KR102514278B1 - 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체, 이를 이용한 마그네슘 함유 박막 형성 방법 및 상기 마그네슘 함유 박막을 포함하는 반도체 소자. - Google Patents

마그네슘 함유 박막 형성용 전구체, 이를 이용한 마그네슘 함유 박막 형성 방법 및 상기 마그네슘 함유 박막을 포함하는 반도체 소자. Download PDF

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 마그네슘 함유 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체, 이를 이용한 마그네슘 함유 박막 형성 방법 및 상기 마그네슘 함유 박막을 포함하는 반도체 소자에 관한 것이다.
[화학식 1]
(R1NCR2CR3NC(R4R5))2Mg
상기 화학식 1에서 R1, R4 및 R5는 각각 독립적으로 C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기이고, R2 내지 R3은 각각 독립적으로 수소원자(H)이거나, C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기이다.

Description

마그네슘 함유 박막 형성용 전구체, 이를 이용한 마그네슘 함유 박막 형성 방법 및 상기 마그네슘 함유 박막을 포함하는 반도체 소자.{PRECURSOR FOR MAGNESIUM CONTAINING THIN FILM, DEPOSITION METHOD OF FILM AND SEMICONDUCTOR DEVICE OF THE SAME}
본 발명은 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체, 이를 이용한 마그네슘 함유 박막 형성 방법 및 상기 마그네슘 함유 박막을 포함하는 반도체 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 저점도, 고휘발성의 물성을 가져 저온 증착 공정을 통해 고품질의 마그네슘 함유 박막을 형성할 수 있는 전구체, 상기 전구체를 이용한 마그네슘 함유 박막 형성 방법 및 상기 마그네슘 함유 박막을 포함하는 반도체 소자에 관한 것이다.
반도체 소자의 선폭 미세화를 통한 집적도 향상으로 커패시터 구조 구현에 허용되는 공간이 선폭적으로 제한되면서, 기존의 방법을 이용한 커패시터 구현에 많은 어려움이 있다. 특히 커패시터의 정전용량을 확보하기위해 ZrO2, HfO2, TiO2, SrTiO3 등 고유전 박막이 적용되고 있다. 그러나 유전율이 높아 질수록 줄어드는 밴드갭으로 인해 누설 전류가 큰 폭으로 열화되는 문제점이 발생하며, 이로 인하여 새로운 유전막 재료의 도입은 제한적이며, 따라서 기존 ZrO2, HfO2 재료의 유전율을 높이기 기술 개발이 필요하다.
즉, 현재 양산 적용중인 ZrO2, HfO2의 유전막 기반의 기술이 필요하며 막 사이의 계면에서의 불일치 등에 의한 유전막 열화를 막기 위하여 도핑(Doping)이라는 기술이 도입되고 있다. 이러한 도핑(Doping) 소재는 열화의 원인인 전극막과 유전막 사이 계면층 형성을 억제하며 ZrO2, HfO2의 결정화 촉진을 통한 유전율 향상에 기여한다.
특히, 마그네슘(Mg) 재료는 상기 분야에 사용될 수 있는 도핑(Doping) 소재로 유망한 재료이다. 이러한 마그네슘 재료를 이용하여 화학 기상 성장(CVD), 원자 증착 공정(ALD)등의 공정으로 마그네슘(Mg) 함유 박막(Mg, ＭgO, MgN2, MgB2 등)이 형성될 수 있다.
상기 마그네슘 함유 박막을 형성하기 위한 전구체로는 알킬, 알콕사이드, 카복실레이트, β-디케토네이트, β-케토이미네이트, β-디이미네이트, 사이클로펜타디에닐과 같은 다양한 리간드가 결합된 유기 금속 화합물이 사용되고 있다. 예를 들어, β-디케토네이트 리간드를 함유하는 마그네슘 전구체의 경우 상온에서 고체 상태이므로 기체 상태로 챔버내의 기판에 공급해야 하는 특성상 고품질의 박막을 형성하기 어려우며, O(산소)를 지니지 않는 막의 경우 문제가 우려될 수 있다.
또한, 사이클로펜타디에닐 리간드를 함유하는 마그네슘 전구체, 예를 들면 Cp2Mg의 경우 또한 고체이며 사이클로펜타디에닐 리간드를 함유하는 마그네슘 화합물은 막 내 C(탄소)의 함유량이 높다는 문제점을 지니고 있다. C(탄소), Ｏ(산소)를 가지지 않는 마그네슘 함유 전구체로 비스(N,N'-tert-부틸아세트아미디나토) 마그네슘이 공지되어 있으나, 이 경우도 고체(융점 : 97-99 °C )이기 때문에 증착 공정에 사용하고 곤란한 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 10-1359518호 대한민국 공개특허공보 10-2021-0002525호 일본 등록특허공보 제3287921호
본 발명은 상기와 같은 종래기술들을 감안하여 안출된 것으로, 디이민 리간드를 포함하는 마그네슘 함유 화합물을 통해 점도가 낮고 휘발성이 높은 물성을 나타내어 저온 증착 공정에 적용할 수 있는 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 저온 증착 공정을 통해 고품질의 마그네슘 함유 박막을 형성하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 상기 마그네슘 함유 박막을 포함하는 반도체 소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체는 하기 화학식 1로 표시되는 마그네슘 함유 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
(R1NCR2CR3NC(R4R5))2Mg
상기 화학식 1에서 R1, R4 및 R5는 각각 독립적으로 C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기이고, R2 내지 R3은 각각 독립적으로 수소원자(H)이거나, C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기이다.
이때, 상기 화학식 1에서 R4 및 R5와 결합된 탄소원자(C)는 질소원자(N)과 이중결합으로 연결된 것일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1에서 R1의 탄소수는 R2의 탄소수 및 R3의 탄소수의 합보다 큰 것일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1에서 R1은 C1-C6의 분지형 알킬기 또는 알케닐기인 것일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1에서 R1은 이소프로필기인 것일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1에서 R2 및 R3 중 하나 이상은 수소원자인 것일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1에서 R4 및 R5 중 하나 이상은 C1-C6의 직쇄형 알킬기 또는 알케닐기인 것일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1에서 R4 및 R5 중 하나 이상은 메틸기인 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 마그네슘 함유 박막 형성 방법은 상기 박막 형성용 전구체를 이용하여 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정은 기판의 표면에 상기 박막 형성용 전구체를 증착하여 전구체 박막을 형성하는 공정, 상기 전구체 박막을 반응성 가스와 반응시키는 공정을 포함할 수 있다.
또한, 상기 반응성 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4), 아산화질소(N2O), 산소(O2), 수증기(H2O), 오존(O3), 과산화수소(H2O2), 실란(silane), 수소(H2), 다이보레인(B2H6) 중 어느 하나 또는 그 이상일 수 있다.
또한, 상기 전구체 박막을 형성하는 공정은 상기 박막 형성용 전구체를 기화시켜 챔버 내부로 이송시키는 공정을 포함할 수 있다.
또한, 상기 증착은 SOD(spin-on dielectric, SOD) 공정, 저온 플라즈마(Low Temperature Plasma, LTP) 공정, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 공정, 플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD) 공정, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(High Density Plasma -Chemical Vapor Deposition, HDPCVD) 공정, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 공정, 또는 플라즈마 원자층 증착(Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition, PEALD) 공정 중 어느 하나에 의해 수행될 수 있다.
또한, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정은 상기 박막 형성용 전구체를 기판에 공급하고 플라즈마를 인가하여 박막을 형성하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정은 200 내지 400℃의 온도 범위에서 수행되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체 소자는 상기 마그네슘 함유 박막 형성 방법에 의해 제조된 마그네슘 함유 박막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전구체는 디이민 리간드가 중심 금속 원자인 마그네슘에 결합된 화학구조를 가짐으로써 저점도, 고휘발성의 물성을 나타내어 저온 증착 공정에 적용하기에 적합한 효과를 나타낸다.
또한, 상기 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체를 적용함으로써 저온 증착공정으로 고품질의 마그네슘 함유 박막을 형성할 수 있는 효과를 나타내며, 상기 박막 형성 방법에 의해 제조된 마그네슘 함유 박막을 포함하는 반도체 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 실시예의 화합물에 대한 1H NMR 분석결과이다.
도 2는 실시예의 화합물에 대한 TGA(a), 및 DSC(b) 분석결과이다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체는 하기 화학식 1로 표시되는 마그네슘 함유 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
(R1NCR2CR3NC(R4R5))2Mg
상기 화학식 1에서 R1, R4 및 R5는 각각 독립적으로 C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기이고, R2 내지 R3은 각각 독립적으로 수소원자(H)이거나, C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기이다.
상기 화학식 1에서 R1 내지 R5에 따라 다양한 화학구조의 마그네슘 함유 화합물을 형성할 수 있다.
일 실시예에서 R4 및 R5와 결합된 탄소원자(C)는 질소원자(N)과 이중결합으로 연결된 것일 수 있다. 즉, 상기 화학식 1에서 NC(R4R5) 간의 결합이 이중결합인 화학구조를 예시할 수 있다. 이러한 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112022128237663-pat00001
또한, 상기 화학식 1에서 R1의 탄소수는 R2의 탄소수 및 R3의 탄소수의 합보다 큰 것일 수 있으며, R1은 C1-C6의 분지형 알킬기 또는 알케닐기인 것일 수도 있고, R1은 이소프로필기인 화학구조를 예시할 수도 있다.
또한, 상기 화학식 1에서 R2 및 R3 중 하나 이상은 수소원자인 화학구조를 예시할 수도 있으며, R4 및 R5 중 하나 이상은 C1-C6의 직쇄형 알킬기 또는 알케닐기인 것을 예시할 수도 있고, R4 및 R5 중 하나 이상은 메틸기인 것을 예시할 수도 있다.
또한, 상기 박막 형성용 전구체는 용매를 추가적으로 포함할 수도 있다. 상기 용매로는 C1-C16의 포화 또는 불포화 탄화수소, 케톤, 에테르, 글라임, 에스테르, 테트라하이드로퓨란, 3차 아민 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 C1-C16의 포화 또는 불포화 탄화수소의 예로는 톨루엔, 헵탄 등을 들 수 있으며, 3차 아민으로는 디메틸에틸아민을 들 수 있다.
이는 상기 마그네슘 함유 화합물이 실온에서 고체 상태인 경우 적용할 수 있는 것으로서, 상기 고체 상태의 마그네슘 함유 화합물을 용해하기 위한 것이다. 상기 용매는 상기 마그네슘 함유 화합물을 용해할 수 있는 종류와 함량으로 결정될 수 있으며, 상기 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체 총 중량에 대하여 1 내지 99 중량%의 범위에서 포함되는 것이 바람직하다.
상기 용매를 포함하거나 포함하지 않는 박막 형성용 전구체는 기화할 수 있는 것이기 때문에 이를 전구체 가스 형태로 챔버 내로 공급할 수 있다. 따라서, 마그네슘 함유 화합물의 종류에 따라 상온에서 액상으로 존재하며, 쉽게 기화될 수 있는 경우에는 별도의 용매 없이도 박막 형성 공정을 수행할 수 있다.
본 발명에서 상기 마그네슘 함유 박막을 형성하는 공정은 상기 박막 형성용 전구체를 이용하여 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 포함하는 것이다. 즉, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정은 기판의 표면에 상기 박막 형성용 전구체를 증착하여 전구체 박막을 형성하는 공정, 상기 전구체 박막을 반응성 가스와 반응시키는 공정을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전구체의 증착을 위하여 상기 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체를 기화시켜 챔버 내부로 이송시키는 공정을 포함할 수 있다.
상기 전구체 박막을 형성한 후 반응성 가스와 반응시킴으로써 마그네슘 단체, 마그네슘 산화물, 마그네슘 질화물, 마그네슘 산질화물 등의 다양한 박막이 형성되게 된다. 이를 위하여 사용되는 상기 반응성 가스로는 질소(N2), 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4), 아산화질소(N2O), 산소(O2), 수증기(H2O), 오존(O3), 과산화수소(H2O2), 실란(silane), 수소(H2), 다이보레인(B2H6) 중 어느 하나 또는 그 이상을 들 수 있다.
예를 들어, 상기 수증기, 산소, 오존 등과 같은 산화성 가스를 반응성 가스로 사용할 경우 마그네슘 산화물 박막이 형성될 수 있다. 또한, 수소, 암모니아, 히드라진, 실란 등의 환원성 가스 존재 하에서 실시되는 경우 마그네슘 단체 또는 마그네슘 질화물의 박막이 형성될 수 있다. 또한, 반응성 가스의 혼합에 의해 산질화물 박막을 형성할 수도 있다.
또한, 상기 증착은 통상의 증착 방법을 적용할 수 있으며, 예를 들어, SOD(spin-on dielectric, SOD) 공정, 저온 플라즈마(Low Temperature Plasma, LTP) 공정, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 공정, 플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD) 공정, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(High Density Plasma -Chemical Vapor Deposition, HDPCVD) 공정, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 공정, 또는 플라즈마 원자층 증착(Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition, PEALD) 공정 중 어느 하나에 의해 수행될 수 있다.
또한, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정은 상기 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체를 기판에 공급하고 플라즈마를 인가하여 박막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 반응성 가스의 존재 하에 플라즈마를 인가함으로써 금속, 산화물, 질화물, 산질화물 등의 박막을 형성할 수도 있다.
상기 박막을 형성하는 공정은 1 내지 1000mTorr의 챔버 내 압력 조건에서 수행할 수 있다. 또한, 상기 챔버 내에 플라즈마를 형성하기 위한 소스 파워는 500 내지 9,000W, 바이어스 파워는 0 내지 5,000W가 적절하다. 또한, 상기 바이어스 파워는 경우에 따라서 가하지 않을 수도 있다.
또한, 상기 마그네슘 박막 형성용 전구체의 공급 시, 최종 형성되는 금속막에서의 전기적 특성, 즉 정전용량 또는 누설 전류값을 더욱 개선시키기 위하여 필요에 따라 제2 금속 전구체로서 규소(Si), 티타늄(Ti), 게르마늄(Ge), 스트론튬(Sr), 니오브(Nb), 바륨(Ba), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta) 및 란탄족 원자로부터 선택된 1종 이상의 금속(M")을 포함하는 금속 전구체를 선택적으로 더 공급할 수도 있다. 상기 제2 금속 전구체는 상기 금속을 포함하는 알킬아미드계 화합물 또는 알콕시계 화합물 일 수 있다. 일례로 상기 금속이 Si인 경우 제2금속 전구체로 SiH(N(CH3)2)3, Si(N(C2H5)2)4, Si(N(C2H5)(CH3))4, Si(N(CH3)2)4, Si(OC4H9)4, Si(OC2H5)4, Si(OCH3)4, Si(OC(CH3)3)4 등이 사용될 수 있다.
상기 제2 금속 전구체의 공급은 상기 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체의 공급 방법과 동일한 방법으로 실시될 수 있으며, 상기 제2 금속 전구체는 상기 전구체와 함께 박막 형성용 기판 위로 공급될 수도 있고, 또는 전구체의 공급 완료 이후 순차적으로 공급될 수도 있다.
상기와 같은 전구체 및 선택적으로 제2 금속 전구체는 상기 마그네슘 함유 박막 형성용 기판과 접촉시키기 위해 반응 챔버 내로 공급되기 전까지 50 내지 250℃의 온도를 유지하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 100 내지 200℃의 온도를 유지하는 것이 좋다.
또한, 전구체의 공급 단계 후 반응성 가스의 공급에 앞서, 상기 전구체 및 선택적으로 제2 금속 전구체의 기판 위로의 이동을 돕거나, 반응기 내가 증착에 적절한 압력을 갖도록 하며, 또한, 챔버 내에 존재하는 불순물 등을 외부로 방출시키기 위하여, 반응기 내에 아르곤(Ar), 질소(N2), 또는 헬륨(He) 등의 불활성 기체를 퍼지하는 공정이 실시될 수 있다. 이때 불활성 기체의 퍼지는 반응기내 압력이 1 내지 5Torr가 되도록 실시되는 것이 바람직하다.
또한, 플라즈마 처리 외에 열처리 또는 광조사에 의한 처리 공정을 수행할 수도 있는데, 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체의 증착을 위한 열에너지를 제공하기 위한 것으로, 통상의 방법에 따라 실시될 수 있다. 바람직하게는, 충분한 성장 속도로, 목적하는 물리적 상태와 조성을 갖는 마그네슘 함유 박막을 제조하기 위해서는 반응기내 기판의 온도가 100 내지 1,000℃, 바람직하게는 200 내지 400℃가 되도록 상기 처리 공정을 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 처리 공정 시에도 전술한 바와 같이 반응성 가스의 기판 위로의 이동을 돕거나, 반응기 내가 증착에 적절한 압력을 갖도록 하며, 또한 반응기내 존재하는 불순물 또는 부산물 등을 외부로 방출시키기 위하여, 반응기 내에 아르곤(Ar), 질소(N2), 또는 헬륨(He) 등의 불활성 기체를 퍼지하는 공정이 실시될 수 있다.
상기와 같은, 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체의 투입, 반응성 가스의 투입, 그리고 불활성 기체의 투입 처리 공정은 1 사이클로 하여. 1 사이클 이상 반복 실시함으로써 마그네슘 함유 박막이 형성될 수 있다.
또한, 상기 박막 형성 공정을 적용하면 마그네슘 함유 박막을 포함하는 다양한 반도체 소자를 제조할 수 있다. 즉, 상기 반도체 소자는 상기 박막 형성 방법에 의해 제조된 마그네슘 함유 박막을 포함하는 것이다.
이하 실시예를 통해 본 발명의 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체의 물성을 설명한다.
[실시예]
불꽃 건조된 1,000㎖의 슈렝크 플라스크에, MgBr2 35g(0.19mol), 테트라하이드로퓨란 250㎖을 빙랭 조건에서 주입하고, 실온 조건에서 교반하였다. 이어서 N,N’-다이아이소프로필-1,4-지아자-1,3-부타디엔 53g(0.011mol), 테트라하이드로퓨란 250㎖, Li 2.6g(0.38mol)에 의해 조제한 용액을 빙랭 조건에서 주입하고, 8시간 이상 환류 교반하고, 용매를 제거하였다. 잔류물에 헥산 500㎖를 넣고 교반하고 여과를 실시했다. 얻어진 여과액으로부터 용매를 제거하고, 잔류물을 압력 0.16Torr, 온도 150℃에서 증류를 실시해 진한 붉은색 액체 18.9g(수율 33%)을 얻었다.
상기 화합물에 대해 1H-NMR 분석을 실시한 결과는 도 1과 같으며, 아래와 같은 특성 피크를 분석하여 하기 화학식 3과 같은 화합물이 생성된 것을 확인하였다.
1H NMR (400MHz, C6D6, 25℃): δ6.97-6.96 (d, 2H, =NC H ), δ5.52-5.51 (d, 2H, -NC H ), δ3.38-3.32 (m, 2H, -C H (CH3)2), δ1.85 (s, 6H, -N=C(C H 3)2), δ1.50 (s, 6H, -N=C(C H 3)2), δ1.29-1.28 (d, 6H, -N-CH(C H 3)2), δ1.20-1.18 (d, 6H, -N-CH(C H 3)2)
[화학식 3]
Figure 112022128237663-pat00002
또한, 화학식 3으로 표시되는 마그네슘 함유 화합물에 대하여 TGA 및 DSC 분석을 한 결과는 도 2와 같다. 도 2의 결과로부터 TGA1/2이 207.87℃, DSC 피크가 230.78℃이며, 350℃에서 잔류 질량은 0.1% 이하인 것으로 나타났다. 또한, 상온에서 액상이며, 끓는점이 99.1℃(@160mTorr)인 것으로 나타나, 상대적으로 저온에서 휘발성이 높아 저온 증착 공정에 적용할 수 있는 물성을 나타내는 것을 확인하였다.
실시예에 따른 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체와 산화제로 O3를 사용하여 bypass 방식으로 원자층 증착 공정을 통한 성막 평가를 실시하였다. 공정 평가의 조건은 하기 표 1과 같다.
Canister heating 온도 100℃
Reactant O3
Deposition temperature 200℃
Working pressure 0.85~1.20Torr
Purge gas Ar(700sccm)
Precursor carrier gas Ar(200sccm)
Gas delivery line temperature 120℃
반응 챔버에 SiO2 기판을 두고 상기 조건에서 전구체(10초) - 퍼지(30초) - 산화제(10초) - 퍼지(30초)의 조건에서 MgO 박막을 증착 하였다. 100cycle 진행시 MgO 박막의 두께가 5.95㎚인 것을 확인하였고, 두께를 환산해 보면 cycle당 0.06㎚의 박막이 성장되는 것을 확인하였다. 따라서 본 발명의 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체를 사용하면 저온 증착 공정을 통하여 마그네슘 함유 박막을 형성할 수 있는 것으로 나타났다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시형태를 들어 설명하였으나, 상기 실시형태들에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (16)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 마그네슘 함유 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체.

    [화학식 1]
    (R1NCR2CR3NC(R4R5))2Mg

    상기 화학식 1에서 R1, R4 및 R5는 각각 독립적으로 C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기이고,
    R2 내지 R3은 각각 독립적으로 수소원자(H)이거나, C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기이다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1에서 R4 및 R5와 결합된 탄소원자(C)는 질소원자(N)과 이중결합으로 연결된 것을 특징으로 하는 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1에서 R1의 탄소수는 R2의 탄소수 및 R3의 탄소수의 합보다 큰 것을 특징으로 하는 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1에서 R1은 C1-C6의 분지형 알킬기 또는 알케닐기인 것을 특징으로 하는 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1에서 R1은 이소프로필기인 것을 특징으로 하는 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1에서 R2 및 R3 중 하나 이상은 수소원자인 것을 특징으로 하는 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1에서 R4 및 R5 중 하나 이상은 C1-C6의 직쇄형 알킬기 또는 알케닐기인 것을 특징으로 하는 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1에서 R4 및 R5 중 하나 이상은 메틸기인 것을 특징으로 하는 마그네슘 함유 박막 형성용 전구체.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 따른 박막 형성용 전구체를 이용하여 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 함유 박막 형성 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정은,
    기판의 표면에 상기 박막 형성용 전구체를 증착하여 전구체 박막을 형성하는 공정;
    상기 전구체 박막을 반응성 가스와 반응시키는 공정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 함유 박막 형성 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 반응성 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4), 아산화질소(N2O), 산소(O2), 수증기(H2O), 오존(O3), 과산화수소(H2O2), 실란(silane), 수소(H2), 다이보레인(B2H6) 중 어느 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 마그네슘 함유 박막 형성 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 전구체 박막을 형성하는 공정은 상기 박막 형성용 전구체를 기화시켜 챔버 내부로 이송시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 함유 박막 형성 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 증착은 SOD(spin-on dielectric, SOD) 공정, 저온 플라즈마(Low Temperature Plasma, LTP) 공정, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 공정, 플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD) 공정, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(High Density Plasma -Chemical Vapor Deposition, HDPCVD) 공정, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 공정, 또는 플라즈마 원자층 증착(Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition, PEALD) 공정 중 어느 하나에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 함유 박막 형성 방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정은,
    상기 박막 형성용 전구체를 기판에 공급하고 플라즈마를 인가하여 박막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 함유 박막 형성 방법.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정은 200 내지 400℃의 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 함유 박막 형성 방법
  16. 청구항 9의 마그네슘 함유 박막 형성 방법에 의해 제조된 마그네슘 함유 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
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