KR0180783B1 - Sto having high dielectricity and method of manufacturing bto thin film and apparatus thereof - Google Patents
Sto having high dielectricity and method of manufacturing bto thin film and apparatus thereofInfo
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Abstract
본 발명은 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 제조방법 및 그 장치에 관한 것으로, 박막 제조장치에 RF 파워를 인가하여 플라즈마를 여기시킴으로써 다원계의 STO 또는 BTO용 반응원료들이 증착반응에 쉽게 참여할 수 있도록 물리적 에너지로 해리반응을 조장하고, 플라즈마를 형성함으로써 해리된 반응원료 이온들이 매우 낮은 압력에서 고온으로 증착반응을 일으킬 수 있도록 조장하는 공정조건을 설정하며, 반응원료들이 열화반응없이 재현성 있게 반응로에 도달하게 해주는 방식으로 원료를 공급하며, STO 또는 BTO 박막용 원료들의 대부분이 실온에서 고체이거나 액체형태임에 따라 이들 반응원료가 기화되어 공급될 때, 가스관에 남아 있을 수 있는 잔류가스를 제거하면서 STO 또는 BTO 박막을 증착함으로써 고유전 특성을 가진 양호한 박막을 형성하는 기술이다.The present invention relates to a STO and BTO thin film manufacturing method having a high dielectric properties and apparatus therefor, by applying RF power to the thin film manufacturing apparatus to excite the plasma, the reaction materials for STO or BTO of multiple systems can easily participate in the deposition reaction. To promote dissociation reaction with physical energy, and to form plasma, to set process conditions to promote dissociation of reaction raw material ions at high temperature at very low pressure, and to react reaction materials reproducibly without deterioration reaction. Feeds the raw materials in a manner that allows them to reach, and as most of the raw materials for STO or BTO thin films are solid or liquid at room temperature, when these reaction raw materials are vaporized and supplied, they remove residual gas that may remain in the gas pipe. Deposition of STO or BTO thin films to form good thin films with high dielectric properties A drink.
Description
제1도는 본 발명의 방법에 따른 STO 및 BTO 박막증착용 장치의 구성을 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing the configuration of the STO and BTO thin film deposition apparatus according to the method of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 히터 2 : RF 일렉트로드용 플레이트1: Heater 2: RF Electroplate
3 : 웨이퍼 4 : 샤워헤드(Shower head)3: wafer 4: shower head
5 : 배플 가이드(Baffle guide) 6 : 매니폴드(Manifold)5: Baffle guide 6: Manifold
7 : 퍼지라인(Purge line) 8 : 온도 조절용 매스흐름 입·출구7: Purge line 8: Mass flow inlet and outlet for temperature control
9 : 매스 플로우 경로 10 : 쳄버 몸체부9 Mass Flow Path 10 Chamber Body
BA,BC : 아민기 첨가용 솔벤트 케미컬BA, BC: Solvent chemical for amine group addition
BB : Sr 소오스용 프리커서(Precursor)BB: Precursor for Sr source
CA : N2실린더 CB : CF4(또는 C2F6, F6) 실린더CA: N 2 cylinder CB: CF 4 (or C 2 F 6 , F 6 ) cylinder
CC : Ar 실린더 CD : N2O 실린더CC: Ar cylinder CD: N 2 O cylinder
CE : O2실린더CE: O 2 cylinder
본 발명은 고유전 특성을 가진 에스.티.오(STO;Strontium Titanate SrTiO3; 이하 STO라 칭함.) 및 비.티.오(BTO;Barium Titanate SrTiO3; 이하 BTO라 칭함.) 박막 제조방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 아민(Amin)기를 리건드(ligand)로 합성한 Sr 또는 Ba 소오스용 프리커서(Precusser)를 반응원료를 사용하며, 저압에서 고온으로 플라즈마를 여기시켜 STO 박막 또는 BTO 박막을 증착함으로써 고유전 특성을 가진 양호한 STO 박막 및 BTO 박막특성을 얻을 수 있는 고유전 STO 박막 및 BTO 박막 제조방법에 관한 것이다.According to the present invention, S. T.O (STO; Strontium Titanate SrTiO 3 ; hereinafter referred to as STO) and B. T. (BTO; Barium Titanate SrTiO 3 ; hereinafter referred to as BTO) thin film manufacturing method having high dielectric properties. And the apparatus, in particular, a precursor for Sr or Ba source synthesized with an amine (Amin) group as a ligand, using a reaction raw material, and excitation of plasma from low pressure to high temperature to form an STO thin film or BTO The present invention relates to a method for producing a high dielectric constant STO thin film and a BTO thin film capable of obtaining good STO thin films having high dielectric properties and BTO thin film properties by depositing thin films.
일반적으로 256M 및 1G 디램급 이상의 초고집적 반도체소자 캐패시터(Capacitor) 유전체막으로 STO 박막 또는 BTO 박막을 사용할 경우, 초고집적 소자에서도 낮은 높이의 전하저장전극(Storage Node)으로도 소자 작동에 필요한 충분한 충전용량(Capcitance)를 확보할 수 있으므로써, 공정을 단순화시킬 수 있고, 초고집적 소자 개발을 가능케 하며, 생산시 제조원자를 낮출수 있는 특징이 있다.In general, when the STO thin film or the BTO thin film is used as the ultra-high-density semiconductor device capacitor dielectric film of 256M and 1G DRAM or more, sufficient charge required to operate the device even with the low-level storage node even in the ultra-high density device Capacities can be secured, which simplifies the process, enables the development of ultra-high-density devices, and lowers manufacturing atoms in production.
고유전 특성을 가진 STO 박막 또는 BTO 박막을 제조하는 종래의 방법으로서, STO 또는 BTO 타켓을 이용한 스퍼터(Sputter) 방법과 반응원료를 유기용매에 녹여 코팅(Coating)하는 솔-겔(Sol-Gel)법 등이 주로 사용되어 오고 있다.Conventional method for producing STO thin film or BTO thin film having high dielectric properties, sputter method using STO or BTO target and Sol-Gel which melts and coats reaction materials in organic solvent Laws have been used mainly.
상기 종래의 방법들에 있어서, 성막된 박막이 초고집적 반도체소자 제조공정으로 응용되기에는 미세패턴상에서 피복성 문제, 치밀하지 않은 박막구조, 전기적 신뢰성등의 많은 문제점을 안고 있다.In the conventional methods, the thin film deposited has many problems such as coating problems, non-thin film structure, electrical reliability, and the like on the micropattern to be applied to the manufacturing process of the ultra-high density semiconductor device.
또한, 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 방법으로의 STO 박막 또는 BTO 박막 제조방법도 개발되고 있으나, 적용가능하고 완벽한 특성을 가지지 못하고 있으며, 특히 낮은 압력에서 플라즈마를 여기시켜 고온으로 박막을 증착하는 CVD 공정은 매우 어렵다.In addition, the STO thin film or BTO thin film manufacturing method by the chemical vapor deposition (CVD) method has also been developed, but it is not applicable and does not have perfect characteristics, in particular, by depositing the plasma at low pressure to deposit the thin film at high temperature The CVD process is very difficult.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 박막 제조장치에 공급되는 여러 성분의 반응원료에 알.에프(Radio Frequency; 이하 RF라 칭함) 파워를 인가하여 플라즈마를 여기시킴으로써, 다원계의 반응원료들이 증착반응에 쉽게 참여할 수 있는 상태가 되도록 물리적 에너지로 해리반응을 조장하고, 해리된 반응원료 이온들이 매우 낮은 압력에서 고온으로 증착반응을 일으킬 수 있도록 조장하는 공정조건을 설정하며, 반응원료들이 열화반응없이 재현성 있게 반응로에 도달하게 해주기 위해 아민기를 리건드(Ligand)로 붙여 공급하는 방식을 취하며, 고온에서 기화된 반응원료들의 기상반응을 억제하기 위한 샤워헤드의 온도제어 수단을 구비하고, 가스라인에 잔존하는 전류가스를 제거하면서 박막을 증착함으로써, 고유전 특성을 가진 양호한 STO 박막 또는 BTO 박막을 형성할 수 있는 고유전 STO 박막 및 BTO 박막 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention, in order to solve the above problems, by applying R. F (Radio Frequency (RF)) power to the reaction raw material of various components supplied to the thin film manufacturing apparatus to excite the plasma, the multi-system reaction Promote the dissociation reaction with physical energy so that the raw materials can easily participate in the deposition reaction, set the process conditions to promote the dissociation reaction raw material ions to the deposition reaction at a high temperature at a very low pressure, In order to reach the reactor reproducibly without deterioration reaction, the amine group is attached to Ligand and supplied, and it is equipped with temperature control means of the shower head to suppress the gas phase reaction of the reaction raw materials vaporized at high temperature. A good STO foil having high dielectric properties by depositing a thin film while removing current gas remaining in a gas line. Or to provide a dielectric STO thin film and the BTO thin film manufacturing method that can form a BTO thin film for the purpose.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 제조방법에 있어서, 벽면으로 내부를 둘러싸는 쳄버 몸체부와, 상기 쳄버 몸체부의 상부에 위치하며 박막형성용 반응원료가 삽입되는 매니폴드와, 상기 매니폴드내의 반응원료를 가스상태로 변화시켜 웨이퍼상에 분사시키는 샤워헤드와, 상기 샤워헤드와 웨이퍼 및 히터블럭 주위를 감싸며 상기 샤워헤드에서 분사된 가스가 넓게 확산되거나 진공포트 등으로 빨리 빠져 나가지 못하도록 하는 배플 가이드와, 웨이퍼의 상부에 위치하여 플라즈마를 형성할 수 있는 RF 일렉트로드용 플레이트를 구비하는 STO 및 BTO 박막 증착장치를 이용하여 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 제조하는 방법으로서, 상기 RF 일렉트로드용 플레이트에 RF 파워를 인가하여 플라즈마를 여기시킴으로써 다원계의 STO 또는 BTO용 반응원료들이 증착반응에 쉽게 참여할 수 있는 이온상태가 생성되도록 물리적 에너지로 해리반응을 유도하는 단계와, 상기 여기된 플라즈마에 의해 해리된 반응원료 이온들이 낮은 압력에서 고온으로 증착반응을 일으킬 수 있도록 공정조건을 설정하는 단계와, 상기 반응원료들이 저증기압과 고온하에서 열화반응없이 반응로에 공급되도록 아민기를 리건드로 붙여 반응원료를 공급하는 단계와, 고온에서의 열화반응 및 기상반응을 억제하기 위해 샤워헤드까지의 온도제어 수단을 구비하는 단계와, 반응로 내부에서 가스관에 남아있는 기화된 반응원료의 잔류가스를 퍼징가스로 사용하여 제거하면서 STO 또는 BTO 박막을 증착하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing STO and BTO thin films having high dielectric properties, comprising: a chamber body surrounding an interior with a wall, and a manifold in which a reaction raw material for thin film formation is inserted. A shower head for converting the folds and the reaction materials in the manifold into a gas state and spraying them onto a wafer; the gas sprayed from the shower head is widely spread around the shower head, the wafer, and the heater block; A method of manufacturing STO and BTO thin films having high dielectric properties by using a STO and BTO thin film deposition apparatus having a baffle guide to prevent rapid exit and a plate for RF electroload which is formed on the wafer to form plasma. By exciting the plasma by applying RF power to the RF electrode plate Inducing dissociation reaction with physical energy to generate an ionic state where raw STO or BTO reaction materials can easily participate in the deposition reaction, and deposit the reactant ions dissociated by the excited plasma at high pressure at low pressure. Setting a process condition to cause a reaction, supplying a reaction raw material by attaching an amine group with a ligand so that the reaction raw materials are supplied to a reactor without deterioration under low vapor pressure and high temperature, and deteriorating reaction and gas phase at high temperature In order to suppress the reaction to the step of providing a temperature control means to the shower head, and depositing the STO or BTO thin film while removing the remaining gas of the vaporized reaction raw material remaining in the gas pipe as a purging gas in the reactor It is characterized in that the configuration.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징은 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 증착장치에 있어서, 장치의 내부공간을 형성하기 위해 벽면으로 내부를 둘러싸는 쳄버 몸체부와, 상기 쳄버 몸체부의 상부에 위치하며 박막형성용 반응원료가 삽입되는 매니폴드와, 상기 매니폴드내의 반응원료를 가스상태로 변화시켜 웨이퍼상에 분사시키는 샤워헤드와, 상기 샤워헤드와 웨이퍼 및 히터블럭 주위를 감싸며 상기 샤워헤드에서 분사된 가스가 넓게 확산되거나 진공포트 등으로 빨리 빠져 나가지 못하도록 하는 배플 가이드와, 웨이퍼의 상부에 위치하여 플라즈마를 형성할 수 있는 RF 일렉트로드용 플레이트를 구비함에 있다.Another feature of the present invention for achieving the above object is a STO and BTO thin film deposition apparatus having a high dielectric property, the chamber body portion surrounding the inside with a wall surface to form the interior space of the device, and the upper portion of the chamber body portion A manifold in which a reaction material for forming a thin film is inserted, a shower head for converting the reaction material in the manifold into a gas state and spraying the same on a wafer, and surrounding the shower head, the wafer, and the heater block; A baffle guide is provided to prevent the injected gas from being diffused widely or quickly exits into a vacuum port or the like, and a plate for RF electroload is formed on the wafer to form a plasma.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 상세한 설명을 하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
제1도는 본 발명의 방법에 따른 박막증착용 장치의 구성을 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the configuration of a thin film deposition apparatus according to the method of the present invention.
먼저, 본 발명에 따른 박막증착용 장치의 주요구성 부분을 살펴보기로 한다.First, the main components of the thin film deposition apparatus according to the present invention will be described.
본 발명에 따른 박막 증착장치는 장치의 내부공간을 형성하기 위해, 벽면으로 내부를 둘러싸는 형태의 쳄버 몸체부(10)가 원형 또는 기타 다른 형상으로 형성되어 그 내부에 웨이퍼(3)를 수용하고, 수용된 웨이퍼(3)상에 박막을 증착하기 위한 내부공간을 형성하고 있다.In the thin film deposition apparatus according to the present invention, in order to form the internal space of the apparatus, the chamber body portion 10 having a shape enclosing the interior with a wall is formed in a circular or other shape to receive the wafer 3 therein. The inner space for depositing a thin film on the accommodated wafer 3 is formed.
상기 쳄버 몸체부(10)의 상부에 반응원료가 쳄버내부로 유입되는 통로인 매니폴드(Manifold)(6)가 형성된다.A manifold 6, which is a passage through which reaction raw materials flow into the chamber, is formed on the chamber body 10.
또한, 상기 매니폴드(6)의 하부에 가스상태의 원료를 분사시키는 가스 샤워헤드(Sher head)(4)를 설치하여 상기 매니폴드(6)로부터 나온 박막형성용 반응원료를 가스상태로 변화시켜 웨이퍼(3)상에 분사시킨다.In addition, a gas shower head 4 for injecting a gaseous raw material is provided below the manifold 6 to change the reaction raw material for forming a thin film from the manifold 6 into a gaseous state. Spray on (3).
쳄버내부의 웨이퍼(3) 및 상기 샤워헤드(4)를 둘러싸는 원통형의 배플 가이드(5)는 상기 샤워헤드(4)에서 분사된 가스가 넓게 확산되거나 진공포트(Vaccum port) 등으로 빨리 빠져 나가지 못하도록 하고 있다.The cylindrical baffle guide 5 surrounding the wafer 3 inside the chamber and the shower head 4 does not diffuse widely from the shower head 4 or quickly exits into a vacuum port or the like. Do not let it.
또한, 웨이퍼(3)의 상부로 RF 일렉트로드용 플레이트(Plate)(2)를 구비하여 플라즈마를 형성할 수 있도록 하고 있다.In addition, an RF electroload plate (Plate) 2 is provided on the wafer 3 to form a plasma.
상기 박막증착 장치에 있어서, 유기물과 수분이 휘발되고 안정한 STO 박막을 얻기위해 히터(1)에서 직접 열전하여 약 500∼600℃의 고온으로 웨이퍼(3)를 가열한다.In the above thin film deposition apparatus, the organic material and moisture are volatilized and the wafer 3 is heated at a high temperature of about 500 to 600 ° C. by direct thermoelectricity in the heater 1 to obtain a stable STO thin film.
또한, 가스흐름을 제어하고 증착반응에 참여하는 가스효율을 증가시키며, 플라즈마가 넓게 확장되는 것을 방지하기 위하여 배플 가이드(5)를 쳄버내부에 설치하여 1Torr 이하의 압력을 유지시킨다.In addition, in order to control the gas flow, increase the gas efficiency participating in the deposition reaction, and to prevent the plasma from widening, a baffle guide 5 is installed inside the chamber to maintain a pressure of 1 Torr or less.
가스 상태의 반응원료를 분사시키는 샤워헤드(4)에서 분사된 가스의 흐름과 무관하게 플라즈마를 여기시키기 위해 직경 1mm 와이어(wire) 형태의 2∼3mm 간격으로 배열된 메쉬(mesh)형의 RF 일렉트로드용 플레이트(2)를 사용하여 다원계 반응원료의 해리반응을 조장하기 위한 0.5∼1W/Cm2의 낮은 RF 파워를 사용한다.Mesh-type RF electro-array arranged at intervals of 2 to 3 mm in the form of a 1 mm wire in order to excite the plasma irrespective of the flow of the gas injected from the shower head 4 injecting the gaseous reaction raw material. A low RF power of 0.5 to 1 W / Cm 2 is used to promote the dissociation reaction of the multi-element reaction raw material using the plate 2.
또한 웨이퍼(3)내에 증착되는 박막의 균일도를 향상시키기 위해 샤워헤드(4)와 RF 일렉트로드용 플레이트(2)의 간격을 10∼50mm 유지할 수 있고, RF 일렉트로드용 플레이트(2)와 웨이퍼(3)와의 간격을 3∼10mm 정도 유지시키도록 한다.In addition, in order to improve the uniformity of the thin film deposited in the wafer 3, the distance between the showerhead 4 and the RF electroloading plate 2 can be maintained at 10 to 50 mm, and the RF electroloading plate 2 and the wafer 3 can be maintained. Keep the gap between 3 and 10 mm.
상기와 같이 구성된 본 발명의 박막증착용 장치로 고유전 특성을 가진 신뢰성있는 STO 박막 또는 BTO 박막을 증착하기 위한 박막 증착방법은 크게 다음 몇가지로 나누어 설명할 수 있다.The thin film deposition method for depositing a reliable STO thin film or BTO thin film having high dielectric properties with the thin film deposition apparatus of the present invention configured as described above can be largely divided into the following.
즉, 반응원료와 상기 반응원료의 공급방식과 관련한 부분, 박막증착과 관련된 부분, 박막증착의 재현성과 관련된 부분등으로 구분하여 설명할 수 있다.That is, it can be described by dividing the reaction raw material and the part related to the supply method of the reaction raw material, the part related to thin film deposition, the part related to the reproducibility of thin film deposition.
첫번째로 반응원료 및 공급방식과 관련하여 설명하기로 한다.First, the reaction raw material and the feeding method will be described.
먼저, Sr 소오스 또는 Ba 소오스는 대부분이 실온에서 고체상태를 유지하고 있으며, Ti 소오스는 실온에서 액체상태를 유지하고 있다.First, most of the Sr source or Ba source maintains a solid state at room temperature, and a Ti source maintains a liquid state at room temperature.
이때, 상기 Sr 소오스의 대표적인 것으로 Sr(thd)2, Sr(i-O-Pr)2등이 될 수 있고, Ba 소오스의 대표적인 것으로 Ba(thd)3, Sr(i-O-Pr)3등이 될 수 있고, Ti 소오스의 대표적인 것으로 Ti(i-O-Pr)4을 들 수 있다.At this time, the representative of the Sr source may be Sr (thd) 2 , Sr (iO-Pr) 2 , and the like, and the Ba source may be Ba (thd) 3 , Sr (iO-Pr) 3, etc. And Ti (iO-Pr) 4 as a representative example of a Ti source.
따라서, 상기 Sr 소오스 또는 Ba 소오스의 반응원료를 반응로(Reactor)까지 공급하기 위해서는 먼저, Sr 소오스 또는 Ba 소오스(BB)를 일정온도로 가열 유지할 수 있는 이소서멀 캐비넷(Isothermal Cabinet)에 보관하여 약 150℃∼200℃로 가열하여 Sr 소오스 또는 Ba 소오스가 승화(Subimation)될 수 있도록 한다.Therefore, in order to supply the reaction raw material of the Sr source or Ba source to the reactor, first, the Sr source or Ba source (BB) is stored in an isothermal cabinet that can be heated and maintained at a predetermined temperature. Heating to 150 ° C. to 200 ° C. allows the Sr source or Ba source to be sublimated.
Sr 소오스 또는 Ba 소오스를 반응로로 열적, 화학적으로 안정하게 공급하기 위한 방법으로 아민기 예컨데, NET3, NH3, NH2R(여기서 R은 알킬기를 통칭함)을 갖는 케미컬(Chemical)(BA)을 일정온도 예컨데, 약 50∼100℃로 가열하고, N2가스(CA)로 버블링(Bubbling)시켜 아민기를 갖고 있는 케미컬이 Sr 소오스 또는 Ba 소오스와 접촉, 반응하여 Sr 소오스 또는 Ba 소오스 프리커서(Precursor; 전구체)에 리건드(Ligand)로 달라붙은 화학반응을 일으키게 되며, 아민기가 붙어있는 기화된 Sr 소오스 또는 Ba 소오스는 고온에서도 열적, 화학적으로 안정하여 높은 증기압을 갖게 된다.Chemical (BA) having an amine group such as NET 3 , NH 3 , NH 2 R (where R collectively refers to an alkyl group) as a method for thermally and chemically stably feeding an Sr source or a Ba source to a reactor. ) Is heated to a constant temperature, for example, about 50 to 100 ° C., and bubbling with N 2 gas (CA) so that a chemical having an amine group is brought into contact with and reacts with an Sr source or a Ba source, thereby reacting with the Sr source or Ba source free. It causes a chemical reaction that adheres to Ligand on a cursor (Precursor; precursor), and the vaporized Sr source or Ba source having an amine group is thermally and chemically stable at high temperatures and thus has a high vapor pressure.
이때, STO 박막 또는 BTO 박막을 증착속도를 조절하기 위한 방법으로 Sr 소오스 또는 Ba 소오스 공급량을 조절하며, N2가스(CA) 유량속도와 아민기 케미컬(BA)의 히팅온도, Ba 또는 Sr 소오스의 히팅온도로써 조절할 수 있다.At this time, as a method for controlling the deposition rate of the STO thin film or BTO thin film to control the Sr source or Ba source supply amount, the N 2 gas (CA) flow rate and the heating temperature of the amine group (BA), Ba or Sr source It can be adjusted by heating temperature.
다음, Ti 소오스는 Ti(i-O-Pr)4를 사용하며, Ti 소오스의 공급량 조절은 히팅온도와 N2가스(CA) 유량속도로 조절한다.Next, the Ti source uses Ti (iO-Pr) 4 , and the supply amount of the Ti source is controlled by the heating temperature and the N 2 gas (CA) flow rate.
산화반응을 위한 산화 첨가제로서는 N2O 혹은 O2가스(CD)를 사용하여 반응로에 공급한다.As an oxidizing additive for the oxidation reaction, N 2 O or O 2 gas (CD) is used to supply the reactor.
기화된 Ba 또는 Sr 소오스 또는 Ti 소오스가 반응로까지 안정하게 도달되게 하기 위해 개별 가스관을 사용하며, 각각의 가스관 온도가 150℃∼200℃, 50℃∼100℃가 되도록 가열한다.In order to ensure that the vaporized Ba or Sr source or Ti source is stably reached to the reactor, individual gas pipes are used, and each gas pipe temperature is heated to 150 ° C to 200 ° C and 50 ° C to 100 ° C.
Ba 또는 Sr 소오스 또는 Ti 소오스 및 N2O(혹은 O2)는 매니폴드(6)에서 혼합되며, 기화된 반응원료의 열화반응을 억제하기 위해 약 200℃ 부근의 온도로 가열하며, 개별 Ba, Sr, Ti, N2O 가스관은 매니폴드(6)에서 섞여 반응로 샤워헤드(4)로 인입된다.Ba or Sr source or Ti source and N 2 O (or O 2 ) are mixed in the manifold 6 and heated to a temperature around 200 ° C. to suppress deterioration of the vaporized reaction raw material, individual Ba, Sr, Ti, N 2 O gas pipes are mixed in the manifold (6) and drawn into the reactor showerhead (4).
기화된 반응원료를 웨이퍼(3) 위에 일정하게 분사시키기 위한 샤워헤드(4)에 혼합된 반응원료가 인입될 때, 웨이퍼(3)를 고온으로 가열하기 위한 히터(1)에서 열이 전도되어 고온으로 됨에 따라 기상반응을 일으킬 수 있으므로 샤워헤드를 약 200℃∼250℃의 온도범위로 조절한다. 이를 위해 냉각매체로 예컨데, 물, 오일, 에어, N2등이 최외곽단 플레이트내에서 (8→9→8) 경로를 따라 골고루 흐르도록 한다.When the reaction raw material mixed in the shower head 4 for uniformly injecting the vaporized reaction raw material onto the wafer 3 is introduced, heat is conducted in the heater 1 for heating the wafer 3 to a high temperature, thereby causing a high temperature. As it can cause a gas phase reaction, the shower head is adjusted to a temperature range of about 200 ℃ to 250 ℃. To this end, as a cooling medium, for example, water, oil, air, N 2, etc. flow evenly along the path (8 → 9 → 8) in the outermost plate.
다음, 두번째로 증착관련 부분에 대해 살펴보기로 한다.Next, the second part will be described.
기화된 다원계 반응원료를 STO 박막 또는 BTO 박막으로 형성시키기 위해 고온의 저압에서 플라즈마를 여기시켜 증착하면, 양호한 피복성과 치밀한 박막구조, 균일조성을 가진 고유전 특성을 가진 양호한 박막을 얻을 수 있다.Exciting and depositing a plasma at high temperature and low pressure to form a vaporized multi-element reaction raw material into an STO thin film or a BTO thin film can provide a good thin film having high dielectric properties with good coating properties, a dense thin film structure, and a uniform composition.
따라서, C, O, H 원소를 가진 유기물계 반응원료를 사용함에 따라, 각각의 증착반응에 참여하는 반응 활성화 에너지 차이가 크며, 순수한 열에너지를 인가하여 증착반응을 유도하면, 일부 원소가 미량으로 증착되는 어려움이 있다.Therefore, as the organic reaction raw materials having C, O, and H elements are used, the difference in reaction activation energy participating in each deposition reaction is large, and when the deposition reaction is induced by applying pure thermal energy, some elements are deposited in a small amount. There is a difficulty.
따라서, 개별 반응원료의 반응 활성화 에너지 차이를 감소시키기 위한 방법으로는 RF 파워를 인가하여 플라즈마를 여기시키는 방법이 있다.Therefore, as a method for reducing the reaction activation energy difference of the individual reaction raw materials is a method of exciting the plasma by applying RF power.
즉, 13.56MHz의 고주파를 0.5∼1Watt/Cm2정도의 낮은 파워 밀도로 샤워헤드(4)에 인가가면, RF 파워는 샤워헤드(4)와 접속된 RF 일렉트로드용 플레이트 로드(Plate Rod)(2-R)와 RF 일렉트로드용 플레이트(2)에 동일 포텐셜(Potential)로 인가되게 된다.That is, when a high frequency of 13.56 MHz is applied to the shower head 4 at a low power density of about 0.5 to 1 Watt / Cm 2 , the RF power is a plate rod for the RF electrorod connected to the shower head 4. -R) and the RF electroload plate 2 are applied at the same potential.
그러나, 웨이퍼(3)를 가열하기 위한 히터(1)를 그라운드(Ground)로 연결되면 샤워헤드(4)와 무관하게 RF 일렉트로드용 플레이트(2)(웨이퍼(3) 포함)와 히터(1) 사이에서 플라즈마가 형성된다.However, when the heater 1 for heating the wafer 3 is connected to the ground, the heater 2 may be connected between the plate for RF electroload 2 (including the wafer 3) and the heater 1 regardless of the showerhead 4. In the plasma is formed.
이때, 양호한 특성을 가진 STO 박막 또는 BTO 박막을 얻기위한 공정조건 변경 변수로서, 샤워헤드(4)와 웨이퍼(3) 사이의 갭 스페이싱(Gap spacing)을 조절할 수 있고, 낮은 RF 파워 밀도에서도 쉽게 플라즈마가 형성될 수 있도록 RF 일렉트로드용 플레이트(2)의 샤워헤드(4)와의 거리와 무관하게 웨이퍼(3)와의 근접거리로 일정 간격으로 유지할 수 있다.In this case, the gap spacing between the showerhead 4 and the wafer 3 can be adjusted as a process condition change variable for obtaining an STO thin film or a BTO thin film having good characteristics, and the plasma can be easily maintained even at a low RF power density. Regardless of the distance to the showerhead 4 of the RF electroloading plate (2) to be formed can be maintained at a predetermined distance to the proximity to the wafer (3).
또한, 증착되는 박막이 양호한 피복성을 갖고 유기물과 수분 성분이 휘발된 치밀한 박막구조를 갖도록 하기 위해 약 1Torr 이하의 저압의 공정조건을 유지할 때, 샤워헤드(4)와 웨이퍼(3) 사이에서 가스흐름이 불균일 해지고 증착반응 참여 효율이 저하되는 현상과 플라즈마가 확장되어 불필요한 곳에서 부산물(By-product)로 STO 또는 BTO가 증착되는 것을 방지하기 위해 히터(1)에서 3∼5mm 간격 떨어진 전기 절연성 재질 예컨데, 세라믹, 석영 등의 절연성 재질로 된 배플 가이드(Baffle Guide)(5)를 사용한다.In addition, when maintaining a low pressure process condition of about 1 Torr or less so that the deposited thin film has a good coating property and a dense thin film structure in which organic substances and moisture components are volatilized, the gas between the shower head 4 and the wafer 3 is maintained. Electrically insulating material 3 to 5 mm apart from the heater 1 to prevent deposition of flow and non-uniformity of deposition reaction efficiency and the expansion of plasma to prevent deposition of STO or BTO as a by-product in unnecessary places. For example, a baffle guide 5 made of an insulating material such as ceramic or quartz is used.
이때, 대부분의 Ba 또는 Sr, Ti 소오스에는 많은 량의 카본(Carbon)과 산소, 수소 등을 내포하고 있으므로, 양호한 박막을 얻기 위해선 500℃ 이상의 고온에서 산화제 예컨데, O2, N2O 등과 같은 산화제를 첨가하여 유기물과 수분등의 불순물을 제거할 수 있다.At this time, since most Ba, Sr, and Ti sources contain a large amount of carbon, oxygen, hydrogen, etc., an oxidizing agent such as O 2 , N 2 O, etc. is used at a high temperature of 500 ° C. or higher to obtain a good thin film. It can be added to remove impurities such as organic matter and moisture.
웨이퍼(3)를 500℃ 이상의 고온으로 가열하기 위해 웨이퍼(3)가 직접 접촉되어 열전달될 수 있는 히터(Heater)(1)를 사용한다.In order to heat the wafer 3 to a high temperature of 500 ° C. or more, a heater 1 in which the wafer 3 is in direct contact and heat transfer is used.
세번째로, 증착되는 STO 또는 BTO 박막이 웨이퍼(3) 대 웨이퍼(3) 및 런 투 런(Run To Run)으로 양호한 재현성을 확보하기 위해서, 증착공정 이후에 가스관에 흡착되어 잔존하는 가스와 RF 일렉트로드용 플레이트(2)에 증착된 STO 또는 BTO 박막이 제거되어야 한다.Third, in order to ensure good reproducibility of the deposited STO or BTO thin film on the wafer 3 to the wafer 3 and the run-to-run, the gas remaining after the deposition process and the RF electrophores are absorbed. The STO or BTO thin film deposited on the plate 2 must be removed.
증착공정 후에 가스관에 잔존하는 가스를 제거하기 위한 퍼징(Purging) 공정은, N2가스(CA)나 N2캐리어(Carrier) 가스로 기화된 아민기 케미컬(BA)을 이용하여 Ti 소오스용 가스관, Sr 또는 Ba 소오스용 가스관에 불어 넣어주어 매니폴드(6)에서 집합되어 반응로와는 무관하게 퍼지라인(7)을 통해 펌프로 일정시간 예컨데, 수십초 내지 수분간 배출시킨다.Purging process for removing the gas remaining in the gas pipe after the deposition process, using a gas source for Ti source using an amine group chemical (BA) vaporized with N 2 gas (CA) or N 2 carrier gas, Blowing into the gas pipe for Sr or Ba source is collected in the manifold (6) and discharged for a predetermined time, for example, several tens of seconds to several minutes through the purge line (7) irrespective of the reactor.
상기 퍼징가스의 흐름은 다음과 같은 경로로 이뤄진다.The purge gas flows through the following path.
먼저, Sr 또는 Ba 소오스 라인 퍼지경로를 살펴보면, N2가스관(CA)에서 아민기 케미컬(BA)을 버블링하여, Sr 또는 Ba 소오스용 프리커서 용기(BB)를 지나 매니폴드(6)에서 퍼지라인(7)을 통해 펌프로 배출된다.First, looking at the Sr or Ba source line purge path, by bubbling the amine group (BA) in the N 2 gas pipe (CA), through the precursor vessel (BB) for Sr or Ba source, purge in the manifold (6) Discharge to the pump via line (7).
다음, Ti 소오스 라인 퍼지 경로를 살펴보면, N2가스관(CA)에서 Ti 소오스용 프리커서 용기(BC)를 지나 매니폴드(6)에서 퍼징라인(7)을 통해 펌프로 소진된다.Next, looking at the Ti source line purge path, the N 2 gas pipe (CA) is passed through the precursor source for BC source BC (BC) in the manifold (6) through the purging line (7) to the pump.
한편, 이전 박막증착 공정중에 증착된 RF 일렉트로드용 플레이트(2) 위의 STO 또는 BTO 박막을 제거하기 위해 웨이퍼(3) 로우딩(Loading) 없이 RF 일렉트로드용 플레이트(2)와 히터(1) 사이에 CF4나 C2F6, NF3, SF6, CCl4와 O2를 불어 넣어주면서 플라즈마를 여기시켜 RF 일렉트로드용 플레이트(2) 위의 STO 또는 BTO 박막을 제거시킨다. 상기와 같이 함으로써, 다음 증착공정중에 웨이퍼(3) 위에 형성되는 플라즈마의 포텐셜을 동일하게 유지할 수 있으며, 양호한 재현성을 확보할 수 있다.On the other hand, between the RF electroload plate 2 and the heater 1 without loading the wafer 3 to remove the STO or BTO thin film on the RF electroload plate 2 deposited during the previous thin film deposition process. The plasma is excited by blowing CF 4 or C 2 F 6 , NF 3 , SF 6 , CCl 4 and O 2 to remove the STO or BTO thin film on the plate for RF electroload (2). By doing the above, the potential of the plasma formed on the wafer 3 during the next deposition step can be kept the same, and good reproducibility can be ensured.
이상에서 상술한 바와 같이, 아민기를 리건드로 인-시튜(in-situ) 합성한 Sr 또는 Ba 소오스용 프리커서를 반응원료로 사용하며, 저압, 고온으로 플라즈마를 여기시켜 STO 또는 BTO 박막을 증착함으로써, 치밀한 박막, 양호한 피복성, 조성제어가 용이한, 불순물이 배제된 양호한 고유전 특성을 가진 STO 또는 BTO 박막 특성을 얻을 수 있다.As described above, by using the precursor for Sr or Ba source synthesized in-situ with the amine group as a reaction raw material, by depositing the STO or BTO thin film by exciting the plasma at low pressure, high temperature It is possible to obtain STO or BTO thin film properties having good high dielectric properties without impurities, dense thin film, good coating property and easy composition control.
또한, 반응로와 무관하게 가스관에 잔존하는 반응원료를 퍼징함으로써 재현성을 확보할 수 있으며, 배플 가이드와 RF 일렉트로드용 플레이트를 사용하여 증착반응의 효율을 증가시키며, 불안전한 반응에 의해 형성된 부산물이 웨이퍼에 달라 붙지 않게 할 수 있다.In addition, reproducibility can be ensured by purging the remaining reaction material in the gas pipe regardless of the reactor, and the efficiency of the deposition reaction is increased by using the baffle guide and the plate for the RF electroload, and the by-product formed by the unsafe reaction is a wafer. You can keep it from sticking to it.
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