WO2018043766A1 - 구리 박막 기판 및 이의 제조방법 - Google Patents
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- H05K3/022—Processes for manufacturing precursors of printed circuits, i.e. copper-clad substrates
- H05K3/025—Processes for manufacturing precursors of printed circuits, i.e. copper-clad substrates by transfer of thin metal foil formed on a temporary carrier, e.g. peel-apart copper
Definitions
- the present invention relates to a copper thin film substrate and a method of manufacturing the same.
- Metal thin films made of copper (Cu) have photoelectric properties such as excellent high conductivity, high transmittance in the visible region and low infrared region, and are applied to transparent conductive films, optical sensors, smart windows, semiconductors, and the like.
- the substrates are continuously formed on various inorganic substrates including insulators, semiconductors and conductors in the range of several tens of nm and several nm. There is a need for technology for metal thin films.
- the initial growth behavior of the metal on the substrate causes the metal to grow in the form of three-dimensional particles rather than in the form of two-dimensional continuous thin films due to the low wettability of the metal on the substrate. This is due to the higher bonding force between the metal and the metal than the bonding force between the substrate and the metal.
- noble metals Au
- platinum Pt
- silver Au
- highly conductive metals Cu
- nickel Ni
- aluminum Al
- This growth characteristic of the metal on the substrate is difficult to meet the requirements of the two-dimensional continuous thin film from the beginning of growth, and more than a certain thickness was required to form the continuous thin film.
- a substrate having high wettability and bonding strength with the metal (2) formation of a seed metal thin film layer on the substrate before deposition of the metal, (3) deposition rate and Temperature control, (4) metals doped with trace amounts of other metals (Al, Ca, etc.), (5) metals doped with trace amounts of oxygen, and the like have been used.
- the conventional technology for suppressing the three-dimensional growth behavior of the metal has the property of controlling / modifying the substrate surface or limiting the growth of the material.
- Patent literature related to a transparent metal thin film is Korean Patent Publication No. 10-2012-0097451. This patent document describes the technique of obtaining high electroconductivity and light transmittance by adjusting the composition of a zinc oxide type transparent conductive thin film.
- an object of the present invention is to provide a method for producing a copper thin film substrate in which a copper thin film which is grown from a growth stage into a two-dimensional continuous thin film and has excellent light transmittance and conductivity is formed.
- the substrate And a copper thin film formed on the substrate and composed of copper (Cu) or a copper alloy, wherein a ratio with respect to the entire crystal surface of the (111) plane of the copper thin film decreases as the thickness of the copper thin film increases.
- a copper thin film substrate is provided.
- the substrate And a copper thin film formed of copper (Cu) or a copper alloy when formed on the substrate, wherein the copper thin film is formed through physical vapor deposition (PVD), and the process gas of the process is nitrogen
- a copper thin film substrate comprising (N 2 ) is provided.
- a copper thin film substrate having an I (111) / I (200) of the copper thin film is greater than 17 is provided.
- a copper thin film substrate having an I (111) / I (200) of 23 or more is provided.
- a copper thin film substrate having a thickness of more than 0 nm and 40 nm or less is provided.
- a copper thin film substrate having roughness of more than 0 nm and 0.4 nm or less is provided.
- the substrate is provided with a copper thin film substrate which is a transparent polymer substrate.
- the substrate is provided with a copper thin film substrate comprising a conductive oxide or nitride.
- the copper thin film substrate is provided with a copper thin film substrate having a sheet resistance of 50 kW / sq or less.
- the copper thin film substrate is provided with a copper thin film substrate having a light transmittance of 85% or more.
- a copper thin film substrate further comprising an intermediate layer formed between the substrate and the copper thin film.
- a copper thin film substrate further comprising a protective layer formed on the copper thin film.
- the copper thin film is provided with a copper thin film substrate, characterized in that the doped with nitrogen.
- a copper thin film substrate having a nitrogen content of 4% or less is provided.
- the copper thin film is provided with a copper thin film substrate formed by physical vapor deposition (PVD) using argon (Ar) and nitrogen (N 2 ) as a process gas.
- PVD physical vapor deposition
- the process gas is provided with a copper thin film substrate having an argon (Ar): nitrogen (N 2 ) ratio of 50: 0.1 to 1.0.
- an article comprising the copper thin film substrate.
- the article is provided an article which is a transparent electrode for display, a polarizing plate, a transparent electrode for solar cell, low radiation coating, an electrode for transparent heater, or a fine metal electrode for semiconductor.
- preparing a substrate Forming a copper thin film containing copper (Cu) or copper alloy by physical vapor deposition (PVD, Physical Vapor Deposition) on the substrate; including, but the process of physical vapor deposition (PVD, Physical Vapor Deposition) Provided is a method for manufacturing a copper thin film substrate, wherein the gas contains nitrogen (N 2 ).
- a process gas of the physical vapor deposition is provided with a method for manufacturing a copper thin film substrate including argon (Ar) and nitrogen (N 2 ).
- a process gas of the sputtering process is provided with a method for producing a copper thin film substrate in the ratio of argon (Ar): nitrogen (N 2 ) 50: 0.1 to 1.0.
- a ratio of the entire crystal surface of the (111) plane of the copper thin film is provided with a method of manufacturing a copper thin film substrate that decreases as the thickness of the copper thin film increases.
- the thickness of the copper thin film is 10 nm or less
- a method for manufacturing a copper thin film substrate having a nitrogen content of 4% or less is provided.
- a method for manufacturing a copper thin film substrate further comprising forming an intermediate layer between the substrate and the copper thin film.
- a method for manufacturing a copper thin film substrate further comprising the step of forming a protective layer on the copper thin film.
- the step of forming the copper thin film is provided a method of manufacturing a copper thin film substrate is performed at 100 °C or less.
- the copper thin film substrate according to the present invention can be grown in a two-dimensional continuous thin film from the beginning of the growth can provide a copper thin film excellent in light transmittance and conductivity.
- the method for manufacturing a copper thin film substrate according to the present invention can efficiently induce growth into a two-dimensional continuous thin film from the beginning of the copper thin film growth to replace the copper thin film excellent in light transmittance and conductivity It can manufacture with area.
- FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing an internal configuration of a copper thin film substrate according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view showing an internal configuration of a copper thin film substrate according to another embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is a flowchart schematically showing a method of manufacturing a copper thin film substrate according to an embodiment of the present invention.
- FIG 4 is a view comparing the growth pattern (I) of the general metal and the growth pattern (II) of the metal according to the present invention.
- FIG 5 is a view showing a comparison of the orientation of I (111) / I (200) with respect to the introduction of nitrogen gas according to the thickness of the copper thin film according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 6 is a view showing a comparison of the orientation according to the introduction of nitrogen gas of the copper thin film according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 7 is an FE-SEM photograph of a copper thin film according to introduction of nitrogen gas as a process gas according to another embodiment of the present invention.
- FIG 8 is a view showing a comparison of the roughness according to the introduction of nitrogen gas as a process gas according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 9 is an atomic force microscopy (AFM) photograph showing differential growth behavior according to introduction of a process gas according to another exemplary embodiment of the present invention.
- AFM atomic force microscopy
- FIG. 10 is an AFM diagram illustrating three-dimensional particle morphology and two-dimensional morphology of the growth behavior according to the introduction of a process gas according to another embodiment of the present invention.
- FIG. 11 is an XPS diagram for detecting a residual amount of N (nitrogen) in Cu (N) in a copper thin film substrate according to another embodiment of the present invention.
- FIG. 12 is a SIMS diagram for detecting a residual amount of N (nitrogen) in Cu (N) in a copper thin film substrate according to another embodiment of the present invention.
- FIG. 13 is a view showing lattice strain due to introduction of nitrogen gas into a process gas according to another embodiment of the present invention.
- FIG. 14 is a view illustrating electric mobility according to a thickness of a copper thin film and a flow rate of a process gas according to another exemplary embodiment of the present invention.
- 15 is a view showing a carrier concentration according to the thickness of the metal thin film and the flow rate of the process gas according to an embodiment of the present invention.
- 16 is a view showing light absorption characteristics of a copper thin film substrate according to an embodiment of the present invention.
- 17 is a view showing a light transmittance of a copper thin film substrate according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 18 illustrates a sheet resistance of a copper thin film substrate according to an exemplary embodiment of the present invention.
- FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing an internal configuration of a copper thin film substrate according to an embodiment of the present invention.
- a copper thin film substrate according to an embodiment of the present invention includes a substrate 110 and a copper thin film 120.
- the substrate 110 becomes a base material on which the copper thin film 120 can grow.
- the substrate 110 may include any one of a transparent polymer and glass, but is not limited thereto.
- the substrate 110 may be formed of a transparent polymer or glass layer under a thin film made of a metal, a conductive oxide, or a conductive nitride. Therefore, when the substrate 110 is made of a transparent polymer, it may be usefully used for a transparent flexible display and a transparent electrode for a flexible solar cell. Accordingly, the substrate 110 may be a transparent polymer for a flexible display device including PC, PET, PES, PEN, PAR, PI, and the like.
- the substrate 110 may be any material as long as the copper thin film 120 can be grown. That is, the substrate 110 may include any one of a dielectric, a semiconductor, and a conductor. In addition, the substrate 110 may include a metal, a conductive oxide, or a conductive nitride. More specifically, Al, Ba, Be, Ca, Cr, Cu, Cd, Dy, Ga, Ge, Hf, In, Lu, Mg, Mo, Ni, Rb, Sc, Si, Sn, Ta, Te, Ti, Oxide, nitride, oxide-nitride and magnesium fluoride of metals selected from the group consisting of W, Zn, Zr, and Yb may be used, but not limited thereto. It doesn't happen.
- the substrate 110 has a preferred orientation.
- the orientation of the substrate 110 may affect the orientation of the copper thin film 120 to be grown on the substrate 110.
- the copper thin film 120 is formed on the substrate 110.
- the copper thin film 120 is formed to be grown into a two-dimensional continuous thin film from the beginning of growth.
- metal exhibits a behavior of growing into three-dimensional particles rather than a two-dimensional continuous thin film due to the low wettability of the metal on the substrate 110.
- the growth behavior of the metal can be controlled by controlling the orientation of the metal formed at the beginning of the growth.
- the copper thin film 120 includes copper (Cu) or a copper alloy. Looking at the general growth behavior of copper (Cu) or copper alloy in terms of orientation, initially not only the (111) plane but also other planes develop. Then, as the thickness of the copper (Cu) or the copper alloy becomes thicker, the ratio of the (111) plane becomes higher. This growth behavior can be varied to allow the (111) plane of copper (Cu) or copper alloy to grow predominantly from other planes from the beginning of growth.
- the copper alloy may comprise aluminum, chromium or nickel, and contains inevitable impurities.
- the predominance of the (111) plane having the (111) growth direction of the copper thin film 120 is advantageous when forming a rapid initial continuous thin film, and the copper thin film substrate of the present invention is characterized by the (111) plane of the copper thin film 120.
- the ratio of the total crystal plane is relatively high and the thickness decreases as the thickness of the copper thin film increases.
- the ratio of the (111) plane to the total crystal plane is relatively low and increases as the thickness of the copper thin film increases. Accordingly, the copper thin film substrate of the present invention tends to be completely opposite, and has an excellent continuous thin film formed in a relatively thin thickness.
- p (111) is defined by the following formula.
- N is the number of peaks
- hkl is the Miller index
- I ( hkl ) is the measured ( hkl ) peak intensity
- I 0 (hkl) is the intensity of the compared peak of the powdered reference.
- the degree of preferred orientation of the (111) plane is a measure of the degree of development of the (111) plane, and p (111)> 1 indicates that the (111) plane mainly develops, and p (111) ⁇ 1 , Other than (111) planes are developed.
- I (111) / I (200) of the present invention are I (111) and I (200) determined from the intensity of (111) and (200) crystalline peaks measured from 2theta-omega scans of XRD. Calculated as
- I (111) / I (200) of the copper thin film 120 may be greater than 17.
- I (111) / I (200) has a high continuous thin film in a state where the thickness of the copper thin film 120 is relatively thin.
- the I (111) / I (200) is higher than 23, which is advantageous for initial continuous thin film formation.
- the thickness of the copper thin film 120 may be greater than 0 nm and less than or equal to 40 nm.
- the thickness of the copper thin film 120 is preferably greater than 0 nm and 24 nm or less, more preferably 14 nm or less, even more preferably 12 nm or less, even more preferably 10 nm or less, even more preferably 8 nm or less.
- the copper thin film 120 is preferably configured so that the light transmittance does not decrease.
- the roughness of the copper thin film 120 may be greater than 0 nm and less than or equal to 0.4 nm.
- the copper thin film 120 according to the present invention has a relatively high ratio of the entire crystal plane of the (111) plane to induce two-dimensional growth of the initial continuous thin film, so that the copper thin film 120 has low roughness even at a thin thickness. It is characterized by having.
- the copper thin film 120 may be formed by physical vapor deposition (PVD) including nitrogen (N 2 ) as a process gas. Therefore, the copper thin film 120 may contain nitrogen. Although not limited thereto, when the thickness of the copper thin film 120 is 10 nm or less, the nitrogen content of the copper thin film 120 may be 4% or less.
- the substrate 110 includes zinc oxide (ZnO).
- Zinc oxide (ZnO) is known to have a good wettability of highly conductive metals compared to polymers, glass and silicon wafers.
- Zinc oxide (ZnO) is mainly developed in the (002) plane, which has the same growth direction as the (111) plane of copper (Cu) and copper alloy. That is, the copper thin film 120 is controlled to be formed in accordance with the orientation of the substrate 110 during the initial growth.
- copper (Cu) is used as the copper thin film 120, but the present invention is not limited thereto.
- the copper thin film 120 may include a copper alloy and nickel (Ni). It may include any one.
- FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view showing an internal configuration of a copper thin film substrate according to another embodiment of the present invention.
- the copper thin film substrate according to the second embodiment of the present invention may further include an intermediate layer 130.
- the copper thin film substrate according to the third embodiment of the present invention may further include a protective layer 140.
- the copper thin film substrate according to the fourth embodiment of the present invention includes a substrate 110, an intermediate layer 130, a copper thin film 120, and a protective layer 140.
- the copper thin film substrate may be a transparent conductive thin film formed by laminating a transparent inorganic layer-copper thin film-transparent inorganic layer structure.
- the intermediate layer 130 is formed between the substrate 110 and the copper thin film 120.
- the intermediate layer 130 may be formed of zinc oxide (ZnO), indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), al-doping zinc oxide (AZO), ga-doping zinc oxide (GZO), IGZO, ATO, and TiO. It may be made of any one of two , but is not limited thereto.
- the intermediate layer 130 may be transparently formed on the substrate 110 by physical vapor deposition (PVD), and may have a thickness of about 5 nm to about 200 nm.
- the intermediate layer 130 is preferably configured to increase the electrical conductivity while maintaining the light transmittance of the substrate 110.
- the intermediate layer 130 includes a material having good wettability of the metal.
- the intermediate layer 130 may replace the role of the substrate 110 in one embodiment of the present invention.
- the intermediate layer 130 may include a material such as zinc oxide (ZnO) having an orientation when the substrate 110 is made of glass or a polymer material to affect the growth characteristics of the copper thin film 120. Can be.
- the protective layer 140 is formed on the copper thin film 120, and serves to prevent oxidation of the copper thin film 120 and to prevent physical damage.
- the protective layer 140 may be formed of any one of zinc oxide (ZnO), ITO, IZO, AZO, GZO, IGZO, ATO, and TiO 2 , but is not limited thereto.
- the protective layer 140 may be transparently formed on the substrate 110 by physical vapor deposition (PVD), and may have a thickness of about 5 nm to about 200 nm.
- the intermediate layer 130 is preferably configured to increase the electrical conductivity while maintaining the light transmittance of the substrate 110.
- the protective layer 140 is formed of zinc oxide (ZnO).
- intermediate layer 130 and the protective layer 140 may be made of the same material or different materials.
- the copper thin film substrate according to the present invention may be configured by various combinations of the metal thin film 120, the intermediate layer 130, and the protective layer 140.
- the copper thin film substrate may have excellent sheet resistance of 50 kW / sq or less.
- the copper thin film substrate may have a light transmittance of 85% or more. Although not limited thereto, the copper thin film substrate may have a light transmittance of 90% or more in the visible light region (650-850 nm).
- the copper thin film substrate according to the present invention is excellent in electrical conductivity, light transmittance characteristics, etc., by forming an excellent two-dimensional continuous thin film at the initial stage of copper thin film formation, and thus may be utilized in articles of various application fields.
- the copper thin film substrate may be used for a transparent electrode for a display, a polarizing plate, a transparent electrode for a solar cell, a low radiation coating, an electrode for a transparent heater, or a fine metal electrode for a semiconductor.
- FIG. 3 is a flowchart schematically showing a method of manufacturing a copper thin film substrate according to an embodiment of the present invention.
- the substrate 110 is formed.
- the substrate 110 may be formed to include zinc oxide (ZnO) when the intermediate layer 130 is not present.
- ZnO zinc oxide
- the substrate 110 is not limited thereto and various materials described above may be used.
- step S220 determines the flow rate of the process gas to be used in the sputtering process.
- step S230 to form a copper thin film (120).
- the copper thin film 120 is formed by a sputtering process using copper (Cu) as a sputtering target, and the process gas includes argon (Ar) and nitrogen (N 2 ).
- the flow rate of the process gas may be determined so that the copper thin film has an orientation corresponding to that of the substrate at the initial growth.
- the term "orientation" does not mean that all crystal planes are formed in the same direction, but is used to mean that one or more of the crystal planes increases or decreases in proportion to the entire crystal plane.
- nitrogen (N 2 ) was additionally injected without using only one type of argon (Ar).
- Ar argon
- the injection of nitrogen (N 2 ) changes the plasma environment of the sputtering process, the nitrogen component itself does not affect the photoelectric properties such as conductivity and transmittance of the copper thin film 120.
- the injection process of nitrogen (N 2 ) does not exclude the inclusion of a small amount of NOx in the scope of the present invention.
- the injection of nitrogen (N 2 ) induces the copper thin film 120 to have an orientation that corresponds to the orientation of the substrate 110.
- Nitrogen (N 2 ) also affects the final product structure.
- the copper thin film 120 deposited at this time may have a characteristic depending on the orientation of the substrate 110 and may have an orientation corresponding to that of the substrate 110.
- the content of nitrogen (N 2 ) remaining may vary depending on the thickness of the copper thin film to be formed.
- the nitrogen content of the copper thin film is preferably 1% or less.
- the process gas of the sputtering process preferably has argon (Ar): nitrogen (N 2 ) in a ratio of 50: 0.1 to 1.0, more preferably 50: 0.1 to 0.5. Within this range, it is possible to efficiently induce the development of the (111) plane during the initial growth of copper (Cu).
- the ratio of the (111) plane of the copper thin film 120 to the entire crystal surface is reduced as the thickness of the copper thin film 120 increases.
- the property that the orientation of the copper thin film 120 depends on the substrate 110 is more pronounced when the metal includes copper (Cu) and the substrate 110 includes zinc oxide (ZnO).
- the forming of the copper thin film 120 may be performed at 100 ° C. or less, preferably at room temperature.
- the intermediate layer 130 was formed by physical vapor deposition (PVD), and zinc oxide (ZnO) was used as a sputtering targer.
- PVD physical vapor deposition
- ZnO zinc oxide
- the intermediate layer 130 injects argon (Ar) gas into the vacuum chamber at an initial vacuum of 3 -6 Torr or less and delivers 200 W of RF power to a 4 inch zinc oxide (ZnO) sputtering target at a working vacuum of 3 -3 Torr. Applied and deposited.
- Ar argon
- ZnO zinc oxide
- the deposition conditions of the intermediate layer 130 are as follows.
- the copper thin film 120 was formed by physical vapor deposition (PVD), and copper (Cu) was used as a sputtering targer.
- PVD physical vapor deposition
- Cu copper
- the deposition conditions of the copper thin film 120 are as follows.
- the protective layer 140 was formed of the same material as the intermediate layer 130, and the deposition conditions were also the same using a sputtering process.
- FIG. 4 is a view comparing a growth pattern of a general metal with a growth pattern of a metal according to the present invention.
- FIG. 4 shows a growth pattern of a general metal.
- metals formed of microparticles grow by being bonded to each other through a process called Ostwald Ripening to Cluster migration. This growth characteristic does not satisfy the two-dimensional continuous thin film in the initial growth.
- Figure 4 is intended to conceptualize the growth of the metal, the arrow on the substrate does not indicate the movement of the actual particles, but means the growth over time in the same position.
- (II) shows a growth pattern of a metal according to the present invention. From the initial growth, the formation of particles through Ostwald Ripening to Cluster migration as in (I) is suppressed, and growth behavior is shown through the connection between adjacent particles whose movement is suppressed on the substrate surface.
- FIG 5 is a view showing a comparison of the orientation of I (111) / I (200) with respect to the introduction of nitrogen gas according to the thickness of the copper thin film according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 6 is a view showing a comparison of the orientation according to the introduction of nitrogen gas of the copper thin film according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 6 shows X-ray diffraction measurement results, and when using argon (Ar) and nitrogen (N 2 ) as the process gas, compared to the case where only argon (Ar) was used as the process gas, the (200) It was confirmed that the (111) plane developed.
- FIG. 7 is a FE-SEM (Model S-5500, Hitachi Co) photograph of a copper thin film according to the introduction of nitrogen gas as a process gas according to another embodiment of the present invention.
- the flow rate of argon (Ar) and nitrogen (N 2 ) in the sputtering process gas is 50: 0 sccm, 50: 0.2 sccm were used.
- the nominal thickness of the metal is 1.5 nm
- Argon (Ar) and nitrogen are the process gases. It can be seen that when (N 2 ) is used, relatively large metal clusters (small particles grown through nucleation) are shown.
- the thickness of the metal is 2.5 nm and 3.5 nm
- Ar argon
- N 2 nitrogen
- the thickness of the metal is 5nm
- argon (Ar) when only argon (Ar) is used as the process gas, the size of each individual metal cluster grows, showing a growth behavior in which only a part of the space is connected to each other.
- argon (Ar) and nitrogen (N 2 ) are used as the process gas, it can be seen that metal particles are mostly connected to each other without a space to form a nearly two-dimensional continuous thin film.
- FIG 8 is a view showing a comparison of the surface roughness according to the introduction of nitrogen gas as a process gas according to an embodiment of the present invention. Surface roughness was measured using AFM (Atomic Force Microscopy).
- FIG. 9 is an atomic force microscopy (AFM) photograph showing differential growth behavior according to introduction of a process gas according to another exemplary embodiment of the present invention.
- FIG. 10 is an AFM diagram illustrating three-dimensional particle morphology and two-dimensional morphology of the growth behavior according to the introduction of a process gas according to another embodiment of the present invention.
- FIG 9 and 10 illustrate the surface roughness of the copper thin film substrate according to the process gas flow rate in two and three dimensions using atomic force microscopy (AFM).
- AFM atomic force microscopy
- the metal grows in two dimensions when the vertical thickness of the metal is 2.5 nm, and since the connection between the clusters is activated to form a continuous thin film, maintaining even roughness, the vertical thickness of the metal is 6.5 nm. You can see that the surface roughness is maintained evenly.
- the thickness is further increased to increase the size of the cluster, thereby lowering the surface energy of the cluster and improving the interfacial adhesion with the substrate, thereby suppressing migration of the cluster.
- FIG. 11 is an XPS diagram for detecting a residual amount of N (nitrogen) in Cu (N) in a copper thin film substrate according to another embodiment of the present invention.
- FIG. 11 shows zinc oxide (ZnO) 20 nm as an intermediate layer 130 and zinc oxide (ZnO) 5 nm as a protective layer 140 formed on a substrate 110 formed of a silicon wafer (Si wafer).
- Composition analysis obtained from XPS depth profiling is shown in a structure in which a Cu metal layer is formed with a thickness of 24 nm between the protective layers 140.
- the flow rates of argon (Ar) and nitrogen (N 2 ) in the sputtering process gas were 50: 0 sccm (FIG. 11 (a)), 50: 0.2 sccm (FIG. 11 (b)), and 50: 0.6 sccm (FIG. 11 (c)) 50: 1 sccm (FIG. 11 (d)) was used.
- the copper thin substrate was removed through ion etching, and the composition analysis was performed until only a silicon wafer was detected.
- nitrogen (N 2 ) was not detected at the time of 1000 sec of etching time when the composition of copper (Cu) representing the copper thin film 120 was the highest point.
- the copper thin film 120 may not completely exclude the inclusion of nitrogen (N 2 ), and considering the detection limit of XPS, nitrogen (N 2 ) in the copper thin film 120 is 4% or less.
- the content of nitrogen (N 2 ) may vary depending on the preparation method, preparation conditions and analysis method, preferably 1% or less.
- FIG. 12 is a SIMS diagram for detecting a residual amount of N (nitrogen) in Cu (N) in a copper thin film substrate according to another embodiment of the present invention.
- N atomic% is almost zero by XPS detection method.
- FIG. 13 is a view showing lattice strain due to introduction of nitrogen gas into a process gas according to another embodiment of the present invention.
- the copper thin film substrate containing nitrogen has a higher lattice strain than the copper thin film substrate containing no nitrogen.
- the thinner the thickness the higher the lattice strain of the copper thin film substrate containing nitrogen than the copper thin film substrate containing no nitrogen.
- FIG. 14 is a view illustrating electric mobility according to a thickness of a copper thin film and a flow rate of a process gas according to another exemplary embodiment of the present invention.
- the copper thin film substrate containing nitrogen has a higher electron mobility than the copper thin film substrate containing no nitrogen.
- the copper thin film doped with nitrogen forms a continuous substrate faster at a lower thickness.
- 15 is a view showing carrier concentration according to the thickness of a copper thin film substrate according to an embodiment of the present invention.
- the copper thin film substrate containing nitrogen has a higher carrier concentration than the copper thin film substrate containing no nitrogen regardless of the thickness of the copper thin film substrate.
- High carrier concentration can generally improve the conductivity of the material, it can be seen that the electrophoresis is improved in FIG.
- 16 is a view showing light absorption characteristics of a copper thin film substrate according to an embodiment of the present invention.
- (a) is a view showing the light absorption characteristics of the copper thin film substrate according to the comparative example of the present invention
- (b) is a view showing the light absorption characteristics of the copper thin film substrate according to an embodiment of the present invention.
- the light absorption generated at 400-550 nm is mainly generated as the thickness of the thin film increases, and when the continuous thin film is formed at the thin thickness, low light absorption can be obtained.
- the light absorption that occurs above 650nm appears to be high due to light scattering due to plasmonic characteristics when the metal is formed in an island form, but when forming a continuous thin film, the light absorption shows the lowest light absorption at the minimum thickness. As it increases, it shows high light absorption.
- the embodiment of the present invention shows a low light absorption by forming a continuous thin film even at a thickness of 1.5nm.
- 17 is a view showing a light transmittance of a copper thin film substrate according to an embodiment of the present invention.
- optical transmission characteristics of ZnO / Cu (N) / ZnO (Cu (N) thin film structure located between ZnO oxides) structure was verified from the morphology of the present invention (Optical transmittance UV-Visible-near infrared spectrophotometry, Cary series , Agilent technologies).
- the optimal transmittance at low wavelengths shows low light transmittances for both thicknesses of 6.5-14.0 nm
- the light transmittance shows high light transmittance only at a thickness of 5.0-10.0 nm. Therefore, compared with Cu, it can confirm that Cu (N) improves light transmittance.
- FIG. 18 illustrates a sheet resistance of a copper thin film substrate according to an exemplary embodiment of the present invention.
- sheet resistance of 50 ⁇ s / sq or less is formed at a thickness of 5 nm or more.
- the sheet resistance of 50 to 2000 ⁇ / sq at a thickness of 5-7 nm shows a significant difference between the sheet resistance and the Example and the comparative example at a lower thickness of less than 7 nm.
- the method of manufacturing the copper thin film substrate of the present invention described above can be grown into a two-dimensional continuous thin film from the beginning of thin film growth, and thus useful for all fields requiring continuous copper thin film formation such as display manufacturing, solar cell electrode manufacturing, heater, semiconductor process, and the like. Can be utilized.
Landscapes
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Abstract
본 발명은 구리 박막 기판 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 기판; 및 상기 기판 상에 형성되며 구리(Cu) 또는 구리합금으로 구성되는 구리 박막;을 포함하되, 상기 구리 박막의 (111)면의 전체 결정면에 대한 비율은 상기 구리 박막의 두께가 증가함에 따라 감소하며 상기 구리 박막의 I(111)/I(200)이 17을 초과하는 구리 박막 기판에 관한 것으로, 본 발명에 의한 구리 박막 기판은 성장초기부터 2차원 연속 박막으로 성장되며 광투과율 및 전도성이 우수한 구리 박막을 제공하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 구리 박막 기판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
구리(Cu)를 재료로 하는 금속 박막은 뛰어난 높은 전도성, 높은 가시광 영역 내지 낮은 적외선영역의 광투과율과 같은 광전특성을 가지며 투명 전도막, 광센서, 스마트 윈도우, 반도체 등에 적용되고 있다.
이러한 적용에 있어서 광흡수와 반사를 억제하면서 뛰어난 전기전도성의 특성이 요구되는데, 이러한 요구를 충족시키기 위해서는 부도체, 반도체 및 도체를 포함하는 다양한 무기물 기판에 수십 nm는 물론 수 nm의 범위에서도 연속적으로 형성된 금속 박막에 대한 기술이 필요하다.
그러나, 기판 상에서 금속의 초기 성장 거동은 기판 상에서 금속의 낮은 젖음성(low wettability)으로 인해 금속이 2차원 연속박막 형태가 아닌 3차원 입자형태로 성장하게 된다. 이는 기판과 금속간의 결합력보다 금속과 금속간의 결합력이 높음에 기인한다. 이러한 특징은 귀금속(noble metal)인 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag) 및 고전도성 금속인 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 등에서 발생한다.
기판 상에서의 금속의 이러한 성장 특성은 성장 초기부터 2차원 연속 박막이라는 요구조건을 만족시키기는 어렵고 연속 박막을 형성하기 위해서는 일정 이상의 두께가 요구되었다.
이러한 금속의 성장거동을 제어하기 위하여, (1) 금속과의 젖음성과 결합력이 높은 기판을 사용, (2) 금속의 증착 전 기판 상에 시드(seed) 금속 박막층의 형성, (3) 증착 속도 및 온도의 조절, (4) 미량의 타금속(Al, Ca 등)을 도핑한 금속, (5) 금속에 미량의 산소의 도핑 등이 사용되어져 왔다.
이상에서와 같이 금속의 3차원 성장 거동을 억제하기 위한 종래 기술은 기판 표면을 조절/변경하거나 성장되는 물질이 제한되는 특성이 있었다.
한편, 미량의 타금속을 도핑할 경우 구리(Cu)에 비해 전도성과 광투과율이 낮은 타금속의 함유로 인한 특성 저하를 감수해야 하였으며 금속에 미량의 산소를 도핑 할 경우, 대면적으로 균일한 특성을 확보하기에는 공정상 어려움이 있었다.
투명 금속 박막과 관련된 특허문헌으로는 한국 공개특허 제10-2012-0097451호가 있다. 본 특허문헌은 산화아연계 투명 도전 박막의 조성을 조절함으로써 높은 도전성 및 광투과율을 얻는 기술에 관하여 기재하고 있다.
본 발명은 성장 초기부터 2차원 연속 박막으로의 성장되고 광투과율 및 전도성이 우수한 구리 박막이 형성되는 구리 박막 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 성장 초기부터 2차원 연속 박막으로의 성장되고 광투과율 및 전도성이 우수한 구리 박막이 형성되는 구리 박막 기판의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 더욱 명확하게 된다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 기판; 및 상기 기판 상에 형성되며 구리(Cu) 또는 구리합금으로 구성되는 구리 박막;을 포함하되, 상기 구리 박막의 (111)면의 전체 결정면에 대한 비율은 상기 구리 박막의 두께가 증가함에 따라 감소하는 구리 박막 기판이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 기판; 및 상기 기판 상에 형성되면 구리(Cu) 또는 구리합금으로 구성되는 구리 박막;을 포함하되, 상기 구리 박막은 물리기상증착법(PVD, Physical Vapor Deposition)을 통하여 형성되며, 상기 공정의 공정 가스는 질소(N2)를 포함하는 구리 박막 기판이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구리 박막의 I(111)/I(200)이 17 초과인 구리 박막 기판이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구리 박막의 두께가 9nm 이상인 경우 상기 구리 박막의 I(111)/I(200)이 23 이상인 구리 박막 기판이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구리 박막의 두께는 0nm 초과, 40nm 이하인 구리 박막 기판이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구리 박막의 조도가 0 nm 초과, 0.4 nm 이하인 구리 박막 기판이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 기판은 투명 폴리머 기판인 구리 박막 기판이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 기판은 전도성 산화물 또는 질화물을 포함하는 구리 박막 기판이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구리 박막 기판은 50Ω/sq 이하의 면저항을 가지는 구리 박막 기판이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구리 박막 기판은 85% 이상의 광투과도를 가지는 구리 박막 기판이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 기판 및 상기 구리 박막 사이에 형성되는 중간층;을 더 포함하는 구리 박막 기판이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구리 박막 상에 형성되는 보호층;을 더 포함하는 구리 박막 기판이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구리 박막은 질소로 도핑되는 것을 특징으로 하는 구리 박막 기판이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구리 박막의 두께가 10nm 이하인 경우, 상기 구리 박막의 질소 함유량은 4% 이하인 구리 박막 기판이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구리 박막은 아르곤(Ar) 및 질소(N2)를 공정가스로 한 물리기상증착법(PVD, Physical Vapor Deposition)에 의해 형성되는 구리 박막 기판이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 공정 가스는 아르곤(Ar) : 질소(N2)가 50 : 0.1 내지 1.0의 비율인 구리 박막 기판이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 구리 박막 기판을 포함하는 물품이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 물품은 디스플레이용 투명 전극, 편광판, 태양전지용 투명 전극, 저방사코팅, 투명히터용 전극, 또는 반도체용 미세금속전극인 물품이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 물리기상증착법(PVD, Physical Vapor Deposition)에 의해 구리(Cu) 또는 구리합금을 포함하는 구리 박막을 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 물리기상증착법(PVD, Physical Vapor Deposition)의 공정 가스는 질소(N2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 박막 기판의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 물리기상증착법(PVD, Physical Vapor Deposition)의 공정 가스는 아르곤(Ar) 및 질소(N2)를 포함하는 구리 박막 기판의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 스퍼터링 공정의 공정 가스는 아르곤(Ar) : 질소(N2)가 50 : 0.1 내지 1.0의 비율인 구리 박막 기판의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구리 박막의 (111)면의 전체 결정면에 대한 비율은 상기 구리 박막의 두께가 증가함에 따라 감소하는 구리 박막 기판의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구리 박막의 두께가 10nm 이하인 경우, 상기 구리 박막의 질소 함유량은 4% 이하인 구리 박막 기판의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 기판 및 상기 구리 박막 사이에 중간층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 구리 박막 기판의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구리 박막 상에 보호층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 구리 박막 기판의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구리 박막을 형성하는 단계는 100℃ 이하에서 수행되는 구리 박막 기판의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명에 의한 구리 박막 기판은 성장 초기부터 2차원 연속 박막으로 성장되며 광투과율 및 전도성이 우수한 구리 박막을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명에 의한 구리 박막 기판의 제조방법은 구리 박막 성장 초기부터 2차원 연속 박막으로 성장을 효율적으로 유도할 수 있어 광투과율 및 전도성이 우수한 구리 박막을 대면적으로 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 박막 기판의 내부 구성을 보인 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구리 박막 기판의 내부 구성을 보인 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 박막 기판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 4는 일반적인 금속의 성장패턴(I)과 본 발명의 의한 금속의 성장패턴(II)을 비교한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 박막의 두께에 따른 질소가스를 도입여부에 대한 I(111)/I(200) 배향도를 비교하여 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 박막의 질소가스를 도입에 따른 배향성을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정가스로 질소가스의 도입에 따른 구리 박막의 FE-SEM 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정가스로 질소가스의 도입에 따른 조도를 비교하여 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정가스의 도입에 따른 성장 거동 차별성을 보여주는 AFM(atomic force microscopy) 사진이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정가스의 도입에 따른 성장 거동의 차별성을 3차원 입자 모폴로지(granular morphology)와 2차원 모폴로지(morphology)으로 보여주는 AFM 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구리 박막 기판 내 Cu(N) 내의 N(질소) 잔량 검출을 위한 XPS 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구리 박막 기판 내 Cu(N) 내의 N(질소) 잔량 검출을 위한 SIMS 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정가스로 질소가스의 도입에 따른 격자변형(Lattice strain)을 보여주는 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구리 박막의 두께 및 공정가스의 유량에 따른 전기 이동도(Mobility)를 보여주는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속박막의 두께 및 공정가스의 유량에 따른 캐리어 농도를 보여주는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 박막 기판의 광흡수 특성을 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 박막 기판의 광투과도를 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 박막 기판의 면저항을 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 박막 기판의 내부 구성을 보인 종단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 박막 기판은 기판(110) 및 구리 박막(120)을 포함한다.
상기 기판(110)은 상기 구리 박막(120)이 성장할 수 있는 모재가 된다.
상기 기판(110)은 투명 폴리머 및 유리 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 의한 구리 박막 기판이 투명 전도막으로 사용되는 경우, 상기 기판(110)은 금속, 전도성 산화물, 또는 전도성 질화물로 이루어진 박막 아래에 투명 폴리머 또는 유리층으로 형성될 수 있다. 따라서 상기 기판(110)이 투명 폴리머로 구성되면 투명 플렉서블 디스플레이 및 플렉서블 태양전지용 투명 전극 등에 유용하게 활용될 수 있다. 따라서, 상기 기판(110)은 PC, PET, PES, PEN, PAR, PI 등을 포함하는 플렉서블 디스플레이 소자용 투명 폴리머가 채택될 수 있다.
상기 기판(110)은 구리 박막(120)이 성장할 수 있는 것이라면 어떤 재료이든 사용할 수 있다. 즉, 기판(110)은 유전체, 반도체, 및 도체 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 기판(110)은 금속, 전도성 산화물, 또는 전도성 질화물을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, Al, Ba, Be, Ca, Cr, Cu, Cd, Dy, Ga, Ge, Hf, In, Lu, Mg, Mo, Ni, Rb, Sc, Si, Sn, Ta, Te, Ti, W, Zn, Zr, 및 Yb로 구성된 군에서 선택된 금속의 산화물(oxide), 질화물(nitride), 산화물-질화물의 화합물(oxynitride) 및 불화 마그네슘(Magnesium fluoride) 중 어느 하나를 이용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
바람직하게는, 상기 기판(110)은 배향성(preferred orientation)을 갖는다. 상기 기판(110)의 배향성은 기판(110)에서 성장할 구리 박막(120)의 배향성에 영향을 미칠 수 있다.
상기 구리 박막(120)은 상기 기판(110) 상에 형성된다. 상기 구리 박막(120)은 성장 초기부터 2차원 연속 박막으로의 성장될 수 있도록 형성된다.
일반적으로 금속은 상기 기판(110) 상에 금속의 낮은 젖음성으로 인하여 2차원 연속박막이 아닌 3차원 입자로 성장하려는 거동을 보인다. 본 발명에 의하면 이러한 금속의 성장거동은 성장 초기에 형성되는 금속의 배향성의 조절을 통하여 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 구리 박막(120)은 구리(Cu) 또는 구리 합금을 포함한다. 구리(Cu) 또는 구리 합금의 일반적인 성장거동을 배향성 측면에서 살펴보면 초기에는 (111)면뿐만 아니라 그 외의 면들도 발달한다. 이후 구리(Cu) 또는 구리 합금의 두께가 두꺼워짐에 따라 (111)면의 비율이 점점 높아지게 된다. 이러한 성장거동에 변화를 주어 성장 초기부터 구리(Cu) 또는 구리 합금의 (111)면이 그 외의 면에 비해 우세하게 성장하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 구리 합금은 알루미늄, 크롬 또는 니켈을 포함할 수 있고, 불가피한 불순물을 함유하는 것을 포함한다.
상기 구리 박막(120)의 (111) 성장 방향을 가진 (111) 면이 우세한 것은 빠른 초기 연속 박막 형성 시 유리한데, 본 발명의 구리 박막 기판은 상기 구리 박막(120)에 대한 (111)면의 전체 결정면에 대한 비율이 상대적으로 높고 구리 박막의 두께가 증가함에 따라 감소하는 특징으로 가진다. 종래기술에 의한 구리 박막의 경우 (111) 면의 전체 결정면에 대한 비율이 상대적으로 낮고 구리 박막의 두께가 증가함에 따라 증가한다. 따라서 본 발명의 구리 박막 기판은 완전히 상반되는 경향을 나타내고, 상대적으로 얇은 두께로 형성된 우수한 연속 박막을 가진다.
박막의 배향도는 다결정질 섬유 조직(polycrystalline fiber texture) 분석을 위한 해리스 방법을 이용하여 broad scan의 피크 강도(peak intensity)로 계산되었다(참고문헌 1997 john wiley & son. ltd). 따라서, p(111)은 하기 식에 의해 정의된다.
여기서, N은 피크의 수이고, hkl은 밀러지수이고, I(hkl)은 측정된 (hkl) 피크 강도(intensity)이고 I0(hkl)은 파우더형 레퍼런스(reference)의 비교되는 피크의 강도이다.
(111)면의 배향도(degree of preferred orientation)란 (111)면의 발달 정도를 나타내는 척도로, p(111) > 1 이면 (111)면이 주로 발달함을 나타내고, p(111) < 1 이면, (111)면 이외의 면들이 발달함을 나타낸다.
본 발명의 I(111)/I(200)는 XRD의 2theta-omega scan으로부터 측정된 (111)과 (200) 결정질 피크(crystalline peak)의 강도(intensity)로부터 결정된 I(111)과 I(200)의 비로 계산하였다.
이에 제한되는 것은 아니나, 상기 구리 박막(120)의 I(111)/I(200)이 17 초과일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 구리 박막(120)의 두께가 상대적으로 얇은 상태에서 I(111)/I(200)이 높아 우수한 연속 박막을 가진다. 이에 제한되는 것은 아니나, 구리 박막의 두께가 9nm 이하인 경우, I(111)/I(200)이 23 이상으로 높아 초기 연속 박막 형성에 유리하다.
이에 제한되는 것은 아니나, 상기 구리 박막(120)의 두께는 0nm 초과, 40nm 이하일 수 있다. 상기 구리 박막(120)의 두께는 0nm 초과, 24nm 이하가 바람직하고, 14nm 이하가 더 바람직하고, 12nm 이하가 더욱더 바람직하고, 10nm 이하가 더욱더 바람직하고, 8nm 이하가 더욱더 바람직하다. 상기 구리 박막(120)은 투광도가 저하되지 않도록 구성되는 것이 바람직하다.
이에 제한되는 것은 아니나, 상기 구리 박막(120)의 조도가 0 nm 초과, 0.4 nm 이하일 수 있다. 본 발명에 따른 상기 구리 박막(120)은 (111)면의 전체 결정면에 대한 비율이 상대적으로 높아 초기 연속 박막의 2차원적 성장이 유도되어, 상기 구리 박막(120)이 얇은 두께에서도 낮은 조도를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 구리 박막(120)은 공정 가스로 질소(N2)를 포함하는 물리기상증착법(PVD, Physical Vapor Deposition)에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 상기 구리 박막(120)은 질소를 함유하고 있을 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 상기 구리 박막(120)의 두께가 10nm 이하인 경우 상기 구리 박막(120)의 질소 함유량은 4% 이하일 수 있다.
구리(Cu) 및 구리합금의 성장 초기에 (111)면이 발달하는 특성은 기판(110)의 배향성에 따라 더욱 강화될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 기판(110)은 산화아연(ZnO)을 포함한다. 산화아연(ZnO)는 폴리머와 유리, 실리콘 웨이퍼(Si wafer)에 비해 고전도성 금속의 젖음성이 좋은 물질로 알려져 있다. 산화아연(ZnO)은 (002)면이 주로 발달하며 이는 구리(Cu) 및 구리합금의 (111)면과 같은 성장 방향성을 가진다. 즉, 구리 박막(120)이 초기 성장 시에 기판(110)의 배향성에 상응하여 형성되도록 제어하는 것이다.
본 발명의 실시예에서는 구리 박막(120)으로 구리(Cu)를 사용하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며 구리 박막(120)은 구리 합금 및 니켈(Ni)과 같이 상술한 배향성에 관한 특성을 지닌 금속 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구리 박막 기판의 내부 구성을 보인 종단면도이다.
도 2의 (A)를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 구리 박막 기판은 중간층(130)을 더 포함할 수 있다. 도 2의 (B)를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 구리 박막 기판은 보호층(140)을 더 포함할 수 있다. 도 2의 (C)를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 구리 박막 기판은 기판(110), 중간층(130), 구리 박막(120) 및 보호층(140)을 포함한다. 예를 들어, 상기 구리 박막 기판은 투명 무기물층-구리 박막-투명 무기물층 구조로 적층되어 형성된 투명 전도성 박막일 수 있다.
상기 중간층(130)은 상기 기판(110)과 상기 구리 박막(120) 사이에 형성된다. 상기 중간층(130)은 산화아연(ZnO), ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Al-doping Zinc Oxide), GZO(Ga-doping Zinc Oxide), IGZO, ATO, 및 TiO2 중 어느 하나로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 중간층(130)은 상기 기판(110)에 물리기상증착법(PVD, Physical Vapor Deposition)으로 투명하게 형성되며, 5~200nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 중간층(130)은 상기 기판(110)의 투광도를 유지하면서 전기전도도를 높일 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 중간층(130)은 금속의 젖음성이 좋은 물질을 포함한다. 상기 중간층(130)은 본 발명의 일 실시예에서의 기판(110)의 역할을 대체할 수 있는 것이다. 상기 중간층(130)은 상기 기판(110)이 유리나, 폴리머 재질과 같은 경우에 배향성을 갖는 산화아연(ZnO)과 같은 물질을 포함하도록 하여 상기 구리 박막(120)의 성장특성에 영향을 미치도록 할 수 있다.
상기 보호층(140)은 상기 구리 박막(120) 상에 형성되며, 상기 구리 박막(120)의 산화를 방지하고 물리적 손상을 방지하는 역할을 한다. 상기 보호층(140)은 산화아연(ZnO), ITO, IZO, AZO, GZO, IGZO, ATO, 및 TiO2 중 어느 하나로 이루질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 보호층(140)은 상기 기판(110)에 물리기상증착법(PVD, Physical Vapor Deposition)으로 투명하게 형성되며, 5~200nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 중간층(130)은 상기 기판(110)의 투광도를 유지하면서 전기전도도를 높일 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 보호층(140)은 산화아연(ZnO)으로 형성하였다.
또한, 상기 중간층(130)과 상기 보호층(140)은 동일 재료로 구성될 수도 있고 이종의 재료로 구성될 수도 있다.
본 발명에 의한 구리 박막 기판은 도 2에서 살펴본 바와 같이 금속박막(120), 중간층(130) 및 보호층(140)의 다양한 조합으로 구성이 가능하다.
이에 제한되는 것은 아니나, 상기 구리 박막 기판은 50Ω/sq 이하의 우수한 면저항을 가질 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니나, 상기 구리 박막 기판은 85% 이상의 광투과도를 가질 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 상기 구리 박막 기판은 가시광선 영역(650-850nm)에서는 90% 이상의 광투과도를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 구리 박막 기판은 구리 박막 형성 초기에 우수한 2차원 연속 박막의 형성으로 전기전도도, 및 광투과도 특성 등이 우수하여 다양한 응용 분야의 물품에 활용될 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니나, 상기 구리 박막 기판은 디스플레이용 투명 전극, 편광판, 태양전지용 투명 전극, 저방사코팅, 투명히터용 전극, 또는 반도체용 미세금속전극에 활용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 박막 기판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
S210 단계에서는 기판(110)을 형성한다. 상기 기판(110)은 중간층(130)이 없는 경우 산화아연(ZnO)를 포함하도록 형성할 수도 있으나, 이에 제한되지 않으며 상술한 다양한 소재를 사용할 수 있다.
S220 단계에서는 스퍼터링 공정에 사용될 공정가스의 유량을 결정한다.
S230 단계에서는 구리 박막(120)을 형성한다.
본 발명의 일 실시예에서 구리 박막(120)은 구리(Cu)를 스퍼터링 타겟으로 하는 스퍼터링 공정에 의해 형성되며 공정가스는 아르곤(Ar) 및 질소(N2)를 포함한다. 공정가스의 유량은 상기 구리 박막이 초기 성장 시에 상기 기판의 배향성에 상응하는 배향성을 갖도록 결정될 수 있다. 본 발명에서 배향성에 대한 의미는 모든 결정면이 동일한 방향으로 형성되는 것을 의미하는 것이 아니라 결정면 중에 어느 하나 이상의 결정면이 전체 결정면에 비해 그 비율이 증가 또는 감소한다는 의미로 사용된다.
실험 내지 이론적 계산을 통하여 공정가스의 유량에 따라 금속의 배향성이 어떻게 변화하는지 예측할 수 있으며, 이러한 배향성에 상응하도록 공정가스의 유량을 결정할 수 있게 된다.
상기 구리 박막(120)의 증착에 있어서 공정가스를 아르곤(Ar) 한 종만을 사용하지 않고 질소(N2)를 추가로 주입하였다. 질소(N2)의 주입은 스퍼터링 공정의 플라즈마 환경을 변화시키기는 하지만 질소성분 자체가 구리 박막(120)의 전도성, 투과성과 같은 광전 특성에는 영향을 미치지 않는다. 본 발명에 있어서 상기 질소(N2)의 주입 공정은 NOx이 미량으로 포함되는 것을 본 발명의 범위에서 배제하는 것은 아니다.
상기 질소(N2)의 주입은 증착되는 구리(Cu)의 초기 성장 시 (111)면의 발달을 유도한다. 이러한 특성은 상술한 바와 같이 구리 박막(120)을 형성함에 있어 매우 얇은 두께에서도 2차원 연속박막의 성장이 가능하게 한다.
다른 측면에서, 질소(N2)의 주입은 구리 박막(120)이 기판(110)의 배향성에 상응하는 배향성을 갖도록 유도한다. 또한, 질소(N2)는 최종 생성물에는 최종 생성물의 구조에는 영향을 미친다. 그리고, 이때 증착되는 상기 구리 박막(120)은 상기 기판(110)의 배향성에 의존하는 특성이 있으며 기판(110)의 배향성에 상응하는 배향성을 갖도록 형성될 수 있다.
한편, 질소(N2)는 초기 스퍼터링 공정에서 금속과 상대적으로 활발하게 결합할 수 있어, 형성되는 구리 박막의 두께에 따라 잔존하는 질소(N2)의 함유량은 차이가 있을 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 상기 구리 박막의 두께가 10nm 이하인 경우, 상기 구리 박막의 질소 함유량은 바람직하게 1% 이하이다.
이에 제한되는 것은 아니나, 상기 스퍼터링 공정의 공정 가스는 아르곤(Ar) : 질소(N2)가 바람직하게 50 : 0.1 내지 1.0, 더욱 바람직하게 50 : 0.1 내지 0.5의 비율을 가진다. 상기 범위에서 구리(Cu)의 초기 성장 시 (111)면의 발달을 효율적으로 유도할 수 있다.
상기와 같은 공정 가스의 제어로 상기 구리 박막(120)의 (111)면의 전체 결정면에 대한 비율은 상기 구리 박막(120)의 두께가 증가함에 따라 감소하는 특징을 가진다.
상기 구리 박막(120)의 배향성이 기판(110)에 의존하는 특성은 금속이 구리(Cu)를 포함하고, 기판(110)이 산화아연(ZnO)을 포함하는 경우 더욱 두드러진다.
상기 구리 박막(120)을 형성하는 단계는 100℃이하에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 실온에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 중간층(130)은 물리기상증착법(PVD, Physical Vapor Deposition)으로 형성하였으며, 스퍼터링 타겟(sputtering targer)으로 산화아연(ZnO)을 사용하였다.
상기 중간층(130)은 초기 진공도가 3-6 Torr 이하에서 진공챔버 내부에 아르곤(Ar) 가스를 주입하고 작업 진공도 3-3 Torr에서 4 inch 산화아연(ZnO) 스퍼터링 타겟에 200 W의 RF 전력을 인가하여 증착하였다.
상기 중간층(130)의 증착조건은 다음과 같다.
상기 중간층(130) 증착조건
-스파터링 타겟: 산화아연(ZnO) (4 inch)
-작업 가스: Ar (100%, 60sccm )
-작업진공도: 3-3 Torr
-RF전력: 200W
-코팅속도: 0.12 nm/sec
-특성: n-type
본 발명의 일 실시예에서 구리 박막(120)은 물리기상증착법(PVD, Physical Vapor Deposition)으로 형성하였으며, 스퍼터링 타겟(sputtering targer)으로 구리(Cu)를 사용하였다.
상기 구리 박막(120)의 증착조건은 다음과 같다.
상기 구리 박막(120) 증착조건
-스파터링 타겟: 구리(Cu) (4 inch)
-공정 가스: 아르곤(Ar) : 질소(N2) (50 : 0.2 sccm)
-작업진공도: 3-3 Torr
-DC전력: 50W
-온도(℃) : 실온
-코팅속도: 0.1 nm/sec
상기 보호층(140)은 중간층(130)과 동일한 재료로 형성하였으며, 스퍼터링 공정을 이용하여 증착조건도 동일하게 하였다.
도 4는 일반적인 금속의 성장패턴과 본 발명의 의한 금속의 성장패턴을 비교한 도면이다.
도 4의 (I)은 일반적인 금속의 성장패턴을 나타낸다. 도 4의 (I)에 도시된 바와 같이 미세입자들로 형성된 금속은 Ostwald Ripening 내지 Cluster migration 이라는 과정을 통하여 상호 결합되어 성장한다. 이러한 성장특성은 초기 성장 시 2차원 연속박막을 만족시키지 못한다. 도 4는 금속의 성장을 개념적으로 나타나기 위한 것으로 기판 상의 화살표가 실제 입자의 이동을 나타내는 것은 아니고 동일한 위치에서의 시간의 흐름에 따른 성장을 의미한다.
도 4의 (II)는 본 발명에 의한 금속의 성장패턴을 나타낸다. 초기 성장에서부터 (I)에서와 같은 Ostwald Ripening 내지 Cluster migration을 통한 입자의 형성은 억제되고, 기판 표면에서 이동이 억제된 근접한 입자 간에 연결을 통한 성장 거동을 보인다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 박막의 두께에 따른 질소가스를 도입여부에 대한 I(111)/I(200) 배향도를 비교하여 나타낸 도면이다.
도 5는 기판(110)으로 산화아연(ZnO), 구리 박막(120)으로 구리(Cu)가 사용된 결과이며, 스퍼터링 공정가스 중 아르곤(Ar) 및 질소(N2)의 유량은 50:0.2 sccm을 사용하였다.
결정면은 X-ray diffraction 측정 결과로 이를 살펴보면, 공정가스로 아르곤(Ar)만을 사용하였을 때보다 질소를 도입하였을 경우 두께가 10nm 이하일 때 I(111)/I(200)이 높은 것을 확인하였다. 또한, 두께가 낮아질수록 더 높은 I(111)/I(200)를 보였고, 두께가 6nm일 경우 가장 높은 I(111)/I(200)를 보였다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 박막의 질소가스를 도입에 따른 배향성을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 6은 X-ray diffraction 측정 결과로, 이를 통해 공정가스로 아르곤(Ar)만을 사용하였을 경우에 비해, 공정가스로 아르곤(Ar) 및 질소(N2)를 사용하였을 경우에 보다 (200)은 감소하고 (111)면은 발달되는 것을 확인하였다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정가스로 질소가스의 도입에 따른 구리 박막의 FE-SEM(Model S-5500, Hitachi Co) 사진이다.
도 7은 기판(110)으로 산화아연(ZnO), 구리 박막(120)으로 구리(Cu)가 사용된 결과이며, 스퍼터링 공정가스 중 아르곤(Ar) 및 질소(N2)의 유량은 각각 50:0 sccm, 50:0.2 sccm를 사용하였다.
다만, 정확하게는 도 7에서는 구리 박막(120)의 성장 전의 형태부터 공정가스로 질소를 도입한 박막이 연속박막을 이룰 때까지의 모폴로지를 보여준다.
금속의 수직두께(nominal thickness)가 1.5nm인 경우, 공정가스로 아르곤(Ar)만을 사용한 경우는 입자들이 개별적으로 성장하고 서로 연결이 되지 않는 성장거동을 보이며, 공정가스로 아르곤(Ar) 및 질소(N2)를 사용하였을 때 비교적 큰 금속 클러스터(metal cluster, 핵생성을 거치면서 성장한 아주 작은 입자들)를 보임을 알 수 있다.
금속의 수직두께(nominal thickness)가 2.5nm 및 3.5 nm인 경우, 공정가스로 아르곤(Ar)만을 사용한 경우는 입자들이 서로 간에 공간을 가지고 일부만 연결되는 성장거동을 보임에 비해, 공정가스로 아르곤(Ar) 및 질소(N2)를 사용하였을 때에 금속 입자들이 대부분 공간 없이 서로 연결되어 거의 연속적인 형태를 보여 2차원 연속 박막을 형성하려는 성장경향을 보임을 알 수 있다.
금속의 수직두께(nominal thickness)가 5nm인 경우, 공정가스로 아르곤(Ar)만을 사용한 경우는 독립적인 개개의 금속 클러스터의 크기가 성장하여 서로 간에 공간을 가지고 일부만 연결되는 성장거동을 보임에 비해, 공정가스로 아르곤(Ar) 및 질소(N2)를 사용하였을 때에 금속 입자들이 대부분 공간 없이 서로 연결되어 거의 2차원 연속 박막이 형성된 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정가스로 질소가스의 도입에 따른 표면조도를 비교하여 나타낸 도면이다. 표면조도는 AFM(Atomic Force Microscopy)를 이용하여 측정하였다.
공정 가스가 Ar:N2=50:0.2 sccm으로 투입한 경우, 아르곤(Ar)만을 사용한 경우보다 표면 조도가 낮아진 것을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정가스의 도입에 따른 성장 거동 차별성을 보여주는 AFM(atomic force microscopy) 사진이다. 또한, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정가스의 도입에 따른 성장 거동의 차별성을 3차원 입자 모폴로지(granular morphology)와 2차원 모폴로지(morphology)으로 보여주는 AFM 도면이다.
도 9 및 도 10은 공정가스 유량에 따른 구리 박막 기판의 표면 조도를 AFM(Atomic Force Microscopy)를 이용하여 2차원 및 3차원으로 나타내었다.
금속의 수직두께(nominal thickness)가 2.5nm에서 순수 Cu는 3차원적으로 성장하여 성장초기부터 금속이 고르게 성장하지 못하였음을 보여준다. 이 후 금속의 수직두께가 3.5nm, 5.0nm 및 6.5nm로 성장함에 따라 클러스터들이 성장하며 고르지 않게 성장한 것을 확인할 수 있다.
반면에 CuN의 경우, 금속의 수직두께가 2.5nm일 때부터 2차원적으로 성장하며, 이 후 클러스터간의 연결이 활성화되어 연속박막을 형성하므로 고른 조도를 유지하여, 금속의 수직두께가 6.5nm일 때까지 표면조도가 고르게 유지되는 것을 확인할 수 있다.
이러한 CuN의 모폴로지 특성이 순수 Cu에서 발현되기 위해서는 두께가 더욱 증가하여, 클러스터의 크기가 증가되고 이에 의해 클러스터의 표면에너지가 낮아지며 또한 기판과의 계면접착력이 향상되어서 클러스터의 이동(migration)이 억제되어질 때 가능하다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구리 박막 기판 내 Cu(N) 내의 N(질소) 잔량 검출을 위한 XPS 도면이다.
도 11은 실리콘 웨이퍼(Si wafer)로 형성한 기판(110) 상에 중간층(130)으로 산화아연(ZnO) 20nm, 보호층(140)으로 산화아연(ZnO) 5nm가 형성되고 중간층(130) 및 보호층(140) 사이에 24nm 두께로 Cu 금속층이 형성된 구조에서 XPS depth profiling으로부터 얻어진 조성 분석을 나타낸다. 스퍼터링 공정가스 중 아르곤(Ar) 및 질소(N2)의 유량은 각각 50:0 sccm(도 11의 (a)), 50:0.2 sccm(도 11의 (b)), 50:0.6 sccm (도 11의 (c)) 50:1 sccm(도 11의 (d))을 사용하였다.
구리 박막 기판은 이온 에칭을 통해 제거하면서 실리콘 웨이퍼(Si wafer)만 검출될 때까지 조성분석을 진행하였다. 도 11의 (a) 내지 (d)에서 확인할 수 있듯이 구리 박막(120)을 나타내는 구리(Cu)의 조성이 최고점인 에칭 시간 1000sec 시점에서 질소(N2)는 검출되지 않았다. 다만, 구리 박막(120)은 질소(N2)의 포함을 완벽히 배제할 수는 없으며 XPS의 검출한도를 고려할 때 구리 박막(120) 내의 질소(N2)는 4%이하이다.
상기 질소(N2)의 함유량은 제조법, 제조 조건 및 분석법에 따라 달라질 수 있으며, 바람직하게는 1% 이하이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구리 박막 기판 내 Cu(N) 내의 N(질소) 잔량 검출을 위한 SIMS 도면이다.
도 12는 상기 SIMS 분석 결과를 통해 N 잔량이 있음을 검출할 수 있음을 나타낸다.
우선 N의 조성을 살펴보면, 도 11을 참조하면, XPS 검출법으로는 N atomic%가 거의 0에 가까운 것으로 확인 되었다.
질소 함유 여부에 대해 보다 세밀한 SIMS 분석을 진행하였고, 도 12를 참조하면, Cu(N)_1 (Ar:N2 = 50:0 sccm)과 대비하여 Cu(N)_2 (Ar:N2 = 50:0.2 sccm), Cu(N)_3 (Ar:N2 = 50:0.6 sccm), Cu(N)_4 (Ar:N2 = 50:1 sccm) 의 경우 질소의 함량이 증가한 것을 확인할 수 있었다.
따라서, XPS의 검출한계인 4% 이하의 질소가 함유된 것을 확인할 수 있었다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정가스로 질소가스의 도입에 따른 격자변형(Lattice strain)을 보여주는 도면이다.
도 13은 구리 박막 기판의 두께가 12nm보다 작을 경우 질소를 함유한 구리 박막 기판이 질소를 함유하지 않은 구리 박막 기판보다 격자 변형률이 높은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 두께가 작을수록 질소를 함유한 구리 박막 기판이 질소를 함유하지 않은 구리 박막 기판보다 격자 변형률이 높은 것을 확인할 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구리 박막의 두께 및 공정가스의 유량에 따른 전기 이동도(Mobility)를 보여주는 도면이다.
도 14는 구리 박막 기판의 두께가 8nm 이하일 때, 질소를 함유한 구리 박막 기판이 질소를 함유하지 않은 구리 박막 기판 보다 전자이동도가 높은 것을 확인할 수 있다. 따라서, 질소로 도핑된 구리 박막 기판이 낮은 두께에서 보다 빠르게 연속기판을 형성하는 것을 알 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 박막 기판의 두께에 따른 캐리어 농도를 나타낸 도면이다.
도 15는 구리 박막 기판의 두께에 관계없이 질소를 함유하는 구리 박막 기판이 질소를 함유하지 않는 구리 박막 기판보다 높은 캐리어 농도를 보이는 것을 확인할 수 있다. 높은 캐리어 농도는 대체로 물질의 전도도를 향상 시킬 수 있고, 도 14에서 전기이동도가 향상된 것을 확인할 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 박막 기판의 광흡수 특성을 나타낸 도면이다.
(a)는 본 발명의 비교예에 따른 구리 박막 기판의 광흡수 특성을 나타낸 도면이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 박막 기판의 광흡수 특성을 나타낸 도면이다.
400-550nm에서 발생하는 광흡수는 주로 박막의 두께가 증가하면서 발생하며, 얇은 두께에서는 연속박막을 형성하는 경우 낮은 광흡수율을 얻을 수 있다.
650nm 이상에서 발생하는 광흡수는 금속이 아일랜드형태로 이루어진 경우 플라즈모닉(plasmonic) 특성에 의해 광산란이 발생하여 높게 나타나지만, 연속박막을 형성하는 경우 최소 두께에서 최저의 광흡수를 보이며, 이후 박막 두께가 증가함에 따라 다시 높은 광흡수를 보인다.
도 16에 따르면, 본 발명의 비교예의 경우 10nm에서 연속박막을 형성하므로, 본 발명의 실시예보다 대체로 높은 광흡수율을 보인다. 또한, 본 발명의 실시예는 1.5nm의 두께에서도 연속박막을 형성하여 낮은 광흡수율을 나타낸다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 박막 기판의 광투과도를 나타낸 도면이다.
상기 본 발명의 모폴로지 특성으로부터 ZnO/Cu(N)/ZnO (ZnO 산화물 사이에 위치한 Cu(N) 박막 구조) 구조의 광투과 특성 향상을 검증하였다(Optical transmittance UV-Visible-near infrared spectrophotometry, Cary series, Agilent technologies).
도 17을 참조하면, 500-1000 nm 파장대에서 측정한 총 광투과율 (total transmittance)이 Cu에 비해 Cu(N)가 전파장대에서 높은 것이 확인되었다.
주목해야 하는 결과는, Cu의 경우 장파장(700-1000 nm)에서 광투과율(optimal transmittance)은 6.5-14.0 nm의 두께 모두 낮은 광투과도를 보이는 반면에, Cu(N)의 경우는 그 광투과율(optimal transmittance)이 단지 5.0-10.0 nm 두께에서 모두 높은 광투과율을 나타낸다. 따라서, Cu에 비해 Cu(N)이 광투과도가 향상되는 것을 확인할 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 박막 기판의 면저항을 나타낸 도면이다.
도 18을 참조하면, 공정가스로 질소를 포함하는 경우 5nm 이상의 두께에서 50Ω/sq 이하의 면저항을 가지는 것을 알 수 있다.
반면에, 질소를 포함하지 않은 경우 5-7nm의 두께에서 50 내지 2000Ω/sq의 면저항을 보여 7nm 이하의 낮은 두께에서 실시예와 비교예가 면저항의 현저한 차이를 보이는 것을 확인 할 수 있다.
상술한 본 발명의 구리 박막 기판의 제조 방법은 박막 성장 초기부터 2차원 연속 박막으로 성장시킬 수 있어, 디스플레이 제조, 태양전지용 전극 제조, 히터, 반도체 공정 등 연속적 구리 박막 형성이 필요한 모든 분야에 유용하게 활용될 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
Claims (20)
- 기판; 및상기 기판 상에 형성되며 구리(Cu) 또는 구리합금으로 구성되는 구리 박막;을 포함하되,상기 구리 박막의 (111)면의 전체 결정면에 대한 비율은 상기 구리 박막의 두께가 증가함에 따라 감소하며 상기 구리 박막의 I(111)/I(200)이 17을 초과하는 구리 박막 기판.
- 기판; 및상기 기판 상에 형성되면 구리(Cu) 또는 구리합금으로 구성되는 구리 박막;을 포함하되,상기 구리 박막은 물리기상증착법(PVD, Physical Vapor Deposition)을 통하여 형성되며,상기 PVD 공정 가스는 질소(N2)를 포함하는 구리 박막 기판.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 구리 박막의 두께가 9nm 이하인 경우 상기 구리 박막의 I(111)/I(200)이 23 이상인 구리 박막 기판.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 구리 박막의 두께는 0nm 초과, 40nm 이하인 구리 박막 기판.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 구리 박막의 조도가 0 nm 초과, 0.4 nm 이하인 구리 박막 기판.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 기판은 투명 폴리머 기판인 구리 박막 기판.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 기판은 전도성 산화물 또는 질화물을 포함하는 구리 박막 기판.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 구리 박막 기판은 50Ω/sq 이하의 면저항을 가지는 구리 박막 기판.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 구리 박막 기판은 85% 이상의 광투과도를 가지는 구리 박막 기판.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 기판 및 상기 구리 박막 사이에 형성되는 중간층;을 더 포함하는 구리 박막 기판.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 구리 박막 상에 형성되는 보호층;을 더 포함하는 구리 박막 기판.
- 제1항에 있어서,상기 구리 박막은 질소로 도핑되는 구리 박막 기판.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 구리 박막의 질소 함유량은 4% 이하인 구리 박막 기판.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 구리 박막은 아르곤(Ar) 및 질소(N2)를 공정가스로 한 물리기상증착법(PVD, Physical Vapor Deposition)에 의해 형성되는 구리 박막 기판.
- 제14항에 있어서,상기 공정 가스는 아르곤(Ar) : 질소(N2)가 50 : 0.1 내지 1.0의 비율인 구리 박막 기판.
- 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 기재된 구리 박막 기판을 포함하는 물품.
- 제16항에 있어서,상기 물품은 디스플레이용 투명 전극, 편광판, 태양전지용 투명 전극, 저방사코팅, 투명히터용 전극, 또는 반도체용 미세금속전극인 물품.
- 기판을 준비하는 단계;상기 기판 상에 물리기상증착법(PVD, Physical Vapor Deposition)에 의해 구리(Cu) 또는 구리합금을 포함하는 구리 박막을 형성하는 단계;를 포함하되,상기 물리기상증착법(PVD, Physical Vapor Deposition)의 공정 가스는 질소(N2)를 포함하는 구리 박막 기판의 제조방법.
- 제18항에 있어서,상기 공정 가스는 아르곤(Ar) : 질소(N2)가 50 : 0.1 내지 1.0 의 비율인 구리 박막 기판의 제조 방법.
- 제18항에 있어서,상기 구리 박막을 형성하는 단계는 100℃ 이하에서 수행되는 구리 박막 기판의 제조 방법.
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