[发明专利]多组分合金溅射靶及其制备方法

说明书

本发明涉及一种由包含至少两相或至少两种组分的材料构成的溅射靶，其中至少一相或至少一种组分具有晶粒结构。本发明还涉及所述溅射靶的制备方法及其用途。

就制备TFT LCD显示器而言，除了诸如Al、Ti、Mo和Cr等单组分材料以外，最近人们越来越多地将粉末冶金混合物以及沉积有第二相的合金用作所谓的溅射靶，如专利文献EP1559801所述的那样。迄今为止，真空镀膜法主要采用单组分溅射靶来制备相应的层(例如用于使源极触点、漏极触点和栅极触点结构化的层，或者用于反射/半反射应用的层)。在使用单组分材料的情况下，用于制备上述平面靶的优选的粉末冶金法为：烧结并随后轧制成大的块体、或者热等静压成大的块体，以及对大的块体进行切割。

TFT显示器用基底的尺寸不断增加也需要有更大尺寸的溅射阴极可供使用。这将造成许多问题。例如，通过粉末冶金法来整体式地制备具有相应大小的靶板(达2.5m×3m)会更加困难，这是因为不能获得相应的HIP系统。从其它应用(如建筑玻璃)中已知可以使用管阴极或者甚至使用圆柱形磁控管。此时，溅射靶材被制成整体形式的空心圆筒(即，无载体管)或被制成结合结构(即，具有载体管)。目前，该应用主要使用Si、Sn、Zn和Ag。可通过热注法(Si、Sn、Zn)或浇铸法(Sn、Zn、Ag)来制备这种管靶。

在TFT显示器的制造中，很重要的一点是溅射靶不释放任何颗粒，这是因为颗粒的释放会导致单个像素的失效。在使用多组分溅射靶的情况中，问题主要在于各个相结合到基质中的效果可能较差。一般而言，由于各相组分的溅射速率不同，因此，靶表面会形成小丘状的形貌。溅射速率较慢的区域会形成小丘，而溅射速率较快的区域会被侵蚀成凹谷。这样，当在溅射过程中侵蚀上述靶时，可能会耗费时间，并且还使得各相组分广泛地暴露。而且，当这些组分的结合作用不充分时，还存在这些区域最终发生破碎的问题。此外，当其结构过于粗糙时，所形成的小丘会非常突出，从而使得小丘侧面被凹谷部分再覆盖。这种效应可从(例如)原子质量差别极大的材料组合(如Mo/Si或Au/W)中获知。这些再覆盖层进而可能再次脱落并形成颗粒。这些再覆盖层还可能导致小丘最初形成锥形物，随后在某一时刻变得过大，以至于发生小型的局部放电，这进而会产生颗粒。

在使用铸造靶时还会遇到另一问题。在铸造靶的硬化过程中，常常会形成沉积有第二相的粗糙结构。基于上述的机理，这同样会导致相应地产生颗粒。此外，在铸造结构的情况下，一直都存在形成微孔或者甚至更大的空穴的问题。已知这些微孔或空穴也是颗粒源。

此外，对于(例如)制备Mo靶或Cr靶而言，热等静压(HIP)成块体、随后将其切割成相应的板是该领域内已知的。然而对于多组分靶而言，这些HIP法的不利之处通常在于：当所加组分的互溶性很差或不具有互溶性时，会在不同的粉末相组分之间产生弱的结合作用。在这种情况中，不会发生真正的颗粒间扩散，由此晶粒的结合作用也不充分。所以，不同的粉末组分不会彼此紧密地结合在一起。此外，所得到的晶粒尺寸并不能小于起始粉末的晶粒尺寸。通常，在HIP法的温度影响下所导致的晶粒生长会使得结构更加粗糙化。这即为本发明的切入点。

本发明的目的是分别基于不同的多组分材料或多相材料(即，不会形成任何“真正的”合金的那些材料)或混晶(例如用于TFT显示器涂层的混晶)来开发溅射靶，该溅射靶的结构被设计为使得其在溅射期间受侵蚀时不会形成颗粒(如果完全可能的话)，其中颗粒的形成会降低成品收率。

该问题通过独立权利要求得到解决。由从属权利要求得到了有利的实施方案。至少一相的晶粒结构(在与最大变形方向平行的横截面内)具有大于2、优选为大于6的直径比，其中所述直径比是该晶粒结构(在与最大变形方向平行的横截面内)的最大直径与其垂直方向上的直径之比；并且该材料的密度为理论密度的至少98％，优选为至少99％。有利的是，至少一相的晶粒的较小直径小于50μm，优选小于20μm，尤其是小于5μm。尤其是可将所述材料形成为这样的多相材料、或形成为由若干组分构成的混合物，其中所述多相材料或混合物中的至少一相或至少一种组分的最大含量优选为20重量％。有利的是，所述材料基于Cu或Ag形成，并且具有至少一个由Cr、Mo、W、Ti中的至少一种元素形成的低溶相，或者该材料基于Mo形成，并且具有至少一个由Cr、Ti、V、W、Nb、Ta中的至少一种元素形成的低溶相。所述溅射靶的长度优选为至少500mm。