KR20220089314A - 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치 및 이를 이용한 산화물 박막층의 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진공 증착을 위한 내부 공간을 갖는 진공 챔버와; 상기 진공 챔버 내에 설치되며, 기판을 지지하기 위한 기판 홀더와: 금속 산화물 타겟을 가지며, 상기 기판에 금속 산화물을 증착시키기 위한 산화물 증착용 스퍼터 건과; 상기 산화물 증착용 스퍼터 건의 일측에 설치되며, 외부로부터 공급된 산소를 라디칼 상태로 만들어주는 라디칼 발생용 플라즈마 소스; 및 상기 산화물 증착용 스퍼터 건을 가동하여 상기 기판 상에 제1 산화물층을 형성하고, 상기 산화물 증착용 스퍼터 건과 상기 라디칼 발생용 플라즈마 소스를 함께 가동하여 상기 제1 산화물층 상에 제2 산화물층을 형성하는 제어부;를 포함하는, 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치 및 이를 이용한 산화물 박막층의 제조 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 진공 증착을 통해 산화물 박막층을 형성하기 위한 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치 및 이를 이용한 산화물 박막층의 형성 방법에 관한 것이다.
산화물 반도체는 금속과 산소의 이온 결합으로 이루어진 화합물 반도체로서, 산화물 소재로써 도핑을 통해 전도성을 조절하거나 합금을 하여 밴드갭을 제어할 수 있는 반도체 소재이다. 산화물 반도체의 전도대의 최저점 (Conduction band minimum, CBM)의 주 구성 요소는 주로 산화물 반도체를 구성하는 금속들의 s 오비탈들인 반면 가전자대의 최대점 (Valence band maximum, VBM)은 주로 산소의 p 오비탈들로 구성되어 있다. 산화물 반도체는 홀 캐리어가 매우 국한되어 있어 주캐리어는 전자로서 n type 인데 산화물 반도체의 전기적 특성을 일차적으로 좌우하는 것은 산소의 빈격자점 (Vacancy)과 공정 중에 도핑된 수소이다.
이러한 산화물 반도체를 활성층으로 사용한 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)를 산화물 박막 트랜지스터라 말한다.
최근 액티브-매트릭스 방식의 디스플레이에 대한 백 플레인(back plane) 기술로서, 비정질의 Si와 다결정질의 Si 기반의 TFT에 대한 잠재적인 대안으로 산화물 박막 트랜지스터가 큰 주목을 받고 있다. 실리콘 기반의 반도체에 비해서 산화물 반도체는 높은 이동도와 저렴한 가격, 우수한 소자 균일성을 가지고 있으며 대면적화, 고해상도로 발전되는 차세대 디스플레이의 구동소자로 응용할 수 있다는 장점이 있다
산화물 반도체는 디스플레이 기술 분야뿐 아니라 다양한 기술 분야에 응용 가능한데, 그 예로서 멤리스터 소자(저항 변화형 메모리 소자)를 들 수 있다. 멤리스터(memristor)는 메모리와 프로세스가 통합된 기능을 수행할 수 있는데, 구체적으로, 저항의 특성을 띄는 소자가 저항 값이 일정하지 않고 양단에 인가되는 특정 전압 펄스에 따라 저항 값이 변화하며 일정 시간 이를 저장하는 메모리의 기능을 수행한다.
이와 같은 산화물 박막 트랜지스터, 멤리스터 소자 등 산화물 반도체를 활용한 소자를 제작하기 위한 방법으로, 산화물 박막 제작을 위해 보통 진공 증착법을 사용하고 있다. 그러나 산화물 반도체의 제작 공정은 진공 공정과 비진공 공정이 혼재되어 있고 별도의 후열 처리 공정이 필요하며, 이는 공정의 복잡성 및 시간 증가를 초래하게 된다. 또한, 기존의 진공 증착 방법의 경우, 진공 챔버 내 산소 분압 조절을 통해 산화물 박막의 산소 함유량을 제어하고 있는데, 이와 같은 방법으로는 원하는 함유량으로 산소 함유량을 제어하는 것이 매우 어려워 이를 해결하기 위한 새로운 공정 및 제조 장비의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 진공 공정의 연속성을 유지할 수 있고 산화물 박막의 산소 함유량 제어를 용이하게 할 수 있는 진공 증착 장치 및 이를 이용한 산화물 박막층의 형성 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 진공 증착을 위한 내부 공간을 갖는 진공 챔버와; 상기 진공 챔버 내에 설치되며, 기판을 지지하기 위한 기판 홀더와: 금속 산화물 타겟을 가지며, 상기 기판에 금속 산화물을 증착시키기 위한 산화물 증착용 스퍼터 건과; 상기 산화물 증착용 스퍼터 건의 일측에 설치되며, 외부로부터 공급된 산소를 라디칼 상태로 만들어주는 라디칼 발생용 플라즈마 소스; 및 상기 산화물 증착용 스퍼터 건을 가동하여 상기 기판 상에 제1 산화물층을 형성하고, 상기 산화물 증착용 스퍼터 건과 상기 라디칼 발생용 플라즈마 소스를 함께 가동하여 상기 제1 산화물층 상에 제2 산화물층을 형성하는 제어부;를 포함하는, 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치가 개시된다.
또한, 상기 제1 및 제2 산화물층은, 서로 동일한 금속 성분을 갖되 서로 상이한 산소 함유량을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 산화물층은 TiO2, SiO2, Al2O3, IZO, IGZO, HfO 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 산화물층이 TiO2인 경우, 상기 제2 산화물층은 TiOx층일 수 있다.
또한, 상기 산화물 증착용 스퍼터 건과 상기 라디칼 발생용 플라즈마 소스는 서로 일정 간격만큼 이격된 위치에서 상기 기판 홀더에 의해 지지된 기판을 지향하도록 일정 각도만큼 경사지게 설치될 수 있다.
또한, 상기 라디칼 발생용 플라즈마 소스는, 가스 인입부를 갖는 소스 본체와; 상기 소스 본체의 내부에 설치되며, 상기 가스 인입부를 통해 인입된 가스가 가스 라인을 통해 모이는 크루서블과; 상기 크루서블 내에 유도결합 플라즈마 형태의 플라즈마가 발생하도록 상기 크루서블의 주변에 감기는 코일; 및 상기 크루서블 내 가스의 밀도를 높일 수 있도록 상기 크루서블의 가스 방출구에 오리피스 형태의 노즐 개구를 갖도록 설치되는 플라즈마 노즐;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 진공 증착 장치는, 전극 증착을 위한 금속 타겟을 갖는 전극 증착용 스퍼터 건;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 전극 증착용 스퍼터건을 가동하여 상기 기판 위에 제1 전극을 형성하는 단계와; 상기 산화물 증착용 스퍼터 건을 가동하여 상기 기판에 TiO2층을 형성하는 단계와; 상기 라디칼 발생용 플라즈마 소스를 가동한 상태에서 상기 산화물 증착용 스퍼터 건을 함께 가동하여 상기 TiO2층 상에 TiOx층을 형성하는 단계; 및 상기 전극 증착용 스퍼터 건을 가동하여 TiOx층 상에 제2 전극을 형성하는 단계;를 통해 멤리스터 소자를 제조하도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치를 이용한 산화물 박막층의 형성 방법으로서, 상기 산화물 증착용 스퍼터 건을 가동하여 상기 기판에 TiO2층을 형성하는 단계와; 상기 산화물 증착용 스퍼터 건의 가동을 중지하고, 상기 라디칼 발생용 플라즈마 소스를 가동하여 상기 진공 챔버 내에 산소 라디칼을 발생시키는 단계; 및 상기 라디칼 발생용 플라즈마 소스가 가동 중인 상태에서 상기 산화물 증착용 스퍼터 건을 가동하여 상기 기판의 TiO2층 상에 TiOx층을 형성하는 단계;를 포함하는 산화물 박막층의 형성 방법이 개시된다.
또한, 상기 산화물 박막층의 형성 방법에 따르면, 상기 산화물 박막층의 형성 전 또는 후에 상기 전극 증착용 스퍼터 건을 가동하여 전극층을 형성하는 단계;가 추가로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 산화물 증착용 스퍼터 건과 라디칼 발생용 플라즈마 소스를 이용하여 진공 챔버 내에서 진공을 유지하면서 기판 위에 산소 함유량이 상이한 산화물 박막층을 순차적으로 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 라디칼 발생용 플라즈마 소스를 가동하여 산소 라디칼을 발생시킨 상태에서 산화물 증착용 스퍼터 건을 가동하여 산화물 박막을 증착함으로써, 산화물 박막층의 산소 함유량을 용이하게 제어할 수 있는 이점이 있다.
나아가, 진공 챔버에 전극 증착용 스퍼터 건을 추가로 설치함으로써, 멤리스터 소자와 같은 소자를 진공 챔버 내에서 진공을 유지하면서 제작할 수 있어 공정 효율성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치의 개략도.
도 2는 도 1에 도시된 라디칼 발생용 플라즈마 소스의 내부 구조를 나타낸 단면도.
도 3은 도 1에 도시된 진공 증착 장치를 이용하여 제작 가능한 멤리스터 소자의 일 예를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 박막층의 형성 방법을 순차적으로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치의 개략도.
도 2는 도 1에 도시된 라디칼 발생용 플라즈마 소스의 내부 구조를 나타낸 단면도.
도 3은 도 1에 도시된 진공 증착 장치를 이용하여 제작 가능한 멤리스터 소자의 일 예를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 박막층의 형성 방법을 순차적으로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치의 개략도.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 의한 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치 및 이를 이용한 산화물 박막층의 형성 방법을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치의 개략도이다.
도 1과 같이, 본 실시예에 따른 진공 장착 장치는, 진공 챔버(10), 기판 홀더(20), 산화물 증착용 스퍼터 건(30), 라디칼 발생용 플라즈마 소스(40) 및 제어부(50)를 포함한다.
진공 챔버(10)는 진공 증착을 위한 내부 공간을 구비하며, 그 내부에 기판 홀더(20) 등의 부품이 설치된다. 진공 챔버(10)에는 기판(1)의 출입이 가능하도록 도어가 설치될 수 있다. 또한 진공 챔버(10)에는 내부 공간을 진공 상태로 만들기 위한 진공 펌프, 스퍼터링 가스(불활성 가스 등)를 공급하기 위한 가스 공급부(62), 가스 공급부(62)의 공급 유량을 제어하기 위한 유량 제어부(61, Mass Flow Controller) 등이 연결될 수 있다.
기판 홀더(20)는 진공 챔버(10) 내에 기판(1)을 지지하도록 설치된다. 본 실시예의 경우 금속 산화물이 하향식 방식으로 기판(1)에 증착되는 구조를 예시하고 있지만, 상향식 방식도 가능하며 이러한 경우 기판 홀더(20)는 진공 챔버(10)의 상측에 배치될 수 있다.
산화물 증착용 스퍼터 건(30)은 진공 챔버(10)에 설치되며, 금속 산화물을 기판(1)에 증착시키는 기능을 한다. 산화물 증착용 스퍼터 건(30)에는 금속 산화물 타겟이 구비되며, 산화물 증착용 스퍼터 건(30)의 가동에 따라 스퍼터링 가스(Ar 등)이 타겟 쪽으로 이동 및 충동하여 금속 산화물 입자가 떨어져 나와 기판(1)에 적층되게 된다.
라디칼 발생용 플라즈마 소스(40)는 산화물 증착용 스퍼터 건(30)의 일측에 설치되며, 외부로부터 공급된 산소를 라디칼 상태로 만들어 진공 챔버(10) 내에 산소 라디칼을 발생시키는 기능을 한다. 라디칼 발생용 플라즈마 소스(40)는 ICP(Inducively Coupled Plasma: 유도 결합 플라즈마) 형태의 플라즈마 발생을 위한 플라즈마 코일을 구비하며, 이는 RF 제너레이터와 연결되어 이로부터 RF 파워를 인가 받는다.
산소 플라즈마의 이온화된 산소 분자와 여기된 산소 원자에 해당하는 산소 라디칼이 하기와 같은 과정에 의해 플라즈마 소스(40)로부터 방출되게 된다.
O2 + e → O + O + e
O2 + e → O + O-
이와 같은 상태의 산소 라디칼이 기판(1)을 향해 방출되는 상태에서 금속 산화물을 기판(1)에 증착함으로써 산소 라디칼이 금속 산화물과 반응하면서 기판(1)에 산화물 박막층을 형성할 수 있으며, 이를 통해 산화물 박막층의 산소 함유량 제어가 가능하다.
산화물 증착용 스퍼터 건(30)과 라디칼 발생용 플라즈마 소스(40)는 서로 일정 간격만큼 이격된 위치에서 기판 홀더(20)에 의해 지지된 기판을 지향하도록 일정 각도만큼 경사지게 설치될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 산화물 증착용 스퍼터 건(30)과 라디칼 발생용 플라즈마 소스(40)은 기판 홀더(20)의 중심을 기준으로 좌우 대칭적인 형태로 배치되어 있다.
제어부(50)는 진공 증착 장치의 전반적인 동작을 제어하며, 구체적으로 산화물 증착용 스퍼터 건(30), 라디칼 발생용 플라즈마 소스(40), 진공 펌프, 유량 제어부(61) 등의 동작을 제어한다. 특히, 본 발명과 관련하여, 제어부(50)는 산화물 증착용 스퍼터 건(30)을 가동하여 기판(1) 상에 제1 산화물층을 형성하고, 산화물 증착용 스퍼터 건(30)과 라디칼 발생용 플라즈마 소스(40)를 함께 가동하여 제1 산화물층 상에 제2 산화물층을 형성하도록 구성된다.
여기서, 제1 산화물층은 TiO2, SiO2, Al2O3, IZO, IGZO, HfO 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있고, 제2 산화물층은 제1 산화물층과 금속 성분은 동일하되 산소 함유량이 다른 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 산화물층은 TiO2층인 경우, 제2 산화물층은 TiOx층(여기서, x는 1.97 내지 1.99의 값을 가짐)일 수 있다.
이를 통해 금속 성분은 동일하되 산소 함유량이 상이한 제1 및 제2 산화물층을 연속해서 증착할 수 있으며, 제어부(50)는 제1 산화물층을 형성하기 위한 산화물 증착용 스퍼터 건(30의 동작과, 제2 산화물층을 형성하기 위한 산화물 증착용 스퍼터 건(30) 및 라디칼 발생용 플라즈마 소스(40)의 동작이 순차적으로 이루어지도록 증착원들의 동작을 제어할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 라디칼 발생용 플라즈마 소스의 내부 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2의 도시와 같이, 라디칼 발생용 플라즈마 소스(40)는 소스 본체(41), 크루서블(42), 코일(43), 플라즈마 노즐(44) 등을 포함한다.
소스 본체(41)에는 크로서블(42) 및 코일(43) 등이 배치되는 내부 공간이 구비되며, 그 상부에는 가스(산소)의 인입을 위한 가스 인입부(45)가 구비된다. 아울러, 소스 본체(41)에는 전원 피드 쓰루(48), 시창(49, viewpoint) 등이 설치될 수 있다.
크루서블(42)는 소스 본체(42)의 내부에 설치되며, 가스 라인(46)을 통해 가스 인입부(45)와 연결된다. 가스 인입부(45)를 통해 인입된 가스는 가스 라인(46)을 통해 크루서블(42) 내부에 모이게 된다.
코일(43)은 크루서블(42)의 주변에 감기도록 구성되며, RF 전압이 인가됨에 따라 크루서블(42) 내에 유도결합 플라즈마 형태의 플라즈마가 발행되도록 한다.
플라즈마 노즐(44)은 크루서블(42)의 가스 방출구에 오리피스 형태의 노즐 개구(44a)를 갖도록 설치된다. 플라즈마 노즐(44)을 통해 가스 방출측 유로 단면적이 급격히 감소하게 되어 가스의 밀도(밀집도)가 증가시킬 수 있으며, 이를 통해 최소한의 가스 주입만으로 플라즈마 소스(40)의 구동이 가능한 이점이 있다.
소스 본체(41)의 라디칼 방출구 측에는 캡(47)이 탈착 가능하게 설치될 수 있고, 캡(47)에는 튜브 등과 같은 가이드 기구가 연결되어 플라즈마 노즐(44)을 통해 방출된 산소 라디칼이 기판(1)의 위치로 이동하는 것을 가이드할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 진공 증착 장치를 이용하여 제작 가능한 멤리스터 소자의 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하여, 멤리스터 소자의 구성을 살펴보면, 멤리스터 소자는 기판(1), 제1 및 제2 전극(2, 5), 산소 확산 저지층(3), 산소 보유층(4) 및 제2 전극(5)을 포함하는 구성을 가질 수 있다.
기판(1)은 멤리스터 소자의 지지층으로서 기능하며, 실리콘과 같은 반도체 재질로 형성된다.
제1 및 제2 전극(2, 5)은 기판(1)과 산소 보유층(4) 위에 각각 형성되며, 금속 또는 금속 합금 재질(예를 들어, MoW, Pt, Ir, Au, Ag 등)로 형성된다.
산소 확산 저지층(3, 절연층)은 산화막의 형태로서 TiO2, SiO2, Al2O3, HFO 등으로 형성 가능하다.
산소 보유층(4)은 산소 확산 저지층(3) 상에 형성되며, 제 1 및 제2 전극(2, 5) 사이에 인가되는 전압의 크기에 따라 저항값이 변화되는 특성을 갖는다. 산소 보유층(4)은 전자 수송층이며, 산소 확산 저지층(3)으로 전자들이 이동하면서 필라멘트를 형성하거나 소멸되기를 반복한다.
본 실시예에 따르면, 산소 확산 저지층(3)으로 TiO2를 사용하고, 산소 보유층(4)으로서 TiOx(여기서, x는 1.97 내지 1.99의 값을 가짐)를 사용하였으며, 도 1에 도시된 본 발명의 진공 증착 장치를 이용하여 TiO2층(3)과 TiOx층(4)이 순차적으로 적층된 형태의 산화물 박막층을 용이하고 신속하게 제작할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물 박막층의 형성 방법을 순차적으로 나타낸 도면으로서, 본 발명의 진공 증착 장치를 이용하여 제1 산화물층과 제2 산화물층을 순차적으로 증착하는 과정을 보이고 있다. 이하에서는 설명의 편의상 제1 산화물층을 TiO2층(3)으로, 제2 산화물층을 TiOx층(4)으로 지칭하여 설명하기로 한다.
먼저, 제어부(50)는, (a)와 같이, 산화물 증착용 스퍼터 건(30)을 가동하여 기판(1)에 TiO2 층(3)을 형성한다. 이러한 경우 산화물 증착용 스퍼터건(30)에는 TiO2 타겟이 구비되며, 스퍼터링 가스의 공급에 의해 TiO2 타겟의 입자가 타겟으로부터 떨어져 나와 기판(1)에 증착된다. TiO2 층(3)의 증착 과정이 완료되면 산화물 증착용 스퍼터 건(30)의 가동을 중지한다.
다음으로, (b)와 같이 라디칼 발생용 플라즈마 소스(40)를 가동하여 진공 챔버(10) 내에 산소 라디칼이 발생되도록 하며, 산소 라디칼은 플라즈마 소스(40)에서 방출되어 기판(1) 위로 공급된다.
다음으로, (c)와 같이 라디칼 발생용 플라즈마 소스(40)가 가동 중인 상태에서 산화물 증착용 스퍼터 건(30)을 가동하여 기판(1)의 TiO2층(3) 상에 TiOx층(4)을 형성할 수 있다. 산소 라디칼은 기판(1)으로 증착되는 TiO2 입자와 반응하면서 기판(1)에 TiOx 박막의 형태로 형성된다.
마지막으로, TiOx층(4)의 증착이 완료되면, (d)와 같이 산화물 증착용 스퍼터 건(30)과 라디칼 발생용 플라즈마 소스(40)의 가동을 중지한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치의 개략도이다.
본 실시예에 따른 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치는 앞선 실시예와 동일한 구성에 전극 증착용 스퍼터 건(60)을 추가로 구비한다. 전극 증착용 스퍼터 건(60)은 전극 증착을 위한 금속 타겟(예를 들어, MoW 타겟)을 갖도록 구성된다.
전극 증착용 스퍼터 건(60)은 산화물 증착용 스퍼터 건(30)과 라디칼 발생용 플라즈마 소스(40)와 서로 동일한 이격 거리를 갖도록 배치될 수 있으며, 이들과 마찬가지로 기판 홀더(20)의 기판(1)을 지향하도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 전극 증착용 스퍼터 건(60), 산화물 증착용 스퍼터 건(30) 및 라디칼 발생용 플라즈마 소스(40)는 서로를 연결하는 형태가 정삼각형의 형태를 이루도록 배열 가능하다.
본 실시예에 따르면, 산화물 박막층(3, 4)의 형성 전 또는 후에 전극 증착용 스퍼터 건(60)을 가동하여 전극층(2, 5)을 형성할 수 있으며, 이를 통해 도 3에서 예시한 멤리스터 소자와 같은 구조를 진공 공정의 연속성을 유지하면서 제작할 수 있는 이점이 있다.
구체적으로, 제어부(50)는 전극 증착용 스퍼터건(60)을 가동하여 금속 물질(예를 들어, MoW)이 기판(1) 위에 증착되도록 하며, 이를 통해 기판(1)에 제1 전극(2)이 형성되도록 한다. 제1 전극(2)의 형성 완료 후 전극 증착용 스퍼터건(60)의 가동을 중지한다.
그리고, 산화물 증착용 스퍼터 건(30)을 가동하여 기판(1)에 TiO2층(3)이 형성되도록 한다. 아울러, 라디칼 발생용 플라즈마 소스(40)를 가동하고, 그 상태에서 산화물 증착용 스퍼터 건(30)을 함께 가동하여 TiO2층(3) 상에 TiOx층(4)이 형성되도록 한다.
마지막으로, 전극 증착용 스퍼터건(60)을 가동하여 TiOx층(4) 상에 제2 전극(5)이 형성되도록 한다. 도 3에서 예시된 형태의 제2 전극(5)을 형성하기 위하여, 진공 챔버(10) 내에는 원격 제어에 의해 기판(1) 위를 선택적으로 덮을 수 있는 마스크 및 그 구동 장치가 설치될 수 있다.
이와 같이, 진공 증착 장치 내에서 진공을 유지하면서 기판(1) 위에 제1 전극(2), TiO2층(3, 산소 확산 저지층), TiOx층(4, 산소 보유층) 및 제2 전극(5)을 순차적으로 형성함으로써, 도 3에 예시된 형태의 멤리스터 소자를 제작할 수 있어 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 특정의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 기판
2: 제1 전극
3: TiO2층(산소 확산 저지층) 4: TiOx층(산소 보유층)
5: 제2 전극 10: 진공 챔버
20: 기판 홀더 30: 산화물 증착용 스퍼터 건
40: 라디칼 발생용 플라즈마 소스 50: 제어부
60: 전극 증착용 스퍼터 건
3: TiO2층(산소 확산 저지층) 4: TiOx층(산소 보유층)
5: 제2 전극 10: 진공 챔버
20: 기판 홀더 30: 산화물 증착용 스퍼터 건
40: 라디칼 발생용 플라즈마 소스 50: 제어부
60: 전극 증착용 스퍼터 건
Claims (10)
- 진공 증착을 위한 내부 공간을 갖는 진공 챔버;
상기 진공 챔버 내에 설치되며, 기판을 지지하기 위한 기판 홀더:
금속 산화물 타겟을 가지며, 상기 기판에 금속 산화물을 증착시키기 위한 산화물 증착용 스퍼터 건;
상기 산화물 증착용 스퍼터 건의 일측에 설치되며, 외부로부터 공급된 산소를 라디칼 상태로 만들어주는 라디칼 발생용 플라즈마 소스; 및
상기 산화물 증착용 스퍼터 건을 가동하여 상기 기판 상에 제1 산화물층을 형성하고, 상기 산화물 증착용 스퍼터 건과 상기 라디칼 발생용 플라즈마 소스를 함께 가동하여 상기 제1 산화물층 상에 제2 산화물층을 형성하는 제어부;를 포함하는, 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 산화물층은,
서로 동일한 금속 성분을 갖되 서로 상이한 산소 함유량을 갖는 것을 특징으로 하는, 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 제1 산화물층은 TiO2, SiO2, Al2O3, IZO, IGZO, HfO 중 어느 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치.
- 제3항에 있어서,
상기 제1 산화물층은 TiO2층이고, 상기 제2 산화물층은 TiOx층인 것을 특징으로 하는, 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 산화물 증착용 스퍼터 건과 상기 라디칼 발생용 플라즈마 소스는 서로 일정 간격만큼 이격된 위치에서 상기 기판 홀더에 의해 지지된 기판을 지향하도록 일정 각도만큼 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는, 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 라디칼 발생용 플라즈마 소스는,
가스 인입부를 갖는 소스 본체;
상기 소스 본체의 내부에 설치되며, 상기 가스 인입부를 통해 인입된 가스가 가스 라인을 통해 모이는 크루서블;
상기 크루서블 내에 유도결합 플라즈마 형태의 플라즈마가 발생하도록 상기 크루서블의 주변에 감기는 코일; 및
상기 크루서블 내 가스의 밀도를 높일 수 있도록 상기 크루서블의 가스 방출구에 오리피스 형태의 노즐 개구를 갖도록 설치되는 플라즈마 노즐;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치.
- 제1항에 있어서,
전극 증착을 위한 금속 타겟을 갖는 전극 증착용 스퍼터 건;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 전극 증착용 스퍼터 건을 가동하여 상기 기판 위에 제1 전극을 형성하는 단계;
상기 산화물 증착용 스퍼터 건을 가동하여 상기 기판에 TiO2층을 형성하는 단계;
상기 라디칼 발생용 플라즈마 소스를 가동한 상태에서 상기 산화물 증착용 스퍼터 건을 함께 가동하여 상기 TiO2층 상에 TiOx층을 형성하는 단계; 및
상기 전극 증착용 스퍼터 건을 가동하여 TiOx층 상에 제2 전극을 형성하는 단계;를 통해 멤리스터 소자를 제조하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치.
- 제1항을 따르는 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치를 이용한 산화물 박막층의 형성 방법으로서,
상기 산화물 증착용 스퍼터 건을 가동하여 상기 기판에 TiO2층을 형성하는 단계;
상기 산화물 증착용 스퍼터 건의 가동을 중지하고, 상기 라디칼 발생용 플라즈마 소스를 가동하여 상기 진공 챔버 내에 산소 라디칼을 발생시키는 단계; 및
상기 라디칼 발생용 플라즈마 소스가 가동 중인 상태에서 상기 산화물 증착용 스퍼터 건을 가동하여 상기 기판의 TiO2층 상에 TiOx층을 형성하는 단계;를 포함하는 산화물 박막층의 형성 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 다중 증착원을 구비한 진공 증착 장치는, 전극 증착을 위한 금속 타겟을 갖는 전극 증착용 스퍼터 건을 더 포함하고,
상기 산화물 박막층의 형성 전 또는 후에 상기 전극 증착용 스퍼터 건을 가동하여 전극층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 산화물 박막층의 형성 방법.
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