KR102347279B1 - Method for producing a hydrocarbon thin film - Google Patents

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Abstract

고유전성을 바탕으로 SiO2 박막은 물론 Hf 또는 Zr 기반의 산화물 박막보다도 유전상수가 현저히 높으면서도 박막의 균일성이 우수하고, 동시에 누설전류가 매우 낮고, 높은 유전강도 특성을 나타내어 10nm 노드 이하의 반도체 소자에 적용되어 우수한 성능을 구현할 수 있는 탄화수소 박막으로서, 비정질 구조를 갖고, 유전상수가 10 이상이며, 수소와 탄소의 이차이온 질량분석(SIMS: secondary-ion mass spectrometry) 상대 강도 비가 4 내지 30이고, XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)의 탄소 1s 스펙트럼 상 280eV 내지 290eV 중에 존재하는 결합 에너지 피크(peak)가 1keV 세기의 아르곤(Ar+) 플라즈마 에칭으로 5초 내지 20초 중 어느 하나의 시간 조건 하에서 표면 처리한 전후의 결합 에너지(eV) 이동폭이 0.5eV 이하인 탄화수소 박막 및 이의 제조방법과 이를 적용한 반도체 소자를 제공한다.Based on high dielectric properties, the dielectric constant is significantly higher than that of SiO 2 thin films as well as Hf or Zr-based oxide thin films, and the uniformity of the thin films is excellent, and at the same time, the leakage current is very low and high dielectric strength characteristics are exhibited to semiconductors below the 10 nm node. A hydrocarbon thin film that can be applied to a device to realize excellent performance, has an amorphous structure, has a dielectric constant of 10 or more, and has a secondary-ion mass spectrometry (SIMS) relative intensity ratio between hydrogen and carbon of 4 to 30 , The binding energy peak (peak) present in 280eV to 290eV on the carbon 1s spectrum of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is 1 keV argon (Ar + ) plasma etching under any one time condition of 5 seconds to 20 seconds Provided are a hydrocarbon thin film having a binding energy (eV) movement width of 0.5 eV or less before and after treatment, a method for manufacturing the same, and a semiconductor device to which the same is applied.

Figure R1020210046396
Figure R1020210046396

Description

탄화수소 박막의 제조방법{METHOD FOR PRODUCING A HYDROCARBON THIN FILM}Manufacturing method of hydrocarbon thin film {METHOD FOR PRODUCING A HYDROCARBON THIN FILM

본 발명은 유전상수가 크고 누설전류가 낮으며 절연강도가 높아 고집적 소자의 제조에 유용한 탄화수소 박막을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a hydrocarbon thin film having a high dielectric constant, low leakage current, and high insulation strength, which is useful for manufacturing high-integration devices.

탄소 박막은 우수한 전기적, 기계적 특성으로 인해 기술적, 산업적 응용 분야에서 많은 주목을 받고 있다. 탄소 박막을 구성하는 탄소계 재료는 결합에 따라 다이아몬드, 그래핀 및 비정질 탄소 등으로 분류될 수 있다. 다이아몬드는 탄소 원자 간 결합에 sp3 결합으로 연결되어 있기 때문에 전기 전도성을 전혀 나타내지 않지만 경도가 매우 높다. 그래핀은 sp2 결합으로만 이루어져 있어 전기 전도성이 우수하다. 비정질 탄소는 sp3 결합과 sp2 결합을 모두 가지므로 그래핀에 비해서는 전도성이 낮다. 이러한 탄소 박막의 제조 방법으로는 예를 들어, 화학기상증착법(CVD)이 있고, 탄소 박막 제조에 널리 이용되는 방법으로 약 1000℃ 내외의 고온에서 고품질의 그래핀과 탄소나노튜브를 제조할 수 있다. 탄소계 재료에 대한 연구는 특히 높은 전도도 특성과 투명도에 의해 투명 전도체나 차세대 반도체로서의 높은 잠재성을 갖는 그래핀; 또는 고도로 정렬된 구조를 갖는 탄소나노튜브와 같은 나노구조체에 대한 연구에 초점이 맞춰져 있다. 반면, 비정질 탄소, 나노그라파이트 등과 같은 탄소계 재료 역시 여러가지 흥미로운 특성을 나타냄에도 불구하고 이에 대한 연구 개발은 미흡한 실정이다. 비정질 탄화수소 막은 균일한 두께와 박막 형성이 용이하다는 장점을 바탕으로, 대한민국 공개특허 제10-2010-0112070호 및 대한민국 등록특허 제10-1837370호에 개시된 바와 같이 식각 마스크로 사용되거나, 대한민국 등록특허 제10-0850495호에 개시된 바와 같이 반도체 금속 배선의 층간 물질과 같은 저유전 절연체로 박막 결함을 방지하고 층간 밀착도를 증가시키기 위하여 사용되어 왔다. 나노그라파이트와 비정질 탄소에는 고정된 자유 라디칼을 의미하는 소위, 댕글링 본드(Dangling Bond)가 상당 비율 함유되어 있기 때문에 적절한 조건에서 가공되어 다양한 특성을 갖는 소재 개발이 가능하지만, 이를 응용하고자 하는 시도들은 매우 제한적이었다. Carbon thin films have attracted a lot of attention in technical and industrial applications due to their excellent electrical and mechanical properties. The carbon-based material constituting the carbon thin film may be classified into diamond, graphene, amorphous carbon, and the like according to bonding. Diamond does not exhibit any electrical conductivity because it is connected by sp 3 bonds to the bonds between carbon atoms, but has a very high hardness. Graphene has excellent electrical conductivity because it consists only of sp 2 bonds. Amorphous carbon has both sp 3 bonds and sp 2 bonds, so it has lower conductivity than graphene. As a method of manufacturing such a carbon thin film, for example, there is a chemical vapor deposition (CVD) method, and it is a method widely used for manufacturing a carbon thin film, and high-quality graphene and carbon nanotubes can be manufactured at a high temperature of about 1000 ° C. . Research on carbon-based materials has been particularly focused on graphene, which has high potential as a transparent conductor or next-generation semiconductor due to its high conductivity properties and transparency; Alternatively, research on nanostructures such as carbon nanotubes with highly ordered structures is focused. On the other hand, although carbon-based materials such as amorphous carbon and nanographite also exhibit various interesting properties, research and development for them is insufficient. The amorphous hydrocarbon film is used as an etch mask as disclosed in Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2010-0112070 and Korean Patent No. 10-1837370, based on the advantages of uniform thickness and easy thin film formation, or As disclosed in No. 10-0850495, a low-k insulator such as an interlayer material of a semiconductor metal wiring has been used to prevent thin film defects and increase interlayer adhesion. Because nanographite and amorphous carbon contain a significant proportion of so-called dangling bonds, which mean fixed free radicals, it is possible to develop materials with various properties by processing them under appropriate conditions. It was very limited.

한편, 기억소자나 논리소자 등 고밀도 반도체 소자의 집적화는 고유전체에 대한 요구를 증가시켰다. 구체적으로, 트랜지스터의 게이트 길이가 과거 수십년 사이에 수 마이크로미터에서 수 나노미터 수준으로 급격히 감소하였으며, 이에 따라 종전에 절연막으로 사용되던 SiO2 박막의 효용성이 한계에 도달하였다. SiO2 박막보다 높은 유전상수를 갖는 물질을 통상적으로 고유전체로 약칭한다. 이러한 고유전체에 대한 요구가 증가하면서 초기에는 Ta2O4, Al2O3 등이 주목받았으나, 최근에는 하프늄(Hf) 또는 지르코늄(Zr) 기반의 산화물들이 주목받고 있다. 현재는 Hf 소스(Source)를 대체할 물질(Al, Zr, Ta, STO, BST 등)을 찾거나, Hf 소스(Source)에 다른 물질을 추가하여 증착시키는 방법 등 여러 가지 방향으로 연구되고 있다. 이들 고유전체들은 대부분 산화물 박막 형태로 소자에 적용이 가능하다. 그러나 금속산화물의 고유전층은 산소공공 등의 다수의 벌크트랩을 포함하여 CV 히스테리시스를 증가시키며, 문턱전압의 불안정성 현상을 초래한다. 또한 소자의 노드 크기가 10nm 단위로 감소하면, 등가산화물두께(equivalent oxide thickness)는 1 nm 이하가 요구되며 해당 조건은 Hf 또는 Zr 기반 산화물의 전자 터널링이 일어날 수 있다. 또한 Hf 또는 Zr 기반 산화물은 결정화하기 쉽기 때문에 높은 누설전류를 나타내며 계면 특성이 열화된다. 이에 10nm 이하의 노드를 갖는 기술을 위하여 새로운 고유전체의 개발이 요구되고 있는 실정이다.On the other hand, the integration of high-density semiconductor devices such as memory devices and logic devices has increased the demand for high dielectric materials. Specifically, the gate length of the transistor has rapidly decreased from several micrometers to several nanometers in the past several decades, and thus the effectiveness of the SiO 2 thin film used as an insulating film has reached its limit. A material having a higher dielectric constant than that of a SiO 2 thin film is commonly abbreviated as a high dielectric. As the demand for such a high dielectric increases, initially, Ta 2 O 4 , Al 2 O 3 , etc. received attention, but recently, hafnium (Hf) or zirconium (Zr)-based oxides are attracting attention. Currently, research is being conducted in various directions, such as finding a material to replace the Hf source (Al, Zr, Ta, STO, BST, etc.) or adding another material to the Hf source and depositing it. Most of these high dielectrics can be applied to devices in the form of oxide thin films. However, the high-k layer of the metal oxide includes a large number of bulk traps such as oxygen vacancies, increasing CV hysteresis, and causing instability of the threshold voltage. In addition, when the node size of the device is reduced by 10 nm, the equivalent oxide thickness is required to be 1 nm or less, and electron tunneling of Hf or Zr-based oxides may occur under this condition. In addition, since Hf or Zr-based oxides are easy to crystallize, they exhibit high leakage current and deteriorate interface properties. Accordingly, the development of a new high dielectric is required for a technology having a node of 10 nm or less.

KR 10-2010-0112070 A1KR 10-2010-0112070 A1 KR 10-1837370 B1KR 10-1837370 B1 KR 10-0850495 B1KR 10-0850495 B1

본 발명의 목적은 유전상수가 크고 누설전류가 낮으며 절연강도가 높아 고집적 소자의 제조에 유용한 탄화수소 박막을 제공한다.An object of the present invention is to provide a hydrocarbon thin film useful for manufacturing high-integration devices due to high dielectric constant, low leakage current, and high insulation strength.

본 발명의 다른 목적은 상기 탄화수소 박막을 제조할 수 있는 효율적이고 효과적인 제조방법을 제공한다.Another object of the present invention is to provide an efficient and effective manufacturing method capable of manufacturing the hydrocarbon thin film.

본 발명의 다른 목적은 상기 탄화수소 박막을 포함하여 고집적 소자로서 우수한 기능을 구현하는 반도체 소자를 제공한다.Another object of the present invention is to provide a semiconductor device that implements an excellent function as a highly integrated device including the hydrocarbon thin film.

본 발명의 일 구현예에서, 탄화수소 박막은 비정질 구조를 갖고, 유전상수가 10 이상이며, 수소와 탄소의 이차이온 질량분석(SIMS: secondary-ion mass spectrometry) 상대 강도 비가 4 내지 30이고, XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)의 탄소 1s 스펙트럼 상 280eV 내지 290eV 중에 존재하는 결합 에너지 피크(peak)가 1keV 세기의 아르곤(Ar+) 플라즈마 에칭으로 5초 내지 20초 중 어느 하나의 시간 조건 하에서 표면 처리한 전후의 결합 에너지(eV) 이동폭이 0.5eV 이하이다.In one embodiment of the present invention, the hydrocarbon thin film has an amorphous structure, a dielectric constant of 10 or more, a secondary-ion mass spectrometry (SIMS) relative intensity ratio of hydrogen and carbon is 4 to 30, and XPS ( Binding energy peak (peak) present in 280eV to 290eV on the carbon 1s spectrum of X-ray photoelectron spectroscopy is argon (Ar+) plasma etching of 1keV intensity before and after surface treatment under any one time condition of 5 seconds to 20 seconds The binding energy (eV) movement width of is 0.5 eV or less.

상기 등가 산화막 두께 0.2nm 기준 IV 누설전류가 0.25A/㎠ 이하이고, 절연강도가 5MV/cm 이상일 수 있다.Based on the equivalent oxide thickness of 0.2 nm, IV leakage current may be 0.25 A/cm 2 or less, and insulation strength may be 5 MV/cm or more.

상기 라만 스펙트럼 피크(peak)가 2000 cm-1 이상의 영역에서 측정 임계치 하한 값으로 나타날 수 있다.The Raman spectrum peak may appear as a lower limit value of the measurement threshold in a region of 2000 cm -1 or more.

상기 전자 에너지 손실 분광(Electron energy-loss spectroscopy, EELS) 스펙트럼의 0eV 내지 45eV 영역 중의 최대 피크(Peak)는 20eV 내지 45eV 영역에서 나타날 수 있다.A maximum peak in the 0eV to 45eV region of the electron energy-loss spectroscopy (EELS) spectrum may appear in the 20eV to 45eV region.

본 발명의 다른 구현예에서, 탄화수소 박막의 제조 방법은 반응기 내에 탄화수소 가스를 포함하는 제1 가스 및 수소 가스를 포함하는 제2 가스를 주입하는 단계; 상기 반응기에 플라즈마를 발생시키는 단계; 및 상기 반응기의 온도, 상기 반응기의 압력 및 상기 플라즈마의 세기 중 적어도 하나를 조절하는 단계;를 포함할 수 있다.In another embodiment of the present invention, a method for manufacturing a hydrocarbon thin film includes injecting a first gas containing hydrocarbon gas and a second gas containing hydrogen gas into a reactor; generating plasma in the reactor; and adjusting at least one of the temperature of the reactor, the pressure of the reactor, and the intensity of the plasma.

상기 반응기의 온도를 조절하는 단계를 포함하고, 상기 반응기의 온도는 200℃ 내지 600℃로 조절될 수 있다.Including the step of adjusting the temperature of the reactor, the temperature of the reactor may be adjusted to 200 ℃ to 600 ℃.

상기 반응기의 압력을 조절하는 단계를 포함하고, 상기 반응기 내 압력은 0.1Torr 내지 10Torr로 조절될 수 있다.and adjusting the pressure of the reactor, and the pressure in the reactor may be adjusted to 0.1 Torr to 10 Torr.

상기 플라즈마 세기를 조절하는 단계를 포함하고, 상기 플라즈마 세기는 100W 내지 1,000W로 조절될 수 있다.and adjusting the plasma intensity, wherein the plasma intensity may be adjusted to 100W to 1,000W.

상기 제1 가스 대 상기 제2 가스의 체적비는 1 : 2 내지 1 :50일 수 있다.A volume ratio of the first gas to the second gas may be 1:2 to 1:50.

상기 제3 가스를 주입하는 단계를 더 포함하고, 상기 제3 가스는 비활성 가스를 포함할 수 있다.The method may further include injecting the third gas, wherein the third gas may include an inert gas.

본 발명의 또 다른 구현예에서, 반도체 소자는 실리콘계 기판; 및 상기 실리콘계 기판 상의 탄화수소 박막을 포함하고, 상기 탄화수소 박막이 비정질 구조를 갖고, 유전상수가 10 이상이며, 수소와 탄소의 이차이온 질량분석(SIMS: secondary-ion mass spectrometry) 상대 강도 비가 4 내지 30이고, XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)의 탄소 1s 스펙트럼 상 280eV 내지 290eV 중에 존재하는 결합 에너지 피크(peak)가 1keV 세기의 아르곤(Ar+) 플라즈마 에칭으로 5초 내지 20초 중 어느 하나의 시간 조건 하에서 표면 처리한 전후의 결합 에너지(eV) 이동폭이 0.5eV 이하이다.In another embodiment of the present invention, a semiconductor device includes a silicon-based substrate; and a hydrocarbon thin film on the silicon-based substrate, wherein the hydrocarbon thin film has an amorphous structure, a dielectric constant of 10 or more, and a secondary-ion mass spectrometry (SIMS) relative intensity ratio of hydrogen and carbon of 4 to 30 and the binding energy peak (peak) present in 280 eV to 290 eV on the carbon 1s spectrum of XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) is 1 keV argon (Ar +) plasma etching under any one of time conditions of 5 seconds to 20 seconds The binding energy (eV) shift width before and after surface treatment is 0.5 eV or less.

본 발명의 탄화수소 박막은 고유전성을 바탕으로 SiO2 박막은 물론 Hf 또는 Zr 기반의 산화물 박막보다도 유전상수가 현저히 높으면서도 누설전류가 매우 낮고, 높은 유전강도 특성을 나타내어 10nm 노드 이하의 반도체 소자에 적용되어 우수한 성능을 구현할 수 있다. The hydrocarbon thin film of the present invention has a significantly higher dielectric constant than a SiO 2 thin film as well as an Hf or Zr-based oxide thin film based on high dielectric properties, has a very low leakage current, and exhibits high dielectric strength characteristics. and excellent performance can be realized.

또한, 상기 탄화수소 박막은 별도의 촉매층을 필요로 하지 않으므로, 전사공정을 요하지 않고, 필요로 하는 기판에 바로 증착할 수 있어 계면 특성이 우수한 이점을 갖는다. In addition, since the hydrocarbon thin film does not require a separate catalyst layer, it does not require a transfer process and can be directly deposited on a required substrate, thereby having excellent interfacial properties.

상기 탄화수소 박막의 제조방법은 효율적인 방법으로 전술한 우수한 성능을 구현하는 탄화수소 박막을 제조할 수 있는 기술적 수단을 제공한다. The manufacturing method of the hydrocarbon thin film provides a technical means for manufacturing a hydrocarbon thin film implementing the above-described excellent performance in an efficient manner.

도 1은 증착 온도에 따른 탄화수소 박막의 모식도 및 TEM 이미지이다.
도 2는 증착 온도에 따른 탄화수소 박막의 라만 스펙트럼 결과이다.
도 3은 증착 온도에 따른 탄화수소 박막의 EELS 스펙트럼이다.
도 4는 일 구현예에 따른 탄화수소 박막의 XPS 스펙트럼이다.
도 5는 일 구현예에 따른 탄화수소 박막의 EXAFS 스펙트럼이다.
도 6은 일 구현예에 의한 반도체-고유전 탄화수소막-금속 MIS의 모식도이다.
도 7 및 도 8은 일 구현예에 따른 탄화수소 박막의 전기적 특성을 보여주는 그래프이다.
도 9는 일 구현예에 따른 탄화수소 박막의 이차이온 질량분석(SIMS: secondary-ion mass spectrometry) 스펙트럼이다.1 is a schematic diagram and TEM image of a hydrocarbon thin film according to the deposition temperature.
2 is a Raman spectrum result of the hydrocarbon thin film according to the deposition temperature.
3 is an EELS spectrum of a hydrocarbon thin film according to deposition temperature.
4 is an XPS spectrum of a hydrocarbon thin film according to an embodiment.
5 is an EXAFS spectrum of a hydrocarbon thin film according to an embodiment.
6 is a schematic diagram of a semiconductor-high dielectric hydrocarbon film-metal MIS according to an embodiment.
7 and 8 are graphs showing electrical characteristics of a hydrocarbon thin film according to an embodiment.
9 is a secondary-ion mass spectrometry (SIMS) spectrum of a hydrocarbon thin film according to an embodiment.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become clear with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, Only the present embodiments are provided to complete the disclosure of the present invention, and to fully inform those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, the scope of the invention, the present invention is defined by the scope of the claims will only be

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. In order to clearly express various layers and regions in the drawings, the thicknesses are enlarged. And in the drawings, for convenience of description, the thickness of some layers and regions are exaggerated.

또한, 본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상부에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 아울러, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 또는 "하부에" 또는 "하에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.Also, in the present specification, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is referred to as being “on” or “on” or “on” another part, this means not only when it is “directly on” another part, but also in the middle or in between. Including cases where there are other parts. Conversely, when we say that a part is "just above" another part, we mean that there is no other part in the middle. In addition, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “under” or “under” or “under” another part, this means not only when it is “under” another part, but also another part in between. This includes cases where Conversely, when a part is said to be "just below" another part, it means that there is no other part in the middle.

본 명세서에서 '탄화수소'의 의미는 탄소 원자와 수소 원자의 결합을 주요 골격으로 하는 화합물을 통칭하는 것으로, 결정질/비정질 혹은 sp3 결합 또는 sp2 결합의 함유량 등에 따라 본 개념에 속하지 않게 되는 것은 아니다. 예를 들어, 그래핀, 나노그라파이트, 비정질 탄화수소 등은 넓은 범위로서 본 명세서의 '탄화수소'의 개념에 포함되는 화합물들이다. The meaning of 'hydrocarbon' in the present specification refers to a compound having a bond between a carbon atom and a hydrogen atom as a main skeleton, and does not fall within this concept depending on the content of crystalline/amorphous or sp 3 bonds or sp 2 bonds. . For example, graphene, nanographite, amorphous hydrocarbons, etc. are compounds included in the concept of 'hydrocarbon' in the present specification as a broad range.

본 발명의 일 구현예에서, 비정질 구조를 갖고, 유전상수가 10 이상이며, 수소와 탄소의 이차이온 질량분석(SIMS: secondary-ion mass spectrometry) 상대 강도 비가 4 내지 30이고, XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)의 탄소 1s 스펙트럼 상 280eV 내지 290eV 중에 존재하는 결합 에너지 피크(peak)가 1keV 세기의 아르곤(Ar+) 플라즈마 에칭으로 5초 내지 20초 중 어느 하나의 시간 조건 하에서 표면 처리한 전후의 결합 에너지(eV) 이동폭이 0.5eV 이하인 탄화수소 박막을 제공한다.In one embodiment of the present invention, it has an amorphous structure, a dielectric constant of 10 or more, a secondary-ion mass spectrometry (SIMS) relative intensity ratio of hydrogen and carbon is 4 to 30, and X-ray (X-ray) The binding energy peak present in 280 eV to 290 eV on the carbon 1s spectrum of photoelectron spectroscopy is 1 keV argon (Ar +) plasma etching under any one of 5 seconds to 20 seconds binding energy before and after surface treatment (eV) To provide a hydrocarbon thin film having a movement width of 0.5 eV or less.

일 구현예에 따른 상기 탄화수소 박막은 비정질 구조를 갖는 것으로, 상기 '비정질' 구조란 탄소 원자 간 결합이 sp3 결합으로만 이루어져 있지 않거나, sp2 결합으로만 이루어져 있지 않은 화학적 구조를 의미하는 것으로서, 고정된 자유 라디칼을 의미하는 소위 댕글링 본드(Dangling Bond)가 소정의 비율로 함유되어 있는 구조를 의미한다. 상기 탄화수소 박막은 이러한 비정질 구조를 통하여 그래핀, 다이아몬드 등의 결정질 구조의 탄화수소 박막에 비하여 일정 수준 이상의 유전율과 유전강도 특성을 동시에 확보할 수 있다. The hydrocarbon thin film according to an embodiment has an amorphous structure, and the 'amorphous' structure means a chemical structure in which bonds between carbon atoms do not consist only of sp 3 bonds or only sp 2 bonds, It refers to a structure in which so-called dangling bonds, which mean fixed free radicals, are contained in a predetermined ratio. Through this amorphous structure, the hydrocarbon thin film can simultaneously secure a dielectric constant and dielectric strength characteristics of a certain level or higher compared to a hydrocarbon thin film having a crystalline structure such as graphene and diamond.

상기 탄화수소 박막의 유전상수는 10 이상이고, 예를 들어, 20 이상이고, 예를 들어, 약 20 내지 약 100일 수 있고, 예를 들어, 약 20 초과, 약 150 이하일 수 있고, 예를 들어, 약 30 내지 약 150일 수 있고, 예를 들어, 약 40 내지 약 150일 수 있고, 예를 들어, 약 50 내지 약 150일 수 있고, 예를 들어, 약 60 내지 약 150일 수 있고, 예를 들어, 약 70 내지 약 150일 수 있다. 이와 같은 유전상수를 갖는 탄화수소 박막을 통하여 종전의 고유전 산화물로 알려진 하프늄(Hf) 또는 지르코늄(Zr) 산화물의 유전상수에 비하여 현저히 높은 고유전 특성을 구현할 수 있다. The dielectric constant of the hydrocarbon thin film is 10 or more, for example, 20 or more, for example, may be from about 20 to about 100, for example, may be greater than about 20, about 150 or less, for example, It can be from about 30 to about 150, for example, from about 40 to about 150, for example, from about 50 to about 150, for example, from about 60 to about 150, such as For example, it may be about 70 to about 150. Through the hydrocarbon thin film having such a dielectric constant, it is possible to implement a significantly higher dielectric property than the dielectric constant of hafnium (Hf) or zirconium (Zr) oxide known as conventional high-k oxide.

상기 탄화수소 박막은 수소와 탄소의 이차이온 질량분석(SIMS: secondary-ion mass spectrometry) 상대 강도 비가 4 내지 30이고, 예를 들어, 10 내지 30이고, 예를 들어, 15 내지 30일 수 있다. 상기 수소와 탄소의 SIMS 상대 강도 비는 수소 대 탄소의 비를 나타낸다. 상기 수소 대 탄소의 SIMS 상대 강도 비가 전술한 범위를 나타냄으로써 상기 탄화수소 박막이 적정 수준의 비결정성을 가질 수 있고, 이와 동시에 고유전 특성을 구현할 수 있다.The hydrocarbon thin film may have a secondary-ion mass spectrometry (SIMS) relative intensity ratio of hydrogen and carbon of 4 to 30, for example, 10 to 30, for example, 15 to 30. The SIMS relative intensity ratio of hydrogen and carbon represents the ratio of hydrogen to carbon. Since the SIMS relative intensity ratio of hydrogen to carbon is within the above-described range, the hydrocarbon thin film may have an appropriate level of amorphism and, at the same time, may implement high dielectric properties.

상기 탄화수소 박막은 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)의 탄소 1s 스펙트럼 상 280eV 내지 290eV 중에 존재하는 결합 에너지 피크(peak)가 1keV 세기의 아르곤(Ar+) 플라즈마 에칭으로 5초 내지 20초 중 어느 하나의 시간 조건 하에서 표면 처리한 전후의 결합 에너지(eV) 이동폭이 약 0.5eV 이하이고, 예를 들어, 약 0.4eV 이하이고, 예를 들어, 약 0.3eV 이하이고, 예를 들어, 약 0.2eV 내지 약 0(Zero)eV일 수 있다. 이와 같은 결합 에너지 조건을 만족하는 탄화수소 박막의 경우 박막 전면에 걸쳐 균일한 조성을 가질 수 있고, 이로써 반도체 소자 등에 적용되어 균일한 물성을 구현할 수 있다. The hydrocarbon thin film has a binding energy peak (peak) present in 280eV to 290eV on the carbon 1s spectrum of XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) by argon (Ar+) plasma etching of 1keV intensity. Any one of 5 seconds to 20 seconds The binding energy (eV) shift width before and after surface treatment under the conditions is about 0.5 eV or less, for example, about 0.4 eV or less, for example, about 0.3 eV or less, for example, about 0.2 eV to about It may be 0 (Zero) eV. A hydrocarbon thin film satisfying such binding energy conditions may have a uniform composition over the entire surface of the thin film, and thus may be applied to semiconductor devices and the like to implement uniform physical properties.

일 구현예에서, 상기 탄화수소 박막은 등가 산화막 두께(equivalent oxide thickness) 0.2nm 기준 IV 누설전류가 약 0.25 A/㎠ 이하이고, 절연강도가 약 5 MV/cm 이상일 수 있다. 상기 IV 누설전류는 예를 들어, 약 0.25 A/㎠ 이하일 수 있고, 예를 들어, 약 0.20 A/㎠ 이하일 수 있고, 예를 들어, 약 0.18 A/㎠ 이하일 수 있고, 예를 들어, 약 0.17 A/㎠ 이하일 수 있고, 예를 들어, 약 0.16 A/㎠ 이하일 수 있고, 예를 들어, 약 0.15 A/㎠ 이하일 수 있고, 예를 들어, 약 0 A/㎠일 수 있다. 상기 절연강도는 약 5 MV/cm 이상일 수 있고, 예를 들어, 약 5 MV/cm 내지 약 40 MV/cm일 수 있고, 예를 들어, 약 8 MV/cm 내지 약 40 MV/cm일 수 있고, 예를 들어, 약 10 MV/cm 내지 약 40 MV/cm일 수 있고, 예를 들어, 약 10 MV/cm 초과, 약 40 MV/cm 이하일 수 있다. 상기 탄화수소 박막은 등가 산화막 두께 0.15nm 기준으로도 상기 범위와 동일한 IV 누설전류 및 절연강도 범위를 나타낼 수 있다. 고유전 특성의 탄소계 재료의 경우, 일반적으로 높은 유전상수와 함께 낮은 누설전류 및 높은 절연강도를 확보하기 어렵다. 상기 탄화수소 박막의 경우, 비정질 구조 및 전술한 결합 에너지 조건을 동시에 만족하는 특성을 통하여 높은 유전상수와 함께 낮은 누설전류 및 높은 절연강도를 동시에 확보하는 이점을 구현할 수 있다. In one embodiment, the hydrocarbon thin film may have an IV leakage current of about 0.25 A/cm 2 or less based on an equivalent oxide thickness of 0.2 nm and an insulation strength of about 5 MV/cm or more. The IV leakage current may be, for example, about 0.25 A/cm 2 or less, for example, about 0.20 A/cm 2 or less, for example, about 0.18 A/cm 2 or less, for example, about 0.17 A/cm 2 or less. A/cm 2 or less, for example, about 0.16 A/cm 2 or less, for example, about 0.15 A/cm 2 or less, for example, about 0 A/cm 2 or less. The dielectric strength may be about 5 MV/cm or more, for example, about 5 MV/cm to about 40 MV/cm, for example, about 8 MV/cm to about 40 MV/cm, and , for example, from about 10 MV/cm to about 40 MV/cm, eg, greater than about 10 MV/cm, and less than or equal to about 40 MV/cm. The hydrocarbon thin film may exhibit the same IV leakage current and dielectric strength range as the above range even based on an equivalent oxide film thickness of 0.15 nm. In the case of a carbon-based material having high dielectric properties, it is generally difficult to secure a low leakage current and high insulation strength along with a high dielectric constant. In the case of the hydrocarbon thin film, an advantage of simultaneously securing a low leakage current and high insulation strength with a high dielectric constant through an amorphous structure and a characteristic that simultaneously satisfies the above-described binding energy condition can be realized.

일 구현예에서, 상기 탄화수소 박막은 라만 스펙트럼 피크(peak)가 2000 cm-1 이상의 영역에서 측정 임계치 하한 값으로 나타날 수 있다. 예를 들어, 약 2000 cm-1 내지 약 2500 cm-1의 영역에서 측정 임계치 하한 값으로 나타날 수 있다. 상기 피크(peak)가 측정 임계치 하한 값으로 나타난다는 것은 유의미한 피크(peak)가 나타나지 않는다는 것을 의미한다. 상기 탄화수소 박막이 이러한 라만 스펙트럼을 나타내는 구조를 가짐으로써 높은 유전상수와 낮은 누설전류 및 높은 절연강도를 동시에 확보할 수 있다. 상기 라만 스펙트럼은 상온 대기 분위기 하에서 측정될 수 있다.In one embodiment, the hydrocarbon thin film may have a Raman spectral peak of 2000 cm −1 or more in the region of the lower limit of the measurement threshold. For example, it may appear as a lower limit value of the measurement threshold in a region of about 2000 cm −1 to about 2500 cm −1 . If the peak appears as the lower limit of the measurement threshold, it means that a significant peak does not appear. Since the hydrocarbon thin film has a structure showing such a Raman spectrum, it is possible to simultaneously secure a high dielectric constant, a low leakage current, and high insulation strength. The Raman spectrum may be measured in an atmospheric atmosphere at room temperature.

일 구현예에서, 상기 탄화수소 박막은 전자 에너지 손실 분광(Electron energy-loss spectroscopy, EELS) 스펙트럼의 0eV 내지 45eV 영역 중의 최대 피크(Peak)가 약 20eV 내지 약 45eV 영역에서 나타날 수 있다. 상기 전자 에너지 손실 분광 스펙트럼은 0eV 내지 45eV 영역인 저손실(low-loss) 영역과 275eV 내지 320eV 영역인 탄소 케이-엣지(K-edge) 영역에서 나타날 수 있는데, 이 중 저손실 영역에서의 최대 피크(Peak)가 약 20eV 내지 약 45eV, 예를 들어, 약 20eV 내지 약 40eV, 예를 들어, 약 20eV 내지 약 35eV, 예를 들어, 약 20eV 내지 약 30eV에서 나타날 수 있다. 상기 탄화수소 박막이 이러한 EELS 피크 특성을 나타냄으로써 적절한 원자가 전자의 밀도와 질량 밀도를 구현할 수 있다. 상기 전자 에너지 손실 분광 스펙트럼은 상온 및 진공 조건 하에서 측정될 수 있다.In one embodiment, in the hydrocarbon thin film, the maximum peak in the 0eV to 45eV region of the electron energy-loss spectroscopy (EELS) spectrum may appear in the about 20eV to about 45eV region. The electron energy loss spectral spectrum may appear in a low-loss region of 0eV to 45eV region and a carbon K-edge region of 275eV to 320eV region, of which the maximum peak in the low-loss region ) from about 20 eV to about 45 eV, such as from about 20 eV to about 40 eV, such as from about 20 eV to about 35 eV, such as from about 20 eV to about 30 eV. Since the hydrocarbon thin film exhibits such an EELS peak characteristic, it is possible to implement an appropriate density of valence electrons and a mass density. The electron energy loss spectral spectrum may be measured at room temperature and under vacuum conditions.

일 구현예에서, 상기 탄화수소 박막의 표면 거칠기는 RMS(Root Mean Square) 거칠기 기준 약 0.1nm 내지 약 5nm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.1nm 내지 약 4nm일 수 있다. 상기 표면 거칠기를 갖는 탄화수소 박막을 통하여 우수한 유전특성 및 절연강도와 낮은 누설전류를 확보함과 동시에 우수한 박막 균일성을 확보할 수 있다.In one embodiment, the surface roughness of the hydrocarbon thin film may be from about 0.1 nm to about 5 nm based on a root mean square (RMS) roughness, for example, from about 0.1 nm to about 4 nm. Through the hydrocarbon thin film having the surface roughness, it is possible to secure excellent dielectric properties, insulating strength, and low leakage current, and at the same time secure excellent thin film uniformity.

본 발명의 다른 구현예에서, 반응기 내에 탄화수소 가스를 포함하는 제1 가스 및 수소 가스를 포함하는 제2 가스를 주입하는 단계; 상기 반응기에 플라즈마를 발생시키는 단계; 및 상기 반응기의 온도, 상기 반응기의 압력 및 상기 플라즈마의 세기 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 포함하는, 탄화수소 박막의 제조방법을 제공한다. In another embodiment of the present invention, the method comprising: injecting a first gas including hydrocarbon gas and a second gas including hydrogen gas into the reactor; generating plasma in the reactor; and controlling at least one of the temperature of the reactor, the pressure of the reactor, and the intensity of the plasma.

상기 제조방법을 통하여 전술한 특징을 갖는 탄화수소 박막을 제조할 수 있다. 상기 제조방법의 각 단계들을 통하여 전술한 결합 에너지 특성, 유전 특성 및 강도 특성을 갖는 탄화수소 박막을 제조할 수 있다. Through the above manufacturing method, it is possible to manufacture a hydrocarbon thin film having the above-described characteristics. Through each step of the manufacturing method, it is possible to manufacture a hydrocarbon thin film having the above-described binding energy characteristics, dielectric characteristics and strength characteristics.

상기 반응기는 플라즈마 반응기일 수 있다. 상기 플라즈마 반응기는 플라즈마를 발생시켜 반응 가스의 반응을 유도하는 것으로서 예를 들어, 플라즈마 보조 화학기상증착(PE-CVD) 유도결합플라즈마 화학기상증착(ICP-CVD) 또는 전자싸이클로트론공명 화학기상증착(ECR-CVD) 반응기일 수 있다. 상기 반응기로서 플라즈마 반응기를 적용하는 경우, 플라즈마가 반응 가스로부터 반응성이 높은 라디칼을 다량 생성하기 유리하여 낮은 온도에서도 박막 형성이 가능한 이점을 얻을 수 있다. 이하, 구체 실시예에서는 상기 ICP-CVD를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The reactor may be a plasma reactor. The plasma reactor generates plasma to induce a reaction of a reactive gas, for example, plasma-assisted chemical vapor deposition (PE-CVD), inductively coupled plasma chemical vapor deposition (ICP-CVD), or electron cyclotron resonance chemical vapor deposition (ECR). -CVD) reactor. When a plasma reactor is applied as the reactor, it is advantageous for the plasma to generate a large amount of highly reactive radicals from the reaction gas, so that a thin film can be formed even at a low temperature. Hereinafter, the ICP-CVD has been described as an example in the specific embodiments, but the present invention is not limited thereto.

상기 제조방법은 상기 반응기 내에 기판을 위치시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 기판은 상기 제조방법을 통하여 그 상부에 탄화수소 박막을 형성시키기 위한 기재 역할을 하는 것으로서 통상의 박막 제조에 사용되는 재질의 기판이면 제한 없이 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 실리콘 기판, 유리 기판, 금속 기판 또는 금속 산화물 기판을 포함할 수 있다. The manufacturing method may further include placing a substrate in the reactor. The substrate serves as a substrate for forming a hydrocarbon thin film thereon through the manufacturing method, and may be applied without limitation as long as it is a substrate made of a material used for manufacturing a conventional thin film. For example, the substrate may include a silicon substrate, a glass substrate, a metal substrate, or a metal oxide substrate.

일 구현예에서, 상기 기판의 두께는 약 10nm 내지 약 1㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 50nm 내지 약 900nm일 수 있고, 예를 들어, 약 100nm 내지 약 600nm일 수 있다. 다만, 상기 기판의 두께는 이를 적용한 반도체 소자의 용도 및 목적에 따라 다양하게 설계 가능할 수 있다. In one embodiment, the thickness of the substrate may be from about 10 nm to about 1 μm, for example, from about 50 nm to about 900 nm, for example, from about 100 nm to about 600 nm. However, the thickness of the substrate may be variously designed according to the purpose and purpose of the semiconductor device to which it is applied.

상기 기판은 별도의 촉매층을 포함하지 않을 수 있다. 상기 기판은 통상의 반도체 소자 제조를 위한 기판은 물론, 그 상부에 활성층을 포함하는 기판도 포괄하는 것으로 이해되어야 한다. The substrate may not include a separate catalyst layer. It should be understood that the substrate includes a substrate including an active layer thereon, as well as a conventional substrate for manufacturing a semiconductor device.

상기 제조방법은 상기 기판을 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 탄화수소 박막의 제조방법은 별도의 촉매층을 포함하지 않는 기판을 이용하여 상기 기판 상에 직접적으로 탄화수소 박막을 제조할 수 있는 것으로서, 상기 기판을 세척하는 단계를 통하여 상기 탄화수소 박막을 직접 성장시키기 유리한 표면 상태를 구현할 수 있다. 상기 기판을 세척하는 단계는 불산 용액을 이용하여 상기 기판의 표면을 세정하는 방법으로 수행될 수 있다. 일 구현예에서, 상기 불산 용액은 약 5중량% 내지 20중량%의 불산을 포함하는 불산 수용액일 수 있다. The manufacturing method may further include cleaning the substrate. The method for producing the hydrocarbon thin film can directly produce a hydrocarbon thin film on the substrate using a substrate that does not include a separate catalyst layer, and a surface advantageous for directly growing the hydrocarbon thin film through the step of washing the substrate state can be implemented. The cleaning of the substrate may be performed by a method of cleaning the surface of the substrate using a hydrofluoric acid solution. In one embodiment, the hydrofluoric acid solution may be an aqueous hydrofluoric acid solution containing about 5 wt% to 20 wt% hydrofluoric acid.

상기 제1 가스는 탄화수소 가스를 포함하는 것으로, 상기 탄화수소 가스는 플라즈마에 의해 박막을 형성할 수 있는 것이라면 어떤 것이라도 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 탄화수소 가스는 메탄, 에탄, 프로판, 에틸렌, 아세틸렌, 프로필렌, 벤젠 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. The first gas includes a hydrocarbon gas, and any hydrocarbon gas capable of forming a thin film by plasma may be used. For example, the hydrocarbon gas may include one selected from the group consisting of methane, ethane, propane, ethylene, acetylene, propylene, benzene, and combinations thereof. However, the present invention is not limited thereto.

상기 제2 가스는 수소 가스를 포함하는 것으로, 상기 제1 가스와 반응하여 플라즈마 조건 하에서 박막을 형성할 수 있는 것이면 수소 가스 외에 다른 종류의 가스를 더 포함할 수도 있다. The second gas includes hydrogen gas, and may further include other types of gas in addition to hydrogen gas as long as it can react with the first gas to form a thin film under plasma conditions.

상기 제조방법은 상기 반응기 내에 제3 가스를 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제3 가스는 수송 가스로서 비활성 가스를 더 포함할 수 있다. 상기 비활성 가스는 아르곤 또는 헬륨을 포함할 수 있다.The manufacturing method may further include injecting a third gas into the reactor. The third gas may further include an inert gas as a transport gas. The inert gas may include argon or helium.

일 구현예에서, 상기 제1 가스 대 상기 제2 가스의 체적비가 약 1 : 2 내지 약 1 : 50일 수 있고, 예를 들어, 약 1 : 2 내지 약 1 : 20일 수 있고, 예를 들어, 약 1 : 2 내지 약 1 : 10일 수 있다. 상기 제1 가스 대 상기 제2 가스의 체적비를 전술한 범위로 주입하여 상기 제조방법에 따라 제조된 탄화수소 박막이 전술한 결합에너지 특성과 높은 유전 특성 및 낮은 누설전류 특성을 동시에 확보 가능한 화학적 결합 구조를 가질 수 있다. 상기 제1 가스에 비하여 상기 제2 가스의 비율이 과하게 높으면 박막 형성이 잘 되지 않을 수 있고, 상기 제2 가스의 비율이 너무 낮으면 박막의 표면이 거칠어져 표면 특성이 저하될 수 있다. In one embodiment, the volume ratio of the first gas to the second gas can be from about 1:2 to about 1:50, for example from about 1:2 to about 1:20, for example , from about 1: 2 to about 1: 10. By injecting the volume ratio of the first gas to the second gas in the above range, the hydrocarbon thin film manufactured according to the manufacturing method has a chemical bonding structure capable of simultaneously securing the above-described binding energy characteristics, high dielectric characteristics and low leakage current characteristics. can have If the ratio of the second gas to the first gas is excessively high, the thin film may not be formed well, and if the ratio of the second gas is too low, the surface of the thin film may be roughened and surface properties may be deteriorated.

일 구현예에서, 상기 제2 가스 대 상기 제3 가스의 체적비가 약 1 : 2 내지 약 1 : 50일 수 있고, 예를 들어, 약 1 : 2 내지 약 1 :20일 수 있고, 예를 들어, 약 1 : 2 내지 약 1 : 10일 수 있다. 상기 제2 가스 대 상기 제3 가스의 체적비를 전술한 범위로 주입하는 경우, 상기 제3 가스의 수송 역할에 의하여 상기 제1 가스와 상기 제2 가스의 혼합이 원활이 이루어질 수 있고, 적정 구조의 탄화수소 박막이 전면에 걸쳐 균일하게 형성되기 유리할 수 있다.In one embodiment, the volume ratio of the second gas to the third gas may be from about 1:2 to about 1:50, for example from about 1:2 to about 1:20, for example , from about 1: 2 to about 1: 10. When the volume ratio of the second gas to the third gas is injected within the above-described range, the first gas and the second gas may be smoothly mixed by the role of transporting the third gas, and the appropriate structure may be obtained. It may be advantageous for the hydrocarbon thin film to be uniformly formed over the entire surface.

상기 반응기에 플라즈마를 발생시키는 단계는 소정의 파워를 갖는 플라즈마를 발생시키는 단계로서, 상기 제1 가스 및 상기 제2 가스의 반응을 유도하여 탄화수소 박막을 형성시키는 실질적인 반응 단계이다. 상기 플라즈마 파워는 탄화수소 박막의 목적 두께 및 목적 물성에 따라 적절히 설정될 수 있다. The generating of plasma in the reactor is a step of generating plasma having a predetermined power, and is a substantial reaction step of inducing a reaction between the first gas and the second gas to form a hydrocarbon thin film. The plasma power may be appropriately set according to the target thickness and target physical properties of the hydrocarbon thin film.

상기 탄화수소 박막의 제조방법은 상기 반응기의 온도, 상기 반응기의 압력 및 상기 플라즈마의 세기 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 포함한다. 이들 중 어느 하나를 조절함으로써 상기 제조방법을 통하여 제조되는 탄화수소 박막의 균일성 및 화학적 결합 구조, 댕글링 본드(Dangling Bond)의 비율이 적절히 조절되어 목적하는 물성을 갖는 탄화수소 박막을 얻을 수 있다. 본 명세서에서 해당 조건을 조절한다는 것의 의미는, 최초의 설정 이후에 해당 조건을 별도로 조절하는 경우뿐만 아니라, 해당 조건을 최초 설정하는 것을 포함하는 개념으로 이해되어야 한다. The method of manufacturing the hydrocarbon thin film includes adjusting at least one of the temperature of the reactor, the pressure of the reactor, and the intensity of the plasma. By adjusting any one of these, the uniformity, chemical bonding structure, and ratio of dangling bonds of the hydrocarbon thin film manufactured through the above manufacturing method are appropriately adjusted to obtain a hydrocarbon thin film having desired physical properties. The meaning of adjusting the corresponding condition in the present specification should be understood as a concept including not only the case of separately adjusting the corresponding condition after the initial setting, but also the initial setting of the corresponding condition.

일 구현예에서, 상기 탄화수소 박막의 제조방법은 상기 반응기의 온도을 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응기의 온도는 약 40℃ 내지 약 800℃, 예를 들어, 약 100℃ 내지 약 800℃, 예를 들어, 약 200℃ 내지 약 700℃, 예를 들어, 약 200℃ 내지 약 600℃로 조절될 수 있다. 다만, 상기 온도 범위는 이에 제한되지 않으며, 상기 반응기의 압력 또는 상기 플라즈마의 세기를 조절하는 경우, 이들 조건에 따라 상기 반응기의 온도는 다른 온도 범위로 조절될 수도 있다. 상기 반응기의 온도가 지나치게 낮은 경우 유전 상수가 목적하는 수준으로 구현될 수 없으며, 지나치게 높은 경우 댕글링 본드(Dangling Bond)의 비율이 낮아져 높은 유전율과 낮은 누설전류 및 높은 절연강도의 동시 확보가 용이하지 않을 수 있다. In one embodiment, the method of manufacturing the hydrocarbon thin film may include adjusting the temperature of the reactor. For example, the temperature of the reactor may be from about 40 °C to about 800 °C, such as from about 100 °C to about 800 °C, such as from about 200 °C to about 700 °C, such as from about 200 °C to about It can be adjusted to 600°C. However, the temperature range is not limited thereto, and when adjusting the pressure of the reactor or the intensity of the plasma, the temperature of the reactor may be adjusted to a different temperature range according to these conditions. When the temperature of the reactor is too low, the dielectric constant cannot be realized at the desired level, and when it is too high, the ratio of dangling bonds is lowered, so it is not easy to secure high dielectric constant, low leakage current, and high insulation strength at the same time it may not be

일 구현예에서, 상기 탄화수소 박막의 제조방법은 상기 반응기의 압력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응기 내 압력은 약 0.1Torr 내지 약 10Torr, 예를 들어, 약 0.5Torr 내지 약 5Torr로 조절될 수 있다. 다만, 상기 압력 범위는 이에 제한되지 않으며, 상기 반응기의 온도 또는 상기 플라즈마의 세기를 조절하는 경우, 이들 조건에 따라 상기 반응기 내 압력은 다른 압력 범위로 조절될 수도 있다. 상기 반응기 내 압력이 지나치게 높은 경우 플라즈마 인가 유지가 어려워 탄화수소 박막의 증착 효율이 낮아질 수 있고, 지나치게 낮은 경우 공정 효율성이 저하될 우려가 있다.In one embodiment, the method for manufacturing the hydrocarbon thin film may include adjusting the pressure of the reactor. For example, the pressure in the reactor may be adjusted to about 0.1 Torr to about 10 Torr, for example, about 0.5 Torr to about 5 Torr. However, the pressure range is not limited thereto, and when controlling the temperature of the reactor or the intensity of the plasma, the pressure in the reactor may be adjusted to a different pressure range according to these conditions. When the pressure in the reactor is too high, it is difficult to maintain plasma application, so that the deposition efficiency of the hydrocarbon thin film may be lowered.

일 구현예에서, 상기 탄화수소 박막의 제조방법은 상기 플라즈마 세기를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 플라즈마 세기는 약 100W 내지 약 1,000W일 수 있고, 예를 들어, 약 200W 내지 약 1,000W일 수 있고, 예를 들어, 약 400W 내지 약 1,000W일 수 있다. 다만, 상기 플라즈마의 세기는 이에 제한되지 않으며, 상기 반응기의 온도 또는 상기 반응기 내 압력을 조절하는 경우, 이들 조건에 따라 상기 플라즈마의 세기는 다른 파워 범위로 조절될 수도 있다. In one embodiment, the method of manufacturing the hydrocarbon thin film may include adjusting the plasma intensity. For example, the plasma intensity may be from about 100W to about 1,000W, for example, from about 200W to about 1,000W, for example, from about 400W to about 1,000W. However, the intensity of the plasma is not limited thereto, and when the temperature of the reactor or the pressure in the reactor is adjusted, the intensity of the plasma may be adjusted to a different power range according to these conditions.

일 구현예에서, 상기 탄화수소 박박의 제조방법은 상기 반응기의 온도를 조절하는 단계; 상기 반응기 내 압력을 조절하는 단계; 및 상기 플라즈마 세기를 조절하는 단계를 모두 포함할 수 있다. 상기 반응기의 온도가 약 200℃ 내지 약 600℃로 조절되고, 상기 반응기 내 압력은 약 0.1Torr 내지 약 10Torr로 조절되며, 상기 플라즈마의 세기는 약 400W 내지 약 1,000W로 조절될 수 있다. In one embodiment, the method for producing the hydrocarbon thin foil comprises the steps of adjusting the temperature of the reactor; adjusting the pressure in the reactor; and adjusting the plasma intensity. The temperature of the reactor may be adjusted to about 200° C. to about 600° C., the pressure in the reactor may be adjusted to about 0.1 Torr to about 10 Torr, and the intensity of the plasma may be adjusted to about 400 W to about 1,000 W.

상기 탄화수소 박박의 제조방법은 반응시간을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 반응시간의 조절에 의하여 탄화수소 박박의 두께를 결정할 수 있다. The method for producing the hydrocarbon thin foil may further include adjusting the reaction time, and the thickness of the hydrocarbon foil may be determined by adjusting the reaction time.

상기 탄화수소 박막의 제조방법에 의하여 제조된 탄화수소 박막은 비정질 구조를 갖고, 유전상수가 20 이상이며, 수소와 탄소의 이차이온 질량분석(SIMS: secondary-ion mass spectrometry) 상대 강도 비가 4 내지 30이고, XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)의 탄소 1s 스펙트럼 상 280eV 내지 290eV 중에 존재하는 결합 에너지 피크(peak)가 1keV 세기의 아르곤(Ar+) 플라즈마 에칭으로 5초 내지 20초 중 어느 하나의 시간 조건 하에서 표면 처리한 전후의 결합 에너지(eV) 이동폭이 0.5eV 이하인 특성을 구현할 수 있다. 상기 제조방법에 의하여 제조된 탄화수소 박막은 등가 산화막 두께 0.2nm 기준 IV 누설전류가 0.25A/㎠ 이하이고, 절연강도가 5MV/cm 이상인 특성을 구현할 수 있다. 상기 제조방법에 의하여 제조된 탄화수소 박막은 라만 스펙트럼 피크(peak)가 2000 cm-1 이상의 영역에서 측정 임계치 하한 값으로 나타나는 특성을 구현할 수 있다. 상기 제조방법에 의하여 제조된 탄화수소 박막은 전자 에너지 손실 분광(Electron energy-loss spectroscopy, EELS) 스펙트럼의 0eV 내지 50eV 영역 중의 최대 피크(Peak)는 20eV 내지 50eV 영역에서 나타나는 특성을 구현할 수 있다. The hydrocarbon thin film prepared by the method for producing the hydrocarbon thin film has an amorphous structure, a dielectric constant of 20 or more, and a secondary-ion mass spectrometry (SIMS) relative intensity ratio of hydrogen and carbon of 4 to 30, The binding energy peak (peak) present in 280eV to 290eV on the carbon 1s spectrum of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is argon (Ar+) plasma etching of 1keV intensity. Surface treatment under any one time condition of 5 seconds to 20 seconds It is possible to implement a characteristic in which the binding energy (eV) movement width before and after one is 0.5 eV or less. The hydrocarbon thin film manufactured by the above manufacturing method can realize the characteristics of an IV leakage current of 0.25 A/cm 2 or less and an insulating strength of 5 MV/cm or more based on an equivalent oxide film thickness of 0.2 nm. The hydrocarbon thin film manufactured by the manufacturing method may implement a characteristic in which a Raman spectrum peak appears as a measurement threshold lower limit value in a region of 2000 cm -1 or more. The hydrocarbon thin film prepared by the above manufacturing method has a maximum peak in the 0eV to 50eV region of the electron energy-loss spectroscopy (EELS) spectrum that appears in the 20eV to 50eV region. It is possible to implement a characteristic.

상기 유전상수, 결합 에너지 이동폭, IV 누설전류, 절연강도, 라만 스펙트럼, 전자에너지 손실 분광 스펙트럼 등에 기술적 의의와 해당 수치 범위는 상기 탄화수소 박막에 관하여 전술한 바와 같다. The technical significance and corresponding numerical ranges of the dielectric constant, binding energy shift width, IV leakage current, dielectric strength, Raman spectrum, electron energy loss spectral spectrum, etc. are the same as those described above with respect to the hydrocarbon thin film.

본 발명의 또 다른 구현예에서, 실리콘계 기판; 및 상기 실리콘계 기판 상의 탄화수소 박막을 포함하고, 상기 탄화수소 박막이 비정질 구조를 갖고, 유전상수가 20 이상이며, 수소와 탄소의 이차이온 질량분석(SIMS: secondary-ion mass spectrometry) 상대 강도 비가 4 내지 30이고, XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)의 탄소 1s 스펙트럼 상 280eV 내지 290eV 중에 존재하는 결합 에너지 피크(peak)가 1keV 세기의 아르곤(Ar+) 플라즈마 에칭으로 5초 내지 20초 중 어느 하나의 시간 조건 하에서 표면 처리한 전후의 결합 에너지(eV) 이동폭이 0.5eV 이하인 반도체 소자를 제공한다.In another embodiment of the present invention, a silicon-based substrate; and a hydrocarbon thin film on the silicon-based substrate, wherein the hydrocarbon thin film has an amorphous structure, a dielectric constant of 20 or more, and a secondary-ion mass spectrometry (SIMS) relative intensity ratio of hydrogen and carbon of 4 to 30 and the binding energy peak (peak) present in 280 eV to 290 eV on the carbon 1s spectrum of XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) is 1 keV argon (Ar +) plasma etching under any one of time conditions of 5 seconds to 20 seconds Provided is a semiconductor device having a binding energy (eV) movement width of 0.5 eV or less before and after surface treatment.

상기 탄화수소 박막과 이의 제조방법에 관한 사항은 모두 전술한 바와 같다.All matters relating to the hydrocarbon thin film and its manufacturing method are the same as described above.

일 구현예에서, 상기 탄화수소 박막은 상기 반도체 소자 중의 게이트 절연막일 수 있다. 상기 반도체 소자는 예를 들어, 기억 소자 또는 논리 소자일 수 있다. In one embodiment, the hydrocarbon thin film may be a gate insulating film in the semiconductor device. The semiconductor device may be, for example, a memory device or a logic device.

이상과 같이, 상기 탄화수소 박막은 고유전 특성과 함께 낮은 누설전류 및 높은 절연강도를 구현할 수 있고, 동시에 균일한 박막 특성 및 표면 특성을 나타내는 것으로서 기존의 실리콘 산화막은 물론 종래의 고유전 특성 확보를 위한 하프늄(Hf) 또는 지르코늄(Zr) 기반의 산화막에 비하여 10nm 노드 이하의 반도체 소자에 적용되기 유리할 수 있다. As described above, the hydrocarbon thin film can realize low leakage current and high dielectric strength along with high dielectric properties, and at the same time exhibit uniform thin film properties and surface properties. Compared to a hafnium (Hf) or zirconium (Zr)-based oxide film, it may be advantageously applied to a semiconductor device having a thickness of 10 nm or less.

또한, 상기 탄화수소 박막의 제조방법에 있어서, 상기 탄화수소 박막은 별도의 촉매층을 필요로 하지 않으므로 전사 공정을 수행할 필요가 없으며, 목적 기판 위에 바로 증착될 수 있어 우수한 계면 특성을 구현할 수 있고, 그 결과, 이를 적용한 반도체 소자의 성능을 크게 향상시킬 수 있다. In addition, in the method of manufacturing the hydrocarbon thin film, the hydrocarbon thin film does not require a separate catalyst layer, so there is no need to perform a transfer process, and it can be deposited directly on the target substrate to realize excellent interfacial properties, as a result , it is possible to significantly improve the performance of a semiconductor device to which it is applied.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention are presented. However, the examples described below are only for specifically illustrating or explaining the present invention, and thus the present invention is not limited thereto.

<실시예 및 비교예><Examples and Comparative Examples>

실시예 1Example 1

실리콘(Si)/실리콘산화막(SiO2)/은(Ag) 적층구조를 갖는 200nm 기판 상에 하기 조건에서 메탄(CH4) 가스와 수소 가스를 사용하여 ICP-CVD (Inductively-coupled plasma chemical vapor deposition)에 의해 탄화수소 박막을 증착하였다. 구체적으로, 반응기 내로 1sccm의 CH4 가스와 100 sccm의 수소와 Ar 혼합가스(수소 10부피%)를 주입하였고, 반응기의 압력은 1Torr, 플라즈마 세기는 600W로 고정하였다. 증착 온도는 400℃로 하였고, 성장 시간은 5분으로 하여 두께가 46nm인 탄화수소 박막을 제조하였다.Inductively-coupled plasma chemical vapor deposition (ICP-CVD) using methane (CH 4 ) gas and hydrogen gas under the following conditions on a 200 nm substrate having a silicon (Si)/silicon oxide film (SiO 2 )/silver (Ag) stack structure ) to deposit a hydrocarbon thin film. Specifically, 1 sccm of CH 4 gas and 100 sccm of hydrogen and Ar mixed gas (10 vol% of hydrogen) were injected into the reactor, and the pressure of the reactor was fixed at 1 Torr and the plasma intensity at 600 W. The deposition temperature was 400° C., and the growth time was 5 minutes to prepare a hydrocarbon thin film having a thickness of 46 nm.

실시예 2Example 2

상기 실시예 1에 있어서, 증착 온도를 700℃로 한 것을 제외하고, 동일한 방법으로 동일한 성장 시간으로 탄화수소 박막을 제조하였다. In Example 1, a hydrocarbon thin film was prepared in the same manner and with the same growth time, except that the deposition temperature was set to 700°C.

비교예 1Comparative Example 1

상기 실시예 1에 있어서, 기판을 구리(Cu) 판재로 하고, 증착 온도를 950℃로 한 것을 제외하고, 동일한 방법으로 동일한 성장 시간으로 탄화수소 박막을 제조하였다. In Example 1, a hydrocarbon thin film was prepared in the same manner and with the same growth time except that the substrate was a copper (Cu) plate and the deposition temperature was 950°C.

비교예 2Comparative Example 2

상기 실시예 1에 있어서, 증착 온도를 50℃로 한 것을 제외하고 동일한 방법으로 동일한 성장 시간으로 탄화수소 박막을 제조하였다. In Example 1, a hydrocarbon thin film was prepared in the same manner and with the same growth time except that the deposition temperature was set to 50°C.

비교예 3Comparative Example 3

Hummer 법을 사용하여 화학용액 상에서 그래파이트를 산화시키고 이후 박리하여 그래핀옥사이드(Graphene oxide)를 제조하였다.Graphene oxide was prepared by oxidizing graphite in a chemical solution using the Hummer method and then peeling it off.

<평가><Evaluation>

실험예 1: 탄화수소 박막의 TEM 평가Experimental Example 1: TEM evaluation of hydrocarbon thin films

상기 실시예 1 내지 2 및 상기 비교예 1 내지 2의 탄화수소 박막을 일탈 교정 투과전자 현미경(Aberration-corrected TEM; Titan G2 Cube 60-300kV, FEI)으로 확인하고, 그 결과를 도 1에 도시하였다. 도 1의 b는 상기 비교예 1의 950℃에서 증착된 박막의 TEM 이미지로 탄소 원자가 고도로 정렬된 육방정계(hexagonal) 배열을 갖는 것을 보여준다. 내부 도면은 FFT(fast Fourier transformed) digital diffractogram을 나타낸 것으로 고품질 그래핀의 전형적인 특성인 육방정계의 패턴을 나타낸다. 도 1의 C는 상기 실시예 2의 박막으로서 비정질 매트릭스내에 부분적으로 육방정계 격자의 나노결정이 존재하는 나노그라파이트 모폴로지를 나타내었다. FFT는 어두운 점(원으로 표시)을 갖는 확산된 고리형태를 보여준다. 점들간의 간격은 0.246 nm로 탄소동소체 헥사고나이트(carbon allotrope hexagonite)에 해당한다. 상기 실시예 1의 박막 및 상기 비교예 2의 박막은 나노 결정성을 상실하고 비정질 구조를 나타내며, halo FFT 패턴을 보여주었다(도 1의 d, e).The hydrocarbon thin films of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were checked with an aberration-corrected transmission electron microscope (Aberration-corrected TEM; Titan G2 Cube 60-300kV, FEI), and the results are shown in FIG. 1 . FIG. 1B is a TEM image of the thin film deposited at 950° C. of Comparative Example 1, showing that carbon atoms have a highly aligned hexagonal arrangement. The inner figure shows a fast Fourier transformed (FFT) digital diffractogram and shows a hexagonal pattern, which is a typical characteristic of high-quality graphene. 1C shows the nanographite morphology in which the hexagonal lattice nanocrystals exist partially in the amorphous matrix as the thin film of Example 2 above. The FFT shows a diffuse ring shape with dark spots (indicated by circles). The spacing between dots is 0.246 nm, which corresponds to carbon allotrope hexagonite. The thin film of Example 1 and the thin film of Comparative Example 2 lost nanocrystallinity, exhibited an amorphous structure, and showed a halo FFT pattern (FIG. 1 d, e).

실험예 2: 탄화수소 박막의 라만 스펙트럼Experimental Example 2: Raman spectrum of hydrocarbon thin film

라만 스펙트럼 장비(UniRam사 라만 스펙트로스코피)를 이용하여 상온 대기 분위기 하에서 상기 실시예 1 내지 2 및 상기 비교예 1 내지 2의 탄화수소 박막에 대한 라만 스펙트럼을 측정하였고, 그 결과는 도 2에 도시된 바와 같다.Raman spectra of the hydrocarbon thin films of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were measured using Raman spectroscopy equipment (Raman spectroscopy, manufactured by UniRam) under an atmospheric atmosphere at room temperature, and the results are as shown in FIG. same.

도 2를 참조할 때, 상기 비교예 1의 라만 스펙트럼은 2000cm-1 이상의 영역에서 최대 피크(2D 피크)가 나타나는 것을 확인할 수 있고, 피크 세기 비(2D/G)가 약 3정도로 높은 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 2D 피크의 최대반값폭이 32㎝-1로 작아 고품질의 그래핀이 형성되었음을 확인할 수 있었다. 반면, 상기 실시예 1 내지 2 및 상기 비교예 2의 라만 스펙트럼은 2000cm-1 이상의 영역에서 측정 임계지 하한 값으로 나타나는 것, 즉, 유의미한 피크가 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 2 , in the Raman spectrum of Comparative Example 1, it can be confirmed that a maximum peak (2D peak) appears in a region of 2000 cm −1 or more, and the peak intensity ratio (2D/G) shows a high value of about 3 could confirm that That is, it was confirmed that the maximum half width of the 2D peak was small as 32 cm -1 , and high-quality graphene was formed. On the other hand, it was confirmed that the Raman spectra of Examples 1 and 2 and Comparative Example 2 appeared as the lower limit of the measurement in the region of 2000 cm −1 or more, ie, no significant peak.

실험예 3: 탄화수소 박막의 EELS 스펙트럼Experimental Example 3: EELS spectrum of hydrocarbon thin film

전자 에너지 손실 분광(EELS) 장치(Gatan Quantum 965 dual)를 이용하여, 상기 실시예 1 내지 2 및 상기 비교예 1 내지 3의 박막 각각에 대한 EELS 스펙트럼을 측정하였다. 구체적으로, 상기 실시예 1 내지 2 및 상기 비교예 1 내지 3의 박막 각각에 대하여 0eV 내지 45eV로 정의되는 저손실(Low-loss) 영역 및 275eV 내지 320eV로 정의되는 탄소 케이-엣지(K-edge) 영역에서의 EELS 스펙트럼을 측정하였고, 그 결과는 도 3 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같다. Using an electron energy loss spectroscopy (EELS) device (Gatan Quantum 965 dual), EELS spectra of each of the thin films of Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3 were measured. Specifically, for each of the thin films of Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3, a low-loss region defined as 0eV to 45eV and a carbon K-edge defined as 275eV to 320eV. The EELS spectrum in the region was measured, and the results are as shown in FIGS. 3 (a) and (b).

도 3의 (a)를 참조할 때, 상기 비교예 1의 박막은 두 개의 특징적인 피크를 보여주었는데, 5eV의 강한 피크는 탄소의 sp2 결합에 의한 π→π* 전이와 관련된 π 플라즈몬 피크이며, 15.5 eV 부근의 브로드한 피크는 (π+σ) 플라즈몬 피크이다. (π+σ) 플라즈몬 피크의 위치는 원자가 전자의 밀도, 즉 탄소 박막의 질량 밀도에 비례한다. 상기 실시예 1 내지 2와 같이 각각의 증착온도가 400℃ 및 700℃도 설정된 경우, π 플라즈몬 피크의 세기는 현저히 감소하고, 최대 피크가 20eV 내지 45eV, 보다 구체적으로, 20eV 내지 30eV에서 (π+σ) 플라즈몬 피크만 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이는 비정질 매트릭스 내에 sp2 결합을 갖는 나노결정성 헥사고나이트가 존재함을 보여주는 TEM 이미지의 결과와 일치하였다. 상기 비교예 2에서 제조된 박막에서도 (π+σ) 플라즈몬 피크만이 관측되었다. 상기 비교예 2, 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 박막에서 (π+σ) 플라즈몬 피크의 에너지는 각각 25.0 eV, 24.5 eV 및 25.8 eV로 sp3 결합이 다량 함유된 탄소 박막보다는 약 5 eV 정도가 낮아, sp3 결합의 비율이 아주 적을 것임을 시사하였다. 상기 실시예 2(700℃ 증착)에서 제조된 박막에서 에너지가 상대적으로 큰 값을 나타내는 것은 밀도가 높은 결정 상태가 함유되었기 때문이다. Referring to (a) of FIG. 3, the thin film of Comparative Example 1 showed two characteristic peaks, and the strong peak of 5 eV is a π plasmon peak related to π→π* transition due to sp 2 bonding of carbon. , the broad peak around 15.5 eV is a (π+σ) plasmonic peak. The position of the (π+σ) plasmon peak is proportional to the density of valence electrons, that is, the mass density of the carbon thin film. As in Examples 1 and 2, when the respective deposition temperatures are set at 400° C. and 700° C., the intensity of the π plasmon peak is significantly reduced, and the maximum peak is 20 eV to 45 eV, more specifically, at 20 eV to 30 eV (π+ σ) It was confirmed that only the plasmon peak appeared. This was consistent with the results of TEM images showing the presence of nanocrystalline hexagonite with sp 2 bonds in the amorphous matrix. In the thin film prepared in Comparative Example 2, only (π+σ) plasmon peaks were observed. The energy of the (π+σ) plasmon peak in the thin films prepared in Comparative Examples 2, 1 and 2 is 25.0 eV, 24.5 eV, and 25.8 eV, respectively, which is about 5 eV than that of the carbon thin film containing a large amount of sp 3 bonds. The low degree suggested that the proportion of sp 3 bonds would be very small. The reason that the energy of the thin film prepared in Example 2 (deposition at 700° C.) is relatively high is because a high-density crystalline state is contained.

도 3의 (b)를 참조할 때, 박막 내에 π 결합의 존재는 탄소 K-edge 영역의 EELS 스펙트럼에서도 확인할 수 있다. 상기 실시예 1 및 상기 비교예 2의 박막은 상대적으로 저온, 즉, 각각 400℃ 및 50℃에서 증착된 박막으로, 281 eV에서 처음 피크가 관측되며, 이는 1s 상태에서 페르미 레벨 위의 π* 상태로의 전이(1s→π*)에 해당한다. 해당 영역에서 강하게 피크가 관측되는 것으로부터 비정질 박막 내에 상당한 양의 sp2 결합이 존재함을 확인할 수 있다. 두 번째 피크는 290eV 내지 305eV 영역에서 매우 브로드하게 관측되었는데, 이는 1s→σ* 전이에 해당한다. 상기 실시에 2와 같이 증착 온도가 상대적으로 높게, 즉, 700℃로 설정되면, ~289.5 eV에 첫 번째 피크가 관측되어 나노결정화에 의해 에너지 밴드가 좁아진 것을 알 수 있었다. 이 피크는 상기 비교예 1과 같이 950℃에서 제조된 그래핀에서 더욱 확실히 관측되었다. EELS 스펙트럼에 의하면, 상기 비교예 2(50℃ 증착)와 상기 실시예 1(400℃ 증착)에서 제조된 박막은 종래 J. Fink 등(Physical Review B, 30, 4713-4718 (1984))이 보고한 비정질 탄화수소와 매우 유사하였다. 한편, 상기 비교예 3의 산화그래핀의 EELS 스펙트럼은 탄화수소와는 매우 다른 양상을 나타내었다.Referring to (b) of FIG. 3 , the presence of π bonds in the thin film can also be confirmed in the EELS spectrum of the carbon K-edge region. The thin films of Example 1 and Comparative Example 2 are thin films deposited at a relatively low temperature, that is, 400 °C and 50 °C, respectively, and the first peak is observed at 281 eV, which is the π* state above the Fermi level in the 1s state. It corresponds to the transition (1s→π*) to From the strong peak observed in the corresponding region, it can be confirmed that a significant amount of sp 2 bonds exists in the amorphous thin film. The second peak was observed very broadly in the region of 290 eV to 305 eV, which corresponds to the 1s→σ* transition. As in Example 2, when the deposition temperature was relatively high, that is, set to 700° C., the first peak was observed at ~289.5 eV, indicating that the energy band was narrowed by nanocrystallization. This peak was observed more clearly in the graphene prepared at 950° C. as in Comparative Example 1. According to the EELS spectrum, the thin films prepared in Comparative Example 2 (deposition at 50° C.) and Example 1 (deposition at 400° C.) were reported by J. Fink et al. (Physical Review B, 30, 4713-4718 (1984)). It was very similar to an amorphous hydrocarbon. On the other hand, the EELS spectrum of the graphene oxide of Comparative Example 3 showed a very different aspect from that of the hydrocarbon.

실험에 4: 탄화수소 박막의 XPS 스펙트럼 및 EXAFS 스펙트럼Experiment 4: XPS spectrum and EXAFS spectrum of hydrocarbon thin film

상기 실시예 1의 박막에 대하여 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 장비(MultiLab 2000, Thermo Fisher Scientific)를 이용하여 상온 및 진공 조건 하에서 측정하여 XPS 스펙트럼을 얻었다. 또한, 상기 실시예 1의 박막을 1keV 세기의 아르곤(Ar+) 플라즈마 에칭으로 5초, 10초, 15초 및 20초 각각의 시간 동안 처리한 후의 XPS 스펙트럼을 측정하였다. 그 결과는 도 4에 도시된 바와 같다. 도 4를 참조할 때, 상기 실시예 1은 아르곤(Ar+) 플라즈마 에칭으로 5초, 10초, 15초 및 20초 각각의 시간 동안 처리한 전후의 XPS 스펙트럼 상 결합 에너지(eV)가 모두 285.3eV로서 이동폭이 0(Zero)인 것을 확인할 수 있었다. 별도로 도시하지는 않았으나, 상기 비교예 1의 박막의 경우에는 전술한 바와 동일하게 XPS 스펙트럼을 측정했을 때, 표면의 에칭에 따라 피크의 위치가 285.0eV에서 284.4eV로 이동하여 그 이동폭이 0.6eV임을 확인할 수 있었다. 도 4에 나타난 XPS 스펙트럼 상 285.3eV 피크는 CxHy 구조의 지방족 탄화수소에 해당하는 피크로서, 표면 에칭에 따라 이 위치가 변화하지 않는 것으로부터 균일한 조성의 박막이 형성된 것을 확인할 수 있었다. 반면, 상기 비교예 1의 경우에는 표면에 다양한 종류의 탄화수소가 흡착되었다가 제거되는 등의 작용에 의하여 균일하지 못한 박막이 형성됨에 따라 XPS 스펙트럼 상 피크의 이동폭이 0.5eV를 초과하는 것을 확인할 수 있었다. The thin film of Example 1 was measured under room temperature and vacuum conditions using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) equipment (MultiLab 2000, Thermo Fisher Scientific) to obtain an XPS spectrum. In addition, XPS spectra were measured after treating the thin film of Example 1 with argon (Ar + ) plasma etching of 1 keV intensity for 5 seconds, 10 seconds, 15 seconds, and 20 seconds, respectively. The results are as shown in FIG. 4 . Referring to FIG. 4, in Example 1, the binding energy (eV) on the XPS spectrum before and after processing for each of 5 seconds, 10 seconds, 15 seconds, and 20 seconds by argon (Ar +) plasma etching is 285.3 eV As a result, it was confirmed that the movement width was 0 (Zero). Although not shown separately, in the case of the thin film of Comparative Example 1, when the XPS spectrum was measured in the same manner as described above, the position of the peak moved from 285.0 eV to 284.4 eV according to the etching of the surface, and the movement width was 0.6 eV. could check The 285.3 eV peak on the XPS spectrum shown in FIG. 4 is a peak corresponding to an aliphatic hydrocarbon having a CxHy structure, and it was confirmed that a thin film having a uniform composition was formed because this position did not change according to surface etching. On the other hand, in the case of Comparative Example 1, it can be confirmed that the shift width of the peak on the XPS spectrum exceeds 0.5 eV as a non-uniform thin film is formed by the action of adsorbing and removing various kinds of hydrocarbons on the surface. there was.

도 5의 (a)는 상기 Si에 직접 성장된 박막에 대하여 1s 코어 레벨의 EXAFS(extended X-ray absorption fine structure) 스펙트럼을 나타낸 것이며, 도 5의 (b)는 페르미 레벨 근처에서의 EXAFS 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 5의 (a)에서 285.1eV의 강한 피크는 도 4의 XPS 스펙트럼 상 285.3eV 피크에 대응되는 피크이다. 탄화수소 박막 중에 수소가 상당량 함유되어 있는 것을 확인하기 위하여 박막을 제조한 후 인-시츄(in-situ)로 700℃에서 열처리하였다. 열처리 후 피크의 위치는 284.7eV로 적색 편이하여 지방족 탄화수소로부터 수소가 탈착된 것을 확인할 수 있었다. 그 결과, 도 5의 (b)를 통하여, 수소가 탈착된 시료의 확장 상태의 밀도가 높아져 페르미 레벨 근처 영역에서의 강도가 증가하는 것을 나타내었다. Figure 5 (a) shows an EXAFS (extended X-ray absorption fine structure) spectrum of the 1s core level for the thin film directly grown on Si, and Figure 5 (b) is an EXAFS spectrum near the Fermi level. it has been shown The strong peak of 285.1 eV in (a) of FIG. 5 is a peak corresponding to the 285.3 eV peak on the XPS spectrum of FIG. 4 . In order to confirm that a significant amount of hydrogen is contained in the hydrocarbon thin film, the thin film was prepared and then heat-treated at 700° C. in-situ. After the heat treatment, the position of the peak was redshifted to 284.7 eV, confirming that hydrogen was desorbed from the aliphatic hydrocarbon. As a result, through (b) of FIG. 5 , the density of the expanded state of the sample from which hydrogen has been desorbed increases, indicating that the intensity in the region near the Fermi level is increased.

실험예 5: 탄화수소 박막의 전기적 특성Experimental Example 5: Electrical properties of hydrocarbon thin film

유전층으로서 탄화수소 박막을 사용하여 도 6의 구조를 갖는 MIS 소자를 제조하여 상기 탄화수소 박막의 전기적 특성을 평가하였다. 상기 탄화수소 박막은 반도체 기판 상에 직접 성장시켜 제조하거나, 촉매금속 기판 (예를 들면, Si/SiO2/Ag) 위에서 제조 후 이를 반도체 기판 위로 전사하여 MIS 소자를 제조할 수 있으며 상기 실시예 1에서는 두가지 방법 모두로 제조하였다. 보다 구체적으로, Si(100) 웨이퍼 상에 직접 성장시키기 위하여 Si(100) 웨이퍼를 10중량%의 불산 용액에 침지하여 SiO2 자연 산화막을 제거한 후 세척하였다. 세척된 기판을 상기 실시예 1에서 전술된 반응기 내에 장착한 후 그 상부에 상기 실시예 1에 관하여 전술된 공정으로 탄화수소 박막을 제조하였다. 이때, 하기 표 1과 같이, 상기 탄화수소 박막을 Si 기판 또는 Si/SiO2/Ag 적층 기판 상에 제조하고, 상기 실시예 1로부터 증착 온도 조건을 변경시켜 제조하였다. 이어서, 각각의 탄화수소 박막 위에 100㎛ 직경의 Au 전극을 형성하여 실시예 1-1 내지 1-11의 소자를 제조하였다. Si/SiO2/Ag 적층 기판 상에 탄화수소 박막을 제조하는 경우, Ag층 상부에 제조하였다. 각각의 탄화수소 박막의 두께 및 거칠기는 하기 표 1과 같다. An MIS device having the structure of FIG. 6 was manufactured using a hydrocarbon thin film as a dielectric layer, and electrical properties of the hydrocarbon thin film were evaluated. The hydrocarbon thin film may be prepared by directly growing on a semiconductor substrate, or prepared on a catalytic metal substrate (eg, Si/SiO 2 /Ag) and then transferred onto a semiconductor substrate to prepare an MIS device. It was prepared by both methods. More specifically, in order to grow directly on the Si(100) wafer, the Si(100) wafer was immersed in a 10 wt% hydrofluoric acid solution to remove the SiO 2 native oxide film and then washed. After the cleaned substrate was mounted in the reactor described above in Example 1, a hydrocarbon thin film was prepared thereon by the process described above with respect to Example 1. At this time, as shown in Table 1 below, the hydrocarbon thin film was prepared on a Si substrate or a Si/SiO 2 /Ag laminate substrate, and the deposition temperature conditions were changed from Example 1. Then, an Au electrode having a diameter of 100 μm was formed on each hydrocarbon thin film to prepare the devices of Examples 1-1 to 1-11. When manufacturing a hydrocarbon thin film on a Si/SiO 2 /Ag laminate substrate, it was prepared on the Ag layer. The thickness and roughness of each hydrocarbon thin film are shown in Table 1 below.

기판 종류Substrate type 증착 온도[℃]Deposition temperature [℃] 박막 두께[nm]Thin film thickness [nm] 박막 거칠기[nm]Thin film roughness [nm] 유전상수[k]dielectric constant [k] 실시예 1-1Example 1-1 SiSi 400400 6.06.0 1.61nm1.61nm 1313 실시예 1-2Example 1-2 SiSi 350350 5.05.0 -- 9090 실시예 1-3Examples 1-3 SiSi 300300 3.13.1 -- 8282 실시예 1-4Examples 1-4 SiSi 250250 2.42.4 -- 6666 실시예 1-5Examples 1-5 SiSi 200200 2.62.6 -- 1919 실시예 1-6Examples 1-6 Si/SiO2/AgSi/SiO 2 /Ag 600600 5151 -- 3030 실시예 1-7Examples 1-7 Si/SiO2/AgSi/SiO 2 /Ag 500500 6363 -- 6161 실시예 1-8Examples 1-8 Si/SiO2/AgSi/SiO 2 /Ag 400400 4646 3.06nm3.06nm 4242 실시예 1-9Examples 1-9 Si/SiO2/AgSi/SiO 2 /Ag 300300 99 -- 1111 실시예 1-10Examples 1-10 Si/SiO2/AgSi/SiO 2 /Ag 200200 3.33.3 -- 66 실시예 1-11Examples 1-11 Si/SiO2/AgSi/SiO 2 /Ag 100100 1.21.2 -- 0.40.4

도 7은 상기 실시예 1-1 내지 실시예 1-11에서 제조된 각각의 MIS 소자에 대해서 측정한 전기적 특성을 보여주는 그래프이다. 7 is a graph showing electrical characteristics measured for each MIS device manufactured in Examples 1-1 to 1-11.

도 7의 (a)는 실리콘(Si) 웨이퍼 상에 직접 성장한 탄화수소 박막의 C-V 곡선으로, ■로 표시된 값은 -4V에서 +4V까지 측정된 값이며, □로 표시된 값은 +4V에서 -4V까지 측정된 값이다. C-V 곡선에서 가장 중요한 특성은 모든 시료에 대한 C-V 루프에서 히스테리시스가 5 mV 미만으로 거의 0에 가깝다는 것으로, 이는 high-k 게이트 유전체의 기준(<30 mV)에 부합한다. 집적(accumulation)과 공핍(depletion)으로부터의 전이가 빠르고, 히스테리시스 값이 매우 작다는 것은 박막 및 박막과 Si 계면에 트랩된 전하밀도가 매우 작음을 의미한다. 이에 비해 도 8을 참조할 때, Si/SiO2/Ag 기판 위에 성장한 탄화수소 박막을 Si 반도체 기판 위로 전사시킨 후 Au 전극을 형성하여 제작한 MIS 소자(실시예 1-6 내지 1-11)의 C-V 특성은 상당한 히스테리시스를 나타내었으며, 집적과 공핍으로부터의 전이가 상대적으로 느린 것을 확인할 수 있었다. 이는 전사과정에서의 계면특성의 열화와 전사 중 Ag 촉매 박막의 에칭 과정에서의 오염에 기인하는 것으로 사료된다. 도 5의 a의 내부 도면에서 확인할 수 있듯이, C-V 곡선이 이상적인 형태를 나타낸 것에 비하여 탄화수소 박막의 플랫 밴드 전압은 고정된 양 전하로 인하여 - 전압쪽으로 약간 이동하였다. 시료간 플랫 밴드 전압의 차이는 크지 않았으며, 모두 -0.3~0.4 V 범위에 속하였다. 7(a) is a CV curve of a hydrocarbon thin film grown directly on a silicon (Si) wafer. The values indicated by ■ are values measured from -4V to +4V, and values indicated by □ are from +4V to -4V. It is the measured value. The most important characteristic of the CV curve is that the hysteresis in the CV loop for all samples is close to zero with less than 5 mV, which is consistent with the criterion for high-k gate dielectrics (<30 mV). The rapid transition from accumulation and depletion and very small hysteresis mean that the thin film and the charge density trapped at the Si interface between the thin film and the thin film are very small. In contrast, referring to FIG. 8 , the CV of the MIS device (Examples 1-6 to 1-11) manufactured by transferring the hydrocarbon thin film grown on the Si/SiO 2 /Ag substrate onto the Si semiconductor substrate and then forming the Au electrode Characteristics showed significant hysteresis, and it was confirmed that the transition from accumulation and depletion was relatively slow. This is considered to be due to deterioration of the interface properties during the transfer process and contamination during the etching process of the Ag catalyst thin film during transfer. As can be seen from the inner drawing of FIG. 5A , the flat band voltage of the hydrocarbon thin film slightly shifted toward the -voltage due to the fixed positive charge, whereas the CV curve showed an ideal shape. The difference in the flat band voltage between the samples was not large, and all of them were in the range of -0.3 to 0.4 V.

도 7의 (b)는 각 온도에서 제조된 탄화수소 박막의 유전상수를 도시한 그래프이다. 상기 탄화수소 박막의 유전상수(k)는 하기 수식으로부터 계산될 수 있다. 7 (b) is a graph showing the dielectric constant of the hydrocarbon thin film prepared at each temperature. The dielectric constant (k) of the hydrocarbon thin film may be calculated from the following equation.

Figure 112021041753254-pat00001
Figure 112021041753254-pat00001

상기 수식에서, Cmax는 집적 캐패시턴스(Capacitance), ε는 탄화수소 박막의 유전율, t는 탄화수소 박막의 두께를 나타낸다. 실리콘(Si) 웨이퍼 상에 직접 성장한 탄화수소 박막의 유전율은 최대 90으로 고유전 게이트 산화물로 알려진 Hf- 및 Zr- 기반 산화물의 유전상수(20~30)보다 매우 우수하였다. 박막 성장온도가 증가할수록 유전상수는 점차 증가하여 350℃에서 최대값 90을 나타내며, 온도가 더욱 증가하여 400℃가 되면 유전율은 13으로 저하되었다. Si/SiO2/Ag 적층 기판 상에 제조된 탄화수소 박막은 Si 기판 상에 직접 성장된 탄화수소 박막과 박막 성장 온도에 대한 경향성은 유사하여, 증착 온도의 증가에 따라 유전상수 역시 점차 증가하여 500℃에서 최대값 63에 도달하였으며, 이후 온도가 더욱 증가하여 600℃가 되면 다시 감소하였다. 이는 낮은 온도에서 증착된 탄화수소 박막에서는 무질서하게 배열된 다이폴 모멘트가 서로 상쇄되어 상대적으로 낮은 k 값을 나타내며, 온도가 증가함에 따라 탄소 골격구조의 구조화가 증가되어 다이폴 모멘트 역시 증가하기 때문에 유전상수가 증가하는 것으로 보인다. 임계온도 이상이 되면, 댕글링 결합이 줄어듬에 따라 수소와 탄화수소가 포획되기 어렵게 되어 탄화수소 구조가 붕괴되고 고유전체 특성을 상실하게 된다.In the above formula, Cmax is the integrated capacitance, ε is the dielectric constant of the hydrocarbon thin film, and t is the thickness of the hydrocarbon thin film. The dielectric constant of the hydrocarbon thin film grown directly on the silicon (Si) wafer was up to 90, which was much better than the dielectric constant (20-30) of Hf- and Zr-based oxides known as high-k gate oxides. As the thin film growth temperature increased, the dielectric constant gradually increased, showing a maximum value of 90 at 350 °C, and when the temperature was further increased to 400 °C, the dielectric constant was lowered to 13. The hydrocarbon thin film prepared on the Si/SiO 2 /Ag laminated substrate has the same tendency to the thin film growth temperature as the hydrocarbon thin film directly grown on the Si substrate. The maximum value of 63 was reached, and thereafter, the temperature further increased and decreased again when the temperature reached 600°C. This is because in the hydrocarbon thin film deposited at a low temperature, the disordered dipole moments cancel each other out, resulting in a relatively low k value. seems to do When the temperature exceeds the critical temperature, as dangling bonds are reduced, hydrogen and hydrocarbons are difficult to be captured, resulting in the breakdown of the hydrocarbon structure and loss of high dielectric properties.

도 7의 (c)는 I-V 곡선으로서 상기 표 1의 실시예 1-1 및 실시예 1-5의 탄화수소 박막에 대한 I-V 곡선을 나타낸 것이다. 상기 실시예 1-2의 탄화수소 박막의 유전상수는 90이고, 상기 실시예 1-3의 탄화수소 박막의 유전상수는 82였다. 상기 실시예 1-2 및 실시예 1-3의 탄화수소 박막은 등가 산화막 두께 0.2nm 및 0.15nm에 대하여 누설전류가 0.25A/㎠ 이하, 보다 구체적으로 0.15A/㎠였고, 이 값은 상기 실시예 1-1의 탄화수소 박막의 경우 가장 작게 나타났다. 또한, 상기 실시예 1-1 내지 실시예 1-10의 모든 탄화수소 박막은 5V 이상의 전압 조건 하에서 항복현상(breakdown)을 나타내지 않았고, 박막의 두께를 고려한 절연강도가 5MV/cm 이상, 예를 들어, 10MV/cm 이상인 것을 확인할 수 있었다.7 (c) is an I-V curve showing the I-V curve for the hydrocarbon thin film of Examples 1-1 and 1-5 of Table 1 above. The dielectric constant of the hydrocarbon thin film of Example 1-2 was 90, and the dielectric constant of the hydrocarbon thin film of Example 1-3 was 82. The hydrocarbon thin films of Examples 1-2 and 1-3 had a leakage current of 0.25 A/cm 2 or less, more specifically 0.15 A/cm 2 , with respect to the equivalent oxide film thicknesses of 0.2 nm and 0.15 nm, and this value was In the case of the hydrocarbon thin film of 1-1, it appeared the smallest. In addition, all of the hydrocarbon thin films of Examples 1-1 to 1-10 did not exhibit breakdown under voltage conditions of 5V or more, and the insulating strength considering the thickness of the thin films was 5MV/cm or more, for example, It was confirmed that it was 10 MV/cm or more.

실험예 6: 탄화수소 박박의 이차이온 질량분석Experimental Example 6: Secondary ion mass spectrometry of hydrocarbon thin foil

상기 실시예 1-1 내지 1-5의 탄화수소 박막에 대하여, 이차이온 질량분석(SIMS: secondary-ion mass spectrometry) 장비(TOF.SIMS M6, IONTOF GmbH)를 이용하여 상온 고진공 하에서 에칭(Etching)하면서 에칭 시간 0초 내지 8초의 스펙트럼을 얻었고, 그 결과는 도 9에 도시한 바와 같다. 도 9를 참조할 때, 상기 실시예 1-1 내지 실시예 1-5의 탄화수소 박막은 수소 대 탄소의 상대 강도 비(H/C)가 4 내지 30에 해당함을 확인할 수 있었다. 보다 구체적으로, 증착 온도가 250℃ 내지 400℃인 경우 H/C 비가 10 내지 30에 해당하고, 증착 온도가 350℃ 내지 400℃인 경우 15 내지 20에 해당함을 확인하였다.For the hydrocarbon thin films of Examples 1-1 to 1-5, using secondary-ion mass spectrometry (SIMS) equipment (TOF.SIMS M6, IONTOF GmbH) at room temperature and high vacuum while etching Spectra of etching time 0 to 8 seconds were obtained, and the results are shown in FIG. 9 . Referring to FIG. 9 , it was confirmed that the hydrocarbon thin film of Examples 1-1 to 1-5 had a hydrogen to carbon relative strength ratio (H/C) of 4 to 30. More specifically, it was confirmed that the H/C ratio corresponds to 10 to 30 when the deposition temperature was 250° C. to 400° C., and 15 to 20 when the deposition temperature was 350° C. to 400° C.

전술한 바에 따른 상기 탄화수소 박막은 고유전 특성을 가지면서 박막의 균일성이 우수하고, 이와 함께 낮은 누설전류 및 절연강도를 확보하는 이점을 갖는다. 이를 통해, 상기 탄화수소 박막은 최근에 보고된 고유전 산화물에 비해 적어도 동등하거나 이들보다 우수한 특성을 구현할 수 있으며, 기억 소자 또는 논리 소자 등의 반도체 소자에 적용되어 우수한 성능을 구현할 수 있다.The hydrocarbon thin film according to the above has the advantage of having high dielectric properties and excellent uniformity of the thin film, and also securing low leakage current and insulating strength. Through this, the hydrocarbon thin film can implement at least equivalent or superior properties compared to the recently reported high-k oxide, and can be applied to a semiconductor device such as a memory device or a logic device to realize excellent performance.

상기 탄화수소 박막의 제조방법은 별도의 촉매층이 없는 기판을 적용하기 용이한 제조방법으로서, 전사공정을 요하지 않고, 필요로 하는 기판에 바로 증착할 수 있어 계면 특성이 우수한 이점을 갖는다.The method of manufacturing the hydrocarbon thin film is a manufacturing method that is easy to apply to a substrate without a separate catalyst layer, does not require a transfer process, and can be deposited directly on a required substrate, thereby having excellent interfacial properties.

나아가, 상기 탄화수소 박막을 포함하는 반도체 소자는 10nm 이하의 노드를 갖도록 집적화 미세화 가능하며, 이와 동시에 향상된 성능을 구현할 수 있다.Furthermore, the semiconductor device including the hydrocarbon thin film can be integrated and miniaturized to have a node of 10 nm or less, and at the same time, improved performance can be realized.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the

Claims (6)

반응기 내에 탄화수소 가스를 포함하는 제1 가스 및 수소 가스를 포함하는 제2 가스를 주입하는 단계;
상기 반응기에 플라즈마를 발생시키는 단계; 및
상기 반응기의 온도, 상기 반응기의 압력 및 상기 플라즈마의 세기 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 포함하며,
상기 반응기의 온도를 조절하는 단계에서 상기 반응기의 온도는 200℃ 내지 400℃로 조절되는
탄화수소 박막의 제조방법이며,
상기 탄화수소 박막은 비정질 구조를 갖고,
유전상수가 10 이상이며,
수소와 탄소의 이차이온 질량분석(SIMS: secondary-ion mass spectrometry) 상대 강도 비가 4 내지 30이고,
XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)의 탄소 1s 스펙트럼 상 280eV 내지 290eV 중에 존재하는 결합 에너지 피크(peak)가 1keV 세기의 아르곤(Ar+) 플라즈마 에칭으로 5초 내지 20초 중 어느 하나의 시간 조건 하에서 표면 처리한 전후의 결합 에너지(eV) 이동폭이 0.5eV 이하인
탄화수소 박막의 제조방법.injecting a first gas including hydrocarbon gas and a second gas including hydrogen gas into the reactor;
generating plasma in the reactor; and
Controlling at least one of the temperature of the reactor, the pressure of the reactor, and the intensity of the plasma,
In the step of adjusting the temperature of the reactor, the temperature of the reactor is adjusted to 200 ° C to 400 ° C.
A method for producing a hydrocarbon thin film,
The hydrocarbon thin film has an amorphous structure,
Dielectric constant of 10 or more,
Secondary-ion mass spectrometry (SIMS) relative intensity ratio of hydrogen and carbon is 4 to 30,
The binding energy peak (peak) present in 280eV to 290eV on the carbon 1s spectrum of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is 1keV argon (Ar + ) plasma etching under any one of 5 seconds to 20 seconds time condition. The binding energy (eV) movement width before and after treatment is 0.5 eV or less
A method for producing a hydrocarbon thin film. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 반응기의 압력을 조절하는 단계를 포함하고,
상기 반응기 내 압력은 0.1Torr 내지 10Torr로 조절되는,
탄화수소 박막의 제조방법. According to claim 1,
regulating the pressure of the reactor,
The pressure in the reactor is controlled to 0.1 Torr to 10 Torr,
A method for producing a hydrocarbon thin film. 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 세기를 조절하는 단계를 포함하고,
상기 플라즈마 세기는 100W 내지 1,000W로 조절되는,
탄화수소 박막의 제조방법.According to claim 1,
adjusting the plasma intensity;
The plasma intensity is adjusted to 100W to 1,000W,
A method for producing a hydrocarbon thin film. 제1항에 있어서,
상기 제1 가스 대 상기 제2 가스의 체적비는 1 : 2 내지 1 : 50인,
탄화수소 박막의 제조방법. The method of claim 1,
a volume ratio of the first gas to the second gas is between 1:2 and 1:50;
A method for producing a hydrocarbon thin film. 제1항에 있어서,
제3 가스를 주입하는 단계를 더 포함하고,
상기 제3 가스는 비활성 가스를 포함하는,
탄화수소 박막의 제조방법. According to claim 1,
Further comprising the step of injecting a third gas,
wherein the third gas comprises an inert gas;
A method for producing a hydrocarbon thin film.
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