KR100712435B1 - Ｂｓｔ박막 제조방법 및 이에 사용되는 기화기 - Google Patents

Ｂｓｔ박막 제조방법 및 이에 사용되는 기화기 Download PDF

Info

Publication number
KR100712435B1
KR100712435B1 KR1020000050023A KR20000050023A KR100712435B1 KR 100712435 B1 KR100712435 B1 KR 100712435B1 KR 1020000050023 A KR1020000050023 A KR 1020000050023A KR 20000050023 A KR20000050023 A KR 20000050023A KR 100712435 B1 KR100712435 B1 KR 100712435B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bst
source gas
gas
thin film
vaporizer
Prior art date
Application number
KR1020000050023A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20020016989A (ko
Inventor
한영기
양철훈
한근조
김동현
오기영
Original Assignee
주성엔지니어링(주)
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 주성엔지니어링(주) filed Critical 주성엔지니어링(주)
Priority to KR1020000050023A priority Critical patent/KR100712435B1/ko
Publication of KR20020016989A publication Critical patent/KR20020016989A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100712435B1 publication Critical patent/KR100712435B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H01L21/02197—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides the material having a perovskite structure, e.g. BaTiO3
    • 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
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • 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
    • C23C16/4412—Details relating to the exhausts, e.g. pumps, filters, scrubbers, particle traps
    • 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
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02205—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

싱글 칵테일 소스(single cocktail source)를 이용하여 BST박막을 제조하는 방법 및 상기의 싱글 칵테일 소스를 기화시켜 반응기에 공급하는 기화기에 관하여 개시한다. 본 발명은, 반응챔버 내에 장입된 기판 상에 MOCVD법으로 BST박막을 형성하되, Ba(METHD)2, Sr(METHD)2, 및 Ti(MPD)(THD)2를 솔벤트에 용해시켜 싱글 칵테일 소스를 마련하는 단계와, 상기 싱글 칵테일 소스를 기화기로 기화시켜 BST 소스기체를 형성한 후 상기 BST 소스기체를 운반기체의 흐름에 편승시켜 반응기로 공급하는 동시에 상기 BST 소스기체와 반응되어질 산소기체를 상기 반응기로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은, 싱글 칵테일 소스를 이용하기 때문에 실제 양산에 적합하고, 기화기가 하나만 있으면 족하기 때문에 LDS의 구조가 간단하다.
BST, 싱글 칵테일 소스, 기화기, LDS, 기체인젝터,

Description

ＢＳＴ박막 제조방법 및 이에 사용되는 기화기 {Method of fabricating a BST thin film and vaporizer used therefor}
도 1은 종래의 샤워헤드형 박막증착장치를 설명하기 위한 개략도;
도 2a는 본 발명에 사용되는 LDS를 설명하기 위한 개략도;
도 2b는 도 2a의 기화기(140)의 외관을 나타낸 개략도;
도 3은 본 발명에 사용되는 BST박막 증착장치를 설명하기 위한 개략도;
도 4는 BST박막의 두께 균일도를 측정한 결과 그래프;
도 5는 도 4의 경우에 대해 XRF 분광기(X-ray fluorescence spectrometer)로 조성을 분석한 결과 그래프;
도 6은 BST박막 증착공정의 재현성에 대한 실험결과 그래프;
도 7은 BST박막의 단차피복성을 관찰한 SEM 단면사진;
도 8은 BST박막의 전기적 특성을 측정한 그래프이다.
본 발명은 BST박막 제조방법에 관한 것으로서, 특히 싱글 칵테일 소스(single cocktail source)를 이용하여 BST박막을 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기의 싱글 칵테일 소스를 기화시켜 반응기에 공급하는 기화기에 관한 것이기도 하다.
메모리 셀의 면적 감소에 따른 셀 정전용량(cell capacitance)의 감소는 메모리 소자(memory device)의 집적도 증가에 심각한 장애 요인이 된다. 이러한 셀 정전용량의 감소는 메모리 셀의 독출 능력을 저하시키고 소프트 에러율(soft error rate)을 증가시킬 뿐만 아니라 저전압에서의 소자 동작을 어렵게 만든다. 따라서, 메모리 소자의 고집적화를 위해서 셀 정전용량의 감소는 반드시 해결되어야 할 문제이다.
셀 정전용량을 확보하기 위하여 SiO2막 대신에 다른 유전막을 사용할 경우에는, SiO2의 환산두께로 적어도 10Å되는 정도의 유전용량을 확보할 수 있어야 한다. 이를 위해 최근에는 SrTiO3, (BaxSr1-x)TiO3, Pb(ZrxTi-x)O3, SrBi2Ta2O9 등과 같이 페로브스카이트(perovskite)구조를 가지는 고유전물질을 박막화하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
이 중에서 (BaxSr1-x)TiO3(이하 'BST')의 경우, 종래에는 Ba, Sr, 및 Ti 소스를 세 개의 기화기를 사용하여 별도로 기화시켜 BST박막을 증착하거나, 열적 특성이 비슷한 Ba과 Sr을 섞은 칵테일 소스와 Ti소스를 두 개의 기화기를 사용하여 별도로 기화시켜 BST 박막을 증착하였다. 후자의 경우가 더 보편적인 방법이다. 하지 만 이러한 방법은 실제 양산 공정을 진행함에 따라 각각의 소스의 사용량에 따른 농도조절이 용이하지 않다는 문제가 있다. 또한, 복잡한 구조의 LDS(liquid delivery system)가 필요하며, 하나의 기화기에 이상이 발생하는 경우에는 BST박막 증착공정을 수행하지 못할 수도 있다. 따라서, 실제 양산공정에서는 싱글 칵테일 소스(single cocktail source)를 사용하여 BST박막을 증착하는 것이 가장 유리하다.
한편, 종래에는 도 1에 도시된 바와 같은 샤워헤드(shower head) 방식으로 BST박막을 증착하였다. 구체적으로, BST 소스기체들은 서셉터(30) 상부에 설치되는 평판형 샤워헤드(20)를 통해서 반응기(10)로 주입되고, 배기부(50)를 통하여 외부로 배출된다. 기판(40)은 서셉터(30) 상에 안착되며, BST 소스기체들이 열적 반응을 일으켜서 기판(40) 상에 BST 박막이 형성되도록 기판(40)은 서셉터(30)에 내장된 히터(미도시)에 의해 가열된다.
그러나 이와 같이 샤워헤드(20)를 기체주입관으로 사용할 경우에는, 샤워헤드(20)와 기판(40)이 바로 근접하여 마주보기 때문에 샤워헤드(20)에서 분사되는 BST 소스기체들에 의해서 기판(40)에 온도 요동(temperature fluctuation)이 생기게 되며, 샤워헤드(20)에서 분사되는 소스 기체가 곧 바로 기판(40)에 닿기 때문에 온도의 급격한 변화에 의해서 파티클이 많이 발생하게 된다. 또한, 응축(condensation)과 분해(decomposition) 과정에서 샤워헤드(20)의 분사공들이 막히게 되며, 이로 인해서도 파티클이 발생하게 된다.
또 한편, BST박막의 증착을 위해 사용되는 전구체들은 통상 상온에서 액체이 기 때문에 이를 기화시켜 반응기에 공급하는 LDS가 필요한데, LDS를 이용하여 박막을 증착할 경우에 가장 중요한 요소는 소스(source)의 선택과 기화기의 기화율이라고 할 수 있다. 하지만 종래에는 기화기를 밴드 히터로 가열하였기 때문에 가열효율이 떨어져 충분한 열을 기화기에 전달하지 못하였다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 양산 공정에 적합하도록 싱글 칵테일 소스를 적절한 방법으로 반응기에 공급함으로써 BST박막을 증착하는 BST박막 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 싱글 칵테일 소스를 기화시키기에 적합한 기화기를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 BST박막 형성방법은, 반응챔버 내에 장입된 기판 상에 MOCVD법으로 BST박막을 형성하되, Ba(METHD)2, Sr(METHD)2, 및 Ti(MPD)(THD)2를 솔벤트에 용해시켜 싱글 칵테일 소스를 마련하는 단계와, 상기 싱글 칵테일 소스를 기화기로 기화시켜 BST 소스기체를 형성한 후 상기 BST 소스기체를 운반기체의 흐름에 편승시켜 반응기로 공급하는 동시에 상기 BST 소스기체와 반응되어질 산소기체를 상기 반응기로 공급하는 단계를 포 함하는 것을 특징으로 한다.
상기 솔벤트로는 메탄올, THF(tetrahydrofuran), 또는 부틸아세테이트을 사용할 수 있다. 그리고, 상기 싱글 칵테일 소스는 Ba : Sr : Ti 몰비가 0.035 : 0.025 : 0.17~0.38 이 되는 것이 바람직하다.
상기 싱글 칵테일 소스가 0.1~0.5g/mim의 속도범위로 기화되도록 상기 기화기가 270~290℃의 온도범위로 가열되며, 상기 산소기체 및 상기 운반기체 각각은 200~500sccm 및 300~400sccm의 유속범위로 공급되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 기판은 420~460℃의 온도범위가 되도록 가열되고, 상기 반응챔버는 1~2 Torr의 압력범위를 가지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 운반기체 및 상기 BST 소스기체는 인젝터 방식으로 상기 반응기에 함께 공급되는 것이 바람직하다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 기화기는, Ba(METHD)2, Sr(METHD)2, 및 Ti(MPD)(THD)2 가 용해된 싱글 칵테일 소스를 기화시켜 BST 소스기체를 형성한 다음에 반응기에 설치되는 기체인젝터를 통하여 상기 반응기로 상기 BST 소스기체를 공급하며; 상기 싱클 칵테일 소스를 기화시켜 상기 BST 소스기체를 형성하는 기화부와; 상기 기화부에서 형성된 BST 소스기체가 상기 기체인젝터로 흘러가도록 상기 기화부에서 돌출되도록 연장되어 상기 기체인젝터와 연결되는 BST 소스기체 공급단과; 상기 기화부에서 형성된 BST 소스기체가 외부로 배출되도록 상기 BST 소스기체 공급단에서 돌출되도록 분기되는 BST 소스기체 배기단과; 상기 기화부와, 상기 BST 소스기체 공급단과, 상기 BST 소스기체 배기단을 각 각 둘러싸도록 설치되는 블록히터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2a는 본 발명에 사용되는 LDS를 설명하기 위한 개략도이다. 여기서, 밸브의 조작에 관한 설명은 편의상 생략한다. 도 2a를 참조하면, 반응원료 저장조(110)에는 Ba(METHD)2(Methoxy Ethoxy Tetramethyl Heptane Dionato Barium), Sr(METHD)2(Methoxy Ethoxy Tetramethyl Heptane Dionato Strontium), 및 Ti(MPD)(THD)2 (Methoxy Pentane Dioxy Tetramethyl Heptane Dionato Titanium) 전구체가 저장되어 있으며, 솔벤트 저장조(120)에는 메탄올이 저장되어 있다.
전구체와 메탄올은 헬륨기체에 의해 가압되어 전구체가 메탄올에 용해된 상태의 싱글 칵테일 형태로 LMFC(liquid mass flow controller, 130)쪽으로 흘러가게 된다. 이 싱글 칵테일 소스는 LMFC(130)에 의해서 적절한 유량으로 조절되어 기화기(140)로 공급되고 기화기(140)에서 BST 소스기체로 기화되어 반응기로 공급된다. 이 때, BST 소스기체가 반응기로 잘 흘러가도록 운반기체로써 아르곤 기체를 함께 흘러보낸다.
기화초기부터 BST 소스기체를 반응기로 공급하게 되면 BST 소스기체의 흐름이 일정치 않게 되어 BST박막 증착공정이 불안정하게 진행되게 된다. 이를 위해서 기화기(140)와 반응기 사이에 진공펌프와 연결되는 분기관(150)을 설치하여, 기화 초기에는 BST 소스기체를 일단 외부로 배출하고 기화가 어느 정도 진행되어 안정화되면 그 때서야 외부로의 배출을 멈추고 반응기로만 BST 소스기체를 공급한다.
도 2b와 결부하여 기화기(140)의 외관을 설명하면, 기화기(140)는 싱클 칵테일 소스를 기화시켜 BST 소스기체를 형성하는 기화부(142)와, 기화부(142)에서 돌출되도록 연장되어 설치되는 BST 소스기체 공급단(144)과, BST 소스기체 공급단(144)에서 돌출되도록 분기되는 BST 소스기체 배기단(146)으로 구성된다. 그리고, 기화부(142), BST 소스기체 공급단(144), 및 BST 소스기체 배기단(146)을 각각 둘러싸는 블록히터(142a, 144a, 146a)를 포함한다. 도 2b에서는 BST 소스기체 공급단(144)과 BST 소스기체 배기단(146)을 둘러싸는 블록히터(144a, 146a)의 도시는 생략되었다. BST 소스기체 공급단(144)은 도 3의 기체인젝터(220)에 연결되고, 소스배기단(146)은 분기관(150)에 연결된다.
종래에는 밴드 히터를 이용하여 기화기(140)를 감쌌으나 충분한 열을 기화기(140)에 전달하는 데는 한계가 있었다. 따라서, 상술한 바와 같이 기화기(140)를 완전히 감싸며 열용량이 밴드 히터에 비해 큰 블록히터(142a, 144a, 146a)를 사용하는 것이다. 기화부(142)를 둘러싸는 블록히터(142a)의 몸체(160)에는 열선(162)이 설치되어 있으며, 온도측정을 위한 TC(thermocouple, 164)가 설치되어 있다. 다른 히터(144a, 146a)도 동일한 형태를 갖는다.
도시되지는 않았지만 기화부(142)의 내부는 보다 효과적으로 싱글 칵테일 소스를 기화시키기 위하여 그 직경이 1/16" →1/4" →1/2" 또는 1/8" →1/4" →1/2" 로 넓어지는 구조를 갖는다. 기화부(142)와, BST 소스기체 공급단(144)과, BST 소 스기체 배기단(146)이 서로 용접되어 일체형으로 형성되어 있기 때문에, BST 소스기체 공급단(144)과 BST 소스기체 배기단(146)을 각각 기체인젝터(120)와 분기관(150)에 결합시킴으로써 손쉽게 기화기(140)를 설치할 수 있다. 따라서, 쓸모없는 공간(dead space)이 줄어들어 파티클의 발생확율이 적어지게 된다.
도 3은 본 발명에 사용되는 BST박막 증착장치를 설명하기 위한 개략도이다. 도 3을 참조하면, 기체인젝터(220)는 스테인레스관(220a)에 석영관(220b)이 삽입된 구조를 갖으며, 스테인레스관(220a)은 반응기(210)의 바닥으로부터 약 10cm 의 높이까지 삽입되도록 용접되어 부착된다. 이는 고온으로 유지되고 있는 BST 소스기체 공급단(144)으로부터의 열전달을 극대화시킴으로써 반응기(210)의 바닥면으로의 열손실이 보상되도록 하기 위함이다.
도 2a의 LDS에서 제공되는 BST 소스기체들은 기체인젝터(220)를 통해서 반응기(210)로 주입되고, 배기부(250)를 통하여 외부로 배출된다. 또한, 도시되지는 않았지만, 산소기체가 반응기(210)에 별도로 마련된 산소공급관을 통하여 반응기(210)로 공급된다. 기판(240)은 서셉터(230) 상에 안착되며, BST 소스기체가 산소와 반응하여 기판(240) 상에 BST 박막이 형성되도록 기판(240)은 서셉터(230)에 내장된 히터(235)에 의해 가열된다.
반응기(210)의 상부는 돔형을 하며, 돔형 상부 외측에는 열선(215)이 설치되어 있으며, 경우에 따라서는 BST 소스기체 공급단(144)보다 반응기(210)가 고온으로 유지되도록 열선(215)으로 반응기(210)를 가열하여 반응기(210)에 공급되는 BST소스기체와 산소기체를 활성화시킬 수도 있다.
도 2a의 LDS와 도 3의 박막증착장치를 이용하여 BST박막을 기판(240) 상에 증착시키는 공정조건을 설명하면 다음과 같다.
우선, Ba(METHD)2, Sr(METHD)2, 및 Ti(MPD)(THD)2 의 양을 적절히 조절하여 싱글 칵테일 소스의 Ba : Sr : Ti 몰비가 0.035 : 0.025 : 0.17~0.38 이 되도록 한다. 이는, (Ba0.7,Sr0.3)Ti1.1O3인 경우가 전기적특성이 가장 좋다고 일반적으로 알려져 있으므로 이에 근접하거나 이와 동일한 조성비를 갖는 박막을 얻기 위한 것이다.
그리고, 기화기(140)를 270~290℃의 온도범위로 가열하여 싱글 칵테일 소스의 유량이 0.1~0.5g/mim 이 되도록 한다. 반응기(210)에 함께 공급되는 산소기체는 200~500sccm의 유속이 되도록 하며, BST 소스기체의 흐름을 도와주는 운반기체 Ar의 유속은 300~400sccm이 되도록 한다. 그리고, 기판(240)의 온도가 420~460℃이 되도록 히터(235)로 기판(240)을 가열하며, 반응기(210)의 압력은 1~2 Torr가 되도록 한다.
도 4는 BST박막의 두께 균일도를 측정한 결과로서, (a)는 Pt 기판의 경우이고 (b)는 Ru 기판의 경우이다. 도 4를 참조하면, Pt 기판의 경우는 막의 평균 두께가 275Å이며 그 두께편차(standard deviation, 1σ)는 2.49%임을 알 수 있다. 그리고, Ru 기판의 경우는 막의 평균 두께가 341.4Å이며, 그 두께편차는 2％임을 알 수 있다. 기판의 종류에 따라 막의 두께가 차이가 나는 것은 기판의 종류에 따라 BST 소스기체의 유량과 운반기체 Ar의 유량을 달리하였기 때문이다.
여기서 중요한 것은 두께균일도인데, 두께 편차가 2 ~2.5%로써 매우 작으므로 두께균일도가 매우 좋다는 것을 알 수 있다. 이는 샤워헤드를 이용하여 기판 바로 상부에서 소스기체를 분사시켜야만 좋은 두께균일도를 갖는 BST박막이 형성된다는 통념을 깨는 결과이다.
도 5는 도 4의 경우에 대해 XRF 분광기(X-ray fluorescence spectrometer)로 조성을 분석한 결과이다. 도 5를 참조하면, Ba, Sr, 및 Ti 각각의 조성편차는 Pt 기판의 경우에는 0.43, 0.34, 0.13 원자% 이며, Ru 기판의 경우에는 0.99, 0.37, 0.66 원자%임을 알 수 있다. 전기적 특성에 가장 큰 영향을 미치는 Ti에 대해서 Pt 기판의 경우는 매우 작은 조성편차를 나타내었고 Ru 기판의 경우에는 그 보다 큰 조성편차를 나타내었지만, 양자 모두 매우 양호한 조성편차를 보여주고 있다.
도 6은 BST박막 증착공정의 재현성에 대한 실험결과로서, (a)는 두께에 대한 것이고, (b)는 조성에 대한 것이다. 여기서, 기판은 Pt를 사용하였다.
도 6의 (a)를 참조하면, 500매의 기판에 대해 평균두께는 226.4Å이며, 두께편차는 4.73%임을 알 수 있다. 그리고, 도 6의 (b)를 참조하면, 500매의 기판에 대한 Ba, Sr, 및 Ti 각각의 조성편차가 0.39, 0.42, 0.54 원자%로써 매우 양호하다는 것을 알 수 있다. 그러나, 약 420매 정도 진행하였을 때 Ti 성분은 증가하고 Ba성분은 감소하는 변화를 관찰할 수 있다. 이는 기화기(140)에서 클로깅(clogging) 현상이 발생하여 막힘현상이 나타났기 때문이다. 이 경우, 도 6의 (a)를 참조하면 증착두께의 변화는 거의 없음을 알 수 있다. 한편, 클로깅 현상이 나타난 경우에 기화기(140)를 습식클리닝(wet cleaning)한 후 다시 장착하여 공정을 진행하면 클로깅 현상이 나타나기 이전의 상태와 마찬가지로 두께와 조성의 재현성이 나타남을 알 수 있다.
도 7은 BST박막의 단차피복성을 관찰한 SEM 단면사진으로서, 기판(240)의 온도를 460℃로 하여 증착한 경우이다. 도 7을 참조하면, 증착온도가 470℃까지 올라가면 단차피복성이 나빠지기 시작하고 특히 표면에 Ti이 과잉 함유된 이물질이 형성되어 전기적 특성이 나빠진다는 일반적인 보고와는 달리, 본 발명의 경우는 단차피복성이 90% 이상으로써 매우 양호하며 Ti을 과잉함유하는 이물질도 관찰되지 않음을 알 수 있다.
도 8은 BST박막의 전기적 특성을 측정한 그래프로서, (a)는 유전상수에 관한 것이고, (b)는 누설전류에 관한 것이다. 기판은 Si＼SiO2＼Pt 기판을 사용하였다.
도 8의 (a)를 참조하면, 기판(240)의 온도가 증가함에 따라 유전상수가 증가하는 경향을 보이고 있으며, 기판(240)의 온도가 430℃일 때, Ti 조성은 51.16 원자%이며 유전상수는 약 140임을 알 수 있다. 이 때의 SiO2 환산 두께는 약 9.5Å이다. 그리고, 도 8의 (b)를 참조하면, 1V에서 10-7A/cm2의 낮은 누설전류밀도와 1.5% 이하 의 낮은 유전손실(tanδ)을 갖음을 볼 수 있다. 한편, 제시되지는 않았지만 파괴전압(breakdown voltage)도 약 1.7MV/cm로써 우수하게 나타났다.


상술한 바와 같은 본 발명에 따른 BST박막 제조방법은, 싱글 칵테일 소스를 이용하기 때문에 실제 양산에 적합하고, 기화기가 하나만 있으면 족하기 때문에 LDS의 구조가 간단하다. 또한, 종래의 샤워헤드방식을 사용하지 않고 인젝터방식을 사용하더라도 우수한 전기적 특성을 갖는 BST박막을 얻을 수 있었다.
또한, 본 발명에 따른 기화기는 종래의 밴드 히터 대신에 블록히터(142a, 144a, 146a)를 사용하기 때문에 기화효율이 우수하며, 기화부(142), BST 소스기체 공급단(144), 및 BST 소스기체 배기단(146)이 일체형으로 구성되어 있기 때문에 쓸모없는 공간(dead space)이 줄어들어 파티클의 발생확율이 적어지게 된다.
본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (11)

  1. 반응챔버 내에 장입된 기판 상에 MOCVD법으로 BST박막을 형성하는 BST박막 형성방법에 있어서,
    Ba(METHD)2, Sr(METHD)2, 및 Ti(MPD)(THD)2를 솔벤트에 용해시켜 싱글 칵테일 소스를 마련하는 단계와,
    상기 싱글 칵테일 소스를 기화기로 기화시켜 BST 소스기체를 형성한 후 상기 BST 소스기체를 운반기체의 흐름에 편승시켜 반응기로 공급하는 동시에 상기 BST 소스기체와 반응되어질 산소기체를 상기 반응기로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 BST박막 형성방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 솔벤트가 메탄올, THF, 또는 부틸아세테이트인 것을 특징으로 하는 BST박막 형성방법.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 싱글 칵테일 소스의 Ba : Sr : Ti 몰비가 0.035 : 0.025 : 0.17~0.38 인 것을 특징으로 하는 BST박막 형성방법.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 싱글 칵테일 소스가 0.1~0.5g/mim의 속도로 기화되는 것을 특징으로 하는 BST박막 형성방법.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 기화기가 270~290℃의 온도범위로 가열되는 것을 특징으로 하는 BST박막 형성방법.
  6. 제4 항에 있어서, 상기 산소기체가 200~500sccm의 유속범위로 공급되고, 상기 운반기체가 300~400sccm의 유속범위로 공급되며, 상기 기판이 420~460℃의 온도범위를 가지고, 상기 반응챔버가 1~2 Torr의 압력범위를 가지는 것을 특징으로 하는 BST박막 형성방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. Ba(METHD)2, Sr(METHD)2, 및 Ti(MPD)(THD)2 가 용해된 싱글 칵테일 소스를 기화시켜 BST 소스기체를 형성한 다음에 반응기에 설치되는 기체인젝터를 통하여 상기 반응기로 상기 BST 소스기체를 공급하는 기화기에 있어서,
    상기 기화기는,
    상기 싱클 칵테일 소스를 기화시켜 상기 BST 소스기체를 형성하는 기화부와,
    상기 기화부에서 형성된 BST 소스기체가 상기 기체인젝터로 흘러가도록 상기 기화부에서 돌출되도록 연장되어 상기 기체인젝터와 연결되는 BST 소스기체 공급단과,
    상기 기화부에서 형성된 BST 소스기체가 외부로 배출되도록 상기 BST 소스기체 공급단에서 돌출되도록 분기되는 BST 소스기체 배기단과,
    상기 기화부와, 상기 BST 소스기체 공급단과, 상기 BST 소스기체 배기단을 각각 둘러싸도록 설치되는 블록히터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기화기.
KR1020000050023A 2000-08-28 2000-08-28 Ｂｓｔ박막 제조방법 및 이에 사용되는 기화기 KR100712435B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020000050023A KR100712435B1 (ko) 2000-08-28 2000-08-28 Ｂｓｔ박막 제조방법 및 이에 사용되는 기화기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020000050023A KR100712435B1 (ko) 2000-08-28 2000-08-28 Ｂｓｔ박막 제조방법 및 이에 사용되는 기화기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20020016989A KR20020016989A (ko) 2002-03-07
KR100712435B1 true KR100712435B1 (ko) 2007-04-30

Family

ID=19685539

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020000050023A KR100712435B1 (ko) 2000-08-28 2000-08-28 Ｂｓｔ박막 제조방법 및 이에 사용되는 기화기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100712435B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102556277B1 (ko) * 2018-04-23 2023-07-17 삼성디스플레이 주식회사 성막 장치 및 성막 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030018092A (ko) * 2001-08-27 2003-03-06 주식회사 하이닉스반도체 다성분계 박막의 형성 방법 및 그를 이용한 커패시터의제조 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030018092A (ko) * 2001-08-27 2003-03-06 주식회사 하이닉스반도체 다성분계 박막의 형성 방법 및 그를 이용한 커패시터의제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20020016989A (ko) 2002-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4220075B2 (ja) 成膜方法および成膜装置
US7906175B2 (en) Methods for forming a ruthenium-based film on a substrate
US6179920B1 (en) CVD apparatus for forming thin film having high dielectric constant
US20040241322A1 (en) Chemical vapor deposition methods of forming barium strontium titanate comprising dielectric layers, including such layers having a varied concentration of barium and strontium within the layer
US20030139005A1 (en) Process conditions and precursors for atomic layer deposition (ald) of al2o3
US6787186B1 (en) Method of controlled chemical vapor deposition of a metal oxide ceramic layer
US20050133127A1 (en) Methods of forming barium strontium titanate layers
US20020192899A1 (en) Fabrication method for semiconductor integrated devices
US6787181B2 (en) Chemical vapor deposition method of making layered superlattice materials using trimethylbismuth
TW201139721A (en) Thin film manufacturing apparatus, thin film manufacturing method, and method for manufacturing semiconductor device
JPH0927602A (ja) キャパシタおよび高容量キャパシタの製造方法
KR20020061985A (ko) 탄탈륨 산화막을 가진 반도체 커패시터 및 그의 제조방법
US7007933B2 (en) Method and apparatus for supplying a source gas
KR20030014659A (ko) 강유전성 Ｐｂ(Ｚｒ,Ｔｉ)Ｏ3 막의 형성법
US20070287248A1 (en) Method for manufacturing capacity element, method for manufacturing semiconductor device and semiconductor-manufacturing apparatus
JPH06349324A (ja) 強誘電体薄膜の形成方法
JP3488007B2 (ja) 薄膜形成方法、半導体装置及びその製造方法
KR100712435B1 (ko) Ｂｓｔ박막 제조방법 및 이에 사용되는 기화기
JP2007506271A (ja) 液状又は溶液の原料を用いマルチチャンネル装置を介して不連続に射ち込み、単元又は多元の層及びスタック層を堆積する方法及び装置
CN1737193B (zh) 利用氧化还原反应沉积贵金属电极的方法
KR101246499B1 (ko) 산화물 박막 제조 방법 및 그 제조 장치
US6461910B1 (en) Method of forming a capacitor in a semiconductor device
US20050271817A1 (en) Method for preparation of aluminum oxide thin film
JP4212013B2 (ja) 誘電体膜の作製方法
JP2007059735A (ja) 半導体装置の製造方法および基板処理装置

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: 20130410

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140402

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150303

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160329

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180403

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190328

Year of fee payment: 13