KR100633333B1 - Composition Calculation Method for Multi Component Thin Film by Atomic Layer Deposition - Google Patents
Composition Calculation Method for Multi Component Thin Film by Atomic Layer Deposition Download PDFInfo
- Publication number
- KR100633333B1 KR100633333B1 KR1020050014976A KR20050014976A KR100633333B1 KR 100633333 B1 KR100633333 B1 KR 100633333B1 KR 1020050014976 A KR1020050014976 A KR 1020050014976A KR 20050014976 A KR20050014976 A KR 20050014976A KR 100633333 B1 KR100633333 B1 KR 100633333B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- thin film
- composition
- gas
- purge gas
- thickness
- Prior art date
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]
- 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
- C23C16/45531—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 specially adapted for making ternary or higher compositions
-
- 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
- C23C16/50—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 using electric discharges
- C23C16/513—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 using electric discharges using plasma jets
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
비파괴적인 방법으로 단원자증착에 의해 형성될 다성분계 박막의 조성을 추정할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 것으로, 본 발명은 박막을 구성하는 성분 층의 단위 사이클(Cycle) 당 박막 성장률(Growth rate) 및 박막의 밀도(Film Density)를 측정하고, 이를 통해 두께 팩터(Thickness Factor, R) 및 농도 팩터(Concenration Factor, C)의 구한 다음, 이를 통해 성분 원소로 하는 최종 다성분계 박막의 조성비를 계산하는 것이다. 초기 소스가스의 피딩율(m : n)로 부터 두께 팩터(R)를 이용하여 두께 율(Thickness Ratio)로 전환한 후 다시 최종적으로 농도 팩터(C)를 감안하여 조성비를 계산하는 것이다. 본 발명에서의 조성 추정법을 이용하면 다성분계 박막의 조성을 비파괴적으로 정확히 예측하는 것이 가능하며 또한 원하는 조성의 박막을 형성하기 위하여 필요한 Hf/Al 피딩율(m:n)을 정확히 설계하는 것이 가능하다.To provide a method for estimating the composition of a multi-component thin film to be formed by monoatomic deposition in a non-destructive manner, the present invention provides a thin film growth rate per unit cycle (Cycle) of the component layer constituting the thin film and It is to measure the density of the thin film, calculate the thickness factor (R) and the concentration factor (C) through this, and then calculate the composition ratio of the final multicomponent thin film as the component element. . The composition ratio is calculated by considering the concentration factor (C) after converting from the initial source gas feeding rate (m: n) to the thickness ratio (Thickness Ratio) using the thickness factor (R). Using the composition estimation method of the present invention, it is possible to accurately and nondestructively predict the composition of a multicomponent thin film, and to accurately design the Hf / Al feeding rate (m: n) necessary to form a thin film having a desired composition.
단원자증착법, 조성, 두께, 농도 Monolithic vapor deposition, composition, thickness, concentration
Description
도 1은 HfO2 및 Al2O3의 성장율(Growth rate)(즉, 두께 팩터)를 구하기 위한 실험 결과 그래프.1 is a graph of experimental results for obtaining the growth rate (ie, thickness factor) of HfO 2 and Al 2 O 3 .
도 2는 초기 Hf/Al의 소스 피딩율(m : n)로 부터 두께 팩터(R)를 이용하여 두께 율(Thickness Ratio)로 전환한 후 다시 최종적으로 농도 팩터(C)를 감안하여 조성비를 계산한 결과를 나타낸 도표.2 shows the composition ratio calculated from the initial Hf / Al source feeding rate (m: n) to the thickness ratio (T) using the thickness factor (R) and finally considering the concentration factor (C). Chart showing results.
도 3은 본 발명에 의해 계산된 Hf/Al의 조성비를 실제 ICP-MS 법과 비교한 도표.3 is a chart comparing the composition ratio of Hf / Al calculated by the present invention with the actual ICP-MS method.
도 4는 도 3을 그래프화 도면.4 is a graph of FIG. 3.
본 발명은 단원자 증착법(Atomic Layer Deposition)에 의해 다성분계(Multi Component) 박막을 형성할 때 박막을 구성하는 원자들의 상대적인 조성비를 실험을 통해 정확히 계산하고 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for accurately calculating and controlling the relative composition ratio of atoms constituting a thin film through experiments when forming a multi-component thin film by atomic layer deposition.
최근에 DRAM 소자의 유전체 및 게이트 절연막을 단원자 증착법(ALD : Atomic Layer Deposition))으로 형성하고 있다. 이는 기존의 화학기상 증착법(CVD : Chemical Vapor Deposition)에 비해 계단도포성(Conformality)이 우수하고 저온 공정으로 박막의 특성이 우수하기 때문이다. Recently, dielectric and gate insulating films of DRAM devices have been formed by atomic layer deposition (ALD). This is because compared with the conventional chemical vapor deposition (CVD: Chemical Vapor Deposition) is excellent in the step (conformality) and the characteristics of the thin film in the low temperature process.
또한 최근에는 박막의 특성을 개선하기 위하여 기존의 HfO2, Al2O3 또는 TiN과 같은 단일 원자의 산화물 또는 질화물 박막 외에 이들의 성능을 향상시키기 위하여 두개 이상의 원자가 섞인 HfxAlyOz, AlxTayOz, AlxZryOz, SrTiO3 등의 다성분계 유전체가 박막이 연구 개발되고 있다. Recently, in order to improve the properties of thin films, in addition to conventional oxide or nitride thin films of HfO 2 , Al 2 O 3 or TiN, Hf x Al y O z , Al mixed with two or more atoms to improve their performance Thin-film dielectrics such as x Ta y O z , Al x Zr y O z , and SrTiO 3 are being researched and developed.
그런데 이들 박막의 특성은 박막을 구성하는 성분 원소의 조성에 크게 좌우되기 때문에 박막의 조성을 신뢰성 있게 예측하고 조절하는 것이 매우 중요하다. However, since the properties of these thin films are highly dependent on the composition of the constituent elements constituting the thin film, it is very important to predict and adjust the composition of the thin film reliably.
그러나 현재 단원자 증착법으로 형성되는 다성분계 박막의 조성을 비파괴적으로 신뢰성 있게 예측하고 제어하는 방법이 없는 상태이다. 즉, 종래에는 ICP-MS나 RBS 등의 파괴적 분석법을 이용한 Out-Line 조성 분석법이 제안되어 있을 뿐, 실험적 기법을 통해 박막의 조성을 예측하고 제어하는 방법이 없었다.However, there is currently no method for nondestructively predicting and controlling the composition of multicomponent thin films formed by monoatomic deposition. That is, conventionally, an out-line composition analysis method using a destructive analysis method such as ICP-MS or RBS has been proposed, and there is no method for predicting and controlling the composition of a thin film through experimental techniques.
본 발명은 단원자증착에 의해 형성될 다성분계 박막의 원자들간 조성비를 비파괴적인 방법으로 추정할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a method for estimating the composition ratio between atoms of a multicomponent thin film to be formed by monoatomic deposition in a non-destructive manner.
본 발명의 기본적인 원리는 박막을 구성하는 성분 층의 단위 사이클(Cycle) 당 박막 성장률(Growth rate) 및 박막의 밀도(Film Density)를 측정하고, 이를 제안하는 방법으로 두께 팩터(Thickness Factor, R) 및 농도 팩터(Concentration Factor, C)의 구한 다음, 이를 통해 성분 원소로 하는 최종 다성분계 박막의 원자들간 조성비를 계산하는 것이다.The basic principle of the present invention is to measure the film growth rate and film density per unit cycle of the component layers constituting the thin film, and propose a thickness factor (R) as a method of proposing the same. And the concentration factor (C), and then calculate the composition ratio between atoms of the final multicomponent thin film as the component element.
본 발명은, A의 소스가스, 퍼지 가스, D의 반응가스, 퍼지가스의 피딩 순서를 m회(m≥1의 정수 임) 실시하고, B의 소스가스, 퍼지 가스, D의 반응가스, 퍼지가스의 피딩 순서를 n회(n≥1의 정수 임)을 실시하는 것을 단위 사이클로 하는 단원자증착(ALD)에 의해 증착되며, A원소(A는 Al, Hf, Zr, Nb, Ta, La, Ti, Dy, Pr, Sr, Ba 및 Bi의 그룹으로 부터 선택된 어느 하나 임)과, B원소(B는 상기 A성분이 제외된 상기 그룹에서 선택된 어느 하나 임)를 포함하는, AxByDz (D는 O 또는 N 을 포함 함) 유전체 박막에 대한 B/A의 조성비 추정 방법에 있어서,
상기 n을 소정의 정수 값으로 고정하고 상기 m의 값을 변화시키면서 상기 단위 사이클을 수행하여, B에 대한 A의 조성을 달리한 복수의 제1박막 샘플들을 형성하는 단계;
상기 복수의 제1박막 샘플들에 대한 두께 변화에 대한 기울기를 계산하여 제1박막에 대한 두께 팩터(RAD)을 구하는 단계;
상기 m을 소정의 정수 값으로 고정하고 상기 n의 값을 변화시키면서 상기 단위 사이클을 수행하여, A에 대한 B의 조성을 달리한 복수의 제2박막 샘플들을 형성하는 단계;
상기 복수의 제2박막 샘플들에 대한 두께 변화에 대한 기울기를 계산하여 제2박막에 대한 두께 팩터(RAD)을 구하는 단계;
A의 소스가스, 퍼지 가스, D의 반응가스, 퍼지가스의 피딩 순서를 복수회 반복 수행하는 것에 의해 AD 박막을 형성하고, 상기 AD 박막의 밀도( ρAD)를 측정하는 단계;
B의 소스가스, 퍼지 가스, D의 반응가스, 퍼지가스의 피딩 순서를 복수회 반복 수행하는 것에 의해 BD 박막을 형성하고, 상기 BD 박막의 밀도( ρBD)를 측정하는 단계;
하기의 수학식1에 의해 농도 팩터(C)를 구하는 단계; 및
하기 수학식2에 의해 B/A의 조성비를 구하는 단계
를 포함하는 비파괴적 다성분계 유전체의 조성 추정 방법을 제공한다.The present invention is carried out a feeding sequence of the source gas of A, purge gas, reaction gas of D, purge gas m times (an integer of m ≥ 1), the source gas of B, purge gas, reaction gas of D, purge Deposition is carried out by monoatomic deposition (ALD) in which the feeding cycle of the gas is performed n times (an integer of n≥1) as a unit cycle, and element A (A is Al, Hf, Zr, Nb, Ta, La, Ti, Dy, Pr, Sr, Ba and Bi) any one selected from the group of A, and B element (B is any one selected from the group except the A component), A x B y D A method for estimating the composition ratio of B / A for a z (D includes O or N) dielectric film,
Fixing the n to a predetermined integer value and performing the unit cycle while changing the value of m to form a plurality of first thin film samples having different compositions of A to B;
Obtaining a thickness factor (R AD ) for the first thin film by calculating a slope of the change in thickness of the plurality of first thin film samples;
Fixing the m to a predetermined integer value and performing the unit cycle while changing the value of n to form a plurality of second thin film samples having different compositions of B to A;
Obtaining a thickness factor (R AD ) for the second thin film by calculating a slope of the change in thickness of the plurality of second thin film samples;
Forming an AD thin film by repeatedly performing a feeding sequence of a source gas, a purge gas, a reaction gas of D, and a purge gas, and measuring the density (ρ AD ) of the AD thin film;
Forming a BD thin film by repeatedly performing a feeding sequence of a source gas, a purge gas, a reaction gas of D, and a purge gas of B, and measuring a density ρ BD of the BD thin film;
Obtaining a concentration factor (C) by
Obtaining the composition ratio of B / A by the following equation
It provides a method for estimating the composition of a non-destructive multi-component dielectric comprising a.
삭제delete
삭제delete
삭제delete
삭제delete
삭제delete
삭제delete
삭제delete
삭제delete
NA = a×ρAD / MAD
NB = b×ρBD / MBD
(단, MAD는 상기 AD 박막의 분자량, MBD는 상기 BD 박막의 분자량, a는 박막 AD에서의 A의 원자비 값, b는 박막 BD에서의 B의 원자비 값 임)
N A = a × ρ AD / M AD
N B = b × ρ BD / M BD
(Where M AD is the molecular weight of the AD thin film, M BD is the molecular weight of the BD thin film, a is the atomic ratio value of A in the thin film AD, b is the atomic ratio value of B in the thin film BD)
삭제delete
삭제delete
삭제delete
본 발명에서 바람직하게, 상기 제1박막들 및 상기 제2박막들의 두께를 측정하는 방법으로 투과전자현미경(TEM : Transmission Electron Microscopy) 또는 X-Ray 반사법(Reflectivity)을 사용하고, 상기 AD 박막의 밀도( ρAD) 및 BD 박막의 밀도( ρBD)를 측정하는 방법으로서, X-Ray 반사법을 사용하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, a transmission electron microscope (TEM) or X-ray reflection method (TEM) is used as a method for measuring the thicknesses of the first thin films and the second thin films, and the density of the AD thin film. As a method for measuring (ρ AD ) and the density (ρ BD ) of the BD thin film, an X-ray reflection method is used.
또한, 반응가스로서, O3, H2O 및 O2 플라즈마의 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 사용하면 다성분계 산화물이 얻어지며, 반응가스로서 N2 또는 NH3 또는 이들의 플라즈마인 것을 사용하면 다성분계 질화물이 얻을 수 있다. 퍼지가스는 Ar 또는 N2 가스를 사용하고 퍼지시에는 반응챔버가 진공 펌핑된다.In addition, when the reaction gas is any one selected from the group of O 3 , H 2 O and O 2 plasma, a multicomponent oxide is obtained, and the reaction gas is N 2 or NH 3 or a plasma thereof. Component-based nitrides can be obtained. As the purge gas, Ar or N 2 gas is used, and the reaction chamber is vacuum pumped when purging.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기 술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention.
본 실시예는 Al2O3와 HfO2를 함께 사용하는 유전체으로서, Al2O3와 HfO2가 균일하게 섞여 있는 [Al2O3]x[HfO2](1-x) 박막을 단원자 증착법에 의해 형성할 때 각 성분의 조성비를 추정하는 방법을 보여준다This embodiment is a dielectric using Al 2 O 3 and HfO 2 together, and is a monolayer of [Al 2 O 3 ] x [HfO 2 ] (1-x) thin film in which Al 2 O 3 and HfO 2 are uniformly mixed. Shows how to estimate the composition ratio of each component when forming by evaporation
[Al2O3]x[HfO2](1-x) 유전체를 형성하기 위한 기본 단위 사이클은 다음과 같다. 즉, Al의 소스가스, 퍼지 가스(예컨대 Ar 또는 N2), 산화 반응가스(예컨대 O2) 및 퍼지가스 공급의 피딩(feeding) 순서를 m회(m≥1의 정수 임) 실시하고, Hf의 소스가스, 퍼지 가스, 산화 반응가스, 퍼지가스의 피딩 순서를 n회(n≥1의 정수 임)을 실시하는 것에 의해 단위 사이클이 구성된다. 이러한 단위 사이클을 반복 수행하여 원하는 두께의 박막을 얻게 된다.The basic unit cycle for forming the [Al 2 O 3 ] x [HfO 2 ] (1-x) dielectric is as follows. That is, the feeding sequence of Al source gas, purge gas (such as Ar or N 2 ), oxidation reaction gas (such as O 2 ), and purge gas supply is performed m times (an integer of m≥1), and Hf The unit cycle is constituted by performing n times (an integer of n ≧ 1) in the feeding order of the source gas, the purge gas, the oxidizing reaction gas, and the purge gas. This unit cycle is repeated to obtain a thin film of a desired thickness.
(스텝 1)(Step 1)
도 1은 HfO2 및 Al2O3의 성장율(Growth rate)(즉, 두께 팩터)를 구하기 위한 실험 결과 그래프이다.1 is a graph of experimental results for obtaining growth rates (ie, thickness factors) of HfO 2 and Al 2 O 3 .
상기한 단위 사이클을 수행하되, n을 1로 고정하고 상기 m의 값을 1, 2, 3, 4로 변화시키면서 Hf에 대한 Al의 조성을 달리한 복수의 제1박막 샘플들을 형성하고, 복수의 제1박막 샘플들에 대한 두께 변화를 그래프화하여 기울기를 계산하면 두께 팩터 RAl2o3를 구할 수 있는 바, 그 결과치는 " RAl2o3 = 1.13"이다. Performing the unit cycle described above, while forming a plurality of first thin film samples having different compositions of Al for Hf while fixing n to 1 and changing the value of m to 1, 2, 3, 4, By calculating the slope by graphing the thickness change for the thin film samples, the thickness factor R Al2o3 can be obtained, resulting in "R Al2o3 = 1.13".
또한, 상기한 단위 사이클을 수행하되, m을 1로 고정하고 상기 n의 값을 1, 2, 3, 4, 5, 6으로 변화시키면서 Al에 대한 Hf의 조성을 달리한 복수의 제2박막 샘플들을 형성하고, 복수의 제2박막 샘플들에 대한 두께 변화에 대한 기울기를 계산하면, 두께 팩터 RHfO2 를 구할 수 있는 바, 그 값은 "RHfO2 = 0.82"이다.In addition, a plurality of second thin film samples having different composition of Hf for Al while performing the unit cycle described above, fixing m to 1 and changing the value of n to 1, 2, 3, 4, 5, 6 After forming, and calculating the slope for the thickness change for the plurality of second thin film samples, the thickness factor R HfO2 can be obtained, which is "R HfO2 = 0.82".
본 실험에서 산화 반응가스는 H2O를 사용하였다. 제1 및 제2 박막들의 두께측정은 TEM 등의 방법에 의해 가능하다. In this experiment, the oxidation reaction gas was H 2 O. The thickness measurement of the first and second thin films is possible by a method such as TEM.
두께 팩터(R)는 성분층이 최종 박막의 형성에 두께상으로 기여하는 정도를 소스 피딩 사이클당 나타내는 척도이다. The thickness factor R is a measure of the degree to which the component layer contributes in thickness to the formation of the final thin film per source feeding cycle.
한편, HfO2 및 Al2O3의 성장률을 싱글(Single) HfO2 박막 또는 싱글 Al2O3의 박막에서 구하지 않는 것은, 실제 HfxAlyOz 박막을 형성할 때 m 및 n이 매우 작은 천이(Transient) 사이클 영역에서 소스의 흡착 반응이 이루어 지기 때문에 소스 흡착 및 산화(Oxidation) 반응을 최대한 실제 상황(Real Situation)에서 반영하고자 하는 것이다. On the other hand, the growth rate of HfO 2 and Al 2 O 3 is not obtained from a single HfO 2 thin film or a single Al 2 O 3 thin film, so that m and n are very small when forming an actual Hf x Al y O z thin film. Since the adsorption reaction of the source is performed in the transition cycle region, it is intended to reflect the source adsorption and oxidation reaction as much as possible in the real situation.
(스텝 2)(Step 2)
상술한 바와 같이 두께 팩터를 구한 다음, 각 성분층의 박막 밀도를 측정하는 바, Al의 소스가스, 퍼지 가스, 산화 반응가스, 퍼지가스의 피딩 순서를 복수회 반복 수행하는 것에 의해 Al2O3박막을 형성하고, Al2O3박막의 밀도 ρ Al2O3을 측정한다. 그리고, Hf의 소스가스, 퍼지 가스, 산화 반응가스, 퍼지가스의 피딩 순서 를 복수회 반복 수행하는 것에 의해 HfO2박막을 형성하고, 상기 HfO2박막 밀도 ρ HfO2를 측정한다. After obtaining the thickness factor as described above, the thin film density of each component layer was measured, and the Al 2 O 3 was repeated a plurality of times by feeding the Al source gas, purge gas, oxidation reaction gas, and purge gas. A thin film is formed and the density ρ Al2O3 of the Al 2 O 3 thin film is measured. And to form a HfO 2 thin film by performing the feeding order of the source gas of Hf, purge gas, oxidation gas, the purge gas a plurality of times repeatedly, measure the density ρ HfO 2 thin film HfO2.
박막의 밀도는 증착 방법, 사용하는 전구체(Precursor), 산화원(Oxidant), 증착 온도 등의 변수에 따른 ALD 고유의 특성으로서, 박막내에 단위 부피당 존재하는 박막의 Hf 또는 Al의 원자의 개수에 대한 정보를 줄 수 있다. 박막의 밀도는 X-Ray를 이용한 반사도의 측정에 의해 가능하다.The density of a thin film is inherent in ALD depending on the deposition method, the precursor used, the oxide, the deposition temperature, and the like. The density of the thin film is determined by the number of atoms of Hf or Al in the thin film per unit volume. Can give information The density of the thin film is possible by measuring the reflectivity using X-Ray.
H2O를 산화원으로 하여 HfO2 및 Al2O3를 형성할 경우 박막 밀도는 다음과 같다.When HfO 2 and Al 2 O 3 are formed using H 2 O as an oxidation source, the thin film density is as follows.
HfO2 : 9.16 g/㎤HfO 2 : 9.16 g /
Al2O3 : 3.23 g/㎤Al 2 O 3 : 3.23 g /
(스텝 3)(Step 3)
이어서, 하기의 수학식3에 의해 농도 팩터(C)를 구하고, 하기 수학식4에 의해서 조성을 구한다. 이를 자세히 설명한다.Next, the concentration factor (C) is obtained by the following equation (3), and the composition is obtained by the following equation (4). This is explained in detail.
추출된 두 종류의 두께 팩터로 부터 초기의 Hf 및 Al의 피딩율(Feeding ratio)인 m:n을 두께 비율( m×RAl2o3 : n×RHfO2 )로 전환하는 것이 가능하다.From the two thickness factors extracted, it is possible to convert m: n, which is the initial feeding ratio of Hf and Al, to a thickness ratio (m × R Al2o3 : n × R HfO2 ).
그리고, 소스 피딩율에서 단위 부피당, 또는 단위 두께당 성분 층이 최종 박막에 기여하는 원자 갯수의 기여 정도를 추출하기 위하여 농도 팩터(Concentration Factor, C)를 아래 수학식3과 같이 정의한다.In addition, the concentration factor (C) is defined as in
NAl = a(2)×ρAl2O3 / MAl2O3 N Al = a (2) × ρ Al2O3 / M Al2O3
NHf = b(1)×ρHfO2 / MHfO2 N Hf = b (1) × ρ HfO2 / M HfO2
(단, MAl2O3는 상기 Al2O3 박막의 분자량, MHfO2는 HfO2 박막의 분자량, a는 박막 Ala(2)O3 에서의 Al 원자비 값(즉 2), b는 박막 Hfb(1)O2 에서의 Hf 원자비 값(즉 1) 임 )(Where, M Al2O3 is the molecular weight, the Al 2 O 3 thin film M HfO2 has a molecular weight of HfO 2 thin film a thin film Al a (2) Al atomic ratio values in the O 3 (i.e. 2), b is thin Hf b (1) Hf atomic ratio value at O 2 (ie 1)
이렇게 정의된 농도 팩터를 통해서 최종적으로 박막 내에서의 Hf/Al의 조성비로 아래 수학식4와 전환이 가능하다.Through this defined concentration factor, the final composition ratio of Hf / Al in the thin film can be converted to
상술한 바와 같이, 초기 Hf/Al의 소스 피딩율(m : n)로 부터 두께 팩터(R)를 이용하여 두께 율(Thickness Ratio)로 전환한 후 다시 최종적으로 농도 팩터(C)를 감안하여 Hf/Al의 조성비를 계산할 수 있다. 도 2는 그 결과를 나타낸 표이다.As described above, after converting from the initial Hf / Al source feeding rate (m: n) to the thickness ratio (Thickness Ratio) using the thickness factor (R), finally considering the concentration factor (C), Hf / The composition ratio of Al can be calculated. 2 is a table showing the results.
도 3은 본 발명에 의해 계산된 Hf/Al의 조성비를 실제 ICP-MS 법과 비교한 도표이고, 도 4는 그 결과 값을 그래프화 것이다. 도3 및 도 4를 통해 알 수 있듯이 계산값과 실제 분석값이 매우 잘 일치하는 것을 알 수 있다.3 is a chart comparing the composition ratio of Hf / Al calculated by the present invention with the actual ICP-MS method, and FIG. 4 will graph the resulting value. As can be seen from Figures 3 and 4 it can be seen that the calculated value and the actual analysis value is very well matched.
본 발명에서의 조성 추정법을 이용하면 다성분계 박막에서 소스 원자의 조성비을 비파괴적으로 정확히 예측하는 것이 가능하며 또한 원하는 조성의 박막을 형성하기 위하여 필요한 Hf/Al 피딩율(m:n)을 정확히 설계하는 것이 가능하다.Using the composition estimation method of the present invention, it is possible to accurately and non-destructively predict the composition ratio of source atoms in a multicomponent thin film, and to accurately design the Hf / Al feeding rate (m: n) required to form a thin film having a desired composition. It is possible.
본 실시예는 [Al2O3]x[HfO2](1-x) 유전체에 대해 설명되고 있으나, 이뿐만 아니라 AlxZrOz, HfxSiyOz, AlxTayOz 등의 박막에 대해서도 정확히 조성을 예측하고 제어하는데 적용가능하다.This embodiment has been described for the [Al 2 O 3 ] x [HfO 2 ] (1-x) dielectric, but also Al x ZrO z , Hf x Si y O z , Al x Ta y O z It is also applicable to accurately predict and control the composition of thin films.
이렇듯, 본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.As such, although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above-described preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
본 발명에서의 조성 추정법을 이용하면 다성분계 박막의 조성을 비파괴적으로 정확히 예측하는 것이 가능하며 또한 원하는 조성의 박막을 형성하기 위하여 필요한 소스가스 피딩율(m:n)을 정확히 설계하는 것이 가능하다.Using the composition estimation method in the present invention, it is possible to accurately and non-destructively predict the composition of the multicomponent thin film, and to accurately design the source gas feeding rate (m: n) necessary to form a thin film having a desired composition.
이에 의해 DRAM 커패시터의 유전체나, 게이트유전체의 신뢰성을 크게 향상시키는 것이 가능하다.As a result, it is possible to greatly improve the reliability of the dielectric of the DRAM capacitor and the gate dielectric.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050014976A KR100633333B1 (en) | 2005-02-23 | 2005-02-23 | Composition Calculation Method for Multi Component Thin Film by Atomic Layer Deposition |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050014976A KR100633333B1 (en) | 2005-02-23 | 2005-02-23 | Composition Calculation Method for Multi Component Thin Film by Atomic Layer Deposition |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20060093869A KR20060093869A (en) | 2006-08-28 |
KR100633333B1 true KR100633333B1 (en) | 2006-10-12 |
Family
ID=37601847
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020050014976A KR100633333B1 (en) | 2005-02-23 | 2005-02-23 | Composition Calculation Method for Multi Component Thin Film by Atomic Layer Deposition |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100633333B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100997079B1 (en) | 2008-08-28 | 2010-11-30 | 한국표준과학연구원 | Certification of thickness of nm oxide films |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200071852A (en) | 2018-12-04 | 2020-06-22 | 삼성전자주식회사 | Electronic device including ferroelectric layer |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11237337A (en) | 1998-02-20 | 1999-08-31 | Nippon Laser Denshi Kk | Specified constituent and its concentration measurement method for multiple-constituent substance |
US6048742A (en) | 1998-02-26 | 2000-04-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Process for measuring the thickness and composition of thin semiconductor films deposited on semiconductor wafers |
JP2001343227A (en) | 2000-06-02 | 2001-12-14 | Shimadzu Corp | Method for measuring film thickness of thin film |
-
2005
- 2005-02-23 KR KR1020050014976A patent/KR100633333B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11237337A (en) | 1998-02-20 | 1999-08-31 | Nippon Laser Denshi Kk | Specified constituent and its concentration measurement method for multiple-constituent substance |
US6048742A (en) | 1998-02-26 | 2000-04-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Process for measuring the thickness and composition of thin semiconductor films deposited on semiconductor wafers |
JP2001343227A (en) | 2000-06-02 | 2001-12-14 | Shimadzu Corp | Method for measuring film thickness of thin film |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100997079B1 (en) | 2008-08-28 | 2010-11-30 | 한국표준과학연구원 | Certification of thickness of nm oxide films |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20060093869A (en) | 2006-08-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Van Hemmen et al. | Plasma and thermal ALD of Al2O3 in a commercial 200 mm ALD reactor | |
Mahmoodinezhad et al. | Low-temperature growth of gallium oxide thin films by plasma-enhanced atomic layer deposition | |
Cho et al. | Chemical interaction between atomic-layer-deposited HfO 2 thin films and the Si substrate | |
Provine et al. | Correlation of film density and wet etch rate in hydrofluoric acid of plasma enhanced atomic layer deposited silicon nitride | |
Langereis et al. | In situ spectroscopic ellipsometry as a versatile tool for studying atomic layer deposition | |
Lao et al. | Plasma enhanced atomic layer deposition of HfO2 and ZrO2 high-k thin films | |
Hackley et al. | Nucleation of HfO2 atomic layer deposition films on chemical oxide and H-terminated Si | |
Lee et al. | Molecular layer deposition of zircone and ZrO2/zircone alloy films: Growth and properties | |
Dueñas et al. | Influence of single and double deposition temperatures on the interface quality of atomic layer deposited Al2O3 dielectric thin films on silicon | |
Chan Won et al. | Effect of process temperature on the structural and electrical properties of atomic layer deposited ZrO2 films using tris (dimethylamino) cyclopentadienyl zirconium precursor | |
Lee et al. | Leakage current suppression in spatially controlled Si-doped ZrO2 for capacitors using atomic layer deposition | |
Seo et al. | Atomic layer deposition of hafnium oxide from tert-butoxytris (ethylmethylamido) hafnium and ozone: rapid growth, high density and thermal stability | |
KR100633333B1 (en) | Composition Calculation Method for Multi Component Thin Film by Atomic Layer Deposition | |
Hackley et al. | Growth and interface of HfO2 films on H-terminated Si from a TDMAH and H2O atomic layer deposition process | |
Strnad et al. | Plasma enhanced atomic layer deposition of textured aluminum nitride on platinized substrates for MEMS | |
Van Elshocht et al. | Silicate formation and thermal stability of ternary rare earth oxides as high-k dielectrics | |
Baek et al. | Plasma-enhanced atomic layer deposited HfO2 films using a novel heteroleptic cyclopentadienyl-based Hf precursor | |
Majumder et al. | Structural phase transformation of Y2O3 doped HfO2 films grown on Si using atomic layer deposition | |
Henn-Lecordier et al. | Real-time sensing and metrology for atomic layer deposition processes and manufacturing | |
Clark-Phelps et al. | Engineered tantalum aluminate and hafnium aluminate ALD films for ultrathin dielectric films with improved electrical and thermal properties | |
Myllymäki et al. | Characterization and electrical properties of high-k GdScO 3 thin films grown by atomic layer deposition | |
Van Elshocht et al. | Bulk properties of MOCVD-deposited HfO2 layers for high k dielectric applications | |
Maeng et al. | Comparative studies of atomic layer deposition and plasma-enhanced atomic layer deposition Ta2O5 and the effects on electrical properties of in situ nitridation | |
Nyns et al. | Impact of precursor chemistry on atomic layer deposition of lutetium aluminates | |
Jung et al. | Comparative study on growth characteristics and electrical properties of ZrO2 films grown using pulsed plasma-enhanced chemical vapor deposition and plasma-enhanced atomic layer deposition for oxide thin film transistors |
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: 20100920 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |