JPH06108246A - 拡散接合されたスパッタリングターゲット組立体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ターゲット材とバッキングプレートのボンデ
ィングにおいてターゲット材への悪影響の無い直接接合
技術の確立。 【構成】 １０００℃以上の融点を有するターゲット材
１とバッキングプレート２とをターゲット材より低い融
点を有するインサート材３を介して固相拡散接合したス
パッタリングターゲット組立体。両者は固相拡散接合界
面４を介して強固にボンディングされている。所定の最
終形状のターゲット材と所定の最終形状のバッキングプ
レートとを該ターゲット材の融点よりも低い融点を有す
る１種以上のインサート材を間に挿入して真空下で２０
０〜６００℃の温度及び０．１〜２０kg/mm²の圧力条件
で固相拡散接合させる。１００％接合率の高い密着性と
高い接合強度が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バッキングプレートを
有するスパッタリングターゲット組立体に関するもので
あり、特には１０００℃を超える融点を有するターゲッ
ト材を対象として、ターゲット材とバッキングプレート
とをインサート材を介して固相拡散接合させた、密着性
及び接合強度に優れたスパッタリングターゲット組立体
並びにその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリングターゲットは、スパッタ
リングにより各種半導体デバイスの電極、ゲート、配
線、素子、保護膜等を基板上に形成するためのスパッタ
リング源となる、通常は円盤状の板である。加速された
粒子がターゲット表面に衝突するとき運動量の交換によ
りターゲットを構成する原子が空間に放出されて対向す
る基板上に堆積する。スパッタリングターゲットとして
は、Ａｌ合金ターゲット、高融点金属及び合金（Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎｂ等及びその合金）ターゲッ
ト、高融点シリサイド（ＭｏＳｉ_X 、ＷＳｉ_x 等）ター
ゲット等が代表的に使用されており、これは通常支持及
び冷却目的でバッキングプレートと呼ばれる裏当材とボ
ンディングした組立体の状態で使用される。スパッタリ
ング装置にターゲット組立体が取付けられ、バッキング
プレートの裏面が冷却されてターゲット中で発生する熱
を奪い取る。バッキングプレートとしては、ＯＦＣ（無
酸素銅）、Ｃｕ合金、Ａｌ合金、ＳＵＳ（ステンレス
鋼）若しくはＴｉ乃至Ｔｉ合金等の熱伝導性の良い金属
及び合金が使用されている。

【０００３】従来、ターゲットとバッキングプレートと
のボンディングには、Ｉｎ若しくはＳｎ合金系等の低融
点ロウ材を用いたロウ付け法が主として採用されてき
た。

【０００４】しかしながら、低融点ロウ材を用いたロウ
付け法には、次のような欠点があった： ロウ材の融点がＩｎで１５８℃そしてＳｎ系合金では
１６０〜３００℃と低いため使用温度が融点近くになる
と接合剪断強度が急激に低下すること、 室温での接合剪断強度がＩｎで１kg/mm²未満でありそ
して比較的強度が高いＳｎ合金系でも２〜４kg/mm²と低
く、しかも低融点ロウ材であるため、使用温度の上昇に
伴って接合剪断強度は急激に低下すること、 ロウ付け法では、ボンディング時のロウ材の凝固収縮
によってターゲットとバッキングプレートとの接合面に
ポア（気孔）が残存し、未接着部のない１００％接合率
のボンディングは困難であること。

【０００５】そのため、スパッタリング時の投入パワー
が低く制限され、また規定以上のスパッタリングパワー
を負荷された場合若しくは冷却水の管理が不十分な場
合、ターゲットの温度上昇に伴う接合強度の低下若しく
はロウ材の融解によってターゲットの剥離が生じる等の
トラブルが発生した。

【０００６】低融点ロウ材に代えて、高融点のロウ材を
用いた場合には、ロウ付け時に高温が必要であるために
ターゲットの品質に悪影響が生じることがあった。

【０００７】近時、スパッタリング成膜時のスループッ
トを改善するため益々大きなスパッタリング時投入パワ
ーの採用の傾向にあり、そのために昇温下でも接合強度
を所定水準以上に維持しうるターゲットが強く要望され
ている。

【０００８】こうした中で、特開平４−１４３２６８号
及び特開平４−１４３２６９号は、スパッター材となる
第１の金属部材とその支持部となる第２の金属部材とを
直接或いは第１の金属部材よりも高融点のスペーサを介
して接合して一体化する工程と関与するターゲット及び
ターゲットの製造方法を開示する。一体化する方法とし
ては、特に爆発接合法（爆着法）が主体的に説明され、
その他にもホットプレス法、ＨＩＰ法、ホットロール法
が使用できると記載されている。例えば、ホットプレス
法を例にとると、第１金属部材（スパッター材）として
Ａｌ−１％Ｓｉをそして第２金属部材（支持部）として
無酸素銅を例にとり、第１及び第２金属部材を比較的単
純な形状に加工し、両者を温度が３００〜５５０℃、時
間が６０分のホットプレスにより接合すると、２μｍ程
度の拡散層が形成されるとしている。その後、接合され
た第１及び第２金属部材はそれぞれ最終形状に加工され
る。但し、第１金属部材及び第２金属部材を所定の形状
に加工してから上記爆着法により接合することもできる
旨の記載がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法は、爆着法、ホットプレス法、ＨＩＰ法及びホット
ロール法という非常に大きな負荷の下で第１及び第２金
属部材を強圧着するものであり、スパッター材となる第
１金属部材（即ち、ターゲット材）の変形とそれに伴う
内部歪みや組織変化並びに表層部の汚染が激しく、最終
寸法形状に仕上げたターゲット材には適用出来ない。

【００１０】近時、１０００℃を超える融点を有する高
融点金属及び合金、例えばＷ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚ
ｒ、Ｎｂ等及びＷ−Ｔｉのような金属及びその合金ター
ゲット材、高融点シリサイド（ＭｏＳｉ_X 、ＷＳｉ_X
等）のような高融点化合物ターゲット材が半導体デバイ
スに使用される例が急増しており、こうしたターゲット
材の多くは非常に高い純度で最終寸法形状に仕上げた形
で供給される。こうした高融点ターゲット材程大きな一
体化圧力が必要と考えられていた。大きな圧力を適用す
る程、ターゲット材の損傷は大きくなる。

【００１１】本発明の課題は、１０００℃以上の融点を
有する最終寸法形状に仕上げたターゲット材に、ターゲ
ット材への悪影響なく、バッキングプレートに高強度で
接合する技術を開発することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、１０００℃
以上の融点を有するターゲット材を対象として、ターゲ
ット材にほとんど変形その他の悪影響を与えない接合方
法を検討した結果、ターゲット材の融点よりも低い融点
を有する金属または合金から選択される１種以上のイン
サート材を使用しての固相拡散接合によりターゲットと
バッキングプレートとの間に予想以上に非常に良好なボ
ンディングが得られることを見出した。真空中で軽い負
荷の下で固相状態を維持して拡散接合することにより、
ターゲット材の変形等を伴うことなく、界面にポア等の
未接着部のない高い密着性と高い接合強度が得られるの
である。ここで、「固相拡散結合」とは、ターゲット材
とバッキングプレートの間にターゲット材より融点の低
いインサート材を挿入して、ターゲットとバッキングプ
レートを溶融せしめることなく固相状態に維持したま
ま、軽度の加熱及び加圧条件下で界面に拡散を生ぜしめ
てターゲット材に悪影響を与えることなく接合をもたら
す方法である。

【００１３】この知見に基づいて、本発明は、（１）１
０００℃以上の融点を有するターゲット材と、該ターゲ
ット材の融点よりも低い融点を有する金属または合金か
ら選択される１種以上のインサート材と、バッキングプ
レートとを備え、該ターゲット材と該インサート材並び
に該インサート材と該バッキングプレートがそれぞれ固
相拡散接合界面を有することを特徴とする固相拡散接合
スパッタリングターゲット組立体並びに（２）１０００
℃以上の融点を有する、所定の最終形状のターゲット材
と所定の最終形状のバッキングプレートとを該ターゲッ
ト材の融点よりも低い融点を有する金属または合金から
選択される１種以上のインサート材を間に挿入して真空
下で２００〜６００℃の温度及び０．１〜２０kg/mm²の
圧力条件で固相拡散接合させることを特徴とするスパッ
タリングターゲット組立体を製造する方法を提供する。

【００１４】

【作用】ターゲットとバッキングプレートとを固相拡散
接合することにより、ターゲットの変質或いは変形を生
じることなく、構成原子が相互に拡散しあうことによっ
て高い密着性と高い接合強度が得られ、使用温度の上昇
による接合強度の急激な低下が生ぜず、固相接合である
ために界面にポア等の未接着部のない１００％接合率の
高度に信頼性を有するボンディングが得られる。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明に従いターゲット材１とバッ
キングプレート２とインサート材３を介して拡散接合し
たスパッタリングターゲット組立体を示す。両者は固相
拡散接合界面４を介して強固にボンディングされてい
る。

【００１６】本発明は、１０００℃を超える融点を有す
るターゲット材を対象とする。その例としては、高融点
金属及び合金、例えばＷ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎ
ｂ等及びＷ−Ｔｉのような金属及びその合金ターゲット
材、高融点シリサイド（ＭｏＳｉ_X 、ＷＳｉ_X 等）のよ
うな高融点化合物ターゲット材である。本発明における
インサート材としては、ターゲット材の融点より低い融
点を有する金属または合金の１種以上が使用される。Ａ
ｇ、Ｃｕ、Ｎｉまたはこれらの合金がインサート材の代
表例である。固相拡散接合をもたらすには、ターゲット
材の融点より低い融点を有するインサート材の使用が必
要である。

【００１７】スパッタリングターゲット組立体の作製に
際して、バッキングプレートとターゲットとをアセトン
のような有機溶媒により脱脂及び洗浄した後、好ましく
は１０μｍ以上の厚さのＡｇ、Ｃｕ、Ｎｉまたはこれら
の合金のうちの１種以上のインサート材を界面に挿入す
る。インサート材も脱脂及び洗浄しておくことが必要で
ある。インサート材として１０μｍ以上の厚さのものを
使用するのが好ましい理由は、ターゲットとバッキング
プレートとの接合面に残存する機械加工時の数μｍの凹
凸に起因するマイクロポアが残るために、接合強度が低
下するからである。インサート材の厚さの上限は、固相
拡散接合をもたらしうるに十分であれば特に指定されな
いが、過度に厚いものは無用である。通常的な箔、薄い
シート等が使用されうる。インサート材の材質として
は、固相拡散接合をもたらすに適度に高い融点と拡散能
の点から、上記の通り、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉまたはこれら
の合金が適当である。インサート材を１層以上重ねて使
用してもよい。接合面に酸化物等が存在しないようにす
ることが肝要である。

【００１８】ターゲット材とバッキングプレートとイン
サート材との積層体を一般に０．１Torr以下の真空下で
２００〜６００℃の接合温度範囲内での一定温度で０．
１〜２０kg/mm²の加圧下、好ましくは３〜１０kg/mm²に
保持し、固相状態で拡散接合することによりスパッタリ
ングターゲット組立体が得られる。酸化物の形成を防止
するために０．１Torr以下の真空雰囲気中で実施され
る。適用する荷重は、接合温度及び対象とする材質によ
り選択される。界面を拡散が生じるよう圧接するには最
小限０．１kg/mm²の負荷が必要であり、他方２０kg/mm²
を超える負荷ではターゲット材の損傷を招く危険性があ
る。また、接合温度を２００〜６００℃としたのは、２
００℃未満では原子の拡散が不十分で、良好な密着性が
得られないためであり、他方６００℃を超えるとターゲ
ット材及び／またはバッキングプレートの結晶組織、機
械的性質等が変質する恐れが生じるためであり、更には
ターゲット材とバッキングプレートとの熱膨張率の差に
よりそりが発生し或いは歪みが生じ、接合不良となりや
すいからである。

【００１９】こうして得られたスパッタリングターゲッ
ト組立体は、ターゲット材の変形や変質を生じるておら
ずそして液相を生じない固相拡散接合により１００％接
合率の接合界面を有し、高い投入パワーのスパッタリン
グ装置においてでも良好に使用されうる。ターゲット表
面に吸着した水分及びガス等の低減化を図るために、低
融点ロウ材の場合とは違い、使用前にターゲット自体を
２００℃前後でベーキングすることも可能である。

【００２０】（実施例１及び比較例１）３００ｍｍ直径
のＴｉターゲット材及び同寸のＯＦＣ（無酸素銅）製バ
ッキングプレートをアセトンにより超音波脱脂洗浄し
た。インサート材は厚さ１００μｍのＡｇ箔を使用し
た。アセトンによる超音波脱脂洗浄後、Ｔｉターゲット
材及びＯＦＣ製バッキングプレート間にインサート材を
挿入した。

【００２１】Ｔｉターゲット材、Ａｇ箔インサート材及
びＯＦＣ製バッキングプレートの積層材を５×１０^-5To
rrの真空下で接合温度を２５０℃そして負荷を８kg/mm²
として拡散接合させた。

【００２２】拡散接合材の直径方向に沿う５つの部位か
ら切り出した試験片の室温での接合剪断強度と従来のＳ
ｎ−Ｐｂ−Ａｇ系低融点ロウ材で同じく接合した同じＴ
ｉターゲット材及びＯＦＣ（無酸素銅）製バッキングプ
レートの積層材の室温での接合剪断強度とを比較して図
２に示す。図３にはこれら接合材の接合剪断強度の温度
依存性を示す。図２及び３に示されるように、室温での
接合剪断強度はＳｎ−Ｐｂ−Ａｇ系低融点ロウ材を使用
したものは約３kg/mm²であるが、本発明に従う固相拡散
接合材では約６kg/mm²と、ほぼ２倍程度高い接合剪断強
度を有し、しかも温度依存性に関してもＳｎ−Ｐｂ−Ａ
ｇ系低温ロウ材を使用したものはロウ材の融点である１
８０℃近傍では接合剪断強度はゼロとなるが、本発明固
相拡散接合材は２００℃以上では３kg/mm²以上の、２５
０℃でも２kg/mm²の接合剪断強度を保持している。

【００２３】（実施例２及び比較例２）直径２９５ｍｍ
の高純度（＞９９．９９９％）タングステンターゲット
材を工業純度のチタンバッキングプレートにインサート
材を介して、５×１０^-5Torrの真空下で接合温度を４０
０℃そして負荷を８kg/mm²として拡散接合した。得られ
た接合材の接合界面の顕微鏡写真を図４に示す。写真か
らポア等の未接着部がなく１００％接合率の界面が得ら
れていることがわかる。実施例１と同様に直径に沿った
５つの部位からの試験片の室温での接合剪断強度は７kg
/mm²であった。これに対し、Ｉｎロウ接接合材の場合に
は接合剪断強度は１kg/mm²の水準にとどまった。固相拡
散接合の優秀性が確認される。

【００２４】（実施例３）実施例１と同様にして銅箔及
びニッケル箔をインサート材として使用して固相拡散接
合によりターゲットを作製したところ、同様の効果が達
成された。

【００２５】

【発明の効果】固相拡散接合するため、 作製時にターゲット材への損傷がないこと、 接合界面でターゲット材とバッキングプレートとイン
サート材との構成原子が相互に拡散しあうことによって
高い密着性と高い接合強度が得られること、 インサート材の融点が高いため低融点系ロウ材と比較
して使用温度の上昇に伴う接合強度の急激な低下がない
こと、 固相接合であるため、ボンディング時のロウ材の凝固
収縮に伴うポア等の未接着部がなく１００％接合率の高
い信頼性を有するボンディングが得られることの結果と
して、 （ａ）最終仕上したターゲット材をその損傷を生じるこ
と無く直接バッキングプレートに接合でき、（ｂ）スパ
ッタリング時の投入パワーを更に大きくすることが可能
であり、スパッタリング成膜時のスループットを改善す
ることができ、更には（ｃ）ターゲット自体を２００℃
前後でベーキングすることが可能であり、ターゲット表
面に吸着した水分及びガス等の低減化を実現するという
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従いターゲット材とバッキングプレー
トとをインサート材を介して固相拡散接合したスパッタ
リングターゲット組立体の斜視図である。

【図２】実施例１及び比較例１における本発明に従う固
相拡散接合材及びＳｎ−Ｐｂ−Ａｇ系低融点ロウ材を使
用した接合材の室温での接合剪断強度を比較して示すグ
ラフである。

【図３】図２の接合材の接合剪断強度の温度依存性を示
すグラフである。

【図４】タングステンターゲットをチタンバッキングプ
レートにインサート材を介して固相拡散接合した接合材
の接合界面の近傍の金属組織を示す顕微鏡写真である。

【符号の説明】 １ ターゲット材 ２ バッキングプレート ３ インサート材 ４ 固相拡散接合界面

フロントページの続き (72)発明者 中村 賢一郎 東京都港区虎ノ門二丁目10番１号日本鉱業 株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １０００℃以上の融点を有するターゲッ
   ト材と、該ターゲット材の融点よりも低い融点を有する
   金属または合金から選択される１種以上のインサート材
   と、バッキングプレートとを備え、該ターゲット材と該
   インサート材並びに該インサート材と該バッキングプレ
   ートがそれぞれ固相拡散接合界面を有することを特徴と
   する固相拡散接合スパッタリングターゲット組立体。
2. 【請求項２】 １０００℃以上の融点を有する、所定の
   最終形状のターゲット材と所定の最終形状のバッキング
   プレートとを該ターゲット材の融点よりも低い融点を有
   する金属または合金から選択される１種以上のインサー
   ト材を間に挿入して真空下で２００〜６００℃の温度及
   び０．１〜２０kg/mm²の圧力条件で固相拡散接合させる
   ことを特徴とするスパッタリングターゲット組立体を製
   造する方法。