CN104379799A - 用于形成气密阻挡层的溅射靶和相关溅射方法 - Google Patents

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Abstract

溅射靶包括低Tg玻璃或者铜或锡的氧化物。此类靶材料可用于形成机械稳定的薄膜，其展现自钝化现象，并且可用于对灵敏工件进行密封，以免于暴露于空气或水分。低Tg玻璃材料可包括磷酸盐玻璃，例如磷酸锡和氟磷酸锡，硼酸盐玻璃、亚碲酸盐玻璃和硫属化物玻璃，及其组合。

Description

用于形成气密阻挡层的溅射靶和相关溅射方法
相关申请交叉参考
本申请根据35U.S.C.§119，要求2012年3月14日提交的美国临时申请系列第61/610,695号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
背景
本发明一般地涉及气密阻挡层，更具体地，涉及用于形成气密阻挡层的溅射靶组合物和溅射方法。
气密阻挡层可用于保护灵敏材料免受各种液体和气体的有害接触。本文所用术语“气密”指的是完全或者基本密封的状态，特别是防止水或空气的离开或进入，但是也考虑进行保护以免受其他液体和气体的接触。
产生气密阻挡层的方法包括物理气相沉积(PVD)法(例如，蒸发法或溅射法)和化学气相沉积(CVD)法(例如，等离子体强化CVD(PECVD)法)。使用此类方法，可以在待保护的器件或材料上直接形成气密阻挡层。或者，可以在中间结构(例如基材或衬垫)上形成气密阻挡层，所述中间结构可以与额外的结构合作，以提供气密密封的工件。
可以在例如室温或者提升温度的沉积条件下，使用反应性和非反应性溅射来形成气密阻挡层。反应性溅射与反应性气体(例如氧或氮)联用，这导致形成相应化合物的阻挡层(即氧化物或氮化物)。可以使用具有所需组成的氧化物或氮化物靶来进行非反应性溅射，从而形成具有类似或者相关组成的阻挡层。
一方面，反应性溅射法通常展现出比非反应性法更快的沉积速率，从而可在某些方法中具有经济优势。但是，虽然可以通过反应性溅射来实现产量的提升，但是其固有的反应性可能使得此类方法与要保护的灵敏器件或材料是不相容的。
迫切需要经济的溅射材料，包括溅射靶，其可用于保护灵敏工件(例如器件、制品或原材料)免受不合乎希望的暴露于氧、水、热或其他污染物。
发明内容
溅射靶包括低Tg玻璃材料，低Tg玻璃材料的前体，或者铜或锡的氧化物。铜或锡的氧化物可以是多晶的或者无定形的。示例性低Tg玻璃材料包括磷酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、亚碲酸盐玻璃和硫属化物玻璃。
形成包含低Tg玻璃材料的溅射靶的一种方法包括提供原材料粉末混合物，对粉末混合物进行加热以形成熔融低Tg玻璃，以及将玻璃熔体成形成固体溅射靶。
形成压制粉末溅射靶的另一个方法包括提供原材料粉末的混合物，并将混合物压制成固体溅射靶，其中，粉末混合物包括CuO、SnO或低Tg玻璃前体组合物，所述低Tg玻璃前体组合物选自：磷酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、亚碲酸盐玻璃和硫属化物玻璃。
在以下的详细描述中给出了本发明的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的发明而被认识。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都提出了本发明的实施方式，目的是提供理解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本发明的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图举例说明了本发明的各种实施方式，并与描述一起用来解释本发明的原理和操作。
附图简要说明
图1是用于形成气密阻挡层的单室溅射工具的示意图；
图2所示是形成在基材表面上的气密阻挡层；
图3显示了根据一个示例性实施方式的RF溅射设备的一部分；
图4显示了根据另一个示例性实施方式的连续在线式磁控管溅射设备的一部分；
图5所示是用于气密性加速评估的钙小片测试样品；
图6显示根据加速测试的非气密密封钙小片(左侧)和气密密封钙小片(右侧)的测试结果；
图7显示气密CuO基阻挡层形成材料(顶部系列)和非气密Cu2O基阻挡层形成材料(底部系列)的掠射角(A、C)和薄膜(B、D)X射线衍射(XRD)谱；
图8A-8I显示根据加速测试的气密CuO基阻挡层的一系列掠射角XRD谱；
图9是根据加速测试的气密SnO基阻挡层(顶)和非气密Sn2O基阻挡层(底)的一系列掠射角XRD谱；
图10是根据各个实施方式的铜背衬板的照片；
图11是焊料涂覆的铜背衬板的照片；
图12是包含退火的低Tg玻璃材料的示例性溅射靶的图像；
图13是压制的低Tg玻璃溅射靶的图像；
图14显示压缩之前的大形状因子溅射靶；
图15显示具有结合到板的中心区域中的松粉末材料的圆形铜背衬板；以及
图16显示在松粉末压缩之后的图15的圆形铜背衬板。
发明详述
可以通过将合适的起始材料直接地物理气相沉积(例如，溅射沉积或激光烧蚀)到工件上或者可用于包封工件的基材上，来形成机械稳定的气密阻挡层。起始材料包括低Tg玻璃材料及其前体，以及多晶或无定形的铜或锡的氧化物。如本文所定义，低Tg玻璃材料的玻璃转化温度小于400℃，例如小于350、300、250或200℃。
用于形成此类阻挡层的单室溅射沉积设备100如图1示意性所示。虽然下文就沉积到基材上对设备及其方法进行描述，但是应理解的是，基材可以被工件或其他待保护的器件代替。
设备100包括真空室105，其具有基材平台110和掩模平台120，所述基材平台110上可以安装一个或多个基材112，所述掩模平台120可用于安装遮光掩模122，用于将不同层图案化沉积到基材上。室105装有用于控制内部压力的真空口140，以及水冷却口150和气体进口160。真空室可以是低温泵送的(CTI-8200/Helix；MA,USA)，并且能够以适于蒸汽过程(约10-6托)和RF溅射沉积过程(约10-3托)的压力进行操作。
如图1所示，将多个蒸发固定装置180通过导电导线182与各个电源190相连，所述蒸发固定装置180分别具有任选的对应遮光掩模122用于将材料蒸发到基材112上。可以将待蒸发的靶材料200放入各个固定装置180中。可以将厚度监测器186整合到包括控制器193和控制站195的反馈控制回路中，从而对沉积的材料的量的控制进行影响。
在一个示例性系统中，各个蒸发固定装置180配备有一对铜导线182以提供操作功率约为80-120瓦的DC电流。有效的固定装置电阻通常会与其几何形貌相关，这会决定精确的电流和瓦特数。
还提供具有溅射靶310的RF溅射枪300，用于在基材上形成阻挡层。RF溅射枪300通过RF电源390和反馈控制器393与控制站395相连。对于溅射无机气密层，可以将水冷却圆柱形RF溅射枪(Onyx-3TM，埃科学公司(AngstromSciences)，Pa)放置在室105中。合适的RF沉积条件包括50-150W的正向功率(<1W的反射功率)，其对应约的典型沉积速率(美国先进能源公司(Advanced Energy,Co,USA))。
在气密阻挡层的沉积过程中，可任选地将基材冷却或加热至所需温度(例如，-30℃至150℃)。在一些实施方式中，基材保持在约为室温。可以进行或省略刚沉积的材料的后沉积烧结或退火步骤。
本文所揭示的气密阻挡层的特征可以是薄膜材料。气密阻挡层的总厚度可以约为150nm至200微米。在各个实施方式中，刚沉积的层的厚度可以小于200微米，例如，小于200、100、50、20、10、5、2、1、0.5或0.2微米。刚沉积的玻璃层的厚度的例子包括200、100、50、20、10、5、2、1、0.5、0.2或0.15微米。
根据各种溅射方法，可以由合适的靶材料，在基材或工件表面上形成自钝化层。自钝化层是无机材料。不希望受到理论的限制，相信根据各个实施方式，在刚沉积的层的形成过程中或之后，其与水分或氧反应，形成机械稳定的气密阻挡层。气密阻挡层包括刚沉积的层和第二无机层，其是沉积的层与水分或氧的反应产物。因此，在刚沉积的层的环境界面处形成第二无机层。在基材400的表面上形成的气密阻挡层404如图2所示。在所示的实施方式中，气密阻挡层404包括第一(刚沉积的)无机层404A和第二(反应产物)无机层404B。在一些实施方式中，第一层和第二层可以合作形成复合薄膜，其可以隔离下方结构并对其进行保护。可钝化的刚沉积的层包括低Tg玻璃材料或者铜或锡的氧化物。
根据另一些实施方式，第二无机层的摩尔体积比第一无机层的摩尔体积大了约为-1至15％，并且第二无机层的平衡厚度至少是第一无机层的初始厚度的10％，但是小于该第一无机层的初始厚度。虽然第一无机层可以是无定形的，但是第二无机层可以至少是部分晶体的。
在一些实施方式中，摩尔体积的变化(例如增加)表现为复合阻挡层中的压缩力，导致自密封现象。由于第二层是作为第一无机层与氧或水的自发反应产物形成的，因此成功地形成气密阻挡层的刚沉积的层(第一无机层)的热动力学不如其相应的第二无机层稳定。热动力学稳定性反映为各自的成形吉布斯自由能。
根据本发明的溅射沉积的气密阻挡层可展现自钝化性质，其有效且显著地阻止水分和氧的扩散。
根据一些实施方式，气密阻挡层的材料选择以及用于在工件或基材上形成气密阻挡层的加工条件是足够灵活的，工件或基材不会受到形成阻挡层的负面影响。
根据各个实施方式的示例性溅射配置如图3和4所示。图3显示溅射靶310的RF溅射，以在基材112上形成阻挡层，所述基材112由(也如图1所示的)旋转基材平台110支撑。图4显示一部分的在线式平坦磁控管溅射设备，其配置成在移动基材的表面上连续地形成气密阻挡层。基材的移动方向如图4箭头A所示。原始基材可以从第一辊解绕，通过磁控管溅射靶311的沉积区，以在一部分的工件上提供阻挡层，然后经涂覆的工件可以卷绕到第二辊上。
通常，用于形成气密阻挡层的合适材料包括低Tg玻璃和铜或锡的合适的反应性氧化物。气密阻挡层可以由低Tg材料，例如磷酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、亚碲酸盐玻璃和硫属化物玻璃形成。示例性硼酸盐和磷酸盐玻璃包括磷酸锡、氟磷酸锡和氟硼酸锡。溅射靶可以包括此类玻璃材料，或者，其前体。示例性的铜和锡氧化物是CuO和SnO，其可以由包括这些材料的压制粉末的溅射靶形成。
任选地，组合物可包括一种或多种掺杂剂，包括但不限于，钨、铈和铌。如果含有的话，此类掺杂剂可以影响，例如，阻挡层的光学性质，并可用于控制阻挡材料的电磁辐射(包括激光辐射)的吸收。例如，用二氧化铈掺杂可以增加低Tg玻璃阻挡在激光加工波长处的吸收，这可以实现在基材或衬垫上形成之后使用基于激光的密封技术。
示例性氟磷酸锡玻璃组合物可以表述为各组成SnO、SnF2和P2O5相应的三元相图的形式。合适的氟磷酸锡玻璃包含20-100摩尔％的SnO、0-50摩尔％的SnF2和0-30摩尔％的P2O5。这些氟磷酸锡玻璃组合物可任选地包含0-10摩尔％的WO3、0-10摩尔％的CeO2和/或0-5摩尔％的Nb2O5。
例如，适合形成气密阻挡层的掺杂的氟磷酸锡起始材料的组成包含35-50摩尔％的SnO、30-40摩尔％的SnF2、15-25摩尔％的P2O5以及1.5-3摩尔％的掺杂剂氧化物，例如WO3、CeO2和/或Nb2O5。
根据一个具体实施方式的氟磷酸锡玻璃组合物是铌掺杂的锡氧化物/氟磷酸锡/五氧化二磷玻璃，其包含约38.7摩尔％的SnO、39.6摩尔％的SnF2、19.9摩尔％的P2O5和1.8摩尔％的Nb2O5。可用于形成此类玻璃层的溅射靶可包括，23.04％Sn、15.36％F、12.16％P、48.38％O和1.06％Nb(原子摩尔百分比的形式)。
根据一个替代实施方式的磷酸锡玻璃组合物包含约27％Sn、13％P和60％O，其可源自溅射靶，所述溅射靶包含约27％Sn、13％P和60％O(原子摩尔百分比的形式)。应理解的是，本文所揭示的各种玻璃组合物可涉及沉积层的组合物或者源溅射靶的组合物。
如同氟磷酸锡玻璃组合物，示例性的氟硼酸锡玻璃组合物可以表述为SnO、SnF2和B2O3各自的三元相图组合物。合适的氟硼酸锡玻璃组合物包含20-100摩尔％的SnO、0-50摩尔％的SnF2和0-30摩尔％的B2O5。这些氟硼酸锡玻璃组合物可任选地包含0-10摩尔％的WO3、0-10摩尔％的CeO2和/或0-5摩尔％的Nb2O5。
合适的低Tg玻璃组合物的额外方面以及用于从这些材料形成玻璃层的方法见共同转让的美国专利第5,089,446号以及美国专利申请系列第11/207,691号、第11/544,262号、第11/820,855号、第12/072,784号、第12/362,063号、第12/763,541号和第12/879,578号所述，其全文通过引用结合入本文。
本文所揭示的气密阻挡层材料可包括二元、三元或更高元的组合物。数种二元氧化物体系的研究揭示了可用于形成自钝化气密阻挡层的其他材料。在铜氧化物体系中，例如，刚沉积的无定形CuO与水分/氧反应以部分形成晶体Cu4O3，所得的复合层展现出良好的气密性。但是，当Cu2O作为第一无机层沉积时，所得到的膜不是气密的。在锡氧化物体系中，刚沉积的无定形SnO与水分/氧反应以部分形成晶体Sn6O4(OH)4和SnO2。所得到的复合层展现出良好的气密性。但是，当SnO2作为第一无机层沉积时，所得到的膜不是气密的。
从实用性目的来说，气密层是被认为是这样的一种层，它基本不透气并且基本不透水分。举例来说，气密薄膜可配置成将氧流逸(扩散)限制到小于约10-2cm3/m2/天(例如，小于约10-3cm3/m2/天)，并且将水分流逸(扩散)限制到约10-2g/m2/天(例如，小于约10-3g/m2/天、10-4g/m2/天、10-5g/m2/天或者10-6g/m2/天)。在一些实施方式中，气密薄膜基本抑制了空气和水与下方工件或密封在使用气密材料的结构中的工件的接触。
为了评估气密阻挡层的气密性，使用单室溅射沉积设备100来制备钙小片测试样品。在第一步骤中，将钙弹(Stock#10127；阿法埃莎公司(Alfa Aesar))蒸发通过遮光掩模122，形成以5x5阵列分布在2.5平方英寸的玻璃基材上的25个钙点(直径0.25英寸，厚100nm)。为了钙蒸发，将室压降低至约10-6托。在初始预浸步骤中，将蒸发固定装置180的功率控制在约20W，持续约10分钟，之后为沉积步骤，其中功率增加至80-125W，在各个基材上沉积约100nm厚的钙图案。
在钙蒸发之后，图案化的钙小片使用对比无机氧化物材料以及根据各个实施方式的气密性无机氧化物材料进行包封。使用室温RF溅射压制粉末或玻璃溅射靶沉积无机氧化物材料。使用手动加热的台式(bench-top)水压机(卡福压制公司(Carver Press)，型号4386，美国印第安纳州沃巴什市(Wabash,IN,USA))来分开地制备压制粉末靶。压制通常在约200℃下以5000psi操作2小时。
RF电源390和反馈控制393(美国先进能源公司)用于在钙上形成厚度约为2微米的第一无机氧化物层。没有采用后沉积热处理。RF溅射过程中的室压约为1毫托。在测试前，通过使得测试样品环境暴露于室温和大气压，来引发在第一无机层上的第二无机层的形成。
图5是测试样品的截面图，所述测试样品包含玻璃基材400、图案化钙小片(约100nm)402以及无机氧化物膜(约2um)404。在环境暴露之后，无机氧化物膜404包含第一无机层404A和第二无机层404B。为了评估无机氧化物膜的气密性，将钙小片测试样品放入烘箱中，并以固定的温度和湿度(通常85℃和85％相对湿度(“85/85测试”))经受加速环境老化。
气密性测试光学地监测真空沉积的钙层的外观。刚沉积的各个钙小片具有高度反射性金属外观。在暴露于水和/或氧之后，钙发生反应，并且反应产物是不透明的、白色且片状的。钙小片在85/85烘箱中存活超过1000小时相当于包封的膜在环境操作下存活5-10年。在60℃和90％相对湿度下，测试的检测限约为10-7g/m2/天。
图6显示非气密密封和气密密封的钙小片在暴露于85/85加速老化测试中的通常性质。在图6中，左列显示直接在小片上形成的Cu2O膜的非气密性包封性质。所有的Cu2O涂覆的样品都没有通过加速测试，钙点小片的灾难性的分层证实了水分渗透通过Cu2O层。右列显示接近50％的样品包含CuO沉积的气密层的阳性测试结果。在右列样品中，34个完好的钙点的金属质感(总计75个测试样品)即是证据。
使用掠射角X射线衍射(GIXRD)和常规粉末X射线衍射，分别对非气密和气密沉积层的近表面和整个氧化物层进行评估。图7显示气密CuO沉积层(图A和B)与非气密Cu2O沉积层(图C和D)的GIXRD数据(图A和C)和常规粉末反射(图B和D)。通常，用于产生图4A和4C的GIXRD扫描的1度掠射角探测约50-300纳米的近表面深度。
回到图7，气密的CuO沉积膜(图A)展现指向相锥黑铜(phaseparamelaconite)(Cu4O3)的近表面反射，但是沉积膜的内部(图B)展现与明显无定形铜氧化物内含物一致的反射。锥黑铜层对应第二无机层，其是由直接在钙小片上形成的第一无机层(CuO)形成的。相反地，非气密Cu2O沉积层在两个扫描中都展现出与Cu2O一致的X射线反射。
XRD结果暗示气密膜展现了溅射的(刚沉积的)材料与经加热的水分在仅仅近表面区域中的明显和协同反应，而非气密膜与经加热的水分在其整体中发生反应，产生阻碍了有效气密性的明显扩散通道。对于铜氧化物体系，气密膜数据(沉积的CuO)暗示锥黑铜晶体层在顶上形成无定形基的未反应的溅射的CuO，从而形成机械稳定和气密的复合层。
对于加速测试之后的CuO沉积的气密阻挡层，图8A-8H显示一系列的GIXRD图，图8I显示布拉格XRD谱。来自整个膜体积的布拉格衍射具有无定形特性，在膜表面上/膜表面附近存在锥黑铜相。使用6.31g/cm3的CuO密度，44.65cm2/g的质量衰减系数以及281.761cm-1的衰减系数，从图8的GIXRD图估算锥黑铜深度。在图8A-8H中，分别在1°、1.5°、2°、2.5°、3.0°、3.5°、4°和4.5°的入射角获得的连续掠入射X射线衍射谱显示如下的表面层(锥黑铜)，其在暴露于85℃和85％的相对湿度1092小时之后，包含31％(619nm)至46％(929nm)的初始2微米的溅射的CuO。各个GIXRD角的计算表面深度(探测深度)的总结见表1所示。
表1.锥黑铜深度分布
图 GIXRD角(度) 探测深度(nm)
6A 1 300
6B 1.5 465
6C 2 619
6D 2.5 774
6E 3 929
6F 3.5 1083
6G 4 1238
6H 4.5 1392
6I n/a 2000
除了使用基于铜氧化物的阻挡层进行的气密性评估之外，还评估了基于锡氧化物的阻挡层。参见图9所示，其显示了SnO(顶)和SnO2沉积的膜(底)在85/85暴露之后的GIXRD谱图，气密薄膜(顶)展现形成在沉积的无定形SnO层上的晶体SnO2状的(钝化)层，而非气密(SnO2沉积)膜展现完全的晶体形貌。
表2突出显示了中心金属离子的体积变化对于表面水合产物的膜应力的影响作用。发现对应于约小于或等于15％的摩尔体积变化的增加的窄带对气密有效压缩力起作用。在一些实施方式中，第二无机层的摩尔体积约比第一无机层的摩尔体积大了约为-1％至15％(即，-1、0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15％)。所得到的自密封性(即，气密性)看上去与体积膨胀相关。
表2.各种材料的计算的摩尔体积变化
估计
表3显示形成气密膜的无机氧化物总是热动力最不稳定的氧化物，反映为对于给定的元素对，其成形的吉布斯自由能。这暗示刚沉积的无机氧化物膜是亚稳定的，因而对于水解和/或氧化是具有潜在反应性的。
表3.各种氧化物的吉布斯成形自由能(ΔG°成形)
靶材料 ΔG°成形[kJ/摩尔] 气密层
SnO -251.9 是
SnO2 -515.8 否
CuO -129.7 是
Cu2O -146.0 否
在一些实施方式中，阻挡层可源自一种或多种前述材料的室温溅射，但是也可以使用其他薄膜沉积技术。为了适应各种工件构造，可以使用沉积掩模以产生合适的图案化的气密阻挡层。或者，可以使用常规光刻和蚀刻技术，从预先沉积的覆盖层形成图案化的气密层。
为了通过溅射形成气密阻挡层，溅射靶可包含低Tg玻璃材料或其前体，例如压制的粉末靶，其中粉末成分具有对应于所需的阻挡层组成的整体组成。玻璃基溅射靶可包括致密的、单相、低Tg玻璃材料。本文描述了形成玻璃组合物溅射靶和压制的粉末溅射靶的一些方面。
对于玻璃组合物和压制的粉末组合物靶，导热背衬板，例如铜背衬板可用于支撑靶材料。背衬板可具有任意合适的尺寸和形状。在一个例子中，从0.25英寸厚的铜板形成3英寸外直径(OD)的圆形铜背衬板。将板的直径约为2.875英寸的中心区域研磨至约1/8英寸深度，在中心区域周边留下约1/16英寸宽的唇缘。此类铜背衬板的照片如图10所示。
为了根据一个实施方式形成玻璃组合物溅射靶，背衬板的中心区域初始涂覆了焊剂较少的焊料薄层(Cerasolzer ECO-155)。焊料提供了不含氧化物或基本不含氧化物的粘合促进层，靶材料可以与该层粘结。焊料处理的铜背衬板的图像如图11所示。
可以从起始原材料制备所需的玻璃组合物。例如，要形成氟磷酸锡玻璃的起始材料可以经混合和熔融以使得玻璃均匀化。原材料(其可以包括粉末材料)，可以在例如碳坩锅中加热至500-550℃的温度，然后浇铸到石墨块上以形成碎玻璃。碎玻璃可以破裂、再熔融(500-550℃)，然后倒入预加热的、焊料处理的背衬板的中心区域中。背衬板可以被预加热至100-125℃的温度范围内。浇铸可以在100-125℃的温度退火1小时，但是对于较大的背衬板也可以使用较长的退火时间。刚退火的低Tg玻璃溅射靶的图像如图12所示。
在玻璃组合物退火之后，可以，例如采用Carver压制机在低于225℃(例如140-225℃)的温度，并施加2000-25000psi的压力，抵靠住焊料涂覆的铜，对玻璃进行热压制。热压制促进了玻璃材料与背衬板的良好粘合以及彻底压缩。在另一个实施方式中，可以在低于180℃的温度下进行热压制的步骤。压制的、低Tg玻璃溅射靶的图像如图13所示。
通过控制对玻璃靶进行退火和压制的温度和压力，可以最小化或避免形成不需要的空隙或次相。根据各个实施方式，包含低Tg玻璃材料的溅射靶的密度可以接近或等于玻璃材料的理论密度。示例性靶材料包括密度大于或等于材料理论密度的95％(例如，至少96、97、98或99％致密)的密度。
通过提供致密溅射靶，可以使得靶在使用过程中的降解最小化。例如，在使用过程中，含有孔隙度或混合相的钯的暴露表面会变得优先溅射和粗糙，因为孔隙度或第二相发生暴露。这会导致钯表面的失控降解。粗糙化的钯表面会导致颗粒材料从钯剥落，这会导致在沉积层中结合缺陷或颗粒堵塞。包含此类缺陷的阻挡层可能是易受气密失效的。致密溅射靶还可展现均匀的导热性，其促进了操作过程中靶材料的无损加热和冷却。
根据各个实施方式，本文所揭示的用于形成溅射靶的方法还可用于产生低Tg玻璃组合物的单相、高密度靶。玻璃靶可以不含次相或杂质相。虽然前述涉及直接在背衬板上形成溅射靶，但是应理解的是，可以独立于此类背衬板制备合适的玻璃基靶组合物，然后任选地在后续步骤中结合到背衬板上。
在一些实施方式中，制造包含低Tg玻璃材料的溅射靶的方法包括：提供原材料粉末混合物，对粉末混合物进行加热以形成熔融玻璃，对玻璃进行冷却以形成碎玻璃，使得碎玻璃熔融以形成玻璃熔体，以及将玻璃熔体成形成固体溅射靶。图14显示将玻璃材料结合到较大形状因子矩形背衬板的中心区域的图。
作为玻璃材料基溅射靶的一个替代，可以省略对起始原材料进行熔融和均匀化的步骤，作为替代，粉末原材料可以进行混合并直接压制到合适的背衬板的中心区域中。图15所示是将粉末原材料结合到圆形背衬板的中心区域中，图16所示是图15的粉末材料压制之后的最终压制的粉末溅射靶。
制造包含具有低Tg玻璃组成的粉末压缩体的压制的粉末溅射靶的方法包括提供原材料粉末混合物，以及将混合物压制成固体溅射靶。在这种方法中，粉末混合物是低Tg玻璃材料的前体。在相关方法中，制造包含铜或锡氧化物的压制的粉末溅射靶包括提供CuO或SnO的粉末，并将粉末压制成固体溅射靶。
通过溅射形成的气密阻挡层可以是光学透明的，这使得它们适用于包封，例如食物、医疗器具和药物材料，其中通过无需打开包装即可看到包装内含物的能力可能是有利的。光学透明性还可用于对光电器件，例如显示器和光伏器件(它们依赖于光学透射)进行密封。在一些实施方式中，气密阻挡层的光学透明度表征为大于90％(例如，大于90、92、94、96或98％)的光学透射率。
在一个进一步的示例性实施方式中，溅射沉积的气密阻挡层可用于包封含有液体或气体的工件。此类工件包括染料敏化太阳能电池(DSSC)、电润湿显示器和电泳显示器。所揭示的气密阻挡层可显著地抑制工件暴露于空气和/或水分，这可有利地防止不合乎希望的物理和/或化学反应，例如氧化、水合、吸收或吸附、升华等，以及此类反应随之而来的表现，包括损坏、降解、溶胀、功能性下降等。
由于保护性阻挡层的气密性，可以使受保护工件的使用寿命延长至超过使用常规气密阻挡层所能实现的使用寿命。可以使用所揭示的材料和方法进行保护的其他器件包括有机LED、荧光团、碱金属电极、透明导体氧化物和量子点。
所揭示的是溅射靶和用于形成溅射靶的方法，所述溅射靶包含低Tg玻璃材料或其前体，或者铜或锡的氧化物。使用前述靶的溅射方法可用于形成自钝化气密阻挡层。
如本文所用，单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数指代对象，除非文中另有明确说明。因此，例如，对一种“玻璃”的引用包括具有两种或更多种此类“玻璃”的例子，除非文本中有另外的明确表示。
在本文中，范围可以表示为自“约”一个具体值始，和/或至“约”另一个具体值止。表述这样的范围时，其例子包括自一个具体值始和/或至另一个具体值止。类似地，当使用先行词“约”表示数值为近似值时，应理解，具体数值构成另一个方面。应当进一步理解，各范围的端点与另一端点相关和无关时，都是有意义的。
除非另有明确说明，否则，不应将本文所述的任何方法解释为必须按照特定的顺序进行其步骤。因此，当方法权利要求实际上没有陈述其步骤应遵循的顺序的时候，或者当权利要求或说明书中没有另外具体说明所述步骤应限于特定顺序的时候，不应推断出任何特定顺序。
还要注意本文关于将部件“构造成”或“使其适于”以特定的方式起作用的描述。关于这方面，将这样一个组分“构造成”或“使其适于”体现特定的性质，或者以特定的方式起作用，这样的描述是结构性的描述，而不是对预定应用的描述。更具体来说，本文所述的将组件“构造成”或“使其适于”的方式表示该组件现有的物理条件，因此可以将其看作该组件的结构特征的限定性描述。
对本领域技术人员显而易见的是，可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下对本发明作出各种修改和变化。因为本领域技术人员可以结合本发明的精神和实质，对所述的实施方式进行各种改良、组合、子项组合和变化,应认为本发明包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。

Claims (15)

1.一种溅射靶，其包含选自下组的溅射材料：低Tg玻璃、低Tg玻璃的前体以及铜或锡的氧化物。
2.如权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，所述溅射材料形成在导热性背衬板上。
3.如权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，所述低Tg玻璃或者低Tg玻璃前体包含选自下组的材料：磷酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、亚碲酸盐玻璃和硫属化物玻璃。
4.如权利要求3所述的溅射靶，其特征在于，所述低Tg玻璃或者低Tg玻璃前体还包含掺杂剂。
5.如权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，所述低Tg玻璃或者低Tg玻璃前体包含选自下组的材料：磷酸锡、氟磷酸锡和氟硼酸锡。
6.如权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，低Tg玻璃或者低Tg玻璃前体的组成包括：
20-100摩尔％的SnO；
0-50摩尔％的SnF2；以及
0-30摩尔％的P2O5或B2O3。
7.如权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，低Tg玻璃或者低Tg玻璃前体的组成包括：
35-50摩尔％的SnO，
30-40摩尔％的SnF2，
15-25摩尔％的P2O5或B2O3；以及
1.5-3摩尔％的至少一种掺杂剂氧化物，其选自：WO3、CeO2和Nb2O5。
8.如权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，铜氧化物包括CuO。
9.如权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，锡氧化物包括SnO。
10.如权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，铜氧化物或锡氧化物是无定形的。
11.如权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，铜氧化物或锡氧化物是晶体。
12.如权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，所述溅射材料包括低Tg玻璃前体或者铜或锡氧化物的压制粉末。
13.一种形成包含低Tg玻璃材料的溅射靶的方法，所述方法包括：
提供原材料粉末混合物；
将粉末混合物加热至形成熔融低Tg玻璃；以及
将玻璃熔体成形为固体溅射靶。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述成形包括将玻璃熔体倒在背衬板的表面上。
15.一种形成溅射靶的方法，所述方法包括：
提供原材料粉末混合物；以及
将混合物压制成固体溅射靶，其中所述粉末混合物包含CuO、SnO或者低Tg玻璃前体组合物，所述低Tg玻璃前体组合物选自下组：磷酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、亚碲酸盐玻璃和硫属化物玻璃。
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