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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Kathodenzerstäubungstarget-Anordnung, die aus einem
Kathodenzerstäubungstarget und einer Rückplatte besteht, und
insbesondere auf eine Kathodenzerstäubungstarget-Anordnung sowie auf
ein Verfahren zu dessen Herstellung, bei dem ein
Kathodenzerstäubungstarget und eine Rückplatte durch Festkörperphasen-
Diffusion mit oder ohne einem oder mehreren dazwischen
angeordneten Einsatz bzw. Einsätzen verbunden werden.
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Mittels Festkörperphasen-Diffusionsverbindung weist ein
Kathodenzerstäubungstarget eine ausgezeichnete Haftungs- und
Verbindungsfestigkeit an einer Rückplatte auf, wobei es seine
Struktur und Kristallkenngrößen einschließlich Korngröße,
Kristallorientierung etc. beibehält, die es vor der Diffusionsverbindung
hatte, ohne daß es zu einer durch den Verbindungsvorgang
verursachten Kontamination kommt.
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Kathodenzerstäubungstargets dienen als
Kathodenzerstäubungsquellen für die Bildung von Elektroden, Gattern, Verdrahtungen,
Elementen, Schutzfilmen und dergleichen bei verschiedenen
Halbleiterbauteilen auf Substraten durch einen
Kathodenzerstäubungsvorgang. Sie haben gewöhnlicherweise das Aussehen
scheibenförmiger Platten. Wenn beschleunigte Teilchen auf eine
Targetoberfläche auftreffen, wird ein Teil der das Target
bildenden Atome durch Impulsaustauch in den Raum zerstäubt uni
lagert sich an einem gegenüber angeordneten Substrat ab. Typische
verwendete Kathodenzerstäubungstargets sind u. a. Al und Al-
Legierung-Targets, ein feuerfestes Metall und seine Legierung-
Targets (W, Mo, Ti, Ta, Zr, Nb, etc. und deren Legierungen wie
W-Ti) sowie Silizid-Targets mit hohem Schmelzpunkt (MoSiX,
WSix, etc.). Die Targets werden üblicher-weise in Form einer
mit einem Rückmaterial - als Rückplatte bekannt - einstückig
verbundenen Anordnung verwendet, wodurch sowohl der Halt als
auch Kühlfunktionen gewährleistet werden. Eine
Kathodenzerstäubungstarget-Anordnung ist in einem Kathodenzerstäubungssystem
montiert, und die hintere Seite der Rückplatte wird gekühlt, um
die Wärme abzuleiten, die in dem Target während des
Kathodenzerstäubungs-vorgangs erzeugt wird. Die heutzutage verwendeten
Rückplatten bestehen aus Metall oder Legierungen mit guten
Wärmeleit-fähigkeiten, wie z. B. sauerstoff-freies Kupfer (OFC),
Cu-Legierungen, Al-Legierungen, Edelstahle (SUS) sowie Ti und
Ti-Legierungen.
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Bisher verwendete man für das Verbinden eines
Kathodenzerstäubungstargets mit einer Rückplatte zur Bildung einer
Kathodenzerstäubungstarget-Anordnung in erster Linie ein
Lötverfahren, das ein Lötmaterial mit niedrigem Schmelzpunkt
verwendet, wie z. B. In oder eine Sn-Legierung. Allerdings hat das
Lötverfahren, das ein Lötmaterial mit niedrigem Schmelzpunkt
verwendet, die folgenden Nachteile:
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(1) Der niedrige Schmelzpunkt von Lötmaterialien, 158ºC für In
oder 160-300ºC selbst für eine Sn-Legierung, verursacht einen
starken Abfall der Bindungsfestigkeit unter Scherbelastung, da
die notwendige Betriebstemperatur ihren Schmelzpunkt erreicht.
Speziell die Bindungsfestigkeit unter Scherbelastung bei
Raumtemperatur ist geringer als 1 kgf/mm² für In und 2-4 kgf/mm²
selbst für eine Sn-Legierung, die eine relativ hohe Festigkeit
hat. In Kombination mit dem niedrigen Schmelzpunkt des
Lötmaterials bewirkt dies einen starken Abfall der Bindungs-festigkeit
unter Schereinwirkung bei einem Anstieg der Temperatur.
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(2) Mit dem Lötverfahren ist es schwierig, eine 100%-ige
Verbindung ohne unverbunde Abschnitte zu erzielen, da die
Kontraktion nach der Verfestigung des Lötmaterials während des
Verbindungsvorgangs Poren (Luftspalten) entlang der verbundenen
Grenzflächen zwischen dem Target und der Rückplatte hinterläßt.
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Folglich ist die für die Kathodenzerstäubung bereitzustellende
elektrische Leistung auf einen niedrigen Wert begrenzt. Auch
dann, wenn das System mit einer größeren Kathodenzerstäubungs
leistung als der spezifizierten belastet wird oder bei
unsachgemäßer Kühlwassersteuerung betrieben wird, kann es aufgrund
einer Verringerung der Bindungsfestigkeit bei einem
Temperaturanstieg des Targets oder beim Schmelzen des Lötmaterials zu
Problemen wie der Ablösung des Targets kommen.
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Die Verwendung eines Lötmaterials mit hoher Schmelztemperatur
anstelle eines solchen mit niedriger Schmelztemperatur
erfordert eine höhere Temperatur für das Löten, wodurch die
Targetqualität manchmal beeinträchtigt wird.
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Neuerdings neigt man zum Einsatz größerer elektrischer Leistung
für die Kathodenzerstäubung, um den Durchsatz für die
Filmbildung durch Kathodenzerstäubung zu verbessern. Angesichts dieser
Tatsache besteht ein großer Bedarf für ein Target, das in der
Lage ist, die Bindungsfestigkeit selbst bei erhöhten
Temperaturen über einem vorbestimmten Wert beizubehalten.
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So offenbarten die japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungen
Nr. 143268/1992 und 143269/1992 Targets und Verfahren zu ihrer
Herstellung unter Verwendung eines Vorgangs zum einstückigen
Verbinden eines ersten Metallelements, das als
Kathodenzerstäubungsmaterial dient, mit einem zweiten Metallelement,
das entweder unmittelbar oder durch Zwischenschaltung eines
Abstandshalters mit einem höheren Schmelzpunkt als dem des ersten
Glieds als Halter dient. Was das Verfahren zu ihrer
einstückigen Verbindung anbelangt, wird in erster Linie
Explosionsschweißen verwendet. Andere als verwendbar erwähnte Verfahren
sind Heißpreß-, HIP- und Heißwalzverfahren. Nimmt man z. B. das
Heißpreßverfahren, so wird beschrieben, daß es Schritte
aufweist, um z. B. eine Al-1%Si-Legierung als das erste
Metallelement (Kathodenzerstäubungsmaterial) und (sauerstoff-freies
Kupfer als das zweite Metallelement (Halter) jeweils zu relativ
einfachen Formen maschinell umzuformen und zu bearbeiten, und
die beiden Elemente durch Heißpressen bei 300-500ºC über 6c)
Minuten hinweg zu verbinden, wobei angeblich eine
Diffusionsschicht von etwa 2 um Dicke gebildet werden soll, und um
darauf
hin das so miteinander zu einer endgültigen Konfiguration
verbundene erste und zweite Metallelement
(Kathodenzerstäubungsmaterial und Halter) maschinell zu
bearbeiten. Es wird auch gesagt, daß alternativ das erste und das
zweite Metallelement nach ihrer maschinellen Bearbeitung zu
einer gewünschten Form durch Explosionsschweißen verbunden werden
können.
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Die oben beschriebenen Verfahren verwenden die
Hochdruckverbindung des ersten und des zweiten Metallelements unter sehr
großer Stoßeinwirkung oder schwerer Last, wie z. B. einem
Explosionsverbindungs-, Heißpreß-, HIP- oder Heißwalzverfahren.
Dieser Vorgang bewirkt eine ernsthafte Verformung des zu
zerstäubenden ersten Materials (Targetmaterial) und als
Begleiterscheinung erhöhte innere Spannungen und die Veränderung der
Kristallstruktur.
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Insbesondere wird die Gleichförmigkeit der Kristallgröße uni
der Kristallorientierung eines Targets zerstört, was zu
unterschiedlichen Kristallkorndurchmessern und
Kristallorientierungen an verschiedenen Stellen des Targets führt.
Folglich beginnt sich die Zerstäubungsmenge von dem Target von
Punkt zu Punkt zu verändern, was wiederum zu einer Veränderung
der abgeschiedenen Filmdicke und somit der Filmeigenschaften
führt. Dieses Problem wird neuerdings als eine ernsthafte
Angelegenheit hervorgehoben. Außerdem findet eine ernsthafte
Verunreinigung der Oberflächenschicht des hergestellten Targets
statt, und daher ist die Ausbeute des zur endgültigen Größe
fertiggestellten Targetmaterials sehr mager. Obwohl in der oben
erwähnten Offenlegung auch behauptet wird, daß das erste und
das zweite Metallelement durch Explosionsverbindung verbunden
werden können, nachdem sie zu gewünschten Konfigurationen
maschinell bearbeitet wurden, sind auch in diesem Fall, wie oben
gesagt, die Verformung des Targetmaterials und die als
Begleiterscheinung auftretenden erhöhten inneren Spannungen und die
Veränderung der Kristallstruktur sowie die Verunreinigung der
Oberflächenschicht unvermeidbar.
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In letzter Zeit haben Targetmaterialien mit Schmelzpunkten
unterhalb 1000ºC, wie z. B. Aluminium oder Aluminiumlegierungen,
eine rasche Verbreitung gefunden für die Verdrahtungen oder
Verbindungen von Halbleiterbauteilen untereinander. Diese
Targetmaterialien werden in vielen Fällen als Fertigprodukte in
der endgültigen Geometrie und mit sehr hoher Reinheit
geliefert. Derartige Targetmaterialien mit relativ niedriger
Schmelztemperatur sind anfällig für größere Schäden an ihrer
Kristallstruktur, die manchmal sogar von einem Gröberwerden der
Korngröße des Targetmaterials begleitet werden.
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Die ältere europäische Patentanmeldung EP-A-0630423 offenbart
ein Verfahren zum Herstellen einer Kathodenzerstäubungstarget-
Anordnung, welche ein Target und eine Rückplatte mit einem
dazwischen angeordneten Einsatz aufweist, wobei bei dem Verfahren
Diffusionsverbinden stattfindet, das u. a. eine Temperatur von
550-625ºC verwendet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zum Verbinden eines Fertigprodukt-Targetmaterials, das
in seiner endgültigen Geometrie oder beinahe endgültigen
Gestalt seiner endgültigen Geometrie vorliegt, mit einer
Rückplatte mit hoher Festigkeit zu entwickeln, während die
Gleichförmigkeit der Kristallstruktur beibehalten wird und keinerlei
verformende, verschlechternde oder andere ungünstige
Auswirkungen auf das eigentliche Targetmaterial auftreten.
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Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer
Kathodenzerstäubungstarget-Anordnung bereitgestellt mit einem
Target und einer damit verbundenen Rückplatte, bei dem das eine
gegebene endgültige Form aufweisende Target, das einen
Schmelzpunkt unter 1000ºC hat, und die eine gegebene endgültige Form
aufweisende Rückplatte mit mindestens einem dazwischen
angeordneten Einsatz laminiert werden und das Target mit der
Rückplatte durch Festkörperphasen-Diffusion verbunden wird, wobei die
Verbindung mittels Festkörperphasen-Diffusion in einem Vakuum
bei einer Temperatur von 150ºC bis 300ºC und einem Druck von
9,8 MPa (1 kgf/mm²) bis 196 MPa (20 kgf/mm²) stattfindet und
wobei die Struktur und die Kristallkenngrößen, die das Target
besitzt, bevor es mit der Rückplatte mittels Festkörperphasen-
Diffusion verbunden wird, nach der Diffusionsverbindung
beibehalten werden und das Target eine gleichförmige
Kristallstruktur mit einer Korngröße von nicht mehr als 250 um hat.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben nach einem
Verbindungsverfahren für Targetmaterialien gesucht, welches die
Kristallkenngrößen wie z. B. Kristallkornwachstum hemmt und
keine verformende oder andere beeinträchtigende Auswirkungen auf
das Material verursacht. Als Ergebnis hat man nun
herausgefunden, daß die Festkörperphasen-Diffusionsverbindung mit oder
ohne Verwendung eines Einsatzes eine weitaus bessere Bindung als
erwartet in ihren Grenzflächen erzeugt. Die
Diffusionsverbindung, die durchgeführt wurde, während man eine feste Phase
einer leichten Last (niedrige Spannungsrate) in einem Vakuum
ausgesetzt hielt, ergibt eine starke Haftung und starke
Bindungsfestigkeit mit keinen oder sehr kleinen Verformungen des
Targetmaterials und mit keinen ungebundenen Abschnitten wie Poren
entlang der Grenzflächen, während die Zerstörung einer
gleichförmigen Kristallstruktur, das Wachstum von Körnern etc.
gehemmt wird, die das Targetmaterial vor dem Verbindungsvorgang
hatte.
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Der Begriff "Festkörperphasen-Diffusionsverbindung" in seiner
hier vorliegenden Verwendung steht für ein Verfahren zum
Verbinden eines Targetmaterials und einer Rückplatte mit oder ohne
einem oder mehreren dazwischen eingebetteten Einsätzen mittels
Diffusion entlang der Grenzflächen bei leichter Erhitzung und
Druckausübung, wobei die beiden Elemente, anstatt geschmolzen
zu werden, unter Beibehaltung der festen Phase miteinander
verbunden werden, ohne daß ungewünschte Auswirkungen auf das
Targetmaterial, wie u. a. sein Kornwachstum und seine
Strukturveränderung, verursacht werden.
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Auf der Grundlage dieser Entdeckung liefert ein Gesichtspunkt
dieser Erfindung eine Kathodenzerstäubungstarget-Anordnung mit
einem Kathodenzerstäubungstarget und einer Rückplatte, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kathodenzerstäubungstarget und die
Rückplatte mittels Festkörperphasen-Diffusionsverbindung mit
oder ohne einen oder mehrere dazwischen angeordnete Einsätze
verbunden wird, um durch Festkörperphasen-Diffusion verbundene
Grenzflächen dazwischen zu erhalten, wobei das
diffusionsverbundene Kathodenzerstäubungstarget im wesentlichen
metallurgische Kenngrößen und Eigenschaften beibehält, die das
Kathodenzerstäubungstarget hatte, bevor es mit der Rückplatte
diffusionsverbunden wurde.
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Typischerweise besteht das Targetmaterial aus Aluminium oder
einer Aluminiumlegierung. Der Einsatz besteht typischerweise
aus Silber oder einer Silberlegierung, Kupfer oder einer
Kupferlegierung oder aus Nickel oder einer Nickellegierung.
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Die Festkörperphasen-Diffusionsverbindung des Targets und der
Rückplatte mit einem oder mehreren dazwischen eingebetteten.
Einsätzen bei einer niedrigen Temperatur und Druck bewirkt eine
Interdiffusion ihrer sie bildenden Atome, um eine hohe Adhäsion
und Bindungsfestigkeit ohne einhergehende Verschlechterung oder
Verformung des Targetmaterials zu erhalten, während das
Kristallkornwachstum in dem Targetmaterial gehemmt wird. Die so
gewonnene Bindung erweist sich als äußerst zuverlässig, da sie
bei einer Anhebung der Betriebstemperatur keiner abrupten
Verringerung der Bindungsstärke unterliegt, und da aufgrund der
Festkörperphasen-Verbindung eine 100%-ige Verbindung mit
keinerlei ungebundenen Abschnitten, wie z. B. entlang der
Grenzflächen übriggebliebener Poren, erzielt wird.
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Fig. 1 ist eine Perspektivansicht einer
Kathodenzerstäubungstarget-Anordnung, die aus einem Targetmaterial und einer
Rückplatte besteht, die durch einen Einsatz hindurch mittels
Fest
körperphasen-Diffusionsverbindung erfindungsgemäß verbunden
sind.
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Fig. 2 ist ein Schaubild, das die Bindungsfestigkeitswerte der
diffusionsverbundenen Targetanordnung der Erfindung unter
Scherbelastung bei Raumtemperatur mit denjenigen des
verbundenen Materials vergleicht, das ein bei niedriger Temperatur
schmelzendes Lötmaterial des Sn-Pb-Ag-Systems in Beispiel 1
verwendete.
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Fig. 3 ist ein Schaubild, das die Temperaturabhängigkeit der
Bindungsfestigkeitswerte der verbundenen Materialien von
Beispiel 1 unter Schereinwirkung zeigt.
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Fig. 4 ist ein Mikrobild, das die metallographische Struktur in
der Umgebung gebundener Grenzflächen bei einer Anordnung zeigt,
die aus einem Al-1%Si-0,5%Cu-Target, einer Ag-Folie und einer
Rückplatte aus sauerstofffreiem Kupfer gemäß dieser Erfindung
besteht.
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In Fig. 1 ist eine diffusionsverbundene
Kathodenzerstäubungstarget-Anordnung gezeigt, die durch Diffusionsverbinden eines
Targetmaterials 1 und einer Rückplatte 2 durch einen Einsatz 3
hindurch erfindungsgemäß hergestellt wurde. Die Bestandteile
sind mit festkörperphasen-diffusionsverbundenen Grenzflächen 4
fest miteinander verbunden. Der verwendete Einsatz 3 hängt von
einer Kombination des Targetmaterials und der Rückplatte ab.
Das Targetmaterial behält die metallurgischen Kenngrößen und
Eigenschaften, die es vor der Diffusionsverbindung hatte.
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Typische Beispiele von Targetmaterialien, die einen
Schmelzpunkt von nicht mehr als 1000ºC haben, sind Aluminium und
Aluminiumlegierungen wie Al-Si-Cu, Al-Si und Al-Cu-Legierungen.
Andere Legierungstargets, die hauptsächlich aus Materialien wie
Cu oder Au bestehen, fallen auch unter die Betrachtung dieser
Gruppe. Für die Einsatzmaterialien werden gewöhnlicherweise Ag,
Cu, Ni oder ihre Legierungen verwendet. Eines oder mehrere
derartige Einsatzmaterialien werden in Schichten verwendet.
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Beim Herstellen einer Kathodenzerstäubungstarget-Anordnung
unter Verwendung eines oder mehrerer Einsätze werden eine
Rückplatte und ein Targetmaterial mit einem organischen
Lösungsmittel wie Azeton entfettet und gespült. Dann wird zwischen den
beiden ein Einsatz aus einem oder mehreren Materialien
eingesetzt, die man unter Ag, Cu, Ni und deren Legierungen auswählt
und die eine Dicke von mindestens 10 um haben. Auch der Einsatz
muß vorab entfettet und gespült werden. Die Verwendung eines 10
um dicken oder dickeren Einsatzes ist wünschenswert, da die
sich aus Oberflächen-Unregelmäßigkeiten ergebenden Mikroporen
der Größenordnung einiger Mikrometer, die durch die maschinelle
Bearbeitung der Oberflächen des Targets und der anzubindenden
Rückplatte verursacht werden, sonst die Haftstärke verringern
würden. Die Obergrenze der Dicke des Einsatzes wird nicht
vorgegeben, vorausgesetzt, der Einsatz ist dick genug für die
Festkörperphasen-Diffusionsverbindung. Eine übermäßige Dicke
ist jedoch verschwenderisch. Eine herkömmliche Folie, ein
dünnes Blatt oder dergleichen können verwendet werden. Als
Material des Einsatzes ist Ag, Cu, Ni oder deren Legierungen
geeignet, wie weiter oben erwähnt wurde, und zwar wegen des mäßig
hohen Schmelzpunktes und der Diffusionsfähigkeit, um
Festkörperphasen-Diffusionsverbinden zu ermöglichen. Der Einsatz ist
nicht auf eine Einzelschicht beschränkt. Stattdessen können
zwei oder mehrere überlagerte Schichten verwendet werden. Die
zu verbindenden Oberflächen sollten frei von Oxiden oder
anderen Verunreinigungen sein.
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Im Falle von Targetmaterialien, die eine Schmelztemperatur von
nicht mehr als 1000ºC haben, werden ein aus einem
Targetmaterial bestehendes Laminat, eine Rückplatte und ein Einsatz
allgemein im festen Zustand diffusionsverbunden, indem man sie
auf einer konstanten Temperatur innerhalb eines
Verbindungstemperaturbereichs von 150-300ºC, vorzugsweise von 150-250ºC,
in einem Vakuum von 13,3 Pa (0,1 Torr) oder darunter und bei
einem Druck von 9,8 bis 196 MPa (1,0-20 kgf/mm²) vorzugsweise
29,4-98 MPa (3-10 kgf/mm²) hält. Auf diese Weise erhält man
eine Kathodenzerstäubungstarget-Anordnung. Um die Bildung von
Oxiden zu vermeiden, wird die Verbindung bevorzugterweise in
einer Vakuumatmosphäre von 13,3 Pa (0,1 Torr) oder darunter
durchgeführt. Die Wahl der anzulegenden. Last hängt von der
Verbindungstemperatur und den zu verwendenden Materialien ab. Für
einen ausreichendenn Druckverbindungsvorgang zur Erzeugung von
Diffusion zwischen den Grenzflächen muß die Last mindestens 9,8
MPa (1,0 kgf/mm²) betragen. Andererseits kann eine Last von
mehr als 196 MPa (20 kgf/mm²) das Targetmaterial beschädigen.
Die Verbindungstemperatur wird aus den folgenden. Gründen
zwischen 150-300ºC eingestellt. Wenn sie unterhalb von 150ºC
ist, führt eine ungenügende Diffusion der Atome zu einer
schwachen Haftung. Wenn sie 300ºC übersteigt, findet ein
Kristallkornwachstum in dem Targetmaterial statt. Darüberhinaus neigen
das Targetmaterial und die Rückplatte wegen der Differenz der
thermischen Expansionsgeschwindigkeit dazu, sich zu verziehen
oder zu verzerren, was zu einer unzulänglichen Verbindung
führt.
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Die so gewonnene Kathodenzerstäubungstarget-Anordnung weist
keinerlei Verschlechterung des Targetmaterials auf, hat
verbundene Grenzflächen mit einem Bindungsflächen-Prozentsatz von
100%, die durch flüssigkeitsphasenfreies Festkörperphasen-
Diffusionsverbinden erzeugt werden, und kann selbst in einem
Hochleistungs-Kathodenzerstäubungssystem zufriedenstellend
verwendet werden. Außerdem kann die Kristallkorngröße des
Targetmate rials unter einem erforderlichen Standard gehalten werden,
und zwar speziell nicht mehr als 250 ptm bei Targetmaterialien
mit Schmelzpunkten von nicht mehr als 1000ºC und vorzugsweise
nicht mehr als 100 um bei einer Anordnung aus Titan-
Targetmaterial und Titan-Rückplatte, und eine gleichmäßige
Kathodenzerstäubung kann gewährleistet werden. Um das adsorbierte
Wasser, Gas und dergleichen auf der Target-oberfläche zu
verringern, ist es möglich, das Target selbst bei etwa 200ºC vor
seiner Verwendung zu brennen, es sei denn, ein Lötfüllmaterial
mit einer niedrigen Schmelztemperatur wird verwendet.
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Weitere Erklärungen finden sich in den Beispielen. Die hier
dargebotenen Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung
und bezwecken keinerlei Einschränkung der Erfindung.
(Beispiel 1)
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Eine Al-1%Si-0,5%Cu-Targetmaterial in Form einer Scheibe mit
einem Durchmesser von 300 mm und eine Rückplatte aus
sauerstofffreiem Kupfer (OFC) derselben Größe wurden mit
Ultraschall entfettet und mit Azeton gespült. Ein Einsatz aus 100 um
dicker Ag-Folie wurde verwendet. Nach der Ultraschall-
Entfettung und dem Spülen mit Azeton wurde der Einsatz zwischen
das Al-1%Si-0,5%-Cu-Targetmaterial und die OFC-Rückplatte
eingebettet.
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Das aus Al-1%Si-0,5%-Cu-Targetmaterial, Ag-Folieneinsatz uni
OFC-Rückplatte bestehende Laminat wurde in einem Vakuum von 6,7
MPa (5 · 10&supmin;&sup5; Torr) und einer Verbindungstemperatur von 250ºC
unter einer Last von 78,4 MPa (8 kgf/mm²) diffusionsverbunden.
Die Korngröße des Targets war nach dem Verbindungsvorgang 150
um.
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Das Festkörperphasen-Diffusionsverbinden wurde auf ähnliche
Weise durchgeführt, doch wurde die Verbindungstemperatur allein
auf 350ºC verändert. Die Korngröße war nun 400 um.
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Die Bindungsfestigkeitswerte unter Schereinwirkung bei
Raumtemperatur für Teststücke, die aus fünf Punkten
unterschiedlichen Durchmessers des diffusionsverbundenen Materials
ausgeschnitten wurden, werden in Fig. 2 mit denen
entsprechender Teststücke eines Laminats verglichen, das aus demselben Al-
1%Si-0,5%-Cu-Targetmaterial und der ähnlich verbundenen OFC-
Rückplatte besteht, allerdings mit einem gewöhnlichen
Lötmaterial mit niedrigem Schmelzpunkt des Sn-Pb-Ag-Systems. Fig. 3
zeigt die Temperaturabhängigkeit der Bindungsfestigkeitswerte
dieser verbundenen Materialien unter Schereinwirkung. Wie sich
aus Fig. 2 und 3 deutlich ergibt, ist die Bindungsfestigkeit
unter Schereinwirkung bei dem Laminat, welches das Lötmaterial
des Sn-Pb-Ag-Systems mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet, etwa
3 kgf/mm², während das erfindungsgemäß
festkörperphasendiffusionsverbundene Material etwa die doppelte Festigkeit hat,
wobei die Werte bei ca. 58,8 MPa (6 kgf/mm²) liegen. Die
Temperaturabhängigkeit verhält sich so, daß die Bindungsfestigkeit
unter Schereinwirkung bei dem Material, welches das Sn-Pb-Ag-
System-Lötmaterial mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet, in der
Nähe von 180ºC Null wird, da dies der Schmelzpunkt des
Lötmaterials selbst ist. Das festkörperphasen-diftusionsverbundene
Material der Erfindung weist im Gegensatz hierzu eine
Bindungsfestigkeit von 29, 4 MPa (3 kgf/mm²) oder mehr auf unter
Schereinwirkung oberhalb von 200ºC und behält eine Festigkeit
von 19,6 MPa (2 kgf/mm²) selbst oberhalb 250ºC. Fig. 4 ist ein
Mikrobild eines Querschnitts, der die Bindungsgrenzflächen und
benachbarten Abschnitte eines Laminats veranschaulicht, das
erfindungsgemäß aus Al-1%Si-0,5%-Cu-Targetmaterial, Ag-
Folieneinsatz und OFC-Rückplatte besteht.
(Vorteile der Erfindung)
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Das Festkörperphasen-Diffusionsverbinden bei niedriger
Temperatur und Druck hat die folgenden Merkmale:
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(1) Die Gleichförmigkeit der Kristallstruktur wird mit der
Unterdrückung des Kristallkornwachstums beibehalten.
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(2) Der Herstellungsvorgang verursacht keinen Schaden an dem
Targetmaterial.
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(3) Die Interdiffusion der Atome, die das Targetmaterial, die
Rückplatte und den Einsatz bilden, erzeugt, wenn sie über die
Bindungsgrenzflächen verwendet wird, ein hohes Ausmaß an
Haftung und Bindungsfestigkeit.
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(4) Der starke Abfall der Bindungsfestigkeit wird vermieden;
er kann beim Anstieg der Betriebstemperatur vorkommen, wenn ein
Lötmaterial mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet wird.
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(5) Der Festkörperphasen-Verbindungsvorgang ergibt
zuverlässige Bindungen mit einem Bindungsflächen-Prozentsatz von 100%
ohne jegliche ungebundene Abschnitte, wie z. B. Poren, die beim
gewöhnlichen Bindungsvorgang aufgrund des Schrumpfens bei der
Verfestigung eines Lötmaterials auftreten können.
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Folglich bietet diese Erfindung die folgenden Vorteile:
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(a) Ein Targetmaterial kann mit einer Rückplatte verbunden
werden, ohne daß man die Gefahr einer Beschädigung eingeht;
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(b) Die Gleichförmigkeit der Kathodenzerstäubung wird
gewährleistet mit dem Ergebnis, daß die Filmdicke konstant gehalten
wird und die Filmeigenschaften gleichförmig und stabil gemacht
werden;
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(c) Man kann eine größere elektrische Leistung für die
Kathodenzerstäubung einführen; daher kann der Durchsatz für die
Filmbildung durch Kathodenzerstäubung verbessert werden; und
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(d) Das Target selbst kann bei ca. 200ºC gebrannt werden,
wodurch adsorbiertes Wasser, Gas und dergleichen in der
Targetoberfläche verringert werden.