JP2015081355A - Sputtering target and method for manufacturing sputtering target - Google Patents

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JP2015081355A JP2013218646A JP2013218646A JP2015081355A JP 2015081355 A JP2015081355 A JP 2015081355A JP 2013218646 A JP2013218646 A JP 2013218646A JP 2013218646 A JP2013218646 A JP 2013218646A JP 2015081355 A JP2015081355 A JP 2015081355A
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sputtering
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hot isostatic
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透 小松
Toru Komatsu
透 小松
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Toshiba Materials Co Ltd
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Toshiba Materials Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sputtering target that does not need an extra-manufacturing facility and is excellent in post-sputtering property, and to provide a method for manufacturing the same.SOLUTION: The sputtering target is integrally formed from a plurality of parts that are divided into small pieces of single metal to be a target material by hot isostatic press (HIP) and diffused junction. There is also provided the method for manufacturing the sputtering target.

Description

本実施形態は、薄膜形成用スパッタリングターゲットおよびスパッタリングターゲットの
製造方法に関する。
The present embodiment relates to a sputtering target for forming a thin film and a method for manufacturing the sputtering target.

半導体製造等の薄膜を形成する工程において、生産性の観点から薄膜を形成させるウェハ
は直径300mmのウェハラインが主流となっており、今後は、直径450mmのウェハ
ライン等の更なる大型ウェハによる製造が検討されている。
In the process of forming thin films, such as semiconductor manufacturing, wafers with a diameter of 300 mm are the mainstream from the viewpoint of productivity, and in the future, manufacturing with larger wafers such as wafer lines with a diameter of 450 mm will be performed. Is being considered.

これにともない、薄膜形成時のスパッタ装置に用いられるスパッタリングターゲットは直
径400mmを超える大型化が必要となっている。
In connection with this, the sputtering target used for the sputtering apparatus at the time of thin film formation needs to enlarge larger than 400 mm in diameter.

従来は、特開2003−193225号公報(特許文献1)、特開平05−222525
号公報(特許文献2)に示されたように、これらスパッタリングターゲットは、ホットプ
レスまたは熱間静水圧プレスにより製造された焼結体を機械加工で完成寸法とし、あるい
はこれらの焼結体あるいは溶解により製造したインゴットを塑性加工(鍛造加工、圧延加
工)と熱処理の組み合わせにより所定の寸法にし、機械加工で完成寸法としている。
Conventionally, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-193225 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-222525.
As shown in Japanese Patent Publication (Patent Document 2), these sputtering targets are obtained by machining a sintered body manufactured by hot pressing or hot isostatic pressing to a finished dimension, or by sintering or melting these sintered bodies. The ingot manufactured by the above method is made into a predetermined size by a combination of plastic working (forging and rolling) and heat treatment, and finished by machining.

スパッタリングにより形成される薄膜の膜中不純物の低減、EM(エレクトロマイグレー
ション)特性等の向上を図るため、これらのスパッタリングターゲットは高純度でかつ結
晶粒の細粒化が求められている。しかしながら、大型化にともない、従来の製造設備では
製造そのものが難しくなる上に、製造ができたとしても、ターゲットとして均一なスパッ
タリング特性を得るためのターゲット全面にわたる金属組織(結晶粒径、結晶配向性、内
部欠陥等)の制御が難しい。そのため、大型化したターゲットを製造するためには、大型
の焼成炉、鍛造装置、圧延機、熱処理炉などの新たな設備投資が必要となってしまい、製
造コストも大幅に増加してしまう。
In order to reduce impurities in a thin film formed by sputtering and improve EM (electromigration) characteristics and the like, these sputtering targets are required to have high purity and fine crystal grains. However, with the increase in size, the manufacturing itself becomes difficult with conventional manufacturing equipment, and even if it can be manufactured, the metal structure over the entire surface of the target (crystal grain size, crystal orientation) to obtain uniform sputtering characteristics as a target. , Internal defects, etc.) are difficult to control. Therefore, in order to manufacture a large target, new capital investment such as a large firing furnace, a forging device, a rolling mill, and a heat treatment furnace is required, and the manufacturing cost is greatly increased.

さらに、大型のターゲットを一体品で製造した場合、上記の通り全面にわたる金属組織の
制御が難しいことから、局部的な欠陥が残存しやすく、スパッタリングの際に、これら欠
陥部は、この欠陥部からダストと呼ばれる微小金属片等の脱落の原因となってしまうのみ
ならず、ターゲットの均一性が損なわれるため、スパッタリング挙動が不均一となり、成
膜後の製品で成膜した膜厚さが不均一になる、EM特性等において寿命が短くなる、成膜
した膜の電気抵抗が一定でない等の悪影響が懸念される。
Furthermore, when a large target is manufactured as an integrated product, it is difficult to control the metal structure over the entire surface as described above, so that local defects are likely to remain. Not only will it cause fine metal pieces called dust to fall off, but also the uniformity of the target will be impaired, resulting in non-uniform sputtering behavior and non-uniform film thickness on the product after film formation. There are concerns about adverse effects such as short lifetime in EM characteristics and the like, and non-constant electrical resistance of the deposited film.

特開2003−193225号公報JP 2003-193225 A 特開平05−222525号公報Japanese Patent Laid-Open No. 05-222525

本実施形態が解決しようとする課題は、新たな製造設備を必要とせず、スパッタリング後
の特性にも優れた、スパッタリングターゲットおよびその製造方法を提供することである
The problem to be solved by the present embodiment is to provide a sputtering target and a method for manufacturing the same that do not require new manufacturing equipment and are excellent in characteristics after sputtering.

上記課題を解決するために、実施形態のスパッタリングターゲットは、ターゲット材とな
る単一金属の小片状に分割した複数のパーツを熱間静水圧プレス(HIP)にて拡散接合に
て一体型としたことを特徴とするスパッタリングターゲットおよびその製造方法である。
In order to solve the above-mentioned problems, the sputtering target of the embodiment is integrated with a plurality of parts divided into single metal pieces as a target material by diffusion bonding with a hot isostatic press (HIP). It is the sputtering target characterized by having performed, and its manufacturing method.

第1の実施形態による金属小片を拡散接合した状態の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a state in which metal pieces according to the first embodiment are diffusion bonded. 第1の実施形態による円盤状のターゲットを機械加工で作成する説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for creating a disk-shaped target according to the first embodiment by machining.

本発明は、LSI、メモリ等の電極・配線材料をスパッタリング法により成膜させるスパ
ッタリング装置に用いられる高純度金属のスパッタリングターゲットおよびその製造方法
に関するものである。
The present invention relates to a high-purity metal sputtering target used in a sputtering apparatus for forming an electrode / wiring material such as an LSI or a memory by sputtering, and a method for manufacturing the sputtering target.

本発明による高純度金属のスパッタリングターゲットおよびその製造方法において、高純
度とは、窒素、酸素、炭素、水素、硫黄以外の不純物金属を除いた純度が99.95%以
上の金属を指す。
In the high-purity metal sputtering target and the method for producing the same according to the present invention, high purity refers to a metal having a purity of 99.95% or more excluding impurity metals other than nitrogen, oxygen, carbon, hydrogen, and sulfur.

99.95%以上の高純度金属の粉末を金型プレスあるいは冷間静水圧プレス(CIP)
等で成形した後、一次再結晶温度以上の温度で水素中焼結を行い、それらの焼結体から機
械加工で小片を作成し、それらの小片の複数枚を有機系成分あるいは金属系成分などの薄
膜特性に有害な成分を含まない離型剤を使用して HIP温度を超えた融点を有する金属
(例えば、NbやTaなど)の金属箔で1.3×10−3Pa以下、望ましくは1.0×
10−3Pa以下の真空度で脱気キャニングした後、(この際、200℃以上で2時間以
上の脱気が望ましい)、一次再結晶温度以上の温度で3時間以上、望ましくは5時間以上
、175MPa以上、望ましくは184MPa以上の圧力で熱間静水圧プレス(HIP)
処理を行い小片同士を拡散接合して、一体化した。
99.95% or more of high-purity metal powder is die pressed or cold isostatic pressed (CIP)
After being molded, etc., it is sintered in hydrogen at a temperature higher than the primary recrystallization temperature, and small pieces are created from these sintered bodies by machining, and multiple pieces of those small pieces are organic components or metal components, etc. Using a mold release agent that does not contain a component harmful to the thin film characteristics of the metal foil having a melting point exceeding the HIP temperature (for example, Nb or Ta) is 1.3 × 10 −3 Pa or less, preferably 1.0x
After degassing canning at a vacuum of 10 −3 Pa or less (at this time, degassing is preferably performed at 200 ° C. or more for 2 hours or more), and at a temperature higher than the primary recrystallization temperature for 3 hours or more, preferably 5 hours or more. Hot isostatic pressing (HIP) at a pressure of 175 MPa or more, preferably 184 MPa or more
Processing was performed, and the small pieces were diffused and joined together.

その一体化した金属から機械加工で図−2のように円盤状ターゲットを作成した。 A disk-shaped target was created from the integrated metal by machining as shown in Fig.2.

以上説明したスパッタリングターゲットおよびその製造方法によれば、ターゲット材とな
る単一金属を分割したパーツで一次再結晶温度以上の温度で熱間静水圧プレス(HIP)
にて拡散接合にて一体型としたことにより、小片状の分割パーツの接合であるため新たな
大型製造設備を必要とせず、拡散接合後に接合部に欠陥がほとんどないことからスパッタ
リング後の特性の均一性にも優れることが可能となる。
According to the sputtering target and the manufacturing method thereof described above, hot isostatic pressing (HIP) is performed at a temperature higher than the primary recrystallization temperature with parts obtained by dividing a single metal as a target material.
Because it is an integral type by diffusion bonding, since it is the joining of small piece-like divided parts, there is no need for new large manufacturing equipment, and there are almost no defects in the joint after diffusion bonding, so the characteristics after sputtering It is possible to have excellent uniformity.

一次再結晶温度以上の温度で熱間静水圧プレスを行うのは、その温度領域では、金属組織
中の格子欠陥の消滅、結晶の再配列、再結晶化が進むため、接合界面および結晶粒内での
欠陥が少なくなり、それによりスパッタ時のダストの原因でもあるポア(空孔)が少なくな
るからである。
Hot isostatic pressing is performed at a temperature higher than the primary recrystallization temperature. In this temperature range, lattice defects in the metal structure disappear, crystal rearrangement, and recrystallization proceed. This is because the number of pores (vacancies) that cause dust during sputtering is reduced.

ただし、一次再結晶温度から500℃を超えた場合は、2次再結晶により結晶粒が成長し
て粒径が局部的に粗大化するため、スパッタ面内の金属組織が不均一となり、スパッタ挙
動が不均一となるので成膜後の膜特性(膜厚、電気抵抗など)に悪影響を及ぼす。
However, when the primary recrystallization temperature exceeds 500 ° C., the crystal grains grow due to the secondary recrystallization and the grain size is locally coarsened, so that the metal structure in the sputtering surface becomes non-uniform, and the sputtering behavior Becomes non-uniform, which adversely affects the film characteristics (film thickness, electrical resistance, etc.) after film formation.

熱間静水圧プレスにおいてかける圧力は、接合界面での欠陥を少なくするために、再結晶
温度以上の温度域における金属の降伏応力以上の圧力が好ましい。
The pressure applied in the hot isostatic pressing is preferably a pressure higher than the yield stress of the metal in a temperature range higher than the recrystallization temperature in order to reduce defects at the bonding interface.

ただし、母材金属の破壊強度を超える場合は、結晶粒内に割れ、ポア(空孔)などの欠陥
が生じ、スパッタ時のダストの原因となる可能性があるため、スパッタ後の膜特性(電気
抵抗、エレクトロマイグレーションなど)に悪影響を及ぼす。
However, if the fracture strength of the base metal is exceeded, defects such as cracks and pores (voids) may occur in the crystal grains and cause dust during sputtering. Adversely affects electrical resistance, electromigration, etc.).

拡散接合時の接合加圧方法として、ホットプレスの場合はかかる圧力が一軸(例えばター
ゲット面に対して垂直方向など)方向であるためターゲット外周部などの特定の面に欠陥
が生じやすいが、静水圧プレスを使用すれば、かかる圧力の方向性は少なく、全方位で圧
力がかかるため、母体及び接合界面の欠陥は少なくなる。
As a bonding pressure method at the time of diffusion bonding, in the case of hot pressing, since the pressure is uniaxial (for example, a direction perpendicular to the target surface), defects are likely to occur on a specific surface such as the outer periphery of the target. If a hydraulic press is used, the directionality of such pressure is small, and pressure is applied in all directions, so that defects in the base material and the bonding interface are reduced.

熱間静水圧プレス(HIP)にて有機系成分あるいは金属系成分の薄膜特性に有害な成分
を含まない離型剤を使用してHIP温度を超えた融点を有する金属(例えば、NbやTa
など)の金属箔で1.3×10−3Pa以下の真空度で脱気キャニングをするのは、これ
らを含む離型剤を使用すると熱間プレス時にC、O、Al、Fe、Niなどの元素が母材
金属に拡散してしまい、これらを使用したターゲットをスパッタした時のスパッタ後の薄
膜の抵抗値を上げてしまう等の悪影響が生ずる可能性がある。
Metals having a melting point exceeding the HIP temperature using a release agent that does not contain components harmful to thin film properties of organic components or metal components in hot isostatic pressing (HIP) (for example, Nb or Ta
Etc.) is degassed and canned with a metal foil of 1.3 × 10 −3 Pa or less when using a mold release agent containing these, C, O, Al, Fe, Ni, etc. during hot pressing This element may diffuse into the base metal and adverse effects such as increasing the resistance value of the thin film after sputtering when a target using these elements is sputtered may occur.

前記のように拡散接合したターゲットの接合界面から両側の10mm以内の接合界面領域
で大きさが1μm以上の接合欠陥がある場合、これらの欠陥部はターゲットをスパッタし
た時にダストと呼ばれる微小金属片等の脱落の原因となってしまう。
When there are bonding defects having a size of 1 μm or more in the bonding interface region within 10 mm on both sides from the bonding interface of the diffusion bonded target as described above, these defective portions are minute metal pieces called dust when the target is sputtered, etc. It will cause the dropout.

前記欠陥部の大きさは、1μm未満、さらには0.1μm以下が望ましく、最も好ましい
のは欠陥(0μm)がない状態である。
The size of the defect is preferably less than 1 μm, more preferably 0.1 μm or less, and most preferably is a state in which there is no defect (0 μm).

また、接合界面が判別しにくい場合は、ターゲットの直径×幅20mmの試料を切り出し
、長さ方向に20mm毎に切断して、相対密度、3点曲げ強度、平均粒径を測定してもよ
い。
In addition, when it is difficult to discriminate the bonding interface, a sample having a target diameter x width of 20 mm may be cut out and cut every 20 mm in the length direction to measure the relative density, the three-point bending strength, and the average particle diameter. .

実施形態のターゲットは、接合界面では母材と均質化しているので、前期のような方法を
用いても母材と同様な結果が得られる。
Since the target of the embodiment is homogenized with the base material at the bonding interface, the same result as that of the base material can be obtained even if the method as in the previous period is used.

相対密度とは、JISZ8807の8項の「液中のひょう量法による密度及び比重の測定
方法」により測定される密度の元素密度に対する百分率とする。元素密度とは、日本金属
学会編による「金属データブック」記載の各元素の密度とする。相対密度は、母材の相対
密度をA(%)、接合した界面から両側の10mm以内の接合界面領域の相対密度をB(
%)としたときB/Aで計算し、この値が0.978以上である。0.978未満の場合
は、空孔(ポア)等の欠陥部が多数存在し、スパッタした時にダストと呼ばれる微小金属
片等の脱落の原因となってしまう。母材と同等の1.000が好ましい。
The relative density is defined as a percentage of the element density of the density measured by “Method for measuring density and specific gravity by weighing method in liquid” in Section 8 of JISZ8807. The element density is the density of each element described in the “Metal Data Book” edited by the Japan Institute of Metals. For the relative density, the relative density of the base material is A (%), and the relative density of the bonding interface region within 10 mm on both sides from the bonded interface is B (
%) And calculated by B / A, and this value is 0.978 or more. If it is less than 0.978, there are many defective parts such as pores, which cause dropping of fine metal pieces called dust when sputtered. 1.000 equivalent to the base material is preferable.

平均粒径とは、ターゲット面に平行な面の金属組織写真から算出した直行する2方向の直
線上の粒界と交わる長さ(切片長)の平均(平均切辺長)とする。その平均粒径が100
μm以下であり、母材の平均粒径をC(μm)、接合界面領域の平均粒径をD(μm)と
したときD/Cが0.726〜1.378である。平均粒径が100μmを超えると、均
一なスパッタリングが難しい。また、D/Cが、0.726未満、および1.378を超
えた場合は、母材と接合領域での平均結晶粒のバラツキが大きすぎるため、均一なスパッ
タリングが難しい。
The average particle diameter is defined as the average (average cut length) of the lengths (intercept lengths) intersecting the grain boundaries on two orthogonal straight lines calculated from a metallographic photograph of a plane parallel to the target surface. Its average particle size is 100
When the average particle size of the base material is C (μm) and the average particle size of the bonding interface region is D (μm), D / C is 0.726 to 1.378. When the average particle size exceeds 100 μm, uniform sputtering is difficult. In addition, when D / C is less than 0.726 and exceeds 1.378, the average crystal grain variation between the base material and the bonding region is too large, and uniform sputtering is difficult.

3点曲げ強度は、JISR1601に準じた3点曲げ試験による強度とする。3点曲げ試
験母材のJISR1601に準じた3点曲試験による3点曲強度をE(MPa)、接合界
面領域の3点曲強度をF(MPa)としたとき、F/Eが0.793以上である。0.7
93未満では、接合界面領域では、母材より強度が低いことから十分に接合されていない
ため、均一なスパッタリングが難しい。
The three-point bending strength is determined by a three-point bending test according to JIS R1601. When the three-point bending strength of the three-point bending test according to JIS R1601 of the three-point bending test base material is E (MPa) and the three-point bending strength of the bonding interface region is F (MPa), F / E is 0.793. That's it. 0.7
If it is less than 93, the bonding interface region is not sufficiently bonded because the strength is lower than that of the base material, so that uniform sputtering is difficult.

欠陥数は、接合した界面から両側の10mm以内の接合界面領域で界面の継ぎ目が200
倍の走査電子顕微鏡(SEM)の写真上で大きさが1μm以上の接合欠陥の個数である。
The number of defects is such that the seam of the interface is 200 in the bonded interface region within 10 mm on both sides from the bonded interface.
This is the number of junction defects having a size of 1 μm or more on a double scanning electron microscope (SEM) photograph.

母材は、3a族、4a族、5a族、6a族、7a族、8族、1b族金属のうち1種から形成されている
ことを特徴とするスパッタリングターゲットである。
The base material is a sputtering target characterized in that it is formed of one of the 3a group, 4a group, 5a group, 6a group, 7a group, 8 group, and 1b group metal.

3a族金属としては、Sc、Y、4a族金属としてはTi、Zr、Hf、5a族金属としては
V、Nb、Ta、6a族金属としてはCr、Mo、W、7a族金属としてはMn、Re、8族
金属としてはFe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、1b族金属金属としては
Cu、Ag、Au を主に指す。好ましくは、高融点の金属類(W、Mo、Ta、Nb、
Cr、V、Zr、Hf、Ru、Re、Ir、Pt)で焼結体から製造する金属が望ましい
As Group 3a metal, Sc, Y, Group 4a metal as Ti, Zr, Hf, Group 5a metal as V, Nb, Ta, Group 6a metal as Cr, Mo, W, Group 7a as Mn, Re, Group 8 metal mainly refers to Fe, Ru, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, and Group 1b metal metal mainly refers to Cu, Ag, Au. Preferably, high melting point metals (W, Mo, Ta, Nb,
A metal produced from a sintered body with Cr, V, Zr, Hf, Ru, Re, Ir, Pt) is desirable.

以下に、本実施形態として、タングステンについて一実施例を説明する。 Hereinafter, an example of tungsten will be described as the present embodiment.

99.99%以上の高純度タングステンの粉末(粒径2.0〜4.0μm)を金型プレスで
207mm×207mm×13mmに成形した後、水素中で1750℃の温度で8時間の
水素中焼結を行い、機械加工で168mm×168mm×10mmとした小片を9p作成
した。
After 99.99% or more of high-purity tungsten powder (particle size: 2.0 to 4.0 μm) was molded to 207 mm x 207 mm x 13 mm with a mold press, it was kept in hydrogen at 1750 ° C for 8 hours in hydrogen. Sintering was performed, and 9 p small pieces having a size of 168 mm × 168 mm × 10 mm were formed by machining.

その小片を3×3に配列して有機系成分あるいは金属系成分などの薄膜特性に有害な成分
を含まない離型剤を使用してNb金属薄板で1.3×10−3Pa以下の真空度で脱気キ
ャニングした後、1600℃〜1900℃で5時間以上、175MPa以上の圧力で熱間
静水圧プレス(HIP)処理を行い小片同士を拡散接合して、図ー1のように一体化した。
A vacuum of 1.3 × 10 −3 Pa or less with an Nb metal thin plate using a release agent that does not contain components harmful to thin film characteristics such as organic components or metal components, arranged in 3 × 3. After deaeration-canning at a temperature, the piece is diffused and bonded by hot isostatic pressing (HIP) at 1600 ° C to 1900 ° C for 5 hours or more and at a pressure of 175 MPa or more, and integrated as shown in Fig. 1 did.

その一体化した金属から機械加工で図−2のようにφ440mmのターゲットを作成した
A target of φ440 mm was created from the integrated metal by machining as shown in FIG.

このターゲットについて、接合界面部および一体部(母材)の相対密度、金属組織(平均
結晶粒径)、3点曲げ強度、不純物量、C量、スパッタ後のショートリーク不良の調査を
行い、その結果を表―1に示す。
For this target, the relative density of the bonding interface and the integral part (base material), the metal structure (average crystal grain size), the three-point bending strength, the amount of impurities, the amount of C, and the short leak defect after sputtering were investigated. The results are shown in Table-1.

表−1から明らかなように、本実施形態の1つであるスパッタリングターゲットは、接合
界面部は、一体部(母材)と相対密度、金属組織(平均結晶粒径)、3点曲げ強度、不純
物量、C量のいずれにも差は見られなかった。
As is apparent from Table 1, the sputtering target which is one of the present embodiments is such that the bonding interface has an integral part (base material) and relative density, metal structure (average crystal grain size), three-point bending strength, There was no difference in either the amount of impurities or the amount of C.

以上説明した少なくとも一つの実施形態のスパッタリングターゲットおよびその製造方法
によれば、ターゲット材となる単一金属を分割したパーツで再結晶温度以上の温度で熱間
静水圧プレス(HIP)にて拡散接合にて一体型としたことにより、小片状の分割パーツ
の接合であるため新たな大型製造設備を必要とせず、拡散接合後に接合部に欠陥がほとん
どないことからスパッタリング後の特性にも優れることが可能となる。
According to the sputtering target and the manufacturing method thereof according to at least one embodiment described above, diffusion bonding is performed by hot isostatic pressing (HIP) at a temperature equal to or higher than the recrystallization temperature at a part obtained by dividing a single metal serving as a target material. Because it is an integrated type, it does not require a new large-scale manufacturing facility because it is a joining of small piece parts, and it has excellent post-sputtering characteristics because there are almost no defects in the joint after diffusion bonding. Is possible.

再結晶温度以上の温度で熱間静水圧プレスを行うのは、その温度領域では、金属組織中の
格子欠陥の消滅、結晶の再配列、再結晶化が進むため、接合界面および結晶粒内での欠陥
が少なくなり、それによりスパッタ時のダストの原因でもあるポア(空孔)が少なくなるか
らである。
Hot isostatic pressing is performed at a temperature higher than the recrystallization temperature. In this temperature range, lattice defects in the metal structure disappear, crystal rearrangement, and recrystallization progress. This is because the number of pores (vacancies) that cause dust during sputtering is reduced.

熱間静水圧プレスにおいてかける圧力は、接合界面での欠陥を出来るだけ少なくするため
に、再結晶温度以上の温度における金属の降伏応力以上の圧力が好ましい。
The pressure applied in the hot isostatic pressing is preferably a pressure equal to or higher than the yield stress of the metal at a temperature equal to or higher than the recrystallization temperature in order to minimize defects at the bonding interface.

接合方法として、静水圧プレスを使用するのは、拡散接合時にかかる圧力が一軸のホット
プレスと異なり、全方位で一軸より高い圧力がかかるため、接合界面の欠陥が方向性によ
らず少なくなるからである。
The hydrostatic press is used as the bonding method because the pressure applied during diffusion bonding is higher than the uniaxial pressure in all directions unlike the uniaxial hot press. It is.

熱間静水圧プレス(HIP)にて有機系成分あるいはアルミニウムなどの薄膜特性に有害
な金属成分を含まない離型剤を使用してNb金属箔で真空脱気キャニングをするのは、こ
れら離型剤を使用すると熱間プレス時にC、O、Alなどの元素が母材金属に拡散してし
まい、スパッタ後の薄膜の抵抗値を上げてしまう等の悪影響が生ずる可能性がある。
(比較例1)
Vacuum degassing canning with Nb metal foil using a release agent that does not contain organic components or metal components harmful to thin film properties such as aluminum in hot isostatic pressing (HIP) When an agent is used, elements such as C, O, and Al may diffuse into the base metal during hot pressing, which may cause adverse effects such as increasing the resistance value of the thin film after sputtering.
(Comparative Example 1)

99.99%以上の高純度タングステンの粉末(粒径2.0〜4.0μm)を冷間静水圧プ
レス(CIP)で約φ400mmに成形した後、水素中で1750℃の温度で8時間の水
素中焼結を行い、有機系成分あるいはアルミニウムなどの薄膜特性に有害な金属系成分を
含まない離型剤を使用してNb金属薄板で真空脱気キャニングした後、1800℃で5時
間、185MPaの圧力で熱間静水圧プレス(HIP)処理を行い、機械加工でφ320
mmのターゲットを作製した。
After 99.99% or more of high-purity tungsten powder (particle size: 2.0 to 4.0 μm) is formed into about φ400 mm by cold isostatic pressing (CIP), it is heated at 1750 ° C. for 8 hours in hydrogen. Sintered in hydrogen and vacuum degassed with an Nb metal sheet using a release agent that does not contain organic components or metal components that are harmful to thin film properties such as aluminum, and then 185 MPa at 1800 ° C. for 5 hours. Hot isostatic pressing (HIP) treatment at a pressure of φ320 by machining
A target of mm was produced.

このターゲットについて、相対密度、金属組織(平均結晶粒径)、3点曲げ強度、不純物
量、C量、欠陥数、スパッタ後のショートリーク不良の調査を行い、その結果を表―1に
示す。
For this target, the relative density, metal structure (average crystal grain size), three-point bending strength, impurity content, C content, number of defects, and short leak defects after sputtering were investigated, and the results are shown in Table-1.

Figure 2015081355
Figure 2015081355

これより、比較例1と実施例1とを比較して、本実施形態では、一体型ターゲットとほぼ
同等の密度、強度、不純物量を備えたターゲットの製造が可能であり、さらには結晶粒径
を微細化でき、スパッタ後のショートリーク不良も低減できることが分かる。
Thus, comparing the comparative example 1 and the example 1, in this embodiment, it is possible to manufacture a target having almost the same density, strength, and impurity amount as the integrated target, and further, the crystal grain size It can be seen that it is possible to miniaturize the film and to reduce the short leak defect after sputtering.

いくつかの本実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり
、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々
な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置
き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含
まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Although some of the present embodiments have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…スパッタリングターゲット
2…母材
3…接合界面領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sputtering target 2 ... Base material 3 ... Bonding interface area | region

Claims (13)

分割した複数の純度が99.95%以上の高純度金属からなる母材を接合して一体化し
たスパッタリングターゲットにおいて、接合した界面から両側の10mm以内の接合界面
領域で大きさが1μm以上の欠陥がないことを特徴とするスパッタリングターゲット。
In a sputtering target in which a plurality of divided base metals made of a high-purity metal having a purity of 99.95% or more are joined and integrated, a defect having a size of 1 μm or more in a joining interface region within 10 mm on both sides from the joined interface There is no sputtering target.
分割した複数の純度が99.95%以上の高純度金属からなる母材を接合して一体化し
たスパッタリングターゲットにおいて、接合した界面から両側の10mm以内の接合界面
領域で界面の継ぎ目が200倍の走査電子顕微鏡(SEM)の写真上で確認できないこと
を特徴とする請求項1のスパッタリングターゲット。
In a sputtering target in which a plurality of divided base metals made of a high-purity metal having a purity of 99.95% or more are joined together, the joint of the interface is 200 times in the joined interface region within 10 mm on both sides from the joined interface. The sputtering target according to claim 1, which cannot be confirmed on a photograph of a scanning electron microscope (SEM).
JISZ8807 8 液中のひょう量法による密度及び比重の測定方法により測定さ
れる密度の元素密度に対する百分率である相対密度が母材の相対密度をA(%)、接合し
た界面から両側の10mm以内の接合界面領域の相対密度をB(%)としたときB/Aが
0.978以上であることを特徴とする請求項1のスパッタリングターゲット。
JIS Z 8807 8 Density measured by weighing method in liquid and specific gravity measured by the density measurement method The percentage of the density relative to the element density is A (%). The relative density of the base material is A (%). The sputtering target according to claim 1, wherein B / A is 0.978 or more when the relative density of the bonding interface region is B (%).
直径が300mm以上であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項
に記載のスパッタリングターゲット。
The sputtering target according to any one of claims 1 to 3, wherein the diameter is 300 mm or more.
母材は焼結体であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の
スパッタリングターゲット。
The sputtering target according to any one of claims 1 to 4, wherein the base material is a sintered body.
母材は、3a族、4a族、5a族、6a族、7a族、8族、1b族金属のうち1種から形成されてい
ることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のスパッタリングター
ゲット。
6. The base material according to claim 1, wherein the base material is formed of one of a group 3a, 4a, 5a, 6a, 7a, 8 and 1b metals. The sputtering target according to item.
母材は、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Re
、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Auのうち1種から
形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載のスパッ
タリングターゲット。
The base materials are Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re
7, Fe, Ru, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, and Au. Sputtering target.
ターゲット面に平行な面の金属組織写真から算出した直線上の粒界による平均切辺長を
平均粒径として、その平均粒径が100μm以下であり、母材の平均粒径をC(μm)、
接合界面領域の平均粒径をD(μm)としたときD/Cが0.726〜1.378である
ことを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載のスパッタリングターゲ
ット。
The average grain length of the grain boundary on the straight line calculated from the metal structure photograph of the plane parallel to the target plane is defined as the average grain size, the average grain size is 100 μm or less, and the average grain size of the base material is C (μm). ,
The sputtering target according to any one of claims 1 to 7, wherein D / C is 0.726 to 1.378 when the average particle size of the bonding interface region is D (µm). .
3点曲げ試験母材のJISR1601に準じた3点曲試験による3点曲強度をE(MP
a)、接合界面領域の3点曲強度をF(MPa)としたとき、F/Eが0.793以上で
あることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載のスパッタリングタ
ーゲット。
The three-point bending strength of a three-point bending test according to JIS R1601 of the base material is E (MP
The F / E is 0.793 or more when the three-point bending strength of the joining interface region is F (MPa), and the f / E is any one of claims 1 to 8. Sputtering target.
複数の母材で再結晶温度以上の温度で熱間静水圧プレス(HIP)にて拡散接合にて一体
型としたことを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載のスパッタリン
グターゲットおよびその製造方法。
10. The unit according to claim 1, wherein a plurality of base materials are integrally formed by diffusion bonding with a hot isostatic press (HIP) at a temperature equal to or higher than a recrystallization temperature. Sputtering target and manufacturing method thereof.
熱間静水圧プレス(HIP)時に有機系成分あるいは金属成分のスパッタ後の薄膜特性に
有害な成分を含まない離型剤を使用して真空脱気キャニングした後、熱間静水圧プレス(
HIP)処理を行い拡散接合したことを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか
1項に記載のスパッタリングターゲットおよびその製造方法。
After hot isostatic pressing (HIP), vacuum degassing canning using a release agent that does not contain components harmful to thin film properties after sputtering of organic components or metal components, followed by hot isostatic pressing (
11. The method according to claim 1, wherein diffusion bonding is performed by performing a HIP process.
2. The sputtering target according to item 1 and a method for producing the sputtering target.
熱間静水圧プレス(HIP)時にスパッタ後の薄膜特性に有害なC,O,Al,Fe,N
i,Cr成分を含まない離型剤を使用して真空脱気キャニングした後、熱間静水圧プレス
(HIP)処理を行い拡散接合したことを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれ
か1項に記載のスパッタリングターゲットおよびその製造方法。
C, O, Al, Fe, N harmful to thin film properties after sputtering during hot isostatic pressing (HIP)
12. A vacuum degassing canning using a mold release agent that does not contain i and Cr components, followed by diffusion bonding by hot isostatic pressing (HIP) treatment. 2. The sputtering target according to item 1 and a method for producing the sputtering target.
熱間静水圧プレス(HIP)時に有機系成分あるいは金属成分のスパッタ後の薄膜特性に
有害な成分を含まない離型剤を使用して真空脱気キャニングした後、再結晶温度以上の温
度で、圧力は母材の降伏応力以上の条件で熱間静水圧プレス(HIP)処理を行い拡散接
合したことを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれか1項に記載のスパッタリン
グターゲットおよびその製造方法。
After performing vacuum degassing canning using a release agent that does not contain components harmful to thin film properties after sputtering of organic components or metal components during hot isostatic pressing (HIP), at a temperature above the recrystallization temperature, The sputtering target according to any one of claims 1 to 12, wherein the pressure is subjected to hot isostatic pressing (HIP) treatment under conditions higher than the yield stress of the base metal and diffusion bonding. Method.
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