KR100327685B1 - 스퍼터링을통한박막제조방법및스퍼터링장치 - Google Patents

Abstract

스퍼터링 기술을 통해 기판의 표면에 박막을 제조함에 있어서, 폐쇄 루프 자장을 발생시키기 위한 반사 자장 발생 유닛은 박막이 형성될 기판 표면의 후면상에 배치된다. 기판은 타겟의 맞은편에 배치된다. 타겟에서 상기 표면쪽으로 이온에 의해 생성된 자장의 방향과 일치하여 향하게 된 폐쇄 루프 자장이 반사 자장 발생 유닛에 의해 표면과 거의 평행하게 발생되는 동안 박막이 제조된다.

Description

스퍼터링을 통한 박막 제조 방법 및 스퍼터링 장치

발명의 배경

1. 발명의 분야

본 발명은 저온 상태하에서 스퍼터링 현상(sputtering phenomenon)을 이용하여 박막(thin film) 제조를 행하는 분야에서, 초기 스퍼터링에서의 손상과, 이온에의해 야기된 막 표면에서의 스퍼터링 손상을 감소시키는 박막 제조 방법 및 박막 제조 장치에 관한 것이다.

2. 관련 기술의 설명

스퍼터링 현상을 이용하는 다양한 박막 제조 방법으로는, 타겟(target)에 직류 전류 전압을 공급하는 직류 전류(DC) 스퍼터링 방법, 타겟에 교류 전류(a.c.)전압을 공급하는 무선 주파수(RF) 스퍼터링 방법등이 있어 왔다. 또, 비활성 가스를 주로 사용하는 스퍼터링이외에, 다른 가스가 부가되어 스퍼터링을 행하고, 타겟 재료와 부가된 가스의 반응을 이용하는 반응성 스퍼터링, 타켓의 스퍼터링 효율을 향상시키기 위해 자장에 의해 스퍼터링하는 이온을 부식 영역에 가두어 스퍼터링을수행하는 마그네트론 스퍼터링이 있다. 상기 각각의 방법의 조합, 예를들어, RF 마그네트론 반응 스퍼터링 방법등이 있음은 말할 것도 없다.

특히, 스퍼터링 현상을 이용하는 박막 제조 방법은 반도체 분야에서 널리 사용된다, 최근에는 결정질 실리콘을 사용하는 곳을 제외한 반도체 분야, 기판의 절연 표면에 박막 반도체를 형성함에 의해서 완성되는 박막 트랜지스터(TFT)의 분야, 투명한 전극이 액정 디스플레이 등에 형성되는 분야와 같은 광범위한 분야에서조차도 사용된다.

스퍼터링 현상을 이용한 막 형성 방법(이하, "스퍼터링 방법"이라 언급함)에 있어서, 전장을 사용해서 가속되는 아르곤 이온(argon ion) 또는 그와 같은 종류의 이온이 타겟과 충돌하도록 허용함으로써, 타겟 재료의 분자 및 원자가 타겟으로부터 흘러나와 타겟의 맞은편에 일정 간격을 둔 기판의 표면에 도달하게 되어 기판에 막을 형성하게 된다.

스퍼터링에 의해서 타겟으로부터 흘러나오게 된 타겟 재료의 분자 및 원자는 아르곤 또는 그와 같은 종류의 이온이 기판에 도달하기 전에 이온화되는 프라즈마 스페이스(plasma space)를 통과한다. 예를들면, 아르곤의 평균 자유 경로는 절대온도가 293K 이고, 압력이 1Pa인 조건하에서 약 6.8mm 이다. 스퍼터링 동안의 압력이 대략 0.1Pa 정도이므로, 평균 자유 경로는 10cm 이거나 비록 온도가 어떤 온도보다도 높더라도 더 짧아진다. 또한, 비록 아르곤을 제외한 가스가 스퍼터링 용으로 사용된다하더라도 평균 자유 경로는 크게 변화되지 않는다. 이러한 이유 때문에, 타겟으로부터 흘러나오게 된 원자 및 분자의 약 10 퍼센트는 프라즈마 스페이스를 통과할 때 피할 수 없도록 이온화된다.

이온화되어진 타겟 재료로부터 유출된 약 10 퍼센트의 분자 및 원자 뿐만 아니라 아르곤 이온은, 막이 형성된 기판의 표면에 도달한다. 이온에 의해 야기된 위험은 특히 반도체 및 박막 반도체 형성시에 중대한 문제를 야기한다.

반도체 분야에서, 금속 배선이 절연막상에 형성되고 다른 절연막이 그 위에 추가 형성되게 하는 다층 배선 기술(multi-layer wiring technique)이 행해져 왔다. 다른 절연 막은 평탄화되며, 이와같이 평탄화된 다른 절연막상에 다른 금속배선이 형성된다. 스퍼터링 방법은 금속 배선용의 금속막을 형성하기 위해 사용된다.

절연막이 금속 배선 아래에 위치되므로, 이온화되어 막이 형성될 표면에 도달된 타겟 재료의 분자 및 원자뿐만 아니라 아르곤 가스는 절연막을 빠르게 방전시킴으로써 정전기 파괴와 유사한 현상을 일으키게 된다.

게다가, 박막 반도체 장치를 형성하는 경우에, 결정질 반도체의 경우보다 더 심각한 문제를 야기시키는데, 왜냐하면, 기판 자체가 절연 특성이 상승하기 때문이다. 결정질 반도체의 MOS 트랜지스터와 유사한 박막 트랜지스터(TFT)중에서 최상부 게이트형(top-gate type) 트랜지스터의 경우에 있어서, 박막 반도체 장치에서 박막 반도체 층이 채널을 구성한 후 바로 게이트 절연막을 구성하는 절연막이 각각 형성된다. 그후, 금속층을 최종적으로 게이트 전극으로 형성된다. 스퍼터링 방법은 최종 금속 층을 형성하기 위해 자주 사용된다.

이러한 이유로, 기판의 표면에 이온화되어 도달된 타겟 재료의 분자 및 원자는 정전기 파괴를 야기시킬 뿐만 아니라 기판상의 어떤 위치에서 이온 손상을 야기하는데, 왜냐하면, 기판 자체가 절연체로 형성되어 있기 때문이다.

아르곤 이온뿐만 아니라, 이온화되어 타겟으로부터 기판의 표면 쪽으로 유출된 분자 및 원자에 의해 야기된 손상외에도, 타겟 재료로부터 유출되는 일부 중성원자 및 분자는 문제를 일으킨다.

스퍼터링 산출량의 계산에 따라, 예를들어, 300 eV 에서 한개의 아르곤 이온이 알루미늄(aluminum) 타겟과 충돌하는 경우에, 알루미늄의 1.24 원자가 타겟으로부터 유출된다. 스퍼터링으로 인한 막 형성율의 증가에 따른 생산성을 향상시키기 위해서, 가능한한 스퍼터링 산출량이 증가되도록 요구된다.

스퍼터링 산출량을 증가시키기 위해서, 타겟에 제공된 전력(electric power)을 증가시킬 필요가 있다. 타겟에 제공된 전압이 증가될 때, 타겟을 스퍼터링하는 아르곤 이온의 가속도가 증가된다. 그 결과, 타겟이 커다란 에너지에 의해 스퍼터링되기 때문에, 중성 원자 및 분자가 커다란 에너지를 갖는 타겟 재료로부터 유출한다. 그리고 비록 원자 및 분자가 이온화되지 않는다하더라도, 그들은 커다란 에너지를 갖고서, 막이 형성되어질 표면상에 충돌한다.

막이 형성될 표면과 이온이 충돌하는 경우에, 이온의 전하에 의해 야기된 이온 손상은 큰 것이다. 그러나, 중성이며 에너지가 큰 타겟 재료로부터의 원자 및 분자는 막이 형성될 표면하에서 어느 정도의 깊이로 막을 관통하도록 허용된다.

그 결과, 예를들어 스퍼터링 방법을 통해서, 최상부 게이트형 TFT 의 게이트전극 재료 또는 그와 같은 종류의 재료를 형성하는 경우에 있어서, 전극 재료가 게이트 절연막을 관통하는 경우도 있다.

액정용 TFT 또는 그와 같은 종류를 사용하는 경우에, 약 100 만개의 TFT 가 각 화소를 제어하기 위한 스위치로서 사용된다. 만약, 금속 재료가 게이트 절연막을 분산적으로 관통한다면, 임계값은 변화하게 되며, 이에 의해서 신뢰성에 악 영향을 미친다. 게다가, TFT 를 사용해서 드라이버 회로 또는 증폭기를 형성하는 경우에, 임계값이 변화되는 것은 치명적이다.

발명의 요약

본 발명은 상기 언급된 문제점을 극복하기 위해 제안되어 졌으며, 따라서, 본 발명의 목적중 하나는 스퍼터링 방법 분야에 의해서 막을 형성하는 경우에, 막이 형성될 표면의 상태, 형성된 막 아래에 놓인 다른 막의 표면 상태 및 기판 재료에 따라, 발생된 스퍼터링 가스 또는 타겟 재료로부터 유출되어진 이온화된 원자 및 분자의 이온에 의해 야기된 이온 손상을 감소시키기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 이온화되지는 않았지만 커다란 에너지를 가지며 타겟 재료로부터 유출되어지고 막이 형성될 표면에 도달하는 중성 원자 및 분자에 의해 야기된 충돌 손상을 감소시키기 위한 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 이온에 의해 야기된 손상과, 높은 에너지를 갖는 중성 원자 및 분자에 의해 야기된 손상을 감소시킬 수 있는 박막을 제조하는 방법 및 상기 언급된 방법을 실현하는 박막을 제조하기 위한 장치를 제공하기 위한 것이다.

상술된 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 일 양상에 따라, 반사 자장 발생 유닛(reflection magnetic field generation unit)은 타겟의 맞은편에 있는 상기 기판의 박막이 형성될 표면의 후면에 배치되며, 루프 자장이 기판의 표면과 병렬로 표면의 후면에서 발생되는 동안 박막이 제조되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링을 통해서 기판상에 박막을 제조하는 방법이 제공된다. 폐쇄 루프 반사 자장은 박막이 형성될 상기 표면에 도달하는 이온에 의해 발생된 자장과 같은 방향을 갖는다.

본 발명의 다른 양상에 따라, 스퍼터링을 통한 기판상에 박막을 제조하는데 있어서, 반사 자장 발생 유닛은 타겟의 맞은편의 상기 기판 표면의 후면상에 배치되며, 폐쇄 루프 반사 자장이 표면의 후면에서 발생되는 동안 박막이 제조된다. 폐쇄 루프 반사 자장은 박막이 형성될 상기 표면과 거의 병렬 상태에 있으므로 상기 표면에 도달하는 이온이 감소된다.

박막을 제조하는 방법에 대한 본 발명의 다른 양상에 따르면, 상기 반사 자장 발생 회로에 있어서, 영구 자석의 N-극(pole) 및 S-극은 루프 형태로 실질적으로 동일 평면상에 교대로 배열되고, 자기 실드(Magnetic shield)는 상기 루프 형태를 따르지 않는 자장을 분리시키도록 배치되므로, 단지 자장만이 실질적으로 상기 루프 형태를 따라 발생된다.

박막을 제조하는 방법에 대한 본 발명의 또다른 양상에 따라, 영구 자석은 희토류 원소 코발트, 알니코 5, 텅스텐 스틸(steel), 카본 스틸, KS 스틸, OP 자석및 페로옥시듀어(Ferroxdure) 그중 하나로 형성된다.

박막을 제조하는 방법에 대한 본 발명의 또다른 양상에 따라, U 자형 자석 또는 막대 자석이 영구 자석으로 사용된다.

박막을 제조하는 방법에 대한 본 발명의 또다른 양상에 따라, 상기 자기 실드의 크기는 상기 영구 자석의 크기보다 더 크다.

박막을 제조하는 방법에 대한 본 발명의 또다른 양상에 따라, 상기 반사 자장 발생 장치에 있어서, 코일은 실질적으로 폐쇄 루프를 형성하도록 감겨져 있고, 전류가 상기 코일에서 흐르게 되어, 상기 루프 형태를 따라 자장이 나타나게 된다.

박막을 제조하는 방법에 대한 본 발명의 또다른 양상에 따라, 상기 반사 자장 발생 장치에 있어서, 전류는 박막이 형성되는 기판의 표면에 수직 방향으로 흐르게 되어, 형성된 기판의 표면과 병렬로 폐쇄 루프 자장을 발생시킨다.

박막을 제조하는 방법에 대한 본 발명의 또다른 양상에 따라, 상기 반사 자장 발생 장치에 있어서, 박막이 형성된 기판과 병렬인 한쌍의 평면 전극간에 직류전류가 방전되므로 해서, 형성된 기판의 표면과 실질적으로 병렬로 폐쇄 루프 자장을 발생시킨다.

스퍼터링을 통해서 기판상에 박막을 제조하는 방법에 대한 본 발명의 또다른 양상에 따르면, 막이 형성되므로 초기 막 형성에서의 스퍼터링 산출량은 나중의 형성에서 산출량보다 적다.

박막을 제조하는 방법에 대한 본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 최상부 게이트형 박막 트랜지스터를 제조하는 공정에 있어서, 게이트 전극이 스퍼터링을 통해 게이트 절연막상에 형성될 때, 초기막 형성에서 스퍼터링 산출량은 나중 형성에 서의 산출량보다 적다.

박막을 제조하는 방법에 대한 본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 초기 막 형성에서 캐소드 전압은 나중 막 형성에서의 캐소드 전압보다 작은 것에 반해, 캐소드에 제공된 전력은 일정하게 유지됨에 의해서 스퍼터링 산출량이 제어된다.

박막을 제조하는 방법에 대한 본 발명의 또다른 양상에 따르면, 나중에 캐소드에 제공된 전력보다 더 작은 초기 막 형성에서 캐소드에 제공된 전력을 변화시킴에 의해 스퍼터링 산출량이 제어된다.

박막을 제조하는 방법에 대한 본 발명의 또다른 양상에 따르면, 스퍼터링 산출량을 감소시키기 위해 초기 막 형성에서 형성된 막의 두께는 100 내지 1000Å의 범위내에 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 박막을 제조하기 위한 스퍼터링 장치에 있어서, 막 형성용 기판을 소정의 위치에 설치한 상태에서, 상기 기판으로부터 보아, 타겟과 반대측에 반사 자장 발생 유닛을 구비한다.

본 발명의 또다른 양상에 따르면, 박막을 제조하기 위한 스퍼터링 장치에 있어서, 막 형성용 기판을 소정의 위치에 설치한 상태에서, 상기 기판에서 보아, 타겟과 반대측에 히터를 구비하고, 상기 히터에서 보아 상기 타겟과 반대측에 반사자장 발생 유닛을 구비한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 박막을 제조하기 위한 장치에 있어서, 상기 히터로부터의 열을 감소시키기 위한 열 실드 유닛(thermal shield unit)은 상기 히터 및 상기 반사 자장 발생 유닛간에 배치된다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 박막을 제조하기 위한 장치에 있어서, 막이 형성될 기판을 이동시키기 위한 이동 수단이 제공되어 있고 상기 반사 자장 발생 유닛은 기판을 따라 이동된다.

본 발명의 또다른 양상에 따르면, 박막을 제조하기 위한 장치에 있어서, 이동 수단에서 저온측과 대기측간의 접속부분은 자기 봉인(magnetic seal)에 의해 중단되며, 자기 실드(magnetic shield)는 상기 반사 자장 발생 유닛과 상기 자기 봉인간에 배치된다.

본 발명의 또다른 양상에 따르면, 박막을 제조하기 위한 장치에 있어서, 반사 자장 발생 유닛에서 영구 자석의 N 극 및 S 극은 루프의 형태로 실질적으로 동일 평면에 교대로 배열되며, 자기 실드는 단지 자장이 실질적으로 상기 루프 형태로 발생되도록 배치된다.

본 발명의 또다른 양상에 따르면, 박막을 제조하기 위한 장치에 있어서, 영구 자석은 희토류 원소 코발트, 알니코 5, 텅스텐 스틸, 카본 스틸, KS 스틸, OP 자석 및 페로옥시듀어 2 중의 하나로 형성된다.

본 발명의 또다른 양상에 따르면, 박막을 제조하기 위한 장치에 있어서, U 자형 자석 또는 막대 자석이 영구 자석으로 사용된다.

본 발명의 또다른 양상에 따르면, 박막을 제조하기 위한 장치에 있어서, 상기 자기 실드의 크기는 상기 영구 자석의 크기보다 더 크다.

본 발명의 또다른 양상에 따르면, 박막을 제조하기 위한 장치에 있어서, 상기 반사 자장 발생 장치에서 코일은 실질적으로 폐쇄 루프를 형성하도록 감겨져 있고, 전류가 상기 코일에서 흐르므로 해서, 실질적으로 상기 루프 형태를 따라 자장이 나타나게 된다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 박막을 제조하기 위한 장치에 있어서, 상기 반사 자장 장치에서, 박막이 형성된 기판의 표면에 수직 방향으로 전류가 흐르므로 해서, 기판의 표면과 실질적으로 병렬로 폐쇄 루프 자장을 발생시킨다.

본 발명의 또다른 양상에 따르면, 박막을 제조하기 위한 장치에 있어서, 상기 반사 자장 장치에서, 박막이 형성된 기판의 표면과 병렬로 한쌍의 평면 전극간에 직류 전류가 방전되므로 해서, 기판의 표면과 실질적으로 병렬로 폐쇄 루프 자장을 발생시킨다.

스퍼터링에서, 예를들어, 포지티브 이온(positive ion)이 기판과 충돌할 때, 진행 방향에 대해 시계 바늘이 움직이는 방향으로 회전하는 자장이 발생된다(소위 전자기학에서 오른손 법칙). 이 현상이 제 1A 도에 도시된다. 기판(101)쪽으로 진행하는 각각의 포지티브 이온(102)은 오른손으로 돌려진 나사가 진행 방향(103)에 대해 나아갈 때 그와 동일한 회전 방향으로 이동 전하에 의해 야기된 자장(본 명세서에서는 "이온 자장(104)")을 만들게 된다. 각각의 포지티브 이온(102)은 이온 자장(104)을 발생시킴에 따라 진행방향(103)으로 나아간 다음, 기판(101)과 충돌하여 기판(101)에 이온 손상을 부여한다.

네가티브 이온의 경우에, 이온 자장(104)은 역 방향을 향하게 되며 왼손으로 돌려진 나사가 진행하는 것과 동일한 회전 방향을 갖는다.

상기 언급된 상황하에서, 본 발명은 이온이 기판과 충돌하는 것을 막거나 기판과 충돌하는 이온의 수를 감소시키기 위한 것이다.

본 발명의 원리가 제 1B 도에 도시된다. 각각의 포지티브 이온(112)은 시계방향으로(clockwise) 이온 자장(114)을 발생시키면서 기판(111)쪽으로 진행한다. 이 상황에서, 만약 막이 형성될 기판의 표면을 따라서 이온 자장(114)과 동일한 방향의 반사 자장(115)이 존재한다면, 기판(111)의 부근에서 반사 자장(115)의 반작용에 의해서 기판(111)으로부터 먼 방향으로 반발력(force of repulsion)이 포지티브 이온(112) 각각에 가해진다. 이는 포지티브 이온(112)의 진행 방향을 역방향(113)으로 변화시키게 된다. 이러한 이유로, 포지티브 이온(112)은 기판(111)에 도달될 수 없거나 기판(111)에 도달하는 포지티브 이온(112)의 수가 감소될 수 있다.

따라서, 막이 형성된 기판의 표면쪽에서 시계 바늘이 움직이는 방향으로 반사 자장(115)이 항상 발생됨에 따라 포지티브 이온(112)에 의해 야기된 손상이 감소될 수 있다. 만약, 포지티브 이온(112)이 네가티브 이온으로 교체된다면, 자장의 모든 방향은 반전된다.

막이 형성될 기판의 표면과 충돌하는 이온에 관해서, 예를들어, 포지티브 이온에 의해 생성된 유도 자장이 진행방향에 대해서 시계 바늘이 움직이는 방향으로 폐쇄된 루프 자장을 만들어 내므로, 시계 바늘이 움직이는 방향으로 폐쇄된 루프 자장이 유사하게 발생됨으로 해서, 막이 형성된 기판의 표면에 마주치는 포지티브 이온의 충돌을 막아준다.

반도체 분야에서, 기판은 Si, GaAs 또는 그와 유사한 종류로 제조되며, 박막 반도체 분야에서는 수정, 소다 유리, 붕소-규산염 유리 또는 그와 유사한 종류로 제조된다. 이들 재료 모두가 비자기 재료로 이루어진 것이므로, 반사 자장으로서의역할을 하는 폐쇄 루프 자장은 막이 형성될 기판의 표면의 맞은편 측에서 발생될 수 있다. 네가티브 이온에서도 동일하게 적용된다.

제 2A 도 내지 제 2D 도는 박막 형성에서 포지티브 이온의 손상을 감소시키기 위한 형성될 막이 타겟(202) 쪽에 배치되며, 반사 자장 영역(203)이 스퍼터링 방법을 사용해서 막 형성 장치에서 표면(204)의 후면에 존재하는 기판(201)의 표면(204)을 도시한 단면도이다.

제 2B 도는 표면(204)측에서 관측된 기판(201)의 평면도에서 기판으로서의 웨이퍼(211)의 배열을 도시하며, 제 2C 도는 기판으로서의 직사각형 유리 기판(221)의 배열을 도시한다.

반사 자장 영역에서, 제 2B 도에 도시된 바와 같이, 막이 형성될 표면(204)으로부터 관측된, 시계 바늘이 웨이퍼(211)에 대해서 진행하는 진행 방향과 동일한 시계 바늘이 움직이는 방향으로, 폐쇄된 원주 자장(213)이 발생된다. 유사하게, 제 2C 도에 도시된 바와 같이, 막이 형성될 기판(204)으로부터 유리 기판(211)이 관측될 때 폐쇄된 원주 자장(223)은 시계 바늘이 움직이는 방향으로 발생된다. 제 2B 도 및 제 2C 도에서, 화살표의 방향은 자장(213 및 223)의 방향을 나타낸다. 원주 자장인 반사 자장 영역(203)의 형태가 원주 자장(213 및 223)과 동일하지 않다하더라도, 만약 시계 바늘이 움직이는 방향이며, 포지티브 이온에 의해 발생된 자장과 동일한 방향인 반사 자장이 존재한다면, 그들은 원리에서 서로 동일하다. 예를들어, 제 2D 도는 막이 형성될 표면(204)으로부터 관측된, 유리 기판(231)의 배열을 도시한 평면도이지만, 반사 자장은 폐쇄된 루프 형태로 된 정방형 자장(223)으로되어 있고 정방향 자장(223)내에서 화살표는 자장의 방향을 나타낸다.

환언하면, 반사 자장은 기판의 표면쪽으로 이동하는 포지티브 이온에 의해 발생된 폐쇄 루프 자장과 방향이 동일하므로 포지티브 이온은 반사 자장의 반작용에 의해서 반발하게 된다. 그에 의해서 막이 형성될 표면상에 포지티브 이온 손상을 감소시킬 수 있다. 네가티브 이온에 의해서 손상이 야기될 때, 자장의 모든 방향을 단지 역방향만으로 변화시킴에 의해서 동일한 현상이 적용된다.

제 3A 도 내지 제 3C 도는 영구 자석을 사용하는 경우에 어떻게 폐쇄 루프 자장을 발생시키는지를 도시한다. 제 3A 도 내지 제 3C 도가 막이 형성될 표면측에서 관측된 도면이므로, 폐쇄 루프의 반사 자장은 시계 바늘이 움직이는 방향으로 발생되어져야만 한다.

제 3A 도는 네개의 영구 자석을 사용하는 포지티브 이온에 의해 야기된 손상을 감소시키는 일예를 도시한다. 네개의 U 자형 자석(301a 내지 301d)은 각각 중심(300)을 가지며 90 도의 회전각으로 대칭적으로 배치된다. 또한, 각각의 U 자형자석(301a 내지 301d)은 N 극이 중심(300)에서 바라보았을 때 우측에 있으며, S 극이 좌측에 배치되는 그러한 방식으로 배치된다.

더구나, 각각의 자기 실드(302a 내지 302d)는 동일한 U 자형 자석(301a 내지 301d)의 N 극 및 S 극간에 배치된다. 그리고, 실드는 중심(300) 쪽으로 U 자형 자석보다 더 길다.

제 3B 도는 중심(300)에서 바라본 U 자형 자석(301a)의 도면을 도시한다. 자기 실드(302a)의 높이 Y 는 U 자형 자석(3Ola)의 높이 X 보다 높게 되도록 설정된다. 이는 왜냐하면, 자장이 되도록이면 U자형 자석(301a)의 N 극 및 S 극간에 보호되도록 의도되기 때문이다. 제 3C 도에 도시된 바와 같이, U 자형 자석(301a)의 N 극 및 S 극의 상위 및 하위 부분이 자기 실드(302A)로서 덮혀진다.

제 3A 도에 도시된 바와 같이, U 자형 자석(301a 내지 301d)에서, 각각의 자석의 N 극 및 S 극간에 소수의 자력선이 존재하며, 자력선(304)은 U 자형 자석(301a)의 S 극 및 U 자형 자석(301b)의 N 극간에 생길 수 있으며, 자장은 U 자형 자석(301b)의 N 극에서 U 자형 자석(301a)의 S 극로 향하게 된다. 유사하게, 자장은 U 자형 자석(301c)의 N 극에서 U 자형 자석(301b)의 S 극로 행하게 되며, 자장은 U 자형 자석(301d)의 N 극에서 U 자형 자석(301c)의 S 극로 향하게 되며, 자장은 U 자형 자석(301a)의 N 극에서 U 자형 자석(301d)의 S 극쪽으로 향하게 된다.

그 결과로서, 자력선(303)은 제 3A 도의 중심(300)의 둘레에 나타나게 된다. 자력선(303)이 시계바늘이 움직이는 방향으로 폐쇄되었기 때문에, 반사 자장과 같은 소위 폐쇄 루프 자장으로서의 역할을 한다. 기판이 제 3A 도에 도시된 중심(300)에 배치되고 스퍼터링 방법을 통해서 막이 기판상에 형성되는 경우에, 기판과 충돌하는 포지티브 이온은 감소될 수 있고, 포지티브 이온에 의해 야기된 표면에서의 손상이 또한 감소될 수 있다.

강한 자장을 요구하는 경우에, U 자형 자석(301a 내지 301d)은 SmCo₅와, 8Al, 14Ni, 23Co 및 3Cu등으로 이루어진 알니코 5, 또는 0.7C, 0.3Cr, 6W 및 0.3Mn과 같은 성분으로 이루어진 텅스텐 스틸등의 희토류 원소 코발트 자석으로 만들어진다. 또한, 그렇게 큰 자장을 요구하지 않는 경우에, U 자형 자석(301a 내지 301d)은 0.9 내지 1C 및 1Mn 과 같은 성분으로 이루어진 카본 스틸, 0.9C, 35Co, 3 내지 6Cr 및 4W 와 같은 성분으로 이루어진 KS 스틸, Co_0.75Fe_2.25O₄와같은 OP 자석 또는 BaFe₁₂O₁₉와같은 페로시듀어 2 를 사용하는 영구자석 또는 그와 같은 종류로 만들어진다.

대안으로, U 자형 자석(301a 내지 301d)은 영구자석 아니라 전자석으로 만들어질 수 있다. 또한, 비록 네개의 자석이 한 원주상에 배열된다고 기술되었다하더라도, 특별히 자석을 원주상에 형성할 필요는 없다. 즉, 자력선이 최종적으로 폐쇄 루프의 형태로 중심(300) 둘레에 시계 바늘이 움직이는 방향으로 형성되도록 자석이 배열됨에 따라서, 폐쇄 루프 자장과 같은 반사 자장을 형성한다. 네가티브 이온에 의해 야기된 손상을 감소시키기 위해서, 자장의 모든 방향은 각각의 N 극 및 S 극을 변화시킴에 의해서 역전된다.

제 4A 도 내지 제 4C 도는 보다 간단한 영구 자석을 사용해서 반사 자장을 발생시키기 위한 수단을 도시한다.

제 3A 도에 대응하는 제 4A 도는 막이 형성될 표면에서 바라본, 포지티브 이온에 의해 야기된 손상을 감소시키기 위한 도면이다. 따라서, 반사 자장과 같은 폐쇄 루프 자장은 시계 바늘이 움직이는 방향으로 발생되어야만 된다. 자기 실드(402a, 402b 및 402C)가 각각 원주상의 벽에 형성되므로, 영구 자석(401)중 한 종류는 자기 실드(402a 및 402b)간에 정의된 영역(403)에 배치되며, 영구자석(401)중 다른 종류는 자기 실드(402b 및 402c)간에 정의된 영역(404)에 배치되는 그러한 방식으로 다수의 영구 자석(401)이 배치된다. 제 4A 도에서, 두 영역(403 및 404)이 존재하지만, 그 영역은 하나 또는 세개 또는 그 이상의 일 수 있다.

N 극이 중심(400)에서 바라본 우측에 있고, S 극이 좌측에 있는 그러한 방식으로 각각의 영구 자석(401)이 배치된다, 그 결과, 영구 자석(401)은 각각의 자기 실드(402a, 402b 및 402c)간에 삽입된 영역에서 주로 자력선을 발생시키며, 가능한한 자기 실드를 가로지른 자력선의 발생을 억제한다. 따라서, N 극에서 S 극로 향하게 되는 자력선은 다만 시계 바늘이 움직이는 방향으로 있다,

또한, 제 4B 도는 제 4A 도에서 X-X' 를 따라 얻은 단면을 도시하며, 제 4C도는 제 4A 도에서 Y-Y' 따라 얻은 단면을 도시한다. 제 4B 도에서 분명한 것처럼, 영구자석(401)이 영역(404)에 존재할 때, 어떤 영구자석(401)도 영역(403)에 존재하지 않는다.

상기 기술된 바와 같이, 영구 자석(401)은 영역(403 및 404)에 교대로 배치되도록 배열되는 것이 바람직하다. 본 발명의 효과는 비록 자석이 교대로 배치되지 않는다하더라도, 만족하게 나타낼 수 있다. 또한, 제 4B도 및 제 4C 도로부터 분명한 것처럼, 자기 실드(402a, 402b 및 402c)의 높이 Y 는 영구 자석 X 의 높이 X 보다 더 높게 설정되므로, 폐쇄 루프 자장내의 자장의 발생을 감소시킨다.

자기 영역(403 및 404)에서, 각각의 폐쇄 루프 자장은 영구자석(401)을 통해 발생된다. 또한, 네가티브 이온에 의해 야기된 손상을 감소시키기 위해서, 영구자석(401)의 N 극 및 S 극이 역전된다.

제 5 도는 정방형 기판 등으로 쉽게 대처하는 정방형의 형태로 제 4 도에 도시된 영구자석의 배열을 도시한다. 또한, 제 6 도에 도시된 바와 같이, 코일(601)은 도넛의 형태로 형성되며, 전류(602)는 코일(601)에 흐름으로 해서 폐쇄 루프 자장(603)을 발생시킬 수 있다. 이 코일의 경우에, 자장의 크기가 자유롭게 변화될 수 있기 때문에 많은 장점이 있다. 제 6 도는 포지티브 이온에 의해 야기된 손상이 감소되는 배열을 도시하며, 네가티브 이온에 의해 야기된 손상을 감소시키기 위해서 배터리(601)의 플러스 및 마이너스가 변화될 수도 있다. 비록 도면에 도시되지는 않았지만, 자기 실드는 코일(601)의 내부 원주 및 외부 원주 각각에 제공되는 것이 바람직하다. 코일의 형태로 흐르게 되는 전류의 경우에, 단지 거의 루프를 따른 자장만이 발생될 수 있기 때문에 자기 실드는 제공되지 않을 수도 있다.

또한, 제 7 도에 도시된 바와 같이 비록 정지 자장이 상기 설명에서 발생되었다 하더라도, 코일(701a, 701b, 702a, 702b, 703a 및 703b)은 철심(700)에 감겨지게 되고, 코일(701a 및 701b)은 a.c. 전원 A(704)에 접속되며, 코일(702a 및 702b)은 a.c. 전원 B(705)에 접속되며, 코일(703a 및 703b)은 a.c. 전원 C(706)에 접속된다. a.c. 전원 A(704) 내지 C(706)는 위상에서만 상이하다. 각각의 위상차가 정확히 120 도이기 때문에, 폐쇄 루프 자장이 발생되게 된다.

폐쇄 루프 자장이 제 8A 도 및 제 8B 도에 도시되며, 자석을 사용하는 것을 제외하고 반사 자장처럼 발생되는 방법이 제안되어 있다. 이들 도면은 네가티브 이온에 의해 야기된 손상을 감소시키는 장치를 도시한다. 제 8A 도는 막이 형성될 기판(801)의 표면(802)의 후면에 하부 전극(803) 및 상부 전극(804)이 놓여지는 배열을 도시한 단면도이다. 하부 전극(803) 및 상부 전극(804)은 다수의 전도선(805)을 통해서 서로 접속되며, 하부 전극(803)은 d.c. 전원(806)의 플러스 측에 접속되는데 반해서 상부전극(804)은 저항(807)을 통해 접지된다. d.c. 전원(806)에서부터의 전압의 변화 또는 저항(807)의 저항 값에서의 변화를 가지고, 다수의 전도선(805)에 흐르는 전류의 값이 제어된다. 화살표로 표시된 방향으로 다수의 전도선(805)의 각각에서 전류가 흐르기 때문에, 반사 자장처럼 폐쇄된 루프 자장은 오른손으로 돌려진 나사가 진행하는 방향으로 각각의 전도선(805) 둘레에 발생되는데, 이는 전류 흐름의 방향과 동일하다.

상기 방향은 네가티브 이온에 의해 만들어진 폐쇄 루프 자장의 방향과 정확히 동일함으로 해서, 기판(801)에 부딪히는 네가티브 이온의 충돌을 감소시킬 수 있다. 더구나, 이 예에서는 다수의 전도선(805)에 흐르는 전류값을 제어함에 따라, 반사 자장으로서의 역할을 하는 폐쇄 루프 자장의 세기가 제어될 수 있으므로 해서, 다양한 조건에 따라 대처할 수 있다. 포지티브 이온의 경우에, d.c. 전원(806)의 플러스 및 마이너스는 전환될 수 있다.

제 8B 도는 막이 형성될 기판(811)의 표면(812)의 맞은편 측에 반사 자장이 발생되는 배열을 도시한 단면도이다. d.c. 플라즈마 전기 방전(*15)은 하부 전극(813) 및 상부 전극(814)간에 나타나게 된다. 하부 전극(813)은 d.c. 전원(*16)의 플러스측에 접속되는데 반해, 상부 전극(814)은 저항(817)을 통해 접지된다. d.c. 전원(*16)에서부터 전압의 변화 또는 저항(817)의 저항 값에서의 변화에 따라, d.c. 플라즈마 전기 방전(*15)에 의해 발생된 이온 전류가 제어된다. d.c. 전기 방전으로 인해서, 포지티브 이온은 하부 전극(*13)에서 상부 전극(814)쪽으로 이동한다. 그 결과, 포지티브 이온의 움직임은 네가티브 이온의 움직임에 역방향을 향하게 됨으로 해서, 하부 전극(813)에서 상부 전극(814)쪽으로 움직이는 포지티브 이온에 의해 야기된 반사 자장과 같은 역할을 하는 폐쇄 루프 자장을 발생시킨다.

d.c. 플라즈마 전기 방전(815)으로 인해 전류가 흐르기 때문에, d.c. 전원(816)으로부터의 전압을 변화시키거나 저항(807)의 값을 변화시킴에 의해서 반사 자장과 같은 역할을 하는 폐쇄 루프 자장의 세기를 제어가능하게 한다.

제 8A도 및 제 8B 도에 도시된 두 경우에, 상부 전극(804, 814) 및 하부 전극(803, 813)의 재료는, 예를들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 비자기 재료인 SUS304 또는 SUS316 인 비자기 재료로 만들어져야만 된다. 포지티브 이온의 경우에, d.c. 전원(*16)의 플러스 및 마이너스는 역전될 수 있다.

제 9 도는 본 발명이 적용된 DC. 마그네트론 스퍼터링 장치를 도시한 단면도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 기판(901) 및 타겟(902)은 반응 챔버(900)내에 배치된다. 기판(901)은 푸세(pusher)(903)에 의해 밀어 올려지고 있는 동안 홀더(904)에 고정된다. 기판(901)을 가열하기 위한 히터(905)는 기판(901) 아래에 배치되며, 푸셔(903)는 히터(905)내에 놓인다, 스퍼터링 가스(913)는 반응 챔버(900)에 유입되고, 반응 챔버(900)의 내부는 진공 펌프(906) 및 제어 밸브(907)에 의해서 요구된 내부 압력으로 제어된다.

타겟(902)은 d.c. 전원(908)의 마이너스 측에 접속되며, 마그네트론 스퍼터링을 수행하기 위한 자석 시스템(909) 및 타겟(902)을 냉각시키기 위한 냉각 유닛(910)이 타겟(902)의 후면에 배치된다. 타겟(902)은 절연체(911)에 의해서 반응 챔버(900)로부터 전기적으로 분리된다.

반사 자장 발생 유닛(912)은 히터(905) 아래에 배치된다. 반응 챔버(900)의 내부가 스퍼터링에 의해서 요구된 압력에 도달할 때까지 스퍼터링 가스(913)가 반응 챔버(900)에 유입된 후, 네가티브 전압은 d.c 전원(908)에 의해 타겟(902)에 제공되며, 자석 시스템(909)은 부식 영역에 에워쌓인 포지티브 이온으로 인해 타겟(902)이 스퍼터링되도록 허용한다. 타겟(902)에서 나온 타겟 재료의 원자 및 분자는 기판의 표면에 도달하여 그 표면에 증착된다.

기판(901)상에 형성된 막을 균일하게 만들기 위해서, 막이 형성되는 동안 기판(901)에 대해 축상에서의 회전, 진동, 유성연동 회전운동 또는 그와 같은 종류의 운동을 행하게 된다. 부식 영역에 가두어진 포지티브 이온의 약 10 퍼센트는 자석 시스템(909)의 자장에 의해 부식 영역에 가두어질 수 없고 기판(901)쪽으로 흘러나간다. 이 상황에서, 포지티브 이온이 흘러나가면서 기판(901)쪽으로 오른손으로 돌려진 나사의 회전 방향에서 자장을 발생시킨다. 그 이유 때문에, 부식 영역에서 벗어나게 된 포지티브 이온이 기판(901)에 도달하는 것을 막기 위하여, 역 폐쇄 루프 자장이 반사 자장 발생 회로(912)에 의해 발생되도록 허용된다. 네가티브 이온의 경우에, 네가티브 이온은 왼손으로 돌려진 나사가 진행할 때 야기된 나사의 회전 방향으로 자장을 발생시키면서 기판(901)쪽으로 흘러나간다.

영구자석을 사용해서 반사 자장 발생 유닛((12)을 제조하는 경우에 있어서, 열이 영구 자석의 퀴리 온도를 초과하지 않는 정도로 열 복사를 보호하기 위한 유닛이 반사 자장 발생 유닛(912) 또는 히터(905)에 배치될 필요가 있다.

스퍼터링에서 막이 형성될 기판의 표면에 손상을 야기시키는 것은 포지티브 이온 또는 네가티브 이온 뿐만 아니라 타겟으로부터 흘러나와 고 에너지를 갖는 기판과 충돌하는 중성 원자 및 분자이다. 산업분야에서 막 형성 유닛을 사용할 목적을 생산성을 향상시키기 위해서, 스퍼터링 유닛과 같은 막 형성 유닛은 막 품질을 저하시키지 않으면서 막 형성율을 증가시키도록 요구된다.

스퍼터링 가스의 이온으로 타겟을 스퍼터링하는 하나의 인덱스(index)는 스퍼터링 산출량이다. 예를들어, 600eV 의 에너지를 갖는 Al 로 만들어진 타겟과 하나의 아르곤 이온이 충돌할 때 Al 의 1.24 원자가 흘러 나오는 경우에 스퍼터링 산출량은 1.24atoms/ion 이라 가정한다. 일 예로서, 600eV 의 에너지를 갖는 Si 로 만들어진 타겟과 하나의 아르곤 이온이 충돌하는 경우에 스퍼터링 산출량은 0.53 atoms/ion이다.

스퍼터링을 수행하는 경우에, 타겟에 제공될 전력은 캐소드 전압 및 캐소드전류의 곱에 의해 표시된다. 그러나, 10W/㎠의 동일한 전력을 타겟에 제공하는 경우에서조차도, 캐소드 전압이 500V이고, 캐소드 전류가 0.02 A/㎠ 인 경우와 캐소드 전압이 400V이고, 캐소드 전류가 0.025 A/㎠ 인 경우 사이에 다른 스퍼터링 산출량으로 막이 형성된다. 캐소드 전압이 500V 인 경우에는 다른 경우보다 스퍼터링 산출량이 더 많다는 것을 말할 필요도 없다.

그러나, 캐소드 전류가 더 큰 경우에 타겟에 스퍼터링된 이온의 수가 더 커지므로 해서, 막 형성률에서는 어떤 중요한 차이도 생기지 않는다. 이는 전혀 차이가 없는 경우는 아닌데, 즉, 만약 제공된 전력이 동일하다면, 스퍼터링 산출량이 더 많은 경우에 막 형성율이 약간 크다는 것이다.

이러한 이유로, 본 발명에서는 제공된 전력에서 어떤 변화도 없이, 캐소드 전류가 증가되도록 막 형성의 초기 단계에서 가능한한 캐소드 전압이 떨어지게 되고, 아래층이 중성 원자 및 분자에 의해 불리한 영향을 받지 않게 되는 그러한 범위로 특히 100 내지 500Å의 두께를 가진 막이 형성된 후, 캐소드 전압이 상승하게 된다.

스퍼터링을 통해서 높은 에너지를 가지는 중성 원자 및 분자에 의해 불리한 영향을 받기 쉬운 막이 형성된, 기판의 매우 민감한 표면의 경우에, 약 100 내지 500Å의 초기 캐소드 전류는 캐소드 전압이 떨어지게 되도록 캐소드에 제공된 전력 자체를 감소시킴에 의해서 증가되도록 허용되며, 그 조건하에서, 아래층이 중성 원자 및 분자에 의해 불리한 영향을 받지 않는 그러한 범위로 막이 형성된다. 그후, 제공된 전력이 증가됨으로 해서, 캐소드 전압이 상승하게 된다. 상기 방법은 막이 형성될 기판의 민감한 표면상에 막을 형성하는 경우에 효과적이다.

양호한 실시예의 상세한 설명

(제 1 실시예)

제 9 도는 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 막 형성 유닛을 도시한다. 반응 챔버(900)는 내부 압력을 감소시킬 수 있고, 내부 압력은 진공 펌프(906)에의해 감소된다. 진공 펌프(906)로서, 크라이오펌프(cryopump), 터보-몰레큘러 펌프(turbo-molecular pump), 복합 터보-몰레큘러 펌프, 수압 확산 펌프(hydraulic diffusion pump), 머큐리-베이퍼 확산 펌프(mercury-vapor diffusion pump) 또는 그와 같은 종류가 사용될 수 있다. 최종 입력으로서, 진공 펌프(906)는 최종 진공용량을 10^-3Pa 또는 그 이하까지 제공하도록 요구된다. 특히, 물 성분이 적당하지 않은 알루미늄 또는 그와 같은 종류로 만들어진 막이 스퍼터링에 의해 형성되는 경우에, 물에 대한 가스 배출율이 큰 크라이오펌프 또는 그와 같은 종류는 깨끗하게 청소되어 쉽게 사용 가능하다. 또한, 크라이오 펌프와 같은 저장형 펌프를 계속해서 사용하는 경우에, 장치의 중단 시간이 펌프의 원상태로의 복귀로 인해 길어지기 때문에, 터보-몰레큘러 펌프, 복합 터보-몰레큘러 펌프 또는 그와 같은 종류가 편리하다.

스퍼터링 가스(913)는 반응 챔버(900)에 공급된다. 반작용 스퍼터링의 경우에 있어서, 스퍼터링 가스(913)와 다른 반응 가스가 반응 챔버(900)에 추가적으로 유입되도록 요구된다. 게다가, 반응 가스 유입 방법이 제안되어져야만 한다. 이 실시예에서, 반작용 스퍼터링이 수행되지 않으므로, 스퍼터링 가스는 단지 반응 챔버(900)에 공급된다. 사용된 것과 같은 스퍼터링 가스((13)는 아르곤, 크립톤 및 크세논과 같은 비활성 가스중에서 원자의 반경이 큰 가스일 수 있다. 그러나, 가스의 비용 등의 관점에서, 아르곤 가스가 보통 사용된다. 이 실시예에서는 아르곤 가스가 사용된다.

타겟(902)이 절연체(911)에 의해서 반응 챔버(900)로부터 전기적으로 분리되고, 반응 챔버(900)에서의 진공의 등급이 저하되지 않는 그러한 방식으로 타겟(902)은 반응 챔버(900)의 위쪽에 놓인다. 타겟(902)의 후면에, 마그네트론 스퍼터링을 수행하기 위한 자석 시스템(909)이 배치된다. 그러나, 타겟(902)이 자기 재료일 때, 마그네트론 스퍼터링은 수행될 수 없다. 타겟(902)이 알루미늄, 크롬, 티탄은 또는 ITO 와 같은 비자기 재료로 만들어질 때만, 마그네트론 스퍼터링은 자석 시스템(909)을 사용해서 수행될 수 있다.

타겟(902)이 직류 전류 전원(908)의 마이너스 극에 접속되는데, 이는 또한 "캐소드"라 불리워진다. 스퍼터링 가스(913)가 이온화된 다음 결과 포지티브 이온이 타겟(902)과 충돌하므로 스퍼터링이 행해진다. 커다란 캐소드 전류가 타겟(902)에 흐르므로 해서, 타겟(902)이 가열된다. 따라서, 가열된 타겟(902)을 냉각시키기 위한 냉각 유닛(910)이 제공되어 있다. 사용된 바와 같은 냉각 유닛(910)은 보통 물 냉각 형태의 것이다. 그러나, 타겟(902)에 더하여 자석 시스템(909)을 동시에 냉각시키는 경우에, 냉각수에서 자기 성분이 자석 시스템(909)의 특성 변화를 야기시키는 자석 시스템(909)에 부착하는 것을 막도록 필터는 냉각수에서 입자를 제거하는데 사용되어야만 한다.

타겟(902)의 냉각은 매우 중요하다. 타겟(902)의 온도가 변화됨에 따라, 형성된 막의 특성도 변화된다. 그러므로, 타겟(902)의 온도는 일정하게 유지되어야 한다.

이를 성취하기 위해서, 타겟(902)은 열 용량이 큰 냉각원과 접촉될 것을 요구받는다. 본 발명의 실험에서, 타겟(902)은 량이 6 리터 또는 그 이상이고, 1 부동안 불 온도가 30℃ 또는 그 이하인 냉각수에 의해서 냉각되는 것이 더 좋다.

타겟(902) 자체가 바로 냉각될 수 없을 때, 뒤판(backing plate)은 구리와 같이 열 전도성이 높은 재료로 마련되며, 타겟(902)은 뒤판에 접착되도록 허용되며, 뒤판은 냉각수에 의해 냉각 될 수도 있다.

기판(901)은 푸셔(903)에 의해서 홀더(904)에 밀어 올림에 의해서 설정된다. 기판(901)을 설정하는 많은 방법이 있다. 그러나, 푸셔(903)를 사용하는 장치는 대개 단일 웨이퍼형 장치에서 사용 가능하므로, 또한 본 실시예에도 사용된다.

기판(901)의 하부측에서, 푸셔(903)를 포함하는 히터(905) 제공된다. 히터(905)는 램프 가열형 또는 저항 가열형의 것일 수 있다. 반사 자장 발생 유닛(912)에서 영구자석을 사용하는 경우에, 반사 자장 발생 유닛(912)이 히터(905)의 하부 측에 배치되므로, 영구자석의 온도는 히터(905)에서 복사된 열에 의해서 영구 자석의 퀴리 온도를 초과하는 것을 막지 않으면 안된다.

히터(905)의 구조 재료가 자기 재료일 때, 그 재료는 반사 자장 발생유닛(912)에 의해 발생된 반사 자장을 에워싸기 위해서 자기 실드를 형성하는데, 이는 결과적으로 본 발명의 장점이 자기 재료를 사용함에 의해서 상실될 가능성이 생긴다. 따라서, 히터(905)는 가능한한 자기 재료를 사용하지 않도록 구성되어져야만 한다. 이 실시예에서, 히터(905)는 주로 Cr 재료를 사용하는 저항 가열형 열원으로 형성되며, 열 실딩은 열원 및 반사 자장 발생 유닛(912) 사이에 행해진다. 비록 장치에서 가열 온도에 따라 달라진다하더라도, 만약 기판(901)이 약 200℃ 또는 그 이하로 가열된다면, 전기 분해 연마(electrolytic polishing)를 당하게 되는 비자기 스테인레스 스틸 등이 열 실딩 재료로서 사용됨으로 해서 열 실딩을 만족스럽게 수행하게 된다. 더구나, 약 300℃ 또는 그 이상의 경우에, 비자기 스테인레스 스틸, 알루미늄 또는 그와 같은 종류로 만들어진 냉각 챔버가 제공되므로 해서, 열 실딩을 수행하게 된다. 열 실딩 효과는 상기 두 형태 모두를 사용해서 더 상승될 수 있다.

제 9 도는 반사 자장 발생 유닛(912)의 단면도를 나타낸다. 기판(901) 에서 바라본 유닛(912)의 평면도로서, 제 4A 도 내지 4C 도 및 제 5 도에 도시된 바와같은 영구자석을 가진 반사 자장 발생 유닛(912)이 사용된다. 이 실시예에서, 유닛(912)이 직사각형 기판용이므로, 제 5도에 도시된 반사 자장 발생 유닛(912)이 사용된다. 그러나, 제 4A 도 내지 4C 도에 도시된 반사 자장 발생 유닛은 웨이퍼와 같은 원형 기판용으로 사용되는 것이 바람직하다.

제 5 도는 제 9 도에 도시된 타겟에서 바라본 반사 자장 발생 유닛(912)의 평면도이며, 제 5 도에 도시된 다수의 영구자석(501)은 자기 실드(502a)와 자기 실드(502b)간에 놓인 영역(503)에 배열되며, 자기 실드(502b)와 자기 실드(502c)간에 놓인 영역(504)에 배열된다. 각각의 영구 자석은 중심(500)에서 바라봤을 때, 영구자석의 S 극이 자측에 있는데 반해 N 극이 우측에 있도록 배열된다. 이는 이 실시예에서 아르곤이온과 같은 포지티브 이온에 의해서 기판이 손상된다고 가정하였기 때문이다. 기판이 네가티브 이온에 의해 손상된다고 가정하면, N 극 및 S 극은 역전된다.

그 결과로서, 자력선은 제 5 도에서 화살표(505)로 표시된 바와 같이 시계바늘이 진행하는 쪽 방향과 동일한 시계 바늘과 반대 방향으로 향하게 되며, 자장도 동일한 방향을 향하게 된다. 영구 자석(501)에서 강한 자장을 요구하는 경우에, 자석은 SmCO₅와같은 희토류 원소 코발트 자석, 8A1, l4Ni, 23CO 및 3CU 와 같은 성분으로 이루어진 알니코 5, 또는 0.7C, 0.3Cr, 6W 및 0.3Mn 과같은 성분으로 이루어진 텅스텐 스틸로 만들어질 수 있다. 또한, 게다가 어떤 커다란 자장도 요구하지 않는 경우에, 자석은 0.9 내지 1C 및 1Mn 과 같은 성분으로 이루어진 카본 스틸, 0.9C, 35Co, 3 내지 6Cr 및 4W 와같은 성분으로 이루어진 KS 스틸, Co_0.75Fe_2.25O₄와 같은 OP 자석, 또는 BaFe₁₂O₁₉와같은 페로시듀어 2 등으로 만들어질 수 있다.

이 실시예에서, SmCo₅로 만들어진 희토류 원소 코발트 자석이 영구자석(501)으로 사용된다. 영역(503)에서, 6 개의 SmCo₅영구 자석이 배치되며, 영역(504)에서, 14 개의 SmCo₅영구자석이 배치된다. 자기 실드(502a, 502b 및 502c)는 니켈 합금으로 만들어진다. SmCo₅영구자석을 설정하는 방법은 비교적 단단한 실리콘 수지 또는 그와 같은 종류를 사용하여 전체 자석을 봉인하는 것이다.

제 9 도에 도시된 반사 자장 발생 유닛(912)에서 SmCo₅영구자석을 사용해서 장치를 통해 기판 바로위의 자장을 측정한 결과로서, 최대로 50000e(에르스텟)이다. 자장을 약화시키는 경우에, 자장은 사용된 만큼 자석의 재료를 변화시킴에 의해서, 또는 반사 자장 발생 유닛(912) 및 기판(901)간의 거리를 증가시킴에 의해서조정될 수 있다.

본 발명의 이 장치에 의해서 막이 형성된다. 타겟(902)은 0.18 무게 %의 Sc가 부가된 Aℓ로 제조된다. 캐소드 전압은 500V이며, 캐소드 전류는 0.02A/㎠ 이다. 크기가 1㎠ 인 전류 검출기는 기판(901)의 중심에 배치되며, 반사 자장 발생 유닛(912)이 존재하는 경우 및 어떤 반사 자장 발생 유닛(912)도 존재하지 않는 경우 모두에서, 포지티브 이온이 기판에 도달하는지의 여부가 측정된다. 검출기가 기판(901)으로부터 약 1mm 떠올라 있는 상태하에서 측정이 행해진다. 이는 금속막이 스퍼터링에 의해 형성된 후 변화하는 것을 검출기의 영역이 막기 때문이다.

반사 자장 발생 유닛(912)이 사용되지 않을 때, 막 형성동안에 10분 동안 검출기에 의해 측정된 전류값이 0.1 내지 0.5mA 이고, 평균은 0.15mA/㎠ 이다. 검출기의 영역이 1㎠ 이므로, 이는 평균이 0.15mA/㎠ 와 등가이다.

반사 자장 발생 유닛(912)이 사용될 때, 막 형성 동안에 10분 동안 검출기에 의해 측정된 전류값은 0.02 내지 0.1mA 이고, 평균은 0.05mA 이다. 이 실시예에서, 포지티브 이온의 충돌수는 약 1/3 로 감소될 수 있다. 검출기의 전류값의 절대 값은 타겟(902) 및 기판(901)간의 거리, 스퍼터링 압력, 캐소드 전압, 캐소드 전류 등과 같은 다양한 조건에 의존한다.

(제 2 실시예)

제 11A 도 및 11B 도는 본 발명의 3-타겟형 스퍼터링 장치의 일예를 나타낸다. 제 11A 도는 장치의 단면도인데 반해서, 제 11B 도는 제 11A 도에서 정상에서 바라본 각 성분간의 위치 관계의 평면도이다. 제 11A 도 및 제 11B 도는 막형성 챔버의 내부를 간단히 나타내는데, 여기서 세개의 타겟(1102a, 1102b 및 1102c)은 진공 챔버(1100)에 배치되며, 기판(1101)은 진공 챔버(1100)의 상부 위치에 놓이게 된다.

막이 형성될 기판의 표면은 아래쪽으로 향하게 되고, 이는 소위 페이스-다운(face-down)이다. 기판(1101)은 기판 정지기(substrate stopper; 1104)에 의해 설정된다. 기판(1101)상에서, 반사 자장 발생 유닛(1103)이 배치되며, 기판(1101) 및 반사 자장 발생 유닛(1103)은 기판 회전 유닛(1105)에 의해 회전된다. 그 결과로서, 형성된 막의 균일성이 상승하게 된다.

단순화하기 위해, 캐소드 전원, 진공 펌프, 스퍼터링 가스등은 도면에 도시되지는 않았지만 이들 성분은 갖추어져 있다. 이 실시예에서, 기판을 가열하기 위한 히터는 제공되지 않는데, 왜냐하면, 가열에 의한 막 형성이 수행되지 않기 때문이다. 기판을 가열하는 경우에, 히터가 요구된다. 영구자석이 반사 자장 발생 유닛(1103)에 배치될 때, 영구자석의 온도는 히터에서 복사된 열에 의해서 영구자석의 퀴리 온도를 초과하는 것을 막도록 요구된다.

기판 회전 유닛(1105)에서, 높은 진공을 유지하는 동안 일반적으로 액상 자기 재료로 만들어진 자기 봉인(seal)이 기판을 회전시키는데 사용되는 많은 경우가 있다. 따라서, 자기 실드가 반사 자장 발생 유닛(1103) 및 자기 봉인간에 제공되어야만 하는 경우가 있다. 반사 자장 발생 유닛(1103) 및 자기 봉인간의 거리가 충분히 길 때, 또는 반사 자장 발생 유닛(1103)의 자장의 크기가 자기 실드의 관점에서 무시될 수 있는 그러한 범위의 것일 때, 그러한 자기 실드는 요구되지 않는다.

제 4A 도는 타겟측에서 바라본 반사 자장 발생 유닛(1103)을 나타낸다. 이 실시예에서, 기판이 아르곤 이온과 같은 포지티브 이온에 의해 손상된다고 가정한다. 제 4A 도 및 제 4B 도에 도시된 반사 자장 발생 유닛(1103)에서, 다수의 영구자석(401)은 자기 실드(402a 및 402b)간에 놓인 영역(403)에 배열되며, 자기실드(402b 및 402c)간에 놓인 영역(404)에 배열된다. 각각의 영구자석은 중심(400)에서 바라봤을 때, 영구자석의 S 극이 좌측에 있는데 반해 N 극이 우측에 있게 그렇게 배열된다. 기판이 네가티브 이온에 의해 손상된다고 가정하면, 영구자석의 N 극 및 S 극은 역전된다.

그 결과로서, 자력선은 제 4A 도 및 제 4B 도에서 화살표로 표시된 바와 같이, 시계 바늘이 진행하는쪽 방향과 일치하는 시계 바늘과 반대 방향으로 향하게 되고, 자장은 동일한 방향을 향하게 된다. 영구 자석(401)으로서 강한 자장을 요구하는 경우에, 자석은 SmCO₅와 같은 희토류 원소 코발트 자석, 8Al, l4Ni, 23Co 및 3Cu 와 같은 성분으로 이루어진 알니코 5 또는 0.7C, 0.3Cr, 6W 및 0.3Mn 과 같은 성분으로 이루어진 텅스텐 스틸로 만들어질 수 있다. 어떤 매우 큰 자장도 요구하지 않는 경우에, 자석은 0.9 내지 1C 및 1Mn 과 같은 성분으로 이루어진 카본 스틸, 0.9C, 35Co, 3 내지 6Cr 및 4W 와 같은 성분으로 이루어진 KS 스틸, CO_0.75Fe_2.25O₄와 같은 OP 자석, 또는 BaFe₁₂O₁₉와 같은 페로시튜어 2 등으로 만들어질 수 있다.

이 실시예에서, 0.9C, 35Co, 5Cr 및 4W 의 성분비를 갖는 KS 스틸은 영구자석(401)으로 사용된다. 영역(403)에서, 6SmCo₅영구자석이 배치되며, 영역(404)에 6SmCo₅영구자석이 유사하게 배치된다. 자기 실드(402a, 402b, 및 402c)는 철로 만들어진다. KS 스틸을 설정하는 방법은 KS 스틸을 알루미늄의 긁어낸 부분에 적응시킴으로써 전체를 봉인하는 것이다.

제 11 도에 도시된 반사 자장 발생 유닛(1103)에서 KS 스틸로 만들어진 영구자석을 사용해서 장치를 통해 기판(1101) 바로위 자장을 측정한 결과치로서, 최대로 210 Oe(에르스텟)이다. 자장을 변화시키는 경우에, 자장은 사용된 만큼 자석의 재료를 변화시킴에 의해서 또는 반사 자장 발생 유닛(1103) 및 기판(1101)간의 거리를 변화시킴에 의해서 조정될 수 있다.

본 발명의 이 장치에 의해서 막이 형성된다. 타겟(1102a)은 0.18 무게%의 Sc 가 부가된 Aℓ로 만들어진다. 타겟(1102b)은 Ti 로 만들어지며, 타겟(1102c)은 0.20 무게%의 Si 가 부가된 Aℓ 로 만들어진다. 캐소드 전압이 500V 이고, 캐소드 전류가 0.02A/㎠ 인 조건하에서, 타겟(1102b)에만 막이 형성된다. 크기가 1㎠ 인 전류 검출기는 기판(1101)의 중심에 제공되며, 반사 자장 발생 유닛(1103)이 존재할 때의 경우 및 어떤 반사 자장 발생 유닛(1103)도 존재하지 않을 때의 경우 모두에서 포지티브 이온이 기판에 도달하는지의 여부가 측정된다. 검출기가 기판(1101)으로부터 약 1mm 떠올라 있는 상태하에서 측정이 행해진다. 이는 금속막이 스퍼터링에 의해 형성된 후 변화하는 것을 검출기의 영역이 막기 때문이다.

반사 자장 발생 유닛(1103)이 사용되지 않을 때, 막 형성 동안에 10 분동안검출기에 의해 측정된 전류값은 0.05 내지 0.13mA 이고, 평균은 0.072mA 이다. 검출기의 영역이 1㎠ 이므로, 이는 평균이 0.072mA/㎠ 와 등가이다.

반사 자장 발생 유닛(1103)이 사용될 때, 막 형성 동안에 10 분동안 검출기에 의해 측정된 전류값은 0.02 내지 0.05mA 이며, 평균은 0.034mA 이다. 이 실시예에서, 포지티브 이온의 충돌수는 약 1/2 로 감소될 수 있다. 검출기의 전류값의 절대값은 타겟(1102b) 및 기판(1101)간의 거리, 스퍼터링 압력, 캐소드 전압, 캐소드 전류 등과 같은 다양한 조건에 의존한다.

반사 자장 발생 유닛(1103)을 제공할 때조차도, 검출기에 의해 측정된 전류는 반사 자장 발생 유닛(1103)이 제공되지 않는 경우의 약 1/2 인 이유는 타겟(1102b) 및 기판(1101)간의 위치 상호 관계에 의해서도 야기된다. 타겟(1102b)의 중심 및 기판(110)의 중심이 동일한 수직선상에 있지 않으므로, 반사 자장 발생 유닛(1103)에 의해 발생된 반사 자장 성분은 충돌하는 포지티브 이온의 움직임의 단지 수직 성분에 작용한다. 그러나, 타겟(1102b)의 중심 및 기판(110)의 중심이 동일한 수직선상에 있지 않을 때조차도, 본 발명의 잇점이 제시될 수 있음을 알 수 있다.

(제 3 실시예)

제 10A 도 내지 제 10D 도는 본 발명에 따른 스퍼터링을 사용해서 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(TFT)를 생성하기 위한 공정을 나타낸다. 가시광에 관해서 절연 특성이 높고, 석영, 소다 유리 또는 붕소-규산염 유리와 같은 투명한 기판(1001)에 아래막(1002)이 형성된다. 거기에 비정질(amorphous) 실리콘막이 형성되고, 제 10A 도에 도시된 상태에서 아일랜드(1003)를 완성하도록 TFT 영역으로 패턴화된다.

이 실시예에서, 기판(1001)은 석영 기판으로 형성된다, 또한, 아래층(1002)은 단일층 또는 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화물막 등의 절연막으로 이루어진 멀티층으로 형성된다. 막 형성방법은 스퍼터링, 플라즈마 화학 증기 증착(CVD), 저압 가열 CVD 또는 그와 같은 종류를 사용해서 500 내지 3000Å 의 두께, 통상 2000 Å 의 두께를 갖는 막을 형성하기 위한 것이다.

아일랜드(1003)의 형성을 위해 비정질 실리콘으로 만들어진 막을 형성하는 방법에서, 100 내지 2000Å 의 두께, 통상 700 내지 1200Å 의 두께를 갖는 막이 플라즈마 CVD, 저압 가열 CVD, 또는 그와 같은 종류를 사용해서 형성된다는 것이다. 형성된 비정질 실리콘막은 포토리소그래픽(photolithography) 및 건식 또는 습식 에칭에 의해서 아일랜드(1003)에 패턴화된다. 이 실시예에서, 불화수소산(hydrofluoric acid) 및 질산이 1:400 의 분량율로 함께 혼합된 에천트(etchant)를 가지고 비정질 실리콘막이 습식 에칭에 의해 패턴화된다. 그러나, 막은 CF₄및 O₂의 혼합 가스를 사용해서 건식 에칭으로 패턴화될 수도 있다.

아일랜드(1003)를 비정질 실리콘에서 다결정 실리콘으로 변화시키기 위해서, 아일랜드는 가열되어 탈수소반응을 진행한 후 고정 위상으로 성장하도록 허용된다. 수소가 비정질 실리콘막으로부터 제거되는 경우를 제외하고, 수소는 그 현상의 결과로 가열에 의해 비정질 실리콘막으로부터 재빨리 나가게 되므로 홀이 막에 형성될 수 있다. 이를 막기 위해서, 3 시간동안 350 내지 500℃, 통상 450℃에서 질소 분위기로 탈수소반응이 수행된다.

아일랜드(1003)가 형성되어진 기판(1001)은 4 내지 48 시간동안 500 내지 850℃에서 질소로 가열되므로, 아일랜드(1003)는 고정 위상에서 비정질 실리콘에서 각 결정 실리콘으로 성장한다. 이 예에 있어서, 석영 기판(100)이 사용되므로, 아일랜드는 4시간동안 850℃에서 고정 위상으로 성장한다. 기판(1001)이 예를 들어 코닝 회사의 7059 유리와 같은 붕소-규산염 유리 또는 그와 같은 종류로 만들어질 때, 아일랜드가 약 12 시간 동안 600℃에서 성장하는 경우를 제외하고, 가열 온도가 기판(1001)의 변형점을 초과한다. 따라서, 상기 온도보다 더 높은 온도는 설정될 수 없다.

심사되지 않은 일본 특허 공개번호 제 6-232059 호, 심사되지 않은 일본 특허 공개번호 제 6-244103 호, 심사되지 않은 일본 특허 공개번호 제 6-244104 호에 기술되며, 특허 모두가 본 출원인에 의해 발명된 본 발명을 사용해서, 비정질 실리콘막이 600℃ 또는 그 이하의 온도에서 고정 위상으로 성장할 수 있고 변형점 등이 작은 기판(1001)은 사용하는 것이 효과적이다.

게이트 절연막(1004)은 아일랜드(1003)상에 형성된다. 막(1004)은 플라즈마 CVD, 스퍼터링 및 열확산을 통해서 단일층 또는 실리콘 산화막, 실리콘 질화물막, 실리콘 질화물 산화막 등으로 이루어진 멀티층으로 형성된다. 막의 두께는 약 200 내지 2000Å 이다. 이 실시예에서, 200 내지 2000Å 의 두께, 통상 500 내지 1200Å의 두께를 갖는 막은 제 10B 도에 도시된 바와 같이, 테트라에틸 정규산염 및 산소를 가지고 전자 사이크로톤 공진 (electron cycroton resonance; ECR)을 사용해서 플라즈마 CVD 를 통해 형성된다,

게이트 전극(1007)은 상기 절연막상에 형성되며, 게이트 전극의 재료는 알루미늄, 크롬, 티탄, 탄탈등, 도핑된 실리콘, 그후 이온 주입에 의해 도핑되어진 비도핑된 실리콘 등과 같은 금속으로 만들어진다. 막 형성 방법은 스퍼터링, 프라즈마 CVD, 저압 열 CVD 등이다.

스퍼터링은 본 발명에서 게이트 전극(1007)을 형성하기 위해 사용된다. 스퍼터링 장치에서 기판을 타겟에서 바라봤을 때, 반사 자장 발생 유닛이 기판(1001)의 후면에 배치되므로, 타겟에서부터 기판(1001)과 충돌하는 포지티브 이온에 대한 자장이 반사 자장 발생 유닛에 의해 발생되는 동안, 게이트 전극(1007)이 형성된다. 반사 자장 발생 유닛으로부터 발생된 자장은 기판(1001)에서 200 내지 50000e(에르스텟), 통상 500 내지 20000e으로 설정된다. 비교하기 위해서 반사 자장 발생 유닛을 사용하지 않고 막이 형성된다.

타갯은 0.1 내지 2 무게% 의 Sc 가 혼합된 Aℓ로 만들어지며, 알루미늄막은 5000 내지 12000Å, 통상 8000Å 의 두께로 형성된다. 0.1 내지 2 무게% 의 Sc 가 Aℓ과 혼합되는지의 이유는 추가 진행동안 알루미늄의 더미(hillock) 발생을 막기위한 것이다. Sc 와 다른, Y 또는 Pd 및 Si 등과 같은 3A-족 금속이 함께 혼합될 수도 있다.

알루미늄막은 포토리소그래픽 및 에칭을 사용해서 요구된 형태로 패턴화됨으로 해서, 게이트 전극(1007)을 형성한다. 에칭은 건식 에칭에 의해 수행되는데, 여기서 Cℓ₂, BCℓ₃및 SiCℓ₄로 이루어진 세가지 가스는 함께 혼합된다.

그다음, 소스/드레인(1005)을 형성하고, 관통 도핑(through-doping)으로 인해 비정질 부분을 재결정화하기 위해서, 5×10¹⁵cm^-2의 인은 마스크로서 게이트 전극(1007)을 사용해서 관통 도핑되고, 400 내지 800℃ 에서 가열됨으로 해서, 도 10C에 도시된 바와 같은 구조를 얻게 된다. 관통 도핑은 매스(mass) 분리에 따른 이온 주입의 것이거나 매스 분리가 없는 플라즈마 도핑형의 것일 수 있다.

층간 절연막(1008)은 게이트 픽업 전극(1009) 및 소스/드레인 픽업 전극(1010)을 형성하기 위해서 CVD 를 통해 형성된다. 본 발명은 게이트 픽업 전극(1009) 및 소스/드레인 픽업 전극(1010)용으로 스퍼터링을 통해서 금속막을 형성하는데 적용된다.

게이트 픽업 전극(1009) 및 소스/드레인 픽업 전극(1010)의 재료는 크롬, 알루미늄, 티탄, 탄탈 등으로 만들어지며, 이 실시예에서는 탄탈막이 형성된다. 타겟에서 기판(1001)을 바라봤을 때, 반사 자장 발생 유닛은 기판(1001)의 후면에 배치되므로, 타겟으로부터 기판(1001)과 충돌하는 포지티브 이온에 대한 자장이 반사자장 발생 유닛에 의해 발생되는 동안 탄탈막이 스퍼터링에 의해 형성된다. 반사자장 발생 유닛으로부터 발생된 자장은 기판(1001)에서 200 내지 50000e(에르스텟) 통상 500 내지 20000e 으로 설정된다. 비교하기 위해서, 반사 자장 발생 유닛을 사용하지 않고 막이 형성된다.

이 실시예에서, 640 × 480 × 3 의 921,600 TFT 가 제조된다. 반사 자장 발생 유닛을 사용하지 않고 막을 형성하는 경우에 TFT 의 특성은 작동하지 않는 TFT가 0.1% 이고 전압의 산포도는 최대에서 최소까지 0.5V 인 것이다. 이에 반해서, 반사 자장 발생 유닛을 사용하여 막을 형성하는 경우에 TFT 의 특성은 작동하지 않는 TFT 가 0.007% 이고 전압의 산포도는 최대에서 최소까지 0.2V 인 것이다. 특히, 반사 자장 발생 유닛을 사용하지 않고 제조된 TFT 가 작동되지 않는 이유는 거의 회로 단락인 것이다.

(제 4 실시예)

제 10 도에 도시된 제 4 실시예에서, 보통 캐소드 전류가 0.02A/㎠ 이고, 캐소드 전압이 500V 인 조건 즉, 10W/㎠ 하에서 게이트 전극(1007)은 형성된다. 본 발명은 반사 자장 발생 유닛에 의해 제거된 포지티브 이온에 의한 영향을 제외하고, 고에너지를 갖는 중성 원자 및 분자의 영향을 제거하는데 적용된다.

이 실시예에서 타겟으로서, 게이트 전극(1007)의 재료는 0.1 내지 2 무게%의 Sc 가 혼합된 Aℓ로 만들어진다.

방법 I 로서, 스퍼터링 산출량이 전력 제어하에서 조절된다. 100 내지 1000Å 의 두께를 갖는 막을 최초로 형성하는데 있어서, 타겟에 제공된 전력은 스퍼터링 산출량을 감소시키기 위해 이 실시예에서는 5W/㎠ 절반 또는 그 이하로 설정되며, 막의 잔여부가 형성된다. 이 경우에, 캐소드 전압은 400V 이고, 캐소드 전류는 0.013A/㎠ 이다. 발명자의 실험에 따르면, 스퍼터링 산출량의 감소로 요구된 바와 같은 막 두께의 범위는 최소에서 100Å 이며, 두께가 100Å 보다 작을 때 본 발명의 효과는 과도하게 나타나게 될 것이다. 비록 조건에 의존한다 하더라도, 비록,약 1000Å 의 막 두께가 어떤 조건하에서도 형성된 후 스퍼터링 산출량이 증가된다 하더라도, 거의 문제점을 야기시키지 않는다.

캐소드 전압, 캐소드 전류 및 전력이 제공된 캐소드는 이때 막 형성 조건등에 의존하지만, 게이트 전극(1007)이 형성될 때만 초기 막 형성에서 전력이 떨어지게 된다.

제 2 방법으로서, 초기 막 형성에서 100 내지 1000Å 의 두께를 갖는 막을 형성할 때, 캐소드 전력은 일정하게 유지되며, 캐소드 전압은 작은 스퍼터링 산출량을 갖는 막을 형성하도록 떨어지게 된다. 이 실시예에서, 막을 형성하기 위해서 캐소드 전력은 10W/㎠ 에서 일정하게 유지되며 캐소드 전압은 450 에서 350V 로 떨어지게 되며, 캐소드 전류는 같게 증가된다. 캐소드 전압이 300V 또는 그 이하일 때 스퍼터링 방전이 생성되지 않으므로, 캐소드 전압은 안전하게 450 에서 350V 로 설정된다. 방전이 생성되면, 캐소드 전압은 더 낮아지게 된다. 발명자의 실험에 따르면, 스퍼터링 산출량의 감소에 따라 요구된 바와 같이 막 두께의 범위는 최소 100Å 이며, 두께가 100Å 보다 작을 때 본 발명의 효과가 과도하게 나타나게 된다. 비록, 조건에 의존할지라도, 약 1000Å 의 두께를 갖는 막이 어떤 조건하에서 조차도 형성되어진 후, 비록 스퍼터링 산출량이 증가된다 하더라도 약간의 문제는 일어날 수 있다.

이 실시예에서, 제 3 실시예와 비교하기 위해, 640 × 480 × 3 의 921, 600TFT 가 제조된다. 캐소드 전압이 500V 이고 캐소드 전류가 0.02A/㎠ 인 조건하에서 제 3 실시예에서 반사 자장 발생 유닛을 사용해서, 초기 막을 포함하는 게이트 전극(1007)을 형성하는 경우에 TFT 의 특성은 작동하지 않는 TFT 가 0.007% 이고 V 의 산포도는 최대에서 최소까지 0.2V 인 것이다.

방법 1 을 따라 막을 형성하는 경우에 TFT 의 특성은 작동하지 않는 TFT 가 0.008% 이고, V 의 산포도가 최대에서 최소까지 0.1V 인 것이다.

방법 2 를 따라 막을 형성하는 경우에 TFT 의 특성은 작동하지 않는 TFT 가 0.007% 이고, V 의 산포도가 최대에서 최소까지 0.1V 인 것이다.

스퍼터링에 의한 특성에서 중요한 역할을 행하는 막의 재료를 형성하는 경우에, 중성 분자 및 원자의 충돌을 막기 위해서 반사 자장 발생 유닛을 사용하여 초기 막 형성에 의해 스퍼터링 산출량을 감소시키는데 매우 효과적이다. 특히, 완전히 막 형성율을 감소시키지 않고 막이 형성될 수 있기 때문에, 스퍼터링 산출량을 감소시키도록 캐소드 전력을 일정하게 유지하고 캐소드 전압을 떨어뜨리는 것은 생산 효율이 높아진다.

본 발명에 따르면, 스퍼터링동안 스퍼터링 가스를 이온화시켜 생겨난 포지티브 이온, 스퍼터 타겟 재료로부터 포지티브적으로 또는 네가티브적으로 이온화된 스퍼터링 재료의 중성 원자 및 분자, 또는 스퍼터링 가스와 다른 반응 가스를 이온화시켜 생겨난 포지티브 이온은 포지티브 이온으로 인한 손상을 감소시키도록 막이 형성될 기판의 표면에 도달하는 것이 감소된다. 또한, 본 발명은 상기 스퍼터링을 실현하기 위한 장치를 제공한다.

게다가, 스퍼터링 타겟 재료로부터의 스퍼터링 재료의 중성 원자 및 분자가 기판의 표면에 손상을 주도록, 높은 에너지를 가진 막이 형성될 기판의 표면과 충돌하는 경우에, 초기 스퍼터링 막 형성동안 손상은 스퍼터링 산출량의 감소로 감소될 수 있다.

제 1A 도 및 제 1B 도는 본 발명의 원리를 나타낸 도면.

제 2A 도는 본 발명을 나타낸 개요도.

제 2B 도 내지 제 2D 도는 본 발명을 나타낸 평면도.

제 3A 도 내지 제 3C 도는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 예시도.

제 4A 도 내지 제 4C 도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 예시도.

제 5 도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 예시도.

제 6 도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 예시도.

제 7 도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 예시도.

제 8A 도 및 제 8B 도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 예시도.

제 9 도는 본 발명이 적용된 장치의 일 예시도.

제 10A 도 내지 제 10D 도는 본 발명에 따라 박막 반도체 장치를 제조하기 위한 공정을 도시한 단면도.

제 11A 도 및 제 11B 도는 본 발명이 적용된 장치의 다른 실시예를 나타낸 예시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

901:기판 903:푸셔

900:반응 챔버 906:진공 펌프

913:스퍼터링 가스 902:타겟

909:자석 시스템 910:냉각 유닛

905:히터 912:반사 자장 발생 유닛

Claims (14)

1. 기판의 앞쪽 표면상에 반도체 장치를 제조하는 방법에 있어서:

   박막 트랜지스터의 채널 형성 영역상에 게이트 절연막을 형성하는 단계;

   폐쇄 루프를 갖는 반사 자장이, 타겟으로부터 상기 표면쪽으로의 이온에 의해 형성된 자장에 평행하게, 상기 기판의 상기 앞쪽 표면의 후면상에 발생되는 동안, 스퍼터링에 의해 상기 게이트 절연막상에 도전막을 형성하는 단계; 및

   상기 게이트 절연막상에 게이트 전극을 형성하기 위해 상기 도전막을 패터닝하는 단계를 포함하는, 반도체 장치를 제조하는 방법.
2. 기판의 앞쪽 표면상에 반도체 장치를 제조하는 방법에 있어서.

   박막 트랜지스터의 채널 형성 영역상에 게이트 절연막을 형성하는 단계;

   폐쇄 루프를 갖는 반사 자장이 상기 표면에 평행하게 상기 기판의 상기 앞쪽표면의 후면상에 발생되는 동안, 스퍼터링에 의해 상기 게이트 절연막상에 도전막을 형성하는 단계; 및

   상기 게이트 절연막상에 게이트 전극을 형성하기 위해 상기 도전막을 패터닝하는 단계를 포함하는, 반도체 장치를 제조하는 방법.
3. 반도체 장치를 제조하는 방법에 있어서:

   앞쪽 기판상에 적어도 채널 형성 영역, 게이트 절연막, 및 게이트 전극을 갖는 적어도 하나의 박막 트랜지스터를 형성하는 단계;

   스퍼터링 챔버내에 상기 기판을 위치시키는 단계;

   상기 기판과 평행하게, 상기 기판의 상기 앞쪽 표면의 후면상에 폐쇄 루프를 갖는 자장을 발생시키는 단계; 및

   상기 표면에 도달하는 이온의 수를 감소시키기 위해 상기 자장을 발생시키는 동안, 상기 박막 트랜지스터상에 상기 박막을 형성하는 단계를 포함하는, 반도체 장치를 제조하는 방법.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 반사 자장은 루프를 형성하도록 감겨진 코일에 전류를 공급함으로써 실질적으로 상기 폐쇄 루프를 따라 발생되는, 반도체 장치를 제조하는 방법.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 반사 자장은 루프를 형성하도록 감겨진 코일에 전류를 공급함으로써 실질적으로 상기 폐쇄 루프를 따라 발생되는, 반도체 장치를 제조하는 방법.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 반사 자장은 상기 기판의 상기 표면에 실질적으로 수직인 방향으로 전류를 공급함으로써 실질적으로 상기 폐쇄 루프를 따라 발생되는, 반도체 장치를 제조하는 방법.
7. 제 3 항에 있어서,

   상기 반사 자장은 상기 기판의 상기 표면에 실질적으로 수직인 방향으로 전류를 공급함으로써 실질적으로 상기 폐쇄 루프를 따라 발생되는, 반도체 장치를 제조하는 방법.
8. 제 2 항에 있어서,

   상기 반사 자장은 상기 기판의 상기 표면에 평행인 한 쌍의 병렬 전극간에 플라즈마를 생성함으로써 실질적으로 상기 폐쇄 루프를 따라 발생되는, 반도체 장치를 제조하는 방법.
9. 제 3 항에 있어서,

   상기 반사 자장은 상기 기판의 상기 표면에 평행인 한쌍의 평행판 전극간에 플라즈마를 생성함으로써 실질적으로 상기 폐쇄 루프를 따라 발생되는, 반도체 장치를 제조하는 방법.
10. 스퍼터링에 의해 기판 표면상에 박막을 제조하는 방법에 있어서,

    폐쇄 루프를 갖는 반사 자장이, 캐소드로서 사용된 타겟으로부터의 이온들에 의해 발생된 자장에 평행하게, 상기 기판의 상기 표면의 후면상에 발생되는 동안, 상기 박막을 형성하는 단계를 포함하며,

    초기 막 형성에서 스퍼터링 산출량(yield)이 나중의 막 형성에서의 스퍼터링 산출량보다 더 적은, 스퍼터링에 의해 기판 표면상에 박막을 제조하는 방법.
11. 스퍼터링을 이용한 박막 트랜지스터 제조 방법에 있어서,

    폐쇄 루프를 갖는 반사 자장이, 타겟으로부터 상기 기판쪽으로의 이온들에 의해 생성된 자장에 평행하게, 상기 기판의 상기 표면의 후면상에 발생되는 동안, 절연막상에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하며,

    초기 막 형성에서의 스퍼터링 산출량이 나중의 막 형성에서의 스퍼터링 산출량보다 더 적은, 박막 트랜지스터 제조 방법.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 캐소드에 인가된 전력이 일정하게 유지되는 동안 상기 스퍼터링 산출량을 제어하는 단계를 더 포함하며, 상기 초기 막 형성에서의 캐소드 전압이 나중의 막 형성에서의 캐소드 전압보다 작은, 스퍼터링에 의해 기판 표면상에 박막을 제조하는 방법.
13. 제 10 항에 있어서,

    상기 캐소드에 인가된 전력을 변화시킴으로써 상기 스퍼터링 산출량을 제어하는 단계를 더 포함하며, 상기 초기 막 형성에서의 캐소드 전압이 상기 나중의 막 형성에서의 캐소드 전압보다 더 작은, 스퍼터링에 의해 기판 표면상에 박막을 제조하는 방법.
14. 제 10 항에 있어서,

    상기 초기 막 형성에서, 상기 형성된 박막의 두께는 100 내지 1000Å 의 범위에 있는, 스퍼터링에 의해 기판 표면상에 박막을 제조하는 방법.