KR100541511B1 - Method of forming an atomic layer and method of forming a thin film using the same - Google Patents

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Abstract

TaN을 포함하는 원자층 적층 방법 및 이를 이용한 박막 형성 방법이 개시되어 있다. 반응 물질로서 화학식 Ta(NR1)(NR2R3)3(여기서 R1 , R2 R3는 H 또는 C1-C6 알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체를 기판 상에 도입하여 반응 물질의 일부를 기판 상에 화학적으로 흡착시키도록 한다. 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 기판으로부터 제거시킨다. 기판상에 반응 가스를 도입하여 화학적으로 흡착된 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 반응 물질로부터 제거시켜 TaN 원자층을 형성하도록 한다. 이러한 공정을 반복함으로써 TaN 박막을 형성한다. 낮은 온도에서도 증착 속도가 양호하고 스텝 커버리지 특성이 매우 우수하다.Disclosed are an atomic layer deposition method including TaN and a thin film formation method using the same. A tantalum amine derivative represented by the formula Ta (NR 1 ) (NR 2 R 3 ) 3 (wherein R 1 , R 2 R 3 is the same or different from each other as H or a C 1 -C 6 alkyl group) on a substrate Is introduced into the substrate to chemically adsorb a portion of the reactant onto the substrate. Reactants that do not chemically adsorb in the reactants are removed from the substrate. A reaction gas is introduced onto the substrate to remove elements having ligand bonds contained in the chemically adsorbed reaction material from the reaction material to form a TaN atomic layer. By repeating this process, a TaN thin film is formed. Even at low temperatures, the deposition rate is good and the step coverage characteristics are very good.

Description

원자층 적층 방법 및 이를 이용한 박막 형성 방법 {Method of forming an atomic layer and method of forming a thin film using the same} Method of forming an atomic layer and method of forming a thin film using the same}

도 1a 내지 1d는 원자층 적층 방법의 수행시 기판상에서 이루어지는 반응을 설명하기 위한 단면도들이다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating reactions performed on a substrate when performing an atomic layer deposition method.

도 2는 TaN 박막 형성을 위한 소스인 TBTDET와 TAIMATA의 온도에 따른 증기압을 비교하여 나타낸 그래프이다.2 is a graph illustrating a comparison of vapor pressures depending on temperatures of TBTDET and TAIMATA, which are sources for forming a TaN thin film.

도 3a 및 3b는 각각 TaN 박막 형성을 위한 소스인 TBTDET와 TAIMATA의 화학식이다. 3A and 3B are chemical formulas of TBTDET and TAIMATA, which are sources for TaN thin film formation, respectively.

도 4a 및 4b는 TAIMATA를 Ar 분위기하에서 CVD 방식으로 증착시 스테이지 히터의 온도에 따른 증착 속도를 나타내는 그래프로서, 도 4a는 균일도와 함께 도시한 그래프이고 도 4b는 비저항과 함께 도시한 그래프이다.4A and 4B are graphs showing the deposition rate according to the temperature of the stage heater when TAIMATA is deposited by CVD in an Ar atmosphere. FIG. 4A is a graph showing uniformity and FIG. 4B is a graph showing specific resistance.

도 5a 및 5b는 TAIMATA 소스에 NH3 반응 가스를 동시에 공급하면서 CVD 방식으로 증착시 스테이지 히터의 온도에 따른 증착 속도를 나타내는 그래프로서, 도 5a는 균일도와 함께 도시한 그래프이고 도 5b는 비저항과 함께 도시한 그래프이다.Figures 5a and 5b is a graph showing the deposition rate according to the temperature of the stage heater when deposition by CVD method while simultaneously supplying NH 3 reaction gas to the TAIMATA source, Figure 5a is a graph showing the uniformity and Figure 5b is a specific resistance It is a graph shown.

도 5c는 TAIMATA 소스에 NH3 반응 가스를 동시에 공급하면서 CVD 방식으로 증착시 NH3 유량에 따른 증착 속도를 비저항과 함께 도시한 그래프이다.Figure 5c is a graph showing the deposition rate according to the NH 3 flow rate with a specific resistance when the deposition by the CVD method while simultaneously supplying the NH 3 reaction gas to the TAIMATA source.

도 6a는 TAIMATA 소스에 NH3 반응 가스를 동시에 공급하면서 ALD 방식으로 증착시 NH3 도시지에 따른 증착 속도를 몇가지 온도에 대하여 도시한 그래프이다.Figure 6a is a graph showing the relative deposition rates according to whether NH 3 shown during the deposition by ALD system while supplying a reaction gas at the same time, the NH 3 TAIMATA source to several temperatures.

도 6b는 TAIMATA 소스에 NH3 반응 가스를 동시에 공급하면서 ALD 방식으로 증착시 TAIMATA 도시지에 따른 증착 속도를 균일도와 함께 도시한 그래프이다.FIG. 6B is a graph illustrating the deposition rate along with the uniformity of TAIMATA shown in the ALD method while simultaneously supplying NH 3 reactant gas to the TAIMATA source.

도 7a 내지 7c는 기판상에 형성된 개구부를 갖는 절연층상에 본 발명의 방식을 적용하여 TaN 박막을 형성하는 공정을 나타낸 단면도들이다.7A-7C are cross-sectional views illustrating a process of forming a TaN thin film by applying the method of the present invention on an insulating layer having an opening formed on a substrate.

도 8은 소정의 어스펙트비를 갖는 개구부를 갖는 절연층상에 TAIMATA 소스에 NH3 반응 가스를 동시에 공급하면서 ALD 방식으로 증착시 형성된 TaN 박막에 대한 SEM 사진이다. FIG. 8 is a SEM photograph of a TaN thin film formed upon deposition in an ALD method while simultaneously supplying an NH 3 reaction gas to a TAIMATA source on an insulating layer having an opening having a predetermined aspect ratio.

본 발명은 원자층 증착 방법 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 새로운 탄탈륨 전구체를 도입하여 질화 탄탈륨을 증착하기 위하여 증착 공정을 수행하는 원자층 증착 방법 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an atomic layer deposition method and a thin film formation method using the same, and more particularly, to an atomic layer deposition method for performing a deposition process for depositing tantalum nitride by introducing a new tantalum precursor and a thin film formation method using the same. .

반도체 장치의 금속 배선으로 사용되는 금속층에 대한 요구가 점점 엄격해지고 있다. 이에 따라, 기판상에 형성되는 소자들의 밀도를 높이기 위하여 금속층은 다층 구조로 형성되고 있다. 금속층은 주로 알루미늄 또는 텅스텐을 사용하여 형성 하고 있다. 그러나 알루미늄 또는 텅스텐은 비저항이 각각 2.8x10E-8Ωm, 5.5x10E-8Ωm 정도로 높기 때문에 다층 구조에는 적합하지 않다. 따라서 최근에는 상대적으로 비저항이 낮고 일렉트로마이그레이션(electromigration) 특성이 양호한 구리를 다층 구조의 금속층으로서 많이 사용하고 있다. There is an increasing demand for metal layers used as metal wiring in semiconductor devices. Accordingly, in order to increase the density of elements formed on the substrate, the metal layer is formed in a multilayer structure. The metal layer is mainly formed using aluminum or tungsten. However, aluminum or tungsten is not suitable for multilayer structures because the resistivity is as high as 2.8x10E-8Ωm and 5.5x10E-8Ωm, respectively. Therefore, in recent years, copper, which has a relatively low specific resistance and good electromigration characteristics, has been frequently used as a metal layer having a multilayer structure.

구리는 실리콘 및 산화실리콘에 매우 높은 이동도를 나타낸다. 그러나 구리는 실리콘 및 산화실리콘과 반응할 경우 쉽게 산화된다는 단점이 있다. 따라서 장벽 금속층을 사용하여 구리의 산화 등을 저지할 필요가 있다.Copper shows very high mobility in silicon and silicon oxide. However, copper has a disadvantage in that it easily oxidizes when reacted with silicon and silicon oxide. Therefore, it is necessary to prevent the oxidation of copper and the like by using the barrier metal layer.

구리의 장벽 금속층으로서 티타늄 나이트라이드층(TiN)이 널리 사용되고 있다. 그런데 구리의 이동성을 저지하기 위해서는 티타늄 나이트라이드층이 적어도 30nm 정도의 두께를 가져야 하는데 티타늄 나이트라이드층을 30nm 정도의 두께로 형성할 경우 저항이 높아지는 문제가 있다. 이는 티타늄나이트라이드층의 저항이 두께에 비례하기 때문이다.Titanium nitride layer (TiN) is widely used as a barrier metal layer of copper. However, in order to inhibit the mobility of copper, the titanium nitride layer should have a thickness of at least 30 nm, but there is a problem in that the resistance is increased when the titanium nitride layer is formed at a thickness of about 30 nm. This is because the resistance of the titanium nitride layer is proportional to the thickness.

이에 따라 구리의 장벽 금속층으로서 탄탈륨 질화층의 적용이 제안되어 있다. 이는 탄탈륨 질화층이 상대적으로 얇은 두께로도 구리의 이동도를 저지할 수 있기 때문이다. 또한 탄탈륨 질화층은 스텝 커버리지, 갭필 능력 등이 우수하기 때문에 장벽 금속층으로서 뿐 아니라 금속 플러그, 금속 배선, 금속 게이트, 커패시터 전극 등에 응용하기에도 적합하다. Accordingly, application of a tantalum nitride layer as a barrier metal layer of copper has been proposed. This is because the tantalum nitride layer can inhibit the mobility of copper even with a relatively thin thickness. In addition, since the tantalum nitride layer has excellent step coverage and gap fill capability, the tantalum nitride layer is suitable not only as a barrier metal layer but also for application to metal plugs, metal wirings, metal gates, capacitor electrodes, and the like.

탄탈륨 질화층을 형성하는 방법에 대한 예들이 미합중국 특허 제 6,204,204호 (issued to Paranjpe et al.), 제 6,153,519호 (issued to Jain et al.), 제 5,668,054호 (issued to Sun et al.) 등에 개시되어 있다. 특히, 상기 미합중국 특 허 제 5,668,054호에 개시된 내용에 의하면 반응 물질로서 터부틸이미도-트리스-디에틸아미도 탄탈륨 (terbutylimido-tris-diethylamido tantalum; (NEt2)3Ta=NtBu; TBTDET)을 사용하는 화학 기상 증착을 수행하여 탄탈륨 질화층을 적층하고 있다. 개시된 방법에 의하면 증착은 600℃ 이상의 온도에서 수행된다. 만약 증착 공정을 500℃ 정도의 온도에서 수행할 경우 탄탈륨 질화층이 약 10,000μΩ·cm 이상의 비저항 값을 갖기 때문에 증착 온도는 600℃ 이상이 되도록 해야 한다.Examples of how to form tantalum nitride layers are disclosed in US Pat. Nos. 6,204,204 (issued to Paranjpe et al.), 6,153,519 (issued to Jain et al.), 5,668,054 (issued to Sun et al.), And the like. It is. In particular, according to the contents disclosed in US Patent No. 5,668,054, terbutylimido-tris-diethylamido tantalum ((NEt 2 ) 3 Ta = NtBu; TBTDET) is used as a reaction material. Chemical vapor deposition is performed to deposit tantalum nitride layers. According to the disclosed method the deposition is carried out at a temperature of at least 600 ° C. If the deposition process is performed at a temperature of about 500 ° C., since the tantalum nitride layer has a resistivity value of about 10,000 μΩ · cm or more, the deposition temperature should be 600 ° C. or more.

최근에는 원자층 적층 (atomic layer deposition; ALD) 방법이 상기 화학 기상 증착을 대체하는 기술로서 제안되고 있다. 상기 원자층 적층 방법에 의하면 통상의 박막 형성 방법보다 낮은 온도에서 적층을 수행할 수 있고 우수한 스텝 커버리지의 구현이 가능하다는 장점이 있다. 원자층 적층 방법을 이용한 탄탈륨 질화층의 적층 방법에 대한 일례는 미합중국 특허 제 6,203,613호 (issued to Gates) 및 다른 문헌 (Electrochemical and Solid-State Letters, 4(4) C17-C19 (2001), Kang et al.)에 개시되어 있다. 강 등의 방법에 의하면, 상기 TBTDET를 사용하는 원자층 적층 방법에 의해 400μΩ·cm 정도의 비저항 값을 갖는 탄탈륨 질화층을 형성할 수 있는 것으로 보고되어 있다. 이 때, 적층 공정은 약 260℃ 정도의 온도에서 수행된다. 이와 같이, 상기 강 등의 방법에 의하면 상대적으로 낮은 온도에서, 낮은 비저항을 갖는 탄탈륨 질화층을 용이하게 형성할 수 있다. Recently, atomic layer deposition (ALD) method has been proposed as a technique to replace the above chemical vapor deposition. According to the atomic layer deposition method, the lamination can be performed at a lower temperature than a conventional thin film formation method, and there is an advantage that excellent step coverage can be realized. An example of a method for laminating tantalum nitride layers using an atomic layer deposition method is described in US Pat. No. 6,203,613 (issued to Gates) and other electrochemical and solid-state letters, 4 (4) C17-C19 (2001), Kang et. al.). According to a method such as steel, it is reported that a tantalum nitride layer having a specific resistance value of about 400 μΩ · cm can be formed by the atomic layer lamination method using the TBTDET. At this time, the lamination process is performed at a temperature of about 260 ℃. As described above, according to the method of steel or the like, a tantalum nitride layer having a low specific resistance can be easily formed at a relatively low temperature.

그런데 상기 강 등의 방법에서는 플라즈마 증대 화학 증착 방법으로 형성하는 하이드로겐 라디컬을 환원제로 사용한다. 따라서 적층을 수행할 때 챔버 내에 파워 소스가 인가된다. 그렇기 때문에 강의 방법은 파워 소스의 제어 등과 같은 공 정 변수를 갖는다. 따라서 강 등의 방법에 의하면 상대적으로 낮은 온도에서 낮은 비저항을 갖는 박막을 형성할 수 있음에도 불구하고 파워 소스의 제어와 같은 공정 변수가 부가된다는 단점이 있다. 이에 더하여, 강 등의 방법은 파워 소스가 기판이 놓여지는 부위에 직접 가해지기 때문에 기판에 손상이 가해질 수도 있다는 문제가 있다.However, in the steel and the like, hydrogen radicals formed by plasma enhanced chemical vapor deposition are used as reducing agents. Thus, a power source is applied in the chamber when laminating. As such, the teaching method has process variables such as control of the power source. Therefore, the method of steel or the like has a disadvantage in that process variables such as control of a power source are added, although a thin film having a low specific resistance can be formed at a relatively low temperature. In addition, a method such as steel has a problem that damage to the substrate may occur because the power source is applied directly to the place where the substrate is placed.

그 외의 TaN 박막 증착과 관련된 문헌으로서는 TaCl5 소스를 이용한 ALD 방법 (Controlled Growth of TaN, Ta3N5 and TaOxNy Thin Films by Atomic Layer Deposition, Mikko Ritala et al., Chem. Mater. 1999, 11, pp1712-1218)과 TBTDET 소스를 이용하여 CVD 방식으로 증착하는 방법 (Metalorganic chemical vapor deposition of Tantalum Nitride by Terbutylimidotris(Diethylamido)Tantalum for advanced metallization, Tsai MH et al., Applied Physics Letters, V. 67 N. 8, 19950821) 등이 있다.Other documents related to TaN thin film deposition include ALD method using TaCl 5 source (Controlled Growth of TaN, Ta 3 N 5 and TaOxNy Thin Films by Atomic Layer Deposition, Mikko Ritala et al., Chem. Mater. 1999, 11, pp1712 -1218) and CVD method using TBTDET source (Metalorganic chemical vapor deposition of Tantalum Nitride by Terbutylimidotris (Diethylamido) Tantalum for advanced metallization, Tsai MH et al., Applied Physics Letters, V. 67 N. 8, 19950821).

그러나 기존의 TaN 증착 공정은 소스에 대한 문제들로 인하여 여러 가지 문제들을 내포하고 있다. TaCl5 의 경우에는 할로겐 소스를 사용하기 때문에 소스 자체가 높은 녹는점을 가지는 고체로서, 이를 채용하는 경우에 파티클이 유발되며 증착하는 TaN 박막에 Cl 불순물을 남겨 이로 인한 추가적인 문제가 야기된다. 또한 TBTDET 소스를 사용하는 경우에는 낮은 증기압으로 인하여 증착 속도가 너무 늦다는 단점이 있다. However, the existing TaN deposition process presents various problems due to problems with the source. Since TaCl 5 uses a halogen source, the source itself is a solid having a high melting point, and when it is employed, particles are induced, and Cl impurities are left in the TaN thin film to be deposited, thereby causing additional problems. In addition, when using the TBTDET source has a disadvantage that the deposition rate is too slow due to the low vapor pressure.

한편, 일본국공개특허 제2002-193981호에서는 터셔리아밀이미도-트리스-디메 틸아미도탄탈륨 (TAIMATA; Ta(NC(CH3)2C2H5)(N(CH3) 2)3)의 제조 방법 및 이를 포함하는 용액을 전구체로 한 MOCVD(metal organic CVD) 방법을 개시하고 있다.On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-193981 discloses tertiary millimido-tris-dimethylamidotantalum (TAIMATA; Ta (NC (CH 3 ) 2 C 2 H 5 ) (N (CH 3 ) 2 ) 3 Disclosed is a method of manufacturing a metal organic CVD (MOCVD) method using a precursor and a solution containing the same.

상기 방법에 의하면 TaCl5 1몰과 LiNMe2 4몰과 LiNHtAm 1몰을 유기용매 내, 실온에서 반응시키고, 여과 및 용매 제거하여 신규화합물 TAIMATA를 제조하게 된다. 이 원료를 핵산과 같은 유기 용매에 첨가하여 용해시키고 이를 사용하여 CVD 실 내에서 기판상에 증착하여 TaN 박막을 형성할 수 있는 것으로 기재되어 있다. According to the above method, 1 mole of TaCl 5, 4 moles of LiNMe 2, and 1 mole of LiNHtAm are reacted in an organic solvent at room temperature, filtered, and the solvent is removed to prepare a novel compound TAIMATA. It is described that this raw material can be added to an organic solvent, such as a nucleic acid, to be dissolved and used to deposit on a substrate in a CVD chamber to form a TaN thin film.

그러나 상기한 방법에 의하면, TAIMATA의 제조는 용이하게 수행할 수 있겠으나 이를 사용한 TaN 박막의 형성에 있어서는 TAIMATA 만을 사용하여 수행하는 것으로 기재되어 있어 이의 단독 사용에 의한 막의 형성 여부가 확실하지 않으며, 이를 단독으로 사용하여 CVD 방식으로 기판상에 증착 공정을 수행할 경우에 증기압이 충분히 높지 않아서 비효율적이라는 문제점이 있다. However, according to the above method, the preparation of TAIMATA can be easily performed, but in the formation of TaN thin film using the same, it is described that only TAIMATA is used to form a film by its use alone. When performing a deposition process on a substrate by a CVD method alone, there is a problem that the vapor pressure is not high enough to be inefficient.

본 발명자등은 유기 금속 전구체 또는 탄탈륨 할라이드 전구체 등을 반응 물질로 사용하여 원자층 및 박막을 형성하는 방법을 개시한 바 있다. 대한민국 공개특허 공보 제2003-0009093호(2003년 1월 29일자로 공개됨, 미국 출원 제10/196,814호, 2002년 7월 17일자 출원)에 의하면, 기판이 놓여있는 챔버내에 가스 상태의 반응 물질을 도입하고, 이를 원자층 단위로 적층하는 방법이 보고되어 있다.The present inventors have disclosed a method of forming an atomic layer and a thin film by using an organometallic precursor or a tantalum halide precursor as a reaction material. According to Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0009093 (published Jan. 29, 2003, US Application No. 10 / 196,814, filed Jul. 17, 2002), a gaseous reactant is placed in a chamber in which a substrate is placed. A method of introducing and laminating it in atomic layer units has been reported.

보고된 내용에 의하면 상대적으로 낮은 온도에서, 낮은 비저항을 갖는 금속 원소를 포함하는 원자층을 용이하게 형성할 수 있게 된다. 그러나 개시된 기술과 비교하여 더욱 향상된 효과를 제공해 주는 원료에 대한 연구와 공정상의 기술 개선 을 위한 노력은 지속적으로 이루어져야 할 것이다. According to the reported content, it is possible to easily form an atomic layer containing a metal element having a low specific resistance at a relatively low temperature. However, efforts to improve the process technology and research on raw materials that provide more improved effects compared to the disclosed technology should be made continuously.

본 발명의 제1의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 장, 단점을 고려하여 염소와 같은 할로겐 불순물을 포함하지 않고 액체 상태로 사용할 수 있어서 파티클을 발생시키지 않으며 높은 증기압을 가지고 있어서 증착 속도가 양호한 원자층 형성 방법을 제공하고자 한다.The first object of the present invention can be used in the liquid state without containing halogen impurities such as chlorine in consideration of the above-mentioned advantages and disadvantages of the prior art as described above does not generate particles and has a high vapor pressure, so that the deposition rate is good. An atomic layer forming method is provided.

본 발명의 제2 목적은 상기한 원자층 형성 방법을 이용하는 것에 의해 간단한 방법으로 박막 형성이 가능한 박막 형성 방법을 제공하는 것이다.A second object of the present invention is to provide a thin film formation method which can form a thin film by a simple method by using the above-described atomic layer formation method.

본 발명의 제3 목적은 상술한 박막 형성 방법을 적용하는 것에 의해 높은 어스펙트비의 개구부를 갖는 절연층상에 양호한 증착 속도로 우수한 스텝 커버리지를 갖는 박막 형성 방법을 제공하는 것이다.A third object of the present invention is to provide a thin film forming method having excellent step coverage at a good deposition rate on an insulating layer having a high aspect ratio opening by applying the above-described thin film forming method.

본 발명의 제4 목적은 염소와 같은 할로겐 불순물을 포함하지 않고 액체 상태로 사용할 수 있어서 파티클을 발생시키지 않으며 높은 증기압을 가지고 있어서 양호한 증착이 가능한 새로운 박막 형성 방법을 제공하는 것이다.It is a fourth object of the present invention to provide a new thin film formation method which can be used in a liquid state without containing halogen impurities such as chlorine, does not generate particles, and has a high vapor pressure, so that good deposition is possible.

본 발명의 제5 목적은 상술한 박막 형성 방법을 적용하는 것에 의해 높은 어스펙트비의 개구부를 갖는 절연층상에 양호한 증착 속도로 우수한 스텝 커버리지를 갖는 새로운 박막 형성 방법을 제공하는 것이다. A fifth object of the present invention is to provide a novel thin film forming method having excellent step coverage at a good deposition rate on an insulating layer having a high aspect ratio opening by applying the above-described thin film forming method.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는: In order to achieve the above object of the present invention in the present invention:

a) 반응 물질로서 화학식 Ta(NR1)(NR2R3)3(여기서 R1, R2 R3는 H 또는 C1-C6 알 킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체를 기판 상에 도입하는 단계;a) tantalum amine derivative represented by the formula Ta (NR 1 ) (NR 2 R 3 ) 3 , wherein R 1 , R 2 R 3 is the same or different from each other as H or a C 1 -C 6 alkyl group; Introducing a onto a substrate;

b) 상기 반응 물질의 일부를 상기 기판 상에 화학적으로 흡착시키는 단계;b) chemically adsorbing a portion of the reactant onto the substrate;

c) 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 기판으로부터 제거시키는 단계; 및c) removing from the substrate a reactant that is not chemically adsorbed in the reactant; And

d) 상기 기판상에 반응 가스를 도입하여 상기 화학적으로 흡착된 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하는 단계를 포함하는 원자층 적층(ALD; atomic layer deposition) 방법을 제공한다.d) introducing a reactant gas onto the substrate to remove elements having ligand bonds contained in the chemically adsorbed reactant from the reactant to form a solid material containing TaN ( ALD (Atomic Layer Deposition) method is provided.

상기한 본 발명의 제2 목적은:The second object of the present invention described above is:

a) 반응 물질로서 화학식 Ta(NR1)(NR2R3)3(여기서 R1, R2 R3는 H 또는 C1-C6 알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체를 기판 상에 도입하는 단계;a) tantalum amine derivative represented by the formula Ta (NR 1 ) (NR 2 R 3 ) 3 , wherein R 1 , R 2 R 3 is the same or different from each other as H or a C 1 -C 6 alkyl group; Introducing onto a substrate;

b) 상기 반응 물질의 일부를 상기 기판 상에 화학적으로 흡착시키는 단계;b) chemically adsorbing a portion of the reactant onto the substrate;

c) 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 기판으로부터 제거시키는 단계; c) removing from the substrate a reactant that is not chemically adsorbed in the reactant;

d) 상기 기판상에 반응 가스를 도입하여 상기 화학적으로 흡착된 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하는 단계; 및d) introducing a reactant gas onto the substrate to remove elements having ligand bonds included in the chemically adsorbed reactant from the reactant to form a solid material containing TaN; And

(e) 상기 a)-d) 단계를 적어도 한번 반복하여 상기 고체 물질을 TaN 박막으 로 형성하는 단계를 포함하는 원자층 적층(ALD; atomic layer deposition)을 이용한 박막 형성 방법에 의해 달성된다.(e) repeating steps a) -d) at least once to achieve a thin film formation method using atomic layer deposition (ALD) comprising forming the solid material into a TaN thin film.

또한 본 발명의 제3 목적은:In addition, a third object of the present invention is:

a) 기판상에 절연층을 형성하는 단계;a) forming an insulating layer on the substrate;

b) 상기 절연층의 소정 부위를 식각하여 상기 기판 표면이 노출되는 개구부를 형성하는 단계;b) etching a portion of the insulating layer to form an opening through which the surface of the substrate is exposed;

c) 반응 물질로서 화학식 Ta(NR1)(NR2R3)3(여기서 R1, R2 R3는 H 또는 C1-C6 알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체를 상기 개구부가 형성된 절연층 상에 도입하는 단계;c) a tantalum amine derivative represented by the formula Ta (NR 1 ) (NR 2 R 3 ) 3 , wherein R 1 , R 2 R 3 is the same or different from each other as H or a C 1 -C 6 alkyl group; Introducing into the insulating layer in which the opening is formed;

d) 상기 반응 물질의 일부를 상기 개구부가 형성된 절연층 상에 화학적으로 흡착시키는 단계;d) chemically adsorbing a portion of the reactant material on the insulating layer in which the opening is formed;

e) 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 개구부가 형성된 절연층으로부터 제거시키는 단계; e) removing a reaction material that is not chemically adsorbed from the reaction material from the insulating layer in which the opening is formed;

f) 상기 기판상에 반응 가스를 도입하여 상기 화학적으로 흡착된 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하는 단계; 및f) introducing a reactant gas onto the substrate to remove elements having ligand bonds included in the chemically adsorbed reactant from the reactant to form a solid material containing TaN; And

(g) 상기 c)-f) 단계를 적어도 한번 반복하여 상기 개구부가 형성된 절연층상에 TaN 박막을 형성하는 단계를 포함하는 원자층 적층(ALD; atomic layer deposition)을 이용한 박막 형성 방법에 의해 달성된다.(g) repeating the steps c) -f) at least once to form a TaN thin film on the insulating layer having the openings, which is achieved by a thin film forming method using atomic layer deposition (ALD). .

본 발명의 제4 목적은:A fourth object of the present invention is to:

반응 물질로서 화학식 Ta(NR1)(NR2R3)3(여기서 R1, R2 R3는 H 또는 C1-C6 알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체 및 H2, NH3, SiH4 및 Si2H6로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 반응 가스를 혼합하여 증착하는 단계를 포함하는 박막 형성 방법에 의해 달성된다.Tantalum amine derivatives and H 2 represented by the formula Ta (NR 1 ) (NR 2 R 3 ) 3 , wherein R 1 , R 2 R 3 are the same or different from each other as H or a C 1 -C 6 alkyl group And at least one reaction gas selected from the group consisting of NH 3 , SiH 4 and Si 2 H 6 .

또한 상술한 본 발명의 제5 목적은:In addition, the fifth object of the present invention described above is:

a) 기판상에 절연층을 형성하는 단계;a) forming an insulating layer on the substrate;

b) 상기 절연층의 소정 부위를 식각하여 상기 기판 표면이 노출되는 개구부를 형성하는 단계; 및b) etching a portion of the insulating layer to form an opening through which the surface of the substrate is exposed; And

c) 반응 물질로서 화학식 Ta(NR1)(NR2R3)3(여기서 R1, R2 R3는 H 또는 C1-C6 알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체와 H2, NH3, SiH4 및 Si2H6로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 반응 가스를 혼합하여 상기 개구부가 형성된 절연층상에 TaN 박막을 증착하는 단계를 포함하는 박막 형성 방법에 의해 달성된다.c) a tantalum amine derivative represented by the formula Ta (NR 1 ) (NR 2 R 3 ) 3 , wherein R 1 , R 2 R 3 is the same or different from each other as H or a C 1 -C 6 alkyl group; Mixing at least one reaction gas selected from the group consisting of H 2 , NH 3 , SiH 4 and Si 2 H 6 is achieved by a thin film forming method comprising the step of depositing a TaN thin film on the insulating layer having the opening.

이러한 본 발명에 의하면 TAIMATA 라는 탄탈륨 아민 유도체를 전구체로 이용하여 ALD 또는 CVD 등의 증착 방식으로 TaN을 증착하는 것으로, 상기 TAIMARA 소스는 액체 상태로 적용될 수 있고 높은 증기압을 가지고 있기 때문에 향상된 증착 속도로 공정의 수행이 가능하며 이러한 방식에 의해 형성된 TaN 박막은 우수한 스텝 커버리지 특성을 나타낸다.According to the present invention by using a tantalum amine derivative called TAIMATA as a precursor to deposit TaN by a deposition method such as ALD or CVD, the TAIMARA source can be applied in a liquid state and has a high vapor pressure, so that the process is performed at an improved deposition rate. It is possible to perform the TaN thin film formed by this method shows excellent step coverage characteristics.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

먼저, 원자층 적층 방법에 대하여 상세하게 설명한다. First, the atomic layer lamination method will be described in detail.

반응 물질로서 화학식 Ta(NR1)(NR2R3)3(여기서 R1, R2 R3는 H 또는 C1-C6 알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체, 예를 들면, 터셔리아밀이미도-트리스-디메틸아미도탄탈륨 (Ta(NC(CH3)2C2H5)(N(CH 3)2)3) (이하 종종 TAIMATA라 한다)을 기판 상에 도입하도록 한다. 상기 반응 물질은 기판이 놓여 있는 챔버의 내부 즉, 상기 기판상에 도입된다.Tantalum amine derivatives represented by the formula Ta (NR 1 ) (NR 2 R 3 ) 3 , wherein R 1 and R 2 R 3 are the same or different from each other as H or a C 1 -C 6 alkyl group, for example For example, tertiary amlimido-tris-dimethylamidotantalum (Ta (NC (CH 3 ) 2 C 2 H 5 ) (N (CH 3 ) 2 ) 3 ) (hereinafter sometimes referred to as TAIMATA) is introduced on a substrate. Do it. The reactant material is introduced into the substrate, ie on the substrate, on which the substrate is placed.

이어서, 상기 반응 물질의 일부를 기판 상에 화학적으로 흡착시키도록 한다. 이 때, 바람직하게 반응 물질은 액체 상태로 도입된다. 반응 물질 중에서 일부가 기판상에 화학적으로 흡착되고, 나머지는 물리적으로 흡착된다. 이에 따라 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착되지 않은 반응 물질을 기판으로부터 제거시키도록 한다. 화학적으로 흡착하지 않은 반응 물질, 즉, 물지적으로 흡착한 반응 물질들은 불활성 가스를 사용하여 제거하도록 한다. 이러한 불활성 가스로서는 Ar, He, N2 등을 예로들 수 있다. Subsequently, a portion of the reaction material is allowed to chemically adsorb onto the substrate. At this time, the reaction material is preferably introduced in a liquid state. Some of the reactants are chemically adsorbed on the substrate and others are physically adsorbed. Accordingly, the reaction material which is not chemically adsorbed in the reaction material is removed from the substrate. Reactants that are not chemically adsorbed, ie, physically adsorbed reactants, are removed using an inert gas. Examples of such inert gas include Ar, He, N 2 , and the like.

이후, 기판상에 반응 가스를 도입하여 상기 화학적으로 흡착된 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하도록 한다. 상기 리간드 결합 원소들은 H2, NH3, SiH4 , Si2H6, 이들의 혼합물 등과 같은 반응 가스를 사용하여 제거시키도록 한다. 바람직하게, 상기 반응가스는 리모트 플라즈마 등을 이용하여 활성화시켜서 사용하도록 한다. 이러한 방식을 통하여 기판상에 TaN 층을 형성할 수가 있는 것이다.Thereafter, a reaction gas is introduced onto the substrate to remove elements having ligand bonds included in the chemically adsorbed reaction material from the reaction material to form a solid material containing TaN. The ligand binding elements are removed using a reaction gas such as H 2 , NH 3 , SiH 4 , Si 2 H 6 , mixtures thereof, and the like. Preferably, the reaction gas is activated by using a remote plasma or the like. In this way, a TaN layer can be formed on the substrate.

상술한 원자층 적층(ALD; atomic layer deposition) 방식은 열적 원자층 적층(thermal ALD) 방식 또는 리모트 플라즈마(remote plasma)를 이용하는 라디칼 보조 원자층 적층(radical assisted ALD) 방식일 수도 있다. The above-described atomic layer deposition (ALD) method may be a thermal ALD method or a radical assisted ALD method using a remote plasma.

이러한 원자층 적층은 약 0.01∼30 torr의 일정 압력하에서 수행될 수 있다. 바람직하게는 0.01∼10 torr, 더욱 바람직하게 0.01∼5 torr의 압력하에서 수행된다. 또한 상술한 각 단계는 100∼550℃의 온도 범위에서 수행되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 100∼450℃, 가장 바람직하게는 100 내지 350℃의 온도 범위에서 수행된다. Such atomic layer deposition may be performed under constant pressure of about 0.01 to 30 torr. Preferably 0.01 to 10 torr, more preferably 0.01 to 5 torr. In addition, each step described above is preferably performed at a temperature range of 100 to 550 ° C, more preferably 100 to 450 ° C, most preferably 100 to 350 ° C.

원자층 적층 방식을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1a 내지 1d는 원자층 적층 방법의 수행시 기판상에서 이루어지는 반응을 설명하기 위한 단면도들이다.An atomic layer lamination method is demonstrated in detail with reference to drawings. 1A to 1D are cross-sectional views illustrating reactions performed on a substrate when performing an atomic layer deposition method.

먼저, 도 1a를 참조하면, 실리콘 재질로 구성된 기판(10)을 챔버 내에 위치시킨다. 그리고, 챔버 내부를 상술한 바람직한 압력 및 온도 조건을 갖도록 설정한다.챔버 내에 놓여 있는 기판(10) 상에 반응 물질(12)을 도입한다. 이에 따라, 반응 물질(12)의 일부가 기판(10) 상에 화학적으로 흡착된다.First, referring to FIG. 1A, a substrate 10 made of a silicon material is positioned in a chamber. Then, the inside of the chamber is set to have the above-described desirable pressure and temperature conditions. The reactant 12 is introduced onto the substrate 10 lying in the chamber. As a result, a portion of the reactant material 12 is chemically adsorbed onto the substrate 10.

도 1b를 참조하면, 기판상에 불활성 가스를 도입시켜 퍼지시킨다. 이에 따라, 반응 물질(12) 중에서 화학적으로 흡착되지 않은 반응 물질은 기판(10)으로부터 제거된다.Referring to FIG. 1B, an inert gas is introduced and purged onto the substrate. Accordingly, the reactants that are not chemically adsorbed among the reactants 12 are removed from the substrate 10.

도 1c를 참고하면, 기판(10) 상에 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의 혼합물 중 에서 어느 하나의 반응 가스를 도입하도록 한다. 더욱 바람직하게는 이들 반응 가스를 리모트 플라즈마에 의해 활성화 시킨 후 도입하도록 한다.Referring to FIG. 1C, any one of H 2 , NH 3 , SiH 4 , Si 2 H 6, and a mixture thereof may be introduced onto the substrate 10. More preferably, these reaction gases are introduced after being activated by the remote plasma.

도 1d를 참고하면, 상기 반응 가스의 도입에 의해 기판(10) 상에 화학적으로 흡착한 반응 물질들의 결합 원소들 중에서 리간드 결합하는 원소(12a)들이 제거된다. 이러한 제거는 리간드 결합 원소들의 리간드 교환에 의해 이루어질 수도 있다. 상기 반응 가스가 리간드 결합 원소와 반응하는 반응력이 리간드 결합 원소가 결합되어 있는 결합력보다 크기 때문에 리간드 결합을 갖는 원소를 제거시킬 수 있는 것이다. 이 때, Ta=N 결합은 이중 결합이기 때문에 상기 반응 가스에 의해 별다른 영향을 받지 않는다. 따라서, 리간드 결합 원소가 제거됨으로써 기판상에는 Ta=N을 함유하는 원자층 박막이 적층되는 것이다. 이러한 원리에 따라, 기판(10) 상에 TaN이 함유되는 원자층(14)이 적층, 형성된다. Referring to FIG. 1D, ligand-bound elements 12a are removed among the binding elements of the chemically adsorbed chemicals on the substrate 10 by introduction of the reaction gas. Such removal may be by ligand exchange of ligand binding elements. Since the reaction force that the reaction gas reacts with the ligand binding element is greater than the binding force to which the ligand binding element is bound, the element having the ligand binding can be removed. At this time, since Ta = N bond is a double bond, it is not influenced by the said reaction gas. Therefore, by removing the ligand binding element, an atomic layer thin film containing Ta = N is laminated on the substrate. According to this principle, the atomic layer 14 containing TaN is laminated and formed on the substrate 10.

원자층 박막의 적층에서, 환원제를 이용한 반응 메카니즘에 대해서는 종래 기술에 개시된 강의 문헌에 개시되어 있다. 그러나, 상기 강에 의하면 본 발명에서와 같이 반응 가스를 사용하여 리간드 결합 원소를 제거하는 것이 아니라 하이드로겐 라디칼을 환원제로 사용하여 리간드 결합 원소와 치환되는 것으로 생각된다.In the deposition of atomic layer thin films, the reaction mechanism using a reducing agent is disclosed in the literature of the steels disclosed in the prior art. However, according to the steel, it is considered that the reaction gas is not used to remove the ligand binding element as in the present invention, but is substituted with the ligand binding element using the hydrogen radical as the reducing agent.

상기 원자층 적층을 이용한 박막 형성 방법에 의하면 상대적으로 낮은 온도에서 낮은 비저항을 갖는 박막을 용이하게 형성할 수 있다. 특히, 이러한 방법은 리모트 플라즈마 방식에 의해 활성화시킨 반응 가스를 사용하기 때문에 플라즈마 형성으로 인한 공정 변수를 배제할 수 있다. 따라서 낮은 온도에서 공정을 수행할 수 있다.According to the method for forming a thin film using the atomic layer stacking, a thin film having a low specific resistance can be easily formed at a relatively low temperature. In particular, since this method uses a reactive gas activated by a remote plasma method, it is possible to exclude process variables due to plasma formation. Thus, the process can be carried out at low temperatures.

상술한 원자층 적층 방법을 반복적으로 수행하는 것에 의해 TaN 박막을 형성할 수 있다. 이러한 TaN 박막 형성 방법을 소정의 어스펙트비를 갖는 개구부가 형성된 패턴상에 형성하는 경우, 매우 우수한 스텝 커버리지를 갖는 박막을 균일한 두께로 형성할 수 있다. By repeatedly performing the above-described atomic layer deposition method, a TaN thin film can be formed. When such a TaN thin film forming method is formed on a pattern in which openings having a predetermined aspect ratio are formed, a thin film having very excellent step coverage can be formed with a uniform thickness.

또한 본 발명에 의하면 박막 형성을 위한 금속의 전구체로서 탄탈륨 아민 유도체를 사용하되, 반응 가스와 함께 증착하는 것에 의해 더욱 향상된 증착 속도로 우수한 스텝 커버리지를 갖는 박막을 형성할 수 있다.In addition, according to the present invention, a tantalum amine derivative is used as a precursor of a metal for forming a thin film, and a thin film having excellent step coverage can be formed at a further improved deposition rate by depositing with a reaction gas.

즉, 반응 물질로서 화학식 Ta(NR1)(NR2R3)3(여기서 R1 , R2 R3는 H 또는 C1-C6 알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체 및 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 반응 가스를 혼합하여 증착하는 것으로 박막을 형성할 수 있다. That is, a tantalum amine derivative represented by the formula Ta (NR 1 ) (NR 2 R 3 ) 3 , wherein R 1 and R 2 R 3 are the same or different from each other as H or a C 1 -C 6 alkyl group, and A thin film may be formed by mixing and depositing a reaction gas of any one of H 2 , NH 3 , SiH 4 , Si 2 H 6, and a mixture thereof.

특히, 상기 탄탈륨 아민 유도체로서는 터셔리아밀이미도-트리스-디메틸아미도탄탈륨 (Ta(NC(CH3)2C2H5)(N(CH3)2) 3)가 용이하게 적용된다. 그리고 상기 증착 방식으로는 화학 기상 증착(CVD; chemical vapor deposition) 방식이 바람직하게 적용되고, 열적 화학 기상 증착(thermal CVD) 방식, 플라즈마 증대 화학 기상 증착(PECVD; plasma enhaced CVD) 방식 등도 용이하게 적용될 수 있다. In particular, tertamimilimido-tris-dimethylamidotantalum (Ta (NC (CH 3 ) 2 C 2 H 5 ) (N (CH 3 ) 2 ) 3 ) is easily applied as the tantalum amine derivative. In addition, chemical vapor deposition (CVD) is preferably applied as the deposition method, and thermal CVD, plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), and the like are easily applied. Can be.

상기 반응 물질과 함께 Ar, He, N2 등의 불활성 가스를 혼합하여 증착하는 것이 또한 바람직하다. It is also preferable to mix and deposit an inert gas such as Ar, He, N 2, etc. together with the reaction material.

그리고 상기 H2, NH3, SiH4 및 Si2H6로 포함하는 반응 가스는 리모트 플라즈마 등을 사용하여 활성화시켜 적용하는 것이 바람직하다. 상기 증착 단계는 100∼550℃ 온도 범위에서 수행되는 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 150∼300℃ 온도 범위에서 수행하도록 한다. 증착시 압력은 0.05∼30 torr 범위에서 수행될 수 있으며 바람직하게는 0.3∼10 torr, 더욱 바람직하게는 0.3∼5 torr 범위에서 수행된다.In addition, the reaction gas including the H 2 , NH 3 , SiH 4 and Si 2 H 6 is preferably activated by using a remote plasma or the like. The deposition step is preferably performed at a temperature range of 100 to 550 ° C, more preferably 150 to 300 ° C. The pressure during deposition may be performed in the range of 0.05 to 30 torr, preferably in the range of 0.3 to 10 torr, more preferably in the range of 0.3 to 5 torr.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 본 발명에서는 특히 바람직한 탄탈륨 아민 유도체로서 TAIMATA를 적용한다. 특히, 이 화합물이 갖는 우수한 특성을 확인하기 위하여 우수한 특성을 갖는 공지의 TBTDET와 비교하는 실험을 수행하고, 반응 가스의 첨가 유, 무 등에 따른 결과의 차이를 비교해 보기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In the present invention, TAIMATA is applied as a particularly preferred tantalum amine derivative. In particular, in order to confirm the excellent properties of this compound, an experiment comparing with known TBTDET having excellent properties is performed, and the difference in the results according to the addition or absence of the reaction gas will be compared.

도 2는 TaN의 박막 형성을 위한 소스인 TBTDET와 TAIMATA의 온도에 따른 증기압을 나타낸 그래프이다. 도 2에서, 가로축은 온도를 나타내고, 세로축은 증기압을 나타낸다. 도 2로부터, 동일한 온도 조건에서 TAIMATA가 TBTDET 보다 더 높은 증기압을 갖는다는 것을 확인할 수 있다. Figure 2 is a graph showing the vapor pressure according to the temperature of the TBTDET and TAIMATA as a source for forming a thin film of TaN. In Fig. 2, the horizontal axis represents temperature and the vertical axis represents vapor pressure. From Figure 2, it can be seen that under the same temperature conditions TAIMATA has a higher vapor pressure than TBTDET.

도 3a 및 3b는 TaN 박막 형성을 위한 소스인 TBTDET와 TAIMATA의 화학식을 나타낸다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 두 화합물은 모두 염소, 불소, 브롬 등의 할로겐 원소를 포함하지 않는다. 그런데 TBTDET의 경우, 60℃에서의 증기압(Vp)이 약 0.01 torr 이고, 실온에서 액체 상태이며, TAIMATA의 경우, 60℃에서 증기압(Vp)이 약 0.1 torr로서 TBTDET의 약 10배 정도의 증기압을 가진다. 그리고 TAIMATA는 실온에서는 고체 상태이나, 녹는점이 약 34℃로서 40℃ 이하로 낮기 때문에 약 40℃로만 가열해도 액체 상태로 된다. 따라서 실제 증착 공정에 적용시 약간 가열하는 것으로 파티클 발생의 문제도 쉽게 해결 가능하다. 3A and 3B show the chemical formulas of TBTDET and TAIMATA as sources for TaN thin film formation. 3A and 3B, both compounds do not include halogen elements such as chlorine, fluorine, and bromine. However, in the case of TBTDET, the vapor pressure (Vp) at 60 ° C. is about 0.01 torr, and it is liquid at room temperature. In the case of TAIMATA, the vapor pressure (Vp) at about 60 ° C. is about 0.1 torr, which is about 10 times higher than TBTDET. Have In addition, TAIMATA is in a solid state at room temperature, but the melting point is about 34 ° C., which is low at 40 ° C. or lower. Therefore, the problem of particle generation can be easily solved by slightly heating when applied to the actual deposition process.

이러한 TAIMATA를 이용하여 TaN을 증착하는 방법으로는 CVD, PECVD, ALD, RAALD 등의 방법이 모두 가능하다. TaN을 형성하기 위한 반응 가스로는 NH3, H2, SiH4, Si2H6 등이 가능하다. As a method of depositing TaN using TAIMATA, all methods such as CVD, PECVD, ALD, and RAALD are possible. As a reaction gas for forming TaN, NH 3 , H 2 , SiH 4 , Si 2 H 6, and the like may be used.

TAIMATA의 증착 특성을 살펴보기 위하여 Ar 가스 분위기 하에서 CVD 방식으로 TaN 증착 실험을 수행하였다. 도 4a 및 4b는 TAIMATA를 Ar 분위기하에서 CVD 방식으로 증착시 스테이지 히터의 온도에 따른 증착 속도를 나타내는 그래프이다. 도 4a는 스테이지 히터의 온도에 따른 증착 속도를 균일도와 함께 도시한 그래프이고 도 4b는 스테이지 히터의 온도에 따른 증착 속도를 비저항과 함께 도시한 그래프이다. In order to examine the deposition characteristics of TAIMATA, TaN deposition experiments were performed by CVD under Ar gas atmosphere. 4A and 4B are graphs showing deposition rates according to temperatures of stage heaters when TAIMATA is deposited by CVD in an Ar atmosphere. Figure 4a is a graph showing the deposition rate according to the temperature of the stage heater with uniformity and Figure 4b is a graph showing the deposition rate according to the temperature of the stage heater with a specific resistance.

도 4a를 참고하면, 그래프 a는 증착 속도를 나타내고, 그래프 b는 균일도를 나타낸다. 스테이지 히터의 온도를 100에서 550℃까지 증가시키면서 Ar 분위기에서 CVD 증착 방법으로 TaN을 증착한 결과, 기판 온도가 300℃ 이상에서 증착이 이루어지기 시작하였으며 온도가 증가함에 따라 증착 속도가 점점 증가하였다. 실험적으로 확인한 TAIMATA의 분해(decomposition) 온도는 약 300℃ 이다. 300℃ 이상 550℃ 이하 구간에서 실험한 결과, 증착 온도가 증가함에 따라 증착 속도가 증가하였으나, 포화(saturation) 되지 않는 결과를 보여 위 온도 전 구간에서 표면 반응에 의해 증착 속도가 지배되는 것을 확인할 수 있었다. 이에 더하여, 증착 온도가 증가함에 따라 형성되는 막의 균일도도 향상되는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 4A, graph a shows deposition rate and graph b shows uniformity. As the TaN was deposited by CVD deposition in an Ar atmosphere while increasing the temperature of the stage heater from 100 to 550 ° C., deposition was started at a substrate temperature of 300 ° C. or higher and the deposition rate gradually increased as the temperature increased. The decomposition temperature of TAIMATA confirmed experimentally is about 300 ° C. As a result of the experiment in the section of 300 ℃ or more and 550 ℃, the deposition rate increased as the deposition temperature increased, but the result was not saturation, and thus the deposition rate was controlled by the surface reaction in the entire temperature range. there was. In addition, it was confirmed that the uniformity of the formed film also improved as the deposition temperature increased.

도 4b는 상술한 실험에 의하여 얻어진 TaN 막의 비저항을 측정한 결과를 나타내었다. 그래프 a는 증착 속도를 나타내고, 그래프 c는 비저항을 나타낸다.4B shows the result of measuring the specific resistance of the TaN film obtained by the above-described experiment. Graph a shows the deposition rate and graph c the specific resistance.

도 4b에 나타난 그래프로부터 반응가스를 첨가하지 않은 CVD 방법으로 TaN 형성시 얻어진 비저항은 500℃에서 40만 μΩ·cm, 550℃에서 10만 μΩ·cm 이고 증착 온도가 증가할수록 비저항은 감소함을 확인할 수 있었다.The resistivity obtained when TaN was formed by the CVD method without adding a reaction gas from the graph shown in FIG. 4B was found to be 400,000 μΩ · cm at 500 ° C and 100,000 μΩ · cm at 550 ° C. Could.

다음에, TAIMATA 소스에 반응 가스를 첨가하여 증착 실험을 수행하였다. 반응 가스로서 NH3를 동시에 첨가하여 공급하면서 CVD 방식으로 TaN 막을 형성하는 실험을 수행하였다. 얻어지는 결과를 도 5a 내지 도 5c에 나타내었다.Next, a deposition experiment was performed by adding a reaction gas to the TAIMATA source. An experiment was performed in which a TaN film was formed by CVD while supplying NH 3 simultaneously as a reaction gas. The results obtained are shown in FIGS. 5A-5C.

도 5a 및 5b는 TAIMATA 소스에 NH3 반응 가스를 동시에 공급하면서 CVD 방식으로 증착시 스테이지 히터의 온도에 따른 증착 속도를 나타내는 그래프로서, 도 5a는 균일도와 함께 도시한 그래프이고 도 5b는 비저항과 함께 도시한 그래프이다.Figures 5a and 5b is a graph showing the deposition rate according to the temperature of the stage heater when deposition by CVD method while simultaneously supplying NH 3 reaction gas to the TAIMATA source, Figure 5a is a graph showing the uniformity and Figure 5b is a specific resistance It is a graph shown.

도 5c는 TAIMATA 소스에 NH3 반응 가스를 동시에 공급하면서 CVD 방식으로 증착시 NH3 유량에 따른 증착 속도를 비저항과 함께 도시한 그래프이다.Figure 5c is a graph showing the deposition rate according to the NH 3 flow rate with a specific resistance when the deposition by the CVD method while simultaneously supplying the NH 3 reaction gas to the TAIMATA source.

먼저, 도 5a를 참고하면, 온도에 따른 증착 속도가 그래프로 나타나 있다. 도면에서 그래프 a는 증착 속도를 나타내고, 그래프 b는 균일도를 나타낸다.First, referring to Figure 5a, the deposition rate according to the temperature is shown as a graph. In the figures, graph a represents the deposition rate and graph b the uniformity.

스테이지 온도를 100℃에서 550℃로 증가시키면서 TaN을 증착한 결과, 증착이 시작되는 온도는 약 150℃ 였다. 반응 가스를 첨가하지 않고 TAIMATA 만으로 증 착할 경우의 300℃ 보다 낮은 온도에서 증착이 시작됨을 확인할 수 있다.As a result of depositing TaN while increasing the stage temperature from 100 ° C. to 550 ° C., the temperature at which deposition began was about 150 ° C. It can be seen that deposition is started at a temperature lower than 300 ° C. when only TAIMATA is deposited without adding a reaction gas.

150℃ 이상 300℃ 이하의 온도 범위에서 증착 속도가 증가하였으며 300℃부터 550℃ 가지는 증착 속도가 일정한 구간(mass transport regime)이 확인되었다. 이러한 실험 결과에 준하여, TAIMATA와 NH3 반응에 의한 ALD 온도의 윈도우(window) 구간은 150∼300℃ 구간이 된다.Deposition rate was increased in the temperature range of more than 150 ℃ and less than 300 ℃ and the mass transport regime was confirmed that the deposition rate has a constant from 300 ℃ to 550 ℃. Based on these experimental results, the window section of ALD temperature by TAIMATA and NH 3 reaction becomes 150-300 degreeC section.

한편, 도 4a 및 도 5a를 참고하면, 300℃에서 TAIMATA 만을 사용한 경우의 증착 속도는 약 8.0Å/분인 반면, 같은 온도에서 NH3를 첨가한 경우의 증착 속도는 약 270Å/분으로서 NH3의 첨가에 의해 증착 속도가 약 30배 이상 증가하게 됨을 확인할 수 있다. On the other hand, referring to Figure 4a and Figure 5a, a deposition rate in the case of using only TAIMATA at 300 ℃ the evaporation rate of the addition of NH 3 at about 8.0Å / min On the other hand, the same temperature as about 270Å / min of NH 3 It can be seen that the deposition rate is increased by about 30 times or more by the addition.

도 5b에는 상술한 실험에 의하여 얻어진 TaN 막의 비저항을 측정한 결과를 나타내었다. 그래프 a는 증착 속도를 나타내고, 그래프 c는 비저항을 나타낸다.5B shows the result of measuring the specific resistance of the TaN film obtained by the above-described experiment. Graph a shows the deposition rate and graph c the specific resistance.

도 5b를 참고하면, TAIMATA와 NH3 의 반응에 의한 CVD 방법으로 얻어진 TaN 박막의 비저항은 400℃에서 30만 μΩ·cm 이다가 450℃ 이상에서 비저항이 급격히 감소하여 550℃에서 8천 μΩ·cm 으로 증착 온도가 증가할수록 비저항은 크게 감소함을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 5B, the specific resistance of the TaN thin film obtained by the CVD method by the reaction of TAIMATA with NH 3 is 300,000 μΩ · cm at 400 ° C., and the specific resistance decreases rapidly at 450 ° C. or higher, and 8,000 μΩ · cm at 550 ° C. As the deposition temperature increases, the specific resistance was found to decrease significantly.

도 5c에는 증착 온도를 올려 500℃에서 TAIMATA를 NH3와 CVD 방식으로 증착시, NH3의 유량에 따른 증착 속도와 비저항을 측정한 결과를 나타내었다. 도면에서 그래프 e는 증착 속도를 나타내고 그래프 f는 비저항을 나타낸다.Figure 5c shows the results of measuring the deposition rate and the specific resistance according to the flow rate of NH 3 when the deposition temperature is increased by the deposition of TAIMATA in NH 3 and CVD method at 500 ℃. In the figure, graph e represents the deposition rate and graph f represents the resistivity.

도 5c를 참고하면, 비저항은 유량이 증가할수록 40만 μΩ·cm에서 2만 만 μΩ·cm 으로 감소함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5C, it can be seen that the specific resistance decreases from 400,000 μΩ · cm to 20,000 μΩ · cm as the flow rate increases.

TAIMATA를 이용하여 CVD-TaN 증착 기초 테스트를 수행한 결과, TAIMATA의 분해 온도는 300℃ 이상이고 ALD 윈도우 구간은 150∼300℃ 온도 범위임을 확인하였다. 이제, ALD 윈도우 구간에서 TAIMATA와 반응 가스를 이용한 ALD-TaN 증착 특성을 평가하여 NH3 와 TAIMATA의 도시지에 따른 TaN 증착 속도의 거동을 고찰하고 이를 도 6a 및 6b에 나타내었다. As a result of performing CVD-TaN deposition basic test using TAIMATA, the decomposition temperature of TAIMATA was found to be 300 ° C. or higher and the ALD window section was in the range of 150 to 300 ° C. Now, the ALD-TaN deposition characteristics using TAIMATA and reactant gas in the ALD window section were evaluated to investigate the behavior of TaN deposition rate according to NH 3 and TAIMATA, and are shown in FIGS. 6A and 6B.

도 6a는 TAIMATA 소스에 NH3 반응 가스를 동시에 공급하면서 ALD 방식으로 증착시 NH3 도시지에 따른 증착 속도를 몇가지 온도에 대하여 도시한 그래프이고, 도 6b는 TAIMATA 소스에 NH3 반응 가스를 동시에 공급하면서 ALD 방식으로 증착시 TAIMATA 도시지에 따른 증착 속도를 균일도와 함께 도시한 그래프이다.Figure 6a is a graph showing against the deposition rate in accordance with whether NH 3 shown during the deposition by ALD method while supplying the NH 3 reaction gas at the same time the TAIMATA source in several temperature, Figure 6b while supplying NH 3 reaction gas to TAIMATA sources at the same time It is a graph showing the deposition rate according to TAIMATA illustrated in the ALD method with uniformity.

도스량(dosage)는 소오스의 분압(partial pressure)과 펄싱 타임(pulsing time)의 곱으로 나타낼 수 있으며 단위는 랑그뮈어(Langmuir, 1 Langmuir = 1E-6 torr·sec) 이다. 여기서 사용된 TaN-ALD 공정은 다음과 같다.The dose can be expressed as the product of the partial pressure of the source and the pulsing time, and the unit is Langmuir (1 Langmuir = 1E-6 torr.sec). The TaN-ALD process used here is as follows.

먼저, 반응 물질로서 가스 상태의 TAIMATA 전구체를 기판상에 도입하도록 한다. 이를 통하여 반응 물질의 일부를 기판상에 화학적으로 흡착시키도록 한다. 이후 기판상에 불활성 가스를 도입하여 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 기판으로부터 제거시키도록 한다. 이후 기판상에 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의 화합물 중에서 어느 하나, 바람직하게는 NH3를 도입하여 화학적으로 흡착한 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하도록 한다. 상술한 각 스텝을 적어도 한 번 반복하여 고체 물질을 TaN 박막으로 형성하도록 한다. First, a gaseous TAIMATA precursor is introduced onto the substrate as a reactant. This allows some of the reactants to be chemically adsorbed onto the substrate. An inert gas is then introduced onto the substrate to remove reactants that do not chemically adsorb in the reactants from the substrate. Thereafter, any one of H 2 , NH 3 , SiH 4 , Si 2 H 6, and a compound thereof, preferably has elements having ligand bonds included in the chemically adsorbed reactants by introducing NH 3 onto the substrate To form a solid material containing TaN. Each step described above is repeated at least once to form a solid material into a TaN thin film.

도 6a를 참고하면, NH3의 도스량에 따른 증착 속도를 그래프로 나타내었다. 도면에서 그래프 a는 스테이지 히터의 온도가 200℃인 경우에 대응되고, 그래프 b는 스테이지 히터의 온도가 250℃인 경우에 대응되고, 그래프 c는 스테이지 온도가 300℃ 인 경우에 대응된다. 200℃에서 NH3의 펄싱 타임을 증가시켜 NH3의 도스량을 8E6L 까지 증가시켰을 때, 4E6L 이하에서는 증착 속도가 증가하였으나 그 이상의 도스량에서는 증가 폭이 급격히 감소하였다. 스테이지 히터의 온도를 증가시켜 250℃에서 증착시키면 같은 NH3 도스량에서 200℃에 비해 증착 속도가 증가하였다. 300℃로 온도를 더 증가시켜 추가 실험을 진행한 결과도 동일하게 증착 속도가 증가하는 결과를 나타내었다. Referring to Figure 6a, the deposition rate according to the dose of NH 3 is shown as a graph. In the figure, graph a corresponds to the case where the temperature of the stage heater is 200 ° C, graph b corresponds to the case where the temperature of the stage heater is 250 ° C, and graph c corresponds to the case where the stage temperature is 300 ° C. When the dose of NH 3 was increased to 8E6L by increasing the pulsing time of NH 3 at 200 ° C., the deposition rate increased below 4E6L, but the increase was sharply decreased at doses higher than 4E6L. Increasing the temperature of the stage heater to deposit at 250 ℃ increased the deposition rate compared to 200 ℃ at the same NH 3 dose. Further experiments by further increasing the temperature to 300 ℃ also showed the same result as the deposition rate increases.

도 6b를 참고하면, TAIMATA의 도스량에 따른 증착 속도를 그래프로 나타내었다. 도면에서 그래프 a는 증착 속도를 나타내고, 그래프 b는 균일도를 나타낸다. 도면으로부터 TAIMATA의 양이 증가하면 증착 속도가 증가함을 확인할 수 있다. NH3의 경우 도스량가 4E6L 이상에서 포화되지만 TAIMATA의 경우 도스량가 2E4L 이상이면 포화됨을 또한 확인할 수 있다. Referring to FIG. 6B, the deposition rate according to the dose of TAIMATA is shown in a graph. In the figures, graph a represents the deposition rate and graph b the uniformity. It can be seen from the figure that the deposition rate increases as the amount of TAIMATA increases. It can also be seen that the dose of NH 3 is saturated at 4E6L or more, but in the case of TAIMATA, the dose is saturated at 2E4L or more.

상술한 ALD-TaN 방식 및 CVD-TaN 방식에 의한 박막 형성 방법은 기판상에 형 성되고, 소정의 어스펙트비를 갖는 개구부를 포함하는 패턴, 예를 들면, 절연층상에 우수한 스텝 커버리지를 갖는 TaN 박막을 형성하기 위한 수단으로 적용될 수 있다. ALD-TaN 방식을 적용하여 TaN 박막을 형성하는 방법을 먼저 설명하기로 한다. The above-described thin film forming method by ALD-TaN method and CVD-TaN method is formed on a substrate and includes a pattern including an opening having a predetermined aspect ratio, for example TaN having excellent step coverage on an insulating layer. It can be applied as a means for forming a thin film. A method of forming a TaN thin film by applying the ALD-TaN method will be described first.

이를 위해서는 먼저, 기판상에 절연층을 형성하도록 한다. 절연층의 소정 부위를 식각하여 기판 표면을 노출시키며 소정의 어스펙트비를 갖는 개구부를 형성하도록 한다. 반응 물질로서 화학식 Ta(NR1)(NR2R3)3(여기서 R 1, R2 R3는 H 또는 C1-C6 알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체, 바람직하게는 TAIMATA를 상기 개구부가 형성된 절연층 상에 도입하도록 한다. To this end, first, to form an insulating layer on the substrate. A predetermined portion of the insulating layer is etched to expose the substrate surface and to form an opening having a predetermined aspect ratio. Tantalum amine derivatives represented by the formula Ta (NR 1 ) (NR 2 R 3 ) 3 , wherein R 1 , R 2 R 3 are the same or different from each other as H or C 1 -C 6 alkyl groups, preferably The TAIMATA is introduced onto the insulating layer in which the opening is formed.

반응 물질의 일부를 상기 개구부가 형성된 절연층 상에 화학적으로 흡착시키고 이후, 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 개구부가 형성된 절연층으로부터 제거시키도록 한다. 이후, 기판상에 반응 가스를 도입하여 상기 화학적으로 흡착된 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하도록 한다. 상술한 단계를 적어도 한번 반복하여 개구부가 형성된 절연층상에 TaN 박막을 형성하도록 한다. 상기 원자층 적층 방법을 반복적으로 수행함으로써 원자층이 소정의 두께를 갖는 TaN 박막으로 형성된다. 박막의 두께는 상기 단계의 반복 회수에 따라 차이가 있다. 결국, 상기 단계의 반복 회수를 조절함으로써 박막 두께를 정확하게 제어할 수 있다. 또한, 상기 박막 형성이 원자층 적층 방법을 이용하기 때문에 양호한 스텝 커버리지를 갖는 박막을 형성할 수 있다. A portion of the reaction material is chemically adsorbed on the insulating layer in which the opening is formed, and then, a reaction material that does not chemically adsorb in the reaction material is removed from the insulating layer in which the opening is formed. Thereafter, a reaction gas is introduced onto the substrate to remove elements having ligand bonds included in the chemically adsorbed reaction material from the reaction material to form a solid material containing TaN. The above-described steps are repeated at least once to form the TaN thin film on the insulating layer having the opening. By repeatedly performing the atomic layer deposition method, the atomic layer is formed into a TaN thin film having a predetermined thickness. The thickness of the thin film depends on the number of repetitions of the step. As a result, the thickness of the thin film can be accurately controlled by adjusting the number of repetitions of the above steps. In addition, since the thin film formation uses the atomic layer deposition method, a thin film having good step coverage can be formed.

상기 반응 가스로서는 H2, NH3, SiH4, Si2H6 등이 사용될 수 있으며 바람직한 온도 범위는 100∼350℃ 범위이다. 또한 상기 반응 물질과 함께 Ar, He, N2 등의 불활성 가스를 혼합하여 적용하는 것이 바람직하다. As the reaction gas, H 2 , NH 3 , SiH 4 , Si 2 H 6, etc. may be used, and a preferable temperature range is in the range of 100 to 350 ° C. In addition, it is preferable to apply a mixture of an inert gas such as Ar, He, N 2 with the reaction material.

또한 상기 개구부가 매우 큰 어스펙트비를 갖는 경우에도 본 발명이 용이하게 적용 가능하여 어스펙트비가 10:1 이상인 경우에도 매우 우수한 스텝 커버리지를 갖는 박막이 용이하게 형성가능하다. 그리고 상기 TaN 박막은 개구부를 갖는 절연층 패턴상에 뿐 아니라 기판상에 형성된 다층 배선 구조물 상에도 용이하게 적용할 수 있음이 물론이다.In addition, even when the opening has a very large aspect ratio, the present invention can be easily applied, and even when the aspect ratio is 10: 1 or more, a thin film having very excellent step coverage can be easily formed. In addition, the TaN thin film may be easily applied not only on an insulating layer pattern having an opening but also on a multilayer wiring structure formed on a substrate.

이하, CVD-TaN 방식을 적용하여 TaN 박막을 형성하는 방식을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of forming a TaN thin film by applying the CVD-TaN method will be described.

먼저, 기판상에 절연층을 형성하도록 한다. 이후 절연층의 소정 부위를 식각하여 상기 기판 표면이 노출되는 개구부를 형성하도록 한다. 반응 물질로서 화학식 Ta(NR1)(NR2R3)3(여기서 R1, R2 R3 는 H 또는 C1-C6 알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체 및 H2, NH3, SiH4 및 Si2H 6 중 적어도 하나의 반응 가스를 혼합하여 상기 개구부가 형성된 절연층상에 TaN 박막을 증착하도록 한다. First, an insulating layer is formed on a substrate. Thereafter, a predetermined portion of the insulating layer is etched to form an opening through which the surface of the substrate is exposed. Tantalum amine derivatives and H 2 represented by the formula Ta (NR 1 ) (NR 2 R 3 ) 3 , wherein R 1 , R 2 R 3 are the same or different from each other as H or a C 1 -C 6 alkyl group and to deposit a TaN thin film on the insulating NH 3, SiH 4 and Si 2 H 6 are mixed at least one reaction gas wherein the opening of the formed layer.

상기 증착 공정은 100∼350℃의 온도 범위에서 수행되는 것이 바람직하며, 반응 물질과 함께 Ar, He, N2 등의 불활성 가스를 혼합하는 것이 가능하다. 또한 상기 개구부의 어스펙트비가 10:1 이상인 경우에도 본 발명의 방법을 용이하게 적용 할 수 있다. The deposition process is preferably carried out at a temperature range of 100 ~ 350 ℃, it is possible to mix an inert gas such as Ar, He, N 2 with the reaction material. In addition, the method of the present invention can be easily applied even when the aspect ratio of the opening is 10: 1 or more.

도 7a 내지 7c는 기판상에 형성된 개구부를 갖는 절연층상에 TaN 박막을 형성하는 방법을 나타낸 단면도들이다. 7A to 7C are cross-sectional views illustrating a method of forming a TaN thin film on an insulating layer having an opening formed on a substrate.

도 7a를 참고하면, 반도체 공정에 사용되는 실리콘 기판 등과 같은 기판상(50)에 산화물 등으로 절연층(52)을 형성하도록 한다. Referring to FIG. 7A, an insulating layer 52 is formed of an oxide or the like on a substrate 50 such as a silicon substrate used in a semiconductor process.

도 7b를 참고하면, 포토리소그라피 공정을 이용하여 상기 절연층(52)의 일부를 식각함으로써 소정의 어스펙트비를 갖는 개구부를 포함하는 절연층 패턴(52a)을 형성한다.Referring to FIG. 7B, an insulating layer pattern 52a including an opening having a predetermined aspect ratio is formed by etching a portion of the insulating layer 52 using a photolithography process.

도 7c를 참고하면, 상기 개구부를 포함하는 절연층 패턴(52a)상에 상술한 ALD-TaN 방식 또는 CVD-TaN 방식을 이용하여 TaN 박막(54)을 형성하도록 한다.Referring to FIG. 7C, the TaN thin film 54 is formed on the insulating layer pattern 52a including the opening by using the ALD-TaN method or the CVD-TaN method.

도 8에는 소정의 어스펙트비를 갖는 개구부를 갖는 절연층상에 TAIMATA소스에 반응 가스로서 NH3를 동시에 공급하면서 ALD 방식으로 증착하여 형성된 TaN 박막의 스텝 커버리지를 보여주는 SEM 사진을 나타내었다. 퍼지 가스로서는 수소 1000 sccm 및 Ar 500 sccm의 혼합 가스를 사용하였고 TAIMATA의 캐리어 가스로서는 Ar 가스를 100sccm 유량으로 사용하였다. 반응 가스로서 NH3는 600sccm의 유량으로 주입하였다. FIG. 8 shows a SEM photograph showing the step coverage of a TaN thin film formed by ALD deposition while simultaneously supplying NH 3 as a reaction gas to a TAIMATA source on an insulating layer having an opening having a predetermined aspect ratio. A mixed gas of hydrogen 1000 sccm and Ar 500 sccm was used as the purge gas, and Ar gas was used at a flow rate of 100 sccm as a carrier gas of TAIMATA. NH 3 as the reaction gas was injected at a flow rate of 600 sccm.

콘택홀의 상부(top)와 저부(bottom) 모두 두께가 ∼250Å 이고, 콘택홀 상부(top) 의 CD가 250nm, 단차가 25000Å 으로서 어스펙트비가 ∼10 이다. 도면으로부터 형성된 박막은 100%에 가까운 스텝 커버리지 특성이 얻어짐을 확인할 수 있 다. Both the top and bottom of the contact hole have a thickness of ˜250 Pa, the CD of the top of the contact hole is 250 nm, and the step is 25000 Pa. The aspect ratio is ˜10. The thin film formed from the figure can be seen that the step coverage characteristics close to 100% is obtained.

도 8에 나타난 사진은 ALD 방식에 의해 형성된 박막에 대한 사진이다. ALD-TaN 방식과 CVD-TaN 방식에 의해 형성된 박막의 특성을 비교하기 위하여 동일한 타겟에 동일한 두께의 박막을 형성한 후 이의 성분을 분석하였다. 결과를 하기 표 1에 나타낸다.The photo shown in Figure 8 is a photograph of the thin film formed by the ALD method. In order to compare the characteristics of the thin films formed by the ALD-TaN method and the CVD-TaN method, a thin film having the same thickness was formed on the same target and then its components were analyzed. The results are shown in Table 1 below.

CVD-TaNCVD-TaN ALD-TaNALD-TaN Ta(%)Ta (%) 31.931.9 36.236.2 N(%)N (%) 36.536.5 54.754.7 O(%)O (%) 24.824.8 5.65.6 C(%)C (%) 6.86.8 3.53.5 N/TaN / Ta 1.1441.144 1.5111.511

표 1로 부터 ALD 방식에 의해 형성된 박막에서 불순물의 함량이 낮다는 것을 확인할 수 있다. 이상의 실시예에서와 같이 TAIMATA 소스를 이용하여 증착 공정을 수행하는 것에 의해 파티클 없이 높은 증착 속도를 가지며 우수한 스텝 커버리지를 가지는 TaN 박막을 제조할 수 있다. 또한 CVD 방식이나 ALD 방식 모두 적용 가능하지만 ALD 방식에 의한 박막 특성이 약간 더 우수함을 확인할 수 있다. From Table 1 it can be seen that the content of impurities in the thin film formed by the ALD method is low. As described above, by performing the deposition process using the TAIMATA source, a TaN thin film having a high deposition rate and excellent step coverage without particles may be manufactured. In addition, although both CVD and ALD can be applied, it can be seen that the thin film characteristics by the ALD method are slightly better.

이상과 같이 본 발명에서는 새로운 탄탈륨 전구체를 새로운 방식으로 도입하여 증착 공정을 수행함으로써 스텝 커버리지와 갭필 능력이 향상된 박막의 형성이 구현될 수 있다. As described above, in the present invention, the formation of a thin film having improved step coverage and gap fill capability may be realized by introducing a new tantalum precursor in a new manner to perform a deposition process.

또한, 본 발명에서 사용하는 탄탈륨 전구체는 염소와 같은 할로겐 불순물을 포함하지 않으며 액체 상태로 사용할 수 있어서 공정의 수행중 파티클을 발생시키 지 않으며 낮은 온도에서도 높은 증기압을 가지고 있어서 증착 속도가 양호하다. 이로 인하여 생산성이 증가되고 수율이 향상될 것이 기대된다.In addition, the tantalum precursor used in the present invention does not contain a halogen impurity such as chlorine and can be used in a liquid state so that particles are not generated during the performance of the process and have a high vapor pressure even at low temperature, so that the deposition rate is good. This is expected to increase productivity and improve yield.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

Claims (37)

a) 반응 물질로서 터셔리아밀이미도-트리스-디메틸아미도탄탈륨 (Ta(NC(CH3)2C2H5)(N(CH3)2)3)을 기판 상에 도입하는 단계;a) introducing teriamilimido-tris-dimethylamidotantalum (Ta (NC (CH 3 ) 2 C 2 H 5 ) (N (CH 3 ) 2 ) 3 ) as a reactant on the substrate; b) 상기 반응 물질의 일부를 상기 기판 상에 화학적으로 흡착시키는 단계;b) chemically adsorbing a portion of the reactant onto the substrate; c) 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 기판으로부터 제거시키는 단계; 및c) removing from the substrate a reactant that is not chemically adsorbed in the reactant; And d) 상기 기판상에 반응 가스를 도입하여 상기 화학적으로 흡착된 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 고체 물질을 형성하는 단계를 포함하는 원자층 적층(ALD; atomic layer deposition) 방법.d) introducing an reactant gas onto the substrate to remove elements having ligand bonds included in the chemically adsorbed reactant from the reactant to form a solid material (ALD; atomic layer) deposition method. 제1항에 있어서, 상기 원자층 적층은 열적 원자층 적층(thermal ALD) 또는 리모트 플라즈마(remote plasma)를 이용하는 라디칼 보조 원자층 적층(radical assisted ALD)인 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법. The method of claim 1, wherein the atomic layer stack is a radical assisted ALD stack using thermal ALD or remote plasma. 제1항에 있어서, 상기 반응 물질은 액체 상태로 도입되는 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.The method of claim 1, wherein the reactant material is introduced in a liquid state. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 화학적으로 흡착되지 않은 반응 물질은 불활성 가스를 사용하여 제거하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.The method of claim 1, wherein the chemically non-adsorbed reactant is removed using an inert gas. 제5항에 있어서, 상기 불활성 가스는 Ar, He 또는 N2인 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법. The method of claim 5, wherein the inert gas is Ar, He, or N 2 . 제1항에 있어서, 상기 반응 가스는 H2, NH3, SiH4 및 Si2H6 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법. The method of claim 1, wherein the reaction gas is at least one selected from the group consisting of H 2 , NH 3 , SiH 4, and Si 2 H 6 . 제1항에 있어서, 상기 반응 가스는 활성화시킨 H2, NH3, SiH4 및 Si2 H6로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.The method of claim 1, wherein the reaction gas is at least one selected from the group consisting of activated H 2 , NH 3 , SiH 4, and Si 2 H 6 . 제8항에 있어서, 상기 활성화는 리모트 플라즈마 방식에 의한 것임을 특징을 하는 원자층 적층 방법.The method of claim 8, wherein the activation is by a remote plasma method. 제1항에 있어서, 상기 고체 물질은 TaN인 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법. The method of claim 1, wherein the solid material is TaN. 제1항에 있어서, 상기 a)-d) 단계는 100∼350℃ 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법. The method of claim 1, wherein the steps a) -d) are performed at a temperature in the range of 100 to 350 ° C. a) 반응 물질로서 터셔리아밀이미도-트리스-디메틸아미도탄탈륨 (Ta(NC(CH3)2C2H5)(N(CH3)2)3)을 기판 상에 도입하는 단계;a) introducing teriamilimido-tris-dimethylamidotantalum (Ta (NC (CH 3 ) 2 C 2 H 5 ) (N (CH 3 ) 2 ) 3 ) as a reactant on the substrate; b) 상기 반응 물질의 일부를 상기 기판 상에 화학적으로 흡착시키는 단계;b) chemically adsorbing a portion of the reactant onto the substrate; c) 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 기판으로부터 제거시키는 단계; c) removing from the substrate a reactant that is not chemically adsorbed in the reactant; d) 상기 기판상에 반응 가스를 도입하여 상기 화학적으로 흡착된 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하는 단계; 및d) introducing a reactant gas onto the substrate to remove elements having ligand bonds included in the chemically adsorbed reactant from the reactant to form a solid material containing TaN; And (e) 상기 a)-d) 단계를 적어도 한번 반복하여 상기 고체 물질을 TaN 박막으로 형성하는 단계를 포함하는 원자층 적층(ALD; atomic layer deposition)을 이용한 박막 형성 방법.(e) repeating steps a) -d) at least once to form the solid material into a TaN thin film. 삭제delete 제12항에 있어서, 상기 반응 가스는 H2, NH3, SiH4 및 Si2H 6로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법. The method of claim 12, wherein the reaction gas is at least one selected from the group consisting of H 2 , NH 3 , SiH 4, and Si 2 H 6 . 제12항에 있어서, 상기 방법은 100∼350℃ 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법. The method of claim 12, wherein the method is performed at a temperature in the range of 100 to 350 ° C. 13. 제12항에 있어서, 상기 화학적으로 흡착되지 않은 반응 물질은 Ar, He 및 N2로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 불활성 가스를 사용하여 제거하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.The method of claim 12, wherein the chemically non-adsorbed reactant is removed using at least one inert gas selected from the group consisting of Ar, He, and N 2 . a) 기판상에 절연층을 형성하는 단계;a) forming an insulating layer on the substrate; b) 상기 절연층의 소정 부위를 식각하여 상기 기판 표면이 노출되는 개구부를 형성하는 단계;b) etching a portion of the insulating layer to form an opening through which the surface of the substrate is exposed; c) 반응 물질로서 터셔리아밀이미도-트리스-디메틸아미도탄탈륨 (Ta(NC(CH3)2C2H5)(N(CH3)2)3)을 상기 개구부가 형성된 절연층 상에 도입하는 단계;c) Teriamilimido-tris-dimethylamidotantalum (Ta (NC (CH 3 ) 2 C 2 H 5 ) (N (CH 3 ) 2 ) 3 ) as a reaction material on the insulating layer formed with the opening Introducing; d) 상기 반응 물질의 일부를 상기 개구부가 형성된 절연층 상에 화학적으로 흡착시키는 단계;d) chemically adsorbing a portion of the reactant material on the insulating layer in which the opening is formed; e) 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 개구부가 형성된 절연층으로부터 제거시키는 단계; e) removing a reaction material that is not chemically adsorbed from the reaction material from the insulating layer in which the opening is formed; f) 상기 기판상에 반응 가스를 도입하여 상기 화학적으로 흡착된 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하는 단계; 및f) introducing a reactant gas onto the substrate to remove elements having ligand bonds included in the chemically adsorbed reactant from the reactant to form a solid material containing TaN; And (g) 상기 c)-f) 단계를 적어도 한번 반복하여 상기 개구부가 형성된 절연층상에 TaN 박막을 형성하는 단계를 포함하는 원자층 적층(ALD; atomic layer deposition)을 이용한 박막 형성 방법.(g) repeating steps c) -f) at least once to form a TaN thin film on the insulating layer on which the opening is formed. A method of forming a thin film using atomic layer deposition (ALD). 삭제delete 제17항에 있어서, 상기 반응 가스는 H2, NH3, SiH4 및 Si2H 6로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법. The method of claim 17, wherein the reaction gas is at least one selected from the group consisting of H 2 , NH 3 , SiH 4, and Si 2 H 6 . 제17항에 있어서, 상기 방법은 100∼350℃ 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법. The method of claim 17, wherein the method is performed at a temperature in the range of 100 to 350 ° C. 18. 제17항에 있어서, 상기 화학적으로 흡착되지 않은 반응 물질은 Ar, He 및 N2로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 불활성 가스를 사용하여 제거하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.The method of claim 17, wherein the chemically non-adsorbed reactant is removed using at least one inert gas selected from the group consisting of Ar, He, and N 2 . 제17항에 있어서, 상기 개구부의 어스펙트비는 적어도 10:1 인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법. 18. The method of claim 17, wherein the aspect ratio of the opening is at least 10: 1. 반응 물질로서 터셔리아밀이미도-트리스-디메틸아미도탄탈륨 (Ta(NC(CH3)2C2H5)(N(CH3)2)3) 및 H2, NH3, SiH4 및 Si2H6로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 반응 가스를 혼합하는 단계; 및 Teriamilimido-tris-dimethylamidotantalum (Ta (NC (CH 3 ) 2 C 2 H 5 ) (N (CH 3 ) 2 ) 3 ) and H 2 , NH 3 , SiH 4 and Si as reactants Mixing at least one reaction gas selected from the group consisting of 2 H 6 ; And 상기 혼합된 가스들을 기판 상에 도입함으로서 화학 기상 증착법을 통해 상기 기판 상에 박막을 증착하는 단계를 포함하는 박막 형성 방법.Depositing a thin film on the substrate by chemical vapor deposition by introducing the mixed gases onto the substrate. 삭제delete 삭제delete 제23항에 있어서, 상기 증착이 열적 화학 기상 증착(thermal CVD) 또는 플라 즈마 증대 화학 기상 증착(PECVD; plasma enhaced CVD) 방식인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.24. The method of claim 23, wherein the deposition is thermal CVD or plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). 제23항에 있어서, 상기 반응 물질과 함께 불활성 가스를 혼합하여 증착하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법. 24. The method of claim 23, wherein an inert gas is mixed with the reactant to be deposited. 제27항에 있어서, 상기 불활성 가스가 Ar, He 및 N2로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법. The method of claim 27, wherein the inert gas is at least one selected from the group consisting of Ar, He, and N 2 . 제23항에 있어서, 상기 반응 가스는 활성화시킨 H2, NH3, SiH4 및 Si2 H6로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.The method of claim 23, wherein the reaction gas is at least one selected from the group consisting of activated H 2 , NH 3 , SiH 4, and Si 2 H 6 . 제29항에 있어서, 상기 활성화는 리모트 플라즈마 방식에 의한 것임을 특징을 하는 박막 형성 방법.30. The method of claim 29, wherein the activation is by a remote plasma method. 제23항에 있어서, 상기 박막은 TaN 막인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법. 24. The method of claim 23, wherein said thin film is a TaN film. 제23항에 있어서, 상기 증착 단계는 100∼550℃ 온도 범위에서 수행되는 것 을 특징으로 하는 박막 형성 방법.The method of claim 23, wherein the depositing step is performed at a temperature in a range of 100 to 550 ° C. 24. 제23항에 있어서, 상기 증착 단계는 150∼300℃ 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법. 24. The method of claim 23, wherein the depositing step is performed at a temperature in the range of 150 to 300 ° C. a) 기판상에 절연층을 형성하는 단계;a) forming an insulating layer on the substrate; b) 상기 절연층의 소정 부위를 식각하여 상기 기판 표면이 노출되는 개구부를 형성하는 단계; 및b) etching a portion of the insulating layer to form an opening through which the surface of the substrate is exposed; And c) 반응 물질로서 터셔리아밀이미도-트리스-디메틸아미도탄탈륨 (Ta(NC(CH3)2C2H5)(N(CH3)2)3) 및 H2, NH3, SiH4 및 Si2H6로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 반응 가스를 혼합하여 상기 개구부가 형성된 절연층상에 TaN 박막을 증착하는 단계를 포함하는 박막 형성 방법.c) teriamilimido-tris-dimethylamidotantalum (Ta (NC (CH 3 ) 2 C 2 H 5 ) (N (CH 3 ) 2 ) 3 ) and H 2 , NH 3 , SiH 4 as reactants; And depositing a TaN thin film on the insulating layer on which the opening is formed by mixing at least one reaction gas selected from the group consisting of Si 2 H 6 . 제34항에 있어서, 상기 방법은 100∼350℃ 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법. 35. The method of claim 34, wherein the method is performed at a temperature in the range of 100 to 350 ° C. 제34항에 있어서, 상기 반응 물질과 함께 Ar, He 및 N2로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 불활성 가스를 혼합하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방 법.35. The method of claim 34, wherein at least one inert gas selected from the group consisting of Ar, He, and N 2 is mixed with the reactant. 제34항에 있어서, 상기 개구부의 어스펙트비는 적어도 10:1 인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.35. The method of claim 34 wherein the aspect ratio of the openings is at least 10: 1.
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