KR20010103264A - 루테늄/루테늄 산화물 박막 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 Ru/RuO2박막의 형성 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 Ru(OD)3(OD: 옥탄디오네이트)를 전구체로 사용함으로써 유기금속화학증착법에 의해 기판 상에 우수한 특성을 가진 고순도의 Ru/RuO2박막을 높은 증착속도로 형성시킬 수 있다.
Description
본 발명은 유기금속화학증착법 (metal-organic chemical vapor deposition)에 의해 Ru(OD)3(OD: 옥탄디오네이트)전구체로부터 Ru 및 RuO2박막을 제조하는 방법에 관한 것이다.
Ru는 그의 열역학적으로 안정한 산화물 RuO2또한 금속 전도성을 나타내기 때문에 집적회로 제작에 박막으로 많이 사용되고 있으며, 주로 유기금속화학증착법에 의해 박막으로 증착된다 (Ru의 비저항치: 6.5 x 10-6Ωcm, RuO2의 비저항치: 46 x 10-6Ωcm).
유기금속화학증착법은 버블러를 이용하여 전구체를 증착 반응기로 유입하는 방식과 액상의 전구체를 순간기화기(flash vaporizer)를 이용하여 기화시켜 증착 반응기로 유입시키는 방식의 2가지가 있다. 이 중 순간기화기를 이용하여 기화시키는 방식은 전구체의 유입량을 쉽게 조절할 수 있어 대량생산에 알맞는 높은 증착 속도를 얻을 수 있으므로 각광받고 있는 기술이다. 그러나, 이 순간기화기를 이용하기 위해서는 전구체가 용매에 대해 높은 용해도를 가져야 한다는 조건을 만족하여야 한다.
종래의 Ru/RuO2박막 제조에 사용되는 전구체로는 Ru(tmhd)3(tmhd=2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트) 및 Ru(AcAc)3(AcAc=아세틸아세토네이트)가 공지되어 있다 (논문 [J. Mater. Res., 13(8), 2281-2289 (1998)] 및 논문 [J. Electrochem. Soc., 132(11), 2677-2685 (1985)] 참조).
그러나, 이들 전구체는 상온에서 고체 형태이며, 용매에 대한 용해도도 낮고, 용매와 반응을 일으킬 수 있어 순간기화기를 이용하는 화학증착법에는 사용하기가 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 용매에 대해 높은 용해도를 가져 순간기화기를 통해 쉽게 Ru/RuO2박막을 제조할 수 있는 액상 전구체를 이용함으로써 높은 증착 속도로 고순도의 Ru 또는 RuO2박막 또는 이들의 혼합박막을 형성하는 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 Ru/RuO2박막 제조에 사용되는 순간기화기(flash vaporizer)의 개략도이고,
도 2는 증착 온도 및 이송기체 혼합비율에 따른 Ru/RuO2박막의 조성변화를 보여주는 그래프이고,
도 3은 이송 기체의 혼합 비율 변화에 따른 증착 Ru/RuO2박막의 비저항치 변화를 보여주는 그래프이고,
도 4는 증착 온도 변화에 따른 박막 증착 속도의 변화를 보여주는 그래프이다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 Ru(OD)3(OD: 옥탄디오네이트)를 알콜성 용매에 용해시킨 용액을 순간기화기에서 기화시키고 생성된 증기를 기판과 접촉시킴을 포함하는. 기판 상에 Ru/RuO2박막을 형성시키는 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따르면, Ru/RuO2박막의 제조를 위해 전구체로서 Ru(OD)3를 사용한다. 본 발명에서 사용되는 Ru(OD)3는 상온에서 액상 형태로 알콜성 용매에 높은 용해도를 가져 전구체 용액을 제조하기가 매우 용이하므로 안정적으로 전구체를 이송할 수 있게 하며, 또한 분해 온도(약 280℃)와 기화 온도(약 220℃) 간의 차이가60 ℃ 이상 있어 박막 제조에 매우 유리하다.
Ru(OD)3는 시판되는 것을 구입하여 사용할 수 있으며, 알콜성 용매에 대한 용해도는 메탄올을 기준으로 0.5 M 이상이다. 본 발명의 증착 공정에서 용매로 사용되는 알콜은 탄소함량이 적어 생성되는 박막내로 유입되는 탄소의 양을 극소화시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 순간기화기에서 기화된 전구체의 증기를 증착반응기로 운반하기 위해 이송 기체를 사용한다. 이송 기체로는 아르곤 또는 아르곤과 산소의 혼합물을 사용할 수 있으며, 전구체 증기가 일정 속도로 유입될 때, 이송 기체로 사용되는 산소와 아르곤의 비율을 조절함으로써 Ru 또는 RuO2박막의 생성 비율을 조절할 수 있다. 보통, 산소의 비율이 증가할수록 RuO2박막이 많이 얻어지는데, 예를 들어 전구체의 유입 속도가 약 0.1 ml/분이고 증착 온도가 약 300 ℃ 일 때, 아르곤과 산소의 혼합 가스 중의 산소의 비율이 약 30% 이내, 바람직하게는 약 10% 이내인 경우는 Ru 박막 형성에 바람직하고, 혼합 가스 중의 산소의 비율이 약 30 내지 70% 범위인 경우는 RuO2박막 형성에 바람직하다.
이송 기체 중의 아르곤과 산소의 비율이 9:1 (산소 비율 10%)인 경우, 약 250 내지 350 ℃ 범위의 증착 온도가 Ru 박막 형성에 바람직하며, 증착 온도가 300 내지 450 ℃ 범위인 것이 RuO2박막 형성에 바람직하다.
본 발명에 사용되는 순간기화기는 전구체의 기화를 위해서는 220 내지 240℃ 온도로 유지되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 바람직하게는 순간기화기의 유출부에 다공성 금속 스폰지를 장착함으로써 전구체 증기를 다공성 금속 스폰지에 통과시킨 후 증착반응기에 도입하여, 유입된 액상의 전구체에 열전달이 효율적으로 이루어지게 하고, 전구체가 분해없이 안정적으로 이송될 수 있도록 한다. 다공성 금속 스폰지의 재질로는 Al, Ni, 실리카 등이 사용될 수 있다.
증착반응기에서의 증착 공정에서, 기판으로는 통상의 기판, 예를 들면 Si, Pt, TiN, TaN, WN 등을 사용할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이들 실시예에 국한되는 것은 아니다.
실시예
Ru(OD)3를 메탄올에 녹인 0.5 M 메탄올 용액을 0.1 ml/분의 유속으로 도 1에 도시한 바와 같은 다공성 금속 스폰지가 장착된 220 내지 240 ℃로 유지된 순간기화기를 통과시킨 후 이송기체로서의 아르곤 및 산소의 혼합가스와 함께 Si 기판이 장착된 증착반응기에 도입하였다. 증착 반응기에서의 압력은 1 torr이었다.
증착 온도 및 이송 기체의 혼합비를 변화시켜가면서 Ru와 RuO2박막의 생성 변화를 조사하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 300 ℃, 산소/아르곤=1/9의 비율로 500sccm의 속도로 도입하는 경우 Ru 박막의 증착속도는 30 nm/분이었다.
도 2로부터, 이송 기체 중의 산소량이 증가하면 Ru 박막에서 RuO2박막으로 생성 박막이 변화되며, 동일 이송기체에서 증착 온도가 증가하면 RuO2박막이 우선적으로 생성됨을 확인할 수 있다. Ru 박막만을 형성하기 위해서는 400 ℃ 이하의 낮은 온도범위에서 박막을 제조하여야 함을 알 수 있다.
또한, 증착 온도를 300 ℃로 고정하여, 이송 기체의 혼합 비율 변화에 따른 증착 Ru/RuO2박막의 비저항치 변화를 도 3에 나타내었다. 도 3으로부터, 이송 기체 중의 산소의 비율이 2 내지 10 %일 때 비교적 낮은 비저항치를 가진 Ru 박막을 수득할 수 있음을 알 수 있다.
이송 기체의 혼합비율을 O2/(O2+ Ar) 값이 70%(a)와 5%(b)로하여 각각 증착 온도 변화에 따른 증착 속도의 변화를 도 4에 나타내었다. 도 4로부터, Ru 박막의 제조에는 250 내지 350 ℃ 범위의 증착 온도가 바람직하고, 300 내지 450 ℃ 범위의 증착 온도에서는 RuO2박막이 형성됨을 알 수 있다.
본 발명에 따라 Ru(OD)3(OD: 옥탄디오네이트)를 전구체로 사용하여 유기금속화학증착법에 의해 Ru/RuO2박막을 증착시키면, 순간기화기에 의해 전구체 증기를 생성시킴으로써, 우수한 특성을 가진 고순도의 박막을 높은 증착속도로 기판상에 형성시킬 수 있다.
Claims (8)
- Ru(OD)3(OD: 옥탄디오네이트)를 알콜성 용매에 용해시킨 용액을 순간기화기에서 기화시켜 생성된 증기를 기판과 접촉시킴을 포함하는, 기판 상에 Ru 또는 RuO2박막 또는 이들의 혼합박막을 형성시키는 방법.
- 제 1 항에 있어서,순간기화기가 220 내지 240 ℃ 범위의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,전구체 증기를 아르곤 또는 아르곤과 산소의 혼합 가스에 의해 이송하여 기판과 접촉시키는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 3 항에 있어서,아르곤과 산소의 혼합 가스에서 산소의 비율을 30% 미만 범위로 조절하여 Ru 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 3 항에 있어서,아르곤과 산소의 혼합 가스에서 산소의 비율을 30 내지 70% 범위로 조절하여 RuO2박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,순간 기화기에 다공성 금속 스폰지가 장착되어 있어, 전구체 증기를 다공성 금속 스폰지를 통과시킨 후 증착반응기에 도입시키는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,증착 온도를 250 내지 350 ℃ 범위로 조절하여 Ru 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,증착 온도를 300 내지 450 ℃ 범위로 조절하여 RuO2박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
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