KR20220158601A - Metal precursor compound for forming semiconductor film and metal-containing film prepared by using the same - Google Patents

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송기창
오한솔
홍창성
이상경
장동학
문지원
이정엽
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Abstract

The present invention relates to a metal precursor compound for forming a semiconductor thin film represented by formula 1, and a metal-containing thin film formed by using the same. According to the present invention, in the formula 1 of the metal precursor compound for forming a semiconductor thin film, each of R1 to R6 is independently a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and each of n and m is independently an integer of 1 to 5. The purpose of the present invention is to provide the metal precursor compound for forming a semiconductor thin film which can form a semiconductor metal-containing thin film representing a high dielectric constant (high-K) characteristic.

Description

반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물 및 이용하여 제조된 금속 함유 박막 {METAL PRECURSOR COMPOUND FOR FORMING SEMICONDUCTOR FILM AND METAL-CONTAINING FILM PREPARED BY USING THE SAME}Metal precursor compound for forming semiconductor thin film and metal-containing thin film manufactured using it

본 발명은 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물 및 이용하여 제조된 금속 함유 박막에 관한 것이다.The present invention relates to a metal precursor compound for forming a semiconductor thin film and a metal-containing thin film manufactured using the metal precursor compound.

화학적 증착(CVD) 및 원자층 증착(ALD)은, 파라미터들의 미세한 조정을 통해 등각(conformal) 박막(금속, 산화물, 질화물 등)을 달성할 수 있기 때문에, 반도체 소자를 위한 얇은 박막의 성장 및/또는 증착 공정 기술로서 적용되어 왔다. Since chemical vapor deposition (CVD) and atomic layer deposition (ALD) can achieve conformal thin films (metal, oxide, nitride, etc.) through fine tuning of parameters, thin film growth and/or Or it has been applied as a deposition process technology.

특히, 박막 성장 및/또는 증착 공정의 경우, 주로 금속-유기 화합물(전구체)의 화학적 반응에 의해 제어되기 때문에, 이들 화합물의 성질 및 반응 과정을 예측하여 최적 전구체를 개발하는 것이 중요하다. 따라서 특정 유형의 박막에 따른 특정 성질을 얻기 위한 효율적인 전구체 개발이 지속되고 있다.In particular, since thin film growth and/or deposition processes are mainly controlled by chemical reactions of metal-organic compounds (precursors), it is important to develop optimal precursors by predicting properties and reaction processes of these compounds. Therefore, the development of efficient precursors to obtain specific properties according to specific types of thin films is ongoing.

하지만, 종래 전구체 들은 고체 소재이거나, 저순도 소재라는 점에서, 물성적인 한계 및 품질의 한계로 인해 박막의 결정성 및 박막 특성을 개선하는데 한계가 있다. 즉, 전구체가 고체 소재인 경우, 공정 상 재현성 이슈가 문제가 있고, 저순도 소재인 경우 불순물에 따른 유전율 및 누설전류 특성의 열화로 인해 박막 특성 저하의 원인이 된다. 더욱이, 종래 저순도 소재의 경우, 반도체 공정의 미세화에 따라서 저순도 소재를 적용 할 경우 분순물에 의한 영향성이 더욱 커지게 되어 특성 열화를 가속화 시킨다는 단점이 있다. However, in that conventional precursors are solid materials or low-purity materials, there is a limit to improving the crystallinity and properties of thin films due to limitations in physical properties and quality. That is, when the precursor is a solid material, there is a problem in reproducibility in the process, and when the precursor is a low-purity material, deterioration in dielectric constant and leakage current characteristics due to impurities causes deterioration in thin film properties. Moreover, in the case of the conventional low-purity material, when the low-purity material is applied according to the miniaturization of the semiconductor process, the influence of impurities is further increased, thereby accelerating the deterioration of characteristics.

이에, 높은 유전율 (high-K)과 낮은 누설전류의 특성을 확보하는 동시에, 저장 조건 및 수송 조건에서 장기간 열적 안정성이 높고, 반응 기체, 예컨대 암모니아, 산소 또는 오존에 대한 강한 반응성을 가지며, 기체 상의 전구체를 반응 챔버 내에 용이하게 수송할 수 있는 CVD 및 ALD 공정을 위한 새로운 전구체 개발이 시급한 실정이다.Accordingly, while securing characteristics of high dielectric constant (high-K) and low leakage current, long-term thermal stability is high under storage conditions and transportation conditions, and it has strong reactivity to reactive gases such as ammonia, oxygen, or ozone, and has gas phase There is an urgent need to develop new precursors for CVD and ALD processes that can easily transport the precursors into the reaction chamber.

대한민국 공개특허공보 제2012-0093165호Republic of Korea Patent Publication No. 2012-0093165 대한민국 공개특허공보 제2015-0101318호Republic of Korea Patent Publication No. 2015-0101318 대한민국 등록특허공보 10-2231296호Republic of Korea Patent Registration No. 10-2231296

본 발명은 상기와 같은 종래기술들을 감안하여 안출된 것으로, 높은 유전율(high-K) 특성을 나타내는 반도체 금속 함유 박막을 형성할 수 있는 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물을 제공하고자 한다.The present invention has been made in view of the prior art as described above, and is intended to provide a metal precursor compound for forming a semiconductor thin film capable of forming a semiconductor metal-containing thin film exhibiting high dielectric constant (high-K) characteristics.

또한, 본 발명에서는 박막 형성용 금속 전구체 조성물을 제공하고자 한다.In addition, the present invention is to provide a metal precursor composition for forming a thin film.

또한, 본 발명에서는 상기 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물을 이용한 금속 함유 박막 형성 방법을 제공하고자 한다.In addition, the present invention is to provide a method of forming a metal-containing thin film using the metal precursor compound for forming the semiconductor thin film.

또한, 본 발명에서는 상기 박막 형성용 금속 전구체 조성물을 이용한 금속 함유 박막을 제공하고자 한다.In addition, the present invention is to provide a metal-containing thin film using the metal precursor composition for thin film formation.

일 구현예에 따르면, 본 발명은 According to one embodiment, the present invention

하기 화학식 1로 표시되는 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물을 제공한다.Provided is a metal precursor compound for forming a semiconductor thin film represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1 내지 R6는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고,R 1 to R 6 are each independently a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms;

n 및 m은 각각 독립적으로 1 내지 5 중 어느 하나의 정수이다.n and m are each independently an integer of 1 to 5;

다른 구현예에 따르면, 본 발명은 상기 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물; 및 용매;를 포함하는 박막 형성용 금속 전구체 조성물을 제공한다.According to another embodiment, the present invention is a metal precursor compound for forming the semiconductor thin film; It provides a metal precursor composition for forming a thin film comprising; and a solvent.

또 다른 구현예에 따르면, 본 발명은 According to another embodiment, the present invention

챔버 내에 기판을 위치하는 단계; 및positioning a substrate within the chamber; and

본 발명의 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물을 공급하여 기판 상에 금속 함유 박막을 증착하는 단계;를 포함하는 금속 함유 박막 형성 방법을 제공한다.It provides a method for forming a metal-containing thin film comprising: depositing a metal-containing thin film on a substrate by supplying a metal precursor compound for forming a semiconductor thin film of the present invention.

이때, 상기 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물은 용매에 용해시켜 조성물 형태로 공급될 수 있다.In this case, the metal precursor compound for forming the semiconductor thin film may be dissolved in a solvent and supplied in the form of a composition.

다른 구현예에 따르면, 본 발명은 상기 박막 형성용 금속 전구체 조성물을 이용한 금속 함유 박막을 제공한다.According to another embodiment, the present invention provides a metal-containing thin film using the metal precursor composition for forming the thin film.

본 발명의 금속 전구체 화합물은 비대칭의 사이클로펜타디엔 리간드와 구아디네이트 리간드(guanidinate ligand)을 포함하는 구조적 특징으로 인하여 상온에서 액상 상태를 유지할 수 있고, 충분한 휘발성과 우수한 화학적-열정 안정성을 만족할 뿐만 아니라, 고순도 샘플 제조가 가능하다는 이점이 있다. 이러한 본 발명의 금속 전구체 화합물을 이용하면 불순물의 함량이 적고 균일성이 우수한 금속 함유 박막을 형성할 수 있다. 이에, 본 발명에서는 상기 금속 함유 박막을 포함함으로써, 낮은 누설 전류 특성 및 높은 유전율을 확보할 수 있는 반도체 소자를 구현할 수 있다.The metal precursor compound of the present invention can maintain a liquid state at room temperature due to structural features including an asymmetric cyclopentadiene ligand and a guanidinate ligand, and satisfies sufficient volatility and excellent chemical-thermal stability. , there is an advantage in that it is possible to prepare a high-purity sample. By using the metal precursor compound of the present invention, a metal-containing thin film having a low content of impurities and excellent uniformity can be formed. Therefore, in the present invention, by including the metal-containing thin film, it is possible to implement a semiconductor device capable of securing low leakage current characteristics and high permittivity.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안된다.
도 1은 합성한 화합물 1-1에 대한 1H-NMR 분석 그래프 이다.
도 2는 합성한 화합물 1-1에 대한 온도에 따른 중량손실백분율을 나타낸 그래프 이다.
도 3은 합성한 화합물 1-2에 대한 1H-NMR 분석 그래프 이다.
도 4는 합성한 화합물 1-2에 대한 온도에 따른 중량손실백분율을 나타낸 그래프 이다.
도 5은 합성한 화합물 1-3에 대한 1H-NMR 분석 그래프 이다.
도 6는 합성한 화합물 1-3에 대한 온도에 따른 중량손실백분율을 나타낸 그래프 이다.
도 7은 버블 증착 방법을 이용하여 형성된 금속 함유 박막의 온도별 증착률을 나타낸 그래프이다.
도 8는 액체 이송 증착 방법을 이용하여 형성된 금속 함유 박막의 공급 시간대별 증착률을 나타낸 그래프이다.
도 9는 액체 이송 증착 방법을 이용하여 형성된 금속 함유 박막의 온도별 증착률을 나타낸 그래프이다.
도 10은 실시예 6에서 제조된 금속 함유 박막의 XRD 원소 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11은 실시예 6에서 형성된 금속 함유 박막의 공정 온도에 따른 Carbon 원소 함유량에 대한 ToF-SiMS 분석 결과 그래프이다.
도 12는 실시예 6에서 형성된 금속 함유 박막의 공정 온도에 따른 종횡비 (aspect ratio) 40 이상의 구조체에서의 단차 피복율 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the contents of the above-described invention, so the present invention is limited to those described in the drawings. should not be construed as limited.
1 is a 1 H-NMR analysis graph of synthesized compound 1-1.
Figure 2 is a graph showing the weight loss percentage according to the temperature for the synthesized compound 1-1.
3 is a 1 H-NMR analysis graph of the synthesized compound 1-2.
Figure 4 is a graph showing the weight loss percentage according to the temperature for the synthesized compound 1-2.
5 is a 1 H-NMR analysis graph of synthesized compounds 1-3.
Figure 6 is a graph showing the weight loss percentage according to the temperature for the synthesized compound 1-3.
7 is a graph showing a deposition rate according to temperature of a metal-containing thin film formed using a bubble deposition method.
8 is a graph showing a deposition rate of a metal-containing thin film formed using a liquid transfer deposition method according to supply time.
9 is a graph showing a deposition rate of a metal-containing thin film formed using a liquid transfer deposition method according to temperature.
10 is a graph showing the results of XRD elemental analysis of the metal-containing thin film prepared in Example 6.
11 is a graph of ToF-SiMS analysis results for the carbon element content according to the process temperature of the metal-containing thin film formed in Example 6.
12 is a graph showing evaluation results of step coverage in a structure having an aspect ratio of 40 or more according to process temperature of a metal-containing thin film formed in Example 6.

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. Terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to explain his or her 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.

한편, 본 명세서에서 용어인 "반도체 박막"이란, 금속 박막, 금속 함유 박막, 금속 산화물 박막 및 금속 질화물 박막 중 적어도 하나 이상의 박막을 의미한다.Meanwhile, the term "semiconductor thin film" used herein refers to at least one thin film among a metal thin film, a metal-containing thin film, a metal oxide thin film, and a metal nitride thin film.

또한, 본 명세서에서 용어 "Cp"란, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 8의 사이클로알케닐렌기를 의미한다.In addition, the term "Cp" used herein refers to a substituted or unsubstituted cycloalkenylene group having 5 to 8 carbon atoms.

반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물Metal precursor compound for semiconductor thin film formation

일 구현예에 따르면, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물을 제공한다.According to one embodiment, the present invention provides a metal precursor compound for forming a semiconductor thin film represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1 내지 R6는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고,R 1 to R 6 are each independently a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms;

n 및 m은 각각 독립적으로 1 내지 5 중 어느 하나의 정수이다.n and m are each independently an integer of 1 to 5;

종래 전구체 물질로 저순도의 고체 소재를 사용하는 경우, 공정 상 재현성 이슈가 있고, 불순물에 따른 유전율과 누설전류로 인해 박막 특성 저하의 원인이 된다.In the case of using a low-purity solid material as a conventional precursor material, there is a reproducibility issue in the process, and a dielectric constant and leakage current according to impurities cause deterioration of thin film properties.

본 발명에서는 하기 화학식 1로 표시되는 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물을 제공하여 상술한 문제점의 해결을 모색하였다. 즉, 본 발명의 금속 전구체 화합물은 구조 중심에 이트륨(yttrium) 원소를 포함하고, 이트륨에 치환된 말단기로 2 이상의 비대칭 시클로펜타디엔(Cp, cyclopentadiene) 리간드 및 비대칭 구아디네이트 (Guanidinate, -NR5R6) 리간드를 포함함으로써, 상온에서 액상 상태를 유지할 수 있고, 충분한 휘발성과 우수한 화학적-열정 안정성을 만족할 뿐만 아니라, 고순도 샘플 제조가 가능하다는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 금속 전구체 화합물을 이용하여, 고온에서도 불순물 함량이 적고 균일도가 높은 특성을 가지는 고품질의 반도체 금속 함유 박막을 형성할 수 있는 장점이 있다. In the present invention, a solution to the above problems was sought by providing a metal precursor compound for forming a semiconductor thin film represented by Formula 1 below. That is, the metal precursor compound of the present invention includes a yttrium element in the structural center, and two or more asymmetric cyclopentadiene (Cp, cyclopentadiene) ligands and asymmetric guanidinate (Guanidinate, -NR) as end groups substituted for yttrium. By including the 5 R 6 ) ligand, it is possible to maintain a liquid state at room temperature, to satisfy sufficient volatility and excellent chemical-thermal stability, and to prepare a high-purity sample. In addition, there is an advantage in that a high-quality semiconductor metal-containing thin film having low impurity content and high uniformity can be formed using the metal precursor compound of the present invention.

한편, 상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬기이고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 4의 알킬기이며, R5 및 R6은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 4의 알킬기일 수 있다.Meanwhile, in Formula 1, R 1 and R 2 are each independently a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, R 3 and R 4 are each independently a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and , R 5 and R 6 may each independently be a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.

구체적으로, 상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 5의 알킬기이고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 4의 알킬기이며, R5 및 R6은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬기일 수 있다.Specifically, in Formula 1, R 1 and R 2 are each independently a substituted or unsubstituted alkyl group having 2 to 5 carbon atoms, and R 3 and R 4 are each independently a substituted or unsubstituted alkyl group having 2 to 4 carbon atoms. And, R 5 and R 6 may each independently be a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.

더욱 구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-3으로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.More specifically, the metal precursor compound for forming a semiconductor thin film represented by Formula 1 may be at least one selected from the group consisting of compounds represented by Formulas 1-1 to 1-3 below.

[화학식 1-1][Formula 1-1]

Figure pat00003
Figure pat00003

[화학식 1-2][Formula 1-2]

Figure pat00004
Figure pat00004

[화학식 1-3][Formula 1-3]

Figure pat00005
Figure pat00005

또한, 상기 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물은 통상적으로 이를 사용할 수 있는 분야이면 광범위하게 사용될 수 있으며, 바람직하게는 반도체 분야에서 반도체 물질을 제조하는 과정에 포함되거나 사용될 수 있다. 보다 바람직하게는 반도체용 금속 함유 박막 제조에 사용될 수 있다. In addition, the metal precursor compound for forming a semiconductor thin film may be used in a wide range of fields where it can be used in general, and may be preferably included or used in a process of manufacturing a semiconductor material in the semiconductor field. More preferably, it can be used for manufacturing a metal-containing thin film for semiconductors.

구체적으로 상기 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물들은 반도체에 포함되는 금속 (함유) 박막을 형성하는 전구체로 이용될 수 있다. 전구체란 물질대사나 반응에서 특정 물질이 되기 전 단계의 물질을 의미하며, 상기 금속 전구체 화합물을 기판 상에 물리/화학 흡착하는 방식으로 반도체에 이용되는 박막을 형성할 수 있다. Specifically, the metal precursor compounds for forming a semiconductor thin film may be used as a precursor for forming a metal (containing) thin film included in a semiconductor. A precursor refers to a material at a stage prior to becoming a specific material in metabolism or reaction, and a thin film used for a semiconductor can be formed by physically/chemically adsorbing the metal precursor compound onto a substrate.

박막 형성용 금속 전구체 조성물Metal precursor composition for thin film formation

다른 구현예에서, 본 발명은 박막 형성용 금속 전구체 조성물을 제공한다.In another embodiment, the present invention provides a metal precursor composition for forming a thin film.

상기 박막 형성용 금속 전구체 조성물은 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물과 용매를 포함하며, 이때, 상기 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물은 본 발명에 따른 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물로서, 이에 대해서는 상술하였으므로, 이에 대한 설명은 생략한다. 이하에서는 다른 구성 요소인 용매에 대하여 설명한다.The metal precursor composition for forming a thin film includes a metal precursor compound for forming a semiconductor thin film and a solvent. At this time, the metal precursor compound for forming a semiconductor thin film is a metal precursor compound for forming a semiconductor thin film according to the present invention. As described above, A description thereof is omitted. Hereinafter, the solvent, which is another component, will be described.

상기 용매는 본 발명의 박막 형성용 금속 전구체 조성물이 액체 이송 방법에 적합한 정도의 점도를 가지도록 추가로 부여되는 성분으로서, 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물을 용해시키거나 희석시킬 수 있는 용매라면 그 종류를 특별히 제한하지 않으며, 예를 들면 탄소수 1 내지 16의 포화 또는 불포화 탄화수소 용매, 환형 에테르 유기용매, 선형 에테르 용매, 글라임 용매, 에스테르 용매 및 3차 아민 용매 중 적어도 하나 이상의 용매를 들 수 있다. 대표적인 예로 상기 용매는 펜탄, 옥탄, 3차 아민인 디메틸에틸아민, 트리에틸아민, N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌다이아민, 테트라하이드로푸란(THF), 다이부틸에테르, 다이메톡시메탄 및 다이메톡시에탄 중 적어도 하나 이상의 용매를 들 수 있다.The solvent is a component additionally provided so that the metal precursor composition for thin film formation of the present invention has a viscosity suitable for the liquid transfer method, and any solvent capable of dissolving or diluting the metal precursor compound for semiconductor thin film formation is the type. is not particularly limited, and examples thereof include at least one solvent selected from among saturated or unsaturated hydrocarbon solvents having 1 to 16 carbon atoms, cyclic ether organic solvents, linear ether solvents, glyme solvents, ester solvents, and tertiary amine solvents. Representative examples of the solvent include pentane, octane, tertiary amines such as dimethylethylamine, triethylamine, N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine, tetrahydrofuran (THF), dibutyl ether, and dimethicone. and at least one solvent selected from toxymethane and dimethoxyethane.

상기 용매 중 3차 아민은 잉여 비공유 전자쌍은 전구체 물질의 기판 흡착 과정에서의 안정성을 증가시켜 후술하는 반도체 박막 형성 공정, 예를 들면 ALD 공정에서의 화학기상증착(CVD)을 최소화시킬 수 있다. The tertiary amine in the solvent increases the stability of the precursor material in the process of adsorbing the precursor material to the substrate, thereby minimizing the process of forming a semiconductor thin film, for example, chemical vapor deposition (CVD) in an ALD process.

상기 용매는 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물을 용해시키거나 희석시켜 액체 이송 방법에 적합한 정도의 점도를 부여할 수 있는 양이면 그 함량을 특별히 제한하지 않으며, 구체적으로 박막 형성용 금속 전구체 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 99 중량%. 구체적으로 1 중량% 내지 50 중량%, 더욱 구체적으로 3 중량% 내지 50 중량%로 포함될 수 있다.The amount of the solvent is not particularly limited as long as it dissolves or dilutes the metal precursor compound for forming a semiconductor thin film to impart a viscosity suitable for the liquid transfer method, and specifically, the total weight of the metal precursor composition for forming a thin film. 0.1 to 99% by weight based on. Specifically, it may be included in 1% by weight to 50% by weight, more specifically 3% by weight to 50% by weight.

상기 용매 함량이 상기 범위로 포함되는 경우, 박막의 균일성 및 단차 피복 개선 효과를 향상시킬 수 있다. 이때, 용매가 99 중량%를 초과하면, 전구체 조성물의 농도가 너무 낮아서 박막의 증착 속도가 느려지므로 생산성이 떨어지고, 0.1 중량% 미만이면 점도 개선의 효과가 미미하여 박막의 균일성 및 단차 피복 개선 효과가 미미하다.When the solvent content is within the above range, it is possible to improve the uniformity of the thin film and the effect of improving step coverage. At this time, if the solvent exceeds 99% by weight, the concentration of the precursor composition is too low and the deposition rate of the thin film slows down, resulting in poor productivity. insignificant

금속 함유 박막 형성 방법Method of forming a metal-containing thin film

다른 구현예에 따르면, 본 발명은 상기 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물을 이용하여 기판 상에 금속 함유 박막을 증착하는 단계를 포함하는 금속 함유 박막 형성 방법을 제공한다.According to another embodiment, the present invention provides a method of forming a metal-containing thin film comprising depositing a metal-containing thin film on a substrate using the metal precursor compound for forming a semiconductor thin film.

구체적으로, 상기 방법은 챔버 내에 기판을 위치하는 단계; 및Specifically, the method includes positioning a substrate within a chamber; and

상기 챔버 내에 본 발명의 박막 형성용 금속 전구체 화합물 및/또는 전구체 조성물을 공급하여 기판 상에 금속 함유 박막을 증착하는 단계;를 포함하는 금속 함유 박막 형성 방법을 제공한다.It provides a method for forming a metal-containing thin film comprising: depositing a metal-containing thin film on a substrate by supplying the metal precursor compound and/or precursor composition for forming a thin film of the present invention into the chamber.

본 발명의 금속 함유 박막 형성 방법은 본 발명의 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 증착에 의한 반도체 박막 제조방법에 따라 실시될 수 있다.The method of forming a metal-containing thin film of the present invention may be performed according to a conventional method of manufacturing a semiconductor thin film by vapor deposition, except for using the metal precursor compound for forming a semiconductor thin film of the present invention.

(1) 챔버 내에 기판을 위치하는 단계(1) positioning the substrate in the chamber

먼저, 본 발명의 방법에서는 본 발명의 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물을 반도체 박막 형성용 기판 위로 공급하는 단계를 포함한다. First, the method of the present invention includes the step of supplying the metal precursor compound for forming a semiconductor thin film of the present invention onto a substrate for forming a semiconductor thin film.

이때 상기 반도체 박막 형성용 기판으로는 기술적 작용으로 인하여 반도체 박막 에 의해 코팅될 필요가 있는, 반도체 제조에 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하다. 구체적으로는 상기 기판은 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.At this time, as the substrate for forming the semiconductor thin film, any substrate used for manufacturing a semiconductor, which needs to be coated with a semiconductor thin film due to a technical operation, can be used without particular limitation. Specifically, the substrate is a silicon substrate (Si), a silica substrate (SiO 2 ), a silicon nitride substrate (SiN), a silicon oxy nitride substrate (SiON), a titanium nitride substrate (TiN), a tantalum nitride substrate (TaN) , a tungsten substrate (W) or a noble metal substrate such as a platinum substrate (Pt), a palladium substrate (Pd), a rhodium substrate (Rh), or a gold substrate (Au) may be used.

(2) 금속 함유 박막을 증착하는 단계(2) Depositing a metal-containing thin film

또한, 본 발명의 방법에서는 챔버 내에 본 발명의 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물을 공급하여 기판 상에 반도체 금속 함유 박막을 증착할 수 있다.In addition, in the method of the present invention, a semiconductor metal-containing thin film may be deposited on a substrate by supplying the metal precursor compound for forming a semiconductor thin film of the present invention into a chamber.

이때, 본 발명의 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물은 단독으로 공급될 수도 있고, 또는 이를 용매에 용해시킨 박막 형성용 금속 전구체 조성물 형태로 공급될 수도 있다.At this time, the metal precursor compound for forming a semiconductor thin film of the present invention may be supplied alone or may be supplied in the form of a metal precursor composition for forming a thin film in which it is dissolved in a solvent.

구체적으로, 본 발명의 박막 형성용 금속 전구체 화합물은 (i) 증착하고자 하는 전구체 화합물을 기화온도까지 승온한 뒤 비활성 가스를 주입하여 버블 (bubble)을 발생시키고, 기체상태인 전구체 화합물의 증기(vapor)를 carrier gas를 통해 반응 챔버 내부로 공급하거나, 또는 (ii) 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물을 유기 용매에 용해시켜 액상의 박막 형성용 금속 전구체 조성물로 제조한 다음, 이를 기화기를 통해 기상으로 변화시킨 후 반도체 박막 형성용 기판 위로 이송하는 액체 이송 시스템(LDS: Liquid Delivery System)을 통해 공급할 수 있다. Specifically, the metal precursor compound for thin film formation of the present invention (i) raises the temperature of the precursor compound to be deposited to the vaporization temperature, injects an inert gas to generate bubbles, and vaporizes the vapor of the precursor compound in a gaseous state. ) into the reaction chamber through a carrier gas, or (ii) dissolving a metal precursor compound for forming a semiconductor thin film in an organic solvent to prepare a liquid metal precursor composition for forming a thin film, and then changing it into a gas phase through a vaporizer After that, it can be supplied through a liquid delivery system (LDS) that is transferred onto a substrate for forming a semiconductor thin film.

상기 액체 이송 시스템은 전구체 물질이 용매에 희석된 상태로 기화됨으로써 보다 균일한 상태로 증착 챔버 내로 이송되기 때문에 기판에 고르게 흡착될 수 있고, 그 결과로 증착된 박막의 균일성(uniformity) 및 단차피복(step coverage) 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. Since the liquid transport system vaporizes the precursor material diluted in a solvent and transports it into the deposition chamber in a more uniform state, it can be evenly adsorbed to the substrate, and as a result, the uniformity and step coating of the deposited thin film can be improved. (step coverage) characteristics can be further improved.

한편, 본 발명의 방법은 최종 형성되는 반도체 박막에서의 전기적 특성, 즉 정전용량을 더욱 개선시키기 위하여 박막 형성용 금속 전구체 조성물을 공급할 때, 필요에 따라 기타 금속 전구체를 추가로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.On the other hand, the method of the present invention further comprises the step of additionally supplying other metal precursors, if necessary, when supplying the metal precursor composition for thin film formation in order to further improve electrical properties, that is, capacitance, in the final formed semiconductor thin film. can do.

상기 기타 금속 전구체는 규소(Si), 티타늄(Ti), 게르마늄(Ge), 스트론튬(Sr), 니오브(Nb), 바륨(Ba), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 탄탈륨(Ta) 및 주기율표 상 Group 2, 3, 4 또는 란탄족 원자로부터 선택된 1종 이상의 금속(M")를 선택적으로 더 공급할 수도 있으며, 구체적으로 상기 금속을 포함하는 알킬아미드계 화합물 또는 알콕시계 화합물을 들 수 있다. The other metal precursors include silicon (Si), titanium (Ti), germanium (Ge), strontium (Sr), niobium (Nb), barium (Ba), hafnium (Hf), zirconium (Zr), tantalum (Ta) and One or more metals (M") selected from Group 2, 3, 4 or lanthanide atoms on the periodic table may be optionally further supplied, and specifically, an alkylamide-based compound or an alkoxy-based compound containing the metal may be mentioned.

일례로 상기 금속이 Si인 경우 기타 금속 전구체로 SiH(N(CH3)2)3, Si(N(C2H5)2)4, Si(N(C2H5)(CH3))4, Si(N(CH3)2)4, Si(OC4H9)4, Si(OC2H5)4, Si(OCH3)4, Si(OC(CH3)3)4 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 금속이 Zr인 경우 Zr(N(CH3CH2))4, Zr(Cp)(N(CH3)2)3 및 Hf인 경우 Hf(N(CH3CH2))4, Hf(Cp)(N(CH3)2)3 등이 사용 될 수 있다.For example, when the metal is Si, other metal precursors include SiH(N(CH 3 ) 2 ) 3 , Si(N(C 2 H 5 ) 2 ) 4 , Si(N(C 2 H 5 )(CH 3 )) 4 , Si(N(CH 3 ) 2 ) 4 , Si(OC 4 H 9 ) 4 , Si(OC 2 H 5 ) 4 , Si(OCH 3 ) 4 , Si(OC(CH 3 ) 3 ) 4 , etc. can be used In addition, when the metal is Zr, Zr(N(CH 3 CH 2 )) 4 , Zr(Cp)(N(CH 3 ) 2 ) 3 and Hf, Hf(N(CH 3 CH 2 )) 4 , Hf (Cp)(N(CH3) 2 ) 3 and the like can be used.

상기 기타 금속 전구체의 공급은 상기 박막 형성용 금속 전구체 조성물의 공급 방법과 동일한 방법으로 실시될 수 있으며, 상기 기타 금속 전구체는 상기 박막 형성용 금속 전구체 조성물과 함께 박막 형성용 기판 위로 공급될 수도 있고, 또는 박막 형성용 금속 전구체 조성물을 공급 완료한 이후 순차적으로 공급될 수도 있다.The supply of the other metal precursors may be carried out in the same way as the method of supplying the metal precursor composition for thin film formation, and the other metal precursors may be supplied together with the metal precursor composition for thin film formation on a substrate for thin film formation, Alternatively, the metal precursor composition for thin film formation may be supplied sequentially after supply is completed.

상기 기타 금속 전구체는 상기 화학식 1로 표시되는 금속 화합물 전체 함량 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 30 중량부로 공급될 수 있다.The other metal precursor may be supplied in an amount of 1 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of the metal compound represented by Formula 1.

이때, 상기 기타 금속 전구체의 함량이 30 중량부를 초과하면, 박막의 결정성에 영향을 주는 문제점이 있으며, 1 미만이면 유전율 및 누설전류의 특성 개선 효과가 미미할 수 있다.At this time, if the content of the other metal precursor exceeds 30 parts by weight, there is a problem affecting the crystallinity of the thin film, and if it is less than 1, the effect of improving the dielectric constant and leakage current characteristics may be insignificant.

본 발명의 방법에서, 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물 또는 박막 형성용 금속 전구체 조성물과 선택적으로 포함되는 기타 금속 전구체는 모두 상기 반도체 박막 형성용 기판과 접촉시키기 위해 반응 챔버 내로 공급되기 전까지 충분한 증기압을 가지는 기화를 위하여 100℃내지 250℃의 온도를 유지하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 150℃ 내지 200℃의 온도를 유지하는 것이 좋다.In the method of the present invention, the metal precursor compound for forming a semiconductor thin film or the metal precursor composition for forming a thin film and other metal precursors optionally included all have sufficient vapor pressure before being supplied into the reaction chamber to contact the substrate for forming a semiconductor thin film. It is preferable to maintain a temperature of 100 ° C to 250 ° C for vaporization, and more preferably to maintain a temperature of 150 ° C to 200 ° C.

또한, 본 발명의 방법에서는 상기 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물을 공급하는 단계 후 및 반응성 가스를 공급하는 단계 전에, 상기 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물 및/또는 박막 형성용 금속 전구체 조성물과 기타 금속 전구체 등을 기판 위로 이동시키거나, 반응기 내부가 증착에 적절한 압력을 갖도록 하거나, 또는 반응기 챔버 내에 존재하는 불순물 등을 외부로 방출시키기 위하여, 불활성 기체를 퍼지하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이때 불활성 기체는 아르곤(Ar), 질소(N2), 또는 헬륨(He) 등을 사용할 수 있으며, 퍼지 단계는 반응기내 압력이 1 내지 5 Torr가 되도록 실시되는 것이 바람직하다.In addition, in the method of the present invention, after the step of supplying the metal precursor compound for forming a semiconductor thin film and before the step of supplying a reactive gas, the metal precursor compound for forming a semiconductor thin film and/or the metal precursor composition for forming a thin film and other metal precursors A step of purging with an inert gas may be further included in order to move the substrate onto the substrate, to ensure that the inside of the reactor has an appropriate pressure for deposition, or to discharge impurities present in the reactor chamber to the outside. At this time, argon (Ar), nitrogen (N 2 ), or helium (He) may be used as the inert gas, and the purge step is preferably performed such that the pressure in the reactor is 1 to 5 Torr.

또한, 본 발명의 방법에서, 상기 기판 상에 금속 함유 박막을 증착하는 단계는 250℃ 내지 400℃ 분위기하에서 통상의 반도체 박막 증착 방법, 예컨대 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition), 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition), 또는 증발법(Evaporation) 중 적어도 어느 하나의 방법으로 수행될 수 있으며, 구체적으로 원자층 증착법을 이용하여 수행될 수 있다.In addition, in the method of the present invention, the step of depositing a metal-containing thin film on the substrate is a conventional semiconductor thin film deposition method, such as atomic layer deposition, chemical vapor deposition, under an atmosphere of 250 ° C to 400 ° C Deposition), or evaporation may be performed by at least one method, and may be specifically performed using an atomic layer deposition method.

예를 들면, 상기 ALD 법은 250℃ 내지 400℃의 분위기하에서 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물 및/또는 박막 형성용 금속 전구체 조성물과 반응 가스 또는 반응 가스의 플라즈마를 순차적으로 챔버 내로 주입하여 수행 될 수 있다. 또한, 상기 화학 기상 증착법 또는 증발법은 상기 온도에서 전구체와 반응가스를 동시에 챔버 내로 주입하여 수행 될 수 있다.For example, the ALD method may be performed by sequentially injecting a metal precursor compound for forming a semiconductor thin film and/or a metal precursor composition for forming a thin film and a reaction gas or a plasma of the reaction gas into a chamber under an atmosphere of 250° C. to 400° C. have. In addition, the chemical vapor deposition method or the evaporation method may be performed by simultaneously injecting the precursor and the reaction gas into the chamber at the above temperature.

이때, 본 발명의 방법에서는 기판 상에 금속 함유 박막을 증착하는 단계는 상술한 바와 같이 반응기(챔버) 내에 위치하는 기판 위로 ALD 법을 이용하여 상기 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물 및/또는 박막 형성용 금속 전구체 조성물을 공급하면서, 상기 반응기 내에 반응성 가스 또는 반응성 가스의 플라즈마를 공급하거나, 또는 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물 및/또는 박막 형성용 금속 전구체 조성물을 공급한 후에 반응성 가스 또는 반응성 가스의 플라즈마를 공급하는 단계를 추가로 포함하여, 형성되는 막의 성분 및 종류를 제어할 수 있다.At this time, in the method of the present invention, the step of depositing a metal-containing thin film on a substrate is a metal precursor compound for forming a semiconductor thin film and/or a metal precursor compound for forming a thin film using an ALD method on a substrate located in a reactor (chamber) as described above. While supplying the metal precursor composition, a reactive gas or plasma of the reactive gas is supplied into the reactor, or after supplying the metal precursor compound for forming a semiconductor thin film and/or the metal precursor composition for forming a thin film, a reactive gas or plasma of the reactive gas is supplied. The step of supplying may be further included to control the composition and type of the film to be formed.

상기 반응성 가스로는 수증기(H2O), 산소(O2), 오존(O3) 또는 과산화수소(H2O2)와 같은 산화성 가스 및 수소(H2), 암모니아(NH3), 일산화질소(NO), 아산화질소(N2O), 이산화질소(NO2), 히드라진(N2H4), 및 실란(SiH4)과 같은 환원성 가스 중 적어도 어느 하나 이상의 가스를 적용할 수 있다.Examples of the reactive gas include oxidizing gases such as water vapor (H 2 O), oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ) or hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), hydrogen (H 2 ), ammonia (NH 3 ), and nitrogen monoxide ( NO), nitrous oxide (N 2 O), nitrogen dioxide (NO 2 ), hydrazine (N 2 H 4 ), and silane (SiH 4 ), and at least one or more reducing gases such as may be applied.

또는, 상기 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물 및/또는 박막 형성용 금속 전구체 조성물을 공급하면서, 반응성 가스로 수소, 암모니아, 일산화질소(NO), 아산화질소(N2O), 이산화질소(NO2), 히드라진, 실란 등의 환원성 가스를 공급하는 경우, 상기 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물 및/또는 박막 형성용 금속 전구체 조성물과 상기 환원성 가스가 화학 반응하면서 이트륨 산화물 박막, 이트륨 질화물 박막, 금속 산화물 박막 또는 금속 질화물 박막 등의 단일막을 형성할 수 있다.Alternatively, hydrogen, ammonia, nitrogen monoxide (NO), nitrous oxide (N 2 O), nitrogen dioxide (NO 2 ) are used as reactive gases while supplying the metal precursor compound and/or metal precursor composition for forming the semiconductor thin film, When a reducing gas such as hydrazine or silane is supplied, a chemical reaction between the metal precursor compound for forming a semiconductor thin film and/or the metal precursor composition for forming a thin film and the reducing gas causes the yttrium oxide thin film, the yttrium nitride thin film, the metal oxide thin film, or the metal. A single film such as a nitride thin film can be formed.

또한, 상기 반응성 가스의 플라즈마는 RF 플라즈마, DC 플라즈마, 또는 리모트(Remote) 플라즈마 중 어느 하나일 수 있다.In addition, the plasma of the reactive gas may be any one of RF plasma, DC plasma, or remote plasma.

상기 반응성 가스는 약 0.01torr 내지 약 100torr의 대기압 보다 낮은 감압 조건하에서, 배관을 통해 감압 상태의 챔버 내로 직접 공급 될 수 있다. 이때, 반응성 가스의 공급 유량 및 0.01초 내지 100초의 시간 조건하에서 충분한 표면 반응을 실시할 수 있다. The reactive gas may be directly supplied into the reduced pressure chamber through a pipe under a reduced pressure condition lower than atmospheric pressure of about 0.01 torr to about 100 torr. At this time, sufficient surface reaction can be performed under the conditions of the supply flow rate of the reactive gas and the time period of 0.01 second to 100 seconds.

한편, 본 발명의 방법에서는 상기 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물 및/또는 박막 형성용 금속 전구체 조성물과 함께 공급되는 반응성 가스의 종류 및 공급 순서 등을 적절히 제어하여, 기판 상에 형성되는 유전체 박막의 증착 순서를 제어할 수 있다.Meanwhile, in the method of the present invention, deposition of a dielectric thin film formed on a substrate is performed by appropriately controlling the type and supply order of the reactive gas supplied together with the metal precursor compound for forming a semiconductor thin film and/or the metal precursor composition for forming a thin film. You can control the order.

또한, 본 발명의 방법은 금속 함유 박막을 증착하는 단계와 동시에, 또는 후에 반응성 가스를 기판 위로 이동시키거나, 반응기 내가 증착에 적절한 압력을 갖도록, 또는 반응기내 존재하는 불순물 또는 부산물 등을 외부로 방출시키기 위하여, 반응기 내에 아르곤(Ar), 질소(N2), 또는 헬륨(He) 등의 불활성 기체를 퍼지하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, in the method of the present invention, simultaneously with or after the step of depositing the metal-containing thin film, a reactive gas is moved onto the substrate, the reactor has an appropriate pressure for deposition, or impurities or by-products present in the reactor are discharged to the outside. To do so, purging an inert gas such as argon (Ar), nitrogen (N 2 ), or helium (He) in the reactor may be further included.

또한, 본 발명의 방법에서 금속 함유 박막을 증착하는 단계는, 본 발명의 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물을 공급하는 단계; 챔버 내에 반응성 가스 또는 반응성 가스의 플라즈마를 공급하면서 기판 상에 금속 함유 박막을 증착하는 단계; 불활성 기체를 퍼지하는 단계를 1 사이클로 하고, 상기 사이클을 1회 이상 반복 실시하여 수행할 수 있다.In addition, the step of depositing a metal-containing thin film in the method of the present invention includes supplying a metal precursor compound for forming a semiconductor thin film according to the present invention; depositing a metal-containing thin film on a substrate while supplying a reactive gas or a plasma of the reactive gas into a chamber; The step of purging the inert gas may be performed as one cycle, and the cycle may be repeatedly performed one or more times.

한편, 본 발명에서 "반도체 박막"이란, 금속 함유 박막, 금속 산화물 박막 및 금속 질화물 박막 중 적어도 하나 이상의 박막을 의미한다.Meanwhile, in the present invention, "semiconductor thin film" means at least one thin film among a metal-containing thin film, a metal oxide thin film, and a metal nitride thin film.

(3) 반도체 박막이 증착된 기판을 표면 처리하는 단계(3) surface treatment of the substrate on which the semiconductor thin film is deposited

또한, 본 발명의 방법은 금속 함유 박막을 증착하는 단계 후에, 금속 전구체의 증착을 위한 열에너지 또는 표면 흡착 개질을 위해, 형성된 금속 함유 박막을 표면 처리하는 단계를 추가로 수행할 수도 있다. Further, in the method of the present invention, after depositing the metal-containing thin film, a step of surface treating the formed metal-containing thin film may be additionally performed for thermal energy for deposition of the metal precursor or surface adsorption modification.

이때, 상기 표면 처리 단계는 충분한 성장 속도로, 목적하는 물리적 상태와 조성을 갖는 반도체 박막을 제조하기 위해서는 반응기내 기판의 온도가 100℃ 이상 1,000℃ 이하, 바람직하게는 300℃ 이상 500℃ 이하가 되도록 실시하는 것이 바람직하다. At this time, the surface treatment step is performed so that the temperature of the substrate in the reactor is 100 ° C. or more and 1,000 ° C. or less, preferably 300 ° C. or more and 500 ° C. or less, in order to manufacture a semiconductor thin film having a desired physical state and composition at a sufficient growth rate. It is desirable to do

금속 함유 박막을 포함하는 반도체 박막Semiconductor thin films including metal-containing thin films

또한, 본 발명은 상기 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물 및/또는 박막 형성용 금속 전구체 조성물을 사용하여 형성된 금속 박막 또는 금속 함유 박막을 제공한다. In addition, the present invention provides a metal thin film or a metal-containing thin film formed by using the metal precursor compound for forming a semiconductor thin film and/or the metal precursor composition for forming a thin film.

본 발명의 금속 전구체 화합물은 금속 함유 박막 속에 그대로 포함될 수도 있고, 공정 수행 중 최종 형태가 변형될 수도 있다. 즉, 본 발명의 금속 전구체 화합물을 전구체로 사용하여 반도체에 포함되는 박막 제조 시 그 최종 형태는 다양하게 존재할 수 있다.The metal precursor compound of the present invention may be included in the metal-containing thin film as it is, or the final form may be transformed during the process. That is, when manufacturing a thin film included in a semiconductor using the metal precursor compound of the present invention as a precursor, the final form may exist in various ways.

본 발명의 금속 함유 박막은 YxOy (이때, 1≤x≤2, 1≤y≤3) 막과, Alx1Oy1 (이때, 1≤x1≤2, 1≤y1≤3) 막, ZrOx2 (이때, 1≤x2≤2.5) 및 HfOx3 (이때, 1≤x3≤2.5) 중 하나 이상의 금속 산화물 막이 순차적으로 적층되어 이루어진 것일 수 있다.The metal-containing thin film of the present invention is a YxOy (wherein, 1≤x≤2, 1≤y≤3) film, an Alx1Oy1 (wherein, 1≤x1≤2, 1≤y1≤3) film, ZrOx2 (wherein, 1≤ x2≤2.5) and HfOx3 (here, 1≤x3≤2.5) may be formed by sequentially stacking one or more metal oxide films.

이와 같이, 본 발명에서는 구조 내에 이트륨(yttrium) 원소를 포함하고, 이트륨에 치환된 말단기로 비대칭의 시클로펜타디엔(Cp, cyclopentadiene) 리간드 및 구아디네이트 (Guanidinate, -NR5R6) 리간드를 포함함으로써, 상온에서 액상 상태를 유지할 수 있고, 충분한 휘발성과 우수한 화학적-열정 안정성을 만족하는 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물을 이용하여, 고온에서도 균일하고 높은 유전율 (high-K) 특성을 가지는 고품질의 금속 함유 박막을 형성할 수 있다. As such, in the present invention, an asymmetric cyclopentadiene (Cp, cyclopentadiene) ligand and a guanidinate (Guanidinate, -NR 5 R 6 ) ligand containing a yttrium element in the structure and an end group substituted for yttrium are used. By including, by using a metal precursor compound for forming a semiconductor thin film that can maintain a liquid state at room temperature and satisfies sufficient volatility and excellent chemical-thermal stability, a high-quality product having uniform and high-K characteristics even at high temperature A metal-containing thin film can be formed.

한편, 상기 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물을 전구체로 사용하여 형성된 금속 박막 또는 금속 함유 박막을 포함하는 반도체 박막은 반도체 소자에서의 고유전 물질막, 특히 커패시터 유전막 혹은 트랜지스터의 게이트 절연막 등의 반도체 소자에 유용하다On the other hand, a semiconductor thin film including a metal thin film or a metal-containing thin film formed by using the metal precursor compound for forming the semiconductor thin film as a precursor is used as a high dielectric material film in a semiconductor device, in particular, a capacitor dielectric film or a gate insulating film of a transistor. useful

구체적으로, 본 발명에서는 상기 반도체 박막을 포함하는 커패시터 유전막과 이를 포함하는 반도체 소자를 제공할 수 있다.Specifically, the present invention can provide a capacitor dielectric film including the semiconductor thin film and a semiconductor device including the same.

즉, 하부 전극, 유전체 박막 및 상부 전극이 순차적으로 적층되어 구성되는 커패시터에 있어서, 상기 하부 전극과 상부 전극은 금속 물질을 포함할 수 있고, 상기 하부 전극의 형상은 평판, 실린더, 필라 형상 등의 다양한 형상을 가질 수 있는데, 이때, 상기 유전체 박막으로서 본 발명의 전구체 조성물에 의해 형성된 반도체 박막을 적용할 수 있다.That is, in a capacitor configured by sequentially stacking a lower electrode, a dielectric thin film, and an upper electrode, the lower electrode and the upper electrode may include a metal material, and the shape of the lower electrode may be a flat plate, cylinder, pillar shape, etc. It may have various shapes, and at this time, a semiconductor thin film formed by the precursor composition of the present invention may be applied as the dielectric thin film.

이때, 상기 반도체 박막은 지르코늄 산화물, 티타늄 산화물 및 하프늄 산화물을 포함하는 박막일 수 있고, 주기율표 상 Group 2, 3, 4 또는 지르코늄 산화물, 티타늄 산화물 및 하프늄 산화물 중에서 선택된 적어도 2종의 산화물 박막을 적층 또는 혼합하여 형성할 수도 있다. In this case, the semiconductor thin film may be a thin film including zirconium oxide, titanium oxide, and hafnium oxide, and at least two kinds of oxide thin films selected from Group 2, 3, and 4 or zirconium oxide, titanium oxide, and hafnium oxide on the periodic table are laminated or It can also be formed by mixing.

본 발명에서는 실린더 형상 또는 필라 형상인 하부 전극 상에 전술한 본 발명의 유전체 박막을 증착함으로써, 유전체 박막의 결정성, 유전 특성, 및 누설 전류 특성을 개선할 수도 있다.In the present invention, crystallinity, dielectric properties, and leakage current characteristics of the dielectric thin film may be improved by depositing the dielectric thin film of the present invention on a cylindrical or pillar-shaped lower electrode.

또한, 본 발명에서는 상기 반도체 박막을 포함하는 게이트 절연막과 이를 구비한 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a semiconductor device including a gate insulating film including the semiconductor thin film and a transistor including the same.

상기 커패시터는 하부전극, 유전막, 상부전극의 구성을 가지며 유전막을 형성하기 위해 YxOy (이때, 1≤x≤2, 1≤y≤3) 박막을 적용 할 수 있다.The capacitor has a configuration of a lower electrode, a dielectric layer, and an upper electrode, and a YxOy (where 1≤x≤2, 1≤y≤3) thin film may be applied to form the dielectric layer.

상기 트랜지스터는 기판에 형성되며, 게이트 절연막, 게이트 전극, 소스 영역 및 드레인 영역을 포함한다. 게이트 전극은 금속 물질을 포함할 수 있고, 게이트 절연막은 박막 형성용 조성물에 의해 증착된 금속 산화물 또는 금속 질화물 박막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연막은 지르코늄 산화물, 티타늄 산화물, 하프늄 산화물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 게이트 절연막은 지르코늄 산화물, 티타늄 산화물, 하프늄 산화물 중에서 선택된 적어도 2종의 산화물 박막을 적층 또는 혼합하여 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, YxOy (이때, 1≤x≤2, 1≤y≤3) 박막을 상기 게이트 절연막으로 적용할 수 있다.The transistor is formed on a substrate and includes a gate insulating layer, a gate electrode, a source region, and a drain region. The gate electrode may include a metal material, and the gate insulating layer may include a metal oxide or metal nitride thin film deposited using a composition for forming a thin film. For example, the gate insulating layer may include zirconium oxide, titanium oxide, or hafnium oxide. In addition, the gate insulating film may be formed by stacking or mixing at least two types of oxide thin films selected from among zirconium oxide, titanium oxide, and hafnium oxide. More specifically, a YxOy (where 1≤x≤2, 1≤y≤3) thin film may be applied as the gate insulating layer.

한편, 본 발명의 반도체 소자는 상기 커패시터 유전막 혹은 트랜지스터의 게이트 절연막 등의 고유전특성이 요구되는 물질막에 본 발명에 따른 금속 함유 박막을 포함하는 것을 제외하고는 통상의 반도체 소자의 구성과 동일하다.On the other hand, the semiconductor device of the present invention has the same configuration as a conventional semiconductor device except that the metal-containing thin film according to the present invention is included in a material film requiring high dielectric properties, such as the capacitor dielectric film or the gate insulating film of a transistor. .

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시형태를 들어 설명하였으나, 상기 실시형태들에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형 예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.Although the present invention has been described with preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments, and various modifications are made by those skilled in the art within the scope of not departing from the spirit of the present invention. and change is possible. Such modifications and variations are to be regarded as falling within the scope of this invention and the appended claims.

이하에서, 본 발명의 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물 합성 방법 및 이를 이용한 박막 형성 방법을 실시예를 들어 구체적으로 설명하며, 이때 본 발명의 구성이 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a method of synthesizing a metal precursor compound for forming a semiconductor thin film and a method of forming a thin film using the same of the present invention will be described in detail with examples, but the configuration of the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example

I. 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물 합성 방법I. Method for synthesizing a metal precursor compound for forming a semiconductor thin film

실시예 1. 화학식 1-1의 비스부틸사이클로펜타디에닐-디이소프로필-디에틸아미도구아니디나토)이트륨 (Y(nBuCp)Example 1. Bisbutylcyclopentadienyl-diisopropyl-diethylamiguanidinato)yttrium (Y(nBuCp) of Formula 1-1 22 (dipdeg)) 합성.(dipdeg)) synthesis.

n-BuLi 헥산 용액(2.5 M) 2048.5ml (5.12 mol)를 -78℃에서 THF 3000mL 중 부틸사이클로펜타디엔 625.9g (5.12 mol)을 천천히 적가하여 반응시켜 Li-BuCp를 제조하였다. 용액을 -78℃에서 30분 동안 교반한 후 실온으로 가온하고, 실온에서 1시간 동안 추가로 교반하였다. 새로운 플라스크에 이트륨클로라이드 500g (2.56 mol)와 Toluene 1500mL를 투입한다. 혼합물을 -78℃에서 교반한 뒤 새로 제조된 Li-BuCp 용액의 전체의 양을 YCl 혼합물을 함유하는 플라스크에 천천히 첨가함으로써 제조하였다. 용액을 -78℃에서 30분 동안 교반한 후 실온으로 가온하고, 실온에서 밤새 교반하였다. 2048.5 ml (5.12 mol) of n-BuLi hexane solution (2.5 M) was slowly added dropwise with 625.9 g (5.12 mol) of butylcyclopentadiene in 3000 mL of THF at -78°C to prepare Li-BuCp. The solution was stirred at −78° C. for 30 min then warmed to room temperature and further stirred at room temperature for 1 hour. Add 500g (2.56 mol) of yttrium chloride and 1500mL of Toluene to a new flask. The mixture was prepared by stirring at -78 °C and then slowly adding the entire amount of the freshly prepared Li-BuCp solution to the flask containing the YCl mixture. The solution was stirred at −78° C. for 30 min then warmed to room temperature and stirred at room temperature overnight.

n-BuLi 헥산 용액(2.5 M) 1024.3ml (2.56 mol)를 -78℃에서 THF 1500mL 중 디에틸아민 (187.2g, 2.56 mol)을 천천히 적가하여 반응시켜 Li-DEA를 제조하였다. 용액을 -78℃에서 30분 동안 교반한 후 실온으로 가온하고, 실온에서 1시간 동안 추가로 교반하였다. 디-이소프로필카르보디이미드 (323.2g, 2.56 mol)를 Li-DEA을 함유하는 플라스크에 천천히 첨가함으로써 Li-dipdeg를 제조하였다. 용액을 -78℃에서 30분 동안 교반한 후 실온으로 가온하고, 실온에서 2시간 동안 추가로 교반하였다. 새로 제조된 Li-dipdeg 용액의 전체 양을 Y(BuCp)2Cl을 함유하는 플라스크에 천천히 적가하여 반응하였다. 생성 혼합물을 밤새 교반하였다. 혼합물을 여과하고 용매 및 휘발물질을 진공 하에 증발시켰다. 생성된 연노랑 액체를 175℃ 및 132mTorr에서 증류하였다. 수율은 569.6 g (42.0%)이었다. 수득된 액상의 화합물을 NMR 측정 (Bruker사 AV400MHz HD (용매: benzene-d6 사용) 하고, 그 결과를 도 1에 도시하였다.1024.3 ml (2.56 mol) of n-BuLi hexane solution (2.5 M) was slowly added dropwise with diethylamine (187.2 g, 2.56 mol) in 1500 mL of THF at -78°C to prepare Li-DEA. The solution was stirred at −78° C. for 30 min then warmed to room temperature and further stirred at room temperature for 1 hour. Li-dipdeg was prepared by slowly adding di-isopropylcarbodiimide (323.2 g, 2.56 mol) to a flask containing Li-DEA. The solution was stirred at -78 °C for 30 min, then warmed to room temperature and further stirred at room temperature for 2 h. The entire amount of the freshly prepared Li-dipdeg solution was slowly added dropwise to the flask containing Y(BuCp) 2 Cl and reacted. The resulting mixture was stirred overnight. The mixture was filtered and the solvent and volatiles were evaporated under vacuum. The resulting pale yellow liquid was distilled at 175° C. and 132 mTorr. The yield was 569.6 g (42.0%). The obtained liquid compound was subjected to NMR measurement (Bruker AV400MHz HD (solvent: using benzene-d6), and the results are shown in FIG. 1 .

1H NMR (C6D6, 25℃): 0.93(t, 6H), 0.97(t, 6H), 1.05(d, 12H), 1.39(s, 4H), 1.64(q, 4H), 2.63(t, 4H), 2.79(q, 4H), 3.55(m, 2H), 6.15(d, 8H). 1 H NMR (C 6 D 6 , 25° C.): 0.93 (t, 6H), 0.97 (t, 6H), 1.05 (d, 12H), 1.39 (s, 4H), 1.64 (q, 4H), 2.63 ( t, 4H), 2.79 (q, 4H), 3.55 (m, 2H), 6.15 (d, 8H).

수득된 연노랑 액체는 질소를 200mL/분으로 유동시키는 분위기에서 10℃/분으로 온도를 상승하면서, 온도 변화에 따른 중량 손실 백분율을 TGA (TA instrument 사 제 (SDT Q600)로 평가하고, 그 결과를 도 2에 도시하였다. 도 2를 살펴보면, 10℃/분 속도로 속도로 측정된 TGA 분석 동안 20.1% 잔류 질량이 남았다.The obtained light yellow liquid was heated at 10°C/min in an atmosphere in which nitrogen flowed at 200 mL/min, and the weight loss percentage according to temperature change was evaluated by TGA (manufactured by TA instrument (SDT Q600)), and the results were It is shown in Figure 2. Referring to Figure 2, 20.1% residual mass remained during the TGA analysis measured at a rate of 10 °C/min.

실시예 2. 화학식 1-2의 비스에틸사이클로펜타디에닐-디이소프로필-에틸메틸아미도구아니디나토)이트륨 (Y(EtCp)Example 2. Bisethylcyclopentadienyl-diisopropyl-ethylmethylamiguanidinato)yttrium (Y(EtCp) of Formula 1-2 22 (dipemg)) 합성.(dipemg)) synthesis.

n-BuLi 헥산 용액(2.5 M) 2048.5ml (5.12 mol)를 -78℃에서 THF 3000mL 중 에틸사이클로펜타디엔 482.2g (5.12 mol)을 천천히 적가하여 반응시켜 Li-EtCp를 제조하였다. 용액을 -78℃에서 30분 동안 교반한 후 실온으로 가온하고, 실온에서 1시간 동안 추가로 교반하였다. 새로운 플라스크에 이트륨클로라이드 500g (2.56 mol)와 Toluene 1500mL를 투입한다. 혼합물을 -78℃에서 교반한 뒤 새로 제조된 Li-EtCp 용액의 전체의 양을 YCl 혼합물을 함유하는 플라스크에 천천히 첨가함으로써 제조하였다. 용액을 -78℃에서 30분 동안 교반한 후 실온으로 가온하고, 실온에서 밤새 교반하였다. 2048.5 ml (5.12 mol) of n-BuLi hexane solution (2.5 M) was slowly added dropwise with 482.2 g (5.12 mol) of ethylcyclopentadiene in 3000 mL of THF at -78°C to prepare Li-EtCp. The solution was stirred at −78° C. for 30 min then warmed to room temperature and further stirred at room temperature for 1 hour. Add 500g (2.56 mol) of yttrium chloride and 1500mL of Toluene to a new flask. The mixture was prepared by stirring at -78 °C and then slowly adding the entire amount of the freshly prepared Li-EtCp solution to the flask containing the YCl mixture. The solution was stirred at −78° C. for 30 min then warmed to room temperature and stirred at room temperature overnight.

n-BuLi 헥산 용액(2.5 M) 1024.3ml (2.56 mol)를 -78℃에서 THF 1500mL 중 에틸메틸아민 (151.35g, 2.56 mol)을 천천히 적가하여 반응시켜 Li-EMA를 제조하였다. 용액을 -78℃에서 30분 동안 교반한 후 실온으로 가온하고, 실온에서 1시간 동안 추가로 교반하였다. 디-이소프로필카르보디이미드 (323.2g, 2.56 mol)를 Li-EMA을 함유하는 플라스크에 천천히 첨가함으로써 Li-dipemg를 제조하였다. 용액을 -78℃에서 30분 동안 교반한 후 실온으로 가온하고, 실온에서 2시간 동안 추가로 교반하였다. 새로 제조된 Li-dipemg 용액의 전체 양을 Y(EtCp)2Cl을 함유하는 플라스크에 천천히 적가하여 반응하였다. 생성 혼합물을 밤새 교반하였다. 혼합물을 여과하고 용매 및 휘발물질을 진공 하에 증발시켰다. 생성된 연노랑 액체를 180℃ 및 40mTorr에서 증류하였다. 수율은 733.8 g (62.4%)이었다. 수득된 액상의 화합물을 NMR 측정 (Bruker사 AV400MHz HD (용매: benzene-d6 사용) 하고, 그 결과를 도 3에 도시하였다.1024.3 ml (2.56 mol) of n-BuLi hexane solution (2.5 M) was slowly added dropwise with ethylmethylamine (151.35 g, 2.56 mol) in 1500 mL of THF at -78°C to prepare Li-EMA. The solution was stirred at −78° C. for 30 min then warmed to room temperature and further stirred at room temperature for 1 hour. Li-dipemg was prepared by slowly adding di-isopropylcarbodiimide (323.2 g, 2.56 mol) to a flask containing Li-EMA. The solution was stirred at -78 °C for 30 min, then warmed to room temperature and further stirred at room temperature for 2 h. The entire amount of the freshly prepared Li-dipemg solution was slowly added dropwise to the flask containing Y(EtCp) 2 Cl and reacted. The resulting mixture was stirred overnight. The mixture was filtered and the solvent and volatiles were evaporated under vacuum. The resulting pale yellow liquid was distilled at 180°C and 40 mTorr. The yield was 733.8 g (62.4%). The obtained liquid compound was subjected to NMR measurement (Bruker AV400MHz HD (solvent: using benzene-d6), and the results are shown in FIG. 3 .

1H NMR (C6D6, 25℃) : 0.9(t, 3H), 1.00(d, 12H), 1.24(t, 6H), 2.4(s, 3H), 2.6(q, 4H), 2.72(q, 2H), 3.44(m, 2H), 6.10(d, 8H). 1 H NMR (C 6 D 6 , 25° C.): 0.9 (t, 3H), 1.00 (d, 12H), 1.24 (t, 6H), 2.4 (s, 3H), 2.6 (q, 4H), 2.72 ( q, 2H), 3.44 (m, 2H), 6.10 (d, 8H).

수득된 연노랑 액체는 질소를 200mL/분으로 유동시키는 분위기에서 10℃/분으로 온도를 상승하면서, 온도 변화에 따른 중량 손실 백분율을 TGA (TA instrument 사 제 (SDT Q600)로 평가하고, 그 결과를 도 4에 도시하였다. 도 4를 참고하면, TGA 분석 동안 4.8% 잔류 질량을 남겼다.The obtained light yellow liquid was heated at 10°C/min in an atmosphere in which nitrogen flowed at 200 mL/min, and the weight loss percentage according to temperature change was evaluated by TGA (manufactured by TA instrument (SDT Q600)), and the results were It is shown in Figure 4. Referring to Figure 4, 4.8% residual mass was left during the TGA analysis.

실시예 3. 화학식 1-3의 비스이소프로필사이클로펜타디에닐-디이소프로필-에틸메틸아미도구아니디나토)이트륨 (Y(iPrCp) 2 (dipemg))의 합성. Example 3. Synthesis of bisisopropylcyclopentadienyl-diisopropyl-ethylmethylamidoganidinato)yttrium (Y(iPrCp) 2 ( dipemg )) of Formula 1-3.

n-BuLi 헥산 용액(2.5 M) 2048.5ml (5.12 mol)를 -78℃에서 THF 3000mL 중 이소프로필사이클로펜타디엔 482.2g (5.12 mol)을 천천히 적가하여 반응시켜 Li-iPrCp를 제조하였다. 용액을 -78℃에서 30분 동안 교반한 후 실온으로 가온하고, 실온에서 1시간 동안 추가로 교반하였다. 새로운 플라스크에 이트륨클로라이드 500g (2.56 mol)와 Toluene 1500mL를 투입한다. 혼합물을 -78℃에서 교반한 뒤 새로 제조된 Li-iPrCp 용액의 전체의 양을 YCl 혼합물을 함유하는 플라스크에 천천히 첨가함으로써 제조하였다. 용액을 -78℃에서 30분 동안 교반한 후 실온으로 가온하고, 실온에서 밤새 교반하였다. 2048.5 ml (5.12 mol) of n-BuLi hexane solution (2.5 M) was slowly added dropwise with 482.2 g (5.12 mol) of isopropylcyclopentadiene in 3000 mL of THF at -78°C to prepare Li-iPrCp. The solution was stirred at −78° C. for 30 min then warmed to room temperature and further stirred at room temperature for 1 hour. Add 500g (2.56 mol) of yttrium chloride and 1500mL of Toluene to a new flask. The mixture was prepared by stirring at -78 °C and then slowly adding the entire amount of the freshly prepared Li-iPrCp solution to the flask containing the YCl mixture. The solution was stirred at −78° C. for 30 min then warmed to room temperature and stirred at room temperature overnight.

n-BuLi 헥산 용액(2.5 M) 1024.3ml (2.56 mol)를 -78℃에서 THF 1500mL 중 에틸메틸아민 (151.35g, 2.56 mol)을 천천히 적가하여 반응시켜 Li-EMA를 제조하였다. 용액을 -78℃에서 30분 동안 교반한 후 실온으로 가온하고, 실온에서 1시간 동안 추가로 교반하였다. 디-이소프로필카르보디이미드 (323.2g, 2.56 mol)를 Li-EMA을 함유하는 플라스크에 천천히 첨가함으로써 Li-dipemg를 제조하였다. 용액을 -78℃에서 30분 동안 교반한 후 실온으로 가온하고, 실온에서 2시간 동안 추가로 교반하였다. 새로 제조된 Li-dipemg 용액의 전체 양을 Y(iPrCp)2Cl을 함유하는 플라스크에 천천히 적가하여 반응하였다. 생성 혼합물을 밤새 교반하였다. 혼합물을 여과하고 용매 및 휘발물질을 진공 하에 증발시켰다. 생성된 연노랑 액체를 180℃ 및 40mTorr에서 증류하였다. 수율은 615.3 g (49.3%)이었다. 수득된 액상의 화합물을 NMR 측정 (Bruker사 AV400MHz HD (용매: benzene-d6 사용) 하고, 그 결과를 도 5에 도시하였다.1024.3 ml (2.56 mol) of n-BuLi hexane solution (2.5 M) was slowly added dropwise with ethylmethylamine (151.35 g, 2.56 mol) in 1500 mL of THF at -78°C to prepare Li-EMA. The solution was stirred at −78° C. for 30 min then warmed to room temperature and further stirred at room temperature for 1 hour. Li-dipemg was prepared by slowly adding di-isopropylcarbodiimide (323.2 g, 2.56 mol) to a flask containing Li-EMA. The solution was stirred at -78 °C for 30 min, then warmed to room temperature and further stirred at room temperature for 2 h. The entire amount of the freshly prepared Li-dipemg solution was slowly added dropwise to the flask containing Y(iPrCp) 2 Cl and reacted. The resulting mixture was stirred overnight. The mixture was filtered and the solvent and volatiles were evaporated under vacuum. The resulting pale yellow liquid was distilled at 180°C and 40 mTorr. The yield was 615.3 g (49.3%). The obtained liquid compound was subjected to NMR measurement (Bruker AV400MHz HD (solvent: using benzene-d6), and the results are shown in FIG. 5 .

1H NMR (C6D6, 25℃): 1.0(t, 3H), 1.02(d, 12H), 1.3(d, 12H), 2.39(s, 3H), 2.72(q, 2H), 2.99(q, 2H), 3.44(m, 2H), 6.16(d, 8H). 1 H NMR (C 6 D 6 , 25° C.): 1.0 (t, 3H), 1.02 (d, 12H), 1.3 (d, 12H), 2.39 (s, 3H), 2.72 (q, 2H), 2.99 ( q, 2H), 3.44 (m, 2H), 6.16 (d, 8H).

수득된 연노랑 액체는 질소를 200mL/분으로 유동시키는 분위기에서 10℃/분으로 온도를 상승하면서, 온도 변화에 따른 중량 손실 백분율을 TGA (TA instrument 사 제 (SDT Q600)로 평가하고, 그 결과를 도 4에 도시하였다. 도 4를 참고하면, TGA 분석 동안 9.1% 잔류 질량을 남겼다.The obtained light yellow liquid was heated at 10°C/min in an atmosphere in which nitrogen flowed at 200 mL/min, and the weight loss percentage according to temperature change was evaluated by TGA (manufactured by TA instrument (SDT Q600)), and the results were It is shown in Figure 4. Referring to Figure 4, 9.1% residual mass was left during the TGA analysis.

II. 박막 형성 방법II. Thin film formation method

실시예 4. 버블 (Bubbler) 증착 방법Example 4. Bubble deposition method

상기 실시예 2에서 수득된 액상의 화학식 1-2의 비스에틸사이클로펜타디에닐-디이소프로필-에틸메틸아미도구아니디나토)이트륨을 단독으로 기화온도까지 승온한 뒤 DIP line을 통해 비활성 가스를 주입하여 버블을 발생시켜 기체상태인 전구체 화합물의 증기를 운반 가스를 통해 반응 챔버 내부로 공급하였다. The liquid bisethylcyclopentadienyl-diisopropyl-ethylmethylamidoguanidinato)yttrium of Chemical Formula 1-2 obtained in Example 2 was raised to the vaporization temperature alone, and then an inert gas was supplied through the DIP line. Bubbles were generated by injection, and vapor of the precursor compound in a gaseous state was supplied into the reaction chamber through a carrier gas.

하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 반응 챔버를 280 내지 350℃를 유지하면서, 상기 전구체 화합물은 4초로 동안 공급하고, 30초 동안 불활성 가스를 공급하여 잉여 전구체에 대한 퍼지 공정을 수행하고, 또한, 산화막을 형성하기 위한 산화성 반응 가스를 반응 챔버 내부로 10초 동안 공급하고, 15초 동안 불활성 가스를 공급하여 잉여의 산화성 반응 가스에 대한 퍼지 공정을 실시하였다.As shown in Table 1 below, while maintaining the reaction chamber at 280 to 350 ° C., the precursor compound is supplied for 4 seconds, and an inert gas is supplied for 30 seconds to perform a purge process for excess precursor, and also, an oxide film An oxidizing reaction gas for forming was supplied into the reaction chamber for 10 seconds, and an inert gas was supplied for 15 seconds to perform a purge process for excess oxidizing reaction gas.

상기 전구체는 케니스터를 115℃로 히팅 하여서 기화 시켰으며, 상기 산화성 반응 가스는 오존발생기를 이용하여 산소와 질소를 97:3 비율로 혼합하여 생성된 오존을 사용하였다.The precursor was vaporized by heating a canister at 115° C., and ozone generated by mixing oxygen and nitrogen at a ratio of 97:3 using an ozone generator was used as the oxidizing reaction gas.

또한, 상기 전구체 화합물을 반응 챔버까지 전달하기 위한 운반 가스로 비활성 가스인 아르곤을 사용하여 80cc/min 유량으로 공급하였으며, 이후 퍼지 공정에서는 아르곤을 2000cc/min으로 공급하여 반응 챔버로 공급된 전구체 화합물과 산화성 반응 가스를 제거하였다. In addition, argon, an inert gas, was used as a carrier gas for delivering the precursor compound to the reaction chamber and supplied at a flow rate of 80 cc/min. In the subsequent purge process, argon was supplied at a rate of 2000 cc/min to obtain the precursor compound and the precursor compound supplied to the reaction chamber. Oxidizing reaction gases were removed.

그런 다음, 반응 챔버 온도 조건에 따른 증착률을 측정하고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.Then, the deposition rate was measured according to the reaction chamber temperature conditions, and the results are shown in FIG. 7 .

프리커서 공급 시간[초]Precursor supply time [sec] 44 퍼지 시간 [초]purge time [sec] 3030 산화성 가스 공급 시간 [초]Oxidizing gas supply time [sec] 1010 퍼지 시간 [초]purge time [sec] 1515 운반 가스 [sccm]carrier gas [sccm] 8080 반응 챔버 온도 [℃]Reaction chamber temperature [°C] 280~350280 to 350

도 7을 참고하면, 반응 챔버 온도를 280~350℃를 유지하는 동안 증착율이 0.6Å/cycle 전후의 값을 나타내었으며, 특히 300~340℃ 구간에서는 거의 0.6 Å/cycle 수준의 값을 나타내었다. 본 결과를 통해 고온에서도 넓은 ALD window를 가지는 것을 확인하였다.Referring to FIG. 7, while maintaining the reaction chamber temperature at 280 to 350 ° C, the deposition rate showed a value around 0.6 Å / cycle, especially in the 300 to 340 ° C section, showed a value of almost 0.6 Å / cycle level. Through this result, it was confirmed that it has a wide ALD window even at high temperatures.

실시예 5 내지 6. 액체 이송 증착 방법Examples 5 to 6. Liquid transfer deposition method

실시예 2에서 수득된 액상의 화학식 1-2의 비스에틸사이클로펜타디에닐-디이소프로필-에틸메틸아미도구아니디나토)이트륨 금속 전구체 화합물을 용매 (옥탄)에 용해시켜 얻어진 조성물을 canister DIP line을 이용하여 160℃ 기화기를 통해 증기 상태로 전환한 다음, 반응 챔버 내부로 투여하여 표 2에 나타낸 조건하에서 증착 공정을 수행 하였다.The composition obtained by dissolving the liquid bisethylcyclopentadienyl-diisopropyl-ethylmethylamidoganidinato)yttrium metal precursor compound of Formula 1-2 obtained in Example 2 in a solvent (octane) was prepared on the canister DIP line was converted into a vapor state through a vaporizer at 160° C., and then injected into the reaction chamber to perform a deposition process under the conditions shown in Table 2.

하기 표 2에 나타낸 바와 같이, 반응 챔버를 290 내지 340℃를 유지하면서, 상기 전구체 화합물은 0.2 내지 1.5초 범위에서 공급하고, 공급 후 불활성 가스를 40초 동안 공급하여 잉여의 금속 전구체 화합물을 제거하는 퍼지 공정을 수행하였다. 또한, 산화막을 형성하기 위한 산화성 반응 가스를 반응 챔버 내부로 2~5초 범위에서 공급하고, 공급 후 불활성 가스를 15초 동안 공급 하여 잉여의 산화성 반응 가스를 제거하는 퍼지 공정을 실시하였다.As shown in Table 2 below, while maintaining the reaction chamber at 290 to 340 ° C, the precursor compound is supplied in the range of 0.2 to 1.5 seconds, and after supply, an inert gas is supplied for 40 seconds to remove excess metal precursor compounds. A purge process was performed. In addition, a purge process was performed in which an oxidizing reaction gas for forming an oxide film was supplied into the reaction chamber in a range of 2 to 5 seconds, and then an inert gas was supplied for 15 seconds to remove excess oxidizing reaction gas.

상기 산화성 반응 가스는 오존발생기를 이용하여 산소와 질소를 97:3 비율로 혼합하여 생성된 오존을 사용하였다.As the oxidizing reaction gas, ozone generated by mixing oxygen and nitrogen at a ratio of 97:3 using an ozone generator was used.

또한, 상기 전구체 화합물을 반응 챔버까지 전달하기 위한 운반 가스로 비활성 가스인 아르곤을 사용하여 400cc/min 유량으로 공급하였으며, 전구체 화합물은 0.01~0.05g/min 유량 범위에서 반응 챔버로 공급하였다.In addition, argon, an inert gas, was used as a carrier gas for delivering the precursor compound to the reaction chamber and supplied at a flow rate of 400 cc/min, and the precursor compound was supplied to the reaction chamber at a flow rate of 0.01 to 0.05 g/min.

이후 퍼지 공정에서는 아르곤을 2000cc/min으로 공급하여 반응 챔버로 공급된 전구체 화합물과 산화성 반응 가스를 제거하였다.Thereafter, in the purge process, argon was supplied at 2000 cc/min to remove the precursor compound and oxidizing reaction gas supplied to the reaction chamber.

그런 다음, 공급 시간에 따른 증착률을 측정하고, 그 결과를 도 8에 나타내었다. 또한 반응 챔버 온도 조건에 따른 증착률을 측정하고, 그 결과를 도 9에 나타내었다. Then, the deposition rate according to supply time was measured, and the results are shown in FIG. 8 . In addition, the deposition rate was measured according to the reaction chamber temperature conditions, and the results are shown in FIG. 9 .

실시예 5Example 5 실시예 6Example 6 프리커서 공급 시간[초]Precursor supply time [sec] 0.2~1.50.2~1.5 0.230.23 퍼지 시간 [초]purge time [sec] 3030 4040 산화성 가스 공급 시간 [초]Oxidizing gas supply time [sec] 22 55 퍼지 시간 [초]purge time [sec] 1515 운반 가스 [sccm]carrier gas [sccm] 400400 기화기 온도 [℃]Vaporizer temperature [℃] 160160 반응 챔버 온도 [℃]Reaction chamber temperature [°C] 310310 290~340290 to 340

도 8 내지 도 9을 참고하면, 소재의 공급 시간이 증가 함에 따라서 초기 급격한 증착율을 보이지만 점차 증착 폭이 줄어 드는 경향성을 확인 하였다. 또한, 특정 공급 시간 기준에서 온도 변화에 따른 증착율 변화를 확인해 본 결과 290~340℃ 구간에서 0.3Å/cycle의 일정한 증착율을 가지는 것을 확인 하였다. 따라서 본 소재를 사용한 ALD 공정을 통해 넓은 온도 영역에서 원하는 증착율의 박막을 형성 할 수 있다.Referring to FIGS. 8 to 9, as the supply time of the material increases, the initial rapid deposition rate is shown, but the deposition width gradually decreases. In addition, as a result of checking the change in the deposition rate according to the temperature change at a specific supply time standard, it was confirmed that it had a constant deposition rate of 0.3Å/cycle in the range of 290 ~ 340 ℃. Therefore, through the ALD process using this material, it is possible to form a thin film with a desired deposition rate in a wide temperature range.

실험예Experimental example

실험예 1. 박막 물성 평가 (1)Experimental Example 1. Evaluation of thin film properties (1)

상기 실시예 6에서 형성한 금속 함유 박막에 대하여 XRD 방법을 이용하여 원소 분석 및 결정성을 평가하고, 그 결과를 도 10 및 하기 표 3에 나타내었다. Elemental analysis and crystallinity were evaluated using the XRD method for the metal-containing thin film formed in Example 6, and the results are shown in FIG. 10 and Table 3 below.

이때 상기 XRD 는 (Rigaku smartlab, Cu Ka1 λ=1.540593Å) 을 활용하여 측정하였다.At this time, the XRD was measured using (Rigaku smartlab, Cu Ka1 λ=1.540593Å).

도 10을 살펴보면, Y과 O의 조성이 화학양론적 비율에 가까운 2:3의 비율로 확인이 되었으며, Si 성분을 제외한 C와 N 불순물은 검출 되지 않아, 순수한 Y2O3 박막인 것을 확인 하였다. 또한, 하기 표 3를 살펴보면, 증착된 Y2O3의 박막은 cubic 결정성을 가지는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 10, the composition of Y and O was confirmed at a ratio of 2:3, which is close to the stoichiometric ratio, and C and N impurities except for the Si component were not detected, confirming that it was a pure Y 2 O 3 thin film. . In addition, referring to Table 3 below, it can be seen that the deposited Y 2 O 3 thin film has cubic crystallinity.

분석 항목analysis item 결과result XRD (결정성)XRD (crystalline) Cubic 결정성Cubic crystallinity

실험예 2. 박막 물성 평가 (2)Experimental Example 2. Evaluation of thin film properties (2)

상기 실시예 6에서 형성한 금속 함유 박막에 대한 공정 온도에 따른 탄소 함량을 확인 하기 위하여, ToF-SiMS (Cameca SC ultra, Cs 500eV) 분석을 실시하고 그 결과를 하기 도 11 및 표 4에 나타내었다.In order to confirm the carbon content according to the process temperature for the metal-containing thin film formed in Example 6, ToF-SiMS (Cameca SC ultra, Cs 500eV) analysis was performed, and the results are shown in FIG. 11 and Table 4 below. .

분석 항목analysis item 300℃ 이상above 300℃ ToF-SIMS (C 함량)ToF-SIMS (C content) 1x10-3 이하1x10 -3 or less

도 11 및 표 4을 살펴보면, C 함량 또한 300℃ 이상의 공정 온도에서 1x10-3 이하의 수준으로 매우 적은 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 11 and Table 4, it can be seen that the C content is also very low at a process temperature of 300° C. or higher, at a level of 1x10 -3 or less.

실험예 3. 박막 물성 평가 (3)Experimental Example 3. Evaluation of thin film properties (3)

상기 실시예 6에서 형성한 금속 함유 박막의 단차피복성의 특성을 확인하기 위하여, 40 이상의 종횡비(aspect ratio)를 가지는 홀(Hole) 패턴이 형성된 기판 상에 금속 함유 박막을 증착한 다음, FIB-TEM (Hitachi HD-2700, 가속전압 200kV) 분석 방법으로 공정 온도에 따른 도포 균일도를 평가하여, 단차피복율 산출하고, 그 결과를 하기 표 5 및 도 12에 나타내었다.In order to confirm the step coverage characteristics of the metal-containing thin film formed in Example 6, the metal-containing thin film was deposited on a substrate on which a hole pattern having an aspect ratio of 40 or more was formed, and then FIB-TEM (Hitachi HD-2700, acceleration voltage 200 kV) The application uniformity according to the process temperature was evaluated by the analysis method, and the step coverage was calculated, and the results are shown in Table 5 and FIG. 12 below.

290℃290 300℃300 310℃310 320℃320℃ Int./THK*) Int./THK *) 7.97.9 8.28.2 9.29.2 11.911.9 Step CoverageStep Coverage -- 98.5%98.5% 96.1%96.1% 98.5%98.5%

상기 표에서, Int/THK*)는 가장 큰 "Peak intensity"/"필름 두께 (Int./THK)를 의미하는 것으로, XRD 결정 Peak의 크기는 두께에 비례한다.In the above table, Int/THK *) means the largest "Peak intensity"/"film thickness (Int./THK), and the size of the XRD crystal peak is proportional to the thickness.

표 5 및 도 12를 살펴보면, 단차피복성은 300℃ 또는 320℃ 공정 온도를 적용한 경우, 96~98% 수준으로 매우 높은 균일도를 나타내는 것을 확인할 수 있다. Looking at Table 5 and FIG. 12, it can be seen that the step coverage shows very high uniformity at the level of 96 to 98% when a process temperature of 300 ° C or 320 ° C is applied.

Claims (15)

하기 화학식 1로 표시되는 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물:
[화학식 1]
Figure pat00006

상기 화학식 1에서,
R1 내지 R6는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고,
n 및 m은 각각 독립적으로 1 내지 5 중 어느 하나의 정수이다.
A metal precursor compound for forming a semiconductor thin film represented by Formula 1 below:
[Formula 1]
Figure pat00006

In Formula 1,
R 1 to R 6 are each independently a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms;
n and m are each independently an integer of 1 to 5;
청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬기이고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 4의 알킬기이며, R5 및 R6은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 4의 알킬기인 것인 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물.
The method of claim 1,
In Formula 1, R 1 and R 2 are each independently a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, R 3 and R 4 are each independently a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and R 5 and R 6 are each independently a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a metal precursor compound for forming a semiconductor thin film.
청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 5의 알킬기이고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 4의 알킬기이며, R5 및 R6은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬기인 것인 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물.
The method of claim 1,
In Formula 1, R 1 and R 2 are each independently a substituted or unsubstituted alkyl group having 2 to 5 carbon atoms, R 3 and R 4 are each independently a substituted or unsubstituted alkyl group having 2 to 4 carbon atoms, and R 5 and R 6 are each independently a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, a metal precursor compound for forming a semiconductor thin film.
청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-3으로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나인 것인 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물:
[화학식 1-1]
Figure pat00007

[화학식 1-2]
Figure pat00008

[화학식 1-3]
Figure pat00009

The method of claim 1,
The metal precursor compound for forming a semiconductor thin film represented by Formula 1 is at least one selected from the group consisting of compounds represented by the following Formulas 1-1 to 1-3:
[Formula 1-1]
Figure pat00007

[Formula 1-2]
Figure pat00008

[Formula 1-3]
Figure pat00009

청구항 1의 반도체 박막 형성용 금속 전구체 화합물; 및
용매;를 포함하는 박막 형성용 금속 전구체 조성물.
A metal precursor compound for forming a semiconductor thin film of claim 1; and
A metal precursor composition for forming a thin film comprising a solvent;
청구항 5에 있어서,
상기 용매는 탄소수 1 내지 16의 포화 또는 불포화 탄화수소 용매, 환형 에테르 용매, 선형 에테르 용매, 글라임 용매, 에스테르 용매 및 아민 용매 중 적어도 하나 이상인 것인 박막 형성용 금속 전구체 조성물.
The method of claim 5,
The solvent is at least one of a saturated or unsaturated hydrocarbon solvent having 1 to 16 carbon atoms, a cyclic ether solvent, a linear ether solvent, a glyme solvent, an ester solvent, and an amine solvent.
청구항 5에 있어서,
상기 용매는 펜탄, 옥탄, 3차 아민, 디메틸에틸아민, 트리에틸아민, N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌다이아민, 테트라하이드로푸란(THF), 다이부틸에테르, 다이메톡시메탄 및 다이메톡시에탄 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것인 박막 형성용 금속 전구체 조성물.
The method of claim 5,
The solvent is pentane, octane, tertiary amine, dimethylethylamine, triethylamine, N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine, tetrahydrofuran (THF), dibutylether, dimethoxymethane And a metal precursor composition for forming a thin film comprising at least one of dimethoxyethane.
챔버 내에 기판을 위치하는 단계; 및
상기 챔버 내에 청구항 1의 박막 형성용 금속 전구체 화합물을 공급하여 기판 상에 금속 함유 박막을 증착하는 단계;를 포함하는 금속 함유 박막 형성 방법.
positioning a substrate within the chamber; and
A method of forming a metal-containing thin film comprising: depositing a metal-containing thin film on a substrate by supplying the metal precursor compound of claim 1 into the chamber.
청구항 8에 있어서,
상기 박막 형성용 금속 전구체 화합물은 용매에 용해시켜 공급되는 것인 금속 함유 박막 형성 방법.
The method of claim 8,
The metal precursor compound for forming the thin film is a method of forming a metal-containing thin film that is supplied by dissolving in a solvent.
청구항 8에 있어서,
상기 금속 함유 박막 증착 단계는 버블 증착 방법 또는 액체 이송 증착 방법으로 수행되는 것인 금속 함유 박막 형성 방법.
The method of claim 8,
Wherein the metal-containing thin film deposition step is performed by a bubble deposition method or a liquid transfer deposition method.
청구항 8에 있어서,
상기 금속 함유 박막 증착 단계는 250℃ 이상 400℃ 이하의 온도 조건하에서 수행되는 것인 금속 함유 박막 형성 방법.
The method of claim 8,
The metal-containing thin film deposition step is a method of forming a metal-containing thin film that is performed under a temperature condition of 250 ° C. or more and 400 ° C. or less.
청구항 1의 박막 형성용 금속 전구체 화합물로부터 형성된 금속 함유 박막.
A metal-containing thin film formed from the metal precursor compound for forming a thin film of claim 1.
청구항 12에 있어서,
상기 금속 함유 박막은 YxOy (이때, 1≤x≤2, 1≤y≤3) 막과, Alx1Oy1 (이때, 1≤x1≤2, 1≤y1≤3) 막, ZrOx2 (이때, 1≤x2≤2.5) 및 HfOx3 (이때, 1≤x3≤2.5) 중 하나 이상의 금속 산화물 막이 순차적으로 적층되어 이루어진 것인 금속 함유 박막.
The method of claim 12,
The metal-containing thin film includes a Y x O y (where 1≤x≤2, 1≤y≤3) film, an Al x1 O y1 (where 1≤x1≤2, 1≤y1≤3) film, and ZrO x2 (In this case, 1≤x2≤2.5) and HfO x3 (wherein, 1≤x3≤2.5) one or more metal oxide films are sequentially stacked.
청구항 12 금속 함유 박막을 포함하는 커패시터 유전막.
12. A capacitor dielectric film comprising a metal-containing thin film.
청구항 12 금속 함유 박막을 포함하는 게이트 절연막.12. A gate insulating layer comprising a metal-containing thin film.
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