KR20160098513A - 제1 및 제2 상을 포함하는 산화물 스퍼터 타깃의 제조 방법 - Google Patents
제1 및 제2 상을 포함하는 산화물 스퍼터 타깃의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 산화물 스퍼터 타깃의 제조 방법에 관한 것이다. 본 방법은 타깃 홀더를 제공하는 단계; 하나 이상의 산화물 및 하나 이상의 금속을 동시에 분무함으로써 타깃 홀더에 스퍼터가능한 물질의 외부층을 도포하는 단계를 포함한다. 스퍼터가능한 물질의 외부층은 제1 상 및 제2 상을 포함한다. 제1 상은 적어도 제1 금속 및 제2 금속의 산화물을 포함하고, 제2 상은 금속성 상의 금속을 포함한다. 금속성 상의 금속은 제1 상의 산화물에 또는 그 사이에 배열된 분리된 체적들을 형성한다. 스퍼터가능한 물질의 외부층은 금속성 상의 금속 0.1 내지 20 중량%를 포함한다. 본 발명은 추가로 산화물 스퍼터 타깃에 관한 것이다.
Description
본 발명은 제1 및 제2 금속의 산화물을 포함하는 제1 상과 금속을 포함하는 제2 상을 포함하는 산화물 스퍼터 타깃의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 추가로 제1 및 제2 금속의 산화물을 포함하는 제1 상과 금속을 포함하는 제2 상을 포함하는 산화물 스퍼터 타깃에 관한 것이다.
지난 수십년에 걸쳐, 마그네트론 스퍼터링은 금속 코팅 또는 세라믹 코팅과 같은 얇은 코팅을 침착하는 기술로 공지되었다.
스퍼터링 기술은 전형적으로 광학 코팅을 침착하기 위해 사용된다. 광학 코팅의 중요한 군은 전기 전도성과 광학 투명도를 겸비하기 때문에 산화 주석 인듐 (ITO)과 같은 투명한 전도성 산화물이다. 플랫 패널 디스플레이, 스마트 윈도우, 터치 패널, 전기발광 램프에서 EMI 차폐 용도까지 용도가 다양하다.
ITO 코팅은 금속성 인듐 주석 합금 타깃의 반응성 스퍼터링에 의해 또는 세라믹 산화물 타깃의 비반응성 또는 유사 반응성 스퍼터링에 의해 얻어질 수 있다.
금속성 인듐 주석 합금 타깃의 반응성 스퍼터링의 단점은 요망되는 화학량비를 기판위에 균일하게 침착시키고 공정이 시간에 걸쳐 안정한 것 (이력현상 효과)을 보장할 수 있게 하기 위해 정확한 반응성 가스 제어 시스템이 필요하다는 것이다. US 2007/0141536는 반응성 스퍼터 공정에서 사용될 금속 타깃을 기술한다. 이력현상 효과는 금속 타깃에 일정량의 산화물을 첨가함으로써 제한된다.
한편, 산화물 타깃으로부터의 스퍼터링은 스퍼터 타깃 표면의 부식된 부분에서 결절이 형성된다는 단점을 가진다. 이러한 결절들은 낮은 수준의 인듐 및/또는 주석이라고 여겨진다.
스퍼터링 중에 결절의 수와 크기는 증가하고, 점차로 타깃 표면위로 퍼진다. 결절의 전도성이 보다 낮을 때, 비정상 방전 (아킹(arcing))이 발생하여 불안정한 스퍼터 공정과 침착된 코팅에서의 결함을 초래할 수 있다.
US 5,480,532는 인듐 산화물-주석 산화물의 고온 등압 가압(hot isostatic pressing)에 의해 제조된 산화물 타깃을 기술한다.
본 발명의 목적은 선행 기술의 문제점들을 방지하는 산화물 스퍼터 타깃의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 산화물 상 및 금속성 상을 포함하는 스퍼터 타깃을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은 스퍼터 타깃이 고 전력 수준에서 사용될 수 있도록 증가된 전기 및 열 전도성을 가지는 스퍼터 타깃을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양상에 따르면, 산화물 스퍼터 타깃의 제조 방법이 제공된다. 이 방법은
- 타깃 홀더를 제공하는 단계;
- 하나 이상의 산화물 및 하나 이상의 금속을 동시에 분무함으로써 상기 타깃 홀더에 스퍼터가능한 물질의 외부층을 도포하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 외부층은 제1 상 및 제2 상을 포함하고, 상기 제1 상은 적어도 제1 금속 및 제2 금속의 산화물을 포함하고, 상기 제2 상은 상기 제1 상의 상기 산화물에 또는 그 사이에 배열된 분리된 체적들을 형성하는 금속성 상의 금속
을 포함한다.
바람직한 실시양태에서, 제2 상은 금속성 상의 금속으로 구성된다.
바람직하게, 외부층은 금속성 상의 금속 0.1 내지 20 중량%를 포함한다. 보다 바람직하게, 외부층은 금속성 상의 금속 1 내지 15 중량%를 포함하거나, 또는 외부층은 금속성 상의 금속 1 내지 10 중량%를 포함한다.
가장 바람직하게, 외부층은 금속성 상의 금속 0.1 내지 5 중량%, 예를 들어 2 내지 5 중량% 또는 3 내지 5 중량%를 포함하고, 외부층의 나머지는 상기 산화물이다.
바람직한 실시양태에서, 금속성 상의 금속은 제1 상의 산화물의 제1 금속으로 구성된다. 별도의 실시양태에서, 금속성 상의 금속은 제1 상의 산화물의 제2 금속으로 구성된다.
외부층의 제1 상은 산화물 상인 반면, 제2 상은 금속성 상이다.
본 발명의 목적을 위해서, "산화물 상"이라 함은 산화물을 포함하는 임의의 상을 의미한다.
"금속성 상"이라 함은 금속으로 제조되거나 또는 금속을 함유하는 임의의 상을 의미한다.
상기 언급된 바와 같이, 금속성 상의 금속은 산화물 상의 산화물의 체적들에 또는 그 사이에 배열된 분리된 체적들을 형성한다. 바람직하게, 금속성 상의 금속은 산화물의 체적들로 완전히 둘러싸인다.
이것은 두개의 상 사이에 입계(grain boundary) 및/또는 상호확산층이 존재할 수 있지만 두개의 분리된 상이 외부층에 존재함을 의미한다. 입계는 두 상이 만나는 경계면이다. 상호확산층은 두 상이 상호확산되는 층이다. 그러나, 본 발명에 따른 상호확산층은 몇 원자층으로 제한되는 두께를 가진다.
산화물로는, 제1 금속 A 및 제2 금속 B의 임의의 산화물이 고려될 수 있다. 본 발명의 목적을 위하여, 제1 금속 A 및 제2 금속 B의 산화물이라 함은 제1 금속의 산화물 및 제2 금속의 산화물의 임의의 혼합물 (AxOy 및 BxOy)과 화학식 AxByOz의 임의의 복합 산화물 (화학양론적 또는 비화학양론적)을 의미한다.
예를 들어, 산화 인듐 주석이라 함은 인듐 산화물 (InxOy) 및 주석 산화물 (SnxOy)의 임의의 혼합물, 예를 들어, In2O3 및 SnO2 및 화학식 InxSnyOz의 복합 산화물 (화학양론적 또는 비화학양론적)을 의미한다.
원칙적으로, 제1 상, 즉, 산화물 상의 산화물의 제1 금속으로 또는 제2 금속으로 임의의 금속이 고려될 수 있다. 바람직하게, 제1 금속 및 제2 금속은 주기율표 시스템의 IIa족의 원소, 주기율표 시스템의 IIb족의 원소, 주기율표 시스템의 IIIa족의 원소, 주기율표 시스템의 IVa족의 원소, 티타늄, 니오븀, 탄탈, 몰리브덴 및 안티몬으로 구성된 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게, 제1 및/또는 제2 금속은 마그네슘, 칼슘, 티타늄, 니오븀, 탄탈, 몰리브덴, 아연, 카드뮴, 붕소, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 게르마늄, 주석 또는 안티몬을 포함한다.
제1 금속은 바람직하게 마그네슘, 칼슘, 티타늄, 아연, 카드뮴, 갈륨, 인듐 및 주석으로 구성된 군으로부터 선택된다.
제2 금속은 바람직하게, 마그네슘, 칼슘, 티타늄, 니오븀, 탄탈, 몰리브덴, 아연, 카드뮴, 붕소, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 게르마늄, 주석 및 안티몬으로 구성된 군으로부터 선택된다.
바람직한 제1 및 제2 금속의 산화물은 산화 인듐 주석, 예를 들어, In4Sn3O12, 산화 인듐 아연, 산화 카드뮴 주석, 산화 아연 주석, 예를 들어, ZnSnO3 및 Zn2SnO4, 산화 아연 인듐, 예를 들어, Zn2In2O5 및 Zn3In2O6, 산화 아연 알루미늄, 산화 마그네슘 인듐 MgIn2O4, 산화 갈륨 인듐, 예를 들어, GaInO3 및 (GaIn)2O3을 포함한다.
금속성 상의 금속은 바람직하게 주기율표 시스템의 IIa족의 원소, 주기율표 시스템의 IIb족의 원소, 주기율표 시스템의 IIIa족의 원소, 주기율표 시스템의 IVa족의 원소 및 티타늄, 니오븀, 탄탈, 몰리브덴 및 안티몬으로 구성된 군으로부터 선택된다. 바람직한 주기율표 시스템의 IIa족, IIb족, IIIa족 및 IV족의 원소는 마그네슘, 칼슘, 아연, 카드뮴, 붕소, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 게르마늄 및 주석이다.
더욱 바람직한 금속성 상의 금속은 니오븀이다.
제1 상 (산화물 상) 및 제2 상 (금속성 상)의 바람직한 조합은
- 산화물 상인 산화 인듐 주석 및 금속성 상인 인듐;
- 산화물 상인 산화 인듐 주석 및 금속성 상인 주석;
- 산화물 상인 산화 인듐 주석 및 금속성 상인 아연
이다.
본 발명에 따른 스퍼터 타깃의 타깃 홀더는 임의의 형상을 가질 수 있다. 바람직한 타깃 홀더는 평평한 타깃 홀더 또는 튜브형 타깃 홀더이다.
스퍼터가능한 물질의 외부층의 도포가 적용되기 전에 타깃 홀더에 결합층을 도포하는 것이 바람직할 수 있다. 결합층으로는, 당업계에 공지된 임의의 결합층이 고려될 수 있다. 바람직한 결합층은 금속 또는 금속 합금을 포함한다.
본 발명의 제2 양상에 따르면, 스퍼터 타깃이 제공된다. 스퍼터 타깃은 타깃 홀더 및 타깃 홀더에 도포된 스퍼터가능한 물질의 외부층을 포함한다. 외부층은 적어도 제1 상 및 제2 상을 포함한다. 제1 상은 적어도 제1 금속 및 제2 금속의 산화물을 포함하고, 제2 상은 금속성 상의 금속을 포함한다. 금속성 상의 금속은 그렇게 함으로써 상기 제1 상의 산화물에 또는 그 사이에 배열된 분리된 체적들을 형성한다.
바람직하게, 외부층은 금속성 상의 금속 0.1 내지 20 중량%를 포함한다. 보다 바람직하게, 외부층은 금속성 상의 금속 1 내지 15 중량%를 포함하거나, 또는 외부층은 금속성 상의 금속 1 내지 10 중량%를 포함한다.
가장 바람직하게, 외부층은 금속성 상의 금속 0.1 내지 5 중량%, 예를 들어 2 내지 5 중량% 또는 3 내지 5 중량%를 포함하고, 외부층의 나머지는 상기 산화물이다.
바람직한 실시양태에서, 금속성 상의 금속은 산화물 상의 산화물의 제1 금속 또는 산화물 상의 산화물의 제2 금속으로 구성된다.
본 발명에 따른 스퍼터 타깃의 타깃 홀더는 임의의 형상을 가질 수 있다. 바람직한 타깃 홀더는 평평한 타깃 홀더 또는 튜브형 타깃 홀더이다.
본 발명에 따른 스퍼터 타깃의 장점은 이러한 타깃의 스퍼터링 중에 결절 형성이 방지된다는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 스퍼터 타깃은 증가된 전기 및 열 전도성을 가져서, 이러한 스퍼터 타깃은 고 전력 수준에서 사용될 수 있다.
본 발명은 이제 첨부된 도면을 참고하여 보다 상세히 기술될 것이다.
여기서,
- 도 1은 본 발명에 따른 스퍼터 타깃의 제1 실시양태의 단면이다.
- 도 2는 본 발명에 따른 스퍼터 타깃의 제2 실시양태의 단면이다.
여기서,
- 도 1은 본 발명에 따른 스퍼터 타깃의 제1 실시양태의 단면이다.
- 도 2는 본 발명에 따른 스퍼터 타깃의 제2 실시양태의 단면이다.
본 발명의 실시 모드
도 1과 관련하여, 본 발명에 따른 스퍼터 타깃의 단면이 도시된다. 외부층 (12)가 타깃 홀더 (14)에 도포된다. 외부층은 제1 상 (16) 및 제2 상 (18)을 포함한다. 제1 상 (16)은 산화물 상이다. 제2 상 (18)은 금속성 상이다.
제1 상 (16)은 적어도 제1 금속 및 제2 금속의 산화물, 예를 들어 산화 인듐 주석을 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 산화물 상은 판자(splat) 유사 구조를 가지는 산화물 체적들을 포함한다.
제2 상 (18)은 금속을 포함한다. 제2 상 (18)의 금속은 바람직하게 제1 상 (16)의 산화물의 제1 금속 또는 제1 상 (16)의 산화물의 제2 금속이다. 이와는 별도로, 제2 상 (18)의 금속은 제1 상의 제1 금속 또는 제2 금속 이외의 금속을 포함한다.
바람직한 실시양태에서, 스퍼터가능한 물질의 외부층은 제1 상 (산화물 상)으로 산화 인듐 주석 및 제2 상 (금속성 상)으로 주석을 포함한다.
제2 상 (18)의 금속은 제1 상 (16)의 산화물 체적들 사이에 배열된 분리된 체적들을 형성한다.
도 2는 본 발명에 따른 스퍼터 타깃의 별도의 실시양태의 단면을 나타낸다. 외부층 (22)가 타깃 홀더 (24)에 도포된다. 외부층은 제1 상 (26) 및 제2 상 (28)을 포함한다. 제1 상 (26)은 산화물 상이다. 제2 상 (28)은 금속성 상이다.
금속성 상 (28)의 금속은 산화물 상 (26)의 산화물에 배열된 분리된 체적들을 형성한다.
Claims (10)
- - 타깃 홀더를 제공하는 단계;
- 하나 이상의 산화물 및 하나 이상의 금속을 동시에 분무함으로써 상기 타깃 홀더에 스퍼터가능한 물질의 외부층을 도포하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 외부층이 제1 상 및 제2 상을 포함하고, 상기 제1 상이 적어도 제1 금속 A 및 제2 금속 B의 화학식 AxByOz의 복합 산화물을 포함하고, 상기 제2 상이 금속성 상의 금속을 포함하고, 상기 금속성 상의 금속은 상기 제1 상의 상기 산화물에 또는 그 사이에 배열된 분리된 체적들을 형성하고, 상기 외부층이 금속성 상의 금속 0.1 내지 20 중량%를 포함하는 것인,
산화물 스퍼터 타깃의 제조 방법. - 제1항에 있어서, 상기 외부층이 금속성 상의 금속 0.1 내지 5 중량%를 포함하고, 상기 외부층의 나머지가 산화물인, 산화물 스퍼터 타깃의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 상의 상기 금속이 상기 산화물의 상기 제1 금속 또는 상기 산화물의 상기 제2 금속으로 구성되는 것인 산화물 스퍼터 타깃의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산화물의 상기 제1 금속 또는 상기 산화물의 상기 제2 금속 또는 이들 모두가 주기율표 시스템의 IIa족의 원소, 주기율표 시스템의 IIb족의 원소, 주기율표 시스템의 IIIa족의 원소, 주기율표 시스템의 IVa족의 원소, 티타늄, 니오븀, 탄탈, 몰리브덴 및 안티몬으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 산화물 스퍼터 타깃의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산화물의 상기 제1 금속이 마그네슘, 칼슘, 티타늄, 아연, 카드뮴, 갈륨, 인듐 및 주석으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 산화물 스퍼터 타깃의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산화물의 상기 제2 금속이 마그네슘, 칼슘, 티타늄, 니오븀, 탄탈, 몰리브덴, 아연, 카드뮴, 붕소, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 게르마늄, 주석 및 안티몬으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 산화물 스퍼터 타깃의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산화물이 산화 인듐 주석, 산화 인듐 아연, 산화 카드뮴 주석, 산화 아연 주석, 산화 아연 인듐, 산화 아연 알루미늄, 산화 마그네슘 인듐 및 산화 갈륨 인듐으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 산화물 스퍼터 타깃의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속성 상의 상기 금속이 주기율표 시스템의 IIa족의 원소, 주기율표 시스템의 IIb족의 원소, 주기율표 시스템의 IIIa족의 원소, 주기율표 시스템의 IVa족의 원소, 티타늄, 니오븀, 탄탈, 몰리브덴 및 안티몬으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 산화물 스퍼터 타깃의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 타깃 홀더가 평평한 또는 튜브형 타깃 홀더를 포함하는 것인 산화물 스퍼터 타깃의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방법이 추가로 상기 스퍼터가능한 물질의 외부층의 도포 전에 상기 타깃 홀더에 결합층을 도포하는 단계를 포함하는 것인 산화물 스퍼터 타깃의 제조 방법.
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