KR20140100507A

KR20140100507A - 산화아연계 소결체, 그 소결체로 이루어지는 산화아연계 스퍼터링 타깃 및 그 타깃을 스퍼터링하여 얻어진 산화아연계 박막

Info

Publication number: KR20140100507A
Application number: KR1020147015476A
Authority: KR
Inventors: 히데오 다카미; 아츠시 나라
Original assignee: 제이엑스 닛코 닛세키 킨조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2012-10-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2014-08-14
Also published as: TW201428117A; KR101625773B1; CN105612136A; WO2014054361A1; JPWO2014054361A1; TWI572732B; CN105612136B; JP5847308B2

Abstract

산화아연 (ZnO) 을 주성분으로 하고, 산화아연에 대해 n 형 도펀트가 되는 갈륨 (Ga) 또는 알루미늄 (Al) 또는 붕소 (B) 를 함유함과 함께, 카본을 10 ∼ 300 wtppm 함유하고, 또한, 코발트 (Co), 니켈 (Ni), 철 (Fe), 구리 (Cu), 몰리브덴 (Mo), 루테늄 (Ru), 로듐 (Rh), 텅스텐 (W), 이리듐 (Ir), 금 (Au) 에서 선택한 금속 원소 M 의 1 종 이상을 함유하고, 금속 M 은 적어도 일부 혹은 전부 금속으로서 소결체 중에 잔류하고, 산화아연계 소결체를 구성하는 아연과 n 형 도펀트와 전체 금속 원소에 대한 금속 M 의 농도를 0.05 ∼ 25.0 원자％ 로 조정한 산화아연계 소결체, 그 소결체로 이루어지는 스퍼터링 타깃 및 그 타깃을 스퍼터링함으로써 얻어지는 박막을 제공한다.

Description

산화아연계 소결체, 그 소결체로 이루어지는 산화아연계 스퍼터링 타깃 및 그 타깃을 스퍼터링하여 얻어진 산화아연계 박막{ZINC OXIDE-BASED SINTERED COMPACT, ZINC OXIDE-BASED SPUTTERING TARGET CONSISTING OF THIS SINTERED COMPACT, AND ZINC OXIDE-BASED THIN FILM OBTAINED BY SPUTTERING THIS TARGET}

본 발명은 산화아연을 주성분으로 하는 산화아연계 소결체, 그 소결체로 이루어지는 산화아연계 스퍼터링 타깃 및 그 타깃을 스퍼터링하여 얻어진 산화아연계 박막에 관한 것이다.

최근, 자기 헤드를 필요로 하지 않고 재기록 가능한 고밀도 광 정보 기록 매체인 고밀도 기록 광 디스크 기술이 개발되어 급속히 상품화되고 있다. 특히, CD-RW 는, 재기록 가능한 CD 로서 1977 년에 등장하여, 현재, 가장 보급되어 있는 상 (相) 변화 광 디스크이다. 이 CD-RW 의 재기록 횟수는 1000 회 정도이다.

또, DVD 용으로서 DVD-RW 가 개발되어 상품화되어 있지만, 이 디스크의 층 구조는, 기본적으로 CD-RW 와 동일 또는 유사한 것이다. 이 재기록 횟수는 1000 ∼ 10000 회 정도이다.

이것들은 광빔을 조사함으로써, 기록 재료의 투과율, 반사율 등의 광학적인 변화를 일으켜 정보의 기록, 재생, 추가 기록을 실시하는 것으로, 급속히 보급된 전자 부품이다.

일반적으로, CD-RW 또는 DVD-RW 등에 사용되는 상 변화 광 디스크는, Ag-In-Sb-Te 계 또는 Ge-Sb-Te 계 등의 기록 박막층의 양측을, ZnSㆍSiO₂ 등의 고융점 유전체의 보호층 사이에 두고, 추가로 은 혹은 은 합금 또는 알루미늄 합금 반사막을 형성한 4 층 구조로 되어 있다. 또, 반복 횟수를 높이기 위해, 필요에 따라 메모리층과 보호층 사이에 계면층을 추가하는 것 등이 행해지고 있다.

반사층과 보호층은, 기록층의 아모르퍼스부와 결정부의 반사율의 차이를 증대시키는 광학적 기능이 요구되는 것 외에, 기록 박막의 내습성이나 열에 의한 변형의 방지 기능, 나아가서는 기록시의 열적 조건의 제어라는 기능이 요구된다 (비특허문헌 1 참조).

최근에는, 대용량, 고밀도의 기록을 가능하게 하기 위해, 편면 2 층 광 기록 매체가 제안되어 있다 (특허문헌 1 참조). 이 특허문헌 1 에서는, 레이저광의 입사 방향에서부터, 기판 (1) 상에 형성된 제 1 정보층과 기판 (2) 상에 형성된 제 2 정보층이 있고, 이것들이 중간층을 개재하여 서로 정보층이 대향하도록 부착되어 있다.

이 경우, 제 1 정보층은 기록층과 제 1 금속 반사층으로 이루어지고, 제 2 정보층은 제 1 보호층, 제 2 보호층, 기록층, 제 2 금속 반사층으로 구성되어 있다. 이 밖에, 흠집, 오염 등으로부터 보호하는 하드 코트층, 열 확산층 등의 층을 임의로 형성해도 된다고 되어 있다. 또, 이들 보호층, 기록층, 반사층 등에 다양한 재료가 제안되어 있다.

고융점 유전체로 이루어지는 보호층은, 승온과 냉각에 의한 열의 반복 스트레스에 대해 내성을 갖고, 또한 이들의 열 영향이 반사막이나 다른 지점에 영향을 미치지 않게 하고, 또한 그 자체도 얇으며, 저반사율이며 또한 변질되지 않는 강인함이 필요하다. 이 의미에 있어서, 유전체 보호층은 중요한 역할을 갖는다. 또, 당연하겠지만 기록층, 반사층, 간섭막층 등도 상기에서 서술한 CD, DVD, Blu-ray (등록 상표) 등의 광 기록 매체에 있어서, 각각의 기능을 발휘하는 의미에서, 마찬가지로 중요하다는 것은 논할 여지도 없다.

이들 다층 구조의 각 박막은, 통상적으로 스퍼터링법에 의해 형성되어 있다. 이 스퍼터링법은 정 (正) 의 전극과 부 (負) 의 전극으로 이루어지는 기판과 타깃을 대향시키고, 불활성 가스 분위기 하에서 이들 기판과 타깃 사이에 고전압을 인가하여 전장 (電場) 을 발생시키는 것으로, 이 때에 전리된 전자와 불활성 가스가 충돌하여 플라즈마가 형성되고, 이 플라즈마 중의 양이온이 타깃 (부의 전극) 표면에 충돌하여 타깃 구성 원자를 때리기 시작하고, 이 튀어나온 원자가 대향하는 기판 표면에 부착되어 막이 형성된다는 원리를 이용한 것이다.

종래, 상기 보호층은 가시광역에서의 투과성이나 내열성 등이 요구되기 때문에, ZnS-SiO₂ 등의 세라믹스 타깃을 사용하여 스퍼터링하여, 500 ∼ 2000 Å 정도의 박막이 형성되어 있다. 이들 재료는, 고주파 스퍼터링 (RF) 장치, 마그네트론 스퍼터링 장치를 사용하여 성막된다.

그러나, ZnS-SiO₂ 는 절연성 재료이기 때문에, 고가의 RF 전원을 필요로 하고, 게다가 ZnS-SiO₂ 막은 황화물을 함유하기 때문에 인접하는 금속층 (특히, Ag 합금 반사층) 을 부식시키는 문제가 있으며, 또한 열 전도율이 낮기 때문에 고속 기록에 적합하지 않다는 문제가 있었다.

발명자들은 산화아연을 베이스로 하는 호모로고스 화합물을 이용한 스퍼터링 타깃 (특허문헌 2 참조) 이나, 산화주석을 베이스로 한 스퍼터링 타깃 (특허문헌 3 참조) 을 개발하였으나, 이것들은 황화물을 함유하지 않고 ZnS-SiO₂ 와 동등한 특성을 갖기는 하지만, 열 전도율이 높은 것은 얻어지지 않았다. 또, 산화아연을 베이스로 하는 소결체는, 제조 과정 혹은 스퍼터 중에 균열되기 쉽다는 문제도 있었다.

일본 공개특허공보 2006-79710호 일본 공개특허공보 2009-062618호 일본 공개특허공보 2005-154820호

기술 잡지「광학」26 권 1 호, 페이지 9 ∼ 15

도전성을 보유하고, 또한 열 침투율이 높은 산화아연계 박막, 동일 박막의 제조에 적합한 산화아연계 소결체, 그 소결체로 이루어지는 산화아연계 스퍼터링 타깃을 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 연구를 실시하였고, 그 결과, 산화아연을 베이스로 한 재료에 금속을 선택하여 산화아연에 첨가함으로써, 가열 성막에 의해 결정성을 향상시키지 않고도 높은 열 침투율을 갖는 산화물 박막을 얻을 수 있고, 게다가 제조 과정 혹은 스퍼터 중에 잘 균열되지 않는 소결체를 얻는다는 지견을 얻었다.

열 전도는 포논 및 전도 전자가 담당하지만, 알루미나 등의 절연성이 높은 재료는, 전도 전자가 거의 존재하지 않기 때문에 포논만이 기여한다. 또, 통상적인 상온에 의한 스퍼터링 성막에 의해 얻어지는 막은 결정성이 나쁘기 때문에, 포논을 통한 전도도 낮아지는 것이 일반적이다.

이와 같은 상황 가운데, 본 발명자들은 상온의 스퍼터에 의해서도 결정화되기 쉬운 산화아연계 박막에 주목하고, 추가로 도펀트를 첨가함으로써, 전도 전자를 증가시키고, 또한 열 전도율이 높은 금속을 첨가하여 열 침투율 (열 전도율) 을 높이는 방법을 생각하였다. 그 때문에, 열 전도율이 80 W/mK 이상의 금속이고 또한 산화아연의 소결 온도 (약 1000 ℃) 보다 융점이 높은 금속이 바람직하다. 또한, 평균 입경 범위가 0.5 ∼ 50 ㎛ 로 조정된 분말을 첨가함으로써, 첨가 금속의 일부 혹은 전부를 소결체 중에 균일하게 금속으로서 분산 잔류시킬 수 있고, 또 미량의 카본 분말을 첨가함으로써, 첨가 금속 표면의 산화층을 환원 제거하고, 또한 산화아연도 약간 환원되는 효과에 의해 소결체의 벌크 저항률이 낮아져 잘 균열되지 않는 소결체가 되는 것을 알 수 있었다.

또한, 첨가 금속 M 의 잔류 확인은, EPMA 의 간이 정량 분석으로 실시한다. 통상은, 소결체 중의 금속 M 의 입자의 중심 부근에서 95 질량％ 이상의 금속 M 의 존재와 산소량이 3 질량％ 이하의 범위에 있는지 여부로 판단한다.

본원은 상기의 지견에 기초하여, 하기의 발명을 제공한다.

1) 산화아연 (ZnO) 을 주성분으로 하고, 산화아연에 대해 n 형 도펀트가 되는 갈륨 (Ga) 또는 알루미늄 (Al) 또는 붕소 (B) 를 함유함과 함께, 카본을 10 ∼ 300 wtppm 함유하고, 또한, 코발트 (Co), 니켈 (Ni), 철 (Fe), 구리 (Cu), 몰리브덴 (Mo), 루테늄 (Ru), 로듐 (Rh), 텅스텐 (W), 이리듐 (Ir), 금 (Au) 에서 선택한 금속 원소 M 의 1 종 이상을 함유하고, 금속 M 은 적어도 일부 혹은 전부 금속으로서 소결체 중에 잔류하고, 산화아연계 소결체를 구성하는 아연과 n 형 도펀트와 전체 금속 원소에 대한 금속 M 의 농도를 0.05 ∼ 25.0 원자％ 로 조정한 산화아연계 소결체.

2) n 형 도펀트가 갈륨 (Ga) 인 경우에는, 아연과 Ga 와 산소의 원자수의 합계에 대한 Ga 농도가 1 ∼ 7 원자％ 인 것을 특징으로 하는 상기 1) 에 기재된 산화아연계 소결체.

3) n 형 도펀트가 알루미늄 (Al) 인 경우에는, 아연과 Al 과 산소의 원자수의 합계에 대한 Al 농도가 0.5 ∼ 3.5 원자％ 인 것을 특징으로 하는 상기 1) 에 기재된 산화아연계 소결체.

4) n 형 도펀트가 붕소 (B) 인 경우에는, 아연과 B 와 산소의 원자수의 합계에 대한 B 농도가 0.5 ∼ 5.5 원자％ 인 것을 특징으로 하는 상기 1) 에 기재된 산화아연계 소결체.

5) 금속 M 의 평균 입자경을 1 ∼ 10 ㎛ 의 범위로 조절하는 것을 특징으로 하는 상기 1) ∼ 4) 중 어느 한 항에 기재된 산화아연계 소결체.

6) 상기 1) ∼ 5) 중 어느 한 항에 기재된 산화아연계 소결체로 이루어지는 스퍼터링 타깃.

7) 상기 6) 에 기재된 산화아연계 소결체로 이루어지는 스퍼터링 타깃을 스퍼터링하여 얻어진 박막.

8) 막의 열 침투율이 1600 (J/sec⁰ ^.5㎡K) 이상인 것을 특징으로 하는 상기 7) 에 기재된 박막.

본 발명은 n 형 도펀트를 첨가한 산화아연계 박막에 대해, 열 전도율이 80 W/mK 이상이고, 또한 산화아연의 소결 온도 (약 1000 ℃) 보다 융점이 높은 금속을 적절한 농도로 첨가함으로써, 산화아연계 박막의 열 침투율을 비약적으로 높인다는 효과를 갖고, 투명 혹은 반투명의 산화물로 고열 침투율을 가능하게 하는 것이다.

이로써, 종래의 산화아연계를 포함하는 재료계에서는 실현시킬 수 없었던 고열 침투율을 갖는 박막을 제공할 수 있다.

산화아연 (ZnO) 을 주성분으로 하는 소결체로서, 산화아연에 대해 n 형 도펀트가 되는 원소를 함유함과 함께, 카본을 소결체 총량에 대해 10 ∼ 300 wtppm 함유하고, 열 전도율이 80 W/mK 이상이고, 산화아연의 소결 온도 (약 1000 ℃) 보다 융점이 높은 금속 M 을 함유하고, 산화아연계 박막을 구성하는 아연과 n 형 도펀트와 전체 금속 원소에 대한 금속 M 의 농도가 0.05 ∼ 25.0 원자％ 인 산화아연계 박막 형성용 스퍼터링 타깃을 제공한다.

상기 타깃의 n 형 도펀트로서 갈륨 (Ga) 을 사용할 수 있고, 아연과 Ga 와 산소의 원자수의 합계에 대한 농도가 1 ∼ 7 원자％ 로 하는 것이 바람직하다. 또, n 형 도펀트로서 알루미늄 (Al) 이나 붕소 (B) 를 사용할 수 있다.

이 경우, 아연과 Al 과 산소의 원자수의 합계에 대한 농도가 0.5 ∼ 3.5 원자％, 아연과 B 와 산소의 원자수의 합계에 대한 B 농도가 0.5 ∼ 5.5 원자％ 로 한다. 금속 M 으로는 코발트 (Co), 니켈 (Ni), 철 (Fe) 또는 구리 (Cu), 몰리브덴 (Mo), 루테늄 (Ru), 로듐 (Rh), 텅스텐 (W), 이리듐 (Ir), 금 (Au) 이 바람직하고, 이것들에서 선택한 원소의 1 종 이상을 사용할 수 있다.

산화아연계 박막의 형성시에 있어서는, 산화아연계 박막의 조성과 동일한 조성의 일체형 스퍼터링 타깃을 형성하고, 이것을 스퍼터링함으로써, 타깃의 성분이 얻어지는 막에 반영되어, 거의 동일한 성분 조성의 산화아연계 박막을 형성하는 것이 가능하다.

또한, 산화아연 분말과, 산화아연에 대해 n 형 도펀트가 되는 원소의 산화물 분말과, 카본 가루를 10 ∼ 300 wtppm 함유하고, 열 전도율이 80 W/mK 이상이고, 산화아연의 소결 온도 (약 1000 ℃) 보다 융점이 높은 금속 M 의 분말을, 산화아연계 박막을 구성하는 아연과 n 형 도펀트와 전체 금속 원소에 대한 금속 M 의 농도가 0.05 ∼ 25.0 원자％ 가 되도록, 각각의 원료 분말을 칭량하고, 이것들을 혼합한 후, 가압 소결하여 소결체로 한 산화아연계 박막 형성용 스퍼터링 타깃의 제조 방법을 제공한다.

이 산화아연계 박막 형성용 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 있어서, n 형 도펀트가 갈륨 (Ga) 으로서, 아연과 Ga 와 산소의 원자수의 합계에 대한 Ga 농도가 1 ∼ 7 원자％ 가 되도록 산화갈륨 분말을 혼합하여 사용할 수 있다.

또, 이 n 형 도펀트에 대해서는, 알루미늄 (Al) 을 사용하여 아연과 Al 과 산소의 원자수의 합계에 대한 Al 농도가 0.5 ∼ 3.5 원자％ 가 되도록 산화알루미늄 분말을 혼합할 수 있다. 마찬가지로, 붕소 (B) 를 사용하여 아연과 B 와 산소의 원자수의 합계에 대한 B 농도가 0.5 ∼ 5.5 원자％ 가 되도록 산화붕소 분말을 혼합할 수도 있다.

카본 가루는 총량에 대해 10 ∼ 수천 wtppm 첨가할 수 있지만, 분말 조정 중 혹은 소결 중에 산화물의 환원에 사용되는 것을 고려하여, 소결체 중의 잔류 카본량은 10 ∼ 300 wtppm 이 되도록 조정한다. 또한, 금속 M 으로서 코발트 (Co) 가루, 니켈 (Ni) 가루, 철 (Fe) 가루, 구리 (Cu) 가루, 몰리브덴 (Mo) 가루, 루테늄 (Ru) 가루, 로듐 (Rh) 가루, 텅스텐 (W) 가루, 이리듐 (Ir) 가루, 금 (Au) 가루에서 선택한 1 종 이상의 분말을 사용할 수 있다.

본 발명의 박막은, 산화아연에 n 형 도펀트를 첨가함으로써, 도펀트로부터 공급되는 전자가 열 전도에 기여하기 때문에, 열 전도율이 높아지지만, 그 때의 n 형 도펀트로서, 후보가 되는 것은 아연의 격자 위치에 들어가 전자를 방출할 필요가 있기 때문에, 아연보다 가수가 큰 3 가나 4 가의 원자가를 갖는 원소이지만, 그 중에서도 전자 방출 용이성이나 도펀트가 되는 원소의 불순물 준위의 관점에서, Ga 나 Al 이 가장 적합하다.

Ga 를 사용한 경우에는, 아연과 Ga 와 산소의 원자수의 합계에 대한 농도가 1 원자％ 미만이면, 도펀트로부터 방출되는 전자 농도가 충분히 높아지지 않기 때문에, 열 침투율 증가 효과가 적다. 그러나, 7 원자％ 를 초과하면, 이온화되지 않고 중성인 채로 전자 방출을 실시하지 않고 산화아연 중에 존재하여, 포논이나 전도 전자를 산란시키기 때문에, 열 침투율이 낮아져 버린다. 따라서, n 형 도펀트로서의 Ga 농도의 적절한 값은, 아연과 Ga 와 산소의 원자수의 합계에 대해 1 ∼ 7 원자％ 의 범위이다. 동일한 이유에 의해, n 형 도펀트로서의 Al 농도의 적절한 값은 0.5 ∼ 3.5 원자％ 의 범위, B 농도의 적절한 값은 0.5 ∼ 5.5 원자％ 의 범위이다. 이들 Ga, Al, B 의 n 형 도펀트의 함유량의 적정한 값은, 모두 다수의 실험값에 의해 확인한 것이다.

또, 열 침투율을 향상시키기 위해 첨가하는 금속 M 이, 산화아연계 박막을 구성하는 아연과 n 형 도펀트와 금속 M 의 원자수의 합계에 대해 0.05 원자％ 미만이면, 열 침투율 향상 효과가 적어져 버리고, 반대로, 25.0 원자％ 를 초과하면, 결정 입계 내부로의 침입도 일어나, 산화아연의 결정성을 흩뜨려 열 침투율의 저하를 초래하고 만다.

또한, 첨가하는 금속 M 은 산화아연과 달리, 도전성은 갖지만 투명성은 갖지 않기 때문에, 고농도로 첨가하면 투과율이 감소해 버려, 투명성이 나빠져 버린다. 따라서, 첨가하는 금속 M 의 농도는, 산화아연계 박막을 구성하는 아연과 n 형 도펀트와 금속 M 의 원자수의 합계에 대해 0.05 ∼ 25.0 원자％ 의 범위가 적절하다. 이 첨가하는 금속 M 의 함유량의 적정한 값은, 다수의 실험에 의해 확인한 것이다.

본 발명의 산화아연계 박막을 제작하려면, 물리적 증착법을 사용할 수 있다. 물리적 증착법에는 증착법, 반응성 플라즈마 증착법, 스퍼터법, 레이저 어블레이션법 등이 있지만, 대면적에 비교적 균일하게 성막 가능하고, 타깃 조성과 막 조성의 편차가 적어 생산성이 우수하다는 점에서는 스퍼터법이 적당하다.

스퍼터법에 있어서의 타깃은 일체형의 타깃으로 할 수 있지만, 모자이크상의 타깃을 조합하는 것, 또는 산화아연, n 형 도펀트, 금속 각각의 타깃을 독립적으로 배치하고, 스퍼터하여 막 조성을 최종적으로 소정의 범위로 할 수도 있다.

실시예

다음으로, 실시예에 기초하여 본 발명을 설명한다. 이하에 나타내는 실시예는 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 이들 실시예에 의해 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 기술적인 사상에 기초하는 변형 및 다른 실시예는, 당연히 본 발명에 포함된다.

(실시예 1)

평균 입경 5 ㎛ 의 산화아연, 산화갈륨 (Ga₂O₃) 및 첨가 금속 M 으로서 Cu (평균 입경 10 ㎛) 의 각 원료 분말을 94.9 : 5.0 : 0.1 (wt％) 이 되도록 칭량하고, 또한 평균 입경 1 ㎛ 의 카본 분말을 전체량에 대해 150 wtppm 이 되도록 추가하여 건식의 볼 밀로 약 10 시간 혼합하였다.

다음으로, 직경 170 φ㎜ 의 다이스에 혼합한 원료분(分)을 1000 g 충전하고, 아르곤 (Ar) 가스를 플로우시키면서, 실온으로부터 5 ℃/min 으로 온도를 상승시켜 1000 ℃ 가 된 후, 30 분간 그대로 유지하고 나서, 압력을 300 kgf/㎠ 까지 30 분간에 걸쳐 가압하였다.

그 후, 1000 ℃, 압력 300 kgf/㎠ 의 상태를 2 시간 유지한 후, 노의 가열을 멈추고, 압력을 300 kgf/㎠ ∼ 0 kgf/㎠ 까지 30 분간에 걸쳐 낮춰 갔다. 노로부터 꺼낸 타깃은 직경 152 ㎜, 두께 5 ㎜ 의 원반상의 형상으로 가공하여 스퍼터링 타깃으로 하였다.

만들어진 타깃은 균열 등의 문제도 없고, 그 성분을 분석한 결과, 카본은 일부가 소결 중에 환원되어 50 wtppm 이 되고, 전체 금속 원자에 대한 금속 M (Cu) 의 농도가 0.1 원자％, 아연과 Ga 와 산소의 원자수의 합계에 대한 Ga 농도가 2.2 원자％ 였다. 또, 소결체 중의 금속 M (Cu) 의 입자의 중심 부근에서 95 질량％ 이상의 금속 M (Cu) 가 존재하고, 산소는 3 질량％ 이하가 되었기 때문에, 첨가 금속 M (Cu) 의 잔류를 확인하였다.

타깃의 일부, 10 ㎜Φ × 1 ㎜t 의 샘플을 가공하여 레이저 플래시법으로 열 전도율을 측정한 결과, 42 W/mK 였다. 또, 타깃 표면의 저항률을 4 단자법으로 측정한 결과, 500 μΩㆍ㎝ 였다.

얻어진 타깃을 직경 4 인치, 두께 0.7 ㎜ 의 코닝 ＃1737 유리를 기판으로 하여, Ar 분위기 0.5 ㎩, Ar 유량 50 sccm, 스퍼터 파워 500 W 로 하여 막두께가 약 1000 ㎚ 가 되도록 성막 시간을 조정하여 스퍼터 성막을 실시하였다. 또한, 그 샘플 상에, Mo 를 동일 조건에서 100 ㎚ 성막하였다. 얻어진 막을 가로세로 10 ㎜ 정도로 조정하여, 열 물성 현미경으로 열 침투율을 측정한 결과, 1700 (J/s⁰ ^.5㎡K) 였다. 이상의 결과를 표 1 에 나타낸다.

(실시예 2)

평균 입경 5 ㎛ 의 산화아연, 산화알루미늄 (Al₂O₃) 및 첨가 금속 M 으로서 Co (평균 입경 10 ㎛) 의 각 원료 분말을 94 : 1 : 5 (wt％) 가 되도록 칭량하고, 또한 평균 입경 1 ㎛ 의 카본 분말을 전체량에 대해 500 wtppm 이 되도록 추가하여 건식의 볼 밀로 약 10 시간 혼합하였다.

다음으로, 직경 170 φ㎜ 의 다이스에 혼합한 원료분을 1000 g 충전하고, 아르곤 (Ar) 가스를 플로우시키면서, 실온으로부터 5 ℃/min 으로 온도를 상승시켜 1000 ℃ 가 된 후, 30 분간 그대로 유지하고 나서, 압력을 300 kgf/㎠ 까지 30 분간에 걸쳐 가압하였다.

만들어진 타깃은 균열 등의 문제도 없고, 그 성분을 분석한 결과, 카본은 일부가 소결 중에 환원되어 280 wtppm 이 되고, 전체 금속 원자에 대한 금속 M (Co) 의 농도가 6.7 원자％, 아연과 Al 과 산소의 원자수의 합계에 대한 Al 농도가 0.8 원자％ 였다. 실시예 1 과 마찬가지로, 첨가 금속 M (Co) 의 잔류를 확인하였다.

타깃의 일부, 10 ㎜Φ × 1 ㎜t 의 샘플을 가공하여 레이저 플래시법으로 열 전도율을 측정한 결과, 45 W/mK 였다. 또, 타깃 표면의 저항률을 4 단자법으로 측정한 결과, 400 μΩㆍ㎝ 였다.

얻어진 타깃을 직경 4 인치, 두께 0.7 ㎜ 의 코닝 ＃1737 유리를 기판으로 하여, Ar 분위기 0.5 ㎩, Ar 유량 50 sccm, 스퍼터 파워 500 W 로 하여 막두께가 약 1000 ㎚ 가 되도록 성막 시간을 조정하여 스퍼터 성막을 실시하였다. 또한, 그 샘플 상에, Mo 를 동일 조건에서 100 ㎚ 성막하였다. 얻어진 막을 가로세로 10 ㎜ 정도로 조정하여, 열 물성 현미경으로 열 침투율을 측정한 결과, 2000 (J/s^0.5㎡K) 였다. 이상의 결과를 표 1 에 나타낸다.

(실시예 3)

평균 입경 5 ㎛ 의 산화아연, 산화갈륨 (Ga₂O₃) 및 첨가 금속 M 으로서 Ni (평균 입경 10 ㎛) 의 각 원료 분말을 77 : 4 : 19 (wt％) 가 되도록 칭량하고, 또한 평균 입경 1 ㎛ 의 카본 분말을 전체량에 대해 100 wtppm 이 되도록 추가하여 건식의 볼 밀로 약 10 시간 혼합하였다.

만들어진 타깃은 균열 등의 문제도 없고, 그 성분을 분석한 결과, 카본은 30 wtppm, 전체 금속 원자에 대한 금속 M (Ni) 의 농도가 24.7 원자％, 아연과 Ga 와 산소의 원자수의 합계에 대한 Ga 농도가 2.1 원자％ 였다. 실시예 1 과 마찬가지로, 첨가 금속 M (Ni) 의 잔류를 확인하였다.

타깃의 일부, 10 ㎜Φ × 1 ㎜t 의 샘플을 가공하여 레이저 플래시법으로 열 전도율을 측정한 결과, 55 W/mK 였다. 또, 타깃 표면의 저항률을 4 단자법으로 측정한 결과, 200 μΩㆍ㎝ 였다.

얻어진 타깃을 직경 4 인치, 두께 0.7 ㎜ 의 코닝 ＃1737 유리를 기판으로 하여, Ar 분위기 0.5 ㎩, Ar 유량 50 sccm, 스퍼터 파워 500 W 로 하여 막두께가 약 1000 ㎚ 가 되도록 성막 시간을 조정하여 스퍼터 성막을 실시하였다. 또한, 그 샘플 상에, Mo 를 동일 조건에서 100 ㎚ 성막하였다. 얻어진 막을 가로세로 10 ㎜ 정도로 조정하여, 열 물성 현미경으로 열 침투율을 측정한 결과, 2500 (J/s^0.5㎡K) 였다. 이상의 결과를 표 1 에 나타낸다.

(실시예 4)

평균 입경 5 ㎛ 의 산화아연, 산화붕소 (B₂O₃) 및 첨가 금속 M 으로서 Co (평균 입경 10 ㎛) 의 각 원료 분말을 95 : 2 : 3 (wt％) 가 되도록 칭량하고, 또한 평균 입경 1 ㎛ 의 카본 분말을 전체량에 대해 150 wtppm 이 되도록 추가하여 건식의 볼 밀로 약 10 시간 혼합하였다.

만들어진 타깃은 균열 등의 문제도 없고, 그 성분을 분석한 결과, 카본은 일부가 소결 중에 환원되어 50 wtppm 이 되고, 전체 금속 원자에 대한 금속 M (Co) 의 농도가 4.0 원자％, 아연과 B 와 산소의 원자수의 합계에 대한 B 농도가 2.3 원자％ 였다. 실시예 1 과 마찬가지로, 첨가 금속 M (Co) 의 잔류를 확인하였다.

타깃의 일부, 10 ㎜Φ × 1 ㎜t 의 샘플을 가공하여 레이저 플래시법으로 열 전도율을 측정한 결과, 43 W/mK 였다. 또, 타깃 표면의 저항률을 4 단자법으로 측정한 결과, 600 μΩㆍ㎝ 였다.

얻어진 타깃을 직경 4 인치, 두께 0.7 ㎜ 의 코닝 ＃1737 유리를 기판으로 하여, Ar 분위기 0.5 ㎩, Ar 유량 50 sccm, 스퍼터 파워 500 W 로 하여 막두께가 약 1000 ㎚ 가 되도록 성막 시간을 조정하여 스퍼터 성막을 실시하였다. 또한, 그 샘플 상에, Mo 를 동일 조건에서 100 ㎚ 성막하였다. 얻어진 막을 가로세로 10 ㎜ 정도로 조정하여, 열 물성 현미경으로 열 침투율을 측정한 결과, 1900 (J/s⁰ ^.5㎡K) 였다. 이상의 결과를 표 1 에 나타낸다.

(비교예 1)

평균 입경 5 ㎛ 의 산화아연과 산화알루미늄 (Al₂O₃) (평균 입경 10 ㎛) 의 각 원료 분말을 99 : 1 (wt％) 가 되도록 칭량하고, 건식의 볼 밀로 약 10 시간 혼합하였다. 이 경우, 금속 M 은 첨가하지 않았다.

그 성분을 분석한 결과, 전체 금속 원자에 대한 금속 M 의 농도는 0 원자％, 아연과 Al 과 산소의 원자수의 합계에 대한 Al 농도가 0.8 원자％ 였다.

타깃의 일부, 10 ㎜Φ × 1 ㎜t 의 샘플을 가공하여 레이저 플래시법으로 열 전도율을 측정한 결과, 40 W/mK 로, 실시예에 비해 저하되었다. 또, 타깃 표면의 저항률을 4 단자법으로 측정한 결과, 500 μΩㆍ㎝ 였다.

얻어진 타깃을 직경 4 인치, 두께 0.7 ㎜ 의 코닝 ＃1737 유리를 기판으로 하여, Ar 분위기 0.5 ㎩, Ar 유량 50 sccm, 스퍼터 파워 500 W 로 하여 막두께가 약 1000 ㎚ 가 되도록 성막 시간을 조정하여 스퍼터 성막을 실시하였다. 또한, 그 샘플 상에, Mo 를 동일 조건에서 100 ㎚ 성막하였다. 얻어진 막을 가로세로 10 ㎜ 정도로 조정하여, 열 물성 현미경으로 열 침투율을 측정한 결과, 1400 (J/s⁰ ^.5㎡K) 이 되어, 실시예와 비교하여 저하되었다. 이상의 결과를 표 1 에 나타낸다.

이상에 나타낸 바와 같이, n 형 도펀트가 Ga 라 하더라도 Al 이라 하더라도 B 라 하더라도, 본원 발명에서 규정한 금속 (M) 을 소정 농도 범위 첨가함으로써, 산화아연계 박막의 열 침투율을 향상시킬 수 있었다. 이것은 본원 발명의 큰 특징 중 하나이다. 또한, 본원의 특허청구범위에서 규정하는 다른 금속 원소 M 에 대해서는 특별히 실시예를 나타내지 않지만, 상기 실시예와 동일한 효과를 발휘하는 것을 확인하였다.

또, 상기 실시예 1 ∼ 4 는, 대표적인 성분 조성의 실험 데이터에 기초하는 것이지만, 본원의 특허청구범위에 규정하는 성분 조성의 범위라면, 실시예 1 ∼ 4 와 동일한 효과가 얻어지는 것을 다수의 실험에서 확인하고 있다.

산업상 이용가능성

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 종래의 방법으로는 실현시킬 수 없었던 투명하고 고열 침투율인 박막을 산화아연계 타깃의 스퍼터 성막에 의해 실현할 수 있게 하는 점에서, 광 기록 매체, 자기 기록 매체, 투명 도전체의 히트 싱크용 재료로서 매우 유용하다.

Claims

산화아연 (ZnO) 을 주성분으로 하고, 산화아연에 대해 n 형 도펀트가 되는 갈륨 (Ga) 또는 알루미늄 (Al) 또는 붕소 (B) 를 함유함과 함께, 카본을 10 ∼ 300 wtppm 함유하고, 또한, 코발트 (Co), 니켈 (Ni), 철 (Fe), 구리 (Cu), 몰리브덴 (Mo), 루테늄 (Ru), 로듐 (Rh), 텅스텐 (W), 이리듐 (Ir), 금 (Au) 에서 선택한 금속 원소 M 의 1 종 이상을 함유하고, 금속 M 은 적어도 일부 혹은 전부 금속으로서 소결체 중에 잔류하고, 산화아연계 소결체를 구성하는 아연과 n 형 도펀트와 전체 금속 원소에 대한 금속 M 의 농도를 0.05 ∼ 25.0 원자％ 로 조정한 산화아연계 소결체.
제 1 항에 있어서,
n 형 도펀트가 갈륨 (Ga) 인 경우에는, 아연과 Ga 와 산소의 원자수의 합계에 대한 Ga 농도가 1 ∼ 7 원자％ 인 것을 특징으로 하는 산화아연계 소결체.
제 1 항에 있어서,
n 형 도펀트가 알루미늄 (Al) 인 경우에는, 아연과 Al 과 산소의 원자수의 합계에 대한 Al 농도가 0.5 ∼ 3.5 원자％ 인 것을 특징으로 하는 산화아연계 소결체.
제 1 항에 있어서,
n 형 도펀트가 붕소 (B) 인 경우에는, 아연과 B 와 산소의 원자수의 합계에 대한 B 농도가 0.5 ∼ 5.5 원자％ 인 것을 특징으로 하는 산화아연계 소결체.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
금속 M 의 평균 입자경을 1 ∼ 10 ㎛ 의 범위로 조절하는 것을 특징으로 하는 산화아연계 소결체.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 산화아연계 소결체로 이루어지는 스퍼터링 타깃.
제 6 항에 기재된 산화아연계 소결체로 이루어지는 스퍼터링 타깃을 스퍼터링하여 얻어진 박막.
제 7 항에 있어서,
막의 열 침투율이 1600 (J/sec⁰ ^.5㎡K) 이상인 것을 특징으로 하는 박막.