される一次のより明るい領域であり、追加の相（すなわち、ＧｅＳｅ）は、「Ｓ」で示される二次のより暗い領域である。図３の試料は、実質的に、散在するＧｅＳｅとシリコンとの均質な混合物を有するＳｅＡｓである。空隙の証拠はない。

【0040】

シリコンは、１４１０℃の融点を有し、この融点は、セレニウム及びヒ素の沸点よりも高い。特に、シリコンを溶解するために必要な高い温度は、高度に毒性の蒸気としてセレニウム及びヒ素を追い出すことができる。実施例１では、第１及び第２の二元合金の生成が、セレニウム及びヒ素のより少ない蒸発をもたらす。低融点カルゴゲナイド合金の組み合わせの生成は、緻密化を可能にしながら、セレニウム及びヒ素含有量の一体化を防止する。

【0041】

実施例２及び３−ＧｅＡｓＴｅＳｉスパッタリングターゲット
スパッタリングターゲットを、ゲルマニウム、ヒ素、テルリウム、及びシリコンから形成した。三元合金を、不活性雰囲気中で、ゲルマニウム、テルリウム、及びヒ素を坩堝内で合わせて、加熱することによって生成した。原材料の形状因子を、最も良好な鋳造条件を提供するように調整する。

【0042】

ヒ素の蒸発を抑制するために、坩堝の温度を、この特定の合金の固相と液相との間の領域において維持した。溶融合金を、黒鉛鋳型に注入する。急速凝固は、三元合金系内の潜在的な相の隔離を最小化する。

【0043】

この三元合金をシリコンと組み合わせて、粉末混合物を真空熱間プレスした。三元合金を、組み合わせの直前に、−１００Ｍのタイラー等価メッシュサイズに形状因子を低減させた。実施例２では、シリコンを、組み合わせの直前に、−１４０Ｍのタイラー等価メッシュサイズに形状因子を（約４０μｍの平均サイズ）低減させた。実施例３では、微細シリコン粉末（約８μｍの平均サイズ）を使用した。表３は、いくつかの試験についてのシリコン粒径分布を示し、この中で平均粒径（「Ａｖｇ］）、粒径の標準偏差（「ＳｔｄＤｅｖ」）、中央粒径（「Ｍｅｄｉａｎ」）、最小粒径（「Ｍｉｎ」）、最大粒径（「Ｍａｘ」）、及び粒径範囲による粒子カウント（「粒子カウント」）が提供されている。粒子カウントは、粒径範囲内に入る粒子の数であり、この中で、Ｇｒｐ １は、１．００〜３．１０μｍのサイズを有し、Ｇｒｐ ２は、３．１０〜９．６１μｍのサイズを有し、Ｇｒｐ ３は、９．６１〜２９．７９μｍのサイズを有し、Ｇｒｐ ４は、２９．７９〜９２．３５μｍのサイズを有する。

【0044】

【表3】

【0045】

図５及び図６は、それぞれ、実施例２及び実施例３の得られたスパッタリングターゲットブランクの走査電子顕微鏡からの画像である。図示するように、ＧｅＡｓＴｅ合金は、ほぼ単相であった。シリコンの第２の相は、それぞれ３８マイクロメートル及び８ミクロンの平均直径を有して、実質的に均質に分散している。多孔性の証拠は存在しない。

【0046】

ＦＥＩを使用して、実施例２のシリコンサイズ分布を測定し、図７に分布プロットを提供する。分析された粒子の総数は、７３０個であった。粒子は、３１ミクロンの平均サイズ及び２７．５の標準偏差で、２ミクロン〜１７４ミクロンの平均サイズ範囲を有した。粒子の大部分は、１００ミクロン未満の平均サイズを有する。

【0047】

実施例２のＦＥＩマップを、図８に提供する。試料を、ターゲットブランクの縁部、中間半径、及び中心に対応する領域から断面作製した。各位置における各成分の分布は、実質的に均質である。

【0048】

酸化は、周囲環境、材料の反応性、時間、及び個々の成分の表面積によって影響を受ける。一実施形態では、ＩＧＡは、圧密化の前に、シリコン粒径が１４０Ｍから−３２５Ｍまで低減されるときの、それぞれ、３４ｐｐｍから８２ｐｐｍまでの酸素レベルの増加を明らかにした。

【0049】

実施例４−ＧｅＡｓＳｅＴｅスパッタリングターゲット
スパッタリングターゲットを、ゲルマニウム、ヒ素、セレニウム、及びテルリウムから形成した。二元合金を、不活性雰囲気中で、ゲルマニウム及びテルリウム、並びに別個にセレニウム及びヒ素を坩堝内で合わせて、加熱することによって生成した。原材料の形状因子を、最も良好な鋳造条件を提供するように調整する。

【0050】

蒸発を抑制するために、坩堝の温度を、ＳｅＡｓ合金の固相と液相との間の領域において維持した。溶融合金を、黒鉛鋳型に注入する。急速凝固は、二元合金系内の潜在的な相の隔離を最小化する。

【0051】

蒸発を抑制するために、坩堝の温度を、ＧｅＴｅ合金の固相と液相との間の領域において維持した。溶融合金を、黒鉛鋳型から取り外す。

【0052】

２つの二元合金を粉体状にして、所望の最終化学量論を得るような比で混合する。この粉末混合物を、真空熱間プレスした。一次合金（ＳｅＡｓ）及び二次合金（ＧｅＴｅ）を、組み合わせの直前に、−１４０Ｍのタイラー等価メッシュサイズに形状因子を低減させた。

【0053】

図９は、実施例４の得られたスパッタリングターゲットブランクの走査電子顕微鏡からの画像である。バルクマトリックスは、一次相ＳｅＡｓから構成されていた。図示するように、ＳｅＡｓ合金は、ほぼ単相であった。第２の相は、より明るい領域であり、ＧｅＴｅ化合物である。ＧｅＴｅの第２の相は、試料の全体にわたって実質的に均質に分散されている。いくらかの元素ゲルマニウムが存在しており、暗い領域である。多孔性の証拠は存在しない。

【0054】

酸化は、周囲環境、材料の反応性、時間、及び個々の成分の表面積によって影響を受ける。この実施形態では、ＩＧＡは、１９０ｐｐｍの酸素レベルを明らかにした。

【0055】

本発明の範囲から逸脱することなく、記載した例示的な実施形態に対して様々な修正及び付加を行うことができる。例えば、上述の実施形態は、特定の特徴に言及するものであるが、本発明の範囲はまた、異なる特徴の組み合わせを有する実施形態及び上述の特徴のすべてを含むわけではない実施形態を含む。
本明細書は以下の発明の態様を包含する。
［１］
相変化材料スパッタリングターゲットを含む物理蒸着装置であって、前記相変化材料スパッタリングターゲットが、
酸素を除外する周期律表のＶＩ族からの少なくとも１つの元素と、周期律表のＩＶ族又はＶ族からの１つ以上の元素とを含む、一次マトリックスと、
前記一次マトリックス内に実質的に均一に分散された少なくとも１つの追加の相と、を含む、物理蒸着装置。
［２］
前記相変化材料スパッタリングターゲットが、前記一次マトリックスと前記追加の相との間に空隙を含まない、［１］に記載の物理蒸着装置。
［３］
各追加の相が、化合物又は元素材料である、［１］に記載の物理蒸着装置。
［４］
前記スパッタリングターゲットが、理論の少なくとも９５％の密度を有する、［１］に記載の物理蒸着装置。
［５］
前記スパッタリングターゲットが、スパッタリング面にわたって原子元素組成における１％未満の変動を有する、［１］に記載の物理蒸着装置。
［６］
相変化材料スパッタリングターゲットを形成する方法であって、
酸素を除外する周期律表のＶＩ族からの少なくとも１つの元素と、周期律表のＩＶ族又はＶ族からの少なくとも１つの元素とを含む、一次合金を形成することと、
前記一次合金を粉末状にして、合金粉末を形成することと、
前記合金粉末を追加の粉末成分とブレンドすることによって、粉末混合物を形成することと、
前記粉末混合物を熱間プレスして、スパッタリングターゲットを形成することと、を含む、方法。
［７］
前記粉末混合物が、前記一次合金のガラス転移温度で熱間プレスされる、［６］に記載の方法。
［８］
前記追加の粉末が、合金粉末又は元素粉末である、［６］に記載の方法。
［９］
酸素を除外する周期律表のＶＩ族からの少なくとも１つの元素と、周期律表のＩＶ族又はＶ族からの少なくとも１つの元素とを含む、第２の合金を形成することと、
前記第２の合金を粉末状にして、第２の合金粉末を形成することを更に含み、前記粉末混合物が、前記一次合金粉末、前記第２の合金粉末、及び任意に１つ以上の追加の粉末成分をブレンドすることによって形成される、［６］に記載の方法。
［１０］
前記第２の合金が、前記一次合金よりも高い硬度を有する、［９］に記載の方法。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】