KR20010015335A - 반도체장치전극용 Αｌ 합금 박막 및 반도체장치전극용스퍼터링 공정에 의해 Αｌ막을 증착하기위한 스퍼터링타게트 - Google Patents

반도체장치전극용 Αｌ 합금 박막 및 반도체장치전극용스퍼터링 공정에 의해 Αｌ막을 증착하기위한 스퍼터링타게트 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 대형 LCD 또는 고 해상도 LCD의 전극박막에 요구되는, 6μΩcm 또는 그 이하정도의 전기저항율, 큰 힐록내성, 큰 보이드내성, 및 알칼리성 용액에 대한 큰 내식성을 가지는 반도체장치전극용 Al 합금전극을 제공하는 것이다. 본 발명은 또한 반도체장치전극용 스퍼터링 공정에 의해 Al막을 증착시키기위한 스퍼터링 타게트를 제공하는 것이다. 반도체장치전극용 Al 합금박막은 Y≥0.3at%, Ⅳa족 금속원소≥0.2at%, 및 0.3Cy+ 3CⅣa≤ 2 (상기식에서 Cy: Y의 함량(at%), CⅣa: Ⅳa족 금속원소의 함량(at%))의 조건을 만족시키며, 스퍼터링 타게트는 상기조건을 만족시키는 Al합금으로부터 만들어 진다.

Description

반도체장치전극용 Αｌ 합금 박막 및 반도체장치전극용 스퍼터링 공정에 의해 Αｌ막을 증착하기위한 스퍼터링 타게트{Αｌ ALLOY THIN FILM FOR SEMICONDUCTOR DEVICE ELECTRODE AND SPUTTERING TARGET FOR FORMING Αｌ ALLOY THIN FILM FOR SEMICONDUCTOR DEVICE ELECTRODE}
본 발명의 배경
1. 본 발명의 분야
본 발명은 반도체장치전극용 Al 합금 박막 및 반도체장치전극용 Al합금 박막을 형성하기위한 스퍼터링 타게트의 기술분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 박막 트랜지스터-액정 디스플레이의 전극(박막전극 및 배선부분)으로 적합한 반도체장치전극용 Al 합금 박막 및 반도체장치전극용 Al 합금 박막을 형성하기위한 스퍼터링 타게트의 기술분야에 관한 것이다.
2. 관련기술의 설명
반도체 장치로서의 액정 디스플레이(이후 "LCDs"로 약기함)는, 음극선관으로 이루어진 종래의 디스플레이 장치와 비교할때, 두께, 무게 및 전력소모의 감소, 및 고해상도를 가진 화상의 형성을 가능케 한다. 따라서, LCDs는 텔레비전세트 및 퍼스널 컴퓨터등을 위한 디스플레이로 이용된다. 최근에, 박막 트랜지스터(이후 "TFT"로 약기함)가 각각의 LCD 화소를 위한 스위칭 소자로서 결합된 구조를 가지는 박막 트랜지스터-액정 디스플레이(이후 "TFT-LCD"로 약기함)가 주류를 이룬다. TFT는 반도체 박막으로 이루어진 능동소자 및 반도체 박막에 접속된 금속 박막으로 이루어진 전극(박막전극 및 배선부분)을 나타낸다. 그러므로, 반도체장치전극은 TFT부분으로 사용되는 전극(박막전극 또는 배선부분)으로 정의된다. TFT에서, 전극 및 배선부분은 전기적으로 접속된다.
LCD의 전극으로 사용된 박막(이후 "전극박막"으로 약기함)은 여러가지 성질을 가질것이 요구되며, 특히 작은 전기저항율, 큰 힐록내성, 큰 보이드내성 및 큰 내식성이 중요한 것으로 여겨진다. 이들 성질은 다음의 이유로 인해 중요시 된다.
[1] 작은 전기저항율이 요구되는 이유를 우선 설명한다. LCD 전극 박막으로 사용된 재료의 전기저항율은 그 재료를 통해 전달되는 전기신호의 전송속도에 영향을 미친다. 예를 들어, 전극 박막으로서 큰 전기저항율을 가지는 재료의 사용은 전기신호의 전송속도에서의 감소를 일으키며, 그래서 전기신호지연으로 인한 LCD의 디스플레이성능저하의 원인이 된다. 따라서, 작은 전기저항율이 전기신호지연의 발생을 방지하기위해 요구된다.
[2] 다음으로, 큰 힐록내성(열처리를 통해 힐록발생이 없음을 의미함) 및 큰 보이드내성(열처리를 통해 보이드발생이 없음을 의미함)이 요구되는 이유를 설명한다. 전극박막의 증착이후에, 전극박막은 LCD제조공정에서 약 300oC 내지 400oC에서 어닐링(annealing)된다. 이는 전극박막의 증착이후에, Si 반도체층의 형성을 위한 공정과 같은 가열이 요구되는 공정이 존재하기 때문이다. 예를 들어, 전극박막을 위해 순수 Al 박막과 같은 작은 힐록내성 및 보이드내성을 가지는 재료의 사용에 있어서, 열처리는 힐록(기판과 박막의 열팽창계수간의 차이로 인한 추진력으로서의 압축응력에 기인한 돌출부)과 같은 작은 철면부들 또는, 박막의 표면상의 보이드(기판과 박막간의 열팽창계수의 차이로 인한 추진력으로서의 인장응력에 기인한 함몰부)와 같은 작은 요면부들을 발생시킨다. 종래기술로, 전극박막은 LCD의 적층구조의 최하층에 위치하므로, 힐록 또는 보이드의 발생은 다른 박막이 전극용 박막상부에 평탄하게 적층될 수 없는 문제를 일으킨다. 게다가, 절연체박막이 전극박막위에 적층되었을 때, 전극박막위에 생성된 힐록은 상부의 절연박막에 튀어나와 층사이에 전기적 단락(전기절연불량)이 발생하는 문제를 유발한다. 더우기, 전극박막상의 보이드의 발생은 보이드 주위에 전기적 단선(전도불량)을 발생시키는 문제를 유발한다. 따라서, 큰 힐록내성 및 보이드내성이 이들 문제를 예방하는 데에 있어서 요구된다.
[3] 마지막으로 큰 내식성이 요구되는 이유를 설명한다. LCD전극박막으로 사용된 재료는 전극박막의 증착이후의 사진석판 공정에서 포토레지스트 현상제와 같은 알칼리성 용액에 노출된다. 예를 들어, 전극박막을 위해 알칼리성 용액에 대한 작은 내식성을 가지는 재료의 사용함에 있어서, 전극박막은 알칼리성 용액으로 인해 부식되어 전극형상의 정밀성이 저하된다. 전극형상의 정밀성의 저하는 전기단락 또는 전극박막에서의 단선의 원인이 된다. 따라서, 알칼리 용액에 대한 큰 내식성은 전극형상의 정밀성이 부식으로 인해 저하되지 않도록 방지하는 데에 요구된다.
LCD전극박막을 위한 재료로서, (1) Ta 박막, (2) Ti 박막, (3) Cr 박막, (4) Mo 박막 등이 종래기술로서 이용된다. 또한, 일본 미심사된 특허출원번호 5-100248에서 본 발명자들에 의해 제안된 (5) Al-Ta 합금박막, (6) Al-Ti 합금박막등, 일본 미심사된 특허출원번호 7-4555에 개시된 (7) Al-Fe 시스템(적어도 하나의 Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Ir, 및 Nd)합금박막등이 사용된다. 더우기, 본 발명자들은 (8) Al-Ni-Y박막을 제안하였다(일본 미심사된 특허출원번호 11-3878).
LCD전극박막에 사용된 재료는 LCD의 대화면화 및 고 해상도를 선호하는 최근 추세에 의한 엄격한 성질을 가질 것이 요구된다. 특히, 작은 전기저항율, 큰 힐록내성, 큰 보이드내성, 및 큰 내식성이 요구된다. 그러나, 전극박막을 위한 종래의 재료는 모든 요건을 충족시킬 수 없다. 이것은 아래에 자세하게 설명된다.
[1] LCD전극박막의 형상은 LCD 패널 크기 및 해상도에서의 증가에 따라 더 미세해지는 경향이 있다. 모양을 미세하게 함으로써 전극 부분 및 배선부분의 전기저항율이 증가하고, 전기저항율에서의 이러한 증가로 인한 전기신호지연은 LCD 디스플레이 성능을 향상시키는데 있어서 큰 어려움을 유발시킨다. 좀 더 미세한 형상을 가지는 전극박막의 형성에 수반되는 그러한 전기신호의 지연을 방지하기위해, 예를 들면, 10인치 또는 그 이상의 패널 크기를 가지는 LCD에서, 전극 박막의 전기저항율은 6 μΩcm 또는 그 이하로 감소되어야 한다. 그러나, (1) Ta박막은 약 180μΩcm의 전기저항율을 가진다; (2) Ti박막은 약 80μΩcm의 전기저항율을 가진다; (3) Cr박막은 약 50μΩcm의 전기저항율을 가진다;(4) Mo박막은 약 50μΩcm의 전기저항율을 가진다. 더우기, (5) Al-Ta합금박막 및 (6) Al-Ti합금박막은 약 10μΩcm의 전기저항율을 가진다. 그래서, 6μΩcm 또는 그 이하의 전기저항율을 가질것이 요구되는 LCD전극(박막)으로서 이러한 재료를 이용하는 것은 매우 어렵다.
[2] LCD를 제조하는 공정에서 전극(박막)의 증착이후의 공정에서의 전극(박막)에 적용되는 약 300 내지 400oC의 열처리의 횟수는 한번으로 제한되지 않으며, 열처리는 다수회 반복된다. 따라서, 약 300 내지 400oC에서 열처리가 반복될 때에도, 큰 힐록내성 및 보이드내성이 힐록 또는 보이드의 발생을 방지하기 위하여 요구된다. 그러나, (7)Al-Fe 시스템(적어도 하나의 Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Ir, 및 Nd)합금박막으로서의 Al-Nd합금박막은 1 회의 열처리에서 힐록 및 보이드를 생성하지 않지만, 어떤 경우에 있어서는 적어도 2회의 열처리로 힐록 또는 보이드를 생성하며, 그로인해 LCD 전극 박막으로서 사용할 때에 어려움이 유발된다.
[3] 게다가, LCD를 제조하기 위한 공정에서 전극박막의 증착이후의 사진석판 공정에서 사용된 포토레지스트 현상제는 강 알칼리성 용액이므로, 알칼리성 용액에 대한 큰 내식성이 요구된다. 그러나, (7)Al-Fe 시스템(적어도 하나의 Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Ir, 및 Nd)합금박막으로서의 Al-Co합금박막 및 Al-Ni합금박막, 및 (8) Al-Ni-Y합금박막은 강 알칼리성 포토레지스트 현상제, 특히 유기 알칼리성 포토레지스트 현상제로의 노출에 의해 부식되어 전극 형상의 정밀도가 저하된다. 그리하여 LCD전극박막으로서 이러한 재료를 사용하는 것이 어렵다.
상기된 바와같이, 전극박막을 위한 종래의 재료는 대형 LCD 및 고해상도의 LCD의 전극박막을 위한 모든 요건(작은 전기저항율, 큰 힐록내성, 큰 보이드내성, 및 큰 내식성)을 만족시킬 수 없다. 따라서, LCD전극박막에 적당한 재료, 다시 말하면, 작은 전기저항율, 큰 힐록내성, 큰 보이드내성, 큰 내식성을 가지는 전극박막을 위한 재료는 지금까지 존재하지 않았다.
발명의 개요
본 발명은 상기의 상황에 주목하여 달성되었다. 본 발명의 대상은 종래재료의 상기 문제점들을 해결하고, 대형 LCD 또는 고 해상도의 LCD의 전극박막을 위한 요건인 작은 전기저항율(6μΩcm 또는 그 이하), 큰 힐록내성, 큰 보이드내성, 및 알칼리성 용액에 대한 큰 내식성을 가지는 반도체장치전극용 Al 합금박막을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 대상은 반도체장치전극용 Al합금 박막을 형성하기위한 스퍼터링 타게트를 제공하는 것이다.
그러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 반도체장치전극용 Al 합금박막 및 다음의 구성를 가지는 반도체장치전극용 Al 합금박막을 형성하기 위한 스퍼터링 타게트를 제공한다.
본 발명의 반도체장치전극용 Al 합금박막은 우수한 내식성, 힐록내성 및 보이드내성, 및 6μΩcm 또는 그 이하의 전기저항율을 가지며, 합금성분으로서 0.3 at% 또는 그 이상의 Y, 및 총 0.2 at% 또는 그 이상의 적어도 하나의 Ⅳa족 금속원소(Ti, Zr, 및 Hf)로 이루어지는데, 여기에서 Y 및 Ⅳa족 금속원소의 함량은 다음 수학식 1을 만족한다.
0.3Cy+ 3CⅣa≤ 2
수학식 1에서, Cy는 Y의 함량(at%)를 나타내며, CⅣa는 Ⅳa족 금속원소의 함량(at%)을 나타낸다.
본 발명의 반도체장치전극용 Al 합금박막은 스퍼터링 공정에 의해 증착된다.
본 발명의 반도체장치전극용 Al 합금박막에서, Y는 Al과의 금속간화합물로서 부분적으로 또는 전체적으로 석출되며, Ⅳa족 금속원소는 Al과의 금속간화합물로서 부분적으로 또는 전체적으로 석출되고, 금속간화합물은 Al 합금박막에 열처리를 적용시킴으로써 석출된다.
본 발명의 반도체장치전극용 Al 합금박막은 알칼리성 용액에 대해 내식성을 가진다. 본 발명의 반도체장치전극용 Al 합금박막은 반복된 열처리에 대한 힐록내성을 가지며, 반복된 열처리에 대한 보이드내성을 가진다. 본 발명의 반도체장치전극용 Al 합금박막은 액정 디스플레이의 전극을 위해 사용된다.
본 발명의 반도체장치전극용 Al 합금박막을 형성하기 위한 스퍼터링 타게트는 합금성분으로서 0.3 at% 또는 그 이상의 Y, 및 총 0.2 at% 또는 그 이상의 적어도 하나의 Ⅳa족 금속원소(Ti, Zr, 및 Hf)로 이루어지는데, 여기에서 Y 및 Ⅳa족 금속원소의 함량은 다음 수학식 2을 만족시킨다.
0.3Cy+ 3CⅣa≤ 2
수학식 2에서, Cy는 Y의 함량(at%), 그리고 CⅣa는 Ⅳa족 금속원소의 함량(at%)를 나타낸다.
본 발명의 반도체장치전극용 스퍼터링 공정에 의해 Al합금막을 증착하기위한 스퍼러링 타게트에 있어서, Al합금은 용해 주조법 또는 스프레이 포밍법에 의해 생성된다. 본 발명의 반도체장치전극용 스퍼터링 공정에 의해 Al합금막을 증착하기 위한 스퍼터링 타게트는 액정 디스플레이의 전극에 적합하다.
도 1은 실시예 1의 Al 합금박막에 관하여 전기저항에 대한 Y 함량 및 Hf 함량의 영향을 도시한 도면이다.
도 2는 실시예 2의 Al 합금박막에 관하여 힐록밀도에 대한 Y함량의 영향을 도시한 도면이다.
도 3은 실시예 2의 Al 합금박막에 관하여 힐록밀도에 대한 열처리의 횟수의 영향을 도시한 도면이다.
도 4는 실시예 2의 Al 합금박막에 관하여 보이드밀도에 대한 Y함량의 영향을 도시한 도면이다.
도 5는 실시예 2의 Al 합금박막에 관하여 보이드밀도에 대한 열처리의 횟수의 영향을 도시한 도면이다.
도 6은 실시예 3의 Al 합금박막에 관하여 힐록밀도에 대한 Hf함량의 영향을 도시한 도면이다.
도 7은 실시예 3의 Al 합금박막에 관하여 힐록밀도에 대한 열처리의 횟수의 영향을 도시한 도면이다.
도 8은 실시예 3의 Al 합금박막에 관하여 보이드밀도에 대한 Hf함량의 영향을 도시한 도면이다.
도 9는 실시예3의 Al 합금박막에 관하여 보이드밀도에 대한 열처리의 횟수의 영향을 도시한 도면이다.
바람직한 구체예의 설명
본 발명은 예를 들어 다음과 같이 실행된다.
수학식 2를 만족하는 범위내에서 0.3 at% 또는 그 이상의 Y 및 총 0.2 at% 또는 그 이상의 적어도 하나의 Ⅳa족 금속원소(Ti, Zr, 및 Hf)로 이루어진 스퍼터링 타게트는 용해 주조법에 의해 생성된다. 결과로써, 본 발명의 반도체장치전극용 Al 합금박막을 형성하는 스퍼터링 타게트가 얻어진다.
스퍼터링 타게트를 이용하는 스퍼터링 공정에 의하여, Al 합금박막이 본 발명의 반도체장치전극용 Al 합금박막을 얻기위해 기판위에 증착된다.
이런 방법으로, 본 발명의 반도체장치전극용 Al 합금박막을 형성하기위한 스퍼터링 타게트가 얻어지고, 본 발명의 반도체장치전극용 Al 합금박막은 스퍼터링 타게트를 이용함으로써 얻어지며, LCD의 반도체장치전극 또는 그런 종류의 다른 것을 위한 박막으로 이용된다.
본 발명의 작업 및 이점은 아래에 설명된다.
본 발명의 목적을 달성하기위해, 본 발명자들은 Al에 첨가된 여러 금속원소를 함유하는 Al 합금 스퍼터링 타게트를 제작하고, 스퍼터링 타게트를 이용하는 스퍼터링 방법에 의해 여러 합금 시스템으로 이루어진 Al 합금박막 및 조성물을 형성하였다. 각 Al 합금박막의 전기 저항성, 힐록내성, 보이드내성, 및 내식성의 시험결과로서, 본 발명자들은 합금성분으로서 0.3 at% 또는 그 이상의 Y 및 총 0.2 at% 또는 그 이상의 적어도 하나의 Ⅳa족 금속원소(Ti, Zr, 및 Hf)로 이루어지며, 수학식 0.3Cy+ 3CⅣa≤ 2 (여기에서 Cy는 Y의 함량(at%), CⅣa는 Ⅳa족 금속원소의 함량(at%))를 만족하는 Al 합금박막이 큰 힐록내성 및 큰 보이드내성을 가짐으로 인해 힐록 및 보이드가 전극박막의 증착이후의 공정에서 반복된 열처리에 의해서도 거의 발생되지 않음을 발견하였다. 또한, Al 합금박막은 열처리이후에 전기저항율의 감소를 보이며, 그로 인해 열처리 이전(또는 더우기 열처리시에) 및 열처리이후에 요구되는 큰 힐록내성, (열처리 이전 및 열처리시에) 큰 보이드내성 및 6μΩcm 또는 그 이하의 (열처리 이후에) 작은 전기저항율이라는 요건을 만족시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 게다가, Al 합금박막은 또한 알칼리성 용액에 대해 우수한 내식성을 가짐이 발견되었다.
본 발명은 상기 발견을 토대로 달성되었다. 즉, 이러한 발견들을 기초로, 본발명의 반도체장치전극용 Al 합금박막(이후 "Al-Y-Ⅳa 합금박막"으로 부름)은 우수한 내식성, 힐록내성 및 보이드내성, 및 6μΩcm 또는 그 이하의 전기저항율을 가지며, 합금성분으로서 0.3 at% 또는 그 이상의 Y 및 총 0.2 at% 또는 그 이상의 적어도 하나의 Ⅳa족 금속원소(Ti, Zr, 및 Hf)로 이루어 지는데, 여기에서 Y 및 Ⅳa족 금속원소의 함량은 다음의 수학식 1를 만족시킨다:
(수학식 1)
0.3Cy+ 3CⅣa≤ 2
수학식 1에서, Cy는 Y의 함량(at%)를 나타내며, CⅣa는 Ⅳa족 금속원소의 함량(at%)을 나타낸다.
따라서, 본 발명의 반도체장치전극용 Al 합금박막(Al-Y-Ⅳa 합금박막)은 6μΩcm 또는 그 이하정도로 작은 전기저항율, 큰 힐록내성, 큰 보이드내성, 및 알칼리성 용액에 대한 큰 내식성을 가진다.
본 발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막이 6μΩcm 또는 그 이하정도로 작은 전기저항율을 보이는 이유는 아래에 설명된다.
스퍼터링 증착 방법으로 얻어진 Al 합금박막에서, 합금원소 및 Al은 Al 매트릭스에서 완전한 고용체를 형성한다. 그래서, Al 합금박막은 용해된 합금원소에 의한 전도 전자의 산란으로 인해 큰 전기저항율을 보인다. 그러나, 본 발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막에서, 합금원소, 즉, Y 및 Ⅳa족 금속원소(Ti, Zr, 또는 Hf)는 Al과의 고용상태에서도 전기저항율을 급격하게 증가시키지는 않는다. 더구나, 증착이후에 Al-Y-Ⅳa 합금박막에 녹아있는 각 Y 및 Ⅳa족 금속원소는 열처리이후에 6μΩcm 또는 그 이하정도로 작은 전기저항율을 얻기위하여 전기박막의 증착이후의 공정에서 열처리에 의해 Al과의 금속간화합물로서 부분적으로 또는 전체적으로 석출된다. 금속간화합물은 결정립계(crystal grain boundary)에서 및/또는 결정립(crystal grain)내부에서 석출된다.
이제, 본 발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막이 전극박막의 증착이후의 공정에서 반복된 열처리에 대해 큰 힐록내성 및 보이드내성을 보이는 이유에 대해 설명한다.
스퍼터링 증착 방법에 의해 얻어진 Al-Y-Ⅳa 합금박막에서, 합금원소, 즉, Y 및 Ⅳa족 금속원소는 Al 매트릭스에 용해되며, 그래서 본 발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막은 Y 및 Ⅳa족 금속원소의 고용강화로 인하여 큰 항복응력을 나타낸다. 더구나, Y 및 Ⅳa족 금속원소를 함유함으로써, Al 결정립은 미세해지고, 결정립계는 미세한 결정립에 의해 강화되어 본발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막의 항복응력을 더욱 증가시킨다. 그러므로, 본 발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막의 첫 열처리에서, Al-Y-Ⅳa 합금박막는 힐록 및 보이드의 발생을 억제하는 고용강화 및 결정립계강화로 인해 큰 항복응력을 보이는 데, 이는 일종의 소성변형에 포함되며, 그로인해 열처리에 대한 큰 힐록내성 및 큰 보이드내성을 나타낸다. 1회의 열처리를 겪은 Al-Y-Ⅳa 합금박막에서, 각 Y 및 Ⅳa족 금속원소는 Al과의 금속간화합물로서 부분적으로 또는 전체적으로 석출되며, Al-Y-Ⅳa 합금박막은 금속간화합물에 의한 석출강화로 인해 큰 항복응력을 나타낸다. 따라서, Al-Y-Ⅳa 합금박막의 적어도 2회(두번째 또는 그 다음)의 열처리에서도, 힐록 및 보이드의 발생은 석출 강화로 인해 억제되며, 그로 인해 반복된 열처리에 대해 큰 힐록내성 및 큰 보이드내성을 보인다. 더구나, 금속간화합물에 의한 고용강화, 입계(grain boundary)강화, 및 금속간화합물에 의한 석출강화는 Y 및 Ⅳa족 금속원소의 함량의 증가에 따라 증가하여 Al-Y-Ⅳa 합금박막의 항복응력을 더욱 증가시키며, 그로인해 더 큰 힐록내성 및 더 큰 보이드내성을 얻는다. 이런 경우에, Y 함량에 따른 전기저항율의 증가율은 Ⅳa족 금속원소 함량에 따른 전기저항율의 증가율보다 작다. 전기저항율의 상당한 증가없이 힐록내성 및 보이드내성을 향상시키는 관점에서 볼 때, 6μΩcm 또는 그 이하의 전기저항율의 제한하에서는 Y 함량이 Ⅳa족 금속원소의 함량보다 큰 것이 바람직하다.
본 발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막이 큰 내식성을 보이는 이유는 아래에 설명된다.
일반적으로, 합금성분으로서, Al에 비하여 귀금속원소, 예를 들면, Co 또는 Ni을 함유하는 Al 합금박막은 강 알칼리성 유기 포토레지스트 현상제로의 노출에 의해 상당히 부식되어 Al 합금박막의 표면상에 피트 부식(피트형 부식 마크)을 유발한다. 그러나, 본 발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막의 합금성분 Y는 Al에 비하여 비(卑)금속원소이며, 합금성분으로서의 Ⅳa족 금속원소는 Al과 동등한 성질을 보이므로, Al-Y-Ⅳa 합금박막은 강 알칼리성 유기 포토레지스트 현상제으로의 노출에 의해 부식되지 않으며, 큰 내식성을 보인다.
본 발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막의 Y 및 Ⅳa족 금속원소의 함량을 한정하는 이유는 아래에 설명된다.
0.3 at%의 Y함량을 경계로 하여, 0.3 at% 또는 그 이상의 함량의 Y는 큰 힐록내성 및 큰 보이드내성을 유발하는 반면 0.3 at% 미만의 함량의 Y는 힐록내성 및 보이드내성의 향상에 충분한 영향을 주지 않으며, 그로인해 큰 힐록내성 및 보이드내성, 즉, 충분한 힐록내성 및 보이드내성을 발생시키지 못한다. 이는 예를들어 아래에 설명될 실시예와 관련된 도 2 및 4로부터 알 수 있다. 즉, 도 2는 30분동안 300oC에서 5회 반복한 열처리에서 Y 함량과 Al-Y-Ⅳa 합금박막의 힐록내성(단위표면적당 힐록의 수)사이의 관계를 보인다. 도 2는 0.3at%의 Y함량을 경계로 하여, 0.3at%미만의 함량의 Y는 힐록밀도를 상당히 증가시켜 충분한 힐록내성을 유발하지 못한다. 반면, 도 4는 30분동안 300oC에서 5회 반복한 열처리에서 Y함량과 Al-Y-Ⅳa 합금박막의 보이드내성(단위 표면적당 보이드의 수)사이의 관계를 보인다. 도 4는 0.3 at%의 Y함량을 경계로 하여 0.3at%미만의 함량의 Y는 보이드밀도를 상당히 증가시켜 충분한 보이드내성을 유발하지 못한다. 따라서, Y의 함량은 0.3at% 또는 그 이상이어야 한다. 이런 관점으로부터, Y 함량은 0.3at% 또는 그 이상인 것으로 한정된다.
0.2 at%의 Ⅳa족 금속원소함량을 경계로 하여, 0.3 at% 또는 그 이상의 함량의 Ⅳa족 금속원소는 큰 힐록내성 및 큰 보이드내성을 유발하는 반면, 0.2 at% 미만의 함량인 Ⅳa족 금속원소는 힐록내성 및 보이드내성의 향상에 충분한 영향을 주지 않으며, 그로 인해 큰 힐록내성 및 보이드내성, 즉, 충분한 힐록내성 및 보이드내성을 발생시키지 못한다. 이는 예를들어 아래에 설명될 실시예와 관련된 도 6 및 8로부터 알 수 있다. 즉, 도 6은 30분동안 300oC에서 5회 반복한 열처리에서 Hf(Ⅳa족 금속원소)함량과 Al-Y-Ⅳa 합금박막의 힐록내성(단위표면적당 힐록의 수)사이의 관계를 보인다. 도 6는 0.2at%의 Hf함량을 경계로 하여, 0.2at%미만의 함량의 Hf는 힐록밀도를 상당히 증가시켜 충분한 힐록내성을 유발하지 못한다. 반면, 도 8은 30분동안 300oC에서 5회 반복한 열처리에서 Hf함량과 Al-Y-Ⅳa 합금박막의 보이드내성(단위 표면적당 보이드의 수)사이의 관계를 보인다. 도 8은 0.2 at%의 Hf함량을 경계로 하여 0.2at%미만의 함량의 Hf는 보이드밀도를 상당히 증가시켜 충분한 보이드내성을 유발하지 못한다. 따라서, Hf의 함량은 0.2at% 또는 그 이상이어야 한다. 이런 관점으로부터, Hf 함량은 0.2at% 또는 그이상인 것으로 한정된다.
Y의 함량이 0.3at% 또는 그 이상이라면, 힐록내성과 보이드내성은 Y의 함량을 증가시킴에 따라 향상될 것이며, Ⅳa족 금속원소의 함량이 0.2at% 또는 그 이상이라면, 힐록내성과 보이드내성은 Ⅳa족 금속원소의 함량을 증가시킴에 따라 향상될 것이다. 그러나, Y 또는/및 Ⅳa족 금속원소의 함량이 과도하게 증가되어 0.3Cy+ 3CⅣa＞ 2 (여기에서 Cy: Y의 함량(at%), CⅣa: Ⅳa족 금속원소의 함량(at%))의 관계를 가질 때에는, (열처리이후의) 전기저항율이 상당히 증가되어 6μΩcm를 초과하게 된다. 반면, 0.3Cy+ 3CⅣa≤ 2의 관계가 만족될 때에는 6μΩcm 또는 그 이하정도로 작은 전기저항율이 얻어진다. 이것은 아래에 설명될 실시예와 관련된 도 1로부터 알 수 있다. 즉, 도 1은 Al-Y-Ⅳa 합금박막의 Y 및 Hf함량 및 (열처리이후의)전기저항율사이의 관계를 보인다. 도 1에서, 점선은 수학식 0.3Cy+ 3CⅣa= 2 (여기에서 Cy: Y의 함량(at%), CⅣa: Ⅳa족 금속원소의 함량(at%))에 의해 표현될 수 있다. 도 1은 6μΩcm를 넘은 전기저항율이 점선위의 영역(0.3Cy+ 3CⅣa＞ 2인 영역)에서 얻어지는 반면, 6μΩcm 또는 그 이하의 전기저항율은 점선 아래의 영역 (0.3Cy+ 3CⅣa≤ 2인 영역)에서 얻어짐을 보인다. 따라서, 6μΩcm 또는 그 이하의 전기저항율을 얻기위해서는, Y 및/또는 Ⅳa족 금속원소의 함량이 0.3Cy+ 3CⅣa≤ 2 를 만족시킬 것이 필요하다. 이런 관점에서, 함량은 0.3Cy+ 3CⅣa≤ 2를 만족하도록 정해진다.
본 발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막에서 얻어진 Ⅳa족 금속원소의 형태는 한정되지 않으며, 적어도 하나의 Ti, Zr, 및 Hf가 사용될 수 있다. 그러나 Hf의 사용은, Ti 또는 Zr의 사용과 비교할때, 6μΩcm 또는 그 이하이라는 제한하에서 우수한 힐록내성, 보이드내성 및 내식성을 유발한다. 이런 관점에서, Hf가 바람직하게 함유된다. Hf를 함유시에는, Hf함량은 바람직하게는 0.3 내지 0.5 at%이고, Y의 함량은 바람직하게는 0.5 내지 2.5%이다. 이는 힐록내성, 보이드정항성, 및 내식성이 6μΩcm 또는 그 이하의 전기저항율이라는 제한하에서 더욱 향상될 수 있기 때문이다.
합금성분으로서 Y 및 Ⅳa족 금속원소뿐만아니라, 본 발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막에는 다른 금속원소 및 산소등과 같은 불순물 원소가 함유되는 것이 허용되며, 이는 Al-Y-Ⅳa 합금박막을 증착을 위한 스퍼터링 타게트를 생성하는 공정 및 Al-Y-Ⅳa 합금박막를 증착하는 공정에서 반드시 함유되거나, 본발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막의 성질에 대한 어떠한 억제도 유발시키지 않는 범위이내에서 함유된다. 그러나, 일반적으로, 이들 원소는 Al-Y-Ⅳa 합금박막의 전기저항율을 증가시켜 Al-Y-Ⅳa 합금박막의 성질을 저하시키며, 그래서 이들 원소의 함량은 가능한한 작은 레벨로 억제되어야 한다. 특히, 산소는 Al-Y-Ⅳa 합금박막중에서 Al2O3을 형성하여 Al-Y-Ⅳa 합금박막의 전기저항율을 상당히 증가시키고 그것들의 성질을 저하시키므로, 산소의 함량은 가능한한 작은 레벨로 억제되어야 한다. 이런 관점에서, 산소의 양은 바람직하게는 1000ppm 또는 그 이하이다. 또한, Y 및 Ⅳa족 금속원소와 다른 불순물의 총 양이 바람직하게는 1000ppm 또는 그 이하이다.
Si 반도체 박막에 있어서 합금 스파이크를 방지하고 Si 반도체 박막에서 전기적 접속의 신뢰성을 확보하기 위해서, 본 발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막은 Al-Y-Ⅳa 합금박막의 성질을 저하시키지 않는 범위내에서 Si를 함유할 것이 허용된다. 합금 스파이크란 열처리동안 서로 접촉된 Al형 금속박막 및 Si 반도체 박막사이의 상호확산에 의해 반도체 박막에 Al의 유입으로 인해 생성된 많은 함몰부를 의미한다.
본 발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막은 스퍼터링 공정에 의해 바람직하게 증착된다. 이에 대한 이유는 아래에 설명된다. 스퍼터링 공정뿐만아니라, 본 발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막은 진공증기증착법, 이온플레이팅법, 화학증기증착법등에 의해 증착될 수 있다.그러나, 스퍼터링 공정에 의해 증착된 Al-Y-Ⅳa 합금박막는 Y 및 Ⅳa족 금속원소함량에 있어서 우수한 균일성을 보인다. Y 및 Ⅳa족 금속원소는 평형상태에서 Al에 대해 매우 낮은 고용 한계를 가지지만, Y 및 Ⅳa족 금속원소은 스퍼터-증착된 막에서 고용체를 형성함에도 불구하고 그들의 용해도 한계는 평형상태에서 더 낮다. Y 및 Ⅳa족 금속원소의 이러한 고용강화는, 다른 종래의 박막형성법에의해 증착된 Al 합금막과 비교할 때, 큰 힐록내성 및 보이드내성의 달성을 가능케 한다.
본 발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막은 스퍼터링 공정등에 의해 증착되고, 이때, 합금 성분으로서 Y 및 Ⅳa족 금속원소는 전체적으로 또는 부분적으로 용해되어 우수한 힐록내성 및 보이드내성을 보인다. 그 후의 열처리에서, 합금 성분으로서 각 Y 및 Ⅳa족 금속원소는 금속간화합물로서 석출되어 열처리이후에 6μΩcm 또는 그 이하정도로 작은 전기저항율, 및 우수한 내식성을 얻는다. 그러므로, 본 발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막은 전극박막의 증착이후의 공정에 있어서 필연적으로 받는 열처리를 박막 자체의 성질을 향상시키기 위하여 금속간 화합물을 석출시키는 열처리로 하여 적극적으로 이용하고 있는 것이라고 말할 수 있다. 용해된 원소가 열처리에 의해 금속간화합물로서 석출되는 정도는 바람직하게는 열처리조건, 열처리이전에 고용원소량, 및 소정의 낮은 전기저항율, 큰 힐록내성, 큰 보이드내성, 및 내식성에 따라 정해진다.
Y 및 Al에 의해 형성된 금속간화합물의 비율은 바람직하게는 증착된 대로의 상태에 있는 α-Al 매트릭스에 용해된 Y의 양을 기준으로 70% 또는 그 이상이다. 금속간화합물로서 고용원소의 석출량은 증착된 대로의 상태에서의 금속원소의 양, 및 어닐링(annealing)조건에 의존한다. 금속간화합물로서 용해된 원소의 석출양은 증착된대로의 상태에 있는 금속원소의 양, 및 어닐링 조건(특히, 열처리 온도)에 의존한다. 그러나, 합금원소중 Y는 열처리에 의해 고용체 상태로부터 쉽게 석출되며, 150oC 또는 그 이상에서 석출되기 시작한다. 석출량은 어닐링온도가 증가함에 따라 증가한다. 용해된 Y는 약 300oC로 어닐링함으로써 실제적으로 전체적으로 석출되며 석출은 300oC 또는 그 이상에서 어닐링함으로써 실질적으로 종료된다. 이는 α-Al 매트릭스에 Y의 치환적 용해가 α-Al 매트릭스와의 큰 격자 부정합, 및 석출의 낮은 활성화 에너지를 유발시키기 때문이다. 용해된 Y는 α-Al 매트릭스의 결정립의 성장을 수반하는 α-Al 매트릭스의 결정립계에서 석출된다. 따라서, 금속간화합물로서 용해된 Y를 70%또는 그 이상을 석출시킴으로써, 증착된 대로의 상태에서 많은 Y를 함유하는 합금박막에서도, 원하는 낮은 전기저항율(전기저항율:6μΩcm 또는 그 이하)이 실현되는 한편, 금속간화합물에 의한 석출강화를 보인다.
Ⅳa족 금속 및 Al에 의해 형성된 금속간화합물의 비율은 증착된 상태에 있는 α-Al 매트릭스에 용해된 Y의 양을 기준으로 바람직하게는 50% 또는 그이상이다. 금속간화합물로서 용해된 원소의 석출량은 증착된 대로의 상태에 있는 금속원소의 양, 및 어닐링 조건(특히 열처리온도)에 의존한다. 그러나, 합금원소중, Ⅳa족 금속은 열처리로 고용체로부터 석출시키기가 상대적으로 어렵다. 석출된 Ⅳa족 금속의 양은 또한 어닐링온도를 증가시킴에 따라 증가하며 용해된 Ⅳa족 금속의 약 절반의 양이 약 300oC까지 가열함으로써 석출되며 나머지는 고용체상태에 남는다. 비록 석출량이 어닐링온도를 상승시킴에 따라 더 증가하지만, Ⅳa족 금속은 400oC까지 가열한 후에도 완전히 석출되지 않으며 그 부분은 고용체상태에 남는다. 그러므로, 용해된 Ⅳa족 금속의 50% 또는 그 이상을 석출시킴으로써, 극히 큰 힐록내성 및 보이드내성이 금속간화합물에 의한 석출강화 및 고용체상태에 존재하는 Ⅳa족 금속에 의한 용해강화에 의해 나타날 수 있다. Ⅳa족 금속은 Y와 비교해 볼 때 열처리 전후에 전기저항율을 크게 증가시키지만, 원하는 낮은 전기저항율(전기저항율:6μΩcm 또는 그 이하)은 Y 양보다 적은 양으로 Ⅳa족 금속을 함유함으로서도 실현될 수 있다.
금속간화합물로서 Y 및 Ⅳa족 금속를 석출시키기 위해서, 열처리의 온도는 150oC 또는 그 이상이어야 하며, 400oC이상의 어닐링온도로, 힐록 또는 보이드가 몇몇 경우에 열처리에서 발생한다. 이런 관점에서, 열처리의 온도는 바람직하게는 150 내지 400oC이다. 금속간화합물의 석출에 관하여, 석출물의 존재와 그 증명(화합물 형태의 결정)은 XRD(특히, 박막 XRD)에 의해 쉽게 확인될 수 있다. 석출물의 양은 또한 XRD 시그널 피크의 비교로 정성적으로 평가될 수 있다. 석출된 금속간화합물의 양에 대해서는, 석출양은 TEM 또는 SEM에 의해 석출물을 규정함으로써 정량적으로 측정될 수 있고, EDS분석, 및 석출물 및 α-Al 매트릭스의 비교를 행할 수 있다. 석출된 금속간화합물의 상태에 대해서는, 석출물의 크기, 석출위치, 및 분배상태는 TEM 또는 SEM 관찰에 의해 조사될 수 있다. 또한, α-Al 매트릭스과 석출물사이의 정합관계(결정배향)는 TEM에 의한 SAD(선택영역회절)측정에 의해 조사될 수 있다.
상기된 바와 같이, 본발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막은 우수한 내식성을 가진다. 내식성은 Al-Y-Ⅳa 합금박막이 강 알칼리성 유기 포토레지스트 현상제, 특히 알칼리성 용액으로의 노출에 의해 부식되는 것을 방지한다. 상기된 바와 같이, 본 발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막은 우수한 힐록내성 및 보이드내성, 특히 전극 박막의 증착이후의 공정에서 반복된 열처리에 대해 큰 힐록내성 및 보이드내성을 가진다.
상기된 바와 같이, 본 발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막은 우수한 성질을 가지며, 그로인해 반도체장치전극용 Al 합금박막으로 적당하게 사용된다. 특히, 본발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막은, 6μΩcm 또는 그 이하정도로 작은 전기저항율, 큰 힐록내성, 큰 보이드내성, 및 큰 내식성을 가질것이 요구되는, LCD전극을 위한 Al 합금박막으로 적당하게 사용될 수 있다.
본 발명의 반도체장치전극용 스퍼터링 공정에 의해 Al막을 증착하기위한 스퍼터링 타게트(이후 "본 발명을 위한 스퍼터링 타게트"로 부름)는 합금성분으로서 0.3at% 또는 그 이상의 Y, 및 총 0.2at% 또는 그 이상의 적어도 하나의 Ⅳa족 금속원소(Ti, Zr, 및 Hf)로 이루어진 Al 합금으로 이루어 지는데, 여기에서 Y 및 Ⅳa족 금속원소의 함량은 다음의 수학식 2을 만족시킨다.
(수학식 2)
0.3Cy+ 3CⅣa≤ 2
수학식 2에서, Cy는 Y의 함량(at%), 그리고 CⅣa는 Ⅳa족 금속원소의 함량(at%)를 나타낸다.
본 발명의 스퍼터링 타게트는 본 발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막과 같은 조성을 가지므로, 본 발명의 Al-Y-Ⅳa 합금박막의 조성의 재생가능성, Y 및 Ⅳa족 금속원소의 함량의 균일성, 및 박막의 성능을 보증하는 것이 가능하다.
본 발명의 스퍼터링 타게트의 Al 합금은 용해 주조법 또는 스프레이 포밍법으로 생성된다. 그러한 방법으로 얻어진 Al 합금으로 이루어진 스퍼터링 타게트는 합금성분으로서 Y 및 Ⅳa족 금속원소가 Al 매트릭스에 균일하게 용해되거나 분산되며, 재료내의 완전한 균일성 및 적은 산소함량을 가지는 완전한 형태이다. 그러므로, 결과적인 Al 합금은 합금성분이 간단하게 혼합되어 있거나 결합되어 있는, 예를 들면 Y 및 Ⅳa족 금속원소의 칩이 Al 스퍼터링 타게트위에 배열된 스퍼터링 타게트와 같은, 분리된 스퍼터링 타게트 비교할 때 조성이 쉽게 안정화되며 산소함량이 감소될 수 있는 이점을 가진다. 용해 주조법은 Al합금 멜트로부터 캐스트 슬라브를 생성하는 방법이다. 스프레이 포밍법은 미세한 입자를 형성하기 위해 불활성가스 대기에 있는 챔버에서 고압의 불활성 가스를 Al 합금 멜트에 불어주어 분무화하고 반응고상태의 분무화입자가 트레이에 용착되어 빌레트을 생성하도록 하는 방법이다. 캐스트 슬라브 또는 빌레트은 가공없이 또는 적당한 가공후에 스퍼터링 타게트로서 사용된다.
본 발명의 스퍼터링 타게트는 상기된 우수한 성질을 가지며, 스퍼터링에 의하여 반도체장치전극용 Al 합금박막을 증착하기 위한 스퍼터링 타게트로서 적당하게 사용될 수 있다. 특히, 본 발명의 스퍼터링은, 6μΩcm 또는 그 이하정도로 낮은 전기저항율, 큰 힐록내성, 큰 보이드내성, 및 내식성을 가질것이 요구되는, LCD전극을 위한 Al합금 박막을 형성하기 위한 스퍼터링 타게트로서 적당하게 사용될 수 있다
실시예
실시예 1
미리 정해진 양의 Y 및 Hf를 함유하는 Al합금으로 이루어지는 스퍼터링 타게트(용융 Al-Y-Ⅳa 합금 스퍼터링 타게트)는 용해 주조법에 의해 생성된다. 스퍼터링 타게트를 사용함으로써, Al 합금박막(Al-Y-Hf 합금박막)은 DC 마그네트론 스퍼터링 방법에 의해 50nm의 직경 및 0.5mm의 두께를 가지는 Corning No. 7059 유리 기판위에 350nm의 두께로 증착된다. 이 실시예에서, Y함량은 0.10 내지 5.00 at%의 범위내에서 변화되며, Hf함량은 0.10 내지 0.70 at%의 범위내에서 변화되었다. 즉, Al-xat%Y-yat%Hf(x=0.10 내지 0.50, y=0.10 내지 0.70)합금박막이 형성되었다.
박막의 조성은 유도결합 플라즈마(ICP) 발광 분광법에 의해 분석되었다. 다음으로, 각 박막은, 사진석판 및 습식 에칭을 사용함으로써, 100μm의 선 폭 및 10mm의 선 길이를 가지는 전기저항율을 측정하기위한 패턴으로 가공되었다. 습식에칭을 위한 부식제로서, H3PO4: HNO3: H2O = 75 : 5 : 20의 혼합물이 사용되었다. 그 다음, 박막은 고온-벽형 열처리 노를 이용함으로써 진공(2.00×10-6또는 그 이하의 진공도)하에서 열처리 되었다.
열처리이후, 각 막막의 전기저항율은 직류 4 탐침법에의해 실온에서 측정되었다. 그 결과는 표 1에서 보여진다. 표 1은 번호 7, 8, 9, 12, 13, 및 17이 본 발명의 요건, 즉, Y≥0.3at%, Hf≥0.2at%, 및 0.3Cy+ 3CⅣa≤ 2 (여기에서 Cy: Y의 함량(at%), CⅣa: Ⅳa족 금속원소의 함량(at%))를 만족시킴을 보인다. 이들 실시예는 모두가 6μΩcm 또는 그 이하의 전기저항율을 보이는 본 발명의 실시예들이다. 한편, 번호 5, 10, 14, 15, 18, 19, 20, 22, 23, 24, 및 25는 본 발명의 어떠한 요건도 만족시키지 않으며, 모두가 6μΩcm를 넘는 전기저항율을 보이는 비교 실시예들이다. 비교 실시예 번호 1, 2, 3, 4, 6, 11, 및 16에서, 전기저항율은 6μΩcm 또는 그 이하이지만, Y＜0.3at% 및 Hf＜0.2at%이므로 큰 힐록내성 및 큰 보이드내성이 얻어질 수 없다.
도 1은 박막의 Y/Hf의 함량 및 전기저항율간의 관계를 보인다. 도 1에서, 표 1에 나타난 번호 1 내지 25의 전기저항율값은 Y함량 및 Hf함량에 관하여 재배열된다. 도면에서, 점선은 수학식 0.3Cy+ 3CⅣa= 2 (여기에서 Cy: Y의 함량(at%), CⅣa: Ⅳa족 금속원소의 함량(at%))에 의해 표현될 수 있다. 도 1은 전기저항율이, 도 1에서 기호 x로 보여진 것처럼, 점선위의 영역(0.3Cy+ 3CⅣa＞ 2의 영역)에서 6μΩcm를 초과한다. 한편, 6μΩcm 또는 그 이하의 전기저항율은, 도 1에서 기호 o로 보여진 것처럼, 점선아래의 영역(0.3Cy+ 3CⅣa≤ 2 의 영역)에서 얻어진다. 그러므로, 전기저항율의 관점에서 보면, 0.3Cy+ 3CⅣa≤ 2이 만족되어야함이 명백하다.
실시예 2
Al 합금박막(Al-Y-Hf 합금박막)은 실시예 1과 같은 방법으로 형성된다. 그러나, 이 실시예에서, Hf함량은 0.2 at% 및 Y함량은 0.10 내지 5.00 at%의 범위내에서 변화된다. 즉 Al-xat%Y-0.2at%Hf(x= 0.10 내지 0.50)합금박막이 형성되었다.
또한, Al-Y-0.2at% Ti 합금박막, 및 Al-Y-0.2at% Zr 합금박막이 실시예 1과 같은 방법에 의해 형성되었다. 이들 박막의 조성은 ICP 발광 분광법에 의해 분석되었다. 다음으로, 각 박막은 실시예 1과 같은 방법에 의해 10μm의 선 폭을 가지는 스트라이프 패턴으로 가공되었다.그 다음, 각 박막들은 고온-벽형 열처리 노를 이용함으로써 30분동안 300oC에서 진공(2.00×10-6토르 또는 그 이하의 진공도)하에 5회에 걸쳐 열처리된다. 각 열처리이후, 힐록 밀도(단위표면적당 힐록의 수) 및 보이드 밀도(단위표면적당 보이드의 수)는 광학 현미경으로 표면조사에 의해 측정되었다.
측정의 결과는 아래에 설명된다. 도2는 Al-Y-0.2at%Hf합금박막에 관한 Y함량 및 힐록밀도사이의 관계를 보인다. 도2는 0.3at%의 Y함량을 경계로하여 0.3at%이하의 함량의 Y가 힐록밀도를 상당히 증가시키며, 그리하여 충분한 힐록내성을 유발시키지 않음을 보인다. 따라서, Y함량이 0.3at% 또는 그 이상이어야 한다는 것은 힐록내성의 관점에서 명백하다.
도 3은 Al-Y-0.2at%Hf합금박막, Al-Y-0.2at%Ti합금박막, 및 Al-Y-0.2at%Zr합금박막에 관하여 열처리 횟수와 힐록 밀도사이의 관계를 보인다. 도 3은 (o로 표시되고 표 1에 보여진 비교 실시예 번호 2에 상당하는) 0.3at%미만의 Y함량을 가지는 Al-Y-0.2at%Hf합금박막에서, 힐록 밀도가 열처리의 횟수가 증가함에 따라 증가함을 보인다. 한편, (△, ∇, ◇, 및 □로 표시되고 표 1에서 보여진 비교 실시예 번호 7, 12, 17, 및 22에 상당하는)0.3at% 또는 그 이상의 Y함량을 가지는 Al-Y-0.2at%Hf합금박막에서, 힐록 밀도는 열처리의 횟수가 증가함에 따라 거의 증가하지 않는다. 그러므로, 반복된 열처리에 대해 큰 힐록내성을 얻기 위하여 박막의 Y함량이 0.3at% 또는 그 이상이어야 함이 명백하다. (도 3에서 ○, △, ∇, ◇, 및 □로 표시된) Al-Y-0.2at%Hf합금박막중에서, 0.3Cy+ 3CⅣa＞ 2인 (□로 표시되고 표 1에서 보여진 비교 실시예 번호 22에 상당하는) Al-5.0at%Y-0.2at%Hf합금박막은 6μΩcm를 넘는 전기저항율을 보이며, 표 1에서 보여진 것처럼, 작은 전기저항율이 얻어질 수 없다는 문제점을 가지고 있다. 비록 본 발명의 실시예들의 Al-2.5at%Y-0.2at%Ti합금박막 및 Al-2.5at%Y-0.2at%Zr합금박막이 본 발명의 실시예의 Al-2.5at%Y-0.2at%Hf합금박막보다 약간 큰 힐록 밀도를 가질지라도, 앞의 박막은 충분히 큰 힐록내성을 가지며 어떠한 실제적인 문제를 가지고 있지 않다.
도 4는 Al-Y-0.2at%Hf합금박막에 관하여 Y함량 및 보이드 밀도사이에 관계를 보인다. 도 4는 0.3at%의 Y함량을 경계로, 0.3at%미만의 함량의 Y로 인해 보이드 밀도가 증가되고, 그래서 충분한 보이드내성이 유발되지 않는다. 그러므로, 보이드내성의 관점에서, Y함량이 0.3at% 또는 그 이상이어야 함이 명백하다.
도 5는 Al-Y-0.2at%Hf, Al-Y-0.2at%Ti, 및 Al-Y-0.2at%Zr합금박막에 관하여 열처리의 횟수와 보이드 밀도사이의관계를 보인다. 도 5는 (o로 표시되고 표 1에 보여진 비교 실시예 번호 2에 상당하는) 0.3at%미만의 Y함량을 가지는 Al-Y-0.2at%Hf에서, 보이드밀도는 열처리의 횟수가 증가함에 따라 증가한다. 한편, (△, ∇, ◇, 및 □로 표시되고 표 1에서 보여진 비교 실시예 번호 7, 12, 17, 및 22에 상당하는)0.3at% 또는 그 이상의 Y함량을가지는 Al-Y-0.2at%Hf합금박막에서, 보이드밀도는 열처리의 횟수가 증가함에 따라 거의 증가되지 않는다. 그러므로, 반복된 열처리에 대한 큰 보이드내성을 얻기위해서는, 박막의 Y함량이 0.3at% 또는 그이상이어야함이 명백하다. (도 5에서 ○, △, ∇, ◇, 및 □로 표시된)Al-Y-0.2at%Hf합금박막중에서, 0.3Cy+ 3CⅣa＞ 2인 (□로 표시되고 표 1에서 보여진 비교 실시예번호 22에 상당하는) Al-5.0at%Y-0.2at%Hf합금박막은, 표 1에 보여진 것처럼, 6μΩcm를 넘는 전기저항율을 가진다는 문제점을 가지고 있다. 비록 본 발명의 실시예의 Al-2.5at%Y-0.2at%Ti합금박막 및 Al-2.5at%Y-0.2at%Zr합금박막이 본 발명의 실시예의 Al-2.5at%Y-0.2at%Hf합금박막보다 약간 큰 보이드 밀도를 가질지라도, 앞의 박막은 충분히 큰 힐록내성을 가지며 어떠한 실제적인 문제를 가지지 않는다.
실시예 3
Al-0.3at%Y-yat%Hf(y = 0.1 내지 0.7)합금박막은 실시예 1과같은 방법에 의해 형성되고, Al-0.3at%Y-Ti합금박막 및 Al-0.3at%Y-Zr합금박막이 또한 형성되었다.
이들 박막의 조성은 ICP 발광 분광법에 의해 분석되었다. 다음으로, 각 박막은 실시예 2와 같은 방법에 의해 10μm의 선 폭을 가진 스트라이프 패턴으로 가공되었다. 그 다음, 각 박막은 실시예 2와 같은 방법에 의해 진공하에서 5회 열처리되었고, 힐록밀도와 보이드 밀도는 각 열처리이후에 실시예 2와 같은 방법에 의해 측정되었다.
측정의 결과는 아래에 설명된다. 도 6은 Al-0.3at%Y-Hf합금박막에 관하여 Hf함량 및 힐록밀도사이의 관계를 보인다. 도 6은 0.2at%의 Hf함량을 경계로하여, 0.2at%미만의 함량의 Hf로 인해 힐록 밀도가 상당히 증가되며, 이로인해 충분한 힐록내성이 유발되지 않는다. 그러므로, Hf함량은 0.2at% 또는 그 이상이어야함이 힐록내성의 관점에서 명백하다.
도 7은 Al-0.3at%Y-Hf합금박막, Al-0.3at%Y-Ti합금박막, 및 Al-0.3at%Y-Zr합금박막에 관하여 열처리의 횟수 및 힐록 밀도사이의 관계를 보인다. 도 7은 (o로 표시되고 표 1에 보여진 비교 실시예 번호 6에 상당하는) 0.2at%미만의 Hf함량을 가지는 Al-0.3at%Y-Hf에서, 힐록밀도는 열처리의 횟수가 증가함에 따라 증가함을 보인다. 한편, (△, 및 □로 표시되고 표 1에서 보여진 비교 실시예 번호 7, 8, 9, 및 10에 상당하는)0.2at% 또는 그 이상의 Hf함량을가지는 Al-0.3at%Y-Hf합금박막에서, 힐록 밀도는 열처리의 횟수가 증가함에 따라 거의 증가되지 않는다. 그러므로, 반복된 열처리에 대한 큰 힐록내성을 얻기위해서는, 박막의 Hf함량이 0.2at% 또는 그 이상이어야함이 명백하다. (도 7에서 ○, △, ∇, ◇, 및 □로 표시된)Al-0.3at%Y-Hf합금박막중에서, 0.3Cy+ 3CⅣa＞ 2인 (□로 표시되고 표 1에서 보여진 비교 실시예 번호 10에 상당하는) Al-0.3at%Y-0.7at%Hf합금박막은, 표 1에 보여진 것처럼, 6μΩcm를 넘는 전기저항율보이며 작은 전기저항율을 얻을 수 없다는 문제점을 가지고 있다. 비록 본 발명의 실시예의 Al-0.3at%Y-0.4at%Ti합금박막 및 Al-0.3at%Y-0.4at%Zr합금박막이 본 발명의 실시예의 Al-0.3at%Y-0.4at%Hf합금박막보다 약간 큰 힐록 밀도를 가질지라도, 앞의 박막은 충분히 큰 힐록내성을 가지며 어떠한 실제적인 문제를 가지지 않는다.
도 8은 Al-0.3at%Y-Hf합금박막에 관하여 Hf함량 및 보이드 밀도사이의 관계를 보인다. 도8은 0.2at%의 Hf함량을 경계로하여, 0.2at%미만의 함량의 Hf가 보이드 밀도를 상당히 증가시키며, 그로인해 충분한 보이드내성이 유발되지 않음을 나타낸다. 그러므로, 보이드내성의 관점으로부터, Hf의 함량이 0.2at% 또는 그 이상이어야 함이 명백하다.
도 9는 Al-0.3at%Y-Hf합금박막, Al-0.3at%Y-Ti합금박막, 및 Al-0.3at%Y-Zr합금박막에 관하여 열처리의 횟수 및 힐록 밀도사이의 관계를 보인다. 도 9는 (o로 표시되고 표 1에 보여진 비교 실시예 번호 6에 상당하는) 0.2at%미만의 Hf함량을 가지는 Al-0.3at%Y-Hf에서, 보이드 밀도는 열처리의 횟수가 증가함에 따라 증가함을 보인다. 한편, (△, ∇, ◇ 및 □로 표시되고 표 1에서 보여진 비교 실시예 번호 7, 8, 9, 및 10에 상당하는)0.2at% 또는 그 이상의 Hf함량을 가지는 Al-0.3at%Y-Hf합금박막에서, 보이드 밀도는 열처리의 횟수가 증가함에 따라 거의 증가되지 않는다. 그러므로, 반복된 열처리에 대한 큰 보이드내성을 얻기위해서는, 박막의 Y함량이 0.2at% 또는 그이상이어야함이 명백하다. (도 9에서 ○, △, ∇, ◇, 및 □로 표시된)Al-0.3at%Y-Hf합금박막중에서, 0.3Cy+ 3CⅣa＞ 2인 (□로 표시되고 표 1에서 보여진 비교 실시예 번호 10에 상당하는) Al-0.3at%Y-0.7at%Hf합금박막은, 표 1에 보여진 것처럼, 6μΩcm를 넘는 전기저항율이라는 문제점을 가진다. 비록 본 발명의 실시예의 Al-0.3at%Y-0.4at%Ti합금박막 및 Al-0.3at%Y-0.4at%Zr합금박막이 본 발명의 실시예의 Al-0.3at%Y-0.4at%Hf합금박막보다 약간 큰 보이드 밀도를 가질지라도, 앞의 박막은 충분히 큰 힐록내성을 가지며 어떠한 실제적인 문제를 가지지 않는다.
실시예 4
Al-xat%Y-yat%Hf(x = 0.1 내지 0.5, y= 0.1 내지 0.7)합금박막은 실시예 1과 같은 방법에 의해 형성되며, Al-Co 합금박막, Al-Ni 합금박막, Al-Ni-Y합금박막, 및 순수 Al 박막이 또한 형성되었다.
이들 박막의 조성은 ICP 발광 분광법에 의해 분석된다. 다음으로, 10μm의 선 폭 및 10μm의 선 간격을 가지는 스트라이프 레지스트 패턴이 유기 알칼리 포토레지스트 현상제을 이용하는 사진석판에 의해 각 박막의 표면위에 형성된다. 그 다음, 유기 알칼리 포토레지스트 현상제에 노출된 각 박막의 부분은 피팅 부식의 밀도(단위면적당 피트의 수)를 측정하기 위해 광학현미경으로 조사되었다.
그 결과는 표 2에 보여진다. 표 2에서, 0 mm-2의 피트 밀도를 가지는 실시예는 우수한 내식성을 가지는 것으로 여겨지며, 0 mm-2를 넘는 피트 밀도를 가지는 실시예는 나쁜 내식성을 가지는 것으로 여겨진다. 표 2는, 비교 실시예 번호 30의 Al-2.0at%Co합금박막, 비교 실시예 번호 31의 Al-2.0at%Ni합금박막 및 비교 실시예 번호 32의 Al-1.5at%Ni-1.6at%Y합금박막에서, 피트부식이 발생하며, 그로인해 유기알칼리성 용액에 대한 큰 내식성이 얻어진다. 한편, 본 발명의 실시예 번호 7, 8, 9, 12, 13, 17, 26, 27, 28, 및 29의 Al-Y-Ⅳa 합금박막에서, 어떠한 피트 부식도 일어나지 않았으며 우수한 내식성이 얻어질 수 있다. 비록 상기의 실시예 1 내지 4의 각각은 스퍼터링을 위한 Al-Y-Ⅳa 합금스퍼터링 타게트로서 용해 주조법에 의해 생성된 용융 Al-Y-Ⅳa 합금 스퍼터링 타게트를 사용하지만, 스프레이 포밍법에 의해 생성된 용융 Al-Y-Ⅳa합금 스퍼터링 타게트의 사용은 상기 실시예와 같은 결과를 낳는다.
본 발명의 반도체장치전극용 Al 합금박막은 반복된 열처리에서 적은 힐록 및 보이드를 생성하며, 그리하여 큰 힐록내성 및 큰 보이드내성, 및 열처리이후에 6μΩcm 또는 그 이하정도로 작은 전기저항율을 가진다. 그러므로, 본 발명의 Al 합금박막은 열처리이전에(또는 열처리당시에는 더욱) 및 열처리이후에 (열처리 이전에, 및 열처리당시에) 큰 힐록내성 및 큰 보이드내성, 및(열처리이후에) 6μΩcm 또는 그 이하정도로 작은 전기저항율이라는 요건을 만족시킬 수 있다. Al 합금박막은 또한 알칼리성 용액에 대한 우수한 내식성을 가진다. 즉, 본 발명의 반도체장치전극용 Al 합금박막은 6μΩcm 또는 그 이하정도로 작은 전기저항율, 큰 힐록내성, 큰 보이드내성, 알칼리성 용액에 대한 큰 내식성을 가지는데, 이는 대형 LCD(액정 디스플레이) 또는 고 해상도 LCD에 요구된다. 그러므로, Al 합금박막은 반도체장치전극용 Al 합금박막, 특히 6μΩcm 또는 그 이하정도의 작은 전기저항율, 큰 힐록내성, 큰 보이드내성, 및 내식성을 가질것이 요구되는 LCD전극을 위한 Al 합금박막으로서 적당하게 사용될 수 있다. 본 발명의 Al 합금박막은 장래에 이들 장치의 성능 및 품질을 개선시키는 효과, 및 LCD의 크기 및 해상도의 증가에 부응 및 기여하는 것을 가능케 하는 효과를 보인다.
본 발명의 스퍼터링 타게트는 스퍼터링에 의해 반도체장치전극용 Al 합금박막을 형성하기 위해 적당히 사용될 수 있으며, 반도체장치전극용 결과적인 Al 합금박막의 조성이 쉽게 안정화되는 이점을 가지고, 그것에 의해 안정한 성질을 가지는 반도체장치전극용 Al 합금박막의 형성을 가능케 하는 효과를 보인다.
본 발명으로부터 종래재료의 문제점들을 해결하고, 대-화면 LCD 또는 고해상의 LCD의 전극박막을 위한 요건인 작은 전기저항율, 즉, 6μΩcm 또는 그 이하, 큰 힐록내성, 큰 보이드내성, 및 알칼리성 용액에 대한 큰 내식성을 가지는 반도체장치전극용 Al 합금박막을 얻을 수 있었으며, 본 발명의 또 다른 대상인 반도체장치전극용 Al합금 박막을 형성하기위한 스퍼터링 타게트를 얻었다.

Claims (10)

  1. 합금성분으로서 Y를 0.3at%이상 함유함과 동시에 Ⅳa족 금속원소(Ti, Zr 및 Hf)중 1 종 또는 2 종이상을 합계로 0.2at%이상 함유하고, 이 Y 및 Ⅳa족 금속원소의 함량이 다음 수학식 1을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 우수한 내식성, 힐록내성 및 보이드내성, 및 6μΩcm 이하의 전기저항율을 가지는 반도체장치전극용 Al 합금박막.
    (수학식 1)
    0.3Cy+ 3CⅣa≤ 2
    (상기식에서 Cy: Y의 함량(at%), CⅣa: Ⅳa족 금속원소의 함량(at%)을 나타낸다)
  2. 제 1 항에 있어서, 스퍼터링 공정에 의하여 증착되는 것을 특징으로 하는 반도체장치전극용 Al 합금박막.
  3. 제 1 항에 있어서, Y가 Al과의 금속간화합물로서 부분적으로 또는 전체적으로 석출되고 Ⅳa족 금속원소가 Al과의 금속간화합물로서 부분적으로 또는 전체적으로 석출되는 것을 특징으로 하는 반도체장치전극용 Al 합금박막.
  4. 제 3 항에 있어서, 금속간화합물이, Al 합금박막을 어닐링 또는 열처리함으로써 석출되는 것을 특징으로 하는 반도체장치전극용 Al 합금박막.
  5. 제 1 항에 있어서, 내식성이 알칼리성 용액내에서의 내식성인 것을 특징으로 하는 반도체장치전극용 Al 합금박막.
  6. 제 1 항에 있어서, 힐록내성이 반복되는 열처리에 대한 힐록내성이고, 보이드내성이 반복되는 열처리에 대한 보이드내성인 것을 특징으로 하는 반도체장치전극용 Al 합금박막.
  7. 제 1 항에 있어서, 반도체장치전극이 액정 디스플레이의 전극인 것을 특징으로 하는 반도체장치전극용 Al 합금박막.
  8. 합금성분으로서 Y를 0.3at%이상 함유함과 동시에 Ⅳa족 금속원소(Ti, Zr, 및 Hf)중 1종 또는 2종이상을 합계로 0.2at%이상 함유하고, 이 Y 및 Ⅳa족 금속원소의 함량이 다음 수학식 2를 만족시키는 알루미늄합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 반도체 장치전극용 스퍼터링 공정에 의해 Al막을 증착시키기 위한 스퍼터링 타게트 .
    (수학식 2)
    0.3Cy+ 3CⅣa≤ 2
    (상기식에서 Cy: Y의 함량(at%), CⅣa: Ⅳa족 금속원소의 함량(at%)을 나타낸다.)
  9. 제 8 항에 있어서, Al합금이 용해 주조법 또는 스프레이 포밍법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타게트.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 반도체장치전극이 액정 디스플레이의 전극인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타게트.
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