The characteristics of silicon nitride thin films prepared by atomic layer deposition with batch type reactor

Batch-Type 원자층 증착 방법으로 형성한 실리콘 질화막의 특성

Precise thickness control and excellent properties of silicon nitride thin films are essential for the next-generation semiconductor and display devices. In this study, silicon nitride thin films were deposited by batch-type atomic layer deposition (ALD) method using $SiC1_4$ and $NH_3$ as the precursors at temperatures ranging from 500 to $600^{\circ}C$. Thin film deposition using a batch-type ALD reactor was a layer-by-layer atomic growth by self-limiting surface reactions, and the thickness of the deposited film can be controlled by the number of deposition cycles. The silicon nitride thin films deposited by ALD method exhibited composition, refractive index and wet etch rate similar with those of the thin films deposited by low-pressure chemical vapor deposition method at $760^{\circ}C$. The addition of pyridine mixed with precursors increased deposition rate by 50%, however, the films deposited with pyridine was readily oxidized owing to its unstable structure, which is unsuitable for the application to semiconductor or display devices.

차세대 반도체 및 디스플레이 소자에 적용되는 실리콘 질화막은 정확한 두께 제어와 우수한 물성을 필요로 한다. 본 연구에서는 우수한 특성의 실리콘 질화막을 형성하기 위해 Si 원료물질로 $SiC1_4$, N 원료물질로 $NH_3$을 사용하고 $500^{\circ}C$에서 $600^{\circ}C$ 온도구간에서 batch-type 장비를 이용하여 원자층 증착 방법으로 박막을 형성하고 증착된 박막의 특성을 살펴보았다. Batch-type 장비를 사용한 박막의 증착은 표면반응에 의한 균일한 원자층 증착임을 확인하였으며, 증착 cycle의 횟수를 조절하여 원하는 두께의 박막을 형성할 수 있었다. 원자층 증착된 박막의 조성, 굴절률 및 습식각 속도를 기존의 저압화학증착 방법에 의해 증착된 박막과 비교한 결과, 원자층 증착 방법을 사용하여 기존의 방법보다 증착온도를 $250^{\circ}C$ 이상 낮추면서도 유사한 물성을 가진 박막을 형성할 수 있음을 확인하였다. Pyridine을 촉매로 첨가하여 원자층 증착한 박막의 경우에는 증착속도를 50% 가량 향상시킬 수 있었으나 박막의 구조가 불안정하여 쉽게 산화되므로 반도체나 디스플레이 소자 제조에 적용하기에는 부적절한 것으로 판단된다.