制造高密度氧化锡铟(ITO)溅射靶制造技术

提供了制造氧化锡铟(ITO)溅射靶的方法。所述方法包括：沉淀氢氧化铟和氢氧化锡、煅烧氢氧化物、以生产颗粒状ITO粉末、使用添加剂（如专门的烧结助剂、分散剂和粘结剂）制备ITO粉末的含水浆液、研磨浆液以得到粉浆、使用多孔铸模通过浇注粉浆制备压实的ITO生坯或干燥粉浆以产生颗粒状ITO粉末和冷等静压粉末、和烧结生坯以产生具有大于理论的99%的高密度的ITO靶。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制造氧化锡铟(ITO)溅射靶的方法。尤其是，本专利技术涉及压实ITO粉末，然后烧结，以得到高密度ITO靶。
技术介绍
在光谱的可见光范围中，ITO呈现光学和电传输性质的显著的组合:(i)高电导率 IO4Q-1CnT1)和(ii) 高光学透明度(>85%)。这使得ITO为透明的导电氧化物(TCO)，在玻璃和塑料片材上其薄膜是光学透明的，同时，提供高电导率。这形成ITO在平板显示器如液晶显示器(LCD)和光生伏打太阳能电池板中的应用的基础，其中，ITO用作透明的导电体或电极。ITO的另外的吸引人的性质在于其薄膜稳定并且长时间保持它们的性质。在现有技术中，ITO为用于制造显示器和太阳能电池用透明电极的标准主流TCO材料。在现有技术方法中:(i)将ITO形成为溅射靶，其然后用于在玻璃或塑料片材上溅射薄膜2pm厚)，和(ii)对于显示器电路，使用化学平板印刷方法通过蚀刻将ITO膜转化为透明的线路，而对于太阳能电池，直接使用而没有蚀刻作为均匀的平面顶部电极。溅射的方法为通过在高真空中通过等离子体携带的离子轰击从ITO靶(阴极)除去材料，以及在玻璃片材(阳极)上沉积的过程，如图1所示。工业标准溅射方法需要ITO溅射靶，其为具有金属灰色外观的高密度ITO材料的矩形成型体。通常，ITO靶制造过程包括:(i)通过精炼制造高纯度5N铟和锡金属，(ii)生产5N ITO粉末，(iii)生产含有添加剂的ITO浆液，(iv)使用机械研磨将ITO浆液转化为粉浆，(V)通过浇注或压制生产ITO生坯(术语‘生坯’表示预先烧制的陶瓷体)，和(vi)通过在加热炉中烧制，烧结ITO生坯，以生产高密度的ITO靶(参见图2)。在烧结的最终过程中，生坯中的颗粒融合，以得到较大的颗粒，从而提高密度。伴随着生坯的显著收缩。在现有技术中已知，在ITO生坯中存在杂质可增强烧结过程。在压实之前将这些杂质特意加入到ITO粉末中，它们称为‘烧结助剂’。常见的烧结助剂包括硅和稀土金属的氧化物。然而，ITO为难以烧结的材料，并且在现有技术中引用的常见的烧结剂不能充分增强烧结，以高生产率生产具有大于理论密度的99%的均匀密度的大ITO靶。巨大的挑战在于如TFT-1XD工业所需要的那些实现跨越靶表面大于理论的99%的ITO靶密度。为了得到满意的溅射和具有足以用于LCD相关的应用(尤其是基于薄膜晶体管(TFT)的LCD)的品质的ITO薄膜，高和均匀的密度的ITO靶是非常重要的，其中，ITO靶尺寸要求大，为> 250cm2。如果靶密度不大于理论的99%并且不均匀，则在ITO溅射过程期间会遇到问题。在溅射过程中，靶经历高密度功率，这也导致高表面温度。在TFT-LCD生产过程中实现在经济上可行的薄膜沉积速率，需要高密度。高表面温度意味着在使用期间ITO靶需要冷却。通过使矩形ITO靶的一面与铜板粘结能实现这一点。铜板也用于向ITO靶施加电压和在靶上实现高密度功率。将铜板在金属块上向下栓螺栓，该金属块在铜板下面具有中央空腔，并且水循环通过该空腔。铜板用作从ITO靶提取热量的散热器，因此防止靶被熔融。本领域技术人员将理解，如果跨越靶的密度不高并且不均匀，则存在跨越靶表面溅射速率的不均匀性，导致在靶表面上的品质缺陷，如热点(hot spot)和瘤状物。进而，这些可导致在ITO薄膜中的品质缺陷。因此，本领域技术人员已经知道，跨越大的靶表面实现高的和均匀的密度是头等重要的。本领域技术人员还已知理论密度需要大于99%的密度。跨越大ITO靶均匀实现这种高密度的挑战在于，ITO为难以烧结的材料。为了成功的均匀烧结，需要ITO生坯中的颗粒晶界融合，导致提高颗粒尺寸和伴随密度提高的生坯的显著收缩。在现有技术中，已进行以下显著的努力:(1)实现具有均匀的和最佳的生密度的大的ITO生坯，和(2)开发用于实现满意的生坯烧结的方法。在现有技术的一种方法中，通过加压模制法如热等静压(HIP) (US6099982 ;US6123787)或冷等静压(CIP) (US5531948)，通过模塑ITO粉末制备ITO生坯。在HIP中，ITO粉末在高压力和高温度下成型，因此引起烧结，以产生高密度的烧结的ITO坯体。在冷等静压方法中，通过冷压将ITO粉末铸造成成型体，然后在1400-1750°C范围的高温加热炉中烧制成型体，以产生高密度的烧结的ITO靶。在现有技术的另一种方法中，通过称为无压粉浆浇注的方法制备ITO生坯。然后将这些在高温下在加热炉中烧制，以实现烧结。在一种粉浆浇注方法中(JP1117136/88 ;JPl 17137/88 JPl 17138/ 88)，将氧化铟和氧化锡在液体如水中与分散剂和粘合剂混合，然后使用机械研磨方法研磨，以得到称为“粉浆”的浆液，将其注入由石膏或熟石膏制成的吸水性多孔铸模中。然后将铸模中的浆液随着水经由铸模孔隙离开铸模而缓慢干燥。所使用的分散剂例如选自聚羧酸，粘合剂例如选自丙烯酸类乳液。在此方法中，在50-200kPa范围的压力下将粉浆注入铸模中。通过采用不低于IOOMPa压力的压力使生坯经历冷等静压来进一步增加生坯密度的。然后在1300-1400°C下烧结ITO靶，以获得密度大于95%的高密度靶。然而，该现有技术存在密度大于99%的靶的产率低的问题。另外，在填充石膏或熟石膏铸模期间，铸模材料可进入粉浆或粘附于ITO “生坯”块，导致靶被铸模材料污染。接着，这些杂质导致ITO薄膜电导率的降低以及溅射过程中的问题例如瘤状物的形成。在另一种方法中(JP2005324987)，为了在制造期间制备生坯然后烧结和避免使用粉浆浇注铸模，将氧化铟和氧化锡粉末、水和有机粘结剂混合，研磨，然后喷雾至干燥以产生颗粒状的粉末，然后以高压压塑，以产生生坯。将后者烧结以产生高密度的ITO靶。在现有技术的另一个实施方案中(JP10330926)，调整靶的密度以实现大于或等于99%，还将存在于烧结的靶中空隙的最大直径调整至小于或等于10微米，而在靶的Imm2面积内少于1000个空隙。这是通过氧化铟和氧化锡的共沉淀，然后在含有卤化氢如氯化氢或卤素气体如氯的气氛中煅烧氧化物来实现的。接着通过粉浆浇注并烧制生坯将粉末模制成压实生坯。在此方式中，能获得密度大于或等于99%和尺寸大于IOOcm2的靶。然而，由于该方法使用高度有毒而且不稳定的气体而非常危险。现有技术的上述方法使用硅或钇或锆的氧化物作为烧结助剂。通过在颗粒晶界处引入不稳定性的这些功能促进颗粒晶界的分解和熔融。然而，如前所述，ITO为难以烧结的材料，并且在现有技术中已知的烧结助剂不足以能够以高生产率制造具有高和均匀密度的大尺寸ITO靶。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供容易实现的高和均匀密度的方法，优选大于理论的99%，特别是在用于高应用效率的大尺寸的靶(优选> 250cm2)中，特别是在LCD相关的溅射应用中。该目标是通过包括以下(至少在优选实施方案中)的方法来得到:由酸性溶液(如盐酸或硝酸溶液)共沉淀氧化铟和氧化锡，过滤，洗涤和煅烧氧化物，制备具有添加剂如分散剂、粘结剂、基于砷、锑、铋、硒、碲和/或硼的化合物的专门的烧结助剂的氧化物的含水浆液，研磨该浆液以得到合适的粒径分布和颗粒表面积的“粉浆”，在特定的糖类和螯合剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.06 GB 1013255.31.一种生产高密度ITO靶的方法，所述方法包括形成ITO粉末含量大于80%重量百分比的ITO粉末的含水粉浆，所述粉浆包含一种或多种砷、锑、铋、硒、碲和/或硼的化合物形式的烧结助剂。2.根据权利要求1所述的方法，其中，烧结助剂中的一种为浓度为干燥ITO粉末的0.001%-1%重量百分比的氧化砷(III)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，烧结助剂中的一种为浓度为干燥ITO粉末的0.001%-1%重量百分比的氧化锑(III)。4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，烧结助剂中的一种为浓度为干燥ITO粉末的0.001%-1%重量百分比的氧化铋(III)。5.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，烧结助剂中的一种为浓度为干燥ITO粉末的0.001%-1%重量百分比的硼酸。6.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，烧结助剂中的一种为浓度为干燥ITO粉末的0.001%-1%重量百分比的氧化碲(IV)。7.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，烧结助剂中的一种为浓度为ITO粉末的0.001%-1%重量百分比的氧化铋(III)。8.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，烧结助剂中的一种为浓度为干燥ITO粉末的0.001%-1%重量百分比的砷化铟(III)。9.根据前述权利要求中任意...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·巴鲁克，
申请(专利权)人：深圳赛丽图光电新材料科技有限公司，
类型：
国别省市：