[发明专利]SiOx:Si溅射靶材及其制造及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及AC或DC溅射靶材，用于SiO₂的薄膜沉积。

背景技术

许多建筑、汽车、集成电路、平板显示器和光学装置需要二氧化硅(SiO₂)的薄膜。制造这种薄膜的一种主要方法是通过称为射频溅射的物理气相沉积工艺。该方法利用非导电二氧化硅材料作为创建该二氧化硅薄膜涂层的源材料。将高频交流电压，通常为13.56MHz，电容性地应用于该靶材上。在一个相位中，等离子的气体离子向该靶材加速并且由于该气体离子轰击而导致该靶材表面的材料脱离。在另一个相位中，中和该靶材表面的电荷，结果是在这个周期性的阶段中，不发生溅射。尽管这个方法提供合适的二氧化硅薄膜涂层，但是其局限性在于：要求使用昂贵和复杂的高频电源，该SiO₂薄膜涂层结构的低沉积率以及用这种方法产生的SiO₂涂层所具有的固有的均一性受到限制。

直流(DC)或中低频交流(AC)溅射工艺没有这种限制。然而，DC和AC工艺要求将用于该SiO₂涂层的硅源材料制成导电的，这是通过利用合适的掺杂物如硼掺杂进这些材料，或者添加少量的铝或其他合适的金属达成的。为了采用这种硅靶材通过DC或者AC溅射来制造SiO₂薄膜材料，还要求将大量的氧气引入该溅射工艺中。得到的工艺被称为反应性溅射。氧气与硅在溅射工艺过程中反应以产生SiO₂。为了产生完全化学计量的SiO₂膜通常要求O₂气体压力为真空室中总气体压力的30-50％。相比于可能使用相同的真空容器沉积的其它溅射薄膜的要求，这可能导致在氧气需求方面明显的方法失配。另外，由于反应沉积的特性，由硅或Si:Al靶材通过DC和AC溅射得到的SiO₂膜通常缺乏足够的密度和透明度以使它们适于许多半导体、平板和光电子应用。由这种反应性工艺制造的SiO₂膜的成分与那些由非导电SiO₂靶材RF溅射制造的相比，通常表现出较低的可用的光学、机械和化学耐久性属性。

发明内容

本发明的一个目的是制造SiO₂基材复合物，其包括足够数量的硅以使该复合物导电。该SiO₂:Si材料复合物非常适于作为用在DC或AC溅射工艺中的靶材，以在沉积过程中只需添加少量O₂制造高质量SiO₂薄膜涂层，因为在该靶材中存在的SiO₂作为容器中的一个氧气源，因此减少通常在反应性溅射DC或AC工艺过程中需要输入该容器的通常的氧气量。这使得用来制造SiO₂涂层的DC和AC溅射的生产效率和低效和高成本的RF溅射方法制造涂层的效率相同。

本发明的SiO₂:Si材料由非导电的SiO₂组分材料和一定量的Si组成，这些硅以物理结合这些材料的方式与该SiO₂掺杂并结合以使整个SiO₂基材复合物导电。在一些实施例中，可以添加一种或多种比该Si组分数量少的金属。这些材料组分尽管主要由绝缘的二氧化硅组成，但在其保持很多二氧化硅固有的材料特性的同时还表现出良好的导电性。这些材料可由固体块—如板、棒和管制造。另外，这些块材可以弄碎成粉末形态，利用这些粉末保持块材的导电性，以在该溅射靶材形成中单独或者与其他材料一起使用。

因此，本发明的一个目标是由复合SiO₂:Si材料制造溅射靶材，该材料尽管主要由绝缘SiO₂材料组成，但是由于Si材料的存在而具有良好的导电性。该材料电气特性可基于掺杂导电的Si、SiO₂以及在一些实施例中少量各种金属的组分的比例而得到调整。

根据本发明进一步的方面，这些导电Si:SiO₂材料的微粒可以与其他材料混合或添加至其他材料以提供或者增强导电性。

附图说明

当结合下面的详细描述和附图考虑时，本发明的这些或者其他方面将变得更容易理解，其中：

图1是由Si:SiO₂材料组成的溅射靶材的示意图；以及

图2是应用该Si:SiO₂材料的靶材的DC溅射工艺示意图。