NL1001687C2 - Indiumoxyde/tinoxyde-sputtertarget voor kathoden-verstuiving. - Google Patents

Description

Titel: Indiumoxyde/tinoxyde-sputtertarget voor kathodenverstuiving.

BESCHRIJVING

De uitvinding betreft een indiumoxyde/tinoxyde-sputtertarget voor kathodenverstuiving met 5-15 gew.% tinoxyde en een dichtheid van minstens 95% van de theore-5 tische dichtheid alsook een werkwijze voor de vervaardiging van deze targets door heet-isostatisch persen.

Oxyde-keramische targets van indiumoxyde/tinoxyde (ITO) worden voor de vervaardiging van transparante, elektrisch geleidende, dunne lagen door kathodenverstui-10 ving (sputteren) gebruikt. Toepassing vinden dergelijke lagen vooral in de techniek van de vlakke beeldschermen. De dunne lagen indiumoxyde/tinoxyde kunnen ofwel door sputteren van metallische targets in een atmosfeer met reactieve zuurstof ofwel door sputteren van oxyde-kerami-15 sche targets worden vervaardigd. Het sputterproces met oxyde-keramische targets heeft het voordeel dat de regeling van het sputterproces bij een slechts geringe zuur-stofstroom in de sputterkamer gemakkelijker mogelijk is dan bij de sterkere zuurstofstromen zoals deze bij het 20 spetteren met metallische targets noodzakelijk zijn.

Daar het bij indiumoxyde/tinoxyde om een keramisch materiaal gaat, dat in vergelijking met metalen een duidelijk geringere warmtegeleidendheid en tegelijkertijd een grote gevoeligheid voor thermische spanningen tengevolge van ongelijkmatige verwarming gedurende het sputterproces heeft, wordt het zeer belangrijk geacht targets 1 0 Q ; '37 /, - 2 - met een goede warmtegeleidendheid te vervaardigen. Deze targets maken dan het uitvoeren van het sputteren met een grotere soortelijke geleidingsdichtheid zonder dat het risico bestaat, dat de targets door scheuren of breuk fa-5 len, mogelijk. Door het mogelijke grotere sputtervermogen kan met een grotere substraatdoorzet worden geproduceerd, wat de capaciteit van de installatie vergroot en de pro-duktiekosten verlaagt. Bovendien zorgt een betere warmtegeleidendheid van de target bij een gegeven sputtervermo-10 gen voor een lagere temperatuur aan het targetoppervlak.

De verlaagde warmtegradiënt vermindert de thermische spanningen in het targetmateriaal en vermindert zo het risico van targetuitval bij het sputteren. Dit geldt zeer in het bijzonder wanneer het daarbij om met impulsen werkende 15 kathoden gaat.

Daarom werden systematische onderzoeken uitgevoerd om omstandigheden te vinden waaronder targets van indium-oxyde/tinoxyde-mengsels met 5-15 gew.% tinoxyde kunnen worden vervaardigd, die een duidelijk verbeterde warmte-20 geleidendheid ten opzichte van de gebruikelijke targets hebben. De heden op de markt verkrijgbare targets hebben een warmtegeleidendheid van maximaal 10 Wm Als re gel wordt slechts 7-9 Wm ^ bereikt.

Eerste proeven hebben uitgewezen dat een basis-25 voorwaarde voor een grote warmtegeleidendheid een zo groot mogelijke dichtheid van het targetmateriaal van £ 95% van de theoretische dichtheid is. Dit alleen bleek echter niet voldoende te zijn. Door variëren van de trappen poe-derbehandeling en poederverdichting werd naar voorwaarden 30 gezocht, waaronder naast een grote targetdichtheid tevens een grote warmtegeleidendheid resulteert. Hierbij is gebleken, dat de in de techniek beschreven methoden niet tot goede resultaten leiden.

In DE-A-330.525 (Klein) worden gedeeltelijk gere- 10 01 6i··.

- 3 - duceerde indiumoxyde/tinoxyde-targets en hun vervaardiging beschreven. Volgens dit document worden indiumoxyde/ tinoxyde-poedermengsels onder reducerende omstandigheden bij 850°C tot 1000°C heet geperst, waarbij de oxyden in 5 een grafietvorm voor heet persen ofwel onder toevoeging van koolstof of koolstof vrijmakend organisch materiaal heet worden geperst. Gedurende het persproces worden de oxyden gedeeltelijk gereduceerd, zodat een target ontstaat, die wat betreft zijn zuurstofgehalte ten opzichte 10 van de stoechiometrische samenstelling een kleiner gehalte heeft.

Volgens deze werkwijze kunnen targets met dichtheden tot 91% van de theoretische dichtheid (TD), een onbevredigende warmtegeleidendheid van £ 8 Wm κ alsook 15 een slechtere elektrische geleidendheid (p = 0,1 - 0,6 SI cm) worden vervaardigd.

In DE 4.124.471 (Weigert) en de octrooiaanvrage DE-4.407.774 (Schlott) worden werkwijzen voor de vervaardiging van gedeeltelijk gereduceerde ITO-targets door de 20 toepassing van vooraf gereduceerde poeders en vervolgens heet persen of heet isostatisch persen beschreven. Onderzoeken betreffende de invloed van de reductiegraad van de ITO-poeders op de warmtegeleidendheid van het targetmate-riaal hebben uitgewezen, dat gemiddeld een grotere warm-25 tegeleidendheid wordt gemeten wanneer het om gedeeltelijk gereduceerde targets gaat. Het was echter niet mogelijk op grond van de beschreven werkwijzen targets met warmte-geleidendheden groter dan 11 Wm ^ te bereiken.

Op verschillende plaatsen worden werkwijzen voor 30 het vervaardigen van ITO-targets door sinteren beschreven (US-A-5.071.800 (Tosoh Corp., JP 4-1293707 (Dowa)). Volgens de beschreven werkwijzen vervaardigde targets hebben als regel te geringe dichtheden (^90% TD) . De bereikte warmtegeleidendheden lagen hier bij *9 Wm IOC. 2 i.

- 4 -

Doel van de onderhavige uitvinding is dus het vermijden van de nadelen van de bekende targetmaterialen wat betreft de te geringe warmtegeleidendheid en het verschaffen van een oxyde-keramische target met een grote warmte-5 geleidendheid.

Volgens de uitvinding wordt dit doel daardoor bereikt, dat indiumoxyde/tinoxyde-poeders met 5-15 gew.% tinoxyde worden toegepast, waarvan minstens één van de gebruikte poedercomponenten bij T 2 1000°C wordt gegloeid, 10 het poeder naar behoefte vervolgens gedeeltelijk wordt gereduceerd en vervolgens door heet isostatisch persen bij temperaturen van T 2: 800°C wordt verdicht. Hierdoor verkrijgt men een target die bij een dichtheid van meer dan 95% van de theoretische dichtheid een warmtegeleidend-15 heid van minstens 14 Wm ^ heeft.

Verrassenderwijze is bij de proeven gebleken, dat gloeien van de uitgangspoeders of van een van de componenten van de uitgangspoeders bij temperaturen hoger dan 1000°C in combinatie met de gedeeltelijke reductie van 20 het poeder en vervolgens het compacteren door heet isostatisch persen bij voldoende hoge temperaturen (T2 δΟΟ'Ο in een aanmerkelijke toeneming van de warmtegeleidend- -1 -1 heid tot waarden groter dan 14 Wm K resulteert. De gloeibehandeling is daarbij de beslissende basisvoorwaar-25 de. Klaarblijkelijk resulteert zij in een zuivering van de korrelgrenzen resp. doet zij de reactie tot de betrokken oxyden aflopen. Daar de gloeibehandeling volgens de uitvinding bovendien tot een rekristallisatie en een vermindering van de BET-oppervlakte leidt, is gebleken, dat 30 dergelijke poeders slechts nog zeer slechte sintereigen-schappen hebben. Het compacteren moet derhalve door sinteren onder persen onder grote druk plaatsvinden.

De trap van de gedeeltelijke reductie resp. de keuze van een voldoend hoge compacteringstemperatuur heb- 10 0 1 687., - 5 - ben eveneens een positieve uitwerking op de warmtegelei-dendheid. Naast een toeneming van de warmtegeleidendheid kon ook een duidelijke vermindering van de soortelijke gelektrische weerstand van het targetmateriaal tot waar-5 den :5 30 0 ylïcm en een toegenomen dichtheid vaak van > 98% TD worden waargenomen. In bijzonder gunstige gevallen werden zelfs weerstanden 120 yiicm en dichtheden >99% bereikt.

De volgens de onderhavige uitvinding vervaardigde 10 targets werden onder uitvoering van het sputteren vergeleken met targets die volgens één van de gebruikelijke methoden werden vervaardigd. Terwijl een gebruikelijke -1 -1 target met een warmtegeleidendheid van 9 Wm K en een dichtheid van 96,1% boven een vermogensdichtheid van 5 15 W/cm2 begon scheuren te vertonen, kon de volgens de onderhavige uitvinding vervaardigde target met een dichtheid van 98,2% en een warmtegeleidendheid van 15,8 Wm * ook bij 10 W/cm2 nog zonder tekenen van scheuren worden gebruikt .

1 i' . iBli - 6 - CC c c c co cn cn cn cn cc c c c

Η Η Η Μ H

*» *» V i—| ^ *» ^ >_i cn cn cn 3 cn cn cn

3 O O O P O OO

3 CCCWC CC

ρ cn cn cn -h cn cn cn ü p 3 - - - P - - - p co p co On C p co p p oo o c cn o o o

co CN CN CN 3 ^ <N <N <N

cc cecc C C

Η Μ M'-'HM Μ M

Όι-Η I P | 3 I 3 Ui oo o ld oo p oo Ρ Ρ XIP ' - ' g α) Ό I m cn vo o 'T vo

Ρ P C Ë 1—1 1-1 P P

3 3 3 2

2 tnO

i 3 +j ^ cn p cn m o ^ P Ό 3 Q - - * x; Ό cnE-ι oo co σ\ r~ t-~ cn O p G P cn cn cn cn cn cn Η φ n! ιί # Q JS > P —

Cn c_, C ^oo LTl o o o •P-nCJOLn r- o lo p -Ρ π o cn o cn r~- oo cn.

x: p — o

P I

T3 O

Ρ XI CM CU CU CU CU

(DPHHH H MCU

> qj 0) cc ca k k m ®

Ë 35 III

0 ai a» _ £ C5 .Q ÏJ O' 3 3 3 3 3 3

Ό 3 C C τη ·γ-ι ·η ·γ—I ·γ~ι CU

3 Ρ 3 P C

PS Ρ Ρ Ή Ρ Ρ — 3 Ρ 3 Ρ Ρ 3 1 Ρ 3 U) ο τ-ι . —. ο ο oo? ο Ρ θ' σι ο 3 CUU οοιι 3 ρ tr ο Ο C ρ ο 0 go (Nes "=r Ο G νο Ο 3 ρ νο ρ 3 pp ρ 0 3 >Ε Ο Ρ > Ε ^ + + ρ + + + ~ ~ ρ ρ 3 3 3 —»^ Ό co co co Ρ co Ρ 3ΰ ffi 3 Ο cn Ο <Ν o <N P O cn P O cn O cn

O (NO cn O cn O 3 cn O 3 O '•'O

CU CC CC CCP CCP cc cc ω H CO H CO H CO P H CO P H CO P co cn cu Qj

g3 dP dP dP dP dP dP P dP dP P dP dP dPdP

3nj .... . . o . · υ ·· ··

Oen S S S S £ S ai S S Φ SS SS

HP 3333 3 3 Ρ 33P 33 33 3 p cn O' tn tn o> CU tp O' CU O' Cn enen

3 Cu O O

p oooo o o U σου mm oo μ en i en .-u en p —en p ^ en σ' p 0 o ·> < « < m c cq 10;;* ö87 „ - Ί - I—I CNI (¾ 0 -U C US CO ·Η Μ - Ai ΓΟ ijl Ο C (Ν Ο) C Ε Μ ^ σ\ Μ.

LO

Ή C

- 0) «5J· 4-) οο (0 >

G

Ο 0S

Ο .Η ιο φ

r—( +J

in ö c as

a) +J

H O

Q) -H

+J in c as -H O' m

jC

υ m

C O' -H

0) C +J ω 1) -H d) ‘I—i c ό ε -η C Cl Ui •Η OS 4-1 > x: (ö p ε

•H G -P

1 3 -H Q)

•H

0) C 4-1

O' 1) fO

H in

> P O

Its CD

Λ CU c s-ι as -^ + as Λ as ο ό T3 u

Ή n C rH US G

o —. o as ή ή > EC as 4-> s-ι o cm as λ its g as — ο ό ci -p as > c c o en ω ^ h co in ο o ci g > μ as c <#> <1> as c -η cu as · o as

TJ £15 -H !J> +J +J

h as as o as as as as O' O' > 4-> as as os χ; λ

Λ ο ο II II

Μ 1—ί ....

8< CQ CU

H CU

> « K K

r- .·· / « 1 e .

Claims (5)

1. Indiumoxyde/tinoxyde-sputtertarget met 5-15 gew.% tinoxyde en een dichtheid van minstens 95% van de theoretische dichtheid, met het kenmerk, dat de target een warmtegeleidendheid (gemeten bij ongeveer kamertempera- 5 tuur) van minstens 14 Wm ^ heeft en dat minstens êén component van het uitgangspoeder aan een gloeibehandeling bij T ^ 1000°C werd onderworpen.

2. Werkwijze voor de vervaardiging van een sputter-target volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het poe- 10 der na de gloeibehandeling vervolgens gedeeltelijk wordt gereduceerd en door persen bij verhoogde temperatuur wordt verdicht.

3. Werkwijze voor de vervaardiging van een sputter-target volgens conclusies 1 en 2, met het kenmerk, dat 15 het poeder bij temperaturen hoger dan 800°C door heet isostatisch persen wordt verdicht.

4. Sputtertarget volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het poeder of de poeders aan een gloeibehandeling in het gebied van 1350°C ^ T 1650°C werden onder- 20 worpen en de daaruit vervaardigde target overwegend uit een indiumoxyde/tinoxyde-mengkristal bestaat.

5. Sputtertarget volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat deze kleine gehalten aan metallische In/Sn-fa-sen bevat. 10 0'