KR20120038902A

KR20120038902A - Ｃｕ-Ｇａ 합금 스퍼터링 타겟의 제조 방법 및 Ｃｕ-Ｇａ 합금 스퍼터링 타겟

Info

Publication number: KR20120038902A
Application number: KR1020110104691A
Authority: KR
Inventors: 사다유키 요코바야시
Original assignee: 스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2012-04-24
Also published as: JP5418463B2; JP2012082498A; TWI498433B; TW201221660A; CN102451910A

Abstract

본 발명은 알칼리 금속을 함유하는 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제작하는 것을 목적으로 한다.
적어도 갈륨 및 구리를 함유하는 Cu-Ga 합금 분말과, 알칼리 금속 함유 유기물을 혼합한 혼합 분말을 소결하고, 알칼리 금속을 0.01?5 질량% 함유한 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제조한다.

Description

Ｃｕ-Ｇａ 합금 스퍼터링 타겟의 제조 방법 및 Ｃｕ-Ｇａ 합금 스퍼터링 타겟{METHOD FOR MANUFACTURING Cu-Ga ALLOY SPUTTERING TARGET AND Cu-Ga ALLOY SPUTTERING TARGET}

본 발명은, CIGS(Cu-In-Ga-Se 4원계 합금) 태양 전지의 광흡수층의 형성에 사용되는 알칼리 금속을 함유하는 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟의 제조 방법 및 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟에 관한 것이다.

최근, Cu-In-Ga-Se 4원계 합금으로 대표되는 박막 화합물 반도체를 광흡수층에 사용한 박막 태양 전지가 실용화되고 있다.

이 Cu-In-Ga-Se 박막 태양 전지는, 유리 기판 상에 플러스 전극이 되는 Mo 전극층이 형성되고, 이 Mo 전극층 상에 Cu-In-Ga-Se 합금막을 포함하는 광흡수층이 형성되며, 이 광흡수층 상에 ZnS, CdS 등을 포함하는 버퍼층이 형성되고, 이 버퍼층 상에 마이너스 전극이 되는 투명 도전막이 형성된 기본 구조를 갖고 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).

이 Cu-In-Ga-Se 박막 태양 전지를 고성능화하기 위해서는 광흡수층에 나트륨 등의 알칼리 금속을 첨가할 필요가 있다.

일반적으로, 소다석회를 주성분으로 하는 소다석회 유리 등을 기판에 이용하는 경우에는, 기판에 포함되는 알칼리 금속이 광흡수층으로 확산되기 때문에, 의도적으로 알칼리 금속을 첨가할 필요는 없다.

한편, 내열성이 우수한 무알칼리 유리나 저알칼리 유리를 기판에 이용하고자 하는 경우, 또는 플렉시블 태양 전지를 작성할 목적으로 금속 기판이나 플라스틱 기판을 이용하고자 하는 경우에는, 기판으로부터의 알칼리 금속의 확산을 기대할 수 없기 때문에 알칼리 프리커서를 이용함으로써, 알칼리 금속을 광흡수층으로 확산시킬 필요가 있다(예컨대, 특허문헌 2 참조).

특허문헌 2에 기재되어 있는 방법은, 알칼리 프리커서를 형성하고, 거기에서부터 광흡수층으로 알칼리 금속을 확산시킨다. 이 방법은, 알칼리 프리커서를 설치하기 때문에, 공정수가 증가하게 되어 산업적으로는 단점이 된다. 또한, 이와 같이 알칼리 금속을 광흡수층으로 확산시키는 방법에서는, 알칼리 금속의 첨가량을 미세하게 제어하는 것은 곤란하다. 또한, 이 방법은, 광흡수층의 두께 방향에서 생각하면, 알칼리 금속원에 가까운 쪽이 알칼리 금속의 농도가 진해지고, 반대로 알칼리 금속원과 반대측은 알칼리 금속의 농도가 흐려지는 경향이 있다. 이것은 태양 전지의 고성능화를 도모하는 데 있어서는 좋은 수단이라고 할 수 없다.

그래서, Cu-In-Ga-Se 광흡수층을 제작할 때에 사용하는 성막 재료, 즉 스퍼터링 타겟이나 증착 재료에 알칼리 금속을 첨가하면, Cu-In-Ga-Se 광흡수층에 알칼리 금속을 첨가할 수 있다. 그러나, 알칼리 금속은 매우 반응성이 높은 금속으로서, 취급이 곤란하다. 이 때문에, 박막 태양 전지의 알칼리 금속을 함유하는 광흡수층을 형성하는 스퍼터링 타겟을 제조하는 방법에 있어서, 알칼리 금속 단체(單體)를 이용하지 않고 알칼리 금속을 함유한 스퍼터링 타겟을 제조하는 방법이 요구되고 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2008-138232호 공보 [특허문헌 2] 일본 국제 공개 제2009/116626호 공보

그래서, 본 발명은, 이러한 종래의 실정을 감안하여 제안된 것으로서, 취급이 곤란한 알칼리 금속 단체를 사용하지 않고 알칼리 금속을 함유한 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제조하는 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟의 제조 방법 및 이 제조 방법에 의해 얻어진 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하는 본 발명에 따른 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟의 제조 방법은, Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟 내에, 상기 알칼리 금속이 0.01?5 질량% 함유되도록, 적어도 알칼리 금속 함유 유기물과, 갈륨 및 구리를 함유하는 Cu-Ga 합금 분말을 혼합한 혼합 분말을 소결함으로써, 알칼리 금속을 0.01?5 질량% 함유한 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제조하는 것을 특징으로 한다.

또한, 전술한 목적을 달성하는 본 발명에 따른 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟은, 적어도 알칼리 금속 함유 유기물과, 갈륨 및 구리를 함유하는 Cu-Ga 합금 분말을 혼합한 혼합 분말을 소결하여 얻어지는 적어도 구리, 갈륨 및 0.01?5 질량%의 알칼리 금속을 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 적어도 알칼리 금속 함유 유기물과, 갈륨 및 구리를 함유하는 Cu-Ga 합금 분말을 혼합한 혼합 분말을 소결하여 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제조함으로써, 반응성이 높은 알칼리 금속을 사용하지 않기 때문에, 혼합 분말이 발열하지 않고 알칼리 금속을 0.01?5 질량% 함유하는 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 안전하게 제조할 수 있다.

이하에, 본 발명을 적용한 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟의 제조 방법 및 이 제조 방법에 의해 얻어진 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟에 대해서 상세히 설명한다. 또한, 본 발명은, 특별히 한정이 없는 한, 이하의 상세한 설명으로 한정되지 않는다.

Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟은, 구리와 갈륨의 합금 및 알칼리 금속을 함유하는 것이다. 이 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟은, 이하와 같이 하여, 알칼리 금속을 사용하지 않고 제조할 수 있다.

Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟의 제조 방법은, 갈륨 및 구리를 함유하는 Cu-Ga 합금 분말과 알칼리 금속 함유 유기물을 혼합하고, 얻어진 혼합 분말을 소결함으로써, Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제조한다.

Cu-Ga 합금 분말은, 갈륨(Ga)을 1?45 질량% 함유하고, 잔부(殘部)가 구리(Cu) 및 불가피 불순물을 포함하며, 입자 직경이 10?500 ㎛ 정도의 분말이다. 갈륨의 비율이 45 질량%를 상회하는 경우에는, 나중에 행하는 혼합 분말을 소결하는 공정에서 융점이 낮은 갈륨이 녹아 일부에 액상(液相)이 발생하여 균일한 조직의 스퍼터링 타겟을 얻을 수 없게 된다.

Cu-Ga 합금 분말의 입자 직경이 10 ㎛를 하회하는 경우에는, 혼합 분말을 소결하는 공정에서 흑연 몰드에 혼합 분말을 충전하지만, 흑연 몰드의 간극으로부터 분말이 쉽게 새어 나가게 되어 적당하지 않다. Cu-Ga 합금 분말의 입자 직경이 500 ㎛를 상회하는 경우에는, 혼합 분말을 소결하여도 고밀도의 소결체를 얻을 수 없는 상태가 된다. Cu-Ga 합금 분말의 제조 방법으로서는, 아토마이즈법이어도 좋고, 합금화한 잉곳을 분쇄하는 방법이어도 좋다.

알칼리 금속 함유 유기물은, 태양 전지의 광흡수층에 함유되는 알칼리 금속을 함유하는 것이다. 알칼리 금속 함유 유기물로서는, 구체적으로 지방산염의 분말이나 C, H, O, S, Na, Li, K 등을 성분으로 하는 알킬황산에스테르염, 폴리옥시에틸렌알킬에테르황산에스테르염, 알킬벤젠술폰산염 등의 분말을 들 수 있다.

알칼리 금속으로서는, 태양 전지의 발전 효율을 높이는 데 있어서, 나트륨(Na)이 가장 바람직하다. 나트륨을 Cu-Ga 합금 분말에 함유시키는 경우에는, C, H, O, S, Na를 성분으로 하는, 예컨대 알킬황산나트륨염 분말을 이용한다.

여기서, 금속 나트륨의 단체를 사용하지 않는 이유로는, 나트륨은 매우 반응성이 높아 취급이 어렵기 때문이다. 나트륨은, 공기 중에서 조해성(潮解性)을 나타내고, 물과 격렬하게 반응하여 발열한다. 또한, 나트륨은, 장치를 부식시킬 우려가 있다. 또한, 불화나트륨이나 염화나트륨과 같은 나트륨 할로겐화물은, 금속 나트륨과 같이 발열의 우려가 없어도, 할로겐 원소가 불순물로서 광흡수층에 혼입되어 버리기 때문에, 태양 전지의 특성에 악영향을 미칠 가능성이 있어 적당하지 않다. 한편, 전술한 알킬황산나트륨 분말과 같은 알칼리 금속 함유 유기물은, 취급이 용이하고, 장치를 부식시킬 우려나 불순물의 광흡수층으로의 혼입이 없으며, 태양 전지의 특성에 악영향을 미치는 일이 없기 때문에 적합하다.

Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟의 제조 방법에서는, 전술한 Cu-Ga 합금 분말과 알칼리 금속 함유 유기물을 혼합한 혼합 분말을 원료 분말로서 이용한다. 이 혼합 분말은, Cu-Ga 합금 분말과 알칼리 금속 함유 유기물을, 제조되는 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟에 알칼리 금속이 0.01?5 질량% 함유되도록 혼합하여 제작한다.

예컨대, 알칼리 금속이 나트륨인 경우에는, 제조되는 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟 내에 나트륨이 0.01?5 질량% 함유되도록 알킬황산나트륨 등과 Cu-Ga 합금 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제작한다. 제조되는 스퍼터링 타겟 내의 나트륨의 함유량이 0.01 질량%를 하회하는 경우에는, 나트륨을 첨가하지 않은 스퍼터링 타겟을 사용하여 광흡수층을 형성하는 경우와 다름없는 상태가 되고, 5 질량%를 상회하는 경우에는 제조 중에 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟에 균열이 발생하는 상태가 된다. 따라서, 제조되는 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟 내의 나트륨의 함유량이 0.01?5 질량%가 되도록 혼합 분말을 제작한다. 나트륨 이외의 알칼리 금속에 있어서도, 같은 이유로부터 제조되는 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟 내의 함유량이 0.01?5 질량%가 되도록 혼합 분말을 제작한다. 여기서, 혼합 분말을 제작하는 데 있어서 주의해야 할 것은, Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟은 후술하는 바와 같이 혼합 분말을 소결함으로써 제조할 수 있으므로, 알킬황산에스테르염 분말 등의 알칼리 금속 함유 유기물의 열분해에 의한 중량 감소를 고려하여 혼합 분말을 제작할 필요가 있다.

여기서, Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제조하는 데 있어서, 스퍼터링 타겟에 황을 함유시킨 경우에는, 황이 결정 조직을 미세하게 유지하여 균일하고, 고밀도인 스퍼터링 타겟을 얻는 작용을 한다. 이 때문에, 황을 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟의 원료에 함유시키는 것이 바람직하다.

황 성분은, 제조되는 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟 내에 0.01?5 질량%의 범위에서 함유되는 것이 바람직하다. 0.01 질량%을 하회하는 경우에는, 결정 조직을 미세하게 유지할 수 없는 상태가 되고, 5 질량%을 상회하는 경우에는, 반대로 타겟의 밀도가 저하되는 상태가 된다. 따라서, Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟 내의 황 성분의 함유량을 0.01?5 질량%의 범위 내로 함으로써, 결정 조직을 미세하게 유지하여 고밀도 타겟을 얻을 수 있다.

Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제조하는 데 있어서, 알칼리 금속 및 황을 함유하는 알킬황산에스테르염 등과, 황을 함유하지 않는 알칼리 금속 함유 유기물과의 혼합 비율을 조정함으로써, 제조되는 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟 내에 함유되는 알칼리 금속과 황의 비율을 조정할 수 있다. 황을 함유하지 않는 알칼리 금속 함유 유기물로서는, 예컨대, 지방산나트륨 등의 지방산염을 들 수 있다.

알칼리 금속 및 황의 함유량은, 원자 흡광 분석 장치나 ICP(Inductively Coupled Plasma) 발광 분광 분석 장치 등에 의해 측정할 수 있다.

Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제조하는 방법은, 갈륨 및 구리를 함유하는 Cu-Ga 합금 분말과, 알칼리 금속 함유 유기물을 혼합한 혼합 분말을 가열한 후, 소결한다.

구체적으로, 소결 전의 가열 공정은, 혼합 분말을 진공 또는 불활성 분위기 내에서 300℃?600℃로 가열을 행하여 휘발 성분을 제거한다. 이 가열 공정에 의해, 지방산염이나 알킬황산에스테르염 등의 알칼리 금속 함유 유기물 내의 C, H, O의 대부분은 휘발되고, 제조되는 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟 내에는 남지 않게 된다. 이 300℃?600℃의 가열을 행하지 않으면, 휘발 성분이 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟 내에 잔존하게 된다.

혼합 분말을 가열한 후, 진공 또는 불활성 분위기 내에서 40 ㎏/㎠ 이상의 가압 하에서 600℃?900℃로 혼합 분말을 소결함으로써 스퍼터링 타겟을 얻을 수 있다. 이 가열 및 소결 공정은, 가압 소결로를 사용하여 가열과 소결을 연속시킨 프로그램으로 행하여도 좋고, 탈 바인더로와 가압 소결로의 2대를 사용하여 가열과 소결을 별도의 장치에서 행하여도 좋다.

이 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제조하는 방법에서는, 소결을 행하기 전에 혼합 분말을 가열함으로써, 혼합 분말에 함유되어 있는 C, H, O의 대부분을 제거할 수 있으므로, 지방산염이나 알킬황산염 분말 등의 알칼리 금속 함유 유기물을 이용함에 따른 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟에 대한 불순물의 혼입을 방지할 수 있다.

또한, 알칼리 금속을 스퍼터링 타겟에 함유시키는 다른 방법으로서, 예컨대 알칼리 금속의 불소 화합물을 원료에 첨가하는 방법이 있지만, 이 방법에서는 불소가 불순물로서 광흡수층에 혼입되기 때문에, 태양 전지의 특성에 악영향을 미치는 경우가 있다. 그러나, 전술한 본 발명에서는, 지방산염이나 알킬황산염 분말에 함유되는 C, H, O를 제거할 수 있기 때문에, 광흡수층에 불순물이 혼입되지 않아 태양 전지의 특성에 악영향을 미치는 일이 없다.

혼합 분말의 소결 후에는, 기계 가공과 백킹 플레이트에 대한 본딩을 실시함으로써, 스퍼터링 타겟을 얻을 수 있다.

이상과 같이, Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟의 제조 방법에서는, 반응성이 높은 알칼리 금속의 단체를 이용하지 않고, 지방산염이나 알킬황산에스테르염 등의 알칼리 금속 함유 유기물을 이용함으로써, 발열하지 않고 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟에 알칼리 금속을 용이하게 함유시킬 수 있다. 또한, 이 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟의 제조 방법에서는, 알킬황산에스테르염 등을 이용함으로써, 알칼리 금속 이외에 황을 함유시킬 수 있기 때문에, 결정 조직을 미세하게 유지하여 균일하고, 고밀도인 스퍼터링 타겟을 용이하게 제조할 수 있다.

또한, 이 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟의 제조 방법에서는, 혼합 분말을 소결하기 전에 가열함으로써, 지방산염이나 알킬황산에스테르염 등의 알칼리 금속 함유 유기물에 함유되어 있는 알칼리 금속이나 황 이외의 C, H, O를 제거할 수 있고, Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟에 대한 불순물의 혼입을 방지할 수 있다.

게다가, 이 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟의 제조 방법에서는, 스퍼터링 타겟 내에 함유되는 알칼리 금속의 농도를 조정함으로써, 광흡수층 내의 알칼리 금속의 농도를 제어할 수 있게 된다.

이상과 같은 제조 방법에 의해 얻어진 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟은, 적어도 Cu-Ga 합금과, 0.01?5 질량%의 알칼리 금속이 함유되어 있다. 구체적으로, Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟은, 갈륨 농도가 45 질량% 이하이고, 나트륨 등의 알칼리 금속의 함유량이 0.01?5 질량%이며, 잔부(殘部)가 구리 및 불가피 불순물을 포함한다. Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟은, 갈륨의 함유량이 45 질량% 이하이고, 알칼리 금속의 함유량이 0.01?5 질량%의 범위를 가짐으로써, 태양 전지의 광흡수층에 함유시키는 알칼리 금속이 적량 함유되어 있고, 갈륨의 용융에 의한 액상의 발생이 억제된 균일한 조직을 가지며, 균열 등의 문제가 없는 것이다.

또한, 이 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟은, Cu-Ga 합금 및 알칼리 금속 이외에 황이 함유되어 있어도 좋다. Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟은, 황이 함유되어 있음으로써, 결정 조직이 미세하게 유지되어 보다 균일하고 고밀도가 된다. 황의 함유량은, 0.01?5 질량%이다. Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟은, 황이 0.01?5 질량% 함유되어 있음으로써, 황에 의해 결정 조직이 미세하게 유지되어 보다 균일하고 고밀도가 된다.

이상과 같이, Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟은, 전술한 제조 방법에 의해 제조됨으로써, 지방산염이나 알킬황산에스테르염 등의 알칼리 금속 함유 유기물을 이용한 것에 따른 불순물을 함유하지 않고, 미리 알칼리 금속이나 황이 첨가되어 있기 때문에, 알칼리 금속을 함유하는 태양 전지의 광흡수층을 용이하게 제작할 수 있다. 따라서, 태양 전지의 광흡수층을 제작하는 데 있어서, 이 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 이용함으로써, 알칼리 금속을 광흡수층으로 확산시키기 위한 알칼리 프리커서를 설치할 필요가 없어 산업적으로도 유리해진다.

[실시예]

이하, 본 발명을 적용한 구체적인 실시예에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되지 않는다.

(실시예 1)

실시예 1에서는, 갈륨(Ga)을 30 질량% 함유하고, 잔부가 구리(Cu) 및 불가피 불순물을 포함하며, 평균 입자 직경이 100 ㎛인 Cu-Ga 합금 분말 1000 g에, 소결 후, 즉시 제조되는 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟에 나트륨이 1.5 질량% 함유되도록 라우릴황산나트륨을 188 g 혼합하여 원료 분말로 하였다.

다음에, 이 원료 분말 1188 g을 핫 프레스로 소결하기 위해서, 흑연 몰드에 충전한다. 핫 프레스의 온도 프로그램은, 500℃에서 5시간 유지한 후, 700℃에서 1시간 유지한다. 또한, 가압은 500℃에서의 유지 작업이 끝나고 나서 시작한다. 압력은 200 ㎏/㎠로 하고, 분위기는 아르곤으로 하였다. 얻어진 핫 프레스체를 가공하여 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟으로 하였다. Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟에는 황이 1.8 질량% 함유되어 있다.

(실시예 2)

실시예 2에서는, Cu-Ga 합금 분말 내의 Ga 농도를 1 질량%로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제작하였다.

(실시예 3)

실시예 3에서는, Cu-Ga 합금 분말 내의 Ga 농도를 45 질량%로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제작하였다.

(실시예 4)

실시예 4에서는, 나트륨 농도를 0.01 질량%로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제작하였다. Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟에는, 황이 0.01 질량% 함유되어 있다.

(실시예 5)

실시예 5에서는, 알칼리 금속 함유물에 라우릴황산나트륨과 지방산나트륨을 사용하여 나트륨이 5 질량%, 황이 5 질량% 함유되도록 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제작하였다.

(실시예 6)

실시예 6에서는, 알칼리 금속 함유 유기물에 폴리옥시에틸렌라우릴에테르황산나트륨을 사용하여 나트륨이 0.5 질량% 함유되도록 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제작하였다. Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟에는, 황이 0.6 질량% 함유되어 있다.

(실시예 7)

실시예 7에서는, 알칼리 금속 함유 유기물에 디알킬술포숙신산나트륨을 사용하여 나트륨이 1.5 질량% 함유되도록 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제작하였다.

(실시예 8)

실시예 8에서는, 알칼리 금속 함유 유기물에 라우릴황산나트륨과 지방산나트륨을 사용하여 나트륨이 1.5 질량%, 황이 0.01 질량% 함유되도록 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제작하였다.

(실시예 9)

실시예 9에서는, 알칼리 금속 함유 유기물에 라우릴황산나트륨과 지방산나트륨을 사용하여 나트륨이 5 질량%, 황이 0.01 질량% 함유되도록 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제작하였다.

(실시예 10)

실시예 10에서는, 알칼리 금속 함유 유기물에 지방산나트륨을 사용하여 나트륨이 0.01 질량% 함유되도록 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제작하였다. 또한, 실시예 10에서는, Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟 내에 황은 함유되어 있지 않다.

(실시예 11)

실시예 11에서는, 알칼리 금속 함유 유기물에 지방산나트륨을 사용하여 나트륨이 5 질량% 함유되도록 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제작하였다. 또한, 실시예 11에서는, Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟 내에 황은 함유되어 있지 않다.

(비교예 1)

비교예 1에서는, Ga를 30 질량% 함유하고, 잔부가 Cu와 불가피 불순물을 포함하며, 평균 입자 직경이 100 ㎛인 Cu-Ga 합금 분말에, 소결 후, 즉시 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟에 알칼리 금속이 1.5 질량% 함유되도록 금속 나트륨을 혼합하여 원료 분말로 하였다.

비교예 1에서는, 원료 분말에 금속 나트륨이 혼입되어 있기 때문에, 공기 중의 수분과 반응하여 혼합 분말이 발열하였다. 비교예 1에서는, 발열에 의해 작업을 계속할 수 없다고 하는 문제가 발생하였다.

(비교예 2)

비교예 2에서는, Ga를 30 질량%, 금속 나트륨이 1.5 질량%, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물을 포함하도록 각각의 원료를 혼합하여 용해하였다.

비교예 2에서는, 원료 분말에 금속 나트륨이 혼입되어 있기 때문에, 공기 중의 수분과 반응하여 원료가 발열하였다.

(비교예 3)

비교예 3에서는, 나트륨, 황이 6 질량% 함유되도록 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제작하였다. 그 결과, Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟이 기계 가공의 단계에서 깨진다고 하는 문제가 발생하였다.

이하의 표 1에, 실시예 1?실시예 11, 비교예 1?비교예 3의 주된 조성, 알칼리 금속 함유 유기물, 발열 및 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟 균열의 유무에 대해서 나타낸다. 또한, 분석 장치로서는, 알칼리 금속의 함유량은 자렐 애쉬사에서 제조한 원자 흡광 분석 장치 AA-8200을, 황의 함유량은 가부시키가이샤 시마즈세이사꾸쇼사에서 제조한 ICP 발광 분광 분석 장치 ICPS-8000을 이용하여 측정하였다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1?실시예 11에서는, 금속 나트륨을 이용하지 않고, 라우릴황산나트륨이나 지방산나트륨 등의 알칼리 금속 함유 유기물을 이용하고 있음으로써, Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제작할 때에 발열은 일어나지 않았다.

이들 실시예에 대하여, 비교예 1 및 비교예 2에서는, 금속 나트륨을 이용하고 있기 때문에, 스퍼터링 타겟을 제작할 때에 발열하여 작업을 계속할 수 없다고 하는 문제가 발생하였다. 또한, 비교예 1에 나타낸 바와 같이 Cu-Ga 합금 분말을 이용한 경우라도, 비교예 2에 나타낸 바와 같이 Cu-Ga 합금 분말을 이용하지 않고, Ga, Cu 및 금속 나트륨을 혼합한 경우라도, 금속 나트륨을 사용하고 있기 때문에, 발열이 일어났다. 또한, 비교예 3에서는, 알칼리 금속의 함유량이 6 질량%로서, 알칼리 금속의 함유량이 많기 때문에, Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟에 균열이 발생하였다.

이상의 실시예 및 비교예로부터, 알칼리 금속을 함유하는 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제조할 때에, 알칼리 금속 함유 유기물을 이용함으로써, 발열하지 않고, 또한, Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟의 균열 등의 문제가 발생하지 않아 용이하게 알칼리 금속을 함유하는 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제조할 수 있는 것을 알 수 있다.

Claims

알칼리 금속을 함유한 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟을 제조하는 방법에 있어서,
상기 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟 내에, 상기 알칼리 금속이 0.01?5 질량% 함유되도록, 적어도 갈륨 및 구리를 함유하는 Cu-Ga 합금 분말과, 알칼리 금속 함유 유기물을 혼합한 혼합 분말을 소결하는 것을 특징으로 하는 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 알칼리 금속 함유 유기물은, 나트륨을 함유하는 것을 특징으로 하는 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알칼리 금속 함유 유기물은, 황을 함유하는 것을 특징으로 하는 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟의 제조 방법.
제3항에 있어서, 상기 알칼리 금속 함유 유기물은, 알킬황산에스테르염, 폴리옥시에틸렌알킬에테르황산에스테르염 또는 알킬벤젠술폰산염인 것을 특징으로 하는 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 소결은, 상기 혼합 분말을 300℃?600℃로 가열한 후, 압력 40 ㎏/㎠ 이상의 가압 하에서 600℃?900℃로 소결하는 것인 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟의 제조 방법.
적어도 알칼리 금속 함유 유기물과, 갈륨 및 구리를 함유하는 Cu-Ga 합금 분말을 혼합한 혼합 분말을 소결하여 얻어지는 적어도 구리, 갈륨 및 0.01?5 질량%의 알칼리 금속을 함유하는 것을 특징으로 하는 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟.
제6항에 있어서, 상기 알칼리 금속 함유 유기물은, 나트륨 및 황을 함유하는 것으로서,
상기 Cu-Ga 합금 분말 내의 갈륨 농도는 45 질량% 이하이고, 상기 나트륨의 함유량은 0.01?5 질량%이며, 또한 황의 함유량은 0.01?5질량%인 것을 특징으로 하는 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타겟.