KR20230095654A - 알루미늄 스퍼터링 타겟 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 스퍼터링 타겟 제조 방법으로서, 알루미늄 원재료를 주조하여 알루미늄 빌렛을 형성하는 단계; 및 상기 알루미늄 빌렛을 압출하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

알루미늄 스퍼터링 타겟 제조 방법{manufacturing method of Al sputtering target}

본 발명은 알루미늄 스퍼터링 타겟 제조 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 고순도 알루미늄 압출 소재를 적용한 평판형 알루미늄 스퍼터링 타겟 제조 방법에 관한 것이다.

알루미늄(Al)은 융점이 660.4℃, 밀도 2.70g/cm³인 13족 금속원소이다. 알루미늄은 은백색의 가볍고 높은 가공성과 비교적 낮은 비저항을 갖고 있어 반도체/디스플레이 소자의 배선을 형성하는 스퍼터링 타겟용 소재로서 사용되고 있다.

배선용 스퍼터링 타겟은 스퍼터링 공정을 통해 박막화시킨 후 식각을 통해 배선을 형성하며, 이러한 금속 배선은 극미세 패턴으로 형성된 소자 내부에서 전기적 신호를 전달하는 통로로써 디바이스의 수율 및 신뢰성을 좌우하는 핵심 소재이다. 이와 같이 배선용 알루미늄 스퍼터링 타겟은 고밀도, 균질한 조직 및 조성, 결정립 미세화, 고순도 등이 요구되고 있으며, 박막의 성능을 좌우하는 중요한 요소이다.

알루미늄 스퍼터링 타겟은 제조방법에 따라 크게 용해/주조법과 분말야금법으로 구분이 가능하다. 그 중 용해/주조법은 금속타겟을 제조하기 위한 가장 일반적인 방법이다. 하지만, 결정립 제어 및 고밀도화에 한계를 갖고 있어 고성능화하기에는 한계가 있다. 또, 최근 타겟재의 고기능화를 위해 많은 합금 타겟이 개발되고 있으나, 용해/주조법은 미세조직 제어의 한계가 있어 균일한 물성을 갖는 타겟 제조가 어렵다.

반면, 분말야금법을 이용할 경우, 균질한 상 분포와 미세한 결정립 제어, 고순도화나 고융점 소재 제조가 용이하다. 또, 분말야금법은 조성 및 성분비의 설계 자유도 범위가 커서 고성능, 고기능성 타겟을 제조할 수 있는 장점이 있다. 그러나 분말제조, 소결 등의 공정비용으로 타겟의 가격이 높아지는 단점이 있다.

상기와 같은 방법들이 알려져 있으나, 국내에서는 고순도의 알루미늄 스퍼터링 타겟을 제조하기 위한 설비가 갖추어지지 않아 제조가 어렵고, 제조하더라도 랩 스케일 수준에서 사용 가능한 크기만 제조가 가능했다.

본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 주조 후 최적의 압출공정을 이용하여 고밀도 및 균질한 조직을 갖는 고순도의 알루미늄 스퍼터링 타겟을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 알루미늄 스퍼터링 타겟 제조 방법을 제공한다. 상기 알루미늄 스퍼터링 타겟 제조 방법은 알루미늄 원재료를 주조하여 알루미늄 빌렛을 형성하는 단계; 및 상기 알루미늄 빌렛을 압출하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 알루미늄 스퍼터링 타겟 제조 방법에 있어서, 상기 알루미늄 원재료의 순도는 3N 내지 7N을 포함할 수 있다.

상기 알루미늄 스퍼터링 타겟 제조 방법에 있어서, 상기 압출하는 단계에서, 압출비가 증가함에 따라 (200) 방향으로 결정이 성장할 수 있다.

상기 알루미늄 스퍼터링 타겟 제조 방법에 있어서, 상기 압출하는 단계에서, 압출비가 증가함에 따라 큐브 집합조직(cube texture)이 계속 성장할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고밀도 및 균질한 조직을 갖는 고순도의 알루미늄 스퍼터링 타겟을 제조하는 방법을 이용하여 제조된 고순도 알루미늄 스퍼터링 타겟을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 스퍼터링 타겟 샘플의 압출 후 미세조직 사진이다.
도 2는 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 스퍼터링 타겟 샘플의 경도를 측정한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 스퍼터링 타겟 샘플의 압출 후 미세조직을 후방산란전자 회절패턴 분석기(EBSD)로 분석한 사진이다.
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 스퍼터링 타겟 샘플의 평균입경의 크기를 분석한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 스퍼터링 타겟 샘플의 폴 그림(pole figure) 및 결정질의 방위분포 함수(ODF)를 분석한 결과이다.
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 스퍼터링 타겟 샘플의 압출 후 미세조직을 후방산란전자 회절패턴 분석기(EBSD)의 커널 평균방향 불일치 신뢰지수 상관관계(KAM)를 분석한 결과이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 스퍼터링 타겟 샘플의 X선 회절 분석 결과이다.
도 9는 본 발명의 실험예 2 및 비교예 샘플의 비저항값을 측정하여 비교한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고순도 알루미늄 스퍼터링 타겟의 제조방법은 알루미늄 원재료를 주조하여 알루미늄 빌렛을 형성하는 단계 및 상기 알루미늄 빌렛을 압출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 알루미늄 원재료의 순도는 3N 내지 7N을 포함할 수 있다. 상기 알루미늄 빌렛의 크기는 필요에 따라 다양한 형태의 크기를 가질 수 있다.

여기서, 열간 압출시 압출비도 다양하게 제어 가능하다. 일 예로, 압출비는 6.4:1, 16:1, 32:1이며, 각각의 두께는 25mm, 10mm, 5mm 로 제어할 수 있다. 이때, 압출비가 증가함에 따라 (200)면으로 결정이 성장할 수 있다. 또, 압출비가 증가함에 따라 큐브 집합조직(cube texture)이 계속 성장할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

4N(99.99%) 알루미늄(Al) 원재료를 주조하여 직경 7inch 800mm의 길이의 알루미늄 빌렛(billet)을 제조하였다. 이후 상기 빌렛을 압출비 6.4:1, 16:1, 32:1로 각각 열간압출하여 고순도 알루미늄 타겟 샘플을 제조하였다. 이렇게 제조된 샘플들의 미세조직, 미소경도, 비저항 등을 주사전자현미경(SEM), 후방산란전자 회절패턴 분석기(EBSD), X설 회절분석기를 이용하여 각각 측정하였다.

도 1은 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 스퍼터링 타겟 샘플의 압출 후 미세조직 사진이고, 도 2는 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 스퍼터링 타겟 샘플의 경도를 측정한 그래프이며, 도 3은 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 스퍼터링 타겟 샘플의 압출 후 미세조직을 후방산란전자 회절패턴 분석기(EBSD)로 분석한 사진이고, 도 4는 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 스퍼터링 타겟 샘플의 평균입경의 크기를 분석한 그래프이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 압출 이후 모든 압출조건에서 재결정 및 결정립이 성장된 것으로 나타났다. 이때, 압출비가 낮은 실험예 1 샘플의 경우, 결정 배열 방향이 모든 방향으로 나타나지만, 압출비가 증가함에 따라 (200)면의 발달이 증가하는 것으로 나타났다.

각 샘플의 압출 조건에 대한 평균 결정립 크기 측정 결과, 157 내지 167um 수준으로 압출 조건에 대한 결정립 크기의 변화는 큰 차이를 나타나지 않은 것을 확인할 수 있었다.

도 5는 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 스퍼터링 타겟 샘플의 극점도(pole figure) 및 결정질의 방위분포 함수(ODF)를 분석한 결과이다.

도 5를 참조하면, 가장 낮은 압출비로 제조된 실험예 1 샘플에서는 전단변형기구(Shear mode)가 작동하지만 이후 압출비가 증가함에 따라 큐브 집합조직(cube texture)이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또, 압출비가 증가함에 따라 큐브 집합조직이 계속적으로 발달하며, 결정 성장 방향은 [100], [001] 방향으로 진행되는 것을 확인할 수 있었다.

도 6은 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 스퍼터링 타겟 샘플의 압출 후 미세조직을 후방산란전자 회절패턴 분석기(EBSD)의 커널 평균방향 불일치 신뢰지수 상관관계(KAM)를 분석한 결과이다.

도 6을 참조하면, 각 샘플들의 커널 평균방향 불일치 신뢰지수 상관관계(KAM) 확인결과, 압하율이 증가하면서 불일치 정렬(misorientation) 분율이 증가하나 높은 압하율에서는 다시 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 압출 과정에서 압출비의 증가에 따른 마찰열의 발생 및 압출 속도의 증가로 인한 에너지 회복으로 판단된다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 스퍼터링 타겟 샘플의 X선 회절 분석 결과이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 각 샘플들에 대한 XRD 확인결과, 실험예 2 및 실험예 3 샘플에서 (200), (220), (400), (420)면에 대한 피크(peak)가 확인되었다. 또, 각 피크에 대한 강도(intensity)를 확인한 결과, (200)면의 강도가 가장 높게 나타나는 것을 확인된 것으로 보아, 고순도의 알루미늄 타겟이 적절하게 제조된 것을 확인할 수 있었다.

도 9는 본 발명의 실험예 2 및 비교예 샘플의 비저항값을 측정하여 비교한 그래프이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예를 통해 제조된 4N급 알루미늄 압출 소재를 적용한 평판 스퍼터 타겟의 스퍼터 특성 평가 결과, 종래기술을 이용한 상용 타겟 대비 비저항의 값이 전체적으로 동등하거나 그 이상의 특성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

1. 알루미늄 원재료를 주조하여 알루미늄 빌렛을 형성하는 단계; 및
   상기 알루미늄 빌렛을 압출하는 단계;를 포함하는,
   알루미늄 스퍼터링 타겟 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 알루미늄 원재료의 순도는 3N 내지 7N을 포함하는,
   알루미늄 스퍼터링 타겟 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 압출하는 단계에서,
   압출비가 증가함에 따라 (200)면으로 결정이 성장하는,
   알루미늄 스퍼터링 타겟 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 압출하는 단계에서,
   압출비가 증가함에 따라 큐브 집합조직(cube texture)이 계속 성장하는,
   알루미늄 스퍼터링 타겟 제조 방법.

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