KR20070028810A - Method of manufacturing tialn thin film using atomic layer deposition - Google Patents

Method of manufacturing tialn thin film using atomic layer deposition Download PDF

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Abstract

A method for forming a TiAlN thin film is provided to obtain an aiming resistance value by changing the composition of Al in the TiAlN using an ALD(Atomic Layer Deposition) under predetermined conditions. A semiconductor substrate is loaded into a reaction chamber. A Ti precursor is supplied into the reaction chamber. The Ti precursor is purged from the reaction chamber. A TiN thin film is formed on the substrate by flowing a reaction gas into the reaction chamber. An Al precursor is supplied into the reaction chamber. The Al precursor is purged from the reaction chamber. An TiAlN thin film is formed on the substrate by flowing the reaction gas into the reaction chamber. The reaction gas is purged from the reaction chamber. An aiming TiAlN thin film is obtained by performing repeatedly ALDs under various deposition conditions.

Description

원자층 증착 방법을 이용한 티타늄알미늄나이트라이드 박막 형성 방법{Method of manufacturing TiAlN thin film using atomic layer deposition}Titanium aluminum nitride thin film formation method using atomic layer deposition method {Method of manufacturing TiAlN thin film using atomic layer deposition}

도 1은 본 발명에 의한 원자층 증착 방법을 이용하여 반도체 기판에 TiAlN막을 형성시키기 위한 공정 진행도를 나타낸 일실시예.1 is an embodiment showing a process progress for forming a TiAlN film on a semiconductor substrate using the atomic layer deposition method according to the present invention.

도 2는 본 발명에 의한 원자층 증착 방법을 이용하여 반도체 기판에 TiAlN막을 형성시키기 위한 공정 진행도를 나타낸 다른 일실시예.Figure 2 is another embodiment showing a process progress for forming a TiAlN film on a semiconductor substrate using the atomic layer deposition method according to the present invention.

도 3은 본 발명에 의한 원자층 증착 방법을 이용하여 반도체 기판에 TiAlN막을 형성시키기 위한 공정 진행도를 나타낸 또 다른 일실시예.Figure 3 is another embodiment showing a process progress for forming a TiAlN film on a semiconductor substrate using the atomic layer deposition method according to the present invention.

도 4는 본 발명에 의한 원자층 증착 방법을 이용하여 반도체 기판에 TiAlN막을 형성시키기 위한 공정 진행도를 나타낸 또 다른 일실시예.Figure 4 is another embodiment showing a process progress for forming a TiAlN film on a semiconductor substrate using the atomic layer deposition method according to the present invention.

도 5는 본 발명에 의한 원자층 증착 방법을 이용하여 반도체 기판에 TiAlN막을 형성시키기 위한 장비를 나타내는 일시시예.FIG. 5 is a temporary view showing equipment for forming a TiAlN film on a semiconductor substrate using the atomic layer deposition method according to the present invention. FIG.

도 6은 본 발명에 의한 원자층 증착 방법을 이용하여 반도체 기판에 TiAlN막을 형성시키기 위한 장비를 나타내는 다른 일시시예.FIG. 6 is another temporary view showing equipment for forming a TiAlN film on a semiconductor substrate using the atomic layer deposition method according to the present invention. FIG.

도 7은 TiAlN 박막형성방법에 따른 TiAlN 박막내 Al 조성변화를 도시한 도면.FIG. 7 is a diagram illustrating a change in Al composition in a TiAlN thin film according to a TiAlN thin film forming method. FIG.

도 8은 화학기상증착 방법인 CVD(chemical vapor deposition) 방법과 원자층 증착방법인 ALD(Atomic layer deposition) 방법과 Sputter 방법을 사용하여 박막내 Al 조성에 따른 비저항값 변화를 도시한 도면.FIG. 8 is a view illustrating a change in resistivity value according to Al composition in a thin film using a chemical vapor deposition (CVD) method and an atomic layer deposition method ALD (Atomic layer deposition) method and a sputter method.

도 9는 TiAlN 증착 방법에서 Al 전구체인 TMA 유입 시간에 따른 TiAlN 박막내 Al 조성 변화 및 그에 따른 비저항값 변화를 나타낸 도면.9 is a view showing the change in Al composition and the resulting resistivity change in the TiAlN thin film according to the TMA inflow time of the Al precursor in the TiAlN deposition method.

도 10은 TiAlN 증착 방법에서 Ti 전구체인 TiCl4 의 유입시간에 따른 TiAlN 박막내 Al 조성 변화 및 그에 따른 비저항값 변화를 나타낸 도면.10 is a view showing the change in Al composition and the resulting resistivity change in TiAlN thin film according to the inflow time of Ti precursor TiCl4 TiTiN deposition method.

본 발명은 반도체 박막 증착 방법에 관한 것으로, 특히 원자층 증착법을 이용한 불순물이 적고 저항값을 조절할 수 있으며, 우수한 단차 도포특성을 갖는 TiAlN 박막을 제조하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for depositing a semiconductor thin film, and more particularly, to a method for manufacturing a TiAlN thin film having few impurities using an atomic layer deposition method, controlling resistance values, and having excellent step coating properties.

TiAlN 막은 고체 대상(solid objects)의 하드 코팅층(hard coatings)으로도 인기가 있다. 티타늄 나이트라이드는 마찰 완화(friction-reducing) 또는 장식층(decorative layer)으로 가끔 사용되지만, 산화에 대해 안정적이지 못하므로 보호기능이 있는 오버코팅(some protective overcoat)이 자주 사용된다. 그러나 이러한 오버코팅은 막의 비용을 증가시킬 뿐만 아니라 막의 내구성을 감소시킬 수도 있다.TiAlN films are also popular as hard coatings of solid objects. Titanium nitride is sometimes used as a friction-reducing or decorative layer, but because it is not stable against oxidation, some protective overcoat is often used. However, such overcoating not only increases the cost of the membrane but may also reduce the durability of the membrane.

TiAlN 막은 질소 분위기에서 Ti-Al 합금 타켓을 이용하는 반응성 스퍼터링인 PVD법이나, TiCl4 + NH3 + AlCl3을 이용하는 CVD법 중 어느 한 방법으로 제조되었다.The TiAlN film was prepared by either a PVD method, which is reactive sputtering using a Ti-Al alloy target in a nitrogen atmosphere, or a CVD method, which uses TiCl4 + NH3 + AlCl3.

반응성 스퍼터링법은 열악한 스텝 커버리지(step coverage)와 Al/Ti 비율의 제한된 범위를 갖게 되지만 CVD법은 증착 처리 동안 기판온도를 높게 할 필요가 있다.The reactive sputtering method has a poor range of step coverage and a limited range of Al / Ti ratios, but the CVD method needs to raise the substrate temperature during the deposition process.

CVD법은 기상반응(gas phase reactions)으로 인한 입자의 생성과 부식성 잔류물(corrosive residue, 예를들어 Cl)이 남게 되는 위험성도 있다.CVD also poses the risk of generating particles from gas phase reactions and leaving corrosive residues (eg Cl).

또한 CVD법은 높은 온도에서 공정이 진행됨으로 인하여 Al/Ti 의 조성 조절이 매우 어렵고 또한 표면이 고르지 못한 곳에서는 윗부분과 아랫부분의 Al/Ti의 조성이 서로 다른 문제점을 가지고 있다.In addition, the CVD method is very difficult to control the composition of Al / Ti due to the progress of the process at a high temperature, and also has a problem that the composition of the Al / Ti of the upper and lower portions in the uneven surface.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 원자층 증착법을 이용한 불순물이 적고 저항값을 조절할 수 있으며, 우수한 단차 도포특성을 갖는 TiAlN 박막을 제조하는 방법과 동일 순환에서 반응용기 내부로 Al 전구체와 Ti 전구체의 유입량을 조절함으로써 TiAlN 박막 내 Al의 조성을 변화시켜 원하고자 하는 저항값을 갖는 박막을 형성시키는 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to reduce the amount of impurities using the atomic layer deposition method and to adjust the resistance value, the amount of inflow of the Al precursor and Ti precursor into the reaction vessel in the same cycle as the method for producing a TiAlN thin film having excellent step coating characteristics It is to provide a method of forming a thin film having a desired resistance value by changing the composition of Al in the TiAlN thin film by controlling the.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 원자층 증착 방법을 이용한 TiAlN 박막 증착 방법은 (a)박막을 증착하기 위하여 반도체 기판을 반응용기에 유입하는 단계 (b)상기 반응용기에 Ti 전구체를 유입하는 단계 (c)상기 Ti 전구체를 상기 반응용기에서 퍼지하는 단계 (d)상기 반응용기에 반응가스를 유입하여 TiN 박막을 형성시키는 단계 (e)상기 반응용기에 Al 전구체를 유입하는 단계 (f)상기 Al 전구체를 반응용기에서 퍼지하는 단계 (g)상기 반응용기에 반응가스를 유입하여 TiAlN 을 형성하는 단계 및 (h)상기 반응용기에서 반응가스를 퍼지하는 단계를 포함하는 1개의 순환으로 갖고, 이송가스의 유량, 증착온도, 증착압력 등을 변화시켜 Al조성을 조절하여 TiAlN의 저항 값을 조절하며 이를 반복하여 두께를 조절하여 TiAlN 박막을 증착하는 것을 특징으로 한다.In the TiAlN thin film deposition method using the atomic layer deposition method according to the present invention for solving the above technical problem, (a) introducing a semiconductor substrate into the reaction vessel to deposit a thin film (b) introducing a Ti precursor into the reaction vessel (C) purging the Ti precursor from the reaction vessel (d) introducing a reaction gas into the reaction vessel to form a TiN thin film (e) introducing an Al precursor into the reaction vessel (f) Purging the Al precursor from the reaction vessel (g) introducing a reaction gas into the reaction vessel to form TiAlN, and (h) purging the reaction gas from the reaction vessel. It is characterized by depositing TiAlN thin film by changing the flow rate of gas, deposition temperature, deposition pressure, etc. by adjusting Al composition to adjust the resistance value of TiAlN and repeatedly adjusting the thickness. Shall be.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 원자층 증착 방법을 이용한 TiAlN 박막 증착 방법은 (a)박막을 증착하기 위하여 반도체 기판을 반응용기에 유입하는 단계 (b)상기 반응용기에 Ti 전구체를 유입하는 단계 (c)상기 Ti 전구체를 상기 반응용기에서 퍼지하는 단계 (d)상기 반응용기에 Al 전구체를 유입하는 단계 (e)상기 Al 전구체를 반응용기에서 퍼지하는 단계 (f)상기 반응용기에 반응가스를 유입하여 TiAlN 을 형성하는 단계 및 (g)상기 반응용기에서 반응가스를 퍼지하는 단계를 포함하는 1개의 순환으로 갖고, 이송가스의 유량, 증착온도, 증착압력 등을 변화시켜 Al조성을 조절하여 TiAlN의 저항 값을 조절하며 이를 반복하여 두께를 조절하여 TiAlN 박막을 증착하는 것을 특징으로 한다.In the TiAlN thin film deposition method using the atomic layer deposition method according to the present invention for solving the above technical problem, (a) introducing a semiconductor substrate into the reaction vessel to deposit a thin film (b) introducing a Ti precursor into the reaction vessel (C) purging the Ti precursor from the reaction vessel (d) introducing an Al precursor into the reaction vessel (e) purging the Al precursor from the reaction vessel (f) reacting the reaction vessel Injecting gas to form TiAlN and (g) purging the reaction gas in the reaction vessel has a single circulation, by changing the flow rate, deposition temperature, deposition pressure, etc. of the transfer gas to adjust the Al composition It is characterized by depositing a TiAlN thin film by controlling the resistance value of TiAlN and repeatedly adjusting the thickness.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 원자층 증착 방법을 이용한 TiAlN 박막 증착 방법은 (a)박막을 증착하기 위하여 반도체 기판을 반응용기에 유입하는 단계 (b)상기 반응용기에 Al 전구체를 유입하는 단계 (c)상기 Al 전구체를 반응용기에서 퍼지하는 단계 (d)상기 반응용기에 Ti 전구체를 유입하는 단계 (e)상기 Ti 전구체를 상기 반응용기에서 퍼지하는 단계 (f)상기 반응용기에 반응가스를 유입하여 TiAlN 을 형성하는 단계 및 (g)상기 반응용기에서 반응가스를 퍼지 하는 단계를 포함하는 1개의 순환으로 갖고, 이송가스의 유량, 증착온도, 증착압력 등을 변화시켜 Al조성을 조절하여 TiAlN의 저항 값을 조절하며 이를 반복하여 두께를 조절하여 TiAlN 박막을 증착하는 것을 특징으로 한다.TiAlN thin film deposition method using the atomic layer deposition method according to the present invention for solving the above technical problem (a) introducing a semiconductor substrate into the reaction vessel to deposit a thin film (b) introducing an Al precursor into the reaction vessel (C) purging the Al precursor in a reaction vessel (d) introducing a Ti precursor into the reaction vessel (e) purging the Ti precursor in the reaction vessel (f) reacting in the reaction vessel Injecting gas to form TiAlN and (g) purging the reaction gas in the reaction vessel has a single circulation, by changing the flow rate of gas, deposition temperature, deposition pressure and the like to adjust the Al composition It is characterized by depositing a TiAlN thin film by controlling the resistance value of TiAlN and repeatedly adjusting the thickness.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 원자층 증착 방법을 이용한 TiAlN 박막 증착 방법은 (a)박막을 증착하기 위하여 반도체 기판을 반응용기에 유입하는 단계 (b)상기 반응용기에 Ti 전구체와 Al 전구체를 유입하는 단계 (c)상기 Ti 전구체와 Al 전구체를 반응용기에서 퍼지하는 단계 (d)상기 반응용기에 반응가스를 유입하여 TiAlN 을 형성하는 단계 및 (e)상기 반응용기에서 반응가스를 퍼지하는 단계를 포함하는 1개의 순환으로 갖고, 이송가스의 유량, 증착온도, 증착압력 등을 변화시켜 Al조성을 조절하여 TiAlN의 저항 값을 조절하며 이를 반복하여 두께를 조절하여 TiAlN 박막을 증착하는 것을 특징으로 한다. TiAlN thin film deposition method using the atomic layer deposition method according to the present invention for solving the above technical problem is a step of introducing a semiconductor substrate into the reaction vessel to deposit a thin film (b) Ti precursor and Al in the reaction vessel Injecting the precursor (c) Purging the Ti precursor and Al precursor in the reaction vessel (d) Injecting a reaction gas into the reaction vessel to form TiAlN and (e) Purging the reaction gas in the reaction vessel It has one circulation, including the step of changing the flow rate of gas, deposition temperature, deposition pressure, etc. by adjusting the composition of Al to adjust the resistance value of TiAlN and iteratively adjust the thickness to deposit the TiAlN thin film It is done.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 원자층 증착 방법을 이용하여 반도체 기판에 TiAlN막을 형성시키기 위한 공정 진행도를 나타낸 일실시예이다.1 is an embodiment showing a process progress for forming a TiAlN film on a semiconductor substrate using the atomic layer deposition method according to the present invention.

반도체 기판에 박막을 증착하기 위하여 상기 반도체 기판을 반응용기에 유입하고, 상기 반응용기에 Ti 전구체를 유입하고(T1), 상기 Ti 전구체를 상기 반응용기에서 퍼지한다(T2-T8). In order to deposit a thin film on a semiconductor substrate, the semiconductor substrate is introduced into a reaction vessel, a Ti precursor is introduced into the reaction vessel (T1), and the Ti precursor is purged from the reaction vessel (T2-T8).

상기 반응용기에 반응가스를 유입하여(T3) TiN 막을 형성시킨다.Reaction gas is introduced into the reaction vessel (T3) to form a TiN film.

상기 반응용기에 Al 전구체를 유입하고(T5), 상기 Al 전구체를 반응용기에서 퍼지 한다(T6-T8, T1-T4).An Al precursor is introduced into the reaction vessel (T5), and the Al precursor is purged from the reaction vessel (T6-T8, T1-T4).

상기 반응용기에 반응가스를 유입하여(T7) TiAlN 막을 형성한다.A reaction gas is introduced into the reaction vessel (T7) to form a TiAlN film.

상기 반응용기에서 반응가스를 퍼지 한다(T1-T2, T4-T6, T8)Purge the reaction gas in the reaction vessel (T1-T2, T4-T6, T8)

상기 과정들을 1개의 순환으로 갖고, 이송가스의 유량, 증착온도, 증착압력 등을 변화시켜 Al조성을 조절하여 TiAlN의 저항 값을 조절하며 이를 반복하여 두께를 조절하여 TiAlN 박막을 증착한다.Having the above processes in one cycle, by changing the flow rate, deposition temperature, deposition pressure, etc. of the transfer gas, the Al composition is adjusted to adjust the resistance value of TiAlN, and the thickness is repeatedly adjusted to deposit the TiAlN thin film.

도 2는 본 발명에 의한 원자층 증착 방법을 이용하여 반도체 기판에 TiAlN막을 형성시키기 위한 공정 진행도를 나타낸 다른 일실시예이다.Figure 2 is another embodiment showing a process progress for forming a TiAlN film on a semiconductor substrate using the atomic layer deposition method according to the present invention.

반도체 기판에 박막을 증착하기 위하여 상기 반도체 기판을 반응용기에 유입하고, 상기 반응용기에 Ti 전구체를 유입하고, 상기 Ti 전구체를 상기 반응용기에서 퍼지 한다. In order to deposit a thin film on a semiconductor substrate, the semiconductor substrate is introduced into a reaction vessel, a Ti precursor is introduced into the reaction vessel, and the Ti precursor is purged from the reaction vessel.

상기 반응용기에 Al 전구체를 유입하고, 상기 Al 전구체를 반응용기에서 퍼지 한다.An Al precursor is introduced into the reaction vessel, and the Al precursor is purged from the reaction vessel.

상기 반응용기에 반응가스를 유입하여 TiAlN 막을 형성한다.A reaction gas is introduced into the reaction vessel to form a TiAlN film.

상기 반응용기에서 반응가스를 퍼지 한다.The reaction gas is purged from the reaction vessel.

상기 과정들을 1개의 순환으로 갖고, 이송가스의 유량, 증착온도, 증착압력 등을 변화시켜 Al조성을 조절하여 TiAlN의 저항 값을 조절하며 이를 반복하여 두께를 조절하여 TiAlN 박막을 증착한다.Having the above processes in one cycle, by changing the flow rate, deposition temperature, deposition pressure, etc. of the transfer gas, the Al composition is adjusted to adjust the resistance value of TiAlN, and the thickness is repeatedly adjusted to deposit the TiAlN thin film.

도 3은 본 발명에 의한 원자층 증착 방법을 이용하여 반도체 기판에 TiAlN막을 형성시키기 위한 공정 진행도를 나타낸 또 다른 일실시예이다.Figure 3 is another embodiment showing a process progress for forming a TiAlN film on a semiconductor substrate using the atomic layer deposition method according to the present invention.

반도체 기판에 박막을 증착하기 위하여 상기 반도체 기판을 반응용기에 유입 하고, 상기 반응용기에 Al 전구체를 유입하고, 상기 Al 전구체를 상기 반응용기에서 퍼지 한다. In order to deposit a thin film on a semiconductor substrate, the semiconductor substrate is introduced into a reaction vessel, an Al precursor is introduced into the reaction vessel, and the Al precursor is purged from the reaction vessel.

상기 반응용기에 Ti 전구체를 유입하고, 상기 Ti 전구체를 반응용기에서 퍼지 한다.Ti precursor is introduced into the reaction vessel, and the Ti precursor is purged from the reaction vessel.

상기 반응용기에 반응가스를 유입하여 TiAlN 을 형성한다.A reaction gas is introduced into the reaction vessel to form TiAlN.

상기 반응용기에서 반응가스를 퍼지 한다.The reaction gas is purged from the reaction vessel.

상기 과정들을 1개의 순환으로 갖고, 이송가스의 유량, 증착온도, 증착압력 등을 변화시켜 Al조성을 조절하여 TiAlN의 저항 값을 조절하며 이를 반복하여 두께를 조절하여 TiAlN 박막을 증착한다.Having the above processes in one cycle, by changing the flow rate, deposition temperature, deposition pressure, etc. of the transfer gas, the Al composition is adjusted to adjust the resistance value of TiAlN, and the thickness is repeatedly adjusted to deposit the TiAlN thin film.

도 4는 본 발명에 의한 원자층 증착 방법을 이용하여 반도체 기판에 TiAlN막을 형성시키기 위한 공정 진행도를 나타낸 또 다른 일실시예이다.Figure 4 is another embodiment showing a process progress for forming a TiAlN film on a semiconductor substrate using the atomic layer deposition method according to the present invention.

반도체 기판에 박막을 증착하기 위하여 상기 반도체 기판을 반응용기에 유입하고, 상기 반응용기에 Ti 전구체와 Al 전구체를 동시에 유입하고, 상기 Ti 전구체와 Al 전구체를 상기 반응용기에서 퍼지 한다. In order to deposit a thin film on a semiconductor substrate, the semiconductor substrate is introduced into a reaction vessel, a Ti precursor and an Al precursor are simultaneously introduced into the reaction vessel, and the Ti precursor and the Al precursor are purged from the reaction vessel.

상기 반응용기에 반응가스를 유입하여 TiAlN 을 형성한다.A reaction gas is introduced into the reaction vessel to form TiAlN.

상기 반응용기에서 반응가스를 퍼지 한다.The reaction gas is purged from the reaction vessel.

상기 과정들을 1개의 순환으로 갖고, 이송가스의 유량, 증착온도, 증착압력 등을 변화시켜 Al조성을 조절하여 TiAlN의 저항 값을 조절하며 이를 반복하여 두께를 조절하여 TiAlN 박막을 증착한다.Having the above processes in one cycle, by changing the flow rate, deposition temperature, deposition pressure, etc. of the transfer gas, the Al composition is adjusted to adjust the resistance value of TiAlN, and the thickness is repeatedly adjusted to deposit the TiAlN thin film.

상기 도 1 내지 도 4에 의해 기재된 Ti 전구체는 Ti를 포함한 무기 화합물 또는 유기 화합물이며 주로 TiCl4이 바람직하며, Ti 전구체와 반응가스, Al 전구체를 반응용기에서 퍼지하기 위한 가스는 불활성 가스인 N2, Ar, He이 바람직하다.The Ti precursor described with reference to FIGS. 1 to 4 is an inorganic compound or an organic compound including Ti, preferably TiCl 4 , and the gas for purging the Ti precursor, the reaction gas, and the Al precursor from the reaction vessel is N 2. , Ar and He are preferred.

Al 전구체는 Al을 포함한 무기 화합물 또는 유기 화합물이며, Al(CH3)3가 바람직하다.Al precursor is an inorganic compound or organic compound containing Al, and Al (CH 3 ) 3 is preferable.

상기 Ti 전구체는 반응용기로 원활하게 유입되도록 이송가스를 사용할 수 있으며, 본 이송가스는 불활성 가스인 N2, Ar, He 등를 사용할 수 있으나 조건에 따라서 이송가스를 사용하지 않고 기화된 전구체만으로도 반응용기에 유입할 수 있다.The Ti precursor may use a transfer gas so as to smoothly flow into the reaction vessel, and the transfer gas may use an inert gas such as N 2 , Ar, or He, but depending on the conditions, the reaction vessel may be formed using only the vaporized precursor. Can flow in.

상기 Al 전구체는 반응용기로 원활하게 유입되도록 이송가스를 사용할 수 있으며, 본 이송가스는 불활성 가스인 N2, Ar, He 등을 사용할 수 있으나 조선에 따라서 이송가스를 사용하지 않고 기화된 전구체만으로도 반응용기에 유입할 수 있다.The Al precursor may use a transfer gas to smoothly flow into the reaction vessel, the transfer gas may be an inert gas such as N 2 , Ar, He, etc., but reacted with only the vaporized precursor without using the transfer gas according to shipbuilding Can enter the container.

본 발명에서 TiAlN 박막의 원하는 저항값을 갖기 위한 방법으로 Ti 전구체와 Al 전구체의 반응용기로의 유입량을 조절함으로 TiAlN 막의 Al 비율을 조절할 수 있으며, 동일조건에서 온도와 압력을 변화시켜 TiAlN 막의 Al 비율을 조절할 수 있다.In the present invention, the Al ratio of the TiAlN film can be controlled by controlling the inflow rate of the Ti precursor and the Al precursor into the reaction vessel as a method for having a desired resistance value of the TiAlN thin film, and the Al ratio of the TiAlN film by changing the temperature and pressure under the same conditions. Can be adjusted.

Al 전구체의 양을 조절하는 방법은 Al 전구체의 온도를 높여 증기압을 상승시켜 동일시간에 반응용기에 유입되는 Al 전구체의 양을 조절할 수 있으며, 또한 동일한 Al 전구체의 온도를 고정시킨 후 반응용기로 들어가는 시간 t5를 조절하여 Al 전구체의 양을 조절하는 방법이 있다.The method of controlling the amount of Al precursor is to increase the temperature of the Al precursor to increase the vapor pressure to control the amount of Al precursor flowing into the reaction vessel at the same time, and also to fix the temperature of the same Al precursor to enter the reaction vessel There is a method of controlling the amount of Al precursor by adjusting the time t5.

Al 전구체의 양을 조절하는 또 다른 방법은 이송가스의 양을 조절하면 동일시간 및 동일 온도에서 Al 전구체의 양을 조절할 수 있다.Another method of controlling the amount of the Al precursor is to adjust the amount of the carrier gas can adjust the amount of the Al precursor at the same time and the same temperature.

TiAlN 박막내 Al의 조성을 조절함으로써 TiAlN 갖는 저항값을 높일 수 있으며, 이를 응용함으로써 반도체의 저전력화 및 반도체내에 사용되는 상전이 물질에 대한 발열체로써 사용이 가능하다.By controlling the composition of Al in the TiAlN thin film, the resistance value of TiAlN can be increased, and by applying this, it is possible to reduce the power of the semiconductor and to use it as a heating element for the phase change material used in the semiconductor.

상기 TiAlN 을 증착하기 위한 반도체 기판의 온도는 상온에서부터 700도 까지 사용이 가능하며, 반도체 기판의 온도를 제외한 동일조건에서 반도체 기판의 온도에 따라 TiAlN이 형성되는 Al의 조성이 다르게 되며, 또한 동일 반도체 기판의 온도에서 반응용기내 압력을 0.1torr 에서 100torr 사이에서 조절함으로써 이에 따른 Al의 조성이 다르게 되므로 원하는 Al조성을 갖는 TiAlN 박막을 형성시킬 수 있다. The temperature of the semiconductor substrate for depositing the TiAlN can be used from room temperature to 700 degrees, and the composition of Al in which the TiAlN is formed is different according to the temperature of the semiconductor substrate under the same conditions except the temperature of the semiconductor substrate, and also the same semiconductor By adjusting the pressure in the reaction vessel at a temperature of the substrate between 0.1torr and 100torr, the composition of Al is changed accordingly, thereby forming a TiAlN thin film having a desired Al composition.

도 5는 본 발명에 의한 원자층 증착 방법을 이용하여 반도체 기판에 TiAlN막을 형성시키기 위한 장비를 나타내는 일시시예이다.FIG. 5 is a temporary view showing equipment for forming a TiAlN film on a semiconductor substrate by using the atomic layer deposition method according to the present invention.

상기에 언급된 TiAlN 박막형성 방법을 예로써 반응용기(1)에 설치된 히터(3)위에 20~700도 사이에서 가열된 반도체 기판(2)에 Ti 전구체인 TiCl4를 Ti 전구체 유입밸브(6)를 열어 반응용기로 유입시킨다. Ti 전구체는 기화된 TiCl4만 유입시킬 수 도 있으며 또는 불활성가스인 N2, Ar, He 등을 이송가스로 사용하여 유입시킬 수 도 있다.By using the TiAlN thin film forming method mentioned above as an example, Ti precursor 4 , Ti precursor 4 , which is a Ti precursor, is heated on the semiconductor substrate 2 heated between 20 to 700 degrees on the heater 3 installed in the reaction vessel 1. Open and introduce to the reaction vessel. The Ti precursor may be introduced only with vaporized TiCl 4 or may be introduced using an inert gas N 2 , Ar, He, or the like as a transfer gas.

이후 Ti 전구체를 퍼지시키기 위하여 Ti 전구체 유입밸브(6)를 닫고 Ti 전구 체 퍼지밸브(7)를 열어 불활성 가스인 N2, Ar, He를 이용하여 Ti 전구체를 반응용기(1)에서 제거한다.Then, to purge the Ti precursor, the Ti precursor inlet valve 6 is closed and the Ti precursor purge valve 7 is opened to remove the Ti precursor from the reaction vessel 1 by using inert gases N 2 , Ar, and He.

Ti 전구체가 반응용기(1)에서 제거된 뒤 반응가스인 NH3를 반응가스 유입밸브(10)를 열어 NH3을 반응용기에 유입시켜 TiN 막을 형성시키고 이후 반응가스 유입밸브(10)를 닫고 반응가스 퍼지 밸브(11)를 열어 불활성 기체인 N2, Ar, He 등을 이용하여 반응용기에서 반응가스를 제거하게 된다.After the Ti precursor was removed from the reaction vessel 1, the reaction gas NH 3 was opened to open the reaction gas inlet valve 10 to introduce NH 3 into the reaction vessel to form a TiN film, and then the reaction gas inlet valve 10 was closed and reacted. The gas purge valve 11 is opened to remove the reaction gas from the reaction vessel by using inert gas N 2 , Ar, He, or the like.

이후 Al 전구체를 Al 전구체 유입밸브(8)를 열어 반응용기에 유입시키며, 이후 Al 전구체 유입밸브를 닫고 Al 전구체 퍼지 밸브(9)를 열어 반응용기에 Al 전구체를 제거시킨 후 반응가스 유입밸브(10)를 열어 TiAlN 막을 형성시킨다. Thereafter, the Al precursor is introduced into the reaction vessel by opening the Al precursor inlet valve (8), and then the Al precursor inlet valve is closed and the Al precursor purge valve (9) is removed to remove the Al precursor into the reaction vessel. ) To form a TiAlN film.

Al 전구체를 반응용기에서 제거하기 위하여 반응가스 유입밸브(10)를 닫고 반응가스 퍼지 밸브(11)를 열어 Al 전구체를 반응용기에서 제거하게 된다.In order to remove the Al precursor from the reaction vessel, the reaction gas inlet valve 10 is closed and the reaction gas purge valve 11 is opened to remove the Al precursor from the reaction vessel.

위의 방법을 1개의 순환으로 보며 이를 반복하면 원하는 두께의 TiAlN 막을 형성시킬 수 있으며, 여기에서 Al 전구체를 유입시간 또는 이송가스, 증기압을 높이면 TiAlN 막 내부의 Al 조성을 조절할 수 있으며 이는 Al 조성에 따라서 변화하는 TiAlN 막의 저항값을 조절할 수 있다.By looking at the above method in one cycle and repeating this, a TiAlN film having a desired thickness can be formed.In this case, when the Al precursor is introduced, the feed gas and the vapor pressure are increased, the Al composition inside the TiAlN film can be controlled. It is possible to adjust the resistance value of the changing TiAlN film.

본 발명에서 반응용기의 압력은 압력 조절 밸브(5)를 이용하여 반응용기의 압력을 0.1torr 에서 100torr 사이에서 공정이 진행되도록 할 수 있다.In the present invention, the pressure of the reaction vessel may allow the process of the pressure of the reaction vessel to proceed between 0.1torr and 100torr using the pressure regulating valve (5).

위의 예시는 TiAlN을 형성하기 위한 일부이며 상기 명시된 Ti 전구체, Al 전구체, 반응가스의 순서 및 순환을 조절하여 TiAlN 막을 형성시킬 수 있다.The above example is a part for forming TiAlN, and the TiAlN film may be formed by controlling the order and circulation of the Ti precursor, Al precursor, and reaction gas.

도 7은 TiAlN 박막형성방법에 따른 TiAlN 박막내 Al 조성변화를 도시한 것이다.FIG. 7 illustrates changes in Al composition in a TiAlN thin film according to a TiAlN thin film forming method.

Al 조성을 변화시키기 위한 가장 큰 변수는 반응용기 내부에 TMA 전구체의 유입량에 따라서 변하며 또한 공정진행시 반응용기의 압력을 높이면 Al 조성이 늘어나게 된다.The largest variable for changing the Al composition changes depending on the inflow of TMA precursor into the reaction vessel and increases the Al composition by increasing the pressure of the reaction vessel during the process.

또한 증착온도에 따라서 Al 조성이 변하게 되는데 낮은 증착온도에서는 Al 의 조성이 낮게 나타나며 높은 증착온도에서는 Al 의 조성이 높게 나타나게 된다.In addition, the composition of Al changes according to the deposition temperature. The composition of Al appears to be low at low deposition temperatures, and the composition of Al appears to be high at high deposition temperatures.

도 8은 화학기상증착 방법인 CVD(chemical vapor deposition) 방법과 원자층 증착방법인 ALD(Atomic layer deposition) 방법과 Sputter 방법을 사용하여 박막내 Al 조성에 따른 비저항값 변화를 도시하였다.FIG. 8 illustrates a change in resistivity according to Al composition in a thin film using chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD), and sputtering.

도 8에서 도시한 것과 같이 CVD 방법은 박막내 불순물이 많이 존재함으로 인하여 박막내 불순물이 적은 ALD 방법 및 불순물이 존재하지 않는 Sputter보다 동일 Al 조성에서 비저항 값이 높은 것을 알 수 있으며 ALD 방법은 박막내 불순물이 매우 적어 Sputter와 거의 동일한 비저항값은 나타냄을 알 수 있다.As shown in FIG. 8, it can be seen that the CVD method has a higher resistivity value in the same Al composition than the ALD method with less impurities in the thin film and the sputter without impurities due to the presence of impurities in the thin film. It can be seen that there are very few impurities and the resistivity value almost the same as that of the sputter is shown.

도 9는 TiAlN 증착 방법에서 Al 전구체인 TMA 유입 시간에 따른 TiAlN 박막내 Al 조성 변화 및 그에 따른 비저항값 변화를 나타낸 것이며, 도 10은 TiAlN 증착 방법에서 Ti 전구체인 TiCl4의 유입시간에 따른 TiAlN 박막내 Al 조성 및 그에 따른 비저항값 변화를 나타낸 것이다.FIG. 9 illustrates changes in Al composition and specific resistance of TiAlN films according to TMA inflow time of Al precursor in TiAlN deposition method, and FIG. 10 shows TiAlN films according to inflow time of TiCl 4 , Ti precursor in TiAlN deposition method. Al composition and the resulting resistivity change are shown.

여기서 Ti 전구체와 Al 전구체의 유입시간은 Ti 전구체와 Al 전구체가 반응 용기로 들어가는 양과 관계가 있으므로 이는 Ti 전구체 및 Al 전구체의 증기압을 높여 동일시간 내 반응용기로 들어가는 양을 증가시킬 수 있으며 또한 이송가스의 양을 늘리는 것 또한 동일 Ti 전구체 및 Al 전구체가 반응용기로 들어가는 양을 증가시키는 방법 중의 하나이다.In this case, the inflow time of the Ti precursor and the Al precursor is related to the amount of the Ti precursor and the Al precursor to enter the reaction vessel, which can increase the vapor pressure of the Ti precursor and the Al precursor to increase the amount of the Ti precursor and the Al precursor into the reaction vessel within the same time. Increasing the amount of is also one of the ways to increase the amount of the same Ti precursor and Al precursor enter the reaction vessel.

이상으로, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, which are merely exemplary, and it should be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

본 발명에 의하면, 불순물이 적고 저항값을 조절할 수 있으며, 우수한 단차 도포특성을 갖는 TiAlN 박막을 제조할 수 있으며, 또한 동일 순환에서 반응용기 내부로 Al 전구체와 Ti 전구체의 유입량을 조절함으로써 TiAlN 박막 내 Al의 조성을 변화시켜 원하고자 하는 저항값을 갖는 박막을 형성시킬 수 있다.According to the present invention, the TiAlN thin film having less impurities and the resistance value can be controlled, and the TiAlN thin film having excellent step coating properties can be manufactured. Also, the TiAlN thin film can be controlled by controlling the inflow rate of the Al precursor and the Ti precursor into the reaction vessel in the same circulation. The composition of Al may be changed to form a thin film having a desired resistance value.

Claims (12)

반도체 기판에 박막을 증착하는 방법에 있어서, In the method of depositing a thin film on a semiconductor substrate, (a)박막을 증착하기 위하여 반도체 기판을 반응용기에 유입하는 단계 ;(a) introducing a semiconductor substrate into the reaction vessel to deposit a thin film; (b)상기 반응용기에 Ti 전구체를 유입하는 단계;(b) introducing a Ti precursor into the reaction vessel; (c)상기 Ti 전구체를 상기 반응용기에서 퍼지하는 단계;(c) purging the Ti precursor in the reaction vessel; (d)상기 반응용기에 반응가스를 유입하여 TiN 박막을 형성시키는 단계;(d) introducing a reaction gas into the reaction vessel to form a TiN thin film; (e)상기 반응용기에 Al 전구체를 유입하는 단계;(e) introducing an Al precursor into the reaction vessel; (f)상기 Al 전구체를 반응용기에서 퍼지하는 단계;(f) purging the Al precursor in a reaction vessel; (g)상기 반응용기에 반응가스를 유입하여 TiAlN 을 형성하는 단계; 및(g) forming TiAlN by introducing a reaction gas into the reaction vessel; And (h)상기 반응용기에서 반응가스를 퍼지하는 단계;를 포함하는 1개의 순환으로 갖고,(h) purging the reaction gas in the reaction vessel; has one circulation including, 이송가스의 유량, 증착온도, 증착압력 등을 변화시켜 Al 조성을 조절하여 TiAlN의 저항 값을 조절하며 이를 반복하여 두께를 조절하여 TiAlN 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법을 이용한 TiAlN 박막 증착 방법.TiAlN thin film deposition using atomic layer deposition method characterized in that the TiAlN thin film is deposited by changing the flow rate, the deposition temperature, the deposition pressure, and the like, by adjusting the Al composition to adjust the resistance value of TiAlN and repeatedly adjusting the thickness. Way. 반도체 기판에 박막을 증착하는 방법에 있어서, In the method of depositing a thin film on a semiconductor substrate, (a)박막을 증착하기 위하여 반도체 기판을 반응용기에 유입하는 단계;(a) introducing a semiconductor substrate into the reaction vessel to deposit a thin film; (b)상기 반응용기에 Ti 전구체를 유입하는 단계; (b) introducing a Ti precursor into the reaction vessel; (c)상기 Ti 전구체를 상기 반응용기에서 퍼지하는 단계; (c) purging the Ti precursor in the reaction vessel; (d)상기 반응용기에 Al 전구체를 유입하는 단계; (d) introducing an Al precursor into the reaction vessel; (e)상기 Al 전구체를 반응용기에서 퍼지하는 단계; (e) purging the Al precursor in a reaction vessel; (f)상기 반응용기에 반응가스를 유입하여 TiAlN 을 형성하는 단계; 및(f) forming TiAlN by introducing a reaction gas into the reaction vessel; And (g)상기 반응용기에서 반응가스를 퍼지하는 단계;를 포함하는 1개의 순환으로 갖고,(g) purging the reaction gas in the reaction vessel; has one circulation including, 이송가스의 유량, 증착온도, 증착압력 등을 변화시켜 Al조성을 조절하여 TiAlN의 저항 값을 조절하며 이를 반복하여 두께를 조절하여 TiAlN 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법을 이용한 TiAlN 박막 증착 방법.TiAlN thin film deposition using atomic layer deposition method characterized by depositing TiAlN thin film by changing the flow rate of gas, deposition temperature, deposition pressure, etc. Way. 반도체 기판에 박막을 증착하는 방법에 있어서, In the method of depositing a thin film on a semiconductor substrate, (a)박막을 증착하기 위하여 반도체 기판을 반응용기에 유입하는 단계;(a) introducing a semiconductor substrate into the reaction vessel to deposit a thin film; (b)상기 반응용기에 Al 전구체를 유입하는 단계;(b) introducing an Al precursor into the reaction vessel; (c)상기 Al 전구체를 반응용기에서 퍼지하는 단계;(c) purging the Al precursor in a reaction vessel; (d)상기 반응용기에 Ti 전구체를 유입하는 단계;(d) introducing a Ti precursor into the reaction vessel; (e)상기 Ti 전구체를 상기 반응용기에서 퍼지하는 단계; (e) purging the Ti precursor in the reaction vessel; (f)상기 반응용기에 반응가스를 유입하여 TiAlN 을 형성하는 단계; 및(f) forming TiAlN by introducing a reaction gas into the reaction vessel; And (g)상기 반응용기에서 반응가스를 퍼지하는 단계;를 포함하는 1개의 순환으로 갖고,(g) purging the reaction gas in the reaction vessel; has one circulation including, 이송가스의 유량, 증착온도, 증착압력 등을 변화시켜 Al조성을 조절하여 TiAlN의 저항 값을 조절하며 이를 반복하여 두께를 조절하여 TiAlN 박막을 증착하 는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법을 이용한 TiAlN 박막 증착 방법.TiAlN thin film using atomic layer deposition method characterized by depositing TiAlN thin film by changing the flow rate of gas, deposition temperature, deposition pressure, etc. Deposition method. 반도체 기판에 박막을 증착하는 방법에 있어서, In the method of depositing a thin film on a semiconductor substrate, (a)박막을 증착하기 위하여 반도체 기판을 반응용기에 유입하는 단계;(a) introducing a semiconductor substrate into the reaction vessel to deposit a thin film; (b)상기 반응용기에 Ti 전구체와 Al 전구체를 유입하는 단계;(b) introducing a Ti precursor and an Al precursor into the reaction vessel; (c)상기 Ti 전구체와 Al 전구체를 반응용기에서 퍼지하는 단계; (c) purging the Ti precursor and the Al precursor in a reaction vessel; (d)상기 반응용기에 반응가스를 유입하여 TiAlN 을 형성하는 단계; 및(d) forming TiAlN by introducing a reaction gas into the reaction vessel; And (e)상기 반응용기에서 반응가스를 퍼지하는 단계;를 포함하는 1개의 순환으로 갖고,(e) purging the reaction gas in the reaction vessel; 이송가스의 유량, 증착온도, 증착 압력 등을 변화시켜 Al조성을 조절하여 TiAlN의 저항 값을 조절하며 이를 반복하여 두께를 조절하여 TiAlN 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법을 이용한 TiAlN 박막 증착 방법.TiAlN thin film deposition using atomic layer deposition method characterized by depositing TiAlN thin film by changing the flow rate of gas, deposition temperature, deposition pressure, etc. Way. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 Ti 전구체는 Ti를 포함한 유기 화합물 또는 무기 화합물인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법을 이용한 TiAlN 박막 증착 방법.The Ti precursor is TiAlN thin film deposition method using an atomic layer deposition method characterized in that the organic compound or inorganic compound containing Ti. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 Al 전구체는 Al를 포함한 유기 화합물 또는 무기 화합물인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법을 이용한 TiAlN 박막 증착 방법.The Al precursor is TiAlN thin film deposition method using an atomic layer deposition method, characterized in that the organic compound or inorganic compound containing Al. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 반응가스는 NH3 가스인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법을 이용한 TiAlN 박막 증착 방법.The reaction gas is a TiAlN thin film deposition method using an atomic layer deposition method, characterized in that the NH 3 gas. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 4, TiAlN의 조성 조절을 위하여 반도체 기판을 20도~700도 사이에서 진행하여 Al 조성을 조절하여 TiAlN 의 비저항 값을 조절하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법을 이용한 TiAlN 박막 증착 방법.The TiAlN thin film deposition method using the atomic layer deposition method characterized in that to adjust the resistivity value of TiAlN by adjusting the Al composition by advancing the semiconductor substrate from 20 degrees to 700 degrees to control the composition of TiAlN. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 반응용기의 압력은 TiAlN의 조성 조절을 위하여 0.1torr ~ 100torr 사이에서 진행하여 Al 조성을 조절하여 TiAlN 의 비저항 값을 조절하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법을 이용한 TiAlN 박막 증착 방법.The pressure of the reaction vessel is carried out between 0.1torr ~ 100torr to control the composition of TiAlN TiAlN thin film deposition method using an atomic layer deposition method characterized in that to adjust the resistivity value of TiAlN by adjusting the Al composition. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 Ti 전구체를 상기 반응용기로 유입하는 시간은 0.01~5초로 조절하여 Al 조성을 조절하여 TiAlN 의 비저항 값을 조절하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법을 이용한 TiAlN 박막 증착 방법.A TiAlN thin film deposition method using an atomic layer deposition method characterized in that the time to introduce the Ti precursor into the reaction vessel is adjusted to 0.01 ~ 5 seconds to adjust the resistivity value of TiAlN by adjusting the Al composition. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 Al 전구체는 이송가스의 양을 0~500sccm로 조절하여 Al 조성을 조절하여 TiAlN 의 비저항 값을 조절하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법을 이용한 TiAlN 박막 증착 방법.The Al precursor is TiAlN thin film deposition method using an atomic layer deposition method characterized in that by adjusting the amount of the transfer gas to 0 ~ 500sccm to adjust the resistivity value of TiAlN by adjusting the Al composition. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 Al 전구체는 17~100도 사이로 가열 또는 냉각시켜 상기 Al 전구체의 증기압을 조절하여 Al 조성을 조절하여 TiAlN의 비저항값을 조절하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법을 이용한 TiAlN 박막 증착 방법.The Al precursor is heated or cooled between 17 ~ 100 degrees by controlling the vapor pressure of the Al precursor to adjust the Al composition to adjust the resistivity value of TiAlN, characterized in that the TiAlN thin film deposition method using the atomic layer deposition method.
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