KR20160131793A - 비정질 박막의 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 의하면, 비정질 박막을 형성하는 방법은, 하지에 아미노실란계 가스를 흘려 상기 하지 표면에 시드층을 형성하는 공정; 상기 시드층에 보론계 가스를 포함하는 제1 소스가스를 공급하여 보론이 도핑된 제1 비정질 박막을 형성하는 공정; 그리고 상기 제1 비정질 박막에 보론계 가스를 포함하는 제2 소스가스를 공급하여 보론이 도핑된 제2 비정질 박막을 형성하는 공정을 포함한다.
Description
본 발명은 비정질 박막을 형성하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보론이 도핑된 제1 비정질 박막을 형성한 후 보론이 도핑된 제2 비정질 박막을 형성하여 제2 비정질 박막의 표면 거칠기를 최소화할 수 있는 성막 방법에 관한 것이다.
비정질 박막(amorphous thin film)을 저온(300도 미만)에서 증착하는 경우, 보론을 도핑하면 표면 거칠기가 급격히 저하된다. 특히, 비정질 박막의 목표 두께를 200Å으로 하면 표면 거칠기(RMS) 0.3nm 이하의 비정질 박막을 형성하는 것이 곤란하다. 따라서, 이를 개선할 수 있는 기술이 필요하다.
본 발명의 목적은 비정질 박막의 표면 거칠기를 최소화할 수 있는 성막 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 비정질 박막을 형성하는 방법은, 하지에 아미노실란계 가스를 흘려 상기 하지 표면에 시드층을 형성하는 공정; 상기 시드층에 보론계 가스를 포함하는 제1 소스가스를 공급하여 보론이 도핑된 제1 비정질 박막을 형성하는 공정; 그리고 상기 제1 비정질 박막에 보론계 가스를 포함하는 제2 소스가스를 공급하여 보론이 도핑된 제2 비정질 박막을 형성하는 공정을 포함한다.
상기 보론계 가스는 B2H6일 수 있다.
상기 제1 소스가스에 포함된 실란계 가스는 SiH4일 수 있다.
상기 제2 소스가스에 포함된 실란계 가스는 Si2H6이고, 상기 제2 비정질 박막은 실리콘 박막이되, 상기 제1 비정질 박막을 형성하는 공정은 300도에서 이루어지며, 상기 제2 비정질 박막을 형성하는 공정은 400도에서 이루어질 수 있다.
상기 제2 소스가스에 포함된 실란계 가스는 SiH4와 Si2H6가 4:1로 혼합되며, 상기 제2 비정질 박막은 실리콘 박막일 수 있다.
상기 제2 소스가스는 실란계 가스 및 게르마늄계 가스를 더 포함하며, 상기 제2 소스가스에 포함된 실란계 가스와 게르마늄계 가스는 1:2로 혼합될 수 있다.
상기 제2 소스가스에 포함된 실란계 가스는 SiH4이고, 상기 제2 비정질 박막은 실리콘 박막이되, 상기 제1 소스가스는 N2 15000sccm을 포함하며, 상기 제2 소스가스는 N2 5000sccm, H2 3000sccm을 포함할 수 있다.
상기 제2 소스가스는 게르마늄계 가스를 포함하며, 상기 제2 비정질 박막은 게르마늄 박막일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 제1 박막을 형성한 후 제2 박막을 형성함으로써 제2 박막의 표면 거칠기를 최소화할 수 있다.
도 1은 공정조건의 변화에 따라 개선된 비정질 박막의 표면 거칠기를 나타내는 그래프이다.
도 2는 두께 증가에 따른 비정질 박막의 표면 거칠기를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따라 개선된 비정질 박막의 표면 거칠기를 나타내는 그래프이다.
도 2는 두께 증가에 따른 비정질 박막의 표면 거칠기를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따라 개선된 비정질 박막의 표면 거칠기를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 3을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
도 1은 공정조건의 변화에 따라 개선된 비정질 박막의 표면 거칠기를 나타내는 그래프이다. 먼저, 실리콘 기판 상에 하지가 형성되며, 하지는 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막일 수 있다. 하지 상에 아미노실란계 가스(예를 들어, DIPAS)를 기판의 표면에 흘려 시드층을 형성하며, 이후 비정질 박막을 시드층 상에 형성한다.
도 1에 도시한 비정질 박막은 아래 표 1과 같은 공정조건으로 형성되며, 아미노실란계 가스를 30초 동안 흘려 시드층을 형성한 후 도 1에 도시한 비정질 박막이 200Å 형성된다. 참고로, D/R은 증착률을 의미한다.
한편, 디보란(B2H6)은 보론계 가스의 예이며, 아래 공정조건과 달리 다른 보론계 가스로 대체될 수 있다.
Item | Temp [℃] |
SiH4 [SCCM] |
Si2H6 [SCCM] |
GeH4 [SCCM] |
B2H6 [SCCM] |
TN2 [SCCM] |
H2 [SCCM] |
D/R [A/sec] |
B Conc. [at/cm3] |
RMS [nm] |
|
300℃ Ref | 300 | 150 | 50 | 15000 | - | 1.1 | 4.8E21 | 0.53~0.65 | |||
Temp-up | 400 | - | 3.9 | 4.3E21 | 0.457 | ||||||
MS&DS Merge | 300 | 40 | 10 | - | 1000 | 20000 | - | 3.15 | 5.4E21 | 0.484 | |
SiGe | 50 | - | 100 | 150 | 5000 | - | 2.2 | 5.6E21 | 0.401 | ||
H2 Carrier | 150 | - | 50 | 5000 | 3000 | 0.7 | 6.95E21 | 0.433 | |||
GeB | - | - | 500 | 100 | 5000 | 3000 | - | - | - |
도 1에 도시한 바와 같이, 공정조건을 기준 공정(300℃ Ref)으로부터 변화함에 따라 표면 거칠기가 개선됨을 알 수 있다. 도 1을 살펴보면 개선효과는 아래와 같다.
첫번째는 비정질 박막의 공정조건 중 공정온도를 300도에서 400도로 증가시킨 경우이며, 이 경우 표면 거칠기가 0.614에서 0.457로 개선되었다.
두번째는 실란계 가스를 모노실란(SiH4)에서 모노실란(SiH4)과 디실란(Si2H6)의 혼합 가스로 변경한 경우이며, 모노실란과 디실란은 4:1의 비율로 혼합된다. 이 경우 표면 거칠기가 0.651에서 0.484로 개선되었다.
세번째는 GeH4를 공급한 경우이며, 이 경우 표면 거칠기가 0.561에서 0.401로 개선되었다.
네번째는 수소가스를 공급한 경우이며, 이 경우 표면 거칠기가 0.534에서 0.433으로 개선되었다.
그러나, 비정질 박막은 두께가 증가함에 따라 표면 거칠기가 아래와 같이 달라진다. 표 2를 그래프로 나타내면 도 2와 같다.
THK(Å) | 300℃ Ref | H2 Carrier | SiGe | MS&DS Merge |
50 | 0.238 | 0.492 | 0.463 | 0.363 |
100 | 0.355 | 0.514 | 0.424 | 0.370 |
200 | 0.551 | 0.500 | 0.436 | 0.409 |
즉, 표 2 및 도 2와 같이, 50Å에서 비정질 박막의 표면 거칠기는 기준 공정이 나머지 공정에 비해 가장 우수하나, 기준 공정의 경우 비정질 박막의 두께가 증가함에 따라 표면 거칠기가 급격히 증가한다. 반면에, 나머지 공정의 경우 비정질 박막의 두께에 따른 표면 거칠기의 변화가 미미하다.
이와 같은 점을 고려하면, 기준 공정을 이용하여 제1 비정질 박막을 형성한 후, 각각의 공정조건을 통해 제2 비정질 박막을 형성함으로써, 제2 비정질 박막의 표면 거칠기를 도 3에 도시한 바와 같이 크게 개선할 수 있다.
한편, 표 1의 다섯번째 항목에 기재된 바와 같이, 기준 공정의 실란계 가스(모노실란 또는 디실란)는 게르마늄계 가스로 대체될 수 있으며, 이 경우 비정질 박막은 실리콘 박막이 아닌 게르마늄 박막이다. 앞서 설명한 제1 비정질 박막 상에 게르마늄 박막인 제2 비정질 박막을 형성할 경우 제2 비정질 박막의 표면 거칠기가 마찬가지로 개선됨을 확인할 수 있다.
본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.
Claims (8)
- 하지에 아미노실란계 가스를 흘려 상기 하지 표면에 시드층을 형성하는 공정;
상기 시드층에 보론계 가스를 포함하는 제1 소스가스를 공급하여 보론이 도핑된 제1 비정질 박막을 형성하는 공정; 및
상기 제1 비정질 박막에 보론계 가스를 포함하는 제2 소스가스를 공급하여 보론이 도핑된 제2 비정질 박막을 형성하는 공정을 포함하는, 비정질 박막의 형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 보론계 가스는 B2H6인, 비정질 박막의 형성방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 소스가스에 포함된 실란계 가스는 SiH4인, 비정질 박막의 형성방법. - 제3항에 있어서,
상기 제2 소스가스에 포함된 실란계 가스는 Si2H6이고, 상기 제2 비정질 박막은 실리콘 박막이되,
상기 제1 비정질 박막을 형성하는 공정은 300도에서 이루어지며,
상기 제2 비정질 박막을 형성하는 공정은 400도에서 이루어지는, 비정질 박막의 형성방법. - 제3항에 있어서,
상기 제2 소스가스에 포함된 실란계 가스는 SiH4와 Si2H6가 4:1의 비율로 혼합되며,
상기 제2 비정질 박막은 실리콘 박막인, 비정질 박막의 형성방법. - 제3항에 있어서,
상기 제2 소스가스는 실란계 가스 및 게르마늄계 가스를 더 포함하며,
상기 제2 소스가스에 포함된 실란계 가스와 게르마늄계 가스는 1:2의 비율로 혼합된, 비정질 박막의 형성방법. - 제3항에 있어서,
상기 제2 소스가스에 포함된 실란계 가스는 SiH4이고, 상기 제2 비정질 박막은 실리콘 박막이되,
상기 제1 소스가스는 N2 15000sccm을 포함하며,
상기 제2 소스가스는 N2 5000sccm, H2 3000sccm을 포함하는, 비정질 박막의 형성방법. - 제3항에 있어서,
상기 제2 소스가스는 게르마늄계 가스를 포함하며,
상기 제2 비정질 박막은 게르마늄 박막인, 비정질 박막의 형성방법.
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