KR20210041809A - Precursor for silicon containing thin film, deposition method of film and semiconductor device of the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a precursor for forming a silicon thin film, which includes reformed disilazane compound represented by chemical formula 1. In the chemical formula 1, R1 to R9 can be the same as or different from each other, and are a C_1 to C_6 straight-chain or branched alkyl group or alkylene group, a phenyl group which includes or does not include a substituent, a cycloalkyl group which includes or does not include the substituent, an amine group or an alkylsilyl group.

Description

실리콘 박막 형성용 전구체 및 이를 이용한 실리콘 박막 형성 방법 및 상기 실리콘 박막을 포함하는 반도체 소자.{PRECURSOR FOR SILICON CONTAINING THIN FILM, DEPOSITION METHOD OF FILM AND SEMICONDUCTOR DEVICE OF THE SAME}A precursor for forming a silicon thin film, a method of forming a silicon thin film using the same, and a semiconductor device including the silicon thin film. {PRECURSOR FOR SILICON CONTAINING THIN FILM, DEPOSITION METHOD OF FILM AND SEMICONDUCTOR DEVICE OF THE SAME}

본 발명은 실리콘 박막 형성용 전구체 및 이를 이용한 실리콘 박막 형성 방법 및 상기 실리콘 박막을 포함하는 반도체 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 개질된 디실라잔 화합물을 포함하는 전구체를 통해 실리콘 산화막, 질화막, 옥시질화막 등의 실리콘 박막을 형성할 수 있는 실리콘 박막 형성용 전구체 및 이를 이용한 실리콘 박막 형성 방법 및 상기 실리콘 박막을 포함하는 반도체 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a precursor for forming a silicon thin film, a method for forming a silicon thin film using the same, and a semiconductor device including the silicon thin film, and more particularly, to a silicon oxide film, a nitride film, and a precursor including a modified disilazane compound. The present invention relates to a precursor for forming a silicon thin film capable of forming a silicon thin film such as an oxynitride film, a method of forming a silicon thin film using the same, and a semiconductor device including the silicon thin film.

디실라잔 화합물은 실리콘 박막 형성용 전구체로 널리 사용되고 있다. 대한민국 등록특허공보 10-1060911호에서는 모노알킬아미노실란 전구체와 반응성 가스를 도입하여 질화규소 박막을 형성하는 기술이 개시되어 있고, 대한민국 등록특허공보 10-0323628호에서는 비스(t-부틸아미노)실란을 반응 가스와 반응시켜서 이산화규소 및 옥시질화규소로 구성된 군 중에서 선택된 산소 함유 규소 화합물의 필름을 기판 상에 침착시키는 기술이 개시되어 있는 등 다양한 반응 조건 및 반응 가스에 의한 실리콘 박막 형성에 실라잔 화합물이 적용되고 있다.The disilazane compound is widely used as a precursor for forming a silicon thin film. Korean Patent Publication No. 10-1060911 discloses a technology for forming a silicon nitride thin film by introducing a monoalkylaminosilane precursor and a reactive gas, and in Korean Patent Publication No. 10-0323628, a bis(t-butylamino)silane is reacted. The silazane compound is applied to the formation of a silicon thin film by various reaction conditions and reaction gases, such as a technology for depositing a film of an oxygen-containing silicon compound selected from the group consisting of silicon dioxide and silicon oxynitride on a substrate by reacting with a gas. have.

또한, 대한민국 등록특허공보 10-1600327호에서는 디실라잔 화합물을 이용하여 실릴기가 3개인 아미노실릴 아미노 화합물을 전구체를 제조하고 있으나, 이러한 아미노실릴 아미노 화합물은 고온에서 열분해되기 쉬운 구조로 이루어져 있어 이를 이용하여 박막을 형성하는 증착공정을 수행할 때에는 300℃ 이하의 저온 증착공정만이 유효한 실정으로 기판온도가 100℃인 조건에서 유효하게 사용될 수 있는 것으로 파악된다.In addition, Korean Patent Publication No. 10-1600327 uses a disilazane compound to prepare a precursor for an aminosilyl amino compound having three silyl groups, but such an aminosilyl amino compound has a structure that is easy to thermally decompose at high temperatures, so it is used. Therefore, when performing the deposition process of forming a thin film, only a low temperature deposition process of 300°C or less is effective, and it is understood that it can be effectively used under the condition of a substrate temperature of 100°C.

따라서 실릴기가 너무 적거나 많은 화학 구조로는 고온 증착공정 조건에 적용될 수 없고, 디실라잔 화합물을 이용하여야 하는데, 고온에서도 증착공정을 수행할 수 있도록 실라잔 화합물을 개질한 형태의 신규 화합물에 대한 개발이 필요하다.Therefore, a chemical structure with too little or too many silyl groups cannot be applied to high-temperature deposition process conditions, and a disilazane compound must be used. Development is needed.

대한민국 등록특허공보 10-1060911호Korean Patent Publication No. 10-1060911 대한민국 등록특허공보 10-0323628호Korean Patent Publication No. 10-0323628 대한민국 등록특허공보 10-1600327호Korean Registered Patent Publication No. 10-1600327

본 발명은 상기와 같은 종래기술들을 감안하여 안출된 것으로, 개질된 디실라잔 화합물을 통해 고온에서의 증착공정을 수행할 수 있는 전구체와 이를 이용한 실리콘 박막 형성 방법 및 상기 실리콘 박막을 포함하는 반도체 소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been devised in view of the above-described conventional techniques, a precursor capable of performing a deposition process at a high temperature through a modified disilazane compound, a method of forming a silicon thin film using the same, and a semiconductor device including the silicon thin film Its purpose is to provide.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실리콘 박막 형성용 전구체 는 화학식 1로 표시되는 개질된 디실라잔 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.The precursor for forming a silicon thin film of the present invention for achieving the above object is characterized in that it comprises a modified disilazane compound represented by Chemical Formula 1.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 화학식 1에서, R1 내지 R9은 서로 같거나 달라도 되며, C1-C6의 직쇄형 또는 분지형의 알킬기 또는 알킬렌기, 치환기를 포함하거나 포함하지 않는 페닐기, 치환기를 포함하거나 포함하지 않는 시클로알킬기, 아민기 또는 알킬실릴기이다.In Formula 1, R 1 to R 9 may be the same as or different from each other, and a C 1 -C 6 straight or branched alkyl group or alkylene group, a phenyl group with or without a substituent, or a substituent with or without a substituent. It is a cycloalkyl group, an amine group, or an alkylsilyl group.

상기 실리콘 박막 형성용 전구체는 용매를 추가적으로 포함할 수 있으며, 이때, 상기 용매는 C1-C16의 포화 또는 불포화 탄화수소, 에테르, 글라임, 에스테르, 테트라하이드로퓨란, 3차 아민 중 어느 하나 또는 그 이상일 수 있다. 또한, 상기 용매는 상기 실리콘 박막 형성용 전구체 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 99 중량%로 포함될 수 있다.The precursor for forming a silicon thin film may additionally include a solvent, wherein the solvent is any one of C 1 -C 16 saturated or unsaturated hydrocarbons, ethers, glyme, esters, tetrahydrofuran, and tertiary amines, or It can be more than that. In addition, the solvent may be included in an amount of 1 to 99% by weight based on the total weight of the precursor composition for forming the silicon thin film.

본 발명에 따른 실리콘 박막 형성 방법은 상기 실리콘 박막 형성용 전구체를 이용하여 기판 상에 실리콘 박막을 증착하는 단계를 포함한다.The method for forming a silicon thin film according to the present invention includes depositing a silicon thin film on a substrate using the precursor for forming a silicon thin film.

상기 실리콘 박막은 원자층 증착(Atomic Layer Depostion), 플라스마 화학 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 또는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition) 중 어느 하나의 방법에 의해 증착될 수 있다.The silicon thin film may be deposited by any one of atomic layer deposition, plasma enhanced chemical vapor deposition, or chemical vapor deposition.

또한, 상기 실리콘 박막 형성 방법은 상기 실리콘 박막 형성용 전구체를 기화시켜 챔버 내부로 이송시키는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the method of forming a silicon thin film may include the step of vaporizing the precursor for forming a silicon thin film and transferring it into the chamber.

또한, 상기 증착은 기판을 반응기에 제공하는 제1 단계; 상기 반응기 내로 상기 화학식 1로 표시되는 개질된 디실라잔 화합물을 포함하는 실리콘 전구체를 도입하는 제2 단계; 상기 반응기를 퍼지 가스(purge gas)로 퍼징하는 제3 단계; 반응성 기체를 상기 반응기 내로 도입하는 제4 단계; 및 상기 반응기를 퍼지 가스로 퍼징하는 제5 단계를 포함하며, 요망되는 두께의 증착 막이 형성될 때까지 제2 내지 제5 단계가 반복될 수 있다.In addition, the deposition may include a first step of providing a substrate to a reactor; A second step of introducing a silicon precursor including the modified disilazane compound represented by Chemical Formula 1 into the reactor; A third step of purging the reactor with purge gas; A fourth step of introducing a reactive gas into the reactor; And a fifth step of purging the reactor with a purge gas, and the second to fifth steps may be repeated until a deposition film having a desired thickness is formed.

이때, 상기 반응성 기체는 수증기(H2O), 산소(O2), 오존(O3), 과산화수소(H2O2), 수소(H2), 암모니아(NH3), 일산화질소(NO), 아산화질소(N2O), 이산화질소(NO2), 히드라진(N2H4), 및 실란(SiH4) 중 어느 하나 또는 그 이상일 수 있다.At this time, the reactive gas is water vapor (H 2 O), oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), hydrogen (H 2 ), ammonia (NH 3 ), nitrogen monoxide (NO) , Nitrous oxide (N 2 O), nitrogen dioxide (NO 2 ), hydrazine (N 2 H 4 ), and may be any one or more of silane (SiH 4 ).

또한, 상기 증착은 500℃ 이하의 온도 및 50 mTorr 내지 760 Torr 범위의 압력에서 수행될 수 있다.In addition, the deposition may be performed at a temperature of 500° C. or less and a pressure in the range of 50 mTorr to 760 Torr.

본 발명에 따른 반도체 소자는 상기 실리콘 박막 형성 방법에 의해 제조된 실리콘 박막을 포함하는 것을 특징으로 한다.The semiconductor device according to the present invention is characterized in that it includes a silicon thin film manufactured by the method of forming a silicon thin film.

본 발명에 따른 전구체 및 이를 이용한 박막 형성방법에 따르면, 개질된 디실라잔 화합물을 통해 고온에서의 증착공정을 수행할 수 있는 전구체와 이를 이용한 실리콘 박막 형성 방법 및 상기 실리콘 박막을 포함하는 반도체 소자를 제공할 수 있다.According to the precursor and the method of forming a thin film using the same according to the present invention, a precursor capable of performing a deposition process at a high temperature through a modified disilazane compound, a method of forming a silicon thin film using the same, and a semiconductor device including the silicon thin film. Can provide.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The terms or words used in the specification and claims should not be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to describe his own invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.

본 발명에 따른 실리콘 박막 형성용 전구체는 화학식 1로 표시되는 개질된 디실라잔 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.The precursor for forming a silicon thin film according to the present invention is characterized in that it comprises a modified disilazane compound represented by Chemical Formula 1.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 화학식 1에서, R1 내지 R9은 서로 같거나 달라도 되며, C1-C6의 직쇄형 또는 분지형의 알킬기 또는 알킬렌기, 치환기를 포함하거나 포함하지 않는 페닐기, 치환기를 포함하거나 포함하지 않는 시클로알킬기, 아민기 또는 알킬실릴기이다.In Formula 1, R 1 to R 9 may be the same as or different from each other, and a C 1 -C 6 straight or branched alkyl group or alkylene group, a phenyl group with or without a substituent, or a substituent with or without a substituent. It is a cycloalkyl group, an amine group, or an alkylsilyl group.

상기 실리콘 박막 형성용 전구체는 실리콘 박막을 형성하는 증착공정에 사용되는 전구체로서, 제조되는 실리콘 박막은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 중 어느 하나 또는 이들의 조합 또는 이들의 적층된 박막일 수 있다.The precursor for forming a silicon thin film is a precursor used in a deposition process for forming a silicon thin film, and the prepared silicon thin film may be any one of silicon, silicon oxide, silicon nitride, a combination thereof, or a laminated thin film thereof.

일반적으로 디실라잔 화합물은 하기 화학식 2와 같은 구조로 이루어진다.In general, the disilazane compound has a structure such as the following formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00003
Figure pat00003

화학식 2의 디실라잔 화합물은 2개의 규소 원자에 가교된 아민기가 고온에서 분해되기 때문에 고온 조건에서 증착공정을 수행할 때 전구체로는 사용하기 곤란한 문제가 있다.The disilazane compound of Formula 2 has a problem that it is difficult to use as a precursor when performing the deposition process under high temperature conditions because the amine group crosslinked to the two silicon atoms is decomposed at high temperature.

이에 반하여 본 발명에 따른 개질된 디실라잔 화합물을 전구체로 적용하는 경우 열분해 온도가 상대적으로 높기 때문에 상대적으로 고온 조건에서도 안정적인 증착이 가능하며 특히 화학흡착 상태의 안정성이 우수하여 기재의 표면에 균일한 흡착 상태를 만들 수 있다.On the other hand, when the modified disilazane compound according to the present invention is applied as a precursor, since the thermal decomposition temperature is relatively high, stable deposition is possible even under relatively high temperature conditions. It can create an adsorption state.

화학식 1에 따른 개질된 디실라잔 화합물의 구체예로는 N,N-비스(디메틸아미노디메틸실릴)메탄아민, N,N-비스(디메틸아미노디메틸실릴)에탄아민, N,N-비스(디메틸아미노디메틸실릴)프로판아민, N,N-비스(디메틸아미노디메틸실릴)이소프로판아민, N,N-비스(디메틸아미노디메틸실릴)부탄아민, N,N-비스(디메틸아미노디메틸실릴)이소부탄아민, N,N-비스(디메틸아미노디메틸실릴)펜탄아민, N,N-비스(디에틸아미노디메틸실릴)메탄아민, N,N-비스(디에틸아미노디메틸실릴)에탄아민, N,N-비스(디에틸아미노디메틸실릴)프로판아민, N,N-비스(디에틸아미노디메틸실릴)이소프로판아민, N,N-비스(디에틸아미노디메틸실릴)부탄아민, N,N-비스(디에틸아미노디메틸실릴)이소부탄아민, N,N-비스(디에틸아미노디메틸실릴)펜탄아민, N,N-비스(디프로필아미노디메틸실릴)메탄아민, N,N-비스(디프로필아미노디메틸실릴)에탄아민, N,N-비스(디프로필아미노디메틸실릴)프로판아민, N,N-비스(디프로필아미노디메틸실릴)이소프로판아민, N,N-비스(디프로필아미노디메틸실릴)부탄아민, N,N-비스(디프로필아미노디메틸실릴)이소부탄아민, N,N-비스(디프로필아미노디메틸실릴)펜탄아민, N,N-비스(디이소프로필아미노디메틸실릴)메탄아민, N,N-비스(디이소프로필아미노디메틸실릴)에탄아민, N,N-비스(디이소프로필아미노디메틸실릴)프로판아민, N,N-비스(디이소프로필아미노디메틸실릴)이소프로판아민, N,N-비스(디이소프로필아미노디메틸실릴)부탄아민, N,N-비스(디이소프로필아미노디메틸실릴)이소부탄아민, N,N-비스(디이소프로필아미노디메틸실릴)펜탄아민, N,N-비스(메틸에틸아미노디메틸실릴)메탄아민, N,N-비스(메틸에틸아미노디메틸실릴)에탄아민, N,N-비스(메틸에틸아미노디메틸실릴)프로판아민, N,N-비스(메틸에틸아미노디메틸실릴)이소프로판아민, N,N-비스(메틸에틸아미노디메틸실릴)부탄아민, N,N-비스(메틸에틸아미노디메틸실릴)이소부탄아민, N,N-비스(메틸에틸아미노디메틸실릴)펜탄아민, N,N-비스(디메틸아미노디에틸실릴)메탄아민, N,N-비스(디메틸아미노디에틸실릴)에탄아민, N,N-비스(디메틸아미노디에틸실릴)프로판아민, N,N-비스(디메틸아미노디에틸실릴)이소프로판아민, N,N-비스(디메틸아미노디에틸실릴)부탄아민, N,N-비스(디메틸아미노디에틸실릴)이소부탄아민, N,N-비스(디메틸아미노디에틸실릴)펜탄아민, N,N-비스(디에틸아미노디에틸실릴)메탄아민, N,N-비스(디에틸아미노디에틸실릴)에탄아민, N,N-비스(디에틸아미노디에틸실릴)프로판아민, N,N-비스(디에틸아미노디에틸실릴)이소프로판아민, N,N-비스(디에틸아미노디에틸실릴)부탄아민, N,N-비스(디에틸아미노디에틸실릴)이소부탄아민, N,N-비스(디에틸아미노디에틸실릴)펜탄아민, N,N-비스(디프로필아미노디에틸실릴)메탄아민, N,N-비스(디프로필아미노디에틸실릴)에탄아민, N,N-비스(디프로필아미노디에틸실릴)프로판아민, N,N-비스(디프로필아미노디에틸실릴)이소프로판아민, N,N-비스(디프로필아미노디에틸실릴)부탄아민, N,N-비스(디프로필아미노디에틸실릴)이소부탄아민, N,N-비스(디프로필아미노디에틸실릴)펜탄아민, N,N-비스(디이소프로필아미노디에틸실릴)메탄아민, N,N-비스(디이소프로필아미노디에틸실릴)에탄아민, N,N-비스(디이소프로필아미노디에틸실릴)프로판아민, N,N-비스(디이소프로필아미노디에틸실릴)이소프로판아민, N,N-비스(디이소프로필아미노디에틸실릴)부탄아민, N,N-비스(디이소프로필아미노디에틸실릴)이소부탄아민, N,N-비스(디이소프로필아미노디에틸실릴)펜탄아민, N,N-비스(메틸에틸아미노디에틸실릴)메탄아민, N,N-비스(메틸에틸아미노디에틸실릴)에탄아민, N,N-비스(메틸에틸아미노디에틸실릴)프로판아민, N,N-비스(메틸에틸아미노디에틸실릴)이소프로판아민, N,N-비스(메틸에틸아미노디에틸실릴)부탄아민, N,N-비스(메틸에틸아미노디에틸실릴)이소부탄아민, N,N-비스(메틸에틸아미노디에틸실릴)펜탄아민, N,N-비스(디메틸아미노디이소프로필실릴)메탄아민, N,N-비스(디메틸아미노디이소프로필실릴)에탄아민, N,N-비스(디메틸아미노디이소프로필실릴)프로판아민, N,N-비스(디메틸아미노디이소프로필실릴)이소프로판아민, N,N-비스(디메틸아미노디이소프로필실릴)부탄아민, N,N-비스(디메틸아미노디이소프로필실릴)이소부탄아민, N,N-비스(디메틸아미노디이소프로필실릴)펜탄아민, N,N-비스(디에틸아미노디이소프로필실릴)메탄아민, N,N-비스(디에틸아미노디이소프로필실릴)에탄아민, N,N-비스(디에틸아미노디이소프로필실릴)프로판아민, N,N-비스(디에틸아미노디이소프로필실릴)이소프로판아민, N,N-비스(디에틸아미노디이소프로필실릴)부탄아민, N,N-비스(디에틸아미노디이소프로필실릴)이소부탄아민, N,N-비스(디에틸아미노디이소프로필실릴)펜탄아민, N,N-비스(디프로필아미노디이소프로필실릴)메탄아민, N,N-비스(디프로필아미노디이소프로필실릴)에탄아민, N,N-비스(디프로필아미노디이소프로필실릴)프로판아민, N,N-비스(디프로필아미노디이소프로필실릴)이소프로판아민, N,N-비스(디프로필아미노디이소프로필실릴)부탄아민, N,N-비스(디프로필아미노디이소프로필실릴)이소부탄아민, N,N-비스(디프로필아미노디이소프로필실릴)펜탄아민, N,N-비스(디이소프로필아미노디이소프로필실릴)메탄아민, N,N-비스(디이소프로필아미노디이소프로필실릴)에탄아민, N,N-비스(디이소프로필아미노디이소프로필실릴)프로판아민, N,N-비스(디이소프로필아미노디이소프로필실릴)이소프로판아민, N,N-비스(디이소프로필아미노디이소프로필실릴)부탄아민, N,N-비스(디이소프로필아미노디이소프로필실릴)이소부탄아민, N,N-비스(디이소프로필아미노디이소프로필실릴)펜탄아민, N,N-비스(메틸에틸아미노디이소프로필실릴)메탄아민, N,N-비스(메틸에틸아미노디이소프로필실릴)에탄아민, N,N-비스(메틸에틸아미노디이소프로필실릴)프로판아민, N,N-비스(메틸에틸아미노디이소프로필실릴)이소프로판아민, N,N-비스(메틸에틸아미노디이소프로필실릴)부탄아민, N,N-비스(메틸에틸아미노디이소프로필실릴)이소부탄아민, N,N-비스(메틸에틸아미노디이소프로필실릴)펜탄아민 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 화학식 1에 해당하는 관능기를 가진 화합물을 포함할 수 있다.Specific examples of the modified disilazane compound according to Formula 1 include N,N-bis(dimethylaminodimethylsilyl)methanamine, N,N-bis(dimethylaminodimethylsilyl)ethanamine, N,N-bis(dimethyl Aminodimethylsilyl)propanamine, N,N-bis(dimethylaminodimethylsilyl)isopropanamine, N,N-bis(dimethylaminodimethylsilyl)butanamine, N,N-bis(dimethylaminodimethylsilyl)isobutanamine , N,N-bis(dimethylaminodimethylsilyl)pentanamine, N,N-bis(diethylaminodimethylsilyl)methanamine, N,N-bis(diethylaminodimethylsilyl)ethanamine, N,N-bis (Diethylaminodimethylsilyl)propanamine, N,N-bis(diethylaminodimethylsilyl)isopropanamine, N,N-bis(diethylaminodimethylsilyl)butanamine, N,N-bis(diethylamino Dimethylsilyl)isobutanamine, N,N-bis(diethylaminodimethylsilyl)pentanamine, N,N-bis(dipropylaminodimethylsilyl)methanamine, N,N-bis(dipropylaminodimethylsilyl)ethane Amine, N,N-bis(dipropylaminodimethylsilyl)propanamine, N,N-bis(dipropylaminodimethylsilyl)isopropanamine, N,N-bis(dipropylaminodimethylsilyl)butanamine, N, N-bis(dipropylaminodimethylsilyl)isobutanamine, N,N-bis(dipropylaminodimethylsilyl)pentanamine, N,N-bis(diisopropylaminodimethylsilyl)methanamine, N,N-bis (Diisopropylaminodimethylsilyl)ethanamine, N,N-bis(diisopropylaminodimethylsilyl)propanamine, N,N-bis(diisopropylaminodimethylsilyl)isopropanamine, N,N-bis( Diisopropylaminodimethylsilyl)butanamine, N,N-bis(diisopropylaminodimethylsilyl)isobutanamine, N,N-bis(diisopropylaminodimethylsilyl)pentanamine, N,N-bis(methyl Ethylaminodimethylsilyl)methanamine, N,N-bis(methylethylaminodimethylsilyl)ethanamine, N,N-bis(methylethylaminodimethylsilyl)propanamine, N,N-bis(methylethylaminodimethylsilyl) Isopropanamine, N,N-bis(methylethylaminodimethylsilyl)butanamine, N,N-bis(methylethylaminodimethylsilyl)isobutanamine, N,N-bis(methylethylaminodimethylsilyl)pentanamine, N,N-bis(dimethylaminodiethylsilyl)methanamine, N,N- ratio S(dimethylaminodiethylsilyl)ethanamine, N,N-bis(dimethylaminodiethylsilyl)propanamine, N,N-bis(dimethylaminodiethylsilyl)isopropanamine, N,N-bis(dimethylamino Diethylsilyl)butanamine, N,N-bis(dimethylaminodiethylsilyl)isobutanamine, N,N-bis(dimethylaminodiethylsilyl)pentanamine, N,N-bis(diethylaminodiethylsilyl) ) Methanamine, N,N-bis(diethylaminodiethylsilyl)ethanamine, N,N-bis(diethylaminodiethylsilyl)propanamine, N,N-bis(diethylaminodiethylsilyl)iso Propanamine, N,N-bis(diethylaminodiethylsilyl)butanamine, N,N-bis(diethylaminodiethylsilyl)isobutanamine, N,N-bis(diethylaminodiethylsilyl)pentane Amine, N,N-bis(dipropylaminodiethylsilyl)methanamine, N,N-bis(dipropylaminodiethylsilyl)ethanamine, N,N-bis(dipropylaminodiethylsilyl)propanamine, N,N-bis(dipropylaminodiethylsilyl)isopropanamine, N,N-bis(dipropylaminodiethylsilyl)butanamine, N,N-bis(dipropylaminodiethylsilyl)isobutanamine, N,N-bis(dipropylaminodiethylsilyl)pentanamine, N,N-bis(diisopropylaminodiethylsilyl)methanamine, N,N-bis(diisopropylaminodiethylsilyl)ethanamine, N,N-bis(diisopropylaminodiethylsilyl)propanamine, N,N-bis(diisopropylaminodiethylsilyl)isopropanamine, N,N-bis(diisopropylaminodiethylsilyl)butane Amine, N,N-bis(diisopropylaminodiethylsilyl)isobutanamine, N,N-bis(diisopropylaminodiethylsilyl)pentanamine, N,N-bis(methylethylaminodiethylsilyl) Methanamine, N,N-bis(methylethylaminodiethylsilyl)ethanamine, N,N-bis(methylethylaminodiethylsilyl)propanamine, N,N-bis(methylethylaminodiethylsilyl)isopropane Amine, N,N-bis(methylethylaminodiethylsilyl)butanamine, N,N-bis(methylethylaminodiethylsilyl)isobutanamine, N,N-bis(methylethylaminodiethylsilyl)pentanamine , N,N-bis(dimethylaminodiisopropylsilyl)methanamine, N,N-bis(dimethylaminodiisopropylsilyl)ethanamine, N,N-bis(dimethylaminodiisopropylsilyl)propanamine, N ,N-B S(dimethylaminodiisopropylsilyl)isopropanamine, N,N-bis(dimethylaminodiisopropylsilyl)butanamine, N,N-bis(dimethylaminodiisopropylsilyl)isobutanamine, N,N- Bis(dimethylaminodiisopropylsilyl)pentanamine, N,N-bis(diethylaminodiisopropylsilyl)methanamine, N,N-bis(diethylaminodiisopropylsilyl)ethanamine, N,N- Bis(diethylaminodiisopropylsilyl)propanamine, N,N-bis(diethylaminodiisopropylsilyl)isopropanamine, N,N-bis(diethylaminodiisopropylsilyl)butanamine, N, N-bis(diethylaminodiisopropylsilyl)isobutanamine, N,N-bis(diethylaminodiisopropylsilyl)pentanamine, N,N-bis(dipropylaminodiisopropylsilyl)methanamine, N,N-bis(dipropylaminodiisopropylsilyl)ethanamine, N,N-bis(dipropylaminodiisopropylsilyl)propanamine, N,N-bis(dipropylaminodiisopropylsilyl)isopropane Amine, N,N-bis(dipropylaminodiisopropylsilyl)butanamine, N,N-bis(dipropylaminodiisopropylsilyl)isobutanamine, N,N-bis(dipropylaminodiisopropylsilyl) ) Pentanamine, N,N-bis(diisopropylaminodiisopropylsilyl)methanamine, N,N-bis(diisopropylaminodiisopropylsilyl)ethanamine, N,N-bis(diisopropylamino Diisopropylsilyl)propanamine, N,N-bis(diisopropylaminodiisopropylsilyl)isopropanamine, N,N-bis(diisopropylaminodiisopropylsilyl)butanamine, N,N-bis (Diisopropylaminodiisopropylsilyl)isobutanamine, N,N-bis(diisopropylaminodiisopropylsilyl)pentanamine, N,N-bis(methylethylaminodiisopropylsilyl)methanamine, N ,N-bis(methylethylaminodiisopropylsilyl)ethanamine, N,N-bis(methylethylaminodiisopropylsilyl)propanamine, N,N-bis(methylethylaminodiisopropylsilyl)isopropanamine , N,N-bis(methylethylaminodiisopropylsilyl)butanamine, N,N-bis(methylethylaminodiisopropylsilyl)isobutanamine, N,N-bis(methylethylaminodiisopropylsilyl) Pentanamine, etc., but are not limited thereto, and having a functional group corresponding to Formula 1 It may contain a compound.

화학식 1에 따른 개질된 디실라잔 화합물은 다음이 반응식 1 내지 3의 과정을 통해 제조할 수 있다.The modified disilazane compound according to Formula 1 may be prepared through the following reaction schemes 1 to 3.

[반응식 1][Scheme 1]

Figure pat00004
Figure pat00004

[반응식 2][Scheme 2]

Figure pat00005
Figure pat00005

[반응식 3][Scheme 3]

Figure pat00006
Figure pat00006

즉, 디알킬디클로로실란에 아민 화합물을 1차 아민을 반응시켜 실릴아민 화합물을 제조한 후 여기에 2차 아민을 반응시키고 다시 염화실릴아민을 반응시키는 과정을 통해 화학식 1의 개질된 디실라잔 화합물을 제조하게 된다.That is, the modified disilazane compound of Formula 1 through a process of reacting a dialkyldichlorosilane with an amine compound with a primary amine to prepare a silylamine compound, and then reacting a secondary amine thereto and reacting with silylamine chloride again. Will be manufactured.

상기 개질된 디실라잔 화합물은 2개의 실리콘 원자에 의해 가교된 아민기에 관능기 R5를 결합함으로써 통상적인 디실라잔 화합물에 비해 열적 안정성이 향상되는 것으로 나타났다. 특히, 상기 R5에 수소 대신 탄화수소가 결합할 때 이러한 열적 안정성이 향상되는 것으로 나타났는데, 탄소수가 6을 초과하는 경우에는 분자의 부피가 지나치게 커져 증기압이 좋지 못하여, 증착용 전구체로서 취급이 곤란한 고체 상태가 되거나 합성 수율이 저하되는 문제점이 발생하였다.It was shown that the modified disilazane compound has improved thermal stability compared to the conventional disilazane compound by bonding the functional group R 5 to the amine group crosslinked by two silicon atoms. In particular, it has been shown that such thermal stability is improved when hydrocarbons instead of hydrogen are bonded to R 5 .If the number of carbons exceeds 6, the volume of the molecule becomes too large and the vapor pressure is poor, making it difficult to handle as a precursor for deposition. There was a problem in that it became a state or the synthesis yield was lowered.

상기와 같은 전구체를 적용하여 실리콘 박막을 제조할 경우, 통상적인 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition)뿐만 아니라 원자층 증착(Atomic Layer Depostion) 또는 플라스마 화학 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)을 통해서 박막을 형성할 수 있다.When preparing a silicon thin film by applying the above precursor, a thin film is formed through atomic layer deposition or plasma enhanced chemical vapor deposition as well as conventional chemical vapor deposition. can do.

또한, 증착 방법에 따라 상기 전구체를 용매에 녹여 액상으로 한 후 챔버 내로 도입하여 증착 공정을 수행할 수도 있다. 이 경우, 상기 용매로는 C1-C16의 포화 또는 불포화 탄화수소, 에테르, 글라임, 에스테르, 테트라하이드로퓨란, 3차 아민 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 C1-C16의 포화 또는 불포화 탄화수소의 예로는 톨루엔, 헵탄 등을 들 수 있으며, 3차 아민으로는 디메틸에틸아민을 들 수 있다.In addition, depending on the deposition method, the precursor may be dissolved in a solvent to form a liquid, and then introduced into a chamber to perform a deposition process. In this case, the solvent may be a C 1 -C 16 saturated or unsaturated hydrocarbon, ether, glyme, ester, tetrahydrofuran, tertiary amine, or a mixture thereof. Examples of the C 1 -C 16 saturated or unsaturated hydrocarbon include toluene and heptane, and the tertiary amine includes dimethylethylamine.

또한, 상기 용매를 포함하는 경우, 상기 실리콘 박막 형성용 전구체 총 중량에 대하여 1 내지 99 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.In addition, when the solvent is included, it is preferably included in an amount of 1 to 99% by weight based on the total weight of the precursor for forming the silicon thin film.

본 발명의 실리콘 박막 형성 방법은 상기 실리콘 박막 형성용 전구체를 이용하여 기판 상에 실리콘 박막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method for forming a silicon thin film of the present invention is characterized in that it includes the step of depositing a silicon thin film on a substrate using the precursor for forming a silicon thin film.

이때, 상기 실리콘 박막 형성용 전구체는 용매를 추가적으로 포함할 수 있고, 상기 용매는 상기 실리콘 박막 형성용 전구체 총 중량에 대하여 1 내지 99 중량%로 포함될 수 있다.In this case, the precursor for forming the silicon thin film may additionally include a solvent, and the solvent may be included in an amount of 1 to 99% by weight based on the total weight of the precursor for forming the silicon thin film.

이를 구체적으로 설명하면, 상기 화학식 1의 실리콘 박막용 전구체를 이용한 실리콘 박막의 제조방법은 전구체로서 화학식 1의 화합물을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 증착에 의한 실리콘 박막의 제조방법에 따라 실시될 수 있다.Specifically, the method of manufacturing a silicon thin film using the precursor for a silicon thin film of Chemical Formula 1 may be carried out according to a method of manufacturing a silicon thin film by conventional deposition except for using the compound of Chemical Formula 1 as a precursor. .

즉, 기판을 반응기에 제공하는 제1 단계; 상기 반응기 내로 상기 화학식 1로 표시되는 개질된 디실라잔 화합물을 포함하는 실리콘 전구체를 도입하는 제2 단계; 상기 반응기를 퍼지 가스(purge gas)로 퍼징하는 제3 단계; 반응성 기체를 상기 반응기 내로 도입하는 제4 단계; 및 상기 반응기를 퍼지 가스로 퍼징하는 제5 단계를 포함하며 요망되는 두께의 증착 막이 형성될 때까지 제2 내지 제5 단계가 반복될 수 있다. 또한, 상기 증착은 500℃ 이하의 온도 및 50 mTorr 내지 760 Torr 범위의 압력에서 수행될 수 있다. 또한, 반응성 가스의 종류에 따라 산화막, 질화막, 옥시질화막 등 다양한 박막을 형성할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 상기 화학식 1로 표시되는 개질된 디실라잔 화합물을 포함하는 실리콘 전구체는 상기 개질된 디실라잔 화합물일 수도 있고, 상기 개질된 디실라잔 화합물과 용매를 혼합한 조성물일 수도 있다. That is, the first step of providing the substrate to the reactor; A second step of introducing a silicon precursor including the modified disilazane compound represented by Chemical Formula 1 into the reactor; A third step of purging the reactor with purge gas; A fourth step of introducing a reactive gas into the reactor; And a fifth step of purging the reactor with a purge gas, and the second to fifth steps may be repeated until a deposition film having a desired thickness is formed. In addition, the deposition may be performed at a temperature of 500° C. or less and a pressure in the range of 50 mTorr to 760 Torr. In addition, various thin films such as an oxide film, a nitride film, and an oxynitride film may be formed according to the type of the reactive gas. In addition, as described above, the silicon precursor including the modified disilazane compound represented by Formula 1 may be the modified disilazane compound, or may be a composition in which the modified disilazane compound and a solvent are mixed. have.

먼저, 화학식 1로 표시되는 개질된 디실라잔 화합물을 포함하는 실리콘 박막용 전구체를 반응기 내에 위치한 실리콘 박막 형성용 기판 위로 공급한다. 이때 상기 실리콘 박막 형성용 기판으로는 기술적 작용으로 인하여 실리콘 박막에 의해 코팅될 필요가 있는, 반도체 제조에 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하다. 구체적으로는 규소 기판(Si), 실리카 기판(SiO2), 질화 규소 기판(SiN), 규소 옥시 나이트라이드 기판 (SiON), 티타늄 나이트라이드 기판(TiN), 탄탈륨 나이트라이드 기판(TaN), 텅스텐 기판(W) 또는 귀금속 기판, 예를 들어 백금 기판(Pt), 팔라듐 기판(Pd), 로듐 기판(Rh) 또는 금 기판(Au) 등이 사용될 수 있다.First, a precursor for a silicon thin film including a modified disilazane compound represented by Formula 1 is supplied onto a substrate for forming a silicon thin film located in a reactor. At this time, the substrate for forming a silicon thin film may be used without particular limitation as long as it is used for semiconductor manufacturing, which needs to be coated with a silicon thin film due to a technical action. Specifically, silicon substrate (Si), silica substrate (SiO 2 ), silicon nitride substrate (SiN), silicon oxynitride substrate (SiON), titanium nitride substrate (TiN), tantalum nitride substrate (TaN), tungsten substrate (W) or a noble metal substrate, for example, a platinum substrate (Pt), a palladium substrate (Pd), a rhodium substrate (Rh), a gold substrate (Au), or the like may be used.

또한, 상기 실리콘 박막 형성용 전구체를 휘발된 기체를 통해 이송하거나, 직접 액체 주입 방법 또는 실리콘 박막 형성용 전구체를 유기 용매에 용해시켜 이송하는 액체 이송 방법이 이용될 수 있다. 상기 실리콘 박막 형성용 전구체를 휘발된 기체로 이송하는 방법은 실리콘 박막 형성용 전구체가 들어 있는 용기를 항온조에 넣은 후 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논 또는 질소 등의 비활성 가스로 버블링하여 실리콘 박막 형성용 전구체를 증발시킨 후 금속 박막 형성용 기판 위로 이송시키거나, 또는 액체운반시스템(LDS: Liquid Delivery System)을 사용하여 액상의 실리콘 박막 형성용 전구체를 기화기를 통해 기상으로 변화시킨 후 실리콘 박막 형성용 기판 위로 이송시킴으로써 실시될 수 있다.In addition, a liquid transfer method in which the precursor for forming a silicon thin film is transferred through a volatilized gas, a liquid injection method or a liquid transfer method in which the precursor for forming a silicon thin film is dissolved in an organic solvent and transferred may be used. The method of transferring the precursor for forming a silicon thin film to a volatilized gas is to place a container containing the precursor for forming a silicon thin film in a thermostat, and then bubble it with an inert gas such as helium, neon, argon, krypton, xenon, or nitrogen to form a silicon thin film. After evaporating the precursor for formation, it is transferred onto a substrate for forming a metal thin film, or the precursor for forming a liquid silicon thin film is converted into a gas phase through a vaporizer using a liquid delivery system (LDS), and then a silicon thin film is formed. It can be carried out by transferring it onto the substrate for use.

또한, 저휘발성 물질을 용량 측정방식으로 전달되게 할 수 있도록 조합된 액체 전달 및 플래시 기화 공정 유닛, 예를 들어, MSP 코포레이션(MSP Corporation, Shoreview, MN)에 의해 제조된 터보(turbo) 기화기가 사용될 수 있으며, 이는 재현 가능한 운송 및 전구체의 열 분해 없는 증착을 유도한다. 액체 전달 포뮬레이션(formulation)에 있어서, 본 발명의 전구체는 순수 액체 형태로 전달될 수 있거나, 용매를 포함하는 조성물로 사용될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서 기판 상에 필름을 형성시키기 위한 소정의 최종 용도 적용에 바람직하고 유리할 수 있음으로 인해 전구체 조성물은 적합한 특징의 용매 성분을 포함할 수 있다.In addition, a combined liquid delivery and flash vaporization process unit such as a turbo vaporizer manufactured by MSP Corporation (Shoreview, MN) will be used to enable the delivery of low volatile substances in a volumetric manner. And this leads to reproducible transport and thermal decomposition-free deposition of the precursor. In liquid delivery formulations, the precursors of the present invention can be delivered in pure liquid form, or can be used as a composition containing a solvent. Thus, the precursor composition may comprise a solvent component of suitable character as it may be desirable and advantageous for certain end-use applications for forming a film on a substrate in one embodiment.

일 실시예에서 본 발명의 박막 형성 방법을 사용하여 증착된 실리콘 필름이 산소 공급원, 시약, 또는 산소를 함유하는 전구체를 사용하여 산소의 존재 하에서 형성된다. 산소 공급원은 하나 이상의 산소 공급원의 형태로 반응기에 도입될 수 있고/거나, 증착 공정에 사용된 다른 전구체 중에 부수적으로 존재할 수 있다. 적합한 산소 공급원 가스는 예를 들어, 물(H2O)(예를 들어, 탈이온수, 정제수, 및/또는 증류수), 산소(O2), 산소 플라즈마, 오존(O3), N2O, NO2, 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2) 및 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 산소 공급원은 약 1 내지 약 2000 sccm 또는 약 1 내지 약 1000 sccm 범위의 유량으로 반응기에 도입되는 산소 공급원 가스를 포함할 수 있다. 상기 산소 공급원은 약 0.1 내지 약 100 초 범위의 시간 동안 도입될 수 있다. 어느 한 특정의 구체예에서, 산소 공급원은 10℃ 또는 그 초과의 온도를 지닌 물을 포함한다. 필름이 ALD 또는 사이클릭 CVD 공정에 의해 증착되는 구체예에서, 전구체 펄스는 0.01 초 초과의 펄스 폭(pulse duration)을 지닐 수 있고, 산소 공급원은 0.01 초 미만의 펄스 폭을 지닐 수 있고, 물 펄스 폭은 0.01 초 미만인 펄스 폭을 지닐 수 있다. In one embodiment, a silicon film deposited using the thin film formation method of the present invention is formed in the presence of oxygen using an oxygen source, a reagent, or a precursor containing oxygen. The oxygen source may be introduced into the reactor in the form of one or more oxygen sources and/or may be incidentally present in other precursors used in the deposition process. Suitable oxygen source gases are, for example, water (H 2 O) (e.g. deionized water, purified water, and/or distilled water), oxygen (O 2 ), oxygen plasma, ozone (O 3 ), N 2 O, NO 2 , carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), and combinations thereof. For example, the oxygen source may include an oxygen source gas introduced into the reactor at a flow rate ranging from about 1 to about 2000 sccm or from about 1 to about 1000 sccm. The oxygen source may be introduced for a time in the range of about 0.1 to about 100 seconds. In one particular embodiment, the oxygen source comprises water having a temperature of 10° C. or higher. In embodiments in which the film is deposited by an ALD or cyclic CVD process, the precursor pulse may have a pulse duration greater than 0.01 seconds, the oxygen source may have a pulse width less than 0.01 seconds, and the water pulse The width can have a pulse width of less than 0.01 seconds.

또 다른 실시예에서, 펄스들 사이의 퍼지 폭은 0초 정도로 작을 수 있거나, 중간에 퍼지 없이 연속적으로 펄싱된다. 산소 공급원 또는 시약은 실리콘 전구체에 대해 1:1 비보다 낮은 분자량으로 제공되고, 이로써 적어도 일부 탄소가 증착된 그대로의 유전 필름에 남는다.In another embodiment, the purge width between pulses may be as small as 0 seconds, or it is continuously pulsed without purge in the middle. The oxygen source or reagent is provided at a molecular weight lower than a 1:1 ratio relative to the silicon precursor, thereby leaving at least some of the carbon in the as-deposited dielectric film.

또 다른 실시예에서, 실리콘 산화물 필름에 질소를 추가로 포함할 수 있다. 상기 필름은 전술한 방법을 사용하여 증착되며, 질소 함유 공급원의 존재 하에서 형성될 수 있다. 질소 함유 공급원은 하나 이상의 질소 공급원의 형태로 반응기에 도입될 수 있고 증착 공정에 사용된 다른 전구체 중에 부수적으로 존재할 수 있다. 적합한 질소 함유 공급원 가스는 예를 들어, 암모니아, 하이드라진, 모노알킬하이드라진, 디알킬하이드라진, 질소, 질소/수소, 암모니아 플라즈마, 질소 플라즈마, 질소/수소 플라즈마, 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 특정의 구체예에서, 질소 함유 공급원은 약 1 내지 약 2000 sccm 또는 약 1 내지 약 1000 sccm 범위의 유량으로 반응기에 도입되는, 암모니아 플라즈마 또는 수소/질소 플라즈마 공급원 가스를 포함한다. 질소 함유 공급원은 약 0.1 내지 약 100 초 범위의 시간 동안 도입될 수 있다. 필름이 ALD 또는 사이클릭 CVD 공정에 의해 증착되는 구체예에서, 전구체 펄스는 0.01 초 초과의 펄스 폭을 지닐 수 있고, 질소 함유 산소 공급원은 0.01 초 미만의 펄스 폭을 지닐 수 있고, 물 펄스 폭은 0.01 초 미만인 펄스 폭을 지닐 수 있다. In another embodiment, nitrogen may be further included in the silicon oxide film. The film is deposited using the method described above and can be formed in the presence of a nitrogen containing source. The nitrogen containing source may be introduced into the reactor in the form of one or more nitrogen sources and may be incidentally present in other precursors used in the deposition process. Suitable nitrogen-containing source gases may include, for example, ammonia, hydrazine, monoalkylhydrazine, dialkylhydrazine, nitrogen, nitrogen/hydrogen, ammonia plasma, nitrogen plasma, nitrogen/hydrogen plasma, and mixtures thereof. In certain embodiments, the nitrogen containing source comprises an ammonia plasma or hydrogen/nitrogen plasma source gas introduced into the reactor at a flow rate ranging from about 1 to about 2000 sccm or from about 1 to about 1000 sccm. The nitrogen containing source can be introduced for a time in the range of about 0.1 to about 100 seconds. In embodiments in which the film is deposited by an ALD or cyclic CVD process, the precursor pulse can have a pulse width of greater than 0.01 seconds, the nitrogen-containing oxygen source can have a pulse width of less than 0.01 seconds, and the water pulse width is It can have a pulse width of less than 0.01 seconds.

또 다른 구체예에서, 펄스들 사이의 퍼지 폭은 0초 정도로 낮을 수 있거나, 중간에 퍼지 없이 연속적으로 펄싱될 수 있다.In another embodiment, the purge width between pulses may be as low as 0 seconds, or may be continuously pulsed without purge in the middle.

또한, 상기 증착 방법은 하나 이상의 퍼지 가스를 포함할 수 있다. 소비되지 않은 반응물 및/또는 반응 부산물을 퍼징시키기 위해 사용되는 퍼지 가스는 전구체와 반응하지 않는 불활성 가스이다. 이러한 퍼지 가스로는 아르곤(Ar), 질소(N2), 헬륨(He), 네온, 수소(H2), 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, Ar과 같은 퍼지 가스가 약 0.1 내지 1000 초 동안 10 내지 약 2000 sccm 범위의 유량으로 반응기에 공급되고, 이로써 반응기내 남아있을 수 있는 미반응 물질 및 부산물을 퍼징할 수 있다.In addition, the deposition method may include one or more purge gases. The purge gas used to purge unconsumed reactants and/or reaction by-products is an inert gas that does not react with the precursor. The purge gas may include argon (Ar), nitrogen (N 2 ), helium (He), neon, hydrogen (H 2 ), or a mixture thereof, but is not limited thereto. For example, a purge gas such as Ar is supplied to the reactor at a flow rate in the range of 10 to about 2000 sccm for about 0.1 to 1000 seconds, thereby purging unreacted substances and by-products that may remain in the reactor.

또한, 전구체, 산소 공급원, 질소 함유 공급원, 및/또는 그 밖의 전구체, 공급원 가스, 및/또는 시약을 공급하는 각각의 단계는 형성되는 유전 필름의 화학량론적 조성을 변경시키도록 상기 물질들을 공급하는 시간을 변경시킴으로써 수행될 수 있다.In addition, each step of supplying a precursor, an oxygen source, a nitrogen-containing source, and/or other precursor, source gas, and/or reagent takes the time to supply the materials to alter the stoichiometric composition of the dielectric film being formed. It can be done by changing.

반응을 유발하고, 기판 상에 유전 필름 또는 코팅을 형성하기 위해 실리콘 박막 형성용 전구체, 산소 함유 공급원 또는 이들의 조합물 중 하나 이상에 에너지가 가해지는데, 열, 플라즈마, 펄스식 플라즈마, 헬리콘 플라즈마, 고밀도 플라즈마, 유도 결합 플라즈마, X-선, e-빔, 포톤(photon), 원격 플라즈마 방법 및 이들의 조합을 들 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 이차 RF 주파수 소스(source)가 기판 표면에서 플라즈마 특징을 변형시키기 위해 사용될 수 있다. 증착이 플라즈마를 포함하는 구체예에서, 플라즈마-생성 공정은 플라즈마가 반응기에서 직접 생성되는 직접 플라즈마 생성 공정, 또는 다르게는 플라즈마가 반응기 외부에서 생성되어 반응기에 제공되는 원격 플라즈마 생성 공정을 포함할 수 있다.Energy is applied to one or more of a precursor for forming a silicon thin film, an oxygen-containing source, or a combination thereof to induce a reaction and form a dielectric film or coating on the substrate, heat, plasma, pulsed plasma, helicon plasma , High-density plasma, inductively coupled plasma, X-ray, e-beam, photon, remote plasma method, and combinations thereof, but are not limited thereto. For example, a secondary RF frequency source can be used to modify the plasma characteristics at the substrate surface. In embodiments where the deposition includes plasma, the plasma-generating process may include a direct plasma generation process in which plasma is generated directly in the reactor, or alternatively, a remote plasma generation process in which plasma is generated outside the reactor and provided to the reactor. .

또한, 상기 실리콘 박막 형성용 전구체의 공급 시, 최종 형성되는 실리콘 박막에서의 전기적 특성, 즉 정전용량을 더욱 개선시키기 위하여 추가적인 금속 전구체로서 규소(Si), 티타늄(Ti), 게르마늄(Ge), 스트론튬(Sr), 니오브(Nb), 바륨(Ba), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta) 및 란탄족 원자로부터 선택된 1종 이상의 금속(M")을 포함하는 금속 전구체를 선택적으로 더 공급할 수도 있다. 상기 금속 전구체는 상기 금속을 포함하는 알킬아미드계 화합물 또는 알콕시계 화합물 일 수 있다.In addition, when the precursor for forming the silicon thin film is supplied, silicon (Si), titanium (Ti), germanium (Ge), and strontium are used as additional metal precursors to further improve the electrical properties, that is, capacitance of the finally formed silicon thin film. (Sr), niobium (Nb), barium (Ba), hafnium (Hf), tantalum (Ta), and a metal precursor containing at least one metal (M") selected from a lanthanide atom may be optionally further supplied. The metal precursor may be an alkylamide-based compound or an alkoxy-based compound containing the metal.

상기 금속 전구체의 공급은 실리콘 박막 형성용 전구체의 공급 방법과 동일한 방법으로 실시될 수 있으며, 상기 금속 전구체는 실리콘 박막 형성용 전구체와 함께 박막 형성용 기판 위로 공급될 수도 있고, 또는 금속 전구체의 공급 완료 이후 순차적으로 공급될 수도 있다.The supply of the metal precursor may be performed in the same manner as the method of supplying the precursor for forming a silicon thin film, and the metal precursor may be supplied together with the precursor for forming a silicon thin film onto the substrate for forming a thin film, or the supply of the metal precursor is completed. It may be supplied sequentially afterwards.

상기와 같은 실리콘 박막 형성용 전구체 및 선택적으로 금속 전구체는 상기 금속막 형성용 기판과 접촉시키기 위해 반응 챔버 내로 공급되기 전까지 150 내지 600℃의 온도를 유지하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 150 내지 450℃의 온도를 유지하는 것이 좋다.The precursor for forming a silicon thin film as described above and optionally a metal precursor is preferably maintained at a temperature of 150 to 600° C. until it is supplied into the reaction chamber in order to contact the substrate for forming the metal film, and more preferably 150 to 450 It is good to keep the temperature in ℃.

또한, 실리콘 박막 형성용 전구체의 공급 단계 후 반응성 가스의 공급에 앞서, 상기 실리콘 박막 형성용 전구체 및 선택적으로 금속 전구체의 기판 위로의 이동을 돕거나, 반응기 내가 증착에 적절한 압력을 갖도록 하며, 또한, 챔버 내에 존재하는 불순물 등을 외부로 방출시키기 위하여, 반응기 내에 아르곤(Ar), 질소(N2), 또는 헬륨(He) 등의 불활성 기체를 퍼지하는 공정이 실시될 수 있다. 이때 불활성 기체의 퍼지는 반응기내 압력이 1 내지 5 Torr가 되도록 실시되는 것이 바람직하다.In addition, prior to the supply of the reactive gas after the supplying of the precursor for forming a silicon thin film, the precursor for forming the silicon thin film and optionally the metal precursor are assisted to move onto the substrate, or the inside of the reactor is made to have an appropriate pressure for deposition, and A process of purging an inert gas such as argon (Ar), nitrogen (N 2 ), or helium (He) in the reactor may be performed in order to discharge the impurities present in the chamber to the outside. At this time, it is preferable that the inert gas is purged so that the pressure in the reactor is 1 to 5 Torr.

상기와 같은 실리콘 박막 형성용 전구체들의 공급 완료 후 반응성 가스를 반응기 내로 공급하고, 반응성 가스의 존재 하에서 열처리, 플라스마 처리 및 광 조사로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 처리 공정을 실시할 수 있다.After the supply of the precursors for forming a silicon thin film as described above is completed, a reactive gas is supplied into the reactor, and in the presence of the reactive gas, one type of treatment process selected from the group consisting of heat treatment, plasma treatment, and light irradiation may be performed.

상기 반응성 가스로는 수증기(H2O), 산소(O2), 오존(O3), 과산화수소(H2O2), 수소(H2), 암모니아(NH3), 일산화질소(NO), 아산화질소(N2O), 이산화질소(NO2), 히드라진(N2H4), 및 실란(SiH4) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 수증기, 산소, 오존 등과 같은 산화성 가스 존재 하에서 실시될 경우 실리콘 산화물 박막이 형성될 수 있고, 수소, 암모니아, 히드라진, 실란 등의 환원성 가스 존재 하에서 실시되는 경우 실리콘 단체 또는 실리콘 질화물의 박막이 형성될 수 있다.The reactive gas is water vapor (H 2 O), oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), hydrogen (H 2 ), ammonia (NH 3 ), nitrogen monoxide (NO), nitrous oxide. Any one of nitrogen (N 2 O), nitrogen dioxide (NO 2 ), hydrazine (N 2 H 4 ), and silane (SiH 4 ), or a mixture thereof may be used. When performed in the presence of an oxidizing gas such as water vapor, oxygen, ozone, a silicon oxide thin film may be formed, and when performed in the presence of a reducing gas such as hydrogen, ammonia, hydrazine, or silane, a thin film of silicon alone or silicon nitride may be formed. I can.

또한, 상기 열처리, 플라즈마 처리 또는 광조사의 처리 공정은 금속 전구체의 증착을 위한 열에너지를 제공하기 위한 것으로, 통상의 방법에 따라 실시될 수 있다. 바람직하게는, 충분한 성장 속도로, 목적하는 물리적 상태와 조성을 갖는 금속 박막을 제조하기 위해서는 반응기내 기판의 온도가 100 내지 1,000℃ 바람직하게는 300 내지 500℃가 되도록 상기 처리 공정을 실시하는 것이 바람직하다.In addition, the heat treatment, plasma treatment, or light irradiation treatment process is for providing thermal energy for deposition of a metal precursor, and may be performed according to a conventional method. Preferably, in order to produce a metal thin film having a desired physical state and composition at a sufficient growth rate, it is preferable to perform the above treatment so that the temperature of the substrate in the reactor is 100 to 1,000°C, preferably 300 to 500°C. .

또한, 상기 처리 공정 시에도 전술한 바와 같이 반응성 가스의 기판 위로의 이동을 돕거나, 반응기 내가 증착에 적절한 압력을 갖도록 하며, 또한 반응기내 존재하는 불순물 또는 부산물 등을 외부로 방출시키기 위하여, 반응기 내에 아르곤(Ar), 질소(N2), 또는 헬륨(He) 등의 불활성 기체를 퍼지하는 공정이 실시될 수 있다.In addition, during the treatment process, as described above, in order to assist the movement of the reactive gas onto the substrate or to have an appropriate pressure for deposition in the reactor, and to release impurities or by-products present in the reactor to the outside, A process of purging an inert gas such as argon (Ar), nitrogen (N 2 ), or helium (He) may be performed.

상기와 같은, 실리콘 박막 형성용 전구체의 투입, 반응성 가스의 투입, 그리고 불활성 기체의 투입 처리 공정은 1 사이클로 하여. 1 사이클 이상 반복 실시함으로써 금속 함유 박막이 형성될 수 있다.As described above, the introduction of the precursor for forming a silicon thin film, the introduction of the reactive gas, and the introduction of the inert gas are performed in one cycle. A metal-containing thin film can be formed by repeating one or more cycles.

이러한 실리콘 함유 박막의 제조방법은, 열 안정성이 우수한 실리콘 박막 형성용 전구체를 이용함으로써 증착 공정시 종래에 비해 높은 온도에서 증착 공정 실시가 가능하고, 전구체의 열분해에 기인한 파티클 오염이나 탄소 등의 불순물 오염없이 고순도의 실리콘, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물 박막을 형성할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 제조방법에 따라 형성된 실리콘 함유 박막은 반도체 소자에서의 고유전 물질막, 특히 반도체 메모리 소자에서의 DRAM, CMOS 등에 유용하다.In the method of manufacturing such a silicon-containing thin film, by using a precursor for forming a silicon thin film having excellent thermal stability, the deposition process can be carried out at a higher temperature than the conventional one during the deposition process, and particle contamination or impurities such as carbon due to thermal decomposition of the precursor. High purity silicon, silicon oxide or silicon nitride thin films can be formed without contamination. Accordingly, the silicon-containing thin film formed according to the manufacturing method of the present invention is useful as a high-k material film in a semiconductor device, particularly a DRAM, CMOS, etc. in a semiconductor memory device.

또 다른 실시형태로서, 상기 실리콘 박막의 형성 방법에 의해 형성된 실리콘 박막 및 상기 박막을 포함하는 반도체 소자를 제공한다. 구체적으로 상기 반도체 소자는 임의 접근 메모리(RAM)용 금속 절연체 금속(MIM)을 포함하는 반도체 소자일 수 있다.In yet another embodiment, a silicon thin film formed by the method of forming the silicon thin film and a semiconductor device including the thin film are provided. Specifically, the semiconductor device may be a semiconductor device including a metal insulator metal (MIM) for a random access memory (RAM).

또한, 상기 반도체 소자는 소자내 DRAM 등 고유전특성이 요구되는 물질막에 본 발명에 따른 실리콘 함유 박막을 포함하는 것을 제외하고는 통상의 반도체 소자의 구성과 동일하므로, 본 명세서에서는 반도체 소자의 구성에 대한 상세한 설명을 생략한다.In addition, the semiconductor device is the same as the configuration of a conventional semiconductor device, except that the silicon-containing thin film according to the present invention is included in a material film requiring high dielectric properties such as DRAM in the device. Detailed description of is omitted.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.Although the present invention has been described with reference to a preferred embodiment as described above, it is not limited to the above embodiment, and various modifications and variations by those of ordinary skill in the art within the scope not departing from the spirit of the present invention. It is possible to change. Such modifications and variations should be viewed as falling within the scope of the present invention and the appended claims.

Claims (11)

화학식 1로 표시되는 개질된 디실라잔 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 형성용 전구체.

[화학식 1]
Figure pat00007


상기 화학식 1에서,
R1 및 R9는 서로 같거나 달라도 되며 C1-C6의 직쇄형 또는 분지형의 알킬기 또는 알킬렌기, 치환기를 포함하거나 포함하지 않는 페닐기, 치환기를 포함하거나 포함하지 않는 시클로알킬기, 아민기 또는 알킬실릴기이다.
A precursor for forming a silicon thin film comprising a modified disilazane compound represented by Chemical Formula 1.

[Formula 1]
Figure pat00007


In Formula 1,
R 1 and R 9 may be the same as or different from each other, and a C 1 -C 6 straight or branched alkyl group or alkylene group, a phenyl group with or without a substituent, a cycloalkyl group with or without a substituent, an amine group, or It is an alkylsilyl group.
청구항 1에 있어서,
용매를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 형성용 전구체.
The method according to claim 1,
A precursor for forming a silicon thin film, characterized in that it further comprises a solvent.
청구항 2에 있어서,
상기 용매는 C1-C16의 포화 또는 불포화 탄화수소, 에테르, 글라임, 에스테르, 테트라하이드로퓨란, 3차 아민 중 어느 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 형성용 전구체.
The method according to claim 2,
The solvent is a precursor for forming a silicon thin film, characterized in that one or more of C 1 -C 16 saturated or unsaturated hydrocarbons, ethers, glyme, esters, tetrahydrofuran, and tertiary amines.
청구항 2에 있어서,
상기 용매는 상기 실리콘 박막 형성용 전구체 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 99 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 형성용 전구체.
The method according to claim 2,
The solvent is a precursor for forming a silicon thin film, characterized in that contained in 1 to 99% by weight based on the total weight of the precursor composition for forming the silicon thin film.
청구항 1 또는 2에 따른 실리콘 박막 형성용 전구체를 이용하여 기판 상에 실리콘 박막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 형성 방법.
A method of forming a silicon thin film comprising the step of depositing a silicon thin film on a substrate using the precursor for forming a silicon thin film according to claim 1 or 2.
청구항 5에 있어서,
상기 실리콘 박막은 원자층 증착(Atomic Layer Depostion), 플라스마 화학 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 또는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition) 중 어느 하나의 방법에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 형성 방법.
The method of claim 5,
The silicon thin film is deposited by any one of atomic layer deposition, plasma enhanced chemical vapor deposition, or chemical vapor deposition. .
청구항 5에 있어서,
상기 실리콘 박막 형성용 전구체를 기화시켜 챔버 내부로 이송시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 형성 방법.
The method of claim 5,
And vaporizing the precursor for forming a silicon thin film and transferring it into the chamber.
청구항 5에 있어서,
상기 증착은,
기판을 반응기에 제공하는 제1 단계;
상기 반응기 내로 상기 화학식 1로 표시되는 개질된 디실라잔 화합물을 포함하는 실리콘 전구체를 도입하는 제2 단계;
상기 반응기를 퍼지 가스(purge gas)로 퍼징하는 제3 단계;
반응성 기체를 상기 반응기 내로 도입하는 제4 단계; 및
상기 반응기를 퍼지 가스로 퍼징하는 제5 단계를 포함하며;
요망되는 두께의 증착 막이 형성될 때까지 제2 내지 제5 단계가 반복되는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 형성 방법.
The method of claim 5,
The deposition,
A first step of providing a substrate to the reactor;
A second step of introducing a silicon precursor including the modified disilazane compound represented by Chemical Formula 1 into the reactor;
A third step of purging the reactor with purge gas;
A fourth step of introducing a reactive gas into the reactor; And
And a fifth step of purging the reactor with a purge gas;
A method of forming a silicon thin film, characterized in that the second to fifth steps are repeated until a deposition film having a desired thickness is formed.
청구항 8에 있어서,
상기 반응성 기체는 수증기(H2O), 산소(O2), 오존(O3), 과산화수소(H2O2), 수소(H2), 암모니아(NH3), 일산화질소(NO), 아산화질소(N2O), 이산화질소(NO2), 히드라진(N2H4), 및 실란(SiH4) 중 어느 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 형성 방법.
The method of claim 8,
The reactive gas is water vapor (H 2 O), oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), hydrogen (H 2 ), ammonia (NH 3 ), nitrogen monoxide (NO), nitrous oxide. Nitrogen (N 2 O), nitrogen dioxide (NO 2 ), hydrazine (N 2 H 4 ), and silane (SiH 4 ) any one or more of the silicon thin film forming method.
청구항 8에 있어서,
상기 증착은 500℃ 이하의 온도 및 50 mTorr 내지 760 Torr 범위의 압력에서 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 형성 방법.
The method of claim 8,
The deposition is performed at a temperature of 500° C. or less and a pressure in the range of 50 mTorr to 760 Torr.
청구항 5의 실리콘 박막 형성 방법에 의해 제조된 실리콘 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
A semiconductor device comprising a silicon thin film manufactured by the method of forming a silicon thin film of claim 5.
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