KR960010166B1

KR960010166B1 - 확산접합된 스패터링타게트조립체 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR960010166B1
Application number: KR1019930019368A
Authority: KR
Inventors: 타테오 오오하시; 히데아키 후쿠요; 이치로 사와무라; 켄이치로 나카무라; 아쯔시 후쿠시마; 마사루 나가사와
Original assignee: 가부시기가이샤 저팬에너지; 나가시마 카즈나리
Priority date: 1992-09-29
Filing date: 1993-09-23
Publication date: 1996-07-26
Also published as: EP0590904A1; EP0590904B1; EP0848080A1; EP0848080B1; DE69329124D1; DE69329303D1; DE69329303T2; EP0831155B1; EP0831155A1; TW234767B; DE69324986D1; DE69329124T2; KR940007216A; DE69324986T2

Abstract

내용없음

Description

확산접합된 스패터링타게트조립체 및 그 제조방법

제1도는 본 발명에 따라 타게트재와 뒤판(Backplate)을 삽입재를 개재해서 고상으로 확산접합한 스패터링타게트조립체의 사시도.

제2도는 실시예 1에 있어서의 본 발명에 따른 고상확산접합재 및 Sn-Pb-Ag개 저융점납재를 사용한 접합재의 실온에서의 접합전단강도를 비교해서 표시한 그래프.

제3도는 실시예 1의 접합재의 접합전단강도의 온도의 조성을 표시한 그래프.

제4도는 본 발명에 따른 Al-1% Si-0.5% Cu 타게트, Ag 박(箔) 및 OFC 제뒤판의 적층재의 접합계면근처의 금속조직을 표시한 현미경사진.

제5도는 텅스텐타게트를 티탄뒤판에 삽입재를 개재해서 고상 확산접합한 접합계면근처의 금속조직을 표시한 현미경 사진.

제6도는 실시예 6에 있어서의 고상확산접합조립체와 In납접합재를 사용한 조립체의 실온에서의 접합전단강도를 비교해서 표시한 그래프.

제7도는 티탄타게트를 티탄뒤판에 고상확산접합한 접합계면근처의 금속조직을 표시한 현미경사진.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 타게트재2 : 뒤판

3 : 삽입재4 : 고상확산접합계면

본 발명은 뒤판을 가진 스퍼터링타게트조립체 관한 것이며, 특히 뒤판과 스패터링타게트를 삽입재를 개재해서 혹은 개재하지 않고 그들의 계면을 고상확산접합한 것을 특징으로 하는 스패터링타게트조립체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 고상확산접합하므로서, 스패터링타게트는, 뒤판과의 밀착성 및 접합강도에 뛰어나는 동시에 뒤판에 접합전의 조직 및 결정입도, 결정배향성등의 결정특성을 유지하고, 또 접합 공정에 기인되는 오염도 받지 않고 있다.

스패터링타게트는, 스패터링에 의해 각종 반도체 디바이스의 전극, 게이트, 배선, 소자, 보호막등을 기판위에 형성하기 위한 스패터링원(源)이 되는, 통상은 원판형상의 판이다. 가속된 입자가 타게트표면에 충돌할 때 운동량의 교환에 의해 타게트를 구성하는 원자가 공간으로 방출되어서 대향하는 기판위에 퇴적한다. 스패터링타게트로서는 Al 내지 Al 합금타게트, 고융점금속 및 합금(W, Mo, Ti, Ta, Zr, Nb등 및 그 합금) 타게트, 고융점 실리사이드(MoSixWSix 등) 타게트등이 대표적으로 사용되고 있으며, 타게트는 통상, 지지 및 냉각목적으로 뒤판으로 호칭되는 뒷면에 대는 부재와 본딩한 조립체의 상태로 사용된다. 스패터링장치에 타게트조립체가 장착되고, 뒤판의 뒷면이 냉각되어서 동작시 타게트속에서 발생되는 열을 탈취한다.

뒤판으로서는, OFC(무산소구리), Cu합금, Al합금, SuS(스테인레스강) 혹은 Ti 내지 Ti합금등의 열전도성이 좋은 금속 및 합금이 사용되고 있다.

종래, 타게트와 뒤판의 본딩에는, In 혹은 Sn합금계등의 저융점납재를 사용한 납땜법이 주로 채용되어 왔다. 그러나, 저융점납재를 사용한 납땜법에는, 다음과 같은 결점이 있었다;

① 납재의 융점이 In에서 158℃ 그리고 Sn계 합금에서는 160∼300℃로 낮기 때문에 사용온도가 융점 가까이 되면 접합전단강도가 급격히 저하하는 일, 즉, 실온에서의 접합전단강도가 In에서 1kg/mm²미만이고 비교적 강도가 높은 Sn 합금계에서도 2∼4kg/mm²로 낮고, 또한 저융점납재이기 때문에, 사용온도의 상승에 따라서 접합전단강도는 급격히 저하하는 일, ② 납땜법에서는, 본딩시의 납재의 응고수축에 의해서 타게트와 뒤판의 접합면에 포어(기공)가 잔존하고, 미접착부가 없는 100% 접합율의 본딩은 곤란하다는 일.

그 때문에, 스패터링시의 투입파워가 낮게 제한되고, 또 규정이상의 스패터링파워가 부하되었을 경우 혹은 냉각수의 관리가 불충분한 경우, 타게트의 온도상승에 따른 접합강도의 저하 혹은 납재의 용해에 대해서 타게트의 박리가 발생하는 등의 사고가 발생하였다.

저융점납재 대신에, 고융점의 납재를 사용하였을 경우에는, 납땜시에 고온이 필요하기 때문에 타게트의 품질에 악영향이 발생하는 일이 있었다.

최근, 스패터링성막시의 시스템효율을 개선하기 위해 점점 큰 스패터링시 투입파워의 채용경향에 있으며, 그 때문에 승온하에서도 접합강도를 소정수준이상으로 유지할 수 있는 타게트가 강하게 요망되고 있다.

이러한 속에서, 일본국특계평 4-143268호 및 동 4-143269호는, 스패터재가 되는 제1의 금속부재와 그 지지부가 되는 제2의 금속부재를 직접 혹은 제1의 금속부재보다 고융점의 스페이서를 개재접합해서 일체화하는 공정과 관여하는 타게트 및 타게트의 제조방법을 개시한다. 일체와하는 방법으로서는, 특히 폭발접합법(폭착법)이 주체적으로 설명되고, 그 외에도 호트프레스법, HIP법, 호트롤법을 사용할 수 있다고 기재되어 있다. 예를 들면, 호트프레스법을 예로들면, 제1금속부재(스패터재)로서 Al-1% Si를 그리고 제2금속부재(지지부)로서 무산소구리를 예로들어, 제1 및 제2금속부재를 비교적 단순한 형상을 가공하고, 양자를 온도가 300∼550℃ 시간이 60분의 호트프레스에 의해 접합하면, 2μm정도의 확산층이 형성된다고 하고 있다. 그후, 접합된 제1 및 제2금속부재(스패터재 및 지지부)는 각각, 최종형상으로 가공된다. 단, 제1금속부재 및 제2금속부재를 소정의 형상으로 가공한 다음 상기 폭착법에 의해 접합할 수도 있다고 하는 취지의 기재가 있다.

그러나, 상기의 방법은, 폭착법, 호트프레스법, HIP법 및 호트롤법이라고 하는 매우 큰 충격 혹은 부하아래서 제1 및 제2금속부재를 강압착하는 것이고, 스패터재가 되는 제1금속부재(즉, 타게트재)의 변형과 그것에 수반되는 내부변형의 증대나 결정조직의 변화가 발생하기 때문에, 특히 타게트의 결정입자직경이나 결정배향성에 대해서 그 균일성이 무너지고, 타게트의 각 부위에서 결정입자직경이나 결정방위가 다르기 때문에 타게트재로부터의 스패터량이 타게트재의 장소에 따라 변동하기 시작하고, 그 결과 막두께가 불균일하게 되고, 따라서 막특성이 불균일하게 되는 일이 최근 중요한 문제로서 지적되고 있다. 또, 표층부의 오염이 심하고, 최종치수로 마무리하는데는 타게트소재의 수율이 매우 나쁘다. 제1금속부재 및 제2금속부재를 소정의 형상으로 가공한 다음 상기 폭착법에 의해 접합할 수도 있다는 취지의 기재도 있으나, 상기와 마찬가지로 타게트재의 변형과 그것에 수반되는 내부변형이나 조직변화 및 표층부의 오염을 회피하는 것은 불가능하다.

최근에는 알루미늄 내지 알루미늄 합금과 같은 1000℃ 미만의 타게트재를 사용해서 반도체디바이스의 배선등을 작성하는 예가 급증하고 있으며, 이러한 타게트재의 대부분은 매우 높은 순도에서 최종치수형상으로 마무리한 형태에서 공급된다. 이와 같은 비교적 융점이 낮은 타게트재일수록, 상기 방법으로는 타게트재의 결정조직의 손상은 크고, 때로는 타게트재의 결정입자가 조대화(租大化)한다.

본 발명의 목적은, 최총치수형상으로 마무리한 타게트재에, 타게트재의 결정조직의 불균일화를 억제하고 또한 타게트재의 큰 변형이나 변질등의 악영향 없이 뒤판에 고강도로 접합하는 기술을 개발하는 일이다.

본 발명자는, 타게트재의 결정입자성장등의 결정특성의 변화를 억제하고, 그리고 타게트재에 거의 변형기타의 악영향을 주지 않는 접합방법을 검토한 결과, 삽입재를 사용해서 혹은 사용하지 않고 고상확산접하므로서 그들 계면에 있어서 예상이상으로 매우 양호한 본딩을 얻게되는 것을 발견하였다. 진공속에서 가벼운 부하(낮은 변형속도)아래서 고상상태를 유지해서 확산접합하므로서, 타게트재의 변질등을 수반하는 일없이, 계면에 포이등의 미접착부가 없는 높은 밀착성과 높은 접합강도를 얻게되고, 또한 타게트재가 결합전에 가지고 있던 결정조직의 불균일화, 결정입자의 성장, 조직 변화등은 억제되는 것이다.

여기서, 「고상확산결합」이란, 타게트재와 뒤판의 사이에 1종 이상의 삽입재를 삽입해서 혹은 삽입재를 사용하지 않고, 타게트와 뒤판을 용융시키는 일없이 고상상태를 유지한 그대로, 경도의 가열 및 가압조건하에서 계면에 확산을 발생시켜서 타게트재에 결정입자성장을 포함악영향을 주는 일없이 접합을 가져오게 하는 방법이다.

이 지견에 의거해서, 본 발명은 뒤판과 스패터링타게트를 삽입재를 개재해서 혹은 개재하지 않고 그들의 계면을 고상확산접합하고, 그때 스패터링타게트가 뒤판에의 접합전의 금속학적특성 및 성질상태를 실질상유지하는 것을 특징으로 하는 스패터링타게트 조립체를 제공한다.

타게트재를 1000℃의 융점을 기준으로 해서 나누어 설명하면 편리하다. 제1의 양성에 있어서, 본 발명은 (1-1); 1000℃미만의 융점을 가진 타게트재와, 1종이상의 삽입재와, 뒤판을 구비하고, 상기 타게트재와 상기 삽입재 및 상기 삽입재와 상기 뒤판이 각각 고상확산접합계면을 가지는 동시에, 상기 타게트재가 결정입자직경이 250μm 이하의 균일한 결정조직인 것을 특징으로 하는 고상확산접합스패터링타게트조립체, 및 (1-2); 1000℃미만의 융점을 가진, 소정의 최종형상의 타게트재와 소정의 최종형상의 뒤판을 1종 이상의 삽입재를 사이에 삽입하고 진공하에서 150∼300℃의 온도에서 고상확산접합시키는 것을 특징으로 하는 타게트재가 결정입자직경이 250μm이하의 균일한 결정조직인 것을 특징으로 하는 고상확산접합스패터링타게트 조립체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 타게트재의 대표에는 알루미늄 또는 알루미늄합금이다. 삽입재의 대표에는 은 또는 은합금, 구리 및 구리합금, 니켈 및 니켈합금등이다.

제2의 양상에 있어서, 본 발명은, (2-1); 1000℃ 이상의 융점을 가진 타게트재와, 이 타게트재의 융접보다도 낮은 융점을 가진 금속 또는 합금으로부터 선택되는 1종 이상의 삽입재와, 뒤판을 구비하고, 상기 타게트재와 상기 삽입재 및 상기 삽입재와 상기 뒤판이 각각 고상확산 접합계면을 가진 것을 특징으로 하는 고상확산접합 스패터링타게트조립체, 및 (2-2); 1000℃ 이상의 융점을 가진, 소정의 최종형상의 타게트재와 소정의 최종형상의 뒤판을 상기 타게트재의 융점보다도 낮은 융점을 가진 금속 또는 합금으로부터 선택되는 1종이상의 삽입재를 사이에 삽입해서 진공하에서 200∼600℃의 온도 및 0.1∼20kg/mm²의 압력조건에서 고상확산접합시키는 것을 특징으로 하는 스패터링타게트조립체를 제조하는 방법을 제공한다. 타게트재의 대표에는, W, Mo, Ti, Ta, Zr, Nb로 이루어진 군으로부터 선택되는 고융점 금속 및 그 합금이다. 삽입재의 대표에는 은 또는 은합금, 구리 및 구리합금, 니켈 및 니켈합금등이다.

티탄타게트재와, 티타제뒤판과의 조합에 있어서는, 삽입재를 사용하지 않아도 고상확산접합이 가능하다는 것이 발견되었다. 그래서, 제3의 양상에 있어서, 본 발명은, (3-1); 티탄게트재와, 티탄제뒤판을 구비하고, 상기 티탄타게트재와 상기 티탄제뒤판이 고상확산접합계면을 가지는 동시에, 상기 타게트재가 결정입자직경이 100μm이하의 균일한 결정조직인 것을 특징으로 하는 고상확산접합스패터링타게트 조립체, 및 (3-2); 티탄타게트재와 티탄재뒤판을 변형속도 1×10^-3/Sec 이하의 조건에서 바람직하게는 온도 350∼650℃에서 고상확산접합시키는 것을 특징으로 하는 타게트재가 결정입자직경이 100μm 이하의 균일한 결정조직인 고상확산접합스패터링타게트조립체를 제조하는 방법을 제공한다.

타게트재와 뒤판을 삽입재를 사이에 끼우고 혹은 사이에 끼우지 않고 저온 및 저압에서 고상확산접합하므로서, 타게트재의 결정입자성장을 억제하고, 타게트의 변질 혹은 변형을 발생하는 일이, 구성원자가 상호 확산하므로서 높은 밀착성과 높은 접합강도를 얻게 되고, 사용온도의 상승에 의한 접합강도의 급격한 저하가 발생되지 않고, 고상접합이기 때문에 계면에 포어등의 미접착부가 없는 100% 접합율의 고도로 신뢰성을 가진 본딩을 얻게된다.

이하에 바람직한 구체예를 도면에 의거해서 상세히 설명한다.

제1도는, 본 발명의 일구체예에 따라 타게트재(1)와, 뒤판(2)과 삽입재(3)를 개재해서 확산접합한 스패터링타게트조립체를 표시한다. 양자는 고상확산접합계면(4)을 개재해서 강고히 본딩되어 있다. 타게트재와 뒤판과의 조합에 따라서는, 삽입재(3)를 생략할 수도 있다. 이 경우에는, 타게트재(1)와 뒤판(2)의 직접 고상확산접합계면을 형성한다. 타게트재는 그 접합전의 결정입도 및 결정방위나 조직과 같은 금속학적 특성 및 성상을 유지하고 있다.

본 발명은 각종재료의 타게트재를 대상으로 한다. 설명의 편의상, 융점 1000℃를 기준으로 해서 타게트재를 나누어서 설명한다. 본 발명은 1000℃ 이하의 융점의 타게트재 또는 1000℃를 초과하는 융점을 가진 타게트재 전부를 대상으로 한다.

1000℃ 이하의 타게트재의 대표에는 알루미늄 및 Al-Si-Cu, Al-Si Al-Cu등의 알루미늄합금이다. 그외에, Cu, Au와 같은 금속을 주성분으로 하는 합금타게트도 대상으로 한다. 이 경우에는, 삽입재로서는 통상, Ag, Cu, Ni 또는 이들의 합금등을 사용할 수 있다. 이들의 1종이상을 성층해서 사용할 수 있다.

1000℃를 초과하는 융점을 가진 타게트의 예는, 고융점 금속 및 합금, 예를 들면 W, Mo, Ti, Ta, Zr, Nb등 및 W-Ti와 같은 금속 및 그 합금타게트재, 고융점실리사이드(Mo Six, WSix등)와 같은 고융점화합물타게트재이다. 이 경우에는, 삽입재로서는, 타게트재의 융점보다 낮은 융점을 가진 금속 또는 합금의 1종 이상이 사용된다. Ag, Cu, Ni 또는 이들의 합금이 삽입재의 대표예이다. 1000℃를 초과하는 융점을 가진 타게트의 경우에는, 고상확산접합을 초래하기 위해서는, 타게트재의 융점보다 낮은 융점을 가진 삽입재의 사용이 필요하다.

티탄타게트재와 티탄제뒤판의 조합의 경우에는, 삽입재 없이 고상확산접합이 가능하다. 티탄타게트재는 특히 순도 99.99% 이상의 고순도티탄타게트를 대상으로 한다.

티탄제뒤판은 통상의 공업순도의 것이면 된다. 본 발명에 있어서는 「티탄」이란 10중량%까지의 소량의 Al, V, Sn과 같은 합금첨가재를 함유한 것도 포괄하는 것이다.

삽입재를 사용하는 경우, 스패터링타게트조립체의 제작시에 있어서, 뒤판과 타게트를 아세톤과 같은 유기용매에 의해 탈지 및 세정한 후, 바람직하게는 10μm 이상의 두께의 Ag, Cu, Ni 또는 이들의 합금중의 1종이상의 삽입재를 계면에 삽입한다. 삽입재도 탈지 및 세정해두는 것이 필요하다. 삽입재로서 10μm 이상 두께의 것을 사용하는 것이 바람직한 이유는, 타게트와 뒤판과의 접합면에 잔존하는 기계가공시의 수 μm의 요철(凹凸)에 기인되는 마이크로 포어가 남기 때문에, 접합강도가 저하되기 때문이다. 삽입재의 두께의 상한은, 고상확산접합을 가져올 수 있는 데에 충분하면 특별히 지정은 하지 않으나, 과도하게 두꺼운 것은 쓸모가 없다. 통상적인 박(箔), 얇은시트 등을 사용할 수 있다. 삽입재의 재질로서는, 고상확산접합을 가져오는데 적당히 높은 융점과 확산능력이란점에서, 상기한 바와 같이, Ag, Cu, Ni 또는 이들의 합금이 적당하다. 삽입재를 1층이상 겹쳐서 사용해도 된다. 접합면에 산화물등이 존재하지 않도록 하는 것이 긴요하다.

1000℃ 이하의 융점의 타게트재의 경우, 타게트재와 뒤판과 삽입재의 적층제를 일반적으로 0.1Torr이하의 진공하에서 150∼300℃, 바람직하게는 150∼250℃의 접합온도범위내에서의 일정온도에서 1.0∼10kg/mm²의 가압하, 바람직하게는 3∼10kg/mm²로 유지하고, 고상 상태에서 확산접합하므로서 스패터링타게트조립체를 얻게된다. 산화물의 형성을 방지하기 위해서 바람직하게는 0.1Torr 이하의 진공분위기속에서 실시된다. 적용하는 하중은, 접합온도 및 대상으로 하는 재질에 따라 선택된다. 계면을 확실히 발생하도록 압접하는데는 최소한 1.0kg/mm²의 부하가 필요하며, 다른 한편 20kg/mm²를 초과하는 부하에서는 타게트재의 손상을 초래할 위험성이 있다. 또, 접합온도를 150∼300℃로 한 것은, 150℃ 미만에서는 원자의 확산이 불충분하고, 양호한 밀착성을 얻지 못하기 때문이며, 다른 한편 300℃를 초과하면 타게트재의 결정입자성장이 일어나기 때문이다. 또는 타게트재와 뒤판과의 열팽창율의 차에 의해 휘어짐이 발생하고 혹은 변형이 발생하기 쉽게 되어, 접합불량이 되기 쉽기 때문이다.

1000℃를 초과하는 융점을 가진 타게트재의 경우, 타게트재와 뒤판과 삽입재와의 적층제를 일반적으로 0.1Torr이하의 진공하에서 200∼600℃의 접합온도범위내에서의 일정온도에서 0.1∼20kg/mm²의 가압하, 바람직하게는 3∼10kg/mm²로 유지하고, 고상상태에서 확산접합하므로서 스패터링타게트조립체를 얻게 된다. 산화물의 형성을 방지하기 위하여 0.1Torr이하의 진공분위기속에서 실시된다. 적용하는 하중은, 접합온도 및 대상으로 하는 재질에 따라 선택된다. 계면을 확산이 발생되도록 압접하는데는 최소한 0.1kg/mm²의 부하가 필요하고, 다른 한편 20kg/mm²를 초과하는 부하에서는 타게트재의 손상을 초래할 위험성이 있다. 또, 접합온도를 200∼600℃로 한 것은, 200℃ 미만에서는 원자의 확산이 불충분하며, 양호한 밀착성을 얻지 못하기 때문이며, 다른 한편 600℃를 초과하면 타게트재 및/또는 뒤판의 결정조직, 기계적성질등이 변질될 염려가 발생하기 때문이며, 또 타게트재와 뒤판과의 열팽창율의 차에 의해 휘어짐이 발생하고 혹은 변형이 발생하여, 접합불량이 되기 쉽기 때문이다.

티탄타게이트재와 티탄뒤판조립체의 경우, 티탄타게이트재와 티탄뒤판과의 적층체를 일반적으로 0.1Torr이하의 진공하에서 그리고 350∼650℃, 바람직하게는 450∼600℃의 접합온도범위내에서의 일정온도에서, 0.1∼20kg/mm²의 부하하에서, 1×10^-3/Sec 이하의 바람직하게는 1×10^-4/sec이하의 변형속도에서 고상상태에서 확산접합하므로서 스패터링타게트조립체를 얻게된다. 산화물의 형성을 방지하기 위하여 바람직하게는 0.1Torr 이하의 진공분위기속에서 실시된다. 적용하는 하중은, 접합온도 및 대상으로 하는 재질에 따라 선택된다. 계면을 확산이 발생되도록 압접하는데는 최소한 0.1kg/mm²의 부하가 필요하고, 다른 한편 20kg/mm²을 초과하는 부하에서는 타게트재의 손상을 초래할 위험성이 있다. 또, 접합온도를 바람직하게는 350∼650℃로 한 것은, 350℃ 미만에서는 원자의 확산이 불충분하고, 양호한 밀착성을 얻기 어려운 때문이며, 다른한편 650℃를 초과하면 타게트재의 결정입자성장이 일어나기 쉽기 때문이다. 특히 변형속도를 제어하는 일이 중요하다. 변형속도가 1×10^-3/Sec를 초과하면, 타게트내의 불균질한 변형, 그에 수반되는 부분적인 조직변화의 원인이 된다. 또, 확산접합계면의 접합강도의 저하의 원인으로도 된다.

이렇게해서 얻게된 스패터링타게트조립체는 타게트재의 변질을 방지하고 있지 않고 액상(液相)을 발생하지 않고 고상확산접합에 의해 100% 접합율의 접합계면을 가지고, 높은 투입파워의 스패터링장치에 있어서도 양호하게 사용될 수 있다. 또한, 타게트의 결정입자를 소정의 수준이하로, 예를 들면 1000℃ 이하의 융점의 타게트재의 경우에도 250μm이하로, 티탄타게이트재와 티탄뒤판조립체의 경우 100μm 이하로 억제할 수 있고, 균일한 스패터링을 보증한다. 타게트표면에 흡착한 수분 및 가스등의 저감화를 도모하기 위하여, 저융점 납재의 경우와는 달리, 사용전에 타게트자체를 200℃ 전후에서 베이킹하는 것도 가능하다.

이하, 실시예 및 비교예에 의거해서 본 발명을 더 상세하게 설명한다. 여기 제시하는 실시예는 단순한 예시목적으로서, 본 발명을 한정하는 것을 의도하는 것은 아니다.

실시예 1

300mm 직경의 Al-1%, Si-0.5%, Cu 타게트 및 동일치수의 DFC(무산소구리) 제뒤판을 아세톤에 의해 초음파탈지세정하였다. 삽입재는 두께 100μm의 Ag박을 사용하였다. 아세톤에 의한 초음파탈지세정후 Al-1% Si-0.5% Cu 타게트 및 OFC제뒤판사이에 삽입재를 삽입하였다.

Al-1% Si-0.5% Cu 타게트, Ag박 및 OFC 제뒤판의 적층재를 5×10^-5Torr의 진공하에서 접합온도를 250℃ 그리고 부하를 8kg/mm²로서 확산 접합시켰다. 접합후의 타게트의 결정입자직경은 150μm이었다.

접합온도만을 350℃로서 고상확산접합시켰던 바, 결정입자직경은 400μm이 되었다. 확산접합재의 직경방향을 따라서 45개의 부위로부터 잘라낸 시험편의 실온에서의 접합전단강도와 종래의 Sn-Pb-Ag 계저융점납재에 의해 동일하게 접합한 동일한 Al-1% Si-0.5% Cu 타게트 및 OFC(무산소구리)제 뒤판의 적층재의 실온에서의 접합전단 강도를 비교해서 제2도에 표시한다. 제3도에는 이들 접합재의 접합전단강도의 온도의존성을 표시한다. 제2도 및 제3도에 표시된 바와 같이, 실온에서의 접합전단강도는 Sn-Pb-Ag 계저융점납재를 사용한 것은 약 3kg/mm²이나, 본 발명에 따른 고상확산 접합재에서는 약 6kg/mm²로 대략 2배정도 높은 접합전단강도를 가지고, 또한 온도의존성에 관해서도 Sn-Pb-Ag 계저온납재를 사용한 것은 납재의 융점인 180℃ 근처에서는 접합전단강도는 영이 되나, 본 발명 고상확산접합재는 200℃ 이상에서는 3kg/mm²이상의, 250℃에서도 2kg/mm²의 접합전단 강도를 유지하고 있다. 제4도에 본 발명에 따른 Al-1% Si-0.5%, Cu타게트, Ag박 및 OFC 제뒤판의 적층재의 접합계면근처의 현미경사진을 표시한다.

실시예 2

실시예 1과 마찬가지로해서 구리박 및 니켈박을 삽입재로서 사용해서 고상확산접합에 의해 타게트를 제작하였던 바, 마찬가지의 효과가 달성되었다,

실시예 3

300mm 직경의 Ti타게트재 및 동일치수의 OFC(무산소구리) 제 뒤판을 아세톤에 의해 초음파탈지세정하였다. 삽입재는 두께 100μm의 Ag박을 사용하였다. 아세톤에 의한 초음파탈지세정후, Ti타게트재 및 OFC 제뒤판사이에 삽입재를 삽입하였다.

Ti타게트재, Ag박 삽입재 및 OFC 제뒤판의 적층재를 5×10^-5Torr의 진공하에서 접합온도를 250℃ 그리고 부하를 8kg/mm²로서 확산접합시켰다.

실시예 1의 경우와 마찬가지로해서, 확산접합재의 직경방향을 따르는 5개의 부위로부터 잘라낸 시험편의 실온에서의 접합전단강도와 종래의 Sn-Pb-Ag 계저융점납재에 의해 마찬가지로 접합한 동일 Ti 타게트재 및 OFC(무산소구리) 제뒤판의 적층재의 실온에서의 접합전단강도를 비교하였던 바 제2도와 마찬가지의 그래프를 얻게 되었다.

이들 접합재의 접합전단강도의 온도 의존성은 역시 제3도와 마찬가지였다. 실온에서의 접합전단강도는 Sn-Pb-Ag 계저융점납재를 사용한 것은 약 3kg/mm²이나, 본 발명을 따르는 고상확산접합재에서는 약 6kg/mm²로, 대략 2배 정도 높은 접합전단강도를 가지며, 또한 온도의존성에 관해서도 Sn-Pb-Ag 계저온납재를 사용한 것은 납재의 융점인 180℃ 근처에서는 접합전단강도는 영이 되나, 본 발명 고상확산접합재는 200℃ 이상에서는 3kg/mm²이상의, 250℃에서도 2kg/mm²의 접합전단강도를 유지하고 있다.

실시예 4

직경 295mm의 고순도(99.999%) 텅스텐타게트재를 공업순도의 티탄뒤판에는 삽입재를 개재해서 5×10^-5Torr의 진동하에서의 접합온도를 400℃ 그리고 부하를 8kg/mm²로해서 확산접합하였다. 얻게된 접합제의 접합계면의 현미경사진을 제5도에 표시한다. 사진에서 포어등의 미접착부가 없고 100% 접합율의 계면을 얻고 있음을 알 수 있다. 실시예 3과 마찬가지로 직경을 따른 5개의 부위로부터의 시험편의 실온에서의 접합전단강도는 7kg/mm²였다. 이에 대해서, In 납접합재의 경우에는 접합전단강도는 1kg/mm²의 수준에 머물었다. 고상확산접합의 우수성이 확인된다.

실시예 5

실시예 3과 마찬가지로해서 구리박 및 니켈박을 삽입재로서 사용해서 고상확산접합에 의해 타게트를 제작하였던 바, 마찬가지의 효과가 달성되었다.

실시예 6

직경 295mm의 고순도(99.999%) 티탄타게트를 공업순도의 티탄뒤판에 직접, 즉 삽입재를 사용하지 않고, 5×10^-5Torr의 진공하에서 접합온도를 550℃ 그리고 부하를 7.5kg/mm²로 해서 변형속도 2×10^-5Torr에서 확산접합하였다. 제6도는 본 발명을 따르는 고상확산접합에 의한 조립체 및 In 납 접합재를 사용한 조립체의 실온에서의 접합전단강도를 비교해서 표시한다. 얻게된 접합재의 접합계면의 현미경사진을 제7도에 표시한다. 접합후 타게트의 결정입자직경은 50μm이었다. 사진에서 포어등의 미접착부가 없고 100% 접합율의 계면을 얻고 있음을 알 수 있다. 시험편의 실온에서의 접합전단강도는 25kg/mm²그리고 접합인장강도는 43kg/mm²이였다. 이에 대해서, In 납접합재의 경우에는 접합전단강도는 1kg/mm²의 수준에 머물었다. 고상확산접합의 우수성이 확인된다.

실시예 7

실시예 6과 마찬가지로해서 접합온도를 500℃ 그리고 변형속도를 1×10^-5/Sec로해서 고상확산접합에 의해 타게트조립체를 제작하였던 바, 마찬가지의 효과가 달성되었다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 저온 및 저압에서 고체상 확산접합하기 때문에, ① 결정조직의 균일성이 유지되고, 결정입자의 성장이 억제되는 일, ② 제작시에 타게트재로의 손상이 없는 일, ③ 접합계면에서 타게트재와 뒤판과 삽입재와의 구성원자가 혹은 타게트재와 뒤판과의 구성원자가 상호 확산되므로서 높은 밀착성과 높은 접합강도를 얻을 수 있는 일, ④ 저융점계납재와 비교해서 사용온도의 상승에 수반되는 접합강도의 급격한 저하가 없는 일, ⑤ 고상접합이기 때문에, 본딩시의 납재의 응고수축에 수반되는 표어등의 미접착부가 없고 100% 접합율이 높은 신뢰성을 가진 본딩을 얻을 수 있는 등의 결과로서 (a) 타게트재를 그 손상을 발생시키는 일없이 뒤판에 접합할 수 있고, (b) 스패터링의 균일성이 보증되고, 그 때문에, 막두께가 일정해지고, 그에 의해 막특성이 균일하게 되고, (c) 스패터링시의 투입파워를 더욱 크게하는 일이 가능하고 스패터링성막시의 시스템효율을 개선할 수 있고, 나아가서는 (d) 타게트자체를 200℃ 전후에서 베이킹하는 것이 가능하고, 타게트표면에 흡착된 수분 및 가스등의 저감화를 실현한다고 하는 효과를 가진다.

Claims

뒤판과 스패터링타게트 삽입재를 개재해서 혹은 개재하지 않고 그들의 계면을 고상확산접합하고, 그때 스패터링타게트가 뒤판에의 접합전의 금속학적특성 및 성상을 실장상 유지하고 있는 것을 특징으로 하는 스패터링타게트조립체.
1000℃ 미만의 융점을 가진 타게트재와, 1종 이상의 삽입재와, 뒤판을 구비하고, 상기 타게트재와 상기 삽입재 및 상기 삽입재와 상기 뒤판이 각각 고확산접합계면을 가지는 동시에 상기 타게트재가 결정입자직경이 250μm이하의 균일한 결정조직인 것을 특징으로 하는 고체확산접합스패터링타게트조립체.
제2항에 있어서, 타게트재가 알루미늄 또는 알루미늄합금, 구리 또는 구리합금, 혹은 니켈 또는 니켈합금인 것을 특징으로 하는 고확산접합스패터링타게트조립체.
제2항에 있어서, 삽입재가 은 또는 은합금, 구리 또는 구리합금, 혹은 니켈 또는 니켈합금인 것을 특징으로 하는 고상확산접합스패터링타게트조립체.
제3항에 있어서, 삽입재가 은 또는 은합금인 것을 특징으로 하는 고상확산접합스패터링타게트조립체.
1000℃ 미만의 융점을 가진, 소정의 최종형상의 타게트재와 소정의 최종형상의 뒤판을 1종 이상의 삽입재를 사이에 삽입해서 진공하에서 150∼300℃의 온도에서 고상확산접합시키는 것을 특징으로 하는 고상확산접합스패터링타게트조립체를 제조하는 방법.
1000℃ 이상의 융점을 가진 타게트재와, 이 타게트재의 융점보다 낮은 융점을 가진 금속 또는 합금으로부터 선택되는 1종 이상의 삽입재와 뒤판을 구비하고, 상기 타게트재와 상기 삽입재 및 상기 삽입재와 상기 뒤판이 각각 고상확산접합계면을 가진 것을 특징으로 하는 고체상확산접합스패터링타게트조립체.
제7항에 있어서, 타게트재가 W, Mo, Ti, Ta, Zr, Nb로 이루어진 군으로부터 선택되는 고융점 금속 및 그 합금인 것을 특징으로 하는 고체상확산접합스패터링타게트조립체.
제7항에 있어서, 삽입재가 은 또는 은합금, 구리 또는 구리합금, 혹은 니켈 또는 니켈합금인 것을 특징으로 하는 고체상확산접합스패터링타게트조립체.
제8항에 있어서, 삽입재가 은 또는 은합금, 구리 또는 구리합금, 혹은 니켈 또는 니켈합금인 것을 특징으로 하는 고체상확산접합스패터링타게트조립체.
1000℃ 이상의 융점을 가진, 소정의 최종형상의 타게트재와 소정의 최종 형상의 뒤판을 상기 타게트재의 융접보다도 낮은 융점을 가진 금속 또는 합금으로부터 선택되는 1종 이상의 삽입재를 사이에 삽입해서 진공하에서 200∼600℃의 온도 및 0.1∼20kg/mm²의 압력조건에서 고체상확산 접합시키는 것을 특징으로 하는 스패터링타게트조립체를 제조하는 방법.
티탄타게트재와, 티탄제뒤판을 구비하고, 상기 티탄타게트재와 상기 티탄 뒤판이 고상확산접합계면을 가짐과 동시에, 상기 타게트재가 결정입자직경이 100μm 이하의 균일한 결정조직인 것을 특징으로 하는 고상확산접합스패터링타게트조립체.
티탄타게트재와 티탄재뒤판을 변형속도 1×10^-3/Sec 이하의 조건에서 고상확산접합시키는 것을 특징으로 하는 타게트재가 결정입자직경이 100μm이하의 균일한 결정조직인 고상확산접합스패터링타게트조립체를 제조하는 방법.
제13항에 있어서, 온도 350∼650℃에서 확산접합한 것을 특징으로 하는 고상확산접합스패터링타게트조립체를 제조하는 방법.