Characteristics of Al Alloy Powders Prepared by Gas Atomized...

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[Research Paper] 대한금속재료학회지 (Korean J. Met. Mater.), Vol. 55, No. 10 (2017), pp.703~709 DOI: 10.3365/KJMM.2017.55.10.703 703 가스분무법으로 제조된 Al 합금분말의 펄스통전 소결체의 특성평가 박현국장준호이정한오익현 * 한국생산기술연구원 동력부품소재그룹 Characteristics of Al Alloy Powders Prepared by Gas Atomized Method Using Pulsed Current Sintered-Body Process Hyun-Kuk Park, Jun-Ho Jang, Jung-Han Lee, and Ik-Hyun Oh * Automotive Components & Materials R&D Group, Korea Institute of Industrial Technology (KITECH), GwangJu 61012, Republic of Korea Abstract: In this study, Al alloy targets were fabricated using the powder metallurgy (pulsed current activated sintering, PCAS) process for metal PVD coating target applications. Powders were prepared from Al, Si and Cu ingots for sintering Al alloy compacts using the gas atomizing process. To fabricate the gas atomized Al alloy powders, processing conditions, such as melting temperature, processing time and gas pressure were optimized and controlled during the gas atomizing process. Al alloy compacts with 200 mm diameters and 1/4 inch thickness were fabricated using a 30,000 A pulsed current activated sintering machine. During the Al alloy compact sintering process, sintering conditions such as temperature, pulse ratio, pressure, and heating rate were controlled and optimized. The Al alloy compacts were fabricated under a uniaxial pressure of 60 MPa at a sintering temperature of 400 without any significant change in grain size. The grain size and relative density of the Al alloy compacts were 7.3 m and 100%, respectively. The properties of thin films deposited on a Si substrate using the PCASed target materials were compared with those from a commercial target material prepared using the casting melting process. The thicknesses of the thin films deposited on the Si substrate using the PCASed target material and a commercial target material were about 494 nm and 450 nm, respectively. The specific resistance and surface roughness of the PCASed thin film and commercial thin film were 4.012 × 10 -6 and 4.012 × 10 -6 , 6.105 nm and 6.928 nm, respectively. (Received June 16, 2017; Accepted July 4, 2017) Keywords: gas atomization process, Al alloy powder, pulsed current activated sintering method, thin film, property evaluation 1. 서 PVD 코팅법 중 하나인 스퍼터링법은 스퍼터 타겟을 이용 하여 박막화 시킨 후 식각을 통해 배선을 형성시키는 방법이 . 이러한 금속 배선은 극미세 패턴으로 형성된 소자내부에 서 전기적 신호를 전달하는 통로로써 디바이스의 수율 및 뢰성을 좌우하는 핵심 소재이다. 이와 같은 배선용 스퍼터 겟의 소재로는 Al, Cu, Al 합금 및 Cu 합금 소재가 있다. 최근 디바이스의 고집적화가 진행됨에 따라 Al 타겟 및 Al 합금타 겟이 사용되고 있다 [1-5]. 하지만 Al 타겟을 이용한 박막 성시 Si 기판으로 Al 원소들이 파고드는 Spike 현상이나 Al *Corresponding Author: Ik-Hyun Oh [Tel: +82-62-600-6180, E-mail: [email protected]] Copyright The Korean Institute of Metals and Materials 원자들이 전자의 흐름을 타고 이동하다가 Al 원자들을 한쪽 방향으로 밀어내는 electro-migration에 의한 hillock 현상들 이 문제가 되어 Si Cu를 고용한도 이내로 첨가하여 타겟 을 제조하고 있다 [6-10]. 최근 타겟 소재의 고기능화를 위한 연구개발이 진행되어 지고 있으며, 금속타겟의 제조기술은 제조방법에 따라 크게 용해/주조법과 분말야금법으로 구분이 가능하다. 그 중 용해/ 주조법은 금속타겟을 제조하기 위한 가장 일반적인 방법으 로써 대량 생산이 용이하여 제조단가를 낮출 수 있는 장점을 가지고 있다. 하지만 주조결함, 결정립 제어, 고밀도, 미세조 직 제어 및 균일물성의 한계가 있어 압연 및 열처리 공정 의 후처리 다단계 공정이 요구되어 지고 있다. 반면, 분말야 금 기술의 경우 균질한 상 분포와 미세한 결정립 제어, 고순

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  • [Research Paper] 대한금속・재료학회지 (Korean J. Met. Mater.), Vol. 55, No. 10 (2017), pp.703~709DOI: 10.3365/KJMM.2017.55.10.703

    703

    가스분무법으로 제조된 Al 합금분말의 펄스통전 소결체의 특성평가

    박현국・장준호・이정한・오익현*한국생산기술연구원 동력부품소재그룹

    Characteristics of Al Alloy Powders Prepared by Gas Atomized Method Using Pulsed Current Sintered-Body Process

    Hyun-Kuk Park, Jun-Ho Jang, Jung-Han Lee, and Ik-Hyun Oh*Automotive Components & Materials R&D Group, Korea Institute of Industrial Technology (KITECH), GwangJu 61012,

    Republic of Korea

    Abstract: In this study, Al alloy targets were fabricated using the powder metallurgy (pulsed current activated sintering, PCAS) process for metal PVD coating target applications. Powders were prepared from Al, Si and Cu ingots for sintering Al alloy compacts using the gas atomizing process. To fabricate the gas atomized Al alloy powders, processing conditions, such as melting temperature, processing time and gas pressure were optimized and controlled during the gas atomizing process. Al alloy compacts with 200 mm diameters and 1/4 inch thickness were fabricated using a 30,000 A pulsed current activated sintering machine. During the Al alloy compact sintering process, sintering conditions such as temperature, pulse ratio, pressure, and heating rate were controlled and optimized. The Al alloy compacts were fabricated under a uniaxial pressure of 60 MPa at a sintering temperature of 400 ℃ without any significant change in grain size. The grain size and relative density of the Al alloy compacts were 7.3 m and 100%, respectively. The properties of thin films deposited on a Si substrate using the PCASed target materials were compared with those from a commercial target material prepared using the casting melting process. The thicknesses of the thin films deposited on the Si substrate using the PCASed target material and a commercial target material were about 494 nm and 450 nm, respectively. The specific resistance and surface roughness of the PCASed thin film and commercial thin film were 4.012 × 10-6 and 4.012 × 10-6, 6.105 nm and 6.928 nm, respectively.

    †(Received June 16, 2017; Accepted July 4, 2017)

    Keywords: gas atomization process, Al alloy powder, pulsed current activated sintering method, thin film, property evaluation

    1. 서 론

    PVD 코팅법 중 하나인 스퍼터링법은 스퍼터 타겟을 이용

    하여 박막화 시킨 후 식각을 통해 배선을 형성시키는 방법이

    다. 이러한 금속 배선은 극미세 패턴으로 형성된 소자내부에

    서 전기적 신호를 전달하는 통로로써 디바이스의 수율 및 신

    뢰성을 좌우하는 핵심 소재이다. 이와 같은 배선용 스퍼터 타

    겟의 소재로는 Al, Cu, Al 합금 및 Cu 합금 소재가 있다. 최근

    디바이스의 고집적화가 진행됨에 따라 Al 타겟 및 Al 합금타

    겟이 사용되고 있다 [1-5]. 하지만 Al 타겟을 이용한 박막 형

    성시 Si 기판으로 Al 원소들이 파고드는 Spike 현상이나 Al *Corresponding Author: Ik-Hyun Oh[Tel: +82-62-600-6180, E-mail: [email protected]]Copyright ⓒ The Korean Institute of Metals and Materials

    원자들이 전자의 흐름을 타고 이동하다가 Al 원자들을 한쪽

    방향으로 밀어내는 electro-migration에 의한 hillock 현상들

    이 문제가 되어 Si 및 Cu를 고용한도 이내로 첨가하여 타겟

    을 제조하고 있다 [6-10].

    최근 타겟 소재의 고기능화를 위한 연구개발이 진행되어

    지고 있으며, 금속타겟의 제조기술은 제조방법에 따라 크게

    용해/주조법과 분말야금법으로 구분이 가능하다. 그 중 용해/

    주조법은 금속타겟을 제조하기 위한 가장 일반적인 방법으

    로써 대량 생산이 용이하여 제조단가를 낮출 수 있는 장점을

    가지고 있다. 하지만 주조결함, 결정립 제어, 고밀도, 미세조

    직 제어 및 균일물성의 한계가 있어 압연 및 열처리 공정 등

    의 후처리 다단계 공정이 요구되어 지고 있다. 반면, 분말야

    금 기술의 경우 균질한 상 분포와 미세한 결정립 제어, 고순

  • 704 대한금속・재료학회지 제55권 제10호 (2017년 10월)

    Table 1. Gas atomizing process condition of Al-Si-Cu alloy.

    Al-Si(Cu) Gaspressure Vac. AtmosphereUpper

    crucibleTemp.

    BottomcrucibleTemp.

    Duringtime

    Condition 1 10 barCondition 2 15 bar 6 Pa Ar 1000 ℃ 1200 ℃ 20 minCondition 3 20 bar

    Fig. 1. Schematic diagram of the pulse current activated sintering (PCAS).

    Fig. 2. Schematic representation of the temperature, sintering pressure and shrinkage displacement profile during PCAS.

    도화 및 고융점 소재 제조가 용이하다. 조성 및 성분비의 설

    계 자유도 범위가 커서 고성능, 고기능성 타겟을 제조할 수

    있는 장점이 있어 최근 용해/주조법의 대체 공정으로 활발히

    적용되고 있다 [11].

    종래의 분말야금법 중 스퍼터 타겟제조 방법으로 널리 사

    용되고 있는 방법으로는 온도와 압력을 동시에 가하여 비교

    적 고밀도 소결체를 얻을 수 있는 열간등압소결(Hot Isostatic

    Pressing)과 열간가압소결(Hot Pressing)방법이 주로 사용되

    어 왔다. 두 소결공정 모두 장시간 성형공정으로 인한 결정립

    제어의 한계, 외부 간접가열방식에 의한 소결체 내․외부 물성편차, 값비싼 공정 단가 등의 이유와 IT산업의 급격한 발전에

    따른 고성능 고효율의 스퍼터 타겟 소재가 요구되고 있어 새

    로운 공정기술 개발이 요구되고 있다.

    최근 단일공정으로 단시간에 치밀화를 할 수 있는 펄스전

    류활성소결법은 기존의 연소법과 열간 가압기술(Hot-press,

    HIP)을 결합한 방식이다. 펄스 직류전류를 이용하여 소결하

    고자 하는 분말에 직접 직류전류를 인가하여 분말 주위에 발

    생하는 줄열을 이용한 가압 소결법으로 짧은 시간에 치밀한

    생성물을 얻을 수 있는 방법이다 [12-14].

    본 연구에서는 Al계 합금분말을 제조하기 위하여 가스분

    무공정을 이용하였으며, 제조된 합금분말을 이용하여 펄스

    통전활성 소결공정을 적용, 단시간(15분이내)에 고밀도의 스

    퍼터링 타겟용 소결체를 제조하였다. 제조된 소결체의 수축

    변위, 밀도, 순도, 상 분석 및 미세조직 등을 분석하였다. 또한

    제조된 스퍼터링 타겟 및 상용타겟(LTS社, 순도 99.995%)을

    In-line 스퍼터 시스템에 장착하여 Al-Si-Cu 박막을 제조하였

    으며, 제조된 두 종류 박막에 대한 물성을 비교평가 하였다.

    2. 실험 방법

    본 실험에 사용된 원료 분말은 가스분무공정으로

    Al-Si-Cu 합금분말을 제조하였다. 원료 잉곳은 Al(RND

    Korea Co., 순도 99.999%), Si(iTASCO Co., 순도 99.99%) 및

    Cu(RND Korea Co., 순도 99.999%)로 Si 및 Cu의 첨가량을

    고용한도 이내인 1 및 0.5 중량비로 하였다.

    가스분무 공정은 직경 4 mm 크기의 오리피스를 이용하여

    분말을 제조하였다. 공정조건은 표 1에 나타내었으며, 가스

    분사 압력 변화에 따라 Al-Si-Cu 합금분말을 제조하였다.

    가스분무법에 제조된 Al-Si-Cu 합금분말의 소결을 위해

    그라파이트 몰드에 합금분말을 충진 후 상하부를 그라파이

    트 펀치로 막아주었으며, 밀봉된 그라파이트 몰드 셋트를 펄

    스전류활성소결장치에 장착 시켰다. 그림 1에 펄스전류활성

    소결장치의 개략도를 나타내었다. 참고로 펄스전류활성소결

    장치는 최대 30,000 A의 직류 전류를 사용할 수 있으며(puls

  • 박현국・장준호・이정한・오익현 705

    Fig. 3. FE-SEM images of gas atomized Al-Si-Cu alloy powders : a) process condition 1, b) process condition 2 and c) process condition 3.

    Fig. 4. SEM-EDAX of gas atomized Al-Si-Cu alloy powders for process condition 2 using 15 ㎛ under size powders.

    12 ms on time and 2 ms off time), 최대 300 ton의 압력을 인

    가할 수 있다. 실험 순서로는 1단계에서 챔버 내에 밀링된 분

    말이 충진된 그라파이트 몰드를 장입한 후 진공 상태로 만들

    어 주며, 이때 60 MPa의 압력을 인가하였다. 2단계로는 그라

    파이트 펀지에 직류 전류를 흘려주어 소결을 진행 하였으며,

    이때 수축 길이의 변화를 관찰하면서 실험을 종료 하였다. 온

    도 변화를 확인하기 위하여 K 타입의 열전대를 하부 펀치 중

    앙 및 외각(시편의 5 mm 부근)에 삽입하여 시편의 내외부 온

    도를 측정하였다. 이때 승온 속도는 30, 60 및 80 ℃/min으로 하여 목적 온도인 400 ℃에 도달 시 장비의 전원을 off 시킨 후 챔버 내에서 냉각 시키는 것으로 소결 진행을 마무리 하였

    다. 그림 2에 소결이 진행되는 4단계를 나타내었다.

    소결된 시편의 밀도는 아르키메데스 방법으로 밀도를 측

    정하였으며, ICP 분석을 이용하여 순도 분석을 진행하였다.

    소결체의 미세조직 관찰을 위해 470 ml 에탄올과 30 ml

    perchloric acid 용액을 60 대 40 비율로 약 1분 동안 전해연마

    하였다. 또한 소결 후의 상변화 관찰을 위하여 X선 회절 분석

    을 실시하였다.

    최적공정에 의해 제조된 소결체는 그라인딩 머신을 이용

    한 표면 연마하였으며, 연마 후 주조품의 상용타겟과 함께 인

    라인 스퍼터 시스템(Sorona社, SRN-120)을 이용하여 박막

    증착 공정을 진행하였다. 스퍼터 공정은 Ar가스 분위기에서

    Si 기판 위에 1시간 동안 박막 증착 공정을 진행하였다. 초기

    박막 증착 효율을 증가시키기 위하여 저압(0.33 Pa)에서 10

    분간 진행 후 고압(3.33 Pa)에서 50분간 증착하였다. 스퍼터

    시스템에 의해 제조된 각각의 박막은 투과전자현미경

    (Transmission Electron Microscope, TEM)을 이용하여 미세

    조직 관찰 및 4 point probe를 이용하여 비저항 측정을 실시

    하였다.

    3. 결과 및 고찰

    그림 3은 가스분무법으로 제조된 후 –325 mesh 이하로 채

    가름된 Al-Si-Cu 합금분말의 미세조직 분석 결과이다. 미세

    조직 분석결과, 가스압력 변화에 따라 구형 및 불규칙 구형이

    혼재되어 있는 것으로 분석되었다. 조건 1(그림 3 a) 및 조건

    3(그림 3 c)과 같이 가스압력이 다소 낮고(10 bar) 높을 경우

    (20 bar) 입자 크기가 큰 불규칙한 형상의 분말이 제조됨을

    알 수 있었으며, 조건 2(그림 3 b)의 15 bar의 경우 가장 좋은

    구형도 가지는 것으로 확인되었다. 입도분석 결과, 조건 1은

    평균 11.73 m (d 0.1 : 4.61 m , d 0.5 11.73 m , d 0.9 : 22.57 m ), 조건 2는 9.69 m (d 0.1 : 3.86 m , d 0.5 9.69 m , d 0.9 : 12.31 m ), 조건 3은 10.89 m (d 0.1 : 4.76 m , d 0.5 10.89 m , d 0.9 : 13.91 m )로 측정되었다.

    15 bar의 가스 압력으로 제조된 Al-Si-Cu 합금분말의 주사

  • 706 대한금속・재료학회지 제55권 제10호 (2017년 10월)

    Fig. 5. TEM images of gas atomized Al-Si-Cu alloy powders.

    Fig. 7. Variation of shrinkage displacement and sintering temperature with sintering time during PCAS of Al-Si-Cu compacts for different heating rate.

    Fig. 6. XRD patterns of gas atomized Al-Si-Cu alloy powders for process condition 2.

    Fig. 8. XRD patterns of Al-Si-Cu compacts with heating rate during PCAS.

    전자현미경의 원소분석기(SEM-EDAX) 분석 결과 그림 4와

    같이 Al-Si-Cu 합금분말의 조성은 98.47 : 1.02 : 0.51 중량비

    로 초기조성과 거의 유사한 것으로 분석되었다. 또한 그림 5

    의 TEM 분석결과 하나의 Al-Si-Cu 분말입자는 편석된 Si를

    포함한 다결정으로 구성되었으며, 구형이면서도 3가지 원소

    가 같은 위치에 존재하는 것을 확인하였다. TEM-Mapping

    분석결과 역시 Al-Si-Cu 초기 조성과 유사한 99.37 : 0.81 :

    0.82의 중량비로 구성되어 있는 것으로 분석되었다.

    가스분무법에 의해 제조된 Al-Si-Cu 합금분말의 상 분석

    을 위해 CuKα 타겟을 사용하여 30~90°의 범위에서 4 °/min

    의 주사속도로 X-선 회절분석 실험을 실시하였다. 그림 6과

    같이 Al 피크 외에 다른 2차상은 분석되지 않았으며, 이는 Si

    및 Cu 함량이 고용한도 이내로 첨가되어 측정되지 않은 것으

    로 사료된다.

    가스분무법으로 제조된 Al-Si-Cu 합금분말을 이용하여 승

    온속도를 30, 60 및 80 ℃/min으로 변화하며, 펄스전류활성소결시 소결시간에 따른 소결온도 및 수축길이 변화그래프

    를 그림 7에 나타내었다. 승온속도가 30에서 80 ℃/min으로 증가할수록 수축시작 시점은 빠르고 수축량 변화가 증가하

    여 수축변위의 기울기가 크게 증가함을 알 수 있다. 또한 승

    온속도가 증가할수록 약 94%에서 100%까지 상대밀도가 증

    가하였다.

    승온속도가 빠를수록 치밀화 속도를 향상시킴과 동시에

    최종 소결온도를 낮출 수 있지만 상대밀도는 감소한다고 보

    고되어지고 있다 [15,16]. 본 연구에서는 동일한 소결온도

  • 박현국・장준호・이정한・오익현 707

    Fig. 9. Results of inductively coupled plasma analysis for Al-Si-Cu powder and compact.

    Fig. 10. Microstructure images of Al-Si-Cu thin films : a) Commercial target thin film and b) PCASed-Al-Si-Cu target thin film.

    (400 ℃)에서 승온속도 변화에 따라 제조된 소결체의 경우 빠른 치밀화 속도로 인해 낮아진 최종 소결온도에서 5분간 등

    온유지하면서 close pore를 충분히 제거하였기 때문에 고밀

    도 소결체를 제조 할 수 있었던 것으로 판단된다. 반면 승온

    속도를 느리게 하여 제조된 소결체의 경우 소결온도를 증가

    시키지 않고 소결을 종료함에 따라 close pore를 충분히 제거

    하지 못하였기 때문에 상대밀도가 비교적 낮은 것으로 사료

    된다.

    승온속도 변화에 따라 제조된 소결체의 상 분석 결과 그림

    8과 같이 Al 피크 외에 Al2O3와 같은 제 2상은 분석되지 않았

    다. 그 이유는 고진공 상태에서 급속소결이 진행되었기 때문

    으로 판단된다. 또한 Al의 고유 격자상수(4.049 Å)보다 증가된 격자상수(4.056 Å)를 가지는 것으로 분석되어 Al에 Si 및 Cu가 전율고용체 형태로 고용된 것으로 판단된다.

    X선 회절 분석 데이터를 이용하여 소결체의 결정립 크기

    를 분석하였으며, 이때 다음과 같은 Suryanarayana and Grant

    Norton식을 이용하여 구하였다 [17].

    Br(Bcrystalline + Bstrain)cosθ = 0.9λ/L + ηsinθ (1)

    여기서 Bcrystalline는 미세화에 의한 반가폭 증가, Bstrain은 변

    형(strain)에 의한 반가폭 증가, λ는 파장, L은 결정립 크기, η

    는 변형(strain) 및 θ는 회절각도이다. Al-Si-Cu 소결체의 결

    정립 크기 측정결과, 30에서 80 ℃/min으로 승온속도가 증가할수록 약 10.11 m에서 7.3 m로 미세해 지는 것을 알 수 있었다.

    승온속도가 빠를수록 소결시 사용되는 전류의 양이 증가

    함에 따라 electro-migration에 의해 전자의 이동이 빨라짐으

    로 2배 이상의 빠른 치밀화 속도로 소결이 진행되었기 때문

    에 상대밀도가 증가한 것으로 판단되며, 상대적으로 고온에

    서 노출된 시간이 적어짐으로 결정립 크기 또한 미세해진 것

    으로 사료된다.

    펄스전류활성소결법으로 제조된 Al-Si-Cu 합금 소결체의

    ICP 순도 분석결과 그림 9와 같이 99.91%의 순도를 가지는

    것으로 분석되었다. 가스아토마이저 공정으로 제조된 원료

    분말과 비교 시 미비한 순도 증가는 있지만 원료분말에서 분

    석되지 않은 2가지 종류의 원소도 측정되었다. 이는 소결공

    정 중 장비 내부의 불순물 혼입에 의한 것으로 판단된다.

    펄스전류활성소결법에 의해 제조된 타겟 및 주조법에 의

    해 제조된 상용타겟을 인라인 스퍼터 장비를 이용하여

    Al-Si-Cu 박막을 제조하였다. 두 타겟 모두 박막 제조시 플라

    즈마 발화를 위한 최초 발생되는 아크만이 관찰되었으며, 타

    겟소재의 고밀도 특성으로 인하여 공정 중 아크는 발생하지

  • 708 대한금속・재료학회지 제55권 제10호 (2017년 10월)

    Fig. 11. AFM analysis images of Al-Si-Cu thin films : a) Commercial target thin film and b) PCASed target thin film.

    않았다. 제조된 박막의 미세조직 결과를 그림 10에 나타내었

    다. 펄스전류활성소결법으로 제조된 타겟으로 제조한 박막

    의 경우 상용타겟을 이용하여 제조된 박막보다 약 50 nm 더

    두꺼운 약 494 nm 두께로 박막이 형성되었으며, Si 기판에 잘

    부착되어 있음을 알 수 있다. 두 박막 모두 라멜라 구조로 형

    성되었으며, (111) 면으로 우선배향하였지만 배향성이 없는

    부분에서는 (200) 방향도 관찰할 수 있었다. 그 이유는 X선

    회절 분석에서와 같이 (111)과 (200)면의 상대강도는 각각

    100과 47이다. 따라서 배향성이 없는 경우에는 (111) 면의 약

    1/2 정도의 강도가 (200)면으로 나타나기 때문이다.

    비저항 측정을 위해 4 point probe를 이용하여 산출된 면저

    항 값을 이용하여 다음과 같은 식을 이용하였다.

    ρ = L · R / A (2)

    여기서 ρ는 비저항이고, L은 길이, R은 저항, A는 단면적

    이다. 비저항의 단위는 Ωcm 이고 물질이 전류에 흐르는 양

    인 전도율과 역수관계 (비저항 = 1/전도율)에 있다. 비저항

    측정결과 상용 타겟으로 제조된 박막의 경우 약 4.206 × 10-6

    Ωcm, 펄스전류활성소결로 제조된 타겟으로 제조한 박막으

    로 경우 약 4.012 × 10-6 Ωcm로 측정되었다. 두 가지 타겟으

    로 제조된 박막 모두 유사한 비저항 값을 가졌지만 펄스전류

    활성소결법으로 제조된 타겟으로 제조한 박막이 좀 더 낮은

    비저항 값을 가지는 이유는 타겟의 물성이 균일하면서도 미

    세 결정립 특성 때문으로 사료된다.

    그림 11은 AFM을 이용한 거칠기 측정결과로 두 박막 모

    두 정규분포에서 좌측으로 치우쳤으며 더 뾰족하게 나타났

    고 상용타겟 박막은 6.928 nm, 펄스전류활성법으로 제조된

    박막은 6.105 nm로 측정되었다. 펄스전류활성법으로 제조된

    타겟을 이용한 박막의 거칠기가 좀 더 낮은 이유는 제조된 타

    겟의 결정립 크기가 미세하기 때문에 박막 증착에서도 영향

    을 미친 것으로 판단된다. 분석된 거칠기 값과 박막 두께를

    이용하여 박막 균일도 측정 결과 두 타겟 모두 1.4%로 비슷

    한 측정값을 가졌다.

    4. 결 론

    가스분무공정으로 제조된 Al-Si-Cu 합금분말을 펄스전류

    활성소결법을 이용하여 제조된 Al-Si-Cu 소결체에 대해 승온

    속도 변화에 따른 특성평가 및 제조된 타겟 소결체를 이용하

    여 스퍼터링 공정으로 박막을 형성한 후 박막의 특성평가를

    수행하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

    1. 가스분무공정을 이용하여 Al-Si-Cu 합금분말을 제조하

    였다. 분사 가스압력이 10에서 20 bar로 증가함에 따라 제조

    된 Al-Si-Cu 합금분말의 입도는 미세해 지지만 합금분말의

    형상은 불규칙한 형상으로 분석되었다.

    2. 승온속도 변화에 따라 제조된 소결체는 승온속도가 빠

    를수록 상대밀도는 94%에서 100%로 증가하였고, 결정립 크

    기는 10.11 m에서 7.3 m로 미세해 졌다. 승온속도가 빠를수록 소결시 사용되는 전류의 양이 증가함에 따라

    electro-migration에 의해 전자의 이동이 빨라짐으로 2배 이

    상의 빠른 치밀화 속도로 소결이 진행되었기 때문에 상대밀

    도가 증가한 것으로 판단된다. 또한 상대적으로 고온에서 노

    출된 시간이 적어짐으로 결정립 크기가 미세한 것으로 사료

    된다.

    3. Al-Si-Cu 소결체의 X선 회절분석 결과, 승온속도 변화

    상관없이 초기 원료분말과 동일한 Al 단일상만 분석되었다.

    가스 분술물의 혼입으로 인한 Oxide와 같은 제 2차상은 관찰

    되지 않았으며, 이는 고진공 하에서의 공정 및 단시간의 소결

    에 의한 결과라고 생각된다. Si 및 Cu의 미 분석 이유로는 고

    용한도 이내로 첨가되어 전율고용체로 존재하기 때문으로

    사료된다.

    4. 펄스전류활성소결법 및 주조법으로 제조된 타겟을 이용

    하여 Al-Si-Cu 박막 제조시 플라즈마 발화를 위한 최초 아크

    발생을 제외한 공정 중 아크 발생은 발생하지 않았다. 또한

    박막의 두께는 펄스전류활성소결법으로 제조된 타겟을 이용

    하여 제조된 박막이 약 50 nm 더 두꺼운 494 nm로 박막이 형

    성되었으며, 두 박막 모두 라멜라 구조를 가진 박막으로 제조

    되었다. 4 point probe를 이용한 비저항 측정결과 펄스전류활

    성소결법으로 제조된 박막이 4.012 × 10-6 Ωcm로 좀 더 좋은

    특성을 가지는 것으로 분석되었다.

  • 박현국・장준호・이정한・오익현 709

    감사의 글

    본 논문은 한국생산기술연구원 기관주요사업 “원천기술

    개발사업(1/3) (KITECH EO-17-0015)”의 지원으로 수행한

    연구입니다.

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