KR20080100358A - 전자 장치, 이의 제조방법 및 스퍼터링 타겟 - Google Patents

전자 장치, 이의 제조방법 및 스퍼터링 타겟 Download PDF

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KR20080100358A
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유진 와이 이바노프
티모시 케이 위멜스
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토소우 에스엠디, 인크
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Abstract

본 발명은 금속 산화물을 포함하는 제1 전극 및 알루미늄 합금 필름을 포함하는 제2 전극을 갖는 전자 장치 및 이를 위한 제조기술에 관한 것이다. 상기 제2 전극은 제1 전극에 직접 접촉하면서 전기적으로 접속되며, 알루미늄 합금 필름과 제1 전극 사이의 접촉 계면에서, 알루미늄 합금 필름을 구성하는 합금 성분들의 일부 또는 전부가 상기 접촉 계면을 거쳐 연장되는 침전물로서 존재하여 이러한 침전물에 의해 상기 금속 산화물이 상기 알루미늄 합금 필름에 접촉된다. 이러한 구조는 금속성 산화물로 이루어진 알루미늄 합금 필름과 전극이 직접 접촉할 수 있도록 하며 상기 전자 장치에서 차단 금속을 제거할 수 있도록 한다.
스퍼터링 타겟, 알루미늄 합금 필름, 금속 산화물, 전자 장치, 디스플레이 장치.

Description

전자 장치, 이의 제조방법 및 스퍼터링 타겟 {Electronic device, method of manufacture of same and sputtering target}
[관련 출원에 대한 상호 참조]
본 출원은 2006년 3월 6일자로 출원된 미국 가특허 출원 계열 번호 제60/779,704호의 우선권을 청구한다.
본 발명은 박막 형태의 전자 장치, 이의 제조방법, 및 스퍼터링 타겟에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 구성분으로서 능동 및 수동 매트릭스형 평판 디스플레이에 사용되는 화소 전극을 포함하는 신규한 디스플레이 장치(예: 반도체 디스플레이 및 액정 디스플레이, 반사 필름, 광학 부품 등, 및 알루미늄 합금 필름), 이의 제조방법, 및 스퍼터링 타겟에 관한 것이다.
능동 매트릭스형 액정 디스플레이는 스위칭 부재로서 박막 트랜지스터(TFT)를 사용하며, 화소 전극의 와이어링부(wiring section), 스캔 라인, 신호 컨덕터 등이 구비된 TFT 어레이 기판; 소정 간격으로 TFT 어레이 기판에 마주보게 배치된 보통 전극이 구비된 맞은 편 기판; 및 TFT 어레이 기판과 이의 맞은 편 기판 사이에 충전된 액정층으로 구성된다. 화소 전극의 경우, 산화인듐(In2O3) 등에 함유된 산화 주석(SnO) 약 10중량%를 갖는 산화인듐주석(ITO) 필름이 사용된다.
더욱이, 이들 화소 전극과 전기적으로 접속하는 와이어링부의 신호 컨덕터에 관하여, 순수한 알루미늄 또는 알루미늄 합금(예: Al-Nd)이 화소 전극과 직접 접촉하지 않도록, Mo, Cr, Ti 및 W와 같은 고융점 금속으로 제조된 다중층이 차단 금속으로서 이들 사이에 존재하도록 제조된다. 그러나, 최근, 이들 고융점 금속을 제거하고 화소 전극을 신호 컨덕터와 직접 접촉시키려는 시도가 진전되었다.
예를 들면, JP-A 제337976/1999에 따르면, 산화인듐에 함유된 산화아연 약 10중량%를 갖는 ITO 필름으로 화소 전극이 이루어진 경우, 신호 컨덕터와의 직접 접촉이 가능해진다.
미국 특허 제6,218,206호는 플라즈마 가공 또는 이온 주입에 의해 드레인 전극에 대해 표면 처리하는 방법을 기술하며, 미국 특허 제6,252,247호는 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극의 제1층 위에 N, O, Si 및 C와 같은 불순물을 함유하는 제2 상을 침착시킴으로써 다중층 필름을 형성하는 방법을 기술한다. 이들 방법을 채택하면, 고융점 금속이 제거되는 경우에도 화소 전극의 접촉 저항을 낮은 수준으로 유지시킬 수 있음이 분명하다.
통상적인 기술에서 내부 또는 사이에 차단 금속을 배치하는 이유는, 신호 컨덕터를 구성하는 알루미늄 또는 알루미늄 금속 와이어링이 화소 전극과 직접 접촉하는 경우, 접촉 저항이 증가하고 스크린의 디스플레이 품질이 불량해지기 때문이 다. 이는 알루미늄이 매우 쉽게 산화되고 이의 표면이 공기 중에서 쉽게 산화되기 때문이며, 화소 전극이 금속 산화물이므로 알루미늄이 필름 침착시 발생되는 산소와 필름 침착시 첨가되는 산소에 의해 산화되어 필름 표면 상에 산화알루미늄 층을 형성하기 때문이다. 이어서, 절연재층이 이러한 방식으로 신호 컨덕터와 화소 전극 사이의 접촉 계면에서 형성되는 경우, 신호 컨덕터와 화소 전극 사이의 접촉 저항이 증가하며, 스크린의 디스플레이 품질이 불량해질 것이다.
한편, 차단 금속이 알루미늄 합금의 표면 산화를 방지하고 알루미늄 합금 필름과 화소 전극 사이의 접촉을 개선시키는 작용을 본래부터 가짐에도 불구하고, 차단 금속 형성 방법은 반드시 차단 금속이 접촉 계면 사이에 배치되도록 기존 구조의 와이어링을 수득해야 하므로 차단 금속을 형성하기 위한 침착 챔버가 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극의 형성에 필요한 침착 스퍼터링 장치에 부가하여 추가로 제공되어야 한다. 그러나, 액정 패널 등의 비용이 물질 생산에 의해 감소됨에 따라, 제조비용의 증가와 차단 금속의 형성을 수반하는 생산성의 감소를 무시하기 어려워진다.
이러한 상황하에서, 차단 금속이 없을 수 있는 전극 물질 및 제조방법이 최근 요망된다. 이러한 요구에 부응하여, 미국 특허 제6,218,206호는 표면 처리를 수행하는 공정 하나를 보충하였다. 한편, 미국 특허 제6,252,247호에 따라, 게이트 전극, 소스 전극 또는 드레인 전극의 침착이 동일한 침착 챔버에서 연속적으로 수행될 수 있지만, 공정 단계수의 증가를 피할 수 없다. 이외에도, 챔버가 연속적으로 사용되는 경우, 불순물이 혼입될 수 있는 필름의 열 팽창 계수와 불순물이 혼 입되지 않은 필름의 열 팽창계수 사이의 차이로 인해 챔버의 벽을 필름이 박리시키는 현상이 종종 발생하며, 결과적으로 상기 장치가 보수 때문에 종종 중지되어야 한다. 더욱이, 특허 문헌 1에 따르면, 현재 가장 널리 사용되는 산화인듐주석(ITO)이 산화인듐아연(IZO)로 변경되어야 하는데, 이는 재료 비용을 증가시킨다.
디스플레이 장치의 디스플레이 품질을 유지하기 위해, 전극 물질은 전기 저항이 낮고 내열성이 높아야 한다. 예를 들면, 무정형 TFT(디스플레이 장치의 부재들 중의 하나) 등의 소스 및 드레인 전극 물질로서 사용하는 데 필요한 특성들은 전기 저항이 8μΩ.㎝ 이하(바람직하게는, 5μΩ.㎝ 이하)이고 내열 온도가 300 내지 350℃이다. 게이트 전극 물질로서 사용하기에 필요한 특성들은 전기 저항이 8μΩ.㎝ 이하이고 내열 온도가 400 내지 450℃이다. 화소를 판독하기 위해 소스/드레인 전극에서 전류가 항상 흐르므로, 전기 저항을 낮게 억제하여 디스플레이 장치의 전력 소모를 줄이는 것이 바람직하다. 더욱이, 저항과 조절 용량의 곱으로서 결정되는 시간 상수를 감소시켜, 디스플레이 패널이 확장되는 경우에도 디스플레이 품질이 유지될 수 있게 할 필요가 있다. 또한, 필요한 내열성은 디스플레이 장치의 구조에 따라 변하며 전극 형성 후의 후속 가공에 사용되는 절연막의 침착 온도와 반도체 층의 침착 온도 및 열처리 온도에 달려 있다.
차단 금속을 사용하지 않으면서 전자 장치에서 반사 전극과 TAB 접속 전극 사이의 물질의 공통성을 가능하게 하고 내열성과 함께 낮은 전기 저항과 낮은 접촉 저항을 실현할 수 있는 전기 특성을 유지할 수 있게 하는 기술을 수립하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 제조 단계의 수를 증가시키지 않으면서 전자 장치를 제조하 는 것이 바람직할 것이다.
이제, 본 발명은 본 발명을 실시할 수 있도록 바람직한 양태가 상세하게 기술되어 있는 후술되는 상세한 설명으로 기술될 것이다. 본 발명이 이들 특정한 바람직한 양태들을 참조로 기술되지만, 본 발명이 이들 바람직한 양태들에 국한되지 않음을 이해할 것이다. 오히려 반대로, 본 발명은 후술되는 상세한 설명을 고려하면 명백해질 무수한 대안, 수정 및 등가물을 포함한다.
전자 장치는 금속 산화물을 포함하는 제1 전극 및 알루미늄 합금 필름을 포함하는 제2 전극을 포함하며, 상기 제2 전극은 제1 전극에 직접 접촉하면서 전기적으로 접속된다. 본 발명의 요소로 사용되는 제1 전극으로서, 산화인듐주석 및 산화아연인듐이 예시된다. 바람직하게는, 상기 알루미늄 합금은 합금 성분으로서 Ca, Sr, Ba, Sm, Sc, Y, La, Mn, Cu, Zn, Ga, In, Sn 및 Bi로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 0.01 내지 6% 범위로 함유한다.
알루미늄 합금 필름과 제1 전극 사이의 접촉 계면에서, 알루미늄 합금 필름을 구성하는 합금 성분들의 적어도 일부가 침전물 또는 농축된 층으로서 존재하는 것이 바람직하다. 상기 알루미늄 합금 필름은 비평형 상태에서 고체 용액을 형성하는 합금 성분들의 일부 또는 전부가 침전물 또는 농축된 층이 되고 알루미늄 합금 필름의 전기 저항이 8μΩ.㎝ 이하로 억제되도록 형성되는 것이 바람직하다.
합금 성분들을 함유하는 알루미늄 합금 필름이 Me 농축된 층을 가지며, 알루미늄 합금 필름의 표면으로부터 1 내지 10nm의 두께 영역에서의 상기 Me 농축된 층의 Me 함량이 10% 이하인 것이 바람직하다. 본원에서 Me 농축된 층은 Me 함량이 알루미늄 합금 필름의 내부의 Me 함량보다 높은 층을 의미한다. 이어서, 이들 알루미늄 합금 필름은 디스플레이 장치에서 반사 필름 또는 TAB 접속 전극으로서 효과적으로 작용한다. 본원에서 사용되는 Me는 Ca, Sr, Ba, Sm, Sc, Y, La, Mn, Cu, Zn, Ga, In, Sn 및 Bi 중의 하나 이상을 의미한다.
본 발명에 따르는 제조방법은 전자 장치를 제조하기 위한 유용한 방법으로서 평가되며, 상기 방법은 기판 위에 형성된 알루미늄 합금 필름을 150 내지 400℃의 온도에서 가열함으로써 알루미늄 합금 필름에 함유된 합금 성분들의 적어도 일부를 함유하는 침전물을 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명의 스퍼터링 타겟은 상술한 바와 같이 알루미늄 합금 필름을 형성하는 데 유용한 타겟 물질이며, 이의 합금 성분으로서 Ca, Sr, Ba, Sm, Sc, Y, La, Mn, Cu, Zn, Ga, In, Sn 및 Bi로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 0.01 내지 6% 범위로 함유함을 특징으로 한다.
본 발명의 스퍼터링 타겟은 상술한 바와 같이 알루미늄 합금 필름을 형성하는 데 유용한 타겟 물질이며, 압출법에 의해 제조된다. 타겟 제조방법 및 타겟 성능의 추가 개선은 압출 공정에 의해 단일 피스 어셈블리를 제조함으로써 달성될 수 있으며, 이때 타겟과 배면 플레이트는 동일한 합금으로 이루어지며 접합 없이 하나의 형태로 모두 압출되거나 Al 합금과 배면 플레이트 기재용 또 다른 Al 합금으로부터 동시 압출 공정에 의해 제조된다. 본 발명은 알루미늄 합금 필름과 전극 사이에 직접 접촉이 가능하게 하며, 차단 금속을 제거함으로써 제조 인력-시간 및 비용을 감소시킨다. 이로써, 본 발명은 저비용 및 고성능 특성을 갖는 전자 장치 및 어레이 기판을 제공할 수 있다.
따라서, 금속 산화물을 포함하는 제1 전극 및 알루미늄 합금 필름을 포함하는 제2 전극을 포함하는 전자 장치가 제공된다. 상기 제2 전극은 제1 전극에 직접 접촉하면서 전기적으로 접속된다. 알루미늄 합금 필름과 제1 전극 사이의 접촉 계면에서, 알루미늄 합금 필름 중의 합금 성분들의 적어도 일부가 상기 접촉 계면을 거쳐 연장되는 침전물로서 존재하여 상기 금속 산화물을 상기 알루미늄 합금 필름에 접촉시킨다. 상술한 바와 같이, 상기 합금 원소들은, 예를 들면, 0.01 내지 6% 범위로 존재할 수 있다. 상기 합금 원소들은 Ca, Sr, Ba, Sm, Sc, Y, La, Mn, Cu, Zn, Ga, In, Sn 및 Bi로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 하나 이상의 예시 양태에서, 상기 금속 산화물은 산화인듐주석 또는 산화인듐아연일 수 있다. 다른 예시 양태에서, 상기 알루미늄 필름은 이의 합금 성분으로서 적어도 Sr을 함유한다. 또 다른 예시 양태에서, 합금 원소는 Mn, Ni 및 Cu부터 선택된다.
다른 예시 양태에서, 침전 형태의 합금 성분들을 포함하는 알루미늄 합금 필름은 전기 저항이 8μΩ.㎝ 이하이다. 한 양태에서, 상기 알루미늄 합금 필름은 농축된 층에서 Mn을 포함하며, 알루미늄 합금 필름의 표면으로부터 1 내지 10nm의 두께 영역에서의 상기 농축된 층의 Mn 함량이 알루미늄 합금 필름 내부의 Mn 함량에 8%를 더한 값을 초과하지는 않는다. 상술한 바와 같이, 제1 전극은 화소 전극일 수 있고, 전자 장치가 디스플레이 장치일 수 있다.
상기 전자 장치는, 기판 위에 형성된 알루미늄 합금 필름을 약 150 내지 400℃의 온도에서 가열함으로써 알루미늄 합금 필름에 함유된 합금 성분들의 적어도 일부를 함유하는 침전물을 형성하는 단계를 포함하는 방법을 통해 제조될 수 있다. 상기 알루미늄 합금 필름은 스퍼터링 방법에 의해 형성될 수 있다. 본 발명에 따라, 알루미늄 합금을 포함하는 스퍼터링 타겟이 제공될 수 있으며, 상기 알루미늄 합금은 Ca, Sr, Ba, Sm, Sc, Y, La, Mn, Cu, Zn, Ga, In, Sn 및 Bi로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 0.01 내지 6% 범위로 포함한다. 상기 스퍼터링 타겟은 단일 피스로 압출 방법을 통해 형성될 수 있으며, 이때 단일 피스는 타겟과 배면 플레이트를 둘 다 포함하고, 타겟과 배면 플레이트는 이들 사이의 접착 없이 하나의 형태로 압출된다. 상기 타겟과 배면 플레이트는 둘 다 동일한 합금으로 이루어질 수 있거나, 타겟이 제1 알루미늄 합금 조성을 갖고 또 다른 알루미늄 합금 조성이 배면 플레이트 기재에 사용되는 동시 압출에 의해 타겟과 배면 플레이트가 제조될 수 있다.
본 발명을 상술한 특정 양태를 들어 기술하였으나, 다수의 대안, 조합, 수정 및 변형이 당분야의 숙련가에게 명백함은 분명하다. 따라서, 상술한 바와 같은 본 발명의 바람직한 양태들은 예시일 뿐, 발명을 제한할 의도는 없다. 본 발명의 요지 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변화가 이루어질 수 있다.

Claims (12)

  1. 금속 산화물을 포함하는 제1 전극 및 알루미늄 합금 필름을 포함하는 제2 전극을 포함하며,
    상기 제2 전극은 제1 전극에 직접 접촉하면서 전기적으로 접속되며, 알루미늄 합금 필름과 제1 전극 사이의 접촉 계면에서, 알루미늄 합금 필름을 구성하는 합금 성분들의 일부 또는 전부가 상기 접촉 계면을 거쳐 연장되는 침전물로서 존재하여 이러한 침전물에 의해 상기 금속 산화물이 상기 알루미늄 합금 필름에 접촉되는, 전자 장치.
  2. 제1항에 있어서, 알루미늄 합금 필름이 이의 합금 성분로서 하나 이상의 원소를 0.01 내지 6% 범위로 함유하고, 상기 원소가 0.01 내지 6% 범위의 Ca, Sr, Ba, Sm, Sc, Y, La, Mn, Cu, Zn, Ga, In, Sn 및 Bi로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 전자 장치.
  3. 제1항에 있어서, 금속 산화물이 산화인듐주석 또는 산화인듐아연인, 전자 장치.
  4. 제2항에 있어서, 알루미늄 합금 필름이 이의 합금 성분으로서 적어도 Sr을 함유하는, 전자 장치.
  5. 제2항에 있어서, 알루미늄 합금 필름이 이의 또 다른 합금 성분으로서 Mn, Ni 및 Cu로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 0.01 내지 6% 범위로 추가로 함유하는, 전자 장치.
  6. 제1항에 있어서, 합금 성분들의 적어도 일부가 침전물로서 존재하고, 알루미늄 합금 필름의 전기 저항이 8μΩ.㎝ 이하인, 전자 장치.
  7. 제4항에 있어서, Mn을 함유하는 알루미늄 합금 필름이 Mn 농축된 층을 가지며, 알루미늄 합금 필름의 표면으로부터 1 내지 10nm의 두께 영역에서의 상기 Mn 농축된 층의 Mn 함량이 알루미늄 합금 필름 내부의 Mn 함량에 8%를 더한 값을 초과하지는 않는, 전자 장치.
  8. 제1항에 있어서, 제1 전극이 화소 전극이고, 전자 장치가 디스플레이 장치인, 전자 장치.
  9. 기판 위에 형성된 알루미늄 합금 필름을 150 내지 400℃의 온도에서 가열함으로써 알루미늄 합금 필름에 함유된 합금 성분들의 일부 또는 전부를 함유하는 침전물을 형성하는 단계를 포함하는, 제1항에 따르는 전자 장치의 제조방법.
  10. 알루미늄 합금 필름이 스퍼터링 방법에 의해 형성되는, 제1항에 따르는 전자 장치의 제조방법.
  11. Ca, Sr, Ba, Sm, Sc, Y, La, Mn, Cu, Zn, Ga, In, Sn 및 Bi 중의 하나 이상으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 0.01 내지 6% 범위로 포함하는 알루미늄 합금을 포함하는 스퍼터링 타겟.
  12. 제11항에 있어서, 압출법에 의해 제조되고, 타겟과 배면 플레이트가 동일한 합금으로 이루어지고 접합 없이 하나의 형태로 모두 압출되는 압출 공정에 의해 제조되는 단일 피스 어셈블리이거나 Al 합금과 배면 플레이트 기재를 위한 또 다른 Al 합금으로부터 동시 압출 공정에 의해 제조되는, 스퍼터링 타겟.
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