• Title, Summary, Keyword: 증착 공정

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Preparation of $SiO_2$ Thin Film at Extremely Low Pressure Using Chemical Vapor Deposition

  • Kim, Mu-Yeol;Kim, Do-Hyeon;Lee, Jong-Ho;Choe, Beom-Ho
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.324-325
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    • 2012
  • 반도체 소자의 미세화가 진행됨에 따라 고품질의 절연막, 즉 낮은 두께에서 높은 밀도와 낮은 누설 전류를 필요로 하게 되었다. 이를 위해 기존의 화학 기상 증착법을 이용한 절연막 증착의 공정 압력을 낮추어 1 Pa 이하의 공정 압력에서 절연막 증착 공정이 필요로 하게 되었다. 본 연구에서는 화학 기상 증착법을 이용하여 최저 0.1 mtorr의 극 저압에서 SiO2 절연막증착 공정을 구현하였고, 증착된 박막의 특성을 평가하였다. Fig. 1은 공정 압력의 변화에 따른 화학 기상 증착 장비의 플라즈마 상태를 나타낸 결과이다. 1.5 mtorr의 공정 압력 까지는 플라즈마의 상태가 균일하게 나타나지만, 그 이하의 압력에서는 플라즈마 균일도가 떨어지는 결과가 나타났다. 이는 기존의 플라즈마 공정을 이용하여 절연막 증착 공정이 어려움을 제시하는 결과이며, 이의 해결을 위해 새로운 형태의 플라즈마 장치가 필요함을 시사한다. Fig. 2는 각각의 공정 압력에 다른 $SiO_2$ 박막의 증착 결과를 AFM을 이용하여 측정한 결과이다. 박막의 표면 거칠기 값은 0.9 mTorr까지는 3 nm 수준이며, 0.1 mTorr에서는 0.4 nm로 측정되었다. 플라즈마 상태가 균일하지 않은 0.1 mTorr에서도 비교적 균일한 박막을 얻을 수 있었으나, 높은 공정 업력에 비해 전체적인 균일도도 낮은 결과이며, 이는 플라즈마 상태를 보완함으로서 해결 가능하다. 측정된 박막의 밀도는 2.311~2.59 g/$cm^3$의 수준으로 벌크 상태의 밀도 값에 근접한 결과를 얻었으며 이는 저압에서 증착한 $SiO_2$ 박막의 품질이 높음을 시사한다. 절연막의 증요한 특성 중 하나인 누설 전류 값은 MIM 구조를 이용하여 측정하였다. 측정된 누설 전류 값은 10~12 A 수준으로 기존 반도체 소자 공정에 적용 가능한 수준이다. 고 품질의 절연체 박막 증착을 위해서는 플라즈마 구조를 보완할 필요가 있으며, 이를 이용하면 반도체 소자 제작에 요구되어 지는 절연막 증착이 가능할 것으로 예상된다.

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HVCVD를 이용한 다결정 SiGe 박막의 증착 및 활성화 메카니즘 분석

  • 강성관;고대홍;전인규;양두영;안태항
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.66-66
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    • 1999
  • 최근 들어 다결정 SiGe은 MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)에서 기존에 사용되던 다결정 Si 공정과의 호환성 및 여러 장점으로 인하여 다결정 Si 대안으로 많은 연구가 진행되고 있다. 고농도로 도핑된 P type의 다결정 SiGe은 Ge의 함량에 따른 일함수의 조절과 낮은 비저항으로 submicrometer CMOS 공정에서 게이트 전극으로 이용하려는 연구가 진행되고 있으며, 55$0^{\circ}C$ 이하의 낮은 온도에서도 증착이 가능하고, 도펀트의 활성화도가 높아서 TFT(Thin Film Transistor)에서도 유용한 재료로 검토되고 있다. 현재까지 다결정 SiGe의 증착은 MBE, APCVD, RECVD. HV/LPCVD 등 다양한 방법으로 이루어지고 있다. 이중 HV/LPCVD 방법을 이용한 증착은 반도체 공정에서 게이트 전극, 유전체, 금속화 공정 등 다양한 공정에서 사용되고 있는 방법으로 현재 사용되고 있는 반도체 공정과의 호환성의 장점으로 다결정 SiGe 게이트 전극의 증착 공정에 적합하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 HV/LPCVD 방법을 이용하여 게이트 전극으로의 활용을 위한 다결정 SiGe의 증착 메카니즘을 분석하고 Ex-situ implantation 후 열처리에 따라 나타나는 활성화 정도를 분석하였다. 도펀트를 첨가하지 않은 다결정 SiGe을 주성엔지니어링의 EUREKA 2000 장비를 이용하여, 1000$\AA$의 열산화막이 덮혀있는 8 in 웨이퍼에 증착하였다. 증착 온도는 55$0^{\circ}C$에서 6$25^{\circ}C$까지 변화를 주었으며, 증착압력은 1mtorr-4mtorr로 유지하였다. 낮은 증착압력으로 인한 증착속도의 감소를 방지하기 위하여 Si source로서 Si2H6를 사용하였으며, Ge의 Source는 수소로 희석된 10% GeH4와 100% GeH4를 사용하였다. 증착된 다결정 SiGe의 Ge 함량은 RBS, XPS로 분석하였으며, 증착된 박막의 두께는 Nanospec과 SEM으로 관찰하였다. 또한 Ge 함량 변화에 따른 morphology 관찰과 변화 관찰을 위하여 AFM, SEM, XRD를 이용하였으며, 이온주입후 열처리 온도에 따른 활성화 정도의 관찰을 위하여 4-point probe와 Hall measurement를 이용하였다. 증착된 다결정 SiGe의 두게를 nanospec과 SEM으로 분석한 결과 Gem이 함량이 적을 때는 높은 온도에서의 증착이 더 빠른 증착속도를 나타내었지만, Ge의 함량이 30% 되었을 때는 온도에 관계없이 일정한 것으로 나타났다. XRD 분석을 한 결과 Peak의 위치가 순수한 Si과 순수한 Ge 사이에 존재하는 것으로 나타났으며, ge 함량이 많아짐에 따라 순수한 Ge쪽으로 옮겨가는 경향을 보였다. SEM, ASFM으로 증착한 다결정 SiGe의 morphology 관찰결과 Ge 함량이 높은 박막의 입계가 다결정 Si의 입계에 비해 훨씬 큰 것으로 나타났으며 근 값도 증가하는 것으로 나타났다.

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Thin film characteristics variation of static deposition and dynamic deposition by bipolar pulsed DC magnetron sputtering (Bipolar pulsed DC magnetron sputtering에서 정적 증착과 동적 증착에 의한 박막 특성 변화)

  • Yang, Won-Gyun;Ju, Jeong-Hun
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • pp.149-149
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    • 2009
  • 실제 산업에서 가장 많이 사용하고 있는 in-line type system에서 Al-doped ZnO (AZO) 막을 bipolar pulsed DC sputtering을 이용해 증착하였다. 약 30 nm/sec의 속도로 기판을 타겟 좌우로 swing 하면서 동적 증착 공정을 한 AZO 박막의 columnar structure가 정적 증착일 때와 다른 형태의 zigzag-type columnar structure가 형성되었다. 투명전도막의 가장 중요한 특성인 비저항과 투과도가 동적 증착 공정일 때의 박막과 정적 증착 공정일 때의 박막이 각각 $2.5{\times}10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$, 78.5%와 $1.65{\times}10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$, 83.9% 였다. 이렇게 성장하는 막의 구조 형태에 따라 달라지는 특성 변화는 양산하는 현장에서 매우 중요한 것이며, 동적 증착 공정에서의 박막 특성 개선에 정적 증착 공정과는 다른 방법의 연구가 필요할 것이다.

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플라즈마 화학 기상 증착 시스템을 이용한 저온, 저압 하에서 SiN, SiCN 박막 제조

  • Seo, Yeong-Su;Lee, Gyu-Sang;Byeon, Hyeong-Seok;Jang, Ha-Jun;Choe, Beom-Ho
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.371.1-371.1
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    • 2014
  • 반도체 트랜지스터의 크기가 점점 미세화 함에 따라 이에 수반되는 절연막에 대한 요구 조건도 까다로워지고 있다. 특히 게이트 산화 막의 두께는 10 nm 이하에서 고밀도를 갖는 높은 유전율 막에 대한 요구가 증가되고 있으며 또한 증착 온도 역시 낮아져야 한다. 이러한 요구사항을 충족하는 기술중의 하나는 매우 낮은 압력 및 200도 이하 저온에서 절연막을 증착하는 것이다. 본 연구에서는 플라즈마 화학 기상 증착(PE-CVD) 시스템을 이용하여 $180^{\circ}C$의 온도 및 10 mTorr의 압력에서 SiN 및 SiCN 박막을 제조하였다. 박막의 특성은 원자층 증착 공정 결과와 유사하면서 증착 속도의 향상을 위해 개조된 사이클릭 화학 기상 증착 공정을 이용하였다. Si 전구체와 산화제는 기판에 공급되기 전에 혼합되어 1차 리간드 분해를 하였으며, 리간드가 일부 제거된 가스가 기판에 흡착되는 구조이다. 기판흡착 후 플라즈마 처리 공정을 이용하여 2차 리간드 분해 공정을 수행하였으며, 반응에 참여하지 않은 가스 제거를 위해 불활성 가스를 이용하여 퍼지 하였다. 공정 변수인 플라즈마 전력, 반응가스유량, 플라즈마 처리 시간은 최적화 되었다. 또한 효율적인 리간드 분해를 위해 ICP와 CCP를 포함하고 있는 이중 플라즈마 시스템에 의해 2회에 걸쳐 분해되어지고, 그 결과로 불순물이 들어있지 않는 순수한 SiN과 SiCN 박막을 증착하였다. XRD 측정 결과 증착된 박막들은 모두 비정질 상이며, 550 nm 파장에서 측정한 SiN 및 SiCN 박막의 굴절률은 각 각 1.801 및 1.795이다. 또한 증착된 박막의 밀도는 2.188 ($g/cm^3$)로서 유전체 박막으로 사용하기에 충분한 값임을 확인하였다. 추가적으로 300 mm 규모의 Si 웨이퍼에서 측정된 비 균일도는 2% 이었다. 저온에서 증착한 SiN 및 SiCN 박막 특성은 고온 공정의 그것과 유사함을 확인하였고, 이는 저온에서의 유전체 박막 증착 공정이 반도체 제조 공정에서 사용 가능하다는 것을 보여준다.

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증착공정에서 산소유량 제어에 따른 박막 특성 연구

  • Jo, Tae-Hun;Park, Hye-Jin;Yun, Myeong-Su;Gwon, Gi-Cheong
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.266.1-266.1
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    • 2014
  • 반도체 및 디스플레이 등의 산업 중 증착공정에서 TCO 등 산화막의(oxide thin film) 중요성은 날로 대두되고 있다. 특히 정밀한 막질을 원하는 공정에서 산소(Oxygen)유량의 차이로 인한 생성된 막질의 변화가 크다. 이로 인하여 여러 연구실에서 다양한 연구가 활발하게 진행중에 있다. 특히 최근 IGZO (In-Ga-ZnO)가 이슈가 되면서 더 다양하게 연구가 진행중이다. 그러나 공정 장비의 노화나 증착공정중장비(Chamber)내부의 미세한 변화가 많아 산소와 공정 기체의 비가 틀어지는 경우가 있고 이를 제어하기는 쉽지 않은 실정이다. 본 연구에서는 먼저 ITO (Indium Tin Oxide)타겟을 통해 스퍼터장비에서 일반적인 공정을 진행한 박막과, 제작된 유량 제어 시스템을 통하여 공정을 진행한 박막을 만들었다. 이를 통해 박막의 차이점을 분석하고 증착공정중 발생하는 플라즈마의 분석도 진행하여 공정의 제어가 가능함을 확인하였다.

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스퍼터링 공정 중 알루미늄 타겟 오염이 알루미늄 산화막 증착에 미치는 영향

  • Lee, Jin-Yeong;Gang, U-Seok;Heo, Min;Lee, Jae-Ok;Song, Yeong-Hun
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.302.2-302.2
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    • 2016
  • 알루미늄 산화막 스퍼터링 공정 중 타겟이 반응성이 있는 산소와 결합하여 산화되는 타겟 오염은 증착 효율의 감소[1]와 방전기 내 아크 발생을 촉진[2]하여 이를 억제하는 방법이 연구되어 왔다. 본 연구에서는 알루미늄 산화막 증착 공정 중 타겟 오염 현상이 기판에 증착된 알루미늄 산화막 특성이 미치는 영향을 분석하였다. 실험에는 알루미늄 타겟이 설치된 6 인치 웨이퍼용 직류 마그네트론 스퍼터링 장치를 활용하였다. 위 장치에서 공정 변수 제어를 통해 타겟 오염 현상의 진행 속도를 제어하였다. 공정 중 타겟 오염 현상을 타겟 표면 알루미나 형성에 따른 전압 강하로 관찰하였고 타겟 오염에 의한 플라즈마 변화를 원자방출분광법을 통해 관찰하였다. 이 때 기판에 증착 된 알루미나 박막의 화학적 결합 특성을 XPS depth로 측정하였으며, 알루미나 박막의 두께를 TEM을 통해 측정하였다. 측정 결과 타겟 오염 발생에 의해 공정 중 인가 전압 감소와 타겟 오염에 소모된 산소 신호의 감소가 타겟 오염 정도에 따라 변동되었다. 또한 공정 중 타겟 오염 정도가 클수록 기판에 증착한 막과 실리콘 웨이퍼 사이에 산소와 실로콘 웨이퍼의 화합물인 산화규소 계면의 형성 증가됨을 확인했다. 위 현상은 타겟 오염 과정 중 발생하는 방전기 내 산소 분압 변화와 막 증착 속도 변화가 산소의 실리콘 웨이퍼로의 확산에 영향을 준 것으로 해석되었다. 위 결과를 통해 스퍼터링 공정 중 타겟 오염 현상이 기판에 증착 된 알루미나 막 및 계면에 미치는 영향을 확인하였다.

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PECVD 공정에 의해 증착된 비정질 실리콘 박막의 특성에 관한 연구

  • Lee, Yong-Su;Seong, Ho-Geun
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.223.2-223.2
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    • 2013
  • 비정질 실리콘은 태양전지, 트랜지스터, 이미지 센서 등 다양한 분야에서 응용되고 있으며 새로운 박막 소자 개발을 위한 소재로서 많은 연구가 진행되고 있다. 하지만 소자개발에 있어 공정상에서 발생하는 비정질 실리콘 박막의 높은 응력(stress)은 소자의 특성을 떨어뜨리는 문제점을 갖는다. 따라서 우수한 특성의 소자 개발을 위해서는 보다 낮은 응력을 갖는 비정질 실리콘 박막 증착 및 공정 조건에 따른 응력 조절이 필요하다. 저응력의 비정질 실리콘 박막 증착은 보다 낮은 반응온도에서 증착속도를 최소로 하여 성장되어야 하는데 이는 플라즈마기상증착(Plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 시스템에 의해 가능하다. 따라서 본 연구에서는 PECVD 시스템을 사용하여 비정질 실리콘 박막을 증착하였고 그 특성을 분석하였다. 이 때 증착 온도, rf 파워, 공정 압력은 실험결과로부터 얻어진 낮은 박막 증착속도 하에서 안정적으로 증착이 가능한 조건으로 일정하게 유지하여 실험하였다. 공정 가스는 SiH4/He/N2의 혼합가스를 사용하였고 응력 조절을 위해 SiH4/He 가스비를 일정한 비율로 변화하여 비정질 실리콘 박막을 증착하였다. 증착된 박막의 두께 및 표면 특성은 field emission scanning electron microscopy 및 atomic force microscopy를 이용하여 분석하였고, energy dispersive X-ray 분석을 통하여 정량 및 정성적 분석을 수행하였다. 그리고 stress measurement system을 이용하여 박막의 응력을 측정하였고 X-ray diffraction 측정 및 ellipsometry 측정으로부터 증착된 박막의 결정성, 굴절률 및 oiptical bandgap을 분석하였다.

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Electrical Characterization of c-Si Solar Cell with Various Emitter Layer

  • Park, Jeong-Eun;Byeon, Seong-Gyun;Lee, Yeong-Min;Park, Jun-Seok;Lee, Min-Ji;Im, Dong-Geon
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.413-413
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    • 2016
  • 태양전지 제작 시 에미터층을 형성하는 도핑 공정의 최적화는 캐리어 수집 확률 증가와 함께 결정질 실리콘 태양전지 고효율화를 위해 매우 중요하다. 본 연구에서는 결정질 실리콘 태양전지 다이오드의 다양한 도핑 공정으로 제작된 p-n 접합에 대한 전기적 특성 분석을 진행하였다. 도핑 공정의 경우 선 증착-후 확산 공정 시간과 가스량을 변화시켜 다양한 에미터층을 제작하였다. 선 증착 시간 변화를 주는 경우 선 증착 공정을 $825^{\circ}C$로 고정한 뒤 시간을 7분에서 17분까지 변화하고 후 확산 공정을 $845^{\circ}C$, 14분으로 고정하였다. 후 확산 시간 변화를 주는 경우는 선 증착 공정을 $825^{\circ}C$, 12분으로 고정한 뒤 후 확산 공정을 $845^{\circ}C$로 고정 하고 시간을 9분에서 19분까지 변화시켰다. 선 증착 공정을 $845^{\circ}C$ 12분, 후 확산 공정을 $845^{\circ}C$, 14분으로 고정 한 뒤 선 증착 시 POCl3양을 400 ~ 1400 SCCM까지 변화시켰고, 후 확산 시 산소량을 0 ~ 1000 SCCM까지 가변한 조건에서 에미터층에 대한 특성을 분석하였다. 결과적으로 선 증착 공정 $825^{\circ}C$ 12분, 후 확산 공정 $845^{\circ}C$ 14분에서 SCR(Space Charge Region)에서 3.81의 가장 낮은 이상 계수 값을 나타내었다. 이는 p-n접합의 내부결함이 줄어들어 태양전지의 캐리어 수명이 증가됨을 보였다. 선 증착 공정 중 $POCl_3$ 주입량 800 SCCM, 후 확산 공정 중 산소량 400 SCCM에서 $15.9{\mu}s$로 가장 높은 캐리어 수명을 나타내었다. Suns-VOC 측정 결과 $POCl_3$ 주입량 800 SCCM, 산소량 400 SCCM에서 619mV로 가장 높은 개방전압을 얻을 수 있었다.

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빗각 증착을 이용한 알루미늄 박막의 구조 제어

  • Yang, Ji-Hun;Park, Hye-Seon;Jeong, Jae-Hun;Song, Min-A;Jeong, Jae-In
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.182-182
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    • 2013
  • 빗각 증착은 입사 증기가 기판에 수직하게 입사하는 일반적인 공정과는 다르게 증기가 기판의 수직선과 $0^{\circ}$ 이상의 각을 갖는 증착 방법을 의미한다. 빗각 증착으로 코팅층의 구조를 제어하기 위해서는 기판에 입사되는 코팅 물질의 증기가 일정한 각도를 유지해야한다. 공정 압력이 높아서 증기의 자유행로가 짧아지면 기판에 도달하는 코팅 물질이 일정한 각도를 유지하지 못하기 때문에 코팅층의 구조제어가 어렵고 일반적인 코팅 공정과 유사한 구조의 코팅층을 얻게 된다. 빗각 증착을 공정 압력이 비교적 낮은 전자빔 증착이나 열 기상증착 등의 코팅 공정에서 실시하는 이유이다. 본 연구는 공정 압력이 ${\sim}10^{-3}$ torr로 비교적 높은 스퍼터링 공정에서 빗각 증착을 실시하여 코팅층의 구조제어가 가능한지를 확인하였다. 실험에 사용된 물질은 알루미늄이었으며 빗각은 $0{\sim}90^{\circ}$를 사용하였다. 실험 결과 빗각의 크기가 $60^{\circ}$ 이하에서는 알루미늄 박막의 구조 변화를 관찰하지 못했으며 $45^{\circ}$와 같은 특정한 빗각에서 밀도가 높은 코팅층을 확인할 수 있었다. 이러한 높은 밀도를 갖는 알루미늄 박막은 강판의 부식을 방지하기 위한 보호막으로 적용이 가능할 것으로 판단되며 염수분무시험 결과 200시간 이상의 높은 적청 발생 시간을 보였다. $60^{\circ}$ 이상의 빗각으로 코팅된 알루미늄 박막에서 독립적으로 형성된 주상정을 관찰할 수 있었다. 빗각의 크기가 $90^{\circ}$로 스퍼터링 타겟과 기판을 수직하게 위치시켜도 알루미늄 박막이 코팅되는 것을 확인할 수 있었으며 일정한 각도를 가지는 주상정을 관찰할 수 있었다. 이러한 주상정의 알루미늄은 비교적 큰 표면적을 가지고 있기 때문에 가스 센서 등 다양한 응용분야에 적용이 가능할 것으로 판단된다. 앞서 설명한 실험결과와 같이 스퍼터링과 같이 공정 압력이 비교적 높은 공정에서도 빗각 증착을 이용한 코팅층의 구조 제어가 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.

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Dicobalt hexacarbonyl tert-butylacetylene와 ozone을 이용한 cobalt oxide의 원자층 증착 공정

  • Choe, Gyu-Ha;Jin, Gwang-Seon;Han, Byeol;Lee, Won-Jun
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.113-113
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    • 2011
  • Cobalt oxide 박막은 gas sensor, electro-chromic 소자 그리고 energy storage 소자등 광범위한 분야에서 연구되고 있으며 sputtering, CVD 그리고 electrochemical deposition 를 포함한 다양한 방법으로 증착할 수 있다. 최근에는 원자층 증착 방법을 이용한 cobalt oxide박막 증착이 연구되었는데, cyclopentadienyl계열의 전구체와 ${\beta}$-diketonate계열의 전구체를 이용하였다. 하지만 전구체의 낮은 증기압으로 인해 낮은 growth rate (약 0.02~0.05 nm/cycle)을 보였다. 본 연구에서는 증기압이 높은 전구체인 CCTBA (dicobalt hexacarbonyl tert-butylacetylene) 를 선정하여 원자층 증착 공정의 growth rate를 향상시키고자 하였다. 반응기체로는 O3을 사용하여 cobalt oxide 박막을 증착하였다. 반응기체의 주입시간 및 공정온도를 달리하여 시편을 증착한 결과 $80^{\circ}C$에서 0.1 nm/cycle로 기존의 보고된 growth rate보다 높은 수치를 얻을 수 있었다. 또한 증착된 cobalt oxide 박막내 조성분석과 I-V 측정 등을 이용하여 물리적, 전기적 특성을 규명하였다

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