硼锌氧化物溅镀靶材及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种硼锌氧化物溅镀靶材及其应用。为克服传统硼锌氧化物溅镀靶材无法使用高溅镀速率的直流溅镀工艺形成硼锌氧化物薄膜的问题，本发明提供一种硼锌氧化物溅镀靶材，其BZO溅镀靶材的硼含量相对于硼与锌的含量和为1.15原子百分比至6.74原子百分比，且BZO溅镀靶材的二次相面积占硼锌氧化物溅镀靶材的面积的2%至25%。本发明是将硼锌氧化物溅镀靶材的二次相面积控制于适当的范围内，使其能够经由直流溅镀工艺提升溅镀速率，并藉此形成一种于可见光区域的光穿透率高于80%且电阻率低于1×10-2Ω·cm的硼锌氧化物薄膜。
【专利说明】硼锌氧化物溅镀靶材及其应用
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种硼锌氧化物溅镀靶材，尤指一种可应用于直流溅镀工艺的硼锌氧化物溅镀靶材。此外，本发明另关于一种利用直流溅镀工艺形成硼锌氧化物薄膜的方法及其硼锌氧化物薄膜。
【背景技术】
[0002]透明导电氧化物(transparent conducting oxide, TC0)由于在可见光区域能够具有大于80%以上的高透光性以及薄膜电阻率小于10 Ω/square的导电性，因而能够被广泛地应用于各种光电产品(例如:太阳能电池、平面显示器、发光二极管等)中，成为一种良好的透明导电电极材料。
[0003]传统透明导电氧化物如:锡掺杂铟氧化物(tin doped indium oxide, ITO)(简称铟锡氧化物)或一氧化锌(ZnO)等，其中，铟锡氧化物虽具备高透光性与良好的导电性的优点，却因为铟元素原料短缺、价格昂贵以及容易和氢气电浆产生还原反应等问题，而逐渐被其它透明导电氧化物所取代；而一氧化锌虽无上述诸多缺点，却因为无法提供足够的导电性，而降低其于光电产业的应用价值。
[0004]因此，为了提升一氧化锌的导电性，通常会在一氧化锌中掺杂如硼、铝或镓等元素，形成硼掺杂锌氧化物(boron doped zinc oxide, BZ0)(简称硼锌氧化物)、招掺杂锌氧化物(aluminum doped zinc oxide, AZ0)(简称招锌氧化物)或镓掺杂锌氧化物(galliumdoped zinc oxide, GZ0)(简称镓锌氧化物)等透明导电氧化物。透过掺杂元素置换锌的晶格位置，使得ΒΖ0、ΑΖ0或GZO获得所需的导电性(即，薄膜电阻率低于10 Ω /square)，而可应用于各种光电产品中。
`[0005]根据Jun-chi Nomoto et.al.，J.Vac.Sc1.Technol.，A29, 041504 (2011)文献报导指出，以直流磁控灘锻工艺(direct current magnetron sputtering, dc-MS sputtering)制作硼锌氧化物薄膜，其薄膜电阻率、霍尔迁移率(Hall mobility)及载子浓度的变异性很大；若以射频磁控派镀工艺(radio frequency magnetron sputtering, rf-MSsputtering)制作硼锌氧化物薄膜,则不会有上述问题。
[0006]此外，由于形成硼锌氧化物溅镀靶材所使用的两种氧化物中，三氧化二硼容易随着温度的升高而挥发，不仅使得于工艺中难以控制硼的添加量，对于硼锌氧化物溅镀靶材中的硼含量更是难以掌握。
[0007]是以，现有技术的硼锌氧化物溅镀靶材于溅镀形成硼锌氧化物薄膜时，仅能采用溅镀速率较慢的射频磁控溅镀工艺形成硼锌氧化物薄膜，而无法采用直流磁控溅镀工艺形成成分均匀的硼锌氧化物薄膜。此外，目前也没有相关文献报导提及，硼锌氧化物溅镀靶材可采用具备高溅镀速率且工艺条件易于控制的直流溅镀工艺，形成可应用于光电产品的透明导电电极的硼锌氧化物薄膜。
【发明内容】
[0008]有鉴于现有技术所面临的问题，本发明的主要目的在于提供一种硼锌氧化物溅镀靶材，其能采用高溅镀速率且工艺条件易于控制的直流溅镀工艺(DC sputtering)形成硼锌氧化物薄膜，藉以提升硼锌氧化物薄膜的工艺产率，并且获得具有良好薄膜特性的硼锌氧化物薄膜。
[0009]为达成前述目的，本发明提供一种硼锌氧化物派镀祀材(boron doped zinc oxidesputtering target, BZO sputtering target),其中硼含量相对于硼与锌的含量和为1.15原子百分比至6.74原子百分比，且该硼锌氧化物溅镀靶材中包含一基底相及一二次相，该二次相的面积占硼锌氧化物溅镀靶材的面积的2%至25%。
[0010]本发明将硼锌氧化物靶材中的二次相面积控制于适当的范围内，使所述的硼锌氧化物溅镀靶材可采用直流溅镀工艺，形成具备良好薄膜特性的硼锌氧化物薄膜。
[0011 ] 较佳的，所述二次相的面积占硼锌氧化物溅镀靶材的面积的5.5%至16%。
[0012]较佳的，于本发明硼锌氧化物溅镀靶材中，基底相的成份为氧化锌，二次相的成份为Zn(3+y)B(2_x)06，其中X为O至0.5，y为O至1.5。其中，该二次相成分例如=ZnJh6CV
Zn4.1^1.9〇6、Zn4 4B1.9O6 O
[0013]较佳的，于本发明硼锌氧化物溅镀靶材中，二次相的成份为Zn(3+y)B(2_x)06，y=3/2x。更佳的，当y=3/2x时，X为O至0.5，y为O至0.75。
[0014]较佳的，于本发明硼锌氧化物溅镀靶材中，可进一步包含有至少一掺杂元素，该掺杂元素选自于由下列所组成的群组:铝、镓、铟、锗、硅及锡。较佳的，该至少一掺杂元素的含量和相对于硼与锌的含量和为0.25至0.5原子百分比。
[0015]较佳的，本发明硼锌氧化物溅镀靶材的绝对密度为5.2g/cm3以上。
`[0016]为达成前述目的，本发明`另提供一种利用直流溅镀工艺形成硼锌氧化物薄膜的方法，其是使用前述的硼锌氧化物溅镀靶材，利用直流溅镀工艺于一基板上溅镀形成该硼锌氧化物薄膜。
[0017]较佳的，该直流溅镀工艺的工作压力为1.7至9毫托(mTorr)，直流溅镀功率密度为0.55至7W/cm2，且基板的温度维持于25° C至350° C之间。
[0018]为达成前述目的，本发明再提供一种硼锌氧化物薄膜，其是使用如前述的任一硼锌氧化物溅镀靶材所溅镀而成，且该硼锌氧化物薄膜中硼含量相对于硼与锌的含量和为I原子百分比至6原子百分比，且该硼锌氧化物薄膜的电阻率为1X10_3至9Χ10_3Ω 且光波长400nm至IlOOnm的平均光穿透率为80%至93%。
[0019]较佳的，该硼锌氧化物薄膜，其硼含量相对于硼与锌的含量和为I原子百分比至6原子百分比，且该硼锌氧化物薄膜的电阻率为1X10—3至7Χ10_3Ω.cm，且光波长400nm至IlOOnm的平均光穿透率为89%至92%。
[0020]所述的硼锌氧化物薄膜可采用各种溅镀工艺所溅镀而成，例如:直流溅镀工艺、直流磁控溅镀工艺、脉冲直流溅镀工艺、射频溅镀工艺或射频磁控溅镀工艺，但并非仅限于此。
[0021]较佳的，本发明硼锌氧化物薄膜是使用前述的任一硼锌氧化物溅镀靶材，并且经由直流溅镀工艺所溅镀而成。较佳的，本发明硼锌氧化物薄膜是使用如前述的方法所形成。
[0022]综上所述，本发明提供一种硼锌氧化物溅镀靶材，通过控制该溅镀靶材的二次相面积范围，使其能够采用高溅镀速率与工艺条件容易控制的直流溅镀工艺，溅镀形成具有良好薄膜特性的硼锌氧化物薄膜，进而提升硼锌氧化物薄膜的工艺产率。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1A为本发明实施例1的硼锌氧化物溅镀靶材的光学影像图。
[0024]图1B为本发明实施例1的硼锌氧化物溅镀靶材的扫描式电子显微镜影像图。
[0025]图1C为本发明实施例1的硼锌氧化物溅镀靶材的背向散射电子影像图。
[0026]图1D为本发明实施例1的硼锌氧化物派镀祀材经Image-pro plus 6.3影像分析软件分析的影像结果图。
[0027]图2A为本发明实施例2的硼锌氧化物溅镀靶材的光学影像图。
[0028]图2B为本发明实施例2的硼锌氧化物溅镀靶材的扫描式电子显微镜影像图。
[0029]图2C为本发明实施例2的硼锌氧化物溅镀靶材的背向散射电子影像图。
[0030]图2D为本发明实施例2的硼锌氧化物派镀祀材经Image-pro plus 6.3影像分析软件的影像结果图。
[0031]图3A为本发明实施例3的硼锌氧化物溅镀靶材的光学影像图。
[0032]图3B为本发明实施例3的硼锌氧化物溅镀靶材的扫描式电子显微镜影像图。
[0033]图3C为本发明实施例3的硼锌氧化物溅镀靶材的背向散射电子影像图。
[0034]图3D为本发明实施例3的硼锌氧化物派镀祀材经Image-pro plus 6.3影像分析软件分析的影像结果图。
[0035]图4为使用本发明实施例1至3的硼锌氧化物溅镀靶材经由直流溅镀工艺所获得的硼锌氧化物薄膜，其薄膜的电阻率及平均光穿透率与直流溅镀功率密度的关系图。
[0036]图5A及5B为使用本发明实施例1至3的硼锌氧化物溅镀靶材及铝锌氧化物溅镀靶材经由直流溅镀工艺所获得的硼锌氧化物薄膜及铝锌氧化物薄膜，于不同光波长下薄膜光穿透率的关系图。
【具体实施方式】
[0037]以下，将通过具体实施例说明本发明的实施方式，本领域一般技术人员可经由本说明书的内容轻易地了解本发明所能达成的优点与功效，并且于不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更，以施行或应用本发明的内容。
[0038]实施例:硼锌氧化物溅镀靶材及其溅镀而成的薄膜
[0039]制作硼锌氧化物溅镀靶材
[0040]首先，提供三氧化二硼(B203)粉末、一氧化锌(ZnO)粉末，并将三氧化二硼粉末、一氧化锌粉末、阴离子型分散剂及水均匀混合，以形成一浆料。以三氧化二硼粉末及一氧化锌粉末的总和为100重量百分比，实施例1至3中三氧化二硼粉末与一氧化锌粉末的混合比例如下表1所示。
[0041]表1:实施例1至3用以制作硼锌氧化物溅镀靶材中三氧化二硼与一氧化锌的混合比例。
[0042]
【权利要求】
1.一种硼锌氧化物溅镀靶材，其中，硼含量相对于硼与锌的含量和为1.15原子百分比至6.74原子百分比，且该硼锌氧化物溅镀靶材中包含一基底相及一二次相，该二次相的面积占硼锌氧化物溅镀靶材的面积的2%至25%。
2.如权利要求1所述的硼锌氧化物溅镀靶材，其中，所述二次相的面积占硼锌氧化物溅镀靶材的面积的5.5%至16%。
3.如权利要求1所述的硼锌氧化物溅镀靶材，其中，所述二次相的成份为Zn(3+y)B(2_x)06，X为0至0.5，y为0至1.5。
4.如权利要求3所述的硼锌氧化物溅镀靶材，其中，所述二次相的成份为Zn(3+y)B(2_x)06，且 y=3/2x。
5.如权利要求1所述的硼锌氧化物溅镀靶材，其中，所述基底相的成份为氧化锌。
6.如权利要求1所述的硼锌氧化物溅镀靶材，其中，所述硼锌氧化物溅镀靶材中还包含有至少一掺杂元素，该掺杂元素是选自于由下列所组成的群组:铝、镓、铟、锗、硅及锡。
7.如权利要求6所述的硼锌氧化物溅镀靶材，其中，所述至少一掺杂元素的含量和相对于硼与锌的含量和为0.25至0.5原子百分比。
8.如权利要求1所述的硼锌氧化物溅镀靶材，其中，所述硼锌氧化物溅镀靶材的绝对密度超过5.2g/cm3。
9.一种利用直流溅镀工艺形成硼锌氧化物薄膜的方法，其是使用一种如权利要求1至8中任一项所述的硼锌氧化物溅镀靶材，利用直流溅镀工艺于一基板上溅镀形成该硼锌氧化物薄膜。
10.一种硼锌氧化物薄膜，其是使用一种如权利要求1至8中任一项所述的硼锌氧化物溅镀靶材所溅镀而成，且该硼锌氧化物薄膜中硼含量相对于硼与锌的含量和为1原子百分比至6原子百分比，且该硼锌氧化物薄膜的电阻率为1X10_3至9Χ10_3Ω μπι，且光波长400nm至llOOnm的平均光穿透率介于80%至93%。
11.如权利要求10所述的硼锌氧化物薄膜，其中，该硼锌氧化物薄膜的电阻率为1Χ10-3至7Χ10-3Ω.cm，且光波长400nm至llOOnm的平均光穿透率介于89%至92%。
12.如权利要求10或11所述的硼锌氧化物薄膜，其中，该硼锌氧化物薄膜是使用一种如权利要求9所述的方法所溅镀而成。
【文档编号】C23C14/34GK103726015SQ201210384229
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年10月11日 优先权日:2012年10月11日
【发明者】刘砚鸣, 张智咏, 徐惠缨 申请人:光洋应用材料科技股份有限公司