본 발명은 금속 함유 박막 형성을 위한 신규 전구체 및 이를 이용한 금속 함유 박막 형성 방법 및 상기 금속 함유 박막을 포함하는 반도체 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 이소우레아를 함유하는 리간드 형태의 신규 전구체 및 이를 이용한 금속 함유 박막 형성 방법 및 상기 금속 함유 박막을 포함하는 반도체 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a novel precursor for forming a metal-containing thin film, a method for forming a metal-containing thin film using the same, and a semiconductor device including the metal-containing thin film. More specifically, the present invention relates to a novel precursor in the form of a ligand containing isourea, a method for forming a metal-containing thin film using the same, and a semiconductor device including the metal-containing thin film.
금속을 함유하는 금속막, 산화막 또는 질화막 등의 박막을 형성하는 공정에는 적합한 구조의 금속을 함유하는 전구체를 이용하고 있다. 이러한 전구체로는 리간드 형태의 전구체를 사용하는데, 예를 들어, 대한민국 공개특허공보 10-2018-0057059호에서와 같이 아미노아미드 아미디네이트 화합물을 포함하는 금속 리간드 형태, 대한민국 등록특허공보 10-1958381호에서와 같이 베타디케토네이트 화합물, 베타디케티미네이토 화합물, 아미노알콕사이드 화합물, 아미디네이트 화합물, 시클로펜타디에닐 화합물, 카르보닐 화합물 등의 화합물을 포함하는 금속 리간드 형태를 들 수 있다. 또한, 대한민국 공개특허공보 10-2017-0063092호에는 포름아미디네이트, 아미디네이트, 및 구아니디네이트를 포함하는 금속 리간드 형태의 전구체가 개시되어 있다.In a process of forming a thin film such as a metal film, an oxide film, or a nitride film containing a metal, a precursor containing a metal having a suitable structure is used. As such a precursor, a precursor in the form of a ligand is used. For example, a metal ligand form including an aminoamide amidinate compound as in Korean Patent Publication No. 10-2018-0057059, a metal ligand form including a beta-diketonate compound, a beta-diketiminato compound, an aminoalkoxide compound, an amidinate compound, a cyclopentadienyl compound, a carbonyl compound, etc. as in Korean Patent Registration No. 10-1958381, may be mentioned. In addition, Korean Patent Publication No. 10-2017-0063092 discloses a precursor in the form of a metal ligand including formamidinate, amidinate, and guanidinate.
이러한 리간드 형태의 박막은 특정한 금속 및 공정 조건에서 전구체로서 유용하게 사용될 수 있으나, 온도 조건이 달라지거나 박막 형성 공정을 달리하는 경우에는 사용하지 못하는 경우가 발생한다. 예를 들어, 상기와 같은 공지기술에 따른 전구체들을 고온 조건에서 전구체로 도입하면 박막 형성 전단계에서 분해되어 증착 공정을 수행할 수 없게 된다.These ligand-type thin films can be usefully used as precursors under specific metal and process conditions, but there are cases where they cannot be used when temperature conditions change or the thin film formation process is different. For example, when precursors according to the above-mentioned known technology are introduced as precursors under high temperature conditions, they decompose before the thin film formation stage, making it impossible to perform the deposition process.
이러한 종래기술들로부터 리간드 형태의 화합물을 사용한 전구체는 박막 형성 공정에 유효한 것을 알 수 있으나, 다양한 온도 영역에서 증착 공정을 수행할 수 있도록 안정화된 화학구조를 가진 전구체와 이를 통한 금속 함유 박막을 형성하는 기술에 대한 개발이 필요하다.From these conventional technologies, it can be seen that precursors using compounds in the form of ligands are effective in the thin film formation process, but there is a need for development of a precursor having a stabilized chemical structure that enables the deposition process to be performed in various temperature ranges and a technology for forming a metal-containing thin film using the precursor.
본 발명은 상기와 같은 종래기술들을 감안하여 안출된 것으로, 신규한 화합물을 포함하여 금속 함유 박막 형성 공정을 효율적으로 수행할 수 있는 신규 전구체 및 이를 이용한 금속 함유 박막 형성 방법 및 상기 금속 함유 박막을 포함하는 반도체 소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been made in consideration of the above-described prior arts, and its purpose is to provide a novel precursor capable of efficiently performing a metal-containing thin film formation process including a novel compound, a method for forming a metal-containing thin film using the same, and a semiconductor device including the metal-containing thin film.
특히, 고온 조건의 박막 형성 공정에서 전구체의 초기 화학 흡착 단계에서의 안정성을 향상시킬 수 있는 구조를 가지는 화합물을 이용한 신규 전구체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In particular, the purpose is to provide a novel precursor using a compound having a structure capable of improving the stability of the precursor in the initial chemical adsorption stage in a thin film formation process under high temperature conditions.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 금속 함유 박막 형성용 전구체는 화학식 1로 표시되는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 한다.To achieve the above purpose, the precursor for forming a metal-containing thin film of the present invention is characterized by containing a compound represented by chemical formula 1.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
M(Iu)x(L)yM(Iu)x (L)y
상기 화학식 1에서 M은 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 라듐(Ra), 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 탄소(C), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 인(P), 비소(As), 안티모니(Sb), 비스무스(Bi), 황(S), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te), 이트륨(Y), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W)에서 선택되는 중심 금속 원자이며, L은 탄소수 1 내지 6의 직쇄형 또는 분지형 알킬기, 아민기, 탄소수 1 내지 4의 직쇄형 또는 분지형 알킬기를 가지는 알킬아민기, 탄소수 1 내지 4의 직쇄형 또는 분지형 알킬기를 가지는 알콕시기, 치환기를 가지거나 가지지 않는 사이클로펜타디에닐기이며, Iu는 화학식 2로 표시되는 이소우레아기이며, x는 1 또는 2의 정수이며, y는 1 내지 5의 정수이다.In the above chemical formula 1, M is a central metal atom selected from beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), radium (Ra), boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), thallium (Tl), carbon (C), silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), bismuth (Bi), sulfur (S), selenium (Se), tellurium (Te), yttrium (Y), titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (Cr), manganese (Mn), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), and tungsten (W), and L is a straight chain or a branched alkyl group, an amine group, an alkylamine group having a straight-chain or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, an alkoxy group having a straight-chain or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a cyclopentadienyl group with or without a substituent, Iu is an isourea group represented by chemical formula 2, x is an integer of 1 or 2, and y is an integer of 1 to 5.
[화학식 2][Chemical formula 2]
상기 화학식 2에서 R은 탄소수 1 내지 4의 직쇄형 또는 분지형 알킬기이다.In the above chemical formula 2, R is a straight-chain or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
상기 금속 함유 박막 형성용 전구체는 용매를 추가적으로 포함할 수 있으며, 이때, 상기 용매는 C1-C16의 포화 또는 불포화 탄화수소, 에테르, 글라임, 에스테르, 테트라하이드로퓨란, 3차 아민 중 어느 하나 또는 그 이상일 수 있다. 또한, 상기 용매는 전구체 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 99 중량%로 포함될 수 있다.The precursor for forming the metal-containing thin film may additionally include a solvent, wherein the solvent may be one or more of a C1 -C16 saturated or unsaturated hydrocarbon, an ether, a glyme, an ester, tetrahydrofuran, and a tertiary amine. In addition, the solvent may be included in an amount of 1 to 99 wt% based on the total weight of the precursor composition.
본 발명에 따른 금속 함유 박막 형성 방법은 상기 금속 함유 박막 형성용 전구체를 이용하여 기판 상에 금속 함유 박막을 증착하는 단계를 포함한다.A method for forming a metal-containing thin film according to the present invention includes a step of depositing a metal-containing thin film on a substrate using the precursor for forming the metal-containing thin film.
상기 금속 함유 박막은 원자층 증착(Atomic Layer Depostion), 플라스마 화학 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 또는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition) 중 어느 하나의 방법에 의해 증착될 수 있다.The above metal-containing thin film can be deposited by any one of atomic layer deposition, plasma enhanced chemical vapor deposition, or chemical vapor deposition.
또한, 상기 금속 함유 박막 형성 방법은 상기 금속 함유 박막 형성용 전구체를 기화시켜 챔버 내부로 이송시키는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the method for forming a metal-containing thin film may include a step of vaporizing a precursor for forming the metal-containing thin film and transporting it into the chamber.
또한, 상기 증착은 기판을 반응기에 제공하는 제1 단계; 상기 반응기 내로 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 5족 금속 함유 박막 형성용 전구체를 도입하는 제2 단계; 상기 반응기를 퍼지 가스(purge gas)로 퍼징하는 제3 단계; 반응성 기체를 상기 반응기 내로 도입하는 제4 단계; 및 상기 반응기를 퍼지 가스로 퍼징하는 제5 단계를 포함하며, 요망되는 두께의 증착 막이 형성될 때까지 제2 내지 제5 단계가 반복될 수 있다.In addition, the deposition includes a first step of providing a substrate to a reactor; a second step of introducing a precursor for forming a Group 5 metal-containing thin film including a compound represented by the chemical formula 1 into the reactor; a third step of purging the reactor with a purge gas; a fourth step of introducing a reactive gas into the reactor; and a fifth step of purging the reactor with a purge gas, and the second to fifth steps can be repeated until a deposition film having a desired thickness is formed.
이때, 상기 반응성 기체는 수증기(H2O), 산소(O2), 오존(O3), 과산화수소(H2O2), 수소(H2), 암모니아(NH3), 일산화질소(NO), 아산화질소(N2O), 이산화질소(NO2), 히드라진(N2H4), 및 실란(SiH4) 중 어느 하나 또는 그 이상일 수 있다.At this time, the reactive gas may be one or more of water vapor (H2 O), oxygen (O2 ), ozone (O3 ), hydrogen peroxide (H2 O2 ), hydrogen (H2 ), ammonia (NH3 ), nitrogen monoxide (NO), nitrous oxide (N2 O), nitrogen dioxide (NO2 ), hydrazine (N2 H4 ), and silane (SiH4 ).
또한, 상기 증착은 500℃ 이하의 온도 및 50 mTorr 내지 760 Torr 범위의 압력에서 수행될 수 있다.Additionally, the deposition can be performed at a temperature of 500°C or less and a pressure in the range of 50 mTorr to 760 Torr.
본 발명에 따른 반도체 소자는 상기 금속 함유 박막 형성 방법에 의해 제조된 금속 함유 박막을 포함하는 것을 특징으로 한다.A semiconductor device according to the present invention is characterized by including a metal-containing thin film manufactured by the method for forming a metal-containing thin film.
본 발명에 따른 전구체 및 이를 이용한 박막 형성방법에 따르면, 신규한 화합물을 포함하여 금속 함유 박막 형성 공정을 효율적으로 수행할 수 있는 신규 전구체 및 이를 이용한 금속 함유 박막 형성 방법을 제공할 수 있다.According to the precursor according to the present invention and the method for forming a thin film using the same, a novel precursor capable of efficiently performing a metal-containing thin film forming process including a novel compound and a method for forming a metal-containing thin film using the same can be provided.
또한, 고온 조건의 박막 형성 공정에서 전구체의 초기 화학 흡착 단계에서의 안정성을 향상시킬 수 있는 구조를 가지는 신규한 화합물을 전구체로 이용함으로써 다양한 공정 조건에 부합하는 전구체 및 이를 이용한 금속 함유 박막 형성 방법을 제공할 수 있다.In addition, by using a novel compound having a structure that can improve the stability of the precursor in the initial chemical adsorption stage in a thin film formation process under high temperature conditions as a precursor, a precursor suitable for various process conditions and a method for forming a metal-containing thin film using the same can be provided.
도 1은 본 발명에 따른 금속 전구체(a) 및 종래기술에 따른 금속 전구체(b)를 도입했을 때 고온 증착 반응의 과정을 도시한 개념도이다.Figure 1 is a conceptual diagram illustrating the process of a high-temperature deposition reaction when a metal precursor (a) according to the present invention and a metal precursor (b) according to the prior art are introduced.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The terms or words used in this specification and claims should not be interpreted as limited to their usual or dictionary meanings, and should be interpreted as meanings and concepts that conform to the technical idea of the present invention based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term to explain his or her own invention in the best way.
본 발명의 금속 함유 박막 형성용 전구체는 화학식 1로 표시되는 화합물을 함유하는 것이다.The precursor for forming a metal-containing thin film of the present invention contains a compound represented by chemical formula 1.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
M(Iu)x(L)yM(Iu)x (L)y
상기 화학식 1에서 M은 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 라듐(Ra), 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 탄소(C), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 인(P), 비소(As), 안티모니(Sb), 비스무스(Bi), 황(S), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te), 이트륨(Y), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W)에서 선택되는 중심 금속 원자이며, L은 탄소수 1 내지 6의 직쇄형 또는 분지형 알킬기, 아민기, 탄소수 1 내지 4의 직쇄형 또는 분지형 알킬기를 가지는 알킬아민기, 탄소수 1 내지 4의 직쇄형 또는 분지형 알킬기를 가지는 알콕시기, 치환기를 가지거나 가지지 않는 사이클로펜타디에닐기이며, Iu는 화학식 2로 표시되는 이소우레아기이며, x는 1 또는 2의 정수이며, y는 1 내지 5의 정수이다.In the above chemical formula 1, M is a central metal atom selected from beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), radium (Ra), boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), thallium (Tl), carbon (C), silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), bismuth (Bi), sulfur (S), selenium (Se), tellurium (Te), yttrium (Y), titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (Cr), manganese (Mn), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), and tungsten (W), and L is a straight chain or a branched alkyl group, an amine group, an alkylamine group having a straight-chain or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, an alkoxy group having a straight-chain or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a cyclopentadienyl group with or without a substituent, Iu is an isourea group represented by chemical formula 2, x is an integer of 1 or 2, and y is an integer of 1 to 5.
[화학식 2][Chemical formula 2]
상기 화학식 2에서 R은 탄소수 1 내지 4의 직쇄형 또는 분지형 알킬기이다.In the above chemical formula 2, R is a straight-chain or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
종래기술에서 사용되는 금속 화합물 전구체를 살펴보면, 아미디네이트나 구아니디네이트와 같은 아민 화합물, 시클로펜타디에닐 화합물 등을 중심 금속 원자와 결합시킨 리간드 화합물로서, 기화나 액체 이송을 통한 전구체로서 사용될 수 있는 물질이나, 구조적 불안정성으로 인해 다양한 공정 조건에 적용하기 곤란한 문제점이 있다.Looking at metal compound precursors used in the prior art, they are substances that can be used as precursors through vaporization or liquid transport as ligand compounds that bind central metal atoms, such as amine compounds such as amidinate or guanidinate, and cyclopentadienyl compounds, but they have the problem of being difficult to apply to various process conditions due to structural instability.
화학식 1로 표시되는 화합물을 예시하면, 게르마늄, 갈륨 등의 14족 원소를 중심 금속 원자로 하는 화학식 3으로 표시되는 화합물을 들 수 있다.An example of a compound represented by chemical formula 1 is a compound represented by chemical formula 3 having a group 14 element such as germanium or gallium as a central metal atom.
[화학식 3][Chemical Formula 3]
이러한 화학식 3으로 표시되는 화합물을 기판에 제공하면 도 1(a)에서와 같이 표면 흡착이 진행되어 박막을 형성하게 되는데, 초기 화학 흡착 단계에서 이소우레아기가 중심 금속에 대해 가교 구조를 유지하고 있으므로, 화합물이 표면 흡착 후에도 매우 안정적인 상태를 유지하여 초기 화학 흡착 효율을 향상시킬 수 있게 된다. 이로 인하여 증착 시 표면 균일성이 향상되게 된다.When a compound represented by the chemical formula 3 is provided to a substrate, surface adsorption progresses as shown in Fig. 1(a) to form a thin film. Since the isourea group maintains a cross-linking structure with respect to the central metal in the initial chemical adsorption stage, the compound remains very stable even after surface adsorption, thereby improving the initial chemical adsorption efficiency. As a result, surface uniformity is improved during deposition.
이에 대하여, 아미디네이트가 중심 금속 원자에 결합된 리간드를 예시하면 도 1(b)와 같은데, 이러한 화합물의 경우 초기 화학 흡착 단계에서 중심 금속 원자에 대한 비대칭 구조를 형성하여 표면 도포가 불균일하게 일어나거나 화합물의 열 분해가 발생할 가능성이 높아지게 된다.In this regard, an example of a ligand in which an amidinate is bonded to a central metal atom is as shown in Fig. 1(b). In the case of such a compound, an asymmetric structure is formed with respect to the central metal atom in the initial chemical adsorption stage, which increases the possibility of uneven surface coverage or thermal decomposition of the compound.
이는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 경우 화학식 4에서와 같이 중심 금속 원자인 M에 대하여 이소우레아가 공명구조를 가지므로 상기 중심 금속 원자를 포함하는 리간드가 안정화될 수 있는 구조적 특성을 가지기 때문이다.This is because, in the case of the compound represented by the chemical formula 1, isourea has a resonance structure with respect to the central metal atom M as in chemical formula 4, and thus has structural characteristics that can stabilize the ligand including the central metal atom.
[화학식 4][Chemical Formula 4]
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 다양한 중심 금속 원자를 함유할 수 있는데, 상기 중심 금속 원자에 따라 결합되는 이소우레아(Iu)와 L기의 수가 달라지게 된다. 상기 중심 금속 원자로서는 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐 등의 2족 원소, 이트륨 등의 3족 원소, 티타늄, 지르코늄, 하프늄 등의 4족 원소, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨 등의 5족 원소, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐 등의 6족 원소, 붕소, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 탈륨 등의 13족 원소, 규소, 게르마늄, 주석, 납 등의 14족 원소, 인, 비소, 안티모니, 비스무스 등의 15족 원소, 황, 셀레늄, 텔루륨 등의 16족 원소 및 망간, 니켈, 구리, 아연 등의 금속 원자가 적용될 수 있으며, 이에 따라 상기 이소우레아(Iu)의 결합 가능한 관능기의 개수와 L의 결합 가능한 관능기의 개수가 정해질 수 있다.The compound represented by the above chemical formula 1 may contain various central metal atoms, and the number of isourea (Iu) and L groups bonded varies depending on the central metal atom. As the above central metal atom, group 2 elements such as beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, and radium, group 3 elements such as yttrium, group 4 elements such as titanium, zirconium, and hafnium, group 5 elements such as vanadium, niobium, and tantalum, group 6 elements such as chromium, molybdenum, and tungsten, group 13 elements such as boron, aluminum, gallium, indium, and thallium, group 14 elements such as silicon, germanium, tin, and lead, group 15 elements such as phosphorus, arsenic, antimony, and bismuth, group 16 elements such as sulfur, selenium, and tellurium, and metal atoms such as manganese, nickel, copper, and zinc can be applied, and accordingly, the number of functional groups to which the isourea (Iu) can be bonded and the number of functional groups to which L can be bonded can be determined.
본 발명에 따른 화합물을 함유하는 신규한 전구체는 종래기술의 금속 화합물에 비해 구조적 안정성이 높고 열분해 온도도 상대적으로 높은 것으로 나타났다. 이로 인해 일반적인 공정 조건뿐만 아니라 상대적으로 고온 조건에서도 안정적인 증착이 가능하며 특히 화학 흡착 상태의 안정성이 우수하여 기재의 표면에 균일한 흡착 상태를 만들 수 있는 것으로 나타났다.The novel precursor containing the compound according to the present invention was found to have higher structural stability and a relatively higher thermal decomposition temperature than the metal compounds of the prior art. As a result, stable deposition is possible not only under general process conditions but also under relatively high temperature conditions, and in particular, it was found to have excellent stability in the chemical adsorption state, so that a uniform adsorption state can be created on the surface of the substrate.
상기와 같은 전구체를 적용하여 금속 함유 박막을 제조할 경우, 통상적인 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition)뿐만 아니라 원자층 증착(Atomic Layer Depostion) 또는 플라스마 화학 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)을 통해서 박막을 형성할 수 있다.When a metal-containing thin film is manufactured by applying a precursor as described above, the thin film can be formed not only through conventional chemical vapor deposition but also through atomic layer deposition or plasma enhanced chemical vapor deposition.
또한, 증착 방법에 따라 상기 전구체를 용매에 녹여 액상으로 한 후 챔버 내로 도입하여 증착 공정을 수행할 수도 있다. 이 경우, 상기 용매로는 톨루엔, 헵탄과 같은 C1-C16의 포화 또는 불포화 탄화수소, 에테르, 글라임, 에스테르, 테트라하이드로퓨란, 디메틸에틸아민과 같은 3차 아민 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.In addition, depending on the deposition method, the precursor may be dissolved in a solvent to form a liquid and then introduced into the chamber to perform the deposition process. In this case, the solvent may be any one of a C1 -C16 saturated or unsaturated hydrocarbon such as toluene or heptane, an ether, a glyme, an ester, a tetrahydrofuran, a tertiary amine such as dimethylethylamine, or a mixture thereof.
또한, 상기 용매를 포함하는 경우, 상기 금속 함유 박막 형성용 전구체 총 중량에 대하여 1 내지 99 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.In addition, when the solvent is included, it is preferable that it is included in an amount of 1 to 99 wt% based on the total weight of the precursor for forming the metal-containing thin film.
본 발명의 금속 함유 박막 형성 방법은 상기 금속 함유 박막 형성용 전구체를 이용하여 기판 상에 금속 함유 박막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method for forming a metal-containing thin film of the present invention is characterized by including a step of depositing a metal-containing thin film on a substrate using the precursor for forming the metal-containing thin film.
이때, 상기 금속 함유 박막 형성용 전구체는 용매를 추가적으로 포함할 수 있고, 상기 용매는 금속 함유 박막 형성용 전구체 총 중량에 대하여 1 내지 99 중량%로 포함될 수 있다.At this time, the precursor for forming the metal-containing thin film may additionally include a solvent, and the solvent may be included in an amount of 1 to 99 wt% based on the total weight of the precursor for forming the metal-containing thin film.
이를 구체적으로 설명하면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 함유하는금속 함유 박막용 전구체를 이용한 금속 함유 박막의 제조방법은 전구체로서 화학식 1의 화합물 또는 상기 화합물을 함유하는 조성물을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 증착에 의한 금속 함유 박막의 제조방법에 따라 실시될 수 있다.To explain this more specifically, the method for manufacturing a metal-containing thin film using a precursor for a metal-containing thin film containing a compound represented by the above chemical formula 1 can be carried out according to a method for manufacturing a metal-containing thin film by conventional deposition, except that the compound of the above chemical formula 1 or a composition containing the above compound is used as a precursor.
즉, 기판을 반응기에 제공하는 제1 단계; 상기 반응기 내로 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 전구체를 도입하는 제2 단계; 상기 반응기를 퍼지 가스(purge gas)로 퍼징하는 제3 단계; 반응성 기체를 상기 반응기 내로 도입하는 제4 단계; 및 상기 반응기를 퍼지 가스로 퍼징하는 제5 단계를 포함하며 요망되는 두께의 증착 막이 형성될 때까지 제2 내지 제5 단계가 반복될 수 있다. 또한, 상기 증착은 500℃ 이하의 온도 및 50 mTorr 내지 760 Torr 범위의 압력에서 수행될 수 있다. 즉, 기판의 온도가 상대적으로 낮은 조건에서도 전구체의 개환 반응에 의해 증착이 일어나게 된다. 또한, 반응성 가스의 종류에 따라 산화막, 질화막, 옥시질화막 등 다양한 박막을 형성할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 전구체는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 자체일 수도 있고, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 용매를 혼합한 조성물일 수도 있다.That is, the method comprises: a first step of providing a substrate to a reactor; a second step of introducing a precursor including a compound represented by the chemical formula 1 into the reactor; a third step of purging the reactor with a purge gas; a fourth step of introducing a reactive gas into the reactor; and a fifth step of purging the reactor with a purge gas. The second to fifth steps may be repeated until a deposition film having a desired thickness is formed. In addition, the deposition may be performed at a temperature of 500° C. or lower and a pressure in the range of 50 mTorr to 760 Torr. That is, the deposition occurs by the ring-opening reaction of the precursor even under conditions where the temperature of the substrate is relatively low. In addition, various thin films such as an oxide film, a nitride film, and an oxynitride film may be formed depending on the type of the reactive gas. In addition, as described above, the precursor including the compound represented by the chemical formula 1 may be the compound represented by the chemical formula 1 itself, or may be a composition in which the compound represented by the chemical formula 1 and a solvent are mixed.
먼저, 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 금속 함유 박막용 전구체를 반응기 내에 위치한 금속 함유 박막 형성용 기판 위로 공급한다. 이때 상기 금속 함유 박막 형성용 기판으로는 기술적 작용으로 인하여 금속 함유 박막에 의해 코팅될 필요가 있는, 반도체 제조에 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하다.First, a precursor for a metal-containing thin film including a compound represented by Chemical Formula 1 is supplied onto a substrate for forming a metal-containing thin film located in a reactor. At this time, as the substrate for forming a metal-containing thin film, any substrate used in semiconductor manufacturing that needs to be coated with a metal-containing thin film due to technical operation can be used without any special restrictions.
또한, 상기 금속 함유 박막 형성용 전구체를 휘발된 기체를 통해 이송하거나, 직접 액체 주입 방법 또는 금속 함유 박막 형성용 전구체를 유기 용매에 용해시켜 이송하는 액체 이송 방법이 이용될 수 있다. 상기 금속 함유 박막 형성용 전구체를 휘발된 기체로 이송하는 방법은 금속 함유 박막 형성용 전구체가 들어 있는 용기를 항온조에 넣은 후 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논 또는 질소 등의 비활성 가스로 버블링하여 금속 함유 박막 형성용 전구체를 증발시킨 후 금속 박막 형성용 기판 위로 이송시키거나, 또는 액체운반시스템(LDS: Liquid Delivery System)을 사용하여 액상의 금속 함유 박막 형성용 전구체를 기화기를 통해 기상으로 변화시킨 후 금속 함유 박막 형성용 기판 위로 이송시킴으로써 실시될 수 있다.In addition, the precursor for forming the metal-containing thin film may be transported through a volatilized gas, a direct liquid injection method, or a liquid transport method in which the precursor for forming the metal-containing thin film is dissolved in an organic solvent and transported. The method for transporting the precursor for forming the metal-containing thin film through a volatilized gas may be performed by placing a container containing the precursor for forming the metal-containing thin film in a constant temperature bath, bubbling with an inert gas such as helium, neon, argon, krypton, xenon, or nitrogen to evaporate the precursor for forming the metal-containing thin film, and then transporting it onto a substrate for forming the metal thin film, or by using a liquid delivery system (LDS) to change the precursor for forming the metal-containing thin film in a liquid state into a gaseous state through a vaporizer, and then transporting it onto a substrate for forming the metal-containing thin film.
또한, 저휘발성 물질을 용량 측정방식으로 전달되게 할 수 있도록 조합된 액체 전달 및 플래시 기화 공정 유닛, 예를 들어, MSP 코포레이션(MSP Corporation, Shoreview, MN)에 의해 제조된 터보(turbo) 기화기가 사용될 수 있으며, 이는 재현 가능한 운송 및 전구체의 열 분해 없는 증착을 유도한다. 액체 전달 포뮬레이션(formulation)에 있어서, 본 발명의 전구체는 순수 액체 형태로 전달될 수 있거나, 용매를 포함하는 조성물로 사용될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서 기판 상에 필름을 형성시키기 위한 소정의 최종 용도 적용에 바람직하고 유리할 수 있음으로 인해 전구체 조성물은 적합한 특징의 용매 성분을 포함할 수 있다.Additionally, a combined liquid delivery and flash vaporization process unit may be used to enable the low volatility material to be delivered in a volumetric manner, for example, a turbo vaporizer manufactured by MSP Corporation, Shoreview, MN, which results in reproducible transport and deposition without thermal decomposition of the precursor. In the liquid delivery formulation, the precursors of the present invention may be delivered in pure liquid form, or may be used in a composition comprising a solvent. Thus, in one embodiment, the precursor composition may comprise a solvent component of suitable characteristics as may be desirable and advantageous for a given end-use application to form a film on a substrate.
금속 함유 박막 형성용 전구체를 유기 용매에 용해시켜 이송하는 액체 이송 방법의 경우, 상기 화학식 1 및 용매로 이루어진 전구체 조성물을 이용할 수 있는데, 상기 화학식 1로 표시되는 전구체 중 높은 점도로 인하여 액체 이송 방식의 기화기에서 충분히 기화되기 어려울 경우 활용될 수 있다.In the case of a liquid transport method in which a precursor for forming a metal-containing thin film is transported by dissolving it in an organic solvent, a precursor composition comprising the chemical formula 1 and a solvent can be used. This can be utilized when the precursor represented by the chemical formula 1 has a high viscosity and is difficult to sufficiently vaporize in a liquid transport type vaporizer.
예를 들어, 비점이 70℃이하, 또는 30~50℃이고, 상온 25℃에서 밀도가 0.6~0.8g/㎤이며, 증기압이 400~700㎜Hg인 3차 아민을 적용할 수 있는데, 비점, 밀도 및 증기압 조건을 동시에 충족할 때 막 형성 조성물의 점도 감소 효과 및 휘발성 개선 효과가 향상되어, 균일성 및 단차 피막 특성이 개선된 박막의 형성이 가능한 것으로 나타났다.For example, a tertiary amine having a boiling point of 70°C or lower, or 30 to 50°C, a density of 0.6 to 0.8 g/cm3 at room temperature of 25°C, and a vapor pressure of 400 to 700 mmHg can be applied. When the boiling point, density, and vapor pressure conditions are simultaneously satisfied, the viscosity reduction effect and volatility improvement effect of the film-forming composition are enhanced, and it was found that formation of a thin film with improved uniformity and step film characteristics is possible.
일 실시예에서 본 발명의 박막 형성 방법을 사용하여 증착된 금속 필름이 산소 공급원, 시약, 또는 산소를 함유하는 전구체를 사용하여 산소의 존재 하에서 형성된다. 산소 공급원은 하나 이상의 산소 공급원의 형태로 반응기에 도입될 수 있고/거나, 증착 공정에 사용된 다른 전구체 중에 부수적으로 존재할 수 있다. 적합한 산소 공급원 가스는 예를 들어, 물(H2O)(예를 들어, 탈이온수, 정제수, 및/또는 증류수), 산소(O2), 산소 플라즈마, 오존(O3), N2O, NO2, 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2) 및 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 산소 공급원은 약 1 내지 약 2000 sccm 또는 약 1 내지 약 1000 sccm 범위의 유량으로 반응기에 도입되는 산소 공급원 가스를 포함할 수 있다. 상기 산소 공급원은 약 0.1 내지 약 100 초 범위의 시간 동안 도입될 수 있다. 어느 한 특정의 구체예에서, 산소 공급원은 10℃또는 그 초과의 온도를 지닌 물을 포함한다. 필름이 ALD 또는 사이클릭 CVD 공정에 의해 증착되는 구체예에서, 전구체 펄스는 0.01 초 초과의 펄스 폭(pulse duration)을 지닐 수 있고, 산소 공급원은 0.01 초 미만의 펄스 폭을 지닐 수 있고, 물 펄스 폭은 0.01 초 미만인 펄스 폭을 지닐 수 있다.In one embodiment, a metal film deposited using the thin film forming method of the present invention is formed in the presence of oxygen using an oxygen source, a reagent, or a precursor containing oxygen. The oxygen source may be introduced to the reactor in the form of one or more oxygen sources and/or may be incidentally present in other precursors used in the deposition process. Suitable oxygen source gases may include, for example, water (H2 O) (e.g., deionized water, purified water, and/or distilled water), oxygen (O2 ), oxygen plasma, ozone (O3 ), N2 O, NO2 , carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2 ), and combinations thereof. For example, the oxygen source may comprise an oxygen source gas introduced to the reactor at a flow rate in the range of about 1 to about 2000 sccm or about 1 to about 1000 sccm. The oxygen source may be introduced for a time in the range of about 0.1 to about 100 seconds. In one particular embodiment, the oxygen source comprises water having a temperature of 10° C. or greater. In embodiments where the film is deposited by an ALD or cyclic CVD process, the precursor pulse can have a pulse duration greater than 0.01 seconds, the oxygen source can have a pulse width less than 0.01 seconds, and the water pulse duration can have a pulse duration less than 0.01 seconds.
또 다른 실시예에서, 펄스들 사이의 퍼지 폭은 0초 정도로 작을 수 있거나, 중간에 퍼지 없이 연속적으로 펄싱된다. 산소 공급원 또는 시약은 실리콘 전구체에 대해 1:1 비보다 낮은 분자량으로 제공되고, 이로써 적어도 일부 탄소가 증착된 그대로의 유전 필름에 남는다.In another embodiment, the purge width between pulses can be as small as 0 seconds, or pulses can be pulsed continuously without purges in between. The oxygen source or reagent is provided at a molecular weight less than 1:1 ratio with respect to the silicon precursor, such that at least some carbon remains in the as-deposited dielectric film.
또 다른 실시예에서, 금속 산화물 필름에 질소를 추가로 포함할 수 있다. 상기 필름은 전술한 방법을 사용하여 증착되며, 질소 함유 공급원의 존재 하에서 형성될 수 있다. 질소 함유 공급원은 하나 이상의 질소 공급원의 형태로 반응기에 도입될 수 있고 증착 공정에 사용된 다른 전구체 중에 부수적으로 존재할 수 있다. 적합한 질소 함유 공급원 가스는 예를 들어, 암모니아, 하이드라진, 모노알킬하이드라진, 디알킬하이드라진, 질소, 질소/수소, 암모니아 플라즈마, 질소 플라즈마, 질소/수소 플라즈마, 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 특정의 구체예에서, 질소 함유 공급원은 약 1 내지 약 2000 sccm 또는 약 1 내지 약 1000 sccm 범위의 유량으로 반응기에 도입되는, 암모니아 플라즈마 또는 수소/질소 플라즈마 공급원 가스를 포함한다. 질소 함유 공급원은 약 0.1 내지 약 100 초 범위의 시간 동안 도입될 수 있다. 필름이 ALD 또는 사이클릭 CVD 공정에 의해 증착되는 구체예에서, 전구체 펄스는 0.01 초 초과의 펄스 폭을 지닐 수 있고, 질소 함유 산소 공급원은 0.01 초 미만의 펄스 폭을 지닐 수 있고, 물 펄스 폭은 0.01 초 미만인 펄스 폭을 지닐 수 있다.In another embodiment, the metal oxide film may further comprise nitrogen. The film may be deposited using the methods described above and may be formed in the presence of a nitrogen containing source. The nitrogen containing source may be introduced to the reactor in the form of one or more nitrogen sources and may be incidentally present among other precursors used in the deposition process. Suitable nitrogen containing source gases may include, for example, ammonia, hydrazine, monoalkylhydrazines, dialkylhydrazines, nitrogen, nitrogen/hydrogen, ammonia plasma, nitrogen plasma, nitrogen/hydrogen plasma, and mixtures thereof. In certain embodiments, the nitrogen containing source comprises an ammonia plasma or hydrogen/nitrogen plasma source gas, which is introduced to the reactor at a flow rate ranging from about 1 to about 2000 sccm or from about 1 to about 1000 sccm. The nitrogen containing source may be introduced for a time ranging from about 0.1 to about 100 seconds. In specific embodiments where the film is deposited by an ALD or cyclic CVD process, the precursor pulse can have a pulse width greater than 0.01 second, the nitrogen-containing oxygen source can have a pulse width less than 0.01 second, and the water pulse width can have a pulse width less than 0.01 second.
또 다른 구체예에서, 펄스들 사이의 퍼지 폭은 0초 정도로 낮을 수 있거나, 중간에 퍼지 없이 연속적으로 펄싱될 수 있다.In another embodiment, the purge width between pulses can be as low as 0 seconds, or the pulses can be pulsed continuously without any purge in between.
또한, 상기 증착 방법은 하나 이상의 퍼지 가스를 포함할 수 있다. 소비되지 않은 반응물 및 반응 부산물을 퍼징시키기 위해 사용되는 퍼지 가스는 전구체와 반응하지 않는 불활성 가스이다. 이러한 퍼지 가스로는 아르곤(Ar), 질소(N2), 헬륨(He), 네온, 수소(H2), 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, Ar과 같은 퍼지 가스가 약 0.1 내지 1000 초 동안 10 내지 약 2000 sccm 범위의 유량으로 반응기에 공급되고, 이로써 반응기내 남아있을 수 있는 미반응 물질 및 부산물을 퍼징할 수 있다.Additionally, the deposition method may include one or more purge gases. The purge gas used to purge unconsumed reactants and reaction by-products is an inert gas that does not react with the precursor. Such purge gases may include, but are not limited to, argon (Ar), nitrogen (N2 ), helium (He), neon, hydrogen (H2 ), or mixtures thereof. For example, a purge gas such as Ar may be supplied to the reactor at a flow rate ranging from 10 to about 2000 sccm for about 0.1 to 1000 seconds, thereby purging unreacted materials and by-products that may remain within the reactor.
또한, 전구체, 산소 공급원, 질소 함유 공급원, 및/또는 그 밖의 전구체, 공급원 가스, 및 시약을 공급하는 각각의 단계는 형성되는 유전 필름의 화학량론적 조성을 변경시키도록 상기 물질들을 공급하는 시간을 변경시킴으로써 수행될 수 있다.Additionally, each step of supplying the precursor, the oxygen source, the nitrogen-containing source, and/or other precursor, source gases, and reagents can be performed by varying the time of supplying the materials so as to change the stoichiometric composition of the dielectric film being formed.
반응을 유발하고, 기판 상에 유전 필름 또는 코팅을 형성하기 위해 5족 금속 함유 박막 형성용 전구체, 산소 함유 공급원 또는 이들의 조합물 중 하나 이상에 에너지가 가해지는데, 열, 플라즈마, 펄스식 플라즈마, 헬리콘 플라즈마, 고밀도 플라즈마, 유도 결합 플라즈마, X-선, e-빔, 포톤(photon), 원격 플라즈마 방법 및 이들의 조합을 들 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 이차 RF 주파수 소스(source)가 기판 표면에서 플라즈마 특징을 변형시키기 위해 사용될 수 있다. 증착이 플라즈마를 포함하는 구체예에서, 플라즈마-생성 공정은 플라즈마가 반응기에서 직접 생성되는 직접 플라즈마 생성 공정, 또는 다르게는 플라즈마가 반응기 외부에서 생성되어 반응기에 제공되는 원격 플라즈마 생성 공정을 포함할 수 있다.Energy is applied to one or more of the precursors, oxygen-containing sources, or combinations thereof to induce a reaction and form a dielectric film or coating on the substrate, including but not limited to heat, plasma, pulsed plasma, helicon plasma, high-density plasma, inductively coupled plasma, x-ray, e-beam, photon, remote plasma methods, and combinations thereof. For example, a secondary RF frequency source can be used to modify the plasma characteristics at the substrate surface. In embodiments where the deposition includes plasma, the plasma-generating process can include a direct plasma generation process, in which the plasma is generated directly in the reactor, or alternatively, a remote plasma generation process, in which the plasma is generated external to the reactor and provided to the reactor.
또한, 상기 금속 함유 박막 형성용 전구체의 공급 시, 최종 형성되는 금속 함유 박막에서의 전기적 특성, 즉 정전용량을 더욱 개선시키기 위하여 추가적인 금속 전구체로서 규소(Si), 티타늄(Ti), 게르마늄(Ge), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 하프늄(Hf) 및 란탄족 원자로부터 선택된 1종 이상의 금속(M")을 포함하는 금속 전구체를 선택적으로 더 공급할 수도 있다. 상기 금속 전구체는 상기 금속을 포함하는 알킬아미드계 화합물 또는 알콕시계 화합물 일 수 있다. 실리콘을 사용할 경우 금속 전구체로 SiH(N(CH3)2)3, Si(N(C2H5)2)4, Si(N(C2H5)(CH3))4, Si(N(CH3)2)4, Si(OC4H9)4, Si(OC2H5)4, Si(OCH3)4, Si(OC(CH3)3)4 등이 사용될 수 있다.In addition, when supplying the precursor for forming the metal-containing thin film, in order to further improve the electrical characteristics, i.e., the electrostatic capacity, of the metal-containing thin film to be finally formed, a metal precursor including at least one metal (M") selected from silicon (Si), titanium (Ti), germanium (Ge), strontium (Sr), barium (Ba), hafnium (Hf), and lanthanide atoms may be optionally further supplied as an additional metal precursor. The metal precursor may be an alkylamide compound or an alkoxy compound including the metal. When silicon is used, SiH(N(CH3 )2 )3 , Si(N(C2 H5 )2 )4 , Si(N(C2 H5 )(CH3 ))4 , Si(N(CH3 )2 )4 , Si(OC4 H9 )4 , Si(OC2 H5 )4 , Si(OCH3 )4 , Si(OC(CH3 )3 )4 , etc. can be used.
상기 금속 전구체의 공급은 금속 함유 박막 형성용 전구체의 공급 방법과 동일한 방법으로 실시될 수 있으며, 상기 금속 전구체는 5족 금속 함유 박막 형성용 전구체와 함께 박막 형성용 기판 위로 공급될 수도 있고, 또는 금속 전구체의 공급 완료 이후 순차적으로 공급될 수도 있다.The supply of the above metal precursor can be performed in the same manner as the supply method of the precursor for forming a metal-containing thin film, and the metal precursor can be supplied onto the substrate for forming the thin film together with the precursor for forming a Group 5 metal-containing thin film, or can be supplied sequentially after the supply of the metal precursor is completed.
또한, 금속 함유 박막 형성용 전구체의 공급 단계 후 반응성 가스의 공급에 앞서, 상기 금속 함유 박막 형성용 전구체 및 선택적으로 금속 전구체의 기판 위로의 이동을 돕거나, 반응기 내가 증착에 적절한 압력을 갖도록 하며, 또한, 챔버 내에 존재하는 불순물 등을 외부로 방출시키기 위하여, 반응기 내에 아르곤(Ar), 질소(N2), 또는 헬륨(He) 등의 불활성 기체를 퍼지하는 공정이 실시될 수 있다. 이때 불활성 기체의 퍼지는 반응기내 압력이 1 내지 5 Torr가 되도록 실시되는 것이 바람직하다.In addition, after the step of supplying the precursor for forming a metal-containing thin film, and prior to the supply of the reactive gas, a process of purging the inside of the reactor with an inert gas such as argon (Ar), nitrogen (N2 ), or helium (He) may be performed to assist the movement of the precursor for forming a metal-containing thin film and optionally the metal precursor onto the substrate, to ensure that the inside of the reactor has an appropriate pressure for deposition, and to discharge impurities, etc., existing in the chamber to the outside. At this time, the purging of the inert gas is preferably performed so that the pressure inside the reactor becomes 1 to 5 Torr.
상기와 같은 금속 함유 박막 형성용 전구체들의 공급 완료 후 반응성 가스를 반응기 내로 공급하고, 반응성 가스의 존재 하에서 열처리, 플라스마 처리 및 광 조사로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 처리 공정을 실시할 수 있다.After the supply of precursors for forming a metal-containing thin film as described above is completed, a reactive gas is supplied into a reactor, and one treatment process selected from the group consisting of heat treatment, plasma treatment, and light irradiation can be performed in the presence of the reactive gas.
상기 반응성 가스로는 수증기(H2O), 산소(O2), 오존(O3), 과산화수소(H2O2), 수소(H2), 암모니아(NH3), 일산화질소(NO), 아산화질소(N2O), 이산화질소(NO2), 히드라진(N2H4), 및 실란(SiH4) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 수증기, 산소, 오존 등과 같은 산화성 가스 존재 하에서 실시될 경우 실리콘 산화물 박막이 형성될 수 있고, 수소, 암모니아, 히드라진, 실란 등의 환원성 가스 존재 하에서 실시되는 경우 금속 단체 또는 금속 질화물의 박막이 형성될 수 있다.As the above reactive gas, any one or a mixture of water vapor (H2 O), oxygen (O2 ), ozone (O3 ), hydrogen peroxide (H2 O2 ), hydrogen (H2 ), ammonia (NH3 ), nitrogen monoxide (NO), nitrous oxide (N2 O), nitrogen dioxide (NO2 ), hydrazine (N2 H4 ), and silane (SiH4 ) can be used. When the process is performed in the presence of an oxidizing gas such as water vapor, oxygen, or ozone, a silicon oxide thin film can be formed, and when the process is performed in the presence of a reducing gas such as hydrogen, ammonia, hydrazine, or silane, a thin film of a metal unit or metal nitride can be formed.
또한, 상기 열처리, 플라즈마 처리 또는 광조사의 처리 공정은 금속 전구체의 증착을 위한 열에너지를 제공하기 위한 것으로, 통상의 방법에 따라 실시될 수 있다. 바람직하게는, 충분한 성장 속도로, 목적하는 물리적 상태와 조성을 갖는 금속 박막을 제조하기 위해서는 반응기내 기판의 온도가 100 내지 1,000℃ 바람직하게는 200 내지 500℃가 되도록 상기 처리 공정을 실시하는 것이 바람직하다.In addition, the above heat treatment, plasma treatment or light irradiation treatment process is for providing thermal energy for deposition of the metal precursor and can be performed according to a conventional method. Preferably, in order to manufacture a metal thin film having a desired physical state and composition at a sufficient growth rate, it is preferable to perform the treatment process so that the temperature of the substrate in the reactor becomes 100 to 1,000°C, preferably 200 to 500°C.
또한, 상기 처리 공정 시에도 전술한 바와 같이 반응성 가스의 기판 위로의 이동을 돕거나, 반응기 내가 증착에 적절한 압력을 갖도록 하며, 또한 반응기내 존재하는 불순물 또는 부산물 등을 외부로 방출시키기 위하여, 반응기 내에 아르곤(Ar), 질소(N2), 또는 헬륨(He) 등의 불활성 기체를 퍼지하는 공정이 실시될 수 있다.In addition, during the above treatment process, a process of purging the inside of the reactor with an inert gas such as argon (Ar), nitrogen (N2 ), or helium (He) may be performed to help the reactive gas move onto the substrate as described above, to ensure that the inside of the reactor has an appropriate pressure for deposition, and to discharge impurities or byproducts existing inside the reactor to the outside.
상기와 같은, 금속 함유 박막 형성용 전구체의 투입, 반응성 가스의 투입, 그리고 불활성 기체의 투입 처리 공정은 1 사이클로 하여. 1 사이클 이상 반복 실시함으로써 금속 함유 박막이 형성될 수 있다.The above processes of introducing a precursor for forming a metal-containing thin film, introducing a reactive gas, and introducing an inert gas are considered one cycle. By repeating the process more than one cycle, a metal-containing thin film can be formed.
또 다른 실시형태로서, 상기 금속 함유 박막의 형성 방법에 의해 형성된 금속 함유 박막 및 상기 박막을 포함하는 반도체 소자를 제공한다. 구체적으로 상기 반도체 소자는 임의 접근 메모리(RAM)용 금속 절연체 금속(MIM)을 포함하는 반도체 소자일 수 있다.In another embodiment, a metal-containing thin film formed by the method for forming the metal-containing thin film and a semiconductor device including the thin film are provided. Specifically, the semiconductor device may be a semiconductor device including a metal-insulator metal (MIM) for random access memory (RAM).
또한, 상기 반도체 소자는 소자내 DRAM 등 고유전특성이 요구되는 물질막에 본 발명에 따른 실리콘 함유 박막을 포함하는 것을 제외하고는 통상의 반도체 소자의 구성과 동일하므로, 본 명세서에서는 반도체 소자의 구성에 대한 상세한 설명을 생략한다.In addition, since the semiconductor device has the same configuration as a conventional semiconductor device except that it includes a silicon-containing thin film according to the present invention in a material film requiring high dielectric properties, such as a DRAM within the device, a detailed description of the configuration of the semiconductor device is omitted in this specification.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes can be made by those skilled in the art within the scope that does not depart from the spirit of the present invention. Such modifications and changes should be considered to fall within the scope of the present invention and the appended claims.
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