具有硅、锆和氧的导电溅射靶制造技术

用于溅射的靶(100)，其包含SiZr

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有硅、锆和氧的导电溅射靶
本专利技术涉及氧化硅锆溅射靶的领域。更具体地，本专利技术涉及导电的氧化硅锆溅射靶，并且涉及制造此类靶的方法。
技术介绍
许多应用(例如表面保护、光学、摩擦学等)要求存在覆盖基底的一层或多层材料，其对基底表面赋予特定和预定的性质。适合于许多类型的材料和特定应用的典型技术是通过溅射沉积材料。借助于溅射的材料沉积技术为人所知已经有几十年。典型地，在低压腔室中产生等离子体，在所述低压腔室中存在惰性气体(例如氩气)或活性气体(例如氧气或氮气)，并在所谓的“溅射靶”(包含待沉积的材料)和要在其上沉积溅射材料层的“基底”之间施加高电压。气体原子可被电离，并且溅射靶被气体原子轰击，使得原子从溅射靶中释放出来并移动到基底，它们沉积在该基底上。典型使用三种电源：直流电源、交流或脉冲电源(在kHz范围内，例如频率为1至100kHz)和射频电源(在MHz范围内，例如，频率为0.3至100MHz)。当溅射靶包含导电溅射材料时，典型使用直流电源。当沉积层具有低的电导率或者其为电介质时，典型使用交流电源。尽管高频电源(射频电源)能够溅射具有低电导率的材料，但由于驻波效应，溅射面积受限。此外，沉积变得不均匀，并且对于相同的功率水平，溅射速率典型地明显低于直流工艺。因此难以获得某些类型的层，例如介电层。例如，经常需要氧化膜，因为能够以可选择的透明度制造它们，这使得它们适合于光学应用，例如透镜、滤光片等。非晶态膜是优选的，因为它们通常是耐久的并且耐磨损。然而，由于以下所述原因，氧化膜的沉积是困难。r>通过用包括氧气的气体混合物溅射金属靶，有可能通过沉积来提供氧化物层。然而，这可导致严重的磁滞行为，从而导致工艺不稳定。对于某些应用，相对较高的氧气量可能导致溅射速率下降。以下文献公开了使用陶瓷靶可以减轻磁滞行为，并且其膜沉积速率是使用金属靶的溅射过程的三倍：“OBERSTE-BERGHAUSetal，FilmPropertiesofZirconiumOxideTopLayersfromRotatableTargets,2015SocietyofVacuumCoaters,58thAnnualTechnicalConferenceProceedings,SantaClara,CAApril25-30,2015,p.228-234”。气体混合物中的氧气还可能在靶上引起寄生电弧。如US2012055783所公开的，陶瓷靶可允许使用准非反应性溅射，这可减少电弧(arcing)。然而，提供基于非导电靶材料的溅射涂层是一项挑战，并且可能需要高频电源系统。通过靶电容性地耦合信号可允许在靶表面上建立自偏压，以便从靶前方的振荡电子产生的等离子体中吸引正离子。射频溅射需要额外的调整，以便将功率耦合到非导电靶，例如电子匹配单元或特殊形状和分布的电极，以便为溅射提供均匀的电场，如EP3032566中所公开的。在旋转圆柱形磁控管的情形中，功率输送进一步被限制在对应于靶管末端的位置，这可能严重影响等离子体密度的均匀性，并因此严重影响沿靶管的溅射速率。此外，与直流或交流溅射相比，实现类似溅射速率的射频溅射设备要昂贵得多。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供良好的溅射靶及其制造方法，其允许以与工业和大面积涂覆系统兼容的方式提供包括硅和锆的氧化物或氮氧化物的层。通过根据本专利技术的方法和装置实现了上述目的。在第一方面，本专利技术提供了一种溅射靶，其包含SiZrxOy，其中x(对于Zr)高于0.02但不高于5，并且y(对于O)高于0.03但不高于2*(1+x)。根据本专利技术实施方案的靶的XRD图谱具有如下峰：在28.29°±0.30°处的硅2θ峰，和/或在30.05°±0.30°处的四方相ZrO2峰。根据本专利技术的实施方案的靶可以是SiZrxOy靶，这是指大部分靶材料是SiZrxOy。根据本专利技术实施方案的靶可以具有层状结构。在根据本专利技术实施方案的靶中，SiZrxOy部分具有由材料的微观溅片(splat)组成的层状结构。层状结构包括细小的可分辨的层(在微观水平)，称为层片(lamellae)。在本专利技术中，层片是由以熔融形式喷射到靶的背衬基底上的原材料的溅片形成。在本专利技术的实施方案中，层片可以是厚度介于0.1μm和10μm之间的层。层片的组成取决于已被喷射的原材料。在本专利技术的实施方案中，层状结构归因于喷涂工艺，例如但不限于，热喷涂工艺。在本专利技术的实施方案中，靶包含超过90％的Si、Zr和O元素。靶可以包含50at％或更多的SiZrxOy化合物。在本专利技术的实施方案中，靶的电阻率低于1000ohm.cm，优选低于100ohm.cm，更优选低于10ohm.cm，甚至低于1ohm.cm。本专利技术的实施方案的优点是所述靶呈现出足够高的电导率，以致其可以与低频交流溅射工艺或甚至直流溅射工艺一起使用，适合于提供光学涂层。在根据本专利技术的特定实施方案的靶中，x可以高于0.05但低于1，优选地在0.1和0.5之间，并且y可以高于0.1但低于2*(0.6+x)，优选地在0.2和2*(0.3+x)之间。本专利技术实施方案的优点是可以精确地控制折射率n。根据本专利技术实施方案的靶可以包含由Si组成的层片和由ZrOZ组成的层片，其中z高于0.25但是低于或等于2。在特定的实施方案中，由ZrOZ组成的层片可以包含亚氧化的氧化锆。本专利技术实施方案的优点是：层片的亚氧化组成可以降低靶的电阻率并且可以减少电弧。根据本专利技术实施方案的靶可包含至少1wt％的由混合氧化物化合物例如SiZrnOm组成的层片，其中n和m提供亚氧化组成。本专利技术实施方案的优点是能够获得高的溅射速率。根据本专利技术实施方案的靶可进一步包含金属颗粒。本专利技术实施方案的优点是：通过调节靶中包括的金属颗粒的类型和量，能够获得靶的可控且低的电阻。在第二方面，本专利技术提供一种制造溅射用导电SiZrxOy靶的方法，其中x高于0.02但不高于5，并且y高于0.03但不高于2(x+1)。该方法包括：-提供粉末，该粉末包含锆颗粒以及氧化硅或亚氧化硅颗粒；和/或包含硅颗粒以及氧化锆或亚氧化锆颗粒；和/或包含亚氧化硅以及亚氧化锆的颗粒；和/或包含氧化硅锆化合物的颗粒，-提供背衬基底，以及-将熔融形式的粉末喷射到背衬基底上，其量使得以SiZrxOy的组成获得溅射靶，其中x高于0.02但不高于5，并且y高于0.03但不高于2(x+1)，以及冷却和凝固所喷射的粉末。本专利技术实施方案的优点是：可以提供导电溅射靶用以提供氧化硅锆层。本专利技术实施方案的优点还在于：可以在纯氮气中或者在氮气/氩气反应性气氛中进行导电溅射靶以提供氮氧化硅锆层，气体混合物中很少或不使用氧气。一个优点是可以减少火灾隐患，因为锆粉末本身不可获得。根据本专利技术实施方案的方法可包括喷涂，例如热喷涂，用于喷射粉末。在所附的独立权利要求和从属权利要求中陈述了本专利技术的特定和优选方面。来自从属权利要求的特征可以酌情与独立权利要求的特征以及与其它从属权利要求的特征相结合，而不仅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于溅射的靶(100)，其包含SiZr

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181112 BE 2018/57961.用于溅射的靶(100)，其包含SiZrxOy，其中x高于0.02但不高于5，并且y高于0.03但不高于2*(1+x)，其中所述靶的XRD图谱具有如下峰：在28.29°±0.3°处的硅2θ峰，或在30.05°±0.3°处的四方相ZrO2的2θ峰。


2.根据权利要求1所述的靶(100)，其包含至少50at％的SiZrxOy。


3.根据前述权利要求中任一项所述的靶(100)，其中所述SiZrxOy部分具有由微观材料溅片组成的层状结构。


4.根据前述权利要求中任一项所述的靶(100)，其中所述靶包含超过90％的Si、Zr和O元素。


5.根据权利要求4所述的靶(100)，其电阻率低于1000ohm.cm，优选低于100ohm.com，更优选低于10ohm.cm，甚至小于1ohm.cm。


6.根据前述权利要求中任一项所述的靶，其中x高于0.05但低于1，优选在0.1和0.5之间，并且y高于0.1但低于2*(0.6+x)，优选在0.2和2*(0.3+x)之间。

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【专利技术属性】
技术研发人员：I·卡雷蒂吉安加斯普罗，W·C·S·德博斯谢尔，D·K·德布鲁恩，G·国彬，F·法克，H·埃利亚诺，
申请(专利权)人：梭莱先进镀膜工业公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE