KR20090108552A - Preparation of metal oxide thin film via cyclic cvd or ald - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기판 상에 금속 옥사이드 막을 형성시키는 주기적 증착 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a periodic deposition method for forming a metal oxide film on a substrate.
SrTiO3(STO) 및 Ba(Sr)TiO3(BST)와 같은 고유전율(높은 k)의 박막은 차세대 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM) 소자의 유망한 커패시터 물질 중 하나로 광범위하게 연구되었다. 이러한 용도를 위해, 3차원(3-D) 커패시터 구조에 대한, 막 두께 및 조성의 관점에서의 매우 등각의 증착(very conformal deposition)이 필요하다.High dielectric constant (high k) thin films, such as SrTiO 3 (STO) and Ba (Sr) TiO 3 (BST), have been extensively studied as one of the promising capacitor materials for next generation dynamic random access memory (DRAM) devices. For this use, very conformal deposition in terms of film thickness and composition is needed for three-dimensional (3-D) capacitor structures.
최근에, 원자층 증착(atomic layer deposition: ALD) 공정이 다양한 원료 물질을 사용하여 이러한 요건을 충족시키도록 개발되었다. ALD는, 이의 독특한 자체 제한형 증착 메커니즘을 기초로 한 가장 유망한 기술 중 하나이다. 일반적으로, ALD는 낮은 증착 온도, 높은 가로세로 비의 피쳐(feature)에 대한 우수한 단차 피복성, 양호한 두께 균일성, 및 층상(layer-by-layer) 막 증착에 의한 정확한 두께 제어를 나타낼 수 있다.Recently, atomic layer deposition (ALD) processes have been developed to meet these requirements using a variety of raw materials. ALD is one of the most promising technologies based on its unique self-limiting deposition mechanism. In general, ALD may exhibit low deposition temperature, good step coverage for high aspect ratio features, good thickness uniformity, and accurate thickness control by layer-by-layer film deposition. .
플라즈마 강화된 ALD(PEALD)가 ALD의 이점은 유지하면서 더욱 높은 증착율 및 더욱 낮은 증착 온도와 같은 이의 이점으로 인해 또한 개발되었다.Plasma enhanced ALD (PEALD) has also been developed due to its advantages such as higher deposition rates and lower deposition temperatures while maintaining the benefits of ALD.
전구체 물질에 대해서, 예를 들어 STO 박막이 Sr 전구체로서 Sr 비스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토), 즉 (Sr(thd)2), Ti 전구체로서 TTIP(Ti-테트라이소프로폭사이드) 및 산화제로서 O3, O2 플라즈마 또는 H2O 증기를 사용하여 증착될 수 있다. 특히 Sr 전구체에 관해서는, Sr(thd)2 및 몇몇의 다른 Sr 전구체가 광범위하게 연구되었다고는 하지만, 그러한 전구체들은 여전히 지나치게 낮은 증기압, 저온에서의 열 분해 등과 같은 한계점을 지니고 있다.For precursor materials, for example, an STO thin film may be formed of Sr bis (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato) as an Sr precursor, ie (Sr (thd) 2 ), TTIP as Ti precursor (Ti-tetraisopropoxide) and can be deposited using O 3 , O 2 plasma or H 2 O vapor as oxidant. With regard to Sr precursors in particular, although Sr (thd) 2 and some other Sr precursors have been extensively studied, such precursors still have limitations such as excessively low vapor pressure, thermal decomposition at low temperatures, and the like.
따라서, 적합한 2족 또는 4족 전구체 및 상응하는 증착 방법을 개발해야 하는, 가장 중요하게는 융점, 용해도, 증기화 거동 및 반 제작된 반도체 표면에 대한 반응성과 같은 물리적 및 화학적 특성의 견지에서 호환을 갖게 하는 유사한 리간드를 갖는 2족 및 4족 착물을 찾아야 하는 요구가 여전히 존재한다. 결과적으로, 상기한 2족 및 4족 착물이 용매 중에 용해되고 반응 챔버로 전달되어 DRAM 용도를 위한 다성분 금속 옥사이드 막이 증착될 수 있다.Thus, compatibility with respect to physical and chemical properties such as melting point, solubility, vaporization behavior, and reactivity to semi-fabricated semiconductor surfaces, which requires the development of
발명의 개요Summary of the Invention
본 발명은 금속 케토이미네이트를 증착 챔버 내로 도입시키고 금속 케토이미 네이트를 가열된 기판 상에 증착시키는 단계; 증착 챔버를 퍼지하여 미반응 금속 케토이미네이트 및 임의의 부산물을 제거하는 단계; 산소 함유 공급원을 가열된 기판 내로 도입시키는 단계; 증착 챔버를 퍼지하여 임의의 부산물을 제거하는 단계; 및 목적하는 두께의 막이 형성될 때까지 주기적 증착 공정을 반복하는 단계를 포함하여, 기판 상에 금속 옥사이드 막을 형성시키기 위한 주기적 증착 방법에 관한 것이다.The present invention includes the steps of introducing a metal ketoiminate into a deposition chamber and depositing the metal ketoiminate on a heated substrate; Purging the deposition chamber to remove unreacted metal ketoiminate and any byproducts; Introducing an oxygen containing source into the heated substrate; Purging the deposition chamber to remove any byproducts; And repeating the periodic deposition process until a film of a desired thickness is formed, wherein the periodic deposition method is for forming a metal oxide film on a substrate.
본 발명은 예를 들어, 반도체 소자의 제작에 사용될 수 있는 스트론튬 옥사이드, 티타늄 옥사이드 또는 스트론튬 티타네이트와 같은 금속 또는 다성분 금속 옥사이드 막을 제조하는 방법을 기술하고 있다. 본원에 개시된 상기 방법은 종래의 열 실리콘 옥사이드, 실리콘 니트라이드 또는 지르코늄/하프늄 옥사이드 유전체의 유전율보다 실질적으로 더 높은 유전율을 갖는 금속 또는 다성분 금속 옥사이드 막을 제공한다.The present invention describes a method of making a metal or multicomponent metal oxide film, such as strontium oxide, titanium oxide or strontium titanate, which can be used, for example, in the manufacture of semiconductor devices. The method disclosed herein provides a metal or multicomponent metal oxide film having a dielectric constant substantially higher than that of conventional thermal silicon oxide, silicon nitride or zirconium / hafnium oxide dielectrics.
본원에 개시된 방법은 주기적 화학적 기상 증착(cyclic chemical vapor deposition: CCVD) 또는 원자층 증착(ALD) 기법을 사용하여 금속 옥사이드 막을 증착시킨다. 특정 구체예에서, 금속 옥사이드 막은 플라즈마 강화된 ALD(PEALD) 또는 플라즈마 강화된 CCVD(PECCVD) 공정을 통해 증착된다. 이 구체예에서, 증착 온도는 DRAM 또는 다른 반도체 용도에서 필요한 막 특성의 사양(specification)을 조절하기 위해 상대적으로 낮을 수, 예컨대 200 내지 600℃일 수 있다. 본원에 개시된 방법은 금속 케토이미네이트 전구체 및 산소 공급원을 사용하여 금속 옥사이드 막을 형성시킨다.The methods disclosed herein deposit metal oxide films using cyclic chemical vapor deposition (CCVD) or atomic layer deposition (ALD) techniques. In certain embodiments, the metal oxide film is deposited through a plasma enhanced ALD (PEALD) or plasma enhanced CCVD (PECCVD) process. In this embodiment, the deposition temperature may be relatively low, such as 200 to 600 ° C., to adjust the specification of the film properties needed in DRAM or other semiconductor applications. The method disclosed herein uses a metal ketoiminate precursor and an oxygen source to form a metal oxide film.
전형적인 공정은 하기와 같이 기술된다:Typical processes are described as follows:
단계 1. 금속 케토이미네이트 전구체의 증기를 가열된 기판과 접촉시켜 가열된 기판 상에 상기 전구체를 화학적으로 흡수시키는 단계;
단계 2. 임의의 미흡수된 케토이미네이트 전구체 및 임의의 부산물을 퍼지시켜 제거하는 단계;
단계 3. 가열된 기판 상에 산소 공급원을 도입시켜, 흡수된 금속 케토이미네이트 전구체와 반응시키는 단계; 및
단계 4. 임의의 미반응 산소 공급원 및 부산물을 퍼지시켜 제거하는 단계.
일 구체예에서, 케토이미네이트 전구체는 하기 구조식으로 표시된 기로부터 선택된다:In one embodiment, the keitominate precursor is selected from the group represented by the following structure:
상기 구조식 A에서, M은 칼슘, 마그네슘, 스트론튬, 바륨을 포함하는 2가의 2족 금속이다. 예를 들어, R1이 탄소수 1 내지 10개, 바람직하게는 탄소수 1 내지 6개의, 알킬, 플루오로알킬, 시클로지방족 기, 및 탄소수 6 내지 12개의 아릴 기로 이루어지는 군으로부터 선택되고; R2가 수소, 탄소수 1 내지 10개, 바람직하게는 탄소수 1 내지 6개의, 알킬, 알콕시, 시클로지방족 기, 및 탄소수 6 내지 12개의 아릴 기로 이루어지는 군으로부터 선택되고; R3이 탄소수 1 내지 10개, 바람직하게는 탄소수 1 내지 6개의, 알킬, 플루오로알킬, 시클로지방족 기, 및 탄소수 6 내지 12개의 아릴 기로 이루어지는 군으로부터 선택되고; R4가 키랄 탄소 원자를 갖거나 갖지 않는 C2-3 선형 또는 분지형 알킬 가교이며, 이에 의해 금속 중심에 대해 5원 또는 6원의 배위되는 고리가 형성되며, 상기 알킬 가교의 예로는 이들로 한정되는 것은 아니나 -(CH2)2-, (CH2)3-, -CH(Me)CH2-, -CH2CH(Me)-가 포함되며; R5-6은 개별적으로 탄소수 1 내지 10개, 바람직하게는 탄소수 1 내지 6개의, 알킬, 플루오로알킬, 시클로지방족 기, 및 탄소수 6 내지 12개의 아릴 기로 이루어지는 군으로부터 선택되며, 이들이 연결되어 탄소, 산소 또는 질소 원자를 포함하는 고리를 형성할 수 있는 것과 같은 다양한 유기 기가 사용될 수 있다. 구조식 A의 금속 케토이미네이트는 바람직하게는 로 이루어지는 군으로부터 선택된다.In the above formula A, M is a
다른 구체예에서, 케토이미네이트 전구체는 하기 구조식으로 표시되는 군으로부터 선택된다:In another embodiment, the keitominate precursor is selected from the group represented by the following structural formula:
상기 구조식 B에서, M은 티타늄, 지르코늄 또는 하프늄을 포함하는 4가의 4족 금속이다. 예를 들어, R7이 탄소수 1 내지 10개, 바람직하게는 탄소수 1 내지 6개의, 알킬, 플루오로알킬, 시클로지방족 기, 및 탄소수 6 내지 12개의 아릴 기로 이루어지는 군으로부터 선택되고; R8-9가 수소, 탄소수 1 내지 10개, 바람직하게는 탄소수 1 내지 6개의, 알킬, 알콕시, 시클로지방족 기, 및 탄소수 6 내지 12개의 아릴 기로 이루어지는 군으로부터 선택되고; R10은 키랄 탄소 원자를 갖거나 갖지 않는 C2-3 선형 또는 분지형 알킬 가교이며, 이에 의해 금속 중심에 대해 5원 또는 6원의 배위되는 고리가 형성되며, 상기 알킬 가교의 예로는 이들로 한정되는 것은 아니나 -(CH2)2-, (CH2)3-, -CH(Me)CH2-, -CH2CH(Me)-가 포함되는 것과 같은 다양한 유기 기가 사용될 수 있다.In Structural Formula B, M is a
본원에 개시된 증착 방법은 하나 또는 그 초과의 퍼지 가스를 포함할 수 있다. 미반응 반응물 및/또는 부산물을 퍼지시켜 제거하는 단계에 사용된 퍼지 가스 는 전구체와 반응하지 않는 불활성 가스이며, 이는 바람직하게는 Ar, N2, He 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 증착 방법에 따라 다르나, Ar과 같은 퍼지 가스가 반응기 내로, 예를 들어 약 0.1 내지 1000초 동안 약 10 내지 2000 sccm의 유속에서 공급됨으로써, 챔버 내에 잔류하는 미반응 물질 및 임의의 부산물이 퍼지된다.The deposition methods disclosed herein can include one or more purge gases. The purge gas used to purge and remove the unreacted reactants and / or by-products is an inert gas that does not react with the precursor, which may preferably be selected from the group consisting of Ar, N 2 , He and mixtures thereof. . Depending on the deposition method, a purge gas such as Ar is fed into the reactor at a flow rate of about 10 to 2000 sccm, for example for about 0.1 to 1000 seconds, thereby purging any unreacted material and any byproducts remaining in the chamber.
반응기, 즉 증착 챔버 내의 기판 온도는 바람직하게는 약 600℃ 미만 및 더욱 바람직하게는 약 500℃ 미만일 수 있으며, 공정 압력은 바람직하게는 약 0.01 내지 약 100 Torr 및 더욱 바람직하게는 약 0.1 Torr 내지 약 5 Torr일 수 있다.The substrate temperature in the reactor, ie the deposition chamber, may preferably be less than about 600 ° C. and more preferably less than about 500 ° C., and the process pressure is preferably from about 0.01 to about 100 Torr and more preferably from about 0.1 Torr to about It can be 5 Torr.
단계 3에서의 산소 공급원은 산소, 산소 플라즈마, 물, 물 플라즈마, 오존, 산화질소 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 산소 함유 공급원일 수 있다.The oxygen source in
전구체 및 산소 공급원 가스를 공급하는 각각의 단계는, 생성되는 금속 옥사이드 막의 화학양론적 조성을 변화시키기 위해 이들을 공급하는 시간의 지속시간을 변경시킴으로써 수행될 수 있다. 다성분 금속 옥사이드 막에 대해서, 구조식 "A" 또는 "B"로부터 선택된 케토이미네이트 전구체가 교대로 단계 1에서 반응 챔버 내로 도입될 수 있다.Each step of supplying the precursor and the oxygen source gas can be performed by varying the duration of time for supplying them to change the stoichiometric composition of the resulting metal oxide film. For multicomponent metal oxide films, ketoiminate precursors selected from structural formulas "A" or "B" can be introduced into the reaction chamber in turn in
직접적인 액체 전달 방법은, 케토이미네이트를 적합한 용매 또는 용매 혼합물에 용해시켜, 사용된 용매 또는 혼합된 용매에 따라 다르나 0.01 내지 2M의 몰 농도를 갖는 용액을 제조함으로써 채택될 수 있다. 본 발명에 사용된 용매는 지방 족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 선형 또는 고리형 에테르, 에스테르, 니트릴, 알콜, 아민, 폴리아민 및 유기 아미드를 포함하는 임의의 친화성 용매 또는 이들의 혼합물, 바람직하게는 높은 비등점의 용매, 예컨대 메시틸렌(비등점: 164℃), 또는 N-메틸-2-피롤리디논(비등점: 202℃), 및 더욱 바람직하게는 테트라히드로푸란(THF) 또는 N-메틸피롤리디논(NMP)와 같은 극성 용매 및 도데칸과 같은 비극성 용매로 이루어지는 용매 혼합물을 포함할 수 있다.Direct liquid delivery methods can be employed by dissolving the ketoiminate in a suitable solvent or solvent mixture to produce a solution having a molar concentration of 0.01 to 2 M, depending on the solvent or mixed solvent used. The solvent used in the present invention is any affinity solvent or mixture thereof, preferably high boiling point, including aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, linear or cyclic ethers, esters, nitriles, alcohols, amines, polyamines and organic amides. Solvents such as mesitylene (boiling point: 164 ° C), or N-methyl-2-pyrrolidinone (boiling point: 202 ° C), and more preferably tetrahydrofuran (THF) or N-methylpyrrolidinone (NMP Solvent mixtures consisting of a polar solvent such as) and a nonpolar solvent such as dodecane.
플라즈마 형성 공정(plasma-generated process)은 플라즈마가 반응기 중에서 직접 형성되는 직접 플라즈마 형성 공정, 또는 플라즈마가 반응기의 외부에서 형성되어 반응기 내로 공급되는 원격 플라즈마 형성 방법을 포함한다.Plasma-generated processes include a direct plasma forming process in which plasma is formed directly in the reactor, or a remote plasma forming method in which a plasma is formed outside the reactor and fed into the reactor.
본 발명은 또한 다수의 전구체가 순차적으로 증착 챔버 내로 도입되고 기화되고 3성분(ternary) 금속 옥사이드의 막을 형성하기 위한 조건 하에서 기판 상에 증착되는 3성분 금속 옥사이드 막을 형성시키기 위한 주기적 증착 방법을 고찰한다.The present invention also contemplates a periodic deposition method for forming a three-component metal oxide film in which a plurality of precursors are sequentially introduced into the deposition chamber, vaporized and deposited onto a substrate under conditions for forming a film of ternary metal oxide. .
본 발명은 생성되는 금속 옥사이드 막을 플라즈마 처리에 노출시켜, 생성되는 다성분 금속 옥사이드 막을 치밀화시킬 수 있음을 추가로 고찰한다.The present invention further contemplates that the resulting metal oxide film can be exposed to plasma treatment to densify the resulting multicomponent metal oxide film.
본 발명은 반도체 소자 구조 중에 이용되는, 금속 옥사이드 또는 다성분 금속 옥사이드 박막의 증착 방법으로 유용하다. 본 발명을 이용하여, 금속 옥사이드 막이, 공정 조건에 따라 다르나 원자층 증착 ALD 또는 CCVD 방법으로 형성될 수 있다.The present invention is useful as a method of depositing a metal oxide or a multicomponent metal oxide thin film used in a semiconductor device structure. Using the present invention, metal oxide films may be formed by atomic layer deposition ALD or CCVD methods, depending on the process conditions.
기판 표면을 상이한 전구체에 교대로 노출시킴으로써 ALD 성장이 진행된다. ALD는 전구체를 가스 상에서 서로 엄격하게 분리되도록 유지시킨다는 점이 CVD와 상이하다. 막 성장이 표면 반응의 자체 제한적인 제어에 의해 진행되는 이상적인 ALD 윈도우에서, 각 전구체의 펄스 길이 및 증착 온도는 표면이 포화되는 경우에는 성장율에 영향을 미치지 않는다.ALD growth proceeds by alternately exposing the substrate surface to different precursors. ALD differs from CVD in that the precursors are kept in tight separation from each other in the gas phase. In an ideal ALD window where film growth proceeds by self-limiting control of the surface reaction, the pulse length and deposition temperature of each precursor do not affect the growth rate when the surface is saturated.
CCVD 공정은 ALD 공정보다 더 높은 온도 범위에서 수행될 수 있는데, CCVD에서는 전구체가 분해된다. CCVD는 전구체 분리의 측면에서 전통적인 CVD와 다르다. 각각의 전구체는 순차적으로 도입되며 CCVD에서 완전히 분리되나, 전통적인 CVD에서는 모든 반응물 전구체가 반응기로 도입되어 가스 상에서 서로와 반응하도록 유도된다. CCVD 및 전통적인 CVD의 공통적인 특징은 이들이 모두 전구체의 열 분해에 관한 것이라는 점이다.The CCVD process can be performed at a higher temperature range than the ALD process, in which the precursor decomposes. CCVD differs from traditional CVD in terms of precursor separation. Each precursor is introduced sequentially and completely separated in CCVD, but in traditional CVD all reactant precursors are introduced into the reactor and induced to react with each other in the gas phase. A common feature of CCVD and traditional CVD is that they are all about the thermal decomposition of the precursors.
본 발명은 또한 반도체 소자 구조를 형성시키기 위해 플라즈마 강화된 ALD(PEALD) 기술을 사용하여 금속 옥사이드 막을 증착시키는 방법으로 유용하다. 금속 옥사이드 막은 CVD 및 전형적인 열 ALD에 의해 제조될 수 있으나; PEALD를 이용하여 증착율이 증가될 수 있으며, PEALD는 막 특성을 향상시키고 공정 윈도우를 확장시키는 것으로 공지되어 있다.The present invention is also useful as a method of depositing metal oxide films using plasma enhanced ALD (PEALD) techniques to form semiconductor device structures. Metal oxide films can be prepared by CVD and typical thermal ALD; Deposition rates can be increased using PEALD, which is known to improve film properties and expand process windows.
실시예 1Example 1
본 실시예는 메시틸렌 중에 용해된 Sr 케토이미네이트 전구체, Sr{tBuC(O)CHC(NCH2CH2NMe2)Me}2 및 O2 플라즈마를 이용하여 SrO를 CCVD 증착시키는 것을 설명한다. 증착 온도 범위는 200 내지 400℃이였으며, Sr 전구체를 전달시키는데 기화기가 사용되는 DLI(direct liquid injection: 직접적인 액체 주입)을 이용하였다. 증착 챔버 압력 범위는 가스 유속에 따라 다르나 약 1.5 Torr이었다. 액체(메시틸렌) 중에 용해되어 있는 Sr 전구체를 함유하는, 캐니스터(canister)의 침지 튜브 측(dip tube side)을 DLI 시스템 중의 인젝터 밸브에 연결시키고, 가압된 N2(약 30 psig)를 캐니스터의 다른 측에 연결시켜 액체를 밀어 움직이게 하였다. SrO의 CCVD의 1주기는 하기 5단계로 구성되었다:This example describes the CCVD deposition of SrO using Sr ketoiminate precursor, Sr { t BuC (O) CHC (NCH 2 CH 2 NMe 2 ) Me} 2 and O 2 plasma dissolved in mesitylene. The deposition temperature ranged from 200 to 400 ° C. and used direct liquid injection (DLI) where a vaporizer was used to deliver the Sr precursor. The deposition chamber pressure range was about 1.5 Torr, depending on the gas flow rate. The dip tube side of the canister, which contains the Sr precursor dissolved in liquid (mesitylene), is connected to the injector valve in the DLI system, and pressurized N 2 (about 30 psig) is connected to the canister. It was connected to the other side to push the liquid. One cycle of CCVD of SrO consisted of five steps:
1. 메시틸렌 중의 Sr 전구체의 0.1M 용액의 주입: 몇 밀리초 동안 주입 밸브를 개방시키면 기화기 중에 증기를 함유하는 Sr 전구체가 제공될 것이다.1. Injection of 0.1 M solution of Sr precursor in mesitylene: Opening the injection valve for a few milliseconds will give the Sr precursor containing steam in the vaporizer.
2. Sr 펄스: Sr 전구체 증기를 증착 챔버 내로 도입시키고; Sr 전구체를 가열된 기판 상에 화학적으로 흡수시킨다.2. Sr pulse: introducing Sr precursor vapor into the deposition chamber; The Sr precursor is chemically absorbed onto the heated substrate.
3. Ar 퍼지: 임의의 미흡수된 Sr 전구체를 Ar로 퍼지시켜 제거한다.3. Ar Purge: Any unabsorbed Sr precursor is purged with Ar to remove.
4. O2 플라즈마 펄스: 무선 주파수(radio frequency: RF) 전력(이 경우 50 와트(W))을 인가하면서 O2를 증착 챔버 내로 도입시켜, 가열된 기판 상에 흡수된 Sr 전구체와 반응시킨다.4. O 2 Plasma Pulse: O 2 is introduced into the deposition chamber while applying radio frequency (RF) power (50 watts (W) in this case) to react with the Sr precursor absorbed on the heated substrate.
5. Ar 퍼지: 임의의 미반응 O2 및 부산물을 Ar로 퍼지시켜 제거한다.5. Ar Purge: Purge any unreacted O 2 and byproducts with Ar to remove.
이 실시예에서, SrO 막이 얻어지는데, 이는 SrO 막의 증착 온도 의존성을 나타낸다. 주입 시간은 2 밀리초였고, Sr 펄스 시간은 5초이였으며, Sr 펄스 후 Ar 퍼지 시간은 10초이였으며, O2 플라즈마 펄스 시간은 3초이었고, O2 플라즈마 펄스 후 Ar 퍼지 시간은 10초이었다. 150주기 동안 반복되었다. In this embodiment, an SrO film is obtained, which indicates the deposition temperature dependency of the SrO film. Injection time was 2 milliseconds, Sr pulse time was 5 seconds, Ar purge time after Sr pulse was 10 seconds, O 2 plasma pulse time was 3 seconds, and Ar purge time after O 2 plasma pulse was 10 seconds. Repeated for 150 cycles.
그 결과가 도 3에 도시되어 있으며, 이 도 3에서는 ALD 공정 윈도우가 약 320℃ 이하이었다.The results are shown in FIG. 3, where the ALD process window was about 320 ° C. or less.
실시예 2Example 2
이 실시예에서, SrO 막은 하기 조건을 통해 증착되었다: 메시틸렌 중의 Sr 전구체, Sr{tBuC(O)CHC(NCH2CH2NMe2)Me}2의 0.1M 용액의 주입 시간은 2밀리초이었고, Sr 전구체 펄스 시간은 5초이였으며, Sr 펄스 후 Ar 퍼지 시간은 10초이였으며, O2 플라즈마 펄스 시간은 3초이였으며, O2 플라즈마 펄스 후 Ar 퍼지 시간은 10초이었다. 웨이퍼 온도는 250℃이었다. 실험은 각각 50, 150, 250, 300 및 600주기 동안 수행되었다. 그 결과가 도 4에 도시되어 있는데, 이는 ALD 공정의 특징적인 특성인, 막 두께 대 주기 수의 선형 의존성을 보여준다.In this example, the SrO film was deposited through the following conditions: The injection time of the 0.1 M solution of Sr precursor, Sr { t BuC (O) CHC (NCH 2 CH 2 NMe 2 ) Me} 2 in mesitylene was 2 milliseconds The Sr precursor pulse time was 5 seconds, the Ar purge time after the Sr pulse was 10 seconds, the O 2 plasma pulse time was 3 seconds, and the Ar purge time after the O 2 plasma pulse was 10 seconds. Wafer temperature was 250 ° C. Experiments were performed for 50, 150, 250, 300 and 600 cycles respectively. The results are shown in FIG. 4, which shows a linear dependence of film thickness versus number of cycles, which is a characteristic of the ALD process.
실시예 3Example 3
이 실시예에서, SrO 막은 하기 조건을 통해 증착되었다: 메시틸렌 중의 Sr 전구체, Sr{tBuC(O)CHC(NCH2CH2NMe2)Me}2의 0.1M 용액의 주입 시간은 2밀리초이었고, Sr 전구체 펄스 후 Ar 퍼지 시간은 10초이였으며, O2 플라즈마 펄스 시간은 3초이었고, O2 플라즈마 펄스 후 Ar 퍼지 시간은 10초이었다. 웨이퍼 온도는 250℃이었다. Sr 펄스 시간은 1초에서 7초로 변화되었다. 그 결과가 도 5에 도시되어 있으며, 이는 Sr 펄스 동안 약 5초의 포화 곡선을 나타내는데, 상기 곡선은 이들 조건 하에서의 전형적인 자체 제한형 ALD 공정을 제안한다.In this example, the SrO film was deposited through the following conditions: The injection time of the 0.1 M solution of Sr precursor, Sr { t BuC (O) CHC (NCH 2 CH 2 NMe 2 ) Me} 2 in mesitylene was 2 milliseconds The Ar purge time after the Sr precursor pulse was 10 seconds, the O 2 plasma pulse time was 3 seconds, and the Ar purge time after the O 2 plasma pulse was 10 seconds. Wafer temperature was 250 ° C. Sr pulse time was changed from 1 second to 7 seconds. The results are shown in FIG. 5, which shows a saturation curve of about 5 seconds during the Sr pulse, which suggests a typical self-limiting ALD process under these conditions.
실시예 4Example 4
이 실시예는 메시틸렌 중에 용해된 Sr 케토이미네이트 전구체, Sr{tBuC(O)CHC(NCH2CH2NMe2)Me}2 및 오존을 이용한 SrO의 ALD 또는 CCVD 증착을 설명한다. 증착 온도 범위는 200 내지 425℃이였으며, Sr 전구체를 전달하는데 기화기가 사용된 DLI(직접적인 액체 주입)를 이용하였다. 증착 챔버 압력 범위는 약 1.5 Torr이였으며, 이는 가스 유속에 따라 달라진다. 액체(메시틸렌) 중에 용해된 Sr 전구체를 함유하는, 캐니스터의 딥 튜브 측을 DLI 시스템 중의 인젝터 밸브에 연결시키고, 가압된 N2(약 30 psig)를 캐니스터의 다른 측에 연결하여 액체를 밀어움직이게 하였다. SrO의 CCVD의 일 주기는 하기 5단계로 이루어졌다:This example describes the ALD or CCVD deposition of SrO with Sr ketoiminate precursor dissolved in mesitylene, Sr { t BuC (O) CHC (NCH 2 CH 2 NMe 2 ) Me} 2 and ozone. The deposition temperature ranged from 200 to 425 ° C. and used DLI (Direct Liquid Injection) where a vaporizer was used to deliver the Sr precursor. The deposition chamber pressure range was about 1.5 Torr, depending on the gas flow rate. Connect the dip tube side of the canister, containing the Sr precursor dissolved in liquid (mesitylene), to the injector valve in the DLI system, and pressurized N 2 (about 30 psig) to the other side of the canister to push the liquid. It was. One cycle of CCVD of SrO consisted of five steps:
1. 메시틸렌 중의 Sr 전구체의 0.1M 용액의 주입; 몇 밀리초 동안 주입 밸브를 개방시키면 기화기 중에 증기를 함유하는 Sr 전구체가 공급될 것이다.1. Injection of 0.1M solution of Sr precursor in mesitylene; Opening the injection valve for a few milliseconds will supply the Sr precursor containing vapor in the vaporizer.
2. Sr 펄스: Sr 전구체 증기를 증착 챔버로 도입하고; Sr 전구체를 가열된 기판 상에 화학적으로 흡수시킨다.2. Sr pulse: introducing Sr precursor vapor into the deposition chamber; The Sr precursor is chemically absorbed onto the heated substrate.
3. Ar 퍼지: 임의의 미흡수된 Sr 전구체를 Ar로 퍼지시켜 제거한다.3. Ar Purge: Any unabsorbed Sr precursor is purged with Ar to remove.
4. 오존 펄스: 오존을 증착 챔버 내로 도입시킨다.4. Ozone Pulse: Introduces ozone into the deposition chamber.
5. Ar 퍼지: 임의의 미반응 오존 및 임의의 부산물을 Ar로 퍼지시켜 제거한 다.5. Ar purge: purge off any unreacted ozone and any by-products with Ar.
이 실시예에서, SrO 막을 얻었는데, 이는 생성되는 SrO 막 증착율의 증착 온도 의존성을 나타낸다. 주입 시간은 2 밀리초이었고, Sr 펄스 시간은 5초이였으며, Sr 펄스 후 Ar 퍼지 시간은 10초이었고, 오존 펄스 시간은 5초이였으며, 오존 펄스 후 Ar 퍼지 시간은 10초이었다.In this example, an SrO film was obtained, indicating the deposition temperature dependence of the resulting SrO film deposition rate. Injection time was 2 milliseconds, Sr pulse time was 5 seconds, Ar purge time after Sr pulse was 10 seconds, ozone pulse time was 5 seconds, and Ar purge time after ozone pulse was 10 seconds.
그 결과가 도 6에 도시되어 있는데, 이 도 6에서는 ALD 공정 윈도우가 약 340℃ 이하이었다.The results are shown in FIG. 6, where the ALD process window was about 340 ° C. or less.
실시예 5Example 5
이 실시예는 도데칸 중의 10%(중량)의 THF 중에 용해된 Sr 케토이미네이트 전구체, Sr{tBuC(O)CHC(NCH(Me)CH2NMe2)Me}2 및 오존을 이용한 SrO의 ALD 또는 CCVD 증착을 설명한다. 증착 온도 범위는 200 내지 425℃이였으며, Sr 전구체를 전달하는데 상업적 DLI(직접적인 액체 주입) 시스템이 이용되었다. 증착 챔버 압력 범위는 약 1.5 Torr이였으며, 이는 가스 유속에 따라 달라진다. 도데칸 중의 10%(중량)의 THF 중에 용해된 Sr 전구체를 함유하는, 캐니스터의 딥 튜브 측을 DLI 시스템 중의 인젝터 밸브에 연결시키고, 가압된 N2(약 30 psig)를 캐니스터의 다른 측에 연결하여 액체를 밀어움직이게 하였다. 이 경우, 인젝터 밸브는 항상 개방되며, Sr 전구체와 상기 용매의 액체 혼합물이 노즐(분무기)을 통해 기화되었다. 캐리어 가스가 기화를 보조하였다. SrO의 ALD 또는 CCVD의 일 주기는 하기 4단계로 이루어졌다:This example is based on the Sr ketoiminate precursor dissolved in 10% (weight) THF in dodecane, Sr { t BuC (O) CHC (NCH (Me) CH 2 NMe 2 ) Me} 2 and SrO using ozone. ALD or CCVD deposition is described. Deposition temperatures ranged from 200 to 425 ° C. and commercial DLI (Direct Liquid Injection) systems were used to deliver the Sr precursors. The deposition chamber pressure range was about 1.5 Torr, depending on the gas flow rate. The canister's dip tube side, containing Sr precursor dissolved in 10% (weight) of THF in dodecane, was connected to the injector valve in the DLI system, and the pressurized N 2 (about 30 psig) was connected to the other side of the canister. To push the liquid. In this case, the injector valve is always open and the liquid mixture of the Sr precursor and the solvent is vaporized through the nozzle (spray). Carrier gas assisted vaporization. One cycle of ALD or CCVD of SrO consisted of four steps:
1. Sr 전구체 증기를 증착 챔버로 전달하기 위해 도데칸 중의 10%(중량)의 THF 중의 Sr{tBuC(O)CHC(NCH(Me)CH2NMe2)Me}2의 0.1M 용액을 주입하고; Sr 전구체를 가열된 기판 상에 화학적으로 흡수시킨다.1.Inject 0.1M solution of Sr { t BuC (O) CHC (NCH (Me) CH 2 NMe 2 ) Me} 2 in 10% (weight) THF in dodecane to deliver Sr precursor vapor to the deposition chamber. and; The Sr precursor is chemically absorbed onto the heated substrate.
2. Ar 퍼지: 임의의 미흡수된 Sr 전구체를 Ar로 퍼지시켜 제거한다.2. Ar purge: purge any unabsorbed Sr precursor with Ar.
3. 오존 펄스: 오존을 증착 챔버 내로 도입시킨다.3. Ozone Pulse: Introduces ozone into the deposition chamber.
4. Ar 퍼지: 임의의 미반응 오존 및 임의의 부산물을 Ar로 퍼지시켜 제거한다.4. Ar purge: purge any unreacted ozone and any by-products with Ar.
이 실시예에서, SrO 막을 얻었는데, 이는 생성되는 SrO 막 두께의 증착 온도 의존성을 나타낸다. Sr 펄스 시간의 주입 시간은 5초이었고, Sr 펄스 후 Ar 퍼지 시간은 5초이였으며, 오존 펄스 시간은 5초이었고, 오존 펄스 후 Ar 퍼지 시간은 5초이었다.In this example, an SrO film was obtained, indicating the deposition temperature dependence of the resulting SrO film thickness. The injection time of the Sr pulse time was 5 seconds, the Ar purge time was 5 seconds after the Sr pulse, the ozone pulse time was 5 seconds, and the Ar purge time after the ozone pulse was 5 seconds.
그 결과가 도 7에 도시되어 있는데, 이 도 7에서는 ALD 공정 윈도우가 약 320℃ 이하이었다.The results are shown in FIG. 7, where the ALD process window was about 320 ° C. or less.
실시예 6Example 6
이 실시예에서, 용매 중에 용해시킨 스트론튬 전구체, Sr{tBuC(O)CHC(NCH2CH2NMe2)Me}2를 가열된 인젝터를 통해 기화시키면서, 직접적인 액체 주입 기화기 시스템을 모니터하였다. 이 경우, 인젝터를 185℃로 가열시켰으며, 캐리어 가스의 유속은 헬륨 가스의 500 sccm이었고, 전구체-용매 질량 유속은 1 g/min이었다. 압력 모니터는 인젝터 앞에, 캐리어 가스 스트림 중에 똑바르게 위치시켰다.In this example, a direct liquid injection vaporizer system was monitored while vaporizing a strontium precursor, Sr { t BuC (O) CHC (NCH 2 CH 2 NMe 2 ) Me} 2 , dissolved in a solvent through a heated injector. In this case, the injector was heated to 185 ° C., the flow rate of the carrier gas was 500 sccm of the helium gas, and the precursor-solvent mass flow rate was 1 g / min. The pressure monitor was placed straight in the carrier gas stream, in front of the injector.
도 8의 결과는 도데칸 중의 10%(중량)의 THF의 조합된 용매를 이용하여 약 3시간의 작동 시간에 걸쳐 매우 안정한 배압(back pressure)이 얻어짐을 보여준다. 대조적으로, 메시틸렌 중에 용해된 동일한 농도의 스트론튬 전구체는, 부가적인 전구체가 인젝터 시스템을 통해 유동함에 따라 배압에서의 계속적인 증가를 나타낸다. 보다 높은 비등점의 용매인 도데칸과, THF를 첨가함으로써 얻어진 추가의 용해도의 조합된 효과에 의해, 이 흐름 시험의 지속기간 동안 안정된 인젝터 성능이 가능해졌다.The results in FIG. 8 show that with a combined solvent of 10% (weight) of THF in dodecane, a very stable back pressure is obtained over an operating time of about 3 hours. In contrast, the same concentration of strontium precursor dissolved in mesitylene shows a continuous increase in back pressure as additional precursor flows through the injector system. The combined effect of the higher boiling point of dodecane and the additional solubility obtained by adding THF allows stable injector performance for the duration of this flow test.
도 1은 Sr{tBuC(O)CHC(NCH2CH2NMe2)Me}2(실선) 및 Ti{MeC(O)CHC(NCH2CH2O)Me}2(점선)의 열 중량 분석/시차 주사 열량계(TGA/DSC)에 따른 그래프를 도시하고 있는데, 이는 상기한 2개의 착물이 이의 매우 유사한 기화 거동으로 인해 친화성(compatible)을 나타냄을 보여준다.1 is a thermogravimetric analysis of Sr { t BuC (O) CHC (NCH 2 CH 2 NMe 2 ) Me} 2 (solid line) and Ti {MeC (O) CHC (NCH 2 CH 2 O) Me} 2 (dashed line) A graph according to a differential scanning calorimeter (TGA / DSC) is shown, which shows that the two complexes described above are compatible due to their very similar vaporization behavior.
도 2는 Sr{tBuC(O)CHC(NCH(Me)CH2NMe2)Me}2(실선) 및 Ti{MeC(O)CHC(NCH(Me)CH2O)Me}2(점선)의 TGA/DSC에 따른 그래프를 도시하고 있는데, 이는 상기한 2개의 착물이 이의 동일한 융점 및 유사한 기화 거동으로 인해 친화성을 나타냄을 보여준다.FIG. 2 shows Sr { t BuC (O) CHC (NCH (Me) CH 2 NMe 2 ) Me} 2 (solid line) and Ti {MeC (O) CHC (NCH (Me) CH 2 O) Me} 2 (dashed line) A graph according to TGA / DSC is shown, which shows that the two complexes above show affinity due to their same melting point and similar vaporization behavior.
도 3은 Sr{tBuC(O)CHC(NCH2CH2NMe2)Me}2 및 O2 플라즈마를 이용하여 SrO를 증착시키는 PEALD의 온도 의존성을 나타낸다.FIG. 3 shows the temperature dependence of PEALD depositing SrO using Sr { t BuC (O) CHC (NCH 2 CH 2 NMe 2 ) Me} 2 and O 2 plasma.
도 4는 Sr{tBuC(O)CHC(NCH2CH2NMe2)Me}2 및 O2 플라즈마를 이용하는 PEALD를 통해 250℃의 온도에서 증착 주기 수를 사용하여 얻어지는 SrO 두께 의존성을 나타낸다.4 shows the SrO thickness dependence obtained using the number of deposition cycles at a temperature of 250 ° C. via PEALD using Sr { t BuC (O) CHC (NCH 2 CH 2 NMe 2 ) Me} 2 and O 2 plasma.
도 5는 PEALD를 통해 250℃에서 Sr 전구체인 Sr{tBuC(O)CHC(NCH2CH2NMe2)Me}2 펄스 시간을 사용하여 얻어지는 SrO 두께 의존성을 나타낸다.FIG. 5 shows the SrO thickness dependence obtained using Sr { t BuC (O) CHC (NCH 2 CH 2 NMe 2 ) Me} 2 pulse time at 250 ° C. via PEALD.
도 6은 Sr{tBuC(O)CHC(NCH2CH2NMe2)Me}2 및 오존을 사용하여 SrO를 증착시키는 열 ALD의 온도 의존성을 나타낸다.6 shows the temperature dependence of thermal ALD for depositing SrO using Sr { t BuC (O) CHC (NCH 2 CH 2 NMe 2 ) Me} 2 and ozone.
도 7은 Sr{tBuC(O)CHC(NCH(Me)CH2NMe2)Me}2 및 오존을 사용하여 SrO를 증착시키는 열 ALD의 온도 의존성을 나타낸다.FIG. 7 shows the temperature dependence of thermal ALD for depositing SrO using Sr { t BuC (O) CHC (NCH (Me) CH 2 NMe 2 ) Me} 2 and ozone.
도 8은 인젝터 오리피스 앞에서의 배압 모니터링을 통한 직접적인 액체 주입 안정성을 입증한다. A) 도데칸 중의 10%(중량) 테트라히드로푸란 중에 용해된 0.1M 스트론튬 전구체 Sr{tBuC(O)CHC(NCH(Me)CH2NMe2)Me}2, 및 B) 메시틸렌 중에 용해시킨 0.1M 스트론튬 전구체 Sr{tBuC(O)CHC(NCH(Me)CH2NMe2)Me}2.8 demonstrates direct liquid injection stability through back pressure monitoring in front of the injector orifice. A) 0.1 M strontium precursor Sr { t BuC (O) CHC (NCH (Me) CH 2 NMe 2 ) Me} 2 dissolved in 10% (weight) tetrahydrofuran in dodecane, and B) mesitylene 0.1 M strontium precursor Sr { t BuC (O) CHC (NCH (Me) CH 2 NMe 2 ) Me} 2 .
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