KR20180010210A - 박막 형성 방법 및 질화 알루미늄 박막 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명이 공개하는 박막 형성 방법 및 질화 알루미늄 박막 형성 방법은, 메인 스퍼터링을 진행하기 전에 먼저 다른 공정 변수를 구비한 2차의 사전 스퍼터링을 진행하여, 타겟의 상황을 안정되게 하는 효과를 달성한다. 본 발명의 박막 형성 방법은 기판 상에 질화 알루미늄 박막을 형성할 수 있으며, 이 잘화 알루미늄 박막은 기판과 질화 갈륨 층 사이에 위치하는 전자 장치의 버퍼 층에 사용되어, 질화 알루미늄 및 질화 갈륨 층의 박막 형성 품질을 개선하고 또한 전자 장치의 성능을 제고하는 목적을 달성할 수 있다.

Description

박막 형성 방법 및 질화 알루미늄 박막 형성 방법
본 발명은 반도체 공정과 관련되며, 특히 박막을 형성하는 방법 및 질화 알루미늄 박막을 형성하는 방법과 관련된다.
물리 기상 증착(physical vapor deposition, PVD) 스퍼터링 공정은 현재 반도체 집적회로, LED(light emitting diode), 태양 에너지 전지 및 디스플레이 등의 공정 중에 널리 사용되고 있다. PVD 스퍼터링 장비의 챔버에서, 통상적으로 고출력 직류 전원을 이용하여 타겟과 연결하고, 출력을 인가하여 챔버 내의 작동 가스를 플라즈마(plasma)로 여기시키며, 또한 플라즈마 중의 이온을 흡인하여 타겟을 충격함으로써, 타겟의 재료가 스퍼터링되어 웨이퍼 등의 기판 상에 증착되게 된다. 다른 응용 분야에 따라 통상적으로 스퍼터링 출력 및 스퍼터링 속도 등의 공정 변수에 대한 요구는 약간 다르다. 그러나 기본적으로 박막 형성의 품질 및 박막 형성의 두께 균일성을 제고하고, 또한 장비의 생산 능력을 증가하고자 하는 노력 방향은 아주 명확하다.
상기 기술 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 박막 형성 방법 및 질화 알루미늄 박막 형성 방법을 제공하며, 이 방법은 스퍼터링 방식을 이용하여 질화 알루미늄 박막을 형성하고, 또한 메인 스퍼터링 전에 각각 다른 공정 변수를 구비한 2차의 사전 스퍼터링을 진행하여, 박막 형성 공정을 안정되게 하고 또한 박막 형성의 두께 균일성을 제고하는 목적을 달성한다.
본 발명의 실시예가 제공하는 박막 형성 방법은, 다음 단계를 포함한다. 먼저, 기판을 적재 베이스 상에 놓은 다음, 설치된 타겟을 이용하여 제1 사전 스퍼터링을 진행한다. 제1 사전 스퍼터링 후, 타겟을 이용하여 제2 사전 스퍼터링을 진행한다. 제1 사전 스퍼터링 및 상기 제2 사전 스퍼터링 진행 시, 차폐판은 타겟과 기판 사이에 위치한다. 제2 사전 스퍼터링 후, 차폐판을 이동하며, 타겟을 이용하여 기판에 대해 메인 스퍼터링을 진행하여, 기판 상에 박막을 형성한다. 그 중, 제1 사전 스퍼터링과 제2 사전 스퍼터링은 다른 공정 변수를 구비한다.
본 발명의 실시예가 제공하는 질화알루미늄 박막 형성 방법은, 다음 단계를 포함한다. 먼저, 기판을 적재 베이스 상에 놓은 다음, 알루미늄 함유 타겟을 이용하여 제1 사전 스퍼터링을 진행한다. 제1 사전 스퍼터링 후, 알루미늄 함유 타겟을 이용하여 제2 사전 스퍼터링을 진행한다. 제1 사전 스퍼터링 및 제2 사전 스퍼터링 진행 시, 차폐판은 알루미늄 함유 타겟과 기판 사이에 위치한다. 제2 사전 스퍼터링 후, 차폐판을 이동하며, 알루미늄 함유 타겟을 이용하여 기판에 대해 메인 스퍼터링을 진행하여, 기판 상에 질화 알루미늄 박막을 형성한다. 그 중, 제1 사전 스퍼터링과 제2 사전 스퍼터링은 다른 공정 변수를 구비한다.
본 발명의 박막 형성 방법은, 메인 스퍼터링을 진행하기 전에 먼저 동일한 타겟을 이용하여 2차의 사전 스퍼터링을 진행하여, 타겟의 상황을 안정되게 할 수 있으며, 또한 동일한 스퍼터링 공정 변수의 조작 시간이 길어 발생되는 박막 형성의 두께 균일성에 대한 부정적인 영향을 보상할 수 있어, 박막 형성의 품질을 개선하고 또한 박막 형성의 두께 균일성을 제고할 수 있다.
도 1은 본 발명 일부 실시예의 박막 형성 방법에 대한 공정 개략도이다.
도 2a는 본 발명 일부 실시예의 박막 형성 방법에 대한 개략도이다.
도 2b는 본 발명 일부 실시예의 박막 형성 방법에 대한 개략도이다.
도 2c는 본 발명 일부 실시예의 박막 형성 방법에 대한 개략도이다.
도 3은 본 발명 일부 실시예의 전자 장치에 대한 개략도이다.
본 발명의 목적, 기술 방안 및 장점을 더욱 명확하게 하기 위해, 다음은 첨부 도면을 결합하여 본 발명이 제공하는 박막 형성 방법 및 질화 알루미늄 박막 형성 방법에 대해 상세한 설명을 진행한다. 여기서 설명되는 구체적인 실시예는 단지 본 발명을 해석하는데 사용될 뿐, 본 발명을 제한하는데 사용해서는 아니 된다는 점을 이해해야 한다.
본 발명의 박막 형성 방법에서, 메인 스퍼터링(main sputtering)을 진행하기 전에 먼저 동일한 타겟을 이용하여 2차의 사전 스퍼터링(pre-sputtering)을 진행하여, 타겟의 상황을 메인 스퍼터링 전에 안정되게 할 수 있다. 또한, 2차의 사전 스퍼터링은 다른 공정 변수를 구비하므로, 동일한 스퍼터링 공정 변수의 조작 시간이 길어 발생되는 박막 형성의 두께 균일성에 대한 부정적인 영향을 보상할 수 있어, 박막 형성의 품질을 개선하고 또한 박막 형성의 두께 균일성을 제고할 수 있다.
본 발명의 방법에 의해 형성되는 질화 알루미늄 박막은 양호한 품질을 구비하며, 질화 알루미늄 박막 상에 후속적으로 형성되는 질화 갈륨 층의 외연 성장(Epitaxy) 품질도 제고한다. 질화 알루미늄 박막과 질화 갈륨 층은 LED 장치와 같은 전자 장치에 응용할 수 있으며, 박막 형성 품질이 제고된 질화 갈륨 층은 전자 장치의 전기적 성능을 제고하는데 사용될 수 있으며, 두께 균일성이 제고된 질화 알루미늄 박막은 전자 장치의 양산 제품의 안정성에도 긍정적인 도움을 제공한다.
도 1은 본 발명 일부 실시예의 박막 형성 방법에 대한 공정 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예는 박막 형성 방법(100)을 제공하며, 이 방법(100)은 여러 단계를 포함한다. 먼저 스퍼터링 루트(sputtering route, SR)를 진행하며, 스퍼터링 루트(SR)는 다음에 열거된 단계(110), 단계(121), 단계(122), 단계(130) 및 단계(140)를 포함한다. 단계(110)에서, 기판을 적재 베이스 상에 놓는다. 단계(121)에서, 설치된 타겟을 이용하여 제1 사전 스퍼터링을 진행한다. 단계(122)에서, 제1 사전 스퍼터링 후, 그 타겟을 이용하여 제2 사전 스퍼터링을 진행한다. 단계(130)에서, 차폐판을 이동하고 또한 타겟을 이용하여 기판에 대해 메인 스퍼터링을 진행하여, 기판 상에 하나의 박막을 형성한다. 단계(140)에서 박막이 형성된 기판을 밖으로 이동한다.
상기 방법(100)은 단지 예시에 불과하며, 본 발명은 방법(100)의 내용에 의해 제한되지 아니한다. 기타 필요한 추가적인 단계는 방법(100)의 앞, 뒤 및/또는 그 중간에 진행될 수 있으며, 방법(100) 중의 설명된 단계도 기타 실시예에서, 대체 및 삭제되거나, 또는 그 순서가 변경될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용하는 “단계” 용어는 단일 동작에 제한되지 아니하며, 이 “단계”는 단일의 동작, 조작 또는 수법을 포함할 수 있으며, 또는 여러 개의 동작, 조작 및/또는 수법으로 구성되는 집합을 포함할 수도 있다. 또한, 본 발명에서, 각 스퍼터링 루트(SR)는 1 배치의 기판에 대해 가공을 진행하여 그 배치의 각 기판의 표면에 박막을 형성한다. 그 중, 소위 1 배치의 기판은, 각 스퍼터링 루트(SR)가 처리하는 전체 기판을 말하며, 이는 1개의 기판일 수도 있고, 다수의 기판일 수도 있다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일부 실시예의 박막 형성 방법에 대한 개략도이다. 도 2a 내지 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예는 박막 형성 방법(100)을 제공하며, 이 방법(100)은 여러 단계를 포함한다. 먼저 스퍼터링 장치(20)가 제공된다. 스퍼터링 장치(20)는 챔버(21), 적재 베이스(22) 및 차폐판(24)을 포함한다. 일부 실시예에서, 스퍼터링 장치(20)는 차폐판(24)을 보관하는 차폐판 저장고(25), 단열 링(26), 커버 링(27), 하단 커버(28A) 상단 커버(28B) 및 마그네트론(29)을 더 포함할 수 있다. 차폐판 저장고(25)는 챔버(21)의 내벽(21S)를 관통하여 챔버(21)의 내부 환경과 연통된다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 기타 실시예에서, 필요에 따라 스퍼터링 장치(20)의 내부 및/또는 외부에 기타 필요한 부품이 설치될 수도 있다. 일부 실시예에서, 전자 장치(30)는 RF 마그네트론 스퍼터링 장치 및 반응식 마그네트론 스퍼터링 장치 등과 같은 마그네트론 스퍼터링 장치를 포함하여, 스퍼터링 박막 형성의 증착 속도 및 균일성을 제공할 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다. 그런 다음, 스퍼터링 루트(SR)를 진행하며, 스퍼터링 루트(SR)는 단계(110), 단계(121), 단계(122), 단계(130) 및 단계(140)를 포함한다. 단계(110)에서, 기판(31)을 챔버(21)내에 넣어 적재 베이스(22) 상에 놓는다. 일부 실시예에서, 먼저 하나 또는 다수의 기판(31)을 트레이(23) 상에 놓고, 다시 기판(31)이 놓여진 트레이(23)를 예를 들면 로봇 암을 사용하여 챔버(21) 내에 넣어 적재 베이스(22) 상에 놓는다. 또한 일부 실시예에서, 트레이(23)를 사용하지 않고 직접 기판(31)을 적재 베이스(22) 상에 놓을 수도 있다.
일부 실시예에서, 기판(31)은 사파이어 기판, 탄화 규소(SiC) 기판 또는 기타 적합한 재료로 형성된 기판, 예를 들면 반도체 기판, 절연층 실리콘(silicon-on-insulator, SOI) 기판, 유리 기판 또는 세라믹 기판일 수 있다. 트레이(23)는 예를 들면 탄화 규소(SiC) 또는 몰리브덴으로 만들 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니다.
그런 다음, 도 2b 및 도 1에 도시된 바와 같이, 단계(121)에서, 챔버(21) 내에 설치된 타겟(T)을 이용하여 제1 사전 스퍼터링을 진행하며. 제1 사전 스퍼터링 시 차폐판(24)은 타겟(T)과 적재 베이스(22) 사이에 위치한다. 일부 실시예에서, 차폐판(24)은 제1 사전 스퍼터링을 진행하지 않을 때 먼저 차폐판 저장고(25)에 놓이며, 제1 사전 스퍼터링을 진행하기 전에, 차폐판(24)을 차폐판 저장고(25)에서 챔버(21)로 이동하고 또한 타겟(T)과 기판(31) 사이에 위치하게 한 후에 제1 사전 스퍼터링을 진행한다. 또한 제1 사전 스퍼터링 진행 시 차폐판(24)은 타겟(T)과 기판(31) 사이에 위치하여, 타겟(T)의 재료가 제1 사전 스퍼터링에 의해 기판(31)상에 형성되는 것을 방지한다. 이어서, 단계(122)에서, 제1 사전 스퍼터링 후, 타겟(T)을 이용하여 제2 사전 스퍼터링을 진행하며. 제2 사전 스퍼터링 시 차폐판(24)은 타겟(T)과 적재 베이스(22)의 사이에 위치한다. 일부 실시예에서, 제2 사전 스퍼터링 진행 시, 차폐판(24)은 또한 타겟(T)과 기판(31) 사이에 위치하여, 타겟(T)의 재료가 제2 사전 스퍼터링에 의해 기판(31) 상에 형성되는 것을 방지한다. 즉, 차폐판(24)은 배플(baffle)로 간주될 수 있으며, 제1 사전 스퍼터링과 제2 사전 스퍼터링을 막아 기판(31)이 영향을 받는 것을 방지한다. 일부 실시예에서, 제1 사전 스퍼터링과 제2 사전 스퍼터링은 기판(31)을 챔버(21) 내에 넣은 후에 진행하며, 또한 제1 사전 스퍼터링 및 제2 사전 스퍼터링 진행 시 차폐판(24)은 타겟(T)과 기판(31)의 사이 및 타겟(T)과 적재 베이스(22)의 사이에 위치한다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 기판(31)을 챔버(21)에 넣기 전에 먼저 상기의 제1 사전 스퍼터링과 제2 사전 스퍼터링을 진행할 수도 있다. 제1 사전 스퍼터링과 제2 사전 스퍼터링은 다른 공정 변수를 구비하므로, 챔버(21) 내의 상황 및 타겟(T)의 상황을 안정되게 할 수 있으며, 또한 동일한 스퍼터링 공정 변수의 조작 시간이 길어 발생되는 박막 형성의 두께 균일성에 대한 부정적인 영향을 보상하여, 박막 형성의 품질을 개선하고 또한 박막 형성의 두께 균일성을 제고할 수 있음을 유의해야 한다.
예를 들면, 제1 사전 스퍼터링 진행 시 챔버(21)에 주입되는 가스는 제2 사전 스퍼터링 진행 시 챔버(21) 주입되는 가스와 다를 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일부 실시예에서, 예를 들면 타겟(T)에 대해 인가되는 전원의 출력 크기와 같은 기타의 공정 변수를 필요에 따라 조정하여 제1 사전 스퍼터링과 제2 사전 스퍼터링이 다른 공정 변수를 구비하게 할 수도 있다. 예를 들면, 제2 사전 스퍼터링 시 챔버(21) 내에 주입되는 가스와 제1 사전 스퍼터링 시 챔버(21) 내에 주입되는 가스는 다를 수 있다. 그러나, 제2 사전 스퍼터링 시 챔버(21) 내에 주입되는 가스는 후속적으로 메인 스퍼터링 진행 시 챔버(21) 내에 주입되는 가스와 동일할 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 제1 사전 스퍼터링 진행 시 타겟(T)에 대해 인가되는 스퍼터링 출력은 제2 사전 스퍼터링 진행 시 타겟(T)에 대해 인가되는 스퍼터링 출력과 다를 수 있다. 예를 들면, 제2 사전 스퍼터링 진행 시 타겟(T)에 대해 인가되는 스퍼터링 출력은 제1 사전 스퍼터링 진행 시 타겟(T)에 대해 인가되는 스퍼터링 출력보다 작을 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 제1 사전 스퍼터링과 제2 사전 스퍼터링에서 챔버(21) 내에 주입되는 가스가 다른 경우, 제1 사전 스퍼터링 후와 제2 사전 스퍼터링 전에 타겟(T)에 대해 전원을 인가하지 않는 것이 바람직하다. 즉, 제1 사전 스퍼터링 후와 제2 사전 스퍼터링 전의 챔버(21) 내는 글로 방전을 중단한 상태(즉, 챔버(21) 내에서 글로 방전을 발생하지 않음)로 하여, 제1 사전 스퍼터링 및 제2 사전 스퍼터링 각자의 공정 상태를 확보하는 것이 바람직하다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 글로 방전을 중단하지 않는 방식으로 제1 사전 스퍼터링과 제2 사전 스퍼터링을 연속 진행하는 것이 필요하다.
이후, 도 2c 내지 도 1에 도시된 바와 같이, 단계(130)에서, 차폐판(24)을 이동하고 또한 타겟(T)를 이용하여 기판(31)에 대해 메인 스퍼터링을 진행하여, 기판(31) 상에 박막을 형성한다. 메인 스퍼터링과 제1 사전 스퍼터링 및/또는 제2 사전 스퍼터링의 공정 변수는 적어도 부분적으로 동일하여, 챔버(21) 내의 상황이 메인 스퍼터링 진행 전에 안정되게 한다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 제1 사전 스퍼터링 진행 시 타겟(T)에 대해 인가되는 스퍼터링 출력은 메인 스퍼터링 진행 시 타겟(T)에 대해 인가되는 스퍼터링 출력과 동일하며, 제2 사전 스퍼터링 시 챔버(21) 내에 주입되는 가스는 메인 스퍼터링 진행 시 챔버(21) 내에 진입되는 가스와 동일하다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다.
일부 실시예에서, 박막 형성 방법(100)은 비금속 박막, 금속 박막 또는 금속 화합물 박판을 형성하는데 사용할 수 있다. 예를 들면, 기판(31) 상에 형성하고자 하는 박막이 질화 알루미늄(AIN)일 때, 타겟(T)은 순수 알루미늄 타겟 또는 질화 알루미늄 타겟과 같은 알루미늄 함유 타겟일 수 있다. 이렇게, 상기 방법(100)은 질화 알루미늄 박막 형성 방법으로 간주될 수 있다.
방법(100)이 질화 알루미늄 박막을 형성하기 위해 사용될 때, 기판(31)을 챔버(21)에 넣은 후, 챔버(21) 내에 설치된 알루미늄 함유 타겟(즉, 타겟(T))을 이용하여 제1 사전 스퍼터링과 제2 사전 스퍼터링을 진행하며(도 2b에 도시된 바와 같은 상황), 그 중 제1 사전 스퍼터링과 제2 사전 스퍼터링 진행 시 차폐판(24)은 알루미늄 함유 타겟(즉, 타겟(T))과 기판(31) 사이에 위치하며; 제2 사전 스퍼터링 후에는, 차폐판(24)을 이동하고 또한 알루미늄 함유 타겟(즉, 타겟(T))을 이용하여 기판(31)에 대해 메인 스퍼터링을 진행하여, 기판 상에 질화 알루미늄 박막을 형성한다(도 2c에 도시된 바와 같은 상황). 또한, 질화 알루미늄 박막 형성 시, 상기의 메인 스퍼터링은 챔버(21) 내에 질소 함유 가스, 산소 함유 가스 및 아르곤(argon, Ar)과 같은 불활성 가스를 주입하는 것을 포함하며, 또한 불활성 가스가 발생하는 이온(예를 들면, Ar 이온)이 알루미늄 함유 타겟(즉, 타겟(T))을 충격하게 하여, 기판(31) 상에 질화 알루미늄 박막을 형성하며, 그 질화 알루미늄은 산소가 도핑된 질화 알루미늄 박막을 포함한다. 예를 들면, 메인 스퍼터링 시, 질소와 같은 질소 함유 가스를 주입하는 유량 범위는 30sccm(standard cubic centimeter per minute) 내지 300sccm 사이일 수 있으며, 또한 바람직하게는 100sccm 내지 220sccm 사이일 수 있다; 아르곤과 같은 불활성 가스을 주입하는 유량 범위는 15sccm 내지 100sccm 사이일 수 있으며, 또한 바람직하게는 20sccm 내지 70sccm 사이일 수 있다; 산소와 같은 산소 함유 가스를 주입하는 유량 범위는 0.5sccm 내지 10sccm 사이일 수 있으며, 또한 바람직하게는 0.5sccm 내지 5sccm 사이일 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 메인 스퍼터링 시, 타겟(T)에 대해 인가되는 스퍼터링 출력은 출력 범위가 2500와트 내지 4000와트인 펄스 직류 전원을 포함할 수 있으며, 또한 출력 범위는 바람직하게 2800와트 내지 3500와트 사이일 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다.
일부 실시예에서, 제1 사전 스퍼터링은 또한 챔버(21) 내에, 산소 함유 가스는 주입하지 않고, 질소 함유 가스 및 아르곤과 같은 블활성 가스를 주입하는 것을 포함할 수 있으며, 또한 불활성 가스가 발생하는 이온이 알루미늄 함유 타겟(즉, 타겟(T))을 충격하게 하여, 타겟(T)을 크리닝하는 효과를 달성한다. 예를 들면, 이전 공정으로 인해 타겟(T) 표면에 형성된 질화 알루미늄이 적어도 부분적으로 제거된다. 예를 들면, 제1 사전 스퍼터링 시, 질소와 같은 질소 함유 가스를 주입하는 유량 범위는 30sccm 내지 200sccm 사이일 수 있으며, 또한 바람직하게는 50sccm 내지 150sccm 사이일 수 있다; 아르곤과 같은 불활성 가스을 주입하는 유량 범위는 15sccm 내지 100sccm 사이일 수 있으며, 또한 바람직하게는 20sccm 내지 70sccm 사이일 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 제1 사전 스퍼터링 시, 타겟(T)에 대해 인가되는 스퍼터링 출력은 출력 범위가 2500와트 내지 4000와트 사이일 수 있으며, 또한 바람직하게는 2800와트 내지 3500와트 사이일 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다.
일부 실시예에서, 제2 사전 스퍼터링은 챔버(21) 내에 질소 함유 가스, 산소 함유 가스 및 아르곤과 같은 불활성 가스를 주입하는 것을 포함할 수 있으며, 또한 불활성 가스가 발생하는 이온이 알루미늄 함유 타겟(즉, 타겟(T))을 충격하게 하여, 제1 사전 스퍼터링에 의해 크리닝된 타겟(T)의 표면에 대해 수식(modify)을 진행하여, 타겟(T)의 표면이 산소가 도핑된 질화 알루미늄(알루미늄 산화질화물(AION)로 간주될 수도 있음)의 상태에 처하게 한다. 예를 들면, 제2 사전 스퍼터링 시, 질소와 같은 질소 함유 가스를 주입하는 유량 범위는 30sccm 내지 300sccm 사이일 수 있으며, 또한 바람직하게는 100sccm 내지 220sccm 사이일 수 있다; 아르곤과 같은 불활성 가스을 주입하는 유량 범위는 15sccm 내지 100sccm 사이일 수 있으며, 또한 바람직하게는 20sccm 내지 70sccm 사이일 수 있다; 산소와 같은 산소 함유 가스를 주입하는 유량 범위는 0.5sccm 내지 10sccm 사이일 수 있으며, 또한 바람직하게는 0.5sccm 내지 5sccm 사이일 수 있다; 그러나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 제2 사전 스퍼터링 시, 타겟(T)에 대해 인가되는 스퍼터링 출력은 출력 범위가 200와트 내지 4000와트 사이일 수 있으며, 또한 바람직하게는 500와트 내지 1500와트 사이일 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다.
일부 실시예에서, 제2 사전 스퍼터링 후 및 메인 스퍼터링 전에 타겟(T)에 대해 인가되는 전원 출력을 정지할 수 있다. 즉, 제2 사전 스퍼터링 후 및 메인 스퍼터링 전에 타겟(T)에 대해 전원을 인가하지 않고, 기판(31)을 공정 위치로 이동하여 메인 스퍼터링을 진행하려고 할 때 다시 타겟(T)에 대해 전원 출력을 인가하여 글로 방전을 발생하게 함으로써, 타겟(T)의 사용 수명을 증가할 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 상기 방법(100)은 기판(31)을 챔버(21)에서 공정 위치로 이동한 후 메인 스퍼터링을 진행하고(도 2c에 도시된 바와 같은 상황), 또한 타겟(T)에 대해 전원을 인가하여 메인 스퍼터링을 진행한다. 그 중, 제2 사전 스퍼터링 후 및 기판(31)을 공정 위치로 이동 하기 전에는 타겟(T)에 대해 전원을 인가하지 않는다.
그런 다음, 단계(140)에서, 박막(예를 들면, 상기의 질화 알루미늄 박막)이 형성된 기판(31)을 챔버(21) 밖으로 이동하여, 상기의 1차 스퍼터링 루트(SR)를 완성한다. 즉, 일부 실시예에서, 1차의 스퍼터링 루트(SR)는, 1개 또는 다수의 기판(31)(즉, 1배치의 기판)이 놓인 트레이(23)를 챔버(21)에 넣은 후, 제1 사전 스퍼터링과 제2 사전 스퍼터링을 진행하고 또한 트레이(23) 상의 1개 또는 다수의 기판(즉, 1배치의 기판)에 대해 메인 스퍼터링을 진행하여 박막을 형성한 후 트레이(23)를 챔버(21) 밖으로 이동하는 공정을 가리킨다. 본 발명의 방법은 다른 공정 변수를 구비하는 제1 사전 스퍼터링과 제2 사전 스퍼터링을 사용하여 챔버(21) 내의 상황 및 타겟(T)의 상황을 안정되게 할 수 있으며, 또한 동일한 스퍼터링 공정 변수의 조작 시간이 길어 발생되는 박막 형성의 두께 균일성에 대한 부정적인 영향을 보상하여, 박막 형성의 품질을 개선하고 또한 박막 형성의 두께 균일성을 제고할 수 있다. 다음에 열거된 표 1 및 표 2를 예로 들어 설명한다. 표 1은 대조 실시예 방법(사전 스퍼터링과 메인 스퍼터링이 동일한 공정 변수를 구비함)으로 질화 알루미늄 박막을 형성한 두께 상황이며, 또한 각 스퍼터링 루트는 트레이 상에 놓인 5개 기판(즉, 각 1 배치의 기판은 5개 기판을 포함)에 대해 메인 스퍼터링을 진행한 것이다; 표 2는 상기의 방법(100)(다른 공정 변수를 구비한 2차의 사전 스퍼터링)으로 질화 알루미늄 박막을 형성한 두께 상황이며, 또한 각 스퍼터링 루트는 마찬가지로 트레이 상에 놓인 5개 기판(즉, 각 1 배치의 기판은 5개 기판을 포함)에 대해 메인 스퍼터링을 진행한 것이다. 표 1 및 표 2의 결과에서 알 수 있듯이, 만약 사전 스퍼터링의 공정 변수와 메인 스터터링의 공정 변수가 동일하다면, 1개의 기판 상에 형성되는 질화 알루미늄 박막의 두께 균일성 또는 동일한 트레이의 5개 기판(즉, 같은 1배치의 기판) 상의 질화 알루미늄 박막의 두께 균일성은 모두 본 발명의 방법(본 발명에서는 다른 공정 변수를 구비한 2차의 사전 스퍼터링을 진행함)으로 형성된 질화 알루미늄 박막에 비해 명백히 떨어진다. 또한, 본 발명의 상기 스퍼터링 루트를 연속 20차 진행한 결과는 다음과 같다: 각 1배치의 기판의 경우, 각 기판은 양호한 두께 균일성을 구비하며, 또한 다른 기판 간의 두께 균일성도 양호하다; 또한, 다른 배치의 기판의 경우, 다른 배치 간의 두께 균일성도 개선되었다. 즉, 본 발명을 이용한 박막 형성 방법은, 박막 형성의 두께 균일성을 유효하게 개선할 수 있다.
기판
번호		 두께 (Å) 1개 기판 내의
불균일성		 기판 간
불균일성
제1
트레이		 1 143.8 1.83% 2.88%
2 149.7 1.32%
3 140.6 1.45%
4 139.2 1.69%
5 145.3 2.41%
제20
트레이		 1 136.7 1.97% 2.97%
2 138.1 2.17%
3 133.2 1.77%
4 127.8 2.05%
5 134.6 2.23%
기판
번호		 두께 (Å) 1개 기판 내의
불균일성		 기판 간
불균일성
제1
트레이		 1 139.9 0.53% 0.29%
2 139.7 0.39%
3 139.3 0.41%
4 140.2 0.55%
5 140.3 0.28%
제20
트레이		 1 141.4 0.84% 0.40%
2 141.9 0.53%
3 141.7 0.61%
4 142.2 0.62%
5 142.9 0.41%
또한, 도 1, 도 2c 및 도 3을 참고하며, 도 3은 본 발명 일부 실시예의 전자 장치의 개략도이다. 도 1, 도 2c 및 도 3에 도시된 바와 같이, 일부 실시예서, 질화 알루미늄 박막 형성 방법(100)은 질화 갈륨 LED(GaN-based LED) 장치와 같은 전자 장치(30)의 질화 알루미늄 버퍼 층(32)을 형성하는데 사용할 수 있다. 일부 실시예에서, 전자 장치(30)는 기판(31), 질화 알루미늄 버퍼 층(32) 및 질화 갈륨 층(33)을 포함할 수 있다. 질화 알루미늄 버퍼 층(32)은 기판(31) 상에 위치하며, 질화 갈륨 층(33)은 질화 알루미늄 버퍼 층(32) 상에 위치한다. 질화 알루미늄 버퍼 층(32)은 상기 방법(100)으로 기판(31) 상에 형성될 수 있으며, 질화 갈륨 층(33)은 질화 알루미늄 버퍼 층(32) 상에 형성될 수 있다. 질화 알루미늄 버퍼 층(32)과 기판(31)(예를 들면, 사파이어 기판) 사이의 격자 불일치(lattice mismatch) 및 열 불일치(thermal mismatch)의 정도는 상대적으로 작으므로, 질화 알루미늄 버퍼 층(32)은 질화 알루미늄 버퍼 층(32) 상에 후속적으로 외연 성장 방식으로 형성되는 질화 갈륨 층(33)의 품질을 개선하는데 사용될 수 있으며, 나아가 전자 장치(30)의 성능을 제고하는 효과를 달성할 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(30)는 LED 장치 또는 기타 적합한 반도체 전자 장치를 포함할 수 있다. 전자 장치(30)가 질화 갈륨 LED 장치인 경우, 전자 장치(30)는 질화 갈륨 층(33) 상에 형성되는 양자 우물 층(quantum well layer)(34)을 더 포함할 수 있으며, 이 때, 질화 갈륨 층(33)은 처리를 통해 N형 도핑 질화 갈륨 층(33N)이 될 수 있다. 양자 우물 층(34) 상에는 P형 도핑 질화 갈륨 층(33P)을 더 형성할 수도 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다. 질화 알루미늄 버퍼 층(32)을 형성하는 메인 스퍼티링 시, 산소를 주입하여 질화 알루미늄 버퍼 층(32) 상에 후속적으로 형성되는 질화 갈륨 층(33)의 박막 형성 품질을 개선할 수 있으며, 전자 장치(30)의 각종 전기적 성능도 개선할 수 있다.
결론적으로, 본 발명의 박막 형성 방법은 메인 스퍼터링 전에 메인 스퍼터링을 진행하고자 하는 동일한 챔버 중에서, 먼저 동일한 타겟을 이용하여 공정 변수가 다른 2차의 사전 스퍼터링을 진행하여, 챔버 내 및 타겟의 상황을 안정되게 하는 효과를 달성하며, 또한 다른 한편으로는 동일한 스퍼터링 공정 변수의 조작 시간이 길어 발생되는 박막 형성의 두께 균일성에 대한 부정적인 영향을 보상하여, 박막 형성의 품질을 개선하고 또한 박막 형성의 두께 균일성을 제고하는 효과를 달성할 수 있다. 본 발명의 박막 형성 방법은 질화 알루미늄 박막을 형성하는데 사용될 때, 질화 알루미늄 박막의 박막 형성 품질 및 두께 균일성이 개선되기 때문에, 질화 알루미늄 박막 상에 후속적으로 형성되는 질화 갈륨 층의 외연 성장 품질도 제고된다.
전술된 내용은 일부 실시 방식의 특징을 개략 설명한 것이므로, 본 분야의 기술자는 본 출원 문서가 공개한 내용의 다양한 양상을 더욱 잘 이해할 수 있다. 본 분야의 보통 기술자는 본 출원 문서가 공개한 내용을 기초로 하여, 쉽게 다른 공정과 구조로 설계 또는 변경하여, 본 출원 문서가 설명한 실시 방법과 동일한 목적 및/또는 동일한 장점을 실현할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 본 분야의 기술자는 또한 균등 개념이 본 출원 문서가 공개한 내용을 이탈하지 않으며, 본 분야의 기술자는 본 출원 문서가 공개한 내용의 정신 및 범위를 이탈하지 않으면서 각종 변화, 대체 및 치환을 진행할 수 있음을 이해해야 한다.
20: 스퍼터링 장치, 21: 챔버, 21S: 내벽, 22: 적재 베이스, 23: 트레이, 24: 차폐판, 25: 차폐판 저장고, 26: 단열 링, 27: 커버 링, 28A: 상단 커버, 28B: 하단 커버, 29: 마그네트론, 30: 전자 장치, 31: 기판, 32: 질화 알루미늄 버퍼 층, 33: 질화 갈륨 층, 33N: N형 도핑 질화 갈륨 층, 33P: P형 도핑 질화 갈륨 층, 34: 양자 우물 층, 100: 방법, 110/121/122/130/140: 단계, SR: 스퍼터링 루트, T: 타겟

Claims (22)

  1. 기판을 적재 베이스 상에 놓는 단계;
    타겟을 이용하여 제1 사전 스퍼터링을 진행하는 단계;
    상기 제1 사전 스퍼터링 후, 상기 타겟을 이용하여 제2 사전 스퍼터링을 진행하는 단계;
    상기 제1 사전 스퍼터링 및 상기 제2 사전 스퍼터링 진행 시, 차폐판이 상기 타겟과 상기 기판 사이에 위치하는 단계;
    상기 제2 사전 스퍼터링 후, 상기 차폐판을 이동하는 단계; 그리고,
    상기 타겟을 이용하여 상기 기판에 대해 메인 스퍼터링을 진행하여, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 단계를 포함하며,
    그 중, 상기 제1 사전 스퍼터링과 상기 제2 사전 스퍼터링은 다른 공정 변수를 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 사전 스퍼터링 진행 시 주입되는 가스는 상기 제2 사전 스퍼터링 진행 시 주입되는 가스와 다른 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 사전 스퍼터링 진행 시 주입되는 가스와 상기 메인 스퍼터링 진행 시 주입되는 가스는 동일한 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 사전 스퍼터링 진행 시 상기 타겟에 대해 인가되는 스퍼터링 출력은 상기 제2 사전 스퍼터링 진행 시 상기 타겟에 대해 인가되는 스퍼터링 출력과 다른 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2 사전 스퍼터링 진행 시 상기 타겟에 대해 인가되는 상기 스퍼터링 출력은 상기 제1 사전 스퍼터링 진행 시 상기 타겟에 대해 인가되는 상기 스퍼터링 출력보다 작은 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 사전 스퍼터링 진행 시 상기 타겟에 대해 인가되는 상기 스퍼터링 출력과 상기 메인 스퍼터링 진행 시 상기 타겟에 대해 인가되는 스퍼터링 출력은 동일한 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 사전 스퍼터링 후 및 상기 제2 스퍼터링 전에 상기 타겟에 대해 전원을 인가하지 않는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 사전 스퍼터링 후 및 상기 메인 스퍼터링 전에 상기 타겟에 대해 전원을 인가하지 않는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판을 공정 위치로 이동한 후 상기 메인 스퍼터링을 진행하는 단계; 그리고,
    상기 타겟에 대해 전원을 인가하여 상기 메인 스퍼터링을 진행하는 단계를 더 포함하며,
    그 중, 상기 제2 사전 스퍼터링 후 및 상기 기판을 상기 공정 위치로 이동하기 전에 상기 타겟에 대해 전원을 인가하지 않는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  10. 기판을 적재 베이스 상에 놓는 단계;
    알루미늄 함유 타겟을 이용하여 제1 사전 스퍼터링을 진행하는 단계;
    상기 제1 사전 스퍼터링 후, 상기 알루미늄 함유 타겟을 이용하여 제2 사전 스퍼터링을 진행하는 단계;
    상기 제1 사전 스퍼터링 및 상기 제2 사전 스퍼터링 진행 시, 차폐판이 상기 알루미늄 함유 타겟과 상기 기판 사이에 위치하는 단계;
    상기 제2 사전 스퍼터링 후, 상기 차폐판을 이동하는 단계; 그리고,
    상기 알루미늄 함유 타겟을 이용하여 상기 기판에 대해 메인 스퍼터링을 진행하여, 상기 기판 상에 질화 알루미늄 박막을 형성하는 단계를 포함하며,
    그 중, 상기 제1 사전 스퍼터링과 상기 제2 사전 스퍼터링은 다른 공정 변수를 구비하는 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄 박막 형성 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 사전 스퍼터링 진행 시 주입되는 가스는 상기 제2 사전 스퍼터링 진행 시 주입되는 가스와 다른 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄 박막 형성 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 사전 스퍼터링 진행 시 주입되는 가스는 질소 함유 가스 및 불활성 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄 박막 형성 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2 사전 스퍼터링 진행 시 주입되는 가스는 질소 함유 가스, 산소 함유 가스 및 불활성 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄 박막 형성 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2 사전 스퍼터링 진행 시 주입되는 가스와 상기 메인 스퍼터링 진행 시 주입되는 가스는 동일한 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄 박막 형성 방법.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 사전 스퍼터링 진행 시 상기 알루미늄 함유 타겟에 대해 인가되는 스퍼터링 출력은 상기 제2 사전 스퍼터링 진행 시 상기 알루미늄 함유 타겟에 대해 인가되는 스퍼터링 출력과 다른 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄 박막 형성 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제2 사전 스퍼터링 진행 시 상기 알루미늄 함유 타겟에 대해 인가되는 상기 스퍼터링 출력은 상기 제1 사전 스퍼터링 진행 시 상기 알루미늄 함유 타겟에 대해 인가되는 상기 스퍼터링 출력보다 작은 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄 박막 형성 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 사전 스퍼터링 진행 시 상기 알루미늄 함유 타겟에 대해 인가되는 상기 스퍼터링 출력과 상기 메인 스퍼터링 진행 시 상기 알루미늄 함유 타겟에 대해 인가되는 스퍼터링 출력은 동일한 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄 박막 형성 방법.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 사전 스퍼터링 진행 시 상기 알루미늄 함유 타겟에 대해 인가되는 상기스퍼터링 출력은 2500와트 내지 4000와트 사이인 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄 박막 형성 방법.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 제2 사전 스퍼터링 진행 시 상기 알루미늄 함유 타겟에 대해 인가되는 상기스퍼터링 출력은 200와트 내지 4000와트 사이인 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄 박막 형성 방법.
  20. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 사전 스퍼터링 후 및 상기 제2 스퍼터링 전에 상기 알루미늄 함유 타겟에 대해 전원을 인가하지 않는 특징으로 하는 질화 알루미늄 박막 형성 방법.
  21. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2 사전 스퍼터링 후 및 상기 메인 스퍼터링 전에 상기 알루미늄 함유 타겟에 대해 전원을 인가하지 않는 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄 박막 형성 방법.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 기판을 공정 위치로 이동한 후 상기 메인 스퍼터링을 진행하는 단계; 그리고,
    상기 알루미늄 함유 타겟에 대해 전원을 인가하여 상기 메인 스퍼터링을 진행하는 단계를 더 포함하며,
    그 중, 상기 제2 사전 스퍼터링 후 및 상기 기판을 상기 공정 위치로 이동하기 전에 상기 알루미늄 함유 타겟에 대해 전원을 인가하지 않는 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄 박막 형성 방법.
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