專利名稱：銦錫氧化物濺射靶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ITO濺射靶，該靶的特性隨濺射時(shí)間略有改變。
背景技術(shù)：
ITO(銦錫氧化物)膜已被廣泛地用作顯示器件，特別是液晶顯示器的透明電極(膜)。一般采用稱作物理蒸氣沉積的方法和濺射方法，作為制造這種ITO膜的方法，前者包括真空蒸發(fā)。
特別是磁控管濺射方法，常常用作制造ITO膜的方法，因?yàn)槠涑练e膜的速度(膜沉積率)比不產(chǎn)生磁場(chǎng)的常規(guī)濺射方法快。
在采用濺射方法制造膜時(shí)，使正離子例如Ar與設(shè)置在陰極上的靶發(fā)生物理碰撞，利用碰撞能釋放出制靶的材料，在基片的相對(duì)陰極的一側(cè)上，沉積其組成幾乎與靶材料相同的膜。
采用濺射方法制備的覆層，其特征在于，通過(guò)調(diào)節(jié)其加工時(shí)間、和電源等，能在穩(wěn)定的膜沉積速度下，制成幾nm的薄膜和幾十μm的厚膜。
如上所述，采用直流(DC)電源的磁控管濺射方法，在工業(yè)上已被廣泛地用作ITO濺射。近年來(lái)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出用于檢測(cè)用DC電源的電弧放電的裝置。因此，能在進(jìn)行濺射的同時(shí)監(jiān)測(cè)電弧放電。
在這種情況下，所檢測(cè)的電弧被稱作強(qiáng)電弧，強(qiáng)電弧能長(zhǎng)時(shí)間釋放出大量的能量。
然而，在實(shí)際濺射過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)許多比強(qiáng)電弧小的電弧(一般稱作“微電弧”)，嚴(yán)重影響膜的質(zhì)量。因此，在最近的一種高分辨力裝置工藝中，不僅監(jiān)測(cè)強(qiáng)電弧，而且更重要的是監(jiān)測(cè)微電弧并抑制微電弧的出現(xiàn)。
此外，在采用濺射靶制備ITO膜的過(guò)程中，除了出現(xiàn)這種微電弧以外，瘤狀物(黑色低價(jià)的銦氧化物)一般也是個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題。在濺射操作中，在靶的侵蝕表面上出現(xiàn)瘤狀物。
瘤狀物隨濺射的瓦時(shí)迅速增加，使膜的生成速度降低。自然膜的沉積速率越慢，生產(chǎn)效率就越低。因此，在這種情況下，提高輸入的濺射功率以防止膜沉積速率的降低。然而，不希望濺射條件(輸入的濺射功率)發(fā)生大的變化，因?yàn)檫@可能改變膜的質(zhì)量。
因此，為了獲得質(zhì)量好的濺射ITO膜，特別需要防止微電弧和瘤狀物的出現(xiàn)。
為了制備ITO濺射靶，一般采用燒結(jié)粉末的方法，其中以預(yù)定的混合比例將錫氧化物粉末與銦氧化物粉末混合。
作為這種方法制造的靶，常使用SnO2的含量為約10％(重量)的靶。其主要目的是提高透明導(dǎo)電膜的電導(dǎo)(降低電阻率)。
除了異常放電和出現(xiàn)瘤狀物以外，在這些情況下，當(dāng)瘤狀物增加得過(guò)多時(shí)，這種ITO濺射靶需要暫停其濺射操作，并清潔靶子，因而降低了生產(chǎn)率。
此外，就這種常規(guī)ITO濺射靶而言，在濺射過(guò)程中顯著減少微電弧的出現(xiàn)和在靶表面上生成的瘤狀物是困難的。對(duì)此，還沒(méi)有找到基本的解決方法。
此外，在制造ITO濺射膜時(shí)，當(dāng)靶的密度低和靶的表面粗糙度(Ra)大，或靶的晶粒粒度大時(shí)，特別是在ITO靶的侵蝕表面上會(huì)出現(xiàn)大量的瘤狀物(突起)，造成不規(guī)則的濺射、不正常的放電、和簇膜的生成，制成有缺陷的顯示器件。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種用于制造ITO膜的濺射靶，從而在濺射過(guò)程中抑制微電弧的出現(xiàn)、減少靶表面上出現(xiàn)的瘤狀物、和在固定條件下，在靶的使用期限內(nèi)穩(wěn)定地進(jìn)行濺射操作。
解決上述問(wèn)題的技術(shù)措施，是制備SnO2含量具有一定限制范圍的ITO靶。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，這些措施能夠提供一種適合制造ITO透明導(dǎo)電膜的濺射靶。
根據(jù)上述發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供下列濺射靶1.一種ITO濺射靶，其特征在于，靶中的SnO2含量為8.80-9.40％(重量)。
2.一種ITO濺射靶，其特征在于，靶中的SnO2含量為8.90-9.30％(重量)。
3.一種ITO濺射靶，其特征在于，靶中的SnO2含量為9.00-9.20％(重量)。
4.根據(jù)1-3項(xiàng)的ITO濺射靶，其特征在于，靶的密度為≥7.00g/cm3。
5.根據(jù)1-4項(xiàng)的ITO濺射靶，其特征在于，靶表面的算術(shù)平均粗糙度Ra≤0.5μm。
6.根據(jù)1-5項(xiàng)的ITO濺射靶，其特征在于，靶的平均晶粒粒度＜4μm。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是在ITO靶中SnO2含量為8.95-10.83％(重量)時(shí)，在累積瓦時(shí)為40 WHr/cm2的情況下，微電弧出現(xiàn)的次數(shù)曲線；圖2是在ITO靶中SnO2含量為8.95-10.83％(重量)時(shí)，在累積瓦時(shí)為80 WHr/cm2的情況下，微電弧出現(xiàn)的次數(shù)曲線；圖3是在ITO靶中SnO2含量為8.95-10.83％(重量)時(shí)，在累積瓦時(shí)為120 WHr/cm2的情況下，微電弧出現(xiàn)的次數(shù)曲線；圖4是在ITO靶中SnO2含量為8.95-10.83％(重量)時(shí)，在累積瓦時(shí)為160 WHr/cm2的情況下，微電弧出現(xiàn)的次數(shù)曲線；圖5是在ITO靶中SnO2含量為8.95-10.83％(重量)時(shí)，在累積瓦時(shí)為40 WHr/cm2的情況下，瘤狀物的覆蓋率曲線；圖6是在ITO靶中SnO2含量為8.95-10.83％(重量)時(shí)，在累積瓦時(shí)為80 WHr/cm2的情況下，瘤狀物的覆蓋率曲線；圖7是在ITO靶中SnO2含量為8.95-10.83％(重量)時(shí)，在累積瓦時(shí)為120 WHr/cm2的情況下，瘤狀物的覆蓋率曲線；圖8是在ITO靶中SnO2含量為8.95-10.83％(重量)時(shí)，在累積瓦時(shí)為160 WHr/cm2的情況下，瘤狀物的覆蓋率曲線；圖9是在ITO靶中SnO2含量為8.95-10.83％(重量)時(shí)，在累積瓦時(shí)為80 WHr/cm2、120 WHr/cm2、和160 WHr/cm2的情況下，輸入的濺射功率密度(W/cm2)曲線。
對(duì)優(yōu)選實(shí)施方案的詳述在制造本發(fā)明的ITO濺射靶時(shí)，采用銦氧化物粉末和錫氧化物粉末之類的材料作為原料。銦氧化物粉末的平均粒度≤1μm，錫氧化物粉末的粒度基本上與其相同。將這二種粉末均勻地混合，使靶中具有預(yù)定的SnO2含量，在其中加入成形粘合劑，然后將粉末裝填到模具中。
采用冷壓機(jī)，對(duì)模具中所裝填的混合粉末的材料施加50-200MPa的壓力。從而獲得靶坯。
接著，將用上述方法獲得的產(chǎn)物，在100kPa(絕對(duì)壓力)和1550-1650℃下，在純氧氣氛中燒結(jié)3-7小時(shí)。從而制成ITO濺射靶燒結(jié)體。
在本發(fā)明中，靶中包含的SnO2成分為8.80-9.40％(重量)，優(yōu)選8.90-9.30％(重量)，更優(yōu)選9.00-9.20％(重量)。
上述SnO2的含量范圍，很容易通過(guò)調(diào)節(jié)作為原料使用的錫氧化物粉末的混合比例和燒結(jié)溫度達(dá)到。
如上所述，將ITO濺射靶中SnO2的含量調(diào)節(jié)在一定范圍內(nèi)，使在濺射過(guò)程中能有效地減少微電弧和瘤狀物在靶表面上的出現(xiàn)。
當(dāng)靶用盡時(shí)，由于出現(xiàn)瘤狀物等，在相同的濺射功率下，膜的沉積速率比開(kāi)始使用時(shí)下降。在這種情況下，需要在降低沉積速率時(shí)來(lái)提高輸入功率，以保持不變的膜沉積速率。
然而，輸入濺射功率的改變，實(shí)際上意味著濺射條件發(fā)生變化。當(dāng)沉積速率變化大時(shí)，膜的特性也會(huì)受到影響(可能改變膜的特性)。
因此，當(dāng)輸入的濺射功率密度隨小變化的沉積速率而保持不變時(shí)，自然，靶的性能也是優(yōu)良的。因此，就評(píng)價(jià)靶而言，輸入的濺射功率密度是重要項(xiàng)目之一。
也就是說(shuō)，為了保持ITO膜在濺射操作中的優(yōu)良特性，輸入濺射功率密度的變化要小。
如上所述，本發(fā)明能明顯地減小輸入濺射功率密度的變化，并能在靶的使用期限內(nèi)，在接近恒定的條件下，穩(wěn)定地進(jìn)行濺射操作。
此外，在本發(fā)明中，優(yōu)選ITO濺射靶的密度≥7.00g/cm3，算術(shù)平均粗糙度Ra≤0.5μm，平均晶粒粒度＜4μm。
在這些條件下，能以更有效的方法減少微電弧和瘤狀物的出現(xiàn)，并能在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，使輸入的濺射功率密度保持穩(wěn)定。
實(shí)施例和對(duì)比例現(xiàn)在將討論本發(fā)明的實(shí)施例。這里的這些實(shí)施例只是用于說(shuō)明，而不是用于限制本發(fā)明。也就是說(shuō)，在這些實(shí)施例以外的所有改進(jìn)或變動(dòng)都包括在本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容的范圍內(nèi)。(實(shí)施例1-5和對(duì)比例1-6)采用平均粒度≤1μm的銦氧化物粉末和同樣粒度的錫氧化物粉末作為ITO濺射靶的原料。在錫氧化物粉末的預(yù)定的混合比例下，將這些粉末均勻地混合。
然后，將上述的銦氧化物-錫氧化物混合粉末均勻地裝填到模具中，采用冷水壓機(jī)施加80MPa的壓力，以獲得靶坯。
將如此獲得的產(chǎn)物，在100kPa(絕對(duì)壓力)和1640℃下，在純氧氣氛中燒結(jié)4小時(shí)。采用400號(hào)金剛砂砂輪在表面研磨機(jī)上研磨如此獲得的燒結(jié)體的表面，并采用鉆石切刀在側(cè)面上將其割開(kāi)，制成ITO靶材料。
在上述靶制造過(guò)程中，規(guī)定錫氧化物的混合比例為9.00-10.90％(重量)。因此，獲得的ITO濺射靶SnO2的含量為8.95-10.83％(重量)，密度為7.08-7.12g/cm3，算術(shù)平均粗糙度Ra為0.30-0.39μm，平均晶粒粒度為3.15-3.74μm。
表1示出實(shí)施例1-5，在這些實(shí)施例中，靶中SnO2的含量都在本發(fā)明的范圍內(nèi)，表1還示出對(duì)比例1-3，在這些實(shí)施例中，SnO2的含量都不在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
然后，采用在實(shí)施例1-5和對(duì)比例1-3(對(duì)比例4-6的一部分)中獲得的濺射靶進(jìn)行濺射。此外，還相對(duì)每次濺射的累積瓦時(shí)，對(duì)包含在靶中的每個(gè)SnO2組合物，測(cè)定微電弧出現(xiàn)的次數(shù)(次)、瘤狀物的覆蓋率(％)、和輸入的濺射功率密度(W/cm2)。測(cè)定結(jié)果示于表2-4中。
這里，鑒別微電弧的條件是檢測(cè)≥100V的電壓、≤10mJ的釋放的能量(濺射電壓×濺射電流×出現(xiàn)電弧放電的平均次數(shù))。另外，將出現(xiàn)瘤狀物的面積除以侵蝕面積，求得瘤狀物的覆蓋率。此外，在對(duì)比例4-6中，只對(duì)瘤狀物的覆蓋率，放寬了相應(yīng)SnO2含量的范圍。而且，在下面相應(yīng)的圖中，SnO2的含量范圍被進(jìn)一步放寬。
這些結(jié)果也同樣示于表2-4中。另外，圖1-9還示出相應(yīng)表2-4的曲線。
濺射條件是靶尺寸127×508×6.35mm濺射氣體Ar+O2濺射氣體壓力0.5Pa濺射氣體流量300 SCCM濺射氣體中氧化物的濃度1％(體積)
泄漏的磁通量密度0.1T輸入濺射功率密度濺射開(kāi)始時(shí)為0.5W/cm2，然后其密度增加，保持恒定的膜沉積速率。
濺射累積瓦時(shí)直至160 WHr/cm2表1
表2 微電弧出現(xiàn)的次數(shù)(次)
表3瘤狀物覆蓋率(％)
表4輸入濺射功率密度(W/cm2)
上面的表2和圖1-4示出，當(dāng)ITO靶中SnO2的含量為8.95-10.83％(重量)時(shí)，在濺射累積瓦時(shí)為40、80、120和160 WHr/cm2的情況下，微電弧出現(xiàn)的次數(shù)。
在實(shí)施例1-5中，SnO2的含量為8.95-9.30％(重量)，此含量在本發(fā)明的范圍以內(nèi)(SnO2含量為8.80-9.40％(重量))，即使當(dāng)累積瓦時(shí)增加時(shí)，微電弧出現(xiàn)的次數(shù)也不顯著增加。
同時(shí)，在SnO2超過(guò)9.40％(重量)時(shí)，即在本發(fā)明的范圍以外(對(duì)比例1-3)，微電弧的出現(xiàn)顯著增加。
在本發(fā)明的情況下，特別是當(dāng)SnO2的含量為8.90-9.30％(重量)時(shí)，和當(dāng)SnO2含量為9.00-9.20％(重量)(實(shí)施例2-4)時(shí)，能明顯地抑制微電弧出現(xiàn)的增加。
如實(shí)施例1-5所示，SnO2含量在本發(fā)明的范圍內(nèi)對(duì)抑制ITO靶的微電弧是非常有效的。
上面的表3和圖5-8示出，當(dāng)ITO靶中SnO2的含量為8.95-10.83％(重量)時(shí)，在累積瓦時(shí)為40、80、120、和160 WHr/cm2情況下的瘤狀物覆蓋率。
在實(shí)施例1-5中，SnO2的含量為8.95-9.30％(重量)，此含量在本發(fā)明的范圍以內(nèi)(SnO2含量為8.80-9.40％(重量))，即使在累積瓦時(shí)增加時(shí)，瘤狀物的覆蓋率也不明顯地增加。
同時(shí)，在SnO2超過(guò)9.40％(重量)時(shí)，即在本發(fā)明的范圍之外(對(duì)比例1-6)，瘤狀物的覆蓋率則隨某些變化而顯著增加。
在本發(fā)明的情況下，特別是當(dāng)SnO2的含量為8.90-9.30％(重量)時(shí)，和當(dāng)SnO2的含量為9.00-9.20％(重量)(實(shí)施例2-4)時(shí)，瘤狀物的覆蓋率幾乎不增加，受到明顯地抑制。
如實(shí)施例1-5所示，SnO2含量在本發(fā)明的范圍內(nèi)對(duì)抑制ITO靶的瘤狀物是十分有效的。
上面的表4和圖9示出，當(dāng)ITO靶中SnO2的含量為8.95-10.83％(重量)時(shí)，在濺射累積瓦時(shí)為80、120、和160 WHr/cm2的情況下，輸入的濺射功率密度(W/cm2)(這里，由于沒(méi)有發(fā)現(xiàn)差別，所以忽略濺射累積瓦時(shí)40 WHr/cm2)。
在實(shí)施例1-5中，SnO2的含量為8.95-9.30％(重量)，此含量在本發(fā)明的范圍以內(nèi)(SnO2的含量為8.80-9.40％(重量))，即使在累積功率增加時(shí)，輸入的濺射功率密度也不需明顯地改變。
同時(shí)，在SnO2超過(guò)9.40％(重量)時(shí)，即在本發(fā)明的范圍之外(對(duì)比例1-3)，輸入的濺射功率密度需要改變(增加)，以保持恒定的膜沉積速度。
在本發(fā)明的情況下，特別是當(dāng)SnO2的含量為8.90-9.30％(重量)和當(dāng)SnO2的含量為9.00-9.20％(重量)(實(shí)施例2-4)時(shí)，輸入濺射功率的密度幾乎不需改變。
如實(shí)施例1-5所示，SnO2含量在本發(fā)明的范圍內(nèi)對(duì)抑制ITO靶輸入濺射功率密度的變化是十分有效的。這里，這些實(shí)施例示出在SnO2含量為8.90-9.30％(重量)的情況下，微電弧、瘤狀物的生成、和輸入濺射功率密度的測(cè)量結(jié)果。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，即SnO2含量為8.80-9.40％(重量)，獲得了同樣好的效果。
此外，如表1所示，在下列條件下獲得了良好的結(jié)果ITO濺射靶的密度≥7.00g/cm3，算術(shù)平均粗糙度Ra≤0.5μm，平均晶粒粒度＜4μm。(實(shí)施例6和7，對(duì)比例7和8)其次，采用SnO2含量不同的靶制膜。為了進(jìn)行比較，對(duì)獲得的ITO膜，測(cè)定可見(jiàn)輻射區(qū)域的電阻率和透射率。
結(jié)果示于表5。實(shí)施例6和7的SnO2含量在本發(fā)明的范圍以內(nèi)，對(duì)比例7和8的SnO2含量在本發(fā)明的范圍之外。濺射制膜的條件是基片溫度為200℃和300℃，輸入的濺射功率密度為2.3W/cm2，其它條件與前述的濺射條件相同。
表5
根據(jù)實(shí)施例6和7與對(duì)比例7和8之間的對(duì)比，在基片溫度200℃和300℃下，與對(duì)比例7和8相比，實(shí)施例6和7的電阻率較低和透射率較高。因此，實(shí)施例6和7可與前述透明導(dǎo)電膜的實(shí)施例相比。
此外，這些實(shí)施例和對(duì)比例沒(méi)有具體地示出對(duì)濺射靶密度、算術(shù)平均粗糙度Ra、平均晶粒粒度在本發(fā)明范圍之外的情況的討論。在這種情況下，微電弧和瘤狀物更有可能在濺射過(guò)程中出現(xiàn)。
為此，現(xiàn)已證實(shí)，在本發(fā)明中以這種方式調(diào)節(jié)濺射靶的密度、算術(shù)平均粗糙度、和平均晶粒粒度，能進(jìn)一步抑制在濺射過(guò)程中微電弧和瘤狀物的出現(xiàn)，并能進(jìn)一步抑制輸入濺射功率密度的變化。
根據(jù)本發(fā)明，ITO靶包含適宜的SnO2含量，獲得適合制造透明的ITO導(dǎo)電膜的濺射靶。本發(fā)明具有在濺射過(guò)程中抑制微電弧的出現(xiàn)，減少瘤狀物在靶表面上的生成、和在固定條件下在靶的使用期限內(nèi)穩(wěn)定地進(jìn)行濺射操作的優(yōu)良效果。
權(quán)利要求
1. 一種ITO濺射靶，在所述靶中包含的SnO2含量為8.80-9.40重量％。
2.一種ITO濺射靶，在所述靶中包含的SnO2含量為8.90-9.30重量％。
3.一種ITO濺射靶，在所述靶中包含的SnO2含量為9.00-9.20重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3的ITO濺射靶，其中所述靶的密度≥7.00g/cm3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4的ITO濺射靶，其中所述靶的算術(shù)平均粗糙度Ra≤0.5μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5的ITO濺射靶，其中所述靶的平均晶粒粒度＜4μm。
全文摘要
本發(fā)明涉及ITO濺射靶,其特征在于,靶中SnO
文檔編號(hào)C23C14/08GK1365398SQ01800702
公開(kāi)日2002年8月21日 申請(qǐng)日期2001年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月28日
發(fā)明者大橋建夫, 熊原吉一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日礦材料