KR20040102754A - 원자층 적층 방법 및 이를 이용한 박막 형성 방법 - Google Patents

Abstract

TaN을 포함하는 원자층 적층 방법 및 이를 이용한 박막 형성 방법이 개시되어 있다. 반응 물질로서 화학식 Ta(NR₁)(NR₂R₃)₃(여기서 R₁, R₂R₃는 H 또는 C₁-C₆알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체를 기판 상에 도입하여 반응 물질의 일부를 기판 상에 화학적으로 흡착시키도록 한다. 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 기판으로부터 제거시킨다. 기판상에 반응 가스를 도입하여 화학적으로 흡착된 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 반응 물질로부터 제거시켜 TaN 원자층을 형성하도록 한다. 이러한 공정을 반복함으로써 TaN 박막을 형성한다. 낮은 온도에서도 증착 속도가 양호하고 스텝 커버리지 특성이 매우 우수하다.

Description

원자층 적층 방법 및 이를 이용한 박막 형성 방법 {Method of forming an atomic layer and method of forming a thin film using the same}

본 발명은 원자층 증착 방법 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 새로운 탄탈륨 전구체를 도입하여 질화 탄탈륨을 증착하기 위하여 증착 공정을 수행하는 원자층 증착 방법 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 금속 배선으로 사용되는 금속층에 대한 요구가 점점 엄격해지고 있다. 이에 따라, 기판상에 형성되는 소자들의 밀도를 높이기 위하여 금속층은 다층 구조로 형성되고 있다. 금속층은 주로 알루미늄 또는 텅스텐을 사용하여 형성하고 있다. 그러나 알루미늄 또는 텅스텐은 비저항이 각각 2.8x10E-8Ωm, 5.5x10E-8Ωm 정도로 높기 때문에 다층 구조에는 적합하지 않다. 따라서 최근에는 상대적으로 비저항이 낮고 일렉트로마이그레이션(electromigration) 특성이 양호한 구리를 다층 구조의 금속층으로서 많이 사용하고 있다.

구리는 실리콘 및 산화실리콘에 매우 높은 이동도를 나타낸다. 그러나 구리는 실리콘 및 산화실리콘과 반응할 경우 쉽게 산화된다는 단점이 있다. 따라서 장벽 금속층을 사용하여 구리의 산화 등을 저지할 필요가 있다.

구리의 장벽 금속층으로서 티타늄 나이트라이드층(TiN)이 널리 사용되고 있다. 그런데 구리의 이동성을 저지하기 위해서는 티타늄 나이트라이드층이 적어도 30nm 정도의 두께를 가져야 하는데 티타늄 나이트라이드층을 30nm 정도의 두께로 형성할 경우 저항이 높아지는 문제가 있다. 이는 티타늄나이트라이드층의 저항이 두께에 비례하기 때문이다.

이에 따라 구리의 장벽 금속층으로서 탄탈륨 질화층의 적용이 제안되어 있다. 이는 탄탈륨 질화층이 상대적으로 얇은 두께로도 구리의 이동도를 저지할 수 있기 때문이다. 또한 탄탈륨 질화층은 스텝 커버리지, 갭필 능력 등이 우수하기 때문에 장벽 금속층으로서 뿐 아니라 금속 플러그, 금속 배선, 금속 게이트, 커패시터 전극 등에 응용하기에도 적합하다.

탄탈륨 질화층을 형성하는 방법에 대한 예들이 미합중국 특허 제 6,204,204호 (issued to Paranjpe et al.), 제 6,153,519호 (issued to Jain et al.), 제 5,668,054호 (issued to Sun et al.) 등에 개시되어 있다. 특히, 상기 미합중국 특허 제 5,668,054호에 개시된 내용에 의하면 반응 물질로서 터부틸이미도-트리스-디에틸아미도 탄탈륨 (terbutylimido-tris-diethylamido tantalum; (NEt₂)₃Ta=NtBu; TBTDET)을 사용하는 화학 기상 증착을 수행하여 탄탈륨 질화층을 적층하고 있다. 개시된 방법에 의하면 증착은 600℃ 이상의 온도에서 수행된다. 만약 증착 공정을 500℃ 정도의 온도에서 수행할 경우 탄탈륨 질화층이 약 10,000μΩ·cm 이상의 비저항 값을 갖기 때문에 증착 온도는 600℃ 이상이 되도록 해야 한다.

최근에는 원자층 적층 (atomic layer deposition; ALD) 방법이 상기 화학 기상 증착을 대체하는 기술로서 제안되고 있다. 상기 원자층 적층 방법에 의하면 통상의 박막 형성 방법보다 낮은 온도에서 적층을 수행할 수 있고 우수한 스텝 커버리지의 구현이 가능하다는 장점이 있다. 원자층 적층 방법을 이용한 탄탈륨 질화층의 적층 방법에 대한 일례는 미합중국 특허 제 6,203,613호 (issued to Gates) 및 다른 문헌 (Electrochemical and Solid-State Letters, 4(4) C17-C19 (2001), Kang et al.)에 개시되어 있다. 강 등의 방법에 의하면, 상기 TBTDET를 사용하는 원자층 적층 방법에 의해 400μΩ·cm 정도의 비저항 값을 갖는 탄탈륨 질화층을 형성할 수 있는 것으로 보고되어 있다. 이 때, 적층 공정은 약 260℃ 정도의 온도에서 수행된다. 이와 같이, 상기 강 등의 방법에 의하면 상대적으로 낮은 온도에서, 낮은 비저항을 갖는 탄탈륨 질화층을 용이하게 형성할 수 있다.

그런데 상기 강 등의 방법에서는 플라즈마 증대 화학 증착 방법으로 형성하는 하이드로겐 라디컬을 환원제로 사용한다. 따라서 적층을 수행할 때 챔버 내에 파워 소스가 인가된다. 그렇기 때문에 강의 방법은 파워 소스의 제어 등과 같은 공정 변수를 갖는다. 따라서 강 등의 방법에 의하면 상대적으로 낮은 온도에서 낮은 비저항을 갖는 박막을 형성할 수 있음에도 불구하고 파워 소스의 제어와 같은 공정 변수가 부가된다는 단점이 있다. 이에 더하여, 강 등의 방법은 파워 소스가 기판이 놓여지는 부위에 직접 가해지기 때문에 기판에 손상이 가해질 수도 있다는 문제가 있다.

그 외의 TaN 박막 증착과 관련된 문헌으로서는 TaCl₅소스를 이용한 ALD 방법 (Controlled Growth of TaN, Ta₃N₅and TaOxNy Thin Films by Atomic Layer Deposition, Mikko Ritala et al., Chem. Mater. 1999, 11, pp1712-1218)과 TBTDET 소스를 이용하여 CVD 방식으로 증착하는 방법 (Metalorganic chemical vapor deposition of Tantalum Nitride by Terbutylimidotris(Diethylamido)Tantalum for advanced metallization, Tsai MH et al., Applied Physics Letters, V. 67 N. 8, 19950821) 등이 있다.

그러나 기존의 TaN 증착 공정은 소스에 대한 문제들로 인하여 여러 가지 문제들을 내포하고 있다. TaCl₅의 경우에는 할로겐 소스를 사용하기 때문에 소스 자체가 높은 녹는점을 가지는 고체로서, 이를 채용하는 경우에 파티클이 유발되며 증착하는 TaN 박막에 Cl 불순물을 남겨 이로 인한 추가적인 문제가 야기된다. 또한 TBTDET 소스를 사용하는 경우에는 낮은 증기압으로 인하여 증착 속도가 너무 늦다는 단점이 있다.

한편, 일본국공개특허 제2002-193981호에서는 터셔리아밀이미도-트리스-디메틸아미도탄탈륨 (TAIMATA; Ta(NC(CH₃)₂C₂H₅)(N(CH₃)₂)₃)의 제조 방법 및 이를 포함하는 용액을 전구체로 한 MOCVD(metal organic CVD) 방법을 개시하고 있다.

상기 방법에 의하면 TaCl₅1몰과 LiNMe₂4몰과 LiNHtAm 1몰을 유기용매 내, 실온에서 반응시키고, 여과 및 용매 제거하여 신규화합물 TAIMATA를 제조하게 된다. 이 원료를 핵산과 같은 유기 용매에 첨가하여 용해시키고 이를 사용하여 CVD 실 내에서 기판상에 증착하여 TaN 박막을 형성할 수 있는 것으로 기재되어 있다.

그러나 상기한 방법에 의하면, TAIMATA의 제조는 용이하게 수행할 수 있겠으나 이를 사용한 TaN 박막의 형성에 있어서는 TAIMATA 만을 사용하여 수행하는 것으로 기재되어 있어 이의 단독 사용에 의한 막의 형성 여부가 확실하지 않으며, 이를 단독으로 사용하여 CVD 방식으로 기판상에 증착 공정을 수행할 경우에 증기압이 충분히 높지 않아서 비효율적이라는 문제점이 있다.

본 발명자등은 유기 금속 전구체 또는 탄탈륨 할라이드 전구체 등을 반응 물질로 사용하여 원자층 및 박막을 형성하는 방법을 개시한 바 있다. 대한민국 공개특허 공보 제2003-0009093호(2003년 1월 29일자로 공개됨, 미국 출원 제10/196,814호, 2002년 7월 17일자 출원)에 의하면, 기판이 놓여있는 챔버내에 가스 상태의 반응 물질을 도입하고, 이를 원자층 단위로 적층하는 방법이 보고되어 있다.

보고된 내용에 의하면 상대적으로 낮은 온도에서, 낮은 비저항을 갖는 금속 원소를 포함하는 원자층을 용이하게 형성할 수 있게 된다. 그러나 개시된 기술과 비교하여 더욱 향상된 효과를 제공해 주는 원료에 대한 연구와 공정상의 기술 개선을 위한 노력은 지속적으로 이루어져야 할 것이다.

본 발명의 제1의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 장, 단점을 고려하여 염소와 같은 할로겐 불순물을 포함하지 않고 액체 상태로 사용할 수 있어서 파티클을 발생시키지 않으며 높은 증기압을 가지고 있어서 증착 속도가 양호한 원자층 형성 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 제2 목적은 상기한 원자층 형성 방법을 이용하는 것에 의해 간단한 방법으로 박막 형성이 가능한 박막 형성 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제3 목적은 상술한 박막 형성 방법을 적용하는 것에 의해 높은 어스펙트비의 개구부를 갖는 절연층상에 양호한 증착 속도로 우수한 스텝 커버리지를 갖는 박막 형성 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제4 목적은 염소와 같은 할로겐 불순물을 포함하지 않고 액체 상태로 사용할 수 있어서 파티클을 발생시키지 않으며 높은 증기압을 가지고 있어서 양호한 증착이 가능한 새로운 박막 형성 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제5 목적은 상술한 박막 형성 방법을 적용하는 것에 의해 높은 어스펙트비의 개구부를 갖는 절연층상에 양호한 증착 속도로 우수한 스텝 커버리지를 갖는 새로운 박막 형성 방법을 제공하는 것이다.

도 1a 내지 1d는 원자층 적층 방법의 수행시 기판상에서 이루어지는 반응을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 2는 TaN 박막 형성을 위한 소스인 TBTDET와 TAIMATA의 온도에 따른 증기압을 비교하여 나타낸 그래프이다.

도 3a 및 3b는 각각 TaN 박막 형성을 위한 소스인 TBTDET와 TAIMATA의 화학식이다.

도 4a 및 4b는 TAIMATA를 Ar 분위기하에서 CVD 방식으로 증착시 스테이지 히터의 온도에 따른 증착 속도를 나타내는 그래프로서, 도 4a는 균일도와 함께 도시한 그래프이고 도 4b는 비저항과 함께 도시한 그래프이다.

도 5a 및 5b는 TAIMATA 소스에 NH₃반응 가스를 동시에 공급하면서 CVD 방식으로 증착시 스테이지 히터의 온도에 따른 증착 속도를 나타내는 그래프로서, 도 5a는 균일도와 함께 도시한 그래프이고 도 5b는 비저항과 함께 도시한 그래프이다.

도 5c는 TAIMATA 소스에 NH₃반응 가스를 동시에 공급하면서 CVD 방식으로 증착시 NH₃유량에 따른 증착 속도를 비저항과 함께 도시한 그래프이다.

도 6a는 TAIMATA 소스에 NH₃반응 가스를 동시에 공급하면서 ALD 방식으로 증착시 NH₃도시지에 따른 증착 속도를 몇가지 온도에 대하여 도시한 그래프이다.

도 6b는 TAIMATA 소스에 NH₃반응 가스를 동시에 공급하면서 ALD 방식으로 증착시 TAIMATA 도시지에 따른 증착 속도를 균일도와 함께 도시한 그래프이다.

도 7a 내지 7c는 기판상에 형성된 개구부를 갖는 절연층상에 본 발명의 방식을 적용하여 TaN 박막을 형성하는 공정을 나타낸 단면도들이다.

도 8은 소정의 어스펙트비를 갖는 개구부를 갖는 절연층상에 TAIMATA 소스에 NH₃반응 가스를 동시에 공급하면서 ALD 방식으로 증착시 형성된 TaN 박막에 대한 SEM 사진이다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는:

a) 반응 물질로서 화학식 Ta(NR₁)(NR₂R₃)₃(여기서 R₁, R₂R₃는 H 또는 C₁-C₆알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체를 기판 상에 도입하는 단계;

b) 상기 반응 물질의 일부를 상기 기판 상에 화학적으로 흡착시키는 단계;

c) 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 기판으로부터 제거시키는 단계; 및

d) 상기 기판상에 반응 가스를 도입하여 상기 화학적으로 흡착된 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하는 단계를 포함하는 원자층 적층(ALD; atomic layer deposition) 방법을 제공한다.

상기한 본 발명의 제2 목적은:

a) 반응 물질로서 화학식 Ta(NR₁)(NR₂R₃)₃(여기서 R₁, R₂R₃는 H 또는 C₁-C₆알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체를 기판 상에 도입하는 단계;

b) 상기 반응 물질의 일부를 상기 기판 상에 화학적으로 흡착시키는 단계;

c) 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 기판으로부터 제거시키는 단계;

d) 상기 기판상에 반응 가스를 도입하여 상기 화학적으로 흡착된 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하는 단계; 및

(e) 상기 a)-d) 단계를 적어도 한번 반복하여 상기 고체 물질을 TaN 박막으로 형성하는 단계를 포함하는 원자층 적층(ALD; atomic layer deposition)을 이용한 박막 형성 방법에 의해 달성된다.

또한 본 발명의 제3 목적은:

a) 기판상에 절연층을 형성하는 단계;

b) 상기 절연층의 소정 부위를 식각하여 상기 기판 표면이 노출되는 개구부를 형성하는 단계;

c) 반응 물질로서 화학식 Ta(NR₁)(NR₂R₃)₃(여기서 R₁, R₂R₃는 H 또는 C₁-C₆알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체를 상기 개구부가 형성된 절연층 상에 도입하는 단계;

d) 상기 반응 물질의 일부를 상기 개구부가 형성된 절연층 상에 화학적으로 흡착시키는 단계;

e) 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 개구부가 형성된 절연층으로부터 제거시키는 단계;

f) 상기 기판상에 반응 가스를 도입하여 상기 화학적으로 흡착된 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하는 단계; 및

(g) 상기 c)-f) 단계를 적어도 한번 반복하여 상기 개구부가 형성된 절연층상에 TaN 박막을 형성하는 단계를 포함하는 원자층 적층(ALD; atomic layer deposition)을 이용한 박막 형성 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 제4 목적은:

반응 물질로서 화학식 Ta(NR₁)(NR₂R₃)₃(여기서 R₁, R₂R₃는 H 또는 C₁-C₆알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체 및 H₂, NH₃, SiH₄및 Si₂H₆로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 반응 가스를 혼합하여 증착하는 단계를 포함하는 박막 형성 방법에 의해 달성된다.

또한 상술한 본 발명의 제5 목적은:

a) 기판상에 절연층을 형성하는 단계;

b) 상기 절연층의 소정 부위를 식각하여 상기 기판 표면이 노출되는 개구부를 형성하는 단계; 및

c) 반응 물질로서 화학식 Ta(NR₁)(NR₂R₃)₃(여기서 R₁, R₂R₃는 H 또는 C₁-C₆알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체와 H₂, NH₃, SiH₄및 Si₂H₆로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 반응 가스를 혼합하여 상기 개구부가 형성된 절연층상에 TaN 박막을 증착하는 단계를 포함하는 박막 형성 방법에 의해 달성된다.

이러한 본 발명에 의하면 TAIMATA 라는 탄탈륨 아민 유도체를 전구체로 이용하여 ALD 또는 CVD 등의 증착 방식으로 TaN을 증착하는 것으로, 상기 TAIMARA 소스는 액체 상태로 적용될 수 있고 높은 증기압을 가지고 있기 때문에 향상된 증착 속도로 공정의 수행이 가능하며 이러한 방식에 의해 형성된 TaN 박막은 우수한 스텝 커버리지 특성을 나타낸다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 원자층 적층 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

반응 물질로서 화학식 Ta(NR₁)(NR₂R₃)₃(여기서 R₁, R₂R₃는 H 또는 C₁-C₆알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체, 예를 들면, 터셔리아밀이미도-트리스-디메틸아미도탄탈륨 (Ta(NC(CH₃)₂C₂H₅)(N(CH₃)₂)₃) (이하 종종 TAIMATA라 한다)을 기판 상에 도입하도록 한다. 상기 반응 물질은 기판이 놓여 있는 챔버의 내부 즉, 상기 기판상에 도입된다.

이어서, 상기 반응 물질의 일부를 기판 상에 화학적으로 흡착시키도록 한다. 이 때, 바람직하게 반응 물질은 액체 상태로 도입된다. 반응 물질 중에서 일부가 기판상에 화학적으로 흡착되고, 나머지는 물리적으로 흡착된다. 이에 따라 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착되지 않은 반응 물질을 기판으로부터 제거시키도록 한다. 화학적으로 흡착하지 않은 반응 물질, 즉, 물지적으로 흡착한 반응 물질들은 불활성 가스를 사용하여 제거하도록 한다. 이러한 불활성 가스로서는 Ar, He, N₂등을 예로들 수 있다.

이후, 기판상에 반응 가스를 도입하여 상기 화학적으로 흡착된 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하도록 한다. 상기 리간드 결합 원소들은 H₂, NH₃, SiH₄, Si₂H₆, 이들의 혼합물 등과 같은 반응 가스를 사용하여 제거시키도록 한다. 바람직하게, 상기 반응가스는 리모트 플라즈마 등을 이용하여 활성화시켜서 사용하도록한다. 이러한 방식을 통하여 기판상에 TaN 층을 형성할 수가 있는 것이다.

상술한 원자층 적층(ALD; atomic layer deposition) 방식은 열적 원자층 적층(thermal ALD) 방식 또는 리모트 플라즈마(remote plasma)를 이용하는 라디칼 보조 원자층 적층(radical assisted ALD) 방식일 수도 있다.

이러한 원자층 적층은 약 0.01∼30 torr의 일정 압력하에서 수행될 수 있다. 바람직하게는 0.01∼10 torr, 더욱 바람직하게 0.01∼5 torr의 압력하에서 수행된다. 또한 상술한 각 단계는 100∼550℃의 온도 범위에서 수행되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 100∼450℃, 가장 바람직하게는 100 내지 350℃의 온도 범위에서 수행된다.

원자층 적층 방식을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1a 내지 1d는 원자층 적층 방법의 수행시 기판상에서 이루어지는 반응을 설명하기 위한 단면도들이다.

먼저, 도 1a를 참조하면, 실리콘 재질로 구성된 기판(10)을 챔버 내에 위치시킨다. 그리고, 챔버 내부를 상술한 바람직한 압력 및 온도 조건을 갖도록 설정한다.챔버 내에 놓여 있는 기판(10) 상에 반응 물질(12)을 도입한다. 이에 따라, 반응 물질(12)의 일부가 기판(10) 상에 화학적으로 흡착된다.

도 1b를 참조하면, 기판상에 불활성 가스를 도입시켜 퍼지시킨다. 이에 따라, 반응 물질(12) 중에서 화학적으로 흡착되지 않은 반응 물질은 기판(10)으로부터 제거된다.

도 1c를 참고하면, 기판(10) 상에 H₂, NH₃, SiH₄, Si₂H₆및 이들의 혼합물 중에서 어느 하나의 반응 가스를 도입하도록 한다. 더욱 바람직하게는 이들 반응 가스를 리모트 플라즈마에 의해 활성화 시킨 후 도입하도록 한다.

도 1d를 참고하면, 상기 반응 가스의 도입에 의해 기판(10) 상에 화학적으로 흡착한 반응 물질들의 결합 원소들 중에서 리간드 결합하는 원소(12a)들이 제거된다. 이러한 제거는 리간드 결합 원소들의 리간드 교환에 의해 이루어질 수도 있다. 상기 반응 가스가 리간드 결합 원소와 반응하는 반응력이 리간드 결합 원소가 결합되어 있는 결합력보다 크기 때문에 리간드 결합을 갖는 원소를 제거시킬 수 있는 것이다. 이 때, Ta=N 결합은 이중 결합이기 때문에 상기 반응 가스에 의해 별다른 영향을 받지 않는다. 따라서, 리간드 결합 원소가 제거됨으로써 기판상에는 Ta=N을 함유하는 원자층 박막이 적층되는 것이다. 이러한 원리에 따라, 기판(10) 상에 TaN이 함유되는 원자층(14)이 적층, 형성된다.

원자층 박막의 적층에서, 환원제를 이용한 반응 메카니즘에 대해서는 종래 기술에 개시된 강의 문헌에 개시되어 있다. 그러나, 상기 강에 의하면 본 발명에서와 같이 반응 가스를 사용하여 리간드 결합 원소를 제거하는 것이 아니라 하이드로겐 라디칼을 환원제로 사용하여 리간드 결합 원소와 치환되는 것으로 생각된다.

상기 원자층 적층을 이용한 박막 형성 방법에 의하면 상대적으로 낮은 온도에서 낮은 비저항을 갖는 박막을 용이하게 형성할 수 있다. 특히, 이러한 방법은 리모트 플라즈마 방식에 의해 활성화시킨 반응 가스를 사용하기 때문에 플라즈마 형성으로 인한 공정 변수를 배제할 수 있다. 따라서 낮은 온도에서 공정을 수행할 수 있다.

상술한 원자층 적층 방법을 반복적으로 수행하는 것에 의해 TaN 박막을 형성할 수 있다. 이러한 TaN 박막 형성 방법을 소정의 어스펙트비를 갖는 개구부가 형성된 패턴상에 형성하는 경우, 매우 우수한 스텝 커버리지를 갖는 박막을 균일한 두께로 형성할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 박막 형성을 위한 금속의 전구체로서 탄탈륨 아민 유도체를 사용하되, 반응 가스와 함께 증착하는 것에 의해 더욱 향상된 증착 속도로 우수한 스텝 커버리지를 갖는 박막을 형성할 수 있다.

즉, 반응 물질로서 화학식 Ta(NR₁)(NR₂R₃)₃(여기서 R₁, R₂R₃는 H 또는 C₁-C₆알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체 및 H₂, NH₃, SiH₄, Si₂H₆및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 반응 가스를 혼합하여 증착하는 것으로 박막을 형성할 수 있다.

특히, 상기 탄탈륨 아민 유도체로서는 터셔리아밀이미도-트리스-디메틸아미도탄탈륨 (Ta(NC(CH₃)₂C₂H₅)(N(CH₃)₂)₃)가 용이하게 적용된다. 그리고 상기 증착 방식으로는 화학 기상 증착(CVD; chemical vapor deposition) 방식이 바람직하게 적용되고, 열적 화학 기상 증착(thermal CVD) 방식, 플라즈마 증대 화학 기상 증착(PECVD; plasma enhaced CVD) 방식 등도 용이하게 적용될 수 있다.

상기 반응 물질과 함께 Ar, He, N₂등의 불활성 가스를 혼합하여 증착하는 것이 또한 바람직하다.

그리고 상기 H₂, NH₃, SiH₄및 Si₂H₆로 포함하는 반응 가스는 리모트 플라즈마 등을 사용하여 활성화시켜 적용하는 것이 바람직하다. 상기 증착 단계는 100∼550℃ 온도 범위에서 수행되는 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 150∼300℃ 온도 범위에서 수행하도록 한다. 증착시 압력은 0.05∼30 torr 범위에서 수행될 수 있으며 바람직하게는 0.3∼10 torr, 더욱 바람직하게는 0.3∼5 torr 범위에서 수행된다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 본 발명에서는 특히 바람직한 탄탈륨 아민 유도체로서 TAIMATA를 적용한다. 특히, 이 화합물이 갖는 우수한 특성을 확인하기 위하여 우수한 특성을 갖는 공지의 TBTDET와 비교하는 실험을 수행하고, 반응 가스의 첨가 유, 무 등에 따른 결과의 차이를 비교해 보기로 한다.

도 2는 TaN의 박막 형성을 위한 소스인 TBTDET와 TAIMATA의 온도에 따른 증기압을 나타낸 그래프이다. 도 2에서, 가로축은 온도를 나타내고, 세로축은 증기압을 나타낸다. 도 2로부터, 동일한 온도 조건에서 TAIMATA가 TBTDET 보다 더 높은 증기압을 갖는다는 것을 확인할 수 있다.

도 3a 및 3b는 TaN 박막 형성을 위한 소스인 TBTDET와 TAIMATA의 화학식을 나타낸다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 두 화합물은 모두 염소, 불소, 브롬 등의 할로겐 원소를 포함하지 않는다. 그런데 TBTDET의 경우, 60℃에서의 증기압(Vp)이 약 0.01 torr 이고, 실온에서 액체 상태이며, TAIMATA의 경우, 60℃에서 증기압(Vp)이 약 0.1 torr로서 TBTDET의 약 10배 정도의 증기압을 가진다. 그리고TAIMATA는 실온에서는 고체 상태이나, 녹는점이 약 34℃로서 40℃ 이하로 낮기 때문에 약 40℃로만 가열해도 액체 상태로 된다. 따라서 실제 증착 공정에 적용시 약간 가열하는 것으로 파티클 발생의 문제도 쉽게 해결 가능하다.

이러한 TAIMATA를 이용하여 TaN을 증착하는 방법으로는 CVD, PECVD, ALD, RAALD 등의 방법이 모두 가능하다. TaN을 형성하기 위한 반응 가스로는 NH₃, H₂, SiH₄, Si₂H₆등이 가능하다.

TAIMATA의 증착 특성을 살펴보기 위하여 Ar 가스 분위기 하에서 CVD 방식으로 TaN 증착 실험을 수행하였다. 도 4a 및 4b는 TAIMATA를 Ar 분위기하에서 CVD 방식으로 증착시 스테이지 히터의 온도에 따른 증착 속도를 나타내는 그래프이다. 도 4a는 스테이지 히터의 온도에 따른 증착 속도를 균일도와 함께 도시한 그래프이고 도 4b는 스테이지 히터의 온도에 따른 증착 속도를 비저항과 함께 도시한 그래프이다.

도 4a를 참고하면, 그래프 a는 증착 속도를 나타내고, 그래프 b는 균일도를 나타낸다. 스테이지 히터의 온도를 100에서 550℃까지 증가시키면서 Ar 분위기에서 CVD 증착 방법으로 TaN을 증착한 결과, 기판 온도가 300℃ 이상에서 증착이 이루어지기 시작하였으며 온도가 증가함에 따라 증착 속도가 점점 증가하였다. 실험적으로 확인한 TAIMATA의 분해(decomposition) 온도는 약 300℃ 이다. 300℃ 이상 550℃ 이하 구간에서 실험한 결과, 증착 온도가 증가함에 따라 증착 속도가 증가하였으나, 포화(saturation) 되지 않는 결과를 보여 위 온도 전 구간에서 표면 반응에의해 증착 속도가 지배되는 것을 확인할 수 있었다. 이에 더하여, 증착 온도가 증가함에 따라 형성되는 막의 균일도도 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

도 4b는 상술한 실험에 의하여 얻어진 TaN 막의 비저항을 측정한 결과를 나타내었다. 그래프 a는 증착 속도를 나타내고, 그래프 c는 비저항을 나타낸다.

도 4b에 나타난 그래프로부터 반응가스를 첨가하지 않은 CVD 방법으로 TaN 형성시 얻어진 비저항은 500℃에서 40만 μΩ·cm, 550℃에서 10만 μΩ·cm 이고 증착 온도가 증가할수록 비저항은 감소함을 확인할 수 있었다.

다음에, TAIMATA 소스에 반응 가스를 첨가하여 증착 실험을 수행하였다. 반응 가스로서 NH₃를 동시에 첨가하여 공급하면서 CVD 방식으로 TaN 막을 형성하는 실험을 수행하였다. 얻어지는 결과를 도 5a 내지 도 5c에 나타내었다.

도 5a 및 5b는 TAIMATA 소스에 NH₃반응 가스를 동시에 공급하면서 CVD 방식으로 증착시 스테이지 히터의 온도에 따른 증착 속도를 나타내는 그래프로서, 도 5a는 균일도와 함께 도시한 그래프이고 도 5b는 비저항과 함께 도시한 그래프이다.

도 5c는 TAIMATA 소스에 NH₃반응 가스를 동시에 공급하면서 CVD 방식으로 증착시 NH₃유량에 따른 증착 속도를 비저항과 함께 도시한 그래프이다.

먼저, 도 5a를 참고하면, 온도에 따른 증착 속도가 그래프로 나타나 있다. 도면에서 그래프 a는 증착 속도를 나타내고, 그래프 b는 균일도를 나타낸다.

스테이지 온도를 100℃에서 550℃로 증가시키면서 TaN을 증착한 결과, 증착이 시작되는 온도는 약 150℃ 였다. 반응 가스를 첨가하지 않고 TAIMATA 만으로 증착할 경우의 300℃ 보다 낮은 온도에서 증착이 시작됨을 확인할 수 있다.

150℃ 이상 300℃ 이하의 온도 범위에서 증착 속도가 증가하였으며 300℃부터 550℃ 가지는 증착 속도가 일정한 구간(mass transport regime)이 확인되었다. 이러한 실험 결과에 준하여, TAIMATA와 NH₃반응에 의한 ALD 온도의 윈도우(window) 구간은 150∼300℃ 구간이 된다.

한편, 도 4a 및 도 5a를 참고하면, 300℃에서 TAIMATA 만을 사용한 경우의 증착 속도는 약 8.0Å/분인 반면, 같은 온도에서 NH₃를 첨가한 경우의 증착 속도는 약 270Å/분으로서 NH₃의 첨가에 의해 증착 속도가 약 30배 이상 증가하게 됨을 확인할 수 있다.

도 5b에는 상술한 실험에 의하여 얻어진 TaN 막의 비저항을 측정한 결과를 나타내었다. 그래프 a는 증착 속도를 나타내고, 그래프 c는 비저항을 나타낸다.

도 5b를 참고하면, TAIMATA와 NH₃의 반응에 의한 CVD 방법으로 얻어진 TaN 박막의 비저항은 400℃에서 30만 μΩ·cm 이다가 450℃ 이상에서 비저항이 급격히 감소하여 550℃에서 8천 μΩ·cm 으로 증착 온도가 증가할수록 비저항은 크게 감소함을 확인할 수 있었다.

도 5c에는 증착 온도를 올려 500℃에서 TAIMATA를 NH₃와 CVD 방식으로 증착시, NH₃의 유량에 따른 증착 속도와 비저항을 측정한 결과를 나타내었다. 도면에서 그래프 e는 증착 속도를 나타내고 그래프 f는 비저항을 나타낸다.

도 5c를 참고하면, 비저항은 유량이 증가할수록 40만 μΩ·cm에서 2만 만 μΩ·cm 으로 감소함을 확인할 수 있다.

TAIMATA를 이용하여 CVD-TaN 증착 기초 테스트를 수행한 결과, TAIMATA의 분해 온도는 300℃ 이상이고 ALD 윈도우 구간은 150∼300℃ 온도 범위임을 확인하였다. 이제, ALD 윈도우 구간에서 TAIMATA와 반응 가스를 이용한 ALD-TaN 증착 특성을 평가하여 NH₃와 TAIMATA의 도시지에 따른 TaN 증착 속도의 거동을 고찰하고 이를 도 6a 및 6b에 나타내었다.

도 6a는 TAIMATA 소스에 NH₃반응 가스를 동시에 공급하면서 ALD 방식으로 증착시 NH₃도시지에 따른 증착 속도를 몇가지 온도에 대하여 도시한 그래프이고, 도 6b는 TAIMATA 소스에 NH₃반응 가스를 동시에 공급하면서 ALD 방식으로 증착시 TAIMATA 도시지에 따른 증착 속도를 균일도와 함께 도시한 그래프이다.

도스량(dosage)는 소오스의 분압(partial pressure)과 펄싱 타임(pulsing time)의 곱으로 나타낼 수 있으며 단위는 랑그뮈어(Langmuir, 1 Langmuir = 1E-6 torr·sec) 이다. 여기서 사용된 TaN-ALD 공정은 다음과 같다.

먼저, 반응 물질로서 가스 상태의 TAIMATA 전구체를 기판상에 도입하도록 한다. 이를 통하여 반응 물질의 일부를 기판상에 화학적으로 흡착시키도록 한다. 이후 기판상에 불활성 가스를 도입하여 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 기판으로부터 제거시키도록 한다. 이후 기판상에 H₂, NH₃, SiH₄, Si₂H₆및 이들의 화합물 중에서 어느 하나, 바람직하게는 NH₃를 도입하여 화학적으로 흡착한 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하도록 한다. 상술한 각 스텝을 적어도 한 번 반복하여 고체 물질을 TaN 박막으로 형성하도록 한다.

도 6a를 참고하면, NH₃의 도스량에 따른 증착 속도를 그래프로 나타내었다. 도면에서 그래프 a는 스테이지 히터의 온도가 200℃인 경우에 대응되고, 그래프 b는 스테이지 히터의 온도가 250℃인 경우에 대응되고, 그래프 c는 스테이지 온도가 300℃ 인 경우에 대응된다. 200℃에서 NH₃의 펄싱 타임을 증가시켜 NH₃의 도스량을 8E6L 까지 증가시켰을 때, 4E6L 이하에서는 증착 속도가 증가하였으나 그 이상의 도스량에서는 증가 폭이 급격히 감소하였다. 스테이지 히터의 온도를 증가시켜 250℃에서 증착시키면 같은 NH₃도스량에서 200℃에 비해 증착 속도가 증가하였다. 300℃로 온도를 더 증가시켜 추가 실험을 진행한 결과도 동일하게 증착 속도가 증가하는 결과를 나타내었다.

도 6b를 참고하면, TAIMATA의 도스량에 따른 증착 속도를 그래프로 나타내었다. 도면에서 그래프 a는 증착 속도를 나타내고, 그래프 b는 균일도를 나타낸다. 도면으로부터 TAIMATA의 양이 증가하면 증착 속도가 증가함을 확인할 수 있다. NH₃의 경우 도스량가 4E6L 이상에서 포화되지만 TAIMATA의 경우 도스량가 2E4L 이상이면 포화됨을 또한 확인할 수 있다.

상술한 ALD-TaN 방식 및 CVD-TaN 방식에 의한 박막 형성 방법은 기판상에 형성되고, 소정의 어스펙트비를 갖는 개구부를 포함하는 패턴, 예를 들면, 절연층상에 우수한 스텝 커버리지를 갖는 TaN 박막을 형성하기 위한 수단으로 적용될 수 있다. ALD-TaN 방식을 적용하여 TaN 박막을 형성하는 방법을 먼저 설명하기로 한다.

이를 위해서는 먼저, 기판상에 절연층을 형성하도록 한다. 절연층의 소정 부위를 식각하여 기판 표면을 노출시키며 소정의 어스펙트비를 갖는 개구부를 형성하도록 한다. 반응 물질로서 화학식 Ta(NR₁)(NR₂R₃)₃(여기서 R₁, R₂R₃는 H 또는 C₁-C₆알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체, 바람직하게는 TAIMATA를 상기 개구부가 형성된 절연층 상에 도입하도록 한다.

반응 물질의 일부를 상기 개구부가 형성된 절연층 상에 화학적으로 흡착시키고 이후, 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 개구부가 형성된 절연층으로부터 제거시키도록 한다. 이후, 기판상에 반응 가스를 도입하여 상기 화학적으로 흡착된 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하도록 한다. 상술한 단계를 적어도 한번 반복하여 개구부가 형성된 절연층상에 TaN 박막을 형성하도록 한다. 상기 원자층 적층 방법을 반복적으로 수행함으로써 원자층이 소정의 두께를 갖는 TaN 박막으로 형성된다. 박막의 두께는 상기 단계의 반복 회수에 따라 차이가 있다. 결국, 상기 단계의 반복 회수를 조절함으로써 박막 두께를 정확하게 제어할 수 있다. 또한, 상기 박막 형성이 원자층 적층 방법을 이용하기 때문에 양호한 스텝 커버리지를 갖는 박막을 형성할 수 있다.

상기 반응 가스로서는 H₂, NH₃, SiH₄, Si₂H₆등이 사용될 수 있으며 바람직한 온도 범위는 100∼350℃ 범위이다. 또한 상기 반응 물질과 함께 Ar, He, N₂등의 불활성 가스를 혼합하여 적용하는 것이 바람직하다.

또한 상기 개구부가 매우 큰 어스펙트비를 갖는 경우에도 본 발명이 용이하게 적용 가능하여 어스펙트비가 10:1 이상인 경우에도 매우 우수한 스텝 커버리지를 갖는 박막이 용이하게 형성가능하다. 그리고 상기 TaN 박막은 개구부를 갖는 절연층 패턴상에 뿐 아니라 기판상에 형성된 다층 배선 구조물 상에도 용이하게 적용할 수 있음이 물론이다.

이하, CVD-TaN 방식을 적용하여 TaN 박막을 형성하는 방식을 설명하기로 한다.

먼저, 기판상에 절연층을 형성하도록 한다. 이후 절연층의 소정 부위를 식각하여 상기 기판 표면이 노출되는 개구부를 형성하도록 한다. 반응 물질로서 화학식 Ta(NR₁)(NR₂R₃)₃(여기서 R₁, R₂R₃는 H 또는 C₁-C₆알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체 및 H₂, NH₃, SiH₄및 Si₂H₆중 적어도 하나의 반응 가스를 혼합하여 상기 개구부가 형성된 절연층상에 TaN 박막을 증착하도록 한다.

상기 증착 공정은 100∼350℃의 온도 범위에서 수행되는 것이 바람직하며, 반응 물질과 함께 Ar, He, N₂등의 불활성 가스를 혼합하는 것이 가능하다. 또한 상기 개구부의 어스펙트비가 10:1 이상인 경우에도 본 발명의 방법을 용이하게 적용할 수 있다.

도 7a 내지 7c는 기판상에 형성된 개구부를 갖는 절연층상에 TaN 박막을 형성하는 방법을 나타낸 단면도들이다.

도 7a를 참고하면, 반도체 공정에 사용되는 실리콘 기판 등과 같은 기판상(50)에 산화물 등으로 절연층(52)을 형성하도록 한다.

도 7b를 참고하면, 포토리소그라피 공정을 이용하여 상기 절연층(52)의 일부를 식각함으로써 소정의 어스펙트비를 갖는 개구부를 포함하는 절연층 패턴(52a)을 형성한다.

도 7c를 참고하면, 상기 개구부를 포함하는 절연층 패턴(52a)상에 상술한 ALD-TaN 방식 또는 CVD-TaN 방식을 이용하여 TaN 박막(54)을 형성하도록 한다.

도 8에는 소정의 어스펙트비를 갖는 개구부를 갖는 절연층상에 TAIMATA소스에 반응 가스로서 NH₃를 동시에 공급하면서 ALD 방식으로 증착하여 형성된 TaN 박막의 스텝 커버리지를 보여주는 SEM 사진을 나타내었다. 퍼지 가스로서는 수소 1000 sccm 및 Ar 500 sccm의 혼합 가스를 사용하였고 TAIMATA의 캐리어 가스로서는 Ar 가스를 100sccm 유량으로 사용하였다. 반응 가스로서 NH₃는 600sccm의 유량으로 주입하였다.

콘택홀의 상부(top)와 저부(bottom) 모두 두께가 ∼250Å 이고, 콘택홀 상부(top) 의 CD가 250nm, 단차가 25000Å 으로서 어스펙트비가 ∼10 이다. 도면으로부터 형성된 박막은 100%에 가까운 스텝 커버리지 특성이 얻어짐을 확인할 수 있다.

도 8에 나타난 사진은 ALD 방식에 의해 형성된 박막에 대한 사진이다. ALD-TaN 방식과 CVD-TaN 방식에 의해 형성된 박막의 특성을 비교하기 위하여 동일한 타겟에 동일한 두께의 박막을 형성한 후 이의 성분을 분석하였다. 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

	CVD-TaN	ALD-TaN
Ta(%)	31.9	36.2
N(%)	36.5	54.7
O(%)	24.8	5.6
C(%)	6.8	3.5
N/Ta	1.144	1.511

표 1로 부터 ALD 방식에 의해 형성된 박막에서 불순물의 함량이 낮다는 것을 확인할 수 있다. 이상의 실시예에서와 같이 TAIMATA 소스를 이용하여 증착 공정을 수행하는 것에 의해 파티클 없이 높은 증착 속도를 가지며 우수한 스텝 커버리지를 가지는 TaN 박막을 제조할 수 있다. 또한 CVD 방식이나 ALD 방식 모두 적용 가능하지만 ALD 방식에 의한 박막 특성이 약간 더 우수함을 확인할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 새로운 탄탈륨 전구체를 새로운 방식으로 도입하여 증착 공정을 수행함으로써 스텝 커버리지와 갭필 능력이 향상된 박막의 형성이 구현될 수 있다.

또한, 본 발명에서 사용하는 탄탈륨 전구체는 염소와 같은 할로겐 불순물을 포함하지 않으며 액체 상태로 사용할 수 있어서 공정의 수행중 파티클을 발생시키지 않으며 낮은 온도에서도 높은 증기압을 가지고 있어서 증착 속도가 양호하다. 이로 인하여 생산성이 증가되고 수율이 향상될 것이 기대된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.

Claims (37)

1. a) 반응 물질로서 화학식 Ta(NR₁)(NR₂R₃)₃(여기서 R₁, R₂R₃는 H 또는 C₁-C₆알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체를 기판 상에 도입하는 단계;

   b) 상기 반응 물질의 일부를 상기 기판 상에 화학적으로 흡착시키는 단계;

   c) 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 기판으로부터 제거시키는 단계; 및

   d) 상기 기판상에 반응 가스를 도입하여 상기 화학적으로 흡착된 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 고체 물질을 형성하는 단계를 포함하는 원자층 적층(ALD; atomic layer deposition) 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 원자층 적층은 열적 원자층 적층(thermal ALD) 또는 리모트 플라즈마(remote plasma)를 이용하는 라디칼 보조 원자층 적층(radical assisted ALD)인 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 반응 물질은 액체 상태로 도입되는 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 탄탈륨 아민 유도체가 터셔리아밀이미도-트리스-디메틸아미도탄탈륨 (Ta(NC(CH₃)₂C₂H₅)(N(CH₃)₂)₃)인 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 화학적으로 흡착되지 않은 반응 물질은 불활성 가스를 사용하여 제거하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 불활성 가스는 Ar, He 또는 N₂인 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 반응 가스는 H₂, NH₃, SiH₄및 Si₂H₆로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 반응 가스는 활성화시킨 H₂, NH₃, SiH₄및 Si₂H₆로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 활성화는 리모트 플라즈마 방식에 의한 것임을 특징을 하는 원자층 적층 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 고체 물질은 TaN인 것을 특징으로 하는 원자층 적층방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 a)-d) 단계는 100∼350℃ 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
12. a) 반응 물질로서 화학식 Ta(NR₁)(NR₂R₃)₃(여기서 R₁, R₂R₃는 H 또는 C₁-C₆알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체를 기판 상에 도입하는 단계;

    b) 상기 반응 물질의 일부를 상기 기판 상에 화학적으로 흡착시키는 단계;

    c) 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 기판으로부터 제거시키는 단계;

    d) 상기 기판상에 반응 가스를 도입하여 상기 화학적으로 흡착된 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하는 단계; 및

    (e) 상기 a)-d) 단계를 적어도 한번 반복하여 상기 고체 물질을 TaN 박막으로 형성하는 단계를 포함하는 원자층 적층(ALD; atomic layer deposition)을 이용한 박막 형성 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 탄탈륨 아민 유도체가 터셔리아밀이미도-트리스-디메틸아미도탄탈륨 (Ta(NC(CH₃)₂C₂H₅)(N(CH₃)₂)₃)인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
14. 제12항에 있어서, 상기 반응 가스는 H₂, NH₃, SiH₄및 Si₂H₆로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
15. 제12항에 있어서, 상기 방법은 100∼350℃ 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
16. 제12항에 있어서, 상기 화학적으로 흡착되지 않은 반응 물질은 Ar, He 및 N₂로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 불활성 가스를 사용하여 제거하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
17. a) 기판상에 절연층을 형성하는 단계;

    b) 상기 절연층의 소정 부위를 식각하여 상기 기판 표면이 노출되는 개구부를 형성하는 단계;

    c) 반응 물질로서 화학식 Ta(NR₁)(NR₂R₃)₃(여기서 R₁, R₂R₃는 H 또는 C₁-C₆알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체를 상기 개구부가 형성된 절연층 상에 도입하는 단계;

    d) 상기 반응 물질의 일부를 상기 개구부가 형성된 절연층 상에 화학적으로흡착시키는 단계;

    e) 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 개구부가 형성된 절연층으로부터 제거시키는 단계;

    f) 상기 기판상에 반응 가스를 도입하여 상기 화학적으로 흡착된 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하는 단계; 및

    (g) 상기 c)-f) 단계를 적어도 한번 반복하여 상기 개구부가 형성된 절연층상에 TaN 박막을 형성하는 단계를 포함하는 원자층 적층(ALD; atomic layer deposition)을 이용한 박막 형성 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 탄탈륨 아민 유도체가 터셔리아밀이미도-트리스-디메틸아미도탄탈륨 (Ta(NC(CH₃)₂C₂H₅)(N(CH₃)₂)₃)인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
19. 제17항에 있어서, 상기 반응 가스는 H₂, NH₃, SiH₄및 Si₂H₆로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
20. 제17항에 있어서, 상기 방법은 100∼350℃ 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
21. 제17항에 있어서, 상기 화학적으로 흡착되지 않은 반응 물질은 Ar, He 및 N₂로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 불활성 가스를 사용하여 제거하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
22. 제17항에 있어서, 상기 개구부의 어스펙트비는 적어도 10:1 인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
23. 반응 물질로서 화학식 Ta(NR₁)(NR₂R₃)₃(여기서 R₁, R₂R₃는 H 또는 C₁-C₆알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체 및 H₂, NH₃, SiH₄및 Si₂H₆로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 반응 가스를 혼합하여 증착하는 단계를 포함하는 박막 형성 방법.
24. 제23항에 있어서, 상기 탄탈륨 아민 유도체가 터셔리아밀이미도-트리스-디메틸아미도탄탈륨 (Ta(NC(CH₃)₂C₂H₅)(N(CH₃)₂)₃)인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
25. 제23항에 있어서, 상기 증착이 화학 기상 증착(CVD; chemical vapor deposition) 방식인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
26. 제23항에 있어서, 상기 증착이 열적 화학 기상 증착(thermal CVD) 또는 플라즈마 증대 화학 기상 증착(PECVD; plasma enhaced CVD) 방식인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
27. 제23항에 있어서, 상기 반응 물질과 함께 불활성 가스를 혼합하여 증착하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
28. 제27항에 있어서, 상기 불활성 가스가 Ar, He 및 N₂로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
29. 제23항에 있어서, 상기 반응 가스는 활성화시킨 H₂, NH₃, SiH₄및 Si₂H₆로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
30. 제29항에 있어서, 상기 활성화는 리모트 플라즈마 방식에 의한 것임을 특징을 하는 박막 형성 방법.
31. 제23항에 있어서, 상기 박막은 TaN 막인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
32. 제23항에 있어서, 상기 증착 단계는 100∼550℃ 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
33. 제23항에 있어서, 상기 증착 단계는 150∼300℃ 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
34. a) 기판상에 절연층을 형성하는 단계;

    b) 상기 절연층의 소정 부위를 식각하여 상기 기판 표면이 노출되는 개구부를 형성하는 단계; 및

    c) 반응 물질로서 화학식 Ta(NR₁)(NR₂R₃)₃(여기서 R₁, R₂R₃는 H 또는 C₁-C₆알킬기로서 서로 동일하거나 상이하다)로 표시되는 탄탈륨 아민 유도체 및 H₂, NH₃, SiH₄및 Si₂H₆로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 반응 가스를 혼합하여 상기 개구부가 형성된 절연층상에 TaN 박막을 증착하는 단계를 포함하는 박막 형성 방법.
35. 제34항에 있어서, 상기 방법은 100∼350℃ 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
36. 제34항에 있어서, 상기 반응 물질과 함께 Ar, He 및 N₂로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 불활성 가스를 혼합하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
37. 제34항에 있어서, 상기 개구부의 어스펙트비는 적어도 10:1 인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.