DE102012022237A1 - Sputtertarget mit optimierten Gebrauchseigenschaften - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sputtertarget mit einem metalloxidischen Sputtermaterial, wobei das Sputtermaterial als Metall Zirkonium und Titan aufweist, und besteht darin, dass das Sputtermaterial mindestens eine Mischoxidphase enthält.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Sputtertarget mit einem metalloxidischen Sputtermaterial, wobei das Sputtermaterial als Metall Zirkonium und Titan aufweist.
  • Derartige Sputtertargets sind hinreichend, beispielsweise aus WO 2011/110584 A1 , bekannt. Sie werden beispielsweise zur Herstellung von Beschichtungen auf Glas verwendet. Dabei werden Sputtertargets aus einem Gemisch aus Titandioxid und Zirkoniumdioxid verwendet. Sputtertargets aus derartigen Zusammensetzungen haben unter anderem den Nachteil, dass sie größere Anhäufungen von nichtleitendem Zirkoniumdioxid aufweisen können, die beim Sputtern zur unerwünschten Funkenbildung (sogenanntes Arcing) neigen, was den Sputterprozess und die entstehende Beschichtung in der Qualität beeinträchtigt.
  • Eine andere Lösung besteht darin, Sputtertargets aus einer Legierung aus Titan und Zirkonium zu verwenden. Dabei ist allerdings ein sogenanntes vollreaktives Sputtern erforderlich, um die benötigten Oxidschichten zu erzeugen. Dies ist ein schwer zu realisierender Prozess, insbesondere bei hohen Sputterarten oder hohen Beschichtungsbreiten.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beseitigen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs. Vorzugsweise Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Dadurch, dass das Sputtermaterial mindestens eine Mischoxidphase enthält, können die nichtleitenden und eine Funkenbildung unerwünschter Art (arcing) erzeugenden Materialinseln vermieden werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass der Anteil der Mischoxidphase im Sputtertarget mindestens 30 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 50 Gew.-% und insbesondere mindestens 70 Gew.-% beträgt, bezogen auf das Gesamtgewicht des Sputtermaterials. Im Gegensatz zu Oxidgemischen liegen bei Mischoxiden von Zirkonium und Titan keine störenden nichtleitenden Strukturen vor. Je höher also der Anteil der Mischoxidphase ist, desto besser ist das Sputterverhalten der Sputtertargets.
  • Der Anteil der Mischoxidphase im Sputtertarget beträgt zweckmäßigerweise mindestens 95 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Sputtermaterials. Vorteilhaft ist es weiterhin, dass der Anteil von Zirkoniumdioxidphasen höchstens 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Sputtermaterials beträgt. Derart geringe Mengen von Zirkoniumdioxidphasen lassen keine störende Funkenbildung mehr erkennen.
  • Vorteilhaft ist es weiterhin, dass der Anteil von Zirkonium am Metallanteil 20 bis 30 Gew.-% beträgt. Hierbei wurden gute Beschichtungsergebnisse erzielt.
  • Zweckmäßig ist es darüber hinaus, dass das Sputtermaterial ein Sauerstoffdefizit gegenüber der stöchiometrischen Zusammensetzung aufweist, da hierdurch die Leitfähigkeit des Materials verbessert wird.
  • Das Sputtermaterial kann dadurch hergestellt werden, dass zwei Metalloxide in bekannter Weise miteinander aufgeschmolzen werden. Dabei kann das als Ausgangsmaterial verwendete Zirkoniumdioxid in üblicher Weise stabilisiert sein (beispielsweise mit Yttriumoxid oder Kalziumoxid). Das Aufschmelzen der Ausgangsmaterialien Titandioxid und Zirkoniumdioxid kann dabei vorzugsweise unter reduzierenden Bedingungen erfolgen, so dass das entstehende Sputtermaterial ein Sauerstoffdefizit (Sauerstoffunterstöchiometrie) aufweist.
  • Neben Zirkonium und Titan kann das Sputtermaterial weitere in technischer Qualität unvermeidbare Metallanteile (beispielsweise Hafnium) oder die oben genannten Stabilisierungsmaterialien enthalten, die häufig in geringem Umfang unterhalb etwa 10 Gew.-% auftreten.
  • Beispielhaft kann ein Gemisch aus 60 Gew.-% Titandioxid und 40 Gew.-% Zirkoniumdioxid gemeinsam erschmolzen werden. Auch ein Zusammensintern ist möglich. Das entstehende Mischoxid wird gemahlen und kann dann durch einen Spritzprozess, beispielsweise Plasmaspritzen, auf eine Trägerstruktur des Sputtertargets aufgebracht werden. Die Trägerstruktur kann ein übliches Trägerrohr oder eine ebenfalls übliche Trägerplatte sein. Das Mischoxidpulver hat eine Korngröße von etwa 10 bis 90 μm. Die bei der Herstellung verwendeten schmelzmetallurgischen- oder Sinterprozesse sind im Allgemeinen üblich und dem Fachmann prinzipiell bekannt.
  • Ausführungsbeispiel 1:
  • Im Lichtbogenofen wurde eine Mischung von 60% TiO2 und 40% ZrO2 gemeinsam erschmolzen. Aus der Schmelze wurde nach dem Erkalten durch Brechen, Mahlen und Klassieren ein spritzfähiges Pulver erzeugt. Das Pulver war unterstöchiometrisch mit einem auf den TiOx-Anteil bezogenen Wert von x = 1,9. Das Pulver wurde durch Plasmaspritzen mit einem Ar/H2-Gemisch auf ein Edelstahlrohr zu einem Target verarbeitet. Das Target weist eine hohe Homogenität auf ohne ZrO2-Inseln, die eine unerwünschte Funkenbildung (Arcing) beim Sputtern verursachen würden.
  • Ausführungsbeispiel 2:
  • Durch Sprühagglomeration aus einer wässrigen Suspension wurde mit einer Mischung von 80 Gew.-% TiO2 und 20 Gew.-% Y2O3 stabilisiertem ZrO2 ein Pulver hergestellt. Das Pulver wurde anschließend bei 1400°C für 4 h gesintert und anschließend auf eine spritzfähige Partikelgröße klassiert. Die Verarbeitung zu einem Rohrtarget erfolgt wie in Ausführungsbeispiel 1 durch Plasmaspritzen mit einem Ar/H2-Plasma.
  • Die erfindungsgemäßen Sputtertargets erzeugen sehr gleichmäßige Schichten mit höchstens wenigen, nicht durch Funkenbildung störenden Strukturdefekten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2011/110584 A1 [0002]

Claims (6)

  1. Sputtertarget mit einem metalloxidischen Sputtermaterial, wobei das Sputtermaterial als Metall Zirkonium und Titan aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sputtermaterial mindestens eine Mischoxidphase enthält.
  2. Sputtertarget nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Mischoxidphase im Sputtermaterial mindestens 30 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 50 Gew.-%, insbesondere mindestens 70 Gew.-% beträgt, bezogen auf das Gesamtgewicht des Sputtermaterials.
  3. Sputtertarget nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Mischoxidphase im Sputtermaterial mindestens 95 Gew.-% beträgt, bezogen auf das Gesamtgewicht des Sputtermaterials.
  4. Sputtertarget nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Zirkoniumdioxidphasen höchstens 5 Gew.-% beträgt, bezogen auf das Gesamtgewicht des Sputtermaterials.
  5. Sputtertarget nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Zirkonium am Metallanteil 20 bis 30 Gew.-% beträgt.
  6. Sputtertarget nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sputtermaterial ein Sauerstoffdefizit gegenüber der stöchiometrischen Zusammensetzung aufweist.
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