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열CVD방법으로 증착시킨 탄탈륨 산화박막의 특성평가와 열처리 효과
남갑진,박상규,이영백,홍재화,Nam, Gap-Jin,Park, Sang-Gyu,Lee, Yeong-Baek,Hong, Jae-Hwa 한국재료학회 1995 한국재료학회지 Vol.5 No.1
$Ta_2O_5$박막은 고유전율의 특성으로 차세대 DRAM캐패시터 물질로 유망받고 있는 물질이다. 본 연구에서는 p-type(100)Si 웨이퍼 위에 열 MOCVD 방법으로 $Ta_2O_5$박막을 성장시켰으며 기판온도, 버블러 온도, 반응압력의 조업조건이 미치는 영향을 고찰하엿다. 증착된 박막은 SEM, XRD, XPS, FT-IR, AES, TEM, AFM을 이용하여 분석하였으며 질소나 산소 분위기의 furnace 열처리 (FA)와 RTA(Rapid Thermal Annealing)를 통하여 열처리 효과를 살펴보았다. 반응온도에 따른 증착속도는 300 ~ $400 ^{\circ}C$ 범위에서 18.46kcal/mol의 활성화 에너지를 가지는 표면반응 율속단계와 400 ~ $450^{\circ}C$ 범위에서 1.9kcal/mol의 활성화 에너지를 가지는 물질전단 율속단계로 구분되었다. 버블러 온도는 $140^{\circ}C$일때 최대의 증착속도를 보였다. 반응압력에 따른 증착속도는 3torr에서 최대의 증착속도를 보였으나 굴절율은 0.1-1torr사이에 $Ta_2O_5$의 bulk값과 비슷한 2.1정도의 양호한 값이 얻어졌다. $400^{\circ}C$에서 층덮힘은 85.71%로 매우 양호하게 나타났으며 몬테카를로법에 의한 전산모사 결과와의 비교에 의해서 부착계수는 0.06으로 나타났다. FT-IR, AES, TEM 분석결과에 의하여 Si와 $Ta_2O_5$ 박막 계면의 산화막 두께는 FA-$O_{2}$ > RTA-$O_{2}$ ~ FA-$N_{2}$ > RTA-$N_{2}$ 순으로 성장하였다. 하지만 질소분위기에서 열처리한 박막은 산소분위기의 열처리경우에 비해 박막내의 산소성분의 부족으로 인한 그레인 사이의 결함이 많이 관찰되었다. $Ta_2O_5$ thin film IS a promising material for the high dielectrics of ULSI DRAM. In this study, $Ta_2O_5$ thin film was grown on p-type( 100) Si wafer by thermal metal organic chemical vapo deposition ( MCCVD) method and the effect of operating varialbles including substrate temperature( $T_s$), bubbler temperature( $T_ \sigma$), reactor pressure( P ) was investigated in detail. $Ta_2O_5$ thin film were analyzed by SEM, XRD, XPS, FT-IR, AES, TEM and AFM. In addition, the effect of various anneal methods was examined and compared. Anneal methods were furnace annealing( FA) and rapid thermal annealing( RTA) in $N_{2}$ or $O_{2}$ ambients. Growth rate was evidently classified into two different regimes. : (1) surface reaction rate-limited reglme in the range of $T_s$=300 ~ $400 ^{\circ}C$ and (2: mass transport-limited regime in the range of $T_s$=400 ~ $450^{\circ}C$.It was found that the effective activation energies were 18.46kcal/mol and 1.9kcal/mol, respectively. As the bubbler temperature increases, the growth rate became maximum at $T_ \sigma$=$140^{\circ}C$. With increasing pressure, the growth rate became maximum at P=3torr but the refractive index which is close to the bulk value of 2.1 was obtained in the range of 0.1 ~ 1 torr. Good step coverage of 85. 71% was obtained at $T_s$=$400 ^{\circ}C$ and sticking coefficient was 0.06 by comparison with Monte Carlo simulation result. From the results of AES, FT-IR and E M , the degree of SiO, formation at the interface between Si and TazO, was larger in the order of FA-$O_{2}$ > RTA-$O_{2}$, FA-$N_{2}$ > RTA-$N_{2}$. However, the $N_{2}$ ambient annealing resulted in more severe Weficiency in the $Ta_2O_5$ thin film than the $O_{2}$ ambient.
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유기금속 화학증착법을 이용한 탄탈륨 산화 박막의 층덮힘 특성 연구
박상규,윤종호,남갑진,Park, Sang-Gyu,Yun, Jong-Ho,Nam, Gap-Jin 한국재료학회 1996 한국재료학회지 Vol.6 No.1
본 연구에서는 PET(PentaEthoxy Tanatalum:Ta(OC2H5)5) 유기금속 화합물 전구체를 사용하여 차세대 초고집적회로 제조시 고유전체 물질로 유망한 Ta2O5 박막을 열화학증착 방법에 의하여 증착하였다. 본 증착실험을 통하여 여러 가지 운속기체, 기판온도, 반응압력 등의 공정변수가 층덮힘에 미치는 영향을 고찰하였으며 Monte Carlo 전산모사 결과와 기판온도 변화에 따른 층덮힘 패턴의 변화에 대한 실험결과를 비교하여 부착계수를 산출하였다. 운송기체로는 N2, Ar, He을 바꿔가며 실험하였으며 He>N2>Artns으로 층덮힘이 양호한 것으로 나타났다. 이는 운송기체의 종류에 따라 운동량 확산도, 열 확산도, 물질 확산도 등의 이동현상 특성값들이 다르기 때문이라 생각된다. 기판온도의 증가는 운송기체의 종류에 관계없이 층덮힘을 악화시켰으며 도랑내부에서의 Knudsen 확산과 표면반응물의 탈착에 비해 표면반응이 보다 지배적인 역할을 담당함을 알 수 있었다. 또한 질소를 운송기체로 사용한 경우에 부착계수의 겉보기 활성화 에너지는 15.9Kcal/mol로 나타났다. 그리고 3Torr 이하에서 반응압력이 증가하는 반응압력이 증가하는 경우에는 물질 확산도의 감소 효과 때문에 층덮힘이 악화되었다. 본 연구결과 3Torr, 35$0^{\circ}C$에서 He 운송기체를 이용한 경우가 가장 우수한 층덮힘을 얻을 수 있는 최적 공정 조건임을 알 수 있었다.
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