KR102202089B1 - Method of fabricating nitride film - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원자층 증착법을 이용하여 막질을 안정적으로 유지하면서 압축 응력을 용이하게 조절할 수 있는 질화막의 제조방법에 관한 것으로서, 챔버 내에 배치된 기판 상에 소스가스를 제공하여 상기 기판 상에 상기 소스가스의 적어도 일부가 흡착되는 제 1 단계, 상기 기판 상에 제 1 퍼지가스를 제공하는 제 2 단계, 상기 기판 상에 질소가스(N2)를 포함하는 응력조절가스와 상기 질소가스(N2) 외의 질소성분(N)을 함유하는 반응가스를 플라즈마 상태로 제공하여 상기 기판 상에 단위증착막을 형성하는 제 3 단계, 상기 기판 상에 제 2 퍼지가스를 제공하는 제 4 단계, 및 상기 제 1 단계 후 상기 제 2 단계 전에, 상기 소스가스의 제공을 중단하고 상기 제 1 단계에서보다 상기 챔버 내 압력을 더 낮게 유지시키는 단계를 포함하는 단위 사이클을 적어도 1회 이상 수행함으로써 상기 기판 상에 압축 응력을 가지는 질화막을 형성한다.The present invention relates to a method of manufacturing a nitride film capable of easily controlling compressive stress while stably maintaining a film quality by using an atomic layer deposition method. The source gas is provided on the substrate by providing a source gas on a substrate disposed in a chamber. A first step in which at least a part of is adsorbed, a second step of providing a first purge gas on the substrate, a stress control gas including nitrogen gas (N 2 ) on the substrate and the nitrogen gas (N 2 ) A third step of forming a unit deposition film on the substrate by providing a reaction gas containing nitrogen component (N) in a plasma state, a fourth step of providing a second purge gas on the substrate, and after the first step Before the second step, by performing at least one unit cycle including the step of stopping the supply of the source gas and maintaining the pressure in the chamber lower than in the first step, thereby generating compressive stress on the substrate. A nitride film is formed.

Description

질화막의 제조방법{Method of fabricating nitride film}Method of fabricating nitride film {Method of fabricating nitride film}

본 발명은 질화막의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원자층 증착법을 이용한 질화막의 제조에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a nitride film, and more particularly, to a method of manufacturing a nitride film using an atomic layer deposition method.

전자 소자의 성능을 개선하는 방법에 있어서, 응력을 가지는 질화막에 의해 변형된 상부 또는 하부 재료의 전기 특성을 변화시키는 방법이 있다. 예를 들어, CMOS 디바이스 제조에 있어서, 국부적인 격자 변형이 트랜지스터의 채널 영역에 발생되도록, 압축 응력(compressive stress)을 가지는 질화막이 PMOS 영역들 상에 형성될 수 있다. 이 경우, 증착된 질화물에서 생성된 응력의 수준을 소정의 범위 내에서 제어하는 것이 필요하다. 그러나, 알려진 질화물의 제조방법에서는 질화물의 막질을 안정적으로 유지하면서 동시에 질화물의 응력 수준을 적절하게 제어하는 것이 용이하지 않다는 문제점을 가진다. In a method of improving the performance of an electronic device, there is a method of changing the electrical properties of an upper or lower material deformed by a nitride film having stress. For example, in CMOS device fabrication, a nitride film having a compressive stress may be formed on the PMOS regions so that a local lattice strain occurs in the channel region of the transistor. In this case, it is necessary to control the level of stress generated in the deposited nitride within a predetermined range. However, a known method for producing nitride has a problem in that it is not easy to properly control the stress level of the nitride while stably maintaining the film quality of the nitride.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 양호한 막질을 유지하면서 소정의 압축 응력을 가지는 질화막의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention has been made to solve various problems including the above problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a nitride film having a predetermined compressive stress while maintaining good film quality. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 질화막의 제조방법이 제공된다. 상기 질화막의 제조방법에서는 챔버 내에 배치된 기판 상에 소스가스를 제공하여 상기 기판 상에 상기 소스가스의 적어도 일부가 흡착되는 제 1 단계; 상기 기판 상에 제 1 퍼지가스를 제공하는 제 2 단계; 상기 기판 상에 질소가스(N2)를 포함하는 응력조절가스와 상기 질소가스(N2) 외의 질소성분(N)을 함유하는 반응가스를 플라즈마 상태로 제공하여 상기 기판 상에 단위증착막을 형성하는 제 3 단계; 상기 기판 상에 제 2 퍼지가스를 제공하는 제 4 단계; 및 상기 제 1 단계 후 상기 제 2 단계 전에, 상기 소스가스의 제공을 중단하고 상기 제 1 단계에서보다 상기 챔버 내 압력을 더 낮게 유지시키는 단계;를 포함하는 단위 사이클을 적어도 1회 이상 수행함으로써 상기 기판 상에 압축 응력을 가지는 질화막을 형성한다. A method of manufacturing a nitride film according to an aspect of the present invention for solving the above problems is provided. In the method of manufacturing the nitride film, a first step of providing a source gas on a substrate disposed in a chamber to adsorb at least a portion of the source gas on the substrate; A second step of providing a first purge gas on the substrate; To provide a reaction gas containing nitrogen (N) outside the stress control gas and the nitrogen gas (N 2) having a nitrogen gas (N 2) on the substrate to a plasma state to form a unit deposition film on the substrate The third step; A fourth step of providing a second purge gas on the substrate; And stopping the supply of the source gas and maintaining the pressure in the chamber lower than that in the first step, after the first step and before the second step, by performing at least one unit cycle including A nitride film having compressive stress is formed on the substrate.

상기 질화막의 제조방법에서, 상기 제 1 단계에서보다 상기 챔버 내 압력을 더 낮게 유지시키는 단계는 상기 소스가스의 제공을 중단하되 상기 챔버 내 펌핑을 수행함으로써 구현될 수 있다. 나아가, 상기 펌핑은 상기 단위사이클 내내 상시 수행될 수 있다. In the method of manufacturing the nitride film, the step of maintaining the pressure in the chamber lower than in the first step may be implemented by stopping the supply of the source gas and performing pumping in the chamber. Furthermore, the pumping may be performed at all times throughout the unit cycle.

상기 질화막의 제조방법에서, 상기 단위사이클은 상기 제 3 단계 후 상기 제 4 단계 전에, 상기 응력조절가스 및 상기 반응가스의 제공을 중단하고 상기 제 3 단계에서보다 상기 챔버 내 압력을 더 낮게 유지시키는 단계;를 포함할 수 있다. In the method of manufacturing the nitride film, in the unit cycle, after the third step and before the fourth step, the provision of the stress control gas and the reaction gas is stopped, and the pressure in the chamber is kept lower than in the third step. Step; may include.

상기 질화막의 제조방법에서, 상기 제 3 단계에서보다 상기 챔버 내 압력을 더 낮게 유지시키는 단계는 상기 응력조절가스 및 상기 반응가스의 제공을 중단하되 상기 챔버 내 펌핑을 수행함으로써 구현될 수 있다. 나아가, 상기 펌핑은 상기 단위사이클 내내 상시 수행될 수 있다. In the method of manufacturing the nitride film, the step of maintaining the pressure in the chamber lower than in the third step may be implemented by stopping the supply of the stress control gas and the reaction gas, but performing pumping in the chamber. Furthermore, the pumping may be performed at all times throughout the unit cycle.

상기 질화막의 제조방법은, 상기 질화막의 요구되는 압축 응력이 클수록 상기 제 3 단계에서 상기 기판 상에 제공되는 상기 질소가스(N2)의 양을 늘리도록 수행할 수 있다. The method of manufacturing the nitride film may be performed to increase the amount of the nitrogen gas N 2 provided on the substrate in the third step as the required compressive stress of the nitride film increases.

상기 질화막의 제조방법에서, 상기 응력조절가스는 불활성가스 및 아르곤가스(Ar)의 혼합가스를 포함할 수 있다. 상기 불활성가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 나아가, 상기 제 3 단계에서 상기 질화막의 요구되는 압축 응력이 클수록 상기 기판 상에 제공되는 상기 불활성가스에 대한 상기 질소가스(N2)의 상대적 비율을 높이도록 수행할 수 있다.In the method of manufacturing the nitride film, the stress control gas may include a mixed gas of an inert gas and argon gas (Ar). The inert gas may include at least one of helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), and radon (Rn). Further, as the required compressive stress of the nitride layer increases in the third step, the relative ratio of the nitrogen gas N 2 to the inert gas provided on the substrate may be increased.

상기 질화막의 제조방법은, 상기 제 3 단계에서 상기 질화막의 압축 응력을 추가적으로 조절하기 위해서 상기 플라즈마를 형성하기 위해 인가되는 전원의 파워 또는 주파수를 조절할 수 있다. In the method of manufacturing the nitride film, in the third step, in order to additionally control the compressive stress of the nitride film, the power or frequency of the power applied to form the plasma may be adjusted.

상기 질화막의 제조방법에서, 상기 플라즈마는 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 방식 또는 리모트 플라즈마(remote plasma) 방식에 의하여 형성될 수 있다. In the method of manufacturing the nitride film, the plasma may be formed by a direct plasma method or a remote plasma method.

상기 질화막의 제조방법에서, 상기 플라즈마는 상기 기판 상에 배치된 샤워헤드 내에 형성되어 상기 기판 상으로 제공될 수 있다. In the method of manufacturing the nitride film, the plasma may be formed in a showerhead disposed on the substrate and provided on the substrate.

상기 질화막의 제조방법에서, 상기 제 1 퍼지가스 또는 상기 제 2 퍼지가스가 상기 제 1 단계 내지 상기 제 4 단계에서 지속적으로 공급될 수 있다. In the method of manufacturing the nitride film, the first purge gas or the second purge gas may be continuously supplied in the first to fourth steps.

상기 질화막의 제조방법에서, 상기 제 1 퍼지가스 및 상기 제 2 퍼지가스 중 적어도 어느 하나는 질소가스 또는 불활성가스일 수 있다. 또는, 상기 제 1 퍼지가스 및 상기 제 2 퍼지가스 중 적어도 어느 하나는 질소가스와 불활성가스로 이루어진 혼합가스일 수 있다. 나아가, 질소가스(N2)를 포함하는 상기 응력조절가스는 상기 제 1 퍼지가스 및 상기 제 2 퍼지가스 중 적어도 어느 하나와 동종의 물질로 구성된 가스일 수 있다. 상기 불활성가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. In the method of manufacturing the nitride film, at least one of the first purge gas and the second purge gas may be nitrogen gas or an inert gas. Alternatively, at least one of the first purge gas and the second purge gas may be a mixed gas consisting of nitrogen gas and an inert gas. Further, the stress control gas including nitrogen gas (N 2 ) may be a gas composed of a material of the same kind as at least one of the first purge gas and the second purge gas. The inert gas may include at least one of helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), and radon (Rn).

상기 질화막의 제조방법에서, 상기 단위 사이클은, 상기 단위증착막 상에 제 2 응력조절가스를 플라즈마 상태로 제공하는 제 5 단계; 및 상기 기판 상에 제 3 퍼지가스를 제공하는 제 6 단계;를 더 포함할 수 있다. In the method of manufacturing the nitride film, the unit cycle includes: a fifth step of providing a second stress control gas on the unit deposition film in a plasma state; And a sixth step of providing a third purge gas on the substrate.

상기 질화막의 제조방법에서, 상기 제 2 응력조절가스는 질소가스(N2)를 포함할 수 있거나, 상기 제 2 응력조절가스는 불활성가스 및 질소가스(N2)의 혼합가스를 포함할 수 있다. 상기 불활성가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. In the method of manufacturing the nitride film, the second stress control gas may include nitrogen gas (N 2 ), or the second stress control gas may include a mixed gas of an inert gas and nitrogen gas (N 2 ). . The inert gas may include at least one of helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), and radon (Rn).

상기 질화막의 제조방법에서, 상기 제 1 퍼지가스, 상기 제 2 퍼지가스 또는 상기 제 3 퍼지가스가 상기 제 1 단계 내지 상기 제 6 단계에서 지속적으로 공급될 수 있다. In the method of manufacturing the nitride film, the first purge gas, the second purge gas, or the third purge gas may be continuously supplied in the first to sixth steps.

상기 질화막의 제조방법에서, 상기 제 1 퍼지가스, 상기 제 2 퍼지가스 및 상기 제 3 퍼지가스 중 적어도 어느 하나는 질소가스 또는 불활성가스일 수 있다. 상기 불활성가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. In the method of manufacturing the nitride film, at least one of the first purge gas, the second purge gas, and the third purge gas may be nitrogen gas or an inert gas. The inert gas may include at least one of helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), and radon (Rn).

상기 질화막의 제조방법에서, 상기 제 1 퍼지가스, 상기 제 2 퍼지가스 및 상기 제 3 퍼지가스 중 적어도 어느 하나는 질소가스와 불활성가스로 이루어진 혼합가스일 수 있다. 상기 불활성가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. In the method of manufacturing the nitride film, at least one of the first purge gas, the second purge gas, and the third purge gas may be a mixed gas consisting of nitrogen gas and an inert gas. The inert gas may include at least one of helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), and radon (Rn).

상기 질화막의 제조방법에서, 상기 응력조절가스는 상기 제 1 퍼지가스, 상기 제 2 퍼지가스 및 상기 제 3 퍼지가스 중 적어도 어느 하나와 동종의 물질로 구성된 가스일 수 있다. In the method of manufacturing the nitride film, the stress control gas may be a gas composed of a material identical to at least one of the first purge gas, the second purge gas, and the third purge gas.

상기 질화막의 제조방법에서, 상기 질소성분(N)을 함유하는 반응가스는 암모니아(NH3)가스를 포함할 수 있다.In the method of manufacturing the nitride film, the reaction gas containing the nitrogen component (N) may include ammonia (NH 3 ) gas.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 질화물의 막질을 안정적으로 유지하면서 질화물의 응력 수준을 적절하게 제어할 수 있는 질화물의 제조방법을 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to some embodiments of the present invention made as described above, it is possible to provide a method of manufacturing a nitride capable of appropriately controlling the stress level of the nitride while stably maintaining the film quality of the nitride. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 기술적 사상에 따른 질화막의 제조방법에서 원자층 증착법의 단위 사이클을 도해하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화막의 제조방법에서 단위 사이클 동안 기판이 시간에 따라 거치는 일련의 프로세스들을 좌측에서 우측으로 순차적으로 도시한 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화막의 제조방법에서 단위 사이클 동안 기판이 시간에 따라 거치는 일련의 프로세스들을 좌측에서 우측으로 순차적으로 도시한 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 다른 기술적 사상에 따른 질화막의 제조방법에서 원자층 증착법의 단위 사이클을 도해하는 순서도이다.
1 is a flow chart illustrating a unit cycle of an atomic layer deposition method in a method of manufacturing a nitride film according to the technical idea of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a series of processes sequentially from left to right, which a substrate passes over time during a unit cycle in a method of manufacturing a nitride film according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a series of processes sequentially from left to right by a substrate over time during a unit cycle in a method of manufacturing a nitride film according to another embodiment of the present invention.
4 is a flow chart illustrating a unit cycle of an atomic layer deposition method in a method of manufacturing a nitride film according to another technical idea of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 예시적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판 등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 상기 다른 구성요소 "상에" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. Throughout the specification, when referring to that one component such as a film, region, or substrate is positioned "on" another component, the one component directly contacts "on" the other component, or It can be interpreted that there may be other components interposed therebetween. On the other hand, when it is mentioned that one component is positioned "directly on" another component, it is interpreted that there are no other components interposed therebetween.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것일 수 있다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings schematically showing ideal embodiments of the present invention. In the drawings, for example, depending on manufacturing techniques and/or tolerances, variations of the illustrated shape can be expected. Accordingly, the embodiments of the inventive concept should not be construed as being limited to the specific shape of the region shown in the present specification, but should include, for example, a change in shape caused by manufacturing. In addition, in the drawings, the thickness or size of each layer may be exaggerated for convenience and clarity of description. Identical symbols refer to the same elements.

본원에서 언급하는 플라즈마는 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 방식 또는 리모트 플라즈마(remote plasma) 방식에 의하여 형성될 수 있다. The plasma referred to herein may be formed by a direct plasma method or a remote plasma method.

상기 다이렉트 플라즈마 방식은, 예를 들어, 반응가스, 응력조절가스 및/또는 후처리가스를 전극과 기판 사이의 처리공간에 공급하고 고주파 전력을 인가함으로써, 상기 반응가스, 응력조절가스 및/또는 후처리가스의 플라즈마가 챔버 내부의 상기 처리공간에서 직접 형성되는 방식을 포함한다.In the direct plasma method, for example, by supplying a reaction gas, a stress control gas and/or a post-processing gas to a processing space between an electrode and a substrate and applying high-frequency power, the reaction gas, the stress control gas and/or It includes a method in which plasma of the processing gas is directly formed in the processing space inside the chamber.

상기 리모트 플라즈마 방식은, 예를 들어, 상기 반응가스, 응력조절가스 및/또는 후처리가스의 플라즈마를 리모트 플라즈마 발생기에서 활성화시켜 챔버 내부로 유입시키는 방식을 포함하며, 다이렉트 플라즈마에 비하여 전극 등의 챔버 내부 부품의 손상이 적고 파티클 발생을 저감할 수 있다는 이점을 가질 수 있다. The remote plasma method includes, for example, a method of activating plasma of the reaction gas, stress control gas, and/or post-processing gas in a remote plasma generator and introducing it into the chamber. It can have the advantage of less damage to internal components and reduction of particle generation.

한편, 이외에도, 본원에서 언급하는 플라즈마는, 기판 상에 배치된 샤워헤드 내에서 형성될 수 있다. 이 경우, 플라즈마 상태의 물질은, 예를 들어, 샤워헤드에 형성된 분사공을 통하여, 기판 상의 처리공간으로 제공될 수 있다.Meanwhile, in addition to this, the plasma referred to herein may be formed in a showerhead disposed on a substrate. In this case, the material in the plasma state may be provided to the processing space on the substrate through, for example, a spray hole formed in the showerhead.

한편, 본 명세서에서는 아르곤 가스를 불활성가스의 예시적인 가스로서 설명하고 있으나, 본 발명의 기술적 사상에서 상기 아르곤 가스는 불활성가스인 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 가스로 대체되어 이해될 수도 있다. Meanwhile, in the present specification, argon gas is described as an exemplary gas of an inert gas, but in the technical idea of the present invention, the argon gas is an inert gas such as helium (He), neon (Ne), argon (Ar), and krypton (Kr). ), xenon (Xe), and radon (Rn) may be replaced with a gas containing at least one or more.

도 1은 본 발명의 기술적 사상에 따른 질화막의 제조방법에서 원자층 증착 공정의 단위 사이클을 도해하는 순서도이다. 1 is a flow chart illustrating a unit cycle of an atomic layer deposition process in a method of manufacturing a nitride film according to the technical idea of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상에 따른 질화막의 제조방법은 제 1 단계(S110), 제 2 단계(S120), 제 3 단계(S130) 및 제 4 단계(S140)를 포함하는 단위 사이클(S100)을 적어도 1회 이상 수행함으로써 기판 상에 압축 응력을 가지는 질화막을 형성하는 방법이다. Referring to FIG. 1, a method of manufacturing a nitride film according to the technical idea of the present invention is a unit cycle including a first step (S110), a second step (S120), a third step (S130), and a fourth step (S140). This is a method of forming a nitride film having compressive stress on a substrate by performing (S100) at least once.

상기 질화막은 소소가스, 퍼지가스, 반응가스 등을 기판 상에 시분할 방식 또는 공간분할 방식으로 제공하는 원자층 증착법(ALD; Atomic Layer Deposition)에 의하여 형성된 질화막으로 이해될 수 있다. 본 발명의 기술적 사상은, 소스가스 및 반응가스 등을 기판이 배치된 챔버 내에 시간에 따라 불연속적으로 공급함으로써 증착이 구현되는 시분할 방식 뿐만 아니라, 소스가스 및 반응가스 등이 공간적으로 이격되면서 연속적으로 공급되는 시스템 내에 기판이 순차적으로 이동함으로써 증착이 구현되는 공간분할 방식에도 적용될 수 있다.The nitride film may be understood as a nitride film formed by atomic layer deposition (ALD) in which a source gas, a purge gas, a reaction gas, and the like are provided on a substrate in a time division method or a space division method. The technical idea of the present invention is not only a time-division method in which deposition is implemented by supplying a source gas and a reaction gas discontinuously with time in a chamber in which a substrate is disposed, as well as a source gas and a reaction gas, etc. It can also be applied to a space division method in which deposition is implemented by sequentially moving the substrate in the supplied system.

제 1 단계(S110)에서는 챔버 내에 배치된 기판 상에 소스가스를 제공함으로써 상기 기판 상에 상기 소스가스의 적어도 일부가 흡착될 수 있다. 상기 기판은, 예를 들어, 반도체 기판, 도전체 기판 또는 절연체 기판 등을 포함할 수 있으며, 선택적으로는, 상기 압축 응력을 가지는 질화막을 형성하기 이전에, 상기 기판 상에 임의의 패턴이나 층이 이미 형성되어 있을 수 있다. 상기 흡착은 원자층 증착법에서 널리 알려진 화학적 흡착(Chemical Adsorption)을 포함할 수 있다. In the first step (S110), at least a part of the source gas may be adsorbed on the substrate by providing the source gas on the substrate disposed in the chamber. The substrate may include, for example, a semiconductor substrate, a conductor substrate, an insulator substrate, and the like, and optionally, prior to forming the nitride film having the compressive stress, an arbitrary pattern or layer is formed on the substrate. It may already be formed. The adsorption may include chemical adsorption, which is widely known in atomic layer deposition.

상기 소스가스는 형성하고자 하는 질화막의 종류에 따라 적절하게 선택될 수 있다. The source gas may be appropriately selected according to the type of nitride film to be formed.

예를 들어, 형성하고자 하는 질화막이 실리콘 질화막인 경우, 상기 소스가스는 실란, 디실란, 트리메틸시릴(TMS), 트리스(디메틸아미노)실란(TDMAS), 비스(3차-부틸아미노)실란(BTBAS) 및 디클로로실란(DCS)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.For example, when the nitride film to be formed is a silicon nitride film, the source gas is silane, disilane, trimethylsilyl (TMS), tris (dimethylamino) silane (TDMAS), bis (tertiary-butylamino) silane (BTBAS). ) And at least one selected from the group consisting of dichlorosilane (DCS).

또한, 예를 들어, 형성하고자 하는 질화막이 티타늄 질화막인 경우, 상기 소스가스는 TDMAT(Tetrakis(dimethylamino) titanium), TEMAT(Tetrakis (ethylmethylamino) titanium) 및 TDETAT(Tetrakis (diethylamino) titanium)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In addition, for example, when the nitride film to be formed is a titanium nitride film, the source gas is from the group consisting of TDMAT (Tetrakis (dimethylamino) titanium), TEMAT (Tetrakis (ethylmethylamino) titanium), and TDETAT (Tetrakis (diethylamino) titanium). It may include at least one selected.

또한, 예를 들어, 형성하고자 하는 질화막이 탄탈륨 질화막인 경우, 상기 소스가스는 Ta[N(CH3)2]5, Ta[N(C2H5)2]5, Ta(OC2H5)5 및 Ta(OCH3)5로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In addition, for example, when the nitride film to be formed is a tantalum nitride film, the source gas is Ta[N(CH 3 ) 2 ] 5 , Ta[N(C 2 H 5 ) 2 ] 5 , Ta(OC 2 H 5) ) 5 and Ta (OCH 3 ) 5 may include at least one selected from the group consisting of.

물론, 상술한 질화막과 소스가스의 종류는 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상이 이러한 예시적인 물질의 종류에 한정되는 것은 아니다. Of course, the types of the nitride film and the source gas described above are exemplary, and the technical idea of the present invention is not limited to these exemplary types of materials.

제 2 단계(S120)에서는 상기 기판 상에 제 1 퍼지가스를 제공할 수 있다. 제 1 퍼지가스는 상기 소스가스 중에서 상기 기판 상에 흡착된 부분을 제외한 나머지의 적어도 일부를 상기 기판으로부터 제거할 수 있다. In the second step (S120 ), a first purge gas may be provided on the substrate. The first purge gas may remove at least a portion of the source gas except for a portion adsorbed on the substrate from the substrate.

즉, 제 2 단계(S120)에서는 상기 기판 상에 흡착되지 않은 상기 소스가스가 제 1 퍼지가스에 의하여 퍼징(purging)될 수 있다. 상기 제 1 퍼지가스는 질소가스이거나, 불활성가스이거나, 또는 질소가스와 불활성가스로 이루어진 혼합가스일 수 있다. 상기 불활성가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. That is, in the second step S120, the source gas not adsorbed on the substrate may be purged by the first purge gas. The first purge gas may be nitrogen gas, inert gas, or a mixed gas consisting of nitrogen gas and inert gas. The inert gas may include at least one of helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), and radon (Rn).

상기 단위사이클은 제 1 단계(S110) 후 제 2 단계(S120) 전에, 상기 소스가스의 제공을 중단하고 상기 제 1 단계에서보다 상기 챔버 내 압력을 더 낮게 유지시키는 단계(S115)를 포함한다. 상기 단계(S115)에서의 챔버 내 압력은 제 1 단계(S110)에서의 챔버 내 압력보다, 예컨대, 10% 내지 90% 만큼 더 낮을 수 있다.The unit cycle includes a step (S115) of stopping the supply of the source gas and maintaining a lower pressure in the chamber than in the first step (S115) after the first step (S110) and before the second step (S120). The pressure in the chamber in the step S115 may be lower than the pressure in the chamber in the first step S110, for example, by 10% to 90%.

상기 단계(S115)를 제 1 단계(S110)와 제 2 단계(S120) 사이에 도입함으로써, 기판 상에 흡착되지 않고 남은 상기 소스가스의 잔류물이 더 효과적으로 제거될 수 있으며 이에 의하여 상대적으로 우수한 양질의 질화물이 증착될 수 있다. 특히, 질화물이 증착되는 기판 상의 구조물이 종횡비가 큰 단차구조물인 경우 상기 단계(S115)에 의한 질화물 증착 도포율(step coverage) 개선 효과는 더욱 두드러질 수 있다.By introducing the step (S115) between the first step (S110) and the second step (S120), the residue of the source gas remaining without being adsorbed on the substrate can be more effectively removed, thereby having relatively excellent quality The nitride of can be deposited. In particular, when the structure on the substrate on which the nitride is deposited is a stepped structure having a large aspect ratio, the effect of improving the nitride deposition step coverage by the step S115 may be more remarkable.

예를 들어, 상기 단계(S115)는 상기 소스가스의 제공을 중단하되 상기 챔버 내 펌핑(pumping)을 수행함으로써 구현될 수 있다. 더욱 구체적으로는, 상기 단계(S115)는 챔버 내 소스가스, 반응가스, 퍼지가스 및 후처리가스 등이 공급되지 않은 상태에서 펌핑만 수행되는 단계로 이해될 수 있다. For example, the step (S115) may be implemented by stopping the supply of the source gas but performing pumping in the chamber. More specifically, the step S115 may be understood as a step in which only pumping is performed in a state in which the source gas, reaction gas, purge gas, and post-processing gas in the chamber are not supplied.

한편, 상기 단계(S115)에서 수행되는 펌핑은 상기 단위사이클 내내 상시 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 챔버 내 펌핑은 단위사이클을 구성하는 제 1 단계(S110), 단계(S115), 제 2 단계(S120), 제 3 단계(S130), 제 4 단계(S140) 동안 계속 수행될 수 있다. Meanwhile, the pumping performed in step S115 may be always performed throughout the unit cycle. For example, the pumping in the chamber will be continuously performed during the first step (S110), step (S115), second step (S120), third step (S130), and fourth step (S140) constituting a unit cycle. I can.

제 3 단계(S130)에서는 질소가스(N2)를 포함하는 응력조절가스와 상기 질소가스(N2) 외의 질소성분(N)을 함유하는 반응가스를 플라즈마 상태로 상기 기판 상에 동시에 또는 순차적으로 제공함으로써 상기 기판 상에 단위증착막을 형성할 수 있다. In the step 3 (S130) to the substrate simultaneously or sequentially and the reaction gas containing nitrogen (N) outside the stress control gas and the nitrogen gas (N 2) having a nitrogen gas (N 2) into a plasma state By providing a unit deposition film on the substrate can be formed.

상기 단위증착막은 형성하고자 하는 질화막을 구성하는 박막으로서, 예를 들어, 단위 사이클(S100)을 N회(N은 1 이상의 양의 정수)만큼 반복하여 수행하는 경우 최종적으로 형성되는 상기 질화막은 N개의 상기 단위증착막으로 구성될 수 있다. The unit deposition layer is a thin film constituting the nitride layer to be formed. For example, when the unit cycle S100 is repeated N times (N is a positive integer greater than 1), the finally formed nitride layer is N It may be composed of the unit deposition film.

상기 응력조절가스는 상기 단위증착막의 응력, 즉, 최종적으로 질화막의 응력을 조절하기 위하여 제공되는 가스로서, 본 발명자는 질소가스(N2)를 포함하는 응력조절가스를 제 3 단계(S130)에서 제공하는 경우 질화막의 응력을 효과적으로 제어할 수 있음을 확인하였다. The stress control gas is a gas provided to control the stress of the unit deposition film, that is, finally the stress of the nitride film, and the present inventor provides a stress control gas including nitrogen gas (N 2 ) in the third step (S130). When provided, it was confirmed that the stress of the nitride film can be effectively controlled.

예를 들어, 상기 제 3 단계에서, 상기 기판 상에 제공되는, 상기 응력조절가스를 구성하는 질소가스(N2)의 양을 조절함으로써 상기 질화막의 압축 응력의 크기를 조절할 수 있다. 구체적으로, 상기 제 3 단계에서, 상기 기판 상에 제공되는, 상기 응력조절가스를 구성하는 질소가스(N2)의 양이 더 많을수록, 더 큰 압축 응력을 가지는 상기 질화막을 구현할 수 있음을 확인하였다.For example, in the third step, the amount of compressive stress of the nitride film may be adjusted by adjusting the amount of nitrogen gas (N 2 ) provided on the substrate and constituting the stress control gas. Specifically, in the third step, it was confirmed that the greater the amount of nitrogen gas (N 2 ) provided on the substrate and constituting the stress control gas, the greater the compressive stress can be implemented. .

질소가스(N2)는 비극성 공유결합을 가지며, 비극성 공유결합으로 존재할 때 안정성을 가지는 반면에, 예를 들어, 상기 제 3단계(S130)에서는 플라즈마에 의해 질소가스(N2)가 N2 + 및/또는 N+ 등의 형태로 이온화 된다. 이때 N2 + 및/또는 N+의 이온화 에너지는 매우 크며, 보다 안정한 형태로 존재하기 위해, 예를 들어, 형성하고자 하는 질화막이 실리콘 질화막인 경우, Si-N 결합을 하게 된다. 이때 강한 이온화 에너지에 의해 Si와 강한 결합을 하게 되고, 강한 압축응력을 가지게 되는 것으로 이해된다. While nitrogen gas (N 2 ) has a non-polar covalent bond and has stability when it exists as a non-polar covalent bond, for example, in the third step (S130), nitrogen gas (N 2 ) is N 2 + And/or N + is ionized. At this time, the ionization energy of N 2 + and/or N + is very large, and in order to exist in a more stable form, for example, when the nitride film to be formed is a silicon nitride film, Si-N bonds occur. At this time, it is understood that a strong bond with Si occurs due to strong ionization energy, and a strong compressive stress occurs.

한편, 질소성분(N)을 함유하는 반응가스는 상기 기판 상에 흡착된 상기 소스가스와 화학적으로 반응하여 질화막을 구성하는 단위증착막을 구현할 수 있다. 여기에서, 상기 반응가스를 구성하는 질소성분(N)은 상기 응력조절가스를 구성하는 상기 질소가스(N2)를 제외한 질소성분을 의미한다. 예를 들어, 상기 질소성분(N)을 함유하는 반응가스는 암모니아(NH3)가스를 포함할 수 있다. Meanwhile, a reaction gas containing a nitrogen component (N) may chemically react with the source gas adsorbed on the substrate to form a unit deposition film constituting a nitride film. Here, the nitrogen component (N) constituting the reaction gas refers to a nitrogen component excluding the nitrogen gas (N 2 ) constituting the stress control gas. For example, the reaction gas containing the nitrogen component (N) may include ammonia (NH 3 ) gas.

본원에서 언급하는 플라즈마는 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 방식 또는 리모트 플라즈마(remote plasma) 방식에 의하여 형성될 수 있다. The plasma referred to herein may be formed by a direct plasma method or a remote plasma method.

상기 다이렉트 플라즈마 방식은, 예를 들어, 상기 반응가스 및 상기 응력조절가스를 전극과 기판 사이의 처리공간에 공급하고 고주파 전력을 인가함으로써, 상기 반응가스 및 상기 응력조절가스의 플라즈마가 챔버 내부의 상기 처리공간에서 직접 형성되는 방식을 포함한다.In the direct plasma method, for example, by supplying the reaction gas and the stress control gas to the processing space between the electrode and the substrate and applying high frequency power, the plasma of the reaction gas and the stress control gas is reduced to the inside of the chamber. It includes a method that is formed directly in the processing space.

상기 리모트 플라즈마 방식은, 예를 들어, 상기 반응가스 및 상기 응력조절가스의 플라즈마를 리모트 플라즈마 발생기에서 활성화시켜 챔버 내부로 유입시키는 방식을 포함하며, 다이렉트 플라즈마에 비하여 전극 등의 챔버 내부 부품의 손상이 적고 파티클 발생을 저감할 수 있다는 이점을 가질 수 있다. The remote plasma method includes, for example, a method of activating the plasma of the reaction gas and the stress control gas in a remote plasma generator and introducing it into the chamber, and damage to internal components such as electrodes is less than that of direct plasma. It can have the advantage that it is small and particle generation can be reduced.

한편, 이외에도, 본원에서 언급하는 플라즈마는, 기판 상에 배치된 샤워헤드 내에서 형성될 수 있다. 이 경우, 플라즈마 상태의 물질은, 예를 들어, 샤워헤드에 형성된 분사공을 통하여, 기판 상의 처리공간으로 제공될 수 있다. Meanwhile, in addition to this, the plasma referred to herein may be formed in a showerhead disposed on a substrate. In this case, the material in the plasma state may be provided to the processing space on the substrate through, for example, a spray hole formed in the showerhead.

제 4 단계(S140)에서는 상기 기판 상에 제 2 퍼지가스를 제공할 수 있다. 제 2 퍼지가스는, 상기 기판 상에 흡착된 소스가스와 물리적 및/또는 화학적으로 반응하고 상기 기판 상에 잔류하는, 상기 응력조절가스 및 상기 반응가스의 적어도 일부를 상기 기판으로부터 제거할 수 있다. In the fourth step (S140), a second purge gas may be provided on the substrate. The second purge gas may physically and/or chemically react with the source gas adsorbed on the substrate and remove at least a portion of the stress control gas and the reaction gas remaining on the substrate from the substrate.

즉, 제 4 단계(S140)에서는, 상기 기판 상에 흡착된 소스가스와 물리적 및/또는 화학적으로 반응하고 상기 기판 상에 잔류하는, 상기 응력조절가스 및 상기 반응가스의 적어도 일부가 제 2 퍼지가스에 의하여 퍼징(purging)될 수 있다. That is, in the fourth step (S140), at least a portion of the stress control gas and the reaction gas, which reacts physically and/or chemically with the source gas adsorbed on the substrate and remains on the substrate, is a second purge gas It can be purged by.

상기 제 2 퍼지가스는 질소가스이거나, 불활성가스이거나, 또는 질소가스와 불활성가스로 이루어진 혼합가스일 수 있다. 상기 불활성가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The second purge gas may be nitrogen gas, inert gas, or a mixed gas consisting of nitrogen gas and inert gas. The inert gas may include at least one of helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), and radon (Rn).

본 발명의 기술적 사상은 원자층 증착법에 의하여 질화막을 형성하는 공정에서 질화막의 응력을 조절하는 방법에 관한 것으로서, 질소가스(N2)를 포함하는 응력조절가스와 상기 질소가스(N2) 외의 질소성분(N)을 함유하는 반응가스를 플라즈마 상태로 기판 상에 동시에 제공하는 단계를 포함하는 단위 사이클을 적어도 1회 이상 수행함으로써 상기 기판 상에 압축 응력을 가지는 질화막을 형성하되, 상기 압축 응력의 크기는 상기 질소가스(N2)의 양을 조절함으로써 제어될 수 있다는 것에 있다. The technical features of the present invention relates to a method for controlling the stress of the nitride film in the step of forming the nitride film by atomic layer deposition method, a nitrogen other stress control gas and the nitrogen gas (N 2) having a nitrogen gas (N 2) A nitride film having compressive stress is formed on the substrate by performing at least one unit cycle including the step of simultaneously providing a reaction gas containing component (N) on the substrate in a plasma state, wherein the compressive stress is Is that it can be controlled by adjusting the amount of the nitrogen gas (N 2 ).

도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 질화막의 제조방법에서, 단위 사이클 동안 기판이 시간에 따라 거치는 일련의 프로세스들을 좌측에서 우측으로 순차적으로 도시한 다이어그램이다. 본 실시예는 도 1의 제조방법을 참조할 수 있고, 따라서, 중복된 설명은 생략된다. FIG. 2 is a diagram illustrating sequentially from left to right a series of processes that a substrate undergoes over time during a unit cycle in a method of manufacturing a nitride film according to an embodiment of the present invention. This embodiment may refer to the manufacturing method of FIG. 1, and thus, a duplicate description is omitted.

먼저, 도 2를 참조하면, 제 1 단계(S110), 펌핑만 수행하는 단계(S115), 제 2 단계(S120), 제 3 단계(S130), 제 4 단계(S140)를 포함하는 단위 사이클만을 적어도 1회 이상 반복하여 수행함으로써 질화막을 구현할 수 있다. First, referring to FIG. 2, only a unit cycle including a first step (S110), a pumping-only step (S115), a second step (S120), a third step (S130), and a fourth step (S140) By repeatedly performing at least one or more times, a nitride film may be implemented.

단계(S115)에서 수행되는 펌핑은 제 1 단계(S110), 제 2 단계(S120), 제 3 단계(S130), 제 4 단계(S140)에서도 수행될 수 있으나, 상기 펌핑만 수행하는 단계(S115)는 챔버 내 소스가스, 응력조절가스, 반응가스, 퍼지가스 등이 공급되지 않은 상태에서 상기 펌핑만 수행되는 단계로 이해되어야 한다. The pumping performed in step S115 may also be performed in the first step (S110), the second step (S120), the third step (S130), and the fourth step (S140), but the step of performing only the pumping (S115) ) Is to be understood as a step in which only the pumping is performed in a state in which the source gas, stress control gas, reaction gas, purge gas, etc. are not supplied in the chamber.

도 2를 참조하여 예를 들면, 제 2 단계(S120)의 제 1 퍼지가스 및 제 4 단계(S140)에서의 제 2 퍼지가스 중 적어도 어느 하나는 질소가스(N2)를 포함할 수 있다. 제 3 단계(S130)에서의 반응가스는 암모니아(NH3)가스를 포함하며, 응력조절가스는 질소가스(N2)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, for example, at least one of the first purge gas in the second step S120 and the second purge gas in the fourth step S140 may include nitrogen gas N 2 . The reaction gas in the third step (S130) includes ammonia (NH 3 ) gas, and the stress control gas may include nitrogen gas (N 2 ).

도 2를 참조하여, 다른 예를 들면, 제 2 단계(S120)의 제 1 퍼지가스 및 제 4 단계(S140)에서의 제 2 퍼지가스 중 적어도 어느 하나는 불활성가스인 아르곤가스(Ar)를 포함할 수 있다. 제 3 단계(S130)에서의 반응가스는 암모니아(NH3)가스를 포함하며, 응력조절가스는 질소가스(N2)를 포함할 수 있다. 2, for another example, at least one of the first purge gas in the second step (S120) and the second purge gas in the fourth step (S140) includes argon gas (Ar), which is an inert gas. can do. The reaction gas in the third step (S130) includes ammonia (NH 3 ) gas, and the stress control gas may include nitrogen gas (N 2 ).

도 2를 참조하여, 또 다른 예를 들면, 제 2 단계(S120)의 제 1 퍼지가스 및 제 4 단계(S140)에서의 제 2 퍼지가스 중 적어도 어느 하나는 질소가스(N2) 및 아르곤가스(Ar)를 포함하는 혼합가스일 수 있다. 제 3 단계(S130)에서의 반응가스는 암모니아(NH3)가스를 포함하며, 응력조절가스는 질소가스(N2) 및 아르곤가스(Ar)를 포함할 수 있다. Referring to Figure 2, for another example, at least one of the first purge gas in the second step (S120) and the second purge gas in the fourth step (S140) is nitrogen gas (N 2 ) and argon gas It may be a mixed gas containing (Ar). The reaction gas in the third step (S130) includes ammonia (NH 3 ) gas, and the stress control gas may include nitrogen gas (N 2 ) and argon gas (Ar).

한편, 본 발명자는 제 3 단계(S130)의 응력조절가스에서 아르곤가스(Ar)에 대한 질소가스(N2)의 상대적 비율이 더 높을수록 최종적으로 구현된 질화막의 압축 응력이 더 커지며, 제 3 단계(S130)의 응력조절가스에서 질소가스(N2)에 대한 아르곤가스(Ar)의 상대적 비율이 더 높을수록 최종적으로 구현된 질화막의 압축 응력이 더 작아짐을 확인하였다.On the other hand, the present inventors believe that the higher the relative ratio of nitrogen gas (N 2 ) to argon gas (Ar) in the stress control gas of the third step (S130), the greater the compressive stress of the finally implemented nitride film becomes, and It was confirmed that the higher the relative ratio of argon gas (Ar) to nitrogen gas (N 2 ) in the stress control gas of step S130, the smaller the compressive stress of the finally implemented nitride film was.

따라서, 응력조절가스가 질소가스(N2) 및 아르곤가스(Ar)를 포함하는 경우, 제 3 단계(S130)에서 아르곤가스(Ar)에 대한 질소가스(N2)의 상대적 비율을 조절함으로써 질화막의 압축 응력을 용이하게 정밀제어할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다. Therefore, when the stress control gas contains nitrogen gas (N 2 ) and argon gas (Ar), the nitride film is formed by adjusting the relative ratio of nitrogen gas (N 2 ) to argon gas (Ar) in the third step (S130). It can be expected that the compressive stress of can be easily and precisely controlled.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화막의 제조방법에서 단위 사이클 동안 기판이 시간에 따라 거치는 일련의 프로세스들을 좌측에서 우측으로 순차적으로 도시한 다이어그램이다. FIG. 3 is a diagram illustrating a series of processes sequentially from left to right by a substrate over time during a unit cycle in a method of manufacturing a nitride film according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 제 1 단계(S110), 펌핑만 수행하는 단계(S115), 제 2 단계(S120), 제 3 단계(S130), 제 4 단계(S140)를 포함하는 단위 사이클만을 적어도 1회 이상 반복하여 수행함으로써 질화막을 구현할 수 있다. 펌핑만 수행하는 단계(S115)에 대한 설명은 도 2를 참조하여 언급한 내용과 실질적으로 동일하므로 여기에서는 생략한다.Referring to FIG. 3, at least one unit cycle including a first step (S110), only performing pumping (S115), a second step (S120), a third step (S130), and a fourth step (S140) The nitride film can be implemented by repeating it more than once. The description of the step of performing only pumping (S115) is substantially the same as the contents mentioned with reference to FIG. 2, and thus will be omitted herein.

도 3을 참조하면, 제 2 단계(S120)에서 제공되는 제 1 퍼지가스 또는 제 4 단계(S140)에서 제공되는 제 2 퍼지가스가 제 1 단계(S110) 내지 제 4 단계(S140)에서 지속적으로 공급될 수 있다. 즉, 제 1 단계(S110)에서 제 1 퍼지가스 또는 제 2 퍼지가스가 기판 상에 제공될 수 있으며, 제 3 단계(S110)에서 제 1 퍼지가스 또는 제 2 퍼지가스가 기판 상에 제공될 수 있다.3, the first purge gas provided in the second step (S120) or the second purge gas provided in the fourth step (S140) is continuously in the first step (S110) to the fourth step (S140). Can be supplied. That is, the first purge gas or the second purge gas may be provided on the substrate in the first step (S110), and the first purge gas or the second purge gas may be provided on the substrate in the third step (S110). have.

제 1 단계(S110)에서 제공되는 퍼지가스는 소스가스의 캐리어 역할을 할 수 있으며, 소스가스가 기판 상에 골고루 잘 분산되어 흡착될 수 있게 한다. The purge gas provided in the first step (S110) may serve as a carrier of the source gas, and the source gas may be evenly distributed and adsorbed on the substrate.

마찬가지로, 제 3 단계(S130)에서 제공되는 퍼지가스는 반응가스 및 응력조절가스가 기판 상에 골고루 잘 분산되어 흡착될 수 있도록 캐리어 역할을 할 수 있다. Likewise, the purge gas provided in the third step (S130) may serve as a carrier so that the reaction gas and the stress control gas are evenly distributed and adsorbed on the substrate.

한편, 본 발명이 변형된 실시예에 따른 질화막의 제조방법은 도 2에 도시된 제 1 단위 사이클을 적어도 1회 이상 수행하는 단계와 도 3에 도시된 제 2 단위 사이클을 적어도 1회 이상 수행하는 단계를 모두 포함할 수 있다. 상기 제 1 단위 사이클과 상기 제 2 단위 사이클의 배치 순서와 반복 회수 등은 요구되는 질화막의 특성에 따라 적절하게 설계될 수 있다. On the other hand, in the method of manufacturing a nitride film according to a modified embodiment of the present invention, performing the first unit cycle shown in FIG. 2 at least once and performing the second unit cycle shown in FIG. 3 at least once It can contain all steps. The arrangement order and the number of repetitions of the first unit cycle and the second unit cycle may be appropriately designed according to the required characteristics of the nitride film.

도 4는 본 발명의 다른 기술적 사상에 따른 질화막의 변형된 제조방법에서 원자층 증착공정의 단위 사이클을 도해하는 순서도이다. 본 제조방법은 도 1에서 설명한 제조방법을 참조할 수 있고, 따라서, 중복된 설명은 생략된다. 즉, 본 제조방법은 도 1에서 설명한 제조방법과 비교하여 단계(S135)가 추가된다는 점에서 차이점이 있으며, 따라서, 나머지 단계들은 중복된 내용이므로 설명을 생략한다. 4 is a flowchart illustrating a unit cycle of an atomic layer deposition process in a modified manufacturing method of a nitride film according to another technical idea of the present invention. This manufacturing method may refer to the manufacturing method described in FIG. 1, and thus, a duplicate description is omitted. That is, the present manufacturing method is different from that of the manufacturing method described in FIG. 1 in that step S135 is added, and therefore, the remaining steps are redundant and thus description thereof will be omitted.

도 4를 참조하면, 제 3 단계(S130) 후 제 4 단계(S140) 전에, 챔버 내 상기상기 응력조절가스와 상기 반응가스의 제공을 중단하고 상기 제 3 단계에서보다 상기 챔버 내 압력을 더 낮게 유지시키는 단계(S135)를 포함한다. 상기 단계(S135)에서의 챔버 내 압력은 제 3 단계(S130)에서의 챔버 내 압력보다, 예컨대, 10% 내지 90% 만큼 더 낮을 수 있다.Referring to FIG. 4, after the third step (S130) and before the fourth step (S140), the provision of the stress control gas and the reaction gas in the chamber is stopped, and the pressure in the chamber is lowered than in the third step. It includes the step of maintaining (S135). The pressure in the chamber in the step S135 may be lower than the pressure in the chamber in the third step S130, for example, by 10% to 90%.

상기 단계(S135)를 제 3 단계(S130)와 제 4 단계(S140) 사이에 도입함으로써, 기판 상에 흡착된 소스가스와 반응되지 않고 남은 상기 반응가스의 잔류물과 상기 응력조절가스의 잔류물이 이 더 효과적으로 제거될 수 있으며 이에 의하여 상대적으로 우수한 양질의 질화물이 증착될 수 있다. 특히, 질화물이 증착되는 기판 상의 구조물이 종횡비가 큰 단차구조물인 경우 상기 단계(S135)에 의한 질화물 증착 도포율(step coverage) 개선 효과는 더욱 두드러질 수 있다. By introducing the step (S135) between the third step (S130) and the fourth step (S140), the residue of the reaction gas remaining without reacting with the source gas adsorbed on the substrate and the residue of the stress control gas This can be removed more effectively, whereby a relatively good quality nitride can be deposited. Particularly, when the structure on the substrate on which the nitride is deposited is a stepped structure having a large aspect ratio, the effect of improving the nitride deposition step coverage by the step S135 may be more remarkable.

예를 들어, 상기 단계(S135)는 상기 응력조절가스와 상기 반응가스의 제공을 중단하되 상기 챔버 내 펌핑(pumping)을 수행함으로써 구현될 수 있다. 더욱 구체적으로는, 상기 단계(S135)는 챔버 내 소스가스, 응력조절가스, 반응가스, 퍼지가스 등이 공급되지 않은 상태에서 펌핑만 수행되는 단계로 이해될 수 있다.For example, the step (S135) may be implemented by stopping the provision of the stress control gas and the reaction gas, but performing pumping in the chamber. More specifically, the step (S135) may be understood as a step in which only pumping is performed in a state in which the source gas, the stress control gas, the reaction gas, the purge gas, etc. are not supplied in the chamber.

한편, 단위사이클을 구성하는 단계(S115)와 단계(S135)는 챔버 내 일체의 가스가 공급되지 않은 상태에서 펌핑만 수행되는 단계라는 점에서는 동일하지만, 적용되는 구체적인 공정 순서에 의해, 상기 단계(S115)는 소스가스의 공급이 중단되고 챔버를 펌핑하는 단계이며, 상기 단계(S135)는 응력조절가스 및 반응가스의 공급이 중단되고 챔버를 펌핑하는 단계라는 점에서 구별될 수 있다. On the other hand, steps (S115) and (S135) of configuring the unit cycle are the same in that only pumping is performed without supplying any gas in the chamber, but according to the specific process sequence applied, the steps ( S115) is a step in which the supply of the source gas is stopped and the chamber is pumped, and the step (S135) can be distinguished in that the supply of the stress control gas and the reaction gas is stopped and the chamber is pumped.

한편, 챔버 펌핑은 상기 단계(S135) 뿐만 아니라 상기 단위사이클 내내 상시 수행될 수도 있다. 예를 들어, 상기 챔버 내 펌핑은 단위사이클을 구성하는 제 1 단계(S110), 상술한 단계(S115), 제 2 단계(S120), 제 3 단계(S130), 상술한 단계(S135), 제 4 단계(S140) 동안 계속 수행될 수 있다.Meanwhile, chamber pumping may be performed at all times throughout the unit cycle as well as in the step S135. For example, the pumping in the chamber comprises a first step (S110), the above-described step (S115), a second step (S120), a third step (S130), the above-described step (S135), and It may be performed continuously during step S140.

한편, 도면으로 별도로 도시하지는 않았으나, 본 발명의 기술적 사상에 따른 질화막의 또 다른 변형된 제조방법에서, 질화막을 형성하기 위한 단위 사이클은, 제 4 단계(S140) 이후에, 단위증착막 상에 제 2 응력조절가스를 플라즈마 상태로 제공하는 제 5 단계(S150) 및 상기 기판 상에 제 3 퍼지가스를 제공하는 제 6 단계(S160)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제 3 단계(S130) 및 제 5 단계(S150)에서의 응력조절가스를 편의상 구분하기 위하여, 제 3 단계(S130)의 응력조절가스는 제 1 응력조절가스로 명명하고, 제 5 단계(S150)의 응력조절가스는 제 2 응력조절가스로 명명할 수 있다. On the other hand, although not separately shown in the drawings, in another modified manufacturing method of the nitride film according to the technical idea of the present invention, the unit cycle for forming the nitride film is, after the fourth step (S140), the second on the unit deposition film. A fifth step (S150) of providing the stress control gas in a plasma state and a sixth step (S160) of providing a third purge gas on the substrate may be further included. In this case, in order to distinguish the stress control gas in the third step (S130) and the fifth step (S150) for convenience, the stress control gas of the third step (S130) is named as the first stress control gas, and the fifth step The stress control gas of (S150) may be referred to as a second stress control gas.

상기 제 2 응력조절가스는 질소가스(N2)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 응력조절가스는 질소가스(N2)로만 구성될 수 있다. The second stress control gas may include nitrogen gas (N 2 ). For example, the second stress control gas may be composed of only nitrogen gas (N 2 ).

또는, 상기 제 2 응력조절가스는 불활성가스 및 질소가스(N2)의 혼합가스를 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 불활성가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Alternatively, the second stress control gas may include a mixed gas of an inert gas and a nitrogen gas (N 2 ). Here, the inert gas may include at least one of helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), and radon (Rn).

제 5 단계(S150)에서는 상기 기판 상에 상기 제 2 응력조절가스를 플라즈마 상태로 제공함으로써, 제 1 단계(S110) 내지 제 4 단계(S140)를 수행하여 이미 형성된 상기 단위증착막의 막질에 소정의 응력분포를 더욱 정밀하게 구현할 수 있다. In the fifth step (S150), by providing the second stress control gas on the substrate in a plasma state, the first step (S110) to the fourth step (S140) are performed to determine a predetermined film quality of the unit deposition film. The stress distribution can be implemented more precisely.

제 3 단계(S130)에 개시된 질소가스(N2)는 반응가스와 함께 상기 기판 상에 동시에 제공되지만, 제 5 단계(S150)에 개시된 질소가스(N2)는 반응가스를 퍼징한 이후에 반응가스와 별개로 상기 기판 상에 제공된다는 점에서 구별된다. The nitrogen gas (N 2 ) disclosed in the third step (S130) is simultaneously provided on the substrate together with the reaction gas, but the nitrogen gas (N 2 ) disclosed in the fifth step (S150) reacts after purging the reaction gas. It is distinguished in that it is provided on the substrate separately from the gas.

제 6 단계(S160)에서는 상기 기판 상에 제 3 퍼지가스를 제공할 수 있다. 제 3 퍼지가스는, 제 5 단계(S150)에서 제공된 질소가스(N2)의 적어도 일부를 상기 기판으로부터 제거할 수 있다. In the sixth step (S160), a third purge gas may be provided on the substrate. The third purge gas may remove at least a portion of the nitrogen gas N 2 provided in the fifth step S150 from the substrate.

즉, 제 6 단계(S160)에서는, 제 5 단계(S150)에서 제공된 상기 제 2 응력조절가스의 적어도 일부가 제 3 퍼지가스에 의하여 퍼징(purging)될 수 있다. 상기 제 3 퍼지가스는 질소가스이거나, 아르곤가스이거나, 또는 질소가스와 아르곤가스로 이루어진 혼합가스일 수 있다. That is, in the sixth step (S160), at least a part of the second stress control gas provided in the fifth step (S150) may be purged by the third purge gas. The third purge gas may be nitrogen gas, argon gas, or a mixed gas consisting of nitrogen gas and argon gas.

본 발명자는 질소가스(N2) 및 아르곤가스(Ar)로 구성된 응력조절가스 중에서 아르곤가스(Ar)에 대한 질소가스(N2)의 상대적 비율이 더 높을수록, 최종적으로 구현된 질화막의 압축 응력은 더 커짐을 확인하였다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 질화막의 제조방법에서는 질화막의 압축 응력이 커짐에도 불구하고 질화막의 막질을 나타내는 습식식각 속도비(WERR)가 상대적으로 큰 변동이 없음을 확인할 수 있다. 이에 반하여, 질소가스(N2)를 포함하는 응력조절가스를 사용하지 않고 질화막을 형성하는 본 발명의 비교예에서는 플라즈마 파워를 증대시켜 질화막의 압축 응력을 크게 할 수 있으나, 동시에 질화막의 막질을 나타내는 습식식각 속도비(WERR)가 상대적으로 큰 변동이 있음을 확인하였다.In the present inventors, the higher the relative ratio of nitrogen gas (N 2 ) to argon gas (Ar) among the stress control gas composed of nitrogen gas (N 2 ) and argon gas (Ar), the finally realized compressive stress of the nitride film Was confirmed to be larger. On the other hand, in the method of manufacturing a nitride film according to an exemplary embodiment of the present invention, it can be seen that the wet etch rate ratio (WERR) representing the film quality of the nitride film does not have a relatively large variation even though the compressive stress of the nitride film increases. In contrast, in the comparative example of the present invention in which a nitride film is formed without using a stress control gas including nitrogen gas (N 2 ), the compressive stress of the nitride film can be increased by increasing the plasma power, but at the same time, the film quality of the nitride film is expressed. It was confirmed that the wet etching rate ratio (WERR) had relatively large fluctuations.

이는, 질화막의 응력을 조절하기 위하여 원자층 증착 공정의 단위 사이클 내에서 플라즈마를 형성하기 위한 전원의 파워(또는 주파수)를 조절할 수 있으나, 이 경우, 플라즈마의 파워나 주파수에 따라 질화막의 막질의 변화가 상대적으로 크다는 것을 시사한다. In this case, in order to control the stress of the nitride film, the power (or frequency) of the power source for forming the plasma within a unit cycle of the atomic layer deposition process can be adjusted, but in this case, the film quality of the nitride film changes according to the plasma power or frequency. Suggests that is relatively large.

이에 반하여, 본 발명의 실시예에 따르면 원자층 증착 공정의 단위 사이클 내에서 플라즈마 형성시 질소가스(N2)와 아르곤가스(Ar)의 혼합비를 조절함으로써 질화막의 응력을 조절할 수 있으며, 이 경우, 질화막의 막질은 질화막의 응력에 관계없이 상대적으로 동일한 수준을 유지할 수 있음을 알 수 있다.On the contrary, according to an embodiment of the present invention, the stress of the nitride film can be adjusted by adjusting the mixing ratio of nitrogen gas (N 2 ) and argon gas (Ar) during plasma formation within a unit cycle of the atomic layer deposition process. In this case, It can be seen that the film quality of the nitride film can be maintained at a relatively same level regardless of the stress of the nitride film.

나아가, 본 발명의 변형된 실시예에서는, 질화막의 응력을 조절하기 위한 방법으로서 원자층 증착 공정의 단위 사이클 내에서 플라즈마 형성시 질소가스(N2)의 비율을 조절하는 것과 동시에 상기 플라즈마를 형성하기 위해 인가되는 전원의 주파수나 파워(이를 플라즈마 파워 또는 주파수로 부를 수도 있다)를 추가적으로 조절할 수 있다. 이러한 변형된 실시예에 따르면 질화막의 막질을 양호하게 유지하면서 상기 질화막의 압축 응력 범위를 더 넓게 조절할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다. Further, in a modified embodiment of the present invention, as a method for controlling the stress of the nitride film, forming the plasma at the same time as controlling the ratio of nitrogen gas (N 2 ) during plasma formation within a unit cycle of the atomic layer deposition process. It is possible to additionally adjust the frequency or power (also called plasma power or frequency) of the power applied for the purpose. According to this modified embodiment, it is possible to expect an effect that the compressive stress range of the nitride film can be more widely adjusted while maintaining good film quality of the nitride film.

예를 들어, 질화막의 압축 응력이 매우 높게 요구되는 경우, 플라즈마의 주파수나 파워를 조절하여 질화막을 증착하면 질화막의 표면에 플라즈마 손상(plasma damage)이 발생할 수 있으나, 질소가스(N2)의 유량을 조절하면서 동시에 플라즈마의 주파수나 파워를 추가적으로 조절하여 질화막을 증착하면 질화막의 표면에 플라즈마 손상이 없이 매우 높은 압축 응력을 구현할 수 있다는 점에서 유리하다. For example, if the compressive stress of the nitride film is required to be very high, plasma damage may occur on the surface of the nitride film when the nitride film is deposited by controlling the frequency or power of the plasma, but the flow rate of nitrogen gas (N 2 ) When the nitride film is deposited by additionally adjusting the frequency or power of the plasma while controlling the plasma, it is advantageous in that a very high compressive stress can be realized without plasma damage to the surface of the nitride film.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will appreciate that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (12)

챔버 내에 배치된 기판 상에 소스가스를 제공하여 상기 기판 상에 상기 소스가스의 적어도 일부가 흡착되는 제 1 단계;
상기 기판 상에 제 1 퍼지가스를 제공하는 제 2 단계;
상기 기판 상에 질소가스(N2)를 포함하는 응력조절가스와 상기 질소가스(N2) 외의 질소성분(N)을 함유하는 반응가스를 플라즈마 상태로 제공하여 상기 기판 상에 단위증착막을 형성하는 제 3 단계;
상기 기판 상에 제 2 퍼지가스를 제공하는 제 4 단계; 및
상기 제 1 단계 후 상기 제 2 단계 전에, 상기 소스가스의 제공을 중단하고 상기 제 1 단계에서보다 상기 챔버 내 압력을 더 낮게 유지시키는 단계;
를 포함하는 단위 사이클을 적어도 1회 이상 수행함으로써 상기 기판 상에 압축 응력을 가지는 질화막을 형성하며,
상기 응력조절가스와 상기 반응가스는 서로 상이하며,
상기 제 3 단계에서 상기 응력조절가스의 양을 조절함으로써 상기 질화막의 응력을 제어하는 것을 특징으로 하는,
질화막의 제조방법.
A first step of providing a source gas on a substrate disposed in the chamber to adsorb at least a portion of the source gas on the substrate;
A second step of providing a first purge gas on the substrate;
To provide a reaction gas containing nitrogen (N) outside the stress control gas and the nitrogen gas (N 2) having a nitrogen gas (N 2) on the substrate to a plasma state to form a unit deposition film on the substrate The third step;
A fourth step of providing a second purge gas on the substrate; And
After the first step and before the second step, stopping the supply of the source gas and maintaining the pressure in the chamber lower than in the first step;
A nitride film having compressive stress is formed on the substrate by performing at least one unit cycle including,
The stress control gas and the reaction gas are different from each other,
Characterized in that the stress of the nitride film is controlled by adjusting the amount of the stress control gas in the third step,
Method for producing a nitride film.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 단계에서보다 상기 챔버 내 압력을 더 낮게 유지시키는 단계는 상기 소스가스의 제공을 중단하되 상기 챔버 내 펌핑을 수행함으로써 구현되는, 질화막의 제조방법.
The method of claim 1,
The step of maintaining the pressure in the chamber lower than in the first step is implemented by stopping the supply of the source gas but performing pumping in the chamber.
제 2 항에 있어서,
상기 펌핑은 상기 단위사이클 내내 상시 수행되는, 질화막의 제조방법.
The method of claim 2,
The pumping is always performed throughout the unit cycle, a method of manufacturing a nitride film.
제 1 항에 있어서,
상기 단위사이클은
상기 제 3 단계 후 상기 제 4 단계 전에, 상기 응력조절가스 및 상기 반응가스의 제공을 중단하고 상기 제 3 단계에서보다 상기 챔버 내 압력을 더 낮게 유지시키는 단계;를 포함하는, 질화막의 제조방법.
The method of claim 1,
The unit cycle is
After the third step and before the fourth step, the step of stopping the supply of the stress control gas and the reaction gas and maintaining the pressure in the chamber lower than that in the third step; comprising, a method of manufacturing a nitride film.
제 4 항에 있어서,
상기 제 3 단계에서보다 상기 챔버 내 압력을 더 낮게 유지시키는 단계는 상기 응력조절가스 및 상기 반응가스의 제공을 중단하되 상기 챔버 내 펌핑을 수행함으로써 구현되는, 질화막의 제조방법.
The method of claim 4,
The step of maintaining the pressure in the chamber lower than in the third step is implemented by stopping the supply of the stress control gas and the reaction gas, but performing pumping in the chamber.
제 5 항에 있어서,
상기 펌핑은 상기 단위사이클 내내 상시 수행되는, 질화막의 제조방법.
The method of claim 5,
The pumping is always performed throughout the unit cycle, a method of manufacturing a nitride film.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 질화막의 요구되는 압축 응력이 클수록 상기 제 3 단계에서 상기 기판 상에 제공되는 상기 질소가스(N2)의 양을 늘리는, 질화막의 제조방법.
The method according to any one of claims 1 to 6,
The method of manufacturing a nitride film, in which the amount of the nitrogen gas (N 2 ) provided on the substrate in the third step is increased as the required compressive stress of the nitride film is increased.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 응력조절가스는 불활성가스 및 상기 질소가스(N2)의 혼합가스를 포함하는, 질화막의 제조방법.
The method according to any one of claims 1 to 6,
The stress control gas includes a mixed gas of an inert gas and the nitrogen gas (N 2 ), a method of manufacturing a nitride film.
제 8 항에 있어서,
상기 불활성가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 질화막의 제조방법.
The method of claim 8,
The inert gas includes at least one of helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), and radon (Rn).
제 9 항에 있어서,
상기 제 3 단계에서 상기 질화막의 요구되는 압축 응력이 클수록 상기 기판 상에 제공되는 상기 불활성가스에 대한 상기 질소가스(N2)의 상대적 비율을 높이는, 질화막의 제조방법.
The method of claim 9,
In the third step, as the required compressive stress of the nitride film increases, the relative ratio of the nitrogen gas (N 2 ) to the inert gas provided on the substrate is increased.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 응력조절가스는 상기 제 1 퍼지가스 및 상기 제 2 퍼지가스 중 적어도 어느 하나와 동일한 가스인, 질화막의 제조방법.
The method according to any one of claims 1 to 6,
The stress control gas is the same gas as at least one of the first purge gas and the second purge gas, a method of manufacturing a nitride film.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마는 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 방식 또는 리모트 플라
즈마(remote plasma) 방식에 의하여 형성되는, 질화막의 제조방법.

The method according to any one of claims 1 to 6,
The plasma is a direct plasma method or remote plasma.
A method of manufacturing a nitride film formed by a remote plasma method.

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