KR101302592B1 - 실리콘 화합물 박막의 형성방법 - Google Patents

실리콘 화합물 박막의 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘 화합물을 이용한 원자층 증착공정을 수행하여 실리콘 화합물 박막을 형성하는 방법으로서, HSi(isopropyl)3 를 소스로 이용하여 실리콘 화합물 박막을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명에 의하면, 낮은 온도에서도 높은 증착률을 가지고, 불필요한 입자 발생이 없는 우수한 물리적 특성과 균일성을 가지는 실리콘 화합물 박막을 얻을 수 있다.

Description

실리콘 화합물 박막의 형성방법{PROCESS FOR PRODUCING SILICON COMPOUND THIN-FILM}
본 발명은 실리콘 화합물을 이용한 원자층 증착공정을 수행하여 실리콘 화합물 박막을 형성하는 방법으로서, 낮은 온도에서도 높은 증착률을 가지고, 불필요한 입자 발생이 없는 우수한 물리적 특성과 균일성을 가지는 실리콘 화합물 박막을 얻기 위한 것이다.
일반적으로 반도체나 나노기술에서는 얇은 막을 형성하는 기술이 필요한데, 최근 들어서는 두께가 더욱 얇아져 막을 원자 단위로 조절하는 수준까지 발전해왔다. 즉, 소자 제조기술이 나노(nm) 단위로 축소됨에 따라 이들 소자를 제조하기 위한 각종 박막의 두께도 줄어들게 된다. 따라서, 정확한 막 두께 및 조성의 제어, 우수한 스텝 커버러지(step coverage) 및 균일성, 그리고 높은 수율의 박막 증착방법이 요구되고 있다.
대표적인 것이 원자층 증착기술로 불리는 원자층 증착(ALD: Atomic Layer Deposition)법이다. ALD는 반도체 소자 생산에서 극미세박막 제조에 사용되는 중요한 기술로 CVD 법의 한계를 극복한 새로운 공정기술로 주목받았다.
이와 관련한 연구로서, Si(NCO)4 및 N(C2H5)3와 같은 화합물들을 소스 물질로 이용하는 ALD 공정들에 의하여 실리콘 이산화물이 성장된 바 있다(K. Yamaguchi et al., Appl. Surf. Sci. (1998) 130-132). SiCl4 및 H2O를 소스 물질들로서 이용하는 분자층 ALE 및 UHV-ALE 공정들에 의해 실리콘 이산화물의 증착도 문헌에 설명되었다(Surface Review and Letters, Vol. 6, Nos 3 & 4 (1999) 435-448). 그러나, 이들 공정들은 긴 반응 시간을 가지며 공업적 규모로는 구현될 수 없다.
한편, D. Hausmann 등은 2002년 10월 11일 사이언스지 402면에서 RVD(rapid vapor deposition)법에 의한 SiO2 증착방법을 소개하고 있다. RVD는 기본적으로 ALD와 유사하게 전구체 또는 반응가스를 교대로 주입하는 방식이다. 그러나 상기 논문에 의하면 트리메틸알루미늄(trimethylaluminium, TMA)과 TBOSL(tris(tert-butoxy)silanol)을 가열된 기판 위에 교대로 주입하여 SiO2 박막을 증착하는 것인데, 여기서는 사일렌올 분자들이 고분자화되는데 촉매 역할을 하는 알루미늄 원자들이 필수적으로 필요하다. 또한, 최근 미국특허 제7,135,418호는 TMA 같은 금속 함유 전구체(precursor)와 TPOSL(tris(tert-pentoxy)silanol),TBOSL(tris(tert-butoxy)silanol), di(tert-butoxy)silandiol 등과 같은 사일렌올이나 사일렌디올(silandiol)을 함유한 실리콘 함유 전구체를 이용한 SiO2 박막 제조방법을 소개하고 있다. 그러나, 사일렌올이나 사일렌디올을 함유한 실리콘 함유 전구체는 아직 반도체 제조업체에서 널리 사용하지 않아 고가이며, 상대적으로 불안정하여 사용하는데 어려움이 있을 뿐 아니라, 이로 인해 PM(preventive maintenance)주기가 짧아지는 단점이 있다.
그리고, 실리콘 함유 전구체로 널리 사용되고 있는 TEOS와 반응가스로 오존(O3)을 이용한 전통적인 방식의 ALD법을 이용하여 SiO2 박막을 증착하게 되면 증착속도가 사이클당 0.01nm로 너무 낮아서 실제 소자 적용에 한계가 있다.
상술한 바와 같이, ALD법은 기본적으로 화학반응물 선택이 어렵고, 온도가 낮아 막질이 나쁘며, 생산성이 떨어진다는 단점이 있다. 또한, ALD을 이용한 SiO2 증착 공정에 있어서도 사이클당 성장 속도가 너무 낮아, 경제적인 경쟁력이 없는 문제점이 있다. 이에 따라, ALD법에 의하더라도 더 높은 성장속도를 가능하게 하고 더 높은 반응성을 갖는 새로운 전구체들이 다양하게 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 우수한 증착속도와 균일성을 얻을 수 있는 실리콘 화합물 박막을 제조하는 방법을 제공하는 것이 목적이다.
또한, 본 발명은 낮은 온도에서도 높은 증착률을 가지고, 불필요한 입자 발생이 없는 우수한 성분비의 실리콘 화합물 박막을 얻고자 하는 것이다.
본 발명의 일 양상에 따른 실리콘 화합물 박막의 형성방법은, 10mTorr ~10 Torr 범위 내의 내부압력을 가지는 반응기 내의 기판에 HSi(isopropyl)3 소스를 3초~10초간 공급하여 화학적으로 흡착시키는 단계; 상기 반응기 내에 퍼지 가스를 0.5초~10초 동안 공급하는 제1퍼지 공정을 수행하여, 상기 기판에 화학적으로 흡착되고 남은 HSi(isopropyl)3 소스를 제거하는 단계; 상기 흡착된 HSi(isopropyl)3 소스에 플라즈마화된 산소를 공급하여, 실리콘 산화물 또는 질화물을 형성하는 단계; 및 상기 반응기 내에 퍼지 가스를 0.1초~5.0초 동안 공급하는 제2퍼지 공정을 수행하여 화학적으로 흡착되고 남은 산소를 제거하는 단계;를 포함하고, 상기 산소를 공급하는 것은, 상기 HSi(isopropyl)3 소스를 3초~10초간 공급하는 것보다 1.5배~3배 이상 긴 시간 동안 공급하는 것을 특징으로 한다.
일 구체예로서, 상기 HSi(isopropyl)3 는 하기 화학식 1의 구조를 가지는 것이 바람직하다.
[화학식 1]
Figure 112011016242719-pat00001
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기타 본 발명의 다른 구체예는 후술하는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 및 도면에 기재되어 있다.
본 발명에 따른 실리콘 화합물 박막 형성방법에 의하면, HSi(isopropyl)3 를 소스로 이용한 원자층 증착공정을 수행하여 우수한 물성을 갖는 실리콘 화합물 박막을 형성할 수 있다. 즉, HSi(isopropyl)3 소스를 사용한 원자층 증착공정을 수행하여 정량비의 실리콘 화합물 박막을 형성할 수 있다. 이와 동시에 두께와 전기적 또는 물리적 성질이 균일한 실리콘 화합물 박막을 지속적으로 형성할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 실리콘 화합물 박막 형성방법은, 저온에서 이루어지는 원자층 증착공정법을 이용하므로 단차 도포성이 좋아 갭-필 능력이 우수하며, 박막이 치밀하고 불순물이 적어 유전율이 높은 실리콘 화합물 박막의 제조가 가능하다.
또한, 본 발명은 플라즈마 원자층 증착공정을 통하여, 낮은 온도에서 높은 증착률을 가지고, 불필요한 입자 발생 없이 우수한 성분비의 실리콘 화합물 박막을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 실리콘 화합물 박막의 형성방법에서, 각 단계의 공정을 설명하기 위한 공정도이고,
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 일 구체예에 따른 실리콘 화합물 박막의 형성방법에 의해 제조된 박막의 표면 거칠기를 분석한 현미경 사진이다. 도 2는 소스가스를 약 3초간 주입한 경우이고, 도 3은 소스가스를 약 10초간 주입한 경우이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 각 층(막), 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막) 또는 패턴들의 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층(막), 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각층(막) 또는 패턴들 위에 형성되거나 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 층(막), 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 실리콘 화합물 박막의 형성방법은, 실리콘 화합물을 이용한 원자층 증착공정을 수행하여 실리콘 화합물 박막을 형성하는 방법으로서, HSi(isopropyl)3 를 소스로 이용하여 실리콘 화합물 박막을 형성하는 것이다.
즉, 본 발명자들은 실리콘 화합물을 이용하여 ALD 공정을 통해 박막을 형성할 수 있는 다양한 전구체들을 대상으로 연구개발을 수행한 결과, HSi(isopropyl)3 를 소스로 이용하는 경우 저온 ADL 공정으로 우수한 물성을 갖는 실리콘 화합물 박막을 형성할 수 있다는 것을 확인한 뒤, 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 HSi(isopropyl)3 를 소스로 이용해서 ALD 공정에 의해 실리콘 화합물 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는바, 상기 소스를 이용해서 박막을 형성하는 ALD 공정은 이 기술분야에 알려진 다양한 방법을 모두 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예로서 실리콘 화합물 박막의 형성방법은, 기판에 HSi(isopropyl)3 소스를 화학적으로 흡착시키는 단계(S100); 제1퍼지 공정을 수행하여 화학적으로 흡착되고 남은 HSi(isopropyl)3 소스를 제거하는 단계(S200); 상기 흡착된 HSi(isopropyl)3 소스에 산화제 또는 질화제를 제공하여, 실리콘 산화물 또는 질화물을 형성하는 단계(S300); 및 제2퍼지 공정을 수 행하여 화학적으로 흡착되고 남은 산화제 또는 질화제를 제거하는 단계(S400);를 포함하는 것일 수 있다.
먼저, 기판에 HSi(isopropyl)3 소스를 화학적으로 흡착시키는 단계(S100);를 거칠 수 있다. 예를 들어, 박막을 형성할 기판을 반응기에 장착하고, 여기에 본 발명에 따른 선구 물질인 HSi(isopropyl)3 를 전구체로 공급하는 것이다. 이와 같이 반응기 내부로 HSi(isopropyl)3 소스 기체를 공급하고, 상기 반응기 내부를 소정의 압력과 온도로 유지하면, 상기 HSi(isopropyl)3 소스는 화학적 반응을 일으켜 기판 상에 실리콘(Si) 원자가 증착된다. 이를 위한, 반응기는 이 기술분야에서 알려진 다양한 반응기를 이용할 수 있다.
예를 들어, 상기 기판은 반도체 기판 또는 기판 어셈블리 등을 포함한다. 상기 반도체 기판은 불순물이 도핑된 폴리실리콘 기판, 단결정 실리콘 기판, 실리콘 산화물 또는 금속(TiN, TaN, W, Ru, Al, Cu)의 박막이 형성된 기판 등을 포함한다. 상기 기판 어셈블리는 백금, 이리듐, 산화이리듐, 로듐, 루테늄, 산화루테늄, 질화티탄, 질화탄탈, 탄탈-규소-질화물, 이산화규소, 알루미늄, 갈륨 금속으로 이루어진 구조물 즉, 디램(DRAM) 소자, 에스램(SRAM) 소자 및 강유전체 메모리 (FERAM) 소자에 적용되는 금속 또는 반도체 구조물이 적용된 기판을 포함한다.
상기 HSi(isopropyl)3 소스는 버블링 시스템, 인젝션 시스템, 엘디에스(LDS; liquid delivery system)와 같은 전구체 유입장치를 이용하여 상기 반응기 내로 도입될 수 있다. 예를 들어, 버블링 시스템으로 HSi(isopropyl)3 소스를 반응기에 도입하는 경우, 액체 상태의 상기 HSi(isopropyl)3 소스를 캐리어 가스로 버블링하여 기화시킨 후 기화되어 증기 상태를 갖는 HSi(isopropyl)3 소스를 캐리어 가스와 함께 반응기 내부로 유입된다. 상기 HSi(isopropyl)3 소스와 함께 반응기로 공급되는 캐리어 가스는 불활성 가스로서, 구체적인 예로는 아르곤 가스, 헬륨 가스, 질소 가스, 네온 가스 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 캐리어 가스와 함께 수소 가스가 공급될 수 있다. 또한, 상기 캐리어 가스의 유량은 박막의 증착 속도, HSi(isopropyl)3 소스의 증기압, 온도 등의 인자들을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 전구체를 반응시키기 위한 상기 반응기 내부의 압력은 10 mTorr 이상이어야 하고, 10mTorr ~10 Torr 사이의 범위인 것이 가장 바람직하다. 그리고, 상기 반응기 내부로 공급되는 전구체는 1초에서 10분 사이의 범위 동안 공급되는 것이 바람직하고, 약 3초 내지 10초 동안 반응기에 공급되는 것이 더욱 바람직하다. 이렇게 상기 반응기 내로 제공된 HSi(isopropyl)3 소스는 그 일부가 상기 기판의 표면에 화학적 흡착되고, 나머지는 물리적으로 흡착되거나 상기 반응기 내에 부유한다. 이때, 상기 기판과 HSi(isopropyl)3 소스의 화합흡착은 리간드의 일부 또는 기능기가 기판과 화학적으로 반응함으로서 이루어진다.
일 구체예로서, 상기 HSi(isopropyl)3 는 하기 화학식 1의 구조를 가지는 것이 바람직하다.
[화학식 1]
Figure 112011016242719-pat00002
일 구체 예로서, 상기 HSi(isopropyl)3 를 소스가스로 공급하는 것은, 상기 HSi(isopropyl)3 소스를 플라즈마화하여 소스가스로 공급하는 것일 수도 있다. 즉, 소스가스를 기판에 증착시킴에 있어서, 상기 소스가스 또는 반응기 내부에 플라즈마를 발생시켜서 반응성을 높이기 위한 것이다. 이를 위하여, 상기 소스가스를 플라즈마 상태로 여기시키기 위한 별도의 플라즈마 발생 코일을 이용할 수 있다. 플라즈마 발생 코일은 외부로 공급받은 전원에 따라 소정의 정전기를 발생시켜서 소스가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다. 예를 들어 RF(radio frequency) 전원과 같은 전원을 이용하여, 수watt 내지 수Kwatt의 전력을 인가하면서, 반응기에 소스가스를 공급함으로써, 인시츄(in-situ)로 발생시킬 수 있다. 이때, 전원은 용량 결합 형태의 전극에 연결된 주파수 13.56 MHz 또는 27.12MHz를 포함할 수 있고, 전력의 크기는 약 100W 내지 3000W일 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 소스가스를 기판에 증착함에 있어서, 플라즈마를 동시에 주입함으로서, 상기 플라즈마의 에너지를 박막 증착 공정에 이용하여, 증착 속도를 더욱 높일 수 있다.
이어서, 제1 퍼지 공정을 수행하여 화학적 흡착되고 남은 HSi(isopropyl)3 소스를 제거하는 단계(S200)를 거칠 수도 있다. 상기 S200 단계에서 제1 퍼지 공정은 상기 반응기 내로 퍼지 가스를 제공하여 기판에 화학적 흡착되지 않은 잉여 소스가스를 기판으로부터 제거하는 공정이다. 일 예로서, 상기 퍼지 가스는 질소, 아르곤, 헬륨 및 수소 가스등을 포함하며, 반응기 내로 0.5초 내지 10초의 기체 공급 주기 동안 100sccm 내지 1000sccm의 유량으로 공급될 수 있다. 상기 퍼지 가스는 이들을 단독 또는 둘 이상을 혼합되어 사용될 수 있다. 이때, 소스가스 도입(S100) 후의 퍼지 가스를 공급하는 단계(S200)는 생략될 수도 있다.
이어서, 상기 흡착된 HSi(isopropyl)3 소스에 산화제 또는 질화제를 반응가스로 제공하여, 실리콘 산화물 또는 질화물을 형성하는 단계(S300);를 거칠 수 있다. 상기 S300 단계에서는 기판에 화학적 흡착된 HSi(isopropyl)3 소스와 제공된 반응가스가 산화환원반응이 일어나도록 함으로서 기판에 단층의 실리콘 산화물 또는 질화물을 형성하는 공정이다.
일 구체예로서, 상기 산화제 또는 질화제는 산소(O2) 또는 물(H2O)인 것이 바람직하고, 그 중에서도 산소인 것이 더욱 바람직하다. 그리고, 상기 반응가스와 기판 표면에 흡착된 소스 가스와의 반응성을 향상시키기 위해 상기 반응가스 공급 시간이 상기 소스 가스 공급 시간에 비해 1.5 내지 3배 이상 긴 것이 바람직하다. 이를 통해 충분한 산화가 이루어져 양질의 산화막이 형성될 수 있다.
일 구체예로서, 상기 산화제 또는 질화제를 공급하는 것은, 상기 산화제 또는 질화제를 플라즈마화하여 공급하는 것이 가능하다. 즉, 상기에서 반응가스의 공급시 산화 정도에 따라 반응기 내부에 플라즈마를 발생시켜서 반응성을 높이기 위함이다. 예를 들어, 플라즈마 파워는 100W ~ 20 kW 사이의 범위로 유지하고, 압력은 5mTorr ~ 5 Torr 사이의 범위를 유지하며, 플라즈마를 형성하기 위한 기체의 유량은 100 Sccm ~ 50 Slpm 사이의 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
이어서, 제2퍼지 공정을 수행하여 화학적으로 흡착되고 남은 산화제 또는 질화제를 제거하는 단계(S400);를 포함할 수 있다. 상기 S400 단계에서 제2퍼지 공정은 상기 반응기 내로 퍼지 가스를 제공하여 소스가스와 반응하고 남은 잔류 반응가스를 기판으로부터 제거하는 공정이다. 일 예로서, 상기 퍼지 가스는 질소, 아르곤, 헬륨 및 수소 가스등을 포함하며 반응기 내로 약 0.1 내지 5.0초 동안 도입할 수 있다. 상기 퍼지 가스는 이들을 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이때, 반응가스 도입(S200) 후의 퍼지 가스를 공급하는 단계(S400)는 생략될 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 구체예에서는 HSi(isopropyl)3 를 소스 가스로 이용하여 박막을 제조하되, ALD 공정을 통해 100℃ 내지 약 500℃의 저온에서 박막을 증착할 수 있다. 이를 통해 종래의 고온에서 산화막을 증착함으로 인해 하부 구조물에 열적 부담을 주었던 문제를 해결할 수 있다. 그리고, ALD 공정의 높은 스텝 커버리지 특성에 따라 하부 구조의 패턴의 단차를 따라 균일한 두께의 산화막을 형성할 수 있게 된다.
이에 따라, 상기한 본 발명의 일 구체예에 따른 증착 과정은, 약 100℃ 내지 약 350℃의 온도, 약 0.1 torr 내지 약 10 torr의 압력하에서 이루어지는 것이 바람직하다. 각 기체 공급 단계의 공급 주기는 0.2초 내지 10초일 수 있다. 이러한 가스 공급 주기(S100 내지 S400)를 원하는 두께를 가진 실리콘 박막이 증착될 때까지 반복한다(S 500). 본 발명의 한 실시예에서, 가스 공급 주기(S100 내지 S400)는 약 100회 내지 500회 반복될 수 있다. 그런 다음, 원하는 두께의 실리콘 박막이 형성되면, 기판을 반응기로부터 꺼낸다(S 600).
한편, 본 발명의 다른 양상은, 기판에 실리콘 화합물 박막을 형성하는 단계; 및 상기 박막에 도전층을 형성한 후 패터닝하여 배선을 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 실리콘 화합물 박막은 HSi(isopropyl)3 소스 및 산화제 또는 질화제를 이용한 원자층 증착공정을 수행함으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법일 수 있다.
여기서, 상기 박막에 도전층을 형성하고 패터닝하여 배선을 형성하는 방법은 이 기술분야에 알려진 다양한 방법을 모두 포함한다.
본 발명에 따라 HSi(isopropyl)3 소스를 이용하여 제조된 실리콘 박막은 박막이 치밀하고 불순물이 적어 유전율이 높기 때문에, 반도체 소자의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.
그러면, 본 발명의 일 구체예에 따른 실리콘 박막 증착 방법에 의하여 증착된 실리콘 박막의 증착률 및 막 특성에 대하여, 본 발명의 실시예 및 실험예에 따라 설명한다. 이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명은 하기 실시예에 의하여 한정되지 않고 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.
실시예 : 실리콘 화합물 박막의 제조
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 실리콘 화합물 박막의 형성방법에서, 각 단계의 공정을 설명하기 위한 공정도이다.
여기에 도시된 바와 같이, ALD 공정은 TIPSH(HSi(isopropyl)3)를 3~10초간 주입하고, 이어서 1차 퍼지를 3초간 수행하였으며, 반응가스로는 산소(O2)를 3~10초간 주입하였고, 2차 퍼지는 3~5초간 수행하였다. 또한, 특별히 TIPSH 와 반응가스를 주입할 때 각각 플라즈마 파워(50W)를 동시에 인가해 증착속도 및 박막의 불순물 혼입을 낮게 유지하고자 하였다.
실험예 : 박막의 증착속도 , 불순문 혼입 여부, 성분비, 표면 거칠기 분석
상기 실시예에서 소스가스를 약 3초간 주입한 경우, 증착속도는 6.45 A/cycle을 얻을 수 있었으며, 불순물을 분석했을 때 C는 혼입되지 않았다. 그리고, TiPSH 주입시간을 10초로 늘렸을때는 35.87 A/cycle 의 증착속도를 얻을 수 있었ㄷ다.
또한, 성분비는 소스가스 3초 주입의 경우와 10초 주입의 경우 모두 크게 다르지 않았다. XPS 분석 결과, 두 경우 모두 Si : O = 6 : 4로 구성됨을 확인하였다.
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 일 구체예에 따른 실리콘 화합물 박막의 형성방법에 의해 제조된 박막의 표면 거칠기를 AFM으로 측정한 현미경 사진이다. 도 2는 소스가스를 약 3초간 주입한 경우이고, 도 3은 소스가스를 약 10초간 주입한 경우이다. 표면 거칠기를 분석했을 경우 도 2에 나타난 바와 같이 낮은 거칠기 수준(RMS:0.349nm)을 보였다. 소스가스를 10초간 주입했을 경우에도, 높은 증착속도에도 불구하고 3초 주입한 경우와 거의 차이 없는 거칠기 수준(RMS:0.411nm)을 얻었다.
비교예 :　 DIAS 소스를 이용한　박막의 증착속도 평가
증착속도 비교를 위하여, 종래에 Si 증착소스로 많이 사용되고 있는 Diisopropyl amino silane (DIAS) 소스를 이용해서, 증착특성을 확인하였다.
즉, DIAS 소스 가스를 약 10초간 주입하고, 퍼지를 3초, O2 플라즈마를 10초, 다시 퍼지를 3초 수행하는 한 사이클에 의해, 상기 실시예처럼 증착을 하였다. 그 결과, 증착속도는 1.5 A/cycle 을 얻을 수 있었다.
이와 같이 본 발명에서 사용한 TiPSH 보다 낮은 증착속도를 갖고 있음을 확인하였고, 그로 인해 DIAS 소스 가스를 이용하는 경우 활용범위가 낮을 수 밖에 없다.

Claims (9)

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  7. 10mTorr ~10 Torr 범위 내의 내부압력을 가지는 반응기 내의 기판에 HSi(isopropyl)3 소스를 3초~10초간 공급하여 화학적으로 흡착시키는 단계;
    상기 반응기 내에 퍼지 가스를 0.5초~10초 동안 공급하는 제1퍼지 공정을 수행하여, 상기 기판에 화학적으로 흡착되고 남은 HSi(isopropyl)3 소스를 제거하는 단계;
    상기 흡착된 HSi(isopropyl)3 소스에 플라즈마화된 산소를 공급하여, 실리콘 산화물 또는 질화물을 형성하는 단계; 및
    상기 반응기 내에 퍼지 가스를 0.1초~5.0초 동안 공급하는 제2퍼지 공정을 수행하여 화학적으로 흡착되고 남은 산소를 제거하는 단계;를 포함하고,
    상기 산소를 공급하는 것은, 상기 HSi(isopropyl)3 소스를 3초~10초간 공급하는 것보다 1.5배~3배 이상 긴 시간 동안 공급하는 것을 특징으로 하는 실리콘 화합물 박막의 형성방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 HSi(isopropyl)3 는 하기 화학식 1의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 실리콘 화합물 박막의 형성방법.
    [화학식 1]
    Figure 112013027853014-pat00007

  9. 삭제
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