[发明专利]铝掺杂氧化锌溅射靶

说明书

相关申请

本专利文件要求于2010年5月21日提交的临时美国专利申请号61/347,018的在35U.S.C.§119(e)下的申请日的权益，将其通过引用结合在此。

技术领域

本发明涉及用于平面或旋转铝掺杂氧化锌(AL:ZNO或AZO)溅射靶的靶材料。这些对于透明导电膜的沉积是感兴趣的。可以将透明导电膜用作薄膜光电产品(例如TF-SI和CIGS模块)中的前窗接触以及用作用于建筑玻璃的低发射率涂层叠层(STACK)中的高指标光学材料。如在此使用的，术语“靶材料”是指一种烧结材料，在进一步机加工(例如研磨)后，该材料被转化成一种圆柱状的靶区段或一种平瓦。使用至少一个区段或瓦来制备包括这些区段或瓦以及一个衬管或背板的最终的溅射靶。

背景技术

认识到的是在大功率负载下的DC溅射(用于高沉积速度)是一种用于大面积涂层的经济上有吸引力的溅射沉积技术。然而，在大功率负载下，在DC磁控溅射期间，具有不均匀的微结构的溅射靶(即，由具有很大程度上不同的导电率的不同的相组成)引起成弧并且因此导致不稳定性。在铝掺杂氧化锌的情况下，商购的溅射靶具有Al在ZnO相中或甚至游离的氧化铝(Al₂O₃)颗粒在AZO陶瓷中的不均匀的分布。这些不均匀性，尤其是具有高的锌-铝酸盐含量和游离的氧化铝残余物的这些松散的晶畴(domain)，导致该靶表面上电导率的变化，或在游离的氧化铝的情况下，在DC溅射期间在介电中心，它引起成弧。成弧导致沉积速度降低以及涂层缺陷，这导致了具有较差光电特性的透明导电氧化物(TCO’s)。示例性的涂层缺陷包括但不限于针孔、微结构缺陷以及组织缺陷。

JP2000-178725披露了一种氧化锌烧结体靶，该烧结体掺杂一种III族元素，例如Ga、Al或B，并且具有至少97％的TD(理论密度)的相对密度，以及小于3.0μm的溅射面的表面糙度Rmax。该ZnO前体粉末的平均粒度被控制在小于1μm，并且在1300℃至1500℃下在氧气气氛中进行烧结。这些III族元素进入一种ZnO中的固溶体中。

在JP2007119805中，披露了一种用于生产一种溅射靶的方法，该方法包括以下步骤：将水、一种有机粘合剂和一种氨中和的丙烯酸/甲基丙烯酸共聚物分散剂与一种含有至少70wt％的氧化锌粉末的金属氧化物粉末进行混合从而获得一种浆料；将得到的浆料进行喷雾并且将它进行干燥从而得到一种粒状的粉末；将得到的粒状粉末进行加压模制从而得到一种模制品；将得到的模制品进行烧结从而得到一种烧结体；以及一个对生成的烧结体进行操作从而得到一个溅射靶的步骤。

JP2006200016披露了一种包括一种烧结的压紧物的ZnO:Al靶，该烧结的压紧物是由锌、铝和氧形成的，其特征在于铝含量为2.3-3.5wt％(以氧化物当量计)，并且包含在所述烧结的压紧物中的复合氧化物ZnAlO₄的平均晶体粒度是不超过0.5μm。

发明内容

概述

本发明的一个第一方面，一种陶瓷溅射靶材料包括均匀分布在六角形ZnO相中的少量的ZnAl₂O₄相，所述ZnO相包括在固溶体中的少于1wt％的元素Al(相对于所述靶材料的总重量进行表示)。另外，在该靶材料中少于1％的总Al存在于该靶材料中的Al₂O₃晶畴中。

元素Al存在于ZnAl₂O₄相中亦或ZnO相中。如以下将说明的，该靶材料包括两个相：六角形ZnO相，其中固溶体中没有或有少量的Al；以及立方形ZnAl₂O₄相，其中含有大量的Al并且其中通过XRD可以发现没有或有少量的残留的氧化铝。在一个实施方案中，该溅射靶前体包括250ppm至2wt％之间的总Al。这种组合物促进该靶材料中足够高的掺杂水平以提供适合用于DC或脉冲DC溅射的电导率。根据研究中现有技术的状态，这些由此得到的薄膜特性(例如，透光度和导电性)是可接受为出色的。