KR20050109036A - Method of manufacturing a metal silicate layer using atomic layer deposition technique - Google Patents

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Abstract

원자층 증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법들을 제공한다. 이 방법들은 금속 실리케이트막 형성 사이클을 적어도 1회 실시하여 원하는 두께의 상기 금속 실리케이트막을 형성한다. 상기 금속 실리케이트막 형성 사이클은 금속 산화막 형성 사이클을 K회 반복하는 단계 및 실리콘산화막 형성 사이클을 Q회 반복하는 단계를 구비한다. 상기 K 및 Q는 각각 1 이상 10 이하의 정수이다. 상기 금속 산화막 형성 사이클은 금속 원료 가스를 주입하고, 반응기 내에 잔류하는 상기 금속 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고, 상기 반응기에 산화 가스를 주입하고, 상기 반응기 내부를 정화하는 단계를 구비한다. 상기 실리콘산화막 형성 사이클은 실리콘 원료 가스를 주입하고, 반응기 내에 잔류하는 상기 실리콘 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고, 상기 반응기에 산화 가스를 주입하고, 상기 반응기 내부를 정화하는 단계를 구비한다.Provided are methods for forming metal silicate films using atomic layer deposition techniques. These methods perform at least one metal silicate film formation cycle to form the metal silicate film of a desired thickness. The metal silicate film forming cycle includes repeating the metal oxide film forming cycle K times and repeating the silicon oxide film forming cycle Q times. K and Q are each an integer of 1 or more and 10 or less. The metal oxide film forming cycle includes injecting a metal raw material gas, purging the metal raw material gas remaining in the reactor to purify the inside of the reactor, injecting oxidizing gas into the reactor, and purifying the inside of the reactor. . The silicon oxide film forming cycle includes injecting a silicon raw material gas, purging the silicon raw material gas remaining in the reactor to purify the inside of the reactor, injecting oxidizing gas into the reactor, and purifying the inside of the reactor. .

Description

원자층 증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법{Method of manufacturing a metal silicate layer using atomic layer deposition technique}Method of manufacturing a metal silicate layer using atomic layer deposition technique

본 발명은 반도체소자의 박막 형성방법에 관한 것으로, 특히 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a thin film of a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a metal silicate film using atomic layer deposition technology.

반도체 소자의 고집적화 필요에 따라 그 구성요소인 트랜지스터 및 커패시터는 최대한 축소 제작 되어야 한다. 상기 트랜지스터 및 상기 커패시터는 유전막을 구비한다. 상기 유전막의 크기 및 두께를 축소하여야 하는데 따른 여러 가지 난관에 직면하게 된다.As the semiconductor device needs to be highly integrated, its components, transistors and capacitors, should be miniaturized as much as possible. The transistor and the capacitor have a dielectric film. There are various difficulties faced by reducing the size and thickness of the dielectric film.

예를 들어, 상기 트랜지스터의 구성요소인 게이트 유전막 두께를 얇게 제작하는 경우, 상기 게이트 유전막의 절연특성이 저하된다. 상기 게이트 유전막의 성막재료로는 실리콘산화막이 널리 사용되고 있다. 상기 실리콘산화막은 그 두께가 15Å 이하로 감소되는 경우 게이트 전극에서의 직접 터널링(direct tunneling)에 의하여 누설전류가 급격히 증가하는 것으로 보고된바 있다. 이와 같은 문제점을 극복하는 방법으로 상기 실리콘산화막보다 유전상수가 크고 누설전류가 적은 고유전막의 연구가 활발하게 진행되고 있다.For example, when the thickness of the gate dielectric layer, which is a component of the transistor, is made thin, the insulating property of the gate dielectric layer is reduced. As the film forming material of the gate dielectric film, a silicon oxide film is widely used. The silicon oxide film has been reported to rapidly increase the leakage current by direct tunneling (gate tunneling) at the gate electrode when the thickness is reduced to less than 15Å. As a method of overcoming such a problem, researches on high-k dielectric films having a larger dielectric constant and less leakage current than the silicon oxide films have been actively conducted.

최근 상기 고유전막으로 하프늄실리케이트(HfSiOX)막과 같은 금속 실리케이트막이 제안되고 있는데, 상기 금속 실리케이트막은 트랜지스터에 적용할 경우 다른 고유전막에 비하여 캐리어(carrier)의 이동도(mobility)가 우수한 특성이 있다.Recently, a metal silicate film, such as a hafnium silicate (HfSiO X ) film, has been proposed as the high dielectric film. The metal silicate film has excellent carrier mobility compared to other high dielectric films when applied to a transistor. .

종래기술에 의한 상기 금속 실리케이트막의 형성방법으로 물리기상증착법(physical vapor deposition; PVD) 및 화학기상증착법(chemical vapor deposition; CVD)이 있다. 잘 알려진 바와 같이, 상기 물리기상증착법은 단차피복성(step coverage)이 나쁘며, 또한, 실리콘 기판과의 계면특성이 불량한 단점을 가진다. 상기 화학기상증착법은 박막 형성 온도가 높고, 두께를 수 Å단위로 정밀하게 제어하는 데에는 한계가 있으며, 박막 내 조성비 제어가 어려워 고집적 소자에 적합하지 못하다.Conventional methods for forming the metal silicate film include physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition (CVD). As is well known, the physical vapor deposition method has a disadvantage of poor step coverage and poor interface characteristics with a silicon substrate. The chemical vapor deposition method has a high thin film formation temperature, there is a limit to precisely control the thickness by several Å units, and difficult to control the composition ratio in the thin film, which is not suitable for the highly integrated device.

상기 물리기상증착법 및 상기 화학기상증착법의 한계를 극복하고 원자 층 단위의 미소한 두께를 갖는 상기 금속 실리케이트막의 형성 방법으로 원자층증착(atomic layer deposition; ALD) 기술이 연구되고 있다. 상기 원자층증착 기술은 박막 형성을 위한 원료 가스들을 동시에 공급하지 않고 시분할하여 독립적인 펄스 형태로 공급하는 방법이다. 상기 가스들의 공급은, 각각의 가스 배관에 설치한 밸브들을 시간차를 두고 개폐하여, 각각의 가스들이 혼합되지 않고 시간차를 두고 반응기 내로 공급되게 함으로써 이루어진다. 상기 가스들이 사전 설정된 유량으로 시분할 공급될 때, 상기 가스들을 공급하는 사이마다 퍼지 가스를 공급하여, 반응하지 않고 남아있는 가스를 반응기에서 제거하는 단계를 거치는 것이 일반적이다. 상기 원자층증착 기술은 단차피복성(step coverage)이 우수하고, 대면적의 기판에 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있으며, 반복 실시 횟수를 조절하여 박막의 두께를 미세하게 조절할 수 있는 장점이 있다.Atomic layer deposition (ALD) technology has been studied as a method of forming the metal silicate film which overcomes the limitations of the physical vapor deposition method and the chemical vapor deposition method and has a small thickness in atomic layer units. The atomic layer deposition technology is a method of time-dividing and supplying an independent pulse form without simultaneously supplying source gases for forming a thin film. The supply of the gases is performed by opening and closing the valves provided in the respective gas pipes at a time difference, so that the respective gases are supplied into the reactor at a time difference without mixing. When the gases are time-divided and supplied at a predetermined flow rate, it is common to supply a purge gas every time the gases are supplied to remove the remaining gas from the reactor without reacting. The atomic layer deposition technique has an excellent step coverage, can form a thin film of uniform thickness on a large area substrate, and finely control the thickness of the thin film by controlling the number of repetitions. have.

상기 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리게이트막 형성방법이 미국특허 공개번호 제2003-0031793호에 "기판 상에 상대적 고유전상수를 갖는 막의 증착 방법(METHOD FOR DEPOSITING A COATING HAVING A RELATIVELY HIGH DIELECTRIC CONSTANT ONTO A SUBSTRATE)"이라는 제목으로 쳉 등(Cheng et al.)에 의해 개시된 바 있다.The method for forming a metal silicide film using the atomic layer deposition technique is described in US Patent Publication No. 2003-0031793, which describes a method for depositing a film having a relative high dielectric constant on a substrate. SUBSTRATE), as disclosed by Cheng et al.

상기 미국특허 공개번호 제2003-0031793호에 따르면 반도체 기판 상부에 금속산화막인 알루미늄산화막(Al2O3), 탄탈산화막(Ta2O5), 하프늄산화막(HfO 2), 또는 금속 실리케이트막인 지르코늄 실리케이트막(SiZrO4), 하프늄 실리케이트막(SiHfO4) 등을 형성한다. 보다 상세하게는, 반응기 내에 반도체 기판을 로딩 한다. 상기 기판의 전면에 제 1 전구체를 공급한 후 퍼지 한다. 산소, 수증기, 아산화질소(N2O) 등의 산화 가스를 이용하여 기판 전면에 흡착된 제 1 전구체를 산화시킨다. 상기 공정을 적절한 두께가 형성되어 질 때까지 반복적으로 실시한다. 상기 기판의 전면에 제 2 전구체를 공급한 후 퍼지 한다. 산소, 수증기, 아산화질소(N2O) 등의 산화 가스를 이용하여 기판 전면에 흡착된 제 2 전구체를 산화시킨다. 상기 공정을 적절한 두께의 금속 실리케이트막이 형성될 때까지 반복한다.According to the U.S. Patent Publication No. 2003-0031793, an aluminum oxide film (Al 2 O 3 ), a tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ), a hafnium oxide film (HfO 2 ), or a metal silicate film, zirconium, which is a metal oxide film, is disposed on a semiconductor substrate. A silicate film (SiZrO 4 ), a hafnium silicate film (SiHfO 4 ), and the like are formed. More specifically, the semiconductor substrate is loaded into the reactor. The first precursor is supplied to the entire surface of the substrate and then purged. Oxidizing gases such as oxygen, water vapor, and nitrous oxide (N 2 O) are used to oxidize the first precursor adsorbed on the entire surface of the substrate. The process is carried out repeatedly until an appropriate thickness is formed. The second precursor is supplied to the entire surface of the substrate and then purged. An oxidizing gas such as oxygen, water vapor or nitrous oxide (N 2 O) is used to oxidize the second precursor adsorbed on the entire surface of the substrate. The process is repeated until a metal silicate film of appropriate thickness is formed.

상기 금속 실리게이트막을 형성하는 다른 방법이 일본 공개특허 특개2003-347298호에 "반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치(半導體裝置の製造方法及び基板處理裝置)"라는 제목으로 개시된바 있다.Another method of forming the metal silicide film has been disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-347298 entitled "Method of Manufacturing Semiconductor Device and Substrate Processing Apparatus".

상기 일본 공개특허 특개2003-347298호에 따르면 하프늄 실리케이트막(SiHfO4)을 포함한 고유전막들을 제조한다. 보다 상세하게는, 반도체 기판의 상부에 제 1 성막 원료를 공급한 후 퍼지 한다. 산소 라디칼을 기판 상에 공급하는 RPO (Remote-Plasma에 의한 Oxidation) 공정을 진행한다. 상기의 공정을 임의의 횟수로 반복 실행한다. 상기 결과물의 전면에 제 2 원료 가스를 공급한 후, 성막 처리한다. 산소 라디칼을 기판 상에 공급하는 RPO (Remote-Plasma에 의한 Oxidation) 공정을 진행한다. 상기의 공정을 임의의 횟수로 반복 실행하여 박막을 형성한다.According to Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2003-347298, high-k dielectric films including a hafnium silicate film (SiHfO 4 ) are prepared. More specifically, the first film forming raw material is supplied to the upper portion of the semiconductor substrate and then purged. RPO (Oxidation by Remote-Plasma) process of supplying oxygen radicals on a substrate is performed. The above steps are repeatedly performed any number of times. After supplying a second source gas to the entire surface of the resultant, film formation is performed. RPO (Oxidation by Remote-Plasma) process of supplying oxygen radicals on a substrate is performed. The above process is repeatedly performed any number of times to form a thin film.

상기 미국특허 공개번호 제2003-0031793호 및 상기 일본 공개특허 특개2003-347298호에 개시된 방법에 의해서 금속 실리케이트막을 형성할 경우, 금속 산화막 형성단계를 임의의 횟수로 반복 실행한 후 실리콘 원료 가스를 공급하는 단계를 진행하게 된다. 일반적으로 상기 실리콘 원료 가스는 상기 금속 산화막에 대하여 화학적으로 안정된 구조를 갖는다. 이에 따라, 상기 실리콘 원료 가스를 이용하여 상기 금속 산화막을 금속 실리케이트막으로 전환시키는 기술에는 많은 제약조건이 따른다. 예를 들어, 상기 금속 산화막 형성단계를 10회 이상 반복한 후 상기 실리콘 원료 가스를 공급하면 상기 금속 산화막은 금속 실리케이트막으로 전환되기가 매우 어렵다. 즉, 상기 금속 산화막 상에 실리콘산화막이 분리적층 되거나, 상기 금속 산화막 상에 실리콘산화막 형성반응이 일어나지 않는다.When forming the metal silicate film by the method disclosed in the above-mentioned US Patent Publication No. 2003-0031793 and Japanese Patent Laid-Open No. 2003-347298, the silicon oxide gas is supplied after repeating the metal oxide film forming step any number of times. The steps are taken. Generally, the silicon source gas has a chemically stable structure with respect to the metal oxide film. Accordingly, a technique for converting the metal oxide film into a metal silicate film using the silicon source gas is subject to a number of constraints. For example, if the silicon source gas is supplied after the metal oxide film forming step is repeated 10 times or more, the metal oxide film is very difficult to be converted into a metal silicate film. That is, the silicon oxide film is separated and laminated on the metal oxide film, or the silicon oxide film forming reaction does not occur on the metal oxide film.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 두께를 미소하게 제어할 수 있으며 금속 과 실리콘의 조성비를 조절할 수 있는 금속 실리케이트막 형성 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to improve the above-described problems of the prior art, and to provide a metal silicate film forming method capable of controlling the thickness slightly and adjusting the composition ratio of metal and silicon.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 두께를 미소하게 제어할 수 있으며 하프늄 과 실리콘의 조성비를 조절할 수 있는 하프늄 실리케이트막 형성 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method for forming a hafnium silicate film which can control the thickness slightly and adjust the composition ratio of hafnium and silicon.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 원자층 증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법들을 제공한다. 이 방법들은 기판을 반응기 내에 로딩하고, 상기 기판을 갖는 반응기 내에 금속 원료 가스를 주입하여 상기 기판 상에 상기 금속을 함유하는 화학흡착층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 반응기에 산화 가스를 주입하여 상기 금속을 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 상기 기판 상에 금속 산화막을 형성한다. 상기 금속 원료 가스를 주입하는 단계 내지 상기 금속 산화막을 형성하는 단계를 K회 반복한다. 상기 반응기에 실리콘 원료 가스를 주입하여 상기 금속 산화막을 갖는 기판 상에 상기 실리콘을 함유하는 화학흡착층을 형성한다. 상기 반응기에 산화 가스를 주입하여 상기 금속 산화막 및 상기 실리콘을 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 금속 실리케이트막을 형성한다. 상기 실리콘 원료 가스를 주입하는 단계 내지 상기 금속 실리케이트막을 형성하는 단계를 Q회 반복한다. 상기 금속 원료 가스를 주입하는 단계 내지 상기 금속 실리케이트막을 형성하는 단계를 적어도 1회 실시하여 원하는 두께의 금속 실리케이트막을 형성한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides methods for forming a metal silicate film using an atomic layer deposition technique. These methods include loading a substrate into a reactor and injecting a metal source gas into the reactor with the substrate to form a chemisorption layer containing the metal on the substrate. An oxidizing gas is injected into the reactor to react with the chemisorption layer containing the metal to form a metal oxide film on the substrate. Injecting the metal raw material gas to forming the metal oxide film is repeated K times. A silicon source gas is injected into the reactor to form a chemisorption layer containing the silicon on the substrate having the metal oxide film. An oxidizing gas is injected into the reactor to react with the metal oxide film and the chemical adsorption layer containing the silicon to form a metal silicate film. Injecting the silicon source gas to forming the metal silicate film is repeated Q times. Injecting the metal raw material gas to forming the metal silicate film at least once to form a metal silicate film having a desired thickness.

몇몇 실시 예들에 있어서, 상기 가스들을 주입한 후에 상기 반응기를 정화하는 단계들을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 금속을 함유하는 화학흡착층을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 금속 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화할 수 있다. 상기 금속 산화막을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 산화 가스 및 반응 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화할 수 있다. 상기 실리콘을 함유하는 화학흡착층을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 실리콘 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화할 수 있다. 상기 금속 실리케이트막을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 산화 가스 및 반응 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화할 수 있다. 상기 가스들 및 상기 반응 부산물들을 배출하기 위하여 상기 반응기 내부로 퍼지 가스를 주입할 수 있다. 상기 퍼지 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 질소(N2)와 같은 불활성기체가 일반적으로 사용된다.In some embodiments, the method may further include purifying the reactor after injecting the gases. Specifically, after the chemical adsorption layer containing the metal is formed, the metal source gas remaining in the reactor may be discharged to purify the inside of the reactor. After the metal oxide film is formed, the inside of the reactor may be purified by discharging the oxidizing gas and the reaction byproduct remaining in the reactor. After forming the chemical adsorption layer containing the silicon, the silicon source gas remaining in the reactor may be discharged to purify the inside of the reactor. After the metal silicate film is formed, the inside of the reactor may be purified by discharging the oxidizing gas and the reaction byproduct remaining in the reactor. A purge gas may be injected into the reactor to discharge the gases and the reaction byproducts. As the purge gas, an inert gas such as argon (Ar), helium (He), or nitrogen (N 2 ) is generally used.

상기 K회 및 상기 Q회는 각각 1회 내지 10회 사이에서 선택된 하나인 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 K는 2 이상 5 이하이고 상기 Q는 1일 수 있다. 상기 K회가 10회 이상이 될 경우, 상기 금속 산화막 형성 단계에서 형성되는 상기 금속 산화막은 안정된 화학적 상태를 갖게 된다. 상기 안정된 화학적 상태를 갖는 금속 산화막은 상기 금속 실리케이트 막의 형성을 어렵게 한다. 또한, 상기 Q회를 10회 이상 진행할 경우 상기 금속 실리케이트막 상에는 상기 실리콘 원료 가스를 공급하여도 상기 실리콘을 함유하는 화학흡착층이 형성되지 않는다. 즉, 상기 Q회를 10회 이상 진행하여도 상기 금속 실리케이트막은 더 이상 형성되지 않는다. 상기 금속 실리케이트막은 화학식 MxSi1-xO2 로 표시할 수 있다. 여기서, 상기 M는 Hf, Zr 및 Ti으로 구성된 일군에서 선택된 하나일 수 있으며, 상기 "x"는 금속 물질의 조성비를 나타낸다. 상기 K회 및 상기 Q회를 조합하여 상기 "x"는 0.10 ~ 0.95 가 되도록 조절할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 "x"는 0.65 ~ 0.85 가 되도록 조절할 수 있다. 즉, 상기 K회 및 상기 Q회를 조절하여 상기 기판 상에 원하는 조성비를 갖는 상기 금속 실리케이트막을 형성할 수 있다.Preferably, the K times and the Q times are each one selected from one to ten times. For example, K may be 2 or more and 5 or less and Q may be 1. When the K times is 10 or more times, the metal oxide film formed in the metal oxide film forming step has a stable chemical state. The metal oxide film having the stable chemical state makes it difficult to form the metal silicate film. In addition, when the Q cycle is performed 10 times or more, the chemical adsorption layer containing the silicon is not formed on the metal silicate film even when the silicon raw material gas is supplied. In other words, the metal silicate film is no longer formed even if the Q is performed 10 times or more. The metal silicate film may be represented by the formula M x Si 1-x O 2 . Here, M may be one selected from the group consisting of Hf, Zr, and Ti, wherein "x" represents a composition ratio of the metal material. By combining the K times and the Q times, the "x" may be adjusted to be 0.10 to 0.95. More preferably, the "x" may be adjusted to be 0.65 to 0.85. That is, the metal silicate film having a desired composition ratio may be formed on the substrate by adjusting the K times and the Q times.

또한, 본 발명은, 원자층 증착 기술을 이용한 하프늄 실리케이트막 형성 방법들을 제공한다. 상기 하프늄 실리케이트막 형성 방법들은 기판을 반응기 내에 로딩하고, 상기 기판을 갖는 반응기 내에 TEMAH {tetrakis (ethylmethylamino) hafnium ; Hf[ N(CH₃)C₂H5]₄} 가스를 주입하여 상기 기판 상에 하프늄(Hf)을 함유하는 화학흡착층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 반응기에 산화 가스를 주입하여 상기 하프늄(Hf)을 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 상기 기판 상에 하프늄(Hf) 산화막을 형성한다. 상기 TEMAH 가스를 주입하는 단계 내지 상기 하프늄(Hf) 산화막을 형성하는 단계를 K회 반복한다. 상기 반응기에 HCD(hexachlorodisilane; Si2Cl6) 가스를 주입하여 상기 하프늄(Hf) 산화막을 갖는 기판 상에 실리콘을 함유하는 화학흡착층을 형성한다. 상기 반응기에 산화 가스를 주입하여 상기 하프늄(Hf) 산화막 및 상기 실리콘을 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 하프늄실리케이트(HfxSi1-xO2) 막을 형성한다. 상기 HCD 가스를 주입하는 단계 내지 상기 하프늄실리케이트 막을 형성하는 단계를 Q회 반복한다. 상기 TEMAH 가스를 주입하는 단계 내지 상기 하프늄실리케이트 막을 형성하는 단계를 적어도 1회 실시하여 원하는 두께의 하프늄실리케이트 막을 형성한다.The present invention also provides methods for forming a hafnium silicate film using an atomic layer deposition technique. The hafnium silicate film forming methods include loading a substrate into a reactor, and adding TEMAH {tetrakis (ethylmethylamino) hafnium into the reactor having the substrate; Injecting Hf [N (CH₃) C₂H 5 ] 주입} gas to form a chemisorption layer containing hafnium (Hf) on the substrate. An oxidizing gas is injected into the reactor to react with a chemisorption layer containing hafnium (Hf) to form a hafnium (Hf) oxide film on the substrate. Injecting the TEMAH gas to forming the hafnium (Hf) oxide film is repeated K times. HCD (hexachlorodisilane; Si 2 Cl 6 ) gas is injected into the reactor to form a chemisorption layer containing silicon on a substrate having the hafnium (Hf) oxide film. An oxidizing gas is injected into the reactor to react with the hafnium (Hf) oxide film and the chemical adsorption layer containing the silicon to form a hafnium silicate (Hf x Si 1-x O 2 ) film. Injecting the HCD gas to forming the hafnium silicate film is repeated Q times. Injecting the TEMAH gas to forming the hafnium silicate film at least once to form a hafnium silicate film of a desired thickness.

몇몇 실시 예들에 있어서, 상기 가스들을 주입한 후에 상기 반응기를 정화하는 단계들을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 하프늄(Hf)을 함유하는 화학흡착층을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 TEMAH 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화할 수 있다. 상기 하프늄(Hf) 산화막을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 산화 가스 및 반응 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화할 수 있다. 상기 실리콘을 함유하는 화학흡착층을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 HCD 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화할 수 있다. 상기 하프늄실리케이트 막을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 산화 가스 및 반응 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화할 수 있다.In some embodiments, the method may further include purifying the reactor after injecting the gases. Specifically, after forming the chemisorption layer containing the hafnium (Hf), it is possible to purify the inside of the reactor by discharging the TEMAH gas remaining in the reactor. After forming the hafnium (Hf) oxide film, the inside of the reactor may be purified by discharging the oxidizing gas and the reaction by-products remaining in the reactor. After forming the chemical adsorption layer containing the silicon, the HCD gas remaining in the reactor may be discharged to purify the inside of the reactor. After the hafnium silicate film is formed, the inside of the reactor may be purified by discharging the oxidizing gas and the reaction by-products remaining in the reactor.

상기 K회 및 상기 Q회는 각각 1회 내지 10회 사이에서 선택된 하나인 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 K는 2 이상 5 이하이고 상기 Q는 1일 수 있다. 상기 K회가 10회 이상이 될 경우, 상술한 바와 같이, 상기 하프늄 산화막 형성 단계에서 형성되는 상기 하프늄 산화막은 안정된 화학적 상태를 갖게 된다. 상기 안정된 화학적 상태를 갖는 하프늄 산화막은 상기 하프늄 실리케이트 막의 형성을 어렵게 한다. 또한, 상기 Q회를 10회 이상 진행할 경우 상기 하프늄 실리케이트막 상에는 상기 HCD(hexachlorodisilane; Si2Cl6) 가스를 공급하여도 상기 실리콘을 함유하는 화학흡착층이 형성되지 않는다. 즉, 상기 Q회를 10회 이상 진행하여도 상기 하프늄 실리케이트 막은 더 이상 형성되지 않는다. 상기 하프늄 실리케이트 막은 화학식 HfxSi1-xO2 로 표시할 수 있다. 여기서, 상기 "x"는 하프늄(Hf) 원소의 조성비를 나타낸다. 상기 K회 및 상기 Q회를 조합하여 상기 "x"는 0.10 ~ 0.95 가 되도록 조절할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 "x"는 0.65 ~ 0.85 가 되도록 조절할 수 있다. 즉, 상기 K회 및 상기 Q회를 조절하여 상기 기판 상에 원하는 조성비를 갖는 상기 하프늄 실리케이트(HfxSi1-xO2) 막을 형성할 수 있다.Preferably, the K times and the Q times are each one selected from one to ten times. For example, K may be 2 or more and 5 or less and Q may be 1. When the K times is 10 or more times, as described above, the hafnium oxide film formed in the hafnium oxide film forming step has a stable chemical state. The hafnium oxide film having the stable chemical state makes it difficult to form the hafnium silicate film. In addition, when the Q cycle is performed 10 times or more, even if the HCD (hexachlorodisilane; Si 2 Cl 6 ) gas is supplied on the hafnium silicate film, the chemical adsorption layer containing the silicon is not formed. In other words, the hafnium silicate film is no longer formed even if the Q is performed 10 times or more. The hafnium silicate film may be represented by the formula Hf x Si 1-x O 2 . Here, "x" represents the composition ratio of the hafnium (Hf) element. By combining the K times and the Q times, the "x" may be adjusted to be 0.10 to 0.95. More preferably, the "x" may be adjusted to be 0.65 to 0.85. That is, the hafnium silicate (Hf x Si 1-x O 2 ) having a desired composition ratio on the substrate by adjusting the K times and the Q times. A film can be formed.

이에 더하여, 본 발명은, 상기 하프늄 실리케이트막을 형성하는 다른 방법들을 제공한다. 상기 다른 방법들은 기판을 반응기 내에 로딩하고, 상기 기판을 갖는 반응기 내에 TEMAH {tetrakis (ethylmethylamino) hafnium ; Hf[ N(CH₃)C₂H5]₄} 가스를 주입하여 상기 기판 상에 하프늄(Hf)을 함유하는 화학흡착층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 반응기에 산화 가스를 주입하여 상기 하프늄(Hf)을 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 상기 기판 상에 하프늄(Hf) 산화막을 형성한다. 상기 TEMAH 가스를 주입하는 단계 내지 상기 하프늄(Hf) 산화막을 형성하는 단계를 K회 반복한다. 상기 반응기에 TDMAS {tris(dimethylamino)silane; [(CH3)2N]3SiH} 가스를 주입하여 상기 하프늄(Hf) 산화막을 갖는 기판 상에 실리콘을 함유하는 화학흡착층을 형성한다. 상기 반응기에 산화 가스를 주입하여 상기 하프늄(Hf) 산화막 및 상기 실리콘을 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 하프늄실리케이트(HfxSi1-xO2) 막을 형성한다. 상기 TDMAS {tris(dimethylamino)silane; [(CH3)2N]3SiH} 가스를 주입하는 단계 내지 상기 하프늄실리케이트 막을 형성하는 단계를 Q회 반복한다. 상기 TEMAH 가스를 주입하는 단계 내지 상기 하프늄실리케이트 막을 형성하는 단계를 적어도 1회 실시하여 원하는 두께의 하프늄실리케이트 막을 형성한다.In addition, the present invention provides other methods of forming the hafnium silicate film. The other methods load a substrate into a reactor and include TEMAH {tetrakis (ethylmethylamino) hafnium in a reactor with the substrate; Injecting Hf [N (CH₃) C₂H 5 ] 주입} gas to form a chemisorption layer containing hafnium (Hf) on the substrate. An oxidizing gas is injected into the reactor to react with a chemisorption layer containing hafnium (Hf) to form a hafnium (Hf) oxide film on the substrate. Injecting the TEMAH gas to forming the hafnium (Hf) oxide film is repeated K times. TDMAS {tris (dimethylamino) silane; [(CH 3 ) 2 N] 3 SiH} gas is injected to form a chemisorption layer containing silicon on the substrate having the hafnium (Hf) oxide film. An oxidizing gas is injected into the reactor to react with the hafnium (Hf) oxide film and the chemical adsorption layer containing the silicon to form a hafnium silicate (Hf x Si 1-x O 2 ) film. The TDMAS {tris (dimethylamino) silane; Injecting [(CH 3 ) 2 N] 3 SiH} gas to forming the hafnium silicate film is repeated Q times. Injecting the TEMAH gas to forming the hafnium silicate film at least once to form a hafnium silicate film of a desired thickness.

몇몇 실시 예들에 있어서, 상기 가스들을 주입한 후에 상기 반응기를 정화하는 단계들을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 하프늄(Hf)을 함유하는 화학흡착층을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 TEMAH 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화할 수 있다. 상기 하프늄(Hf) 산화막을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 산화 가스 및 반응 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화할 수 있다. 상기 실리콘을 함유하는 화학흡착층을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 TDMAS {tris(dimethylamino)silane; [(CH3)2N]3SiH} 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화할 수 있다. 상기 하프늄실리케이트 막을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 산화 가스 및 반응 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화할 수 있다.In some embodiments, the method may further include purifying the reactor after injecting the gases. Specifically, after forming the chemisorption layer containing the hafnium (Hf), it is possible to purify the inside of the reactor by discharging the TEMAH gas remaining in the reactor. After forming the hafnium (Hf) oxide film, the inside of the reactor may be purified by discharging the oxidizing gas and the reaction by-products remaining in the reactor. After forming the chemisorbent layer containing the silicon, the TDMAS {tris (dimethylamino) silane remaining in the reactor; [(CH 3 ) 2 N] 3 SiH} gas may be discharged to purify the inside of the reactor. After the hafnium silicate film is formed, the inside of the reactor may be purified by discharging the oxidizing gas and the reaction by-products remaining in the reactor.

상기 K회 및 상기 Q회는 각각 1회 내지 10회 사이에서 선택된 하나인 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 K는 1 이상 3 이하이고 상기 Q는 1일 수 있다. 상기 K회가 10회 이상이 될 경우, 상술한 바와 같이, 상기 하프늄 산화막 형성 단계에서 형성되는 상기 하프늄 산화막은 안정된 화학적 상태를 갖게 된다. 상기 안정된 화학적 상태를 갖는 하프늄 산화막은 상기 하프늄 실리케이트 막의 형성을 어렵게 한다. 또한, 상기 Q회를 10회 이상 진행할 경우 상기 하프늄 실리케이트막 상에는 상기 TDMAS {tris(dimethylamino)silane; [(CH3)2N]3SiH} 가스를 공급하여도 상기 실리콘을 함유하는 화학흡착층이 형성되지 않는다. 즉, 상기 Q회를 10회 이상 진행하여도 상기 하프늄 실리케이트 막은 더 이상 형성되지 않는다. 상기 하프늄 실리케이트 막은 화학식 HfxSi1-xO2 로 표시할 수 있다. 여기서, 상기 "x"는 하프늄(Hf) 원소의 조성비를 나타낸다. 상기 K회 및 상기 Q회를 조합하여 상기 "x"는 0.10 ~ 0.95 가 되도록 조절할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 "x"는 0.65 ~ 0.85 가 되도록 조절할 수 있다. 즉, 상기 K회 및 상기 Q회를 조절하여 상기 기판 상에 원하는 조성비를 갖는 상기 하프늄 실리케이트(HfxSi1-xO2) 막을 형성할 수 있다.Preferably, the K times and the Q times are each one selected from one to ten times. For example, K may be 1 or more and 3 or less and Q may be 1. When the K times is 10 or more times, as described above, the hafnium oxide film formed in the hafnium oxide film forming step has a stable chemical state. The hafnium oxide film having the stable chemical state makes it difficult to form the hafnium silicate film. In addition, when the Q cycle is performed 10 times or more, the TDMAS {tris (dimethylamino) silane; Even when the [(CH 3 ) 2 N] 3 SiH} gas is supplied, the chemisorption layer containing the silicon is not formed. In other words, the hafnium silicate film is no longer formed even if the Q is performed 10 times or more. The hafnium silicate film may be represented by the formula Hf x Si 1-x O 2 . Here, "x" represents the composition ratio of the hafnium (Hf) element. By combining the K times and the Q times, the "x" may be adjusted to be 0.10 to 0.95. More preferably, the "x" may be adjusted to be 0.65 to 0.85. That is, the hafnium silicate (Hf x Si 1-x O 2 ) having a desired composition ratio on the substrate by adjusting the K times and the Q times. A film can be formed.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed contents are thorough and complete, and that the spirit of the present invention to those skilled in the art will fully convey.

도 1은 본 발명에 따른 원자층증착 기술에 의한 금속 실리케이트막 형성 방법을 보여주는 공정흐름도이고, 도 2는 본 발명에 따른 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법의 증착 사이클을 나타낸 구성도이다.1 is a process flow chart showing a method for forming a metal silicate film by an atomic layer deposition technique according to the present invention, Figure 2 is a block diagram showing a deposition cycle of the metal silicate film forming method using an atomic layer deposition technique according to the present invention. .

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 따른 금속 실리케이트막 형성방법은 원자층증착 장치의 반응기 내에 기판을 로딩 하는 것을 포함한다(도 1의 단계 5).1 and 2, a method for forming a metal silicate film according to embodiments of the present invention includes loading a substrate into a reactor of an atomic layer deposition apparatus (step 5 of FIG. 1).

상기 반응기는 매엽식 또는 배치식일 수 있다. 상기 기판은 실리콘기판과 같은 반도체기판일 수 있으며, 상기 기판 상에는 소자분리막이 형성되어 있을 수 있다. 또한, 상기 기판 상에는 실린더 형 커패시터의 하부전극과 같은 3차원 구조체가 형성되어 있을 수도 있다.The reactor may be single or batch. The substrate may be a semiconductor substrate such as a silicon substrate, and an isolation layer may be formed on the substrate. In addition, a three-dimensional structure such as a lower electrode of a cylindrical capacitor may be formed on the substrate.

상기 반응기 내부를 공정에 적합한 온도로 가열한다. 예를 들면, 상기 공정에 적합한 온도는 250℃ 내지 600℃ 일 수 있다.The reactor interior is heated to a temperature suitable for the process. For example, a suitable temperature for the process can be 250 ℃ to 600 ℃.

상기 기판 상에 금속 산화막 형성 사이클(10)을 K회 반복하여 원하는 두께의 금속 산화막을 형성한다. 상기 금속 산화막 형성 사이클(10)은 금속 원료 가스를 주입하고(도 1의 단계 11), 반응기 내에 잔류하는 상기 금속 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고(도 1의 단계 13), 상기 반응기에 산화 가스를 주입하고(도 1의 단계 15), 상기 반응기 내부를 정화하는 단계(도 1의 단계 17)를 포함할 수 있다.The metal oxide film forming cycle 10 is repeated K times on the substrate to form a metal oxide film having a desired thickness. The metal oxide film forming cycle 10 injects a metal source gas (step 11 of FIG. 1), discharges the metal source gas remaining in the reactor to purify the inside of the reactor (step 13 of FIG. 1), and the reactor Injecting an oxidizing gas (step 15 of FIG. 1), and purifying the inside of the reactor (step 17 of FIG. 1).

구체적으로, 상기 기판이 로딩 된 반응기 내에 상기 금속 원료 가스를 주입한다(도 1의 단계 11). 상기 금속 원료 가스는 MX4 구조를 갖는 물질로서, 상기 M은 Hf, Zr 및 Ti으로 구성된 일군에서 선택된 하나이고, 상기 X는 F, Cl, Br 및 I로 구성된 일군에서 선택된 하나일 수 있다. 또한, 상기 금속 원료 가스는 M(NRR')4 구조를 갖는 물질로서, 상기 M은 Hf, Zr 및 Ti으로 구성된 일군에서 선택된 하나이고, 상기 R은 H, Me, Et 및 iPr로 구성된 일군에서 선택된 하나이며, 상기 R'은 H, Me, Et 및 iPr로 구성된 일군에서 선택된 하나일 수 있다. 이에 더하여, 상기 금속 원료 가스는 TEMAH {Tetrakis (ethylmethylamino) hafnium ; Hf[ N(CH₃)C₂H5]₄}일 수 있다. 예를 들어, 상기 TEMAH를 주입하는 경우, 상기 금속 원료 가스를 공급하는 펄스 시간은 0.2~2초 일 수 있다. 그 결과, 상기 기판의 표면에 상기 금속을 함유하는 화학흡착층이 형성된다. 상기 금속을 함유하는 화학흡착층이 형성된 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 금속 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 1의 단계 13). 상기 금속 원료 가스를 배출하기 위하여 상기 반응기 내부로 퍼지 가스를 주입할 수 있다. 상기 퍼지 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 질소(N2)와 같은 불활성기체가 일반적으로 사용된다. 이어서, 상기 반응기에 상기 산화 가스를 주입한다(도 1의 단계 15). 상기 산화 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O) 및 과산화수소(H2O2)로 구성된 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 화학흡착층과 상기 산화 가스가 반응하여 상기 기판 상에 상기 금속 산화막이 형성된다. 다음, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 산화 가스 및 상기 화학흡착층과 상기 산화 가스의 반응에 의하여 생성된 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 1의 단계 17). 상기 산화 가스 및 반응 부산물을 배출하기 위하여 상기 반응기 내부로 퍼지 가스를 주입할 수 있다. 상기 퍼지 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 질소(N2)와 같은 불활성기체가 일반적으로 사용된다. 원하는 두께의 상기 금속 산화막이 형성되었는지 확인한다. 상기 기판 상에 원하는 두께의 상기 금속 산화막이 형성될 때 까지 상기 금속 산화막 형성 사이클(10)을 K회 반복한다(도 1의 단계 19). 여기서, 상기 K는 1 이상 10 이하의 정수이다. 즉, 상기 K회는 1회 이상 10회 이하인 것이 바람직하다.Specifically, the metal source gas is injected into the reactor loaded with the substrate (step 11 of FIG. 1). The metal source gas is a material having an MX 4 structure, wherein M is one selected from the group consisting of Hf, Zr, and Ti, and X may be one selected from the group consisting of F, Cl, Br, and I. In addition, the metal source gas is a material having a M (NRR ') 4 structure, M is one selected from the group consisting of Hf, Zr and Ti, R is in the group consisting of H, Me, Et and i Pr The R 'may be one selected from the group consisting of H, Me, Et, and i Pr. In addition, the metal raw material gas is TEMAH {Tetrakis (ethylmethylamino) hafnium; Hf [N (CH₃) C₂H 5 ] ₄}. For example, when the TEMAH is injected, the pulse time for supplying the metal source gas may be 0.2 to 2 seconds. As a result, a chemisorption layer containing the metal is formed on the surface of the substrate. After the chemisorbent layer containing the metal is formed, the metal source gas remaining in the reactor is discharged to purify the inside of the reactor (step 13 of FIG. 1). In order to discharge the metal source gas, a purge gas may be injected into the reactor. As the purge gas, an inert gas such as argon (Ar), helium (He), or nitrogen (N 2 ) is generally used. The oxidizing gas is then injected into the reactor (step 15 of FIG. 1). The oxidizing gas may be at least one selected from the group consisting of oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), water (H 2 O), and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). As a result, the chemisorption layer and the oxidizing gas react to form the metal oxide film on the substrate. Next, the oxidizing gas remaining in the reactor and by-products generated by the reaction between the chemisorption layer and the oxidizing gas are discharged to purify the inside of the reactor (step 17 of FIG. 1). A purge gas may be injected into the reactor to discharge the oxidizing gas and the reaction byproduct. As the purge gas, an inert gas such as argon (Ar), helium (He), or nitrogen (N 2 ) is generally used. Check that the metal oxide film of the desired thickness is formed. The metal oxide film forming cycle 10 is repeated K times until the metal oxide film having a desired thickness is formed on the substrate (step 19 of FIG. 1). Here, said K is an integer of 1 or more and 10 or less. That is, it is preferable that said K times are 1 time or more and 10 times or less.

상기 금속 산화막을 갖는 기판 상에 실리콘산화막 형성 사이클(20)을 Q회 반복하여 금속 실리케이트막을 형성한다. 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)은 실리콘 원료 가스를 주입하고(도 1의 단계 21), 반응기 내에 잔류하는 상기 실리콘 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고(도 1의 단계 23), 상기 반응기에 산화 가스를 주입하고(도 1의 단계 25), 상기 반응기 내부를 정화하는 단계(도 1의 단계 27)를 포함할 수 있다.The silicon oxide film forming cycle 20 is repeated Q times on the substrate having the metal oxide film to form a metal silicate film. The silicon oxide film forming cycle 20 injects a silicon source gas (step 21 of FIG. 1), discharges the silicon source gas remaining in the reactor to purify the inside of the reactor (step 23 of FIG. 1), and the reactor Injecting an oxidizing gas (step 25 of FIG. 1), and purifying the inside of the reactor (step 27 of FIG. 1).

구체적으로, 상기 반응기 내에 상기 실리콘 원료 가스를 주입한다(도 1의 단계 21). 상기 실리콘 원료 가스는 SinX'2n+2 구조를 갖는 물질로, 상기 n=1~4, 상기 X'는 NCO, F, Cl, Br 및 I로 구성된 일군에서 선택된 하나일 수 있다. 또한, 상기 실리콘 원료 가스는 SinX'2n+2On-1 구조를 갖는 물질로, 상기 n=2~5, 상기 X'는 NCO, F, Cl, Br 및 I로 구성된 일군에서 선택된 하나일 수 있다. 이에 더하여, 상기 실리콘 원료 가스는 SiX"n(NRR')4-n 구조를 갖는 물질로, 상기 n=0~3, 상기 X"는 H, F, Cl, Br 및 I로 구성된 일군에서 선택된 하나이고, 상기 R은 H, Me, Et 및 iPr로 구성된 일군에서 선택된 하나이며, 상기 R'은 H, Me, Et 및 iPr로 구성된 일군에서 선택된 하나일 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 상기 실리콘 원료 가스는 NHn(SiR"3) 3-n 구조를 갖는 물질로, 상기 n=0~2, 상기 R"은 H, F, Cl, Br, I, Me, Et 및 iPr로 구성된 일군에서 선택된 하나일 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 상기 실리콘 원료 가스는 SiSX2 구조를 갖는 물질로, 상기 X는 F, Cl, Br 및 I로 구성된 일군에서 선택된 하나일 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 상기 실리콘 원료 가스는 HCD(Hexachlorodisilane; Si2Cl6)일 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 상기 실리콘 원료 가스는 TDMAS {tris(dimethylamino)silane; [(CH3)2N]3SiH} 일 수 있다. 그 결과, 상기 금속 산화막을 갖는 기판 상에 실리콘을 함유하는 화학흡착층이 형성된다. 상기 실리콘을 함유하는 화학흡착층이 형성된 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 실리콘 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 1의 단계 23). 상기 실리콘 원료 가스를 배출하기 위하여 상기 반응기 내부로 퍼지 가스를 주입할 수 있다. 상기 퍼지 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 질소(N2)와 같은 불활성기체가 일반적으로 사용된다. 이어서, 상기 반응기에 상기 산화 가스를 주입한다(도 1의 단계 25). 상기 산화 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O) 및 과산화수소(H 2O2)로 구성된 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 예를 들면, 상기 실리콘 원료 가스가 상기 HCD인 경우 상기 산화 가스는 H2O를 이용할 수 있다. 상기 실리콘 원료 가스가 상기 TDMAS인 경우 상기 산화 가스는 오존(O3)을 이용할 수 있다. 그 결과, 상기 화학흡착층과 상기 산화 가스가 반응하여 상기 기판 상에 실리콘산화막이 형성된다. 동시에, 상기 금속 산화막 및 상기 실리콘산화막은 서로 반응하여 상기 금속 실리케이트막이 형성된다. 다음, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 산화 가스 및 상기 화학흡착층과 상기 산화 가스의 반응에 의하여 생성된 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 1의 단계 27). 상기 산화 가스 및 반응 부산물을 배출하기 위하여 상기 반응기 내부로 퍼지 가스를 주입할 수 있다. 상기 퍼지 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 질소(N2)와 같은 불활성기체가 일반적으로 사용된다. 원하는 조성비를 갖는 상기 금속 실리케이트막이 형성되었는지 확인한다. 상기 기판 상에 원하는 조성비를 갖는 상기 금속 실리케이트막이 형성될 때 까지 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)을 Q회 반복한다(도 1의 단계 29). 여기서, 상기 Q는 1 이상 10 이하의 정수이다. 즉, 상기 Q회는 1회 이상 10회 이하인 것이 바람직하다.Specifically, the silicon source gas is injected into the reactor (step 21 of FIG. 1). The silicon source gas is a material having a structure of Si n X ′ 2n + 2 , wherein n = 1 to 4, and X ′ represents NCO, F, Cl, Br. And I may be one selected from the group consisting of. In addition, the silicon source gas is a material having a structure of Si n X ' 2n + 2 O n-1 , wherein n = 2 ~ 5, X' is NCO, F, Cl, Br And I may be one selected from the group consisting of. In addition, the silicon source gas is a material having a SiX ″ n (NRR ′) 4-n structure, wherein n = 0 to 3 and X ″ is H, F, Cl, Br. And one selected from the group consisting of I, R is one selected from the group consisting of H, Me, Et and i Pr, the R 'may be one selected from the group consisting of H, Me, Et and i Pr. . In another embodiment, the silicon source gas is a material having a structure of NH n (SiR ″ 3 ) 3-n , wherein n = 0 to 2, R ″ is H, F, Cl, Br, I, Me, It may be one selected from the group consisting of Et and i Pr. In another embodiment, the silicon source gas is a material having a SiSX 2 structure, wherein X may be one selected from the group consisting of F, Cl, Br, and I. In another embodiment, the silicon source gas may be HCD (Hexachlorodisilane; Si 2 Cl 6 ). In another embodiment, the silicon source gas is TDMAS {tris (dimethylamino) silane; [(CH 3 ) 2 N] 3 SiH}. As a result, a chemisorption layer containing silicon is formed on the substrate having the metal oxide film. After the chemical adsorption layer containing the silicon is formed, the silicon source gas remaining in the reactor is discharged to purify the inside of the reactor (step 23 of FIG. 1). In order to discharge the silicon source gas, a purge gas may be injected into the reactor. As the purge gas, an inert gas such as argon (Ar), helium (He), or nitrogen (N 2 ) is generally used. The oxidizing gas is then injected into the reactor (step 25 of FIG. 1). The oxidizing gas may be at least one selected from the group consisting of oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), water (H 2 O), and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). For example, when the silicon source gas is the HCD, the oxidizing gas may use H 2 O. When the silicon source gas is the TDMAS, the oxidizing gas may use ozone (O 3 ). As a result, the chemisorption layer and the oxidizing gas react to form a silicon oxide film on the substrate. At the same time, the metal oxide film and the silicon oxide film react with each other to form the metal silicate film. Next, the oxidant gas remaining in the reactor and by-products generated by the reaction between the chemisorption layer and the oxidizing gas are discharged to purify the inside of the reactor (step 27 of FIG. 1). A purge gas may be injected into the reactor to discharge the oxidizing gas and the reaction byproduct. As the purge gas, an inert gas such as argon (Ar), helium (He), or nitrogen (N 2 ) is generally used. It is confirmed whether the metal silicate film having a desired composition ratio is formed. The silicon oxide film formation cycle 20 is repeated Q times until the metal silicate film having the desired composition ratio is formed on the substrate (step 29 in FIG. 1). Here, Q is an integer of 1 or more and 10 or less. That is, it is preferable that the said Q times are 1 time or more and 10 times or less.

본 발명의 실시 예들에 따른 금속 실리케이트막 형성방법에 있어서, 상기 K회 및 상기 Q회는 각각 10회를 넘지 않도록 하는 것이 매우 중요하다. 예를 들면, 상기 K는 2 이상 5 이하 이고 상기 Q는 1일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 K는 3 이고 상기 Q는 1일 수 있다. 상기 K회가 10회 이상이 될 경우, 상기 금속 산화막 형성 사이클(10)에서 형성되는 상기 금속 산화막은 안정된 화학적 상태를 갖게 된다. 상기 안정된 화학적 상태를 갖는 금속 산화막은 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)에서 상기 금속 실리케이트 막의 형성을 어렵게 한다. 즉, 상기 안정된 화학적 상태를 갖는 금속 산화막 상에 상기 실리콘산화막이 분리 적층되거나, 상기 안정된 화학적 상태를 갖는 금속 산화막으로 인하여 상기 실리콘산화막 형성반응이 일어나지 않을 수 있다. 또한, 상기 Q회를 10회 이상 진행할 경우 상기 금속 실리케이트막 상에는 상기 실리콘 원료 가스를 공급하여도 상기 실리콘을 함유하는 화학흡착층이 형성되지 않는다. 즉, 상기 Q회를 10회 이상 진행하여도 상기 금속 실리케이트막은 더 이상 형성되지 않는다. 상기 금속 실리케이트막은 화학식 MxSi1-xO 2 로 표시할 수 있다. 여기서, 상기 M는 Hf, Zr 및 Ti으로 구성된 일군에서 선택된 하나일 수 있으며, 상기 "x"는 금속 물질의 조성비를 나타낸다. 상기 K회 및 상기 Q회를 조합하여 상기 "x"는 0.10 ~ 0.95 가 되도록 조절할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 "x"는 0.65 ~ 0.85 가 되도록 조절할 수 있다. 즉, 상기 K회 및 상기 Q회를 조절하여 상기 기판 상에 원하는 조성비를 갖는 상기 금속 실리케이트막을 형성할 수 있다.In the method for forming the metal silicate film according to the embodiments of the present invention, it is very important that the K times and the Q times do not exceed 10 times, respectively. For example, K may be 2 or more and 5 or less and Q may be 1. More preferably, K is 3 and Q may be 1. When the K times is 10 or more times, the metal oxide film formed in the metal oxide film forming cycle 10 has a stable chemical state. The metal oxide film having the stable chemical state makes it difficult to form the metal silicate film in the silicon oxide film forming cycle 20. That is, the silicon oxide film may be separated and laminated on the metal oxide film having the stable chemical state, or the silicon oxide film forming reaction may not occur due to the metal oxide film having the stable chemical state. In addition, when the Q cycle is performed 10 times or more, the chemical adsorption layer containing the silicon is not formed on the metal silicate film even when the silicon raw material gas is supplied. In other words, the metal silicate film is no longer formed even if the Q is performed 10 times or more. The metal silicate film may be represented by the formula M x Si 1-x O 2 . Here, M may be one selected from the group consisting of Hf, Zr, and Ti, wherein "x" represents a composition ratio of the metal material. By combining the K times and the Q times, the "x" may be adjusted to be 0.10 to 0.95. More preferably, the "x" may be adjusted to be 0.65 to 0.85. That is, the metal silicate film having a desired composition ratio may be formed on the substrate by adjusting the K times and the Q times.

결과적으로, 금속 실리케이트막 형성 사이클은 상기 금속 산화막 형성 사이클(10)을 K회 반복하는 단계 및 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)을 Q회 반복하는 단계를 구비한다. 계속하여, 상기 금속 실리케이트막의 두께를 확인한다(도 1의 단계 39). 상기 기판 상에 원하는 두께의 상기 금속 실리케이트막이 형성될 때 까지 상기 금속 실리케이트막 형성 사이클을 적어도 1회 실시한다. 즉, 상기 기판 상에 원하는 두께의 상기 금속 실리케이트막이 형성될 때 까지 상기 금속 산화막 형성 사이클(10)을 K회 반복하는 단계 및 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)을 Q회 반복하는 단계를 적어도 1회 실시한다.As a result, the metal silicate film forming cycle includes repeating the metal oxide film forming cycle 10 times and repeating the silicon oxide film forming cycle 20 times. Subsequently, the thickness of the metal silicate film is checked (step 39 of FIG. 1). The metal silicate film forming cycle is performed at least once until the metal silicate film having a desired thickness is formed on the substrate. That is, the step of repeating the metal oxide film forming cycle 10 times and the step of repeating the silicon oxide film forming cycle 20 times at least once until the metal silicate film having a desired thickness is formed on the substrate. Conduct.

본 발명의 몇몇 실시 예들에 따르면 하프늄 실리케이트(HfxSi1-xO2)막을 형성할 수 있다. 이제 도 1 및 도 2를 다시 참조하여 본 발명의 몇몇 실시 예들에 따른 상기 하프늄 실리케이트(HfxSi1-xO2)막 형성방법을 설명하기로 한다.According to some embodiments of the present invention, a hafnium silicate (Hf x Si 1-x O 2 ) film may be formed. Referring to FIGS. 1 and 2 again, a method of forming the hafnium silicate (Hf x Si 1-x O 2 ) film according to some embodiments of the present invention will be described.

상기 하프늄 실리케이트막 형성방법은 원자층증착 장치의 반응기 내에 기판을 로딩 하는 것을 포함한다(도 1의 단계 5).The hafnium silicate film forming method includes loading a substrate into a reactor of an atomic layer deposition apparatus (step 5 of FIG. 1).

상기 반응기 내부를 공정에 적합한 온도로 가열한다. 예를 들면, 상기 공정에 적합한 온도는 250℃ 내지 600℃ 일 수 있다.The reactor interior is heated to a temperature suitable for the process. For example, a suitable temperature for the process can be 250 ℃ to 600 ℃.

상기 기판 상에 하프늄(Hf) 산화막 형성 사이클(10)을 K회 반복하여 원하는 두께의 하프늄(Hf) 산화막을 형성한다. 상기 하프늄(Hf) 산화막 형성 사이클(10)은 하프늄(Hf) 원료 가스를 주입하고(도 1의 단계 11), 반응기 내에 잔류하는 상기 하프늄(Hf) 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고(도 1의 단계 13), 상기 반응기에 산화 가스를 주입하고(도 1의 단계 15), 상기 반응기 내부를 정화하는 단계(도 1의 단계 17)를 포함할 수 있다.The hafnium (Hf) oxide film formation cycle 10 is repeated K times on the substrate to form a hafnium (Hf) oxide film having a desired thickness. The hafnium (Hf) oxide film forming cycle 10 injects a hafnium (Hf) source gas (step 11 of FIG. 1), discharges the hafnium (Hf) source gas remaining in the reactor, and purifies the inside of the reactor ( Step 13 of FIG. 1 may include injecting oxidizing gas into the reactor (step 15 of FIG. 1) and purifying the inside of the reactor (step 17 of FIG. 1).

구체적으로, 상기 기판이 로딩 된 반응기 내에 상기 하프늄(Hf) 원료 가스를 주입한다(도 1의 단계 11). 상기 하프늄(Hf) 원료 가스는 HfX4 구조를 갖는 물질로서, 상기 X는 F, Cl, Br 및 I로 구성된 일군에서 선택된 하나일 수 있다. 또한, 상기 하프늄(Hf) 원료 가스는 Hf(NRR')4 구조를 갖는 물질로서, 상기 R은 H, Me, Et 및 iPr로 구성된 일군에서 선택된 하나이며, 상기 R'은 H, Me, Et 및 iPr로 구성된 일군에서 선택된 하나일 수도 있다. 이에 더하여, 상기 하프늄(Hf) 원료 가스는 TEMAH {tetrakis (ethylmethylamino) hafnium ; Hf[ N(CH₃)C₂H5]₄}일 수 있다. 예를 들어, 상기 TEMAH를 주입하는 경우, 상기 TEMAH 가스를 공급하는 펄스 시간은 0.2~2초 일 수 있다. 그 결과, 상기 기판의 표면에 상기 하프늄(Hf)을 함유하는 화학흡착층이 형성된다. 상기 하프늄(Hf)을 함유하는 화학흡착층이 형성된 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 하프늄(Hf) 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 1의 단계 13). 상기 하프늄(Hf) 원료 가스를 배출하기 위하여 상기 반응기 내부로 퍼지 가스를 주입할 수 있다. 상기 퍼지 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 질소(N2)와 같은 불활성기체가 일반적으로 사용된다. 이어서, 상기 반응기에 상기 산화 가스를 주입한다(도 1의 단계 15). 상기 산화 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O) 및 과산화수소(H2O2)로 구성된 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 하프늄(Hf) 원료 가스로 상기 TEMAH를 이용하는 경우, 상기 산화 가스로는 오존(O3)을 이용할 수 있다. 상기 오존은 하프늄에 붙어 있는 불순물과의 산화력이 높다. 즉, 상기 오존은 하프늄에 붙어 있는 불순물을 제거해주는 효과가 있다. 그 결과, 상기 화학흡착층과 상기 산화 가스가 반응하여 상기 기판 상에 상기 하프늄(Hf) 산화막이 형성된다. 다음, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 산화 가스 및 상기 화학흡착층과 상기 산화 가스의 반응에 의하여 생성된 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 1의 단계 17). 상기 산화 가스 및 반응 부산물을 배출하기 위하여 상기 반응기 내부로 퍼지 가스를 주입할 수 있다. 상기 퍼지 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 질소(N2)와 같은 불활성기체가 일반적으로 사용된다. 원하는 두께의 상기 하프늄(Hf) 산화막이 형성되었는지 확인한다. 상기 기판 상에 원하는 두께의 상기 하프늄(Hf) 산화막이 형성될 때 까지 상기 하프늄(Hf) 산화막 형성 사이클(10)을 K회 반복한다(도 1의 단계 19). 여기서, 상기 K는 1 이상 10 이하의 정수이다. 즉, 상기 K회는 1회 이상 10회 이하인 것이 바람직하다.Specifically, the hafnium (Hf) source gas is injected into the reactor loaded with the substrate (step 11 of FIG. 1). The hafnium (Hf) source gas is a material having a HfX 4 structure, wherein X may be one selected from the group consisting of F, Cl, Br, and I. In addition, the hafnium (Hf) source gas is a material having a structure Hf (NRR ') 4 , wherein R is one selected from the group consisting of H, Me, Et and i Pr, wherein R' is H, Me, Et And it may be one selected from the group consisting of i Pr. In addition, the hafnium (Hf) source gas is TEMAH {tetrakis (ethylmethylamino) hafnium; Hf [N (CH₃) C₂H 5 ] ₄}. For example, when injecting the TEMAH, the pulse time for supplying the TEMAH gas may be 0.2 ~ 2 seconds. As a result, a chemisorption layer containing hafnium (Hf) is formed on the surface of the substrate. After the chemisorption layer containing hafnium (Hf) is formed, the hafnium (Hf) source gas remaining in the reactor is discharged to purify the inside of the reactor (step 13 of FIG. 1). A purge gas may be injected into the reactor to discharge the hafnium (Hf) source gas. As the purge gas, an inert gas such as argon (Ar), helium (He), or nitrogen (N 2 ) is generally used. The oxidizing gas is then injected into the reactor (step 15 of FIG. 1). The oxidizing gas may be at least one selected from the group consisting of oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), water (H 2 O), and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). When TEMAH is used as the hafnium (Hf) source gas, ozone (O 3 ) may be used as the oxidizing gas. The ozone has a high oxidation power with impurities attached to hafnium. That is, the ozone has an effect of removing impurities attached to hafnium. As a result, the chemistry adsorption layer and the oxidizing gas react to form the hafnium (Hf) oxide film on the substrate. Next, the oxidizing gas remaining in the reactor and by-products generated by the reaction between the chemisorption layer and the oxidizing gas are discharged to purify the inside of the reactor (step 17 of FIG. 1). A purge gas may be injected into the reactor to discharge the oxidizing gas and the reaction byproduct. As the purge gas, an inert gas such as argon (Ar), helium (He), or nitrogen (N 2 ) is generally used. Check that the hafnium (Hf) oxide film having a desired thickness is formed. The hafnium (Hf) oxide film formation cycle 10 is repeated K times until the hafnium (Hf) oxide film having a desired thickness is formed on the substrate (step 19 in FIG. 1). Here, said K is an integer of 1 or more and 10 or less. That is, it is preferable that said K times are 1 time or more and 10 times or less.

상기 하프늄(Hf) 산화막을 갖는 기판 상에 실리콘산화막 형성 사이클(20)을 Q회 반복하여 하프늄 실리케이트막을 형성한다. 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)은 실리콘 원료 가스를 주입하고(도 1의 단계 21), 반응기 내에 잔류하는 상기 실리콘 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고(도 1의 단계 23), 상기 반응기에 산화 가스를 주입하고(도 1의 단계 25), 상기 반응기 내부를 정화하는 단계(도 1의 단계 27)를 포함할 수 있다.The silicon oxide film formation cycle 20 is repeated Q times on the substrate having the hafnium (Hf) oxide film to form a hafnium silicate film. The silicon oxide film forming cycle 20 injects a silicon source gas (step 21 of FIG. 1), discharges the silicon source gas remaining in the reactor to purify the inside of the reactor (step 23 of FIG. 1), and the reactor Injecting an oxidizing gas (step 25 of FIG. 1), and purifying the inside of the reactor (step 27 of FIG. 1).

구체적으로, 본 발명의 실시 예들에서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 방법과 동일한 방법으로 상기 하프늄 실리케이트막을 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 실리콘 원료 가스는 HCD(Hexachlorodisilane; Si2Cl6)를 사용할 수 있다. 상기 실리콘 원료 가스가 상기 HCD인 경우 상기 산화 가스는 H2O를 이용할 수 있다. 그 결과, 상기 하프늄(Hf) 산화막 및 상기 실리콘산화막은 서로 반응하여 상기 하프늄 실리케이트막이 형성된다. 원하는 조성비를 갖는 상기 하프늄 실리케이트막이 형성되었는지 확인한다. 상기 기판 상에 원하는 조성비를 갖는 상기 하프늄 실리케이트막이 형성될 때 까지 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)을 Q회 반복한다(도 1의 단계 29). 여기서, 상기 Q는 1 이상 10 이하의 정수이다. 즉, 상기 Q회는 1회 이상 10회 이하인 것이 바람직하다.Specifically, in the embodiments of the present invention, the hafnium silicate film may be formed by the same method as described with reference to FIGS. 1 and 2. For example, the silicon source gas may use HCD (Hexachlorodisilane; Si 2 Cl 6 ). When the silicon source gas is the HCD, the oxidizing gas may use H 2 O. As a result, the hafnium (Hf) oxide film and the silicon oxide film react with each other to form the hafnium silicate film. It is confirmed whether the hafnium silicate film having a desired composition ratio is formed. The silicon oxide film formation cycle 20 is repeated Q times until the hafnium silicate film having a desired composition ratio is formed on the substrate (step 29 in FIG. 1). Here, Q is an integer of 1 or more and 10 or less. That is, it is preferable that the said Q times are 1 time or more and 10 times or less.

본 발명의 몇몇 실시 예들에 따른 상기 하프늄 실리케이트막 형성방법에 있어서, 상기 K회 및 상기 Q회는 각각 10회를 넘지 않도록 하는 것이 매우 중요하다. 예를 들면, 상기 K는 2 이상 5 이하 이고 상기 Q는 1일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 K는 3 이고 상기 Q는 1일 수 있다. 상기 K회가 10회 이상이 될 경우, 상술한 바와 같이, 상기 하프늄 산화막 형성 사이클(10)에서 형성되는 상기 하프늄 산화막은 안정된 화학적 상태를 갖게 된다. 상기 안정된 화학적 상태를 갖는 하프늄 산화막은 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)에서 상기 하프늄 실리케이트 막의 형성을 어렵게 한다. 즉, 상기 안정된 화학적 상태를 갖는 하프늄 산화막 상에 상기 실리콘산화막이 분리 적층되거나, 상기 안정된 화학적 상태를 갖는 하프늄 산화막으로 인하여 상기 실리콘산화막 형성반응이 일어나지 않을 수 있다. 또한, 상기 Q회를 10회 이상 진행할 경우 상기 하프늄 실리케이트막 상에는 상기 HCD(hexachlorodisilane; Si2Cl6) 가스를 공급하여도 상기 실리콘을 함유하는 화학흡착층이 형성되지 않는다. 즉, 상기 Q회를 10회 이상 진행하여도 상기 하프늄 실리케이트 막은 더 이상 형성되지 않는다. 상기 하프늄 실리케이트막은 화학식 HfxSi1-xO2 로 표시할 수 있다. 여기서, 상기 "x"는 하프늄(Hf) 원소의 조성비를 나타낸다. 상기 K회 및 상기 Q회를 조합하여 상기 "x"는 0.10 ~ 0.95 가 되도록 조절할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 "x"는 0.65 ~ 0.85 가 되도록 조절할 수 있다. 즉, 상기 K회 및 상기 Q회를 조절하여 상기 기판 상에 원하는 조성비를 갖는 상기 하프늄 실리케이트(HfxSi1-xO2) 막을 형성할 수 있다.In the hafnium silicate film forming method according to some embodiments of the present invention, it is very important that the K times and the Q times do not exceed 10 times, respectively. For example, K may be 2 or more and 5 or less and Q may be 1. More preferably, K is 3 and Q may be 1. When the K times is 10 or more times, as described above, the hafnium oxide film formed in the hafnium oxide film forming cycle 10 has a stable chemical state. The hafnium oxide film having the stable chemical state makes it difficult to form the hafnium silicate film in the silicon oxide film forming cycle 20. That is, the silicon oxide film may be separated and laminated on the hafnium oxide film having the stable chemical state, or the silicon oxide film forming reaction may not occur due to the hafnium oxide film having the stable chemical state. In addition, when the Q cycle is performed 10 times or more, even if the HCD (hexachlorodisilane; Si 2 Cl 6 ) gas is supplied on the hafnium silicate film, the chemical adsorption layer containing the silicon is not formed. In other words, the hafnium silicate film is no longer formed even if the Q is performed 10 times or more. The hafnium silicate film may be represented by the formula Hf x Si 1-x O 2 . Here, "x" represents the composition ratio of the hafnium (Hf) element. By combining the K times and the Q times, the "x" may be adjusted to be 0.10 to 0.95. More preferably, the "x" may be adjusted to be 0.65 to 0.85. That is, the hafnium silicate (Hf x Si 1-x O 2 ) having a desired composition ratio on the substrate by adjusting the K times and the Q times. A film can be formed.

상기 금속 실리케이트막 형성 사이클에서 설명된 바와 같이, 하프늄 실리케이트막 형성 사이클은 상기 하프늄 산화막 형성 사이클(10)을 K회 반복하는 단계 및 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)을 Q회 반복하는 단계를 구비한다. 계속하여, 상기 하프늄 실리케이트막의 두께를 확인한다(도 1의 단계 39). 상기 기판 상에 원하는 두께의 상기 하프늄 실리케이트막이 형성될 때 까지 상기 하프늄 실리케이트막 형성 사이클을 적어도 1회 실시한다. 즉, 상기 기판 상에 원하는 두께의 상기 하프늄 실리케이트막이 형성될 때 까지 상기 하프늄 산화막 형성 사이클(10)을 K회 반복하는 단계 및 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)을 Q회 반복하는 단계를 적어도 1회 실시한다.As described in the metal silicate film formation cycle, the hafnium silicate film formation cycle comprises repeating the hafnium oxide film formation cycle 10 times and repeating the silicon oxide film formation cycle 20 times. . Subsequently, the thickness of the hafnium silicate film is checked (step 39 of FIG. 1). The hafnium silicate film formation cycle is performed at least once until the hafnium silicate film having a desired thickness is formed on the substrate. That is, repeating the hafnium oxide film formation cycle 10 times and repeating the silicon oxide film formation cycle 20 times at least once until the hafnium silicate film having a desired thickness is formed on the substrate. Conduct.

이에 더하여, 본 발명은, 상기 하프늄 실리케이트(HfxSi1-xO2)막을 형성하는 다른 방법들을 제공한다. 이제 도 1 및 도 2를 다시 참조하여 상기 다른 방법들을 설명하기로 한다.In addition, the present invention provides other methods of forming the hafnium silicate (Hf x Si 1-x O 2 ) film. Now, another method will be described with reference to FIGS. 1 and 2 again.

상기 하프늄 실리케이트막을 형성하는 다른 방법들은 원자층증착 장치의 반응기 내에 기판을 로딩 하는 것을 포함한다(도 1의 단계 5).Other methods of forming the hafnium silicate film include loading a substrate into a reactor of an atomic layer deposition apparatus (step 5 of FIG. 1).

상기 반응기 내부를 공정에 적합한 온도로 가열한다. 예를 들면, 상기 공정에 적합한 온도는 250℃ 내지 600℃ 일 수 있다.The reactor interior is heated to a temperature suitable for the process. For example, a suitable temperature for the process can be 250 ℃ to 600 ℃.

상기 기판 상에 하프늄(Hf) 산화막 형성 사이클(10)을 K회 반복하여 원하는 두께의 하프늄(Hf) 산화막을 형성한다. 상기 하프늄(Hf) 산화막 형성 사이클(10)은 하프늄(Hf) 원료 가스를 주입하고(도 1의 단계 11), 반응기 내에 잔류하는 상기 하프늄(Hf) 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고(도 1의 단계 13), 상기 반응기에 산화 가스를 주입하고(도 1의 단계 15), 상기 반응기 내부를 정화하는 단계(도 1의 단계 17)를 포함할 수 있다.The hafnium (Hf) oxide film formation cycle 10 is repeated K times on the substrate to form a hafnium (Hf) oxide film having a desired thickness. The hafnium (Hf) oxide film forming cycle 10 injects a hafnium (Hf) source gas (step 11 of FIG. 1), discharges the hafnium (Hf) source gas remaining in the reactor, and purifies the inside of the reactor ( Step 13 of FIG. 1 may include injecting oxidizing gas into the reactor (step 15 of FIG. 1) and purifying the inside of the reactor (step 17 of FIG. 1).

구체적으로, 상기 기판이 로딩 된 반응기 내에 상기 하프늄(Hf) 원료 가스를 주입한다(도 1의 단계 11). 상기 하프늄(Hf) 원료 가스는 HfX4 구조를 갖는 물질로서, 상기 X는 F, Cl, Br 및 I로 구성된 일군에서 선택된 하나일 수 있다. 또한, 상기 하프늄(Hf) 원료 가스는 Hf(NRR')4 구조를 갖는 물질로서, 상기 R은 H, Me, Et 및 iPr로 구성된 일군에서 선택된 하나이며, 상기 R'은 H, Me, Et 및 iPr로 구성된 일군에서 선택된 하나일 수도 있다. 이에 더하여, 상기 하프늄(Hf) 원료 가스는 TEMAH {tetrakis (ethylmethylamino) hafnium ; Hf[ N(CH₃)C₂H5]₄}일 수 있다. 예를 들어, 상기 TEMAH를 주입하는 경우, 상기 TEMAH 가스를 공급하는 펄스 시간은 0.2~2초 일 수 있다. 그 결과, 상기 기판의 표면에 상기 하프늄(Hf)을 함유하는 화학흡착층이 형성된다. 상기 하프늄(Hf)을 함유하는 화학흡착층이 형성된 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 하프늄(Hf) 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 1의 단계 13). 상기 하프늄(Hf) 원료 가스를 배출하기 위하여 상기 반응기 내부로 퍼지 가스를 주입할 수 있다. 상기 퍼지 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 질소(N2)와 같은 불활성기체가 일반적으로 사용된다. 이어서, 상기 반응기에 상기 산화 가스를 주입한다(도 1의 단계 15). 상기 산화 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O) 및 과산화수소(H2O2)로 구성된 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 하프늄(Hf) 원료 가스로 상기 TEMAH를 이용하는 경우, 상기 산화 가스로는 오존(O3)을 이용할 수 있다. 상기 오존은 하프늄에 붙어 있는 불순물과의 산화력이 높다. 즉, 상기 오존은 하프늄에 붙어 있는 불순물을 제거해주는 효과가 있다. 그 결과, 상기 화학흡착층과 상기 산화 가스가 반응하여 상기 기판 상에 상기 하프늄(Hf) 산화막이 형성된다. 다음, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 산화 가스 및 상기 화학흡착층과 상기 산화 가스의 반응에 의하여 생성된 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 1의 단계 17). 상기 산화 가스 및 반응 부산물을 배출하기 위하여 상기 반응기 내부로 퍼지 가스를 주입할 수 있다. 상기 퍼지 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 질소(N2)와 같은 불활성기체가 일반적으로 사용된다. 원하는 두께의 상기 하프늄(Hf) 산화막이 형성되었는지 확인한다. 상기 기판 상에 원하는 두께의 상기 하프늄(Hf) 산화막이 형성될 때 까지 상기 하프늄(Hf) 산화막 형성 사이클(10)을 K회 반복한다(도 1의 단계 19). 여기서, 상기 K는 1 이상 10 이하의 정수이다. 즉, 상기 K회는 1회 이상 10회 이하인 것이 바람직하다.Specifically, the hafnium (Hf) source gas is injected into the reactor loaded with the substrate (step 11 of FIG. 1). The hafnium (Hf) source gas is a material having a HfX 4 structure, wherein X may be one selected from the group consisting of F, Cl, Br, and I. In addition, the hafnium (Hf) source gas is a material having a structure Hf (NRR ') 4 , wherein R is one selected from the group consisting of H, Me, Et and i Pr, wherein R' is H, Me, Et And it may be one selected from the group consisting of i Pr. In addition, the hafnium (Hf) source gas is TEMAH {tetrakis (ethylmethylamino) hafnium; Hf [N (CH₃) C₂H 5 ] ₄}. For example, when injecting the TEMAH, the pulse time for supplying the TEMAH gas may be 0.2 ~ 2 seconds. As a result, a chemisorption layer containing hafnium (Hf) is formed on the surface of the substrate. After the chemisorption layer containing hafnium (Hf) is formed, the hafnium (Hf) source gas remaining in the reactor is discharged to purify the inside of the reactor (step 13 of FIG. 1). A purge gas may be injected into the reactor to discharge the hafnium (Hf) source gas. As the purge gas, an inert gas such as argon (Ar), helium (He), or nitrogen (N 2 ) is generally used. The oxidizing gas is then injected into the reactor (step 15 of FIG. 1). The oxidizing gas may be at least one selected from the group consisting of oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), water (H 2 O), and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). When TEMAH is used as the hafnium (Hf) source gas, ozone (O 3 ) may be used as the oxidizing gas. The ozone has a high oxidation power with impurities attached to hafnium. That is, the ozone has an effect of removing impurities attached to hafnium. As a result, the chemistry adsorption layer and the oxidizing gas react to form the hafnium (Hf) oxide film on the substrate. Next, the oxidizing gas remaining in the reactor and by-products generated by the reaction between the chemisorption layer and the oxidizing gas are discharged to purify the inside of the reactor (step 17 of FIG. 1). A purge gas may be injected into the reactor to discharge the oxidizing gas and the reaction byproduct. As the purge gas, an inert gas such as argon (Ar), helium (He), or nitrogen (N 2 ) is generally used. Check that the hafnium (Hf) oxide film having a desired thickness is formed. The hafnium (Hf) oxide film formation cycle 10 is repeated K times until the hafnium (Hf) oxide film having a desired thickness is formed on the substrate (step 19 in FIG. 1). Here, said K is an integer of 1 or more and 10 or less. That is, it is preferable that said K times are 1 time or more and 10 times or less.

상기 하프늄(Hf) 산화막을 갖는 기판 상에 실리콘산화막 형성 사이클(20)을 Q회 반복하여 하프늄 실리케이트막을 형성한다. 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)은 실리콘 원료 가스를 주입하고(도 1의 단계 21), 반응기 내에 잔류하는 상기 실리콘 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고(도 1의 단계 23), 상기 반응기에 산화 가스를 주입하고(도 1의 단계 25), 상기 반응기 내부를 정화하는 단계(도 1의 단계 27)를 포함할 수 있다.The silicon oxide film formation cycle 20 is repeated Q times on the substrate having the hafnium (Hf) oxide film to form a hafnium silicate film. The silicon oxide film forming cycle 20 injects a silicon source gas (step 21 of FIG. 1), discharges the silicon source gas remaining in the reactor to purify the inside of the reactor (step 23 of FIG. 1), and the reactor Injecting an oxidizing gas (step 25 of FIG. 1), and purifying the inside of the reactor (step 27 of FIG. 1).

구체적으로, 본 발명의 실시 예들에서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 방법과 동일한 방법으로 상기 하프늄 실리케이트막을 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 실리콘 원료 가스는 TDMAS {tris(dimethylamino)silane; [(CH3)2N]3SiH}를 사용할 수 있다. 상기 실리콘 원료 가스가 상기 TDMAS 인 경우 상기 산화 가스는 오존(O3)을 이용할 수 있다. 그 결과, 상기 하프늄(Hf) 산화막 및 상기 실리콘산화막은 서로 반응하여 상기 하프늄 실리케이트막이 형성된다. 원하는 조성비를 갖는 상기 하프늄 실리케이트막이 형성되었는지 확인한다. 상기 기판 상에 원하는 조성비를 갖는 상기 하프늄 실리케이트막이 형성될 때 까지 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)을 Q회 반복한다(도 1의 단계 29). 여기서, 상기 Q는 1 이상 10 이하의 정수이다. 즉, 상기 Q회는 1회 이상 10회 이하인 것이 바람직하다.Specifically, in the embodiments of the present invention, the hafnium silicate film may be formed by the same method as described with reference to FIGS. 1 and 2. For example, the silicon source gas may include TDMAS {tris (dimethylamino) silane; [(CH 3 ) 2 N] 3 SiH} can be used. When the silicon source gas is the TDMAS, the oxidizing gas may use ozone (O 3 ). As a result, the hafnium (Hf) oxide film and the silicon oxide film react with each other to form the hafnium silicate film. It is confirmed whether the hafnium silicate film having a desired composition ratio is formed. The silicon oxide film formation cycle 20 is repeated Q times until the hafnium silicate film having a desired composition ratio is formed on the substrate (step 29 in FIG. 1). Here, Q is an integer of 1 or more and 10 or less. That is, it is preferable that the said Q times are 1 time or more and 10 times or less.

본 발명의 몇몇 실시 예들에 따른 상기 하프늄 실리케이트막 형성방법에 있어서, 상기 K회 및 상기 Q회는 각각 10회를 넘지 않도록 하는 것이 매우 중요하다. 예를 들면, 상기 K는 1 이상 3 이하 이고 상기 Q는 1일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 K는 3 이고 상기 Q는 1일 수 있다. 상기 K회가 10회 이상이 될 경우, 상술한 바와 같이, 상기 하프늄 산화막 형성 사이클(10)에서 형성되는 상기 하프늄 산화막은 안정된 화학적 상태를 갖게 된다. 상기 안정된 화학적 상태를 갖는 하프늄 산화막은 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)에서 상기 하프늄 실리케이트 막의 형성을 어렵게 한다. 즉, 상기 안정된 화학적 상태를 갖는 하프늄 산화막 상에 상기 실리콘산화막이 분리 적층되거나, 상기 안정된 화학적 상태를 갖는 하프늄 산화막으로 인하여 상기 실리콘산화막 형성반응이 일어나지 않을 수 있다. 또한, 상기 Q회를 10회 이상 진행할 경우 상기 하프늄 실리케이트막 상에는 상기 TDMAS {tris(dimethylamino)silane; [(CH3)2N]3SiH} 가스를 공급하여도 상기 실리콘을 함유하는 화학흡착층이 형성되지 않는다. 즉, 상기 Q회를 10회 이상 진행하여도 상기 하프늄 실리케이트 막은 더 이상 형성되지 않는다. 상기 하프늄 실리케이트막은 화학식 HfxSi1-xO2 로 표시할 수 있다. 여기서, 상기 "x"는 하프늄(Hf) 원소의 조성비를 나타낸다. 상기 K회 및 상기 Q회를 조합하여 상기 "x"는 0.10 ~ 0.95 가 되도록 조절할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 "x"는 0.65 ~ 0.85 가 되도록 조절할 수 있다. 즉, 상기 K회 및 상기 Q회를 조절하여 상기 기판 상에 원하는 조성비를 갖는 상기 하프늄 실리케이트(HfxSi1-xO2) 막을 형성할 수 있다.In the hafnium silicate film forming method according to some embodiments of the present invention, it is very important that the K times and the Q times do not exceed 10 times, respectively. For example, K may be 1 or more and 3 or less and Q may be 1. More preferably, K is 3 and Q may be 1. When the K times is 10 or more times, as described above, the hafnium oxide film formed in the hafnium oxide film forming cycle 10 has a stable chemical state. The hafnium oxide film having the stable chemical state makes it difficult to form the hafnium silicate film in the silicon oxide film forming cycle 20. That is, the silicon oxide film may be separated and laminated on the hafnium oxide film having the stable chemical state, or the silicon oxide film forming reaction may not occur due to the hafnium oxide film having the stable chemical state. In addition, when the Q cycle is performed 10 times or more, the TDMAS {tris (dimethylamino) silane; Even when the [(CH 3 ) 2 N] 3 SiH} gas is supplied, the chemisorption layer containing the silicon is not formed. In other words, the hafnium silicate film is no longer formed even if the Q is performed 10 times or more. The hafnium silicate film may be represented by the formula Hf x Si 1-x O 2 . Here, "x" represents the composition ratio of the hafnium (Hf) element. By combining the K times and the Q times, the "x" may be adjusted to be 0.10 to 0.95. More preferably, the "x" may be adjusted to be 0.65 to 0.85. That is, the hafnium silicate (Hf x Si 1-x O 2 ) having a desired composition ratio on the substrate by adjusting the K times and the Q times. A film can be formed.

상기 금속 실리케이트막 형성 사이클에서 설명된 바와 같이, 하프늄 실리케이트막 형성 사이클은 상기 하프늄 산화막 형성 사이클(10)을 K회 반복하는 단계 및 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)을 Q회 반복하는 단계를 구비한다. 계속하여, 상기 하프늄 실리케이트막의 두께를 확인한다(도 1의 단계 39). 상기 기판 상에 원하는 두께의 상기 하프늄 실리케이트막이 형성될 때 까지 상기 하프늄 실리케이트막 형성 사이클을 적어도 1회 실시한다. 즉, 상기 기판 상에 원하는 두께의 상기 하프늄 실리케이트막이 형성될 때 까지 상기 하프늄 산화막 형성 사이클(10)을 K회 반복하는 단계 및 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)을 Q회 반복하는 단계를 적어도 1회 실시한다.As described in the metal silicate film formation cycle, the hafnium silicate film formation cycle comprises repeating the hafnium oxide film formation cycle 10 times and repeating the silicon oxide film formation cycle 20 times. . Subsequently, the thickness of the hafnium silicate film is checked (step 39 of FIG. 1). The hafnium silicate film formation cycle is performed at least once until the hafnium silicate film having a desired thickness is formed on the substrate. That is, repeating the hafnium oxide film formation cycle 10 times and repeating the silicon oxide film formation cycle 20 times at least once until the hafnium silicate film having a desired thickness is formed on the substrate. Conduct.

<실험 예들>Experimental Examples

도 3 은 본 발명의 실시 예에 따라 반도체기판 상에 형성된 하프늄 실리케이트막의 두께를 측정한 그래프이다. 도 3의 그래프에서 수평축(P)은 상기 반도체기판 상의 측정위치를 나타내고, 상기 반도체기판의 중심(center)에서 아래(bottom)로 7mm 간격으로 배치되었다. 도 3의 그래프에서 수직축(T)은 측정된 두께(thickness)를 나타내고, 눈금의 단위는 Å이다. 도 3에 도시된 실험 예들에 있어서, 상기 하프늄 실리케이트막을 형성하기 위한 공정조건 중 반응기 온도는 320℃, 증착 압력은 0.2torr 로 동일하게 설정하였다. 또한, 하프늄 원료 가스가 공급되는 펄스 시간을 0.2초로 동일하게 하였다.3 is a graph measuring the thickness of a hafnium silicate film formed on a semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention. In the graph of FIG. 3, the horizontal axis P represents a measurement position on the semiconductor substrate and is disposed at a distance of 7 mm from the center of the semiconductor substrate to the bottom. In the graph of FIG. 3, the vertical axis T represents the measured thickness, and the unit of scale is Å. In the experimental examples illustrated in FIG. 3, the reactor temperature was set to 320 ° C. and the deposition pressure was 0.2 tortor in the process conditions for forming the hafnium silicate film. In addition, the pulse time to which a hafnium source gas is supplied was made the same at 0.2 second.

도 3을 참조하면, 곡선 A는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 방법에서 K는 1 Q는 3으로 설정하고 상기 하프늄 실리케이트막 형성 사이클을 40회 반복한 결과를 도시한 것이다. 이때, 상기 하프늄(Hf) 산화막 형성 사이클(10)에서 상기 하프늄 원료 가스는 TEMAH를 사용하고, 상기 산화 가스는 오존을 사용하였다. 또한, 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)에서 상기 실리콘 원료 가스는 HCD를 사용하고, 상기 산화 가스는 H2O를 이용하였다. 그 결과, 곡선 A에 도시된 바와 같이, 하프늄 실리케이트막(HfxSi1-xO2)이 50Å 두께로 형성되었다.Referring to FIG. 3, curve A shows the result of repeating the hafnium silicate film formation cycle 40 times in the method described with reference to FIGS. 1 and 2, where K is 1 Q is set to 3. At this time, in the hafnium (Hf) oxide film formation cycle 10, the hafnium source gas used TEMAH, and the oxidizing gas used ozone. In the silicon oxide film formation cycle 20, HCD was used as the silicon source gas and H 2 O was used as the oxidizing gas. As a result, as shown in curve A, a hafnium silicate film (Hf x Si 1-x O 2 ) was formed to a thickness of 50 kHz.

곡선 B는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 방법에서 K만 40으로 설정, 즉 상기 하프늄(Hf) 산화막 형성 사이클(10)만 40회 진행한 후 형성된 하프늄 산화막(HfO2)의 두께를 측정한 결과이다. 이때, 상기 하프늄 원료 가스는 TEMAH, 상기 산화 가스는 오존을 사용하였다. 이 경우 하프늄산화막(HfO2)이 곡선 B에 보이는 바와 같이 38Å 두께로 형성 되었다.Curve B is set to only 40 in the method described with reference to FIGS. 1 and 2, that is, the thickness of the hafnium oxide film HfO 2 formed after only 40 hafnium (Hf) oxide formation cycles 10 has been performed. One result. In this case, the hafnium source gas was TEMAH, and the oxidizing gas was ozone. In this case, a hafnium oxide film (HfO 2 ) was formed to have a thickness of 38 kHz as shown in curve B. FIG.

곡선 C는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 방법에서 K를 40으로 설정, 즉 상기 하프늄(Hf) 산화막 형성 사이클(10)을 40회 진행하여 하프늄산화막(HfO2)을 형성한 후, 연속하여, 상기 하프늄산화막(HfO2)을 갖는 반도체기판 상에 Q를 40으로 설정, 즉 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)을 40회 추가 진행하여 형성된 박막의 두께를 측정한 결과이다. 이때, 상기 하프늄(Hf) 산화막 형성 사이클(10)에서 상기 하프늄 원료 가스는 TEMAH를 사용하고, 상기 산화 가스는 오존을 사용하였다. 또한, 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)에서 상기 실리콘 원료 가스는 HCD를 사용하고, 상기 산화 가스는 H2O를 이용하였다. 그 결과, 곡선 C에 도시된 바와 같이, 상기 38Å 두께를 갖는 하프늄산화막(HfO2) 상에 더 이상의 박막은 형성되지 않았다. 즉, 상기 K회가 40회인 경우, 상술한 바와 같이, 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)을 추가 진행하여도 상기 하프늄 실리케이트막은 형성되지 않았다.Curve C is continuous after setting K to 40 in the method described with reference to FIGS. 1 and 2, that is, going through the hafnium (Hf) oxide formation cycle 10 for 40 times to form hafnium oxide (HfO 2 ). As a result, the thickness of the thin film formed by setting Q to 40 on the semiconductor substrate having the hafnium oxide film HfO 2 , that is, performing the silicon oxide film forming cycle 20 additionally 40 times is measured. At this time, in the hafnium (Hf) oxide film formation cycle 10, the hafnium source gas used TEMAH, and the oxidizing gas used ozone. In the silicon oxide film formation cycle 20, HCD was used as the silicon source gas and H 2 O was used as the oxidizing gas. As a result, as shown in curve C, no further thin film was formed on the hafnium oxide film (HfO 2 ) having the thickness of 38 kPa. That is, when the K times is 40 times, as described above, even if the silicon oxide film forming cycle 20 is further performed, the hafnium silicate film is not formed.

도 3에 도시된 실험 예들에 따르면, 상기 K회 및 Q회를 각각 10회 이하에서 적절히 조절함으로써 소정 두께를 갖는 하프늄 실리케이트막을 형성할 수 있음을 알 수 있다.According to the experimental examples shown in FIG. 3, it can be seen that a hafnium silicate film having a predetermined thickness can be formed by appropriately adjusting the K times and the Q times each 10 times or less.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 금속 원료 가스 주입 시간에 따라 형성되는 금속 실리케이트막의 두께를 비교한 그래프이다. 도 4 내지 도 6의 그래프에서 수평축(P)은 상기 반도체기판 상의 측정위치를 나타내고, 상기 반도체기판의 중심(center)에서 아래(bottom)로 7mm 간격으로 배치되었다. 도 4 내지 도 6의 그래프에서 수직축(T)은 측정된 두께(thickness)를 나타내고, 눈금의 단위는 Å이다. 이때, 본 발명의 실시 예들에 따르는 하프늄 실리케이트막을 형성하였으며, 증착 조건 중 반응기 온도 및 압력은 각각 320℃ 및 0.2torr로 모두 동일한 조건으로 하고 상기 금속 원료 가스의 주입 시간만 달리하였다. 상술한 바와 같이, 상기 하프늄 실리케이트막 형성 사이클은 상기 하프늄(Hf) 산화막 형성 사이클(10)을 K회 반복하는 단계 및 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)을 Q회 반복하는 단계를 구비한다. 상기 하프늄(Hf) 산화막 형성 사이클(10)에서 상기 하프늄 원료 가스는 TEMAH를 사용하고, 상기 산화 가스는 오존을 사용하였다. 또한, 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)에서 상기 실리콘 원료 가스는 HCD를 사용하고, 상기 산화 가스는 H2O를 이용하였다.4 to 6 is a graph comparing the thickness of the metal silicate film formed according to the metal raw material gas injection time of the present invention. In the graphs of FIGS. 4 to 6, the horizontal axis P represents a measurement position on the semiconductor substrate, and is disposed at a distance of 7 mm from the center of the semiconductor substrate to the bottom. In the graphs of FIGS. 4 to 6, the vertical axis T represents measured thickness, and the unit of scale is Å. At this time, the hafnium silicate film according to the embodiments of the present invention was formed, the reactor temperature and pressure of the deposition conditions are all the same conditions of 320 ℃ and 0.2torr, respectively, and only the injection time of the metal raw material gas was different. As described above, the hafnium silicate film forming cycle includes repeating the hafnium (Hf) oxide film forming cycle 10 times and repeating the silicon oxide film forming cycle 20 times. In the hafnium (Hf) oxide film formation cycle 10, the hafnium source gas used TEMAH, and the oxidized gas used ozone. In the silicon oxide film formation cycle 20, HCD was used as the silicon source gas and H 2 O was used as the oxidizing gas.

도 4는 상기 TEMAH를 공급하는 펄스 시간을 0.2초로 실시할 경우 형성된 하프늄 실리케이트막의 두께 분포를 나타낸 그래프이다. 도 4를 참조하면, 상기 반도체기판의 중심(center) 및 아래(bottom)에 있어서 상기 하프늄 실리케이트막의 두께 변화가 거의 없이 46Å 정도로 균일하게 나타났다.4 is a graph showing the thickness distribution of the hafnium silicate film formed when the pulse time for supplying the TEMAH is 0.2 seconds. Referring to FIG. 4, the thickness of the hafnium silicate film was uniformly about 46 kV at the center and the bottom of the semiconductor substrate.

도 5는 상기 TEMAH를 공급하는 펄스 시간을 0.1초로 실시한 그래프로, 도 4의 결과와는 달리 상기 하프늄 실리케이트막의 두께가 상기 반도체기판의 중심(center)에서는 거의 일정한데 반해 상기 반도체기판의 아래(bottom)로 갈수록 감소한다. 특히, 상기 반도체기판의 중심(center)으로부터의 거리 70㎜ 지점부터 상기 하프늄 실리케이트막의 두께가 급격히 감소하는 경향(E)을 보인다.FIG. 5 is a graph showing a pulse time for supplying the TEMAH at 0.1 second. Unlike the result of FIG. 4, the thickness of the hafnium silicate film is almost constant at the center of the semiconductor substrate, whereas the bottom of the semiconductor substrate is lower. Decreases to). In particular, the thickness (E) of the hafnium silicate film rapidly decreases from a distance of 70 mm from the center of the semiconductor substrate.

도 6은 상기 TEMAH를 공급하는 펄스 시간을 0.05초로 실시한 그래프로, 상기 하프늄 실리케이트막의 두께가 상기 반도체기판의 중심(center)에서는 거의 일정한데 반해 상기 반도체기판의 아래(bottom)로 갈수록 더욱 감소한다. 특히, 상기 반도체기판의 중심(center)으로부터의 거리 42㎜ 지점부터 상기 하프늄 실리케이트막의 두께가 급격히 감소하는 경향(E)을 보인다. 이는 상기 TEMAH를 공급하는 펄스 시간이 너무 짧아 상기 반도체기판의 아래(bottom) 부분까지 상기 TEMAH 가 충분히 공급되지 못하기 때문인 것으로 추정된다.FIG. 6 is a graph in which the pulse time for supplying the TEMAH is performed at 0.05 seconds. The thickness of the hafnium silicate film is substantially constant at the center of the semiconductor substrate, and decreases further toward the bottom of the semiconductor substrate. In particular, the thickness (E) of the hafnium silicate film decreases rapidly from the point of 42 mm from the center of the semiconductor substrate. This is presumably because the pulse time for supplying the TEMAH is so short that the TEMAH is not sufficiently supplied to the bottom portion of the semiconductor substrate.

도 4 내지 도 6의 결과에서 알 수 있는 바와 같이 상기 TEMAH를 공급하는 펄스 시간은 0.2초 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 TEMAH를 공급하는 펄스 시간은 0.2 ~ 2초로 설정할 수 있다.As can be seen from the results of Figs. 4 to 6, the pulse time for supplying the TEMAH is preferably set to 0.2 seconds or more. For example, the pulse time for supplying the TEMAH may be set to 0.2 to 2 seconds.

도 7은 본 발명에 의한 금속 실리케이트막 형성 시 금속 원료 가스 및 실리콘 원료 가스의 주입량에 따른 증착 두께를 나타낸 그래프이다. 도 7의 그래프에서 수평축(F)은 원료 가스의 주입량을 나타내고, 도 7의 그래프에서 수직축(T)은 증착 두께를 나타낸다.7 is a graph illustrating deposition thicknesses according to injection amounts of a metal source gas and a silicon source gas when the metal silicate film is formed according to the present invention. In the graph of FIG. 7, the horizontal axis F represents the injection amount of source gas, and in the graph of FIG. 7, the vertical axis T represents the deposition thickness.

도 7을 참조하면, 상기 원료 가스들의 주입량이 증가함에 따라 상기 금속 실리케이트막의 두께는 곡선 S와 같이 변한다. 구체적으로, 곡선 S는 상기 원료 가스들의 주입량이 증가함에 따라 상기 기판 상에 증착되는 금속 실리케이트막의 두께가 증가하는 구간, 즉, 불포화 영역(unsaturated region)을 가진다. 또한, 곡선 S는 상기 원료 가스들의 주입량이 충분하여 더 이상 상기 기판 상에 증착되는 금속 실리케이트막의 두께 증가가 일어나지 않는 구간, 즉, 포화 영역(saturated region)을 가진다. 그러므로 상기 불포화 영역에서 상기 원료 가스의 공급량을 적절히 조절하면 증착 두께를 제어할 수 있으며, 이에 따라 상기 금속 실리케이트막 내의 조성비를 조절할 수 있다.Referring to FIG. 7, as the injection amount of the source gases increases, the thickness of the metal silicate film changes as shown by curve S. FIG. Specifically, the curve S has a section in which the thickness of the metal silicate film deposited on the substrate increases as the injection amount of the source gases increases, that is, an unsaturated region. Further, the curve S has a section in which the injection amount of the source gases is sufficient so that the thickness increase of the metal silicate film deposited on the substrate no longer occurs, that is, a saturated region. Therefore, by appropriately adjusting the supply amount of the source gas in the unsaturated region, it is possible to control the deposition thickness, thereby adjusting the composition ratio in the metal silicate film.

예를 들어, 금속 원소의 조성비가 높은 금속 실리케이트막을 형성하기 위해서는 상기 금속 원료 가스의 공급량을 상기 포화 영역에 해당하는 만큼 공급하고, 상기 실리콘 원료 가스의 공급량은 상기 불포화 영역에 해당하는 범위에서 공급할 수 있다. 이와 반대로, 실리콘 원소의 조성비가 높은 금속 실리케이트막을 형성하기 위해서는 상기 금속 원료 가스의 공급량을 상기 불포화 영역에 해당하는 만큼 공급하고, 상기 실리콘 원료 가스의 공급량은 상기 포화 영역에 해당하는 범위에서 공급할 수 있다.For example, in order to form a metal silicate film having a high composition ratio of metal elements, the supply amount of the metal source gas may be supplied as much as the saturated region, and the supply amount of the silicon source gas may be supplied in the range corresponding to the unsaturated region. have. On the contrary, in order to form a metal silicate film having a high composition ratio of silicon element, the supply amount of the metal source gas may be supplied as much as the unsaturated region, and the supply amount of the silicon source gas may be supplied in the range corresponding to the saturation region. .

도 8 내지 도 11은 본 발명에 따라 증착된 하프늄 실리케이트막(HfxSi1-xO2)의 XPS(X-Ray photoelectron spectroscopy) 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 도 8 내지 도 11에 있어서 수평축(M)은 상기 XPS의 스퍼터 시간(sputter time)을 나타내며 눈금의 단위는 분(minute)이고, 수직축(A)은 원자조성비(atomic concentration)이며 단위는 % 이다.8 to 11 are graphs showing the results of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis of a hafnium silicate film (Hf x Si 1-x O 2 ) deposited according to the present invention. 8 to 11, the horizontal axis M represents the sputter time of the XPS, and the scale unit is minutes, the vertical axis A is an atomic concentration ratio, and the unit is%.

상기 하프늄 실리케이트막의 증착조건 중 반응기 온도 및 압력은 각각 320℃ 및 0.2torr의 동일한 조건으로 하였다. 상기 하프늄(Hf) 산화막 형성 사이클(10)에서 상기 하프늄 원료 가스는 TEMAH를 사용하고, 상기 산화 가스는 오존을 사용하였다. 또한, 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)에서 상기 실리콘 원료 가스는 HCD를 사용하고, 상기 산화 가스는 H2O를 이용하였다. 상기 하프늄 실리케이트막 형성 사이클은 도 8 내지 도 11 모두 각각 80회 실시하였다. 상술한 바와 같이, 상기 하프늄 실리케이트막 형성 사이클은 상기 하프늄(Hf) 산화막 형성 사이클(10)을 K회 반복하는 단계 및 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)을 Q회 반복하는 단계를 구비한다. 도 8 내지 도 11에 있어서 상기 K회 및 상기 Q회는 서로 다르게 설정하였다.Reactor temperature and pressure in the deposition conditions of the hafnium silicate film was set to the same conditions of 320 ℃ and 0.2torr, respectively. In the hafnium (Hf) oxide film formation cycle 10, the hafnium source gas used TEMAH, and the oxidized gas used ozone. In the silicon oxide film formation cycle 20, HCD was used as the silicon source gas and H 2 O was used as the oxidizing gas. The hafnium silicate film formation cycle was performed 80 times in each of FIGS. 8 to 11. As described above, the hafnium silicate film forming cycle includes repeating the hafnium (Hf) oxide film forming cycle 10 times and repeating the silicon oxide film forming cycle 20 times. In FIGS. 8 to 11, the K times and the Q times are set differently.

상기 XPS(X-Ray photoelectron spectroscopy) 분석 과정에서 발생할 수 있는 시편의 표면오염 가능성을 배제하기 위하여, 스퍼터 시작 후 2분에서 14분 사이의 구간측정결과를 유효구간(D)으로 하여 상기 하프늄 실리케이트막(HfxSi1-xO2 )의 조성비 해석에 이용하였다. 상기 유효구간(D)에서 도 8 내지 도 11에 나타난 바와 같이 탄소(C) 및 염소(Cl)의 조성비는 모두 0.5% 이하로 나타났다.In order to exclude the possibility of surface contamination of the specimen which may occur during the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis, the hafnium silicate film was formed using the interval measurement result between 2 and 14 minutes after the start of the sputter as the effective period (D) It was used for the composition ratio analysis of (Hf x Si 1-x O 2 ). As shown in FIGS. 8 to 11 in the effective period (D), the composition ratios of carbon (C) and chlorine (Cl) were all 0.5% or less.

도 8을 참조하면, 도 8은 K=1, Q=3으로 하여 형성된 하프늄 실리케이트막(HfxSi1-xO2)의 XPS 분석 결과이다. 상기 유효구간(D)을 해석하면 상기 하프늄 실리케이트막(HfxSi1-xO2)은 Hf = 17.8, Si = 17.9, O = 63.8로 조성되었음을 알 수 있다. 이때, 실리콘에 대한 하프늄의 조성비 "x"는 0.50 ㅁ 0.03으로 나타났다.Referring to FIG. 8, FIG. 8 is an XPS analysis result of a hafnium silicate film (Hf x Si 1-x O 2 ) formed with K = 1 and Q = 3. Analyzing the effective period (D), it can be seen that the hafnium silicate film (Hf x Si 1-x O 2 ) is composed of Hf = 17.8, Si = 17.9, and O = 63.8. At this time, the composition ratio "x" of hafnium to silicon was found to be 0.50 ㅁ 0.03.

도 9를 참조하면, 도 9는 K=1, Q=1로 하여 형성된 하프늄 실리케이트막(HfxSi1-xO2)의 XPS 분석 결과이다. 상기 유효구간(D)을 해석하면 상기 하프늄 실리케이트막(HfxSi1-xO2)은 Hf = 21.9, Si = 14.3, O = 62.2로 조성되었음을 알 수 있다. 이때, 실리콘에 대한 하프늄의 조성비 "x"는 0.61 ㅁ 0.04로 나타났다.Referring to FIG. 9, FIG. 9 is an XPS analysis result of a hafnium silicate film (Hf x Si 1-x O 2 ) formed by K = 1 and Q = 1. Analyzing the effective period (D), it can be seen that the hafnium silicate film (Hf x Si 1-x O 2 ) is composed of Hf = 21.9, Si = 14.3, and O = 62.2. At this time, the composition ratio "x" of hafnium to silicon was found to be 0.61 ㅁ 0.04.

도 10을 참조하면, 도 10은 K=3, Q=1로 하여 형성된 하프늄 실리케이트막(HfxSi1-xO2)의 XPS 분석 결과이다. 상기 유효구간(D)을 해석하면 상기 하프늄 실리케이트막(HfxSi1-xO2)은 Hf = 29.2, Si = 9.8, O = 58.7로 조성되었음을 알 수 있다. 이때, 실리콘에 대한 하프늄의 조성비 "x"는 0.75 ㅁ 0.03으로 나타났다.Referring to FIG. 10, FIG. 10 is an XPS analysis result of a hafnium silicate film (Hf x Si 1-x O 2 ) formed when K = 3 and Q = 1. Analyzing the effective period D, it can be seen that the hafnium silicate film (Hf x Si 1-x O 2 ) is composed of Hf = 29.2, Si = 9.8, and O = 58.7. At this time, the composition ratio "x" of hafnium to silicon was 0.75 ㅁ 0.03.

도 11을 참조하면, 도 11은 K=5, Q=1로 하여 형성된 하프늄 실리케이트막(HfxSi1-xO2)의 XPS 분석 결과이다. 상기 유효구간(D)을 해석하면 상기 하프늄 실리케이트막(HfxSi1-xO2)은 Hf = 30.7, Si = 8.0, O = 60.3으로 조성되었음을 알 수 있다. 이때, 실리콘에 대한 하프늄의 조성비 "x"는 0.80 ㅁ 0.05로 나타났다.Referring to FIG. 11, FIG. 11 is an XPS analysis result of a hafnium silicate film (Hf x Si 1-x O 2 ) formed when K = 5 and Q = 1. Analyzing the effective period (D), it can be seen that the hafnium silicate film (Hf x Si 1-x O 2 ) is composed of Hf = 30.7, Si = 8.0, and O = 60.3. At this time, the composition ratio "x" of hafnium to silicon was 0.80 ㅁ 0.05.

상기 XPS 분석 결과를 참조하면, 도 1 및 도 2의 상기 하프늄 실리케이트막 형성 사이클에서 K 및 Q를 적절히 조절함으로써 하프늄 실리케이트막 내의 하프늄과 실리콘의 조성비를 조절할 수 있음을 알 수 있다. 이때, 상기 금속 원소인 하프늄(Hf)의 조성비가 높을 경우 유전율은 높아지는 반면, 캐리어(carrier)의 이동도(mobility)는 저하된다. 상기 이동도(mobility) 저하는 트랜지스터의 스위칭 특성을 저하시키는 문제점이 있다. 이와 반대로, 상기 실리콘 원소에 비해 상기 하프늄(Hf)의 조성비가 낮을 경우에는 상기 이동도(mobility)가 향상되는 반면 유전율이 낮아지므로, 상기 K 및 Q를 적절히 조절해야 한다.Referring to the XPS analysis result, it can be seen that the composition ratio of hafnium and silicon in the hafnium silicate film can be controlled by appropriately adjusting K and Q in the hafnium silicate film forming cycles of FIGS. 1 and 2. At this time, when the composition ratio of the hafnium (Hf), the metal element, is high, the dielectric constant is increased while the mobility of the carrier is reduced. The decrease in mobility has a problem of lowering the switching characteristics of the transistor. On the contrary, when the composition ratio of hafnium (Hf) is lower than that of the silicon element, the mobility (mobility) is improved while the dielectric constant is low, so that the K and Q must be properly adjusted.

도 12는 본 발명의 하프늄 실리케이트막 형성 사이클 반복에 따른 두께 증가를 보여주는 그래프이다. 도 12의 그래프에서 수평축(C)은 상기 하프늄 실리케이트막 형성 사이클의 반복횟수(number of cycle)를 나타내고, 수직축(T)은 측정된 두께(thickness)를 나타낸다. 상기 하프늄(Hf) 산화막 형성 사이클(10)에서 상기 하프늄 원료 가스는 TEMAH를 사용하고, 상기 산화 가스는 오존을 사용하였으며, K=1 이다. 또한, 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)에서 상기 실리콘 원료 가스는 HCD를 사용하고, 상기 산화 가스는 H2O를 이용하였으며, Q=3 이다.12 is a graph showing an increase in thickness according to the hafnium silicate film formation cycle repetition of the present invention. In the graph of FIG. 12, the horizontal axis C represents the number of cycles of the hafnium silicate film formation cycle, and the vertical axis T represents the measured thickness. In the hafnium (Hf) oxide film formation cycle 10, the hafnium source gas used TEMAH, the oxidized gas used ozone, and K = 1. In addition, in the silicon oxide film forming cycle 20, the silicon source gas used HCD, and the oxidized gas used H 2 O, and Q = 3.

도 12를 참조하면, 상기 하프늄 실리케이트막 형성 사이클의 반복횟수 증가에 따라 상기 하프늄 실리케이트막의 두께는 선형적으로 증가하였으며, 직선의 방정식은 Y = 4.635 + 1.01797X 이다. 즉, 상기 하프늄 실리케이트막 형성 사이클의 반복횟수를 조절하여 상기 하프늄 실리케이트막의 두께를 미소하게 조절가능 하다.Referring to FIG. 12, the thickness of the hafnium silicate film linearly increased with increasing number of repetitions of the hafnium silicate film formation cycle, and the equation of the straight line was Y = 4.635 + 1.01797X. That is, the thickness of the hafnium silicate film can be minutely adjusted by controlling the repetition frequency of the hafnium silicate film formation cycle.

도 13은 본 발명에 따라 형성된 하프늄 실리케이트막을 모스 트랜지스터에 적용하였을 때 얻어지는 드레인 전류 열화특성도이다. 도 13의 그래프에서 수평축(S)은 상기 모스 트랜지스터에 인가된 스트레스 시간(stress time)을 나타내고 눈금의 단위는 초(sec)이다. 도 13의 그래프에서 수직축(ΔId)은 드레인 전류 열화율을 나타내고 눈금의 단위는 퍼센트(%)이다. 상기 드레인 전류 열화율은 초기 드레인 포화전류에 대한 상기 스트레스 시간(stress time) 경과 후 드레인 포화전류 차의 비율로 표시할 수 있다.13 is a drain current degradation characteristic diagram obtained when a hafnium silicate film formed in accordance with the present invention is applied to a MOS transistor. In the graph of FIG. 13, the horizontal axis S represents a stress time applied to the MOS transistor, and the unit of the scale is seconds. In the graph of FIG. 13, the vertical axis ΔI d represents a drain current deterioration rate and a unit of scale is a percentage (%). The drain current degradation rate may be expressed as the ratio of the drain saturation current difference after the stress time has elapsed with respect to the initial drain saturation current.

본 실험 예들에 사용된 모스 트랜지스터들은 모두 폭(width; W) 10um 및 길이(length; L) 0.13um 패턴을 사용하여 제작되었다. 또한, 상기 모스 트랜지스터들의 게이트유전막들은 모두 30Å 두께를 갖는 하프늄 실리케이트막들로 형성하였다. 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 하프늄 실리케이트막 형성 사이클은 상기 하프늄 산화막 형성 사이클(10)을 K회 반복하는 단계 및 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)을 Q회 반복하는 단계를 구비한다. 상기 하프늄(Hf) 산화막 형성 사이클(10)에서 상기 하프늄 원료 가스는 TEMAH를 사용하고, 상기 산화 가스는 오존을 사용하였다. 또한, 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)에서 상기 실리콘 원료 가스는 HCD를 사용하고, 상기 산화 가스는 H2O를 이용하였다. 상기 K 및 Q는 서로 다르게 조절하였다.The MOS transistors used in the experimental examples were all fabricated using a width (W) 10 um and a length (L) 0.13 um pattern. In addition, all of the gate dielectric layers of the MOS transistors are formed of hafnium silicate layers having a thickness of 30 Å. As described with reference to FIGS. 1 and 2, the hafnium silicate film formation cycle may include repeating the hafnium oxide film formation cycle 10 times and repeating the silicon oxide film formation cycle 20 times. Equipped. In the hafnium (Hf) oxide film formation cycle 10, the hafnium source gas used TEMAH, and the oxidized gas used ozone. In the silicon oxide film formation cycle 20, HCD was used as the silicon source gas and H 2 O was used as the oxidizing gas. The K and Q were adjusted differently.

본 실험 예들에 있어서, 상기 모스 트랜지스터들에 인가된 바이어스 조건은 각각 게이트전압(Vg) 3.0V 드레인 전위차(Vd) 3.0V 로 동일하게 하였다.In the present experimental examples, the bias conditions applied to the MOS transistors were equalized with the gate voltage Vg 3.0V and the drain potential difference Vd 3.0V, respectively.

도 13을 참조하면, 곡선 HS31은 상기 K=3 및 Q=1로 하여 형성된 하프늄 실리케이트막의 드레인 전류 열화특성이고, 곡선 HS51은 상기 K=5 및 Q=1로 하여 형성된 하프늄 실리케이트막의 드레인 전류 열화특성이며, 곡선 HS11은 상기 K=1 및 Q=1로 하여 형성된 하프늄 실리케이트막의 드레인 전류 열화특성이고, 곡선 HS13은 상기 K=1 및 Q=3으로 하여 형성된 하프늄 실리케이트막의 드레인 전류 열화특성 곡선이다.Referring to FIG. 13, the curve HS31 is a drain current degradation characteristic of the hafnium silicate film formed by K = 3 and Q = 1, and the curve HS51 is a drain current degradation characteristic of the hafnium silicate film formed by K = 5 and Q = 1. Curve HS11 is a drain current deterioration characteristic of the hafnium silicate film formed by K = 1 and Q = 1, and curve HS13 is a drain current deterioration characteristic curve of the hafnium silicate film formed by K = 1 and Q = 3.

도 13에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 실험 예들 모두 상기 드레인 전류 열화특성에 있어서 우수한 것으로 나타났다. 특히, 곡선 HS31, 즉 상기 K=3 및 Q=1로 하여 형성된 하프늄 실리케이트막의 드레인 전류 열화특성이 다른 곡선들에 비하여 가장 우수한 것으로 판명되었다. 도 10의 XPS 분석 결과를 참조하면, 상기 K=3 및 Q=1로 하여 형성된 상기 하프늄 실리케이트막(HfxSi1-xO2)은 실리콘에 대한 하프늄의 조성비 "x"가 0.75 ㅁ 0.03의 값을 갖는다. 바꾸어 말하면, 조성비 "x"가 0.75 ㅁ 0.03의 값을 갖는 하프늄 실리케이트막(HfxSi1-xO2)은 다른 조성비를 갖는 하프늄 실리케이트막에 비하여 상대적으로 우수한 상기 드레인 전류 열화특성을 보인다고 할 수 있다.As shown in FIG. 13, all of the experimental examples according to the present invention were excellent in the drain current degradation characteristics. In particular, the drain current deterioration characteristic of the hafnium silicate film formed by the curve HS31, that is, K = 3 and Q = 1, was found to be the best as compared with the other curves. Referring to the XPS analysis result of FIG. 10, the hafnium silicate film (Hf x Si 1-x O 2 ) formed by K = 3 and Q = 1 has a composition ratio “x” of hafnium to silicon of 0.75 W 0.03 Has a value. In other words, the hafnium silicate film (Hf x Si 1-x O 2 ) having a composition ratio "x" of 0.75 wh 0.03 exhibits a relatively excellent drain current degradation characteristic compared to the hafnium silicate film having a different composition ratio. have.

도 14는 본 발명에 따라 형성된 하프늄 실리케이트막을 모스 트랜지스터에 적용하였을 때 얻어지는 상호컨덕턴스(transconductance; Gm) 및 임계전압(Vth) 열화특성도이다. 도 13의 그래프에서 수평축(KQ)은 상기 하프늄 실리케이트막 형성 사이클에 설정된 상기 K 및 Q를 나타낸다. 예를 들어, 상기 수평축(KQ)의 점 5:1은 K=5, Q=1을 의미한다. 도 14의 그래프에서 제 1 수직축(ΔGm/Gm)은 상호컨덕턴스 열화율을 나타내고 눈금의 단위는 퍼센트(%)이다. 상기 상호컨덕턴스 열화율은 초기 상호컨덕턴스에 대한 스트레스 시간(stress time) 1000초 경과 후 상호컨덕턴스 차의 비율로 표시할 수 있다. 상기 상호컨덕턴스(transconductance; Gm)는 캐리어(carrier)의 이동도(mobility)와 선형적인 비례관계를 갖는다. 도 14의 그래프에서 제 2 수직축(ΔVth)은 임계전압 차를 나타내고 눈금의 단위는 V이다. 상기 임계전압 차는 초기 임계전압과 스트레스 시간(stress time) 1000초 경과 후 측정된 임계전압 간의 차로 표시할 수 있다.Fig. 14 is a diagram showing the transconductance (Gm) and threshold voltage (Vth) degradation characteristics obtained when the hafnium silicate film formed according to the present invention is applied to a MOS transistor. In the graph of FIG. 13, the horizontal axis KQ represents the K and Q set in the hafnium silicate film formation cycle. For example, point 5: 1 of the horizontal axis KQ means K = 5 and Q = 1. In the graph of FIG. 14, the first vertical axis ΔGm / Gm represents the mutual conductance deterioration rate and the unit of scale is percent (%). The mutual conductance deterioration rate may be expressed as a ratio of the mutual conductance difference after 1000 seconds of a stress time with respect to the initial mutual conductance. The transconductance (Gm) has a linear proportionality with the mobility of a carrier. In the graph of FIG. 14, the second vertical axis ΔVth represents a threshold voltage difference and the unit of the scale is V. In FIG. The threshold voltage difference may be expressed as a difference between an initial threshold voltage and a threshold voltage measured after 1000 seconds of a stress time.

본 실험 예들에 사용된 모스 트랜지스터들은 도 13의 실험 예들과 실질적으로 같은 공정조건하에 제작되었다. 또한, 본 실험 예들에 있어서, 상기 모스 트랜지스터들에 인가된 바이어스 조건은 각각 게이트전압(Vg) 3.0V 드레인 전위차(Vd) 3.0V 로 동일하게 하였다.Morse transistors used in the present experimental examples were manufactured under substantially the same process conditions as the experimental examples of FIG. 13. In addition, in the present experimental examples, the bias conditions applied to the MOS transistors were equal to the gate voltage Vg 3.0V drain potential difference Vd 3.0V, respectively.

도 14에서 곡선 G는 상호컨덕턴스 열화특성을 나타낸다. 곡선 G 및 수평축(KQ)의 점들 간의 교점을 참조하면, 상기 K=5 및 Q=1로 하여 형성된 하프늄 실리케이트막의 상호컨덕턴스 열화특성이 다른 조건들에 비하여 가장 우수한 것을 알 수 있다.Curve G in Fig. 14 shows the cross-conductance deterioration characteristics. Referring to the intersections between the points of the curve G and the horizontal axis KQ, it can be seen that the interconductivity deterioration characteristics of the hafnium silicate film formed by the above K = 5 and Q = 1 are superior to other conditions.

도 14에서 곡선 V는 임계전압 열화특성을 나타낸다. 곡선 V 및 수평축(KQ)의 점들 간의 교점을 참조하면, 상기 K=3 및 Q=1로 하여 형성된 하프늄 실리케이트막의 임계전압 열화특성이 다른 조건들에 비하여 가장 우수한 것을 알 수 있다.Curve V in Fig. 14 shows the threshold voltage degradation characteristics. Referring to the intersection between the points of the curve V and the horizontal axis KQ, it can be seen that the threshold voltage deterioration characteristics of the hafnium silicate film formed with K = 3 and Q = 1 are superior to other conditions.

도 15는 본 발명에 따라 형성된 하프늄 실리케이트막을 모스 트랜지스터에 적용하였을 때 얻어지는 핫 캐리어 주입(hot carrier injection; HCI) 동작수명(lifetime) 특성도이다. 도 15의 그래프에서 수평축(1/Vd)은 상기 모스 트랜지스터의 드레인 전위차에 대한 역수를 나타낸다. 도 15의 그래프에서 수직축(L)은 동작수명(lifetime)을 나타내고 눈금의 단위는 초(sec)이다.15 is a diagram illustrating a hot carrier injection (HCI) lifetime obtained when a hafnium silicate film formed according to the present invention is applied to a MOS transistor. In the graph of FIG. 15, the horizontal axis 1 / Vd represents an inverse of the drain potential difference of the MOS transistor. In the graph of FIG. 15, the vertical axis L represents a lifetime and the unit of the scale is seconds.

본 실험 예들에 사용된 모스 트랜지스터들은 도 13의 실험 예들과 실질적으로 같은 공정조건하에 제작되었다. 또한, 본 실험 예들에 있어서, 상기 모스 트랜지스터들에 인가된 게이트전압(Vg)은 3.0V 로 동일하게 하였다.Morse transistors used in the present experimental examples were manufactured under substantially the same process conditions as the experimental examples of FIG. 13. In addition, in the present experimental examples, the gate voltage Vg applied to the MOS transistors was equal to 3.0V.

도 15를 참조하면, 곡선 HS31은 상기 K=3 및 Q=1로 하여 형성된 하프늄 실리케이트막의 핫 캐리어 주입(hot carrier injection; HCI) 동작수명(lifetime) 특성이고, 곡선 HS51은 상기 K=5 및 Q=1로 하여 형성된 하프늄 실리케이트막의 핫 캐리어 주입(hot carrier injection; HCI) 동작수명(lifetime) 특성이며, 곡선 HS11은 상기 K=1 및 Q=1로 하여 형성된 하프늄 실리케이트막의 핫 캐리어 주입(hot carrier injection; HCI) 동작수명(lifetime) 특성이다.Referring to FIG. 15, curve HS31 is a hot carrier injection (HCI) lifetime characteristic of the hafnium silicate film formed by K = 3 and Q = 1, and curve HS51 is K = 5 and Q. Hot carrier injection (HCI) lifetime characteristics of the hafnium silicate film formed by = 1, and curve HS11 is a hot carrier injection of the hafnium silicate film formed by K = 1 and Q = 1. ; HCI) Lifetime characteristics.

도 15에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 실험 예들 모두 상기 핫 캐리어 주입(hot carrier injection; HCI) 동작수명(lifetime) 특성에 있어서 우수한 것으로 나타났다. 특히, 곡선 HS31, 즉 상기 K=3 및 Q=1로 하여 형성된 하프늄 실리케이트막의 핫 캐리어 주입(hot carrier injection; HCI) 동작수명(lifetime) 특성이 다른 곡선들에 비하여 가장 우수한 것으로 판명되었다. 도 10의 XPS 분석 결과를 참조하면, 상기 K=3 및 Q=1로 하여 형성된 상기 하프늄 실리케이트막(HfxSi1-xO2 )은 실리콘에 대한 하프늄의 조성비 "x"가 0.75 ㅁ 0.03의 값을 갖는다. 바꾸어 말하면, 조성비 "x"가 0.75 ㅁ 0.03의 값을 갖는 하프늄 실리케이트막(HfxSi1-xO 2)은 다른 조성비를 갖는 하프늄 실리케이트막에 비하여 상대적으로 우수한 상기 핫 캐리어 주입(hot carrier injection; HCI) 동작수명(lifetime) 특성을 보인다고 할 수 있다.As shown in FIG. 15, all of the experimental examples according to the present invention were excellent in the hot carrier injection (HCI) lifetime characteristics. In particular, the hot carrier injection (HCI) lifetime characteristics of the hafnium silicate film formed by the curve HS31, that is, K = 3 and Q = 1, were found to be the best as compared with the other curves. Referring to the XPS analysis result of FIG. 10, the hafnium silicate film (Hf x Si 1-x O 2 ) formed by K = 3 and Q = 1 has a composition ratio “x” of hafnium to silicon of 0.75 W 0.03 Has a value. In other words, the hafnium silicate film (Hf x Si 1-x O 2 ) having a composition ratio "x" of 0.75 wh 0.03 is relatively superior to the hafnium silicate film having a different composition ratio. HCI) shows the lifetime characteristics.

도 16은 본 발명에 따라 형성된 하프늄 실리케이트막을 n모스(nMOS) 트랜지스터에 적용하였을 때 얻어지는 피비티아이(positive bias temperature instability; PBTI) 동작수명(lifetime) 특성도이다. 도 16의 그래프에서 수평축(Vg)은 상기 n모스(nMOS) 트랜지스터의 게이트전압을 나타내고 눈금의 단위는 V이다. 도 16의 그래프에서 수직축(L)은 동작수명(lifetime)을 나타내고 눈금의 단위는 초(sec)이다.FIG. 16 is a diagram of a positive bias temperature instability (PBTI) lifetime obtained when a hafnium silicate film formed according to the present invention is applied to an nMOS transistor. In the graph of FIG. 16, the horizontal axis Vg represents the gate voltage of the nMOS transistor, and the scale unit is V. FIG. In the graph of FIG. 16, the vertical axis L represents a lifetime and the unit of the scale is seconds.

본 실험 예들에 사용된 n모스(nMOS) 트랜지스터들은 모두 폭(width; W) 10um 및 길이(length; L) 1um 패턴을 사용하여 제작되었다. 또한, 상기 n모스(nMOS) 트랜지스터들의 게이트유전막들은 모두 30Å 두께를 갖는 하프늄 실리케이트막들로 형성하였다. 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 하프늄 실리케이트막 형성 사이클은 상기 하프늄 산화막 형성 사이클(10)을 K회 반복하는 단계 및 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)을 Q회 반복하는 단계를 구비한다. 상기 하프늄(Hf) 산화막 형성 사이클(10)에서 상기 하프늄 원료 가스는 TEMAH를 사용하고, 상기 산화 가스는 오존을 사용하였다. 또한, 상기 실리콘산화막 형성 사이클(20)에서 상기 실리콘 원료 가스는 HCD를 사용하고, 상기 산화 가스는 H2O를 이용하였다. 상기 K 및 Q는 서로 다르게 조절하였다.The nMOS transistors used in the experimental examples were all fabricated using a width of 10 μm and a length of 1 μm of length L. In addition, the gate dielectric layers of the nMOS transistors are all formed of hafnium silicate layers having a thickness of 30 占 퐉. As described with reference to FIGS. 1 and 2, the hafnium silicate film formation cycle may include repeating the hafnium oxide film formation cycle 10 times and repeating the silicon oxide film formation cycle 20 times. Equipped. In the hafnium (Hf) oxide film formation cycle 10, the hafnium source gas used TEMAH, and the oxidized gas used ozone. In the silicon oxide film formation cycle 20, HCD was used as the silicon source gas and H 2 O was used as the oxidizing gas. The K and Q were adjusted differently.

본 실험 예들에 있어서, 상기 n모스(nMOS) 트랜지스터들에 인가된 드레인 전위차(Vd)는 50mV 로 동일하게 하였다. 또한, 상기 피비티아이(positive bias temperature instability; PBTI) 조건 중 온도는 125℃로 하였다.In the present experimental examples, the drain potential difference Vd applied to the nMOS transistors was equal to 50mV. In addition, the temperature in the positive bias temperature instability (PBTI) conditions was 125 ℃.

도 16을 참조하면, 곡선 HS31은 상기 K=3 및 Q=1로 하여 형성된 하프늄 실리케이트막의 피비티아이(positive bias temperature instability; PBTI) 동작수명(lifetime) 특성이고, 곡선 HS51은 상기 K=5 및 Q=1로 하여 형성된 하프늄 실리케이트막의 피비티아이(positive bias temperature instability; PBTI) 동작수명(lifetime) 특성이며, 곡선 HS11은 상기 K=1 및 Q=1로 하여 형성된 하프늄 실리케이트막의 피비티아이(positive bias temperature instability; PBTI) 동작수명(lifetime) 특성이고, 곡선 HS13은 상기 K=1 및 Q=3으로 하여 형성된 하프늄 실리케이트막의 피비티아이(positive bias temperature instability; PBTI) 동작수명(lifetime) 특성이다.Referring to FIG. 16, curve HS31 is a positive bias temperature instability (PBTI) lifetime characteristic of a hafnium silicate film formed by K = 3 and Q = 1, and curve HS51 is K = 5 and Q. PBITI (positive bias temperature instability) of the hafnium silicate film formed by = 1, and the curve HS11 is a positive bias temperature instability of the hafnium silicate film formed by K = 1 and Q = 1. (PBTI) lifetime lifetime, and curve HS13 is a positive bias temperature instability (PBTI) lifetime lifetime of the hafnium silicate film formed by K = 1 and Q = 3.

도 16에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 실험 예들 모두 상기 피비티아이(positive bias temperature instability; PBTI) 동작수명(lifetime) 특성에 있어서 우수한 것으로 나타났다. 특히, 곡선 HS31, 즉 상기 K=3 및 Q=1로 하여 형성된 하프늄 실리케이트막의 피비티아이(positive bias temperature instability; PBTI) 동작수명(lifetime) 특성이 다른 곡선들에 비하여 가장 우수한 것으로 판명되었다. 도 10의 XPS 분석 결과를 참조하면, 상기 K=3 및 Q=1로 하여 형성된 상기 하프늄 실리케이트막(HfxSi1-xO2)은 실리콘에 대한 하프늄의 조성비 "x"가 0.75 ㅁ 0.03의 값을 갖는다. 바꾸어 말하면, 조성비 "x"가 0.75 ㅁ 0.03의 값을 갖는 하프늄 실리케이트막(HfxSi1-xO2)은 다른 조성비를 갖는 하프늄 실리케이트막에 비하여 상대적으로 우수한 상기 피비티아이(positive bias temperature instability; PBTI) 동작수명(lifetime) 특성을 보인다고 할 수 있다.As shown in FIG. 16, all of the experimental examples according to the present invention were found to be excellent in the PBTI lifetime characteristics. In particular, the positive bias temperature instability (PBTI) lifetime of the hafnium silicate film formed by the curve HS31, i.e., K = 3 and Q = 1, was found to be superior to other curves. Referring to the XPS analysis result of FIG. 10, the hafnium silicate film (Hf x Si 1-x O 2 ) formed by K = 3 and Q = 1 has a composition ratio “x” of hafnium to silicon of 0.75 W 0.03 Has a value. In other words, the hafnium silicate film (Hf x Si 1-x O 2 ) having a composition ratio of "x" of 0.75 0.0 0.03 has a relatively excellent positive bias temperature instability compared to the hafnium silicate film having a different composition ratio; PBTI) shows a lifetime characteristic.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 금속 실리케이트막 형성 사이클은 금속 산화막 형성 사이클을 K회 반복하는 단계 및 실리콘산화막 형성 사이클을 Q회 반복하는 단계를 구비한다. 상기 K 및 Q는 각각 1 이상 10 이하의 정수이다. 상기 금속 실리케이트막 형성 사이클에서 상기 K 및 Q를 적절히 조절함으로써 금속 실리케이트막 내의 금속 과 실리콘의 조성비를 조절할 수 있다. 또한, 상기 금속 실리케이트막 형성 사이클 반복횟수를 조절하여 상기 금속 실리케이트막 두께를 미소하게 조절할 수 있다. 따라서 원자층 증착 기술을 이용하여 우수한 조성비 및 균일한 두께를 갖는 금속 실리케이트막을 형성할 수 있다.As described above, according to the present invention, the metal silicate film forming cycle includes repeating the metal oxide film forming cycle K times and repeating the silicon oxide film forming cycle Q times. K and Q are each an integer of 1 or more and 10 or less. By appropriately adjusting the K and Q in the metal silicate film formation cycle, the composition ratio of metal and silicon in the metal silicate film can be adjusted. In addition, the thickness of the metal silicate film may be minutely adjusted by controlling the number of times the metal silicate film forming cycle is repeated. Therefore, a metal silicate film having an excellent composition ratio and uniform thickness can be formed by using an atomic layer deposition technique.

도 1은 본 발명에 따른 원자층증착 기술에 의한 금속 실리케이트막 형성 방법을 보여주는 공정흐름도이다.1 is a process flow chart showing a method for forming a metal silicate film by atomic layer deposition according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법의 증착 사이클을 나타낸 구성도이다.2 is a block diagram showing a deposition cycle of a method for forming a metal silicate film using an atomic layer deposition technique according to the present invention.

도 3 은 본 발명의 실시 예에 따라 반도체기판 상에 형성된 하프늄 실리케이트막의 두께를 측정한 그래프이다.3 is a graph measuring the thickness of a hafnium silicate film formed on a semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 금속 원료 가스 주입 시간에 따라 형성된 금속 실리케이트막의 두께를 비교한 그래프이다.4 to 6 is a graph comparing the thickness of the metal silicate film formed according to the metal raw material gas injection time of the present invention.

도 7은 본 발명에 의한 금속 실리케이트막 형성 시 금속 원료 가스 및 실리콘 원료 가스의 주입량에 따른 증착 두께를 나타낸 그래프이다.7 is a graph illustrating deposition thicknesses according to injection amounts of a metal source gas and a silicon source gas when the metal silicate film is formed according to the present invention.

도 8 내지 도 11은 본 발명에 따라 증착된 하프늄 실리케이트막(HfxSi1-xO2)의 XPS(X-Ray photoelectron spectroscopy) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.8 to 11 are graphs showing the results of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis of a hafnium silicate film (Hf x Si 1-x O 2 ) deposited according to the present invention.

도 12는 본 발명의 하프늄 실리케이트막 형성 사이클 반복에 따른 두께 증가를 보여주는 그래프이다.12 is a graph showing an increase in thickness according to the hafnium silicate film formation cycle repetition of the present invention.

도 13은 본 발명의 실험 예들에 따른 드레인 전류 열화특성도이다.13 is a view illustrating drain current deterioration characteristics according to experimental examples of the present invention.

도 14는 본 발명의 실험 예들에 따른 상호컨덕턴스(transconductance; Gm) 및 임계전압(Vth) 열화특성도이다.14 is a diagram illustrating deterioration of transconductance (Gm) and threshold voltage (Vth) according to experimental examples of the present invention.

도 15는 본 발명의 실험 예들에 따른 핫 캐리어 주입(hot carrier injection; HCI) 동작수명(lifetime) 특성도이다.FIG. 15 is a diagram illustrating a hot carrier injection (HCI) lifetime characteristic according to experimental examples of the present invention. FIG.

도 16은 본 발명의 실험 예들에 따른 피비티아이(positive bias temperature instability; PBTI) 동작수명(lifetime) 특성도이다.FIG. 16 is a diagram of a positive bias temperature instability (PBTI) lifetime characteristic according to experimental examples of the present invention.

Claims (38)

기판을 반응기 내에 로딩하고,Load the substrate into the reactor, 상기 기판을 갖는 반응기 내에 금속 원료 가스를 주입하여 상기 기판 상에 상기 금속을 함유하는 화학흡착층을 형성하고,Injecting a metal raw material gas into the reactor having the substrate to form a chemisorption layer containing the metal on the substrate, 상기 반응기에 산화 가스를 주입하여 상기 금속을 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 상기 기판 상에 금속 산화막을 형성하고,Injecting an oxidizing gas into the reactor and reacting with a chemical adsorption layer containing the metal to form a metal oxide film on the substrate, 상기 금속 원료 가스를 주입하는 단계 내지 상기 금속 산화막을 형성하는 단계를 K회 반복하고,Injecting the metal raw material gas to forming the metal oxide film K times; 상기 반응기에 실리콘 원료 가스를 주입하여 상기 금속 산화막을 갖는 기판 상에 상기 실리콘을 함유하는 화학흡착층을 형성하고,Injecting a silicon raw material gas into the reactor to form a chemical adsorption layer containing the silicon on a substrate having the metal oxide film, 상기 반응기에 산화 가스를 주입하여 상기 금속 산화막 및 상기 실리콘을 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 금속 실리케이트막을 형성하고,Injecting an oxidizing gas into the reactor to react with the metal oxide film and the chemical adsorption layer containing the silicon to form a metal silicate film, 상기 실리콘 원료 가스를 주입하는 단계 내지 상기 금속 실리케이트막을 형성하는 단계를 Q회 반복하고,Injecting the silicon source gas to forming the metal silicate film Q times; 상기 금속 원료 가스를 주입하는 단계 내지 상기 금속 실리케이트막을 형성하는 단계를 적어도 1회 실시하여 원하는 두께의 금속 실리케이트막을 형성하는 것을 포함하는 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법.And injecting the metal source gas to forming the metal silicate film at least once to form a metal silicate film having a desired thickness. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속을 함유하는 화학흡착층을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 금속 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고,After the chemical adsorption layer containing the metal is formed, the metal source gas remaining in the reactor is discharged to purify the inside of the reactor, 상기 금속 산화막을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 산화 가스 및 반응 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고,After forming the metal oxide film, the oxidizing gas and reaction by-products remaining in the reactor are discharged to purify the inside of the reactor, 상기 실리콘을 함유하는 화학흡착층을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 실리콘 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고,After the chemical adsorption layer containing the silicon is formed, the silicon source gas remaining in the reactor is discharged to purify the inside of the reactor, 상기 금속 실리케이트막을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 산화 가스 및 반응 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하는 것을 더 포함하는 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법.And forming the metal silicate film, and then purifying the inside of the reactor by discharging the oxidizing gas and the reaction by-products remaining in the reactor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 K 또는 Q는 1 이상 10 이하인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법.The method of forming a metal silicate film using atomic layer deposition technology, wherein K or Q is 1 or more and 10 or less. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 K는 2 이상 5 이하이고 Q는 1 인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법.Wherein K is 2 or more and 5 or less and Q is 1 Method for forming a metal silicate film using an atomic layer deposition technique. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 K는 3 이고 Q는 1 인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법.Wherein K is 3 and Q is 1 characterized in that the metal silicate film forming method using atomic layer deposition technology. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반응기의 온도는 250℃ 내지 600℃ 인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법.The temperature of the reactor is 250 ℃ to 600 ℃ metal silicate film forming method using the atomic layer deposition technology, characterized in that. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 원료 가스는 MX4 구조를 갖는 물질로서, 상기 M은 Hf, Zr 및 Ti으로 구성된 일군에서 선택된 하나이고, 상기 X는 F, Cl, Br 및 I로 구성된 일군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법.The metal raw material gas is a material having an MX 4 structure, wherein M is one selected from the group consisting of Hf, Zr, and Ti, and X is one selected from the group consisting of F, Cl, Br, and I. Metal silicate film formation method using atomic layer deposition technology. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 원료 가스는 M(NRR')4 구조를 갖는 물질로서, 상기 M은 Hf, Zr 및 Ti으로 구성된 일군에서 선택된 하나이고, 상기 R은 H, Me, Et 및 iPr로 구성된 일군에서 선택된 하나이며, 상기 R'은 H, Me, Et 및 iPr로 구성된 일군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법.The metal source gas is a material having a M (NRR ') 4 structure, M is one selected from the group consisting of Hf, Zr and Ti, R is one selected from the group consisting of H, Me, Et and i Pr And wherein R 'is one selected from the group consisting of H, Me, Et and i Pr. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 원료 가스는 TEMAH {tetrakis (ethylmethylamino) hafnium ; Hf[ N(CH₃)C₂H5]₄}인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법.The metal raw material gas is TEMAH {tetrakis (ethylmethylamino) hafnium; Hf [N (CH₃) C₂H 5 ] ₄}. A method for forming a metal silicate film using atomic layer deposition technology. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 금속 원료 가스를 공급하는 펄스 시간은 0.2~2초인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법.The pulse time for supplying the metal raw material gas is 0.2 to 2 seconds, characterized in that the metal silicate film forming method using an atomic layer deposition technique. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 산화 가스는 H2O, O3, O2 및 H2O2로 구성된 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법.The oxidizing gas is at least one selected from the group consisting of H 2 O, O 3 , O 2 and H 2 O 2 A metal silicate film forming method using an atomic layer deposition technique. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실리콘 원료 가스는 SinX'2n+2 구조를 갖는 물질로, 상기 n=1~4, 상기 X'는 NCO, F, Cl, Br 및 I로 구성된 일군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법.The silicon source gas is a material having a structure of Si n X ′ 2n + 2 , wherein n = 1 to 4, and X ′ represents NCO, F, Cl, Br. And I selected from the group consisting of I. A method for forming a metal silicate film using an atomic layer deposition technique. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실리콘 원료 가스는 SinX'2n+2On-1 구조를 갖는 물질로, 상기 n=2~5, 상기 X'는 NCO, F, Cl, Br 및 I로 구성된 일군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법.The silicon source gas is a material having a structure of Si n X ′ 2n + 2 O n-1 , wherein n = 2 to 5 and X ′ represents NCO, F, Cl, Br. And I selected from the group consisting of I. A method for forming a metal silicate film using an atomic layer deposition technique. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실리콘 원료 가스는 SiX"n(NRR')4-n 구조를 갖는 물질로, 상기 n=0~3, 상기 X"는 H, F, Cl, Br 및 I로 구성된 일군에서 선택된 하나이고, 상기 R은 H, Me, Et 및 iPr로 구성된 일군에서 선택된 하나이며, 상기 R'은 H, Me, Et 및 iPr로 구성된 일군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법.The silicon source gas is a material having a structure of SiX ″ n (NRR ′) 4-n , wherein n = 0 to 3 and X ″ is H, F, Cl, Br. And one selected from the group consisting of I, R is one selected from the group consisting of H, Me, Et and i Pr, wherein R 'is one selected from the group consisting of H, Me, Et and i Pr Metal silicate film formation method using the atomic layer deposition technique. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실리콘 원료 가스는 NHn(SiR"3)3-n 구조를 갖는 물질로, 상기 n=0~2, 상기 R"은 H, F, Cl, Br, I, Me, Et 및 iPr로 구성된 일군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법.The silicon source gas is a material having a structure of NH n (SiR ″ 3 ) 3-n , wherein n = 0 to 2, and R ″ is composed of H, F, Cl, Br, I, Me, Et, and i Pr. Method for forming a metal silicate film using an atomic layer deposition technique, characterized in that one selected from the group. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실리콘 원료 가스는 SiSX2 구조를 갖는 물질로, 상기 X는 F, Cl, Br 및 I로 구성된 일군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법.The silicon source gas is a material having a SiSX 2 structure, wherein X is one selected from the group consisting of F, Cl, Br and I, the metal silicate film forming method using atomic layer deposition technology. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실리콘 원료 가스는 HCD(hexachlorodisilane; Si2Cl6) 또는 TDMAS {tris(dimethylamino)silane; [(CH3)2N]3SiH} 인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법.The silicon source gas may be HCD (hexachlorodisilane; Si 2 Cl 6 ) or TDMAS {tris (dimethylamino) silane; [(CH 3 ) 2 N] 3 SiH} A method for forming a metal silicate film using an atomic layer deposition technique. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 실리케이트막(MxSi1-xO2)에서 금속원소의 조성비 x는 0.10 ~ 0.95 인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법.The metal silicate film forming method using atomic layer deposition technology, characterized in that the composition ratio x of the metal element in the metal silicate film (M x Si 1-x O 2 ) is 0.10 to 0.95. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 실리케이트막(MxSi1-xO2)에서 금속원소의 조성비 x는 0.65 ~ 0.85 인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 금속 실리케이트막 형성 방법.The metal silicate film forming method using atomic layer deposition technology, characterized in that the composition ratio x of the metal element in the metal silicate film (M x Si 1-x O 2 ) is 0.65 to 0.85. 기판을 반응기 내에 로딩하고,Load the substrate into the reactor, 상기 기판을 갖는 반응기 내에 TEMAH {tetrakis (ethylmethylamino) hafnium ; Hf[ N(CH₃)C₂H5]₄} 가스를 주입하여 상기 기판 상에 하프늄(Hf)을 함유하는 화학흡착층을 형성하고,TEMAH {tetrakis (ethylmethylamino) hafnium in a reactor having the substrate; Hf [N (CH₃) C₂H 5 ] ₄} gas is injected to form a chemisorption layer containing hafnium (Hf) on the substrate, 상기 반응기에 산화 가스를 주입하여 상기 하프늄(Hf)을 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 상기 기판 상에 하프늄(Hf) 산화막을 형성하고,Injecting an oxidizing gas into the reactor to react with the chemisorption layer containing hafnium (Hf) to form a hafnium (Hf) oxide film on the substrate, 상기 TEMAH 가스를 주입하는 단계 내지 상기 하프늄(Hf) 산화막을 형성하는 단계를 K회 반복하고,Injecting the TEMAH gas to forming the hafnium (Hf) oxide film K times; 상기 반응기에 HCD(hexachlorodisilane; Si2Cl6) 가스를 주입하여 상기 하프늄(Hf) 산화막을 갖는 기판 상에 실리콘을 함유하는 화학흡착층을 형성하고,Injecting a hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 ) gas into the reactor to form a chemisorption layer containing silicon on the substrate having the hafnium (Hf) oxide film, 상기 반응기에 산화 가스를 주입하여 상기 하프늄(Hf) 산화막 및 상기 실리콘을 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 하프늄 실리케이트(HfxSi1-xO2) 막을 형성하고,Injecting an oxidizing gas into the reactor to react with the hafnium (Hf) oxide film and the chemical adsorption layer containing the silicon to form a hafnium silicate (Hf x Si 1-x O 2 ) film, 상기 HCD 가스를 주입하는 단계 내지 상기 하프늄 실리케이트 막을 형성하는 단계를 Q회 반복하고,Injecting the HCD gas to forming the hafnium silicate film Q times, 상기 TEMAH 가스를 주입하는 단계 내지 상기 하프늄 실리케이트 막을 형성하는 단계를 적어도 1회 실시하여 원하는 두께의 하프늄 실리케이트 막을 형성하는 것을 포함하는 원자층증착 기술을 이용한 하프늄 실리케이트 막 형성 방법.And injecting the TEMAH gas to forming the hafnium silicate film at least once to form a hafnium silicate film having a desired thickness. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 하프늄(Hf)을 함유하는 화학흡착층을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 TEMAH 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고,After forming the chemisorption layer containing the hafnium (Hf), the TEMAH gas remaining in the reactor is discharged to purify the inside of the reactor, 상기 하프늄(Hf) 산화막을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 산화 가스 및 반응 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고,After forming the hafnium (Hf) oxide film, the oxidizing gas and reaction by-products remaining in the reactor are discharged to purify the inside of the reactor, 상기 실리콘을 함유하는 화학흡착층을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 HCD 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고,After the chemical adsorption layer containing the silicon is formed, the HCD gas remaining in the reactor is discharged to purify the inside of the reactor, 상기 하프늄 실리케이트 막을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 산화 가스 및 반응 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하는 것을 더 포함하는 원자층증착 기술을 이용한 하프늄 실리케이트 막 형성 방법.After forming the hafnium silicate film, the method for forming a hafnium silicate film using an atomic layer deposition technique further comprises purifying the inside of the reactor by discharging the oxidizing gas and reaction by-products remaining in the reactor. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 K 또는 Q는 1 이상 10 이하인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 하프늄 실리케이트 막 형성 방법.The method of forming a hafnium silicate film using atomic layer deposition technology, wherein K or Q is 1 or more and 10 or less. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 K는 2 이상 5 이하이고 Q는 1 인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 하프늄 실리케이트 막 형성 방법.The method of forming a hafnium silicate film using atomic layer deposition technology, wherein K is 2 or more and 5 or less and Q is 1. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 K는 3 이고 Q는 1 인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 하프늄 실리케이트 막 형성 방법.Wherein K is 3 and Q is 1 hafnium silicate film forming method using atomic layer deposition technology. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 반응기의 온도는 250℃ 내지 600℃로 하는 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 하프늄 실리케이트 막 형성 방법.Method for forming a hafnium silicate film using the atomic layer deposition technique, characterized in that the temperature of the reactor is 250 ℃ to 600 ℃. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 TEMAH 가스를 공급하는 펄스 시간은 0.2~2초인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 하프늄 실리케이트 막 형성 방법.The pulse time for supplying the TEMAH gas is 0.2 ~ 2 seconds, characterized in that the hafnium silicate film forming method using atomic layer deposition technology. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 산화 가스는 H2O, O3, O2 및 H2O2로 구성된 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 하프늄 실리케이트 막 형성 방법.The oxidizing gas is at least one selected from the group consisting of H 2 O, O 3 , O 2 and H 2 O 2 Hafnium silicate film forming method using an atomic layer deposition technology. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 하프늄 실리케이트(HfxSi1-xO2) 막에서 하프늄(Hf) 원소의 조성비 x는 0.10 ~ 0.95 인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 하프늄 실리케이트 막 형성 방법.The hafnium silicate (Hf x Si 1-x O 2 ) film in the hafnium (Hf) element composition ratio x is 0.10 ~ 0.95 characterized in that the hafnium silicate film forming method using an atomic layer deposition technique. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 하프늄 실리케이트(HfxSi1-xO2) 막에서 하프늄(Hf) 원소의 조성비 x는 0.65 ~ 0.85 인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 하프늄 실리케이트 막 형성 방법.The composition ratio x of the hafnium (Hf) element in the hafnium silicate (Hf x Si 1-x O 2 ) film is 0.65 ~ 0.85 characterized in that the hafnium silicate film forming method using an atomic layer deposition technique. 기판을 반응기 내에 로딩하고,Load the substrate into the reactor, 상기 기판을 갖는 반응기 내에 TEMAH {tetrakis (ethylmethylamino) hafnium ; Hf[ N(CH₃)C₂H5]₄} 가스를 주입하여 상기 기판 상에 하프늄(Hf)을 함유하는 화학흡착층을 형성하고,TEMAH {tetrakis (ethylmethylamino) hafnium in a reactor having the substrate; Hf [N (CH₃) C₂H 5 ] ₄} gas is injected to form a chemisorption layer containing hafnium (Hf) on the substrate, 상기 반응기에 산화 가스를 주입하여 상기 하프늄(Hf)을 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 상기 기판 상에 하프늄(Hf) 산화막을 형성하고,Injecting an oxidizing gas into the reactor to react with the chemisorption layer containing hafnium (Hf) to form a hafnium (Hf) oxide film on the substrate, 상기 TEMAH 가스를 주입하는 단계 내지 상기 하프늄(Hf) 산화막을 형성하는 단계를 K회 반복하고,Injecting the TEMAH gas to forming the hafnium (Hf) oxide film K times; 상기 반응기에 TDMAS {tris(dimethylamino)silane; [(CH3)2N]3SiH} 가스를 주입하여 상기 하프늄(Hf) 산화막을 갖는 기판 상에 실리콘을 함유하는 화학흡착층을 형성하고,TDMAS {tris (dimethylamino) silane; Injecting a [(CH 3 ) 2 N] 3 SiH} gas to form a chemisorption layer containing silicon on the substrate having the hafnium (Hf) oxide film, 상기 반응기에 산화 가스를 주입하여 상기 하프늄(Hf) 산화막 및 상기 실리콘을 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 하프늄 실리케이트(HfxSi1-xO2) 막을 형성하고,Injecting an oxidizing gas into the reactor to react with the hafnium (Hf) oxide film and the chemical adsorption layer containing the silicon to form a hafnium silicate (Hf x Si 1-x O 2 ) film, 상기 TDMAS 가스를 주입하는 단계 내지 상기 하프늄 실리케이트 막을 형성하는 단계를 Q회 반복하고,Injecting the TDMAS gas to forming the hafnium silicate film Q times; 상기 TEMAH 가스를 주입하는 단계 내지 상기 하프늄 실리케이트 막을 형성하는 단계를 적어도 1회 실시하여 원하는 두께의 하프늄 실리케이트 막을 형성하는 것을 포함하는 원자층증착 기술을 이용한 하프늄 실리케이트 막 형성 방법.And injecting the TEMAH gas to forming the hafnium silicate film at least once to form a hafnium silicate film having a desired thickness. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 하프늄(Hf)을 함유하는 화학흡착층을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 TEMAH 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고,After forming the chemisorption layer containing the hafnium (Hf), the TEMAH gas remaining in the reactor is discharged to purify the inside of the reactor, 상기 하프늄(Hf) 산화막을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 산화 가스 및 반응 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고,After forming the hafnium (Hf) oxide film, the oxidizing gas and reaction by-products remaining in the reactor are discharged to purify the inside of the reactor, 상기 실리콘을 함유하는 화학흡착층을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 TDMAS 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고,After the chemical adsorption layer containing the silicon is formed, the TDMAS gas remaining in the reactor is discharged to purify the inside of the reactor, 상기 하프늄 실리케이트 막을 형성한 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 산화 가스 및 반응 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하는 것을 더 포함하는 원자층증착 기술을 이용한 하프늄 실리케이트 막 형성 방법.After forming the hafnium silicate film, the method for forming a hafnium silicate film using an atomic layer deposition technique further comprises purifying the inside of the reactor by discharging the oxidizing gas and reaction by-products remaining in the reactor. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 K 또는 Q는 1 이상 10 이하인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 하프늄 실리케이트 막 형성 방법.The method of forming a hafnium silicate film using atomic layer deposition technology, wherein K or Q is 1 or more and 10 or less. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 K는 1 이상 3 이하이고 Q는 1 인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 하프늄 실리케이트 막 형성 방법.The method of forming a hafnium silicate film using atomic layer deposition technology, wherein K is 1 or more and 3 or less and Q is 1. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 반응기의 온도는 250℃ 내지 600℃로 하는 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 하프늄 실리케이트 막 형성 방법.Method for forming a hafnium silicate film using the atomic layer deposition technique, characterized in that the temperature of the reactor is 250 ℃ to 600 ℃. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 TEMAH 가스를 공급하는 펄스 시간은 0.2~2초인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 하프늄 실리케이트 막 형성 방법.The pulse time for supplying the TEMAH gas is 0.2 ~ 2 seconds, characterized in that the hafnium silicate film forming method using atomic layer deposition technology. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 산화 가스는 H2O, O3, O2 및 H2O2로 구성된 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 하프늄 실리케이트 막 형성 방법.The oxidizing gas is at least one selected from the group consisting of H 2 O, O 3 , O 2 and H 2 O 2 Hafnium silicate film forming method using an atomic layer deposition technology. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 하프늄 실리케이트(HfxSi1-xO2) 막에서 하프늄(Hf) 원소의 조성비 x는 0.10 ~ 0.95 인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 하프늄 실리케이트 막 형성 방법.The hafnium silicate (Hf x Si 1-x O 2 ) film in the hafnium (Hf) element composition ratio x is 0.10 ~ 0.95 characterized in that the hafnium silicate film forming method using an atomic layer deposition technique. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 하프늄 실리케이트(HfxSi1-xO2) 막에서 하프늄(Hf) 원소의 조성비 x는 0.65 ~ 0.85 인 것을 특징으로 하는 원자층증착 기술을 이용한 하프늄 실리케이트 막 형성 방법.The composition ratio x of the hafnium (Hf) element in the hafnium silicate (Hf x Si 1-x O 2 ) film is 0.65 ~ 0.85 characterized in that the hafnium silicate film forming method using an atomic layer deposition technique.
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