KR20140012602A - 박막 트랜지스터의 반도체층용 박막의 형성에 사용되는 타깃 조립체의 품질 평가 방법 - Google Patents

박막 트랜지스터의 반도체층용 박막의 형성에 사용되는 타깃 조립체의 품질 평가 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는 타깃 조립체의 품질을 간편하게 고정밀도로 평가할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 품질 평가 방법은 백킹 플레이트 상에, 본딩재를 개재하여, 복수의 산화물 타깃 부재가 간극을 두고 배치된 타깃 조립체를 준비하는 제1 공정과, 타깃 조립체를 스퍼터링하여 박막을 형성하는 제2 공정과, 박막의, 타깃 조립체의 간극에 대응하는 이음매 부분 A를 포함하는 영역에 여기광 및 마이크로파를 조사하여, 여기광의 조사에 의해 변화되는 마이크로파의 이음매 부분 A로부터의 반사파의 최대값을 측정한 후, 여기광의 조사를 정지하고, 여기광의 조사 정지 후의 마이크로파의 이음매 부분 A로부터의 반사파의 반사율의 변화를 측정하여, 반사율이 1/e로 될 때까지의 시간을 박막의 이음매 부분 A의 라이프 타임값 τ1로 하여 산출하는 제3 공정과, 이음매 부분 A의 라이프 타임값 τ1에 기초하여 타깃 조립체의 품질을 평가하는 제4 공정을 포함한다.

Description

박막 트랜지스터의 반도체층용 박막의 형성에 사용되는 타깃 조립체의 품질 평가 방법 {QUALITY CONTROL METHOD OF TARGET ASSEMBLY USED IN FORMING THIN FILM FOR SEMICONDUCTOR LAYERS OF THIN FILM TRANSISTOR}
본 발명은 박막 트랜지스터(TFT)의 반도체층용 박막의 형성에 사용되는 타깃 조립체의 품질을 평가하는 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 상기 타깃 조립체의 품질(당해 타깃 조립체를 사용하여, TFT의 반도체층으로서 유용한 박막을 성막할 수 있는지 여부의 품질)을 평가하는 데 있어서, 실제로 스퍼터링 타깃을 사용하여, 스퍼터링법에 의해 당해 박막을 반도체층에 구비한 TFT를 제작하여 그 특성(이동도, TFT 특성)을 일부러 평가하지 않아도, 마이크로파 광도전 감쇠법에 의해 당해 박막의 라이프 타임을 측정함으로써, 타깃 조립체의 품질을, 간편하게 고정밀도로 평가할 수 있는 방법에 관한 것이다.
TFT의 반도체층에 사용되는 아몰퍼스(비정질) 박막으로서는, 범용의 아몰퍼스 실리콘(a-Si) 외에, 최근에는, 예를 들어 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 주석(Sn) 등 중 적어도 1종을 포함하는 산화물이 사용되고 있다. 후자의 산화물을 TFT의 반도체층에 사용한 산화물 반도체 박막은 전계 효과 이동도(이동도)가 높은 것 등, 우수한 반도체 특성을 가질 뿐만 아니라, 저온에서 성막할 수 있고, 또한 광학 밴드 갭이 크기 때문에, 플라스틱 기판, 필름 기판으로의 성막이 가능한 것 등의 이점이 있다.
이들 박막을 TFT의 반도체층으로서 사용하는 경우, 이동도가 높고, TFT 특성이 우수한 박막을 얻으므로, 디스플레이 등의 제조 공정에 있어서는, 성막한 반도체 박막의 특성을 평가하고, 그 결과를 피드백하여 제조 조건을 조정하여 막질의 관리를 행하는 것이 생산성 향상의 관점으로부터는 중요해진다.
종래의 반도체 박막의 특성의 평가 방법으로서는, 통상, 반도체 박막에 게이트 절연막이나 패시베이션 절연막을 형성하여 전극 부착을 행한 후, 이동도나 임계값 등의 특성을 측정하고 있지만, 전극 부착을 필요로 하는 접촉형의 측정 방법에서는, 전극 부착을 위한 시간이나 비용이 들고 있었다. 또한, 전극 부착을 함으로써, 반도체 박막에 새로운 결함이 생길 우려가 있고, 또한 제조 수율 향상의 관점으로부터도 전극 부착을 필요로 하지 않는 비접촉형의 측정 방법의 확립이 요구되고 있었다.
이와 같은 사정을 감안하여, 본원 출원인은 비접촉형으로 반도체 박막의 특성을 평가하는 방법으로서, 레이저와 마이크로파를 이용한 마이크로파 광도전 감쇠법(μ-PCD법)에 의한 평가 방법을 제안하고 있다(특허문헌 1 및 2). 이 중 특허문헌 1은 다결정 폴리 실리콘 등의 결정질의 반도체 박막의 결정성을 평가하기 위해 제안된 것으로, 상기 결정질의 반도체 박막을 형성한 시료에 레이저를 조사하고, 상기 레이저 조사에 의해 여기된 과잉 캐리어에 따라서 변화되는 마이크로파의 반사율의 변화를 측정함으로써, 반도체 박막의 결정성을 평가하고 있다.
또한, 특허문헌 2는 상기 특허문헌 1의 기술을, 비정질인 산화물 반도체 박막의 특성을 평가하기 위해 개변한 기술이며, 당해 산화물 반도체 박막에 적합한 여기광의 조사 조건을 설정한 것이다. 구체적으로는, 산화물 반도체 박막의 특성과 라이프 타임의 측정 결과의 관계에 대해 연구를 거듭한 결과, (가) 산화물 반도체 박막의 이동도와 라이프 타임값(반사율 변화의 1/e)에 높은 상관 관계가 있어, 라이프 타임값을 조사함으로써 산화물 반도체 박막의 이동도를 간편하게 평가할 수 있는 것, 또한 (나) 산화물 반도체 박막의 이동도와 반사율의 피크값에 높은 상관 관계가 있어, 라이프 타임값 대신에 피크값을 조사함으로써도, 산화물 반도체 박막의 이동도를 간편하게 평가할 수 있는 것을 발견하였다. 이들 지식에 기초하여, 특허문헌 2에서는, (가) 산화물 반도체 박막이 형성된 시료에 여기광 및 마이크로파를 조사하여, 여기광의 조사에 의해 변화되는 마이크로파의 산화물 반도체 박막으로부터의 반사파의 최대값(피크값)을 측정한 후, 여기광의 조사를 정지하고, 여기광의 조사 정지 후의 마이크로파의 산화물 반도체 박막으로부터의 반사파의 반사율의 변화를 측정하여, 측정한 값으로부터 라이프 타임값(반사율 변화의 1/e)을 산출함으로써, 산화물 반도체 박막의 이동도를 판정하는 방법 및 (나) 산화물 반도체 박막이 형성된 시료에 여기광 및 마이크로파를 조사하여, 여기광의 조사에 의해 변화되는 마이크로파의 산화물 반도체 박막으로부터의 반사파의 최대값(피크값)을 측정함으로써, 산화물 반도체 박막의 이동도를 판정하는 방법을 개시하고 있다.
한편, 반도체 박막의 형성에 있어서는, 당해 막과 동일한 조성의 스퍼터링 타깃을 스퍼터링하는 스퍼터링법이 적절하게 사용되고 있다. 스퍼터링법에서는, 진공 중에 Ar 가스 등의 불활성 가스를 도입하면서, 기판과 타깃 부재 사이에 고전압을 인가하여, 이온화된 불활성 가스를 타깃 부재에 충돌시키고, 그 충돌에 의해 튕겨 날려진 타깃 부재의 구성 물질을 기판에 퇴적시켜 박막을 형성한다. 스퍼터링법으로 형성된 박막은 이온 플레이팅법이나 진공 증착법, 전자 빔 증착법으로 형성된 박막에 비해, 막면 방향(막면 내)에 있어서의 성분 조성이나 막 두께 등의 면 내 균일성이 우수해, 스퍼터링 타깃과 동일한 성분 조성의 박막을 형성할 수 있다는 장점을 갖고 있다.
스퍼터링법에 사용되는 스퍼터링 타깃은, 일반적으로, 금속제 부재의 백킹 플레이트(지지체) 상에, 본딩재를 사용하여 접합한 상태에서 사용되고 있고, 이와 같은 스퍼터링 타깃은 타깃 접합체라고도 불린다. 백킹 플레이트에는 내열성, 도전성, 열전도성이 우수한 Cu가 범용되어 있고, 순구리 또는 구리 합금의 형태로 사용된다. 본딩재로서는, 열전도성과 도전성이 양호한 저융점 땜납 재료(예를 들어, In계, Sn계의 재료)가 범용되고 있다.
최근, 스퍼터링법에 의한 대형 기판으로의 성막의 수요가 증가하고 있고, 그것에 수반하여 스퍼터링 타깃의 크기도 대형화되고 있다. 스퍼터링 타깃에 의해서는 대형화가 어려운 것도 있으므로, 후기하는 도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 1매의 백킹 플레이트 상에, 복수의 작은 조각의 타깃 부재를 간극을 두고 배열하고, 타깃 부재와 백킹 플레이트를, 본딩재로 접합한 타깃 조립체가 사용되고 있다. 인접하는 타깃 부재 사이에는 백킹 플레이트의 휨에 의해 인접하는 타깃끼리가 접촉하여 결함이 생기지 않도록, 실온 시에 대략 0.1 내지 1.0㎜의 간극이 생기도록 조정하여 배치된다. 또한, 상기의 간극으로부터 본딩재가 누출되지 않도록, 통상, 상기 간극의 이면측(본딩측, 백킹 플레이트에 대향하는 측)에, 고분자 내열 시트나 도전성 시트, 순Cu 또는 Cu 합금의 테이프 형상 시트 등의 백킹 부재(덧댐판이라고도 불림)가 설치되는 경우도 있다.
일본 특허 출원 공개 제2008-191123호 공보 일본 특허 출원 공개 제2012-33857호 공보
타깃 조립체의 제조에 있어서는, 전술한 바와 같이, 복수의 타깃 부재 사이에 간극을 형성하기 위해, 스퍼터링 중에, 이 간극으로부터 이온화된 불활성 가스가 침입하게 된다. 그 결과, 타깃 부재의 아래에 배치된 Cu제의 백킹 플레이트도 스퍼터링되어, 형성되는 반도체 박막 중에 Cu가 혼입되면, TFT 특성이 저하된다. 즉, 타깃 조립체를 사용하여 반도체 박막을 성막하면, 제조 시의 상기 간극 부분에 대응한 각 타깃 부재의 간극에 기인하여, 박막 중으로의 Cu의 오염 현상이 발생하여, TFT 특성이 저하되어 버린다. TFT 특성의 저하는 디스플레이를 제작했을 때의 화상 불균일의 주된 요인이 되어, 품질의 현저한 열화를 초래한다. 특히, 백킹 플레이트뿐만 아니라, 백킹 부재에도 Cu제의 것을 사용하면, Cu의 오염 현상이 한층 현저해지므로, 바람직하지 않다.
종래, 이와 같은 타깃 조립체 제조 시의 간극부에 기인하는 TFT 특성의 저하를 판정하는 데 있어서는, 실제로 타깃 조립체를 사용하여 반도체 박막을 형성하여, 반도체 박막에 전극 부착을 행하여 TFT를 제작하지 않으면 평가할 수 없었지만, TFT 제작 후에 불량이라고 판정된 경우에는, 타깃 조립체를 처음부터 다시 제작할 필요가 있어, 생산성 및 비용의 현저한 저하를 초래한다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 타깃 조립체의 품질(당해 타깃 조립체를 사용하여, TFT의 반도체층으로서 유용한 박막을 성막할 수 있는지 여부의 품질)을 평가하는 데 있어서, 실제로 스퍼터링 타깃을 사용하여, 스퍼터링법에 의해 당해 박막을 반도체층에 구비한 TFT를 제작하여 그 특성(이동도, TFT 특성)을 일부러 평가하지 않아도, 타깃 조립체의 품질을, 간편하게 고정밀도로 평가할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 달성할 수 있었던 본 발명에 관한 박막 트랜지스터의 반도체층용 박막의 형성에 사용되는 타깃 조립체의 품질을 평가하는 방법은 백킹 플레이트 상에, 본딩재를 개재하여, 복수의 산화물 타깃 부재가 간극을 두고 배치된 타깃 조립체를 준비하는 제1 공정과, 상기 타깃 조립체를 스퍼터링하여 박막을 형성하는 제2 공정과, 상기 박막의, 상기 타깃 조립체의 간극에 대응하는 이음매 부분 A를 포함하는 영역에 여기광 및 마이크로파를 조사하여, 상기 여기광의 조사에 의해 변화되는 상기 마이크로파의 상기 이음매 부분 A로부터의 반사파의 최대값을 측정한 후, 상기 여기광의 조사를 정지하고, 상기 여기광의 조사 정지 후의 상기 마이크로파의 상기 이음매 부분 A로부터의 반사파의 반사율의 변화를 측정하여, 반사율이 1/e로 될 때까지의 시간을 상기 박막의 상기 이음매 부분 A의 라이프 타임값 τ1로 하여 산출하는 제3 공정과, 상기 이음매 부분 A의 라이프 타임값 τ1에 기초하여 타깃 조립체의 품질을 평가하는 제4 공정을 포함하는 것에 요지를 갖는 것이다.
또한, 상기 과제를 달성할 수 있었던 본 발명에 관한 다른 타깃 조립체 품질 평가 방법은 백킹 플레이트 상에, 본딩재를 개재하여, 복수의 산화물 타깃 부재가 간극을 두고 배치된 타깃 조립체를 준비하는 제1 공정과, 상기 타깃 조립체를 스퍼터링하여 박막을 형성하는 제2 공정과, 상기 박막의, 상기 타깃 조립체의 간극에 대응하는 이음매 부분 A를 포함하는 영역에 여기광 및 마이크로파를 조사하여, 상기 여기광의 조사에 의해 변화되는 상기 마이크로파의 상기 이음매 부분 A로부터의 반사파의 최대값을 측정한 후, 상기 여기광의 조사를 정지하고, 상기 여기광의 조사 정지 후의 상기 마이크로파의 상기 이음매 부분 A로부터의 반사파의 반사율의 변화를 측정하여, 반사율이 1/e로 될 때까지의 시간을 상기 박막의 상기 이음매 부분 A의 라이프 타임값 τ1로 하여 산출하는 제3 공정과, 상기 박막의, 상기 타깃 조립체의 비간극부에 대응하는 비이음매 부분 B를 포함하는 영역에 여기광 및 마이크로파를 조사하여, 상기 여기광의 조사에 의해 변화되는 상기 마이크로파의 상기 비이음매 부분 B로부터의 반사파의 최대값을 측정한 후, 상기 여기광의 조사를 정지하고, 상기 여기광의 조사 정지 후의 상기 마이크로파의 상기 비이음매 부분 B로부터의 반사파의 반사율의 변화를 측정하여, 반사율이 1/e로 될 때까지의 시간을 상기 박막의 상기 비이음매 부분 B의 라이프 타임값 τ2로 하여 산출하는 제5 공정과, 상기 박막의 상기 이음매 부분 A의 라이프 타임값 τ1과, 상기 박막의 상기 비이음매 부분 B의 라이프 타임값 τ2의 비(τ1/τ2)에 기초하여 타깃 조립체의 품질을 평가하는 제6 공정을 포함하는 것에 요지를 갖는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 박막은 산화물 박막이다.
본 발명에 관한 타깃 조립체의 품질 평가 방법은, 종래와 같이 TFT 특성 시험을 실제로 행하여 타깃 조립체의 품질의 불량 여부를 판정하는 것이 아니라, 타깃 조립체에 의해 성막되는 반도체 박막의 라이프 타임값을 측정함으로써 타깃 조립체의 품질의 불량 여부를 판정하는 것이다. 그로 인해, 본 발명의 방법을 사용하면, 실제로 스퍼터링 타깃을 사용하여, 스퍼터링법에 의해 당해 박막을 반도체층에 구비한 TFT를 제작하여 그 특성(이동도, TFT 특성)을 일부러 평가하지 않아도, 타깃 조립체의 품질을, 간편하게 고정밀도로 평가할 수 있다. 그 결과, 타깃 조립체의 제작부터 품질의 평가까지의 기간을 단축할 수 있어, 개발 시간의 단축, 생산성의 향상, 비용의 저감 등에 크게 기여하는 것이다.
또한, 본 발명의 방법은 타깃 조립체의 품질을 평가하는 방법으로서 유용하지만, 타깃 조립체에 의해 형성된 박막(접합부에 대응하여, 박막 중에 이음매를 갖는 박막)의 품질 평가 방법으로서도 유용하다. 즉, 본 발명의 방법에 따르면, 액정 표시 장치 등의 제조 라인에 있어서, 타깃 조립체를 사용하여 성막되는 반도체 박막의 전기적 특성을 인라인으로 단시간에 평가할 수 있고, 또한 비접촉형으로 행할 수 있으므로, 수율의 향상 등, 생산성을 향상시킬 수 있고, 타깃 조립체의 품질 평가를 간편하고 또한 적절하게 행할 수 있다.
도 1은 타깃 조립체의 구성을 도시하는 평면도.
도 2는 도 1의 A-A선 확대 종단면도.
도 3은 라이프 타임 측정 장치의 개략도.
도 4는 라이프 타임 측정에 의해 얻어지는 감쇠 파형의 일례를 도시하는 도면.
도 5는 제조예 1에 있어서, 타깃 조립체 1을 사용했을 때의 라이프 타임값의 측정 결과를 나타내는 도면.
도 6은 제조예 1에 있어서, 타깃 조립체 2를 사용했을 때의 라이프 타임값의 측정 결과를 나타내는 도면.
도 7은 실시예 1에서 사용한 TFT 소자 구조의 모식도.
도 8은 실시예 1에 있어서, 타깃 조립체 1을 사용하여 제작한 TFT의 Id-Vg 특성을 나타내는 도면.
도 9는 실시예 1에 있어서, 타깃 조립체 2를 사용하여 제작한 TFT의 Id-Vg 특성을 나타내는 도면.
본 발명자들은 타깃 조립체의 품질을 간편하게 평가하는 데 있어서, 특허문헌 1 및 2에 기재된 마이크로파 광도전 감쇠법을 기초로 검토하였다. 특허문헌 2의 방법으로 산출되는 라이프 타임값(반사율 변화의 1/e)은 산화물 반도체 박막 등의 반도체 박막의 이동도와 양호한 상관 관계를 갖고, TFT 특성을 평가하기 위한 간접적이고 또한 고정밀도의 지표가 되는 것이 개시되어 있다. 한편, 타깃 조립체에서는, 전술한 바와 같이 당해 타깃 조립체 제조 시의 간극부에 기인하여 TFT 특성이 크게 변화되므로, 본 발명자들은 타깃 조립체의 간극부에 대응하는 박막의 이음매 부분의 라이프 타임값에 착안하여 검토를 행하였다. 그 결과, 타깃 조립체의 간극부에 대응하는 박막의 이음매 부분의 라이프 타임값(τ1)은 산화물 반도체 박막 등의 반도체 박막의 이동도, 또한 SS(Subthreshold Swing, 서브스레시홀드 스윙, 드레인 전류를 1자리수 올리는 데 필요한 게이트 전압)값이나, Id-Vg 특성 등의 TFT 특성과 양호한 상관 관계를 갖고, TFT 특성을 평가하기 위한 간접적이고 또한 양호한 지표가 되는 것을 발견하였다. 또한, 타깃 조립체의 간극부에 대응하는 박막의 이음매 부분의 라이프 타임값(τ1)과, 타깃 조립체의 비간극부에 대응하는 박막의 비이음매 부분의 라이프 타임값(τ2)의 비(τ1/τ2)도, 산화물 반도체 박막 등의 반도체 박막의 이동도, 또한 SS값 등의 TFT 특성과 양호한 상관 관계를 갖고, 상기 비를 사용하면, 타깃 조립체를 구성하는 재료에 의하지 않고 평가할 수 있는 등의 이점을 갖는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.
이와 같이 본 발명의 특징 부분은 타깃 조립체의 간극에 대응하는 박막의 이음매 부분의 라이프 타임값(τ1)에 기초하여 타깃 조립체의 품질을 평가한 것에 있다. 라이프 타임값의 산출 방법 자체는 특허문헌 2에 상세하게 서술되어 있어, 그것을 참조할 수 있지만, 특허문헌 2에는 타깃 조립체에 관한 기재는 일절 없고, 상기 특징 부분은 특허문헌 2에는 기재되어 있지 않다. 구체적으로는, 상기 라이프 타임값(τ1)과, 타깃 조립체의 비간극부에 대응하는 박막의 비이음매 부분의 라이프 타임값(τ2)의 비(τ1/τ2)를, 타깃 조립체 품질 평가를 위한 지표로서 사용하는 것이 추장된다.
즉, 본 발명에 관한 타깃 조립체의 품질 평가 방법은 백킹 플레이트 상에, 본딩재를 개재하여, 복수의 산화물 타깃 부재가 간극을 두고 배치된 타깃 조립체를 준비하는 제1 공정과, 상기 타깃 조립체를 스퍼터링하여 박막을 형성하는 제2 공정과, 상기 박막의, 상기 타깃 조립체의 간극에 대응하는 이음매 부분 A를 포함하는 영역에 여기광 및 마이크로파를 조사하여, 상기 여기광의 조사에 의해 변화되는 상기 마이크로파의 상기 이음매 부분 A로부터의 반사파의 최대값을 측정한 후, 상기 여기광의 조사를 정지하고, 상기 여기광의 조사 정지 후의 상기 마이크로파의 상기 이음매 부분 A로부터의 반사파의 반사율의 변화를 측정하여, 반사율이 1/e로 될 때까지의 시간을 상기 박막의 상기 이음매 부분 A의 라이프 타임값 τ1로 하여 산출하는 제3 공정과, 상기 이음매 부분 A의 라이프 타임값 τ1에 기초하여 타깃 조립체의 품질을 평가하는 제4 공정을 포함하는 것에 특징이 있다(제1 실시 형태).
상기는 타깃 조립체의 접합부에 대응하는 박막의 이음매 부분의 라이프 타임값(τ1)에 기초하여 타깃 조립체의 품질을 평가한다고 하는 본 발명의 특징 부분을 규정한 것이지만, 특히, 상기 제3 공정에 기초하여 산출되는 라이프 타임값(τ1)과, 타깃 조립체의 비간극부에 대응하는 박막의 비이음매 부분의 라이프 타임값(τ2)의 비(τ1/τ2)를, 그 지표로서 사용하는 것이 유효하다. 여기서, 상기 라이프 타임값 τ2는 상기 박막의, 상기 타깃 조립체의 비간극부에 대응하는 비이음매 부분 B를 포함하는 영역에 여기광 및 마이크로파를 조사하여, 상기 여기광의 조사에 의해 변화되는 상기 마이크로파의 상기 비이음매 부분 B로부터의 반사파의 최대값을 측정한 후, 상기 여기광의 조사를 정지하고, 상기 여기광의 조사 정지 후의 상기 마이크로파의 상기 비이음매 부분 B로부터의 반사파의 반사율의 변화를 측정하여, 반사율이 1/e로 될 때까지의 시간을 상기 박막의 상기 비이음매 부분 B의 라이프 타임값 τ2로 하여 산출하는 제5 공정에 의해 산출할 수 있다(제2 실시 형태).
상기 제2 실시 형태와 같이 라이프 타임값의 비를 사용하면, 재료에 의하지 않고 타깃 조립체의 품질을 평가할 수 있다. 즉, 상기 제1 실시 형태와 같이, 이음매 부분 A의 라이프 타임값 τ1에만 기초하는 방법에서는, 재료에 따라서는, 전체적으로 τ1의 값이 작아지거나, 반대로 커지므로, 재료마다 합격 기준이 되는 임계값을 미리 조사해야만 하는 것에 비해, 상기의 비를 사용하면, 타깃의 간극부의 영향을 나타내는 지표가 얻어지므로, 재료마다 합격 기준이 되는 임계값을 조사할 필요는 없어진다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 제1 및 제2 실시 형태에 관한 타깃 조립체의 품질 평가 방법의 각 공정을 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명에 사용되는 타깃 조립체의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 확대 종단면도이다. 단, 도 1 및 도 2의 타깃 조립체는 본 발명의 바람직한 실시 형태의 일례이며, 본 발명에서는 이에 한정되는 취지로는 결정하지 않는다. 예를 들어, 이하의 도면에서는, 직사각 형상의 스퍼터링 타깃을 도시하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들어 원반 형상의 것을 사용해도 된다. 또한, 이하에서는, 산화물 박막을 사용하여 설명하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 아몰퍼스 실리콘 박막을 사용해도 된다.
(1) 제1 실시 형태에 있어서
(제1 공정)
우선, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 백킹 플레이트(23) 상에, 본딩재(31a 내지 31c)를 개재하여, 복수의 산화물 타깃 부재(24a 내지 24d)가 간극(T)을 두고 배치된 타깃 조립체(21)를 준비한다. 도 1 및 도 2에 도시하는 타깃 조립체(21)는 4매의 타깃 부재(24a 내지 24d)를 전후 좌우로 2매씩 배열하여 구성되는 스퍼터링 타깃(22)과, 이를 고정(지지)하는 백킹 플레이트(23)와, 복수의 타깃 부재(24a 내지 24d)와 백킹 플레이트(23)를 접합하는 저융점 땜납 본딩재(31a 내지 31c)로 구성되어 있다. 인접하는 복수의 타깃 부재(24a 내지 24d)의 간극(T)의 이면측[저융점 땜납 본딩재(31a)측]에는 간극(T)을 막도록, 백킹 부재(25)가 설치되어 있다. 타깃 부재(24a 내지 24d)와 백킹 플레이트(23) 사이에는 균일한 간극을 형성할 수 있도록 스페이서(32)(Cu 와이어)를 배치하고 있다.
타깃 부재(24a 내지 24d)로서는, 예를 들어 아몰퍼스 실리콘, 폴리 실리콘 등의 실리콘류 및 산화물을 들 수 있다. 바람직한 타깃 부재는 비정질의 것이다. 상기 박막의 두께는 대략 수십㎚ 내지 100㎚ 정도인 것이 바람직하다.
상기 산화물로서는, TFT의 반도체층에 통상 사용되는 것이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 In, Ga, Zn 및 Sn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 조합으로 이루어지는 비정질의 산화물 반도체가 사용된다. 구체적으로는, 예를 들어 In 산화물, In-Sn 산화물, In-Zn 산화물, In-Sn-Zn 산화물, In-Ga 산화물, Zn-Ga 산화물, In-Ga-Zn 산화물, Zn 산화물을 들 수 있다. 각 원소의 비율은 기판(도 1, 도 2에는 도시하지 않음)에 성막되는 산화물 박막의 조성에 따라서 적절하게 결정된다.
타깃 부재(24a 내지 24d) 사이는 간극(T)을 두고 배치되어 있다. 간극(T)의 폭은 사용하는 타깃 부재나, 저융점 땜납 본딩재(31a 내지 31c)의 사이즈, 또한 백킹 플레이트(23)의 사이즈 등에 따라서 적절하게 설정되는 것이 바람직하지만, 대략 0.2㎜ 내지 1.0㎜로 하는 것이 바람직하다.
도 1 및 도 2에 있어서, 타깃 부재(24a 내지 24d)는 직사각형의 판재로 구성되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 통상 사용되는 형상(예를 들어, 원반 형상)이어도 된다. 또한, 타깃 부재(24a 내지 24d)의 두께나 사이즈도 특별히 한정되지 않고, 타깃 조립체의 분야에 있어서 통상 사용되는 것을 선택할 수 있다.
백킹 플레이트(23)는 내열성, 도전성, 열전도성이 우수한 순Cu 또는 Cu 합금으로 구성되어 있다. Cu제의 백킹 플레이트는 스퍼터링 타깃의 분야에 통상 사용되는 것이면, 모두 사용할 수 있다.
저융점 땜납 본딩재(31a 내지 31c)로서는, 대표적으로는 In기 재료 또는 Sn기 재료를 들 수 있다. 그 종류는 특별히 한정되지 않고, 스퍼터링 타깃의 분야에 통상 사용되는 것이면, 모두 사용할 수 있다. In기 재료로서는, 예를 들어 In-Ag 합금 등을 들 수 있다. Sn기 재료로서는, 예를 들어 Sn-Zn 합금 등을 들 수 있다. 바람직하게는 In기 재료이다. 도 2에 있어서, 부호 31a 내지 부호 31c는 동일 또는 다른 저융점 땜납 본딩재를 사용할 수 있지만, 작업 효율 등을 고려하면, 동일한 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
스페이서(32)는 산화물 타깃 부재(24a 내지 24d)와 백킹 플레이트(23) 사이에, 균일한 간극을 형성할 수 있도록 배치되는 것이다. 스페이서는 도전성이나 열전도성이 우수한 것이면 특별히 한정되지 않고, 스퍼터링 타깃의 분야에 통상 사용되는 것이면, 모두 사용할 수 있다. 스페이서(32)로서는, 예를 들어 Cu 와이어 등을 들 수 있다. 또한, 도 1 및 도 2에서는 링 형상으로 형성된 스페이서를 도시하고 있지만, 이 형상으로 한정되지 않는다.
백킹 부재(25)는 각 타깃 부재의 간극으로부터 본딩재가 누출되지 않도록, 간극(T)의 이면측(본딩측, 백킹 플레이트에 대향하는 측)에 설치된다. 백킹 부재(25)로서는, 도전성이나 열전도성이 우수하고, 스퍼터링 타깃의 분야에 통상 사용되는 것을 사용할 수 있다. 상세하게는, 도 2에 도시한 바와 같이, 백킹 부재(25)와 백킹 플레이트(23)는 저융점 땜납 본딩재(31b)로 접합되는 동시에, 백킹 부재(25)와 산화물 타깃 부재(24a, 24b)는 저융점 땜납 본딩재(31a)로 접합된다. 간극(T)의 바로 아래 부분(Q)에서는, 저융점 땜납 본딩재(31a)는 긁어내어져 존재하지 않으므로, 여기서는, 백킹 부재(25)는 저융점 땜납 본딩재(31a)를 개재하지 않고, 타깃 부재(24a, 24b)와 직접 접합하고 있다.
단, 본 발명에서는 간극(T)의 이면측에 백킹 부재가 적어도 배치되어 있으면 되고, 백킹 부재의 존재 형태는 도 2의 형태로 한정되지 않는다. 또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 간극(T)의 바로 아래 부분(Q)에 저융점 땜납 본딩재(31a)는 존재하지 않는 것이 바람직하지만, 이는 Q부분에 저융점 땜납 본딩재가 있으면, 스퍼터링 중에 열이 가해져, 본딩재가 용출되어 이상 방전이 발생하고, 파티클이나 스플래시가 발생하기 때문이다. 특히, 간극을 타고, 본딩재가 타고 오르면, 이와 같은 현상이 현저해지므로, 당해 현상을 회피하기 위해, 바로 아래 부분(Q)에는, 본딩재는 가능한 한 존재하지 않는 것이 좋다.
(제2 공정)
다음에, 상기 타깃 조립체를 스퍼터링하여 박막을 형성한다. 스퍼터링 조건은 특별히 한정되지 않고, 원하는 박막이 형성되도록 적절한 조건을 선택할 수 있다.
(제3 공정)
다음에, 상기 박막의, 타깃 조립체의 간극에 대응하는 이음매 부분 A를 포함하는 영역에 여기광 및 마이크로파를 조사하여, 상기 여기광의 조사에 의해 변화되는 상기 마이크로파의 상기 이음매 부분 A로부터의 반사파의 최대값을 측정한 후, 상기 여기광의 조사를 정지하고, 상기 여기광의 조사 정지 후의 상기 마이크로파의 상기 이음매 부분 A로부터의 반사파의 반사율의 변화를 측정하여, 반사율이 1/e로 될 때까지의 시간을 상기 박막의 상기 이음매 부분 A의 라이프 타임값 τ1로 하여 산출한다. 본 발명에서는, 타깃 조립체의 간극에 대응하는 이음매 부분 A를 포함하는 영역에 여기광 및 마이크로파를 조사하여, 박막의 이음매 부분 A의 라이프 타임값 τ1로 하여 산출한 것에 특징이 있고, 라이프 타임값 τ1의 상세한 산출 방법은 특허문헌 1에 기재되어 있고, 이를 참조할 수 있으므로, 본 명세서에서는, 상세한 측정 방법의 설명을 생략하지만, 그 개략은 이하와 같다(이하의 도 3 및 도 4는 특허문헌 2로부터 추출한 것임).
구체적으로는, 도 3에 기재된 라이프 타임 측정 장치(특허문헌 2에 기재된 도 1과 동일함)를 사용하여, 시료(반도체 박막)(20a)의 측정 부위에 대해 여기광 및 마이크로파를 조사하여, 그 여기광의 조사에 의해 변화되는 마이크로파의 시료로부터의 반사파의 강도를 검출한다. 도 3의 측정 장치는 펄스 레이저(1), 마이크로파 발진기(2), 방향성 결합기(3), 매직 T(4), 제1 도파관(신호용 도파관)(5a), 제2 도파관(참조용 도파관)(5b), 믹서(6), 신호 처리 장치(7), 컴퓨터(8), 스테이지 컨트롤러(9), 시료대(10), X-Y 스테이지(11), 기판 보유 지지부(12), 미러(13) 및 집광 렌즈(14) 등을 구비하고 있다.
펄스 레이저(1)로부터 출력된 여기광은 미러(13)에서 반사되는 동시에, 집광 렌즈(14)(집광 수단)에 의해 집광되어, 제1 도파관(5a)에 형성된 미소 개구(5c)를 통과하고, 그 제1 도파관(5a)의 박막 시료(20a)에 근접하는 단부(개구부)를 통과하여, 박막 시료(20a)의 측정 부위(예를 들어, 직경 5 내지 10㎛ 정도의 스폿)에 대해 조사된다. 이와 같이, 미러(13) 및 집광 렌즈(14)가 펄스 레이저(1)로부터 출력된 여기광을 집광하여 박막 시료(20a)로 유도한다. 이에 의해, 박막 시료(20a)에 있어서의 미소한 여기광 조사 영역(측정 부위)에 있어서, 여기 캐리어가 발생한다.
상술한 바와 같이 산화물 등의 정질 반도체 박막의 캐리어 이동도는 라이프 타임값이나 캐리어 피크값(＝반사율의 피크값)과 상관 관계가 있으므로, 라이프 타임값이나 피크값을 산출함으로써, 산화물 반도체 박막의 캐리어 이동도를 간편하게 평가ㆍ판정할 수 있다.
도 4(특허문헌 2에 기재된 도 2와 동일함)는 마이크로파 광도전 감쇠법에 있어서의 과잉의 캐리어 밀도의 변화의 모습을 도시한 도면이다(그래프는 캐리어 밀도를 나타냄). 산화물 반도체 박막 시료에 조사한 여기광에 의해, 산화물 반도체 박막에 흡수되어 과잉 캐리어(여기 캐리어)를 생성하고, 과잉 캐리어 밀도가 증가하는 동시에 그 소실 속도가 증가하여, 캐리어 주입 속도와 소실 속도가 동등해졌을 때에 과잉 캐리어 밀도는 일정한 피크값이 된다. 그리고, 상기 과잉 캐리어의 생성과 소멸의 속도가 동등해지면 포화되어 일정한 값을 유지하게 되지만, 여기광의 조사를 정지하면, 과잉 캐리어의 재결합, 소멸에 의해, 과잉 캐리어가 감소하여, 최종적으로는 여기광 조사 전의 값으로 복귀되는 것이 알려져 있다.
본 발명에서는, 상기 측정 부위로서, 타깃 조립체의 간극에 대응하는 박막의 이음매 부분 A를 포함하는 영역을 사용한다. 타깃 조립체의 간극은 제조 시에 있어서의 타깃 부재 사이의 간극에 대응하는 것으로, 대략 0.3 내지 1.0㎜의 폭을 갖고 있다. 상기 간극에 대응하는 박막의 이음매 부분 A의 폭은 대략 3.5 내지 18.0㎜이고, 당해 이음매 부분 A를 포함하도록 대략 50.0㎜×20.0㎜ 내지 100.0㎜×60.0㎜의 영역을 측정 부위로서 사용하는 것이 추장된다.
또한, 박막의 이음매 부분 A의 라이프 타임값 τ1을 측정하는 시기는, 특허문헌 2와 마찬가지로 기판 상으로의 반도체 박막의 형성 직후에 행해도 되고, 상기 반도체 박막을, 예를 들어 산소나 수증기에 의한 열처리 후에 행해도 되고, 혹은 패시베이션 절연막의 형성 전에 행해도 되고, 다양한 공정 후에 측정하는 것이 가능하다. 단, 프로세스의 영향을 제외한 타깃 자체의 평가 및 평가까지의 시간 단축 등을 고려하면, 반도체 박막의 형성 직후에 라이프 타임값 τ1을 측정하는 것이 추장된다. 또한, 기재 상의 복수의 포인트를 측정함으로써 산화물 반도체 박막의 면내 분포를 측정할 수도 있다.
(제4 공정)
다음에, 박막의 이음매 부분 A의 라이프 타임값 τ1에 기초하여 타깃 조립체의 품질을 평가한다. 이음매 부분 A의 라이프 타임값 τ1이 클수록, 상기 타깃 조립체를 사용하여 얻어지는 박막을 구비한 TFT의 이동도도 높아지는 경향이 있으므로, 예를 들어 τ1이 소정의 임계값(타깃 재료에 따라서 바뀜)을 초과하고 있는지여부에 의해, 개개의 타깃의 품질의 불량 여부를 판정할 수 있다.
(2) 제2 실시 형태에 대해
상기의 제1 실시 형태에서는 박막의 이음매 부분 A의 라이프 타임값 τ1에 기초하여 타깃 조립체의 품질을 평가하는 방법에 대해 설명하였지만, 제2 실시 형태에 기재한 바와 같이, 박막의 이음매 부분 A의 라이프 타임값 τ1과, 박막의 비이음매 부분 B의 라이프 타임값 τ2의 비(τ1/τ2)에 기초하여 타깃 조립체의 품질을 평가할 수도 있다. 제2 실시 형태에 있어서, 제1 내지 제3 공정은 제1 실시 형태와 동일하므로, 이하에서는 제5 공정 및 제6 공정에 대해 설명한다.
(제5 공정)
여기서는, 타깃 조립체의 비간극부에 대응하는 박막의 비이음매 부분 B를 포함하는 영역을 측정 영역으로서 사용하여, 제3 공정과 마찬가지로 하여, 박막의 비이음매 부분 B의 라이프 타임값 τ2를 산출한다.
여기서, 타깃 조립체의 비간극부라 함은, 타깃 조립체의 간극(T) 이외의 영역을 의미하고, 상기 비간극부에 대응하는 박막의 비이음매 부분 B를 포함하는 영역이라 함은, 구체적으로는, 이음매를 제외한 부분의 대략 중앙이고, 대략 이음매 부분으로부터 20㎜의 부분을 의미한다.
또한, 박막의 비이음매 부분 B의 라이프 타임값 τ2를 측정하는 시기는 전술한 라이프 타임값 τ1의 경우와 마찬가지이고, 기판 상으로의 반도체 박막의 형성 직후에 행해도 되고, 상기 반도체 박막을, 예를 들어 산소나 수증기에 의한 열처리 후에 행해도 되고, 혹은 패시베이션 절연막의 형성 전에 행해도 되고, 다양한 공정 후에 측정하는 것이 가능하다. 단, 프로세스의 영향을 제외한 타깃 자체의 평가 및 평가까지의 시간 단축 등을 고려하면, 반도체 박막의 형성 직후에 라이프 타임값 τ2를 측정하는 것이 추장된다.
(제6 공정)
상기 제3 공정에 의해 산출된, 박막의 이음매 부분 A의 라이프 타임값 τ1과, 상기 제5 공정에 의해 산출된, 박막의 비이음매 부분 B의 라이프 타임값 τ2의 비(τ1/τ2)에 기초하여 타깃 조립체의 품질을 평가한다. 예를 들어, 이 비(τ1/τ2)가 1로 된다는 것은, 타깃의 간극부의 악영향이 전혀 없는 것을 의미하고, 이 비가 1보다도 상당히 작은 값이 된다는 것은, 타깃의 간극부의 악영향이 큰 것을 의미한다. 상기 비의 사용에 의해, 타깃 재료에 의한 영향은 배제되므로, 이 비의 값이 소정의 임계값(타깃 재료에 따르지 않음)을 초과하는지 여부에 의해, 타깃 조립체의 품질의 불량 여부를 판단할 수 있다.
본 발명의 방법은 타깃 조립체의 품질을 평가하는 방법에 관한 것이지만, 상기 타깃 조립체에 의해 형성된 박막(타깃 부재 사이의 간극에 대응하여, 박막 중에 이음매를 갖는 박막)의 품질 평가 방법으로서도 유용하다. 따라서, 본 발명의 방법을, 반도체 박막을 기판 상에 형성한 후의 제조 공정 중 어느 하나의 공정에 적용함으로써, 타깃 조립체에 의해 형성되는 반도체 박막의 특성을 평가하고, 그 결과를 피드백하여 제조 조건을 조정하여 막질의 평가를 행할 수 있으므로, 반도체 박막의 품질 평가를 적절하게 행할 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것은 아니고, 전ㆍ후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
우선, 이하와 같이 하여 타깃 조립체 1 내지 6을 제조하고, 제조한 타깃을 사용하여 형성한 산화물 반도체 박막의 라이프 타임값을 측정하였다.
(타깃 조립체 1의 제조)
타깃 조립체 1(처리 없음)은 이하와 같이 하여 제조하였다. 우선, 백킹 플레이트 상에 In기 재료의 본딩재를 충전하고, 융점 이상으로 가열하여 용융 상태로 하였다. 계속해서, 스페이서와 함께, 복수의 산화물 타깃 부재를 간극을 두고 배열하여 배치하고, 냉각하였다. 타깃 조성은 InGaZnO4(In:Ga:Zn＝1:1:1, 원자％비)로 하였다. 타깃 부재 사이의 간극은 0.8㎜로 하였다. 백킹 부재는 사용하지 않았다.
(타깃 조립체 2의 제조)
타깃 부재 사이의 간극을 0㎜(간극 없음)로 한 점 이외는 타깃 조립체 1과 마찬가지로 하여 타깃 조립체 2를 제조하였다.
(타깃 조립체 3의 제조)
정상부의 코너를 1㎜ 정도 모따기한 타깃 부재를 사용한 것 이외는 타깃 조립체 1과 마찬가지로 하여 타깃 조립체 2를 제조하였다.
(타깃 조립체 4의 제조)
타깃 조립체 4는 이하와 같이 하여 제조하였다. 우선, 백킹 플레이트 상에 In기 재료의 본딩재를 충전하고, 융점 이상으로 가열하여 용융 상태로 하였다. 계속해서, 스페이서와 순Cu로 이루어지는 백킹 부재를 배치한 후, 그 위에 복수의 산화물 타깃 부재를 간극을 두고 배열하여 배치하고, 냉각하였다. 타깃 조성은 InGaZnO4(In:Ga:Zn＝1:1:1, 원자％비)로 하였다. 백킹 부재는 타깃 부재 사이의 간극에 상당하는 위치에 배치하였다. 타깃 부재 사이의 간극은 0.5㎜로 하였다.
(타깃 조립체 5의 제조)
캡톤으로 이루어지는 백킹 부재를 사용하여, 타깃 부재 사이의 간극은 0.6㎜로 한 것 이외는 타깃 조립체 4와 마찬가지로 하여 타깃 조립체 5를 제조하였다.
(타깃 조립체 6의 제조)
Ni로 이루어지는 백킹 부재를 사용하여, 타깃 부재 사이의 간극을 0.3㎜로 한 것 이외는 타깃 조립체 4와 마찬가지로 하여 타깃 조립체 6을 제조하였다.
(성막 및 라이프 타임값의 측정)
글래스 기판(코닝사제 EAGLEXG, 직경 100㎜×두께 0.7㎜)에, 표 1에 기재된 타깃 조립체 1 내지 6을 사용하여, 하기의 스퍼터링 조건으로 산화물 반도체 박막{IGZO[In:Ga:Zn:O(원자％비)＝1:1:1:4)]}(두께:200㎚)을 스퍼터링법으로 성막하였다.
기판 온도:실온
산소 분압:O2/(Ar＋O2)＝4％
상기와 같이 하여 산화물 반도체 박막을 성막 후, 막질을 향상시키기 위해, 수증기 분위기(H2O/O2＝50％)에서 350℃에서 1시간의 프리어닐 처리를 행하였다. 프리어닐 처리 후, 하기 조건으로 도 3에 도시하는 구성을 갖는 장치(주식회사 코베르코 과학 연구소제:LAT-1820SP)를 사용하여 마이크로파 광도전 감쇠법에 의해 반사율의 변화를 측정하고, 박막의 이음매 부분의 라이프 타임값 τ1 및 박막의 비이음매 부분의 라이프 타임값 τ2를 측정하였다.
레이저 파장:349㎚(자외광)
펄스 폭:15ns
펄스 에너지:1μJ/pulse
빔 직경:1.5㎜φ
1측정에 있어서의 펄스수＝64쇼트
구체적으로는, 박막의 이음매 부분 및 박막의 비이음매 부분을 포함하는 라인(기판의 가장 좌측 단부로부터 100㎜ 근방 위치까지)에 대해 라이프 타임값을 측정하고, 박막의 이음매 부분 X1의 라이프 타임값 τ1 및 박막의 비이음매 부분 X2(이음매 부분 X1로부터 충분히 이격된 점)의 라이프 타임값 τ2를 측정하여, 그 비(τ1/τ2)를 산출하였다. 여기서는, 각 라이프 타임값은 프리어닐 직후에 측정하였다.
이들의 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure pat00001
참고를 위해, 도 5 및 도 6에, 타깃 조립체 1 및 타깃 조립체 2를 사용했을 때의, 기판의 가장 좌측 단부로부터 소정 위치까지에 있어서의 라이프 타임값을 측정했을 때의 결과를 나타낸다. 도면 중, X1은 박막의 이음매 부분이고, X2는 박막의 비이음매 부분이다. 또한, 도 5(타깃 조립체 1을 사용)에 있어서, X1＝43㎜이고, X2＝77㎜이다. 도 6(타깃 조립체 2를 사용)에 있어서, X1＝41㎜이고, X2＝58㎜이다. 참고를 위해, 상기 이외의 타깃 조립체의 각 값은 이하와 같다.
타깃 조립체 3:X1＝27, X2＝6
타깃 조립체 4:X1＝33, X2＝6
타깃 조립체 5:X1＝31, X2＝8
타깃 조립체 6:X1＝40, X2＝4
이들의 결과로부터, τ1 혹은 τ1/τ2의 값이 작은 타깃 조립체 1의 품질은 양호하지 않고, τ1 혹은 τ1/τ2의 값이 큰 타깃 조립체 2 내지 6, 특히 타깃 조립체 2, 6의 품질이 양호한 것을 알 수 있다.
(TFT 특성의 측정)
다음에, 상기의 평가가 타당한지 여부를 검증하기 위해, 전술한 타깃 조립체 1, 2 및 6을 사용하여, 이하와 같이 하여 도 7에 기재된 TFT를 제작했을 때의 트랜지스터 특성, 이동도 및 SS값을 측정하였다.
우선, 글래스 기판(코닝사제 이글 XG, 직경 100㎜×두께 0.7㎜) 상에, 게이트 전극으로서 Mo 박막을 100㎚ 및 게이트 절연막 SiO2(200㎚)를 순차 성막하였다. 게이트 전극은 순Mo의 스퍼터링 타깃을 사용하여, DC 스퍼터법에 의해, 성막 온도:실온, 성막 파워:300W, 캐리어 가스:Ar, 가스압:2mTorr로 성막하였다. 또한, 게이트 절연막은 플라즈마 CVD법을 사용하여, 캐리어 가스:SiH4와 N2O의 혼합 가스, 성막 파워:100w, 성막 온도:300℃로 성막하였다.
다음에, 전술한 제조예와 마찬가지로 하여 산화물 박막(두께 40㎚)을 성막하였다.
상기와 같이 하여 산화물 반도체 박막을 성막한 후, 포토리소그래피 및 웨트 에칭에 의해 패터닝을 행하였다. 웨트 에천트액으로서는, 간토 화학제 「ITO-07N」을 사용하였다.
산화물 반도체 박막을 패터닝한 후, 막질을 향상시키기 위해 프리어닐 처리를 행하였다. 프리어닐은 수증기 분위기에서 350℃에서 1시간 행하였다. 또한, 후술하는 소스ㆍ드레인 전극 에칭 시의 산화물 반도체 박막 보호를 위한 에치 스톱층(100㎚)을 플라즈마 CVD법으로 성막하고, 드라이 에칭에 의해 패터닝을 행하였다. 플라즈마 CVD법의 조건은, SiO2막의 형성에는 N2O 및 SiH4의 혼합 가스를 사용하였다. 모두 성막 파워를 100W, 성막 온도를 230℃로 하였으며, 드라이 에칭의 조건은 Ar, CHF3의 혼합 가스를 사용하고, 압력 6㎩, 파워 150W이다.
다음에, 순Mo를 사용하여 소스ㆍ드레인 전극을 형성하였다. 구체적으로는, 전술한 게이트 전극과 동일한 DC 스퍼터링법에 의해 순Mo막을 성막(막 두께 100㎚)한 후, 포토리소그래피 및 웨트 에칭에 의해 패터닝을 행하였다. 웨트 에천트액은 「AC101」이고, 에천트 원액 1에 대해, 0.75의 비율의 순수로 희석하였다. 액온은 실온에서 에칭을 행하였다. TFT의 채널 길이를 10㎛, 채널 폭을 25㎛로 하였다. 패터닝을 확실하게 행하여, 단락을 방지하기 위해, 소스ㆍ드레인 전극의 막 두께에 대해 20％에 상당하는 시간, 추가로 상기한 웨트 에천트액(AC101)에 침지(오버에칭)하였다.
이와 같이 하여 소스ㆍ드레인 전극을 형성한 후, 산화물 반도체를 보호하기 위한 보호막을 형성하였다. 보호막으로서는, SiO2(막 두께 200㎚)와 SiN(막 두께 150㎚)의 적층막(합계 막 두께 250㎚)을 사용하였다. 상기 SiO2 및 SiN의 형성은 삼코제 「PD-220NL」을 사용하여, 플라즈마 CVD법을 사용하여 행하였다. 본 실시예에서는 N2O 가스에 의해 플라즈마 처리를 행한 후, SiO2 및 SiN막을 순차 형성하였다. SiO2막의 형성에는 N2O 및 SiH4의 혼합 가스를 사용하고, SiN막의 형성에는 SiH4, N2, NH3의 혼합 가스를 사용하였다. 모두 성막 파워를 100W, 성막 온도를 150℃로 하였다.
다음에, 포토리소그래피 및 드라이 에칭에 의해, 보호막에 트랜지스터 특성 평가용 프로빙을 위한 콘택트 홀을 형성하여, TFT를 제작하였다.
이와 같이 하여 얻어진 각 TFT에 대해, 이하와 같이 하여 트랜지스터 특성(드레인 전류-게이트 전압 특성, Id-Vg 특성), SS값 및 이동도(전계 효과 이동도 μFE)를 구하였다. 또한, 트랜지스터 특성의 측정은 타깃 조립체 1, 2에 대해 행하였다.
(1) 트랜지스터 특성의 측정
트랜지스터 특성(Id-Vg 특성)은 National Instruments사제 「4156C」의 반도체 파라미터 애널라이저를 사용하였다. 상세한 측정 조건은 이하와 같다.
소스 전압:0V
드레인 전압:10V
게이트 전압:-30V 내지 30V(측정 간격:1V)
(2) SS값
드레인 전류를 1자리수 증가시키는 데 필요한 게이트 전압의 최소값을 SS값으로 하였다.
(3) 이동도 μFE
전계 효과 이동도 μFE는 TFT 특성으로부터 Vg>Vd－Vth인 선형 영역에서 도출하였다. 선형 영역에서는 Vg, Vd를 각각 게이트 전압, 드레인 전압, Vth를 드레인 전류가 1㎁를 초과했을 때의 전압, Id를 드레인 전류, L, W를 각각 TFT 소자의 채널 길이, 채널 폭, Ci를 게이트 절연막의 정전 용량, μFE를 전계 효과 이동도로 하였다. μFE는 이하의 식으로부터 도출된다. 본 실시예에서는 선형 영역을 만족시키는 게이트 전압 부근에 있어서의 드레인 전류-게이트 전압 특성(Id－Vg 특성)의 기울기로부터 전계 효과 이동도 μFE를 도출하였다.
Figure pat00002
이들의 결과를 표 2 및 도 8 및 도 9에 나타낸다.
Figure pat00003
τ1 및 τ1/τ2의 값이 작았던 타깃 조립체 1을 사용하여 제작한 TFT는, 도 8에 도시한 바와 같이 트랜지스터 특성이 뒤떨어지고, 표 2에 나타낸 바와 같이 이동도도 낮고, 또한 SS값도 높아졌다.
이에 비해, τ1 및 τ1/τ2의 값이 컸던 분할 스퍼터링 타깃 2, 6을 사용하여 제작한 TFT는, 도 9에 도시한 바와 같이 양호한 트랜지스터 특성을 나타내고, 표 2에 나타낸 바와 같이 이동도도 높고, 또한 SS값도 낮았다.
이상의 결과로부터, 마이크로파 광도전 감쇠법에 의해 박막의 라이프 타임값을 측정함으로써, 타깃 조립체의 품질을 간편하게 정밀도 좋게, 판정ㆍ평가할 수 있는 것을 알 수 있었다.
1 : 펄스 레이저(여기광의 광원)
2 : 마이크로파 발진기
3 : 방향성 결합기
4 : 매직 T
5a : 제1 도파관(신호용 도파관)
5b : 제2 도파관(참조용 도파관)
6 : 믹서
7 : 신호 처리 장치
8 : 컴퓨터
9 : 스테이지 컨트롤러
10 : 시료대
11 : X-Y 스테이지
12 : 기판 보유 지지부
13 : 미러
14 : 집광 렌즈
20 : 시료 기판
20a : 박막 시료
20b : 기판
21 : 타깃 조립체
22 : 스퍼터링 타깃
23 : 백킹 플레이트
24a 내지 24d : 산화물 타깃 부재
25 : 백킹 부재
31a, 31b, 31c : 저융점 땜납 본딩재
32 : 스페이서
T : 간극
Q : 간극(T)의 바로 아래 부분

Claims (3)

  1. 박막 트랜지스터의 반도체층용 박막의 형성에 사용되는 타깃 조립체의 품질을 평가하는 방법이며,
    백킹 플레이트 상에, 본딩재를 개재하여, 복수의 산화물 타깃 부재가 간극을 두고 배치된 타깃 조립체를 준비하는 제1 공정과,
    상기 타깃 조립체를 스퍼터링하여 박막을 형성하는 제2 공정과,
    상기 박막의, 상기 타깃 조립체의 간극에 대응하는 이음매 부분 A를 포함하는 영역에 여기광 및 마이크로파를 조사하여, 상기 여기광의 조사에 의해 변화되는 상기 마이크로파의 상기 이음매 부분 A로부터의 반사파의 최대값을 측정한 후, 상기 여기광의 조사를 정지하고, 상기 여기광의 조사 정지 후의 상기 마이크로파의 상기 이음매 부분 A로부터의 반사파의 반사율의 변화를 측정하여, 반사율이 1/e로 될 때까지의 시간을 상기 박막의 상기 이음매 부분 A의 라이프 타임값 τ1로 하여 산출하는 제3 공정과,
    상기 이음매 부분 A의 라이프 타임값 τ1에 기초하여 타깃 조립체의 품질을 평가하는 제4 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 타깃 조립체의 품질 평가 방법.
  2. 박막 트랜지스터의 반도체층용 박막의 형성에 사용되는 타깃 조립체의 품질을 평가하는 방법이며,
    백킹 플레이트 상에, 본딩재를 개재하여, 복수의 산화물 타깃 부재가 간극을 두고 배치된 타깃 조립체를 준비하는 제1 공정과,
    상기 타깃 조립체를 스퍼터링하여 박막을 형성하는 제2 공정과,
    상기 박막의, 상기 타깃 조립체의 간극에 대응하는 이음매 부분 A를 포함하는 영역에 여기광 및 마이크로파를 조사하여, 상기 여기광의 조사에 의해 변화되는 상기 마이크로파의 상기 이음매 부분 A로부터의 반사파의 최대값을 측정한 후, 상기 여기광의 조사를 정지하고, 상기 여기광의 조사 정지 후의 상기 마이크로파의 상기 이음매 부분 A로부터의 반사파의 반사율의 변화를 측정하여, 반사율이 1/e로 될 때까지의 시간을 상기 박막의 상기 이음매 부분 A의 라이프 타임값 τ1로 하여 산출하는 제3 공정과,
    상기 박막의, 상기 타깃 조립체의 비간극부에 대응하는 비이음매 부분 B를 포함하는 영역에 여기광 및 마이크로파를 조사하여, 상기 여기광의 조사에 의해 변화되는 상기 마이크로파의 상기 비이음매 부분 B로부터의 반사파의 최대값을 측정한 후, 상기 여기광의 조사를 정지하고, 상기 여기광의 조사 정지 후의 상기 마이크로파의 상기 비이음매 부분 B로부터의 반사파의 반사율의 변화를 측정하여, 반사율이 1/e로 될 때까지의 시간을 상기 박막의 상기 비이음매 부분 B의 라이프 타임값 τ2로 하여 산출하는 제5 공정과,
    상기 박막의 상기 이음매 부분 A의 라이프 타임값 τ1과, 상기 박막의 상기 비이음매 부분 B의 라이프 타임값 τ2의 비(τ1/τ2)에 기초하여 타깃 조립체의 품질을 평가하는 제6 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 타깃 조립체의 품질 평가 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 박막은 산화물 박막인, 타깃 조립체의 품질 평가 방법.
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