KR20230095655A - 알루미늄 스퍼터링 타겟 제조 방법 - Google Patents
알루미늄 스퍼터링 타겟 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 알루미늄 스퍼터링 타겟 제조 방법으로서, 알루미늄 원재료를 주조하여 알루미늄 빌렛을 형성하는 단계; 상기 알루미늄 빌렛을 압출하는 단계; 및 압출된 알루미늄 판재를 압연하는 단계;를 포함할 수 있다.
Description
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 압출공정 및 압연공정을 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; 상기 알루미늄 빌렛을 압출하는 단계; 및 압출된 알루미늄 판재를 압연하는 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 압연하는 단계는 냉간 압연하는 단계를 포함할 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 폴 그림(pole figure) 및 결정질의 방위분포 함수(ODF)를 분석한 결과이다.
도 5는 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 6 및 도 7은 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 스퍼터링 타겟 샘플의 X선 회절 분석 결과이다.
도 8는 본 발명의 비교예 2 및 실험예 6 샘플의 비저항값을 측정하여 비교한 그래프이다.
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 폴 그림(pole figure) 및 결정질의 방위분포 함수(ODF)를 분석한 결과이다.
도 5는 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 6 및 도 7은 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 스퍼터링 타겟 샘플의 X선 회절 분석 결과이다.
도 8는 본 발명의 비교예 2 및 실험예 6 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, 상기 알루미늄 빌렛을 압출하는 단계 및 압출된 알루미늄 판재를 압연하는 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 6.4:1이며, 각각의 두께는 25mm로 제어할 수 있다. 이후에 냉간압연을 수행하여 두께 20mm 이하의 고순도 알루미늄 스퍼터링 타겟을 제조할 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 6.4:1로 열간압출하고, 두께 20mm, 15mm, 10mm, 5mm, 2mm의 고순도 알루미늄 타겟 샘플을 각각 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 사진이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 냉간압연 이후에 모든 샘플의 미세조직이 더 미세화된 것으로 나타났다.
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 스퍼터링 타겟 샘플의 극점도(pole figure) 및 결정질의 방위분포 함수(ODF)를 분석한 결과이다.
도 4를 참조하면, 압연이 진행됨에 따라 큐브 집합조직이 계속적으로 발달하며, 결정 성장 방향은 [001], [110] 방향으로 진행되는 것을 확인할 수 있었다.
도 5는 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 5를 참조하면, 각 샘플들의 커널 평균방향 불일치 신뢰지수 상관관계(KAM) 확인결과, 압연이 진행됨에 따라 불일치 정렬(misorientation) 분율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 스퍼터링 타겟 샘플의 X선 회절 분석 결과이다.
도 6 및 도 7을 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, (220)피크가 가장 높은 강도를 나타내었다. 또한, 압하율이 증가하면서 (200)피크가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 스퍼터링 타겟의 효율을 높이기 위해서는 (200)피크와 (220)피크 분율이 높은 것이 적절하므로 고순도의 알루미늄 타겟이 적절하게 제조된 것을 확인할 수 있었다.
도 8는 본 발명의 비교예 2 및 실험예 6 샘플의 비저항값을 측정하여 비교한 그래프이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예를 통해 제조된 4N급 알루미늄 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 (3)
- 알루미늄 원재료를 주조하여 알루미늄 빌렛을 형성하는 단계;
상기 알루미늄 빌렛을 압출하는 단계; 및
압출된 알루미늄 판재를 압연하는 단계;를 포함하는,
알루미늄 스퍼터링 타겟 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 알루미늄 원재료의 순도는 3N 내지 7N을 포함하는,
알루미늄 스퍼터링 타겟 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 압연하는 단계는 냉간 압연하는 단계를 포함하는,
알루미늄 스퍼터링 타겟 제조 방법.
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