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KR20230131086A - Thin film improving composition, method for forming thin film using the same, semiconductor substrate and semiconductor device prepared therefrom - Google Patents

Thin film improving composition, method for forming thin film using the same, semiconductor substrate and semiconductor device prepared therefrom Download PDF

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KR20230131086A
KR20230131086A KR1020220140808A KR20220140808A KR20230131086A KR 20230131086 A KR20230131086 A KR 20230131086A KR 1020220140808 A KR1020220140808 A KR 1020220140808A KR 20220140808 A KR20220140808 A KR 20220140808A KR 20230131086 A KR20230131086 A KR 20230131086A
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KR
South Korea
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thin film
chamber
film
substrate
forming
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020220140808A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
연창봉
이승현
정재선
남지현
Original Assignee
솔브레인 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to JP2024552507A priority patent/JP2025507037A/en
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Priority to PCT/KR2023/002766 priority patent/WO2023167483A1/en
Priority to TW112107899A priority patent/TW202343165A/en
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Abstract

본 발명은 박막 개질 조성물, 이를 이용한 박막 형성 방법, 이로부터 제조된 반도체 기판 및 반도체 소자에 관한 것으로, 소정 구조의 막성장/막질 개선 화합물과 유전상수가 특정된 용제로 구성된 박막 개질 조성물을 사용하여 진공 기반의 박막 공정시 증착막의 성장률을 적절히 낮추어 복잡한 구조를 갖는 기판위에 박막을 형성하는 경우에도 단차 피복성(step coverage) 및 박막의 두께 균일성을 크게 향상시킬 수 있고, 식각막의 효율을 개선할 수 있으며, 불순물 오염이 현저하게 저감되는 효과가 있다.The present invention relates to a thin film modified composition, a method of forming a thin film using the same, and a semiconductor substrate and semiconductor device manufactured therefrom, using a thin film modified composition composed of a film growth/film quality improvement compound of a predetermined structure and a solvent with a specified dielectric constant. By appropriately lowering the growth rate of the deposition film during a vacuum-based thin film process, even when forming a thin film on a substrate with a complex structure, step coverage and thickness uniformity of the thin film can be greatly improved, and the efficiency of the etch film can be improved. This has the effect of significantly reducing impurity contamination.

Description

박막 개질 조성물, 이를 이용한 박막 형성 방법, 이로부터 제조된 반도체 기판 및 반도체 소자{THIN FILM IMPROVING COMPOSITION, METHOD FOR FORMING THIN FILM USING THE SAME, SEMICONDUCTOR SUBSTRATE AND SEMICONDUCTOR DEVICE PREPARED THEREFROM} Thin film modified composition, method of forming a thin film using the same, semiconductor substrate and semiconductor device manufactured therefrom

본 발명은 박막 개질 조성물, 이를 이용한 박막 형성 방법 및 이로부터 제조된 반도체 기판 및 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소정 구조의 막성장/막질 개선 화합물과 유전상수가 특정된 용제로 구성된 박막 개질 조성물을 사용하여 진공 기반의 박막 공정시 증착막의 성장률을 적절히 낮추어 복잡한 구조를 갖는 기판위에 박막을 형성하는 경우에도 단차 피복성(step coverage) 및 박막의 두께 균일성을 크게 향상시킬 수 있고, 식각막의 효율을 개선할 수 있으며, 불순물 오염이 현저하게 저감된 박막 개질 조성물, 이를 이용한 박막 형성 방법 및 이로부터 제조된 반도체 기판에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film modification composition, a method of forming a thin film using the same, and a semiconductor substrate and semiconductor device manufactured therefrom. More specifically, the present invention relates to a thin film modification composition consisting of a film growth/film quality improvement compound of a predetermined structure and a solvent with a specified dielectric constant. By using the composition to appropriately lower the growth rate of the deposition film during vacuum-based thin film processing, step coverage and thickness uniformity of the thin film can be greatly improved even when forming a thin film on a substrate with a complex structure, and the etch film It relates to a thin film modified composition that can improve efficiency and significantly reduces impurity contamination, a thin film formation method using the same, and a semiconductor substrate manufactured therefrom.

메모리 및 비메모리 반도체 소자의 집적도 향상으로 인해 기판의 미세 구조는 나날이 복잡해지고 있다. Due to improved integration of memory and non-memory semiconductor devices, the microstructure of substrates is becoming more complex day by day.

일례로, 미세 구조의 폭과 깊이(이하, '종횡비'라고도 함)가 20:1 이상, 100:1 이상까지 증가하고 있으며, 종횡비가 클수록 복잡한 미세 구조면을 따라 균일한 두께로 퇴적층을 형성하기 어려워지는 문제가 있다. For example, the width and depth of microstructure (hereinafter also referred to as 'aspect ratio') is increasing to over 20:1 and over 100:1, and as the aspect ratio increases, it is possible to form a sediment layer with a uniform thickness along the complex microstructure plane. There is a problem that becomes difficult.

이로 인해 미세 구조의 깊이 방향으로 상부와 하부에 형성된 퇴적층의 두께비를 정의하는 단차 피복성(계단율, step coverage)이 90% 수준에 머물게 되어 소자의 전기적 특성 발현이 점차 어려워지는 등 그 중요성이 점점 증대되고 있다. 상기 단차 피복성이 100%인 것이 미세 구조의 상부와 하부에 형성된 퇴적층의 두께가 같음을 의미하므로, 가급적 단차 피복성이 100%에 근접하도록 기술을 개발할 필요가 있다. As a result, the step coverage, which defines the thickness ratio of the sedimentary layer formed at the top and bottom in the depth direction of the microstructure, remains at the 90% level, making it increasingly difficult to express the electrical characteristics of the device, and its importance is increasing. It is increasing. Since the step coverage of 100% means that the thickness of the sediment layer formed on the top and bottom of the microstructure is the same, there is a need to develop technology so that the step coverage is as close to 100% as possible.

상기 반도체용 박막은 질화막, 박막, 금속막 등으로 이루어진다. 상기 질화막으로는 질화규소(SiN), 질화티타늄(TiN), 질화탄탈륨(TaN) 등이 있으며, 상기 박막으로는 산화규소(SiO2), 산화하프늄(HfO2), 산화지르코늄(ZrO2) 등이 있으며, 상기 금속막으로는 몰리브덴막(Mo), 텅스텐(W) 등이 있다. The semiconductor thin film is made of a nitride film, a thin film, a metal film, etc. The nitride film includes silicon nitride (SiN), titanium nitride (TiN), and tantalum nitride (TaN), and the thin film includes silicon oxide (SiO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ), and zirconium oxide (ZrO 2 ). The metal film includes molybdenum film (Mo), tungsten (W), etc.

상기 박막은 일반적으로 도핑된 반도체의 실리콘층과 층간 배선 재료로 사용되는 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등과의 확산 방지막(diffusion barrier)으로 사용된다. 다만, 텅스텐(W) 박막을 기판에 증착할 때에는 접착층(adhesion layer)으로 사용된다.The thin film is generally used as a diffusion barrier between the silicon layer of a doped semiconductor and aluminum (Al), copper (Cu), etc. used as interlayer wiring materials. However, when depositing a tungsten (W) thin film on a substrate, it is used as an adhesion layer.

앞서 살펴본 바와 같이 기판에 증착된 박막이 우수하고 균일한 물성을 얻기 위해서는 박막의 높은 단차 피복성이 필수적이므로, 기상반응을 주로 활용하는 CVD(chemical vapor deposition) 공정보다 표면반응을 활용하는 ALD(atomic layer deposition) 공정이 활용되나 100%의 단차 피복성 구현에 여전히 문제가 존재한다.As seen earlier, in order to obtain excellent and uniform physical properties of the thin film deposited on the substrate, high step coverage of the thin film is essential. Therefore, ALD (atomic) process that utilizes surface reaction rather than CVD (chemical vapor deposition) process that mainly utilizes gaseous reaction. layer deposition) process is used, but there are still problems in realizing 100% step coverage.

100%의 단차 피복성을 구현할 목적으로 증착 온도를 올릴 경우 단차 피복성이 어려움이 따르는데, 우선 전구체와 반응물 2가지로 구성된 증착 공정에 있어 증착온도의 증가는 가파른 박막성장속도(GPC)의 증가를 초래할 뿐 아니라 증착 온도 증가에 따른 GPC 증가를 완화시키기 위해 300 ℃에서 사용하여 ALD 공정을 수행하더라도 공정도중 증착 온도가 증가되므로 해결책이라 하기 어렵다. When the deposition temperature is raised for the purpose of achieving 100% step coverage, step coverage becomes difficult. First, in a deposition process consisting of two precursors and reactants, an increase in deposition temperature leads to a steep increase in thin film growth rate (GPC). Not only does it cause this, but even if the ALD process is performed at 300 ℃ to alleviate the increase in GPC due to the increase in deposition temperature, the deposition temperature increases during the process, so it is difficult to say that it is a solution.

또한 반도체 소자에서 우수한 막질의 금속박막을 구현하고자 고온 공정이 요구되고 있다. 원자층 증착 온도를 400℃까지 높여 박막 내 잔류하는 탄소와 수소 농도가 감소하는 연구 결과가 보고되고 있다(J. Vac. Sci. Technol. A, 35(2017) 01B130 논문 참조).In addition, high-temperature processes are required to produce metal thin films with excellent film quality in semiconductor devices. Research results have been reported showing that the concentration of carbon and hydrogen remaining in the thin film decreases by increasing the atomic layer deposition temperature to 400°C (see paper J. Vac. Sci. Technol. A, 35 (2017) 01B130).

그러나 증착 온도가 고온일수록 단차 피복율을 확보하기 어렵게 된다. 우선, 전구체와 반응물 2가지로 구성된 증착 공정에 있어 증착온도 증가는 가파른 GPC(박막성장속도)의 증가를 초래할 수 있다. 또한, 증착 온도 증가에 따른 GPC 증가를 완화시키기 위해 공지된 차폐제를 적용하더라도 300℃에서 GPC가 약 10% 증가하는 것으로 확인되고 있다. 즉, 360℃ 이상에서 증착할 경우 종래 공지된 차폐제가 제공하던 GPC 저감 효과는 기대하기 어려워진다. However, the higher the deposition temperature, the more difficult it is to secure the step coverage. First, in a deposition process consisting of two precursors and reactants, an increase in deposition temperature can result in a steep increase in GPC (thin film growth rate). In addition, it has been confirmed that GPC increases by about 10% at 300°C even when a known shielding agent is applied to alleviate the increase in GPC due to an increase in deposition temperature. In other words, when deposited above 360°C, it becomes difficult to expect the GPC reduction effect provided by conventionally known shielding agents.

따라서 고온에서도 효과적으로 복잡한 구조의 박막 형성이 가능하고, 불순물의 잔류량이 낮으며, 단차 피복성(step coverage), 박막의 두께 균일성과 전기적 특성 등의 막질을 크게 향상시키는 박막의 형성 방법과 이로부터 제조된 반도체 기판 등의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, it is possible to effectively form a thin film with a complex structure even at high temperatures, and the residual amount of impurities is low, and a method of forming a thin film that significantly improves film quality such as step coverage, thickness uniformity and electrical characteristics of the thin film, and manufacturing from this method. There is a need for development of semiconductor substrates, etc.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 소정 구조의 막성장/막질 개선 화합물과 유전상수가 특정된 용제로 구성된 박막 개질 조성물로 제공하여 진공 기반의 박막 공정시 증착막의 성장률을 적절히 낮추어 복잡한 구조를 갖는 기판위에 박막을 형성하는 경우에도 단차 피복성(step coverage) 및 박막의 두께 균일성을 크게 향상시킬 수 있고, 식각막의 효율을 개선할 수 있으며, 불순물 오염이 현저하게 저감된 박막 개질 조성물, 이를 이용한 박막 형성 방법 및 이로부터 제조된 반도체 기판, 그리고 이를 포함하는 반도체 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention provides a thin film modification composition composed of a film growth/film quality improvement compound of a predetermined structure and a solvent with a specified dielectric constant to appropriately lower the growth rate of the deposited film during a vacuum-based thin film process. Even when forming a thin film on a substrate with a complex structure, step coverage and thickness uniformity of the thin film can be greatly improved, the efficiency of the etch film can be improved, and impurity contamination can be significantly reduced. The purpose is to provide a modified composition, a method of forming a thin film using the same, a semiconductor substrate manufactured therefrom, and a semiconductor device including the same.

본 발명은 박막의 결정성과 산화분율을 개선시킴으로써 박막의 밀도 및 유전특성을 개선시키는 것을 목적으로 한다. The purpose of the present invention is to improve the density and dielectric properties of thin films by improving the crystallinity and oxidation fraction of thin films.

본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다. The above and other objects of the present invention can all be achieved by the present invention described below.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 1 torr (25℃) 이상의 증기압을 갖는 액상 할로겐 화합물; 및 유전상수(dielectric constant)가 25 이하인 비극성 용제를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 개질 조성물을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a liquid halogen compound having a vapor pressure of 1 torr (25°C) or more; and a non-polar solvent having a dielectric constant of 25 or less.

상기 박막은 진공 기반 증착막 또는 진공 기반 식각막일 수 있다. The thin film may be a vacuum-based deposition film or a vacuum-based etching film.

상기 액상 할로겐 화합물은 탄소수 1 내지 10의 알킬 할라이드일 수 있다. The liquid halogen compound may be an alkyl halide having 1 to 10 carbon atoms.

상기 액상 할로겐 화합물은 굴절률이 1.40 내지 1.60, 1.40 내지 1.58, 또는 1.40 내지 1.56일 수 있다. The liquid halogen compound may have a refractive index of 1.40 to 1.60, 1.40 to 1.58, or 1.40 to 1.56.

상기 액상 할로겐 화합물은, 해당 박막이 증착막인 경우 하기 화학식 1-1 내지 1-9로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. The liquid halogen compound may include compounds represented by the following formulas 1-1 to 1-9 when the thin film is a deposited film.

[화학식 1-1 내지 1-9] [Formula 1-1 to 1-9]

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상기 액상 할로겐 화합물은, 해당 박막이 식각막인 경우 하기 화학식 2-1 내지 2-3으로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. The liquid halogen compound may include compounds represented by the following formulas 2-1 to 2-3 when the thin film is an etch film.

[화학식 2-1 내지 2-3][Formula 2-1 to 2-3]

, , , ,

상기 액상 할로겐 화합물은, 전술한 증착막 또는 식각막의 반응면을 제어할 수 있다. The liquid halogen compound can control the reaction surface of the above-described deposition film or etch film.

본 발명에서 상기 액상 할로겐 화합물과 병용하여 유전상수(dielectric constant)가 25 이하인 비극성 용제를 사용할 수 있다. In the present invention, a non-polar solvent having a dielectric constant of 25 or less can be used in combination with the liquid halogen compound.

상기 유전상수(dielectric constant)는 일례로 25 이하, 구체적인 예로 15 이하, 바람직하게는 10 이하인 것이 바람직하며, 해당 범위에서 전술한 액상 할로겐 화합물과 반응성을 나타내지 않아 공정에 악영향 없이 액상 할로겐 화합물에 의해 제공하고자 하는 효과를 극대화할 수 있다. The dielectric constant is preferably 25 or less, specifically 15 or less, and preferably 10 or less. In this range, it is not reactive with the above-described liquid halogen compound and is provided by the liquid halogen compound without adversely affecting the process. You can maximize the desired effect.

상기 유전상수가 25 이하인 비극성 용제는 일례로 탄화수소계 용제, 할로겐계 용제, 헤테로고리 포함 용제, 또는 알코올계 용제일 수 있다. The non-polar solvent having a dielectric constant of 25 or less may be, for example, a hydrocarbon-based solvent, a halogen-based solvent, a heterocyclic-containing solvent, or an alcohol-based solvent.

상기 유전상수(dielectric constant)가 25 이하인 비극성 용제는 구체적인 예로, 옥테인, 1,2-디클로로에탄, 디메틸에틸 아민, 테트라하이드로퓨란, N,N 디메틸포름아미드, 이소부틸 알코올 및 에틸 알코올 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. Specific examples of the non-polar solvent having a dielectric constant of 25 or less include octane, 1,2-dichloroethane, dimethylethyl amine, tetrahydrofuran, N,N dimethylformamide, isobutyl alcohol, and ethyl alcohol. There may be more than one species.

또한, 본 발명은 In addition, the present invention

챔버 내에 로딩(loading)된 기판의 표면을 제1항의 박막 개질 조성물로 처리하는 단계; 및Treating the surface of the substrate loaded in the chamber with the thin film modification composition of claim 1; and

전구체 화합물과 반응 가스를 챔버 내로 순차 주입하고 20 내지 800 ℃ 및 760 torr 미만의 진공상태에서 상기 기판에 진공 기반 증착 박막을 형성하는 단계;를 포함하며,It includes sequentially injecting a precursor compound and a reaction gas into the chamber and forming a vacuum-based deposition thin film on the substrate in a vacuum of 20 to 800 ° C. and less than 760 torr,

상기 반응 가스는 산화제 또는 환원제인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법을 제공한다. A method of forming a thin film is provided, wherein the reaction gas is an oxidizing agent or a reducing agent.

상기 챔버는 ALD 챔버, CVD 챔버, PEALD 챔버 또는 PECVD 챔버일 수 있다. The chamber may be an ALD chamber, CVD chamber, PEALD chamber or PECVD chamber.

상기 박막 개질 조성물과 전구체 화합물은 VFC 방식, DLI 방식 또는 LDS 방식으로 챔버 내로 이송될 수 있다. The thin film modified composition and precursor compound may be transferred into the chamber by VFC method, DLI method, or LDS method.

이때 상기 증착의 이송라인(이하,'주입라인'이라 함)의 히팅(heating) 온도는 기판에 25 내지 200 ℃ 범위 내일 수 있다. At this time, the heating temperature of the deposition transfer line (hereinafter referred to as 'injection line') may be in the range of 25 to 200 ° C. for the substrate.

상기 박막은 산화막 또는 질화막일 수 있다. The thin film may be an oxide film or a nitride film.

상기 반응 가스는 O2, O3, N2O, NO2, H2O, 또는 O2 플라즈마를 포함할 수 있다. The reaction gas may include O2, O3, N2O, NO2, H2O, or O2 plasma.

상기 박막은 Al, Si, Ti, V, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Se, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, In, Sn, Sb, Te, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, La, Ce 및 Nd로 이루어지는 그룹으로부터 1종 이상 선택된 금속이 1층 또는 2층 이상 적층된 박막일 수 있다. The thin film is Al, Si, Ti, V, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Se, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, In, Sn, Sb, Te, Hf, Ta, W, Re , Os, Ir, La, Ce, and Nd may be a thin film in which one or more layers of one or more metals are selected from the group consisting of La, Ce, and Nd.

상기 박막은 확산방지막, 에칭정지막, 전극막, 유전막, 게이트절연막, 블럭박막 또는 차지트랩 용도일 수 있다. The thin film may be used as a diffusion barrier film, an etch stop film, an electrode film, a dielectric film, a gate insulating film, a block thin film, or a charge trap.

또한, 본 발명은 In addition, the present invention

식각 물질을 챔버 내로 주입하여 기판에 진공 기반 식각막을 형성하는 단계;를 포함하며,Including the step of injecting an etch material into the chamber to form a vacuum-based etch film on the substrate,

상기 식각 물질은 Cl2, CCl4, CF2Cl2, CF3Cl, CF4, CHF3, C2F6, SF6, BCl3, Br2, 및 CF3Br 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법을 제공한다. The etching material is one or more selected from Cl2, CCl4, CF2Cl2, CF3Cl, CF4, CHF3, C2F6, SF6, BCl3, Br2, and CF3Br.

상기 챔버는 ALD 챔버, CVD 챔버, PEALD 챔버 또는 PECVD 챔버일 수 있다. The chamber may be an ALD chamber, CVD chamber, PEALD chamber or PECVD chamber.

상기 박막 개질 조성물과 전구체 화합물은 VFC 방식, DLI 방식 또는 LDS 방식으로 챔버 내로 이송될 수 있다. The thin film modified composition and precursor compound may be transferred into the chamber by VFC method, DLI method, or LDS method.

상기 식각 물질은 Ar, H2, 또는 O2와 혼합하여 사용될 수 있다. The etching material may be used in combination with Ar, H2, or O2.

상기 박막 개질 조성물을 사용한 박막 형성 방법은, The thin film forming method using the thin film modified composition includes,

i) 전술한 박막 개질 조성물을 기화하여 챔버 내 로딩된 기판 표면에 개질 영역을 형성하는 단계; 및 i) forming a modified region on the surface of the substrate loaded in the chamber by vaporizing the above-described thin film modified composition; and

ii) 상기 챔버 내부를 퍼지 가스로 1차 퍼징하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.ii) comprising the step of first purging the inside of the chamber with a purge gas.

상기 박막 개질제 조성물은 챔버 내에 로딩(loading)된 기판에 20 내지 800 ℃ 하에 도포하여 공급될 수 있다. The thin film modifier composition may be supplied by applying it to a substrate loaded in a chamber at a temperature of 20 to 800°C.

상기 박막 개질 조성물을 구성하는 액상 할로겐 화합물과 비극성 용제는 각각 별도로 챔버 내로 주입되거나 혹은 미리 혼합한 상태로 챔버 내로 주입될 수 있다. The liquid halogen compound and the nonpolar solvent constituting the thin film modified composition may be injected into the chamber separately or in a premixed state.

상기 박막 형성 방법은, The thin film forming method is,

i) 전술한 박막 개질 조성물을 기화하여 챔버 내 로딩된 기판 표면에 개질 영역을 형성하는 단계;i) forming a modified region on the surface of the substrate loaded in the chamber by vaporizing the above-described thin film modified composition;

ii) 상기 챔버 내부를 퍼지 가스로 1차 퍼징하는 단계;ii) first purging the inside of the chamber with a purge gas;

iii) 전구체 화합물을 기화하여 상기 개질 영역을 벗어난 영역에 흡착시키는 단계;iii) vaporizing the precursor compound and adsorbing it to a region outside the modified region;

iv) 상기 챔버 내부를 퍼지 가스로 2차 퍼징하는 단계;iv) secondary purging the inside of the chamber with a purge gas;

v) 상기 챔버 내부에 반응 가스를 공급하는 단계; 및 v) supplying a reaction gas inside the chamber; and

vi) 상기 챔버 내부를 퍼지 가스로 3차 퍼징하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법을 제공한다. vi) thirdly purging the inside of the chamber with a purge gas; providing a thin film forming method comprising a.

상기 박막 개질제 조성물은 챔버 내에 로딩(loading)된 기판에 20 내지 800 ℃ 하에 도포하여 공급될 수 있다. The thin film modifier composition may be supplied by applying it to a substrate loaded in a chamber at a temperature of 20 to 800°C.

상기 박막 개질 조성물을 구성하는 액상 할로겐 화합물과 비극성 용제는 각각 별도로 챔버 내로 주입되거나 혹은 미리 혼합한 상태로 챔버 내로 주입될 수 있다. The liquid halogen compound and the nonpolar solvent constituting the thin film modified composition may be injected into the chamber separately or in a premixed state.

상기 전구체 화합물은 Al, Si, Ti, V, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Se, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, In, Sn, Sb, Te, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, La, Ce 및 Nd로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 구성된 분자로서 25 ℃에서 증기압이 0.01 mTorr 초과, 100 Torr 이하인 전구체일 수 있다. The precursor compounds include Al, Si, Ti, V, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Se, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, In, Sn, Sb, Te, Hf, Ta, W, It is a molecule composed of one or more types selected from the group consisting of Re, Os, Ir, La, Ce, and Nd, and may be a precursor having a vapor pressure of more than 0.01 mTorr and less than 100 Torr at 25 ° C.

상기 박막 개질 조성물, 또는 전구체 화합물은 기화하여 주입된 다음 플라즈마 후처리하는 단계를 포함할 수 있다. The thin film modified composition or precursor compound may be vaporized and injected, followed by plasma post-treatment.

상기 ii) 단계와 상기 iv) 단계에서 각각 챔버 내부로 투입되는 퍼지 가스의 양은 투입된 박막 개질 조성물, 또는 전구체 화합물의 부피를 기준으로 10 내지 100,000배일 수 있다. The amount of purge gas introduced into the chamber in steps ii) and iv) may be 10 to 100,000 times the volume of the introduced thin film modified composition or precursor compound.

상기 반응 가스는 산화제 또는 환원제이고, 상기 반응 가스, 박막 개질 조성물 및 전구체 화합물은 VFC 방식, DLI 방식 또는 LDS 방식으로 챔버 내로 이송될 수 있다.The reaction gas is an oxidizing agent or a reducing agent, and the reaction gas, thin film modified composition, and precursor compound may be transferred into the chamber by VFC method, DLI method, or LDS method.

상기 챔버 내 로딩된 기판은 100 내지 800 ℃로 가열되며, 상기 박막 개질제 조성물과, 상기 전구체 화합물의 챔버 내 투입량(mg/cycle) 비는 1 : 1 내지 1 : 20일 수 있다. The substrate loaded in the chamber is heated to 100 to 800° C., and the ratio of the thin film modifier composition and the precursor compound introduced into the chamber (mg/cycle) may be 1:1 to 1:20.

또한, 본 발명은 전술한 박막 형성 방법으로 제조된 박막을 포함함을 특징으로 하는 반도체 기판을 제공한다. Additionally, the present invention provides a semiconductor substrate characterized by comprising a thin film manufactured by the above-described thin film forming method.

상기 박막은 2층 또는 3층 이상의 다층 구조일 수 있다. The thin film may have a multilayer structure of two or three layers or more.

또한, 본 발명은 전술한 반도체 기판을 포함하는 반도체 소자를 제공한다. Additionally, the present invention provides a semiconductor device including the above-described semiconductor substrate.

상기 반도체 기판은 저 저항 금속 게이트 인터커넥트(low resistive metal gate interconnects), 고 종횡비 3D 금속-절연체-금속(MIM) 커패시터(high aspect ratio 3D metal-insulator-metal capacitor), DRAM 트렌치 커패시터(DRAM trench capacitor), 3D 게이트-올-어라운드(GAA; Gate-All-Around), 또는 3D NAND 플래시메모리 일 수 있다. The semiconductor substrate includes low resistive metal gate interconnects, high aspect ratio 3D metal-insulator-metal capacitors, and DRAM trench capacitors. , 3D Gate-All-Around (GAA), or 3D NAND flash memory.

본 발명에 따르면, 진공 기반의 박막 공정시 소정 구조의 막성장/막질 개선 화합물과 유전상수가 특정된 용제로 구성된 박막 개질 조성물을 사용하여 진공 기반의 박막 공정시 증착막의 성장률을 적절히 낮추어 복잡한 구조를 갖는 기판위에 박막을 형성하는 경우에도 단차 피복성(step coverage) 및 박막의 두께 균일성을 크게 향상시킬 수 있고, 식각막의 효율을 개선할 수 있으며, 불순물 오염이 현저하게 저감될 수 있는 박막 개질 조성물을 제공하는 효과가 있다. According to the present invention, a complex structure is formed by appropriately lowering the growth rate of the deposited film during a vacuum-based thin film process by using a thin film modification composition consisting of a film growth/film quality improvement compound of a predetermined structure and a solvent with a specified dielectric constant. Even when forming a thin film on a substrate with a thin film, step coverage and thickness uniformity of the thin film can be greatly improved, the efficiency of the etch film can be improved, and impurity contamination can be significantly reduced. It has the effect of providing a composition.

또한 박막 형성시 공정 부산물이 보다 효과적으로 감소되어, 부식이나 열화를 막고 막질을 개질하여 박막의 결정성을 개선시킴으로써 박막의 전기적 특성을 개선시키는 효과가 있다.In addition, when forming a thin film, process by-products are more effectively reduced, preventing corrosion or deterioration, and improving the crystallinity of the thin film by modifying the film quality, thereby improving the electrical properties of the thin film.

또한 박막 형성시 공정 부산물이 감소되고 반응 속도를 저감하고 박막 성장률을 적절히 낮추어 복잡한 구조를 갖는 기판위에 박막을 형성하는 경우에도 단차 피복성과 박막 밀도를 개선시킬 수 있고, 나아가 이를 이용한 박막 형성 방법 및 이로부터 제조된 반도체 기판을 제공하는 효과가 있다.In addition, when forming a thin film, process by-products are reduced, the reaction rate is reduced, and the thin film growth rate is appropriately lowered, so that step coverage and thin film density can be improved even when forming a thin film on a substrate with a complex structure. Furthermore, a thin film forming method using this and a thin film density can be improved. There is an effect of providing a semiconductor substrate manufactured from.

도 1 내지 3은 박막 개질 조성물의 합성 및 증착시 반응성을 확인하도록 1H NMR을 측정한 그래프로서, 도 1은 2-클로로-2-메틸 부탄을 단독 사용하여 수득한 박막(위), 2-클로로-2-메틸 부탄과 옥탄의 1:1 몰비 배합물을 사용하여 수득한 박막 (아래)을 나타내고, 도 2는 아이오도시클로펜탄을 단독 사용하여 수득한 박막(위), 아이오도시클로펜탄과 1,2-디클로로에탄의 1:1 몰비 배합물을 사용하여 수득한 박막 (아래)을, 그리고 도 3은 1-클로로-1-메틸 시클로헥산을 단독 사용하여 수득한 박막(위), 1-클로로-1-메틸 시클로헥산과 옥탄의 1:1 몰비 배합물을 사용하여 수득한 박막 (아래)을 각각 나타낸다. Figures 1 to 3 are graphs measuring 1H NMR to confirm the reactivity during synthesis and deposition of the thin film modified composition. Figure 1 shows a thin film obtained using 2-chloro-2-methyl butane alone (top), 2-chloro -shows a thin film (bottom) obtained using a 1:1 molar ratio blend of 2-methyl butane and octane; Figure 2 shows a thin film (top) obtained using iodocyclopentane alone; Figure 3 shows a thin film obtained using a 1:1 molar ratio blend of 2-dichloroethane (bottom), and Figure 3 shows a thin film obtained using 1-chloro-1-methyl cyclohexane alone (top), 1-chloro-1 Thin films obtained using a 1:1 molar ratio blend of -methyl cyclohexane and octane are shown (below), respectively.

이하 본 기재의 박막 개질 조성물, 이를 이용한 박막 형성 방법 및 이로부터 제조된 반도체 기판을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the thin film modified composition of the present invention, the method of forming a thin film using the same, and the semiconductor substrate manufactured therefrom will be described in detail.

본 기재에서 용어 “박막 개질”는 달리 특정하지 않는 한, 증착 공정에서 표면 화학반응면으로 사용될 기판 표면을 제어한 것을 의미한다. In this description, unless otherwise specified, the term “thin film modification” refers to controlling the substrate surface to be used as a surface chemical reaction surface in the deposition process.

본 기재에서 용어 “막성장/막질개선”은 달리 특정하지 않는 한, 박막을 형성하기 위한 전구체 화합물이 기판 상에 흡착되는 것을 저감, 저지 또는 차단할 뿐 아니라 공정 부산물이 기판 상에 흡착되는 것까지 저감, 저지 또는 차단하여 막성장을 개선하는 것, 또는 전기적 특성, 박막 밀도 등의 막질을 개선하는 것을 의미한다.In this description, unless otherwise specified, the term “film growth/improvement of film quality” refers to not only reducing, preventing, or blocking the adsorption of precursor compounds for forming thin films on the substrate, but also reducing the adsorption of process by-products on the substrate. This means improving film growth by blocking or blocking it, or improving film quality such as electrical properties and thin film density.

본 기재에서 유전상수는 당 분야에 공지된 값(20℃ 계산값)을 사용할 수 있다( https://macro.lsu.edu/howto/solvents/Dielectric%20Constant%20.htm 참조).In this description, the dielectric constant may use a value known in the art (calculated value at 20°C) ( https://macro.lsu.edu/howto/solvents/Dielectric%20Constant%20.htm reference).

본 발명자들은 진공 기반의 증착 또는 식각 공정에서 기판의 표면을 개질하고 증착 또는 식각 공정을 개선하기 위한 박막 개질 조성물로서 소정 구조의 막성장/막질 개선 화합물과 유전상수가 특정된 용제를 사용하여 증착막의 성장률을 적절히 낮추어 복잡한 구조를 갖는 기판위에 박막을 형성하는 경우에도 단차 피복성(step coverage) 및 박막의 두께 균일성을 크게 향상시킬 수 있고, 식각막의 효율을 개선할 수 있으며, 특히 얇은 두께로 증착 가능하고, 공정 부산물로 잔류하던 O, Si, 금속, 금속 산화물, 나아가 종래 줄이기 쉽지 않던 탄소 잔량까지 개선시키는 것을 확인하였다. 이를 토대로 막성장/막질개선 화합물에 대한 연구에 매진하여 본 발명을 완성하게 되었다. The present inventors have developed a thin film modification composition for modifying the surface of a substrate and improving the deposition or etching process in a vacuum-based deposition or etching process by using a film growth/film quality improvement compound of a predetermined structure and a solvent with a specified dielectric constant to improve the deposition or etching process. Even when forming a thin film on a substrate with a complex structure by appropriately lowering the growth rate, step coverage and thickness uniformity of the thin film can be greatly improved, and the efficiency of the etch film can be improved, especially with a thin thickness. It was confirmed that deposition was possible and that O, Si, metal, and metal oxides remaining as process by-products were improved, as well as the amount of carbon remaining, which was difficult to reduce in the past. Based on this, the present invention was completed by focusing on research on membrane growth/membrane quality improvement compounds.

본 발명의 박막 개선 조성물이 적용되는 대상은 진공 기반 증착막 또는 진공 기반 식각막일 수 있다. The target to which the thin film improvement composition of the present invention is applied may be a vacuum-based deposition film or a vacuum-based etching film.

상기 증착막 또는 식각막은 일례로 Al, Si, Ti, V, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Se, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, In, Sn, Sb, Te, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, La, Ce 및 Nd로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전구체로 제공될 수 있는 것으로, 산화막, 질화막, 금속막 또는 이들의 선택적 박막용 개질 영역을 제공할 수 있고, 이 경우 본 발명에서 달성하고자 하는 효과를 충분히 얻을 수 있다. The deposition film or etching film is, for example, Al, Si, Ti, V, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Se, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, In, Sn, Sb, Te, Hf, It can be provided as one or more precursors selected from the group consisting of Ta, W, Re, Os, Ir, La, Ce, and Nd, and can provide a modified region for an oxide film, a nitride film, a metal film, or a selective thin film thereof, , In this case, the effect desired to be achieved in the present invention can be sufficiently achieved.

상기 박막은 구체적인 예로 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막의 막 조성을 가질 수 있다. As a specific example, the thin film may have a composition of a silicon oxide film or a silicon nitride film.

상기 박막은 일반적으로 사용하는 확산방지막 뿐 아니라 에칭정지막, 전극막, 유전막, 게이트절연막, 블럭박막 또는 차지트랩의 용도로 반도체 소자에 활용될 수 있다. The thin film can be used in semiconductor devices not only as a commonly used diffusion barrier film, but also as an etch stop film, electrode film, dielectric film, gate insulating film, block thin film, or charge trap.

본 발명에서 박막을 형성하는데 사용하는 전구체 화합물은 일례로 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다. For example, the precursor compound used to form a thin film in the present invention may be a compound represented by the following formula (3).

[화학식 3][Formula 3]

(상기 화학식 3에서, M은 Al, Si, Ti, V, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Se, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, In, Sn, Sb, Te, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, La, Ce 및 Nd 중에서 선택된 1종 이상이고, L1, L2, L3 및 L4는 -H, -X, -R, -OR, -NR2 또는 Cp(시클로펜타디엔)로서 서로 같거나 다를 수 있고, 여기서 -X는 F, Cl, Br, 또는 I이고, -R은 C1-C10의 알킬, C1-C10의 알켄, 또는 C1-C10의 알칸으로 선형 또는 환형일 수 있고, 상기 L1, L2, L3 및 L4는 중심금속의 산화가에 따라 2 내지 6까지 형성될 수 있다.)(In Formula 3, M is Al, Si, Ti, V, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Se, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, In, Sn, Sb, Te, Hf, At least one selected from Ta, W, Re, Os, Ir, La, Ce and Nd, and L1, L2, L3 and L4 are -H, -X, -R, -OR, -NR2 or Cp (cyclopentadiene ), where -X is F, Cl, Br, or I, and -R is C1-C10 alkyl, C1-C10 alkene, or C1-C10 alkane, which may be linear or cyclic and L1, L2, L3, and L4 may be formed from 2 to 6 depending on the oxidation value of the central metal.)

일예로 중심금속이 2가인 경우 L1과 L2가 중심금속에 리간드로 붙어있을 수 있고, 중심금속이 6가인 경우 L1, L2, L3, L4, L5, L6이 중심금속에 붙어있을 수 있으며, L1 내지 L6에 해당되는 리간드는 서로 같거나 다를 수 있다.For example, if the central metal is divalent, L1 and L2 may be attached to the central metal as ligands, and if the central metal is hexavalent, L1, L2, L3, L4, L5, and L6 may be attached to the central metal, and L1 to Ligands corresponding to L6 may be the same or different from each other.

상기 M은 3가 금속, 4가 금속, 5가 금속 또는 6가 금속에 해당하는 종류일 수 있고, 바람직하게는 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 니오븀(Nb) 또는 텔루륨(Ta)이며, 이 경우에 공정 부산물 감소 효과가 크고 단차 피복성이 우수하며, 박막 밀도 향상 효과, 박막의 전기적 특성, 절연 및 유전특성이 보다 뛰어난 이점이 있다.The M may be a type corresponding to a trivalent metal, tetravalent metal, pentavalent metal, or hexavalent metal, and is preferably hafnium (Hf), zirconium (Zr), aluminum (Al), niobium (Nb), or tel. It is rurium (Ta), and in this case, it has the advantages of greatly reducing process by-products, excellent step coverage, improving thin film density , and having superior electrical, insulating, and dielectric properties of the thin film.

상기 L1, L2, L3 및 L4는 -R, -X 또는 Cp로서 서로 같거나 다를 수 있고, 여기서 -R은 C1-C10의 알킬, C1-C10의 알켄, 또는 C1-C10의 알칸이며, 선형 또는 환형 구조를 갖는 것일 수 있다.The L1, L2, L3 and L4 may be the same or different as -R, -X or Cp, where -R is C1-C10 alkyl, C1-C10 alkene, or C1-C10 alkane, linear or It may have a cyclic structure.

또한, 상기 L1, L2, L3 및 L4는 -NR2 또는 Cp로서 서로 같거나 다를 수 있고, 여기서 -R은 H, C1-C10의 알킬, C1-C10의 알켄, C1-C10의 알칸, iPr, 또는 tBu 일 수 있다.In addition, L1, L2, L3 and L4 may be the same or different as -NR2 or Cp, where -R is H, C1-C10 alkyl, C1-C10 alkene, C1-C10 alkane, iPr, or It could be tBu.

또한, 상기 화학식 3에서 L1, L2, L3 및 L4는 -H, 또는 -X로서 서로 같거나 다를 수 있고, 여기서 -X는 F, Cl, Br, 또는 I일 수 있다.Additionally, in Formula 3, L1, L2, L3, and L4 may be the same as or different from -H or -X, where -X may be F, Cl, Br, or I.

구체적으로, 알루미늄 전구체 화합물을 예로 들면, Al(CH3)3, AlCl4 등을 사용할 수 있다. Specifically, as an example of an aluminum precursor compound, Al(CH 3 ) 3 , AlCl 4 , etc. may be used.

하프늄 전구체 화합물을 예로 들면, CpHf(NMe2)3)의 트리스(디메틸아미도)시클로펜타디에닐 하프늄과 Cp(CH2)3NM3Hf(NMe2)2의 (메틸-3-시클로펜타디에닐프로필아미노)비스(디메틸아미노)하프늄 등을 사용할 수 있다. For example, the hafnium precursor compound is tris(dimethylamido)cyclopentadienyl hafnium of CpHf(NMe 2 ) 3 ) and (methyl-3-cyclopentadiene of Cp(CH 2 ) 3 NM 3 Hf(NMe 2 ) 2 Nylpropylamino)bis(dimethylamino)hafnium, etc. can be used.

실리콘 전구체 화합물을 예로 들면, Hexachlorodisilane (HCDS), dichlorosilane (DCS), tris(dimethylamino)silane (3DMAS), Bis(diethylamino)silane (BDEAS), octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS) 등을 사용할 수 있다. For example, silicon precursor compounds include hexachlorodisilane (HCDS), dichlorosilane (DCS), tris(dimethylamino)silane (3DMAS), Bis(diethylamino)silane (BDEAS), and octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS).

본 발명의 박막 개질 조성물은 기판에 전구체 화합물을 흡착할 표면을 미리 제어함으로써 기판에 전구체 화합물을 흡착시키는 속도를 저감하여 진공 기반 박막의 성장을 제어하거나, 막질을 제어할 수 있다. The thin film modified composition of the present invention can control the growth of a vacuum-based thin film or control the film quality by reducing the speed of adsorption of the precursor compound on the substrate by controlling the surface on which the precursor compound is adsorbed to the substrate in advance.

상기 박막 개질 조성물은 1 torr (25℃) 이상의 증기압을 갖는 액상 할로겐 화합물; 및 유전상수(dielectric constant)가 25 이하인 비극성 용제를 포함할 수 있고, 이와 같은 경우 증착막 또는 식각막 형성 시 부반응을 억제하고 박막 성장률을 조절하여 박막 내 공정 부산물이 저감되어 부식이나 열화가 저감되고, 박막의 결정성이 향상되며, 복잡한 구조를 갖는 기판 위에 박막을 형성하는 경우에도 단차 피복성(step coverage) 및 박막의 두께 균일성을 크게 향상시키면서 불순물 오염을 최소화하는 효과가 있다. The thin film modified composition includes a liquid halogen compound having a vapor pressure of 1 torr (25°C) or more; and a non-polar solvent having a dielectric constant of 25 or less. In this case, side reactions are suppressed when forming a deposition film or an etching film, and the growth rate of the thin film is controlled to reduce process by-products in the thin film, thereby reducing corrosion or deterioration, The crystallinity of the thin film is improved, and even when forming a thin film on a substrate with a complex structure, step coverage and thickness uniformity of the thin film are greatly improved while minimizing impurity contamination.

구체적인 예로, 상기 할로겐 화합물은 굴절률이 1.40 내지 1.60, 1.40 내지 1.58, 또는 1.40 내지 1.56 범위 내일 수 있고, 이 경우에 공정 부산물 감소 효과가 크고 단차 피복성이 우수하며, 박막 밀도 향상 효과 및 박막의 전기적 특성이 보다 뛰어날 수 있다. As a specific example, the halogen compound may have a refractive index in the range of 1.40 to 1.60, 1.40 to 1.58, or 1.40 to 1.56, and in this case, the effect of reducing process by-products is large, the step coverage is excellent, the thin film density is improved, and the electrical properties of the thin film are improved. The characteristics may be superior.

상기 액상 할로겐 화합물은 바람직하게 원자층 증착(ALD) 공정에 사용되는 것이며, 이 경우 전구체 화합물의 흡착 또는 식각 물질에 의한 식각을 방해하지 않으면서 기판의 표면을 효과적으로 보호(protection)하고 공정 부산물을 효과적으로 제거하는 이점이 있다.The liquid halogen compound is preferably used in an atomic layer deposition (ALD) process, in which case it effectively protects the surface of the substrate without interfering with adsorption of the precursor compound or etching by the etchant and effectively removes process by-products. There is an advantage to removing it.

상기 액상 할로겐 화합물은 바람직하게 상온(22℃)에서 액체이고, 밀도가 0.8 내지 2.5 g/cm3 또는 0.8 내지 1.5 g/cm3이며, 증기압(20℃)이 0.1 내지 300 mmHg 또는 1 내지 300 mmHg일 수 있으며, 이 범위 내에서 개질 영역을 효과적으로 형성하고, 단차 피복성, 박막의 두께 균일성 및 막질 개선이 우수한 효과가 있다.The liquid halogen compound is preferably a liquid at room temperature (22°C), has a density of 0.8 to 2.5 g/cm 3 or 0.8 to 1.5 g/cm 3 , and has a vapor pressure (20°C) of 0.1 to 300 mmHg or 1 to 300 mmHg. Within this range, a modified area can be effectively formed, and step coverage, thin film thickness uniformity, and film quality can be improved.

보다 바람직하게는, 상기 액상 할로겐 화합물은 밀도가 0.75 내지 2.0 g/cm3 또는 0.8 내지 1.3 g/cm3이며, 증기압(20℃)이 1 내지 260 mmHg일 수 있으며, 이 범위 내에서 개질 영역을 효과적으로 형성하고, 단차 피복성, 박막의 두께 균일성 및 막질개선이 우수한 효과가 있다.More preferably, the liquid halogen compound may have a density of 0.75 to 2.0 g/cm 3 or 0.8 to 1.3 g/cm 3 and a vapor pressure (20° C.) of 1 to 260 mmHg, and the modified area may be within this range. It forms effectively and has excellent effects in step coverage, thin film thickness uniformity, and film quality improvement.

상기 액상 할로겐 화합물은 바람직하게 원자층 식각(ALE) 공정에 사용되는 것이며, 이 경우 화학적 식각을 이용하기 때문에 제공하고자 하는 식각막의 선택적 식각 및 등방석 식각특성 등을 구현하는 효과가 있다. The liquid halogen compound is preferably used in an atomic layer etching (ALE) process. In this case, since chemical etching is used, it is effective in realizing selective etching and isostatic etching characteristics of the etch film to be provided.

상기 액상 할로겐 화합물은 탄소수 1 내지 10의 알킬 할라이드를 포함함으로써 공정 부산물 감소 효과가 크고 단차 피복성이 우수하며, 박막 밀도 향상 효과 및 박막의 전기적 특성이 보다 뛰어날 수 있다.Since the liquid halogen compound contains an alkyl halide having 1 to 10 carbon atoms, it has a significant effect of reducing process by-products, has excellent step coverage, and can improve thin film density and have superior electrical properties of the thin film.

상기 알킬 할라이드에 포함되는 할로겐은 불소, 브롬, 염소, 또는 아이오딘일 수 있고, 해당 알킬 할라이드에 적어도 하나 이상 포함될 수 있으며, 이 경우에 공정 부산물 감소 효과가 크고 단차 피복성이 우수하며, 박막 밀도 향상 효과 및 박막의 전기적 특성이 보다 뛰어난 이점이 있다.The halogen included in the alkyl halide may be fluorine, bromine, chlorine, or iodine, and at least one halogen may be included in the alkyl halide. In this case, the effect of reducing process by-products is large, step coverage is excellent, and thin film density is increased. There is an advantage in that the improvement effect and the electrical properties of the thin film are superior.

상기 액상 할로겐 화합물은 해당 박막이 증착막인 경우에 바람직하게는 하기 화학식 1-1 내지 1-9로 표시되는 화합물 중에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 이 경우에 증착막 형성시 상대적으로 성긴 박막을 형성하는 동시에 부반응을 억제하고 박막 성장률을 조절하여, 박막 내 공정 부산물이 저감되어 부식이나 열화가 저감되고, 박막의 결정성이 향상되며, 복잡한 구조를 갖는 기판 위에 박막을 형성하는 경우에도 단차 피복성(step coverage) 및 박막의 두께 균일성을 크게 향상시킬 뿐 아니라 불순물의 오염을 최소화할 수 있다. When the thin film is a deposited film, the liquid halogen compound may preferably be at least one selected from compounds represented by the following formulas 1-1 to 1-9, and in this case, when forming the deposited film, a relatively sparse thin film is formed. By suppressing side reactions and controlling the growth rate of the thin film, process by-products in the thin film are reduced, reducing corrosion and deterioration, improving the crystallinity of the thin film, and providing step coverage even when forming a thin film on a substrate with a complex structure. ) and can greatly improve the thickness uniformity of the thin film, as well as minimize contamination by impurities.

[화학식 1-1 내지 1-9] [Formula 1-1 to 1-9]

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상기 액상 할로겐 화합물은 해당 박막이 식각막인 경우에 바람직하게는 하기 화학식 2-1 내지 2-3으로 표시되는 화합물일 수 있고, 이 경우에 불순물의 오염을 최소화하면서 식각 공정을 효과적으로 수행할 수 있다. When the thin film is an etch film, the liquid halogen compound may preferably be a compound represented by the following formulas 2-1 to 2-3, and in this case, the etching process can be effectively performed while minimizing contamination with impurities. .

[화학식 2-1 내지 2-3] [Formula 2-1 to 2-3]

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전술한 액상 할로겐 화합물은 단독 사용될 수 있으나, 진공 기반 하에 가혹한 분위기를 고려할 때 특정 유기용제와 함께 사용되는 것이 효율적으로 공정을 수행할 수 있어 바람직하다. The above-mentioned liquid halogen compound can be used alone, but considering the harsh vacuum-based atmosphere, it is preferable to use it together with a specific organic solvent to efficiently carry out the process.

이때 사용되는 유기용제는 유전상수(dielectric constant)가 15 이하인 종류를 사용하는 것이 전술한 액상 할로겐 화합물의 진공 하에서 반응 메커니즘에 영향을 미치지 않으면서 공정을 개선할 수 있다. The organic solvent used at this time can improve the process without affecting the reaction mechanism under vacuum of the above-mentioned liquid halogen compound by using a type with a dielectric constant of 15 or less.

상기 유전상수(dielectric constant)가 25 이하인 비극성 용제는 탄화수소계 용제, 할로겐계 용제(전술한 액상 할로겐 화합물은 제외), 헤테로고리 포함 용제, 또는 알코올계 용제 등을 들 수 있다. Non-polar solvents having a dielectric constant of 25 or less may include hydrocarbon-based solvents, halogen-based solvents (excluding the above-described liquid halogen compounds), heterocyclic-containing solvents, or alcohol-based solvents.

상기 탄화수소계 용제는 탄소수가 1 내지 10인 알킬기를 갖는 선형 탄화수소 화합물일 수 있으며, 일례로 옥테인 (d : 1.9 at 25℃) 등을 사용할 수 있다.The hydrocarbon solvent may be a linear hydrocarbon compound having an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. For example, octane (d: 1.9 at 25°C) may be used.

상기 할로겐계 용제는 말단 할로겐으로 치환된 선형 탄화수소 화합물일 수 있으며, 이때 할로겐은 적어도 하나 이상, 바람직하게는 2개 이상 치환된 것으로, 예를 들면 1,2-디클로로에탄 (d : 10.7 at 25℃) 등을 사용할 수 있다. The halogen-based solvent may be a linear hydrocarbon compound substituted with a terminal halogen, wherein at least one, preferably two or more, halogens are substituted, for example, 1,2-dichloroethane (d: 10.7 at 25°C) ), etc. can be used.

상기 헤테로고리 포함 용제는 질소 또는 산소를 포함할 수 있다. The heterocycle-containing solvent may contain nitrogen or oxygen.

상기 질소를 포함하는 용제는 일례로 디메틸에틸 아민 (d : 3.2 at 25℃) 등을 들 수 있다. Examples of the nitrogen-containing solvent include dimethylethylamine (d: 3.2 at 25°C).

상기 산소를 포함하는 용제는 일례로 테트라하이드로퓨란 (d : 7.6 at 25℃) 등을 들 수 있다. Examples of the oxygen-containing solvent include tetrahydrofuran (d: 7.6 at 25°C).

상기 알코올계 용제는 일례로 이소부틸 알코올 (d : 16.68 at 25℃), 에틸 알코올 (d : 24.55 at 25℃) 등을 들 수 있다. Examples of the alcohol-based solvent include isobutyl alcohol (d: 16.68 at 25°C), ethyl alcohol (d: 24.55 at 25°C), and the like.

구체적인 예로, 상기 진공 기반 박막 개질 조성물은 전술한 화학식 1-1 내지 1-9로 표시되는 화합물 중에서 1종 이상 선택되는 화합물에 상기 유전상수(dielectric constant)가 25 이하인 비극성 용제를 포함할 수 있고, 이 경우 증착막의 성장률을 조절하는 효과가 크고, 공정 부산물 제거 효과 또한 크고, 단차 피복성 개선 및 막질 개선효과가 우수할 뿐 아니라 복잡한 구조의 기판에 적용하더라도 박막의 균일성을 확보하여 단차 커버리지가 크게 향상되고, 특히 얇은 두께로 증착 가능하고, 공정 부산물로 잔류하던 O, Si, 금속, 금속 산화물, 나아가 종래 줄이기 쉽지 않던 탄소 잔량까지 개선시키는 효과를 제공할 수 있으며, 식각막을 제조하는 경우에도 막질 개선 효과를 제공할 수 있다. As a specific example, the vacuum-based thin film modified composition may include one or more compounds selected from the compounds represented by the above-mentioned formulas 1-1 to 1-9 and a non-polar solvent having a dielectric constant of 25 or less, In this case, the effect of controlling the growth rate of the deposited film is large, the effect of removing process by-products is also large, the effect of improving step coverage and film quality is excellent, and even when applied to a substrate with a complex structure, the uniformity of the thin film is secured and the step coverage is greatly improved. It is improved, and in particular, it can be deposited at a thin thickness, and it can provide the effect of improving O, Si, metal, and metal oxides remaining as process by-products, and even the amount of carbon remaining, which was difficult to reduce in the past, and improves film quality even when manufacturing an etch film. It can provide an effect.

상기 반응 가스는 O2, NH3, 또는 H2를 포함할 수 있다. The reaction gas may include O 2 , NH 3 , or H 2 .

상기 박막은 Al, Si, Ti, V, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Se, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, In, Sn, Sb, Te, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, La, Ce 및 Nd로 이루어지는 그룹으로부터 1종 이상 선택된 금속이 1층 또는 2층 이상 적층된 박막일 수 있다. The thin film is Al, Si, Ti, V, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Se, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, In, Sn, Sb, Te, Hf, Ta, W, Re , Os, Ir, La, Ce, and Nd may be a thin film in which one or more layers of one or more metals are selected from the group consisting of La, Ce, and Nd.

상기 박막 개질 조성물은 박막용 개질 영역을 제공할 수 있다. The thin film modified composition can provide a modified region for a thin film.

상기 박막 개질 조성물은 상기 박막에 잔류하지 않는 것을 특징으로 한다. The thin film modifying composition is characterized in that it does not remain in the thin film.

이때 잔류하지 않는다는 것은, 달리 특정하지 않는 한, XPS로 성분 분석 시 C 원소 0.1 원자%(atom %), Si 원소 0.1 원자%(atom%) 미만, N 원소 0.1 원자%(atom%) 미만, 할로겐 원소 0.1 원자%(atom%) 미만으로 존재하는 경우를 지칭한다. 보다 바람직하게 기판을 깊이 방향으로 파고 들어가며 측정하는 Secondary-ion mass spectrometry (SIMS) 측정방법 또는 X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) 측정방법에 있어서, 같은 증착 조건 하에서 박막 개질 조성물을 사용하기 전후의 C, N, Si, 할로겐 불순물의 증감율을 고려할 때 각 원소종의 신호감도(intensity) 증감율이 5%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.At this time, not remaining means that, unless otherwise specified, when analyzing the components by This refers to the case where an element exists in less than 0.1 atom%. More preferably, in the secondary-ion mass spectrometry (SIMS) measurement method or the Considering the increase/decrease rate of N, Si, and halogen impurities, it is desirable that the signal sensitivity increase/decrease rate of each element species does not exceed 5%.

상기 박막은 일례로 할로겐 화합물을 100 ppm 이하로 포함할 수 있다. For example, the thin film may contain 100 ppm or less of a halogen compound.

상기 박막은 확산방지막, 에칭정지막, 전극막, 유전막, 게이트절연막, 블럭박막 또는 차지트랩 용도로 사용될 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다. The thin film may be used as a diffusion barrier film, an etch stop film, an electrode film, a dielectric film, a gate insulating film, a block thin film, or a charge trap, but is not limited thereto.

상기 액상 할로겐 화합물, 유기용제 및 전구체 화합물은 바람직하게는 순도 99.9% 이상의 화합물, 순도 99.95% 이상의 화합물, 또는 순도 99.99% 이상의 화합물일 수 있으며, 참고로 순도 99% 미만의 화합물을 사용할 경우에는 불순물이 박막에 잔류하거나 전구체 또는 반응물과의 부반응을 초래할 수 있어 가급적 99% 이상의 물질을 사용하는 것이 좋다. The liquid halogen compound, organic solvent, and precursor compound may preferably be a compound with a purity of 99.9% or higher, a compound with a purity of 99.95% or higher, or a compound with a purity of 99.99% or higher. For reference, when a compound with a purity of less than 99% is used, impurities are present. It may remain in the thin film or cause side reactions with precursors or reactants, so it is recommended to use 99% or more of the material if possible.

본 발명의 박막 형성 방법은 챔버 내에 로딩(loading)된 기판의 표면을 전술한 박막 개질 조성물로 처리하는 단계; 및 전구체 화합물과 반응 가스를 챔버 내로 순차 주입하고 20 내지 800 ℃ 및 760 torr 미만의 진공상태에서 상기 기판에 진공 기반 증착 박막을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 반응 가스는 산화제 또는 환원제인 것을 특징으로 하고, 이와 같은 경우 기판에 박막의 증착 속도를 저감시키고 박막 성장률을 적절히 낮추어 복잡한 구조를 갖는 기판위에 박막을 형성하는 경우에도 단차 피복성(step coverage) 및 박막의 두께 균일성을 크게 향상시키면서 불순물 오염을 최소화하는 효과가 있다. The thin film forming method of the present invention includes the steps of treating the surface of a substrate loaded in a chamber with the above-described thin film modification composition; and sequentially injecting a precursor compound and a reaction gas into the chamber and forming a vacuum-based deposition thin film on the substrate at a temperature of 20 to 800° C. and a vacuum of less than 760 torr, wherein the reaction gas is an oxidizing agent or a reducing agent. In this case, by reducing the deposition rate of the thin film on the substrate and appropriately lowering the thin film growth rate, even when forming a thin film on a substrate with a complex structure, step coverage and thickness uniformity of the thin film are greatly improved while impurities are reduced. It has the effect of minimizing pollution.

상기 박막 개질 조성물로 처리하는 단계는 기판 표면에 박막 개질 조성물의 공급 시간(Feeding Time, sec)이 사이클당 바람직하게 0.01 내지 10 초, 보다 바람직하게 0.02 내지 8 초, 더욱 바람직하게 0.04 내지 6 초, 보다 더욱 바람직하게 0.05 내지 5 초이고, 이 범위 내에서 박막 성장률이 낮고 단차 피복성 및 경제성이 우수할 뿐 아니라 불순물 오염을 최소화한 이점이 있다. In the step of treating with the thin film modified composition, the feeding time (sec) of the thin film modified composition to the substrate surface is preferably 0.01 to 10 seconds, more preferably 0.02 to 8 seconds, and even more preferably 0.04 to 6 seconds per cycle. More preferably, it is 0.05 to 5 seconds, and within this range, the thin film growth rate is low, step coverage is excellent, and economic efficiency is excellent, and impurity contamination is minimized.

본 기재에서 전구체 화합물의 공급 시간(Feeding Time)은 챔버의 부피 15 내지 20 L 기준에서 유량 0.1 내지 500 mg/cycle을 기준으로 하고, 보다 구체적으로는 챔버의 부피 18 L에서 유량 0.8 내지 200 mg/cycle을 기준으로 한다. In this substrate, the feeding time of the precursor compound is based on a flow rate of 0.1 to 500 mg/cycle based on a chamber volume of 15 to 20 L, and more specifically, a flow rate of 0.8 to 200 mg/cycle in a chamber volume of 18 L. It is based on cycle.

본 발명의 박막 개질 방법은, i) 전술한 박막 개질 조성물을 기화하여 챔버 내 로딩된 기판 표면에 개질 영역을 형성하는 단계; 및 ii) 상기 챔버 내부를 퍼지 가스로 1차 퍼징하는 단계를 포함할 수 있다. The thin film modification method of the present invention includes the steps of i) vaporizing the above-described thin film modification composition to form a modified region on the surface of the substrate loaded in the chamber; and ii) first purging the inside of the chamber with a purge gas.

상기 박막 개질 방법, 나아가 박막 형성 방법은 바람직한 일 실시예로 i) 상기 박막 개질 조성물을 기화하여 챔버 내 로딩된 기판 표면에 처리하는 단계; ii) 상기 챔버 내부를 퍼지 가스로 1차 퍼징하는 단계; iii) 전구체 화합물을 기화하여 챔버 내 로딩된 기판 표면에 흡착시키는 단계; iv) 상기 챔버 내부를 퍼지 가스로 2차 퍼징하는 단계; v) 상기 챔버 내부에 반응 가스를 공급하는 단계; 및 vi) 상기 챔버 내부를 퍼지 가스로 3차 퍼징하는 단계를 포함할 수 있다. In a preferred embodiment, the thin film modification method, and further the thin film forming method, includes the steps of i) vaporizing the thin film modification composition and treating it on the surface of a substrate loaded in a chamber; ii) first purging the inside of the chamber with a purge gas; iii) vaporizing the precursor compound and adsorbing it on the surface of the substrate loaded in the chamber; iv) secondary purging the inside of the chamber with a purge gas; v) supplying a reaction gas inside the chamber; and vi) thirdly purging the inside of the chamber with a purge gas.

이때, 상기 i) 단계 내지 vi) 단계를 단위 사이클(cycle)로 하여 목적하는 두께의 박막을 얻을 때까지 상기 사이클을 반복하여 수행할 수 있고, 이와 같이 한 사이클 내에서 본 발명의 박막 개질조성물을 전구체 화합물보다 먼저 투입하여 기판에 흡착시키는 경우, 고온에서 증착하더라도 박막 성장률이 적절히 낮출 수 있고, 생성되는 공정 부산물이 효과적으로 제거되어 박막의 비저항이 감소되고 단차 피복성이 크게 향상되는 이점이 있다.At this time, steps i) to vi) can be performed as a unit cycle and the cycle can be repeated until a thin film of the desired thickness is obtained. In this way, the thin film modified composition of the present invention can be produced within one cycle. When added before the precursor compound and adsorbed to the substrate, the thin film growth rate can be appropriately lowered even when deposited at high temperature, and the resulting process by-products are effectively removed, thereby reducing the resistivity of the thin film and greatly improving step coverage.

바람직한 또 다른 실시예로, 상기 기판은, 상기 박막 개질 조성물을 챔버 내에 로딩(loading)된 기판에 20 내지 800 ℃ 하에 도포하여 제조될 수 있다. In another preferred embodiment, the substrate may be manufactured by applying the thin film modified composition to a substrate loaded in a chamber at a temperature of 20 to 800 °C.

본 발명의 박막 형성 방법은 바람직한 일례로 한 사이클 내에서 본 발명의 박막 개질 조성물을 전구체 화합물보다 먼저 투입하여 기판의 표면을 활성화시킬 수 있고, 그런 다음 전구체 화합물을 투입하여 기판에 흡착시킬 수 있고, 이 경우 고온에서 박막을 증착시키더라도 박막 성장률을 적절히 감소시킴으로써 공정 부산물이 크게 감소되고 단차 피복성이 크게 향상될 수 있고, 박막의 결성성이 증가하여 박막의 비저항이 감소될 수 있으며, 종횡비가 큰 반도체 소자에 적용하더라도 박막의 두께 균일도가 크게 향상되어 반도체 소자의 신뢰성을 확보하는 이점이 있다.As a preferred example of the thin film forming method of the present invention, the surface of the substrate can be activated by adding the thin film modified composition of the present invention before the precursor compound within one cycle, and then the precursor compound can be added and adsorbed to the substrate, In this case, even if the thin film is deposited at a high temperature, by appropriately reducing the growth rate of the thin film, process by-products can be greatly reduced and step coverage can be greatly improved, the formation of the thin film can be increased, the resistivity of the thin film can be reduced, and the aspect ratio is large. Even when applied to semiconductor devices, the thickness uniformity of the thin film is greatly improved, which has the advantage of securing the reliability of the semiconductor device.

상기 박막 형성 방법은 일례로 상기 박막 개질 조성물을 전구체 화합물의 증착 전 또는 후에 증착시키는 경우, 필요에 따라 단위 사이클을 1 내지 99,999회 반복 수행할 수 있고, 바람직하게는 단위 사이클을 10 내지 10,000회, 보다 바람직하게는 50 내지 5,000회, 보다 더욱 바람직하게는 100 내지 2,000회 반복 수행할 수 있으며, 이 범위 내에서 목적하는 박막의 두께를 얻으면서 본 발명에서 달성하고자 하는 효과를 충분히 얻을 수 있다.For example, in the case of depositing the thin film modified composition before or after deposition of the precursor compound, the thin film forming method may be performed by repeating the unit cycle 1 to 99,999 times as needed, preferably 10 to 10,000 unit cycles, More preferably, it can be repeated 50 to 5,000 times, and even more preferably 100 to 2,000 times, and within this range, the desired thickness of the thin film can be obtained and the effect to be achieved in the present invention can be sufficiently obtained.

상기 전구체 화합물은 Al, Si, Ti, V, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Se, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, In, Sn, Sb, Te, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, La, Ce 및 Nd로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 중심 금속원자(M)로 하여, C, N, O, H, X(할로겐), Cp(시클로펜타디엔)로 이루어진 리간드를 1종 이상으로 갖는 분자로서 25 ℃에서 증기압이 1 mTorr 내지 100 Torr인 전구체의 경우에, 자연 산화에도 불구하고 전술한 박막 개질 조성물에 의한 개질 영역을 형성하는 효과를 극대화할 수 있다. The precursor compounds include Al, Si, Ti, V, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Se, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, In, Sn, Sb, Te, Hf, Ta, W, It consists of C, N, O, H, In the case of a precursor that is a molecule having one or more types of ligand and has a vapor pressure of 1 mTorr to 100 Torr at 25°C, the effect of forming a modified region by the above-described thin film modified composition can be maximized despite natural oxidation.

본 발명에서 상기 챔버는 일례로 ALD 챔버, CVD 챔버, PEALD 챔버 또는 PECVD 챔버일 수 있다. In the present invention, the chamber may be, for example, an ALD chamber, a CVD chamber, a PEALD chamber, or a PECVD chamber.

상기 박막은 산화실리콘막, 질화실리콘막, 산화티탄막, 질화티탄막, 산화하프늄막, 질화하프늄막, 산화지르코늄막, 질화지르코늄막, 산화텅스텐막, 질화텅스텐막, 산화알루미늄막, 질화알루미늄막, 산화니오븀막, 질화니오븀막, 산화탈루륨막, 또는 질화탈루륨막일 수 있다. The thin film is a silicon oxide film, a silicon nitride film, a titanium oxide film, a titanium nitride film, a hafnium oxide film, a hafnium nitride film, a zirconium oxide film, a zirconium nitride film, a tungsten oxide film, a tungsten nitride film, an aluminum oxide film, and an aluminum nitride film. , it may be a niobium oxide film, a niobium nitride film, a tallurium oxide film, or a tallurium nitride film.

본 발명에서 상기 액상 할로겐 화합물, 또는 전구체 화합물은 기화하여 주입된 다음 플라즈마 후처리하는 단계를 포함할 수 있고, 이 경우에 박막의 성장률을 개선하면서 공정 부산물을 줄일 수 있다. In the present invention, the liquid halogen compound or precursor compound may be vaporized and injected, followed by plasma post-treatment. In this case, process by-products can be reduced while improving the growth rate of the thin film.

기판 상에 상기 박막 개질 조성물을 먼저 흡착시킨 후 상기 전구체 화합물을 흡착시키고 이어서 전구체 화합물을 흡착시키는 경우, 상기 미흡착 박막 개질제 또는 박막 개질 조성물을 퍼징하는 단계에서 상기 챔버 내부로 투입되는 퍼지 가스의 양은 상기 미흡착 박막 개질 조성물을 제거하는 데 충분한 양이면 특별히 제한되지 않으나, 일례로 10 내지 100,000배일 수 있고, 바람직하게는 50 내지 50,000배, 보다 바람직하게는 100 내지 10,000배일 수 있으며, 이 범위 내에서 미흡착 박막 개질 조성물을 충분히 제거하여 박막이 고르게 형성되고 막질의 열화를 방지할 수 있다. 여기서, 상기 퍼지 가스, 박막 개질 조성물의 투입량은 각각 한 사이클을 기준으로 하며, 상기 박막 개질 조성물의 부피는 기회된 박막 개질 조성물의 부피, 혹은 각각 기화된 액상 할로겐 화합물과 비극성 용제의 증기의 부피를 의미한다.When first adsorbing the thin film modified composition on a substrate and then adsorbing the precursor compound and then adsorbing the precursor compound, the amount of purge gas introduced into the chamber in the step of purging the non-adsorbed thin film modifying agent or the thin film modified composition is The amount is not particularly limited as long as it is sufficient to remove the non-adsorbed thin film modified composition, but for example, it may be 10 to 100,000 times, preferably 50 to 50,000 times, more preferably 100 to 10,000 times, within this range. By sufficiently removing the non-adsorbed thin film modified composition, the thin film can be formed evenly and deterioration of film quality can be prevented. Here, the input amounts of the purge gas and the thin film modified composition are each based on one cycle, and the volume of the thin film modified composition is the volume of the opportunity thin film modified composition or the volume of the vapor of the vaporized liquid halogen compound and the non-polar solvent, respectively. it means.

구체적인 일례로, 상기 박막 개질 조성물을 주입량을 200 sccm으로 하고, 미흡착 박막 개질 조성물을 퍼징하는 단계에서 퍼지 가스를 유량 5000 sccm 으로 하는 경우, 퍼지 가스의 주입량은 박막 개질조성물 주입량의 25배이다. As a specific example, when the injection amount of the thin film modified composition is 200 sccm and the purge gas flow rate is 5000 sccm in the step of purging the non-adsorbed thin film modified composition, the injection amount of the purge gas is 25 times the injection amount of the thin film modified composition.

또한, 상기 미흡착 전구체 화합물을 퍼징하는 단계에서 상기 챔버 내부로 투입되는 퍼지 가스의 양은 상기 미흡착 전구체 화합물을 제거하는 데 충분한 양이면 특별히 제한되지 않으나, 일례로 상기 챔버 내부로 투입된 전구체 화합물의 부피를 기준으로 10 내지 10,000배일 수 있고, 바람직하게는 50 내지 50,000배, 보다 바람직하게는 100 내지 10,000배일 수 있으며, 이 범위 내에서 미흡착 전구체 화합물을 충분히 제거하여 박막이 고르게 형성되고 막질의 열화를 방지할 수 있다. 여기서, 상기 퍼지 가스 및 전구체 화합물의 투입량은 각각 한 사이클을 기준으로 기준으로 하며, 상기 전구체 화합물의 부피는 기회된 전구체 화합물 증기의 부피를 의미한다.In addition, the amount of purge gas introduced into the chamber in the step of purging the unadsorbed precursor compound is not particularly limited as long as it is an amount sufficient to remove the unadsorbed precursor compound, but for example, the volume of the precursor compound introduced into the chamber It may be 10 to 10,000 times, preferably 50 to 50,000 times, more preferably 100 to 10,000 times, and within this range, unadsorbed precursor compounds are sufficiently removed to form a thin film evenly and prevent deterioration of the film quality. It can be prevented. Here, the input amounts of the purge gas and the precursor compound are each based on one cycle, and the volume of the precursor compound refers to the volume of the opportunity precursor compound vapor.

또한, 상기 반응 가스 공급 단계 직후 수행하는 퍼징 단계에서 상기 챔버 내부로 투입되는 퍼지 가스의 양은 일례로 상기 챔버 내부로 투입된 반응 가스의 부피를 기준으로 10 내지 10,000배일 수 있고, 바람직하게는 50 내지 50,000배, 보다 바람직하게는 100 내지 10,000배일 수 있으며, 이 범위 내에서 원하는 효과를 충분히 얻을 수 있다. 여기서, 상기 퍼지 가스 및 반응 가스의 투입량은 각각 한 사이클을 기준으로 한다. In addition, in the purging step performed immediately after the reaction gas supply step, the amount of purge gas introduced into the chamber may be, for example, 10 to 10,000 times the volume of the reaction gas introduced into the chamber, and preferably 50 to 50,000 times. It may be 100 to 10,000 times, and more preferably 100 to 10,000 times, and the desired effect can be sufficiently obtained within this range. Here, the input amounts of the purge gas and reaction gas are each based on one cycle.

상기 박막 개질 조성물 및 전구체 화합물은 바람직하게 VFC 방식, DLI 방식 또는 LDS 방식으로 챔버 내로 이송될 수 있고, 보다 바람직하게는 LDS 방식으로 챔버 내로 이송되는 것이다. The thin film modified composition and precursor compound may preferably be transferred into the chamber by a VFC method, a DLI method, or an LDS method, and more preferably, they are transported into the chamber by an LDS method.

상기 박막 개질 조성물을 구성하는 액상 할로겐 화합물과 비극성 용제는 각각 챔버 내로 이송되거나 또는 배합된 상태로 함께 이송되어도 무방하다. The liquid halogen compound and the non-polar solvent constituting the thin film modified composition may be transported separately into the chamber or together in a mixed state.

상기 챔버 내 로딩된 기판은 일례로 100 내지 650 ℃, 구체적인 예로 150 내지 550 ℃로 가열될 수 있으며, 상기 박막 개질 조성물 또는 전구체 화합물은 상기 기판 상에 가열되지 않은 채로 혹은 가열된 상태로 주입될 수 있으며, 증착 효율에 따라 가열되지 않은 채 주입된 다음 증착 공정 도중에 가열 조건을 조절하여도 무방하다. 일례로 100 내지 650 ℃ 하에 1 내지 20초간 기판 상에 주입할 수 있다. The substrate loaded in the chamber may be heated to 100 to 650° C., for example, to 150 to 550° C., and the thin film modified composition or precursor compound may be injected onto the substrate in an unheated or heated state. Depending on the deposition efficiency, the heating conditions may be adjusted during the deposition process after injection without heating. For example, it can be injected onto the substrate at 100 to 650°C for 1 to 20 seconds.

상기 전구체 화합물과 박막 개질 조성물의 챔버 내 투입량(mg/cycle) 비는 바람직하게 1:1.5 내지 1:20일 수 있고, 보다 바람직하게 1:2 내지 1:15이며, 더욱 바람직하게 1:2 내지 1:12이고, 보다 더욱 바람직하게 1:2.5 내지 1:10이며, 이 범위 내에서 단차 피복성 향상 효과 및 공정 부산물의 저감 효과가 크다. The dosage ratio (mg/cycle) of the precursor compound and the thin film modified composition in the chamber may preferably be 1:1.5 to 1:20, more preferably 1:2 to 1:15, and even more preferably 1:2 to 1:20. It is 1:12, and more preferably 1:2.5 to 1:10, and within this range, the effect of improving step coverage and reducing process by-products is significant.

상기 박막 형성 방법은 일례로 상기 박막 개질 조성물과 상기 전구체 화합물을 사용할 경우, 하기 수학식 1로 나타내는 증착속도 저감율이 20% 이상, 바람직하게는 50% 이상일 수 있고, 이 경우에 전술한 구조를 갖는 막성장/막질개선 화합물 또는 박막 개질 조성물을 사용하여 상대적으로 성긴 박막을 형성하는 동시에 형성되는 박막의 성장률이 크게 낮아져서 복잡한 구조의 기판에 고온 하에 적용하더라도 박막의 균일성을 확보하여 단차 커버리지가 크게 향상되고, 특히 얇은 두께로 증착 가능하고, 공정 부산물로 잔류하던 O, Si, 금속, 금속 산화물, 나아가 종래 줄이기 쉽지 않던 탄소 잔량까지 개선시키는 효과를 제공할 수 있다. For example, when using the thin film modified composition and the precursor compound, the thin film forming method may have a deposition rate reduction rate of 20% or more, preferably 50% or more, expressed by Equation 1 below, and in this case, the method having the above-described structure By using a film growth/film quality improvement compound or a thin film modification composition, a relatively sparse thin film is formed, and at the same time, the growth rate of the formed thin film is greatly reduced, ensuring uniformity of the thin film even when applied to a complex structure substrate at high temperature, greatly improving step coverage. In particular, it can be deposited to a thin thickness, and can provide the effect of improving O, Si, metal, and metal oxides remaining as process by-products, and even the amount of carbon remaining, which was difficult to reduce in the past.

[수학식 1][Equation 1]

증착속도 저감율 = [{(DRi)-(DRf)}/(DRi)]×100Deposition rate reduction rate = [{(DR i )-(DR f )}/(DR i )]×100

(상기 식에서, DR (Deposition rate, Å/cycle)은 박막이 증착되는 속도이다. 전구체와 반응물로 형성되는 박막 증착에 있어서, DRi (initial deposition rate)은 박막 개질 조성물을 투입하지 않고 형성된 박막의 증착속도이다. DRf (final deposition rate)은 상기 같은 공정을 진행할 때 박막 개질 조성물을 투입하며 형성된 박막의 증착속도이다. 여기서 증착속도(DR)은 엘립소미터 장비를 사용하여 3 내지 30 nm 두께의 박막을 상온, 상압 조건에서 측정된 값으로, Å/cycle 단위를 사용한다.) (In the above equation, DR (Deposition rate, Å/cycle) is the speed at which the thin film is deposited. In the deposition of a thin film formed from a precursor and a reactant, DR i (initial deposition rate) is the rate of thin film formed without adding a thin film modifying composition. This is the deposition rate. DR f (final deposition rate) is the deposition rate of the thin film formed by adding the thin film modified composition during the above process. Here, the deposition rate (DR) is 3 to 30 nm thick using an ellipsometer equipment. The value is measured at room temperature and pressure for thin films, and the unit is Å/cycle.)

상기 수학식 1에서, 박막 개질 조성물을 사용했을 때 및 사용하지 않았을 때 사이클당 박막 성장률은 각각의 사이클 당 박막 증착 두께(

Figure pat00026
즉, 증착 속도를 의미하고, 상기 증착 속도는 일례로 Ellipsometery로 3 내지 30 nm 두께의 박막을 상온, 상압 조건에서 박막의 최종 두께를 측정한 후 총 사이클 회수로 나누어 평균 증착 속도로 구할 수 있다.In Equation 1 above, the thin film growth rate per cycle with and without the thin film modification composition is expressed as the thin film deposition thickness per cycle (
Figure pat00026
In other words, it means the deposition rate, and the deposition rate can be obtained as an average deposition rate by measuring the final thickness of a 3 to 30 nm thick thin film at room temperature and pressure using ellipsometry, for example, and then dividing it by the total number of cycles.

상기 수학식 1에서, " 박막 개질 조성물을 사용하지 않았을 때"는 박막 증착 공정에서 기판 상에 전구체 화합물만을 흡착시켜 박막을 제조하는 경우를 의미하고, 구체적인 예로는 상기 박막 형성 방법에서 박막 개질 조성물을 흡착시키는 단계 및 미흡착 박막 개질 조성물을 퍼징시키는 단계를 생략하여 박막을 형성한 경우를 가리킨다.In Equation 1, “when the thin film modified composition is not used” refers to the case where the thin film is manufactured by adsorbing only the precursor compound on the substrate in the thin film deposition process, and a specific example is the thin film modified composition in the thin film forming method. This refers to a case where a thin film is formed by omitting the step of adsorption and the step of purging the non-adsorbed thin film modified composition.

상기 박막 형성 방법은 SIMS에 의거하여 측정된, 박막 두께 100

Figure pat00027
기준 박막 내 잔류 할로겐 세기(c/s)가 바람직하게 100,000 이하, 보다 바람직하게 70,000 이하, 더욱 바람직하게 50,000 이하, 보다 더욱 바람직하게 10,000 이하일 수 있고, 바람직한 일 실시예로 5,000 이하, 보다 바람직하게는 1,000 내지 4,000, 보다 더 바람직하게는 1,000 내지 3,800일 수 있으며, 이러한 범위 내에서 부식 및 열화가 방지되는 효과가 우수하다.The thin film forming method has a thin film thickness of 100, measured based on SIMS.
Figure pat00027
The residual halogen intensity (c/s) in the reference thin film may be preferably 100,000 or less, more preferably 70,000 or less, even more preferably 50,000 or less, even more preferably 10,000 or less, and in a preferred embodiment, 5,000 or less, more preferably 5,000 or less. It may be 1,000 to 4,000, more preferably 1,000 to 3,800, and within this range, the effect of preventing corrosion and deterioration is excellent.

본 기재에서 퍼징은 바람직하게 1,000 내지 50,000 sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute), 보다 바람직하게 2,000 내지 30,000 sccm, 더욱 바람직하게 2,500 내지 15,000 sccm이고, 이 범위 내에서 사이클당 박막 성장률이 적절히 제어되고, 단일 원자층(atomic mono-layer)으로 혹은 이에 가깝게 증착이 이루어져 막질 측면에서 유리한 이점이 있다.In the present substrate, purging is preferably 1,000 to 50,000 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute), more preferably 2,000 to 30,000 sccm, and even more preferably 2,500 to 15,000 sccm, and within this range, the thin film growth rate per cycle is appropriately controlled, and a single There is an advantage in terms of film quality as deposition is performed at or close to an atomic mono-layer.

상기 ALD(원자층 증착공정)은 높은 종횡비가 요구되는 집적회로(IC: Integrated Circuit) 제작에 있어서 매우 유리하며, 특히 자기제한적인 박막 성장 메커니즘에 의해 우수한 단차 도포성 (conformality), 균일한 피복성 (uniformity) 및 정밀한 두께 제어 등과 같은 이점이 있다.The ALD (Atomic Layer Deposition) process is very advantageous in the manufacture of integrated circuits (ICs) that require a high aspect ratio, and in particular, it provides excellent step conformality and uniform coverage due to a self-limiting thin film growth mechanism. There are advantages such as uniformity and precise thickness control.

상기 박막 형성 방법은 일례로 50 내지 800 ℃ 범위의 증착 온도에서 실시할 수 있고, 바람직하게는 300 내지 700 ℃ 범위의 증착 온도에서, 보다 바람직하게는 400 내지 650 ℃ 범위의 증착 온도에서 실시하는 것이며, 더욱 바람직하게는 400 내지 600 ℃ 범위의 증착 온도에서 실시하는 것이고, 보다 더욱 바람직하게는 450 내지 600 ℃ 범위의 증착 온도에서 실시하는 것인데, 이 범위 내에서 ALD 공정 특성을 구현하면서 우수한 막질의 박막으로 성장시키는 효과가 있다.For example, the thin film formation method can be carried out at a deposition temperature in the range of 50 to 800 ℃, preferably at a deposition temperature in the range of 300 to 700 ℃, more preferably at a deposition temperature in the range of 400 to 650 ℃. , More preferably, it is carried out at a deposition temperature in the range of 400 to 600 ℃, and even more preferably, it is carried out at a deposition temperature in the range of 450 to 600 ℃. Within this range, a thin film of excellent film quality while realizing ALD process characteristics is achieved. It has the effect of growing.

상기 박막 형성 방법은 일례로 0.01 내지 20 Torr 범위의 증착 압력에서 실시할 수 있고, 바람직하게는 0.1 내지 20 Torr 범위의 증착 압력에서, 보다 바람직하게는 0.1 내지 10 Torr 범위의 증착 압력에서, 가장 바람직하게는 0.3 내지 7 Torr 범위의 증착 압력에서 실시하는 것인데, 이 범위 내에서 균일한 두께의 박막을 얻는 효과가 있다.For example, the thin film formation method may be carried out at a deposition pressure in the range of 0.01 to 20 Torr, preferably in the range of 0.1 to 20 Torr, more preferably in the range of 0.1 to 10 Torr, and most preferably Typically, it is carried out at a deposition pressure in the range of 0.3 to 7 Torr, which is effective in obtaining a thin film of uniform thickness within this range.

본 기재에서 증착 온도 및 증착 압력은 증착 챔버 내 형성되는 온도 및 압력으로 측정되거나, 증착 챔버 내 기판에 가해지는 온도 및 압력으로 측정될 수 있다.In the present disclosure, the deposition temperature and deposition pressure may be measured as the temperature and pressure formed within the deposition chamber, or may be measured as the temperature and pressure applied to the substrate within the deposition chamber.

상기 박막 형성 방법은 바람직하게 상기 전구체 화합물을 챔버 내에 투입하기 전에 챔버 내 온도를 증착 온도로 승온하는 단계; 및/또는 상기 전구체 화합물을 챔버 내에 투입하기 전에 챔버 내에 비활성 기체를 주입하여 퍼징하는 단계를 포함할 수 있다.The thin film forming method preferably includes raising the temperature within the chamber to the deposition temperature before introducing the precursor compound into the chamber; And/or it may include the step of purging by injecting an inert gas into the chamber before introducing the precursor compound into the chamber.

또한, 본 발명은 상기 박막 제조 방법을 구현할 수 있는 박막 제조 장치로 ALD 챔버, 전구체 화합물을 기화하는 제1 기화기, 기화된 전구체 화합물을 ALD 챔버 내로 이송하는 제1 이송수단, 박막 전구체를 기화하는 제2 기화기 및 기화된 박막 전구체를 ALD 챔버 내로 이송하는 제2 이송수단을 포함하는 박막 제조 장치를 포함할 수 있다. 여기에서 기화기 및 이송수단은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 사용되는 기화기 및 이송수단인 경우 특별히 제한되지 않는다.In addition, the present invention is a thin film manufacturing device capable of implementing the thin film manufacturing method, including an ALD chamber, a first vaporizer for vaporizing the precursor compound, a first transport means for transporting the vaporized precursor compound into the ALD chamber, and a first vaporizer for vaporizing the thin film precursor. 2 It may include a thin film manufacturing apparatus including a vaporizer and a second transport means for transporting the vaporized thin film precursor into the ALD chamber. Here, the vaporizer and transport means are not particularly limited as long as they are vaporizers and transport means commonly used in the technical field to which the present invention pertains.

상기 증착의 이송수단(이하,'주입라인'이라 함)의 히팅(heating) 온도는 기판에 25 내지 200 ℃ 범위 내일 수 있으며, 상기 반응 가스는 O2, O3, N2O, NO2, H2O, 또는 O2 플라즈마를 포함할 수 있다. The heating temperature of the deposition transfer means (hereinafter referred to as 'injection line') may be in the range of 25 to 200 ° C for the substrate, and the reaction gas is O2, O3, N2O, NO2, H2O, or O2 plasma. may include.

본 발명의 다른 견지에 따르면, 챔버 내에 로딩(loading)된 기판의 표면을 전술한 박막 개질 조성물로 처리하는 단계; 및 식각 물질을 챔버 내로 주입하여 기판에 진공 기반 식각막을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 식각 물질은 Cl2, CCl4, CF2Cl2, CF3Cl, CF4, CHF3, C2F6, SF6, BCl3, Br2, 및 CF3Br 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법을 제공할 수 있다. According to another aspect of the present invention, treating the surface of a substrate loaded in a chamber with the above-described thin film modification composition; and injecting an etching material into the chamber to form a vacuum-based etching film on the substrate, wherein the etching material is selected from Cl2, CCl4, CF2Cl2, CF3Cl, CF4, CHF3, C2F6, SF6, BCl3, Br2, and CF3Br. A thin film forming method characterized by one or more types can be provided.

상기 식각 물질은 Ar, H2, 또는 O2와 혼합하여 사용될 수 있으며, 이를 제외하고 상기 증착막 형성과 중복된 사항들은 구체적인 기재를 생략한다. The etching material may be used by mixing with Ar, H2, or O2, and other than this, details that overlap with the deposition film formation will be omitted.

본 발명은 또한 반도체 기판을 제공하고, 상기 반도체 기판은 본 기재의 박막 형성 방법으로 제조됨을 특징으로 하며, 이러한 경우 박막의 단차 피복성(step coverage) 및 박막의 두께 균일성이 크게 뛰어나고, 박막의 밀도 및 전기적 특성이 뛰어난 과가 있다. The present invention also provides a semiconductor substrate, which is characterized in that the semiconductor substrate is manufactured by the thin film forming method of the present substrate. In this case, the step coverage and thickness uniformity of the thin film are greatly excellent, and the thin film There are families with excellent density and electrical properties.

상기 박막(박막)은 두께가 일례로 0.1 내지 20 nm, 바람직하게는 0.5 내지 20 nm, 보다 바람직하게는 1.5 내지 15 nm, 더욱 바람직하게는 2 내지 10 nm일 수 있고, 이 범위 내에서 박막 특성이 우수한 효과가 있다. The thin film (thin film) may have a thickness of, for example, 0.1 to 20 nm, preferably 0.5 to 20 nm, more preferably 1.5 to 15 nm, and even more preferably 2 to 10 nm, and the thin film characteristics within this range. This has excellent effects.

상기 박막은 탄소 불순물 함량이 바람직하게는 5,000 counts/sec 이하 또는 1 내지 3,000 counts/sec, 더욱 바람직하게는 10 내지 1,000 counts/sec, 보다 더욱 바람직하게는 50 내지 500 counts/sec일 수 있고, 이 범위 내에서 박막 특성이 우수하면서도 박막 성장률이 저감되는 효과가 있다. The thin film may have a carbon impurity content of preferably 5,000 counts/sec or less or 1 to 3,000 counts/sec, more preferably 10 to 1,000 counts/sec, and even more preferably 50 to 500 counts/sec. Although the thin film characteristics are excellent within this range, the thin film growth rate is reduced.

상기 박막은 일례로 단차 피복률이 90% 이상, 바람직하게는 92% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상이며, 이 범위 내에서 복잡한 구조의 박막이라도 용이하게 기판에 증착시킬 수 있어 차세대 반도체 장치에 적용 가능한 이점이 있다. For example, the thin film has a step coverage of 90% or more, preferably 92% or more, and more preferably 95% or more. Within this range, even a thin film with a complex structure can be easily deposited on a substrate, making it suitable for next-generation semiconductor devices. There are applicable benefits.

상기 제조된 박막은 바람직하게 두께가 20 nm 이하이고, 박막 두께 10 nm 기준 유전상수(Dielectric constants)가 5 내지 29 이며, 탄소, 질소, 할로겐 함량이 5,000 counts/sec 이하이고, 단차피복율이 90% 이상이며, 이 범위 내에서 유전막 또는 블록킹막으로서 성능이 뛰어난 효과가 있지만, 이에 한정하는 것은 아니다. The manufactured thin film preferably has a thickness of 20 nm or less, a dielectric constant of 5 to 29 based on a thin film thickness of 10 nm, a carbon, nitrogen, and halogen content of 5,000 counts/sec or less, and a step coverage ratio of 90. % or more, and within this range, excellent performance as a dielectric film or blocking film is achieved, but it is not limited to this.

상기 박막은 일례로 필요에 따라 2층 또는 3층 이상의 다층 구조, 바람직하게는 2층 또는 3층의 다층 구조일 수 있다. 상기 2층 구조의 다층막은 구체적인 일례로 하층막-중층막 구조일 수 있고, 상기 3층 구조의 다층막은 구체적인 일례로 하층막-중층막-상층막 구조일 수 있다.For example, the thin film may have a multi-layer structure of 2 or 3 layers or more, preferably 2 or 3 layers, as needed. The multilayer film having the two-layer structure may have a lower layer-middle layer structure as a specific example, and the multilayer film having the three-layer structure may have a lower layer film-middle layer-upper layer structure as a specific example.

상기 하층막은 일례로 Si, SiO2, MgO, Al2O3, CaO, ZrSiO4, ZrO2, HfSiO4, Y2O3, HfO2, LaLuO2, Si3N4, SrO, La2O3, Ta2O5, BaO, TiO2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하여 이루어질 수 있다.The lower layer film is, for example, Si, SiO 2 , MgO, Al 2 O 3 , CaO, ZrSiO 4 , ZrO 2 , HfSiO 4 , Y 2 O 3 , HfO 2 , LaLuO 2 , Si 3 N 4 , SrO, La 2 O 3 , Ta 2 O 5 , BaO, TiO 2 It may include one or more selected from the group consisting of.

상기 중층막은 일례로 TixNy, 바람직하게는 TN을 포함하여 이루어질 수 있다.For example, the multilayer film may include Ti x N y , preferably TN.

상기 상층막은 일례로 W, Mo로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하여 이루어질 수 있다.For example, the upper layer may include one or more selected from the group consisting of W and Mo.

상기 반도체 기판은 저 저항 금속 게이트 인터커넥트(low resistive metal gate interconnects), 고 종횡비 3D 금속-절연체-금속(MIM) 커패시터(high aspect ratio 3D metal-insulator-metal capacitor), DRAM 트렌치 커패시터(DRAM trench capacitor), 3D 게이트-올-어라운드(GAA; Gate-All-Around), 또는 3D NAND 플래시메모리일 수 있다. The semiconductor substrate includes low resistive metal gate interconnects, high aspect ratio 3D metal-insulator-metal capacitors, and DRAM trench capacitors. , 3D Gate-All-Around (GAA), or 3D NAND flash memory.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예 및 도면을 제시하나, 하기 실시예 및 도면은 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred embodiments and drawings are presented to aid understanding of the present invention. However, the following examples and drawings are merely illustrative of the present invention, and various changes and modifications are possible within the scope and technical spirit of the present invention. It is obvious that such changes and modifications fall within the scope of the appended patent claims.

[실시예][Example]

<시험예1><Test Example 1>

실시예 1 내지 4, 비교예 1, 참고예 1 내지 2Examples 1 to 4, Comparative Example 1, Reference Examples 1 to 2

실험을 위해 dielectric constant 값이 15 이하인 용매 중 하기 화학식 4-1로 표시되는 화합물 (d : 1.9 at 25℃), 하기 화학식 4-2로 표시되는 화합물 (d : 3.2 at 25℃), 하기 화학식 4-3으로 표시되는 화합물(d : 7.6 at 25℃), 하기 화학식 4-4로 표시되는 화합물 (d : 10.7 at 25℃), 하기 화학식 4-5로 표시되는 화합물 (d : 16.7 at 25℃), 하기 화학식 4-6으로 표시되는 화합물 (d : 24.6 at 25℃), 하기 화학식 4-7로 표시되는 화합물(d : 36.7 at 25℃), 을 전술한 화학식 1-1, 1-4, 1-7로 표시되는 화합물과 각각 1:1 mole 비로 혼합하고 1H-NMR 을 통해 신규 불순물 peak 여부를 통해 반응성 정도를 확인하였다.For the experiment, among solvents with a dielectric constant value of 15 or less, a compound represented by the following formula 4-1 (d: 1.9 at 25℃), a compound represented by the following formula 4-2 (d: 3.2 at 25℃), and the following formula 4 A compound represented by -3 (d: 7.6 at 25°C), a compound represented by the following formula 4-4 (d: 10.7 at 25°C), a compound represented by the following formula 4-5 (d: 16.7 at 25°C) , a compound represented by the following formula 4-6 (d: 24.6 at 25°C), a compound represented by the following formula 4-7 (d: 36.7 at 25°C), and the above-mentioned formulas 1-1, 1-4, and 1. It was mixed with the compound represented by -7 at a 1:1 mole ratio, and the degree of reactivity was confirmed through 1 H-NMR to determine whether new impurity peaks were present.

[화학식 4-1][Formula 4-1]

[화학식 4-2][Formula 4-2]

[화학식 4-3][Formula 4-3]

[화학식 4-4][Formula 4-4]

[화학식 4-5][Formula 4-5]

[화학식 4-6][Formula 4-6]

[화학식 4-7][Formula 4-7]

[화학식 1-1] [Formula 1-1]

[화학식 1-4] [Formula 1-4]

[화학식 1-7][Formula 1-7]

얻어진 결과는 하기 표 1 및 하기 도 1 내지 3에 정리하였다. 여기서 신규 불순물 peak가 관찰되는 경우에는 반응성이 있는 것으로 보아 O로 표시하였고, 신규 불순물 peak가 관찰되지 않는 경우에는 반응성이 없는 것으로 보아 X로 표시하였다. The obtained results are summarized in Table 1 below and Figures 1 to 3 below. Here, if a new impurity peak was observed, it was considered reactive and was marked as O, and if a new impurity peak was not observed, it was marked as X, meaning it was not reactive.

액상 할로겐 화합물
비극성 용제
Liquid halogenated compounds
non-polar solvent
화학식 1-1Formula 1-1 화학식 1-4Formula 1-4 화학식 1-7Formula 1-7
화학식 4-1(실시예 1)Formula 4-1 (Example 1) XX XX XX 화학식 4-2(실시예 2)Formula 4-2 (Example 2) XX XX XX 화학식 4-3(실시예 3)Formula 4-3 (Example 3) XX XX XX 화학식 4-4(실시예 4)Formula 4-4 (Example 4) XX XX XX 화학식 4-5(참고예 1)Formula 4-5 (Reference Example 1) OO OO XX 화학식 4-6(참고예 2)Formula 4-6 (Reference Example 2) OO OO XX 화학식 4-7(비교예 1)Formula 4-7 (Comparative Example 1) OO OO OO

상기 표 1 및 하기 도 1 내지 3에서 보듯이, 유전상수가 15 이하인 화학식 4-1, 4-2, 4-3, 4-4로 표시되는 화합물을 배합한 실시예 1 내지 4의 경우에는 액상 할로겐 화합물의 종류와 무관하게 반응성이 없는 것으로 관찰되어 증착 공정을 개선하는데 효과적일 것으로 판단된다. As shown in Table 1 and Figures 1 to 3 below, in the case of Examples 1 to 4 in which compounds represented by formulas 4-1, 4-2, 4-3, and 4-4 with a dielectric constant of 15 or less were mixed, the liquid It was observed to be non-reactive regardless of the type of halogen compound, so it is believed to be effective in improving the deposition process.

한편, 유전상수가 15를 다소 초과하는 화학식 4-5로 표시되는 화합물을 배합한 참고예 1의 경우에는 아이오도시클로펜테인의 경우 반응성을 갖지 않는 것으로 관찰되어 액상 할로겐 화합물의 종류에 따라 증착 공정을 개선하는데 적절할 것으로 판단된다.Meanwhile, in the case of Reference Example 1, in which a compound represented by Chemical Formula 4-5 with a dielectric constant slightly exceeding 15 was mixed, it was observed that iodocyclopentane was not reactive, so the deposition process was carried out depending on the type of liquid halogen compound. It is judged to be appropriate for improving.

한편, 유전상수가 15를 조금 더 초과하는 화학식 4-6으로 표시되는 화합물을 배합한 참고예 2 또한 아이오도시클로펜테인의 경우 반응성을 갖지 않는 것으로 관찰되어 액상 할로겐 화합물의 종류에 따라 증착 공정을 개선하는데 적절할 것으로 판단된다.Meanwhile, Reference Example 2, which combines a compound represented by Chemical Formula 4-6 with a dielectric constant slightly exceeding 15, was also observed to have no reactivity in the case of iodocyclopentane, so the deposition process was carried out depending on the type of liquid halogen compound. It is judged to be appropriate for improvement.

반면, 유전상수가 25를 훨씬 초과하는 화학식 4-7로 표시되는 화합물을 배합한 비교예 1의 경우에는 액상 할로겐 화합물의 종류와 무관하게 반응성을 갖는 것으로 관찰되어 증착 공정을 개선하는데 적절하지 않을 것으로 판단된다.On the other hand, in the case of Comparative Example 1, which blended the compound represented by Chemical Formula 4-7 with a dielectric constant far exceeding 25, it was observed to have reactivity regardless of the type of liquid halogen compound, so it would not be suitable for improving the deposition process. It is judged.

<시험예2><Test Example 2>

상기 표 1에 나타낸 성분들과 공정을 사용하여 ALD 증착 공정을 수행하였다. An ALD deposition process was performed using the components and process shown in Table 1 above.

구체적으로, 하기 표 1에서 비교예 1-1의 SiN 증착을 위해 Hexachlorodisilane (HCDS) 전구체를 활용하였고, canister heating 온도는 35℃, N2 carrier 유량은 40 sccm 의 3초 주입조건이고, NH3 유량은 1000 sccm 30초 주입, N2 purge 유량은 1000 sccm 12초 주입 조건으로 하여, 100~150 cycle 반복한다. Specifically, in Table 1 below, a hexachlorodisilane (HCDS) precursor was used for SiN deposition in Comparative Example 1-1, the canister heating temperature was 35°C, the N2 carrier flow rate was 40 sccm for 3 seconds, and the NH3 flow rate was 1000. Inject sccm for 30 seconds, N2 purge flow rate is 1000 sccm for 12 seconds, and repeat 100~150 cycles.

이때 canister heaing 온도는 50℃ 조건에서 N2 carrier 유량을 100 sccm 3초 주입조건을 유지하였다. 또한, 전술한 화학식 1-1, 1-4, 1-7로 표시되는 물질을 각각 별도로 3초간 주입하는 공정을 사용하여 100~150 cycle 반복한다.At this time, the canister heating temperature was maintained at 50°C and the N2 carrier flow rate was 100 sccm for 3 seconds. In addition, the process of injecting the substances represented by the above-mentioned formulas 1-1, 1-4, and 1-7 separately for 3 seconds is repeated for 100 to 150 cycles.

구체적으로, 상기 화학식 1-1, 1-4, 1-7로 표시되는 물질은 각각 하기 화학식 4-1 내지 4-6으로 표시되는 유기용제 중에서 상기 표 1에 나타낸 조성으로 1:1 mole 비로 혼합하여 liquid delievery system (LDS) 을 활용하였다. Specifically, the substances represented by the formulas 1-1, 1-4, and 1-7 are mixed in an organic solvent represented by the formulas 4-1 to 4-6, respectively, at a 1:1 mole ratio with the composition shown in Table 1. Therefore, the liquid delivery system (LDS) was utilized.

상기 실시예 1 내지 4, 비교예 1, 참고예 1 내지 2에서 수득된 박막은 ellipsometry 광학분석을 통해 10nm SiN 박막의 두께를 분석하였다. The thickness of the 10nm SiN thin film of the thin films obtained in Examples 1 to 4, Comparative Example 1, and Reference Examples 1 to 2 was analyzed through ellipsometry optical analysis.

또한, 상기 실시예 1 내지 4, 비교예 1, 참고예 1 내지 2에서 수득된 박막은 10 nm 두께로 성막된 SiN 박막을 ellipsometry 광학분석 fitting을 통해 두께를 측정하여 얻어진 두께를 전체 ALD cycle로 나누어 cycle 당 두께의 증착속도(Å/cycle)를 측정하였다. In addition, the thin films obtained in Examples 1 to 4, Comparative Examples 1, and Reference Examples 1 to 2 were obtained by measuring the thickness of a SiN thin film formed to a thickness of 10 nm through an ellipsometry optical analysis fitting and dividing the obtained thickness by the total ALD cycle. The thickness deposition rate per cycle (Å/cycle) was measured.

그 결과, 비교예 1 대비하여, 실시예 1 내지 4의 경우에 증착 속도가 20% 이상 저감된 것을 확인하였다. 반면 참고예 1 내지 2의 경우에는 사용하는 화학식 1-7로 표시되는 화합물을 사용한 경우에만 증착 속도가 20% 이상 저감된 것으로 확인되었다. As a result, it was confirmed that the deposition rate was reduced by more than 20% in Examples 1 to 4 compared to Comparative Example 1. On the other hand, in the case of Reference Examples 1 and 2, it was confirmed that the deposition rate was reduced by more than 20% only when the compound represented by Chemical Formula 1-7 was used.

Claims (14)

1 torr (25℃) 이상의 증기압을 갖는 액상 할로겐 화합물; 및
유전상수(dielectric constant)가 25 이하인 비극성 용제를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 개질 조성물.
Liquid halogen compounds having a vapor pressure of 1 torr (25°C) or more; and
A thin film modified composition comprising a non-polar solvent having a dielectric constant of 25 or less.
제1항에 있어서,
상기 액상 할로겐 화합물은 탄소수 1 내지 10의 알킬 할라이드인 것을 특징으로 하는 박막 개질 조성물.
According to paragraph 1,
A thin film modified composition, wherein the liquid halogen compound is an alkyl halide having 1 to 10 carbon atoms.
제1항에 있어서,
상기 액상 할로겐 화합물은 굴절률이 1.40 내지 1.60인 것을 특징으로 하는 박막 개질 조성물.
According to paragraph 1,
A thin film modified composition, wherein the liquid halogen compound has a refractive index of 1.40 to 1.60.
제1항에 있어서,
상기 액상 할로겐 화합물은 상기 박막이 증착막인 경우 하기 화학식 1-1 내지 1-9로 표시되는 화합물을 포함하고, 상기 박막이 식각막인 경우 하기 화학식 2-1 내지 2-3으로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 개질 조성물.
[화학식 1-1 내지 1-9]
, , , , , , , ,
[화학식 2-1 내지 2-3]
, ,
According to paragraph 1,
The liquid halogen compound includes compounds represented by the following formulas 1-1 to 1-9 when the thin film is a deposited film, and includes compounds represented by the following formulas 2-1 to 2-3 when the thin film is an etched film. A thin film modified composition characterized in that.
[Formula 1-1 to 1-9]
, , , , , , , ,
[Formula 2-1 to 2-3]
, ,
제1항에 있어서,
상기 유전상수(dielectric constant)가 25 이하인 비극성 용제는 탄화수소계 용제, 할로겐계 용제, 헤테로고리 포함 용제, 또는 알코올계 용제인 것을 특징으로 하는 진공 기반 박막 개질 조성물.
According to paragraph 1,
A vacuum-based thin film modified composition, wherein the non-polar solvent having a dielectric constant of 25 or less is a hydrocarbon-based solvent, a halogen-based solvent, a heterocycle-containing solvent, or an alcohol-based solvent.
제5항에 있어서,
상기 유전상수(dielectric constant)가 25 이하인 비극성 용제는 옥테인, 1,2-디클로로에탄, 디메틸에틸 아민, 테트라하이드로퓨란, N,N 디메틸포름아미드, 이소부틸 알코올 및 에틸 알코올 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 진공 기반 박막 개질 조성물.
According to clause 5,
The nonpolar solvent having a dielectric constant of 25 or less is one or more selected from octane, 1,2-dichloroethane, dimethylethyl amine, tetrahydrofuran, N,N dimethylformamide, isobutyl alcohol, and ethyl alcohol. Characterized by a vacuum-based thin film modified composition.
챔버 내에 로딩(loading)된 기판의 표면을 제1항의 박막 개질 조성물로 처리하는 단계; 및
전구체 화합물과 반응 가스를 챔버 내로 순차 주입하고 20 내지 800 ℃ 및 760 torr 미만의 진공상태에서 상기 기판에 진공 기반 증착 박막을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 반응 가스는 산화제 또는 환원제인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
Treating the surface of the substrate loaded in the chamber with the thin film modification composition of claim 1; and
It includes sequentially injecting a precursor compound and a reaction gas into the chamber and forming a vacuum-based deposition thin film on the substrate in a vacuum of 20 to 800 ° C. and less than 760 torr,
A method of forming a thin film, wherein the reaction gas is an oxidizing agent or a reducing agent.
챔버 내에 로딩(loading)된 기판의 표면을 제1항의 박막 개질 조성물로 처리하는 단계; 및
식각 물질을 챔버 내로 주입하여 기판에 진공 기반 식각막을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 식각 물질은 Cl2, CCl4, CF2Cl2, CF3Cl, CF4, CHF3, C2F6, SF6, BCl3, Br2, 및 CF3Br 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
Treating the surface of the substrate loaded in the chamber with the thin film modification composition of claim 1; and
Including the step of injecting an etch material into the chamber to form a vacuum-based etch film on the substrate,
A method of forming a thin film, wherein the etching material is one or more selected from Cl2, CCl4, CF2Cl2, CF3Cl, CF4, CHF3, C2F6, SF6, BCl3, Br2, and CF3Br.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 챔버는 ALD 챔버, CVD 챔버, PEALD 챔버 또는 PECVD 챔버인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
According to clause 7 or 8,
A method of forming a thin film, characterized in that the chamber is an ALD chamber, a CVD chamber, a PEALD chamber, or a PECVD chamber.
제9항에 있어서,
상기 박막 개질 조성물과 전구체 화합물은 VFC 방식, DLI 방식 또는 LDS 방식으로 챔버 내로 이송되며, 상기 주입라인의 히팅(heating) 온도는 기판에 25 내지 200 ℃인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
According to clause 9,
The thin film modification composition and the precursor compound are transferred into the chamber by VFC method, DLI method, or LDS method, and the heating temperature of the injection line is 25 to 200 ℃ of the substrate.
제8항에 있어서,
상기 식각 물질은 Ar, H2, 또는 O2와 혼합하여 사용되는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
According to clause 8,
A method of forming a thin film, characterized in that the etching material is used in mixture with Ar, H2, or O2.
제7항 또는 제8항에 따른 박막 형성 방법으로 제조된 박막을 포함함을 특징으로 하는 반도체 기판. A semiconductor substrate comprising a thin film manufactured by the thin film forming method according to claim 7 or 8. 제12항에 있어서,
상기 박막은 2층 또는 3층 이상의 다층 구조인 것을 특징으로 하는 반도체 기판.
According to clause 12,
A semiconductor substrate, characterized in that the thin film has a multi-layer structure of two or three layers or more.
제12항의 반도체 기판을 포함하는 반도체 소자.
A semiconductor device comprising the semiconductor substrate of claim 12.
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