溅射靶的制造和再填充制造技术

一种制造溅射靶的方法。该方法包括以下步骤：提供背衬结构，提供靶材料，所述靶材料包含用于喷涂的陶瓷靶材料，随后在背衬结构上方热喷涂所述靶材料从而提供靶产品，其中所述靶材料的至少40质量％、例如至少50质量％包含陶瓷靶材料，和随后对靶产品进行热等静压从而增加靶材料的密度。靶材料的密度。靶材料的密度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】溅射靶的制造和再填充


[0001]本专利技术涉及溅射领域。更具体地，本专利技术涉及溅射靶的制造，特别是包括陶瓷材料的靶。

技术介绍

[0002]借助于溅射的物理气相沉积已成为对例如玻璃板或其它刚性或柔性材料的性能进行定制的标准技术。“溅射”是指通过带正电荷的离子将涂层材料原子冲击逐出到靶外，所述带正电荷的离子(通常为氩)被电场加速朝向带负电荷的靶。正离子是在低压气相中通过电子
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离子碰撞电离形成的。逐出的原子撞击待涂覆的基底，它们在那里形成致密、粘附良好的涂层。
[0003]所述涂层可以在基底上形成层，因此材料的性能(例如光学和/或力学性能)可以被特制。
[0004]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。然而，由于下述原因，氧化膜的沉积是困难的。
[0005]通过用包括氧气的气体混合物溅射金属靶，可以通过沉积提供氧化物层。这可能导致严重的滞后行为，该滞后行为导致工艺不稳定。使金属靶进入所谓的中毒状态以生长金属氧化物层所需的相对高的氧气量通常可导致溅射速率的下降。文献“OBERSTE
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BERGHAUS et al.,Film Properties of Zirconium Oxide Top Layers from Rotatable Targets,2015Society of Vacuum Coaters,58th Annual Technical Conference Proceedings,Santa Clara,CA April 25
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30,2015,p.228
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234”公开了使用陶瓷靶可以缓解或完全消除滞后行为，显著减少反应气体的量，并且与使用金属靶的溅射工艺相比，允许高达三倍的薄膜沉积速率。
[0006]对于大面积应用例如建筑玻璃，必须将涂层溅射到大基底上，因此也需要提供大的靶，使得溅射是均匀的。然而，难以获得大的靶陶瓷片(piece)。可以使用烧结来提供小的靶片，需要将这些靶片组装以形成较大尺寸的靶组装体，例如作为拼贴件(tile)的组合(用于平面靶组装体)或作为堆叠套筒(用于圆柱形载体上的圆柱形靶组装体)。这些靶容易发生工艺不稳定，例如由于起电弧，特别是在它们的许多边缘处在较小材料片中的接合处，以及实际中不同拼贴件中的不同密度，这导致一些拼贴件中的不同侵蚀速率。US2012055783A1公开了在背衬结构上方热喷涂以提供陶瓷靶，并且US2007034500A1公开了通过HIP烧结氧化硅靶。然而，普通方法诸如烧结或热喷涂制造的长陶瓷溅射靶通常存在孔隙结构并且密度低于块体材料的理论密度。另外，为了生产更大的材料片，使用烧结可能需要引入有机结合剂，从而影响所得靶材料的纯度。对于在所采用的制造压力和温度下热分解或升华的材料，这甚至更为显著。较低的密度和孔隙率与溅射期间的负面性能有关，这是由于降低的热导率、材料飞溅、粉尘形成和随后增加的电弧率。JP2013147368A公开了通过对特殊制备的颗粒进行冷等静压(CIP)，然后烧结制备获得长陶瓷圆柱形靶材料的可能性。
类似地，JP2018009251A公开了一种用于通过CIP随后烧结制备的靶的圆柱形模制产品。然而，需要用焊接或钎焊材料作为粘合剂将靶材料接合到背衬管，这需要额外的步骤。

技术实现思路

[0007]本专利技术的实施方案的一个目的是提供一种制造靶的方法，该靶提供高密度并且包含陶瓷靶材料，以及通过这样的方法获得的溅射用靶，在靶组装体中有可能具有减少数量的独立片，或者甚至具有单片靶。
[0008]优点在于可提供具有高密度的靶，例如具有低孔隙率和大尺寸。优点在于需要很少的组装来制造靶，因为可以减少拼贴件或片段的数量。优点在于可以提供单一片的靶，从而无需组装拼贴件。单片、大尺寸和高密度的靶在操作期间可以表现出有利的行为；例如具有更高的工艺稳定性，或允许更高的溅射功率密度，从而允许更高的沉积速率。
[0009]在一些实施方式中，制造方法包括对靶进行再填充(refilling)。
[0010]在第一方面，本专利技术提供了一种制造溅射靶的方法，该方法包括以下步骤：提供背衬结构，提供用于喷涂的陶瓷靶材料，随后在背衬结构上方热喷涂靶材料。该方法适于提供靶产品，其中靶材料的至少40质量％(例如至少50质量％)包含陶瓷靶材料。随后对靶产品进行热等静压，从而增加靶材料的密度。
[0011]本专利技术的实施方案的优点在于，可以从起始喷涂靶提供致密靶，从而允许提供与背衬结构相似的形状和尺寸的片；例如，它们可以是尺寸为400mm或更大的片，例如600mm，例如800mm或更大。有利地，可以使用单个背衬结构。作为替代，可以提供组合了几个背衬结构的靶组装体，所述几个背衬结构被组装成具有较小拼贴件或片段的比现有的类似靶更大的靶。并且减少或避免在靶中存在粉尘或孔隙。
[0012]在一些实施方案中，进行热等静压包括在没有罐子的情况下进行等静压，从而有利地避免匹配喷涂靶产品，并且不需要生产具有适合于喷涂产品的尺寸的定制罐。
[0013]在一些实施方案中，提供陶瓷靶材料包括提供挥发性材料。这种挥发性材料在接近大气压的压力下显示出升华点温度(或简称为升华温度)、或熔点温度(或简称为熔化温度)和绝对沸点或分解温度(或简称为沸腾温度)比其熔化温度高出不到30％，或低于其熔化温度，以摄氏度计。
[0014]本专利技术的实施方案的优点在于，容易分解或升华的材料(例如铟氧化物、锡氧化物、锌氧化物、钨氧化物)仍然可以提供密度接近起始材料的理论密度的靶，同时允许大的自由度和减小的脆性，并且没有烧结的其它缺点。
[0015]在一些实施方案中，挥发性材料占总靶材料的至少60质量％，例如至少70质量％或至少80质量％或至少90质量％。所述靶的大部分可以是挥发性材料，如氧化物。
[0016]在一些实施方案中，提供喷涂靶产品包括提供具有以下密度的靶产品：该材料的理论密度的低于90％，例如低于85％，例如低于80％。进行热等静压包括将靶密度增加其理论密度的至少5％，例如至少10％，例如至少15％，例如至少20％，任选地获得如下的总体靶材料密度：其理论密度的至少90％，例如至少95％，或至少98％，或至少99％。
[0017]本专利技术实施方案的优点是，可以在喷涂靶的相对较低温度和较低密度下以高效的热喷涂来提供这些容易分解或升华的材料，因为随后的HIP工艺增加靶密度，例如达到理论密度的至少90％的密度，例如至少95％，或至少98％，或至少99％。
[0018]在一些实施方案中，该方法适于提供电阻率低于1000Ohm.cm的致密化陶瓷靶材料。
[0019]优点在于，该方法可用于制造具有足够传导性的靶以至于能够以DC或MF AC功率模式进行溅射，从而不需要通常用于绝缘材料的RF(>1MHz)信号。
[0020]在一些实施方案中，提供背衬结构包括提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造溅射靶的方法，包括以下步骤：提供背衬结构，提供靶材料，所述靶材料包含用于喷涂的陶瓷靶材料，随后在所述背衬结构上方热喷涂所述靶材料，从而提供靶产品，其中所述靶材料的至少40质量％、例如至少50质量％包含陶瓷靶材料，和随后对所述靶产品进行热等静压从而增加靶材料的密度。2.根据前一权利要求所述的方法，其中进行热等静压包括在没有罐子的情况下进行等静压。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中提供陶瓷靶材料包括提供挥发性材料，其中所述挥发性材料在700hPa至1300hPa的压力下表现出：
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升华温度，或
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熔化温度和绝对沸腾或分解温度，所述靶挥发性材料的绝对沸腾和/或分解温度比其熔化温度高出不到30％，或低于其熔化温度。4.根据前一权利要求所述的方法，其中所述挥发性材料占总靶材料的至少60质量％，例如至少70质量％或至少80质量％或者至少90质量％。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中用于溅射的陶瓷材料包括氧化铟锡、ZnO、或SnO2、或In2O3、或WO3中的任一种或其任何组合。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中提供喷涂靶产品包括提供具有以下密度的靶产品：材料的理论密度的低于90％，例如低于85％，例如低于80％，并且其中进行热等静压包括使靶密度增加其理论密度的至少5％，例如至少10％，例如至少15％，例如至少20％，任选地获得如下的总体靶材料密度：其理论密度的至少95％，或至少98％，或至少99％。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法适于提供电阻率低于1000Ohm.cm的致密化陶瓷靶材料。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中提供背衬结构包括提供包含凹槽的传导模具，所述凹槽适于与溅射跑道重叠，其中热喷涂包括在凹槽内的区域处热喷涂大量材料而在凹槽外的区域上热喷涂少量，任选地其中提供包含凹槽的传导模具...

【专利技术属性】
技术研发人员：W，
申请(专利权)人：梭莱先进镀膜工业公司，
类型：发明
国别省市：