KR20170082379A - 스퍼터링 타겟 및 이를 이용하여 형성된 박막 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스퍼터링 타겟 및 이로 형성된 박막에 관한 것으로, 상기 박막은 상기 스퍼터링 타겟으로 형성됨에 따라 낮은 굴절률을 나타낸다.

Description

스퍼터링 타겟 및 이를 이용하여 형성된 박막{SPUTTERING TARGET AND THIN FILM FORMATION USING THE SAME}
본 발명은 반도체 소자 제조 시 박막 형성을 위해 사용되는 스퍼터링 타겟에 관한 것이다.
반도체 소자 중 하나인 박막 트랜지스터는 박막 상의 반도체에 흐르는 전류와 수직인 전계를 가하는 제어 소자이다. 이러한 박막 트랜지스터는 기판 상에 게이트 전극, 절연층, 활성층, 소스 및 드레인 전극, 패시베이션층 등이 존재하는 구조로 이루어진다.
상기 활성층 상에는 통상 구리로 이루어진 소스 및 드레인 전극이 각각 이격 배치되는데, 이때, 구리의 확산을 방지하기 위해 소스 및 드레인 전극은 Mo-Ti 성분으로 코팅되어 있다. 구체적으로, Mo-Ti 성분으로 이루어진 타겟을 스퍼터링하여 소스 및 드레인 전극에 베리어층이라 불리는 박막을 형성하는 것이다.
그러나, Mo-Ti 성분은 IGZO(Indium gallium zinc oxide)로 이루어진 활성층과 물질의 성분이 상이하여 활성층과 소스 및 드레인 전극 간의 접촉저항을 높이기 때문에 박막 트랜지스터의 물성을 저하시키는 문제점이 있었다. 따라서 활성층과 소스 및 드레인 전극 간의 접촉저항을 낮추기 위해 베리어층의 형성에 사용될 타겟 소재로 활성층과 유사한 물질을 가지는 타겟 소재의 개발이 요구되고 있다.
한편, 베리어층은 우수한 투명성을 가지는 것이 요구되는데, 이러한 투명성은 굴절률을 낮춤으로써 확보할 수 있다. 따라서 낮은 굴절률을 가지는 베리어층을 형성할 수 있는 타겟 소재의 개발도 요구되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제2003-0079689호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 반도체 소자 제조 시 박막의 형성에 유용한 스퍼터링 타겟을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 스퍼터링 타겟을 이용하여 형성된 박막을 제공하는 것도 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 산화 인듐과 산화 아연을 포함하는 소결체를 포함하며, 상기 소결체에 존재하는 인듐 원자와 아연 원자의 원자비가 하기 식을 만족하는 스퍼터링 타겟을 제공한다.
0.182 ≤ In/(In+Zn) ≤ 0.223
여기서, 상기 소결체는 산화 주석을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 소결체에 존재하는 총 원자량을 기준으로, 인듐의 원자량이 18.2 내지 22.3 원자%이고, 아연의 원자량이 77.7 내지 81.8 원자%이고, 주석의 원자량이 0.1 원자% 이하일 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 스퍼터링 타겟으로 형성되며, 633 nm 파장에서 굴절률이 1.855 내지 1.895인 박막을 제공한다.
여기서, 상기 박막은 반도체 소자에 포함된 전극의 베리어층에 사용될 수 있다.
본 발명의 스퍼터링 타겟은 인듐 원자와 아연 원자의 원자비가 특정 범위로 조절된 소결체를 포함하기 때문에 이를 이용하여 형성된 박막은 낮은 굴절률을 나타낸다. 따라서 상기 박막을 반도체 소자에 포함된 전극(예를 들어, 소스 또는 드레인 전극)의 베리어층에 적용함에 따라 투명성이 확보됨과 동시에 접촉저항이 낮아져 물성이 개선된 반도체 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 스퍼터링 타겟의 조직을 확인한 이미지이다.
도 2는 본 발명의 비교예 1에서 제조된 스퍼터링 타겟의 조직을 확인한 이미지이다.
도 3은 본 발명의 비교예 2에서 제조된 스퍼터링 타겟의 조직을 확인한 이미지이다.
이하 본 발명을 설명한다.
본 발명은 투명성이 우수하며, 굴절률이 낮은 박막을 형성할 수 있는 스퍼터링 타겟에 관한 것으로 이에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 스퍼터링 타겟은, 산화 인듐과 산화 아연을 포함하는 소결체를 포함하며, 상기 소결체에 존재하는 인듐 원자와 아연 원자의 원자비가 하기 식을 만족한다. 즉, 인듐 원자와 아연 원자의 합계에 대한 인듐 원자의 원자비가 0.182 내지 0.223을 나타내는 것이다.
0.182 ≤ In/(In+Zn) ≤ 0.223
본 발명의 스퍼터링 타겟은 인듐 원자와 아연 원자의 원자비가 상기 식을 만족하기 때문에 본 발명의 스퍼터링 타겟으로 박막을 형성할 경우 투명성이 우수함과 동시에 굴절률이 낮은 박막을 제공할 수 있다.
여기서 상기 소결체는 산화 주석을 더 포함하는 것이 바람직하다. 산화 주석을 더 포함함에 따라 스퍼터링 타겟의 저항을 낮출 수 있기 때문이다. 이와 같이 산화 주석을 더 포함하는 소결체에 있어서, 각 원소의 원자량은 특별히 한정되지 않으나, 소결체에 존재하는 총 원자량(인듐 원자+아연 원자+주석 원자)을 기준으로, 인듐의 원자량이 18.2 내지 22.3 원자%이고, 아연의 원자량이 77.7 내지 81.8 원자%이고, 주석의 원자량이 0.1 원자% 이하인 것이 바람직하다.
이러한 본 발명의 스퍼터링 타겟을 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 다음의 과정을 통해 제조될 수 있다.
먼저, 산화인듐 및 산화아연을 포함하는 구상의 원료 분말을 준비한다. 구체적으로, 산화인듐 분말 및 산화아연 분말을 목적 조성에 맞게 칭량한 후 각 분말을 혼합기에 투입하고 비드밀로 분쇄 및 혼합하여 혼합물을 제조한다. 이때, 비드밀로 분쇄 및 혼합하는 조건은 특별히 한정되지 않으나, 속도는 800 내지 1200 rpm이고, 시간은 5 내지 10 시간인 것이 바람직하다. 이후 제조된 혼합물을 Spray Dryer 장비를 이용하여 구상을 가지는 원료 분말을 형성한다. 여기서, 상기 혼합물 제조 시 산화주석 분말이 더 혼합되어 구상의 원료 분말에는 산화인듐, 산화아연과 더불어 산화주석이 포함될 수 있다.
다음, 준비된 원료 분말로 성형체를 제조한다. 구체적으로, 원료 분말을 성형기에 투입하고 성형하는 과정을 거쳐 성형체를 제조한다. 이때, 성형체의 밀도를 높이기 위해 성형 과정은 2차에 걸쳐 이루어질 수 있는데, 1차는 일축 성형기를 이용하고 2차는 등방압 성형기를 이용할 수 있다. 상기 일축 성형기에 원료 분말을 투입한 후 1차 성형 시 압력은 특별히 한정되지 않으나, 단위 면적당 15 ㎫ 이상인 것이 바람직하다. 또한 상기 등방압 성형기에 1차 성형된 성형체를 투입한 후 2차 성형 시 압력은 특별히 한정되지 않으나, 단위 면적당 2000 ㎫ 이상인 것이 바람직하다.
그 다음, 제조된 성형체를 1300 내지 1500 ℃에서 10 내지 30 시간 동안 소결하여 소결체를 제조한다. 이때, 소결은 산소 분위기 하에 이루어질 수 있다. 이러한 과정을 거쳐 제조된 소결체는 상대 밀도가 85 % 이다.
이후 당 업계에 통상적으로 알려진 확산본딩 및 최종가공을 통해 제품화된 스퍼터링 타겟을 제조하게 된다. 구체적으로, 소결체를 백킹 플레이트(Backing Plate)와 본딩을 진행하여 본딩율을 99.5% 이상 확보한 후 가공 장비를 이용하여 최종 목적 두께까지 가공을 실시하고, 백킹 플레이트 면에 비드 및 Arc spray 처리를 실시함으로써 최종 제품을 얻을 수 있다.
한편, 본 발명은 상기에서 설명한 스퍼터링 타겟으로 형성된 박막을 제공한다. 이러한 본 발명의 박막은 상기 스퍼터링 타겟으로 형성됨에 따라 633 nm 파장에서 굴절률이 1.855 내지 1.895 범위로 낮은 굴절률을 나타내게 된다.
따라서 본 발명의 박막은 반도체 소자 제조 시 다양하게 사용될 수 있으며, 특히, 박막 트랜지스터 제조 시 전극의 베리어층에 유용하게 사용될 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 박막을 박막 트랜지스터에 포함되는 소스 및 드레인 전극의 베리어층에 사용할 경우 박막의 성분이 활성층의 성분인 IGZO와 유사하기 때문에 접촉저항을 낮출 수 있으며, 투명성이 우수하고 낮은 굴절률을 가져 박막 트랜지스터의 물성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 1] 스퍼터링 타겟 제조
대기에서 산화인듐(In2O3) 분말, 산화아연 분말 및 산화주석(SnO2) 분말 각각을 20.0:79.9.0:0.1의 원자 퍼센트로 칭량한 후 Mixing Tank에 투입하였다. 이후 Mixing Tank에 순수를 투입하여 충분히 혼합 후 Mill을 통과시켜 Slurry를 제조하였다. 이 후 제조된 Slurry를 Spray Dryer에 통과시켜 구상의 원료 분말을 제조하였다.
다음 제조된 원료 분말을 성형기에 투입한 후, 단위 면적 당 2000 내지 3000 ㎫의 압력을 가해 성형제를 제조하였다.
그 다음, 제조된 성형체를 산소 분위기 하의 소결로에 투입하고, 1300℃에서 20 시간 동안 소결하여 96Φ×5T의 크기의 소결체를 제조하였다.
이후 제조된 소결체를 통상적인 방법으로 Cu plate에 본딩하여 스퍼터링 타겟을 제조하였다.
[ 실시예 2 내지 6] 스퍼터링 타겟 제조
원료 분말 제조 시 하기 표 1의 성분 및 조성비를 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 스퍼터링 타겟을 제조하였다.
성분 / 조성(원자%)
산화 인듐 분말 산화 아연 분말 산화주석 분말
실시예 1 20.0 79.9 0.1
실시예 2 22.3 77.6 0.1
실시예 3 18.2 81.7 0.1
실시예 4 20.0 80.0 0.0
실시예 5 22.3 77.7 0.0
실시예 6 18.2 81.8 0.0
[ 비교예 1 및 2] 스퍼터링 타겟 제조
원료 분말 제조 시 하기 표 2의 성분 및 조성비를 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 스퍼터링 타겟을 제조하였다.
성분 / 조성(원자%)
산화인듐 분말 산화아연 분말 산화주석 분말
비교예 1 82.0 18.0 0.00
비교예 2 90.7 9.3 0.00
[ 제조예 1 내지 6 및 비교제조예 1 내지 2] 박막 형성
상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 각각의 스퍼터링 타겟을 sputtering 기기(Japan, ULVAC, SME 200)에 장착한 후 glass에 1000 Å의 두께로 증착하였다. 이후, 250 ℃의 Vacuum oven에서 2시간 동안 충분히 annealing하여 박막을 형성하였다.
[ 실험예 1]
상기 제조예 1 내지 6 및 비교제조예 1 내지 2에서 형성된 각각의 박막을, 타원법을 이용한 투과율 측정기(Korea, Ellipso Technology, Elli-RSc)로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
굴절률
(633nm 기준 n, 상수)
제조예 1 1.871
제조예 2 1.855
제조예 3 1.892
제조예 4 1.885
제조예 5 1.872
제조예 6 1.888
비교제조예 1 1.990
비교제조예 2 1.998
상기 표 3을 살펴보면, 본 발명의 스퍼터링 타겟인 실시예 1 내지 6의 스퍼터링 타겟을 이용하여 형성된 박막은 굴절률이 낮은 것을 확인할 수 있다.
[ 실험예 2]
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 각각의 스퍼터링 타겟(구체적으로, 소결체)를 주사전자현미경(FE-SEM)로 분석하였으며, 그 결과를 도 1 내지 도 3에 나타내었다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 스퍼터링 타겟인 실시예 1은 비교예 1 내지 2의 스퍼터링 타겟과 비교할 때 타겟의 내부조직에 차이가 없는 것을 확인할 수 있다.

Claims (5)

  1. 산화인듐과 산화아연을 포함하는 소결체를 포함하며,
    상기 소결체에 존재하는 인듐 원자와 아연 원자의 원자비가 하기 식을 만족하는 스퍼터링 타겟:
    0.182 ≤ In/(In+Zn) ≤ 0.223
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소결체가 산화주석을 더 포함하는 스퍼터링 타겟.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 소결체에 존재하는 총 원자량을 기준으로, 인듐의 원자량이 18.2 내지 22.3 원자%이고, 아연의 원자량이 77.7 내지 81.8 원자%이고, 주석의 원자량이 0.1 원자% 이하인 스퍼터링 타겟.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 스퍼터링 타겟으로 형성되며,
    633 nm 파장에서 굴절률이 1.855 내지 1.895인 박막.
  5. 제4항에 있어서,
    반도체 소자에 포함된 전극의 베리어층에 사용되는 박막.
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