KR100414871B1 - Method for forming group ⅸ metal layer using atomic layer deposition - Google Patents

Method for forming group ⅸ metal layer using atomic layer deposition Download PDF

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Abstract

본 발명은 저온 공정이 가능하면서 막내의 불순물을 최소화하고 또한 파티클 발생을 억제하여 고순도의 9족 금속막(코발트, 이리듐, 로듐)을 얻기 위한 원자층 증착법에 의한 9족 금속막의 형성 방법을 제공하기 위한 것으로, 원자층 증착장치의 반응챔버내에 기판을 로딩시키는 단계, 상기 기판 상에 9족 금속 전구체를 흡착시키는 단계, 및 상기 반응챔버 내에 환원성 반응가스를 공급하여 상기 흡착된 9족 금속전구체와 반응을 유도하여 9족 금속막을 원자층 단위로 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.The present invention provides a method of forming a Group 9 metal film by atomic layer deposition to obtain a high purity Group 9 metal film (cobalt, iridium, rhodium) by allowing impurities at a low temperature and minimizing impurities in the film and suppressing particle generation. For the purpose of, loading a substrate in a reaction chamber of an atomic layer deposition apparatus, adsorbing a Group 9 metal precursor on the substrate, and supplying a reducing reaction gas into the reaction chamber to react with the adsorbed Group 9 metal precursor. To form a Group 9 metal film in atomic layer units.

Description

원자층증착법에 의한 9족 금속막의 형성 방법{METHOD FOR FORMING GROUP Ⅸ METAL LAYER USING ATOMIC LAYER DEPOSITION}METHOD FOR FORMING GROUP METAL LAYER USING ATOMIC LAYER DEPOSITION}

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 DRAM 및 FRAM에서 고유전율 및 강유전체 캐패시터의 전극으로 이용되는 9족 금속막(Group 9 metal)의 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a Group 9 metal used as an electrode of a high dielectric constant and ferroelectric capacitor in a DRAM and a FRAM.

최근에, 이리듐(Iridium; Ir), 로듐(Rhodium; Rh), 코발트(Cobalt; Co) 등의 금속을 DRAM/FeRAM 캐패시터의 전극으로 이용하고. 아울러, 유기물 합성 과정에서 촉매로 사용한다.Recently, metals such as iridium (Ir), rhodium (Rh), and cobalt (Co) have been used as electrodes of DRAM / FeRAM capacitors. In addition, it is used as a catalyst in the organic synthesis process.

그리고, 고집적 메모리 소자에서 상기한 금속들을 균일하게 증착하기 위해 주로 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)을 적용하고 있다.In addition, chemical vapor deposition (CVD) is mainly applied to uniformly deposit the metals in the highly integrated memory device.

일반적으로 화학기상증착법(CVD)은 실리콘웨이퍼 또는 웨이퍼상의 노출된 막 표면과 같은 기판상에 박막을 증착하기 위해 이용되며, 화학기상증착법에 있어서 전구체(Precursor)는 전구체의 분해온도 이상의 온도로 가열된 기판상에 콘택되는 열분해 휘발성 화합물이다. 그리고, 화학기상증착법에 의해 증착되는 막, 예컨대 금속, 금속혼합물, 금속합금, 세라믹, 금속화합물 및 이들의 혼합물로 구성되는 막들은 전구체의 선택 및 반응 조건에 의존하여 기판상에 형성된다.In general, chemical vapor deposition (CVD) is used to deposit a thin film on a substrate such as an exposed film surface on a silicon wafer or wafer, and in chemical vapor deposition, the precursor is heated to a temperature above the decomposition temperature of the precursor. Pyrolytic volatile compounds that are contacted on a substrate. Then, films deposited by chemical vapor deposition, for example, films composed of metals, metal mixtures, metal alloys, ceramics, metal compounds, and mixtures thereof, are formed on the substrate depending on the choice of precursor and the reaction conditions.

이와 같은 화학기상증착법은 전구체와 전구체를 열분해하기 위한 반응가스를 이용하여 요구되는 두께를 갖는 박막을 기판상에 증착한다.This chemical vapor deposition method deposits a thin film having a required thickness on a substrate using a precursor and a reaction gas for pyrolyzing the precursor.

먼저 다양한 가스들을 반응챔버로 주입시키고, 열, 빛, 플라즈마와 같은 고에너지에 의해 유도된 가스들을 화학반응시키므로써 기판상에 요구되는 두께의 박막을 증착시킨다.First, various gases are injected into the reaction chamber, and a thin film of the required thickness is deposited on the substrate by chemically reacting gases induced by high energy such as heat, light and plasma.

종래 주기율표상의 9족 원소(이하 '9족 금속'이라 약칭함)(M)인 코발트, 로듐, 이리듐의 화학기상증착은 산화상태가 +1 또는 +3인 전구체(MX 또는 MX3, 여기서 X는 음이온성 리간드)을 사용하고, 반응가스로서 산소(O2) 또는 수소(H2)를 사용한다.Conventional chemical vapor deposition of cobalt, rhodium and iridium, Group 9 elements (hereinafter abbreviated as 'Group 9 metals') (M) on the periodic table, is a precursor (MX or MX 3 where X is an oxidation state of +1 or +3, where X is Anionic ligand) and oxygen (O 2 ) or hydrogen (H 2 ) as the reaction gas.

이 때, 산소(O2)는 전구체와 반응하며 산화상태인 9족 금속을 환원시킴과 동시에 음이온성 리간드(Ligand)인 X와 반응하여 반응생성물을 생성시킨다. 여기서, 음이온성 리간드는 비공유 전자쌍을 가진 이온을 의미하며, F-, Cl-, OH-, 알킬(Alkyl), 아릴(aryl), 알콕시(alkoxy), β-디케토네이트(diketonate), 사이클로펜타디에닐(cyclopentadienyl), 알킬사이클로펜타디에닐(alkylcyclopentadienyl) 등이다.At this time, oxygen (O 2 ) reacts with the precursor to reduce the oxidized Group 9 metal and at the same time reacts with X as the anionic ligand (Ligand) to generate a reaction product. Here, the anionic ligand means an ion having a non-covalent electron pair, and F-, Cl-, OH-, alkyl (Alkyl), aryl (alkoxy), alkoxy, β-diketonate, cyclopenta Dienyl (cyclopentadienyl), alkylcyclopentadienyl (alkylcyclopentadienyl) and the like.

한편, 9족 금속의 전구체(MX, MX3)와 반응가스의 반응은 다음과 같이 이루어진다.On the other hand, the reaction of the precursors of the Group 9 metal (MX, MX 3 ) and the reaction gas is performed as follows.

MX, MX3+ O2M + CxHyOz MX, MX 3 + O 2 M + C x H y O z

[반응식1]는 9족 전구체의 산화 반응을 나타낸 것으로, 이러한 산화, 환원 반응을 통해 CO, H2, 부텐(Butene)등의 알켄(Alkene)과 같은 중성 반응생성물, H,부틸(Butyl) 등의 알킬(Alkyl), β-디케토네이트(diketonate)과 같은 음이온 또는 양이온 반응생성물이 형성된다.[Scheme 1] shows the oxidation reaction of the Group 9 precursor, neutral reaction products such as Alkene such as CO, H 2 , Butene (Butne), H, Butyl (Butyl) through the oxidation, reduction reaction Anionic or cationic reaction products such as alkyl, β-diketonate are formed.

그러나, 중성을 띠는 반응생성물은 진공으로 제거할 수 있지만, 음이온 또는 양이온성 반응생성물은 9족 금속막내에 불순물로 잔류하게 된다. 또한, 산소(O2)와 리간드(X)의 분해반응이 매우 복잡할 뿐만 아니라 짧은 시간에 반응이 이루어지므로 불순물인 탄소(C), 수소(H), 산소(O)가 9족 금속막내에 잔류하며 이러한 불순물은 9족 금속막의 치밀화를 위한 열공정이나 후속 증착 공정시 막 사이에서 확산되면서 9족 금속막을 포함하여 인접하는 막들의 막특성을 저하시키는 문제점이 있다.However, the neutral reaction product can be removed by vacuum, but the anion or cationic reaction product remains as an impurity in the Group 9 metal film. In addition, since the decomposition reaction of oxygen (O 2 ) and ligand (X) is not only very complicated but also reaction takes place in a short time, impurities such as carbon (C), hydrogen (H) and oxygen (O) are contained in the Group 9 metal film. These impurities remain in the thermal process for the densification of the Group 9 metal film or during the subsequent deposition process, and there is a problem of deteriorating the film characteristics of adjacent films including the Group 9 metal film.

이러한 문제점을 해결하기 위해 반응가스로서 환원성 가스인 수소(H2)를 사용하는 경우, 수소(H2)를 활성화시키기 위하여 증착 온도를 700℃ 이상으로 높게 설정해야하므로 전구체 스스로 분해가 일어나 카보네이트(Carbonate)를 형성하여 여전히 막내에 불순물이 존재하는 문제점이 있다. 또한, 9족 금속막이 Ta2O5, BST, PZT, SBT 등의 산화물막을 유전막으로 적용하는 캐패시터의 상부전극으로 적용될 경우, 고온에서 수소(H2)를 사용하면 산화물막을 환원시키게 되어 산화물막의 전기적 특성을 확보할 수 없다.In order to solve this problem, when using a reducing gas hydrogen (H 2 ) as a reaction gas, the deposition temperature must be set higher than 700 ℃ in order to activate the hydrogen (H 2 ) so that the precursor itself decomposes and carbonate (Carbonate). ), There is still a problem that impurities are still present in the film. In addition, when the Group 9 metal film is applied as an upper electrode of a capacitor using an oxide film such as Ta 2 O 5 , BST, PZT, SBT as a dielectric film, when hydrogen (H 2 ) is used at a high temperature, the oxide film is reduced. Can't secure the property.

아울러, 상기와 같은 전구체(MX, MX3)를 사용하여 화학기상증착법으로 9족 금속막을 증착하는 경우, 기체 상태에서 반응 가스와 전구체가 반응하여 이루어지는 분해반응을 통해 비휘발성 물질, 예컨대, 카보네이트, 옥사이드가 생성된다. 이러한, 비휘발성 물질은 9족 금속막상에 덩어리 형태로 존재하면서 파티클(Particle) 발생의 주원인으로 작용하는 문제점이 있다.In addition, in the case of depositing a Group 9 metal film by chemical vapor deposition using the precursors (MX, MX 3 ) as described above, a nonvolatile material such as carbonate, through a decomposition reaction in which a reaction gas reacts with a precursor in a gaseous state, An oxide is produced. Such a nonvolatile material is present in the form of agglomerates on the Group 9 metal film, and thus, acts as a main cause of particle generation.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 저온 공정이 가능하면서 막내의 불순물을 최소화하고 파티클 발생을 억제하는데 적합한 원자층 증착법에 의한 9족 금속막의 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and provides a method for forming a Group 9 metal film by atomic layer deposition which is suitable for minimizing impurities in the film and suppressing particle generation while enabling a low temperature process. have.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원자층증착법에 의한 9족 금속막의 형성 방법을 도시한 공정 흐름도,1 is a process flowchart showing a method of forming a Group 9 metal film by an atomic layer deposition method according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 9족 금속전구체, 반응가스 및 퍼지가스의 공급 순서도.Figure 2 is a flow chart of the Group 9 metal precursor, the reaction gas and purge gas in accordance with an embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3c는 도 1에 따른 9족 금속막의 형성 방법을 도시한 공정 단면도,3A to 3C are cross-sectional views illustrating a method of forming a Group 9 metal film according to FIG. 1;

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

11 : 기판 12 : 9족 금속전구체11 substrate 12 group 9 metal precursor

13 : 히드라진 14 : 9족 금속 원자층13: hydrazine 14: group 9 metal atomic layer

15 : 9족 금속막15: Group 9 metal film

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 원자층 증착법에 의한 9족 금속막의 형성 방법은 원자층 증착장치의 반응챔버내에 기판을 로딩시키는 단계, 상기 기판 상에 9족 금속 전구체를 흡착시키는 단계, 및 상기 반응챔버 내에 환원성 반응가스를 공급하여 상기 흡착된 9족 금속전구체와 반응을 유도하여 9족 금속막을 원자층 단위로 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.Method of forming a Group 9 metal film by the atomic layer deposition method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of loading a substrate in the reaction chamber of the atomic layer deposition apparatus, adsorbing a Group 9 metal precursor on the substrate, and And supplying a reducing reaction gas into the reaction chamber to induce a reaction with the adsorbed Group 9 metal precursor to form a Group 9 metal film in atomic layer units.

바람직하게, 상기 9족 금속전구체는, 산화상태가 +1 또는 +3인 MX 또는 MX3중 어느 하나를 이용하되, 상기 M은 코발트, 로듐 또는 이리듐 중 어느 하나이고, X는 음이온성 리간드인 것을 특징으로 하며, 상기 X는 H, C1∼C10알킬, C2∼C10알케닐, C1∼C8알콕시, C6∼C12아릴, β-디케토네이트, 사이클로펜타디에닐, C1∼C8알킬사이클로펜타디에닐 및 이들 물질에 할로겐족 원소가 첨가된 유도체들 중 어느 하나를 포함함을 특징으로 한다.Preferably, the Group 9 metal precursor is any one of MX or MX 3 having an oxidation state of +1 or +3, wherein M is any one of cobalt, rhodium or iridium, and X is an anionic ligand. Wherein X is H, C 1 -C 10 alkyl, C 2 -C 10 alkenyl, C 1 -C 8 alkoxy, C 6 -C 12 aryl, β-diketonate, cyclopentadienyl, C 1 to C 8 alkylcyclopentadienyl and derivatives in which a halogen group element is added to these materials.

바람직하게, 상기 반응가스는 히드라진, 디메틸히드라진, 암모니아, NH2R, NHR2, NR3, C1∼C10알킬히드라진, C1∼C10디알킬히드라진 또는 이들의 혼합가스 중 어느 하나를 포함하고, R은 수소(H), C1∼C10알킬, C2∼C10알케닐, C1∼C8알콕시, C6∼C12아릴 및 이들 물질에 할로겐족 원소가 첨가된 유도체들 중 어느 하나를 포함함을 특징으로 한다.Preferably, the reaction gas includes any one of hydrazine, dimethyl hydrazine, ammonia, NH 2 R, NHR 2 , NR 3 , C 1 to C 10 alkyl hydrazine, C 1 to C 10 dialkyl hydrazine or a mixture thereof. And R is any one of hydrogen (H), C 1 -C 10 alkyl, C 2 -C 10 alkenyl, C 1 -C 8 alkoxy, C 6 -C 12 aryl and derivatives in which a halogen element is added to these materials It is characterized by including one.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .

본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착법에 의한 9족 금속막의 형성 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of forming a Group 9 metal film by atomic layer deposition according to an embodiment of the present invention will be described.

본 발명에서는 전구체로서 9족 금속(M)의 산화상태가 +1 또는 +3인 MX 또는 MX3중 어느 하나를 사용하고, 반응가스로서 환원성이 강한 가스, 예컨대 히드라진(Hydrazine; N2H4)을 사용하여 9족 금속막을 원자층 단위로 증착하는 방법을 제공한다.In the present invention, any one of MX or MX 3 in which the oxidation state of the Group 9 metal (M) is +1 or +3 is used as a precursor, and a highly reducing gas such as hydrazine (Hydrazine; N 2 H 4 ) is used as the reaction gas. It provides a method for depositing a Group 9 metal film in atomic layer units using.

여기서, 히드라진(N2H4)은 질소(N)와 수소(H)의 화합물로서 공기 속에서 발연하는 무색의 액체로 암모니아와 비슷한 냄새를 가지고 녹는점 2℃, 끓는점 113.5℃, 비중 1.011을 갖는다.Here, hydrazine (N 2 H 4 ) is a compound of nitrogen (N) and hydrogen (H), a colorless liquid that smokes in air, has a similar smell to ammonia, has a melting point of 2 ℃, boiling point of 113.5 ℃, and specific gravity of 1.011. .

상기한 9족 금속의 전구체와 히드라진은 다음과 같이 반응한다.The precursor of the Group 9 metal and the hydrazine react as follows.

, ,

여기서, M은 9족 금속(Co, Rh, Ir), X는 음이온성 리간드이다.Where M is a Group 9 metal (Co, Rh, Ir), and X is an anionic ligand.

이 때, X는 H, C1∼C10알킬(Alkyl), C2∼C10알케닐(Alkenyl), C1∼C8알콕시(Alkoxy), C6∼C12아릴(Aryl), β-디케토네이트(Diketonates), 사이클로펜타디에닐(Cyclopentadienyl), C1∼C8알킬사이클로펜타디에닐(Alkylcyclopentadienyl) 및 이들 물질에 할로겐(Halogen)족 원소가 첨가된 유도체(Derivatives)들 중 어느 하나이다.In this case, X is H, C 1 -C 10 Alkyl, C 2 -C 10 Alkenyl, C 1 -C 8 Alkoxy, C 6 -C 12 Aryl, β- Diketonates, cyclopentadienyl, C 1 -C 8 alkylcyclopentadienyl, and derivatives in which a halogen group element is added to these materials.

[반응식1]을 참조하면, 히드라진(N2H4)은 9족 금속 전구체(MX, MX3)와 반응하여 9족 금속막(M)을 형성하고, 휘발성이 강한 반응생성물들(HX, NH3, N2)을 형성한다. 이 때, HX를 포함한 반응생성물들은 진공상태에서 쉽게 제거된다.Referring to [Reaction Scheme 1], hydrazine (N 2 H 4 ) reacts with the Group 9 metal precursors (MX, MX 3 ) to form the Group 9 metal film (M), and highly volatile reaction products (HX, NH). 3 , N 2 ). At this time, reaction products including HX are easily removed under vacuum.

상기한 히드라진외에 환원성 반응가스로는 디메틸히드라진(2Me2NNH2), 암모니아(NH3), NH2R, NHR2, NR3, C1∼C10알킬히드라진, C1∼C10디알킬히드라진 또는 이들의 혼합가스 중 어느 하나를 포함하고, R은 수소(H), C1∼C10알킬, C2∼C10알케닐, C1∼C8알콕시, C6∼C12아릴 및 이들 물질에 할로겐족 원소가 첨가된 유도체들 중 어느 하나를 이용한다.In addition to the above hydrazine, as a reducing reaction gas, dimethyl hydrazine (2Me 2 NNH 2 ), ammonia (NH 3 ), NH 2 R, NHR 2 , NR 3 , C 1 -C 10 alkylhydrazine, C 1 -C 10 dialkylhydrazine or Any one of these mixed gases, and R is hydrogen (H), C 1 -C 10 alkyl, C 2 -C 10 alkenyl, C 1 -C 8 alkoxy, C 6 -C 12 aryl and these substances One of the derivatives to which a halogen group element is added is used.

상술한 [반응식1]의 원리를 이용하여 9족 금속막을 원자층 단위로 증착하는 방법에 대해 첨부도면 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.A method of depositing a Group 9 metal film on an atomic layer basis using the above-described principle of Scheme 1 will be described with reference to FIG. 1.

일반적으로 원자층 증착법(ALD)은 먼저 소스가스를 공급하여 기판 표면에 한 층의 소스를 화학적으로 흡착(Chemical Adsorption)시키고 여분의 물리적 흡착된 소스들은 퍼지가스를 흘려보내어 퍼지시킨 다음, 한 층의 소스에 반응가스를 공급하여 한 층의 소스와 반응가스를 화학반응시켜 원하는 원자층 박막을 증착하고 여분의 반응가스는 퍼지가스를 흘려보내 퍼지시키는 과정을 한 주기로 하여 박막을 증착한다. 상술한 바와 같이 원자층 증착방법은 표면 반응 메카니즘(Surface Reaction Mechanism)을 이용하므로써 안정된 박막을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 균일한 박막을 얻을 수 있다. 또한, 소스가스와 반응가스를 서로 분리시켜 순차적으로 주입 및 퍼지시키기 때문에 화학적기상증착법(CVD)에 비해 가스 위상 반응(Gas Phase Reaction)에 의한 파티클(Particle) 생성을 억제하는 것으로 알려져 있다.In general, atomic layer deposition (ALD) first supplies a source gas to chemically adsorb a layer of source onto the substrate surface, and extra physically adsorbed sources are purged by flowing a purge gas. The reaction gas is supplied to the source to chemically react one layer of the source and the reaction gas to deposit the desired atomic layer thin film, and the remaining reaction gas is purged by flowing the purge gas in one cycle to deposit the thin film. As described above, in the atomic layer deposition method, not only a stable thin film but also a uniform thin film can be obtained by using a surface reaction mechanism. In addition, since the source gas and the reaction gas are separated from each other and sequentially injected and purged, it is known to suppress particle generation due to gas phase reaction compared to chemical vapor deposition (CVD).

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착법에 의한 9족 금속막의 형성 방법을 도시한 공정 흐름도이고, 도 2는 도 1에 따른 9족 금속전구체, 반응가스 및 퍼지가스의 공급 순서도이다. 그리고, 도 3a 내지 도 3c는 도 1에 따른 원자층 증착법에 의한 9족 금속막의 형성 방법을 도시한 공정 단면도이다.1 is a process flowchart illustrating a method of forming a Group 9 metal film by atomic layer deposition according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flow chart of a Group 9 metal precursor, a reaction gas, and a purge gas according to FIG. 1. 3A to 3C are cross-sectional views illustrating a method of forming a Group 9 metal film by the atomic layer deposition method of FIG. 1.

도 1 및 도 3a 내지 도 3c을 참조하면, 반응챔버내에 9족 금속막이 증착될기판(11)을 로딩시킨 후, 100℃∼900℃의 온도로 기판(11)을 미리 가열시키고, 9족금속 전구체(MX, MX3)(12)를 가열된 기판(11) 상에 0.1∼5초 동안 공급하여 기판(11) 표면에 흡착시킨다. 여기서, 도면부호 12a는 흡착된 9족 금속전구체를 나타낸다.1 and 3A to 3C, after loading the substrate 11 on which the Group 9 metal film is to be deposited in the reaction chamber, the substrate 11 is preheated to a temperature of 100 ° C. to 900 ° C., and the Group 9 metal. Precursors (MX, MX 3 ) 12 are supplied onto the heated substrate 11 for 0.1 to 5 seconds and adsorbed onto the substrate 11 surface. Here, reference numeral 12a denotes an adsorbed Group 9 metal precursor.

계속해서, 9족 금속 전구체(12)의 공급을 중단하고 퍼지 가스(Purge gas)인 질소(N2)를 0.1∼5초 동안 공급하여 기판(11) 표면에 흡착된 9족 금속 전구체(12a)를 제외한 기체 상태에 존재하는 미반응 9족 금속 전구체(12)를 진공으로 제거한다.Subsequently, the supply of the Group 9 metal precursor 12 is stopped and the Group 9 metal precursor 12a adsorbed on the surface of the substrate 11 by supplying nitrogen (N 2 ), which is a purge gas, for 0.1 to 5 seconds. The unreacted Group 9 metal precursor 12 present in the gaseous state is removed by vacuum.

도 3b에 도시된 바와 같이, 반응가스인 히드라진(N2H4)(13)을 0.1초∼5초 동안 공급하여 기판(11) 표면에 흡착되어 있는 9족 금속 전구체(12a)와 반응시킨다.As shown in FIG. 3B, hydrazine (N 2 H 4 ) 13, which is a reaction gas, is supplied for 0.1 seconds to 5 seconds to react with the Group 9 metal precursor 12a adsorbed on the surface of the substrate 11.

도 3c에 도시된 바와 같이, 상술한 히드라진과 흡착된 9족 금속전구체가 [반응식1]에 의해 반응하여 9족 금속막의 원자층(14)과 휘발성 반응생성물(HX, NH3, N2) 형성한다.As shown in FIG. 3C, the hydrazine and the adsorbed Group 9 metal precursor are reacted by [Scheme 1] to form the atomic layer 14 and the volatile reaction products (HX, NH 3 , N 2 ) of the Group 9 metal film. do.

계속해서, 히드라진(13)의 공급을 중단하고 다시 퍼지가스인 질소를 0.1∼5초 동안 공급하여 휘발성 반응생성물들 및 미반응 히드라진을 제거하므로써 기판(11)상에 고순도 9족 금속 원자층(14)을 증착한다.Subsequently, the supply of hydrazine 13 is stopped and nitrogen, which is a purge gas, is supplied again for 0.1 to 5 seconds to remove volatile reaction products and unreacted hydrazine, thereby providing a high purity Group 9 metal atomic layer 14 on the substrate 11. E).

한편, 상기한 퍼지가스로는 질소외에 헬륨(He), 아르곤(Ar), 암모니아(NH3) 또는 이들의 혼합가스 중 어느 하나를 이용할 수 있다.Meanwhile, as the purge gas, helium (He), argon (Ar), ammonia (NH 3 ), or a mixed gas thereof may be used in addition to nitrogen.

계속해서, 도 2의 순서도에 따라 9족 금속 전구체, 퍼지가스(질소), 반응가스(히드라진), 퍼지가스(질소)를 연속적으로 공급하는 사이클을 1사이클(1 cycle)로 설정하고 사이클을 연속적으로 실행하여 원하는 두께로 9족 금속막(15)을 증착한다.Subsequently, a cycle for continuously supplying the Group 9 metal precursor, the purge gas (nitrogen), the reaction gas (hydrazine), and the purge gas (nitrogen) according to the flowchart of FIG. 2 is set to 1 cycle and the cycle is continuously To form a Group 9 metal film 15 to a desired thickness.

상술한 바와 같이, 본 발명은 9족 금속막의 제조시 원자층 증착법과 환원성이 강한 반응가스를 이용하므로써 9족 금속막내 불순물을 최소화하고 파티클 발생을 억제한다.As described above, the present invention minimizes impurities in the Group 9 metal film and suppresses particle generation by using an atomic layer deposition method and a highly reducing reaction gas in manufacturing the Group 9 metal film.

다시 말하면, 9족 금속 전구체와 반응가스의 반응부산물, 즉 휘발성 반응생성물들(HX, NH3, N2)은 기화압이 높은 중성 물질이므로 막내에 포함되지 않고 진공 배기로 반응챔버에서 쉽게 제거할 수 있어 탄소, 수소, 산소 등의 불순물이 거의 잔류하지 않는다.In other words, the reaction by-products of the Group 9 metal precursor and the reaction gas, that is, the volatile reaction products (HX, NH 3 , N 2 ) are neutral substances having a high vapor pressure and are not included in the membrane and are easily removed from the reaction chamber by vacuum exhaust. As a result, impurities such as carbon, hydrogen, and oxygen hardly remain.

또한, 통상의 화학적기상증착시 기체 상태에서 반응가스와 전구체가 일부 화학반응을 일으켜 비휘발성 물질을 형성하였으나, 본 발명에서는 기판 표면에서만 증착 반응이 이루어지므로 파티클이 생성되지 않는다.In addition, the reaction gas and the precursor in the gaseous state during the normal chemical vapor deposition to some chemical reactions to form a non-volatile material, in the present invention, since the deposition reaction is performed only on the substrate surface is not generated particles.

그리고, 상술한 원자층 증착법을 반도체소자의 캐패시터 제조에 이용하면 환원성이 강한 반응가스의 적용으로 인해 반응가스가 9족 금속막 형성전에 기판상에 형성된 산화물막을 환원시키는 것을 방지한다.When the above-described atomic layer deposition method is used for capacitor production of semiconductor devices, the reaction gas is prevented from reducing the oxide film formed on the substrate before the Group 9 metal film is formed due to the application of a highly reactive reaction gas.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

상술한 바와 같은 본 발명은 9족 금속막내 잔류하는 불순물을 최소화하여 고순도 9족 금속막을 제조할 수 있는 효과가 있으며, 원자층 증착법을 이용하므로써 저온에서 증착 가능함과 동시에 파티클 발생을 억제할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention has the effect of minimizing impurities remaining in the Group 9 metal film to produce a high purity Group 9 metal film, and by using the atomic layer deposition method, it is possible to deposit at a low temperature and to suppress particle generation. There is.

Claims (9)

금속막의 제조 방법에 있어서,In the manufacturing method of a metal film, 원자층 증착장치의 반응챔버내에 기판을 로딩시키는 단계;Loading a substrate into a reaction chamber of an atomic layer deposition apparatus; 상기 기판 상에 9족 금속 전구체를 흡착시키는 단계; 및Adsorbing a Group 9 metal precursor on the substrate; And 상기 반응챔버 내에 환원성 반응가스를 공급하여 상기 흡착된 9족 금속전구체와 반응을 유도하여 9족 금속막을 원자층 단위로 형성하는 단계Supplying a reducing reaction gas into the reaction chamber to induce a reaction with the adsorbed Group 9 metal precursor to form a Group 9 metal film in atomic layer units 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 원자층 증착법에 의한 9족 금속막의 형성 방법.Forming method of Group 9 metal film by the atomic layer deposition method comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 9족 금속전구체는,The Group 9 metal precursor, 산화상태가 +1 또는 +3인 MX 또는 MX3중 어느 하나를 이용하되, 상기 M은 코발트, 로듐 또는 이리듐 중 어느 하나이고, X는 음이온성 리간드인 것을 특징으로 하는 원자층 증착법에 의한 9족 금속막의 형성 방법.Group 9 by atomic layer deposition, wherein any one of MX or MX 3 having an oxidation state of +1 or +3 is used, wherein M is any one of cobalt, rhodium or iridium, and X is an anionic ligand. Formation method of a metal film. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 X는 H, C1∼C10알킬, C2∼C10알케닐, C1∼C8알콕시, C6∼C12아릴, β-디케토네이트, 사이클로펜타디에닐, C1∼C8알킬사이클로펜타디에닐 및 이들 물질에 할로겐족 원소가 첨가된 유도체들 중 어느 하나를 포함함을 특징으로 하는 원자층 증착법에 의한 9족 금속막의 형성 방법.X is H, C 1 -C 10 alkyl, C 2 -C 10 alkenyl, C 1 -C 8 alkoxy, C 6 -C 12 aryl, β-diketonate, cyclopentadienyl, C 1 -C 8 A method for forming a Group 9 metal film by atomic layer deposition, comprising any one of alkylcyclopentadienyl and derivatives in which a halogen group element is added to these materials. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반응가스는 히드라진, 디메틸히드라진, 암모니아, NH2R, NHR2, NR3, C1∼C10알킬히드라진, C1∼C10디알킬히드라진 또는 이들의 혼합가스 중 어느 하나를 포함하고, R은 수소(H), C1∼C10알킬, C2∼C10알케닐, C1∼C8알콕시, C6∼C12아릴 및 이들 물질에 할로겐족 원소가 첨가된 유도체들 중 어느 하나를 포함함을 특징으로 하는 원자층 증착법에 의한 9족 금속막의 형성 방법.The reaction gas may include any one of hydrazine, dimethyl hydrazine, ammonia, NH 2 R, NHR 2 , NR 3 , C 1 -C 10 alkylhydrazine, C 1 -C 10 dialkylhydrazine, or a mixture thereof. Silver hydrogen (H), C 1 -C 10 alkyl, C 2 -C 10 alkenyl, C 1 -C 8 alkoxy, C 6 -C 12 aryl and derivatives in which halogenated elements are added to these materials A method of forming a Group 9 metal film by an atomic layer deposition method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 9족 금속 전구체를 흡착시킨 후,After adsorbing the Group 9 metal precursor, 상기 9족 금속 전구체의 공급을 중단하고 퍼지가스를 공급하여 미반응 9족 금속 전구체를 제거하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 원자층 증착법에 의한 9족 금속막의 형성 방법.And stopping the supply of the Group 9 metal precursor and supplying a purge gas to remove the unreacted Group 9 metal precursor. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 퍼지가스는 질소, 헬륨, 아르곤, 암모니아 또는 이들의 혼합가스 중 어느 하나를 포함함을 특징으로 하는 원자층 증착법에 의한 9족 금속막의 형성 방법.The purge gas is nitrogen, helium, argon, ammonia, or a mixed gas of any of these, the method of forming a Group 9 metal film by the atomic layer deposition method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반응가스를 공급하는 단계후,After supplying the reaction gas, 상기 반응가스의 공급을 중단하고 상기 퍼지가스를 다시 공급하여 상기 반응가스와 상기 흡착된 9족 금속전구체의 반응생성물 중 휘발성 반응생성물과 미반응 반응가스를 제거하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 원자층 증착법에 의한 9족 금속막의 형성 방법.Discontinuing the supply of the reaction gas and supplying the purge gas again to remove volatile reaction products and unreacted reaction gases from the reaction products of the reaction gas and the adsorbed Group 9 metal precursor. A method of forming a Group 9 metal film by atomic layer deposition. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 9족 금속전구체 및 반응가스는 0.1초∼5초 동안 공급되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착법에 의한 9족 금속막의 형성 방법.And the Group 9 metal precursor and the reaction gas are supplied for 0.1 second to 5 seconds. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은 100℃∼900℃의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착법에 의한 9족 금속막의 형성 방법.The substrate is heated to a temperature of 100 ℃ to 900 ℃ method of forming a Group 9 metal film by the atomic layer deposition method.
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