TW201631189A - 分割的濺射靶件 - Google Patents

Abstract

本發明之其中之一目的，為於多個靶件部材接合於基材而得到之分割的濺射靶件中，有效地防止自靶件部材相互之間之間隙（分割部）露出之基材之構成材料即背襯板之構成材料混入所形成之薄膜。藉由靶件部材配置成以指定間隔放置而形成分割部，於對應於此分割部之區域之基材表面之凹凸部之凹部表面主要存在銦或銦合金。以EPMA分析對應於基材之分割部之區域之表面時，銦或銦合金之區域相對於觀察面積之面積比例為40%以上且為80%以下。

Description

分割的濺射靶件

本發明關於一種濺射靶件（sputtering target）。特別是關於接合於背襯板或背襯管之陶瓷製之分割的濺射靶件。

用以形成氧化物半導體薄膜之靶件部材，由於為陶瓷製，故難以製造大面積的靶件部材。然而，受濺射之氧化物半導體薄膜之面積有逐漸變大的傾向。因此，濺射靶件可藉由將多個靶件部材接合於背襯板或背襯管（以下單純稱之為「基材」），而對應增加受濺射之氧化物半導體薄膜之面積。

一般而言，將多個靶件部材接合於基材之場合中，多個靶件部材相互之間開設指定間隔。若靶件部材以無間隙之配置方式接合於背襯板或背襯管時，由於濺射中之熱會導致靶件部材伸縮，因此靶件部材恐有相互碰撞等情形而恐發生破裂或缺損。另一方面，靶件部材間之間隙本來不應存在於受濺射之靶件部材。因此，基材之構成材料會發生受到濺射等問題，而存在有無法形成預計成分之薄膜之問題。

先前技術文獻1（日本專利第4961515號公報）揭示以下技術內容。於多個靶件部材接合於基材之濺射靶件中，將低熔點焊料以位於間隔（間隙） 之深度之10%～70%之厚度覆蓋於靶件部件相互之間隙，藉此防止基材之構成材料受到濺射。然而，此先前技術文獻1之技術中，由於低熔點焊料以深度之10%～70%之厚度存在於位於間隔（間隙）中，結果導致低熔點焊料存在至接近靶件部材之表面。以此狀態存在之低熔點焊料剝落而露出靶件部材相互之間隙中之基材之場合中，基材之構成材料仍更易於受到濺射。因此，記載於先前技術文獻1之技術無法充分解決形成預計成分之薄膜之課題。

本發明之課題，為於多個靶件部材接合於基材而得到之分割的濺射靶件中，令自靶件部材之間之間隙露出之構成材料不受濺射，故存在於靶件部材相互之間隙之填充部材之構成材料不僅防止受到濺射，還能夠形成預計成分之薄膜。

為了解決上述課題，經過本案發明者們深入研究的結果，發展出以下結構之分割的濺射靶件。換言之，基材一般由鈦（Ti）或銅（Cu）等材料構成。鈦或銅與燒結體之濕潤性較差。然而，以噴砂（sandblasting）而粗糙化基材表面後，以銦或銦合金做為接合材接合基材及燒結體製之靶件部材時可提升黏著性。於此，藉由噴砂而於靶件部材相互之間隙（以下稱之為「分割部」）中之基材表面形成凹凸。因此，於背襯板或背襯管之對應於分割部之區域之表面中，藉由利用凹凸面而調整銦或銦合金之區域，申請人除了能夠調整基材之構成材料，還為了令基材之構成材料不受濺射而於基材之表面覆蓋填充材料，藉以能夠減少受到濺射之可能性。

換言之，對應於所有分割部之位置之基材部分，存在於與靶件部材相比深於靶件部材之厚度分量之位置。因此受到濺射之可能性小於靶材部件。於此，基材之對應於分割部之區域之凹凸面之主要於凹部內存在有銦或銦合金，藉由銦或銦合金存在於與基材之表面幾乎等高（與基材形成凹凸部前之基材表面幾乎等高，或者與基材之凹凸部之凸部幾乎等高）之範圍內，而不僅能夠防止背襯板或背襯管之構成材料受到濺射，還因用以令基材之構成材料不受濺射而設置之銦或銦合金本身，而能夠減少受到濺射之可能性。

更甚者，由於銦或銦合金主要存在於基材之凹凸部之凹部，因基材與銦或銦合金之接合面之表面積大於覆蓋基材表面之銦或銦合金之表面積，銦或銦合金能夠穩固地接合於基材。因此，藉由存在於基材之對應於分割部之區域之銦或銦合金受到濺射，銦或銦合金被挖起而使銦或銦合金之厚度變薄，故而能夠防止自基材脫落。

根據本發明提供一種分割的濺射靶材，於多個靶件部材接合於基材而得到之分割的濺射靶件中，藉由多個靶件部材配置成相互以指定間隔放置於基材之表面而形成分割部，基材之表面對應於此分割部之區域具有凹凸部，銦或銦合金存在於凹凸部之表面，以EPMA分析對應於基材分割部之區域表面時，前述銦或銦合金存在之區域相對於觀察面積之面積比例為40%以上。

以EPMA分析對應於基材分割部之區域表面時，銦合金存在之區域相對於觀察面積之面積比例為40%以上且為80%以下。

指定間隔可為0.2 mm以上0.4 mm。

銦或銦合金含有90%以上之銦。

一般而言，接合有多個靶件部材之基材含有鈦或銅。然而，若構成基材之元素與靶件部材之成分相異，採用本發明之分割的濺射靶件亦可有效。因此，構成基材之元素並非限定於鈦或銅。

根據本發明，多個靶件部材接合於基材而得到之分割的濺射靶件中，由於自分割部露出之基材之構成材料或基材之構成材料，故存在於對應基材分割部之區域之填充部材之構成材料能夠防止受到濺射的同時，還能夠形成預計成分之薄膜。

以下，將一邊參照圖式說明關於本發明之多個靶件部材接合於基材而得到之分割的濺射靶件及其製造方法。然而，本發明之多個靶件部材接合於基材而得到之分割的濺射靶材及其製造方法能夠以多種相異之態樣實施。因此，並非限定解釋成以下所例示之實施型態之記載內容。而且，以本實施之型態參照之圖面中，相同部分或具有相同功能之部分將附上相同符號，且將省略如此重覆之說明。

圖1為用以說明使用接合材3結合圓筒形濺射用靶件部材1及背襯管（backing tube）4之接合工程之概略圖。圖2A及圖2B繪示關於本發明之一實施型態之分割的濺射靶件之背襯管4之表面之概略圖。以下將參照圖1、圖2A及圖2B說明採取本發明之分割的濺射靶件。

準備多個圓筒形濺射用靶件部材1、背襯管4及接合材3。關於圓筒形濺射用靶件部材1及背襯管4之外徑、內徑及長度並未特別限制。然而，圓筒形濺射用靶件部材1之內徑及背襯管4之外徑，定義出形成於圓筒形濺射用靶件部材1及背襯管4之間之空腔（cavity）之幅寬，亦定義出填充於空腔之接合材3之厚度。因此，可調整圓筒形濺射用靶件部材1之內徑及背襯管4之外徑，以令接合材3之厚度達到所預計之厚度。

圓筒形濺射用靶件部材1可由陶瓷燒結體製成，例如可為氧化銦錫製成之ITO燒結體（Indium Tin Oxide）、氧化鋁鋅製成之AZO燒結體（Aluminum Zinc Oxide）、氧化銦鋅製成之IZO燒結體（Indium Zinc Oxide）、二氧化鈦（TiO2）等之燒結體。然而，採用本發明之濺射靶件之濺射用靶件部材若為陶瓷燒結體，則並非限定於上述成分。

背襯管4雖能夠使用各種材質，亦能夠舉例為銅（Cu）、鈦（Ti）或多數含有此些元素之金屬。

接合材3能夠舉例為低熔點之銦（In）或含銦之銦合金焊料材。銦合金之場合中，考慮熔點及熱傳導性時，可為含有90%以上之銦之銦合金。

首先，利用對於銦之濕潤性佳之氧化鋁、氧化鋯、碳化矽等，於所準備之背襯管4之表面進行噴砂而使其粗糙化，藉以形成凹凸。凹凸之形狀雖並未特別限制，其表面粗糙度以算數平均粗糙度（Ra）計算可為1.8 μm以上且為5 μm以下。算數平均粗糙度（Ra）若大於5 μm，接合材3難以均勻地插入圓筒形濺射用靶件部材1及背襯管4之間，若是要均勻地插入則會產生耗費時間等問題。另一方面，算數平均粗糙度（Ra）若小於1.8 μm，與覆蓋背襯管4之表面之銦或銦合金之表面積相比，銦或銦合金之結合面無法充分擴大，銦或銦合金於濺射時恐發生脫落之情形。

接下來，將多個圓筒形濺射用靶件部材1配置成各個中心軸一致而固定於背襯管4。相鄰之圓筒形濺射用靶件部材1之間使用環狀之鐵氟龍（註冊商標）之間隔件（圖1之符號2）以確保指定間隙。

圓筒形濺射用靶件部材1相互之間（間隙）可為0.2 mm以上且為0.4 mm以下。若小於0.2 mm，則因圓筒形濺射用靶件部材1會於濺射時發生熱膨脹，圓筒形濺射用靶件部材1會相互撞擊，因而成為破裂或缺損之原因。另一方面，若大於0.4 mm，會提高未存在圓筒形濺射用靶件部材1之區域於濺射時受到濺射之可能性，故而產生問題。

圓筒形濺射用靶件部材1之內徑及背襯管4所形成之空腔，定義出接合材3之厚度。圓筒形濺射用靶件部材1之內徑及背襯管4所形成之空腔可為0.5 mm～2.0 mm。若小於0.5 mm，液態之接合材3難以流動，而會引起接合不良。另一方面，若大於2.0 mm，則會引起熱傳導率變差，且可能成為濺射時異常放電等之原因。

接下來，使用加熱器（圖未繪示）將圓筒形濺射用靶件部材1及背襯管4加熱至皆為攝氏157度以上，且令熔融之接合材3流入圓筒形濺射用靶件部材1之內周面及背襯管4之外周面之間。此時，保持攝氏157度以上，再藉由緩慢降低溫度以固化接合材3，進而將圓筒形濺射用靶件部材1接合於背襯管4。

以上述方法將圓筒形濺射用靶件部材1接合於背襯管4之後，去除插在圓筒形濺射用靶件部材1相互之間（分割部）之間隔件2。即使插入了間隔件2，接合材3亦可能侵入分割部。因此接下來，將進行去除附著於分割部之底部（背襯管4之表面對應於分割部之區域）之接合材3之作業。

於背襯管4升溫至攝氏100度～攝氏120度左右之狀態下，進行去除附著於分割部之底部之接合材3之一部分之作業。根據本發明，由於附著於分割部之底部之接合材3需要有至少一部分殘留於形成於背襯管4之凹凸之凹部，故可使用由具有某種程度上之耐熱性之硬質塑膠製作而成之治具去除附著於分割部之底部之接合材3。

以往於去除附著於分割部之底部之接合材3之作業時，會使用以如不鏽鋼或刀具之刃部之碳工具鋼（carbon tool steel）製成且於尖端進行銳利加工之治具。以如此之治具進行去除附著於分割部之底部之接合材3時，會切削到分割部之底部之一部分，故而能夠全部去除位於凹面之接合材3。然而，本申請發明中，並非要強硬地全部去除接合材3。若是使用硬質塑膠製作而成之治具，可不傷害到分割部之凹凸面，於去除附著於分割部之底面之表層部分之接合材3時，能夠於分割部之凹部殘留接合材3。

其中，可使用具有某種程度上之耐熱性之硬質塑膠製作而成之治具之理由，是因為去除附著於分割部之底部之接合材3之作業時，會於背襯管4升溫至攝氏100度～攝氏120度左右之狀態下進行。可使用之樹脂例如為聚醯亞胺（polyimide）樹脂、聚醯亞胺醯胺（polyimide amide）樹脂。然而，並非現定無此些材料。

圖2A及圖2B表示使用治具去除接合材3時於凹部殘留一部分之狀態，其中此治具由具有某種程度上之耐熱性之硬質塑膠製作而成，此接合材3存在於背襯管4之基材之對應於分割部之區域所形成之凹凸部之表面。如此一來，於本發明中，去除接合材3時，接合材3主要殘留於凹部，而接合材3即使附著於凸部，亦能夠以與基材之表面幾乎等高（與基材形成凹凸部前之基材表面幾乎等高，或者與基材之凹凸部之凸部幾乎等高）之方式存在。

分割的件射靶件之基材之對應於分割部之區域中，由於殘留有做為接合材之銦或銦合金，以電子束微量分析儀（Electron Probe Micro Analyzer，EPMA，於此使用之裝置為能量分散型X射線分析裝置，其為日本電子製之JED-2200F）分析之場合中，所形成之銦或銦合金存在之區域相對於觀察面積可為40%以上且為80%以下。若未滿40%，由於基材之材料露出而提高了污染經濺射而成之薄膜（混入構成基材之鈦或銅等材料）之可能性。另一方面，以下將表示之實施例1之實驗結果中，雖即使達到95.35%亦能夠抑制污染經濺射而成之薄膜，但仍可以80%以下做為上限。若覆蓋於基材之表面之銦或銦合金相對於觀察面積為80%以下，則能夠評估為覆蓋於基材之表面之銦或銦合金確實存在於與基材表面幾乎等高之位置，銦或銦合金自身亦能夠抑制受到濺射之可能性。

以下將說明實施例1。

採用實施例1之分割的濺射靶件中，接合材3附著於主要由鈦製成之背襯管4之分割部之底部，且以聚醯亞胺樹脂製成之治具去除接合材3之一部分。圖3A及圖3B繪示採用實施例1之分割的濺射靶件之基材之對應於分割部之區域之EPMA分析結果，圖3A為銦之分析結果，圖3B為鈦之分析結果。圖3B中能夠確認有些微存在鈦之區域。因此，銦合金主要存在於基材之表面之凹凸部之凹部，且可認為銦合金存在於與基材之表面幾乎等高（與基材形成凹凸部前之基材表面幾乎等高，或者與基材之凹凸部之凸部幾乎等高）之範圍內。根據銦之EPMA分析結果，做為接合材3之銦合金存在之區域相對於觀察面積為95.35%。

以下將說明實施例2。

採用實施例2之分割的濺射靶件中，接合材3附著於主要由鈦製成之背襯管4之分割部之底部，且以聚醯亞胺樹脂製成之治具去除接合材3之一部分。圖4A及圖4B繪示採用實施例2之分割的濺射靶件之基材之對應於分割部之區域之EPMA分析結果。圖4A為銦之分析結果，圖4B為鈦之分析結果。根據銦之EPMA分析結果，做為接合材3之銦合金存在之區域相對於觀察面積為74.75%。

以下將說明實施例3。

採用實施例3之分割的濺射靶件中，接合材3附著於主要由鈦製成之背襯管4之分割部之底部，且以聚醯亞胺醯胺樹脂製成之治具去除接合材3之一部分。圖5A及圖5B繪示採用實施例3之分割的濺射靶件之基材之對應於分割部之區域之EPMA分析結果。圖5A為銦之分析結果，圖5B為鈦之分析結果。根據銦之EPMA分析結果，做為接合材3之銦合金存在之區域相對於觀察面積為44.65%。

以下將說明比較例1。

採用比較例1之分割的濺射靶件中，接合材3附著於主要由鈦製成之背襯管4之分割部之底部，且以不鏽鋼製成之治具去除接合材3之一部分。圖6A及圖6B繪示採用比較例1之分割的濺射靶件之基材之對應於分割部之區域之EPMA分析結果。圖6A為銦之分析結果，圖6B為鈦之分析結果。根據銦之EPMA分析結果，做為接合材3之銦合金存在之區域相對於觀察面積為8.11%。

以下將說明比較例2。

採用比較例2之分割的濺射靶件中，接合材3附著於主要由鈦製成之背襯管4之分割部之底部，且以碳工具鋼製成之治具去除接合材3之一部分。圖7A及圖7B繪示採用比較例2之分割的濺射靶件之基材之對應於分割部之區域之EPMA分析結果。圖7A為銦之分析結果，圖7B為鈦之分析結果。根據銦之EPMA分析結果，做為接合材3之銦合金存在之區域相對於觀察面積為0.76%。

以下將評估實施例及比較例。

下列表1為進行關於實施例1～3及比較例1～2之分割的濺射靶件之評估試驗後所整合之結果。

表1

進行評估試驗時，將長寬分別為30 cm之尺寸玻璃基板設置成位於面向靶件之分割部分之位置，且形成厚度為3.000 nm之薄膜，形成薄膜後，以鹽酸熔解此薄膜，之後再藉由感應耦合電漿原子發射光譜儀（Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometer，ICP-AES）實施雜質分析。

如表1所示，使用實施例1～3之分割的濺射靶件，可得到混入少於5 ppm之背襯管4之鈦成分之結果。另一方面，使用比較例1之分割的濺射靶件則混入10 ppm之背襯管4之鈦成分，使用比較例2之分割的濺射靶件則混入20 ppm之背襯管4之鈦成分。

根據本發明，多個靶件部材接合於基材而得到之分割的濺射靶件中，自靶件部材相互之間之間隙（分割部）露出之基材之構成材料即使受到濺射，亦能夠有效防止基材之構成材料混入所形成之薄膜中。更甚者，由於為了令基材之構成材料不受濺射，存在於靶件部材相互之間隙（分割部）之接合材主要存在於背襯板（backing plate）或背襯管之表面之凹部內，故能夠極力降低接合材受到濺射之可能性，還能夠形成預計成分之薄膜。

再者，本實施型態中雖說明關於圓筒形的基材，但本發明若為多個靶件部材接合於背襯板而得到之分割的濺射靶件，則基材亦能夠同樣適用為背襯板，且濺射用靶件部材之形狀亦能夠同樣適用為板狀。

其中，於一般接合板狀之濺射用靶件部材之製造方法中基於上述說明關於圓筒形基材之製造方法，亦能夠藉由下列方式製造採用本發明知分割的濺射靶材（其中基材為背襯板）。於背襯板之接合有靶件部材之側表面形成凹凸部，經由銦或銦合金將靶件部材接合於形成有凹凸部之背襯板。於背襯板之對應於分割部之區域形成凹凸部，使用硬質塑膠製作而成之治具去除存在於凹凸部之表面之接合材，且同時主要於凹部殘留接合材。

本發明並非限定於上述之實施型態，在未脫離意旨之範圍亦能夠適當變更。

1‧‧‧圓筒形濺射用靶件部材
2‧‧‧間隔件
3‧‧‧接合材
4‧‧‧背襯管

圖1為用以說明關於本發明之一實施型態中使用接合材結合圓筒形濺射用靶件部材及圓筒形基材之接合工程之概略圖。 圖2A為關於本發明之一實施態樣之分割的濺射靶件中繪示圖2B之剖面位置之圖。 圖2B繪示關於本發明之一實施型態之分割的濺射靶件之背襯板或背襯管之凹凸部之凹部殘留有接合材之概略圖。 圖3A繪示銦於採用實施例1之分割的濺射靶件之基材之對應於分割部之區域中之EPMA分析結果圖。 圖3B繪示鈦於採用實施例1之分割的濺射靶件之基材之對應於分割部之區域中之EPMA分析結果圖。 圖4A繪示銦於採用實施例2之分割的濺射靶件之基材之對應於分割部之區域中之EPMA分析結果圖。 圖4B繪示鈦於採用實施例2之分割的濺射靶件之基材之對應於分割部之區域中之EPMA分析結果圖。 圖5A繪示銦於採用實施例3之分割的濺射靶件之基材之對應於分割部之區域中之EPMA分析結果圖。 圖5B繪示鈦於採用實施例3之分割的濺射靶件之基材之對應於分割部之區域中之EPMA分析結果圖。 圖6A繪示銦於採用比較例1之分割的濺射靶件之基材之對應於分割部之區域中之EPMA分析結果圖。 圖6B繪示鈦於採用比較例1之分割的濺射靶件之基材之對應於分割部之區域中之EPMA分析結果圖。 圖7A繪示銦於採用比較例2之分割的濺射靶件之基材之對應於分割部之區域中之EPMA分析結果圖。 圖7B繪示鈦於採用比較例2之分割的濺射靶件之基材之對應於分割部之區域中之EPMA分析結果圖。

Claims (8)

1. 一種分割的濺射靶件，包括：一基材；以及多個靶件部材，配置成相互以一指定間隔放置於該基材之一表面且接合於該基材，該基材藉由該些靶件部材配置成以該指定間隔放置而形成一分割部，該基材於該分割部之該表面具有一凹凸部，一銦合金存在於該凹凸部之一表面；其中，以EPMA分析對應於該基材之該分割部之區域之該表面時，該銦合金存在之區域相對於觀察面積之面積比例為40%以上且為80%以下。
2. 如請求項1所述之分割的濺射靶件，其中該指定間隔為0.2 mm以上且為0.4 mm以下。
3. 如請求項1所述之分割的濺射靶件，其中該銦合金含有90%以上之銦。
4. 如請求項1所述之分割的濺射靶件，其中該凹凸部之表面粗糙度以算數平均粗糙度（Ra）計算為1.8 μm以上且為5 μm以下。
5. 如請求項1所述之分割的濺射靶件，其中該基材包含鈦（Ti）或銅（Cu）。
6. 如請求項1所述之分割的濺射靶件，其中該靶件部材由一陶瓷燒結體製成。
7. 如請求項1至6之任一所述之分割的濺射靶件，其中該基材為一背襯板。
8. 如請求項1至6之任一所述之分割的濺射靶件，其中該基材為一背襯管，且該靶件部材為圓筒形。