KR20210056576A - Metal precursor for forming thin film, thin film composition comprising the same and method for forming thin film thereof - Google Patents
Metal precursor for forming thin film, thin film composition comprising the same and method for forming thin film thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR20210056576A KR20210056576A KR1020190143212A KR20190143212A KR20210056576A KR 20210056576 A KR20210056576 A KR 20210056576A KR 1020190143212 A KR1020190143212 A KR 1020190143212A KR 20190143212 A KR20190143212 A KR 20190143212A KR 20210056576 A KR20210056576 A KR 20210056576A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- thin film
- forming
- composition
- metal precursor
- deposition
- Prior art date
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 160
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 239000002243 precursor Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 39
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 8
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 6
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 41
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 25
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 21
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims description 20
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 20
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 10
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- -1 cycloalkyl ether Chemical compound 0.000 claims description 6
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims description 5
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 150000003512 tertiary amines Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 4
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical group [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 claims description 3
- 125000005265 dialkylamine group Chemical group 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 24
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 abstract description 9
- 239000002904 solvent Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 11
- 239000010408 film Substances 0.000 description 10
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 7
- 206010037544 Purging Diseases 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 3
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 3
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 3
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 3
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 125000000058 cyclopentadienyl group Chemical group C1(=CC=CC1)* 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- SKTCDJAMAYNROS-UHFFFAOYSA-N methoxycyclopentane Chemical compound COC1CCCC1 SKTCDJAMAYNROS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DAZXVJBJRMWXJP-UHFFFAOYSA-N n,n-dimethylethylamine Chemical compound CCN(C)C DAZXVJBJRMWXJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 2
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 2
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000009878 intermolecular interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000001546 nitrifying effect Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 description 1
- MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N tantalum nitride Chemical compound [Ta]#N MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
- C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
- C23C16/45553—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the use of precursors specially adapted for ALD
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F7/00—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
- C23C16/18—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metallo-organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/40—Oxides
- C23C16/405—Oxides of refractory metals or yttrium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 박막 형성용 금속 전구체, 이를 포함하는 박막 형성용 조성물 및 박막 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열 안정성이 개선되어 고온 공정에 적용하기 적합한 고유전체 박막 형성용 금속 전구체와, 상기 금속 전구체 및 특정 용매를 포함함으로써 열 안정성, 휘발성 및 점도가 개선되어 고온 공정을 통한 박막의 균일성 및 단차 피복성(step coverage)이 크게 개선되는 박막 형성용 조성물, 및 이를 이용한 박막의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a metal precursor for forming a thin film, a composition for forming a thin film including the same, and a method for forming a thin film, and more particularly, a metal precursor for forming a high dielectric thin film suitable for application to a high-temperature process due to improved thermal stability, and the metal A composition for forming a thin film in which thermal stability, volatility and viscosity are improved by including a precursor and a specific solvent to greatly improve the uniformity and step coverage of a thin film through a high-temperature process, and a method for manufacturing a thin film using the same. will be.
메모리 및 비메모리 반도체 소자의 집적도는 나날이 증가하고 있으며, 그 구조가 점점 복잡해짐에 따라 박막을 기판에 증착시키는 데 있어서 단차 피복성(step coverage)의 중요성이 점점 증대되고 있다.The degree of integration of memory and non-memory semiconductor devices is increasing day by day, and as the structure becomes more complex, the importance of step coverage in depositing a thin film on a substrate is gradually increasing.
기판에 증착된 박막의 박막 특성이 우수하고 균일한 물성을 얻기 위해서는 형성된 박막의 높은 단차 피복성이 필수적이다. 따라서 기상반응을 주로 활용하는 CVD(chemical vapor deposition) 공정보다 표면반응을 활용하는 ALD(atomic layer deposition) 공정이 활용되고 있지만, 100%의 단차 피복성 구현을 위해서는 여전히 문제가 존재한다.In order to obtain excellent thin film properties and uniform physical properties of the thin film deposited on the substrate, it is essential that the formed thin film has high step coverage. Therefore, an ALD (atomic layer deposition) process that utilizes a surface reaction is used rather than a CVD (chemical vapor deposition) process that mainly uses a vapor phase reaction, but there is still a problem in realizing 100% step coverage.
ALD 공정은 고온에서 진행되기 때문에 박막 형성 물질로 고온에서 증착 가능한 고유전체(high-k) 전구체 화합물을 사용한다. 상기 고유전체 전구체 화합물로 주로 지르코늄을 사용하고 있으나, 지르코늄 전구체의 열 안정성이 ALD 공정에 적용하기에 충분하지 않아 박막 형성 공정 중 열 분해가 일어나는 등의 문제가 있다.Since the ALD process proceeds at a high temperature, a high-k precursor compound that can be deposited at a high temperature is used as a thin film forming material. Although zirconium is mainly used as the high dielectric precursor compound, the thermal stability of the zirconium precursor is not sufficient to be applied to the ALD process, and thus thermal decomposition occurs during the thin film formation process.
또한, ALD 챔버 내로 원료를 주입할 때 주로 액상 공급 시스템(Liquid Delivery System, LDS)의 방식을 이용하고 있으나, LDS 방식을 이용하기 위해서는 박막 형성용 원료가 액체여야 하고, 액체인 경우에도 점도가 높으면 챔버에 원료 투입 시 고르게 분산되지 않으므로 박막이 균일하게 형성되기 힘들고 단차 피복성이 떨어지는 문제가 있다.In addition, when injecting raw materials into the ALD chamber, the liquid delivery system (LDS) method is mainly used, but in order to use the LDS method, the raw material for thin film formation must be a liquid, and even in the case of a liquid, if the viscosity is high, When the raw material is introduced into the chamber, it is not evenly dispersed, so it is difficult to form a thin film uniformly, and there is a problem in that the step coverage is inferior.
따라서 열 안정성이 개선되고 복잡한 구조의 박막 형성이 가능하며, 점도 및 휘발성이 개선된 박막 형성용 전구체 또는 조성물 및 이를 포함하여 제조된 반도체 기판 등의 개발이 필요한 실정이다.Accordingly, there is a need for development of a precursor or composition for forming a thin film with improved thermal stability, a complex structure, and improved viscosity and volatility, and a semiconductor substrate manufactured including the same.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 열 안정성이 개선되어 공정 안정성을 향상시킬 수 있는 박막 형성용 금속 전구체, 상기 금속 전구체 및 특정 유기용매를 포함함으로써 증착 원료의 열 안정성, 점도 및 휘발성이 개선되어 박막 형성 시 균일성 및 단차 피복성이 우수한 박막을 형성할 수 있는 박막 형성용 조성물, 및 이를 이용한 박막의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention includes a metal precursor for forming a thin film that can improve process stability by improving thermal stability, the metal precursor, and a specific organic solvent. An object of the present invention is to provide a composition for forming a thin film, which can form a thin film having improved volatility and excellent uniformity and step coverage when forming a thin film, and a method of manufacturing a thin film using the same.
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.All of the above and other objects of the present invention can be achieved by the present invention described below.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1In order to achieve the above object, the present invention is the following Chemical Formula 1
[화학식 1][Formula 1]
(상기 화학식 1에서 M은 4족 전이금속이고, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이며, a 및 b 중 하나는 단일결합이고 나머지는 이중결합이다.)로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성용 금속 전구체를 제공한다.(In Formula 1, M is a Group 4 transition metal, R 1 to R 5 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and one of a and b is a single bond and the others are double bonds.) It provides a metal precursor for thin film formation, characterized in that it comprises a compound.
또한, 본 발명은 상기 박막 형성용 금속 전구체 및 유기용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성용 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a composition for forming a thin film comprising the metal precursor and an organic solvent for forming the thin film.
또한, 본 발명은 상기 박막 형성용 조성물을 기판 상에 증착하여 박막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막의 형성 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method of forming a thin film comprising the step of forming a thin film by depositing the composition for forming a thin film on a substrate.
본 발명에 따르면 열 안정성이 개선되어 증착 공정의 공정 안정성이 향상된 박막 형성용 금속 전구체를 제공할 수 있고, 박막 형성 원료의 점도 및 휘발성 개선을 통해 박막이 기판 상에 고르게 형성되어 균일한 박막을 형성할 수 있으며 복잡한 형상을 갖는 기판 상에도 박막을 고르게 형성할 수 있어 단차 피복성이 우수한 박막 형성용 조성물 및 이를 이용하여 단차 피복성이 우수한 박막의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to provide a metal precursor for forming a thin film with improved thermal stability and improved process stability of the deposition process, and the thin film is evenly formed on the substrate through the improvement of the viscosity and volatility of the thin film forming raw material to form a uniform thin film. It is possible to form a thin film evenly on a substrate having a complex shape, and thus there is an effect of providing a composition for forming a thin film having excellent step coverage and a method of manufacturing a thin film having excellent step coverage by using the same.
이하 본 기재의 박막 형성용 금속 전구체, 이를 포함하는 박막 형성용 조성물 및 박막 형성 방법을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the metal precursor for forming a thin film of the present disclosure, a composition for forming a thin film including the same, and a method for forming a thin film will be described in detail.
본 발명자들은 열 안정성 개선을 통해 고온의 증착 공정에서도 안정적으로 박막을 형성할 수 있는 전구체 화합물에 대해 연구하던 중 중심 금속과 연결된 리간드에 이중결합을 도입함으로써 화합물이 안정화되어, 이를 이용하여 박막 형성 시 고온 증착을 통한 결정성이 향상됨으로써 박막의 막질이 향상되는 것을 확인하고, 이를 토대로 더욱 연구에 매진하여 본 발명을 완성하게 되었다. The inventors of the present invention were studying a precursor compound that can stably form a thin film even in a high-temperature deposition process through improved thermal stability, and the compound was stabilized by introducing a double bond to the ligand connected to the central metal. It was confirmed that the film quality of the thin film was improved by improving the crystallinity through high-temperature deposition, and based on this, the present invention was completed by further focusing on research.
본 발명의 박막 형성용 금속 전구체는, 하기 화학식 1The metal precursor for forming a thin film of the present invention, the following Formula 1
[화학식 1][Formula 1]
(상기 화학식 1에서 M은 4족 전이금속이고, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이며, a 및 b 중 하나는 단일결합이고 나머지는 이중결합이다.)로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.(In Formula 1, M is a Group 4 transition metal, R 1 to R 5 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and one of a and b is a single bond and the others are double bonds.) Characterized in that it comprises a compound to be.
상기 화학식 1에서 M은 4족 전이금속이고, 일례로 Zr, Hf 및 Ti로 이루어진 군에서 선택된 1종일 수 있으며, 바람직하게는 Zr이다. 이 경우, 고유전체 박막을 형성할 수 있고, 박막의 절연성 및 유전율이 높아 박막 기판의 고집적화가 더욱 용이한 장점이 있다.In Formula 1, M is a Group 4 transition metal, for example, may be one selected from the group consisting of Zr, Hf, and Ti, and is preferably Zr. In this case, it is possible to form a high-k dielectric thin film, and the insulating property and dielectric constant of the thin film are high, so that high integration of the thin film substrate is easier.
상기 a 및 b는 상기 박막 형성용 금속 전구체의 중심 금속(M)에 연결된 시클로펜타디에닐기(cyclopentadienyl group, 이하 Cp) 및 상기 시클로펜타디에닐기와 연결된 질소 원소(N) 사이에 연결된 세 개의 탄소 원소 사이의 결합을 나타내는 것으로, a 및 b 중 하나는 단일결합이고 나머지 하나는 이중결합이다. 즉, Cp 및 N을 연결하는 세 개의 탄소 원소 사이에 하나의 이중결합을 포함하는 형태로써, 이 경우, 리간드에 포함되는 이중결합에 의해 상기 박막 형성용 금속 전구체의 열 안정성이 크게 개선되어 고온에 의한 열 분해가 억제될 수 있고, 이를 통해 ALD와 같은 고온 증착에 의한 결정성이 향상되어 균일한 박막을 형성할 수 있고, 이를 포함하여 제조되는 박막의 막질이 개선되는 우수한 효과가 있다.Wherein a and b are three carbon elements connected between a cyclopentadienyl group (Cp) connected to the central metal (M) of the metal precursor for thin film formation and a nitrogen element (N) connected to the cyclopentadienyl group It represents a bond between, and one of a and b is a single bond and the other is a double bond. That is, it is a form including one double bond between the three carbon elements connecting Cp and N. In this case, the thermal stability of the metal precursor for thin film formation is greatly improved by the double bond included in the ligand, so that it can be used at high temperatures. Due to the thermal decomposition may be suppressed, crystallinity by high-temperature deposition such as ALD is improved, thereby forming a uniform thin film, and there is an excellent effect of improving the film quality of a thin film manufactured including the same.
R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고, 바람직하게는 수소 또는 메틸기이며, 더욱 바람직하게는 수소이고, 이 경우 전구체의 구조가 간소화되어 열 안정성을 더욱 개선되어 증착 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.R 1 to R 5 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, preferably hydrogen or a methyl group, more preferably hydrogen, and in this case, the structure of the precursor is simplified to further improve the thermal stability and thus the deposition process Can improve the efficiency of.
본 발명의 박막 형성용 조성물은 상기 박막 형성용 금속 전구체 및 유기용매를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 박막 형성용 조성물은 상기 박막 형성용 금속 전구체를 포함함으로써 열 안정성이 크게 개선되어 ALD와 같은 고온 증착 공정에 의한 성막 공정에 적용 시 공정 안정성이 향상되고 균일성, 막질 및 단차 피복성이 우수한 박막을 제공할 수 있다.The composition for forming a thin film of the present invention is characterized in that it contains the metal precursor and an organic solvent for forming the thin film. The composition for thin film formation of the present invention greatly improves thermal stability by including the metal precursor for thin film formation, so that when applied to a film formation process by a high temperature deposition process such as ALD, process stability is improved, and uniformity, film quality, and step coverage are improved. It can provide an excellent thin film.
상기 유기 용매는 일례로 아민 및 에테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고, 이 경우 박막 형성용 조성물의 점도 및 휘발성을 용이하게 조절할 수 있다.The organic solvent is, for example, one or more selected from the group consisting of amines and ethers, and in this case, the viscosity and volatility of the composition for forming a thin film can be easily controlled.
상기 아민 및 에테르는 일례로 1:99 내지 99:1, 바람직하게는 20:80 내지 80:20, 보다 바람직하게는 30:70 내지 70:30, 더욱 바람직하게는 40:60 내지 60:40의 중량비로 포함될 수 있고, 이 경우 상기 박막 형성용 금속 전구체의 기판에 대한 흡착 효율이 향상되어 균일한 박막을 형성할 수 있고, 안정성이 향상되어 성막 공정 효율이 향상될 수 있으며, 단차 피복성 개선 효과가 더욱 향상되는 효과가 있다.The amines and ethers are for example 1:99 to 99:1, preferably 20:80 to 80:20, more preferably 30:70 to 70:30, more preferably 40:60 to 60:40 It can be included in a weight ratio, and in this case, the adsorption efficiency of the metal precursor for thin film formation to the substrate is improved to form a uniform thin film, stability is improved, the film formation process efficiency can be improved, and the step coverage improvement effect There is an effect that is further improved.
상기 아민은 일례로 3차 아민일 수 있고, 비점(1 기압)은 일례로 70℃ 이하, 바람직하게는 30 내지 65℃, 보다 바람직하게는 40 내지 50℃이고, 밀도(25℃)는 일례로 0.6 내지 0.8 g/cm3, 바람직하게는 0.65 내지 0.75 g/cm3이며, 증기압(25℃, 1기압)은 400 내지 700 mmHg, 바람직하게는 500 내지 650 mmHg일 수 있다. 이 경우, 박막 형성용 조성물의 점도 및 휘발성이 적절히 조절되어 액체이송방식(LDS)을 이용한 기화가 용이해지고, 이를 통해 박막 형성용 전구체의 기판(WAFER) 흡착 효율 및 안정성이 향상되어 공정 시간을 단축시킬 수 있고, 박막 형성용 조성물이 균일하게 도포되어 박막의 균일성 및 단차 피복성이 개선되는 우수한 효과가 있다. 또한, 상기 3차 아민의 분자 내에 포함되는 비공유 전자쌍에 의해 박막 형성용 전구체와의 분자간 상호 작용을 통해 안정성이 더욱 향상되어 성막 공정 중 불안정한 증착을 방지하고 박막의 균일성이 더욱 개선될 수 있다.The amine may be, for example, a tertiary amine, and the boiling point (1 atm) is, for example, 70°C or less, preferably 30 to 65°C, more preferably 40 to 50°C, and the density (25°C) is as an example 0.6 to 0.8 g/cm 3 , preferably 0.65 to 0.75 g/cm 3 , and the vapor pressure (25° C., 1 atm) may be 400 to 700 mmHg, preferably 500 to 650 mmHg. In this case, the viscosity and volatility of the composition for thin film formation are appropriately controlled, so that vaporization using the liquid transfer method (LDS) is facilitated, and through this, the efficiency and stability of the substrate (WAFER) adsorption of the precursor for thin film formation are improved, thereby shortening the process time. And the composition for forming a thin film is uniformly applied to improve the uniformity and step coverage of the thin film. In addition, stability is further improved through an intermolecular interaction with a precursor for forming a thin film by an unshared electron pair contained in the molecule of the tertiary amine, thereby preventing unstable deposition during the film formation process and further improving the uniformity of the thin film.
상기 3차 아민은 바람직하게는 디알킬아민일 수 있고, 보다 바람직하게는 디메틸에틸아민일 수 있으며, 이 경우 박막 형성용 조성물의 점도 및 휘발성 개선 효과가 더욱 우수하고, 우수한 휘발성으로 인해 증착 공정 이후 불순물의 잔류율이 낮아 박막의 막질이 개선될 수 있으며, 박막 형성용 금속 전구체와 반응하지 않으면서도 혼화성은 우수하여 박막 형성용 조성물의 안정성이 향상되는 이점이 있다.The tertiary amine may preferably be a dialkylamine, more preferably dimethylethylamine, and in this case, the viscosity and volatility improvement effect of the composition for forming a thin film is more excellent, and due to excellent volatility, after the deposition process Since the residual rate of impurities is low, the film quality of the thin film can be improved, and the compatibility of the composition for forming the thin film is improved without reacting with the metal precursor for forming the thin film.
상기 에테르는 바람직하게는 시클로알킬에테르일 수 있고, 비점(1 기압)이 110℃ 이하, 구체적으로는 60 내지 100℃이고, 밀도(25℃)가 0.7 내지 0.9 g/cm3, 구체적으로는 0.8 내지 0.89 g/cm3인 것이 보다 바람직할 수 있다. 이 경우, 박막 형성용 조성물의 점도 및 휘발성이 적절히 조절되어 액체이송방식(LDS)을 이용한 기화가 용이해지고, 이를 통해 박막 형성용 전구체의 기판 흡착 효율 및 안정성이 향상되어 공정 시간을 단축시킬 수 있고, 박막 형성용 조성물이 균일하게 도포되어 박막의 균일성 및 단차 피복성이 개선되는 우수한 효과가 있다.The ether may preferably be a cycloalkyl ether, a boiling point (1 atm) of 110°C or less, specifically 60 to 100°C, and a density (25°C) of 0.7 to 0.9 g/cm 3 , specifically 0.8 To 0.89 g/cm 3 may be more preferable. In this case, the viscosity and volatility of the composition for forming a thin film are appropriately adjusted to facilitate vaporization using a liquid transfer method (LDS), thereby improving the substrate adsorption efficiency and stability of the precursor for forming a thin film, thereby shortening the process time. , As the composition for forming a thin film is uniformly applied, there is an excellent effect of improving the uniformity and step coverage of the thin film.
상기 시클로알킬에테르는 바람직하게는 시클로펜틸알킬에테르일 수 있고, 보다 바람직하게는 시클로펜틸메틸에테르일 수 있으며, 이 경우 박막 형성용 금속 전구체와 반응하지 않으면서 유기화합물에 대한 용해력은 우수하여 조성물의 안정성이 향상되고, 조성이 균일하게 유지되어 균일한 박막을 형성할 수 있는 우수한 효과가 있다.The cycloalkyl ether may preferably be a cyclopentyl alkyl ether, and more preferably a cyclopentyl methyl ether. In this case, the composition has excellent solubility in organic compounds without reacting with the metal precursor for forming a thin film. There is an excellent effect of improving stability and maintaining a uniform composition to form a uniform thin film.
상기 박막 형성용 조성물은 일례로 상기 박막 형성용 금속 전구체를 1 내지 99 중량%, 바람직하게는 2 내지 90 중량%로 포함할 수 있고, 상기 유기용매를 일례로 1 내지 99 중량%, 바람직하게는 10 내지 98 중량%로 포함할 수 있다. 이 경우, 박막 형성용 조성물의 점도 및 휘발성 개선 효과가 우수하여, 박막 균일성 및 단차 피복성이 개선되는 우수한 효과가 있다.The composition for forming a thin film may include, for example, 1 to 99% by weight, preferably 2 to 90% by weight, of the metal precursor for forming the thin film, and the organic solvent is 1 to 99% by weight, preferably It may contain from 10 to 98% by weight. In this case, there is an excellent effect of improving the viscosity and volatility of the composition for forming a thin film, thereby improving the uniformity of the thin film and the step coverage.
상기 박막 형성용 조성물은 일례로 점도(25℃)가 1 내지 20 cP일 수 있고, 구체적으로는 3 내지 15 cP, 또는 5 내지 10 cP일 수 있으며, 이 범위 내에서 박막 형성용 조성물의 점도가 증착 공정에 적용하기 적합하여 기판 흡착 효율 및 공정 효율이 개선되고 박막 균일성 및 단차 피복성이 개선되는 우수한 효과가 있다.For example, the composition for forming a thin film may have a viscosity (25°C) of 1 to 20 cP, specifically 3 to 15 cP, or 5 to 10 cP, and within this range, the viscosity of the composition for forming a thin film is As it is suitable for application to a deposition process, it has an excellent effect of improving substrate adsorption efficiency and process efficiency, and improving thin film uniformity and step coverage.
본 기재에서 점도는 점도계(DV-II+ Viscometer™, Brookfield 社)를 이용하여 25℃에서의 측정할 수 있다.In the present description, the viscosity can be measured at 25°C using a viscometer (DV-II+ Viscometer™, Brookfield Co.).
본 발명의 박막의 형성 방법은, 상기 박막 형성용 조성물을 기판 상에 증착하여 박막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 상기 박막 형성용 조성물의 열 안정성이 우수하고, 특정 용매를 사용함으로써 조성물의 점도 및 휘발성이 증착 공정에 적합하도록 개선되어, 고온에서의 증착 공정 효율이 개선되고 박막의 막질이 향상되며 박막의 균일성 및 단차 피복성이 크게 향상되는 우수한 효과가 있다.The method of forming a thin film of the present invention is characterized in that it includes the step of forming a thin film by depositing the composition for forming a thin film on a substrate. In this case, the composition for forming a thin film has excellent thermal stability, and by using a specific solvent, the viscosity and volatility of the composition are improved to be suitable for the deposition process, thereby improving the deposition process efficiency at high temperatures and improving the film quality of the thin film. There is an excellent effect of greatly improving the uniformity and step coverage of.
상기 증착은 일례로 CVD 또는 ALD일 수 있고, 바람직하게는 ALD일 수 있다. 본 발명의 박막 형성용 금속 전구체는 열 안정성이 우수하고, 상기 유기용매의 점도 및 휘발성 개선 효과가 우수하여, ALD 공정에 적용하기 적합하며, ALD 공정에 의해 박막의 단차 피복성이 더욱 개선될 수 있다.The deposition may be, for example, CVD or ALD, and preferably ALD. The metal precursor for forming a thin film of the present invention has excellent thermal stability and excellent effect of improving the viscosity and volatility of the organic solvent, making it suitable for application to the ALD process, and the step coverage of the thin film can be further improved by the ALD process. have.
상기 증착은 일례로 300 내지 600℃의 온도에서 실시될 수 있고, 바람직하게는 450 내지 550℃에서 실시될 수 있으며, 이 범위 내에서 형성되는 박막의 막질 및 단차 피복성이 우수한 효과가 있다.The deposition may be performed at, for example, a temperature of 300 to 600° C., and preferably may be performed at 450 to 550° C., and there is an effect of excellent film quality and step coverage of a thin film formed within this range.
또한, 상기 증착은 일례로 0.1 내지 10 Torr 범위의 압력에서 실시할 수 있고, 바람직하게는 0.5 내지 5 Torr, 더욱 바람직하게는 1 내지 3 Torr의 압력 하에서 실시될 수 있으며, 이 범위 내에서 균일한 두께의 박막을 얻는 효과가 있다.In addition, the deposition may be carried out at a pressure in the range of 0.1 to 10 Torr, for example, preferably 0.5 to 5 Torr, more preferably 1 to 3 Torr, and uniform within this range. There is an effect of obtaining a thin film of thickness.
본 기재에서 증착 온도 및 증착 압력은 증착 챔버 내 형성되는 온도 및 압력으로 측정되거나, 증착 챔버 내 기판에 가해지는 온도 및 압력으로 측정될 수 있다.In the present disclosure, the deposition temperature and the deposition pressure may be measured as a temperature and pressure formed in the deposition chamber, or may be measured as a temperature and pressure applied to a substrate in the deposition chamber.
상기 박막 형성 방법은 바람직한 일 실시예로 ⅰ) ALD 챔버 내부를 퍼지 가스로 1차 퍼징하는 단계; ⅱ) 박막 형성용 조성물을 기화하여 상기 ALD 챔버 내 로딩된 기판 표면에 흡착시키는 단계; ⅲ) 상기 ALD 챔버 내부를 퍼지 가스로 2차 퍼징하는 단계; ⅳ) 상기 ALD 챔버 내부에 반응가스를 공급하는 단계; 및 ⅴ) 상기 ALD 챔버 내부를 퍼지 가스로 3차 퍼징하는 단계;를 포함할 수 있다.In a preferred embodiment, the method of forming a thin film includes: i) first purging the inside of the ALD chamber with a purge gas; Ii) vaporizing the composition for forming a thin film and adsorbing it to the surface of the substrate loaded in the ALD chamber; Iii) secondary purging the inside of the ALD chamber with a purge gas; Iv) supplying a reaction gas into the ALD chamber; And v) third purging the inside of the ALD chamber with a purge gas.
상기 박막 형성 방법은 일례로 상기 단계 ⅰ) 내지 ⅴ)을 한 사이클로 하여 원하는 두께의 박막을 얻을 때 까지 수십회 이상, 구체적으로는 10 내지 1000회, 바람직하게는 50 내지 500회, 더욱 바람직하게는 100 내지 300회 반복될 수 있으며, 상기의 범위 내에서 박막의 두께가 적절히 제어되고, 목적하는 박막의 특성이 잘 발현될 수 있다.The thin film formation method is, for example, several tens or more times, specifically 10 to 1000 times, preferably 50 to 500 times, more preferably, until a thin film of a desired thickness is obtained by performing the steps i) to v) in one cycle. It may be repeated 100 to 300 times, the thickness of the thin film is appropriately controlled within the above range, and the properties of the desired thin film can be well expressed.
박막 형성용 조성물을 증착 챔버로 전달하는 방식은 기체상 유량 제어 (Mass Flow Controller; MFC) 방법을 활용하여 휘발된 기체를 이송하는 방식(Vapor Flow Control; VFC) 또는 액체상 유량 제어 (Liquid Mass Flow Controller; LMFC) 방법을 활용하여 금속 전구체를 유기 용매에 녹인 액체를 이송하는 방식(Liquid Delivery System; LDS) 등을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 LDS 방식을 이용할 수 있고, 이 경우 박막 형성용 조성물의 점도 및 휘발성을 용이하게 제어할 수 있어 공정 효율 및 박막의 막질이 향상될 수 있다.The method of delivering the composition for thin film formation to the deposition chamber is a method of transferring the volatilized gas using a mass flow controller (MFC) method (Vapor Flow Control; VFC) or a liquid mass flow controller. ; LMFC) method to transfer a liquid in which a metal precursor is dissolved in an organic solvent (Liquid Delivery System; LDS), etc., may be used, preferably the LDS method, and in this case, the viscosity of the composition for forming a thin film And since the volatility can be easily controlled, the process efficiency and the film quality of the thin film can be improved.
상기 퍼징은 바람직하게 1,000 내지 10,000 sccm, 보다 바람직하게 2,000 내지 7,000 sccm, 더욱 바람직하게 2,500 내지 6,000 sccm이고, 이 범위 내에서 사이클당 박막 성장률이 적절히 조절되고, 공정 부산물이 저감되는 효과가 있다.The purging is preferably 1,000 to 10,000 sccm, more preferably 2,000 to 7,000 sccm, more preferably 2,500 to 6,000 sccm, and within this range, the thin film growth rate per cycle is appropriately controlled, and process by-products are reduced.
구체적인 예로서, 상기 박막 형성 방법에 대해 설명하면, As a specific example, when describing the method of forming the thin film,
먼저 상부에 박막이 형성될 기판을 원자층 증착이 가능한 증착 챔버 내에 위치시키고, 소성 온도를 유지한다.First, a substrate on which a thin film is to be formed is placed in a deposition chamber capable of atomic layer deposition, and a firing temperature is maintained.
상기 기판은 반도체 제조에 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용 가능하고, 구체적으로는 실리콘 기판, 실리카 기판(SiO2), 질화 규소 기판(SiN), 규소 옥시 니트라이드 기판 (SiON), 티타늄 니트라이드 기판(TiN), 탄탈륨 니트라이드 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. 상기 기판은 바람직하게는 실리콘 기판 또는 실리콘 옥사이드 기판일 수 있다.The substrate may be used without particular limitation as long as it is used for semiconductor manufacturing, and specifically, a silicon substrate, a silica substrate (SiO 2 ), a silicon nitride substrate (SiN), a silicon oxynitride substrate (SiON), a titanium nitride substrate ( TiN), a tantalum nitride substrate (TaN), a tungsten substrate (W) or a noble metal substrate, for example, a platinum substrate (Pt), a palladium substrate (Pd), a rhodium substrate (Rh) or a gold substrate (Au), etc. may be used. have. The substrate may preferably be a silicon substrate or a silicon oxide substrate.
상기 기판은 그 상부에 도전층 또는 절연층이 더 형성되어 있을 수 있다.The substrate may further have a conductive layer or an insulating layer formed thereon.
다음으로, 상기 증착 챔버 내에 비활성 가스를 주입하여 증착 챔버 내부를 퍼징한다.Next, an inert gas is injected into the deposition chamber to purify the inside of the deposition chamber.
다음으로, 상기 증착 챔버 내에 위치시킨 기판 상에 박막을 증착하기 위해서 상술한 박막 형성용 조성물을 준비한다.Next, the above-described composition for forming a thin film is prepared in order to deposit a thin film on the substrate placed in the deposition chamber.
이후 준비된 박막 형성용 조성물을 기화기 내로 주입한 후 증기상으로 변화시켜 증착 챔버로 전달하여 기판 상에 흡착시키고, 미흡착된 박막 형성용 조성물을 퍼징시킨다.Thereafter, the prepared composition for forming a thin film is injected into a vaporizer, converted into a vapor phase, transferred to a deposition chamber, and adsorbed onto the substrate, and the unadsorbed composition for forming a thin film is purged.
본 기재에서 박막 형성용 조성물을 증착 챔버로 전달하는 방식은 일례로 기체상 유량 제어 (Mass Flow Controller; MFC) 방법을 활용하여 휘발된 기체를 이송하는 방식(Vapor Flow Control; VFC) 또는 액체상 유량 제어 (Liquid Mass Flow Controller; LMFC) 방법을 활용하여 액체를 이송하는 방식(Liquid Delivery System; LDS)을 사용할 수 있고, 바람직하게는 LDS 방식을 사용하는 것이다.In the present description, the method of transferring the composition for forming a thin film to the deposition chamber is, for example, a method of transferring the volatilized gas using a mass flow controller (MFC) method (Vapor Flow Control; VFC) or liquid phase flow control. Using the (Liquid Mass Flow Controller; LMFC) method, a liquid delivery system (LDS) can be used, and preferably an LDS method is used.
이때 박막 형성용 조성물을 기판 상에 이동시키기 위한 운송 가스 또는 희석 가스로는 아르곤(Ar), 질소(N2), 헬륨(He) 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합 기체를 사용할 수 있으나, 제한되는 것은 아니다.At this time, one or two or more mixed gases selected from argon (Ar), nitrogen (N 2 ), and helium (He) may be used as a transport gas or a dilution gas for moving the composition for forming a thin film on the substrate, but the limitation is no.
본 기재에서 퍼지 가스로는 일례로 비활성 가스가 사용될 수 있고, 바람직하게는 상기 운송 가스 또는 희석 가스를 사용할 수 있다.In the present description, an inert gas may be used as an example as the purge gas, and preferably the transport gas or the diluting gas may be used.
다음으로, 반응가스를 공급한다. 상기 반응가스로는 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 사용되는 반응가스인 경우 특별히 제한되지 않고, 바람직하게 환원제, 질화제 또는 산화제를 포함할 수 있고, 바람직하게는 산화제일 수 있다. 여기에서, 상기 반응가스에 따라 상기 환원제와 기판에 흡착된 박막 전구체 화합물이 반응하여 금속 박막이 형성되고, 상기 질화제에 의해서는 금속질화물 박막이 형성되며, 상기 산화제에 의해서는 금속산화물 박막이 형성된다. Next, a reaction gas is supplied. The reaction gas is not particularly limited if it is a reaction gas commonly used in the technical field to which the present invention belongs, and may preferably include a reducing agent, a nitrifying agent, or an oxidizing agent, and preferably an oxidizing agent. Here, the reducing agent and the thin film precursor compound adsorbed on the substrate react with the reaction gas to form a metal thin film, a metal nitride thin film is formed by the nitriding agent, and a metal oxide thin film is formed by the oxidizing agent. do.
상기 환원제는 바람직하게는 암모니아 가스(NH3) 또는 수소 가스(H2)일 수 있고, 상기 질화제는 바람직하게는 질소 가스(N2)일 수 있으며, 상기 산화제는 H2O, H2O2, O2, O3 및 N2O으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.The reducing agent may be preferably ammonia gas (NH 3 ) or hydrogen gas (H 2 ), and the nitriding agent may be preferably nitrogen gas (N 2 ), and the oxidizing agent is H 2 O, H 2 O It may be one or more selected from the group consisting of 2, O 2 , O 3 and N 2 O.
마지막으로, 비활성 가스를 이용하여 반응하지 않은 잔류 반응가스를 퍼징시킨다. 이에 따라, 과량의 반응가스뿐만 아니라 생성된 부산물도 함께 제거할 수 있다.Finally, the residual unreacted reaction gas is purged using an inert gas. Accordingly, it is possible to remove not only an excessive amount of reaction gas but also generated by-products.
상기 박막의 형성 방법을 통해 형성된 박막은 바람직하게 두께가 20 nm 이하이고, 비저항 값이 0.1 내지 400 μΩ·cm이며, 단차 피복율이 90% 이상이며, 이 범위 내에서 확산 방지막으로서 성능이 뛰어나고, 금속 배선재료의 부식이 저감되는 효과가 있지만, 이에 한정하는 것은 아니다.The thin film formed through the method of forming the thin film preferably has a thickness of 20 nm or less, a specific resistance value of 0.1 to 400 μΩ·cm, a step coverage ratio of 90% or more, and has excellent performance as a diffusion barrier within this range, Although there is an effect of reducing the corrosion of the metal wiring material, it is not limited thereto.
상기 박막은 두께가 일례로 20 nm 이하, 바람직하게는 10 nm 이하, 보다 바람직하게는 5 nm 이하일 수 있고, 이 범위 내에서 박막 특성이 우수한 효과가 있다.The thin film may have a thickness of, for example, 20 nm or less, preferably 10 nm or less, more preferably 5 nm or less, and has excellent thin film properties within this range.
상기 박막은 비저항 값이 일례로 0.1 내지 400 μΩ·cm, 바람직하게는 50 내지 400 μΩ·cm, 보다 바람직하게는 200 내지 400 μΩ·cm, 더욱 바람직하게는 300 내지 400 μΩ·cm, 보다 더욱 바람직하게는 330 내지 380 μΩ·cm, 가장 바람직하게는 340 내지 370 μΩ·cm 일 수 있고, 이 범위 내에서 박막 특성이 우수한 효과가 있다.The thin film has a resistivity value of, for example, 0.1 to 400 μΩ·cm, preferably 50 to 400 μΩ·cm, more preferably 200 to 400 μΩ·cm, more preferably 300 to 400 μΩ·cm, even more preferably Specifically, it may be 330 to 380 μΩ·cm, most preferably 340 to 370 μΩ·cm, and the thin film properties are excellent within this range.
상기 박막 형성 방법에 의해 박막이 형성된 기판은 반도체 기판으로, 예를 들어 디램 메모리(동적 랜덤 액세스 메모리, DRAM) 소자에 적용될 수 있다.The substrate on which the thin film is formed by the thin film formation method is a semiconductor substrate, and may be applied to, for example, a DRAM memory (dynamic random access memory, DRAM) device.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예 및 도면을 제시하나, 하기 실시예 및 도면은 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred embodiments and drawings are presented to aid the understanding of the present invention, but the following examples and drawings are merely illustrative of the present invention, and various changes and modifications are possible within the scope and spirit of the present invention to those skilled in the art. It is obvious, and it is natural that such modifications and modifications fall within the appended claims.
실시예 1Example 1
박막 형성용 금속 전구체로서 하기 화학식 2로 표시되는 화합물, 용매로서 디메틸에틸아민 및 시클로펜틸메틸에터를 포함하는 박막 형성용 조성물을 제조하여 ALD 공정을 통해 박막을 형성하였다.A thin film-forming composition including a compound represented by the following Formula 2 as a metal precursor for thin film formation, and dimethylethylamine and cyclopentylmethyl ether as solvents was prepared, and a thin film was formed through an ALD process.
[화학식 2][Formula 2]
우선, 상기 제조된 박막 형성용 조성물을 캐니스터에 담아 상온에서 LMFC(Liquid Mass Flow Controller)를 이용하여 0.05 g/min의 유속으로 150 ℃로 가열된 기화기로 공급하였다. 기화기에서 증기상으로 기화된 박막 형성용 조성물을 5초 동안 기판이 로딩된 증착 챔버에 투입한 후 아르곤 가스를 300 sccm으로 10초 동안 공급하여 아르곤 퍼징을 실시하였다. 이때 반응 챔버내 압력은 1.3 Torr로 제어하였다. 다음으로 반응성 가스로서 오존 가스를 5초 동안 상기 반응 챔버에 투입한 후, 10초 동안 아르곤 퍼징을 실시하였다. 이때 금속 박막이 형성될 기판을 300 ℃로 가열하였다. 이와 같은 공정을 200회 반복하여 산화 지르코늄 박막을 형성하였다.First, the prepared composition for forming a thin film was put in a canister and supplied to a vaporizer heated at 150° C. at a flow rate of 0.05 g/min using a Liquid Mass Flow Controller (LMFC) at room temperature. After the composition for forming a thin film vaporized in the vapor phase in the vaporizer was introduced into the deposition chamber loaded with the substrate for 5 seconds, argon gas was supplied at 300 sccm for 10 seconds to perform argon purging. At this time, the pressure in the reaction chamber was controlled to 1.3 Torr. Next, ozone gas as a reactive gas was added to the reaction chamber for 5 seconds, followed by purging with argon for 10 seconds. At this time, the substrate on which the metal thin film is to be formed was heated to 300°C. This process was repeated 200 times to form a zirconium oxide thin film.
비교예 1Comparative Example 1
박막 형성용 금속 전구체로 리간드에 이중결합을 포함하지 않는 전구체를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. It was carried out in the same manner as in Example 1, except that a precursor that does not contain a double bond in the ligand was used as the metal precursor for thin film formation.
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 박막의 균일성 및 단차 피복성을 확인하기 위하여 박막의 두께 편차 및 단차 피복률을 측정한 결과, 본 발명의 실시예에서 측정된 두께 편차가 비교예에 비하여 10% 이상 낮아졌으며, 단차 피복률은 15% 이상 높아인 것을 확인할 수 있었다. 이로써, 본 발명의 박막 형성용 금속 전구체를 포함하는 박막 형성용 조성물을 이용하여 제조된 박막의 경우, 박막의 균일성 및 단차 피복성이 크게 개선되는 효과가 있음을 알 수 있다.In order to check the uniformity and step coverage of the thin films prepared in Example 1 and Comparative Example 1, the thickness deviation and step coverage of the thin film were measured. Compared to that, it was lowered by 10% or more, and it was confirmed that the step coverage was higher by 15% or more. Accordingly, it can be seen that in the case of a thin film manufactured using the composition for forming a thin film including the metal precursor for forming a thin film of the present invention, the uniformity and step coverage of the thin film are greatly improved.
Claims (13)
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서 M은 4족 전이금속이고, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이며, a 및 b 중 하나는 단일결합이고 나머지는 이중결합이다.)로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는
박막 형성용 금속 전구체.
Formula 1
[Formula 1]
(In Formula 1, M is a Group 4 transition metal, R 1 to R 5 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and one of a and b is a single bond and the others are double bonds.) Characterized in that it comprises a compound
Metal precursor for thin film formation.
상기 화학식 1에서 M은 지르코늄인 것을 특징으로 하는
박막 형성용 금속 전구체.
The method of claim 1,
In Formula 1, M is zirconium, characterized in that
Metal precursor for thin film formation.
상기 박막 형성용 금속 전구체는 하기 화학식 1
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서 M은 4족 전이금속이고, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이며, a 및 b 중 하나는 단일결합이고 나머지는 이중결합이다.)로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는
박막 형성용 조성물.
Including a metal precursor and an organic solvent for thin film formation,
The metal precursor for forming the thin film is the following Formula 1
[Formula 1]
(In Formula 1, M is a Group 4 transition metal, R 1 to R 5 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and one of a and b is a single bond and the others are double bonds.) Characterized in that it comprises a compound
Composition for forming a thin film.
상기 유기용매는 아민 및 에테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로
박막 형성용 조성물.
The method of claim 3,
The organic solvent is characterized in that at least one selected from the group consisting of amines and ethers.
Composition for forming a thin film.
상기 아민은 3차 아민으로, 비점(1 기압)이 70℃ 이하이고, 밀도(25℃)가 0.6 내지 0.8 g/cm3이며, 증기압(25℃, 1기압)이 400 내지 700 mmHg인 것을 특징으로
박막 형성용 조성물.
The method of claim 4,
The amine is a tertiary amine, characterized in that the boiling point (1 atm) is 70°C or less, the density (25°C) is 0.6 to 0.8 g/cm 3 , and the vapor pressure (25°C, 1 atm) is 400 to 700 mmHg. to
Composition for forming a thin film.
상기 3차 아민은 디알킬아민인 것을 특징으로
박막 형성용 조성물.
The method of claim 5,
The tertiary amine is characterized in that it is a dialkylamine
Composition for forming a thin film.
상기 에테르는 시클로알킬에테르로, 비점(1 기압)이 110℃ 이하이고, 밀도(25℃)가 0.7 내지 0.9 g/cm3인 것을 특징으로
박막 형성용 조성물.
The method of claim 4,
The ether is a cycloalkyl ether, characterized in that it has a boiling point (1 atm) of 110°C or less, and a density (25°C) of 0.7 to 0.9 g/cm 3
Composition for forming a thin film.
상기 시클로알킬에테르는 시클로펜틸알킬에테르인 것을 특징으로
박막 형성용 조성물.
The method of claim 7,
The cycloalkyl ether is characterized in that it is a cyclopentyl alkyl ether
Composition for forming a thin film.
상기 박막 형성용 조성물은 박막 형성용 금속 전구체 1 내지 99 중량% 및 유기용매 1 내지 99 중량%를 포함하는 것을 특징으로
박막 형성용 조성물.
The method of claim 3,
The composition for forming a thin film is characterized in that it contains 1 to 99% by weight of a metal precursor for forming a thin film and 1 to 99% by weight of an organic solvent
Composition for forming a thin film.
상기 박막 형성용 조성물은 점도(25℃)가 1 내지 20 cP인 것을 특징으로
박막 형성용 조성물.
The method of claim 3,
The composition for forming a thin film is characterized in that the viscosity (25 ℃) is 1 to 20 cP
Composition for forming a thin film.
박막의 형성 방법.
It characterized in that it comprises the step of forming a thin film by depositing the composition for forming a thin film according to any one of claims 3 to 10 on a substrate.
Method of forming a thin film.
상기 증착은 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD)에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 박막의 형성 방법.
The method of claim 11,
The deposition is a method of forming a thin film, characterized in that the deposition is carried out by chemical vapor deposition (CVD) or atomic layer deposition (ALD).
상기 증착은 300 내지 600℃의 온도에서 실시되는 것을 특징으로 하는 박막의 형성 방법.The method of claim 11,
The deposition method of forming a thin film, characterized in that carried out at a temperature of 300 to 600 ℃.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190143212A KR20210056576A (en) | 2019-11-11 | 2019-11-11 | Metal precursor for forming thin film, thin film composition comprising the same and method for forming thin film thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190143212A KR20210056576A (en) | 2019-11-11 | 2019-11-11 | Metal precursor for forming thin film, thin film composition comprising the same and method for forming thin film thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20210056576A true KR20210056576A (en) | 2021-05-20 |
Family
ID=76142713
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020190143212A KR20210056576A (en) | 2019-11-11 | 2019-11-11 | Metal precursor for forming thin film, thin film composition comprising the same and method for forming thin film thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20210056576A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022255734A1 (en) * | 2021-05-31 | 2022-12-08 | 솔브레인 주식회사 | Film forming material, film forming composition, film forming method using film forming material and film forming composition, and semiconductor device manufactured therefrom |
KR102592360B1 (en) * | 2022-11-24 | 2023-10-23 | 주식회사 이지티엠 | Method of forming thin film using material of chemical purge |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20060034775A (en) | 2004-10-19 | 2006-04-26 | 주식회사 아이피에스 | A method for depositing thin film on a wafer |
-
2019
- 2019-11-11 KR KR1020190143212A patent/KR20210056576A/en unknown
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20060034775A (en) | 2004-10-19 | 2006-04-26 | 주식회사 아이피에스 | A method for depositing thin film on a wafer |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022255734A1 (en) * | 2021-05-31 | 2022-12-08 | 솔브레인 주식회사 | Film forming material, film forming composition, film forming method using film forming material and film forming composition, and semiconductor device manufactured therefrom |
KR102592360B1 (en) * | 2022-11-24 | 2023-10-23 | 주식회사 이지티엠 | Method of forming thin film using material of chemical purge |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9828402B2 (en) | Film-forming composition and method for fabricating film by using the same | |
JP3588334B2 (en) | Method for depositing metal metalloid oxides and nitrides with composition gradient | |
EP2132357A2 (en) | Methods for forming a ruthenium-based film on a substrate | |
KR20200072407A (en) | Precursor composition for film deposition, deposition method of film and semiconductor device of the same | |
KR102008445B1 (en) | Precursor compositions for forming zirconium-containing film and method of forming zirconium-containing film using them as precursors | |
JP7214955B2 (en) | Group 5 metal compound for thin film deposition and method for forming group 5 metal-containing thin film using the same | |
KR20210056576A (en) | Metal precursor for forming thin film, thin film composition comprising the same and method for forming thin film thereof | |
KR20190108281A (en) | Precursor composition for film deposition, deposition method of film and semiconductor device of the same | |
KR102643460B1 (en) | Growth inhibitor for forming thin film for and deposition method for preparing film using the same | |
KR20210155106A (en) | Lanthanide precursor and lanthanide-containing film using the same and deposition method of the same and semiconductor device comprising the same | |
KR20180120119A (en) | Composition for forming thin film and manufacturing method of thin film | |
KR102622013B1 (en) | Precursor for film deposition, deposition method of film and semiconductor device of the same | |
KR20200112617A (en) | Composition for forming thin film, substrate prepared using the same and method for manufacturing substate | |
KR102702777B1 (en) | Growth inhibitor for forming thin film for and deposition method for preparing film using the same | |
KR102544077B1 (en) | Precursor composition for film deposition and methods of forming a film using the same | |
KR20220136353A (en) | Ruthenium-containing film deposited on ruthenium-titanium nitride film and method of forming same | |
KR20210068870A (en) | Growth inhibitor for forming thin film, method for forming thin film and semiconductor substrate prepared therefrom | |
KR20210089015A (en) | Yttrium compound, forming method of thin film comprising the same, and semiconductor substrate preapared thereby | |
KR102632516B1 (en) | Composition for forming thin film | |
KR102712673B1 (en) | Metal precursor compound including cyclopentadienyl ligand and deposition method for preparing film using the same | |
JP7262912B2 (en) | Precursor composition for forming a metal film, method for forming a metal film using the same, and semiconductor device including the metal film | |
KR102702829B1 (en) | Selective growth inhibitor for forming thin film for and deposition method for preparing film using the same | |
KR20210046235A (en) | Growth inhibitor for forming thin film, method for forming thin film and semiconductor substrate prepared therefrom | |
KR20210064658A (en) | Precursor for silicon-containing film deposition, deposition method of silicon-containing film and semiconductor device of the same | |
KR20240038417A (en) | Metal precursor compound for and deposition method for preparing film using the same |