拼接式旋转靶及其形成方法
【专利摘要】本公开提供一种拼接式旋转靶及其形成方法。所述拼接式旋转靶包括内管和与其同轴心的靶材坯料以及设置在所述内管与所述靶材坯料之间的接合层，其特征在于，所述靶材坯料由至少两个靶材坯料段构成，且所述两个靶材坯料段之间的接缝处存在拼接面。通过改变拼接部位的形状，将拼缝在时间上累积的影响分散到更大的面积区域，减小了拼接处的膜质差异，从而减小了器件不良发生的可能性，提高了产品合格率。
【专利说明】拼接式旋转靶及其形成方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种镀膜技术，尤其涉及一种拼接式旋转靶及其形成方法。
【背景技术】
[0002]磁控溅射(Sputter)是一种优良的镀膜工艺，有膜质好、速度快等优点，在平板显示产业中有广泛使用。而磁控溅射设备搭配使用旋转靶拥有靶材利用率高、溅射速率快、有效减少打弧和靶面掉渣、工艺稳定性好等多项优点，逐渐在平板显示产业中得到越来越多的应用。
[0003]现有的ITO或IGZO等陶瓷材料由于其加工工艺的限制，无法像金属那样制造成大面积整片式的靶材，通常需要将多块小面积的材料通过拼接的方式得到整块的大靶材。
[0004]图1A和IB分别是目前常见的陶瓷旋转靶的立体图和分解图。如图所示，诸如Ti的圆柱形不锈钢内管11固定在底座上，陶瓷靶材坯料12套设在内管11上，其中LI表示总靶材长度，L2表示有效靶材区域。图中的靶材坯料12由5段较短的靶材坯料拼接而成，各段靶材坯料之间会存在拼接缝13。拼缝位置的材料致密性不好，容易产生颗粒，使得对应于拼接缝13的膜质与其它部位相比会有一些差异，例如膜厚、透过率、折射率等等。为了尽量减少颗粒的影响，采用了使拼接缝13位于与旋转轴垂直的平面上的拼接方式。
[0005]图2A和2B分别是包括上述旋转靶的溅射设备在实际溅射状态下的侧视图和俯视图。在溅射过程中，靶材坯料12围绕内管11的轴(旋转轴)旋转，基板25相对于旋转靶平移，移动方向垂直于 轴的方向。如图所示，辉光放电产生的等离子体24轰击靶材坯料12的表面使得原子从表面逸出，逸出的原子在电场的作用下沉积在基板25上。由于拼接缝13的存在，基板25上形成的膜具有质量差异，生成的颗粒集中在与拼接缝13对应的线状部位26。也就是说，由于成膜过程中拼接缝13与基板25之间的相对位置固定，所以膜中同一位置处累积效应明显。
[0006]然而，在一些对膜质较为敏感的工艺中，例如沉积氧化物半导体作为薄膜晶体管的有源层时，现有的拼接方法会造成器件性能的差别，影响产品合格率。
[0007]在所述【背景技术】部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
【发明内容】
[0008]鉴于上述问题，本公开的一个目的是提供一种拼接式旋转靶及其形成方法，能够减小膜质差异。
[0009]本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
[0010]本公开的第一方面提供了一种拼接式旋转靶，其包括内管和与其同轴心的靶材坯料以及设置在内管与靶材坯料之间的接合层，其中，所述靶材坯料由至少两个靶材坯料段构成，且所述两个靶材坯料段之间的接缝处存在拼接面。[0011]本公开的第二方面提供了一种拼接式旋转靶的形成方法，其包括:提供至少两段靶材坯料和内管，待接合的靶材坯料段具有形状彼此适配的端部；把所述至少两段靶材坯料进行拼接，并且利用接合材料把拼接后的所述至少两段靶材坯料接合到所述内管的外表面上，以形成所述旋转靶，其中在相邻的靶材坯料段通过拼接形成的接缝处存在相对于所述内管的轴线倾斜的拼接面。
[0012]本公开实施例提供的拼接式旋转靶及其形成方法，通过改变拼接部位的形状，将拼缝在时间上累积的影响分散到更大的面积区域，从而减小了拼接处的膜质与其它部位的膜质之间的差异。进一步，减小了器件不良发生的可能性，提高了产品合格率。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]通过参照附图详细描述其示例实施方式，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
[0014]图1A和IB分别是一种常见陶瓷旋转靶的立体图和分解图；
[0015]图2A和2B分别是在溅射状态下现有溅射设备的侧视图和俯视图；
[0016]图3是根据本公开实施例的一种拼接式旋转靶的立体示意图；
[0017]图4A和4B分别是采用现有的陶瓷旋转靶和本公开实施例的旋转靶的溅射效果示意图。
【具体实施方式】
[0018]现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
[0019]此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。
[0020]本公开中所称的“拼接处的膜质”是指由拼接处的靶材原子形成的那部分薄膜的质量。
[0021]本公开中所称“接缝”是指拼接时相邻靶材坯料段彼此接触的位置。
[0022]本公开通过改变分段靶材拼接的形状结构，将拼缝在时间上累积的影响分散到更大的面积区域，从而达到减小拼接处的膜质差异的目的。
[0023]本公开提供的拼接式旋转靶包括内管和与其同轴心的靶材坯料以及设置在内管与靶材坯料之间的接合层，其特征在于，所述靶材坯料由至少两个靶材坯料段构成，且所述两个靶材坯料段之间的接缝处存在拼接面。
[0024]例如,接缝是一个斜面。在一示范性实施例中,所述内管包括一轴线,该斜面与轴线之间形成10度至60度的夹角。[0025]例如，在纵剖面上接缝呈现如下的一种形状:弧形，，V’字形，折线形和波浪形。
[0026]例如，靶材坯料包括ITO或IGZ0。
[0027]例如，接合层为熔点低于600°C的低熔点金属粘接层。在一示范性实施例中，所述低熔点金属粘接层包括铟、锡和锌中的至少一种。
[0028]本公开提供的拼接式旋转靶的形成方法包括:提供至少两个靶材坯料段和内管，其中待接合的所述两个靶材坯料段具有形状彼此适配的端部；把所述至少两个靶材坯料段进行拼接，并且利用接合材料把拼接后的所述至少两个靶材坯料段接合到所述内管的外表面上，以形成所述旋转靶；其中在所述至少两个靶材坯料段拼接形成的接缝处存在拼接面。
[0029]例如，在纵剖面上接缝呈现如下的一种形状:斜线形，弧形，’ V’字形，折线形和波浪形。
[0030]例如，接合材料包括铟、锡和锌中的至少一种，把所述至少两个靶材坯料段进行拼接的步骤包括:把所述至少两个靶材坯料段逐个套设在所述内管上，使所述至少两个靶材坯料段的待拼接端部互相对准接触；以及把加热到熔融状态的接合材料填充到所述内管与所述至少两个靶材坯料段之间，并进行冷却。
[0031]例如，所述至少两个靶材坯料段均包括ITO或IGZ0。 [0032]下面结合附图，对本公开实施例提供的技术方案进行详细描述。
[0033]图3是根据本公开实施例的一种拼接式旋转靶的立体示意图。如图所示，该拼接式旋转靶包括圆柱形内管31和与其同轴心的圆筒形靶材坯料32以及设置在内管31与靶材坯料32之间的接合层(未示出)。靶材坯料32由5个靶材坯料段拼接在一起构成，且拼接后位于相邻段之间的接合面33相对于内管31的轴(图中的竖直方向)是倾斜的。优选地，接合面33与轴之间的夹角为10度至60度。内管31可以为含Ti不锈钢，靶材坯料32可以为IT0、IGZ0等陶瓷化合物。坯料段的数量不限于5个，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。靶材坯料32的断面形状不限于圆环形，也可以是椭圆环等合适的形状。接合层可以为熔点低于600°C的低熔点金属粘接层，该粘接层例如包括铟、锡、锌或其它焊接材料。
[0034]在溅射过程中，靶材坯料32围绕内管31的轴(旋转轴)旋转，同时基板45 (如图4B中所示)相对于旋转靶平移，移动方向垂直于轴的方向。辉光放电产生的等离子体轰击靶材坯料32的表面使得原子从表面逸出，逸出的原子在电场的作用下沉积在基板45上。
[0035]图4A和4B分别是采用现有的陶瓷旋转靶和本公开实施例的旋转靶的溅射效果示意图。如图4B所示，本公开中采用待接合端部均为斜面的靶材坯料段，相邻段的端部搭接。为防止由于热膨胀的应力导致破裂，所以端部之间会留有0.2-0.5mm的空隙，中间不填入接合用的焊接材料。搭接后形成一个接合面33，该接合面33在基板45上的投影为一条斜线，使得拼缝在时间上累积的影响被分散到区域S上，区域S的宽度取决于斜线的斜率。相比于图4A中所示的拼缝在单一位置处的累积效应，采用根据本公开的旋转靶可以减小拼接处的膜质差异。
[0036]在另一实施例中，基板在溅射过程中不移动。为了形成均匀的膜层，可以将多个上述拼接式旋转靶并排放置，其间保持10cm-20cm的间距。
[0037]尽管上述实施例中以斜面的接合面33作为接缝的例子，但是本发明不限于此。只要相邻靶材坯料段的待接合端部能够彼此嵌合，就可达到减轻拼接处的影响的目的。例如，上下坯料段的待接合端部可以分别为突出的和凹陷的，使得搭接后形成的接缝在纵剖面上呈现弧形、’ V字形、折线形等形状；或者，上坯料段的底面上形成平行的多个沟槽，下坯料段的顶面上形成平行的多个凸起，使得搭接后形成的接缝在纵剖面上呈现诸如锯齿波、方波等波浪形。这里的纵剖面是指由内管31的轴向和径向所限定的平面。
[0038]本公开的另一实施例提供了一种拼接式旋转靶的制作方法，包括如下步骤:
[0039]S21，提供至少两个靶材坯料段和内管，其中待接合的所述两个靶材坯料段具有形状彼此适配的端部。
[0040]具体地，内管可以为含Ti不锈钢，靶材坯料段可以为ITO、IGZO等陶瓷。
[0041]在本实施例中，以5个靶材坯料段为例做示范性说明，当然，靶材坯料段也可以为其它数量，在此不做限制。
[0042]坯料段的待接合端部可以为斜面。或者，两个待接合端部可以分别具有突出部分和凹陷部分，且这两个端部能够互相嵌合。
[0043]可以通过常规烧结工艺形成靶材坯料段，也可以通过注射成型技术形成靶材坯料段。本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，在此不做限定。
[0044]S22,把所述至少两个靶材坯料段进行拼接，并且利用接合材料把拼接后的所述至少两个靶材坯料段接合到所述内管的外表面上，以形成所述旋转靶；其中在所述至少两个靶材坯料段拼接形成的 接缝处存在拼接面。
[0045]具体地，接合材料例如是铟、锡、锌或其它焊接材料。首先，把内管竖直放置在底座上，然后把各个靶材坯料段逐个套设在内管上，使坯料段的拼接端部互相对准接触。接着，把加热到熔融状态的接合材料填充到内管与各个坯料段之间，冷却后形成旋转靶。或者，可以在内管上先套设两个坯料段，接着把接合材料填充到内管与坯料段之间并冷却。剩下的三个坯料段通过同样的方式逐个粘接到内管上。
[0046]在另一实施例中，可以采用钎焊法把靶材坯料焊接到内管上，钎焊法的工艺过程为本领域技术人员所公知，在此省略其详细说明。
[0047]在形成的旋转靶中，接缝可以具有如下剖面形状中的一种:斜线形，弧形，’ V’字形，折线形和波浪形。
[0048]根据本公开的拼接式旋转靶和拼接式旋转靶的形成方法，通过改变拼接部位的形状，将拼缝在时间上累积的影响分散到更大的面积区域，减小单一位置处的累积效应，从而减小了拼接处的膜质差异。进一步，减小了器件不良发生的可能性，提高了产品合格率。
[0049]虽然上文以磁控溅射设备为例对本公开的实施方式进行了说明，但是本领域技术人员能够理解，本公开的实施方式也可以应用于直流溅射设备。
[0050]以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施方式。应当理解，本公开不限于所公开的实施方式，相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。
【权利要求】
1.一种拼接式旋转靶，包括内管和与其同轴心的靶材坯料以及设置在所述内管与所述靶材坯料之间的接合层，其特征在于， 所述靶材坯料由至少两个靶材坯料段构成，且所述两个靶材坯料段之间的接缝处存在拼接面。
2.如权利要求1所述的拼接式旋转靶，其特征在于，所述接缝是一个斜面。
3.如权利要求2所述的拼接式旋转靶，其特征在于，所述内管包括一轴线，所述斜面与所述轴线之间形成10度至60度的夹角。
4.如权利要求1所述的拼接式旋转靶，其特征在于，在纵剖面上所述接缝呈现如下的一种形状:弧形，’ V’字形，折线形和波浪形。
5.如权利要求1-4中任一项所述的拼接式旋转靶，其特征在于，所述靶材坯料包括ITO或 IGZ0。
6.如权利要求1-4中任一项所述的拼接式旋转靶，其特征在于，所述接合层为熔点低于600°C的低熔点金属粘接层。
7.如权利要求6所述的拼接式旋转靶，其特征在于，所述低熔点金属粘接层包括铟、锡和锌中的至少一种 。
8.一种拼接式旋转靶的形成方法，包括: 提供至少两个靶材坯料段和内管，其中待接合的所述两个靶材坯料段具有形状彼此适配的端部； 把所述至少两个靶材坯料段进行拼接，并且利用接合材料把拼接后的所述至少两个靶材坯料段接合到所述内管的外表面上，以形成所述旋转靶； 其中在所述至少两个靶材坯料段拼接形成的接缝处存在拼接面。
9.如权利要求8所述的形成方法，其特征在于，在纵剖面上所述接缝呈现如下的一种形状:斜线形，弧形，’ V’字形，折线形和波浪形。
10.如权利要求8所述的形成方法，其特征在于，所述接合材料包括铟、锡和锌中的至少一种，把所述至少两个靶材坯料段进行拼接的步骤包括: 把所述至少两个靶材坯料段逐个套设在所述内管上，使所述至少两个靶材坯料段的待拼接端部互相对准接触；以及 把加热到熔融状态的接合材料填充到所述内管与所述至少两个靶材坯料段之间，并进行冷却。
11.如权利要求8-10中任一项所述的形成方法，其特征在于，所述至少两个靶材坯料段均包括ITO或IGZ0。
【文档编号】C23C14/35GK104032275SQ201410261333
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】储培鸣, 江昌翰 申请人:上海和辉光电有限公司