EP-3715497-B1 - SPUTTERING TARGET FOR PRODUCING LAYERS CONTAINING MOLYBDENUM OXIDE

Inventors

• O`SULLIVAN, Michael
• LINKE, CHRISTIAN
• FRANZKE, Enrico
• KÖSTENBAUER, Harald
• WINKLER, Jörg

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20190329

Claims (7)

1. Sputtering target comprising an electrically conductive oxidic molybdenum-based target material, characterized in that the target material comprises an MoO 2 phase, and also at least one substoichiometric metal oxide phase in which at least one metal is molybdenum, MoO 3 , in a proportion, based on a polished section thereof - measured with a Raman microscope as given in the description - of 0 Vol.% to 2 Vol.%, as well as optional impurities, where the atomic ratio of oxygen to molybdenum in the target material is in the range 2.1 to 2.5, with the proviso that the total oxygen content of the target material is below 71 at.% and is in the range of 25.9 to 29.5% by weight, determined by hot gas extraction, wherein the target material comprises a doping element Me from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, and W, the total proportion of the doping element Me in at.% in the target material, relative to the total content Mo and of the doping element Me in at.%, is in the range 0.02 to 0.15, the proportion present of the MoO 2 phase in the target material, based on a polished section thereof - measured with a Raman microscope as given in the description is 22 to 42% by volume and a proportion of the mixed oxide phase (Mo 1-x Me x ) 5 O 14 that, based on a polished section of the said material - measured with a Raman microscopy as given in the description - is in the range 50 to 78% by volume.
2. Sputtering target according to claim 1, characterized in that the relative density of the target material is ≥ 95%, preferably ≥ 98% to 99.5%.
3. Sputtering target according to claim 1 or 2, characterized in that the electrical conductivity of the target material is ≥ 100 S/m at 25°C.
4. Sputtering target according to any of the preceding claims, characterized in that the thermal diffusivity of the target material is ≥ 2 mm 2 s -1 at 25°C.
5. Sputtering target according to any of the preceding claims, characterized in that the thermal conductivity of the target material is ≥ 3.5 W/mK at 25°C.
6. Sputtering target according to any of the preceding claims, characterized in that the target material is a solid produced by powder metallurgy.
7. Use of a sputtering target according to any of Claims 1 to 6 for the gasphase deposition of a molybdenum-oxide-containing layer, characterized in that the sputtering process is a DC sputtering process or, respectively, pulsed DC sputtering process in a noble-gas atmosphere in the absence of oxygen, or alternatively introduces at most 20% by volume of oxygen as reactive gas.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sputteringtarget zur Herstellung molybdänoxidhaltiger Schichten, die Verwendung solch eines Sputteringtargets zur Gasphasen-Abscheidung einer molybdänoxidhaltigen Schicht. Targetmaterialien aus Molybdänoxid (MoOx) werden in Kathodenzerstäubungsanlagen wie PVD-Beschichtungsanlagen (PVD engl. physical vapour deposition) verwendet, um molybdänoxidhaltige Schichten in einem Vakuumprozess aus der Gasphase abzuscheiden. Bei diesem Beschichtungsprozess (Sputterprozess) werden die schichtbildenden Teilchen aus dem (Sputter-)Target in die Gasphase übergeführt und durch Kondensation dieser Teilchen - gegebenenfalls unter Zufuhr von Sauerstoff als Reaktivgas ("reaktives Sputtern") - bildet sich auf dem zu beschichtenden Substrat eine entsprechende molybdänoxidhaltige Schicht aus. Molybdänoxidhaltige Schichten (insbesondere auf Basis von Molybdänoxid) haben interessante optische Eigenschaften und finden deshalb insbesondere Anwendung bei Schichtstrukturen in optischen bzw. optoelektronischen Applikationen wie beispielsweise elektronischen Displays. Ihre Anwendung erfolgt häufig in Kombination mit bzw. direkt angrenzend zu metallischen Schichten aus z.B. Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Titan (Ti), oder (metallischem) Molybdän (Mo), die z.B. als elektrische Leiterbahnen fungieren. Ein Anwendungsbeispiel von Molybdänoxidschichten ist JP 2013020347 A zu entnehmen, in der metallische Leiterbahnen innerhalb des Displays eines kapazitiven Berührungssensors (Engl.: touch screen) durch eine lichtabsorbierende Schicht aus MoOx abgedeckt werden, um unerwünschte Reflexionen der metallischen Leiterbahnen zu unterdrücken. Wichtige Eigenschaften wie Lichtabsorptions-, Lichtreflexions-, Lichttransmissionsgrad, Ätzrate (relevant bei anschließender Strukturierung der abgeschiedenen Schichten mittels Fotolithographie in Verbindung mit einem nasschemischen Ätzprozess), thermische Stabilität sowie Stabilität gegenüber weiteren im Fertigungsprozess eingesetzten Chemikalien (beispielsweise Stabilität gegenüber Fotolack-Entwickler bzw.-Entferner) hängen von der genauen stöchiometrischen Zusammensetzung x der abgeschiedenen MoOx-Schicht bzw. den zugefügten Dotierungselementen ab. In vielen Anwendungen wie beispielsweise bei dem oben genannten kapazitiven Berührungssensor werden MoOx-Schichten gefordert, in denen das Molybdänoxid in einer substöchiometrischen Zusammensetzung vorliegt, d.h. das Oxid hat unbesetzte Sauerstoff-Valenzen und es liegen in der abgeschiedenen MoOx-Schicht Sauerstofffehlstellen vor. Insbesondere substöchiometrische MoOx-Schichten mit einem x-Bereich von MoO2.5 bis MoO2.98 waren bislang aufgrund ihrer elektro-optischen Eigenschaften für derartige Anwendungen von besonderem Interesse. Sie absorbieren Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich und sind gleichzeitig noch ausreichend elektrisch leitfähig (Flächenwiderstand < 20 kΩ/ Square bzw. <20kΩ/Square), in der Regel sind sie halbleitend. Die einfachste Möglichkeit zur Herstellung solcher substöchiometrischen MoOx Schichten basiert auf einem metallischen Molybdäntarget, das in einer entsprechend eingestellten Argon- und Sauerstoff-Gasatmosphäre reaktiv gesputtert wird, sodass neben Molybdän auch Sauerstoffatome in die abgeschiedene Schicht eingelagert werden. Um Schichten mit homogenen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Schichtdicke und Stöchiometrie, insbesondere des Sauerstoffgehalts, zu erzielen, ist beim reaktiven Sputtern in der Umgebung des Substrats eine Atmosphäre mit präziser, zeitlich und räumlich gleichmäßiger Sauerstoffkonzentration bereitzustellen. Dies ist nur mit Hilfe sehr aufwändiger und teurer Prozesstechnik realisierbar und daher mit entsprechend hohen Kosten verbunden. Zudem treten beim reaktiven Sputtern bei Änderung des Sauerstoffpartialdrucks (z.B. beim Anlaufen der Anlage) für die Prozessstabilität nachteilige Hysterese-Effekte auf. Neben metallischen Targets sind oxidkeramische Targetmaterialien wie MoO2 Targets (US 2006/0165572 A1) oder Targetmaterialien mit substöchiometrischer Zusammensetzung (DE10 2012 112 739 und EP 0 852 266 A1) bekannt. US 2006/0165572 A1 offenbart ein Targetmaterial mit mindestens 99 Gew.% MoO2. Dieses Targetmaterial beinhaltet allerdings zu wenig Sauerstoff, um damit ohne zusätzlichen Sauerstoff als Reaktivgas MoOx Schichten mit x > 2 abscheiden zu können. DE10 2012 112 739 offenbart ein MoOx Targetmaterial mit substöchiometrischer Zusammensetzung, wobei die Zusammensetzung des Targetmaterials der Stöchiometrie in der abzuscheidenden Schicht angenähert ist. Für die Feinanpassung der Schichtstöchiometrie ist aber weiterhin eine, wenn auch im Vergleich zum Metalltarget oder MoO2 Target geringere, Zufuhr von Sauerstoff erforderlich, was sich wie bereits oben erwähnt nachteilig auf die Qualität der abgeschiedenen Schichten auswirken kann. Nähere Angaben zur Mikrostruktur des verwendeten MoOx Targetmaterials fehlen. Äußerst nachteilig sind zudem die erzielbaren relativen Dichten des Targ