TWI636147B - 複合靶材 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種複合靶材，包含多個靶塊。每一個靶塊具有一靶本體、一絕緣層及一對應形成於該靶本體的底面的高阻值導電層。特別的是，該每一靶塊具有一調變阻值，且任兩個靶塊間的該調變阻值差異不大於5%，利用該高阻值導電層的設置讓該等靶塊表現的阻值相近，而用以提升該複合靶材的鍍膜均勻性。

Description

複合靶材
本發明是有關於一種靶材，特別是指一種同時由多種成份共同組合成的複合靶材。
真空鍍膜是表面加工的一重要發展技術，不僅可讓產品高值化，且還可藉由鍍膜賦予產品不同的表面性質，且隨著全球製造業的高速發展，真空鍍膜技術的應用也更加廣泛。然而，隨著鍍膜技術的應用，鍍膜的材料、種類越來越多樣化，且鍍膜的性能及品質也越來越要求的狀況下，如何形成均勻且大面積鍍膜，則是相關技術業者不斷努力研究的方向之一。
目前常用於真空鍍膜的靶材，有利用合金熔煉靶、粉末冶金燒結靶，將不同鍍膜元素混合於單一靶材後再進行鍍膜，然而，多元合金條塊熔煉、鍛造不易，且靶面過小不適合量產使用；而粉末冶金生產成本較高，此外，靶材與鍍膜的組成關聯參數需花時間測試，且於一使用時間後靶材的組成比例會產生變化，使得鍍膜品質不一。
為了解決前述問題，中華民國專利公開第201024441號，揭示一種鍍膜用靶材，主要是將鍍膜材料以週期性排列方式排列成條狀或圓盤狀，以用於製作大面積且膜厚、成份均一的金屬玻璃鍍膜。此方式雖可改善鍍膜膜厚及成份的均勻性，然而，因為各鍍膜材料本身的電阻差異性，因此，不同電阻值之靶材的濺射原子產生比例於濺鍍過程中會偏移預設值，因此鍍膜的原子比例仍無法精確的控制。
因此，本發明之目的，即在提供一種鍍膜均勻性佳的複合靶材。
於是，本發明的複合靶材，包含多個靶塊。
每一個靶塊具有一靶本體、一絕緣層，及一高阻質層。
該靶本體具有彼此反向的一頂面、一底面，及連接該頂面及該底面的一周面。
該絕緣層形成於該靶本體的周面。
該高阻值導電層形成於該靶本體的該底面。
其中，每一靶塊以周面相鄰排列，且每一靶塊具有一調變阻值，任兩個靶塊間的該調變阻值差異不大於5%。
本發明之功效在於：利用在每一個靶本體的周圍及底面分別形成絕緣層及高阻值導電層，令相鄰設置的靶塊彼此絕緣，並利用高阻值導電層的設置讓該等靶塊表現的阻值相近，而用以提升該複合靶材的鍍膜均勻性。
在本發明被詳細描述前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
本發明的複合靶材是可作為供物理氣相沉積的鍍膜靶材使用。
配合參閱圖1、2，本發明複合靶材的一第一實施例包含多個靶塊2，且每一個靶塊2包括一靶本體21、一絕緣層22，及一高阻值導電層23。
該靶本體21具有彼此反向的一頂面211、一底面212，及一連接該頂面211及底面212的周面213，且該等靶本體21可具有不同的電阻值。
詳細的說，該等靶本體21的材料可分別選自金屬、合金，或半導體等可用於真空鍍膜的材料。
該絕緣層22形成於該靶本體21的周面213，可選自氮化鋁或矽等耐熱絕緣材料所構成。
該高阻值導電層23形成於該靶本體21的該底面212。
定義每一個靶本體21與相應的該高阻值導電層23的阻值總合為調變阻值，該高阻值導電層23的電阻值為可令任兩個調變阻值的差異不大於5%。
藉由該高阻值導電層23的高電阻值而將與該等高阻值導電層23對應設置的該等靶本體21的整體阻值提升，降低該等靶本體21間因為材料造成的電阻值差異，而可讓該等靶塊2表現出近似的電阻值。
於一些實施例中，該高阻值導電層23選自電阻值高於該等靶本體21的電阻值3個級數的高阻值導電材料，例如：導電陶瓷、導電金屬氧化物、導電膠、半導體等。
於一些實施例中，該高阻值導電層23可選自電阻值高於該等靶本體21的電阻值4個級數的高阻值導電材料。
於一些實施例中該等高阻值導電層23選自氮化鈦、氮化鉻、氧化銦錫、鋁摻雜氧化鋅、鎵摻雜氧化鋅，或導電銀膠。
此外，該高阻值導電層23表現的電阻值除了可藉由材料的選擇之，還可進一步配合厚度，以達成所需要的阻值表現。
要說明的是，該等靶塊2的排列可以是沿一方向彼此相鄰並成周期性排列。例如，該等靶塊2可以是沿一方向交錯排列成長條狀、圓盤狀、棋盤狀，或是多層的同心圓環。此外，該等高阻值導電層23可以是連續地形成於該等靶本體21的底面212，及相鄰的該等絕緣層22的底面，或是各自對應形成於該每一個靶本體21的底面212及相鄰的該絕緣層22的底面，並不需特別加以限制。於圖1中，該複合靶材是以6塊，分別由3種不同的靶本體21材料構成的靶塊2a~2c，且該等高阻值導電層23為先對應形成於該每一個靶本體21及該絕緣層22的底面212為例，並將該等靶塊2a~2c以周面相鄰並成週期性排列成一長形的複合靶材作說明。
以濺鍍製程為例說明，是利用將待鍍材料製成的靶塊2製成靶材後將該靶材置於真空腔體的陰極，再將待鍍物置於相對於陰極上方的陽極。接著，將該真空腔體抽至高真空後充入的惰性氣體，在陰極和陽極間施加高壓，令兩電極間產生放電。放電產生的正離子在電場作用下飛向陰極，與靶材的表面原子碰撞，受碰撞後從靶面逸出的靶原子(濺射原子)即可沉積於該待鍍物的表面而形成鍍膜。
然而，由於不同的靶材其電阻不盡相同，電阻值越高的材料於濺鍍過程中，表面越易累積用於轟擊的正離子(如Ar +)，因此，表面電荷累積較快，而會使後續的轟擊正離子較難繼續以相同速度轟擊進該靶材，使得不同靶材的濺射原子產生比例偏移預設值，而造成鍍膜的原子比例無法精確的控制。
因此，本發明藉由該絕緣層22讓每一個緊鄰設置的靶本體21彼此絕緣隔絕，並在每一個待鍍材料(靶本體21)的底面211形成阻值至少大於該靶本體21的阻值3個級數(order)的高阻值導電層23，利用該高阻值導電層23調整該每一個靶塊2(靶本體21+高阻值導電層23)於通電後表現的整體阻值，令該等靶塊2間的阻值差異減小，而降低因為待鍍材料間的阻值差異所造成的鍍膜組成比例誤差的問題。
更具體的說，以該等靶本體21的厚度為5mm，構成材料分別為鋁(Al)、鎢(W)；該高阻值導電層23材料為氮化鈦(TiN)為例說明。
鋁(Al)電阻：2.82x10 -10Ω-cm；鎢(W)電阻：5.6x10 -10Ω-cm；氮化鈦(TiN)電阻：1x10 -4Ω-cm。
經計算後可得：厚度5mm之鋁靶的電阻相當於厚度14nm的氮化鈦的電阻值；而厚度5mm之鎢靶的電阻相當於厚度28nm的氮化鈦的電阻值。可得原始的鋁靶及鎢靶的等效電阻(氮化鈦)比為14:28=0.5。
然而，當分別在厚度為5mm的鋁靶及鎢靶的底面形成一層厚度為2μm(2000nm)的氮化鈦時，經調變後的調變阻值(以厚度(nm)表示)：5mm/Al+2μm/TiN的阻值=14+2000=2014(nm)；5mm/W+2μm/TiN的阻值=28+2000=2028(nm)。故調變後的鋁靶塊及鎢靶塊的等效電阻(氮化鈦)比：2014:2028≒0.993。顯示，原本兩種不同阻值的鍍膜材料，經過高阻值導電層(氮化鈦)的阻值調變，調變後的電阻值已可幾乎接近。
由前述結果可知利用高阻值導電層23的設置可有效調整該等靶塊2的整體阻值，並可進一步控制令該等靶塊2的阻值差異於所設定的範圍，使該等靶塊2的電阻值不因材料不同而有過大的差異，因此，當使用本發明的複合靶材作為濺鍍靶材時，可有效減少因為待鍍材料間的阻值差異所造成的鍍膜組成比例誤差的問題，而可更提升多元材料鍍膜的組成比例精確性及均勻性。
綜上所述，本發明該複合靶材藉由在每一個待鍍材料(靶本體21)底面211形成具有高阻值的高阻值導電層23，利用該高阻值導電層23調整該每一個靶塊2(靶本體21+高阻值導電層23)於通電後表現的整體阻值，令該等靶塊2間的阻值差異減小，而降低因為待鍍材料間的阻值差異所造成的鍍膜組成比例誤差的問題，故確實可達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
2、2a~2c‧‧‧靶塊
21‧‧‧靶本體
211‧‧‧頂面
212‧‧‧底面
213‧‧‧周面
22‧‧‧絕緣層
23‧‧‧高阻值導電層
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的較佳實施例詳細說明中清楚地呈現，其中： 圖1是說明本發明複合靶材之實施例的俯視示意圖；及 圖2是圖1中II-II割線的剖視示意圖。

Claims (8)

  1. 一種複合靶材，包含：多個靶塊，每一個靶塊包括：一靶本體，具有彼此反向的一頂面、一底面，及連接該頂面及該底面的一周面；一絕緣層，形成於該靶本體的周面；及一高阻值導電層，形成於該靶本體的該底面；其中，每一靶塊以周面相鄰排列，且每一靶塊具有一調變阻值，任兩個靶塊間的該調變阻值差異不大於5%。
  2. 如請求項1所述的複合靶材，其中，每一個高阻值導電層的電阻值至少大於相應的該靶本體的電阻值3個級數。
  3. 如請求項1所述的複合靶材，其中，該等靶塊沿一方向彼此相鄰，並成周期性排列。
  4. 如請求項1所述的複合靶材，其中，該等靶本體的面積與該等靶本體的構成材料的濺鍍產生率成比例。
  5. 如請求項1所述的複合靶材，其中，該等靶本體的材料可分別選自金屬、合金，或半導體。
  6. 如請求項1所述的複合靶材，其中，該高阻值導電層選自導電陶瓷、導電金屬氧化物、導電膠，或半導體。
  7. 如請求項6所述的複合靶材，其中，該高阻值導電層選自氮化鈦、氮化鉻、氧化銦錫、鋁摻雜氧化鋅、鎵摻雜氧化鋅，或導電銀膠。
  8. 如請求項1所述的複合靶材，其中，該每一個高阻值導電層對應形成於該每一個靶本體的底面及相鄰的該絕緣層的底面。
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