KR101559104B1 - MANUFACTURING METHOD OF Si THIN FILM USING COLD CATHOD PLASMA - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉음극플라즈마를 이용한 실리카 박막의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라즈마를 발생시키기 위한 전원으로서 냉음극 변압기를 사용하는 실리카 박막의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 냉음극플라즈마를 이용한 실리카 박막의 제조 방법은 누설전류변압기를 이용하기 때문에 낮은 전압에서도 우수한 절연막 특성과 광학 특성을 나타내는 실리카 박막을 제조할 수 있다.
The present invention relates to a method of manufacturing a silica thin film using a cold cathode plasma, and more particularly, to a method of manufacturing a silica thin film using a cold cathode transformer as a power source for generating a plasma.
Since the manufacturing method of the silica thin film using the cold cathode plasma according to the present invention uses a leakage current transformer, a silica thin film exhibiting excellent insulating film characteristics and optical characteristics can be manufactured even at a low voltage.

Description

냉음극 플라즈마를 이용한 실리카 박막의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF Si THIN FILM USING COLD CATHOD PLASMA} TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a manufacturing method of a silica thin film using a cold cathode plasma,

본 발명은 냉음극플라즈마를 이용한 실리카 박막의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라즈마를 발생시키기 위한 전원으로서 냉음극 변압기를 사용하고 화학기상증착법에 의하여 실리카 박막을 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a silica thin film using a cold cathode plasma, and more particularly, to a method of manufacturing a silica thin film by a chemical vapor deposition method using a cold cathode transformer as a power source for generating a plasma.

플라즈마(plasma)란 이온화된 가스를 의미한다. 원자 또는 분자로 이루어진 가스에 전기 에너지를 이용하여 방전시키면 전자, 이온, 분해된 가스, 및 광자(photon) 등으로 이루어진 플라즈마가 형성된다.Plasma means ionized gas. When a gas composed of atoms or molecules is discharged using electric energy, a plasma composed of electrons, ions, decomposed gases, and photons is formed.

플라즈마 발생 전극의 종류에 따라 축전결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma) 방식과 유도결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma) 방식 등으로 분류할 수 있다. 이 중에서 널리 사용되고 있는 것은 축전 결합방식이고 이를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 장치를 축전결합형플라즈마(Capacitively Coupled Plasma, CCP) 발생장치라 한다. Depending on the type of the plasma generating electrode, a capacitively coupled plasma (inductively coupled plasma) method or an inductively coupled plasma (inductively coupled plasma) method can be used. Among these devices, a device for generating plasma using a capacitive coupling method is called a capacitively coupled plasma (CCP) generator.

축전결합형플라즈마 발생장치는 콘덴서의 전하 축전 원리를 이용하며, 챔버내부에서 2개의 전극을 대향시켜, 한쪽 전극에 고주파전력이나 저주파전력, 직류전력, 혹은 이들 전력을 시간 변조한 펄스 전력을 인가할 수 있는 구조로 만들 수 있다.The capacitor-coupled plasma generator uses the charge accumulation principle of a capacitor. The two electrodes are opposed to each other in the chamber, and high-frequency power, low-frequency power, direct-current power, or pulse power obtained by time- Can be made into structure.

축전결합형 전극의 구조는 2개의 전극 간의 정전계(靜電界)에 의해 전자와 이온 등 하전입자를 가속하여 하전입자와하전입자 또는 하전입자와 전극의 충돌에 의한 상호작용에 따라 플라즈마를생성유지한다. 이때 플라즈마가 발생할 수 있도록 두 전극 간에 충분한 전압차이가 생길 수 있도록 만드는 것이 중요하다.The structure of the capacitively coupled electrode accelerates charge carriers such as electrons and ions by an electrostatic field between two electrodes to generate and maintain a plasma in response to interaction between the charged particles and the charged particles of the charged particles or charged particles . It is important to ensure that there is sufficient voltage difference between the two electrodes so that a plasma can occur.

냉음극 변압기 (Cold Cathode Transformer)는 누설 변압기(Leakage current transformer)의 일종이다. 누설 변압기는 자기회로상에 누설철심을 이용하여 자속의 누설다리를 연결하여 2차 전류의 세기를 조절할 수 있는 변압기이다. 일반적으로 냉음극 변압기는 누설 전류 원리를 이용하여 2차 전원부에 약 400 - 4,000 V, 100 mA 이내의 일정한 정전류(constant current)를 공급한다. Cold Cathode Transformer is a type of leakage current transformer. The leakage transformer is a transformer that can control the intensity of the secondary current by connecting leakage flux of magnetic flux using a leakage core on the magnetic circuit. Generally, a cold cathode transformer uses a leakage current principle to supply a constant current of about 400 - 4,000 V, 100 mA or less to a secondary power source.

종래의 경우에는 누설 전류 변압기 중에서도 네온 변압기를 이용한 대기압 플라즈마 개발이 집중적으로 연구되었으며 대기압 및 수중에서 플라즈마를 발생시키는 장치에 대한 보고가 많이 있다 (대한민국 공개특허 제2006-0091869호, 일본국 공개특허 제2004-311251호). In the conventional case, among the leakage current transformers, development of atmospheric pressure plasma using a neon transformer has been intensively studied, and there have been many reports on a device for generating plasma at atmospheric pressure and underwater (Korean Patent Publication No. 2006-0091869, 2004-311251).

그러나, 일반적으로 5,000 V 이상의 높은 전압과 30 mA 정도의 낮은 전류를 발생시키는 네온 변압기를 사용하여 대기압 상태에서 플라즈마를 만드는 경우 아래와 같은 제한이 있었다. However, in the case of generating a plasma at atmospheric pressure using a neon transformer that generally generates a high voltage of 5,000 V or more and a low current of about 30 mA, there are the following limitations.

1) 대기압 상태에서는 두 개의 플라즈마 전극 사이의 간격에 제한을 받는다. 즉, 플라즈마 방전에 있어, Paschen의 법칙에 따르면 압력이 높을수록 전극간의 거리가 가까워져야 플라즈마 방전이 용이하다. 따라서 대기압의 경우에는 전극간의 거리가 수 미리미터 정도로 극히 가까워져야만 한다는 문제가 있다. 그러나 플라즈마 전극 간격이 너무 좁으면, 플라즈마를 이용한 다양한 크기의 소재 표면 처리에 한계가 있다. 예를 들어, 소재의 두께가 10cm 이상이거나, 소재의 표면이 굴곡이 있는 형상을 가지고 있는 경우 대기압 플라즈마에 의한 처리는 한계가 있다. 또한 도우넛 형태의 소재의 경우 안쪽 표면의 플라즈마 처리에 문제가 있다. 1) At atmospheric pressure, the gap between the two plasma electrodes is limited. That is, in the plasma discharge, according to Paschen's law, the higher the pressure, the closer the distance between the electrodes is, the easier the plasma discharge is. Therefore, in the case of atmospheric pressure, there is a problem that the distance between the electrodes must be extremely close to several millimeters. However, if the distance between the plasma electrodes is too narrow, there is a limit to the surface treatment of materials of various sizes using plasma. For example, when the thickness of the workpiece is 10 cm or more, or when the surface of the workpiece has a curved shape, the treatment by the atmospheric pressure plasma is limited. Also, in the case of a donut-shaped material, there is a problem in the plasma treatment of the inner surface.

2)네온 변압기를 이용하여 대기압에서의 플라즈마 방전을 위해서는 양 전극에 상대적으로 높은 전압이 인가되어야 하며, 이때에는 금속 또는 전도성 전극 간에 경우에 따라 강한 아크가 발생하기 쉽다. 이것은 전기적으로 상당히 위험해질 수 있어, 실제 공정 개발의 안전성, 균일성, 재현성 측면에서 문제점을 가지게 된다. 따라서 누설 전류 변압기를 실제 전자 소재 제조에 사용하는 연구가 많이 개발되지 못하고 있다.2) In order to discharge plasma at atmospheric pressure using a neon transformer, a relatively high voltage should be applied to both electrodes. At this time, strong arc is likely to occur between metal or conductive electrodes. This can be extremely dangerous in terms of electrical conductivity, which poses problems in terms of safety, uniformity and reproducibility of actual process development. Therefore, much research on the use of leakage current transformers in the fabrication of actual electronic materials has not been developed.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명자에 의해 진공에서 누설 전류 변압기를 이용한 플라즈마 처리 장치가 기출원, 등록되었다 (대한민국 특허등록번호 10-1147349). 상기 누설 전류 변압기를 이용한 플라즈마 처리 장치는 도 1에 나타낸 바와 같이 내부에 피처리 샘플이 수용되며 플라즈마가 형성되는 챔버; 상기 챔버 내부를 진공 상태로 유지하기 위한 배기부; 상기 챔버 내에 고정되며 양극과 음극이 서로 대향하여 설치되는 플라즈마 발생 전극; 상기 챔버 외부에 설치되며 상기 플라즈마 발생 전극에 전원을 공급하는 가변 전원 공급기; 상기 가변 전원 공급기와 상기 플라즈마 발생 전극 사이에 설치되며, 플라즈마 전극에 인가하는 전압과 전류를 조절하는 누설 전류형 변압기;를 포함하고, 상기 가변 전원 공급기는 상기 누설 전류형 변압기에 인가되는 1차 전원을 표시하는 전류계 및 전압계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to solve such a problem, the inventor of the present invention has registered a plasma processing apparatus using a leakage current transformer in a vacuum (Korean Patent Registration No. 10-1147349). As shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus using the leakage current transformer includes a chamber in which a sample to be processed is received and a plasma is formed; An exhaust unit for maintaining the inside of the chamber in a vacuum state; A plasma generating electrode fixed in the chamber and having an anode and a cathode opposite to each other; A variable power supply installed outside the chamber and supplying power to the plasma generating electrode; And a leakage current transformer installed between the variable power supply and the plasma generating electrode for adjusting a voltage and a current to be applied to the plasma electrode, wherein the variable power supply includes a primary power source And a voltmeter.

플라즈마를 이용한 실리카 박막의 화학기상증착은 산화막 반도체를 제조하는데 새롭게 주목받고 있는 중요한 기술이다. 종래 실리카의 증착에는 스퍼터링 방법이나, 열증발 방법, 유기금속 전구체와 고주파 플라즈마를 사용한 플라즈마화학기상증착 방법이 대표적으로 사용되었다. Chemical vapor deposition of silica thin films using plasma is an important technology that is attracting attention for manufacturing oxide semiconductor. Conventionally, sputtering method, thermal evaporation method, plasma chemical vapor deposition method using an organometallic precursor and a high frequency plasma have been typically used for deposition of silica.

그러나, 실리카 박막 증착시 냉음극플라즈마를 사용하는 기술에 대해서는 연구되지 않고 있다.
However, techniques for using cold cathode plasma in the deposition of silica thin films have not been studied.

본 발명은 냉음극플라즈마를 사용하여 경제적이면서도 간단하게 실리카 박막을 증착하는 새로운 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
It is an object of the present invention to provide a novel method for depositing a silica thin film economically and simply using a cold cathode plasma.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 The present invention has been made to solve the above problems

반응기 내부에 기판을 도입하고, 산소 소스 주입 후 전원을 인가하여 상기 반응기 내부에 플라즈마를 형성하고 유지하는 단계;Introducing a substrate into a reactor, injecting an oxygen source, and applying power to form and maintain a plasma within the reactor;

플라즈마가 유지되는 상기 반응기 내로 실리콘 함유전구체를 주입하여 실리카 박막을 형성하는 단계; 및 Injecting a silicon-containing precursor into the reactor in which the plasma is maintained to form a silica thin film; And

상기 실리카 박막이 형성된 기판을 열처리하는 단계;를 포함하는 냉음극 플라즈마를 이용한 실리카박막의 제조 방법을 제공한다.
And subjecting the substrate having the silica thin film formed thereon to a heat treatment, thereby producing a silica thin film using a cold cathode plasma.

본 발명에 의한 냉음극플라즈마를 이용한 실리카 박막의 제조 방법에 있어서, 상기 반응기는 In the method for manufacturing a silica thin film using cold cathode plasma according to the present invention,

내부에 피처리 샘플이 수용되며 플라즈마가 형성되는 챔버;A chamber in which a sample to be processed is accommodated and a plasma is formed;

상기 챔버 내부를 진공 상태로 유지하기 위한 배기부;An exhaust unit for maintaining the inside of the chamber in a vacuum state;

상기 챔버 내에 고정되며 양극과 음극이 서로 대향하여 설치되는 플라즈마 발생 전극;A plasma generating electrode fixed in the chamber and having an anode and a cathode opposite to each other;

상기 챔버 외부에 설치되며 상기 플라즈마 발생 전극에 전원을 공급하는 가변 전원 공급기;및A variable power supply installed outside the chamber and supplying power to the plasma generating electrode;

상기 가변 전원 공급기와 상기 플라즈마 발생 전극 사이에 설치되며, 플라즈마 전극에 인가하는 전압과 전류를 조절하는 누설 전류형 변압기;를 포함하는 것을 특징으로 한다. And a leakage current transformer provided between the variable power supply and the plasma generating electrode for adjusting a voltage and a current to be applied to the plasma electrode.

본 발명에 의한 냉음극플라즈마를 이용한 실리카 박막의 제조 방법에 있어서, 상기 반응기 내부에 플라즈마를 형성하고 유지하는 단계에서 비활성 기체를 더 주입하는 것을 특징으로 한다. 상기 비활성 기체로는 Ar, N2 등이 사용가능하다. In the method of manufacturing a silica thin film using a cold cathode plasma according to the present invention, an inert gas is further injected in the step of forming and holding a plasma in the reactor. Examples of the inert gas include Ar, N 2 Etc. can be used.

본 발명에 의한 냉음극 플라즈마를 이용한 실리카 박막의 제조 방법에 있어서, 상기 실리콘 함유전구체는 실리콘 원소가 들어있는 기체, 또는 액체인 것을 특징으로 한다. In the method for producing a silica thin film using a cold cathode plasma according to the present invention, the silicon-containing precursor is a gas containing a silicon element or a liquid.

본 발명에 의한 냉음극플라즈마를 이용한 실리카 박막의 제조 방법에 있어서, 상기 실리콘 함유 전구체는 테트라에톡시실란(TEOS), 테트라 메톡시실란(TMOS), 및 SiH4 로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 한다. In the method of manufacturing a silica thin film using a cold cathode plasma according to the present invention, the silicon-containing precursor is selected from the group consisting of tetraethoxysilane (TEOS), tetramethoxysilane (TMOS), and SiH 4 do.

본 발명에 의한 냉음극플라즈마를 이용한 실리카박막의 제조 방법에 있어서, 상기 실리콘 원소가 들어있는 액체 전구체에는 Acetic anhydride를 더 첨가하는 것을 특징으로 한다. In the method of manufacturing a silica thin film using a cold cathode plasma according to the present invention, acetic anhydride is further added to a liquid precursor containing the silicon element.

본 발명에 의한 냉음극플라즈마를 이용한 실리카 박막의 제조 방법에 있어서, 상기 Acetic anhydride 는 상기 액체 전구체 1몰당 0.15 내지 0.5 몰의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 한다. . In the method for producing a silica thin film using cold cathode plasma according to the present invention, the acetic anhydride is mixed at a ratio of 0.15 to 0.5 mol per 1 mol of the liquid precursor. .

본 발명에 의한 냉음극플라즈마를 이용한 실리카 박막의 제조 방법에 있어서, 상기 기판은 실리콘 기판, 사파이어 기판, 유리, 유기 고분자 기판, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에테르술폰(PES), 폴리이미드, 폴리카보네이트, 시클릭 올레핀 공중합체 또는 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 플라스틱 기판인 것을 특징으로 한다. In the method of manufacturing a silica thin film using a cold cathode plasma according to the present invention, the substrate may be a silicon substrate, a sapphire substrate, a glass, an organic polymer substrate, a polyethylene naphthalate (PEN), a polyethylene terephthalate (PET) PES), a polyimide, a polycarbonate, a cyclic olefin copolymer, or a mixture thereof.

본 발명에 의한 냉음극플라즈마를 이용한 실리카 박막의 제조 방법에 있어서, 상기 플라즈마 형성시 상기 누설 전류형 변압기에 인가되는 전원은 60 내지 90 V 인 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a silica thin film using cold cathode plasma according to the present invention, a power source applied to the leakage current type transformer during the plasma formation is 60 to 90 V.

본 발명에 의한 냉음극플라즈마를 이용한 실리카 박막의 제조 방법에 있어서, 상기 반응기 내부의 압력은 400 내지 1000 mTorr 인 것을 특징으로 한다.
In the method of manufacturing a silica thin film using cold cathode plasma according to the present invention, the pressure inside the reactor is 400 to 1000 mTorr.

본 발명에 의한 냉음극 플라즈마를 이용한 실리카 박막의 제조 방법은 누설전류변압기를 이용하기 때문에 낮은 전압에서도 우수한 절연막과 광특성을 나타내는 실리카 박막을 제조할 수 있다. The manufacturing method of the silica thin film using the cold cathode plasma according to the present invention can produce an excellent insulating film and a silica thin film exhibiting optical characteristics even at a low voltage because a leakage current transformer is used.

또한 본 발명 방법에 의해 제조된 규소 산화물 박막은 반도체, 센서를 포함한 전자소자의 절연막이나 유무기 투명 전자 소자의 성능을 저하시키는 가스들의 투과 방지막, 무반사코팅 용도의 광학소재 등으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
Further, the silicon oxide thin film produced by the method of the present invention can be used as an insulating film of an electronic device including a semiconductor, a sensor, a transmission preventing film of a gas which deteriorates the performance of an organic or inorganic transparent electronic device, or an optical material for anti- have.

도 1은 본 발명의 냉음극 변압기를 이용한 플라즈마 처리장치의 일실시 예를 나타낸 구성도이다.
도 2는 슬라이닥스에서 냉음극 변압기로 인가되는 전압이 60 V 내지 90 V 일 때 냉음극 변압기에서 플라즈마 전극으로 보내는 전압을 나타낸 것이다.
도 3은 가변 전압기에서 냉음극 변압기에 들어오는 전압에 따라 냉음극 변압기에서 플라즈마 전극에 보내는 전압의 피크-투-피크 전압을 측정한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의하여 냉음극 변압기에서 전극에 들어가는 전압을 변화시키면서 제조된 실리카 박막의 증착률을, 사용된 기판에 대해서 각각 측정한 결과를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 제조된 실리카 박막의 굴절률을 측정한 결과를 나타낸다.
도 6은 혼합 액체 전구체의 제조시 실리콘 전구체인 TEOS에 대한 Acetic anhydride의 혼합 몰비에 따른 제조된 실리카 박막의 굴절률을 측정한 결과를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의하여 전구체 농도에 따른 실리카 박막의 증착율의 변화를 측정한 결과를 나타낸다.
도 8는 TEOS에 대한 Acetic anhydride의 혼합 몰비 변화에 따라 증착된 SiO2의 성분 변화를 FTIR로 측정한 결과를 나타낸다.
1 is a block diagram showing an embodiment of a plasma processing apparatus using a cold cathode transformer of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a voltage applied from the cold cathode transformer to the plasma electrode when the voltage applied to the cold cathode transformer in the slidax is 60 V to 90 V. FIG.
FIG. 3 is a graph illustrating a peak-to-peak voltage of a voltage applied from a cold cathode transformer to a plasma electrode according to a voltage input to a cold cathode transformer in a variable voltage generator.
FIG. 4 is a graph illustrating the results of measurement of the deposition rate of a silica thin film produced by changing the voltage applied to an electrode in a cold cathode transformer according to an embodiment of the present invention.
5 shows a result of measuring the refractive index of a silica thin film manufactured in an embodiment of the present invention.
FIG. 6 shows the results of measuring the refractive index of a silica thin film prepared according to the mixing molar ratio of acetic anhydride to TEOS, which is a silicon precursor, in the preparation of a mixed liquid precursor.
FIG. 7 shows the results of measurement of the change in the deposition rate of the silica thin film according to the precursor concentration according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 shows the results of FTIR measurement of changes in the composition of SiO 2 deposited according to the change in the molar ratio of the acetic anhydride to the TEOS.

이하에서는 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이하의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the present invention is not limited by the following examples.

<< 플라즈마plasma 처리장치> Processing equipment>

도 1은 본 발명의 냉음극 변압기를 이용한 플라즈마 처리 장치의 일실시 예를 나타낸 구성도이다. 1 is a block diagram showing an embodiment of a plasma processing apparatus using a cold cathode transformer of the present invention.

본 발명의 냉음극 변압기를 이용한 플라즈마 처리장치는 두 개의 접지된 반응기(chamber), 플라즈마 발생 전극(electrodes), 냉음극 변압기, 가변 전압 조절기(voltage controller), 진공 게이지(vacuum gauge), 진공 펌프(mechanical pump), 전구체 기화기(bubbler)를 포함하여 구성되어 있다. The plasma processing apparatus using the cold cathode transformer of the present invention includes two grounded reactors, a plasma generating electrode, a cold cathode transformer, a variable voltage regulator, a vacuum gauge, a vacuum pump mechanical pump, and precursor vaporizer.

냉음극 변압기는 누설 전류형 변압기의 일종으로 1차 입력 전원으로는 보통 1 - 500 V 정도의 전원을 사용하며, 바람직하게는 12 - 220 V 정도를 사용한다. 출력전압은 보통 300 - 5,000 V 정도이다. 이때 발생하는 출력 전압의 크기는 가변 전원 공급기를 사용하여 조절할 수 있다. 가변 전원 공급기는 트랜지스터 등을 이용하여 제작할 수도 있고, 상용의 슬라이닥스나 조광기(dimmer) 등을 이용할 수 있다. 본 실시예에서는 가변 전압 조절기로 슬라이닥스를 이용하였다. 슬라이닥스와냉음극 변압기 사이에는 전류계와 전압계를 연결하여 냉음극 변압기로 인가하는 1차 전압과 전류의 값을 정확히 표시하였다.The cold cathode transformer is a type of leakage current transformer. The primary power source usually uses about 1 - 500 V, preferably about 12 - 220 V. The output voltage is typically around 300 - 5,000V. The magnitude of the output voltage generated at this time can be adjusted by using the variable power supply. The variable power supply may be manufactured using a transistor or the like, or a commercially available slider or a dimmer may be used. In this embodiment, the slider duck is used as a variable voltage regulator. Between the slidax and the cold cathode transformer, the amperemeter and the voltmeter were connected and the values of the primary voltage and current applied to the cold cathode transformer were accurately displayed.

도 2는 슬라이닥스에서 냉음극 변압기로 인가되는 전압이 60 V에서 90 V로 변할 때, 냉음극 변압기에서 플라즈마 전극으로 보내는 전압을 나타낸 것이다. 본 실험에 사용한 냉음극 변압기는 다양한 피크를 가진다는 것을 알 수 있다.2 shows a voltage applied from the cold cathode transformer to the plasma electrode when the voltage applied to the cold cathode transformer changes from 60 V to 90 V in the slidax. It can be seen that the cold cathode transformer used in this experiment has various peaks.

도 3은 가변 전압기에서냉음극 변압기에 들어오는 전압에 따라 냉음극 변압기에서 플라즈마 전극에 보내는 전압의 피크-투-피크 전압을 측정한 그래프이다. 냉음극 변압기에 인가되는 전압이 60 V에서 90 V로 증가할 때 냉음극 변압기에서 플라즈마 전극으로 보내는 전압은 624 V에서 800 V로 증가하였다.
FIG. 3 is a graph illustrating a peak-to-peak voltage of a voltage applied from a cold cathode transformer to a plasma electrode according to a voltage input to a cold cathode transformer in a variable voltage generator. As the voltage applied to the cold cathode transformer increased from 60 V to 90 V, the voltage from the cold cathode transformer to the plasma electrode increased from 624 V to 800 V.

<< 실시예Example 1> 기판의 종류에 따른 실리카 박막의 제조 1> Fabrication of silica thin films according to substrate type

실리카 전구체(Precursor)로서 TEOS 와 Acetic anhydride 를 혼합하여 사용하였다. TEOS에 대한 Acetic anhydride의 혼합 몰비가 1:0.43이 되도록 TEOS 5.71 ml와 Acetic anhydride 5 ml를 혼합한 용액을 제조하였다. 혼합 용액을 8 시간 동안 120℃에서 교반하여 투명하고 안정적인 용액을 만들었다. 투명한 액체 전구체 용액을 스테인레스 스틸로 제작한 진공용 전구체 용기에 담아 냉음극 플라즈마 박막 증착시 사용하였다. 플라즈마 증착 실험에서 반응기의 진공 압력은 400 내지 1000 mTorr 범위에서 실험하였다. A silica precursor, TEOS, was mixed with acetic anhydride. A mixed solution of 5.71 ml of TEOS and 5 ml of acetic anhydride was prepared so that the mixing molar ratio of acetic anhydride to TEOS was 1: 0.43. The mixed solution was stirred at 120 DEG C for 8 hours to make a clear and stable solution. A transparent liquid precursor solution was placed in a vacuum precursor vessel made of stainless steel and used in cold cathode plasma thin film deposition. In the plasma deposition experiment, the vacuum pressure of the reactor was tested in the range of 400 to 1000 mTorr.

기판의 종류에 따른 박막 제조의 효율을 알아보기 위해 실리콘(Si:3×3 cm2), 유리(Glass: 2×3 cm2), 폴리카보네이트(polycarbonate : 2×3 cm2)를 사용하여 실리카 박막을 제조하였다. 상기 각각의 기판은 먼저 메탄올(Methanol), 아세톤(Acetone), 증류수(D.I. water) 의 순서대로 각 5분씩 초음파 세척을 실시하였다.
In order to investigate the efficiency of thin film fabrication according to the type of substrate, a silicon (Si: 3 × 3 cm 2 ), a glass (2 × 3 cm 2 ) and a polycarbonate (2 × 3 cm 2 ) Thin films were prepared. Each of the substrates was ultrasonically cleaned for 5 minutes each in the order of methanol, acetone and distilled water (DI water).

<< 실험예Experimental Example 1-1> 증착 속도 측정 1-1> Measurement of deposition rate

도 4는 냉음극 변압기에서 전극에 들어가는 전압을 변화시키면서 제조된 실리카 박막의 증착률을, 사용된 기판에 대해서 각각 측정한 결과를 나타낸다. FIG. 4 shows the results of measurement of the deposition rate of the silica thin film produced while varying the voltage applied to the electrodes in the cold cathode transformer, with respect to the substrate used.

도 4에서 보는 바와 같이 유리 기판과 폴리카보네이트 기판의 경우 SiO2의 증착속도는 30 - 60 A/min으로 낮았다. 이에 비해 실리콘 기판을 사용하는 경우 증착속도가 약 350 - 650 A/min으로 약 10 배정도 높아졌다.As shown in FIG. 4, in the case of the glass substrate and the polycarbonate substrate, the deposition rate of SiO 2 was as low as 30-60 A / min. In contrast, the deposition rate of the silicon substrate was about 350 to 650 A / min, which is about 10 times higher.

유리 기판과 폴리카보네이트 기판의 증착 속도가 낮은 것은 상온에서 그 재료들의 sticking coefficient가 낮았기 때문으로 생각된다. It is considered that the deposition rate of the glass substrate and the polycarbonate substrate is low because the sticking coefficient of the materials is low at room temperature.

본 발명의 실시예에 의하여 냉음극 플라즈마 소스를 사용하는 경우에 300K 상온에서 유리와 폴리카보네이트에 30 - 60 A/min 속도로 SiO2가 증착되는 것을 확인할 수 있다.
According to the embodiment of the present invention, when a cold cathode plasma source is used, it can be confirmed that SiO 2 is deposited on glass and polycarbonate at a temperature of 300K at a rate of 30 - 60 A / min.

<< 실험예Experimental Example 1-2> 굴절률 측정 1-2> Measurement of refractive index

상기 실시예에서 제조된 실리콘 기판위에서 증착된 실리카 박막의 굴절률을 측정하고 그 결과를 도5 에 나타내었다. The refractive index of the silica thin film deposited on the silicon substrate prepared in the above example was measured and the result is shown in FIG.

도 5 에서 TEOS에 대한 Acetic anhydride의 혼합 몰비가 1:0.43 일 때, 전극에 인가되는 전압이 증가할수록 굴절률이 점차 증가함을 알 수 있었다In FIG. 5, when the mixing molar ratio of acetic anhydride to TEOS is 1: 0.43, the refractive index gradually increases as the voltage applied to the electrode increases

본 실시예에서, 플라즈마 증착시 SiO2에 들어있는 Si의 함유량이 많으면 굴절률은 1.46보다 커지는 것을 알 수 있다.
In this embodiment, when the content of Si contained in SiO 2 is large in the plasma deposition, the refractive index becomes larger than 1.46.

<< 실시예Example 2>전구체 농도 변화에 따른 실리카 박막의 제조 2> Preparation of Silica Thin Films According to Precursor Concentration Change

액체 전구체로서 혼합 전구체 제조시 TEOS에 대한 Acetic anhydride의 혼합 몰비를 변화시키면서, 인가전압 696 V으로 약 1.5Torr, 상온에서 20분 동안 실리카 박막을 제조하였다.
As a liquid precursor, a silica thin film was prepared at an applied voltage of 696 V at about 1.5 Torr and room temperature for 20 minutes while varying the mixing molar ratio of acetic anhydride to TEOS in the preparation of the mixed precursor.

<< 실험예Experimental Example 2-1> 굴절률 측정 2-1> Measurement of refractive index

도 6은 혼합 액체 전구체 제조시 TEOS에 대한 Acetic anhydride의 혼합 몰비에 따른 굴절률 변화를 나타낸 그래프이다. 혼합 몰비가 증가할수록 굴절률이 커졌다. FIG. 6 is a graph showing a change in refractive index according to a mixed molar ratio of acetic anhydride to TEOS in the preparation of a mixed liquid precursor. As the mixing molar ratio increased, the refractive index increased.

또한 몰비가 0.23, 0.33일 때 굴절률은 각각 1.44, 1.48로 순수한 SiO2의 굴절률인 1.46 범위에서 플라즈마 증착이 가능함을 알 수 있다.
In addition, when the molar ratios were 0.23 and 0.33, the refractive indices were 1.44 and 1.48, respectively, and plasma deposition was possible in the refractive index range of pure SiO 2 of 1.46.

<< 실험예Experimental Example 2-2>증착 속도 측정 2-2> Measurement of deposition rate

TEOS에 대한 Acetic anhydride의 혼합 몰비에 따른 증착 속도의 변화를 측정하고 그 결과를 도7 에 나타내었다. 도 7 에서 SiO2 증착 속도는 몰비 변화에 거의 영향을 받지 않았으며 약 400 A/min의 범위에 있었다.
The variation of deposition rate according to the mixing molar ratio of acetic anhydride to TEOS was measured and the result is shown in FIG. In Figure 7 SiO 2 The deposition rate was hardly affected by the change in mole ratio and was in the range of about 400 A / min.

<< 실험예Experimental Example 2-3>  2-3> FTIRFTIR 측정 Measure

도 8는 TEOS에 대한 Acetic anhydride의 몰비 변화에 따라 증착된 SiO2의 성분 변화를 FTIR로 측정한 그래프이다. 분석 결과 C-H 피크가 2359 cm-1, Si-O-C 피크가 1056 cm-1에 검출되었다. 따라서 냉음극 플라즈마로 증착된 SiO2 박막에는 규소(Si)와 산소(O) 성분이 검출되어 실리카가 증착되었다는 것을 확인할 수 있다. FIG. 8 is a graph showing FTIR measurement of the change in the composition of SiO 2 deposited according to the change of molar ratio of acetic anhydride to TEOS. The CH peak and the Si-OC peak were detected at 2359 cm -1 and 1056 cm -1 , respectively. Therefore, silicon (Si) and oxygen (O) components were detected in the SiO 2 thin film deposited by the cold cathode plasma, and it was confirmed that silica was deposited.

FTIR 측정 결과 탄소 성분의 일부 검출은 전구체로 사용한 TEOS 성분에 있는 탄소가 플라즈마 증착시 완전히 증발되지 않고 실리카 박막에 일부 포함되어 있음을 나타낸다. 상온 증착에서 실리카 증착시 포함되는 일부 탄소 성분은 박막의 특성에 크게 영향을 미치지 않는 범위내에서 실리카 보호막, 절연막 공정 개발, 즉 공정 중에서 구조체가 포함하는 aspect ratio가 높은 홈이나 홀 등의 빈 틈을 메꾸는 특수 절연막 공정 개발시 유동성을 향상시킬 목적으로 사용될 수도 있다. FTIR measurements indicate that the carbon in the TEOS component used as a precursor is partially contained in the silica film without being completely vaporized during the plasma deposition. Some of the carbon components included in the silica deposition in the room temperature deposition may be used in the development of a silica protective film and an insulating film process that do not greatly affect the properties of the thin film, Mechu may be used for the purpose of improving the fluidity in the development of the special insulating film process.

Claims (11)

반응기 내부에 기판을 도입하고, 산소 소스 주입 후 전원을 인가하여 상기 반응기 내부에 플라즈마를 형성하고 유지하는 단계;
플라즈마가 유지되는 상기 반응기 내로 실리콘 함유전구체를 주입하여 실리카 박막을 형성하는 단계; 및
상기 실리카 박막이 형성된 기판을 열처리하는 단계;를 포함하고
상기 실리콘 함유 전구체는 실리콘 원소가 들어있는 액체 전구체이고,
상기 액체 전구체는 Acetic anhydride를 더욱 포함하고,
상기 플라즈마는 상기 반응기 내부의 냉음극 변압기 전원 소스를 이용하여 저진공에서 발생되고,
상기 반응기 내부의 압력은 400 내지 1000mTorr이고,
상기 냉음극 변압기에 인가되는 전원은 60 내지 90 V 인 것인, 실리카 박막의 제조 방법.
Introducing a substrate into a reactor, injecting an oxygen source, and applying power to form and maintain a plasma within the reactor;
Injecting a silicon-containing precursor into the reactor in which the plasma is maintained to form a silica thin film; And
And heat treating the substrate having the silica thin film formed thereon
The silicon-containing precursor is a liquid precursor containing a silicon element,
Wherein the liquid precursor further comprises Acetic anhydride,
The plasma is generated in a low vacuum using a cold cathode transformer power source inside the reactor,
The pressure inside the reactor is 400 to 1000 mTorr,
And the power applied to the cold cathode transformer is 60 to 90 V.
제 1 항에 있어서,
상기 반응기는
내부에 피처리 샘플이 수용되며 플라즈마가 형성되는 챔버;
상기 챔버 내부를 진공 상태로 유지하기 위한 배기부;
상기 챔버 내에 고정되며 양극과 음극이 서로 대향하여 설치되는 플라즈마 발생 전극;
상기 챔버 외부에 설치되며 상기 플라즈마 발생 전극에 전원을 공급하는 가변 전원 공급기; 및
상기 가변 전원 공급기와 상기 플라즈마 발생 전극 사이에 설치되며, 플라즈마 전극에 인가하는 전압과 전류를 조절하는 냉음극 변압기;를 포함하는 것인 실리카 박막의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The reactor
A chamber in which a sample to be processed is accommodated and a plasma is formed;
An exhaust unit for maintaining the inside of the chamber in a vacuum state;
A plasma generating electrode fixed in the chamber and having an anode and a cathode opposite to each other;
A variable power supply installed outside the chamber and supplying power to the plasma generating electrode; And
And a cold cathode transformer provided between the variable power supply and the plasma generating electrode for adjusting a voltage and a current to be applied to the plasma electrode.
제 1 항에 있어서,
상기 반응기 내부에 플라즈마를 형성하고 유지하는 단계에서 비활성 기체를 더 주입하는 것을 특징으로 하는 실리카 박막의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein an inert gas is further injected in the step of forming and holding a plasma in the reactor.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 함유 전구체는 테트라에톡시실란(TEOS), 테트라 메톡시실란(TMOS), 및 SiH4 로 이루어진 그룹에서 선택되는 것인 실리카 박막의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the silicon-containing precursor is selected from the group consisting of tetraethoxysilane (TEOS), tetramethoxysilane (TMOS), and SiH 4 .
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 Acetic anhydride 는 상기 액체 전구체 1 몰당 0.15 내지 0.5 몰의 비율로 혼합되는 것인 실리카 박막의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the acetic anhydride is mixed at a ratio of 0.15 to 0.5 mole per mole of the liquid precursor.
제 1 항에 있어서,
상기 기판은 실리콘 기판, 사파이어 기판, 유리, 유기 고분자 기판, 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에테르술폰 (PES), 폴리이미드, 폴리카보네이트, 시클릭 올레핀 공중합체 또는 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 실리카 박막의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The substrate may be a silicon substrate, a sapphire substrate, a glass, an organic polymer substrate, or a polymer substrate such as polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), polyethersulfone (PES), polyimide, polycarbonate, cyclic olefin copolymer And a mixture thereof. The method of claim 1, wherein the plastic substrate is a plastic substrate.
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