CN102712997B - 分割溅镀靶及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的分割溅镀靶及其制造方法，其提供如下技术：在将多个靶构件接合而得到的分割溅镀靶中，可通过溅镀而有效地防止支承板(backing plate)的构成材料混入成膜的薄膜中。本发明涉及一种分割溅镀靶，为在支承板上，将多个靶构件通过低熔点焊料接合而形成的分割溅镀靶，其特征为沿着接合的靶构件间所形成的间隙，在支承板上设置保护体。

Description

分割溅镀靶及其制造方法

技术领域

本发明涉及接合多个靶构件而得的分割溅镀靶，尤其涉及在靶构件为由氧化物半导体构成时所适用的分割溅镀靶。

背景技术

近年，溅镀法在制造信息机器、AV机器、家电制品等各种电子零组件时用得很多，例如，在液晶显示装置等的显示装置中，薄膜晶体管(简称TFT)等的半导体组件就是通过溅镀法形成。因为溅镀法是极为有效的将构成透明电极层等的薄膜，以大面积、高精度形成的制法。

然而，最近的半导体组件中，为以IGZO(In-Ga-Zn-O)所代表的氧化物半导体取代非结晶硅(amorphous silicon)甚受注目。于是，涉及此氧化物半导体，也被列入利用溅镀法进行氧化物半导体薄膜成膜的计画中。然而，溅镀时使用的氧化物半导体的溅镀靶，由于其素材是陶瓷，故很难以一片靶构件构成大面积的靶。因此，准备多片具有某程度大小的氧化物半导体靶构件，并在具有所期望面积的支承板上进行接合，以制造大面积的氧化物半导体溅镀靶(例如参照专利文献1)。

此溅镀靶的支承板，通常使用铜制的支承板，所述支承板与靶构件的接合使用热传导良好的低熔点焊料，例如In系的金属。例如，在制造大面积、板状的氧化物半导体溅镀靶时，准备大面积的铜制支承板，将此支承板表面分成多个区域，准备多片符合所述区域面积的氧化物半导体靶构件。于是，在支承板上配置多个靶构件，通过In系或Sn系金属的低熔点焊料，将全部的靶构件在支承板上进行接合。接合时，考虑Cu与氧化物半导体的热膨胀差，在邻接的靶构件间，以在室温时可形成0.1mm至1.0mm间隙的方式调整配置。

使用如此将多个氧化物半导体靶构件接合而得的分割溅镀靶，并通过溅镀使薄膜成膜而形成半导体组件时，在溅镀处理中，从靶构件间的间隙使支承板的构成材料Cu也被溅镀，有所谓混入形成的氧化物半导体薄膜中的问题的疑虑。薄膜中的Cu虽仅有数ppm程度的混入量，但对氧化物半导体的影响极大，例如，TFT组件特性中的电场效果移动性(field-effect mobility)，在相当于靶构件间的间隙位置所形成的半导体组件(混入Cu的薄膜)，与其它部分的半导体组件相比，有变低的倾向，ON/OFF比也有变低的倾向。如此不妥现象，被指责为以往大面积化倾向的主要阻碍原因，目前要求急速改善技术。再者，如此的分割溅镀靶的问题，即使在靶构件为氧化物半导体以外的材质时，也有产生同样不妥现象的可能性，为了促进溅镀靶的大面积化，是必需解决的课题。

专利文献1：日本特开2005-232580号公报

发明内容

[发明欲解决的课题]

本发明是在如以上事情的背景下所成者，以提供一种分割溅镀靶为目的，为具有大面积的溅镀靶，通过将多个靶构件接合而得的分割溅镀靶，经由溅镀形成薄膜时，可以有效防止支承板的构成材料混入成膜的薄膜中。

[解决课题的手段]

为了解决所述课题，本发明的特征为在支承板上，通过低熔点焊料接合多个靶构件而形成的分割溅镀靶中，沿着接合的靶构件间所形成的间隙，在支承板上设置保护体。依据本发明，在支承板上接合的靶构件间所形成的间隙，并未露出支承板表面，可以有效地防止支承板的结构材料被溅镀。

本发明中的保护体，为指覆盖在支承板上已接合的靶构件间所形成的间隙处露出的支承板表面者，是指具有使对成膜的薄膜具有不良影响的物质，在溅镀时不由间隙发生的作用者。作为如此的保护体，为在支承板表面，配置带状的保护构件，或是将成为保护体的物质，通过涂布、镀覆、溅镀等方法设置，以氧化支承板本身的表面形成氧化被膜而设置。尤其，本发明中，保护体是以配置带状的保护构件为佳。

作为如此保护体的材质，即使混入成膜的薄膜中也不会赋与不良影响的物质，例如，可以使用构成靶构件的组成元素中的全部或一部分、含有此等元素的合金或氧化物等。

又，作为别的材质者，为在溅镀时可以抑制间隙内部的溅镀现象的物质，例如，可以使用其体积电阻比靶构件大的物质，也就是将高电阻物质作为保护体。将如此高电阻物质作为保护体使用时，高电阻物质的体积电阻率(Ω·cm)以具有靶构件的体积电阻率10倍以上值的物质为佳。

又，涉及所述保护体的材质，此材质的化学组成与为了与支承板接合而使用的低熔点焊料的化学组成在实质上是相异者。例如，将金属铟作为低熔点焊料使用时，此时的保护体是指不是金属铟的意思。又，在靶构件间的间隙，虽有残留低熔点焊料的金属铟的情形，但在此间隙残留的铟固化时，其表面会氧化。在如此接合中使用的低熔点焊料的金属铟于间隙中固化的情形，在所述铟表面由于难以形成均匀的氧化膜，故不能发挥与作为所述本发明的保护体的高电阻物质的同样效果。

本发明中的分割溅镀靶以板状、圆筒状者作为对象。板状的溅镀靶是在板状支承板上，将具有方形面的多个板状靶构件平面配置后接合者作为对象。又，圆筒状的溅镀靶是在圆筒状支承板上，将多个圆筒状靶构件(中空圆柱)穿透，在圆筒状支承板的圆柱轴方向配置成多段状并且接合者，或是，将中空圆柱沿圆柱轴方向纵向割切的弯曲状靶构件，往圆筒状支承板的外侧面，在圆周方向多个并列并经接合者为对象。此板状或圆筒状的分割溅镀靶，在大面积的溅镀装置中用得很多。又，本发明虽是以板状、圆筒状的形状作为对象，但并不妨碍对其他形状的分割溅镀靶的应用，有关靶构件并未限制为此形状。因此，涉及靶构件的组成，也可以适用IGZO或ZTO等氧化物半导体或透明电极(ITO)或Al等金属，靶构件的组成方面也没有限制。

本发明中的保护体优选为Zn、Ti、Sn任何一种金属箔，或是含有80质量%以上的Zn、Ti、Sn中任何一种以上的金属箔，或是陶瓷薄片或高分子薄片。只要是如此的金属箔或陶瓷薄片，与In系或Sn系金属的低熔点焊料的反应性低，氧化物半导体成膜的情形，即使微量地混入成膜的氧化物半导体薄膜中，与Cu比较，对TFT组件特性的影响也可以变少。

又，由于高分子薄片是高电阻物质，故在溅镀时，于靶构件间的间隙中能抑制溅镀现象，可以防止对成膜的薄膜的不良影响。作为陶瓷薄片者，可以使用氧化铝或氧化硅为的薄片。作为本发明中高分子薄片的材质者，可以列举：酚树脂、美耐皿(三聚氰胺)树脂、环氧树脂、脲醛树脂、氯化乙烯树脂、聚乙烯、聚丙烯等合成树脂材料；或是聚乙烯、聚氯化乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等泛用塑料材料；聚醋酸乙烯酯、ABS树脂、AS树脂、丙烯酸树脂等准泛用塑料材料等。再者，也可以使用聚甲醛、聚碳酸酯、改质聚苯基醚(PPE)、聚对苯二甲酸二丁酯等工程塑料；或是聚芳基酸酯(Polyarylate)、聚砜、聚苯基硫化物、聚醚醚酮、聚醯亚胺树脂、氟素树脂等超工程塑料。尤其，聚醯亚胺树脂等也是带状的材料，由于耐热性、绝缘性也高，故为适用于本发明者。

金属箔或是陶瓷薄片、或是高分子薄片的厚度优选为0.0001mm至1.0mm。金属箔或是陶瓷薄片的宽度优选为与在靶构件间所形成的间隙相同或是在此以上的宽度，考虑到作业性等时，宽度优选为5.0mm至20mm。又，在支承板上配置Zn、Ti、Sn的任一金属箔，或是含有80质量%以上的Zn、Ti、Sn的任一种以上的合金箔，或是陶瓷薄片或高分子薄片时，可以使用低熔点焊料或导电性两面胶带等加以黏贴。

本发明中的保护体，优选为以具有将带状的第1保护构件与带状的第2保护构件的积层结构，积层有如此的带状保护构件的结构时，可以容易进行制造本发明相关的分割溅镀靶，可以配合靶构件或支承板的材质适当选择第1保护构件与第2保护构件的材质。此第1保护构件与第2保护构件的带状宽度可以相等，也可以相异。又，此积层结构的保护体，为使第1保护构件在靶构件侧、第2保护构件在支承板侧的状态，沿着接合的靶构件间所形成的间隙配置。

本发明中的保护体通过带状的保护构件来设置的情形，积层狭幅的第1保护构件与宽幅的第2保护构件，可以作成在第1保护构件的两端侧露出第2保护构件的结构。在此结构，变成于宽幅的第2保护构件的上积层狭幅的第1保护构件的二层结构。靶构件与支承板的接合虽通过In或Sn等低熔点焊料来进行，但可预想通过接合时的加热处理，保护构件与低熔点焊料反应而合金化。为了反复使用此接合的低熔点焊料，使用频率变高时，通过与保护构件的合金化，低熔点焊料的组成会产生变动，靶构件与支承板的接合变得不充分，被认为对接合强度或接合面积有不良的影响。在此，选择与低熔点焊料不反应的材料作为第2保护构件，通过在其上设置与低熔点焊料容易反应材料的第1保护构件，则能抑制第1保护构件与低熔点焊料的接触，可以防止低熔点焊料的组成变动。

本发明中，积层带状保护构件而设置保护体的情形，第1保护构件的厚度优选为0.0001mm至0.3mm，第2保护构件的厚度是优选为0.1mm至0.7mm。第1保护构件与第2保护构件的合计厚度优选为0.3mm至1.0mm。又，积层同宽度的第1保护构件与第2保护构件时，保护构件的宽度优选为5mm至30mm。积层狭幅的第1保护构件与宽幅的第2保护构件时，第1保护构件的宽度优选为与在靶构件间形成的间隙相同或是比此大的宽度，考虑到作丛性等时，优选为5mm至20mm。宽幅的第2保护构件的宽度优选为比第1保护构件的宽度宽3mm至10mm。

又，本发明中的保护体，也可以是由第1保护构件与在第1保护构件的两端侧并列配置的第2保护构件所成的三列结构。如此，在第1保护构件的两侧并列配置第2保护构件时，变成与积层所述狭幅与宽幅的保护构件的二层结构的保护体发挥同样效果。又，第1保护构件的两端侧是指在带状的第1保护构件的长方向延伸的两边。作成此三列结构的保护体时，第1保护构件及第2保护构件的厚度是以0.0001mm至1.0mm为佳。又，第1保护构件的宽度是与在靶构件间形成的间隙相同、或是比此大的宽度为佳，考虑到作业性等时，以5mm至20mm为佳。第2保护构件的宽度是以3mm至10mm为佳。

本发明中保护体作成所述二层结构或是三列结构的情形，将第2保护构件作成由Cu、Al、Ti、Ni、Zn、Cr、Fe的任何单一金属或是含有这些金属的任何合金所成的金属箔，将第1保护构件，优选为含有靶构件所含元素的一种以上的单一金属或是合金或陶瓷材料形成者。本发明中靶构件为通过氧化物半导体所构成时，优选为构成靶构件的氧化物半导体所含元素的一种所成的单一金属或合金或是陶瓷材料形成第1保护构件。

本发明中的保护体作成所述二层结构或是三列结构的情形，第1保护构件优选为由含有In、Zn、Al、Ga、Zr、Ti、Sn、Mg的任何一种以上的氧化物或是氮化物所成的陶瓷材料形成。只要是此等陶瓷材料，由于与靶构件有相同组成，或一部分的组成与靶构件相同，故即使于成膜时混入膜中，对TFT组件特性的影响也小。又，只要为ZrO₂、Al₂O₃等陶瓷材料，由于电阻高，可以抑制在溅镀时对分割部分的等离子(plasma)进入，可以有效防止Zr或Al的溅镀。作为所述陶瓷材料者，例如可以列举In₂O₃、ZnO、Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂、IZO、IGZO等；或是ZrN、TiN、AlN、GaN、ZnN、InN等。又，此等陶瓷材料，由于很难加工作成如金属般的箔，故利用蒸镀法、溅镀法、等离子熔射法、涂布法等形成第1保护构件，可以适用于本发明。

本发明中靶构件为氧化物半导体的情形，所述氧化物半导体可使用由含有In、Zn、Ga中任何一种以上的氧化物所成者。具体上可以列举IGZO(In-Ga-Zn-O)、GZO(Ga-Zn-O)、IZO(In-Zn-O)、ZnO。

又，本发明中靶构件为氧化物半导体的情形，所述氧化物半导体可使用由含有Sn、Ti、Ba、Ca、Zn、Mg、Ge、Y、La、Al、Si、Ga中任何一种以上的氧化物所成者。具体上可以列举Sn-Ba-O、Sn-Zn-O、Sn-Ti-O、Sn-Ca-O、Sn-Mg-O、Zn-Mg-O、Zn-Ge-O、Zn-Ca-O、Zn-Sn-Ge-O、或是，将此等氧化物的Ge变更成Mg、Y、La、Al、Si、Ga的氧化物。

因此，本发明中靶构件为氧化物半导体的情形，所述氧化物半导体可使用由含有Cu、Al、Ga、In的任何一种以上的氧化物所成者。具体上可以列举：Cu₂O、CuAlO₂、CuGaO₂、CuInO₂。

[发明效果]

依据本发明，将多个靶构件接合而得到的分割溅镀靶中，通过溅镀，可以有效地防止支承板的结构材料混入成膜的薄膜中。

附图说明

图1表示分割溅镀靶概略立体图。

图2表示本实施形态的支承板的概略平面图。

图3表示配置单层的保护体的概略截面图。

图4表示配置二层结构的保护体的概略截面图。

图5表示由不同宽度的保护构件配置二层结构的保护体的概略截面图。

图6表示配置三列结构的保护体的概略截面图。

主要组件符号说明

10     支承板

20     靶构件

30     间隙

50     保护体

51     第1保护构件

52     第2保护构件

60     低熔点焊料。

具体实施方式

[实施发明的最佳形态]

以下，参考图面说明有关本发明的实施形态。

本实施形态的板状溅镀靶，如图1所示，为在Cu制支承板10上，配置多个靶构件20并经接合者。在此等的靶构件相互的间，形成0.1mm至1.0mm的间隙30。

如图2所示，在支承板10的表面，在相当于靶构件相互间形成的间隙位置，黏贴保护体50。保护体是使用低熔点焊料或导电性两面胶带，而可以黏贴在支承板10表面。

6片靶构件使用In或Sn的低熔点焊料，如图1所示般配置并接合。此接合为通过将支承板与靶构件同时加热到预定温度，在支承板表面涂布熔融的低熔点焊料(In或Sn)，将靶构件配置在所述低熔点焊料上并冷却到室温的方式进行。

图3表示使用单层的保护体的截面概略图。单层的保护体50，厚度是0.0001mm至1.0mm，以Zn、Ti、Sn的任一金属箔、含有80质量%以上的Zn、Ti、Sn任何一种以上的合金箔形成。在所述单层的保护体50的两端侧，形成存在In的低熔点焊料60的状态。

图4表示积层同宽度的带状保护构件的二层结构的保护体的截面概略图。二层结构的保护体50是由第1保护构件51与第2保护构件52所构成。因此，所述第1保护构件51与第2保护构件52的宽度，考虑到作业性等而设定为5mm至20mm。又，在所述第1保护构件51及第2保护构件52的两端侧，形成存在In的低熔点焊料60的状态。

图5表示积层不同宽度的保护构件的二层结构的保护体截面概略图。二层结构的保护体50是由第1保护构件51与第2保护构件52所构成。因此，所述第1保护构件51的宽度，考虑到作业性等而设定为5mm至20mm，第2保护构件52的宽度是设定为8mm至30mm，比起第1保护构件，第2保护构件的宽度较宽。因此，通过在第2保护构件的几乎中央处配置第1保护构件51，形成在第1保护构件的两端侧露出第2保护构件52的状态。所述露出部分的宽度，在两端侧的各个单侧是1.5mm至5mm。又，在第1保护构件51及第2保护构件52的两端侧，形成存有In的低熔点焊料60的状态。

图4及图5所示的第2保护构件52，厚度是0.1mm至0.7mm，以Cu、Al、Ti、Ni、Zn、Cr、Fe的任一金属箔、含有此等任何一种以上的合金箔所形成。图4及图5所示的第1保护构件51，厚度是0.0001mm至0.3mm，为通过构成靶构件20的元素的一种所成单一金属、含有在靶构件所含元素的一种以上的合金、或是In₂O₃、ZnO、Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂、IZO、IGZO的任何陶瓷材料所形成。

图4及图5所示二层结构的保护体，例如，可以通过等离子熔射，将Al₂O₃、ZrO₂的陶瓷吹付到0.3mm厚度的Cu箔上而制作。使用市售的气体等离子熔射装置，在厚度0.3mm的Cu箔表面上，以平均粒径200μm的ZrO₂粉末作为原料，可以形成0.0001mm厚的ZrO₂陶瓷层。又，Al₂O₃的情形也可以同样制作。

图6表示使用三列结构的保护体时的截面概略图。三列结构的保护体50，为由在第1保护构件51的长度方向延伸的两端边的两侧，与第2保护构件52并列配置的结构所成。此时，第1保护构件51的宽度，考虑到作业性等而设定为5mm至20mm，第2保护构件52的宽度为3mm至10mm。如图6所示，形成在第1保护构件51的两端配置第2保护构件，在所述第2保护构件52的一端侧存在In的低熔点焊料60的状态。又，第1保护构件及第2保护构件的厚度是0.0001mm至1.0mm。

在图3至图6中，使用高电阻物质作为保护体的情形，形成通过高电阻物质形成图3的保护体50、图4至图6中的第1保护构件51。总之，图3至图6中，在靶构件、支承板、低熔点焊料、保护体(第1保护构件)中，保护体(第1保护构件)有最大体积电阻值变成重点。使用如此高电阻物质的保护体的分割溅镀靶，在直流溅镀法、高周波溅镀法的任一方法中，皆可以发挥效果，尤其在直流溅镀法中为合适者。

实施例

以下说明具体的实施例。制成的分割溅镀靶，为将无氧铜制的支承板(宽度30mm、纵630mm、横710mm)，与6片的IGZO制靶构件(宽度6mm、纵210mm、横355mm)接合而制成。接合用的低熔点焊料是使用In。又，靶构件间的间隙是0.5mm。

IGZO制靶构件，为秤量In₂O₃、Ga₂O₃、ZnO的各原料粉末以1mol：1mol：2mol的比率，通过球磨机研磨20小时混合处理。然后，将稀释成4质量%的聚乙烯醇水溶液作为黏着剂，以相对于粉总量为8质量%添加并混合后，在500kgf/cm²的压力下成型。随后在大气中经1450℃、8小时烧成处理而得到板状的烧结体。然后，将此烧结体通过平面研削机将两面研磨，制成厚度6mm、纵210mm、横355mm的IGZO制靶构件。

作为单层的保护体者，使用厚度0.3mm的Zn、Ti的2种类金属箔。作为积层不同宽度的保护构件的二层结构的保护体者，使用将厚度0.3mm、宽度20mm的Cu金属箔作为第2保护构件，厚度0.1mm、宽度15mm的Zn箔作为第1带状保护构件并经积层者。又，另一个的作为积层不同宽度的保护构件的二层结构的保护体者，使用在厚度0.3mm、宽度20mm的Cu金属箔的第2带状保护构件上，使用原子比为In：Ga：Zn＝1：1：1的合金靶，并通过溅镀将0.0001mm厚度的IGZ膜(宽度15mm)当作第1保护构件而形成者。再者，作为积层相同宽度的保护构件的二层结构保护体者，使用将厚度0.3mm、宽度20mm的Cu金属箔作为第2保护构件，将厚度100μm的ZrO₂当作第1保护构件，通过溅镀将第2保护构件的全宽覆盖者。又，也可以使用以Al₂O₃取代ZrO₂而覆盖者。

制作各分割溅镀靶后，进行溅镀评估试验。此溅镀评估试验，使用溅镀装置(SMD－450B、Ulvac公司制)，在无碱玻璃基板(日本电气硝子公司制)上形成厚度14μm的IGZO薄膜。然后，对此成膜的基板，切取相当于分割溅镀靶的间隙部分的直接上部基板、以及间隙部分以外的基板，对切出的基板，通过原子吸光分析测定IGZO薄膜中Cu的混入量来进行溅镀评估。结果在表1中表示。又，对在间隙部分未配置保护体的分割溅镀靶，也同样进行溅镀评估试验作为比对。

表1

如表1所示，设置保护体的情形，对IGZO薄膜的铜的混入量未达2ppm(原子吸光分析的检出界限以下)。相对于此，未设置保护体的情形，对IGZO薄膜的铜的混入量在间隙部分为19ppm。

[产业上的可能利用性]

本发明在使用分割溅镀靶形成大面积的薄膜时，可以有效地防止杂质混入成膜的薄膜中。

Claims (5)

1.一种分割溅镀靶，为在支承板上将多个氧化物半导体靶构件通过低熔点焊料接合而形成者，其特征在于，沿着接合的氧化物半导体靶构件间所形成的间隙，在支承板上设置保护体；

保护体包含带状的第1保护构件与带状的第2保护构件，而第2保护构件配置于支承板侧，且该第2保护构件上积层有第1保护构件；

第1保护构件是包含氧化物或是氮化物的陶瓷材料所形成；

第2保护构件为由Cu、Al、Ti、Ni、Zn、Cr、Fe中任一者的单一金属或是含有这些金属中任一者的合金所成的金属箔。

2.根据权利要求1所述的分割溅镀靶，其特征在于，保护体是由相同宽度的第1保护构件与第2保护构件所形成者。

3.根据权利要求1所述的分割溅镀靶，其特征在于，保护体是将狭幅的第1保护构件与宽幅的第2保护构件积层而成者，且形成在第1保护构件的两端侧露出第2保护构件的结构。

4.根据权利要求1至3的任一项所述的分割溅镀靶，其特征在于，第1保护构件的陶瓷材料为含有In、Zn、Al、Ga、Zr、Ti、Sn、Mg中任一种以上的氧化物或是氮化物。

5.一种分割溅镀靶的制造方法，为制造在支承板上将多个氧化物半导体靶构件通过低熔点焊料接合而形成的权利要求1至4的任一项所述的分割溅镀靶的方法，其特征在于，沿着接合的氧化物半导体靶构件间所形成的间隙，在支承板上设置积层有带状的第1保护构件与带状的第2保护构件而形成的保护体，

并将多个氧化物半导体靶构件通过低熔点焊料接合在支承板上者。

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