KR20090070399A - Method of fabricating self-assembly multi-molecular layer - Google Patents

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Abstract

A method for manufacturing a self assembly multilayer molecular layer is provided to stabilize the multilayer molecular layer by chemically coupling a metal hydroxide monolayer between the self assembly organic monolayer. A self assembly organic single molecule layer is formed on a surface of a substrate by using an MLD(Molecular Layer Deposition) method. The substrate is a metal substrate, a metal oxide substrate, a semiconductor substrate, or a glass substrate. The substrate is processed with O3. A terminal group of the self assembly organic monolayer is substituted for -OH or -COOH. A metal hydroxide monolayer is formed on the self assembly organic monolayer by reacting a metal precursor with an atomic layer deposition method.

Description

자기조립 다층 분자막의 제조방법{METHOD OF FABRICATING SELF-ASSEMBLY MULTI-MOLECULAR LAYER}Manufacturing method of self-assembled multilayer molecular membrane {METHOD OF FABRICATING SELF-ASSEMBLY MULTI-MOLECULAR LAYER}

본 발명은 자기조립 다층 분자막의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단시간 내에 고품질의 다층 분자막을 제조할 수 있으며, 자기조립 유기 단분자막 사이에 금속 수산화물 단분자층이 물리적이 아닌 화학결합으로 결합되어 다층 분자막이 보다 안정화될 수 있는 자기조립 다층 분자막의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a self-assembled multilayer molecular film, and more particularly, to produce a high quality multilayered molecular film within a short time, and that a metal hydroxide monolayer is bonded by chemical bonds rather than physically between self-assembled organic monolayers. The present invention relates to a method for producing a self-assembled multilayer molecular membrane which can be more stabilized.

반도체 소자나 표시 장치에서는 각각을 구성하는 박막 또는 전극을 형성하기 위해 박막이 기술적으로 매우 중요하며, 기술의 발전에 따라 수 내지 수십 nm 두께 수준으로 균일하게 형성하고 있다.In a semiconductor device or a display device, a thin film is very important technically to form a thin film or an electrode constituting each, and is uniformly formed at a thickness level of several tens to several tens of nm according to the development of technology.

일반적으로, 자기조립 단분자막(SAMs: Self-Assembled Monolayers)은 비교적 긴 알킬기와 그 말단에 기판 (substrate) 표면과 상호 작용하여 공유결합 할 수 있는 작용기(functional group)를 갖는 분자들이 적당한 기판 표면에서 분자들끼리 2차원적으로 정렬하는 자기조립(self-assembly) 현상을 이용하여 기질의 표면에 일정하게 정렬된 단분자막(monolayer)이다.In general, Self-Assembled Monolayers (SAMs) are molecules that have relatively long alkyl groups and functional groups that can covalently bond by interacting with the substrate surface at their ends. It is a monolayer that is uniformly aligned on the surface of the substrate using a self-assembly phenomenon in which two of them are aligned in two dimensions.

이러한 자기조립 단분자막을 형성하는 분자들은 작용기를 통하여 기판 표면 에 흡착·결합하게 되고 알킬기들은 서로 소수성 인력(hydrophobic interaction)에 의해 2차원적으로 정렬하여 자기조립 단분자막을 형성한다. The molecules forming the self-assembled monolayer are adsorbed and bonded to the surface of the substrate through a functional group, and the alkyl groups are aligned in two dimensions by hydrophobic attraction with each other to form a self-assembled monolayer.

상기 방법으로 단분자막을 제조하는 경우 막 형성 과정을 분자 수준에서 조절할 수 있으며, 자기조립 단분자막을 형성하는 분자의 작용기를 선택적으로 다양하게 변화시킬 수 있고 또한 그 조절도 가능하며, 기판 표면과의 결합도 강하여 막의 안정성도 뛰어나며 원하는 경우 쉽게 제거할 수도 있다.When the monomolecular film is prepared by the above method, the film formation process can be controlled at the molecular level, and the functional groups of the molecules forming the self-assembled monomolecular film can be selectively changed in various ways, and the control thereof is also possible. It is strong, so the membrane is very stable and can be easily removed if desired.

이러한 특성을 갖는 자기조립 단분자막은 반도체나 전자소자 제조를 위한 나노패터닝 (nanopatterning), 화학적 센서 (chemical sensor) 및 생체센서 (biosensor), 나노트라이볼로지(nanotribology), 표면 개질 (surface modification), 나노 전자 기계 시스템 (NEMS: NanoElectroMechanical System), 마이크로전자기계 시스템 (MEMS: MicroElectroMechanical System) 등 다양한 분야에 응용 가능성을 보이고 있다.Self-assembled monolayers with these characteristics are nanopatterning, chemical and biosensor, nanotribology, surface modification, and nano for the manufacture of semiconductors and electronic devices. It has been applied to various fields such as electromechanical systems (NEMS) and microelectromechanical systems (MEMS).

현재, 자기조립 단분자막 제조는 주로 액상에서 기판 표면 위에 형성하는 방법이 사용되고 있다. 그런데, 현재 반도체 소자 등의 제조 공정은 대부분 기상 공정으로 수행되고 있어 기존 액상에서의 자기조립 단분자막 제조 방법을 반도체 제조공정 등에 적용하는 데 많은 문제점이 있다.Currently, self-assembled monomolecular film production is mainly used to form on the surface of the substrate in the liquid phase. However, at present, manufacturing processes such as semiconductor devices are mostly performed by a gas phase process, and there are many problems in applying a method of manufacturing a self-assembled monolayer in a conventional liquid phase to a semiconductor manufacturing process.

이에 본 발명자는 기상에서 분자층 성장 기술을 이용하게 되면 매우 빠른 속도로 고품질의 자기조립 다층분자막을 제조할 수 있다는 것을 알아내어 다양한 연구를 수행하였다.Therefore, the present inventors have found that the use of molecular layer growth technology in the gas phase can produce a high quality self-assembled multilayer molecular film at a very high speed and conducted various studies.

본 발명자는 대한민국 공개특허 제2005-57806호 및 제2007-84683호를 통해 기판 상에 원자층 증착법 (Atomic Layer Deposition)을 이용하여 TiO2 원자층을 형성하고, 분자층 증착법 (Molecular Layer Deposition)을 이용하여 계면 활성제 등의 유기물질을 기상 반응시켜 자기조립 단분자막을 형성하는 방법을 제안하였다.The inventors have formed a TiO 2 atomic layer by using atomic layer deposition (Atomic Layer Deposition) on the substrate through the Republic of Korea Patent Publication Nos. 2005-57806 and 2007-84683, and the molecular layer deposition method (Molecular Layer Deposition) A method of forming a self-assembled monomolecular film by gas phase reaction of an organic material such as a surfactant by using the present invention has been proposed.

이러한 방법으로 제조된 다층 분자막(TiO2/SAMs)을 반도체 소자의 유전막으로 적용한 결과 누설 전류가 발생하여 절연막으로 사용하기에 적합하지 않음을 확인하였다. 더욱이 절연막으로 사용하기 위해선 최소 100 nm 이상의 두께가 되어야 하고, 이를 위한 분자층 증착 시간이 1분 이상 걸려 공정 시간 또한 만족스럽지 않았다.As a result of applying multilayer molecular films (TiO 2 / SAMs) prepared in this manner as a dielectric film of a semiconductor device, it was confirmed that leakage current was not suitable for use as an insulating film. Furthermore, in order to use it as an insulating film, the thickness should be at least 100 nm or more, and the process time was also unsatisfactory because the molecular layer deposition time was over 1 minute.

이에 본 발명자는 더욱 연구를 수행하여 원자층 증착 및 분자층 증착시 원료 기체와 물과의 증기압 비율을 한정한 결과, 자기조립 단분자막의 형성 시간을 5 초 이내로 수행하여, 원자층 증착에 의해 금속 산화물이 아닌 금속 수산화물을 형성하여 자기조립 단분자막간의 결합력을 높여 누설 전류 문제를 해소할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.Therefore, the inventors conducted further studies to limit the vapor pressure ratio between the source gas and water during atomic layer deposition and molecular layer deposition. As a result, the formation time of the self-assembled monomolecular film was performed within 5 seconds. The present invention was completed by confirming that a metal hydroxide rather than a self-assembled monomolecular layer can increase the bonding strength and solve the leakage current problem.

본 발명의 목적은 단시간 내에 고품질의 다층 분자막을 제조할 수 있으며, 자기조립 유기 단분자막 사이에 금속 수산화물 단분자층이 물리적이 아닌 화학결합으로 결합되어 다층 분자막이 보다 안정화될 수 있는 자기조립 다층 분자막의 제조방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to prepare a high quality multilayer molecular film in a short time, and the self-assembled multilayer molecular film in which the metal hydroxide monomolecular layer is bonded by a chemical bond, not physically, between the self-assembled organic monomolecular film to stabilize the multi-layered molecular film. It is to provide a manufacturing method.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 In order to achieve the above object, the present invention

(S1) 기판 표면에 분자층 증착법(MLD; Molecular Layer Deposition)을 이용하여 기상 반응에 의해 자기조립 유기 단분자막을 형성하는 단계;(S1) forming a self-assembled organic monomolecular film on the surface of the substrate by vapor phase reaction using Molecular Layer Deposition (MLD);

(S2) 상기 기판을 O3로 처리하여 자기조립 유기 단분자막의 말단기를 -OH 또는 -COOH로 치환하는 단계; 및(S2) treating the substrate with O 3 to replace the terminal group of the self-assembled organic monomolecular film with -OH or -COOH; And

(S3) 상기 자기조립 유기 단분자막 상에 원자층 증착법(ALD; Atomic Layer Deposition)으로 금속 전구체를 반응시켜 금속 수산화물 단분자층을 형성하는 단계;를 수행하되(S3) forming a metal hydroxide monomolecular layer by reacting a metal precursor on the self-assembled organic monomolecular film by atomic layer deposition (ALD);

상기 (S1) 내지 (S3) 단계를 1사이클로 하여 반복 수행하는 자기조립 다층 분자막의 제조방법을 제공한다.Provided is a method for producing a self-assembled multilayer molecular film, which is repeatedly performed using the above steps (S1) to (S3) as one cycle.

본 발명에 따른 자기조립 다층 분자막의 제조 방법은 단시간 내에 고품질의 다층 분자막을 제조할 수 있으며, 자기조립 유기 단분자막 사이에 금속 수산화물 단분자층이 물리적이 아닌 화학결합으로 결합되어 다층 분자막이 보다 안정화될 수 있다. The method for producing a self-assembled multilayer molecular film according to the present invention can produce a high quality multilayered molecular film within a short time, and the metal hydroxide monomolecular layer is bonded by chemical bonds rather than physically between the self-assembled organic monomolecular films to stabilize the multi-layered molecular film. Can be.

이렇게 제조된 자기조립 다층 분자막은 반도체 또는 전자소자 제조를 위한 나노패터닝, 화학적 센서 및 생체 센서, 나노트라이볼로지, 표면 개질, 나노전자기계 시스템(NEMS), 마이크로전자기계 시스템(MEMS), 비휘발성 메모리 등 다양한 분야에 응용이 가능하다.The self-assembled multi-layered molecular film is manufactured by nano patterning, chemical sensor and bio sensor, nano trilogy, surface modification, nanoelectromechanical system (NEMS), microelectromechanical system (MEMS), It can be applied to various fields such as volatile memory.

본 발명에 따른 자기조립 다층 분자막의 제조방법은 분자층 증착법(MLD; Molecular Layer Deposition)을 통해 자기조립 유기 단분자막을 형성하고, 원자층 증착법(ALD; Atomic Layer Deposition)을 통해 금속 수산화물 단분자층을 형성하는 단계를 반복 수행하여 이루어진다.In the method for manufacturing a self-assembled multilayer molecular film according to the present invention, a self-assembled organic monolayer is formed through molecular layer deposition (MLD) and a metal hydroxide monolayer is formed through atomic layer deposition (ALD). This is done by repeating the steps.

상기 자기조립 다층 분자막은 하기 (S1) 내지 (S3) 단계를 1사이클로하여 필요한 두께를 얻을 때가지 반복 수행한다:The self-assembled multi-layered molecular film is repeated until the required thickness is obtained by one cycle of the following steps (S1) to (S3):

(S1) 기판 표면에 분자층 증착법(MLD)을 이용하여 기상 반응에 의해 자기조립 유기 단분자막을 형성하는 단계;(S1) forming a self-assembled organic monomolecular film on the surface of the substrate by vapor phase reaction using molecular layer deposition (MLD);

(S2) 상기 기판을 O3로 처리하여 자기조립 유기 단분자막의 말단기를 -OH 또는 -COOH로 치환하는 단계; 및(S2) treating the substrate with O 3 to replace the terminal group of the self-assembled organic monomolecular film with -OH or -COOH; And

(S3) 상기 자기조립 유기 단분자막 상에 원자층 증착법(ALD)으로 금속 전구 체를 반응시켜 금속 수산화물 단분자층을 형성하는 단계(S3) forming a metal hydroxide monolayer by reacting a metal precursor on the self-assembled organic monolayer by atomic layer deposition (ALD).

이하 구체적인 제조방법을 각 단계별로 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the specific manufacturing method will be described in more detail at each step.

먼저, (S1)에서는 기판 표면에 분자층 증착법(MLD)을 이용하여 기상 반응에 의해 자기조립 유기 단분자막을 형성한다.First, in (S1), a self-assembled organic monomolecular film is formed on the substrate surface by vapor phase reaction using molecular layer deposition (MLD).

상기 기판은 본 발명에서 한정하지 않으며, 반도체 분야에서 사용되는 기판이면 어느 것이든 가능하다. 대표적으로 금속 기판, 금속 산화물 기판, 반도체 기판, 또는 유리 기판이 가능하다.The substrate is not limited in the present invention, and may be any substrate used in the semiconductor field. Typically, a metal substrate, a metal oxide substrate, a semiconductor substrate, or a glass substrate is possible.

상기 금속 기판은 Au, Pt, Ni, Cu, Co, Pd, Al 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 금속을 포함하고, 금속 산화물 기판은 이들의 산화물을 포함한다. 또한 반도체 기판은 Si, Ge, C, Ga, As, P, B, Zn, Se, Cd, Sn, In, SiGe, GaAs, AlGaAs, GaAsP, InAs, Sn, InAsP, InGaAs, AlAs, InP, GaP, ZnSe, CdS, ZnCdS, CdSe 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.The metal substrate includes at least one metal selected from the group consisting of Au, Pt, Ni, Cu, Co, Pd, Al, and combinations thereof, and the metal oxide substrate includes oxides thereof. In addition, the semiconductor substrate is Si, Ge, C, Ga, As, P, B, Zn, Se, Cd, Sn, In, SiGe, GaAs, AlGaAs, GaAsP, InAs, Sn, InAsP, InGaAs, AlAs, InP, GaP, One kind selected from the group consisting of ZnSe, CdS, ZnCdS, CdSe, and a combination thereof is possible.

자기조립 유기 단분자막(Self-Assembled Monolayers, 이하 'SAMs'라 한다)은 비교적 긴 알킬기를 갖고, 그 말단에 기판 표면과 상호작용하여 공유 결합이 가능한 작용기를 갖는 분자들을 이용하여, 기판 표면에 2차원적으로 정렬하는 자기조립(self-assembly) 현상을 이용하여 일정하게 정렬된 단분자막(monolayer)을 의미한다. 상기 분자들의 작용기는 기판 표면에 흡착ㅇ결합하게 되고, 알킬기들은 서로 소수성 인력(hydrophobic interaction)에 의해 2차원적으로 정렬하여 자기조립 유기 단분자막을 형성한다. 이러한 자기조립 유기 단분자막은 그 형성 과정을 분자수준에서 조절할 수 있으며, 분자의 작용기를 선택적으로 다양하게 변화시킬 수 있고 또한 그 조절도 가능하며, 기판 표면과의 결합도 강할 뿐만 아니라 막의 안정성도 뛰어나며, 원하는 경우 쉽게 제거가 가능한 잇점이 있다.Self-assembled monolayers (SAMs) are two-dimensional on the surface of the substrate, using molecules with relatively long alkyl groups and functional groups at their ends that can covalently bond with the substrate surface. By means of self-assembly aligning automatically means a monolayer (monolayer) that is uniformly aligned. The functional groups of the molecules are adsorbed and bonded to the surface of the substrate, and the alkyl groups are two-dimensionally aligned with each other by hydrophobic interaction to form a self-assembled organic monolayer. The self-assembled organic monomolecular film can control the formation process at the molecular level, and can selectively change various functional groups of the molecule, and can control it, as well as strong bonding with the substrate surface, excellent film stability, There is an advantage that can be easily removed if desired.

이에 본 발명에서 자기조립 유기 단분자막을 형성하기 위한 원료 기체는 지방산 등의 C1∼C20의 알킬기를 포함하는 지방산, C1∼C20의 알킬기를 포함하는 알킬트리할로실란, C1∼C20의 알킬기를 포함하는 알킬트리알콕시실란, C1∼C20의 알킬기를 포함하는 알킬실록산, C1∼C20의 알킬기를 포함하는 알킬티올, C1∼C20의 알킬기를 포함하는 알킬포스페이스트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하며, 바람직하기로는 RSiCl3(여기서 R은 C2∼C20 알킬기, 바람직하게는 C5∼C18 알킬기)의 알킬트리할로실란을 사용한다.Thus, in the present invention, the raw material gas for forming the self-assembled organic monomolecular film includes a fatty acid including a C1 to C20 alkyl group, such as a fatty acid, an alkyltrihalosilane including a C1 to C20 alkyl group, and a C1 to C20 alkyl group. Alkyltrialkoxysilane, the alkylsiloxane containing a C1-C20 alkyl group, the alkylthiol containing a C1-C20 alkyl group, the alkylpospace containing a C1-C20 alkyl group, and a combination thereof are possible 1 type Preferably, alkyltrihalosilane of RSiCl 3 (wherein R is a C2 to C20 alkyl group, preferably C5 to C18 alkyl group) is used.

이때 사용하는 분자층 증착법(MLD)은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지된 바의 장치를 이용하며 수행한다. 이러한 장치는 가스 공급 장치, 증착 챔버, 진공장치, 자동제어 시스템, 온도제어 장치 등으로 구성된다.The molecular layer deposition method (MLD) used at this time is not particularly limited in the present invention, it is performed using a known device. Such a device is composed of a gas supply device, a deposition chamber, a vacuum device, an automatic control system, a temperature control device, and the like.

구체적으로 분자층 증착법을 이용한 자기조립 유기 단분자막의 형성은 Specifically, the formation of the self-assembled organic monolayer using molecular layer deposition

a1) 기판을 챔버 내로 로딩한 후, 진공 장치를 작동하여 챔버 내 압력을 조절하고,a1) after loading the substrate into the chamber, operate the vacuum apparatus to regulate the pressure in the chamber,

a2) 상기 챔버 내로 퍼징 가스를 흘려주면서 챔버 내 온도를 제어하고, a2) controlling the temperature in the chamber while flowing purge gas into the chamber,

a3) 상기 챔버 내로 자기조립 유기 단분자막을 형성하기 위한 원료 기체와 H2O를 공급하여 기판 상에 자기조립 유기 단분자막을 형성하고,a3) supplying a raw material gas and H 2 O to form a self-assembled organic monomolecular film into the chamber to form a self-assembled organic monomolecular film on the substrate,

a4) 퍼징 가스를 유입하여 미반응 원료 기체, 미반응 H2O나 증착 부산물을 제거하는 단계를 거쳐 수행한다.a4) The purge gas is introduced to remove unreacted raw material gas, unreacted H 2 O or deposition byproduct.

상기 분자층 증착시 빠른 속도로 공정을 수행하고 고품질의 자기조립 유기 단분자막을 형성하기 위해선 공정 조건의 제어가 필수적이다. 이러한 공정 조건은 챔버 내 압력 및 온도, 퍼징 가스의 종류 및 주입 속도, 원료 기체 및 H2O의 증기압이 될 수 있다. In order to perform the process at the high speed in the deposition of the molecular layer and to form a high quality self-assembled organic monolayer, control of process conditions is essential. These process conditions can be pressure and temperature in the chamber, type and rate of injection of the purging gas, vapor pressure of the source gas and H 2 O.

바람직하기로, 분자층 증착시 챔버 내 압력은 300∼350 mTorr, 챔버온도는 130∼150 ℃로, 기판온도는 150∼250℃, 바람직하기로 200 ℃로 조절한다. 또한 퍼징 가스로는 Ar 또는 N2를 사용하며 20∼60 sccm으로 주입한다. 이러한 공정 온도와 공정 압력은 후속의 공정에서 계속 유지되는 공정 온도와 공정 압력이나, 필요에 따라서는 상기 공정 온도와 공정 압력을 변경시킬 수 도 있다. Preferably, the pressure in the chamber during the deposition of the molecular layer is 300 to 350 mTorr, the chamber temperature is 130 to 150 ℃, the substrate temperature is adjusted to 150 to 250 ℃, preferably 200 ℃. In addition, as a purging gas, Ar or N 2 is used and injected at 20 to 60 sccm. The process temperature and the process pressure may be the process temperature and the process pressure which are continuously maintained in subsequent processes, but the process temperature and the process pressure may be changed as necessary.

이렇게 온도 및 압력이 제어된 챔버 내로 원료 기체와 H2O의 증기압의 비율을 3:1∼1:3, 바람직하기로 1:1이 되도록 조절하되, 이때 원료 기체와 H2O의 증기압은 각각 40∼60 mTorr 범위가 되도록 한다. 만약, 물의 증기압이 상기 범위에 기재된 것보다 적은 범위로 주입되면, 원료 기체에 의한 자기조립 분자막의 증착시간이 1분 이상으로 오래 걸려 전체적인 공정시간의 증가를 야기한다. 이와 반대로, 상기 범위보다 높은 범위로 물의 증기압을 유지하는 경우 이로 인해 원료 기체의 중합(polymerization)반응이 발생할 우려가 있고, 자기조립 분자막의 형성 자체가 어렵기 때문에 상기 범위 내에서 적절히 조절하여 사용한다.The ratio of the vapor pressure of the raw material gas and the H 2 O into the chamber in which the temperature and the pressure are controlled is controlled to be 3: 1 to 1: 3, preferably 1: 1, wherein the vapor pressures of the raw material gas and the H 2 O are respectively The range is 40 to 60 mTorr. If the vapor pressure of water is injected in a range less than that described in the above range, the deposition time of the self-assembled molecular film by the raw material gas is longer than 1 minute, causing an increase in the overall processing time. On the contrary, when the vapor pressure of the water is maintained in a range higher than the above range, there is a possibility that a polymerization reaction of the raw material gas may occur, and the self-assembly molecular film is difficult to form itself, so it is appropriately adjusted and used within the above range. do.

하기 반응식 1을 참고하면, Si 기판 표면에 7-OTS(7-옥테닐트리클로로실란)을 이용하여 자기조립 유기 단분자막을 형성함을 보여준다:Referring to Scheme 1 below, 7-OTS (7-octenyltrichlorosilane) is used to form a self-assembled organic monolayer on the surface of a Si substrate:

[반응식 1]Scheme 1

Figure 112007093702114-PAT00001
Figure 112007093702114-PAT00001

이때 자기조립 유기 단분자막 형성 이전에 기판을 전처리하여 기판 표면에 존재하는 오염 물질을 제거한다. 이러한 오염 물질 제거는 통상적으로 사용하는 방법이 가능하다. 일예로 증류수, 에탄올로 세척 후, N2 가스로 2 내지 3회 퍼징하여 기판 표면에 존재하는 오염 물질을 제거한다.At this time, before forming the self-assembled organic monolayer, the substrate is pretreated to remove contaminants present on the surface of the substrate. Removal of such contaminants is possible using conventional methods. For example, after washing with distilled water and ethanol, N 2 Purge two to three times with gas to remove contaminants present on the substrate surface.

또한 필요한 경우 기판의 표면을 개질하기 이전에 기판의 표면을 UV/O3 처리하여 기판 표면에 산화막을 형성하고, 상기 산화막 표면에 -OH기가 형성되어, 후속의 개질 반응시 화학 반응성(활성)을 높일 수 있다.In addition, if necessary, the surface of the substrate is UV / O 3 treated to form an oxide film on the surface of the substrate before reforming the surface of the substrate, and -OH groups are formed on the surface of the oxide layer, thereby improving chemical reactivity (activity) during subsequent modification. It can increase.

다음으로, (S2) 상기 형성된 자기조립 유기 단분자막을 O3를 이용하여 자기조립 유기 단분자막의 말단기를 -OH 및 -COOH로 치환한다.Next, (S2) the formed self-assembled organic monomolecular film is substituted with -OH and -COOH end groups of the self-assembled organic monomolecular film using O 3 .

상기 -OH 또는 -COOH 관능기는 후속의 금속 수산화물 단분자층의 형성을 용이하게 하고, 형성된 금속 수산화물 단분자층과 자기조립 유기 단분자막과의 접착력을 높인다.The -OH or -COOH functional group facilitates the subsequent formation of the metal hydroxide monolayer, and enhances the adhesion between the formed metal hydroxide monolayer and the self-assembled organic monolayer.

이때 O3 처리는 챔버 내 압력을 50∼100 mTorr으로 유지한 가운데 30초∼1분간 주입하여 이루어진다. 하기 반응식 2를 참고하면, O3 처리에 의해 자기조립 유기 단분자막의 말단기가 치환됨을 보여준다:At this time, the O 3 treatment is performed by injecting 30 seconds to 1 minute while maintaining the pressure in the chamber at 50 to 100 mTorr. Referring to Scheme 2 below, it is shown that the end group of the self-assembled organic monomolecular film is substituted by O 3 treatment:

[반응식 2]Scheme 2

Figure 112007093702114-PAT00002
Figure 112007093702114-PAT00002

다음으로, (S3)에서는 상기 O3 처리에 의해 활성화된 자기조립 유기 단분자막 상에 원자층 증착법(ALD)으로 금속 전구체를 반응시켜 금속 수산화물 단분자층 을 형성한다.Next, in (S3), the metal precursor is reacted by atomic layer deposition (ALD) on the self-assembled organic monomolecular film activated by the O 3 treatment to form a metal hydroxide monomolecular layer.

상기 금속 수산화물 단분자층은 Al, Si, Zr, Ti, Hf, La, Ta, Mg, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 원소를 포함하는 산화물로, 자기조립 유기 단분자막과 화학적으로 결합하여 원자층 수준의 두께로 존재한다.The metal hydroxide monolayer is an oxide containing at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Zr, Ti, Hf, La, Ta, Mg, and combinations thereof, and is chemically bonded to a self-assembled organic monolayer. Present at a layer level thickness.

원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지된 바의 장치를 이용하며 수행한다. 이러한 장치는 가스 공급 장치, 증착 챔버, 진공장치, 자동제어 시스템, 온도 제어 장치 등으로 구성된다.Atomic Layer Deposition (ALD) is not particularly limited in the present invention, and is carried out using a known device. Such a device is composed of a gas supply device, a deposition chamber, a vacuum device, an automatic control system, a temperature control device, and the like.

상기 장치를 이용하여 자기조립 유기 단분자막이 형성된 기판 상에 금속 수산화물 단분자층을 형성하기 위해서는In order to form a metal hydroxide monolayer on the substrate on which the self-assembled organic monolayer is formed using the above apparatus,

c1) 금속 원료 기체와 H2O를 펄스 형태로 유입하여 기판 상에 증착시키고,c1) a metal source gas and H 2 O are introduced in a pulse form and deposited on a substrate;

c2) 상기 금속 원료 기체를 자기조립 유기 단분자막과 반응시켜 금속 수산화물 단분자층을 형성하고,c2) reacting the metal raw material gas with a self-assembled organic monolayer to form a metal hydroxide monolayer,

c3) 퍼징 가스를 유입하여 미반응 원료 기체, 미반응 H2O나 증착 부산물을 제거한다.c3) Purging gas is introduced to remove unreacted raw gas, unreacted H 2 O or deposition byproducts.

이때 퍼징 가스는 Ar 또는 N2를 사용한다.At this time, the purging gas uses Ar or N 2 .

상기 원료 기체는 본 발명에서 한정하지 않으며, 전술한 바의 무기 박막을 형성할 수 있는 전구체(precursor)면 모두 가능하며, 빠른 시간 안에 원하는 전구체의 양을 챔버 내로 주입시키기 위하여 증기압이 높은 금속 화합물을 사용한다. 일예로, 상기 원료 기체로는 Al, Si, Zr, Ti, Hf, La, Ta, Mg 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 금속을 포함하는 알콕사이드, 염화물, 수산화물, 옥시수산화물, 질산염, 탄산염, 초산염, 옥살산염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군이 가능하다.The source gas is not limited in the present invention, and any precursor precursor capable of forming the inorganic thin film as described above may be used, and a metal compound having a high vapor pressure may be used to inject the desired precursor amount into the chamber in a short time. use. For example, the raw material gas may include alkoxide, chloride, hydroxide, oxyhydroxide, nitrate, including a metal selected from the group consisting of Al, Si, Zr, Ti, Hf, La, Ta, Mg, and combinations thereof. Groups of carbonates, acetates, oxalates and mixtures thereof are possible.

일예로 Al 금속 수산화물 단분자층을 형성하기 위한 원료 기체로는 트리메틸 알루미늄(Trimethyl aluminum; TMA) 등이 가능하고, Si 금속 수산화물 단분자층을 형성하기 위한 원료 기체는 트리메틸 오르소실리케이트(Trimethyl ortho silicate; TEOS), 테트라메틸 실리콘(Tetramethyl silicon; TMS), 테트라에틸 실리콘(Tetraethyl silicon; TES), 테트라디메틸아미노 실리콘(Tetradimethylamino silicon; TDMAS) 또는 테트라에틸메틸아미노 실리콘(Tetraethylmethylamino silicon; TEMAS)을 사용한다. Zr 금속 수산화물 단분자층을 형성하기 위한 원료 기체로는 테트라이소프로필 지르코늄(Zr(i-OPr)4), 등이 가능하고, Ti 금속 수산화물 단분자층을 형성하기 위한 원료 기체로는 테트라이소프로필 티타늄(Tetra isopropyl titanium), 테트라디메틸아미노에톡사이드 티타늄(Tetradimethyl aminoethoxide), 아이소 프록포 사이드 타이타늄(Titanium isopropoxide)등이 가능하다. 또한 Hf 금속 수산화물 단분자층을 형성하기 위한 원료 기체는 Hf([N(CH3)(C2H5)]3[OC(CH3)3]) 등이 가능하고, La 금속 수산화물 단분자층을 형성하기 위한 원료 기체는 트리이소프로필 란타늄(Penta isopropyl lanthanum) 등이 등이 가능하고, Ta 무기 박막을 형성하기 위한 원료 기체는 펜타이소프로필 탄탈륨(Penta isopropyl tantalum), 펜타 디메틸아미노에톡사이트 탄탈 륨(Pentadimethylaminoethoxide tantalum) 등이 가능하며, Zn 금속 수산화물 단분자층을 형성하기 위한 원료 기체는 DEZn(Diethyl Zinc)등이 있으며, Mg를 포함하는 유기금속 전구체는 Mg(OH)2가 가능하다.For example, a trimethyl aluminum (TMA) or the like may be used as a raw material gas for forming an Al metal hydroxide monolayer, and a trimethyl ortho silicate (TEOS) may be used as a raw material gas for forming an Si metal hydroxide monolayer. Tetramethyl silicon (TMS), tetraethyl silicon (TES), tetradimethylamino silicon (TDMAS) or tetraethylmethylamino silicon (TEMAS) are used. Tetra isopropyl zirconium (Zr (i-OPr) 4 ), etc. may be used as a raw material gas for forming a Zr metal hydroxide monolayer, and tetra isopropyl may be used as a raw material gas for forming a Ti metal hydroxide monolayer. titanium), tetradimethyl aminoethoxide, isoprofoside titanium (Titanium isopropoxide), and the like. In addition, the raw material gas for forming the Hf metal hydroxide monolayer may be Hf ([N (CH 3 ) (C 2 H5)] 3 [OC (CH 3 ) 3 ]) or the like, and the raw material for forming the La metal hydroxide monolayer. The gas may be triisopropyl lanthanum or the like, and raw materials for forming a Ta inorganic thin film include penta isopropyl tantalum and pentadimethylaminoethoxide tantalum. Etc., and a raw material gas for forming a Zn metal hydroxide monolayer is DEZn (Diethyl Zinc), and the like, and an organometallic precursor containing Mg may be Mg (OH) 2 .

상기 챔버의 온도는 기판에 영향을 미치지 않도록 금속 수산화물 단분자층을 증착시키기 위해 130∼150 ℃의 온도에서 수행한다. 또한 이때 챔버 내 압력은 300∼350 mTorr의 공정 압력으로 유지한다. 이러한 공정 온도와 공정 압력은 후속의 공정에서 계속 유지되는 공정 온도와 공정 압력이나, 필요에 따라서는 상기 공정 온도와 공정 압력을 변경시킬 수 도 있다.The temperature of the chamber is performed at a temperature of 130 to 150 ° C. in order to deposit the metal hydroxide monolayer so as not to affect the substrate. In this case, the pressure in the chamber is maintained at a process pressure of 300 to 350 mTorr. The process temperature and the process pressure may be the process temperature and the process pressure which are continuously maintained in subsequent processes, but the process temperature and the process pressure may be changed as necessary.

이렇게 온도 및 압력이 제어된 챔버 내로 금속 원료 기체와 H2O의 증기압의 비율을 3:1∼1:3, 바람직하기로 1:1이 되도록 조절하되, 이때 금속 원료 기체와 H2O의 증기압은 각각 40∼60 mTorr 범위가 되도록 한다. 만약, 물의 증기압이 상기 범위 보다 낮게 되면 금속 수산화물의 증착 시간이 증가하여 전체적인 공정시간이 늘어난다. 이와 반대로, 물의 증기압이 과도한 경우 금속 원료 기체와 반응하여 금속 원료 기체의 중합이 일어날 우려가 있다.In this way, the ratio of the vapor pressure of the metal raw material gas and the H 2 O to the temperature and pressure controlled chamber is adjusted to be 3: 1 to 1: 3, preferably 1: 1, wherein the vapor pressure of the metal raw material gas and the H 2 O is adjusted. Are in the range of 40 to 60 mTorr, respectively. If the vapor pressure of water is lower than the above range, the deposition time of the metal hydroxide is increased to increase the overall process time. On the contrary, when the vapor pressure of water is excessive, there is a fear that polymerization of the metal raw material gas occurs due to reaction with the metal raw material gas.

상기한 원자층 증착법으로 형성된 금속 수산화물 단분자층은 단원자층에서 두께 조절이 가능하며 완벽한 표면 반응을 이용한 증착법으로 저온에서 매우 우수한 성질의 박막은 완벽하게 조절되어 증착된다. The metal hydroxide monomolecular layer formed by the atomic layer deposition method is capable of controlling the thickness in the monoatomic layer, and a thin film having a very excellent property at low temperature is perfectly controlled and deposited by a deposition method using a perfect surface reaction.

하기 반응식 3을 참고하면, 자기조립 유기 단분자막과 금속 수산화물 단분자층이 화학적으로 결합됨을 보여준다:Referring to Scheme 3 below, the self-assembled organic monolayer and the metal hydroxide monolayer are shown to be chemically bonded:

[반응식 3]Scheme 3

Figure 112007093702114-PAT00003
Figure 112007093702114-PAT00003

전술한 바의 (S1) 내지 (S3) 단계를 1 사이클로 하였을 경우, 이를 1∼1000 회 수행하여 박막을 제조한다. 본 발명에 따른 방법은 ALD 공정과 SAMs 형성 공정을 이용하여 기판 상에 복합 박막의 제조가 가능하다.When the steps (S1) to (S3) as described above are performed in one cycle, the thin film is manufactured by performing this process 1 to 1000 times. The method according to the present invention enables the production of a composite thin film on a substrate using an ALD process and a SAMs formation process.

하기 반응식 4를 참고하면, 금속 수산화물 단분자층 상에 자기조립 유기 단분자막을 더욱 형성함을 보여준다:Referring to Scheme 4 below, the self-assembled organic monomolecular film is further formed on the metal hydroxide monomolecular layer:

[반응식 4]Scheme 4

Figure 112007093702114-PAT00004
Figure 112007093702114-PAT00004

본 발명에 따른 방법은 하기의 장점이 있다.The method according to the invention has the following advantages.

첫째로, 본 발명에서 사용되는 분자층 증착법(MLD)으로 제조된 박막은 기상 증착 방법으로 기상에서 빠른 속도로 고품질의 유기분자박막을 제조가 가능하다.First, the thin film manufactured by the molecular layer deposition method (MLD) used in the present invention can produce a high quality organic molecular thin film at a high speed in the vapor phase by the vapor deposition method.

둘째로, 상기 박막은 자기조립 유기 단분자막 사이에 금속 수산화물 단분자층이 형성되어, 자기조립 유기 단분자막의 결합이 보다 강하게 연결되어 초격자 박막으로 완전히 새로운 개념의 나노신소재 박막이라 할 수 있다.Second, the thin film is formed of a metal hydroxide monomolecular layer between the self-assembled organic monolayer, the bond of the self-assembled organic monolayer is more strongly connected to the superlattice thin film is a new concept of nano-thin material thin film.

셋째로, 분자층 증착시 원료 기체와 물의 증기압 비율을 조절하여 자기조립 유기 단분자막의 형성시간을 최대 5초까지 줄일 수 있다.Third, the formation time of the self-assembled organic monomolecular film can be reduced up to 5 seconds by controlling the vapor pressure ratio of the source gas and water during the molecular layer deposition.

이러한 방법은 막 형성 과정을 분자 수준에서 조절할 수 있으며, 자기조립 유기 단분자막을 형성하는 분자의 작용기를 선택적으로 다양하게 변화시킬 수 있고, 또한 그 조절도 가능하며, 고체 기질과의 결합도 강하여 막의 안정성도 뛰어나 원하는 경우 제거가 용이하다. 상기와 같은 특성을 갖는 자기조립 다층 분자막은 반도체 또는 전자소자 제조를 위한 나노패터닝(nanopatterning), 화학적 센서(chemical sensor) 및 생체 센서(biosensor), 나노트라이볼로지(nanotribology), 표면 개질(surface modification), 나노전자기계 시스템(NEMS :NanoElectroMechanical System), 마이크로전자기계 시스템(MEMS : MicroElectroMechanical System), 비휘발성 메모리(Nonvolatile Memory) 등 다양한 분야에 응용이 가능하다.This method can control the membrane formation process at the molecular level, and can selectively change the functional groups of the molecules forming the self-assembled organic monomolecular membrane, and also can control the membrane formation, and also has a strong bond with the solid substrate to ensure the stability of the membrane. It is also excellent and easy to remove if desired. Self-assembled multilayer molecular film having the above characteristics is nanopatterning, chemical sensor and biosensor, nanotribology, surface modification for semiconductor or electronic device manufacturing Applications include modification, nanoelectromechanical systems (NEMS), microelectromechanical systems (MEMS), and nonvolatile memory (Nonvolatile Memory).

특히 본 발명에서 금속 수산화물 단분자층으로 TMA(trimethyl aluminum)를 사용하는 경우 누설절류 문제점을 해결하는 동시에 절연막의 막 두께가 10nm 이하로 10배 이상 줄여 OTFT에 유전막으로서 적용이 가능하고, 증착과정에서 물을 이용하여 사용하는 경우 알루미늄 하이드록사이드층의 형성이 가능하다.In particular, in the present invention, when TMA (trimethyl aluminum) is used as the metal hydroxide monolayer, it is possible to solve the leakage current problem and reduce the film thickness of the insulating film by 10 times or less to 10 nm or less, which can be applied as a dielectric film to OTFT, and water in the deposition process. In the case of use, it is possible to form an aluminum hydroxide layer.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are provided to aid in understanding the present invention. However, the following examples are merely provided to more easily understand the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the examples.

(실시예 1) (Example 1)

Si(100) 기판을 증류수, 에탄올로 세척 후, N2 가스 (2~3회)로 퍼징하여 기판 표면의 오염물질을 제거한 후, O3 처리하여 산화막을 형성하였다. The Si (100) substrate was washed with distilled water and ethanol, purged with N 2 gas (2-3 times) to remove contaminants on the surface of the substrate, and then treated with O 3 to form an oxide film.

다음으로, 세정 건조된 기판을 증착 챔버에 로딩하고, 진공 장치를 작동하여 압력을 1.0×10-3 torr로 낮추었다. 이어서, Ar 가스를 50sccm을 흘려주면서 챔버 온도를 140±10 ℃ 기판온도를 200 ℃로 유지하였다. 이어, SiO2 산화막 위에 7-OTS(7-옥테닐트리클로로실란) 가스와 H2O를 같은 1:1의 증기압 비율(40 mTorr)로 5초간 반응기로 유입하여 기판에 증착시킨 후, Ar 가스로 잔여 부산물을 제거하였다. 이때 7-OTS 소스와 H2O 소스의 온도는 각각 100 ℃ 및 상온으로 하였으며, 물은 미티링 벨브로 압력을 조절하였다.(1단계)Next, the cleaned and dried substrate was loaded into the deposition chamber and the vacuum apparatus was operated to lower the pressure to 1.0 × 10 −3 torr. Subsequently, the chamber temperature was maintained at 140 ± 10 ° C and the substrate temperature was 200 ° C while flowing 50 sccm of Ar gas. Subsequently, 7-OTS (7-octenyltrichlorosilane) gas and H 2 O were introduced into the reactor for 5 seconds on the SiO 2 oxide film at the same vapor pressure ratio (40 mTorr) and deposited on the substrate for 5 seconds. Residual byproducts were removed. At this time, the temperature of the 7-OTS source and the H 2 O source were 100 ° C. and room temperature, respectively, and the water was controlled by a Metiring valve.

이어서, 상기 증착된 7-OTS의 이중결합 작용기를 오존을 이용하여 30초 동안 활성화 한 후, Ar 가스로 퍼징하였다.(2단계)Subsequently, the deposited 7-OTS double bond functional group was activated for 30 seconds using ozone, and then purged with Ar gas.

다음으로, 상기 활성화된 단분자막 위에 TMA(트리메틸 알루미늄) 및 H2O를 1:1의 증기압 비율(40 mTorr)로 5초간 펄스 형태로 유입하여 기판 위에 증착시키고, Ar 퍼징가스를 유입하여 증착된 TMA와 반응시켜 수산화알루미늄 막을 형성하였다. 이어 Ar 퍼징가스를 유입하여 미반응 H2O 및 반응 부산물들을 제거였다. 이때 TMA와 H2O의 온도는 상온으로 유지하였고, 미터링 벨브를 이용하여 증기압력을 조절하였다.(3단계)Next, TMA (trimethyl aluminum) and H 2 O were introduced on the activated monolayer in a pulse form at a vapor pressure ratio of 40 mTorr for 5 seconds and deposited on the substrate, and TMA deposited by introducing Ar purging gas. And reacted to form an aluminum hydroxide film. Ar purging gas was then introduced to remove unreacted H 2 O and reaction byproducts. At this time, the temperature of the TMA and H 2 O was maintained at room temperature, and the steam pressure was controlled by using a metering valve.

상기 1∼3단계를 기본 1사이클로 정의하여 40회 수행하여 자기조립 다층 분자막을 제조하였다.The self-assembly multilayer molecular film was prepared by performing 40 times by defining steps 1 to 3 as the basic 1 cycle.

(참조예 1)(Reference Example 1)

대한민국 특허출원 제2007-84683호에 기재된 바의 방식으로 Si 기판 상에 TiO2과 7-OTS가 교번하여 적층된 다층 분자막을 제조하였다.A multilayer molecular film in which TiO 2 and 7-OTS were alternately stacked on a Si substrate was prepared in the manner described in Korean Patent Application No. 2007-84683.

(실험예 1)Experimental Example 1

상기 실시예 1에서 얻어진 박막을 XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), CAA (Contant Angle Analysis) 및 TEM (Transmission Electron Microscopy)으로 분석하였으며, 그 결과를 하기에 나타내었다.The thin film obtained in Example 1 was analyzed by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Contact Angle Analysis (CAA) and Transmission Electron Microscopy (TEM), and the results are shown below.

XPS 분석XPS Analysis

도 1은 실시예 1에서 제조된 박막의 XPS 그래프이다.1 is an XPS graph of a thin film prepared in Example 1.

도 1을 참조하면, 적층되는 분자층의 수가 증가할수록 탄소의 양이 증가하면서 기판의 실리콘의 양이 감소한다는 것을 알 수 있었으며, 이로부터 증착된 분자막이 다층으로 형성되고 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 1, it can be seen that as the number of molecular layers stacked increases, the amount of carbon decreases as the amount of carbon increases, and from this, it can be seen that the deposited molecular film is formed in multiple layers.

CAA 분석CAA Analysis

도 2는 실시예 1에서 제조된 박막의 박막 수에 따른 접촉각(Contact Angle)을 보여주는 그래프이고, 도 3은 7-OTS 주입 시간에 따른 접촉각을 보여준다.2 is a graph showing a contact angle according to the number of thin films of the thin film manufactured in Example 1, and FIG. 3 shows a contact angle according to a 7-OTS injection time.

도 2 및 도 3을 참조하면, 각 단계에 따라 접촉각(Contact Angle)이 주기적으로 변하고 있다는 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3, it can be seen that the contact angle changes periodically according to each step.

TEM 분석TEM analysis

도 4는 실시예 1에서 제조된 박막에 대한 단면 TEM 사진이다.4 is a cross-sectional TEM photograph of the thin film prepared in Example 1.

도 4를 참조하면, 자기조립 유기 단분자막과 금속 수산화물 단분자층이 교호적으로 적층되어 있음을 알 수 있다. 이때 자기조립 유기 단분자막은 1 nm의 두께를, 금속 수산화물 단분자층을 0.1 nm의 두께를 가짐을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the self-assembled organic monolayer and the metal hydroxide monolayer are alternately stacked. In this case, it can be seen that the self-assembled organic monolayer has a thickness of 1 nm and the metal hydroxide monolayer has a thickness of 0.1 nm.

도 5는 실시예 1에서 제조된 박막의 박막 수에 따른 두께 변화를 보여주는 그래프이다.5 is a graph showing a change in thickness according to the number of thin films of the thin film manufactured in Example 1. FIG.

도 5를 참조하면, 자기조립 유기 단분자막과 금속 수산화물 단분자층이 상기 1사이클의 수가 증가할수록 그 두께가 선형적으로 증가함을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the thickness of the self-assembled organic monolayer and the metal hydroxide monolayer increased linearly as the number of cycles increased.

(실험예 2) Experimental Example 2

상기 실시예 1에서 얻어진 박막과 참조예 1의 박막의 전기누설 특성을 알아보기 위해 -5V∼5V에서 전압을 인가하여 누설 전류를 측정하였다.In order to determine the electrical leakage characteristics of the thin film obtained in Example 1 and the thin film of Reference Example 1, a leakage current was measured by applying a voltage at -5V to 5V.

도 6은 실시예 1의 박막의 전압에 따른 전기누설 변화를 보여주는 그래프이고, 도 7은 참조예 1의 박막의 전압에 따른 전기누설 변화를 보여주는 그래프이다.6 is a graph showing a change in electrical leakage according to the voltage of the thin film of Example 1, Figure 7 is a graph showing a change in electrical leakage according to the voltage of the thin film of Reference Example 1.

도 6을 참조하면, 실시예 1의 다층 분자막의 경우 분자막을 적층할수록 누설전류가 감소하였으며, 5회 증착의 경우 3 V에서 10-6 A/cm2 이하의 수치를 보였다. 이와 비교하여 도 7의 결과를 보면, 참조예 1의 90회 증착의 경우 동일 전압에서 10-4 A/cm2 인 수치를 나타내었다.Referring to FIG. 6, in the case of the multilayer molecular film of Example 1, the leakage current decreased as the molecular films were stacked, and in the case of five depositions, 10 −6 A / cm 2 at 3 V. The following values were shown. In comparison, the results of FIG. 7 show that the value of 10 −4 A / cm 2 at the same voltage in the case of 90 depositions of Reference Example 1. FIG.

이러한 결과는 본 발명에 따라 제조된 다층 분자막의 경우 약 5.5 nm(5회 증 착)의 두께에서도 누설 전류를 감소시켜 보다 얇은 두께로 박막을 형성하더라도 절연막으로서 보다 우수하게 사용할 수 있음을 의미한다. These results indicate that the multilayered molecular film prepared according to the present invention can be better used as an insulating film even when a thin film is formed at a thinner thickness by reducing leakage current even at a thickness of about 5.5 nm (five times deposition). .

도 1은 실시예 1에서 제조된 박막의 XPS 그래프이다.1 is an XPS graph of a thin film prepared in Example 1.

도 2는 실시예 1에서 제조된 박막의 박막 수에 따른 접촉각(Contact Angle)을 보여주는 그래프이다.2 is a graph showing a contact angle according to the number of thin films of the thin film manufactured in Example 1. FIG.

도 3은 실시예 1에서 박막 제조시 7-OTS 주입 시간에 따른 접촉각을 보여준다.Figure 3 shows the contact angle according to the 7-OTS injection time when manufacturing a thin film in Example 1.

도 4는 실시예 1에서 제조된 박막에 대한 단면 TEM 사진이다.4 is a cross-sectional TEM photograph of the thin film prepared in Example 1.

도 5는 실시예 1에서 제조된 박막의 박막 수에 따른 두께 변화를 보여주는 그래프이다.5 is a graph showing a change in thickness according to the number of thin films of the thin film manufactured in Example 1. FIG.

도 6은 실시예 1의 박막의 전압에 따른 전기누설 변화를 보여주는 그래프이다.6 is a graph showing a change in electrical leakage according to the voltage of the thin film of Example 1.

도 7은 참조예 1의 박막의 전압에 따른 전기누설 변화를 보여주는 그래프이다.7 is a graph showing a change in electrical leakage according to the voltage of the thin film of Reference Example 1.

Claims (13)

(S1) 기판 표면에 분자층 증착법(MLD; Molecular Layer Deposition)을 이용하여 기상 반응에 의해 자기조립 유기 단분자막을 형성하는 단계;(S1) forming a self-assembled organic monomolecular film on the surface of the substrate by vapor phase reaction using Molecular Layer Deposition (MLD); (S2) 상기 기판을 O3로 처리하여 자기조립 유기 단분자막의 말단기를 -OH 또는 -COOH로 치환하는 단계; 및(S2) treating the substrate with O 3 to replace the terminal group of the self-assembled organic monomolecular film with -OH or -COOH; And (S3) 상기 자기조립 유기 단분자막 상에 원자층 증착법(ALD; Atomic Layer Deposition)으로 금속 전구체를 반응시켜 금속 수산화물 단분자층을 형성하는 단계;를 수행하되(S3) forming a metal hydroxide monomolecular layer by reacting a metal precursor on the self-assembled organic monomolecular film by atomic layer deposition (ALD); 상기 (S1) 내지 (S3) 단계를 1사이클로 하여 반복 수행하는 자기조립 다층 분자막의 제조방법.Method for producing a self-assembled multilayer molecular film is performed by repeating the steps (S1) to (S3) as one cycle. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자기조립 유기 단분자막은The self-assembled organic monolayer a1) 기판을 챔버 내로 로딩한 후, 진공 장치를 작동하여 챔버 내 압력을 조절하고,a1) after loading the substrate into the chamber, operate the vacuum apparatus to regulate the pressure in the chamber, a2) 상기 챔버 내로 퍼징 가스를 흘려주면서 챔버 내 온도를 제어하고, a2) controlling the temperature in the chamber while flowing purge gas into the chamber, a3) 상기 챔버 내로 자기조립 유기 단분자막을 형성하기 위한 원료 기체와 H2O를 공급하여 기판 상에 자기조립 유기 단분자막을 형성하고,a3) supplying a raw material gas and H 2 O to form a self-assembled organic monomolecular film into the chamber to form a self-assembled organic monomolecular film on the substrate, a4) 퍼징 가스를 유입하여 미반응 원료 기체, 미반응 H2O나 증착 부산물을 제거하는 단계를 거쳐 수행하는 것인 자기조립 다층 분자막의 제조방법.a4) A method for producing a self-assembled multilayer molecular film, which is carried out by introducing a purge gas to remove unreacted raw gas, unreacted H 2 O or deposition by-products. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 원료 기체는 C1∼C20의 알킬기를 포함하는 지방산, C1∼C20의 알킬기를 포함하는 알킬트리할로실란, C1∼C20의 알킬기를 포함하는 알킬트리알콕시실란, C1∼C20의 알킬기를 포함하는 알킬실록산, C1∼C20의 알킬기를 포함하는 알킬티올, C1∼C20의 알킬기를 포함하는 알킬포스페이스트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것인 자기조립 다층 분자막의 제조방법.The raw material gas includes a fatty acid containing a C1 to C20 alkyl group, an alkyltrihalosilane containing a C1 to C20 alkyl group, an alkyltrialkoxysilane containing a C1 to C20 alkyl group, and an alkyl containing a C1 to C20 alkyl group. A method for producing a self-assembled multilayer molecular membrane, which is one selected from the group consisting of siloxane, alkylthiol containing alkyl groups of C1 to C20, alkylpospaces containing alkyl groups of C1 to C20, and combinations thereof. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 분자층 증착시 챔버 내 압력은 300∼350 mTorr, 챔버온도는 130∼150 ℃로 기판온도는 150∼250℃로 조절하고, 퍼징 가스로는 Ar 또는 N2를 20∼60 sccm으로 주입하여 수행하는 것인 자기조립 다층 분자막의 제조방법.When the molecular layer is deposited, the pressure in the chamber is 300 to 350 mTorr, the chamber temperature is 130 to 150 ° C., the substrate temperature is adjusted to 150 to 250 ° C., and the purging gas is performed by injecting Ar or N 2 at 20 to 60 sccm. Method for producing a self-assembled multilayer molecular membrane. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 분자층 증착시 원료 기체와 H2O의 증기압의 비율을 3:1∼1:3이 되도록 수행하는 것인 자기조립 다층 분자막의 제조방법.Method of producing a self-assembled multilayer molecular film is carried out so that the ratio of the vapor pressure of the source gas and H 2 O to 3: 1 to 1: 3 during the molecular layer deposition. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 분자층 증착시 원료 기체와 H2O의 증기압은 각각 40∼60 mTorr이 되도록 수행하는 것인 자기조립 다층 분자막의 제조방법.The vapor pressure of the raw material gas and H 2 O when the molecular layer deposition is performed to be 40 to 60 mTorr, respectively. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 O3 처리는 챔버 내 압력을 50∼100 mTorr으로 유지한 가운데 30초∼1분간 주입하여 수행하는 것인 자기조립 다층 분자막의 제조방법.The O 3 treatment is performed by injecting for 30 seconds to 1 minute while maintaining the pressure in the chamber at 50 to 100 mTorr. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 수산화물 단분자층은The metal hydroxide monolayer is c1) 금속 원료 기체와 H2O를 펄스 형태로 유입하여 기판 상에 증착시키고,c1) a metal source gas and H 2 O are introduced in a pulse form and deposited on a substrate; c2) 상기 금속 원료 기체를 자기조립 유기 단분자막과 반응시켜 금속 수산화물 단분자층을 형성하고,c2) reacting the metal raw material gas with a self-assembled organic monolayer to form a metal hydroxide monolayer, c3) 퍼징 가스를 유입하여 미반응 원료 기체, 미반응 H2O나 증착 부산물을 제거하는 단계를 수행하여 형성하는 것인 자기조립 다층 분자막의 제조방법.c3) forming a self-assembled multilayer molecular film by introducing a purge gas to remove unreacted raw material gas, unreacted H 2 O or deposition by-products. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 금속 원료 기체는 Al, Si, Zr, Ti, Hf, La, Ta, Mg 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 금속을 포함하는 알콕사이드, 염화물, 수산화물, 옥 시수산화물, 질산염, 탄산염, 초산염, 옥살산염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군인 것인 자기조립 다층 분자막의 제조방법.The metal raw material gas may be alkoxide, chloride, hydroxide, oxyhydroxide, nitrate, carbonate, containing a metal selected from the group consisting of Al, Si, Zr, Ti, Hf, La, Ta, Mg, and combinations thereof. A method for producing a self-assembled multilayer molecular membrane consisting of acetate, oxalate and a mixture thereof. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 금속 수산화물 단분자층 증착시 금속 원료 기체와 H2O의 증기압의 비율을 3:1∼1:3이 되도록 수행하는 것인 자기조립 다층 분자막의 제조방법.The method of manufacturing a self-assembled multilayer molecular film is to perform a ratio of the vapor pressure of the metal source gas and H 2 O to 3: 1 to 1: 3 when the metal hydroxide monolayer is deposited. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 금속 수산화물 단분자층 증착시 금속 원료 기체와 H2O의 증기압은 각각 40∼60 mTorr이 되도록 수행하는 것인 자기조립 다층 분자막의 제조방법. The vapor deposition of the metal raw material gas and H 2 O during the deposition of the metal hydroxide monomolecular layer is performed to be 40 to 60 mTorr, respectively. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 추가로 (S1) 이전에 전처리 단계를 수행하는 것인 자기조립 다층 분자막의 제조방법.Further (S1) is a method for producing a self-assembled multi-layered molecular membrane to be carried out before the (S1). 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 전처리는 기판을 증류수, 에탄올로 세척 후, N2 가스로 2 내지 3회 퍼징하여 기판 표면에 존재하는 오염 물질을 제거하고, The pretreatment removes contaminants on the surface of the substrate by washing the substrate with distilled water and ethanol, and purging with N 2 gas two or three times. 기판의 표면을 O3 처리하여 기판 표면에 산화막을 형성하는 공정인 것인 자 기조립 다층 분자막의 제조방법.A method for producing a self-assembled multilayer molecular film, which is a step of forming an oxide film on the surface of a substrate by treating the surface of the substrate with O 3 .
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