KR100734811B1 - 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법 및 그제조방법에 의한 타겟 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 또는 산화물 박막 제조를 위한 스파터링증착법 또는 펄스화레이저증착법에 사용되는 금속산화물 타겟을 제조하는 제조방법 및 그 방법에 의한 타겟에 관한 것으로, 특히 반도체 또는 산화물 박막 제조를 위한 스파터링증착법 또는 펄스화레이저증착법에 사용되는 금속산화물 타겟을 제조하는 제조방법에 있어서, 상기 금속산화물을 조성하는 각 조성물을 적정 크기로 분쇄하여, 소정 조성비율로 혼합시키는 혼합단계와; 상기 소정 조성비로 혼합된 시료를 도가니에 수용시키는 수용단계와; 상기 도가니를 버너에 의해 가열하여 시료를 용융시키는 용융단계와; 상기 용융단계 도중에 상기 도가니를 버너 상부에서 선회시키는 선회단계와; 상기 도가니 내에서 완전히 용융된 시료를 성형접시로 이동시키는 이동단계와; 상기 성형접시로 이동된 용융된 시료를 냉각시키는 냉각단계와; 상기 성형접시 내에서 냉각된 시료를 분리시키는 분리단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법을 기술적 요지로 한다. 이에 따라 적정 조성비의 금속산화물 시료를 용융하여 다양한 크기의 성형접시에 부은 후 냉각시켜 글래시 타겟 형태로 완성하여 타겟제조시간 및 노력, 비용을 월등히 개선시킨 고품질의 대면적 글래시 금속산화물 타겟을 제조할 수 있는 이점이 있다.

반도체 산화물 박막 스파터링 펄스화레이저증착 타겟 금속산화물

Description

고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법 및 그 제조방법에 의한 타겟{Fabrication method of high-quality large-area glassy-oxide target and the target by its fabrication method}

도 1 - 본 발명에 따른 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법에 관한 모식도.

도 2 - 본 발명에 따른 고주파 유도코일에 의한 버너 및 도가니에 대한 단면도.

도 3 - 본 발명에 따른 성형접시의 다른 실시예를 나타낸 도.

도 4 - 본 발명에 따른 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법에 의해 제조된 타겟의 실제 모형도.

<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명>

100 : 도가니 110 : 그래파이트도가니 또는 글래시카본도가니

120 : 알루미나, 백금 또는 이리듐도가니 200 : 버너

210 : 고주파 유도코일 300 : 성형접시

400 : 결합로드 500 : 챔버

본 발명은 반도체 또는 산화물 박막 제조를 위한 스파터링증착법 또는 펄스화레이저증착법에 사용되는 산화물 타겟을 제조하는 제조방법 및 그 타겟에 관한 것으로, 적정 조성비의 금속산화물 시료를 용융하여 다양한 형태 및 크기의 성형접시에 부은 후 냉각시켜 글래시 타겟 형태로 완성하여 타겟제조시간 및 노력, 비용을 월등히 개선시킨 고품질의 대면적 글래시 금속산화물 타겟의 제조방법 및 그 타겟에 관한 것이다.

근래에는 전자, 전기장치의 소형화, 고집적화로 인해 각 장치에 사용되는 소자 또한 소형화, 고집적화되고 있다. 상기 소자들에 대한 소형화, 고집적화를 실현하기 위한 것으로 반도체 또는 산화물 박막 소자가 널리 사용되며, 얇으면서도 넓고, 고르게 박막을 성형시키는 것이 무엇보다도 중요하다.

또한 이러한 박막 소자에 사용되는 전극으로써는 가격이 저렴하고, 안전하며, 우수한 광투과도와 전기전도도를 가지는 금속산화물이 널리 사용되며, 인듐주석산화물(ITO)이나 알루미늄이 도핑된 산화아연(Al:ZnO, 이하 AZO라 함) 등이 널리 알려져 있다.

이러한 반도체 또는 산화물 박막을 성형하기 위해서 스파터링증착법 또는 펄스화레이저증착법 등이 널리 연구되어 오고 있는데, 소정 기판 상부에 전극을 박막형태로 증착하고, 그 상부에 유전체 박막을 증착시킨 후 상부에 전극을 증착시키는 구조로 이루어진다. 즉 기판에 대향되는 위치에 타겟(전극 또는 유전체)을 위치시키고 스파터링 또는 펄스화레이저에 의해 타겟을 이루는 성분들이 기판 상부에 그 대로 증착되도록 한 것이다.

그러나 이러한 증착법에 있어서, 가장 큰 문제는 타겟의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 타겟의 제조방법은, 일단 원료 시료를 분말형태로 분쇄하여 볼 밀링하고, 해당 타겟의 조성비에 맞게 무게를 측정하여 각 원료 시료를 골고루 섞는다. 그 다음 펠렛형태의 성형틀에 상기 원료 시료를 넣어 소정압력으로 프레스몰딩하고 소정온도에서 소정시간 동안 소결시켜 펠렛형태의 타겟을 얻게 된다.

이는 분쇄 및 볼 밀링을 위한 시간이 상당히 많이 소요되며, 일반적으로 자동화가 잘 이루어지지 않아 노동력이 많이 소요되며, 프레스몰딩 및 소결시키기 위한 장치가 복잡할 뿐만 아니라 소결과정에 있어서 상당한 시간이 소요되므로 시간상, 노력상, 비용상 비경제적인 문제점이 있다.

또한 이러한 제조방법은 각 장치가 하나의 타겟을 제조할 수 있도록 형성되어, 타겟의 대량생산이 처음부터 불가능하여 타겟의 구매가격이 상당히 높게 책정되어 있는 문제점이 있다.

또한 이러한 과정에 있어서, 프레스몰딩을 위한 성형틀이나 소결장치의 수용너비 등이 한정되어 있으므로 사용자의 필요에 의한 다양한 크기의 타겟을 제조하는 것이 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 적정 조성비의 금속산화물 시료를 용융하여 다양한 형태 및 크기의 성형접시에 부은 후 냉각시켜 글래 시 타겟 형태로 완성하여 타겟제조시간 및 노력, 비용을 월등히 개선시킨 고품질의 대면적 글래시 금속산화물 타겟의 제조방법 및 그 타겟의 제공을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 목적 달성을 위해 본 발명은, 반도체 또는 산화물 박막 제조를 위한 스파터링증착법 또는 펄스화레이저증착법에 사용되는 금속산화물 타겟을 제조하는 제조방법에 있어서, 상기 금속산화물을 조성하는 각 조성물을 적정 크기로 분쇄하여, 소정 조성비율로 혼합시키는 혼합단계와; 상기 소정 조성비로 혼합된 시료를 도가니에 수용시키는 수용단계와; 상기 도가니를 버너에 의해 가열하여 시료를 용융시키는 용융단계와; 상기 용융단계 도중에 상기 도가니를 버너 상부에서 선회시키는 선회단계와; 상기 도가니 내에서 완전히 용융된 시료를 성형접시로 이동시키는 이동단계와; 상기 성형접시로 이동된 용융된 시료를 냉각시키는 냉각단계와; 상기 성형접시 내에서 냉각된 시료를 분리시키는 분리단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법을 기술적 요지로 한다.

또한, 상기 버너는, 가스버너로 사용하는 것이 바람직하다.

여기에서, 상기 도가니는, 알루미나도가니, 백금도가니 또는 이리듐도가니 중 어느 한가지로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 도가니는, 그래파이트도가니 또는 글래시카본도가니로 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 버너는, 고주파 유도코일에 의해 열을 발생시키는 것이 바람직하 다.

여기에서, 상기 도가니는, 상기 고주파 유도코일 내부의 중심에 위치되며 그래파이트도가니 또는 글래시카본도가니로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 도가니는, 상기 고주파 유도코일 내부의 중심에 위치한 그래파이트도가니 또는 글래시카본도가니와; 상기 그래파이트도가니 또는 글래시카본도가니의 내부에 설치되고, 상기 그래파이트도가니 또는 글래시카본도가니의 열을 전달받아 발열하며 내부에 상기 시료를 수용하는 알루미나도가니, 백금도가니, 이리듐도가니 중 어느 한 가지가 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법은, 상기 이동단계 전에 상기 성형접시를 예열버너로 이동시켜 미리 예열시키는 예열단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 선회단계는, 상기 도가니와 연결된 결합로드에 의해 상기 도가니가 간접 선회구동되는 것이 바람직하다.

여기에서, 상기 이동단계는, 상기 결합로드의 가로축회전에 의해 상기 도가니가 상기 성형접시 상부로 기울어짐으로써, 상기 성형접시 내부로 시료가 이동되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 성형접시는, 원통 또는 사각통으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각단계는, 상기 성형접시를 질소 또는 산소가스 분위기 챔버 내부에서 냉각시키는 것이 바람직하다.

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이에 따라 적정 조성비의 금속산화물 시료를 용융하여 다양한 크기의 성형접시에 부은 후 냉각시켜 글래시 타겟 형태로 완성하여 타겟제조시간 및 노력, 비용을 월등히 개선시킨 고품질의 대면적 글래시 금속산화물 타겟을 제조할 수 있는 이점이 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법에 관한 모식도이고, 도 2는 본 발명에 따른 고주파 유도코일에 의한 버너 및 도가니에 대한 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 성형접시의 다른 실시예를 나타낸 도이며, 도 4는 본 발명에 따른 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법에 의해 제조된 타겟의 실제 모형도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법은 혼합단계, 수용단계, 용융단계, 선회단계, 이동단계, 냉각단계, 분리단계로 크게 구성된다.

먼저 상기 혼합단계는 금속산화물을 조성하는 각 조성물을 적정 크기로 분쇄하여, 증착하고자 하는 금속산화물의 조성비율로 혼합시키는 단계이다. 각 조성물의 분쇄시에는 수동 분쇄기(유발과 유봉)로 분쇄하거나 볼밀장치 등에 의한 자동분쇄기로 분쇄한다. 이때 각 조성물은 가는 분말 형태가 아니어도 무방하며, 굵은 상태로 대충 분쇄되어도 무방하다.

그리고 상기 수용단계는 소정의 조성비로 혼합된 시료를 도가니(100)에 수용시키는 과정이다. 상기 도가니(100)는 상측에서 하측으로 갈수록 너비가 좁아지도록 형성된 것을 사용하여 열전달이 전체에 골고루 되도록 한다.

이때 사용되는 도가니(100)는 열전달이 잘 되고 시료와 화학반응을 일으키지 않을 만큼 화학적으로 안정한 재료를 사용하며, 일반적으로 알루미나도가니, 백금도가니 또는 이리듐 도가니(120) 중에 하나를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 용융되는 시료의 용융점에 따라 선택해서 사용하며, 일반적으로 알루미나도가니가 가장 용융점이 높은 시료에 사용할 수 있으며, 이리듐도가니, 백금도가니 순이다.

또한, 상기 도가니는 그래파이트(graphite)도가니 또는 글래시카본(glassi-carbon)도가니(110)를 사용할 수 있으며, 이는 금속산화물 계통의 높은 용융점을 가지는 시료에 적당하다.

다음, 상기 용융단계는 상기 도가니(100)를 버너(200)에 의해 가열하여 시료를 용융시키는 과정이다. 상기 버너(200)는 일반적인 가스버너를 사용하여도 무방하며, 또한 상기 고주파 유도코일(210) 중심부에 도가니(100)를 위치시켜 도가니(100) 내부로 열을 전달하여 시료를 용융시킨다.

여기에서 상기 고주파 유도코일(210)에 의한 버너(200)를 사용할 때, 상기 도가니(100)는 상기 고주파 유도코일(210) 내부의 중심에 위치하도록 형성되며, 유도기전력에 의해 고온 발열되는 그래파이트도가니 또는 글래시카본도가니(110)를 단독으로 형성시키거나, 또는 유도기전력에 의해 고온 발열되는 그래파이트도가니 또는 글래시카본도가니(110)와, 상기 그래파이트도가니 또는 글래시카본도가니 (110)의 내부에 알루미나도가니, 백금도가니 또는 이리듐도가니(120)중 어느 하나를 상기 그래파이트도가니 또는 글래시카본도가니(110)와 일체로 형성시킨다. 이는 시료의 상당히 높은 용융온도에서의 그래파이트도가니나 글래시카본도가니의 산화를 막기 위한 것이다.

이에 의해 상기 그래파이트도가니 또는 글래시카본도가니(110)의 열을 전달받아 발열하며 상기 알루미나도가니, 백금도가니 또는 이리듐도가니(120) 내부에 포함된 시료에 상기의 열이 전달되어 시료를 녹게 만든다. 이때 그래파이트도가니 또는 글래시카본도가니(110)의 열손실을 막기 위해 상기 그래파이트도가니 또는 글래시카본도가니(110) 외부에 단열재로써 통상 알루미나버블이나 열에 강한 물질로 형성된 외부도가니(130)를 더 형성시켜도 무방하다.

상기 도가니(100)의 온도가 모든 시료의 녹는 점까지 도달하면 도가니(100) 내부의 시료가 완전히 용융되게 된다. 상기 시료의 용융과정을 돕기 위해 용융과정 중에 상기 도가니(100)를 버너(200) 상부에서 선회시킨다. 여기에서 상기 도가니(100)의 선회구동을 위해 상기 도가니(100)의 일측에 결합로드(400)를 연결시켜, 상기 결합로드(400)의 선회구동에 의해 상기 도가니(100)가 간접 선회구동되도록 한다.

이는 상기 결합로드(400)가 상기 도가니(100)에 의한 열이 선회구동을 위한 장치에 직접적으로 전달되지 않도록 할 뿐만 아니라, 상기 결합로드(400)에 다수개의 도가니(100)를 결합시켜 여러개의 제품을 동시에 용융하여 제조할 수 있도록 하기 위한 것이다.

그 다음, 완전히 용융된 시료는 상기 도가니(100)로부터 성형접시(300)로 이동시킨다. 상기 성형접시(300)는 원형이나 사각형 등으로 형성되어, 외주면이 상부로 돌출되어 형성된다. 따라서 완성된 타겟의 형상은 납작한 원통형상, 납작한 직육면체형상 등이 되어, 사용자의 필요에 의해 성형접시의 형상을 달리하여 다양한 형상의 타겟을 얻을 수 있게 된다.

여기에서 상기 도가니(100)로부터 성형접시(300)로의 용융된 시료의 이동은 도가니(100)에 결합된 결합로드(400)의 가로축회전에 의해 상기 도가니(100)가 상기 성형접시(300) 상부로 기울어지도록 하여, 상기 성형접시(300) 내부로 시료가 부어지면서 이동되도록 한다.

또한 상기 성형접시(300)로의 용융된 시료의 이동시키기 전에 상기 성형접시(300)를 미리 예열하여, 상기 용융된 시료와의 온도차이를 줄여 냉각시 균일한 품질로 냉각되도록 하여 크랙(crack)을 막는다.

상기 시료의 냉각시 질소 또는 산소가스 분위기 챔버(500) 내부에서 냉각시켜, 냉각속도를 빠르게 하고, 금속산화물 등의 경우에는 산소 조성비가 안정적으로 형성되도록 한다.

이렇게 상기 성형접시(300) 내부에서 서서히 냉각시킨 후 완전히 냉각되면 시료를 성형접시(300)로부터 분리시킨다. 최종적으로 냉각된 시료는 완전히 용융된 후 냉각되어 유리상태의 글래시(glassi) 타겟으로 형성된다.

도 4는 본 발명에 따라 제조된 리튬(Li)계 유전체, 납(Pb)계 유전체, 비스무스(Bi)계 초전도체, 금속산화물로 형성된 글래시 타겟을 도시한 것이다.

상기 글래시 타겟을 반도체 또는 산화물 박막 제조를 위한 스파터링증착장치 또는 펄스화레이저증착장치 내의 타겟 거치대에 고정시켜, RF스파터 또는 펄스화레이저에 의해 대면적의 고품질의 박막을 증착하는데 사용되게 된다.

상기 구성에 의한 본 발명은 적정 조성비의 금속산화물 시료를 용융하여 다양한 크기의 성형접시에 부은 후 냉각시켜 글래시 타겟 형태로 완성하여 타겟제조시간 및 노력, 비용을 월등히 개선시킨 고품질의 대면적 글래시 금속산화물 타겟을 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims (17)

1. 반도체 또는 산화물 박막 제조를 위한 스파터링증착법 또는 펄스화레이저증착법에 사용되는 금속산화물 타겟을 제조하는 제조방법에 있어서,

   상기 금속산화물을 조성하는 각 조성물을 적정 크기로 분쇄하여, 소정 조성비율로 혼합시키는 혼합단계와;

   상기 소정 조성비로 혼합된 시료를 도가니에 수용시키는 수용단계와;

   상기 도가니를 버너에 의해 가열하여 시료를 용융시키는 용융단계와;

   상기 용융단계 도중에 상기 도가니를 버너 상부에서 선회시키는 선회단계와;

   상기 도가니 내에서 완전히 용융된 시료를 성형접시로 이동시키는 이동단계와;

   상기 성형접시로 이동된 용융된 시료를 냉각시키는 냉각단계와;

   상기 성형접시 내에서 냉각된 시료를 분리시키는 분리단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 버너는,

   가스버너인 것을 특징으로 하는 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 도가니는,

   알루미나도가니, 백금도가니, 이리듐도가니 중 어느 한가지로 형성되는 것을 특징으로 하는 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법.
4. 제 2항에 있어서, 상기 도가니는,

   그래파이트도가니인 것을 특징으로 하는 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법.
5. 제 2항에 있어서, 상기 도가니는,

   글래시카본도가니인 것을 특징으로 하는 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 버너는,

   고주파 유도코일에 의해 열을 발생시키는 것을 특징으로 하는 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 도가니는,

   상기 고주파 유도코일 내부의 중심에 위치되며 그래파이트도가니로 형성되는 것을 특징으로 하는 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법.
8. 제 6항에 있어서, 상기 도가니는,

   상기 고주파 유도코일 내부의 중심에 위치되며 글래시카본도가니로 형성되는 것을 특징으로 하는 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법.
9. 제 6항에 있어서, 상기 도가니는,

   상기 고주파 유도코일 내부의 중심에 위치한 그래파이트도가니와;

   상기 그래파이트도가니의 내부에 설치되고, 상기 그래파이트도가니의 열을 전달받아 발열하며 내부에 상기 시료를 수용하는 알루미나도가니, 백금도가니, 이리듐도가니 중 어느 한 가지가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법.
10. 제 6항에 있어서, 상기 도가니는,

    상기 고주파 유도코일 내부의 중심에 위치한 글래시카본도가니와;

    상기 글래시카본도가니의 내부에 설치되고, 상기 글래시카본도가니의 열을 전달받아 발열하며 내부에 상기 시료를 수용하는 알루미나도가니, 백금도가니, 이리듐도가니 중 어느 한 가지가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법.
11. 제 1항에 있어서, 상기 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법은,

    상기 이동단계 전에 상기 성형접시를 예열버너로 이동시켜 미리 예열시키는 예열단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고품질의 대면적 글래시 산화물 타켓 의 제조방법.
12. 제 1항에 있어서, 상기 선회단계는,

    상기 도가니와 연결된 결합로드에 의해 상기 도가니가 간접 선회구동되는 것을 특징으로 하는 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법.
13. 제 12항에 있어서, 상기 이동단계는,

    상기 결합로드의 가로축회전에 의해 상기 도가니가 상기 성형접시 상부로 기울어짐으로써, 상기 성형접시 내부로 시료가 이동되는 것을 특징으로 하는 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법.
14. 제 1항에 있어서, 상기 성형접시는,

    원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법.
15. 제 1항에 있어서, 상기 성형접시는,

    사각형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법.
16. 제 1항에 있어서, 상기 냉각단계는,

    상기 성형접시를 질소 또는 산소가스 분위기 챔버 내부에서 냉각시키는 것을 특징으로 하는 고품질의 대면적 글래시 산화물 타겟의 제조방법.
17. 삭제

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