KR20010100603A - 다층박막법을 이용한 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적외선 감지층으로 이용되는 다층 구조의 산화바나듐막(V2O5) 제조 방법에 관한 것으로, 다층박막법을 이용하여 V2O5/V/V2O5의 샌드위치 구조를 증착한 후 저온 열처리를 통한 확산 공정에 의해 박막의 재현성 및 특성 조절이 용이하도록 하는 다층박막법을 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 기존의 제조 방식인 스퍼터링법을 이용한 단층의 산화바나듐 박막 제조방법이 스퍼터링 장비가 갖는 재현성의 한계 때문에 박막 특성의 재현성 확보가 어려웠으나, 스퍼터링 장비의 재현성 한계 내에서 제조 가능한 안정상 인 산화바나듐막과 바나듐금속막의 복합구조를 제조한 후 저온에서 열처리하여 확산시킨다.
따라서, 본 발명은 재현성 있고 우수한 적외선 흡수능을 갖는 혼합 바나듐산화 박막 제조가 가능하며, 적외선 감지소자의 성능을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 적외선 감지층으로 이용되는 다층 구조의 산화바나듐막(V2O5) 제조방법에 관한 것으로, 특히 다층박막법을 이용하여 V2O5/V/V2O5의 샌드위치 구조를 증착한 후 저온 열처리를 통한 확산 공정에 의해 박막의 재현성 및 특성 조절이 용이하도록 하는 다층박막법을 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 산화 바나듐 박막에 관한 연구는 지난 수 십년간 꾸준히 이루어져 왔다. 특히 1992년에 미국의 허니웰(Honeywell)사에서는 군사용으로 혼합 산화 바나듐(mixed vanadium oxide)상을 이용하여 비냉각형 적외선 센서물질로 응용하는 연구가 최근까지 진행 중에 있다.
이러한 혼합 산화바나듐상을 이용하는 방법에서는 이온 빔 스퍼터링(ion beam sputtering)법을 이용하여 단층 박막의 제조 공정을 진행하게 되는데, 산소-바나듐계의 불안정한 상들의 존재로 인하여 재현성 있고 안정적인 박막 제조가 문제로 대두되어 왔다.
또한, 상기와 같은 종래의 산화바나듐 제조 방법은 제조 공정의 정밀한 조절이 필요로 하며, 고가장비가 구비되어야 한다는 점에서 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 일반적인 스퍼터링 장비를 이용하며 안정적으로 제조가 가능한 두 개의 단층박막들을 이용함으로서 적외선 감지층의 제조 공정시에 공정상의 재현성 확보토록 하는 다층박막법을 이용한 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 상이한 전기적 특성을 갖는 단층 박막들을 다층화시켜 원하는 박막의 특성 조절이 가능토록 하는 다층박막법을 이용한 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명은
반도체기판 상에 실리콘질화막을 형성하는 단계와;
상기 실리콘질화막 상에 제 1산화바나듐막을 적층하는 단계;
상기 제 1산화바나듐막 상에 바나듐금속막을 적층하는 단계;
상기 바나듐금속막 상에 제 2산화바나듐막을 적층하여 다층화하는 단계; 및
상기 결과물 상에 다층 박막의 안정화를 위한 저온 열처리공정을 실시하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다층박막법을 이용한 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 공정도
도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조공정 흐름을 나타낸 플로우차트
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조 공정에 따른 단층 박막의 특성을 분석하여 나타낸 그래프
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조 공정 조건에 따른 다층 박막의 특성분석 결과를 나타낸 그래프
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 반도체기판 20 : 실리콘질화막
30 : 제 1산화바나듐막 40 : 바나듐금속막
50 : 제 2산화바나듐막
이하, 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 공정도이다.
도 1a를 참조하면, 반도체기판(10) 즉, 실리콘기판 상에 누설 전류의 방지를 위해 플라즈마 화학적기상증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition : PECVD)으로 실리콘질화막(20)을 증착한다.
도 1b를 참조하면, 절연막인 실리콘질화막(20)이 증착된 상태에서 그 상부에 반응성 스퍼터링법(Sputtering)으로 제 1산화바나듐막(V2O5)(30)을 증착한다.
이 때, 산화바나듐 계열인 단층 박막의 증착 조건으로 산소함량은 2 ∼ 50(%), R. F. power는 350W, 기판/타겟 거리는 6 ∼ 9(cm), 기판 온도는 상온에서 350℃의 변수 범위내에서 증착한다.
바람직하게, 제 1산화바나듐막(30)의 증착 조건은 산소함량: 50%, 박막두께: 100 ∼ 2000Å, 증착속도: 60(Å/min), V/O 농도: 38.5%인 범위내에서 증착한다.
도 1c를 참조하면, 제 1산화바나듐막(V2O5)(30)이 증착된 상태에서 반응성 스퍼터링법으로 바나듐상인 바나듐금속막(Vanadium Metal)(40)을 증착한다.
이 때, 바나듐금속막(30)의 증착 조건은 산소함량: 0%, 박막두께: 100 ∼ 2000Å, 증착속도: 200(Å/min), V/O 농도: 0%인 범위내에서 증착한다.
즉, 바나듐상으로 이루어진 단층박막인 바나듐금속막(30)은 산소함량 없이 아르곤(Ar) 가스 분위기 하에서 증착한다.
도 1d를 참조하면, 바나듐금속막(30)이 증착된 상태에서 반응성 스퍼터링법으로 제 2산화바나듐막(50)을 증착함으로서 제 1산화바나듐막(V2O5)(30)/바나듐금속막(40)/제 2산화바나듐막(V2O5)(50)로 이루어진 샌드위치 형태의 복합 구조를 형성한다.
이 때, 산화바나듐 계열인 단층 박막의 증착 조건으로 산소함량은 2 ∼ 50(%), R. F. power는 350W, 기판/타겟 거리는 6 ∼ 9(cm), 기판 온도는 상온에서 350℃의 변수 범위내에서 증착한다.
바람직하게, 제 2산화바나듐막(50)의 증착 조건은 산소함량: 50%, 박막두께: 100 ∼ 2000Å, 증착속도: 60(Å/min), V/O 농도: 38.5%인 범위내에서 증착한다.
그 후, 균일한 조성 및 박막의 안정화를 위해 250 ∼ 300℃ 의 열처리(Annealing) 온도에서 1 ∼ 24시간 동안 유지하여 장시간 열처리를 통한 확산 공정을 진행한 다음, 일련의 후속 공정을 진행하게 된다.
여기서, 단층박막들을 다층화하여 샌드위치 형태의 복합 구조로 형성하는 이유는 두 층의 단층박막이 상이한 전기적 특성을 가지므로 단층박막들의 두께와 층수를 변화시켜서 원하는 특성을 갖는 박막 제조를 하기 위함이다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조공정 흐름을 나타낸 플로우차트이다.
먼저, 반도체기판(10) 상에 PECVD법에 의해 절연막인 실리콘질화막(20)이 증착된 상태에서 그 상부에 반응성 스퍼터링법으로 제 1산화바나듐막(V2O5)(30)을 증착한다.
이 때, 제 1산화바나듐막(30)의 증착 조건은 산소함량: 50%, 박막두께: 100 ∼ 2000Å, 증착속도: 60(Å/min), V/O 농도: 38.5%인 범위내에서 증착한다.(S100)
이어서, 제 1산화바나듐막(V2O5)(30)이 증착된 상태에서 반응성 스퍼터링법으로 바나듐상인 바나듐금속막(Vanadium Metal)(40)을 증착한다.
이 때, 바나듐금속막(30)의 증착 조건은 산소함량: 0%, 박막두께: 100 ∼ 2000Å, 증착속도: 200(Å/min), V/O 농도: 0%인 범위내에서 증착한다.(S110)
다음, 바나듐금속막(30)이 증착된 상태에서 반응성 스퍼터링법으로 제 2산화바나듐막(50)을 증착함으로서 제 1산화바나듐막(V2O5)(30)/바나듐금속막(40)/제 2산화바나듐막(V2O5)(50)로 이루어진 샌드위치 형태의 복합 구조를 형성한다.
이 때, 제 2산화바나듐막(50)의 증착 조건은 산소함량: 50%, 박막두께: 100 ∼ 2000Å, 증착속도: 60(Å/min), V/O 농도: 38.5%인 범위내에서 증착한다.(S120)
그 후, 균일한 조성 및 박막의 안정화를 위해 250 ∼ 300℃ 의 열처리 온도에서 1 ∼ 24시간 동안 장시간 열처리를 통한 확산 공정을 진행한 다음 일련의 후속 공정을 진행하게 된다.(S130)
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조 공정에 따른 단층 박막의 특성을 분석하여 나타낸 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는 재현성 있게 제조할 수 있는 단층 박막의 공정조건과 분석 결과이다. 이 때, 미세 결정상 분석은 X선 회절법, 후방산란법(Rutherford backscattering spectrometry: RBS)를 이용하여 분석하였다.
산소함량 (%) | 박막두께 (Å) | 증착속도(Å/min) | V/O atomic % | |
바나듐금속막 | 0 | 100∼2000 | 200 | - |
산화바나듐막 | 50 | 100∼2000 | 60 | 38.5 |
표 1에 도시된 박막의 증착 조건에 의한 후방산란법의 분석결과를 살펴보면, 도면 3a에 도시된 단층박막은 미세 결정상이 바나듐금속 박막으로 이루어져 있음을 알 수 있으며, 도 3b에 도시된 단층박막은 미세 결정상이 산화바나듐 박막상으로 이루어져 있음을 확인할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조 공정 조건에 따른 다층 박막의 특성분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 다층 구조의 산화바나듐 박막의 특성분석 결과로서 동일한 공정조건하에서 제조된 다층 산화바나듐 박막의 재현성 실험 결과와 AES(Auger electron spectrometry)분석한 그래프이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 상온에서의 비저항값과 열저항계수(TCR)값의 변화표에서 제조된 다층 박막의 특성을 살펴 보면 신뢰성 있고 공정상으로 재현성 있는 결과가 관찰된다.
또한, 도 4b에 도시된 바와 같이 박막 깊이 방향의 원자비를 분석한 결과 저온 열처리 후에 안정적(Stable Phase)이고, 균일한 조성의 박막제조가 가능함을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 재현성 있고 우수한 적외선 흡수능을 갖는 혼합산화바나듐(Mixed Vanadium Oxide) 박막 제조가 가능하게 된다.
즉, 이는 적외선 감지소자의 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 방안으로 활용될 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 의한 다층박막법을 이용한 반도체 소자의 제조방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
종래의 방법보다 바나듐 - 산소계에서 안정적으로 제조할 수 있는 상으로 이루어진 단층 박막을 다층화한 후 저온 열처리 공정을 행함으로써 안정적인 박막화 공정기술의 개발읕 통한 재현성을 확보할 수 있다.
또한, 용이한 특성의 조절 등 제조 공정 방법의 신뢰도 및 성능을 향상시키는 효과가 있다.
Claims (5)
- 반도체기판 상에 실리콘질화막을 형성하는 단계와;상기 실리콘질화막 상에 제 1산화바나듐막을 적층하는 단계;상기 제 1산화바나듐막 상에 바나듐금속막을 적층하는 단계;상기 바나듐금속막 상에 제 2산화바나듐막을 적층하여 다층화하는 단계; 및상기 결과물 상에 다층 박막의 안정화를 위한 저온 열처리공정을 실시하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다층박막법을 이용한 반도체 소자의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 및 제 2산화바나듐막은 반응성 스퍼터링법을 이용하여 증착된 것을 특징으로 하는 다층박막법을 이용한 반도체 소자의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 바나듐금속막은 산소 함량없이 아르곤(Ar)가스 분위기하에서 반응성 스퍼터링법에 의해 증착된 것을 특징으로 하는 다층박막법을 이용한 반도체 소자의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 다층화하는 단계에서 재현성 있는 두 개의 단층박막의 두께와 층수 및 증착 순서를 임의의 선택에 따라 변수로 주어 다층 구조의 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 다층박막법을 이용한 반도체 소자의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 저온 열처리공정은 200 ~ 300℃ 범위내에서 1 ∼ 24시간 동안 유지하여 확산시키는 것을 특징으로 하는 다층박막법을 이용한 반도체 소자의 제조방법.
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- 2000-05-04 KR KR1020000023920A patent/KR100329241B1/ko not_active IP Right Cessation
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