KR20010015222A - Fabrication and bonding of copper and copper alloy sputtering targets - Google Patents

Fabrication and bonding of copper and copper alloy sputtering targets Download PDF

Info

Publication number
KR20010015222A
KR20010015222A KR1020000038785A KR20000038785A KR20010015222A KR 20010015222 A KR20010015222 A KR 20010015222A KR 1020000038785 A KR1020000038785 A KR 1020000038785A KR 20000038785 A KR20000038785 A KR 20000038785A KR 20010015222 A KR20010015222 A KR 20010015222A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
target
copper
blank
particles
sputter
Prior art date
Application number
KR1020000038785A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
쿨카르니샬레쉬
스노우맨알프레드
쾌닝스만홀거
Original Assignee
로버트 에이. 바쎄트
프랙스에어 에스.티. 테크놀로지, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 로버트 에이. 바쎄트, 프랙스에어 에스.티. 테크놀로지, 인코포레이티드 filed Critical 로버트 에이. 바쎄트
Publication of KR20010015222A publication Critical patent/KR20010015222A/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3407Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14Metallic material, boron or silicon

Abstract

PURPOSE: Disclosed is a copper or copper-alloy sputtering target having crystals of random orientation and fine, uniform grain size. CONSTITUTION: After heating is applied to high-purity copper and copper-alloy material to at least about 500 deg.C for at least about 1 hr, strain of at least about 40% is applied by hot working. Further, additional strain of at least about 40% is applied by cold working to form a target stock. Then, the target stock is annealed at least about 300 deg.C for at least about 1 hr. By this procedure, fine, uniform grain size of desired random crystal orientation can be obtained in the final sputtering target. Moreover, in order to maintain the microstructure of the target material, the target material is explosion bonded to a metallic backing plate. By using this sputtering target, electric properties necessary for interconnection can be provided and a high uniformity thin film of minimal particle can be formed by sputtering.

Description

구리 및 구리 합금 스퍼터링 타겟의 제조 및 접합 방법{Fabrication and bonding of copper and copper alloy sputtering targets}Fabrication and bonding of copper and copper alloy sputtering targets

본 발명은 미세하고, 균일한 크기이며, 랜덤 지향 방향을 가지는 입자를 구비한 구리 및 구리 합금 스퍼터링 타겟을 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 스퍼터링 공정에서 입자 발생을 감소시키고, 반도체 장치 및 회로의 제조에 사용되는 반도체 웨이퍼 등의 기판상의 막 균일성을 강화시킨다.The present invention relates to a method for producing a copper and copper alloy sputtering target having particles that are fine, uniform in size, and having a random orientation, in which the present invention reduces particle generation in a sputtering process, and provides a semiconductor device and a circuit. The film uniformity on substrates, such as a semiconductor wafer used for manufacture of a film, is strengthened.

스퍼터링은 프로세싱 챔버내에 장착된 반도체 웨이퍼 또는 다른 기판을 코팅하는 단계를 포함하는 공정을 말하며, 여기서, 웨이퍼는 이격 대향 배치된 스퍼터링될 재료로 제조된 스퍼터 타겟에 대하여 전기적으로 바이어스된다. 불활성 가스가 저온에서 챔버내로 도입되고, 전기장이 적용되어 상기 가스를 이온화한다. 상기 가스로부터의 이온은 상기 타겟에 충돌하게되고, 상기 타겟으로부터 원자들을 분리시켜내며, 이들은 그후, 타겟 재료로 코팅될 웨이퍼 또는 다른 기판상에 증착되게 된다.Sputtering refers to a process comprising coating a semiconductor wafer or other substrate mounted in a processing chamber, where the wafer is electrically biased against a sputter target made of a material to be sputtered spaced apart. Inert gas is introduced into the chamber at low temperature and an electric field is applied to ionize the gas. Ions from the gas impinge on the target and separate atoms from the target, which are then deposited onto a wafer or other substrate to be coated with the target material.

반도체 산업에 사용되는 스퍼터 타겟, 특히, 복합 집적 회로상에 박막을 물리적으로 기상증착하는데 사용되는 스퍼터 타겟의 제조시에, 막 균일성과, 높은 증착율과, 스퍼터링 동안 최소의 입자 생성과, 소정의 전기적 특성을 갖는 스퍼터 타겟을 제공하는 것이 바람직하다. 상호접속의 목적으로 집적회로상에 전기 도전성 박막을 증착하기 위해 알루미늄 및 알루미늄 합금 스퍼터 타겟이 일반적으로 사용된다. 그러나, 상호접속 기술에서 알루미늄 대용으로 구리가 사용될 수 있다. 구리는 알루미늄보다 일렉트로마이그레이션에 대한 저항성이 높으며, 전기 도전성이 높다. 구리 및 구리 합금을 사용하여 막을 상호접속하는 다른 장점은 상호접속 신호 지연과 전력 손실 양자 모두가 감소된다는 것이다.In the manufacture of sputter targets used in the semiconductor industry, particularly sputter targets used for physical vapor deposition of thin films on composite integrated circuits, film uniformity, high deposition rate, minimal particle generation during sputtering, and certain electrical It is desirable to provide a sputter target having characteristics. Aluminum and aluminum alloy sputter targets are commonly used to deposit electrically conductive thin films on integrated circuits for interconnection purposes. However, copper may be used in place of aluminum in the interconnect technology. Copper is more resistant to electromigration than aluminum and has higher electrical conductivity. Another advantage of interconnecting the films using copper and copper alloys is that both interconnect signal delay and power loss are reduced.

입자가 크고, 균일하지 못하면, 타겟 성능이 감소되게 된다. 부가적으로, 막 균일성과 스퍼터 증착률은 스퍼터링 타겟의 결정학적 지향성에 관련되어 있으며, 이는 타겟으로부터 배출된 재료의 산포에 영향을 미친다. 또한, 타겟으로부터의 원자의 스퍼터링은 타겟 재료의 밀집 방향을따라 발생되고, 입자 지향방향이 랜덤하면 스퍼터링된 막의 균일성이 양호해진다.If the particles are large and uneven, the target performance will be reduced. In addition, film uniformity and sputter deposition rate are related to the crystallographic orientation of the sputtering target, which affects the dispersion of material discharged from the target. Further, sputtering of atoms from the target occurs along the dense direction of the target material, and if the particle direction is random, the uniformity of the sputtered film becomes good.

알루이늄 또는 구리 타겟을 제조하는 종래의 방법에서는 200 또는 220 방향으로 지향된 결정 구조 및/또는 10㎛에 달하는 대형 제 2 상 합금 석출 중 어느 한쪽을 발생시킨다. 강한 200 또는 220 결정 지향성을 가진 타겟은 균일성이 열악한 막을 발생시킨다. 그러므로, 타겟은 랜덤 또는 약한 지향방향을 가지는 것이 바람직하다. 대형 제 2 상 석출의 열악한 도전성은 스퍼터링 동안 국부적인 아크현상을 발생시키며, 이는 웨이퍼상에 대형 입자가 증착되게 하거나 높은 입자 밀도를 발생시킨다.Conventional methods for producing aluminum or copper targets generate either a crystal structure oriented in the 200 or 220 direction and / or a large second phase alloy precipitation down to 10 μm. Targets with strong 200 or 220 crystal directivity result in films with poor uniformity. Therefore, the target preferably has a random or weak direction. Poor conductivity of the large second phase precipitation results in local arcing during sputtering, which causes large particles to be deposited on the wafer or high particle density.

종래의 타겟 캐소드 조립체에서, 타겟은 일반적으로 알루미늄 또는 구리인 비자성 백플레이트(backing plate)상에 하나의 접착면으로 부착되어 조립체 내에서 백플레이트와 스퍼터 타겟 사이에 평행한 경계면을 형성하게된다. 상기 백플레이트(backing plate)는 타겟을 스퍼터링 챔버내에서 유지하는 수단을 제공하며, 타겟에 대한 구조적 안정성을 제공한다. 또한, 상기 백플레이트는 타겟의 이온 충돌에 의해 발생된 열을 방출하기 위해 일반적으로 수냉식이다. 타겟과 백플레이트 사이에 양호한 열적 전기적 접촉을 달성하기 위해, 이들 부재들은 일반적으로 용접, 납땜, 확산 본딩, 클램핑, 스크류 패스너 또는 에폭시 시멘트 등을 사용하여 서로 부착되어 있다.In conventional target cathode assemblies, the target is attached to a non-adhesive backing plate, typically aluminum or copper, to form a parallel interface between the backplate and the sputter target in the assembly. The backing plate provides a means for maintaining the target in the sputtering chamber and provides structural stability to the target. The backplate is also generally water cooled to dissipate heat generated by ion bombardment of the target. In order to achieve good thermal electrical contact between the target and the backplate, these members are generally attached to each other using welding, soldering, diffusion bonding, clamping, screw fasteners or epoxy cement, or the like.

납땜 접합은 스퍼터링 작업 동안 분리되어버리기 쉽다. 부가적으로, 연납은 접합 온도가 상대적으로 낮기 때문에, 스퍼터링 동안 타겟이 작동될 수 있는 온도 범위가 작아진다. 따라서, 납땜으로 접합된 조립체는 보다 비싸며, 타겟이 낮은 전압 수준에서 사용되어야 하고, 따라서, 백플레이트로부터 타겟의 분리를 방지하기 위해서는 스퍼터링 속도가 감소되어야 하기 때문에 사용자들이 많은 시간을 소모하게 된다.Solder joints are likely to separate during sputtering operations. In addition, because the soldering temperature is relatively low, the temperature range at which the target can be operated during sputtering is small. Therefore, solder bonded assemblies are more expensive and users spend a lot of time because the target must be used at a lower voltage level, and therefore the sputtering rate must be reduced to prevent separation of the target from the backplate.

예비 처리 등으로 조면화된 면을 가진 확산 본딩은 보다 강한 접합을 제공하지만, 제조에 많은 시간이 소모된다. 특히, 확산 본딩이 고온에서 진행되기 때문에 예비 본딩 공정 동안 얻어진 미세 구조에 변화가 발생된다. 따라서, 타겟 제조 단계에서 미세 입자 크기나 랜덤 지향방향이 달성될 수 있다 하더라도, 현제의 확산 본딩 기술에 의해 그 특성들이 사라지게 된다. 구리 및 알루미늄 타겟에서, 확산 본딩 동안 적용되는 고온은 입자 크기를 거의 두배로 만드는 효과를 갖는다. 따라서, 미세구조 및 야금학적 특성의 변화 및 분리는 종래의 확산 본딩 기술의 심각한 단점이며, 이로인해 작고, 균일한 입자가 바람직한 스퍼터 타겟에서 구리 타겟 조립체용으로 이들을 사용하는 것이 바람직하지 못해진다.Diffusion bonding with a roughened surface, such as by pretreatment or the like, provides stronger bonding but is time consuming to manufacture. In particular, since diffusion bonding proceeds at high temperatures, a change occurs in the microstructure obtained during the preliminary bonding process. Thus, even if fine particle size or random orientation can be achieved in the target fabrication step, the properties are lost by current diffusion bonding techniques. In copper and aluminum targets, the high temperatures applied during diffusion bonding have the effect of nearly doubling the particle size. Thus, variations and separation of microstructure and metallurgical properties are a serious disadvantage of conventional diffusion bonding techniques, which makes it undesirable to use them for copper target assemblies in sputter targets where small, uniform particles are desired.

또한, 대안으로서 백플레이트가 없는 모놀리식 스퍼터 타겟을 사용하는 것도 대형 실리콘 웨이퍼를 스퍼터링하기 위해 필요한 타겟 직경을 지속적으로 증가시키기 어려우며, 타겟 재료의 필요 순도를 증가시키기 어렵고, 이들 양자 모두는 모놀리식 타겟의 제조 비용을 증가시키게 된다.In addition, using a monolithic sputter target without a backplate also makes it difficult to continually increase the target diameter needed to sputter large silicon wafers, and it is difficult to increase the required purity of the target material, both of which are monolithic. This increases the manufacturing cost of the food target.

따라서, 비자성 백플레이트에 강력하게 접합된 미세하고, 등축이며, 균일한 입자 구조 및 랜덤 결정학적 구조의 스퍼터 타겟을 가지는 구리 타겟 조립체를 제조하는 방법을 제공할 필요가 있다.Accordingly, there is a need to provide a method of manufacturing a copper target assembly having a sputter target of fine, equiaxed, uniform particle structure and random crystallographic structure strongly bonded to a nonmagnetic backplate.

본 발명은 접합 공정에 의해 스퍼터 타겟의 야금학적 특성 및 입자 크기가 현저히 변화되지 않고, 타겟과 백플레이트 사이에 원자 접합이 형성되도록 폭발 접합에 의해 백플레이트에 접합된 미세하고, 랜덤한 지향 방향을 가지면서 균일한 크기의 입자를 가지는 고순도의 구리 또는 구리 합금 스퍼터 타겟을 제공한다. 이를 위해, 본 발명의 원리에 따라서, 고순도의 구리 또는 구리 합금 재료가 500℃ 이상으로 1시간 이상 동안 가열되며, 그후, 약 40% 이상의 변형이 적용되도록 고온 가공된다. 그후, 재료는 40% 이상의 추가적인 변형이 적용되도록 부가적으로 냉간 가공되어 타겟 블랭크를 형성한다. 상기 타겟 블랭크는 그후, 300℃ 이상의 온도에서 약 1시간 이상동안 어닐링된다. 본 발명에 따른 공정은 미세하고 균일한 입자 크기를 가지며 랜덤한 지향 방향을 가지는 바람직한 최종 스퍼터 타겟을 형성한다. 상기 타겟 블랭크의 표면은 두개의 금속판 사이에서 프레싱하는 등의 방식으로 평탄화되는 것이 바람직하며, 타겟 재료의 미세 구조를 유지하도록 한번 이상의 제어된 폭발에 의해 이들 평탄화된 면들 중 하나가 구리, 알루미늄 또는 소정의 적합한 재료의 백플레이트에 폭발 접합된다. 본 발명의 원리에 따라 제조 및 접합된 스퍼터 타겟은 약 100㎛ 미만, 바람직하게는 50㎛미만의 크기의 입자가 타겟 전체에 걸쳐 균일하게 산포되어 있으며, 랜덤한 결정학적 지향 방향을 갖는다. 부가적으로, 상기 스퍼터 타겟의 입자는 약 1.5 미만, 바람직하게는 약 1.0 미만의 형상비를 갖는다. 본 발명의 원리에 따라 가공된 구리 또는 구리 합금 스퍼터 타겟은 높은 증착율과, 스퍼터링 동안 최소의 입자 발생과, 높은 막 균일성을 제공한다. 부가적으로, 폭발 접합 기술을 사용함으로써, 타겟과 백플레이트 사이의 접합이 현저히 강해져 스퍼터링 동안 분리가 최소화되며, 또한, 접합 공정 동안 스퍼터 타겟의 야금학적 특성의 변화가 없어진다.According to the present invention, the metallurgical characteristics and particle size of the sputter target are not significantly changed by the bonding process, and the fine and random orientation directions bonded to the backplate by explosion bonding are formed so that the atomic bonding is formed between the target and the backplate. Provided is a high purity copper or copper alloy sputter target having particles of uniform size. To this end, in accordance with the principles of the present invention, high purity copper or copper alloy material is heated to at least 500 ° C. for at least 1 hour and then hot processed to apply at least about 40% strain. Thereafter, the material is additionally cold worked so that at least 40% additional strain is applied to form the target blank. The target blank is then annealed at a temperature of at least 300 ° C. for at least about 1 hour. The process according to the invention forms a preferred final sputter target having a fine and uniform particle size and having a random orientation. The surface of the target blank is preferably planarized, such as by pressing between two metal plates, and one or more of these planarized faces may be formed by one or more controlled explosions to maintain the microstructure of the target material. Explosion-bonded to the backplate of a suitable material. Sputter targets prepared and bonded according to the principles of the present invention have particles of size less than about 100 μm, preferably less than 50 μm, evenly distributed throughout the target and have a random crystallographic orientation. In addition, the particles of the sputter target have a aspect ratio of less than about 1.5, preferably less than about 1.0. Copper or copper alloy sputter targets processed according to the principles of the present invention provide high deposition rates, minimal particle generation during sputtering, and high film uniformity. In addition, by using explosive bonding techniques, the bond between the target and the backplate is significantly stronger, minimizing separation during sputtering, and also avoiding changes in the metallurgical properties of the sputter target during the bonding process.

상술한 바 및 다른 본 발명의 목적과 장점들을 하기의 상세한 설명을 통해 보다 명확하게 알 수 있을 것이다.The above and other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description.

미세하고, 균일한 입자와 랜덤 지향 방향을 가지는 고순도 구리 또는 구리 합금 스퍼터 타겟을 가열, 고온 가공, 냉간 가공 및 어닐링을 포함하는 공정에 의해 제조한다. 이 스퍼터 타겟은 폭발 접합에 의해 백플레이트에 접합되게 되며, 그에 의해, 스퍼터 타겟 재료의 입자의 크기 및 지향 방향이 변화되지 않게 된다.High-purity copper or copper alloy sputter targets having fine, uniform particles and random orientation directions are produced by processes including heating, high temperature processing, cold working and annealing. This sputter target is bonded to the backplate by explosion bonding, whereby the size and direction of orientation of the particles of the sputter target material are not changed.

이를 위해, 본 발명의 원리에 따라서, 고 순도 구리 또는 구리 합금 재료는 약 500℃ 이상의 온도에서 1시간 동안 가열된다. 상기 재료는 잉곳, 강편, 판 또는 후속하는 가공 작업에 적합한 소정의 다른 형태일 수 있다. 상기 재료는 약 500℃ 내지 약 750℃의 범위의 온도로 약 1 내지 2시간 동안 가열되는 것이 바람직하다. 상기 재료가 가열되는 분위기는 크게 중요하지 않다. 상기 재료는 일상적인 조건하에서 가열되거나, 산화를 최소화하도록 보호성 대기하에서 가열될 수 있다.To this end, according to the principles of the present invention, the high purity copper or copper alloy material is heated for one hour at a temperature of about 500 ° C. or higher. The material may be ingots, slabs, plates or any other form suitable for subsequent machining operations. The material is preferably heated to a temperature in the range of about 500 ° C. to about 750 ° C. for about 1 to 2 hours. The atmosphere in which the material is heated is not of great importance. The material may be heated under routine conditions or under a protective atmosphere to minimize oxidation.

그후, 상기 구리 또는 구리 합금 재료는 40% 이상, 바람직하게는 약 50 내지 70%의 변형을 적용받도록 고온 가공되며, 이는 고온 프레싱, 고온 단조, 고온 롤링, 등채널 각도 압출 또는 금속 가공 작업에 적합한 소정의 다른 방식에 의해 수행된다. 여기서 사용되는 가공의 양은 가공전 두께와 두께 감소 사이의 비율을 100%로 환산한 것으로 정의되거나, 재료에 대해 적용된 전단 변형의 양으로써 정의된다. 고온 가공은 중간 어닐링 단계를 가지고 수행되거나, 또는 중간 어닐링 단계 없이 수행될 수 있다. 또한, 재료가 고온 가공되는 분위기는 크게 중요하지 않다. 고온 가공되는 재료는 그후, 공냉, 오븐 냉각, 수냉 또는 다른 액상 매체를 이용한 냉각에 의해 거의 실온까지 냉각될수 있다.The copper or copper alloy material is then hot worked to undergo a strain of at least 40%, preferably about 50 to 70%, which is suitable for hot pressing, hot forging, hot rolling, isochannel angular extrusion or metal working operations. It is performed by some other way. The amount of processing used here is defined as the ratio between the pre-process thickness and the thickness reduction in terms of 100%, or as the amount of shear deformation applied to the material. The high temperature processing can be performed with an intermediate annealing step or without an intermediate annealing step. In addition, the atmosphere in which the material is hot processed is not critical. The hot processed material may then be cooled to near room temperature by air cooling, oven cooling, water cooling or cooling with other liquid media.

그후, 고온 가공된 재료는 일상 조건하에서 약 40% 이상, 바람직하게는 약 50 내지 70%의 변형량으로 냉간 가공되어 최종 두께의 타겟 블랭크를 형성한다. 냉간 롤링, 등채널 각도 압출, 단조 및 압출 등의 공지된 냉간 가공 기술이 이 용도로 사용될 수 있다.The hot worked material is then cold worked to a strain amount of at least about 40%, preferably about 50 to 70%, under ordinary conditions to form a target blank of final thickness. Known cold working techniques such as cold rolling, isochannel angular extrusion, forging and extrusion can be used for this purpose.

냉간 가공이후에, 약 300℃ 이상의 온도에서 1시간 이상 동안 상기 타겟 블랭크를 어닐링하고, 그래서, 상기 타겟 블랭크는 최종적인 미세하고 균일한 입자와 랜덤 지향 방향을 가닌 바람직한 최종적 미세 구조를 가지게 된다. 상기 입자는 입자의 길이와 폭 사이의 비율로서 정의되는 약 1.5, 바람직하게는 1.0 미만의 형상비를 가지는 것이 바람직하며, 이는 등축 입자의 특성이다. 타겟 블랭크는 약 300℃ 내지 약 500℃의 범위의 온도에서 약 1 내지 4 시간 동안 어닐링되는 것이 바람직하다. 가열 단계가 포함되어 있을때, 타겟은 일상적인 조건에서 어닐링되거나, 타겟 재료의 산화를 최소화하기 위해서 보호성 분위기에서 어닐링될 수 있다. 타겟 재료에 부가적인 가공을 부여하는 것을 피하기 위해서 상승된 온도 에서 상기 타겟 블랭크의 상단부 및 저단부 표면이 평탄화될 수 있고, 이는 표면을 평탄하게 하기에 충분한 압력이지만 상기 타겟의 두께를 감소시키지 않는 압력으로 두 대향판 사이에서 프레싱함으로서 달성된다.After cold working, the target blank is annealed for at least 1 hour at a temperature of about 300 ° C. or more, so that the target blank has the desired final microstructure with final fine uniform particles and random orientation. The particles preferably have a aspect ratio of about 1.5, preferably less than 1.0, defined as the ratio between the length and width of the particles, which is a property of equiaxed particles. The target blank is preferably annealed for about 1 to 4 hours at a temperature in the range of about 300 ° C to about 500 ° C. When a heating step is included, the target may be annealed under normal conditions or annealed in a protective atmosphere to minimize oxidation of the target material. The upper and lower end surfaces of the target blank may be flattened at elevated temperatures to avoid imparting additional processing to the target material, which is sufficient to flatten the surface but does not reduce the thickness of the target. By pressing between two opposing plates.

상술한 공정이 스퍼터링 동안 최소의 입자 형성과 양호한 막 균일성을 달성하는 바람직한 타겟 미세 구조를 제공하기 때문에, 타겟 조립체를 완성하기 위한 부가적인 제조 단계는 미세 구조의 변형을 최소화할 수 있어야 한다. 특히, 백플레이트에 타겟을 접합하는 기술과, 최종 치수로 타겟을 기계가공할때, 타겟 재료에 부가적인 가공 또는 고온이 부여되는 것을 피하여야만 한다.Since the process described above provides a desirable target microstructure that achieves minimal particle formation and good film uniformity during sputtering, additional manufacturing steps to complete the target assembly should be able to minimize deformation of the microstructure. In particular, the technique of joining the target to the backplate, and when machining the target to final dimensions, should avoid the addition of additional processing or high temperatures to the target material.

따라서, 본 발명의 부가적인 원리에 따라서, 상기 타겟 블랭크는 구리, 알루미늄 또는 소정의 다른 적합한 금속 또는 합금으로 제조된 백플레이트에 폭발 접합된다. 적절한 재료는 양호한 열 전도성과, 높은 강도와, 탄성 계수를 가진 것이며, 그 열 팽창 계수가 구리와 유사한 것이다. 상기 폭발 접합은 백플레이트의 표면에 근접하게 타겟의 표면을 위치시키고(즉, 그 사이에 작은 간격을 가진 상태로), 상기 표면들 중 하나 또는 그 이상을 서로를 향해 가속시키도록 제어된 하나 이상의 폭발을 발생시킴으로서 달성된다. 상기 폭발 접합 방법은 동일자로 출원된 폴 에스. 길만 등의 " 백플레이트에 스퍼터링 타겟을 접합하는 방법"이란 명칭의 미국 특허 출원에 자세히 설명되어 있다.Thus, according to an additional principle of the invention, the target blank is exploded bonded to a backplate made of copper, aluminum or any other suitable metal or alloy. Suitable materials are those having good thermal conductivity, high strength, modulus of elasticity, and their coefficient of thermal expansion similar to copper. The explosive bonding comprises one or more controlled to position the surface of the target proximate to the surface of the backplate (ie, with a small gap therebetween) and to accelerate one or more of the surfaces towards each other. Is achieved by generating an explosion. The explosion bonding method is Paul S. filed as the same. It is described in detail in a US patent application entitled "Method for Bonding Sputtering Targets to Backplates" by Gilman et al.

리런 폭발 본딩 방법에 의해, 파형 조직 형태로 강한 원자/야금학적 접합이 스퍼터 타겟과 백플레이트 사이의 경계면에 발생되며, 파형 접합 경계면에서 발생되는 국부적 변형을 제외한 백플레이트 재료 또는 스퍼터 타겟의 야금학적 특성에 변화를 초래하지 않는다. 상기 폭발 접합 공정은 상승되지 않은 온도에서 수행되며, 상기 공정으로부터 발생된 열은 백플레이트 및 타겟 금속의 성분으로 전달되기에는 시간이 충분하지 않으며, 따라서, 입자 성장을 발생시킬만한 열 증가가 타겟과 백플레이트 금속에 발생되지 않는다. 따라서, 타겟 블랭크를 가공함으로써 제조된 미세하며, 지향성을 가진 입자가 폭발 접합 공정에 의해 변화되지 않으면서, 강한 접합이 달성된다.By the rerun explosion bonding method, a strong atomic / metallurgical junction in the form of corrugated tissue is generated at the interface between the sputter target and the backplate, and the metallurgical properties of the backplate material or sputter target, except for local deformations occurring at the corrugated junction interface. Does not cause a change. The explosion bonding process is carried out at an un elevated temperature, and the heat generated from the process does not have enough time to transfer to the backplate and the components of the target metal, so that an increase in heat to cause particle growth may occur with the target. It does not occur on the backplate metal. Thus, strong bonding is achieved while the fine, directional particles produced by processing the target blank are not changed by the explosion bonding process.

(실시예)(Example)

순수 구리 재료를 일상적인 조건에서 650℃의 온도로 약 1시간 동안 가열한다. 그후, 상기 재료는 중간 어닐링 없이 일상 조건하에서 60% 고온 프래싱된다. 그후, 상기 프레싱된 재료는 공기중에서 냉각되고, 냉간 롤링으로 60% 감소된다. 그후, 상기 타겟 블랭크는 일상 상태에서 350℃에서 2시간 동안 어닐링되고, 두개의 대향 판 사이에서 평탄화되며, 알루미늄 백플레이트에 폭발 접합된다. 상기 스퍼터 타겟/백플레이트 조립체는 약 25㎛ 의 평균 입자 크기와 0.95의 형상비를 가지며, 이는 타겟 가공 동안 얻어져 폭발 본딩 공정 동안에 유지된다. 관찰된 결정학적 구조는 111, 200, 220 및 311 지향 방향의 등비율(equal ratio)을 갖는다.The pure copper material is heated to a temperature of 650 ° C. for about 1 hour under ordinary conditions. The material is then 60% hot flashed under ordinary conditions without intermediate annealing. The pressed material is then cooled in air and reduced by 60% with cold rolling. The target blank is then annealed at 350 ° C. for 2 hours in normal conditions, flattened between two opposing plates and exploded bonded to an aluminum backplate. The sputter target / backplate assembly has an average particle size of about 25 μm and a aspect ratio of 0.95, which is obtained during target processing and maintained during the explosion bonding process. The crystallographic structures observed have equal ratios in the 111, 200, 220 and 311 directional directions.

본 발명을 상세한 실시예를 통해 설명하였지만, 첨부된 청구범위는 이런 세부 사항에 제한되는 것은 아니다. 본 기술 분야의 숙련자들은 부가적인 장점 및 변용을 용이하게 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 본 상세한 설명에 예시된 대표적인 방법 및 장치의 세부적 사항에 제한되어서는 안된다. 따라서, 본 출원인의 발명의 개념과 범위로부터 벗어나지 않고, 이런 세부 사항들은 변형될 수 있다.Although the invention has been described in detail by way of example, the appended claims are not limited to these details. Those skilled in the art will readily appreciate additional advantages and modifications. Accordingly, the present invention should not be limited to the details of the representative methods and apparatus illustrated in this description. Accordingly, these details may be modified without departing from the spirit and scope of the applicant's invention.

본 발명에 따라서 높은 증착율과, 스퍼터링 동안 최소의 입자 발생과, 높은 막 균일성을 제공하는 구리 스퍼터 타겟이 제공된다. 부가적으로, 폭발 접합 기술을 사용함으로써, 타겟과 백플레이트 사이의 접합이 현저히 강해져 스퍼터링 동안 분리가 최소화되며, 또한, 접합 공정 동안 스퍼터 타겟의 야금학적 특성의 변화가 없어진다.In accordance with the present invention there is provided a copper sputter target that provides high deposition rates, minimal particle generation during sputtering, and high film uniformity. In addition, by using explosive bonding techniques, the bond between the target and the backplate is significantly stronger, minimizing separation during sputtering, and also avoiding changes in the metallurgical properties of the sputter target during the bonding process.

Claims (10)

구리와 구리 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료를 약 500℃ 이상으로 약 1시간 동안 가열하는 단계와,Heating the material selected from the group consisting of copper and copper alloy to at least about 500 ° C. for about 1 hour, 상기 재료를 약 40% 이상의 변형이 적용되도록 고온 가공하는 단계와.Hot working the material to apply at least about 40% strain; 상기 고온 가공된 재료를 약 40% 이상의 변형이 적용되도록 냉간 가공하여 타겟 블랭크를 형성하는 단계와,Cold working the hot worked material to apply at least about 40% strain to form a target blank; 상기 타겟 블랭크를 약 300℃ 이상의 온도에서 약 1시간 이상 동안 어닐링하여 상기 타겟 블랭크에 랜덤 지향방향의 미세하고 균일한 입자가 얻어지도록 하는 단계와,Annealing the target blank at a temperature of about 300 ° C. or more for about 1 hour to obtain fine and uniform particles in a random direction in the target blank; 타겟 블랭크내의 랜덤 지향방향의 미세하고 균일한 입자가 실질적으로 유지되도록 타겟 블랭크를 백플레이트에 폭발 접합하는 단계를 포함하는 랜덤 지향 방향의 미세하고 균일한 입자를 가진 구리 스퍼터링 타겟 제조 방법.A method of manufacturing a copper sputtering target having fine and uniform particles in a random direction, comprising exploding bonding the target blank to the backplate such that the fine and uniform particles in the direction of direction in the target blank are substantially maintained. 제 1 항에 있어서, 상기 재료는 약 500℃ 내지 약 750℃ 사이의 온도에서 약 1 내지 2시간 동안 가열되고,The method of claim 1, wherein the material is heated at a temperature between about 500 ° C. and about 750 ° C. for about 1 to 2 hours, 상기 타겟 블랭크는 약 300℃ 내지 약 500℃ 사이의 온도에서 약 1 내지 4 시간 동안 어닐링되는 구리 스퍼터링 타겟 제조 방법.The target blank is annealed for about 1 to 4 hours at a temperature between about 300 ℃ to about 500 ℃. 구리 및 구리 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료를 약 500℃ 이상에서 약 1시간 이상 동안 가열하는 단계와,Heating a material selected from the group consisting of copper and copper alloys at least about 500 ° C. for at least about 1 hour, 약 40% 이상의 변형이 적용되도록 상기 재료를 고온 가공하는 단계와,Hot working the material to apply at least about 40% strain, 상기 재료를 실질적으로 상온에서 냉각하는 단계와,Cooling the material at room temperature substantially; 상기 고온 가공된 재료를 약 40% 이상의 변형이 적용되도록 냉간 가공하여 타겟 블랭크를 형성하는 단계와,Cold working the hot worked material to apply at least about 40% strain to form a target blank; 약 300℃ 이상의 상승된 온도에서 약 1시간 이상 동안 상기 타겟 블랭크를 어닐링하여 상기 타겟 브랭크가 랜덤 지향방향의 미세하고 균일한 입자를 갖도록 하는 단계와,Annealing the target blank at an elevated temperature of at least about 300 ° C. for at least about 1 hour to ensure that the target blank has fine and uniform particles in a random direction; 상승된 온도에서 타겟 블랭크를 평탄화하는 단계와,Planarizing the target blank at an elevated temperature, 타겟 블랭크내의 랜덤 지향 방향의 미세하고 균일한 입자가 실질적으로 유지되도록 상기 타겟 블랭크를 백플레이트에 폭발 접합하는 단계를 포함하는 랜덤 지향 방향의 미세하고 균일한 입자를 가진 구리 스퍼터링 타겟 제조 방법.A method of manufacturing a copper sputtering target having fine and uniform particles in a random directing direction comprising exploding bonding the target blank to a backplate such that the fine and uniform particles in a random directing direction in the target blank are substantially maintained. 제 3 항에 있어서, 상기 재료는 약 500℃ 내지 약 750℃ 사이의 온도에서 약 1 내지 2 시간 동안 가열되고,The method of claim 3, wherein the material is heated at a temperature between about 500 ° C. and about 750 ° C. for about 1 to 2 hours, 상기 타겟 블랭크는 약 300 내지 약 500℃ 사이의 온도에서 약 1 내지 약 4 시간 동안 어닐링되는 구리 스퍼터링 타겟 제조 방법.The target blank is annealed for about 1 to about 4 hours at a temperature between about 300 to about 500 ° C. 구리 및 구리 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 구성된 스퍼터 타겟과,A sputter target composed of a material selected from the group consisting of copper and copper alloys, 상기 스퍼터 타겟의 표면에 원자 결합된 백플레이트를 포함하고,A back plate atomically bonded to the surface of the sputter target, 상기 스퍼터 타겟은 약 100㎛ 미만 크기의 입자가 타겟 전체에 균일하게 확산되어 있으며, 랜덤한 결정학적 지향 방향을 가지는 구리 타겟/백플레이트 조립체.The sputter target is a copper target / backplate assembly having particles of less than about 100㎛ size uniformly diffused throughout the target, and having a random crystallographic orientation. 제 5 항에 있어서, 상기 스퍼터 타겟의 입자는 약 1.5 미만의 형상비를 가지는 구리 타겟/백플레이트 조립체.6. The copper target / backplate assembly of claim 5, wherein the particles of the sputter target have a aspect ratio of less than about 1.5. 제 5 항에 있어서, 상기 스퍼터 타겟의 입자는 약 50㎛ 미만의 크기를 가지는 구리 타겟/백플레이트 조립체.The copper target / backplate assembly of claim 5, wherein the particles of the sputter target have a size of less than about 50 μm. 구리 및 구리 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 구성된 스퍼터 타겟과,A sputter target composed of a material selected from the group consisting of copper and copper alloys, 상기 스퍼터 타겟의 표면에 원자 결합된 백플레이트를 포함하고,A back plate atomically bonded to the surface of the sputter target, 상기 스퍼터 타겟은 약 100㎛ 미만 크기의 입자가 타겟 전체에 균일하게 확산되어 있으며, 랜덤한 결정학적 지향 방향을 가지고,The sputter target has a particle size of less than about 100㎛ uniformly diffused throughout the target, and has a random crystallographic orientation, 상기 스퍼터 타겟은 약 500℃ 이상에서 약 1시간 이상 동안 구리 또는 구리 합금 재료를 가열하는 단계와, 상기 재료를 약 40% 이상의 변형량으로 고온 가공하는 단계와, 상기 고온 가공된 재료를 약 40%이상의 변형량으로 냉간 가공하여 타겟 블랭크를 형성하는 단계와, 상기 타겟 블랭크를 약 300℃ 이상의 온도에서 약 1시간 이상 동안 어닐링하는 단계를 포함하는 방법으로 제조되고,The sputter target heats a copper or copper alloy material at about 500 ° C. or more for about 1 hour or more, hot processing the material to a deformation amount of at least about 40%, and at least about 40% of the hot processed material. Cold working to a strain to form a target blank, and annealing the target blank for about 1 hour or more at a temperature of about 300 ° C. or more, 상기 접합은 폭발 접합에 의해 달성되고, 상기 스퍼터 타겟의 입자의 결정학적 지향 방향과 크기가 폭발 접합에 의해 변형되지 않는 구리 타겟/백플레이트 조립체.The bonding is achieved by explosion bonding, and wherein the crystallographic orientation and size of the particles of the sputter target are not deformed by explosion bonding. 제 8 항에 있어서, 상기 스퍼터 타겟의 입자는 약 1.5 미만의 형상비를 가지는 구리 타겟/백플레이트 조립체.The copper target / backplate assembly of claim 8, wherein the particles of the sputter target have a aspect ratio of less than about 1.5. 제 10 항에 있어서, 상기 스퍼터 타겟의 입자는 약 50㎛ 미만의 입자 크기를 가지는 구리 타겟/백플레이트 조립체.The copper target / backplate assembly of claim 10, wherein the particles of the sputter target have a particle size of less than about 50 μm.
KR1020000038785A 1999-07-08 2000-07-07 Fabrication and bonding of copper and copper alloy sputtering targets KR20010015222A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US34968799A 1999-07-08 1999-07-08
US09/349,687 1999-07-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20010015222A true KR20010015222A (en) 2001-02-26

Family

ID=23373527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020000038785A KR20010015222A (en) 1999-07-08 2000-07-07 Fabrication and bonding of copper and copper alloy sputtering targets

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2001049426A (en)
KR (1) KR20010015222A (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040072009A1 (en) * 1999-12-16 2004-04-15 Segal Vladimir M. Copper sputtering targets and methods of forming copper sputtering targets
US6896748B2 (en) * 2002-07-18 2005-05-24 Praxair S.T. Technology, Inc. Ultrafine-grain-copper-base sputter targets
JP4955008B2 (en) * 2006-10-03 2012-06-20 Jx日鉱日石金属株式会社 Cu-Mn alloy sputtering target and semiconductor wiring
JP5092939B2 (en) * 2008-07-01 2012-12-05 日立電線株式会社 Flat plate copper sputtering target material for TFT and sputtering method
JP5607512B2 (en) * 2010-11-24 2014-10-15 古河電気工業株式会社 Cylindrical target material, manufacturing method thereof, and sheet coating method thereof
JP5567042B2 (en) * 2012-02-10 2014-08-06 株式会社Shカッパープロダクツ Copper sputtering target material for TFT
JP2013227632A (en) * 2012-04-26 2013-11-07 Ulvac Japan Ltd Indium target and method for manufacturing the same
CN103510055B (en) * 2012-06-27 2015-10-21 宁波江丰电子材料股份有限公司 The preparation method of high-purity copper target material
JP6271798B2 (en) * 2016-07-13 2018-01-31 住友化学株式会社 Manufacturing method of sputtering target
TWI663274B (en) * 2017-03-30 2019-06-21 日商Jx金屬股份有限公司 Sputtering target and manufacturing method thereof
CN113649509B (en) * 2021-08-13 2024-03-22 宁波江丰电子材料股份有限公司 Copper target and preparation method thereof
CN115502403A (en) * 2022-09-29 2022-12-23 宁波江丰电子材料股份有限公司 Preparation method of large-size and high-density molybdenum target

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001049426A (en) 2001-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6478902B2 (en) Fabrication and bonding of copper sputter targets
US5087297A (en) Aluminum target for magnetron sputtering and method of making same
US5439574A (en) Method for successive formation of thin films
US5766380A (en) Method for fabricating randomly oriented aluminum alloy sputtering targets with fine grains and fine precipitates
US6521108B1 (en) Diffusion bonded sputter target assembly and method of making same
JP2002500704A (en) Tunable tantalum and tantalum nitride thin films
KR20010015222A (en) Fabrication and bonding of copper and copper alloy sputtering targets
JP3971171B2 (en) Copper sputter target processing method
US4290876A (en) Sputtering apparatus
US5597458A (en) Method for producing alloy films using cold sputter deposition process
US5965278A (en) Method of making cathode targets comprising silicon
KR100246682B1 (en) Sputtering titanium target assembly and producing method thereof
EP1654395B1 (en) Target/backing plate constructions, and methods of forming them
US4318796A (en) Sputtering apparatus
US20090022622A1 (en) Ternary aluminum alloy films and targets for manufacturing flat panel displays
KR100616765B1 (en) Diffusion bonded sputter target assembly and method of making same
US6723213B2 (en) Titanium target assembly for sputtering and method for preparing the same
JPH07278804A (en) Pure ti target for formation of sputtering thin film
US20040129559A1 (en) Diffusion bonded assemblies and fabrication methods
JPH09104972A (en) Titanium target for sputtering and its production
JPS59179784A (en) Sputtering device
JPH08193264A (en) Method for cooling target
JP2000239835A (en) Sputtering target
JP2001164361A (en) Sputtering target cooling structure
JP3792291B2 (en) Ti target for magnetron sputtering

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination