KR102258752B1 - 이산화규소의 증착 - Google Patents

이산화규소의 증착 Download PDF

Info

Publication number
KR102258752B1
KR102258752B1 KR1020140153043A KR20140153043A KR102258752B1 KR 102258752 B1 KR102258752 B1 KR 102258752B1 KR 1020140153043 A KR1020140153043 A KR 1020140153043A KR 20140153043 A KR20140153043 A KR 20140153043A KR 102258752 B1 KR102258752 B1 KR 102258752B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
sio
depositing
platen
film
Prior art date
Application number
KR1020140153043A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150053240A (ko
Inventor
윤 조우
론다 힌드만
스테픈 알 버제스
Original Assignee
에스피티에스 테크놀러지스 리미티드
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 에스피티에스 테크놀러지스 리미티드 filed Critical 에스피티에스 테크놀러지스 리미티드
Publication of KR20150053240A publication Critical patent/KR20150053240A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102258752B1 publication Critical patent/KR102258752B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036—Reactive sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/10—Glass or silica
    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3485—Sputtering using pulsed power to the target
    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

본 발명에 따르면 산소와 크립톤을 필수적으로 포함하는 스퍼터링 가스 혼합물을 사용하는 펄스 DC 반응성 스퍼터링에 의해 기판 상에 SiO2를 증착하는 방법이 제공된다.

Description

이산화규소의 증착{Deposition of Silicon Dioxide}
본 발명은 기판 상에 이산화규소를 증착하기 위한 방법 및 장치, 그 위에 증착된 이산화규소를 가지는 기판 및 동일한 것을 포함하는 구조 및 장치에 관한 것이다.
스퍼터된 이산화규소는 금속-절연체-금속 및 금속-절연체-반도체 스위칭 장치와 같은 전자 스위칭 및 센싱 장치의 유전 절연체로서 광범위하게 사용되어오고 있다. 또한 이산화규소는 저굴절률, 고투과성 및 양성 TCF (주파수 온도계수)에 의해 SAW, BAW 및 TCSAW 필터와 같은 광학적 및 어쿠스틱 분야에 상당히 매력적이다.
열적 산화, 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD), 반응성 RF 스퍼터링 및 펄스 DC 스퍼터링에 의해 이산화규소 박막을 증착하는 것이 알려져 있다. 상기 박막을 증착하기 위해 사용되는 기술은 일반적으로 박막의 특성이 원하는 최종 어플리케이션에 최적화되도록 선택된다. 스퍼터 증착은 저온 제조 공정(fabrication process)에 분명함 이점을 가진다. 또한, 펄스 DC 마그네트론 스퍼터링은 복잡하고 고가의 RF 스퍼터링 기술과 비교할 때 높은 증착률, 보다 재현 가능한 성능 및 향상된 필름 퀄리티를 제공한다. 다만, 펄스 DC 스퍼터링과 관련된 약간의 문제점이 있다. 종래의 이산화규소의 펄스 DC 반응성 스퍼터링과 이산화규소의 PECVD는 2.30gcm-3 보다 작거나 동일한 밀도를 가지는 필름을 야기한다. 다만, TCSAW 분야와 같은데서 향상된 어쿠스틱 및 전기적 성능이 생겼기 때문에 2.30gcm-3 보다 큰 밀도를 가지는 이산화규소 필름을 제조하는 것이 상당히 요구되고 있다.
반응적으로 스퍼터된 이산화규소 필름의 밀도는 상기 필름이 반응적으로 그 위에 스퍼터되는 웨이퍼에 DC 바이어스를 인가함에 따라 증가될 수 있는 것으로 알려져 있다. 다만, 종래 Ar 스퍼터링으로 달성될 수 있는 최대 이산화규소 필름 밀도 약 2.35gcm-3으로 제한된다. 바라는 고밀도의 이산화규소 필름을 제공하기 위해서, 제조하는 동안 향상된 처리량을 제공하기 위한 지속적인 상업적인 요구가 존재한다.
본 발명은 적어도 이의 몇몇의 실시예에 있어서 상술한 하나 이상의 문제점 및 요구를 다룬다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 산소와 크립톤을 필수적으로 포함하는 스퍼터링 가스 혼합물을 사용하는 펄스 DC 반응성 스퍼터링에 의해 기판 상에 SiO2를 증착하는 방법이 제공된다.
sccm의 산소 유량에 대한 sccm의 크립톤 유량의 비로서 표현되는 산소에 대한 크립톤의 비는 0.1 내지 0.9, 바람직하게는 0.2 내지 0.8의 범위 내일 수 있다. 상기 비율값의 임의의 조합에 상응하는 범위 역시 본 발명의 범위 내에 있다.
일부 실시예에 있어서, RF 전원은 DC 바이어스를 발생시키기 위해 기판에 인가된다. 이는 향상된 SiO2 밀도를 생성할 수 있다. 기판에 인가된 RF 전원은 20 내지 150 W, 20 내지 125 W의 범위 내일 수 있다.
상기 스퍼터링 가스 혼합물은 1 mTorr 내지 20 mTorr (0.13 Pa 내지 2.67 Pa)의 범위 내의 압력으로 존재할 수 있다.
본 발명의 이점은 높은 밀도를 가지는 SiO2 증착을 생성할 수 있다는 것이다. 상기 방법은 2.35 gcm-3 또는 이보다 높은 밀도, 바람직하게는 2.40 gcm-3 또는 이보다 높은 밀도를 가지는 SiO2를 증착하기 위해 수행될 수 있다.
일반적으로, 상기 SiO2는 박막과 같은 필름으로 증착된다.
일반적으로, 상기 기판은 기판 홀더 상에 위치된다. SiO2를 증착하는 동안 상기 기판 홀더는 100 ℃ 미만, 바람직하게는 70 ℃ 미만의 온도일 수 있다. 일반적으로, 증착은 50 ℃ 부근의 온도의 기판 홀더에서 수행될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, SiO2는 펄스 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링에 의해 기판 상에 증착된다.
본 발명의 제2 측면에 따르면,
기판 홀더 및 타겟을 포함하는 챔버 또는 챔버 시스템;
산소 공급원;
크립톤 공급원;
상기 챔버로 산소와 크립톤을 공급하기 위한 가스 공급 시스템; 및
상기 타겟으로부터 실리콘이 스퍼터되도록 펄스 DC 전원을 제공하기 위한 수단;을 포함하는 기판 상에 SiO2를 증착하기 위한 펄스 DC 반응성 스퍼터링 장치가 제공된다.
일반적으로, 상기 타겟은 순수한 실리콘 또는 이산화규소이다. 상기 기판은 일반적으로 웨이퍼의 형태인 실리콘 기판일 수 있다.
상기 장치는 펄스 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링 장치일 수 있다. 상기 실시예에 있어서, 상기 장치는 마그네트론을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, SiO2의 증착을 가지는 기판이 제공되며, 여기서 상기 SiO2는 본 발명의 제1 측면의 방법에 의해 증착되는 반응적으로 스퍼터된 SiO2이다. 상기 SiO2는 2.35 gcm-3 또는 이보다 높은 밀도, 바람직하게는 2.40 gcm-3 또는 이보다 높은 밀도를 가질 수 있다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 본 발명의 제3 측면의 기판을 포함하는 구조 또는 장치가 제공된다. 바람직하게는, 본 발명은 본 발명의 제3 측면에 따른 기판을 포함하는 SAW, BAW 또는 TCSAW 필터를 제공한다. 본 발명에 의해 제공되는 고밀도의 SiO2 필름은 상기 분야 및 다른 광학 및 어쿠스틱 분야에서 특정한 유용성을 가진다.
본 발명은 상기에 설명되었으나, 상기에 명시되거나 하기의 상세한 설명, 도면 또는 청구항의 특징들의 임의의 진보된 조합으로 확장된다.
본 발명에 따른 방법 및 장치의 실시예는 첨부된 도면을 참조로 하여 설명될 것이다:
도 1은 본 발명의 장치의 세미-구성도이다;
도 2는 Ar/O2 및 Kr/O2 환경에서 증착된 SiO2 필름의 플래튼 RF에 대한 SiO2 필름 밀도를 나타낸다;
도 3은 Ar/O2 및 Kr/O2 환경에서 증착된 SiO2 필름의 플래튼 RF에 대한 SiO2 굴절률을 나타낸다;
도 4는 Ar/O2 및 Kr/O2 환경에서 플래튼 RF에 대한 SiO2 증착 속도를 나타낸다;
도 5는 산소 유량의 식으로서 산소와 혼합된 Ar 또는 Kr과 실리콘 타겟에 대한 (a) 타겟 전압 및 (b) 타겟 전류의 히스테리시스 곡선을 나타낸다;
도 6은 충돌 에너지와 Mo 및 W 타겟 상에 입사하는 이온에 대한 가스 형태의 식으로서 2차 전자 방출을 나타낸다(Glow Discharge Processes, Chapman, Wiley and Sons, 1980 인용);
도 7은 Ar/O2 및 Kr/O2 환경에서 증착된 SiO2 필름의 비활성 가스의 퍼센트에 대한 SiO2 필름 밀도를 나타낸다;
도 8은 Ar/O2 및 Kr/O2 환경에서 증착된 SiO2 필름의 플래튼 RF 전원에 대한 SiO2 필름 스트레스를 나타낸다;
도 9는 Ar/O2 및 Kr/O2 환경에서 스퍼터된 이산화규소 필름의 절연 파괴 데이터(전기장에 대한 전류 밀도)를 나타낸다;
도 10은 Ar/O2 및 Kr/O2 환경에서 스퍼터된 SiO2 필름의 FTIR 스펙트럼을 나타낸다.
도 1은 일반적으로 10으로 표시된 본 발명의 장치의 실시예를 나타낸다. 상기 장치는 웨이퍼 플래튼(2)가 위치된 진공 챔버(8)를 포함한다. 챔버(8)의 상부는 실리콘 또는 이산화규소로부터 형성될 수 있는 타겟(9)을 포함한다. 펄스 DC 전원 공급원(1)은 타겟(9)으로 펄스 DC 전원을 인가하도록 제공된다. 일반적으로, 상기 장치는 펄스 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링 배치의 형태일 수 있으며, 이 경우 상기 장치는 마그네트론을 더 포함할 것이다. 도 1에는 나타내지 않았으나, 통상의 기술자에게 잘 알려진 바와 같이 실제 마그네트론은 타겟(9)의 뒤에 위치될 것이다. 사용될 때, 플래튼(2)은 타겟(9)의 반대편에서 일반적으로 웨이퍼인 기판을 지지한다. 플래튼(2)은 용량성 커플링 회로(capacitive coupling circuit)를 통해 RF 전원 공급원(3)에 의해 제공되는 RF 신호와 바이어스되는 전도성 물질로 형성되어 플래튼(2)은 전극으로 작용할 수 있다. 플라즈마의 존재 하에서 RF 바이어스는 플래튼(2) 상에 발생하는 부극성 DC 바이어스를 생성하며, 스퍼터된 이온은 기판을 향해 가속화된다. 산소(4), 아르곤(5) 및 크립톤(6)의 공급원이 제공된다. 산소, 아르곤 또는 크립톤은 적절한 가스 매니폴드의 일부로서 질량 유량 조절기(7)를 사용하여 챔버(8) 내로 선택적으로 주입된다. 산소 가스는 타겟(9)으로부터 스퍼터된 실리콘과 반응하여 플래튼(2) 상에 위치된 웨이퍼의 표면 상에 이산화규소 층을 형성한다. 아르곤 공급원(5)은 Ar/O2 환경을 사용하여 얻어진 반응성 스퍼터링과 Kr/O2 환경을 사용하여 얻어진 반응성 스퍼터링 사이의 비교 실험을 수행할 목적을 위해 단독으로 제공되는 것으로 이해될 것이다. 다른 실시예에 있어서, 아르곤 공급원(5)은 제공되지 않을 것이며, 더 단순한 가스 매니폴드가 사용될 수 있다.
실험은 플래튼(2)에 인가되는 다양한 RF 전원과 1.25 및 2 kW의 타겟 전원, 50 ℃의 플래튼 온도를 사용하여 수행되었다. 실험은 30sccm Ar과 80sccm O2의 유량을 사용하는 Ar/O2 환경 하에서 수행되었다. 또한 실험은 30sccm의 Kr 유량 및 80sccm의 산소 유량을 사용하는 Kr/O2 환경 하에서 수행되었다. Ar/O2 환경과 2 kW의 타겟 전원에서, 플래튼(platen)에 RF 전원이 인가되지 않은 1000 nm의 필름 두께에서 SiO2 필름 밀도는 2.26 gcm- 3 이다. RF 전원이 플래튼에 인가된 때, 필름 밀도가 증가하며, 120 W의 플래튼 RF 전원에서 필름 밀도가 2.33gcm-3으로 ~3% 증가하는 것이 확인되었다. 플래튼의 RF 바이어스가 활성 이온 충돌에 의해 이산화규소 필름을 고밀화하는 것으로 여겨진다. 다만, (높은 활성 이온을 생성하는) 과도하게 높은 DC바이어스는 실질적으로 낮은 필름 밀도를 야기하는 이온-조사 손상 및 보이드를 생성할 수 있다. 이는 SiO2 필름 밀도가 Ar/O2 환경을 사용하는 증착에 대한 도 2에 나타낸 중-고 플래튼 RF 전원에서 포화되는 것으로 나타나는 이유로 설명될 수 있을 것이다. 우리는 Ar/O2 환경 하에서, 필름 밀도가 매우 높은 인가된 플래튼 RF 전원 (본원에 데이터로 나타내지 않음)에서 실질적으로 감소되는 것을 확인하였다. 또한 도 2는 Kr/O2 반응성 스퍼터링 공정을 사용하여 얻어진 SiO2 필름 밀도를 나타낸다. 반응성 스퍼터링 공정 하에서 Kr/O2 환경의 사용은 2.40 gcm- 3 까지 증가되는 SiO2 필름 밀도를 야기할 수 있다. 우리는 필름 밀도는 본질적으로 타겟 RF 전원과 무관하나, 플래튼에 인가된 RF 전원으로 증가하는 것을 발견하였다.
도 3은 Ar/O2로 반응적으로 스퍼터된 것보다 높은 굴절률을 가지는 Kr/O2로 반응적으로 스퍼터된 SiO2 필름을 나타낸다. 이는 Kr/O2 반응성 스퍼터링과 연관되는 증가된 SiO2 필름 밀도와 일치하며, 높은 원자 충진률을 나타낼 수 있다. 도 3의 1.5kW 펄스 DC에 있어서, 우리는 높은 바이어스 전원에 대한 굴절률의 상당한 증가를 확인할 수 있었다.
도 4는 Ar/O2 및 Kr/O2 환경 모두에 대한 플래튼 바이어스 전원의 식으로서 SiO2 필름 증착 속도를 나타낸다. 데이터는 2 kW와 1.25 kW의 타겟 RF 전원에 대하여 얻어졌다. 여기서 Kr/O2 반응성 스퍼터링이 Ar/O2 반응성 스퍼터링과 비교하여 증착 속도에서 유의적 증가를 제공하는 것을 확인할 수 있다. 보다 상세하게, Kr/O2 반응성 스퍼터링 공정의 증착 속도는 Ar/O2 공정보다 ~16% 높으며, 이는 본질적으로 플래튼 RF 전원과 무관하다. 이로부터 우리는 본 발명의 공정이 제조 처리량 면에서 유의적인 이점을 가질 것으로 결론을 내렸다.
임의의 특정 이론이나 추측에 의해 제한되고자 함 없이, 이는 Ar/O2 와 비교하여 Kr/O2 반응성 스퍼터 가스 환경에서 이산화규소의 증착 속도의 증가는 Ar과 비교하여 Si 내 KR의 증가된 스퍼터 수율에 부분적으로 기여될 수 있는 것으로 여겨진다.
다만, 필름 밀도는 Kr/O2로 반응적으로 스퍼터된 SiO2 필의 밀도 증가를 야기하는 단순 운동량 전달에 대해 반대되는 경향이 있는 증착 전원과 무관하다. 게다가, 증착 속도와 필름 밀도의 증가는 표 1에 나타낸 바와 같이 증가하는 타겟 전압에 의해 수반되지 않는다.
가스 혼합물 타겟 V (Volts) 타겟 I (Amps) 압력 (mT)
100% Ar 386 5.1 8.3
100% Kr 488 4.1 8.4
30sccm Ar:80sccm O2 206 9.66 7.7
30sccm Kr:80sccm O2 205 9.77 7.8
* 상이한 가스 혼합물에 대한 IV 특성의 비교, 타겟 RF 전원 2 kW
비록 동일한 압력에서 크립톤 유일 플라즈마는 Ar 유일 플라즈마보다 매우 높은 전압 및 낮은 전류를 나타내나, 충분한 산소가 타겟을 포이즌(poison)하기 위해 도입될 때, Ar/O2와 Kr/O2 플라즈마에 대한 전압 및 전류는 상당히 유사하다. 도 5는 Ar과 Kr의 반응성 공정에 대한 IV 특성을 나타낸다. 타겟 RF 전원은 2 kW이다. O2 분율로서 수렴되는 Ar/O2와 Kr/O2의 V 및 I 특성 모두 증가되며, 타겟은 포이즌된 레짐(poisoned regime)에 도달한다.
Kr 유일 플라즈마의 낮은 전류는 아르곤 작용 가스와 비교하여 크립톤에 대한 낮은 2차 전자 방출과 일치한다. 도 6에 나타낸 데이터로부터, Ar은 넓은 에너지 범위에 걸쳐 Kr과 비교하여 약 22배의 전자 방출 수준을 가지는 것을 확인할 수 있다. 따라서, Ar 대신 Kr의 스퍼터링은 타겟으로부터 방출되는 낮은 2차 전자와 낮은 이온화 분율을 야기할 것이다. 게다가, 타겟으로부터 방출되는 낮은 에너지 2차 전자는 비활성 이온(Ar 및 Kr)과 전기음성적 가스(산소) 모두에 의해 포획되어 타겟으로부터 이격되어 가속화될 수 있는 중성 되튐 원자 및 음 이온을 형성할 수 있다. 두 종 모두 기판에 적절한 에너지를 가진 상태로 도달하여 성장하는 SiO2 필름 내에 병합될 수 있다. 따라서, 2차 전자 방출은 SiO2 필름 특성에 지대한 영향을 줄 것으로 여겨진다. 크립톤의 스퍼터링은 아르곤의 스퍼터링보다 적은 반사된 중성 되튐 원자를 생성한다. 이는 필름 성장 동안 병합된 비활성 가스 원자의 수의 감소에 의해 아르곤과 비산소를 사용하여 스퍼터된 SiO2 필름의 필름 밀도가 증가하는 것을 야기할 것으로 기대될 수 있다. 2차 전자 방출은 타겟으로 이온의 운동량 전달에 강하게 의존하지 않을 것이며, 이는 이산화규소 필름 밀도가 타겟 전원에 강하게 의존하지 않는다는 관찰과 일치한다.
도 7은 이산화규소 필름 밀도와 타겟으로 2 kW 펄스 DC와 웨이퍼로 80 W RF 바이어스인 크립톤과 아르곤에 있어서 산소 유량(sccm)에 대한 비활성 가스 유량의 비 사이의 관계를 나타낸다. Ar/O2의 반응성 스퍼터링은 아르곤 분율이 증가함에 따라 필름 밀도의 감소가 나타나는 것이 확인될 수 있다. 이는 성장하는 SiO2 필름 내에 가두어진 증가된 아르곤과 일치한다. 다만, Kr/O2로 스퍼터된 SiO2 필름은 Kr 분율이 증가함에 따라 필름 밀도가 증가하는 것으로 나타난다.
도 8은 실질적으로 Kr/산소와 Ar/산소를 사용하여 스퍼터된 SiO2 필름에 있어서 플래튼 RF 전원의 식으로서 SiO2 필름 스트레스를 나타낸다. 2 kW의 타겟 RF 전원이 사용되었다. SiO2 필름 스트레스는 실제로 증가된 플래튼 RF 바이어스와 함께 점점 압축되나, SiO2 필름 스트레스와 필름 밀도 사이에 직접적인 연관성은 없다. 크립톤을 사용하여 반응적으로 스퍼터된 SiO2 필름은 0 플래튼 RF 바이어스에서 아르곤을 사용하여 스퍼터된 SiO2 필름과 비교하여 플래튼 RF 바이어스 없이도 더욱 압축적이다. 다만, 동일한 플래튼 RF 전원에서 Ar/O2로 반응적으로 스퍼터된 필름과 Kr/O2 반응성 스퍼터링과 연관된 더 높은 밀도의 필름 사이의 스트레스는 다소 차이가 있다. 대다수의 사람들은 압축 스트레스는 에너지성 입자에 의한 필름 충돌의 결과로 결론내렸다. 스퍼터된 필름 내 비활성 가스의 포획은 심지어 이온 충돌과 함께 종종 관찰되나, 반드시 스트레스 발생의 원인이 되지 않는다. 사실, 문헌 내에서 스트레스와 중성 가스 결합은 독립적 양인 것으로 증명되었다. 임의의 특정 이론 또는 추측에 의해 제한되고자 함 없이, 우리는 플래튼에 인가된 RF 전원 상에서 이산화규소 필름 스트레스와 밀도의 상이한 의존성은 중성 가스 포획이 SiO2 필름 밀도에 유의적 역할을 하는 것을 가리키는 경향이 있다고 확인하였다.
증착된 이산화규소 필름의 특성과 품질이 조사되었다. 도 9는 아르곤과 크립톤으로 스퍼터된 유사한 밀도(ca. 2.35gcm-3)의 SiO2 필름의 절연 파괴 거동을 나타낸다. 유사한 밀도의 필름에서 비교 가능한 절연 파괴 거동이 관찰되었다. 도 10은 Kr/O2과 Ar/O2로 증착된 SiO2 필름의 FTIR 흡수 스펙트럼을 나타낸다. 증착된 필름의 흡수 스펙트럼은 Si-O-Si 스트레칭과 굽힙 모드 때문에 각각 1090cm-1과 812cm-1에서 피크 강도를 나타낸다. 1085cm-1에서 주 Si-O 진동 밴드의 위치와 모양은 순수한 화학량론적 이산화규소 필름의 거동과 일치한다. Ar/O2과 Kr/O2로 반응적으로 스퍼터된 필름에 대하여 얻어진 스펙트럼의 유의적 차이는 없었으며, 이는 이들이 구조적으로 유사함을 나타낸다. 도 9 및 10에 나타낸 데이터는 본 발명의 Kr/O2 반응성 스퍼터링을 사용하여 증착된 SiO2 필름이 높은 품질과 우수한 작동 특성을 가짐을 보여준다.
본 발명에 의해 제공되는 SiO2의 Kr/O2 기반 반응성 스퍼터링은 우수한 절연 파괴 성능과 종래 기술인 Ar/O2 반응성 스퍼터링 기술을 사용하여 얻어진 필름과 비교할 만한 습식 식각 속도을 나타내는 필름을 제조하는 것으로 증명되었다. 본 발명은 종래 기술을 사용하여 제조된 필름보다 높은 밀도를 가지나 종래 필름으로부터 구조적으로 구분이 안되는 SiO2 필름을 제조할 수 있다. 추가적으로, 최대 20% 향상하는 것으로 관찰되는 필름 증착 속도의 유의적 향상이 달성될 수 있다. 이러한 향상은 광범위한 공정 조건을 통해 관찰된다. 통상의 기술자는 임의의 주어진 최종 응용 분야에 적합하고, 일상적인 실험에 의해 원하는 제조 기준을 만족시키기 위해 본 발명의 반응성 스퍼터링 기술을 최적화하는 것이 가능할 것이다. 예를 들어, RF 디바이스는 필름 밀도와 증착 속도의 허용 가능한 트레이드 오프를 달성하기 위해 기판 홀더에 적용될 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 SiO2 필름은 가능한 최종 응용 분야의 넓은 범위를 가진다. 본 발명과 연관된 향상된 특성은 SAW, BAW 및 TCSAW 필터와 같은 광학 및 어쿠스틱 최종 응용 분야에 대하여 특히 SiO2 필름을 매력적으로 만들 것이다.

Claims (18)

  1. 기판 상에 SiO2를 퇴적하는 방법에 있어서,
    스퍼터링 장치의 챔버 내에서 전기 전도성 플래튼으로 상기 기판을 지지하는 단계;
    산소 및 크립톤을 각각의 유량으로 챔버 내에 공급함으로써 상기 스퍼터링 장치의 상기 챔버 내에 필수적으로 산소 및 크립톤으로 구성되는 스퍼터링 가스 혼합물을 제공하는 단계 - sccm 단위의 상기 산소의 유량에 대한 sccm 단위의 상기 크립톤의 유량의 비는 0.1 내지 0.9 범위 내임 - ;
    상기 스퍼터링 장치의 타겟에 펄스 DC 전원을 제공하는 단계; 및
    상기 플래튼에 RF 전원을 인가하여 DC 바이어스를 생성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 타겟은 실리콘을 포함하며, 실리콘은 필수적으로 산소와 크립톤으로 구성된 상기 스퍼터링 가스 혼합물에 의해 상기 타겟으로부터 스퍼터링되고, 스퍼터링된 이온은 상기 DC 바이어스에 의해 상기 플래튼 상의 상기 기판으로 가속화되고, 결과적으로 상기 기판 상에 SiO2가 퇴적되는 것인,
    기판 상에 SiO2를 퇴적하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산소의 유량에 대한 상기 크립톤의 유량의 비는 0.2 내지 0.8 범위 내인 것인, 기판 상에 SiO2를 퇴적하는 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 인가되는 상기 RF 전원은 20 내지 150 W 범위 내인 것인, 기판 상에 SiO2를 퇴적하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스퍼터링 가스 혼합물은, 상기 SiO2의 퇴적이 일어나는 프로세스 챔버 내에서 1 mTorr 내지 20 mTorr (0.13 Pa 내지 2.67 Pa)의 범위 내의 압력으로 존재하는 것인, 기판 상에 SiO2를 퇴적하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에서 2.35gcm-3 또는 이보다 높은 밀도를 갖도록 상기 SiO2를 퇴적하는 것인, 기판 상에 SiO2를 퇴적하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 SiO2는 필름으로 퇴적되는 것인, 기판 상에 SiO2를 퇴적하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 기판 홀더 상에 위치되며, 상기 SiO2를 퇴적하는 동안 상기 기판 홀더는 100 ℃ 미만의 온도인 것인, 기판 상에 SiO2를 퇴적하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 DC 전원은 마그네트론에 의해 제공되는 것인, 기판 상에 SiO2를 퇴적하는 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 인가되는 상기 RF 전원은 20 내지 125W 범위 내인 것인,
    기판 상에 SiO2를 퇴적하는 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에서 2.40gcm-3 또는 이보다 높은 밀도를 갖도록 상기 SiO2를 퇴적하는 것인, 기판 상에 SiO2를 퇴적하는 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 기판 홀더 상에 위치되며, 상기 SiO2를 퇴적하는 동안 상기 기판 홀더는 70 ℃ 미만의 온도인 것인, 기판 상에 SiO2를 퇴적하는 방법.
  18. 기판 상에 SiO2를 퇴적하는 방법에 있어서,
    스퍼터링 장치의 챔버 내에서 전기 전도성 플래튼으로 상기 기판을 지지하는 단계;
    상기 스퍼터링 장치의 상기 챔버 내에 필수적으로 산소 및 크립톤으로 구성되는 스퍼터링 가스 혼합물을 제공하는 단계 - 상기 스퍼터링 가스 혼합물 내의 상기 크립톤의 백분율은 적어도 30%임 - ;
    상기 장치의 타겟에 펄스 DC 전원을 제공하는 단계; 및
    상기 플래튼에 RF 전원을 인가하여 DC 바이어스를 생성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 타겟은 실리콘을 포함하며,
    실리콘은 상기 스퍼터링 가스 혼합물에 의해 상기 타겟으로부터 스퍼터링되고, 스퍼터링된 이온은 상기 DC 바이어스에 의해 상기 플래튼 상의 상기 기판으로 가속화되고, 결과적으로 상기 기판 상에 SiO2가 적어도 2.35gcm-3의 밀도를 가지도록 퇴적되는 것인,
    기판 상에 SiO2를 퇴적하는 방법.
KR1020140153043A 2013-11-07 2014-11-05 이산화규소의 증착 KR102258752B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB201319654A GB201319654D0 (en) 2013-11-07 2013-11-07 Deposition of silicon dioxide
GB1319654.8 2013-11-07

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150053240A KR20150053240A (ko) 2015-05-15
KR102258752B1 true KR102258752B1 (ko) 2021-05-28

Family

ID=49818260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140153043A KR102258752B1 (ko) 2013-11-07 2014-11-05 이산화규소의 증착

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9803272B2 (ko)
EP (1) EP2871259B1 (ko)
JP (2) JP6722977B2 (ko)
KR (1) KR102258752B1 (ko)
CN (1) CN104630741A (ko)
GB (1) GB201319654D0 (ko)
TW (1) TWI648417B (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201701846D0 (en) * 2017-02-03 2017-03-22 Univ Manchester Method of producing sputtered silicon oxide electrolyte
EP3755823A4 (en) * 2018-02-19 2021-11-03 Applied Materials, Inc. PVD TITANIUM DIOXIDE FORMATION USING SPUTTER ETCHING TO STOP THE START OF CRYSTALLIZATION IN THICK FILMS
US10494710B1 (en) 2018-08-28 2019-12-03 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Film-forming method, production method for product with ceramic film, and product with ceramic film
GB201906840D0 (en) 2019-05-15 2019-06-26 Spts Technologies Ltd Method of deposition
CN110791738A (zh) * 2019-10-10 2020-02-14 昆山金百辰金属科技有限公司 一种用于轮毂的真空磁控溅射离子镀膜工艺
GB202014592D0 (en) 2020-09-16 2020-10-28 Spts Technologies Ltd Deposition method
US11756790B2 (en) * 2021-03-09 2023-09-12 Tokyo Electron Limited Method for patterning a dielectric layer
WO2024157710A1 (ja) * 2023-01-27 2024-08-02 日本碍子株式会社 接合体および接合体の製造方法
CN118291946B (zh) * 2024-06-06 2024-08-02 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 可改善深孔填充均匀性的薄膜沉积方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030173207A1 (en) 2002-03-16 2003-09-18 Symmorphix, Inc. Biased pulse DC reactive sputtering of oxide films
US20080245657A1 (en) * 2006-01-25 2008-10-09 Ulvac Inc. Sputtering device and film forming method

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0798521B2 (ja) * 1986-08-20 1995-10-25 澁谷工業株式会社 回転式重量充填装置
JPH06104898B2 (ja) * 1988-01-13 1994-12-21 忠弘 大見 減圧表面処理装置
JPH07110912A (ja) * 1993-10-14 1995-04-25 Sanyo Electric Co Ltd 磁気ヘッド及びその製造方法
JP2000187892A (ja) * 1998-12-21 2000-07-04 Nec Corp ＳｉＯ２膜、相変化型光デイスク媒体および製造方法
US6682860B2 (en) * 2002-04-12 2004-01-27 International Business Machines Corporation Attenuated embedded phase shift photomask blanks
US6579425B2 (en) * 2001-07-16 2003-06-17 Sharp Laboratories Of America, Inc. System and method for forming base coat and thin film layers by sequential sputter depositing
US6900083B2 (en) * 2001-08-31 2005-05-31 Sharp Laboratories Of America, Inc. Method of forming multi-layers for a thin film transistor
JP2003253438A (ja) * 2002-02-27 2003-09-10 Asahi Glass Co Ltd 酸化物膜の成膜方法
JP2005048260A (ja) * 2003-07-31 2005-02-24 Canon Inc 反応性スパッタリング方法
EP1829209A1 (en) * 2004-12-15 2007-09-05 Philips Intellectual Property & Standards GmbH Thin film acoustic reflector stack
JP6244103B2 (ja) * 2012-05-04 2017-12-06 ヴァイアヴィ・ソリューションズ・インコーポレイテッドＶｉａｖｉ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｉｎｃ． 反応性スパッタ堆積のための方法および反応性スパッタ堆積システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030173207A1 (en) 2002-03-16 2003-09-18 Symmorphix, Inc. Biased pulse DC reactive sputtering of oxide films
US20080245657A1 (en) * 2006-01-25 2008-10-09 Ulvac Inc. Sputtering device and film forming method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
'Sputtered SiO2 as low acoustic impedance material for Bragg Mirror Fabrication in BAW resonators', J. Olivares et al., IEEE, vol.,57, No.1,Jan. 2010, pp 23-29.*

Also Published As

Publication number Publication date
US9803272B2 (en) 2017-10-31
EP2871259A1 (en) 2015-05-13
JP6722977B2 (ja) 2020-07-15
US20150125375A1 (en) 2015-05-07
TW201520351A (zh) 2015-06-01
EP2871259B1 (en) 2017-05-03
KR20150053240A (ko) 2015-05-15
JP2015108190A (ja) 2015-06-11
GB201319654D0 (en) 2013-12-25
JP2020023755A (ja) 2020-02-13
CN104630741A (zh) 2015-05-20
TWI648417B (zh) 2019-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102258752B1 (ko) 이산화규소의 증착
Anders Plasma and ion sources in large area coating: A review
US6454912B1 (en) Method and apparatus for the fabrication of ferroelectric films
KR101923221B1 (ko) Ｈｉｐｉｍｓ를 이용한 반응성 스퍼터링
KR100416308B1 (ko) 플라즈마 처리 장치
JP4714166B2 (ja) 基板のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2013229351A (ja) ドライエッチング方法
JP6410592B2 (ja) プラズマエッチング方法
Park et al. Surface discharge characteristics of MgO thin films prepared by RF reactive magnetron sputtering
JPWO2008032627A1 (ja) ドライエッチング方法
EP1239056A1 (en) Improvement of a method and apparatus for thin film deposition, especially in reactive conditions
Lisovskiy et al. Rf discharge dissociative mode in NF3 and SiH4
US20140255286A1 (en) Method for manufacturing cubic boron nitride thin film with reduced compressive residual stress and cubic boron nitride thin film manufactured using the same
Futagami et al. Characterization of RF-enhanced DC sputtering to deposit tin-doped indium oxide thin films
De Araújo et al. Deposition of TiO2 on silicon by sputtering in hollow cathode
JPH06112133A (ja) 透明誘電体膜を基体上に被覆する方法
JPS644591B2 (ko)
JP3478561B2 (ja) スパッタ成膜方法
Yasui et al. Improvement in crystallinity of ZnO films prepared by rf magnetron sputtering with grid electrode
KR20170044777A (ko) 플라즈마를 이용하여 실리콘 산화막을 형성하는 방법
JP2009275281A (ja) スパッタリング方法及び装置
KR102125474B1 (ko) 박막 증착 방법
KR20210065223A (ko) 박막 증착 방법
Telesh et al. Stoichiometry of silicon dioxide films obtained by ion-beam sputtering
JP5312138B2 (ja) スパッタリング方法

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