KR20000031627A - Method for forming thin film on substrate by sputtering - Google Patents

Method for forming thin film on substrate by sputtering Download PDF

Info

Publication number
KR20000031627A
KR20000031627A KR1019980047754A KR19980047754A KR20000031627A KR 20000031627 A KR20000031627 A KR 20000031627A KR 1019980047754 A KR1019980047754 A KR 1019980047754A KR 19980047754 A KR19980047754 A KR 19980047754A KR 20000031627 A KR20000031627 A KR 20000031627A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
thin film
grid
target
oxide
Prior art date
Application number
KR1019980047754A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR100398699B1 (en
Inventor
제정호
도석주
Original Assignee
정명식
학교법인 포항공과대학교
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 정명식, 학교법인 포항공과대학교 filed Critical 정명식
Priority to KR10-1998-0047754A priority Critical patent/KR100398699B1/en
Publication of KR20000031627A publication Critical patent/KR20000031627A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100398699B1 publication Critical patent/KR100398699B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3447Collimators, shutters, apertures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414Targets
    • H01J37/3426Material
    • H01J37/3429Plural materials

Abstract

PURPOSE: A method for forming a thin film on a substrate by a sputtering is provided to minimize that an oxygen negative ion is incident in the inside of a thin film deposited on a substrate and increase an epitaxy degree of the thin film. CONSTITUTION: A method for forming a thin film on a substrate by a sputtering includes steps of disposing a substrate(5) in a vacuum bath(1) to generate a plasma and comprise an oxide target(2), installing a grid(9) over the substrate to mask the substrate from the target, and applying (+)bias to the grid and, simultaneously, generating a plasma including an oxygen plasma in the vacuum bath to deposit an oxide on the substrate using the sputtering method.

Description

스퍼터링에 의해 기판상에 박막을 형성하는 방법Method of Forming Thin Film on Substrate by Sputtering

본 발명은 기판상에 박막을 형성하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판상에 산화물을 스퍼터링 증착하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a thin film on a substrate, and more particularly, to a method and apparatus for sputter deposition of oxide on a substrate.

스퍼터링 증착은 진공조에서 발생시킨 플라즈마내에 존재하는 양이온이 음으로 대전된 타깃쪽으로 가속되어 타깃과 충돌하여 타깃에서 떨어져 나온 물질을 기판상에 침착시킴으로써 증착시키는 방법이다.Sputtering deposition is a method in which cations present in a plasma generated in a vacuum chamber are accelerated toward a negatively charged target and collide with the target to deposit a substance off the target onto the substrate.

도 1은 스퍼터링 증착을 위해 종래 일반적으로 사용되는 장치의 개략도 이다. 도 1을 참조하면, 진공조(1)내에는 캐소우드(3)가 설치되고, 캐소우드(3)의 하부에는 타깃(2)이 부착되어 있다. 그리고, 타깃(2)과 동일 축상으로 애노우드(4)가 설치되고, 애노우드(4)의 상부에는 기판(5)이 위치한다. 또한, 진공조(1)내부의 산소 및 알콘과 같은 기체를 이용하여 플라즈마를 발생시키기 위하여 플라즈마 전력원(6)이 설치되고, 진공조(1)내부의 진공발생을 위하여 진공 시스템(7)이 설치된다. 이와같은 장치를 이용하여 스퍼터링 증착을 수행할 때, 플라즈마 전력원(6)으로 인해서 발생한 +로 이온화된 플라즈마 기체가 음의 바이어스전압이 가해진 타깃(2)에 충돌하여 타킷(2)의 물질을 스퍼터링시킨다. 이렇게 타깃(2)으로부터 떨어져 나온 입자가 기판(5)쪽으로 날아가서 기판(5)에 증착된다.1 is a schematic of an apparatus conventionally commonly used for sputter deposition. Referring to FIG. 1, a cathode 3 is installed in the vacuum chamber 1, and a target 2 is attached to the lower portion of the cathode 3. The anode 4 is provided on the same axis as the target 2, and the substrate 5 is positioned above the anode 4. In addition, a plasma power source 6 is installed to generate a plasma by using gas such as oxygen and alcon in the vacuum chamber 1, and a vacuum system 7 is used to generate a vacuum in the vacuum chamber 1. Is installed. When sputtering deposition is performed using such a device, the positively ionized plasma gas generated by the plasma power source 6 impinges on the target 2 to which a negative bias voltage is applied, and sputtering the material of the target 2. Let's do it. Thus, particles falling off the target 2 fly toward the substrate 5 and are deposited on the substrate 5.

그러나, 산화물을 증착시킬 때 플라즈마내에는 필연적으로 산소 음이온이 발생한다. 또한 박막의 질을 향상시킬 목적으로 쓰이는 산소 가스로 인해 산소 음이온이 발생한다. 이와같이 발생되는 산소 음이온은 기판에 증착된 박막을 손상시키는 주요 요인으로 작용한다. 참고문헌[K.Tominaga등, Jpm.J. Appl. Phys. Vol.23,1985, pp28]. 이와같은 산소 음이온에 의한 박막 손상을 최소화하기 위해 종래에는 한가지 방법으로서 진공조의 압력을 크게하여 산소 음이온을 충돌 산란시키는 방법을 사용했다. 참고문헌[ K. Tominaga, S. Iwamura, Y. Shintani 및 O. Tada, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 21, 1982, pp 688]. 그러나, 산소의 분압을 크게하는 경우 진공조의 압력을 크게 하여도 산소 음이온 충돌 횟수를 줄여줄 뿐 충돌을 완전히 배제할 수 없으며 과다한 압력의 증가는 증착 효율을 크게 낮추는 원인이 된다. 또한, 스퍼터링 장치의 특성상 공정 압력이 수십 mTorr 이내로 다른 공정에 비해서 낮으므로 산소 음이온의 입사를 산소 분압으로 조절하는 방법에는 한계가 있다.However, oxygen anions are inevitably generated in the plasma when the oxides are deposited. In addition, oxygen anions are generated by the oxygen gas used to improve the quality of the thin film. Oxygen anions generated in this way act as a major factor damaging the thin film deposited on the substrate. References [K.Tominaga et al., Jpm.J. Appl. Phys. Vol. 23,1985, pp 28]. In order to minimize such thin film damage caused by oxygen anions, conventionally, as one method, a method of collision scattering oxygen anions by increasing the pressure of a vacuum chamber is used. References [K. Tominaga, S. Iwamura, Y. Shintani and O. Tada, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 21, 1982, pp 688. However, when the partial pressure of oxygen is increased, the number of oxygen anion collisions can be reduced only by increasing the pressure of the vacuum chamber, and the collision cannot be completely excluded. An increase in the excessive pressure causes a great reduction in deposition efficiency. In addition, since the process pressure is lower than that of other processes within several tens of mTorr due to the characteristics of the sputtering apparatus, there is a limit to a method of controlling the incidence of oxygen anions to the oxygen partial pressure.

산소 음이온에 의한 박막 손상을 최소화하기 위한 다른 방법은, 도 2에 도시한 바와같이, 타깃(2)과 캐소우드(3)의 축에서 벗어난 위치에 기판(5)을 놓아두는 것이다. 참고문헌[I. Petrov 및 V. Orlinov, Thin Solid Films, 120, 1984, pp55-67]. 도 2에서 도 1에서와 동일 기능을 하는 동일 부재에 대하여는 동일도면 부호가 사용된다.Another method for minimizing thin film damage by oxygen anions is to place the substrate 5 in a position off the axis of the target 2 and the cathode 3, as shown in FIG. References [I. Petrov and V. Orlinov, Thin Solid Films, 120, 1984, pp 55-67]. In FIG. 2, the same reference numerals are used for the same members having the same function as in FIG.

그러나, 이 방법에 있어서는, 산소 음이온이 타깃의 수직축과 20°정도 벌어진 각도까지 영향을 미친다는 보고가 있으므로 박막에 대한 산소 음이온의 충돌을 배제할 수는 없다. 참고문헌[Thin Solid Films, 204, 1991, pp229].In this method, however, it has been reported that oxygen anions affect the vertical axis of the target up to an angle of about 20 °, and thus the collision of oxygen anions with the thin film cannot be excluded. References (Thin Solid Films, 204, 1991, pp 229).

산소 음이온에 의한 박막 손상을 최소화하기 위한 또 다른 방법은 도 2에서 도시한 바와같이, 타깃(2)과 캐소우드(3)의 축에서 벗어난 위치에 기판(5)을 놓아둠과 동시에 기판(5)과 타깃(2)의 사이에 가림판(8)을 설치하는 것이다. 참고문헌[ 제정호, PAT 0616]. 도 3에서, 도 1에서와 동일 기능을 하는 동일 부재에 대하여는 동일 도면 부호가 사용된다. 그러나, 이 방법에 있어서, 가림판은 산소 음이온의 입사뿐만 아니라 증착시키고자 하는 물질의 증착을 방해하는 방해물로 작용하므로 스퍼터링 증착 효율을 아주 저하시킨다.Another method for minimizing thin film damage by oxygen anions is to place the substrate 5 at a position off the axis of the target 2 and the cathode 3 as shown in FIG. ), And the shielding plate 8 is provided between the target and the target 2. References [Rub., PAT 0616]. In FIG. 3, the same reference numerals are used for the same members having the same function as in FIG. However, in this method, the shielding plate acts as a blocker not only for the incidence of oxygen anions but also for the deposition of the material to be deposited, thereby greatly reducing the sputtering deposition efficiency.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 산소 음이온이 기판에 증착되는 박막내로 입사되는 것을 최소화할 수 있는, 기판상에 박막을 형성하는 방법을 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for forming a thin film on a substrate that can minimize the incidence of oxygen anions into the thin film deposited on the substrate. .

또한, 본 발명의 다른 목적은 기판에 증착된 박막의 에피택시 정도를 증가시킬 수 있는, 기판상에 박막을 형성하는 방법을 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for forming a thin film on a substrate, which can increase the degree of epitaxy of the thin film deposited on the substrate.

도 1은 종래에 일반적으로 사용되는 스퍼터링 증착 장치의 개략도.1 is a schematic diagram of a sputtering deposition apparatus generally used in the prior art.

도 2는 타깃의 축에서 벗어난 위치에 기판이 놓여지는 종래 스퍼터링 증착 장치의 개략도.2 is a schematic view of a conventional sputtering deposition apparatus in which a substrate is placed at a position off the axis of the target.

도 3은 타깃과 기판의 사이에 가림판이 놓여지는 종래 스퍼터링 증착 장치의 개략도.3 is a schematic view of a conventional sputtering deposition apparatus in which a shielding plate is placed between a target and a substrate.

도 4는 본 발명에 따른 박막 형성 방법을 수행하기 위해 사용될 수 있는 스퍼터링 증착 장치의 일례를 도시한 개략도.4 is a schematic diagram showing an example of a sputtering deposition apparatus that can be used to perform the thin film forming method according to the present invention.

도 5는 도 4에 따른 장치에 구비된 그리드의 평면도.5 is a plan view of the grid provided in the device according to FIG. 4;

도 6은 비교예 1 및 본 발명의 실시예 1 내지 4에 따라 증착된 박막의 X선 회절 측정 결과를 보여주는 회절도.Figure 6 is a diffraction diagram showing the results of X-ray diffraction measurement of the thin film deposited according to Comparative Example 1 and Examples 1 to 4 of the present invention.

도 7a 및 7b는 각각, 비교예 1 및 본 발명의 실시예 1 내지 4에 따라 증착된 박막의 세타락킹의 반가폭과, 도메인 사이즈를 보여주는 그래프.7A and 7B are graphs showing half widths and domain sizes of the seta rocking of the thin films deposited according to Comparative Example 1 and Examples 1 to 4 of the present invention, respectively.

도 8a 및 8b는 각각, 비교예 2 및 본 발명의 실시예 5 내지 7에 따라 증착된 박막의 세타락킹의 반가폭과, 도메인 사이즈를 보여주는 그래프.8A and 8B are graphs showing the full width and domain size of the seta rocking of the thin films deposited according to Comparative Example 2 and Examples 5 to 7, respectively.

도 9는 본 발명의 실시예 4에 따라 증착된 박막의 X선 반사법에 의한 측정을 보여주는 그래프.9 is a graph showing the measurement by the X-ray reflection method of the thin film deposited according to Example 4 of the present invention.

도 10은 본 발명의 실시예 4에 따라 증착된 박막의 인플레인 ZnO(101)에서의 스캔을 보여주는 그래프.10 is a graph showing a scan in in-plane ZnO 101 of a thin film deposited according to Example 4 of the present invention.

도 11a 내지 11d 는 각각, 비교예 1, 본발명의 실시예 3, 비교예 2 및 본발명의 실시예 5에 따라 증착된 박막의 표면 거칠기를 AFM으로 측정한 사진.11A to 11D are photographs obtained by measuring AFM surface roughnesses of thin films deposited according to Comparative Example 1, Example 3, Comparative Example 2, and Example 5 of the present invention, respectively.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

1 : 진공조 6 : 플라즈마 전력원1: vacuum chamber 6: plasma power source

2 : 타깃 7 : 진공 시스템2: target 7: vacuum system

3 : 캐소우드 8 : 가림판3: cathode 8: block

4 : 애노우드 9 : 그리드4: Anodwood 9: Grid

5 : 기판 10 : 직류 전원 공급 장치5: substrate 10: DC power supply

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 플라즈마를 발생시킬 수 있고 내부에서 산화물 타깃을 구비하는 진공조내에 기판을 배치하는 단계와 상기 기판의 상부에 그리드를 설치하여, 상기 기판이 상기 그리드에 의해 상기 산화물 타깃으로 부터 가리워지도록 하는 단계와; 상기 그리드에 양(+)의 바이어스전압을 가하면서, 상기 진공조내에서 산소 플라즈마를 포함하는 플라즈마를 발생시켜서 상기 기판상에 산화물을 스퍼터링 증착하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of placing a substrate in a vacuum chamber capable of generating a plasma and having an oxide target therein and installing a grid on top of the substrate so that the substrate is driven by the grid. Hiding from the oxide target; Sputter depositing oxide on the substrate by generating a plasma comprising an oxygen plasma in the vacuum chamber while applying a positive bias voltage to the grid.

본 발명은 특히 스퍼터링 증착동안에, 기판상에 설치된 그리드에는 양(+)의 바이어스 전압이 인가되는 것을 주요한 특징으로 한다. 그리고, 본 발명에 따른 방법에 사용되는 반응조내에 구비되는 산화물 타깃으로는, 모든 종류의 산화물이 사용되는 데, 바람직한 예로는, 바륨-페라이트 산화물, Y1Ba2Cu3OX,Bi2Sr2Ca2Cu3OX와 같은 고온초전도 산화물,MgO, TiO2, RuO2, SiO2와 같은 산화물등이 있다.The present invention is characterized in that a positive bias voltage is applied to the grid installed on the substrate, particularly during sputter deposition. And, is an oxide target is provided in the reaction vessel to be used in the process according to the invention, preferred examples for any kind of oxide to be used include barium ferrite oxide, Y 1 Ba 2 Cu 3 O X, Bi 2 Sr 2 High temperature superconducting oxides such as Ca 2 Cu 3 O X, and oxides such as MgO, TiO 2 , RuO 2 , and SiO 2 .

본 발명에 따른 방법을 수행하기 위하여 도 4에서 개략적으로 도시된 스퍼터링 증착 장치를 이용할 수 있다. 도 4에서, 도 1에서와 동일 기능을 하는 동일 부재에 대하여는 동일 도면 부호가 사용된다.In order to carry out the method according to the invention it is possible to use the sputtering deposition apparatus shown schematically in FIG. 4. In FIG. 4, the same reference numerals are used for the same members having the same function as in FIG.

도 4에서 도시된 스퍼터링 증착 장치는, 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 전력원(6)이 연결되고 화살표로 도시된 바와 같이, 내부에 산소 및 알곤과 같은 기체가 도입되는 진공조(1)를 포함한다. 진공조(1)의 내부에, 기판(5)은 음으로 대전된 타깃(2)와 동일한 축상에 배치되고, 기판(5)의 상부에는 기판(5)과 소정거리 이격된 위치에서 그리드(9)가 설치되어 있다. 그리드(9)는 도 5에서 도시된 바와같은 다수개의 관통구(9a)를 가진다. 그리고, 그리드(9)에는 그리드(9)에 양(+)의 바이어스전압을 인가하기 위한 직류전원 공급장치(10)가 연결되어있다.The sputtering deposition apparatus shown in FIG. 4 includes a vacuum chamber 1 to which a plasma power source 6 for generating a plasma is connected and gas such as oxygen and argon is introduced therein as shown by arrows. . Inside the vacuum chamber 1, the substrate 5 is disposed on the same axis as the negatively charged target 2, and on the upper portion of the substrate 5 the grid 9 at a position spaced a predetermined distance apart from the substrate 5. ) Is installed. The grid 9 has a plurality of through holes 9a as shown in FIG. 5. The grid 9 is connected to a DC power supply 10 for applying a positive bias voltage to the grid 9.

이와같은 스퍼터링 증착 장치를 이용하여 기판상에 박막을 형성하는데 있어서, 플라즈마 전력원(6)으로 인해서 발생한 (+)로 이온화된 플라즈마 기체는 음으로 바이어스가 가해진 타깃(2)에 충돌하여 스퍼터링된 후, 소정의 온도로 유지되는 기판(5)에 날아가서 증착된다. 이러한 증착동안, 플라즈마내에 필연적으로 발생되는 산소 음이온은 양(+)의 바이어스전압이 가해지는 그리드(9)쪽으로 유도되어 중성화되거나 그리드(9)로부터 튕겨져 나가게 되어 기판(5)상에 입사되는 것이 방지된다. 또한, 그리드(9)는 중성 산소이온, 알곤 입자 등을 차단시키는 역할도 겸하게 되어 증착된 박막의 에피택시 정도를 증가 시킨다.In forming a thin film on a substrate using such a sputtering deposition apparatus, the positively ionized plasma gas generated by the plasma power source 6 impinges on the negatively biased target 2 and is then sputtered. It is blown and deposited on the substrate 5 maintained at a predetermined temperature. During this deposition, oxygen anions inevitably generated in the plasma are directed toward the grid 9 to which a positive bias voltage is applied and neutralized or bounced off the grid 9 to prevent incident on the substrate 5. do. In addition, the grid 9 also serves to block neutral oxygen ions, argon particles, etc. to increase the degree of epitaxy of the deposited thin film.

이하, 타깃물질로 산화아연(ZnO)을 사용한 실시예에 의해 본 발명을 더욱 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by examples using zinc oxide (ZnO) as a target material.

비교예 1Comparative Example 1

도 1에서 도시된 장치를 이용하여 하기의 조건에 따라 기판에 대한 스퍼터링 증착을 수행했다:Sputtering deposition was performed on the substrate using the apparatus shown in FIG. 1 under the following conditions:

기본압력: 10-6TorrBasic pressure: 10 -6 Torr

플라즈마 기체: 알곤(99.99%), 산소 (99.999%)Plasma gas: argon (99.99%), oxygen (99.999%)

공정압력: 12x10-3TorrProcess Pressure: 12x10 -3 Torr

파워: 20WPower: 20 W

기판: 사파이어 (0002)Substrate: Sapphire (0002)

타깃: ZnOTarget: ZnO

기판온도: 450℃Substrate Temperature: 450 ℃

증착시간: 5시간Deposition time: 5 hours

그리드 바이어스 전압: 인가되지 않음Grid Bias Voltage: Not Applied

이 실시예에서 기판상에 형성된 박막에 대하여 측정된 X선 회절법에서 세타락킹 (θ-rocking) 반가폭(FWHM)은 2.53°로 비교적 크고, 표면 거칠기도 109Å으로 컸다, 여기서, 세타락킹 반가폭이 작을수록 에피탁시 정도는 큰 것이고, 표면 거칠기가 작을수록 산소 음이온의 기판에 대한 입사가 적은 것이다.In this example, the X-ray diffraction method for the thin film formed on the substrate showed that the theta-rocking half width (FWHM) was relatively large at 2.53 ° and the surface roughness was large at 109 Å, where the theta rocking half width was found. The smaller the degree, the greater the degree of epitaxy, and the smaller the surface roughness, the less incident the oxygen anion is on the substrate.

실시예 1Example 1

도 4에 도시된 장치를 이용하여 하기의 조건에 따라 기판에 대한 스퍼터링 증착을 수행했다:Sputter deposition on the substrate was performed using the apparatus shown in FIG. 4 under the following conditions:

기본압력 : 10-6TorrBasic Pressure: 10 -6 Torr

플라즈마 기체 : 알곤 (99.99%), 산소 (99.999%)Plasma gas: argon (99.99%), oxygen (99.999%)

공정압력 : 12x10-3TorrProcess Pressure: 12x10 -3 Torr

파워 : 20WPower: 20W

기판 : 사파이어 (0002)Substrate: Sapphire (0002)

타깃 : ZnOTarget: ZnO

기판온도 : 450℃Substrate Temperature: 450 ℃

증착시간 : 5시간Deposition time: 5 hours

그리드 바이어스: 20VGrid bias: 20 V

이렇게 증착된 박막에 대하여 측정된 세타락킹 반가폭은 1.84°였고, 표면 거칠기도는 63A°였다.The settaracking half width of the thin film thus deposited was 1.84 ° and the surface roughness was 63A °.

실시예 2Example 2

그리드 바이어스가 50V라는 것을 제외하곤, 실시예 1에서와 동일한 조건에 따라 스퍼터링 증착을 수행했다. 이렇게 증착된 박막의 세타락킹 반가폭은 1.57°였고, 표면 거칠기도는 70A°였다.Sputtering deposition was performed under the same conditions as in Example 1, except that the grid bias was 50V. The thin film deposited cetarock half width was 1.57 ° and the surface roughness was 70A °.

실시예 3Example 3

그리드 바이어스가 100V라는 것을 제외하곤, 실시예 1에서와 동일한 조건에 따라 스퍼터링 증착을 수행했다. 이렇게 증착된 박막의 세타락킹 반가폭은 1.21°였고, 표면 거칠기도는 15A°이다.Sputtering deposition was performed under the same conditions as in Example 1, except that the grid bias was 100V. The deposited thin film has a half width of the setaracking width of 1.21 ° and a surface roughness of 15A °.

실시예 4Example 4

그리드 바이어스가 150V라는 것을 제외하곤, 실시예 1에서와 동일한 조건에 따라 스퍼터링 증착을 수행하였다. 이렇게 증착된 세타락킹 반가폭은 1.73°였고, 표면거칠기도는 17A°였다.Sputtering deposition was performed under the same conditions as in Example 1, except that the grid bias was 150V. The deposited cetarock half width was 1.73 ° and the surface roughness was 17A °.

비교예 2Comparative Example 2

기판 온도가 200℃라는 것을 제외하곤, 비교예 1에서와 동일한 조건에 따라 스퍼터링 증착을 수행하였다. 이렇게 증착된 박막의 세타락킹 반가폭은 2.46°였고, 표면 거칠기도는 약 28 A°였다.Sputtering deposition was performed under the same conditions as in Comparative Example 1, except that the substrate temperature was 200 ° C. The deposited film had a half width of the cetarock width of 2.46 ° and a surface roughness of about 28 A °.

실시예 5Example 5

기판 온도가 200℃라는 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 조건에 따라 스퍼터링 증착을 수행하였다. 이렇게 증착된 박막의 세타락킹 반가폭은 1.82°였고, 표면 거칠기도는 약 15 A°이었다.Sputtering deposition was performed according to the same conditions as in Example 1 except that the substrate temperature was 200 ° C. The deposited film had a half width of the cetarock width of 1.82 ° and a surface roughness of about 15 A °.

실시예 6Example 6

기판온도가 200℃라는 것을 제외하고는, 실시예 2에서와 동일한 조건에 따라 스퍼터링 증착을 수행하였다. 이렇게 증착된 박막의 세타락킹 반가폭은 3.09°였고, 표면 거칠기도는 9A°였다.Sputtering deposition was performed under the same conditions as in Example 2, except that the substrate temperature was 200 ° C. The thin film deposited cetarock half width was 3.09 ° and the surface roughness was 9A °.

실시예 7Example 7

기판온도가 200℃라는 것을 제외하고는, 실시예 4에서와 동일한 조건에 따라 스퍼터링 증착을 수행하였다. 이렇게 증착된 박막의 세타락킹 반가폭은 4.82였고, 표면 거칠기는 18A°였다.Sputtering deposition was performed under the same conditions as in Example 4, except that the substrate temperature was 200 ° C. The thin film deposited setaracking half width was 4.82, and the surface roughness was 18A.

이상의 비교예 1 및 2 및 실시예 1 내지 7의 결과를 종합하면, 스퍼터링 증착동안에 ZnO의 타킷물질을 사용하여 스퍼터링시키는 경우, 기판은 약 200 ℃내지 약 450℃의 온도로 유지되는 데, 약 200℃이하에서는 ZnO 박막의 결정성이 불량하며, 또한 약 450℃이상의 온도에서는 온도가 높을수록 후속공정에서 문제가 야기될 수 있으므로 위의 범위로 제한하는 것이 바람직하다. 이는 타킷물질의 종류에 따라서 변할 수 있음은 물론이다. 또한 바이어스 전압은 약 20V 내지 약 150 V가 바람직하며, 약 20 V이하에서는 효과가 미미하고, 바이어스 전압이 약 150 V이상에서는 오히려 역효과가 나타난다. 바이어스 전압 또한 산화물 타깃의 종류에 따라서 다양하게 변경될 수 있다. 기판의 온도를 약 450℃로 유지하는 경우에는 도 6에서 도시한 바와같이, 그리드를 하지 않았을 때 (비교예 1) 보다 100V정도의 적당한 그리드 바이어스를 가했을 때 (실시예 3) X선 회절 피크의 강도가 가장 커진다. 이것으로부터 ZnO의 결정성 및 모자이크 성(mosaicity)는 약 100 V의 그리드 바이어스 전압을 인가하였을 때 가장 양호하였음을 알 수 있다. 또한, 에피택시의 정도를 가늠할 수 있는 세타락킹의 반가폭에 있어서도, 도 7a에서 도시한 바와같이, 그리드 바이어스를 가하지 않았을 때 (비교예 1)보다 그리드 바이어스를 가했을 때 (실시예 1 내지 4)가 적다. 이는 본 발명에 따라 증착된 박막이 종래기술에 따라 증착된 박막에 비해 에피택시 정도가 윌등함을 의미하는 것이다. 이와같은 경향은 도 7b에서 도시한 바와같이 인 플레인( in-plane), 아웃오브플레인(out-of-plane)방향의 도메인 크기에서도 관찰된다. 즉, 그리드가 없을 때(비교예 1)보다 그리드를 가했을 때 (실시예 1 내지 4)가 도메인의 크기가 커지며, 특히 실시예 3와 같이 적당한 그리드 바이어스를 가했을 때 박막의 도메인이 크게 성장했다. 이는 박막의 결함이 매우 감소하였음을 의미하는 것이다.In summary, the results of Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 to 7 show that when sputtering using a target material of ZnO during sputtering deposition, the substrate is maintained at a temperature of about 200 ° C to about 450 ° C. It is preferable to limit the above range because the crystallinity of the ZnO thin film is lower than or equal to C, and at higher temperatures of about 450 ° C. or higher, problems may occur in subsequent processes. Of course, this may vary depending on the type of target material. In addition, the bias voltage is preferably about 20V to about 150V, the effect is less than about 20V, the reverse effect is appeared when the bias voltage is more than about 150V. The bias voltage may also be variously changed according to the type of the oxide target. In the case where the temperature of the substrate is maintained at about 450 ° C., as shown in FIG. 6, when an appropriate grid bias of about 100 V is applied than when the grid is not used (Comparative Example 1) (Example 3) The intensity is greatest. From this, it can be seen that the crystallinity and mosaicity of ZnO were the best when a grid bias voltage of about 100V was applied. In addition, even at the half width of the thetalocking which can measure the degree of epitaxy, as shown in FIG. 7A, when the grid bias was applied rather than when the grid bias was not applied (Comparative Example 1) (Examples 1 to 4) Is less. This means that the thin film deposited according to the present invention has a poor degree of epitaxy compared to the thin film deposited according to the prior art. This trend is also observed in domain sizes in the in-plane and out-of-plane directions, as shown in FIG. 7B. That is, when the grid was added (Examples 1 to 4) than when there was no grid (Comparative Example 1), the size of the domain was larger, and especially when the proper grid bias was applied as in Example 3, the domain of the thin film grew significantly. This means that the defect of the thin film is greatly reduced.

기판의 온도가 200℃로 유지되는 경우에는, 도 8a에서 도시한 바와같이, 그리드 바이어스가 20V(실시예 5)일 때 세타락킹의 반가폭이 가장 작다. 그리고, 도메인의 크기는 도 8b에서 도시한 바와같이, 20V의 그리드 바이어스를 가했을 때 (실시예 5) 가장 크다. 따라서, 기판의 온도를 200℃로 유지하는 경우에 있어서는 실시예 7에서와 같이 20V의 그리드 바이어스를 가했을 때 박막의 에피택시성이 좋아지고 도메인의 크기로 커진다. 또한, 본 발명의 실시예 1 내지 7에서와 같이 그리드 바이어스를 가했을 때는 박막의 표면과 계면이 평탄하게 증착되고, 표면 반사율도 높고, 에피택시로 증착된다. 특히, 기판온도가 450℃로 유지되고 그리드 바이어스가 100V인 조건하에서 증착되는 박막(실시예 3)은 X선 반사법에 의한 측정을 보여주는 도 9에서 도시한 바와같이, 표면과 계면이 아주 평탄하게 증착되고, 표면 반사율도 높다. 도 9의 그래프에서 X선 반사율이 아주 크게 관찰되고, 또한 오실레이션이 명확하게 관찰되었다는 것은 박막의 표면 및 계면이 매우 평탄함을 알 수 있다.그리고, 실시예 3에서 증착된 박막은 인플레인상에서 ZnO(101)를 관찰한 도면인 도 10에서 도시한 바와같이, 60°간격으로 회절피크가 존재하는 것으로 보아 에피택시로 증착되었음을 알수 있다.When the temperature of the substrate is maintained at 200 ° C., as shown in FIG. 8A, the half width of the thetalocking is the smallest when the grid bias is 20V (Example 5). And, as shown in Fig. 8B, the size of the domain is the largest when the grid bias of 20V is applied (Example 5). Therefore, in the case where the temperature of the substrate is maintained at 200 ° C., when the grid bias of 20 V is applied as in Example 7, the epitaxy of the thin film is improved and the size of the domain is increased. In addition, when the grid bias is applied as in Examples 1 to 7 of the present invention, the surface and the interface of the thin film are deposited flat, the surface reflectivity is high, and is deposited by epitaxy. In particular, a thin film (Example 3) deposited under the condition that the substrate temperature is maintained at 450 ° C. and the grid bias is 100 V (Example 3) is deposited with a very flat surface and interface, as shown in FIG. 9 showing the measurement by X-ray reflection method. The surface reflectance is also high. In the graph of FIG. 9, the X-ray reflectance was observed very large and the oscillation was clearly observed, indicating that the surface and the interface of the thin film were very flat. And, the thin film deposited in Example 3 was ZnO on in-plane. As shown in FIG. 10, which is a view of observing 101, it can be seen that the diffraction peaks exist at 60 ° intervals, so that the deposition was performed by epitaxy.

또한, 그리드 바이어스를 가하면, 증착되는 박막의 표면 거칠기를 감소시킨다. 도 11a 내지 11d는 비교예 1(도 11a), 본 발명의 실시예 3(도 11b), 비교예 2(도 11c) 및 본 발명의 실시예 5(도 11d)에서 증착된 박막의 표면 거칠기를 AFM(Atomic Force Microscope)으로 측정한 것을 보여주는 사진이다. 비교예 1(도11a) 비교예 2(도11c)와 같이 그리드 바이어스를 가하지 않았을 때 보다 실시예 3(도11b) 및 실시예 5(도11d)와 같이 그리드 바이어스를 가했을 때 표면 거칠기도가 감소되었다.In addition, applying a grid bias reduces the surface roughness of the deposited thin film. 11A to 11D show surface roughnesses of thin films deposited in Comparative Example 1 (FIG. 11A), Example 3 (FIG. 11B), Comparative Example 2 (FIG. 11C), and Example 5 (FIG. 11D) of the present invention. This picture shows the measurement by AFM (Atomic Force Microscope). Comparative Example 1 (FIG. 11A) When the grid bias is applied as in Example 3 (FIG. 11B) and Example 5 (FIG. 11D), the surface roughness decreases more than when the grid bias is not applied as in Comparative Example 2 (FIG. 11C). It became.

본 발명은 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 실시예는 하나의 예시에 불과하다. 본 실시예에서는 타깃물질로서 ZnO을 사용한 경우에 대한 실시예를 제시하고 있지만, 모든 산화물에도 본 발명의 원리가 적용될 수 있음은 이 분야의 통상의 지식을 가진자에게 자명하다. 예를 들면, 바륨-페라이드 산화물, Y1Ba2Cu3Ox,Bi2Sr2Ca2Cu3Ox와 같은 고온초전도 산화물, MgO, TiO2, RuO2, SiO2, Bi2O3, Zr-Ce 산화물, CeO2, WO3, CdO, ITO, NiO, FeO, Fe2O3, Al2O3, ZrO2, SnO2, VO2, V2O5, TaxOy와 같은 산화물의 타깃물질에도 본 발명의 원리가 적용될 수 있다.The present invention is not limited to the embodiment, and the embodiment is only one example. In this embodiment, an example of the case of using ZnO as a target material is given, but it is apparent to those skilled in the art that the principles of the present invention can be applied to all oxides. For example, barium-peride oxide, high temperature superconducting oxides such as Y 1 Ba 2 Cu 3 Ox , Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 Ox, MgO, TiO 2 , RuO 2 , SiO 2 , Bi 2 O 3 , Zr Of oxides such as Ce oxide, CeO 2 , WO 3 , CdO, ITO, NiO, FeO, Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , SnO 2 , VO 2 , V 2 O 5 , Ta x O y The principles of the present invention can also be applied to target materials.

이상에서 설명한 바와같이, 본 발명의 박막 형성 방법은 진공조내에서 스퍼터링 증착동안 그리드에 양(+)의 바이어스 전압을 인가함으로써, 산소 음이온이 기판상의 박막내로 입사되는 것을 최대한 방지하여, 박막의 구조에 나쁜 영향을 미치는 요인을 제거할 수 있다. 특히 산소 음이온에 의한 표면 거칠기의 증가를 감소시킬 수 있다. 그리고, 본 발명의 방법은 그리드에 양(+)의 바이어스전압을 이용함으로써, 증착되는 박막의 C-축 배향성을 크게 할 수 있으며, 박막이 단결정, 즉 에피택시로 성장할 경우에는 에피택시의 정도를 크게 할 수 있다.As described above, the thin film formation method of the present invention applies a positive bias voltage to the grid during sputtering deposition in a vacuum chamber, thereby preventing oxygen anions from being incident into the thin film on the substrate, thereby providing a thin film structure. It can eliminate the bad influence factor. In particular, it is possible to reduce the increase in surface roughness caused by oxygen anions. In addition, the method of the present invention can increase the C-axis orientation of the deposited thin film by using a positive bias voltage in the grid, and when the thin film grows as a single crystal, that is, epitaxy, the degree of epitaxy is increased. I can make it big.

Claims (4)

플라즈마를 발생시킬 수 있고 내부에서 산화물 타깃을 구비하는 진공조내에 기판을 배치하는 단계와;Placing the substrate in a vacuum chamber capable of generating a plasma and having an oxide target therein; 상기 기판의 상부에 그리드를 설치하여, 상기 기판이 상기 그리드에 의해 상기 타깃으로부터 가리워지도록 하는 단계와;Installing a grid on top of the substrate, such that the substrate is covered by the grid from the target; 상기 그리드에 (+)바이어스를 가하면서, 상기 진공조내에서 산소 플라즈마를 포함하는 플라즈마를 발생시켜서 상기 기판상에 산화물을 스퍼터링 증착하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 기판상에 박막을 형성하는 방법.Generating a plasma comprising an oxygen plasma in the vacuum chamber while applying a positive bias to the grid to sputter deposit oxides on the substrate. 제 1 항에 있어서, 상기 산화물 타깃은 ZnO, 바륨-페라이드 산화물, Y1Ba2Cu3Ox,Bi2Sr2Ca2Cu3Ox, MgO, TiO2, RuO2, SiO2, Bi2O3, Zr-Ce 산화물, CeO2, WO3, CdO, ITO, NiO, FeO, Fe2O3, Al2O3, ZrO2, SnO2, VO2, V2O5, TaxOy로 이루어진 그룹에서 선택된 산화물로 구성됨을 특징으로 하는 기판상에 박막을 형성하는 방법.The method of claim 1, wherein the oxide target is ZnO, barium-peride oxide, Y 1 Ba 2 Cu 3 Ox , Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 Ox, MgO, TiO 2 , RuO 2 , SiO 2 , Bi 2 O 3 , Zr-Ce oxide, CeO 2 , WO 3 , CdO, ITO, NiO, FeO, Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , SnO 2 , VO 2 , V 2 O 5 , Ta x O y A method for forming a thin film on a substrate, characterized by consisting of an oxide selected from the group consisting of: 제 2 항에 있어서, 상기 산화물 타깃은 ZnO이며, 기판은 증착동안 200℃ 내지 450℃의 온도로 유지되고, 상기 그리드에 가해지는 바이어스는 20V 내지 150V인 것을 특징으로 하는 기판상에 박막을 형성하는 방법.The method of claim 2, wherein the oxide target is ZnO, the substrate is maintained at a temperature of 200 ° C. to 450 ° C. during deposition, and the bias applied to the grid is 20V to 150V. Way. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 상기 진공조내에서 상기 산화물 타깃과 동일한 축상에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판상에 박막을 형성하는 방법.The method of claim 1, wherein the substrate is disposed on the same axis as the oxide target in the vacuum chamber.
KR10-1998-0047754A 1998-11-05 1998-11-05 How to form a thin film on a substrate by sputtering KR100398699B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-1998-0047754A KR100398699B1 (en) 1998-11-05 1998-11-05 How to form a thin film on a substrate by sputtering

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-1998-0047754A KR100398699B1 (en) 1998-11-05 1998-11-05 How to form a thin film on a substrate by sputtering

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20000031627A true KR20000031627A (en) 2000-06-05
KR100398699B1 KR100398699B1 (en) 2004-02-05

Family

ID=19557551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-1998-0047754A KR100398699B1 (en) 1998-11-05 1998-11-05 How to form a thin film on a substrate by sputtering

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100398699B1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030016044A (en) * 2001-08-20 2003-02-26 백홍구 A Cesium assisted metal ion sputtering chamber
KR100399763B1 (en) * 2001-03-02 2003-09-26 학교법인 포항공과대학교 Method for manufacturing ZnO layer using sputtering deposition
KR20040012264A (en) * 2002-08-02 2004-02-11 한전건 High effective magnetron sputtering apparatus
KR100653073B1 (en) * 2005-09-28 2006-12-01 삼성전자주식회사 Apparatus for treating substrate and method of treating substrate
KR100822313B1 (en) * 2006-07-07 2008-04-15 주식회사 자이맥스 High efficiency facing target type sputtering apparatus

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102562567B1 (en) 2022-12-19 2023-08-01 백정훈 Rotating Batch Type Sputtering System for PCB

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08203828A (en) * 1995-01-27 1996-08-09 Rohm Co Ltd Method and equipment for sputtering

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100399763B1 (en) * 2001-03-02 2003-09-26 학교법인 포항공과대학교 Method for manufacturing ZnO layer using sputtering deposition
KR20030016044A (en) * 2001-08-20 2003-02-26 백홍구 A Cesium assisted metal ion sputtering chamber
KR20040012264A (en) * 2002-08-02 2004-02-11 한전건 High effective magnetron sputtering apparatus
KR100653073B1 (en) * 2005-09-28 2006-12-01 삼성전자주식회사 Apparatus for treating substrate and method of treating substrate
KR100822313B1 (en) * 2006-07-07 2008-04-15 주식회사 자이맥스 High efficiency facing target type sputtering apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
KR100398699B1 (en) 2004-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2001270795A5 (en)
EP2735018B1 (en) Method and device for producing low-particle layers on substrates
JP3944341B2 (en) Manufacturing method of oxide epitaxial strained lattice film
JP4397511B2 (en) Low resistance ITO thin film and manufacturing method thereof
US11274360B2 (en) Thin film coating and method of fabrication thereof
US20230228914A1 (en) Optical device and manufacturing method therefor
US20140360863A1 (en) SrRuO3 FILM DEPOSITION METHOD
KR100398699B1 (en) How to form a thin film on a substrate by sputtering
US20220302200A1 (en) Ald preparation method for eliminating camera module dot defects and product thereof
JP7277565B2 (en) Apparatus and method for uniform coating in a coating system with a horizontally rotating substrate guide
Matsuo et al. O 2 cluster ion assisted deposition for tin doped indium oxide (ITO) films
JP5035857B2 (en) Low resistance ITO thin film and manufacturing method thereof
Wang et al. Reactive‐sputter deposition and structure of RuO2 films on sapphire and strontium titanate
Fukutomi et al. Control of Y2O3-stabilized ZrO2 thin film orientation by modified bias sputtering
JPH046271A (en) Multicathode sputtering device
Depla The measurement and impact of negative oxygen ions during reactive sputter deposition
JPH0715051A (en) Manufacture of ybco superconducting thin film
KR100399763B1 (en) Method for manufacturing ZnO layer using sputtering deposition
JP3706409B2 (en) Method for producing composite oxide thin film
KR960000403Y1 (en) Apparatus of forming a thin film by sputtering
Aoki et al. Preparation of in‐plane textured Y2O3‐doped ZrO2 thin film on polycrystalline metallic tape by modified bias sputtering
JPH0867981A (en) Sputtering device
Perluzzo et al. Characteristics of reactive magnetron sputtered ZnO films
Ghosh et al. Surface morphology of rf sputtered bismuth titanate thin films
JPH04323367A (en) Sputtering method for thin oxide superconducting film

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20010726

Effective date: 20030430

S901 Examination by remand of revocation
GRNO Decision to grant (after opposition)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20080903

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee