KR20050050003A - Method of forming a dielectric layer incorporating carbon impurities using an atomic layer deposition technique - Google Patents
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Abstract
원자층증착기술을 사용하여 탄소 불순물들을 함유하는 유전막을 형성하는 방법이 개시된다. 이 방법은 반도체기판을 준비하는 것을 포함한다. 상기 반도체기판을 반응기 내에 로딩한다. 그 후, 상기 반응기 내에 금속유기원료기체의 주입 및 배출(purge), 산화기체(oxidant gas)의 주입 및 배출을 연속적으로 실시하는 기본순환(basic cycle) 및 상기 금속유기원료기체의 주입 및 배출을 연속적으로 실시하는 추가순환(additional cycle)을 각각 적어도 1회 실시하는 것을 포함하는 유전막 형성방법.A method of forming a dielectric film containing carbon impurities using an atomic layer deposition technique is disclosed. This method includes preparing a semiconductor substrate. The semiconductor substrate is loaded into the reactor. Thereafter, the basic cycle for continuously injecting and purging the metal organic raw material gas and the injecting and discharging the oxidant gas and the injecting and discharging the metal organic raw material gas are carried out. A method of forming a dielectric film comprising performing at least one additional cycle (continuous cycle) to be performed continuously.
Description
본 발명은 반도체소자 제조방법에 관한 것으로, 특히 원자층증착기술을 사용하여 탄소 불순물들을 함유하는 유전막을 형성하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a dielectric film containing carbon impurities using atomic layer deposition technology.
반도체소자는 모오스 트랜지스터, 커패시터 및 저항체와 같은 개별소자들을 집적하여 형성한다. 스위칭 소자로 널리 채택되는 상기 모오스 트랜지스터는 채널영역 및 상기 채널영역에 의해 서로 이격된 소오스/드레인 영역을 갖는 반도체기판과 상기 채널영역을 가로지르는 게이트 전극을 구비한다. 상기 게이트 전극과 상기 반도체기판 사이에는 게이트 유전막이 개재된다. 상기 게이트 유전막은 상기 반도체기판과 상기 게이트 전극을 절연시킨다. 상기 게이트 유전막의 커패시턴스는 문턱전압(threshold voltage, Vg)과 관련된다. 즉, 상기 게이트 유전막의 커패시턴스가 크면 클 수록 문턱전압을 낮출 수 있다.Semiconductor devices are formed by integrating individual devices such as MOS transistors, capacitors and resistors. The MOS transistor widely adopted as a switching element includes a semiconductor substrate having a channel region and a source / drain region spaced apart from each other by the channel region, and a gate electrode crossing the channel region. A gate dielectric film is interposed between the gate electrode and the semiconductor substrate. The gate dielectric layer insulates the semiconductor substrate from the gate electrode. The capacitance of the gate dielectric layer is related to a threshold voltage (Vg). In other words, the larger the capacitance of the gate dielectric layer, the lower the threshold voltage.
한편, 상기 커패시터는 하부전극, 커패시터 유전막 및 상부전극을 구비한다. 상기 커패시터는 반도체소자에서 다양한 용도로 사용된다. 예를 들어, 상기 커패시터는 DRAM 소자에서 디지털 정보를 저장하기 위해 사용되며, 아날로그 소자에서 디지털 정보를 아날로그 정보로 또는 그 역으로 정보를 변환시키기 위해 사용된다.The capacitor includes a lower electrode, a capacitor dielectric layer, and an upper electrode. The capacitor is used for various purposes in semiconductor devices. For example, the capacitor is used to store digital information in a DRAM device, and is used to convert digital information into analog information and vice versa in an analog device.
상기 게이트 유전막 및 상기 커패시터 유전막은 사용되는 용도에 따라 다양한 특성들이 요구되나, 일반적으로 커패시턴스 및 누설전류 특성이 요구된다.The gate dielectric film and the capacitor dielectric film require various characteristics depending on the intended use, but generally require capacitance and leakage current characteristics.
한편, 반도체소자의 고집적화 및 대용량화에 따라, 상기 게이트유전막 및 상기 커패시터유전막이 반도체기판 상에서 차지하는 면적이 감소한다. 따라서, 상기유전막들의 면적 감소에 대응하여, 누설전류의 증가를 방지하면서 커패시턴스를 확보할 수 있는 기술이 요구된다. 이에 따라, 게이트 유전막 및 커패시터 유전막으로 종래의 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 대체하여 고유전막을 적용하려는 시도가 이루어지고 있다.On the other hand, as the semiconductor device becomes more integrated and larger in capacity, the area occupied by the gate dielectric film and the capacitor dielectric film on the semiconductor substrate is reduced. Accordingly, there is a demand for a technology capable of securing capacitance while preventing an increase in leakage current in response to the reduction of the area of the dielectric films. Accordingly, an attempt has been made to apply a high dielectric film to replace a conventional silicon oxide film or silicon nitride film with a gate dielectric film and a capacitor dielectric film.
상기 고유전막은 알루미늄산화막(Al2O3), 하프늄산화막(HfO2) 및 지르코늄 산화막(ZrO2)과 같은 금속산화막들로 형성할 수 있다. 그러나, 알루미늄산화막은 유전율이 다른 금속산화막에 비해 상대적으로 낮고, 문턱전압을 조절하기 어렵다. 따라서, 알루미늄산화막을 독자적으로 채택하여 유전막을 형성하기 보다는 다른 금속산화막과 함께 적층하여 유전막을 형성할 필요가 있다.The high dielectric layer may be formed of metal oxide layers such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium oxide (HfO 2 ), and zirconium oxide (ZrO 2 ). However, the aluminum oxide film is relatively low in dielectric constant than other metal oxide films, and it is difficult to control the threshold voltage. Therefore, it is necessary to form a dielectric film by laminating together with other metal oxide films, rather than independently adopting an aluminum oxide film to form a dielectric film.
한편, 하프늄산화막 및 지르코늄 산화막은 유전율이 다른 금속산화막에 비해 상대적으로 높다. 그러나, 이들 산화막은, 임계두께 이상으로 형성될 경우, 후속 열공정이 진행됨에 따라 쉽게 결정화하는 문제점이 있다. 이들 산화막의 결정화는 유전막의 표면거칠기를 증가시켜 모오스 트랜지스터 또는 커패시터의 신뢰성을 떨어뜨리며, 결정립계면(grain boundary)을 통한 누설전류의 증가로 이어진다.On the other hand, the hafnium oxide film and the zirconium oxide film are relatively higher than the metal oxide film having a different dielectric constant. However, these oxide films have a problem in that they are easily crystallized as a subsequent thermal process proceeds when they are formed at a critical thickness or more. Crystallization of these oxide films increases the surface roughness of the dielectric film, thereby lowering the reliability of the MOS transistor or the capacitor, and leading to an increase in leakage current through the grain boundary.
상기 문제들을 해결하기 위하여, 알루미늄산화막과 상기 하프늄산화막 및/또는 지르코늄산화막을 교대로 적층하여 나노라미네이트(nano laminate) 구조를 갖는 게이트 유전막 또는 커패시터 유전막을 형성할 수 있다. 또한, 금속실리케이트막으로 상기 유전막들을 형성할 수 있다. 그러나, 나노라미네이트 구조에서 상기 하프늄산화막 또는 지르코늄산화막이 임계두께 이상일 경우, 이들 산화막들이 결정화함에 따라 누설전류가 증가할 수 있다. 또한, 상기 하프늄실리케이트막 또는 지르코늄실리케이트막들도 결정화함에 따라, 누설전류특성이 열화될 수 있다.In order to solve the above problems, the aluminum oxide film and the hafnium oxide film and / or zirconium oxide film may be alternately stacked to form a gate dielectric film or a capacitor dielectric film having a nano laminate structure. In addition, the dielectric layers may be formed of a metal silicate layer. However, in the nanolaminate structure, when the hafnium oxide film or the zirconium oxide film is more than the critical thickness, the leakage current may increase as these oxide films crystallize. In addition, as the hafnium silicate film or the zirconium silicate films are also crystallized, leakage current characteristics may deteriorate.
결과적으로, 상기 하프늄산화막 또는 지르코늄산화막을 임계두께 이상으로 형성하면서도 이들 막들의 결정화를 억제하여 누설전류를 방지할 수 있는 유전막 형성방법이 요구된다.As a result, there is a need for a dielectric film forming method capable of preventing the leakage current by suppressing the crystallization of these films while forming the hafnium oxide film or zirconium oxide film at a critical thickness or more.
본 발명의 목적은, 하프늄산화막 또는 지르코늄산화막을 임계두께 이상으로 형성하면서도, 이들 막들의 결정화를 억제할 수 있는 유전막 형성방법을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a dielectric film formation method capable of suppressing crystallization of these films while forming a hafnium oxide film or zirconium oxide film at a critical thickness or more.
본 발명의 다른 목적은, 유전막들 내에 함유되는 탄소 불순물의 농도를 조절할 수 있는 유전막 형성방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for forming a dielectric film that can control the concentration of carbon impurities contained in the dielectric films.
본 발명의 또 다른 목적은, 하프늄실리케이트막 또는 지르코늄실리케이트막의 결정화를 억제할 수 있는 유전막 형성방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for forming a dielectric film which can suppress crystallization of a hafnium silicate film or a zirconium silicate film.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 원자층증착기술을 사용하여 탄소 불순물들을 함유하는 유전막을 형성하는 방법을 제공한다. 이 방법은 기판을 준비하는 것을 구비한다. 상기 기판을 반응기 내에 로딩한다. 상기 기판이 로딩된 반응기 내에 금속유기원료기체(metal-organic source gas)의 주입 및 배출(purge), 산화기체(oxydant gas)의 주입 및 배출을 연속적으로 실시하는 기본 순환 및 상기 금속유기원료 기체의 주입 및 배출을 연속적으로 실시하는 추가순환을 각각 적어도 1회 실시한다. 이에 따라, 유전막 내에 탄소 분순물들의 함유량이 증가되어, 유전막의 결정화를 방지할 수 있다.In order to achieve the above objects, the present invention provides a method of forming a dielectric film containing carbon impurities using atomic layer deposition technology. This method includes preparing a substrate. The substrate is loaded into the reactor. Basic circulation and injection of the metal-organic source gas, and the injection and discharge of the oxidant gas continuously in the reactor loaded with the substrate and the At least one additional cycle of continuous injection and discharge is then performed. Accordingly, the content of carbon impurities in the dielectric film is increased, thereby preventing the crystallization of the dielectric film.
바람직하게는, 상기 금속유기원료기체는 Hf 또는 Zr의 유기원료기체일 수 있다. 이에 더하여, 상기 산화기체는 H2O, O3 또는 O2-플라즈마 기체인 것이 바람직하다. 따라서, 상기 기본순환이 실시되는 동안, 탄소 불순물들의 함유량이 상대적으로 적은 원자층 금속산화막이 형성되며, 상기 추가순환이 실시되는 동안 탄소 함유량이 상대적으로 많은 화합흡착층이 형성된다. 이에 따라, 결과적으로 탄소함유량이 많은 하프늄 산화막 또는 지르코늄 산화막이 형성되어, 후속 열공정에서 이들 산화막들의 결정화를 억제할 수 있다.Preferably, the metal organic raw material gas may be an organic raw material gas of Hf or Zr. In addition, the oxidizing gas is preferably H 2 O, O 3 or O 2 -plasma gas. Therefore, an atomic layer metal oxide film having a relatively low content of carbon impurities is formed during the basic circulation, and a compound adsorption layer having a relatively high carbon content is formed during the further circulation. As a result, a hafnium oxide film or zirconium oxide film having a large carbon content can be formed, thereby suppressing crystallization of these oxide films in a subsequent thermal process.
또한, 상기 기본순환은 상기 추가순환에 비해 1배 내지 10배의 회수로 실시되되, 상기 기본순환 및 상기 추가순환 모두에 의해 형성된 막내의 탄소 불순물들의 농도는 1 원자%(atomic %)를 넘지 않는 것이 바람직하다. 상기 기본순환 및 상기 추가순환의 실시회수를 조절하여 하프늄산화막 또는 지르코늄산화막 내의 탄소불순물들의 함유량을 조절할 수 있다.In addition, the basic circulation is carried out 1 to 10 times the number of times compared to the additional circulation, the concentration of carbon impurities in the film formed by both the basic and the additional circulation does not exceed 1 atomic% (atomic%) It is preferable. The number of carbon impurities in the hafnium oxide film or the zirconium oxide film may be adjusted by adjusting the number of times of the basic circulation and the additional circulation.
바람직하게는, 상기 추가순환은 상기 금속유기원료기체의 주입 및 배출 후, 산소기체(O2)의 주입 및 배출을 연속적으로 실시하는 것을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 화학흡착층과 상기 산소기체가 반응하여 탄소 불순물들의 함유량이 많은 원자층금속 산화막이 형성된다. 이때, 상기 기본순환은 상기 추가순환에 비해 2배 내지 10배의 회수로 실시하는 것이 바람직하다.Preferably, the additional circulation may further include continuously injecting and discharging the oxygen gas (O 2 ) after the injecting and discharging the metal organic raw material gas. Accordingly, the chemical adsorption layer and the oxygen gas react to form an atomic layer metal oxide film containing a large amount of carbon impurities. At this time, the basic circulation is preferably carried out in a 2 to 10 times the number of times compared to the additional circulation.
이에 더하여, 상기 기본순환 및 추가순환이 완료된 후, 상기 기판을 질소분위기에서 열처리하여 하프늄산질화막 또는 지르코늄산질화막으로 이루어진 유전막을 형성할 수 있다. In addition, after the basic circulation and the additional circulation are completed, the substrate may be heat-treated in a nitrogen atmosphere to form a dielectric film made of a hafnium oxynitride film or a zirconium oxynitride film.
바람직하게는, 상기 반응기 내에 상기 금속유기원료기체를 주입하는 동안, 실리콘 원료기체(silicon source gas)를 주입할 수 있다. 상기 실리콘 원료기체는 상기 금속유기원료기체를 배출하는 동안 배출된다. 이에 따라, 하프늄실리케이트막 또는 지르코늄실리케이트막을 형성할 수 있다.Preferably, while injecting the metal organic raw material gas into the reactor, a silicon source gas may be injected. The silicon raw material gas is discharged while discharging the metal organic raw material gas. As a result, a hafnium silicate film or a zirconium silicate film can be formed.
또는, 상기 기본순환 및 상기 추가순환 각각은 상기 반응기 내에 상기 금속유기원료기체를 주입하고 배출한 후, 실리콘 원료기체를 주입하고 배출하는 것을 더 포함할 수 있다.Alternatively, each of the basic circulation and the additional circulation may further include injecting and discharging the silicon organic material gas and then discharging the silicon raw material gas into the reactor.
이와 달리, 상기 기본순환 및 상기 추가순환과 함께 실리콘 원료기체(silicon source gas)의 주입 및 배출, 다른 산화기체의 주입 및 배출을 연속적으로 실시하는 다른 기본순환(other basic cycle)을 적어도 1회 실시하는 것을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 하프늄산화막 또는 지르코늄산화막과 실리콘산화막이 적층된다. 이들 적층된 막들은 후속 열공정에서 서로 혼합되어 실리케이트막을 형성한다. 한편, 상기 추가순환에 의해 탄소 불순물의 함유량을 조절할 수 있어, 상기 실리케이트 막의 결정화를 억제할 수 있다.Alternatively, at least one other basic cycle for continuously injecting and discharging silicon source gas and injecting and discharging other oxidizing gases together with the basic circulation and the additional circulation is performed. It may further include doing. Thus, a hafnium oxide film or zirconium oxide film and a silicon oxide film are laminated. These laminated films are mixed with each other in a subsequent thermal process to form a silicate film. On the other hand, content of carbon impurities can be adjusted by the said additional circulation, and the crystallization of the silicate film can be suppressed.
바람직하게는, 상기 기본순환들 및 상기 추가순환들을 연속적으로 실시하기 전 및/또는 후에 상기 기판이 로딩된 반응기 내에 다른 금속원료기체의 주입 및 배출, 또 다른 산화기체의 주입 및 배출을 연속적으로 실시하는 또 다른 기본순환(another basic cycle)을 적어도 1회 실시하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 다른 금속원료기체는 탄탈륨(Ta), 타이타늄(Ti), 알루미늄(Al), 란타늄(La) 및/또는 이트리움(Y)의 원료기체일 수 있다. 이에 따라, 하프늄 산화막 또는 지르코늄산화막을 포함하는 나노라미네이트 구조의 유전막을 형성할 수 있다. Preferably, continuously and injecting and discharging another metal raw material gas and injecting and discharging another oxidizing gas into a reactor loaded with the substrate before and / or after continuously conducting the basic cycles and the additional circulations. The method may further include performing at least one other basic cycle. The other metal raw material gas may be a raw material gas of tantalum (Ta), titanium (Ti), aluminum (Al), lanthanum (La) and / or yttrium (Y). Accordingly, a dielectric film having a nanolaminate structure including a hafnium oxide film or a zirconium oxide film can be formed.
이에 더하여, 상기 나노라미네이트 구조는 상기 하프늄실리케이트막 또는 지르코늄실리케이트막과 다른 금속산화막들의 적층구조일 수 있다. 상기 하프늄실리케이트막 또는 지르코늄실리케이트막은 앞에서 설명한 방법들로 형성할 수 있다.In addition, the nanolaminate structure may be a laminated structure of the hafnium silicate film or the zirconium silicate film and other metal oxide films. The hafnium silicate film or the zirconium silicate film may be formed by the methods described above.
또한, 상기 나노라미네이트 구조는 상기 하프늄실리케이트막 또는 지르코늄실리케이트막과 다른 금속실리케이트막들의 적층구조일 수 있다. 상기 다른 금속실리케이트막들은 상기 하프늄실리케이트막 또는 지르코늄실리케이트막들을 형성하는 방법들과 동일한 방법들에 의해 형성될 수 있다.In addition, the nanolaminate structure may be a laminated structure of the hafnium silicate film or the zirconium silicate film and other metal silicate films. The other metal silicate films may be formed by the same methods as those of forming the hafnium silicate film or the zirconium silicate films.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described embodiments of the present invention;
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유전막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 원자층증착기술을 사용하여 도 1의 유전막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 타이밍다이아그램이다.1 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a dielectric film according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a timing diagram illustrating a method of forming the dielectric film of FIG. 1 using atomic layer deposition technology.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(21)을 준비한다. 상기 기판(21)은 실리콘 기판일 수 있으며, 그 내부에 활성영역을 한정하는 소자분리막(도시하지 않음)을 가지고 있을 수 있다. 이에 더하여, 상기 실리콘 기판(21)의 활성영역 표면에는 질화처리에 의해 실리콘산질화막(SiON)이 형성될 수 있다.1 and 2, a substrate 21 is prepared. The substrate 21 may be a silicon substrate, and may have an isolation layer (not shown) defining an active region therein. In addition, a silicon oxynitride layer (SiON) may be formed on the surface of the active region of the silicon substrate 21 by nitriding.
한편, 상기 기판(21)은 상부에 커패시터 하부전극을 갖도록 준비될 수 있다. 상기 하부전극은 도핑된 폴리실리콘 또는 금속물질막으로 형성될 수 있다.Meanwhile, the substrate 21 may be prepared to have a capacitor lower electrode thereon. The lower electrode may be formed of a doped polysilicon or metal material film.
상기 기판(21)을 반응기 내에 로딩한다. 상기 반응기에는 다양한 원료기체 및 산화기체의 공급라인들이 연결될 수 있다. 상기 산화기체는 수증기(H2O), 오존(O3) 또는 산소 플라즈마(O2-plasma)기체일 수 있다. 상기 산소 플라즈마 기체는, 상기 반응기 내에 플라즈마 발생장치를 장착하여 산소의 주입시기 동안 플라즈마를 발생시키므로써, 공급될 수 있다. 또한, 산소기체(O2)의 공급라인이 연결될 수 있다. 상기 산화기체로 산소 플라즈마 기체를 사용하는 경우, 상기 산소기체는 별도의 공급라인이 필요없을 수 있다.The substrate 21 is loaded into the reactor. The reactor may be connected to the supply lines of various raw gas and oxidizing gas. The oxidizing gas may be water vapor (H 2 O), ozone (O 3 ) or oxygen plasma (O 2 -plasma) gas. The oxygen plasma gas may be supplied by mounting a plasma generator in the reactor to generate plasma during the injection of oxygen. In addition, the supply line of the oxygen gas (O 2 ) can be connected. When oxygen plasma gas is used as the oxidizing gas, the oxygen gas may not need a separate supply line.
또한, 배출펌프가 연결되어 상기 반응기 내의 잔류기체들을 배출할 수 있다. 또한, 상기 잔류기체를 보다 빨리 배출하기 위해 퍼지기체 공급라인이 연결되어 있을 수 있다. 상기 퍼지기체는 비활성 기체이며, 바람직하게는 Ar일 수 있다.In addition, a discharge pump may be connected to discharge residual gases in the reactor. In addition, a purge gas supply line may be connected to discharge the residual gas more quickly. The purge gas is an inert gas, preferably Ar.
상기 기판(21) 상에 유전막(28)을 형성한다. 상기 유전막(28)은 게이트 유전막 또는 커패시터유전막이 된다. 상기 유전막(28)은 하프늄산화막 또는 지르코늄산화막(25)으로 형성할 수 있으며, 이들 산화막(25)과 다른 금속산화막들(23 또는 27)을 적층하여 형성할 수 있다. 다른 금속산화막들이 적층되는 경우, 상기 유전막(28)은 나노라미네이트 구조일 수 있다. 이에 더하여, 상기 유전막(28)은 하프늄실리케이트막 또는 지르코늄실리케이트막(25)으로 형성할 수 있으며, 이들 실리케이트막(25)과 다른 금속금속산화막 또는 다른 금속실리케이트막들(23 또는 27)을 적층하여 형성할 수 있다. 이하에서는, 상기 유전막(28)을 원자층증착 기술을 사용하여 형성하는 방법을 보다 상세히 설명한다.A dielectric film 28 is formed on the substrate 21. The dielectric layer 28 may be a gate dielectric layer or a capacitor dielectric layer. The dielectric layer 28 may be formed of a hafnium oxide layer or a zirconium oxide layer 25. The dielectric layer 28 may be formed by stacking the oxide layer 25 and other metal oxide layers 23 or 27. When other metal oxide layers are stacked, the dielectric layer 28 may have a nanolaminate structure. In addition, the dielectric film 28 may be formed of a hafnium silicate film or a zirconium silicate film 25. The silicate film 25 and other metal metal oxide films or other metal silicate films 23 or 27 may be stacked. Can be formed. Hereinafter, a method of forming the dielectric film 28 using atomic layer deposition techniques will be described in more detail.
우선, 하프늄산화막 또는 지르코늄산화막으로 상기 유전막(28)을 형성하는 경우에 대해 설명한다. 상기 기판(21)이 로딩된 반응기 내에 제1 기간(T1)동안 금속유기원료기체를 주입한다. 상기 금속유기원료기체는 Hf 또는 Zr의 유기원료기체이다. Hf의 유기 원료기체는 TEMAH(tetra-ethyl-methyl amino hafnium)일 수 있으며, Zr의 유기 원료기체는 TEMAZ(tetra-ethyl-methyl amino zirconium)일 수 있다. First, the case where the dielectric film 28 is formed of a hafnium oxide film or a zirconium oxide film will be described. The metal organic raw material gas is injected into the reactor loaded with the substrate 21 during the first period T1. The metal organic raw material gas is an organic raw material gas of Hf or Zr. The organic raw material gas of Hf may be tetra-ethyl-methyl amino hafnium (TEMAH), and the organic raw material gas of Zr may be tetra-ethyl-methyl amino zirconium (TEMAZ).
상기 반응기 내에 금속유기원료기체를 주입함에 따라, 상기 기판(21) 상에 화학흡착층이 형성된다. 그 후, 제2 기간(T2) 동안 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 금속유기원료기체를 배출한다. 상기 잔류하는 금속유기원료기체를 보다 빨리 배출하기 위해 퍼지기체를 주입할 수 있다. 상기 퍼지기체는 비활성기체일 수 있으며, 바람직하게는 Ar일 수 있다.As the metal organic raw material gas is injected into the reactor, a chemisorption layer is formed on the substrate 21. Thereafter, the metal organic raw material gas remaining in the reactor for the second period T2 is discharged. A purge gas may be injected to discharge the remaining metal organic raw material gas more quickly. The purge gas may be an inert gas, and preferably Ar.
상기 금속유기원료기체를 배출한 후, 제3 기간(T3) 동안 산화기체를 주입한다. 상기 산화기체는 H2O, O3 또는 O2 플라즈마 기체일 수 있다. 상기 산화기체는 상기 화학흡착층과 반응한다. 그 결과, 상기 화학흡착층은 원자층 금속산화막으로 변환된다. 그 후, 제4 기간(T4) 동안 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 산화기체를 배출한다. 상기 잔류하는 산화기체를 보다 빨리 배출하기 위해 퍼지기체를 주입할 수 있다.After discharging the metal organic raw material gas, an oxidizing gas is injected for a third period T3. The oxidizing gas may be H 2 O, O 3 or O 2 plasma gas. The oxidizing gas reacts with the chemisorption layer. As a result, the chemisorption layer is converted into an atomic layer metal oxide film. Thereafter, the oxidizing gas remaining in the reactor for the fourth period T4 is discharged. A purge gas may be injected to discharge the remaining oxidizing gas more quickly.
상기 제1 기간 내지 제4 기간 동안 금속유기원료기체의 주입 및 배출, 산화기체의 주입 및 배출을 연속적으로 실시하는 것을 기본순환(basic cycle; BC)으로 정의한다. 상기 기본순환(BC)이 실시됨에 따라, 상기 반응기 내에 로딩된 기판(21) 상에 원자층금속산화막이 형성된다. 상기 기본 순환(BC)을 반복적으로 실시하여 원자층 금속산화막들이 적층된 하프늄 산화막 또는 지르코늄 산화막을 형성할 수 있다. Continuously performing the injection and discharge of the metal organic raw material gas, the injection and discharge of the oxidizing gas during the first to the fourth period is defined as a basic cycle (BC). As the basic circulation BC is performed, an atomic layer metal oxide film is formed on the substrate 21 loaded in the reactor. The basic circulation BC may be repeatedly performed to form a hafnium oxide film or a zirconium oxide film in which atomic layer metal oxide films are stacked.
그러나, 상기 기본순환(BC)들로 형성된 하프늄 산화막 또는 지르코늄 산화막은, 탄소 불순물들의 함유량이 적어, 후속 열공정에 의해 결정화될 수 있다.However, the hafnium oxide film or zirconium oxide film formed of the basic cycles (BC) has a low content of carbon impurities and can be crystallized by a subsequent thermal process.
따라서, 상기 기본순환(BC)들과 함께, 추가순환(additional cycle; AC)을 실시한다. 상기 추가순환(AC)은 상기 금속원료기체를 제5 기간(T5) 동안 주입하고, 연속적으로 제6 기간 동안 배출하는 것을 포함한다. 상기 추가순환(AC)에 의해 상기 기판 상에 탄소 불순물들의 함유량이 상대적으로 많은 화학흡착층이 형성된다. 상기 기본 순환(BC)과 상기 추가순환(AC)을 적절히 조합하여 실시하므로써 원자층 금속산화막들과 화학흡착층들을 적층시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 하프늄산화막 또는 지르코늄 산화막(25) 내의 탄소 불순물들의 함유량을 조절할 수 있다. 바람직하게는, 상기 기본순환(BC)을 상기 추가순환(AC)에 비해 1배 내지 10배의 회수로 실시하는 것이 바람직하다. 상기 탄소 불순물들은 상기 하프늄산화막 또는 지르코늄 산화막(25) 내에서 상기 산화막들의 결정화를 억제하는 역할을 한다. 따라서, 상기 산화막들(25)의 결정화에 따른 누설전류를 방지할 수 있다. 그러나, 탄소 불순물들의 함유량이 과도하게 많으면, 오히려 탄소불순물들에 기인하는 누설전류가 증가할 수 있다. 따라서, 상기 기본순환(BC) 및 상기 추가순환(AC)에 의해 형성되는 하프늄산화막 또는 지르코늄 산화막(25) 내의 탄소 불순물들의 농도는 1 원자%(atomic %)를 넘지 않는 것이 바람직하다. Therefore, an additional cycle (AC) is performed together with the basic cycles BC. The additional circulation (AC) includes injecting the metal raw material gas for a fifth period T5 and continuously discharging it for a sixth period. The additional circulation (AC) forms a chemisorption layer having a relatively high content of carbon impurities on the substrate. By appropriately combining the basic circulation BC and the additional circulation AC, the atomic layer metal oxide films and the chemisorption layers can be stacked. Accordingly, the content of carbon impurities in the hafnium oxide film or zirconium oxide film 25 can be adjusted. Preferably, the basic circulation (BC) is preferably carried out 1 to 10 times the number of times compared to the additional circulation (AC). The carbon impurities serve to suppress crystallization of the oxide films in the hafnium oxide film or the zirconium oxide film 25. Therefore, leakage current due to crystallization of the oxide layers 25 may be prevented. However, if the content of carbon impurities is excessively large, the leakage current due to carbon impurities may increase. Therefore, the concentration of the carbon impurities in the hafnium oxide film or zirconium oxide film 25 formed by the basic circulation BC and the additional circulation AC is preferably not more than 1 atomic%.
바람직하게는, 상기 추가순환(AC)은 상기 금속유기원료기체를 주입하고 배출한 후, 연속적으로 제7 기간(T7) 동안 산소기체(O2)를 주입하고 제8 기간(T8) 동안 배출하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 금속유기원료기체를 주입하고 배출하여 형성된 화학흡착층과 상기 산소기체(O2)가 반응하여 새로운 원자층 금속산화막이 형성된다. 산소기체는 H2O, O3 또는 O2 플라즈마 기체에 비해 화학흡착층내에 함유된 탄소불순물들을 많이 제거하지 못한다. 따라서, 상기 새로운 원자층 금속산화막 내에 함유되는 탄소 불순물들의 농도는 상기 원자층 금속산화막에 비해 상대적으로 높다. 따라서, 상기 기본 순환(BC) 및 상기 추가순환(AC)을 적당한 비율로 혼합하여 실시하므로써, 탄소 불순물들의 농도가 낮은 원자층 금속산화막들과 탄소 불순물들의 농도가 높은 새로운 원자층금속산화막들을 적층시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 하프늄산화막 또는 지르코늄 산화막(25) 내의 탄소 불순물들의 농도를 조절할 수 있다. 한편, 상기 기본순환(BC)은 산소기체를 주입하고 배출하는 것을 포함하는 추가순환(AC)에 비해 2배 내지 10배의 회수로 실시하는 것이 바람직하다.Preferably, the additional circulation (AC) is after injecting and discharging the metal organic raw material gas, continuously injecting oxygen gas (O 2 ) for the seventh period (T7) and discharged for the eighth period (T8) It may further include. The chemical adsorption layer formed by injecting and discharging the metal organic raw material gas and the oxygen gas (O 2 ) react to form a new atomic layer metal oxide film. Oxygen gas does not remove much of the carbon impurities contained in the chemisorption layer compared to H 2 O, O 3 or O 2 plasma gas. Therefore, the concentration of carbon impurities contained in the new atomic layer metal oxide film is relatively higher than that of the atomic layer metal oxide film. Therefore, by mixing the basic circulation (BC) and the additional circulation (AC) in an appropriate ratio, atomic layer metal oxide films having a low concentration of carbon impurities and new atomic layer metal oxide films having a high concentration of carbon impurities can be stacked. Can be. Accordingly, the concentration of carbon impurities in the hafnium oxide film or zirconium oxide film 25 may be adjusted. On the other hand, the basic circulation (BC) is preferably carried out 2 to 10 times the number of times compared to the additional circulation (AC) including the injection and discharge of oxygen gas.
한편, 상기 하프늄 또는 지르코늄 산화막(25)을 형성한 후, 상기 산화막들을 질소분위기에서 열처리하여 하프늄산질화막 또는 지르코늄산질화막을 형성할 수 있다.Meanwhile, after the hafnium or zirconium oxide film 25 is formed, the oxide films may be heat treated in a nitrogen atmosphere to form a hafnium oxynitride film or a zirconium oxynitride film.
다음, 하프늄실리케이트막 또는 지르코늄실리케이트막으로 상기 유전막(28)을 형성하는 방법을 설명한다. 상기 기본순환(BC) 및 상기 추가순환(AC) 중 상기 금속유기원료기체를 주입하는 동안 실리콘 원료기체를 같이 주입한다. 이에 따라, 상기 기본순환(BC)을 실시하는 동안 원자층 하프늄실리케이트막 또는 원자층 지르코늄실리케이트막이 형성되고, 상기 추가순환(AC)을 실시하는 동안 Hf 또는 Zr원자들과 함께 Si원자들을 함유하는 화학흡착층 또는 탄소함유량이 많은 새로운 원자층실리케이트막이 형성된다. 이들 막들이 적층되어 하프늄실리케이트막 또는 지르코늄실리케이트막(25)이 형성된다. Next, a method of forming the dielectric film 28 using a hafnium silicate film or a zirconium silicate film will be described. The silicon raw material gas is injected together during the injection of the metal organic raw material gas in the basic circulation BC and the additional circulation AC. Accordingly, an atomic layer hafnium silicate film or an atomic layer zirconium silicate film is formed during the basic circulation BC, and chemicals containing Si atoms together with Hf or Zr atoms during the additional circulation AC are formed. An adsorption layer or a new atomic layer silicate film having a high carbon content is formed. These films are stacked to form a hafnium silicate film or zirconium silicate film 25.
한편, 상기 실리콘 원료기체는 상기 금속유기원료기체를 배출한 후에 주입될 수 있다. 이에 따라, 상기 기본 순환(BC)을 실시하는 동안, 상기 기판(21) 상에 하프늄 또는 지르코늄 유기원료기체의 화학흡착층과 실리콘 원료기체의 화학흡착층이 형성되고, 이들 화학흡착층은 상기 산화기체가 주입되는 동안 하프늄 또는 지르코늄의 원자층실리케이트막으로 변환된다. 또한, 상기 추가순환(AC)을 실시하는 동안, 상기 기판(21) 상에 하프늄 또는 지르코늄 유기원료기체의 화학흡착층과 함께 실리콘 원료기체의 화학흡착층이 형성되거나, 탄소함유량이 많은 새로운 원자층실리케이트막이 형성된다.Meanwhile, the silicon raw material gas may be injected after discharging the metal organic raw material gas. Accordingly, during the basic circulation BC, a chemisorption layer of hafnium or zirconium organic raw material gas and a chemisorption layer of silicon raw material gas are formed on the substrate 21, and the chemisorption layer is formed by the oxidation. While the gas is injected, it is converted into an atomic layer silicate film of hafnium or zirconium. In addition, during the additional circulation (AC), a chemical adsorption layer of a silicon raw material gas is formed on the substrate 21 together with a chemical adsorption layer of hafnium or zirconium organic material gas, or a new atomic layer having a high carbon content. A silicate film is formed.
이와 달리, 상기 기본순환 및 상기 추가순환과 함께, 실리콘 원료기체를 주입하고 배출하고, 산화기체를 주입하고 배출하는 것을 연속적으로 실시하는 다른 기본 순환(other basic cycle)을 실시할 수 있다. 이에 따라, 원자층 금속산화막, 실리콘 산화막과 함께 탄소 불순물들의 농도가 높은 화학흡착층 또는 새로운 원자층 금속산화막들이 적층된다. 이들 적층막은 후속열처리에 의해 서로 혼합되어 탄소 불순물들의 농도가 높은 하프늄실리케이트막 또는 지르코늄실리케이트막(25)으로 변환된다. 바람직하게는, 상기 다른 기본순환은 상기 기본순환(BC) 또는 상기 추가순환(AC)이 실시될 때 마다 실시될 수 있다. 이에 따라, 균일한 실리케이트막(25)을 형성할 수 있다.Alternatively, in addition to the basic circulation and the additional circulation, another basic cycle for continuously injecting and discharging the silicon raw material gas and injecting and discharging the oxidizing gas may be performed. Accordingly, a chemical adsorption layer or a new atomic layer metal oxide film having a high concentration of carbon impurities is laminated together with the atomic layer metal oxide film and the silicon oxide film. These laminated films are mixed with each other by subsequent heat treatment and converted into a hafnium silicate film or zirconium silicate film 25 having a high concentration of carbon impurities. Preferably, the other basic circulation may be performed whenever the basic circulation BC or the additional circulation AC is performed. As a result, a uniform silicate film 25 can be formed.
다음, 나노라미네이트 구조를 갖는 유전막(28)을 형성하는 방법을 설명한다. 상기 기본순환(BC) 및 상기 추가순환(AC)를 실시하여 하프늄산화막 또는 지르코늄 산화막(25)을 형성하기 전 및/또는 후에 다른 금속원료기체를 주입 및 배출하고, 또다른 산화기체를 주입 및 배출하는 것을 연속적으로 실시하는 또 다른 기본 순환(another basic cycle)을 실시한다. 상기 다른 금속원료기체는 Ta, Ti, Al, La 또는 Y의 원료기체일 수 있다. 상기 또 다른 기본순환에 의해 상기 기판(21) 상에 금속산화막들(23 및/또는 27)이 형성된다. 상기 금속산화막들(23 및/또는 27)과 상기 하프늄산화막 또는 지르코늄산화막(25)을 교대로 형성하여 나노라미네이트 구조를 갖는 유전막(28)을 형성한다. 상기 또다른 산화기체는 H2O, O3 또는 O2 플라즈마 기체일 수 있다. 이때, 상기 하프늄산화막 또는 상기 지르코늄산화막(25)은 임계두께 이상으로 형성되어도 탄소불순물들의 농도가 높아 결정화가 억제된다.Next, a method of forming the dielectric film 28 having the nanolaminate structure will be described. Before and / or after forming the hafnium oxide film or the zirconium oxide film 25 by performing the basic circulation (BC) and the additional circulation (AC), another metal raw material gas is injected and discharged, and another oxide gas is injected and discharged. Do another basic cycle that is done continuously. The other metal raw material gas may be a raw material gas of Ta, Ti, Al, La or Y. The metal oxide films 23 and / or 27 are formed on the substrate 21 by the basic circulation. The metal oxide layers 23 and / or 27 and the hafnium oxide layer or the zirconium oxide layer 25 are alternately formed to form a dielectric layer 28 having a nanolaminate structure. The another oxidizing gas may be H 2 O, O 3 or O 2 plasma gas. At this time, even if the hafnium oxide film or the zirconium oxide film 25 is formed to the critical thickness or more, the concentration of carbon impurities is high, so that crystallization is suppressed.
한편, 상기 금속산화막들(23 및/또는 27)과 상기 하프늄 또는 지르코늄의 실리케이트막(25)을 교대로 형성하여 나노라미네이트 구조를 갖는 유전막(28)을 형성할 수 있다. 상기 하프늄 또는 지르코늄실리케이트막들(25)은 위에서 설명한 바와 같은 방법으로 형성될 수 있다. 이에 더하여, 상기 금속산화막들(23 및/또는 27) 대신에 금속실리케이트막들을 형성할 수 있다. 상기 금속실리케이트막들은 상기 하프늄실리케이트막 또는 지르코늄실리케이트막을 형성하는 방법들을 사용하여 형성할 수 있다. 이때, 상기 금속실리케이트막들은 Ta, Ti, Al, La 또는 Y의 금속실리케이트막들일 수 있다. Meanwhile, the metal oxide layers 23 and / or 27 and the silicate layer 25 of hafnium or zirconium may be alternately formed to form a dielectric layer 28 having a nanolaminate structure. The hafnium or zirconium silicate films 25 may be formed in the same manner as described above. In addition, metal silicate layers may be formed instead of the metal oxide layers 23 and / or 27. The metal silicate films may be formed using methods of forming the hafnium silicate film or the zirconium silicate film. In this case, the metal silicate films may be metal silicate films of Ta, Ti, Al, La, or Y.
상기 유전막(28)이 형성된 기판을 언로딩한 후, 상기 유전막(28) 상에 도전막을 형성한다. 상기 도전막은 도핑된 실리콘 또는 금속일 수 있다. 상기 도전막을 패터닝하여 전극(29)을 형성한다. 상기 전극(29)은 게이트 전극 또는 커패시터의 상부전극일 수 있다. After unloading the substrate on which the dielectric film 28 is formed, a conductive film is formed on the dielectric film 28. The conductive layer may be doped silicon or metal. The conductive layer is patterned to form an electrode 29. The electrode 29 may be a gate electrode or an upper electrode of a capacitor.
결과적으로, 본 발명의 실시예에 따른 유전막(28)은 탄소불순들을 함유하는 하프늄 산화막 또는 지르코늄 산화막을 포함하거나, 하프늄실리케이트막 또는 지르코늄실리케이트막을 포함한다. 이들 막들은 내부에 탄소 불순물들을 다량 함유하고 있다. 따라서, 후속 열공정에 따른 이들 막들의 결정화가 억제된다. As a result, the dielectric film 28 according to the embodiment of the present invention includes a hafnium oxide film or a zirconium oxide film containing carbon impurities, or a hafnium silicate film or a zirconium silicate film. These films contain a large amount of carbon impurities therein. Thus, crystallization of these films due to subsequent thermal processes is suppressed.
<실험예들>Experimental Examples
도 3 및 도 4는 각각 산화기체의 종류에 따른 하프늄산화막 내의 탄소 불순물들의 함유량를 나타내는 SIMS 그래프 및 탄소 불순물들의 함유량에 따른 하프늄산화막의 누설전류특성을 설명하기 위한 그래프이다. 여기서, 하프늄의 금속유기원료기체는 TEMAH이었으며, 산화기체는 각각 H2O와 O3이었다. 도 3의 시료들은 실리콘 기판 상에 하프늄 산화막을 100Å 형성하여 제작하였다. 그리고, 도 4의 시료들은 실리콘 기판 상에 알루미늄 산화막, 하프늄산화막, 알루미늄 산화막 및 하프늄산화막을 차례로 적층하여 게이트 유전막을 형성하고, N형으로 도핑된 폴리 실리콘으로 게이트 전극을 형성하여 제작하였다. 도 4의 시료들의 등가산화막 두께(equivalente oxide thickness; EOT)들은 H2O를 산화기체로 채택한 경우 및 O3를 산화기체로 채택한 경우에 각각 26.7 Å 및 26.5Å이었다. 상기 게이트 전극과 상기 실리콘 기판에 전압을 인가하여 누설전류를 측정하였다.3 and 4 are SIMS graphs showing the contents of carbon impurities in the hafnium oxide film according to the type of oxidizing gas, and graphs for explaining the leakage current characteristics of the hafnium oxide film according to the contents of the carbon impurities. Here, the metal organic raw material gas of hafnium was TEMAH, and the oxidizing gas was H 2 O and O 3, respectively. The samples of FIG. 3 were fabricated by forming 100 Å of a hafnium oxide film on a silicon substrate. The samples of FIG. 4 were fabricated by sequentially stacking an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, an aluminum oxide film, and a hafnium oxide film on a silicon substrate to form a gate dielectric layer, and forming a gate electrode from polysilicon doped with N-type. Equivalent oxide thicknesses (EOT) of the samples in FIG. 4 were 26.7 kPa and 26.5 kPa when H 2 O was used as the oxidizing gas and O 3 was used as the oxidizing gas, respectively. A leakage current was measured by applying a voltage to the gate electrode and the silicon substrate.
도 3 및 도 4를 참조하면, O3을 산화기체로 채택하여 형성한 하프늄산화막이 H2O를 산화기체로 채택하여 형성한 하프늄산화막에 비해 탄소 불순물들을 더 많이 함유하였다. 한편, -3V 내지 3V의 전압범위에서, H2O를 산화기체로 채택한 하프늄산화막들을 포함하는 게이트 유전막이 O3을 산화기체로 채택한 하프늄산화막들을 포함하는 게이트 유전막에 비해 누설전류가 더 많았다.3 and 4, the hafnium oxide film formed by using O 3 as an oxidizing gas contained more carbon impurities than the hafnium oxide film formed by using H 2 O as an oxidizing gas. On the other hand, in the voltage range of -3V to 3V, the gate dielectric film containing hafnium oxide films employing H 2 O as an oxidizing gas had more leakage current than the gate dielectric film containing hafnium oxide films employing O 3 as an oxidizing gas.
결국, 게이트 전극의 동작전압 범위에서 탄소 불순물들의 함유량이 많은 하프늄 산화막이 탄소 불순물들의 함유량이 적은 하프늄산화막에 비해 더 좋은 누설전류 특성을 나타내었다. 이는 탄소 불순물들이 하프늄산화막의 결정화를 억제하여 누설전류를 감소시킨 것으로 판단된다. 따라서, 하프늄 산화막을 형성하는 단계에서 상기 하프늄 산화막 내에 함유되는 탄소불순물들을 증가시키면, 누설전류를 더욱 감소시킬 수 있다. 한편, 산소기체는 O3에 비해 반응성이 낮으므로, 상기 O3 대신에 산소기체를 채택하여 하프늄 산화막을 형성하면, 상기 하프늄산화막 내의 탄소 불순물들의 함유량을 증가시킬 수 있다.As a result, the hafnium oxide film containing a large amount of carbon impurities in the operating voltage range of the gate electrode showed better leakage current characteristics than the hafnium oxide film containing a small amount of carbon impurities. It is believed that the carbon impurities suppress the crystallization of the hafnium oxide film to reduce the leakage current. Therefore, by increasing the carbon impurities contained in the hafnium oxide film in the step of forming the hafnium oxide film, it is possible to further reduce the leakage current. On the other hand, since oxygen gas is less reactive than O 3 , if hafnium oxide film is formed using oxygen gas instead of O 3 , the content of carbon impurities in the hafnium oxide film can be increased.
도 5는 원료기체들의 종류에 따른 단일의 하프늄산화막들의 누설전류특성을 설명하기 위한 그래프이다. 여기서, 시료들은 하프늄의 원료기체로 각각 HfCl4 및 TEMAH를, 산화기체로 각각 H2O 및 O3을 채택하여 3개씩 제작하였다. 또한, 상기 하프늄산화막들은 동일한 두께로 형성하였다.FIG. 5 is a graph illustrating leakage current characteristics of single hafnium oxide films according to types of raw materials gases. Here, three samples were prepared by adopting HfCl 4 and TEMAH as hafnium raw materials and H 2 O and O 3 as oxidizing gases, respectively. In addition, the hafnium oxide films were formed to have the same thickness.
도 5를 참조하면, 원료기체로 HfCl4를 채택한 시료들이, 원료기체로 TEMAH를 채택한 시료들에 비해 누설전류가 100배 이상 더 많았다. TEMAH를 원료기체로 채택한 시료들은 HfCl4를 원료기체로 채택한 시료들에 비해 하프늄산화막 내에 탄소 불순물들을 더 많이 함유하고 있을 것이다. 따라서, 탄소 불순물들을 더 많이 함유하고 있는 하프늄산화막의 누설전류가 그렇지 않은 하프늄산화막에 비해 더 적을 것으로 판단된다.Referring to FIG. 5, the samples using HfCl 4 as the raw material gas had a leakage current of 100 times or more compared with the samples using TEMAH as the raw material gas. Samples using TEMAH as the source gas will contain more carbon impurities in the hafnium oxide film than samples using HfCl 4 as the source gas. Therefore, it is determined that the leakage current of the hafnium oxide film containing more carbon impurities is smaller than that of the hafnium oxide film.
본 발명에 따르면, 하프늄산화막 또는 지르코늄산화막을 임계두께 이상으로 형성하면서도, 탄소 불순물들의 함유량을 조절하여 이들 막들의 결정화를 억제할 수 있는 유전막 형성방법을 제공할 수 있다. 또한, 하프늄 실리케이트막 또는 지르코늄 실리케이트막들을 임계두께 이상으로 형성하면서도, 탄소불순물들의 함유량을 조절하여 이들 막들의 결정화를 억제할 수 있다.According to the present invention, a hafnium oxide film or a zirconium oxide film can be formed at a threshold thickness or more, and a dielectric film formation method capable of suppressing crystallization of these films by controlling the content of carbon impurities can be provided. In addition, the hafnium silicate film or the zirconium silicate films can be formed to a threshold thickness or more, and the crystallization of these films can be suppressed by controlling the content of carbon impurities.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 유전막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view for describing a method of forming a dielectric film according to example embodiments.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 유전막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 타이밍다이아그램이다.2 is a timing diagram illustrating a method of forming a dielectric film according to embodiments of the present invention.
도 3 및 도 4는 각각 산화기체의 종류에 따른 하프늄산화막들 내의 탄소 불순물들의 함유량를 나타내는 SIMS(secondary ion mass spectroscopy) 그래프 및 탄소 불순물들의 함유량에 따른 하프늄산화막들의 누설전류특성을 설명하기 위한 그래프이다.3 and 4 are secondary ion mass spectroscopy (SIMS) graphs showing the contents of carbon impurities in hafnium oxide films according to the type of oxidizing gas, and graphs for explaining leakage current characteristics of hafnium oxide films according to the contents of carbon impurities.
도 5는 원료기체의 종류에 따른 하프늄산화막들의 누설전류특성을 설명하기 위한 그래프이다.5 is a graph illustrating the leakage current characteristics of hafnium oxide films according to the type of raw material gas.
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