Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargets auf der Basis eines Metalles oder einer Metallegierung, vorzugsweise mit einer Schmelztempe- ratur unterhalb 750°C.

Eine Reihe von Sputtertargets müssen aus Metallen oder Legierungen hergestellt werden, die nur schwer oder gar nicht über einen Gießprozeß herstellbar sind.

Für Phase-Change-Disks, z. B. CD-RW, DVD-RW bzw. DVD-RAM, werden z. B. komple- xe mehrphasige, überwiegend Te-haltige Legierungen eingesetzt. Dabei werden für das Phase-Change-Prinzip, z. B. für optische Speicherplatten, deren Schichtstruktur in Folge von Lichtimpulsen amorph oder kristallin ist, Sputtertargets zur Abscheidung von Schichten für entsprechende optische Speichermedien hergestellt. Diese Targets können z. B. über ein endformnahes Gießen hergestellt werden, wie es beispielsweise in der DE-OS 197 10 903 offenbart und erläutert ist.

Beim Gießen bilden sich allerdings relativ grobe Körner oder Gefügebestandteile. Auf diese Weise hergestellte Targets weisen Poren auf und neigen zur Rißbildung bei mechanischer Belastung. Außerdem hat sich gezeigt, daß diese Herstellungsweise bei Legierungen mit breitem Erstarrungsintervall zu Seigerungen und damit auch zu makroskopisch inhomoge- nen Targets führt.

Ein anderes übliches Herstellungsverfahren geht von Legierungspulvern aus. Hierzu werden zunächst Platten in der Legierungszusammensetzung gegossen. Anschließend werden diese Platten zu Pulvern im Bereich <300 um gemahlen. Wesentlich feinere Pulver sind nur auf- wendig herstellbar, da zur Erzielung eines niedrigen Sauerstoffgehalts dann unter Schutzgas gearbeitet werden muß. Zwar hat man schon versucht, feinkörnige Pulver durch konventio- nelle Gasverdüsung zu erreichen. Diese ist aber kostenintensiv. Bei Metallen mit hohem Dampfdruck, also beispielsweise bei der Herstellung von Sputtertargets auf der Basis von Zn-oder Te-Legierungen, treten beim Verdüsen zu starken Abdampfverluste und entspre- chende, äußerst kritisch einzustufende Kontaminationen der Anlage auf. Außerdem ergibt sich wegen der Abdampfung eine Verschiebung der Pulverstöchiometrie.

Die über konventionelles Gießen und Mahlen hergestellten Targets haben den Nachteil, daß l3 das Gefüge üblicherweise recht grob ist. Die Größe der Einzelkörner bzw. der ausgeschie- denen intermetallischen Phasen reicht bis zur Maximalgrõße der eingesetzten Pulverteil- chen, d. h. bis zu mehreren 100 Am. Hieraus kann eine inhomogene Schichtzusammenset- zung resultieren. Außerdem bildet sich auf solchen Targets während der Sputtererosion eine sehr rauhe Oberfläche. Außerdem weisen die einzelnen groben Gefügebestandteile u. U. nur eine unvollständige Anbindung auf, da sie von dünnen spröden Oxidhäuten umgeben sind.

Dies kann zu anormalen Entladungen wie z. B. Arcing und hohen Partikelraten führen mit entsprechenden negativen Auswirkungen auf die Fehlerfreiheit der Speicherschicht.

Verringert man die Größe der Pulverpartikel, so steigt der Sauerstoffgehalt beim Mahlen an Luft schnell von wenigen 100 ppm auf mehrere 1000 ppm an. Dies kann einerseits zu schlechteren Schichteigenschaften führen, andererseits neigen solche Targets eher zum Rei- ßen, da die oberflächliche Belegung der Pulverteilchen mit Oxiden deren Verschweißen beim Verdichten verhindert. Abhilfe würde hier nur ein aufwendiges Mahlen und Handha- ben unter hochreinem Schutzgas verschaffen, also insbesondere ein auch unter Kostenge- sichtspunkten untolerierbarer Aufwand.

Aluminiumtargets mit geringen Zusätzen an weiteren Elementen wie z. B. Cr, Ti, Ta, Selten Erden usw., werden in verschiedenen Anwendungen, wie z. B. für Reflexionsschichten oder Leiterbahnen eingesetzt. Übliche Herstellungswege sind entweder das Gießen und Walzen von Blöcken, das Sprühformen oder das druckunterstützte Verdichten von verdüsen Pul- vern.

Beim Erstarren von Gußblöcken werden häufig Seigerungen und Gefügeinhomogenitäten beobachtet. Außerdem sind die sich bildenden Ausscheidungen recht grob, was alles nachteilige Auswirkungen auf das Sputterverhalten hat. Auch eine nachgehende Umfor- mung verbessert die Situation nicht wesentlich.

Das alternative Sprühkompaktieren ist ein sehr teures Verfahren, das sich nur bei sehr gro- ßen Produktionsmengen eignet bzw. rechnet. Außerdem ist mit erheblichem Materialverlust, dem sogenannten"Overspray"zu rechnen. Je nach Materialanforderung ist üblicherweise außerdem noch eine Nachverdichtung zur Beseitigung von Porosität erforderlich.

Beim druckunterstützten Verdichten von verdüstem Pulver muß wegen der Reaktivität von Aluminium eine teuere Schutzgasverdüsung eingesetzt werden. Hierbei besteht die große Gefahr, daß sich Querkontaminationen bilden, die aus vorhergehenden Verdüsungen resul- tieren.

Schließlich werden für die Architekturglasbeschichtung verschiedene niedrig schmelzende Legierungen wie z. B. Bi mit geringen weiteren Zusätzen oder SnZn-Legierungen einge- setzt.

Bi-Targets werden üblicherweise pulvermetallurgisch hergestellt, wobei die Pulver bisher aus Kostengründen durch mechanisches Mahlen von Legierungsblöcken hergestellt werden.

Dies führt wiederum zu einem Pulver mit groben Ausscheidungen der Zulegierung. Ver- suchsweise mit sehr teueren verdüsten Pulvern hergestellte Target weisen eine deutlich fei- nere Struktur auf. Sie sind aber, wie angegeben, besonders teuer.

ZnSn-Targets werden entweder über Gießen und Walzen großer Blöcke oder über das di- rekte Füllen von Cu-Boten mit teilflüssiger Legierung hergestellt. In beiden Fällen führt das große Erstarrungsintervall der Legierung zu einem sehr inhomogenen Gefüge mit erhebli- chen makroskopischen Seigerungen. Dies wirkt sich nachteilig auf das Sputterverhalten und die Homogenität der Schichteigenschaften aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sputtertarget und ein Herstellungsverfahren aufzuzeigen, bei dem bzw. durch das sowohl eine feinkörnige Struktur als auch ein niedriger Sauerstoffgehalt erzielt wird, ohne daß eine aufwendige Herstellung über Mahlen oder Ver- düsen unter hochreinem Schutzgas durchgeführt werden müßte. Damit sollen insbesondere Sputtertargets bereitgestellt werden, mit denen sich durch Kathodenzerstäubung Schichten mit sehr guten Schichteigenschaften herstellen lassen, etwa Schichten, die nach dem Phase- Change-Prinzip speichern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in Produkthinsicht durch ein Sputtertarget gelöst, welches sich auszeichnet durch Partikel mit einer Feinstruktur bzw. Primärstruktur, welche gegenüber der Partikelgröße ein ausgeprägt feines Gefüge darstellt.

Mit besonderem Vorteil wird also bei dem erfindungsgemäßen Sputtertarget, jedenfalls zu- nächst, in letztlich kostengünstiger Weise eine relativ grobe Partikelstruktur verwendet, bei der jedoch erfindungsgemäß die Partikel ihrerseits schon eine Feinstruktur bzw. Primär- struktur aufweisen. Hierbei weisen die Partikel eine Größe auf, die deutlich größer ist als die der Körner bzw. Ausscheidungsphasen des sehr feinen Primärgefüges. Dabei können an- schließend ohne großen Aufwand auf letztendlich bekannte Weise die Partikel zu feinerem Pulver weiterverarbeitet werden, ohne daß sich eine wesentliche Steigerung des Sauerstoff- gehaltes dabei ergibt, auch ohne daß in einer Schutzgasbox gearbeitet werden müßte. Hier- bei kann ausgenutzt werden, daß durch die Feinstruktur bzw. Primärstruktur der Partikel bereits eine Art von Sollbruchlinien innerhalb der Partikel gegeben sind, die eine Verfeine- rung der zunächst groben Partikelstruktur auch unter Anwendung einfacher Mittel erleich- tern und begünstigen.

Dabei liegen günstige Partikelverteilungen im Bereich von 50 bis 1000 J. m, insbesondere 50 bis 600 um, wobei das Primärgefüge Korngrößen oder Größen von einzelnen ausgeschiede- nen Phasen aufweisen kann, die vorzugsweise mindestens zu 70 %, insbesondere zu 80 % < 30 m sind. Je nach Metall oder Legierung kann die Größe, insbesondere bei Ausscheidun- gen, auch unter 10 Rm liegen. Der Sauerstoffgehalt kann typischerweise bei den Legierun- gen im Bereich von 200 bis 300 ppm liegen, wobei sich auch durch ein anschließendes Pul- verisieren unter Nutzung der Primärstruktur eine Steigerung des Sauerstoffgehaltes nur bei- spielsweise auf 600 ppm ergibt. Jedenfalls kann der Sauerstoffgehalt deutlich unter 1000 ppm gehalten werden. Durch eine anschließende Verdichtung mit an sich bekannten Mitteln unter Einwirkung von Temperatur und/oder Druck, z. B. durch Pressen oder Sintern, kann eine Dichte erzielt werden, die mindestens 95 % der theoretischen Dichte erreicht.

Das erfindungsgemäße Sputtertarget kann Legierungsbestandteile im Nicht gleichgewichts- zustand oder in Form von unterkühlter Schmelze enthalten, jedenfalls vor einer ggfs. weite- ren Temperaturbehandlung.

Die Partikel liegen insbesondere in Form von Granulaten vor.

Für das erfindungsgemäße Sputtertarget wird vorzugsweise eine Legierung auf der Basis von Al, Bi, In, Sn, Sb, Te oder Zn verwendet. Hierbei handelt es sich allesamt um Legie- rungen, deren Schmelztemperatur unterhalb von 750°C liegt.

Die beim erfindungsgemäßen Sputtertarget vorhandene Feinstruktur bzw. Primärstruktur der Partikel wird bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren in unabhängiger Lösung der gestellten Aufgabe, für die auch selbständiger Schutz beansprucht wird, dadurch er- reicht, daß nach einem Schmelzvorgang, also beispielsweise einem Erschmelzen einer oder mehrerer Vorlegierungen, eine anschließend unmittelbare Kontaktierung der Schmelze mit einer Kühlsubstanz erfolgt, die den Erstarrungsvorgang beschleunigt und zur Bildung von Granulaten oder groben Pulverkömem führt. Dabei wird beim Ausgießen der Schmelze zur Kontaktierung des Kühlmediums der Gießstrahl derart gewählt, daß Granulate in der ge- wünschen Größe gebildet werden, etwa bei einem ca. 2-6 mm dicken Gießstrahl. Insbe- sondere weichere Metalle, wie etwa Alu, Zinn und Zink, können gleich gepreßt werden.

Ansonsten wird ein Zermahlen auf kleinere Größe angestrebt. Die Granulate werden in einer Größe bis zu 6 mm erzeugt und können in dieser Größe, etwa im Falle einer Alu-Legierung, direkt zu Sputtertargets verarbeitet werden. Bevorzugt werden jedoch die Granulate in einer Mühle zerkleinert und zwar zu Partikeln im Größenbereich von 0,05 bis 1 mm, insbesondere für Legierungen auf Tellur-und Wismutbasis. Danach erfolgt die Verdichtung zum Sput- tertarget unter Druck und/oder Temperatur.

Anders als beim Stand der Technik, wie er z. B. in der bereits erwähnten DE-OS 197 10 903 geschildert ist, wird also nicht die sozusagen natürliche Erstarrung einer Schmelze abge- wartet, indem beispielsweise ein Tiegel oder dergleichen an seiner Unterseite oder an sei- nem Außenumfang abgekühlt wird, so daß eine Erstarrungsfront in Normalrichtung zur O- berfläche der Schmelze oder in paralleler Richtung zur Oberfläche der Schmelze fortschrei- tet, sondern die Schmelze selbst wird unmittelbar mit einer Kühlsubstanz kontaktiert, um Granulate im Bereich bis zu 6 mm zu bilden, die je nach Legierung weiter zu Partikeln zer- kleinert werden auf Teilchengröße < 1 mm, was in einer Mühle erfolgen kann. Dabei wird der Erstarrungs-und gleichzeitige, erfindungsgemäße Strukturierungsprozeß begünstigt, wenn die Schmelze selbst ausgebreitet oder aufgefächert wird, indem sie vorzugsweise selbst ausgegossen wird. Besonders vorteilhaft ist es aber, die Schmelze in ein Kühlmedium, vorzugsweise in Wasser, auszugießen, um die gewünschten Granulate mit Feinstruktur zu erhalten. Insbesondere bei Abschreckung in Wasser zeigen sich günstige Ergebnisse in Be- zug auf die gewünschte Partikelgröße und deren Ausbildung mit sehr feinem Primärgefüge.

Dabei wird der Gießstrahl in das Kühlmedium so eingestellt, daß sich die gewünschte Gra- nulatbildung bis zu 6 mm Granulatgröße ergibt. Gute Ergebnisse haben sich für eine Te- Legierung, Bi-und Al-Legierung mit einem Gießstrahl in der Dicke von etwa 2 bis 6 mm gezeigt. Auf der Basis dieser Granulate lassen sich z. B. Sputtertargets zur Herstellung von Schichten für Disks mit gewünscht guten Schreib-, Lese-und Speichereigenschaften her- stellen. Diese Targets zeichnen sich durch eine sehr glatte Oberfläche aus, was die Freiset- zung der Sputterteilchen begünstigt, wodurch sich eine bis zu 10 % höhere Sputterrate er- zielen läßt.

Alternativ kann es in Betracht kommen, die Schmelze auf einen Kühlkörper, insbesondere eine Kühlplatte, auszugießen, wobei dieser Kühlkörper rotieren kann, um eine Ausbreitung bzw. Auffächerung der Schmelze durch Zentrifugalkräfte zu begünstigen.

Alles in allem wird die erfindungsgemäße Feinstrukturierung bzw. Primärstrukturierung der Partikel dadurch erreicht, daß die Schmelze"abgeschreckt"bzw. einer Art"Schockerstar- rung"unterworfen wird.

Bild 1 zeigt mehrere Granulate, wobei mit 1 ein Granulat bezeichnet ist, das hier etwa in Form eines runden Gebildes vorliegt und von mehreren Rissen durchzogen ist. Bei der wei- teren Verarbeitung kann dieses Granulat in Partikel zerspringen. Das Granulat selbst bzw. die Partikel weisen eine aus Bild 2 ersichtliche Feinstruktur als Primärgefüge auf, wobei aus Bild 2 recht deutlich die Grobstruktur der Partikel und die Feinstruktur innerhalb dieser Partikel ersichtlich ist. Bild 2 läßt deutlich die etwas breiteren Grenzlinien zwischen drei bis vier größeren Partikeln erkennen, die ihrerseits sehr viel feiner im Rahmen einer Primär- struktur strukturiert sind. In der Zeichnungsfigur ist ein Maßstab von 50 um angegeben. Es ist deutlich erkennbar, daß die Primärstruktur eine Strukturierung aufweist, die deutlich kleinere Bereichsgrößen innerhalb der Feinstruktur aufweist. Bild 1 zeigt ein Granulat aus Ge2Sb2Te5-Legierung in Wasser abgegossen bei einer Vergrößerung von 50 : 1 und Bild 2 Partikel einer AgInSbTe-Legierung bei einer Vergrößerung von 200 : 1.

Bild 3 zeigt das Gefüge eines Targets mit einer Legierung gemäß Bild 2, jedoch in weiter- gehender Vergrößerung zur weiteren Verdeutlichung der Feinstruktur. Diese ist im wesent- lichen aus backsteinartigen Körnern mit maßgeblich einer Länge von 30 u. m bis 100 um gebildet, wobei aus Bild 3 auch der Umriß zweier durch das Mahlen der Granulate entstan- denen Körner ersichtlich ist, aus denen das Sputtertarget durch entsprechendes Verdichten der Teilchen unter Druck und/oder Temperatur gebildet ist. Bild 3 zeigt sehr deutlich die Feinstruktur innerhalb eines Komes.

Es wurden als Ausführungsbeispiele Targets aus Wismutlegierungen hergestellt, wobei die Legierungen neben Wismut ein Übergangsmetall aus der Reihe Mn, Fe und Co hatten und zwar jeweils in einem Bereich bis zu 2 Gew. %. Es erfolgte ein Erschmelzen unter Schutzgas im widerstandsbeheizten Ofen und danach ein Abguß in ein Wasserbecken bei 360° und bei einem Düsendurchmesser von 4 mm. Es wurde dabei ein spratziges Granulat mit mehreren Millimetern Größe erhalten. Das grob gemahlene Granulat enthält sehr feine Ausscheidun- gen des Resteutektikums. Das Primärgefüge ähnelt der Abbildung in Bild 2.