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磁控溅射制备导电薄膜的方法 【EN】Method for preparing conductive film through magnetron sputtering

申请(专利)号:CN201410039632.9国省代码:江西 36
申请(专利权)人:【中文】江西沃格光电股份有限公司【EN】WG TECH (JIANGXI) CO., LTD.
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摘要:
【中文】本发明涉及一种磁控溅射制备导电薄膜的方法。该方法包括提供基板,将所述基板放入磁控溅射腔室中;提供阴极和靶材,将所述阴极和靶材放入所述磁控溅射腔室中;以及在电源的作用下,同时采用直流磁控溅射和射频磁控溅射在所述基板上溅射制备导电薄膜的步骤。这种方法同时采用溅射直流溅射镀膜和射频溅射在基板上溅射镀膜。经实验表明,该方法能够在较低的电压下镀膜,能够避免直流磁控溅射镀膜存在的电阻率高和透射率低的问题。 【EN】Paragraph:The invention relates to a method for preparing a conductive film through magnetron sputtering. The method comprises the steps: providing a substrate, and placing the substrate into a magnetron sputtering chamber; providing a cathode and a target, and placing the cathode and the target into the magnetron sputtering chamber; and prepare the conductive film on the substrate under the action of a power source by using a direct-current magnetron sputtering way and a radio frequency magnetron sputtering way. The method is used for sputter coating on the substrate by simultaneously adopting the direct-current magnetron sputtering way and the radio frequency magnetron sputtering way. Experiments prove that the method can be used for coating a film under lower voltage and can be used for avoiding the problems of high electrical resistivity and low transmissivity existing in direct-current magnetron sputter coating.Image:201410039632.GIF

主权项:
【中文】一种磁控溅射制备导电薄膜的方法,其特征在于,包括如下步骤:提供基板,将所述基板放入磁控溅射腔室中;提供阴极和靶材,将所述阴极和靶材放入所述磁控溅射腔室中;以及在电源的作用下,同时采用直流磁控溅射和射频磁控溅射在所述基板上溅射制备导电薄膜;所述在电源的作用下,同时采用直流磁控溅射和射频磁控溅射在所述基板上溅射制备导电薄膜时,功率密度为0.64W/CM2;所述在电源的作用下,同时采用直流磁控溅射和射频磁控溅射在所述基板上溅射制备导电薄膜时,工艺气体的流量为150sccm;靶材与基板的距离为90mm,所述基板的运行速度为0.56m/min;所述在电源的作用下,同时采用直流磁控溅射和射频磁控溅射在所述基板上溅射制备导电薄膜时,靶面磁场强度为290GS,工作压强为0.5Pa,溅射电压为198V。 【EN】1. a kind of magnetron sputtering prepares the method for conductive film it is characterised in that comprising the steps: Substrate is provided, described substrate is put in magnetron sputtering chamber; Negative electrode and target are provided, described negative electrode and target are put in described magnetron sputtering chamber;And In the presence of power supply, preparation is sputtered on the substrate using magnetically controlled DC sputtering and rf magnetron sputtering conductive simultaneously Thin film; Described in the presence of power supply, preparation is sputtered on the substrate using magnetically controlled DC sputtering and rf magnetron sputtering simultaneously During conductive film, power density is 0.64w/cm; Described in the presence of power supply, preparation is sputtered on the substrate using magnetically controlled DC sputtering and rf magnetron sputtering simultaneously During conductive film, the flow of process gas is 150sccm; Target is 90mm with the distance of substrate, and the speed of service of described substrate is 0.56m/min; Described in the presence of power supply, preparation is sputtered on the substrate using magnetically controlled DC sputtering and rf magnetron sputtering simultaneously During conductive film, target surface magnetic field intensity is 290gs, and operating pressure is 0.5pa, and sputtering voltage is 198v.


说明书

磁控溅射制备导电薄膜的方法

技术领域

本发明涉及磁控溅射技术领域,特别是涉及一种磁控溅射制备导电薄膜的方法。

背景技术

近年来,磁控溅射技术的应用日趋广泛,在工业生产和科学研究领域发挥巨大作

用。在电源分类上,目前常采用的磁控溅射包括直流磁控溅射(DC),中频磁控溅射(MF)和射

频磁控溅射(RF)。直流磁控溅射(DC)要求靶材能够将从离子轰击过程中得到的正电荷传递

给与其紧密接触的阴极,从而该方法只能溅射导体材料。

目前,采用磁控溅射制备导电薄膜,例如,在TFT(Thin-Film Transistor)基板上

制备氧化铟锡(ITO)薄膜,一般采用直流磁控溅射(DC)镀膜。采用直流磁控溅射(DC)镀膜

时,溅射电压较大,电阻率较大。在镀膜制备相同方阻产品时,需要较厚的膜厚,膜层透射率

低,不仅难以满足透射率需求,而且浪费了靶材。

发明内容

基于此,有必要针对目前采用直流磁控溅射镀膜存在的电压高、电阻率高、透射率

低的问题,提供一种磁控溅射制备导电薄膜的方法,以在较低电压下制备电阻率低、透射率

高的导电薄膜。

一种磁控溅射制备导电薄膜的方法,包括如下步骤:

提供基板,将所述基板放入磁控溅射腔室中;

提供阴极和靶材,将所述阴极和靶材放入所述磁控溅射腔室中;以及

在电源的作用下,同时采用直流磁控溅射和射频磁控溅射在所述基板上溅射制备

导电薄膜。

在其中一个实施例中,所述电源包括并联设置的直流电源和射频电源。

在其中一个实施例中,所述阴极为平面阴极。

在其中一个实施例中,所述靶材与基板的距离为70mm~110mm。

在其中一个实施例中,所述在电源的作用下,同时采用直流磁控溅射和射频磁控

溅射在所述基板上溅射制备导电薄膜时,溅射电压为160V~200V。

在其中一个实施例中,所述在电源的作用下,同时采用直流磁控溅射和射频磁控

溅射在所述基板上溅射制备导电薄膜时,功率密度为0.5W/CM2~2W/CM2

在其中一个实施例中,所述基板的运行速度为0.4m/min~1.2m/min。

在其中一个实施例中,所述在电源的作用下,同时采用直流磁控溅射和射频磁控

溅射在所述基板上溅射制备导电薄膜时,靶面磁场强度为280GS~300GS。

在其中一个实施例中,所述在电源的作用下,同时采用直流磁控溅射和射频磁控

溅射在所述基板上溅射制备导电薄膜时,工作压强为0.2Pa~0.5Pa。

在其中一个实施例中,所述在电源的作用下,同时采用直流磁控溅射和射频磁控

溅射在所述基板上溅射制备导电薄膜时,工艺气体的流量为80sccm~300sccm。

上述磁控溅射制备导电薄膜的方法同时采用直流溅射镀膜和射频溅射在基板上

溅射镀膜。经实验表明,该磁控溅射制备导电薄膜的方法能够在较低的电压下镀膜,能够避

免直流磁控溅射镀膜存在的电阻率高和透射率低的问题。

附图说明

图1为一实施方式的磁控溅射制备导电薄膜的方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明

的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发

明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不

违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

请参阅图1,一实施方式的磁控溅射制备导电薄膜的方法,包括如下步骤S110~步

骤S130。

步骤S110:提供基板,将基板放入磁控溅射腔室中。

基板可以TFT基板、白玻璃或PC板(聚碳酸酯板)等。

首先将基板清洗干净并干燥,将洁净、干燥的基板放入磁控溅射腔室中。

步骤S120:提供阴极和靶材,将阴极和靶材放入磁控溅射腔室中。

优选地,使用一个阴极同时进行直流磁控溅射镀膜和射频磁控溅射镀膜。并且,当

只需要进行直流磁控溅射镀膜时,可以只进行直流磁控溅射;当只需要进行射频磁控溅射

镀膜时,可以只进行射频磁控溅射。

该阴极能够满足三种磁控溅射工艺的需求:直流磁控溅射、射频磁控溅射及直流+

射频磁控溅射三种工艺。其中,直流+射频磁控溅射是指同时采用直流磁控溅射和射频磁控

溅射在基板上镀膜。

优选地,阴极为平面阴极。

靶材设置于阴极上,并正对基板。优选地,靶材与基板的距离为70mm~110mm,更优

选为90mm。

步骤S130:在电源的作用下,同时采用直流磁控溅射和射频磁控溅射在基板上溅

射制备导电薄膜。

优选地,电源包括并联设置的直流电源和射频电源。并且,电源包括直流电源控制

开关和射频电源控制开关,两者相互独立,分别用于独立控制直流电源和射频电源。

当需要同时进行直流磁控溅射和射频磁控溅射时,同时使直流电源控制开关和射

频电源控制开关闭合,使直流电源和射频电源同时工作。

当只需要进行直流磁控溅射时,断开射频电源控制开关即可。当只需要进行射频

磁控溅射时,断开直流电源开关即可。

通过采用包括并联设置的直流电源和射频电源的电源,使得能够同时采用直流磁

控溅射和射频磁控溅射在基板上制备导电薄膜。

导电薄膜可以为铟锡氧化物(ITO)薄膜或金属薄膜等。

经实验表明,该磁控溅射制备导电薄膜的方法能够在较低的电压下镀膜,能够避

免DC镀膜存在的电阻率高和透射率低的问题。

优选地,溅射的电压为160V~200V。功率为1KW。一般采用直流磁控溅射镀膜的电

压为330V~360V,同时采用直流磁控溅射和射频磁控溅射镀膜的方式能够大大地降低溅

射电压。

优选地,同时进行直流磁控溅射和射频磁控溅射的过程中,功率密度为0.5W/CM2

~2W/CM2,更优选为0.64W/CM2

优选地,同时进行直流磁控溅射和射频磁控溅射的过程中,基板的运行速度为

0.4m/min~1.2m/min。

优选地,同时进行直流磁控溅射和射频磁控溅射的过程中,靶面磁场强度为280GS

~300GS。

工作压强为0.2Pa~0.5Pa,工艺气体的流量为80sccm~300sccm。

磁控溅射制备导电薄膜的方法同时采用直流溅射镀膜和射频溅射镀膜。经实验表

明,该磁控溅射制备导电薄膜的方法能够在较低的电压下镀膜,能够避免DC镀膜存在的电

阻率高和透射率低的问题。

采用上述磁控溅射制备导电薄膜的方法在基板上制备导电薄膜,与传统的直流磁

控溅射所制备得到的导电薄膜相比,该方法所述制备得到的导电薄膜在较小的厚度下即能

满足相同的方阻需求,且膜层的透过率更高,并节约了靶材,降低了制备成本。

进一步,通过采用合适的工艺条件,靶材与基板的距离为70mm~110mm、溅射的电

压为160V~200V、功率为1KW、功率密度为1W/CM2、基板的运行速度为0.45m/min、磁场强度

为280GS~300GS、工作压强为0.2Pa~0.5Pa、工艺气体的流量为80sccm~300sccm,有利于

制备均匀性好、性能较好的导电薄膜。

以下通过具体实施例对上述磁控溅射制备导电薄膜的方法进一步阐述。

实施例1

磁控溅射制备TFT玻璃

1、提供长×宽×厚为730m×920mm×0.5mm的TFT基板,将TFT基板清洗并干燥后放

入磁控溅射室中;

2、提供包括阴极(英国Gencoa公司定制)和ITO靶材,将阴极和ITO靶材放入磁控溅

射腔室中,ITO靶材设置于阴极上;其中,阴极为平面阴极,ITO靶材的长×宽×厚为1300mm

×120mm×6mm;

3、在并联设置的直流电源和射频电源的作用下,同时采用直流磁控溅射和射频磁

控溅射在TFT基板上磁控溅射制备ITO薄膜,得到TFT玻璃;其中,溅射的工艺参数如下所示:

直流电源设定参数为:F=100KHz,P=700W;

射频电源设定参数为:P=300W,电压=197V,电流=3.56A;

RF运行参数为:反射功率=10W,输出功率=290W;

基板运动速度:0.45m/min;

ITO靶材与TFT基板的距离为90mm;

靶面磁场强度为290GS;

基板温度:常温;

功率密度为0.64W/CM2

镀膜次数:1次

工作压强为0.3Pa,工艺气体的流量为100sccm。

4、测试结果:

薄膜厚度:15nm;

方阻:共测试9个点,分别为128Ω、112Ω、120Ω、112Ω、112Ω、120Ω、120Ω、128

Ω和152Ω;

透射率:共测试9点(镀膜前后比值),分别为97.1%,97.2%,97.3%,97.4%,97.2%,

97.3%,97.5%,97.4%,97.3%。均值:97.3%。

电阻率计算:15nm*122.7Ω(方阻平均值)=15*10-7cm·122.7Ω=1.84*10-4Ω·

cm。

实施例2

磁控溅射在PC基板上制备ITO薄膜

1、提供长×宽×厚为730m×920mm×0.5mm的PC基板,将PC基板清洗并干燥后放入

磁控溅射室中;

2、提供包括阴极(英国Gencoa公司定制)和ITO靶材,将阴极和ITO靶材放入磁控溅

射腔室中,ITO靶材设置于阴极上;其中,阴极为平面阴极,ITO靶材的长×宽×厚为1300mm

×120mm×6mm;

3、在并联设置的直流电源和射频电源的作用下,同时采用直流磁控溅射和射频磁

控溅射在PC基板上磁控溅射制备ITO薄膜;其中,溅射的工艺参数如下所示:

直流电源设定参数为:F=100KHz,P=700W;

射频电源设定参数为P=300W,电压=198V,电流=3.56A;

RF运行参数为:反射功率=10W,输出功率=290W;

基板运动速度:0.56m/min;

ITO靶材与TFT基板的距离为90mm;

功率密度为0.64W/CM2,磁场强度为290GS;

基板温度:常温;

镀膜次数:1次

工作压强为0.5Pa,工艺气体的流量为150sccm。

4、测试结果:

薄膜厚度:12nm;

方阻:共测试9个点,分别为156Ω、150Ω、151Ω、154Ω、153Ω、149Ω、149Ω、150

Ω和151Ω;

透射率:共测试9点(镀膜前后比值),分别为98%、98.1%、98.2%、98.3%、98.1%、

98.2%、98.4%、98.3%和98.2%。均值:98.2%。

电阻率计算:12nm*151.4Ω(方阻平均值)=12*10-7cm·151.4Ω=1.816*10-4Ω·

cm。

实施例3

磁控溅射在白玻璃上制备ITO薄膜

1、提供长×宽×厚为730m×920mm×0.5mm的白玻璃,将白玻璃清洗并干燥后放入

磁控溅射室中;

2、提供阴极(英国Gencoa公司定制)和ITO靶材,将阴极和ITO靶材放入磁控溅射腔

室中,ITO靶材设置于阴极上;其中,阴极为平面阴极,ITO靶材的长×宽×厚为1300mm×

120mm×6mm;

3、在并联设置的直流电源和射频电源的作用下,同时采用直流磁控溅射和射频磁

控溅射在白玻璃上磁控溅射制备ITO薄膜;其中,溅射的工艺参数如下所示:

直流电源设定参数为:F=100KHz,P=700W;

射频电源设定参数为P=300W;

RF运行参数为:反射功率=10W,输出功率=290W;

基板运动速度:1.2m/min;

ITO靶材与TFT基板的距离为90mm;

功率密度为0.64W/CM2,磁场强度为290GS;

基板温度:常温;

镀膜次数:1次

工作压强为0.5Pa,工艺气体的流量为300sccm。

4、测试结果:

薄膜厚度:5.6nm;

方阻:共测试9个点,分别为328Ω、327Ω、329Ω、323Ω、320Ω、322Ω、332Ω、329

Ω和330Ω;

透射率:共测试9点(镀膜前后比值),分别为99%、99.1%、99.2%、99.3%、99.1%、

99.2%、99.2%、99.3%、99.2%。均值:99.2%。

电阻率计算:5.6nm*328.9Ω(方阻平均值)=5.6*10-7cm·328.9Ω=1.84*10-4Ω·

cm。

对比例1

磁控溅射制备TFT玻璃

1、提供长×宽×厚为730m×920mm×0.5mm的TFT基板,将TFT基板清洗并干燥后放

入磁控溅射室中;

2、提供阴极(英国Gencoa公司定制)和ITO靶材,将阴极和ITO靶材放入磁控溅射腔

室中,ITO靶材设置于阴极上;其中,阴极为平面阴极,ITO靶材的长×宽×厚为1300mm×

120mm×6mm;

3、在直流电源的作用下,同时采用直流磁控溅射在TFT基板上磁控溅射制备ITO薄

膜,得到TFT玻璃;其中,溅射的工艺参数如下所示:

直流电源设定参数为:F=100KHz,P=1000W;

电源运行参数:电压=346V,电流=2.88A

基板运动速度:0.56m/min;

ITO靶材与TFT基板的距离为90mm;

功率密度为0.64W/CM2;靶面磁场强度为290GS;

基板温度:常温;

镀膜次数:1次

工作压强为0.3Pa,工艺气体的流量为100sccm。

4、测试结果:

薄膜厚度:15nm;

方阻:共测试9个点,分别为500Ω、440Ω、490Ω、390Ω、370Ω、380Ω、360Ω、380

Ω和380Ω;

透射率:共测试9点(镀膜前后比值),分别为97%、97.1%、97.2%、97.3%、97.1%、

97.2%、97.4%、97.3%和97.2%。均值:97.2%。

电阻率计算:15nm*410Ω(方阻平均值)=150*10-7cm·410Ω=6.15*10-4Ω·cm。

比较实施例1和对比例1可知,实施例1磁控溅射制备导电薄膜,同时采用直流磁控

溅射和射频磁控溅射进行镀膜在基板上识别导电薄膜,这种方法可以非常有效的降低溅射

电压,常温下ITO膜的电阻率会降低,电阻率由6.15*10-4Ω·cm下降到1.84*10-4Ω·cm,提

高了膜层的性能。同时由于只需要更薄的膜厚就可以实现相应的方阻,所以,在相同方阻

时,透射率更好。
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图1
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