JP2015165564A - 窒化膜の製造方法及び窒化膜の圧縮応力の制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】窒化膜の製造方法及び窒化膜の圧縮応力の制御方法を提供する。【解決手段】本発明は、原子層蒸着法を用いて膜質を安定して保持しながら、圧縮応力を容易に調節することができる窒化膜の製造方法に関するものであって、基板上にソースガスを提供して、基板上にソースガスの少なくとも一部が吸着される第１段階と、基板上に第１パージガスを提供する第２段階と、基板上に窒素ガス（Ｎ２）を含む応力調節ガスと窒素ガス（Ｎ２）以外の窒素成分（Ｎ）を含有する反応ガスとをプラズマ状態で提供して、基板上に単位蒸着膜を形成する第３段階と、基板上に第２パージガスを提供する第４段階と、を含む単位サイクルを少なくとも１回以上行うことによって、基板上に圧縮応力を有する窒化膜を形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、窒化膜の製造方法及びその圧縮応力の制御方法に係り、より詳細には、原子層蒸着法を利用した窒化膜の製造及び圧縮応力の制御方法に関する。
電子素子の性能を改善する方法において、応力を有する窒化膜によって変形された上部または下部材料の電気特性を変化させる方法がある。例えば、ＣＭＯＳデバイス製造において、局部的な格子変形がトランジスタのチャネル領域に発生するように、圧縮応力（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｓｓ）を有する窒化膜がＰＭＯＳ領域上に形成されうる。この場合、蒸着された窒化物から生成された応力のレベルを所定の範囲内で制御することが必要である。しかし、知られた窒化物の製造方法では、窒化物の膜質を安定して保持しながら、同時に窒化物の応力レベルを適切に制御することが容易ではないという問題点を有する。
本発明は、前記問題点を含んで多様な問題点を解決するためのものであって、良好な膜質を保持しながら、所定の圧縮応力を有する窒化膜の製造方法を提供することを目的とする。しかし、このような課題は、例示的なものであって、これにより、本発明の範囲が限定されるものではない。
前記課題を解決するための本発明の一観点による窒化膜の製造方法が提供される。前記窒化膜の製造方法では、基板上にソースガスを提供して、前記基板上に前記ソースガスの少なくとも一部が吸着される第１段階と、前記基板上に第１パージガスを提供する第２段階と、前記基板上に窒素ガス（Ｎ２）を含む応力調節ガスと前記窒素ガス（Ｎ２）以外の窒素成分（Ｎ）を含有する反応ガスとをプラズマ状態で前記基板上に同時に提供することによって、前記基板上に単位蒸着膜を形成する第３段階と、前記基板上に第２パージガスを提供する第４段階と、を含む単位サイクルを少なくとも１回以上行うことによって、前記基板上に圧縮応力を有する窒化膜を形成する。
前記窒化膜の製造方法は、前記窒化膜の要求される圧縮応力が大きいほど、前記第３段階から前記基板上に提供される前記窒素ガス（Ｎ２）の量を増やすように行うことができる。
前記窒化膜の製造方法で、前記応力調節ガスは、窒素ガス（Ｎ２）及び不活性ガスの混合ガスを含みうる。さらに、前記第３段階で前記窒化膜の要求される圧縮応力が大きいほど、前記基板上に提供される前記不活性ガスに対する前記窒素ガス（Ｎ２）の相対的比率を高めるように行うことができる。
前記窒化膜の製造方法で、前記不活性ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、及びラドン（Ｒｎ）のうち少なくとも何れか１つを含みうる。
前記窒化膜の製造方法は、前記第３段階で前記窒化膜の圧縮応力を追加的に調節するために、前記プラズマを形成するために印加される電源のパワーまたは周波数を調節することができる。
前記窒化膜の製造方法で、前記プラズマは、ダイレクトプラズマ（ｄｉｒｅｃｔ ｐｌａｓｍａ）方式またはリモートプラズマ（ｒｅｍｏｔｅ ｐｌａｓｍａ）方式によって形成されうる。
前記窒化膜の製造方法で、前記プラズマは、前記基板上に配されたシャワーヘッド内に形成されて、前記基板上に提供されうる。
前記窒化膜の製造方法で、前記第１パージガスまたは前記第２パージガスが、前記第１段階ないし前記第４段階から持続的に供給されうる。
前記窒化膜の製造方法で、前記第１パージガス及び前記第２パージガスのうち少なくとも何れか１つは、窒素ガスまたは不活性ガスであり得る。または、前記第１パージガス及び前記第２パージガスのうち少なくとも何れか１つは、窒素ガスと不活性ガスとからなる混合ガスであり得る。さらに、窒素ガス（Ｎ２）を含む前記応力調節ガスは、前記第１パージガス及び前記第２パージガスのうち少なくとも何れか１つと同種の物質で構成されたガスであり得る。
前記窒化膜の製造方法で、前記単位サイクルは、前記単位蒸着膜上に第２応力調節ガスをプラズマ状態で提供する第５段階と、前記基板上に第３パージガスを提供する第６段階と、をさらに含みうる。
前記窒化膜の製造方法で、前記第２応力調節ガスは、窒素ガス（Ｎ２）を含むか、前記第２応力調節ガスは、不活性ガス及び窒素ガス（Ｎ２）の混合ガスを含みうる。
前記窒化膜の製造方法で、前記第１パージガス、前記第２パージガスまたは前記第３パージガスが、前記第１段階ないし前記第６段階から持続的に供給されうる。
前記窒化膜の製造方法で、前記第１パージガス、前記第２パージガス、及び前記第３パージガスのうち少なくとも何れか１つは、窒素ガスまたは不活性ガスであり得る。
前記窒化膜の製造方法で、前記第１パージガス、前記第２パージガス、及び前記第３パージガスのうち少なくとも何れか１つは、窒素ガスと不活性ガスとからなる混合ガスであり得る。
前記窒化膜の製造方法で、前記応力調節ガスは、前記第１パージガス、前記第２パージガス、及び前記第３パージガスのうち少なくとも何れか１つと同種の物質で構成されたガスであり得る。
前記窒化膜の製造方法で、前記窒素成分（Ｎ）を含有する反応ガスは、アンモニア（ＮＨ３）ガスを含みうる。
前記課題を解決するための本発明の他の観点による窒化膜の圧縮応力の制御方法が提供される。単位サイクルを少なくとも１回以上繰り返して行う原子層蒸着法による窒化膜の製造において、前記単位サイクルは、窒素ガス（Ｎ２）を含む応力調節ガスと前記窒素ガス（Ｎ２）以外の窒素成分（Ｎ）を含有する反応ガスとをプラズマ状態で基板上に同時に提供する段階を含むが、前記窒化膜の要求される圧縮応力が大きいほど、前記基板上に提供される前記窒素ガスの量を増やすように制御して行われる。
前記課題を解決するための本発明のさらに他の観点による窒化膜の製造方法が提供される。前記窒化膜の製造方法では、基板上にソースガスを提供して、前記基板上に前記ソースガスの少なくとも一部が吸着される第１段階と、前記基板上に第１パージガスを提供する第２段階と、前記基板上に窒素ガス（Ｎ２）を含む応力調節ガスと前記窒素ガス（Ｎ２）以外の窒素成分（Ｎ）を含有する反応ガスとをプラズマ状態で提供して、前記基板上に単位蒸着膜を形成する第３段階と、前記基板上に第２パージガスを提供する第４段階と、前記第１段階後、前記第２段階前に、前記ソースガスの提供を中断し、前記第１段階でよりも、前記チャンバ内圧力をさらに低く保持させる段階と、を含む単位サイクルを少なくとも１回以上行うことによって、前記基板上に圧縮応力を有する窒化膜を形成する。
前記窒化膜の製造方法で、前記第１段階でよりも、前記チャンバ内圧力をさらに低く保持させる段階は、前記ソースガスの提供を中断するが、前記チャンバ内ポンピングを行うことで具現されうる。さらに、前記ポンピングは、前記単位サイクル中に常時行われる。
前記窒化膜の製造方法で、前記単位サイクルは、前記第３段階後、前記第４段階前に、前記応力調節ガス及び前記反応ガスの提供を中断し、前記第３段階でよりも、前記チャンバ内圧力をさらに低く保持させる段階を含みうる。
前記窒化膜の製造方法で、前記第３段階でよりも、前記チャンバ内圧力をさらに低く保持させる段階は、前記応力調節ガス及び前記反応ガスの提供を中断するが、前記チャンバ内ポンピングを行うことで具現されうる。さらに、前記ポンピングは、前記単位サイクル中に常時行われる。
前記窒化膜の製造方法は、前記窒化膜の要求される圧縮応力が大きいほど、前記第３段階から前記基板上に提供される前記窒素ガス（Ｎ２）の量を増やすように行うことができる。
前記窒化膜の製造方法で、前記応力調節ガスは、不活性ガス及び窒素ガスの混合ガスを含みうる。前記不活性ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、及びラドン（Ｒｎ）のうち少なくとも何れか１つを含みうる。さらに、前記第３段階で前記窒化膜の要求される圧縮応力が大きいほど、前記基板上に提供される前記不活性ガスに対する前記窒素ガス（Ｎ２）の相対的比率を高めるように行うことができる。
前記窒化膜の製造方法は、前記第３段階で前記窒化膜の圧縮応力を追加的に調節するために、前記プラズマを形成するために印加される電源のパワーまたは周波数を調節することができる。
前記窒化膜の製造方法で、前記プラズマは、ダイレクトプラズマ方式またはリモートプラズマ方式によって形成されうる。
前記窒化膜の製造方法で、前記プラズマは、前記基板上に配されたシャワーヘッド内に形成されて、前記基板上に提供されうる。
前記窒化膜の製造方法で、前記第１パージガスまたは前記第２パージガスが、前記第１段階ないし前記第４段階から持続的に供給されうる。
前記窒化膜の製造方法で、前記第１パージガス及び前記第２パージガスのうち少なくとも何れか１つは、窒素ガスまたは不活性ガスであり得る。または、前記第１パージガス及び前記第２パージガスのうち少なくとも何れか１つは、窒素ガスと不活性ガスとからなる混合ガスであり得る。さらに、窒素ガス（Ｎ２）を含む前記応力調節ガスは、前記第１パージガス及び前記第２パージガスのうち少なくとも何れか１つと同種の物質で構成されたガスであり得る。前記不活性ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、及びラドン（Ｒｎ）のうち少なくとも何れか１つを含みうる。
前記窒化膜の製造方法で、前記単位サイクルは、前記単位蒸着膜上に第２応力調節ガスをプラズマ状態で提供する第５段階と、前記基板上に第３パージガスを提供する第６段階と、をさらに含みうる。
前記窒化膜の製造方法で、前記第２応力調節ガスは、窒素ガス（Ｎ２）を含むか、前記第２応力調節ガスは、不活性ガス及び窒素ガス（Ｎ２）の混合ガスを含みうる。前記不活性ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、及びラドン（Ｒｎ）のうち少なくとも何れか１つを含みうる。
前記窒化膜の製造方法で、前記第１パージガス、前記第２パージガスまたは前記第３パージガスが、前記第１段階ないし前記第６段階から持続的に供給されうる。
前記窒化膜の製造方法で、前記第１パージガス、前記第２パージガス、及び前記第３パージガスのうち少なくとも何れか１つは、窒素ガスまたは不活性ガスであり得る。前記不活性ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、及びラドン（Ｒｎ）のうち少なくとも何れか１つを含みうる。
前記窒化膜の製造方法で、前記第１パージガス、前記第２パージガス、及び前記第３パージガスのうち少なくとも何れか１つは、窒素ガスと不活性ガスとからなる混合ガスであり得る。前記不活性ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、及びラドン（Ｒｎ）のうち少なくとも何れか１つを含みうる。
前記窒化膜の製造方法で、前記応力調節ガスは、前記第１パージガス、前記第２パージガス、及び前記第３パージガスのうち少なくとも何れか１つと同種の物質で構成されたガスであり得る。
前記窒化膜の製造方法で、前記窒素成分（Ｎ）を含有する反応ガスは、アンモニア（ＮＨ３）ガスを含みうる。
本発明の一実施形態によれば、窒化物の膜質を安定して保持しながら、窒化物の応力レベルを適切に制御することができる窒化物の製造方法を提供することができる。もちろん、このような効果によって、本発明の範囲が限定されるものではない。
本発明の一実施形態による窒化膜の製造方法で原子層蒸着法の単位サイクルを図解するフローチャートである。 本発明の一実施形態による窒化膜の製造方法で単位サイクルの間に、基板が経時的に経る一連のプロセスを左側から右側に順次に図示したダイヤグラムである。 本発明の一実施形態による窒化膜の変形された製造方法で単位サイクルの間に、基板が経時的に経る一連のプロセスを左側から右側に順次に図示したダイヤグラムである。 本発明の他の実施形態による窒化膜の変形された製造方法で単位サイクルを図解するフローチャートである。 本発明の他の実施形態による窒化膜の変形された製造方法で単位サイクルの間に、基板が経時的に経る一連のプロセスを左側から右側に順次に図示したダイヤグラムである。 本発明の他の実施形態による窒化膜の変形された製造方法で単位サイクルの間に、基板が経時的に経る一連のプロセスを左側から右側に順次に図示したダイヤグラムである。 本発明のさらに他の実施形態による窒化膜の製造方法で原子層蒸着法の単位サイクルを図解するフローチャートである。 本発明のさらに他の実施形態による窒化膜の製造方法で単位サイクルの間に、基板が経時的に経る一連のプロセスを左側から右側に順次に図示したダイヤグラムである。 本発明のさらに他の実施形態による窒化膜の変形された製造方法で単位サイクルの間に、基板が経時的に経る一連のプロセスを左側から右側に順次に図示したダイヤグラムである。 本発明のさらに他の実施形態による窒化膜の製造方法で原子層蒸着法の単位サイクルを図解するフローチャートである。 本発明の一実施形態による窒化膜の製造方法で具現した窒化膜で窒素ガスの流量による圧縮応力と湿式エッチング速度比（ＷＥＲＲ）の特性を図解するグラフである。 本発明の比較例による窒化膜の製造方法で具現した窒化膜でプラズマを形成するために印加される電源のパワーによる圧縮応力と湿式エッチング速度比（ＷＥＲＲ）の特性を図解するグラフである。
以下、添付図面を参照して、本発明の多様な実施形態を例示的に説明する。
明細書の全体に亘って、膜、領域または基板のような１つの構成要素が他の構成要素“上に”位置すると言及する時は、前記１つの構成要素が直接に前記他の構成要素“上に”接触するか、その間に介在されるさらに他の構成要素が存在することができると解釈されうる。一方、１つの構成要素が他の構成要素“直接上に”位置すると言及する時は、その間に介在される他の構成要素が存在しないと解釈される。
以下、本発明の実施形態は、本発明の理想的な実施形態を概略的に図示する図面を参照して説明する。図面において、例えば、製造技術及び／または公差（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）によって、示された形状の変形が予想される。したがって、本発明思想の実施形態は、本明細書に示された領域の特定形状に制限されたものと解釈されてはならず、例えば、製造上招かれる形状の変化を含まねばならない。また、図面で、各層の厚さやサイズは、説明の便宜及び明確性のために誇張されたものであり得る。同じ符号は、同じ要素を指称する。
本発明で言及する不活性ガスは、希ガス（ｒａｒｅ ｇａｓ）を意味する。希ガスは、具体的に、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、及びラドン（Ｒｎ）のうちから選択された少なくとも何れか１つのガスを言う。したがって、本発明で言及する不活性ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、及びラドン（Ｒｎ）のうち少なくとも何れか１つを含みうる。一方、本発明で言及する不活性ガスは、窒素や二酸化炭素を含まない。
図１は、本発明の一実施形態による窒化膜の製造方法で原子層蒸着工程の単位サイクルを図解するフローチャートである。
図１を参照すれば、本発明の一実施形態による窒化膜の製造方法は、第１段階（ステップＳ１１０）、第２段階（ステップＳ１２０）、第３段階（ステップＳ１３０）、及び第４段階（ステップＳ１４０）を含む単位サイクル（ステップＳ１００）を少なくとも１回以上行うことによって、基板上に圧縮応力を有する窒化膜を形成する方法である。
前記窒化膜は、ソースガス、パージガス、反応ガスなどを基板上に時分割方式または空間分割方式で提供する原子層蒸着法（ＡＬＤ；Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって形成された窒化膜と理解されうる。本発明の技術的思想は、ソースガス及び反応ガスなどを基板が配されたチャンバ内に経時的に不連続的に供給することによって、蒸着が具現される時分割方式だけではなく、ソースガス及び反応ガスなどが空間的に離隔しながら、連続して供給されるシステム内に基板が順次に移動することによって、蒸着が具現される空間分割方式にも適用可能である。
第１段階（ステップＳ１１０）では、基板上にソースガスを提供することによって、前記基板上に前記ソースガスの少なくとも一部が吸着されうる。前記基板は、例えば、半導体基板、導電体基板または絶縁体基板などを含み、選択的には、前記圧縮応力を有する窒化膜を形成する以前に、前記基板上に任意のパターンや層が既に形成されている。前記吸着は、原子層蒸着法で広く知られた化学的吸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）を含みうる。
前記ソースガスは、形成しようとする窒化膜の種類によって適切に選択されうる。
例えば、形成しようとする窒化膜がシリコン窒化膜である場合、前記ソースガスは、シラン、ジシラン、トリメチルシリル（ＴＭＳ）、トリス（ジメチルアミノ）シラン（ＴＤＭＡＳ）、ビス（３次−ブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）、及びジクロロシラン（ＤＣＳ）からなる群から選択された少なくとも何れか１つを含みうる。
また、例えば、形成しようとする窒化膜がチタン窒化膜である場合、前記ソースガスは、ＴＤＭＡＴ（Ｔｅｔｒａｋｉｓ（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｔｉｔａｎｉｕｍ）、ＴＥＭＡＴ（Ｔｅｔｒａｋｉｓ（ｅｔｈｙｌｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｔｉｔａｎｉｕｍ）、及びＴＤＥＴＡＴ（Ｔｅｔｒａｋｉｓ（ｄｉｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｔｉｔａｎｉｕｍ）からなる群から選択された少なくとも何れか１つを含みうる。
また、例えば、形成しようとする窒化膜がタンタル窒化膜である場合、前記ソースガスは、Ｔａ［Ｎ（ＣＨ３）２］５、Ｔａ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］５、Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５、及びＴａ（ＯＣＨ３）５からなる群から選択された少なくとも何れか１つを含みうる。
もちろん、前述した窒化膜とソースガスの種類は、例示的であり、本発明の技術的思想が、このような例示的な物質の種類に限定されるものではない。
第２段階（ステップＳ１２０）では、前記基板上に第１パージガスを提供することができる。第１パージガスは、前記ソースガスのうちから前記基板上に吸着された部分を除いた残りの少なくとも一部を前記基板から除去することができる。
すなわち、第１段階（ステップＳ１１０）では、前記基板上に吸着されていない前記ソースガスが、第１パージガスによってパージング（ｐｕｒｇｉｎｇ）されうる。前記第１パージガスは、窒素ガスであるか、不活性ガスであるか、または窒素ガスと不活性ガスとからなる混合ガスであり得る。
第３段階（ステップＳ１３０）では、窒素ガス（Ｎ２）を含む応力調節ガスと前記窒素ガス（Ｎ２）以外の窒素成分（Ｎ）を含有する反応ガスとをプラズマ状態で前記基板上に同時に、または順次に提供することによって、前記基板上に単位蒸着膜を形成しうる。
前記単位蒸着膜は、形成しようとする窒化膜を構成する薄膜であって、例えば、単位サイクル（ステップＳ１００）をＮ回（Ｎは、１以上の正の整数）ほど繰り返して行う場合、最終的に形成される前記窒化膜は、Ｎ個の前記単位蒸着膜で構成することができる。
前記応力調節ガスは、前記単位蒸着膜の応力、すなわち、最終的に窒化膜の応力を調節するために提供されるガスであって、本発明者は、窒素ガス（Ｎ２）を含む応力調節ガスを第３段階（ステップＳ１３０）で提供する場合、窒化膜の応力を効果的に制御することができるということを確認した。
例えば、前記第３段階で、前記基板上に提供される、前記応力調節ガスを構成する窒素ガス（Ｎ２）の量を調節することによって、前記窒化膜の圧縮応力の大きさを調節することができる。具体的に、前記第３段階で、前記基板上に提供される、前記応力調節ガスを構成する窒素ガス（Ｎ２）の量がさらに多いほど、さらに大きな圧縮応力を有する前記窒化膜を具現することができるということを確認した。
窒素ガス（Ｎ２）は、非極性共有結合を有し、非極性共有結合で存在する時、安定性を有する一方に、例えば、前記第３段階（ステップＳ１３０）では、プラズマによって窒素ガス（Ｎ２）がＮ２ ＋及び／またはＮ＋などの形態でイオン化される。この際、Ｎ２ ＋及び／またはＮ＋のイオン化エネルギーは非常に大きく、より安定した形態で存在するために、例えば、形成しようとする窒化膜がシリコン窒化膜である場合、Ｓｉ−Ｎ結合を行う。この際、強いイオン化エネルギーによってＳｉと強い結合を行い、強い圧縮応力を有するものと理解される。
一方、窒素成分（Ｎ）を含有する反応ガスは、前記基板上に吸着された前記ソースガスと化学的に反応して窒化膜を構成する単位蒸着膜を具現することができる。ここで、前記反応ガスを構成する窒素成分（Ｎ）は、前記応力調節ガスを構成する前記窒素ガス（Ｎ２）を除いた窒素成分を意味する。例えば、前記窒素成分（Ｎ）を含有する反応ガスは、アンモニア（ＮＨ３）ガスを含みうる。
本願で言及するプラズマは、ダイレクトプラズマ方式またはリモートプラズマ方式によって形成されうる。
前記ダイレクトプラズマ方式は、例えば、前記反応ガス及び前記応力調節ガスを電極と基板との間の処理空間に供給し、高周波電力を印加することによって、前記反応ガス及び前記応力調節ガスのプラズマが、チャンバ内部の前記処理空間で直接形成される方式を含む。
前記リモートプラズマ方式は、例えば、前記反応ガス及び前記応力調節ガスのプラズマをリモートプラズマ発生器で活性化させてチャンバ内部に流入させる方式を含み、ダイレクトプラズマに比べて、電極などのチャンバ内部部品の損傷が少なく、パーティクルの発生を低減することができるという利点を有しうる。
一方、それ以外にも、本願で言及するプラズマは、基板上に配されたシャワーヘッド内で形成されうる。この場合、プラズマ状態の物質は、例えば、シャワーヘッドに形成された噴射孔を通じて、基板上の処理空間に提供されうる。
第４段階（ステップＳ１４０）では、前記基板上に第２パージガスを提供することができる。第２パージガスは、前記基板上に吸着されたソースガスと物理的及び／または化学的に反応し、前記基板上に残留する、前記応力調節ガス及び前記反応ガスの少なくとも一部を前記基板から除去することができる。
すなわち、第４段階（ステップＳ１４０）では、前記基板上に吸着されたソースガスと物理的及び／または化学的に反応し、前記基板上に残留する、前記応力調節ガス及び前記反応ガスの少なくとも一部が、第２パージガスによってパージングされうる。
前記第２パージガスは、窒素ガスであるか、不活性ガスであるか、または窒素ガスと不活性ガスとからなる混合ガスであり得る。
本発明の技術的思想は、原子層蒸着法によって窒化膜を形成する工程で窒化膜の応力を調節する方法に関するものであって、窒素ガス（Ｎ２）を含む応力調節ガスと前記窒素ガス（Ｎ２）以外の窒素成分（Ｎ）を含有する反応ガスとをプラズマ状態で基板上に同時に提供する段階を含む単位サイクルを少なくとも１回以上行うことによって、前記基板上に圧縮応力を有する窒化膜を形成するが、前記圧縮応力の大きさは、前記窒素ガス（Ｎ２）の量を調節することで制御されうるということにある。
図２は、本発明の一実施形態による窒化膜の製造方法で単位サイクルの間に、基板が経時的に経る一連のプロセスを左側から右側に順次に図示したダイヤグラムである。本実施形態は、図１の製造方法を参照することができ、よって、重複説明は省略する。
図２を参照して、例えば、第２段階（ステップＳ１２０）の第１パージガス及び第４段階（ステップＳ１４０）での第２パージガスのうち少なくとも何れか１つは、窒素ガス（Ｎ２）を含みうる。第３段階（ステップＳ１３０）での反応ガスは、アンモニア（ＮＨ３）ガスを含み、応力調節ガスは、窒素ガス（Ｎ２）を含みうる。
図２を参照して、他の例を挙げれば、第２段階（ステップＳ１２０）の第１パージガス及び第４段階（ステップＳ１４０）での第２パージガスのうち少なくとも何れか１つは、不活性ガスを含みうる。第３段階（ステップＳ１３０）での反応ガスは、アンモニア（ＮＨ３）ガスを含み、応力調節ガスは、窒素ガス（Ｎ２）を含みうる。
図２を参照して、また他の例を挙げれば、第２段階（ステップＳ１２０）の第１パージガス及び第４段階（ステップＳ１４０）での第２パージガスのうち少なくとも何れか１つは、窒素ガス（Ｎ２）及び不活性ガスを含む混合ガスであり得る。第３段階（ステップＳ１３０）での反応ガスは、アンモニア（ＮＨ３）ガスを含み、応力調節ガスは、窒素ガス（Ｎ２）及び不活性ガスを含みうる。
一方、本発明者は、第３段階（ステップＳ１３０）の応力調節ガスで不活性ガスに対する窒素ガス（Ｎ２）の相対的比率がさらに高いほど、最終的に具現された窒化膜の圧縮応力がさらに大きくなり、第３段階（ステップＳ１３０）の応力調節ガスで窒素ガス（Ｎ２）に対する不活性ガスの相対的比率がさらに高いほど、最終的に具現された窒化膜の圧縮応力がさらに小さくなることを確認した。
したがって、応力調節ガスが窒素ガス（Ｎ２）及び不活性ガスを含む場合、第３段階（ステップＳ１３０）で不活性ガスに対する窒素ガス（Ｎ２）の相対的比率を調節することによって、窒化膜の圧縮応力を容易に精密制御することができるという効果を期待することができる。
図３は、本発明の一実施形態による窒化膜の変形された製造方法で単位サイクルの間に、基板が経時的に経る一連のプロセスを左側から右側に順次に図示したダイヤグラムである。本製造方法は、図２で説明した製造方法を参照することができ、よって、重複説明は省略する。
図３を参照すれば、第２段階（ステップＳ１２０）から提供される第１パージガスまたは第４段階（ステップＳ１４０）から提供される第２パージガスが、第１段階（ステップＳ１１０）ないし第４段階（ステップＳ１４０）から持続的に供給されうる。すなわち、第１段階（ステップＳ１１０）で、第１パージガスまたは第２パージガスが基板上に提供され、第３段階（ステップＳ１１０）で、第１パージガスまたは第２パージガスが基板上に提供されうる。
第１段階（ステップＳ１１０）から提供されるパージガスは、ソースガスのキャリアの役割を果たし、ソースガスが基板上に均一によく分散されて吸着させる。
同様に、第３段階（ステップＳ１３０）から提供されるパージガスは、反応ガス及び応力調節ガスが基板上に均一によく分散されて吸着されうるようにキャリアの役割を果たせる。
図４は、本発明の他の実施形態による窒化膜の製造方法で原子層蒸着工程の単位サイクルを図解するフローチャートである。本製造方法は、図１で説明した製造方法を参照することができ、よって、重複説明は省略する。
図４を参照すれば、単位サイクル（ステップＳ１００）は、第４段階（ステップＳ１４０）以後に、単位蒸着膜上に第２応力調節ガスをプラズマ状態で提供する第５段階（ステップＳ１５０）及び前記基板上に第３パージガスを提供する第６段階（ステップＳ１６０）をさらに含みうる。この場合、第３段階（ステップＳ１３０）及び第５段階（ステップＳ１５０）での応力調節ガスを便宜上区分するために、第３段階（ステップＳ１３０）の応力調節ガスは、第１応力調節ガスと名付け、第５段階（ステップＳ１５０）の応力調節ガスは、第２応力調節ガスと名付けることができる。
前記第２応力調節ガスは、窒素ガス（Ｎ２）を含みうる。例えば、前記第２応力調節ガスは、窒素ガス（Ｎ２）のみで構成することができる。
または、前記第２応力調節ガスは、不活性ガス及び窒素ガス（Ｎ２）の混合ガスを含みうる。
第５段階（ステップＳ１５０）では、前記基板上に前記第２応力調節ガスをプラズマ状態で提供することによって、第１段階（ステップＳ１１０）ないし第４段階（ステップＳ１４０）を行って、既に形成された前記単位蒸着膜の膜質に所定の応力分布をさらに精密に具現することができる。
第３段階（ステップＳ１３０）に開示された窒素ガス（Ｎ２）は、反応ガスと共に前記基板上に同時に提供されるが、第５段階（ステップＳ１５０）に開示された窒素ガス（Ｎ２）は、反応ガスをパージングした以後に反応ガスと別個に前記基板上に提供されるという点で区別される。
第６段階（ステップＳ１６０）では、前記基板上に第３パージガスを提供することができる。第３パージガスは、第５段階（ステップＳ１５０）から提供された窒素ガス（Ｎ２）の少なくとも一部を前記基板から除去することができる。
すなわち、第６段階（ステップＳ１６０）では、第５段階（ステップＳ１５０）から提供された前記第２応力調節ガスの少なくとも一部が、第３パージガスによってパージングされうる。前記第３パージガスは、窒素ガスであるか、不活性ガスであるか、または窒素ガスと不活性ガスとからなる混合ガスであり得る。
前述した第５段階（ステップＳ１５０）及び第６段階（ステップＳ１６０）は、具体的に、図２及び図３に開示された実施形態にそれぞれ追加的に適用されうるが、これを図５及び図６を参照して、それぞれ説明する。
図５は、本発明の他の実施形態による窒化膜の製造方法で単位サイクルの間に、基板が経時的に経る一連のプロセスを左側から右側に順次に図示したダイヤグラムであって、前述した第５段階（ステップＳ１５０）及び第６段階（ステップＳ１６０）を図２に示された実施形態に追加的に適用したものである。本実施形態は、図１、図２及び図４の製造方法を参照することができ、よって、重複説明は省略する。
図５を参照して、例えば、第２段階（ステップＳ１２０）の第１パージガス、第４段階（ステップＳ１４０）での第２パージガス及び第６段階（ステップＳ１６０）での第３パージガスのうち少なくとも何れか１つは、窒素ガス（Ｎ２）を含みうる。第３段階（ステップＳ１３０）での反応ガスは、アンモニア（ＮＨ３）ガスを含む。第３段階（ステップＳ１３０）及び第５段階（ステップＳ１５０）での応力調節ガスは、窒素ガス（Ｎ２）を含むか、不活性ガス及び窒素ガス（Ｎ２）の混合ガスを含みうる。
図５を参照して、他の例を挙げれば、第２段階（ステップＳ１２０）の第１パージガス、第４段階（ステップＳ１４０）での第２パージガス及び第６段階（ステップＳ１６０）での第３パージガスのうち少なくとも何れか１つは、不活性ガスを含みうる。第３段階（ステップＳ１３０）での反応ガスは、アンモニア（ＮＨ３）ガスを含む。第３段階（ステップＳ１３０）及び第５段階（ステップＳ１５０）での応力調節ガスは、窒素ガス（Ｎ２）を含むか、不活性ガス及び窒素ガス（Ｎ２）の混合ガスを含みうる。
図５を参照して、また他の例を挙げれば、第２段階（ステップＳ１２０）の第１パージガス、第４段階（ステップＳ１４０）での第２パージガス及び第６段階（ステップＳ１６０）での第３パージガスのうち少なくとも何れか１つは、窒素ガス（Ｎ２）及び不活性ガスを含む混合ガスであり得る。第３段階（ステップＳ１３０）での反応ガスは、アンモニア（ＮＨ３）ガスを含む。第３段階（ステップＳ１３０）及び第５段階（ステップＳ１５０）での応力調節ガスは、窒素ガス（Ｎ２）を含むか、不活性ガス及び窒素ガス（Ｎ２）の混合ガスを含みうる。
図６は、本発明の他の実施形態による窒化膜の変形された製造方法で単位サイクルの間に、基板が経時的に経る一連のプロセスを左側から右側に順次に図示したダイヤグラムである。本製造方法は、図５で説明した製造方法を参照することができ、よって、重複説明は省略する。
図６を参照すれば、第２段階（ステップＳ１２０）から提供される第１パージガス、第４段階（ステップＳ１４０）から提供される第２パージガス、または第６段階（ステップＳ１６０）から提供される第３パージガスが、第１段階（ステップＳ１１０）ないし第６段階（ステップＳ１６０）から持続的に供給されうる。すなわち、第１段階（ステップＳ１１０）、第３段階（ステップＳ１３０）または第５段階（ステップＳ１５０）で第１パージガス、第２パージガスまたは第３パージガスが、基板上に提供されうる。
第１段階（ステップＳ１１０）から提供されるパージガスは、ソースガスのキャリアの役割を果たし、ソースガスが基板上に均一によく分散されて吸着させる。第３段階（ステップＳ１３０）から提供されるパージガスは、反応ガス及び第１応力調節ガスが基板上に均一によく分散されて吸着されうるようにキャリアの役割を果たせる。第５段階（ステップＳ１５０）から提供されるパージガスは、第２応力調節ガスのプラズマが基板上に均一によく分散されて提供されるようにキャリアの役割を果たせる。
図７は、本発明のさらに他の実施形態による窒化膜の製造方法で原子層蒸着工程の単位サイクルを図解するフローチャートである。本製造方法は、図１で説明した製造方法を参照することができ、よって、重複説明は省略する。
図７を参照すれば、本発明のさらに他の実施形態による窒化膜の製造方法は、単位サイクルが図１に示された第１段階（ステップＳ１１０）、第２段階（ステップＳ１２０）、第３段階（ステップＳ１３０）、及び第４段階（ステップＳ１４０）を含むが、第１段階（ステップＳ１１０）後、第２段階（ステップＳ１２０）前に、前記ソースガスの提供を中断し、前記第１段階でよりも、前記チャンバ内圧力をさらに低く保持させる段階（ステップＳ１１５）をさらに含むことを特徴とする。前記段階（ステップＳ１１５）でのチャンバ内圧力は、第１段階（ステップＳ１１０）でのチャンバ内圧力より、例えば、１０％〜９０％ほどさらに低い。
前記段階（ステップＳ１１５）を第１段階（ステップＳ１１０）と第２段階（ステップＳ１２０）との間に導入することによって、基板上に吸着されずに残った前記ソースガスの残留物がさらに効果的に除去され、これにより、相対的に優れた良質の窒化物が蒸着されうる。特に、窒化物が蒸着される基板上の構造物が縦横比が大きい段差構造物である場合、前記段階（ステップＳ１１５）による窒化物蒸着塗布率（ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ）の改善効果はさらに目立つことができる。
例えば、前記段階（ステップＳ１１５）は、前記ソースガスの提供を中断するが、前記チャンバ内ポンピング（ｐｕｍｐｉｎｇ）を行うことで具現されうる。さらに具体的には、前記段階（ステップＳ１１５）は、チャンバ内ソースガス、反応ガス、パージガス及び後処理ガスなどが供給されていない状態でポンピングのみ行われる段階と理解されうる。
一方、前記段階（ステップＳ１１５）から行われるポンピングは、前記単位サイクル中に常時行われる。例えば、前記チャンバ内ポンピングは、単位サイクルを構成する第１段階（ステップＳ１１０）、段階（ステップＳ１１５）、第２段階（ステップＳ１２０）、第３段階（ステップＳ１３０）、第４段階（ステップＳ１４０）の間に、引き続き行われる。
図８は、本発明のさらに他の実施形態による窒化膜の製造方法で単位サイクルの間に、基板が経時的に経る一連のプロセスを左側から右側に順次に図示したダイヤグラムである。本実施形態は、図７の製造方法を参照することができ、よって、重複説明は省略する。
まず、図８を参照すれば、第１段階（ステップＳ１１０）、ポンピングのみ行う段階（ステップＳ１１５）、第２段階（ステップＳ１２０）、第３段階（ステップＳ１３０）、第４段階（ステップＳ１４０）を含む単位サイクルのみを少なくとも１回以上繰り返して行うことによって、窒化膜を具現することができる。
段階（ステップＳ１１５）から行われるポンピングは、第１段階（ステップＳ１１０）、第２段階（ステップＳ１２０）、第３段階（ステップＳ１３０）、第４段階（ステップＳ１４０）でも行われるが、前記ポンピングのみ行う段階（ステップＳ１１５）は、チャンバ内ソースガス、応力調節ガス、反応ガス、パージガスなどが供給されていない状態で前記ポンピングのみ行われる段階と理解しなければならない。
図８を参照して、例えば、第２段階（ステップＳ１２０）の第１パージガス及び第４段階（ステップＳ１４０）での第２パージガスのうち少なくとも何れか１つは、窒素ガス（Ｎ２）を含みうる。第３段階（ステップＳ１３０）での反応ガスは、アンモニア（ＮＨ３）ガスを含み、応力調節ガスは、窒素ガス（Ｎ２）を含みうる。
図８を参照して、他の例を挙げれば、第２段階（ステップＳ１２０）の第１パージガス及び第４段階（ステップＳ１４０）での第２パージガスのうち少なくとも何れか１つは、アルゴンガス（Ａｒ）のような不活性ガスを含みうる。第３段階（ステップＳ１３０）での反応ガスは、アンモニア（ＮＨ３）ガスを含み、応力調節ガスは、窒素ガス（Ｎ２）を含みうる。
図８を参照して、また他の例を挙げれば、第２段階（ステップＳ１２０）の第１パージガス及び第４段階（ステップＳ１４０）での第２パージガスのうち少なくとも何れか１つは、窒素ガス（Ｎ２）及び不活性ガスを含む混合ガスであり得る。第３段階（ステップＳ１３０）での反応ガスは、アンモニア（ＮＨ３）ガスを含み、応力調節ガスは、窒素ガス（Ｎ２）及び不活性ガスを含みうる。
第３段階（ステップＳ１３０）の応力調節ガスで不活性ガスに対する窒素ガス（Ｎ２）の相対的比率がさらに高いほど、最終的に具現された窒化膜の圧縮応力がさらに大きくなり、第３段階（ステップＳ１３０）の応力調節ガスで窒素ガス（Ｎ２）に対する不活性ガスの相対的比率がさらに高いほど、最終的に具現された窒化膜の圧縮応力がさらに小さくなる。
したがって、応力調節ガスが窒素ガス（Ｎ２）及び不活性ガスを含む場合、第３段階（ステップＳ１３０）で不活性ガスに対する窒素ガス（Ｎ２）の相対的比率を調節することによって、窒化膜の圧縮応力を容易に精密制御することができるという効果を期待することができる。
図９は、本発明のさらに他の実施形態による窒化膜の変形された製造方法で単位サイクルの間に、基板が経時的に経る一連のプロセスを左側から右側に順次に図示したダイヤグラムである。
図９を参照すれば、第１段階（ステップＳ１１０）、ポンピングのみ行う段階（ステップＳ１１５）、第２段階（ステップＳ１２０）、第３段階（ステップＳ１３０）、第４段階（ステップＳ１４０）を含む単位サイクルのみを少なくとも１回以上繰り返して行うことによって、窒化膜を具現することができる。ポンピングのみ行う段階（ステップＳ１１５）についての説明は、図８を参照して言及した内容と実質的に同一なので、ここでは省略する。
図９を参照すれば、第２段階（ステップＳ１２０）から提供される第１パージガスまたは第４段階（ステップＳ１４０）から提供される第２パージガスが、第１段階（ステップＳ１１０）ないし第４段階（ステップＳ１４０）から持続的に供給されうる。すなわち、第１段階（ステップＳ１１０）で、第１パージガスまたは第２パージガスが基板上に提供され、第３段階（ステップＳ１１０）で、第１パージガスまたは第２パージガスが基板上に提供されうる。
第１段階（ステップＳ１１０）から提供されるパージガスは、ソースガスのキャリアの役割を果たし、ソースガスが基板上に均一によく分散されて吸着させる。
同様に、第３段階（ステップＳ１３０）から提供されるパージガスは、反応ガス及び応力調節ガスが基板上に均一によく分散されて吸着されうるようにキャリアの役割を果たせる。
一方、本発明の変形された実施形態による窒化膜の製造方法は、図８に示された第１単位サイクルを少なくとも１回以上行う段階と図９に示された第２単位サイクルを少なくとも１回以上行う段階とをいずれも含みうる。前記第１単位サイクルと前記第２単位サイクルとの配置順序と繰り返し回数などは、要求される窒化膜の特性によって適切に設計されうる。
図１０は、本発明のさらに他の実施形態による窒化膜の製造方法で原子層蒸着工程の単位サイクルを図解するフローチャートである。本製造方法は、図７で説明した製造方法を参照することができ、よって、重複説明は省略する。すなわち、本製造方法は、図７で説明した製造方法と比較して、段階（ステップＳ１３５）が追加されるという点で差異があり、したがって、残りの段階は、重複された内容なので、その説明を省略する。
図１０を参照すれば、第３段階（ステップＳ１３０）後、第４段階（ステップＳ１４０）前に、チャンバ内の前記応力調節ガスと前記反応ガスとの提供を中断し、前記第３段階でよりも、前記チャンバ内圧力をさらに低く保持させる段階（ステップＳ１３５）を含む。前記段階（ステップＳ１３５）でのチャンバ内圧力は、第３段階（ステップＳ１３０）でのチャンバ内圧力より、例えば、１０％〜９０％ほどさらに低い。
前記段階（ステップＳ１３５）を第３段階（ステップＳ１３０）と第４段階（ステップＳ１４０）との間に導入することによって、基板上に吸着されたソースガスと反応されずに残った前記反応ガスの残留物と前記応力調節ガスの残留物とがさらに効果的に除去され、これにより、相対的に優れた良質の窒化物が蒸着されうる。特に、窒化物が蒸着される基板上の構造物が縦横比が大きい段差構造物である場合、前記段階（ステップＳ１３５）による窒化物蒸着塗布率の改善効果はさらに目立つことができる。
例えば、前記段階（ステップＳ１３５）は、前記応力調節ガスと前記反応ガスとの提供を中断するが、前記チャンバ内ポンピングを行うことで具現されうる。さらに具体的には、前記段階（ステップＳ１３５）は、チャンバ内ソースガス、応力調節ガス、反応ガス、パージガスなどが供給されていない状態でポンピングのみ行われる段階と理解されうる。
一方、単位サイクルを構成する段階（ステップＳ１１５）と段階（ステップＳ１３５）は、チャンバ内に一体のガスが供給されていない状態でポンピングのみ行われる段階であるという点では同一であるが、適用される具体的な工程順序によって、前記段階（ステップＳ１１５）は、ソースガスの供給が中断され、チャンバをポンピングする段階であり、前記段階（ステップＳ１３５）は、応力調節ガス及び反応ガスの供給が中断され、チャンバをポンピングする段階であるという点で区別されうる。
一方、チャンバポンピングは、前記段階（ステップＳ１３５）だけではなく、前記単位サイクル中に常時行われることもある。例えば、前記チャンバ内ポンピングは、単位サイクルを構成する第１段階（ステップＳ１１０）、前述した段階（ステップＳ１１５）、第２段階（ステップＳ１２０）、第３段階（ステップＳ１３０）、前述した段階（ステップＳ１３５）、第４段階（ステップＳ１４０）の間に、引き続き行われる。
一方、図面に別途に図示していないが、本発明のさらに他の変形された実施形態による製造方法で、図１０に示された窒化膜を形成するための単位サイクルは、図４で説明したように、第４段階（ステップＳ１４０）以後に、単位蒸着膜上に第２応力調節ガスをプラズマ状態で提供する第５段階（ステップＳ１５０）及び前記基板上に第３パージガスを提供する第６段階（ステップＳ１６０）をさらに含みうる。この場合、第３段階（ステップＳ１３０）及び第５段階（ステップＳ１５０）での応力調節ガスを便宜上区分するために、第３段階（ステップＳ１３０）の応力調節ガスは、第１応力調節ガスと名付け、第５段階（ステップＳ１５０）の応力調節ガスは、第２応力調節ガスと名付けることができる。
前記第２応力調節ガスは、窒素ガス（Ｎ２）を含みうる。例えば、前記第２応力調節ガスは、窒素ガス（Ｎ２）のみで構成することができる。
または、前記第２応力調節ガスは、不活性ガス及び窒素ガス（Ｎ２）の混合ガスを含みうる。
第５段階（ステップＳ１５０）では、前記基板上に前記第２応力調節ガスをプラズマ状態で提供することによって、第１段階（ステップＳ１１０）ないし第４段階（ステップＳ１４０）を行って、既に形成された前記単位蒸着膜の膜質に所定の応力分布をさらに精密に具現することができる。
第３段階（ステップＳ１３０）に開示された窒素ガス（Ｎ２）は、反応ガスと共に前記基板上に同時に提供されるが、第５段階（ステップＳ１５０）に開示された窒素ガス（Ｎ２）は、反応ガスをパージングした以後に反応ガスと別個に前記基板上に提供されるという点で区別される。
第６段階（ステップＳ１６０）では、前記基板上に第３パージガスを提供することができる。第３パージガスは、第５段階（ステップＳ１５０）から提供された窒素ガス（Ｎ２）の少なくとも一部を前記基板から除去することができる。
すなわち、第６段階（ステップＳ１６０）では、第５段階（ステップＳ１５０）から提供された前記第２応力調節ガスの少なくとも一部が、第３パージガスによってパージングされうる。前記第３パージガスは、窒素ガスであるか、不活性ガスであるか、または窒素ガスと不活性ガスとからなる混合ガスであり得る。
前述した実施形態によれば、単位サイクルを少なくとも１回以上繰り返して行う原子層蒸着法による窒化膜の製造において、窒化膜の圧縮応力の制御方法が提供されうる。例えば、前記単位サイクルは、窒素ガス（Ｎ２）を含む応力調節ガスと前記窒素ガス（Ｎ２）以外の窒素成分（Ｎ）を含有する反応ガスとをプラズマ状態で基板上に同時に提供する段階を含むが、前記窒化膜の要求される圧縮応力が大きいほど、前記基板上に提供される前記窒素ガスの量を増やすように制御して行うことによって、窒化膜の圧縮応力を制御することができる。さらに、前記単位サイクルは、単位蒸着膜が形成された以後に窒素ガス（Ｎ２）を含む応力調節ガスをプラズマ状態で基板上に提供する段階を追加的にさらに含むことによって、窒化膜の圧縮応力を効果的に制御することができる。
図１１は、本発明の一実施形態による製造方法で具現した窒化膜で窒素ガスの相対的流量による圧縮応力とＷＥＲＲ（Ｗｅｔ Ｅｔｃｈ Ｒａｔｅ Ｒａｔｉｏ）の特性を図解するグラフであり、図１２は、本発明の比較例による製造方法で具現した窒化膜でプラズマパワーによる圧縮応力とＷＥＲＲの特性を図解するグラフである。
図１１から開示された実施形態は、図４を参照して説明した窒化膜を製造する場合に該当し、図１２に開示された比較例は、窒素ガス（Ｎ２）を含む応力調節ガスを提供せず、プラズマのパワーを調節して圧縮応力を有する窒化膜を製造する場合に該当する。
図１１及び図１２で左側の縦軸は、窒化膜の圧縮応力の大きさを表わし、右側の縦軸は、窒化膜の膜質を表わす湿式エッチング速度比（ＷＥＲＲ；Ｗｅｔ Ｅｔｃｈ Ｒａｔｅ Ｒａｔｉｏ）を表わす。相互比較のために、図１１の単位値Ａと図１２の単位値Ａは、同一であり、図１１の単位値Ｂと図１２の単位値Ｂは、同一である。図１１及び図１２では、不活性ガスとしてアルゴンガスを使った。
図１１を参照すれば、窒素ガス（Ｎ２）及び不活性ガスで構成された応力調節ガスのうちから不活性ガスに対する窒素ガス（Ｎ２）の相対的比率がさらに高いほど（すなわち、図１１の横軸の値が大きくなるほど）、最終的に具現された窒化膜の圧縮応力はさらに大きくなることを確認することができる。
一方、本発明の実施形態による窒化膜の製造方法では、窒化膜の圧縮応力が大きくなるにもかかわらず、窒化膜の膜質を表わす湿式エッチング速度比（ＷＥＲＲ）が相対的に大きな変動がないということを確認することができる。
一方、図１２を参照すれば、窒素ガス（Ｎ２）を含む応力調節ガスを使わずに窒化膜を形成する本発明の比較例では、プラズマパワーを増大させて窒化膜の圧縮応力を大きくすることができるが、同時に窒化膜の膜質を表わす湿式エッチング速度比（ＷＥＲＲ）が相対的に大きな変動があるということを確認することができる。
これは、窒化膜の応力を調節するために、原子層蒸着工程の単位サイクル内でプラズマを形成するための電源のパワー（または、周波数）を調節することができるが、この場合、プラズマのパワーや周波数によって窒化膜の膜質の変化が相対的に大きいということを示唆する。
一方、本発明の実施形態によれば、原子層蒸着工程の単位サイクル内でプラズマ形成時に、窒素ガス（Ｎ２）と不活性ガスとの混合比を調節することによって、窒化膜の応力を調節し、この場合、窒化膜の膜質は、窒化膜の応力に関係なく相対的に同じレベルを保持することができるということが分かる。
さらに、本発明の変形された実施形態では、窒化膜の応力を調節するための方法として原子層蒸着工程の単位サイクル内でプラズマ形成時に、窒素ガス（Ｎ２）の比率を調節すると共に、前記プラズマを形成するために印加される電源の周波数やパワー（これをプラズマパワーまたは周波数と呼ぶこともある）を追加的に調節することができる。このような変形された実施形態によれば、窒化膜の膜質を良好に保持しながら、前記窒化膜の圧縮応力範囲をさらに広く調節することができるという効果を期待することができる。
例えば、窒化膜の圧縮応力が非常に高く要求される場合、プラズマの周波数やパワーを調節して窒化膜を蒸着すれば、窒化膜の表面にプラズマ損傷（ｐｌａｓｍａ ｄａｍａｇｅ）が発生する恐れがあるが、窒素ガス（Ｎ２）の流量を調節しながら、同時にプラズマの周波数やパワーを追加的に調節して窒化膜を蒸着すれば、窒化膜の表面にプラズマ損傷なしに非常に高い圧縮応力を具現することができるという点で有利である。
本発明は、図面に示された実施形態を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されるべきである。
本発明は、窒化膜の製造方法及び窒化膜の圧縮応力の制御方法関連の技術分野に適用可能である。

Claims (20)

  1. 基板上にソースガスを提供して、前記基板上に前記ソースガスの少なくとも一部が吸着される第１段階と、
    前記基板上に第１パージガスを提供する第２段階と、
    前記基板上に窒素ガス（Ｎ２）を含む応力調節ガスと前記窒素ガス（Ｎ２）以外の窒素成分（Ｎ）を含有する反応ガスとをプラズマ状態で提供して、前記基板上に単位蒸着膜を形成する第３段階と、
    前記基板上に第２パージガスを提供する第４段階と、
    を含む単位サイクルを少なくとも１回以上行うことによって、前記基板上に圧縮応力を有する窒化膜を形成する窒化膜の製造方法。
  2. 前記窒化膜の要求される圧縮応力が大きいほど、前記第３段階から前記基板上に提供される前記窒素ガス（Ｎ２）の量を増やす請求項１に記載の窒化膜の製造方法。
  3. 前記応力調節ガスは、不活性ガス及び前記窒素ガス（Ｎ２）の混合ガスを含む請求項１に記載の窒化膜の製造方法。
  4. 前記第３段階で前記窒化膜の要求される圧縮応力が大きいほど、前記基板上に提供される前記不活性ガスに対する前記窒素ガス（Ｎ２）の相対的比率を高める請求項３に記載の窒化膜の製造方法。
  5. 前記不活性ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、及びラドン（Ｒｎ）のうち少なくとも何れか１つを含む請求項３に記載の窒化膜の製造方法。
  6. 前記プラズマは、ダイレクトプラズマ方式またはリモートプラズマ方式によって形成される請求項１に記載の窒化膜の製造方法。
  7. 前記第１パージガスまたは前記第２パージガスが、前記第１段階ないし前記第４段階から持続的に供給される請求項１に記載の窒化膜の製造方法。
  8. 前記第１パージガス及び前記第２パージガスのうち少なくとも何れか１つは、窒素ガス、不活性ガス、または窒素ガスと不活性ガスとからなる混合ガスである請求項１に記載の窒化膜の製造方法。
  9. 前記応力調節ガスは、前記第１パージガス及び前記第２パージガスのうち少なくとも何れか１つと同種の物質で構成されたガスである請求項１に記載の窒化膜の製造方法。
  10. 前記単位サイクルは、
    前記単位蒸着膜の上に第２応力調節ガスをプラズマ状態で提供する第５段階と、
    前記基板上に第３パージガスを提供する第６段階と、
    を含む請求項１に記載の窒化膜の製造方法。
  11. 前記第２応力調節ガスは、窒素ガス（Ｎ２）を含むか、または、不活性ガス及び窒素ガス（Ｎ２）の混合ガスを含む請求項１０に記載の窒化膜の製造方法。
  12. 前記第１パージガス、前記第２パージガスまたは前記第３パージガスが、前記第１段階ないし前記第６段階から持続的に供給される請求項１０に記載の窒化膜の製造方法。
  13. 前記第１パージガス、前記第２パージガス、及び前記第３パージガスのうち少なくとも何れか１つは、窒素ガス、不活性ガス、または窒素ガスと不活性ガスとからなる混合ガスである請求項１０に記載の窒化膜の製造方法。
  14. 前記第２応力調節ガスは、前記第１パージガス、前記第２パージガス、及び前記第３パージガスのうち少なくとも何れか１つと同種の物質で構成されたガスである請求項１０に記載の窒化膜の製造方法。
  15. 前記単位サイクルは、
    前記第１段階の後、前記第２段階の前に、前記ソースガスの提供を中断し、前記第１段階でよりも、チャンバ内圧力をさらに低く保持させる段階を含む請求項１に記載の窒化膜の製造方法。
  16. 前記第１段階でよりも、前記チャンバ内圧力をさらに低く保持させる段階は、前記ソースガスの提供を中断するが、チャンバ内のポンピングを行うことで具現される請求項１５に記載の窒化膜の製造方法。
  17. 前記ポンピングは、前記単位サイクルの中で常時行われる請求項１６に記載の窒化膜の製造方法。
  18. 前記単位サイクルは、
    前記第３段階の後、前記第４段階の前に、前記応力調節ガス及び前記反応ガスの提供を中断し、前記第３段階でよりも、前記チャンバ内圧力をさらに低く保持させる段階を含む請求項１５に記載の窒化膜の製造方法。
  19. 前記第３段階でよりも、前記チャンバ内圧力をさらに低く保持させる段階は、前記応力調節ガス及び前記反応ガスの提供を中断するが、前記チャンバ内のポンピングを行うことで具現される請求項１８に記載の窒化膜の製造方法。
  20. 前記ポンピングは、前記単位サイクルの中で常時行われる請求項１９に記載の窒化膜の製造方法。
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