KR20170133602A - 스퍼터용 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스를 이용한 질화티타늄 박막 증착 방법 - Google Patents

스퍼터용 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스를 이용한 질화티타늄 박막 증착 방법 Download PDF

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Abstract

스퍼터용 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스를 이용한 질화티타늄 박막 증착 방법이 개시된다. 일 실시 예에 있어서, 상기 질화티타늄 박막 증착 방법은 티타늄 타겟이 배치된 챔버의 내부에 상기 티타늄 타겟의 일면에 대향하여 기판을 배치하는 기판 배치과정, 상기 챔버의 상기 내부를 진공화하는 진공과정, 상기 챔버의 상기 내부로 주입되는 질소 가스 및 상기 티타늄 타겟과 상기 기판 사이에 형성되는 전기장을 통해 질소 이온을 생성하는 플라즈마 생성과정, 상기 티타늄 타겟의 타면에 대향하여 배치되는 자석에 의하여 상기 티타늄 타겟의 상기 일면과 상기 기판 사이에 생성되는 자기장을 통하여 상기 플라즈마 생성과정에서 생성되는 전자를 포획하는 전자포획과정 및 상기 질소 이온에 의하여 스퍼터링 되는 티타늄과 상기 질소 이온의 결합을 통하여 상기 기판의 표면에 질화티타늄막을 증착하는 질화티타늄막 증착과정을 포함한다.
상기 플라즈마 생성과정에서의 상기 전기장은 상기 티타늄 타겟과 상기 기판 사이에 인가되는 RF 전원에 의하여 형성된다. 상기 전자포획과정에서 상기 자석에 의하여 생성되는 상기 자기장은 상기 티타늄 타겟의 상기 일면에 인접한 영역-이하 전자트랩영역이라 함-에 집중된다. 상기 전자트랩영역에 집중되는 상기 자기장에 의하여 상기 플라즈마 생성과정에서 생성되는 상기 전자는 상기 전자트랩영역에 집중적으로 모임으로써, 상기 전자트랩영역에서 상기 질소 이온의 생성이 촉진되어 상기 기판의 표면에 증착되는 상기 질화티타늄막의 증착 속도(deposit rate)가 증가된다.

Description

스퍼터용 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스를 이용한 질화티타늄 박막 증착 방법{method for depositing TiN film using nitrogen gases as reaction and activation gases in sputter}
본 명세서에서 개시하는 기술은 질화티타늄 박막 증착 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 스퍼터용 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스를 이용한 질화티타늄 박막 증착 방법에 관한 것이다.
본 연구는 중소기업기술개발사업 창업성장기술개발사업으로 수행된 연구결과입니다(과제번호 NO. S2257660).
일반적으로 티타늄(Ti)이 속하는 천이금속(transition metal)의 질화물(nitride)은 높은 경도, 내마모성, 높은 녹는점 등 물리적 특성이 뛰어나 여러 가지 산업분야에 응용되고 있다. 천이금속의 질화물의 뛰어난 물리적 특성은 천이금속과 질소 사이의 강력한 공유결합(covalent bonds)에 기인한다.
천이금속의 질화물의 응용분야로는 공구의 수명을 증가시키기 위한 공구 표면 코팅층, 전자소자의 확산방지막(diffusion barrier), 인체에 무해한 특성으로 인체 보형물 등을 예로 들 수 있다. 특히, 천이금속 중 티타늄 질화물은 뛰어난 물리적 특성과 인체 무해성으로 인하여 천이금속의 질화물 중에서도 여러 응용분야에서 가장 많이 사용되고 있다.
기판 상에 티타늄 질화물 박막을 형성하는 방법으로는 물리적 기상증착법 (physical vapor deposition(PVD)), 화학적 기상증착법(chemical vapor deposition(CVD)), 레이저 증착법(laser ablation), 음극 아크방전법(cathodic arc evaporation) 등과 같은 다양한 방식이 사용되고 있다. 이들 각각의 방법은 저마다의 장단점을 가지고 있지만, 티타늄 질화막을 형성하는 방법으로 PVD 방식의 스퍼터 방식이 많이 사용되고 있다.
스퍼터 방식은 플라즈마 상의 양이온을 타겟과 충돌시켜서 타겟으로부터 비산되는 물질을 기판에 증착하여 기판 상에 박막을 형성하는 기술이다. 스퍼터 방식은 비교적 공정이 단순하고 공정 변수의 조절이 용이하다는 장점을 갖는다. 스퍼터 방식으로 얻은 티타늄 질화막은 다른 방식으로 얻은 티타늄 질화막에 비하여 상대적으로 박막의 밀도가 높고, 낮은 공극(porous) 특성을 갖는다.
스퍼터 방식을 통하여 기판에 질화티타늄 박막을 증착하는 방법과 관련한 종래의 기술로는 한국등록특허 KR 10-0105655 “반도체 장치의 금속 배선시 타이타늄 질화막 형성방법”, 한국공개특허 KR 10-2000-0015134 “질화티탄 전극층을 갖는 게이트 전극 및 그 제조방법” 등이 있다.
종래기술 중 전자는 스퍼터링법으로 기판 상에 타이타늄막을 형성하고, 레이저 빔을 암모니아(NH3) 가스에 조사하여 암모니아를 여기시킨 후 여기된 암모니아와 타이타늄과의 결합을 통하여 타이타늄 질화막을 형성하는 방법이다. 종래기술 중 후자는 비활성기체, 티탄 소스 가스와 암모니아 가스를 활용하여 티탄 소스 가스에서 제공되는 티탄과 암모니아 가스에서 제공되는 질소를 통하여 질화티탄층을 형성하는 방법이다.
본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법은 TiN 박막 증착과정에서 비활성 가스 없이 질소 가스만을 활성화 기체 및 반응성 기체로 사용한다는 점에서 비활성 가스를 활성화 기체로 사용하고 암모니아를 반응성 기체로 사용하는 종래의 기술들과는 차이점이 있다. 종래기술에서와 같이 비활성 가스를 활성화 기체로 사용할 경우 TiN 박막 증착시 박막 증착 속도에서는 장점이 있으나, TiN 박막의 경도(hardness)가 줄어드는 문제점이 있다.
본 명세서에서 개시하는 기술은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법은 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스를 이용함으로써 높은 경도를 가지는 TiN 박막을 증착할 수 있는 방법을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법은 티타늄 타겟에 대향하여 배치되는 사행(蛇行, meander)의 형상을 가지는 자석을 활용함으로써 높은 경도를 가지는 TiN 박막을 빠른 공정시간에 증착할 수 있는 방법을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법은 기판을 회전시킬 수 있어 기판 상에 증착되는 TiN 박막의 증착 균일도를 높일 수 있는 방법을 제공한다.
일 실시 예에 있어서, 스퍼터용 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스를 이용한 질화티타늄 박막 증착 방법이 개시(disclosure)된다. 상기 질화티타늄 박막 증착 방법은 티타늄 타겟이 배치된 챔버의 내부에 상기 티타늄 타겟의 일면에 대향하여 기판을 배치하는 기판 배치과정, 상기 챔버의 상기 내부를 진공화하는 진공과정, 상기 챔버의 상기 내부로 주입되는 질소 가스 및 상기 티타늄 타겟과 상기 기판 사이에 형성되는 전기장을 통해 질소 이온을 생성하는 플라즈마 생성과정, 상기 티타늄 타겟의 타면에 대향하여 배치되는 자석에 의하여 상기 티타늄 타겟의 상기 일면과 상기 기판 사이에 생성되는 자기장을 통하여 상기 플라즈마 생성과정에서 생성되는 전자를 포획하는 전자포획과정 및 상기 질소 이온에 의하여 스퍼터링 되는 티타늄과 상기 질소 이온의 결합을 통하여 상기 기판의 표면에 질화티타늄막을 증착하는 질화티타늄막 증착과정을 포함한다.
상기 플라즈마 생성과정에서의 상기 전기장은 상기 티타늄 타겟과 상기 기판 사이에 인가되는 RF 전원에 의하여 형성된다.
상기 전자포획과정에서 상기 자석에 의하여 생성되는 상기 자기장은 상기 티타늄 타겟의 상기 일면에 인접한 영역-이하 전자트랩영역이라 함-에 집중된다.
상기 전자트랩영역에 집중되는 상기 자기장에 의하여 상기 플라즈마 생성과정에서 생성되는 상기 전자는 상기 전자트랩영역에 집중적으로 모임으로써, 상기 전자트랩영역에서 상기 질소 이온의 생성이 촉진되어 상기 기판의 표면에 증착되는 상기 질화티타늄막의 증착 속도(deposit rate)가 증가된다.
본 명세서에서 개시하는 스퍼터용 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스를 이용한 질화티타늄 박막 증착 방법은 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스만을 이용함으로써 높은 경도를 가지는 TiN 박막의 증착을 가능하게 해 준다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법은 티타늄 타겟에 대향하여 배치되는 사행(蛇行, meander)의 형상을 가지는 자석을 활용함으로써 높은 경도를 가지는 TiN 박막을 빠른 공정시간에 증착할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법은 기판을 회전시킬 수 있어 기판 상에 증착되는 TiN 박막의 증착 균일도를 높일 수 있는 방법을 제공해 준다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법은 기판을 회전시킬 수 있어 연속 스퍼터링에 의한 기판의 열 손상을 최소화할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법은 마그네트론 스퍼터링 방식을 채용할 수 있고, 사행(蛇行, meander)의 형상을 가지는 자석 배열체를 채용하여 캐소드의 폭을 넓혀 대면적 스퍼터링을 구현할 수 있다.
전술한 내용은 이후 보다 자세하게 기술되는 사항에 대해 간략화된 형태로 선택적인 개념만을 제공한다. 본 내용은 특허 청구 범위의 주요 특징 또는 필수적 특징을 한정하거나, 특허청구범위의 범위를 제한할 의도로 제공되는 것은 아니다.
도 1은 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법에 활용한 기판이 회전이 가능한 스퍼터 장치의 개념도이다.
도 3은 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법에 활용한 스퍼터 장치의 기판 및 캐소드(cathode) 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법에 활용한 자석 배열체의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 15는 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법의 일 실시 예에 따른 결과를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고 자 한다. 본문에서 달리 명시하지 않는 한, 도면의 유사한 참조번호들은 유사한 구성요소들을 나타낸다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시 예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시 예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 기술의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다. 당업자는 본 개시의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고, 도면에 기재되는 구성요소들을 다양하게 다른 구성으로 배열, 구성, 결합, 도안할 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 고안되어지며, 본 개시의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 도면에서 여러 층(또는 막), 영역 및 형상을 명확하게 표현하기 위하여 구성요소의 폭, 길이, 두께 또는 형상 등은 과장되어 표현될 수도 있다. 일 구성요소가 다른 구성요소 "에 배치" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 배치되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
일 구성요소가 다른 구성요소 "에 배치"라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 배치되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
일 구성요소가 다른 구성요소 "에 연결" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 연결되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
일 구성요소가 다른 구성요소 "에 형성" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 형성되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용된 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법의 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 스퍼터용 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스를 이용한 질화티타늄 박막 증착 방법(P100)은 기판 배치과정(P110), 진공과정(P120), 플라즈마 생성과정(P130), 전자포획과정(P140) 및 질화티타늄막 증착과정(P150)을 포함한다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 질화티타늄 박막 증착 방법(P100)은 선택적으로(optionally) 자석회전과정(미도시)을 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 질화티타늄 박막 증착 방법(P100)은 선택적으로 기판가열과정(미도시)을 더 포함할 수 있다.
기판 배치과정(P110)에서는 티타늄 타겟이 배치된 챔버의 내부에 상기 티타늄 타겟의 일면에 대향하여 기판을 배치한다. 일례로, 상기 챔버, 상기 기판 및 상기 티타늄 타겟의 구조 및 위치관계는 각각 일반적으로 사용되는 스퍼터 장치에서 사용되는 구조 및 위치관계를 취할 수 있다. 다른 예로, 상기 챔버, 상기 기판 및 상기 티타늄 타겟의 구조 및 위치관계는 후술하는 기판 회전이 가능한 스퍼터 장치(100)에 적용되는 챔버(110), 기판(120) 및 타겟(140) 의 구조 및 위치관계에 대응될 수 있다. 한편, 기판 배치과정(P110)에서 상기 기판을 상기 티타늄 타겟의 상기 일면에 대항햐여 배치하는 과정은 도 2 내지 도 5와 관련하여 아래에서 설명하는 방식을 포함하는 여러 방식으로 진행될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 2 내지 도 5와 관련한 설명에서 후술하기로 한다.
진공과정(P120)에서는 상기 챔버의 상기 내부를 진공화한다. 예로서, 상기 챔버는 약 1 x 10 -5 Torr 내지 약 4 x 10 -5 Torr 범위의 베이스 압력(base pressure)으로 진공화될 수 있다.
플라즈마 생성과정(P130)에서는 상기 챔버의 상기 내부로 주입되는 질소 가스 및 상기 티타늄 타겟과 상기 기판 사이에 형성되는 전기장을 통해 질소 이온을 생성한다. 일 실시 예에 있어서, 플라즈마 생성과정(P130)은 비활성 가스를 상기 챔버의 상기 내부로 주입하여 상기 비활성 가스로부터 플라즈마를 생성하는 플라즈마 활성화과정, 상기 플라즈마 활성화과정 중에 상기 질소 가스를 주입하는 질소가스 주입과정 및 상기 질소가스 주입과정 후 소정의 시간 경과 후 상기 비활성 가스의 주입을 차단하는 질소 플라즈마 생성과정을 포함할 수 있다. 이를 통하여 상기 챔버의 상기 내부에서 상기 질소 이온을 안정적으로 생성할 수 있다. 일례로, 상기 질소 플라즈마 생성과정에서 상기 챔버의 상기 내부의 압력은 약 1 내지 약 50 mtorr의 범위를 가질 수 있다.
전자포획과정(P140)에서는 상기 티타늄 타겟의 타면에 대향하여 배치되는 자석에 의하여 상기 티타늄 타겟의 상기 일면과 상기 기판 사이에 생성되는 자기장을 통하여 상기 플라즈마 생성과정에서 생성되는 전자를 포획한다.
질화티타늄막 증착과정(P150)에서는 상기 질소 이온에 의하여 스퍼터링 되는 티타늄과 상기 질소 이온의 결합을 통하여 상기 기판의 표면에 질화티타늄막을 증착한다.
이 경우, 플라즈마 생성과정(P130)에서의 상기 전기장은 상기 티타늄 타겟과 상기 기판 사이에 인가되는 RF 전원에 의하여 형성된다. 일례로, RF 전원으로서 약 50W 내지 약 200W 범위의 파워를 가지고, 약 13.56MHz의 주파수를 갖는 RF 교류전원이 사용될 수 있다.
전자포획과정(P140)에서 상기 자석에 의하여 생성되는 상기 자기장은 상기 티타늄 타겟의 상기 일면에 인접한 영역-이하 전자트랩영역이라 함-에 집중된다. 상기 전자트랩영역에 집중되는 상기 자기장에 의하여 플라즈마 생성과정(P130)에서 생성되는 상기 전자는 상기 전자트랩영역에 집중적으로 모임으로써, 상기 전자트랩영역에서 상기 질소 이온의 생성이 촉진되어 상기 기판의 표면에 증착되는 상기 질화티타늄막을 증착 속도(deposit rate)가 증가된다.
일 실시 예에 있어서, 기판 배치과정(P110)은 상기 기판으로서 상기 챔버의 상기 내부에 배치되며, 중심축을 중심으로 회전하는 관형의 기판을 배치하는 과정 및 회전기구를 통하여 상기 기판을 상기 중심축을 중심으로 회전시키는 과정을 포함할 수 있다. 상기 회전시키는 과정을 통하여 상기 기판의 상기 표면에 증착되는 상기 질화티타늄막의 증착 균일도(uniformity)를 증가시킬 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 전자포획과정(P140)에서 사용하는 상기 자석은 자석 배열체를 포함할 수 있다. 상기 자석 배열체는 내측자석, 외측자석 및 비자성부재를 포함할 수 있다. 상기 내측자석은 상기 티타늄 타겟의 상기 일면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되며, N극 또는 S극이 상기 타겟에 대향될 수 있다. 상기 외측자석은 상기 티타늄 타겟의 상기 일면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되며, 상기 내측자석으로부터 이격되어 상기 내측자석을 둘러싸고, 상기 내측자석과는 역의 자극이 상기 티타늄 타겟에 대향될 수 있다. 상기 비자성부재는 상기 내측자석과 상기 외측자석 사이에 배치되며, 상기 내측자석과 상기 외측자석의 간격을 유지할 수 있다. 상기 비자성부재는 예로서 유전체 등일 수 있으나 에어갭(air-gap)도 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 외측자석은 상기 내측자석 방향으로 돌출된 패턴을 가질 수 있다. 상기 내측자석은 상기 외측자석의 상기 돌출된 패턴과 이격되며, 상기 외측자석의 상기 돌출된 패턴을 중심으로 교호적으로 연결되어 사행(蛇行, meander)의 형상을 가질 수 있다. 상기 사행의 형상을 통하여 상기 전자트랩영역의 면적을 증가시킬 수 있다. 상기 자석 배열체에 대해서는 도 2 내지 도 5와 관련한 상세한 설명에서 후술하기로 한다.
본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법(P100)을 통하여 우수한 증착률(deposition rate), TiNx 박막의 마찰계수(friction coefficient), 결정화도(crystallinity) 및 비커스 경도(Vickers hardness)를 가지는 TiNx 박막을 얻기 위해서는 챔버(110)의 공정압력은 약 6.3 X 10-3 Torr 내지 약 1.25 X 10-2 Torr 범위의 공정압력으로 설정하는 것이 바람직할 수 있다.
다시 말하면, 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법(P100)은 사행의 형상을 가지는 자석 배열체를 통하여 상기 전자트랩영역의 상기 면적을 증가시킴으로써 생성되는 상기 질소 이온의 밀도를 증가시킬 수 있다. 이를 통하여 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법(P100)은 스퍼터 활성화를 위한 비활성 가스의 사용 없이 질소 가스를 활성화 및 반응성 기체로 활용할 수 있다.
상기 자석을 회전시키는 상기 자석회전과정은 플라즈마 생성과정(P130)과 동시 또는 플라즈마 생성과정(P130)의 전후에 수행될 수 있다. 상기 자석회전과정을 통하여 스퍼터링 과정에서 발생하는 상기 티타늄 타겟 상의 부식 영역의 위치를 조절할 수 있다. 이를 통하여 상기 티타늄 타겟의 효율적인 활용이 가능해 진다.
상기 기판을 가열하는 상기 기판가열과정은 플라즈마 생성과정(P130)과 동시 또는 플라즈마 생성과정(P130) 이전에 수행될 수 있다. 상기 기판가열과정을 통하여 상기 기판의 상기 표면에 증착되는 상기 질화티타늄막의 경도(hardness)를 증가시킬 수 있다. 일례로, 상기 기판가열과정에서 상기 기판의 온도는 약 300℃ 내지 약 420℃의 범위를 가질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 기판의 온도를 약 300℃ 내지 약 420℃의 범위로 가열하는 상기 기판가열과정은 플라즈마 생성과정(P130)에서 예시한 상기 플라즈마 활성화과정, 상기 질소가스 주입과정 및 상기 질소 플라즈마 생성과정을 통하여 상기 챔버의 상기 내부의 압력이 약 1 내지 약 50 mtorr의 범위로 유지된 상태에서 진행될 수 있다. 상기 챔버의 상기 내부의 압력인 공정압력은 바람직하게는 약 6.3 X 10-3 Torr 내지 약 1.25 X 10-2 Torr 범위일 수 있다. 이를 통하여 상기 챔버의 상기 내부에서 상기 질소 이온을 안정적으로 생성함과 동시에 안정적으로 생성된 상기 질소 이온을 통하여 상기 기판의 상기 표면에 큰 경도를 가지는 상기 질화티타늄막을 형성할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법(P100)은 도 2 내지 도 5와 관련하여 아래에서 설명하는 이동기구, 지지부, 동력부 및 승강부를 통하여 상기 자석 배열체와 상기 티타늄 타겟 사이의 거리를 조정하는 과정, 상기 기판과 상기 티타늄 타겟 사이의 거리를 조절하는 과정, 상기 기판과 상기 티타늄 타겟 사이의 서로 대향하는 대향 방향을 조절하는 과정, 상기 기판과 상기 티타늄 타겟 사이의 서로 대향하는 대향 각도를 조절하는 과정 등을 더 포함할 수 있다. 이를 통하여 상기 티타늄 타겟으로부터 비산되어 상기 기판에 도달하는 타겟 원자의 밀도, 상기 전자트랩영역의 위치 등을 조절하여 상기 기판 상에 증착되는 질화티타늄 박막의 증착속도, 균일도 등을 조절할 수 있다. 이에 대한 구체적인 과정은 후술하는 도 2 내지 도 5와 관련한 설명에서 충분히 유추할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략하기로 한다.
이하 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법(P100)에 활용한 스퍼터 장치에 대하여 설명하기로 한다. 물론 아래의 스퍼터 장치 이외에 다른 구조와 형상의 스퍼터 장치가 활용될 수 있음은 자명하다 할 것이다.
도 2는 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법에 활용한 기판이 회전이 가능한 스퍼터 장치의 개념도이다. 도 3은 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법에 활용한 스퍼터 장치의 기판 및 캐소드(cathode) 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 4 및 도 5는 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법에 활용한 자석 배열체의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3의 (a)는 스퍼터 장치 내부의 기판의 배치를 보여주는 도면이며, (b)는 캐소드의 구조를 보여주는 도면이다. 도 4의 (a)는 종래의 자석 배열체의 구조를 보여주는 도면이며, (b)는 본 명세서에서 개시하는 스퍼터에 적용되는 자석 배열체의 구조를 보여주는 도면이다. 도 5의 (a) 및 (b)는 각각 본 명세서에서 개시하는 자석 배열체의 구조 및 자석 배열체를 구성하는 단위 자석의 형태를 보여주는 도면이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 기판 회전이 가능한 스퍼터 장치(100)는 챔버(110), 기판(120), 회전기구(130), 타겟(140) 및 전원부(150)를 포함한다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 스퍼터 장치(100)는 선택적으로 이동기구(160)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 스퍼터 장치(100)는 선택적으로 자석 배열체(170)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 스퍼터 장치(100)는 선택적으로 지지부(180)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 스퍼터 장치(100)는 선택적으로 동력부(190)를 더 포함할 수 있다.
챔버(110)는 스퍼터링이 진행되는 외부와 차단된 공간이며, 박막 증착 공정을 진행하기 위하여 소정의 압력하에서 진공상태로 유지된다.
기판(120)는 관형의 형상을 가지며, 챔버(110) 내부에 배치되며, 중심축을 중심으로 회전한다. 중심축을 중심으로 회전할 수 있는 한 기판(120)은 원통 형상, 다각 기둥 형상, 일단이 밀폐된 관형의 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 기판(120)의 소재로는 금속재, 유리재, 자기재 등 다양한 소재가 사용될 수 있다.
기판(120)은 다양한 방식으로 챔버(110) 내부에 배치될 수 있다. 일례로, 박막 증착 공정의 효율성을 기하기 위하여 기판(120)은 로드락 챔버(10), 언로드락 챔버(20)를 통하여 챔버(110) 내부로 인입되고 인출될 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 먼저 기판(120)은 투입구(10a)를 통하여 로드락 챔버(10)로 인입될 수 있다. 로드락 챔버(10)에 기판(120)이 배치되면, 투입구(10a) 폐쇄 후 로드락 챔버(10)는 밸브(12a)를 개방하여 로터리펌프(rotary pump) 등과 같은 저진공펌프(low vacuum pump, 12)를 통하여 저진공 상태로 설정될 수 있다. 이후 밸브(12a)를 폐쇄하고 인입구(10b)를 개방한 후 기판(120)은 챔버(110)으로 인입될 수 있다. 도면에 예로서 표현한 바와 같이, 기판(120)은 제1이송부(210)를 통하여 챔버(110)으로 인입될 수 있다. 제1거치대(212)에 거치된 기판(120)은 제1이송부(210)를 통하여 횡방향으로 이동하거나 종방향으로 이동할 수 있다. 또한, 제1거치대(212)에 거치된 기판(120)은 제1이송부(210)를 통하여 상승하거나 하강할 수 있다. 제1이송부(210)를 통하여 제1거치대(212)에 거치된 기판(120)은 챔버(110)로 안정적으로 인입될 수 있다. 챔버(110) 내에서의 저진공펌프(12) 또는 고진공펌프(high vacuum pump, 112)를 사용하여 소정의 진공조건을 만든 후 박막 증착 공정이 완료되면, 인출구(20a)를 통하여 박막 증착 공정이 진행된 기판(120)은 언로드락 챔버(20)로 인출될 수 있다. 도면에 예로서 표현한 바와 같이, 기판(120)은 제2이송부(220)를 통하여 언로드락 챔버(20)으로 인출될 수 있다. 제2거치대(222)에 거치된 기판(120)은 제2이송부(220)를 통하여 횡방향으로 이동하거나 종방향으로 이동할 수 있다. 또한, 제2거치대(222)에 거치된 기판(120)은 제2이송부(220)를 통하여 상승하거나 하강할 수 있다. 제2이송부(220)를 통하여 제2거치대(222)에 거치된 기판(120)은 챔버(110)로부터 안정적으로 인출될 수 있다. 이 경우, 기판(120)의 인출과정에서 챔버(110)와 언로드락 챔버(20) 사이의 압력차에 의해 공기가 역류하여 챔버(110)가 오염되거나 저진공펌프(12) 또는 고진공펌프(112)가 손상될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 언로드락 챔버(20)는 저진공펌프(12)를 통하여 미리 저진공 상태로 설정될 수 있다. 언로드락 챔버(20)로 기판(120)이 인출된 후 인출구(20a)는 폐쇄되며, 기판(120)은 인출구(20b)를 통하여 외부로 인출될 수 있다.
회전기구(130)는 기판(120)을 상기 중심축을 중심으로 회전시킨다. 회전기구(130)는 예로서 전기에 의해 구동되어 상기 중심축을 회전시키는 모터(미도시)를 포함할 수 있다. 다르게는, 회전기구(130)는 모터(미도시) 및 벨트(미도시)를 포함할 수 있다. 이를 통하여 기판(120)은 상기 모터에 의하여 직접 구동되거나, 상기 모터에 의하여 회전력을 전달받는 상기 벨트에 의하여 구동될 수도 있다. 회전기구(130)는 기판(120)을 회전시켜 스퍼터링에 의하여 기판(120)의 상기 표면에 증착되는 상기 막이 소정의 균일도를 가지도록 한다. 기판(120)에 막을 증착하는 시간이 길어질수록 기판(120)은 스퍼터링에 의해 비산되는 타겟 원자와의 충돌에 의하여 가열될 수 있다. 가열에 의한 기판(120)의 손상을 방지하기 위하여 회전기구(130)를 통하여 기판(120)을 회전시킬 수 있다. 종래에는 증착 공정과정에서 증착 대상 기판에서 발생하는 열에 따른 기판의 손상을 방지하기 위하여 기판을 이동시키는 기판 이동식 스퍼터 장치에 대한 연구가 많이 진행되어 왔다. 기존의 기판 이동식 스퍼터 장치의 경우에 연속 스퍼터링에 의한 기판의 열 손상을 최소화할 수 있다는 장점을 가진다. 하지만, 기존의 기판 이동식 스퍼터 장치의 경우에 기판 이동 과정에서 기판과 타겟 사이의 거리가 변화하게 되어 기판에 증착되는 박막의 증착률이 변화된다. 즉, 스퍼터링에 의하여 비산되어 기판에 도달하는 타겟 원자들의 밀도분포가 기판과 타겟 사이의 거리에 따라 변화하게 된다. 기존의 기판 이동식 스퍼터 장치의 경우에 기판의 이동에 따라 타겟 원자들의 밀도분포가 달라지게 되어 기판에 증착되는 막의 균일도를 정밀하게 제어하기 어려운 문제가 있다. 이와 달리, 본 명세서에서 개시하는 기판 회전이 가능한 스퍼터 장치(100)는 정해진 위치에서 기판(120)이 회전, 즉 자전하므로 기판(120)에 증착되는 막의 균일도를 정밀하게 제어하기 용이하다. 또한, 기판(120)의 자전을 통하여 가열에 의한 기판(120)의 손상을 방지할 수도 있다. 한편, 가열에 따른 기판(120)의 손상을 효과적으로 방지하기 위하여 회전기구(130)의 내부에는 유체가 흐를 수 있는 유체이동통로(미도시)가 형성될 수 있다. 상기 유체이동통로를 통해 흐르는 유체는 기판(120)으로부터 열을 전달받아 외부로 배출할 수 있어 기판(120)을 효과적으로 냉각할 수 있다. 도면에는 이동기구(160)에 배치되어 있는 회전기구(130)가 예로서 표현되어 있다.
타겟(140)은 일면이 기판(120)에 대향하여 배치되며, 스퍼터링에 의하여 기판(120)의 표면에 막을 증착한다. 타겟(140)의 소재로는 다양한 금속 소재, 합금 소재, 산화물 소재 등이 사용될 수 있다. 스퍼터링에 의하여 비산되는 타겟원자들은 기판(120)의 상기 표면에 증착되어 막을 형성하거나, 챔버(110)로 주입되는 반응성 기체 이온과 반응하여 기판(120)의 상기 표면에 증착되어 막을 형성할 수도 있다. 본 명세서에서 개시하는 기술에서는 타겟(140)의 소재로 예로서 약 2인치의 직경을 가지는 순도 약 99.99%의 티타늄(Ti) 타겟을 사용하였다. 또한, 본 명세서에서 개시하는 기술에서는 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스(N2)를 사용하였다. 물론 본 명세서에서 개시하는 스퍼터 장치(100)에는 상기한 예시 이외에 다양한 소재 및 기체가 각각 타겟(140)의 소재, 활성화기체 및 반응성 기체로 사용될 수도 있다.
전원부(150)는 기판(120)과 타겟(140) 사이에 전압을 인가하여 챔버(110) 내부에 플라즈마를 생성한다. 전원부(150)가 인가하는 상기 전압은 직류 전압, 펄스 직류 전압, 교류 전압 등일 수 있다. 이를 통하여 타겟(140)이 전도성을 가지는지 여부에 관계없이 다양한 재료를 타겟(140)으로 하여 기판(120)에 막을 증착할 수 있다. 본 명세서에서 개시하는 기술에서는 전원부(150)가 인가하는 상기 전압으로서 예로서 RF 전압을 사용하였다.
타겟(140)이 전원부(150)와 연계하여 기판(120)의 상기 표면에 막을 증착하는 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
챔버(110) 내부에 진공 분위기가 형성된 상황에서 전원부(150)를 통하여 타겟(140)에 전압이 인가되면 타겟(140) 주위에는 플라즈마가 생성된다. 플라즈마는 챔버(110)에 주입되는 기체에 의하여 형성된다. 도면에는 상기 기체의 예로서, 아르곤(Ar), 질소(N2)가 예로서 표현되어 있다. 상기 기체는 보관 탱크로부터 레귤레이터 등에 의하여 그 양이 조절되어 챔버(110)로 주입될 수 있다. 한편, 도면에는 비반응성 기체로서 아르곤(Ar) 및 반응성 기체로서 질소(N2)가 예로서 표현되어 있다. 다른 예로, 도면에 도시된 바와 달리, 비반응성 기체로서 아르곤(Ar) 이외의 불활성 기체가 사용될 수 있으며, 반응성 기체로서 산소(O2) 등의 다른 기체가 사용될 수도 있다. 반응성 기체를 챔버(110)에 주입하여 반응성 스퍼터링을 수행할 수 있다. 본 명세서에서 개시하는 기술에서는 아르곤(Ar)을 플라즈마 활성화를 위한 기체로서 사용하였고, 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스(N2)를 사용하였다.
플라즈마 방전 영역 내의 양이온들, 예를 들면 질소 이온은 기판(120)과 타겟(140) 사이에 형성되는 전기장에 의하여 가속되어 타겟(140)과 출동한다. 이에 따라 타겟(140)으로부터 타겟 원자가 방출되며, 기판(120)의 상기 표면에는 질소 이온과 반응한 타겟 원자가 코팅되어 막이 형성된다. 이 과정에서 플라즈마 방전 영역 내의 전자는 기판(120) 또는 기판(120) 상에 형성된 박막에 충돌할 수 있다. 전자의 기판(120) 또는 기판(120) 상에 형성된 박막과의 충돌은 박막의 손상, 기판(120)의 온도 상승을 유발할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 타겟(140)의 뒷면에 영구자석 또는 전자석을 설치하는 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering) 방식이 사용된다. 마그네트론 스퍼터링 방식은 전자에 의한 기판(120) 또는 기판(120) 상에 형성된 박막과의 충돌을 줄여줄 수 있을 뿐 아니라, 스퍼터링 과정에서 전자를 타겟(140)의 상기 일면에 인접한 영역에 포획하여 양이온들, 예를 들면 질소 이온의 생성을 촉진할 수 있다. 이하 설명의 편의상 타겟(140)의 상기 일면에 인접한 상기 영역을 전자트랩영역이라 칭하기로 한다. 상기 전자트랩영역에서 양이온들의 생성이 촉진되면, 양이온들과 충돌하여 비산되는 타겟(140) 원자들의 생성을 촉진하여 이를 통하여 기판(120)에 형성되는 막의 증착 속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 영구자석 또는 전자석의 적절한 배열을 통하여 기판(120)에 형성되는 막의 균일도를 용이하게 제어할 수 있다.
이동기구(160)는 기판(120)을 타겟(140)의 피 스퍼터면에 대하여 실질적으로 평행한 방향으로 이동시킬 수 있다. 이동기구(160)를 통한 기판(120)의 이동이 가능하여 원하는 두께의 막이 증착된 기판(120)은 챔버(110) 외부로 인출되고, 새롭게 막의 증착을 원하는 기판(120)은 챔버(110) 내부로 인입될 수 있다. 이동기구(160)는 예로서 모터(미도시)에 의하여 구동되는 벨트구조물(미도시)로 구현될 수 있다. 도면에는 승강부(200)에 배치되어 있는 이동기구(160)가 예로서 표현되어 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 기판(120)을 타겟(140)의 피 스퍼터면에 대하여 실질적으로 평행한 방향으로 이동시킬 수 있는 한 이동기구(160)의 구조에는 제한이 없다.
자석 배열체(170)는 타겟(140)의 타면에 대향하여 배치되며, 자기장을 생성하여 플라즈마 중의 전자를 상기 전자트랩영역으로 포획하여 상기 전자트랩영역에서의 전자밀도를 증가시켜 상기 전자트랩영역에서의 상기 플라즈마의 밀도를 증가시킬 수 있다. 상기 전자트랩영역에 포획된 전자는 자석 배열에(170)에 의한 자기장과 기판(120)과 타겟(140) 사이에 형성되는 전기장에 의하여 와류운동을 한다. 와류운동에 의하여 전자는 상기 전자트랩영역에 포획되며, 포획된 전자는 챔버(110) 내의 기체와 충돌하며, 이를 통하여 상기 전자트랩영역에서의 상기 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있다. 이를 통하여 스퍼터링 속도를 증가시킬 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 자석 배열체(170)는 내측자석(172), 외측자석(174) 및 비자성부재(176)를 포함할 수 있다. 내측자석(172)은 타겟(140)의 상기 일면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되며, N극 또는 S극이 타겟(140)에 대향되도록 배치될 수 있다. 외측자석(174)은 타겟(140)의 상기 일면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되며, 내측자석(172)으로부터 이격되어 내측자석(172)을 둘러싸고, 내측자석(172)과는 역의 자극이 타겟(140)에 대향되도록 배치될 수 있다. 비자성부재(176)는 내측자석(172)과 외측자석(174) 사이에 배치되며, 내측자석(172)과 외측자석(174)의 간격을 유지하는 기능을 수행할 수 있다. 내측자석(172)과 외측자석(174)은 도 5의 (b)에서 예로서 도시한 바와 같이, 복수개의 원형상의 영구자석을 배열하여 얻어지거나, 복수개의 네모 형상의 영구자석을 배열하여 얻어지거나, 하나의 덩어리 영구자석을 배열하여 구현될 수 있다. 다르게는, 도면에 도시한 바와 달리, 내측자석(172)과 외측자석(174)은 전자석을 활용하여 구현될 수도 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 내측자석(172)과 외측자석(174)은 다양한 형상의 영구자석, 전자석 및 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
도 4 및 도 5에는 자석 배열체(170)의 구조가 예로서 표현되어 있다. 도 4의 (a)는 종래의 자석 배열체의 구조의 일례를 보여주는 도면이며, (b)는 본 명세서에서 개시하는 스퍼터(100)에 적용되는 자석 배열체(170)의 구조의 일례를 보여주는 도면이다. 도 5의 (a) 및 (b)는 각각 본 명세서에서 개시하는 자석 배열체(170)의 구조 및 자석 배열체(170)를 구성하는 단위 자석의 형태의 예시를 보여주는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 타겟(140)에 대향되는 자극이 서로 다른 내측자석(172) 및 외측자석(174) 사이에는 도면에 도시된 바와 같이 자기장이 형성된다. 상기 자기장은 타겟(140)을 통하여 챔버(110)로 연장되어 도 2에 도시한 바와 같이 상기 전자트랩영역을 형성하는 자기장을 만들게 된다. 도 4의 (a)에 예로서 표현한 종래의 자석 배열, 즉 레이스 트랙(race track) 형상의 자석 배열의 경우에 코너부 근방에서 전자가 상기 전자트랩영역 밖으로 뛰쳐나오기 쉽다. 따라서 코너부 근방에서의 전자밀도가 저하되는 경향이 발생할 수 있다. 특히, 도 4의 (a)에 예로서 표현한 바와 같이, 대면적 캐소드를 구현하기 위하여 레이스 트랙 형상의 자석 배열을 여러 개 병렬로 배열할 경우에 코너부 근방에서의 전자밀도가 저하되는 경향은 가속화될 수 있다. 또한, 대면적 캐소드를 구현하기 위하여 여러 개의 레이스 트랙 형상의 자석 배열을 사용할 경우에 사용하는 자석 배열의 자석이 서로 달라 자기장의 균일성을 충분히 만족시킬 수 없다는 문제가 발생할 수도 있다. 또한, 레이스 트랙 형상의 자석 배열의 경우에 유효자기장의 범위가 작아서 이들을 복수 개 병렬 연결하더라도 대면적 캐소드를 위한 유효자기장의 범위를 확보하기가 어렵다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 본 명세서에서 개시하는 스퍼터 장치(100)에 사용되는 자석 배열체(170)는 도 4의 (b)에 예로서 도시된 바와 같이, 내측자석(172) 방향으로 돌출된 패턴을 가지는 외측자석(174)과 외측자석(174)의 상기 돌출된 패턴과 이격되며, 외측자석(174)의 상기 돌출된 패턴을 중심으로 교호적으로 연결되어 사행(蛇行, meander)의 형상을 가지는 내측자석(172)을 포함할 수 있다. 이 경우, 자석 배열체(170)는 상기 사행의 형상을 통하여 상기 전자트랩영역의 면적을 증가시킬 수 있어 대면적 캐소드를 구현할 수 있다. 다시 말하면, 상기 사행의 형상의 자석 배열체(170)를 사용하면 타겟(140)에 인접한 영역 또는 상기 전자트랩영역에서 전자가 연속적인 싸이클론 운동을 할 수 있다. 이를 통하여 스퍼터링에 활용되는 양이온들을 제공하는 플라즈마의 밀도를 높일 수 있다. 또한, 상기 사행의 형상을 가지는 자석 배열체(170)는 여러 개의 레이스 트랙 형상의 자석 배열을 통하여 구현된 자석 배열체와 달리 코너부를 최소화 할 수 있어 코너부 근방에서의 전자밀도 저하에 따른 문제점을 줄일 수 있다. 또한, 또한, 상기 사행의 형상을 가지는 자석 배열체(170)는 내측자석(172) 및 외측자석(174)의 형상 또는 간격 등을 조절할 수 있어 대면적 캐소드를 위한 유효자기장의 범위를 용이하게 확보할 수 있다. 이를 통하여 본 명세서에서 개시하는 스퍼터용 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스를 이용한 TiN 박막 증착이 가능할 수 있다.
지지부(180)에는 타겟(140) 및 자석 배열체(170)가 배치될 수 있다. 타겟(140)은 타겟(140)의 상기 일면이 기판(120)에 대향하도록 지지부(180)에 배치될 수 있다. 자석 배열체(170)는 타겟(140)의 상기 타면에 대항햐여 지지부(180)에 배치될 수 있다. 이 경우, 자석 배열체(170)는 내측자석(172) 및 외측자석(174)이 타겟(140)의 상기 일면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되어 배치되도록 지지부(180)에 배치될 수 있다. 지지부(180)를 통하여 자석 배열체(170)는 상기 전자트랩영역에 안정적으로 자기장을 인가할 수 있다.
동력부(190)는 타겟(140) 또는 자석 배열체(170)를 회전시키거나 타겟(140) 또는 자석 배열체(170)에 경사를 제공할 수 있다. 이 경우, 동력부(190)는 타겟(140) 또는 자석 배열체(170)에 직접 작용하거나 지지부(180)에 작용하여 간접적으로 타겟(140) 또는 자석 배열체(170)를 회전시키거나 타겟(140) 또는 자석 배열체(170)에 경사를 제공할 수 있다.
동력부(190)는 회전부(192), 이동부(194) 및 제1회전축(196a)을 포함할 수 있다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 동력부(190)는 선택적으로 제2회전축(196b)을 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 동력부(190)는 선택적으로 경사부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
회전부(192)는 제1회전축(196a) 또는 제2회전축(196b)에 회전력을 전달하여 타겟(140) 또는 자석 배열체(170)를 회전시킬 수 있다. 타겟(140) 또는 자석 배열체(170)의 회전은 연속적이거나 단속적일 수 있다. 일례로, 타겟(140) 및 자석 배열체(170)는 회전부(192)에 의하여 동일한 속도로 함께 회전할 수 있다. 다른 예로, 타겟(140) 및 자석 배열체(170)는 회전부(192)에 의하여 다른 속도로 회전할 수 있다. 또 다른 예로, 타겟(140) 및 자석 배열체(170)는 회전부(192)에 의하여 다른 방향으로 회전할 수 있다. 이 경우, 타겟(140) 및 자석 배열체(170)의 회전 속도는 서로 같거나 다를 수 있다. 타겟(140)과 자석 배열체(170)의 회전 방향 또는 회전 속도를 조절함으로써 스퍼터링 과정에서 발생하는 타겟(140) 상의 부식(erosion) 영역의 위치를 조절할 수 있다. 이를 통하여 타겟(140)의 이용도 및 타겟(140)의 사용 수명을 증가시킬 수 있다.
이동부(194)는 타겟(140) 또는 자석 배열체(170)의 위치를 조절할 수 있다. 즉, 이동부(194)는 제1회전축(196a) 또는 제2회전축(196b)에 동시 또는 선택적으로 작용하여 타겟(140) 또는 자석 배열체(170)의 위치를 조절할 수 있다. 타겟(140)의 위치 조절을 통하여 기판(140)과 타겟(140) 사이의 거리 조절이 가능하여 타겟(140)으로부터 비산되어 기판(140)에 도달하는 타겟 원자의 밀도를 조절할 수 있다. 자석 배열체(170)의 위치 조절을 통하여 상기 전자트랩영역의 위치를 조절할 수 있다. 이를 통하여 플라즈마의 밀도를 조절할 수 있다.
경사부는 기판(140)과 대향하는 타겟(140) 또는 자석 배열체(170)의 각도를 조절할 수 있다. 이를 통하여 타겟(140)으로부터 비산되어 기판(140)에 도달하는 타겟 원자의 밀도를 조절할 수 있다.
승강부(200)는 회전기구(130) 또는 이동기구(160)와 연결될 수 있으며, 기판(120)과 타겟(140) 사이의 거리를 조절할 수 있다.
한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 스퍼터 장치(100)는 셔터를 포함할 수 있다. 셔터는 타겟(140)과 이격되어 배치되며, 증착 공정이 완료되는 시점에 타겟(140)과 마주보도록 이동하여 기판(120)에 더 이상 막이 증착되는 것을 방지할 수 있다. 이를 통하여 기판(120)에 증착된 막을 일정하게 유지할 수 있다. 또한, 셔터는 챔버(110) 내부에 플라즈마가 형성되고 소정의 시간이 경과한 후에 타겟(140)과 기판(120)이 서로 마주보도록 이동할 수 있다. 이를 통하여 타겟(140) 표면에 형성된 불순물이 기판(120) 표면으로 비산되는 것을 방지하여 기판(120)에 증착되는 막의 순도를 유지하는 역할을 수행할 수 있다.
도면을 다시 참조하여 본 명세서에서 개시하는 기판 회전이 가능한 스퍼터 장치(100)의 동작을 설명하기로 한다. 스퍼터 장치(100)는 회전 가능한 기판(120)을 사용한다. 기판(120)은 회전기구(130) 및 이동기구(160)에 의하여 자전할 수 있고, 이동할 수 있다. 이 경우, 이동과 자전은 따로 또는 동시에 진행될 수 있다. 이를 통하여 정해진 위치에서 기판(120)이 회전, 즉 자전할 수 있으므로 기판(120)에 증착되는 막의 균일도를 정밀하게 제어하기 용이하다. 또한, 기판(120)의 자전을 통하여 가열에 의한 기판(120)의 손상을 방지할 수도 있다.
또한, 스퍼터 장치(100)는 자석 배열체(170)를 포함할 수 있다. 자석 배열체(170)는 타겟(140)의 타면에 대향하여 배치되며, 자기장을 생성하여 플라즈마 중의 전자를 상기 전자트랩영역으로 포획하여 상기 전자트랩영역에서의 전자밀도를 증가시켜 상기 전자트랩영역에서의 상기 플라즈마의 밀도를 증가시킬 수 있다. 이를 통하여 스퍼터링 속도를 증가시킬 수 있다.
또한, 스퍼터 장치(100)는 타겟(140) 또는 자석 배열체(170)를 회전시키거나 타겟(140) 또는 자석 배열체(170)에 경사를 제공하는 동력부(190)를 포함할 수 있다. 동력부(190)의 회전부(192)를 통하여 타겟(140)과 자석 배열체(170)의 회전 방향 또는 회전 속도를 조절함으로써 스퍼터링 과정에서 발생하는 타겟(140) 상의 부식(erosion) 영역의 위치를 조절할 수 있다. 이를 통하여 타겟(140)의 이용도 및 타겟(140)의 사용 수명을 증가시킬 수 있다. 동력부(190)의 이동부(194)를 통하여 기판(140)과 타겟(140) 사이의 거리 조절이 가능하여 타겟(140)으로부터 비산되어 기판(140)에 도달하는 타겟 원자의 밀도를 조절할 수 있다. 또한, 동력부(190)의 이동부(194)를 통하여 자석 배열체(170)의 위치 조절을 통하여 상기 전자트랩영역의 위치를 조절할 수 있다. 이를 통하여 플라즈마의 밀도를 조절할 수 있다. 또한, 동력부(190)의 경사부를 통하여 기판(140)과 대향하는 타겟(140) 또는 자석 배열체(170)의 각도를 조절할 수 있다. 이를 통하여 타겟(140)으로부터 비산되어 기판(140)에 도달하는 타겟 원자의 밀도를 조절할 수 있다.
상술한 장점을 가지는 본 명세서에서 개시하는 스퍼터 장치(100)는 높은 막 증착률 하에서 높은 막 균일도를 제공하는 스퍼터링 공정이 가능한 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 개시하는 스퍼터 장치(100)는 펄스 직류 스퍼터링 방식에 적용이 가능하다. 또한, 본 명세서에서 개시하는 스퍼터 장치(100)는 교류 스퍼터링 방식에도 적용이 가능하다. 또한, 본 명세서에서 개시하는 스퍼터 장치(100)는 자석 배열체(170)를 활용함으로써 막 증착률을 높일 수 있다.
이하 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법(P100) 및 스퍼터 장치(100)를 활용하여 증착한 TiN 박막의 증착과정 및 특성에 대하여 설명하기로 한다. 아래의 예시는 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법(P100)의 일례이며, 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 아래의 내용으로 한정할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
질화티타늄 증착 과정은 도 2 내지 도 5와 관련하여 상술한 스퍼터 장치(100)를 활용하여 RF 마그네트론 스퍼터링 방식으로 진행되었다. 기판으로는 유리기판(glass substrate)을 사용하였고, 타겟으로는 2인치 직경의 순도 약 99.99%의 Ti 타겟을 사용하였다.
유리기판은 아세톤과 이소프로필 알코올을 사용하여 초음파 세척(rinsing in ultrasonic)한 후 사용하였다.
챔버(110)의 베이스 압력(base pressure)은 로터리 펌프(rotary pump)에 의하여 뒷받침되는 확산펌프(diffusion pump)를 사용하여 약 2 X 10-5 Torr로 설정하였다.
플라즈마 활성화를 위해 챔버(110)로 주입되는 가스로는 약 1:2의 비율로 혼합한 아르곤 가스(Ar)와 질소 가스(N2)를 사용하였다. 이 경우, 질소 가스(N2) 및 아르곤 가스(Ar)의 유량은 각각 약 10 sccm 및 약 20 sccm으로 설정하였다. 이들 가스를 챔버(110)로 주입하는 과정에서 약 13.56MHz의 주파수를 갖는 약 100W의 RF 파워를 인가하여 플라즈마를 활성화하였다.
플라즈마 활성화 이후 챔버(110)로 주입되는 아르곤 가스(Ar)를 차단한 후 질소 가스(N2)만을 사용하여 플라즈마 상태를 유지하였다. 이렇게 챔버(110)의 환경을 설정한 후에 후술하는 내용과 같이 스퍼터용 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스(N2)만을 사용하여 TiN 박막을 증착하는 실험을 진행하였다.
스퍼터용 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스(N2)만을 사용하여 TiN 박막을 증착하는 실험은 질소 가스(N2) 분위기 하에서 챔버(110)의 내부의 압력, 즉 공정 압력(working pressure)을 약 1.0 X 10-3 내지 약 5.0 X 10-2 Torr 범위로 하여 진행되었다. 공정과정에서 사용한 RF 파워로는 약 13.56MHz의 주파수를 갖는 RF 전원을 약 50W 내지 약 200W 파워 범위에서 실험을 진행하였다. 공정과정에서 사용한 자석은 약 200 내지 약 500 G 범위의 자기장 세기를 가지며, 도 4의 (b)의 구조를 가지는 자석 배열체를 활용하였다. TiN 박막을 증착하기에 앞서 사전에 셔터(shutter)로 타겟과 기판을 격리한 후 타겟에 대하여 약 20분간 사전 스퍼터링(pre sputtering)을 진행하였다.
증착된 TiN 박막의 특성을 분석하기 위하여 리가쿠 사의 X선 회절분석기(Rigaku D/max-RA X-ray diffractometer (XRD))를 사용하였으며, CuKα radiation (λ=0.154 nm) 및 0.020 angle step이 사용되었다. 증착된 TiN 박막의 두께를 측정하기 위하여 비코 사의 박막 두께 측정기(α-step profiler(VEECO Co.))를 사용하였고, 이를 검증하기 위하여 횡단면 주사 전자 현미경법(cross-sectional scanning electron microscopy)이 사용되었다. 증착된 TiN 박막의 미세구조를 특징짓기 위하여 시마츠 사의 주사 전자 현미경(FE-SEM (Shimatzu Co.))을 사용하였다. 증착된 TiN 박막의 원소분석을 위하여 시마츠 사의 에너지분광검출기(Energy dispersive spectroscopy, EDS(Shimatzu Co.))를 사용하였다.
이하에서는 상온에서 타겟과 기판 사이의 거리를 약 80mm로 유지하고, 약 13.56MHz의 주파수를 갖는 약 120W의 RF 파워를 인가하고, 챔버(110)의 공정압력(working pressure)으로서 약 6.3 X 10-3 Torr, 약 1.2 X 10-2 Torr, 약 2.1 X 10-2 Torr 및 약 4.3 X 10-2 Torr의 4가지로 나누어 증착한 TiN 박막의 특성을 설명하기로 한다. 상기 공정압력은 약 2.2 X 10-5 Torr의 챔버(110)의 베이스 압력(base pressure) 하에서 각각 질소 가스(N2)를 약 17.5 sccm, 약 20 sccm, 약 22.5 sccm 및 약 25sccm을 챔버(110)에 주입하는 과정에서 얻어진 압력이다.
도 6 내지 도 15는 본 명세서에서 개시하는 질화티타늄 박막 증착 방법의 일 실시 예에 따른 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 상온에서 상기 4가지의 공정압력 및 질소 가스(N2) 주입량을 통하여 유리기판 상에 증착된 TiNx 박막의 증착률(deposition rate)을 보여준다. 도 6의 TiNx 박막의 증착률(deposition rate)은 질소 가스(N2)의 주입량인 약 17.5 sccm, 약 20 sccm, 약 22.5 sccm 및 약 25sccm의 순으로 표현되어 있다. 도 6의 결과에 따르면 공정압력 약 1.2 X 10-2 Torr 및 질소 가스(N2) 주입량 약 20 sccm 에서 증착률이 가장 높은 특성을 보임을 알 수 있다.
도 7은 상온에서 상기 4가지의 공정압력 및 질소 가스(N2) 주입량을 통하여 유리기판 상에 증착된 TiNx 박막에 대하여 X선 회전분석기를 통하여 얻은 X선 회절 패턴을 보여준다. 도 8은 상온에서 상기 4가지의 공정압력 및 질소 가스(N2) 주입량을 통하여 유리기판 상에 증착된 TiNx 박막의 주사 전자현미경 사진을 보여준다. 도 7 및 도 8의 결과에 따르면, 질소 가스(N2) 주입량이 증가함에 따라 증착된 TiNx 박막의 마찰계수(friction coefficient)는 감소하며, 비결정성(amorphous) 특성은 증가함을 알 수 있다.
도 9는 상온에서 상기 4가지의 공정압력 및 질소 가스(N2) 주입량을 통하여 유리기판 상에 증착된 TiNx 박막에 대한 비커스 경도(Vickers hardness) 분석 결과를 보여준다. 도 10은 상온에서 상기 4가지의 공정압력 및 질소 가스(N2) 주입량을 통하여 유리기판 상에 증착된 TiNx 박막에 대하여 에너지분광검출기(EDS)를 통하여 분석한 원소분석 결과를 보여준다. 도 9 및 도 10의 결과에 따르면, 질소 가스(N2) 주입량이 감소함에 따라 증착된 TiNx 박막의 경도는 증가하며, 증착된 TiNx 박막의 Ti에 대한 N의 상대 비율이 감소함을 증가함을 알 수 있다.
도 7 내지 도 10에 도시된 결과를 종합하면, 질소 가스(N2) 주입량이 감소할수록 증착된 TiNx 박막의 Ti에 대한 N의 상대 비율이 감소하며, 이에 따라 증착된 TiNx 박막의 마찰계수(friction coefficient), 결정화도(crystallinity) 및 비커스 경도(Vickers hardness)가 증가함을 알 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 결과와 도 7 내지 도 10에 도시된 결과를 아울러 고려하면, 상온에서 챔버(110)에 질소 가스(N2)만을 공급하여 RF 마그네트론 스퍼터링을 통하여 TiNx 박막을 증착할 경우에 약 6.3 X 10-3 Torr 내지 약 1.25 X 10-2 Torr 범위의 공정압력에서 우수한 증착률(deposition rate), TiNx 박막의 마찰계수(friction coefficient), 결정화도(crystallinity) 및 비커스 경도(Vickers hardness)를 가지는 TiNx 박막을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.
이하에서는 타겟과 기판 사이의 거리를 약 80mm로 유지하고, RF 파워로 약 120W를 사용하고, 기판 온도를 약 100℃, 약 200℃, 약 300℃, 약 360℃, 약 400℃ 및 약 450℃의 5가지로 변화하면서 약 2.2 X 10-5 Torr의 챔버(110)의 베이스 압력(base pressure) 하에서 질소 가스(N2)를 약 17.5 sccm을 챔버(110)에 주입하여 증착한 TiN 박막의 특성을 설명하기로 한다.
도 11은 기판 온도의 변화에 따른 증착률(deposition rate)을 보여준다. 도 11의 결과에 따르면 기판의 온도가 증가할수록 증착률이 감소하는 특성을 보임을 알 수 있다.
도 12는 유리기판 상에 증착된 TiNx 박막에 대하여 기판 온도별로 X선 회전분석기를 통하여 얻은 X선 회절 패턴을 보여준다. 도 12의 결과에 따르면 기판의 온도가 약 360℃를 넘어서면서 (111) 우선성장방향(preferred orientation)이 나타남을 알 수 있다.
도 13은 기판 온도의 변화에 따른 유리기판 상에 증착된 TiNx 박막의 주사 전자현미경 사진을 보여준다. 도 13의 결과에 따르면 약 400℃의 기판 온도에서 증착된 TiNx 박막이 가장 조밀한 구조를 보여줌을 알 수 있다.
도 14는 기판 온도의 변화에 따른 유리기판 상에 증착된 TiNx 박막에 대한 비커스 경도(Vickers hardness) 분석 결과를 보여준다. 도 15는 기판 온도의 변화에 따른 유리기판 상에 증착된 TiNx 박막에 대하여 에너지분광검출기(EDS)를 통하여 분석한 원소분석 결과를 보여준다. 도 14 및 도 15의 결과에 따르면, 약 400℃의 기판 온도에서 증착된 TiNx 박막의 경도가 가장 크고, 증착된 TiNx(x=1) 박막이 화학량론적(stoichiometric) TiN 화합물과 거의 일치함을 알 수 있다.
도 11 내지 도 15의 결과를 종합하면, 상기 기판의 온도는 300℃ 내지 420℃의 범위에서 챔버(110)에 질소 가스(N2)만을 공급하여 RF 마그네트론 스퍼터링을 통하여 TiNx 박막을 증착할 경우에 약 6.3 X 10-3 Torr 내지 약 1.25 X 10-2 Torr 범위의 공정압력에서 우수한 증착률(deposition rate), TiNx 박막의 마찰계수(friction coefficient), 결정화도(crystallinity) 및 비커스 경도(Vickers hardness)를 가지는 TiNx 박막을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.
한편, 자석으로서 교호적으로 연결되어 사행(蛇行, meander)의 형상을 가지는 자석 배열체를 사용함으로써 TiNx 박막의 증착 시간을 단축시킬 수 있었다. 또한, 기판을 회전시킴으로써 기판 상에 증착되는 TiNx 박막의 균일도(uniformity)도 향상시킬 수 있었다.
이상의 실험들을 통하여 스퍼터 방식을 통한 TiNx 박막의 기계적인 특성 향상을 위하여 TiNx 박막의 화학량론(stoichiometry), 격자상수(lattice parameter), (111) 우선성장방향(preferred orientation), 조밀도의 증가(elimination of void), 흡착원자의 운동성 증가(increase adatom mobility) 등이 요구됨을 알 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 명세서에서 개시하는 스퍼터용 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스를 이용한 질화티타늄 박막 증착 방법(P100)은 스퍼터용 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스(N2)만을 사용한 플라즈마 생성과정(P130), 마그네트론을 이용한 전자포획과정(P140), 기판 가열 등을 통하여 기계적인 특성이 우수한 TiN 박막의 제조방법을 제시한다. 또한, 스퍼터 방식을 통한 TiN 박막 증착을 위한 스퍼터 장치(100)도 아울러 제시한다.
상기로부터, 본 개시의 다양한 실시 예들이 예시를 위해 기술되었으며, 아울러 본 개시의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않고 가능한 다양한 변형 예들이 존재함을 이해할 수 있을 것이다. 그리고 개시되고 있는 상기 다양한 실시 예들은 본 개시된 사상을 한정하기 위한 것이 아니며, 진정한 사상 및 범주는 하기의 청구항으로부터 제시될 것이다.
P100 : 스퍼터용 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스를 이용한 질화티타늄 박막 증착 방법
P110 : 기판 배치과정
P120 : 진공과정
P130 : 플라즈마 생성과정
P140 : 전자포획과정
P150 : 질화티타늄막 증착과정
10 : 로드락 챔버
10a : 투입구
10b : 인입구
12 : 저진공펌프
12a : 밸브
12b : 밸브
20 : 언로드락 챔버
20a : 인출구
20b : 인출구
100 : 기판 회전이 가능한 스퍼터 장치
110 : 챔버
112 : 고진공펌프
120 : 기판
130 : 회전기구
140 : 타겟
150 : 전원부
160 : 이동기구
170 : 자석 배열체
172 : 내측자석
174 : 외측자석
176 : 비자성부재
180 : 지지부
190 : 동력부
192 : 회전부
194 : 이동부
196a : 제1회전축
196b : 제2회전축
200 : 승강부
210 : 제1이송부
220 : 제2이송부

Claims (7)

  1. 티타늄 타겟이 배치된 챔버의 내부에 상기 티타늄 타겟의 일면에 대향하여 기판을 배치하는 기판 배치과정;
    상기 챔버의 상기 내부를 진공화하는 진공과정;
    상기 챔버의 상기 내부로 주입되는 질소 가스 및 상기 티타늄 타겟과 상기 기판 사이에 형성되는 전기장을 통해 질소 이온을 생성하는 플라즈마 생성과정;
    상기 티타늄 타겟의 타면에 대향하여 배치되는 자석에 의하여 상기 티타늄 타겟의 상기 일면과 상기 기판 사이에 생성되는 자기장을 통하여 상기 플라즈마 생성과정에서 생성되는 전자를 포획하는 전자포획과정; 및
    상기 질소 이온에 의하여 스퍼터링 되는 티타늄과 상기 질소 이온의 결합을 통하여 상기 기판의 표면에 질화티타늄막을 증착하는 질화티타늄막 증착과정을 포함하되,
    상기 플라즈마 생성과정에서의 상기 전기장은 상기 티타늄 타겟과 상기 기판 사이에 인가되는 RF 전원에 의하여 형성되며,
    상기 전자포획과정에서 상기 자석에 의하여 생성되는 상기 자기장은 상기 티타늄 타겟의 상기 일면에 인접한 영역-이하 전자트랩영역이라 함-에 집중되며,
    상기 전자트랩영역에 집중되는 상기 자기장에 의하여 상기 플라즈마 생성과정에서 생성되는 상기 전자는 상기 전자트랩영역에 집중적으로 모임으로써, 상기 전자트랩영역에서 상기 질소 이온의 생성이 촉진되어 상기 기판의 표면에 증착되는 상기 질화티타늄막의 증착 속도(deposit rate)가 증가되는 스퍼터용 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스를 이용한 질화티타늄 박막 증착 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 배치과정은
    상기 기판으로서 상기 챔버의 상기 내부에 배치되며, 중심축을 중심으로 회전하는 관형의 기판을 배치하는 과정; 및
    회전기구를 통하여 상기 기판을 상기 중심축을 중심으로 회전시키는 과정을 포함하되,
    상기 회전시키는 과정을 통하여 상기 기판의 상기 표면에 증착되는 상기 질화티타늄막의 증착 균일도(uniformity)를 증가시키는 스퍼터용 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스를 이용한 질화티타늄 박막 증착 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자석은 자석 배열체를 포함하며,
    상기 자석 배열체는
    상기 티타늄 타겟의 상기 일면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되며, N극 또는 S극이 상기 타겟에 대향되는 내측자석;
    상기 티타늄 타겟의 상기 일면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되며, 상기 내측자석으로부터 이격되어 상기 내측자석을 둘러싸고, 상기 내측자석과는 역의 자극이 상기 티타늄 타겟에 대향되는 외측자석; 및
    상기 내측자석과 상기 외측자석 사이에 배치되며, 상기 내측자석과 상기 외측자석의 간격을 유지하는 비자성부재를 포함하되,
    상기 외측자석은 상기 내측자석 방향으로 돌출된 패턴을 가지며,
    상기 내측자석은 상기 외측자석의 상기 돌출된 패턴과 이격되며, 상기 외측자석의 상기 돌출된 패턴을 중심으로 교호적으로 연결되어 사행(蛇行, meander)의 형상을 가지며,
    상기 사행의 형상을 통하여 상기 전자트랩영역의 면적을 증가시키는 스퍼터용 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스를 이용한 질화티타늄 박막 증착 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성과정과 동시 또는 상기 플라즈마 생성과정의 전후에 수행되는 상기 자석을 회전시키는 자석회전과정을 더 포함하되,
    상기 자석회전과정을 통하여 스퍼터링 과정에서 발생하는 상기 티타늄 타겟 상의 부식 영역의 위치를 조절할 수 있는 스퍼터용 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스를 이용한 질화티타늄 박막 증착 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성과정은
    비활성 가스를 상기 챔버의 상기 내부로 주입하여 상기 비활성 가스로부터 플라즈마를 생성하는 플라즈마 활성화과정;
    상기 플라즈마 활성화과정 중에 상기 질소 가스를 주입하는 질소가스 주입과정; 및
    상기 질소가스 주입과정 후 소정의 시간 경과 후 상기 비활성 가스의 주입을 차단하는 질소 플라즈마 생성과정을 포함하며,
    상기 질소 플라즈마 생성과정에서 상기 챔버의 상기 내부의 압력은 6.3 X 10-3 Torr 내지 1.25 X 10-2 Torr의 범위를 가지는 스퍼터용 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스를 이용한 질화티타늄 박막 증착 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성과정과 동시 또는 상기 플라즈마 생성과정 이전에 수행되며, 상기 기판을 가열하는 기판가열과정을 더 포함하되,
    상기 기판가열과정을 통하여 상기 기판의 상기 표면에 증착되는 상기 질화티타늄막의 경도(hardness)를 증가시키는 스퍼터용 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스를 이용한 질화티타늄 박막 증착 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성과정은
    비활성 가스를 상기 챔버의 상기 내부로 주입하여 상기 비활성 가스로부터 플라즈마를 생성하는 플라즈마 활성화과정;
    상기 플라즈마 활성화과정 중에 상기 질소 가스를 주입하는 질소가스 주입과정; 및
    상기 질소가스 주입과정 후 소정의 시간 경과 후 상기 비활성 가스의 주입을 차단하는 질소 플라즈마 생성과정을 포함하며,
    상기 질소 플라즈마 생성과정에서 상기 챔버의 상기 내부의 압력은 6.3 X 10-3 Torr 내지 1.25 X 10-2 Torr의 범위를 가지며,
    상기 기판가열과정에서 상기 기판의 온도는 300℃ 내지 420℃의 범위를 가지는 스퍼터용 활성화 및 반응성 기체로서 질소 가스를 이용한 질화티타늄 박막 증착 방법.
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