DD277471A1

DD277471A1 - COMPOSITE TARGET

Info

Publication number: DD277471A1
Application number: DD32227288A
Authority: DD
Inventors: Andreas Koehler; Rolf Pfannkuchen; Hans Bohmeier; Erhard Heier; Manfred Raschke
Original assignee: Mansfeld Kombinat W Pieck Veb
Priority date: 1988-11-28
Filing date: 1988-11-28
Publication date: 1990-04-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Target fuer das Hochratezerstaeuben mit einer Plasmatronquelle. Das Target besteht aus einer Targetplattenunterlage aus einem leicht span- und verformbaren Werkstoff mit guter Waerme- und elektrischen Leitfaehigkeit, in die das Profil des spaeteren Sputtergrabens mit oder ohne in dieses Profil zusaetzlich eingearbeitete Verhakungsriefen eingebracht ist. Ein mittels thermischen Spritzens aufgetragener Targetwerkstoff fuellt das Sputtergrabenprofil aus und ist als duenne Oberflaechenschicht auf dem Target aufgetragen. Der Targetwerkstoff kann ein reines Metall oder eine Legierung mit oder ohne jeweils nichtmetallischen Bestandteilen sein. Das Target zeichnet sich durch gute Haftung des Targetwerkstoffs aus und ist kostensparend, da der Targetwerkstoff nur im funktionell benoetigten Umfang vorhanden ist.The invention relates to a target for Hochratezerstaeuben with a Plasmatronquelle. The target consists of a target plate backing made of an easily span- and deformable material with good heat and electrical Leitfaehigkeit, in which the profile of the later Sputtergrabens is incorporated with or without this profile additionally incorporated Verhakungsriefen. A target material applied by thermal spraying fills the sputter trench profile and is applied to the target as a thin surface layer. The target material may be a pure metal or an alloy with or without non-metallic constituents. The target is characterized by good adhesion of the target material and is cost-saving, since the target material is present only in the functionally required extent.

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Target für das Hochratezerstäuben mit einer Piasmatronquelle.The invention relates to a target for the high rate sputtering with a Piasmatronquelle.

Characteristic of the known state of the art

Das Hochratezerstäutnn mit Piasmatronquellen hat sich zu einem dominierenden Verfahren der Dünnschichttechnik entwickelt und wird bei der Herstellung von Bauelementen der Mikroelektronik und Elektronik sowie bei der Erzeugung von Funktions- und dekorativen Schichten in der Glas-, Uhren- und optischen Industrie angewendet. Es werden unterschiedliche Targetwerkstoffe und -formen benötigt. Curch bekannte schmelzmetallurgische Verfahren mit oder ohne anschließende Verformung und Konfektionierung hergestellte Targets werden auf die Kathodenbasis entweder geschraubt oder gelötet. Es können jedoch auch Targetwerkstoffe direkt auf die Kathodenbasis durch thermisches Spritzen aufgebracht werden. Bekannt ist aus Dt-PS 3318828 ein Verfahren zum Aufbonden von Targetmaterial, bei dem der Targetwerkstoff durch thermisches Spritzen direkt auf die Kathodenbasis nach dem Aufrauhen deren Oberfläche mit oder ohne Auftragen einer Haftvermittlerschicht aufgespritzt wird. Das so erhaltene Target kann ebenflächig sein oder durch bevorzugtes Spritzen auf die Erosionszonen an dieser·, dicker ausgebildet sein. Das führt zu Spannungen im Targetwerkstoff, die sich in verminderter Haftung äußern. Infolge des Auftragens des Targetwerkstoffes ohne eine Randbegrenzung wird eine rauhe und meist nicht dichte Oberfläche erzeugt. Das führt im Sputterprozeß zum instabilen Prozeßverlauf und zu Qualitätseinbußen bei den abgeschiedenen Schichten auf dem Substrat. Außerdem verbleibt, wenn das Targetmaterial wulstförmig entlang des Erosionsbereiches auf dem sonst ebenen Target aufgetragen wurde, iuf dem Target nach seinem Einsatz infolge des konkaven Sputtergrabens ein bedeutender Rest Targetmalerial übrig, de' mit dem verbrauchten Target verschrottet wird.Piasmatron high rate ramming has become a dominant thin-film process and is used in the fabrication of microelectronics and electronics devices as well as in the production of functional and decorative layers in the glass, watch and optical industries. Different target materials and forms are needed. Targets prepared by known melt metallurgical processes, with or without subsequent deformation and packaging, are either screwed or soldered to the cathode base. However, target materials can also be applied directly to the cathode base by thermal spraying. Dt-PS 3318828 discloses a process for bonding target material, in which the target material is sprayed by thermal spraying directly onto the cathode base after roughening its surface with or without application of a bonding agent layer. The target thus obtained may be planar or may be formed thicker by preferential spraying on the erosion zones at this. This leads to tensions in the target material, which manifest themselves in reduced liability. As a result of applying the Targetwerkstoffes without an edge boundary a rough and usually not dense surface is produced. In the sputtering process, this leads to unstable process development and quality losses in the deposited layers on the substrate. In addition, if the target material has been beaded along the erosion area on the otherwise planar target, then upon use as a result of the concave sputtering trench, there remains a significant residual target malerial which is scrapped with the spent target.

Eine ähnliche Lösung mit einer Anhäufung des Targetwerkstoffes im Erosionsbereich ist aus DD-WP 239807 bekannt. Hier wird auf elektrochemischem Weg eine Chromschicht auf einem profilierten Grundkörper abgeschieden, wobei.im Erosionsbereich die Chromschicht dicker als in den übrigen Bereichen abgeschieden wird. Auf elektrochemischem Wege erzeugte Schichten wachsen nur seht langsam, so daß das Abscheiden von Schichten, die für den Einsatz als Targetwerkstoff hinsichtlich ihrer Dicke Bedeutung haben, sehr zeitaufwendig ist. Hinzu kommt, daß für das gezielt« elektrochemische Abscheiden von unterschiedlichen Schichtdicken besondere anlagentechnische Voraussetzungen geschaffen werden müssen. Letztendlich lassen sich auf elektrochemischem Wege keine dicken Schichten erzeugen, die hinreichend dicht sind. Da sich nicht alle geforderten Targetwerkstoffe, d.h. reine Metalle, Legierungen oder Metalle mit nichtmetallischen Einlagerungen von z. B. Oxiden, Boriden oder Karbiden oder Gasen mit bekannten schmelzmetallurgischen Verfahren herstellen lassen und aus ihnen nicht immer die erforderlichen Targetformen konfektionierbar sind, hat sich als Alternative zur Schmelzmetallurgie die Pulvermetallurgie erwiesen. Auch schwer schmelz- und gießbare Werkstoffe können z. B. auf pulvermetallurgischem Weg zu Targets verarbeitet werden.A similar solution with an accumulation of Targtwerkstoffes in the erosion area is known from DD-WP 239807. Here, a chromium layer is deposited on a profiled base body by electrochemical means, whereby the chromium layer is deposited thicker in the erosion region than in the remaining regions. Electrochemically generated layers only grow very slowly, so that the deposition of layers, which are important for use as target material in terms of their thickness, is very time-consuming. In addition, special plant engineering requirements have to be created for the targeted electrochemical deposition of different layer thicknesses. Ultimately, it is not possible to produce thick layers by electrochemical means which are sufficiently dense. Since not all required target materials, i. pure metals, alloys or metals with non-metallic inclusions of z. As oxides, borides or carbides or gases can be prepared by known melt metallurgical processes and from them are not always the required target forms can be assembled, has proven as an alternative to melt metallurgy powder metallurgy. Even difficult to melt and cast materials can, for. B. processed by powder metallurgy way to targets.

In DE-OS 303/617 ist ein Verfahren zur Herstellung von Targets aus Chrom und Chromlegierungen beschrieben, bei dem der pulverförmige Targetwerkstoff in eine Metallhülse eingeschlossen und durch heißisostatisches Pressen verdichtet wird. Die Verfahren, mit denen pulvermetallurgische Targets hergestellt werden können, erfordern kostenintensive Ausrüstungen sowohl für das Pressen als auch für das erforderliche Sintern. Hinzu kommt, daß auf Grund der Größe bekannter und verfügbarer Ausrüstungen die Größe der herstellbaren Targets begrenzt ist. Pulvermetallurgisch hergestellte Targets haben den weiteren Nachteil, daß sie nach ihrer Einsatzzeit verschrottet werden müssen, was im Fall dos Auf bondens des Targets auf die Kathodonbasis besonders kostenaufwendig ist.In DE-OS 303/617 a method for the production of targets of chromium and chromium alloys is described, in which the powdery target material is enclosed in a metal sleeve and compacted by hot isostatic pressing. The methods by which powder metallurgy targets can be made require costly equipment for both the pressing and the required sintering. In addition, due to the size of known and available equipment, the size of the manufacturable targets is limited. Targets produced by powder metallurgy have the further disadvantage that they have to be scrapped after their period of use, which is particularly costly in the case of attaching the target to the cathodone base.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung ist ein Target für das Hochratezerstäuben, mit dem der Einsatz von Targetwerkstoffen verringert werden kann.The object of the invention is a target for high rate sputtering, with which the use of target materials can be reduced.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Augabe zugrunde, ein Target für das Hochratezerstäuben bereitzustellen, welches ebenflächig ist und bei welchem der Targetwerkstoff, der auch ein schwer schmelz- und gießbarer Werkstoff sein kann, in nahezu dichter Form im Gereich der Erosionszonen vorliegt.The invention is based on the object to provide a target for high-rate sputtering, which is planar and in which the target material, which may also be a material which is difficult to melt and cast, is present in almost dense form in the region of the erosion zones.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Target aus einer Targetplattenunterlage aus einem leicht span- und verformbaren Werkstoff mit guter Wärme- und elektrischen Leitfähigkeit besteht, in die das Profil des späteren Sputtergrabens mit oder ohne in dieses Profil zusätzlich eingearbeitete Verhakungsriefen eingebracht ist und daß ein mittels thermischem Spritzen aufgetragener Targetwerkstoff dieses Profil ausfüllt und als dünne Oberflächenschicht auf dem Target aufgetragen ist. Der Targetwerkstoff kann ein reines Metall, eine Legierung oder eines von beiden mit nichtmetallischen Bestandteilen sein. Als vorteilhaft erweist sich die Erfindung hinsichtlich des zu verwendenden Targetwerkstoffes. Mittels thermischem Spritzen können sowohl reine Metalle als auch Legierungen jeweils in reiner metallischer Form und mit nichtmetallischen Bestandteilen, wie z. B. Oxiden, Karbiden, Boriden oder Gasen, deren Zusammensetzung während des thermischen Spritzens unter entsprechenden Bedingungen entsteht, als Targetwerkstoff verwendet werden. Dadurch, daß der Targetwerkstoff in das Profi! des späteren Sputtergrabens und ggf. in die Verhakungsriefen gespritzt wird, ist der Werkstoff ausreichend dicht, da keine freiliegenden seitlichen Oberflächenbereiche vorhanden sind. Diese höhere Dichte macht sich im Sputterprozeß positiv bemerkbar. Bei besonderen Anforderungen verleihen die Verhakungsriefen dem Targetwerkstoff im Profil des Sputtergrabens eine zusätzliche Haftung. Da das in die Targetplattenunterlage eingebrachte Profil dem des späteren Sputtergrabens entspricht, wird der Targetwerkstoff beim Sputtern nahezu vollständig verbraucht. Es verbleiben nur unbedeutende Reste des Targetwerkstoffes auf der Targetplattenunterlage, um zu verhindern, daß der Werkstoff der Unterlage abgesplittert wird. Insbesondere bei wertvollen Targetmaterialien, die auch Edelmetalle sein können, macht sich diese gute Werkstoffausnutzung kostensparend bemerkbar. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verbundtargets besteht darin, daß das Target nach seinem Einsatz ohne zusätzliche Aufwendungen regeneriert werden kann, indem lediglich der entstandene Sputtergraben mittels thermischem Spritzen mit dem gleichen oder einem anderen Targetwerkstoff gefüllt wird. Es sind keine Vorbehandlungen wie Oberf lächenaufrauhung oder das Aufbringen von Haftvermittlerschichten erforderlich, da die Oberfläche des Sputtergrabens durch den Sputterprozeß gesäubert und aktiviert ist und ausreichende Bedingungen für das Haftgen des neu aufgebrachten Targetwerkstoffes bietet. Vorteilhaft ist, daß wechselweise auch andere Targetwerkstoffe gespritzt werden können, da damit die Anpassung an die sich ändernden Bedarfsanforderungen erleichtert wird.According to the invention the object is achieved in that the target consists of a target plate backing made of a material easily chipable and deformable with good thermal and electrical conductivity, in which the profile of the later Sputtergrabens is incorporated with or without this profile additionally incorporated Verhakungsriefen and a target material applied by means of thermal spraying fills this profile and is applied as a thin surface layer on the target. The target material may be a pure metal, an alloy or either of non-metallic constituents. The invention proves to be advantageous with regard to the target material to be used. By thermal spraying both pure metals and alloys in each case in pure metallic form and with non-metallic constituents, such as. As oxides, carbides, borides or gases whose composition is formed during thermal spraying under appropriate conditions, are used as Targetwerkstoff. Because the target material in the pro! the later sputter trench and possibly injected into the Verhakungsriefen, the material is sufficiently dense, since no exposed lateral surface areas are present. This higher density is positively noticeable in the sputtering process. For special requirements, the interlocking grooves give the target material in the sputter trench profile additional liability. Since the profile introduced into the target plate base corresponds to that of the later sputter trench, the target material is almost completely consumed during sputtering. Remains only insignificant remnants of Targetwerkstoffes on the target plate support to prevent the material of the pad is chipped off. Especially with valuable target materials, which can also be precious metals, this good material utilization makes a cost-saving effect. Another advantage of the composite target according to the invention is that the target can be regenerated after its use without additional expenses by only the resulting sputter trench is filled by thermal spraying with the same or another target material. No pretreatments, such as surface roughening or the application of primer layers are required because the surface of the sputter trench is cleaned and activated by the sputtering process and provides sufficient conditions for the cling gene of the newly applied target material. It is advantageous that alternately other target materials can be injected, as it facilitates the adaptation to the changing requirements.

Ausführungsbeispieleembodiments

example 1

zeigt den Schnitt durch ein Rechtecktarget mit den Abmessungen 610 x 160 x 16mm³ für die Hochratezerstäubung mit einer Plasmatronsputterquelle. Das Target setzt sich aus der Targetplattenunterlage 2 aus Kupfer und dem darauf aufgebrachten eigentlichen Targetwerkstoff 4 aus Titan zusammen.shows the section through a rectangle target with the dimensions 610 x 160 x 16mm ³ for the Hochratezerstäubung with a Plasmatronsputterquelle. The target is composed of the target plate pad 2 made of copper and the actual target material 4 made of titanium applied thereto.

Für die Verbindung des Targets mit der Kathodenbasis sind Schraubkontakte vorgesehen. Dazu sind in der Targetplattenunterlage 2 Bohrungen 1 angebracht. Die Oberseite der Targetplattenunterlage ist in Form des Profils des zu erwartenden Sputtergrabens 3 ausgeführt, welcher durch Plasmaspritzen von Titanpulver gefüllt ist. Auf dem Target ist eine Deckschicht 5 aus dem gleichen Targetwerkstoff 4 aus Titan ebenfalls durch Plasmaspritzen aufgebracht.For the connection of the target with the cathode base screw contacts are provided. For this purpose, 2 holes 1 are mounted in the target plate support. The top of the target plate support is made in the shape of the profile of the expected sputter trench 3 which is filled by plasma spraying of titanium powder. On the target, a cover layer 5 of the same Targetwerkstoff 4 titanium is also applied by plasma spraying.

Example 2

Figur 2 zeigt den Schnitt durch ein Rundtarget mit einem Durchmesser von 160mm für die Hochratezerstäubung mit einer Plasmatronsputterquelle. Zur Verbindung des Targets mit der Kühlplatte sind Schraubkontakte vorgesehen, für die in der Targetplattenunterlage 2 Bohrungen 1 vorhanden sind. Die Targetplattenunterlage 2 besteht aus Edelstahl. · Das Profil des zu erwartenden Sputtergrabens 3 wurde durch mechanische Bearbeitung herausgearbeitet. Dieses Profil ist mit dem Targetwerkstoff gefüllt, der Chrom ist, und durch Plasmaspritzen von Chrompulver eingebracht wurde. Zur Verbesserung der Haftung des Chroms auf der Edelstahloberfläche ist der Sputtergraben zusätzlich mit Verhakungsriefen 6 versehen. Auf dem Target ist eine Deckschicht 5 aus dem gleichen Targetwerkstoff 4 aus Chrom ebenfalls durch Plasmaspritzen aufgebracht.Figure 2 shows the section through a round target with a diameter of 160mm for high rate sputtering with a Plasmatronsputterquelle. To connect the target with the cooling plate screw contacts are provided for the holes 2 in the target plate 2 holes 1 are available. The target plate base 2 is made of stainless steel. · The profile of the expected sputter trench 3 was worked out by mechanical processing. This profile is filled with the target material, which is chromium, and was introduced by plasma spraying of chromium powder. To improve the adhesion of the chromium on the stainless steel surface of the sputter trench is additionally provided with Verhakungsriefen 6. On the target, a cover layer 5 of the same target material 4 of chromium is also applied by plasma spraying.

Claims

1. Composite target for high rate sputtering with a Targetwerkstcff applied by thermal metal spraying, characterized in that it consists of a target plate pad made of a easily span- and deformable material with good thermal and electrical conductivity, in which the profile of the later Sputtergrabens with or without this profile additionally incorporated Verhakungsriefen is introduced and that applied by thermal spraying Targetwerkstoff fills this profile and is applied as a thin surface layer on the target.

2. Verbundtarget according to claim 1, characterized in that the Targetwerkstoff is a pure metal or an alloy.

3. Verbundtarget according to claim 1, characterized in that the Targetwerkstoff is a pure metal or an alloy, each with non-metallic constituents.