[논문]라인형 플라즈마 소스를 이용한 ALD 공정 연구

권기청; 조태훈; 최진우; 송세영; 설제윤; 이준신

라인형 플라즈마 소스를 이용한 ALD 공정 연구
Study of ALD Process using the Line Type Plasma Source 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.15 no.4, 2016년, pp.33 - 35

권기청 (광운대학교 전자물리학과) , 조태훈 (광운대학교 전자물리학과) , 최진우 (광운대학교 전자물리학과) , 송세영 (나인테크) , 설제윤 (나인테크) , 이준신 (성균관대학교 정보통신대학)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, a new plasma source was used in the ALD process. Line type plasma sources were analyzed by electric and magnetic field simulation. And the results were compared with plasma density and electron temperature measurement results. As a result, the results of the computer simulation and the diagnosis results of plasma density and electron temperature showed similar tendency. At this time, the plasma uniformity is 95.6 %. $Al_2O_3$ thin film was coated on 6 inch Si-wafer, using this plasma source. The uniformity of the thin film was more than 98% and the thin film growth rate was 0.13 nm/cycle.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

플라즈마 진단에 사용된 진단계는 wise probe이고 전산모사 결과와 비교해 보았다. 또한 이 소스를 이용하여 Al₂O₃ 박막을 생성하여 연관성을 연구하였다.
이에 개발 및 연구 중인 라인형 플라즈마소스를 이용한ALD 소스의 시뮬레이션과 공정결과를 비교해보고 공정을 진행하였다. 개발 장비의 모식도는 그림 1과 같다.

제안 방법

웨이퍼는 태양전지용 6인치 웨이퍼를 사용하여 5장이 한번에 증착 가능하게 스테이지를 제작하였다. 먼저 공정전 전산모사 프로그램을 이용하여 기존의 플라즈마 소스의 전기장과 자기장을 확인하였다. 소스의 형태는 앞의 그림 1과 같이 두 개의 소스와 그사이에 그라운드가 위치하여, 두 개의 소스에서 발생된 플라즈마가 상호작용을 하며 그 사이로 precursor를 투입하여 공정이 진행되는 형태이다.
실제 공정을 확인하기 위해 Al₂O₃를 증착하여 증착율과 균일도를 확인해 보았다. 입력 전력은 1 kW, TMA (trimethylaluminum)을 주입 후 산소 플라즈마를 발생시켜 1회 기판이동 후 퍼지하는 순서를 1 cycle로 하여 공정을 반복 진행하여 100, 400, 500 cycle을 진행하였다.

대상 데이터

사용된 소스는 그림 1과 같이 길이방향으로 1.8m의 전극 두개가 플라즈마 생성에 있어 상호 보완이 가능한 형태로 제작 하였다. 또한 플라즈마 생성 및 플라즈마의 균일도 보완을 위해 1000 gauss의 영구자석을 배치하였다.

데이터처리

이를 통해 실제 공정의 경향성을 대략적으로 추측해볼 수 있다. 공정 진행 시 소스의 양 끝단 방향의 플라즈마가 강한지 확인하기 위해, Wise probe(P&A solutions)를 이용하여 기판에서 약 10 mm 상단에서 플라즈마 소스 방향으로 진단을 하였다. 이 진단 방법은 전극에서 일정 주파수를 발생시켜 반사되는 주파수를 계산하여 플라즈마 밀도 및 전자온도를 도출하는 방식이다.

성능/효과

라인형 플라즈마 소스를 이용한 ALD 공정 연구를 위해 전산모사를 실시하여 그 결과 전기장과 자기장의 발생이 균일한 소스를 제작하였고, 발생되는 플라즈마의 밀도를 측정한 결과 전산모사 결과의 전기장 및 자기장 형태와 유사한 경향성을 보이며 이때 플라즈마의 밀도는 평균 9.5 × 10¹⁰m^-3 균일도는 95.6 %이고 전자온도는 평균 1 eV 이다. 이 결과를 토대로 Al₂O₃를 증착한 결과 cycle당 증착율은 0.
6 %이고 전자온도는 평균 1 eV 이다. 이 결과를 토대로 Al₂O₃를 증착한 결과 cycle당 증착율은 0.13 nm이내이고, 증착 균일도 98 % 이상인 박막을 생성할 수 있었다.

후속연구

그러나 증착율을 보완하기 위해 지속적인 소스 및 공정 연구가 진행되어야 하겠다. 또한 개발된 소스를 이용하여 다른 박막 공정에도 적용 연구가 진행될 예정이다.
그러나 증착율을 보완하기 위해 지속적인 소스 및 공정 연구가 진행되어야 하겠다. 또한 개발된 소스를 이용하여 다른 박막 공정에도 적용 연구가 진행될 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	ALD 공정의 특징은?	이때 얇게 박막을 형성하는 증착 공정으로는 CVD와 ALD등이 있다. 특히 ALD의 경우 이전에는 단위 시간당 증착박막의 성장률이 수십에서 수백 Å수준이어서 이전의 진공증착공정에서 요구되는 40 nm급 이상의 증착공정에서는 크게 관심을 받지 못하였다. 그러나 최근 집적회로 수준의 발달과 사회적 요구 등으로 많은 연구가 진행되고 있다.
	얇게 박막을 형성하는 증착 공정은?	최근 플라즈마를 이용한 공정이 수십 nm 급에서 수 nm 급까지의 발전을 해 오면서 식각 공정도 중요하지만, 얇고 균일하게 증착하는 공정도 더욱 중요시 되고 있다. 이때 얇게 박막을 형성하는 증착 공정으로는 CVD와 ALD등이 있다. 특히 ALD의 경우 이전에는 단위 시간당 증착박막의 성장률이 수십에서 수백 Å수준이어서 이전의 진공증착공정에서 요구되는 40 nm급 이상의 증착공정에서는 크게 관심을 받지 못하였다.
	Wise probe 를 이용한 진단방식이란?	공정 진행 시 소스의 양 끝단 방향의 플라즈마가 강한지 확인하기 위해, Wise probe(P&A solutions)를 이용하여 기판에서 약 10 mm 상단에서 플라즈마 소스 방향으로 진단을 하였다. 이 진단 방법은 전극에서 일정 주파수를 발생시켜 반사되는 주파수를 계산하여 플라즈마 밀도 및 전자온도를 도출하는 방식이다.

참고문헌 (8)

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Richter, Armin, et al. "Excellent silicon surface passivation with 5 A thin ALD $Al_2O_3$ layers: Influence of different thermal post-deposition treatments." physica status solidi (RRL)-Rapid Research Letters Vol. 5.5-6, pp. 202-204, 2011.

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