KR100829608B1 - Method of manufacturing a thin layer and methods of manufacturing a gate structure and a capacitor using the same - Google Patents

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Abstract

박막 제조 방법 및 이를 이용한 게이트 구조물, 커패시터의 제조 방법이 개시되어 있다. 박막 제조 방법에 따르면, 60 내지 95℃의 온도로 가열되어 1 Torr 내지 5torr의 포화 증기압을 가지며 하기 화학식으로 표기되는 유기금속 전구체를 기판의 상부로 제공한다. 이어서, 유기금속 전구체를 산화시키기 위한 산소를 포함하는 산화제를 기판의 상부로 제공한다. 이후 상기 기판의 상부로 제공된 상기 유기금속 전구체와 상기 산화제를 화학 반응시킨다. 그 결과 금속-산화물을 포함하는 박막이 형성된다. 상기 박막은 게이트 구조물의 게이트 절연막, 커패시터의 유전막 등에 용이하게 적용될 수 있다.A method of manufacturing a thin film and a method of manufacturing a gate structure and a capacitor using the same are disclosed. According to the thin film manufacturing method, it is heated to a temperature of 60 to 95 ℃ to provide an organometallic precursor represented by the following formula having a saturated vapor pressure of 1 Torr to 5 torr to the top of the substrate. An oxidant comprising oxygen for oxidizing the organometallic precursor is then provided on top of the substrate. Thereafter, the organometallic precursor provided on the substrate and the oxidant are chemically reacted. The result is a thin film comprising a metal-oxide. The thin film may be easily applied to a gate insulating film of a gate structure, a dielectric film of a capacitor, or the like.

Description

박막 제조 방법 및 이를 이용한 게이트 구조물 및 커패시터의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING A THIN LAYER AND METHODS OF MANUFACTURING A GATE STRUCTURE AND A CAPACITOR USING THE SAME}METHODS OF MANUFACTURING A THIN LAYER AND METHODS OF MANUFACTURING A GATE STRUCTURE AND A CAPACITOR USING THE SAME}

도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 박막 제조 방법을 나타내는 단면도들이다.1 to 5 are cross-sectional views showing a thin film manufacturing method according to Example 1 of the present invention.

도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 박막 제조 방법을 나타내는 공정 흐름도이다.6 is a process flowchart showing a thin film manufacturing method according to Example 2 of the present invention.

도 7 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 게이트 구조물의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.7 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a gate structure in accordance with an embodiment of the present invention.

도 11 내지 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 커패시터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.11 to 14 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor according to an embodiment of the present invention.

도 15는 온도변화에 따른 하프늄 전구체들의 포화 증기압 변화를 나타내는 그래프이다.15 is a graph showing the saturation vapor pressure change of hafnium precursors with temperature change.

도 16은 온도변화에 따른 지르코늄 전구체의 포화 증기압 변화를 나타내는 그래프이다.FIG. 16 is a graph illustrating a change in saturated vapor pressure of a zirconium precursor with temperature change. FIG.

도 17은 유기금속 전구체인 (t-BuN)Hf(N(CH3)(C2H5))2, TEMAH 및 (t- BuN)Zr(N(CH3)(C2H5))2 의 열 중량 분석결과를 나타내는 그래프이다. 17 shows organometallic precursors (t-BuN) Hf (N (CH 3 ) (C 2 H 5 )) 2 , TEMAH and (t-BuN) Zr (N (CH 3 ) (C 2 H 5 )) 2 It is a graph showing the results of thermogravimetric analysis.

도 18은 본 발명의 하프늄-산화막이 유전막으로 적용된 커패시터의 누설 전류 특성을 나타내는 그래프이다.18 is a graph showing leakage current characteristics of a capacitor to which a hafnium-oxide film of the present invention is applied as a dielectric film.

도 19는 본 발명의 지르코늄-알루미늄-산화막을 사용하여 형성된 커패시터의 누설 전류 특성을 나타내는 그래프이다. 19 is a graph showing leakage current characteristics of a capacitor formed using the zirconium-aluminum oxide film of the present invention.

도 20은 본 발명에 따른 지르코늄-산화막들의 스텝커버리지를 나타내는 그래프이다. 20 is a graph showing step coverage of zirconium oxide films according to the present invention.

본 발명은 박막 제조 방법 및 이를 이용한 게이트 구조물, 커패시터의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유기금속 전구체를 이용하여 금속산화물을 포함하는 박막을 제조하는 방법 및 이를 이용한 게이트 구조물과 커패시터의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a thin film, a method for manufacturing a gate structure and a capacitor using the same, and more particularly, a method for manufacturing a thin film including a metal oxide using an organometallic precursor, and a method for manufacturing a gate structure and a capacitor using the same. It is about.

최근, 모스 트랜지스터의 게이트 절연막, 커패시터의 유전막 또는 플래시 메모리 장치의 유전막 등과 같은 박막은 고유전율(high-k dielectric)을 갖는 물질을 사용하여 형성하고 있는 추세이다. 이는, 상기 고유전율을 갖는 물질로 이루어진 박막이 얇은 등가 산화막 두께(equivalent oxide thickness, EOT)를 유지함에도 불구하고 게이트 전극과 채널 사이 또는 하부전극과 상부전극 사이에서 발생하는 누 설 전류를 충분하게 줄일 수 있고, 플래시 메모리 장치의 커플링 비를 향상시킬 수 있기 때문이다.Recently, thin films such as a gate insulating film of a MOS transistor, a dielectric film of a capacitor, or a dielectric film of a flash memory device have been formed using a material having a high-k dielectric. This reduces the leakage current generated between the gate electrode and the channel or between the lower electrode and the upper electrode even though the thin film made of the material having the high dielectric constant maintains a thin equivalent oxide thickness (EOT). This is because the coupling ratio of the flash memory device can be improved.

상기 고유전율을 갖는 물질의 예로서는 Ta2O5, Y2O3, HfO2, ZrO2, Nb2O5, BaTiO3, SrTiO3 등을 들 수 있다. 상기 고유전율을 갖는 물질로 이루어진 박막 중에서 하프늄 산화막(HfO2)은 하프늄 전구체와 산화제를 이용하여 형성할 수 있다.Examples of the material having the high dielectric constant include Ta 2 O 5 , Y 2 O 3 , HfO 2 , ZrO 2 , Nb 2 O 5 , BaTiO 3 , SrTiO 3 , and the like. The hafnium oxide layer HfO 2 may be formed using a hafnium precursor and an oxidizing agent in the thin film made of the material having the high dielectric constant.

상기 하프늄 산화막을 형성하기 위한 하프늄 전구체(Hf-precursor)로는 TEMAH(tetrakis ethyl methyl amino hafnium, Hf[NC2H5CH3]4) 또는 HTTB(hafnium tetrakis butoxide, Hf[OC4H9]4)등을 사용할 수 있다. 그러나 상기 TEMAH를 적용하여 형성된 하프늄 산화막의 유전 특성은 양호하지만 상기 TEMAH가 케니스트 내에서 약 90℃로 가열되어 기체 상태로 형성될 경우 케니스트 내에서의 포화증기압이 단지 1torr로 낮은 값을 갖게된다. 상기 TEMAH가 낮은 포화증기압을 갖는다는 것은 상기 하프늄 산화막을 형성하기 위한 공정챔버 내로 상기 하프늄 전구체를 공급하기 위해서는 많은 시간이 소요를 초래한다. 이러한, 시간의 소요의 증가는 하프늄 산화막을 형성하기 위한 반도체 제조 공정의 스루풋의 감소시키는 문제가 있다. 또한, 상기 TEMAH의 포화 증기압을 높이기 위해 가열온도를 90℃이상의 증가시킬 경우에는 상기 TEMAH의 변질되는 문제점이 발생하기 때문에 하프늄 전구체의 포화증기압을 높이는데는 한계가 있다. The hafnium precursor (Hf-precursor) for forming the hafnium oxide film (tetrakis ethyl methyl amino hafnium, Hf [NC 2 H 5 CH 3 ] 4 ) or HTTB (hafnium tetrakis butoxide, Hf [OC 4 H 9 ] 4 ) Etc. can be used. However, although the dielectric properties of the hafnium oxide film formed by applying the TEMAH are good, when the TEMAH is heated to about 90 ° C. in the canister and formed in a gaseous state, the saturated vapor pressure in the canister has a low value of only 1 torr. . The fact that the TEMAH has a low saturated vapor pressure causes a long time to supply the hafnium precursor into the process chamber for forming the hafnium oxide film. This increase in time has a problem of reducing the throughput of the semiconductor manufacturing process for forming the hafnium oxide film. In addition, when the heating temperature is increased to 90 ° C. or more to increase the saturated vapor pressure of the TEMAH, there is a limit in increasing the saturated vapor pressure of the hafnium precursor because the problem of deterioration of the TEMAH occurs.

따라서, 종래와 동일한 유전특성을 가지면서 보다 빠르게 금속 산화막을 제 조하기 위해서는 90℃이하에서 1torr이상의 포화증기압을 갖고, 산화제와 반응성이 우수한 유기금속 전구체 및 이를 이용한 금속 산화막의 제조방법이 요구되고 있다.Therefore, in order to manufacture a metal oxide film more quickly with the same dielectric properties as in the prior art, an organic metal precursor having a saturated vapor pressure of 1 torr or higher at 90 ° C. or less and excellent reactivity with an oxidant and a method of manufacturing the metal oxide film using the same are required. .

본 발명의 일 목적은 TEMAH로 형성된 하프늄 산화막과 유사한 전기적 특성을 가지면서 반도체 제조 공정의 스루풋을 증가시킬 수 있는 금속 산화물을 포함하는 박막을 제조하기 위한 방법을 제공하는데 있다.One object of the present invention is to provide a method for manufacturing a thin film including a metal oxide capable of increasing the throughput of a semiconductor manufacturing process while having electrical properties similar to hafnium oxide film formed of TEMAH.

본 발명의 다른 목적은 상기 금속 산화물로 이루어진 게이트 절연막을 포함하는 게이트 구조물을 제조하기 위한 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a gate structure including a gate insulating film made of the metal oxide.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 금속 산화물로 이루어진 유전막을 포함하는 커패시터의 제조 방법을 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a capacitor including the dielectric film made of the metal oxide.

상기 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 박막 제조 방법에 따르면, 먼저 60 내지 95℃의 온도로 가열되어 1 Torr 내지 5torr의 포화 증기압을 가지며 하기 화학식으로 표기되는 유기금속 전구체를 기판의 상부로 제공한다. 이어서, 상기 유기금속 전구체를 산화시키기 위한 산소를 포함하는 산화제를 기판의 상부로 제공한다. 이후 상기 기판의 상부로 제공된 상기 유기금속 전구체와 상기 산화제를 화학 반응시켜 상기 기판의 표면에 금속-산화물을 포함하는 박막을 형성한다.According to the thin film manufacturing method according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object, first to the organic metal precursor is heated to a temperature of 60 to 95 ℃ having a saturated vapor pressure of 1 Torr to 5 torr and represented by the following formula Serve as the top of the substrate. An oxidant comprising oxygen for oxidizing the organometallic precursor is then provided on top of the substrate. Thereafter, the organometallic precursor provided on the substrate and the oxidant are chemically reacted to form a thin film including metal-oxide on the surface of the substrate.

상기 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 박막 제조 방법에 따르면, 제1 반응 물질로서 60 내지 95℃의 온도로 가열되어 1 Torr 내지 5torr의 포화 증기압을 가지며 하기 화학식으로 표기되는 유기 금속 전구체를 기판의 상부로 도입한다. 이어서, 상기 유기 금속 전구체를 구성하는 금속 전구체 분자의 일부를 상기 기판 상에 화학 흡착시키고, 상기 화학 흡착된 금속 전구체 분자의 나머지를 물리 흡착시킨다. 이어서, 상기 기판의 상부로 산소를 포함하는 산화제를 도입한다. 이어서, 상기 기판에 화학 흡착된 유기금속 전구체의 분자와 상기 산화제를 화학적으로 반응시켜 상기 기판 상에 금속-산화물을 함유하는 제1 고상 물질을 형성한다. 이어서, 제2 반응 물질인 유기알루미늄 전구체를 상기 제1 고상 물질의 상부로 도입한다. 이어서, 상기 유기알루미늄 전구체를 구성하는 알루미늄 전구체 분자의 일부를 상기 제1 고상 물질 상에 화학 흡착시키고, 상기 화학 흡착된 알루미늄 전구체 분자의 나머지를 물리 흡착시킨다. 이어서, 상기 제1 고상 물질의 상부로 산화제를 도입한다. 이어서, 상기 제1 고상 물질 상에 화학 흡착 알루미늄 전구체 분자와 상기 산화제를 화학적으로 반응시켜 상기 제1 고상 물질 상에 알루미늄-산화물을 함유하는 제2 고상 물질을 형성한다. 그 결과 금속-알루미늄-산화물을 함유하는 고체 박막이 형성된다.According to another preferred method of manufacturing a thin film according to the present invention for achieving the above object, it is heated to a temperature of 60 to 95 ℃ as the first reaction material has a saturated vapor pressure of 1 Torr to 5 torr and is represented by the following formula An organometallic precursor is introduced to the top of the substrate. Subsequently, some of the metal precursor molecules constituting the organometallic precursor are chemisorbed on the substrate, and the rest of the chemisorbed metal precursor molecules are physically adsorbed. Subsequently, an oxidant containing oxygen is introduced into the upper portion of the substrate. Subsequently, the molecules of the organometallic precursor chemisorbed on the substrate and the oxidant are chemically reacted to form a first solid material containing a metal-oxide on the substrate. Subsequently, an organoaluminum precursor, which is a second reactant, is introduced onto the first solid phase material. Subsequently, a part of the aluminum precursor molecules constituting the organoaluminum precursor is chemisorbed on the first solid material and the rest of the chemisorbed aluminum precursor molecules is physically adsorbed. An oxidant is then introduced on top of the first solid material. Subsequently, a chemically adsorbed aluminum precursor molecule and the oxidant are chemically reacted on the first solid material to form a second solid material containing aluminum oxide on the first solid material. As a result, a solid thin film containing a metal-aluminum-oxide is formed.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치의 게이트 구조물 제조 방법에 따르면 먼저 60 내지 95℃의 온도로 가열되어 1 Torr 내지 5torr의 포화 증기압을 가지며 하기 화학식으로 표기되는 기체의 유기금속 전구체와 상기 유기금속 전구체를 산화시키기 위한 산소를 포함하는 산화제를 기판의 상부로 제공한다. 상기 기판의 상부로 제공된 유기금속 전구체와 상기 산화제의 반응에 의해 기판의 표면에 금속산화물을 포함하는 박막을 형성한다. 상기 박막을 반복 형성하여 상기 기판 상에 게이트 절연막을 형성한다. 상기 게이트 절연막 상에 도전막을 형성한다. 상기 도전막과 상기 게이트 절연막을 순차적으로 패터 닝한다. 그 결과 상기 기판 상에는 상기 금속산화물로 이루어지는 게이트 절연막 패턴과 도전막 패턴으로 이루어지는 게이트 구조물이 형성된다.According to a method for manufacturing a gate structure of a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above another object is first heated to a temperature of 60 to 95 ℃ having a saturated vapor pressure of 1 Torr to 5 torr and of the gas represented by the following formula An oxidant comprising an organometallic precursor and oxygen for oxidizing the organometallic precursor is provided over the substrate. A thin film including a metal oxide is formed on the surface of the substrate by the reaction of the organometallic precursor provided on the substrate with the oxidant. The thin film is repeatedly formed to form a gate insulating film on the substrate. A conductive film is formed on the gate insulating film. The conductive film and the gate insulating film are patterned sequentially. As a result, a gate structure including a gate insulating film pattern and a conductive film pattern made of the metal oxide is formed on the substrate.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치의 커패시터 제조 방법에 따르면, 먼저 기판 상에 하부전극을 형성한다. 이어서, 60 내지 95℃의 온도로 가열되어 1 Torr 내지 5torr의 포화 증기압을 가지며 하기 화학식으로 표기되는 기체의 유기금속 전구체와 상기 유기금속 전구체를 산화시키기 위한 산소를 포함하는 산화제를 상기 하부전극이 형성된 기판의 상부로 제공한다. 이어서, 상기 기판의 상부로 제공된 상기 유기금속 전구체와 상기 산화제의 반응에 의해 하부 전극의 표면에 금속산화물을 형성한다. 이어서, 상기 박막을 반복 형성하여 상기 하부전극 상에 유전막을 형성한다. 이어서, 상기 유전막 상에 상부전극을 형성한다. 그 결과, 상기 기판 상에는 상기 하부전극, 상기 금속 산화물로 이루어지는 유전막 및 상부전극으로 이루어지는 커패시터가 형성된다.According to a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention for achieving the above another object, first to form a lower electrode on a substrate. Subsequently, the lower electrode was formed by heating to a temperature of 60 to 95 ° C. and having a saturated vapor pressure of 1 Torr to 5 torr, and an oxidant including an organometallic precursor of a gas represented by the following formula and oxygen for oxidizing the organometallic precursor. Serve as the top of the substrate. Subsequently, the metal oxide is formed on the surface of the lower electrode by the reaction of the organometallic precursor provided on the substrate with the oxidant. Subsequently, the thin film is repeatedly formed to form a dielectric film on the lower electrode. Subsequently, an upper electrode is formed on the dielectric layer. As a result, a capacitor comprising the lower electrode, the dielectric film made of the metal oxide and the upper electrode is formed on the substrate.

[화학식] [Formula]

R3-N=M(N(R1)(R2))2 R 3 -N = M (N (R 1 ) (R 2 )) 2

상기 화학식에서 R1 내지 R3은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기이고, M은 타타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 또는 하프늄(Hf)이다.In the above formula, R1 to R3 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, M is titanium (Ti), zirconium (Zr) or hafnium (Hf).

일 실시예에 따르면, 상기 유기금속 전구체는 액상의 유기금속 전구체를 75 내지 85℃의 온도로 가열함으로서 형성되며, 케니스트 내에서 약 3Torr 내지 5torr의 포화 증기압을 갖는다. 이때, 상기 유기금속 전구체는 기체 상태이다.According to one embodiment, the organometallic precursor is formed by heating a liquid organometallic precursor to a temperature of 75 to 85 ℃, has a saturated vapor pressure of about 3 Torr to 5 torr in the canister. In this case, the organometallic precursor is in a gaseous state.

상기 유기금속 전구체는 캐리어 가스와 함께 기판 상으로 공급될 수 있고, 상기 캐리어 가스의 예로서는 아르곤가스, 질소가스, 헬륨가스 등을 들 수 있다.The organometallic precursor may be supplied onto a substrate together with a carrier gas, and examples of the carrier gas may include argon gas, nitrogen gas, helium gas, and the like.

일 예로서, 상기 유기금속 전구체가 제공된 이후에 퍼지가스를 이용하여 상기 기판을 제1 퍼지하는 단계 및 상기 산화제가 제공된 이후에 퍼지가스를 이용하여 상기 기판을 제2 퍼지하는 단계를 더 수행하 수 있다. 상기 박막은 원자적층 방법을 수행하여 형성하며, 250 내지 400℃의 온도 및 0.5 내지 3.0torr의 압력조건에서 형성할 수 있다.As an example, the method may further include first purging the substrate using the purge gas after the organometallic precursor is provided and second purging the substrate using the purge gas after the oxidant is provided. have. The thin film is formed by performing an atomic lamination method, and may be formed at a temperature of 250 to 400 ° C. and a pressure of 0.5 to 3.0 torr.

본 발명에 의하면 금속 산화물을 포함하는 박막을 형성할 경우 적용되는 상기 화학식으로 표기되는 유기금속 전구체는 종래에 사용된 금속 전구체(TEMAH, TEMAZ)보다 높은 포화 증기압을 가질 뿐만 아니라 산화제와 높은 반응성을 갖는다. 따라서, 박막 제조 공정시 공정의 스루풋(through put) 향상과 스텝커버지의 특성을 개선시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 고유전율을 가지면서도 누설 전류가 양호한 박막을 용이하게 제조할 수 있다. 그 결과, 상기 박막을 게이트 구조물의 게이트 절연막, 커패시터의 유전막, 플래시 메모리 장치의 유전막 등에 용이하게 적용할 수 있다.According to the present invention, the organometallic precursor represented by the above formula applied when forming a thin film containing a metal oxide not only has a higher saturated vapor pressure than conventional metal precursors (TEMAH, TEMAZ), but also has high reactivity with an oxidizing agent. . Therefore, it is possible to improve the throughput and process characteristics of the step cover during the thin film manufacturing process. In addition, the present invention can easily produce a thin film having a high dielectric constant and good leakage current. As a result, the thin film can be easily applied to a gate insulating film of a gate structure, a dielectric film of a capacitor, a dielectric film of a flash memory device, and the like.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

박막 제조 방법 1Thin film manufacturing method 1

도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 박막 제조 방법을 나타내는 단 면도들이다.1 to 5 are short views showing the thin film manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 박막을 형성하기 위한 기판(10)을 공정챔버(50) 내에 위치시킨다. 이때, 상기 공정챔버(50)의 내부 온도가 약 250℃ 미만일 경우 후속 공정에서 기체 상태의 유기금속 전구체의 반응성이 용이하지 않기 때문에 바람직하지 않다. 반면에 온도가 약 450℃를 초과할 경우 상기 기판(10) 상에 형성하는 박막의 결정화가 진행되고, 화학기상증착의 특성을 나타내기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 상기 공정챔버(50) 내부 온도는 약 250 내지 450℃로 설정하고, 바람직하게는 상기 공정챔버(50) 내부의 온도가 약 250 내지 400℃의 온도가 되도록 설정한다. 특히, 본 실시예에서 상기 공정챔버(50) 내부 온도는 약 300℃로 설정한다. 이는 약 300℃의 온도에서 원자층 적층의 특성이 가장 양호하게 나타나기 때문이다. Referring to FIG. 1, a substrate 10 for forming a thin film is positioned in a process chamber 50. In this case, when the internal temperature of the process chamber 50 is less than about 250 ° C., the reactivity of the organometallic precursor in a gaseous state is not preferable in a subsequent process. On the other hand, when the temperature exceeds about 450 ℃ crystallization of the thin film to be formed on the substrate 10 proceeds, it is not preferable because it shows the characteristics of chemical vapor deposition. Therefore, the temperature inside the process chamber 50 is set to about 250 to 450 ° C, and preferably, the temperature inside the process chamber 50 is about 250 to 400 ° C. In particular, the internal temperature of the process chamber 50 is set to about 300 ° C in this embodiment. This is because at the temperature of about 300 ° C., the properties of the atomic layer stacks appear best.

그리고, 상기 공정챔버(50) 내부의 압력이 약 0.5torr 미만일 경우 후속 공정에서 유기금속 전구체 반응성이 용이하지 않기 때문에 바람직하지 않다. 반면에 내주 압력이 약 3.0torr을 초과할 경우 금속산화물을 포함하는 박막을 형성하기 위한 공정의 제어가 용이하지 않기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 상기 공정챔버(50) 내부 압력은 약 0.5 내지 3.0torr로 설정하고, 바람직하게는 약 0.05 내지 2.0torr의 압력을 갖도록 설정한다. 특히, 본 실시예에서 상기 공정챔버(50) 내부의 압력은 약 1.0torr로 설정한다. 이는 약 1.0torr의 압력에서 원자층 적층의 특성이 가장 양호하게 나타나기 때문이다. In addition, when the pressure inside the process chamber 50 is less than about 0.5 torr, it is not preferable because organometallic precursor reactivity is not easy in a subsequent process. On the other hand, when the inner pressure exceeds about 3.0 torr, it is not preferable because the control of the process for forming the thin film including the metal oxide is not easy. Therefore, the pressure inside the process chamber 50 is set to about 0.5 to 3.0 torr, and preferably to have a pressure of about 0.05 to 2.0 torr. In particular, in this embodiment, the pressure inside the process chamber 50 is set to about 1.0 torr. This is because the atomic layer deposition exhibits the best properties at a pressure of about 1.0 torr.

이어서, 상기 기판의 상부로 본 발명의 유기금속 전구체를 도입한다. 즉, 상기 오도 조건 및 압력 조건을 갖는 챔버(50) 내부로 하기 화학식 1로 표기되는 유 기금속 전구체를 제공한다. 상기 유기금속 전구체는 케니스트 또는 액체전달시스템(LDS : liquid delivery system)를 이용하여 상기 챔버 내부로 제공된다. 이때, 상기 유기금속 전구체는 상기 기판 상부로 약 0.5 내지 5초 동안 제공될 수 있다. 일 예로서, 상기 유기금속 전구체는 액체전달시스템(liquid delivery system)에서 100 내지 150℃의 온도에서 기화되어 상기 챔버(50) 내로 약 1초 동안 제공된다. Subsequently, the organometallic precursor of the present invention is introduced onto the substrate. That is, an organic metal precursor represented by the following Chemical Formula 1 is provided into the chamber 50 having the misleading conditions and the pressure conditions. The organometallic precursor is provided into the chamber using a canister or liquid delivery system (LDS). In this case, the organometallic precursor may be provided over the substrate for about 0.5 to 5 seconds. As one example, the organometallic precursor is vaporized at a temperature of 100-150 ° C. in a liquid delivery system and provided into the chamber 50 for about 1 second.

그 결과, 상기 유기금속 전구체의 제1 부분(12)은 상기 기판(10) 상에 화학적 흡착되고, 상기 하프늄 전구체의 제1 부분(12)을 제외한 제2 부분(14)은 상기 제1 부분(12)에 물리적 흡착되어 느슨한 결합력을 갖거나 상기 챔버(50) 내부에서 부유될 수 있다. 또한, 상기 기판 상에 화학 흡착된 하프늄 전구체의 일부는 챔버 내의 열에 의해 열 분해될 수 있다. 따라서, 상기 유기금속 전구체의 중심금속은 기판 상에 화학 흡착되고 상기 중심금속과 결합되어 있는 리간드의 일부는 상기 중심금속과 분리될 수 있다.As a result, the first portion 12 of the organometallic precursor is chemisorbed onto the substrate 10, and the second portion 14 except for the first portion 12 of the hafnium precursor is the first portion 12. Physically adsorbed by 12) may have a loose coupling force or may float in the chamber 50. In addition, some of the hafnium precursor chemisorbed on the substrate may be thermally decomposed by heat in the chamber. Thus, the central metal of the organometallic precursor is chemisorbed on the substrate and a portion of the ligand bound to the central metal may be separated from the central metal.

이하 하기 화학식으로 표기되는 유기금속 전구체를 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, an organometallic precursor represented by the following chemical formula will be described in detail.

R3-N=M(N(R1)(R2))2 ------------------------[화학식]R 3 -N = M (N (R 1 ) (R 2 )) 2 ------------------------ [Formula]

상기 화학식에서 R1 내지 R3은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기이고, M은 타타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 또는 하프늄(Hf)이다. 일 예로서, 상기 R1 내지 R3는 각각 독립적으로 메틸기, 에틸기, 프로필기, 터셔리 부틸기 등을 포함할 수 있다. In the above formula, R1 to R3 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, M is titanium (Ti), zirconium (Zr) or hafnium (Hf). As an example, each of R1 to R3 may independently include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a tertiary butyl group, and the like.

상기 화학식을 표기되는 유기금속 전구체는 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노하프늄((t-BuN)Hf(N(CH3)(C2H5))2) 또는 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노지르코늄((t-BuN)Zr(N(CH3)(C2H5))2)를 포함할 수 있다.The organometallic precursor represented by the above formula may be tert-butylimido bismethylethylaminohalfnium ((t-BuN) Hf (N (CH 3 ) (C 2 H 5 )) 2 ) or tert-butylimido bismethylethyl Aminozirconium ((t-BuN) Zr (N (CH 3 ) (C 2 H 5 )) 2 ).

상기 유기금속 전구체는 상온에서 액체상태이고, 약 60 내지 95℃의 온도에 기화되어 기체상태를 갖는다. 상기 유기금속 전구체는 케니스트 내에서 기체상태로 기화될 경우 약 1 Torr 내지 5torr의 포화 증기압을 갖는다.The organometallic precursor is in a liquid state at room temperature, and is vaporized at a temperature of about 60 to 95 ° C. to have a gaseous state. The organometallic precursor has a saturated vapor pressure of about 1 Torr to 5 torr when vaporized in the gaseous state in the canister.

일 예로서, 상기 기체상태의 유기금속 전구체는 케니스트 내부에 액체 상태의 상기 유기금속 전구체를 수용한 후 상기 액체 상태의 유기금속 전구체를 약 60 내지 95℃ 온도로 가열하면서 불활성 가스 버블을 발생시켜 형성할 수 있다. 그 결과 상기 케니스트 내에는 기체상태의 유기금속 전구체가 생성된다. 이때, 상기 유기금속 전구체는 상기 케니스트 내에서 형성되는 기체 상태의 유기금속 전구체가 포화될 때까지 생성된다. As an example, the gaseous organometallic precursor may contain the organometallic precursor in a liquid state inside a canister and generate an inert gas bubble while heating the organometallic precursor in a liquid state at a temperature of about 60 to 95 ° C. Can be formed. As a result, a gaseous organometallic precursor is produced in the canister. In this case, the organometallic precursor is generated until the gaseous organometallic precursor formed in the canister is saturated.

상기 화학식으로 표기되는 기체 상태의 유기금속 전구체가 케니스트 내에서 약 65 내지 75℃ 온도로 가열될 경우 약 1 내지 3torr의 포화증기압을 갖는다. 또한, 케니스트 내에서 약 85 내지 95℃ 온도로 가열될 경우 약 3 내지 5torr의 포화증기압을 갖는다. 즉, 상기 화학식으로 표기되는 유기금속 전구체는 종래에 사용된 하프늄 전구체(TEMAH)에 비해 높은 포화증기압(saturation vapor pressure)을 가질 뿐만 아니라 산화제와 높은 반응성을 갖는다. 상기 유기금속 전구체는 하프늄 전구체 또는 지르코늄 전구체이다.The organometallic precursor of the gaseous state represented by the above formula has a saturated vapor pressure of about 1 to 3 torr when heated to a temperature of about 65 to 75 ° C. in the canister. In addition, when heated to a temperature of about 85 to 95 ℃ in the canister has a saturated steam pressure of about 3 to 5 torr. That is, the organometallic precursor represented by the above chemical formula not only has a higher saturation vapor pressure than the hafnium precursor (TEMAH) used in the prior art but also has a high reactivity with the oxidizing agent. The organometallic precursor is a hafnium precursor or a zirconium precursor.

여기서, 높은 포화증기압을 갖는 기체 상태의 유기금속 전구체를 형성할 수 있다는 것은 기체 상태의 유기금속 전구체의 형성이 용이하다는 것뿐만 아니라 상기 박막을 형성하기 위해 유기금속 전구체를 공정챔버 내로 제공할 때 공급되는 시간을 단축시킬 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 상기 공정챔버 내로 제공되는 기체 상태의 유기금속 전구체와 함께 제공되는 캐리어 가스의 사용량이 감소됨을 의미하며, 공정챔버 내로 제공되는 유기금속 전구체의 유입량(부피)의 감소를 의미한다.Here, being able to form a gaseous organometallic precursor having a high saturation vapor pressure not only facilitates the formation of a gaseous organometallic precursor, but also supplies the organometallic precursor into the process chamber to form the thin film. That means you can shorten the time it takes. In addition, it means that the amount of the carrier gas provided with the organometallic precursor in the gaseous state provided into the process chamber is reduced, and the amount of inflow (volume) of the organometallic precursor provided into the process chamber is reduced.

따라서, 상기 화학식으로 표기되는 유기금속 전구체를 적용하면, 종래의 박막대비 고유전율을 가지면서도 누설 전류가 양호한 박막을 용이하게 제조할 수 있을 뿐만 아니라 박막을 형성하기 위한 공정시간을 감소시킬 수 있다. 게다가 최종적으로 반도체 제조 공정의 스루풋을 증가시킬 수 있다. 이하, 상기 유기금속 전구체는 지르코늄 전구체로 설명한다.Therefore, by applying the organometallic precursor represented by the above formula, it is possible to easily manufacture a thin film having a high dielectric constant compared to the conventional thin film and good leakage current as well as to reduce the process time for forming a thin film. In addition, the throughput of the semiconductor manufacturing process can be finally increased. Hereinafter, the organometallic precursor will be described as a zirconium precursor.

도 2를 참조하면, 상기 공정챔버(50) 내부로 퍼지 가스인 불활성 가스를 제공한다. 상기 불활성 가스의 예로서는 아르곤 가스, 질소 가스등을 들 수 있다. 이때, 상기 퍼지 가스는 약 1 내지 30초 동안 제공한다. 본 실시예에서는 상기 퍼지 가스를 약 30초 동안 제공한다.Referring to FIG. 2, an inert gas that is a purge gas is provided into the process chamber 50. Argon gas, nitrogen gas, etc. are mentioned as an example of the said inert gas. At this time, the purge gas is provided for about 1 to 30 seconds. In this embodiment, the purge gas is provided for about 30 seconds.

이와 같이, 상기 공정챔버(50) 내부로 퍼지 가스를 제공함으로서 상기 챔버(50) 내에 표류하거나 상기 제1 부분(12)에 물리 흡착된 제2 부분(14)은 제거된다. 그 결과, 상기 기판(10) 상에는 상기 화학 흡착된 제1 부분(12)으로서 지르코늄 전구체 분자들(12a)이 남는다.As such, by providing a purge gas into the process chamber 50, the second portion 14 that is drift in the chamber 50 or physically adsorbed to the first portion 12 is removed. As a result, zirconium precursor molecules 12a remain on the substrate 10 as the chemisorbed first portion 12.

다른 실시예로서, 상기 퍼지 가스의 제공 대신에 상기 공정챔버(50) 내부를 약 1 내지 30초 동안 진공 상태를 유지하여도 상기 공정챔버(50) 내에서 표류하거나 상기 제1 부분(12)에 물리 흡착된 제2 부분(14)의 제거가 가능하다. 또 다른 실시예로서, 상기 퍼지 가스의 제공과 진공 퍼지를 함께 수행하여도 상기 공정챔버(50) 내에 표류하거나 상기 제1 부분(12)에 물리 흡착된 제2 부분(14)의 제거가 가능하다.Alternatively, instead of providing the purge gas, the inside of the process chamber 50 may remain in the process chamber 50 or drift in the process chamber 50 even if the vacuum is maintained for about 1 to 30 seconds. It is possible to remove the physically adsorbed second portion 14. As another embodiment, the purge gas and the vacuum purge may be performed together to remove the second part 14 that is drift in the process chamber 50 or physically adsorbed to the first part 12. .

도 3을 참조하면, 상기 챔버(50) 내부로 산소를 포함하는 산화제(16)를 제공한다. 상기 산화제(16)의 예로서는 O3, O2, H2O, 플라즈마 O2, 리모트 플라즈마 O2 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용하는 것이 바람직하고, 경우에 따라서 둘 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 그리고, 상기 산화제(16)는 약 0.5 내지 5초 동안 제공한다. 본 실시예에서는 상기 산화제(16)로서 O3을 약 2초 동안 제공한다.Referring to FIG. 3, an oxidant 16 including oxygen is provided into the chamber 50. Examples of the oxidant 16 include O 3 , O 2 , H 2 O, plasma O 2 , remote plasma O 2 , and the like. It is preferable to use these individually, and you may mix and use two or more as needed. The oxidant 16 is then provided for about 0.5 to 5 seconds. In this embodiment, O 3 is provided as the oxidant 16 for about 2 seconds.

이와 같이, 상기 산화제(16)를 제공함으로서 상기 산화제(16)는 상기 기판(10) 상에 화학 흡착된 반응 물질의 제1 부분(12)인 지르코늄 전구체 분자들(12a)과 화학적으로 반응하여 상기 지르코늄 전구체 분자들(12a)을 산화시킨다.As such, by providing the oxidant 16, the oxidant 16 chemically reacts with the zirconium precursor molecules 12a, which is the first portion 12 of the reactant material chemisorbed onto the substrate 10. Zirconium precursor molecules 12a are oxidized.

도 4를 참조하면, 상기 챔버(50) 내부로 퍼지 가스를 제공한다. 상기 퍼지 가스의 종류 및 제공 시간은 도 2에서 설명한 바와 동일하다. 이와 같이, 상기 챔버(50) 내부로 퍼지 가스를 제공함으로서 화학적으로 반응하지 않은 산화제(16)가 상기 공정챔버(50)로부터 제거된다.Referring to FIG. 4, a purge gas is provided into the chamber 50. The type and provision time of the purge gas are the same as described with reference to FIG. 2. As such, by providing the purge gas into the chamber 50, the oxidant 16 which is not chemically reacted is removed from the process chamber 50.

이에 따라, 상기 기판(10) 상에는 지르코늄 산화물을 포함하는 고체 물질(18)이 형성된다.As a result, a solid material 18 including zirconium oxide is formed on the substrate 10.

도 5를 참조하면, 상기 도 1 내지 도 4에서 설명한 공정들을 적어도 1회 반복하여 수행한다. 그 결과, 상기 기판(10) 상에는 고체 물질(18)들의 적층으로 이루어지는 박막(20)이 형성된다. 이때, 상기 박막(20)은 지르코늄 산화물을 포함한다. 그리고, 상기 박막(20)의 두께는 상기 공정들의 반복 회수에 따라 조절된다.Referring to FIG. 5, the processes described with reference to FIGS. 1 to 4 are repeated at least once. As a result, a thin film 20 made of a stack of solid materials 18 is formed on the substrate 10. In this case, the thin film 20 includes zirconium oxide. In addition, the thickness of the thin film 20 is adjusted according to the number of repetitions of the processes.

본 실시예에 의하면 상기와 같은 화학식 1을 갖고, 포화증기압이 종래의 전구체보다 높은 지르코늄 전구체 또는 하프늄 전구체를 사용하여 지르코늄 또는 하프늄 산화물을 포함하는 박막(20)을 형성한다. 따라서, 상기 박막(20)은 높은 유전율을 가지며, 양호한 누설 전류 특성을 갖는다.According to the present exemplary embodiment, the thin film 20 including zirconium or hafnium oxide is formed by using a zirconium precursor or a hafnium precursor having a chemical formula 1 as described above and having a saturated vapor pressure higher than that of a conventional precursor. Thus, the thin film 20 has a high dielectric constant and good leakage current characteristics.

상기 박막 형성의 다른 예로는 상기 지르코늄 전구체와 산화제를 별도로 제공하는 원자층 증착공정과 달리 상기 기체 상태의 지르코늄 전구체와 산화제를 공정챔버 내로 동시에 주입하여 박막을 형성하는 화학적기상증착 방법으로 형성할 수 있다. As another example of the thin film formation, unlike the atomic layer deposition process in which the zirconium precursor and the oxidant are separately provided, the thin film may be formed by chemical vapor deposition, in which the gaseous zirconium precursor and the oxidant are simultaneously injected into the process chamber to form a thin film. .

여기서, 상기 고체물질로 이루어진 박막의 형성은 기체 상태의 상기 지르코늄 전구체와 상기 산화제를 공정챔버 내에 위치된 기판의 상부로 동시에 주입한다. 이어서, 동시에 주입된 상기 지르코늄 전구체와 산화제를 상기 기판 상부에서 화학 반응시켜 지르코늄 산화물을 형성한다. 이어서, 형성된 지르코늄 산화물을 상기 기판의 표면에 화학 흡착시켜 기판 상에 고체물질을 형성한다. 이후 상기 고체물질 상에 지르코늄 산화물이 연속적으로 소정 시간동안 화학 흡착됨으로서 박막이 형성된다. 그리고, 상기 박막의 두께는 상기 화학기상증착 시간에 따라 조절된다.Here, the formation of the thin film made of the solid material simultaneously injects the zirconium precursor and the oxidant in a gaseous state onto the substrate located in the process chamber. Subsequently, the zirconium precursor and the oxidant simultaneously injected are chemically reacted on the substrate to form zirconium oxide. Subsequently, the formed zirconium oxide is chemisorbed on the surface of the substrate to form a solid material on the substrate. Thereafter, zirconium oxide is continuously chemisorbed on the solid material for a predetermined time to form a thin film. The thickness of the thin film is adjusted according to the chemical vapor deposition time.

박막 제조 방법 2Thin Film Manufacturing Method 2

도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 박막 형성방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a method of forming a thin film according to Embodiment 2 of the present invention.

도 6을 참조하면, 챔버 내에 기판을 위치시킨다(단계 S110). 이때, 상기 챔버 내의 온도는 약 250 내지 450℃로 설정하고, 바람직하게는 약 250 내지 400℃의 온도가 되도록 설정하고, 보다 바람직하게는 약 300℃로 설정한다. Referring to FIG. 6, the substrate is placed in the chamber (step S110). At this time, the temperature in the chamber is set to about 250 to 450 ℃, preferably set to a temperature of about 250 to 400 ℃, more preferably set to about 300 ℃.

그리고, 상기 기판의 상부로 제1 반응 물질을 도입한다(단계 S120). 즉, 상기 챔버 내로 하기 화학식으로 표기되는 유기금속 전구체이다. 상기 유기금속 전구체는 하프늄 전구체와 지르코늄 전구체를 포함한다. 일 예로서, 상기 하프늄 전구체는 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노하프늄((t-BuN)Hf(N(CH3)(C2H5))2)이고, 상기 지르코늄 전구체는 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노지르코늄((t-BuN)Zr(N(CH3)(C2H5))2)이다. 상기 제1 반응 물질은 약 0.5 내지 3초 동안 상기 기판의 상부로 도입되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 제1 반응 물질은 액체전달 시스템에 의해 약 1초 동안 상기 기판의 상부로 도입되는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이, 상기 제1 반응 물질로서 상기 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노지르코늄을 상기 기판의 상부로 도입시킴으로서 상기 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노지르코늄의 제1 부분은 상기 기판 상에 화학 흡착되고, 제2 부분은 물리 흡착된다.Then, a first reactant is introduced onto the substrate (step S120). That is, the organometallic precursor represented by the following chemical formula into the chamber. The organometallic precursor includes a hafnium precursor and a zirconium precursor. As an example, the hafnium precursor is tert-butylimido bismethylethylaminohafnium ((t-BuN) Hf (N (CH 3 ) (C 2 H 5 )) 2 ) and the zirconium precursor is tert-butylimide Bismethylethylaminozirconium ((t-BuN) Zr (N (CH 3 ) (C 2 H 5 )) 2 ). Preferably, the first reactant is introduced into the top of the substrate for about 0.5 to 3 seconds. In particular, the first reactant material is more preferably introduced into the top of the substrate for about 1 second by a liquid delivery system. As such, the first portion of the tertiary butylimido bismethylethylaminozirconium is chemisorbed onto the substrate by introducing the tertiary butylimido bismethylethylaminozirconium as the first reaction material to the top of the substrate. And the second portion is physically adsorbed.

이어서, 상기 기판의 상부로 아르곤 가스를 도입하여 기판을 제1 퍼지 한다(단계 S130). 상기 아르곤 가스는 퍼지 가스로서, 약 0.5 내지 3초 동안 상기 기판 의 상부로 도입되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 아르곤 가스는 약 1초 동안 상기 기판의 상부로 도입되는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이, 상기 아르곤 가스를 상기 기판의 상부로 도입시킴으로서 상기 기판 상에 물리 흡착된 상기 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노지르코늄의 제2 부분이 제거된다. 즉, 상기 아르곤 가스에 의해 상기 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노지르코늄에 포함되어 있는 탄화수소(CH) 라디칼이 상기 기판으로부터 탈착되는 것이다. 하지만, 상기 아르곤 가스가 상기 기판의 상부로 도입되어도, 상기 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노지르코늄에 포함되어 있는 지르코늄(Zr)은 상기 기판 상에 화학 흡착된 상태를 유지한다. 또한, 상기 아르곤 가스를 도입시키는 것 이외에도 상기 챔버 내부를 약 2 내지 3초 동안 진공 상태를 유지시켜도 상기 탄화수소 라디칼이 상기 기판으로부터 탈착된다.Subsequently, argon gas is introduced into the upper portion of the substrate to first purge the substrate (step S130). The argon gas is a purge gas, preferably introduced into the upper portion of the substrate for about 0.5 to 3 seconds. In particular, the argon gas is more preferably introduced into the top of the substrate for about 1 second. As such, the second portion of the tertiary butylimido bismethylethylaminozirconium physically adsorbed on the substrate is removed by introducing the argon gas onto the substrate. That is, the hydrocarbon (CH) radicals contained in the tertiary butylimido bismethylethylamino zirconium are desorbed from the substrate by the argon gas. However, even when the argon gas is introduced into the upper portion of the substrate, zirconium (Zr) contained in the tertiary butylimido bismethylethylaminozirconium remains chemisorbed on the substrate. In addition to introducing the argon gas, the hydrocarbon radicals are desorbed from the substrate even if the inside of the chamber is kept in vacuum for about 2 to 3 seconds.

이어서, 상기 기판의 상부로 산소를 포함하는 산화제를 도입한다(단계 S140). 상기 산화제의 예로서는 O3, H2O, H2O2, CH3OH, C2H5OH 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용하는 것이 바람직하지만, 경우에 따라 둘 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 본 실시예서는 산화제로서 O3를 사용한다. 그리고, 상기 산화제로서 O3는 약 1 내지 5초 동안 상기 기판의 상부로 도입되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 O3는 약 3초 동안 상기 기판의 상부로 도입되는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이, 상기 산화제를 상기 기판의 상부로 도입시킴으로서 상기 기판 상에 화학 흡착되어 있는 지르코늄이 산화된다. 그 결과, 상기 기판 상에는 지르코늄-산화물을 함유하 는 제1 고상 물질이 형성된다.Subsequently, an oxidant containing oxygen is introduced into the upper portion of the substrate (step S140). Examples of the oxidizing agent include O 3 , H 2 O, H 2 O 2 , CH 3 OH, C 2 H 5 OH, and the like. It is preferable to use these alone, but you may mix and use two or more as needed. In this example, O 3 is used as the oxidizing agent. And, as the oxidizing agent, O 3 is preferably introduced to the top of the substrate for about 1 to 5 seconds. In particular, the O 3 is more preferably introduced to the top of the substrate for about 3 seconds. In this manner, the zirconium chemisorbed on the substrate is oxidized by introducing the oxidant to the upper portion of the substrate. As a result, a first solid material containing zirconium oxide is formed on the substrate.

이어서, 상기 기판을 아르곤 가스를 이용하여 제2 퍼지 한다(단계 S150). 상기 아르곤 가스는 퍼지 가스로서, 약 1 내지 5초 동안 상기 기판의 상부로 도입되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 아르곤 가스는 약 3초 동안 상기 기판의 상부로 도입되는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이, 상기 아르곤 가스를 상기 기판의 상부로 도입시킴으로서 상기 챔버 내에 남아 있는 산화제가 제거된다.Subsequently, the substrate is purged second using argon gas (step S150). The argon gas is a purge gas, preferably introduced into the upper portion of the substrate for about 1 to 5 seconds. In particular, the argon gas is more preferably introduced into the top of the substrate for about 3 seconds. As such, the oxidant remaining in the chamber is removed by introducing the argon gas to the top of the substrate.

이에 따라, 상기 기판 상에는 지르코늄-산화물을 함유하는 제1 고상 물질이 형성되는데, 상기 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노지르코늄의 도입, 아르곤 가스의 도입, 산화제의 도입 및 아르곤 가스의 도입을 반복하여 실시할 경우, 상기 지르코늄-산화물을 함유하는 제1 고상 물질을 원하는 두께를 갖는 지르코늄-산화물을 함유하는 고체 박막 즉, 지르코늄 산화막으로 형성할 수도 있다.Accordingly, a first solid material containing zirconium oxide is formed on the substrate, and the tertiary butylimido is repeatedly introduced with bismethylethylaminozirconium, an argon gas, an oxidant, and an argon gas. In the case of carrying out, the first solid material containing the zirconium oxide may be formed of a solid thin film containing a zirconium oxide having a desired thickness, that is, a zirconium oxide film.

이어서, 상기 제1 고상 물질(140)의 상부로 제2 반응 물질을 도입한다(단계 S160). 상기 제2 반응 물질은 알루미늄-전구체이다. 상기 알루미늄 전구체의 예로서는 트리메틸 알루미늄(Tri Methyl Aluminium; TMA)전구체, 트리 에틸 알루미늄(Tri Ethyl Aluminium; TEA) 전구체, 트리 이소부틸 알루미늄 전구체 등을 들 수 있다. 상기 제2 반응 물질은 약 1초 동안 상기 제1 고상 물질의 상부로 도입되는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이, 상기 제2 반응 물질로서 TEA를 상기 제1 고상 물질의 상부로 도입시킴으로서 상기 TMA의 제1 부분은 상기 제1 고상 물질 상에 화학 흡착되고, 제2 부분은 물리 흡착된다.Subsequently, a second reaction material is introduced onto the first solid material 140 (step S160). The second reactant is an aluminum precursor. Examples of the aluminum precursor include a trimethyl aluminum (TMA) precursor, a tri ethyl aluminum (TEA) precursor, a tri isobutyl aluminum precursor, and the like. More preferably, the second reactant is introduced into the top of the first solid phase for about 1 second. As such, by introducing TEA as the second reactive material onto the first solid material, the first portion of the TMA is chemisorbed on the first solid material and the second portion is physically adsorbed.

이어서, 상기 기판을 아르곤 가스를 이용하여 제3 퍼지 한다(단계 S170). 상 기 아르곤 가스는 퍼지 가스로서, 약 1초 동안 상기 제1 고상 물질의 상부로 도입되는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이, 상기 아르곤 가스를 상기 제1 고상 물질의 상부로 도입시킴으로서 상기 제1 고상 물질 상에 물리 흡착된 상기 알루미늄 전구체인 TEA의 제2 부분이 제거된다.Subsequently, the substrate is purged third using argon gas (step S170). The argon gas is a purge gas, more preferably introduced into the top of the first solid material for about 1 second. As such, introducing the argon gas to the top of the first solid material removes the second portion of TEA, the aluminum precursor physically adsorbed on the first solid material.

이어서, 상기 제1 고상 물질의 상부로 산화제를 도입한다(단계 S180). 상기 산화제는 단계 S140에서 설명한 산화제와 동일하다. 따라서, 상기 산화제로서 O3를 선택하고, 약 3초 동안 상기 제1 고상 물질의 상부로 도입한다. 이와 같이, 상기 산화제를 상기 제1 고상 물질의 상부로 도입시킴으로서 상기 제1 고상 물질 상에 화학 흡착되어 있는 알루미늄(Al)은 산화된다. 그 결과, 상기 제1 고상 물질 상에는 알루미늄-산화물을 함유하는 제2 고상 물질이 형성된다.Subsequently, an oxidant is introduced into the first solid material (step S180). The oxidant is the same as the oxidant described in step S140. Thus, O 3 is selected as the oxidant and introduced to the top of the first solid material for about 3 seconds. As such, aluminum (Al) chemisorbed on the first solid material is oxidized by introducing the oxidant to the upper portion of the first solid material. As a result, a second solid material containing aluminum oxide is formed on the first solid material.

이어서, 상기 기판을 아르곤 가스를 이용하여 제4 퍼지 한다(단계 S190) 상기 아르곤 가스는 퍼지 가스로서, 약 3초 동안 상기 제2 고상 물질의 상부로 도입되는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이, 상기 아르곤 가스를 상기 제2 고상 물질의 상부로 도입시킴으로서 상기 챔버 내에 남아 있는 산화제가 제거된다.Subsequently, the substrate is purged fourth using argon gas (step S190). The argon gas is a purge gas, which is more preferably introduced into the upper portion of the second solid material for about 3 seconds. As such, the oxidant remaining in the chamber is removed by introducing the argon gas to the top of the second solid material.

이에 따라, 상기 제1 고상 물질 상에는 알루미늄-산화물을 함유하는 제2 고상 물질(180)이 형성되는데, 상기 TEA의 도입, 아르곤 가스의 도입, 산화제의 도입 및 아르곤 가스의 도입을 반복하여 실시할 경우, 상기 알루미늄-산화물을 함유하는 제2 고상 물질을 원하는 두께를 갖는 알루미늄-산화물을 함유하는 고체 박막 즉, 알루미늄 산화막으로 형성할 수도 있다.As a result, a second solid material 180 containing aluminum oxide is formed on the first solid material, and the TEA, the argon gas, the oxidizing agent, and the argon gas are repeatedly introduced. The second solid material containing the aluminum oxide may be formed of a solid thin film containing an aluminum oxide having a desired thickness, that is, an aluminum oxide film.

그리고, 상기 지르코늄 전구체를 사용하여 지르코늄-산화물을 함유하는 제1 고상 물질을 형성하는 횟수와 상기 알루미늄 전구체를 사용하여 알루미늄-산화물을 함유하는 제2 고상 물질을 형성하는 횟수 각각을 적절하게 조절함으로서 원하는 지르코늄과 알루미늄의 조성비를 갖는 지르코늄-알루미늄-산화물을 함유하는 복합 금속산화막을 형성한다(단계 S200).And by appropriately controlling each of the number of times of forming the first solid material containing zirconium oxide using the zirconium precursor and the number of times of forming the second solid material containing aluminum oxide using the aluminum precursor as desired. A composite metal oxide film containing zirconium-aluminum-oxide having a composition ratio of zirconium and aluminum is formed (step S200).

다른 실시예로서 상기 지르코늄 전구체 대신에 하프늄 전구체를 사용하여 하프늄-산화물을 함유하는 제1 고상 물질을 형성하는 횟수와 상기 알루미늄 전구체를 사용하여 알루미늄-산화물을 함유하는 제2 고상 물질을 형성하는 횟수 각각을 적절하게 조절함으로서 원하는 하프늄과 알루미늄의 조성비를 갖는 지르코늄-알루미늄-산화물을 함유하는 고체 박막을 얻을 수 있다.In another embodiment, the number of times of forming the first solid material containing hafnium-oxide using the hafnium precursor instead of the zirconium precursor and the number of times of forming the second solid material containing aluminum-oxide using the aluminum precursor, respectively By appropriately adjusting, a solid thin film containing zirconium-aluminum-oxide having a desired hafnium-aluminum composition ratio can be obtained.

게이트 구조물의 제조방법Manufacturing method of gate structure

도 7 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 게이트 구조물의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.7 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a gate structure in accordance with an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 일반적인 소자 분리 공정을 수행하여 기판(100)을 액티브 영역과 필드 영역(102)으로 분리한다. 여기서, 상기 기판(100)의 예로서는 실리콘 기판, 실리콘-온-인슐레이터(silicon-on-insulator : SOI) 기판 등을 들 수 있다.Referring to FIG. 7, a substrate isolation process is performed to separate the substrate 100 into an active region and a field region 102. Here, examples of the substrate 100 include a silicon substrate, a silicon-on-insulator (SOI) substrate, and the like.

이어서, 상기 기판(100) 상에 게이트 절연막(104)을 형성한다. 이때, 상기 게이트 절연막(104)은 얇은 등가 산화막 두께를 유지하면서도 게이트 전극과 채널 사이에서 발생하는 누설 전류를 충분하게 줄일 수 있어야 한다. 따라서, 본 실시예 에서는 상기 게이트 절연막(104)으로서 금속 산화물을 포함하는 박막을 형성한다.Subsequently, a gate insulating film 104 is formed on the substrate 100. In this case, the gate insulating layer 104 should be able to sufficiently reduce the leakage current generated between the gate electrode and the channel while maintaining a thin equivalent oxide film thickness. Therefore, in this embodiment, a thin film containing a metal oxide is formed as the gate insulating film 104.

일 예로서, 상기 박막은 하프늄-산화물 또는 지르코늄-산화물을 포함하며 상기 박막 제조 방법 1에 따른 원자층 증착법을 적용하여 형성할 수 있다. 다른 예로서, 상기 박막은 지르코늄-알루미늄 산화물을 포함하며, 상기 박막 제조 방법 2에 따른 원자층 증착 공정을 적용하여 형성할 수 있다. As an example, the thin film may include hafnium-oxide or zirconium-oxide and may be formed by applying the atomic layer deposition method according to the thin film manufacturing method 1. As another example, the thin film may include zirconium-aluminum oxide, and may be formed by applying an atomic layer deposition process according to the thin film manufacturing method 2.

상기 원자층 증착 공정에 적용되는 유기금속 전구체는 하기 화학식으로 표기된다. The organometallic precursor applied to the atomic layer deposition process is represented by the following formula.

R3-N=M(N(R1)(R2))2 ------------------------[화학식]R 3 -N = M (N (R 1 ) (R 2 )) 2 ------------------------ [Formula]

상기 화학식에서 R1 내지 R3은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기이고, M은 타타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 또는 하프늄(Hf)이다. 일 예로서, 상기 R1 내지 R3는 각각 독립적으로 메틸기, 에틸기, 프로필기, 터셔리 부틸기등을 포함할 수 있다. 상기 화학식으로 표기되는 유기금속 전구체는 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노하프늄((t-BuN)Hf(N(CH3)(C2H5))2)또는 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노지르코늄((t-BuN)Zr(N(CH3)(C2H5))2)을 포함할 수 있다. 상기 유기금속 전구체는 상온에서 액체상태이고, 약 60 내지 95℃의 온도에 기화되어 기체상태를 갖는다. 상기 유기금속 전구체는 케니스트 내에서 기체상태로 기화될 경우 약 1 Torr 내지 5torr의 포화 증기압을 갖는 것을 특징으로 한다. In the above formula, R1 to R3 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, M is titanium (Ti), zirconium (Zr) or hafnium (Hf). As an example, each of R1 to R3 may independently include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a tertiary butyl group, and the like. The organometallic precursor represented by the above formula is tertiary butylimido bismethylethylaminohalfnium ((t-BuN) Hf (N (CH 3 ) (C 2 H 5 )) 2 ) or tertiary butylimido bismethylethyl Aminozirconium ((t-BuN) Zr (N (CH 3 ) (C 2 H 5 )) 2 ). The organometallic precursor is in a liquid state at room temperature, and vaporized at a temperature of about 60 to 95 ° C. to have a gaseous state. The organometallic precursor is characterized by having a saturated vapor pressure of about 1 Torr to 5 torr when vaporized in the gaseous state in the canister.

상기 박막 제조 방법 1 및 2에 대한 구체적인 설명은 중복을 피하기 위해 생략한다.Detailed description of the thin film manufacturing method 1 and 2 will be omitted to avoid duplication.

본 실시예에서는 상기 하프늄 전구체 또는 지르코늄 전구체를 원자층 적층공정에 적용하여 상기 기판(100) 상에 지르코늄 산화물로 이루어진 게이트 절연막(104)을 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 게이트 절연막(104) 상에 약 5Å의 두께를 갖는 실리콘 산화막(도시되지 않음)을 더 형성할 수도 있다. 이때, 상기 실리콘 산화막은 하프늄 산화물을 포함하는 게이트 절연막(104)을 형성한 후, 인-시튜로 수행하여 형성할 수 있다.In this embodiment, it is preferable to apply the hafnium precursor or zirconium precursor to the atomic layer deposition process to form a gate insulating film 104 made of zirconium oxide on the substrate 100. A silicon oxide film (not shown) having a thickness of about 5 GPa may be further formed on the gate insulating film 104. In this case, the silicon oxide film may be formed by in-situ after forming the gate insulating film 104 including hafnium oxide.

도 8을 참조하면, 상기 게이트 절연막(104) 상에 게이트 도전막(110)을 형성한다. 상기 게이트 도전막(110)은 주로 폴리 실리콘막(106) 및 텅스텐 실리사이드막과 같은 금속 실리사이드막(108)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 그리고, 상기 게이트 도전막(110) 상에 산화 실리콘 물질을 포함하는 캡핑 절연막(112)을 형성하기도 한다.Referring to FIG. 8, a gate conductive layer 110 is formed on the gate insulating layer 104. The gate conductive layer 110 has a structure in which a polysilicon layer 106 and a metal silicide layer 108 such as a tungsten silicide layer are sequentially stacked. In addition, a capping insulating layer 112 including a silicon oxide material may be formed on the gate conductive layer 110.

도 9를 참조하면, 상기 기판(100) 상에 형성한 캡핑 절연막(112), 게이트 도전막(110) 및 게이트 절연막(104)을 순차적으로 패터닝한다. 그 결과, 상기 기판(100) 상에는 게이트 절연막 패턴(104a), 게이트 도전막 패턴(110a) 및 캡핑 절연막 패턴(112a)으로 이루어지는 게이트 구조물(115)이 형성된다. 상기 게이트 구조물(115)을 형성하기 위한 패터닝은 사진 식각 공정에 의해 달성된다.Referring to FIG. 9, the capping insulation layer 112, the gate conductive layer 110, and the gate insulation layer 104 formed on the substrate 100 are sequentially patterned. As a result, a gate structure 115 including a gate insulating film pattern 104a, a gate conductive film pattern 110a, and a capping insulating film pattern 112a is formed on the substrate 100. Patterning for forming the gate structure 115 is accomplished by a photolithography process.

도 10을 참조하면, 상기 게이트 구조물(115)을 인접하는 기판(115)의 표면 부위에 소스/드레인 영역(120)을 형성한다. 상기 소스/드레인 영역(120)은 상기 게이트 절연막(104)을 형성하기 이전에 형성하거나 상기 게이트 구조물(115)에 스페이서(114)를 형성한 이후에 형성한다.Referring to FIG. 10, a source / drain region 120 is formed on a surface portion of the substrate 115 adjacent to the gate structure 115. The source / drain region 120 is formed before the gate insulating layer 104 is formed or after the spacer 114 is formed in the gate structure 115.

이와 같이, 상기 게이트 구조물에 포함되는 고-유전율을 갖는 물질인 하프늄 산화물 또는 지르코늄 산화물로 이루어지는 게이트 절연막 패턴은 얇은 등가 절연막 두께를 유지하면서 게이트 도전막 패턴과 기판 사이에서 발생하는 누설 전류를 충분하게 줄일 수 있다. 또한, 상기 화학식으로 표기되는 금속 전구체로 형성되는 게이트 절연막의 제조시간의 소요가 감소되기 때문에 게이트 구조물의 형성을 보다 빨리 형성할 수 있다.As such, the gate insulating film pattern made of hafnium oxide or zirconium oxide, which is a material having a high dielectric constant included in the gate structure, sufficiently reduces the leakage current generated between the gate conductive film pattern and the substrate while maintaining a thin equivalent insulating film thickness. Can be. In addition, since the time required for manufacturing the gate insulating film formed of the metal precursor represented by the chemical formula is reduced, the gate structure can be formed more quickly.

커패시터의 제조 방법Method of manufacturing a capacitor

도 11 내지 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 커패시터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.11 to 14 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 콘택 플러그를 노출시키는 콘택홀(126)을 포함하는 층간절연막(124)이 형성된 기판을 마련한 후 상기 콘택 플러그(122)와 전기적으로 연결되는 하부전극용 도전막(132)을 형성한다. 특히, 상기 기판(130)을 이용하여 형성하는 반도체 장치가 디램일 경우, 상기 기판(130) 상에는 스페이서(114)가 형성된 게이트 구조물(115), 비트 라인(도시되지 않음), 콘택 플러그(122) 등과 같은 반도체 구조물이 형성되어 있는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 11, after forming a substrate on which an interlayer insulating film 124 including a contact hole 126 exposing a contact plug is provided, a lower electrode conductive film 132 electrically connected to the contact plug 122 is formed. Form. In particular, when the semiconductor device formed using the substrate 130 is a DRAM, a gate structure 115, a bit line (not shown), and a contact plug 122 having a spacer 114 formed on the substrate 130 may be provided. It is preferable that semiconductor structures such as the like be formed.

상기 도전막은 (132)은 상기 콘택홀(126)의 측면과 저면에 하부전극용 도전막(132)을 연속적으로 형성한다. 상기 도전막(132)은 폴리 실리콘, 질화 티타늄, 질화 탄탈륨, 질화 텅스텐, 루데늄 등과 같은 물질을 사용하여 형성할 수 있다. 상기 물질은 단독으로 사용하는 것이 바람직하지만, 경우에 따라서 둘 이상을 혼합하 여 사용할 수도 있다. The conductive film 132 continuously forms the lower electrode conductive film 132 on the side and bottom of the contact hole 126. The conductive layer 132 may be formed using a material such as polysilicon, titanium nitride, tantalum nitride, tungsten nitride, rudenium, or the like. Although the above materials are preferably used alone, two or more of them may be mixed and used in some cases.

도 12를 참조하면, 상기 콘택 플러그(122)와 전기적으로 연결되는 하부전극(140)을 형성한다. 상기 하부전극(140)의 형성방법을 설명하면, 상기 도전막(132)을 갖는 결과물 상에 희생막(도시되지 않음)을 형성한 후, 상기 도전막 표면이 노출될 때까지 상기 희생막을 제거한다. 이어서, 상기 층간절연막(124)의 표면상에 형성된 도전막(132)을 제거하면, 콘택홀(126)의 측면과 저면에 존재하는 하부전극(140)이 형성된다. 이어서, 상기 콘택홀(126) 내에 잔류하는 희생막(도시되지 않음)과 층간절연막(124)을 완전히 제거함으로서 하부전극(140)을 완성한다. 특히, 상기 하부전극(140)은 입구의 폭이 저면의 폭에 비해 넓은 원기둥 모양을 갖는다.Referring to FIG. 12, a lower electrode 140 electrically connected to the contact plug 122 is formed. Referring to the method of forming the lower electrode 140, after forming a sacrificial film (not shown) on the resultant having the conductive film 132, the sacrificial film is removed until the surface of the conductive film is exposed. . Subsequently, when the conductive layer 132 formed on the surface of the interlayer insulating layer 124 is removed, the lower electrode 140 existing on the side and bottom of the contact hole 126 is formed. Subsequently, the lower electrode 140 is completed by completely removing the sacrificial film (not shown) and the interlayer insulating film 124 remaining in the contact hole 126. In particular, the lower electrode 140 has a cylindrical shape in which the width of the inlet is wider than that of the bottom surface.

도 13을 참조하면, 상기 하부전극(140)의 표면상에 유전막(150)을 형성한다. 여기서, 상기 유전막(150)은 얇은 등가 산화막 두께와 고유전율을 가지면서도 하부전극(140)과 상부전극 사이에서 발생하는 누설 전류를 충분하게 줄일 수 있어야 한다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 유전막(150)으로서 금속 산화물로 이루어진 박막을 형성한다.Referring to FIG. 13, a dielectric film 150 is formed on the surface of the lower electrode 140. Here, the dielectric film 150 should have a thin equivalent oxide film thickness and high dielectric constant while sufficiently reducing the leakage current generated between the lower electrode 140 and the upper electrode. Therefore, in the present embodiment, a thin film made of a metal oxide is formed as the dielectric film 150.

일 예로서, 상기 박막은 하프늄-산화물 또는 지르코늄-산화물을 포함하며 상기 박막 제조 방법 1에 따른 원자층 증착법을 적용하여 형성할 수 있다. 다른 예로서, 상기 박막은 지르코늄-알루미늄 산화물을 포함하며, 상기 박막 제조 방법 2에 따른 원자층 증착법을 적용하여 형성할 수 있다. 상기 유기금속 전구체는 터셔리부 틸이미도 비스메틸에틸아미노하프늄((t-BuN)Hf(N(CH3)(C2H5))2)또는 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노지르코늄((t-BuN)Zr(N(CH3)(C2H5))2)를 포함할 수 있다.As an example, the thin film may include hafnium-oxide or zirconium-oxide and may be formed by applying the atomic layer deposition method according to the thin film manufacturing method 1. As another example, the thin film may include zirconium-aluminum oxide, and may be formed by applying the atomic layer deposition method according to the thin film manufacturing method 2. The organometallic precursor is tertiary butylimido bismethylethylaminohafnium ((t-BuN) Hf (N (CH 3 ) (C 2 H 5 )) 2 ) or tertiary butylimido bismethylethylaminozirconium ( (t-BuN) Zr (N (CH 3 ) (C 2 H 5 )) 2 ).

본 실시예에서는 상기 유기금속 전구체을 원자층 증착공정에 적용하여 상기 하부전극(140) 상에 하프늄 산화물로 이루어진 유전막(150)을 형성하는 것이 바람직하다. In the present embodiment, it is preferable to form the dielectric film 150 made of hafnium oxide on the lower electrode 140 by applying the organometallic precursor to an atomic layer deposition process.

도 14를 참조하면, 상기 유전막(150)을 형성한 후에 상기 유전막(150)을 열처리하여 상기 유전막(150) 상에 형성되거나 상기 유전막(150) 내에 혼합되어 있는 오염물들을 제거하고 산소 결함들을 회복한다. 상기 열처리 공정은 주로 자외선 오존(UV-O3) 처리, 플라즈마 처리 등을 수행한다.Referring to FIG. 14, after the dielectric film 150 is formed, the dielectric film 150 is heat treated to remove contaminants formed on the dielectric film 150 or mixed in the dielectric film 150 and to recover oxygen defects. . The heat treatment process mainly performs ultraviolet ozone (UV-O 3 ) treatment, plasma treatment and the like.

그리고, 상기 유전막(150)의 표면 상에 상부전극(160)을 형성한다. 상기 상부전극(160)은 폴리 실리콘, 질화 티타늄, 질화 탄탈륨, 질화 텅스텐, 루데늄 등과 같은 물질을 사용하여 형성한다. 상기 물질은 단독으로 사용하는 것이 바람직하지만, 경우에 따라서 둘 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.The upper electrode 160 is formed on the surface of the dielectric film 150. The upper electrode 160 is formed using a material such as polysilicon, titanium nitride, tantalum nitride, tungsten nitride, rudenium, or the like. It is preferable to use the above materials alone, but in some cases, two or more of them may be used in combination.

이에 따라, 상기 기판(130) 상에는 하부전극(140), 하프늄 산화물로 이루어진 유전막(150) 및 상부전극(160)으로 이루어지는 커패시터(170)가 형성된다.Accordingly, the capacitor 170 including the lower electrode 140, the dielectric film 150 made of hafnium oxide, and the upper electrode 160 is formed on the substrate 130.

이와 같이, 본 실시예에서는 고유전율을 갖는 물질인 하프늄 산화물을 포함하는 고체 박막을 유전막으로 적용한다. 따라서, 본 실시예의 유전막은 얇은 등가 유전막의 두께를 유지할 수 있다.As described above, in the present embodiment, a solid thin film including hafnium oxide, which is a material having a high dielectric constant, is used as the dielectric film. Therefore, the dielectric film of this embodiment can maintain the thickness of the thin equivalent dielectric film.

전구체 증기압 평가 1Precursor Vapor Pressure Assessment 1

하프늄 산화물로 이루어진 박막을 형성할 경우 적용되는 하프늄 전구체인 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노하프늄(A)과 테트라에틸메틸아미노하프늄(TEMAH) 포화 증기압을 각각 측정하였다. 상기 증기압의 측정은 동일한 공간(10L)을 갖는 케니스트 내에 상기 하프늄 전구체들을 수용시킨 이후 상기 하프늄 전구체들을 가열하여 기체상태로 형성할 경우 온도에 따른 포화 증기압의 변화를 각각 측정한 것이다. 즉, 20℃ 내지 90℃에 대한 케니스트 내부 압력의 변화를 측정한 것으로 그 결과가 도 15의 그래프에 도시되어 있다. 여기서, 상기 하프늄 전구체들의 포화 증기압은 케니스트 내부 압력과 동일하다. 도 15는 온도변화에 따른 하프늄 전구체들의 포화 증기압 변화를 나타내는 그래프이다.In the case of forming a thin film made of hafnium oxide, tertiary butylimido bismethylethylaminohafnium (A) and tetraethylmethylaminohafnium (TEMAH) saturation vapor pressures, which were applied as hafnium precursors, were measured. The vapor pressure is measured by changing the saturation vapor pressure with temperature when the hafnium precursors are heated to form a gas state after the hafnium precursors are accommodated in a canister having the same space 10L. That is, the change in the canister internal pressure for 20 ° C. to 90 ° C. was measured and the result is shown in the graph of FIG. 15. Here, the saturated vapor pressure of the hafnium precursors is equal to the internal pressure of the canister. 15 is a graph showing the saturation vapor pressure change of hafnium precursors with temperature change.

도 15를 참조하면, 상기 그래프에서와 같이 본 발명의 하프늄 전구체인 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노하프늄(A)은 72℃로 가열될 때 약 1torr의 압력 즉, 케니스트 내부의 압력이 약 1torr의 압력을 가짐을 알 수 있다. 또한, 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노하프늄(A)은 90℃로 가열될 때 약 3torr의 압력 즉, 케니스트 내부의 압력이 약 3torr의 압력을 가짐을 알 수 있다. 반면에 기존의 하프늄전구체인 TEMAH는 72℃로 가열될 때 약 0.4torr의 압력 즉, 케니스트 내부의 압력이 약 0.4torr의 압력을 갖고, 90℃로 가열될 때 약 1torr의 압력 즉, 케니스트 내부의 압력이 약 1torr의 압력을 가짐을 알 수 있다.Referring to FIG. 15, as shown in the graph, the tertiary butylimido bismethylethylaminohafnium (A), which is the hafnium precursor of the present invention, has a pressure of about 1 torr, that is, a pressure inside the canister when heated to 72 ° C. It can be seen that it has a pressure of 1 torr. Also, it can be seen that tertiary butylimido bismethylethylaminohafnium (A) has a pressure of about 3 torr, that is, a pressure inside the canister, when heated to 90 ° C. On the other hand, the conventional hafnium precursor TEMAH has a pressure of about 0.4 torr when heated to 72 ° C, that is, a pressure inside the canister about 0.4 torr, and a pressure of about 1 tor when heated to 90 ° C It can be seen that the internal pressure has a pressure of about 1 torr.

그 결과 상기 하프늄 산화물로 이루어진 박막 형성에 사용되는 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노하프늄(A)은 TEMAH보다 약 2배 이상의 증기압을 갖는 특성 을 갖는다. 이 때문에 상기 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노하프늄(A)을 이용하여 박막을 형성할 경우 박막을 형성하기 위한 공정시간을 감소시킬 수 있다. 게다가 최종적으로 반도체 제조 공정의 스루풋을 증가시킬 수 있다.As a result, the tertiary butylimido bismethylethylaminohafnium (A) used for forming the thin film made of hafnium oxide has a characteristic of having a vapor pressure of about 2 times or more than TEMAH. For this reason, when the tertiary butylimide also forms a thin film using bismethylethylaminohafnium (A), the process time for forming the thin film can be reduced. In addition, the throughput of the semiconductor manufacturing process can be finally increased.

전구체 증기압 평가 2Precursor Vapor Pressure Assessment 2

상기 전구체 증기압 평가 1과 동일한 방법으로 지르코늄 전구체인 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노지르코늄(B)의 온도에 따른 포화 증기압의 변화를 측정하였다. 그 결과가 도 16의 그래프에 도시되어 있다. 여기서, 상기 지르코늄 전구체의 포화 증기압은 케니스트 내부 압력과 동일하다. 도 16은 온도변화에 따른 지르코늄 전구체의 포화 증기압 변화를 나타내는 그래프이다.In the same manner as the precursor vapor pressure evaluation 1, the change of the saturated vapor pressure according to the temperature of the tertiary butylimido bismethylethylamino zirconium (B) as the zirconium precursor was measured. The results are shown in the graph of FIG. Here, the saturated vapor pressure of the zirconium precursor is equal to the internal pressure of the canister. FIG. 16 is a graph illustrating a change in saturated vapor pressure of a zirconium precursor with temperature change. FIG.

도 16을 참조하면, 상기 그래프에서와 같이 본 발명의 지르코늄 전구체인 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노지르코늄(B)은 약 72℃로 가열될 때 약 1torr의 압력 즉, 케니스트 내부의 압력이 약 1torr의 압력을 가짐을 알 수 있다. 또한, 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노지르코늄(B)은 약 90℃로 가열될 때 약 2.7torr의 압력 즉, 케니스트 내부의 압력이 약 3torr의 압력을 가짐을 알 수 있다. 따라서, 상기 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노지르코늄(B)을 이용하여 박막을 형성할 경우 박막을 형성하기 위한 공정시간을 감소시킬 수 있다. 게다가 최종적으로 반도체 제조 공정의 스루풋을 증가시킬 수 있다.Referring to FIG. 16, as shown in the graph, tertiary butylimido bismethylethylaminozirconium (B), which is a zirconium precursor of the present invention, has a pressure of about 1 torr, that is, a pressure inside the canister when heated to about 72 ° C. It can be seen that it has a pressure of about 1 torr. In addition, it can be seen that tertiary butylimido bismethylethylaminozirconium (B) has a pressure of about 2.7 torr, that is, a pressure inside the canister, when heated to about 90 ° C. Thus, when the tertiary butylimide also forms a thin film using bismethylethylaminozirconium (B), the process time for forming the thin film can be reduced. In addition, the throughput of the semiconductor manufacturing process can be finally increased.

기화도 평가Vaporization rating

도 17은 유기금속 전구체인 (t-BuN)Hf(N(Me)(Et))2, TEMAH 및 (t-BuN)Zr(N(Me)(Et))2 의 열중량 분석(TAG, Thermo Gravimetric Analysis) 결과를 나타내는 그래프이다. 상기 열중량 분석 방법은 시료의 온도를 일정 속도로 상승 혹은 등온을 유지시키면서 시간과 온도에 따른 시료의 무게변화를 기록함으로서 열 분해, 승화 ,증발, 산화에 따른 무게의 증감을 열 분해곡선(Thermogram)을 통해 분석하는 방법이다. FIG. 17 is a thermogravimetric analysis (TAG, Thermo) of organometallic precursors (t-BuN) Hf (N (Me) (Et)) 2 , TEMAH and (t-BuN) Zr (N (Me) (Et)) 2 . Gravimetric Analysis) is a graph showing the results. The thermogravimetric analysis method records the weight change of the sample according to time and temperature while maintaining the temperature of the sample at a constant rate or maintaining an isothermal temperature. ) To analyze.

도 17을 참조하면, 상기 각각의 유기금속 전구체인 (t-BuN)Hf(N(Me)(Et))2, TEMAH 및 (t-BuN)Zr(N(Me)(Et))2을 각각 상온에서 약 400℃ 까지 분당 5℃로 상승시키면서, 각각의 전구체들의 중량 손실량을 측정하였다. 그 결과 약 130 내지 220℃ 사이에서 상기 (t-BuN)Hf(N(Me)(Et))2, TEMAH 및 (t-BuN)Zr(N(Me)(Et))2 중량의 손실이 급격하게 발생됨을 알 수 있었다. 즉, 상기 (t-BuN)Hf(N(Me)(Et))2과 (t-BuN)Zr(N(Me)(Et))2 및 TEMAH는 액체 상태에서 기체 상태로 기화되는 거동을 보임을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 평가에서는 (t-BuN)Hf(N(Me)(Et))2 (t-BuN)Zr(N(Me)(Et))2 종래의 TEMAH과 같이 원자층 증착 공정에 사용하기 적합한 금속전구체인 것을 확인 할 수 있다.Referring to FIG. 17, each of the organometallic precursors (t-BuN) Hf (N (Me) (Et)) 2 , TEMAH and (t-BuN) Zr (N (Me) (Et)) 2 , respectively The weight loss of each precursor was measured while rising from room temperature to about 400 ° C. at 5 ° C. per minute. As a result, the weight loss of the (t-BuN) Hf (N (Me) (Et)) 2 , TEMAH and (t-BuN) Zr (N (Me) (Et)) 2 is abruptly between about 130 and 220 ° C. Was found to occur. That is, the (t-BuN) Hf (N (Me) (Et)) 2, and (t-BuN) Zr (N (Me) (Et)) 2 and TEMAH show the behavior of vaporizing from a liquid state to a gaseous state. Could confirm. Therefore, in this evaluation, (t-BuN) Hf (N (Me) (Et)) 2 and (t-BuN) Zr (N (Me) (Et)) 2 It can be seen that the metal precursor is suitable for use in the atomic layer deposition process as in the conventional TEMAH.

커패시터의 누설전류 평가 1 Leakage current evaluation of capacitors 1

(t-BuN)Hf(N(Me)(Et))2 전구체를 이용한 원자층 적층 공정을 수행하여 셀 커패시터에 적용되는 하프늄 산화막을 형성한 후 상기 하프늄 산화막을 포함하는 셀 커패시터의 누설전류를 측정하였다. 상기 하프늄 산화막은 약 13.7Å의 두게를 갖는다.After performing an atomic layer deposition process using a (t-BuN) Hf (N (Me) (Et)) 2 precursor to form a hafnium oxide film applied to a cell capacitor, the leakage current of the cell capacitor including the hafnium oxide film is measured. It was. The hafnium oxide film has a thickness of about 13.7 kW.

도 18은 본 발명의 하프늄-산화막이 유전막으로 적용된 커패시터의 누설 전류 특성을 나타내는 그래프이다.18 is a graph showing leakage current characteristics of a capacitor to which a hafnium-oxide film of the present invention is applied as a dielectric film.

도 18을 참조하면 상기 (t-BuN)Hf(N(Me)(Et))2전구체를 이용하여 형성된 하프늄 산화막을 포함하는 셀 커패시터는 0.5V의 전압에서 약 1.00E-15A/㎠정도의 낮은 누설 전류를 나타내었다. 또한, 1.3V의 전압에서 약 1.00E-13A/㎠정도의 낮은 누설 전류를 나타내었다. 상기 하프늄-산화막을 포함하는 셀 커패시터는 누설전류(leakage current) 특성 및 유전율(cell Cap)특성도 양호함을 확인할 수 있었다. 즉, (t-BuN)Hf(N(Me)(Et))2 전구체는 반도체 제조장치에 사용 가능함을 확인하였다.Referring to FIG. 18, a cell capacitor including a hafnium oxide film formed using the (t-BuN) Hf (N (Me) (Et)) 2 precursor has a low value of about 1.00E-15A / cm 2 at a voltage of 0.5V. Leakage current is shown. In addition, a low leakage current of about 1.00E-13A / cm 2 was exhibited at a voltage of 1.3V. It was confirmed that the cell capacitor including the hafnium-oxide film has good leakage current characteristics and dielectric constant (cell cap) characteristics. That is, it was confirmed that the (t-BuN) Hf (N (Me) (Et)) 2 precursor can be used in a semiconductor manufacturing apparatus.

커패시터의 누설전류 평가 2Leakage Current Evaluation of Capacitors 2

(t-BuN)Zr(N(Me)(Et))2 및 트리메틸 알루미늄(TMA) 전구체를 이용한 원자층 적층 공정을 수행하여 셀 커패시터에 적용되는 복합 금속산화막을 형성하한 후 상기 복합 금속산화막을 포함하는 셀 커패시터의 누설 전류를 측정하였다. 상기 복합 금속산화막은 제1 지르코늄산화막(ZrO2) 70Å, 알루미늄 산화막(Al2O3) 4Å 및 제2 지르코늄산화막(ZrO2) 40Å이 적층된 구조를 갖는다.After performing an atomic layer deposition process using (t-BuN) Zr (N (Me) (Et)) 2 and trimethyl aluminum (TMA) precursor to form a composite metal oxide film applied to a cell capacitor, the composite metal oxide film is included. The leakage current of the cell capacitor was measured. The composite metal oxide film has a structure in which 70 kV of the first zirconium oxide film (ZrO 2 ), 4 kW of the aluminum oxide film (Al 2 O 3 ), and 40 kW of the second zirconium oxide film (ZrO 2 ) are stacked.

도 19는 본 발명의 지르코늄-알루미늄-산화막을 사용하여 형성된 커패시터의 누설 전류 특성을 나타내는 그래프이다. 19 is a graph showing leakage current characteristics of a capacitor formed using the zirconium-aluminum oxide film of the present invention.

도 19를 참조하면 상기 (t-BuN)Zr(N(Me)(Et))2전구체를 이용하여 형성된 지르코늄-알루미늄-산화막을 포함하는 셀 커패시터는 0.4V의 전압에서 약 1.00E-17A/㎠정도의 낮은 누설 전류를 나타내었다. 또한, 2.1V의 전압에서 약 1.00E-16A/㎠정도의 낮은 누설 전류를 나타내었다. 상기 지르코늄-알루미늄-산화막을 포함하는 셀 커패시터는 누설전류(leakage current) 특성 및 유전율(cell Cap)특성이 매우 양호함을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 (t-BuN)Zr(N(Me)(Et))2 전구체는 반도체 제조장치에 사용시 우수한 특성을 가질 수 있음을 확인하였다.Referring to FIG. 19, a cell capacitor including a zirconium-aluminum oxide film formed using the (t-BuN) Zr (N (Me) (Et)) 2 precursor is about 1.00E-17A / cm 2 at a voltage of 0.4V. It showed a low leakage current. In addition, a low leakage current of about 1.00E-16A / cm 2 was exhibited at a voltage of 2.1V. It was confirmed that the cell capacitor including the zirconium-aluminum oxide film has very good leakage current characteristics and dielectric constant (cell cap) characteristics. That is, it was confirmed that the (t-BuN) Zr (N (Me) (Et)) 2 precursor may have excellent characteristics when used in a semiconductor manufacturing apparatus.

금속 산화 물질막의 단차 도포성Step coating property of metal oxide film

[표 1]TABLE 1

공정 조건Process conditions 제1 반응물First reactant 제2반응물Second reactant 챔버온도Chamber temperature 케니스트온도Canist Temperature 케리어가스Carrier Gas (t-BuN)Zr(N(Me)(Et))2 (t-BuN) Zr (N (Me) (Et)) 2 O3 O 3 340℃340 80℃80 ℃ 1000sccm1000sccm TEMAZTEMAZ O3 O 3 320℃320 80℃80 ℃ 1000sccm1000sccm

약 10:1 정도의 종횡비(aspect ratio)를 갖는 실린더 구조물에 상기 표 1의 조건을 적용한 원자층 적층공정을 수행하여 지르코늄-산화막들을 형성하였다. 이후 형성된 지르코늄-산화막들의 스텝커버러지를 측정하였다. 그 결과가 도 20의 그래프에 도시되어 있다. 상기 스텝커버러지는 상기 구조물의 상부면에 증착된 지르코 늄-산화막의 두께와 상기 구조물에 포함된 홀의 저면에 증착된 지르코늄-산화막의 두께의 비율이다. Zirconium-oxide films were formed by performing an atomic layer deposition process applying the conditions of Table 1 to a cylinder structure having an aspect ratio of about 10: 1. Then, step coverage of the formed zirconium oxide films was measured. The results are shown in the graph of FIG. The step coverage is a ratio of the thickness of the zirconium oxide film deposited on the upper surface of the structure and the thickness of the zirconium oxide film deposited on the bottom surface of the hole included in the structure.

도 20은 본 발명에 따른 지르코늄-산화막들의 스텝커버리지를 나타내는 그래프이다. 20 is a graph showing step coverage of zirconium oxide films according to the present invention.

도 20을 참조하면, 상기 (t-BuN)Zr(N(Me)(Et))2전구체로 형성된 지르코늄-산화막은 약 87% 정도의 높은 스텝커버러지를 갖는데 반해 상기 TEMAZ(테트라에틸메틸아미드지르코늄) 전구체로 형성된 지르코늄-산화막은 64% 정도의 낮은 스텝커버리지를 갖음을 확인할 수 있었다. 이에 따라, (t-BuN)Zr(N(Me)(Et))2전구체는 실린더형의 커패시터 유전막을 형성하는 공정에 충분히 사용 가능함을 알 수 있다. Referring to FIG. 20, the zirconium oxide film formed of the (t-BuN) Zr (N (Me) (Et)) 2 precursor has a high step coverage of about 87%, whereas the TEMAZ (tetraethylmethylamide zirconium) It was confirmed that the zirconium oxide film formed of the precursor has a low step coverage of about 64%. Accordingly, it can be seen that the (t-BuN) Zr (N (Me) (Et)) 2 precursor can be sufficiently used in the process of forming a cylindrical capacitor dielectric film.

본 발명에 따른 금속 산화물을 포함하는 박막을 형성할 경우 적용되는 상기 화학식으로 표기되는 유기금속 전구체는 종래에 사용된 금속 전구체(TEMAH, TEMAZ)보다 높은 포화 증기압을 가질 뿐만 아니라 산화제와 높은 반응성을 갖는다. 따라서, 박막 제조 공정시 공정의 스루풋(through put) 향상과 스텝커버지의 특성을 개선시킬 수 있다. 또한, 상기 금속 전구체로 형성되는 박막은 양호한 누설전류의 특성을 갖는다. 따라서, 상기 박막을 게이트 구조물의 게이트 절연막, 커패시터의 유전막등에 용이하게 적용할 수 있고, 그 결과 반도체 장치의 전기적 신뢰성을 획득할 수 있다.The organometallic precursor represented by the above formula applied when forming a thin film including the metal oxide according to the present invention has not only a higher saturated vapor pressure than the metal precursors (TEMAH, TEMAZ) used in the prior art but also a high reactivity with the oxidizing agent. . Therefore, it is possible to improve the throughput and process characteristics of the step cover during the thin film manufacturing process. In addition, the thin film formed of the metal precursor has good leakage current characteristics. Therefore, the thin film can be easily applied to the gate insulating film of the gate structure, the dielectric film of the capacitor, and the like, and as a result, the electrical reliability of the semiconductor device can be obtained.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분 야의 숙련된 당업자라면 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.As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments of the present invention, but those skilled in the art will variously modify the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. And can be changed.

Claims (14)

케니스트 내에서 60 내지 95℃의 온도로 가열되어 1 Torr 내지 5torr의 포화 증기압을 가지며 하기 화학식으로 표기되는 유기금속 전구체를 기판 상으로 제공하는 단계;Providing an organometallic precursor onto a substrate having a saturated vapor pressure of 1 Torr to 5 torr and heated to a temperature of 60 to 95 ° C. in a canister; 상기 유기금속 전구체를 산화시키기 위한 산소를 포함하는 산화제를 기판의 상부로 제공하는 단계; 및Providing an oxidant comprising oxygen for oxidizing the organometallic precursor to the top of the substrate; And 상기 기판의 상부로 제공된 상기 유기금속 전구체와 상기 산화제를 화학반응시켜 상기 기판의 표면에 금속-산화물을 포함하는 박막을 형성하는 단계를 포함하는 박막 제조 방법.And chemically reacting the organometallic precursor provided on the substrate with the oxidant to form a thin film including a metal-oxide on the surface of the substrate. [화학식] [Formula] R3-N=M(N(R1)(R2))2 R 3 -N = M (N (R 1 ) (R 2 )) 2 (상기 화학식에서 R1 내지 R3은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기이고, M은 지르코늄(Zr) 또는 하프늄(Hf)이다)(In the above formula, R 1 to R 3 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, M is zirconium (Zr) or hafnium (Hf)) 제1항에 있어서, 상기 유기금속 전구체는 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노하프늄(t-BuN)Hf(N(CH3)(C2H5))2 또는 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노지르코늄(t-BuN)Zr(N(CH3)(C2H5))2인 것을 특징으로 하는 박막형성방법.The method of claim 1, wherein the organometallic precursor is tert-butylimido bismethylethylaminohalfnium (t-BuN) Hf (N (CH 3 ) (C 2 H 5 )) 2 or tert-butylimido bismethylethyl Amino zirconium (t-BuN) Zr (N (CH 3 ) (C 2 H 5 )) 2 It is a thin film forming method. 제1항에 있어서, 상기 유기금속 전구체는 액상의 유기금속 전구체를 케니스트 내에서 75 내지 85℃의 온도로 가열함으로서 형성되고, 3Torr 내지 5torr의 포화 증기압을 갖는 기체 상태인 것을 특징으로 하는 박막 제조 방법.The method of claim 1, wherein the organometallic precursor is formed by heating a liquid organometallic precursor to a temperature of 75 to 85 ° C. in a canister and is in a gas state having a saturated vapor pressure of 3 Torr to 5 torr. Way. 제1항에 있어서, 상기 유기금속 전구체는 아르곤가스, 질소가스 및 헬륨가스로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 캐리어 가스와 함께 상기 기판 상으로 공급되는 것을 특징으로 하는 박막 제조 방법.The method of claim 1, wherein the organometallic precursor is supplied onto the substrate with at least one carrier gas selected from the group consisting of argon gas, nitrogen gas, and helium gas. 제1항에 있어서, 상기 유기금속 전구체가 제공된 이후에 퍼지가스를 이용하여 상기 기판을 제1 퍼지하는 단계를 더 수행하고, 상기 산화제가 제공된 이후에 상기 퍼지가스를 이용하여 상기 기판을 제2 퍼지하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 박막 제조 방법.The method of claim 1, further comprising: first purging the substrate by using a purge gas after the organometallic precursor is provided, and second purging the substrate by using the purge gas after the oxidant is provided. Thin film manufacturing method characterized in that the step of performing further. 제1항에 있어서, 상기 박막은 250 내지 400℃의 온도 및 0.5 내지 3.0torr의 압력조건에서 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 제조 방법.The method of claim 1, wherein the thin film is formed at a temperature of 250 to 400 ° C. and a pressure of 0.5 to 3.0 torr. 제1항에 있어서, 상기 유기금속 전구체는 액체전달시스템(liquid delivery system) 방식에 의해 상기 기판 상에 제공되고, 상기 액체전달시스템에서 100 내지 150℃의 온도에서 기화되는 것을 특징으로 하는 박막 제조 방법.The method of claim 1, wherein the organometallic precursor is provided on the substrate by a liquid delivery system, and vaporized at a temperature of 100 to 150 ° C. in the liquid delivery system. . a) 제1 반응 물질로서 60 내지 95℃의 온도로 가열되어 1 Torr 내지 5torr의 포화 증기압을 가지며 하기 화학식으로 표기되는 유기 금속 전구체를 기판의 상부로 도입하는 단계;a) introducing an organometallic precursor, represented by the formula below, heated to a temperature of 60 to 95 ° C. as a first reactant, having a saturated vapor pressure of 1 Torr to 5 torr; b) 상기 유기 금속 전구체를 구성하는 금속 전구체 분자의 일부를 상기 기판 상에 화학 흡착시키고, 상기 화학 흡착된 상기 유기 금속 전구체 분자의 일부를 제외한 나머지 금속 전구체 분자를 물리 흡착시키는 단계;b) chemisorbing a portion of the metal precursor molecules constituting the organometallic precursor onto the substrate and physically adsorbing the remaining metal precursor molecules except for the portion of the chemisorbed organometallic precursor molecules; c) 상기 기판의 상부로 산소를 포함하는 산화제를 도입하는 단계;c) introducing an oxidant comprising oxygen onto the substrate; d) 상기 기판에 화학 흡착된 유기금속 전구체의 분자와 상기 산화제를 화학적으로 반응시켜 상기 기판 상에 금속-산화물을 함유하는 제1 고상 물질을 형성하는 단계;d) chemically reacting the molecule of the organometallic precursor chemisorbed on the substrate with the oxidant to form a first solid material containing a metal-oxide on the substrate; e) 제2 반응 물질인 유기알루미늄 전구체를 상기 제1 고상 물질의 상부로 도입하는 단계;e) introducing an organoaluminum precursor, a second reactant material, over the first solid phase material; f) 상기 유기알루미늄 전구체를 구성하는 알루미늄 전구체 분자의 일부를 상기 제1 고상 물질 상에 화학 흡착시키고, 상기 화학 흡착된 상기 유기 알루미늄 전구체 분자의 일부를 제외한 나머지 알루미늄 전구체 분자를 물리 흡착시키는 단계;f) chemisorbing a portion of the aluminum precursor molecules constituting the organoaluminum precursor onto the first solid material and physically adsorbing the remaining aluminum precursor molecules except for the portion of the chemisorbed organoaluminum precursor molecules; g) 상기 제1 고상 물질의 상부로 산화제를 도입하는 단계; 및g) introducing an oxidant on top of said first solid material; And h) 상기 제1 고상 물질 상에 화학 흡착 알루미늄 전구체 분자와 상기 산화제를 화학적으로 반응시켜 상기 제1 고상 물질 상에 알루미늄-산화물을 함유하는 제2 고상 물질을 형성하는 단계를 포함하는 금속-알루미늄-산화물을 함유하는 고체 박막을 형성하기 위한 박막 형성방법.h) chemically reacting a chemically adsorbed aluminum precursor molecule with said oxidant on said first solid material to form a second solid material containing aluminum-oxide on said first solid material. Thin film formation method for forming a solid thin film containing an oxide. [화학식] [Formula] R3-N=M(N(R1)(R2))2 R 3 -N = M (N (R 1 ) (R 2 )) 2 (상기 화학식에서 R1 내지 R3은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기이고, M은 지르코늄(Zr) 또는 하프늄(Hf)이다)(In the above formula, R1 to R3 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, M is zirconium (Zr) or hafnium (Hf)) 제8 항에 있어서, 상기 기판 상에 물리 흡착된 유기 금속 전구체 분자를 제거하는 단계;The method of claim 8, further comprising: removing organometallic precursor molecules physically adsorbed on the substrate; 상기 화학 흡착된 유기 금속 전구체 분자와 반응하지 않은 산화제를 제거하는 단계;Removing an oxidant that has not reacted with the chemisorbed organometallic precursor molecule; 상기 기판 상에 물리 흡착된 알루미늄 전구체 분자를 제거하는 단계; 및Removing the aluminum precursor molecules physically adsorbed on the substrate; And 상기 화학 흡착된 알루미늄 전구체 분자와 반응하지 않은 산화제를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성방법And removing an oxidant that has not reacted with the chemisorbed aluminum precursor molecule. 제8 항에 있어서, 상기 a) 내지 d)와 상기 e) 내지 h) 각각은 적어도 1회 반복하는 것을 특징으로 하는 박막 형성방법.The method of claim 8, wherein each of a) to d) and e) to h) is repeated at least once. 제8 항에 있어서, 상기 a) 내지 h)은 적어도 1회 반복하는 것을 특징으로 하는 박막 형성방법.The method of claim 8, wherein a) to h) are repeated at least once. 제8항에 있어서, 상기 유기금속 전구체는 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노하프늄(t-BuN)Hf(N(CH3)(C2H5))2 또는 터셔리부틸이미도 비스메틸에틸아미노지르코늄(t-BuN)Zr(N(CH3)(C2H5))2인 것을 특징으로 하는 박막 형성방법.The method of claim 8, wherein the organometallic precursor is tert-butylimido bismethylethylaminohalfnium (t-BuN) Hf (N (CH 3 ) (C 2 H 5 )) 2 or tert-butylimido bismethylethyl Amino zirconium (t-BuN) Zr (N (CH 3 ) (C 2 H 5 )) 2 It is a thin film forming method. 케니스트 내에서 60 내지 95℃의 온도로 가열되어 1 Torr 내지 5torr의 포화 증기압을 가지며 하기 화학식으로 표기되는 유기금속 전구체를 기판 상으로 제공하는 단계;Providing an organometallic precursor onto a substrate having a saturated vapor pressure of 1 Torr to 5 torr and heated to a temperature of 60 to 95 ° C. in a canister; 상기 유기금속 전구체를 산화시키기 위한 산소를 포함하는 산화제를 기판의 상부로 제공하는 단계;Providing an oxidant comprising oxygen for oxidizing the organometallic precursor to the top of the substrate; 상기 기판의 상부로 제공된 상기 유기금속 전구체와 상기 산화제를 화학반응시켜 상기 기판의 표면에 금속-산화물을 포함하는 게이트 절연막을 형성하는 단계;Chemically reacting the organometallic precursor provided over the substrate with the oxidant to form a gate insulating film including a metal-oxide on a surface of the substrate; 상기 게이트 절연막 상에 도전막을 형성하는 단계; 및Forming a conductive film on the gate insulating film; And 상기 도전막과 상기 게이트 절연막을 순차적으로 패터닝하여 게이트 도전막 패턴과 게이트 절연막 패턴을 포함하는 게이트 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 게이트 구조물 제조방법.And sequentially patterning the conductive film and the gate insulating film to form a gate structure including a gate conductive film pattern and a gate insulating film pattern. [화학식] [Formula] R3-N=M(N(R1)(R2))2 R 3 -N = M (N (R 1 ) (R 2 )) 2 상기 화학식에서 R1 내지 R3은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기이고, M은 지르코늄(Zr) 또는 하프늄(Hf)이다)In the above formula, R1 to R3 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, M is zirconium (Zr) or hafnium (Hf)) 기판 상에 하부전극을 형성하는 단계;Forming a lower electrode on the substrate; 케니스트 내에서 60 내지 95℃의 온도로 가열되어 1 Torr 내지 5torr의 포화 증기압을 가지며 하기 화학식으로 표기되는 유기금속 전구체를 기판 상으로 제공하는 단계;Providing an organometallic precursor onto a substrate having a saturated vapor pressure of 1 Torr to 5 torr and heated to a temperature of 60 to 95 ° C. in a canister; 상기 유기금속 전구체를 산화시키기 위한 산소를 포함하는 산화제를 기판의 상부로 제공하는 단계;Providing an oxidant comprising oxygen for oxidizing the organometallic precursor to the top of the substrate; 상기 기판의 상부로 제공된 상기 유기금속 전구체와 상기 산화제를 화학반응시켜 상기 하부전극 상에 금속-산화물을 포함하는 유전막을 형성하는 단계; 및Chemically reacting the organometallic precursor provided over the substrate with the oxidant to form a dielectric film including a metal-oxide on the lower electrode; And 상기 유전막 상에 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 커패시터 제조방법.And forming an upper electrode on the dielectric layer. [화학식] [Formula] R3-N=M(N(R1)(R2))2 R 3 -N = M (N (R 1 ) (R 2 )) 2 (상기 화학식에서 R1 내지 R3은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기이고, M은 지르코늄(Zr) 또는 하프늄(Hf)이다)(In the above formula, R1 to R3 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, M is zirconium (Zr) or hafnium (Hf))
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