KR101925758B1 - Method for manufacturing dielectric layer - Google Patents
Method for manufacturing dielectric layer Download PDFInfo
- Publication number
- KR101925758B1 KR101925758B1 KR1020180095285A KR20180095285A KR101925758B1 KR 101925758 B1 KR101925758 B1 KR 101925758B1 KR 1020180095285 A KR1020180095285 A KR 1020180095285A KR 20180095285 A KR20180095285 A KR 20180095285A KR 101925758 B1 KR101925758 B1 KR 101925758B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- thin film
- insulating film
- sio
- deposition
- deposited
- Prior art date
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
- H01L21/02225—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
- H01L21/02274—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 in the presence of a plasma [PECVD]
-
- 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
-
- 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
- H01L21/02123—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 silicon
- H01L21/02126—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 silicon the material containing Si, O, and at least one of H, N, C, F, or other non-metal elements, e.g. SiOC, SiOC:H or SiONC
-
- 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
- H01L21/02208—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 the precursor containing a compound comprising Si
-
- 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
- H01L21/0228—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 deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
본 발명은 절연막 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 2종의 물질을 포함하는 단일 전구체 소스를 사용하여 하나의 반응기 내에서 상기 2종의 물질 중 적어도 하나로 기판 상에 적어도 하나의 절연막을 형성하는 절연막 제조 방법을 제공한다.The present invention relates to a method of manufacturing an insulating film. According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing an insulating film using at least one of two materials in a single reactor using a single precursor source including two kinds of materials to form at least one insulating film on a substrate do.
Description
본 발명은 절연막 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 전구체를 사용하여 2 종류의 박막을 증착할 수 있는 절연막 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an insulating film, and more particularly, to a method of manufacturing an insulating film capable of depositing two kinds of thin films using one precursor.
일반적으로, 절연막은 회로 기판과 같이 도전성 물질의 배선을 보호하기 위해서 기판 상에 형성된다. 이러한 절연막은 SiN, SiO 등의 물질을 포함하여 박막을 형성된다.Generally, an insulating film is formed on a substrate to protect a wiring of a conductive material such as a circuit board. Such an insulating film includes a material such as SiN or SiO to form a thin film.
SiO2 박막은 SiH4기체 또는 테트라메틸올소실리게이트 (tetraethylorthosilicate: TEOS) 박막을 산소나 오존 반응 기체로 환원하여 증착한다.The SiO 2 thin film is deposited by reducing SiH 4 gas or tetramethylorthosilicate (TEOS) thin film to oxygen or ozone reactive gas.
또한, SiN 박막은 SiH4 기체를 NH3나 N2O 기체로 환원하여 증착하며, 저압 화학 기상 증착(low pressure chemical vapor deposition: LPCVD), 플라즈마 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition: PECVD), 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(high density plasma chemical vapor deposition: HDP-CVD) 및 원자층 증착(ALD)과 같은 다양한 증착 방법으로 증착할 수 있다.The SiN thin film is formed by reducing SiH 4 gas to NH 3 or N 2 O gas and performing low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) Such as high density plasma chemical vapor deposition (HDP-CVD) and atomic layer deposition (ALD).
이때 SiN 박막은 일반적으로 저압 화학 기상 증착 방법이나 플라즈마 화학 기상 증착 반응기로 증착하여 SiNx 조성이나 SiONx 조성 박막을 얻는다.At this time, the SiN thin film is generally deposited by a low pressure chemical vapor deposition method or a plasma chemical vapor deposition reactor to obtain a SiN x composition or a SiON x composition thin film.
여기서, 열적 방식으로서 저압 화학 기상 증착 방법으로 증착된 박막은 증착온도가 700℃ 이상으로 높아 저온 공정을 요구되는 소자에 적용이 어렵고 증착속도가 낮은 단점이 있다.Here, the thin film deposited by the low pressure chemical vapor deposition method as a thermal method has a disadvantage of being difficult to apply to a device requiring a low temperature process and having a low deposition rate because the deposition temperature is as high as 700 캜 or more.
반면, 플라즈마 화학 기상 증착 방식으로 증착된 박막은 증착 속도가 저압 화학 기상 증착 방식으로 증착된 박막보다 빠르고, 약 300℃의 낮은 온도에서 증착할 수 있으나 저온 반응의 경우 SiH4 기체의 높은 반응성으로 기상 반응(gas phase reaction)과 분해반응이 쉽게 일어나는 문제가 많다. 이런 경우 파티클이 발생되어 소자의 특성을 쉽게 열화시킨다. On the other hand, the thin film deposited by plasma chemical vapor deposition method is faster than the deposition rate is deposited by low pressure chemical vapor deposition thin film, can be deposited at a low temperature of about 300 ℃, but for the low-temperature reaction vapor phase to the high reactivity of the SiH 4 gas There are many problems that gas phase reaction and decomposition reaction occur easily. In this case, particles are generated to easily deteriorate the characteristics of the device.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 하나의 전구체를 사용하여 2 종류의 박막을 증착할 수 있는 절연막 제조 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an insulating film manufacturing method capable of depositing two kinds of thin films using one precursor.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 동일 반응기에서 적층 구조의 박막을 진공 단절 없이 증착할 수 있는 절연막 제조 방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing an insulating film capable of depositing a thin film having a laminated structure in the same reactor without vacuum breakage.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 하이브리드 적층 구조로 절연막의 스트레스를 조절할 수 있는 절연막 제조 방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing an insulating film capable of controlling the stress of an insulating film by a hybrid laminated structure.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 2종의 물질을 포함하는 단일 전구체 소스를 사용하여 하나의 반응기 내에서 상기 2종의 물질 중 적어도 하나로 기판 상에 적어도 하나의 절연막을 형성하는 절연막 제조 방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing an insulating film using at least one of two materials in a single reactor using a single precursor source including two kinds of materials to form at least one insulating film on a substrate do.
또한, 상기 단일 전구체 소스는 Si 및 N가 포함된 전구체를 포함할 수 있다.In addition, the single precursor source may comprise a precursor containing Si and N.
또한, 상기 단일 전구체 소스는 1,3-di-isopropyl-1,3,2-diazasilolidine을 포함할 수 있다.In addition, the single precursor source may comprise 1,3-di-isopropyl-1,3,2-diazasilolidine.
또한, 상기 기판 상에 형성되는 제1 절연막 및 제2 절연막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In addition, it may include at least one of a first insulating film and a second insulating film formed on the substrate.
또한, 상기 기판 상에 상기 제1 절연막 및 상기 제2 절연막을 서로 적층하여 형성할 수 있다.The first insulating film and the second insulating film may be stacked on the substrate.
또한, 상기 제1 절연막은 SiO 박막 및 SiN 박막 중 선택된 하나이고, 상기 제2 절연막은 SiO 박막 및 SiN 박막 중 나머지 하나일 수 있다.Also, the first insulating layer may be a selected one of a
또한, 상기 SiO 박막은 산소(O2) 기체의 환원 반응을 이용하여 형성하고, 상기 SiN 박막은 암모니아(NH3) 기체의 환원 반응을 이용하여 형성할 수 있다.Also, the SiO 2 thin film may be formed using a reduction reaction of oxygen (O 2 ) gas, and the SiN thin film may be formed using a reduction reaction of ammonia (NH 3 ) gas.
또한, 상기 SiO 박막을 증착하고, 상기 SiO 박막 상에 상기 SiN 박막을 증착하되, 상기 SiN 박막은 상기 SiO 박막보다 같거나 높은 온도에서 증착할 수 있다.Also, the
또한, 상기 SiN 박막을 증착하고, 상기 SiN 박막 상에 상기 SiO 박막을 증착하되, 상기 SiO 박막은 상기 SiN 박막보다 같거나 낮은 온도에서 증착할 수 있다.Also, the SiN thin film may be deposited, and the SiO thin film may be deposited on the SiN thin film, and the SiO thin film may be deposited at a temperature equal to or lower than the SiN thin film.
또한, 상기 SiO 박막 및 상기 SiN 박막의 증착 구간을 구분한 후 진공을 유지한 상태로 상기 기판을 고정시키거나 이동시키며 상기 기판 상에 상기 SiO 박막 및 상기 SiN 박막을 증착할 수 있다.In addition, the
본 발명은 Si원자와 N 원자를 모두 갖는 단일 전구체 소스를 이용하여 2 종류의 박막을 동일 반응기에서 증착할 수 있고, 적층 구조로 증착할 수 있다.The present invention can deposit two kinds of thin films in the same reactor using a single precursor source having both Si atoms and N atoms, and can deposit them in a laminated structure.
또한, 본 발명은 박막의 조성을 쉽게 조절하여 절연막의 스트레스를 조절할 수 있다.In addition, the present invention can control the stress of the insulating film by easily adjusting the composition of the thin film.
또한, 본 발명은 전구체에 포함되어 있는 탄소 원소의 농도를 적절히 조절하여 박막 내부에 절연 상수값을 조절이 가능하고 고온에서 안정하게 박막을 증착할 수 있다.In addition, the present invention can control the insulation constant value in the thin film by appropriately adjusting the concentration of the carbon element contained in the precursor, and can deposit the thin film in a stable condition at a high temperature.
또한, 본 발명은 단일 전구체 소스가 약 140℃ 온도에서 분해가 되어 추가적인 플라즈마나 다른 에너지가 없어도 저온에서 증착할 수 있고, 층덮힘이 우수할 수 있다.In addition, the present invention allows a single precursor source to be decomposed at a temperature of about 140 < 0 > C so that it can be deposited at low temperatures without additional plasma or other energy, and the layer coverage can be excellent.
또한, 본 발명은 SiO 박막과 SiN 박막의 증착 구간을 구분하여 진공 단절 없이 기판을 이동시키는 방식으로 기판 상에 SiO 박막과 SiN 박막을 증착할 수 있다.In addition, the present invention can deposit a
또한, 본 발명은 퍼니스(furnace) 형태의 증착이 가능하여 생산성을 높일 수 있다.In addition, the present invention enables deposition in the form of a furnace, thereby improving productivity.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연막 제조 방법에 의해 제조된 기판 및 절연막의 단면을 나타내는 도면이다.
도 2는 1,3-di-isopropyl-1,3,2-diazasilolidine전구체의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 1,3-di-isopropyl-1,3,2-diazasilolidine 전구체의 열무게 분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 4는 증착 온도에 따른 SiO 박막의 증착 속도를 나타내는 도면이다.
도 5는 증착 온도에 따른 SiO 박막의 성분 원소 농도를 나타내는 도면이다.
도 6은 증착 온도에 따른 SiO 박막의 내압 특성을 나타내는 도면이다.
도 7은 증착 온도에 따른 SiN 박막의 증착 속도를 나타내는 도면이다.
도 8은 증착 온도에 따른 SiO 박막의 내압 특성을 나타내는 도면이다.
도 9는 기판 위에 증착된 SiO 박막의 주사전자현미경 단면 사진이다.
도 10은 기판 위에 증착된 SiN 박막의 주사전자현미경 단면 사진이다.1 is a cross-sectional view of a substrate and an insulating film manufactured by an insulating film manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing the structure of a 1,3-di-isopropyl-1,3,2-diazasilolidine precursor.
FIG. 3 is a diagram showing the result of thermogravimetric analysis of 1,3-di-isopropyl-1,3,2-diazasilolidine precursor.
4 is a graph showing the deposition rate of an
5 is a graph showing the concentration of elemental elements in the
6 is a graph showing the breakdown voltage characteristics of the
7 is a graph showing the deposition rate of the SiN thin film according to the deposition temperature.
8 is a graph showing the breakdown voltage characteristics of the
9 is a scanning electron microscope sectional photograph of a
10 is a scanning electron microscope sectional photograph of a SiN thin film deposited on a substrate.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 기초하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예에 불과한 것으로 이에 의해 본 발명의 권리범위가 축소되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on preferred embodiments of the present invention. However, the following embodiments are merely examples for helping understanding of the present invention, and thus the scope of the present invention is not limited or limited.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연막 제조 방법에 의해 제조된 기판 및 절연막의 단면을 나타내는 도면이다.1 is a cross-sectional view of a substrate and an insulating film manufactured by an insulating film manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 절연막 형성 방법은 2종의 물질을 포함하는 단일 전구체 소스(source)를 사용하여 하나의 반응기 내에서 2종의 물질 중 적어도 하나로 기판(100) 상에 적어도 하나의 절연막(200,300)을 형성할 수 있다.The method of forming an insulating layer according to an embodiment of the present invention may be performed by using at least one of two materials in a single reactor using a single precursor source including two kinds of materials, (200, 300).
여기서, 기판(100)은 Si, GaN, SiC 등의 물질을 포함할 수 있고, 반도체 메모리, 비메모리, MEMS센서, 디스플레이, 태양광 소자, POWER소자, LED소자, 전기강판, 칼라강판, 금속 외장재 등에 사용될 수 있다.Here, the
단일 전구체 소스는 Si 원자 및 N원자가 포함된 전구체를 포함할 수 있다. 특히, 단일 전구체 소스는 도 2에 도시된 1,3-di-isopropyl-1,3,2-diazasilolidine을 포함할 수 있다.A single precursor source may comprise a precursor containing Si atoms and N atoms. In particular, a single precursor source may comprise 1,3-di-isopropyl-1,3,2-diazasilolidine as shown in FIG.
절연막(200,300)은 기판(100) 상에 형성되는 제1 절연막(200) 및 제2 절연막(300) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The insulating
상세하게는, 단일 전구체 소스에 포함된 2종의 물질 중 선택된 하나로 기판(100) 상에 제1 절연막(200)을 형성할 수 있다. 또는, 단일 전구체 소스에 포함된 2종의 물질 중 선택된 하나로 기판(100) 상에 제2 절연막(300)을 형성할 수 있다. 또는, 단일 전구체 소스에 포함된 2종의 물질로 기판(100) 상에 제1 절연막(200) 및 제2 절연막(300)을 서로 적층하여 형성할 수 있다.In detail, the first insulating
여기서, 제1 절연막(200)은 SiOx(0.5≤x≤2.5) (이하, SiO) 박막 및 SixNy(0≤x≤1, 0.5≤y≤2.5)(이하, SiN) 박막 중 선택된 하나일 수 있고, 제2 절연막(300)은 SiO 박막 및 SiN 박막 중 나머지 하나일 수 있다.Here, the first insulating
이때, SiO 박막은 산소(O2) 기체의 환원 반응을 이용하여 형성하고, SiN 박막은 암모니아(NH3) 기체의 환원 반응을 이용하여 형성할 수 있다.At this time, the SiO 2 thin film may be formed using a reduction reaction of oxygen (O 2 ) gas, and the SiN thin film may be formed using a reduction reaction of ammonia (NH 3 ) gas.
구체적으로, SiO 박막은 반응기 내에 단일 전구체 소스 및 기판(100)을 배치하고, 약 200℃ ~ 약 700℃의 온도, 약 1m Torr ~ 약 760 Torr의 압력, 약 10 sccm ~ 약 1000 sccm의 산소(O2) 기체 공급유량으로 설정되는 공정 조건을 이용하여 화학 기상 증착 방식으로 형성할 수 있다. 단 환원기체인 산소의 공급량은 소스 가스의 유량과 연동되고 반응기 형태에 따라 달라 질 수 있다.Specifically, the
또한, SiN 박막은 동일 반응기 내에 단일 전구체 소스 및 기판(100)을 배치하고, 약 400℃ ~ 약 800℃의 온도, 약 1m Torr ~ 약 760 Torr의 압력, 약 10 sccm ~ 약 1000 sccm의 암모니아(NH3) 기체 공급유량으로 설정되는 공정 조건을 이용하여 화학 기상 증착 방식으로 형성할 수 있다. 단 환원기체인 암모니아의 공급량은 소스 가스의 유량과 연동되고 반응기 형태에 따라 달라 질 수 있다.In addition, the SiN thin film may be formed by depositing a single precursor source and
여기서, 화학 기상 증착 방식은 저압 화학 기상 증착(low pressure chemical vapor deposition: LPCVD), 플라즈마 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition: PECVD), 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(high density plasma chemical vapor deposition: HDP-CVD), 원자층 증착(ALD) 및 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure: APCVD) 중 하나의 방식일 수 있다.Herein, the chemical vapor deposition (CVD) process may be a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) process, a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) process, a high density plasma chemical vapor deposition (HDP- CVD, atomic layer deposition (ALD), and atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD).
또한, 실시 예에 따라, SiO 박막을 증착한 후 SiO 박막 상에 SiN 박막을 증착하되, SiN 박막은 SiO 박막보다 같거나 높은 온도에서 증착 할 수 있다.Also, according to the embodiment, a SiN thin film is deposited on a
다만, 응용 분야에 따라 기판과의 접합력이 요구되는 경우에는 SiN 박막을 먼저 증착할 수 있다. SiN 박막을 증착하고, SiN 박막 상에 SiO 박막을 증착하되, SiO 박막은 SiN 박막보다 같거나 낮은 온도에서 증착할 수 있다.However, depending on the application, SiN thin films can be deposited first when bonding strength with the substrate is required. The SiN thin film is deposited and the SiO thin film is deposited on the SiN thin film while the SiO thin film is deposited at the same or lower temperature than the SiN thin film.
여기서, SiO 박막을 증착한 후 SiO 박막 상에 SiN 박막을 증착하는 방법을 예를 들면, 하이브리드 적층 구조를 위해 SiO 박막은 상대적으로 저온인 약 400℃ 미만의 온도에서 증착하고, SiN 박막은 상대적으로 고온인 약 400℃ 이상의 온도에서 암모니아(NH3) 기체의 환원 반응을 이용하여 SiO 박막 상에 적층할 수 있다. 다만, 하이브리드 적층 구조가 이에 한정되는 것은 아니며, SiN 박막 상에 SiO 박막을 적층할 수도 있다.For example, for a hybrid laminate structure, a
한편, 실시 예에 따라, 기판을 SiO 박막의 증착 구간과 SiN 박막의 증착 구간으로 구분하고, 진공을 유지한 상태로 기판을 이동시키며, 기판 상에 SiO 박막 및 SiN 박막을 증착할 수 있다.Meanwhile, according to the embodiment, the substrate can be divided into the deposition section of the SiO thin film and the deposition section of the SiN thin film, the substrate can be moved while maintaining the vacuum, and the SiO thin film and the SiN thin film can be deposited on the substrate.
본 발명의 일 실시예에서는 2종의 물질(Si 원자 및 N 원자)을 포함한 전구체로 2종(SiO 및 SiN)의 하이브리드 박막을 증착하는 방법을 제시하고 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서는 동일한 무기 박막을 증착하고, 하이브리드 박막 내 성분이 다른 2종의 박막을 증착할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a hybrid thin film of two kinds (SiO and SiN) is deposited using a precursor containing two kinds of materials (Si atom and N atom). In one embodiment of the present invention, the same inorganic thin film may be deposited and two kinds of thin films different in the hybrid thin film may be deposited.
이러한 본 발명의 일 실시예에서는 동일 반응기에서 적층 구조의 박막을 진공 단절(vacuum break) 없이 증착할 수 있고, 하이브리드 적층 구조로 절연막의 스트레스를 조절할 수 있다. 또한, SiO 증착 구간과 SiN 증착 구간을 구분하여 진공 단절 없이 기판을 이동하는 방식으로 기판 상에 SiO 박막과 SiN 박막을 증착할 수 있다. 이처럼, 진공 단절 없이 적층 구조로 증착된 절연막은 접합력이 향상될 수 있고, 압축 또는 인장 특성을 갖는 절연막을 적층시켜 절연막에 가해지는 힘을 상쇄시킴으로써 스트레스를 조절할 수 있다.In this embodiment of the present invention, the thin film of the laminated structure can be deposited in the same reactor without vacuum break, and the stress of the insulating film can be controlled by the hybrid laminated structure. In addition, the
한편, 도 3을 참조하면, 단일 전구체 소스의 열무게 분석(thermogravimetric analysis) 결과를 알 수 있듯이 약 140℃의 온도에서 분해되는 것을 확인할 수 있다. 이는, 단일 전구체 소스인 1,3-di-isopropyl-1,3,2-diazasilolidine가 저온 SiN 박막과 저온 SiO 박막 형성에 효과적인 전구체임을 입증할 수 있다.Referring to FIG. 3, thermogravimetric analysis of a single precursor source reveals decomposition at a temperature of about 140 ° C. It can be shown that 1,3-di-isopropyl-1,3,2-diazasilolidine, a single precursor source, is an effective precursor for the formation of low-temperature SiN thin films and low-
<실험예><Experimental Example>
도 4에서는 전구체(1,3-di-isopropyl-1,3,2-diazasilolidine)의 아르곤(Ar) 캐리어 기체의 유량을 약 50℃에서 약 20sccm으로, 공정압력을 약 5 Torr로 고정시키고, 증착 온도를 약 300℃ ~ 약 700℃으로 설정하여 환원 기체인 산소 유량 변화에 따라 SiO 박막을 증착한 실험 결과를 보여주고 있다. 즉, 도 4에서는 공정온도와 반응기체 유량 변화에 따른 박막의 증착속도를 아레니우스 도식(Arrhenius plot)으로 도시하였다.4, the flow rate of the argon (Ar) carrier gas of the precursor (1,3-di-isopropyl-1,3,2-diazasilolidine) was fixed at about 50 s C to about 20 sccm, the process pressure was set at about 5 Torr, And the temperature is set to about 300 ° C to about 700 ° C to deposit an SiO thin film according to the oxygen flow rate, which is a reducing gas. That is, in FIG. 4, the deposition rate of the thin film according to the process temperature and the flow rate of the reactive gas is shown by Arrhenius plot.
또한, 도 5에서는 X선 광전자 분광(XPS)을 이용하여 증착된 SiO 박막의 중요 원소 성분비를 측정한 결과를 보여주고 있다. 도 5를 참조하면, 약 300℃ ~ 약 600℃의 증착 온도에서는 Si:O의 원자 농도 비율이 약 1:2이었고, 이후 증착 온도에서는 증착에 따른 SiO 박막 내 N 함유량이 증가되는 것을 알 수 있다.In addition, FIG. 5 shows the result of measuring the critical component ratio of the
여기서, 도 5는 증착 온도별로 증착에 따른 SiO 박막의 성분 원소 농도를 나타내며, (a)는 Si, (b)는 O, (c)는 N의 원소 농도를 나타낸다.5 (a), (b) and (c) show the concentration of elemental elements in the
또한, 도 6에서는 약 5 Torr의 압력과, 약 30sccm의 산소 유량으로 설정된 공정 조건에서 증착 온도에 따라 증착된 SiO 박막의 내압 특성을 보여주고 있다. 도 6을 참조하면, 증착 온도가 증가함에 따라 내압 특성이 증가하는 것을 알 수 있다. Also, FIG. 6 shows the breakdown voltage characteristics of the
다음, SiN박막은 NH3 환원반응을 이용하여 증착할 수 있고, 증착 온도의 증가에 따른 SiN 박막의 증착 속도를 평가할 수 있다.Next, the SiN thin film can be deposited using the NH 3 reduction reaction, and the deposition rate of the SiN thin film with the deposition temperature can be evaluated.
도 7은 증착 온도가 증가함에 따라 SiN박막의 증착 속도를 아레니우스 도식으로 보여주고 있다. 도 7을 참조하면, 증착 온도가 약 550℃ 이하일 경우에 SiN박막의 증착 속도가 매우 낮은 것을 알 수 있다. 또한, NH3 반응기체의 유량이 약 15sccm에서 약 30sccm으로 증가하여도 증착 속도의 변화가 적은데, 이는, 표면 반응(surface reaction controlled regime)이 지배되는 공정 영역 때문일 수 있다.FIG. 7 shows the Arrhenius diagram of the deposition rate of the SiN film as the deposition temperature increases. Referring to FIG. 7, it can be seen that the deposition rate of the SiN thin film is very low when the deposition temperature is about 550 ° C or less. Also, even if the flow rate of the NH 3 reactive gas is increased from about 15 sccm to about 30 sccm, there is little change in the deposition rate, which may be due to the process region where the surface reaction controlled regime is dominant.
또한, 증착된 SiN 박막의 성분을 관찰하기 위해서 XPS로 분석을 수행한 결과, 표 1과 같이 증착 온도가 높아질수록 탄소의 함량이 감소하고 Si와 질소 원소 비율이 약간 변화될 수 있으나 거의 일정하였다. 표 1에서는 XPS로 관찰된 성분 원소의 원자 농도 비율을 확인할 수 있다.As a result of XPS analysis to observe the composition of the deposited SiN thin film, the content of carbon was decreased and the ratio of Si and nitrogen element was slightly changed as the deposition temperature was increased as shown in Table 1, but it was almost constant. In Table 1, atomic concentration ratios of the constituent elements observed by XPS can be confirmed.
도 8에서는 증착 온도에 따라 증착된 SiN 박막의 내압 특성을 보여주고 있다. 도 8을 참조하면, 실험 결과 증착 온도가 증가함에 따라 SiN 박막의 내압 특성이 감소하는 것을 확인할 수 있다.도 9 및 도 10에서는 증착된 SiO 박막 및 SiN 박막의 층덮힘을 관찰하기 위해 패턴이 형성된 Si 기판 위에 증착된 SiO 박막 및 SiN 박막의 단면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과를 확인할 수 있다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 실험 결과 증착된 SiO 박막 및 SiN 박막의 층덮힘(step coverage)이 우수한 것을 알 수 있다.FIG. 8 shows the breakdown voltage characteristics of the SiN thin film deposited according to the deposition temperature. Referring to FIG. 8, it can be seen that as the deposition temperature increases, the withstand voltage characteristic of the SiN thin film is decreased. [0064] FIGS. 9 and 10 show that, in order to observe the layer covering of the deposited SiO thin film and the SiN thin film, The cross section of the SiO thin film and the SiN thin film deposited on the Si substrate can be confirmed by scanning electron microscope (SEM). Referring to FIGS. 9 and 10, it can be seen that the
본 발명에서는 단일 전구체 소스가 Si원자와 N 원자를 모두 갖고 있어 하나의 전구체를 사용하여 2 종류의 SiOx막과 SixNy박막이 증착 가능하고, 동일 반응기에서 적층 구조의 박막을 진공 단절 없이 증착이 가능하다. 또한 박막의 조성을 쉽게 조절하여 절연막의 스트레스를 조절 할 수 있다. 또한 전구체에 포함되어 있는 탄소 원소의 농도 적절히 조절하여 박막 내부에 절연 상수값을 조절이 가능하고 고온에서 안정한 박막 증착이 가능하다. 1,3-di-isopropyl-1,3,2-diazasilolidine 전구체의 경우 약 140℃ 온도에서 분해가 되어 추가적인 플라즈마나 다른 에너지가 없어도 저온에서 증착이 가능하다. 즉 기상 반응이 없이 기판에서의 표면반응을 활용하여 증착하기 때문에, LPCVD, APCVD 등의 증착이 가능하며 층덮힘이 우수하다. 또한, LPCVD나 APCVD는 퍼니스(furnace) 형태의 증착이 가능하여 생산성이 높아 양산 가능성이 크다.In the present invention, since a single precursor source has both Si atoms and N atoms, two types of SiOx film and SixNy thin film can be deposited using one precursor, and a thin film of a laminated structure can be deposited in the same reactor without vacuum breakage . In addition, the composition of the thin film can be easily controlled to control the stress of the insulating film. In addition, by adjusting the concentration of the carbon element contained in the precursor, the insulation constant value can be controlled within the thin film, and stable thin film deposition at high temperature is possible. The 1,3-di-isopropyl-1,3,2-diazasilolidine precursor is decomposed at about 140 ° C and can be deposited at low temperatures without additional plasma or other energy. In other words, since deposition is performed utilizing the surface reaction on the substrate without a gas phase reaction, deposition such as LPCVD and APCVD is possible, and layer coverage is excellent. In addition, LPCVD and APCVD can be deposited in a furnace type, which leads to high productivity and high mass production potential.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. In addition, it is a matter of course that various modifications and variations are possible without departing from the scope of the technical idea of the present invention by anyone having ordinary skill in the art.
100: 기판
200: 제1 절연막
300: 제2 절연막100: substrate
200: first insulating film
300: second insulating film
Claims (2)
상기 제1 절연막과 제2 절연막은 SiOx(0.5≤x≤2.5)와 SixNy(0≤x≤1, 0.5≤y≤2.5) 중에서 선택된 1종이고,
상기 제1 절연막과 제2 절연막은 하나의 반응기 내에서 증착 구간(zone)을 구분하여 진공이 단절되지 않은 상태에서 연속적으로 상기 전구체 소스를 사용하여 상이한 증착 조건으로 증착되며,
상기 증착은 플라즈마의 사용 없이 상기 전구체 소스의 열분해 반응 및 환원 반응을 통해 이루어지고, 상기 제1 절연막과 제2 절연막은 상기 전구체를 Ar 캐리어 기체로 공급하여 형성되며,
상기 SiOx(0.5≤x≤2.5) 박막은 200℃ ~ 700℃의 반응기 온도, 1m Torr ~ 760 Torr의 반응기 압력에서 10 sccm ~ 1000 sccm의 산소(O2) 기체를 공급량으로 설정되는 공정 조건을 이용하여 화학 기상 증착 방식으로 증착하며, 이때 환원기체인 산소의 공급량은 전구체 소스 가스의 유량과 반응기 형태에 따라 조절되고,
상기 SixNy(0≤x≤1, 0.5≤y≤2.5) 박막은, 상기 SiOx(0.5≤x≤2.5) 박막을 형성하는 동일한 반응기 내에서 증착 구간을 구분해 연속적으로 400℃ ~ 800℃의 증착온도, 1m Torr ~ 760 Torr의 증착 압력, 10 sccm ~ 1000 sccm의 암모니아(NH3) 기체 공급유량으로 설정되는 공정 조건을 이용하여 화학 기상 증착 방식으로 증착되며, 이때 환원기체인 암모니아의 공급량은 전구체 소스 가스의 유량과 반응기 형태에 따라 조절되는, 절연막 제조 방법.A method for forming a laminate of a first insulating film and a second insulating film having different compositions on a substrate by using 1,3-di-isopropyl-1,3,2-diazasilolidine as a single precursor source in one reactor,
Wherein the first insulating film and the second insulating film are one selected from SiO x (0.5? X ? 2.5) and Si x N y (0? X? 1, 0.5? Y ?
Wherein the first insulating layer and the second insulating layer are deposited under different deposition conditions using the precursor source continuously in a state where a vacuum is not disconnected by dividing a deposition zone in one reactor,
Wherein the deposition is performed through a thermal decomposition reaction and a reduction reaction of the precursor source without using a plasma and the first insulating film and the second insulating film are formed by supplying the precursor to an Ar carrier gas,
The SiO x (0.5 ≦ x ≦ 2.5) thin film has a process condition of setting the supply amount of oxygen (O 2 ) gas at 10 sccm to 1000 sccm at a reactor temperature of 200 ° C. to 700 ° C. and a reactor pressure of 1 mTorr to 760 Torr The amount of oxygen, which is a reducing gas, is controlled by the flow rate of the precursor source gas and the type of the reactor,
The thin film of Si x N y (0? X? 1, 0.5? Y? 2.5) is deposited in the same reactor forming the SiO x (0.5? X ? 2.5) (NH 3 ) gas supplied at a flow rate of 10 sccm to 1000 sccm, wherein the ammonia (NH 3 ) gas is supplied at a deposition rate of 1 mTorr to 760 Torr, Wherein the supply amount is controlled according to the flow rate of the precursor source gas and the reactor type.
상기 제1 절연막은 SiOx(0.5≤x≤2.5)로 이루어지고,
상기 제2 절연막은 SixNy(0≤x≤1, 0.5≤y≤2.5)로 이루어지며,
상기 제2 절연막은 상기 제1 절연막 보다 높은 온도에서 증착되고,
상기 제1 절연막과 제2 절연막의 증착 순서는, 절연막이 응용되는 분야에 따라 조절되는, 절연막 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first insulating film is made of SiO x (0.5? X ? 2.5)
Wherein the second insulating film is made of Si x N y (0? X? 1, 0.5? Y? 2.5)
The second insulating film is deposited at a higher temperature than the first insulating film,
Wherein the deposition order of the first insulating film and the second insulating film is adjusted according to an application field of the insulating film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180095285A KR101925758B1 (en) | 2018-08-16 | 2018-08-16 | Method for manufacturing dielectric layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180095285A KR101925758B1 (en) | 2018-08-16 | 2018-08-16 | Method for manufacturing dielectric layer |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160057554A Division KR20170127594A (en) | 2016-05-11 | 2016-05-11 | Method for manufacturing dielectric layer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180095480A KR20180095480A (en) | 2018-08-27 |
| KR101925758B1 true KR101925758B1 (en) | 2018-12-05 |
Family
ID=63454916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180095285A KR101925758B1 (en) | 2018-08-16 | 2018-08-16 | Method for manufacturing dielectric layer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101925758B1 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012244123A (en) * | 2011-05-24 | 2012-12-10 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor device |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101485506B1 (en) | 2008-11-19 | 2015-01-28 | 주식회사 원익아이피에스 | Method for depositing thin film on wafer |
-
2018
- 2018-08-16 KR KR1020180095285A patent/KR101925758B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012244123A (en) * | 2011-05-24 | 2012-12-10 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20180095480A (en) | 2018-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9984868B2 (en) | PEALD of films comprising silicon nitride | |
| KR20230121715A (en) | Method for forming film filled in trench without seam or void | |
| KR101944393B1 (en) | Pecvd oxide-nitride and oxide-silicon stacks for 3d memory application | |
| KR100385947B1 (en) | Method of forming thin film by atomic layer deposition | |
| TWI398925B (en) | Boron nitride and boron nitride-derived materials deposition method | |
| US7838084B2 (en) | Atomic layer deposition method of depositing an oxide on a substrate | |
| KR20090063170A (en) | Method of depositing silicon nitride film | |
| US6624091B2 (en) | Methods of forming gap fill and layers formed thereby | |
| CN115838916A (en) | Method for implementing atomic layer deposition of gate dielectric | |
| US7755160B2 (en) | Plasma excited chemical vapor deposition method silicon/oxygen/nitrogen-containing-material and layered assembly | |
| EP1535320A2 (en) | Atomic layer deposition of high k metal silicates | |
| KR19990088593A (en) | Method for producing hydrogenated silicon oxycarbide films having low dielectric constant | |
| KR20070003031A (en) | Capacitor with nano-mixed dielectric and method for manufacturing the same | |
| KR102374140B1 (en) | Method of manufacturing a ruthenium-containing thin film and ruthenium-containing thin film manufactured thereby | |
| KR102080114B1 (en) | Method of fabricating nitride film | |
| EP2085495B1 (en) | Gas barrier layer deposition method | |
| US5382550A (en) | Method of depositing SiO2 on a semiconductor substrate | |
| KR20090011765A (en) | Method of depositing silicon oxide layer with increased gap-fill ability | |
| US20020137323A1 (en) | Metal ion diffusion barrier layers | |
| EP1523765A2 (en) | Metal organic chemical vapor deposition and atomic layer deposition of metal oxynitride and metal silicon oxynitride | |
| US6844271B2 (en) | Process of CVD of Hf and Zr containing oxynitride films | |
| KR101925758B1 (en) | Method for manufacturing dielectric layer | |
| KR20170127594A (en) | Method for manufacturing dielectric layer | |
| KR100342294B1 (en) | Borophosphosilicate glass incorporated with fluorine for low thermal budget gap fill | |
| KR20230170095A (en) | Methods and applications of novel amorphous high-K metal oxide dielectrics by supercycle atomic layer deposition |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |