KR102329427B1

KR102329427B1 - 배선전극용 합금 조성물 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR102329427B1
Application number: KR1020200000701A
Authority: KR
Inventors: 정창오; 전근익; 전세주
Original assignee: 와이엠씨 주식회사
Priority date: 2020-01-03
Filing date: 2020-01-03
Publication date: 2021-11-24
Also published as: KR20210088030A

Abstract

본 발명은 우수한 전기비저항 특성과 우수한 내열특성을 갖는 배선전극용 합금 조성물과 그의 제조방법을 개시한다. 본 발명에 따른 배선전극용 합금 조성물은 Al을 주성분으로 하고 제1첨가물로서 Ni와 제2첨가물로서 Ti, C, P, Fe, Ga, Se, Sn 및 Te가 이루는 군에서 선택된 1종 이상을 포함한다.

Description

배선전극용 합금 조성물 및 그의 제조방법 {ALLOY COMPOSITION FOR WIRED ELECTRODES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 배선전극용 합금 조성물에 관한 것으로, 특히 우수한 전기비저항 특성과 우수한 내열특성을 가지면서 힐록(hillock) 생성이 억제되어 전기전도성의 열화가 억제된 배선전극용 합금 조성물에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 배선전극용 합금 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

최근의 디스플레이 장치로는 일반적으로 액정 디스플레이(LCD), 유기발광 디스플레이(OLED), 퀀텀닷(Quantum Dot) 디스플레이, 마이크로 LED 디스플레이 등이 있다.

일반적으로, 이들 디스플레이 장치는 공통적으로 디스플레이 패널상의 각 화소를 선택적으로 구동하기 위하여 스위칭 요소인 박막 트랜지스터(TFT)와, 투명한 전기전도성 산화막(TCO)으로 구성된 화소전극과, 이들간 전기적 연결을 위한 게이트 전극 등으로 구성된 백플레인(backplane) 기판을 포함한다.

특히, 상기 게이트 전극 라인의 재료로서는 일반적으로 Mo 금속이 사용되어왔다. 그러나, 최근들어 급속히 진행되는 디스플레이 패널의 대형화 및 고속 구동화 추세에 맞추어, 대략 11~12μΩ㎝의 박막 비저항을 갖는 Mo보다도 더 작은 배선저항을 갖는 재료가 요청된다. 더구나, 상기 재료는 예컨대 OLED의 경우 저온 다결정 실리콘(LTPS: low temperature polysilicon) 백플레인 기판의 제조공정에서 가해지는 고온(대략 400℃ 이상)에도 견디는 우수한 내열특성도 가져야 한다.

이에, Mo 금속을 대체하는 게이트 전극 라인용 재료로서 이보다 더 작은 대략 2.1~2.3μΩ㎝의 박막 비저항을 갖는 Cu나 Ag 금속이 검토되었으나, 이들 재료는 건식 식각 패터닝이 어려워 공정투입이 어렵다.

반면, Al 금속의 경우에는, 대략 3.1μΩ㎝의 박막 비저항을 가지면서도 습식 및 건식 식각 패터닝 모두가 가능하여 게이트 전극라인용 재료로서 유망하다. 다만, 순수 Al 박막으로 게이트 전극라인을 구성하는 경우, 상기 전극라인의 다층배선구조에서 열처리 공정중 인가되는 압축응력으로 인해 Al 원자가 외부로 확산되어 일종의 돌기를 이루는 이른바 Al 힐록(hillock)의 발생을 유발한다. 이러한 힐록은 후속공정에서 적층되는 다른 층과의 불평탄성을 초래하거나 또는 전극라인층들 간의 회로단락을 야기하므로, 이를 방지하기위해서는 상기 게이트 전극라인과 화소전극 간에 추가의 배리어 금속층을 추가로 형성하여 개재해야만 한다. 이러한 배리어 금속층은 전기접속 저항을 저하시켜 디스플레이 장치의 구동속도를 떨어뜨리고 또 그만큼 구조와 공정이 복잡해진다.

그러나, 상기 순수 Al 대신 Al-Ni 합금으로 게이트 전극라인을 구성하면, 계면에 전기전도성 Ni 함유 석출물이 형성되고 이로써 절연성 알루미늄 산화물이 생성되는 것이 억제되므로, 상기 Al 힐록 발생에 따른 비저항의 증가를 방지할 수 있어 위와 같은 배리어 금속층이 불필요하다.

이 경우, 배리어 금속층이 존재하지않고 게이트 전극라인이 화소전극과 직접 물리적 및 전기적으로 접촉하는 간단한 구조가 될 수 있으나, 상기 화소전극이 전도성이 비교적 낮은 산화막(TCO)으로 구성됨을 고려할 때 게이트 전극라인을 구성하는 재료는 보다 더 순수 Al에 근접하는 수준의 전기전도성 및 내열특성을 갖는 것이 요망된다.

일본특개2004-214606호(2004. 7. 29 공개) 일본특개2001-214261호(2001. 8. 7 공개)

본 발명은 Al 금속에 미량의 금속을 첨가하여 Al 금속의 낮은 비저항을 유지하면서도 내열특성이 향상된 배선전극용 합금 조성물과 그의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

위와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의한 배선전극용 합금 조성물은 Al을 주성분으로 하고 제1첨가물로서 Ni를 포함하는 배선전극용 합금 조성물로서, 제2첨가물로서 Ti, C, P, Fe, Ga, Se, Sn 및 Te가 이루는 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함한다.

또한, 선택적으로, 상기 Ni의 함량은 0.01~1.0 at%이고 상기 제2첨가물의 함량은 0.01~1.0 at%일 수 있다.

또한, 선택적으로, 상기 배선전극용 합금 조성물은 원소주기율표상 희토류 금속의 함유가 의도적으로 제외될 수 있다.

또한, 선택적으로, 상기 제1첨가물 및 제2첨가물은 상기 제1첨가물 및 제2첨가물의 각 염소 화합물이 200℃ 이하의 비등점을 갖도록 선택될 수 있다.

또한, 선택적으로, 상기 배선전극은 액정 디스플레이(LCD), 유기발광 디스플레이(OLED), 퀀텀닷(Quantum Dot) 디스플레이 또는 마이크로 LED 디스플레이용의 게이트 전극일 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 일 측면에 의한 배선전극용 합금 조성물의 제조방법은, Al을 주성분으로 하고 제1첨가물로서 Ni와 제2첨가물로서 Ti, C, P, Fe, Ga, Se, Sn 및 Te가 이루는 군에서 선택된 1종 이상의 금속원료들을 혼합하고 용해 및 주조하여 슬라브를 형성하는 단계와; 상기 슬라브를 압연하고 소둔하여 판재를 제조하는 단계를 포함한다.

또한, 선택적으로, 상기 용해 및 주조는 진공중에서 수행될 수 있다.

또한, 선택적으로, 상기 슬라브를 형성하는 단계는 상기 슬라브를 형성한 후 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 선택적으로, 상기 판재는 스퍼터링 타겟용일 수 있다.

또한, 선택적으로, 상기 조성물에서 상기 Ni의 함량은 0.01~1.0 at%이고 상기 제2첨가물의 함량은 0.01~1.0 at%일 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 일 측면에 의한 배선전극용 합금 조성물의 제조방법은, Al을 주성분으로 하고 제1첨가물로서 Ni와 제2첨가물로서 Ti, C, P, Fe, Ga, Se, Sn 및 Te가 이루는 군에서 선택된 1종 이상의 금속원료들을 혼합하고 용해한 후 스프레이 분무하여 예형체를 제조하는 단계와; 상기 예형체를 단조 및 압연한 후 소둔하여 판재를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 선택적으로, 상기 예형체를 제조하는 단계는 상기 예형체를 제조한 후 가압하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 선택적으로, 상기 판재는 스퍼터링 타겟용일 수 있다.

또한, 선택적으로, 상기 금속원료들은 원소주기율표상 희토류 금속을 함유하지않도록 제어될 수 있다.

본 발명에 따라 Ti, C, P, Fe, Ga, Se, Sn 및 Te가 이루는 군에서 하나 이상 선택되어 Al-Ni 조성에 첨가된 합금조성물은 순수 Al에 필적하는 우수한 전기비저항 특성과 그보다 향상된 우수한 내열특성을 가지며 특히 힐록 발생이 억제되므로 배선전극으로 사용시 적층되는 다른 층들과의 불평탄성을 초래하거나 또는 다른 배선전극과의 회로 단락 및 단선 등이 방지된다. 이러한 본 발명 조성물은 고속구동이 요구되는 디스플레이 장치의 게이트 전극 라인을 포함한 다양한 배선전극용으로서 유망하다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 Ti가 첨가된 Al-Ni-Ti 조성물로 구성된 박막시료의 전기 비저항값 특성변화를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 Ti가 첨가된 Al-Ni-Ti 조성물로 구성된 박막시료에서 발생된 힐록(hillock)의 밀도변화를 나타내는 그래프이다.
도 3a는 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 제조된 Al-0.04Ni-0.04Ti 조성 박막의 전자현미경 사진이고, 도 3b는 비교예로서 5N 순수 Al 조성 박막의 전자현미경 사진이다.

본 발명은 전기전도성과 내열특성이 개선된 배선전극용 조성물에 관한 것이다. 본 발명에서 사용되는 상기 용어 "배선전극"은 디스플레이 장치의 구동에 사용되는 게이트 전극라인 등의 특정한 배선전극들에 한정되지않고, 이 외에도 공지된 임의의 전기회로를 구성하는 임의의 배선전극 라인들을 일컬을 수 있다. 특히, 본 발명에서 바람직하게는, 상기 배선전극은 액정 디스플레이(LCD), 유기발광 디스플레이(OLED), 퀀텀닷(Quantum Dot) 디스플레이 또는 마이크로 LED 디스플레이용의 게이트 전극일 수 있다.

먼저, 본 발명에 따른 배선전극용 조성물은 Al 금속에 Ni를 첨가한 Al-Ni 합금조성을 기반으로 하여 이에 미량의 금속이 첨가되어 구성된다. 본 발명에서, 이러한 Ni의 첨가로 인하여, 형성된 배선전극의 계면에 전기전도성 Ni 함유 입자들이 석출되고 이로써 앞서 배경 기술에서 기술한 Al 힐록(hillock) 현상에 따른 절연성 Al 산화물의 생성 및 확산이 억제되므로 이로 인한 전기저항의 증가가 방지된다.

또한, 일 예로서 본 발명 조성물로 구성된 상기 배선전극이 디스플레이 패널의 구동을 위한 게이트 전극라인으로 사용되고 상기 게이트 전극라인이 화소전극과 물리적 및 전기적으로 직접 접촉하도록 되는 일반적인 구조에서, 위와 같이 계면에 석출된 전기전도성 Ni 함유 입자는 일반적으로 투명 전기전도성 산화막(TCO)으로 구성된 상기 화소전극과의 접촉 저항을 낮추어 디스플레이 패널로의 입력신호 전달이 시간 지연없이 이루어질 수 있다. 이는 대형디스플레이 패널의 고속구동에 매우 적합하다.

특히, 본 발명에 따른 배선전극용 조성물은 서로 다른 함유 금속간 화합물들의 입자크기 분포를 균일하게 제어함으로써 전기전도성과 내열특성을 개선할 수 있음에 착안한다.

이에 따라, 본 발명의 조성물은 아래 표 1에 보이듯이 상기 Al 및 Ni와 유사한 수준의 원자 반경을 갖는 금속으로서, 하기 조성식 1과 같이 첨가물 x가 Ti, B, C, Si, P, V, Fe, Ga, Se, Nb, Sn 및 Te가 이루는 군에서 하나 이상 선택되어 Al-Ni 조성에 첨가된 합금조성물로 구성된다. 본 발명에서 가장 바람직한 조성물로는 Ti가 Al-Ni 조성에 첨가된 합금조성물이다.

Al-Ni-x (조성식 1)

(이때, x는 Ti, B, C, Si, P, V, Fe, Ga, Se, Nb, Sn 및 Te가 이루는 군에서 선택된 하나 이상이다).

본 발명의 조성물 함유 금속원소	원자반경(pm)
Al	125
Ni	135
Ti	140
B	85
C	70
Si	110
P	100
V	135
Fe	140
Ga	130
Se	115
Nb	145
Sn	145
Te	140

위 표 1에 보이듯이, 본 발명의 조성물을 이루는 금속원소들은 서로 유사한 크기의 원자반경을 가지며, 이로써 합금조성물 내에서 비교적 균일한 입자크기 분포를 이루어 조성물의 비저항을 낮출 수 있고 내열특성이 개선된다.

또한, 본 발명 조성물에 함유된 첨가금속 x는 일반적으로 염소 가스를 사용하는 건식 식각 패터닝 공정에 유리하도록 선정될 수 있다. 즉, 상기 조성식 1과 같이 본 발명 조성물에 첨가된 금속 x는 특히 아래 표 2에 보이는 바와 같은 염소 화합물을 형성하며 이들 염소 화합물은 비교적 낮은 온도대의 비등점을 갖는다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 일반적인 백플레인 기판의 제조를 위한 건식 식각 패터닝 공정에서 통상 사용되는 온도대를 고려하여, 본 발명 조성물에 함유된 첨가금속 x를 상기 온도대에서 그의 염소 화합물이 충분히 휘발될 수 있는 허용온도 범위인 대략 200℃ 이하의 비등점을 갖는 원소로서 선택함으로써(예컨대, 표 2에서 Ti, B, C, Si, P, V, Ga, As, Se 및 Sn), 일반적인 상기 건식 식각 패터닝 공정에서 상기 염소 화합물을 휘발시켜 손쉽게 제거할 수 있다. 이에 따라, 잔사의 발생을 크게 줄일 수 있고 공정을 단순화할 수 있어 매우 유리하다.

조성식 1에서의 x	x의 염소 화합물	x의 염소 화합물의 비등점(℃)
Ti	TiCl₄	136.4
B	BCl₃	12.6
C	CCl₄	76.7
Si	SiCl₄	57.7
P	PCl₃	75
V	VCl₄	148
Fe	FeCl₃	316
Ga	GaCl₃	201
As	AsCl₃	130.2
Se	SeCl₂	127
Nb	NbCl₅	248.2
Sn	SnCl₄	114
Te	TeCl₄	380

반면에, 본 발명자들은 상기 조성식 1의 x 및 y로서 원소주기율표상 희토류 금속을 선정할 경우는 상기 건식 식각 패터닝 공정에서 염소가스와 반응하여 대개 1000℃ 이상의 비등점을 갖는 염소 화합물들을 형성함을 발견하였다.

예컨대, 상기 건식 식각 패터닝 공정에 사용하는 염소가스와 반응하여, 희토류 금속 Y의 경우는 대략 1482℃의 비등점을 갖는 YCl₃를 형성하고, 희토류 금속 La의 경우는 대략 1000℃의 비등점을 갖는 LaCl₃를 형성한다. 따라서, 이렇게 고온의 비등점을 갖는 이들 금속이 배선전극용 조성물에 함유될 경우, 통상적인 백플레인 기판의 제조공정에 사용되는 금속의 건식 식각 패터닝 공정에서는 휘발되지않고 제거되지않아 결국 제조공정에서 잔사의 발생을 야기한다.

뿐만 아니라, La나 Y 등의 희토류 금속은 본 발명 조성물내 금속원소들의 원자반경(표 1 참조)보다 상대적으로 매우 큰 원자반경을 갖는다(La의 원자반경: 195pm, Y의 원자반경: 180pm). 따라서, 조성물 내 함유된 다른 금속원소보다 매우 더 큰 La나 Y 등의 희토류 금속은 조성물에 함유시 비저항을 크게 증가시킨다.

따라서, 본 발명의 배선전극용 조성물은 원소주기율표상 희토류 금속의 함유가 의도적으로 제외된다.

본 발명에 따른 배선전극용 조성물은 바람직하게는 0.01~1.0 at%의 Ni와 0.01~1.0 at%의 상기 x를 포함하는 Al-Ni-x 조성물이고, 더 바람직하게는 0.02~0.06 at%의 Ni와 0.02~0.06 at%의 상기 x를 포함하는 Al-Ni-x 조성물이다.

또한, 본 발명에 따른 배선전극용 조성물은 일반적으로 원료를 주조, 압연 및 소둔(annealing)하고 기계적 가공하여 형성하는 공지된 주조법이나 또는 용해된 원료를 스프레이 분무함으로써 증착 형성한 예형체를 단조 및 압연하고 기계적 가공하여 형성하는 공지된 스프레이 포밍법을 사용하여 제조될 수 있다. 또한, 바람직한 일 실시예에서, 상기 주조법에 의한 제조에서 용탕이 공기와 접촉하지 않도록 용해로와 주형을 진공 분위기에서 진행하는 진공주조를 실시할 수도 있다.

또한, 이렇게 제조된 본 발명 조성물은 일반적인 스퍼터링법, 진공증착법, 아크이온 도금법 등을 사용하여 디스플레이 장치의 게이트 전극 라인을 포함한 다양한 배선전극으로 형성될 수 있다. 바람직하게는 스퍼터링법으로 배선전극을 형성할 수 있고 본 발명 조성물은 스퍼터링 타겟재의 형태로서 형성될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부 도면을 참조하며 상세히 설명하나, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 아니한다.

실시예(주조법에 의한 본 발명 조성물 제조)

본 발명의 상기 조성식 1에 따라 5N급 순수 Al과 0.01~1.0 at%의 Ni 및 0.01~1.0 at%의 x의 각 금속분말을 혼합하고 전기저항로에서 완전히 용해시켜 Al 합금 용탕을 만들고 이를 수냉 주형틀에 유입 및 응고시켜 두께 100mm의 슬라브를 제작하였다. 슬라브는 아직 합금원소들이 균일하에 고용되어 있지 않을 수 있기 때문에 500℃에서 10시간 열처리를 실시하여 합금원소들이 Al 모재 매트릭스에 균일하게 고용될 수 있도록 하였다. 이후, 주조한 슬라브를 원하는 두께의 판재 형태로 가공하기 위하여 압연을 실시하되, 회전하는 롤 사이로 슬라브를 통과시키며 압연을 진행하여 원하는 두께인 20mm의 판재를 제작하였다. 압연은 열간압연 후 냉간압연을 실시하는 방식으로 진행하였다. 이후, 기계 가공에 의한 내부 응력을 풀어주기 위하여 300℃의 온도로 승온 후 서서히 냉각하는 방식의 열처리를 시행하여 스퍼터링 타겟용 판재를 제작하고 이후 기계가공을 통해 원하는 크기의 스퍼터링 타겟재를 제작하였다.

실시예(스프레이 포밍법에 의한 본 발명 조성물 제조)

본 발명의 상기 조성식 1에 따라 5N급 순수 Al과 0.01~1.0 at%의 Ni 및 0.01~1.0 at%의 x의 각 금속분말을 혼합하고 유도가열로에 주입한 후 가열하여 Al 합금 용탕을 만들되, Al 합금의 용탕 온도는 800~950 ℃ 범위로 조절하여 가스분무기의 노즐 통과시 막힘 현상이 발생하지 않도록 하였다. 용해물이 노즐을 통하여 낙하할 때 가스 분무기를 통해 고압의 비활성가스 또는 질소 가스를 불어 넣어 용해물을 분무 상태로 만들어 낙하하도록 하였다. 가스/용해물 비율은 10N㎥/Kg으로 진행하였다(N㎥은 0℃, 1기압의 표준상태의 기체 부피를 ㎥으로 나타낸 것임). 그리고, 낙하하는 용해물을 콜렉터로 증착시켜 예형체를 제작하되, 낙하거리는 1000mm로 조정하였다.

예형체는 이후 열간 등방 가압(HIP) 처리에 의해 치밀한 조직으로 변화되었다. HIP 처리는 스테인레스로 봉지하여 압력 80MPa, 온도 500℃ 하에서 5시간의 조건으로 진행하였다. HIP 처리후 스테인레스 봉지를 해체하여 Al 합금 잉곳을 꺼낸 후 이를 단조 처리하여 두께 100mm의 슬라브를 제작하였다. 단조는 500℃에서 2시간 진행하였다. 이후, 회전하는 롤 사이로 슬라브를 통과시키는 압연공정을 진행하고 온도 400℃ 조건에서 압하율 80%로 진행하여 원하는 두께인 20mm 판재를 제작하였다. 이후 기계 가공에 의한 내부 응력을 풀어주기 위하여 300℃의 온도로 승온 후 서서히 냉각하는 방식의 열처리를 시행하여 스퍼터링 타겟용 판재를 제작하였고 이후 기계가공을 통해 원하는 크기의 스퍼터링 타겟재를 제작하였다.

전기비저항 특성 및 내열특성

본 발명의 실시예들에서, 상기 조성식 1에 따라 제조된 스퍼터링 타겟재를 스퍼터링하여 여러 박막시료를 제조하고, 이의 전기 비저항값과 발생되는 힐록(hillock)의 밀도를 측정한 결과를 아래 표 3에 나타낸다.

Al-Ni-x 조성 박막의 실시예 1~12 / 5N 순수 Al 조성 박막의 비교예	x	Ni 함량 (at%)	x 함량 (at%)	전기 비저항 (μΩ·cm)		힐록 밀도 (#/㎛²)
Al-Ni-x 조성 박막의 실시예 1~12 / 5N 순수 Al 조성 박막의 비교예	x	Ni 함량 (at%)	x 함량 (at%)	As deposited	열처리 후	단일막	Mo 캐핑된 이중막
실시예 1	Ti	0.02	0.02~0.06	4.4~4.6	4.0~4.32	0.26~0.28	0.18~0.2
실시예 2	B	0.02	0.02~0.06	4.5~5.0	4.1~4.7	0.27~0.35	0.19~0.28
실시예 3	C	0.02	0.02~0.06	4.5~5.1	4.2~4.7	0.28~0.35	0.20~0.31
실시예 4	Si	0.02	0.02~0.06	4.5~4.9	4.1~4.6	0.28~0.35	0.19~0.27
실시예 5	P	0.02	0.02~0.06	4.6~5.1	4.3~4.8	0.27~0.34	0.20~0.28
실시예 6	V	0.02	0.02~0.06	4.5~4.9	4.2~4.6	0.27~0.33	0.19~0.25
실시예 7	Ga	0.02	0.02~0.06	4.6~5.2	4.3~5.0	0.28~0.34	0.19~0.30
실시예 8	Se	0.02	0.02~0.06	4.5~5.0	4.1~4.8	0.27~0.37	0.20~0.32
실시예 9	Nb	0.02	0.02~0.06	4.5~4.9	4.2~4.6	0.27~0.32	0.19~0.27
실시예 10	Sn	0.02	0.02~0.06	4.5~5.1	4.3~4.9	0.27~0.37	0.20~0.32
실시예 11	Te	0.02	0.02~0.06	4.5~5.0	4.1~4.8	0.27~0.39	0.19~0.33
실시예 12	Fe	0.02	0.02~0.06	4.5~5.1	4.2~4.9	0.28~0.35	0.20~0.29
비교예	없음	0	0	3.8	3.8	0.33	0.22

표 3에서, 전기 비저항의 측정을 위해 사용된 박막시료로서, 상기 "As deposited"는 해당 실시예 조성으로 대략 600㎚ 두께로 형성된 박막시료를 나타내고, 상기 "열처리 후"는 이러한 "As deposited" 박막을 대기분위기 하에서 430℃, 1시간 열처리한 박막시료를 나타낸다. 또한, 표 3에서, 힐록 밀도의 측정을 위해 사용된 박막시료로서, "단일막"은 200㎚ 두께의 해당 실시예 조성 박막을 대기분위기 하에서 430℃, 1시간 열처리한 박막시료를 나타내고, "Mo 캐핑된 이중막"은 200㎚ 두께의 해당 실시예 조성 박막을 Mo층으로 캐핑(capping)한 이중층 구조의 막을 마찬가지로 대기분위기 하에서 430℃, 1시간 열처리한 박막시료를 나타낸다.

표 3을 참조하면, Ti 첨가 조성을 비롯하여 본 발명 실시예들의 조성물들은 순수 Al(비교예)에 근접하는 수준의 우수한 비저항 특성을 보인다.

또한, 본 발명 실시예들의 조성물은 모두 순수 Al 조성(비교예)에 비하여 힐록 밀도가 낮아 힐록 발생이 효과적으로 억제됨을 알 수 있다. 앞서 살폈듯이 본 발명에 의하면 조성물 내 금속 화합물들의 입자크기 분포가 비교적 균일하게 제어됨으로써 외부로부터 열이 인가되더라도 이로 인해 발생하는 압축응력이 조성물 내에서 비교적 균일하게 분산되어 효과적으로 완화되므로, 종래와 같이 외부로부터 인가된 열로 인해 발생한 압축응력의 완화를 위해 Al 원자가 한 곳으로 집중 및 확산되는 힐록의 발생이 억제된다.

또한, 도 1~2는 Al-Ni-Ti 조성물로 형성된 박막시료의 Ti 함량에 따른 특성변화 그래프로서, 도 1은 그의 전기 비저항값을, 도 2는 발생되는 힐록의 밀도를 각각 나타낸 것이다. 도 1의 x축에서, "Al(1)"은 Al-0.02Ni-0.02Ti 조성, "Al(2)"는 Al-0.02Ni-0.04Ti 조성, "Al(3)"는 Al-0.02Ni-0.06Ti 조성의 각 박막시료를 나타내며, "Al(1)_H", "Al(2)_H" 및 "Al(3)_H"는 각각 열처리된 해당 박막시료를 각각 나타낸다. 또한, 도 2의 x축 역시 도 1의 x축과 마찬가지이며, 다만 부가된 "Al_H"는 열처리한 순수 Al 박막시료(비교예)를 나타내고, 또한 "Mo/Al_H", "Mo/Al(1)_H", "Mo/Al(2)_H" 및 "Mo/Al(3)_H"는 각각이 Mo층으로 캐핑된 이중막 구조의 해당 박막시료를 나타낸다. 각 박막시료의 구조, 두께 및 열처리 조건 모두는 표 3과 동일하다.

도 1~2를 참조하면, 0.02at%의 Ni와 0.04at%의 Ti가 첨가된 박막시료("Al(2)")가 순수 Al(비교예)에 유사한 수준의 우수한 비저항 특성을 보이며, 순수 Al 조성(비교예: "Al_H")보다도 힐록 발생이 양호하게 억제됨을 알 수 있다.

한편, 도 3a~3b는 제조된 박막 표면의 전자현미경 사진으로서, 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 Al-0.04Ni-0.04Ti 조성 박막의 것을, 도 3b는 비교예로서 5N 순수 Al 조성 박막의 것을 각각 나타낸다. 도 3a~3b를 참조하면, 서로간에 표면 구조상의 차이가 거의 없는 것으로 보인다.

위와 같이, 본 발명에 따라 Ti, B, C, Si, P, V, Fe, Ga, Se, Nb, Sn 및 Te가 이루는 군에서 하나 이상 선택되어 Al-Ni 조성에 첨가된 합금조성물은 순수 Al에 필적하는 우수한 전기비저항 특성과 그보다 개선된 내열특성을 갖는다. 본 발명의 합금조성물은 특히 힐록 발생이 억제되므로 배선전극으로 사용시 적층되는 다른 층들과의 불평탄성을 초래하거나 또는 다른 배선전극과의 회로 단락 및 단선 등이 효과적으로 방지된다. 이러한 본 발명 조성물은 고속구동이 요구되는 액정 디스플레이(LCD), 유기발광 디스플레이(OLED), 퀀텀닷(Quantum Dot) 디스플레이 또는 마이크로 LED 디스플레이용의 게이트 전극을 포함한 다양한 배선전극용으로서 유망하다.

이상, 상술된 본 발명의 실시예들에 있어서, 예컨대 선택된 원료의 순도, 불순물 함량 및 열처리 조건 등의 여러 실험조건에 따라 통상적인 오차범위 내에서 다소 변동이 있을 수 있음은 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 지극히 당연하다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims

주성분으로서의 Al;
제1첨가물로서 0.02~0.06 at% 함량범위의 Ni; 및
제2첨가물로서 0.02~0.06 at% 함량범위의, Ti, C, P, Fe, Ga, Se, Sn 및 Te가 이루는 군에서 선택된 1종 이상을 포함한 것을 특징으로 하는 배선전극용 합금 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 배선전극용 합금 조성물은 원소주기율표상 희토류 금속의 함유가 의도적으로 제외된 것을 특징으로 하는 배선전극용 합금 조성물.
제1항에 있어서,
상기 제1첨가물 및 제2첨가물은 상기 제1첨가물 및 제2첨가물의 각 염소 화합물이 200℃ 이하의 비등점을 갖는 것으로 선택된 것을 특징으로 하는 배선전극용 합금 조성물.
제1항에 있어서,
상기 배선전극은 액정 디스플레이(LCD), 유기발광 디스플레이(OLED), 퀀텀닷(Quantum Dot) 디스플레이 또는 마이크로 LED 디스플레이용의 게이트 전극인 것을 특징으로 하는 배선전극용 합금 조성물.
주성분으로서의 Al과, 제1첨가물로서 0.02~0.06 at% 함량범위의 Ni와, 제2첨가물로서 0.02~0.06 at% 함량범위의, Ti, C, P, Fe, Ga, Se, Sn 및 Te가 이루는 군에서 선택된 1종 이상의 금속원료들을 혼합하고 용해 및 주조하여 슬라브를 형성하는 단계와;
상기 슬라브를 압연하고 소둔하여 판재를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배선전극용 합금 조성물의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 용해 및 주조는 진공중에서 수행되는 것을 특징으로 하는 배선전극용 합금 조성물의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 슬라브를 형성하는 단계는 상기 슬라브를 형성한 후 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배선전극용 합금 조성물의 제조방법.
주성분으로서의 Al과, 제1첨가물로서 0.02~0.06 at% 함량범위의 Ni와, 제2첨가물로서 0.02~0.06 at% 함량범위의, Ti, C, P, Fe, Ga, Se, Sn 및 Te가 이루는 군에서 선택된 1종 이상의 금속원료들을 혼합하고 용해한 후 스프레이 분무하여 예형체를 제조하는 단계와;
상기 예형체를 단조 및 압연한 후 소둔하여 판재를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배선전극용 합금 조성물의 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 예형체를 제조하는 단계는 상기 예형체를 제조한 후 가압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배선전극용 합금 조성물의 제조방법.
제6항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 판재는 스퍼터링 타겟용인 것을 특징으로 하는 배선전극용 합금 조성물의 제조방법.
삭제
제6항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 금속원료들은 원소주기율표상 희토류 금속을 함유하지않도록 제어되는 것을 특징으로 하는 배선전극용 합금 조성물의 제조방법.
제6항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제1첨가물 및 제2첨가물은 상기 제1첨가물 및 제2첨가물의 각 염소 화합물이 200℃ 이하의 비등점을 갖도록 선택되는 것을 특징으로 하는 배선전극용 합금 조성물의 제조방법.