KR20190067023A - 변형된 원자층증착방식을 이용한 저저항 TiAlN 전극의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자에 활용되는 TiAlN 전극의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원자층 증착법(ALD; atomic layer deposition)을 통하여 TiAlN 전극을 형성하는 경우 낮은 비저항을 구현할 수 있는 변현된 ALD 증착법을 이용한 TiAlN 전극에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명에서는 TiN 과 AlN을 증착을 위한 서브사이클 (sub-cycle)로 구성된 슈퍼 사이클(super cycle)을 이용하여 ALD법으로 TiAlN 박막 전극을 형성하는 경우, 일반적으로 알루미늄 전구체를 주입하는 단계-퍼지가스를 주입하는 단계-반응물질을 플라즈마와 함께 주입하는 단계-퍼지가스를 주입하는 단계로 구성되는 AlN 서브사이클을 사용하는 대신, 타이타늄 전구체를 주입하는 단계-알루미늄 전구체를 주입하는 단계-퍼지가스를 주입하는 단계-반응물질을 플라즈마와 함께 주입하는 단계-퍼지가스를 주입하는 단계로 구성된 변형된 AlN 서브사이클을 사용하는 것을 특징으로 하는 TiAlN 전극 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 변형된 AlN 서브사이클을 활용함으로서, TiAlN 전극박막 내 Al의 함량을 줄일 수 있어, 일반적인 TiN과 AlN 서브사이클로 구성된 슈퍼사이클을 활용하여 ALD법으로 증착한 TiAlN에 비하여 비저항이 매우 낮은 TiAlN 전극박막을 형성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 변형된 AlN 서브사이클을 활용함으로서, TiAlN 전극박막 내 Al의 함량을 줄일 수 있어, 일반적인 TiN과 AlN 서브사이클로 구성된 슈퍼사이클을 활용하여 ALD법으로 증착한 TiAlN에 비하여 비저항이 매우 낮은 TiAlN 전극박막을 형성할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 소자에 활용되는 TiAlN 전극의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원자층 증착법(ALD; atomic layer deposition)을 통하여 TiAlN 전극을 형성하는 경우 낮은 비저항을 구현할 수 있는 변형된 ALD 증착법을 이용한 TiAlN 전극에 관한 것이다.
일반적으로 TiAlN 박막을 ALD법을 통해 증착하는 경우, TiN과 AlN 증착을 위한 서브사이클(unitcycle)로 구성된 슈퍼 사이클(super cycle)을 이용하여 증착한다(등록특허 제1012425620000호 등). 즉, TiN 서브사이클 동안 일정두께의 TiN 층을 형성한 뒤, AlN 서브 사이클 동안 일정두께의 AlN 층을 형성함으로써, 하나의 슈퍼 사이클 동안 일정두께의 TiAlN 층이 형성되며, 슈퍼 사이클의 반복횟수를 조절하여 TiAlN 층의 두께를 조절할 수 있다. 이 때 TiAlN 전극의 저항은 하나의 슈퍼 사이클을 구성할 때, TiN 서브사이클의 반복횟수와 AlN 서브 사이클의 반복횟수를 변화시켜 조절할 수 있다. 그러나, 이러한 경우, AlN 서브 사이클의 반복횟수를 한번으로 최소화하더라도, 한번의 AlN 서브사이클동안 증착되는 AlN 양이 많아, TiAlN 박막의 저항은 1500 μΩcm 이하로 저항을 낮추기 어려운 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로써, TiAlN 박막내의 Al의 함량을 최소화할 수 있어 낮은 비저항의 구현이 가능한 것을 특징으로하는 TiAlN 전극의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은, (a) Ti 전구체를 주입시켜 기판에 흡착시키는 단계 (b) 퍼지가스를 주입하는 단계 (c) N2 또는 NH3 반응가스를 주입하면서 플라즈마를 발생하여 흡착된 Ti 전구체의 리간드를 제거함으로서 일정두께의 TiN 원자층을 형성하는 단계 (d) 퍼지가스를 주입하는 단계로 구성된 TiN 증착을 위한 서브사이클과,
(e) Ti 전구체를 주입하여 흡착시키는 단계 (f) Al 전구체를 주입하여 흡착시키는 단계 (g) 퍼지가스를 주입하는 단계 (h) N2 또는 NH3 반응가스를 주입하면서 플라즈마를 발생하여 흡착된 상기 Ti 및 Al 전구체의 리간드를 제거함으로서 일정두께의 TiN과 AlN 혼합층을 형성하는 단계 (h) 퍼지가스를 주입하는 단계로 구성된 TiN과 AlN 혼합층 증착을 위한 서브사이클로 구성된 슈퍼사이클에 의하여 증착되는 것을 특징으로 하는 변형된 원자층증착법을 이용한 TiAlN 전극박막의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 저저항의 TiAlN 전극박막이 제공될 수 있다.
즉, 본 발명의 변형된 ALD법에 의하면, 먼저 주입된 Ti 전구체가 표면에 포화된 화학흡착층을 먼저 형성하고, 뒤이어 주입된 Al 전구체가 남은 빈자리에 화학흡착층을 형성하게 되며, N2 또는 NH3 반응가스를 플라즈마와 함께 주입하는 단계를 통해 화학흡착되어 있던 Ti전구체와 Al전구체가 일정두께의 박막을 형성하게 되므로 하나의 서브사이클 동안 증착되는 AlN의 양을 줄이는 효과를 가질 수 있다.
특히, TiN 서브사이클을 증가시켜 약 500 μΩcm 정도의 매우 낮은 비저항의 TiAlN을 구현할 수 있다.
도 1은 TiAlN 박막 전극의 증착을 위한 일반적인 원자층증착법의 슈퍼사이클 구성도이다.
도 2는 일반적인 원자층증착법의 슈퍼사이클을 이용하여 증착한 TiAlN 박막 전극의 저항을 나타내는 그림이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 의한 저 저항 특성을 가지는 TiAlN 박막 전극의 증착을 위한 변형된 원자층 증착법의 슈퍼사이클 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 변형된 원자층 증착법의 슈퍼사이클을 이용하여 증착한 TiAlN 박막 전극의 저항을 나타내는 그림이다.
도 2는 일반적인 원자층증착법의 슈퍼사이클을 이용하여 증착한 TiAlN 박막 전극의 저항을 나타내는 그림이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 의한 저 저항 특성을 가지는 TiAlN 박막 전극의 증착을 위한 변형된 원자층 증착법의 슈퍼사이클 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 변형된 원자층 증착법의 슈퍼사이클을 이용하여 증착한 TiAlN 박막 전극의 저항을 나타내는 그림이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1에 일반적으로 원자층증착법을 이용하여 TiAlN 박막전극을 증착 하는 경우에 활용되는 슈퍼사이클의 개략도를 보여주고 있다. 일반적인 TiAlN 원자층증착법의 슈퍼사이클은 TiN 서브 사이클과 AlN 서브 사이클로 구성되어져 있으며, TiN 서브사이클은 Ti 전구체(precursor)의 주입하는 단계, 퍼지가스를 주입하는 단계, N2 또는 NH3 반응가스를 플라즈마와 함께 주입하는 단계, 그리고 퍼지가스를 주입하는 단계로 구성되며, AlN 서브사이클은 Al 전구체(precursor)의 주입하는 단계, 퍼지가스를 주입하는 단계, N2 또는 NH3 반응가스를 플라즈마와 함께 주입하는 단계, 그리고 퍼지가스를 주입하는 단계로 구성된다. TiAlN 박막 전극의 조성은 하나의 TiAlN 슈퍼사이클을 구성하는 TiN과 AlN 서브 사이클의 반복횟수를 조절함으로서 조절이 가능하며, 이를 통해 전기적 저항을 조절하게 된다. 즉, TiN은 전도성을 가지는 전도체이며, AlN은 절연성을 가지는 비절연체이기 때문에, TiAlN 박막의 저항을 낮추기 위해서는 TiN 서브사이클의 반복횟수는 늘리고, AlN 서브사이클의 반복횟수는 최소화하는 것이 일반적이다.
제 1실시예에서는 이를 위하여, AlN 서브사이클의 반복횟수는 최소 반복 횟수인 1로 고정하고, TiN 서브사이클의 반복횟수는 10~40사이클 까지 변화시켜가며 슈퍼사이클을 구성한 뒤,TiAlN 박막 전극을 증착한 경우의 비저항의 변화를 도 2에 나타내었다. 본 실시 예에서는 Al 전구체로는 TMA (trimethyl-aluminum)을 사용하였으며, Ti 전구체로는 TDMAT (Tetrakis(dimethylamino)titanium을 사용하여 형성하였으나, 본 발명에 의한 방법은 다른 Al 및 Ti 전구체를 사용하여도 동일하게 구현 할 수 있다. 도 2를 통해 볼 수 있듯이, TiN 서브사이클의 반복횟수가 증가함에 따라 TiAlN 박막의 비저항은 점차적으로 감소하지만 1500 μΩcm 보다 높은 비저항을 가짐을 알 수 있다. 이러한 점은 AlN 서브사이클 동안, Al 전구체가 주입이 될 때, 표면을 Al전구체가 표면에 포화된 화학흡착층을 형성하게 되므로, 한번이 AlN 서브사이클 이라 할지라도 Al전구체로 포화된 화학흡착층 만큼이 박막내에 게재되는 양을 더 줄이기 어렵게 된다.
또한, 일반적인 TiAlN 원자층증착법의 슈퍼사이클에서 TiN 서브사이클의 반복횟수를 40회 이상으로 더 크게 증가시켜 저항을 낮출 수는 있으나, 이 경우 하나의 TiN 서브사이클 동안 증착되는 TiN의 두께가 너무 두꺼워져 AlN이 TiAlN 박막내에 불균일한 분포를 가지게 되므로 실제로 활용하기 어렵다.
이하, 본 발명에 의한 변형된 원자층 증착방식을 이용하여 저저항을 가지는 TiAlN 박막전극의 제조방법을 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명에 의하여 변형된 원자층증착법을 이용하여 TiAlN 박막전극을 증착 하는 경우에 활용되는 슈퍼사이클의 개략도를 보여주고 있다. 앞서 설명한 일반적인 TiAlN 원자층증착법의 슈퍼사이클에서와 달리, 본 발명에 의한 저저항 TiAlN 박막전극을 형성하기 위한 변형된 원자층증착법의 슈퍼사이클은, 종래의 TiN 서브 사이클과 종래의 AlN 서브사이클이 아닌 변형된 AlN 서브사이클 ((Ti)AlN)으로 구성되어있다. 변형된 AlN 서브사이클((Ti)AlN 서브사이클)은 Ti 전구체를 주입하는 단계, Al 전구체를 주입하는 단계, 퍼지가스를 주입하는 단계, N2 또는 NH3 반응가스를 플라즈마와 함께 주입하는 단계, 그리고 퍼지가스를 주입하는 단계로 구성된다. 변형된 원자층증착법을 이용한 TiAlN 박막 전극의 조성은 하나의 TiAlN 슈퍼사이클을 구성하는 TiN과 변형된 AlN 서브사이클((Ti)AlN 서브사이클)의 반복횟수를 조절함으로서 조절이 가능하며, 이를 통해 마찬가지로 전기적 저항을 조절하게 된다. 그러나, 변형된 원자층증착법을 이용하여 TiAlN 박막전극을 증착 하는 경우에 활용되는 슈퍼사이클의 경우, 변형된 AlN 서브사이클((Ti)AlN 서브사이클) 동안, 먼저 주입된 Ti 전구체가 표면에 포화된 화학흡착층을 먼저 형성하고, 뒤이어 주입된 Al 전구체가 남은 빈자리에 화학흡착층을 형성하게 되며, N2 또는 NH3 반응가스를 플라즈마와 함께 주입하는 단계를 통해 화학흡착되어 있던 Ti전구체와 Al전구체가 일정두께의 박막을 형성하게 되므로 하나의 서브사이클 동안 증착되는 AlN의 양을 줄이는 효과를 가질 수 있다.
제 2실시예에서는 이를 위하여, 변형된 AlN 서브사이클((Ti)AlN 서브사이클)의 반복횟수는 최소 반복 횟수인 1로 고정하고, TiN 서브사이클의 반복횟수는 10~40사이클 까지 변화시켜가며 슈퍼사이클을 구성한 뒤,TiAlN 박막 전극을 증착한 경우의 비저항의 변화를 도 4에 나타내었다. 도 4를 통해 볼 수 있듯이, TiN 서브사이클의 반복횟수가 증가함에 따라 TiAlN 박막의 비저항은 점차적으로 감소하며 제 1실시예와 유사한 경향을 나타내지만, TiAlN 박막의 저항은 동일한 TiN 서브사이클을 반복한 경우라도 제1실시예에 의한 방법보다 낮은 비저항을 가지며, TiN 서브사이클이 40회인 경우 약 500 μΩcm 정도의 매우 낮은 비저항의 구현이 가능함을 알 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (4)
- (a) Ti 전구체를 주입시켜 기판에 흡착시키는 단계 (b) 퍼지가스를 주입하는 단계 (c) N2 또는 NH3 반응가스를 주입하면서 플라즈마를 발생하여 흡착된 Ti 전구체의 리간드를 제거함으로서 일정두께의 TiN 원자층을 형성하는 단계 (d) 퍼지가스를 주입하는 단계로 구성된 TiN 증착을 위한 서브사이클과,
(e) Ti 전구체를 주입하여 흡착시키는 단계 (f) Al 전구체를 주입하여 흡착시키는 단계 (g) 퍼지가스를 주입하는 단계 (h) N2 또는 NH3 반응가스를 주입하면서 플라즈마를 발생하여 흡착된 상기 Ti 및 Al 전구체의 리간드를 제거함으로서 일정두께의 TiN과 AlN 혼합층을 형성하는 단계 및 (h) 퍼지가스를 주입하는 단계;로 구성된 TiN과 AlN 혼합층 증착을 위한 서브사이클로 구성된 슈퍼사이클에 의하여 증착되는 것을 특징으로 하는 변형된 원자층증착법을 이용한 TiAlN 전극박막의 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 Ti 전구체는 TDMAT, TDEAT, TEMAT, TiCl4, TiI4 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 변형된 원자층증착법을 이용한 TiAlN 전극박막의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 Al 전구체는 TMA 인 것을 특징으로 하는 변형된 원자층증착법을 이용한 TiAlN 전극박막의 제조방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 제조방법으로 제조되어 TiAlN 전극 박막의 비저항이 1500 μΩcm 이하인 것을 특징으로 하는 TiAlN 전극박막을 구비한 반도체소자.
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| KR (1) | KR102117146B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022220450A1 (ko) * | 2021-04-15 | 2022-10-20 | 한양대학교 산학협력단 | 문턱 전압이 제어된 반도체 소자 및 그 제조방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100677769B1 (ko) * | 2004-10-30 | 2007-02-02 | 주식회사 하이닉스반도체 | 캐패시터 및 그 제조 방법 |
-
2017
- 2017-12-06 KR KR1020170166986A patent/KR102117146B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100677769B1 (ko) * | 2004-10-30 | 2007-02-02 | 주식회사 하이닉스반도체 | 캐패시터 및 그 제조 방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2022220450A1 (ko) * | 2021-04-15 | 2022-10-20 | 한양대학교 산학협력단 | 문턱 전압이 제어된 반도체 소자 및 그 제조방법 |
| KR20220142783A (ko) * | 2021-04-15 | 2022-10-24 | 한양대학교 산학협력단 | 문턱 전압이 제어된 반도체 소자 및 그 제조방법 |
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| Publication number | Publication date |
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| KR102117146B1 (ko) | 2020-06-01 |
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