일반기술

탄탈럼 질화물 선구 물질 및 그 제조 방법

*원리 및 구성본 발명은 구리 배선 공정에서 매우 우수한 확산 방지막 특성을 나타내는 탄탈럼 질화물 (TaN)의 새로운 선구 물질에 관한 것이다.*배경BST (barium strontium titanate) 강유전체 박막을 사용하여 축전기 (capacitor) 를 제조할 때 BST의 유전 특성을 강화하기 위한 산화 과정에서 기존에 널리 사용되는 백금 (Pt) 전극의 경우에는 산소 확산에 의한 산화(oxidation) 또는 규화 (silicidation) 현상이 일어나고 박막 표면이 불균일하여 누설 전류 (leakage current)가 증가한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 백금과 실리콘 사이에 확산 방지막 (diffusion barrier)을 사용하는 연구가 이루어지고 있다. 현재까지 보고된 연구 결과에 따르면, 확산 방지막의 제조에 사용하는 물질 (예: 티타늄 질화물, 텅스텐 질화물, 탄탈럼 질화물 등)은 산소 분위기에서 안정하지만 결정 성장 과정에서 생기는 낟알 경계 (grain boundary)를 통하여 확산한 산소가 실리콘 기질과 반응하여 산화막을 형성한다. 그러므로 화학적으로 비활성이며 결정 구조상으로 낟알 경계가 존재하지 않고 고온까지 그 특성을 유지할 수 있는 금속 방지막 (barrier metal)에 대한 연구가 관심의 대상이 되어 왔다 (Han, C.-H. 등, Jpn. J. Appl. Phys. 1998, 37, 2646). 또, 구리 배선을 반도체 소자의 제조에 적용하기 위해서는 확산 장벽이 반드시 필요한데, 확산 장벽의 대표적인 물질로는 기존의 알루미늄 배선에 사용하는 티타늄 질화물 (TiN) 뿐만 아니라 탄탈럼 (Ta), 텅스텐 (W), 티타늄-텅스텐 (TiW), 크롬 (Cr), 탄탈럼 질화물 (TaN) 등이 알려져 있다. 이 중에서 탄탈럼은 650 ℃까지 열적 안정성을 보이는 것으로 보고되었다.이 중에서 현재 많이 사용하는 확산 방지막은 티타늄 질화물 (TiN)이나 최근에는 탄탈럼 질화물을 이용한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 탄탈럼 질화물 박막은 현재의 구리 배선 공정에서 매우 우수한 확산 방지막 특성을 나타내므로 차세대 확산 방지막으로서 매우 관심을 끄는 재료다.*종래기술지금까지 나온 탄탈럼 질화물 박막을 제조하는 방법을 살펴보면 Gordon과 Hoffman은 200-450 ℃에서 암모니아와 펜타키스디메틸아미도탄탈럼 [Ta(NMe2)5]을 반응시켜 Ta3N5 박막을 제조하였다 (Fix, R. 등, Chem. Mater. 1993, 5, 614). Hieber는 600-1000 ℃에서 암모니아와 염화탄탈럼 (TaCl5)을 반응시켜 Ta3N5 박막을 제조하였다 (Hieber, K. Thin Solid Films 1974, 24, 157). Takahashi는 700-1000 ℃에서 염화탄탈럼과 질소 기체, 수소 기체를 사용하여 화학 증착법으로 TaN 박막을 제조하였다 (Takahashi, T. 등, J. Less-Common Met. 1977, 52, 29). 최근에 Chiu는 500-650 ℃에서 단일 선구 물질인 (Et2N)3Ta(η2-EtN=CMeH)을 이용하여 TaN 박막을 제조하였으며, Sugiyama는 단일 선구 물질인 Ta(NEt2)5으로 TaN 박막을 제조하였다 (Chiu, H.-T. 등, J. Mater. Sci. Lett. 1992, 11, 96; Sugiyama, K. 등, J. Electrochem. Soc. 1975, 122, 1545).이상과 같이 종래에 알려진 탄탈럼 착화합물들의 장점에도 불구하고 이들의 사용에는 여전히 열적 안정성, 휘발성 및 탄탈럼 질화물 박막의 선택 증착에 문제점이 남아 있다. *특징 및 장점1)수분에 덜 민감하고 보관이 유리.2)특히 탄탈럼 질화물 박막을 제조하기 위한 금속 유기물 화학 증착법 (MOCVD) 또는 원자층 침착법 (ALD)의 선구 물질로서 유용하게 사용할 수 있음.