KR100734744B1 - Method of forming thin film of high-dielectric composed of multi-component - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 의한 다성분계 박막 증착 방법을 나타내는 도면.1 is a view showing a multi-component thin film deposition method according to the present invention.
도 2 내지 도 5 본 발명에 의한 다성분계 박막 증착 방법의 실시예들을 나타내는 도면.2 to 5 are views showing embodiments of the multi-component thin film deposition method according to the present invention.
본 발명은 반도체 소자의 증착 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고유전체의 박막 증착 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for depositing a semiconductor device, and more particularly, to a method for depositing a thin film of a high dielectric material.
반도체 소자가 고집적화 및 소형화 되어 감에 따라 반도체 구성 요소 각각이 차지하는 면적은 줄어들고 있다, 그러나 반도체 소자의 크기가 줄어들더라도 반도체 소자의 구동에 필요한 최소한의 커패시터 정전 용량은 확보되어야 한다.As semiconductor devices become more integrated and miniaturized, the area occupied by each semiconductor component is decreasing. However, even if the size of the semiconductor device is reduced, the minimum capacitor capacitance required for driving the semiconductor device must be secured.
계속되는 반도체 소자의 고집적화에 따라 기존의 주류를 이루던 실리콘 질화막/실리콘 산화막(소위 NO 구조) 기반의 커패시터는 단위 면적당 정전용량 확보 측면에서 그 한계점에 직면하고 있다.Due to the continuous integration of semiconductor devices, capacitors based on silicon nitride / silicon oxide (so-called NO structure), which have been the mainstream, are facing limitations in terms of securing capacitance per unit area.
이에 커패시터의 단위 면적당 정전용량을 확보하기 위한 하나의 방안으로 전 하저장 전극의 표면적으로 증가시키는 기술에 대한 연구 개발이 진행되어 왔다. 그러나 역시 고집적화에 수반되는 공정 마진의 저하 때문에 전하저장 전극의 표면적을 증가시키는 방법에는 한계가 있다.Accordingly, research and development of a technique for increasing the surface area of the charge storage electrode has been progressed as a way to secure the capacitance per unit area of the capacitor. However, there is a limit to the method of increasing the surface area of the charge storage electrode due to the decrease in the process margin associated with high integration.
이러한 한계를 극복하기 위하여 고유전체인 SrTiO3(이하, STO라 한다), BaTiO3(이하, BTO라 한다), (Ba,Sr)TiO3(이하, BST라 한다) 등의 고유전물질을 유전막으로 사용하는 고유전체 커패시터 제조기술에 대한 관심이 증대되고 있다. 커패시터 정전용량은 커패시터 유전막의 유전율에 비례하기 때문에 커패시터 유전막의 유전율을 높이면 정전용량이 증대된다.To overcome this limitation, high dielectric materials such as SrTiO3 (hereinafter referred to as STO), BaTiO3 (hereinafter referred to as BTO) and (Ba, Sr) TiO3 (hereinafter referred to as BST), which are high dielectric materials, are used as the dielectric film. There is a growing interest in high dielectric capacitor manufacturing technology. Since the capacitor capacitance is proportional to the dielectric constant of the capacitor dielectric film, increasing the dielectric constant of the capacitor dielectric film increases the capacitance.
통상적으로, 고유전체 커패시터 형성 공정은 전반적으로 통상의 NO 구조의 커패시터 형성 공정과 유사하나, 우수한 고유전체 특성을 확보하기 위한 박막 증착 기술, 커패시터의 전기적 특성 열화를 방지하기 위한 전후 처리 기술 등의 난이도 높은 공정을 포함하게 된다.In general, the process of forming a high dielectric capacitor is generally similar to that of a capacitor having a normal NO structure, but the difficulty of thin film deposition technology to secure excellent high dielectric properties and post-processing technology to prevent deterioration of electrical characteristics of the capacitor. It involves a high process.
한편, 일반적인 화학기상증착(CVD)법으로 STO, BTO, BST 등의 고유전체의 박막을 증착하는 경우, 원료 물질에 의한 오염 등으로 인하여 신뢰성 있는 고유전체의 박막을 수득하기 어렵게 때문에 표면 화학 반응을 이용한 원자층 증착(ALD)법이 각광 받고 있다.On the other hand, when depositing a thin film of a high dielectric material such as STO, BTO, BST, etc. by a general chemical vapor deposition (CVD) method, it is difficult to obtain a reliable high dielectric thin film due to contamination by raw materials, etc. Atomic layer deposition (ALD) method which used is attracting attention.
원자층 증착법을 이용한 다성분계 고유전체의 박막 증착 과정은, 먼저 반응로 내의 다성분계 박막을 증착할 기판 상에 다성분계 박막의 일부 성분을 포함하고 있는 제1 전구체(STO일경우 Sr을 포함하는 소스)를 흡착시킨다.In the thin film deposition process of a multicomponent high dielectric material using atomic layer deposition, a first precursor (Sr in the case of STO) containing some components of a multicomponent thin film on a substrate on which a multicomponent thin film is to be deposited in a reactor ) Is adsorbed.
이어 상기 반응로 내에서 제1 전구체 중 미반응 전구체를 제거하기 위하여 퍼지시키고, 반응로 내에 제1 반응가스를 공급하여 흡착된 제1 전구체와의 표면반응을 유도하여 제1 단위층을 형성한다. 이어서, 제1 반응가스 중 미반응된 제1 반응가스 및 반응부산물을 제거하기 위하여 퍼지시킨다. 계속해서 다성분계 박막의 나머지 성분을 포함하고 있는 제2 전구체(STO일 경우 Ti을 포함하는 소스)를 기판에 흡착시킨다.Subsequently, the reactor is purged to remove unreacted precursors of the first precursors, and a first reaction gas is supplied into the reactors to induce a surface reaction with the adsorbed first precursors to form a first unit layer. Subsequently, purging is performed to remove the unreacted first reaction gas and the reaction by-product in the first reaction gas. Subsequently, a second precursor (a source containing Ti in the case of STO) containing the remaining components of the multicomponent thin film is adsorbed onto the substrate.
이어서 상기 반응로 내에서 제2 전구체 중 미반응 전구체를 제거하기 위하여 퍼지시키고, 반응로 내에 제2 반응가스를 공급하여 흡착된 제2 전구체와의 표면반응을 유도하여 제2 단위층을 형성한다. 이어서 제2 반응가스 중 미반응된 제2 반응가스 및 반응 부산물을 제거하기 위하여 퍼지시킨다. 상기 기술한 단계를 한 순환으로 하여 반복해서 공정을 진행하여 원하는 두께의 다성분계 박막을 형성시키다.Subsequently, the reactor is purged to remove unreacted precursors from the second precursor, and a second reaction gas is supplied into the reactor to induce a surface reaction with the adsorbed second precursor to form a second unit layer. It is then purged to remove unreacted second reaction gas and reaction byproducts in the second reaction gas. The process described above is repeated in one cycle to form a multicomponent thin film having a desired thickness.
STO, BST와 같은 다성분계 박막을 원자층 증착법으로 증착하기 위해서는 각 단위층을 구성하는 원소가 공통적으로 증착이 이루어지는 반응영역(일예로 증착온도)이 필요하다.In order to deposit a multi-component thin film such as STO and BST by an atomic layer deposition method, a reaction region (for example, a deposition temperature) in which elements constituting each unit layer are commonly deposited is required.
그러나, 다성분계 박막을 증착하기 위한 각 구성 원소의 유기금속(metal organic) 전구체(precursor)의 종류에 따라 휘발, 열분해, 증착 속도, 혼입 효율(incorporation efficiency), 흡착계수(sticking coefficient)등의 특성 차이가 심하여 원자층 증착법에 대한 공통의 반응영역을 확보하는 것이 어렵다.However, volatilization, pyrolysis, deposition rate, incorporation efficiency, sticking coefficient, etc., depending on the type of metal organic precursor of each constituent element for depositing a multicomponent thin film The difference is so great that it is difficult to secure a common reaction region for atomic layer deposition.
STO 박막을 원자층 증착법으로 형성하는 경우, Sr의 전구체는 350℃ 이하의 저온에서 O2나 H2O와 반응하지 않으므로 원자층 증착 프로세스(process)가 이루어지지 않는다. 그러나 Ti의 전구체는 150 ~ 300℃ 범위에서 원자층 증착 프로세스가 이루어지지만 300℃ 영역에서 열에너지에 의한 재분해(self-decomposition)가 일어나 원자층 증착이 일어나지 않는다.When the STO thin film is formed by the atomic layer deposition method, the precursor of Sr does not react with O 2 or H 2 O at a low temperature of 350 ° C. or less, and thus, the atomic layer deposition process is not performed. However, the precursor of Ti is an atomic layer deposition process in the range of 150 ~ 300 ℃ but the atomic layer deposition does not occur due to the self-decomposition by thermal energy in the 300 ℃ region.
STO 박막이 최적의 유전특성을 가지기 위해서는 Sr:Ti의 조성이 1:1의 조성비를 가져야 하는데 공정 온도가 상이한 경우에는 이러한 조성을 조절하기가 어렵다.In order for the STO thin film to have optimal dielectric properties, the composition of Sr: Ti should have a composition ratio of 1: 1, but it is difficult to control the composition at different process temperatures.
이 경우, 제1 단위층의 소스인 Sr과 제2 단위층의 소스인 Ti의 기화 온도의 차이로 인하여 공정 윈도우가 서로 다르기 때문에, 기화 온도가 다른 원소들을 소스로 사용하는 다성분계 박막 형성시에는 기화온도가 높은 소스를 공정기준으로 설정하여 원자층 증착법을 이용하여 박막을 형성한다. In this case, since the process windows are different due to the difference in the vaporization temperature of Sr as the source of the first unit layer and Ti as the source of the second unit layer, when forming a multi-component thin film using elements having different vaporization temperatures as sources A source having a high vaporization temperature is set as a process reference to form a thin film using an atomic layer deposition method.
공정온도가 높아짐에 따라서 박막 형성의 조건이 제한되고, 낮은 기화온도를 가지는 소스에서는 열적 분해 반응에 따른 화학기상증착(CVD)이 이루어지며, 이에 따른 다성분계 박막에서 각각의 단위층의 조성을 조절하는데 어려움을 갖고 있다.As the process temperature increases, the conditions of thin film formation are limited, and chemical vapor deposition (CVD) is performed by thermal decomposition reaction in a source having a low vaporization temperature, and thus, the composition of each unit layer in the multicomponent thin film is controlled. I have a hard time.
각각의 전구체 특성상 Sr을 증착할 때는 반응기의 온도를 350℃ 이상을 유지하고, 다음 Ti를 증착할 때는 다시 온도를 300℃ 이하로 내려야 하는데, 하나의 스텝을 실시할 때 마다 반응기의 온도를 변화시키면서 원자층 증착을 하는 것은 사실상 불가능하다. 설사 온도를 변화시키면서 원자층 증착을 한다고 하더라도, 사이클 당 공정스텝의 증가와 증착 속도가 매우 낮아지는 단점을 가지고 있다Due to the characteristics of each precursor, the temperature of the reactor should be maintained at 350 ° C. or higher when Sr is deposited, and the temperature should be lowered to 300 ° C. or lower when the next Ti is deposited, while changing the temperature of the reactor at each step. Atomic layer deposition is virtually impossible. Even if atomic layer deposition is carried out by changing the temperature, there is a disadvantage that the process step per cycle increases and the deposition rate is very low.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD)을 이용한 박막 증착에 플라즈마를 선택적으로 사용하여 공정 온도 영역이 서로 다른 원소들로 구성된 다성분계 박막을 증착할 때, 원자층 증착법이 가능한 원소는 원자층 증착법으로 형성하고, 그와 공정 온도 영역이 맞지 않는 원소는 플라즈마를 이용한 원자층 증착법(PEALD: Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)을 사용하여 다성분계 박막 증착에 있어 저온 공정 영역을 확보하고 그 특성을 향상시킬 수 있는 다성분계 고유전체의 박막 증착 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, by using plasma selectively for thin film deposition using atomic layer deposition (ALD) to produce a multi-component thin film composed of elements having different process temperature ranges. When depositing, elements capable of atomic layer deposition are formed by atomic layer deposition, and elements that do not match the process temperature range are deposited using multi-component thin film deposition using plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD). The purpose of the present invention is to provide a thin film deposition method of a multi-component high dielectric material that can secure a low temperature process region and improve its characteristics.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 반응 온도 영역이 다른 원소들로 구성된 다성분계 고유전체의 박막 증착 방법은 챔버 내에 공급된 제1 전구체 및 제1 반응가스를 이용하여 제1 단위층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 단위층 형성 후, 챔버 내에 공급된 제2 전구체 및 제2 반응가스를 이용하여 제2 단위층을 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 제1, 제2 전구체 중에서 상대적으로 높은 증착 온도를 갖는 전구체를 챔버 내로 공급하는 동안에 플라즈마를 인가하는 것을 특징으로 한다.The thin film deposition method of the multi-component high dielectric material composed of elements having different reaction temperature ranges according to the present invention for achieving the above technical problem is to form a first unit layer using the first precursor and the first reaction gas supplied in the chamber step; And forming a second unit layer by using the second precursor and the second reaction gas supplied into the chamber after forming the first unit layer, wherein the deposition temperature is relatively high among the first and second precursors. Plasma is applied while supplying a precursor having a into the chamber.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에서 이용되는 기본적인 원리는 다성분계 박막을 구성하는 복수개의 전구체들 중에서 반응온도가 상대적으로 높은 전구체를 챔버 내로 공급하는 동안에 플라즈마를 인가하여 PEALD(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition) 방법으로 단위층을 형성하고, 나머지 단위층은 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 형성하는 것 이다.The basic principle used in the present invention is to form a unit layer by a plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD) method by applying a plasma while supplying a precursor having a high reaction temperature among the plurality of precursors constituting the multicomponent thin film into the chamber. The remaining unit layers are formed by atomic layer deposition (ALD).
즉, 원자층 증착법에 의해 증착되는 것은 원자층 증착법을 이용하여 증착하고, 반응온도가 높아 원자층 증착법에 의해서는 증착이 이루어지지 않거나 증착효율이 저하되는 경우에는 플라즈마를 이용한 원자층 증착법을 이용하여 증착하는 것이다.That is, the deposition by atomic layer deposition method is deposited using atomic layer deposition method, and if the deposition is not performed by atomic layer deposition method due to high reaction temperature or the deposition efficiency is decreased, the atomic layer deposition method using plasma is used. To deposit.
플라즈마는 챔버 내부에서 발생되는 다이렉트 플라즈마(direct plasma)를 사용할 수도 있으며, 챔버 외부에서 발생되어 챔버 내부로 이송되는 원격 플라즈마(remote plasma)를 이용할 수도 있다.The plasma may use a direct plasma generated inside the chamber, or may use a remote plasma generated outside the chamber and transferred into the chamber.
도 1은 본 발명에 의한 다성분계 박막 증착 방법을 나타내는 것이다.1 shows a multi-component thin film deposition method according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명은 제1 전구체와 제1 반응가스를 이용하여 제1 단위층을 형성하는 제1 단위층 형성 단계(S110) 및 제2 전구체와 제2 반응가스를 이용하여 제2 단위층을 형성하는 제2 단위층 형성 단계(S120)로 구성되고, 2개의 전구체들 중에서 반응온도가 소정의 온도보다 높은 전구체를 챔버 내로 공급하는 동안에 플라즈마를 인가하는 것으로 구성된다.Referring to FIG. 1, the present invention provides a first unit layer forming step (S110) of forming a first unit layer using a first precursor and a first reaction gas and a second using the second precursor and the second reaction gas. The second unit layer forming step (S120) of forming a unit layer is performed, and a plasma is applied while supplying a precursor having a reaction temperature higher than a predetermined temperature among the two precursors into the chamber.
상기 도 1의 구성요소에 의거하여 다성분계 박막 증착 방법을 각 단계별로 설명하기로 한다.Based on the components of FIG. 1, the multi-component thin film deposition method will be described for each step.
챔버 내로 제1 전구체를 공급하여 흡착하고, 제1 반응가스를 공급하여 제1 전구체와 반응을 유도하여 제1 단위층을 형성하는 제1 단위층 형성 단계(S110)는 제1 전구체 흡착 단계(S111), 제1 반응가스 공급 단계(S112), 반응 유도 단계(S114) 및 퍼지 단계(S112,S115)로 세분할 수 있다.The first unit layer forming step (S110) of supplying and adsorbing a first precursor into the chamber and inducing a reaction with the first precursor by supplying a first reaction gas to form a first unit layer (S110) is performed by adsorbing a first precursor (S111). ), The first reaction gas supply step (S112), the reaction induction step (S114) and the purge step (S112, S115) can be subdivided.
제1 전구체 흡착 단계(S111)에서는 제1 성분을 포함하는 소스를 제1 전구체로 하여 챔버 내부로 공급한 후, 기판 상에 흡착시킨다.In the first precursor adsorption step (S111), the source including the first component is supplied as a first precursor into the chamber and adsorbed onto the substrate.
제1 전구체는 제1 단위층의 성분을 포함하는 유기 또는 무기 화합물 중 하나를 선택하여 사용한다. The first precursor is used by selecting one of the organic or inorganic compound containing the component of the first unit layer.
제1 전구체는 이송가스를 사용하지 않고 기화된 전구체를 기화시켜 챔버에 유입하거나, 불활성 가스인 N2, Ar, He 등의 이송가스를 사용하여 챔버로 유입할 수 있다.The first precursor may be introduced into the chamber by vaporizing the vaporized precursor without using the transfer gas, or may be introduced into the chamber using a transfer gas such as N 2, Ar, or He, which is an inert gas.
퍼지단계(S112)에서는 퍼지가스로 퍼지를 실시하여 제1 전구체 흡착 단계(S111)에서 반응하지 않은 제1 전구체를 제거한다.In the purge step S112, a purge is performed with a purge gas to remove the first precursor that has not reacted in the first precursor adsorption step S111.
제1 반응가스 공급 단계(S113)에서는 흡착된 제1 전구체와 반응할 수 있는 반응가스를 챔버 내로 공급한다.In the first reaction gas supply step S113, a reaction gas capable of reacting with the adsorbed first precursor is supplied into the chamber.
제1 반응가스로는 O3 가스뿐만 아니라, 반응성이 뛰어난 O2 가스를 이용할 수 있으며, 경우에 따라서는 기타 플라즈마(plasma) 가스를 이용할 수도 있다.As the first reaction gas, not only O3 gas but also O2 gas having excellent reactivity can be used, and in some cases, other plasma gas may be used.
반응 유도 단계(S114)에서는 H2O 증기, 또는 O3 가스 등을 공급하여 흡착된 제1 전구체와 공급된 제1 반응가스의 반응을 유도하여 제1 단위층을 형성한다.In the reaction induction step S114, H 2 O vapor or O 3 gas is supplied to induce a reaction between the adsorbed first precursor and the supplied first reaction gas to form a first unit layer.
퍼지단계(S115)에서는 퍼지가스로 퍼지를 실시하여 반응 유도 단계(S114)에서 반응하지 않은 가스 및 생성된 부산물을 제거한다.In the purge step (S115) to purge with a purge gas to remove the unreacted gas and by-products in the reaction induction step (S114).
각각의 퍼지단계(S112,S115)에서 사용하는 퍼지가스는 불활성 가스인 N2, Ar, He 등을 사용한다.As the purge gas used in each of the purge steps S112 and S115, inert gases such as N 2, Ar, and He are used.
제1 단위층이 형성된 후, 제2 단위층을 형성한다.After the first unit layer is formed, a second unit layer is formed.
제2 단위층 형성 단계의 경우에도 제1 단위층을 형성하는 방법과 마찬가지로 제2 전구체 흡착 단계(S121), 제2 반응가스 공급 단계(S122), 반응 유도 단계(S124) 및 퍼지 단계(S122,S125) 제2 단위층을 형성한다.In the case of forming the second unit layer, the second precursor adsorption step S121, the second reaction gas supply step S122, the reaction induction step S124, and the purge step S122 are performed in the same manner as the method of forming the first unit layer. S125) forming a second unit layer.
제1 단위층 형성 단계(S110) 또는 제2 단위층 형성 단계(S120)를 반복적으로 진행하면 소정 두께의 단위층을 얻을 수 있다.By repeatedly performing the first unit layer forming step S110 or the second unit layer forming step S120, a unit layer having a predetermined thickness may be obtained.
또한, 고유전체의 박막을 증착 후 열처리를 진행하면 유전 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, when the thin film of the high dielectric material is deposited and then subjected to heat treatment, dielectric properties may be improved.
도 2는 본 발명에 의한 다성분계 박막 증착 방법의 일실시예로 STO를 증착하는 것이다.Figure 2 is to deposit the STO as an embodiment of the multi-component thin film deposition method according to the present invention.
우선, 스트론튬(Sr)을 포함하는 소스를 전구체로 하여 챔버 내로 공급하여 기판 상에 흡착시키고, 퍼지를 실시하여 미반응된 제1 전구체를 제거한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서 제1 전구체로는 스트론튬(Sr)을 포함하는 유기 또는 무기 화합물 중 하나를 선택하여 사용하였다. 이러한 스트론튬 전구체의 반응온도가 티타늄 전구체의 반응온도보다 높기 때문에 챔버 내로 스트론튬 전구체 공급시에는 플라즈마를 인가한다. First, a source containing strontium (Sr) is supplied as a precursor into the chamber to be adsorbed onto the substrate and purged to remove the unreacted first precursor. In a preferred embodiment of the present invention, one of the organic or inorganic compounds containing strontium (Sr) was selected and used as the first precursor. Since the reaction temperature of the strontium precursor is higher than the reaction temperature of the titanium precursor, plasma is applied when the strontium precursor is supplied into the chamber.
이와 같이 다성분계 박막을 형성하는 제1전구체로 스트론튬(Sr)을 예시하였지만, 본 발명의 실시예에 있어서는 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 바륨(Ba)을 포함하는 유기 또는 무기 화합물 중 하나일 수도 있다. 나아가 스트론튬(Sr) 및 바륨(Ba)을 혼합한 유기 또는 무기 화합물 중 하나일 수도 있다.As such, although strontium (Sr) is exemplified as the first precursor for forming the multi-component thin film, the embodiment is not limited thereto. For example, it may be one of organic or inorganic compounds containing barium (Ba). Furthermore, it may be one of organic or inorganic compounds in which strontium (Sr) and barium (Ba) are mixed.
한편 상기와 같이 스트론튬 전구체 흡착 후, 챔버에 반응가스로 H2O 증기 또 는 O3 가스를 공급하여 흡착된 스트론튬 전구체와의 반응을 유도하여 단위층으로 SrO 층을 형성하고, 퍼지를 실시하여 반응하지 않은 가스 및 생성된 부산물을 제거한다.After adsorbing the strontium precursor as described above, H2O vapor or O3 gas is supplied to the chamber as a reaction gas to induce reaction with the adsorbed strontium precursor to form an SrO layer as a unit layer, and purge to perform unreacted gas. And by-products removed.
SrO 층이 형성된 후, 티타늄(Ti) 성분을 포함하는 소스를 전구체로 하여 기판 상에 흡착시키고, 퍼지를 실시하여 미반응된 티타늄 전구체를 제거한다. 티타늄 전구체로는 티타늄을 포함하는 유기 또는 무기 화합물 중에서 선택된 하나를 사용한다.After the SrO layer is formed, the source containing the titanium (Ti) component is adsorbed onto the substrate as a precursor and purged to remove the unreacted titanium precursor. As the titanium precursor, one selected from organic or inorganic compounds including titanium is used.
티타늄 전구체 흡착 후, 챔버에 반응가스로 H2O 증기 또는 O3 가스를 공급하여 흡착된 티타늄 전구체와의 반응을 유도하여 단위층으로 TiO2층을 형성하고, 퍼지를 실시하여 반응하지 않은 가스 및 생성된 부산물을 제거한다.After adsorption of the titanium precursor, H2O vapor or O3 gas is supplied to the chamber as a reaction gas to induce a reaction with the adsorbed titanium precursor to form a TiO2 layer as a unit layer, and purge to remove unreacted gas and generated by-products. Remove
따라서 상기와 같은 공정을 포함하는 본 발명에 따른 다성분계 박막 증착 방법을 통해 서로 다른 반응온도를 갖는 다성분계 고유전체의 박막 증착 시 단위층을 형성하는 전구체의 반응온도에 따라 플라즈마를 이용한 원자층 증착법 또는 원자층 증착법을 적절하게 사용함으로써 사이클 당 공정스텝을 감소시킬 수 있고 빠른 증착을 통하여 공정의 효율성을 높일 수 있다.Therefore, the atomic layer deposition method using plasma according to the reaction temperature of the precursor forming the unit layer when the thin film deposition of the multi-component high-k dielectric having a different reaction temperature through the multi-component thin film deposition method comprising the above process Alternatively, the proper use of atomic layer deposition can reduce process steps per cycle and increase the efficiency of the process through rapid deposition.
한편 도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 다성분계 박막 증착 방법의 다른 일실시예를 나타내는 것으로서, STO 박막의 원하는 유전율을 얻기 위한 방법으로 도 2에 기재된 것과 같은 증착 방법을 사용하되, SrO 단위층과 TiO2 단위층의 형성 회수를 반복하거나 조정하여 STO 막의 Sr:Ti이 조성 비율을 조절할 수 있도록 하는 것이다.Meanwhile, FIGS. 3 to 5 show another embodiment of the multi-component thin film deposition method according to the present invention, and use the same deposition method as described in FIG. 2 as a method for obtaining a desired dielectric constant of the STO thin film, and the SrO unit layer. By repeating or adjusting the number of times the formation of the TiO 2 unit layer and the Sr: Ti of the STO film to adjust the composition ratio.
상기 도 2 내지 도 5의 실시예에서 제1 단위층과 제2 단위층을 성분를 바꾸어 형성하여, 제1 단위층으로 TiO2 층을 형성하고, 제2 단위층으로 SrO 층을 형성하여 STO 박막을 증착 할 수 있다. 2 to 5, the first unit layer and the second unit layer are formed by changing components to form a TiO 2 layer as a first unit layer, and an SrO layer as a second unit layer to form an STO thin film. can do.
본 발명에 의한 다성분계 고유전체의 박막 증착 방법은 전구체로 Zr, Pb, Ta, La 등을 포함하는 유기 또는 무기 화합물을 이용하여 PZT, SBT, BLT 등의 다성분계 박막을 증착할 수 있다.In the thin film deposition method of the multicomponent high dielectric material according to the present invention, a multicomponent thin film such as PZT, SBT, or BLT may be deposited using an organic or inorganic compound including Zr, Pb, Ta, and La as a precursor.
또한 , 상기의 혼합 증착법은 TiAlN, TiSiN, RuTiN, RuTaN 등의 다성분계 확산 방지막의 증착에 사용될 수 있다. TiAlN, TiSiN, RuTiN, RuTaN 등의 다성분계 확산 방지막을 증착할 때, TiCl4, Ti[N(CH3)2]4, Ti[N(C2H5)2]4, Ti[NCH3C2H5]4, Al(CH3)3, SiH4, SiH2Cl2, Ru(EtCp)2, Ru(OD)3, TaCl5, Ta[N(CH3)2]4, Ta[N(C2H5)2]4, Ta[NCH3C2H5]4 등을 가스 또는 전구체로 사용하고, 반응성 가스로 질소를 포함하는 N2, NH3 가스 또는 N2, NH3 플라즈마를 이용할 수 있다.In addition, the mixed deposition method may be used for depositing a multi-component diffusion barrier film such as TiAlN, TiSiN, RuTiN, RuTaN. When depositing a multi-component diffusion barrier film such as TiAlN, TiSiN, RuTiN, RuTaN, TiCl4, Ti [N (CH3) 2] 4, Ti [N (C2H5) 2] 4, Ti [NCH3C2H5] 4, Al (CH3) 3, SiH 4, SiH 2 Cl 2, Ru (EtCp) 2, Ru (OD) 3, TaCl 5, Ta [N (CH 3) 2] 4, Ta [N (C 2 H 5) 2] 4, Ta [NCH 3 C 2 H 5] 4, etc. N2, NH3 gas or N2, NH3 plasma containing nitrogen may be used as the reactive gas.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.The technical spirit of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings. However, the present invention has been described by way of example only, and is not intended to limit the present invention. In addition, it is apparent that any person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs may make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
본 발명에 의한 다성분계 고유전체의 박막 증착 방법은 서로 다른 반응온도를 갖는 다성분계 고유전체의 박막 증착시 단위층을 형성하는 전구체의 반응온도에 따라 플라즈마를 이용한 원자층 증착법 또는 원자층 증착법을 적절하게 사용함으로써 사이클 당 공정스텝을 감소시킬 수 있고 빠른 증착을 통하여 공정의 효율성을 높일 수 있는 효과가 있다.The thin film deposition method of the multicomponent high dielectric material according to the present invention is suitable for the atomic layer deposition method or the atomic layer deposition method using plasma depending on the reaction temperature of the precursor forming the unit layer when the thin film of the multicomponent high dielectric material having different reaction temperatures is deposited. By using it, it is possible to reduce the process step per cycle and to increase the efficiency of the process through fast deposition.
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