KR100695919B1 - 배선용 알루미늄 합금 막 및 상기 막을 형성하기 위한스퍼터 타겟 재료 - Google Patents
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Abstract
원자%단위로, 0.2 내지 1.5%의 Ge, 0.2 내지 2.5%의 Ni 및 잔부로 이루어지며 상기 잔부는 Al 및 불가피한 불순물로 이루어지고, Ge 및 Ni의 총 량은 3.0% 이하인 배선용 Al 합금 막이 개시된다. 또한, 본 발명은 상기 알루미늄 합금 막의 조성과 동일한 화학 조성을 갖는 스퍼터 타겟 재료를 개시한다.
배선용 막, 스퍼터 타겟 재료, 평판 디스플레이
Description
도 1A 내지 도 1E는 5,000 배율의 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM) 사진이며, 상기 사진들은 온도 250℃에서 열처리한 후의 본 발명 및 비교 막들의 표면상태를 보여준다.
도 2는 제 2실시예에 따른 돌기부를 갖는 유리기판의 개략적인 단면도이다.
도 3A 및 도 3B는 본 발명 시편으로서 두개의 스퍼터 타겟의 미세조직을 보여주는 광학현미경 사진이다.
도 4는 제 3실시예에서의 적층-막 패턴의 막 구조에 대한 개략적인 단면도이며, 상기 구조에 의해 순수 Al 및 Al 합금막의 ITO 막과의 접촉 물성을 평가한다.
본 발명은 배선용 막 및 상기 막을 형성하기 위한 스퍼터 타겟 재료에 관한 것으로서, 상기 막은 기판위에 박막을 형성하여 제조하는 평판 디스플레이(이하 "FPD" 이라 함) 등에 사용된다.
유리 기판이나 실리콘 웨이퍼상에 박막을 적층하여 제조하는 FPD와 관련하여, 예를 들면, 액정 디스플레이(이하 "LCD"라 함), 플라즈마 디스플레이 패널(이하 "PDP"라함), 전계 방출 디스플레이(이하 "FED"라 함), 전계 발광 디스플레이(이하 " ELD"라 함) 및 전자 문서를 포함하는 FPD의 각종 새로운 제품들에 관한 왕성한 연구가 이루어져 왔으며 요즘들어 개발되고 있다.
고 선명도 디스플레이가 필요한 경우, ITO(인듐-주석-산화물)의 투명 전도막이, 선택적으로는 ITO의 디스플레이 전극과 함께, FPD용 배선막으로 사용되거나, 낮은 전기저항 및 기판에 대한 뛰어난 접착성을 갖는, Cr 또는 MO의 내화 금속 또는 그들의 합금으로 부터 만들어지는 FPD용 다른 배선막으로 사용된다. 게다가, 최근에는, 15인치의 크기를 갖는 액정 TV들은 동영상을 표시하기 위하여 작동에 있어 고속을 요구하는 이유로, Al 이나 Al합금으로 만들어진 낮은 저항의 배선막들이 사용되고 있다.
알루미늄의 결점중 하나는 열 저항성이 부족 하다는 것이다. FPD 또는 다른 각종 소자들을 제조하는 과정중에 배선용 막이 가열되게 되면, 응력 감소에 의하여 야기되는 힐록(Hillock) 및 위스커(Whisker)가 생겨서 보호막의 단락 또는 결함이 발생하게 된다. 따라서, 가령, 합금 원소를 Al에 첨가하여 Al 합금 막을 만들거나, Al 막을 다른 금속 막으로 피복시키는 등의 다양한 수단에 의해서, 힐록 등의 발생을 억제하기 위한 시도가 행해져 왔다(예를 들어, JP-2733006-B2 및 JP-A-2001-350159 참조).
한편, 소형의 휴대 장치 등을 위한 디스플레이에 대하여, 향후에는, 충격 저 항성을 향상시키고 장치를 보다 경량화하기 위해서, 유리 기판 등을 대신하여 수지 기판, 수지 막 등이 사용되기 때문에, 보다 낮은 전기 저항을 갖으며 보다 낮은 공정 온도하에서 생산할 수 있는 배선용 막을 제공할 필요가 있다.
더욱이, 30인치 이상 또는 50인치 이상의 크기를 갖는 대형 LCD를 이용한 HDTV 또는 유기 ELD와 같은 고 선명도 디스플레이를 실현시키고, 또한 동영상을 위한 향상된 고속의 응답속도를 이루기 위하여, 보다 낮은 전기 저항을 갖는 배선용 막이 요구된다.
상기한 종래 기술에 따라, 열 저항성을 향상시키기 위하여 첨가되는 합금 원소들중 하나 이상을 함유하는 각종 Al 합금 막이 제안되어 왔으며, 상기 막은 낮은 전기 저항을 갖기 위한 고온 열처리를 포함하는 제조 공정을 거치게 된다.
예를 들면, 2원자% Nd 및 잔부가 Al로 이루어진 종래의 Al-Nd 합금 막은, JP-2733006-B2에 나타나 있듯이, 약 12uΩcm의 비저항을 갖는 내화 금속 Mo보다 떨어지는, 상온에서 기판위에 현상액속 침액전 상태로 16uΩcm의 비저항을 갖는다. 상기 Al-Nd 막의 저항은, 350℃보다 낮지 않은 온도에서의 열처리에 의해 가능하게는 약 6uΩcm까지 급격히 감소한다. 상기한 바 처럼, 상기 종래의 Al 합금 막은 하나 이상의 첨가 합금 원소를 함유하며, 상기 합금 원소는 Al 합금 막의 열저항을 향상시키고 전기저항을 감소시킬 목적으로 제조공정중 열처리를 받게되는 조건에 따라 선택된다.
따라서, 수지로 만들어진 기판, 예를 들면, 충분한 열처리를 견딜수 없는 기판위에 형성된 종래의 Al 합금막에 보다 낮은 전기 저항을 제공하는것은 어렵다.
더욱이, 가열 공정을 참작하여 제조 공정을 설계할 필요가 있기 때문에, 그러한 설계에 있어 자유도는 작게되고, 따라서 상기 종래의 Al 합금 막을 다양한 FPD에 단순히 적용시키는 것이 어렵게 된다. 또한, 종래의 Al 합금 막에는, 가열 온도에 따라서, 상기 합금 막의 전기 저항이 크게 변하는 문제점이 있다.
덧붙여, 상기 종래의 Al-Nd합금 막은 신뢰성의 문제점을 가지고 있는데, 이는 상기 막으로 부터 제조되는 미세 배선의 경우에 라인이 끊어질 가능성이 있기 때문이다. 본 발명자들은 확실하지는 않으나 그러한 결함이 열처리동안의 Al-Nd 합금 막의 부피 수축에 기인하는 것으로 추측하고 있다. 따라서, Al-Nd 합금 막은 자동차에 설치되는 디스플레이나 저온에서 고온까지 넓은 온도 범위에 걸쳐 기온이 반복적으로 변하는 가혹한 환경에 노출된 관측장치에 합체되는 디스플레이에는 적용되기 어려운 문제점을 가지고 있다.
따라서, 본발명의 목적은, 낮은 전기 저항 및 높은 신뢰성을 갖으며, 큰 크기의 HDTV 및 낮은 공정 온도하에서 제조되는 각종 FPD에 적용될 수 있는 배선용 Al 합금막 및 상기 Al 합금막을 형성하기 위한 스퍼터 타겟 재료를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 다양한 Al 합금 조성물들을 연구하고 시험하여 Ni과 Ge의 특정량을 함유하는 Al 합금이 열저항성에서 우수하고, 배선용 막에 중요한 물성인 낮은 전기저항성과 높은 신뢰성을 갖는다는 것을 발견함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 제 1 견지에 의하면, 원자%단위로, 0.2 내지 1.5 %의 Ge, 0.2 내지 2.5%의 Ni, 및 잔부로 이루어지며 상기 잔부는 Al 및 불가피한 불순물을 함유하고, Ge 와 Ni의 총량은 3.0%이하인 배선용 Al 합금막이 제공된다.
바람직하게는, Al 합금막은 원자%단위로, 0.2 내지 0.8%의 Ge, 1.0 내지 2.0%의 Ni 및 잔부로 이루어지며 상기 잔부는 Al 및 불가피한 불순물을 함유하고, 여기서 Ge와 Ni의 총량은 2.5% 이하이다.
본 발명의 제 2 견지에 의하면, 원자%단위로, 0.2 내지 1.5 %의 Ge, 0.2 내지 2.5%의 Ni, 및 잔부로 이루어지며 상기 잔부는 Al 및 불가피한 불순물을 함유하고, Ge와 Ni의 총량은 3.0% 이하인, 배선용 Al 합금 막을 형성하기 위한 스퍼터 타겟 재료를 제공하는 것이다.
바람직하게는, 스퍼터 타겟 재료는 원자%로, 0.2 내지 0.8%의 Ge, 1.0 내지 2.0%의 Ni 및 잔부로 이루어지며 상기 잔부는 Al 및 불가피한 불순물을 함유하고, 여기서 Ge와 Ni의 총량은 2.5% 이하이다.
본 발명은 낮은 전기저항성, 높은 신뢰성 및 탁월한 열저항성을 가지며, 대형 액정 TV 또는 전자문서 등의 FPD 용 배선막에 효율적으로 적용될 수 있는 Al 합금막에 관련되며, 배선막은 차후에 더 낮은 전기저항성을 가질 필요성이 있다. 본 발명의 배선용 Al 합금막은 타겟 재료를 이용하여 스퍼터링에 의해 최적으로 형성된다. 그 이유는 타겟 재료의 조성과 동일한 화학조성을 일반적으로 갖는 막이 FPD용 대형 표면적을 갖는 기판상에 스퍼터링에 의해 안정적으로 형성될 수 있기때문이다.
본 발명의 중요한 견지는, FPD 등의 전자부품들의 배선막에 대한 요구조건, 더 낮은 전기저항성, 탁월한 열저항성, 패턴들의 성형성, 라인파괴를 억제하는 탁월한 신뢰성 등을 만족시키기 위하여 최적의 합금조성을 갖도록 Ge과 Ni의 결합체를 Al에 첨가함으로써, 제조되는 Al 합금막을 발명하는 것이다.
이하에서는, Ge와 Ni의 첨가된 합금 원소들이 Al 합금 배선막에 왜 바람직하고, 그의 특정한 첨가량이 왜 정해져야 하는 가를 설명할 것이다.
Ge의 Al에의 첨가물로서의 효과는, 가열할 때 Al 합금막이 이동하는 것을 억제하여, 상기 Al 합금막의 열저항 물성을 향상시키고, 또한 상기 Al 합금막의 내부식성을 향상시킬 수 있는 데에 있다. 이러한 효과들이 왜 발생하는 지에 대하여 명확하지 않지만, 본 발명자들은 다음과 같이 추측한다:
대개, 디스플레이 등에 사용되는, 금속막을 형성하는 전형적인 방법은 스퍼터링 공정이다. 박막이 기판상에 스터터링에 의해 형성될 때, 첨가 원소들이 비평 형상태에서 상기 Al 기지내에 용해된다. 약 400 ℃에서 Al에 대략 2 원자%의 최대고용도를 갖는 Ge 원소는 Al에 용해되어, Al자체의 물성들을 변화시켜 Al의 이동을 제한한다. 또한, Al내에 용해된 Ge는 결정립계의 부식을 방지하기 때문에, 디스플레이 등의 제조공정에서 사용되는 화학적인 액체 등에 의한 상기 Al 합금막의 부식에 대한 저항성이 향상될 수 있다. 따라서, 높은 신뢰성을 갖는 상기 Al 합금막이 얻어질 수 있다.
상기 Al 합금막의 열저항 물성은 첨가물 Ni에 의해 또한 향상된다. Ni의 영향에 대하여, 본 발명자들은 다음과 같이 추측한다:
Ni는 Al 및 Ge와 금속간화합물을 형성하는 원소이기 때문에, Ni은 Al 및 Ge가 원소이동하는 것을 방지하여, 상기 Al 합금막이 미세하고 밀한 금속조직을 만들고 막내에서의 공극을 감소시킨다.
상기 Al 합금막이 열처리될 경우에, Al 원자들이 Ni의 영향으로 이동하는 것이 방지되며, 그 이유는 Ni이 Al 및 Al 기지에 고용되어 있는 Ge와 금속간화합물을 형성하기 때문이다. 또한, Al-Ge-Ni 합금은 열처리에 의해 거의 평형상태로 되게 되어, 낮은 온도영역에서 Al에 대하여 낮은 고용도를 갖는 Ge이 상기 Al기지로부터 분리되고 Ni-Ge의 금속간화합물과 Al-Ni-Ge의 복합금속간화합물을 쉽게 형성한다. 상기 금속간화합물들은 결정립계에 및 막 표면상에 석출하는 경향이 있어, Al 결정립의 성장 및 힐록의 발생을 제한한다. 그러므로, 상기 Al 합금막은 탁월한 열저항물성을 가질 수 있다.
상기 효과들은 0.2 원자% Ge 미만인 경우에는 만족스럽지 못하다. 그러나, 상기 Ge 량이 많을 수록, 상기 Al 합금막의 전기저항성이 더 높게 된다. 그래서, 상기 Ge량은 바람직하게는 0.2 원자% 내지 1.5 원자%의 범위내에 있다.
상기 첨가물 Ni의 효과는 0.2 원자% Ni 미만의 경우에는 만족스럽지 못하다. 상기 Ni량이 많으면 많을 수록, 상기 Ni 효과는 더욱더 증가한다. 그러나, 상기 Ni량이 2.5 원자%를 초과한다면, 상기 Al 합금막의 낮은 전기저항성이 유지될 수 없다.
상기 Al-Ge-Ni 합금막의 탁월한 열저항 물성, 높은 신뢰성 및 낮은 전기저항성을 얻기 위하여, 바람직하게는 Ge와 Ni의 총량이 3.0 원자% 이하이다.
또한, 배선용 막으로서 낮은 전기저항성, 열저항 물성 및 높은 신뢰성의 가장 바람직한 물성을 유지하는 필요조건들을 만족시키기 위하여, 상기 Ge와 Ni의 첨가량은 각각 0.2 내지 0.8원자% 및 1.0 내지 2.0 원자%에서 결정되고, 전체적으로 2.5 원자%이하로 결정되어야 한다.
본 발명의 Al 합금막은 배선패턴을 형성하기 위하여 화학액체를 사용한 습식식각을 행할 때, 배선의 폭을 그의 미세한 금속구조 때문에 안정적으로 형성할 수 있다. 본 발명에서 특히 특정된 Ge및 Ni는 건식식각동안에 식각가스속의 할로겐과 반응할 때, 어떠한 낮은 증발성의 물질도 발생되지 않는다는 것이 주목된다. 그래서, 본 발명의 Al 합금막이 건식식각될 때, 잔류물들이 발생하기 어려워, 미세하고 정밀한 배선패턴을 제조할 수 있는 건식식각공정을 이용할 수 있다.
한편으로, 본 발명의 Al 합금막과 ITO사이의 전기적 접촉을 유지할 수 있으며, 여기서 상기 ITO는 제조공정에서 광식각(photoetching)후에도 LCD 등의 FPD에 서의 화소전극으로 역할을 한다. 종래의 순수한 Al 또는 Al-Nd 합금막(이하에서는 "Al-기본 막(Al-based film)")에 대하여, Al 산화물이 상기 ITO막과 Al-기본 막사이의 계면에서 형성되는 불리한 현상을 고려하여, 상기 ITO 막과 Al-기본 막사이에 Cr, Mo, Ti 등으로 만들어진 배리어 막이 존재하여, 광식각동안에 부식셀반응(corrosion cell reaction)에 의한 양 막들의 접촉을 방지한다.
본 발명의 Al 합금막에는, 상기 ITO 막과 상기 Al 합금막사이의 상기 접촉계면에서의 상기 부식셀반응을 억제하는 것이 가능하여 양 막들사이의 전기적 접촉을 유지할 수 있고, 그 이유는 본 발명의 상기 Al 합금막이, Al의 전극 포텐셜을 상승시키는 효과를 갖는 Ni과, Al으로부터 분리되어 Ni을 접촉계면쪽으로 이동하도록 조장하는 Ge를 포함하기 때문이며 그것으로 인해, 상기 ITO막과 상기 Al 계 막사이에 종래에 형성되는 Cr, Mo, Ti 등의 배리어 막이 없는 배선 또는 전극을 실현할 수 있다. 이 경우에는, 상기 ITO 막과 상기 Al 합금막사이에 상기 전기적 접촉 및 상기 Al 합금막의 낮은 전기저항성을 유지하기 위하여, 0.2 내지 0.8 원자% Ge및 1.0 내지 2.0 원자% Ni, 그리고 그것들의 총량이 2.5 원자% 이하가 되도록 Ge와 Ni의 양을 설정하는 것이 바람직하다.
상기 Al 합금에 대한 첨가하는 합금원소로서 Si를 증가시키는 것(일반적으로 Ge을 증가시키는 것과 동일한 효과를 예상할 수 있음)이 가능하지만, 그것은 불리하게도 Al 합금의 전기저항성을 증가시키며, 열저항성 및 부식저항 물성에 있어 열등하다. 그래서, Ge가 상기 Al 합금막에 대하여 가장 바람직하다.
또한, 상기 Al 합금에 대한 첨가하는 합금원소로서 Co, Fe, Pd 및 Pt를 증 가시키는 것이 가능하며, 그것은 Ni를 증가시키는 것과 동일한 효과를 예상할 수 있다. 그러나, 일반적으로 Co 및 Fe는 Ni과 비교하여 불리하게도 상기 Al 합금막의 전기저항성을 증가시킨다. 한편, Pd 및 Pt는 값비싼 금속들이다. 그래서, 배선용 막으로서 탁월한 성질을 갖는 Al 합금막을 제조하기 위하여, Ge와 조합될 때 Ni이 가장 바람직한 원소이다.
Al의 결함들이 개선된 본 발명의 Al 합금막에 의하면, Al에의 가능한 소량의 Ge 및 Ni를 첨가함으로써, 현상액속 침액전 상태에서의 비저항으로 12μΩcm이하의 낮은 전기저항성을 손쉽게 실현하여, 상기 Al 합금막을 배선용 막으로서 적절하게 사용할 수 있다.
유리기판 및 실리콘 웨이퍼는 본 발명의 Al 합금막을 형성하기 위한 기판으로서 적절하게 사용된다. 이들 기판들은 디스플레이를 제조하는 공정의 안정성에 있어서 아주 탁월하다. 본 발명의 Al 합금막을 형성할 때 상기 기판을 가열함으로써, 실온에서 기판상에 형성된 Al 합금막의 전기저항성보다 더 낮은 전기저항성을 갖는 상기 Al 합금막을 얻을 수 있다.
본 발명의 Al 합금막은 현상액속 침액전 상태로 있을 때에도 낮은 전기저항을 갖는다. 그래서, 본 발명의 Al 합금막은, 예를 들면 충분한 가열을 할 수 없는 수지기판상에 장치가 형성되는 판상이나 플렉서블(Flexible) 디스플레이의 배선막으로 적합하다.
한편, 본 발명의 배선용 Al 합금막은 상기 Al 합금 막을 형성하기 위한 스퍼터 타겟 재료를 이용한 스퍼터링에 의하여 최적으로 형성되며 상기 스퍼터 타겟 물 질은 본 발명의 배선용 막과 동일한 화학적 조성을 갖는다. 상기 스퍼터링 공정에 의하면, 타겟 재료와 일반적으로 동일한 화학조성을 갖는 막을 형성하는 것이 가능하여 본 발명의 Al 합금막이 안정하게 형성될 수 있다.
스퍼터 타겟 재료를 제조하기 위한 다양한 방법이 있지만, 스퍼터 타겟 재료에 통상적으로 필요한 고 순도, 고 밀도 및 균일한 금속구조를 갖는 상기 스퍼터 타겟 재료를 얻을 수 있다면, 본 발명의 Al 합금막을 제조하기 위한 어떠한 방법도 사용 가능하다. 상기 스퍼터 타겟 재료는 예를 들면, 다음과 같이 제조된다:
예정된 화학조성을 갖는 합금을 진공용해로에서 용해하고, 금속주형에서 주조하고, 단조, 압연 등의 소성가공에 의해 플레이트로 가공하며, 이어서 예정된 형태를 갖는 목적하는 스퍼터 타겟 재료로 기계가공한다. 분말소결에 의해 제조되거나 또는 스프레이 성형(즉, 미세방울 침착법(droplet deposition method)에 의해 급속응고되는, 잉곳트가 상기 스퍼터 타겟 재료의 균일한 조직을 얻기 위하여 또한 사용될 수 있다.
디스플레이에 사용되는 상기 Al 합금막을 형성하기 위한 본 발명의 스퍼터 타겟 재료는 첨가원소들이외에 실질적으로 Al인 기지성분으로 이루어지지만, 이 스퍼터 타겟재료는 본 발명의 유리한 효과를 손상시키지 않는 가스성분인 산소, 질소 및 탄소를 포함하는 불가피한 불순물들을 함유할 수 있다. 산소, 질소 및 탄소의 가스성분의 양은 각각 바람직하게는, 50 ppm 이하이다. 바람직하게는, 본 발명의 스퍼터 타겟 재료는 상기 가스성분들을 제외하고 99.9% 이상의 순도를 갖는다.
디스플레이를 제조하는 데 사용되는 기판은 적절하게는 유리기판, 실리콘 웨 이퍼 등이지만, 스퍼터링에 의해 박막을 형성할 수 있는 다른 재료가 될 수 있으며, 여기서 다른 재료들은 예를 들면 수지기판, 절연된 금속기판, 수지포일 및 금속포일이다.
본 발명의 Al 합금막은 바람직하게는 그의 안정한 물성들을 얻기 위하여 100 내지 300 nm의 두께를 갖는다. 상기 Al 합금막이 100 nm미만의 두께를 갖는다면, 상기 막의 두께가 얇기 때문에, 상기 Al 합금막의 표면 산란(surface scattering)의 영향이 증가하여, 상기 막의 전기저항이 증가하기 쉽게 된다. 한편, 상기 막의 두께가 300nm를 초과한다면, 상기 막의 결정립들은 성장하여 상기 막표면상태의 거칠기(unevenness)를 증가시켜 상기 막의 평탄도를 유지할 수 없는 결과, 상기 막이 그안의 응력 때문에 얇은 층으로 갈라지기 쉽고, 상기 막을 형성하는 데 요구되는 공정시간이 길어지게 되어 생산성을 감소시킨다.
본 발명의 다른 특징들은, 실시예들이 물론 본 발명의 범위에 어떠한 제한도 가하는 것이 아니지만, 다음의 실시예들로부터 분명하게 이해될 것이다.
실시예 1
시편들로서 복수의 Al 합금 타겟 재료들이 다음과 같이 제조되었다:
원료들을 혼합하여 첨가 합금 원소들 및 Al로 이루어진 Al 합금막의 목표 화학조성과 실질적으로 동일한 조성을 갖는 개개의 시편재료를 준비하고 진공용해로에서 용해하고 주형에 넣어 잉고트를 주조한다. 상기 잉곳트를 소성가공하여 플레이트를 형성하고, 이 플레이트를 100 mm의 직경과 5 mm의 두께를 갖는 하나의 시편으로서 스타터 타겟 재료를 제조하기 위하여 기계가공을 한다.
또한 각각의 시편이 위의 시편과는 다른 화학조성을 갖는 다른 시편들이 위에 언급한 방식과 동일한 방식으로 제조되었다. 순수 알루미늄의 시편은 또한 위에 언급한 방식과 동일한 방식으로 제조되었다.
각각 200 nm의 두께를 갖는 순수 Al 합금과 Al 합금막들은, 평탄한 유리기판들위에 스퍼터링에 의해 제각기 형성되며, 각각은 100 nm×100 nm의 크기를 갖는다. 그리고나서, 개개의 시편막의 비저항은 사탐침 방법(four-probe method)에 의해 측정되었다. 측정결과들은 표1에 보여진다.
상기 막을 사용한 디스플레이를 위한 필요한 제조공정이후에 개개의 막의 물성변화를 평가하기 위하여, 열저항테스트가 상기 막에 대하여 행하여진다.
우선, 각각의 상기 막은 250 ℃에서 1 시간동안 대기압하에서 열처리되었다. 그후에 그의 비저항이 측정되었다. 그리고나서, 막을 갖는 각각의 상기 기판을 절단하여 10 mm ×10 mm의 크기를 만들었다. 2.5 μm × 2.5 μm의 관찰계에서 매 10 지점에서 힐록 등의 발생된 돌기부의 상태를 확인하기 위하여, 각각의 막의 표면을 막표면에 대한 45 도의 관찰각으로 50,000 배의 배율로 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM)을 사용하여 관찰하였다. 개개의 막을 관찰한 결과는 힐록이 발생하였는가의 여부를 결정함으로써 평가되었다. 힐록이 존재하지 않았다면, 평가 결과는 "양호"로 간주하고 문자 "A"로 표시하였다. 힐록이 존재하였다면, 평가 결과는 "불량"으로 간주하고 문자 "B"로 표시하였다. 이들의 결과는, 열처리후의 개개의 막의 "비저항"과 함께 표1에 보여진다.
[표 1]
| 시편 No. | 화학조성 (원자중량 %) | 비저항(μΩcm) | 표면의 평가 | 비 고 | |
| 성형후 | 열처리후 | ||||
| 1 | Al | 3.9 | 3.7 | B | 비교시편 |
| 2 | Al-2.0 Nd | 16.4 | 7.3 | A | 비교시편 |
| 3 | Al-0.1Ge-1.5NI | 6.8 | 4.0 | B | 비교시편 |
| 4 | Al-0.2Ge-1.5NI | 7.6 | 4.2 | A | 본발명 시편 |
| 5 | Al-0.6Ge-1.5NI | 8.8 | 4.8 | A | 본발명 시편 |
| 6 | Al-1.0Ge-1.5NI | 9.3 | 5.4 | A | 본발명 시편 |
| 7 | Al-1.5Ge-1.5NI | 12.0 | 5.8 | A | 본발명 시편 |
| 8 | Al-2.0Ge-1.5NI | 13.7 | 6.3 | A | 비교시편 |
| 9 | Al-0.6Ge-2.0NI | 10.5 | 5.1 | A | 본발명 시편 |
| 10 | Al-0.6Ge-1.0NI | 7.9 | 4.8 | A | 본발명 시편 |
| 11 | Al-0.6Ge-0.5NI | 6.3 | 4.8 | A | 본발명 시편 |
| 12 | Al-0.6Ge-0.1NI | 5.4 | 4.9 | B | 비교 시편 |
| 13 | Al-0.4Ge-2.5NI | 12.0 | 5.7 | A | 본발명 시편 |
| 14 | Al-1.8Ge-1.0NI | 14.5 | 7.8 | A | 비교 시편 |
| 15 | Al-1.0Si-1.5NI | 13.0 | 7.0 | B | 비교 시편 |
| 16 | Al-1.0Ge-1.5Co | 15.3 | 7.6 | A | 비교 시편 |
| 17 | Al-1.0Ge-1.5NI | 16.2 | 8.9 | A | 비교 시편 |
| 18 | Al-0.3Ge-1.0NI | 7.1 | 4.9 | A | 본발명 시편 |
도 1A 내지 도 1E는 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM)에 의해 관찰된 다음의 시편 막들의 막 표면을 보여주는 사진들이다: 순수한 Al 막(시편 No. 1), Al-2% Nd 막(시편 No.2), Al-0.6 % Ge-1.5 % Ni 막(시편 No. 5), Al-0.6 % Ge-1.0 % Ni 막(시편 No. 10), 및 Al-0.3 % Ge-1.0 % Ni 막(시편 No. 18).
많은 힐록이 상기 순수한 Al 막의 표면상에 대형 돌기물로서 존재하였다. 상기 Al-2% Nd 막 및 상기 Al-0.6 % Ge-1.5 % Ni 막이 힐록이 없는 양호한 표면을 나타내었다. 상기 Al-0.6 % Ge-1.5 % Ni 막, 상기 Al-0.6 % Ge-1.0 % Ni 막 및 상기 Al-0.3 % Ge-1.0 % Ni 막들은 Al-2% Nd 막 보다 미세한 결정립 크기를 가졌고, 그것들의 평탄도는 상기 Al-2% Nd 막 보다 우수하였다. 상기 미세한 결정립 크기와 평탄한 표면은 본 발명의 Al 합금막이 탁월한 열저항성을 갖는다는 것을 보여준다.
광학현미경에 의해 관찰된 Al-0.6 % Ge-1.0 % Ni 스퍼터 타겟 (시편 No. 10), 및 Al-0.3 % Ge-1.0 % Ni 스퍼터 타겟 (시편 No. 18)의 표면 조직이 도 3에 보여진다.
순수한 Al 막이 낮은 비저항을 갖지만, 표1 과 도 1A 내지 도 1E의 결과들로부터 힐록들, 즉 대형 돌기물들이 열처리후의 순수한 Al 막의 표면상에 형성되어 있다는 것을 알 수 있다. Al-2 % Nd 막은 힐록이 없지만 그의 비저항은 높다.
반면에, Ge 및 Ni를 모두 함유하는, 본 발명의 Al 합금 막들중 어느것도 성형 상태에서 12uΩcm을 넘지 않는 낮은 비저항을 갖고 열처리 후에는 6uΩcm을 넘지 않으며, 탁월한 열 저항성을 갖는다.
Ge 및 Ni를 소량 첨가하는 경우에 힐록 방지 효과는 만족스럽지 못하며 Ge 및 Ni의 총 첨가량이 3.0원자%를 초과하는 경우에 상기 막의 비저항은 높아진다는 것은 시편 No.3 내지 14의 실험 결과로부터 알 수 있다.
제 2실시예
순수 Al 및 Al 합금 막은 각각, 표 2에 나타난 바와 같이, 상기 순수 Al 또는 Al 합금 막을 지닌 디스플레이는 오랫동안 작동된다는 가정하에 다음의 신뢰성 테스트에 의해서 검사된다.
상기 신뢰성 테스트를 위하여, 100mm X 100mm 크기의 유리기판(1)를 폭 20um 및 높이 5um의 돌기부(2)가 45도의 경사각도를 가지고(도 2참조) 200um간격으로 형성된 프로파일(profile)로 가공처리한다.
표 2에 나타나있는 제 1실시예의 타겟 재료로부터 선택되는 스퍼터 타겟 재료를 이용한 스퍼터링에 의해서 두께 200nm의 순수 Al 또는 Al 합금 막(3)을 상기 돌기부를 갖는 상기 유리 기판(1)위에 형성한다.
그런후에, 인산, 질산 및 아세트산의 혼합용액을 이용한 광식각 과정에 의해서, 상기 순수 Al 또는 Al 합금 막(3)을 줄무늬 패턴을 갖는 9개의 블록(30mm X 30mm)으로 가공처리한다. 각 블록은 하나의 요소로 구성되며 상기 요소는 폭 5um, 10um, 20um 및 30um의 25개의 줄무늬(총 100개의 줄무늬)를 모두 가지며 각 줄무늬는 상기 유리 기판(1)위의 상기 돌기부(2)와 수직하게 교차한다.
상기 순수 Al 또는 Al 합금 막위에 실리콘 산화물층으로 3um두께의 보호 피복을 스퍼터링에 의하여 형성하고 거기에 두께 3um의 폴리이미드 막을 스핀코트법에 의해서 더 형성한다. 질소분위기하 350℃에서 상기 폴리 아미드 막을 가공한다.
상기 패턴을 갖는 한 블록을 상기 유리 기판(1)으로부터 분리하여 떼어낸다. 상기 분리된 블록위에 있는 상기 줄무늬의 순수 Al 또는 Al 합금 막의 양 끝단에 5V의 전위차를 가한다. 상기 분리된 블록을 고온 습기가 많은 분위기 하에서 섭씨 60도 및 습도 80%로 300시간동안 놓아둔 후, 저항 및 라인파괴의 수를 측정한다.
표 2는 상기 순수 Al 또는 Al 합금 막의 라인파괴의 빈도와 내부식성을 나타낸 측정결과를 보여준다.
[표 2]
| 시편 No. | 화학 조성 (원자%) | 신뢰성 평가 | 비고 | |
| 부식(예/아니오) | 라인파괴 빈도(%) | |||
| 1 | Al | 예 | 10 | 비교 시편 |
| 2 | Al-2.0Nd | 아니오 | 14 | 비교 시편 |
| 3 | Al-0.1Ge-1.5Ni | 아니오 | 7 | 비교 시편 |
| 5 | Al-0.6Ge-1.5Ni | 아니오 | 3 | 본발명 시편 |
| 6 | Al-1.0Ge-1.5Ni | 아니오 | 2 | 본발명 시편 |
| 10 | Al-0.6Ge-1.0Ni | 아니오 | 2 | 본발명 시편 |
| 11 | Al-0.6Ge-0.5Ni | 아니오 | 3 | 본발명 시편 |
| 12 | Al-0.6Ge-0.1Ni | 예 | 9 | 비교 시편 |
| 18 | Al-0.3Ge-1.0Ni | 아니오 | 3 | 본발명 시편 |
표 2의 결과로부터, 주목할만한 것은 상기 순수 Al 막에 관해서 나쁜 내부식성으로 인하여 부식 및 파인파괴가 발생했다는 것이다.
상기 Al-2% Nd 막에 관해서는, 부식이 아니라 라인파괴가 상기 순수 Al 막에 비하여 자주 발생했다. 라인파괴 때문에, 상기 Al - 2% Nd 막은 좋지 못한 신뢰성을 가진 막으로 평가됐다.
반면에, Ge 및 Ni를 모두 함유하는 스퍼터 타겟 재료로부터 형성된, 본 발명의 Al 합금 막들(시편 No. 5, 6, 11 및 18)중 어느것도 부식이나 라인파괴가 없는 고품질 막으로 평가됐다.
덧붙여, 시편 No. 3 및 12의 결과는 Ge 및 Ni의 부족은 라인파괴 및 부식에 이르게 한다는 것을 증명한다.
실시예 3
표 3에 나타낸 바와 같이 , 순수 Al 및 Al 합금 막을 ITO막과의 전기적 접촉 을 평가하기 위하여 다음과 같이 검사한다. :
도 4를 참조하여,두께 200nm의 순수 Al 또는 Al 합금 막(3)을 크기 25mm X 50mm의 유리 기판(1)의 표면위에 스퍼터링에 의해서 형성하고 5mm의 폭을가진 줄무늬 패턴으로 식각한다. 마스크를 이용한 스퍼터링에 의하여 두께 200nm의 ITO막(4)을 형성하고 상기 패턴의 순수 Al 또는 Al 합금 막(3)위에 부분적으로 겹쳐지게 하고, 그것에 의해서 적층-막 패턴의 막 구조를 준비하게 된다.
상기 순수 Al 또는 Al 합금 막(3)과 상기 적층-막 패턴의 막 구조의 상기 ITO 막(4)사이 접촉 전기 저항을 사탐침 장치(5)에 의하여 측정하고 상기 순수 Al 또는 Al 합금 막과 상기 ITO막(4)의 접촉 물성으로 평가한다.
게다가, 상기 적층-막 패턴의 막구조를 NMD-3 알카라인 현상액(도쿄 오카 주식회사에 의해 제공됨)속에 60초동안 침액시키고, 상기 순수 Al 또는 Al 합금 막 (3)과 상기 ITO 막(4)사이의 접촉 전기 저항을 동일한 탐침 장치에 의해서 다시한번 측정한다.
표 3은 상기 현상액속에 침액하기 전과 후의 접촉 전기 저항을 측정한 결과를 나타낸다. 표 3에서 "측정불가"란 용어는 상기 적층-막 패턴의 막속에 전기적 접속이 존재하지 않음을 의미한다.
[표 3]
| 시편 No. | 화학 조성 (원자%) | 접촉 전기저항 | 비고 | |
| 현상액속 침액전 (Ω) | 현상액속 침액후 (Ω) | |||
| 1 | Al | 16.7 | 측정불가 | 비교 시편 |
| 2 | Al-2.0Nd | 27.5 | 측정불가 | 비교 시편 |
| 5 | Al-0.6Ge-1.5Ni | 20.8 | 21.8 | 발명 시편 |
| 10 | Al-0.6Ge-1.0Ni | 20.0 | 21.8 | 발명 시편 |
| 18 | Al-0.3Ge-1.0Ni | 19.7 | 20.6 | 발명 시편 |
표 3의 결과로부터, 주목할만한 것은, 본 발명의 Al 합금 막은 광식각후에도 전기적인 접속을 유지하는 반면에, 상기 순수 Al 및 Al-Nd 막에 관해서는 광식각후에 전기적인 접속을 얻을수 없었다는 것이다.
본 발명에 의하면 낮은 전기저항성, 높은 신뢰성 및 탁월한 열저항성을 가지며, 대형 액정 TV 또는 전자문서 등의 FPD 용 배선막에 효율적으로 적용될 수 있는 Al 합금막을 얻을수 있으며, 본 발명의 배선용 Al 합금막은 타겟 재료를 이용하여 스퍼터링에 의해 최적으로 형성된다.
더 나아가, FPD 등의 전자부품들의 배선막에 대한 요구조건, 더 낮은 전기저항성, 탁월한 열저항성, 패턴들의 성형성, 라인파괴를 억제하는 탁월한 신뢰성 등을 만족시키기 위한 최적의 합금조성을 갖는 Ge과 Ni의 결합체를 Al에 첨가함으로써, 제조되는 Al 합금막을 얻을 수 있다.
Claims (4)
- 원자%단위로, 0.2 내지 1.5%의 Ge, 0.2 내지 2.5%의 Ni 및 잔부로 이루어지며 상기 잔부는 Al 및 불가피한 불순물로 이루어지고, Ge 및 Ni의 전체 량은 3.0% 이하인 배선용 Al 합금 막.
- 제 1항에 있어서, 상기 배선용 Al 합금 막은 원자%단위로, 0.2 내지 0.8%의 Ge, 1.0 내지 2.0%의 Ni 및 잔부로 이루어지며 상기 잔부는 Al 및 불가피한 불순물로 이루어지고, Ge 및 Ni의 전체 량은 2.5%이하인 배선용 Al 합금 막.
- 원자%단위로, 0.2 내지 1.5%의 Ge, 02 내지 2.5%의 Ni 및 잔부로 이루어지며 상기 잔부는 Al 및 불가피한 불순물로 이루어지고, Ge 및 Ni의 전체 량은 3.0% 이하인, 배선용 막을 형성하기 위한 스퍼터 타겟 재료.
- 제 3항에 있어서, 상기 배선용 막을 형성하기 위한 상기 스퍼터 타겟 재료는 원자%단위로, 0.2 내지 0.8%의 Ge, 1.0 내지 2.0%의 Ni 및 잔부로 이루어지며 상기 잔부는 Al 및 불가피한 불순물로 이루어지고, Ge 및 Ni의 전체 량은 2.5% 이하인, 배선용 막을 형성하기 위한 스퍼터 타겟 재료.
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