KR100675893B1 - Method of fabricating HfZrO layer using atomic layer deposition - Google Patents

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Abstract

본 발명의 원자층증착(ALD)방법을 이용한 하프늄지르코늄옥사이드(Hf1-xZrxO2)막 형성방법은, 웨이퍼가 배치되는 플레이트와, 상기 플레이트 위에서 회전가능하면서 상호 대칭되도록 배치되는 제1 및 제3 가스분사노즐과 제2 및 제4 가스분사노즐을 구비하는 원자층증착설비를 이용하여 수행하며, 제1 소스가스공급단계, 제1 퍼징단계, 제2 소스가스공급단계 및 제2 퍼징단계를 포함한다. 제1 소스가스공급단계에서는, 제1 및 제3 가스분사노즐을 통해 각각 하프늄 소스가스와 지르코늄 소스가스를 공급한다. 제1 퍼징단계에서는, 제1, 제2, 제3 및 제4 가스분사노즐을 회전시킨 상태에서, 제1, 제2, 제3 및 제4 가스분사노즐을 통해 퍼지가스를 공급한다. 상기 제2 소스가스공급단계에서는, 제1, 제2, 제3 및 제4 가스분사노즐을 회전시킨 상태에서, 제2 및 제4 가스분사노즐을 통해 산소 소스가스를 공급한다. 그리고 제2 퍼징단계에서는, 제1, 제2, 제3 및 제4 가스분사노즐을 회전시킨 상태에서, 제1, 제2, 제3 및 제4 가스분사노즐을 통해 퍼지가스를 공급한다.The method for forming a hafnium zirconium oxide (Hf 1-x Zr x O 2 ) film using the atomic layer deposition (ALD) method of the present invention includes a plate on which a wafer is disposed, and a first rotatable and symmetrical arrangement on the plate. And an atomic layer deposition apparatus having a third gas injection nozzle and second and fourth gas injection nozzles, the first source gas supplying step, the first purging step, the second source gas supplying step, and the second purging step. Steps. In the first source gas supplying step, hafnium source gas and zirconium source gas are supplied through the first and third gas injection nozzles, respectively. In the first purging step, the purge gas is supplied through the first, second, third and fourth gas injection nozzles while the first, second, third and fourth gas injection nozzles are rotated. In the second source gas supplying step, the oxygen source gas is supplied through the second and fourth gas injection nozzles while the first, second, third and fourth gas injection nozzles are rotated. In the second purging step, the purge gas is supplied through the first, second, third and fourth gas injection nozzles while the first, second, third and fourth gas injection nozzles are rotated.

하프늄지르코늄옥사이드(Ｈｆ₁­хＺｒхＯ₂), 원자층증착(ALD), 회전 인젝터 Hafnium zirconium oxide (Hｆ₁­хＺｒхＯ₂), atomic layer deposition (ALD), rotary injector

Description

원자층증착방법을 이용한 하프늄지르코늄옥사이드막 형성방법{Method of fabricating HfZrO layer using atomic layer deposition}Hafnium zirconium oxide film formation method using atomic layer deposition method {Method of fabricating HfZrO layer using atomic layer deposition}

도 1은 종래의 원자층증착방법을 이용한 하프늄지르코늄옥사이드막 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.1 is a view showing for explaining a hafnium zirconium oxide film forming method using a conventional atomic layer deposition method.

도 2는 본 발명에 따른 원자층증착방법을 이용한 하프늄지르코늄옥사이드막 형성방법의 한 사이클을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.FIG. 2 is a view illustrating one cycle of a method for forming a hafnium zirconium oxide film using the atomic layer deposition method according to the present invention.

도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 원자층증착방법을 이용한 하프늄지르코늄옥사이드막 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.3 to 6 are views showing to explain a method for forming a hafnium zirconium oxide film using the atomic layer deposition method according to the present invention.

본 발명은 반도체소자의 고유전체막 형성방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원자층증착방법을 이용한 하프늄지르코늄옥사이드(Hf1-xZrxO2)막 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a high dielectric film of a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a hafnium zirconium oxide (Hf 1-x Zr x O 2 ) film using an atomic layer deposition method.

반도체소자의 집적도가 증가함에 따라, 적은 면적에서도 동일한 정전용량(capacitance)을 확보할 수 있는 커패시터를 형성하는 것이 시급한 과제로 대두되 고 있으며, 이에 따라 높은 유전율을 갖는 물질을 커패시터의 유전체막으로 채용하고자 하는 시도가 활발하게 이루어지고 있다. 최근 커패시터의 유전체막으로 채용되는 물질들 중의 하나가 하프늄옥사이드(HfO2)막이다. 그러나 하프늄옥사이드(HfO2)막의 유전율보다 더 높은 유전율을 갖는 물질에 대한 수요가 계속 이루어지고, 이 과정에서 최근에는 지르코늄옥사이드(ZrO2)막을 커패시터의 유전체막으로 사용하기 위한 시도가 진행되고 있다.As the degree of integration of semiconductor devices increases, it is an urgent task to form a capacitor capable of securing the same capacitance even in a small area. Accordingly, a material having a high dielectric constant is used as the dielectric film of the capacitor. Attempts are being made actively. One of the materials recently employed as a dielectric film of a capacitor is a hafnium oxide (HfO 2 ) film. However, there is a continuing demand for a material having a dielectric constant higher than that of a hafnium oxide (HfO 2 ) film. In this process, an attempt has been made to use a zirconium oxide (ZrO 2 ) film as a dielectric film of a capacitor.

지르코늄옥사이드(ZrO2)막은 하프늄옥사이드(HfO2)막보다 1.3배 이상의 높은 유전율을 갖고 있다. 그러나 지르코늄옥사이드(ZrO2)막을 단일막으로 사용할 경우, 누설전류가 증가하여 소자의 특성을 열화시키는 단점을 갖고 있는 것으로 알려져 있다. 이에 따라 최근에는 지르코늄옥사이드(ZrO2)막과 하프늄옥사이드(HfO2)막을 혼합하여 하프늄옥사이드(HfO2)막의 단일막보다는 높은 유전율을 가지면서 누설전류특성을 개선시킨 하프늄지르코늄옥사이드(Hf1-xZrxO2)막에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 통상적으로 하프늄지르코늄옥사이드(Hf1-xZrxO2)막은 원자층증착(ALD; Atomic Layer Deposition)방법을 사용하여 형성한다.Zirconium oxide (ZrO 2 ) film has a dielectric constant 1.3 times higher than that of hafnium oxide (HfO 2 ) film. However, when a zirconium oxide (ZrO 2 ) film is used as a single film, it is known to have a disadvantage in that the leakage current increases to deteriorate device characteristics. Accordingly, recently, zirconium oxide (ZrO 2) film and a hafnium oxide (HfO 2) mixing the hafnium oxide (HfO 2) film, a single layer rather than that of As improve the leakage current characteristics of a high dielectric constant hafnium zirconium oxide (Hf 1-x film Research on Zr x O 2 ) film is being actively conducted. Typically, a hafnium zirconium oxide (Hf 1-x Zr x O 2 ) film is formed using an atomic layer deposition (ALD) method.

도 1은 종래의 원자층증착방법을 이용한 하프늄지르코늄옥사이드막 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.1 is a view showing for explaining a hafnium zirconium oxide film forming method using a conventional atomic layer deposition method.

도 1을 참조하면, 하프늄지르코늄옥사이드(Hf1-xZrxO2)막을 형성하고자 하는 반도체기판을 원자층증착용 반응챔버에 로딩시킨다. 그리고 제1 시점(t1)부터 제2 시점(t2)에 이르기까지 하프늄(Hf) 소스가스를 공급하는 단계와, 퍼지가스를 공급하는 단계와, 산화제를 공급하는 단계와, 그리고 퍼지가스를 공급하는 단계를 순차적으로 수행한다. 다음에 제2 시점(t2)부터 제3 시점(t3)에 이르기까지 지르코늄(Zr) 소스가스를 공급하는 단계와, 퍼지가스를 공급하는 단계와, 산화제를 공급하는 단계와, 그리고 퍼지가스를 공급하는 단계를 순차적으로 수행한다.Referring to FIG. 1, a semiconductor substrate on which a hafnium zirconium oxide (Hf 1-x Zr x O 2 ) film is to be formed is loaded into an atomic layer deposition reaction chamber. And supplying a hafnium (Hf) source gas from a first time point t1 to a second time point t2, supplying a purge gas, supplying an oxidant, and supplying a purge gas. Perform the steps sequentially. Next, supplying the zirconium (Zr) source gas from the second time point t2 to the third time point t3, supplying a purge gas, supplying an oxidant, and supplying a purge gas The steps are performed sequentially.

그런데 이와 같은 종래의 원자층증착방법을 이용한 하프늄지르코늄옥사이드(Hf1-xZrxO2)막 형성방법에 있어서, 원자층 단위의 하프늄옥사이드(HfO2)막을 형성하기 위하여 제1 시점(t1)에서 제2 시점(t2)까지의 시간이 소요되며, 마찬가지로 원자층 단위의 지르코늄옥사이드(ZrO2)막을 형성하기 위하여 제2 시점(t2)에서 제3 시점(t3)까지의 시간이 소요된다. 특히 하프늄옥사이드(HfO2)막과 지르코늄옥사이드(ZrO2)막을 형성하는 사이클(cycle)이 각각 별개로 이루어져서 한 개의 웨이퍼상에 하프늄지르코늄옥사이드(Hf1-xZrxO2)막을 형성하는데 많은 시간이 소요된다는 단점이 나타나며, 이에 따라 수율이 저하된다는 문제가 발생한다.However, in the method of forming a hafnium zirconium oxide (Hf 1-x Zr x O 2 ) film using the conventional atomic layer deposition method, the first time point t1 to form a hafnium oxide (HfO 2 ) film in atomic layer units. It takes time from the second time point t2 to, and similarly, it takes time from the second time point t2 to the third time point t3 to form a zirconium oxide (ZrO 2 ) film in atomic layer units. In particular, a cycle for forming a hafnium oxide (HfO 2 ) film and a zirconium oxide (ZrO 2 ) film is separately performed, so that a lot of time is required to form a hafnium zirconium oxide (Hf 1-x Zr x O 2 ) film on one wafer. This disadvantage occurs, which causes a problem that the yield is lowered.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 회전 인젝터를 구비한 원자층증착장비를 사용하여 수율을 증대시킬 수 있는 원자층증착방법을 이용한 하프늄지르코늄옥사이드(Hf1-xZrxO2)막 형성방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for forming a hafnium zirconium oxide (Hf 1-x Zr x O 2 ) film using an atomic layer deposition method capable of increasing yields using an atomic layer deposition apparatus equipped with a rotary injector. To provide.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 원자층증착방법을 이용한 하프늄지르코늄옥사이드(Hf1-xZrxO2)막 형성방법은, 웨이퍼가 배치되는 플레이트와, 상기 플레이트 위에서 회전가능하면서 상호 대칭되도록 배치되는 제1 및 제3 가스분사노즐과 제2 및 제4 가스분사노즐을 구비하는 원자층증착설비를 이용한 하프늄지르코늄옥사이드막 형성방법에 있어서, 상기 제1 및 제3 가스분사노즐을 통해 각각 하프늄 소스가스와 지르코늄 소스가스를 공급하고, 상기 제2 및 제4 가스분사노즐을 통해 퍼지가스를 플로우시키는 제1 소스가스공급단계; 상기 제1 소스가스공급단계 후에 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 가스분사노즐을 회전시킨 상태에서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 가스분사노즐을 통해 퍼지가스를 공급하는 제1 퍼징단계; 상기 제1 퍼징단계 후에 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 가스분사노즐을 회전시킨 상태에서, 상기 제2 및 제4 가스분사노즐을 통해 산소 소스가스를 공급하고, 상기 제1 및 제3 가스분사노즐을 통해 퍼지가스를 플로우시키는 제2 소스가스공급단계; 및 상기 제2 소스가스공급단계 후에 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 가스분사노즐을 회전시킨 상태에서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 가스분사노즐을 통해 퍼지가스를 공급하는 제2 퍼징단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a method of forming a hafnium zirconium oxide (Hf 1-x Zr x O 2 ) film using the atomic layer deposition method according to the present invention, the plate on which the wafer is disposed, and rotatable and mutually In the method for forming a hafnium zirconium oxide film using an atomic layer deposition apparatus having a first and a third gas spray nozzle and a second and fourth gas spray nozzle disposed symmetrically, the first and third gas spray nozzles Supplying a hafnium source gas and a zirconium source gas, respectively, and supplying a purge gas through the second and fourth gas injection nozzles; The purge gas is supplied through the first, second, third and fourth gas injection nozzles while the first, second, third and fourth gas injection nozzles are rotated after the first source gas supplying step. A first purging step; After the first purging step, the oxygen source gas is supplied through the second and fourth gas injection nozzles while the first, second, third and fourth gas injection nozzles are rotated. A second source gas supplying step of flowing purge gas through the three gas injection nozzles; And purging the gas through the first, second, third and fourth gas injection nozzles while rotating the first, second, third and fourth gas injection nozzles after the second source gas supplying step. And a second purging step of supplying.

상기 제1 소스가스공급단계는, TEMAHf[Hf(NEtMe)4], TDMAHf[Hf(NMe2)4] 및 TDEAHf[Hf(NEt2)4] 중 적어도 어느 하나를 포함하는 전구체를 25 내지 150℃ 온도의 버블러 및 캐리어가스를 이용하여 100 내지 3000sccm의 양으로 상기 제1 가스공급 노즐을 통해 공급하여 수행할 수 있다.The first source gas supplying step may include a precursor including at least one of TEMAHf [Hf (NEtMe) 4 ], TDMAHf [Hf (NMe 2 ) 4 ], and TDEAHf [Hf (NEt 2 ) 4 ] at 25 to 150 ° C. By using the bubbler and the carrier gas of the temperature may be carried out by supplying through the first gas supply nozzle in an amount of 100 to 3000sccm.

상기 제1 소스가스공급단계는, TEMAZr[Zr(NEtMe)4]를 포함하는 전구체를 25 내지 150℃ 온도의 버블러 및 캐리어가스를 이용하여 100 내지 3000sccm의 양으로 상기 제3 가스공급노즐을 통해 공급하여 수행할 수 있다.The first source gas supplying step is performed through the third gas supply nozzle using a precursor containing TEMAZr [Zr (NEtMe) 4 ] in an amount of 100 to 3000sccm using a bubbler and a carrier gas at a temperature of 25 to 150 ° C. It can be done by supply.

상기 캐리어가스는 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N2) 가스인 것이 바람직하다.The carrier gas is preferably an argon (Ar) gas or a nitrogen (N 2 ) gas.

상기 제2 소스가스공급단계는, 1000 내지 5000sccm의 양의 수증기(H2O), 산소(O2) 가스 또는 오존(O3) 가스를 상기 산소 소스가스로 사용하여 수행할 수 있다.The second source gas supplying step may be performed using water (H 2 O), oxygen (O 2 ) gas or ozone (O 3 ) gas in an amount of 1000 to 5000 sccm as the oxygen source gas.

이 경우, 상기 오존(O3) 가스는 150 내지 300g/㎥의 농도를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.In this case, the ozone (O 3 ) gas is preferably maintained to a concentration of 150 to 300g / ㎥.

상기 제1 퍼징단계 및 제2 퍼징단계는 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N2) 가스를 100 내지 5000sccm 공급하여 수행할 수 있다.The first purging step and the second purging step may be performed by supplying argon (Ar) gas or nitrogen (N 2 ) gas from 100 to 5000 sccm.

상기 제1, 제2, 제3 및 제4 가스공급노즐은 5 내지 120rpm의 속도로 회전하는 것이 바람직하다.Preferably, the first, second, third and fourth gas supply nozzles rotate at a speed of 5 to 120 rpm.

본 발명에 있어서, 상기 제1 소스가스공급단계, 제1 퍼징단계, 제2 소스가스공급단계 및 제2 퍼징단계를 수행하는 동안, 상기 플레이트는 200 내지 450℃의 온도가 유지되도록 하고, 상기 원자층증착설비내의 압력은 0.01 내지 1 torr가 유지되도록 하는 것이 바람직하다.In the present invention, during the first source gas supply step, the first purging step, the second source gas supply step and the second purging step, the plate is maintained at a temperature of 200 to 450 ℃, the atomic The pressure in the layer deposition equipment is preferably maintained to 0.01 to 1 torr.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below.

도 2는 본 발명에 따른 원자층증착방법을 이용한 하프늄지르코늄옥사이드막 형성방법의 한 사이클을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.FIG. 2 is a view illustrating one cycle of a method for forming a hafnium zirconium oxide film using the atomic layer deposition method according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 하프늄지르코늄옥사이드막 형성방법은 원자층증착방법을 사용하는데, 이때 제1 시점(t1')에서 제2 시점(t2')에 이르는 기까지 1 사이클(cycle)은, 하프늄(Hf) 소스가스와 지르코늄(Zr) 소스가스의 공급단계와, 퍼지가스가 공급되는 제1 퍼징단계와, 산소 소스가스의 공급단계와, 그리고 다시 퍼지가스가 공급되는 제2 퍼징단계로 이루어진다. 따라서 도 1에 나타낸 제1 시점(t1)에서 제3 시점(t3)에 이르기까지 1 사이클을 구성하는 종래의 경우보다 1 사이클에 소요되는 시간이 단축되며, 이는 하프늄 소스가스와 지르코늄 소스가스를 동시에 공급하기 때문이다.Referring to FIG. 2, the method for forming a hafnium zirconium oxide film according to the present invention uses an atomic layer deposition method, in which one cycle is performed from a first time point t1 ′ to a second time point t2 ′. Silver, supplying hafnium (Hf) source gas and zirconium (Zr) source gas, the first purging step of supplying the purge gas, the supplying step of the oxygen source gas, and the second purging step of supplying the purge gas again Is made of. Therefore, the time required for one cycle is shorter than in the conventional case of configuring one cycle from the first time point t1 to the third time point t3 shown in FIG. 1, which simultaneously combines a hafnium source gas and a zirconium source gas. Because supply.

이하 도 3 내지 도 6을 참조하면서 본 발명에 따른 하프늄지르코늄옥사이드막 형성방법의 구체적인 예를 설명하기로 한다.Hereinafter, a specific example of the method for forming a hafnium zirconium oxide film according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 6.

먼저 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 하프늄지르코늄옥사이드막 형성방법은 원자층증착설비 내에서 수행된다. 이 원자층증착설비는 일정 크기의 반응공간을 가지며, 이 반응공간 내에는 웨이퍼가 안착되는 플레이트(plate)(100)가 배치된다. 비록 도면에는 플레이트(100) 위에 하나의 웨이퍼(210)가 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 적어도 4개 이상의 웨이퍼가 배치되는 것이 바람직하다. 상기 반응공간 의 상부에는 인젝터(300)가 수직방향으로 배치되며, 이 인젝터(300)의 단부에는 적어도 4개의 제1, 제2, 제3 및 제4 가스공급노즐(310, 320, 330, 340)이 수평방향으로 배치된다. 특히 제1 및 제3 가스공급노즐(310, 330)은 상호 대칭이 되도록 배치되고, 제2 및 제4 가스공급노즐(320, 340)도 상호 대칭이 되도록 배치된다. 제1, 제2, 제3 및 제4 가스공급노즐(310, 320, 330, 340)은, 도면에서 화살표(410)로 나타낸 바와 같이, 일정 방향, 예컨대 시계반대방향으로 회전가능하다. 이때 회전속도는 대략 5-120rpm이다.First, referring to FIG. 3, the hafnium zirconium oxide film forming method according to the present invention is performed in an atomic layer deposition facility. The atomic layer deposition apparatus has a reaction space of a predetermined size, in which a plate 100 on which a wafer is placed is disposed. Although one wafer 210 is disposed on the plate 100 in the drawing, it is preferable that at least four wafers are disposed. The injector 300 is disposed in the vertical direction in the upper portion of the reaction space, and at least four first, second, third and fourth gas supply nozzles 310, 320, 330, and 340 are disposed at the end of the injector 300. ) Is arranged in the horizontal direction. In particular, the first and third gas supply nozzles 310 and 330 are arranged to be symmetrical with each other, and the second and fourth gas supply nozzles 320 and 340 are also arranged to be symmetrical with each other. The first, second, third and fourth gas supply nozzles 310, 320, 330, 340 are rotatable in a certain direction, for example counterclockwise, as indicated by arrow 410 in the figure. At this time, the rotation speed is about 5-120rpm.

이와 같은 원자층증착설비에서, 먼저 상호 대칭이 되도록 배치된 제1 가스공급노즐(310) 및 제3 가스공급노즐(330)을 통해 하프늄(Hf) 소스가스와 지르코늄(Zr) 소스가스를 각각 공급한다. 즉 제1 가스공급노즐(310)을 통해서는 하프늄(Hf) 소스가스를 공급하고, 제3 가스공급노즐(330)을 통해서는 지르코늄(Zr) 소스가스를 공급한다. 그리고 제2 가스공급노즐(320) 및 제4 가스공급노즐(340)을 통해서는 퍼지가스를 플로우(flow)시킨다. 이 퍼지가스로 인하여 웨이퍼(210)의 표면에 흡착되지 못한 하프늄(Hf) 소스가스와 지르코늄(Zr) 소스가스는 제거된다.In such an atomic layer deposition apparatus, first, a hafnium (Hf) source gas and a zirconium (Zr) source gas are supplied through a first gas supply nozzle 310 and a third gas supply nozzle 330 disposed to be symmetrical with each other. do. That is, hafnium (Hf) source gas is supplied through the first gas supply nozzle 310, and zirconium (Zr) source gas is supplied through the third gas supply nozzle 330. The purge gas flows through the second gas supply nozzle 320 and the fourth gas supply nozzle 340. Due to this purge gas, hafnium (Hf) source gas and zirconium (Zr) source gas that are not adsorbed on the surface of the wafer 210 are removed.

상기 하프늄(Hf) 소스가스로서는, TEMAHf[Hf(NEtMe)4], TDMAHf[Hf(NMe2)4] 및 TDEAHf[Hf(NEt2)4] 중 적어도 어느 하나를 포함하는 전구체를 사용한다. 즉 상기 전구체를 버블러(bubbler) 및 캐리어 가스(carrier gas)를 이용하여 제1 가스공급노즐(310)을 통해 반응공간 내로 공급한다. 상기 전구체의 공급량은 대략 100-3000sccm이 되도록 한다. 그리고 버블러의 온도는 대략 25-150℃가 되도록 하고, 캐리어 가스로는 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N2) 가스를 이용한다.As the hafnium (Hf) source gas, a precursor containing at least one of TEMAHf [Hf (NEtMe) 4 ], TDMAHf [Hf (NMe 2 ) 4 ], and TDEAHf [Hf (NEt 2 ) 4 ] is used. That is, the precursor is supplied into the reaction space through the first gas supply nozzle 310 by using a bubbler and a carrier gas. The feed amount of the precursor is approximately 100-3000 sccm. The temperature of the bubbler is approximately 25-150 ° C., and argon (Ar) gas or nitrogen (N 2 ) gas is used as the carrier gas.

상기 지르코늄(Zr) 소스가스로서는, TEMAZr[Zr(NEtMe)4]를 포함하는 전구체를 사용한다. 즉 상기 전구체를 버블러(bubbler) 및 캐리어 가스(carrier gas)를 이용하여 제3 가스공급노즐(330)을 통해 반응공간 내로 공급한다. 이 경우에도, 상기 전구체의 공급량은 대략 100-3000sccm이 되도록 한다. 그리고 버블러의 온도는 대략 25-150℃가 되도록 하고, 캐리어 가스로는 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N2) 가스를 이용한다.As the zirconium (Zr) source gas, a precursor containing TEMAZr [Zr (NEtMe) 4 ] is used. That is, the precursor is supplied into the reaction space through the third gas supply nozzle 330 by using a bubbler and a carrier gas. Even in this case, the supply amount of the precursor is approximately 100-3000 sccm. The temperature of the bubbler is approximately 25-150 ° C., and argon (Ar) gas or nitrogen (N 2 ) gas is used as the carrier gas.

다음에 도 4를 참조하면, 도면에서 화살표(420)로 나타낸 바와 같이, 제1, 제2, 제3 및 제4 가스공급노즐(310, 320, 330, 340)을 회전시키면서, 제1, 제2, 제3 및 제4 가스공급노즐(310, 320, 330, 340)을 통해 퍼지가스를 공급한다. 여기서 퍼지가스로는 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N2) 가스와 같은 비활성 가스(inert gas)를 사용할 수 있다. 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N2) 가스를 퍼지가스로 사용하는 경우, 공급량은 대략 100-5000sccm이 되도록 한다.Referring next to FIG. 4, the first, second, third and fourth gas supply nozzles 310, 320, 330, and 340 are rotated, as indicated by arrows 420 in the drawing. The purge gas is supplied through the second, third and fourth gas supply nozzles 310, 320, 330, and 340. The purge gas may be an inert gas such as argon (Ar) gas or nitrogen (N 2 ) gas. When argon (Ar) gas or nitrogen (N 2 ) gas is used as the purge gas, the supply amount is approximately 100-5000 sccm.

다음에 도 5를 참조하면, 도면에서 화살표(430)로 나타낸 바와 같이, 제1, 제2, 제3 및 제4 가스공급노즐(310, 320, 330, 340)을 회전시키면서, 상호 대칭이 되도록 배치된 제2 가스공급노즐(320) 및 제4 가스공급노즐(340)을 통해 산소 소스가스를 공급한다. 이때 산소 소스가스가 공급되는 가스공급노즐을 하프늄(Hf) 소스가스와 지르코늄(Zr) 소스가스를 공급하는 가스공급노즐과 다른 가스공급노즐을 사 용하므로, 가스공급노즐 내의 오염이 발생되지 않는다. 제1 가스공급노즐(310) 및 제3 가스공급노즐(330)을 통해서는 퍼지가스를 플로우시킨다. 이 퍼지가스로 인하여 웨이퍼(210)의 표면에 흡착되지 못한 산소 소스가스는 제거된다. 상기 산소 소스가스로서는, 수증기(H2O), 산소(O2) 가스 또는 오존(O3) 가스를 사용하며, 공급량은 대략 1000-5000sccm이 되도록 한다. 특히 산소 소스가스로서 오존(O3) 가스를 사용하는 경우, 오존(O3) 가스의 농도를 대략 150-300g/㎥로 유지되도록 한다.Referring next to FIG. 5, as shown by arrows 430 in the drawing, the first, second, third and fourth gas supply nozzles 310, 320, 330, 340 are rotated to be symmetrical with each other. The oxygen source gas is supplied through the arranged second gas supply nozzle 320 and the fourth gas supply nozzle 340. In this case, since the gas supply nozzle to which the oxygen source gas is supplied uses a gas supply nozzle supplying a hafnium (Hf) source gas and a zirconium (Zr) source gas to another gas supply nozzle, contamination in the gas supply nozzle is not generated. The purge gas flows through the first gas supply nozzle 310 and the third gas supply nozzle 330. Due to this purge gas, the oxygen source gas which is not adsorbed on the surface of the wafer 210 is removed. As the oxygen source gas, water vapor (H 2 O), oxygen (O 2 ) gas or ozone (O 3 ) gas is used, and the supply amount is approximately 1000-5000 sccm. In particular, when ozone (O 3 ) gas is used as the oxygen source gas, the concentration of ozone (O 3 ) gas is maintained at approximately 150-300 g / m 3 .

다음에 도 6을 참조하면, 도면에서 화살표(440)로 나타낸 바와 같이, 제1, 제2, 제3 및 제4 가스공급노즐(310, 320, 330, 340)을 회전시키면서, 제1, 제2, 제3 및 제4 가스공급노즐(310, 320, 330, 340)을 통해 퍼지가스를 공급한다. 여기서 퍼지가스로는 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N2) 가스와 같은 비활성 가스(inert gas)를 사용할 수 있다. 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N2) 가스를 퍼지가스로 사용하는 경우, 공급량은 대략 100-5000sccm이 되도록 한다.Next, referring to FIG. 6, as shown by arrows 440 in the drawing, the first, second, third and fourth gas supply nozzles 310, 320, 330, and 340 are rotated, respectively. The purge gas is supplied through the second, third and fourth gas supply nozzles 310, 320, 330, and 340. The purge gas may be an inert gas such as argon (Ar) gas or nitrogen (N 2 ) gas. When argon (Ar) gas or nitrogen (N 2 ) gas is used as the purge gas, the supply amount is approximately 100-5000 sccm.

한편, 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한 1 사이클은 소망하는 두께의 하프늄지르코늄옥사이드막이 형성될 때까지 반복적으로 수행된다. 이와 같은 과정을 수행하는 동안, 상기 플레이트(100)는 대략 200-450℃의 온도가 유지되도록 하고, 상기 원자층증착설비내의 압력은 대략 0.01-1 torr가 유지되도록 한다.Meanwhile, one cycle described with reference to FIGS. 3 to 6 is repeatedly performed until a hafnium zirconium oxide film of a desired thickness is formed. During this process, the plate 100 is maintained at a temperature of approximately 200-450 ℃, and the pressure in the atomic layer deposition equipment is maintained to be approximately 0.01-1 torr.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 하프늄지르코늄옥사이드막 형성 방법에 의하면, 회전가능한 가스공급노즐을 구비하는 인젝터를 이용하여 하프늄지르코늄옥사이드막을 형성함으로써 하프늄옥사이드막 또는 지르코늄옥사이드막의 단일막에서 발생하는 누설전류특성의 열화를 억제할 수 있으며, 또한 1사이클을 구성하는 단계를 축소함으로써 생산성을 향상시킬 수 있다는 이점이 제공된다.As described so far, according to the method for forming a hafnium zirconium oxide film according to the present invention, by forming an hafnium zirconium oxide film using an injector having a rotatable gas supply nozzle, leakage occurs in a single film of the hafnium oxide film or zirconium oxide film. The advantage is that the deterioration of the current characteristics can be suppressed, and the productivity can be improved by reducing the steps constituting one cycle.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. Do.

Claims (9)

웨이퍼가 배치되는 플레이트와, 상기 플레이트 위에서 회전가능하면서 상호 대칭되도록 배치되는 제1 및 제3 가스분사노즐과 제2 및 제4 가스분사노즐을 구비하는 원자층증착설비를 이용한 하프늄지르코늄옥사이드막 형성방법에 있어서,A method for forming a hafnium zirconium oxide film using an atomic layer deposition apparatus comprising a plate on which a wafer is disposed, and first and third gas spray nozzles and second and fourth gas spray nozzles rotatably and symmetrically disposed on the plate. To 상기 제1 및 제3 가스분사노즐을 통해 각각 하프늄 소스가스와 지르코늄 소스가스를 공급하고, 상기 제2 및 제4 가스분사노즐을 통해 퍼지가스를 플로우시키는 제1 소스가스공급단계;Supplying a hafnium source gas and a zirconium source gas through the first and third gas injection nozzles, respectively, and supplying a purge gas through the second and fourth gas injection nozzles; 상기 제1 소스가스공급단계 후에 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 가스분사노즐을 회전시킨 상태에서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 가스분사노즐을 통해 퍼지가스를 공급하는 제1 퍼징단계;The purge gas is supplied through the first, second, third and fourth gas injection nozzles while the first, second, third and fourth gas injection nozzles are rotated after the first source gas supplying step. A first purging step; 상기 제1 퍼징단계 후에 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 가스분사노즐을 회전시킨 상태에서, 상기 제2 및 제4 가스분사노즐을 통해 산소 소스가스를 공급하고, 상기 제1 및 제3 가스분사노즐을 통해 퍼지가스를 플로우시키는 제2 소스가스공급단계; 및After the first purging step, the oxygen source gas is supplied through the second and fourth gas injection nozzles while the first, second, third and fourth gas injection nozzles are rotated. A second source gas supplying step of flowing purge gas through the three gas injection nozzles; And 상기 제2 소스가스공급단계 후에 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 가스분사노즐을 회전시킨 상태에서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 가스분사노즐을 통해 퍼지가스를 공급하는 제2 퍼징단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하프늄지르코늄옥사이드막 형성방법.After the second source gas supply step, purge gas is supplied through the first, second, third and fourth gas injection nozzles while the first, second, third and fourth gas injection nozzles are rotated. Hafnium zirconium oxide film forming method comprising a second purging step. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 소스가스공급단계는, TEMAHf[Hf(NEtMe)4], TDMAHf[Hf(NMe2)4] 및 TDEAHf[Hf(NEt2)4] 중 적어도 어느 하나를 포함하는 전구체를 25-150℃ 온도의 버블러 및 캐리어가스를 이용하여 100-3000sccm의 양으로 상기 제1 가스공급노즐을 통해 공급하여 수행하는 것을 특징으로 하는 하프늄지르코늄옥사이드막 형성방법.The first source gas supplying step may include a precursor including at least one of TEMAHf [Hf (NEtMe) 4 ], TDMAHf [Hf (NMe 2 ) 4 ], and TDEAHf [Hf (NEt 2 ) 4 ] at 25-150 ° C. Method for forming a hafnium zirconium oxide film, characterized in that performed by supplying through the first gas supply nozzle in an amount of 100-3000sccm using a bubbler and a carrier gas of the temperature. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 소스가스공급단계는, TEMAZr[Zr(NEtMe)4]를 포함하는 전구체를 25 내지 150℃ 온도의 버블러 및 캐리어가스를 이용하여 100 내지 3000sccm의 양으로 상기 제3 가스공급노즐을 통해 공급하여 수행하는 것을 특징으로 하는 하프늄지르코늄옥사이드막 형성방법.The first source gas supplying step is performed through the third gas supply nozzle using a precursor containing TEMAZr [Zr (NEtMe) 4 ] in an amount of 100 to 3000sccm using a bubbler and a carrier gas at a temperature of 25 to 150 ° C. Hafnium zirconium oxide film forming method characterized in that the supply is carried out. 제3항 또는 제4항에 있어서,The method according to claim 3 or 4, 상기 캐리어가스는 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N2) 가스인 것을 특징으로 하는 하프늄지르코늄옥사이드막 형성방법.The carrier gas is a hafnium zirconium oxide film forming method, characterized in that the argon (Ar) gas or nitrogen (N 2 ) gas. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2 소스가스공급단계는, 1000 내지 5000sccm의 양의 수증기(H2O), 산 소(O2) 가스 또는 오존(O3) 가스를 상기 산소 소스가스로 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 하프늄지르코늄옥사이드막 형성방법.The second source gas supplying step is performed by using water (H 2 O), oxygen (O 2 ) gas or ozone (O 3 ) gas in an amount of 1000 to 5000 sccm as the oxygen source gas. Hafnium zirconium oxide film forming method. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 오존(O3) 가스는 150 내지 300g/㎥의 농도를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 하프늄지르코늄옥사이드막 형성방법.The ozone (O 3 ) gas is hafnium zirconium oxide film forming method characterized in that to maintain a concentration of 150 to 300g / ㎥. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 퍼징단계 및 제2 퍼징단계는 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N2) 가스를 100 내지 5000sccm 공급하여 수행하는 것을 특징으로 하는 하프늄지르코늄옥사이드막 형성방법.The first purging step and the second purging step are hafnium zirconium oxide film forming method, characterized in that performed by supplying 100 to 5000sccm argon (Ar) gas or nitrogen (N 2 ) gas. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 가스공급노즐은 5 내지 120rpm의 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 하프늄지르코늄옥사이드막 형성방법.The first, second, third and fourth gas supply nozzle is a method for forming a hafnium zirconium oxide film, characterized in that for rotating at a speed of 5 to 120rpm. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 소스가스공급단계, 제1 퍼징단계, 제2 소스가스공급단계 및 제2 퍼징단계를 수행하는 동안, 상기 플레이트는 200 내지 450℃의 온도가 유지되도록 하 고, 상기 원자층증착설비내의 압력은 0.01 내지 1 torr가 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 하프늄지르코늄옥사이드막 형성방법.During the first source gas supplying step, the first purging step, the second source gas supplying step and the second purging step, the plate is maintained at a temperature of 200 to 450 ° C., and the Method for forming a hafnium zirconium oxide film, characterized in that the pressure is maintained to 0.01 to 1 torr.
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