KR101209019B1 - 박막 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
반응성 스퍼터링에 의해 산화물막을 형성할 때에, 다음 공정에서 CVD법에 의한 박막 형성이 행해지는 경우에도, 기판과의 계면 부근의 산소 농도의 저하를 방지하여 기판과 산화물막의 밀착강도 저하를 초래하지 않는 박막 형성 방법을 제공한다. 진공 분위기 중의 스퍼터실(11a) 내에 스퍼터 가스 및 반응 가스를 도입하면서, 스퍼터실 내에서 처리될 기판(S)에 대향시켜 배치한 타겟(41a 내지 41h)에 전력을 투입하고, 플라즈마 분위기 중의 이온으로 타켓을 스퍼터링하고, 반응성 스퍼터링에 의해 기판 표면에 소정의 박막을 형성하는 경우에, 박막이 소정의 막 두께에 이를 때까지의 동안에 반응 가스 성분의 함유 농도가 높은 영역을 형성한다.
Description
본 발명은, 스퍼터링법에 의해 처리해야 할 기판 표면에 소정의 박막을 형성하기 위한 박막 형성 방법에 관한 것이다.
글래스나 실리콘 웨이퍼 등의 기판 표면에 소정의 박막을 형성하는 방법의 하나로서 스퍼터링(이하, 「스퍼터」라고 한다) 법이 있다. 이 스퍼터법은, 플라즈마 분위기 중의 이온을, 기판 표면에 형성하고자 하는 박막의 조성에 따라 제작한 타겟을 향해 가속 충격시켜, 스퍼터 입자(타겟 원자)를 비산시키고, 기판 표면에 부착, 퇴적시켜 소정의 박막을 형성하는 것이다. 그때, 산소나 질소 등의 반응 가스를 동시에 도입하여, 반응성 스퍼터에 의해 해당 박막을 얻는 것이 있다.
이러한 스퍼터법에 의한 박막 형성 방법은, 근년, TFT(박막 트랜지스터)를 이용한 액정 디스플레이(FPD)의 제조 공정에 있어서, 글래스 기판 표면에, 예를 들면 게이트 전극으로서 전기 전도 특성이 좋은 Cu 등의 금속막을 형성하는 것에도 이용되고 있다.
여기서, 글래스 기판 표면에 Cu막을 직접 형성할 때, 글래스 표면에 대한 해당 Cu막의 밀착성을 높이는 것이 큰 과제가 되고 있다. 이러한 과제의 해결 방법의 하나로서, 기판 표면에, 소결 조제인 산화물을 노출시킨 후, 스퍼터링 법 등의 PVD법으로 Cu막을 형성하여, 기판 표층에 노출한 소결 조제로 된 산화물에 대한 구리의 높은 밀착 강도를 확보하는 방법이 특허 문헌 1에 알려져 있다.
그런데, TFT 기판의 제작 공정에서 글래스 기판 표면에 Cu로 된 게이트 전극을 형성하는 경우, 상기 특허 문헌 1에 기재된 방법에 따라, 반응성 스퍼터에 의해 Cu 함유의 산화물막 및 스퍼터에 의해 Cu 함유의 금속막을 형성하게 된다. 하지만, 상기 게이트 전극을 얻은 후, 다음 공정에서 해당 게이트 전극상에는 일반적으로 플라즈마 CVD법을 이용해 SiNx로 이루어진 절연막이 형성된다. 이 플라즈마 CVD법에 의한 박막 형성에 즈음해서는, 처리실 내에 도입되는 프로세스 가스로서 N2, NH3 및 SiH4의 혼합 가스가 이용된다.
이와 같이 CVD법에 의해 박막을 형성하면, 플라즈마의 복사열 등에 의해 글래스 기판이 가열되므로 산화물막 중의 산소가 확산하는 한편, 플라즈마에서 분해된 수소나 NH3, SiH4에 의해 환원되어 막 바깥으로 방출되고, 그 결과, 산화물막 중의 산소 농도(반응성 가스 성분의 함유 농도)가 저하된다. 그때 글래스 기판과의 계면 부근에서의 산소 농도가 소정의 역치까지 저하하면, 밀착 강도가 현저히 저하하는 문제가 있다. 이 경우, 산화물막 형성시에 막중의 산소 농도를 높여 두는 것을 생각할 수 있지만, 이것으로는 산화물막의 비저항값이 너무 높아진다.
그래서, 본 발명의 과제는, 상기 사항에 비추어, 다음 공정에 있어서 CVD법에 의한 박막 형성을 하는 것과 같은 경우에도, 글래스 기판과의 계면 부근의 산소 농도의 저하를 방지해 기판과 산화물막의 밀착 강도 저하를 일으키지 않는 박막 형성 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 1에 기재된 박막 형성 방법은, 진공 분위기 중의 스퍼터실 내에 스퍼터 가스 및 반응 가스를 도입하면서, 스퍼터실 내에서 처리해야 할 기판에 대향시켜 배치한 타겟에 전력을 투입하고, 플라즈마 분위기 중의 이온으로 타겟을 스퍼터링 하여 반응성 스퍼터링에 의해 기판 표면에 소정의 박막을 형성하는 박막 형성 방법에 있어서, 상기 박막이 소정의 막 두께에 이를 때까지의 동안에 반응 가스 성분의 함유 농도가 높은 영역을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 상기 박막이 소정의 막 두께에 이를 때까지의 동안에 반응 가스 성분의 함유 농도가 높은 영역을 형성하고, 해당 박막 중에서 기판의 계면으로부터 막 두께 증가 방향을 향해 반응 가스 성분의 함유 농도에 구배가 생기기 때문에, 예를 들면 산화물막을 형성한 글래스 기판에 대해, 다음 공정에서 확산과 환원 반응이 일어날 조건하에서 소정의 처리가 실시되어도, 산화물막과 기판과의 계면 부근에서의 산소의 확산이 억제되어 해당 계면 부근에서의 산소 농도의 저하가 방지된다.
본 발명에 있어서는, 상기 함유 농도가 높은 영역의 형성을, 스퍼터링 중에, 스퍼터실에 도입되는 반응 가스의 유량을 일정하게 유지하면서, 타겟에의 투입 전력을 고전력에서 저전력으로 전환하는 것으로 하면, 기존의 스퍼터링 장치의 전원의 제어를 바꾸는 것만으로, 소정의 막 두께로 박막을 형성하는 도중에 있어서 스퍼터율을 저하시켜 막중의 반응 가스 성분의 함유 농도를 높이는 것을 실현할 수 있다.
또, 상기 투입 전력의 전환을 일정한 주기로 실시하면, 함유 농도가 높은 영역을 국소적으로 복수 형성할 수 있고, 또한 저전력시의 스퍼터 시간을 짧게 하면, 소정의 막 두께로 박막을 형성하기 위한 스퍼터 시간이 길어지는 것을 억제할 수도 있다.
상기 함유 농도가 높은 영역의 형성을, 스퍼터링 중에, 타겟에의 투입 전력을 일정하게 유지하면서, 스퍼터실에 도입되는 반응 가스의 유량을 저유량에서 고유량으로 전환하는 것으로 실시하는 구성을 택해도 좋다.
이 경우, 상기 반응 가스 유량의 전환을 일정한 주기로 실시하도록 해도 좋다.
게다가 본 발명에 있어서는, 면적이 큰 기판에 대해서 효율적으로 소정의 박막을 형성하기 위해, 상기 타겟을 스퍼터실 내에 소정의 간격을 두어 병설한 동일 조성을 가지는 복수 매의 타겟으로 구성하고, 상기 반응 가스를 타겟의 배면 측의 공간에서 일단 확산시킨 후, 각 타겟 상호간의 간극을 통해 기판을 향해 공급할 수 있다. 이것에 의해, 간단한 구성으로, 기판에 대해서 반응 가스가 치우쳐 도입되는 것을 방지할 수 있어, 기판 면내에서 반응성에 편차가 생겨 기판 면내에서 비저항값 등의 막질이 불균일해지는 것을 방지할 수 있다.
덧붙여, 반응 가스로 산소가 함유된 것을 이용해, 상기 청구항 1 내지 청구항 6의 어느 한 항에 기재된 박막 형성 방법에 의해 기판 표면에 Cu 함유의 산화물막을 형성하는 공정과, 이 산화물막 표면에 PVD법에 의해 Cu 함유의 금속막을 형성하는 공정과, 이 금속막 표면에, 소정의 공정 가스를 이용해 CVD법에 의해 절연막을 형성하는 공정을 포함한 박막 형성 방법으로 적용할 수 있다.
이것에 의해, TFT 기판의 제작 공정에 있어서, 본 발명의 박막 형성 방법을 적용해 Cu 함유의 산화물막을 형성한 후, Cu 함유의 금속막을 적층하여 게이트 전극을 형성하고, 다음 공정에서 플라즈마 CVD법을 이용해 SiNx로 이루어진 절연막을 형성하는 경우에, 기판의 계면 부근에서의 산소 농도의 저하를 방지하고, 기판 표면에 형성한 산화물에 대한 구리의 높은 밀착 강도를 확보할 수 있다. 그에 더해, 박막 형성의 도중에 산소 농도가 높은 영역을 형성하고 있을 뿐으로, 해당 산화물막의 비저항값은 그리 높아지는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 박막 형성 방법을 실시하는 스퍼터 장치의 모식적 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 스퍼터 장치에 이용하는 교류 전원의 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 TFT 기판 제작 공정에 있어서의 박막 형성을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 박막 형성 방법을 실시하는 경우의 투입 전력과 반응 가스 유량의 제어를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 박막 형성 방법을 실시하는 경우의 투입 전력과 반응 가스 유량의 제어의 변형예를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 박막 형성 방법을 실시하는 경우의 투입 전력과 반응 가스 유량의 제어의 변형예를 설명하는 도면이다.
도 7은 실시예 1로 제작한 시료의 박막 형성 조건과 비저항값 및 밀착성의 시험 결과를 나타내는 표이다.
도 2는 도 1에 나타낸 스퍼터 장치에 이용하는 교류 전원의 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 TFT 기판 제작 공정에 있어서의 박막 형성을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 박막 형성 방법을 실시하는 경우의 투입 전력과 반응 가스 유량의 제어를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 박막 형성 방법을 실시하는 경우의 투입 전력과 반응 가스 유량의 제어의 변형예를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 박막 형성 방법을 실시하는 경우의 투입 전력과 반응 가스 유량의 제어의 변형예를 설명하는 도면이다.
도 7은 실시예 1로 제작한 시료의 박막 형성 조건과 비저항값 및 밀착성의 시험 결과를 나타내는 표이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 1은, 본 발명의 마그네트론 방식의 스퍼터링 장치(이하, 「스퍼터 장치」라 한다)이다. 스퍼터 장치(1)는 인라인식이며, 로터리 펌프, 터보 분자 펌프 등의 진공 배기 수단(도시하지 않음)을 개입시켜 소정의 진공도로 유지할 수 있는 진공 챔버(11)를 가진다. 진공 챔버(11)의 상부에는 기판 반송 수단(2)이 설치되어 있다. 이 기판 반송 수단(2)은 공지의 구조를 가지고, 글래스 기판 등의 기판(S)이 장착되는 캐리어(21)를 가지며, 도시되지 않은 구동 수단을 간헐적으로 구동시켜 후술하는 타겟에 대향한 위치에 기판(S)을 순차 반송할 수 있다.
진공 챔버(11) 내에는, 타겟에 대향한 위치에 반송되어 온 기판(S)에 대해 스퍼터에 의해 소정의 박막을 형성할 때, 캐리어(21) 표면이나 진공 챔버(11) 측벽 등에 스퍼터 입자가 부착하는 것을 방지하기 위해, 기판 반송 수단(2)과 타겟 사이에 위치시켜 기판(S)이 면하는 개구(31a)가 형성된 제1의 쉴드(shield, 31)가 설치되고, 제1의 쉴드(31)의 하단은, 후술하는 제2의 쉴드의 근방까지 연장하고 있다. 그리고, 진공 챔버(11)의 아래쪽에는, 음극 전극(C)이 배치되어 있다.
음극 전극(C)은, 대면적 기판(S)에 대해 효율적으로 박막 형성을 할 수 있도록, 기판(S)에 대향시켜 등간격으로 배치한 복수 매(본 실시의 형태에서는 8매)의 타겟(41a 내지 41h)을 가진다. 각 타겟(41a 내지 41h)은, Cu, Al, Ti, Mo 또는 이러한 합금이나 인듐 및 주석의 산화물(ITO) 등, 기판(S) 표면에 형성하려고 하는 박막의 조성에 따라 공지의 방법으로 제작되고, 예를 들면, 거의 직방체(위에서 보면 직사각형) 등과 같은 형상으로 형성되어 있다. 각 타겟(41a 내지 41h)은, 스퍼터 중, 타겟(41a 내지 41h)을 냉각하는 배킹 플레이트(42)에, 인듐이나 주석 등의 본딩재를 넣어 접합되어 있다.
각 타겟(41a 내지 41h)은, 사용하지 않았을 때의 스퍼터면(411)이 기판(S)에 평행한 동일 평면상에 위치하도록, 절연부재를 개입시켜 음극 전극(C)의 프레임 (도시하지 않음)에 설치되어 있다. 또, 병설한 타겟(41a 내지 41h)의 주위에는, 제2의 쉴드(32)가 배치되어 진공 챔버(11) 내에서 제1 및 제2의 쉴드(31, 32)로 둘러싼 공간이 스퍼터실(11a)을 구성한다.
또, 음극 전극(C)은, 타겟(41a 내지 41h)의 후방(스퍼터면(411)과 배향하는 측)에 각각 위치하는 자석 조립체(5)를 가진다. 동일 구조의 각 자석 조립체(5)는, 각 타겟(41a 내지 41h)에 평행하게 설치된 지지판(요크, 51)을 가진다. 타겟(41a 내지 41h)이 정면에서 보아 직사각형일 때, 지지판(51)은 각 타겟(41a 내지 41h)의 가로폭보다 작고 타겟(41a 내지 41h)의 긴 방향을 따라 그 양측으로 연장하도록 형성한 직사각형의 평판으로 구성되고, 자석의 흡착력을 증폭하는 자성 재료제이다. 지지판(51) 위에는, 그 중앙부에서 긴 방향을 따라 선상으로 배치한 중앙 자석(52)과 중앙 자석(52)의 주위를 둘러싸듯이, 지지판(51)의 외주를 따라 배치한 주변 자석(53)이 스퍼터면(411) 측의 극성을 바꾸어 설치되어 있다.
중앙 자석(52)의 동자화로 환산했을 때의 체적은, 예를 들면 주변 자석(53)의 동자화로 환산했을 때의 체적의 합(주변 자석 : 중심 자석 : 주변 자석 = 1 : 2 : 1)에 동일해지도록 설계되어, 각 타겟(41a 내지 41h)의 스퍼터면(411)의 전방에 균형 잡힌 폐루프의 터널 모양의 자속이 각각 형성된다. 이것에 의해, 각 타겟(41a 내지 41h)의 전방(스퍼터면(411)) 측에서 전리된 전자 및 스퍼터링에 의해 생긴 2차 전자를 포착하는 것에 의해, 각 타겟(41a 내지 41h) 전방에서의 전자 밀도를 높여 플라즈마 밀도가 높아지고, 스퍼터율을 높일 수 있다.
각 자석 조립체(5)는, 모터나 에어 실린더 등으로 구성되는 구동 수단(D)의 구동축(D1)에 각각 연결되어, 타겟(41a 내지 41h)의 병설 방향에 따른 2개의 위치 사이에서 평행 또한 등속으로 일체로 왕복 이동할 수 있다. 이것에 의해, 스퍼터율이 높아지는 영역을 바꾸어 각 타겟(41a 내지 41h)의 전면에 걸쳐 균등하게 침식 영역을 얻을 수 있다.
각 타겟(41a 내지 41h)은, 서로 이웃하는 2매로 한 쌍의 타겟(41a와 41b, 41c와 41d, 41e와 41f, 41g와 41h)을 구성하고, 한 쌍의 타겟마다 할당하여 교류 전원(E1 내지 E4)이 설치되고, 교류 전원(E1 내지 E4)으로부터의 출력 케이블(K1, K2)이 한 쌍의 타겟(41a, 41b, 41c 및 41d, 41e 및 41f, 41g 및 41h)에 접속되어 있다. 그리고, 교류 전원(E1 내지 E4)에 의해, 각 한 쌍의 타겟(41a 내지 41h)에 대해 교대로 극성을 바꾸어 교류 전압이 인가된다.
교류 전원(E1 내지 E4)은 동일 구조이며, 전력의 공급을 가능케 하는 전력 공급부(6)와, 소정의 주파수에서 교대로 극성을 바꾸어 교류 전압을 한 쌍의 타겟(41a, 41b, 41c 및 41d, 41e 및 41f, 41g 및 41h)로 출력하는 발진부(7)로 구성된다. 각 타겟(41a 내지 41h)에의 출력전압의 파형에 대해서는, 거의 정현파이지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 거의 방형파라도 좋다. 이하에서 교류 전원(E1)의 구성에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.
전력 공급부(6)는, 그 작동을 제어하는 제1의 CPU 회로(61)와, 상용의 교류 전력(3상 AC200V 또는 400V)이 입력되는 입력부(62)와, 입력된 교류 전력을 정류하여 직류 전력으로 변환하는 6개의 다이오드(63)를 가지고, 직류 전력 라인(64a, 64b)을 개입시켜 직류 전력을 발진부(7)로 출력한다.
또, 전력 공급부(6)에는, 직류 전력 라인(64a, 64b) 사이에 설치된 스위칭 트랜지스터(65)와, 제1의 CPU 회로(61)에 통신 자유롭게 접속되어 스위칭 트랜지스터(65)의 작동을 제어하여 발진부(7)로의 출력 전압 또는 출력 전류를 제어하는 제1의 드라이버 회로(66a) 및 제1의 PMW 제어 회로(66b)가 설치되고, 그 출력 전압 또는 출력 전류에 의해 한 쌍의 타겟(41a, 41b) 간의 투입 전력이 결정된다. 이 경우, 전류 검출 센서 및 전압 검출 변압기를 가지고, 직류 전력 라인(64a, 64b) 사이의 전류, 전압을 검출하는 검출 회로(67a) 및 AD 변환 회로(67b)가 설치되어 검출 회로(67a) 및 AD 변환 회로(67b)를 개입시켜 CPU 회로(61)에 입력되도록 되어 있다.
한편, 발진부(7)에는, 제1의 CPU 회로(61)에 통신 자유롭게 접속된 제2의 CPU 회로(71)와, 직류 전력 라인(64a, 64b) 사이에 설치된 발진용 스위치 회로(72)를 구성하는 4개의 제1 내지 제4의 스위칭 트랜지스터(72a, 72b, 72c, 72d)와, 제2의 CPU 회로(71)에 통신 자유롭게 접속되어 각 스위칭 트랜지스터(72a, 72b, 72c, 72d)의 작동을 제어하는 제2의 드라이버 회로(73a) 및 제2의 PMW 제어 회로(73b)가 설치되어 있다.
그리고, 제2의 드라이버 회로(73a) 및 제2의 PMW 제어 회로(73b)에 의해, 예를 들면 제1 및 제4의 스위칭 트랜지스터(72a, 72d)와, 제2 및 제3의 스위칭 트랜지스터(72b, 72c)의 온/오프의 타이밍이 반전하도록, 각 스위칭 트랜지스터(72a, 72b, 72c, 72d)의 작동을 제어하면, 발진용 스위치 회로(72)로부터의 교류 전력 라인(74a, 74b)을 개입시켜 정현파의 교류 전력을 출력할 수 있다. 발진 전압, 발진 전류를 검출하는 검출 회로(75a) 및 AD 변환 회로(75b)가 설치되어 검출 회로(75a) 및 AD 변환 회로(75b)를 개입시켜 제2의 CPU 회로(71)에 입력되도록 되어 있다.
교류 전력 라인(74a, 74b)은, 직렬 혹은 병렬, 또는 이것들을 조합한 공진용 LC 회로를 거쳐 공지의 구조를 가지는 출력 변압기(76)에 접속되고, 출력 변압기(76)로부터의 출력 케이블(K1, K2)이 한 쌍의 타겟(41a, 41b)에 각각 접속되어 있다. 이 경우, 전류 검출 센서 및 전압 검출 변압기를 가지고, 한 쌍의 타겟(41a, 41b)에의 출력 전압, 출력 전류를 검출하는 검출 회로(77a) 및 AD 변환 회로(77b)가 설치되어, 검출 회로(77a) 및 AD 변환 회로(77b)를 개입시켜 제2의 CPU 회로(71)에 입력되도록 되어 있다. 이것에 의해, 스퍼터링 중, 교류 전원(E1 내지 E4)을 개입시켜 일정한 주파수로 교대로 극성을 바꾸어 한 쌍의 타겟(41a, 41b)에 임의로 설정한 일정한 전력을 투입할 수 있다.
또한, 각 교류 전원(E1 내지 E4)의 제1의 CPU 회로(61)는, 서로 통신 자유롭게 접속되어 있어, 어느 한 개의 CPU 회로(61)로부터의 출력 신호로, 각 교류 전원(E1 내지 E4)이 동기하여 운전된다.
또, 진공 챔버(11)에는, Ar 등의 희가스로 된 스퍼터 가스와, 기판(S) 표면에 형성하려고 하는 박막의 조성에 따라 적절히 선택되는 산소나 질소 등의 반응 가스를 스퍼터실 내에 도입하는 가스 도입 수단(8)이 설치되어 있다(도 1 참조). 가스 도입 수단(8)은, 진공 챔버(11)의 측벽에 설치된 가스관(81)을 가지고, 가스관(81)은, 매스 플로우 컨트롤러(82a, 82b)를 개입시켜 스퍼터 가스 및 반응 가스의 가스원(83a, 83b)에 각각 연통하고 있다.
또, 가스관(81) 중 반응 가스의 공급에 이용되는 부분은, 매스 플로우 컨트롤러(82b)의 하류 측에서 분기되어 각 타겟(41a 내지 41h)으로부터 떨어져서 각 자석 조립체(5)의 배면 측에서 타겟(41a 내지 41h)의 병설방향으로 각 타겟의 중심을 통해 연장하는 1개의 가스 공급관(84)에 접속되어 있다. 가스 공급관(84)은, 병설한 타겟(41a 내지 41h)의 전체 폭과 동등 또는 길어지도록 치수를 정하고, 그 타겟(41a 내지 41h) 측의 면에는, 각 타겟(41a 내지 41h) 상호간의 간극 하부에 위치시켜 복수개의 분사구(84a)가 형성되어 있다.
그리고, 매스 플로우 컨트롤러(82a, 82b)를 작동시키면, 스퍼터 가스는, 제1및 제2의 각 쉴드(31, 32) 사이 및 제1의 쉴드(31) 및 기판 반송 수단(2) 사이의 간극을 통해 스퍼터실(11a)에 도입된다. 반응 가스는, 주로 각 타겟(41a 내지 41h)의 배면 측의 공간에서 일단 확산되고, 각 타겟(41a 내지 41h) 상호간의 각 간극을 통해 기판(S)으로 향해 공급되게 된다. 이것에 의해, 기판(S)에 대해서 반응 가스가 치우쳐 공급되지 않고, 기판(S)의 타겟(41a 내지 41h) 측의 공간에서 반응 가스가 거의 균등하게 존재하여, 이 반응 가스가 기판(S)을 향해 타겟(41a 내지 41h)으로부터 비산하여 플라즈마에 의해 활성화된 스퍼터 입자와 반응하여 기판 표면에 부착 퇴적한다. 그 결과, 기판(S) 면내에서 반응성에 편차가 생겨 기판(S) 면내에서 비저항값 등의 막질이 불균일해지는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 박막 형성 방법의 일례로서, TFT 기판의 제작 공정에서 이용되는 글래스 기판 표면에의 Cu 함유의 산화물막, Cu함유의 금속막 및, SiNx로 이루어진 절연막의 형성(도 3 참조)에 대해 설명한다.
도 1에 나타낸 스퍼터 장치(1)를 이용해 우선 글래스 기판(S) 표면에 Cu 함유의 산화물막을 형성한다. 이 경우, 타겟(41a 내지 41h)으로서 Cu에 Mg를 첨가한 Cu 합금 타겟을 이용한다.
다음으로, 진공 챔버(11) 내를 소정의 진공도(예를 들면 10-5Pa)까지 배기하고, 기판 반송 수단(2)에 의해 글래스 기판(S)을 타겟(41a 내지 41h)과 대향한 위치에 반송한다. 그리고, 가스 도입 수단(8)을 개입시켜 Ar 가스 및 산소 가스를 일정한 유량으로 스퍼터실(11a) 내로 도입하고, 교류 전원(E1 내지 E4)을 개입시켜 각각 쌍을 이루는 타겟(41a 내지 41h)에 각각 교류 전압(투입 전력은, 예를 들면 20kW)을 인가한다. 투입 전력은, 소정의 막 두께를 얻는데 필요한 스퍼터 시간과 양산성을 고려해 적절히 설정된다. 또, 산소 가스의 가스 유량은, 산화물막 중의 산소 농도에 기인하는 비저항값이 소정의 범위 내의 값이 되도록 적절히 설정된다.
각 타겟(41a 내지 41h)에 전력이 투입되면, 각 타겟(41a 내지 41h)이 양극 전극, 음극 전극으로 교대로 바뀌고, 양극 전극 및 음극 전극 간에 글로우 방전을 일으켜 플라즈마 분위기가 형성된다. 그리고, 플라즈마 분위기 중의 이온이 음극 전극이 된 한 쪽의 타겟(41a 내지 41h)을 향해 가속되어 충격하고, 타겟 원자(스퍼터 입자)가 비산되어 플라즈마에 의해 활성화된 스퍼터 입자와 산소가 반응해 글래스 기판(S) 표면에 부착, 퇴적하여 CuMgO막이 소정의 막 두께로 형성된다.
여기서, 상기 스퍼터 장치(1)에서는, 제1 및 제2의 각 쉴드(31, 32) 및 기판 반송 수단(2)으로 둘러싸여 스퍼터실(11a)을 구성하고 있다. 이 때문에, 스퍼터실(11a)에 도입하는 산소 가스의 유량이 일정하면, 각 타겟(41a 내지 41h)에의 투입 전력에 따라서는, 스퍼터 입자의 비산량에 대한 산소의 공급이 서로 맞지 않게 될 우려가 있다. 이 경우, CuMgO막 중의 산소 농도(막중에서의 반응 가스 성분의 함유 농도)는 그 막 두께가 두꺼워짐에 따라 감소한다(이러한 CuMgO막에서는, 글래스 기판(S)과의 계면부근의 산소가 CuMgO막 표층을 향해 확산되기 쉬워진다).
그래서, 본 실시의 형태에서는, 스퍼터링 중에, 스퍼터실(11a)에 도입되는 반응 가스의 유량을 일정하게 유지하면서, 각 교류 전원(E1 내지 E4)의 PWM 제어 회로(66b)에 의해 스위칭 트랜지스터(65)를 제어하고, 타겟(41a 내지 41h)에의 투입 전력을 통상 스퍼터시의 투입 전력(고전력: 예를 들면 20KkW)으로부터, 통상 스퍼터시의 투입 전력보다 낮은 전력(저전력)으로 전환하도록 했다(도 4 참조). 여기서, 저전력시의 투입 전력은, 통상 스퍼터시의 투입 전력의 5~90%의 범위에서, 바람직하게는, 25%(5kW)로 설정된다. 또, 투입 전력의 전환 시기는, 스퍼터 시간의5~95%의 범위에서 적절히 설정된다.
이것에 의해, CuMgO막이 소정의 막 두께에 이를 때까지의 사이에, 투입 전력을 저전력으로 전환하여 스퍼터 입자의 비산량을 줄이는 것에 의해, 산소 농도가 통상 스퍼터시의 것과 비교해 높아지는 영역이 CuMgO막 중에 형성된다. 덧붙여 투입 전력의 90%를 넘은 전력에서는, 해당 영역이 효과적으로 제작될 수 없고, 또한, 5%보다 작은 전력에서는, 스퍼터 시간이 너무 길어져 양산에 적합하지 않다. 한편으로, 스퍼터 시간의 95%를 넘는 시간에서 전력을 전환한 것에서는, 해당 영역이 효과적으로 제작되지 못하고, 또, 5%보다 짧은 시간으로는 스퍼터 시간이 너무 길어져 양산에 적합하지 않다.
다음으로, CuMgO막이 소정의 막 두께(설정 스퍼터 시간)에 이르면, 산소 가스의 공급을 정지함과 아울러, 타겟(41a 내지 41h)에의 투입 전력을 고전력으로 재차 전환한다. 이것에 의해, CuMgO막 표면에는, 비산한 타겟 원자가 부착, 퇴적하여, Cu 함유의 금속막인 CuMg막이 소정의 막 두께로 형성된다.
다음으로, CuMgO막 및 CuMg막이 소정의 막 두께를 형성한 후, 기판 반송 수단(2)에 의해, 글래스 기판(S)은 도시하지 않은 플라즈마 CVD 장치로 반송되어 SiNx로 이루어진 절연막이 형성된다. 플라즈마 CVD 장치는, 공지의 구조를 가지고, 글래스 기판의 처리 온도를 300℃로 설정하고, 공정 가스로서 N2, NH3 및 SiH4의 혼합 가스가 이용되어 상기 절연막이 형성된다.
여기서, 절연막 형성시에, 플라즈마의 복사열 등으로 글래스 기판(S)이 가열되는 것에 의해 CuMgO막 중의 산소가 확산하는 한편, 플라즈마로 분해된 수소나 NH3, SiH4에 의해 환원되어 막 바깥으로 방출된다. 하지만, CuMgO막에, 산소 농도가 높은 영역을 존재시켜 해당 박막 중에 글래스 기판(S)과의 계면으로부터 막 두께 증가 방향을 향해 농도 구배가 생기게 하기 때문에, CuMgO막과 글래스 기판(S)의 계면 부근에서의 산소의 확산이 억제되어 해당 계면 부근에서의 산소 농도의 저하가 방지된다. 그 결과, 기판 표면에 형성한 산화물에 대한 구리의 높은 밀착 강도를 확보할 수 있다. 거기에 더해, CuMgO막의 형성 도중에 산소 농도를 높인 것뿐 이므로, CuMgO막의 비저항값이 그리 높아지는 것은 아니다.
또한, 본 실시 형태에서는, 스퍼터링 중에, 스퍼터실(11a)에 도입되는 반응 가스의 유량을 일정하게 유지하면서, 타겟(41a 내지 41h)으로의 투입 전력을 고전력에서 저전력으로 전환하게 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 교류 전원(E1 내지 E4)으로부터의 투입 전력을 고전력 및 저전력이 펄스 형상으로 교대로 전환하도록 해도 좋다(도 5 참조). 이것에 의해, 절연막 중에, 산소 농도가 국소적으로 높은 영역이 소정의 주기로 형성되어 좋다. 그때, 소정의 막 두께에서 CuMgO막을 얻을 때까지의 스퍼터 시간이 길어지지 않도록, 저전력 시의 투입 전력과 스퍼터 시간이 적절히 설정되지만, CuMgO막 중에서 얻고 싶은 산소 농도에 따라서는, 스퍼터 시간이 길어지지 않는 범위에서 저전력 시의 투입 전력을 0으로 해도 괜찮다.
또, 본 실시 형태에서는, 스퍼터링 중에, 스퍼터실(11a)에 도입되는 반응 가스의 유량을 일정하게 유지하면서 타겟(41a 내지 41h)에의 투입 전력을 전환하도록 했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 매스 플로우 컨트롤러(82a, 82b)를 제어해 산소 가스의 유량을 통상 스퍼터시의 가스 유량(저유량: 10~500sccm)에서, 통상 스퍼터시의 투입 전력보다 많은 유량(고유량: 500~1000sccm)으로 전환하도록 해도 괜찮다(도 6 참조). 그때, 상기 반응 가스 공급량의 증가를 일정한 주기로 실시하도록 해도 괜찮다.
게다가, 본 실시 형태에서는, TFT 기판의 제작 공정에서 이용되는 글래스 기판 표면에의 Cu 함유의 산화물막, Cu 함유의 금속막 및, SiNx로 이루어진 절연막의 형성을 예로 들어 설명했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, TFT 기판의 소스나 드레인으로서 소정의 금속막을 형성하는 것과 같은 경우에도 적용할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예 1에서는, 도 1에 나타낸 스퍼터 장치(1)를 이용해 반응성 스퍼터링에 의해 글래스 기판(S)에 CuMgO막을 형성했다. 이 경우, 타겟으로서 조성이 0.7wt%의 CuMg를 이용해 공지의 방법으로 성형하여 배킹 플레이트(32)에 접합했다.
반응성 스퍼터 조건으로서, 매스 플로우 컨트롤러를 제어해 Ar 가스의 가스 유량을 890sccm, 산소 가스의 유량을 240~700sccm의 범위로 설정하여 진공 챔버 내에 도입했다. 그리고, 고전력 시의 투입 전력을 20kW, 저전력시의 투입 전력을 5kW로 설정하고, 투입 전력을 적절히 전환하여 300Å의 막 두께를 얻을 수 있도록 스퍼터 시간을 설정했다.
여기서, 시료 #1 및 #2는 투입 전력을 고전력으로 일정하게 유지하고, 산소 가스의 유량을 변화시킨 것이며(비교예), 시료 #3은, 투입 전력을 저전력으로 일정하게 유지한 것이다(비교예). 한편, 시료 #4 내지 #6은, 투입 전력을 고전력과 저전력으로 적절히 전환했을 때의 것이다(실시예). 또한, 시료 #4에서는, 고전력으로 150Å, 저전력으로 150Å의 막 두께를 얻을 수 있도록 전력 전환 시기를 설정했다(도 4 참조).
이어서, 상기 조건으로 글래스 기판 표면에 CuMgO막을 형성한 시료 #1 내지 #6에 대해, 계속해서 상기 스퍼터 장치에 의해 CuMg막을 형성했다. 스퍼터 조건으로서 매스 플로우 컨트롤러를 제어해 Ar 가스의 가스 유량을 890sccm으로 설정하여 진공 챔버 내에 도입했다. 그리고, 투입 전력을 75kW로 설정하고, 3000Å의 막 두께를 얻을 수 있도록 스퍼터 시간을 설정했다.
이어서, CuMgO막 및 CuMg막을 형성한 시료 #1 내지 #6에 대해, 공지의 구조의 플라즈마 CVD 장치에 의해 SiNx막을 형성했다. 플라즈마 CVD의 조건으로서는, 기판 온도를 300℃로 설정하고, 공정 가스로서 N2, NH3 및 SiH4의 혼합 가스를 이용해 3000Å의 막 두께로 형성했다.
도 7은, 상기에 의해 제작한 시료 #1 내지 #6의 CuMgO막 단일막에서의 비저항값과 CuMg/CuMgO 적층막의 밀착성의 관계를 나타내는 표이다. 여기서, 밀착성은, 다음과 같은 소위 테이프 테스트법에 의해 평가했다. 즉, 상기와 같이 하여 얻은 시료 #1 내지 #6에 대해, 다이아몬드 커터에 의해, 수평 방향 및 수직 방향으로 일정 간격으로 각각 10개의 절단 홈선을 설치하고, 계속해서, 이러한 절단 홈선을 마련한 영역에 점착 테이프를 붙여 박리시켰다. 그리고, 절단 홈선으로 둘러싸인 막 가운데, 5% 이하의 면적밖에 테이프에 부착되지 않은 경우에는 밀착성 양호라고 평가했다. 한편, 비저항값은 공지의 방법으로 측정했다.
이것에 의하면, 반응성 스퍼터링 때의 가스 유량이 적으면 충분한 밀착성을 얻지 못하고(시료 #1), 한편으로, 가스 유량이 많아지면, 밀착성은 개량되지만, 비저항값이 높아짐을 알 수 있다(시료 #2). 또, 저전력으로 반응성 스퍼터하면, 충분한 밀착성을 얻을 수 있음과 아울러, 비저항값도 낮게 할 수 있지만, 스퍼터 시간이 32초가 되어 양산에는 적합하지 않다.
그에 대해, 반응성 스퍼터링 때의 투입 전력을 전환하면, 충분한 밀착성을 얻을 수 있음과 아울러 비저항값도 낮게 할 수 있고, 게다가, 스퍼터 시간도 20초로 짧게 할 수 있었다. 특히, 시료 #4에서는, 시료 #2와 비교해 약 1/6의 비저항값으로 할 수 있음을 알 수 있다.
1 스퍼터링 장치
11a 스퍼터실
31, 32 쉴드
41a 내지 41h 타겟
65 스위칭 소자
8 가스 도입 수단
E1 내지 E4 교류 전원
S 기판
11a 스퍼터실
31, 32 쉴드
41a 내지 41h 타겟
65 스위칭 소자
8 가스 도입 수단
E1 내지 E4 교류 전원
S 기판
Claims (7)
- 진공 분위기 중의 스퍼터실 내에 스퍼터 가스 및 산소를 함유하는 반응 가스를 도입하면서, 스퍼터실 내에서 처리해야 할 글래스 기판에 대향시켜 배치한 타겟으로 전력을 투입하여, 플라즈마 분위기 중의 이온으로 타겟을 스퍼터링 하고, 반응성 스퍼터링에 의해 글래스 기판 표면에 Cu 함유의 산화물을 형성하는 박막 형성 방법에 있어서,
스퍼터링 중에 스퍼터실에 도입되는 반응 가스의 유량을 일정하게 유지하면서, 타켓에의 투입 전력을 고전력에서 저전력으로 전환하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법. - 삭제
- 청구항 1에 있어서, 상기 투입 전력의 전환을 일정한 주기로 실시하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 진공 분위기 중의 스퍼터실 내에 스퍼터 가스 및 산소를 함유하는 반응 가스를 도입하면서, 스퍼터실 내에서 처리해야 할 글래스 기판에 대향시켜 배치한 타겟으로 전력을 투입하여, 플라즈마 분위기 중의 이온으로 타겟을 스퍼터링 하고, 반응성 스퍼터링에 의해 글래스 기판 표면에 Cu 함유의 산화물을 형성하는 박막 형성 방법에 있어서,
스퍼터링 중에 타겟에의 투입 전력을 일정하게 유지하면서, 스퍼터실에 도입되는 반응 가스의 유량을 저유량에서 고유량으로 전환하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법. - 청구항 4에 있어서, 상기 반응 가스 공급량의 증가를 일정한 주기로 실시하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 청구항 1 또는 4에 있어서, 상기 타겟을 스퍼터실 내에 소정의 간격을 두고 병설한 동일 조성을 가지는 복수 매의 타겟으로 구성하고, 상기 반응 가스를 타겟의 배면 측의 공간에서 일단 확산시킨 후, 각 타겟 상호 간의 간극을 통해 기판을 향해 공급하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 청구항 1, 청구항 3 내지 5 중 어느 한 항에 있는 박막 형성 방법에 의해 기판 표면에 Cu 함유의 산화물막을 형성하는 공정과, 이 산화물막 표면에 PVD법에 의해 Cu 함유의 금속막을 형성하는 공정과, 이 금속막 표면에 소정의 공정 가스를 이용해 CVD법에 의해 절연막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
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