JPH0718432A - Cathode for sputtering and its production - Google Patents

Cathode for sputtering and its production

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JPH0718432A
JPH0718432A JP5166833A JP16683393A JPH0718432A JP H0718432 A JPH0718432 A JP H0718432A JP 5166833 A JP5166833 A JP 5166833A JP 16683393 A JP16683393 A JP 16683393A JP H0718432 A JPH0718432 A JP H0718432A
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JP
Japan
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target plate
sputtering
cathode
metal material
target
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Application number
JP5166833A
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Japanese (ja)
Inventor
Noriaki Tani
典明 谷
Ikuo Suzuki
郁生 鈴木
Chiyuuretsu Haku
忠烈 白
Michio Ishikawa
道夫 石川
Kyuzo Nakamura
久三 中村
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Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To produce a cathode for sputtering ensuring a high rate of film formation by making it possible to apply high sputtering power to the ceramic cathode for sputtering without destructing the cathode. CONSTITUTION:A metallic material 2 having >=0.1mm thickness is tightly bonded to the entire bottom and/or side of a ceramic target plate 1. A metallic material having >=0.1mm thickness is tightly bonded to the entire bottom and/or side of a ceramic target plate retaining compressive stress. A metallic material having >=0.1mm thickness and a higher coefft. of thermal expansion than a ceramic target plate is tightly bonded to the target plate in an atmosphere at a temp. above room temp. A metallic compd. as powdery stock is tightly bonded by hot pressing to the top of a metallic section having >=0.1mm thickness. Thereby, the rate of film formation is increased.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、基材に金属化合物膜を
形成するために使用されるスパッタリング用カソードで
あって、高速でこれを成膜するに適したカソードに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cathode for sputtering used for forming a metal compound film on a substrate, which is suitable for forming the film at high speed.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、金属の酸化物などの金属化合物膜
をスパッタリング法で作製する場合、広く行なわれてい
るのは次の2通りの方法である。その一つは、目的とす
る化合物膜を構成するための金属ターゲットを、バッキ
ングプレートにインジュウム等の低融点金属のボンディ
ング材で接着したカソードを用い、該バッキングプレー
トを冷却しながらのスパッタ成膜中にArなどのスパッ
タガスに酸素等の反応性ガスを混入させて成膜するいわ
ゆるリアクティブスパッタ法であり、もう一つは、目的
とする化合物膜の材料のセラミックスの固まりをターゲ
ットとし、これをバッキングプレートに低融点金属ボン
ディング材で接着したカソードを用い、該バッキングプ
レートを冷却しながら不活性ガスのスパッタガスでスパ
ッタ成膜する方法である。
2. Description of the Related Art Conventionally, when a metal compound film such as a metal oxide film is formed by a sputtering method, the following two methods are widely used. One of them is to use a cathode in which a metal target for forming a target compound film is bonded to a backing plate with a bonding material of a low melting point metal such as indium, and during sputtering film formation while cooling the backing plate. Is a so-called reactive sputtering method in which a reactive gas such as oxygen is mixed with a sputtering gas such as Ar to form a film. The other is to target a mass of ceramics of a target compound film material, This is a method in which a cathode adhered to a backing plate with a low-melting metal bonding material is used, and while the backing plate is cooled, sputtering film formation is performed with a sputtering gas of an inert gas.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】前者の金属ターゲット
の場合、スパッタ方法として簡単な直流方式が使え、比
較的高速に成膜を行なえる利点を有するが、ターゲット
の組成に対し得られる膜の組成ズレが大きく、また、そ
の組成に活性な金属材料を含む場合安定で均質な合金タ
ーゲットが作製できない等の欠点がある。一方、後者の
セラミックスの固まりをターゲットとするスパッタ法
は、若干の反応ガスの追加が必要になる場合があるが、
殆ど組成ズレがなく、所望組成のターゲットの作製には
支障がないが、一般にこの種のターゲットは電気抵抗が
高く、高周波スパッタ方式を使う必要があり、成膜速度
が前者に比べて遅いのが欠点である。
In the case of the former metal target, a simple direct current method can be used as a sputtering method, and it has an advantage that film formation can be carried out at a relatively high speed, but the composition of the film obtained with respect to the composition of the target. There are drawbacks such as a large deviation and a stable and homogeneous alloy target cannot be produced when the composition includes an active metal material. On the other hand, in the latter sputtering method targeting a mass of ceramics, it may be necessary to add a slight amount of reaction gas.
Although there is almost no compositional deviation and it does not hinder the production of a target having a desired composition, in general, this type of target has a high electric resistance, it is necessary to use a high frequency sputtering method, and the film formation rate is slower than the former. It is a drawback.

【0004】カソードに印加するスパッタリングパワー
と成膜速度は、一般に比例関係にある。従って、成膜速
度を速くするには、可能な限り印加パワーを大きくすれ
ばよい。パワーを大きくするにつれターゲットの表面は
プラズマ衝撃によって加熱されるが、前者の場合、ター
ゲットが金属材料であるので熱伝導が良く、バッキング
プレートの冷却が十分であればボンディング材料が溶け
ることがなく、また、ターゲットの剛性や脆性も良好な
ので、ターゲットの上面と下面に多少の温度差が生じて
も破壊しないから高いパワーを印加できる。一方、後者
の場合、ターゲットとして用いるセラミックスの固まり
は、熱伝導が前者の場合に比べて悪く、パワーを印加し
すぎるとターゲットの上面と下面に大きな温度差が生じ
やすく、上面と下面で熱膨脹量が異なり且つターゲット
材の剛性も低く脆性が高いので、ターゲットにひびが入
り破壊されてしまう。更にこの場合、ターゲットの径方
向にも温度上昇によりターゲットが延びようとしてひび
割れが生じがちである不都合を伴う。また、ひび割れ部
分からボンディング材がしみ出し、膜中にボンディング
材が混入するので膜特性が悪くなる場合があった。従っ
て、ターゲットとしてセラミックスを用いるときには、
高いパワーを印加することができず、そのため、高い成
膜速度が得られなかった。
The sputtering power applied to the cathode and the film formation rate are generally in a proportional relationship. Therefore, in order to increase the film formation rate, the applied power should be increased as much as possible. The surface of the target is heated by the plasma impact as the power is increased, but in the former case, the target is a metal material, so the heat conduction is good, and if the cooling of the backing plate is sufficient, the bonding material will not melt, Further, since the target has good rigidity and brittleness, even if there is a slight temperature difference between the upper surface and the lower surface of the target, the target is not destroyed, and thus high power can be applied. On the other hand, in the latter case, the mass of ceramics used as the target is worse than in the former case, and if too much power is applied, a large temperature difference easily occurs between the upper and lower surfaces of the target, and the amount of thermal expansion between the upper and lower surfaces is increased. However, since the target material has low rigidity and high brittleness, the target is cracked and broken. Further, in this case, there is a disadvantage that the target tends to extend in the radial direction of the target due to the temperature rise and cracks tend to occur. Further, the bonding material exudes from the cracked portion and the bonding material is mixed into the film, so that the film characteristics may be deteriorated. Therefore, when using ceramics as a target,
Since high power could not be applied, a high film formation rate could not be obtained.

【0005】本発明の第1の目的は、ターゲット材とし
てセラミックスを用いるスパッタリング用カソードにこ
れを破壊することなく高いスパッタリングパワーを印加
可能として高い成膜速度が得られるスパッタリングカソ
ードを提供することであり、これに適したスパッタリン
グカソードの製造方法を提供することをその第2の目的
とするものである。
A first object of the present invention is to provide a sputtering cathode which is capable of applying a high sputtering power to a sputtering cathode using ceramics as a target material without destroying the sputtering cathode and thereby obtaining a high film forming rate. A second object of the present invention is to provide a method of manufacturing a sputtering cathode suitable for this.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明では、セラミック
スターゲット板の底面及び/又は側面の全面に厚さ0.
1mm以上の金属材を強固に接着することにより、或い
は圧縮応力を保有したセラミックスターゲットの底面及
び/又は側面の全面に厚さ0.1mm以上の金属材を強
固に接着することにより、上記第1の目的を達成するよ
うにした。上記第2の目的は、セラミックスターゲット
板の底面及び/又は側面の全面に、該セラミックスター
ゲット板よりも熱膨張係数が大きい厚さ0.1mm以上
の金属材を室温よりも高い温度雰囲気で強固に接着する
ことにより、或いは金属化合物原料粉体を厚さ0.1m
m以上の金属型材上にホットプレス法により強固に接着
することにより、達成される。
According to the present invention, a ceramic target plate having a thickness of 0.
By firmly adhering a metal material having a thickness of 1 mm or more, or by firmly adhering a metal material having a thickness of 0.1 mm or more to the entire bottom surface and / or side surface of a ceramic target having a compressive stress, To achieve the purpose of. The second purpose is to firmly fix a metal material having a thermal expansion coefficient larger than that of the ceramic target plate and having a thickness of 0.1 mm or more to the entire bottom surface and / or side surface of the ceramic target plate in an atmosphere at a temperature higher than room temperature. By adhering or by using metal compound raw material powder with a thickness of 0.1 m
It is achieved by firmly adhering to a metal mold material of m or more by a hot pressing method.

【0007】[0007]

【作用】セラミックスターゲット板の底面及び/又は側
面の全面に金属材を強固に接着した構成のカソードを使
用してスパッタリングを行なうと、ターゲット自体が組
成調整されているので、形成される膜の組成ズレがな
く、所望の組成の金属酸化物膜を基材に成膜できること
は従来の場合と変わりがないが、スパッタリングパワー
を高めて成膜速度を上げ、これに伴ってターゲット板が
高温に加熱されても、該ターゲット板は金属材に強固に
接着されており、該金属材はバッキングプレート等によ
り冷却されて該ターゲット板よりも熱伸び量が少なくな
り、その結果、該ターゲット板は圧縮応力を保有し、タ
ーゲット板が高温化してもひび割れ等の破損を生じにく
くなる。すなわち、セラミックスターゲット板は、発明
者等の知見では、圧縮応力に対しては非常に強い強度を
示すが、引張応力に対しては弱く、ひび割れを生じやす
いものであるが、本発明の構成では、該ターゲット板は
その温度の上昇で圧縮応力を持つので、熱による破損が
生じにくく、スパッタリングパワーを高めて成膜速度を
上げることができる。
When the sputtering is carried out using a cathode having a metal material firmly adhered to the entire bottom surface and / or side surface of the ceramic target plate, the composition of the target itself is adjusted. The fact that there is no deviation and that a metal oxide film of the desired composition can be formed on the substrate is the same as in the conventional case, but the sputtering power is increased to increase the film formation rate, and the target plate is heated to a high temperature accordingly. However, the target plate is firmly adhered to the metal material, and the metal material is cooled by a backing plate or the like to have a smaller thermal expansion amount than the target plate, and as a result, the target plate has a compressive stress. Therefore, even if the temperature of the target plate rises, damage such as cracks hardly occurs. That is, although the ceramics target plate according to the inventors' knowledge shows very strong strength against compressive stress, it is weak against tensile stress and easily cracks. Since the target plate has a compressive stress as its temperature rises, it is less likely to be damaged by heat, and the sputtering power can be increased to increase the film formation rate.

【0008】該セラミックスターゲット板が予め圧縮応
力を保有している場合には、スパッタリング時にターゲ
ット板が高温化しても、熱膨張による引張応力の発生が
減殺され、熱によるターゲットの破壊が防止される。
When the ceramic target plate has a compressive stress in advance, even if the target plate is heated to a high temperature during sputtering, the generation of tensile stress due to thermal expansion is reduced, and the target is prevented from being damaged by heat. .

【0009】該セラミックスターゲット板及びこの板よ
りも熱膨脹係数が大きい厚さ0.1mm以上の金属材を
室温よりも高い温度雰囲気に置き、該セラミックスター
ゲット板の底面及び/又は側面に該金属材を強固に接着
してターゲットに作製すると、金属材が該ターゲット板
よりも熱伸び量が大きい状態で接着され、その後に温度
が下がると該金属材がターゲット材よりも大きく収縮
し、該ターゲット材は圧縮応力を蓄積した状態になり、
また、ホットプレス法により金属化合物原料粉体を厚さ
0.1mm以上の金属型材上に接着しても、該金属材が
ターゲット材よりも大きく収縮して該ターゲット材に圧
縮応力を付与した状態で強固な接着が行なえる。
The ceramic target plate and a metal material having a coefficient of thermal expansion greater than 0.1 mm and a thickness of 0.1 mm or more are placed in an atmosphere at a temperature higher than room temperature, and the metal material is placed on the bottom surface and / or side surface of the ceramic target plate. When the target is firmly adhered to the target material, the metal material is bonded in a state where the thermal expansion amount is larger than that of the target plate, and when the temperature is lowered thereafter, the metal material contracts more than the target material, and the target material is It becomes a state where compressive stress is accumulated,
In addition, even when the metal compound raw material powder is adhered to a metal mold material having a thickness of 0.1 mm or more by the hot pressing method, the metal material shrinks more than the target material and a compressive stress is applied to the target material. You can make a strong bond with.

【0010】[0010]

【実施例】板状のセラミックスターゲットは、発明者ら
の鋭意検討の結果、圧縮応力に対しては非常に強い強度
を示すが、引張応力に対しては弱くひび割れを生じやす
いということを知見し、これに基づき、図1及び図2に
示す如く、セラミックスターゲット板1の底面の全面に
厚さ0.1mm以上の金属材2を強固に接着することを
試みたところ、ターゲット板1が受ける引張応力すなわ
ちターゲット板1が径方向の外方へ伸びようとする力に
その底面に接着した金属材2の強度が対抗し、該ターゲ
ット板1は圧縮応力を蓄え、高いスパッタパワーを印加
してもターゲットが非常に割れにくくなる結果が得られ
た。また図3及び図4のように、セラミックスターゲッ
ト板1の側面に該金属材2を強固に接着したものでも同
様の結果が得られた。
[Examples] As a result of intensive studies by the inventors, it was found that the plate-shaped ceramic target is very strong against compressive stress but weak against tensile stress and easily cracks. Based on this, as shown in FIGS. 1 and 2, when an attempt was made to firmly bond the metal material 2 having a thickness of 0.1 mm or more to the entire bottom surface of the ceramic target plate 1, the tensile force applied to the target plate 1 was reduced. The stress, that is, the force of the target plate 1 extending outward in the radial direction, is countered by the strength of the metal material 2 adhered to the bottom surface thereof, and the target plate 1 stores compressive stress and even if a high sputtering power is applied. The result is that the target is very hard to break. Similar results were obtained even when the metal material 2 was firmly adhered to the side surface of the ceramic target plate 1 as shown in FIGS. 3 and 4.

【0011】これらターゲット板1と金属材2の接着
に、従来用いられているインジュウムやスズ合金のよう
な低融点金属からなるボンディング材を使用すると、こ
れらの金属が比較的柔らかいので、上記ターゲット板の
引張応力に耐えられず、ターゲットと金属材が遊離して
必要な効果が得られない。従って、後述のようにターゲ
ットを成形する際、ターゲットと金属材とを金属学的に
反応させて強固に接着するか、塑性変形しにくいボンデ
ィング材で強固に接着する必要がある。バッキングプレ
ートに該金属材をボンディングする場合、従来のような
低融点で柔らかいボンディング材を使用しても、該金属
材が引張応力に対抗する構造であるので、ターゲット板
の割れが起こりにくくなる。接着されたターゲット板1
及び金属材2は、通常、図5に示すようにバッキングプ
レート3に接着し、カソードとして構成されるが、該金
属材が5mm以上の厚さを有するならば、そのまま該金
属材をバッキングプレートの代わりに利用できる。該金
属材はターゲット板の膨脹力に耐え得る強さが要求さ
れ、これを満足するには0.1mm以上が必要であっ
た。
When a conventional bonding material made of a low melting point metal such as indium or tin alloy is used to bond the target plate 1 and the metal material 2 to each other, these metals are relatively soft. Cannot withstand the tensile stress of, and the target and the metal material are separated and the required effect cannot be obtained. Therefore, when the target is molded as described later, it is necessary to cause the target and the metal material to react metallurgically to firmly bond them, or to bond them firmly with a bonding material that is not easily plastically deformed. When the metal material is bonded to the backing plate, even if a conventional soft bonding material having a low melting point is used, since the metal material has a structure that resists tensile stress, the target plate is less likely to crack. Bonded target plate 1
The metal material 2 is usually adhered to the backing plate 3 as shown in FIG. 5 and configured as a cathode. However, if the metal material has a thickness of 5 mm or more, the metal material is directly used for the backing plate. Can be used instead. The metal material is required to have a strength capable of withstanding the expansion force of the target plate, and 0.1 mm or more is required to satisfy this strength.

【0012】以上の結果からの発展に於いて、該金属材
としてターゲット板の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を
有するものを使用すると、更にターゲット板が割れにく
くなる結果が得られた。セラミックスターゲット板1と
金属材2の強固な接着を行なう場合、一般には該ターゲ
ット板1と金属材2の間にボンディング材や金属シート
を介在させて室温より高い100℃以上の温度下で両者
の接着が行なうか、後記実施例のように、数百度℃の温
度下で両者を押し付け、両者の界面が金属学的に反応し
て直接接着することにより行なわれる。このような接着
方法では、該ターゲット材1も金属材2も室温より高い
温度雰囲気下にあるので、両者共熱膨張しており、金属
材2の熱膨張係数がセラミックスターゲット板1のそれ
よりも大きいと、該金属材2の熱伸び量が大きい状態で
接着され、この後、両者の温度が下がると金属材2の方
が収縮する割合が大きいのでセラミックスターゲット板
1の内部に圧縮応力が保存される。そのため、このセラ
ミックスターゲット板1と金属材2から成るカソードを
用いて高いパワーでスパッタリングを行なった場合、該
ターゲット板1が加熱されて伸びようとしても、その内
部に圧縮応力が蓄積されているため、高温になっても引
張応力に転じず、割れに対して非常に強くなり、高速で
成膜を行なえる。
In the development from the above results, when a metal material having a coefficient of thermal expansion higher than that of the target plate is used as the metal material, the result that the target plate is more difficult to crack is obtained. When the ceramic target plate 1 and the metal material 2 are strongly bonded to each other, generally, a bonding material or a metal sheet is interposed between the target plate 1 and the metal material 2 and both of them are heated at a temperature of 100 ° C. or more higher than room temperature. Bonding is performed, or as in Examples described later, the two are pressed at a temperature of several hundreds of degrees Celsius, and their interfaces react metallurgically to directly bond. In such a bonding method, both the target material 1 and the metal material 2 are in an atmosphere at a temperature higher than room temperature, so that both are thermally expanded, and the coefficient of thermal expansion of the metal material 2 is higher than that of the ceramic target plate 1. If it is large, the metal material 2 is bonded in a state in which the amount of thermal expansion is large. After that, when the temperature of both is decreased, the ratio of shrinkage of the metal material 2 is larger, so that compressive stress is stored inside the ceramic target plate 1. To be done. Therefore, when sputtering is performed with high power using the cathode made of the ceramic target plate 1 and the metal material 2, even if the target plate 1 is heated and tries to expand, compressive stress is accumulated inside the target plate 1. Even at high temperatures, it does not turn into tensile stress, becomes very strong against cracking, and enables high-speed film formation.

【0013】以下に本発明の具体的実施例を説明する。 (実施例1)SrTiO3の粉末を焼成した外形4イン
チ、厚さ6mmの図1に示すような円板状のセラミック
スターゲット板1の底面の全面に、厚さ0.1mmのス
テンレス板の金属材2をAgSn系合金を使用して強固
に接着し、更に該金属材2を銅のバッキングプレート3
にインジュウムを使用してボンディングした。これをカ
ソードとしてバッチ式のスパッタリング装置の真空室内
に取り付け、該真空室内を1×10-4Pa以下に排気し
たのち、Arを0.1Pa、O2ガスを0.01Pa導
入しながらRFマグネトロン方式でSi基板上に成膜し
た。カソードのパワーを徐々に増大させたときの成膜速
度との関係を図6に示した。この場合、1280W以下
ではターゲット板1の表面には変化がなく、20nm/
minの成膜速度が得られたが、1600Wを印加する
と、該ターゲット板1の表面にはひび割れが入り、エッ
ジの部分が多少欠けているのが認められた。これとの比
較のために、SrTiO3の粉末を焼成した外形4イン
チ、厚さ6mmのセラミックスターゲット板を銅のバッ
キングプレートにインジュウムを用いて直接ボンディン
グし、これをカソードとして上記の装置の真空室に取り
付け、上記実施例と同条件でスパッタリングを行なっ
た。このカソードに投入するパワーを増大していくと、
400Wでターゲット板が割れ、ひび割れの一部からイ
ンジュウムが滲み出していた。このときの成膜速度は約
5mn/minであった。
Specific examples of the present invention will be described below. (Example 1) A stainless steel plate having a thickness of 0.1 mm was formed on the entire bottom surface of a disc-shaped ceramic target plate 1 as shown in FIG. 1 having an outer diameter of 4 inches and a thickness of 6 mm obtained by firing SrTiO 3 powder. The material 2 is firmly bonded using an AgSn-based alloy, and the metal material 2 is further backed by a copper backing plate 3
Bonded using indium. This is used as a cathode in a vacuum chamber of a batch type sputtering apparatus, the vacuum chamber is evacuated to 1 × 10 −4 Pa or less, and then an RF magnetron system is introduced while introducing 0.1 Pa of Ar and 0.01 Pa of O 2 gas. To form a film on a Si substrate. FIG. 6 shows the relationship with the film formation rate when the power of the cathode is gradually increased. In this case, at 1280 W or less, there is no change in the surface of the target plate 1 and 20 nm /
Although a film forming rate of min was obtained, it was confirmed that when 1600 W was applied, the surface of the target plate 1 was cracked and the edge portion was slightly chipped. For comparison with this, a ceramic target plate having an outer diameter of 4 inches and a thickness of 6 mm obtained by firing SrTiO 3 powder is directly bonded to a copper backing plate by using indium, and is used as a cathode to form a vacuum chamber of the above apparatus. And sputtering was performed under the same conditions as in the above example. When the power input to this cathode is increased,
The target plate cracked at 400 W, and indium ooze out from a part of the crack. The film forming rate at this time was about 5 mn / min.

【0014】(実施例2)実施例1と材料と寸法が同一
のセラミックスターゲット板1の側面に、図1に示すよ
うなステンレスのリング状の金属材2を取り付け、これ
をバッキングプレートにインジュウムを使用してボンデ
ィングした。これをカソードとして実施例1と同じ装置
で同じ条件でスパッタを行なった。該金属材の厚さは1
mmである。カソードへの投入パワーの増大と成膜速度
の関係は図6と略同じであったが、ターゲット板が割れ
たときのパワーは2100Wにまで増大した。
(Embodiment 2) A stainless ring-shaped metal material 2 as shown in FIG. 1 is attached to the side surface of a ceramic target plate 1 having the same material and dimensions as those of Embodiment 1, and indium is attached to a backing plate. Used and bonded. Using this as a cathode, sputtering was performed in the same apparatus as in Example 1 under the same conditions. The thickness of the metal material is 1
mm. The relationship between the increase in the power input to the cathode and the film formation rate was almost the same as in FIG. 6, but the power when the target plate cracked increased to 2100W.

【0015】(実施例3)金属材2として図7及び図8
に示すようなターゲット外周部のフランジの厚さ3m
m、底部の厚さ5mm、直径が4インチで深さ6mmの
皿型の金属材を用意し、これに通常のインジュウムを使
用して実施例1と材料、寸法が同一のセラミックスター
ゲット板1をボンディングした。これをバッキングプレ
ートを使わずにそのまま実施例1と同じ装置にカソード
として取り付け、実施例1と同条件で投入パワーを増大
しながらスパッタを行なった。カソードへの投入パワー
の増大と成膜速度の関係は図6と略同じであったが、タ
ーゲット板が割れたときのパワーは2500Wにまで増
大した。
(Embodiment 3) FIG. 7 and FIG. 8 as the metal material 2.
The thickness of the flange on the outer periphery of the target as shown in 3m
m, the thickness of the bottom is 5 mm, the diameter is 4 inches, and the depth is 6 mm. A dish-shaped metal material is prepared, and ordinary indium is used for the metal target plate 1 having the same material and size as those of the first embodiment. Bonded. This was directly attached to the same apparatus as in Example 1 as a cathode without using a backing plate, and sputtering was performed under the same conditions as in Example 1 while increasing the input power. The relationship between the increase in the power input to the cathode and the film formation rate was almost the same as in FIG. 6, but the power when the target plate cracked increased to 2500 W.

【0016】(実施例4)Ba0.5Sr0.5・TiO3
粉体を焼結した外径4インチ、厚さ6mmの円板状のタ
ーゲット板の複数枚を用意し、その夫々に厚さ10mm
のCu、Ti、Moの金属材を接着した。その接着は、
該ターゲット板と金属材の間に厚さ0.3mmのTiシ
ートを挟み、両者に力を加えながら約900℃まで加熱
して行なった。そして実施例1と同様に該金属材をバッ
キングプレートにボンディングし、これをカソードとし
てスパッタを行なった。スパッタパワーを徐々に上げて
いき、該ターゲット板にひび割れが生じたときのパワー
とその時の成膜速度は表1の通りであった。 (実施例5)Ba0.5Sr0.5・TiO3の粉体を焼結す
る際、図7、図8に示した形状のTiの金属材を用意
し、これの凹部に該粉体を入れて上方から力を加えなが
らホットプレス法により該粉体を焼結し、これをそのま
まカソードとした。該カソードに印加したスパッタパワ
ーと成膜速度を図9に示した。3500W印加した時に
は57nm/minの非常に高い成膜速度が得られた
が、ターゲット板の表面に微細なひび割れが入ってい
た。その後も引き続き印加パワーを増加させると、成膜
速度は4000Wで75nm/min、4500Wで8
7nm/minとなり、次第に割れが大きくなってい
き、5000Wでは放電が安定せず、成膜速度が60n
m/minに低下し、ターゲットが粉々に砕けていた。
[0016] (Example 4) Ba 0. 5 Sr 0 . 5 · TiO 3 powder outer diameter 4 inches were sintered, providing a plurality of disc-shaped target plate thickness 6 mm, the respective Thickness of 10mm
The Cu, Ti, and Mo metal materials were bonded together. The bond is
A Ti sheet having a thickness of 0.3 mm was sandwiched between the target plate and the metal material and heated to about 900 ° C. while applying force to both. Then, as in Example 1, the metal material was bonded to a backing plate, and sputtering was performed using this as a cathode. The sputtering power was gradually increased, and the power when the target plate was cracked and the film forming rate at that time were as shown in Table 1. (Example 5) Ba 0. 5 Sr 0 . 5 · when TiO 3 of the powder is sintered, 7, and preparing a metal material Ti of the shape shown in FIG. 8, the powder to the recess Then, the powder was sintered by a hot pressing method while applying force from above, and this was directly used as the cathode. The sputtering power applied to the cathode and the film formation rate are shown in FIG. When 3500 W was applied, a very high film formation rate of 57 nm / min was obtained, but fine cracks were found on the surface of the target plate. After that, when the applied power is continuously increased, the film forming rate is 75 nm / min at 4000 W and 8 nm at 4500 W.
7 nm / min, the cracks gradually became larger, and the discharge was not stable at 5000 W, and the film formation rate was 60 n.
It fell to m / min and the target was shattered.

【0017】上記の比較例1の場合、SiTiO3から
なるセラミックスターゲット板で高印加パワーのスパッ
タを行なうと、ターゲット板の表面が高温になり、熱膨
張しようとする。該ターゲット板とバッキングプレート
は、柔らかいインジュウムでボンディングされているの
で、ターゲット板は自由に伸びることができる。セラミ
ックスターゲットは引張応力に対し脆いため、割れが生
じ、場合によっては低融点のインジュウムが割れ部から
しみ出してターゲット板の表面まで達するため、膜中に
インジュウムが混入して膜特性の劣化を引き起こす。こ
れに対し、実施例1では、セラミックスターゲット板が
強固にステンレスの金属材に接着されているので、該タ
ーゲット板が熱膨張によって伸びようとしても、冷却さ
れた金属材の伸び量はそれよりも小さいので、該ターゲ
ット板の内部に圧縮応力が発生して大きなパワーを印加
しても割れにくくなり、その結果、高い成膜速度が得ら
れる。また、実施例2では、同様に、セラミックスター
ゲット板の伸びを外周リングの金属材が抑制し、実施例
3では底面と側面を囲んだ金属材が該ターゲット材の伸
びを抑制するので、ターゲット板が割れにくくなり、高
い成膜速度が得られる。更に、実施例4では、金属材の
材質が各種であり、夫々の熱膨張係数が異なっているた
めにセラミックスターゲット板の内部に蓄積される圧縮
応力に大小はあるものの、いずれも室温状態のときにす
でに圧縮応力を保有しているので、印加パワーを大きく
してターゲット板の温度が上昇し、熱伸びをしようとし
ても、引張応力は生じず、割れやひびが入りにくくなっ
ている。また、実施例5では、セラミックスターゲット
板の底面および側面から圧縮を受ける構造になってお
り、しかも該ターゲット板とTiの金属材はその界面で
反応をおこし強固に接着しているため、非常に割れにく
い構造になっている。これの金属材として用いているT
iはターゲット板を構成している元素でもあるので、タ
ーゲット板が割れても不純物が混入する恐れがなく、あ
る程度までの割れであるならば、成膜を続行できる利点
がある。
In the case of Comparative Example 1 described above, when sputtering with a high applied power is performed on a ceramic target plate made of SiTiO 3 , the surface of the target plate becomes high in temperature and tends to thermally expand. Since the target plate and the backing plate are bonded with soft indium, the target plate can freely stretch. Since the ceramic target is brittle against tensile stress, cracking occurs, and in some cases low-melting-point indium exudes from the cracked part and reaches the surface of the target plate, so indium is mixed into the film and causes deterioration of film characteristics. . On the other hand, in Example 1, since the ceramic target plate is firmly adhered to the stainless metal material, even if the target plate tries to expand due to thermal expansion, the expansion amount of the cooled metal material is smaller than that. Since it is small, a compressive stress is generated inside the target plate and it becomes difficult to crack even if a large power is applied, and as a result, a high film formation rate can be obtained. Similarly, in Example 2, the expansion of the ceramic target plate is suppressed by the metal material of the outer peripheral ring, and in Example 3, the metal material surrounding the bottom surface and the side surfaces suppresses the expansion of the target material. Is less likely to crack, and a high film formation rate can be obtained. Further, in Example 4, since the materials of the metal materials are various and the respective thermal expansion coefficients are different, the compressive stress accumulated inside the ceramic target plate is large and small, but in all cases, the room temperature state Since it already has compressive stress, even if the applied power is increased and the temperature of the target plate rises and thermal expansion is attempted, tensile stress does not occur and cracks and cracks are less likely to occur. In addition, in Example 5, the structure is such that the bottom surface and side surfaces of the ceramic target plate are subjected to compression, and furthermore, the target plate and the metal material of Ti react at the interface and are firmly adhered, so that it is extremely It has a structure that is hard to break. T used as a metal material for this
Since i is also an element constituting the target plate, there is no possibility that impurities will be mixed even if the target plate is cracked, and if the cracks are to some extent, there is an advantage that film formation can be continued.

【0018】以上の実施例に於いては、セラミックスタ
ーゲット板の材料にSrTiO3、(Ba,Sr)Ti
3を用いたが、その代わりに、(Pb,Zr)Ti
3、MgO、TiO2、LiNbO3、Ta25等の酸
化物ターゲット板、Si34、AlNなどの窒化物ター
ゲット板を用いても良い。また、金属材として、上記の
実施例に記載のもの以外に、W、Ta、Nbやこれらの
合金等を用いても良い。
In the above examples, SrTiO 3 and (Ba, Sr) Ti were used as the material of the ceramic target plate.
O 3 was used, but instead of (Pb, Zr) Ti
O 3, MgO, TiO 2, LiNbO 3, Ta 2 O 5 or the like oxide target plate, Si 3 N 4, may be used a nitride target plate such as AlN. Further, as the metal material, W, Ta, Nb, alloys thereof, or the like may be used in addition to those described in the above embodiments.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上のように本発明によるときは、セラ
ミックスターゲット板が用いられるスパッタリングカソ
ードに於いて、該ターゲット板の底面又は/及び側面の
全面を強固に厚さ0.1mm以上の金属材に接着するこ
とにより、スパッタパワーを大きくした時のターゲット
板の熱膨張を抑制してこれに引張応力が発生することを
防止できるので、大きなスパッタパワーを安定して印加
でき、その結果、高い成膜速度が得られる等の効果があ
り、また該ターゲット板に圧縮応力を保有させておくこ
とによってもその熱膨張による引張応力の発生を防止で
きて同様の効果が得られる。更に、該金属材を該セラミ
ックスターゲット板よりも熱膨張係数が大きく厚さ0.
1mm以上のものとし、これを室温よりも高い温度雰囲
気で該ターゲット板に強固に接着する方法や、金属化合
物原料粉体を厚さ0.1mm以上の金属型材上にホット
プレス法により強固に接着することで、該ターゲット板
に圧縮応力を保有させたカソードを簡単に製造すること
が出来る等の効果がある。
As described above, according to the present invention, in a sputtering cathode in which a ceramic target plate is used, the entire bottom surface and / or side surface of the target plate is made of a metal material having a thickness of 0.1 mm or more. By adhering to the target, it is possible to suppress the thermal expansion of the target plate when the sputter power is increased and to prevent tensile stress from being generated in it, so that a large sputter power can be stably applied, and as a result, a high sputtering power can be obtained. There is an effect that the film speed can be obtained, and also by making the target plate retain a compressive stress, it is possible to prevent the generation of tensile stress due to its thermal expansion, and the same effect can be obtained. Furthermore, the metal material has a coefficient of thermal expansion larger than that of the ceramic target plate and has a thickness of 0.
1 mm or more and firmly bond it to the target plate in an atmosphere at a temperature higher than room temperature, or firmly bond metal compound raw material powder onto a metal mold material with a thickness of 0.1 mm or more by hot pressing. By doing so, it is possible to easily manufacture a cathode in which the target plate has a compressive stress.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施例の斜視図FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the present invention.

【図2】 図1の2−2線断面図2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG.

【図3】 本発明の他の実施例の斜視図FIG. 3 is a perspective view of another embodiment of the present invention.

【図4】 図3の4−4線断面図FIG. 4 is a sectional view taken along line 4-4 of FIG.

【図5】 図1の実施例の金属材を接着したセラミック
スターゲット板をバッキングプレートに取り付けた状態
の斜視図
5 is a perspective view showing a state where the ceramics target plate to which the metal material of the embodiment of FIG. 1 is attached is attached to a backing plate.

【図6】 図1の実施例のカソードのスパッタリングパ
ワーと成膜速度の関係図
6 is a diagram showing the relationship between the sputtering power of the cathode and the film formation rate in the embodiment of FIG.

【図7】 金属材の変形例の斜視図FIG. 7 is a perspective view of a modification of the metal material.

【図8】 図7の8−8線断面図8 is a sectional view taken along line 8-8 of FIG.

【図9】 図7に示した金属材を使用した実施例のカソ
ードのスパッタリングパワーと成膜速度の関係図
9 is a diagram showing the relationship between the sputtering power of the cathode and the film formation rate of an example using the metal material shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 セラミックスターゲット板 2 金属材 3 バッキングプレート 1 Ceramics target plate 2 Metal material 3 Backing plate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 道夫 千葉県山武郡山武町横田523 日本真空技 術株式会社千葉超材料研究所内 (72)発明者 中村 久三 千葉県山武郡山武町横田523 日本真空技 術株式会社千葉超材料研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Michio Ishikawa 523 Yokota, Yamatake-cho, Sanmu-gun, Chiba Japan Vacuum Technology Co., Ltd. Chiba Institute for Supermaterials (72) Inventor Hisami Nakamura 523 Yokota, Yamatake-cho, Sanmu-gun, Japan Vacuum Technology Co., Ltd. Chiba Institute for Materials Research

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セラミックスターゲット板の底面及び/
又は側面の全面に厚さ0.1mm以上の金属材を強固に
接着したことを特徴とするスパッタリング用カソード。
1. A bottom surface of a ceramic target plate and / or
Alternatively, a cathode for sputtering is characterized in that a metal material having a thickness of 0.1 mm or more is firmly adhered to the entire side surface.
【請求項2】 圧縮応力を保有しているセラミックスタ
ーゲット板の底面及び/又は側面の全面に厚さ0.1m
m以上の金属材が強固に接着されていることを特徴とす
るスパッタリング用カソード。
2. A thickness of 0.1 m on the entire bottom surface and / or side surface of the ceramic target plate having compressive stress.
A sputtering cathode characterized in that a metal material of m or more is firmly bonded.
【請求項3】 上記金属材をスパッタリング中に冷却さ
れるバッキングプレートにボンディングしたことを特徴
とする請求項1又は2に記載のスパッタリング用カソー
ド。
3. The sputtering cathode according to claim 1, wherein the metal material is bonded to a backing plate that is cooled during sputtering.
【請求項4】 セラミックスターゲット板の底面及び/
又は側面の全面に、該セラミックスターゲット板よりも
熱膨張係数が大きい厚さ0.1mm以上の金属材を室温
よりも高い温度雰囲気で強固に接着したことを特徴とす
るスパッタリング用カソードの製造方法。
4. The bottom surface of the ceramic target plate and / or
Alternatively, a method for producing a sputtering cathode, characterized in that a metal material having a thermal expansion coefficient larger than that of the ceramic target plate and having a thickness of 0.1 mm or more is firmly adhered to the entire side surface in an atmosphere at a temperature higher than room temperature.
【請求項5】 金属化合物原料粉体を厚さ0.1mm以
上の金属型材上にホットプレス法により強固に接着した
ことを特徴とするスパッタリング用カソードの製造方
法。
5. A method for manufacturing a cathode for sputtering, characterized in that a metal compound raw material powder is firmly adhered to a metal mold material having a thickness of 0.1 mm or more by a hot pressing method.
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