초록 ▼

본 연구에서는 최근 반도체소자 개발 분야 등에서 초유의 관심의 대상이 되고 있는 고유전율 박막제조나 금속배선 공정에서 채택하고 있는 MOCVD 공정에 사용할 유기금속화합물 전구체들에 대한 표면반응 거동을 관찰하고, 이를 토대로 새로운 전구체와 증착조건을 도출하여 최종적으로 생성되는 박막의 화학적 조성을 조절할 수 있는 MOCVD 공정조건을 제시하고자 한다. 본 연구에서와 같이 반응물로 전달된 유기금속화합물의 표면 흡착 Precursor를 규명하고 그들의 표면에서의 온도에 따른 거동을 직접 관찰하여 반응 최적 조건을 도출하여 공정상의

본 연구에서는 최근 반도체소자 개발 분야 등에서 초유의 관심의 대상이 되고 있는 고유전율 박막제조나 금속배선 공정에서 채택하고 있는 MOCVD 공정에 사용할 유기금속화합물 전구체들에 대한 표면반응 거동을 관찰하고, 이를 토대로 새로운 전구체와 증착조건을 도출하여 최종적으로 생성되는 박막의 화학적 조성을 조절할 수 있는 MOCVD 공정조건을 제시하고자 한다. 본 연구에서와 같이 반응물로 전달된 유기금속화합물의 표면 흡착 Precursor를 규명하고 그들의 표면에서의 온도에 따른 거동을 직접 관찰하여 반응 최적 조건을 도출하여 공정상의 제반 문제를 해결할 수 있는 매우 중요한 기초적인 자료를 제공할 것을 목표로 한다. 궁극적으로는 원하는 미세구조나 화학적 조성을 갖는 박막이 제조되는 표면화학반응을 유도하는 신개념의 공정을 개발하는 것을 목표로 한다.
각 Precursor들의 반응표면에서의 거동을 실시간으로 관찰하기 위해선 $2×10^{-10}$Torr의 고진공에서 TPD 분석기법을 사용하였으며 각 유기금속화합 물들을 100K∼150K의 극저온에서 표면에 흡착시킨 뒤에 흡착상태 (흡착밀도 및 흡착점 등)를 측정하고 표면 온도를 일정속도로 상승시키면서 연속적으로 흡착 Precursor들의 거동 (표면 잔류농도, 분해 및 탈착반응 정도)을 관찰하였다. 또한 다양한 표면 반응 조건에서 실험하여 표면 반응 조건에 따른 표면반응 경로를 규명하기 위해 TPD기법을 사용하여 각 반응온도에서의 표면 흡착종의 거동을 직접적으로 관찰하였다. 이 두가지 실험을 통해 유기금속화합물의 반응 표면에서의 분해 및 표면반응 Mechanism을 규명할 수 있었으며, 향후에는 더 나아가 제2의 흡착물질들을 미리 표면에 배열하고 뒤이어 유기금속화합물들을 흡착시켜 표면반응 경로를 변화시킴으로써 최종적으로 형성되는 박막의 최적 화학적 조성을 제어하는 실험을 수행할 계획이다.
본 연구에서는 고진공 chamber에서 TPD실험을 통하여 Precursor들이 표면에서 어떠한 메커니즘으로 성장하며 분해되는지를 발견하였으며 특히, 백금 위에서의 $Ti(O-iPr)_2(DPM)_2$의 분해 메카니즘을 규명하였다. 또한, Ion Beam을 이용하여 전구체의 반응경로를 변화시킬 수 있었다. 500eV∼5keV의 이온빔을 Precursor가 흡착된 표면에 주사하여 전구체의 분해 및 탈착 반응을 저온에서 제2의 화학흡착종을 pre-adsorption 또는 co-adsorption 시킴으로써 각 전구체 별로 표면반응 경로가 영향을 받는 조건 (표면온도 vs. 빔 에너지 및 제 2흡착 종의 표면 농도)을 파악할 수 있었다.

Abstract ▼

In thin-film deposition processes, recently MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition) has a drawn much attraction because of a good step coverage, the high deposition rate, and low cost. The knowledge of the kinetics or reaction mechanism of CVD process is important because it allows us to sele

In thin-film deposition processes, recently MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition) has a drawn much attraction because of a good step coverage, the high deposition rate, and low cost. The knowledge of the kinetics or reaction mechanism of CVD process is important because it allows us to select optimum process conditions for obtaining a film of desired properties. However, the decomposition kinetics of MO precursors is little known. Very recently, only one research group has reported about decomposition behaviors of TTIP [Titanium Tetra(iso-Propoxide)] on Pt surface using temperature-programmed desorption (TPD) technique in vacuum. However, they did not observe the detailed surface reaction paths that occur on the surface before producing desorption species which are monitored in TPD experiments.
In this study, we firstly intend to specify the precise surface reaction mechanism of MOCVD process using temperature-programmed desorption (TPD). Monitoring surface reaction in-situ, all experiments will be performed in UHV chamber of which base pressure is about $2×10^{-10}$torr. We will be able to elucidate the detailed surface reaction mechanism of MO source on the surface by monitoring the surface coverage and reaction behavior of the adsorbed precursors in different surface temperature, using Vacuum TPD techniques. Moreover, we will observe and explain the feasibility of surface-reaction design and control when the surface and adsorbed species are exposed to ion beam, electron beam, and/or another strong oxidant such as water and oxygen before (or after) the adsorption of MOCVD precursors.
In our study, we have verified detailed surface reaction mechanisms of TTIP and $Ti(O-iPr)_2(DPM)_2$ on the Platinum surface by TPD analysis in the UHV chamber. Also, we have found that the reaction mechanism of MO precursors is changed by ion beam. We have controlled the decomposition and desorption reaction of MO precursor with 500eV∼5keV of ion beam at low temperatures.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문 ...3
• 1. 국문요약문 ...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문 ...4
• 1. 국문요약문 ...4
• 2. 영문요약문 ...5
• Ⅲ. 연구내용 ...6
• 1. 서론 ...6
• 2. 연구방법 및 이론 ...7
• 3. 결과 및 고찰 ...8
• 4. 결론 ...20
• 5. 인용문헌 ...20