KR101534538B1 - Indium-gallium-zinc oxide, method for producing the same, and its application - Google Patents
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Abstract
본 발명은 먼저 인듐, 갈륨, 아연을 함유한 원료를 혼합한 다음, 건조(drying), 하소(calcining) 등 단계를 거쳐, 균일하고 순도가 높은 인듐-갈륨-아연 산화물(indium-gallium-zinc oxide, IGZO)을 제조하는 인듐-갈륨-아연 산화물 제조 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 IGZO 타겟을 제조하는 조성물을 제공한다. 상기 조성물은 다중 금속 산화물을 함유한 혼합물이며, 특히 상술한 제조 방법으로 제조된 인듐-갈륨-아연 산화물을 포함한다. 또한, 본 발명은 상기 인듐-갈륨-아연 산화물로 IGZO 타겟을 제조하는 방법 및 그 완제품을 제공한다. 상기 타켓은 주로 InGaZnO4로 구성되며, 실질적으로 ZnGa2O를 갖지 않는다. 본 발명은 IGZO 타겟을 제조하는 원료로 인듐-갈륨-아연 산화물을 사용하여, 원료 간의 불균일한 혼합을 감소시켜, 상대 밀도가 높은 고품질의 IGZO 타겟을 제조한다.The present invention relates to a method of manufacturing a gallium nitride thin film by mixing raw materials containing indium, gallium, and zinc, followed by drying, calcining, and the like to form a uniform and highly pure indium-gallium-zinc oxide , ≪ / RTI > IGZO). ≪ / RTI > The present invention also provides a composition for producing an IGZO target. The composition is a mixture containing a multimetal oxide, particularly an indium-gallium-zinc oxide prepared by the above-described production method. The present invention also provides a method for preparing an IGZO target with the indium-gallium-zinc oxide and an article thereof. The target is mainly composed of InGaZnO 4 and has substantially no ZnGa 2 O. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention uses indium-gallium-zinc oxide as a raw material for producing an IGZO target to reduce uneven mixing between raw materials, thereby manufacturing a high-quality IGZO target having a high relative density.
Description
본 발명은 인듐-갈륨-아연 산화물(indium-gallium-zinc oxide, IGZO) 및 IGZO 타겟을 제조하는 조성물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 IGZO 타겟 제조 방법에 관한 것으로, 상기 조성물을 이용하여 IGZO 타겟을 제조할 수 있으며, 또한, 본 발명은 상기 제조 방법으로 제조된 IGZO 타겟에 관한 것이다. The present invention relates to compositions for producing indium-gallium-zinc oxide (IGZO) and IGZO targets. In addition, the present invention relates to a method for manufacturing an IGZO target, and an IGZO target can be manufactured using the composition. The present invention also relates to an IGZO target produced by the manufacturing method.
인듐-갈륨-아연 산화물(indium-gallium-zinc oxide, IGZO)은 3원계 금속산화물의 반도체 재료이며, 높은 투광성 및 높은 캐리어 농도 등 장점을 가지고 있으므로, 사이즈가 크고 해상도가 높은 디스플레이를 제조하기에 적합하다.Indium-gallium-zinc oxide (IGZO) is a semiconductor material of ternary metal oxide, and has advantages such as high light transmittance and high carrier concentration, so it is suitable for manufacturing a display of a large size and high resolution Do.
일반적으로, 인듐-갈륨-아연 산화물 박막(indium-gallium-zinc oxide thin film, IGZO thin film)은 대부분 IGZO 타겟(indium-gallium-zinc oxide target, IGZO target)을 스퍼터링의 방식으로 증착하여 형성된다. IGZO 타겟은 3가지의 1원계 금속산화물, 즉 산화인듐(In2O3), 산화갈륨(Ga2O3), 산화아연(ZnO)을 혼합 하소한 다음, 소결 단계를 거쳐 제조하거나 또는 상기 3가지 1원계 금속산화물을 직접 혼합 소결하여 제조할 수도 있다.Generally, an indium-gallium-zinc oxide thin film (IGZO thin film) is formed by depositing an indium-gallium-zinc oxide target (IGZO target) by a sputtering method. The IGZO target is prepared by mixing and calcining indium oxide (In 2 O 3 ), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), and zinc oxide (ZnO) And may be produced by directly mixing and sintering a single-element metal oxide.
예를 들면, 대만특허공개문헌 제200833852호는 IGZO 타겟의 제조 방법을 공개하였고, 산화인듐(In2O3), 산화갈륨(Ga2O3), 산화아연(ZnO) 등 1원계 금속산화물을 IGZO 타겟을 제조하는 원료로 하여, 상기 원료를 습식 매체 교반 연마기(media agitating mill)로 혼합 분쇄하여, 과립화하는 방식으로 혼합물을 조제하고, 혼합물이 성형된 후, 산소 분위기 및 1250℃ ~ 1450℃에서 소결하여 IGZO 타겟을 제조한다.For example, Taiwan Patent Publication No. 200833852 discloses a manufacturing method of an IGZO target and discloses a method of manufacturing an IGZO target using a single metal oxide such as indium oxide (In 2 O 3 ), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO) As a raw material for preparing the IGZO target, the raw material is mixed and ground by a wet media agitating mill to granulate the mixture. After the mixture is formed, the mixture is formed into an oxygen atmosphere and a temperature of 1250 to 1450 DEG C Lt; RTI ID = 0.0 > IGZO < / RTI >
그러나, 여러 종의 1원계 금속 또는 그 산화물로 IGZO 타겟을 제조하려면 복잡한 제조 공정 단계를 거쳐야 하며, 또한 제조 공정에서 1원계 금속산화물 간의 불균일한 혼합으로 인해, 산화인듐(In2O3) 또는 인듐-갈륨 산화물(ZnGa2O4) 등 이차 위상(Secondary Phase) 화합물이 생성될 수 있다. 그러나, 이들 이차 위상 화합물은 IGZO 타겟을 스퍼터링하는 과정에서 비정상적인 방전 효과를 발생시키며, 심지어는 IGZO 박막의 품질과 특성을 저하시킨다.However, the production of IGZO targets with various kinds of monovalent metals or their oxides requires complicated manufacturing steps, and due to uneven mixing between monovalent metal oxides in the manufacturing process, indium oxide (In 2 O 3 ) or indium - Secondary phase compounds such as gallium oxide (ZnGa 2 O 4 ) can be produced. However, these secondary phase compounds cause an abnormal discharge effect in sputtering the IGZO target and even lower the quality and characteristics of the IGZO thin film.
종래기술 중의 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO) 박막 제조에서 직면한 문제를 감안하여, 본 발명의 주요 목적은 IGZO 타겟을 제조하는 원료로 균일한 인듐-갈륨-아연 산화물을 사용하여 원료 간의 불균일한 혼합 또는 이차 위상 화합물의 생성을 감소시켜 고품질의 IGZO 타겟을 제조하는 신규 IGZO 타겟 제조 방법을 안출하는 것이다.In view of the problems encountered in the manufacture of the indium-gallium-zinc oxide (IGZO) thin films in the prior art, the main object of the present invention is to provide a method of manufacturing an IGZO target by using a uniform indium- gallium- To produce a high-quality IGZO target by reducing the formation of mixed or secondary phase compounds.
또한, 본 발명의 다른 목적은 인듐, 갈륨 및 아연 3가지 금속 성분을 원자 레벨로 균일하게 혼합하여 균일한 인듐-갈륨-아연 산화물을 합성하여 IGZO 타겟 제조에 사용하도록 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to uniformly mix indium, gallium and zinc three metal components at an atomic level to synthesize a uniform indium-gallium-zinc oxide to be used in the manufacture of IGZO targets.
상기 목적에 도달하기 위하여, 본 발명은 (A) 인듐, 갈륨 및 아연을 함유한 원료를 혼합하여 인듐, 갈륨 및 아연을 함유한 혼합물을 형성하는 단계; (B) 상기 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 혼합물을 건조하는 단계; 및 (C) 상기 건조된 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 혼합물을 하소(calcining)하여 인듐-갈륨-아연 산화물을 제조하는 단계를 포함하는 인듐-갈륨-아연 산화물 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device comprising: (A) mixing a raw material containing indium, gallium and zinc to form a mixture containing indium, gallium and zinc; (B) drying the mixture containing indium, gallium and zinc; And (C) calcining the mixture containing the dried indium, gallium and zinc to produce an indium-gallium-zinc oxide.
본 발명에 따르면, 상기 인듐-갈륨-아연 산화물 제조 방법에 의해 얻은 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO)은 주로 분말 형상이며, 후속 가공 공정에 응용되도록 더 연마할 수 있다. According to the present invention, the indium-gallium-zinc oxide (IGZO) obtained by the indium-gallium-zinc oxide production method is mainly in the form of powder and can be further polished so as to be applied to a subsequent processing step.
인듐, 갈륨 및 아연을 함유한 원료는, 순수 인듐금속, 순수 갈륨금속, 순수 아연금속, 산화인듐(In2O3), 산화갈륨(Ga2O3), 산화아연(ZnO), 인듐-갈륨 산화물(indium gallium oxide, IGO), 인듐-아연 산화물(indium zinc oxide, IZO) 및 갈륨-아연 산화물(gallium zinc oxide, GZO)로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.The raw materials containing indium, gallium and zinc may be selected from the group consisting of pure indium metal, pure gallium metal, pure zinc metal, indium oxide (In 2 O 3 ), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO) It is preferably selected from the group consisting of indium gallium oxide (IGO), indium zinc oxide (IZO), and gallium zinc oxide (GZO).
바람직하게는, 상기 인듐, 갈륨 및 아연을 함유한 원료는, 순수 인듐금속, 순수 갈륨금속과 산화아연의 조합; 순수 인듐금속, 산화갈륨과 순수 아연금속의 조합; 산화인듐, 순수 갈륨금속과 순수 아연금속의 조합; 산화인듐과 갈륨-아연 산화물의 조합; 산화갈륨과 인듐-아연 산화물의 조합; 산화아연과 인듐-갈륨 산화물의 조합; 순수 인듐금속과 갈륨-아연 산화물의 조합; 순수 갈륨금속과 인듐-아연 산화물의 조합; 순수 아연금속과 인듐-갈륨 산화물의 조합; 산화인듐, 산화갈륨, 산화아연의 조합일 수 있다. Preferably, the raw material containing indium, gallium and zinc is a combination of pure indium metal, pure gallium metal and zinc oxide; Pure indium metal, a combination of gallium oxide and pure zinc metal; Indium oxide, a combination of pure gallium metal and pure zinc metal; A combination of indium oxide and gallium-zinc oxide; A combination of gallium oxide and indium-zinc oxide; A combination of zinc oxide and indium-gallium oxide; A combination of pure indium metal and gallium-zinc oxide; A combination of pure gallium metal and indium-zinc oxide; A combination of pure zinc metal and indium-gallium oxide; Indium oxide, gallium oxide, and zinc oxide.
본 발명은 공침 제분법을 이용하여 상기 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 원료를 산용해(酸溶解)시켜, 각 금속 성분을 원자 레벨로 혼합 및 침전시키고, 건조 및 하소 등 단계를 거쳐 균일한 IGZO을 제조한다. 상기의 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 원료는 순수 인듐금속, 순수 갈륨금속 및 순수 아연금속 또는 전술한 순 금속 중의 어느 1종과 2원계 금속산화물의 조합, 또는 전술한 순 금속 중의 어느 2종과 1원계 금속산화물의 조합에서 선택 사용하여 상기 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 원료를 조성한다.The present invention relates to a process for producing a metal oxide by mixing and precipitating each metal component at an atomic level by dissolving (acid-dissolving) the raw material containing indium, gallium and zinc by coprecipitation method, . The raw material containing indium, gallium, and zinc may be any one of pure indium metal, pure gallium metal and pure zinc metal, or a combination of any one of the above-described pure metals and a binary metal oxide, A raw material containing indium, gallium, and zinc is selectively used in combination with a single metal oxide.
상기 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO)의 제조 방법에서, 상기 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 원료는 순수 인듐금속, 순수 갈륨금속 또는 순수 아연금속을 포함하며, 단계(A)는 상기 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 원료를 산용해시키고, pH값을 6 ~ 8로 조절하여 상기 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 혼합물을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.In the method for producing the indium-gallium-zinc oxide (IGZO), the raw material containing indium, gallium and zinc includes pure indium metal, pure gallium metal or pure zinc metal, step (A) And dissolving the zinc-containing raw material in an acid and adjusting the pH value to 6 to 8 to form the mixture containing indium, gallium and zinc.
예를 들면, 순수 인듐금속, 순수 갈륨금속과 산화아연의 조합을 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 원료로 사용할 경우, 먼저 인듐아연금속과 순수 갈륨금속을 산용해시켜 초기 용액을 형성한 다음, 산화아연을 첨가하여 상기 2가지 금속성분과 혼합시켜, pH값을 6 ~ 8로 조절하고, 일정 시간 동안 에이징(aging)시키면 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 혼합물을 형성한다.For example, when a combination of pure indium metal, pure gallium metal and zinc oxide is used as a raw material containing indium, gallium, and zinc, an indium zinc metal and a pure gallium metal are first dissolved in an acid to form an initial solution, Zinc is added and mixed with the two metal components, the pH value is adjusted to 6 to 8, and the mixture is aged for a predetermined time to form a mixture containing indium, gallium and zinc.
또한, 본 발명은 직접적으로 2원계 금속산화물(예를 들면, 인듐-갈륨 산화물, 인듐-아연 산화물 또는 갈륨-아연 산화물) 및 1원계 금속산화물(예를 들면:산화아연, 산화갈륨 또는 산화인듐)을 혼합하여, 볼밀링 공정을 통해 원료를 충분히 혼합한 다음, 건조 및 하소 등 단계를 거쳐 균일한 IGZO을 제조할 수 있다.The present invention also relates to a method of manufacturing a semiconductor device, which comprises directly introducing a binary metal oxide (e.g., indium-gallium oxide, indium-zinc oxide or gallium-zinc oxide) and a monovalent metal oxide (such as zinc oxide, gallium oxide, And the raw materials are mixed thoroughly through the ball milling step, and uniform IGZO can be produced through the steps of drying and calcination.
상기 IGZO의 제조 방법에서, 상기 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 원료는 인듐-갈륨 산화물과 산화아연의 조합, 인듐-아연 산화물과 산화갈륨(Ga2O3)의 조합 또는 갈륨-아연 산화물과 산화인듐의 조합이며, 또한 상기 단계(A)는 볼밀링법으로 상기 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 원료를 혼합하여 상기 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 혼합물을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. In the method for producing IGZO, the raw material containing indium, gallium and zinc may be a combination of indium-gallium oxide and zinc oxide, a combination of indium-zinc oxide and gallium oxide (Ga 2 O 3 ) or a combination of gallium- Indium, and the step (A) preferably includes a step of mixing the indium, gallium and zinc containing raw materials by ball milling to form a mixture containing indium, gallium and zinc.
상기 IGZO의 제조 방법에서, 단계(B)는 80℃ ~ 120℃에서 상기 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 혼합물을 건조하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.In the method for producing IGZO, step (B) preferably comprises drying the mixture containing indium, gallium and zinc at 80 ° C to 120 ° C.
상기 IGZO의 제조 방법에서, 단계(C)는 700℃ ~ 900℃에서 건조한 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 혼합물을 하소하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. In the above method for producing IGZO, step (C) preferably includes calcining the mixture containing indium, gallium and zinc which is dried at 700 ° C to 900 ° C.
본 설명서에서, 상기의 볼밀링법은 습식 볼밀링법 또는 건식 볼밀링법일 수 있다.In this manual, the above ball milling method may be a wet ball milling method or a dry ball milling method.
본 설명서에서, 상기의 '산용해'는 질산, 염산 또는 황산과 같은 산성 용액을 사용하여 이 단계를 진행할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, ph값을 조절하는 알칼리성 용액은 예를 들면 수산화암모늄이지만, 이에 한정되지 않는다.In this manual, the above-mentioned 'acid solution' may be carried out using an acidic solution such as, but not limited to, nitric acid, hydrochloric acid or sulfuric acid. The alkaline solution for adjusting the pH value is, for example, ammonium hydroxide, but is not limited thereto.
본 발명의 다른 목적은 고품질의 IGZO 타겟 원료로 사용할 수 있도록 균일한 입경 크기와 높은 비표면적 등 장점을 가진 조성물을 제조하는 것이다.Another object of the present invention is to prepare a composition having advantages such as uniform particle size and high specific surface area for use as a high quality IGZO target raw material.
상기 목적에 도달하기 위하여, 본 발명은 또한 IGZO 타겟의 제조에 이용되는 조성물을 제공한다. 상기 조성물은 인듐-갈륨 산화물과 산화아연을 함유하는 혼합물, 인듐-아연 산화물과 산화갈륨을 함유하는 혼합물, 갈륨-아연 산화물과 산화인듐을 함유하는 혼합물, 인듐-갈륨-아연 산화물 및 이들의 조합물과 같은 다원계 금속산화물을 포함하는 혼합물로 이루어진 군에서 선택된다.To reach this objective, the present invention also provides a composition for use in the production of an IGZO target. Said composition comprising a mixture containing indium-gallium oxide and zinc oxide, a mixture containing indium-zinc oxide and gallium oxide, a mixture containing gallium-zinc oxide and indium oxide, an indium-gallium-zinc oxide and combinations thereof ≪ / RTI > and a mixture comprising a multi-component metal oxide such as < RTI ID = 0.0 >
상기 조성물은 인듐-갈륨 산화물과 산화아연의 혼합물을 함유하는 것이 바람직하다. 상기 인듐-갈륨 산화물의 평균 입경은 6 ~ 7㎛이며, 또한 비표면적은 40 ~ 60 m2/g인 것이 바람직하다.The composition preferably contains a mixture of indium-gallium oxide and zinc oxide. The indium-gallium oxide preferably has an average particle diameter of 6 to 7 占 퐉 and a specific surface area of 40 to 60 m 2 / g.
인듐-갈륨 산화물의 결정상은 주로 InGaO3인 것이 바람직하다.The crystalline phase of the indium-gallium oxide is preferably InGaO 3 .
인듐-갈륨 산화물 중에서 인듐:갈륨의 원자비는 1:0.95 ~ 1:1.05이며, 인듐-아연 산화물 중에서 인듐:아연의 원자비는 1:0.95 ~ 1:1.05이며, 갈륨-인듐 산화물 중에서 갈륨:아연의 원자비는 1:0.95 ~ 1:1.05인 것이 바람직하다.Among the indium-gallium oxides, the atomic ratio of indium to gallium is 1: 0.95 to 1: 1.05, and the indium to zinc atom ratio of indium to zinc is 1: 0.95 to 1: 1.05. Is preferably 1: 0.95 to 1: 1.05.
본 발명에 따르면, 상기의 인듐-아연 산화물, 갈륨-아연 산화물 또는 인듐-갈륨 산화물 등 2원계 금속산화물은 주로 분말형이며, 추가적으로 연마하여 후속 가공 공정에 이용할 수 있다.According to the present invention, the binary metal oxide such as indium-zinc oxide, gallium-zinc oxide, or indium-gallium oxide is mainly in powder form and can be further polished and used in subsequent processing.
상기 조성물에 상기 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO) 제조 방법에 따라 제조된 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO)이 포함되는 것이 바람직하다. 하소를 거쳐 제조된 인듐-갈륨-아연 산화물의 결정상은 주로 InGaZnO4이며, 인듐: 갈륨: 아연의 원자비는 1:1:1에 가까우며, 더 정확하게는 1:0.95:0.95 ~ 1:1.05:1.05이다. 또한, 제조된 IGZO의 평균 입경은 1 ~ 3㎛이며, 비표면적은 5 ~ 15 m2/g이다.It is preferable that the above composition contains indium-gallium-zinc oxide (IGZO) prepared according to the above-mentioned method for producing indium-gallium-zinc oxide (IGZO). The crystal phase of the indium-gallium-zinc oxide produced by calcination is mainly InGaZnO 4 and the atomic ratio of indium: gallium: zinc is close to 1: 1: 1, more specifically 1: 0.95: 0.95 to 1: 1.05: 1.05 to be. The average particle size of the prepared IGZO is 1 to 3 占 퐉 and the specific surface area is 5 to 15 m 2 / g.
본 발명의 또 다른 목적은 균일한 IGZO를 원료로 사용하여, 복잡한 IGZO 타겟 제조 공정을 간소화시키고, 고품질의 IGZO 타겟을 제조하는 것이다.Another object of the present invention is to use a uniform IGZO as a raw material to simplify the process of manufacturing a complicated IGZO target and to produce a high quality IGZO target.
상기 목적에 도달하기 위하여, 본 발명은, (A) IGZO 타겟을 제조하는 조성물을 볼밀링하여, 입경이 0.3㎛ 미만인 연마 IGZO을 형성하는 단계;In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing an IGZO target, comprising: (A) ball milling a composition for producing an IGZO target to form an abrasive IGZO having a grain size of less than 0.3 탆;
(B) 연마 분말을 성형하여 그린(green body) 성형체를 얻는 단계;(B) obtaining a green body shaped body by molding an abrasive powder;
(C) 상기 그린 성형체를 탈지하는 단계; 및(C) degreasing the green compact; And
(D) 1400℃ ~ 1600℃에서 상기 그린 성형체를 소결하여 IGZO 타겟을 제조하는 단계를 포함하는 IGZO 타겟 제조 방법을 제공한다.(D) sintering the green compact at 1400 ° C to 1600 ° C to produce an IGZO target.
인듐-갈륨-아연 산화물로 IGZO 타겟을 제조하는 것이 바람직하다.It is preferable to prepare an IGZO target with an indium-gallium-zinc oxide.
연마 분말의 입경은 0.2 ~ 0.3㎛인 것이 바람직하다. 단계(B)에서, 냉간 등방압 성형법(cold isostatic pressing molding) 또는 슬립 주입 성형법(slip casting)을 사용하여 연마된 IGZO 분말을 성형하여 그린 성형체를 얻는 것이 바람직하다.The particle diameter of the abrasive powder is preferably 0.2 to 0.3 mu m. In step (B), it is preferable to obtain a green compact by molding the polished IGZO powder using cold isostatic pressing molding or slip casting.
본 발명은 고순도의 IGZO를 합성하여, IGZO 타겟을 제조하기 때문에, 혼합하는 원료의 종류를 감소시켜, 원료 간의 불균일한 혼합을 효과적으로 억제함으로써, 이차 위상 화합물의 생성을 방지하고, 분말 입경을 적당하게 제어하여, 상대 밀도가 높은 고품질의 IGZO 타겟을 제조한다. Since the IGZO target is produced by synthesizing high purity IGZO, the present invention reduces the kinds of raw materials to be mixed and effectively suppresses non-uniform mixing among the raw materials, thereby preventing the generation of secondary phase compounds, To produce a high-quality IGZO target having a high relative density.
본 발명의 다른 목적은 스퍼터링 제조 공정에서 IGZO 타겟이 비정상적인 방전효과를 발생하는 것을 방지하기 위하여, 본 발명으로 제조된 고순도의 IGZO 분말을 이용하여 실질적으로 기타 이차 위상 화합물을 갖지 않는 고품질의 IGZO 타겟을 제조하는 것이다. 상기 타겟 중 주요한 결정상은 주로 InGaZnO4이다.Another object of the present invention is to provide a high-quality IGZO target having substantially no other secondary phase compound by using the high-purity IGZO powder produced by the present invention in order to prevent the IGZO target from generating an abnormal discharge effect in the sputtering manufacturing process . The predominant crystal phase of the target is mainly InGaZnO 4 .
상기 목적에 도달하기 위하여, 본 발명은 주요한 결정상이 주로 InGaZnO4인 IGZO 타겟을 제공한다.In order to reach the above object, the present invention provides an IGZO target in which the main crystal phase is mainly InGaZnO 4 .
본 발명의 IGZO 타겟은 상기 IGZO 타겟 제조 방법으로 제조되는 것이 바람직하다. 상기 IGZO 타겟은 실질적으로 ZnGa2O4를 갖지 않는 것이 바람직하다. 본 발명의 IGZO 타겟에서 InGaZnO4의 입경은 0.3㎛ 이하인 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 0.1㎛ ~ 0.3㎛이다. The IGZO target of the present invention is preferably produced by the above IGZO target production method. The IGZO target is preferably substantially free of ZnGa 2 O 4 . In the IGZO target of the present invention, the grain size of InGaZnO 4 is preferably 0.3 탆 or less, and most preferably 0.1 탆 to 0.3 탆.
상기 IGZO 타겟에서 인듐:갈륨:아연의 원자비는 1:0.95:0.95 ~ 1:1.05:1.05인 것이 바람직하다. 상기 IGZO 타겟의 상대 밀도는 95%보다 높은 것이 바람직하다.The atomic ratio of indium: gallium: zinc in the IGZO target is preferably 1: 0.95: 0.95 to 1: 1.05: 1.05. The relative density of the IGZO target is preferably higher than 95%.
본 발명에 따르면, '품질'이란 타겟의 각 성분 간의 균일성 또는 이차 위상화합물이 전체 타겟에서 차지하는 함량을 말한다. 타겟 중에서 혼합 성분이 균일할수록 또는 전체 타겟에 함유된 이차 위상 화합물 함량이 작을수록, 타겟이 비교적 높은 품질을 가진다는 것을 의미한다. 고품질의 타겟을 사용하여 박막 스퍼터링 공정을 진행하여 성분이 비교적 균일한 박막을 제조할 수 있다.According to the present invention, 'quality' refers to the uniformity among the respective components of the target or the content of the secondary phase compound in the entire target. The more uniform the mixed components in the target or the lower the content of the secondary phase compound contained in the whole target, the more the target has a higher quality. A thin film having a relatively uniform composition can be produced by conducting a thin film sputtering process using a high-quality target.
본 발명에 따르면, '상대 밀도'란 타겟의 실제 측량 밀도/이론 밀도의 백분비를 말하며, 상대 밀도의 크기는 타겟 구조의 치밀성을 판단하는 지표로 할 수 있다. 타겟의 상대 밀도가 높을수록, 타겟의 구조가 더 치밀하다는 것을 의미한다. 타겟의 상대 밀도가 낮을수록, 타겟의 구조가 더 느슨하다는 것을 의미한다. 만약 타겟의 상대 밀도가 과도하게 낮으면, 상기 타겟은 스퍼터링 과정에서 쉽게 과립형태의 구조로 응집되거나 또는 스퍼터링에 의해 형성된 박막 표면에 돌기물(nodule)을 형성한다. According to the present invention, 'relative density' refers to the percentage of the actual measurement density / theoretical density of the target, and the magnitude of the relative density may be an index for determining the compactness of the target structure. The higher the relative density of the target, the more dense the structure of the target. The lower the relative density of the target, the more loose the structure of the target. If the relative density of the target is excessively low, the target easily agglomerates into a granular structure in the sputtering process or forms a nodule on the thin film surface formed by sputtering.
본 발명에 따르면, '실질적으로 갖지 않는다'는 어떤 성분, 원소 또는 화합물이 완전히 또는 거의 완전히 결여되어 있음을 의미하며, 또한 그 효과는 어떤 성분, 원소 또는 화합물이 전혀 없다는 것을 의미한다. 바꾸어 말하자면, 물품에서 '실질적으로 갖지 않는' 성분 또는 원소가 측정 가능한 효과를 갖지 않으면, 상기 조성물은 실제적으로 여전히 상기 성분, 원소 또는 화합물을 포함할 수 있다. According to the present invention, "substantially free" means that a certain element, element or compound is completely or almost completely absent, and the effect also means that there is no element, element or compound. In other words, if the " substantially non-existent " component or element in the article does not have a measurable effect, the composition may still actually comprise the component, element or compound.
본 발명은 균일한 IGZO이 형성된 후, 단지 성형, 탈지와 소결 단계를 거치면, 고품질의 IGZO 타겟을 제조할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 IGZO 타겟의 제조 복잡성을 간소화시킬 수 있어, 제조원가를 효과적으로 낮출 수 있을 뿐만 아니라, IGZO 타겟의 품질도 향상시킬 수 있다.The present invention can produce a high-quality IGZO target by simply forming, degreasing and sintering steps after a uniform IGZO is formed. Therefore, the present invention can simplify the manufacturing complexity of the IGZO target, effectively lowering the manufacturing cost, and improving the quality of the IGZO target.
도 1은 실시예 1에서의 인듐-갈륨 산화물의 XRD 실험 결과도이다.
도 2는 실시예 1에서의 IGZO의 주사 현미경 사진이다.
도 3은 실시예 1에서의 IGZO의 XRD 실험 결과도이다.
도 4는 실시예 2에서의 IGZO의 XRD 실험 결과도이다.
도 5는 실시예 3에서의 IGZO 타겟의 XRD 실험 결과도이다.1 is an XRD experimental result of indium-gallium oxide in Example 1. Fig.
2 is a scanning electron micrograph of IGZO in Example 1. Fig.
3 is an XRD experimental result of IGZO in Example 1. Fig.
4 is a graph showing the XRD experiment result of IGZO in Example 2. Fig.
5 is an XRD experimental result of the IGZO target in Example 3. Fig.
다음은, 구체적 실시예를 통해 본 발명의 실시방식을 설명한다. 당업자는 본 설명서의 내용을 통해 본 발명이 달성하고자 하는 장점과 효과를 이해할 수 있고, 또한 본 발명의 정신에 위배되지 않는 각종 수정과 변경은 본 발명의 내용을 실행 또는 응용하기 위한 것이다.
The following describes embodiments of the present invention through concrete examples. Those skilled in the art will appreciate the advantages and effects that the present invention is intended to attain through the content of this description, and various modifications and alterations that do not contradict the spirit of the present invention are intended to be embodied or attempted to practice the present invention.
실시예Example 1: One: IGZOIGZO 의 제조Manufacturing
1. One. 2원계Binary system 금속산화물의 제조 Manufacture of metal oxides
순도 4N(99.99%)이상의 금속 인듐 및 금속 갈륨을 질산용액에 넣어 산용해시켜 초기 용액을 형성한다. 상기 초기 용액에 수산화암모늄 수용액을 떨어뜨려, 초기 용액의 pH값을 6.5 ~ 7.5로 조절한다. An initial solution is formed by dissolving an indium metal and a gallium metal having a purity of 4N (99.99%) or more in a nitric acid solution to dissolve the acid. The pH value of the initial solution is adjusted to 6.5 to 7.5 by dropping an aqueous solution of ammonium hydroxide in the initial solution.
그 후, 상기 초기 용액을 1시간 동안 정치(靜置)하는 숙성 단계를 진행하여 2원계 금속을 함유하는 침전물을 형성한다. 여기서, 2원계 금속을 함유하는 침전물은 인듐-갈륨 수산화물이다.Thereafter, the initial solution is allowed to stand for one hour to proceed to an aging step to form a precipitate containing a binary metal. Here, the precipitate containing the binary metal is indium-gallium hydroxide.
그 다음, 2원계 금속을 함유하는 침전물은 여러 차례의 여과 및 물 세척 단계를 통해 불필요한 불순물을 제거하고, 90℃의 오븐에서 건조시켜 연분말 형상으로 연마한 후, 항온 700℃에서 지속적으로 1시간 동안 하소(calcining)하여 인듐-갈륨 산화물 분말을 제조한다.Subsequently, the precipitate containing the binary metal was subjected to several filtration and washing steps to remove unnecessary impurities. The precipitate was dried in an oven at 90 ° C. and polished into a soft powder, and then continuously polished at a constant temperature of 700 ° C. for 1 hour And calcined to produce an indium-gallium oxide powder.
유도 결합형 플라즈마 질량 분석법(inductively coupled plasma-mass spectroscopy, ICP)을 이용하여 제조된 인듐-갈륨 산화물 분말을 분석한 결과, 2원계 금속산화물 중에서 인듐 원자는 45.8중량%(wt%)를 차지하고, 갈륨 원자는 28.64wt%를 차지하며, 인듐과 갈륨의 원자비는 1:1.03이다. 또한, X선 회절 분석기(X-ray diffractometer, XRD)로 제조된 인듐-갈륨 산화물 분말을 분석한 결과 숙성 단계의 pH값이 6.5 또는 7.5일지라도, 하소 단계를 거쳐 제조된 결정상은 모두 주로 InGaO3이며, 그 실험 결과는 도 1과 같다. 또한, 레이저 산란 입도 분석기(laser scattering particle size distribution analyzer)을 통해 분석한 결과, 인듐-갈륨 산화물 분말의 평균 입경(D50)은 약 6㎛ ~ 7㎛이며, 비표면적은 약 54m2/g이다.Analysis of the indium-gallium oxide powder prepared by inductively coupled plasma-mass spectroscopy (ICP) showed that indium atoms account for 45.8 wt% (wt%) of the binary metal oxides, and gallium The atom occupies 28.64 wt%, and the atomic ratio of indium and gallium is 1: 1.03. Analysis of the indium-gallium oxide powders prepared by X-ray diffractometer (XRD) showed that the pH of the aging step was 6.5 or 7.5, but the crystal phases prepared by the calcination step were mainly InGaO 3 , And the experimental results are shown in Fig. The average particle diameter (D50) of the indium-gallium oxide powder was about 6 탆 to 7 탆 and the specific surface area was about 54 m 2 / g as a result of a laser scattering particle size distribution analyzer.
2. 2. 2원계Binary system 금속산화물을 사용하여 Using metal oxides IGZOIGZO 을 제조Manufacturing
습식 볼밀링법을 이용하여 상기 제조 방법으로 형성된 순도가 99.99%이상인 인듐-갈륨 산화물 분말과 과량의 산화아연 분말(산화아연 분말은 약 인듐-갈륨 산화물 분말의 양론비의 1.5 ~ 2배이다)을 혼합하여 인듐, 갈륨 및 아연을 함유한 침전물을 형성한다. 그 다음, 상기 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 침전물에 대해 제2차 볼밀링을 중복하여 진행한다.The indium-gallium oxide powder having a purity of 99.99% or more and the excess zinc oxide powder (the zinc oxide powder is 1.5 to 2 times the stoichiometric ratio of the indium-gallium oxide powder) formed by the wet-ball milling method And mixed to form a precipitate containing indium, gallium and zinc. The second ball milling then proceeds in duplicate for the indium, gallium and zinc containing precipitate.
그리고, 90℃의 오븐에 넣어 건조시키고, 항온 900℃에서 1시간 하소하여 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO) 분말을 제조한다.Then, it is dried in an oven at 90 deg. C and calcined at a constant temperature of 900 deg. C for one hour to prepare an indium-gallium-zinc oxide (IGZO) powder.
도 2에 도시한 바와 같이, 주사 현미경 사진으로 제조된 인듐-갈륨-아연 산화물의 분말 형태를 분석한 결과, 본 발명의 상기 인듐-갈륨-아연 산화물 분말의 제조 방법으로 과립이 균일하고 1차 입경이 약 100nm인 인듐-갈륨-아연 산화물 분말을 제조할 수 있음을 증명하였다.As shown in FIG. 2, the powdery form of the indium-gallium-zinc oxide prepared by the scanning electron microscope was analyzed. As a result, it was confirmed that the granules were uniform and the primary particle diameter It has been proved that an indium-gallium-zinc oxide powder having a thickness of about 100 nm can be produced.
또한, ICP로 제조된 인듐-갈륨-아연 산화물 분말을 분석한 결과, 인듐 원자가 34.32wt%를 차지하고, 갈륨 원자는 21.298wt%를 차지하며, 아연 원자는 20.608wt%를 차지하고, 또한 인듐: 갈륨: 아연의 원자비는 1:1.02:1.05이다. 또한, XRD로 제조된 인듐-갈륨-아연 산화물 분말을 분석한 결과, 하소 단계를 거쳐 제조된 분말 결정상은 모두 주로 InGaZnO4이고, 그 실험 결과는 도 3에 도시한 바와 같다. 또한, 레이저 산란 입도 분석기의 분석 결과, 인듐-갈륨-아연 산화물 분말의 평균 입경(D50)은 약 2㎛이며, 비표면적은 약 6m2/g이다.
As a result of the analysis of the indium-gallium-zinc oxide powder produced by ICP, the indium atom occupies 34.32 wt%, the gallium atom occupies 21.298 wt%, the zinc atom occupies 20.608 wt%, and indium: gallium: The atomic ratio of zinc is 1: 1.02: 1.05. As a result of the analysis of the indium-gallium-zinc oxide powder prepared by XRD, the powder crystal phase produced through the calcination step is mainly InGaZnO 4 , and the experimental results are as shown in FIG. As a result of analyzing the laser scattering particle size analyzer, the average particle size (D50) of the indium-gallium-zinc oxide powder was about 2 탆 and the specific surface area was about 6 m 2 / g.
실시예Example 2: 2: IGZOIGZO 의 제조Manufacturing
순도 4N(99.99%) 이상의 금속 인듐 및 금속 갈륨을 질산 용액에 넣어 산용해시켜, 2원계 금속산화물을 함유하는 초기 용액을 형성한다. 그 후, 과량의 산화아연을 넣은 다음, 수산화암모늄 수용액을 떨어뜨려, 용액의 pH값을 6 ~ 8로 조절한다. pH값을 적당한 범위로 조절하면, 초기 용액 중의 인듐 이온, 갈륨 이온 및 아연 이온은 공침(coprecipitation) 반응을 일으킨다.An indium and metal gallium having a purity of 4N (99.99%) or more is put in a nitric acid solution to be acid-dissolved to form an initial solution containing a binary metal oxide. Thereafter, excess zinc oxide is added, and then the aqueous solution of ammonium hydroxide is dropped to adjust the pH value of the solution to 6-8. When the pH value is adjusted to an appropriate range, the indium ion, gallium ion and zinc ion in the initial solution cause a coprecipitation reaction.
그 다음, 상기 초기 용액을 1시간 동안 정치하여, 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 침전물을 얻는다. 여기서, 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 침전물은 인듐-갈륨-아연 수산화물의 침전물이다.The initial solution is then allowed to stand for one hour to obtain a precipitate containing indium, gallium and zinc. Here, the precipitate containing indium, gallium and zinc is a precipitate of indium-gallium-zinc hydroxide.
그리고, 인듐-갈륨-아연 수산화물의 침전물을 여러 차례의 여과 및 물 세척 단계를 통해 불필요한 불순물을 제거한 다음, 90℃의 오븐에 넣고 건조시키고, 분말형상으로 연마한 후, 항온 900℃에서 지속적으로 1시간 동안 하소하면 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO) 분말을 얻는다.Then, the precipitate of indium-gallium-zinc hydroxide was subjected to several filtration and washing steps to remove unnecessary impurities. The precipitate was placed in an oven at 90 캜, dried, polished in a powder form, Calcination for a period of time yields an indium-gallium-zinc oxide (IGZO) powder.
ICP를 이용하여 본 실시예에서 제조된 인듐-갈륨-아연 산화물 분말을 분석한 결과, 인듐 원자는 27.034중량%(wt%)를 차지하고, 갈륨 원자는 16.637wt%를 차지하며, 아연 원자는 15.963wt%를 차지하며, 인듐: 갈륨: 아연의 원자비는 1:1.02:1.04이다. 또한, XRD로 제조된 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO) 분말을 분석한 결과, 하소단계를 거쳐 제조된 분말 결정상은 주로 InGaZnO4이며, 그 실험 결과는 도 4에 도시한 바와 같다. 또한, 레이저 산란 입도 분석기의 분석 결과, 인듐-갈륨-아연 산화물 분말의 평균 입경(D50)은 약 2.5㎛이며, 비표면적은 약 10m2/g이다.
As a result of the analysis of the indium-gallium-zinc oxide powder produced in this example using ICP, the indium atom occupied 27.034 wt%, the gallium atom occupied 16.637 wt%, the zinc atom occupied 15.963 wt% %, And the atomic ratio of indium: gallium: zinc is 1: 1.02: 1.04. As a result of analyzing the indium-gallium-zinc oxide (IGZO) powder produced by XRD, the powder crystal phase produced by calcination step is mainly InGaZnO 4 , and the experimental result is as shown in FIG. As a result of analysis of the laser scattering particle size analyzer, the average particle size (D50) of the indium-gallium-zinc oxide powder was about 2.5 μm and the specific surface area was about 10 m 2 / g.
실시예Example 3: 3: IGZOIGZO 타겟의Target 제조 Produce
실시예 1 또는 실시예 2에서 제조된 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO) 분말을 사용하여 0.3㎛미만으로 볼밀링한 후, 냉간 등방압 성형법(cold isostatic pressing molding) 또는 슬립 주입 성형법(slip casting)으로 그린 성형체를 얻는다. 그 다음, 상기 그린 성형체를 탈지하고, 1480℃의 온도에서 10시간 동안 소결하여, 상대 밀도가 95%보다 큰 IGZO 타겟을 얻는다.(IGZO) powders prepared in Example 1 or Example 2 were subjected to ball milling to less than 0.3 탆 and then cold isostatic pressing molding or slip casting was carried out using the indium-gallium-zinc oxide (IGZO) To obtain a green compact. Then, the green compact is degreased and sintered at a temperature of 1480 DEG C for 10 hours to obtain an IGZO target having a relative density of greater than 95%.
실시예 1 또는 실시예 2의 상기 제조 방법을 통해, 본 발명은 원자비가 1:1:1에 가까운 고순도의 InGaZnO4 분말을 성공적으로 제조할 수 있다.Through the above-described manufacturing method of Example 1 or Example 2, the present invention provides a high-purity InGaZnO 4 having an atomic ratio close to 1: 1: 1 Powder can be successfully produced.
도 5에 도시한 바와 같이, XRD의 흡수 피크는 InGaZnO4의 특징 피크이며, ZnGa2O4의 특징 피크는 발견되지 않았고, 본 발명의 상기 제조 방법을 이용하여 성분이 균일한 IGZO 타겟을 제조할 수 있음을 확실히 보여 주었다.As shown in Fig. 5, the absorption peak of XRD was a characteristic peak of InGaZnO 4 , no characteristic peak of ZnGa 2 O 4 was found, and the IGZO target having a homogeneous component was produced using the above- I was able to show that it was possible.
따라서, 본 발명과 같이 균일한 2원계 금속산화물 또는 인듐-갈륨-아연 산화물 분말을 IGZO 타겟의 원료로 하면 제조 과정에서의 원료 간의 불균일한 혼합 또는 이차 위상 화합물의 생성을 줄일 뿐만 아니라, 또한 복잡한 IGZO 타겟 제조 공정을 대폭 간소화시켜, 상대 밀도가 높은 고품질의 IGZO 타겟을 형성할 수 있다.Therefore, when a homogeneous binary metal oxide or indium-gallium-zinc oxide powder is used as a raw material for the IGZO target, it is possible to reduce uneven mixing of raw materials or generation of a secondary phase compound in the manufacturing process, The target manufacturing process can be greatly simplified, and a high-quality IGZO target having a relatively high density can be formed.
상기 실시예는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 권리범위는 특허청구범위를 기준으로 한다.
The above embodiments are for convenience of description only, and the scope of the present invention is not limited to the above embodiments, and the scope of the present invention is based on the claims.
Claims (16)
(B) 상기 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 혼합물을 건조하여, 건조된 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 혼합물을 형성하는 단계; 및
(C) 상기 건조된 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 혼합물을 하소(calcining)하여, 인듐-갈륨-아연 산화물(indium-gallium-zinc oxide, IGZO) 조성물을 제조하는 단계
를 포함하며,
상기 인듐, 갈륨 및 아연을 함유하는 원료는, 순수 인듐, 순수 갈륨 또는 순수 아연을 포함하고,
상기 IGZO 조성물은 InGaZnO4의 결정상을 가지는 것을 특징으로 하는 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO) 조성물의 제조 방법.(A) dissolving a raw material containing indium, gallium and zinc in an acid solution to form a mixture having a pH value of 6 to 8 containing indium, gallium and zinc;
(B) drying the mixture containing indium, gallium and zinc to form a mixture containing dried indium, gallium and zinc; And
(C) calcining a mixture containing the dried indium, gallium and zinc to prepare an indium-gallium-zinc oxide (IGZO) composition
/ RTI >
The raw materials containing indium, gallium and zinc include pure indium, pure gallium or pure zinc,
The IGZO indium composition which is characterized by having a crystal phase of InGaZnO 4-gallium-zinc oxide (IGZO) method of the composition.
(B) 연마 분말을 성형하여 그린(green) 성형체를 얻는 단계;
(C) 상기 그린 성형체를 탈지하는 단계; 및
(D) 1400℃ ~ 1600℃에서 상기 그린 성형체를 소결하여 IGZO 타겟(IGZO target)을 제조하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 인듐-갈륨-아연 산화물 타겟(IGZO target) 제조 방법.(A) ball milling the indium-gallium-zinc oxide composition produced by the process according to claim 1 to form an abrasive powder having a grain size of less than 0.3 탆;
(B) shaping the abrasive powder to obtain a green molded body;
(C) degreasing the green compact; And
(D) sintering the green compact at 1400 ° C to 1600 ° C to produce an IGZO target (IGZO target)
Gt; (IGZO < / RTI > target).
상기 단계(B)는 냉간 등방압 성형법(cold isostatic pressing molding) 또는 슬립 주입 성형법(slip casting)을 사용하여 연마 분말을 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인듐-갈륨-아연 산화물 타겟(IGZO target) 제조 방법.12. The method of claim 11,
Wherein the step (B) comprises forming an abrasive powder using a cold isostatic pressing molding or a slip casting. ).
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