KR100624391B1 - 알루미늄 실리케이트 박막 형성 방법 - Google Patents

알루미늄 실리케이트 박막 형성 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100624391B1
KR100624391B1 KR1020040103662A KR20040103662A KR100624391B1 KR 100624391 B1 KR100624391 B1 KR 100624391B1 KR 1020040103662 A KR1020040103662 A KR 1020040103662A KR 20040103662 A KR20040103662 A KR 20040103662A KR 100624391 B1 KR100624391 B1 KR 100624391B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silicon
thin film
aluminum
chamber
deposition
Prior art date
Application number
KR1020040103662A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20060064967A (ko
Inventor
임정욱
윤선진
이진호
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020040103662A priority Critical patent/KR100624391B1/ko
Publication of KR20060064967A publication Critical patent/KR20060064967A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100624391B1 publication Critical patent/KR100624391B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/401—Oxides containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/401—Oxides containing silicon
    • C23C16/402—Silicon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/403—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45536—Use of plasma, radiation or electromagnetic fields
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

본 발명은 플라즈마 원자층 증착법(PEALD))을 이용한 알루미늄 실리케이트(알루미늄과 실리콘 산화물) 박막 형성 방법에 관한 것으로, 알루미늄 산화물과 실리콘 산화물의 증착 사이클을 1:1, 1:2, 1:3과 같이 작은 정수비로 제어하므로써 상호 촉매작용에 의해 증착속도가 향상되고 사이클 바에 따라 실리콘의 함량이 조절될 수 있다. 150 ℃ 이하의 저온에서도 우수한 특성을 나타내며, 알루미늄 산화물을 이용하는 경우보다 플라스틱 기판과 무기물 박막 간의 잔류응력이 적으며, 열팽창 계수도 낮다. 또한, 알루미나 산화물보다 식각속도가 빠르기 때문에 폴리실리콘이나 금속박막에 대해 높은 식각 선택비를 갖는다.
알루미늄 실리케이트, 플라즈마 원자층 증착법, 사이클, 증착속도, 잔류응력

Description

알루미늄 실리케이트 박막 형성 방법 {Method for forming aluminum silicate thin film}
도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 실리케이트 박막 형성 방법을 설명하기 위한 공정도.
도 2는 사이클 수에 따른 알루미늄 산화막과 알루미늄 실리케이트 박막의 두께 변화를 나타낸 그래프.
도 3은 사이클 비에 따른 알루미늄 실리케이트 박막의 증착속도와 식각속도의 변화를 나타낸 그래프.
도 4는 사이클 비에 따른 알루미늄 실리케이트 박막의 증착속도 변화를 나타낸 그래프.
도 5는 사이클 비에 따른 알루미늄 실리케이트 박막의 실리콘 함량 변화를 나타낸 그리프.
도 6a 및 도 6b는 플라스틱 기판에 증착된 알루미늄 산화막과 알루미늄 실리케이트 박막의 잔류응력을 설명하기 위한 단면도.
본 발명은 반도체 소자나 디스플레이 소자 또는 바이오 소자에 적용되는 알루미늄 실리케이트(알루미늄과 실리콘 산화물) 박막 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마 원자층 증착법(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition; PEALD)을 이용한 알루미늄 실리케이트 박막 형성 방법에 관한 것이다.
최근들어 플라스틱 기판을 사용하여 구부리거나 휠 수 있으며 의복에 부착이 가능한 반도체 소자나 디스플레이 소자 또는 바이오 소자를 구현하는 기술이 개발되고 있다.
플라스틱 기판을 사용하는 경우 기판 상에 무기절연막을 증착하려면 150 ℃ 이하의 온도에서 공정이 진행되어야 한다 ["Thin Solid Films", 430, pp 15 (2003) 참조]. 150 ℃ 이하의 저온에서 박막을 성장시키더라도 플라스틱 기판과 무기절연막의 열팽창 계수 차이로 인해 잔류응력이 발생한다. 따라서 잔류응력을 감소시킬 수 있는 박막 형성 방법이 필요하다.
일반적으로 저온에서는 박막의 제반 특성이 저하되고, 박막의 조밀도가 감소한다. 플라스틱 기판을 사용하는 경우 150 ℃ 이하의 저온에서 증착이 이루어져야 하기 때문에 이러한 특성 저하는 매우 급격하게 나타난다. 절연막의 경우 증착 온도가 감소하면 급격히 누설전류가 증가하고 유전상수가 감소하며, 또한 증착속도도 감소하게 된다.
미국특허 제6,723,642호(J.W. Lim et al., 2004)는 플라즈마를 이용한 원자층 증착법(PEALD)으로 저온에서 우수한 특성을 나타내는 알루미늄 산화막(Al2O3)을 형성하였다. 그러나 플라스틱 기판 상에 알루미늄 산화막을 형성하면 어느 정도의 잔류응력이 존재한다고 보고되었다 [Electrochemical and Solid State Letters, 7, pp C13, 2004 참조].
원자층 증착법을 이용하면 특히, 200 ℃ 이하의 온도에서는 실리콘 산화막을 증착하기 매우 힘든 것으로 보고되었으나, 유기물이나 암모니아 촉매를 사용하여 실리콘 산화막을 형성한 보고가 있었다 [SCIENCE, 278, pp. 1934, 1997]. 촉매를 사용하지 않는 경우 실리콘 산화막의 형성이 거의 불가능한 것으로 알려져있다.
실리케이트(실리콘과 다른 산화물의 화합물)의 경우 실리콘과 다른 금속이 포함된 전구체가 개발되어 박막의 증착이 가능하지만, 조성을 제어하기 어려우며, 온도에 따라 조성이 변화되는 문제점이 있다 [S. W. Rhee et al., 미국특허 제2003/0203126호, 2003 참조]. 또한, 시드층(seed layer)을 이용하여 실리케이트를 형성하는 방법도 제시되었으나, 조성을 미세하게 조절하기 어려운 단점이 있다 [J. Ramdani et al., 미국특허 제2002/0197881호, 2002 참조].
본 발명의 목적은 저온에서 증착이 가능하며, 잔류응력이 적고, 조성을 용이하게 조절할 수 있는 알루미늄 실리케이트 박막 형성 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 챔버 내부에 기판을 장착하는 제 1 단계, 상기 기판 상에 알루미늄 산화물을 증착하는 제 2 단계, 상기 알루미늄 산화물 상에 실리콘 산화물을 증착하는 제 3 단계를 포함하며, 상기 제 2 단계와 상기 제 3 단계가 m:n의 비율로 교대로 진행되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 단계는 상기 챔버 내부로 알루미늄 전구체를 공급하는 단계, 상기 챔버 내부를 1차 정화시키는 단계, 상기 챔버 내부로 산소 플라즈마를 공급하여 상기 알루미늄 산화물이 증착되도록 하는 단계, 상기 챔버 내부를 2차 정화시키는 단계를 포함하며, 상기 제 3 단계는 상기 챔버 내부로 실리콘 전구체를 공급하는 단계, 상기 챔버 내부를 1차 정화시키는 단계, 상기 챔버 내부로 산소 플라즈마를 공급하여 상기 실리콘 산화물이 증착되도록 하는 단계, 상기 챔버 내부를 2차 정화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 특히 150 ℃ 이하의 저온 공정이 요구되는 플라스틱 기판을 사용하는 경우 유용하게 적용할 수 있는 알루미늄 실리케이트 박막 형성 방법을 제공한다.
원자층 증착법의 경우 한 사이클이 여러 개의 펄스로 구성되고, 각 반응가스가 시분할로 공급되므로 실리콘 산화물(SiO2)을 알루미늄 산화물과 교대로 공급할 수 있다. 본 발명은 플라즈마 원자층 증착법(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition; PEALD)을 이용하여 알루미늄 산화물과 실리콘 산화물의 증착 사이클 수를 제어함으로써 실리콘 함량을 조절할 수 있도록 한다. 실리콘의 함량을 조절하면 플라스틱 기판과 무기박막 사이의 잔류응력이 감소되고 열팽창 계수도 감소하는 효과를 얻을 수 있으며, 식각속도가 향상되어 식각 선택비가 향상되는 효과도 역시 기대할 수 있다.
그러면 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서, 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄 실리케이트 박막 형성 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
알루미늄 산화물과 실리콘 산화물을 증착하기 위한 서브 사이클(sub-cycle)은 각각 4개의 펄스로 구성된다. 즉, 전구체 주입, 불활성 기체를 이용한 퍼지(purge), 산소 플라즈마 공급, 퍼지 공정으로 이루어진다.
알루미늄 산화물이 m 서브 사이클에 의해 증착되고, 실리콘 산화물이 n 서브 사이클에 증착된다고 가정하면(여기서, m, n은 정수), 한 사이클은 m+n 개의 서브 사이클로 구성된다. 이를 (m, n)으로 표시한다면, (1, 2)는 한 사이클에 한번의 알루미늄 산화물 증착 서브 사이클과 두번의 실리콘 산화물 서브 사이클로 구성됨을 의미한다.
먼저, 플라즈마 원자층 증착 장비의 챔버 내부에 플라스틱 기판을 장착한 다음 상기 챔버 내부로 알루미늄(Al) 전구체를 공급한다. 그리고 불활성 기체를 이용하여 상기 챔버 내부를 정화시킨 다음 상기 챔버 내부로 산소(O2) 플라즈마를 공급하여 상기 기판 상에 알루미늄 산화물이 증착되도록 한 후 상기 챔버 내부를 정화시킨다.
다음으로, 상기 챔버 내부로 실리콘(Si) 전구체를 공급한 후 상기 챔버 내부를 정화시킨다. 그리고 상기 챔버 내부로 산소(O2) 플라즈마를 공급하여 상기 알루미늄 산화물 상에 실리콘 산화물이 증착되도록 한 후 상기 챔버 내부를 정화시킨다.
상기와 같이 알루미늄 산화물 증착 단계(m)와 실리콘 산화물 증착 단계(n)를 m:n의 비율로 교대로 진행한다. 이 때 상기 m:n은 1:1, 1;2, 1;3과 같이 작은 정수비가 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 알루미늄(Al) 전구체로는 Trimethyl Aluminum(TMA) 등을 사용하며, 상기 실리콘(Si) 전구체로는 TEOS, Tetramethyl Silicon(TMS), Tetraethyl Silicon(TES), Tetradimethylamino Silicon(TDMAS) 또는 Tetraethylmethylamino Silicon(TEMAS)을 사용한다. 상기 정화 공정은 아르곤(Ar)과 같은 불활성 기체를 이용하여 진행하며, 상기 산소(O2) 플라즈마는 산소, 질소 및 아르곤을 포함하는 반응가스를 이용하여 생성한다.
도 2는 사이클 수에 따른 알루미늄 실리케이트 박막(선 1)과 알루미늄 산화막(선 2)의 증착 두께 변화를 나타낸 그래프로서, 알루미늄 실리케이트 박막(선 1)의 경우 기울기가 크게 나타났다. 초기에는 알루미늄 산화막이 같은 사이클 수에서 더 두껍게 증착되지만, 소정의 사이클 수(약 200 사이클)가 경과하면 증착두께가 증가하여 알루미늄 실리케이트 박막이 더 두껍게 증착됨을 알 수 있다.
도 3은 사이클 비에 따른 알루미늄 산화막과 실리콘 산화막의 증착속도 및 식각속도의 변화를 나타낸 그래프이다.
그래프에서 사이클 비 0.5는 (2,1), 1.0은 (1,1), 2.0은 (1,2), 3.0은 (1,3)인 조건을 나타내며, 150 ℃의 온도에서 증착이 이루어졌다. 초기값(사이클 비 0, 0)에서는 실리콘 산화물은 증착하지 않고 알루미늄 산화물 만을 증착하였다. 사이클 비가 증가할수록 즉, 실리콘 산화물의 증착 사이클 비가 증가할수록 증착속도가 증가하였다. 실리콘 산화물 만을 증착하는 경우에는 증착속도가 거의 0에 가까운 값이었는데, 이는 상호 간의 촉매 작용을 의미한다.
식각은 불산 용액을 이용한 습식식각으로 진행하였다. 실리콘 산화물의 증착 사이클 수가 증가할수록 식각속도도 함께 증가함을 알 수 있다. 하지만, 누설전류를 측정한 결과 실리콘 산화물의 증착 사이클 수가 증가하면 오히려 누설전류가 약간 감소하는 결과를 보였다. 따라서 전기적 특성이 저하되지 않으며 식각속도가 증가함을 알 수 있었고, 상대적으로 다른 박막 예를 들면, 폴리실리콘이나 알루미늄 금속에 대한 식각 선택비가 상대적으로 향상될 것으로 보인다.
도 4는 각기 다른 증착 온도에서 사이클 비에 따른 증착속도의 변화를 나타낸 그래프이다.
증착 온도가 낮아질수록 증착속도는 향상됨을 알 수 있다. 이러한 변화는 알루미늄 산화막이 증착되는 경우에도 관찰되었다 [J.W. Lim et al., 미국특허 제6,723,642호, 2004 참조].
도 5는 사이클 수에 따른 실리콘의 함량 변화를 나타낸 그래프로서, 실리콘의 증착 사이클 수가 증가하면 실리콘의 함량도 증가한다. 따라서 사이클 비를 조 절하면 실리콘의 함유량을 제어할 수 있게 된다.
또한, 사이클 비가 같은 (1, 1)의 조건과, (10, 10)의 조건을 비교할 때 (1, 1)의 조건에서 더 많은 실리콘이 함유되었다. 따라서 사이클 수가 1:1, 1:2, 1:3과 같이 작은 정수비에서 촉매 작용이 더 활발히 이루어짐을 알 수 있고, (1, 1)의 조건에서의 증착속도가 (10, 10)의 조건에서보다 더 높았다.
도 6a 및 도 6b는 잔류응력을 확인하기 위한 실험으로, 150 ℃의 온도에서 플라스틱 기판에 알루미늄 산화막(Al2O3)(도 6a)과 알루미늄 실리케이트 박막(AlSiO)(도 6b)을 각각 증착하고, 상온에서 냉각시켜 밴딩(bending)된 크기를 측정한 상태를 도시한다.
열팽창 계수의 차이로 인하여 응력만큼 밴딩이 발생한다. 기판 표면의 중심에서 플라스틱 기판과 박막의 휘어진 호의 중심까지의 거리를 d라고 하면, 응력은 d에 비례하게 된다. 실험 결과 알루미늄 실리케이트 박막의 경우 (1, 1)인 조건에서 약 20 내지 30%의 응력 감소를 나타내었다.
이상에서와 같이 상세한 설명과 도면을 통해 본 발명의 최적 실시예를 개시하였다. 상기 실시예에서는 알루미늄 실리케이트 박막에 대해서만 설명하였으나, 본 발명은 티타늄(Ti) 등의 금속을 이용한 금속 실리케이트 박막 형성에도 적용될 수 있다. 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 플라즈마 원자층 증착법(PEALD)을 이용한 알루미늄 실리케이트 박막 형성 과정에서 알루미늄 산화물과 실리콘 산화물의 증착 사이클을 1:1, 1:2, 1:3과 같이 작은 정수비로 제어한다. 따라서, 첫째, 상호 촉매작용에 의해 증착속도가 향상되고 실리콘의 함량이 사이클 비에 따라 조절될 수 있다. 둘째, 150 ℃ 이하의 저온에서도 우수한 특성을 나타내며, 알루미늄 산화물을 이용하는 경우보다 플라스틱 기판과 무기물 박막 간의 잔류응력이 적으며, 열팽창 계수도 낮다. 셋째, 알루미나 산화물보다 식각속도가 빠르기 때문에 폴리실리콘이나 금속박막에 대해 높은 식각 선택비를 갖는다.
또한, 본 발명에 따라 실리콘 함량을 조절하면 본 발명의 알루미늄 실리케이트 박막을 게이트 절연막 뿐 아니라 완충층이나 커패시터의 유전체막으로 사용할 수 있다. 특히, 결정화될 비정질 실리콘이 형성되는 절연층으로 이용될 경우 완충층 역할을 하는 절연층의 특성에 따라 실리콘층의 특성이 결정되는데, 알루미늄 산화물의 경우 열팽창 계수가 비교적 커서 실리콘이나 실리콘 산화물과의 차이로 인하여 열 공정에서 박막의 이탈 현상이 유발되거나 벗겨짐이 발생하지만, 본 발명의 알루미늄 실리케이트 박막을 이용하면 열팽창 계수를 낮추어 이와 같은 현상을 방지하고 응력을 감소시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 챔버 내부에 기판을 장착하는 제 1 단계,
    상기 기판 상에 알루미늄 산화물을 증착하는 제 2 단계,
    상기 알루미늄 산화물 상에 실리콘 산화물을 증착하는 제 3 단계를 포함하며, 상기 제 2 단계와 상기 제 3 단계가 m:n의 비율로 교대로 진행되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 실리케이트 박막 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 알루미늄 실리케이트 박막 형성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 단계는 상기 챔버 내부로 알루미늄 전구체를 공급하는 단계,
    상기 챔버 내부를 1차 정화시키는 단계,
    상기 챔버 내부로 산소 플라즈마를 공급하여 상기 알루미늄 산화물이 증착되도록 하는 단계,
    상기 챔버 내부를 2차 정화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 실리케이트 박막 형성 방법.
  4. 제 3 에 있어서, 상기 알루미늄 전구체는 Trimethyl Aluminum(TMA)인 것을 특징으로 하는 알루미늄 실리케이트 박막 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 단계는 상기 챔버 내부로 실리콘 전구체를 공급하는 단계,
    상기 챔버 내부를 1차 정화시키는 단계,
    상기 챔버 내부로 산소 플라즈마를 공급하여 상기 실리콘 산화물이 증착되도록 하는 단계,
    상기 챔버 내부를 2차 정화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 실리케이트 박막 형성 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 실리콘 전구체는 TEOS, Tetramethyl Silicon(TMS), Tetraethyl Silicon(TES), Tetradimethylamino Silicon(TDMAS) 및 Tetraethylmethylamino Silicon(TEMAS) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 알루미늄 실리케이트 박막 형성 방법.
  7. 제 3 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 산소 플라즈마를 생성하기 위해 산소, 질소 및 아르곤을 포함하는 반응가스가 사용되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 실리케이트 박막 형성 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 m:n은 1:1, 1:2, 1:3인 것을 특징으로 하는 알루미 늄 실리케이트 박막 형성 방법.
KR1020040103662A 2004-12-09 2004-12-09 알루미늄 실리케이트 박막 형성 방법 KR100624391B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040103662A KR100624391B1 (ko) 2004-12-09 2004-12-09 알루미늄 실리케이트 박막 형성 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040103662A KR100624391B1 (ko) 2004-12-09 2004-12-09 알루미늄 실리케이트 박막 형성 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060064967A KR20060064967A (ko) 2006-06-14
KR100624391B1 true KR100624391B1 (ko) 2006-09-18

Family

ID=37160319

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040103662A KR100624391B1 (ko) 2004-12-09 2004-12-09 알루미늄 실리케이트 박막 형성 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100624391B1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9564286B2 (en) * 2014-08-14 2017-02-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of forming thin film of semiconductor device
KR102362534B1 (ko) * 2014-12-08 2022-02-15 주성엔지니어링(주) 기판 처리방법
US10651080B2 (en) 2016-04-26 2020-05-12 Lam Research Corporation Oxidizing treatment of aluminum nitride films in semiconductor device manufacturing
US10049869B2 (en) * 2016-09-30 2018-08-14 Lam Research Corporation Composite dielectric interface layers for interconnect structures
US9859153B1 (en) 2016-11-14 2018-01-02 Lam Research Corporation Deposition of aluminum oxide etch stop layers

Also Published As

Publication number Publication date
KR20060064967A (ko) 2006-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4403824B2 (ja) シリコン窒化膜の成膜方法
JP5775947B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置およびプログラム
US6740977B2 (en) Insulating layers in semiconductor devices having a multi-layer nanolaminate structure of SiNx thin film and BN thin film and methods for forming the same
KR100647442B1 (ko) 원자층 증착법을 이용한 박막 형성방법
US8828890B2 (en) Method for depositing cyclic thin film
US9899211B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus and non-transitory computer-readable recording medium
JP5287964B2 (ja) 成膜方法及び成膜装置
KR100539274B1 (ko) 코발트 막 증착 방법
US7547952B2 (en) Method for hafnium nitride deposition
JP6035166B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
US8815751B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device, method of processing substrate, substrate processing apparatus and non-transitory computer-readable recording medium
KR20050072959A (ko) 질화실리콘막을 형성을 위한 질소화합물 및 이를 이용한질화실리콘 막의 형성방법
JP2015082525A (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
KR20090016403A (ko) 실리콘 산화막 증착 방법
KR20020044422A (ko) 원자층 증착 방법에 의한 박막 형성 방법
KR20020096798A (ko) 트리스디메틸아미노실란을 이용한 원자층 적층으로실리콘을 함유하는 박막을 형성하는 방법
US6436822B1 (en) Method for making a carbon doped oxide dielectric material
US20130101752A1 (en) Method for depositing cyclic thin film
US20080107825A1 (en) Film-Forming Method and Recording Medium
KR20140114762A (ko) 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체
KR20090092728A (ko) 원자층 증착 기술을 이용한 도핑 방법
US20200263297A1 (en) Deposition of oxides and nitrides
KR20160103952A (ko) 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램
KR100624391B1 (ko) 알루미늄 실리케이트 박막 형성 방법
JP2014075491A (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置、およびプログラム

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20100901

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee