JP6392279B2 - 窒化膜の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、窒化膜の製造方法に係り、より詳細には、原子層蒸着法を用いた窒化膜の製造に関する。
アンモニア（ＮＨ３）を含有する反応ガスを、プラズマ状態で提供して窒化膜を形成する場合、プラズマによってアンモニア（ＮＨ３）のリガンド（ｌｉｇａｎｄ）だけではなく、基板に吸着されたソースガスのリガンドまで分解されて、窒化膜内に水素（Ｈ）や塩素（Ｃｌ）などの不純物が形成されうるという問題点を伴う。また、窒化膜内の不純物が増加するにつれて、薄膜の物理的特性である湿式エッチング速度比（ＷＥＲＲ；Ｗｅｔ Ｅｔｃｈ Ｒａｔｅ Ｒａｔｉｏ）の特性が高くなるという問題点が表われる。
一方、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、窒化物内の不純物含有量を減少させて、良質の薄膜を形成すると共に、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、良質の薄膜を形成しながら、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、窒素成分（Ｎ）及び水素成分（Ｈ）を含有する反応ガスを連続して供給し続ける単位サイクルを少なくとも１回以上行うが、前記単位サイクルは、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、前記基板上に供給される前記反応ガスをプラズマ状態で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、前記単位蒸着膜上に存在する不純物を除去するために、窒素ガス（Ｎ２）を含む後処理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。
前記窒化膜の製造方法で、前記窒素成分（Ｎ）と水素成分（Ｈ）とを含有する反応ガスは、アンモニア（ＮＨ３）を含みうる。
前記窒化膜の製造方法で、前記反応ガスは、窒素ガス（Ｎ２）をさらに含む第１混合ガスであり、前記第３段階から提供される前記第１混合ガスをプラズマ状態で提供することによって、前記基板上に前記単位蒸着膜を形成しうる。前記窒化膜の製造方法で、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段階で前記窒素ガス（Ｎ２）の相対的な量を増やしうる。
前記窒化膜の製造方法で、前記後処理ガスは、窒素ガス（Ｎ２）であるか、または、窒素ガス（Ｎ２）とアルゴンガス（Ａｒ）とからなる第２混合ガスであり得る。
前記窒化膜の製造方法で、前記後処理ガスが窒素ガス（Ｎ２）であり、前記窒化膜の要求される圧縮応力が大きいほど、前記第５段階から前記単位蒸着膜上に提供される前記窒素ガス（Ｎ２）の量を増やしうる。
前記窒化膜の製造方法で、前記後処理ガスが、窒素ガス（Ｎ２）とアルゴンガス（Ａｒ）とからなる第２混合ガスであり、前記窒化膜の要求される圧縮応力が大きいほど、前記第５段階から前記単位蒸着膜上に提供される前記アルゴンガス（Ａｒ）に対する前記窒素ガス（Ｎ２）の相対的比率を高めうる。
前記窒化膜の製造方法で、前記後処理ガスは、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、前記第５段階は、前記窒化膜の圧縮応力を追加的に調節するために、前記プラズマ発生電源のパワーまたは周波数を調節する段階を含みうる。
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、前記シャワーヘッド内部から活性化されたガスを前記基板上に提供することができる。
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。
本発明の一実施形態によれば、低温工程で窒化物内の不純物含有量を減少させて、膜質を安定して保持すると共に、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。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を具体的に具現した多様な適用例であって、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製造方法を具体的に具現した多様な適用例であって、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。 本発明の他の実施形態による窒化膜の製造方法を具体的に具現した多様な適用例であって、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製造方法を具体的に具現した多様な適用例であって、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。 本発明の一部の実験例と比較例とによる窒化膜の製造方法で具現した窒化膜で屈折率（Ｒ．Ｉ）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。
明細書の全体に亘って、第１、第２、第３のような区分用語は、１つの段階、物質、または構成要素を他の何れか１つの段階、物質、または構成要素と便宜上区別して指称するための目的として使う。しかし、例えば、このような区分用語に記載の数字の大きさによって、段階が行われる順序が必ずしも限定されるということを意味するものではなく、あるいは区分用語に記載の数字が異なれば、対応する物質の種類が、必ずしも異なるということを意味するものではない。
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、反応ガス、応力調節ガス及び／または後処理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、応力調節ガス及び／または後処理ガスのプラズマが、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、応力調節ガス及び／または後処理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。
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法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）、第４段階（ステップＳ１４０）、第５段階（ステップＳ１５０）、及び第６段階（ステップＳ１６０）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、窒化膜を形成する方法である。ここで、単位サイクル（ステップＳ１００）の間に、窒素成分（Ｎ）及び水素成分（Ｈ）を含有する反応ガスは、連続して基板上に供給され続ける。
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。
すなわち、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適切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。もちろん、第１段階（ステップＳ１１０）で、反応ガスは、前記基板上に供給され続ける。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、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、例えば、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、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、例えば、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。もちろん、第２段階（ステップＳ１２０）でも、反応ガスは、前記基板上に供給され続ける。
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の少なくとも一部が、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、アルゴンガスであるか、または窒素ガスとアルゴン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、前記基板上に窒素成分（Ｎ）及び水素成分（Ｈ）を含有する反応ガスを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。前記窒素成分（Ｎ）と水素成分（Ｈ）とを含有する反応ガスは、例えば、アンモニア（ＮＨ３）を含みうる。
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。
工程の低温化のために、第３段階（ステップＳ１３０）で、窒素成分（Ｎ）及び水素成分（Ｈ）を含有する反応ガスは、プラズマ状態で前記基板上に提供されうる。すなわち、反応ガスが基板上に吸着されたソースガスと反応して、単位蒸着膜を形成する工程でプラズマに伴われる高速の帯電粒子が触媒の役割を果たすので、純粋な熱反応によって単位蒸着膜を形成する場合よりも、相対的に低温で工程が行われる。
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。もちろん、第４段階（ステップＳ１４０）でも、反応ガスは、前記基板上に供給され続ける。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、アルゴンガスであるか、または窒素ガスとアルゴンガスとからなる混合ガスであり得る。
第５段階（ステップＳ１５０）で、前記単位蒸着膜上に窒素ガス（Ｎ２）を含む後処理ガスをプラズマ状態で提供することによって、不純物含有量が相対的に低い単位蒸着膜を具現することができる。この場合、前記後処理ガスは、前記単位蒸着膜の膜質改善、すなわち、最終的に窒化膜の膜質改善のために提供されるガスと理解されうる。もちろん、第５段階（ステップＳ１５０）でも、反応ガスは、前記基板上に供給され続ける。
本発明者は、第５段階（ステップＳ１５０）で、窒素ガス（Ｎ２）を含む後処理ガスをプラズマ状態で提供する場合、窒素成分（Ｎ）及び水素成分（Ｈ）を含有する反応ガスを使って形成した単位蒸着膜内の水素ボンディング（Ｈ−ｂｏｎｄｉｎｇ）が窒素（Ｎ）に置換されることによって、良質の窒化膜を形成し、これにより、物理的特性である湿式エッチング速度比（ＷＥＲＲ）の特性などが改善されることを確認した。
周辺素子の劣化の防止及び優れた塗布率（ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ）の確保などのために、窒化膜を形成する工程温度を低めることが必要であるが、窒化膜形成工程の温度が低い場合、薄膜内の反応性が低くなり、それによって、薄膜内の不純物濃度が増加するという問題点を伴う。
また、アンモニア（ＮＨ３）を含有する反応ガスを、プラズマ状態で提供して窒化膜を形成する場合、プラズマによってアンモニア（ＮＨ３）のリガンドだけではなく、基板に吸着されたソースガスのリガンドまで分解されて、窒化膜内に水素（Ｈ）や塩素（Ｃｌ）などの不純物が形成されうるという問題点を伴う。また、窒化膜内の不純物が増加するにつれて、薄膜の物理的特性である湿式エッチング速度比（ＷＥＲＲ）の特性が高くなるという問題点が表われる。
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、このような問題点を解決するために、前記単位サイクルは、基板上に吸着されたソースガスと窒素成分（Ｎ）及び水素成分（Ｈ）を含有する反応ガスとが反応して、単位蒸着膜が形成された以後に、前記単位蒸着膜上に窒素ガス（Ｎ２）を含有する後処理ガスをプラズマ状態で提供する段階を含みうる。窒素ガス（Ｎ２）を含有する後処理ガスをプラズマ状態で単位蒸着膜上に提供することによって、単位蒸着膜内に残っている不純物結合を窒素（Ｎ）に置換することによって、低温工程でも、低い湿式エッチング速度比（ＷＥＲＲ）を有する窒化膜を形成しうる。
一方、第５段階（ステップＳ１５０）では、前記単位蒸着膜上に窒素ガス（Ｎ２）を含む後処理ガスをプラズマ状態で提供することによって、圧縮応力を有する単位蒸着膜を具現することができる。この場合、前記後処理ガスは、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）を含む後処理ガスを第５段階（ステップＳ１５０）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、第５段階で、前記基板上に提供される、前記後処理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、第５段階で、前記基板上に提供される、前記後処理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、第５段階（ステップＳ１５０）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シリコン（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。
前記後処理ガスは、混合ガスではない単一な窒素ガス（Ｎ２）であるが、他の例として、前記後処理ガスは、窒素ガス（Ｎ２）とアルゴンガス（Ａｒ）とからなる混合ガスであり得る。この場合、本発明者は、第５段階（ステップＳ１５０）の後処理ガスでアルゴンガス（Ａｒ）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５段階（ステップＳ１５０）の後処理ガスで窒素ガス（Ｎ２）に対するアルゴンガス（Ａｒ）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、後処理ガスが、窒素ガス（Ｎ２）及びアルゴンガス（Ａｒ）からなる混合ガスである場合、第５段階（ステップＳ１５０）でアルゴンガス（Ａｒ）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。
一方、第５段階（ステップＳ１５０）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（それをプラズマパワーまたは周波数とも呼ぶ）を調節することができる。この場合、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。
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。もちろん、第６段階（ステップＳ１６０）でも、反応ガスは、前記基板上に供給され続ける。
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）を含む後処理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）から提供された後処理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、アルゴンガスであるか、または窒素ガスとアルゴンガスとからなる混合ガスであり得る。
一方、本発明の変形された実施形態で、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パージガスは、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。また、本発明の変形された他の実施形態で、前記後処理ガスは、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。
前述したように、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）、第５段階（ステップＳ１５０）、及び第６段階（ステップＳ１６０）を含む単位サイクル（ステップＳ１００）の間に、窒素成分（Ｎ）及び水素成分（Ｈ）を含有する反応ガスは、連続して基板上に供給され続ける。本発明者は、窒素成分（Ｎ）及び水素成分（Ｈ）を含有する反応ガスが第３段階（ステップＳ１３０）のみで提供される本発明の比較例の場合と比較して、本発明の実施形態によって形成される窒化膜の蒸着速度（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ）がさらに高くなることを確認した。
図２ないし図３は、本発明の一実施形態による窒化膜の製造方法を具体的に具現した多様な適用例であって、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。本適用例は、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。
まず、図２を参照すれば、第１段階（ステップＳ１１０）ないし第６段階（ステップＳ１６０）を含む単位サイクル（ステップＳ１００）で、窒素成分（Ｎ）及び水素成分（Ｈ）を含有する反応ガスは、単位サイクル（ステップＳ１００）の間に、連続して供給され続ける。
第３段階（ステップＳ１３０）は、窒素成分（Ｎ）及び水素成分（Ｈ）を含有する反応ガスが基板上にプラズマ（ｐｌａｓｍａ）状態で提供される段階を含み、第５段階（ステップＳ１５０）は、単位蒸着膜上に窒素ガス（Ｎ２）を含有する後処理ガスをプラズマ状態で提供する段階を含みうる。例えば、本発明の一実施形態によって形成された窒化膜は、図２に示された単位サイクル（ステップＳ１００）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、具現することができる。
図３を参照すれば、第１段階（ステップＳ１１０）ないし第６段階（ステップＳ１６０）を含む単位サイクル（ステップＳ１００）で、窒素成分（Ｎ）及び水素成分（Ｈ）を含有する反応ガスは、単位サイクル（ステップＳ１００）の間に、連続して供給され続ける。
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）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、第３段階（ステップＳ１３０）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、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。また、第３段階（ステップＳ１３０）から提供されるパージガスは、反応ガスが基板上に均一によく分散されて吸着され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、後処理ガス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４は、本発明の技術的思想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。図４を参照すれば、本発明の他の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）、第４段階（ステップＳ１４０）、第５段階（ステップＳ１５０）、及び第６段階（ステップＳ１６０）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、窒化膜を形成する方法である。ここで、単位サイクル（ステップＳ１００）の間に、窒素成分（Ｎ）及び水素成分（Ｈ）を含有する反応ガスは、連続して基板上に供給され続ける。本製造方法は、図１で説明した製造方法と比較して、第３段階（ステップＳ１３０）で差異点があり、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４を参照すれば、第３段階（ステップＳ１３０）は、前記基板上に前記窒素成分（Ｎ）及び水素成分（Ｈ）を含有する反応ガスと共に、前記反応ガスと別個に窒素ガス（Ｎ２）を含む応力調節ガスをプラズマ状態で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段階を含む。
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、第３段階（ステップＳ１３０）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、第３段階（ステップＳ１３０）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。
一方、本発明者は、第３段階（ステップＳ１３０）の応力調節ガスが窒素ガス（Ｎ２）及びアルゴンガス（Ａｒ）からなる混合ガスであり、この場合、アルゴンガス（Ａｒ）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）に対するアルゴンガス（Ａｒ）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）及びアルゴンガス（Ａｒ）を含む場合、第３段階（ステップＳ１３０）でアルゴンガス（Ａｒ）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。
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。
図５ないし図６は、本発明の他の実施形態による窒化膜の製造方法を具体的に具現した多様な適用例であって、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。
まず、図５を参照すれば、第１段階（ステップＳ１１０）ないし第６段階（ステップＳ１６０）を含む単位サイクル（ステップＳ１００）で、窒素成分（Ｎ）及び水素成分（Ｈ）を含有する反応ガスは、単位サイクル（ステップＳ１００）の間に、連続して供給され続ける。
第１段階（ステップＳ１１０）ないし第６段階（ステップＳ１６０）を含む単位サイクル（ステップＳ１００）で、第３段階（ステップＳ１３０）は、窒素成分（Ｎ）及び水素成分（Ｈ）を含有する反応ガスが基板上にプラズマ状態で提供され、同時に前記反応ガスと別個に窒素ガス（Ｎ２）を含む応力調節ガスをプラズマ状態で提供する段階を含み、第５段階（ステップＳ１５０）は、単位蒸着膜上に窒素ガス（Ｎ２）を含有する後処理ガスをプラズマ状態で提供する段階を含みうる。例えば、本発明の他の実施形態によって形成された窒化膜は、図５に示された単位サイクル（ステップＳ１００）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、具現することができる。
図６を参照すれば、第１段階（ステップＳ１１０）ないし第６段階（ステップＳ１６０）を含む単位サイクル（ステップＳ１００）で、窒素成分（Ｎ）及び水素成分（Ｈ）を含有する反応ガスは、単位サイクル（ステップＳ１００）の間に、連続して供給され続ける。
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）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、第３段階（ステップＳ１３０）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、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。また、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／または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、後処理ガス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、本発明の一部の実験例と比較例とによる窒化膜の製造方法で具現した窒化膜で屈折率（Ｒ．Ｉ）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。図７に示されたケース１及びケース２は、本発明の比較例であり、ケース３及びケース４は、本発明の実験例である。あらゆるケースで反応ガスは、アンモニア（ＮＨ３）ガスであり、応力調節ガスは、窒素ガス（Ｎ２）であり、後処理ガスは、窒素ガス（Ｎ２）である。
具体的に、ケース１は、図２で後処理ガスをプラズマ状態で提供する第５段階（ステップＳ１５０）を除いた単位サイクル（ステップＳ１００）を複数回繰り返して具現した窒化膜に関するものであり、ケース２は、図５で後処理ガスをプラズマ状態で提供する第５段階（ステップＳ１５０）を除いた単位サイクル（ステップＳ１００）を複数回繰り返して具現した窒化膜であり、ケース３は、図３に開示された単位サイクル（ステップＳ１００）を複数回繰り返して具現した窒化膜に関するものであり、ケース４は、図５に開示された単位サイクル（ステップＳ１００）を複数回繰り返して具現した窒化膜に関するものである。
図７を参照すれば、単位蒸着膜上に窒素ガス（Ｎ２）を含有する後処理ガスをプラズマ状態で提供する段階を含む単位サイクルを繰り返して行うことによって、屈折率が相対的に改善され、湿式エッチング速度比（ＷＥＲＲ）が相対的に減少するなどの良質の窒化膜が具現されうるということを確認することができる。
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、窒化膜の製造方法関連の技術分野に適用可能である。

Claims (10)

  1. 窒素成分（Ｎ）及び水素成分（Ｈ）を含有する反応ガスを連続して供給し続ける単位サイクルを少なくとも１回以上行うが、
    前記単位サイクルは、
    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、
    前記基板上に供給される前記反応ガスをプラズマの状態で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、
    前記単位蒸着膜の上に存在する不純物を除去するために、窒素ガス（Ｎ２）を含む後処理ガスをプラズマの状態で提供する第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、
    を含む窒化膜の製造方法であって、
    前記第３段階では、応力調節ガスが提供されない、
    窒化膜の製造方法。
  2. 前記窒素成分（Ｎ）と水素成分（Ｈ）とを含有する反応ガスは、アンモニア（ＮＨ３）を含む請求項１に記載の窒化膜の製造方法。
  3. 前記後処理ガスは、窒素ガス（Ｎ２）であるか、または、窒素ガス（Ｎ２）とアルゴンガス（Ａｒ）とからなる第２混合ガスである請求項１に記載の窒化膜の製造方法。
  4. 前記後処理ガスが窒素ガス（Ｎ２）であり、前記窒化膜の要求される圧縮応力が大きいほど、前記第５段階から前記単位蒸着膜の上に提供される前記窒素ガス（Ｎ２）の量を増やす請求項３に記載の窒化膜の製造方法。
  5. 前記後処理ガスが、窒素ガス（Ｎ２）とアルゴンガス（Ａｒ）とからなる第２混合ガスであり、前記窒化膜の要求される圧縮応力が大きいほど、前記第５段階から前記単位蒸着膜の上に提供される前記アルゴンガス（Ａｒ）に対する前記窒素ガス（Ｎ２）の相対的比率を高める請求項４に記載の窒化膜の製造方法。
  6. 前記後処理ガスは、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１に記載の窒化膜の製造方法。
  7. 前記第５段階は、前記窒化膜の圧縮応力を追加的に調節するために、プラズマ発生電源のパワーまたは周波数を調節する段階を含む請求項１に記載の窒化膜の製造方法。
  8. 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ないし請求項７のうち何れか一項に記載の窒化膜の製造方法。
  9. 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、前記シャワーヘッドの内部から活性化されたガスを前記基板上に提供することを特徴とする請求項１ないし請求項７のうち何れか一項に記載の窒化膜の製造方法。
  10. 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１ないし請求項７のうち何れか一項に記載の窒化膜の製造方法。
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