KR100754012B1 - 고유전율 박막 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산화물의 증착과 질화처리를 동시에 수행할 수 있으며, 제조비용도 현저하게 절감할 수 있는 고유전율 박막의 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 기판상에 박막을 형성하는 방법으로서, (a) 기판이 장착된 반응용기에 금속원자를 포함하는 전구체를 주입하여 상기 기판상에 상기 금속원자를 함유하는 흡착층을 형성하는 단계와; (b) 상기 반응용기에 암모니아수를 주입하여 상기 금속원자를 포함하는 흡착층과 반응시켜 박막을 형성하는 단계를 포함하는 박막의 형성방법을 제공한다.
고유전율, 암모니아수
Description
도 1은 본 발명에 따른 박막 형성법의 공정 흐름도이다.
도 2a 및 2b는 원자층 증착법으로 반응물로 각각 물과 암모니아수를 이용해서 증착한 Ta2O5 박막의 SIMS 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 원자층 증착법으로 각각 물과 암모니아수를 반응물로 이용해서 증착한 Ta2O5 박막의 게이트 누설전류 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 원자층 증착법으로 각각 물과 암모니아수를 반응물로 이용해서 증착한 Ta2O5 박막을 700℃ 산소 분위하에서 1분간 어닐링한 후의 게이트 누설전류 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 5a 및 5b는 원자층 증착법으로 각각 물과 암모니아수를 반응물로 이용해서 증착한 Ta2O5 박막의 전기용량(capacitance)-인가전압(applied voltage) 측정결과를 나타내는 그래프이다.
고유전율 박막은 금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)의 게이트 산화물에서 SiO2를 대체할 수 있는 물질이나, 커패시터의 유전체로의 사용을 위해 많이 연구되고 있다.
게이트 산화물로 고유전율 박막을 사용할 경우 등가산화물막두께(equivalent oxide thickness)를 줄이면서도 누설전류도 감소시킬 수 있기 때문에, 소자의 집적도를 높이기 위해서 반드시 적용할 필요가 있는 것으로 고려되고 있다.
또한 커패시터 유전체도 점차 작은 크기로 많은 전하량을 저장할 필요가 있기 때문에, 같은 크기에서 전기용량을 늘릴 수 있는 고유전율 박막에 대한 요구가 높아지고 있다.
최근에는 이러한 고유전율 박막의 증착용으로 HfO2나 ZrO2, Ta2O5, Al2O3, TiO2나 이들의 화합물, 또는 이들의 나노 적층구조 등이 많이 연구되고 있다.
상기 산화물들의 증착 방법으로는 원자층 증착법(ALD)이 많이 사용되고 있으며, 주로 물이나 산소 플라즈마를 반응물로 사용하고 있다. 그러나 산화물층의 두께가 점점 더 얇아짐에 따라 누설전류가 점점 더 커지게 되고 응력유기누설전류(stress induced leakage currents, SILC)나, 낮은 전압에서도 시간이 경과하면서 산화막이 열화되어 파괴되는 TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown) 등이 발생하는 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위해, 결함(defect)의 발생을 줄여 산화물의 신뢰성을 높이고 누설전류를 줄여주는 효과가 있는 질소(N)를 산화물이나 실리콘-산화물 인터페이스에 질화(nitridation)시키는 방법을 통해 함유시키는 방법이 알려져 있다.
종래 산화물이나 실리콘-산화물 인터페이스를 질화(nitridation)시키는 방법으로는 암모니아(NH3) 어닐링이나 아산화질소(N2O) 어닐링 등의 전처리나 후처리법이 주로 사용되어 왔다.
그러나, 종래의 질화법을 사용하게 되면, 고유전율 박막의 형성시 박막형성과 질화 처리라는 두 단계의 공정으로 진행되어야 하기 때문에, 제조원가나 생산성의 측면에서 불리할 뿐 아니라, 기재(substrate) 표면의 질화시 양전하(positive charge) 와 인터페이스 트랩 전하 밀도(interface trap charge density)가 매우 높아져 좋은 신뢰성을 얻기 어려운 단점이 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 산화물의 증착과 질화처리를 동시에 수행할 수 있으며, 제조비용도 현저하게 절감할 수 있는 고유전율 박막의 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 기판상에 박막을 형성하는 방법으로서, (a) 기판이 장착된 반응용기에 금속원자를 포함하는 전구체를 주입하여 상기 기판상에 상기 금속원자를 함유하는 흡착층을 형성하는 단계와; (b) 상기 반응용기에 암모니아수를 주입하여 상기 금속원자를 포함하는 흡착층과 반응시켜 박막을 형성하는 단계를 포함하는 고유전율 박막의 형성방법을 제공한다.
이와 같이 금속원자를 포함하는 전구체로 흡착층을 형성한 후에, 반응가스로 암모니아수를 주입함으로써, 금속 전구체와 암모니아수의 반응에 의해, 금속 산화물 박막이 형성됨과 동시에 상기 박막에 질화처리가 실시된 것과 같은 효과를 얻을 수 있게 된다.
이에 따라 종래와 같이 생성된 산화물 박막이나, 실리콘 기판과 산화물 박막의 계면에 암모니아(NH3) 어닐링이나 아산화질소(N2O) 어닐링을 통해 질화처리하는 공정이 필요 없게 되므로, 신뢰성 있는 고유전율 박막 제조의 생산성이 향상된다. 또한 본 발명에 사용된 암모니아수(NH4OH)는 매우 저렴하기 때문에 제조원가의 절감에도 유리하다.
상기 금속은 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 란타늄(La), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 기판은 실리콘(Si)과 같은 반도체 기판일 수 있으며, 상기 기판상에는 소자 분리막이 형성되거나, 커패시터의 전극과 같은 구조체가 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 박막을 형성한 후에는, 추가로 증착된 산화물의 물성을 향상시키기 위하여, 증착후 어닐링 또는 형성가스(forming gas) 어닐링을 실시할 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 기초로 하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 하기 실시예는 단지 예시적인 것으로 본 발명을 한정하는 것이 아니다.
[실시예]
도 1은 본 발명에 따른 원자층 증착법에 의한 고유전율 박막 형성방법을 나타내는 공정 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 박막 형성방법은, 반응용기에 기판을 장착하는 단계(S101)와, 금속원자를 포함하는 전구체를 주입하는 단계(S102)와, 정화하는 단계(S103)와, 상기 전구체와 반응하여 금속산화물을 형성하도록 암모니아수를 주입하는 단계(S104)와, 정화하는 단계(S105) 및 목표 두께에 달성되었는지 여부를 체크하는 단계(S106)를 포함하며, 목표 두께에 달성하지 못한 경우 상기 S102~S106의 단계를 반복 수행한다.
본 발명의 실시예에서는 p-형 실리콘 기판에 고유전율 박막 물질인 Ta2O5을 형성하였는데, 고도핑된 p-형 실리콘 웨이퍼(B doping 1018cm-3)를 피라나(pirana) 용액(H2O, NH4OH, H2O2 의 5:1:1 혼합물)으로 세척하여 반응용기에 장착하였으며, 전구체로는 Pentakis(dimethylamino)Tantalum(Ta(NMe2)4)을 사용하였고, 게이트로는 알루미늄(Al)을 적용하였다.
이어서 아르곤(Ar) 가스를 캐리어(carrier) 가스로 하여, 전구체인 Pentakis (dimethylamino)Tantalum(Ta(NMe2)4를 기판이 장착된 원자층 증착장비의 반응용기에 주입하였다.
전구체가 주입되어 기판에 흡착층이 형성된 후, 아르곤(Ar) 가스를 퍼징(purging) 가스로 사용하여 반응용기에 잔류하는 전구체 가스를 배출함으로써 반응용기 내부를 정화하였다. 상기 퍼징 가스로는 아르곤(Ar) 외에 헬륨(He) 또는 질소(N2)와 같은 불활성 가스가 사용될 수 있다.
퍼징 가스로 반응용기가 정화된 후에, 암모니아수를 주입하였다. 암모니아수는 캐니스터(canister)에 보관한 후 온도를 유지하기 위해 비열이 큰 실리콘 오일에 보관하였다.
상기 암모니아수를 주입하면, 상기 기판에 흡착된 전구체와 반응하여 Ta2O5를 형성하게 되며, 이후 상기 전구체 가스와, 흡착층과 암모니아수의 반응에 의해 생성된 부산물을 아르곤(Ar) 가스를 퍼징(purging) 가스로 사용하여 배출하였다.
본 발명의 실시예에 사용된 ALD(Atomic Layer Deposition)의 레시피는 전구체 주입 1.5초, 퍼징(purging) 4초, 반응물 주입 1.5초, 퍼징(purging) 4초 였고, 온도는 250℃로 하였으며, 이때 증착비율은 0.85Å/cycle로 전형적인 ALD의 형태를 나타냈고, 박막의 두께가 10nm가 될 때까지 전술한 과정을 반복 수행하였다.
또한, 산화물의 품질을 보다 향상시키기 위하여, 박막 증착 후에 상압의 산소 분위기 하에서 700℃로 1분간 급속열처리(rapid thermal processing)를 실시하였다.
[비교예]
반응물로 물(H2O)를 사용하였으며, 그 외의 과정은 본 발명의 실시예와 동일하게 하여 10nm 두께의 Ta2O5 박막을 얻었으며, 증착비율은 0.85Å/cycle로 본 발명의 실시예와 동일하였다.
이상과 같이 얻어진 본발명의 실시예 및 비교예의 Ta2O5 박막에 대하여 이차이온질량분석기(SIMS)를 이용해서 성분분석을 실시하고, 또한 전기적 특성을 평가하기 위해 케이슬리(Keithely) 4200 반도체 분석기로 누설전류를 측정하였으며, HP4284로 전기용량-전압을 측정하였다.
도 2a 및 2b는 각각 비교예와 본 발명의 실시예에 따라 증착한 Ta2O5 박막의 이차이온질량분석기(SIMS)의 분석결과를 나타내는 그래프이다. 도시된 바와 같이, 비교예에 비하여, 본 발명의 실시예에 따른 박막에서 질소(N)의 양이 약 5배 이상 함유함이 확인되었다.
이는 반응가스로 암모니아수를 이용하였을 때 일반적인 물을 사용할 때보다 더 많은 질소를 함유시킬 수 있음을 의미한다. 또한 산소 플라즈마를 이용한 plasma enhanced ALD의 경우에는 물을 사용한 ALD에 비해 질소가 약간 적게 포함되므로, 본 발명의 실시예에 따라 형성된 박막은 산소 플라즈마를 이용한 plasma enhanced ALD보다 더 많은 질소를 포함함을 의미한다. 따라서 본 발명의 실시예에 따르면 박막 형성 전 또는 후에 별도의 질화처리를 실시하지 않아도 되며, 종래 고유전율 박막층을 형성할 때, 증착과 질화공정의 2단계로 처리되던 공정을 한 단계로 처리할 수 있게 되어, 고유전율 박막의 제조시 생산성이 증가하고 제조원가도 절감할 수 있게 된다.
도 3은 원자층 증착법으로 각각 물과 암모니아수를 반응물로 이용해서 증착한 Ta2O5 박막의 게이트 누설전류 측정결과를 나타내는 그래프이다. 그래프에 나타나 있는 바와 같이, 초기 누설전류는 비교예에 비해 다소 높게 측정되었으나, 비교예와 달리 절연파괴는 관찰되지 않았다.
한편, 원자층 증착법으로 각각 물과 암모니아수를 반응물로 이용해서 증착한 Ta2O5 박막을 형성한 후, 박막에 존재하는 결함을 줄이기 위해 통상적으로 실시하는 박막후 어닐링(post deposition annealing)을 700℃ 산소 분위하에서 1분간 급속열처리(rapid thermal processing)를 실시한 후의 게이트 누설전류 측정결과를 나타내는 도 4에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 박막이 비교예에 비해 누설전류도 상당히 낮게 나타날 뿐 아니라, 절연파괴전압(dielectric breakdown voltage)도 비교예에 비해 2배 이상 커짐을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 박막은 종래의 박막에 비해 신뢰성이 향상되었다고 할 수 있다.
또한, 원자층 증착법으로 반응물로 각각 물과 암모니아수를 이용해서 증착한 Ta2O5 박막을 어닐링 한 후의 전기용량-전압 측정결과를 나타내는 그래프인 도 5a 및 5b를 살펴보면, 두 그래프 모두 히스테리시스(hysterisis)는 0.1V 미만의 낮은 값을 나타내었고, 유전상수(dielectric constant)는 본 발명의 실시예에 따른 박막이 9.3으로, 비교예의 9에 비해 높게 나타났다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 박막은 EOT(Equivalent Oxide Thickness)를 줄이는데 필요한 고유전상수를 갖는 박막의 증착에 널리 이용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 암모니아수를 이용하여 고유전율 물질로 박막을 형성하게 되면, 박막의 신뢰성이 높아진다.
또한, 종래 산화물의 증착과 질화처리의 2 단계로 진행되던 공정을 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 암모니아수를 이용하여 1단계로 공정을 단순화할 수 있기 때문에, 생산성의 향상은 물론 제조원가의 절감에도 도움이 된다.
또한, 아산화질소(N2O)나 암모니아(NH3)를 이용한 열적 어닐링을 통해서가 아니라, 박막 증착시에 질소(N)를 박막 내에 함유시키기 때문에 공정온도를 낮출 수 있기 때문에, 붕소 확산(boron diffusion)과 같이 소자의 특성을 떨어뜨리는 현상도 줄일 수 있게 된다.
Claims (4)
- 기판상에 박막을 형성하는 방법으로서,(a) 기판이 장착된 반응용기에 금속원자를 포함하는 전구체를 주입하여 상기 기판상에 상기 금속원자를 함유하는 흡착층을 형성하는 단계와;(b) 상기 반응용기에 암모니아수(NH4OH)를 주입하여 상기 금속원자를 포함하는 흡착층과 반응시켜 박막을 형성하는 단계를 포함하는 박막의 형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 금속은 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 란타늄(La), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 박막의 형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 또는 전극인 것을 특징으로 하는 박막의 형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 박막을 형성한 후, 추가로 증착후 어닐링 또는 형성가스 어닐링을 실시하는 것을 특징으로 하는 박막의 형성방법.
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|---|---|---|---|---|
| WO2018093178A1 (ko) * | 2016-11-17 | 2018-05-24 | 주식회사 포스코 | 저항 용접용 전극 코팅 방법 및 저항 용접용 전극 |
| KR20210155136A (ko) | 2020-06-15 | 2021-12-22 | 에스케이트리켐 주식회사 | 고유전상수 박막 형성용 전구체, 이를 이용한 금속 함유 박막 및 이의 형성 방법, 및 상기 금속 함유 박막을 포함하는 반도체 소자. |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050004674A (ko) * | 2003-07-03 | 2005-01-12 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 반도체 소자의 트랜지스터 및 그 제조 방법 |
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050004674A (ko) * | 2003-07-03 | 2005-01-12 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 반도체 소자의 트랜지스터 및 그 제조 방법 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018093178A1 (ko) * | 2016-11-17 | 2018-05-24 | 주식회사 포스코 | 저항 용접용 전극 코팅 방법 및 저항 용접용 전극 |
| KR20210155136A (ko) | 2020-06-15 | 2021-12-22 | 에스케이트리켐 주식회사 | 고유전상수 박막 형성용 전구체, 이를 이용한 금속 함유 박막 및 이의 형성 방법, 및 상기 금속 함유 박막을 포함하는 반도체 소자. |
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