KR102700990B1 - Activator, method for preparing depostiion films, semiconductor and semiconductor device prepared thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 활성화제, 이를 사용하여 제조된 반도체 기판 및 반도체 소자에 관한 것으로, 본 발명의 타이타늄 함유 증착막의 제조방법으로 타이타늄계 전구체 화합물 및 특정한 반응가스를 이용함으로써 순도 높은 증착막을 간단한 공정으로 용이하게 제조하는 효과가 있다. The present invention relates to an activator, a semiconductor substrate manufactured using the same, and a semiconductor device. The method for manufacturing a titanium-containing deposition film of the present invention has the effect of easily manufacturing a high-purity deposition film through a simple process by using a titanium-based precursor compound and a specific reaction gas.
Description
본 발명은 활성화제, 이를 사용하여 제조된 반도체 기판 및 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전구체 화합물에 포함된 할로겐 리간드와 상이한 할로겐을 포함하는 화합물을 활성화제로 제공하여 전구체 화합물에서 할로겐 리간드와 자리바꿈을 통해 후속 주입되는 반응물과의 반응성을 향상시켜 증착 반응속도를 개선시키고 증착막의 밀도와 비저항을 크게 향상시킬 수 있고, 불순물을 크게 저감시키는 활성화제, 이를 사용하여 제조된 반도체 기판 및 반도체 소자에 관한 것이다. The present invention relates to an activator, a semiconductor substrate and a semiconductor device manufactured using the same, and more particularly, to an activator which provides a compound including a halogen different from a halogen ligand included in a precursor compound as an activator, thereby improving the reactivity with a subsequently injected reactant through replacement with a halogen ligand in the precursor compound, thereby improving a deposition reaction rate and greatly improving the density and resistivity of a deposition film, and greatly reducing impurities, and to a semiconductor substrate and a semiconductor device manufactured using the same.
이상적인 ALD(atomic layer deposition) 공정은 자기 제한 반응에 기초하며 기판에 흡착한 전구체의 리간드가 후속 주입되는 전구체의 착상을 방지한다. 그러나 실제 공정에서는 전구체가 열 이력을 받아서 중심금속에서 리간드가 이탈하는 열 분해를 일부 포함할 수 있다. 이 과정은 일종의 CVD(chemical vapor deposition) 성격이며, 이 성격이 클수록 단차 피복성 (Step-coverage), 증착막의 밀도와 두께 균일성 등이 낮아질 수 있다. 또한 이탈한 리간드종이 F, Cl 등으로 표면에 잘 흡착하거나, 불화물이나 염화물을 잘 형성하는 경우 증착 박막에 불순물로 잔류할 수 있는 문제점도 있다. (J. Phys. Chem. B. 13491-8, “Surface chemistry in the atomic layer deposition of TiN films from TiCl4 and ammonia” (2006) 참조) The ideal ALD (atomic layer deposition) process is based on a self-limiting reaction, where the ligands of the precursors adsorbed on the substrate prevent the deposition of the subsequently injected precursors. However, in the actual process, the precursors undergo thermal history, which may include some thermal decomposition in which the ligands are detached from the central metal. This process has the characteristics of a type of CVD (chemical vapor deposition), and the greater this characteristic, the lower the step-coverage, density, and thickness uniformity of the deposited film. In addition, there is a problem that the detached ligand species may remain as impurities in the deposited film if they are well adsorbed to the surface as F, Cl, etc., or if they easily form fluorides or chlorides. (Refer to J. Phys. Chem. B. 13491-8, “Surface chemistry in the atomic layer deposition of TiN films from TiCl4 and ammonia” (2006))
상기 증착막의 밀도와 두께 균일성 등은 전기적 특성과 화학적 특성에 영향을 미치는 요인으로서, 일례로 전기전도성이 저감될 수 있고, 상기 할로겐 리간드의 이탈기에서 유래된 부산물(HCl 등)이 흡수되어 증착막을 오염시키거나 증착막의 결정 배열을 흐트려서 밀도를 더 낮추는 문제가 발생한다.The density and thickness uniformity of the above-mentioned deposition film are factors that affect the electrical and chemical characteristics. For example, electrical conductivity may be reduced, and by-products (such as HCl) derived from the leaving group of the halogen ligand may be absorbed to contaminate the deposition film or disrupt the crystal arrangement of the deposition film, thereby further lowering the density.
따라서, 전구체가 받는 열 이력을 줄여서 원자층 증착 구간 (ALD window)에서 공정이 이뤄질 수 있도록 하는 것이 중요하다. 그러나 통상적으로 고온에서 증착 할수록 좋은 막질을 얻을 수 있다. 일례로 질화티탄 박막을 증착할 때 보다 고온에서 증착한 박막이 더 낮은 비저항을 나타낸다. 증착 온도를 낮추더라도 낮은 비저항을 갖는 박막을 구현하기 위해서 기판에 자기 제한 반응에 기초하며 흡착한 전구체의 제 1 리간드를 이보다 반응성이 높은 제 2 리간드로 바꿔 반응물 (reactant)과 반응시켜 복잡한 구조의 증착막 형성이 가능하고, 증착막의 두께 균일성과 증착 반응속도가 개선될 뿐 아니라 불순물의 잔류량이 낮으며, 밀도를 크게 향상시켜 비저항과 같은 전기적 특성까지 개선할 수 있는 제 2 리간드와 이를 활용한 증착막 제조방법, 이로부터 제조된 반도체 기판과 반도체 소자 등의 개발이 필요하다. Therefore, it is important to reduce the thermal history of the precursor so that the process can be performed in the atomic layer deposition (ALD window). However, generally, the higher the deposition temperature, the better the film quality can be obtained. For example, when depositing a titanium nitride thin film, the thin film deposited at a higher temperature exhibits lower resistivity. In order to implement a thin film with low resistivity even when the deposition temperature is lowered, the first ligand of the precursor adsorbed on the substrate based on the self-limiting reaction is changed to a second ligand with higher reactivity to react with a reactant, enabling the formation of a deposition film with a complex structure, and improving the thickness uniformity and deposition reaction speed of the deposition film, as well as lowering the amount of residual impurities and greatly improving the density to improve electrical characteristics such as resistivity, and a method for manufacturing a deposition film utilizing the same, and semiconductor substrates and semiconductor devices manufactured thereby are required.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 소정 구조의 화합물을 제 2 리간드로 제공하여 전구체 화합물의 제 1 리간드를 바꿈으로써 증착 반응속도, 증착막의 두께 균일성과 밀도를 크게 향상시켜 전기적 특성까지 개선된 활성화제, 이를 사용하여 제조된 반도체 기판 및 반도체 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention aims to provide an activator which improves electrical characteristics by providing a compound of a predetermined structure as a second ligand to change the first ligand of a precursor compound, thereby greatly improving the deposition reaction speed, the thickness uniformity and density of a deposition film, and a semiconductor substrate and semiconductor device manufactured using the same.
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다. The above objects and other objects of the present invention can all be achieved by the present invention described below.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 4족 중심 금속에 결합된 전구체 화합물의 리간드를 바꾸기 위한 알킬-프리(alkyl free) 할로겐화물을 포함하는 활성화제를 제공한다. To achieve the above object, the present invention provides an activator including an alkyl free halide for changing the ligand of a precursor compound bonded to a group 4 central metal.
또한, 본 발명은 4족 중심 금속에 결합된 전구체 화합물의 리간드 이탈 자리(ligand leaving site)를 채우기 위한 알킬-프리(alkyl free) 할로겐화물을 포함하는 활성화제를 제공한다.Additionally, the present invention provides an activator comprising an alkyl free halide for filling a ligand leaving site of a precursor compound bonded to a Group 4 central metal.
상기 전구체 화합물에 할로겐이 포함되는 경우 해당 할로겐을 제1 할로겐이라 할 때, 상기 알킬-프리 할로겐화물을 구성하는 할로겐은 상기 제1 할로겐과 다른 제2 할로겐일 수 있다.When the precursor compound contains a halogen, and the halogen is referred to as a first halogen, the halogen constituting the alkyl-free halide may be a second halogen different from the first halogen.
상기 제1 할로겐은 플루오린, 클로린, 아이오딘 및 브로민 중에서 1종 이상 선택될 수 있다.The above first halogen may be selected from at least one of fluorine, chlorine, iodine, and bromine.
상기 제2 할로겐은 아이오딘 및 브로민 중에서 1종 이상 선택될 수 있다.The above second halogen may be selected from at least one of iodine and bromine.
상기 알킬-프리 할로겐화물은 상기 4족 금속에 리액턴트 유래 물질이 결합된 증착막을 제공하기 위한 중간체를 형성할 수 있다.The above alkyl-free halide can form an intermediate for providing a deposited film in which a reactant-derived material is bonded to the Group 4 metal.
상기 리액턴트 유래 물질은 H2O, H2O2, O2, O3, O 라디칼, D2, H2, H라디칼, NH3, NO2, N2O, N2, N 라디칼, H2S 또는 S로부터 제공될 수 있다. The above reactant-derived material can be provided from H2O, H2O2, O2, O3, O radical, D2, H2, H radical, NH3, NO2, N2O, N2, N radical, H2S or S.
상기 중간체는 소정 구조의 화합물을 제 2 리간드로 제공하여 전구체 화합물의 제 1 리간드를 바꾼 상태를 지칭할 수 있다. The above intermediate may refer to a state in which the first ligand of the precursor compound is replaced by a compound having a predetermined structure as a second ligand.
상기 4족 중심 금속은 타이타늄일 수 있다.The above group 4 central metal may be titanium.
상기 알킬-프리 할로겐화물은 알킬-프리 아이오딘 주게(donor), 아이오딘화수소 가스, 브롬화수소 가스, 아이오딘 이온 또는 아이오딘 라디칼일 수 있다. The above alkyl-free halide can be an alkyl-free iodine donor, hydrogen iodide gas, hydrogen bromide gas, iodine ion or iodine radical.
상기 증착은 원자층 증착법(ALD), 플라즈마 강화 원자층 증착법(PEALD), 기상 증착법(CVD), 플라즈마 강화 기상증착법(PECVD), 유기금속 화학기상 증착법(MOCVD), 또는 저압 기상증착법(LPCVD)일 수 있다.The above deposition may be atomic layer deposition (ALD), plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD), chemical vapor deposition (CVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD), or low pressure chemical vapor deposition (LPCVD).
또한, 본 발명은 기판 상에 리간드 교환 전 전구체 흡착 상태를 -M-Xn(n= 1~3, X= F, Cl)이라 할 때, 리간드 교환 후 전구체 흡착 상태가 -M-Ym(m= 1~3, Y= Br, I)인 반도체 기판을 제공한다. In addition, the present invention provides a semiconductor substrate in which, when the precursor adsorption state before ligand exchange on the substrate is -M-Xn (n= 1 to 3, X= F, Cl), the precursor adsorption state after ligand exchange is -M-Ym (m= 1 to 3, Y= Br, I).
상기 리간드 교환 전후 전구체 흡착 상태 변화는 상기 기판 상에서 제1 할로겐이 4족 중심 금속에 결합된 전구체 화합물;과 전술한 전구체 화합물의 리간드 이탈 자리(ligand leaving site)를 채우기 위한 제2 할로겐을 포함하는 알킬-프리(alkyl free) 할로겐화물간 반응에 의해 형성될 수 있다.The change in the precursor adsorption state before and after the ligand exchange can be formed by a reaction between a precursor compound in which a first halogen is bonded to a Group 4 central metal on the substrate; and an alkyl free halide including a second halogen for filling a ligand leaving site of the precursor compound described above.
상기 반도체 기판은 상기 화학식 1의 중심금속(M)에 제 1 할로겐 원자 (F 또는 Cl)가 제2 할로겐 원자 (Br 또는 I)로 치환되는 과정을 거쳐서 형성된 증착막을 포함할 수 있다. The above semiconductor substrate may include a deposition film formed through a process in which a first halogen atom (F or Cl) in the central metal (M) of the above chemical formula 1 is replaced with a second halogen atom (Br or I).
상기 증착막은 하기 화학식 2로 나타낸 구조를 포함할 수 있다.The above deposition film may include a structure represented by the following chemical formula 2.
[화학식 2][Chemical formula 2]
MaHd M a H d
(상기 화학식 1에서, M은 4족 금속이고, H는 O, N, S중 하나 이상이고, a는 1의 정수이고, d는 0 내지 2.2이다.)(In the above chemical formula 1, M is a group 4 metal, H is at least one of O, N, and S, a is an integer of 1, and d is 0 to 2.2.)
상기 증착막의 조성은 XPS 분석을 통해서 확인할 수 있다. The composition of the above deposition film can be confirmed through XPS analysis.
상기 증착막은 2층 이상의 다층 구조, 3층 이상의 다층 구조, 또는 2층 또는 3층의 다층 구조일 수 있다. The above deposition film may be a multilayer structure of two or more layers, a multilayer structure of three or more layers, or a multilayer structure of two or three layers.
상기 증착막은 엘립소미터로 측정한 증착 두께가 500 Å 이하일 수 있다. The above deposition film may have a deposition thickness of 500 Å or less as measured by an ellipsometer.
상기 증착막은 비저항이 300μΩ.cm 이하일 수 있다. The above-mentioned deposition film may have a resistivity of 300 μΩ.cm or less.
상기 증착막의 밀도는 4.5 g/cm3 이상일 수 있다. The density of the above deposition film may be 4.5 g/cm3 or more.
상기 증착막은 SIMS로 측정한 요오드 원자가 50 counts/s 이상일 수 있다. The above-mentioned deposition film can have an iodine atom count of 50 counts/s or more as measured by SIMS.
상기 증착막은 산화막, 질화막, 메탈막 또는 황화막이고, 확산방지막, 에칭정지막, 전극막, 유전막, 게이트절연막, 블럭산화막 또는 차지트랩 용도일 수 있다. The above deposition film is an oxide film, a nitride film, a metal film or a sulfide film, and may be used as a diffusion barrier film, an etching stop film, an electrode film, a dielectric film, a gate insulating film, a block oxide film or a charge trap.
또한, 본 발명은 전술한 반도체 기판을 포함하는 반도체 소자를 제공한다. In addition, the present invention provides a semiconductor device including the semiconductor substrate described above.
본 발명에 따르면, 기판에 흡착된 전구체의 이탈기를 제 2 할로겐으로 바꿔서 반응 증착 반응속도를 개선시키고 증착막의 두께 균일성과 밀도를 적절히 높여서 증착막 생산성을 향상시키는 활성화 효과가 있다. According to the present invention, there is an activation effect of improving the reaction deposition reaction rate by changing the leaving group of the precursor adsorbed on the substrate to a second halogen, and appropriately increasing the thickness uniformity and density of the deposition film, thereby improving the productivity of the deposition film.
또한 증착막 형성시 밀도 개선과 함께 공정 부산물이 보다 효과적으로 감소되어, 부식이나 열화를 막고 증착막의 결정성을 개선시킴으로써 증착막의 전기적 특성을 개선시키는 효과가 있다.In addition, when forming a deposition film, process byproducts are reduced more effectively along with improved density, thereby preventing corrosion or deterioration and improving the crystallinity of the deposition film, thereby improving the electrical properties of the deposition film.
또한 증착막의 두께 균일성을 개선시킬 수 있고, 나아가 이를 이용한 증착막 제조 방법 및 이로부터 제조된 반도체 기판 및 반도체 소자를 제공하는 효과가 있다.In addition, it is possible to improve the thickness uniformity of the deposition film, and further has the effect of providing a method for manufacturing a deposition film using the same, and a semiconductor substrate and semiconductor device manufactured thereby.
도 1은 본 발명에 따라 활성화제를 사용한 실시예 1의 증착막 8종과, 활성화제를 미사용한 비교예 1의 증착막 10종에서 측정한 증착 두께와 비저항을 비교한 도면이다.
도 2는 활성화제를 미사용한 비교예 1에서 SIMS로 측정한 공정 부산물과 불순물(Cl, O, Si, H, NH, 금속, 금속 산화물)의 함량을 비교한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따라 활성화제를 사용한 실시예 1에서 SIMS로 측정한 공정 부산물과 불순물(Cl, O, Si, H, NH, 금속, 금속 산화물)의 함량을 비교한 도면이다. Figure 1 is a drawing comparing the deposition thickness and resistivity measured in eight types of deposition films of Example 1 using an activator according to the present invention and ten types of deposition films of Comparative Example 1 not using an activator.
Figure 2 is a drawing comparing the contents of process by-products and impurities (Cl, O, Si, H, NH, metals, metal oxides) measured by SIMS in Comparative Example 1 where no activator was used.
FIG. 3 is a drawing comparing the contents of process by-products and impurities (Cl, O, Si, H, NH, metals, metal oxides) measured by SIMS in Example 1 using an activator according to the present invention.
이하 본 기재의 활성화제, 이를 사용하여 제조된 반도체 기판 및 반도체 소자를 상세하게 설명한다. Below, the activator of the present invention, the semiconductor substrate and semiconductor device manufactured using the same are described in detail.
본 발명자들은 챔버 내부에 로딩된 기판 표면에 증착막을 형성하기 위해 사용하는 전구체 화합물에서 이탈되는 리간드를 바꿀 수 있는 소정 화합물을 활성화제로 제공하여 증착 반응속도를 개선시키고 증착막의 두께 균일성을 확보하면서 증착막의 밀도와 비저항을 크게 향상시킬 수 있고, 공정 부산물로 잔류하던 Cl, O, Si, H, NH, 금속, 금속 산화물 등을 저감시키는 것을 확인하였다. 이를 토대로 활성화제에 대한 연구에 매진하여 본 발명을 완성하게 되었다. The present inventors have confirmed that by providing a predetermined compound as an activator capable of changing a ligand released from a precursor compound used to form a deposition film on the surface of a substrate loaded inside a chamber, the deposition reaction rate can be improved, the thickness uniformity of the deposition film can be secured, and the density and resistivity of the deposition film can be greatly improved, and Cl, O, Si, H, NH, metals, metal oxides, etc. remaining as process byproducts can be reduced. Based on this, the inventors have devoted themselves to research on activators and completed the present invention.
이하, 활성화제, 이를 사용하여 제조된 증착막을 포함하는 반도체 기판과 반도체 소자에 대하여 구체적으로 살펴본다. Below, we will specifically examine a semiconductor substrate and a semiconductor device including an activator and a deposition film manufactured using the same.
활성화제 Activator
상기 활성화제는, 본 발명에서 챔버 내부에 로딩된 기판 표면에 증착막을 보다 우수하게 형성하기 위해 사용하는 증착 첨가 화합물로서 이탈될 리간드를 바꿀 수 있는 소정 화합물일 수 있다.The above activator may be a predetermined compound capable of changing a ligand to be released as a deposition additive compound used to better form a deposition film on the surface of a substrate loaded inside a chamber in the present invention.
상기 전구체 화합물은 일례로 4족 중심 금속에 할로겐이 결합된 화합물일 수 있으며, 이에 증착막을 형성하기 위해 기판에 주입하는 도중에 상기 할로겐이 상당수 이탈된 리간드 이탈 자리(ligand leaving site)를 형성하게 된다. The above precursor compound may be, for example, a compound in which a halogen is bonded to a group 4 central metal, and thus, during injection onto a substrate to form a deposition film, a ligand leaving site is formed in which a significant portion of the halogen is removed.
본 발명에서 사용하는 활성화제가 알킬-프리(alkyl free) 할로겐화물인 경우에 상기 리간드 이탈 자리를 채우는 역할을 적절하게 수행할 수 있다. In the case where the activator used in the present invention is an alkyl free halide, it can appropriately perform the role of filling the ligand leaving site.
상기 용어 “알킬-프리(alkyl free)”는 달리 특정하지 않는 한, 알킬기를 포함하지 않을 뿐 아니라, 알켄기 또는 알킨기까지 포함하지 않는 것을 지칭한다. The above term “alkyl free”, unless otherwise specified, refers to not only not containing an alkyl group, but also not containing an alkene group or an alkyne group.
상기 전구체 화합물을 구성하는 할로겐을 제1 할로겐이라 할 때, 상기 알킬-프리 할로겐화물을 구성하는 할로겐은 상기 제1 할로겐과 다른 제2 할로겐일 수 있다. When the halogen constituting the above precursor compound is referred to as a first halogen, the halogen constituting the alkyl-free halide may be a second halogen different from the first halogen.
상기 제1 할로겐은 플루오린, 클로린, 아이오딘 및 브로민 중에서 1종 이상 선택될 수 있다. The above first halogen may be selected from at least one of fluorine, chlorine, iodine, and bromine.
상기 제2 할로겐은 아이오딘 및 브로민 중에서 1종 이상 선택될 수 있다. The above second halogen may be selected from at least one of iodine and bromine.
상기 활성화제는 바람직하게는 순도 99.9% 이상의 화합물, 순도 99.95% 이상의 화합물, 또는 순도 99.99% 이상의 화합물일 수 있으며, 참고로 순도 99% 미만의 화합물을 사용할 경우에는 불순물이 증착막에 잔류하거나 전구체 또는 반응물과의 부반응을 초래할 수 있어 가급적 99% 이상의 물질을 사용하는 것이 좋다. The above activator may preferably be a compound having a purity of 99.9% or higher, a compound having a purity of 99.95% or higher, or a compound having a purity of 99.99% or higher. As a reference, if a compound having a purity of less than 99% is used, impurities may remain in the deposition film or cause a side reaction with the precursor or reactant, so it is recommended to use a substance having a purity of 99% or higher if possible.
상기 활성화제는 바람직하게 밀도가 1.0 내지 4.0 g/cm3 또는 2.0 내지 3.4 g/cm3이며, 증기압은 180 내지 240K에서 1 기압일 수 있으며, 이 범위 내에서 단차 피복성, 증착막의 두께 균일성, 비저항 및 막질 개선이 우수한 효과가 있다. The above activator preferably has a density of 1.0 to 4.0 g/cm 3 or 2.0 to 3.4 g/cm 3 and a vapor pressure of 1 atm at 180 to 240 K, and within this range has excellent effects in improving step coverage, thickness uniformity of the deposited film, resistivity, and film quality.
상기 알킬-프리 할로겐화물은 상기 4족 금속에 리액턴트 유래 물질이 결합된 구조를 갖는 증착막을 제공하기 위한 중간체를 형성할 수 있다. The above alkyl-free halide can form an intermediate for providing a deposition film having a structure in which a reactant-derived material is bonded to the Group 4 metal.
여기서 리액턴트 유래 물질은 H2O, H2O2, O2, O3, O 라디칼, D2, H2, H라디칼, NH3, NO2, N2O, N2, N 라디칼, H2S 또는 S로부터 제공될 수 있다. Here, the reactant-derived substance can be provided from H2O, H2O2, O2, O3, O radical, D2, H2, H radical, NH3, NO2, N2O, N2, N radical, H2S or S.
상기 알킬-프리 할로겐화물은 알킬-프리 아이오딘 주게, 아이오딘화수소 가스, 브롬화수소 가스, 아이오딘 이온 또는 아이오딘 라디칼 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하고, 이와 같은 경우 부반응을 억제하고 증착막 성장률을 조절하여, 증착막 내 공정 부산물이 저감되어 부식이나 열화가 저감되고, 증착막의 결정성이 향상되며, 금속산화막 형성시 화학양론적인 산화상태에 도달하게 하며, 복잡한 구조를 갖는 기판 위에 증착막을 형성하는 경우에도 단차 피복성(step coverage) 및 증착막의 두께 균일성을 크게 향상시키는 효과가 있다. The above alkyl-free halide is characterized by being at least one selected from an alkyl-free iodine donor, hydrogen iodide gas, hydrogen bromide gas, iodine ion, or iodine radical, and in this case, by suppressing side reactions and controlling the growth rate of the deposition film, process by-products in the deposition film are reduced, corrosion or deterioration is reduced, the crystallinity of the deposition film is improved, and a stoichiometric oxidation state is reached when a metal oxide film is formed, and even when the deposition film is formed on a substrate having a complex structure, there is an effect of significantly improving the step coverage and the thickness uniformity of the deposition film.
구체적인 예로, 상기 활성화제는 3N 내지 15N의 아이오딘화 수소 단일물, 3N 내지 15N의 아이오딘화 수소 1 내지 99 중량% 및 총량이 100 중량%가 되도록 하는 불활성 기체 잔량의 기체 혼합물, 또는 3N 내지 15N의 아이오딘화 수소 0.5 내지 70 중량% 및 총량이 100 중량%가 되도록 하는 물 잔량의 수용액 혼합물이며, 여기서 불활성 기체는 4N 내지 9N의 순도를 갖는 질소, 헬륨 또는 아르곤인 경우에, 공정 부산물 감소 효과가 크고 단차 피복성이 우수하며, 증착막 밀도 향상 효과 및 증착막의 전기적 특성이 보다 뛰어날 수 있다. As a specific example, the activator is a single hydrogen iodide having a purity of 3N to 15N, a gas mixture comprising 1 to 99 wt% of hydrogen iodide having a purity of 3N to 15N and the remainder of an inert gas so that the total amount becomes 100 wt%, or an aqueous solution mixture comprising 0.5 to 70 wt% of hydrogen iodide having a purity of 3N to 15N and the remainder of water so that the total amount becomes 100 wt%, wherein the inert gas is nitrogen, helium or argon having a purity of 4N to 9N, in which case the effect of reducing process by-products is large, the step covering property is excellent, the effect of improving the density of the deposited film and the electrical characteristics of the deposited film can be more excellent.
바람직하게는, 상기 활성화제는 3N 내지 7N의 아이오딘화 수소 단일물, 5N 내지 6N의 아이오딘화 수소 1 내지 99 중량% 및 총량이 100 중량%가 되도록 하는 불활성 기체 잔량의 기체 혼합물, 또는 5N 내지 6N의 아이오딘화 수소 0.5 내지 70 중량% 및 총량이 100 중량%가 되도록 하는 물 잔량의 수용액 혼합물이며, 여기서 불활성 기체는 4N 내지 9N의 순도를 갖는 질소, 헬륨 또는 아르곤일 수 있고, 이 경우에 증착막 형성 시 증착막에 잔류하지 않는 치환 영역을 형성하여 상대적으로 성긴 증착막을 형성하는 동시에 부반응을 억제하고 증착막 성장률을 조절하여, 증착막 내 공정 부산물이 저감되어 부식이나 열화가 저감되고, 증착막의 결정성이 향상되며, 복잡한 구조를 갖는 기판 위에 증착막을 형성하는 경우에도 단차 피복성(step coverage) 및 증착막의 두께 균일성을 크게 향상시킬 수 있다. Preferably, the activator is a gas mixture of hydrogen iodide alone of 3N to 7N, hydrogen iodide of 1 to 99 wt% and an inert gas balance such that the total amount becomes 100 wt%, or an aqueous solution mixture of hydrogen iodide of 0.5 to 70 wt% and water balance such that the total amount becomes 100 wt%, wherein the inert gas may be nitrogen, helium or argon having a purity of 4N to 9N, and in this case, when the deposition film is formed, a substitution region which does not remain in the deposition film is formed, thereby forming a relatively thick deposition film while suppressing side reactions and controlling the deposition film growth rate, so that process by-products in the deposition film are reduced, corrosion or deterioration is reduced, the crystallinity of the deposition film is improved, and even when the deposition film is formed on a substrate having a complex structure, step coverage and thickness uniformity of the deposition film can be significantly improved.
본 발명에서 상기 활성화제 또는 전구체 화합물은 기화하여 주입된 다음 플라즈마 후처리하는 단계를 포함할 수 있고, 이 경우에 증착막의 성장률을 개선하면서 공정 부산물을 줄일 수 있다. In the present invention, the activator or precursor compound may include a step of vaporizing and then injecting and then performing a plasma post-treatment, in which case the growth rate of the deposition film can be improved while reducing process by-products.
상기 증착은 원자층 증착법(ALD), 플라즈마 강화 원자층 증착법(PEALD), 기상 증착법(CVD), 플라즈마 강화 기상증착법(PECVD), 유기금속 화학기상 증착법(MOCVD), 또는 저압 기상증착법(LPCVD)일 수 있다. The above deposition may be atomic layer deposition (ALD), plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD), chemical vapor deposition (CVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD), or low pressure chemical vapor deposition (LPCVD).
전구체 화합물Precursor compound
본 발명에서 증착막을 형성하는데 사용하는 전구체 화합물은 4족 금속을 중심 금속원자(M)로 하여, C, N, O, H, X(할로겐)로 이루어진 리간드를 1종 이상으로 갖는 분자로서 25 ℃에서 증기압이 1 mTorr 내지 100 Torr인 전구체의 경우에, 후술하는 활성화제로 이탈 자리(leaving site)를 채워넣는 효과를 극대화할 수 있다.In the present invention, the precursor compound used to form a deposition film is a molecule having a Group 4 metal as a central metal atom (M) and at least one ligand composed of C, N, O, H, and X (halogen), and in the case of a precursor having a vapor pressure of 1 mTorr to 100 Torr at 25° C., the effect of filling a leaving site with an activator described below can be maximized.
상기 전구체 화합물은 일례로 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다. As an example, the precursor compound may be a compound represented by the following chemical formula 1.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
(상기 화학식 1에서, M은 4급 금속이고, L1, L2, L3 및 L4는 -H, -X, -R, -OR, 또는 -NR2로서 서로 같거나 다를 수 있고 -X를 적어도 하나 이상 포함하며, 여기서 -X는 F, Cl, 또는 Br이고, -R은 C1-C10의 알킬, C1-C10의 알켄, 또는 C1-C10의 알칸으로 선형 또는 환형일 수 있다.) (In the above chemical formula 1, M is a quaternary metal, L1, L2, L3 and L4 may be the same or different as -H, -X, -R, -OR, or -NR2 and contain at least one -X, wherein -X is F, Cl, or Br, and -R is a C1-C10 alkyl, a C1-C10 alkene, or a C1-C10 alkane, which may be linear or cyclic.)
상기 화학식 1에서, 상기 M은 타이타늄(Ti)이고, 이 경우에 공정 부산물 감소 효과가 크고 단차 피복성이 우수하며, 증착막 밀도 향상 효과, 증착막의 전기적 특성과 절연특성이 보다 뛰어난 이점이 있다. In the chemical formula 1 above, M is titanium (Ti), and in this case, there are advantages such as a large effect of reducing process by-products, excellent step coverage, an effect of improving the density of the deposited film , and superior electrical and insulating properties of the deposited film.
상기 화학식 1에서, L1, L2, L3 및 L4는 -H, 또는 -X로서 서로 같거나 다를 수 있고 -X를 적어도 하나 이상 포함하며, 여기서 -X는 F, Cl, 또는 Br일 수 있다. In the above chemical formula 1, L1, L2, L3 and L4 may be the same or different as -H or -X and include at least one -X, wherein -X may be F, Cl, or Br.
또한, 타이타늄 전구체 화합물을 예로 들면, 하기 화학식 1-1로 나타내는 구조, 또는 하기 화학식 1-2로 나타내는 구조를 가질 수 있다. In addition, as an example, the titanium precursor compound may have a structure represented by the following chemical formula 1-1, or a structure represented by the following chemical formula 1-2.
[화학식 1-1][Chemical Formula 1-1]
상기 L1은 H, F, Cl, Br, Me, Et, iPr, OMe, OEt, NMe2, NEt2, 또는 NMeEt일 수 있다. The above L1 can be H, F, Cl, Br, Me, Et, iPr, OMe, OEt, NMe 2 , NEt 2 , or NMeEt.
상기 L2는 H, F, Cl, Br, Me, Et, iPr, OMe, OEt, NMe2, NEt2, 또는 NMeEt일 수 있다. The above L2 can be H, F, Cl, Br, Me, Et, iPr, OMe, OEt, NMe 2 , NEt 2 , or NMeEt.
상기 L3는 H, F, Cl, Br, Me, Et, iPr, OMe, OEt, NMe2, NEt2, 또는 NMeEt일 수 있다. The above L3 can be H, F, Cl, Br, Me, Et, iPr, OMe, OEt, NMe 2 , NEt 2 , or NMeEt.
상기 L4는 H, F, Cl, Br, Me, Et, iPr, OMe, OEt, NMe2, NEt2, 또는 NMeEt일 수 있다. The above L4 can be H, F, Cl, Br, Me, Et, iPr, OMe, OEt, NMe 2 , NEt 2 , or NMeEt.
상기 L1 내지 L4는 서로 같거나 다를 수 있다. The above L1 to L4 may be the same or different.
본 기재에서 달리 언급되지 않는한, Me는 메틸기를, Et는 에틸기를 나타낸다. Unless otherwise stated in this description, Me represents a methyl group and Et represents an ethyl group.
상기 화학식 1-1로 나타내는 구조는 일례로 TiCl4, TiBr4, Ti(OMe)4, Ti(NMe2)4 일 수 있다.The structure represented by the chemical formula 1-1 above may be, for example, TiCl 4 , TiBr 4 , Ti(OMe) 4 , or Ti(NMe 2 ) 4 .
[화학식 1-2][Chemical Formula 1-2]
상기 L', L”, 및 L”'는 서로 독립적으로 OMe, OEt, NMe2, NEt2, 또는 NMeEt이 수 있다. The above L', L”, and L”’ can independently be OMe, OEt, NMe2, NEt2, or NMeEt.
상기 R은 Me, 또는 Et일 수 있다. The above R can be Me or Et.
n은 0 내지 5의 정수일 수 있다. n can be an integer from 0 to 5.
상기 화학식 1-2로 나타내는 화합물은 일례로 CpMeTi(OMe)3, CpMe2Ti(OMe)3, CpMe3Ti(OMe)3, CpMe4Ti(OMe)3, CpMe5Ti(OMe)3, CpMeTi(OEt)3, CpMe2Ti(OEt)3, CpMe3Ti(OEt)3, CpMe4Ti(OEt)3, CpMe5Ti(OEt)3, CpMeTi(NMe2)3, CpMe2Ti(NMe2)3, CpMe3Ti(NMe2)3, CpMe4Ti(NMe2)3, CpMe5Ti(NMe2)3, CpMeTi(NEt2)3, CpMe2Ti(NEt2)3, CpMe3Ti(NEt2)3, CpMe4Ti(NEt2)3, CpMe5Ti(NEt2)3, CpMeTi(NMeEt)3, CpMe2Ti(NMeEt)3, CpMe3Ti(NMeEt)3, CpMe4Ti(NMeEt)3, 또는 CpMe5Ti(NMeEt)3 일 수 있다.Compounds represented by the chemical formula 1-2 above include, for example, CpMeTi(OMe) 3 , CpMe 2 Ti(OMe) 3 , CpMe 3 Ti(OMe) 3 , CpMe 4 Ti(OMe) 3 , CpMe 5 Ti(OMe) 3 , CpMeTi(OEt) 3 , CpMe 2 Ti(OEt) 3 , CpMe 3 Ti(OEt) 3 , CpMe 4 Ti(OEt) 3 , CpMe 5 Ti(OEt) 3 , CpMeTi(NMe 2 ) 3 , CpMe 2 Ti(NMe 2 ) 3 , CpMe 3 Ti(NMe 2 ) 3 , CpMe 4 Ti(NMe 2 ) 3 , CpMe 5 Ti(NMe 2 ) 3 , CpMeTi(NEt 2 ) 3 , CpMe 2 Ti(NEt 2 ) 3 , CpMe 3 Ti(NEt 2 ) 3 , CpMe 4 Ti( NEt 2 ) 3 , CpMe 5 Ti ( NMeEt) 3 , CpMe 2 Ti(NMeEt) 3 , CpMe 3 Ti(NMeEt) 3 , CpMe Ti(NMe 4 It may be Et) 3 , or CpMe 5 Ti(NMeEt) 3 .
본 발명에서 상기 전구체 화합물은 일례로 비극성 용매와 혼합하여 챔버 내로 투입될 수 있고, 이 경우 전구체 화합물의 점도나 증기압을 용이하게 조절 가능한 이점이 있다.In the present invention, the precursor compound can be introduced into the chamber by mixing it with, for example, a non-polar solvent, and in this case, there is an advantage in that the viscosity or vapor pressure of the precursor compound can be easily controlled.
상기 비극성 용매는 바람직하게 알칸 및 사이클로 알칸으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 이러한 경우 반응성 및 용해도가 낮고 수분 관리가 용이한 유기용매를 함유하면서도 증착막 형성 시 증착 온도가 증가되더라도 단차 피복성(step coverage)이 향상되는 이점이 있다.The above nonpolar solvent may preferably be at least one selected from the group consisting of alkanes and cycloalkanes, and in this case, there is an advantage in that the step coverage is improved even when the deposition temperature increases during the formation of the deposition film while containing an organic solvent that has low reactivity and solubility and easy moisture management.
보다 바람직한 예로, 상기 비극성 용매는 C1 내지 C10의 알칸(alkane) 또는 C3 내지 C10의 사이클로알칸(cycloalkane)을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 C3 내지 C10의 사이클로알칸(cycloalkane)이고, 이 경우 반응성 및 용해도가 낮고 수분 관리가 용이한 이점이 있다.As a more preferred example, the nonpolar solvent may include a C1 to C10 alkane or a C3 to C10 cycloalkane, preferably a C3 to C10 cycloalkane, in which case there are advantages of low reactivity and solubility and easy moisture management.
본 기재에서 C1, C3 등은 탄소수를 의미한다.In this description, C1, C3, etc. indicate the number of carbon atoms.
상기 사이클로알칸은 바람직하게는 C3 내지 C10의 모노사이클로알칸일 수 있으며, 상기 모노사이클로알칸 중 사이클로펜탄(cyclopentane)이 상온에서 액체이며 가장 증기압이 높아 기상 증착 공정에서 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The above cycloalkane may preferably be a C3 to C10 monocycloalkane, and among the monocycloalkanes, cyclopentane is liquid at room temperature and has the highest vapor pressure, so it is preferable in a vapor deposition process, but is not limited thereto.
상기 비극성 용매는 일례로 물에서의 용해도(25℃)가 200 mg/L 이하, 바람직하게는 50 내지 400 mg/L, 보다 바람직하게는 135 내지 175 mg/L이고, 이 범위 내에서 전구체 화합물에 대한 반응성이 낮고 수분 관리가 용이한 이점이 있다.The above nonpolar solvent has, for example, a solubility in water (at 25°C) of 200 mg/L or less, preferably 50 to 400 mg/L, more preferably 135 to 175 mg/L, and within this range has the advantage of low reactivity toward the precursor compound and easy moisture management.
본 기재에서 용해도는 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 사용하는 측정 방법이나 기준에 의하는 경우 특별히 제한되지 않고, 일례로 포화용액을 HPLC법으로 측정할 수 있다.In this description, solubility is not particularly limited if it is measured using a measurement method or standard commonly used in the technical field to which the present invention belongs, and for example, a saturated solution can be measured using the HPLC method.
상기 비극성 용매는 바람직하게 전구체 화합물 및 비극성 용매를 합한 총 중량에 대하여 5 내지 95 중량%를 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 10 내지 90 중량%를 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 40 내지 90 중량%를 포함할 수 있고, 가장 바람직하게는 70 내지 90 중량%를 포함할 수 있다. The non-polar solvent may preferably comprise 5 to 95 wt%, more preferably 10 to 90 wt%, even more preferably 40 to 90 wt%, and most preferably 70 to 90 wt%, based on the total weight of the precursor compound and the non-polar solvent.
만약, 상기 비극성 용매의 함량이 상기 상한치를 초과하여 투입되면 불순물을 유발하여 저항과 증착막내 불순물 수치가 증가하고, 상기 유기용매의 함량이 상기 하한치 미만으로 투입될 경우 용매 첨가로 인한 단차 피복성의 향상 효과 및 염소(Cl) 이온과 같은 불순물의 저감효과가 적은 단점이 있다.If the content of the nonpolar solvent is added in excess of the upper limit, it causes impurities, which increases the resistance and the impurity level in the deposition film, and if the content of the organic solvent is added in less than the lower limit, there are disadvantages in that the effect of improving the step coverage due to the addition of the solvent and the effect of reducing impurities such as chlorine (Cl) ions are small.
증착막Deposition film
전술한 활성화제를 사용하여 수득된 증착막을 포함한다. It includes a deposition film obtained using the above-mentioned activator.
상기 증착막은 2층 이상의 다층 구조일 수 있다. The above deposition film may have a multilayer structure of two or more layers.
일례로, 상기 증착막은 4족 금속에 리액턴트 유래 물질과 제2 할로겐이 결합된 구조를 포함할 수 있다. For example, the deposition film may include a structure in which a reactant-derived material and a second halogen are combined with a Group 4 metal.
상기 증착막은 SIMS로 측정한 증착 두께가 170 Å 이하, 또는 100 내지 170 Å일 수 있다. The above-mentioned deposition film may have a deposition thickness measured by SIMS of 170 Å or less, or 100 to 170 Å.
상기 증착막의 비저항은 300μΩ.cm 이하, 또는 150 내지 300μΩ.cm일 수 있고, 상기 범위 내에서 전기 전도성이 개선될 수 있다.The resistivity of the above-mentioned deposition film may be 300 μΩ.cm or less, or 150 to 300 μΩ.cm, and the electrical conductivity may be improved within the above range.
상기 증착막의 증착 속도는 0.34 Å/cycle 이상, 또는 0.34 내지 0.535 Å/cycle일 수 있다. The deposition rate of the above-mentioned deposition film may be 0.34 Å/cycle or more, or 0.34 to 0.535 Å/cycle.
상기 증착막의 밀도는 4.8 g/cm3 이상, 또는 4.8 내지 5.3 g/cm3일 수 있다. The density of the above-mentioned deposition film may be 4.8 g/cm3 or more, or 4.8 to 5.3 g/cm3.
상기 증착막은 하기 수학식 1로 나타내는 퇴적속도 증가율이 10% 이상, 구체적인 예로 12.5% 이상, 바람직하게는 15% 이상일 수 있고, 이 경우에 전술한 구조를 갖는 활성화제에 의해 증착막을 형성하는 동시에 형성되는 증착막의 성장률이 크게 낮아져서 복잡한 구조의 기판에 적용하더라도 증착막의 균일성을 확보하여 단차 커버리지가 크게 향상되고, 특히 얇은 두께로 증착 가능하고, 공정 부산물로 잔류하던 O, Si, 금속, 금속 산화물, 나아가 종래 줄이기 쉽지 않던 탄소 잔량까지 개선시키는 효과를 제공할 수 있다. The above deposition film can have a deposition rate increase rate represented by the following mathematical expression 1 of 10% or more, specifically 12.5% or more, preferably 15% or more, and in this case, the growth rate of the deposition film formed at the same time as the deposition film is formed by the activator having the above-described structure is greatly reduced, so that even when applied to a substrate having a complex structure, the uniformity of the deposition film is secured, the step coverage is greatly improved, and in particular, it can provide the effect of improving the O, Si, metal, metal oxide remaining as process byproducts, and even the carbon residue which was not easy to reduce in the past.
[수학식 1][Mathematical Formula 1]
퇴적속도 증가율 = [(DRf)/(DRi)]×100Sedimentation rate increase rate = [(DR f )/(DR i )]×100
(상기 식에서, DR (Deposition rate, Å/cycle)은 증착막이 증착되는 속도이다. 전구체와 반응물로 형성되는 증착막 증착에 있어서, DRi (initial deposition rate)은 활성화제를 투입하지 않고 형성된 증착막의 증착속도이다. DRf (final deposition rate)은 상기 같은 공정을 진행할 때 활성화제를 투입하며 형성된 증착막의 증착속도이다. 여기서 증착속도(DR)은 엘립소미터 장비를 사용하여 1 내지 30 nm 두께의 증착막을 상온, 상압 조건에서 측정된 값으로, Å/cycle 단위를 사용한다.)(In the above equation, DR (Deposition rate, Å/cycle) is the rate at which the deposition film is deposited. In the deposition of the deposition film formed with the precursor and the reactant, DR i (initial deposition rate) is the deposition rate of the deposition film formed without adding an activator. DR f (final deposition rate) is the deposition rate of the deposition film formed by adding an activator when performing the same process as above. Here, the deposition rate (DR) is a value measured under room temperature and pressure conditions using an ellipsometer device for a deposition film having a thickness of 1 to 30 nm, and uses the unit of Å/cycle.)
상기 수학식 1에서, 활성화제를 사용했을 때 및 사용하지 않았을 때 사이클당 증착막 성장률은 각각의 사이클 당 증착막 증착 두께(Å/cycle), 즉 증착 속도를 의미하고, 상기 증착 속도는 일례로 Ellipsometery로 1 내지 30 nm 두께의 증착막을 상온, 상압 조건에서 증착막의 최종 두께를 측정한 후 총 사이클 회수로 나누어 평균 증착 속도로 구할 수 있다.In the above mathematical expression 1, the deposition film growth rate per cycle when an activator was used and when not used means the deposition film deposition thickness (Å/cycle) per cycle, i.e., the deposition rate, and the deposition rate can be obtained as an average deposition rate by measuring the final thickness of a deposition film having a thickness of 1 to 30 nm under room temperature and pressure conditions using an ellipsometer, for example, and dividing the measurement by the total number of cycles.
상기 수학식 1에서, "활성화제를 사용하지 않았을 때"는 증착막 증착 공정에서 기판 상에 전구체 화합물만을 흡착시켜 증착막을 제조하는 경우를 의미하고, 구체적인 예로는 상기 증착막 형성 방법에서 활성화제를 흡착시키는 단계 및 미흡착 활성화제를 퍼징시키는 단계를 생략하여 증착막을 형성한 경우를 가리킨다.In the above mathematical expression 1, “when an activator is not used” means a case where a deposition film is manufactured by adsorbing only a precursor compound on a substrate in a deposition film deposition process, and as a specific example, it refers to a case where a deposition film is formed by omitting the step of adsorbing an activator and the step of purging the unadsorbed activator in the deposition film forming method.
상기 증착막은 금속막, 산화막, 질화막, 황화막 또는 칼코제나이드를 제공할 수 있고, 이 경우 본 발명에서 달성하고자 하는 효과를 충분히 얻을 수 있다. The above-mentioned deposition film can provide a metal film, an oxide film, a nitride film, a sulfide film or a chalcogenide, and in this case, the effect intended to be achieved in the present invention can be sufficiently obtained.
상기 증착막은 전술한 막 조성을 단독으로 혹은 선택적 영역(selective area)으로 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, SiH, SiOH 또한 포함하는 의미이다. The above deposition film may include the above-described film composition alone or as a selective area, but is not limited thereto, and also includes SiH and SiOH.
상기 증착막은 일반적으로 사용하는 확산방지막 뿐 아니라 에칭정지막, 전극막, 유전막, 게이트절연막, 블럭산화막 또는 차지트랩의 용도로 반도체 소자에 활용될 수 있다. The above-mentioned deposition film can be utilized in semiconductor devices not only as a generally used diffusion barrier film, but also as an etching stop film, electrode film, dielectric film, gate insulating film, block oxide film, or charge trap.
상기 증착막은 일예로 SIMS를 사용하여 측정한 할로겐 화합물을 10,500 counts/s 이하로 포함할 수 있다. The above-mentioned deposition film can contain halogen compounds at a rate of 10,500 counts/s or less, as measured using SIMS, for example.
증착막의 제조방법Method for manufacturing a deposition film
상기 증착막은 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 일례로 다음과 같은 방법에 의해 제조될 수 있다: The above deposition film can be manufactured by various methods, and for example, can be manufactured by the following methods:
제1 단계로서, 챔버에 적재된 기판 상에 4족 금속과 제1 할로겐을 포함하는 전구체 화합물을 주입할 수 있다. As a first step, a precursor compound including a Group 4 metal and a first halogen can be injected onto a substrate loaded in a chamber.
상기 제1 할로겐은 일례로 플루오린, 클로린, 아이오딘 및 브로민 중에서 1종 이상 선택될 수 있으며, 반응성이 우수한 클로린을 포함하는 것이 바람직하다. The above first halogen may be selected from, for example, one or more of fluorine, chlorine, iodine, and bromine, and it is preferable to include chlorine, which has excellent reactivity.
본 기재에서 전구체 화합물을 증착 챔버로 전달하는 방식은 일례로 기체상 유량 제어(Mass Flow Controller; MFC) 방법을 활용하여 휘발된 기체를 이송하는 방식(Vapor Flow Control; VFC), 액체상 유량 제어 방식(Liquid Mass Flow Controller; LMFC)를 비롯한 유량 제어 방식(Mass Flow Controller; MFC), 액체를 이송하는 방식(Liquid Delivery System; LDS)을 사용할 수 있다. In the present invention, the method for delivering the precursor compound to the deposition chamber may include, for example, a method for delivering volatilized gas by using a mass flow controller (MFC) method, a method for controlling the flow rate of a liquid (Mass Flow Controller; MFC), a method for delivering a liquid (Liquid Delivery System; LDS), and a method for controlling the flow rate of a liquid (Mass Flow Controller; MFC).
이때 전구체 화합물을 기판 상에 이동시키기 위한 운송 가스 또는 희석 가스로는 아르곤(Ar), 질소(N2), 헬륨(He)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합 기체를 사용할 수 있으나, 제한되는 것은 아니다.At this time, as a carrier gas or dilution gas for moving the precursor compound onto the substrate, one or more mixed gases selected from the group consisting of argon (Ar), nitrogen (N 2 ), and helium (He) may be used, but is not limited thereto.
본 기재에서 퍼지 가스로는 일례로 비활성 가스가 사용될 수 있고, 바람직하게는 상기 운송 가스 또는 희석 가스를 사용할 수 있다.In the present invention, an inert gas may be used as the purge gas, for example, and preferably, the carrier gas or dilution gas may be used.
상기 챔버는 원자층 증착(ALD) 챔버, 플라즈마 강화 원자층 증착(PEALD) 챔버, 기상 증착(CVD) 챔버, 플라즈마 강화 기상증착(PECVD) 챔버, 유기금속 화학기상 증착(MOCVD) 챔버, 또는 저압 기상증착(LPCVD) 챔버일 수 있다. The chamber may be an atomic layer deposition (ALD) chamber, a plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD) chamber, a chemical vapor deposition (CVD) chamber, a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) chamber, a metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) chamber, or a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) chamber.
상기 챔버 내 로딩된 기판은 실리콘 기판, 실리콘 옥사이드 등의 반도체 기판을 포함할 수 있다. The substrate loaded into the chamber may include a semiconductor substrate such as a silicon substrate or silicon oxide.
상기 기판은 그 상부에 도전층 또는 절연층이 더 형성되어 있을 수 있다.The above substrate may further have a conductive layer or an insulating layer formed on top thereof.
상기 기판은 50 내지 500 ℃, 또는 80 내지 500 ℃로 유지될 수 있다. The above substrate can be maintained at 50 to 500°C, or 80 to 500°C.
상기 기판은 일례로 50 내지 500 ℃, 구체적인 예로 80 내지 500 ℃, 100 내지 800 ℃, 또는 200 내지 500 ℃로 가열될 수 있으며, 상기 활성화제 또는 전구체 화합물은 상기 기판 상에 가열되지 않은 채로 혹은 가열된 상태로 주입될 수 있으며, 증착 효율에 따라 가열되지 않은 채 주입된 다음 증착 공정 도중에 가열 조건을 조절하여도 무방하다. 일례로 300 내지 600 ℃으로 가열된 기판상에 1 내지 20초간 주입할 수 있다. The above substrate can be heated to, for example, 50 to 500° C., specifically, 80 to 500° C., 100 to 800° C., or 200 to 500° C., and the activator or precursor compound can be injected onto the substrate in an unheated or heated state, and depending on the deposition efficiency, it may be injected in an unheated state and then the heating conditions may be adjusted during the deposition process. For example, it can be injected onto a substrate heated to 300 to 600° C. for 1 to 20 seconds.
상기 전구체 화합물의 챔버 내 투입량(mg/cycle)은, 후술하는 제2 단계에서 사용하는 활성화제와 상기 전구체 화합물의 챔버 내 투입량(mg/cycle) 비가 일례로 1 : 1 내지 1 : 20, 바람직하게는 1:1 내지 1: 15, 보다 바람직하게는 1:1 내지 1:10 이며, 이 범위 내에서 단차 피복성 향상 효과 및 공정 부산물의 저감 효과가 크다. The amount of precursor compound injected into the chamber (mg/cycle) is, for example, a ratio of the amount of precursor compound injected into the chamber (mg/cycle) to the activator used in the second step described below, of 1:1 to 1:20, preferably 1:1 to 1:15, more preferably 1:1 to 1:10, and within this range, the effect of improving the step coverage and reducing process by-products is significant.
상기 제1 단계는 비활성 가스를 사용한 퍼징 단계를 1회 이상 포함할 수 있다. 상기 비활성 가스는 전술한 운송 가스 또는 희석 가스를 사용할 수 있다.The above first step may include one or more purging steps using an inert gas. The inert gas may be the carrier gas or dilution gas described above.
상기 미흡착 전구체 화합물을 퍼징하는 단계에서 상기 챔버 내부로 투입되는 퍼지 가스의 양은 상기 미흡착 전구체 화합물을 제거하는 데 충분한 양이면 특별히 제한되지 않으나, 일례로 상기 챔버 내부로 투입된 전구체 화합물의 부피를 기준으로 10 내지 100,000배일 수 있고, 바람직하게는 50 내지 50,000배, 보다 바람직하게는 100 내지 10,000배일 수 있으며, 이 범위 내에서 미흡착 전구체 화합물을 충분히 제거하여 증착막이 고르게 형성되고 막질의 열화를 방지할 수 있다. 여기서, 상기 퍼지 가스 및 전구체 화합물의 투입량은 각각 한 사이클을 기준으로 기준으로 하며, 상기 전구체 화합물의 부피는 기회된 전구체 화합물 증기의 부피를 의미한다. In the step of purging the non-absorbed precursor compound, the amount of the purge gas injected into the chamber is not particularly limited as long as it is an amount sufficient to remove the non-absorbed precursor compound. However, for example, it may be 10 to 100,000 times the volume of the precursor compound injected into the chamber, preferably 50 to 50,000 times, and more preferably 100 to 10,000 times, and within this range, the non-absorbed precursor compound can be sufficiently removed so that the deposition film is formed evenly and deterioration of the film quality can be prevented. Here, the injection amounts of the purge gas and the precursor compound are each based on one cycle, and the volume of the precursor compound means the volume of the vapor of the precursor compound.
본 기재에서 퍼징은 바람직하게 1,000 내지 50,000 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute), 보다 바람직하게 2,000 내지 30,000 sccm, 더욱 바람직하게 2,500 내지 15,000 sccm이고, 이 범위 내에서 사이클당 증착막 성장률이 적절히 제어되고, 단일 원자층 (atomic mono-layer)으로 혹은 이에 가깝게 증착이 이루어져 막질 측면에서 유리한 이점이 있다.In the present invention, purging is preferably 1,000 to 50,000 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute), more preferably 2,000 to 30,000 sccm, and even more preferably 2,500 to 15,000 sccm. Within this range, the deposition film growth rate per cycle is appropriately controlled, and deposition is performed as or close to a single atomic mono-layer, which is advantageous in terms of film quality.
제2 단계로서, 상기 기판에, 상기 제1 할로겐과 상이한 제2 할로겐을 포함하는 알킬-프리 할로겐화물을 주입하여 제1 할로겐이 이탈된 자리(leaving site)를 제2 할로겐으로 바꾸게 된다. 이와 같은 경우 기판에 흡착된 전구체의 이탈기를 효과적으로 바꿔 반응 속도를 개선시키고 증착막 성장률을 적절히 낮추어 복잡한 구조를 갖는 기판위에 증착막을 형성하는 경우에도 단차 피복성(step coverage), 비저항 및 증착막의 두께 균일성을 크게 향상시키는 효과가 있다.In the second step, an alkyl-free halide containing a second halogen different from the first halogen is injected into the substrate to change the leaving site of the first halogen to the second halogen. In this case, the leaving group of the precursor adsorbed on the substrate is effectively changed to improve the reaction rate, and the deposition film growth rate is appropriately lowered, so that even when a deposition film is formed on a substrate having a complex structure, the step coverage, resistivity, and thickness uniformity of the deposition film are significantly improved.
상기 제2 할로겐은 일례로 아이오딘 및 브로민 중에서 1종 이상 선택될 수 있고, 아이오딘을 사용하는 것이 바람직하다. The above second halogen may be selected from, for example, at least one of iodine and bromine, and it is preferable to use iodine.
상기 기판 표면에 활성화제의 공급 시간 (Feeding Time, sec)은 1사이클당 바람직하게 0.001 내지 10 초, 보다 바람직하게 0.02 내지 3 초, 더욱 바람직하게 0.04 내지 2 초, 보다 더욱 바람직하게 0.05 내지 1 초이고, 이 범위 내에서 증착막 성장률이 높고 단차 피복성 및 경제성이 우수한 이점이 있다.The supply time (Feeding Time, sec) of the activator to the substrate surface is preferably 0.001 to 10 seconds per cycle, more preferably 0.02 to 3 seconds, even more preferably 0.04 to 2 seconds, and even more preferably 0.05 to 1 second, and within this range, there are advantages of a high deposition film growth rate, excellent step coverage, and excellent cost efficiency.
본 기재에서 활성화제의 공급 시간(Feeding Time)은 챔버의 부피 15 내지 20 L 기준에서 유량 1 내지 500 sccm을 기준으로 하고, 보다 구체적으로는 챔버의 부피 18 L에서 유량 10 내지 200 sccm을 기준으로 한다. In this description, the feeding time of the activator is based on a flow rate of 1 to 500 sccm at a chamber volume of 15 to 20 L, and more specifically, on a flow rate of 10 to 200 sccm at a chamber volume of 18 L.
본 기재에서 활성화제를 증착 챔버로 전달하는 방식은 일례로 기체상 유량 제어(Mass Flow Controller; MFC) 방법을 활용하여 휘발된 기체를 이송하는 방식(Vapor Flow Control; VFC)을 사용할 수 있다. In this invention, the method of delivering the activator to the deposition chamber may be, for example, a method of transporting volatilized gas by using a mass flow controller (MFC) method (vapor flow control; VFC).
상기 제2 단계는 비활성 가스를 사용한 퍼징 단계를 1회 이상 포함할 수 있다. 본 기재에서 퍼지 가스로는 일례로 상기 운송 가스 또는 희석 가스를 사용할 수 있다.The second step may include one or more purging steps using an inert gas. In the present disclosure, the carrier gas or dilution gas may be used as the purge gas, for example.
본 기재에서 퍼징은 바람직하게 1,000 내지 50,000 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute), 보다 바람직하게 2,000 내지 30,000 sccm, 더욱 바람직하게 2,500 내지 15,000 sccm이고, 이 범위 내에서 사이클당 증착막 성장률이 적절히 제어되고, 단일 원자층 (atomic mono-layer)으로 혹은 이에 가깝게 증착이 이루어져 막질 측면에서 유리한 이점이 있다.In the present invention, purging is preferably 1,000 to 50,000 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute), more preferably 2,000 to 30,000 sccm, and even more preferably 2,500 to 15,000 sccm. Within this range, the deposition film growth rate per cycle is appropriately controlled, and deposition is performed as or close to a single atomic mono-layer, which is advantageous in terms of film quality.
상기 미흡착 활성화제를 퍼징하는 단계에서 상기 챔버 내부로 투입되는 퍼지 가스의 양은 상기 미흡착 활성화제를 제거하는 데 충분한 양이면 특별히 제한되지 않으나, 일례로 10 내지 100,000배일 수 있고, 바람직하게는 50 내지 50,000배, 보다 바람직하게는 100 내지 10,000배일 수 있으며, 이 범위 내에서 미흡착 활성화제를 충분히 제거하여 증착막이 고르게 형성되고 막질의 열화를 방지할 수 있다. 여기서, 상기 퍼지 가스 및 활성화제의 투입량은 각각 한 사이클을 기준으로 하며, 상기 활성화제의 부피는 기회된 활성화제 증기의 부피를 의미한다.In the step of purging the non-absorbed activator, the amount of purge gas injected into the chamber is not particularly limited as long as it is an amount sufficient to remove the non-absorbed activator. However, for example, it may be 10 to 100,000 times, preferably 50 to 50,000 times, and more preferably 100 to 10,000 times, and within this range, the non-absorbed activator can be sufficiently removed so that the deposition film is evenly formed and deterioration of the film quality can be prevented. Here, the injected amounts of the purge gas and the activator are each based on one cycle, and the volume of the activator means the volume of the vapor of the activator that has been exposed.
구체적인 일례로, 상기 활성화제를 유량 100 sccm 및 주입시간 0.5 sec으로 주입 (1 사이클 당)하고, 미흡착 활성화제를 퍼징하는 단계에서 퍼지 가스를 유량 3000 sccm 및 주입시간 5 sec로 주입(1 사이클 당)하는 경우, 퍼지 가스의 주입량은 활성화제 주입량의 300배이다. As a specific example, when the activator is injected at a flow rate of 100 sccm and an injection time of 0.5 sec (per cycle) and, in the step of purging the unabsorbed activator, a purge gas is injected at a flow rate of 3000 sccm and an injection time of 5 sec (per cycle), the injection amount of the purge gas is 300 times the injection amount of the activator.
이어서 제3 단계로서, 상기 기판에, 리액턴트를 주입하여 4족 금속 유래 증착막을 형성할 수 있다. Next, as a third step, a reactant can be injected into the substrate to form a deposition film derived from a group 4 metal.
상기 리액턴트는 일례로 H2O, H2O2, O2, O3, O 라디칼, D2, H2, H라디칼, NH3, NO2, N2O, N2, N 라디칼, H2S 또는 S를 포함하는 가스일 수 있다. The above reactant may be a gas including, for example, H2O, H2O2, O2, O3, O radical, D2, H2, H radical, NH3, NO2, N2O, N2, N radical, H2S or S.
상기 증착막은 4족 금속에 리액턴트 유래 물질과 제2 할로겐이 결합된 구조를 포함할 수 있다. The above deposition film may include a structure in which a reactant-derived material and a second halogen are combined with a Group 4 metal.
상기 증착막 형성 방법은 일례로 50 내지 800 ℃ 범위의 증착 온도에서 실시할 수 있고, 바람직하게는 100 내지 700 ℃ 범위의 증착 온도에서, 보다 바람직하게는 200 내지 650 ℃ 범위의 증착 온도에서 실시하는 것이며, 더욱 바람직하게는 220 내지 500 ℃ 범위의 증착 온도에서 실시하는 것인데, 이 범위 내에서 공정 특성을 구현하면서 우수한 막질의 증착막으로 성장시키는 효과가 있다.The above deposition film formation method can be performed at a deposition temperature in the range of, for example, 50 to 800°C, preferably at a deposition temperature in the range of 100 to 700°C, more preferably at a deposition temperature in the range of 200 to 650°C, and even more preferably at a deposition temperature in the range of 220 to 500°C, and has the effect of growing a deposition film of excellent film quality while implementing process characteristics within this range.
상기 증착막 형성 방법은 일례로 0.01 내지 20 Torr 범위의 증착 압력에서 실시할 수 있고, 바람직하게는 0.1 내지 20 Torr 범위의 증착 압력에서, 보다 바람직하게는 0.1 내지 10 Torr 범위의 증착 압력에서, 가장 바람직하게는 0.3 내지 7 Torr 범위의 증착 압력에서 실시하는 것인데, 이 범위 내에서 균일한 두께의 증착막을 얻는 효과가 있다.The above deposition film formation method can be performed at a deposition pressure in the range of, for example, 0.01 to 20 Torr, preferably at a deposition pressure in the range of 0.1 to 20 Torr, more preferably at a deposition pressure in the range of 0.1 to 10 Torr, and most preferably at a deposition pressure in the range of 0.3 to 7 Torr, and within this range, there is an effect of obtaining a deposition film of uniform thickness.
본 기재에서 증착 온도 및 증착 압력은 증착 챔버 내 형성되는 온도 및 압력으로 측정되거나, 증착 챔버 내 기판에 가해지는 온도 및 압력으로 측정될 수 있다.In this disclosure, the deposition temperature and deposition pressure can be measured as the temperature and pressure formed within the deposition chamber, or as the temperature and pressure applied to the substrate within the deposition chamber.
상기 제2 단계는, 바람직하게 상기 활성화제를 챔버 내에 투입하기 전에 챔버 내 온도를 증착 온도로 승온하는 단계; 및/또는 상기 활성화제를 챔버 내에 투입하기 전에 챔버 내에 비활성 기체를 주입하여 퍼징하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.The second step may further include a step of raising the temperature inside the chamber to a deposition temperature, preferably before injecting the activator into the chamber; and/or a step of purging by injecting an inert gas into the chamber before injecting the activator into the chamber.
상기 제3 단계는 비활성 가스를 사용한 퍼징 단계를 포함할 수 있다. The third step may include a purging step using an inert gas.
상기 반응 가스 공급 단계 직후 수행하는 퍼징 단계에서 상기 챔버 내부로 투입되는 퍼지 가스의 양은 일례로 상기 챔버 내부로 투입된 반응 가스의 부피를 기준으로 10 내지 10,000배일 수 있고, 바람직하게는 50 내지 50,000배, 보다 바람직하게는 100 내지 10,000배일 수 있으며, 이 범위 내에서 원하는 효과를 충분히 얻을 수 있다. 여기서, 상기 퍼지 가스 및 반응 가스의 투입량은 각각 한 사이클을 기준으로 한다. In the purging step performed immediately after the above reaction gas supply step, the amount of purge gas injected into the chamber may be, for example, 10 to 10,000 times the volume of the reaction gas injected into the chamber, preferably 50 to 50,000 times, and more preferably 100 to 10,000 times, and the desired effect can be sufficiently obtained within this range. Here, the injection amounts of the purge gas and the reaction gas are each based on one cycle.
본 기재에서 퍼징은 바람직하게 1,000 내지 50,000 sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute), 보다 바람직하게 2,000 내지 30,000 sccm, 더욱 바람직하게 2,500 내지 15,000 sccm이고, 이 범위 내에서 사이클당 증착막 성장률이 적절히 제어되고, 단일 원자층(atomic mono-layer)으로 혹은 이에 가깝게 증착이 이루어져 막질 측면에서 유리한 이점이 있다.In the present invention, purging is preferably 1,000 to 50,000 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute), more preferably 2,000 to 30,000 sccm, and even more preferably 2,500 to 15,000 sccm. Within this range, the deposition film growth rate per cycle is appropriately controlled, and deposition is performed as or close to a single atomic mono-layer, which is advantageous in terms of film quality.
상기 증착막 형성 방법은 필요에 따라 단위 사이클을 1 내지 99,999회 반복 수행할 수 있고, 바람직하게는 단위 사이클을 10 내지 10,000회, 보다 바람직하게는 50 내지 5,000회, 보다 더욱 바람직하게는 100 내지 2,000회 반복 수행할 수 있으며, 이 범위 내에서 목적하는 증착막의 두께를 얻으면서 본 발명에서 달성하고자 하는 효과를 충분히 얻을 수 있다.The above deposition film forming method can be repeated 1 to 99,999 times as needed for a unit cycle, preferably 10 to 10,000 times, more preferably 50 to 5,000 times, and even more preferably 100 to 2,000 times, and within this range, the desired thickness of the deposition film can be obtained while sufficiently obtaining the effect to be achieved in the present invention.
상기 증착막 제조방법의 구체적인 예로, 상기 챔버 내에 위치시킨 기판 상에 증착막을 증착하기 위해서 상술한 활성화제와, 전구체 화합물 또는 이와 비극성 용매의 혼합물을 각각 준비한다.As a specific example of the above deposition film manufacturing method, in order to deposit a deposition film on a substrate positioned in the chamber, the above-described activator and a precursor compound or a mixture thereof and a non-polar solvent are each prepared.
이후 준비된 전구체 화합물 또는 이와 비극성 용매의 혼합물을 기화기 내로 주입한 후 증기상으로 변화시켜 증착 챔버로 전달하여 기판 상에 흡착시키고, 미리 주입한 활성화제에 의해 상기 전구체 화합물의 리간드를 치환시키며 미흡착된 전구체 화합물은 퍼징 (purging)시킨다.Thereafter, the prepared precursor compound or a mixture thereof and a non-polar solvent is injected into a vaporizer, changed into a vapor phase, and transferred to a deposition chamber to be adsorbed onto a substrate, and the ligand of the precursor compound is replaced by a pre-injected activator, and the unadsorbed precursor compound is purged.
다음으로, 준비된 활성화제를 기화기 내로 주입한 후 증기상으로 변화시켜 증착 챔버로 전달하여 기판 상에 흡착시키고, 퍼징 (purging)하여 미흡착된 활성화제를 제거한다.Next, the prepared activator is injected into the vaporizer, changed into a vapor phase, transferred to the deposition chamber, adsorbed onto the substrate, and purged to remove any unadsorbed activator.
본 기재에서 활성화제 및 전구체 화합물 등을 증착 챔버로 전달하는 방식은 일례로 기체상 유량 제어 (Mass Flow Controller; MFC) 방법을 활용하여 휘발된 기체를 이송하는 방식(Vapor Flow Control; VFC) 또는 액체상 유량 제어(Liquid Mass Flow Controller; LMFC) 방법을 활용하여 액체를 이송하는 방식(Liquid Delivery System; LDS)을 사용할 수 있다. In the present invention, the method for delivering the activator and precursor compounds to the deposition chamber may include, for example, a method for delivering volatilized gas (Vapor Flow Control; VFC) by utilizing a mass flow controller (MFC) method, or a method for delivering liquid (Liquid Delivery System; LDS) by utilizing a liquid mass flow controller (LMFC) method.
이때 활성화제 및 전구체 화합물 등을 기판 상에 이동시키기 위한 운송 가스 또는 희석 가스로는 아르곤(Ar), 질소(N2), 헬륨(He)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합 기체를 사용할 수 있으나, 제한되는 것은 아니다.At this time, as a carrier gas or dilution gas for moving the activator and precursor compound, etc. onto the substrate, one or more mixed gases selected from the group consisting of argon (Ar), nitrogen (N 2 ), and helium (He) may be used, but is not limited thereto.
본 기재에서 퍼지 가스로는 일례로 비활성 가스가 사용될 수 있고, 바람직하게는 상기 운송 가스 또는 희석 가스를 사용할 수 있다.In the present disclosure, an inert gas may be used as the purge gas, for example, and preferably, the carrier gas or dilution gas may be used.
다음으로, 리액턴트를 공급한다. 상기 리액턴트로는 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 사용되는 반응 가스인 경우 특별히 제한되지 않고, 바람직하게 질화제를 포함할 수 있다. 상기 질화제와 기판에 흡착된 전구체 화합물이 반응하여 질화막이 형성된다. Next, a reactant is supplied. The reactant is not particularly limited as long as it is a reaction gas commonly used in the technical field to which the present invention belongs, and may preferably include a nitriding agent. The nitriding agent reacts with the precursor compound adsorbed on the substrate to form a nitride film.
바람직하게는 상기 질화제는 질소 가스(N2), 히드라진 가스(N2H4), 또는 질소 가스 및 수소 가스의 혼합물일 수 있다.Preferably, the nitriding agent may be nitrogen gas (N 2 ), hydrazine gas (N 2 H 4 ), or a mixture of nitrogen gas and hydrogen gas.
다음으로, 비활성 가스를 이용하여 반응하지 않은 잔류 반응 가스를 퍼징시킨다. 이에 따라, 과량의 반응 가스뿐만 아니라 생성된 부산물도 함께 제거할 수 있다.Next, the unreacted residual reaction gas is purged using an inert gas. Accordingly, not only the excess reaction gas but also the generated byproducts can be removed.
위와 같이, 상기 증착막 형성 방법은 일례로 전구체 화합물을 기판 상에 흡착시키는 단계, 미흡착된 전구체 화합물을 퍼징하는 단계, 활성화제를 기판 상에 공급하는 단계, 미흡착된 활성화제를 퍼징하는 단계, 반응 가스를 공급하는 단계, 잔류 반응 가스를 퍼징하는 단계를 단위 사이클로 하며, 원하는 두께의 증착막을 형성하기 위해, 상기 단위 사이클을 반복할 수 있다. As described above, the method for forming the deposition film comprises, as an example, a step of adsorbing a precursor compound onto a substrate, a step of purging the unabsorbed precursor compound, a step of supplying an activator onto the substrate, a step of purging the unabsorbed activator, a step of supplying a reaction gas, and a step of purging the residual reaction gas, and the unit cycle can be repeated to form a deposition film of a desired thickness.
상기 단위 사이클은 일례로 1 내지 99,999회, 바람직하게는 10 내지 1,000회, 보다 바람직하게는 50 내지 5,000회, 보다 더욱 바람직하게는 100 내지 2,000회 반복될 수 있고, 이 범위 내에서 목적하는 증착막 특성이 잘 발현되는 효과가 있다.The above unit cycle can be repeated, for example, 1 to 99,999 times, preferably 10 to 1,000 times, more preferably 50 to 5,000 times, and even more preferably 100 to 2,000 times, and within this range, there is an effect in which the desired deposition film characteristics are well expressed.
상기 제1 단계에서 전구체 화합물의 주입 시간과 퍼지 시간을 각각 a, b라 하고, 상기 제2 단계에서 알킬-프리 할로겐화물의 주입 시간과 퍼지 시간을 각각 c, d라 하고, 상기 제 3 단계에서 리액턴트의 주입 시간과 퍼지 시간을 각각 e, f라 할 때, 0.1≤a≤10, 2a≤b≤4a, 0.1<c≤10, 2c≤d≤8c, 2<e≤10, 2e≤b≤8e를 동시에 만족할 수 있다. When the injection time and purge time of the precursor compound in the first step are a and b, respectively, the injection time and purge time of the alkyl-free halide in the second step are c and d, respectively, and the injection time and purge time of the reactant in the third step are e and f, respectively, 0.1≤a≤10, 2a≤b≤4a, 0.1<c≤10, 2c≤d≤8c, 2<e≤10, 2e≤b≤8e can be simultaneously satisfied.
상기 전구체 화합물과 알킬-프리 할로겐화물의 주입 및 퍼지, 리액턴트의 주입 및 퍼지를 1 사이클(cycle)이라 할 때, 다음 4가지 조건, 1)상기 증착막은 엘립소미터로 측정한 증착 두께가 500 Å 이하이고, 2)증착막의 비저항은 300μΩ.cm 이하이고, 3)증착 속도는 0.34 Å/cycle 이상이며, 4)증착막의 밀도는 4.5 g/cm3 이상을 모두 만족할 수 있다. When the injection and purge of the above precursor compound and the alkyl-free halide, and the injection and purge of the reactant are considered as one cycle, the following four conditions can all be satisfied: 1) the deposition film has a deposition thickness of 500 Å or less as measured by an ellipsometer, 2) the resistivity of the deposition film is 300 μΩ.cm or less, 3) the deposition rate is 0.34 Å/cycle or more, and 4) the density of the deposition film is 4.5 g/cm3 or more.
상기 증착막은 엘립소미터로 측정한 증착 두께가 500 Å 이하, 또는 2 내지 300 Å일 수 있고, 보다 바람직하게 5 내지 250 Å일 수 있다. The above-mentioned deposition film may have a deposition thickness measured by an ellipsometer of 500 Å or less, or 2 to 300 Å, and more preferably 5 to 250 Å.
상기 증착막은 비저항이 300μΩ.cm 이하, 또는 10 내지 300μΩ.cm일 수 있고, 보다 바람직하게 30 내지 200μΩ.cm일 수 있다. The above-mentioned deposition film may have a resistivity of 300 μΩ.cm or less, or 10 to 300 μΩ.cm, and more preferably 30 to 200 μΩ.cm.
상기 증착막의 밀도는 4.5 g/cm3 이상, 또는 4.5 내지 5.5 g/cm3일 수 있다. The density of the above-mentioned deposition film may be 4.5 g/cm3 or more, or 4.5 to 5.5 g/cm3.
상기 증착막은 SIMS로 측정한 요오드 원자가 50 counts/s 이상일 수 있다. The above-mentioned deposition film can have an iodine atom count of 50 counts/s or more as measured by SIMS.
상기 전구체 화합물과 알킬-프리 할로겐화물의 주입 및 퍼지, 리액턴트의 주입 및 퍼지를 1 사이클(cycle)이라 할 때, 다음 4가지 조건, 1)상기 증착막은 엘립소미터로 측정한 증착 두께가 100 내지 500 Å이고, 2)증착막의 비저항은 150 내지 300μΩ.cm이고, 3)증착 속도는 0.34 내지 0.535 Å/cycle이며, 4)증착막의 밀도는 4.8 내지 5.5 g/cm3,을 모두 만족할 수 있다.When the injection and purge of the above precursor compound and the alkyl-free halide, and the injection and purge of the reactant are considered as one cycle, the following four conditions can all be satisfied: 1) the deposition film has a deposition thickness of 100 to 500 Å as measured by an ellipsometer, 2) the resistivity of the deposition film is 150 to 300 μΩ.cm, 3) the deposition rate is 0.34 to 0.535 Å/cycle, and 4) the density of the deposition film is 4.8 to 5.5 g/cm3.
상기 증착막 제조 방법은, 일례로 ALD 챔버, 활성화제를 기화하는 제1 기화기, 기화된 활성화제를 ALD 챔버 내로 이송하는 제1 이송수단, 증착막 전구체를 기화하는 제2 기화기 및 기화된 증착막 전구체를 ALD 챔버 내로 이송하는 제2 이송수단을 포함하는 증착막 제조 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 여기에서 기화기 및 이송수단은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 사용되는 기화기 및 이송수단인 경우 특별히 제한되지 않는다.The above deposition film manufacturing method can be performed using a deposition film manufacturing apparatus including, for example, an ALD chamber, a first vaporizer for vaporizing an activator, a first transfer means for transferring the vaporized activator into the ALD chamber, a second vaporizer for vaporizing a deposition film precursor, and a second transfer means for transferring the vaporized deposition film precursor into the ALD chamber. Here, the vaporizer and the transfer means are not particularly limited as long as they are vaporizers and transfer means commonly used in the technical field to which the present invention belongs.
반도체 기판 semiconductor substrate
본 발명은 또한 반도체 기판을 제공하고, 상기 반도체 기판은 본 기재의 증착막 형성 방법으로 제조되거나 상기 증착막을 포함함을 특징으로 하며, 이러한 경우 증착막의 단차 피복성(step coverage) 및 증착막의 두께 균일성이 크게 뛰어나고, 증착막의 밀도 및 전기적 특성이 뛰어난 효과가 있다. The present invention also provides a semiconductor substrate, characterized in that the semiconductor substrate is manufactured by the deposition film forming method of the present invention or includes the deposition film, in which case the step coverage of the deposition film and the thickness uniformity of the deposition film are significantly excellent, and the density and electrical characteristics of the deposition film are excellent.
구체적인 예로, 본 기재에 따른 반도체 기판은, 해당 기판 상에 리간드 교환 전 전구체 흡착 상태를 -M-Xn(n= 1~3, X= F, Cl)이라 할 때, 리간드 교환 후 전구체 흡착 상태가 -M-Ym(m= 1~3, Y= Br, I)인 반도체 기판을 제공할 수 있다. As a specific example, a semiconductor substrate according to the present invention can provide a semiconductor substrate in which, when the precursor adsorption state before ligand exchange on the substrate is -M-Xn (n= 1 to 3, X= F, Cl), the precursor adsorption state after ligand exchange is -M-Ym (m= 1 to 3, Y= Br, I).
상기 리간드 교환 전후 전구체 흡착 상태 변화는 상기 기판 상에서 제1 할로겐이 4족 중심 금속에 결합된 전구체 화합물;과 전술한 전구체 화합물의 리간드 이탈 자리(ligand leaving site)를 채우기 위한 제2 할로겐을 포함하는 알킬-프리(alkyl free) 할로겐화물간 반응에 의해 형성될 수 있다.The change in the precursor adsorption state before and after the ligand exchange can be formed by a reaction between a precursor compound in which a first halogen is bonded to a Group 4 central metal on the substrate; and an alkyl free halide including a second halogen for filling a ligand leaving site of the precursor compound described above.
일례로, 상기 반도체 기판은 상기 화학식 1의 중심금속(M)에 제 1 할로겐 원자 (F 또는 Cl)가 제2 할로겐 원자 (Br 또는 I)로 치환되는 과정을 거쳐서 형성된 증착막을 포함할 수 있다. For example, the semiconductor substrate may include a deposition film formed through a process in which a first halogen atom (F or Cl) in the central metal (M) of the chemical formula 1 is replaced with a second halogen atom (Br or I).
상기 증착막은 일례로 필요에 따라 2층 이상의 다층 구조, 3층 이상의 다층 구조이거나, 2층 또는 3층의 다층 구조일 수 있다. 상기 2층 구조의 다층막은 구체적인 일례로 하층막-중층막 구조일 수 있고, 상기 3층 구조의 다층막은 구체적인 일례로 하층막-중층막-상층막 구조일 수 있다.The above-mentioned deposition film may be, for example, a multilayer structure of two or more layers, a multilayer structure of three or more layers, or a multilayer structure of two or three layers, as needed. The multilayer film having a two-layer structure may be, for example, a lower layer film-middle layer film structure, and the multilayer film having a three-layer structure may be, for example, a lower layer film-middle layer film-upper layer film structure.
상기 증착막은 구체적인 예로, 중측막 (DRAM용 TiN electrode 또는 NAND용 barrier film)일 수 있다. The above-mentioned deposition film may be, for example, a middle film (TiN electrode for DRAM or barrier film for NAND).
상기 하층막은 일례로 Si, SiO2, MgO, Al2O3, CaO, ZrSiO4, ZrO2, HfSiO4, Y2O3, HfO2, LaLuO2, Si3N4, SrO, La2O3, Ta2O5, BaO, TiO2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하여 이루어질 수 있다. The above lower layer may be formed by including at least one selected from the group consisting of, for example, Si, SiO 2 , MgO, Al 2 O 3 , CaO, ZrSiO 4 , ZrO 2 , HfSiO 4 , Y 2 O 3 , HfO 2 , LaLuO 2 , Si 3 N 4 , SrO, La 2 O 3 , Ta 2 O 5 , BaO, and TiO 2 .
상기 상층막은 일례로 W, Mo로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하여 이루어질 수 있다.The above upper layer may be formed by including at least one selected from the group consisting of, for example, W and Mo.
반도체 소자 semiconductor devices
본 발명에 따르면, 전술한 반도체 기판을 포함하는 반도체 소자를 제공할 수 있다. According to the present invention, a semiconductor device including the above-described semiconductor substrate can be provided.
상기 반도체 소자는 일례로 저 저항 금속 게이트 인터커넥트(low resistive metal gate interconnects), 고 종횡비 3D 금속-절연체-금속(MIM) 커패시터(high aspect ratio 3D metal-insulator-metal capacitor), DRAM 트렌치 커패시터(DRAM trench capacitor), 3D 게이트-올-어라운드(GAA; Gate-All-Around), 또는 3D NAND 플래시메모리 등일 수 있다. The semiconductor device may be, for example, low resistive metal gate interconnects, high aspect ratio 3D metal-insulator-metal (MIM) capacitors, DRAM trench capacitors, 3D Gate-All-Around (GAA), or 3D NAND flash memory.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예 및 도면을 제시하나, 하기 실시예 및 도면은 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred embodiments and drawings are presented to help understand the present invention. However, the following embodiments and drawings are only illustrative of the present invention, and it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope and technical idea of the present invention, and it is also natural that such changes and modifications fall within the scope of the appended patent claims.
[실시예][Example]
전구체 화합물로는 TiCl4를 각각 준비하였다. TiCl4 was prepared as a precursor compound.
활성화제로는 5N HI를 각각 준비하였다. 5N HI was prepared as an activator.
상기 전구체 화합물과 활성화제를 사용하여 본 발명에 따른 증착 공정 시퀀스를 1 cycle로 하여 ALD 증착 공정을 수행하였다. An ALD deposition process was performed using the above precursor compound and activator with the deposition process sequence according to the present invention as one cycle.
실시예 1, 및 비교예의 구체적인 실험방법은 다음과 같다. The specific experimental methods of Example 1 and Comparative Example are as follows.
실시예 1 (실시예 1-1 내지 실시예 1-8)Example 1 (Examples 1-1 to 1-8)
전구체 화합물 TiCl4를 캐니스터에 담아 상온에서 LMFC(Liquid Mass Flow Controller)를 이용하여 0.05 g/min의 유속으로 150 ℃로 가열된 별도의 기화기로 공급하였다. 기화기에서 증기상으로 기화된 TiCl4를 1초 동안 VFC(Vapor Flow Controller)를 이용하여 증착 챔버에 투입한 후 아르곤 가스를 3000 sccm으로 5초 동안 공급하여 아르곤 퍼징을 실시하였다. 이때 반응 챔버내 압력은 2.5 Torr로 제어하였다. The precursor compound TiCl4 was placed in a canister and flowed at a flow rate of 0.05 g/min using a Liquid Mass Flow Controller (LMFC) at room temperature. It was supplied to a separate vaporizer heated to 150 ℃. TiCl4 vaporized in the vaporizer was introduced into the deposition chamber using a VFC (Vapor Flow Controller) for 1 second, and then argon gas was supplied at 3000 sccm for 5 seconds to perform argon purging. At this time, the pressure inside the reaction chamber was controlled to 2.5 Torr.
다음으로, 활성화제로서 5N의 HI를 캐니스터에 담아 상온에서 MFC(Mass Flow Controller)를 이용하여 0.05 g/min의 유속으로 150 ℃로 가열된 기화기로 공급하였다. 기화기에서 증기상으로 기화된 활성화제를 2초 동안 기판이 로딩된 증착 챔버에 투입한 후 아르곤 가스를 3000 sccm으로 8초 동안 공급하여 아르곤 퍼징을 실시하였다. 이때 반응 챔버내 압력은 2.5 Torr로 제어하였다. Next, 5N HI as an activator was placed in a canister and supplied to a vaporizer heated to 150°C at a flow rate of 0.05 g/min using a mass flow controller (MFC) at room temperature. The activator vaporized in a vapor phase in the vaporizer was injected into the deposition chamber loaded with the substrate for 2 seconds, and then argon gas was supplied at 3000 sccm for 8 seconds to perform argon purging. At this time, the pressure inside the reaction chamber was controlled to 2.5 Torr.
다음으로 반응성 가스로서 암모니아 1000 sccm을 3초 동안 상기 반응 챔버에 투입한 후, 9초 동안 아르곤 퍼징을 실시하였다. 이때 증착막이 형성될 기판을 460 ℃로 가열하였다. Next, 1000 sccm of ammonia as a reactive gas was injected into the reaction chamber for 3 seconds, followed by argon purging for 9 seconds. At this time, the substrate on which the deposition film was to be formed was heated to 460°C.
이와 같은 공정을 200 내지 400회 반복하여 하기 도 1에 나타낸 증착 두께를 갖는 자기-제한 원자층 증착막 8종을 형성하였다.By repeating this process 200 to 400 times, eight types of self-limiting atomic layer deposition films having the deposition thicknesses shown in Fig. 1 below were formed.
하기 도 1에서 보듯이, 상기 증착막은 각각 증착 두께가 100 Å, 110 Å, 125 Å, 140 Å, 142 Å, 144 Å, 170 Å, 175 Å이었다. As shown in Figure 1 below, the deposition films had deposition thicknesses of 100 Å, 110 Å, 125 Å, 140 Å, 142 Å, 144 Å, 170 Å, and 175 Å, respectively.
상기 증착 두께는 제조된 증착막에 대하여 빛의 편광 특성을 이용하여 증착막의 두께나 굴절률과 같은 광학적 특성을 측정할 수 있는 장치인 엘립소미터 (Ellipsometer)로 측정한 증착막의 두께를 측정하였다. The above deposition thickness was measured using an ellipsometer, which is a device that can measure optical properties such as the thickness or refractive index of a deposition film using the polarization characteristics of light for the manufactured deposition film.
또한, 상기 8종 증착막들에 대하여 퇴적속도 증가율(D/R (dep. rate) 증가율)을 계산하였다. 구체적으로, 상기 증착막의 두께를 사이클 횟수로 나누어 1 사이클당 증착되는 증착막의 두께를 계산하여 증착막 성장률 감소율을 계산하였다. 구체적으로 전술한 수학식 1을 이용하여 계산하였다. In addition, the deposition rate increase rate (D/R (dep. rate) increase rate) was calculated for the above eight types of deposition films. Specifically, the deposition film growth rate decrease rate was calculated by dividing the thickness of the deposition film by the number of cycles to calculate the thickness of the deposition film deposited per cycle. Specifically, the calculation was performed using the mathematical expression 1 described above.
계산된 8종의 퇴적속도 증가율은 평균 0.535 Å/cycle로 계산되었다.The average increase rate of the eight calculated sedimentation rates was calculated to be 0.535 Å/cycle.
또한, 상기 8종 증착막들에 대하여 비저항을 측정하고, 결과를 하기 도 1에 함께 나타내었다. In addition, the resistivity of the above eight types of deposition films was measured, and the results are shown in Figure 1 below.
상기 비저항은 면저항측정기로 측정된 면저항과 엘립소미터로 측정된 두께를 고려하여 측정하였다. The above resistivity was measured by considering the surface resistance measured by a surface resistance meter and the thickness measured by an ellipsometer.
추가로, 증착 두께가 100 내지 130 Å 내인 비저항 값은 176 Ωcm, 239 Ωcm, 302 Ωcm의 3종이었으며 이를 평균내면 239 Ωcm로 계산되었다. Additionally, the resistivity values for deposition thicknesses of 100 to 130 Å were 176 Ωcm, 239 Ωcm, and 302 Ωcm, and the average was calculated to be 239 Ωcm.
또한, 상기 8종 증착막들에 대하여 밀도를 X선 반사 측정(XRR) 장비를 사용하여 측정하였다. Additionally, the density of the above eight types of deposition films was measured using X-ray reflectometry (XRR) equipment.
측정된 8종의 밀도는 평균 4.68 g/cm3으로 계산되었다. The average density of the eight measured species was calculated to be 4.68 g/cm3.
나아가, 상기 8종 증착막들에 대하여 불순물 함량을 측정하였다. Furthermore, the impurity content of the above eight types of deposition films was measured.
여기서 불순물은 H, C, NH, 18O, Cl, Ti 등에 대해 SIMS (Secondary-ion mass spectrometry) 장비를 사용하여 측정하였다. Here, impurities were measured using SIMS (Secondary-ion mass spectrometry) equipment for H, C, NH, 18 O, Cl, and Ti.
구체적으로, 이온 스퍼터로 증착막을 축방향으로 파고 들어가며 기판 표피층에 있는 오염이 적은 sputter time 50초일 때 해당 불순물 함량 (counts)을 고려하여 SIMS 그래프에서 해당 불순물 값을 확인하였다. Specifically, the impurity content (counts) was confirmed in the SIMS graph when the deposition film was axially penetrated by ion sputtering and the sputter time was 50 seconds, which is less contaminated with the substrate surface layer.
확인한 SIMS 결과값을 하기 도 2에 그래프로서 나타내었다. 구체적으로 8종 증착막 내 Cl-의 평균 불순물 함량은 10,406 counts/s로 계산되었다. The verified SIMS results are shown as a graph in Fig. 2 below. Specifically, the average impurity content of Cl- in the eight types of deposition films was calculated to be 10,406 counts/s.
Cl- 뿐 아니라 공정 부산물로 잔류하던 O, Si, H, NH, 금속, 금속 산화물 등 또한 저감시키는 것을 하기 도 1을 통해 확인할 수 있다. It can be confirmed through Figure 1 that not only Cl- but also O, Si, H, NH, metals, and metal oxides remaining as process byproducts are reduced.
비교예 1Comparative Example 1
상기 실시예 1에서 활성화제로서 사용한 5N의 HI를 5N의 HCl로 대체한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 공정을 반복하였다. The same process as in Example 1 was repeated except that 5N HI used as an activator in Example 1 was replaced with 5N HCl.
그 결과, Cl 불순물이 증가하거나 매우 희박하게 식각이 발생하였다.As a result, etching occurred with increased or very thin Cl impurities.
참고로, TiN 기판상에 HCl 또는 Cl2를 플라즈마 분위기를 형성하거나 이에 준하는 높은 온도 조건이 제시되면, TiN을 식각 (dry etching)할 수 있는 문제가 있다. For reference, if a plasma atmosphere of HCl or Cl2 is formed on a TiN substrate or a high temperature condition equivalent thereto is provided, there is a problem that TiN can be etched (dry etched).
비교예 2Comparative Example 2
상기 실시예 1에서 활성화제로 사용한 5N의 HI를 사용하지 않고, 총 10 종의 증착막을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 공정을 반복하고 측정 결과를 하기 도 1 및 도 2에 함께 나타내었다. Except that 5N HI used as an activator in Example 1 was not used and a total of 10 types of deposition films were manufactured, the same process as Example 1 was repeated, and the measurement results are shown together in Figures 1 and 2 below.
하기 도 1에서 보듯이, 상기 증착막은 각각 증착 두께가 88 Å, 90 Å, 100 Å, 101 Å, 102 Å, 104 Å, 109 Å, 111 Å, 121 Å, 127 Å이었다. As shown in Figure 1 below, the deposition films had deposition thicknesses of 88 Å, 90 Å, 100 Å, 101 Å, 102 Å, 104 Å, 109 Å, 111 Å, 121 Å, and 127 Å, respectively.
또한, 상기 10종 증착막들에 대하여 퇴적속도 증가율(D/R (dep. rate) 증가율)을 계산하였다In addition, the deposition rate increase rate (D/R (dep. rate) increase rate) was calculated for the above 10 types of deposition films.
상기 10종의 퇴적속도 증가율은 평균 0.34 Å/cycle로 계산되었다. The average increase rate of sedimentation velocity of the above 10 species was calculated to be 0.34 Å/cycle.
그 결과, 실시예 1 대비 30% 정도 불량한 것을 알 수 있다. As a result, it can be seen that it is about 30% worse than Example 1.
또한, 상기 10종 증착막들에 대하여 비저항을 측정하였다. In addition, the resistivity of the above 10 types of deposition films was measured.
하기 도 1에서 보듯이, 상기 증착막은 각각 비저항이 515 μΩcm, 517 μΩcm, 592 μΩcm, 650 μΩcm, 800 μΩcm, 802 μΩcm, 890 μΩcm, 900 μΩcm, 970 μΩcm, 11100 μΩcm로 평균 715 μΩcm로 계산되었으며, 실시예 1 대비 50% 정도 불량한 것을 알 수 있다. As shown in the following Figure 1, the resistivity of the deposited film was calculated to be 515 μΩcm, 517 μΩcm, 592 μΩcm, 650 μΩcm, 800 μΩcm, 802 μΩcm, 890 μΩcm, 900 μΩcm, 970 μΩcm, and 11100 μΩcm, respectively, with an average of 715 μΩcm, which can be seen to be about 50% worse than that of Example 1.
추가로, 증착 두께가 100 내지 130 Å 내인 비저항 값은 515 μΩcm, 517 μΩcm, 592 μΩcm의 3종이었으며 이를 평균내면 541 μΩcm로 계산되었다. Additionally, the resistivity values for deposition thicknesses of 100 to 130 Å were 515 μΩcm, 517 μΩcm, and 592 μΩcm, and the average was calculated to be 541 μΩcm.
또한, 상기 10종 증착막들에 대하여 밀도를 X선 반사 측정(XRR) 장비를 사용하여 측정하였다. 측정된 10종의 밀도는 평균 5.03 g/cm3으로 계산되었으며, 실시예 1 대비 9% 정도 불량한 것을 알 수 있다. In addition, the density of the above 10 types of deposition films was measured using X-ray reflectometry (XRR) equipment. The measured density of the 10 types was calculated to be an average of 5.03 g/cm3, which is about 9% worse than that of Example 1.
나아가, 상기 10종 증착막들에 대하여 불순물 함량을 측정하였으며, 확인한 SIMS 결과값을 하기 도 2에 그래프로서 함께 나타내었다. 구체적으로 10종 증착막 내 Cl-의 평균 불순물 함량은 31,638 counts/s로 계산되었으며, 실시예 1 대비 50% 이하 정도 불량한 것을 알 수 있다.In addition, the impurity content of the above 10 types of deposition films was measured, and the confirmed SIMS results are presented together as a graph in Fig. 2 below. Specifically, the average impurity content of Cl- in the 10 types of deposition films was calculated to be 31,638 counts/s, which can be seen to be about 50% or less inferior to that of Example 1.
이상의 결과로부터, 전구체 리간드와 다른 종류의 활성화제를 사용한 본 발명에 따른 실시예 1 내지 2는 전구체 리간드와 같은 종류의 활성화제를 사용한 비교예 1, 활성화제를 전혀 사용하지 않은 비교예 2에 비하여 증착 두께, 퇴적속도 증가율, 및 비저항이 모두 현저하게 개선될 뿐 아니라 불순물 저감특성이 뛰어남을 확인할 수 있었다. From the above results, it was confirmed that Examples 1 and 2 according to the present invention using a precursor ligand and a different type of activator not only showed remarkable improvements in the deposition thickness, deposition rate increase rate, and resistivity, but also had excellent impurity reduction characteristics, compared to Comparative Example 1 using the same type of activator as the precursor ligand and Comparative Example 2 not using any activator at all.
특히, 본 발명에 따른 활성화제를 사용한 실시예 1은 이를 사용하지 않은 비교예 2에 비하여 사이클당 증착막 퇴적속도 증가율과 증착막의 밀도가 각각 10% 이상이고, 비저항 감소율이 50% 이상이며, 불순물 저감율이 60% 이상으로 뛰어남을 확인할 수 있었다.In particular, it was confirmed that Example 1 using the activator according to the present invention was superior to Comparative Example 2 not using the activator in that the deposition rate per cycle and the density of the deposition film were each 10% or more, the resistivity reduction rate was 50% or more, and the impurity reduction rate was 60% or more.
따라서, 본 발명의 활성화제로서 전구체 화합물의 리간드와 다른 종류를 갖는 화합물을 사용할 경우 리간드 교환기전을 통해 증착막의 두께와 퇴적속도 증가율, 밀도, 비저항이 모두 개선되고 불순물 저감특성도 뛰어나 복잡한 패턴의 기판에도 증착막을 효과적으로 형성하는 것을 확인할 수 있었다.Therefore, when a compound having a different type of ligand from that of the precursor compound is used as the activator of the present invention, it was confirmed that the thickness, deposition rate increase rate, density, and resistivity of the deposition film are all improved through the ligand exchange mechanism, and the impurity reduction characteristics are also excellent, so that the deposition film can be effectively formed even on a substrate with a complex pattern.
Claims (15)
상기 4족 중심 금속은 타이타늄인 것을 특징으로 하는 활성화제.In the first paragraph,
An activator characterized in that the above group 4 central metal is titanium.
상기 알킬-프리 할로겐화물은 알킬-프리 아이오딘 주게, 아이오딘화수소 가스, 브롬화수소 가스, 아이오딘 이온 또는 아이오딘 라디칼인 것을 특징으로 하는 활성화제.In the first paragraph,
An activator characterized in that the above alkyl-free halide is an alkyl-free iodine donor, hydrogen iodide gas, hydrogen bromide gas, iodine ion or iodine radical.
상기 활성화제는 원자층 증착법(ALD), 플라즈마 강화 원자층 증착법(PEALD), 기상 증착법(CVD), 플라즈마 강화 기상증착법(PECVD), 유기금속 화학기상 증착법(MOCVD), 또는 저압 기상증착법(LPCVD)의 증착 공정에 적용되는 것을 특징으로 하는 활성화제.In the first paragraph,
The above activator is characterized in that it is applied to a deposition process of atomic layer deposition (ALD), plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD), chemical vapor deposition (CVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD), or low pressure chemical vapor deposition (LPCVD).
상기 전구체 화합물의 리간드를 바꾼 구조는 상기 기판 상에서 제1 할로겐이 4족 중심 금속에 결합된 전구체 화합물;과 상기 전구체 화합물의 리간드 이탈 자리(ligand leaving site)를 채우기 위한 제2 할로겐을 포함하는 알킬-프리(alkyl free) 할로겐화물의 반응에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 기판. In Article 8,
A semiconductor substrate characterized in that the structure in which the ligand of the precursor compound is changed is formed by the reaction of a precursor compound in which a first halogen is bonded to a group 4 central metal on the substrate; and an alkyl free halide including a second halogen for filling a ligand leaving site of the precursor compound.
상기 반도체 기판은 상기 전구체 화합물의 4급 중심금속(M)에 리액턴트 유래 물질과 제2 할로겐이 결합된 구조를 포함하는 증착막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판. In Article 8,
A semiconductor substrate characterized in that the semiconductor substrate includes a deposition film including a structure in which a reactant-derived material and a second halogen are bonded to a quaternary central metal (M) of the precursor compound.
상기 리액턴트 유래 물질은 H2O, H2O2, O2, O3, O 라디칼, D2, H2, H라디칼, NH3, NO2, N2O, N2, N 라디칼, H2S 또는 S로부터 제공되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판.In Article 10,
A semiconductor substrate, characterized in that the reactant-derived material is provided from H2O, H2O2, O2, O3, O radical, D2, H2, H radical, NH3, NO2, N2O, N2, N radical, H2S or S.
상기 증착막은 2층 이상의 다층 구조인 것을 특징으로 하는 반도체 기판. In Article 10,
A semiconductor substrate, characterized in that the above deposition film has a multilayer structure of two or more layers.
상기 증착막은 증착 두께가 500 Å 이하이고, 증착막의 비저항은 300μΩ.cm 이하이고, 증착 속도는 0.34 Å/cycle 이상이며, 증착막의 밀도는 4.0 g/cm3 이상이고, SIMS로 측정한 요오드 원자가 50 counts/s 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 기판. In Article 10,
A semiconductor substrate, characterized in that the above-mentioned deposition film has a deposition thickness of 500 Å or less, a resistivity of the deposition film of 300 μΩ.cm or less, a deposition rate of 0.34 Å/cycle or more, a density of the deposition film of 4.0 g/cm3 or more, and an iodine atom count of 50 counts/s or more measured by SIMS.
A semiconductor device comprising a semiconductor substrate according to claim 8.
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