KR20110042217A - 스퍼터링 장치, 박막 형성 방법 및 전계 효과형 트랜지스터의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

하지층의 데미지를 저감할 수 있는 스퍼터링 장치, 박막 형성 방법 및 전계 효과형 트랜지스터의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 형태와 관련되는 스퍼터링 장치는, 기판(10)의 피처리면에 박막을 형성하는 스퍼터링 장치에 있어서, 진공조(61)와 지지부(93)와 타겟(80)과 마그넷(83)을 구비한다. 마그넷(83)은, 피스퍼터 영역(80a)을 형성하는 플라즈마를 발생시키고, 피스퍼터 영역(80a)이 피처리면과 대향하지 않는 제1 위치와 상기 피스퍼터 영역이 상기 피처리면과 대향하는 제2 위치 사이에 걸쳐서, 피스퍼터 영역(80a)을 이동시킨다. 이것에 의해, 피스퍼터 영역(80a)으로부터 기판(10)의 피처리면에 입사되는 스퍼터 입자의 입사 에너지를 저감하여, 층을 보호하는 것이 가능하다.

Description

스퍼터링 장치, 박막 형성 방법 및 전계 효과형 트랜지스터의 제조 방법{SPUTTERING APPARATUS, METHOD FOR FORMING THIN FILM, AND METHOD FOR MANUFACTURING FIELD EFFECT TRANSISTOR}

본 발명은, 기판 위에 박막을 형성하기 위한 스퍼터링 장치 및 이 장치를 이용한 박막 형성 방법, 및 전계 효과형 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 기판 위에 박막을 형성하기 위한 공정에는 스퍼터링 장치가 이용되고 있다. 스퍼터링 장치는, 진공조 내부에 배치된 스퍼터링 타겟(이하 「타겟」이라고 함)과, 타겟의 표면 근방에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생 수단을 구비하고 있다. 스퍼터링 장치는, 플라즈마 중의 이온으로 타겟의 표면을 스퍼터하여, 그 타겟으로부터 내쳐진 입자(스퍼터 입자)를 기판상에 퇴적시킴으로써, 박막을 형성한다(예컨대 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1 : 일본특허공개공보 2007-39712호

스퍼터링법에 의해 형성된 박막(이하 「스퍼터 박막」이라고도 함)은, 타겟으로부터 날아온 스퍼터 입자가 기판의 표면에 고에너지로 입사되기 때문에, 진공 증착법 등으로 형성된 박막에 비해, 기판과의 밀착성이 높다. 따라서, 스퍼터 박막이 형성되는 하지층(하지막 또는 하지 기판)은, 입사되는 스퍼터 입자와의 충돌에 의해 큰 데미지를 받기 쉽다. 예컨대, 박막 트랜지스터의 활성층을 스퍼터링법으로 성막하는 경우, 하지층의 데미지에 의해 원하는 막특성을 얻을 수 없는 경우가 있다.

이상과 같은 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은, 하지층의 데미지를 저감 할 수 있는 스퍼터링 장치, 박막 형성 방법 및 전계 효과형 트랜지스터의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 형태에 관한 스퍼터링 장치는, 기판의 피(被)처리면에 박막을 형성하는 스퍼터링 장치이며, 진공조와 지지부와 타겟과 플라즈마 발생 수단을 구비한다.

상기 진공조는, 진공 상태를 유지한다.

상기 지지부는, 상기 진공조의 내부에 배치되어 상기 기판을 지지한다.

상기 타겟은, 상기 지지부에 의해 지지된 상기 기판의 피처리면에 평행하게 배치되고, 피스퍼터면을 갖는다.

상기 플라즈마 발생 수단은, 상기 피스퍼터면을 스퍼터함으로써 스퍼터 입자가 방출되는 피스퍼터 영역을 형성하는 플라즈마를 발생시키고, 상기 피스퍼터 영역이 상기 피처리면과 대향하지 않는 제1 위치와, 상기 피스퍼터 영역이 상기 피처리면과 대향하는 제2 위치 사이에 걸쳐서, 상기 피스퍼터 영역을 이동시킨다.

본 발명의 일 형태와 관련되는 박막 형성 방법은, 피처리면을 갖는 기판을 진공조 내에 배치한다.

타겟을 스퍼터하는 플라즈마를 발생시킨다.

상기 타겟의 피스퍼터 영역을, 상기 피스퍼터 영역이 상기 피처리면과 대향하지 않는 제1 위치와, 상기 피스퍼터 영역이 상기 피처리면과 대향하는 제2 위치 사이에 걸쳐서 이동시킨다.

본 발명의 일 형태와 관련되는 전계 효과형 트랜지스터의 제조 방법은, 기판 위에 게이트 절연막을 형성한다.

상기 기판을 In-Ga-Zn-O계 조성을 갖는 타겟이 배치된 진공조의 내부에 배치한다.

상기 타겟을 스퍼터하는 플라즈마를 발생시킨다.

상기 타겟의 피스퍼터 영역을, 상기 피스퍼터 영역이 상기 피처리면과 대향하지 않는 제1 위치와, 상기 피스퍼터 영역이 상기 피처리면과 대향하는 제2 위치 사이에 걸쳐서 이동시켜, 상기 게이트 절연막상에 활성층을 형성한다.

도 1은 제1 실시 형태에 관한 진공 처리 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 보유 지지 기구를 나타내는 평면도이다.
도 3은 제1 스퍼터실을 나타내는 평면도이다.
도 4는 스퍼터의 모습을 나타내는 모식도이다.
도 5는 기판 처리 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 실험에 이용된 스퍼터링 장치를 나타내는 도면이다.
도 7은 실험에 의해 얻어진 박막의 막두께 분포를 나타내는 도면이다.
도 8은 스퍼터 입자의 입사각을 설명하는 도면이다.
도 9는 실험에 의해 얻어진 박막의 성막률을 나타내는 도면이다.
도 10은 실험에 의해 제조된 박막 트랜지스터의 각 샘플을 200℃에서 아닐 했을 때의 온 전류 특성 및 오프 전류 특성을 나타내는 도면이다.
도 11은 실험에 의해 제조된 박막 트랜지스터의 각 샘플을 400℃에서 아닐 했을 때의 온 전류 특성 및 오프 전류 특성을 나타내는 도면이다.
도 12는 제2 실시 형태에 관한 제1 스퍼터실을 나타내는 평면도이다.

본 발명의 일 실시 형태에 관한 스퍼터링 장치는, 기판의 피처리면에 박막을 형성하는 스퍼터링 장치이며, 진공조와 지지부와 타겟과 플라즈마 발생 수단을 구비한다.

상기 진공조는, 진공 상태를 유지한다.

상기 지지부는, 상기 진공조의 내부에 배치되어 상기 기판을 지지한다.

상기 타겟은, 상기 지지부에 의해 지지된 상기 기판의 피처리면에 평행하게 배치되고 피스퍼터면을 갖는다.

상기 플라즈마 발생 수단은, 상기 피스퍼터면을 스퍼터하는 것으로 스퍼터 입자가 방출되는 피스퍼터 영역을 형성하는 플라즈마를 발생시키고, 상기 피스퍼터 영역이 상기 피처리면과 대향하지 않는 제1 위치와, 상기 피스퍼터 영역이 상기 피처리면과 대향하는 제2 위치 사이에 걸쳐서, 상기 피스퍼터 영역을 이동시킨다.

상기 스퍼터링 장치는, 피스퍼터 영역을 이동시키는 것에 의해, 기판의 피처리면에 대한 스퍼터 입자의 입사각도를 변화시킨다. 제1 위치로부터, 피처리면에 대하여 경사 방향으로 입사되는 스퍼터 입자는, 수직 방향으로 입사되는 것에 비해 입사 에너지(단위면적당 입사 입자수)가 낮기 때문에, 하지층에 미치는 데미지는 작다. 그 후, 제2 위치로부터 스퍼터 입자를 수직 방향으로 입사시키는 것에 의해, 하지층에 데미지가 적고, 성막 속도도 높은 성막을 달성하는 것이 가능하다.

상기 플라즈마 발생 수단은, 상기 타겟의 상기 피스퍼터면 측에 자장을 형성하기 위한 마그넷을 포함하며, 상기 마그넷은, 상기 지지부에 대하여 상대 이동 가능하게 배치되어 있어도 좋다.

상기 플라즈마 발생 수단은, 마그넷에 의해 인가되는 자장에 의해 플라즈마 밀도를 제어한다(마그네트론 스퍼터). 마그네트론 스퍼터에서는, 스퍼터되는 영역(피스퍼터 영역)은 타겟의 표면상에 편재한다. 마그넷을 이동시키는 것으로, 피스퍼터 영역을 이동시켜, 스퍼터 입자의 피처리면에 대한 입사 방향을 제어하는 것이 가능하다.

상기 피스퍼터면은, 상기 피처리면과 대향하지 않는 제1 영역과 상기 피처리면과 대향하는 제2 영역을 갖고, 상기 마그넷은, 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이를 이동 가능하게 배치되어 있어도 좋다.

피스퍼터면 위의, 제1 영역, 즉, 피처리면으로부터 경사 방향에 위치하는 영역을 스퍼터 영역이라고 하면, 스퍼터 입자의 피처리면에 대한 입사 방향을 경사 방향으로 하는 것이 가능하다. 또한, 제2 영역, 즉, 피처리면으로부터 수직 방향에 위치하는 영역을 피스퍼터 영역이라고 하면, 입사 방향을 수직 방향으로 하는 것이 가능하다.

상기 타겟은 상기 마그넷과 함께 이동해도 좋다.

타겟을 마그넷과 함께 이동시키는 것에 의해, 피처리면으로부터 보아서 피스퍼터 영역의 방향을 제어하는 것이 가능하다.

본 발명의 일 실시 형태에 관한 박막 형성 방법은, 피처리면을 갖는 기판을 진공조 내에 배치한다.

타겟을 스퍼터하는 플라즈마를 발생시킨다.

상기 타겟의 피스퍼터 영역을, 상기 피스퍼터 영역이 상기 피처리면과 대향하지 않는 제1 위치와, 상기 피스퍼터 영역이 상기 피처리면과 대향하는 제2 위치 사이에 걸쳐서 이동시킨다.

본 발명의 일 실시 형태에 관한 전계 효과형 트랜지스터의 제조 방법은, 기판 위에 게이트 절연막을 형성한다.

상기 기판을 In-Ga-Zn-O계 조성을 갖는 타겟이 배치된 진공조의 내부에 배치한다.

상기 타겟을 스퍼터하는 플라즈마를 발생시킨다.

상기 타겟의 피스퍼터 영역을, 상기 피스퍼터 영역이 상기 피처리면과 대향하지 않는 제1 위치와, 상기 피스퍼터 영역이 상기 피처리면과 대향하는 제2 위치 사이에 걸쳐서 이동시켜, 상기 게이트 절연막상에 활성층을 형성한다.

이러한 전계 효과형 트랜지스터의 제조 방법에 의하면, 스퍼터에 의한 활성층의 성막시, 입사 에너지에 의해 손상을 받기 쉬운 게이트 절연막을 보호하는 것이 가능하다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 근거해 설명한다.

(제1 실시 형태)

제1 실시 형태에 관한 진공 처리 장치(100)에 대해 설명한다.

도 1은, 진공 처리 장치(100)를 나타내는 모식적인 평면도이다.

진공 처리 장치(100)는, 기재로서 예를 들어 디스플레이에 이용되는 유리 기판(이하, 단순히 기판이라고 함)(10)을 처리하는 장치이며, 전형적으로는, 이른바 보텀 게이트형(bottom-gate-type) 트랜지스터 구조를 갖는 전계 효과형 트랜지스터의 제조의 일부를 담당하는 장치이다.

진공 처리 장치(100)는, 클러스터형 처리 유닛(50)과 인라인형 처리 유닛(60)과 자세 변환실(70)을 구비한다. 이들 각 실은, 단일의 진공조 또는 복수 조합의 진공조 내부에 형성되어 있다.

클러스터형 처리 유닛(50)은, 기판(10)을 실질적으로 수평으로 한 상태에서 기판(10)을 처리하는, 복수의 횡형 처리실을 구비하고 있다. 전형적으로는, 클러스터형 처리 유닛(50)은, 로드락(load rock)실(51), 반송실(53), 복수의 CVD(Chemical Vapor Deposition)실(52)을 포함한다.

로드락실(51)은, 대기압 및 진공 상태를 전환하여 진공 처리 장치(100)의 외부로부터 기판(10)을 로드하거나, 또는 외부로 상기 기판(10)을 언로드한다. 반송실(53)은, 도시하지 않은 반송 로봇을 구비하고 있다. 각 CVD실(52)은, 반송실(53)에 각각 접속되어 있어 기판(10)에 CVD 처리를 실시한다. 반송실(53)의 반송 로봇은, 로드락실(51), 각 CVD실(52) 및 후술하는 자세 변환실(70)에 기판(10)을 반입하거나, 또는 그들 각 실로부터 기판(10)을 반출한다.

CVD실(52)에서는, 전형적으로는, 전계 효과형 트랜지스터의 게이트 절연막이 형성된다.

이들 반송실(53) 및 CVD실(52) 내부는, 소정의 진공도로 유지하는 것이 가능해지고 있다.

자세 변환실(70)은, 기판(10)의 자세를 수평으로부터 수직 상태, 또는, 수직으로부터 수평 상태로 변환한다. 예컨대, 도 2에 도시하는 바와 같이, 자세 변환실(70) 내에는, 기판(10)을 보유 지지하는 보유 지지 기구(71)가 설치되어 있고, 보유 지지 기구(71)는, 회전축(72)을 중심으로 회전 가능하게 구성되어 있다. 보유 지지 기구(71)는, 메카니컬척(mechanical chuck) 또는 진공척 등에 의해 기판(10)을 보유 지지한다. 자세 변환실(70)은, 반송실(53)과 실질적으로 같은 진공도로 유지되는 것이 가능해지고 있다.

보유 지지 기구(71)의 양단부에 접속된 도시하지 않은 구동 기구의 구동에 의해 보유 지지 기구(71)가 회전해도 좋다.

클러스터형 처리 유닛(50)은, 반송실(53)에 접속된, CVD실(52), 자세 변환실(70) 외에, 가열실이나 그 외의 처리를 행하기 위한 실이 설치되어도 좋다.

인라인형 처리 유닛(60)은, 제1 스퍼터실(61)(진공조), 제2 스퍼터실(62) 및 버퍼실(63)을 포함하고, 기판(10)을 실질적으로 수직으로 세운 상태에서 기판(10)을 처리한다.

제1 스퍼터실(61)에서는, 전형적으로는, 후술 하는 바와 같이 기판(10)상에 In-Ga-Zn-O계 조성을 갖는 박막(이하, 단지 IGZO막이라고 함)이 형성된다. 제2 스퍼터실(62)에서는, 상기 IGZO막 위에 스토퍼층막이 형성된다. IGZO막은, 전계 효과형 트랜지스터의 활성층을 구성한다. 스토퍼층막은, 소스 전극 및 드레인 전극을 구성하는 금속막의 패터닝 공정, 및 IGZO막의 불필요 영역을 에칭 제거하는 공정에 있어서, IGZO막의 채널 영역을 에천트로부터 보호하는 에칭 보호층으로서 기능한다.

제1 스퍼터실(61)은, 상기 IGZO막을 형성하기 위한 타겟 재료를 포함하는 스퍼터 음극(sputtering cathode)(Tc)을 갖고 있다. 제2 스퍼터실(62)은, 스토퍼층막을 형성하기 위한 타겟 재료를 포함하는 단일의 스퍼터 음극(Ts)를 갖고 있다.

제1 스퍼터실(61)은, 후술 하는 바와 같이, 고정 성막 방식의 스퍼터링 장치로서 구성되어 있다. 한편, 제2 스퍼터실(62)은, 고정 성막 방식의 스퍼터링 장치로서 구성되어도 좋고, 통과 성막 방식의 스퍼터링 장치로서 구성되어도 좋다.

제1 스퍼터실(61), 제2 스퍼터실(62) 및 버퍼실(63) 내에는, 예컨대 왕로(往路)(64) 및 복로(復路)(65)로 구성되는 2 경로의 기판(10)의 반송 경로가 준비되고, 기판(10)을 수직으로 한 상태, 또는 수직으로부터 다소 기울어진 상태로 지지하는 도시하지 않은 지지 기구가 설치되어 있다. 상기 지지 기구에 의해 지지된 기판(10)은, 도시하지 않은 반송 롤러, 랙 앤드 피니언(rack-and-pinion) 등의 기구에 의해 반송되도록 되어 있다.

각 실의 사이에는, 게이트 밸브(54)가 설치되고 있고, 이들 밸브(54)가 개별적으로 독립하여 개폐 제어된다.

버퍼실(63)은, 자세 변환실(70)과 제2 스퍼터실(62) 사이에 접속되어, 자세 변환실(70) 및 제2 스퍼터실(62) 각각의 압력 분위기의 완충 영역이 되도록 기능한다. 예를 들어, 자세 변환실(70)과 버퍼실(63) 사이에 설치된 게이트 밸브(54)가 개방될 때, 자세 변환실(70)내의 압력과 실질적으로 같은 압력이 되도록, 버퍼실(63)의 진공도가 제어된다. 또, 버퍼실(63)과 제2 스퍼터실(62) 사이에 설치된 게이트 밸브(54)가 개방될 때는, 제2 스퍼터실(62) 내의 압력과 실질적으로 같은 압력이 되도록, 버퍼실(63)의 진공도가 제어된다.

CVD실(52)에서는, 클리닝 가스 등의 특수 가스가 이용되어 실내가 클리닝 되는 경우가 있다. 예컨대, CVD실(52)이 종형 장치로 구성되는 경우, 상술한 제2 스퍼터실(62)에 설치되어 있는 것과 같은, 종형의 처리 장치에 특유의 지지 기구나 반송 기구가, 특수 가스에 의해 부식되는 등의 문제가 염려된다. 그러나, 본 실시 형태에서는, CVD실(52)은 횡형의 장치로 구성되기 때문에, 그러한 문제를 해결할 수가 있다.

한편, 스퍼터 장치가 횡형의 장치로서 구성되는 경우에 있어서, 예컨대 타겟이 기판 바로 위에 배치되는 경우, 타겟의 주위에 부착된 타겟 재료가 기판상에 떨어져 기판(10)이 오염될 우려가 있다. 반대로, 타겟이 기판 아래에 배치되는 경우, 기판의 주위에 배치된 방착판에 부착된 타겟 재료가 전극에 떨어져 전극이 오염될 우려가 있다. 이러한 오염에 의해 스퍼터 처리중에 일어나는 이상 방전이 염려된다. 그러나, 제2 스퍼터실(62)이 종형 처리실로서 구성되는 것으로, 이러한 문제를 해결할 수가 있다.

다음으로, 제1 스퍼터실(61)의 상세에 대하여 설명한다. 도 3은, 제1 스퍼터실(61)을 나타내는 개략 평면도이다.

제1 스퍼터실(61)은, 상술한 것과 같은, 스퍼터 음극(Tc)을 갖고 있다. 스퍼터 음극(Tc)은, 타겟(80)과 백킹(backing) 플레이트(82)와 마그넷(83)을 포함한다. 제1 스퍼터실(61)은, 도시하지 않은 가스 도입 라인에 접속되어 있어 상기 가스 도입 라인을 통해 제1 스퍼터실(61) 내에 아르곤 등의 스퍼터용 가스 및 산소 등의 반응성 가스가 도입된다.

타겟(80)은, 성막 재료의 잉곳(ingot) 또는 소결체로 구성되어 있다. 본 실시 형태에서는, In-Ga-Zn-O조성을 갖는 합금 잉곳 또는 소결체 재료로 형성되어 있다. 타겟(80)은 그것의 피스퍼터면이, 기판(10)의 피처리면과 평행이 되도록 장착된다. 타겟(80)은, 기판(10)보다 큰 면적을 갖는다. 타겟(80)의 피스퍼터면은 기판(10)과 대향하는 영역(제2 영역)과 대향하지 않는 영역(제1 영역)을 갖는다. 타겟(80)의 피스퍼터면 중, 스퍼터가 진행되는 영역(후술)을 피스퍼터 영역(80a)으로 한다.

백킹 플레이트(82)는, 도시하지 않은 교류 전원(고주파 전원을 포함) 또는 직류 전원과 접속되는 전극으로서 구성된다. 백킹 플레이트(82)는, 내부에 냉각수 등의 냉각 매체가 순환하는 냉각 기구를 구비하고 있어도 좋다. 백킹 플레이트(82)는, 타겟(80)의 배면(피스퍼터면과 반대측의 면)에 장착되어 있다.

마그넷(83)은, 영구자석과 요크의 조합으로 구성되어 있고, 타겟(80) 표면(피스퍼터면)의 근방에 소정의 자장(84)을 형성한다. 마그넷(83)은, 백킹 플레이트(82)의 배면측(타겟(80)과 반대측)에 장착되어 도시하지 않은 구동 기구에 의해, 타겟(80)의 피스퍼터면에 평행(동시에 기판(10)의 피처리면과 평행)한 일 방향으로 이동 가능하게 형성되어 있다.

이상과 같이 구성되는 스퍼터 음극(Tc)은, 상기 전원, 백킹 플레이트(82), 마그넷(83), 상기 가스 도입 라인 등을 포함하는 플라즈마 발생 수단에 의해, 제1 스퍼터실(61) 내에 플라즈마를 발생시킨다. 즉, 백킹 플레이트(82)에 소정의 교류 전원 또는 직류 전원이 인가되면, 타겟(80)의 피스퍼터면 근방에, 스퍼터용 가스의 플라즈마가 형성된다. 그리고, 플라즈마 중의 이온에 의해 타겟(80)의 피스퍼터면이 스퍼터된다(피스퍼터 영역(80a)이 형성된다). 또한, 마그넷(83)에 의해 타겟 표면에 형성된 자장에 의해 고밀도 플라즈마(마그네트론 방전)가 생성되어 자장 분포에 대응하는 플라즈마의 밀도 분포를 얻는 것이 가능해진다. 플라즈마 밀도가 제어되는 것에 의해, 피스퍼터면의 전체 영역이 균일하게 스퍼터되지 않고, 피스퍼터 영역(80a)으로 되는 영역은 한정된다. 피스퍼터 영역(80a)은, 마그넷(83)의 장소에 의존하고, 마그넷(83)의 이동에 따라 이동한다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 피스퍼터 영역(80a)으로부터 생성되는 스퍼터 입자는, 피스퍼터 영역(80a)으로부터 각도 범위(S)에 걸쳐서 방출된다. 각도 범위(S)는, 플라즈마의 형성 조건 등에 의해 제어된다. 스퍼터 입자는, 피스퍼터 영역(80a)으로부터 수직 방향으로 튀어나온 입자와 타겟(80)의 표면으로부터 경사 방향으로 튀어나온 입자를 포함한다. 타겟(80)으로부터 튀어나온 스퍼터 입자는, 기판(10)의 피처리면에 퇴적하여, 박막을 형성한다.

제1 스퍼터실(61)에는, 기판(10)이 배치된다. 기판(10)은, 지지판(91)과 클램프 기구(92)를 구비한 지지부(93)에 의해 지지되고 있고, 성막시, 복로(65) 상의 소정 위치에 정지(고정)된다. 클램프 기구(92)는, 스퍼터 음극(Tc)과 대향하는 지지판(91)의 지지 영역에 의해 지지된 기판(10)의 주연부를 보유 지지한다.

마그넷(83)과 기판(10)의 배치 관계에 대해 설명한다.

스퍼터의 개시 시점에 있어서, 마그넷(83)은 제1 위치에 배치되어 있다. 제1 위치는 마그넷(83)이 타겟(80)을 통해 기판(10)과 대향하지 않는 위치, 즉 타겟(80)의 피스퍼터면 중 기판(10)과 대향하지 않는 영역의 배면에 상당한다. 후술 하겠지만, 스퍼터가 진행되면, 마그넷(83)은 구동 기구에 의해 구동되어 기판(10)과 대향하는 위치인 제2 위치로 이동한다.

이상과 같이 구성된 진공 처리 장치(100)에 있어서의 기판(10)의 처리 순서에 대해 설명한다. 도 5는, 그 순서를 나타내는 흐름도이다.

반송실(53), CVD실(52), 자세 변환실(70), 버퍼실(63), 제1 스퍼터실(61) 및 제2 스퍼터실(62)은, 각각 소정의 진공 상태로 유지되고 있다. 우선, 로드락실(51)에 기판(10)이 로드된다(스텝 101). 그 다음, 기판(10)은, 반송실(53)을 통해 CVD실(52)에 반입되어 CVD 처리에 의해 소정의 막, 예컨대 게이트 절연막이 기판(10)상에 형성된다(스텝 102). CVD 처리후, 반송실(53)을 통해 자세 변환실(70)에 반입되어 기판(10)의 자세가 수평 자세로부터 수직 자세로 변환된다(스텝 103).

수직 자세로 된 기판(10)은, 버퍼실(63)을 통해 스퍼터실에 반입되어 왕로(64)를 지나 제1 스퍼터실(61)의 단부까지 반송된다. 그 후, 기판(10)은 복로(65)를 지나, 제1 스퍼터실(61)에서 정지(停止)되고, 이하와 같이 하여 스퍼터링 처리된다. 이것에 의해, 기판(10)의 표면에, 예컨대 IGZO막이 형성된다(스텝 104).

도 3을 참조하면, 기판(10)은, 지지 기구에 의해 제1 스퍼터실(61) 내로 반송되고, 스퍼터 음극(Tc)과 대향하는 위치에서 정지된다. 제1 스퍼터실(61)에는, 소정 유량의 스퍼터 가스(아르곤 가스와 산소 가스 등)가 각각 도입된다. 상술한 바와 같이, 스퍼터 가스에 전장(電場)과 자장이 인가되어 스퍼터가 개시된다.

도 4는 스퍼터의 모습을 나타내는 도면이다.

스퍼터는, 도 4(A), (B), (C)의 순서로 진행된다. 도 4(A)에 나타내는 스퍼터의 개시 단계에서는, 마그넷(83)은 기판(10)과 대향하지 않는 제1 위치에 배치되어 있다. 피스퍼터 영역(80a)은 타겟(80)의 피스퍼터면 중, 마그넷(83)의 근방에 발생한다. 피스퍼터 영역(80a)으로부터 방출된 스퍼터 입자는, 어느 정도의 각도를 갖고 확산되어 기판(10)의 피처리면에 도달하고, 퇴적한다. 이 단계에서 피처리면에 도달하는 스퍼터 입자는, 피스퍼터 영역(80a)으로부터, 피스퍼터면에 대하여 경사 방향으로 방출된 스퍼터 입자이다. 피스퍼터 영역(80a)은 기판(10)과 대향하고 있지 않기 때문에, 피스퍼터면에 대하여 수직 방향으로 방출된 스퍼터 입자는 피처리면에 도달하지 않는다.

기판(10)의 피처리면 중, 피스퍼터 영역(80a)에 가까운 일부 영역에 경사 방향으로 입사된 스퍼터 입자에 의한 성막이 되면, 마그넷(83)이 구동 기구에 의해 구동되어 도 4(B)에 도시하는 바와 같이 이동한다. 이 이동에 의해 마그넷(83)은, 기판(10)과 대향하지 않는 제1 위치로부터, 기판(10)과 대향하는 제2 위치로 이동한다. 또한, 이 이동시에 있어도, 스퍼터는 진행된다(전장 및 자장이 인가되고 있음). 피스퍼터 영역(80a)과 마그넷(83)이 함께 피스퍼터면 위를 이동하여, 기판(10)과 대향하는 위치를 잡는다. 이것에 의해, 피스퍼터 영역(80a)으로부터 방출된 스퍼터 입자 중 피스퍼터면에 대하여 경사 방향 및 수직 방향으로 방출된 스퍼터 입자가 기판(10)의 피처리면에 도달한다. 경사 방향으로 방출된 스퍼터 입자의 일부는, 피처리면 위의 성막이 되어 있지 않은 (신규) 영역에 도달한다. 한편, 수직 방향으로 방출된 스퍼터 입자는, 도 4(A)에 나타내는 이전 단계에서 이미 성막 되어 있는 영역에 도달한다.

수직 방향으로 방출된 스퍼터 입자에 의해 소정의 막두께까지 성막되면, 도 4(B)에 도시하는 바와 같이 마그넷(83)은 더욱 이동하여, 도 4(B)에 나타내는 단계에 있어서 경사 방향으로 방출된 스퍼터 입자에 의해 성막된 영역이 수직 방향으로 방출된 스퍼터 입자에 의해 한층 더 성막된다. 이후, 동일한 식으로 하여 마그넷(83)이 이동하여, 기판(10)의 피처리면 전체 영역에 걸쳐 성막이 진행된다. 마그넷(83)의 이동은 연속적인 것으로 했지만, 단계적인(진행과 일시 정지를 반복) 것이어도 좋다.

이상과 같이 하여, 기판(10)의 피처리면은, 최초로, 피스퍼터 영역(80a)으로부터 경사 방향으로 방출된 스퍼터 입자에 의해 성막되고, 다음으로, 수직 방향으로 방출된 스퍼터 입자에 의해 성막된다. 경사 방향으로 방출된 스퍼터 입자는, 수직 방향의 것과 비교하여 피처리면의 단위면적에 도달하는 수가 적다. 그것에 의해 피처리면이 받는 단위면적당 입사 에너지도 작아져, 피처리면이 받는 데미지도 작다. 한편, 경사 방향의 스퍼터 입자는 입자수가 적기 때문에 성막 속도가 늦지만, 후속 하는 수직 방향의 스퍼터 입자에 의해, 전체의 성막 속도를 그다지 저하시키지 않고 성막하는 것이 가능하다. 수직 방향의 스퍼터 입자는, 피처리면의, 이미 성막되어 있는 영역에만 도달하기 때문에, 기성막이 완충재가 되어, 피처리면에 데미지를 미치지 않는다.

본 실시 형태에 관한 스퍼터 공정에 대해서는, 마그넷(83)이 이동하는 것에 의해, 기판(10)의 피처리면의 임의의 영역에 있어서도 상기 공정에 의해 성막이 진행되어, 피처리면이 받는 데미지를 작게 하는 한편 성막 속도를 높게 유지하는 것이 가능하다.

제1 스퍼터실(61)에 있어서 IGZO막이 성막된 기판(10)은, 지지판(91)과 함께 제2 스퍼터실(62)에 반송된다. 제2 스퍼터실(62)에 있어서, 기판(10)의 표면에, 예를 들어 실리콘 산화막으로 이루어지는 스토퍼층이 형성된다(스텝 104).

제2 스퍼터실(62)에 있어서의 성막 처리는, 제1 스퍼터실(61)에 있어서의 성막 처리와 동일하게, 기판(10)을 제2 스퍼터실(62)에서 정지시켜 성막하는 고정 성막 방식이 채용된다. 이것에 한정되지 않고, 기판(10)이 제2 스퍼터실(62)을 통과하는 과정에서 성막하는 통과 성막 방식이 채용되어도 좋다.

스퍼터링 처리후, 기판(10)은 버퍼실(63)을 통해 자세 변환실(70)에 반입되어 기판(10)의 자세가 수직 자세로부터 수평 자세로 변환된다(스텝 105). 그 후, 기판(10)은 반송실(53) 및 로드락실(51)을 통해 진공 처리 장치(100)의 외부로 언로드된다(스텝 106).

이상과 같이, 본 실시의 형태에 의하면, 하나의 진공 처리 장치(100)의 내부에서, 기판(10)을 대기에 노출하는 일 없이 CVD 성막과 스퍼터 성막을 일관되게 처리할 수 있다. 이것에 의해, 생산성의 향상을 꾀할 수 있다. 또, 대기중의 수분이나 더스트가 기판(10)에 부착되는 것을 방지할 수 있으므로, 막질 향상도 꾀하는 것이 가능해진다.

또한, 위에서 설명한 바와 같이, 입사 에너지가 낮은 상태에서 초기의 IGZO막을 성막하는 것에 의해, 하지층인 게이트 절연막의 데미지를 저감할 수 있으므로, 고특성의 전계 효과형 박막 트랜지스터를 제조할 수 있다.

(제2 실시 형태)

제2 실시 형태에 관한 진공 처리 장치에 대해 설명한다.

이하의 설명에서는, 상술한 실시 형태의 구성과 같은 구성을 갖는 부분에 대해서는 설명을 간략화한다.

도 12는, 제2 실시 형태에 관한 제1 스퍼터실(261)을 나타내는 모식적인 평면도이다.

제1 실시 형태에 관한 진공 처리 장치(100)와 달리, 본 실시 형태에 관한 진공 처리 장치는, 마그넷(283)과 함께 이동하는 타겟판(281)을 갖는다.

진공 처리 장치의 제1 스퍼터실(261)은, 스퍼터 음극(Td)을 갖는다. 스퍼터 음극(Td)은, 성막 대상물인 기판(210)에 대하여 이동 가능하게 구성되고, 특히, 타겟판(281)이 기판(210)과 대향하지 않는 위치를 잡는 것이 가능하게 구성되어 있다.

스퍼터 음극(Td)은, 타겟판(281)과 백킹 플레이트(282)와 마그넷(283)을 포함한다.

본 실시 형태에 관한 스퍼터 음극(Td)은, 성막 대상물인 기판(210)에 대하여 이동 가능하게 구성되어 있다.

타겟판(281)은, 기판(210)의 피처리면과 평행이 되도록 장착된다. 타겟판(281)은, 스퍼터 음극(Td)의 이동에 의해, 기판(210)과 대향하거나, 또는 대향하지 않는 위치를 잡는다. 그를 위해, 타겟판(281)의 크기는, 기판(210)의 크기에 비해 작은 것으로 된다. 타겟판(281)의 피스퍼터면 중, 스퍼터가 진행되는 영역(후술)을 피스퍼터 영역(280a)으로 한다.

백킹 플레이트(282)는, 타겟판(281)의 배면(피스퍼터면과 반대측의 면)에 장착된다.

마그넷(283)은, 백킹 플레이트(282)의 배면측(타겟(280)과 반대측)에 배치된다. 제1 실시 형태에 관한 마그넷(83)과는 달리, 마그넷(283)은, 타겟판(281) 및 백킹 플레이트(282)에 대하여 이동하지 않기 때문에, 이들에 대해서 고정되어 있어도 좋다. 또한, 마그넷(283)은 백킹 플레이트(282)에 고정되어 있지 않아도 좋고, 마그넷(283)을 백킹 플레이트(282)와는 별도의 구동원에 의해 이동시키도록 해도 좋다.

스퍼터 음극(Td)은, 도시하지 않은 구동 기구에 의해, 기판(210)에 대하여, 타겟판(281)의 피스퍼터면에 평행한 방향으로 이동한다. 스퍼터 음극(Td)은, 타겟판(281)이 기판(210)과 대향하지 않는 제1 위치와 타겟판(281)이 기판(210)과 대향하는 제2 위치를 잡는다.

이상과 같이 구성된 진공 처리 장치에 의한 스퍼터에 대해 설명한다.

제1 실시 형태에 관한 스퍼터와 동일하게, 인가된 전장 및 자장에 의해 스퍼터 가스가 플라즈마화 된다. 타겟판(281) 상의 피스퍼터 영역(280a)은, 타겟판(281) 위를 이동하지 않고, 상대적으로 고정되어 있다. 또한, 자장 강도 등의 스퍼터 조건에 의해, 피스퍼터 영역의 크기, 형상 등은 변경될 수 있다.

스퍼터의 개시시점에서는, 스퍼터 음극(Td)은, 타겟판(281)이 기판(210)과 대향하지 않는 위치에 존재한다. 그 때문에, 타겟판(281)의 피스퍼터 영역(280a)으로부터 방출된 스퍼터 입자 중, 피스퍼터면에 대하여 경사 방향으로 방출된 것만이 기판(210)의 피처리면에 도달하고, 수직 방향으로 방출된 것은 피처리면에 도달하지 않는다. 타겟판(281)이 스퍼터되면서, 스퍼터 음극(Td)은 이동한다.

이것에 의해, 피처리면 중, 경사 방향으로 입사된 스퍼터 입자에 의해 성막 되어 있던 영역은, 수직 방향으로 입사되는 스퍼터 입자에 의해 한층 더 성막되고, 또한, 성막되어 있지 않았던 영역은, 경사 방향으로 입사되는 스퍼터 입자에 의해 성막된다. 스퍼터 음극(Td)은 연속적, 또는 단속적으로 이동하여, 기판(210)의 피처리면 전체 영역이 스퍼터 입자에 의해 성막된다.

이상과 같이 하여, 피처리면에 미치는 데미지가 작고, 성막 속도가 높게 유지된 성막이 달성된다.

이하에서는, 타겟의 피스퍼터면에 대하여 경사 방향으로 방출된 스퍼터 입자와 수직 방향으로 방출된 스퍼터 입자에 의한 성막의, 성막 속도 및 하지층에게 주는 데미지의 차이에 대해 언급한다.

도 6은, 본 발명자들이 행한 실험을 설명하는 스퍼터링 장치의 개략 구성도이다. 이 스퍼터링 장치는, 2개의 스퍼터 음극(T1 및 T2)을 구비하고, 각각 타겟(11)과 백킹 플레이트(12)와 마그넷(13)을 갖는다. 각 스퍼터 음극(T1 및 T2)의 백킹 플레이트(12)는 교류 전원(14)의 각 전극에 각각 접속되어 있다. 타겟(11)에는, In-Ga-Zn-O조성의 타겟재를 이용했다.

이들 스퍼터 음극(T1 및 T2)에 대향하여, 표면에 게이트 절연막으로서 실리콘 산화막이 형성된 기판을 배치했다. 스퍼터 음극과 기판 사이의 거리(TS거리)는 260 mm로 했다. 기판의 중심은, 스퍼터 음극(T1 및 T2)의 중간 지점(A점)에 맞추었다. 이 A점으로부터 각 타겟(11)의 중심(B점)까지의 거리는 100 mm이다. 감압 아르곤 분위기(유량 230 sccm, 분압 0.74 Pa)로 유지된 진공조 내부에 산소 가스를 소정 유량 도입해, 각 스퍼터 음극(T1 및 T2) 간에 교류 전력(0.6 kW)을 인가함으로써 형성된 플라즈마(15)로 각 타겟(11)을 스퍼터했다.

도 7은, A점을 원점으로 한 기판상의 각 위치에 있어서의 막두께 측정 결과를 나타낸다. 각 점의 막두께는, A점의 막두께를 1로 하여 환산한 상대비로 했다. 기판 온도는 실온으로 하였다. C점은, A점으로부터 250 mm 떨어진 위치이며, 스퍼터 음극(T2)의 마그넷(13) 외주측으로부터의 거리는 82.5 mm였다. 도면 중 「◇」은 산소 도입량이 1 sccm(분압 0.004 Pa)일 때의 막두께, 「■」은 산소 도입량이 5 sccm(분압 0.02 Pa)일 때의 막두께, 「△」은 산소 도입량이 25 sccm(분압 0.08 Pa)일 때의 막두께, 「●」은 산소 도입량이 50 sccm(분압 0.14 Pa)일 때의 막두께를 각각 나타낸다.

도 7에 도시한 바와 같이, 2개의 스퍼터 음극(T1 및 T2)으로부터 방출되는 스퍼터 입자가 도달하는 A점의 막두께가 가장 크고, A점으로부터 멀어짐에 따라 막두께는 감소한다. C점에 있어서는, 스퍼터 음극(T2)으로부터 경사 방향으로 방출되는 스퍼터 입자의 퇴적 영역이기 때문에, 스퍼터 음극(T2)으로부터 수직 방향으로 입사되는 스퍼터 입자의 퇴적 영역(B점)에 비해 막두께가 작다. 이 C점에 있어서의 스퍼터 입자의 입사각(θ)은, 도 8에 나타낸 바와 같이 72.39°였다.

도 9는, A점, B점 및 C점에 있어서 측정한, 도입 분압과 성막률과의 관계를 나타내는 도면이다. 성막 위치에 관계없이, 산소 분압(산소 도입량)이 상승할수록 성막률이 저하하는 것이 확인되었다.

상기 A 및 C의 각 점에 있어서, 산소 분압을 다르게 하여 성막한 IGZO막을 활성층으로 하는 박막 트랜지스터를 각각 제작했다. 각 트랜지스터의 샘플을 대기중, 200℃에서 15분간 가열하는 것으로, 활성층을 아닐했다. 그리고, 각 샘플에 대해 온 전류 특성 및 오프 전류 특성을 측정했다. 그 결과를 도 10에 나타낸다. 도면 중 세로축은 온 전류 또는 오프 전류를 나타내고, 가로축은 IGZO막의 성막시 산소 분압을 나타낸다. 참조용으로서 IGZO막을 RF스퍼터링법에 의해 통과 성막 방식으로 형성한 샘플의 트랜지스터 특성을 함께 나타낸다. 도면 중 「△」은 C점에 있어서의 오프 전류, 「▲」은 C점에 있어서의 온 전류, 「◇」은 A점에 있어서의 오프 전류, 「◆」은 A점에 있어서의 온 전류, 「○」은 참조용 샘플의 오프 전류, 「●」은 참조용 샘플의 온 전류이다.

도 10의 결과로부터 명백한 바와 같이, 각 샘플 모두 산소 분압이 증가함에 따라 온 전류가 저하한다. 이것은, 막중의 산소 농도가 높아짐에 의해 활성층의 도전 특성이 저하하기 때문이라고 생각된다. 또, A점 및 C점의 각 샘플을 비교하면, A점의 샘플은 C점보다 온 전류가 낮다. 이것은, 활성층(IGZO막)의 성막시에 있어서, 스퍼터 입자와의 충돌에 의해 하지막(게이트 절연막)이 받는 데미지가 커서, 하지막의 원하는 막질을 유지할 수 없었기 때문이라고 생각된다. 또한, C점의 샘플은, 참조용 샘플과 동일한 정도의 온 전류 특성을 얻어졌다.

한편, 도 11은, 활성층의 아닐 조건을 대기중, 400℃, 15분간으로 했을 때의 상기 박막 트랜지스터의 온 전류 특성 및 오프 전류 특성을 측정한 실험 결과이다. 이 아닐 조건에서는, 각 샘플에 대해 온 전류 특성에 큰 차이는 나타나지 않았다. 그러나, 오프 전류 특성에 관해서는, A점의 샘플이 C점 및 참조용 각 샘플에 비해 높은 것이 확인되었다. 이것은, 활성층의 성막시에 있어서, 스퍼터 입자와의 충돌에 의해 하지막이 큰 데미지를 받아 원하는 절연 특성을 잃었기 때문이라고 생각된다.

또한, 아닐 온도를 고온화하는 것에 의해, 산소 분압의 영향을 받지 않고 높은 온 전류 특성을 얻을 수 있는 것이 확인되었다.

이상의 결과로부터 명백한 바와 같이, 박막 트랜지스터의 활성층을 스퍼터 성막하는데 있어서, 경사 방향으로부터 기판에 입사되는 스퍼터 입자에 의해 박막의 초기층을 형성함으로써, 온 전류가 높고, 오프 전류가 낮다고 하는 우수한 트랜지스터 특성을 얻을 수 있다. 또한, 원하는 트랜지스터 특성을 갖는, In-Ga-Zn-O계 조성의 활성층을 안정적으로 제조하는 것이 가능해진다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 물론 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상에 근거해 여러 가지의 변형이 가능하다.

상술한 실시 형태에서는, IGZO막을 활성층으로 하는 박막 트랜지스터의 제조 방법을 예로 들어 설명했지만, 금속재료 등의 다른 성막 재료를 스퍼터 성막하는 경우에도, 본 발명은 적용 가능하다.

10 기판
11 타겟
13 마그넷
61 제1 스퍼터실
71 보유 지지 기구
80 타겟
83 마그넷
93 지지부
100 진공 처리 장치
210 기판
261 제1 스퍼터실
280 타겟
283 마그넷

Claims (6)

1. 기판의 피처리면에 박막을 형성하는 스퍼터링 장치에 있어서,
   진공 상태를 유지 가능한 진공조와,
   상기 진공조의 내부에 배치되어 상기 기판을 지지하는 지지부와,
   상기 지지부에 의해 지지된 상기 기판의 피처리면에 평행하게 배치되고, 피스퍼터면을 갖는 타겟과,
   상기 피스퍼터면을 스퍼터함으로써 스퍼터 입자가 방출되는 피스퍼터 영역을 형성하는 플라즈마를 발생시키고, 상기 피스퍼터 영역이 상기 피처리면과 대향하지 않는 제1 위치와 상기 피스퍼터 영역이 상기 피처리면과 대향하는 제2 위치 사이에 걸쳐서, 상기 피스퍼터 영역을 이동시키는 플라즈마 발생 수단
   을 구비하는 스퍼터링 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 플라즈마 발생 수단은, 상기 타겟의 상기 피스퍼터면 측에 자장을 형성하기 위한 마그넷을 포함하고,
   상기 마그넷은, 상기 지지부에 대하여 상대 이동 가능하게 배치되어 있는
   스퍼터링 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 피스퍼터면은, 상기 피처리면과 대향하지 않는 제1 영역과 상기 피처리면과 대향하는 제2 영역을 갖고,
   상기 마그넷은, 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이를 이동 가능하게 배치되어 있는
   스퍼터링 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 타겟은 상기 마그넷과 함께 이동하는
   스퍼터링 장치.
5. 피처리면을 갖는 기판을 진공조 내에 배치하고,
   타겟을 스퍼터하는 플라즈마를 발생시키고,
   상기 타겟의 피스퍼터 영역을, 상기 피스퍼터 영역이 상기 피처리면과 대향하지 않는 제1 위치와 상기 피스퍼터 영역이 상기 피처리면과 대향하는 제2 위치 사이에 걸쳐서 이동시키는
   박막 형성 방법.
6. 기판 위에 게이트 절연막을 형성하고,
   상기 기판을 In-Ga-Zn-O계 조성을 갖는 타겟이 배치된 진공조의 내부에 배치하고,
   상기 타겟을 스퍼터하는 플라즈마를 발생시키고,
   상기 타겟의 피스퍼터 영역을, 상기 피스퍼터 영역이 상기 피처리면과 대향하지 않는 제1 위치와, 상기 피스퍼터 영역이 상기 피처리면과 대향하는 제2 위치 사이에 걸쳐서 이동시켜, 상기 게이트 절연막상에 활성층을 형성하는
   전계 효과형 트랜지스터의 제조 방법.

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