KR20210019170A

KR20210019170A - 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20210019170A
Application number: KR1020190097969A
Authority: KR
Inventors: 한상현; 이정현
Original assignee: 주식회사 리딩유아이; 한상현
Priority date: 2019-08-12
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2021-02-22

Abstract

몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃 및 이의 제조 방법이 개시된다. 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃의 제조 방법에서, 몰리브뎀(Mo) 분말, 니오븀(Nb) 분말 및 탄탈륨(Ta) 분말을 혼합한다. 이어, 혼합된 분말을 CIP를 이용하여 일차 구조 형상을 제조한다. 이어, 형성된 구조를 소성 또는 소결 처리한다. 이어, 소성 처리된 소성체 또는 소결 처리된 소결체를 판재 형상으로 가공한다.

Description

몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃 및 이의 제조 방법{MOLYBDEM ALLOY SPUTTERING TARGET AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 평판 표시 장치의 배선 박막이나 전극 박막의 하지막이나 커버막으로 될 박막의 형성시 사용되는 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 평판 표시 장치의 일종인 박막 트랜지스터형(이하, 「TFT」라고 함) 액정 표시 장치 등의 배선 박막이나 전극 박막은, 낮은 전기 저항값(이하, 「저저항」이라고 함)을 갖는 Al, Cu, Ag, Au 등의 순금속으로 이루어지는 박막이나, 그들의 합금으로 이루어지는 박막이 사용되고 있다.

이들 배선 박막이나 전극 박막은, 제조 공정에 따라서는 가열 공정을 수반하는 경우가 있고, 배선이나 전극으로서 요구되는 내열성, 내식성, 밀착성 중 어느 것이 뒤떨어진다고 하는 문제나, 상기 합금을 구성하는 원소 사이에서 확산층을 형성해 버려, 필요한 전기적 특성을 잃게 되는 등의 문제가 발생되는 경우가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 상기 배선 박막이나 전극 박막에 대한 하지막이나 커버막으로서, 고융점 금속인 순 몰리브덴이나 몰리브덴 합금이 사용되어 왔다. 특히, Al계의 배선 박막이나 전극 박막의 하지막이나 커버막에는, MoNb 등의 몰리브덴 합금 박막이 사용되고 있다.

한편, 액정 표시 장치나 유기전계발광 표시장치에 사용되는 금속 배선 재료로 사용되는 크롬이나 알루미늄, 몰리브뎀(Mo) 계열은 현재의 주류 배선 재료이지만 고온 고습의 신뢰성이 부족하다.

구리(Cu)는 새로 검토되고 있는 전도성이 좋은 재질이나 오염과 산화의 기술적 문제를 가지고 있다.

물론 근래에는 구리 재질도 많은 부분들이 보완이 되었지만 아직 적극적으로 양산을 하지 못하고 있다.

0001)한국공개특허 제10-2019-0005120호(2019. 01. 15.)(발명의 명칭 : MoNb 타겟재) 0002)한국등록특허 제10-0936016호(2009. 12. 31.)(발명의 명칭 : 초미세 결정립 Mo 스퍼터링 타겟의 제조방법, 및 이로써 얻어진 Mo 스퍼터링 타겟)

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 평판 표시 장치의 배선 박막이나 전극 박막의 하지막이나 커버막을 형성하는 스퍼터링에서의 타깃재의 표면 조도에 기인하는 노듈의 문제를 해결하고, 저저항으로 안정된 TFT 특성이 얻어지는 평판 표시 장치에 적합한 MoNbTa 박막을 형성할 수 있는 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃은, 몰리브뎀(Mo), 니오븀(Nb) 및 탄탈륨(Ta)을 포함한다.

일실시예에서, 상기 니오븀(Nb)은 3~20원자%로 구성하고, 상기 탄탈륨(Ta)은 0.2~6원자%로 구성될 수 있다.

일실시예에서, 상기 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃은, 0.5~20원자%의 ZnO를 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃은, 0.5~20원자%의 AlO를 더 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃의 제조 방법에서, 몰리브뎀(Mo) 분말, 니오븀(Nb) 분말 및 탄탈륨(Ta) 분말을 혼합한다. 이어, 혼합된 분말을 CIP를 이용하여 일차 구조 형상을 제조한다. 이어, 형성된 구조를 소성 또는 소결 처리한다. 이어, 소성 처리된 소성체 또는 소결 처리된 소결체를 판재 형상으로 가공한다.

일실시예에서, 상기 소성 공정은 열간등방압 가압성형(Hot Isostatic Pressing, HIP)을 이용하여 가압 및 가열 분위기에서 이루어질 수 있다.

일실시예에서, 상기 HIP 공정 온도는 섭씨 1700 ~ 2200도 사이에서 진행될 수 있다.

일실시예에서, 상기 소결 공정은 H2 분위기에서 이루어질 수 있다.

이러한 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃 및 이의 제조 방법에 의하면, 고전력에 의한 스퍼터링 후에 있어서도, 스퍼터링면이 평활하기 때문에, 노듈의 생성을 억제할 수 있다. 이에 의해, 본 발명은 파티클의 부착이 억제되어, 저저항에서 평면 화상 표시 장치의 배선 박막이나 전극 박막의 하지막이나 커버막에 적합한 MoNbTa 박막이 형성 가능해져, 예를 들어 TFT형 액정 표시 장치(TFT LCD) 등의 제조에 유용한 기술이 된다.

도 1은 스퍼터링 타깃을 이용한 스퍼터링 과정을 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명에서 설명되는 스퍼터링 타깃은, 평판 표시 장치의 배선 박막이나 전극 박막의 하지막이나 커버막으로 될 MoNbTa 박막을 스퍼터링 증착시 사용되는 금속 또는 화합물이다. 보통 판재 형태를 띄며, 직사각형, 정사각형, 원판형이고 크기는 다양하다. 증착 기술은 각종 금속 또는 화합물을 기판 위에 박막으로 코팅하는 기술로, 다양한 IT 소자용 박막 코팅에 널리 사용된다.

스퍼터링 증착 공정에서, 스퍼터링 타깃은 보통 99.99%이상 순도의 금속, 합금, 화합물 소재가 사용되며, 티타늄 타깃, 니켈 타깃, 코발트 타깃, 몰리브덴 타깃, 텅스텐 타깃, 탄탈륨 타깃, 니오븀 타깃, 오산화 니오븀 타깃, 알루미늄 타깃, 몰리브덴 니오븀 합금 타깃, 스텐레스 타깃, 니켈 합금 타깃, 코발트 합금 타깃, ITO(IndiumTin Oxide) 타깃　등 사용자의 필요에 따라 매우 다양한 성분의 타깃이 존재한다. 반도체 산업과 자기기록매체에 주로 많이 사용되며, 유리코팅, 평판 표시 장치에도 사용된다. TV나 스마트폰 디스플레이 패널에는 ITO가 증착된다.

스퍼터링 과정을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 스퍼터링 타깃을 이용한 스퍼터링 과정을 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 진공챔버 속에서 아래, 위에 각각 타깃과 그 타깃의 성분이 도금될 다른 금속을 고정시키고, 아르곤 가스를 진공챔버 내에 주입한 다음, 타깃과 도금당할 금속에 전류를 흘려 보내면, 어떠한 특성에 의해서 타깃 표면의 입자들이 진공 분위기에서 날아가서 표면에 아주 고르게 도포가 되는 것이다.

타깃은 베이킹 플레이트(backing plate)에 붙여서 스퍼터링을 하게 되는데, 타깃과 베이킹 플레이트는 인듐으로 본딩하여 붙이거나 이온접합으로 붙여 사용하다가 폐기시에는 분리하게 되는데 인듐 본딩을 한 타깃의 경우에는 인듐이 오염된 상태로 발생되며, 이온 접합 본딩을 한 경우에는 베이킹 플레이트를 떼어내지 못함으로 다른 물리적인 방법으로 베이킹 플레이트를 제거한다. 베이킹 플레이트는 보통 동이나 알루미늄을 사용하며, 동합금 브래스를 사용하기도 한다.

본 실시예에서, 스퍼터링 타깃은 MoNbTa을 함유한다. 구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃은, 3~20원자%의 니오븀(Nb) 및 0.2~6원자%의 탄탈륨(Ta)을 함유하고, 잔부가 몰리브뎀(Mo) 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는다.

Nb의 함유량은, 배선 박막이나 전극 박막의 하지막이나 커버막으로서 MoNbTa 박막을 사용했을 때, 저저항성이나 에천트에 대한 내에칭성 등의 특성을 유지할 수 있는, 평판 표시 장치의 제조 가능한 범위로서 규정한다. 그리고, 상기와 동일한 이유로부터, Nb의 함유량은, 7원자％ 이상이 바람직하고, 9원자％ 이상이 보다 바람직하다. 또한, 상기와 동일한 이유로부터, Nb의 함유량은, 20원자％ 이하가 바람직하고, 15원자％ 이하가 보다 바람직하다.

본 발명에 따른 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃은, 0.5~20원자%의 ZnO를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃은, 0.5~20원자%의 AlO를 더 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 몰리브뎀(Mo) 분말, 니오븀(Nb) 분말 및 탄탈륨(Ta) 분말을 혼합한다(단계 S100). Mo 분말, Nb 분말 및 Ta 분말의 입경은 0.5~100um인 것이 바람직하다. 분말의 입경이 100um 이상이면 스퍼터링에 의한 노듈의 생성, 즉 배선 박막이나 전극 박막의 하지막이나 커버막에 대한 파티클이 부착되는 문제가 발생하고, 분말의 입경이 0.5um 이하이면 혼합시에 혼합이 안되기 때문이다.

이어, 혼합된 분말을 냉간정수압성형(cold isostatic press, CIP) 장비를 이용하여 일차 구조 형상을 제조한다(단계 S200). 상기 냉간정수압성형(CIP) 장비는 성형되는 제품에 모든 방향으로 압력이 균일하게 전달되는 유체의 원리를 이용하는 장비이다. 즉, 분말을 1차 성형하고, 유연성을 갖는 몰드에 넣어 고압에 견딜 수 있는 압력 용기 내부에 장입한 후 압력용기 내부에 유체(액체)를 이용하여 고압으로 형성시키게 된다. 이때 유체 내에서는 물체에 가해지는 압력은 물체의 모든 부분에 균일하게 작용하기 때문에 모든 방향에서 균일한 밀도를 갖는 성형체가 된다.

이어, 형성된 일차 구조 형상을 소성 처리하거나 소결 처리한다(단계 S300). 여기서, 상기 소성 공정은 조합된 원료를 가열하여 경화성 물질을 만드는 조작을 말한다. 또한 상기 소결 공정은 분말체를 적당한 형상으로 가압 성형한 것을 가열하면 서로 단단히 밀착하여 고결하는 현상이다.　형성된 일차 구조 형상을 소성 처리하는 경우, 열간등방압 가압성형(Hot Isostatic Pressing, HIP)을 이용하여 가압 및 가열 분위기에서 이루어질 수 있다. 상기 HIP 공정 온도는 섭씨 1700 ~ 2200도 사이에서 진행될 수 있다. 한편, 형성된 일차 구조 형상을 소결 처리하는 경우, H2 분위기에서 이루어질 수 있다.

이어, 소성체 또는 소결체를 판재 형상으로 가공한다(단계 S400). 여기서, 소성체 또는 소결체는 판재 형태로 가공될 수 있으나, 직사각형, 정사각형, 원판형 등과 같이 다양한 형상과 다양한 크기로 가공될 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃은, 고전력에 의한 스퍼터링 후에 있어서도, 스퍼터링면이 평활하기 때문에, 노듈의 생성을 억제할 수 있다. 이에 의해, 본 발명은 파티클의 부착이 억제되어, 저저항에서 평면 화상 표시 장치의 배선 박막이나 전극 박막의 하지막이나 커버막에 적합한 MoNbTa 박막이 형성 가능해져, 예를 들어 TFT형 액정 표시 장치(TFT LCD) 등의 제조에 유용한 기술이 된다.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

몰리브뎀(Mo), 니오븀(Nb) 및 탄탈륨(Ta)을 포함하는 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃.
제1항에 있어서, 상기 니오븀(Nb)은 3~20원자%로 구성하고, 상기 탄탈륨(Ta)은 0.2~6원자%로 구성된 것을 특징으로 하는 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃.
제1항에 있어서, 0.5~20원자%의 ZnO를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃.
제1항에 있어서, 0.5~20원자%의 AlO를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃.
몰리브뎀(Mo) 분말, 니오븀(Nb) 분말 및 탄탈륨(Ta) 분말을 혼합하는 단계;
혼합된 분말을 냉간정수압성형(cold isostatic press, CIP)을 이용하여 일차 구조 형상을 제조하는 단계;
형성된 구조를 소성 또는 소결 처리하는 단계; 및
소성 처리된 소성체 또는 소결 처리된 소결체를 판재 형상으로 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 소성 공정은 열간등방압 가압성형(Hot Isostatic Pressing, HIP)을 이용하여 가압 및 가열 분위기에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 HIP 공정 온도는 섭씨 1700 ~ 2200도 사이에서 진행하는 것을 특징으로 하는 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 소결 공정은 H2 분위기에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제8항에 있어서, 상기 상압 소결 공정 온도는 섭씨 1700 ~ 2200도 사이에서 진행하는 것을 특징으로 하는 몰리브덴 합금 스퍼터링 타깃의 제조 방법.