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3차원 소자 제작을 위한 ICP Type Remote PEALD를 이용한 저온(< 300℃) SiO2 및 SiON 박막 공정
Plasma-Enhanced Atomic-Layer-Deposited SiO2 and SiON Thin Films at Low Temperature (< 300℃) using ICP Type Remote Plasma for 3-Dimensional Electronic Devices 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.18 no.2, 2019년, pp.98 - 102  

김대현 (한양대학교 첨단소재공학과) ,  박태주 (한양대학교 첨단소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Direct plasma-enhanced atomic layer deposition (PEALD) are widely used for $SiO_2$ and SiON thin film process in current semiconductor industry. However, this exhibits poor step coverage for three-dimensional device structure due directionality of plasma species as well as plasma damage o...

주제어

#Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition   # $SiO_2$   #SiON   #Low Temperature Process   #DIPAS   #ICP  

AI 본문요약
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제안 방법

  • [5, 6] 본 연구는 상기의 문제를 해결하기 위해, inductively coupled plasma (ICP)를 이용한 remote PEALD를 사용하였고, 현 반도체 공정에서 대표적으로 사용되는 Si 전구체인 di-isopropylamino silane(DIPAS)를 이용하여, 저온 (300ºC)에서 SiO2 및 SiON 박막을 성장시켰다. SiO2 박막을 증착하기 위한 산화제로 O2 plasma, 또는 H2O plasma를, SiON 박막을 증착하기 위한 질화제로 N2 plasma 또는 NH3 plasma를 사용하였으며, 각 반응제에 따른 박막 특성 변화를 확인하였다.
  • [7-10] 그러나 plasma zone 내부에 substrate가 위치하여 plasma damage 뿐만 아니라, plasma 방향성으로 인해 고종횡비 구조 또는 복잡한 3차원 구조에서 낮은 step coverage 및 불균일한 박막 특성이 문제시 되고 있다.[5, 6] 본 연구는 상기의 문제를 해결하기 위해, inductively coupled plasma (ICP)를 이용한 remote PEALD를 사용하였고, 현 반도체 공정에서 대표적으로 사용되는 Si 전구체인 di-isopropylamino silane(DIPAS)를 이용하여, 저온 (300ºC)에서 SiO2 및 SiON 박막을 성장시켰다. SiO2 박막을 증착하기 위한 산화제로 O2 plasma, 또는 H2O plasma를, SiON 박막을 증착하기 위한 질화제로 N2 plasma 또는 NH3 plasma를 사용하였으며, 각 반응제에 따른 박막 특성 변화를 확인하였다.

대상 데이터

  • 각 반응제를 이용해 성장시킨 SiO2 및 SiON 박막의 계면 특성 및 전기적 특성 평가를 확인하기 위해, DC magnetron sputter를 이용하여 100 nm의 TiN를 증착시켜 MIS 소자를 제작하였다.[19]
  • 본 실험에서는 비저항이 10~12 Ωcm인 p-type (boron), prime grade (100) Si wafer를 4 cm x 4 cm 크기로 재단하여 사용하였다. Si wafer는 약 10% HF 수용액을 사용하여 native SiO2 박막을 제거한 후, deionized water (DIW)를 이용하여 헹군 후 N2 blowing하였다.

데이터처리

  • )를 이용해 두께와 refractive index (RI)를 측정하였으며, X-ray reflectivity (XRR)을 이용하여 두께를 교차 검증하고, 물리적 밀도와 roughness를 측정하였다. SiO2와 SiON 박막 내의 화학 결합 상태 및 SiON박막의 N/Si 분율을 확인하기 위해 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS, ESCALAB 220i) 분석을 진행하였다.
  • ALD공정 연구에서 박막의 두께 측정은 매우 중요한 항목이다. SiON의 경우 박막의 N/Si 분율에 따라 RI가 달라짐에 따라, SE의 측정 신뢰도가 낮아져, XRR분석을 이용하여 교차 검증하였다.[11, 12]
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
저온 SiO2, SiON, SiNx 박막 공정을 위해 이용되는 capacitively coupled plasma(CCP)를 이용한 direct PEALD는 어떤 단점이 있는가? [5, 6] 현재 반도체 산업체에서는 저온 SiO2, SiON, SiNx 박막 공정을 위해 capacitively coupled plasma(CCP)를 이용한 direct PEALD를 주로 이용하고 있다.[7-10] 그러나 plasma zone 내부에 substrate가 위치하여 plasma damage 뿐만 아니라, plasma 방향성으로 인해 고종횡비 구조 또는 복잡한 3차원 구조에서 낮은 step coverage 및 불균일한 박막 특성이 문제시 되고 있다.[5, 6] 본 연구는 상기의 문제를 해결하기 위해, inductively coupled plasma (ICP)를 이용한 remote PEALD를 사용하였고, 현 반도체 공정에서 대표적으로 사용되는 Si 전구체인 di-isopropylamino silane(DIPAS)를 이용하여, 저온 (300ºC)에서 SiO2 및 SiON 박막을 성장시켰다.
SiO2, SiON 및 SiNx 박막은 어디에 사용되고 있는가? 최근 SiO2, SiON 및 SiNx 박막은 self-align double patterning (SADP) 의 mask, gate spacer, charge trap layer, etch stop, physical 또는 electrical passivation layer 등과 같이 여러 반도체 공정에 사용되고 있다. [1-4] 소자의 성능 향상을 위해 fin field-effect transistor(finFET), gate-all-around FET등의 3차원 구조 소자가 사용됨에 따라 저온공정, 높은 물리적, 화학적 균일성, 정확한 두께 조절, 우수한 step coverage 등의 엄격한 공정조건 및 특성이 요구된다.
현재 반도체 산업체에서는 저온 SiO2, SiON, SiNx 박막 공정을 위해 주로 무엇을 이용하고 있는가? [1-4] 소자의 성능 향상을 위해 fin field-effect transistor(finFET), gate-all-around FET등의 3차원 구조 소자가 사용됨에 따라 저온공정, 높은 물리적, 화학적 균일성, 정확한 두께 조절, 우수한 step coverage 등의 엄격한 공정조건 및 특성이 요구된다. [5, 6] 현재 반도체 산업체에서는 저온 SiO2, SiON, SiNx 박막 공정을 위해 capacitively coupled plasma(CCP)를 이용한 direct PEALD를 주로 이용하고 있다.[7-10] 그러나 plasma zone 내부에 substrate가 위치하여 plasma damage 뿐만 아니라, plasma 방향성으로 인해 고종횡비 구조 또는 복잡한 3차원 구조에서 낮은 step coverage 및 불균일한 박막 특성이 문제시 되고 있다.
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