JPH09509985A - 配向された超微細結晶粒のスパッタリングターゲット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 スパッタリングターゲットは、超微細結晶粒径及び小さな第２層とアルミニウム及びその合金のような金属のボディーを含んでなる。加工部材（６０）を作るために溶融し、アトマイジングし且つ蒸着するアトマイズ金属を含んでなる超微細結晶粒スパッタリングターゲットを製造する方法、及び、スパッタリングターゲットを作るために加工部材（６０）を二次加工する方法を記載する。また方法は、実質的に同一の横断面で隣接し交差する入口と出口チャネルを有するダイを貫通して加工部材を押し出す工程、及び押出製品をスパッタリングターゲットに二次加工する工程を含むことを開示する。押出材は数回前加工され、さらに小さい結晶粒径と制御された結晶粒テクスチャーが作りだされる。

Description

【発明の詳細な説明】 配向された超微細結晶粒のスパッタリングターゲット 及びその製造方法 発明の背景 薄い金属及びセラミック層は、「スパッタリング」として知られた技術によっ て基板上に蒸着される。このような方法によって金属層は、標準ＲＦ及び／また はＤＣスパッタリング装置のカソードとして、一般に蒸着物質ターゲットからア ルゴン雰囲気中でスパッターすることができる。 最近のスパッタリング技術は、迅速且つ経済的金属蒸着を必要とし、１μｍ未 満の金属線幅と間隙を有する集積回路の製造に使用された。スパッタリングは、 均一で化学的純度を重要するフィルム及び被膜への適用に特に有益な道具である 。製造価格は、集積回路製造で代表的に使用する高速度製造工程のフィルム均一 性及び蒸着速度を改良することにより更に低くできる。集積回路の製造において 特に重要な物質は、アルミニウム、銅、チタニウム、タングステン及びそれらの 合金である。これらの物質のターゲットは、スパッタリングによって基板に金属 または金属間フィルムまたは被膜を生成するために使用される。 本発明が使用できる実例となるスパッタリング工程及び装置は、Ｂｅｒｇｍａ ｎｎ等の米国特許第４，８８９，７７２号と第４，９６１，８３１号、Ｓｈａｇ ｕｎ等の米国特許第４，９６１，８３２号、Ｓｈｉｍａｍｕｒａ等の米国特許第 ４，９６３，２３９号、Ｎｏｂｕｔａｎｉ等の米国特許第４，９６４，９６２号 、Ａｒｉｔａ等の米国特許第４，９６４，９６８号、Ｋｕｓａｋａｂｅ等の米国 特許第４，９６４，９６９号、及びＨａｔａ等の米国特許第４，９７１，６７４ 号及びそれらに言及される引例に開示され、また、スパッタリングターゲットは Ｆｕｋａｓａｗａ等の米国特許第４，９６３，２４０号と第４，９６６，６７６ 号、及びＡｒｃｈｕｔ等の米国特許第４，９６６，６７６号で検討される。スパ ッタリング工程及び装置ならびにスパッタリングターゲットの開示は、この中で 明確に具体的に示しされている。 高品位集積回路の経済的製造のために高蒸着速度とフィルム均一性との重要性 が認められ、研究がスパッタリングターゲットの性質と得られた蒸着層の性質と の関係を考察するためになされた。 スパッタリング効率に関して３つのターゲット組織因子があると考えられ、連 続する結晶組織になるよりも、固体金属は典型的に連続する結晶格子で分離した 個々の結晶粒を含んでなるので、第１の因子は結晶粒径である。金属の組成及び 形成方法に依存して、これらの結晶粒はミリメーター範囲からミクロン範囲まで 大きさを変化する。ターゲットの結晶粒径も高蒸着速度と均一蒸着層を達成する ために重要である。また、結晶粒界での不連続部がスパッタリング中に更に容易 に分解されるので、微細結晶粒径を有するターゲットは、粗大結晶粒径を有する ターゲットより高蒸着速度を可能とする。相関関係は、図１に示すように、ター ゲットの結晶粒径と蒸着層の均一性とで明らかになった。 更に重要な第２の因子は結晶粒の結晶学的方位である。各結晶粒は、ターゲッ トのスパッタリング表面とされる参照面に関して、所定の特別な方向に方位づけ された結晶格子を有する。各結晶粒は他と独立であるので、各結晶粒格子はこの 面に関するそれ自身の方位を有する。結晶粒がランダムでなくて、結晶面が参照 面に関する所定の方向に従う傾向があるときは、この物質は「テクスチャー」を 有すると言う。これらのテクスチャーは、結晶学的面に関する方向を表す標準指 数を用いて表される。例えば、銅またはアルミニウムのような立方晶結晶構造を 有する金属から作られたターゲットは、〈１００〉、〈１１０〉または他のテク スチャーを有することができる。同様に、チタニウムのような六方晶結晶構造を 有する金属で作られたターゲットは、〈０００２〉テクスチャーを有することが できる。発達する正確なテクスチャーは、ターゲットの金属の種類、加工度及び 熱処理履歴に依存する。スパッタリング蒸着速度及びフィルム均一性に及ぼすス パッタリングターゲットの結晶学的方位の効果は、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｖａｃｕ ｕｍ Ｓｏｃｉｅｔｙの出版でＪ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．誌の１９ ８７年７月／８月号のＡ５（４）にＣｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｈｉｃ Ｔａｒｇ ｅｔ Ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇと題し たＣ．Ｅ． Ｗｉｃｋｅｒｓｈａｍ，Ｊｒ．，の論文に記載された。この論文に おいて、フィルム均一性の改良は、シリコンウェーファー上でターゲットを製造 する加工工程を制御することにより達成できることを、著者は示唆している。 ターゲットを合金にすることに適用できる第３の因子は、マトリックス金属よ りも第２層構成物質を含んでなるターゲットのこれらの領域の大きさである。合 金化元素の一部はマトリックス物質中に溶け込むが、ある「析出物」はマトリッ クス中に分布できる。特定の析出物はスパッタリング中に微粒子を伴い、集積回 路の製造中の生産損失をもたらす。また、析出物の大きさを最小にすることは合 金ターゲットのスパッタリング性能に影響を及ぼしうる。 しかしながら、ここの金属及び合金系に対して寛容の金属処理技術では、いか に結晶粒径を小さくするか、いかにテクスチャーを強くするか、及びいかに析出 物の大きさを小さくするかは達成しうる に限界がある。例えばアルミニウムの場合においては、ターゲットが、最適結晶 学的方位にも満たなく、１００ミクロンから１ミリメーターの結晶粒径を有する ことは普通のことである。結晶粒径はチタニウム二硼化物のような結晶粒精製剤 を使用することにより減少できるが、このような物質は、それがスパッターした 蒸着層を汚染するために、スパッタリングターゲットに存在させてはならない。 望ましいスパッター蒸着層成分であるこれらの合金元素は、十分な結晶粒精製効 果を持たなく最適ターゲット結晶粒径を作らない。 スパッタリングターゲットの性能を改良するため、製造業者は特別な鋳造技術 を用い、得られたものは鋳造ままの結晶粒径を減少した。さらに、再結晶を起こ す変形がその金属の結晶粒径を減少させるために加えられ、スパッタリングター ゲットを形成した。 結晶粒の方位制御も示唆された。優先的に〈１１０〉テクスチャーを作る低速 熱間鍛造技術は、Ｐｏｕｌｉｑｕｅｎの米国特許第５，０８７，２９７号に開示 されている。 寛容の鋳造、成形、焼鈍及び鍛造技術では、以下の表１に示すような限定され た最小結晶粒径を有するスパッタリングターゲットが作られた。 比較的小さな結晶粒の金属は、スパッタリングターゲットの製造においてでは ないが、液体動的加圧（ＬＤＣ）として既知の技術で製造される。スプレー成形 法による従来生じる多孔質レベルは、この方法がスパッタリングターゲットの製 造に多孔質が全く望ましくないので適切でないことを示唆している。ＬＤＣ方法 は微細結晶粒と非常に低い多孔質レベルにするために適合するが、この発明以前 にはターゲットを製造するためにＬＤＣ工程は使用されず、新しい発見である単 一ステップＬＤＣ方法はターゲット製造にこれまで使用された方法より低価格で ある。ＬＤＣはガスアトマイジング溶融金属を含み、素早く移動する液体金属小 滴を作る。これらの小滴は基板との衝突でスプラットクエンチされる。粉砕と急 速冷却とが、超微細デンドライト組織を有する微細結晶粒を生み出すために小さ な結晶を作る。アトマイズされた金属は基板上に吹き付けられるので、非常に高 濃度（濃度９０％以上）金属生成物が、従来の他の粉末製造方法により製造され るより倍率で１〜２オーダー程度小さい結晶粒を作ることができる。析出物の大 きさを１ミクロン未満に保持することも可能である。例えば、アルミニウム合金 においては、１０ミクロン未満の結晶粒径及び１ミクロン未満の析出物結晶粒径 を得ることができる。ＬＤＣは、段階被覆及びビヤ充填を可能にし、ランダムテ クスチャーを有するスパッタリングターゲット（低酸素成分の高密度ターゲット ）を製造することができる唯一の既知の方法でもある。 超微細結晶粒径は、同一チャネルの角度押し出し（ＥＣＡＥ）として知られる 技術で達成されが、スパッターターゲットの製造においてではない。本発明以前 に、ＥＣＡＥ方法は珍しい技術であったが、既知のいずれの商業的目的に使用さ れていなかった。経験を重 ねたアルミニウムの押出であってもそのような方法は商業的なでなく実験的範囲 を越えるものであると考えられていた。ＥＣＡＥは、実質的に同一横断面であり 、二つの交差して延びるチャネルを備えた押出ダイを使用する方法である。必ず しもではないが、交差するチャネルの横断面が「Ｌ」型を形成するように、互い に垂直なチャネルを使用することが一般的である。 この技術において、一般に板の形である十分に潤滑された金属の加工部材がチ ャネルの一つに置かれる。この囲う部材の横断面は、チャネル横断面と実質的に 同一であるので、加工部材がチャネルにぴったりと勘合する。次に、パンチが加 工部材と直面し、第２の隣接して交差するチャネルを貫通してダイから出ていく 。加工部材は隣接するチャネルによって形成されるコーナーを通って力が加えら れ、それは固い物質として貫通して変形が、チャネルの交差する面で薄い層に単 純剪断として達成される。この剪断すること及びその後の熱処理は、小さな結晶 粒径を達成するための他の最近入手できる方法よりほぼ２〜３倍程度小さい加工 部材金属で結晶粒径を減少するに有効である。 構造上の応用はこれらの二つの技術によって成形される金属を目的とするが、 ＬＤＣ及びＥＣＡＥでもないものがスパッタリングターゲットの成形に使用され た。本発明にしたがい、これらの技術が、結晶粒、テクスチャー及び析出物粒径 を改良したスパッタリングターゲットを作りだすにある意味で適切な材料に適用 される。この改良されたターゲットの使用は、改良されたスパッタリング蒸着速 度及びスパッタリングフィルム品位を生じる。 本発明の要約 本発明はスパッタリングターゲットを提供し、このターゲットはアルミニウム 、銅及びチタニウムのような単独金属、または、銅、 シリコン、ジルコニウム、チタニウム、タングステン、プラチナ、金、ニオブ、 レニウム、スカンジウム、コバルト、モリブデン、ハフニウム及びそれらの合金 から成る群から選択された異種の金属と合金化された金属とのボディーを含んで なり、大部分の構成結晶粒は、アルミニウムボディーに対しては約２０μｍ未満 、銅ボディーに対しては３０μｍ未満、及びチタニウムボディーに対しては１０ μｍ未満の寸法である。アルミニウム合金に対しては、存在する析出領域は約２ μｍ未満、好ましくは約１μｍ未満になる。 アルミニウム、銅、プラチナ、金、ニオブ、ジルコニウム、チタニウム、タン グステン、タンタル、レニウム、スカンジウム、コバルト、モリブデン、ハフニ ウム及びそれらの合金から成る群から選択された金属を溶融すること、その溶融 金属をアトマイジングすること、アトマイズされた金属からプレフォームを製造 すること、及び、プレフォームをスパッタリングターゲットに二次加工すること を含んでなるスパッタリングターゲットを製造する方法も提供される。現在もっ とも好ましい実施態様においては、ターゲットが、銅、シリコン、ジルコニウム 、チタニウム、タングステン、プラチナ、金、ニオブ、レニウム、スカンジウム 、コバルト、モリブデン、ハフニウム及びそれらの合金から成る群から選択され た金属を１０ｗｔ．％以下とアルミニウムとを含んでなるか、または、クロム、 ニオブ、チタニウム、タングステン、タンタル、モリブデン及びそれらの合金か ら成る群から選択された金属を１０ｗｔ．％以下と銅とを含んでなるか、、また は、タングステン、アルミニウム及びそれらの合金から成る群から選択された金 属を５％以下とチタニウムとを含んでなる。 スパッタリングターゲットを製造する別の方法は、実質的に同一横断面の隣接 し交差する入口チャネルと出口チャネルとを有するダ イを貫通させ、金属加工部材を入口チャネルから入れて出口チャネルから出して 押し出すこと、及び、押出製品をスパッタリングターゲットに二次加工すること を具備する。二次加工する前に、特に小さな結晶粒径にするため及び特定の所望 のテクスチャーを生じさせるために、押出工程が一回または二回以上繰り返され る。 図面の簡単な説明 図１は結晶粒径とスパッター膜（即ち、蒸着物）均一性との相互関係を示す。 図２は液体動的加圧技法（「ＬＤＣ〕）を使用し金属加工部材を成形する装置 の略図である。 図３はＬＤＣ方法により製造されたＡｌ−０．５ｗｔ．％Ｚｒの顕微鏡組織写 真であり、図４は連続鋳造により製造されたＡｌ−０．５ｗｔ．％Ｃｕの顕微鏡 組織写真であり、 図５は吹き付けＬＤＣ物質の方位分布関数を示し、 図６、図７及び図８は、それぞれ、同一チャネルの角度押し出し技法（「ＥＣ ＡＥ〕）を用い金属加工部材を押し出す装置の略図であり、 図９は標準の変形と再結晶により、且つ、図１０はＥＣＡＥ方法により、それ ぞれ製造されたＡｌ−０．５ｗｔ．％Ｃｕの顕微鏡組織写真であり、すなわち、 図９は標準顕微鏡組織であり、且つ図１０はＥＣＡ顕微鏡組織であり、且つ 図１１は、記載した技法で形成したアルミニウム加工部材に関するＸ線回折テ ストの結果を図示する。異なる結晶粒方位の相対的優位性を示す。 詳細な説明 製造工業で通常に入手できる金属スパッタリングターゲットは上記表１に示す ように結晶粒径制限され、且つテクスチャーの程度と 結晶学的優先方位とが変化する。このようなターゲットは金属を鋳造または加工 によって、引き続く高温度で再結晶熱処理によって得られる。代わりに、高溶融 温度ターゲット材料は、上昇した温度で微細粉末を加圧及び加熱することにより 形成することも可能である。これらの種々の技術から作られた金属は、ターゲッ ト半加工品の形、換言すれば、適切なスパッターターゲットに二次加工される加 工部材の形で製造される。種々の金属及び金属組成物を使用することができ、す なわち、高純度のアルミニウム、銅及びチタニウム、及びアルミニウム−銅−チ タニウム合金のような合金、及び銅またはチタニウムとのその他の合金、例えば チタニウム−タングステン合金を含む。 添付された図面を参照することにより、次に本発明の実施例を示す。 図１は、インゴットの圧延と再結晶とを含む寛容の方法により製造されたアル ミニウムと０．５ｗｔ％銅の６種類ターゲットについての、膜均一性対平均結晶 粒径を示すチャートであり、寛容の製品の膜均一性が結晶粒径範囲と相互関係が 有る均一値を示す。 図２は、アルミニウムと０．５ｗｔ％銅の合金のような金属を適切な加熱素子 を有する坩堝２２内で溶融し、スパッターターゲットを製造に使用する本発明の 実施態様を記載する。溶湯金属２０と坩堝２２は液体動的加圧装置の一部に備え る。アトマイジングジェット２４と２６は坩堝２２の底に開口部が備えられ、高 圧ガスが供給され、ガスが坩堝開口部を通って流れると共に金属がアトマイズさ れる。開口部を通る金属の流れはストッパー２８によって制御される。溶湯金属 は下方に向かうスプレー３０となってアトマイズされ、そして、スプレーが基板 ３４に厚みを重ねるように加工部材３２を形成する。 質量流量率（アトマイジングガスの質量流量速度と溶湯金属の質量流量速度の 比率）、溶湯金属の過加熱、アトマイジングガス圧力、及びノズルから基板まで の間隙は、固体を粉末より緻密な成形体にするため、全てをバランスさせる。質 量流量率は圧力の増加と共に増加する傾向があり、結晶粒径は小さくなる。しか しながら、余り高い圧力は多孔質を生じる。低い過加熱は、ノズルと基板との間 隙を小さくする必要である傾向を示し、同様に多孔質課題を引き起こす。一方で 、余り高い過加熱は加熱を迅速に正確にすることを難しくして、結晶粒径が粗大 化する。アルミニウム合金のスッパタリングターゲットに適用される実例調整条 件を以下の表に示す。 図３と４の組織写真は、液体動的加圧によって且つ連続鋳造方法によって得ら れた結晶粒径を良く対比する。図示されるように、ＬＤＳは小さな析出物を生成 し、良好な合金元素分布を生じることができ、したがって、連続鋳造の結果のよ うに合金元素の粗い析出を避けられる。 実施例のように、上記アトマイジング工程は、約１０μｍのランダム方位のア ルミニウム−銅合金結晶粒（ａｌｕｍｉｎｕｍ−ｃｏｐｐｅｒ ａｌｌｏｙ ｇ ｒａｉｎｓ）を有し、かつ１００倍の倍率でこれらの結晶中にデンドライト組織 は確認でないアルミニウム −銅加工部材を製造するために使用される。反対に、寛容の鋳造方法は、著しい デンドライト組織とミリメーター範囲の結晶粒を生成する。さらにそのうえに、 デンドライトの軸は冷却中加熱流に並ぶ傾向を示すので、従来どおり鋳造された アルミニウムは、ある程度の〈１００〉テクスチャーを有する傾向がある。ラン ダムな結晶方位は所定の目的に対して最適スパッタリングターゲットを作ること はできないけれども、ランダムに配向した結晶（換言すればテクスチャーを含ま ない）を有する加工部材は、望ましい出発材料になると考えられ、結晶粒を配向 することを意図したその後の形成技術により、スパッタリングターゲット用の所 望のテクスチャーが形成される。さらに、ランダム方位は特定のスパッタリング ターゲットに対して最適である。このようにして製造された加工部材は、１μｍ 以上の析出物が測定される領域がほとんどない。寛容の鋳造技術では、非常に大 きな第２相物質の析出物が形成される。 銅を有するアルミニウムは、ＬＤＣ技法でもってスパッタリングターゲットに 二次加工することができる一つの材料であるが、他に多くの材料を使用すること ができる。アルミニウム、銅、チタニウム、ジルコニウム、タンタル、タングス テン、レニウム、スカンジウム、コバルト、モリブデン、ハフニウム及びそれら の合金が、電子工業のスパッタリングターゲットとして適切な材料であり、これ の金属の及びそれらの個々の合金の加工部材は上記アルミニウム−銅加工部材と 同じ方法でも製造できる。アルミニウム及びチタニウム、タングステン、タンタ ル、レニウム、スカンジウム、コバルト、モリブデン、及びハフニウムような通 常の合金組み合わせ、ならびに、その他の元素の組み合わせでスパッタリングタ ーゲットを作るにもＬＤＣは特に有益であり、寛容の鋳造法における冷却中のマ トリックス相からの析出問題、または、満足できるスパッタリング ターゲットとして使用するため余りにも大きな析出領域を作る問題が避けるられ 。ＬＤＣ工程は、非常に小さな析出物を有するこれらの金属の合金、すなわち、 高濃度合金化元素を有するターゲットを作ることができる。マトリックス金属の ９０ｗｔ％を越える合金が典型的であるとはいえ、低濃度のマトリックス金属も 、スパッタリングターゲット用のこの技術でもって製造できる。 ターゲット二次加工を更に容易にするために、図１の基板３４をアトマイズ金 属が蒸着されるようにプレフォームの形成中に動かしも良くて、物質位置を制御 するため、プレフォームの形状は望ましくない集中を避けることにより、仕上げ スパッタリングターゲットの所望の形状により近づく（ほぼ基本的な形状形成と して知られている）。このプレフォームは種々の形状のスパッタリングターゲッ トに、二次加工することができ、例えば、機械加工の二次加工により環状リング の一般的な形状にする。 ＬＤＣプレフォームの蒸着したままのテクスチャーは、図５の方位分布関数に よって証明されるようにランダムである。このランダムテクスチャーがスパッタ リングターゲット能力に便宜を与えることができ、ビヤを充填し良好な段階被覆 を与える。 しかしながら、所望フィルムの要求度及びスパッタリング蒸着システムに依存 して、その後の処理が必要である。一つの可能性はプレフォームを熱間鍛造する ことであり、米国特許第５，０８７，２９７号に記載されていると同様の配向さ れた結晶粒が作られる。次に記載するようにＬＤＣ形成されたプレフォームにＥ ＣＡＥ技法の適用により、さらに、特別に結晶粒の減少及び所望の結晶方位の双 方が達成される。 図６、７及び８の概略図は、ＥＣＡＥ法によりターゲット用材料を作るための 本発明の実施例を示す。これらの図に示すように、同 一番号は同一部品を示し、この方法はラム５０及びＥＣＡＥダイ７０を備える装 置を使用して実施される。ダイは入口チャネル７２と、入口チャネル７２に隣接 し交差する出口チャネル７４を含む。加工部材６０は、図１に関連して説明した ＬＤＣ工程により製造された加工部材であっても良く、ダイを貫通して押し出さ れる。それぞれ、図６は加工部材、ダイ及びラム、図７はその後ラムとともにダ イに滑り込む負荷前の加工部材（この時点では力は負荷されない）、図８はダイ から部分的に押し出された加工部材が出口チャネルから出る切断面を含む種々の 製造段階を示す。 図６、７及び８に示す実施態様では、ＬＤＣによって作られたプレフォームは 実質的に方形のプレート６０であり、名目上側部１７インチ厚さ１インチである 。鋼製押出ダイのチャネル７２と７４は、プレートと実質的に同一横断面であり 、この実施例においては、１７インチと１インチの横断面であり、入口チャネル ７２に横方向から挿入したときしっかりと適合する。出口チャネル７４が隣接し 入口チャネル７２から伸び、最初のチャネル同様に実質的に同一の横断面である 。この実施例において、チャネルは実質的に直角であるが、チャネルは９０度よ り大きくても良い。チャネルは、入口チャネルの入口においては加工部材の大き い面は垂直であり、出口チャネルの出口においては加工部材の大きな面は水平で あるように互いに関して方向が定められる。各チャネルはそのチャネル交差点で 終了する。二つの交差するチャネルは、「Ｌ」型の縦方向の横断面であって隣接 する一つの通過路を形成する。 ラム５０を加工部材を入口チャネル７２に押し込むために、加工部材６０は既 知の焼き付き防止潤滑剤で都合良く潤滑される。加工部材が入口チャネルの端部 に到達したとき、ラムが連続的に加工部材を押し込み、二つのチャネルの交差点 平面に沿って加工部材の剪 断が生じる。ラムが加工部材を押し出すことが続けるので、加工部材は出口チャ ネル７４を貫通してダイを出ていく力が加えられ、加工部材が交差点を通って押 し込まれるので、チャネル交差平面に沿って連続的に剪断される。その後、ラム が引っ込められて加工部材は出口チャネルから引き出される。図面は入口と出口 のチャネルが互いに９０度を成すが、チャネルは別の角度でもよい。 これらの技術は寛容の圧延または鍛造形式の成形を越える多くの利点がある。 利点の一つは、各パスに関して大きく効果的な変形が得られることである。ＥＣ ＡＥダイを貫通する二つのパスは９０％に相当する断面減少率を生じることがで きる。習慣的な直線押出方法で可能であるより少ない回数で結晶粒径を減少し、 また変形は押し出された加工部材の表面で全体に渡り均一である。この結果は寛 容の方法を使用して達成することは非常に困難である。 ＥＣＡＥ押出を実施するために必要なパンチ圧力は、習慣的な押出技法に必要 とするパンチ圧力より非常に少なく、９０℃の角度に対しては典型的にはパンチ 圧力と変形応力の比率は１である。さらに、押し出された加工部材は、押し出さ れる前のプレフォームの大きさと形状と同一であるために、圧延または鍛造成形 による大きな断面減少に伴って材料が小さくなったりまたは消費されることはな い。 アルミニウム０．５ｗｔ％銅合金の加工部材に対しては、同一チャネルの押出 その後の４００℃以下での３時間の熱処理で１０００ｘの倍率の光学顕微鏡の基 で結晶粒を認識できなかった。しかしながら、Ｘ線回折は約１μｍの結晶粒径を 示した。寛容の変形工程のあとの同一熱処理では、１００μｍまたはそれ以上の 結晶粒径を生じる。 ＥＣＡＥ工程を用いテクスチャーを制御した製造物は、スパッタ リングターゲットの製造において特に関心を引く。テクスチャーは、同一加工部 材のＥＣＡＥ押出の温度、速度及びその後の繰り返し数を変化することにより制 御できる。加工部材を回転するならば、別の端部が初めにＥＣＡＥダイに挿入さ れるので、剪断面は加工部材に対して異なる方位となる。すなわち、押出チャネ ルに一部または全部を再投入する前に加工部材を回転または「裏返し」すること により、あらかじめ決めた連続押出を実施するために、特にスパッタリングター ゲットに適切な特別なテクスチャーを有する最終押出製造物を得ることができる 。したがって、その後の再押出における連続加工部材の方向を変化することによ り、特別なターゲットの適用に特に適切である種々のテクスチャーを作りだすこ とができる。 図９の組織写真と、ＥＣＡＥ工程によって達成可能な図１０と組織写真とは、 異なる金属学的組織を表す。圧延して結晶化した物質（図９）の標準組織は、同 一組成に対して、ＥＣＡＥ製造物（図１０）のように決して微細で無くまたは規 則化もされていない。 特定のテクスチャーが種々の目的に対して望ましことが知られている。たとえ ば、均一な蒸着フィルム厚さに対する平面スパッタリング表面を有するアルミニ ウム合金ターゲットの製造では、ターゲットスパッタリング表面に直面するか或 いは平行である｛２２０｝平面を有する結晶粒よりも、ターゲットスパッタリン グ表面にほぼ平行な｛２００｝面を有する結晶粒を多く含むことが望ましいこと が明らかになった。それに比べて、円錐スパッタリング表面を有するアルミニウ ムターゲットは、ターゲットスパッタリング表面に直面するかまたは平行な｛２ ２０｝面を有する結晶粒よりも、ターゲットの直面するかまたはほぼ平行な｛２ ００｝面を有する結晶粒が少ないときが良くなることが明らかになった。別の好 ましい蒸着特 性（段階被覆、ビヤ充填等）は、別のテクスチャー或いは均一なランダム方位を 必要とする。 材料のテクスチャーの測定はＸ線回折測定によって典型的にされる。これらの 測定は図１１に示し、ＥＣＡＥ押出と既に知られた技術で形成されたターゲット との異なる１２段階についてである。図１１の描写は、加工部材表面に関する種 々の結晶粒格子方位に相当する反射Ｘ線相対強度である。明らかに、多種の結晶 方位が可能である。 図１１において試料２Ｂ及び２Ｃが特に注目される。試料２Ｂは｛２００｝よ り非常に強い｛２２０｝強度を示す。｛２２０｝強度が｛２００｝強度より強い ときは、この試料は、ターゲット表面に垂直な〈２２０〉テクスチャーを優先的 に示す。それに比べて、試料２Ｃは、｛２２０｝より非常に強い｛２００｝強度 を示す。｛２００｝強度が｛２２０｝強度より強い場合は、この試料は、ターゲ ット表面に垂直な〈２００〉テクスチャーを優先的に示す。強い〈２２０〉テク スチャーは、良好な均一スパッターフィルムを提供する高品位円錐アルミニウム スパッタリングターゲットに関連し、一方、強い〈２００〉テクスチャーは、良 好な均一スパッターフィルムを提供する平面アルミニウムスパッタリングターゲ ットに関連する。 ＬＤＣ及びＥＣＡＥ技術はアルミニウム及びアルミニウム合金に限定されない が、これらの金属が電子工業界におけるスパッタリングターゲットに特に有益で あることが強調される。ほとんどの金属のターゲットが、ＬＤＣアトミゼーショ ン及びＥＣＡＥ押出の好ましい組み合わせによるこの方法で製造される、しかし ながら、適切な超−微細結晶粒ターゲットは、個々のＬＤＣまたはＥＣＡＥのい ずれかで製造することができる。それらの双方を組み合わせて使用 する必要はない。 また、本発明は、超微細結晶粒ターゲットの製造においてナノスケール技術の 適用にそれ自体が役に立つ。例えば、所望のターゲット金属は、非常に微細な、 すなわち、微細直径の粒子を形成するために蒸発させて凝縮することができ、微 細結晶粒径を有する固体スパッタリングターゲットを形成するために、その粒子 を成形及び加熱することに続ける。 種々の変化及び改良が本発明の精神から離脱すること無くできることが上記か ら明確になる。したがって、本発明の分野は従属請求項及びそれらと同様のもの によってのみ限定される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ユアン，ジュン アメリカ合衆国，カリフォルニア 95054, サンタ クララ ビスタ クラブ サーク ル ＃104 1561 (72)発明者 カードクス，ジェイニン，キャブ アメリカ合衆国，ワシントン 99027，オ ーティス オーチャーズ，モンテ ビスタ コート イースト 18122 (72)発明者 エミー，ロジャー，アラン アメリカ合衆国，アイダホ 83854，ポス ト フォールス，フレイザー ドイラブ 6051

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 銅、シリコン、ジルコニウム、チタニウム、タングステン、レニウム、 スカンジウム、コバルト、モリブデン、プラチナ、金、ニオブ、ハフニウム及び それらの合金から成る群から選択された少なくとも１種の金属と合金化されて、 実質的に全てのアルミニウムの結晶粒（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｇｒａｉｎ）がボデ ィー中で約２０μｍ未満の寸法である、アルミニウムのボディーを含んでなるス パッタリングターゲット。 ２． 前記ボディーがアルミニウムを含んで成り、前記アルミニウムのボディ ーに存在する実質的に全ての析出領域が約１ミクロン未満の寸法である請求項１ 記載のターゲット。 ３． 銅、シリコン、ジルコニウム、チタニウム、タングステン、タンタル、 レニウム、スカンジウム、コバルト、モリブデン、ハフニウム及びそれらの合金 から成る群から選択された少なくとも１種の金属を１０ｗｔ．％以下とアルミニ ウムのボディーを含んでなり、実質的に全てのアルミニウムの結晶粒が約２ミク ロン未満の寸法であるスパッタリングターゲット。 ４． 存在する実質的に全ての析出領域が約１μｍ未満である請求項３記載の ターゲット。 ５． 金属を溶融すること、 溶融された金属をアトマイジングして金属滴を作ること、 前記金属滴を基板に集めて加工部材を製造すること、及び 前記加工部材をスパッタリングターゲットに二次加工すること、 を備えるスパッタリングターゲットを製造する方法。 ６． 前記金属が、銅、シリコン、ジルコニウム、チタニウム、 タングステン、プラチナ、金、ニオブ、レニウム、スカンジウム、コバルト、モ リブデン、ハフニウム及びそれらの合金から成る群から選択された少なくとも１ 種の金属を１０ｗｔ．％以下とアルミニウムを含んでなる請求項５記載の方法。 ７． 請求項５の方法により製造されたスパッタリングターゲット。 ８． 請求項６の方法により製造されたスパッタリングターゲット。 ９． 実質的に同一横断面の隣接し交差する入口チャネルと出口チャネルとを 有するダイを貫通させ、金属の加工部材を前記入口チャネルから入れて前記出口 チャネルから出すことによって前記金属の前記加工部材を押し出して押出品を製 造すること、及び、 前記押出品をスパッタリングターゲットに二次加工すること、 を具備するスパッタリングターゲットを製造する方法。 １０． 前記金属が、銅、シリコン、ジルコニウム、チタニウム、タングステ ン、プラチナ、金、ニオブ、レニウム、スカンジウム、コバルト、モリブデン、 ハフニウム及びそれらの合金から成る群から選択された金属を１０ｗｔ％以下と アルミニウム含んでなる請求項９記載の方法。 １１． 請求項９の方法により製造されたスパッタリングターゲット。 １２． 請求項１０の方法により製造されたスパッタリングターゲット。 １３． （ａ） 実質的に同一横断面の隣接し交差する入口チャネルと出口チ ャネルとを有するダイを貫通させ、金属の加工部材を前記入口チャネルから入れ て前記出口チャネルから出すことによって前記金属の前記加工部材を押し出すこ と、 （ｂ） 入口チャネルに入れる以前に前記加工部材を回転したのち、押出工程 （ａ）を一回または二回以上繰り返して、所望のテクスチャーを有する最終押出 製品を作ること、及び （ｃ） 最終押出製品をスパッタリングターゲットに二次加工すること、 を含んでなるスパッタリングターゲットを製造する方法。 １４． 前記金属が銅、シリコン、ジルコニウム、チタニウム、タングステン 、プラチナ、金、ニオブ、レニウム、スカンジウム、コバルト、モリブデン、ハ フニウム及びそれらの合金から成る群から選択された金属を１０ｗｔ％以下とア ルミニウムを含んでなる請求項１３記載の方法。 １５． 請求項１４の方法により製造されたスパッタリングターゲット。 １６． （ａ） 実質的に同一横断面の隣接し交差する入口チャネルと出口チ ャネルとを有するダイを貫通させ、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含ん でなる金属の加工部材を前記入口チャネルから入れて前記出口チャネルから出し て押し出すこと、 （ｂ） 押出工程（ａ）を一回または二回以上繰り返して、優先的に＜２００ ＞または＜２２０＞のテクスチャーを有する最終押出製品を作ること、及び （ｃ） 最終押出製品をスパッタリングターゲットに二次加工すること、 を含んでなるスパッタリングターゲットを製造する方法。 １７． 前記アルミニウム合金が、銅、シリコン、ジルコニウム、チタニウム 、タングステン、タンタル、レニウム、スカンジウム、コバルト、モリブデン、 ハフニウム及びそれらの合金から成る群から選択された少なくとも１種の金属を １０％以下とアルミニウム とを含んでなる請求項１６記載の方法。 １８． 金属を溶融すること、 溶融された前記金属をアトマイジングして金属滴を作ること、 前記金属の滴を基板に集めて加工部材を製造すること、 実質的に同一横断面の隣接し交差する入口チャネルと出口チャネルとを含むダ イを貫通させ、前記加工部材を前記入口チャネルから入れて前記出口チャネルか ら出して押し出すことにより押出品を製造すること、及び、 前記押出品をスパッタリングターゲットに二次加工すること、 を具備するスパッタリングターゲットを製造する方法。 １９． 前記金属が、銅、シリコン、ジルコニウム、チタニウム、タングステ ン、プラチナ、金、ニオブ、レニウム、スカンジウム、コバルト、モリブデン、 ハフニウム及びそれらの合金から成る群から選択された少なくとも１種の金属を １０ｗｔ％以下とアルミニウムを含んでなる請求項１８記載の方法。 ２０． 請求項１９の方法により製造されたスパッタリングターゲット。 ２１． （ａ） 金属を溶融すること、 （ｂ） 溶融された前記金属をアトマイジングすること、 （ｃ） アトマイジングした前記金属から加工部材を製造すること、 （ｄ） 実質的に同一横断面の隣接し交差する入口チャネルと出口チャネルと を有するダイを貫通させ、前記加工部材を前記入口チャネルから入れて前記出口 チャネルから出して押し出すことにより押出品を製造すること、 （ｅ） 押出工程（ｄ）を一回または二回以上繰り返して、所望のテクスチャ ーを有する最終押出製品を作ること、及び （ｆ） 前記最終押出品をスパッタリングターゲットに二次加工すること、 を具備するスパッタリングターゲットを製造する方法。 ２２． 前記金属が、銅、シリコン、ジルコニウム、チタニウム、タングステ ン、プラチナ、金、ニオブ、レニウム、スカンジウム、コバルト、モリブデン、 ハフニウム及びそれらの合金から成る群から選択された金属を１０ｗｔ％以下と アルミニウムを含んでなる請求項２１記載の方法。 ２３． （ａ） アルミニウムまたはアルミニウム合金を含んでなる金属を溶 融すること、 （ｂ） 溶融された前記金属をアトマイジングすること、 （ｃ） アトマイジングした前記金属から加工部材を製造すること、 （ｄ） 実質的に同一横断面の隣接し交差する入口チャネルと出口チャネルと を有するダイを貫通させ、前記加工部材を前記入口チャネルから入れて前記出口 チャネルから出して押し出すこと、 （ｅ） 押出工程（ｄ）を一回または二回以上繰り返して、優先的な＜２００ ＞テクスチャーを有する最終押出製品を作ること、及び （ｆ） 前記最終押出品をスパッタリングターゲットに二次加工すること、 を具備するスパッタリングターゲットを製造する方法。 ２４． 前記金属が、銅、シリコン、ジルコニウム、チタニウム１タングステ ン、プラチナ、金、ニオブ、レニウム、スカンジウム、コバルト、モリブデン、 ハフニウム及びそれらの合金から成る群から選択された少なくとも１種の金属を １０ｗｔ％以下とアルミニウムを含んでなる請求項２３記載の方法。 ２５． （ａ） アルミニウムまたはアルミニウム合金を含んでなる金属を溶 融すること、 （ｂ） 溶融された前記金属をアトマイジングすること、 （ｃ） アトマイジングした前記金属から加工部材を製造すること、 （ｄ） 実質的に同一横断面の隣接し交差する入口チャネルと出口チャネルと を有するダイを貫通させ、前記加工部材を前記入口チャネルから入れて前記出口 チャネルから出して押し出すこと、 （ｅ） 押出工程（ｄ）を一回または二回以上繰り返して、優先的な＜１１０ ＞テクスチャーを有する最終押出製品を作ること、及び （ｆ） 前記最終押出品をスパッタリングターゲットに二次加工すること、 を具備するスパッタリングターゲットを製造する方法。 ２６． 前記金属が、銅、シリコン、ジルコニウム、チタニウム、タングステ ン、プラチナ、金、ニオブ、レニウム、スカンジウム、コバルト、モリブデン、 ハフニウム及びそれらの合金から成る群から選択された少なくとも１種の金属を １０ｗｔ％以下とアルミニウムを含んでなる請求項２５記載の方法。 ２７． 実質的に全てのアルミニウムの結晶粒が製造された前記スパッタリン グターゲット中で約２０μｍ未満の寸法である状態に、前記金属の加工部材が押 し出され且つ二次加工される請求項１０記１の方法。 ２８． 実質的に存在する全ての析出領域が製造された前記スパッタリングタ ーゲット中で約１μｍ未満の寸法である状態に、前記金属の加工部材が押し出さ れ且つ二次加工される請求項１０記載の方法。 ２９． 実質的に全てのアルミニウムの結晶粒が製造された前記スパッタリン グターゲット中で約２μｍ未満の寸法である状態に、前記金属の加工部材が押し 出され且つ二次加工される請求項１０記載の方法。 ３０． 実質的に全てのアルミニウムの結晶粒が製造された前記スパッタリン グターゲット中で約２０μｍ未満の寸法である状態に、前記金属の加工部材が押 し出され且つ二次加工される請求項１４記載の方法。 ３１． 実質的に存在する全ての析出領域が製造された前記スパッタリングタ ーゲット中で約１μｍ未満の寸法である状態に、前記金属の加工部材が押し出さ れ且つ二次加工される請求項１４記載の方法。 ３２． 実質的に全てのアルミニウムの結晶粒が製造された前記スパッタリン グターゲット中で約２μｍ未満の寸法である状態に、前記金属の加工部材が押し 出され且つ二次加工される請求項１４記載の方法。 ３３． 実質的に全てのアルミニウムの結晶粒が製造された前記スパッタリン グターゲット中で約２０μｍ未満の寸法である状態に、前記金属の加工部材が押 し出され且つ二次加工される請求項１７記載の方法。 ３４． 実質的に存在する全ての析出領域が製造された前記スパッタリングタ ーゲット中で約１μｍ未満の寸法である状態に、前記金属の加工部材が押し出さ れ且つ二次加工される請求項１７記載の方法。 ３５． 実質的に全てのアルミニウムの結晶粒が製造された前記スパッタリン グターゲット中で約２μｍ未満の寸法である状態に、前記金属の加工部材が押し 出され且つ二次加工される請求項１７記 載の方法。