TW201343940A - 用於形成密封阻障層之濺射靶材與相關濺射方法 - Google Patents

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Abstract

一種濺射靶材包含低Tg玻璃，或銅或錫之氧化物。該等靶材料可用於形成機械穩定之薄膜，該等薄膜展現自鈍化現象且可用於封閉敏感工件以免曝露至空氣或濕氣。低Tg玻璃材料可包括諸如磷酸錫及氟磷酸錫之磷酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、亞碲酸鹽玻璃及硫屬化合物玻璃以及上述玻璃之組合。

Description

用於形成密封阻障層之濺射靶材與相關濺射方法 【相關申請案的交叉引用】
本申請案根據專利法規定主張2012年3月14日申請之美國臨 時申請案第61/610,695號的優先權權利，本文依賴該案之內容且該案之內容全部以引用之方式併入本文中。
本揭示案大體上係關於密封阻障層，且更具體言之，係關於用於形成密封阻障層之濺射靶材組合物及濺射方法。
密封阻障層可用於保護敏感材料免於有害地曝露至廣泛多樣之液體及氣體。如本文中所使用，「密封」係指完全地或實質上封閉之狀態，尤其針對水或空氣之逃逸或進入，但考慮了保護免於曝露至其他液體及氣體。
形成密封阻障層之方法包括物理蒸汽沉積(PVD)方法(諸如，蒸發或濺射)及化學蒸汽沉積(CVD)方法(諸如，電漿加強CVD(PECVD))。使用該等方法，密封阻障層可直接形成於待保護之器件或材料之上。或者，密封阻障層可形成於中間結構(諸如，基材或墊片)上，該中間結構可與額外結構協作，以提供密封封閉之工件。
反應性濺射及非反應性濺射兩者可用於(例如)在室溫沉積條件或高溫沉積條件下形成密封阻障層。反應性濺射結合反應性氣體(諸如，氧氣或氮氣)執行，此舉導致相應化合物阻障層(亦即，氧化物或氮化物)之形成。非反應性濺射可使用具有所要組合物之氧化物或氮化物靶材執行，以形成具有相似或相關組合物之阻障層。
一方面，反應性濺射製程典型地展現比非反應性製程更快的沉積速率，且因此，反應性濺射製程可具有某些方法中之經濟優點。然而，雖然增加之產量可經由反應性濺射實現，但反應性濺射之固有反應性質可顯現該等製程與要求保護之敏感器件或敏感材料不相容。
高度需要包括濺射靶材之經濟濺射材料，該等濺射靶材可用於保護敏感工件(諸如，器件、物品或原料)免於非所欲地曝露至氧氣、水、熱或其他污染物。
濺射靶材包含低Tg玻璃材料、低Tg玻璃材料之前驅體或銅或錫之氧化物。氧化銅或氧化錫材料可為多晶形的或非晶形的。示例性低Tg玻璃材料包括磷酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、亞碲酸鹽玻璃及硫屬化合物玻璃。
一種形成包含低Tg玻璃材料之濺射靶材之方法包含以下步驟：提供原料粉末之混合物；加熱粉末混合物以形成熔融低Tg玻璃；及將玻璃熔化物成形為固體濺射靶材。
一種形成壓制粉末濺射靶材之進一步方法包含以下步驟：提供原料粉末之混合物；及將混合物壓製成固體濺射靶材，其中粉末混合物包含CuO、SnO或低Tg玻璃前驅物組合物，該低Tg玻璃前驅體組合物係選自由以下組成之群組：磷酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、亞碲酸鹽玻璃及硫屬化合物玻璃。
將在隨後的實施方式中闡述額外特徵和優點，並且對於熟習此項技術者而言，額外的特徵和優點將部分地自描述中顯而易見或藉由實踐本文中所描述之本發明(包括隨後的實施方式、申請專利範圍及附加圖式)來認識到。
應理解，前文一般描述及下文詳細描述兩者都提出本發明的實施例且意在提供用於理解主張之本發明之性質與特性的概述或框架。包括隨附圖式以提供本發明之進一步理解，且隨附圖式併入本說明書中並構成本說明書的一部分。圖式圖示本發明的各種實施例，並與描述一起用以解釋本發明的原理和操作。
100‧‧‧單室濺射沉積裝置
105‧‧‧真空腔室
110‧‧‧基材台
112‧‧‧基材
120‧‧‧遮罩台
122‧‧‧陰影遮罩
140‧‧‧真空埠
150‧‧‧水冷埠
160‧‧‧進氣埠
180‧‧‧蒸發夾具
182‧‧‧導電線
186‧‧‧厚度監控器
190‧‧‧電源供應器
193‧‧‧控制器
195‧‧‧控制站
200‧‧‧靶材料
300‧‧‧RF濺射槍
310‧‧‧濺射靶材
311‧‧‧磁控濺射靶材
390‧‧‧電源供應器
393‧‧‧回饋控制器
395‧‧‧控制站
400‧‧‧玻璃基材
402‧‧‧圖案化鈣斑點
404‧‧‧密封阻障層
404A‧‧‧第一無機層
404B‧‧‧第二無基層
第1圖為用於形成密封阻障層之單室濺射工具之示意圖；第2圖為形成於基材之表面之上的密封阻障層的圖解；第3圖圖示根據示例性實施例之RF濺射設備的一部分；第4圖圖示根據進一步示例性實施例之連續直列磁控濺射設備的一部分；第5圖為用於加速評估密封性之鈣斑點試樣的圖解；第6圖圖示用於加速試驗之後之非密封型封閉(左)鈣斑點及密封型封閉(右)鈣斑點的試驗結果；第7圖圖示用於密封CuO基阻障層形成材料(頂部系列)及非密封Cu2O基阻障層形成材料(底部系列)之掠射角X-光繞射(XRD)光譜(A、C)及薄膜XRD光譜(B、D)；第8A圖至第81圖圖示在加速試驗之後，用於密封CuO基阻障層之一系列掠射角XRD光譜；第9圖為在加速試驗之後，用於密封SnO基阻障層(頂部)及 非密封SnO2基阻障層(底部)之一系列掠射角XRD光譜；第10圖為根據各種實施例之銅底板的像片；第11圖為焊料塗佈銅底板之像片；第12圖為包含退火低Tg玻璃材料之示例性濺射靶材的影像；第13圖為壓制低Tg玻璃濺射靶材之影像；第14圖圖示在壓縮之前的大形態因數濺射靶材；第15圖圖示圓形銅底板，其中鬆散粉末材料併入該板之中心區域中；及第16圖圖示在壓縮鬆散粉末之後的第15圖之圓形銅底板。
機械穩定之密封阻障層可藉由適合起始材料之物理蒸汽沉積(例如，濺射沉積或雷射剝蝕)直接形成於工件之上或形成於基材之上，該基材可用於封裝工件。起始材料包括低Tg玻璃材料及該等低Tg玻璃材料之前軀體以及銅或錫之多晶形氧化物或非晶形氧化物。如本文中所界定，低Tg玻璃材料具有小於400℃(例如，小於350℃、300℃、250℃或200℃)之玻璃轉移溫度。
用於形成該等阻障層之單室濺射沉積裝置100示意性圖示於第1圖中。雖然以下相對於基材上之沉積描述裝置及附屬方法，但應瞭解，基材可由待保護之工件或其他器件代替。
裝置100包括真空腔室105及遮罩台120，該真空腔室105具有基材台110，一或多個基材112可安裝至該基材台110上，遮罩台120可用於將用於不同層之圖案化沉積之陰影遮罩122安裝至基材上。腔室105裝備有用於控制內部壓力之真空埠140，以及水冷埠150及進氣埠160。真空腔室可經低溫泵浦(CTI-8200/Helix；MA,美國)且能夠在適用於蒸發製程(~ 10-6托)及RF濺射沉積製程(~10-3托)兩者的壓力下操作。
如第1圖中所示，多個蒸發夾具180(每一蒸發夾具180具有用於將材料蒸發至基材112上之可選相應陰影遮罩122)經由導電線182連接至各別電源供應器190。待蒸發之靶材料200可置放至每一夾具180中。厚度監控器186可整合至回饋控制迴路中以便影響沉積之材料之量的控制，該回饋控制迴路包括控制器193及控制站195。
在示例性系統中，蒸發夾具180中之每一蒸發夾具180配備有一對銅線182，以在約80瓦特至180瓦特之操作功率下提供DC電流。有效夾具阻力大體上將取決於夾具之幾何形狀，該幾何形狀將決定精確電流及瓦特數。
亦提供具有濺射靶材310之RF濺射槍300用於將阻障層形成於基材上。RF濺射槍300經由RF電源供應器390及回饋控制器393連接至控制站395。對於濺射無機密封層而言，水冷圓柱狀RF濺射槍(Onyx-3,Angstrom Sciences,Pa)可定位於腔室105內。適合RF沉積條件包括50 W至150 W之前向功率(<1 W反射功率)，該前向功率對應於約~5埃/秒之典型沉積速率(美國Advanced Energy,Co.)。
在密封阻障層之沉積期間，可視情況將基材冷卻或加熱至所要溫度(例如，-30℃至150℃)。在實施例中，將基材保持於約室溫下。可執行或省略沉積態材料之沉積後燒結或退火步驟。
本文中所揭示之密封阻障層可描述為薄膜材料。密封阻障層之總厚度的範圍可為約150 nm至200微米。在各種實施例中，沉積態層的厚度可小於200微米，例如，小於200微米、100微米、50微米、20微米、10微米、5微米、2微米、1微米、0.5微米或0.2微米。沉積態玻璃層的示例性厚度包括200微米、100微米、50微米、20微米、10微米、5微米、2 微米、1微米、0.5微米、0.2微米或0.15微米。
根據各種濺射方法，自鈍化層可由適合靶材料形成於基材或工件的表面上。自鈍化層為無機材料。在不期望受到理論約束的情況下，鹹信，根據各種實施例，在沉積態層形成期間或之後，沉積態層與濕氣或氧氣反應以形成機械穩定之密封阻障層。密封阻障層包含沉積態層及第二無機層，該第二無機層為沉積層與濕氣或氧氣的反應產物。因此，第二無機層形成於沉積態層之環境介面處。第2圖中圖示形成於基材400之表面之上的密封阻障層404的示意圖。在所示實施例中，密封阻障層404包含第一(沉積態)無機層404A及第二(反應產物)無機層404B。在實施例中，第一層及第二層可協作形成複合薄膜，該複合薄膜可分離且保護下伏結構。可鈍化沉積態層包含低Tg玻璃材料或銅或錫之氧化物。
根據進一步實施例，第二無機層之莫耳體積大於第一無機層之莫耳體積約-1%至15%，且第二無機層之平衡厚度為第一無機層之初始厚度的至少10%但小於第一無機層之初始厚度。雖然第一無機層可為非晶形的，但第二無機層可為至少部分結晶的。
在實施例中，莫耳體積變化(例如，增加)表現為複合阻障層內之有助於自封閉現象的壓縮力。因為第二層形成為第一無機層與氧氣或水之自發反應產物，所以成功形成密封阻障層的沉積態層(第一無機層)不如該等沉積態層之相應第二無機層熱力穩定。以形成之各別吉布士自由能反映熱力穩定性。
根據本揭示案之濺射沉積密封阻障層可展現自鈍化屬性，該自鈍化屬性高效且顯著地阻礙濕氣擴散及氧氣擴散。
根據實施例，一或多種密封阻障層材料之選擇及用於將密封阻障層形成於工件或基材之上的處理條件足夠靈活，以使得工件或基材不受 阻障層之形成的不利影響。
根據各種實施例之示例性濺射配置圖示於第3圖及第4圖中。第3圖圖示由濺射靶材310形成阻障層於基材112上的RF濺射，該基材112由旋轉基材台110支撐，如第1圖中亦圖示。第4圖圖示直列平面磁控濺射裝置的一部分，該直列平面磁控濺射裝置經配置以在轉移基材之表面上連續形成密封阻障層。基材之運動方向由箭頭A圖示於第4圖中。原始基材可自第一捲筒展開、經過過磁控濺射靶材311之沉積區域以於一部分工件上提供阻障層，且接著經塗佈工件可纏繞至第二捲筒上。
大體而言，用於形成密封阻障層之適合材料包括低Tg玻璃及銅或錫之適合活性氧化物。密封阻障層可由低Tg材料(諸如，磷酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、亞碲酸鹽玻璃及硫屬化合物玻璃)形成。示例性硼酸鹽玻璃及磷酸鹽玻璃包括磷酸錫、氟磷酸錫及氟硼酸錫。濺射靶材可包括該等玻璃材料，或者該等玻璃材料之前驅體。示例性氧化銅及氧化錫為CuO及SnO，該CuO及SnO可由包含該等材料之壓制粉末之濺射靶材形成。
視情況地，組合物可包括一或多種摻雜劑，包括(但不限於)鎢、鈰及鈮。該等摻雜劑(若包括)可影響(例如)阻障層之光學特性，且該等摻雜劑可用於控制阻障材料對電磁輻射(包括雷射輻射)之吸收。例如，氧化鈰之摻雜可增加低Tg玻璃阻障層在雷射處理波長下之吸收，該等雷射處理波長使得能夠在阻障層形成於基材或墊片上之後使用基於雷射之封閉技術。
示例性氟磷酸錫玻璃組合物可以相應三元相圖中之SnO、SnF2及P2O5的各別組合物表示。適合氟磷酸錫玻璃包括20莫耳%至100莫耳%之SnO、0莫耳%至50莫耳%之SnF2及0莫耳%至30莫耳%之P2O5。該等氟磷酸錫玻璃組合物可視情況包括0莫耳%至10莫耳%之WO3、0莫耳% 至10莫耳%之CeO2及/或0莫耳%至5莫耳%之Nb2O5。
舉例而言，適用於形成密封阻障層之摻雜氟磷酸錫起始材料的組合物包含35莫耳百分數至50莫耳百分數之SnO、30莫耳百分數至40莫耳百分數之SnF2、15莫耳百分數至25莫耳百分數之P2O5及1.5莫耳百分數至3莫耳百分數之摻雜劑氧化物(諸如，WO3、CeO2及/或Nb2O5)。
根據一個特定實施例之氟磷酸錫玻璃組合物為摻鈮氧化錫/氟磷酸錫/五氧化二磷玻璃，該玻璃包含約38.7莫耳%之SnO、39.6莫耳%之SnF2、19.9莫耳%之P2O5及1.8莫耳%之Nb2O5。可用於形成該玻璃層之濺射靶材可包括(以原子莫耳百分數表示)23.04%之Sn、15.36%之F、12.16%之P、48.38%之O及1.06%之Nb。
根據替代實施例之磷酸錫玻璃組合物包含約27%之Sn、13%之P及60%之O，該組合物可自濺射靶材得來，該濺射靶材包含(以原子莫耳百分數計)約27%之Sn、13%之P及60%之O。如將瞭解，本文中所揭示之各種玻璃組合物可指沉積層之組合物或源濺射靶材之組合物。
與氟磷酸錫玻璃組合物一樣，示例性氟硼酸錫玻璃組合物可以SnO、SnF2及B2O3之各別三元相圖組合物表示。適合氟硼酸錫玻璃組合物包括20莫耳%至100莫耳%之SnO、0莫耳%至50莫耳%之SnF2及0莫耳%至30莫耳%之B2O3。該等氟硼酸錫玻璃組合物可視情況包括0莫耳%至10莫耳%之WO3、0莫耳%至10莫耳%之CeO2及/或0莫耳%至5莫耳%之Nb2O5。
共同讓渡之美國專利第5,089,446號及美國專利申請案第11/207,691號、第11/544,262號、第11/820,855號、第12/072,784號、第12/362,063號、第12/763,541號及第12/879,578號中揭示適合低Tg玻璃組合物及用於由該等材料形成玻璃層之方法的額外態樣，該等案之全部內容 以引用之方式併入本文中。
本文中所揭示之密封阻障層材料可包含二元組合物、三元組合物或更高階組合物。對若干二元氧化物系統之調查揭露能夠形成自鈍化密封阻障層之其他材料。在氧化銅系統中，例如，沉積態非晶形CuO與濕氣/氧氣反應以部分地形成結晶Cu4O3，且所得複合層展現優良密封性。然而，當Cu2O沉積為第一無機層時，所得膜不密封。在氧化錫系統中，沉積態非晶形SnO與濕氣/氧氣反應以部分地形成結晶Sn6O4(OH)4及SnO。所得複合層展現優良密封性。然而，當SnO2沉積為第一無機層時，所得膜不密封。
出於實踐之目的，密封層為視為實質上氣密且實質上防潮的層。舉例而言，密封薄膜可經配置以限制氧氣蒸散(擴散)為小於約10-2 cm3/m2/d(例如，小於約10-3 cm3/m2/d)，且限制水蒸散(擴散)為約10-2 g/m2/d(例如，小於約10-3 g/m2/d、10-4 g/m2/d、10-5 g/m2/d或10-6 g/m2/d)。在實施例中，密封薄膜實質上抑制空氣及水接觸下伏工件或使用密封材料封閉於結構內之工件。
為評估密封阻障層之密封性，使用單室濺射沉積裝置100製備鈣斑點試樣。在第一步驟中，鈣散粒(Stock #10127；Alfa Aesar)經由陰影遮罩122蒸發以形成25個鈣點(直徑為0.25英寸，厚100 nm)，該等鈣點以5×5陣列分佈於2.5平方英寸玻璃基材上。針對鈣蒸發，腔室壓力降低至約10-6托。在初始預浸泡步驟期間，蒸發夾具180之功率控制於約20 W，歷時大致10分鐘，隨後為沉積步驟，其中功率增加至80 W至125 W以在每一基材上沉積約100 nm厚之鈣圖案。
在鈣蒸發後，使用比較無機氧化物材料以及根據各種實施例之密封無機氧化物材料封裝圖案化鈣斑點。使用壓制粉末或玻璃濺射靶材之室溫RF濺射沉積無機氧化物材料。使用人工加熱實驗台液壓機(Carver Press,Model 4386,Wabash,IN,美國)單獨製備壓制粉末靶材。壓機通常以5000 psi在約200℃下操作2小時。
RF電源供應器390及回饋控制393(美國Advanced Energy,Co.)用於在具有約2微米之厚度的鈣上形成第一無機氧化物層。未使用沉積後熱處理。在RF濺射期間的腔室壓力為約1毫托。第二無機層在第一無機層上之形成藉由在試驗之前將試樣環境曝露至室溫及大氣壓力下而引發。
第5圖為試樣之橫截面圖，該試樣包含玻璃基材400、圖案化鈣斑點(~100 nm)402及無機氧化膜(~2 um)404。在環境曝露之後，無機氧化膜404包含第一無機層404A及第二無機層404B。為評估無機氧化膜之密封性，將鈣斑點試樣置放於烘箱中且以固定溫度及濕度(通常為85℃及85%相對濕度(「85/85試驗」))經受加速環境老化。
密封性試驗光學地監控真空沉積鈣層之外觀。每一沉積態鈣斑點具有高反射金屬外觀。在曝露至水及/或氧氣後，鈣起反應，且反應產物為不透明、白色且片狀的。85/85烘箱中經過1000小時之鈣斑點的殘存物等效於在環境操作中殘存5年至10年之封裝膜。試驗之偵測極限為在60℃及90%相對濕度下大致10-7 g/m2/d。
第6圖圖示在曝露至85/85加速老化試驗之後非密封型封閉鈣斑點及密封型封閉鈣斑點的行為典型。在第6圖中，左行圖示用於直接形成於斑點之上的Cu2O膜的非密封型封裝行為。所有Cu2O塗佈樣本未能通過加速試驗，其中鈣點斑點之災難性分層表明濕氣滲透穿過Cu2O層。右行圖示近乎50%之樣本的陽性試驗結果，該等樣本包含CuO沉積密封層。在右行樣本中，34個完整鈣點(在75個試樣中)之金屬質感明顯。
掠射角X-光繞射(GIXRD)及傳統粉末X-光繞射兩者分別用於評估用於非密封沉積層及密封沉積層兩者的近表面及整個氧化層。第7 圖圖示用於密封CuO沉積層(曲線圖A及曲線圖B)及非密封Cu2O沉積層(曲線圖C及曲線圖D)兩者之GIXRD資料(曲線圖A及曲線圖C)及傳統粉末反射(曲線圖B及曲線圖D)。典型地，用於產生第4A圖及第4C圖之GIXRD掃描之1度掠射角探測大致50奈米至300奈米之近表面深度。
繼續參看第7圖，密封CuO沉積膜(曲線圖A)展現近表面反射，該等近表面反射指示相錐黑銅礦(Cu4O3)，但沉積膜之內部(曲線圖B)展現符合有效非晶形氧化銅成分之反射。錐黑銅礦層對應於第二無機層，該第二無機層由直接形成於鈣斑點之上的第一無機層(CuO)層形成。相比之下，非密封Cu2O沉積層展現符合Cu2O的兩種掃描中之X光反射。
XRD結果暗示密封膜展示濺射(沉積態)材料與僅近表面區域中之加熱濕氣的顯著及協作反應，而非密封膜與該等非密封膜整體中之加熱濕氣反應，產生顯著擴散通道，該等通道妨礙有效密封性。對於氧化銅系統而言，密封膜資料(沉積CuO)暗示錐黑銅礦微晶層形成於未反應之濺射CuO的非晶形基底的頂部，從而形成機械穩定且密封之複合層。
第8A圖至第8H圖圖示一系列GIXRD曲線圖，且第8I圖圖示用於加速試驗之後之CuO沉積密封阻障層的布拉格XRD光譜。來自整個膜體積之布拉格繞射具有非晶特徵，其中錐黑銅礦相呈現於膜之表面處/附近。使用6.31 g/cm3之CuO密度、44.65 cm2/g之品質衰減係數及281.761 cm-1之衰減係數，根據第8圖之GIXRD曲線圖估計錐黑銅礦深度。在第8A圖至第8H圖中，在1°、1.5°、2°、2.5°、3°、3.5°、4°及4.5°之各別入射角處獲取之連續掠射入射X-光繞射光譜展示在曝露至85℃及85%相對濕度1092小時之後的表面層(錐黑銅礦)，該表面層包含31%(619 nm)與46%(929 nm)之間的原2微米之濺射CuO。表1中展現用於每一GIXRD角度之經 計算表面深度(探測深度)的匯總。
除使用氧化銅基阻障層進行之密封性評估之外，亦評估氧化錫基阻障層。如參看第9圖所見，第9圖圖示用於在85/85曝露之後之SnO沉積膜(頂部)及SnO2沉積膜(底部)之GIXRD光譜，密封薄膜(頂部)展現類結晶SnO2(鈍化)層，該類結晶SnO2(鈍化)層已形成於沉積非晶形SnO層之上，而非密封(SnO2沉積)膜展現完整結晶形態。
表2強調體積變化對促成表面水合產物之膜應力之中心金屬離子的影響。已發現，對應於莫耳體積變化之大致15%或更少增加的窄帶有助於對密封有效之壓縮力。在實施例中，第二無機層之莫耳體積大於第一無機層之莫耳體積約-1%至15%(亦即，-1%、0%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%或15%)。所得自封閉行為(亦即，密封性)似乎與體積膨脹有關。
表3展示密封膜形成無機氧化物在以氧化物之吉布斯形成自由能反映時總是為給定元素對的最少熱力穩定氧化物。此情況暗示沉積態無機氧化膜為介穩定狀態的，且因此對水解及/或氧化為潛在活性的。
在實施例中，阻障層可由室溫濺射前述材料中之一或多種材料得來，但可使用其他薄膜沉積技術。為適應各種工件架構，沉積遮罩可用於產生適合地圖案化之密封阻障層。或者，習知石板印刷術及蝕刻技術可用於由先前沉積之毯覆層形成圖案化密封層。
為經由濺射形成密封阻障層，濺射靶材可包含低Tg玻璃材料或該低Tg玻璃材料之前驅體，諸如，壓制粉末靶材，其中粉末組份具有對應 於所要阻障層組合物之全部組合物。基於玻璃之濺射靶材可包含緻密單相低Tg玻璃材料。本文中揭示形成玻璃組合物濺射靶材及壓制粉末濺射靶材的態樣。
對於玻璃組合物靶材及壓制粉末組合物靶材兩者，熱傳導底板(諸如，銅底板)可用於支撐靶材料。底板可具有任何適合大小及形狀。在一個示例性實施例中，3英寸外徑(OD)之圓形銅底板由0.25英寸厚之銅板形成。具有約2.875英寸之直徑的中心區域自板磨碾至約1/8英寸之深度，從而在中心區域之周邊邊緣周圍留出大致1/6英寸之寬的唇緣。第10圖中圖示此銅底板之像片。
為形成根據一個實施例之玻璃組合物濺射靶材，底板之中心區域最初塗佈有無熔劑焊料(Cerasolzer ECO-155)之薄層。焊料提供無氧化物或實質上無氧化物之黏著促進層，靶材料可黏合至該黏著促進層。第11圖中圖示焊料處理銅底板之影像。
所要玻璃組合物可由原起始材料製備。形成氟磷酸錫玻璃之起始材料(例如)可經混合且熔化以使玻璃均勻。可包含粉末材料之原料可於(例如)石墨坩堝中加熱至在500℃至550℃之範圍中的溫度，且接著鑄成石墨塊，以形成玻璃屑。玻璃屑可經破碎、再熔化(500℃至550℃)，且接著澆注至預熱焊料處理底板之中心區域中。底板可預熱至在100℃至125℃之範圍中的溫度。鑄件可在100℃至125℃之溫度下退火1小時，但較長退火時間可用於較大底板。第12圖中圖示退火態低Tg玻璃濺射靶材之影像。
在玻璃組合物退火之後，可(例如)使用卡弗(Carver)壓機在低於225℃之溫度(例如，自140℃至225℃)及2000 psi至25000 psi之外加壓力下將玻璃熱壓制至焊料塗佈銅。熱壓促進玻璃材料至底板之完全壓實及優良黏著。在進一步實施例中，熱壓步驟可在小於180℃之溫度下執 行。第13圖中圖示壓制低Tg玻璃澱射靶材之影像。
藉由控制用於退火及壓縮玻璃靶材之溫度及壓力，可最小化或避免無用空隙或第二相之形成。根據各種實施例，包含低Tg玻璃材料之濺射靶材可具有接近或等於玻璃材料之理論密度的密度。示例性靶材料包括玻璃材料，該玻璃材料具有大於材料之理論密度之95%的密度(例如，至少96%、97%、98%或99%緻密)。
藉由提供緻密濺射靶材，可最小化靶材在使用期間之降級。例如，當孔隙度或第二相曝露時，含有孔隙度或混合相之靶材的曝露表面可在使用期間優先濺射及粗化。此舉可導致靶材表面之失控降級。粗化靶材表面可導致來微粒材料自靶材剝脫，此情況可導致包含缺陷或沉積層中之粒子包藏。包含該等缺陷之阻障層可能易受密封破壞影響。緻密濺射靶材亦可展現均勻熱導性，該熱導性促進在操作期間靶材料之非破壞性加熱及冷卻。
根據各種實施例，用於形成本文中揭示之濺射靶材的方法可用於產生低Tg玻璃組合物之單相高密度靶材。玻璃靶材可不含第二相或雜質相。雖然前文與將濺射靶材直接形成於底板上有關，但應理解，適合玻璃基靶材組合物可單獨地由該底板製備，且隨後視情況在後續步驟中併入至底板上。
在實施例中，形成包含低Tg玻璃材料之濺射靶材的方法包含以下步驟：提供原料粉末之混合物；加熱粉末混合物以形成熔融玻璃；冷卻玻璃以形成玻璃屑；熔化玻璃屑以形成玻璃熔化物；及將玻璃熔化物成形為固體濺射靶材。第14圖為圖示將玻璃材料併入大形態因數矩形底板之中心區域中的影像。
作為玻璃材料基濺射靶材之替代方案，可省略熔化及均勻化起 始原料之步驟，而粉末原料可直接混合且壓制至適合底板之中心區域中。第15圖為圖示將粉末原料併入圓形底板之中心區域中的影像，且第16圖圖示在第15圖之粉末材料的壓縮之後的最終壓制粉末濺射靶材。
形成壓制粉末濺射靶材(該濺射靶材包含具有低Tg玻璃組合物之粉末壓製品)的方法包括以下步驟：提供原料粉末之混合物；及將混合物壓製成固體濺射靶材。在該方法中，粉末混合物為低Tg玻璃材料之前驅體。在相關方法中，形成包含銅或錫之氧化物的壓制粉末濺射靶材的方法包含以下步驟：提供CuO或SnO之粉末及將粉末壓製成固體濺射靶材。
藉由濺射形成之密封阻障層視情況可為透明的，此情況使該等密封阻障層適用於封裝(例如)食物類、醫用器件及醫藥材料，其中在不打開包裝的情況下檢視包裝內容物的能力可能為有利的。光學透明度亦可用於封閉光電器件(諸如，顯示器及光伏打器件)，該等光電器件依賴光透射。在實施例中，密封阻障層具有以大於90%(例如，大於90%、92%、94%、96%或98%)之光學透射率為特徵之光學透明度。
在一個進一步示例性實施例中，濺射沉積密封阻障層可用於封裝含有液體或氣體之工件。該等工件包括色素增感太陽能電池(DSSCs)、電濕化顯示器及電泳顯示器。揭示之密封阻障層可實質上抑制將工件曝露至空氣及/或濕氣，此舉可有利地防止不期望之物理反應及/或化學反應，諸如，氧化、水合作用、吸收或吸附、昇華等，以及該等反應之附屬表現(包括腐敗、降級、膨脹、降低之功能性等)。
由於保護阻障層之密封性，保護之工件的壽命可延長超過使用習知密封阻障層可實現之壽命。可使用揭示之材料及方法保護之其他器件包括有機LED、螢光團、鹼金屬電極、透明傳導氧化物及量子點。
揭示濺射靶材及形成濺射靶材之方法，該濺射靶材包含低Tg玻 璃材料或該低Tg玻璃材料之前驅體，或銅或錫之氧化物。使用前述靶材之濺射製程可用於形成自鈍化密封阻障層。
如本文中所使用，除非上下文另行清晰規定，單數形式「一」及「該」包括複數指示物。因此，例如，除非上下文另行清晰規定，對「玻璃」之參照包括具有兩個或兩個以上該等「玻璃」之實例。
本文中範圍可表示為自「約」一個特定值及/或至「約」另一特定值。當表示該範圍時，實例包括自一個特定值及/或至另一特定值。類似地，當值表示為近似值時，藉由使用前述詞「約」，應理解，特定值形成另一態樣。將進一步理解，範圍中之每一範圍的端點明顯與其他端點相關且獨立於其他端點。
除非另行明確說明，本文中闡述之任何方法決不意欲解釋為要求以特定次序執行該方法之步驟。因此，在方法請求項實際上未引用待由方法步驟遵循之次序，或申請專利範圍或描述中未具體說明步驟限制於特定次序的情況下，決不意欲推論任何特殊次序。
亦注意，本文中之引用係指以特定方式「經配置」或「適用於」起作用的組件。在該方面，該元件「經配置」或「適用於」以特殊方式體現特殊性質或功能，其中與預期用途之引用相反，該等引用為結構性引用。更具體言之，本文中對元件「經配置」或「適用」之方式之參照指示元件的現存物理條件且(同樣地)待用作元件之結構性特徵的明確引用。
對熟習此項技術者將顯而易見的是，在不背離本發明之精神及範圍的情況下，可對本發明作出各種修改和變化。由於熟習此項技術者可能想到併入本發明之精神及實質之所揭示實施例的修改、組合、子組合及變化，故本發明應解釋為包括在附加申請專利範圍及附加申請專利範圍之等效物之範疇內的一切事物。
100‧‧‧單室濺射沉積裝置
105‧‧‧真空腔室
110‧‧‧基材台
112‧‧‧基材
120‧‧‧遮罩台
122‧‧‧陰影遮罩
140‧‧‧真空埠
150‧‧‧水冷埠
160‧‧‧進氣埠
180‧‧‧蒸發夾具
182‧‧‧導電線
186‧‧‧厚度監控器
190‧‧‧電源供應器
193‧‧‧控制器
195‧‧‧控制站
200‧‧‧靶材料
300‧‧‧RF濺射槍
310‧‧‧濺射靶材
390‧‧‧電源供應器
393‧‧‧回饋控制器
395‧‧‧控制站

Claims (15)

  1. 一種濺射靶材，該濺射靶材包含一濺射材料，該濺射材料係選自由以下組成之群組：一低Tg玻璃、一低Tg玻璃之一前驅體及銅或錫之氧化物。
  2. 如請求項1所述之濺射靶材，其中該濺射材料形成於一熱傳導底板之上。
  3. 如請求項1所述之濺射靶材，其中該低Tg玻璃或該低Tg玻璃前驅體包含一材料，該材料係選自由以下組成之群組：一磷酸鹽玻璃、一硼酸鹽玻璃、一亞碲酸鹽玻璃及一硫屬化合物玻璃。
  4. 如請求項3所述之濺射靶材，其中該低Tg玻璃或該低Tg玻璃前驅體進一步包含一摻雜劑。
  5. 如請求項1所述之濺射靶材，其中該低Tg玻璃或該低Tg玻璃前驅體包含一材料，該材料係選自由以下組成之群組：一磷酸錫、氟磷酸錫及一氟硼酸錫。
  6. 如請求項1所述之濺射靶材，其中該低Tg玻璃或該低Tg玻璃前驅體之一組合物包含：20莫耳%至100莫耳%之SnO；0莫耳%至50莫耳%之SnF2；及0莫耳%至30莫耳%之P2O5或B2O3。
  7. 如請求項1所述之濺射靶材，其中該低Tg玻璃或該低Tg玻璃前驅體之一組合物包含：35莫耳%至50莫耳%之SnO；30莫耳%至40莫耳%之SnF2；15莫耳%至25莫耳%之P2O5或B2O3；及1.5莫耳%至3莫耳%之至少一種摻雜劑氧化物，該至少一種摻雜劑氧化物係選自由以下組成之群組：WO3、CeO2及Nb2O5。
  8. 如請求項1所述之濺射靶材，其中該氧化銅包含CuO。
  9. 如請求項1所述之濺射靶材，其中該氧化錫包含SnO。
  10. 如請求項1所述之濺射靶材，其中該氧化銅或氧化錫為非晶形的。
  11. 如請求項1所述之濺射靶材，其中該氧化銅或氧化錫為結晶的。
  12. 如請求項1所述之濺射靶材，其中該濺射材料包含該氧化銅或氧化錫或該低Tg玻璃前驅體之一壓制粉末。
  13. 一種形成包含一低Tg玻璃材料之一濺射靶材的方法，該方法包含以下步驟：提供原料粉末之一混合物；加熱該粉末混合物以形成一熔融低Tg玻璃；及將該玻璃熔化物成形為一固體濺射靶材。
  14. 如請求項13所述之方法，其中該成形步驟包含以下步驟：將該玻璃熔化物澆注於一底板之一表面上。
  15. 一種形成一濺射靶材之方法，該方法包含以下步驟：提供原料粉末之一混合物；及將該混合物壓製成一固體濺射靶材，其中該粉末混合物包含CuO、SnO或一低Tg玻璃前驅體組合物，該低Tg玻璃前驅體組合物係選自由以下組成之群組：一磷酸鹽玻璃、一硼酸鹽玻璃、一亞碲酸鹽玻璃及一硫屬化合物玻璃。
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