CN115700294A

CN115700294A - 导电硅溅射靶

Info

Publication number: CN115700294A
Application number: CN202110837547.7A
Authority: CN
Inventors: W·德博斯切; I·卡雷蒂吉安加斯普罗; 蔺裕平
Original assignee: Solai Coating Industry Jiangyin Co ltd; Solay Advanced Coating Co ltd
Current assignee: Solai Coating Industry Jiangyin Co ltd; Solay Advanced Coating Co ltd
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2021-07-23
Publication date: 2023-02-07
Also published as: EP4370724A1; WO2023285639A1; CN117480272A; BE1029590B1; TW202305157A; BE1029590A1

Abstract

一种溅射靶(10)具有用于溅射的靶材(11)，该靶材(11)包括层状结构和至少1％的孔隙率，并且具有低于1000ohm.cm的电阻率，例如低于100ohm.cm，例如诸如低于10ohm.cm，该靶材还包括硅以及来自元素周期表的第13族和/或第15族的至少一种附加元素，其中硅的量是至少98wt.％，更优选至少99wt.％，更优选高于99.5wt.％，并且该至少一种附加元素的量是低于0.03wt.％，其中所述量不包括氮量(如果存在氮的话)。还提供了一种制造方法和溅射方法。

Description

导电硅溅射靶

技术领域

本发明涉及硅溅射靶的领域。本发明尤其涉及导电硅溅射靶以及生产该导电硅溅射靶的方法以及溅射方法。

背景技术

通过溅射来沉积材料的技术已经知道了几十年。通常，等离子体是在低压室中产生的，低压室中存在惰性气体(诸如氩气)或活性气体(诸如氧气或氮气)，并对所谓的“溅射靶”(包含要沉积的材料)施加高负电压。气体原子可以被电离，并且溅射靶被正气体离子轰击，从而使原子脱离溅射靶，并移动到“基材”并被沉积在该基材上。

可以标识出三种电源：DC电源、AC电源或脉冲电源(在以kHz为单位的范围内，例如频率为1到100kHz)和RF电源(在以MHz为单位的范围内，例如频率为0.3到100kHz)。由此，溅射可被归类为DC溅射、AC溅射或射频溅射。DC电源通常在溅射靶包含导电溅射材料并且沉积层也具有某种程度的电导性时被使用。AC电源通常在沉积层具有低电导性或者该沉积层是介电质时被使用。RF电源通常在溅射靶具有低电导性或者绝缘时被使用。在使用RF时，针对相同的功率电平的溅射速率通常显著低于DC工艺，RF电源的电子设备每瓦成本通常更高。

硅靶的溅射是惯常做法并且用于许多应用。特别是在反应性气体环境中从硅靶溅射在许多光学应用中是众所周知的。这些应用包括用于建筑玻璃的氮化硅沉积，可以为其提供高折射率层，或在刚性和柔性透明基材上的光学堆叠内沉积二氧化硅，提供低折射率材料层以与堆叠的其他层产生光学干涉。

纯硅靶是完全绝缘的，除非含有某种类型和水平的杂质或掺杂，这对于限定材料电导性和促进溅射工艺是至关重要的。然而，这些杂质的存在可能对沉积层的沉积速率和特性产生负面影响。高沉积速率在薄膜制造中通常是必需的，以便i)通过允许用于溅射的涂敷机的高线速度来实现高生产量或者ii)通过允许较低的溅射功率来降低能耗。

对于氮化硅沉积，硅靶通常包括2到20wt.％的Al并且在包括氮气的环境中被溅射。由于沉积层的绝缘特质，通常使用AC溅射。添加Al有助于提高靶电导率和工艺稳定性，同时各层的光学特性仍符合要求，因为AlN具有高折射率。然而，沉积速率可能由于在靶中形成铝的化合物而降低。

通常，为二氧化硅沉积提供硅靶，以允许非常低的折射率。二氧化硅的沉积速率通常比氮化硅的沉积速率低得多。具有最多10wt.％的Al掺杂的硅靶也在用于溅射SiO₂薄膜的某些应用中使用。然而，向靶添加Al以提高其电导率可损害沉积速率和光学特性，因为所形成的Al₂O₃具有显著更低的溅射速率并且将提高沉积层的折射率。

因此期望提供一种具有纯硅靶的优点、但具有导电靶提供的有效且稳定的沉积和高沉积速率的硅靶。

发明内容

本发明的目标是提供良好溅射以及良好溅射靶，以及用于生产良好溅射靶的方法，这允许通过高效溅射和高沉积速率来提供包括硅的层。

以上目的由根据本发明的方法和设备来实现。

本发明提供了一种溅射靶，该溅射靶具有包括层状结构和至少1％的孔隙率的用于溅射的靶材。它的电阻率低于1000ohm.cm，更优选低于100ohm.cm，例如低于10ohm.cm。靶材包括至少98wt.％，更优选至少99wt.％(例如，诸如高于99.5wt.％)的量的硅。它还包括来自元素周期表的第13族和/或第15族的至少一种附加元素，其中所述至少一种附加元素的量低于0.03wt.％。如果存在氮，则所述量不包括氮的量。

本发明的实施例的优点是在AC或甚至DC溅射中能够获得高靶溅射速率和稳定溅射以用于氧化硅或氮化硅层，而不需要RF溅射。优点在于能够通过高沉积速率以及对溅射功率的高效使用来提供具有定制光学指数的光学层。

在一些实施例中，该至少一种附加元素的量高于0.001wt.％。本发明的实施例的优点在于可以为硅层提供来第13或15族的掺杂物，而不会对沉积速率或光学特性产生负面影响。

该至少一种附加元素包括来自元素周期表的第13族的元素，由此是p型掺杂物。例如，该元素可以是硼。

本发明的实施例的优点在于能够以快速、稳定的方式为具有p型掺杂物的硅层提供来自第13族的掺杂物。

在一些实施例中，靶可包括低于0.5wt.％的量的氧和/或氮。

在一些实施例中，靶材包括具有至少500毫米(例如，至少800毫米)长度的用于溅射的单片靶材或由该单片靶材组成。

本发明的实施例的优点在于能够使用较少或不使用贴片来提供单片，由此减小诸如来自贴片边缘的电弧或贴片边缘的腐蚀等影响。

在一些实施例中，靶包括厚度至少4毫米的用于溅射的材料。本发明的实施例的优点在于可以向单个靶提供大量层，该单个靶由于层状结构而是耐用且有弹性的靶。

在一些实施例中，靶是圆柱形靶。

本发明的实施例的优点在于靶可以承受功率密度高于30kW AC/m的溅射，例如35kW AC/m或更高，诸如40甚至高于50kW AC/m，而不会分层、开裂或产生任何其他材料缺陷。

在另一方面，本发明提供了一种用于使用本发明的前一方面的靶来进行溅射的方法，包括提供本发明的靶并提供使用该靶的溅射以用于在AC或DC溅射中以高于30kW/m的功率密度(例如，35kW/m或更高，诸如40kW/m，以及甚至高于50kW/m)沉积包括硅的层。

在一些实施例中，该方法被适配成提供在非反应性气氛中或在包含氧和/或氮的反应性气氛中进行溅射。

在一些实施例中，溅射期间的溅射或沉积室中的工作压力的范围在0.1Pa和10Pa之间。

在另一方面，本发明提供了一种用于制造靶的制造方法，例如根据本发明的第一方面的实施例的靶。该方法包括：

以可喷涂形式提供硅，

以可喷涂形式提供来自元素周期表第13族或第15族的至少一种附加元素，提供背衬基材，以及

按溅射参数将一定量的硅以及该至少一种附加元素喷涂在该背衬基材上，该量和溅射参数被配置成使得靶被形成为具有至少1％的孔隙率，并且包括至少98wt.％的硅，更优选至少99wt.％或甚至高于99.5wt.％的硅，以及小于0.03wt.％的来自元素周期表第13族或第15族的至少一种附加元素。该至少一种附加元素的量不包括氮量，如果存在氮的话。

本发明的实施例的优点是靶可通过喷涂来获得并且对掺杂物的浓度的控制非常准确，以便提供具有高溅射速率和相对较高的电导率的靶以用于稳定的AC或DC溅射。

在一些实施例中，喷涂是通过热喷涂(例如，等离子喷涂)来完成的。

在所附独立和从属权利要求中阐述了本发明的特定和优选方面。来自从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征以及与其他从属权利要求的特征适当地结合，而不仅仅是如在权利要求中明确阐述的那样。

根据此后所描述的(多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将是显而易见的，并且参考这些实施例阐明了本发明的这些方面和其他方面。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的靶。

图2示出了比较图表，该比较图表示出针对现有靶以及根据本发明的实施例的靶的因变于溅射期间的氧气流速的不同的动态沉积速率。

图3示出了图2中的用虚线矩形200指示的图表的细节。

图4示出了比较图表，该比较图表示出现有靶以及根据本发明的实施例的靶的因变于溅射期间的氮气流速的不同的动态沉积速率。

图5示出了根据本发明的实施例的靶溅射方法的方案。

图6示出了根据本发明的实施例的制造靶的方法的方案。

各附图仅是示意性而非限制性的。在附图中，出于说明性目的，要素中的一些要素的尺寸可被放大且未按比例绘制。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

在不同的附图中，相同的附图标记指代相同或相似的要素。

具体实施方式

将关于特定实施例并且参照某些附图来描述本发明，但是本发明不限于此，而仅由权利要求书来限定。尺度和相对尺度不对应于对本发明的实施的实际减少。

说明书中和权利要求书中的术语第一、第二等用于在类似的要素之间进行区分，而不一定用于描述时间上、空间上、等级上或以任何其他方式的顺序。应理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文中所描述的本发明的实施例能够以与本文中所描述或图示的不同的顺序来进行操作。

此外，说明书和权利要求中的术语顶部、下方等等用于描述性目的并且不一定用于描述相对位置。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文中所描述的本发明的实施例能够以与本文中所描述或图示的取向不同的取向进行操作。

要注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限定于其后列出的装置；它并不排除其他要素或步骤。因此，该术语应被解释为指定如所提到的所陈述的特征、整数、步骤或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或组件、或其群组的存在或添加。因此，表述“一种包括装置A和装置B的设备”的范围不应当限于仅由组件A和组件B组成的设备。然而，该表述但是也可涵盖仅由组件A和B构成的设备。这意味着就本发明而言设备的唯一相关组件是A和B。

贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意指结合该实施例所描述的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”贯穿本说明书在各个地方的出现并不一定全部指代同一实施例，而是可以指代同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，如通过本公开将对本领域普通技术人员显而易见的，特定的特征、结构或特性能以任何合适的方式进行组合。

类似地，应当理解，在本发明的示例性实施例的描述中，出于精简本公开和辅助理解各发明性方面中的一个或多个发明性方面的目的，本发明的各个特征有时被一起编组在单个实施例、附图或其描述中。然而，该公开方法不应被解释为反映要求保护的发明要求比每一项权利要求中明确记载的特征更多的特征的意图。相反，如所附权利要求所反映，发明性方面存在于比单个前述公开的实施例的全部特征更少的特征中。因此，具体实施方式之后所附的权利要求由此被明确纳入本具体实施方式中，其中每一项权利要求本身代表本发明的单独实施例。

此外，尽管本文中所描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但不包括其他实施例中所包括的其他特征，但是如本领域技术人员将理解的那样，不同实施例的特征的组合旨在落在本发明的范围内，并且形成不同实施例。例如，在所附的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任何实施例均能以任何组合来使用。

在本文中所提供的描述中，阐述了众多具体细节。然而将理解，可在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例。在其他实例中，公知的方法、结构和技术未被详细示出，以免混淆对本描述的理解。

在本发明的实施例中只要提及溅射速率和沉积速率，就是分别指代材料离开靶的通量密度以及材料到达基材的通量密度。

硅被广泛用作涂层的一部分，并且这是从微电子到建筑结构的广泛应用范围的一部分。然而，纯硅不是良好的电导体，这导致在电流通过时在靶材上的电阻性功率损耗。一些应用要求在层中存在其他材料，诸如氧或氮。这些可经由反应性溅射通过取决于需求而在包括氧或氮的环境中进行溅射来提供。然而，这些气体及其量也影响溅射工艺。溅射速率取决于气流量而变化，并且气体可以在靶材仍在靶中时与靶材起反应。

本发明允许以低掺杂和杂质水平提供高纯Si靶材产品，同时维持良好的导电性以用于DC或AC(例如，在500kHz下)模式中的稳定溅射。

该靶材产品具有层状结构，例如它由重叠板片形成的层状结构组成，这例如通过热喷涂的生产方法获得，并且靶材中的硅的量是至少98％，例如99％或高于99.5wt.％，但它掺杂有具有小于0.03wt.％的至少一种掺杂材料，如下文中指定的。

具体而言，Si靶材产品掺杂有来自元素周期表的第13或15族的一种或多种元素，或其组合。靶材中的不包括氮的第13族或第15族掺杂物的量低于0.03wt.％。这些靶由于通过喷涂的制造方法而呈现出层状的类板片微结构。由此，这些靶也展现出某一有限孔隙率。与现有技术Si靶材相比，已观察到这些特性的组合允许以更高的可达沉积速率和溅射功率密度以更高效且更稳定的方式溅射Si化合物层；甚至在DC或AC模式中亦如此，同时可维持足够高的导电率。

在第一方面，本发明提供了一种溅射靶，该溅射靶包括具有例如通过喷涂提供的层状结构的用于溅射的靶材。用于溅射的材料可通过载体提供，例如在载体上的黏合涂层上提供。靶可包括至少4毫米的用于溅射的材料。

作为用于溅射的材料的硅呈现出高内应力，从而限制靶材的可用厚度。随着硅厚度的增加，应力也增大，这可导致靶材的开裂或分层。这在硅靶材在溅射期间经受高功率密度时尤其如此。本发明的用于溅射的靶材呈现出由所喷涂的材料的重叠板片形成的层状结构。受益于该层状结构和孔隙度，可以向弹性靶提供高厚度，例如大于4mm，诸如6mm或甚至9mm及以上，而无开裂等现象。

此外，尽管掺杂物的浓度相对较低，但导电率足够好以提供低电损耗以及足够好的导热率，从而允许更高效的功率使用和更高的功率密度，因为热过载和断裂的风险较低。由此，可以在整个使用寿命中受益，因为破裂几率低，并且能量使用高效(由于低损耗而导致的对功率的更好利用)。不包括氮的第13或15族的掺杂物的量可高于0.001wt.％。

在一些实施例中，掺杂材料包括来自元素周期表的第13族的元素。在与电子元件相关的应用中，这些材料能提供p掺杂型硅层。在特定实施例中，靶材包括硼。在一些实施例中，掺杂材料只包括有意义数量的一个第13族元素(例如，仅硼)，其他掺杂材料的量(来自不同族和/或甚至来自第13族本身)可被忽略，只要氮不被认为是掺杂材料的一部分。

靶可以是扁平的或者圆柱形的。用于溅射的材料可以是具有至少500毫米长度(例如，至少800毫米)的单片，例如，至少500毫米或至少800毫米轴向长度的圆柱体，或者至少一个维度(例如，长度或宽度)或两个维度至少500毫米或至少800毫米的扁平靶。例如，图1示出了具有层状结构的单片靶材11的圆柱形靶10的细长剖面图。靶材11通过直接在载体13上，可选地在载体13的黏合层12上进行喷涂来提供。黏合层可包括例如Cu、Ni或相关金属合金。

靶呈现出低于10％的孔隙率，通常低于5％。例如，孔隙率可以是1％或更高。与完全致密的靶材相比，这允许从靶表面轻松去除颗粒。

现有的纯硅靶通常呈现出相对较高的电阻率，从而导致靶材上的大压降，这导致功率因电阻加热而损失，从而增加断裂以及电荷积累和后续电弧的风险，并最终导致沉积速率降低。然而，本发明的实施例中的靶呈现出低于1000Ohm.cm(诸如低于100Ohm.cm)或甚至低于10Ohm.cm(诸如接近1Ohm.cm)，然而高于0.1Ohm.cm的电阻率，以使得这些靶不需要RF溅射。由于轻掺杂，因此保留了溅射高纯硅的优点，同时提高了效率和功率可用性。这足以提供AC溅射(例如，以低于500Hz的频率)或甚至DC溅射，从而允许纯Si靶上的高功率密度负载，而不超过临界应力水平，超过临界应力水平可导致材料报废。

专利申请WO 2020/099438在参照图8到图11的段落中公开了用于测量靶的电阻率和电阻的不同方法。这些方法可以在本发明中使用。

在下文中，将讨论沉积速率和相关参数以便适当地确立本发明的靶材与现有靶材之间的比较。

如果其余工艺变量被认为是恒定的，则沉积层的厚度一般是与对沉积源的曝光时间基本上成比例。沉积速率(DR)是从每曝光时间单位的沉积层厚度(例如，nm/min)获得的。该单位经常被用于小型涂布机，或者在分批涂布机中被取作均值，而待涂覆的基材可经历许多循环沉积步骤。

动态沉积速率(DDR)是经常用于在线涂布机的参数，其中通常呈现沉积区域的基材被输送通过一个或多个涂布机隔室，其中至少一个隔室包括沉积源。在在线涂布机的情形中，沉积层厚度与沿沉积源的输送速度成反比。由此，层厚度乘以输送速度是恒定的，并且它经常被表达为以nm.m/min为单位(即，以nm为单位的层厚度乘以以m/min为单位的基材速度)。

磁控管的功率电平对沉积速率具有重要影响。在一阶近似中，如果其余工艺变量被认为是恒定的，则溅射速率与所施加的功率电平成线性比例。然而，所施加的功率被施加在靶上，并且功率分布在靶的大小上。这意味着事实上，溅射速率可被认为与功率密度成线性比例。作为颗粒沉积在基材上的速率的沉积速率始终小于溅射速率，并且对于预定配置(涂敷几何形状、工艺条件等)，沉积速率可被假定为与溅射速率成比例。沉积在所有表面上的颗粒的量加上与剩余气体一起被抽走的任何颗粒量可被认为等于所溅射的颗粒量。

对于扁平靶，功率在靶上的这一分布经常被表达为每靶表面面积的功率电平(例如，以W/cm²为单位)。然而，限定用于旋转圆柱形磁控管的区域是更困难的。

功率密度补偿的动态沉积速率(PDC DDR)基于提供用于旋转圆柱形磁控管的功率密度的模型。该模型暗示溅射主要在沿圆柱体的线上进行，因为表面区域和等离子区通常是非常不同的。PDC DDR可被取作每靶长度的功率电平(例如，以kW/m为单位)。在特定工艺条件下(例如，在固定压力下在纯Ar中进行金属溅射)，PDC DDR可被认为是材料(靶材)常量。

PDC DDR通常被用来允许比较具有不同的涂层厚度和/或以多个功率密度生产和/或各种玻璃输送速度下的样品的沉积速率。PDC DDR是用于针对给定靶成分和工艺条件对层厚度、基材输送速度和/或功率电平进行一阶计算的容易且非常灵活的参数。

例如，给定材料具有6(nm.m/min)/(kW/m)的PDC DDR。单个1米长靶可包括用于溅射的这一给定材料。在这一示例性靶上，使用约20kW的功率电平，当正在在线涂布机中以3m/min的输送速度输送基材时，可以预计基材上的厚度约(6nm·m/min/kW/m)x(20kW/1m)/(3m/min)＝40nm的层。更根本地，PDC DDR值与原子到靶表面的平均结合能(也称为升华热)成反比。

PDC DDR允许独立于特定圆柱形靶大小比较材料性能，因为在一阶近似中，PDCDDR可被认为是针对给定工艺的材料常量(例如，取决于被添加到环境的反应性气体的量)。

现有靶材的动态沉积速率可使用以上定义来获得。在相同条件下，还可获得根据本发明的靶材的动态沉积速率。

获取若干靶，既有现有靶材，也有本发明的靶材。这些样品对于现有靶材被标记为低掺杂Si和SiAl8，而对于根据本发明的样品标记为“新Si”，如将被进一步解释的。

图2至图4中显示了不同反应性物质(氧和氮)因变于以每分钟标准立方厘米(sccm)为单位的流量的DDR结果。可以看到，一般而言，根据本发明的靶材允许DDR至少比现有材料高10％。图2聚焦于氧流量。图4聚焦于氮流量。图3示出了图2中用虚线矩形200指示的放大部分。

溅射条件对于所有靶和气体都是相同的：在18kw/m的功率密度和0.3Pa的压力下以约30kHz的频率进行AC溅射。环境可包括反应性气体，在图2和图3的情形中该反应性气体是氧气。反应性气体可包括其他气体，诸如放电气体(通常是非反应性气体，例如氩气)。硅材料被溅射到基材上，该硅材料与周围的氧气起反应以形成氧化硅，该氧化硅被认为是透明的。

由双线包围的区域100示出了其下可提供具有高DDR的不透明层的流量值。靶材可以表现为具有滞后行为的金属靶材这意味着反应性气体分压因变于到隔室中的氧气流量而呈现出滞后。在低氧气流量下，该过程以所谓的金属模式操作并且沉积层具有金属特性。该图表的该区中的条件下的沉积层主要是硅，包含被结合到该层中的微量的一些反应性气体。由此，因为硅不是透明材料，所以观察到不透明层。在更高的氧气流量下，化合物层被形成在基材上，但也形成在靶表面上。该过程现在以所谓的中毒模式操作并且沉积的氧化层具有陶瓷特性。从金属模式到中毒模式的转变点出现在与反向转变不同的阈值氧气流量下。金属溅射模式中的靶与中毒模式相比相对较快地溅射，由此这需要更多的反应性气体来转变至中毒。中毒模式中的靶(或中毒靶)比金属模式中的靶更慢地溅射，这需要比从金属模式到中毒模式的转变更少的反应性气体来转变回到金属模式溅射。而且，这取决于靶表面的当前状态并且在较小程度上取决于靶材的成分，这解释了区域100的形状。掺杂物向将要在DC或AC中溅射的大部分靶材提供足够的导电性。其中“金属”靶更快地溅射且“中毒”靶更慢地溅射的滞后行为主要与靶的表面条件作用(surface conditioning)相关。当然，电阻率取决于掺杂水平，由此对于较低掺杂量，电阻率往往增大，由此在电阻加热中损失了更大部分的施加功率。这导致滞后转变区朝更低的反应性气体流量的移位，就好像施加了更低功率电平那样。的确，在更低功率电平下，靶表面的溅射清洗减少，同样的反应性气体分压产生更多的表面中毒。

图3仅仅聚焦于获得透明氧化硅层的条件，并且其中DDR随氧气流量的变化是平滑的，即处于中毒模式中。

实验中所使用的材料包括现有的SiAl8靶材以及现有的高纯度低掺杂Si靶材，该SiAl8靶材具有包括92wt.％的Si和8wt.％的Al的成分。

根据本发明的靶材被标记为新Si。在金属溅射条件(其中氧气流量为零)下，新Si提供比现有的SiAl靶材更低的沉积速率，因为新Si的电阻更高。在纯金属模式中，新Si靶表现得类似于高纯度低掺杂Si靶材。在优选的工艺条件(即以下情形：溅射条件提供中毒模式中的溅射并且反应性气体流量恰好减少到其下靶溅射将回到金属状态的流量值之前的点)下，对于根据本发明的靶材，DDR增大。例如，在100sccm的流量下，新Si的DDR几乎是现有材料低掺杂Si的DDR的值的两倍，如图3所示。

可以看到，考虑到滞后行为且如图3所示，中毒靶切换回到金属模式的反应性气体工作点对于新Si靶是更高的(约100sccm，看见水平标度)。这是根据其在该点处的更高DDR(几乎3个DDR单位，参见垂直标度)。的确，100sccm氧气的反应性气体流量不足以将靶保持在中毒模式中；更高的DDR以及表面清洗溅射效应可允许新Si靶切换回到金属模式。现有技术Si靶(SiAl8低掺杂Si)在中毒模式中更慢地溅射，由此表面清洗效应不足以转变至金属模式并在100sccm保持中毒：流量需要在溅射清洗变得足够高以平衡中毒效应之前进一步减少，例如减少至80sccm，这允许靶回到金属模式。这也可通过更低的DDR来看到。全透明层可以从中毒靶的任何点提供，因为当靶中毒时，则沉积层当然具有完全化学计量的化合物成分。图3中的任何工作点可提供透明层的沉积。

第二主要反应性溅射可使用作为反应物的氮气来提供。如先前解释的，与硅靶相组合，氮化硅层还可通过包含氮气的反应性气氛中的溅射沉积来提供，以用于例如对其可使用大靶(例如大于800mm)的建筑玻璃。

图4示出了与根据本发明的靶相比的现有靶的动态沉积速率(DDR)，该DDR因变于以每分钟标准立方厘米(sccm)为单位的氮气流量。由双线包围的区域300示出了其下可提供不透明层的流量值，该不透明层取决于氮气流量。然而，对于氮气气氛中的沉积不存在滞后行为(因为在此情形中氮化物的溅射速率足够高并更接近金属模式的溅射速率)。从不透明层沉积到透明层沉积的氮气流量下的DDR的转变是平滑的。然而，存在转变的点对于不同材料是不同的。这对于被标记为新Si的样品是如此，其中转变在比其余靶材稍微更高的氮气流量下出现。

被标记为SiAl8的样品通常在用氮气的反应性溅射中被用来生产具有预定或期望光学属性的材料，因为氮化铝的光学指数类似于氮化硅的光学指数。虽然传统的掺杂Al的硅靶材显示出稳定的溅射，但溅射速率降低，尤其是在其中层是透明的更高流量条件下。被标记为低掺杂Si的样品也显示出通常较低的DDR(由于其较低的导电性)。

另一方面，根据本发明的靶材显示出比其他现有材料更高的DDR。对于通常用于提供透明层的流量，被标记为新Si的样品显示出通常比现有靶材更高的DDR。

总之，对于反应性溅射以及至少对于允许透明层的溅射沉积的流量条件，根据本发明的靶提供了通常高于现有材料的DDR。

本发明的优点不限于沉积速率。使用根据本发明的溅射靶材使得能够使用比可用于现有靶的功率更大的最大溅射功率。电弧是对SiAl8和低掺杂Si的限制因素。在SiAl8的情形中，Al₂O₃岛的形成可促成电荷积累并引发电弧。对于低掺杂Si，更低的掺杂导致更低的导热率和更高的放电电压并因此导致更高的电弧风险。

在在下表中示出。

表I比较不同的热喷涂35”靶的若干特性

所有材料中的孔隙率是相当的，在5％以下。氧气和氮气水平也被示出。这些杂质水平被表达为以质量分数ppm为单位。在本发明的实施例中，氧气和氮气含量与现有技术材料相比也是更低的。能够在溅射期间安全地使用的最大功率在本发明的各实施例中比现有靶材明显更高。括号之间的百分比指的是相对于SiAl8现有技术靶的相对DDR变化。一般而言，新硅靶的反应性溅射的DDR至少高10％，如上所示。其余值可以在表中找到。

由此，本发明的实施例的靶材提供了高效溅射，从而允许比现有靶材更高的最大溅射功率和更高的DDR。例如，这对于具有光学性能参数的层(例如，在被适配成提供透明层的受控条件下通过反应性溅射提供的层)的溅射是如此。这对于氧气气氛(用于提供呈现出低折射率的氧化硅层)和氮气气氛(用于提供呈现出高折射率的氮化硅层)中的反应性溅射是如此。

根据本发明的实施例的靶可用于提供适用于电子元件用途的层，例如掺杂硅。由于靶已经包括来自元素周期表第13族或第15族的元素，因此最终层可包括这些元素，这些元素可以分别在硅层上提供p型掺杂和n型掺杂。例如，包括小于0.03wt.％的周期表第13族元素(诸如硼)并且只包括可忽略量的其他材料的高纯硅靶能提供具有p型掺杂的掺杂硅层。在一些实施例中，例如，掺杂材料只包括可忽略的微量铝。在杂质量中，氮气量不需要被包括以供计算掺杂物。然而，靶中的氮气和/或氧气含量可以在0.5wt.％以下。

在一些实施例中，靶是圆柱形靶，该圆柱形靶能经受以超过30kW AC/m(例如35kWAC/m或更高)的功率密度进行溅射，而不分层、断裂或产生任何其它材料缺陷。注意，AC功率指的是向双阴极系统(具有2个靶)提供功率，功率密度(在这些示例中是每长度单位)指的是单个靶的长度。作为示例：在其中每个靶具有3米长度的双(2靶)配置上具有30kW AC/m将意味着90kW AC的总功率可被施加到该双配置。

在另一方面，本发明提供了一种溅射根据本发明的第一方面的实施例的靶的方法。如图5所示，该方法包括在例如沉积隔室中提供靶20，并在AC中以超过30kW/m的功率密度(例如，在AC中以35kW/m)进行溅射21、22、23。可以在不超过临界应力水平的情况下使用高功率密度负载是优点，超过临界应力水平可导致材料报废。例如，以这些功率密度使用本发明的第一方面的靶不会发生分层、断裂或形成其他材料缺陷。

该方法可包括提供并溅射圆柱形靶，这允许大表面的溅射。靶可产生：在范围在0.1和10Pa之间的总工作压力下，在优化的氧气气体环境中以2nm.m/min/(kW/m)的PDC DDR和/或在优化的氮气气体环境中以超过2.5nm.m/min/(kW/m)的PDC DDR进行溅射23。然而，溅射22可以在非反应性气氛中提供。

在一些实施例中，PDC DDR在金属和反应模式(包括氧气和/或氮气)中至少是1.5nm.m/min/(kW/m)。

在一些实施例中，溅射参数和条件被适配成提供中毒模式溅射24。这可以如上文所解释的那样完成，例如通过将包含氧气的环境中的溅射带到中毒模式，并且然后逐渐改变条件(例如，减少氧气流量)直到DDR被最大化，而不从中毒模式转变至金属模式。

在另一方面，本发明提供了一种制造根据本发明的实施例的靶的方法。图6示出了根据本发明的实施例的包括可选步骤的方法。该方法包括提供30、31硅以及来自元素周期表第13或15族的至少一种附加元素，以及将所述元素喷涂35在载体或背衬基材上，由此提供具有靶材的靶，该靶材具有由板片构成的层状结构。元素喷涂是以一定量完成的，以使得提供预定成分，该预定成分是至少98wt.％的硅以及小于0.03wt.％的附加元素，该附加元素是硅中的掺杂元素。掺杂量不包括可存在于靶材中的任何氮气量。

在一些实施例中，材料可被提供为可喷涂粉30、31。例如，不同的材料可以用以受控方式混合的各个粉来提供。在替代实施例中，材料可被提供为合金粉32，其中晶粒已经含有所需量的硅和附加元素(合金粉)。替代地，可喷涂形式的材料可以是各个粉以及合金粉的混合。

在一些实施例中，喷涂条件被调节以使得靶材中的氧气和氮气的量在0.5wt.％以下(低于5000ppm的质量分数)。

载体可被提供为扁平或圆柱形载体34。在一些实施例中，喷涂在载体上完成以使得最终产品是载体中的单片靶材，该单片靶材可以是边长至少500毫米的矩形或正方形，或者沿轴至少500毫米的圆柱体。例如，长度可以是800毫米或甚至更长。

喷涂元素(例如，粉状材料)35可包括热喷涂，例如火焰喷涂等。

喷涂35可以通过参数完成，以使得所获得的靶材的孔隙率至少是1％。孔隙率可以低于10％，通常低于5％。孔隙率可通过选择喷涂参数(诸如粉的颗粒大小分布、喷涂期间的颗粒速度、喷涂环境中的氧气、等离子火焰温度等)来调节。喷涂可被执行以使得用于溅射的最终靶材可以在靶上具有4毫米或更大的厚度，由此提供贯穿整个靶材厚度的层状结构。

通过该方法获得的靶具有低于1000ohm.cm(例如低于100ohm.cm，例如在10ohm.cm或低于10ohm.cm，诸如接近1ohm.cm，然而通常高于0.1ohm.cm)的电阻率。

Claims

1.一种用于溅射的靶(10)，其具有用于溅射的靶材(11)，所述靶材(11)包括层状结构和至少1％的孔隙率并且具有低于1000ohm.cm的电阻率，例如低于100ohm.cm，例如诸如低于10ohm.cm，所述靶材还包括硅以及来自元素周期表的第13族和/或第15族的至少一种附加元素，其中硅的量是至少98wt.％，更优选至少99wt.％，更优选高于99.5wt.％，并且所述至少一种附加元素的量是低于0.03wt.％，其中所述量不包括氮的量，如果存在氮的话。

2.如权利要求1所述的靶(10)，其中所述至少一种附加元素的量高于0.001wt.％。

3.如权利要求1所述的靶(10)，其中所述至少一种附加元素包括来自元素周期表的第13族的元素。

4.如权利要求3所述的靶(10)，其中所述至少一种附加元素包括硼。

5.如权利要求1所述的靶(10)，进一步包括低于0.5wt.％的量的氧和/或氮。

6.如权利要求1所述的靶(10)，包括具有至少500毫米，例如至少800毫米长度的用于溅射的单片靶材(11)。

7.如权利要求1所述的靶(10)，其中所述靶(10)包括厚度至少4毫米的用于溅射的靶材(11)，例如6毫米的靶材厚度。

8.如权利要求1所述的靶(10)，其中所述靶材的电阻率高于0.1Ohm.cm。

9.如权利要求1所述的靶(10)，其中所述靶(10)是圆柱形靶。

10.一种用于使用如前述权利要求中的任一项所述的靶来进行溅射的方法，包括提供(20)所述靶以及提供(21、22、23)使用所述靶的溅射以用于在AC或DC溅射中以高于30kW/m的功率密度，例如35kW/m或更高，诸如40kW/m，以及甚至高于50kW/m的功率密度沉积包括硅的层。

11.如权利要求10所述的方法，其中提供溅射包括在非反应性气氛中提供溅射(22)或者在包括氧和/或氮的反应性气氛中提供溅射(23)。

12.如权利要求11所述的方法，进一步包括提供范围在0.1Pa和10Pa之间的工作压力。

13.一种用于制造靶的方法，包括：

以可喷涂形式提供(30)硅，

以可喷涂形式提供(31)来自元素周期表第13族或第15族的至少一种附加元素，

提供(34)背衬基材，以及

按溅射参数将一定量的所述硅以及所述至少一种附加元素喷涂(35)在所述背衬基材上，所述量和所述溅射参数被配置成使得靶被形成为具有至少1％的孔隙率，至少包括至少98wt.％的硅，更优选至少99wt.％，更优选高于99.5wt.％的硅，以及小于0.03wt.％的来自元素周期表第13族或第15族的至少一种附加元素，其中在存在氮的情况下所述至少一种附加元素的量不包括氮的量。

14.如权利要求13所述的方法，其中喷涂(35)包括热喷涂。