KR20000060438A - 산화알루미늄 막의 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자에 필요한 산화알루미늄 막을 기판에 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 형성방법은, 산화알루미늄 막 형성을 위한 소스인 유기알루미늄 화합물 및 알콜을 각각 기체 상태로 만든 후, 이들을 순차적으로 기판에 접촉시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다. 진공 장치에서 알콜은 수증기보다 훨씬 더 배기가 잘 되기 때문에 본 발명에 따르면, 종래의 방법보다 원료 공급 주기에 필요한 시간을 줄일 수 있어서 단위 시간 당 산화알루미늄 막의 성장 속도를 더 빠르게 할 수 있다. 또한 기체 공급부와 반응기의 온도를 더 낮출 수 있어서, 반도체 소자의 제조에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.

Description

산화알루미늄 막의 형성 방법 {Method for forming aluminum oxide films}
본 발명은 산화알루미늄 막을 형성하는 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자에 필요한 산화알루미늄 막을 기판에 형성하는 방법에 관한 것이다.
산화알루미늄 막은 광학적인 용도에 사용될 뿐 아니라, 참고문헌 1에 의하면 반도체 소자의 보호막, 게이트 산화막, 광리소그라피 마스크 등에 폭넓게 이용될 수 있다는 것이 알려져 있다. (참고문헌 1: E. Fredriksson and J.O. Carlsson, Journal of Chemical Vapor Deposition, vol. 1, p. 333 (1993)). 또한, 극히 얇은 산화알루미늄 막을 FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)의 PZT(Piezo-electric Transducer) 유전층에 형성하여 수소 침투를 막는 확산 방지막으로 사용한 것도 참고문헌 2에 보고되었다 (참고문헌 2: 이상민·김영관·박인선·박창수·유차영·이상인·이문용, 제5회 한국반도체학술대회 초록집 p. 255 (1998)).
한편, 박막을 이루는 성분 원소의 원료를 동시에 공급하는 통상의 화학증착법과는 달리 원료를 순차적으로 공급하면 기판 표면의 화학반응에 의해서만 박막을 형성할 수 있기 때문에 기판 표면의 요철에 관계없이 균일한 두께의 박막을 성장시킬 수 있고 막의 성장이 시간이 아니라 원료 공급 주기의 수에 비례하기 때문에 형성하는 막의 두께를 정밀하게 제어할 수 있다. T. 순톨라와 M. 심프슨이 편집한 책 "원자층 적층 성장"에 이 방법이 잘 설명되어 있다 (참고문헌 3: T. Suntola and M. Simpson eds. Atomic Layer Epitaxy, Blackie, London (1990)).
이와 같이, 원료를 순차적으로 공급하여 박막을 형성하는 방법을 알루미늄의 유기금속 화합물인 트리메틸알루미늄과 수증기에 적용하여 이들을 순차적으로 공급하여 형상이 복잡한 기판의 표면에 균일한 두께의 산화알루미늄 막을 형성하는 방법이 참고문헌 4에 제시되었다 (참고문헌 4: Y. Kim, S. M. Lee, C. S. Park, S. I. Lee, and M. Y. Lee, Applied Physics Letters, vol. 71, p. 3604 (1997)). 참고문헌 4에 의하면, 이들은 150℃로 가열한 반응기 내에서 기판의 온도를 370℃로 유지하며 트리메틸알루미늄, 알곤, 수증기, 알곤을 각각 1, 14, 1, 14 초씩 공급하는 순환을 계속하였다. 한 원료 공급 주기 당 막이 0.19 nm씩 성장하므로 전체적인 막 성장 속도는 0.38 nm/min이다. 이 속도는 너무 느려서 반도체 공정에 적용하기 어렵다. 막 성장 속도를 높이기 위해서는 한 원료 공급 주기를 짧게 해야 한다. 그러나 참고문헌 4에서 제시한 기술에서는 수증기를 사용하였는데, 이 수증기는 진공 장치에서 배기가 어렵기 때문에 원료 공급 주기를 줄이기 어렵다는 문제가 있다.
또한 수증기는 온도가 낮은 곳을 만나면 쉽게 응축하기 때문에 이 방법을 이용할 경우 수증기가 지나가는 기체 공급부와 반응기의 온도를 고온으로 유지하여야 한다. 따라서, 에너지 소모가 많고 장치의 운전 및 보수 중에 작업자가 화상을 입을 위험이 있다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는 진공 장치에서 배기가 쉽고 반응기 안에서 응축할 위험이 적은 원료를 써서 산화알루미늄 막을 형성하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 수증기를 사용할 때보다 빠르게 산화알루미늄 막을 형성하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 산화알루미늄 막 형성방법은, 유기알루미늄 화합물 및 알콜을 각각 기체 상태로 만들어 금속산화물 막을 형성하기 위한 기체들을 준비하는 단계와; 상기 기체들을 순차적으로 기판에 접촉시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 알콜의 분자에 포함된 탄소 원자의 수가 2 내지 6 중에서 선택된 어느 하나의 수인 것이 바람직하며, 이 경우 알콜이 반도체 공정에 널리 사용되는 이소프로판올인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 유기알루미늄 화합물이 트리알킬알루미늄인 것이 바람직하며, 트리알킬알루미늄 중에서도 트리메틸알루미늄인 것을 더욱 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
먼저, 트리메틸알루미늄과 이소프로판올을 각각 기체 상태로 만든 후, 증착챔버의 내부에 공급하되, 이들 기체를 공급하는 사이에 퍼지용 아르곤 기체를 공급하였다. 이 중에서 이소프로판올은 증기압이 높기 때문에 별도의 가열과정이 없이 운반기체(carrier gas)를 사용하여 증착챔버 내에 직접 공급하였다. 트리메틸알루미늄 기체, 퍼지(purge)용 아르곤 기체, 이소프로판올 기체, 퍼지용 아르곤 기체를 순차 반복하여 공급하였으며, 공급시간은 순서대로 1초, 2초, 1초, 2초로 설정하여, 기체의 공급주기를 6초로 하였다. 이와 같이 기체 공급주기를 짧게 한 이유는 막의 성장속도를 높이기 위함이다. 만약 이소프로판올 기체 대신에 수증기를 사용하는 경우에는 기체의 공급 사이클을 짧게 할 수 없기 때문에 막의 성장속도를 빠르게 유지할 수 없다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 따르면, 종래의 방법보다 기체 공급부와 반응기의 온도를 더 낮출 수 있다. 따라서, 반도체 소자의 제조에 소요되는 비용을 절감할 수 있다. 또한, 단차 피복성이 우수한 산화알루미늄 막을 종래보다 고속으로 성장시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 유기알루미늄 화합물 및 알콜을 각각 기체 상태로 만들어 산화알루미늄 막을 형성하기 위한 기체들을 준비하는 단계와;
    상기 기체들을 기판에 순차적으로 접촉시키는 단계를 구비하는 산화알루미늄 막의 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 알콜의 분자에 포함된 탄소 원자의 수가 2에서 6인 것을 특징으로 하는 산화알루미늄 막의 형성 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 알콜이 이소프로판올인 것을 특징으로 하는 산화알루미늄 막의 형성 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 유기알루미늄 화합물이 트리알킬알루미늄인 것을 특징으로 하는 산화알루미늄 막의 형성 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 트리알킬알루미늄이 트리메틸알루미늄인 것을 특징으로 하는 산화알루미늄 막의 형성 방법.
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