KR100608453B1

KR100608453B1 - ＨｆＳｉＮ 박막증착방법

Info

Publication number: KR100608453B1
Application number: KR1020050036522A
Authority: KR
Inventors: 김수현; 이기훈; 임홍주; 이상규; 서태욱; 장호승
Original assignee: 주식회사 아이피에스
Priority date: 2005-04-30
Filing date: 2005-04-30
Publication date: 2006-08-02

Abstract

본 발명은 HfSiN 박막증착방법에 관한 것으로서, 챔버로 Hf 반응물과 Si 반응물을 동시에 피딩하여 기판상에 Hf 반응물과 Si 반응물이 열적으로 반응토록 하여 HfSiN 막이 형성되도록 하는 HfSiN 막 형성단계(S1); 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S2); HfSiN 막 형성단계(S1)와 퍼지단계(S2)로 이루어지는 싸이클을 적어도 2회 이상 반복하여 HfSiN 막의 두께를 증가시키는 반복단계(S3); 챔버로 H2를 피딩하는 H2 피딩단계(S4); H2 를 피딩하는 도중에 챔버로 플라즈마를 인가하여 HfSiN 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S5); 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S6);를 반복함으로써 진행되는 것을 특징으로 한다.

Description

ＨｆＳｉＮ 박막증착방법{Method for depositing HfSiN thin film on wafer}

도 1은 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제1실시예를 설명하기 위한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제2실시예를 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제3실시예를 설명하기 위한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제4실시예를 설명하기 위한 도면,

도 5는 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제5실시예를 설명하기 위한 도면,

도 6은 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제6실시예를 설명하기 위한 도면,

본 발명은 박막증착방법에 관한 것으로서, 상세하게는 gate 전극이나 capacitor 전극으로 사용가능한 HfSiN 박막을 증착하기 위한 HfSiN 박막증착방법에 관한 것이다.

DRAM 소자나 LOGIC 소자에서 Gate 유전체로 SiO2 를 기본으로 하여 여러가지 박막이 사용되고 있다. 그러나 반도체 소자의 design rule 이 감소하고 우수한 특성이 요구가 증가됨에 따라 SiO2 계열 박막의 한계가 나타나고 있으며, 이에 따라 높은 유전상수를 가지며 특성이 개선된 박막에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 예를 들면, gate 나 capacitor 용 전극으로서 사용되는 poly-Si/WSix 경우, poly Si에 의한 depletion 이 발생하여 전극으로서 적절하지 못하다는 문제점이 있었고, 이에 따라 gate 전극이나 capacitor 전극으로 적합한 박막의 연구 개발이 진행되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 추세를 반영하기 위하여 창출된 것으로서, gate 또는 capacitor 용 전극으로도 사용이 적절한 HfSiN 박막을 증착하기 위한 HfSiN 박막증착방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제1실시예는, 챔버로 Hf 반응물과 Si 반응물을 동시에 피딩하여 기판상에 Hf 반응물과 Si 반응물이 열적 및 화학적으로 반응토록 하여 HfSiN 막이 형성되도록 하는 HfSiN 막 형성단계(S1); 상기 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S2); 상기 HfSiN 막 형성단계(S1)와 퍼지단계(S2)로 이루어지는 싸이클을 적어도 2회 이상 반복하여 HfSiN 막의 두께를 증가시키는 반복단계(S3); 상기 챔버로 H2를 피딩하는 H2 피딩단계(S4); 상기 H2 를 피딩하는 도중에 챔버로 플라즈마를 인가하여 상기 HfSiN 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S5); 상기 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S6);를 반복함으로써 진행되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제2실시예는, 챔버로 Hf 반응물과 Si 반응물을 동시에 피딩하여 기판상에 Hf 반응물과 상기 Si 반응물이 흡착되도록 하는 흡착단계(S11); 상기 기판에 흡착되지 않은 반응물을 퍼지하는 퍼지단계(S12); 상기 챔버로 N 반응물을 피딩하여 HfSiN 막을 형성하는 HfSiN 막 형성단계(S13); 상기 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S14); 상기 단계(S11)에서 단계(S14)까지 이루어지는 싸이클을 적어도 2 회 이상 반복하는 반복단계(S15); 상기 챔버로 H2를 피딩하는 H2 피딩단계(S16); 상기 H2 를 피딩하는 도중에 챔버로 플라즈마를 인가하여 상기 HfSiN 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S17); 상기 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S18)를 포함하는 싸이클을 반복함으로써 진행되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제3실시예는, 챔버로 Hf 반응물과 Si 반응물을 동시에 피딩하여 기판상에 Hf 반응물과 상기 Si 반응물이 흡착되도록 하는 흡착단계(S21); 상기 기판에 흡착되지 않은 반응물을 퍼지하는 퍼지단계(S22); 상기 챔버로 N 반응물을 피딩하여 HfSiN 막 을 형성하는 HfSiN 막 형성단계(S23); 상기 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S24); 상기 단계(S21)에서 단계(S24)까지 이루어지는 싸이클을 적어도 2 회 이상 반복하는 반복단계(S25); 상기 챔버로 H2 의 피딩과 동시에 N 반응물을 피딩하고 H2의 피딩이 종료되기 전에 N반응물의 피딩을 종료하는 단계(S26); 상기 N반응물의 피딩이 종료됨과 동시에 챔버로 플라즈마를 인가하고 상기 H2의 피딩이 종료될 때 플라즈마의 인가를 종료하여 HfSiN 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(27); 상기 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S28);를 포함하는 싸이클을 반복함으로써 진행되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제4실시예는, 챔버로 Hf 반응물과 Si 반응물을 동시에 피딩하여 기판상에 Hf 반응물과 상기 Si 반응물이 흡착되도록 하는 흡착단계(S31); 상기 기판에 흡착되지 않은 반응물을 퍼지하는 퍼지단계(S32); 상기 챔버로 N 반응물을 피딩하여 HfSiN 막을 형성하는 HfSiN 막 형성단계(S33); 상기 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S34); 상기 단계(S31)에서 단계(S34)까지 이루어지는 싸이클을 적어도 2 회 이상 반복하는 반복단계(S35); 상기 챔버로 H2 의 피딩과 동시에 N 반응물을 피딩하고 상기 H2의 피딩이 종료됨과 동시에 상기 N반응물의 피딩을 종료하는 단계(S36); 상기 H2 와 N 반응물을 피딩하는 도중에 상기 챔버로 플라즈마를 인가하여 HfSiN 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S37); 상기 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S38);를 포함 하는 싸이클을 반복함으로써 진행되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제5실시예는, 챔버로 Hf 반응물과 Si 반응물을 동시에 피딩하여 기판상에 Hf 반응물과 상기 Si 반응물이 흡착 및 반응토록 하는 흡착단계(S41); 상기 기판에 흡착 및 반응되지 않은 반응물을 퍼지하는 퍼지단계(S42); 상기 챔버로 H2를 피딩하는 H2 피딩단계(S43); 상기 H2 를 피딩하는 도중에 챔버로 플라즈마를 인가하여 HfSiN 막을 형성하는 플라즈마처리단계(S44); 상기 단계(S41)에서 단계(S44)까지 이루어지는 싸이클을 적어도 2 회 이상 반복하는 반복단계(S45); 상기 챔버로 H2 의 피딩과 동시에 N 반응물을 피딩하고 H2의 피딩이 종료되기 전에 N반응물의 피딩을 종료하는 단계(S46); 상기 N반응물의 피딩이 종료됨과 동시에 챔버로 플라즈마를 인가하고 H2의 피딩이 종료될 때 플라즈마의 인가를 종료하여 HfSiN 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(47); 상기 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S48);를 포함하는 싸이클을 반복함으로써 진행되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제6실시예는, 챔버로 Hf 반응물과 Si 반응물을 동시에 피딩하여 기판상에 Hf 반응물과 상기 Si 반응물이 흡착 및 반응토록 하는 흡착단계(S51); 상기 기판에 흡착 및 반응되지 않은 반응물을 퍼지하는 퍼지단계(S52); 상기 챔버로 H2를 피딩하는 H2 피딩단계(S53); 상기 H2 를 피딩하는 도중에 챔버로 플라즈마를 인가하여 HfSiN 막을 형성하는 플라즈마처리단계(S54); 상기 단계(S51)에서 단계(S54)까지 이루어 지는 싸이클을 적어도 2 회 이상 반복하는 반복단계(S55)와, 챔버로 H2 의 피딩과 동시에 N 반응물을 피딩하고 H2의 피딩이 종료됨과 동시에 상기 N 반응물의 피딩을 종료하는 단계(S56)와, H2 와 N 반응물을 피딩하는 도중에 챔버로 플라즈마를 인가하여 HfSiN 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S57)와, 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S58)를 진행되는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법을 상세히 설명한다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법은, 챔버 내의 스테이지히터에 안착된 웨이퍼와 같은 기판상에 HfSiN 박막을 형성하기 위한 것으로서, 챔버로 Hf를 함유하는 반응물(이하, Hf 반응물이라 한다)과 Si를 함유하는 반응물(이하, Si 반응물이라 한다)을 피딩 및 퍼지함으로써 기판상에 HfSiN 막을 형성하며, HfSiN 막을 형성하는 도중에 플라즈마를 인가하여 그 HfSiN 막을 치밀화시키는 것을 특징으로 한다.

여기서, 챔버 내벽의 온도는 100~200℃ 범위이고, 스테이지히터의 온도는 100~600℃, 챔버 내의 압력은 10mmTorr~10Torr 범위에서 공정을 진행한다. 또한 인가되는 플라즈마는 50 ~ 2000W 의 파워에 300~500KHz의 low frequency 및/또는 13.56MHz ~ 21.12MHz의 high frequency를 적용할 수 있다.

또 HfSiN 막을 형성하는데 사용되는 Hf 반응물이나 Si 반응물은 불활성가스인 Ar 혹은 He 에 의하여 버블링된 형태로 20~500Sccm의 유량으로 챔버 내로 공급 되며, 공지의 액상공급장치(LSD : Liquid Delivery System) 또는 기화기(vaporizer)를 이용하여 챔버 내로 공급할 수도 있다.

이러한 HfSiN 박막증착방법을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제1실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제1실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제1실시예는, 챔버로 Hf 반응물과 Si 반응물을 동시에 피딩하여 기판상에 Hf 반응물과 Si 반응물이 열적으로 반응토록 하여 화학적으로 흡착하도록 함으로써 HfSiN 막이 형성되도록 하는 HfSiN 막 형성단계(S1)와, 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 챔버로부터 퍼지하는 퍼지단계(S2)와, HfSiN 막 형성단계(S1)와 퍼지단계(S2)로 이루어지는 싸이클을 적어도 2 회 이상 반복하는 반복단계(S3)와, 챔버로 H2를 피딩하는 H2 피딩단계(S4)와, H2 를 피딩하는 도중에 챔버로 플라즈마를 인가하여 HfSiN 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S5)와, 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S6)를 반복함으로써 진행된다.

상기한 Hf 반응물과 Si 반응물이 반응할 때, Hf 반응물과 Si 반응물 분자내에 존재하는 Amine기(N-)가 반응하여 HfSiN 막이 형성된다. 이때, 형성된 HfSiN 막은 불안전한 상태이며, 이후에 진행되는 H2 피딩단계(S4) 및 플라즈마처리단계(S5)에 의하여 막의 특성이 안정되고 치밀하게 되는 것이다.

챔버내의 온도는 200℃ ~ 600℃ 범위이다.

HfSiN 막 형성단계(S1)에서 사용되는 Hf 반응물은 TEMAHf(Hf[N(CH3)C2H5)4), TDEAHf(Hf[N(C2H5)2]4), TDMAHf(Hf[N(CH3)2]4)로 이루어진 군중에서 선택된 어느 하나를 사용하고, Si 반응물은 TEMASi(Si[N(CH3)C2H5]4), TDEASi, TDMASi 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용한다.

반복단계(S3)를 통하여 HfSiN 막의 두께를 증가시키거나 조밀화시킨다.

H2 피딩단계(S4)는 H2 를 1초 ~ 10 초간 피딩하는 단계이디.

플라즈마처리단계(S5)는, H2를 피딩하는 도중에 시작되어 H2 의 피딩 종료와 동시에 종료되는 단계로서, 약 1초 ~ 30 초동안 플라즈마를 인가하는 단계이다. 그러나 플라즈마처리단계는 H2의 피딩과 동시에 시작될 수도 있고, 또한 H2의 피딩종료 이전에 종료될 수도 있음은 물론이다. 이러한 플라즈마처리단계는, 챔버 내에 직접 플라즈마를 인가하는 direct plasma 방식으로 수행될 수도 있고, 외부에서 플라즈마를 이용하여 형성한 라디칼을 챔버로 이송시키는 remote plasma 방식으로 수행될 수도 있다.

제1실시예에서는 Hf 반응물 또는 Si 반응물의 분자내에 존재하는 Amine 기를 질소 소스로 활용하는 것이다.

다음, 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제2실시예를 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제2실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제2실시예는, 챔버로 Hf 반응물과 Si 반응물을 동시에 피딩하여 기판상에 Hf 반응물과 상기 Si 반응물이 흡착되도록 하는 흡착단계(S11)와, 기판에 흡착되지 않은 반응물을 퍼지하는 퍼지단계(S12)와, 챔버로 N 반응물을 피딩하여 HfSiN 막을 형성하는 HfSiN 막 형성단계(S13)와, 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S14)와, 단계(S11)에서 단계(S14)까지 이루어지는 싸이클을 적어도 2 회 이상 반복하는 반복단계(S15)와, 챔버로 H2를 피딩하는 H2 피딩단계(S16)와, H2 를 피딩하는 도중에 챔버로 플라즈마를 인가하여 HfSiN 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S17)와, 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S18)를 포함하는 싸이클을 반복함으로써 진행된다.

흡착단계(S11)에서 상기한 Hf 반응물과 Si 반응물이 반응하여 HfSiN 막이 형성되기는 하나 이때 형성된 HfSiN 막은 불안전한 상태이다. 그러나, 이후 챔버로 피딩되는 N 반응물에 의한 열적반응 및 화학반응에 의하여 HfSiN 막의 특성이 안정화된다. 이후 진행되는 H2 피딩단계(S16) 및 플라즈마처리단계(S17)에 의하여 막의 특성이 더욱 안정되고 조성이 치밀하게 된다.

챔버의 온도는 200℃ ~ 600℃ 범위이다.

흡착단계(S11)에서 사용되는 Hf 반응물은 TEMAHf, TDEAHf, TDMAHf 로 이루어진 군중에서 선택된 어느 하나를 사용하고, Si 반응물은 TEMASi, TDEASi, TDMASi 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용한다.

N 반응물은 N을 함유하는 반응물로서 본 실시에에서는 NH3 또는 N2를 사용한다.

퍼지단계(S12)(S14)(S18)는 Ar 이나 He을 사용한다.

반복단계(S15)를 통하여 HfSiN 막의 두께를 증가시키거나 조밀화시킨다.

H2 피딩단계(S16)는 H2 를 1초 ~ 10 초간 피딩하는 단계이디.

플라즈마처리단계(S17)는, H2를 피딩하는 도중에 시작되어 H2 의 피딩 종료와 동시에 종료되는 단계로서, 약 1초 ~ 30 초동안 플라즈마를 인가하는 단계이다. 그러나 플라즈마처리단계는 H2의 피딩과 동시에 시작될 수도 있고, 또한 H2의 피딩종료 이전에 종료될 수도 있음은 물론이다. 이러한 플라즈마처리단계는, 챔버 내에 직접 플라즈마를 인가하는 direct plasma 방식으로 수행될 수도 있고, 외부에서 플라즈마를 이용하여 형성한 라디칼을 챔버로 이송시키는 remote plasma 방식으로 수행될 수도 있다.

다음, 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제3실시예를 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제3실시예를 설명하기 위한 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제3실시예는, 챔버로 Hf 반응물과 Si 반응물을 동시에 피딩하여 기판상에 Hf 반응물과 상기 Si 반응물이 흡착되도록 하는 흡착단계(S21)와, 기판에 흡착되지 않은 반응물을 퍼지하는 퍼지단계(S22)와, 챔버로 N 반응물을 피딩하여 HfSiN 막을 형성하는 HfSiN 막 형성단계(S23)와, 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S24)와, 단계(S21)에서 단계(S24)까지 이루어지는 싸이클을 적어도 2 회 이상 반복하는 반복단계(S25)와, 챔버로 H2 의 피딩과 동시에 N 반응물을 피딩하고 H2의 피딩이 종료되기 전에 N반응물의 피딩을 종료하는 단계(S26)와, N반응물의 피딩이 종료됨과 동시에 챔버로 플라즈마를 인가하고 H2의 피딩이 종료될 때 플라즈마의 인가를 종료하여 HfSiN 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(27)와, 챔버로부 터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S28)를 포함하는 싸이클을 반복함으로써 진행된다.

흡착단계(S21)에서 퍼지단계(S24)를 반복함으로써 형성되는 HfSiN 막은 이후 진행되는 H2 피딩단계(S26) 및 플라즈마처리단계(S27)에 의하여 특성이 안정되고 조성이 치밀하게 된다. 이때 단계(S26)를 통하여 인가되는 N 반응물은 HfSiN 막의 표면에 흡착된 후 플라즈마에 의하여 활성화되어 HfSiN 막을 nitridation 함으로써, 외부대기 특히 OH- 기에 대한 차폐기능을 강화시킨다. 즉, 단계(S26)에서 피딩되는 N 반응물은 HfSiN 막 표면의 N 함량을 높임으로써 하부전극으로 사용시 유전막의 산소 확산을 방지하는 것이다.

챔버의 온도는 200℃ ~ 600℃ 범위이다.

흡착단계(S21)에서 사용되는 Hf 반응물은 TEMAHf, TDEAHf, TDMAHf 로 이루어진 군중에서 선택된 어느 하나를 사용하고, Si 반응물은 TEMASi, TDEASi, TDMASi 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용한다.

퍼지단계(S22)(S24)(S28)는 Ar 이나 He을 사용한다.

반복단계(S25)를 통하여 HfSiN 막의 두께를 증가시키거나 조밀화시킨다.

단계(26)에서, H2 와 N 반응물을 1초 ~ 10 초간 피딩하고, N 반응물 종료 이후에 H2는 플라즈마가 인가되는 1초 ~ 30 초동안 연속적으로 피딩된다.

플라즈마처리단계(S27)는 챔버 내에 직접 플라즈마를 인가하는 direct plasma 방식으로 수행될 수도 있고, 외부에서 플라즈마를 이용하여 형성한 라디칼을 챔버로 이송시키는 remote plasma 방식으로 수행될 수도 있다.

다음, 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제4실시예를 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제4실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제4실시예는, 챔버로 Hf 반응물과 Si 반응물을 동시에 피딩하여 기판상에 Hf 반응물과 상기 Si 반응물이 흡착되도록 하는 흡착단계(S31)와, 기판에 흡착되지 않은 반응물을 퍼지하는 퍼지단계(S32)와, 챔버로 N 반응물을 피딩하여 HfSiN 막을 형성하는 HfSiN 막 형성단계(S33)와, 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S34)와, 단계(S31)에서 단계(S34)까지 이루어지는 싸이클을 적어도 2 회 이상 반복하는 반복단계(S35)와, 챔버로 H2 의 피딩과 동시에 N 반응물을 피딩하고 H2의 피딩이 종료됨과 동시에 상기 N반응물의 피딩을 종료하는 단계(S36)와, H2 와 N 반응물을 피딩하는 도중에 챔버로 플라즈마를 인가하여 HfSiN 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S37)와, 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S38)를 포함하는 싸이클을 반복함으로써 진행된다.

흡착단계(S31)에서 퍼지단계(S34)를 반복하면서 형성되는 HfSiN 막은 이후 진행되는 단계(S36) 및 플라즈마처리단계(S37)에 의하여 특성이 안정되고 조성이 치밀하게 된다. 이때 단계(S36)를 통하여 인가되는 N 반응물은 챔버 내부 공간에서 플라즈마 반응을 유도하여 HfSiN 막을 nitridation 함으로써, 외부대기 특히 OH- 기에 대한 차폐기능을 강화시킨다. 즉, 단계(S36)에서 피딩되는 N 반응물은 HfSiN 막 표면의 N 함량을 높임으로써 하부전극으로 사용시 유전막의 산소 확산을 방지하는 것이다.

챔버의 온도는 200℃ ~ 600℃ 범위이다.

흡착단계(S13)에서 사용되는 Hf 반응물은 TEMAHf, TDEAHf, TDMAHf 로 이루어진 군중에서 선택된 어느 하나를 사용하고, Si 반응물은 TEMASi, TDEASi, TDMASi 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용한다.

퍼지단계(S32)(S34)(S38)는 Ar 이나 He을 사용한다.

반복단계(S35)를 통하여 HfSiN 막의 두께를 증가시키거나 조밀화시킨다.

단계(36)에서, H2 와 N 반응물을 1초 ~ 10 초간 피딩하고, N 반응물 종료 이후에 H2는 플라즈마가 인가되는 1초 ~ 30 초동안 연속적으로 피딩된다.

플라즈마처리단계(S37)는, H2 및 N 반응물을 피딩하는 도중에 시작되어 H2 및 N반응물의 피딩 종료와 동시에 종료되는 단계로서, 약 1초 ~ 30초 동안 플라즈마를 인가하는 단계이다. 이러한 플라즈마처리단계는, 챔버 내에 직접 플라즈마를 인가하는 direct plasma 방식으로 수행될 수도 있고, 외부에서 플라즈마를 이용하여 형성한 라디칼을 챔버로 이송시키는 remote plasma 방식으로 수행될 수도 있다.

다음, 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제5실시예를 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제5실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제5실시예는, 챔 버로 Hf 반응물과 Si 반응물을 동시에 피딩하여 기판상에 Hf 반응물과 상기 Si 반응물이 흡착 및 반응토록 하는 흡착단계(S41)와, 기판에 흡착 및 반응되지 않은 반응물을 퍼지하는 퍼지단계(S42)와, 챔버로 H2를 피딩하는 H2 피딩단계(S43)와, H2 를 피딩하는 도중에 챔버로 플라즈마를 인가하여 HfSiN 막을 형성하는 플라즈마처리단계(S44)와, 단계(S41)에서 단계(S44)까지 이루어지는 싸이클을 적어도 2 회 이상 반복하는 반복단계(S45)와, 챔버로 H2 의 피딩과 동시에 N 반응물을 피딩하고 H2의 피딩이 종료되기 전에 N반응물의 피딩을 종료하는 단계(S46)와, N반응물의 피딩이 종료됨과 동시에 챔버로 플라즈마를 인가하고 H2의 피딩이 종료될 때 플라즈마의 인가를 종료하여 H2 를 플라즈마화함으로써 HfSiN 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(47)와, 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S48)를 포함하는 싸이클을 반복함으로써 진행된다.

흡착단계(S41)에서 플라즈마처리단계(S44)를 반복하면서 형성되는 HfSiN 막은, 이후 진행되는 이후 진행되는 단계(S46) 및 플라즈마처리단계(S47)에 의하여 특성이 안정되고 조성이 치밀하게 된다. 이때 단계(46)를 통하여 인가되는 N 반응물은 HfSiN 막의 표면에 흡착된 후 플라즈마에 의하여 활성화되어 HfSiN 막을 nitridation 함으로써, 외부대기 특히 OH- 기에 대한 차폐기능을 강화시킨다. 즉, 단계(S46)에서 피딩되는 N 반응물은 HfSiN 막 표면의 N 함량을 높임으로써 하부전극으로 사용시 유전막의 산소 확산을 방지하는 것이다.

챔버의 온도는 200℃ ~ 600℃ 범위이다.

흡착단계(S41)에서 사용되는 Hf 반응물은 TEMAHf, TDEAHf, TDMAHf 로 이루어 진 군중에서 선택된 어느 하나를 사용하고, Si 반응물은 TEMASi, TDEASi, TDMASi 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용한다.

퍼지단계(S42)(S44)는 Ar 이나 He을 사용한다.

H2 피딩단계(S43)는 H2 를 1초 ~ 10 초간 피딩하는 단계이디.

플라즈마처리단계(S44)는, H2를 피딩하는 도중에 시작되어 H2 의 피딩 종료와 동시에 종료되는 단계로서, 약 1초 ~ 30 초동안 플라즈마를 인가하는 단계이다. 그러나 플라즈마처리단계는 H2의 피딩과 동시에 시작될 수도 있고, 또한 H2의 피딩종료 이전에 종료될 수도 있음은 물론이다. 이러한 플라즈마처리단계는, 챔버 내에 직접 플라즈마를 인가하는 direct plasma 방식으로 수행될 수도 있고, 외부에서 플라즈마를 이용하여 형성한 라디칼을 챔버로 이송시키는 remote plasma 방식으로 수행될 수도 있다.

반복단계(S45)를 통하여 HfSiN 막의 두께를 증가시키거나 조밀화시킨다.

단계(46)에서, H2 와 N 반응물을 1초 ~ 10 초간 피딩하고, N 반응물 종료 이후에 H2는 플라즈마가 인가되는 1초 ~ 30 초동안 연속적으로 피딩된다.

플라즈마처리단계(S47)는 챔버 내에 직접 플라즈마를 인가하는 direct plasma 방식으로 수행될 수도 있고, 외부에서 플라즈마를 이용하여 형성한 라디칼을 챔버로 이송시키는 remote plasma 방식으로 수행될 수도 있다.

다음, 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제6실시예를 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제6실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법의 제6실시예는, 챔버로 Hf 반응물과 Si 반응물을 동시에 피딩하여 기판상에 Hf 반응물과 상기 Si 반응물이 흡착 및 반응토록 하는 흡착단계(S51)와, 기판에 흡착 및 반응되지 않은 반응물을 퍼지하는 퍼지단계(S52)와, 챔버로 H2를 피딩하는 H2 피딩단계(S53)와, H2 를 피딩하는 도중에 챔버로 플라즈마를 인가하여 HfSiN 막을 형성하는 플라즈마처리단계(S54)와, 단계(S51)에서 단계(S54)까지 이루어지는 싸이클을 적어도 2 회 이상 반복하는 반복단계(S55)와, 챔버로 H2 의 피딩과 동시에 N 반응물을 피딩하고 H2의 피딩이 종료됨과 동시에 상기 N 반응물의 피딩을 종료하는 단계(S56)와, H2 와 N 반응물을 피딩하는 도중에 챔버로 플라즈마를 인가하여 HfSiN 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S57)와, 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S58)를 포함하는 싸이클을 반복함으로써 진행된다.

흡착단계(S51)에서 플라즈마처리단계(S54)를 반복하면서 형성되는 HfSiN 막은, 이후 진행되는 이후 진행되는 단계(S56) 및 플라즈마처리단계(S57)에 의하여 특성이 안정되고 조성이 치밀하게 된다. 이때 단계(56)를 통하여 인가되는 N 반응물은 챔버 내부 공간에서 플라즈마 반응을 유도하여 HfSiN 막을 nitridation 함으로써, 외부대기 특히 OH- 기에 대한 차폐기능을 강화시킨다. 즉, 단계(S36)에서 피딩되는 N 반응물은 HfSiN 막 표면의 N 함량을 높임으로써 하부전극으로 사용시 유전막의 산소 확산을 방지하는 것이다.

챔버의 온도는 200℃ ~ 600℃ 범위이다.

흡착단계(S51)에서 사용되는 Hf 반응물은 TEMAHf, TDEAHf, TDMAHf 로 이루어진 군중에서 선택된 어느 하나를 사용하고, Si 반응물은 TEMASi, TDEASi, TDMASi 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용한다.

H2 피딩단계(S53)는 H2 를 1초 ~ 10 초간 피딩하는 단계이디.

플라즈마처리단계(S54)는, H2를 피딩하는 도중에 시작되어 H2 의 피딩 종료와 동시에 종료되는 단계로서, 약 1초 ~ 30 초동안 플라즈마를 인가하는 단계이다. 그러나 플라즈마처리단계는 H2의 피딩과 동시에 시작될 수도 있고, 또한 H2의 피딩종료 이전에 종료될 수도 있음은 물론이다. 이러한 플라즈마처리단계는, 챔버 내에 직접 플라즈마를 인가하는 direct plasma 방식으로 수행될 수도 있고, 외부에서 플라즈마를 이용하여 형성한 라디칼을 챔버로 이송시키는 remote plasma 방식으로 수행될 수도 있다.

반복단계(S55)를 통하여 HfSiN 막의 두께를 증가시키거나 조밀화시킨다.

플라즈마처리단계(S57)는, H2 및 N 반응물을 피딩하는 도중에 시작되어 H2 및 N반응물의 피딩 종료와 동시에 종료되는 단계로서, 약 1초 ~ 30초 동안 플라즈마를 인가하는 단계이다. 이러한 플라즈마처리단계는, 챔버 내에 직접 플라즈마를 인가하는 direct plasma 방식으로 수행될 수도 있고, 외부에서 플라즈마를 이용하여 형성한 라디칼을 챔버로 이송시키는 remote plasma 방식으로 수행될 수도 있다.

첨부된 참조 도면에 의해 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 단지 일 실시 예에 불과하다. 당해 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 바람직한 실시예를 충분히 이해하여 유사한 형태의 하프늄 화합물을 이용한 박막증착방법을 구현할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 HfSiN 박막증착방법에 따르면, 챔버로 Hf 반응물과 Si 반응물을 피딩 및 퍼지한 후 H 반응물 또는 N 반응물을 연속적으로 피딩한 후 플라즈마를 인가함으로써, 새로운 gate 유전체로서 metal oxide를 사용할 시 기존 poly Si gate 전극의 depletion 문제를 보완할 수 있는 HfSiN 박막을 형성할 수 있고, 또한 HfSiN 막의 치밀화 및 특성을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.

Claims

챔버로 Hf 반응물과 Si 반응물을 동시에 피딩하여 기판상에 Hf 반응물과 Si 반응물이 열적 및 화학적으로 반응토록 하여 HfSiN 막이 형성되도록 하는 HfSiN 막 형성단계(S1);

상기 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S2);

상기 HfSiN 막 형성단계(S1)와 퍼지단계(S2)로 이루어지는 싸이클을 적어도 2회 이상 반복하여 HfSiN 막의 두께를 증가시키는 반복단계(S3);

상기 챔버로 H2를 피딩하는 H2 피딩단계(S4);

상기 H2 를 피딩하는 도중에 챔버로 플라즈마를 인가하여 상기 HfSiN 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S5);

상기 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S6);를 반복함으로써 진행되는 것을 특징으로 하는 HfSiN 박막증착방법.
제1항에 있어서,

상기 HfSiN 막 형성단계(S1)에서 사용되는 Hf 반응물은 TEMAHf, TDEAHf, TDMAHf 로 이루어진 군중에서 선택된 어느 하나를 사용하고, Si 반응물은 TEMASi, TDEASi, TDMASi 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 HfSiN 박막증착방법.
제1항에 있어서,

플라즈마처리단계(S5)는, 상기 H2를 피딩하는 도중에 시작되어 H2 의 피딩 종료와 동시에 종료되는 것을 특징으로 하는 HfSiN 박막증착방법.
제1항에 있어서,

상기 챔버의 온도는 200℃ ~ 600℃ 범위인 것을 특징으로 하는 HfSiN 박막증착방법.
챔버로 Hf 반응물과 Si 반응물을 동시에 피딩하여 기판상에 Hf 반응물과 상기 Si 반응물이 흡착되도록 하는 흡착단계(S11);

상기 기판에 흡착되지 않은 반응물을 퍼지하는 퍼지단계(S12);

상기 챔버로 N 반응물을 피딩하여 HfSiN 막을 형성하는 HfSiN 막 형성단계(S13);

상기 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S14);

상기 단계(S11)에서 단계(S14)까지 이루어지는 싸이클을 적어도 2 회 이상 반복하는 반복단계(S15);

상기 챔버로 H2를 피딩하는 H2 피딩단계(S16);

상기 H2 를 피딩하는 도중에 챔버로 플라즈마를 인가하여 상기 HfSiN 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S17);

상기 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S18)를 포함하는 싸이클을 반복함으로써 진행되는 것을 특징으로 하는 HfSiN 박막증착방법.
제5항에 있어서,

상기 흡착단계(S11)에서 사용되는 Hf 반응물은 TEMAHf, TDEAHf, TDMAHf 로 이루어진 군중에서 선택된 어느 하나를 사용하고, Si 반응물은 TEMASi, TDEASi, TDMASi 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 HfSiN 박막증착방법.
제5항에 있어서,

플라즈마처리단계(S17)는, 상기 H2를 피딩하는 도중에 시작되어 H2 의 피딩 종료와 동시에 종료되는 것을 특징으로 하는 HfSiN 박막증착방법.
제5항에 있어서,

상기 챔버의 온도는 200℃ ~ 600℃ 범위인 것을 특징으로 하는 HfSiN 박막증착방법.
챔버로 Hf 반응물과 Si 반응물을 동시에 피딩하여 기판상에 Hf 반응물과 상 기 Si 반응물이 흡착되도록 하는 흡착단계(S21);

상기 기판에 흡착되지 않은 반응물을 퍼지하는 퍼지단계(S22);

상기 챔버로 N 반응물을 피딩하여 HfSiN 막을 형성하는 HfSiN 막 형성단계(S23);

상기 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S24);

상기 단계(S21)에서 단계(S24)까지 이루어지는 싸이클을 적어도 2 회 이상 반복하는 반복단계(S25);

상기 챔버로 H2 의 피딩과 동시에 N 반응물을 피딩하고 H2의 피딩이 종료되기 전에 N반응물의 피딩을 종료하는 단계(S26);

상기 N반응물의 피딩이 종료됨과 동시에 챔버로 플라즈마를 인가하고 상기 H2의 피딩이 종료될 때 플라즈마의 인가를 종료하여 HfSiN 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(27);

상기 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S28);를 포함하는 싸이클을 반복함으로써 진행되는 것을 특징으로 하는 HfSiN 박막증착방법.
제9항에 있어서,

상기 흡착단계(S21)에서 사용되는 Hf 반응물은 TEMAHf, TDEAHf, TDMAHf 로 이루어진 군중에서 선택된 어느 하나를 사용하고, Si 반응물은 TEMASi, TDEASi, TDMASi 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 HfSiN 박막증착방법.
제9항에 있어서,

상기 챔버의 온도는 200℃ ~ 600℃ 범위인 것을 특징으로 하는 HfSiN 박막증착방법.
챔버로 Hf 반응물과 Si 반응물을 동시에 피딩하여 기판상에 Hf 반응물과 상기 Si 반응물이 흡착되도록 하는 흡착단계(S31);

상기 기판에 흡착되지 않은 반응물을 퍼지하는 퍼지단계(S32);

상기 챔버로 N 반응물을 피딩하여 HfSiN 막을 형성하는 HfSiN 막 형성단계(S33);

상기 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S34);

상기 단계(S31)에서 단계(S34)까지 이루어지는 싸이클을 적어도 2 회 이상 반복하는 반복단계(S35);

상기 챔버로 H2 의 피딩과 동시에 N 반응물을 피딩하고 상기 H2의 피딩이 종료됨과 동시에 상기 N반응물의 피딩을 종료하는 단계(S36);

상기 H2 와 N 반응물을 피딩하는 도중에 상기 챔버로 플라즈마를 인가하여 HfSiN 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S37);

상기 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S38);를 포함하는 싸이클을 반복함으로써 진행되는 것을 특징으로 하는 HfSiN 박막증착방법.
제12항에 있어서,

상기 흡착단계(S31)에서 사용되는 Hf 반응물은 TEMAHf, TDEAHf, TDMAHf 로 이루어진 군중에서 선택된 어느 하나를 사용하고, Si 반응물은 TEMASi, TDEASi, TDMASi 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 HfSiN 박막증착방법.
제12항에 있어서,

상기 챔버의 온도는 200℃ ~ 600℃ 범위인 것을 특징으로 하는 HfSiN 박막증착방법.
챔버로 Hf 반응물과 Si 반응물을 동시에 피딩하여 기판상에 Hf 반응물과 상기 Si 반응물이 흡착 및 반응토록 하는 흡착단계(S41);

상기 기판에 흡착 및 반응되지 않은 반응물을 퍼지하는 퍼지단계(S42);

상기 챔버로 H2를 피딩하는 H2 피딩단계(S43);

상기 H2 를 피딩하는 도중에 챔버로 플라즈마를 인가하여 HfSiN 막을 형성하는 플라즈마처리단계(S44);

상기 단계(S41)에서 단계(S44)까지 이루어지는 싸이클을 적어도 2 회 이상 반복하는 반복단계(S45);

상기 챔버로 H2 의 피딩과 동시에 N 반응물을 피딩하고 H2의 피딩이 종료되기 전에 N반응물의 피딩을 종료하는 단계(S46);

상기 N반응물의 피딩이 종료됨과 동시에 챔버로 플라즈마를 인가하고 H2의 피딩이 종료될 때 플라즈마의 인가를 종료하여 HfSiN 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(47);

상기 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S48);를 포함하는 싸이클을 반복함으로써 진행되는 것을 특징으로 하는 HfSiN 박막증착방법.
제15항에 있어서,

상기 흡착단계(S21)에서 사용되는 Hf 반응물은 TEMAHf, TDEAHf, TDMAHf 로 이루어진 군중에서 선택된 어느 하나를 사용하고, Si 반응물은 TEMASi, TDEASi, TDMASi 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 HfSiN 박막증착방법.
제15항에 있어서,

상기 챔버의 온도는 200℃ ~ 600℃ 범위인 것을 특징으로 하는 HfSiN 박막증착방법.
챔버로 Hf 반응물과 Si 반응물을 동시에 피딩하여 기판상에 Hf 반응물과 상기 Si 반응물이 흡착 및 반응토록 하는 흡착단계(S51);

상기 기판에 흡착 및 반응되지 않은 반응물을 퍼지하는 퍼지단계(S52);

상기 챔버로 H2를 피딩하는 H2 피딩단계(S53);

상기 H2 를 피딩하는 도중에 챔버로 플라즈마를 인가하여 HfSiN 막을 형성하는 플라즈마처리단계(S54);

상기 단계(S51)에서 단계(S54)까지 이루어지는 싸이클을 적어도 2 회 이상 반복하는 반복단계(S55);

상기 챔버로 H2 의 피딩과 동시에 N 반응물을 피딩하고 H2의 피딩이 종료됨과 동시에 상기 N 반응물의 피딩을 종료하는 단계(S56);

상기 H2 와 N 반응물을 피딩하는 도중에 챔버로 플라즈마를 인가하여 HfSiN 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S57);

상기 챔버로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 퍼지단계(S58);를 포함하는 싸이클을 반복함으로써 진행되는 것을 특징으로 하는 HfSiN 박막증착방법.
제18항에 있어서,

상기 흡착단계(S51)에서 사용되는 Hf 반응물은 TEMAHf, TDEAHf, TDMAHf 로 이루어진 군중에서 선택된 어느 하나를 사용하고, Si 반응물은 TEMASi, TDEASi, TDMASi 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 HfSiN 박막증착방법.
제18항에 있어서,

플라즈마처리단계(S17)는, 상기 H2를 피딩하는 도중에 시작되어 H2 의 피딩 종료와 동시에 종료되는 것을 특징으로 하는 HfSiN 박막증착방법.
제18항에 있어서,

상기 챔버의 온도는 200℃ ~ 600℃ 범위인 것을 특징으로 하는 HfSiN 박막증착방법.