JPS60181270A - スパツタ−用タ−ゲツトの製造方法 - Google Patents

スパツタ−用タ−ゲツトの製造方法

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JPS60181270A
JPS60181270A JP59036412A JP3641284A JPS60181270A JP S60181270 A JPS60181270 A JP S60181270A JP 59036412 A JP59036412 A JP 59036412A JP 3641284 A JP3641284 A JP 3641284A JP S60181270 A JPS60181270 A JP S60181270A
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JP
Japan
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target
holder
plasma
sputtering
al2o3
Prior art date
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Application number
JP59036412A
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English (en)
Inventor
Tomizo Matsuoka
富造 松岡
Yosuke Fujita
洋介 藤田
Jun Kuwata
純 桑田
Masahiro Nishikawa
雅博 西川
Takao Toda
任田 隆夫
Atsushi Abe
阿部 惇
Koji Nitta
新田 恒治
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Priority to JP59036412A priority Critical patent/JPS60181270A/ja
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Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy

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  • Metallurgy (AREA)
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  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はスパッター用ターゲットの製造方法、たとえば
半導体分野のパシベーション、絶縁薄膜および誘電体薄
膜をはじめとする各種薄膜の形成に有用なスパッター用
ターゲットを製造する方法に関するものである。
2 ・・ 従来例の構成とその問題点 近年、無機物の薄膜を作製するさいに、特に金属以外の
無機化合物の場合、マグネトロンRFスパッター法がよ
く利用される。その時スパッタータルゲットは、無機化
合物の原料の粉末を混合し、仮焼、粉砕、成形、焼成(
焼結)およびスパッター装置に合った形状にするための
加工の順に長い工程を通って作製される。この中で成形
、焼成および加工の工程は、ターゲットが小さくてよい
場合には大がかりな治具、装置は必要でないが、大形ス
パッター装置の2orIn直径以上のターゲットや5イ
ンチ×15インチの方形の生産機用夕〜ゲットでは、上
記治具、装置関係は大がかりでコストがかさむ。また焼
成技術も高度なものが要求され、大きなターゲットをそ
りやクラックなしに平板状に焼結することはなかなか困
難である。そりがあるとその後の修正加工にそのだめの
設備と労力を要するので、できるだけ上下面が平行で、
かつそりがない焼結体を作らねばならない。実際、上記
適当な形状の大形セラミックターゲットを−気に焼結す
ることは困難であるので、よく分割したり、加工に労力
をついやしでいる。このようにして作製したセラミソク
ターダット板の片面にCuやNiの薄膜をスパッター法
や蒸着法でつけ、その面とターゲットホルダー金属板(
スパッター装置のカソードの一部となる)との間を低融
点エ ハンダを用いて接合し、最終的なスパッターター
ゲットとして完成させる。この最後のプロセスもCu、
Ni膜を形成する設備や、高価なInz・ンダを使用し
、接合後の歪取り等に長時間を必要とする。
発明の目的 本発明は上述したような成形、焼成(焼結)および加工
工程がなく、かつターゲットホルダー板との接合に、C
u、Ni等の金属膜やInz・ンダを用いない、低コス
トで短時間に容易にできるスノ(ツタ−用ターゲットの
製造方法を提供することを目的とする。
発明の構成 本発明の方法は、基本的に、ターゲット粉末をたとえば
プラズマ溶射装置を用いて半溶融状態にし、タルゲット
ホルダー金属に溶射付着せしめ、ホルダー金属面上に直
接セラミック状ターゲットを形成するものである。これ
によって、金型に粉末をつめてプレス成形する工程、そ
れを電気炉中で焼結する工程、適当な形状に加工修正す
る工程、CuやNiのスパッターあるいは蒸着工程、■
n)・ンダによる接合工程を特に必要としない。ただ粉
末を得る寸での工程、特に容易に入手できない複雑な化
合物の場合、化学的合成あるいは窯業的固相反応を利用
して作製する。容易に入手できる単純な無機物の場合必
要に応じ簡単な粉体の前処理、たとえば熱処理、粉砕、
分級を経て溶射に適当なすべり易い粒径にそろえること
で利用できる。以」二のようにして作製したターゲット
は、ターゲット物質からカソード電極への熱伝導がよく
、また強固にターゲットホルダー金属板に付着している
ので、高いスパッターパワーの時に熱ショックによるク
ラック等の破損しにくい長所を持つ。
さらに、時として使用される平板状でないスパッタータ
ーゲット、たとえば球形のターゲットが必要な場合、従
来では製作が非常に困難であったが、本発明は容易にそ
のようなターゲットを提供できる。すなわち、球状の金
属ターゲットホルダーに、その全表面にまんべんなく、
粉末を溶射付着させれば簡単に球状ターゲットが得られ
る。
一般にマグネトロンスハソターターゲソトでは、長時間
使用すると当然集中的にスパッターされた部分、すなわ
ちエロージョンパターンが生ずる。
この部分はターゲットが薄くなり、ある一定の厚みまで
減少したら、ターゲットの一部のみ薄くなっているにも
かかわらず全体を新しいターゲ7)と交換しなくてはな
らない。したがって、不経済といえる。しかし本発明の
方法は、エロージョンパターン部分の薄くなってターゲ
ット物質が減少した部分に、さらに同じ物質粉末を溶射
し、つぎたす形で元の状態に再生できるという長所を持
つ。
また、ターゲットの厚みに場所による分布を持たせるこ
とも容易で、それによって、ターゲット表面での磁界の
強さや、温度の分布を持たせて、生成する薄膜の厚み分
布をコントロールすることもできる。
実施例の説明 実施例1 高い電気絶縁、耐熱性および耐摩耗性を有するA12o
3は、半導体分野でゲート絶縁膜や保護膜および誘電体
膜として、電子ディスプレイデバイス(たとえば薄膜電
場発光素子)で、絶縁膜やパシベーション膜として利用
される。このAl2O3のターゲットについて以下述べ
る。前記有用性からAl2O3はそのままで容易に溶射
に適した粉体が得られる。99.5%純度の約40μm
粒径の粉体を用いた。
第1図に示すように、プラズマ溶射ガン1と12.7胴
X38.1Mの寸法の真ちゅう製のターゲットホルダー
2(カソードの一部となる)を配置し、互いの距離を約
1ocrnに保った。真ちゅうホルダーのエツジ部分に
はボルト穴がおいており、ターゲツト材が付着する必要
がないのでステンレススチール板のマスク3をかぶせた
。ターゲソトホルダー2の、Al2O3が付着する表面
側は、あらかじめサンドブラストによって表面を荒し、
粗面の状態にした。Ar ガスをプラズマガスに用い、
毎分約42.5Lの流量で、了○〇へ、35Vのパワー
を印加した。第2図のプラズマ溶射ガンの断面図に示し
たように10000〜20000 ℃のArガスプラズ
マ5により、Al2O3粒子6が瞬間的に加熱され、ガ
スと共にターゲットホルダーに向けて輸送され、そこで
凝集しセラミック化する。
ホルダーを紙面に垂直方向に振動させつつ、上方に動か
し、ホルダーの下部丑できたら今度は下方に動かす操作
を繰返し、薄いAl2O3層を何度も積重ねた。最終2
胴の厚みのAl2O3セラミック膜を付着させるのに約
20分を要し、従来通りの窯業的手法で作るターゲット
に比較すると格段に短時間で作製される。
上記のようにして得られたターゲットをマグネトロンR
Fスパッター装置に装填し、ITO薄膜を有するガラス
基板上にA12o3薄膜を形成した。
形成条件は10%の02を含むArガスをスパッターガ
スにし、5 X 1 (Y’ torr のガス圧、基
板温度200℃、パワー 4 K’W テある。
Al2O3を70Oo人の厚みにつけたところ、無色透
明な薄膜が得られ、誘電率と絶縁破壊強度を測定したと
ころ、それぞれ8.5×106v/l:tnであり、A
l2O3本来の特性が得られた。また上記ターゲットは
、従来の窯業的手法でセラミックを作り、それをターゲ
ットホルダーにはりつけたものに比較し、熱ショックに
よる破損に対し、強固であった。すなわち、従来法では
2.skW程度でクラックが入るが、本発明の方法によ
るAl2O3ターゲットは5kWでもなんらクラックは
認められず、約2倍のデポジションレートのターゲット
が得られるという長所が見い出された。
実施例2 高誘電率でかつ安定性の高い誘電体膜として、半導体あ
るいは電子ディスプレイデバイスによく用いられるTa
206膜を形成するためのスパッター用ターゲットを作
製した。
なお、Ta205粉末の流動性をよくするために、9 
・ 。
まずルツボに入れ1300℃で2時間、空気中で加熱し
た。ついでボールミルで粉砕し、分級してあらかじめ2
0〜50μm粒径の粉体にそろえておいた。この粉体を
用いて、以後実施例1と同様の手順でターゲットを作製
した。
その結果、5000Aの厚さで誘電率25.絶縁破壊強
度1.5 X 10’ V / cm の無色透明な薄
膜を得た。Al2O3ターゲット同様、従来の窯業的手
法によるターゲ7)に比較し、約3倍の5kWのスパッ
ターパワーでなんら破損が認められなかった0 実施例3 非常に高誘電率を示す誘電体薄膜としてS r T i
 O3膜を作製するためのターゲットを作った0 なお、流動性のよい粉体を容易に入手できないので、S
 r COsとT 102を1:1%/l/比に混合し
、それを1000℃、5時間空気中で仮焼して反応させ
、ついで、ボールミル粉砕し、さらに分級してあらかじ
め2o〜40μmの粉体に粒径にそろえ1o ・ ておいた。以後、実施例1と同様の手順でターゲットを
作製した。
得られたターゲットを用いて7000人厚みのS r 
T iO3薄膜を形成したところ、その誘電率は14o
、絶縁破壊強度は1.5 X 106V /備であった
。従来のターゲットに比較し、約2倍の4kWのスパッ
ターパワーでもなんら熱ショックによる破損が認められ
なかった。
実施例4 耐熱、高熱導率、高強度および耐触性材料としてよく用
いられるSiCの薄膜を作るためのターゲットを作製し
た。
SiCは一般に焼結性が悪く、セラミックを作ることは
非常に困難な材料である。しかし、本発明のプラズマ溶
射を利用することにより容易にターゲットは作成できた
。それを用いて酸素を含まないArガス中でサファイヤ
基板上にスパッターし、5000への薄膜を形成した。
その結果黒色の薄膜が得られ、オージェ分析、赤外吸収
測定の結果SiCであることを確認した06o○℃以下
の基板11 ゛ 温度ではアモルファス状でそれ以上の基板温度では結晶
化し、容易にX線回析で固定できた。
発明の詳細 な説明したように、本発明の方法によれば、ターゲット
を溶射法を用いて作製するので、従来の窯業的設備を必
要とせず、ift加工工程、接合工程なしに容易に低コ
ストで短時間に作製でき、多くの溶射可能な無機物に対
して適用することができる。セラミック化が困難な高融
点物質や、板状に冶金、力n工すると高価な高融点金属
は粉末状の方が一般に廉価であるため、特にそのような
ターゲットに対して効果的である。また平板状のみなら
ず曲面を持つターゲットも容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法においてターゲットホルダーに粉
末を溶射してスパッターターゲットを作製する時の様子
を示す図、第2図はそれに使用されるプラズマ溶射ガン
の一例の断面図である01・・・・・・プラズマ溶射ガ
ン、2・・・・・・ターゲットホルダー、3・・・・・
・マスク金属、4・・・・・・溶射されたセラミック状
ターゲット、5・旧・・アルゴンガスプラズマ、6・・
・・・・Al2O3等の粒子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 0)スパッターのターゲットホルダーである金属板上に
    、粉末状ターゲット物質を高温ガスで半溶融状態にし、
    かつこのガスによりホルダーまで輸送し、セラミック状
    に付着させることを特徴とするスパッター用ターゲット
    の製造方法。 (2)粉末状ターゲット物質を半溶融状態にしてホルダ
    ーに輸送する方法として、プラズマ溶射法を用いる特許
    請求の範囲第1項記載のスパッター用ターゲットの製造
    方法。
JP59036412A 1984-02-27 1984-02-27 スパツタ−用タ−ゲツトの製造方法 Pending JPS60181270A (ja)

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