KR20010093248A

KR20010093248A - 스퍼터링 타겟트 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20010093248A
Application number: KR1020017008548A
Authority: KR
Inventors: 이시즈카케이이찌
Original assignee: 야마모토 기미찌; 가부시키 가이샤 닛코 마테리알즈
Priority date: 1999-11-09
Filing date: 2000-08-02
Publication date: 2001-10-27
Also published as: KR100413958B1; JP2001131736A; WO2001034869A1; JP3628566B2; TWI225521B

Abstract

산화 인듐 결정 중에 Zn이 고용된 또는 미고용의 In 리치(rich) 상과 산화 아연 결정 중에 In이 고용된 또는 미고용의 Zn 리치 상의 2상의 조직을 구비하고 있는 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트에 관한 것으로, 인듐 및 아연의 산화물을 주성분으로 하는 IZ0 투명 도전막이 가지고 있는 특성을 잃지 않으면서 개량을 도모하는 것이다.

타겟트 밀도의 향상을 도모하여, 결정입경을 균일미세화하여 항절 강도를 높여, 스퍼터링 타겟트의 방전을 안정화시킴과 동시에, 투명 도전막을 안정하고 또한 재현성이 좋게 얻을 수 있는 IZ0 스퍼터링 타겟트 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

Description

스퍼터링 타겟트 및 그 제조방법{SPUTTERING TARGET AND METHOD FOR PREPARATION THEREOF}

몇개의 금속 복합 산화물로 이루어진 투명 도전막(導電膜)은 높은 도전성과 가시광 투과성(可視光透過性) 을 가지고 있기 때문에, 액정 표시장치, 박막 일렉트로 루미네선스(electro-luminescence) 표시장치, 방사선 검출장치, 단말기기의 투명 타블렛, 창 유리의 결로(結露) 방지용 발열막, 대전(帶電) 방지막 혹은 태양광 집열기용 선택 투과막(選擇透過膜), 터치패널의 전극 등 다방면의 용도에 사용되고 있다.

이러한 금속복합 산화물로 이루어진 투명 도전막 중에서도 가장 보급되어 있는 것은 ITO라고 불리는 산화인듐-산화주석으로 이루어진 투명 도전막이다.

기타, 산화주석에 안티몬(ATO)을 첨가한 것 혹은 산화 아연에 알루미늄(AZO)을 첨가한 것 등이 알려져 있다. 이들은 막 특성이나 제조 비용 등이 각각 다르기 때문에, 그 용도에 따라서 적의(適宜) 사용되고 있다.

이 중에서, ITO 막 보다도 엣칭 속도가 큰 인듐 및 아연의 복합산화물(이하, 특히 언급하지 않은 한「IZO」라고 함)을 주성분으로 하는 투명 도전막을 사용하는 것이 제안되어 있다. (일본 특허 제 2695605호 공보 참조).

이때의 성막(成膜)시에 사용한 IZ0 타겟트는 열간정수압(熱間靜水壓) 프레스법에 의해 제조된 것이다 (상기 일본특허 공보 실시예 4∼12 참조).

그런데, 이러한 방법으로 제조된 종래의 IZO 스퍼터링 타겟트는 소결 밀도가 충분히 높다라고는 말할 수는 없으며, 결정입경(結晶粒徑)도 불균일하였다. 또한, 얻어진 타겟트는 벌크 저항이 충분히 낮다라고도 할 수 없어 DC 스퍼터링용으로서 반드시 최적의 스퍼터링 타겟트는 아니었다.

또한, 열간정수압 프레스법에 의한 소결 타겟트의 기계적 강도가 낮기 때문에, 스퍼터링 중 또는 타겟트의 취급 중에 흠이나 균열이 발생한다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 결정조직이 미세하고 소결체 밀도가 높으며 항절(抗折)강도가 큰 인듐및 아연 산화물을 주성분으로 하는 투명 도전막(透明導電膜) 형성에 적합한 IZ0 스퍼터링 타겟트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

도 l은 본 발명의 IZO 타겟트 소재 표면의 EPMA 에 의한 인듐의 정성(定性) 분석결과를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 IZO 타겟트 소재 표면의 EPMA 에 의한 아연의 정성 분석 결과를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 IZO 타겟트 소재 표면의 EPMA 에 의한 산소의 정성 분석 결과를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 IZO 타겟트의 굽힘 강도에 대한 누적 파괴 확률을 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명의 IZO 타겟트의 동(同) 와이불 플럿(weibull plot)을 나타낸 도면이다.

(발명의 개시)

이상의 문제점을 감안하여, 본 발명은 인듐 및 아연의 산화물을 주성분으로 하는 IZ0 투명 도전막이 가지고 있는 특성을 잃지 않으면서 개량(改良)을 도모하는 것을 목적으로 하며, 타겟트 밀도의 향상을 도모하고, 결정입경을 균일 미세화하며, 기계적 특성의 개선을 이루어 스퍼터링의 방전을 안정화시킴과 동시에, 투명 도전막을 안정하고 또한 좋은 재현성(再現性)으로 얻을 수 있는 IZ0 스퍼터링 타겟트 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명은,

1) 산화인듐 결정 중에 Zn이 고용(固溶)된 또는 미고용의 In 리치(rich) 상(相)과

산화 아연 결정 중에 In이 고용된 또는 미고용의 Zn 리치 상(相)의 2상(相)의

조직을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스

퍼터링 타겟트,

2) EPMA로 관찰한 Zn 원자의 응집체의 평균 지름이 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하

는 상기 1 기재의 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트,

3) EPMA로 관찰한 Zn 원자의 응집체의 평균 지름이 5㎛ 이하인 것을 특징으로 하

4) 소결체 밀도가 6.5 g/cm³이상인 것을 특징으로 하는 상기 1∼3의 각각에 기재

된 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트,

5) 평균 결정입경이 3㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1∼4의 각각에 기재된

인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트,

6) 평균 결정입경이 2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1∼5의 각각에 기재된

인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트,

7) 표면 거칠기가 Ra로 2㎛ 이하, 평균 항절 강도가 68 MPa 이상인 것을 특징으로

하는 상기 1∼6의 각각에 기재된 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타

겟트,

8) 표면 거칠기가 Ra로 0.5㎛ 이하, 평균 항절 강도가 78 MPa 이상인 것을 특징으

로 하는 상기 1∼6의 각각에 기재된 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링

타겟트,

9) 인듐-아연계 산화물 소결체 중의 불순물인 Fe, Al, Si, Ni, Ti, Cu가 각각 10

ppm(wt) 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1∼8 의 각각에 기재된 인듐-아연계

산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트,

10) 산화인듐과 산화 아연을 미분쇄한 후, 혼합조립(混合造粒)하여 이것을 콜드

프레스 및 또는 정수압(靜水壓) 냉간 압축에 의해 성형한 후, 산소 분위기 또

는 대기 중에서 1300∼1500℃로 가열 소결하는 것을 특징으로 하는, 산화 인듐

결정 중에 Zn이 고용된 또는 미고용의 In 리치(rich) 상(相)과 산화 아연결정

중에 In이 고용된 또는 미고용의 Zn 리치 상의 2상의 조직을 구비하고 있는 인

듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트의 제조방법,

11) EPMA로 관찰한 Zn 원자의 응집체의 지름이 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는

상기 1O 기재의 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트의 제조방법,

12) 소결체 밀도가 6.5 g/cm³이상인 것을 특징으로 하는 상기 10 또는 11에 기재

된 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트의 제조방법,

13) 평균 결정입경이 3㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 10∼12의 각각에 기재

14) 평균 결정입경이 2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 10∼12의 각각에 기재

15) 표면 거칠기가 Ra로 2㎛이하, 평균 항절 강도가 68 MPa 이상인 것을 특징으로

하는 상기 10∼14의 각각에 기재된 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링

타겟트의 제조방법,

16) 표면 거칠기가 Ra로 0.5㎛이하, 평균 항절 강도가 78 MPa 이상인 것을 특징으

로 하는 상기 l0∼15의 각각에 기재된 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터

링 타겟트의 제조방법,

17) 인듐-아연계 산화물 소결체 중의 불순물인 Fe, Al, Si, Ni, Ti, Cu가 각각 10

ppm(wt)이하인 것을 특징으로 하는 상기 10∼16의 각각에 기재된 인듐-아연계

산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트의 제조방법,

에 관한 것이다.

(발명의 실시의 형태)

인듐 및 아연의 산화물을 주성분으로 하는 스퍼터링 타겟트의 제조에 있어서는 예컨데 평균 입경이 2㎛의 산화 인듐 분(粉)과 동입경(同粒徑)의 산화아연 분을 중량비로 거의 90:10 이 되도록 칭량(秤量)하여, 성형용 바인더를 가하여 균일하게 혼합한다.

다음에, 이 혼합 분(粉)을 금형에 충전(充塡)하여 콜드 프레스 및 또는 CIP 로 가압 성형한 후 대기중 또는 산소 분위기중의 1300∼1500℃의 온도에서 소결한다.

IZO 스퍼터링 타겟트 소결체의 결정입경은 3㎛이하, 바람직하게는 2㎛이하, 보다 바람직하게는 1㎛ 이하로 한다. 또한, 필요에 따라서 소결체의 밀도를 6.5 g/cm³이상(상대 밀도 92.9% 이상)으로 하고, 또 IZO 중의 불순물인 Fe, Al, Si, Ni, Ti, Cu를 각각 10ppm(wt) 이하가 되도록 조정한다.

이렇게 하여 얻어진 IZ0 스퍼터링 타겟트는 산화 인듐 결정 중에 Zn이 고용된 또는 미고용의 In 리치(rich)상과 산화 아연 결정 중에 In이 고용된 또는 미고용의 Zn 리치 상의 2상의 조직을 구비하고 있으며, EPMA로 관찰한 Zn 원자의 평균 응집체의 지름이 1O㎛ 이하인 것은 본 발명의 현저한 특징인 것이다.

이와 같이 하여 얻어진 IZO 스퍼터링 타겟트 소결체를 평면 연삭기로 연삭하여 표면거칠기 Ra 2㎛ 이하의 IZO 타겟트 소재로 함에 의하여 항절 강도의 평균치가 68 MPa 이상이 된다. 또한 Ra 0.5㎛ 이하로 함에 의하여 항절 강도의 평균치가 78 MPa 이상이 된다.

여기서, 더욱더 IZ0 스퍼터링 타겟트의 스퍼터면에 경면가공(鏡面加工)을 실시하여 평균 표면거칠기 Ra가 0.2㎛ 이하로 하는 것도 좋다.

이 경면 가공(연마)은 기계적인 연마, 화학연마, 메커노케미컬 연마(기계적인 연마와 화학연마의 병용)등의 이미 알려져 있는 연마기술을 사용할 수 있다.

예를 들면, 고정 지립(固定砥粒) 폴리셔(polisher)(폴리셔 액(液) : 물)로 폴리싱하거나, 또는 유리 지립(遊離砥粒) 랩(lap)(연마재: SiC 페이스트 등)으로써랩핑(lapping) 후 연마재를 다이어몬드 페이스트로 변환하여 랩핑함으로써 얻을 수 있다. 이러한 연마방법에는 특히 제한은 없고, 양호한 평균 표면 거칠기 Ra가 달성되면 다른 연마 방법을 채용하더라도 좋다. 얻어진 IZ0 스퍼터링 타겟트를 백킹플레이트에 본딩한다.

다음으로 에어 블로 혹은 유수(流水) 세정 등의 청정처리를 행한다. 에어 블로로써 이물질을 제거할 때에는 노즐의 마주보는 쪽에서 집진기로 흡기(吸氣)를 행하면 보다 효과적으로 이물질을 제거할 수 있다. 그러나, 상기의 에어블로나 유수세정으로서는 한계가 있으므로, 여기에 다시 초음파 세정 등을 행하여도 좋다. 이 초음파 세정은 주파수 25∼300 KHz의 사이에서 다중 발진시켜 행하는 방법이 유효하다. 예컨데 주파수 25∼300 KHz의 사이에서 25 KHz 마다 12종류의 주파수를 다중발진시켜 초음파 세정을 행하는 것이 좋다.

이와 같이 하여 형성된 투명 도전막 형성용 IZO 스퍼터링 타겟트의 벌크 저항값을 1O mΩ·cm 이하로 할 수 있다. 이와 같이 IZO의 종래의 특성을 변화시키지 않고 IZ0 스퍼터링 타겟트의 벌크 저항값을 내릴 수 있다.

또한, 본 발명의 타겟트는 밀도가 높고, 결정입경이 보다 균일 미세화된 조직을 가지고 있으며, 더욱이 기계적 강도가 높다고 하는 특징을 가지고 있다. 이렇게 함으로써 투명 도전막을 안정하고 또한 재현성이 좋은 타겟트를 얻을 수 있다.

이어서 본 발명을 실시예에 의해 비교예와 대비하면서 설명한다.

IZO 스퍼터링 타겟트의 제조시에는 우선 평균 입경이 2㎛의 산화 인듐 분(粉)과 동입도(同粒度)의 산화 아연 분을 약 90:10 의 비율로 칭량하여, 균일하게 미분쇄 혼합한 후 성형용 바인더를 가하여 조립(造粒)하였다.

다음에, 이 원료 혼합 분을 금형에 균일하게 충전하여 콜드 프레스기로써 가압 성형하였다. 이와 같이 하여 얻은 성형체를 소결로에 의해 1380℃에서 5시간 소결하였다. 승온(昇溫) 중에는 산소분위기, 기타는 대기중(분위기), 승온 속도 4℃/min, 강온(降溫) 속도 1O℃/min으로 실시하였다.

그리고, 이와 같이 하여 얻어진 소결체의 표면을 평면 연삭기로 연삭하고, 측변을다이어 몬드 절단기로 절단하여 IZ0 타겟트 소재로 하였다.

이 IZO 타겟트 소재는 산화인듐 - 10.7 wt% 산화 아연이며, 밀도는 6.87 g/cm³(이론 밀도는 7.00 g/cm³)이었다. 또한 벌크 저항은 3.2 mΩcm 이었다. 또한 Fe, Al, Si, Ti, Ni, Cu의 불순물량은 1O ppm 이하였다.

다음에, 이 IZO 타겟트 소재의 조직의 관찰과 EPMA 에 의한 타겟트 표면의 정성 분석을 하였다. 이 결과, 평균 결정입경은 1.36㎛ 이었다. EPMA 에 의한 정성 분석의 결과를 도1, 도2 및 도3 에 나타낸다. 도1은 인듐 원자의 면(面) 분석 결과, 도 2는 아연 원자의 면 분석 결과, 그리고 도3은 산소원자의 면 분석 결과이다.

도1, 도2 및 도3에 나타내는 바와 같이, 면 내에 똑같이 응집한 아연 원자가 점재(點在)하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 아연 원자의 평균 응집 지름은 5㎛ 이하였다. 더욱이 공공(空孔)은 결정입경보다도 작으며 전체적으로 균일하게 분산되어 있다.

다음에, 폴리싱을 행하여, 본 발명의 실시예로써 Ra 0.4㎛로 한 판(실시예1)과, 길이 방향으로 평면 연삭을 행하여 Ra 1.2㎛로 한 판(실시예2)를 만들고, 또 비교예로서 길이 방향으로 평면연삭을 행하여 Ra 2.2㎛로 한 판을 만들었다.

그리고, 이들을 3점 굽힘시험을 행하여 강도를 측정하였다. 그 결과를 도4 및 도5에 나타낸다. 도4는 메디언·랭크법에 의한 굽힘 강도에 대한 누적 파괴 확률, 도5는 단일모드에 의한 와이불 플럿을 나타낸다.

또한, 도5 에서 파괴확률의 격차를 나타내는 와이불 계수(m값)를 구하여 이것을표1에 나타낸다. 또, 와이불 계수는 선형회귀직선을 구하는 것에 의해 m값을 얻는다. 와이블 계수가 클수록 비파괴 응력 최대치의 격차가 나타나지 않는 것을 뜻하고 있으나, 표1 에서 종래품보다 실시예품 쪽이 격차가 적으며, 안정된 재료 임을 확인할 수 있다.

도 4에서 Ra가 2.0㎛ 이상이 되면 항절 강도가 낮게 되는 것을 알 수 있다.

일반적으로, 평면 연삭 후의 표면거칠기는 결정입경에 대응한다. 입경이 불균일한 경우에는 Ra는 보다 커져서 그 만큼 항절강도가 저하한다. 종래의 조직은 불균일하기 때문에 이것에 해당한다.

상기의 대비로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 결정입경은 미세하고 더욱이 표면 거칠기가 작은 타겟트에 의해서 종래품을 상회(上回)하는 품질의 타겟트를 얻는 것이 가능해졌다.

	연삭조건 및표면 거칠기 Ra	와이불 계수
실시예1	폴리싱0.4㎛	10.2
실시예2	길이방향 평면연삭1.2㎛	11.1
비교예	길이방향 평면연삭2.2㎛	9.2

본 발명의 투명 도전막 형성용 IZ0 스퍼터링 타겟트는 인듐 및 아연 산화물을 주성분으로 하는(IZO) 투명 도전막이 가지고 있는 특성을 본질적으로 잃지 않으면서, 실질적으로 벌크 저항을 효과적으로 저하시킬 수 있다. 그리고, 이와 같이 하여 형성된 투명 도전막 형성용 IZ0 스퍼터링 타겟트의 벌크 저항값을 1O mΩ·cm 이하의 범위로 컨트롤할 수 있다.

또한, 본 발명의 타겟트는 밀도가 높고, 결정입경이 보다 균일미세화한 조직을 가지고 있으며, 더욱이 항절강도가 높다고 하는 특징을 가지고 있다. 이것에 의해서, 스퍼터링의 방전을 안정화시킬 수 있어, 투명 도전막을 안정하고 또한 재현성이 좋은 타겟트를 얻을 수 있다는 우수한 특징을 가지고 있다.

Claims

산화인듐 결정중에 Zn이 고용(固溶)된 또는 미고용의 In 리치(rich) 상(相)과 산화 아연 결정중에 In이 고용된 또는 미고용의 Zn 리치상의 2상의 조직을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트.
제1항에 있어서, EPMA로 관찰한 Zn 원자의 응집체의 평균 지름이 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트.
제1항에 있어서, EPMA로 관찰한 Zn 원자의 응집체의 평균 지름이 5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 소결체 밀도가 6.5 g/cm³이상인 것을 특징으로 하는 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 평균 결정입경이 3㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 평균 결정입경이 2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 거칠기가 Ra로 2㎛이하, 평균 항절 강도가 68 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 거칠기가 Ra로 0.5㎛이하, 평균 항절 강도가 78 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 인듐-아연계 산화물 소결체중의 불순물인 Fe, Al, Si, Ni, Ti, Cu가 각각 l0 ppm (wt)이하인 것을 특징으로 하는 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트.
산화인듐과 산화 아연을 미분쇄한 후 혼합조립(混合造粒)하여, 이것을 콜드 프레스 및 또는 정수압(靜水壓) 냉간 압축에 의해 성형한 후, 산소분위기 또는 대기 중에서 1300∼1500℃로 가열 소결하는 것을 특징으로 하는, 산화인듐 결정중에 Zn이 고용된 또는 미고용의 In 리치 상과 산화 아연 결정 중에 In이 고용된 또는 미고용의 Zn 리치 상의 2상의 조직을 구비하고 있는 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트의 제조방법.
제10항에 있어서, EPMA로 관찰한 Zn 원자의 응집체의 지름이 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트의 제조방법.
제10항 또는 제11항에 있어서, 소결체 밀도가 6.5 g/㎝³이상인 것을 특징으로 하는 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트의 제조방법.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 평균 결정입경이 3㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트의 제조방법.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 평균 결정입경이 2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트의 제조방법.
제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 거칠기가 Ra로 2㎛이하, 평균 항절강도가 68 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트의 제조방법.
제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 거칠기가 Ra로 0. 5㎛이하, 평균 항절강도가 78 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 인듐-아연계 산화물로 이루어진스퍼터링 타겟트의 제조방법.
제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 인듐-아연계 산화물 소결체 중의 불순물인 Fe, Al, Si, Ni, Ti, Cu가 각각 10 ppm (wt)이하인 것을 특징으로 하는 인듐-아연계 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟트의 제조방법.