Abstract
$Ta_2O_5$ 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 TEX>$O_{2}$ ambient.
$Ta_2O_5$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.
