KR20030092600A - 산화물박막의 원자층증착법 - Google Patents

산화물박막의 원자층증착법 Download PDF

Info

Publication number
KR20030092600A
KR20030092600A KR1020020030313A KR20020030313A KR20030092600A KR 20030092600 A KR20030092600 A KR 20030092600A KR 1020020030313 A KR1020020030313 A KR 1020020030313A KR 20020030313 A KR20020030313 A KR 20020030313A KR 20030092600 A KR20030092600 A KR 20030092600A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
based source
source
alkoxide
thin film
halogen
Prior art date
Application number
KR1020020030313A
Other languages
English (en)
Inventor
길덕신
Original Assignee
주식회사 하이닉스반도체
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 하이닉스반도체 filed Critical 주식회사 하이닉스반도체
Priority to KR1020020030313A priority Critical patent/KR20030092600A/ko
Publication of KR20030092600A publication Critical patent/KR20030092600A/ko

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40Oxides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28158Making the insulator
    • H01L21/28167Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation
    • H01L21/28194Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation by deposition, e.g. evaporation, ALD, CVD, sputtering, laser deposition

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

본 발명은 한 주기동안 소스를 한 번 공급함에 따른 증착률 저하를 방지하는데 적합한 원자층증착법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 산화물박막의 원자층증착법은 알콕사이드계 소스[MOR]와 할로겐계 소스[MX]를 교대로 공급하여 산화물박막(MO)을 증착하되, 상기 알콕사이드계 소스[MOR]에서 상기 M은 Ti, Ta, Zr 및 Hf로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나이고, 상기 R은 메틸(CH3), 에틸(C2H5), 부틸(C4H9,) 및 프로필(C3H7)로 이루어진 알킬기중에서 선택된 하나이며, 상기 할로겐계 소스[MX]에서 상기 M은 Ti, Ta, Zr 및 Hf로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나이고, 상기 X는 Cl이다.

Description

산화물박막의 원자층증착법{Atomic layer deposition of oxide film}
본 발명은 반도체소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히원자층증착법(Atomic Layer Deposition; ALD)의 증착률 개선 방법에 관한 것이다.
최근에 디자인룰(Design rule)이 감소함에 따라 매우 큰 종횡비(Aspect ratio)를 갖는 구조에 10㎚ 이하의 두께를 갖는 유전막을 형성하여야 하며, 또한 5㎚ 이하 두께의 게이트절연막을 증착하여야만 한다. 더욱이 유전막이나 게이트절연막을 형성할 때 저온에서 매우 높은 정밀도를 가지고 박막의 두께를 제어해야만 한다.
반도체소자 제조 공정에서 박막 증착법으로 주로 적용되는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)은 기상반응을 이용하기 때문에 우수한 특성을 갖는 매우 얇은 두께의 박막을 형성하기가 어렵다. 그리고 20:1 이상의 매우 큰 종횡비를 갖는 복잡한 구조에 균일한 두께로 박막을 형성하는데 한계가 있다.
그리고, 화학기상증착법은 사용하는 소스가 분해반응이 이루어져야 하므로 상대적으로 매우 높은 온도에서 이루어지므로 많은 열원에 노출된다. 이와 같은 문제가 발생하는 근본적인 원인은 소스의 분해반응을 이용한 기상반응에 의해 박막을 증착하기 때문이다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 원자층증착법(ALD)이 제안되었으며, Al2O3, TiO2, ZrO2, Ta2O5, HfO2등의 산화물 박막 증착에 적용하고 있다.
이러한 원자층증착법(ALD)은 화학기상증착법이 가지고 있는 계단도포성(Step coverage)의 문제를 획기적으로 개선할 수 있고, 두께 조절이 매우 용이한 장점이있으나, 매우 작은 증착률로 인해 실제 반도체 공정에 적용하기에는 한계가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 원자층증착법에 의한 탄탈륨산화막의 형성 방법을 도시한 타이밍도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 증착챔버내에 기판을 로딩시킨 후, 증착챔버내로 T1시간동안 탄탈륨소스를 공급하여 기판 표면에 탄탈륨소스를 흡착시킨다.
계속해서, 미반응 탄탈륨소스 및 반응부산물을 제거하기 위해 T2시간동안 퍼지가스로서 아르곤, 질소와 같은 비활성가스를 공급한 후, 흡착된 탄탈륨소스를 산화시키기 위하여 물, 산소 등의 산화원을 T3시간동안 공급한다.
다음으로, 미반응가스 및 반응부산을 제거하기 위해 T4시간동안 퍼지가스로서 아르곤, 질소와 같은 비활성가스를 공급한다.
상술한 바와 같이, 원자층증착은 탄탈륨소스 공급(T1), 퍼지가스 공급(T2), 산화원 공급(T3), 퍼지가스 공급(T4)을 1사이클로 한다.
이와 같은 사이클을 통해 산화물 박막을 증착하는 경우, 단위 사이클당 증착률은 소스분자의 기판 표면에서의 흡착점유율(Adsorption coverage)에 의해 결정된다.
따라서, 소스 물질이 결정되면 사이클당 증착속도가 거의 결정된다고 할 수 있다. 즉, 증착속도를 증가시키기 위한 방법이 현실적으로 없는 상태이다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 한 주기동안 소스를 한 번 공급함에 따른 증착률 저하를 방지하는데 적합한 원자층증착법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 탄탈륨산화막(Ta2O5)의 원자층증착법을 설명하기 위한 타이밍도,
도 2는 본 발명의 산화물박막의 원자층증착법을 설명하기 위한 공정 흐름도,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 TiO2박막의 원자층증착법을 설명하기 위한 타이밍도,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 TiO2박막의 원자층증착법을 설명하기 위한 타이밍도,
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 Ta2O5박막의 원자층증착법을 설명하기 위한 타이밍도.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 산화물박막의 원자층증착법은 알콕사이드계 소스[MOR]와 할로겐계 소스[MX]를 교대로 공급하여 산화물박막(MO)을 증착하는 것을 특징으로 하고, 상기 알콕사이드계 소스[MOR]에서 상기 M은 Ti, Ta, Zr 및 Hf로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나이고, 상기 R은 메틸(CH3), 에틸(C2H5), 부틸(C4H9,) 및 프로필(C3H7)로 이루어진 알킬기중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하며, 상기 할로겐계 소스[MX]에서 상기 M은 Ti, Ta, Zr 및 Hf로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나이고, 상기 X는 Cl인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에서는 원자층증착법에 의하여 알콕사이드계 소스를 사용하여 산화물박막을 증착할 때 알콕사이드계 소스에 포함된 원소를 포함하는 할로겐계소스를 산화원대신 공급하여 알킬할로겐화 반응을 유도하므로써 한 소스 공급주기동안 두번의 소스를 공급하도록 하여 증착속도를 증가시키는 방법을 제안한다.
일반적으로, 알킬기(Alkyl) 탄화수소(CH)는 할로겐족(halogen) 원소와 반응하여 알킬할라이드(alkylhallide)를 생성한다(반응식1 참조).
M(OR)m+ MXn---> x(MO) + y(RX)
여기서, M은 금속원소, R은 알킬그룹(CH3, C2H5,...), X는 할로겐원소를 나타내며, M(OR)m은 알콕사이드계 소스이고, MXn은 할로겐계 소스이며, RX는 알킬할라이드이다.
도 2는 본 발명의 산화물박막의 원자층증착법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 증착챔버내에 산화물 박막이 증착될 기판을 로딩시킨 후(11), 알콕사이드계 소스[MOR]를 증착챔버내에 흘려주는 알콕사이드계 소스 공급 과정(12)을 수행한다. 한편, 알콕사이드계 소스를 증착챔버내로 공급하는 방법은 알콕사이드계 소스가 담긴 용기내로 아르곤(Ar), 질소(N2) 등의 비활성가스를 주입하여 증착챔버내로 운반시키거나, 액체 유량조절기를 이용하여 기화기내에서 기화시킨 후 증착챔버내로 운반시킨다.
상술한 것처럼, 알콕사이드계 소스를 증착챔버내에 공급하면, 기판 표면에 알콕사이드계 소스가 흡착된다.
다음으로, 기판과 표면 반응을 일으키지 않은 미반응 알콕사이드계 소스와 반응부산물을 퍼지하기 위해서 질소 또는 아르곤 가스를 증착챔버내에 흘려주든가, 진공 펌프를 통해 잔류 가스를 배출하는 퍼지과정(13)을 수행한다.
계속해서, 할로겐계 소스(MX)를 증착챔버내에 흘려주어 기판에 흡착된 알콕사이드계 소스와의 표면 반응을 유도하는 할로겐계 소스 공급 과정(14)을 수행한다.
이러한 표면 반응에 대해 설명하면, 알콕사이드계 소스의 R과 할로겐계 소스의 X 반응하여 반응물(RX)을 형성하고, M과 산소(O)가 반응하여 산화물 박막(MO)을 형성한다.
계속해서, 미반응 할로겐계 소스및 반응부산물(RX)을 제거하기 위하여 질소 또는 아르곤가스를 증착챔버내에 흘려주든가, 진공 퍼지하여 배출펌프를 통해 배출하는 퍼지과정(15)을 수행한다.
한편, 알콕사이드계 소스와 할로겐계 소스의 공급 순서를 바꾸어 진행할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 알콕사이드계 소스공급 과정(12), 퍼지과정(13), 할로겐계 소스 공급 과정(14), 퍼지과정(15)의 단계를 50회∼300회 반복하므로써 원하는 두께의 계단도포성이 우수한 산화물 박막을 형성하며, 별도의 산화원을 추가로 공급할 필요가 없기때문에 증착 공정이 단순하다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 TiO2박막의 원자층증착법을 설명하기 위한 타이밍도이다. 후술할 제1 실시예에서는 알콕사이드계 소스로 Ti(OiPr)4를 이용하고, 할로겐계 소스로 TiCl4을 이용하여 TiO2박막을 증착하는 방법에 대해 설명하고 있다.
알콕사이드계 소스인 Ti(OiPr)4와 할로겐계 소스인 TiCl4의 알킬할로겐화 반응은 다음과 같다.
Ti(OiPr)4+ TiCl4---> 2(TiO2) + 4(iPrCl)4
여기서, iPr(isopropoxyalane)은 (CH3)2CH이다
[반응식2]를 설명하면, Ti(OiPr)4의 iPr와 TiCl4의 Cl이 반응하여 염화물(iPrCl4)을 형성하고, 소스내 티타늄과 산소가 반응하여 TiO2박막을 형성한다.
도 3을 참조하면, 진공펌프를 갖춘 증착챔버내에 TiO2박막이 증착될 기판을 로딩시킨 후, 기판의 온도를 150℃∼325℃로 유지하면서 Ti(OiPr)4를 증착챔버내에 0.1초∼10초(T1) 동안 흘려준다.
한편, Ti(OiPr)4를 증착챔버내로 공급하는 방법은 Ti(OiPr)4가 담긴 용기내로 아르곤(Ar), 질소(N2) 등의 비활성가스를 주입하여 증착챔버내로 운반시키거나, 액체 유량조절기를 이용하여 기화기내에서 기화시킨 후 증착챔버내로 운반시킨다.
상술한 것처럼, Ti(OiPr)4를 증착챔버내에 공급하면, 기판 표면에 Ti(OiPr)4가 흡착된다.
다음으로, 기판과 표면 반응을 일으키지 않은 미반응 Ti(OiPr)4와 반응부산물을 퍼지하기 위해서 질소 또는 아르곤 가스를 0.1초∼10초(T2) 동안 증착챔버내에 흘려주든가, 진공 펌프를 통해 잔류 가스를 배출한다.
계속해서, TiCl4를 증착챔버내에 0.1∼10초(T3) 동안 흘려주어 기판에 흡착된 Ti(OiPr)4와의 표면 반응을 유도한다.
이러한 표면 반응에 대해 설명하면, Ti(OiPr)4의 iPr와 TiCl4의 Cl이 반응하여 염화물(iPrCl4)을 형성하고, 티타늄과 산소가 반응하여 TiO2박막을 형성한다.
계속해서, 미반응 TiCl4및 반응부산물(iPrCl4)을 제거하기 위하여 질소 또는 아르곤가스를 증착챔버내에 흘려주든가, 진공 퍼지하여 배출펌프를 통해 배출한다.
상술한 바와 같이, Ti(OiPr)4공급, 퍼지가스 공급, TiCl4공급, 퍼지가스 공급의 단계를 50회∼300회 반복하므로써 원하는 두께의 계단도포성이 우수한 TiO2를 형성할 수 있으며, 별도의 산화원을 추가로 공급할 필요가 없기때문에 증착 공정이 단순하다.
종래에는 Ti 소스가 한번밖에 공급되지 않으므로 증착률이 Ti 소스의 흡착반응시 모노레이어 도포성(mono layer coverage)에 의존하는 증착률을 보이지만 제1실시예에 의해 TiO2박막을 증착할 경우 한 주기 내에 Ti 소스를 두번 공급하므로 사이클당 증착률을 2배 이상 향상시킨다.
상술한 제1 실시예에서는 TiO2박막을 증착하기 위한 알콕사이드계 Ti 소스로서 Ti(OiPr)4를 예로 들었으나, 알콕사이드계 Ti 소스, 즉 [Ti(OR)n]로는 에틸(C2H5-), 메틸(CH3-), 프로필(CH3CH2CH2-), 부틸(CH3CH2CH2CH2-) 등의 알킬기(R)를 포함하는 소스를 이용한다. 예컨대, Ti(OC2H5)4, Ti(i-OC4H9)4, Ti(n-butoxide)4, Ti(t-OC4H9)4, Ti(OCH3)4, Ti(n-OC3H7)4등이 적용가능하다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 TiO2박막의 원자층증착법을 설명하기 위한 타이밍도이다. 후술할 제2 실시예에서는 알콕사이드계 소스로 Ti(OiPr)4를 이용하고, 할로겐계 소스로 TiCl4을 이용하여 TiO2박막을 증착하는 방법에 대해 설명하고 있다.
알콕사이드계 소스인 Ti(OiPr)4와 할로겐계 소스인 TiCl4의 알킬할로겐화 반응은 전술한 반응식1과 같다.
도 4를 참조하면, 진공펌프를 갖춘 증착챔버내에 TiO2박막이 증착될 기판을 로딩시킨 후, 기판의 온도를 150℃∼325℃로 유지하면서 TiCl4를 증착챔버내에 0.1초∼10초(T1) 동안 흘려준다.
한편, TiCl4를 증착챔버내로 공급하는 방법은 TiCl4가 담긴 용기내로 아르곤(Ar), 질소(N2) 등의 비활성가스를 주입하여 증착챔버내로 운반시키거나, 액체 유량조절기를 이용하여 기화기내에서 기화시킨 후 증착챔버내로 운반시킨다.
상술한 것처럼, TiCl4를 증착챔버내에 공급하면, 기판 표면에 TiCl4가 흡착된다.
다음으로, 기판과 표면 반응을 일으키지 않은 미반응 TiCl4와 반응부산물을 퍼지하기 위해서 질소 또는 아르곤 가스를 0.1초∼10초(T2) 동안 증착챔버내에 흘려주든가, 진공 펌프를 통해 잔류 가스를 배출한다.
계속해서, Ti(OiPr)4를 증착챔버내에 0.1∼10초(T3) 동안 흘려주어 기판에 흡착된 TiCl4와의 표면 반응을 유도한다.
이러한 표면 반응에 대해 설명하면, Ti(OiPr)4의 iPr와 TiCl4의 Cl이 반응하여 염화물(iPrCl4)을 형성하고, 티타늄과 산소가 반응하여 TiO2박막을 형성한다.
계속해서, 미반응 Ti(OiPr)4및 반응부산물(iPrCl4)을 제거하기 위하여 질소 또는 아르곤가스를 증착챔버내에 흘려주든가, 진공 퍼지하여 배출펌프를 통해 배출한다.
상술한 바와 같이, TiCl4공급(T1), 퍼지가스 공급(T2), Ti(OiPr)4공급(T3), 퍼지가스 공급(T4)의 단계를 50회∼300회 반복하므로써 원하는 두께의 계단도포성이 우수한 TiO2를 형성할 수 있으며, 별도의 산화원을 추가로 공급할 필요가 없기때문에 증착 공정이 단순하다.
제1 실시예와 동일하게, 제2 실시예에 의해 TiO2박막을 증착할 경우 한 주기 내에 Ti 소스를 두번 공급하므로 사이클당 증착률을 2배 이상 향상시킨다.
상술한 제2 실시예에서는 TiO2박막을 증착하기 위한 알콕사이드계 Ti 소스로서 Ti(OiPr)4를 예로 들었으나, 알콕사이드계 Ti 소스, 즉 [Ti(OR)n]로는 에틸(C2H5-), 메틸(CH3-), 프로필(CH3CH2CH2-), 부틸(CH3CH2CH2CH2-) 등의 알킬기(R)를 포함하는 소스를 이용한다. 예컨대, Ti(OC2H5)4, Ti(i-OC4H9)4, Ti(n-butoxide)4, Ti(t-OC4H9)4, Ti(OCH3)4, Ti(n-OC3H7)4등이 적용가능하다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 Ta2O5박막의 원자층증착법을 설명하기 위한 타이밍도이다. 후술할 제1 실시예에서는 알콕사이드계 소스로 Ta(OC2H5)를 이용하고, 할로겐계 소스로 TaCl5을 이용하여 Ta2O5박막을 증착하는 방법에 대해 설명하고 있다.
알콕사이드계 소스인 Ta(OC2H5)와 할로겐계 소스인 TaCl5의 알킬할로겐화 반응은 다음과 같다.
Ta(OC2H5)5+ TaCl5---> Ta2O5+ 5(C2H5Cl)
이러한 표면 반응에 대해 설명하면, Ta(OC2H5)의 C2H5와 TaCl5의 Cl이 반응하여 염화에틸(Ethyl chloride; C2H5Cl4)을 형성하고, 탄탈륨과 산소가 반응하여 Ta2O5박막을 형성한다.
도 5를 참조하면, 진공펌프를 갖춘 증착챔버내에 Ta2O5박막이 증착될 기판을 로딩시킨 후, 기판의 온도를 150℃∼325℃로 유지하면서 Ta(OC2H5)를 증착챔버내에 0.1초∼10초(T1) 동안 흘려준다.
한편, Ta(OC2H5)를 증착챔버내로 공급하는 방법은 Ta(OC2H5)가 담긴 용기내로 아르곤(Ar), 질소(N2) 등의 비활성가스를 주입하여 증착챔버내로 운반시키거나, 액체 유량조절기를 이용하여 기화기내에서 기화시킨 후 증착챔버내로 운반시킨다.
상술한 것처럼, Ta(OC2H5)를 증착챔버내에 공급하면, 기판 표면에 Ta(OC2H5)가 흡착된다.
다음으로, 기판과 표면 반응을 일으키지 않은 미반응 Ta(OC2H5)와 반응부산물을 퍼지하기 위해서 질소 또는 아르곤 가스를 0.1초∼10초(T2) 동안 증착챔버내에 흘려주든가, 진공 펌프를 통해 잔류 가스를 배출한다.
계속해서, TaCl5를 증착챔버내에 0.1∼10초(T3) 동안 흘려주어 기판에 흡착된 Ta(OC2H5)와의 표면 반응을 유도한다.
이러한 표면 반응에 대해 설명하면, Ta(OC2H5)의 C2H5와 TaCl5의 Cl이 반응하여 염화에틸(C2H5Cl4)을 형성하고, 탄탈륨과 산소가 반응하여 Ta2O5박막을 형성한다.
계속해서, 미반응 TaCl5및 반응부산물(C2H5Cl4)을 제거하기 위하여 질소 또는 아르곤가스를 증착챔버내에 흘려주든가, 진공 퍼지하여 배출펌프를 통해 배출한다.
상술한 바와 같이, Ta(OC2H5)공급(T1), 퍼지가스 공급(T2), TaCl5공급(T3), 퍼지가스 공급(T4)의 단계를 50회∼300회 반복하므로써 원하는 두께의 계단도포성이 우수한 Ta2O5를 형성할 수 있으며, 별도의 산화원을 추가로 공급할 필요가 없기때문에 증착 공정이 단순하다.
종래에는 Ta 소스가 한번밖에 공급되지 않으므로 증착률이 Ta 소스의 흡착반응시 모노레이어 도포성에 의존하는 증착률을 보이지만 제3 실시예에 의해 Ta2O5박막을 증착할 경우 한 주기 내에 Ta 소스를 두번 공급하므로 사이클당 증착률을 2배 이상 향상시킨다.
제3 실시예에서는 Ta2O5박막을 증착하기 위한 알콕사이드계 Ta 소스로서 Ta(OC2H5)를 예로 들었으나, 알콕사이드계 Ta 소스, 즉 [Ta(OR)n]로는 메틸(CH3-), 프로필(CH3CH2CH2-), 부틸(CH3CH2CH2CH2-) 등의 알킬기(R)를 포함하는 소스를 이용한다. 예컨대, Ta(i-OC4H9)4, Ta(n-butoxide)4, Ta(t-OC4H9)4, Ta(OCH3)4, Ta(n-OC3H7)4등이 적용가능하다.
한편, 할로겐계 Ta 소스와 알콕사이드계 Ta 소스의 공급순서를 바꾸어 진행해도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 예컨대, TaCl5공급, 퍼지가스 공급, Ta(OC2H5)공급, 퍼지가스 공급의 단계를 1사이클로 진행할 수도 있다.
전술한 제1 내지 제3 실시예에서는, 알콕사이드계 Ti 소, 알콕사이드계 Ta 소스에 대해 예를 들었으나, 알콕사이드계 계열인 Zr, Hf를 이용하는 경우에도 적용 가능하다.
예컨대, 원자층증착법을 통해 ZrO2박막을 증착하기 위한 알콕사이드계 Zr 소스 [Zr(OR)n]로는 Zr(OC2H5)4, Zr(i-OC4H9)4, Zr(n-butoxide)4, Zr(t-OC4H9)4, Zr(OCH3)4, Zr(n-OC3H7)4등이 적용가능하고, 할로겐계 Zr 소스로는 ZrCl4가 적용가능하다.
그리고, 원자층증착법을 통해 HfO2박막을 증착하기 위한 알콕사이드계 Hf 소스 [Hf(OR)n]로는 Hf(OC2H5)4, Hf(i-OC4H9)4, Hf(n-butoxide)4, Hf(t-OC4H9)4, Hf(OCH3)4, Hf(n-OC3H7)4등이 적용가능하고, 할로겐계 Hf 소스로는 HfCl4가 적용가능하다.
전술한 ZrO2, HfO2의 원자층증착시에도 알콕사이드계 소스를 먼저 공급한 후 할로겐계 소스를 공급하거나, 또는 할로겐계 소스를 먼저 공급하고 알콕사이드계 소스를 공급하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 본 발명은 증착률이 큰 산화물박막을 형성하므로써 유전막이나 게이트절연막에 적용할 경우 우수한 캐패시터 유전막 및 게이트절연막을 저비용으로 생산할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 알콕사이드계 소스[MOR]와 할로겐계 소스[MX]를 교대로 공급하여 산화물박막(MO)을 증착하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막의 원자층증착법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    기판이 로딩된 챔버내에 상기 알콕사이드계 소스를 공급하여 상기 알콕사이드계 소스를 상기 기판에 흡착시키는 단계;
    미반응 상기 알콕사이드계 소스와 반응부산물을 퍼지시키는 단계;
    상기 챔버내에 상기 할로겐계 소스를 공급하여 상기 기판에 흡착된 상기 알콕사이드계 소스와 상기 할로겐계 소스를 반응시키는 단계; 및
    미반응 상기 할로겐계 소스와 반응부산물을 퍼지시키는 단계
    를 포함함을 특징으로 하는 산화물 박막의 원자층증착법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    기판이 로딩된 챔버내에 상기 할로겐계 소스를 공급하여 상기 할로겐계 소스를 상기 기판에 흡착시키는 단계;
    미반응 상기 할로겐계 소스와 반응부산물을 퍼지시키는 단계;
    상기 챔버내에 상기 알콕사이드계 소스를 공급하여 상기 기판에 흡착된 상기 할로겐계 소스와 상기 알콕사이드계 소스를 반응시키는 단계; 및
    미반응 상기 알콕사이드계 소스와 반응부산물을 퍼지시키는 단계
    를 포함함을 특징으로 하는 산화물 박막의 원자층증착법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알콕사이드계 소스[MOR]에서,
    상기 M은 Ti, Ta, Zr 및 Hf로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나이고, 상기 R은 메틸(CH3), 에틸(C2H5), 부틸(C4H9,) 및 프로필(C3H7)로 이루어진 알킬기중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 산화물 박막의 원자층증착법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 알콕사이드계 소스는,
    M(OC2H5)4, M(i-OC4H9)4, M(n-butoxide)4, M(t-OC4H9)4, M(OCH3)4, M(n-OC3H7)4, M(OiPr)4로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 산화물 박막의 원자층증착법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 할로겐계 소스[MX]에서,
    상기 M은 Ti, Ta, Zr 및 Hf로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나이고, 상기 X는 Cl인 것을 특징으로 하는 산화물박막의 원자층증착법.
KR1020020030313A 2002-05-30 2002-05-30 산화물박막의 원자층증착법 KR20030092600A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020020030313A KR20030092600A (ko) 2002-05-30 2002-05-30 산화물박막의 원자층증착법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020020030313A KR20030092600A (ko) 2002-05-30 2002-05-30 산화물박막의 원자층증착법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20030092600A true KR20030092600A (ko) 2003-12-06

Family

ID=32385170

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020020030313A KR20030092600A (ko) 2002-05-30 2002-05-30 산화물박막의 원자층증착법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20030092600A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7642200B2 (en) 2005-01-24 2010-01-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of forming a thin film and methods of manufacturing a capacitor and a gate structure using the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7642200B2 (en) 2005-01-24 2010-01-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of forming a thin film and methods of manufacturing a capacitor and a gate structure using the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6437962B2 (ja) 13族金属又は半金属の窒化物膜の堆積方法
JP3687651B2 (ja) 薄膜形成方法
US7335569B2 (en) In-situ formation of metal insulator metal capacitors
EP1238421B1 (en) Apparatus and method for minimizing parasitic chemical vapor deposition during atomic layer deposition
KR101124722B1 (ko) 4족 금속?함유 필름을 증착시키기 위한 전구체
US20030183171A1 (en) Apparatus and concept for minimizing parasitic chemical vapor deposition during atomic layer deposition
KR20110081181A (ko) 박막 침착을 위한 니오븀 및 바나듐 유기금속 전구체
KR20020010580A (ko) 라디칼-보조 순차 cvd
KR20210041843A (ko) 금속 함유 박막 형성을 위한 신규 전구체 및 이를 이용한 금속 함유 박막 형성 방법 및 상기 금속 함유 박막을 포함하는 반도체 소자.
EP2310551B1 (en) Method of forming a tantalum-containing layer on a substrate
KR101003700B1 (ko) 원자층 증착을 이용한 금속 산화막 형성 방법
KR20080064259A (ko) 개선된 금속 전구체 공급 및 퍼지 단계를 갖는 박막 증착방법
KR20030092600A (ko) 산화물박막의 원자층증착법
KR102343186B1 (ko) 니오븀 질화물 박막의 형성 방법
KR20030003357A (ko) 원자층증착법을 이용한 탄탈륨산화막의 형성 방법
KR100582405B1 (ko) 캐패시터 및 그 제조 방법
KR20210056847A (ko) 니오븀 질화물 박막의 형성 방법
TW202421640A (zh) 活化劑、使用其製造的半導體基板及半導體裝置
KR20210056848A (ko) 니오븀 질화물 박막의 형성 방법
KR20050015442A (ko) 엠오씨브이디에 의한 산화하프늄 박막 증착 방법
KR20050044115A (ko) 하프늄 금속 유기물을 이용한 하프늄 산화막 형성 방법
KR20050015441A (ko) 산화하프늄 박막 증착 방법

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination