KR100521069B1 - 수소 및 산소 가스를 사용한 알루미늄 함유막의 스퍼터증착 방법 및 이 방법에 의해 제조된 알루미늄 함유막 - Google Patents

수소 및 산소 가스를 사용한 알루미늄 함유막의 스퍼터증착 방법 및 이 방법에 의해 제조된 알루미늄 함유막 Download PDF

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Abstract

본 발명의 알루미늄 함유막(134)은 상기 막내에 산소 함량을 가지고 있다. 상기 알루미늄 함유막은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 반도체 기판(122)상에 스퍼터 증착하는 동안 스퍼터 증착 진공 챔버내로 아르곤 가스와 함께 수소 가스를 도입하거나, 아르곤 가스와 함께 수소 가스/산소 가스를 도입하여 제조된다. 이렇게 제조된 상기 알루미늄 함유막은 힐록이 없으며, 순수한 알루미늄에 비해 상대적으로 낮은 조도와, 낮은 고유 저항과, 양호한 기계적 강도를 가지고, 잔류 응력이 작다.

Description

수소 및 산소 가스를 사용한 알루미늄 함유막의 스퍼터 증착 방법 및 이 방법에 의해 제조된 알루미늄 함유막{Method of using hydrogen and oxygen gas in sputter deposition of aluminum-containing films and aluminum-containing films derived therefrom}
본 발명은 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 기판상에 알루미늄 함유막을 스퍼터 증착하는 방법에 관한 것이다. 보다 명확하게 말하면, 본 발명은 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 증착 동안 아르곤과 수소 가스 또는 아르곤과 수소/산소 가스 혼합물을 사용하여 힐록(hillock) 형성에 저항할 수 있는 알루미늄 함유막을 형성하는 것에 관한 것이다.
박막 구조들은 액티브 매트릭스 액정 디스플레이(AMLCD)와 집적 회로(IC)에 사용되는 회로 콤포넌트들로서 매우 중요해지고 있다. 박막 구조를 사용하는 다수의 분야에서, 고성능화를 위해서는 이들 구조내의 금속 배선(게이트 배선 및 데이터 배선)의 저항을 감소시키는 것이 중요하다. 예로서, AMLCD에서 금속 배선의 저항을 낮추면 RC 지연이 최소화되어 화면 재생율(screen refresh rate)이 보다 신속해지게 된다. 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 등의 내화성 금속은 고성능 AMLCD나 IC에 사용되기에는 너무 높은 저항을 가지고 있다. 부가적으로, 내화성 금속은 비내화성 금속 보다 고가이다. 저항 및 비용의 절감이라는 관점에서, 알루미늄(Al)은 바람직한 금속이다. 부가적으로, 알루미늄은 그 외면상에 유해한 환경으로부터 알루미늄을 보호할 수 있는 산화막이 형성되고, 실리콘 및 실리콘 콤파운드에 대해 양호한 접착성을 가지고 있기 때문에 바람직하다.
알루미늄막은 일반적으로 스퍼터 증착을 사용하여 반도체 기판에 적용되게 된다. 일반적으로, 스퍼터 증착은 알루미늄 등의 소정 금속 재료의 고형판재(solid slab; 타겟이라 지칭됨)가 장착되고, 기판이 위치되어 있는 진공 챔버내에서 수행되게 된다. 상기 진공 챔버내로 아르곤 가스가 도입되고, 타겟과 기판 사이에 전기장이 적용되어 플라즈마가 형성되게 된다. 플라즈마에서, 가스는 이온화되어 그 전하와 적용된 전기장에 따라 타겟을 향해 가속되게 된다. 아르곤 원자가 타겟을 향해 가속되면, 타겟에 충돌되었을 때 타겟 표면으로부터 원자 및/또는 분자를 떼어내거나 "스퍼터"하기에 충분한 모멘텀을 얻는다. 타겟으로부터 원자 및/또는 분자를 스퍼터링한 이후에, 스퍼터링 공정에 의해 발생된 아르곤 이온과 스퍼터된 원자/분자와, 아르곤 원자 및 전자는 일반적으로 진공 챔버내에서 타겟에 평행하게 또는 아래쪽에 위치되어 있는 반도체 기판상에 안착되기 이전에 타겟의 전방에서 플라즈마 영역을 형성한다. 그러나, 스퍼터된 원자 및/또는 분자는 플라즈마 영역의 성립에 기여하지 않고 진공 챔버내에서 분산될 수 있으며, 따라서, 반도체 기판상에 증착되지 않을 수 있다. 이 문제점은 타겟 둘레에서 및 뒤에서 자석을 사용하는 "마그네트론 스퍼터링 시스템"에 의해 적어도 부분적으로 해결된다. 이 자석들은 스퍼터된 재료를 플라즈마 영역내에 가두어 두는 것을 돕는다. 또한, 마그네트론 스퍼터링 시스템은 다른 스퍼터링 시스템 보다 진공 챔버의 압력이 더 낮다는 장점을 가지고 있다. 진공 챔버의 압력이 낮아지면 보다 깨끗한 증착막을 얻을 수 있다. 또한, 마그네트론 스퍼터링 시스템에서는 타겟 온도가 낮으며, 이는 알루미늄이나 알루미늄 합금 등의 저융점 재료를 스퍼터링 할 수 있도록 해준다.
알루미늄 막이 박막 구조에 사용되기에 큰 장점을 가지고 있지만, 알루미늄은 "힐록(hillock)"이라 지칭되는 결함이 형성되는 경향이 있다는 단점을 가지고 있다. 힐록은 금속막 내의 압축 응력의 상태에 따라 분출하여 금속막 표면으로부터 돌출되게 되는 돌출부이다.
알루미늄 박막에서 힐록이 중요한 문제점이 되는 이유는 두가지이다. 첫째로, 알루미늄의 열팽창 계수(대략 23.5 ×10-6/℃)는 일반적인 실리콘 반도체 기판의 열팽창 계수(대략 2.5 ×10-6/℃) 보다 10배 정도 크다. 반도체 디바이스의 다른 가공 단계 동안 반도체 기판이 가열되게 되면, 반도체 기판에 강력하게 부착되어 있는 알루미늄 박막은 반도체 기판의 팽창보다 더 많이 팽창하려는 경향이 생긴다. 알루미늄막은 팽창할 수 없기 때문에 팽창 응력을 방출하기 위해 힐록이 형성되게 된다. 두 번째 요인은 알루미늄의 융점(대략 660℃)이 낮고, 알루미늄 막내의 공극 확산(vacancy diffusion)의 비율이 높기 때문이다. 힐록의 성장은 공극 확산 메카니즘의 결과로 발생된다. 공극 확산은 팽창 응력으로부터 발생되는 공극 농도 구배(vacancy concentration gradient)의 결과로써 발생된다. 부가적으로, 알루미늄의 확산율은 온도가 증가되면 매우 신속하게 증가된다. 따라서, 힐록의 성장은 알루미늄 입자를 통해 그리고 입자 경계를 따라 힐록 위치로부터 멀어지는 방향으로 공극 확산 과정을 통해 알루미늄 내의 압축 응력을 경감하는 메카니즘으로서 설명될 수 있다. 이 메카니즘은 저항을 증가시키며, 회로의 단선을 유발할 수 있다.
다층 박막 구조를 제조할 때, 힐록에 관련된 문제점들이 발생된다. 이런 구조에서, 힐록은 중첩된 금속 배선을 분리시키는 유전층을 천공 또는 관통하여 층간 단락을 유발한다. 이 층간 단락은 AMLCD와 IC의 불량을 유발할 수 있다. 이런 단락된 구조가 도 17에 도시되어 있다.
도 17은 박막 구조(200)내의 힐록(202)을 도시하고 있다. 박막 구조(200)는 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 기판(204)을 포함하고, 상기 반도체 기판(204)상에는 패턴화된 알루미늄 층(206)이 있다. 이산화 실리콘 층 또는 질화 실리콘 층 등의 저유전층(208)이 반도체 기판(204)과 패턴화된 알루미늄 층(206)위에 증착되어 있다. 저유전층(208)은 저유전층(208) 위에 증착된 활성층(210)과 패턴화된 알루미늄 층(206) 사이의 절연층으로써 작용한다. 금속 배선(212)은 활성층(210)상에 패턴화되어 있고, 상부 유전층(214)은 활성층(210)과 금속 배선(212) 위에 증착되어 있다. 저유전층(208)과 활성층(210)을 관통하여 금속 배선(212)을 단락시키고 있는 상태로 힐록(202)이 도시되어 있다.
힐록 형성의 문제를 완화시키기 위해 다양한 기술들이 시도되고 있으며, 이런 기술 중에는 알루미늄에 대해 제한적인 가용성을 가지는 탄탈륨, 코발트, 니켈 등의 요소를 추가하는 방법(그러나, 이는 일반적으로 힐록의 형성을 감소시킬 뿐 없앨 수는 없다), 알루미늄 막의 위 또는 아래에 티타늄이나 텅스텐 층을 증착하는 방법(그러나, 이는 부가적인 공정 단계를 필요로 한다), 하나 이상의 티타늄층을 가진 알루미늄층을 적층하는 방법(그러나, 이는 막의 저항을 증가시킨다) 및 알루미늄 대신 몰리브덴이나 텅스텐 등의 힐록 저항성 내화 금속을 사용하는 방법(그러나, 상술한 바와 마찬가지로, 이들 내화성 금속은 비용의 측면에서 효율적이지 못하며 고성능 AMLCD와 IC에 사용되기에는 고유저항이 너무 높다) 등이 있다.
특히, AMLCD, 보다 명확하게는 박막 트랜지스터 액정 디스플레이("TFT-LCD")에서 소비자들은 더 큰 스크린과, 더 높은 해상도와, 더 높은 콘트래스트(contrast)를 요구한다. 소비자들의 이런 요구에 따른 TFT-LCD를 개발할 때, 낮은 고유 저항과 높은 힐록 형성에 대한 저항성을 가진 금속 배선은 반드시 필요하다.
따라서, 힐록 형성에 대한 저항성을 가진 알루미늄 함유 재료를 개발하는 것과, 복잡한 공정 단계를 사용하지 않고, 저가의 상업적으로 활용가능한 널리 사용되고 있는 반도체 디바이스 제조 기술 및 장치를 사용하면서 반도체 기판상에 상술한 바와 같은 알루미늄 함유막을 막 형성할 수 있는 기술을 개발하는 것은 매우 유용하다.
도 1 및 도 2는 각각 어닐링 전과 어닐링 이후의 종래 기술에 의해 제조된 알루미늄 박막을 예시하는 스캐닝 전자 현미경 사진.
도 3 및 도 4는 각각 어닐링 전과 어닐링 이후의 본 발명의 제 1 방법에 의해 제조된 알루미늄 박막을 예시하는 스캐닝 전자 현미경 사진.
도 5 및 도 6은 각각 어닐링 전과 어닐링 이후의 본 발명의 제 2 방법에 의해 제조된 알루미늄 박막을 예시하는 스캐닝 전자 현미경 사진.
도 7은 본 발명의 제 1 방법에 의해 제조된 알루미늄 함유막의 깊이에 따른 산소 함량을 도시하는 x-레이 광전자 분광분석 그래프.
도 8은 본 발명의 제 1 방법의 변경에 따라 제조된 다양한 알루미늄 함유막의 조도 측정값(원자력 현미경 검사에 의함)의 그래프.
도 9 및 도 10은 각각 어닐링 전 및 어닐링 이후의 본 발명의 또다른 방법에 의해 제조된 알루미늄 박막의 스캐닝 전자 현미경 사진.
도 11 및 도 12는 각각 어닐링 전 및 어닐링 이후의 본 발명의 제 2 방법에 의해 제조된 알루미늄 박막의 스캐닝 전자 현미경 사진.
도 13은 본 발명의 제 2 방법에 의해 제조된 알루미늄 함유 박막의 깊이에 따른 산소 함량을 도시하는 x-레이 광전자 분광분석 그래프.
도 14는 본 발명의 제 2 방법의 변경에 따라 제조된 다양한 알루미늄 함유막의 조도 측정값(원자력 현미경 검사에 의한)의 그래프.
도 15는 본 발명의 방법에 의해 제조된 알루미늄 함유막으로부터 형성된 게이트 전극 및 소스/드레인 전극을 사용하는 박막 트랜지스터의 측면 횡단면도.
도 16은 본 발명의 방법에 의해 제조된 알루미늄 함유막으로부터 형성된 행 버스와 열 버스를 사용하는 표준 활성 매트릭스 액정 디스플레이 레이아웃의 개략도.
도 17은 힐록 형성으로부터 발생되는 층간 단락의 예를 도시하는 측면 횡단면도.
본 발명은 유리, 석영, 산화 알루미늄, 실리콘 산화물, 플라스틱 등의 반도체 기판상에 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 스퍼터 증착하는 동안 스퍼터 증착 진공 챔버내로 아르곤 가스와 함께 수소 가스 또는 수소 가스/산소 가스를 도입하는 방법에 관한 것이며, 또한, 상기 방법에 의해 제조된 알루미늄 함유막에 관한 것이다. 여기서 상기 기판 재료는 상술한 바에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 제 1 방법은 마그네트론 스퍼터 증착 챔버인 것이 바람직한 스퍼터 증착 챔버를 사용하여 대략 1 내지 4 킬로와트(KW)의 직류 전력을 캐소드(본 경우에서는 알루미늄 타겟)와 애노드(평면 패널 디스플레이 기판-즉, 소다 석회(soda lime) 글래스) 사이에 적용하여 플라즈마를 형성(상기 챔버의 진공화 이후에)하는 것을 포함한다. 상기 챔버는 적절한 양의 아르곤 가스와 수소 가스가 챔버내로 유동되는 상태로 대략 1.0 내지 2.5 밀리토르(millitorr)의 압력에서 유지된다. 상기 아르곤 가스는 대략 분당 50 내지 90 표준 입방 센티미터("sccm")의 유량으로 공급되는 것이 바람직하다. 수소 가스는 대략 90 내지 600 sccm 사이의 유량으로 공급되는 것이 바람직하다. 수소 가스에 대한 아르곤 가스의 비율은 대략 1:1 내지 1:6 사이인 것이 바람직하다. 수소/아르곤 비율이 높으면 질감이 보다 좋아진다. 증착 공정은 상온(즉, 대략 22℃)에서 수행된다.
이 방법을 통해 제조된 알루미늄 함유막은 산화 알루미늄(Al2O3) 형태로 대략 1 내지 5 원자량%의 평균 산소 함량을 가지고 나머지는 알루미늄이다. 상술한 가공 파라미터들 하에 형성된 알루미늄 함유막은 순수 알루미늄 금속과 유사한 색상을 가지지만 다소 검다.
본 발명의 제 2 방법은 마그네트론 스퍼터 증착 챔버인 것이 바람직한 스퍼터 증착 챔버를 사용하여 대략 1 내지 4 KW의 직류 전력을 캐소드(본 경우에서는 알루미늄 타겟)와 애노드(평면 패널 디스플레이 기판-즉, 소다 석회(soda lime) 글래스) 사이에 적용하여 플라즈마를 형성(상기 챔버의 진공화 이후에)하는 것을 포함한다. 상기 챔버는 적절한 양의 아르곤 가스와 수소 가스 및 산소 가스가 챔버내로 유동되는 상태로 대략 0.5 내지 2.5 밀리토르의 압력에서 유지된다. 상기 아르곤 가스는 대략 25 내지 90 sccm의 유량으로 공급되는 것이 바람직하다. 수소 가스는 대략 50 내지 400 sccm 사이의 유량으로 공급되는 것이 바람직하다. 산소 가스는 대략 0.25 내지 2 sccm 사이의 유량으로 공급되는 것이 바람직하다(바람직하게는 대기중의 기류에서). 수소 가스에 대한 아르곤 가스의 비율은 대략 1:1 내지 1:6 사이인 것이 바람직하다. 수소/아르곤 비율이 높으면 수소/아르곤 비율이 낮을 때 보다 질감이 매끄러워진다. 증착 공정은 상온(즉, 대략 22℃)에서 수행된다.
이 방법을 통해 제조된 알루미늄 함유막은 산화 알루미늄(Al2O3) 형태로 대략 12 내지 30 원자량%의 평균 산소 함량을 가지고 나머지는 알루미늄이다. 상술한 가공 파라미터들 하에서 형성되었을 때 상기 알루미늄 함유막은 금빛 노란색(golden yellow color)을 띈다.
상술한 양자의 방법을 통해 제조된 알루미늄 함유막은 열적 응력을 받는 경우에도 힐록이 생기지 않는다. 이들 알루미늄 함유막을 형성하는 정확한 기계적 및/또는 화학적 메카니즘을 완벽하게 해석할 수는 없지만 수소 가스가 알루미늄 함유막내로 산소를 전달하는 촉매 역할을 하는 것으로 생각된다. 제 1 방법에 있어서, 산소 가스는 진공 챔버가 진공화된 이후에 남아있는 진공 챔버내의 잔여 공기로부터 취해진다. 제 2 방법에서는 물론 증착 동안 산소 가스가 도입되게 된다. 진공 챔버내로 도입된 산소 가스의 유동이나 잔여 산소 가스의 양이 아르곤 가스 및 수소 가스의 유동에 비해 작지만 증착된 알루미늄 함유막내에는 비교적 많은 비율의 산소가 존재한다. 발명자들은 수소 가스를 도입하지 않고 산소 가스만을 유사한 유량으로 진공 챔버내로 도입한(즉, 산소 가스와 아르곤 가스만을 도입한) 실험을 했다. 결과적으로 기판상에 증착된 막은 산소 함량이 측정되지 않았다(x-레이 광전자 분광분석법에 의해서).
상술한 바와 같이, 산소는 증착된 알루미늄 함유막내에서 산화 알루미늄의 형태로 존재한다. 그러나, 산화 알루미늄은 절연체이다. 매우 낮은 고유 저항이 필요한 막에 절연성 콤파운드(막의 고유저항을 상승시키는)를 형성하는 것은 직관적인 생각에 상반되는 개념이다. 그러나, 산화 알루미늄의 형성은 알루미늄 함유막내의 알루미늄 입자의 도전성 매트릭스를 간섭하지 않는 것으로 판명되었다. 따라서, 알루미늄 함유막의 고유저항은 현저히 낮아진다. 실제로, 두 번째 방법에 의해 형성된 알루미늄 함유막에서 고유저항은 대략 6 내지 10 마이크로 오옴-센티미터(micro ohm-cm) 정도 였다. 이는 알루미늄 산화물이 대략 12 내지 30 원자량%의 범위로 존재하기 때문이다. 알루미늄 함유막의 입자 크기는 대략 400 내지 600 Å사이이다.
실질적으로 힐록이 없다는 것과, 낮은 고유저항을 갖는다는 것(즉, 높은 전도성을 갖는다는 것)을 제외하고는, 결과적인 알루미늄 함유막은 낮은 조도(roughness), 낮은 잔류 응력, 및 양호한 기계적 강도(순수 알루미늄에 대한 단순 스크래치 테스트 또는 저압축 응력(대략 -5 ×108과 -1 ×109dyne/cm2 사이)에 의해 시험되었을 때 높은 스크래치 저항 지표를 가지는 것으로 판단됨)를 포함하는 부가적인 바람직한 특성을 가진다. 알루미늄 함유막을 측정한 결과 어닐링 전후의 조도는 순수 알루미늄에 비해 낮았다(어닐링 전에 대략 600 내지 1000 Å, 어닐링 후에 400 내지 550 Å). 낮은 조도는 응력 마이그레이션(stress migration)을 방지하고, 응력으로 인한 보이드(void)를 방지하며, 결과적으로, 힐록의 형성을 방지한다. 부가적으로, 낮은 조도는 다른 박막에 대한 접촉성을 양호하게 해주고, 수반되는 가공 단계의 폭을 넓혀주며, 그 이유는 조도가 낮은 막은 그위에 증착된 막의 마루와 골의 변화를 감소시키고, 확산 반사성을 감소시켜 포토리소그래피를 용이하게 해주며, AMLCD 제조시에 알루미늄을 입힐 필요가 없고(거친 알루미늄은 전하를 포획하여 전자 성능에 영향을 미친다(즉, 높은 또는 가변적인 정전 용량)), 보다 균일한 에칭을 가능하게 해주기 때문이다.
본 발명의 방법을 통해 제조된 알루미늄 함유막의 기계적 강도는 알루미늄 또는 그 합금 박막을 종래의 방식으로 스퍼터링한 것에 비해 높다. 높은 기계적 강도는 제조된 알루미늄 함유막이 일렉트로마이그레이션 및 응력에 의해 유도된 보이드 양자 모두에 대해 저항성을 갖게 한다.
이런 특성의 조합은 현재 공지되어 있는 알루미늄 및 그 합금 박막의 특성 보다 우월한 것이다. 이들 특성은 본 발명의 알루미늄 함유막이 전자 디바이스 상호접속부로서 바람직하게 사용될 수 있게 해준다. 또한, 이들 특성은 광학, 전자광학, 보호성 코팅 및 장식 작업에도 바람직하다.
본 발명을 특징짓는 특징들을 기재하고 있는 청구범위가 본 명세서에 첨부되어 있으며, 첨부된 도면을 참조로 하는 하기의 상세한 설명을 통해 본 발명의 장점들을 보다 쉽게 이해할 수 있도록 설명한다.
본 발명의 방법은 하기와 같은 가공 파라미터에서 종래의 마그네트론 스퍼터 장치를 사용하여 수행되는 것이 바람직하다.
전력(DC) : 대략 1 내지 4KW 사이
압력 : 대략 1.0 내지 2.5 밀리토르 사이
아르곤 가스 유량 : 대략 50 내지 90 sccm 사이
수소 가스 유량 : 대략 90 내지 대략 600 sccm 사이
아르곤:수소 가스 비율 : 대략 1:1 내지 1:6 사이
마그네트론 스퍼터 증착 챔버의 작업은 일반적으로 캐소드(본 경우에는 알루미늄 타겟)와 애노드(기판) 사이에 직류 전력을 적용하여 플라즈마를 형성시키는 것을 포함한다. 상기 챔버는 상술한 압력 범위 내에서, 적절한 아르곤 가스와 수소 가스의 혼합물이 존재하도록 유지된다. 본 방법에 의해 제조된 알루미늄 함유막은 대략 극미량(trace amount)부터 12 원자량%까지의 산소를 산화 알루미늄(Al2O3) 형태로 가지고, 나머지는 알루미늄이다.
일차적인 힐록 방지 메카니즘은 시스템내의 수소의 존재이며, 그 이유는 산소가 없거나 실질적으로 산소가 존재하지 않는 경우에도(현존하는 기술 및 장비로 측정할 수 없는 극미량) 힐록이 없는 알루미늄 함유막이 얻어지기 때문이다. 또한, 막내의 산소의 존재는 알루미늄 함유막의 매끄러움(조도의 감소)에 의해 주로 작용하고, 그 이유는 조도가 막내의 산소 함량이 증가될 때 일반적으로 감소되기 때문이다.
본 발명의 스퍼터 증착 시스템은 일반적으로 항상 극미량의 산소를 가지고 있다. 비록 현재의 분석 장비로 알루미늄막내의 극미량의 산소를 검출할 수는 없지만, 이 극미량의 산소는 수소가 존재할 때 알루미늄 함유막내로 흡수되게 된다. 이 극미량의 산소는 챔버 진공화의 불완전성 및/또는 공급되는 아르곤 또는 수소 가스내에 원래 섞여 있는 미량의 산소라는 두가지 잠재적인 근원으로부터 발생된다. 챔버 진공화의 불완전성이라는 첫 번째 근원은 어떠한 진공 상태도 완벽한 진공상태가 아니라는 사실에 기인한다. 아무리 극도로 배기시켜 진공화한다해도 시스템내에는 순수한 가스 이던지 대기 이던지 소정의 잔류 가스가 존재하게된다. 두 번째 근원은 본 발명에 사용되는 아르곤 및 수소 등의 산업적인 등급의 가스에는 고유한 미량의 가스 오염물질이 들어있다는 것이다. 사용되는 아르곤 가스에 대한 산소 불순물 함량은 1ppm이고, 수소는 3ppm이다. 따라서, 시스템내로 아르곤 및 수소를 고 유량으로 도입하면 가스 흐름으로부터 보다 많은 미량의 공기가 유입되어 알루미늄 함유막에 포함되게 된다. 따라서, 현재의 설비로는 알루미늄 함유막내의 산소의 함량이 0.1% 미만일 경우에, 그 함량을 측정할 수는 없지만 0.1% 미만의 극미량이 알루미늄 함유막내에 포함되게 된다.
[제 1 실시예]
소다 석회 글래스 기판상에 알루미늄 타겟으로부터 알루미늄을 증착하는 쿠르덱스 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여 종래기술의 방법(즉, 수소 가스가 없는 상태)에 따라 반도체 기판상에 알루미늄 막을 코팅하여 제어 시료를 제조하였다.
기판은 스퍼터링 시스템의 로드 로크 챔버(load lock chamber)에 적재되고, 대략 5 ×10-3torr로 진공화되었다. 로드 로크는 개방되고, 주 증착 챔버는 스퍼터링 공정을 위해 기판이 주 증착 챔버로 이동되기 전에 대략 10-7torr로 진공화되었다. 진공화가 중단되고, 특정 가스가 주 증착 챔버내로 도입된다. 제어 증착에서는 스퍼터링에 아르곤 가스만이 사용된다. 주 증착 챔버내에 소정량의 아르곤 가스가 안정화된 후(대략 5분), 대략 2KW의 직류 전력이 캐소드(본 경우에는 알루미늄 타겟)와 애노드(기판) 사이에 적용되어 상술한 바와 같이 플라즈마를 형성한다. 대략 8 내지 10분 사이 동안 기판은 플라즈마의 전방으로 이동되고, 대략 1800 Å의 두께를 가진 알루미늄 함유막을 형성한다.
표 1은 본 공정에 의해 형성된 알루미늄 막의 특성과 스퍼터링 설비의 가공 파라미터를 개시하고 있다.
스퍼터링 가공 파라미터 제어 시료
전력(KW) 2
압력(mtorr) 2.05
가스 유동(sccm) 아르곤=90
특정 파라미터 및 특성
두께( Å) 1800
응력(dyne/cm2)(압축) -4.94×108(C)
조도( Å) 1480(비어닐링), 2040(어닐링)
고유 저항(μΩ-cm) 2.7(근사치)
입자 크기( Å) 1000-1200
힐록 밀도 2 내지 5×109/m2(근사치)
특정 파라미터 및 특성의 측정값은 하기와 같이 취해졌다. 두께-스타일러스 프로필로메터(Stylus Profilometer) 및 스캐닝 전자 현미경 검사, 응력-레이저 스케닝을 사용한 텐코어 FLX(Tencor FLX), 조도-원자력 현미경 검사, 고유저항-투 포인트 프로브, 입자 크기-스케닝 전자 현미경 검사, 힐록 밀도-스케닝 전자 현미경 검사.
도 1은 상술한 가공 파라미터 하에서 제조된 알루미늄막의 표면의 어닐링 전 상태의 스캐닝 전자 현미경 사진을 도시하고 있다. 도 2는 상술한 가공 파라미터 하에서 제조된 알루미늄막의 표면의 어닐링 이후 상태의 스캐닝 전자 현미경 사진을 도시하고 있다. 도 1 및 도 2 양자 모두는 어닐링 전 및 어닐링 후 양자 모두에 실질적으로 힐록이 형성(알루미늄 막 표면상의 불연속적 융기부)되어 있는 것을 나타내고 있다.
[제 2 실시예]
반도체 기판상에 알루미늄막을 코팅한 두 개의 시험 시료(제 1 시험 시료 및 제 2 시험 시료)를 본 발명의 방법을 사용하여 제조하였다. 이들 두 시험 시료도 쿠르덱스 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여 소다 석회 글래스 기판상에 알루미늄 타겟을 증착하여 제조하였다.
스퍼터링 시스템의 작동 절차는 상술한 제어 시료와 실질적으로 동일하며, 주 증착 챔버내로 유입되는 가스 함량에 아르곤과 수소가 포함된것만 다르다. 부가적으로, 각 시험 시료에서는 증착 동안 주 증착 챔버내의 압력과 알루미늄 함유막의 두께가 상기 제어 시료와 상이하다.
표 2는 스퍼터링 설비의 작동 파라미터들과, 본 발명의 공정에 의해 제조된 두 알루미늄 막의 특성을 나타내고 있다.
스퍼터링 가공 파라미터 제 1 시험 시료 제 2 시험 시료
전력(KW) 2 2
압력(mtorr) 2.4 2.5
가스 유동(sccm) 아르곤=90,수소=200 아르곤=90,수소=400
특정 파라미터 및 특성
두께( Å) 1600 1500
응력(dyne/cm2)(압축) -1.12×108(C) -5.6×108(C)
조도( Å; 어닐링후) 800 540
고유 저항(μΩ-cm) 5.5 6.0
입자 크기( Å) 1000-1200 1000-1200
힐록 밀도 힐록 없음 힐록 없음
도 3은 어닐링 이전의 제 1 시험 시료의 표면의 스캐닝 전자 현미경 사진을 도시하고 있다. 도 4는 어닐링 이후의 제 1 시험 시료의 표면의 스캐닝 전자 현미경 사진을 도시하고 있다. 도 5는 어닐링 이전의 제 2 시험 시료의 표면의 스캐닝 전자 현미경 사진을 도시하고 있다. 도 6은 어닐링 이후의 제 2 시험 시료의 표면의 스캐닝 전자 현미경 사진을 도시하고 있다. 도 3 내지 도 6에서 볼수 있는 바와 같이, 어닐링이 되던 되지 않았던 양쪽 모두의 시료에 힐록이 형성되지 않았다.
[제 3 실시예]
Ar/H2의 비율을 달리하여 다수의 알루미늄 함유막을 제조하고, 다양한 시스템 압력에서 막내의 산소 함량을 측정하였다. 전력은 2KW에서 일정하게 유지된다. 산소 함량은 XPS(x-레이 광전자 분광분석법)에 의해 측정되었다. 측정 결과를 표 3에 나타내었다.
시료 번호 Ar/H2(sccm) Ar/H2 비율 압력(mtorr) 산소함량범위( 원자량%)
1 90/400 0.225 2.50 5-10
2 90/200 0.450 2.40 5-10
3 50/90 0.556 1.27 3
4 90/90 1.000 2.15 <1%
삭제
제 3 시료(Ar/H2(sccm)=50/90, 압력=1.27)에 대한 XPS 깊이 프로파일이 도 7에 도시되어 있고, 상기 도 7에는 막의 깊이에 따라 평균 약 3 원자량%의 산소 함량을 나타내고 있다.
도 8은 네 개의 알루미늄 함유막 시료의 조도를 도시하고 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 스퍼터 증착 챔버로 더 많은 양의 수소 가스가 도입될 수록(즉, Ar/H2 비율(x축)이 낮을수록) 알루미늄 함유막은 더 매끄러워진다(즉, 조도(y축)가 낮아진다). 그래프내의 "굴곡점"은 실험상의 오류 또는 시스템내에 도입되는 아르곤의 양의 차이로 인한것이거나 제 3 시료에 대한 시스템 압력의 차이로 인한 것이다.
본 발명의 다른 방법은 하기의 가공 파라미터에서 종래의 마그네트론 스퍼터 증착 챔버를 사용하는 것을 포함한다.
전력(DC) : 약 1 내지 4KW 사이
압력 : 약 0.5 내지 2.5 mtorr
아르곤 가스 유량 : 약 25 내지 90 sccm
수소 가스 유량 : 약 50 내지 400 sccm
산소 가스 유량 : 약 0.25 내지 2 sccm
아르곤:수소 가스 비율 : 약 1:1 내지 1:6
마그네트론 스퍼터 증착 챔버의 작동은 일반적으로 캐소드(본 경우에는 알루미늄 타겟)와 애노드(기판) 사이에 직류 전력을 적용하여 플라즈마를 형성하는 것을 포함한다. 챔버는 상술한 압력 범위 내에서 유지되며, 아르곤 가스와 수소 가스 및 산소 가스의 적절한 혼합물이 챔버내로 도입된다. 본 방법을 통해 제조된 알루미늄 함유막은 약 12 내지 30 원자량% 사이의 산소를 산화 알루미늄(Al2O3) 형태로 가지고 있으며 나머지는 알루미늄이다.
[제 4 실시예]
반도체 기판상에 알루미늄 막을 코팅한 두 개의 시험 시료(제 1 시험 시료 및 제 2 시험 시료)를 본 발명의 방법을 사용하여 제조했다. 이들 두 시험 시료도 쿠르덱스 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여 소다 석회 글래스 기판상에 알루미늄 타겟을 증착하여 제조한 것이다.
스퍼터링 시스템의 작동 절차는 실질적으로 상술한 제어 시료와 유사하며, 주 증착 챔버내로 도입되는 가스 함량이 아르곤, 수소 및 산소를 포함하는 것만 다르다(여기서, 산소는 대기중의 기류에서 도입되는 것이 바람직하다). 부가적으로, 각 시험 시료에서는 증착 동안의 주 증착 챔버의 압력과 알루미늄 함유막의 두께가 제어 시료와 상이하다.
표 4는 본 발명의 공정에 의해 제조된 두 알루미늄 막의 특성과 스퍼터링 설비의 작동 파라미터를 나타내고 있다.
스퍼터링 가공 파라미터 제 1 시험 시료 제 2 시험 시료
전력(KW) 2 2
압력(mtorr) 0.66 2.5
가스 유동(sccm) 아르곤=25,수소=50 아르곤=90,수소=200
산소 유동(sccm) 약 0.25 내지 0.5 약 0.25 내지 0.5
특정 파라미터 및 특성
두께( Å) 2000 1800
응력(dyne/cm2) 4.93×108(T)* -1.6×108(C)**
조도( Å) 980(비어닐링),520(어닐링) 640(비어닐링),410(어닐링)
고유 저항(μΩ-cm) 6.4 7.2
막 산소 함량 최대 25%(근사치) 최대 20%(근사치)
힐록 밀도 힐록 없음 힐록 없음
* - 인장
** - 압축
도 9는 어닐링 이전의 제 1 시험 시료의 표면의 스캐닝 전자 현미경 사진을 도시한다. 도 10은 어닐링 이후의 제 1 시험 시료의 표면의 스캐닝 전자 현미경 사진을 도시한다. 도 11은 어닐링 이전의 제 2 시험 시료의 표면의 스캐닝 전자 현미경 사진을 도시한다. 도 12은 어닐링 이후의 제 2 시험 시료의 표면의 스캐닝 전자 현미경 사진을 도시한다. 도 9 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 어닐링을 하던 하지 않던 양자 모두의 시료에서는 힐록이 형성되지 않았다.
[제 5 실시예]
Ar/H2의 비율을 달리하여 다수의 알루미늄 함유막을 제조하고, 다양한 시스템 압력에서 막내의 산소 함량을 측정하였다. 산소 가스 유량은 약 2 sccm에서 일정하게 유지되고, 전력은 2KW에서 일정하게 유지된다. 산소 함량은 XPS(x-레이 광전자 분광분석법)에 의해 측정되었다. 측정 결과를 표 5에 나타내었다.
시료 번호 Ar/H2(sccm) Ar/H2 비율 압력(mtorr) 산소함량범위( 원자량%)
1 90/400 0.225 2.50 12-25
2 90/300 0.300 2.40 15-30
3 50/200 0.250 1.50 15-25
4 25/50 0.500 0.60 25-30
5 90/50 1.800 2.10 15-25
제 4 시료(Ar/H2(sccm)=25/50, 압력=0.60)에 대한 XPS 깊이 프로파일이 도 13에 도시되어 있고, 상기 도 13에는 막의 깊이에 따라 평균 약 25 내지 30 원자량% 사이에서 산소 함량이 변화되는 것을 나타내고 있다.
도 14는 다섯 개의 알루미늄 함유막 시료의 조도를 도시하고 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 스퍼터 증착 챔버로 더 많은 양의 수소 가스가 도입될수록(즉, Ar/H2 비율(x축)이 낮을수록) 알루미늄 함유막은 더 매끄러워진다(즉, 조도(y축)가 낮아진다).
도 15는 본 발명의 방법에 의해 제조된 알루미늄 함유막으로 제조된 게이트 전극 및 소스/드레인 전극을 사용하는 박막 트랜지스터를 도시하고 있다. 상기 박막 트랜지스터(120)는 본 발명의 방법에 의해 제조된 알루미늄 함유 게이트 전극(124)이 그 위에 설치되어 있는 기판(122)을 포함한다. 알루미늄 함유 게이트 전극(124)은 절연층(126)에 의해 덮혀져 있다. 채널(128)은 채널(128)의 상단부에 접점(132)과 에치 스톱(130; etch stop)이 형성되는 상태로 알루미늄 함유 게이트 전극(124) 위로 절연층(126)상에 형성되어 있다. 본 발명의 방법에 의해 제조된 알루미늄 함유 소스/드레인 전극(134)은 절연층(126)과 접점(132) 상단부에 형성되어 있고, 화소 전극(136)과 접촉한다. 알루미늄 함유 소스/드레인 전극(134)은 패시베이션층(138; passivation layer)에 의해 덮혀있고, 픽쳐 셀 전극(136; picture cell electrode)은 패시베이션층(138)에 의해 부분적으로 덮혀있다.
도 16은 본 발명의 방법에 의해 제조된 알루미늄 함유막으로 형성된 행 버스(152)와 열 버스(154)를 사용하는 표준 액티브 매트릭스 액정 디스플레이 레이아웃(150)을 개략적으로 도시하고 있다. 상기 행 버스(152)와 열 버스(154)는 화소 영역(156)과 전기적으로 소통하여(공지 기술) 액티브 매트릭스 액정 디스플레이 레이아웃(150)을 형성한다. 이와 같이, 본 발명의 알루미늄 함유막은 집적회로, 액티브 매트릭스 액정 디스플레이, 또는 박막 트랜지스터 액정 디스플레이와 같은 반도체 디바이스의 도전성 콤포넌트로서 사용될 수 있다.
본 발명의 세부적인 양호한 실시예에 대하여 설명하였지만, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명은 상술한 세부적인 특정 사항들에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위와 개념을 벗어나지 않고 다양하게 변경할 수 있음이 명백하다.

Claims (107)

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  74. 내부에 알루미늄 함유 타겟을 포함하는 진공 증착 챔버내에 기판을 위치시키는 단계와,
    상기 진공 증착 챔버를 진공화하는 단계와,
    상기 기판과 상기 알루미늄 함유 타겟 사이에 전기장을 적용하는 단계와,
    아르곤 가스, 수소 가스 및 산소 가스를 상기 진공 증착 챔버내로 도입하는 단계, 및
    상기 기판상에 적어도 극미량의 산소 함량을 갖는 알루미늄으로 본질적으로 이루어진 힐록이 없는 알루미늄 함유막을 형성하는 단계를 포함하는 힐록이 없는 알루미늄 함유막의 형성방법.
  75. 제 74 항에 있어서, 상기 진공 증착 챔버를 0.5 내지 2.5 mtorr 사이의 압력으로 유지하는 단계를 부가로 포함하는 힐록이 없는 알루미늄 함유막의 형성방법.
  76. 제 74 항에 있어서, 상기 아르곤 가스는 분당 25 내지 90 표준 입방 센티미터(sccm) 사이의 유량으로 상기 진공 증착 챔버내로 공급되는 힐록이 없는 알루미늄 함유막의 형성방법.
  77. 제 74 항에 있어서, 상기 수소 가스는 분당 50 내지 400 표준 입방 센티미터 사이의 유량으로 상기 진공 증착 챔버내로 공급되는 힐록이 없는 알루미늄 함유막의 형성방법.
  78. 제 74 항에 있어서, 상기 산소 가스는 분당 0.25 내지 2 표준 입방 센티미터 사이의 유량으로 상기 진공 증착 챔버내로 공급되는 힐록이 없는 알루미늄 함유막의 형성방법.
  79. 제 74 항에 있어서, 수소 가스에 대한 아르곤 가스의 비율은 1:1 내지 1:6 사이인 힐록이 없는 알루미늄 함유막의 형성방법.
  80. 제 74 항에 있어서, 상기 알루미늄 함유 타겟과 상기 기판 사이에 전기장을 적용하는 단계는 상기 알루미늄 함유 타겟에 일 극성의 직류 전력을 적용하고 상기 기판에 반대 극성의 직류 전력을 적용하는 단계를 포함하는 힐록이 없는 알루미늄 함유막의 형성방법.
  81. 제 80 항에 있어서, 상기 직류 전력은 1 내지 4 KW 사이인 힐록이 없는 알루미늄 함유막의 형성방법.
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  87. 힐록이 없는 알루미늄 함유막으로 형성된 적어도 하나의 도전성 콤포넌트를 구비하는 반도체 디바이스로서,
    상기 힐록이 없는 알루미늄 함유막은,
    내부에 알루미늄 함유 타겟을 포함하는 진공 증착 챔버내에 기판을 위치시키는 단계와,
    상기 진공 증착 챔버를 진공화하는 단계와,
    상기 기판과 상기 알루미늄 함유 타겟 사이에 전기장을 적용하는 단계와,
    상기 진공 증착 챔버 내로 아르곤 가스, 수소 가스 및 산소 가스를 도입하는 단계, 및
    상기 기판상에 적어도 극미량의 산소 함량을 갖는 알루미늄으로 본질적으로 이루어지는 힐록이 없는 알루미늄 함유막을 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 형성되는 반도체 디바이스.
  88. 제 87 항에 있어서, 상기 힐록이 없는 알루미늄 함유막은 상기 진공 증착 챔버를 0.5 내지 2.5 mtorr 사이의 압력으로 유지하는 단계를 부가로 포함하는 방법에 의해 형성되는 반도체 디바이스.
  89. 제 87 항에 있어서, 상기 아르곤 가스는 분당 25 내지 90 표준 입방 센티미터(sccm) 사이의 유량으로 상기 진공 증착 챔버내로 공급되는 반도체 디바이스.
  90. 제 87 항에 있어서, 상기 수소 가스는 분당 50 내지 400 표준 입방 센티미터 사이의 유량으로 상기 진공 증착 챔버내로 공급되는 반도체 디바이스.
  91. 제 87 항에 있어서, 상기 산소 가스는 분당 0.25 내지 2 표준 입방 센티미터 사이의 유량으로 상기 진공 증착 챔버내로 공급되는 반도체 디바이스.
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  96. 힐록이 없는 알루미늄 함유막으로 형성되는 적어도 하나의 도전성 콤포넌트를 구비하는 평면 패널 디스플레이로서,
    상기 힐록이 없는 알루미늄 함유막은,
    내부에 알루미늄 함유 타겟을 포함하는 진공 증착 챔버내에 기판을 위치시키는 단계와,
    상기 진공 증착 챔버를 진공화하는 단계와,
    상기 기판과 상기 알루미늄 함유 타겟 사이에 전기장을 적용하는 단계와,
    상기 진공 증착 챔버 내로 아르곤 가스, 수소 가스 및 산소 가스를 도입하는 단계, 및
    상기 기판상에 적어도 극미량의 산소 함량을 갖는 알루미늄으로 본질적으로 이루어지는 힐록이 없는 알루미늄 함유막을 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 형성되는 평면 패널 디스플레이.
  97. 제 96 항에 있어서, 상기 힐록이 없는 알루미늄 함유막은 상기 진공 증착 챔버를 0.5 내지 2.5 mtorr 사이의 압력으로 유지하는 단계를 부가로 포함하는 방법에 의해 형성되는 평면 패널 디스플레이.
  98. 제 96 항에 있어서, 상기 아르곤 가스는 분당 25 내지 90 표준 입방 센티미터(sccm) 사이의 유량으로 상기 진공 증착 챔버내로 공급되는 평면 패널 디스플레이.
  99. 제 96 항에 있어서, 상기 수소 가스는 분당 50 내지 400 표준 입방 센티미터 사이의 유량으로 상기 진공 증착 챔버내로 공급되는 평면 패널 디스플레이.
  100. 제 96 항에 있어서, 상기 산소 가스는 분당 0.25 내지 2 표준 입방 센티미터 사이의 유량으로 상기 진공 증착 챔버내로 공급되는 평면 패널 디스플레이.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0108782D0 (en) 2001-04-07 2001-05-30 Trikon Holdings Ltd Methods and apparatus for forming precursors
JP4729661B2 (ja) * 2003-07-11 2011-07-20 奇美電子股▲ふん▼有限公司 ヒロックが無いアルミニウム層及びその形成方法
JP2009299160A (ja) * 2008-06-16 2009-12-24 Kobe Steel Ltd 導電性アルミニウム薄膜

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3631304A (en) * 1970-05-26 1971-12-28 Cogar Corp Semiconductor device, electrical conductor and fabrication methods therefor
US4348886A (en) * 1980-11-19 1982-09-14 Rca Corporation Monitor for oxygen concentration in aluminum-based films

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3717564A (en) * 1971-10-01 1973-02-20 Cogar Corp Fabrication method for making an aluminum alloy having a high resistance to electromigration
US4302498A (en) * 1980-10-28 1981-11-24 Rca Corporation Laminated conducting film on an integrated circuit substrate and method of forming the laminate
JPH01169759A (ja) * 1987-12-24 1989-07-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd 情報記録担体
US5367179A (en) * 1990-04-25 1994-11-22 Casio Computer Co., Ltd. Thin-film transistor having electrodes made of aluminum, and an active matrix panel using same
EP0855451A4 (en) * 1995-10-12 1999-10-06 Toshiba Kk WIRING FILM, ION BOMBING SPRAYING TARGET FOR FORMING THIS FILM AND ELECTRONIC COMPONENT COMPRISING THIS FILM
US6057238A (en) * 1998-03-20 2000-05-02 Micron Technology, Inc. Method of using hydrogen and oxygen gas in sputter deposition of aluminum-containing films and aluminum-containing films derived therefrom

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3631304A (en) * 1970-05-26 1971-12-28 Cogar Corp Semiconductor device, electrical conductor and fabrication methods therefor
US4348886A (en) * 1980-11-19 1982-09-14 Rca Corporation Monitor for oxygen concentration in aluminum-based films

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