JP2009538984A

JP2009538984A - 冷間圧縮されたスパッタターゲット

Info

Publication number: JP2009538984A
Application number: JP2009512483A
Authority: JP
Inventors: シュルトハイスマルクス; ヴァイゲルトマルティン
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 2006-06-01
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2009-11-12
Also published as: DE102006026005A1; EP2024529A1; ZA200810662B; KR20090031499A; RU2008150855A; US20090277777A1; WO2007137824A1; CN101460650A

Abstract

本発明は、少なくとも２つの成分からなる合金又は材料混合物からなるスパッタ材料を有するスパッタターゲットに関し、その際、前記の２つの成分は熱力学的平衡で存在せず、かつ前記の成分は静水圧又は一軸の冷間圧縮法により緻密化されていることよりなる。

Description

本発明は、少なくとも２種の成分からなる合金又は金属混合物からなるスパッタ材料を有するスパッタターゲット並びにその製造方法に関する。

陰極スパッタリングのためのスパッタターゲットは、通常では溶融冶金学的又は粉末冶金学的方法により製造される。粉末冶金学的方法は、所望の成分が溶融技術により合金することができない場合又は生じる合金が大きすぎる脆性を有し、所望のターゲット寸法にすることができない場合に、特に使用される。

今まで使用された粉末冶金学的方法は次のものである：
冷間圧縮及び高温での焼結
粉末又は粉末混合物の高温軸方向圧縮
粉末又は粉末混合物の高温静水圧圧縮
粉末スェージ（Pulverschmieden）又は粉末圧延（通常では密閉された缶中で）
プラズマ溶射及び熱溶射。

これらの通常の全ての方法は、製造方法の間に前記粉末は、部分的に融点を超えて（DE 41 15 663 A1）、部分的に融点の直下まで（例えば焼結）又は最も低い温度で溶融する成分の融点の少なくとも直前まで（EP 0243 995 B1, EP 0834 594 B1）加熱されることが共通している。この熱的に活性化される粉末冶金学的方法は、一方で高い装置的費用、例えば保護ガス炉、オートクレーブ、適当な熱安定性のプレス型が必要であり、他方でこの熱的粉末圧縮の工程は熱的に活性化された固体反応による不所望な副作用、例えば酸化又は脆化が生じることがある。

最近では、一方で極端に低温で溶融する成分を含有し、他方で高温で溶融する成分を含有する元素又は構成成分からなる合金又は混合物が問われているスパッタターゲットの適用事例が見出された。この例は次のものである：
光起電力−半導体用のＣｕ／Ｉｎ合金又はＣｕ／Ｉｎ／Ｇａ合金
一方で低い温度で溶融する元素、例えばＳｎ、Ｚｎ、Ｉｎ又はＢｉからなり、他方でケイ素、チタン、ニオブ、マンガン又はタンタルのような成分からなる混合ターゲット。この混合ターゲットの目的は、例えば反応性スパッタプロセスによる適切に調節可能な屈折率を有する光学的機能層の製造である。

本発明の課題は、粉末冶金学的スパッタターゲットの低コストでかつ質的に価値の高い製造方法並びにこの種のスパッタターゲットを提供することであった。

前記課題は、独立形式請求項の特徴により解決される。有利な実施態様は、従属形式請求項から明らかである。

前記課題は、特に、スパッタ材料の２つの成分が熱力学的平衡でなく、かつ静水圧（isostatisch）又は一軸（uniaxial）の冷間圧縮法（つまり通常の室温で又は通常の室温の領域内で）により圧縮することにより解決される。このスパッタ材料は、それぞれの融点が極めて大きく異なる元素／成分から構成されていていることができる。特に、混合ターゲットの成分は粉末の形で製造され、この粉末は冷間圧縮法、例えば冷間軸方向圧縮又は冷間静水圧圧縮により緻密化される。この生じる圧縮物は、（室温を上回る）熱処理にさらされず、直接、つまり冷間圧縮した状態で、場合により僅かに切削加工された後にスパッタターゲットとして使用される。本発明は、従って、スパッタターゲットが少なくとも焼結反応により安定で緻密な組織構造を有する場合に、前記スパッタターゲットのより確実な機能性を保証する今まで通常のパラダイムを用いない。

意外にも、所定の材料の組み合わせの場合に実際に役立つスパッタターゲットを前記冷間圧縮によるだけで製造することが明らかになった。前記成分を粉末の形で、少なくとも一方の成分が１００ＭＰａＨＢよりも低い硬度を有しかつこの特に軟質の成分が前記スパッタ材料の少なくとも２０体積％であるように準備する場合が特に有利である。金属成分（純粋な金属又は合金）だけをこうしたやり方でスパッタターゲットに圧縮する方法の他に、同様に、特に軟質の金属成分と硬質のセラミック成分からなる複合ターゲットを圧縮することも可能である。

有利に、前記成分の少なくとも１つは、インジウム、スズ又はビスマスのグループからなる少なくとも１種の金属から形成されるか又は前記金属をベースとする合金から形成される。特に、前記成分の少なくとも１つは、インジウム又はインジウムベースの合金から形成されることができる。前記成分の少なくとも一つは、９９．９％より高い金属純度を有するのが有利である。このスパッタ材料は、次の成分：
ａ）インジウム又はインジウムベースの合金
ｂ）銅又は銅ベースの合金
から形成されることができる。このスパッタ材料は、支持プレート上に材料同士の結合により配置することができる。

この本発明による方法は、前記成分を静水圧又は一軸の冷間圧縮法により圧縮することを特徴とする。有利に、前記成分は冷間圧縮の後に熱処理が行われない。有利に、前記スパッタ材料の成分の少なくとも１つは、軸方向の圧縮法により金属支持プレートに圧着され、スパッタ材料と支持プレートとからなる材料同士により結合（stoffschluessig）した複合体が形成される。前記スパッタ材料の成分の少なくとも１つは、軸方向の圧縮法によりターゲットプレートに圧縮され、このターゲットプレートを圧縮工程とは別に支持プレートに接着又はろう接することもできる。接着工程又はろう接工程のプロセス温度は、この場合前記成分の最も低い溶融温度よりも低いことができる。この方法は、一実施態様の場合にも、前記成分の少なくとも１つは静水圧圧縮法により支持管に圧着され、スパッタ材料と支持管とからなる材料同士により結合した複合体が形成されるように行うこともできる。

この本発明による方法の他に、スパッタ材料を軸方向の圧縮法により金属支持プレートに圧着することにより、平面状のスパッタターゲットを製造することができる。このために、有利に表面が粗面化された支持プレートを用い、粉末混合物を前記支持プレート上に直接圧縮することにより、「微細に形状がかみ合った」複合体が生じる。これとは別に、平面状のスパッタターゲットは前記方法によりターゲット材料からなるプレートに圧縮され、ターゲット−支持プレートの結合を後から接着結合又はろう接結合により製造することもできる。

本発明による方法により、前記粉末成分を混合物として通常の冷間静水圧圧縮法により、粗面化された支持管に直接圧着することにより、管状カソードを製造することもできる。

特に良好な結果は、前記粉末混合物の「軟質の」成分が純粋なインジウム又はインジウムベースの合金からなる場合に達成される。こうしたやり方で、例えば銅−インジウム含有の薄層光起電力層のスパッタリングのためのＣｕ−Ｉｎ−混合物を製造することができる。

次に、本発明を実施例に基づき説明する。

実施例１．それぞれ１０μｍ〜１４０μｍ（ケイ素）及び４５μｍ〜１４０μｍ（スズ）の範囲内の粒径を有するＳｉ粉末５０質量％とＳｎ粉末５０質量％とからなる混合物を、冷間軸方向圧縮により長方形のプレス型（３００×１００ｍｍ）中で緻密化する。前記プレス型の下部パンチ上に、上側がサンドブラストにより粗面化された３００×１００ｍｍのＣｕプレートを載せる。その後に、前記粉末を２０００ｂａｒの圧力で軸方向に銅プレート上に圧縮し、プレス型から複合部材を取り出し、この場合、緻密化されたＳｉ−Ｓｎ−混合物の密度は理論密度の９７％の密度を有する。この複合部材はスパッタ被覆のためのカソードとして使用することができ、その際、この複合部材系の銅プレートはスパッタカソードの使用のためにバッキングプレートとして用いられる。

実施例２．それぞれ５μｍ〜２００μｍの範囲内の粒径を有するインジウム６０質量％と銅４０質量％とからなる混合物を、冷間軸方向圧縮により３００×１００ｍｍの寸法のプレス型中で、２０００ｂａｒの圧力で圧縮する。前記圧縮型の上部パンチ並びに下部パンチは、研磨された鋼板からなる。前記圧縮工程の完了後に、Ｃｕ−Ｉｎ−複合材−プレートを前記圧縮型から取り出し、その際、前記プレートの密度は理論密度の約９９．５％に相当する。この銅−インジウム−プレートは、軟ろう付けによりＳｎ−Ｉｎ−軟ろう（５０／５０質量％）の使用下で、同様のやり方で製造された他のプレートと一緒に銅カソードプレート上にろう接し、９００×１００ｍｍの寸法のスパッタカソードが備え付けることができる。このスパッタカソードは銅−インジウム−合金層の製造のために使用される。

実施例３．インジウム粉末６０質量％と、Ｃｕ−Ｇａ合金粉末４０質量％からなる混合物（その際、前記合金はＣｕ７０／Ｇａ３０合金である）を、圧縮型に充填する。この圧縮型は、内部中空コアを有し、前記内部中空コアは例えば特殊鋼からなり、かつ前記内部中空コアは後にスパッタ管状カソードの支持管として利用される。この内部中空コアは、その外側に、例えばＮｉ−Ａｌ合金からなる粗いフレーム溶射層を有する。前記圧縮型の外側部分はゴムバッグからなる。内部支持管と外側のゴムバッグとの間の空間の充填後に、前記円筒状構造の端面をゴムシール剤で水密に密閉する。前記粉末混合物を、冷間静水圧圧縮（ＣＩＰ法）で２０００ｂａｒの全方位のプレス圧で緻密化する。この緻密化工程の後に、外側のゴムバッグを除去する。当初の粉末混合物は、今や円筒状の複合材系の緻密化された外壁として存在する。この複合材の外径は、均一な壁厚を有する管が生じるように回転技術的に加工される。この鋼管上のＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−複合材系は、Ｃｕ−Ｇａ−Ｉｎ層のスパッタ技術的製法のための管状カソードとして利用される。

Claims

少なくとも２種の成分からなり、前記の２つの成分は熱力学的平衡で存在しない合金又は材料混合物からなるスパッタ材料を有するスパッタターゲットにおいて、前記成分は静水圧又は軸方向の冷間圧縮法により緻密化されていることを特徴とする、スパッタターゲット。
前記成分の少なくとも１つは１００ＭＰａ（ブリネル硬さ）より低い硬度を有し、その際、前記成分は全体の粉末混合物の少なくとも２０体積％を有することを特徴とする、請求項１記載のスパッタターゲット。
前記成分の少なくとも１つは粉末として存在することを特徴とする、請求項１又は２記載のスパッタターゲット。
前記成分は金属又は合金又は金属又は合金とセラミック材料との混合物から形成されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のスパッタターゲット。
前記成分の少なくとも１つは、インジウム、スズ又はビスマスのグループからなる少なくとも１種の金属又は前記金属をベースとする合金からなることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のスパッタターゲット。
前記成分の少なくとも１つはインジウム又はインジウムベースの合金から形成されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のスパッタターゲット。
前記成分の少なくとも１つは、９９．９％より高い金属純度を有することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載のスパッターゲット。
前記スパッタ材料は、次の成分：
ａ．インジウム又はインジウムベースの合金
ｂ．銅又は銅ベースの合金
から形成されていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載のスパッタターゲット。
前記スパッタ材料は、支持プレート又は支持管上に材料同士の結合により配置されていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載のスパッタターゲット。
前記成分を、静水圧又は一軸の冷間圧縮法により緻密化することを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載のスパッタターゲットの製造方法。
前記成分は、冷間圧縮の後に熱処理されないことを特徴とする、請求項１０記載の方法。
前記スパッタ材料の成分の少なくとも１つを、軸方向の圧縮法により金属支持プレートに圧着し、スパッタ材料と支持プレートとからなる材料同士の結合した複合体を形成させることを特徴とする、請求項１０又は１１記載の方法。
前記スパッタ材料の成分の少なくとも１つを、軸方向の圧縮法によりターゲットプレートに圧縮し、前記ターゲットプレートを圧縮工程とは別に支持プレートに接着又はろう接することを特徴とする、請求項１０又は１１記載の方法。
接着工程又はろう接工程のプロセス温度は、前記成分の最も低い溶融温度よりも低いことを特徴とする、請求項１３記載の方法。
前記成分を、静水圧の圧縮法により支持管に圧着し、スパッタ材料と支持管とからなる材料同士の結合した複合体を形成させることを特徴とする、請求項１０又は１１記載の方法。