초록 ▼

TFT-LCD 소자에 적용되는 절연막인 SiN과 $SiO_2$ 박막은 주로 기존의 CVD 방법에 의해 증착되고 있으나 LPCVD의 높은 증착 온도와 PECVD의 막질 저하로 차세대 소자에 적용하는데 한계가 있다. 낮은 온도에서 증착이 가능하며 정확한 두께 제어와 뛰어난 막질을 가지는 ALD 방법을 적용하여 증착 특성 향상을 목표로 한다.
SiN과 $SiO_2$ 절연 박막의 ALD 증착을 위하여 substrate로 p-type Si(100) 웨이퍼를 사용하였다. BOE 세정과정을 통해 자연

TFT-LCD 소자에 적용되는 절연막인 SiN과 $SiO_2$ 박막은 주로 기존의 CVD 방법에 의해 증착되고 있으나 LPCVD의 높은 증착 온도와 PECVD의 막질 저하로 차세대 소자에 적용하는데 한계가 있다. 낮은 온도에서 증착이 가능하며 정확한 두께 제어와 뛰어난 막질을 가지는 ALD 방법을 적용하여 증착 특성 향상을 목표로 한다.
SiN과 $SiO_2$ 절연 박막의 ALD 증착을 위하여 substrate로 p-type Si(100) 웨이퍼를 사용하였다. BOE 세정과정을 통해 자연산화막을 제거하였으며 질소를 precursor 펄스 사이에 주입해 purge하면서 박막의 원자층 증착을 수행하였다. 증착된 박막의 두께 및 굴절률과 그 균일도는 ellipsometer를 활용하여 측정하였으며, 조성 분석을 위해서 mono-chromatized Al K$\alpha$(1486.6eV)의 X-ray의 XPS system을 이용하였다. 습식각률을 측정하기 위해서 750:1의 HF용액을 사용하여 식각 전후의 박막 두께차이를 측정 하였으며, 표면 거칠기를 알아보기 위해서 AFM system을 이용하여 RMS 값을 확인 하였다. 또한 증착된 이러한 ALD 박막의 물성을 기존의 CVD 박막의 물성과 서로 비교하여 우수성을 평가하였다.
실리콘 질화막의 경우 먼저 Si-precursor인 $SiCl_4$와 $SiH_2Cl_2$를 서로 비교해 보았다.
$SiH_2Cl_2$를 사용시 보다 적은 공급량에서 상대적으로 높은 증착 속도와 낮은 습식각률을 보여주었다. 550oC에서 Si/N 비율이 거의 1인 SiN 박막을 형성할 수 있었다. 하지만 precursor 자체에 H가 함유되어 있어 완전한 표면 반응이 이루어지지 않을 경우 $SiCl_4$에 비해 증착된 박막 내에 H 함유량이 많았다. 본 연구의 실리콘 질화막의 원자층 증착의 경우 기존의 LPCVD 공정보다 약 $200^{\cric}C.$ 이상의 낮은 온도에서도 조성 및 습식각률 등의 같은 수준을 갖는 물리적 특성을 나타내었고, surface roughness는 보다 우수하였다.
실리콘 산화막의 경우 먼저 O-precursor를 비교해 보았다. 같은 증착 공정에서 코로나 방전에 의한 $O_3$이 형성되었을 때만 산화막 성장이 가능하였기 때문에 $O_2$O2만의 효과는 없었으며 $H_2O$의 경우 보다 높은 공급량에서 낮은 증착 속도를 보여주었다.
따라서 반응성이 강한 $O_3$을 사용하여 증착 실험을 수행하였으며 $SiH_2Cl_2$와 $O_3$의 공급량이 3.6×$10^9L$이상일 때 약 0.35 nm/cycle의 증착 속도를 나타내었으며 $SiH_2Cl_2$를 1.2×$10^9L$로 고정하였을 때, $O_3$가 2.4×$10^9L$ 이상에서 증착 속도가 약 0.28 nm/cycle로 포화되었다. $SiH_2Cl_2$의 공급량에 비해 $O_3$의 공급량이 2배 이상일 경우 stoichiometric $SiO_2$ film을 형성할 수 있었다. $300^{\circ}C$에서 ALD 방법으로 증착된 실리콘 산화막의 경우 약 400~$800^{\circ}C$에서 증착되는 기존의 LPCVD 또는 APCVD 방법에 의한 실리콘 산화막보다 더 낮은 증착온도에도 불구하고 습식각률 및 surface roughness 등의 물리적 특성이 보다 우수함을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼

SiN and $SiO_2$ films are deposited by conventional CVD methods. However, high process temperature of LPCVD and poor film quality of PECVD are being expected to limit the performance and the reliability for next-generation TFT-LCD applications.
Recently, ALD attracts much interest in

SiN and $SiO_2$ films are deposited by conventional CVD methods. However, high process temperature of LPCVD and poor film quality of PECVD are being expected to limit the performance and the reliability for next-generation TFT-LCD applications.
Recently, ALD attracts much interest in silicon integrated circuit processing owing to its accurate thickness control, conformal coverage, high film quality, and lower processing temperature.
Boron-doped Si (100) wafers were used as the substrate for the ALD films formation.
The native oxide on Si wafers was removed by a BOE solution. N2 was used as the purging gas between the pulses of precursors. Thickness and refractive index of the deposited films were measured by an ellipsometer. An XPS system was utilized for composition analysis with mono-chromatized Al Kα(1486.6eV) x-ray source. Wet etch rate of the deposited films were evaluated using diluted HF solution (750:1). The surface roughness of the deposited films was measured by an AFM system. In this study the properties of the ALD films were compared with CVD films.
In case of SiN films, the thickness of the film increased linearly with the number of deposition cycles, so that we can precisely control the thickness of the film by the number of cycles. As compared with the deposition using $SiCl_4$, the deposition using $SiH_2Cl_2$ exhibited larger deposition rate at lower precursor exposures and the deposited films using $SiH_2Cl_2$ had lower wet etch rate. The SiN films with the Si/N ratio of approximately 1 were obtained using both Si precursors at $550^{\circ}C$, however, the films deposited using $SiH_2Cl_2$ exhibited higher concentration of H as compared with those of the $SiCl_4$ case. The SiN films deposited by ALD showed similar physical properties, such as composition or integrity, with the SiN films deposited by LPCVD, lowering deposition temperature by more than 200oC. In case of $SiO_2$ films, the oxide film was deposited mainly by ozone not $O_2$, because we could not observe the deposited film on the substrate without corona discharge at the same process condition. The growth rate of the deposited films increased linearly with the exposures of SiH2Cl2 and $O_3$, and was saturated at approximately 0.35 nm/cycle with the reactant exposures over 3.6×$1^09L$. At a fixed $SiH_2Cl_2$ exposure of 1.2×$10^9L$, growth rate increased with $O_3$ exposure and was saturated at approximately 0.28 nm/cycle with $O_3$ exposures over 2.4×$10^9L$. The composition of the deposited film also varied with the exposure of $O_3$.
The Si/O ratio gradually decreased to 0.5 with increasing the exposure of O3. The $SiO_2$ film prepared by ALD at $300^{\circ}C$oC showed better stoichiometry, wet etch rate and electrical properties than those of the $SiO_2$ films deposited by conventional LPCVD or APCVD methods at 400~$800^{\circ}C$

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...9
• 4. 결론...19
• 5. 인용문헌...20