JP2001295040A - 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 - Google Patents
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Info
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Abstract
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。 【解決手段】複数の金属層2,3から成るバッキングプ
レート材4とターゲット材5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である。
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
施例を示す断面図。
実施例を示す断面図。
図。
Claims (10)
- 【請求項1】 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スパッタリングター
ゲット。 - 【請求項2】 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請求項1記載のスパッタリ
ングターゲット。 - 【請求項3】 バッキングプレート材のターゲット材側
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。 - 【請求項4】 ターゲット材がTi,Zr,Hf,W,
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。 - 【請求項5】 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。 - 【請求項6】 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。 - 【請求項7】 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。 - 【請求項8】 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。 - 【請求項9】 複数の金属層からなることを特徴とする
バッキングプレート材。 - 【請求項10】 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。
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