JP2001295040A - Sputtering target and backing plate material - Google Patents
Sputtering target and backing plate materialInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はスパッタリングター
ゲットに係り、特にターゲットの結晶粒を粗大化させる
ことなく、バッキングプレート材とターゲット材とを高
い接合強度で一体に接合でき、スパッタリング時におけ
るパーティクルの発生量を低減できるスパッタリングタ
ーゲットおよびバッキングプレート材に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering target, and more particularly to a backing plate material and a target material which can be integrally joined with a high joining strength without coarsening crystal grains of the target, and generating particles during sputtering. The present invention relates to a sputtering target and a backing plate material that can reduce the amount.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体デバイス等の電極，ゲート，配
線，素子，保護膜等の各種膜を基板表面に形成する方法
としてスパッタリング法が広く利用されている。スパッ
タリング法は、所定の金属成分から成るターゲットにア
ルゴンなどの加速粒子を衝突させて金属成分を放出せし
め、この放出成分をターゲットに対向した基板上に堆積
させ成膜する方法である。2. Description of the Related Art Sputtering is widely used as a method for forming various films such as electrodes, gates, wirings, elements, and protective films of semiconductor devices on a substrate surface. The sputtering method is a method in which accelerated particles such as argon collide with a target made of a predetermined metal component to release the metal component, and the emitted component is deposited on a substrate facing the target to form a film.
【０００３】上記ターゲットを構成する材料としては、
形成する膜の組成に対応してＡｌ，Ａｌ合金やＷ，Ｍ
ｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｎｂ等の高融点金属またはそれ
らの合金あるいはＭｏＳｉｘ，ＷＳｉｘなどの高融点金
属シリサイドが使用されている。[0003] As a material constituting the above target,
Depending on the composition of the film to be formed, Al, Al alloy, W, M
o, Ti, Ta, Zr, refractory metals or their alloys or MoSi x of Nb or the like, refractory metal silicide such as WSi x is used.
【０００４】また、上記ターゲットをスパッタリング装
置内に固定するため、さらに高温度のターゲットを冷却
し過熱を防止するため、およびチャージアップによる異
常放電を防止するなどの目的から、ターゲットはバッキ
ングプレートと称する裏当て材に一体に接合された状態
で使用される場合が多い。The target is called a backing plate for the purpose of fixing the target in a sputtering apparatus, cooling a high-temperature target to prevent overheating, and preventing abnormal discharge due to charge-up. It is often used in a state of being integrally joined to a backing material.
【０００５】上記バッキングプレートを構成する材料と
しては、ターゲットの効率的な冷却のために、特に高い
熱伝導特性と高い電気伝導性とを有する無酸素銅（ＯＦ
Ｃ）が多く使用されるが、Ｃｕ合金，Ａｌ合金，ステン
レス鋼（ＳＵＳ），Ｔｉ，Ｔｉ合金などから成るバッキ
ングプレートも使用されている。The material constituting the backing plate is oxygen-free copper (OF) having particularly high thermal conductivity and high electrical conductivity for efficient cooling of the target.
Although C) is often used, a backing plate made of Cu alloy, Al alloy, stainless steel (SUS), Ti, Ti alloy or the like is also used.
【０００６】従来、上記ターゲット材とバッキングプレ
ートとの接合法としては、インジウム（Ｉｎ），錫（Ｓ
ｎ）を含有する低融点ろう材を介して両部材を接合する
ろう付け法が一般的に使用されている。Conventionally, the bonding method between the target material and the backing plate is indium (In), tin (S
A brazing method of joining both members via a low melting point brazing material containing n) is generally used.
【０００７】一方、近年、半導体素子の高集積化に伴
い、素子と金属配線とを接続するコンタクトホールの径
はより小さくなる一方、その深さは大きくなり、コンタ
クトホールのアスペクト比が増加する傾向にある。この
ような高いアスペクト比を有するコンタクトホールの内
面および底部に均一な厚さの膜を堆積させて被覆するこ
とは、通常のスパッタリング条件下では困難になってお
り、スパッタ粒子を可及的にコンタクトホールの垂直方
向に入射させることが課題となっている。上記課題に対
して、スパッタリング装置の機能改善によりスパッタ粒
子の入射方向を電気的に揃えるコリメータ法やターゲッ
トと基板との間隔を長くとり垂直成分のみを取出すロン
グスロースパッタ法などが実用化されている。On the other hand, in recent years, with the increase in the degree of integration of semiconductor elements, the diameter of the contact hole connecting the element and the metal wiring has become smaller, while the depth has increased, and the aspect ratio of the contact hole has tended to increase. It is in. Depositing and coating a film of uniform thickness on the inner surface and the bottom of such a high aspect ratio contact hole has become difficult under normal sputtering conditions. The challenge is to make the light incident in the vertical direction of the hole. In order to solve the above problems, a collimator method for electrically aligning the incident direction of sputtered particles by improving the function of a sputtering apparatus, a long throw sputtering method for extending a distance between a target and a substrate and extracting only a vertical component, and the like have been put to practical use. .
【０００８】しかしながら、上記のような特殊な方法を
採用した成膜プロセスにおいては、スパッタリングを実
施するために投入される電力を増加させる必要があり、
具体的には従来の２〜３倍である数１０ｋＷを超える高
電力が投入される場合もある。このため、スパッタリン
グ時にターゲットが従来よりも高温度に加熱されること
になり、ターゲット材とバッキングプレートとの接合強
度が低下しターゲットの接合部の信頼性が低下し、パー
ティクルの発生量が増加して成膜の特性を劣化させる問
題点があった。However, in the film forming process employing the above-described special method, it is necessary to increase the power input for performing the sputtering.
Specifically, high power exceeding several tens of kW, which is two to three times the conventional power, may be applied. Therefore, during sputtering, the target is heated to a higher temperature than before, and the bonding strength between the target material and the backing plate is reduced, the reliability of the bonded portion of the target is reduced, and the amount of generated particles is increased. Thus, there is a problem that the characteristics of film formation are deteriorated.
【０００９】上記問題点を解決する手段としてターゲッ
ト材とバッキングプレートとを拡散接合する方法が従来
から提案されている。例えば、Ｔｉターゲットの場合に
は、そのターゲットと接合するバッキングプレートとし
ては、アルミニウム合金製のバッキングプレートが一般
的に使用されており、両部材を直接接合したり、あるい
は、ターゲット材よりも低融点のインサート材（箔状の
Ｃｕ，Ｎｉまたはこれらの合金）を介して拡散接合する
方法が広く採用されている。As a means for solving the above problems, a method of diffusion bonding a target material and a backing plate has been conventionally proposed. For example, in the case of a Ti target, a backing plate made of an aluminum alloy is generally used as a backing plate to be bonded to the target, and the two members are directly bonded or have a lower melting point than the target material. The method of diffusion bonding via an insert material (Cu, Ni or an alloy thereof) is widely adopted.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにアルミニウム合金製のバッキングプレートを使用
した場合には、アルミニウム合金の熱伝導率が銅と比較
して大幅に低いため、ターゲットの冷却効率が低く、高
電力負荷条件下におけるターゲットの過熱を防止するこ
とが困難であり、高温度によりターゲットの接合強度が
低下するとともにパーティクルの発生量が増加する問題
点があった。However, when the aluminum alloy backing plate is used as described above, the thermal conductivity of the aluminum alloy is much lower than that of copper, so that the cooling efficiency of the target is low. It is difficult to prevent the target from being overheated under a high power load condition, and there is a problem that the high temperature lowers the bonding strength of the target and increases the amount of generated particles.
【００１１】前記のように、ターゲットの冷却効率を考
慮すると、バッキングプレート材としては熱伝導性が高
い材料を使用することが、成膜の特性を改善するととも
にパーティクルの発生量を低減する上で重要である。し
たがって、上述のＴｉターゲットの場合には、アルミニ
ウム合金よりもさらに熱伝導率が高い無酸素銅などの銅
系材料をバッキングプレート構成材として使用すること
が好ましい。As described above, in consideration of the cooling efficiency of the target, the use of a material having high thermal conductivity as the backing plate material improves the film forming characteristics and reduces the amount of generated particles. is important. Therefore, in the case of the above-mentioned Ti target, it is preferable to use a copper-based material such as oxygen-free copper having a higher thermal conductivity than the aluminum alloy as the backing plate component.
【００１２】また、ターゲット材の結晶粒径を微細化す
ることにより、スパッタリング時のパーティクル発生量
を低減でき、さらにはスパッタ粒子の方向性を揃えるこ
とも容易になる。Further, by reducing the crystal grain size of the target material, the amount of particles generated during sputtering can be reduced, and the directionality of sputtered particles can be easily made uniform.
【００１３】しかしながら、ターゲット材であるＴｉと
バッキングプレート材である無酸素銅とを低温度で拡散
接合させることは困難であり、ある程度の接合強度を得
るためには、高温度での接合操作が必須となる。しかし
ながら、高温度の接合操作はターゲットの結晶粒の粗大
化を招く問題点があり、いずれの場合においてもパーテ
ィクルの発生量の増大につながり成膜の特性を劣化させ
る問題点があった。[0013] However, it is difficult to perform diffusion bonding of Ti as a target material and oxygen-free copper as a backing plate material at a low temperature. In order to obtain a certain bonding strength, a bonding operation at a high temperature is required. Required. However, the joining operation at a high temperature has a problem that the target crystal grains are coarsened, and in any case, there is a problem that the amount of generated particles is increased and the film forming characteristics are deteriorated.
【００１４】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、ターゲットの結晶粒を粗大化させるこ
となく、バッキングプレートとターゲット材とを高い接
合強度で一体に接合でき、スパッタリング時におけるパ
ーティクルの発生量を低減できるスパッタリングターゲ
ットを提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and enables the backing plate and the target material to be integrally joined with high joining strength without coarsening the crystal grains of the target. An object of the present invention is to provide a sputtering target that can reduce the amount of generated particles.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るスパッタリングターゲットは、複数の
金属層から成るバッキングプレート材とターゲット材と
が拡散接合または溶接により一体に接合されていること
を特徴とする。In order to achieve the above object, a sputtering target according to the present invention is characterized in that a backing plate material comprising a plurality of metal layers and a target material are integrally joined by diffusion joining or welding. It is characterized by.
【００１６】また、本発明に係るスパッタリングターゲ
ットは、バッキングプレート材を構成する金属層の各層
間の接合および／またはバッキングプレート材とターゲ
ット材との接合は、拡散接合および／または溶接接合で
あることを特徴とする。In the sputtering target according to the present invention, the bonding between the metal layers constituting the backing plate material and / or the bonding between the backing plate material and the target material are diffusion bonding and / or welding bonding. It is characterized by.
【００１７】また、バッキングプレート材のターゲット
材側の金属層をアルミニウム（Ａｌ），アルミニウム合
金，銀（Ａｇ）および銀合金の少なくとも１種から構成
する一方、他の金属層を無酸素銅または銅合金から構成
するとよい。The metal layer on the target material side of the backing plate is made of at least one of aluminum (Al), aluminum alloy, silver (Ag) and silver alloy, while the other metal layer is made of oxygen-free copper or copper. It is good to consist of an alloy.
【００１８】さらに、ターゲット材がＴｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｐｔ，
Ｒｕ，Ｉｒ，Ａｌ，ＳＲＯ（Ｓｒ−Ｒｕ−Ｏ組成物），
ＢＴＯ（Ｂａ−Ｔｉ−Ｏ組成物）およびＳＢＴＯ（Ｓｒ
−Ｂａ−Ｔｉ−Ｏ組成物）の少なくとも１種から形成さ
れていることが好ましい。Further, the target material is Ti, Zr, H
f, W, Mo, Ta, Nb, Cu, Co, Ni, Pt,
Ru, Ir, Al, SRO (Sr-Ru-O composition),
BTO (Ba-Ti-O composition) and SBTO (Sr
-Ba-Ti-O composition).
【００１９】また、バッキングプレート材が３層以上の
金属層から成り、バッキングプレート材のターゲット面
側と他方の面の金属層が同一材料から構成するとよい。It is preferable that the backing plate material is composed of three or more metal layers, and the metal layer on the target surface side and the other surface of the backing plate material is composed of the same material.
【００２０】さらに、ターゲット材がＴｉから形成さ
れ、バッキングプレートが無酸素銅から成る金属層とア
ルミニウムから成る金属層とから成り、ターゲット面側
および他方の面側の金属層がアルミニウムから成ること
が好ましい。Further, the target material is made of Ti, the backing plate is made of a metal layer made of oxygen-free copper and a metal layer made of aluminum, and the metal layers on the target surface side and the other surface side are made of aluminum. preferable.
【００２１】また、金属層相互間およびバッキングプレ
ート材とターゲット材との各接合面における接合強度の
ばらつきが±３０％の範囲内であることが好ましく、各
接合面における接合強度の平均値のばらつきが±３０％
の範囲内であることが好ましい。It is preferable that the variation in the bonding strength between the metal layers and the bonding surface between the backing plate material and the target material is within a range of ± 30%, and the variation in the average value of the bonding strength at each bonding surface. Is ± 30%
Is preferably within the range.
【００２２】さらに本発明に係るバッキングプレート材
は、複数の金属層からなることを特徴とする。このバッ
キングプレート材において、プレート材を構成する金属
層の各層間の接合は、拡散接合および／または溶接接合
であることが好ましい。Further, the backing plate material according to the present invention is characterized by comprising a plurality of metal layers. In the backing plate material, the bonding between the metal layers constituting the plate material is preferably diffusion bonding and / or welding bonding.
【００２３】本発明において、バッキングプレート材の
ターゲット材側の金属層としては、ターゲット材の融点
より低い融点を有するＡｌ，Ａｌ合金，Ａｇ，Ａｇ合金
が使用され、これらの金属層は前記ターゲット材と固相
拡散接合されて強固な接合体が形成される。In the present invention, Al, Al alloy, Ag, Ag alloy having a melting point lower than that of the target material is used as the metal layer on the target material side of the backing plate material, and these metal layers are formed of the target material. And solid-phase diffusion bonding to form a strong bonded body.
【００２４】一方、バッキンクプレート材の本体側を形
成する他の金属層としては、熱伝導率が高く放熱特性が
良好な無酸素銅または銅合金が使用され、この金属層に
よってターゲットが効果的に冷却されてターゲットの過
熱が防止される。On the other hand, as another metal layer forming the main body side of the backing plate material, oxygen-free copper or a copper alloy having high heat conductivity and good heat radiation characteristics is used, and the target is effectively formed by this metal layer. To prevent overheating of the target.
【００２５】上記バッキングプレート材を構成する各金
属層の厚さは、特に限定されないが、概略、次のような
範囲が好適である。すなわち、ターゲット材側の金属層
の厚さは、ターゲット材の厚さの１／１０〜３／１０の
範囲が好ましい一方、高い熱伝導性を確保するための金
属層の厚さは、ターゲット材の厚さの１〜２倍の範囲が
好ましい。The thickness of each metal layer constituting the backing plate material is not particularly limited, but generally the following ranges are preferable. That is, the thickness of the metal layer on the side of the target material is preferably in the range of 1/10 to 3/10 of the thickness of the target material, while the thickness of the metal layer for ensuring high thermal conductivity is Is preferably in the range of 1 to 2 times the thickness.
【００２６】上記バッキングプレート材を構成する複数
の金属層およびターゲット材の接合面に酸化物等が形成
されると拡散接合が困難となり十分な接合強度が得られ
なくなるため、接合操作に移る前に各構成材をアセトン
のような有機溶媒により十分に脱脂し洗浄しておくこと
が肝要である。If an oxide or the like is formed on the bonding surface of the plurality of metal layers and the target material constituting the backing plate material, diffusion bonding becomes difficult and sufficient bonding strength cannot be obtained. It is important that each component is sufficiently degreased and washed with an organic solvent such as acetone.
【００２７】上記各構成材を接合して本願発明のスパッ
タリングターゲットを形成する方法は概略下記の通りで
ある。すなわち、各成分から成るインゴットを鍛造・圧
延加工した後に所定形状に切削加工して得たターゲット
材およびバッキングプレート材を構成する各金属層
（板）を十分に脱脂・洗浄し、それらの各構成材を積層
する。次に得られた積層体をホットプレス装置またはＨ
ＩＰ炉に投入し、一般に１０−１〜１０−３Ｔｏｒｒの
真空下で２０〜３０ＭＰａの面圧を作用させた状態で３
００〜６００℃の接合温度範囲内で加熱し、各接合面に
おいて固相拡散接合することにより、本発明のスパッタ
リングターゲットが形成される。The method of forming the sputtering target of the present invention by joining the above-mentioned components is as follows. That is, each metal layer (plate) constituting a target material and a backing plate material obtained by forging and rolling an ingot made of each component and then cutting the ingot into a predetermined shape is sufficiently degreased and washed, and the respective components are formed. Laminate the materials. Next, the obtained laminate is hot-pressed or H
It is put into an IP furnace, and 3 is applied under a vacuum of 10 -1 to 10 -3 Torr and a surface pressure of 20 to 30 MPa.
The sputtering target of the present invention is formed by heating within a bonding temperature range of 00 to 600 ° C. and performing solid phase diffusion bonding at each bonding surface.
【００２８】上記製法においては、特に各構成材表面に
酸化物が形成されることを防止するため、１０−１Ｔｏ
ｒｒ以下の真空雰囲気中で上記拡散接合操作を実施する
ことが好ましい。In the above-mentioned production method, in order to prevent oxides from being formed on the surface of each component, in particular, 10 -1 To
It is preferable to carry out the diffusion bonding operation in a vacuum atmosphere of rr or less.
【００２９】また、上記拡散接合操作を実施する際に積
層体に作用させる面圧は、接合温度や各構成材の種類に
よって異なる。しかしながら、各接合界面に十分な拡散
を生じるように圧接するためには少なくとも２０ＭＰａ
の面圧（押圧力）が必要である。一方、面圧が３０ＭＰ
ａを超えるように過大になるとターゲット材の変形や損
傷を招く危険性が増大してしまう。The surface pressure applied to the laminate when performing the above-mentioned diffusion bonding operation differs depending on the bonding temperature and the type of each component. However, at least 20 MPa is required to press-fit each junction interface so as to cause sufficient diffusion.
Surface pressure (pressing force) is required. On the other hand, surface pressure is 30MP
If the value exceeds a, the risk of causing deformation or damage of the target material increases.
【００３０】また、接合強度は３００〜６００℃と低い
温度範囲に設定される。接合温度が３００℃未満と低い
場合には、構成原子の拡散が不十分で、十分な密着性お
よび接合強度が得られない。一方、接合温度が６００℃
を超える場合には、ターゲット材またはバッキングプレ
ート材の結晶組織が粗大化してパーティクルが発生し易
くなったり、機械的特性が劣化し易くなる。さらにター
ゲット材とバッキングプレート材との熱膨張差により、
反りや歪みを生じその矯正加工に過大な労力を要し加工
コストを増加させたり、接合不良を生じてターゲットの
信頼性が低下し易くなる。The bonding strength is set in a low temperature range of 300 to 600 ° C. If the joining temperature is as low as less than 300 ° C., diffusion of the constituent atoms is insufficient, and sufficient adhesion and joining strength cannot be obtained. On the other hand, the joining temperature is 600 ° C
In the case of exceeding, the crystal structure of the target material or the backing plate material becomes coarse, particles are easily generated, and mechanical properties are easily deteriorated. Furthermore, due to the difference in thermal expansion between the target material and the backing plate material,
Warpage and distortion occur, and excessive work is required to correct the warp, thereby increasing the processing cost and causing poor bonding, which tends to lower the reliability of the target.
【００３１】上記接合操作によって発生する反りを防止
するために、ターゲット材を接合する側とは反対のバッ
キングプレート材の裏面側に背面金属層を一体に接合す
ることがより好ましい。上記背面金属層は、バッキング
プレート材のターゲット材側の金属層と同一材料で構成
される。そして、バッキングプレートの本体となる無酸
素銅または銅合金で形成された金属層の表面および裏面
に同一材料から成る金属層および背面金属層が接合され
ているため、バッキングプレート本体の拡散接合による
変形や反りやが効果的に防止でき、各接合界面で発生し
易い接合応力を効果的に緩和することが可能になり、各
接合界面で剥離することがない強固なターゲット接合体
が得られる。この場合、背面金属層は、一般にはターゲ
ットとの接合を行った後、切削除去されるのが好まし
い。In order to prevent the warpage caused by the above-mentioned joining operation, it is more preferable to integrally join the back metal layer to the back surface of the backing plate opposite to the side where the target material is joined. The back metal layer is made of the same material as the metal layer on the target material side of the backing plate material. Further, since the metal layer and the back metal layer made of the same material are joined to the front and back surfaces of the metal layer formed of oxygen-free copper or copper alloy serving as the backing plate main body, the backing plate main body is deformed by diffusion bonding. It is possible to effectively prevent warping and warping, and to effectively reduce the bonding stress that tends to occur at each bonding interface, and to obtain a strong target bonded body that does not peel at each bonding interface. In this case, the back metal layer is generally preferably cut and removed after bonding with the target.
【００３２】上記のように得られた接合体の金属層間お
よびバッキングプレート材の各接合面における接合強度
のばらつきは±３０％の範囲内であり、剥離による損傷
やパーティクルの発生量が少ないターゲットが得られ
る。また、各接合面における接合強度の平均値のばらつ
きが±３０％の範囲となり、ターゲット全体としての耐
久性に優れ、長期間に亘って安定して成膜が可能なター
ゲットが得られる。Variations in the bonding strength between the metal layers of the bonded body obtained as described above and the bonding surfaces of the backing plate material are within a range of ± 30%. can get. Further, the variation of the average value of the bonding strength at each bonding surface is in the range of ± 30%, and a target having excellent durability as a whole as a whole and capable of forming a film stably over a long period of time is obtained.
【００３３】上記構成に係るスパッタリングターゲット
によれば、バッキングプレート材とターゲット材とのい
ずれの材質とも低温度で接合可能な金属層を介してバッ
キングプレート本体材と拡散接合または溶接により多層
化しており、さらにターゲット材と拡散接合しているた
め、ターゲット材の結晶粒を粗大化させることなく低温
度で接合することが可能になる。したがって、粗大な結
晶粒に起因するパーティクルの発生を効果的に防止で
き、高品質のスパッタ膜を形成することができる。According to the sputtering target having the above structure, the backing plate and the target material are formed into a multilayer structure by diffusion bonding or welding with the backing plate main material via a metal layer which can be bonded at a low temperature. Further, since the target material is diffusion-bonded, it is possible to perform the bonding at a low temperature without making the crystal grains of the target material coarse. Therefore, generation of particles due to coarse crystal grains can be effectively prevented, and a high-quality sputtered film can be formed.
【００３４】また、ターゲット材とバッキングプレート
本体を構成する金属層との中間の熱伝導率を有する金属
層を介在させて両部材を接合しているため、スパッタリ
ング時にターゲット材に生じた熱を傾斜的に放散させる
ことが可能になり、接合界面における剪断応力を緩和す
ることもでき、接合強度の低下が少なく、耐久性に優れ
たターゲットが得られる。Further, since the two members are joined with a metal layer having an intermediate thermal conductivity between the target material and the metal layer constituting the backing plate main body, the heat generated in the target material during sputtering is inclined. It is possible to dissipate the target, and it is also possible to alleviate the shearing stress at the bonding interface, and to obtain a target with little reduction in bonding strength and excellent durability.
【００３５】[0035]
【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態について添
付図面を参照し、以下の実施例に基づいて具体的に説明
する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings based on the following embodiments.
【００３６】実施例１〜４ 表１に示すようにターゲット材として真空溶解して得ら
れた純Ｔｉインゴット，等を冷間にて鍛造・圧延加工を
施し、さらに切削加工して直径３００ｍｍの円板状Ｔｉ
ターゲット材等を用意した。 Examples 1 to 4 As shown in Table 1, a pure Ti ingot obtained by vacuum melting as a target material was subjected to forging / rolling in a cold state, and further cut to form a circle having a diameter of 300 mm. Plate Ti
Target materials and the like were prepared.
【００３７】一方、バッキングプレート材を構成する金
属層として表１に示すように直径が３００ｍｍであり、
無酸素銅（ＯＦＣ）から成る円板状の金属板と、直径が
３００ｍｍであり、Ａｌ合金（Ａ６０６１）から成る円
板状の金属板等を用意した。On the other hand, as shown in Table 1, the metal layer constituting the backing plate material has a diameter of 300 mm,
A disk-shaped metal plate made of oxygen-free copper (OFC) and a disk-shaped metal plate made of an Al alloy (A6061) having a diameter of 300 mm were prepared.
【００３８】上記のバッキングプレート材を構成する各
金属板およびターゲット材の接合面をアセトンにより十
分に洗浄した後に脱脂した後に、図１に示すように下方
から順に無酸素銅製金属層２と、Ａｌ合金製金属層３と
ターゲット材５とを配置して積層体とした。次に各積層
体を真空ホットプレス（内部の真空度１０−１Ｔｏｒ
ｒ）中に配置し、表１に示す面圧，温度，時間の条件下
で拡散接合せしめることにより、実施例１〜４に係るス
パッタリングターゲットをそれぞれ調製した。After the joint surface of each metal plate and the target material constituting the above-mentioned backing plate material is sufficiently cleaned with acetone and then degreased, as shown in FIG. The metal layer 3 made of an alloy and the target material 5 were arranged to form a laminate. Next, each laminated body is subjected to vacuum hot pressing (internal vacuum degree of 10 −1 Torr).
r) and subjected to diffusion bonding under the conditions of surface pressure, temperature and time shown in Table 1 to prepare sputtering targets according to Examples 1 to 4, respectively.
【００３９】各実施例に係るスパッタリングターゲット
１は、図１に示すように、無酸素銅製の金属層２とＡｌ
合金製の金属層３とから成るバッキングプレート材４の
表面にターゲット材５が一体に拡散接合した構造を有す
る。As shown in FIG. 1, the sputtering target 1 according to each embodiment includes a metal layer 2 made of oxygen-free copper and
It has a structure in which a target material 5 is integrally diffusion-bonded to the surface of a backing plate material 4 composed of a metal layer 3 made of an alloy.
【００４０】実施例５ 実施例１において、バッキングプレート材４のターゲッ
ト材５側のＡｌ合金製金属層３を、バッキングプレート
材４の裏面にも背面金属層６として配置した点以外は実
施例１と同一条件で処理することにより、図２に示すよ
うな４層構造を有する実施例５に係るスパッタリングタ
ーゲット１ａを調製した。 Example 5 Example 1 was the same as Example 1 except that the Al alloy metal layer 3 on the target material 5 side of the backing plate 4 was disposed on the back surface of the backing plate 4 as a back metal layer 6. By performing the treatment under the same conditions as described above, a sputtering target 1a according to Example 5 having a four-layer structure as shown in FIG. 2 was prepared.
【００４１】比較例１ 実施例１において、バッキングプレート材４のターゲッ
ト材５側のＡｌ合金製金属層３を設けず、ターゲット材
５と無酸素銅から成るバッキングプレートとから成る２
層構造のスパッタリングターゲットを実施例１と同一条
件の拡散接合法で一体化することを試みたが、温度５０
０℃では十分に原子の拡散が進行せず、十分な接合強度
が得られなかった。そこで接合温度を８００℃に上昇さ
せたところ、１００ＭＰａの接合強度が得られた。しか
しながら、高温度処理を実施したため、ターゲットの結
晶粒が粗大化してしまったため、パーティクルの発生量
を低減することは、期待できなかった。 Comparative Example 1 In Example 1, the Al alloy metal layer 3 on the side of the target material 5 of the backing plate 4 was not provided, and the target material 5 and the backing plate made of oxygen-free copper were used.
An attempt was made to integrate a sputtering target having a layer structure by a diffusion bonding method under the same conditions as in Example 1.
At 0 ° C., diffusion of atoms did not proceed sufficiently, and sufficient bonding strength could not be obtained. Then, when the joining temperature was increased to 800 ° C., a joining strength of 100 MPa was obtained. However, since the high-temperature treatment was performed, the crystal grains of the target became coarse, and it was not expected to reduce the amount of generated particles.
【００４２】上記のように調製した各実施例および比較
例に係るスパッタリングターゲット１，１ａについて、
ターゲットの平均結晶粒径および接合強度を測定すると
ともに、図１〜図２に示す第１〜第３接合面における接
合強度のばらつきおよび各接合面における接合強度の平
均値のばらつきを測定した。さらに各スパッタリングタ
ーゲットの中心を基準とした最大反り量を測定した。With respect to the sputtering targets 1 and 1a according to Examples and Comparative Examples prepared as described above,
The average crystal grain size and the bonding strength of the target were measured, and the variation of the bonding strength at the first to third bonding surfaces shown in FIGS. 1 and 2 and the variation of the average value of the bonding strength at each bonding surface were measured. Further, the maximum amount of warpage was measured with reference to the center of each sputtering target.
【００４３】また、各スパッタリングターゲット１，１
ａをマグネトロンスパッタリング装置に装着し、Ａｒイ
オン照射によるスパッタリングを実施し、直径８インチ
のポリシリコンウエハー（基板）上に厚さ３００オング
ストロームのＴｉ薄膜等を形成した。そして、このＴｉ
薄膜中に混入した粒径０．３μｍ以上のパーティクル数
を測定した。各測定結果を下記表１に示す。Each sputtering target 1, 1
a was mounted on a magnetron sputtering apparatus, and sputtering by Ar ion irradiation was performed to form a 300 angstrom thick Ti thin film or the like on a polysilicon wafer (substrate) having a diameter of 8 inches. And this Ti
The number of particles having a particle diameter of 0.3 μm or more mixed in the thin film was measured. Table 1 below shows the measurement results.
【００４４】[0044]
【表１】 [Table 1]
【００４５】上記表１に示す結果から明らかなように、
複数の金属層２，３から成るバッキングプレート材４に
ターゲット材５を一体に拡散接合して形成された３層構
造の各実施例に係るスパッタリングターゲット１によれ
ばターゲット材５の平均結晶粒径が１０μｍ程度と微細
結晶組織が得られており、パーティクルの発生量も少な
くなることが確認できた。As is clear from the results shown in Table 1 above,
According to the sputtering target 1 according to each embodiment of the three-layer structure formed by integrally diffusion bonding the target material 5 to the backing plate material 4 including the plurality of metal layers 2 and 3, the average crystal grain size of the target material 5 Has a fine crystal structure of about 10 μm, and it has been confirmed that the amount of generated particles is reduced.
【００４６】また、各接合界面における接合強度も１０
０〜１５０ＭＰａと高く、各構成材が強固に接合されて
おり、高いスパッタリング電力を投入しても剥離や損傷
が少なく優れた耐久性が得られた。またＴｉターゲット
材５とＡｌ合金製金属層３との間、およびＡｌ合金製金
属層３と無酸素銅製金属層２との間の各接合面内での接
合強度のばらつきはいずれも±３０％の範囲であり、ま
た各々の接合界面における接合強度の平均値のばらつき
も±１５％の範囲内であり、ターゲット全体としても強
固な接合強度が得られた。そのため、各スパッタリング
ターゲットを使用して成膜した場合においても、パーテ
ィクルの発生量が少なく、成膜の品質を大幅に向上させ
ることが可能となった。The bonding strength at each bonding interface is also 10
It was as high as 0 to 150 MPa, and the components were firmly joined, and even if a high sputtering power was applied, there was little peeling or damage and excellent durability was obtained. In addition, the variation in the bonding strength in each bonding surface between the Ti target material 5 and the Al alloy metal layer 3 and between the Al alloy metal layer 3 and the oxygen-free copper metal layer 2 is ± 30%. The variation in the average value of the bonding strength at each bonding interface was also within a range of ± 15%, and a strong bonding strength was obtained as a whole target. Therefore, even when a film is formed using each sputtering target, the amount of generated particles is small, and the quality of the film can be significantly improved.
【００４７】ここで、接合強度のばらつきは、次の方法
により測定される。すなわち、図３に示すように、例え
ば円板状ターゲットの中心部（位置１１）と、中心部を
通り円周を均等に分割した４本の直線状の外周近傍位置
（位置１２〜１９）およびその１／２の距離の位置（位
置２０〜２７）からそれぞれ直径５ｍｍの試験片を採取
し、これら１７点の試料について引張り試験を実施する
ことにより個々の試料の接合強度求める。そして、それ
らの接合強度の最大値および最小値から｛（最大値−最
小値）／（最大値＋最小値）｝×１００の計算式に基づ
いてばらつき（％）を求めるものとする。Here, the variation in the bonding strength is measured by the following method. That is, as shown in FIG. 3, for example, a central portion (position 11) of a disk-shaped target, four linear outer peripheral positions (positions 12 to 19) passing through the central portion and equally dividing the circumference, and Test specimens each having a diameter of 5 mm are sampled from the half distance position (positions 20 to 27), and a tensile test is performed on these 17 samples to determine the bonding strength of each sample. Then, the variation (%) is determined from the maximum value and the minimum value of the joining strengths based on the formula of {(maximum value−minimum value) / (maximum value + minimum value)} × 100.
【００４８】さらに図２に示すように無酸素銅から成る
金属層２の裏側にもＡｌ合金から成る金属層を背面金属
層６として配置してＴｉ／Ａｌ合金／Ｃｕ／Ａｌ合金と
いう４層構造を有する実施例５に係るスパッタリングタ
ーゲット１ａによれば、ターゲット材５の反り量は０．
３ｍｍとなり、背面金属層６を有しない３層構造の実施
例１に係るターゲット１と比較して、反りなどの変形が
小さくなることが確認できた。Further, as shown in FIG. 2, a metal layer made of an Al alloy is disposed as a back metal layer 6 also on the back side of the metal layer 2 made of oxygen-free copper to form a four-layer structure of Ti / Al alloy / Cu / Al alloy. According to the sputtering target 1a according to Example 5 having the following, the amount of warpage of the target material 5 is equal to 0.
It was 3 mm, and it was confirmed that deformation such as warpage was smaller than that of the target 1 according to Example 1 having a three-layer structure without the back metal layer 6.
【００４９】すなわち、実施例１のようにバッキングプ
レート材４の本体を無酸素銅から成る金属層２とし、Ｔ
ｉターゲット材５との間にＡｌまたはＡｌ合金から成る
金属層３を介装した３層構造のスパッタリングターゲッ
ト１では、熱膨張率が最も大きいＡｌまたはＡｌ合金か
ら成る金属層３が介在するため、接合処理時にＡｌ金属
層３にはＴｉ側およびＣｕ側の両方から大きな界面応力
が作用し、ターゲット材５に反りを生じたり、Ａｌと無
酸素銅の界面で剥離を生じる場合がある。That is, as in the first embodiment, the main body of the backing plate material 4 is a metal layer 2 made of oxygen-free copper,
In the sputtering target 1 having a three-layer structure in which the metal layer 3 made of Al or Al alloy is interposed between the i target material 5 and the metal layer 3 made of Al or Al alloy having the largest coefficient of thermal expansion, During the bonding process, a large interfacial stress acts on the Al metal layer 3 from both the Ti side and the Cu side, which may cause the target material 5 to warp or peel off at the interface between Al and oxygen-free copper.
【００５０】しかしながら、図２に示すように、無酸素
銅から成る金属層２の裏面側にもＡｌまたはＡｌ合金か
ら成る背面金属層６を配置し、Ｔｉ／Ａｌ／Ｃｕ／Ａｌ
という４層の積層構造に形成することにより、Ａｌ／Ｃ
ｕ界面で発生する接合応力を緩和することが可能にな
り、接合界面での剥離が少なくなり強固なターゲット接
合体が得られるのである。この場合、一般にはＡｌより
なる背面金属層は切削除去して使用されることが好まし
い。However, as shown in FIG. 2, a back metal layer 6 made of Al or an Al alloy is also arranged on the back side of the metal layer 2 made of oxygen-free copper, and Ti / Al / Cu / Al
Al / C by forming a four-layer laminated structure
This makes it possible to alleviate the bonding stress generated at the u interface, thereby reducing the separation at the bonding interface and obtaining a strong target bonded body. In this case, the back metal layer generally made of Al is preferably used after being cut and removed.
【００５１】[0051]
【発明の効果】以上説明の通り本発明に係るスパッタリ
ングターゲットによれば、バッキングプレート材とター
ゲット材とのいずれの材質とも低温度で接合可能な金属
層を介してバッキングプレート本体材と拡散接合または
溶接により多層化しており、さらにターゲット材と拡散
接合しているため、ターゲット材の結晶粒を粗大化させ
ることなく低温度で接合することが可能になる。したが
って、粗大な結晶粒に起因するパーティクルの発生を効
果的に防止でき、高品質のスパッタ膜を形成することが
できる。As described above, according to the sputtering target of the present invention, either the backing plate material or the target material is diffusion-bonded to the backing plate body material via a metal layer that can be bonded at a low temperature. Since the multilayered structure is formed by welding and diffusion bonding is performed with the target material, the bonding can be performed at a low temperature without coarsening the crystal grains of the target material. Therefore, generation of particles due to coarse crystal grains can be effectively prevented, and a high-quality sputtered film can be formed.
【００５２】また、ターゲット材とバッキングプレート
本体を構成する金属層との中間の熱伝導率を有する金属
層を介在させて両部材を接合しているため、スパッタリ
ング時にターゲット材に生じた熱を傾斜的に放散させる
ことが可能になり、接合界面における剪断応力を緩和す
ることもでき、接合強度の低下が少なく、耐久性に優れ
たターゲットが得られる。Further, since the two members are joined with a metal layer having an intermediate thermal conductivity between the target material and the metal layer constituting the backing plate main body, the heat generated in the target material during sputtering is inclined. It is possible to dissipate the target, and it is also possible to alleviate the shearing stress at the bonding interface, and to obtain a target with little reduction in bonding strength and excellent durability.
【図１】本発明に係るスパッタリングターゲットの一実
施例を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of a sputtering target according to the present invention.
【図２】本発明に係るスパッタリングターゲットの他の
実施例を示す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing another embodiment of the sputtering target according to the present invention.
【図３】接合強度の測定箇所を示すターゲットの平面
図。FIG. 3 is a plan view of a target showing a measurement point of bonding strength.
１，１ａ スパッタリングターゲット ２ 金属層（無酸素銅） ３ 金属層（Ａｌ合金） ４ バッキングプレート材 ５ ターゲット材 ６ 背面金属層（Ａｌ合金） 1, 1a Sputtering target 2 Metal layer (oxygen-free copper) 3 Metal layer (Al alloy) 4 Backing plate material 5 Target material 6 Back metal layer (Al alloy)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤岡 直美 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 渡辺 高志 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 鈴木 幸伸 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 4K029 BA02 BA03 BA06 BA08 BA11 BA12 BA13 BA16 BA17 BA50 CA05 DC03 DC05 DC22 DC24 4M104 BB02 BB04 BB05 BB06 BB13 BB14 BB17 BB18 DD40 HH20 5F103 AA08 BB22 DD28 GG02 HH03 RR10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Naomi Fujioka 8th Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Yokohama Office (72) Takashi Watanabe 8th Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa (72) Yukinobu Suzuki, Inventor, 8-8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture F-term (reference) 4K029 BA02 BA03 BA06 BA08 BA11 BA12 BA13 BA16 BA17 BA50 CA05 DC03 DC05 DC22 DC24 4M104 BB02 BB04 BB05 BB06 BB13 BB14 BB17 BB18 DD40 HH20 5F103 AA08 BB22 DD28 GG02 HH03 RR10
Claims (10)
ト材とターゲット材とが拡散接合または溶接により一体
に接合されていることを特徴とするスパッタリングター
ゲット。1. A sputtering target, wherein a backing plate material comprising a plurality of metal layers and a target material are integrally joined by diffusion bonding or welding.
の各層間の接合および／またはバッキングプレート材と
ターゲット材との接合は、拡散接合および／または溶接
接合であることを特徴とする請求項１記載のスパッタリ
ングターゲット。2. The method according to claim 1, wherein the bonding between the metal layers constituting the backing plate material and / or the bonding between the backing plate material and the target material are diffusion bonding and / or welding bonding. Sputtering target.
の金属層がアルミニウム（Ａｌ），アルミニウム合金，
銀（Ａｇ）および銀合金の少なくとも１種から構成され
る一方、他の金属層が無酸素銅または銅合金から構成さ
れていることを特徴とする請求項１記載のスパッタリン
グターゲット。3. The method according to claim 1, wherein the metal layer on the target material side of the backing plate material is aluminum (Al), an aluminum alloy,
The sputtering target according to claim 1, wherein the other metal layer is made of oxygen-free copper or a copper alloy while being made of at least one of silver (Ag) and a silver alloy.
Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ｉ
ｒ，Ａｌ，ＳＲＯ（Ｓｒ−Ｒｕ−Ｏ組成物），ＢＴＯ
（Ｂａ−Ｔｉ−Ｏ組成物）およびＳＢＴＯ（Ｓｒ−Ｂａ
−Ｔｉ−Ｏ組成物）の少なくとも１種から形成されてい
ることを特徴とする請求項１記載のスパッタリングター
ゲット。4. The target material is Ti, Zr, Hf, W,
Mo, Ta, Nb, Cu, Co, Ni, Pt, Ru, I
r, Al, SRO (Sr-Ru-O composition), BTO
(Ba-Ti-O composition) and SBTO (Sr-Ba
2. The sputtering target according to claim 1, wherein the sputtering target is formed from at least one of a Ti—O composition.
層から成り、バッキングプレート材のターゲット面側と
他方の面の金属層が同一材料から構成されていることを
特徴とする請求項１記載のスパッタリングターゲット。5. The backing plate material according to claim 1, wherein the backing plate material is made of three or more metal layers, and the metal layer on the target surface side and the other surface of the backing plate material are made of the same material. Sputtering target.
キングプレートが無酸素銅から成る金属層とアルミニウ
ムから成る金属層とから成り、ターゲット面側および他
方の面側の金属層がアルミニウムから成ることを特徴と
する請求項５記載のスパッタリングターゲット。6. The target material is made of Ti, the backing plate is made of a metal layer made of oxygen-free copper and a metal layer made of aluminum, and the metal layers on the target surface side and the other surface side are made of aluminum. The sputtering target according to claim 5, characterized in that:
材とターゲット材との各接合面における接合強度のばら
つきが±３０％の範囲内であることを特徴とする請求項
１記載のスパッタリングターゲット。7. The sputtering target according to claim 1, wherein a variation in bonding strength between metal layers and a bonding surface between the backing plate material and the target material is within ± 30%.
らつきが±３０％の範囲内であることを特徴とする請求
項７記載のスパッタリングターゲット。8. The sputtering target according to claim 7, wherein the variation in the average value of the bonding strength at each bonding surface is within a range of ± 30%.
バッキングプレート材。9. A backing plate material comprising a plurality of metal layers.
層の各層間の接合は、拡散接合および／または溶接接合
であることを特徴とする請求項９記載のバッキングプレ
ート材。10. The backing plate material according to claim 9, wherein the bonding between the metal layers constituting the backing plate material is diffusion bonding and / or welding bonding.
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