KR20150003713U - 도핑된 아연 타겟 - Google Patents

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아키히로 호소카와
존 엠. 화이트
동길 임
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 고안은 일반적으로, 아연 및 도펀트로 구성된 스퍼터링 타겟에 관한 것이다. 아연은 IGZO, 아연 산화물, 및 아연 산질화물과 같은 금속 산화물 반도체 재료들에 대해 활용된다. 아연은 요구되는 분위기에서 아연 타겟을 스퍼터링함으로써 전달될 수 있다. 순수 아연 스퍼터링 타겟이 사용되는 경우에, 이동도가 10 cm2/V-s 미만으로 희생되지 않는 한, 안정적인 막이 생성될 수 없다. 갈륨과 같은 도펀트를 부가함으로써, 안정적인 막이 증착될 수 있을 뿐만 아니라, 막이 30 cm2/V-s 초과의 이동도를 가질 것이다. 도펀트는, 아연 스퍼터링 타겟에 바로 인접한 별개의 스퍼터링 타겟으로서 또는 아연 내에 직접적으로 포함될 수 있다.

Description

도핑된 아연 타겟{DOPED ZINC TARGET}
[0001] 본 고안의 실시예들은 일반적으로, 도핑된(doped) 아연 스퍼터링 타겟에 관한 것이다.
[0002] 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO)은 고 이동도(mobility)를 갖는 잘 알려진 반도체 재료이다. IGZO는, 차세대 박막 트랜지스터들(TFTs)을 위한 반도체 재료인 것으로 일반적으로 여겨지는 금속 산화물 반도체 재료들 중 하나이다. IGZO에 대해 약 30 cm2/V-s 내지 약 40 cm2/V-s의 이동도들이 획득되어 왔다. 그러나, 생산(production) 시에, IGZO는 그다지 안정적이지 않다. IGZO에 대한 안정성을 증가시키기 위하여, TFT들에서의 안정적인 IGZO 막들을 위해 이동도가 10 cm2/V-s 미만이도록, 이동도가 희생될 필요가 있다.
[0003] IGZO는, 차세대 TFT들을 위해 고려되는 유일한 금속 산화물 반도체 재료는 아니다. 아연 산화물 및 아연 산질화물(oxynitride)도 또한, 금속 산화물 반도체 TFT들을 위한 실행가능한(viable) 후보들인 것으로 고려된다. 아연 산화물 및 아연 산질화물 양자 모두는 IGZO보다 더 높은 이동도를 갖지만, IGZO가 경험하는 것과 동일한 안정성 문제들에 시달린다. 안정적인 아연 기반 반도체 막을 달성하기 위해, 이동도가 희생될 필요가 있다.
[0004] 따라서, 고 이동도를 유지하면서, 아연 기반 반도체 재료를 안정적으로 형성하는 것이 본 기술분야에 필요하다.
[0005] 본 고안은 일반적으로, 아연 및 도펀트로 구성된 스퍼터링 타겟에 관한 것이다. 아연은 IGZO, 아연 산화물, 및 아연 산질화물과 같은 금속 산화물 반도체 재료들에 대해 활용된다. 아연은 요구되는 분위기(atmosphere)에서 아연 타겟을 스퍼터링함으로써 전달될 수 있다. 순수 아연 스퍼터링 타겟이 사용되는 경우에, 이동도가 10 cm2/V-s 미만으로 희생되지 않는 한, 안정적인 막이 생성될 수 없다. 갈륨과 같은 도펀트를 부가함으로써, 안정적인 막이 증착될 수 있을 뿐만 아니라, 막이 30 cm2/V-s 초과의 이동도를 가질 것이다. 도펀트는, 아연 스퍼터링 타겟에 바로 인접한 별개의 스퍼터링 타겟으로서 또는 아연 내에 직접적으로 포함될 수 있다.
[0006] 일 실시예에서, 스퍼터링 타겟 어셈블리는, 배킹 튜브; 및 배킹 튜브에 커플링되고, 아연, 및 아연 내에 분산된 하나 또는 그 초과의 도펀트들을 포함하는 스퍼터링 타겟을 포함한다.
[0007] 다른 실시예에서, 스퍼터링 타겟 어셈블리는, 배킹 튜브; 배킹 튜브에 커플링되고, 아연을 포함하는 제 1 스퍼터링 타겟; 및 배킹 튜브에 커플링되고, 제 1 스퍼터링 타겟 근처에 배치되고, 갈륨, 인듐, In2O3, GaO, GaN, GeO, GeO2, 주석, 주석 산화물, 루테늄, RuO2, 하프늄, 티타늄, TiO2, TiN, 실리콘, SiOx, 붕소, B2O3, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 하나 또는 그 초과의 아이템(item)들을 포함하는 제 2 스퍼터링 타겟을 포함한다.
[0008] 본 고안의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 고안의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 고안의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 고안의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 고안이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0009] 도 1은, 일 실시예에 따른 물리 기상 증착(PVD) 장치의 개략적인 단면도이다.
[0010] 도 2a는, 일 실시예에 따른 스퍼터링 타겟의 개략도이다.
[0011] 도 2b는, 다른 실시예에 따른 스퍼터링 타겟의 개략도이다.
[0012] 도 2c는, 다른 실시예에 따른 스퍼터링 타겟의 개략도이다.
[0013] 도 3a 및 도 3b는, 본 고안의 실시예들에 따른, 각각, 배킹 튜브 및 배킹 플레이트 상에 스프레잉되고 있는 타겟의 개략도들이다.
[0014] 이해를 용이하게 하기 위하여, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지시하기 위해 가능한 경우에 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예에 개시된 엘리먼트들이, 구체적인 설명 없이 다른 실시예들에 대해 유익하게 활용될 수 있다는 것이 고려된다.
[0015] 본 고안은 일반적으로, 아연 및 도펀트로 구성된 스퍼터링 타겟에 관한 것이다. 아연은 IGZO, 아연 산화물, 및 아연 산질화물과 같은 금속 산화물 반도체 재료들에 대해 활용된다. 아연은 요구되는 분위기에서 아연 타겟을 스퍼터링함으로써 전달될 수 있다. 순수 아연 스퍼터링 타겟이 사용되는 경우에, 이동도가 10 cm2/V-s 미만으로 희생되지 않는 한, 안정적인 막이 생성될 수 없다. 갈륨과 같은 도펀트를 부가함으로써, 안정적인 막이 증착될 수 있을 뿐만 아니라, 막이 30 cm2/V-s 초과의 이동도를 가질 것이다. 도펀트는, 아연 스퍼터링 타겟에 바로 인접한 별개의 스퍼터링 타겟으로서 또는 아연 내에 직접적으로 포함될 수 있다.
[0016] 여기에서의 설명은 PVD 장치를 참조하여 이루어질 것이다. 본 고안을 실시하기 위해 활용될 수 있는 적합한 PVD 장치는, 캘리포니아, 산타클라라의, Applied Materials, Inc.의 자회사인, AKT America, Inc.로부터 이용가능한, AKT New Aristo PVD 장치 또는 AKT PIVOT PVD 장치로부터 이용가능하다. 여기에서 논의되는 실시예는 또한 다른 제조자들에 의해 판매되는 PVD 장치에서도 유용하다는 것이 이해되어야 한다.
[0017] 도 1은, 일 실시예에 따른 PVD 장치(100)의 개략적인 단면도이다. 장치(100)는, 하나 또는 그 초과의 스퍼터링 타겟 어셈블리들(104)을 내부에 갖는 챔버 바디(102)를 포함한다. 스퍼터링 타겟 어셈블리들(104)은 기판(106)과 대향하여 챔버 바디(102) 내에 배치된다. 스퍼터링 타겟 어셈블리들(104)이 기판(106) 위에 배치된 것으로 도시되어 있지만, 스퍼터링 타겟 어셈블리들(104) 및 기판(106)이 다른 배향(orientation)들을 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예컨대, 기판(106)은 수직일 수 있고, 스퍼터링 타겟 어셈블리들(104)도 수직일 수 있다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 기판(106)은, 전력 공급부(108)에 커플링됨으로써 바이어싱될 수 있거나, 접지에 커플링됨으로써 접지될 수 있거나, 또는 전기적으로 플로팅(floating)될 수 있다. 반응성 가스 또는 비활성 가스와 같은 프로세싱 가스가, 하나 또는 그 초과의 가스 소스들(112)에 커플링된 하나 또는 그 초과의 가스 유입구 포트들(110)을 통해 챔버 바디(102)에 도입될 수 있다.
[0018] 스퍼터링 타겟 어셈블리들(104)은 또한, 전력 소스(114)에 커플링될 수 있다. 전력 소스(114)는 DC 전력 소스 또는 AC 전력 소스를 포함할 수 있다. 설명이 회전식 원통형 스퍼터링 타겟들을 참조하여 이루어질 것이지만, 여기에서 개시되는 실시예들은 평면 스퍼터링 타겟들에 동등하게 적용가능하다는 것이 이해되어야 한다. 각각의 스퍼터링 타겟 어셈블리(104)는, 배킹 튜브(118)(또는, 평면 스퍼터링 타겟의 경우에는 플레이트)에 본딩된(bonded) 스퍼터링 타겟(116)을 포함한다. 마그네트론(120)이 배킹 튜브(118) 뒤에 배치될 수 있다. 회전식 원통형 스퍼터링 타겟 어셈블리(104)에 대해, 마그네트론이 자기장들을 생성하면서, 타겟(116)(및 튜브(118))은 화살표들에 의해 도시된 바와 같이 회전할 수 있다. 재료는 스퍼터링 타겟(116)으로부터 스퍼터링되어 떨어지고, 반응성 가스와 반응하고, 기판(106) 상에 층으로서 증착된다. 아연 산질화물의 경우에서, 아연 스퍼터링 타겟이 산소 및 질소 양자 모두와 반응하여, 기판 상에 아연 산질화물을 형성한다.
[0019] 위에서 논의된 바와 같이, 순수 아연 타겟이 고 이동도를 갖는 반도체 막을 생성할 수 있지만, 막은 안정적이지 않을 것이다. 출원인들은, 약 2 퍼센트 내지 약 30 퍼센트의 양으로 도펀트를 포함시킴으로써, 안정적인 막이 생성될 수 있고, 막이 30 cm2/V-s 초과의 이동도를 가질 수 있다는 것을 발견하였다. 따라서, 스퍼터링 타겟(116)은 하나 또는 그 초과의 도펀트들을 포함할 수 있다.
[0020] 도 2a는, 일 실시예에 따른 스퍼터링 타겟(200)의 개략도이다. 도 2a에서 도시된 바와 같이, 스퍼터링 타겟(202)은 배킹 튜브(118)에 커플링된다. 도 2a의 실시예에서, 아연 스퍼터링 타겟(202)은, 내부에 무작위로(randomly) 분산된 다수의 도펀트 입자들을 갖는다. 하나 또는 그 초과의 도펀트들은, 갈륨, 인듐, In2O3, GaO, GaN, GeO, GeO2, 주석, 주석 산화물, 루테늄, RuO2, 하프늄, 티타늄, TiO2, TiN, 실리콘, SiOx(여기에서 x는 1 또는 2), 붕소, B2O3, 및 이들의 조합들로부터 선택될 수 있다. 도펀트들은 약 1 나노미터 내지 약 5 미크론의 평균 입자 사이즈를 가질 수 있고, 약 2 원자 퍼센트 내지 약 30 원자 퍼센트의 양으로 존재할 수 있다. 도펀트의 존재는 아연 이동도를 유지할 뿐만 아니라, 또한 아연의 안정성을 증가시키며, 그에 따라, 결과적인 반도체 막은 30 cm2/V-s 초과의 이동도를 가질 수 있고, 또한 안정적일 수 있다. 도펀트 입자들은, 배킹 튜브(118) 위에서 슬라이딩하는 지지 튜브 상에 또는 배킹 튜브 상에 직접적으로 아연과 함께 스프레잉 증착될 수 있다. 스프레잉된 타겟을 제조하기 위해, 아연 및 도펀트들이 지지 튜브 또는 배킹 튜브(118) 상에 동시에 스프레잉된다. 도펀트로서 갈륨을 사용하는 경우에, 갈륨이 섭씨 약 30 도에서 용해되기 때문에, 갈륨 산화물이 스프레잉된다.
[0021] 도 2b는, 다른 실시예에 따른 스퍼터링 타겟(220)의 개략도이다. 도 2b에서 도시된 실시예에서, 도펀트 입자들(224)은 아연 타겟(222) 내에 균일하게 분산된다. 갈륨 질화물 또는 갈륨 산화물과 같은 도펀트 입자들은 아연과 함께 캐스팅될 수 있고, 주철(cast iron)이 형성되는 것과 같은 캐스팅 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 도펀트는, 갈륨, 인듐, In2O3, GaO, GaN, GeO, GeO2, 주석, 주석 산화물, 루테늄, RuO2, 하프늄, 티타늄, TiO2, TiN, 실리콘, SiOx(여기에서 x는 1 또는 2), 붕소, B2O3, 및 이들의 조합들로부터 선택될 수 있다. 도펀트들은 약 1 나노미터 내지 약 5 미크론의 평균 입자 사이즈를 가질 수 있고, 약 2 원자 퍼센트 내지 약 30 원자 퍼센트의 양으로 존재할 수 있다. 도펀트의 존재는 아연 이동도를 유지할 뿐만 아니라, 또한 아연의 안정성을 증가시키며, 그에 따라, 결과적인 반도체 막이 30 cm2/V-s 초과의 이동도를 가질 수 있고, 또한 안정적일 수 있다.
[0022] 도 2c는, 다른 실시예에 따른 스퍼터링 타겟(240)의 개략도이다. 도 2c에서 도시된 실시예에서, 아연 타겟(242)은 도펀트 타겟(244) 근처에서 배킹 튜브(118) 상에 배치된다. 아연 타겟(242)은 화살표 "A"에 의해 도시된 길이를 갖는 한편, 도펀트 타겟(244)은 화살표 "B"에 의해 도시된 길이를 갖는다. 아연 타겟(242)의 길이 대 도펀트 타겟(244)의 길이는 약 1.5:1 내지 약 2.3:1, 예컨대 약 2:1이다. 프로세싱 동안에 타겟(240)이 기판(106)으로부터 약 200 내지 약 250 mm 떨어져서 배치될 것이기 때문에, 타겟 재료는 일반적으로, 기판(106) 상에 내려앉기 전에 균일하게 혼합될 것이며, 이는, 30 cm2/V-s 초과의 이동도를 야기할 뿐만 아니라, 또한 안정적인 막을 야기할 것이다. 아연 타겟(242)이 도펀트 타겟(244)에 비하여 길이가 약 2:1인 경우에, 타겟(240)은 30 원자 퍼센트 도핑된 스퍼터링 타겟과 동등할 것이다.
[0023] 도 3a 및 도 3b는, 본 고안의 실시예들에 따른, 각각, 배킹 튜브 및 배킹 플레이트 상에 스프레잉되고 있는 타겟의 개략도들이다. 도 3a에서 도시된 바와 같이, 타겟 어셈블리(300)를 생성하기 위해, 배킹 튜브(302) 상에 스퍼터링 타겟(304)이 형성될 수 있다. 아연은 소스(306)로부터 플라즈마 스프레잉될 수 있고, 도펀트는 소스(308)로부터 플라즈마 스프레잉될 수 있다. 소스들(306, 308)은, 화살표들 "A"에 의해 도시된 바와 같이, 요구되는 스퍼터링 타겟(304)의 길이를 따라 이동할 수 있다. 유사하게, 평면 타겟 어셈블리(350)에 대해, 타겟(354)을 형성하기 위해, 배킹 플레이트(352) 상에, 제 2 소스(358)로부터 도펀트가 플라즈마 스프레잉될 수 있고, 제 1 소스(356)로부터 아연이 플라즈마 스프레잉될 수 있다. 소스들(356, 358)은, 화살표들 "B"에 의해 도시된 바와 같이, 스퍼터링 타겟(354)의 요구되는 면적을 따라 이동할 수 있다.
[0024] 아연 타겟 근처에 도펀트 타겟들을 배치하는 것에 의해, 또는 도펀트 입자들을 아연과 혼합하는 것에 의해, 아연 타겟을 도핑함으로써, 이동도가 높고 또한 안정적인 아연 함유 금속 산화물이 증착될 수 있다.
[0025] 전술한 바가 본 고안의 실시예들에 관한 것이지만, 본 고안의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 고안의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고 고안될 수 있고, 본 고안의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (16)

  1. 스퍼터링 타겟 어셈블리로서,
    배킹 튜브(backing tube); 및
    상기 배킹 튜브에 커플링되고, 아연, 및 상기 아연 내에 분산된(dispersed) 하나 또는 그 초과의 도펀트(dopant)들을 포함하는 스퍼터링 타겟
    을 포함하는,
    스퍼터링 타겟 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 도펀트들은, 갈륨, 인듐, In2O3, GaO, GaN, GeO, GeO2, 주석, 주석 산화물, 루테늄, RuO2, 하프늄, 티타늄, TiO2, TiN, 실리콘, x가 1 또는 2인 SiOx, 붕소, B2O3, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
    스퍼터링 타겟 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 도펀트들은 약 2 원자 퍼센트 내지 약 30 원자 퍼센트의 양으로 존재하는,
    스퍼터링 타겟 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 도펀트들은 상기 아연 내에 분산되고, 약 1 나노미터 내지 약 5 미크론의 평균 입자 사이즈를 갖는,
    스퍼터링 타겟 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 도펀트들은 상기 아연과 함께 캐스팅되는(casted with),
    스퍼터링 타겟 어셈블리.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 도펀트들 및 상기 아연은 상기 배킹 튜브 상에 스프레잉되는(sprayed),
    스퍼터링 타겟 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 도펀트들은 약 2 원자 퍼센트 내지 약 30 원자 퍼센트의 양으로 존재하는,
    스퍼터링 타겟 어셈블리.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 도펀트들은 상기 아연 내에 분산되고, 약 1 나노미터 내지 약 5 미크론의 평균 입자 사이즈를 갖는,
    스퍼터링 타겟 어셈블리.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 도펀트들은 상기 아연과 함께 캐스팅되는,
    스퍼터링 타겟 어셈블리.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 도펀트들 및 상기 아연은 상기 배킹 튜브 상에 스프레잉되는,
    스퍼터링 타겟 어셈블리.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 도펀트들은 상기 아연 내에 분산되고, 약 1 나노미터 내지 약 5 미크론의 평균 입자 사이즈를 갖는,
    스퍼터링 타겟 어셈블리.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 도펀트들은 상기 아연과 함께 캐스팅되는,
    스퍼터링 타겟 어셈블리.
  13. 스퍼터링 타겟 어셈블리로서,
    배킹 튜브;
    상기 배킹 튜브에 커플링되고, 아연을 포함하는 제 1 스퍼터링 타겟; 및
    상기 배킹 튜브에 커플링되고, 상기 제 1 스퍼터링 타겟 근처에(adjacent) 배치되고, 갈륨, 인듐, In2O3, GaO, GaN, GeO, GeO2, 주석, 주석 산화물, 루테늄, RuO2, 하프늄, 티타늄, TiO2, TiN, 실리콘, x가 1 또는 2인 SiOx, 붕소, B2O3, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 하나 또는 그 초과의 아이템(item)들을 포함하는 제 2 스퍼터링 타겟
    을 포함하는,
    스퍼터링 타겟 어셈블리.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 스퍼터링 타겟은 제 1 길이를 갖고, 상기 제 2 스퍼터링 타겟은 제 2 길이를 갖고, 상기 제 1 길이는 상기 제 2 길이보다 더 긴,
    스퍼터링 타겟 어셈블리.
  15. 제 14 항에 있어서,
    제 3 스퍼터링 타겟을 더 포함하며,
    상기 제 3 스퍼터링 타겟은, 상기 배킹 튜브에 커플링되고, 상기 제 2 스퍼터링 타겟이 상기 제 1 스퍼터링 타겟과 상기 제 3 스퍼터링 타겟 사이에 배치되도록 상기 제 2 스퍼터링 타겟 근처에 배치되고, 아연을 포함하는,
    스퍼터링 타겟 어셈블리.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 길이는 대략, 상기 제 2 길이의 두배인,
    스퍼터링 타겟 어셈블리.
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