KR101205661B1 - Method of forming metal laminate thin film or oxide thin film using supercritical fluid or subcritical fluid, and film forming apparatus therefor - Google Patents

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Abstract

하지의 도전성의 유무에 관계없이 금속 산화물 박막을 형성하는 동시에, 도전성 금속 박막의 적층 구조를 간편하게 형성하는 방법 및 장치를 제공한다. 형성 목적으로 하는 금속 산화물의 금속 전구체와, 상기 금속 전구체를 산화하는 산화제를 초임계 유체 중 또는 아임계 유체 중에 용해하고, 상기 초임계 유체 중 또는 아임계 유체 WND에 설치된 기판의 표면에 산화 반응에 의해 금속 산화물 박막을 성막하고, 다음에 환원제 및 도전성 금속 전구체를 초임계 유체 또는 아임계 유체 WND에 용해하여 상기 기판의 표면에 형성된 금속 산화물 박막을 금속 박막으로 환원하는 동시에, 환원된 상기 금속 박막 상에 상기 도전성 전구체를 환원하고, 도전성 금속의 박막을 적층시킨다.Provided are a method and an apparatus for forming a metal oxide thin film with or without the conductivity of a base material, and at the same time, easily forming a laminated structure of a conductive metal thin film. A metal precursor of a metal oxide to be formed and an oxidizing agent for oxidizing the metal precursor are dissolved in a supercritical fluid or a subcritical fluid, and subjected to oxidation reaction on the surface of the substrate provided in the supercritical fluid or subcritical fluid WND. To form a metal oxide thin film, and then a reducing agent and a conductive metal precursor are dissolved in a supercritical fluid or subcritical fluid WND to reduce the metal oxide thin film formed on the surface of the substrate to a metal thin film, and at the same time the reduced metal thin film phase The conductive precursor is reduced, and a thin film of conductive metal is laminated.

배관 절환기, 기판 지지구, 유체 유출구, 교반자, 금속 전구체 Pipe changers, substrate supports, fluid outlets, agitators, metal precursors

Description

초임계 유체 또는 아임계 유체를 이용한 산화물 박막, 또는 금속 적층 박막의 성막 방법, 및 성막 장치{METHOD OF FORMING METAL LAMINATE THIN FILM OR OXIDE THIN FILM USING SUPERCRITICAL FLUID OR SUBCRITICAL FLUID, AND FILM FORMING APPARATUS THEREFOR}TECHNICAL FIELD OF FORMING METAL LAMINATE THIN FILM OR OXIDE THIN FILM USING SUPERCRITICAL FLUID OR SUBCRITICAL FLUID, AND FILM FORMING APPARATUS THEREFOR

본 발명은 산화제와 금속 전구체를 초임계 유체 또는 아임계 유체에 용해시켜 기판 상에 산화물 박막을 형성하는 성막 방법, 및 상기 방법에 의해 생성된 산화물 박막을 환원함으로써 금속의 적층 박막을 형성하는 방법, 및 이러한 성막을 생성하는 성막 장치에 관한 것이다.The present invention provides a film forming method of dissolving an oxidizing agent and a metal precursor in a supercritical fluid or subcritical fluid to form an oxide thin film on a substrate, and a method of forming a laminated thin film of metal by reducing the oxide thin film produced by the method. And a film forming apparatus for generating such a film.

최근, 유기 용매 등 환경 부하가 큰 물질을 이용하지 않고 물질 합성을 행하는 기술이 필요해지고 있다. 종래, 집적 회로의 제조 등의 초미세 가공 프로세스는 진공 중 또는 희박 기체 분위기 중, 혹은 플라즈마 방전 분위기 중 등의 건식 프로세스(진공 프로세스)에서 행해지는 것이 일반적이다. In recent years, there is a need for a technique for synthesizing a substance without using a substance with a large environmental load such as an organic solvent. BACKGROUND ART Conventionally, ultrafine processing processes such as the manufacture of integrated circuits are generally performed in a dry process (vacuum process) such as in a vacuum or a lean gas atmosphere, or a plasma discharge atmosphere.

건식 프로세스는 단독의 원자나 분자 혹은 그 이온을 직접 가공에 이용할 수 있는 점으로부터, 매우 유효한 수단으로서 지금까지 발전해 왔다. 그러나, 진공 유지용 설비가 필요한 것, 플라즈마 발생 장치가 필요한 것 등이 고비용화의 요인이 되고 있다. 한편, 도금이나 세정 등 액체를 사용하는 습식 프로세스에서는 대 량의 폐액이 발생하여 환경상의 문제가 있다.The dry process has developed so far as a very effective means from the fact that single atoms, molecules or ions thereof can be used for direct processing. However, the necessity of the vacuum maintenance equipment, the need of a plasma generation apparatus, etc. become a factor of cost increase. On the other hand, in a wet process using a liquid such as plating or washing, a large amount of waste liquid is generated, which causes environmental problems.

CO2를 매질로 하는 초임계 유체는 액체와 기체의 중간 성질을 갖고, 표면 장력이 제로인 상태이고, 또한 다른 물질을 용해하는 능력(용매능)이 높은 등 특이한 성질을 겸비하고 있다. 또한, 화학적으로 안정, 또는 염가, 무해, 저렴한 비용 등의 이점도 겸비하고 있다. 이들에 부가하여, 기화ㆍ재액화에 의해 CO2 그 자체, 및 CO2 유체 중에 용해되어 있는 물질의 재활용도 가능하다는 많은 특징이 있다. Supercritical fluids using CO 2 as a medium have specific properties such as intermediate properties between liquid and gas, zero surface tension, and high ability to dissolve other substances (solvent capacity). In addition, it also has advantages such as chemical stability, low cost, harmlessness and low cost. In addition to these, by evaporation and re-liquefied CO 2 itself, and recycling of the dissolved substance in the liquid CO 2 it has many features that are available.

집적 회로 제조 프로세스에 있어서의 웨이퍼 세정 공정을 중심으로 초임계 CO2를 이용하는 연구ㆍ개발이 진행되고 있다. 예를 들어, 세정 공정에서는 초임계 CO2의 용매능과 안전성ㆍ재활용성에 착안한 프로세스가 개발되고 있다. 또한, 초임계 CO2 중에서는 표면 장력이 제로인 것에 착안하여, 나노 레벨의 배선을 형성하는 미세 가공 프로세스의 연구 개발이 행해지고 있다. Research and development using supercritical CO 2 are progressing mainly on the wafer cleaning process in an integrated circuit manufacturing process. For example, in the washing process, a process focusing on the solvent capacity, safety, and recyclability of supercritical CO 2 has been developed. In addition, focusing on the fact that the surface tension is zero in supercritical CO 2 , research and development of a micromachining process for forming a nano-level wiring is performed.

예를 들어, 반도체 장치의 제조에 있어서의 주요한 기능의 하나로서 박막의 형성이 있지만, 초임계 유체를 이용한 박막의 형성 방법으로서는 급속 팽창법(Rapid Expansion of Supercritical Solution)이 알려져 있다. D.Matson 등은, 원료 물질을 용해한 초임계 유체를 팽창시켜 과포화가 된 원료를 형성하는 기술을 공표하고 있다. 또한, 이것을 발전시켜 초임계 유체 중에 산화물 착체를 용해하고, 가열된 기판에 분무하여 금속 산화물 박막을 얻는 방법도 개시되어 있다(특허문헌 1 및 비특허문헌 1을 참조할 것).For example, although one of the main functions in the manufacture of a semiconductor device is the formation of a thin film, a rapid expansion method (Rapid Expansion of Supercritical Solution) is known as a method of forming a thin film using a supercritical fluid. D. Matthews et al. Disclose a technique for expanding supersaturated fluids in which raw materials are dissolved to form supersaturated raw materials. Moreover, the method of generating this, dissolving an oxide complex in a supercritical fluid, spraying on a heated board | substrate, and obtaining a metal oxide thin film is also disclosed (refer patent document 1 and nonpatent literature 1).

초임계 유체는 표면 장력이 제로이고, 확산 계수도 크기 때문에, 나노 세공 내에 매우 잘 침투한다. 초임계 유체 그 자체를 박막 형성의 반응장으로서 이용할 수 있으면, 초미세한 구조 내에 물질을 형성ㆍ충전하는 것이 가능해지고, 또한 CVD나 도금을 대신하는 저렴한 비용의 그린 프로세스를 구축할 수 있다.Supercritical fluids penetrate very well into nanopores because of their zero surface tension and high diffusion coefficient. If the supercritical fluid itself can be used as a reaction field for forming a thin film, it is possible to form and fill a material in an ultrafine structure, and to construct a low cost green process instead of CVD or plating.

발명자들은, 초임계 CO2 중에 유기 금속 등의 박막 형성 원료를 용해시키고, 그대로 성막 반응을 행하게 하여 박막의 성막을 행하는 방법을 독자적으로 개발하고[E.Kondohand H.Kato, Microelectron.Eng. 제64권 (2002)495페이지], 비아 홀이나 트렌치에의 Cu 매립이나, Cu의 확산 방지막의 형성 등 집적 회로 배선의 제조에 적용하고 있다(일본 특허 출원 제2003-17948호 공보「반도체 장치의 제조 방법」, 일본 특허 출원 제2003-17949호 공보「반도체 장치의 제조 방법」). 또한, 같은 방법이 일본 특허 공표 제2003-514115호 공보에 의해서도 개시되어 있다.The inventors independently developed a method of dissolving a thin film-forming raw material such as an organic metal in supercritical CO 2 and performing a film formation reaction as it is. [E. Kondohand H. Kato, Microelectron Eng. Vol. 64 (2002) 495] has been applied to the manufacture of integrated circuit wiring, such as embedding Cu in via holes and trenches, or forming a diffusion barrier film of Cu (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-17948). Manufacturing Method ", Japanese Patent Application No. 2003-17949" Method of Manufacturing Semiconductor Device "). The same method is also disclosed by Japanese Patent Laid-Open No. 2003-514115.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2003-213425호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2003-213425

비특허문헌 1 : J.Mater.Sci. 제22권 6호 1918(1987)Non-Patent Document 1: J. Mater. Sci. Vol. 22, No. 1, 1918 (1987)

특허문헌 2 : 일본 특허 출원 제2003-17949호 공보Patent Document 2: Japanese Patent Application No. 2003-17949

특허문헌 3 : 일본 특허 공표 제2003-514115호 공보Patent Document 3: Japanese Patent Publication No. 2003-514115

그러나, 이들 중 어떠한 기술에 있어서도, 금속의 박막을 형성하기 위해서는 박막을 형성하는 기판[하지(下地)]에 도전성이 없으면 성막할 수 없는 등의 문제점이 있었다. 이로 인해, 원하는 장소에 배선으로서 금속 박막을 형성하기 위해서는, 성막한 하지에 스퍼터링에 의해 도전성을 부여하기 위한 처리 공정이 필요하 고, 이로 인해 프로세스가 복잡해지는 동시에 비용이 상승하는 등의 문제점이 있었다.However, in any of these techniques, in order to form a thin film of metal, there is a problem such that a film cannot be formed if there is no conductivity in the substrate (lower base) on which the thin film is formed. For this reason, in order to form a metal thin film as a wiring in a desired place, a processing step for imparting conductivity by sputtering on the formed film is required, which causes a problem such as a complicated process and a high cost. .

그래서 본 발명의 과제는, 산화물 박막, 또는 금속 적층 박막을 성막한 하지의 특성(도전성의 유무)에 의존하지 않고 금속 적층 박막을 형성하는 방법을 제공하는 데 있다. 또한, 이러한 치밀한 박막의 성막 장치를 제공하는 데 있다.Then, the subject of this invention is providing the method of forming a metal laminated thin film, without depending on the characteristic (with or without conductivity) of the base film into which the oxide thin film or the metal laminated thin film was formed. Moreover, it is providing the compact thin film-forming apparatus.

본 발명은 형성 목적으로 하는 금속 산화물의 금속 전구체와, 상기 금속 전구체를 산화하는 산화제를 초임계 유체 중 또는 아임계 유체 중에 용해하고, 상기 초임계 유체 중 또는 아임계 유체 중에 설치된 기판의 표면에 산화 반응에 의해 상기 금속 산화물의 박막을 형성하는 것이다.The present invention dissolves a metal precursor of a metal oxide to be formed and an oxidizing agent for oxidizing the metal precursor in a supercritical fluid or in a subcritical fluid, and oxidizes the surface of the substrate provided in the supercritical fluid or in a subcritical fluid. It forms a thin film of the said metal oxide by reaction.

여기서, 산화제는 O3, N2O 또는 H2O인 것이 적합하다. O3는 기판 표면에서 산소로 분해할 때에, 원자 형상 산소를 유리한다. 이러한 원자 형상 산소는 불안정하기 때문에 기판 표면에 있어서 초임계 유체 중, 또는 아임계 유체 중에 포함되어 있는 금속 전구체와 반응하고, 금속 산화물 박막을 성막하기 때문이다. 산화제로서 O2를 이용하는 것도 생각할 수 있지만, O2에서는 치밀한 금속 산화물을 만들 수는 없다는 지견을 얻고 있다. 또한, 상기 초임계 유체, 또는 아임계 유체는 CO2를 매질로 하는 것이 적합하다.Here, the oxidizing agent is suitably O 3 , N 2 O or H 2 O. When O 3 decomposes to oxygen on the substrate surface, the atomic oxygen is liberated. This is because such atomic oxygen is unstable and reacts with the metal precursor contained in the supercritical fluid or the subcritical fluid on the substrate surface to form a metal oxide thin film. It is conceivable to use O 2 as an oxidizing agent, but it has been found that O 2 cannot produce a dense metal oxide. In addition, the supercritical fluid or subcritical fluid is suitably made of CO 2 as a medium.

상기 산화 반응은 상기 금속 전구체의 융점 이상이고, 또한 집적 회로 등이 파괴되지 않는 400 ℃ 이하의 온도 하에서 행하는 것이 적합하다.The oxidation reaction is suitably performed at a temperature of 400 ° C. or lower at or above the melting point of the metal precursor and in which the integrated circuit or the like is not destroyed.

상기 금속 전구체는 Ru 화합물인 것이 적합하다. 이것은 통상 집적 회로의 제작 프로세스에 있어서, Cu를 배선의 원료로서 이용하는데, Ru는 Cu의 확산을 방지하는 효과를 갖기 때문이다. 또한, 상기 O3는 CO2로 희석된 것인 것이 적합하다. O3는 그 상태로는 폭발의 위험성이 있기 때문이다. 또한, 상기 초임계 유체, 또는 아임계 유체의 매질과, 상기 산화제를 희석하는 매질이 동질인 것이 바람직하다. 동질이면, 서로의 물질을 불순물로 하여 불필요한 반응 등이 일어나는 일이 없기 때문이다.Suitably the metal precursor is a Ru compound. This is usually because Cu is used as a raw material for wiring in the integrated circuit fabrication process, because Ru has an effect of preventing the diffusion of Cu. It is also suitable that the O 3 is diluted with CO 2 . O 3 is because there is a risk of explosion. In addition, it is preferable that the medium of the supercritical fluid or the subcritical fluid and the medium for diluting the oxidant are homogeneous. This is because the homogeneous substance does not cause unnecessary reaction or the like by using the substances as impurities.

본 발명은, 형성 목적으로 하는 금속 산화물의 금속 전구체와, 상기 금속 전구체를 산화하는 산화제를 초임계 유체 중 또는 아임계 유체 중에 용해하고, 상기 초임계 유체 중 또는 아임계 유체 중에 설치된 기판의 표면에 산화 반응에 의해 금속 산화물 박막을 성막하고, 다음에 환원제 및 도전성 금속 전구체를 초임계 유체 또는 아임계 유체 중에 용해하고, 상기 기판의 표면에 형성된 금속 산화물 박막을 금속 박막으로 환원하는 동시에, 환원된 상기 금속 박막 상에 상기 도전성 전구체를 환원하여 도전성 금속의 박막을 적층시키는 것이다.The present invention provides a metal precursor of a metal oxide to be formed and an oxidizing agent for oxidizing the metal precursor in a supercritical fluid or a subcritical fluid, and the surface of the substrate provided in the supercritical fluid or a subcritical fluid. A metal oxide thin film is formed by an oxidation reaction, and then a reducing agent and a conductive metal precursor are dissolved in a supercritical fluid or a subcritical fluid, and the metal oxide thin film formed on the surface of the substrate is reduced to a metal thin film, and the reduced The conductive precursor is reduced on the metal thin film to laminate a thin film of conductive metal.

발명자들은, 유기 금속 착체를 초임계 유체 중에 용해하고, 첨가한 H2에 의해 환원 반응을 생기게 하여 금속 박막을 얻는 기술을 개발하였다. 그러나 H2를 첨가하지 않은 경우에는 입자만이 합성되어 박막이 형성되지 않은 것을 지금까지 확인하고 있다.The inventors have developed a technique of dissolving an organometallic complex in a supercritical fluid and causing a reduction reaction with the added H 2 to obtain a metal thin film. However, it has been confirmed so far that when H 2 is not added, only particles are synthesized and no thin film is formed.

금속 산화물은 RuO2이고, 상기 금속 박막은 Ru이고, 상기 도전성 금속은 Cu인 것이 적합하다. 이는 통상 집적 회로의 제작 프로세스에 있어서, Cu를 배선의 원료로서 이용하는데, Ru는 Cu의 확산을 방지하는 효과를 갖기 때문이다. The metal oxide is RuO 2 , the metal thin film is Ru, and the conductive metal is Cu. This is usually because Cu is used as a raw material for wiring in the integrated circuit fabrication process, because Ru has an effect of preventing the diffusion of Cu.

상기 환원제는 H2인 것이 바람직하다. 박막의 형성에는 하지 표면 및 성장 표면에 있어서, 불균질 반응이 연속적으로 진행하는 것이 필요하다. 하지 상에서 우선적으로 반응이 일어나기 위해서는 하지가 촉매적으로 작용할 필요가 있다. Cu의 석출의 경우에는 하지 금속이 H2의 해리를 돕고 있다. 발명자들은 상기 연구 중에서 H2 환원 반응이 도전성 하지 상에만 선택적으로 일어나는 것을 발견하였다. 이것은 H2의 해리 반응이 금속 하지 상에서 우선적으로 진행되기 때문이다. The reducing agent is preferably in the H 2. Formation of the thin film requires that the heterogeneous reaction proceed continuously on the underlying surface and the growth surface. In order for the reaction to occur preferentially on the lower extremities, the lower extremities need to act catalytically. For the precipitation of Cu has not there is metal to help the dissociation of H 2. The inventors found in the above studies that the H 2 reduction reaction occurs selectively only on the conductive substrate. This is because the dissociation reaction of H 2 proceeds preferentially on the metal base.

본 발명은 형성 목적으로 하는 금속 산화물의 금속 전구체와 상기 금속 전구체를 산소 이외의 산화하는 산화제를 초임계 유체 중 또는 아임계 유체 중에 용해시키는 수단과, 상기 유체 중에 설치된 기판의 표면에 산화 반응에 의해 상기 금속 산화물 박막을 형성하는 수단과, 상기 금속 산화물 박막의 성막 종료 후, 상기 초임계 유체 또는 아임계 유체를 배출하는 수단과, 도전성 금속 전구체와 환원제를 초임계 유체 중 또는 아임계 유체 중에 용해시키는 수단과, 상기 기판의 표면에 형성된 금속 산화물 박막을 환원 반응에 의해 금속 박막으로 환원하는 동시에, 상기 금속 박막의 표면에 상기 도전성 금속 전구체를 환원 반응에 의해 도전성 금속의 박막으로서 형성하는 수단을 구비한 금속 박막의 적층 성막 장치이다.The present invention provides a method for dissolving a metal precursor of a metal oxide to be formed and an oxidant for oxidizing the metal precursor other than oxygen in a supercritical fluid or a subcritical fluid, and an oxidation reaction on a surface of a substrate provided in the fluid. Means for forming the metal oxide thin film, means for discharging the supercritical fluid or subcritical fluid after completion of the deposition of the metal oxide thin film, and dissolving the conductive metal precursor and the reducing agent in the supercritical fluid or in the subcritical fluid. Means and a means for reducing the metal oxide thin film formed on the surface of the substrate to a metal thin film by a reduction reaction, and at the same time forming the conductive metal precursor on the surface of the metal thin film as a thin film of conductive metal by a reduction reaction. It is a laminated film-forming apparatus of a metal thin film.

이 금속 박막의 적층 성막 장치는 산화 반응 및/또는 환원 반응의 온도를 조정하는 수단을 더 구비한다. 형성 목적으로 하는 금속 산화물 박막의 종류나 형성 목적으로 하는 도전성 금속 박막의 종류에 따라 반응 온도를 제어하는 것이 바람직하기 때문이다.The metal film lamination apparatus further includes means for adjusting the temperature of the oxidation reaction and / or the reduction reaction. This is because it is preferable to control the reaction temperature according to the kind of the metal oxide thin film to be formed or the kind of the conductive metal thin film to be formed.

본 발명에 따르면, 초임계 유체 중, 또는 아임계 유체 중에서 하지의 도전성의 유무에 관계없이 금속 산화물 박막을 성막할 수 있다. 또한, 이러한 금속 산화물 박막을 금속 박막으로 환원하여 금속 박막으로 할 수 있는 동시에, 상기 금속 박막 상에 배선 재료로서 통상 사용되는 금속의 박막을 적층시킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 단차 피복성이나 매립성이 좋고, 금속 산화물 박막 및 금속 박막을 간편한 프로세스에 의해 성막할 수 있다.According to the present invention, a metal oxide thin film can be formed regardless of whether or not there is conductivity under the ground in a supercritical fluid or in a subcritical fluid. In addition, such a metal oxide thin film can be reduced to a metal thin film to be a metal thin film, and a thin film of metal commonly used as a wiring material can be laminated on the metal thin film. According to the present invention, the step coverage and embedding properties are good, and the metal oxide thin film and the metal thin film can be formed by a simple process.

도1은 본 발명의 실시에 관한 성막 시스템의 구성도.1 is a block diagram of a film forming system according to the practice of the present invention.

도2는 본 발명의 실시에 관한 고압 반응 용기의 구성도.Figure 2 is a block diagram of a high pressure reaction vessel according to the practice of the present invention.

도3은 Si 기판 상에 얻어진 박막의 단면 SEM 사진.3 is a cross-sectional SEM photograph of a thin film obtained on a Si substrate.

도4는 X선 광전자 분광법에 의한 깊이 분석의 결과를 나타낸 도면.4 shows the results of depth analysis by X-ray photoelectron spectroscopy.

도5는 O2를 산화제로 하였을 때의 성막물의 SEM 사진.5 is a SEM photograph of the film formed when O 2 is used as the oxidizing agent.

도6은 금속 적층 구조를 형성하는 공정을 나타낸 도면.6 shows a process of forming a metal laminate structure.

도7은 금속 적층 구조의 X선 광전자 분광법에 의해 깊이 분석한 결과를 나타낸 도면.Fig. 7 shows the results of depth analysis by X-ray photoelectron spectroscopy of a metal laminate structure.

[부호의 설명][Description of Symbols]

1 : 본 발명을 실시하기 위한 시스템 구성의 일례1: Example of system configuration for implementing the present invention

10 : 고압 반응 용기의 구성도10: schematic diagram of high pressure reaction vessel

11 : 기판11: substrate

12 : 기판 지지구12: substrate support

13 : 열전대13: thermocouple

14 : 마그네틱 교반기14: magnetic stirrer

15 : 전열선15: heating wire

16 : 유체 유출구16: fluid outlet

17 : 볼트17: bolt

18 : 교반자18: agitator

19 : 금속 전구체19: metal precursor

20 : O3 공급 봄베20: O 3 supply cylinder

30 : CO2 공급 봄베30: CO 2 supply cylinder

40 : 고압 반응 용기40: high pressure reaction vessel

50 : H2 공급 봄베50: H 2 supply cylinder

60 : 배관 절환기60: pipe changer

본 명세서에서 초임계 유체라 함은, CO2 등의 기체를 그 임계점 이상으로 유 지함으로써, 기액의 차이가 없어져 액체도 기체도 아닌 유체인 상태를 말한다.In the present specification, the supercritical fluid refers to a state in which a gas, such as CO 2 , is maintained at a critical point or more, so that a difference in gas and liquid is eliminated and neither a liquid nor a gas is a fluid.

본 명세서에서 아임계 유체라 함은, 임계치의 바로 아래에 있는 유체의 상태를 말한다.As used herein, subcritical fluid refers to the state of the fluid just below the threshold.

본 명세서에서 금속 전구체라 함은, 유기 금속 화합물, 유기 금속 착체, 할로겐화 금속, 할로겐화 착체의 총칭을 말한다.In the present specification, the metal precursor refers to a generic term for an organometallic compound, an organometallic complex, a metal halide, and a halogenated complex.

도1은 본 발명을 실시하기 위한 장치의 구성의 일예이다. 초임계 유체, 또는 아임계 유체의 매질인 CO2 가스는 CO2 봄베(30)로부터 액화기에서 액화된 후, 승압 펌프에서 승압되어 고압 반응 용기(10)로 도입된다. 고압 반응 용기(10)의 압력은 압력 조정 밸브와 압력계에 의해 CO2의 임계점인 7.4 Mpa 이상의 압력으로 유지하는 것이 적합하다. 아임계 유체인 7.4 Mpa보다 약간 낮은 압력이라도 좋다. 1 is an example of the configuration of an apparatus for practicing the present invention. The CO 2 gas, which is the medium of the supercritical fluid, or the subcritical fluid, is liquefied in the liquefier from the CO 2 cylinder 30 and then boosted in a boost pump and introduced into the high pressure reaction vessel 10. The pressure of the high pressure reaction vessel 10 is suitably maintained at a pressure of 7.4 Mpa or more, which is a critical point of CO 2 , by a pressure regulating valve and a pressure gauge. The pressure may be slightly lower than the subcritical fluid of 7.4 Mpa.

고압 반응 용기(10)의 하류에는 밸브와 압력 조정 밸브를 설치한다. 고압 반응 용기(10) 내에서 반응이 종료된 후, 고압 반응 용기 내의 초임계 유체는 각 밸브의 개폐를 제어함으로써 기화ㆍ분리기(40)에 도입된다. 초임계 CO2 유체는 기화ㆍ분리기(40)에 있어서 기화되는 동시에, 상기 유체 중에 용해되어 있는 물질을 분리 회수한다.Downstream of the high pressure reaction vessel 10, a valve and a pressure regulating valve are provided. After the reaction is completed in the high pressure reaction vessel 10, the supercritical fluid in the high pressure reaction vessel is introduced into the vaporization / separator 40 by controlling the opening and closing of each valve. The supercritical CO 2 fluid is vaporized in the vaporization separator 40, and at the same time, the substance dissolved in the fluid is separated and recovered.

고압 반응 용기(10)에는 히터와 열전대가 설치되어 있고, 이들에 의해 소정의 온도로 가열ㆍ유지되는 동시에, 온도의 조절을 할 수 있다. 또한, 반응 가스의 공급의 제어는 고압 반응 용기(10)의 가스 공급 구멍에 근접하여 설치되어 있는 제어 밸브(도시 생략)에 의해 행한다. The high pressure reaction vessel 10 is provided with a heater and a thermocouple, whereby they can be heated and maintained at a predetermined temperature, and the temperature can be adjusted. In addition, control of supply of reaction gas is performed by the control valve (not shown) provided in the vicinity of the gas supply hole of the high pressure reaction container 10.

도2는 고압 반응 용기(10)의 구성예를 도시한 것이다. 고압 반응 용기(10)는 스테인레스제의 내압ㆍ내열 용기인 것은 적합하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 고압 반응 용기(10)는 예를 들어 오토클레이브(autoclave)(가압 탈포 장치)를 가공함으로써 제작할 수 있다.2 shows a configuration example of the high pressure reaction vessel 10. Although the high pressure reaction vessel 10 is suitably a stainless steel pressure-resistant and heat-resistant vessel, it is not limited to this. This high pressure reaction vessel 10 can be produced by, for example, processing an autoclave (pressure defoaming apparatus).

고압 반응 용기(10)의 내부에는 기판 지지구(12)가 설치되고, 이 기반 지지구(12)에 박막을 형성하고자 하는 기판을 설치한다. 박막은 기판 표면에 형성되지만, 형성한 면을 상향으로 설치하는 것이 적합하다.A substrate support 12 is installed inside the high pressure reaction vessel 10, and a substrate to form a thin film is installed on the base support 12. The thin film is formed on the surface of the substrate, but it is preferable to provide the formed surface upward.

도2에 있어서, CO2 및 첨가 가스를 포함한 초임계 유체는 유체 유출구(16)로부터 공급된다. 성막 종료 후의 초임계 유체는 이 배관을 통해 기화ㆍ분리기(40)로 배출된다. 고압 반응 용기(10) 내에는 형성 목적의 금속 산화물 박막의 금속 전구체(19)가 들어 있다. 이러한 금속 전구체는 마그네틱 교반기(14)에 의해 회전하는 교반자(18)에 의해 교반되어 균일하게 초임계 유체 중에 용해된다.In FIG. 2, supercritical fluid, including CO 2 and additive gas, is supplied from the fluid outlet 16. The supercritical fluid after film formation is discharged to the vaporization / separator 40 through this pipe. In the high pressure reaction vessel 10, a metal precursor 19 of a metal oxide thin film for formation is contained. This metal precursor is stirred by the stirrer 18 rotating by the magnetic stirrer 14 and is uniformly dissolved in the supercritical fluid.

교반 장치의 이용 및 기판(11)을 기판 지지구(12)에 의해 고정하는 것은 금속 전구체를 효율적으로 기판(11)에 공급하도록 하기 위해서이고, 이 목적이 달성되면, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 또한, 성막 반응은 기판 표면에서만 일어나므로, 고압 반응 용기(10)의 전체를 가열하지 않고 기판만을 가열하도록 구성해도 좋다. The use of the stirring device and the fixing of the substrate 11 by the substrate support 12 are for supplying the metal precursor to the substrate 11 efficiently, and if this object is achieved, it is not limited to this configuration. . In addition, since the film formation reaction occurs only on the substrate surface, the substrate may be configured to be heated only without heating the entire high-pressure reaction vessel 10.

(제1 실시예)(First embodiment)

본 발명의 일 실시예로서, 다이나믹 랜덤 액세스 메모리의 커패시터 전극으로서 범용적으로 사용되고 있는 RuO2(산화루테늄)를 금속 산화물 박막으로서 성막하였다. In one embodiment of the present invention, RuO 2 (ruthenium oxide), which is commonly used as a capacitor electrode of a dynamic random access memory, was formed as a metal oxide thin film.

형성 목적으로 하는 금속 산화물의 금속 전구체는 유기 루테늄 화합물인 비스시클로펜타디에닐루테늄(RuCp2)이다. 이것을 소정량 칭량하여 도2에 도시하는 교반자(18)와 함께 내용량 50 ㎖의 고압 용기에 넣는다. 다음에, 희불산으로 1분간 세정한 Si 기판을 고압 반응 용기(10)의 지지구(12)에 설치하고, 고압 반응 용기에 덮개를 하여 스테인레스 볼트(17)에 의해 밀봉한다.The metal precursor of the metal oxide for formation is biscyclopentadienyl ruthenium (RuCp 2 ) which is an organic ruthenium compound. This was weighed in a predetermined amount and placed in a high-pressure container with a 50 ml inner content together with the stirrer 18 shown in FIG. Next, the Si substrate cleaned with dilute hydrofluoric acid for 1 minute is provided in the support 12 of the high pressure reaction vessel 10, and the high pressure reaction vessel is covered with a stainless bolt 17 and sealed.

다음에, 도1에 도시하는 각종 밸브 및 배관 절환기(60)를 제어하고, CO2로 희석한 5 % O3 가스를 O3 가스 공급 봄베(20)로부터 고압 반응 용기(10)로 공급한다. 이 때의 압력은 0.1 ㎫이다. 이에 의해 고압 반응 용기(10) 내에는 0.1 ㎫의 압력에서 5 % O3 가스가 충전된 상태가 된다. 또, 고압 반응 용기(10) 내를 진공 펌프에 의해 사전에 진공으로 해 두는 것이 적합하다. 사전에 진공으로 하지 않고, CO2 공급 장치(30)에 의해 CO2 가스로 0.1 ㎫보다도 충분히 낮은 압력으로 하여 고압 반응 용기(10) 내를 CO2 충전한 후, 5 % O3를 0.1 ㎫의 압력으로 충전해도 좋다.Next, various valves and pipe changers 60 shown in FIG. 1 are controlled, and 5% O 3 gas diluted with CO 2 is supplied from the O 3 gas supply cylinder 20 to the high pressure reaction vessel 10. . The pressure at this time is 0.1 MPa. As a result, the high-pressure reaction vessel 10 is filled with 5% O 3 gas at a pressure of 0.1 MPa. Moreover, it is suitable to make the inside of the high pressure reaction container 10 into a vacuum previously by a vacuum pump. In advance, rather than in a vacuum, CO 2 supply device 30 to a sufficiently lower pressure than 0.1 ㎫ with CO 2 gas by means of after the inside pressure reaction vessel (10) CO 2 charging, 0.1 ㎫ a 5% O 3 You may fill with pressure.

다음에, 각 밸브 및 배관 절환기(60)를 제어하고, CO2 공급 장치(30)에 의해 고압 반응 용기(10) 내에 액체 CO2를 공급하여 고압 반응 용기의 압력을 10 Mpa로 한다. 고압 반응 용기(10)의 교반기(18)로 교반하면서 히터(15)에 의해 용기 전체 의 온도를 250 ℃로 하고, 약 3분간 반응시킨 후, 각 밸브를 폐쇄하여 히터(15)에 의한 가열을 멈추고 용기를 수냉한다.Next, each valve and piping switch 60 are controlled, the liquid CO 2 is supplied into the high pressure reaction vessel 10 by the CO 2 supply device 30, and the pressure of the high pressure reaction vessel is 10 Mpa. The temperature of the whole container was made into 250 degreeC by the heater 15, stirring for about 3 minutes, stirring with the stirrer 18 of the high pressure reaction vessel 10, and after closing each valve, heating with the heater 15 is performed. Stop and cool the container.

고압 반응 용기(10)의 하류에 있는 밸브를 개방으로 하여 고압 반응 용기(10) 내의 유체를 기화ㆍ분리기(40)를 통해 배출하는 동시에, 고압 반응 용기(10)의 덮개를 개방하여 Si 기판을 취출한 결과, Si 기판 상에는 광택이 있는 성막물이 관찰되었다.By opening the valve downstream of the high pressure reaction vessel 10, the fluid in the high pressure reaction vessel 10 is discharged through the vaporization / separator 40, and the cover of the high pressure reaction vessel 10 is opened to open the Si substrate. As a result of taking out, a glossy film-like thing was observed on the Si substrate.

도3의 (a)는 Si 기판 상에 얻어진 박막의 단면 SEM 사진을 나타낸 것이다. 치밀하고 균일한 박막이 약 100 ㎚ 성막되어 있는 것을 알 수 있다. 도3의 (b)는 도3의 (a)의 사진을 모식적으로 나타낸 도면이다.Fig. 3A shows a cross-sectional SEM photograph of the thin film obtained on the Si substrate. It can be seen that a dense and uniform thin film is formed to be about 100 nm. (B) of FIG. 3 is a figure which shows typically the photograph of FIG.

도4는 X선 광전자 분광법에 의한 깊이 분석의 결과를 나타낸 것이다. 도4의 횡축은 에칭 시간(초)이고, 종축은 신호 강도이다. 도4에 있어서, Ru와 O의 신호는, 350초까지는 대략 균일한 강도로 되어 있다. 한편, Si의 신호는 대략 0이다. 300초 이상 경과하면, Si의 강도가 상승하고 Ru와 O는 감쇠해 간다. 이는 Si 상에 Ru와 O와의 비율이 일정한 RuO2 박막이 형성되어 있는 것을 나타내고 있다.4 shows the results of depth analysis by X-ray photoelectron spectroscopy. 4 is the etching time (seconds), and the vertical axis is the signal strength. In Fig. 4, the Ru and O signals are of substantially uniform intensity up to 350 seconds. On the other hand, the signal of Si is approximately zero. After 300 seconds or more, the strength of Si increases and Ru and O decay. This indicates that a RuO 2 thin film having a constant ratio of Ru and O is formed on Si.

이 막을 4 포인트 니들 프로브에 의해 저항을 조사한 결과, 그 비저항은 200 마이크로ㆍ옴ㆍ센티미터였다.The film was irradiated with a four-point needle probe, and the resistivity was 200 micro ohm centimeters.

(제1 비교예)(Comparative Example 1)

상술한 CO2로 희석한 5 % O3 가스 대신에 O2를 이용한 결과, Si 기판 상에 RuO2의 박막은 형성되지 않았다. 그래서, 히터(15)에 의해 온도를 250 ℃로부터 350 ℃로 한 결과, 입자 내지 입자가 많이 혼재한 박막이 생성되었다. 이러한 조건하에서 얻어진 성막의 SEM 사진을 도5의 (a)에 나타낸다. 이 성막은 상당히 취약하여 비저항을 측정할 수 없어, 도전성은 없는 것으로 생각된다. 도5의 (b)는 도5의 (a)를 모식적으로 도시한 도면이다.As a result of using O 2 instead of the 5% O 3 gas diluted with CO 2 described above, no thin film of RuO 2 was formed on the Si substrate. Therefore, as a result of setting the temperature from 250 ° C to 350 ° C by the heater 15, a thin film containing a large amount of particles or particles was produced. An SEM photograph of the film formation obtained under such conditions is shown in Fig. 5A. This film formation is considerably weak and the specific resistance cannot be measured, and there is no electrical conductivity. FIG. 5B is a diagram schematically showing FIG. 5A.

이상의 실시예 및 비교예로부터, O3을 이용한 경우와 O2를 이용한 경우에 성막의 성상이 현저히 다른 것을 알 수 있었다. 이는 O3가 기판 표면에서 O2로 분해되고, 그 때 원자 형상 산소를 유리하기 때문이다. 이러한 원자 형상 산소는 불안정하기 때문에, Si 기판 표면에 도달하면 고압 반응 용기(10) 중의 초임계 유체 중의 금속 전구체인 RuCp2와 바로 반응하여 Si 기판 상에 RuO2 화합물을 생성하는 것으로 생각되기 때문이다. Si 기판 상에만 RuO2의 박막이 형성되는 것은, 원자 형상 산소와 RuCp2와의 반응이 Si 기판의 표면에서만 일어나기 때문이라 생각한다. From the above examples and comparative examples, it was found that the properties of film formation were significantly different when O 3 was used and O 2 was used. This is because O 3 decomposes into O 2 at the surface of the substrate, which then releases atomic oxygen. This is because such an atomic oxygen is unstable, and when it reaches the surface of the Si substrate, it is thought that it reacts directly with RuCp 2 , which is a metal precursor in the supercritical fluid in the high pressure reaction vessel 10, to generate a RuO 2 compound on the Si substrate. . It is considered that the thin film of RuO 2 is formed only on the Si substrate because the reaction between the atomic oxygen and RuCp 2 occurs only on the surface of the Si substrate.

이에 대해, 산화제로서 O2를 이용한 경우에는 이와 같은 작용이 없기 때문에, RuCp2와 O2의 반응은 초임계 유체 중에서 균일하게 일어난다. 이 결과, 초임계 유체 중에서 반응하여 입상으로 된 물질이 Si 기판 상에 성막되는 것이라 생각된다. 또한, O2는 안정적이므로, 반응 온도가 250 ℃에서는 RuCp2와 O2와의 반응은 일어나지 않고, 350 ℃에서 처음으로 반응이 일어난 것이라 생각한다.On the other hand, in the case where the O 2 as an oxidizing agent, since there is no such action, the reaction RuCp 2 and O 2 takes place uniformly in the supercritical fluid. As a result, it is thought that a substance which becomes granular by reacting in the supercritical fluid is formed on the Si substrate. In addition, since O 2 is stable, the reaction between RuCp 2 and O 2 does not occur at the reaction temperature of 250 ° C., and it is considered that the reaction occurred at 350 ° C. for the first time.

CO2로 희석한 5 % O3 대신에 액체 오존 등의 더 고농도 오존을 사용해도 좋다. 그러나 고농도 오존은 폭발적으로 자기 분해하는 경우가 있기 때문에, 적당한 희석 매체에 의해 10 % 이하 정도로 희석하는 것이 바람직하다. O3의 희석 매체로서는 불활성 가스 예를 들어 Ar, N2, Xe나 CF4 등의 프론류를 이용할 수 있다. 여기서, 초임계 유체의 매질과, 희석 매질을 동일 물질로 하면, 서로 불순물이 되는 일이 없고, 또한 고압 반응 용기의 초임계 유체의 임계점 등에 영향을 미치는 일이 없다는 이점이 있다. Higher concentrations of ozone, such as liquid ozone, may be used instead of 5% O 3 diluted with CO 2 . However, since high concentration ozone may explode self-decomposing, it is preferable to dilute about 10% or less with a suitable dilution medium. As a dilution medium of O 3 , an inert gas such as Ar, N 2 , Xe or CF 4 can be used. Here, when the medium of the supercritical fluid and the dilution medium are made of the same material, there is an advantage that they do not become impurities and do not affect the critical point of the supercritical fluid of the high pressure reaction vessel.

희석 O3 가스 중에는 O2도 혼입할 수 있지만, 비교예에서 본 것과 같이 O2를 산화제로 한 반응의 온도는 높기 때문에, 성막 온도를 낮게 선택하면, O3만을 산화제로 하여 산화물 박막을 형성할 수 있다. O 2 may also be mixed in the dilute O 3 gas, but as shown in the comparative example, since the temperature of the reaction using O 2 as an oxidant is high, when the film formation temperature is selected low, an oxide thin film may be formed using only O 3 as the oxidant. Can be.

초임계 유체의 매질은 CO2로 하였지만, 이 밖에 Ar, N2, Xe 등의 불활성 가스류나, CF4, CHF3, Cl4 등의 할로겐 가스류, NH3, CH3OH, H2O 등의 극성 가스를 이용할 수 있다. 그러나 특히 초임계 매질을 반응 물질로서 이용하지 않는 경우에는 안전성, 저환경 부하성, 비용 및 용매능을 갖는 점에서 CO2가 바람직하다. 반응 압력은 10 ㎫로 하였지만, 매질의 임계점(CO2는 7.4 ㎫) 이상이면 좋고, 원료를 용해하는 능력(용매능)이 있으면 아임계 상태라도 상관없다. CO2의 경우에는 용매능을 발휘시키기 위해서는 그 압력을 6 ㎫ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 실험적으로 결정할 필요가 있다. The medium of the supercritical fluid is CO 2 , but inert gases such as Ar, N 2 and Xe, halogen gases such as CF 4 , CHF 3 and Cl 4 , NH 3 , CH 3 OH, H 2 O and the like. Polar gas of can be used. However, especially in the case where a supercritical medium is not used as a reaction material, CO 2 is preferable in view of safety, low environmental load, cost and solvent performance. Although the reaction pressure is 10 to ㎫, good critical point of the medium is at least (CO 2 is 7.4 ㎫), if the power (the solvent ability) to dissolve the raw materials does not matter ah any critical conditions. In the case of CO 2 , in order to exhibit solvent performance, the pressure is preferably 6 MPa or more, and needs to be determined experimentally.

반응 온도는 250 ℃로 하였지만, 이 온도는 시행에 따라 적절하게 최적치를 결정할 필요가 있다. 본 실시예의 경우에는, RuCp2의 융점(약 100 ℃)을 하한으로 하고, 집적 회로 배선의 프로세스 허용 온도 400 ℃를 상한으로 하여 그 범위에서 실험적으로 결정하였다. Although reaction temperature was 250 degreeC, this temperature needs to determine the optimal value suitably according to implementation. In the present example, the melting point of RuCp 2 (about 100 ° C.) was set as the lower limit, and the process tolerance temperature of the integrated circuit wiring was set to 400 ° C. as the upper limit.

RuCp2 및 O3의 양은 이하와 같이 결정하였다. 우선, 용기의 체적은 50 ㎖이고, 상온에서 5 % O3를 0.1 ㎫ 도입하였으므로, O3의 몰수는 2.0 mMol(밀리몰)이 된다. 반응을 형식적으로, RuCp2 + 2O3 → RuO2 + 2O2 + 2Cp라 생각하고, 필요한 RuCp2는 1.0 mMol, 즉 230 mg이 된다. 이 양을 기준으로 실험적으로 결정하였다. 상기 실시예에서는 50 mg에서 좋은 결과를 얻게 되었다. The amounts of RuCp 2 and O 3 were determined as follows. First, the volume of the vessel is 50 ml, and since 0.1% MPa of 5% O 3 was introduced at room temperature, the number of moles of O 3 was 2.0 mMol (millimolar). Consider the reaction formally, RuCp 2 + 2O 3 → RuO 2 + 2O 2 + 2Cp, and the required RuCp 2 is 1.0 mMol, or 230 mg. Based on this amount was determined experimentally. In this example, good results were obtained at 50 mg.

금속 화합물은 RuCp2로 하였지만, Ru(CpMe)2, Ru(C5HF6O2)2, Ru(C11H19O2)3 등 유기 Ru 화합물 내지 산소 함유 Ru 착체 등을 이용할 수 있다. Although the metal compound was set to RuCp 2 , organic Ru compounds such as Ru (CpMe) 2 , Ru (C 5 HF 6 O 2 ) 2 , Ru (C 11 H 19 O 2 ) 3 , and oxygen-containing Ru complexes and the like can be used.

본 발명은 RuO2의 제조에 한정되는 것은 아니며, 또한 화학 조성도 한정되는 것은 아니다. 금속 산화물로서는, 산화티탄, 산화아연, 산화비스무트, 산화구리, 산화탄탈, 산화알루미늄, 산화주석, 산화안티몬, 산화인듐, 산화리튬, 산화Si, 산화Mg, 산화납, 및 그들에 의해 구성되는 복합 산화물, 예를 들어 티탄산지르콘산납[Pb(Zr, Ti)O3, PZT], YBa2Cu3O7(YBCO) 등의 각종 고유전율, 강유전체, 초전도체 산화물의 제조에 이용할 수 있다. The present invention is not limited to the production of RuO 2 , and the chemical composition is not limited. Examples of the metal oxides include titanium oxide, zinc oxide, bismuth oxide, copper oxide, tantalum oxide, aluminum oxide, tin oxide, antimony oxide, indium oxide, lithium oxide, Si oxide, Mg oxide, lead oxide, and composites composed of them. Oxides, for example, lead zirconate titanate [Pb (Zr, Ti) O 3 , PZT], YBa 2 Cu 3 O 7 (YBCO) and the like, and various high dielectric constants, ferroelectrics, and superconductor oxides.

복합 산화물의 제조시에는, 원료 화합물을 미리 혼합할 수 있다. 원료 물질 로서는, 할로겐화 금속, 유기 금속, 금속 착체, 산소 함유 유기 금속 화합물ㆍ착체, 할로겐 함유 유기 금속 화합물ㆍ착체 등을 이용할 수 있고, 예를 들어 산화탄탈의 제조에는 TaBr5, TaCl5, (C5H5)2TaH3, [(CH3)2N]5Ta, Ta(OC2H5)5, Ta(i-OC3H7)5, Ta(OCH3)5 등 널리 이용할 수 있고, 또한 CVD 원료로서 알려져 있는 것의 대부분이 이용 가능하다.At the time of manufacture of a composite oxide, a raw material compound can be mixed previously. As a raw material, a metal halide, an organic metal, a metal complex, an oxygen-containing organometallic compound, a complex, a halogen-containing organometallic compound, or the like can be used. For example, TaBr 5 , TaCl 5 , (C 5 H 5 ) 2 TaH 3 , [(CH 3 ) 2 N] 5 Ta, Ta (OC 2 H 5 ) 5 , Ta (i-OC 3 H 7 ) 5 , Ta (OCH 3 ) 5, etc. Most of those known as CVD raw materials are also available.

(제2 실시예)(Second Embodiment)

다음에 제1 실시예에서 성막한 도전성 금속 산화물 박막을 이용하여 도전성 금속을 적층한 성막을 제작하였다.Next, using the conductive metal oxide thin film formed into a film in Example 1, the film-forming which laminated the conductive metal was produced.

본 실시예에서는 박막을 형성하는 하지로서 비도전성 물질로서 Si를 이용하였다. 그러나, 폴리이미드나 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등의 유기 박막, SiO2나 Al2O3 등의 산화물 박막, 혹은 Si 등의 반도체라도 좋다.In this embodiment, Si is used as a non-conductive material as a base for forming a thin film. However, an organic thin film such as polyimide or polytetrafluoroethylene (PTFE), an oxide thin film such as SiO 2 or Al 2 O 3 , or a semiconductor such as Si may be used.

우선, 상술한 프로세스에 의해 도전성 금속 산화물인 RuO2를 성막하였다. 이 때 이용한 산화제는 O3에 한정되는 것은 아니며, N2O, H2O 등을 이용해도 좋다. 단, O3를 이용한 경우에는 저온에서 낮은 저항의 박막을 형성할 수 있는 것은 물론이다. RuO2를 성막하는 조건은 상기한 바와 같지만, 여기서는 성막 시간을 짧게 하여 50 ㎚의 박막을 얻었다.First, RuO 2 which is a conductive metal oxide was formed by the above-described process. The oxidant used at this time is not limited to O 3 , and N 2 O, H 2 O, or the like may be used. However, of course, when O 3 is used , a thin film of low resistance can be formed at low temperature. The conditions for forming RuO 2 were as described above, but the film formation time was shortened to obtain a 50 nm thin film.

RuO2의 박막을 형성한 후, 일단 고압 반응 용기(10)를 개방하고, 그 후에 100 % H2 가스, 0.1 Mpa로 충전한다. RuO2 산화물을 하지로 하여 환원 반응에 의해 Cu를 RuO2 상에 300 ㎚ 성막하였다. Cu의 성막의 순서는 제1 실시예의 프로세스와 기본적으로는 마찬가지이지만, 다음의 점이 다르다. After forming a thin film of RuO 2 , the high pressure reaction vessel 10 is opened once, and then charged with 100% H 2 gas, 0.1 Mpa. A Cu by a reduction reaction by a not oxide RuO 2 was formed on a 300 ㎚ RuO 2. Although the order of film-forming of Cu is basically the same as the process of 1st Example, the following point differs.

우선, 1) 형성 목적인 도전성 금속 박막의 금속으로서 Cu를 선택하였다. 또한, Cu의 전구체로서는 할로겐 함유 유기 금속 Cu인 Cu(C5HF6O2)2를 350 mg 이용하였고, 2) 산화제인 5 % 희석 O3 대신에 100 % H2 가스를 0.1 ㎫ 첨가한 것, 3) 반응 온도를 230 ℃로 한 것, 4) 반응 시간을 5분간으로 한 것이 다르다. 100 % H2 가스의 공급은 도1에 나타내는 H2 가스 공급 봄베(50)로부터 각 밸브와 배관 절환기(60)의 제어에 의해 행하였다.First, 1) Cu was selected as a metal of the conductive metal thin film for the purpose of formation. As a precursor of Cu, 350 mg of Cu (C 5 HF 6 O 2 ) 2 , which is a halogen-containing organometallic Cu, was used, and 2) 0.1 MPa of 100% H 2 gas was added instead of 5% diluted O 3 , which is an oxidizing agent. , 3) The reaction temperature was 230 ° C, and the 4) reaction time was 5 minutes. The 100% H 2 gas was supplied from the H 2 gas supply cylinder 50 shown in FIG. 1 by the control of each valve and the pipe changer 60.

또, 환원제로서는, H2 외에 CH3OH, CH3COOH, HCOOH, B2H6 등을 이용할 수 있다. 이 환원 반응은 도전성 하지 상에서 우선적으로 일어났다. 즉, 도전성이 없는 Si 하지에는 Cu는 성막하지 않고, RuO2에 의해 도전성이 부여된 하지 상에만 성막하였다.In addition, as a reducing agent, or the like may be used in addition to H 2 CH 3 OH, CH 3 COOH, HCOOH, B 2 H 6. This reduction reaction occurred preferentially on the conductive substrate. That is, Cu is not film-forming, and only the film-forming phase do not conductive is given by the RuO 2 not Si no conductivity.

여기서, 본 실시예에서 이용한 도전성 산화물인 RuO2는 환원되기 쉬운 물질이므로, Cu 성막 중에 사용하는 환원제에 의해 단체 금속으로 환원된다. 그 결과, Si 기판 상에는 Cu와 루테늄 산화물의 박막의 적층물이 아닌, Cu와 루테늄의 적층 구조가 형성되었다.Here, RuO 2, which is a conductive oxide used in this embodiment, is a substance that is easily reduced, and is reduced to a single metal by a reducing agent used in Cu film formation. As a result, a laminated structure of Cu and ruthenium was formed on the Si substrate, not a laminate of thin films of Cu and ruthenium oxide.

즉, 본 실시예에서는, Si 기판 상에는 Ru의 박막이 형성되고, 그 위에 Cu의 박막이 형성되는 등의 금속 박막이 적층된 구조가 되었다. In other words, in this embodiment, a thin film of Ru is formed on the Si substrate, and a thin metal film of Cu is formed thereon.

통상, 집적 회로의 형성 프로세스에 있어서 Cu 배선을 형성하는 경우, Ru 박막을 스퍼터링에 의해 형성하고, 그 위에 Cu의 박막을 형성하고 있다. 이것은 Ru 금속층이 Cu의 확산 방지막으로서 필요하게 되었기 때문이다. 또한 Ru는 RuO2에 비교하면 훨씬 전기 전도성이 양호하므로, Cu의 박막 배선을 형성하는 경우에 하지가 도전성이 좋은 Ru인 것은 보다 양호한 배선이 형성되므로 바람직하다.Usually, when forming Cu wiring in the integrated circuit formation process, the Ru thin film is formed by sputtering and the Cu thin film is formed on it. This is because the Ru metal layer was needed as the diffusion barrier film of Cu. In addition, since Ru is much better in electrical conductivity than RuO 2 , it is preferable that the base is Ru having good conductivity when forming a thin film wiring line of Cu because better wiring is formed.

본 실시예에서는, 300 ㎚의 Cu막과 50 ㎚의 Ru의 적층 구조를 동일한 장치에 의해 얻을 수 있었다. 도6의 (a)는 본 실시예에서 나타낸 프로세스에 의해 Si의 기판 상에 Ru와 Cu와의 금속 적층 구조를 형성하는 공정을 나타낸 것이다. Si 기판 상에 RuO2를 제1 실시예의 프로세스에 의해 제작하고, 그 후, 제2 실시예의 프로세스에 의해 RuO2를 H2에 의해 환원하는 동시에, Cu(C5HF6O2)2를 환원하여 Cu의 박막을 형성한다.In this embodiment, a lamination structure of a 300 nm Cu film and a 50 nm Ru was obtained by the same apparatus. Fig. 6A shows a step of forming a metal laminated structure of Ru and Cu on a Si substrate by the process shown in this embodiment. RuO 2 was produced on the Si substrate by the process of Example 1, and then, RuO 2 was reduced by H 2 by the process of Example 2 , while Cu (C 5 HF 6 O 2 ) 2 was reduced. To form a thin film of Cu.

도7은 본 실시예에 의해 얻어진 금속 적층 구조의 X선 광전자 분광법에 의해 깊이 분석한 결과이다. Cu, Ru, Si가 순차 적층되어 있는 것을 알 수 있다. 또, Cu, Ru, Si는 에칭 속도가 각각 다르기 때문에, 에칭 시간의 길이가 막 두께에 직접 대응하고 있는 것은 아니다.Fig. 7 is a result of depth analysis by X-ray photoelectron spectroscopy of the metal laminate structure obtained by the present example. It turns out that Cu, Ru, and Si are laminated one by one. In addition, since Cu, Ru, and Si have different etching rates, the length of etching time does not correspond directly to a film thickness.

도전성 하지로서는, 산화주석, 산화안티몬, 산화티탄, 산화인듐, 산화구리, 산화리튬 등 및 그것들을 포함하는 복합 산화물이나, Li를 도핑한 산화니켈 등 각 종 도핑 산화물을 이용할 수 있다. 또한 성막하는 금속으로서는, Ru, Cu, Ni, CO, Cr, Mn, Nb, Ti 등 천이 금속 등 외에 Al 등을 이용할 수 있다. As the conductive base, various doping oxides such as tin oxide, antimony oxide, titanium oxide, indium oxide, copper oxide, lithium oxide and the like, and composite oxides containing them and nickel oxide doped with Li can be used. As the metal to be formed, Al may be used in addition to transition metals such as Ru, Cu, Ni, CO, Cr, Mn, Nb, and Ti.

그들의 성막에 필요한 원료는 할로겐화 금속, 유기 금속, 금속 착체, 산소 함유 유기 금속 화합물ㆍ착체, 할로겐 함유 유기 금속 화합물ㆍ착체 등을 이용할 수 있고, 예를 들어 Cu의 경우에는 (C5H5)CuP(C2H5)3, CuCl2(C5H5F6O2)CuC8H12, Cu(hfac)TMVS 등 당업자에게 알려진 물질을 이용할 수 있다.The raw materials required for the film formation may be a metal halide, an organic metal, a metal complex, an oxygen-containing organometallic compound, a complex, a halogen-containing organometallic compound, or a complex. For example, in the case of Cu, (C 5 H 5 ) CuP Materials known to those skilled in the art can be used, such as (C 2 H 5 ) 3 , CuCl 2 (C 5 H 5 F 6 O 2 ) CuC 8 H 12 , Cu (hfac) TMVS.

도6의 (b)는 동일 조건에서 Si 기판 대신에 TiN을 이용하여, 도전성인 TiN 박막 상에는 금속 Ru를 성막하고, 또한 Ru 박막 상에 Cu의 박막을 형성하는 모습을 도시한 것이다. TiN 박막 상에 금속 Ru의 성막, 그리고 그 위에 Cu의 박막을 형성할 수 있었다. 그러나, Si 기판 상에 직접 금속 Ru의 박막을 형성할 수는 없었다.FIG. 6B shows the formation of a metal Ru on the conductive TiN thin film and the formation of a Cu thin film on the Ru thin film using TiN instead of a Si substrate under the same conditions. A film of metal Ru was formed on the TiN thin film, and a thin film of Cu could be formed thereon. However, it was not possible to form a thin film of metal Ru directly on the Si substrate.

이상 설명한 바와 같이, 지금까지는 Si 기판 상에 Cu나 Ru 등의 도전성 박막을 초임계 유체 중, 또는 아임계 유체 중에서 직접 성막할 수는 없었지만, 본 실시예에서 도시한 바와 같이 예를 들어 RuO2와 같은 금속 산화물의 박막을 일단 성막하고, 이것을 환원함으로써 도전성 금속의 박막을 형성하는 것이 가능해졌다. 이에 의해, 종래, PVD법이나 CVD법을 이용하여 배선하고자 하는 하지에 다른 도전층을 미리 형성해 둘 필요가 있었던 것이 불필요해지고, 초임계 성막법의 특장을 살리는 것이 가능해졌다.As described above, up to now, a conductive thin film such as Cu or Ru cannot be directly formed on a Si substrate in a supercritical fluid or a subcritical fluid. However, as illustrated in the present embodiment, for example, RuO 2 and It was possible to form a thin film of a conductive metal by forming a thin film of the same metal oxide once and reducing it. This eliminates the necessity of forming another conductive layer in advance on the substrate to be wired by the PVD method or the CVD method, and makes it possible to make use of the supercritical film forming method.

초임계 유체 중 또는 아임계 유체 중에서 기재의 도전성의 유무에 관계없이, 도전성 금속 산화물 박막, 및 도전성 금속 박막을 형성할 수 있으므로, 단차 피복성이나 매립성이 좋은 박막 형성을 할 수 있으므로, 집적 회로 프로세스나 MEMS에 대표되는 미세 가공 프로세스 등에 이용할 수 있다.Since the conductive metal oxide thin film and the conductive metal thin film can be formed in the supercritical fluid or in the subcritical fluid, with or without the conductivity of the substrate, a thin film having good step coverage and embedding can be formed. It can be used for the micromachining process represented by a process or MEMS.

Claims (12)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 형성 목적으로 하는 금속 산화물의 금속 전구체와, 상기 금속 전구체를 산화하는 산소를 제외한 산화제를 초임계 유체 중 또는 아임계 유체 중에 용해하고, 상기 초임계 유체 중 또는 아임계 유체 중에 설치된 기판의 표면에 산화 반응에 의해 금속 산화물 박막을 성막하고,A metal precursor of a metal oxide to be formed and an oxidant other than oxygen oxidizing the metal precursor are dissolved in a supercritical fluid or in a subcritical fluid and oxidized on the surface of the substrate provided in the supercritical fluid or in a subcritical fluid. Reaction to form a metal oxide thin film, 다음에, 환원제 및 도전성 금속 전구체를 초임계 유체 또는 아임계 유체 중에 용해하고, 상기 기판의 표면에 형성된 금속 산화물 박막을 금속 박막으로 환원하는 동시에, 환원된 상기 금속 박막 상에 상기 도전성 전구체를 환원하여 도전성 금속의 박막을 적층시키는 것을 특징으로 하는 금속 박막의 적층 성막 방법. Next, a reducing agent and a conductive metal precursor are dissolved in a supercritical fluid or a subcritical fluid, and the metal oxide thin film formed on the surface of the substrate is reduced to a metal thin film, and the conductive precursor is reduced on the reduced metal thin film. A thin film deposition method for thin metal films, characterized in that a thin film of conductive metal is laminated. 제8항에 있어서, 금속 산화물은 RuO2이고, 상기 금속 박막은 Ru이고, 상기 도전성 금속은 Cu인 것을 특징으로 하는 금속 박막의 적층 성막 방법.The method of claim 8, wherein the metal oxide is RuO 2 , the metal thin film is Ru, and the conductive metal is Cu. 제8항에 있어서, 상기 환원제는 H2인 것을 특징으로 하는 금속 박막의 적층 성막 방법. The method of claim 8, wherein the reducing agent is H 2 . 내부에 기판을 설치하여 산화 반응 또는 환원 반응에 의해 상기 기판 표면에 성막하는 고압 반응 용기와,A high pressure reaction vessel in which a substrate is provided inside and formed on the surface of the substrate by an oxidation reaction or a reduction reaction; 초임계 유체 또는 아임계 유체의 매질 유체를 상기 고압 반응 용기로 도입하는 도입 수단과,Introducing means for introducing a medium fluid of a supercritical fluid or subcritical fluid into the high pressure reaction vessel; 산화 반응시 상기 고압 반응 용기에 산화제를 공급하는 산화제 공급 수단과,Oxidant supply means for supplying an oxidant to the high pressure reaction vessel during an oxidation reaction; 환원 반응시 상기 고압 반응 용기에 환원제를 공급하는 환원제 공급 수단과,Reducing agent supply means for supplying a reducing agent to the high pressure reaction vessel during a reduction reaction; 산화 반응 또는 환원 반응이 종료된 후, 상기 고압 반응 용기로부터 초임계 유체 또는 아임계 유체를 도입하여 기화시켜 상기 유체 중에 용해되어 있는 물질을 분리 회수하는 기화ㆍ분리기를 구비하는 금속 박막의 적층 성막 장치이며,After the oxidation reaction or the reduction reaction is completed, a super thin film or a subcritical fluid is introduced from the high-pressure reaction vessel to vaporize the metal thin film stacking apparatus including a vaporization / separator for separating and recovering the substance dissolved in the fluid. , 상기 고압 반응 용기에서, In the high pressure reaction vessel, 형성 목적으로 하는 금속 산화물의 금속 전구체와 상기 금속 전구체를 산화하는 산화제를 초임계 유체 중 또는 아임계 유체 중에 용해시키고,Dissolving a metal precursor of a metal oxide to be formed and an oxidant for oxidizing the metal precursor in a supercritical fluid or in a subcritical fluid, 상기 유체 중에 설치된 기판의 표면에 산화 반응에 의해 상기 금속 산화물 박막을 형성하고,The metal oxide thin film is formed on the surface of the substrate provided in the fluid by an oxidation reaction, 상기 금속 산화물 박막의 성막 종료 후 상기 초임계 유체 또는 아임계 유체를 배출하고,Discharging the supercritical fluid or subcritical fluid after the film formation of the metal oxide thin film is finished; 도전성 금속 전구체와 환원제를 초임계 유체 중 또는 아임계 유체 중에 용해시키고,The conductive metal precursor and the reducing agent are dissolved in a supercritical fluid or in a subcritical fluid, 상기 기판의 표면에 형성된 금속 산화물 박막을 환원 반응에 의해 금속 박막으로 환원하는 동시에, 상기 금속 박막의 표면에 상기 도전성 금속 전구체를 환원 반응에 의해 도전성 금속의 박막으로서 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 박막의 적층 성막 장치.A metal oxide thin film formed on the surface of the substrate is reduced to a metal thin film by a reduction reaction, and the conductive metal precursor is formed on the surface of the metal thin film as a thin film of conductive metal by a reduction reaction. Laminated film forming apparatus. 제11항에 있어서, 상기 고압 반응 용기에는 산화 반응과 환원 반응 중 하나 이상의 온도를 조정하는 수단으로서 히터와 열전대를 더 구비한 것을 특징으로 하는 금속 박막의 적층 성막 장치.The thin film deposition apparatus of claim 11, wherein the high pressure reaction vessel further comprises a heater and a thermocouple as means for adjusting the temperature of at least one of an oxidation reaction and a reduction reaction.
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