KR100722845B1 - 개선된 소스 피딩 단계를 갖는 박막 증착 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개선된 소스 피딩 단계를 갖는 박막 증착 방법, 특히 우수한 단차도포성과 일정한 원자 조성을 가지며 생산성이 높은 HfSiO 및 HfSiON 박막 증착 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 박막 증착 방법의 일 태양에 따르면, 챔버로 Hf 소스를 피딩하는 단계, Hf 소스와 Si 소스를 동시에 피딩하는 단계, Si 소스를 피딩하는 단계, 그리고 잔류 Hf 및 Si 소스 혹은 반응부산물을 퍼지하는 단계를 거치는 HfSi막 증착 단계; 및 챔버로 O 소스를 피딩하는 단계, 그리고 잔류 O 소스 및 반응부산물을 퍼지하는 단계를 거치는 O 소스 피딩 및 퍼지 단계로 이루어지는 싸이클을 1회 이상 반복하여 HfSiO 박막을 증착한다. 본 발명에 따르면, 소스 피딩 단계를 개선하여 Hf 소스와 Si 소스를 분리하여 피딩하므로, 박막의 조성이 일정하게 증착되며 박막의 단차도포성이 개선된다. 그리고, Hf 소스와 Si 소스가 하나의 단계(HfSi막 증착 단계)에서 분사되므로 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

개선된 소스 피딩 단계를 갖는 박막 증착 방법{Thin film deposition method comprising improved source feeding step}
도 1은 종래 HfSiO 박막 증착 방법 중의 하나인 동시 주입(co-injection) 방법의 순서도이다.
도 2는 종래 HfSiO 박막 증착 방법 중의 다른 하나인 적층(lamination) 방법의 순서도이다.
도 3은 종래 적층 방법으로 HfSiON 박막을 증착하는 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 박막 증착 방법을 수행할 수 있는 박막 증착 장치의 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라 HfSiO 박막을 증착하는 제1 실시예를 보이는 순서도이다.
도 6은 HfSiO 박막 증착 실시예에서의 시간에 따른 가스별 피딩을 보여주는 그림이다.
도 7은 본 발명에 따라 HfSiON 박막을 증착하는 제2 실시예를 보이는 순서도이다.
도 8은 HfSiON 박막 증착 실시예에서의 시간에 따른 가스별 피딩을 보여주는 그림이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명에 따른 박막 증착 방법에서의 HfSi막 증착 단계(S10)의 변형예들이다.
<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10... 챔버 11... 샤워헤드
12... 웨이퍼 블럭 12a... 히터
13... 펌핑 배플 14... 가스커튼블럭
20... 가스 공급 장치 100... 박막 증착 장치
본 발명은 박막 증착 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우수한 단차도포성과 일정한 원자 조성을 가지며 생산성이 높은 3원계 및 4원계 박막 증착 방법에 관한 것이다.
DRAM과 같은 반도체 소자는 1개의 트랜지스터와 1개의 커패시터로 구성되어 있다. 이렇게 커패시터를 포함하는 반도체 소자의 용량을 향상시키기 위해서는 커패시터의 정전용량을 증가시키는 것이 중요하다. 그동안 커패시터의 정전용량을 증가시키기 위해 하부전극을 입체화하는 방법, 하부전극의 높이를 높이는 방법, 유전막의 두께를 줄이는 방법 등이 이용되어 왔으나 좁은 면적에서 안정적으로 높은 정전용량을 확보하는 데 한계에 도달하였다. 이에 고유전율을 가진 유전막의 사용이 요구되고 있다.
한편, 반도체 소자의 초고집적을 위한 미세한 디자인 룰(design rule)의 적용에 따라 선폭이 축소되고 공정 복잡도가 증가하고 있으며, 이에 따라 양산성 및 생산성 저하 등의 많은 문제점이 표출되고 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여, 반도체 소자의 유전막은 고유전율을 가져야 될 뿐만 아니라, 미세한 디자인 룰에 필요한 물리적, 전기적 특성을 가지며 누설전류를 감소시킬 수 있도록 증착되어야 한다.
현재까지 반도체 소자의 유전막으로 사용되는 물질은 실리콘 옥사이드(SiO2), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 하프늄 옥사이드(HfO2)와 같은 2원계 물질이 대부분을 이루고 있으나, 점차로 하프늄 실리콘 옥사이드(HfSiO), 하프늄 알루미늄 옥사이드(HfAlO)와 같은 3원계 물질뿐만 아니라, 하프늄 실리콘 옥시나이트라이드(HfSiON)와 같은 4원계 물질 이용도 늘어나고 있다.
종래 HfSiO 박막 증착 방법 중에는 도 1에서 보는 바와 같이 Hf 소스와 Si 소스를 동시에 피딩(feeding)하는 동시 주입(co-injection) 방법이 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 동시 주입 방법으로 HfSiO 박막을 증착하기 위하여, Hf 소스와 동시에 Si 소스를 피딩 및 퍼지(p1) -> O 소스의 피딩 및 퍼지(p2)로 이루어지는 싸이클을, 원하는 두께의 HfSiO 박막이 증착될 때까지 반복한다. 이 방법에서는 Hf 소스와 Si 소스가 동시에 기판으로 분사되므로 두 소스간의 반응성 혹은 증기압 혹은 휘발도 등에 따라 기판의 상부와 하부의 박막 조성이 다르게 되며, 특히 원하는 단차도포성(step coverage)을 얻지 못하는 문제가 있다.
HfSiO 박막을 증착하는 종래 다른 방법은 도 2에서와 같이 HfO 1층을 먼저 형성한 다음, 그 위에 SiO 1층을 형성하고 이러한 사이클을 반복하여 원하는 두께의 박막을 형성하는 적층(lamination) 방법이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 원하는 두께의 HfSiO 박막이 증착될 때까지, Hf 소스의 피딩 및 퍼지(p11) -> O 소스의 피딩 및 퍼지(p12) -> Si 소스의 피딩 및 퍼지(p13) -> O 소스의 피딩 및 퍼지(p14)로 이루어지는 싸이클을 반복한다.
도 3은 적층 방법으로 HfSiON 박막을 증착하는 방법의 순서도이다. 이 방법에서는, Hf 소스의 피딩 및 퍼지(p21) -> O 소스의 피딩 및 퍼지(p22) -> Si 소스의 피딩 및 퍼지(p23) -> N 소스의 피딩 및 퍼지(p24)로 이루어지는 싸이클을 반복하며, HfSiON 박막이 소정 두께가 될 때까지 이 싸이클을 반복한다.
도 2 내지 도 3에 보인 것과 같은 적층 방법은 도 1에 보인 동시 주입 방법에 비하여 박막의 단차도포성은 개선되나, 원하는 두께의 박막을 획득하기 위하여 상당히 긴 시간이 요구되어 생산성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 우수한 단차도포성과 일정한 원자 조성을 가지면서도 생산성이 높은 3원계 및 4원계 박막, 특히 HfSiO 및 HfSiON 박막 증착 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막 형성 방법의 일 태양은, 챔버로 Hf 소스를 피딩하는 단계, Si 소스를 피딩하는 단계, 그리고 잔류 Hf 및 Si 소스 혹은 반응부산물을 퍼지하는 단계를 거치는 HfSi막 증착 단계; 및 상기 챔버로 O 소스를 피딩하는 단계, 그리고 잔류 O 소스 및 반응부산물을 퍼지하는 단계를 거치는 O 소스 피딩 및 퍼지 단계로 이루어진 싸이클을 1회 이상 반복하여 HfSiO 박막을 증착하는 박막 증착 방법이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막 형성 방법의 다른 태양은, 챔버로 Hf 소스를 피딩하는 단계, Si 소스를 피딩하는 단계, 그리고 잔류 Hf 및 Si 소스 혹은 반응부산물을 퍼지하는 단계를 거치는 HfSi막 증착 단계; 상기 챔버로 N 소스를 피딩하는 단계, 그리고 잔류 N 소스 및 반응부산물을 퍼지하는 단계를 거치는 N 소스 피딩 및 퍼지 단계; 및 상기 챔버로 O 소스를 피딩하는 단계, 그리고 잔류 O 소스 및 반응부산물을 퍼지하는 단계를 거치는 O 소스 피딩 및 퍼지 단계로 이루어진 싸이클을 1회 이상 반복하여 HfSiON 박막을 증착하는 박막 증착 방법이다.
본 발명에서는 소스 피딩 단계를 개선하여, Hf 소스와 Si 소스를 분리하여 피딩한다. 필요한 경우, 여기에 두 소스를 동시에 피딩하는 단계를 더 포함하거나 혹은 소스 피딩과 피딩 사이의 적절한 단계에서 퍼지를 진행함으로써 종래기술에 의한 문제점을 해결할 수 있다. 본 발명에서 Hf 소스를 피딩하는 단계와 Si 소스를 피딩하는 단계는, Hf 소스를 먼저 피딩한 다음 Si 소스를 피딩하거나, Si 소스를 먼저 피딩한 다음 Hf 소스를 피딩하는 식으로 수행할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 하고자 한다. 다음에 설명되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위 가 아래에서 상술되는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예들을 설명하는 도면에 있어서, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
우선, 본 발명에 따른 3원계 및 4원계 박막, 특히 HfSiO 및 HfSiON 박막 증착 방법은 도 4에 도시한 것과 같은 박막 증착 장치를 이용하여 수행할 수 있다.
도 4의 박막 증착 장치(100)는 챔버(10) 내의 웨이퍼 블럭(12) 상에 안착된 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판(w) 상에, 3 가지 종류의 반응 소스를 이용하여 3원계 박막인 HfSiO 박막, 또는 4 가지 종류의 반응 소스를 이용하여 4원계 박막인 HfSiON 박막을 증착하기 위한 것이다.
여기서, 박막 증착 장치(100)는, 박막 증착이 진행되는 챔버(10)와, 챔버(10)로 소스 및 불활성 가스를 공급하는 가스 공급 장치(20)를 포함한다. 본 발명에 따른 박막 증착 방법 진행시, 챔버(10)의 압력은 10 torr 미만으로 한다.
챔버(10)는, 그 내부 상부에 설치되어 소스 및 불활성 가스가 분사되는 샤워헤드(11)와, 샤워헤드(11) 하부에 설치되며 기판(w)이 안착되는 웨이퍼 블럭(12)과, 웨이퍼 블럭(12) 외주에 설치되어 소스, 불활성 가스 및 반응부산물의 원활하고 균일한 펌핑을 위한 펌핑 배플(13)과, 샤워헤드(11) 외주에 불활성 가스를 분사하는 가스커튼블럭(14)을 포함한다.
가스 공급 장치(20)는, 3 종류 혹은 4 종류의 소스 및 불활성 가스를 챔버(10)로 공급할 뿐만 아니라, ALD에 있어서 필수적인 밸빙(valving)을 가능하게 해준다. 본 발명에 따른 박막 증착 방법 진행시, 제1 반응가스로 하프늄을 함유하는 소스(이하, Hf 소스라 한다)를 이용하고, 제2 반응가스로 실리콘을 함유하는 소스(이하, Si 소스라 한다)를 이용하며, 제3 반응가스로 산소를 함유하는 소스(이하, O 소스라 한다)를 이용하고, 제4 반응가스로 질소를 함유하는 소스(이하, N 소스라 한다)를 이용하며, 이들을 ALD 방식으로 피딩 및 퍼지함으로써, 기판(w) 상에 HfSiO 또는 HfSiON 박막을 증착하게 되는데, 본 발명에 따른 증착 방법은 다음에 상세히 설명하는 바와 같이 Hf 소스와 Si 소스를 분리하여 피딩하여 HfSi막을 먼저 증착(흡착)한 다음, O 소스 혹은 N 소스와 O 소스를 피딩하는 데에 방법상 특징이 있다.
HfSiO, HfSiON 막을 증착하는 데 사용되는 Hf 소스나 Si 소스는 불활성 가스인 Ar 혹은 He에 의하여 버블링된 형태로 10 ~ 1500 sccm의 유량으로 챔버(10) 내로 공급될 수도 있고, 액상공급장치(LDS : Liquid Delivery System) 또는 기화기(vaporization System)를 이용하여 챔버(10) 내로 공급될 수도 있다. O 소스는 O2, O2+N2, O2+H2 및 D2O로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나일 수 있고, N 소스는 NH3, N2, N2+H2, NH3+N2, NH3+N2+H2 및 NH3+H2로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
샤워헤드(11)는, 피딩되는 3 혹은 4 종류의 소스들이 상호 만나지 않도록 최소한 2 개 혹은 3 개의 영역으로 분리되어 있다. 각각의 영역은 샤워헤드(11) 내부에서 상호 만나지 않는 유로 및 하단의 분사홀과 연결되어 있다. 따라서, 샤워 헤드(11) 내부의 유로를 경유하는 소스 및 불활성 가스는 샤워헤드(11)를 경유하는 도중에 샤워헤드(11) 내부에서 만나지 않게 된다. 도 4에는 샤워헤드(11)가 3 개의 영역으로 분리되어 있는 경우를 예로 들었으며, 이 때 제1 반응가스(Hf 소스)와 제2 반응가스(Si 소스)는 동일한 영역을 경유하여 기판(w)으로 분사될 수도 있다.
웨이퍼 블럭(12)의 내부에는 히터(12a)가 내장되어 있으며, 히터(12a)는 안착되어 있는 기판(w)을 200℃ ~ 700℃ 범위에서 가열시킨다. 펌핑 배플(13)은, HfSiO 혹은 HfSiON 박막의 두께 균일성과 조성을 최적으로 확보할 수 있도록 하며, 반응공간을 최적화한다. 이러한 펌핑 배플(13)은 장비의 유지보수(maintenance)를 용이하게 해주기 위하여, 혹은 탈/부착을 용이하게 하기 위하여 2 층으로 분리되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 펌핑 배플(13)을 2 개층으로 구성함으로써, 3원계 혹은 4원계 박막 증착시 각각의 소스의 운동성을 고려하여 운용할 수 있어 증착되는 박막내의 원자 조성을 일정하게 유지하는 데 큰 도움을 준다.
가스커튼블럭(14)은 불활성 가스를 기판(w)의 가장자리측으로 분사하여 그 기판(w) 가장자리의 조성 변화를 조절하며, 또한 챔버(10), 상세하게는 펌핑 배플(13) 내벽이 소스들에 의하여 오염되는 것을 최소화한다.
도 5는 본 발명에 따라 HfSiO 박막을 증착하는 제1 실시예를 보이는 순서도이다. 도 6은 제1 실시예에서의 시간에 따른 가스별 피딩을 보여주는 그림이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 챔버(도 4의 10)로 Hf 소스를 피딩하는 단계(S11), Si 소스를 피딩하는 단계(S12), 그리고 잔류 Hf 및 Si 소스 혹은 반응부산물을 퍼지하는 단계(S13)를 거치는 HfSi막 증착 단계(S10)를 통하여 기판(도 4의 w) 상에 HfSi막을 먼저 증착한다. 그런 다음, 챔버(10)로 O 소스를 피딩하는 단계(S21), 그리고 잔류 O 소스 및 반응부산물을 퍼지하는 단계(S22)를 거치는 O 소스 피딩 및 퍼지 단계(s20)를 통하여, 기판(w) 위에 먼저 형성해 둔 HfSi막과 O 소스를 반응시켜 HfSiO 박막을 형성한다. HfSi막 증착 단계(S10)와 O 소스 피딩 및 퍼지 단계(s20)로 이루어지는 싸이클을 Z회 반복(S50)함으로써 원하는 두께의 HfSiO 박막을 증착할 수 있다(Z ≥ 1).
Hf 소스나 Si 소스는 불활성 가스인 Ar 혹은 He에 의하여 버블링된 형태로 10 ~ 1500 sccm의 유량으로 챔버(10) 내로 피딩된다. 아니면 n-부틸아세테이트, n-헥산, 테트라하이드로푸란, 에틸시클로헥산 등과 같은 용매에 희석되어 LDS에 의해 캐리어 가스와 함께 공급할 수 있다. 각 퍼지 단계(S13, S22)에서는 10 ~ 1000 sccm, 더욱 바람직하게는 100 ~ 1000 sccm의 퍼지 가스를 이용할 수 있다. O 소스는 O2, O2+N2, O2+H2 및 D2O로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 이러한 O 소스는 리모트(remote) 플라즈마 방식에 의하여 플라즈마화된 상태로 피딩되거나, 챔버(10) 내로 다이렉트(direct) 플라즈마가 인가된 상태에서 피딩될 수도 있다. 이 때, 인가되는 플라즈마는 50 ~ 2000W의 파워에 300~500KHz의 저주파 및/또는 13.56MHz ~ 21.12MHz의 고주파일 수 있다.
위와 같이 본 발명에 따르면, Hf 소스를 피딩하는 단계(S11)와 Si 소스를 피딩하는 단계(S12)가 나누어져 있어 Hf 소스와 Si 소스를 분리하여 피딩하게 된다. 이에 따라, 동시 주입 방법에 비하여 각 소스의 유량을 정밀하게 제어할 수 있어 박막의 조성이 일정하게 증착되며 박막의 단차도포성이 개선된다. 그리고, Hf 소스를 피딩하는 단계(S11)와 Si 소스를 피딩하는 단계(S12)는 하나의 단계(HfSi막 증착 단계(S10))에서 이루어지므로, 종래 HfO층을 먼저 형성한 후 SiO층을 형성하는 순으로 진행되는 적층 방법(도 2)에 비하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
한편, HfSi막 증착 단계(S10)에서 Hf 소스를 피딩하는 단계(S11)와 Si 소스를 피딩하는 단계(S12)는 그 순서가 서로 바뀔 수도 있다. 즉, Si 소스를 피딩하는 단계(S12)를 먼저 실시하고 Hf 소스를 피딩하는 단계(S11)를 실시하여도 된다. 기판(w)의 종류에 따라 피딩 단계의 순서를 바꿈으로써 증착 초기의 막질, 증착 속도, 소자의 단차도포성을 개선할 수 있으며, 또한 증착되는 각 원소의 조성을 조절하기가 용이해진다.
도 7은 본 발명에 따라 HfSiON 박막을 증착하는 제2 실시예를 보이는 순서도이다. 도 8은 제2 실시예에서의 시간에 따른 가스별 피딩을 보여주는 그림이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 챔버(10)로 Hf 소스를 피딩하는 단계(S11), Si 소스를 피딩하는 단계(S12), 그리고 잔류 Hf 및 Si 소스 혹은 반응부산물을 퍼지하는 단계(S13)를 거치는 HfSi막 증착 단계(S10)를 통하여 기판(w) 상에 HfSi막을 먼저 증착한다. 그런 다음, 챔버(10)로 N 소스를 피딩하는 단계(S31), 그리고 잔류 N 소스 및 반응부산물을 퍼지하는 단계(S32)를 거치는 N 소스 피딩 및 퍼지 단계(s30)를 통하여, 먼저 형성해 둔 HfSi막과 N 소스를 반응시켜 HfSiN막을 형성한다. 그런 다음, 챔버(10)로 O 소스를 피딩하는 단계(S21), 그리고 잔류 O 소스 및 반응부산물을 퍼지하는 단계(S22)를 거치는 O 소스 피딩 및 퍼지 단계(s20)를 통하여, 먼저 형성해 둔 HfSiN막과 O 소스를 반응시켜 HfSiON 박막을 형성한다. HfSi막 증착 단계(S10), N 소스 피딩 및 퍼지 단계(s30) 및 O 소스 피딩 및 퍼지 단계(s20)로 이루어지는 싸이클을 Z회 반복(S50)함으로써 원하는 두께의 HfSiON 박막을 증착할 수 있다(Z ≥ 1).
본 실시예에서도 Hf 소스나 Si 소스는 불활성 가스인 Ar 혹은 He에 의하여 버블링된 형태로 10 ~ 1500 sccm의 유량으로 챔버(10) 내로 피딩된다. 각 퍼지 단계(S13, S22)에서는 10 ~ 1000 sccm, 더욱 바람직하게는 100 ~ 1000 sccm의 퍼지 가스를 이용할 수 있다.
N 소스는 NH3, N2, N2+H2, NH3+N2, NH3+N2+H2 및 NH3+H2로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 이 때, N 소스는 리모트 플라즈마 방식에 의하여 플라즈마화 된 상태로 피딩될 수도 있고, 챔버(10) 내로 다이렉트 플라즈마가 인가된 상태에서 피딩될 수도 있다. N 소스가 플라즈마화될 경우, Hf 소스 또는 Si 소스와의 반응성이 더욱 향상됨으로써 보다 조성이 우수한 HfSiN막이 증착된다. 이 때, 인가되는 플라즈마는 50 ~ 2000W의 파워에 300~500KHz의 저주파 및/또는 13.56MHz ~ 21.12MHz의 고주파일 수 있다. O 소스도 리모트 플라즈마 방식에 의하여 플라즈마화된 상태로 피딩되거나, 챔버(10) 내로 다이렉트 플라즈마가 인가된 상태에서 피딩될 수도 있다. 이 때, 인가되는 플라즈마도 50 ~ 2000W의 파워에 300~500KHz의 저주파 및/또는 13.56MHz ~ 21.12MHz의 고주파일 수 있다. O 소스가 플라즈마화될 경우, HfSiN과의 반응성이 더욱 향상됨으로써 보다 조성이 우수한 HfSiON 박막이 증착된다.
제1 실시예에서 언급한 바와 마찬가지로, 본 실시예에서도 HfSi막 증착 단계(S10)에서 Hf 소스를 피딩하는 단계(S11)와 Si 소스를 피딩하는 단계(S12)는 그 순서가 서로 바뀔 수도 있다. 즉, Si 소스를 피딩하는 단계(S12)를 먼저 실시하고 Hf 소스를 피딩하는 단계(S11)를 실시하여도 된다. 기판(w)의 종류나 공정 조건에 따라서, Hf 소스를 피딩하는 단계(S11)와 Si 소스를 피딩하는 단계(S12)는 그 순서가 서로 바뀔 수 있는 것이다.
위와 같이, 본 발명에 따르면 Hf 소스를 피딩하는 단계(S11)와 Si 소스를 피딩하는 단계(S12)가 나누어져 있어 Hf 소스와 Si 소스를 분리하여 피딩하게 된다. 이에 따라, 동시 주입 방법에 비하여 박막의 조성이 일정하게 증착되며 박막의 단차도포성이 개선된다. 그리고, Hf 소스를 피딩하는 단계(S11)와 Si 소스를 피딩하는 단계(S12)는 하나의 단계(HfSi막 증착 단계(S10))에서 이루어지므로, 종래 HfO층을 먼저 형성한 후 SiN층을 형성하는 순으로 진행되는 적층 방법(도 3)에 비하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 7에 도시한 바와 같이, HfSi막 증착 단계(S10) 및 N 소스 피딩 및 퍼지 단계(s30)로 이루어진 서브 싸이클을 K회 반복(S40)함으로써, 증착되는 HfSiN막의 두께와 조성을 조절하여도 좋다(K ≥ 1).
도 9 내지 도 11은 본 발명에 따른 실시예들의 변형예에 해당하는 도면들로서, HfSi막 증착 단계(S10)에서 부가적인 피딩 단계나 퍼지 단계를 더 포함하는 경우의 예를 보이고 있다.
먼저 도 9에서 보는 바와 같이, HfSi막 증착 단계(S10)에서 Hf 소스를 피딩하는 단계(S11)와 Si 소스를 피딩하는 단계(S12) 사이에 Hf와 Si 소스를 동시에 피딩하는 단계(14)를 포함하여도 된다.
그리고, 도 10에서 보는 바와 같이, HfSi막 증착 단계(S10)에서 Hf 소스를 피딩하는 단계(S11)와 Si 소스를 피딩하는 단계(S12) 사이에 Hf 소스를 퍼지하는 단계(15)를 포함할 수도 있다.
도 11의 HfSi막 증착 단계(S10)는 Hf 소스를 피딩하는 단계(S11), Hf와 Si 소스를 동시에 피딩하는 단계(14) 및 Si 소스를 피딩하는 단계(S12)를 포함하고 있으며, 각각의 피딩 단계들(11, 14, 12) 사이에 퍼지 단계(S15, S16)가 수반된다.
이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 HfSiO 및 HfSiON 박막을 증착함에 있어 HfSi막을 먼저 형성한 후에 O 소스 혹은 N 소스와 O 소스를 피딩 및 퍼지하는 데에 특징이 있으며, 특히 HfSi막 형성 단계에서는 Hf 소스를 피딩하는 단계와 Si 소스를 피딩하는 단계가 나뉘어져 있다. 각 소스 피딩 단계 사이에는 적절히 퍼지 단계를 더 수행하여 공정을 조절한다. 한편, 비록 본 발명이 HfSiO 및 HfSiON 박막을 증착하는 것이기는 하나, 소스의 종류를 달리 하여 다른 3원계 박막 및 4원계 박막을 증착하는 데에도 이용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
이상, 본 발명의 상세한 설명을 하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않은 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명에 따르면 Hf 소스를 피딩하는 단계와 Si 소스를 피딩하는 단계가 나누어져 있어 Hf 소스와 Si 소스를 분리하여 피딩하게 된다. 이에 따라, Hf 소스와 Si 소스를 동시에 주입하는 동시 주입 방법에 비하여 각 소스의 유량을 정밀하게 제어할 수 있어 박막의 조성이 일정하게 증착되며 박막의 단차도포성이 개선된다.
그리고, Hf 소스를 피딩하는 단계와 Si 소스를 피딩하는 단계는 하나의 단계(HfSi막 증착 단계)에서 이루어지므로, 다시 말해 HfSi막을 먼저 형성한 단계 이후에 O 소스 혹은 N 소스와 O 소스를 피딩 및 퍼지하므로, 종래 HfO층을 먼저 형성한 후 SiO층 또는 SiN층을 형성하는 순으로 진행되는 적층 방법에 비하여 원하는 두께의 박막을 획득하기 위한 시간을 상당히 줄일 수 있으며, 이에 따라 이러한 박막을 이용한 반도체 소자의 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims (15)

  1. 챔버로 Hf 소스를 피딩하는 단계, Hf 소스와 Si 소스를 동시에 피딩하는 단계, Si 소스를 피딩하는 단계, 그리고 잔류 Hf 및 Si 소스 혹은 반응부산물을 퍼지하는 단계를 거치는 HfSi막 증착 단계; 및
    상기 챔버로 O 소스를 피딩하는 단계, 그리고 잔류 O 소스 및 반응부산물을 퍼지하는 단계를 거치는 O 소스 피딩 및 퍼지 단계로 이루어진 싸이클을 1회 이상 반복하여 HfSiO 박막을 증착하는 박막 증착 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 챔버로 Hf 소스를 피딩하는 단계, Hf 소스와 Si 소스를 동시에 피딩하는 단계, Si 소스를 피딩하는 단계, 그리고 잔류 Hf 및 Si 소스 혹은 반응부산물을 퍼지하는 단계를 거치는 HfSi막 증착 단계;
    상기 챔버로 N 소스를 피딩하는 단계, 그리고 잔류 N 소스 및 반응부산물을 퍼지하는 단계를 거치는 N 소스 피딩 및 퍼지 단계; 및
    상기 챔버로 O 소스를 피딩하는 단계, 그리고 잔류 O 소스 및 반응부산물을 퍼지하는 단계를 거치는 O 소스 피딩 및 퍼지 단계로 이루어진 싸이클을 1회 이상 반복하여 HfSiON 박막을 증착하는 박막 증착 방법.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 Hf 소스를 피딩하는 단계와 Hf 소스와 Si 소스를 동시에 피딩하는 단계 사이, 그리고 Hf 소스와 Si 소스를 동시에 피딩하는 단계와 Si 소스를 피딩하는 단계 사이에 퍼지하는 단계를 각각 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
  6. 챔버로 Hf 소스를 피딩하는 단계, Si 소스를 피딩하는 단계, 그리고 잔류 Hf 및 Si 소스 혹은 반응부산물을 퍼지하는 단계를 거치는 HfSi막 증착 단계;
    상기 챔버로 N 소스를 피딩하는 단계, 그리고 잔류 N 소스 및 반응부산물을 퍼지하는 단계를 거치는 N 소스 피딩 및 퍼지 단계에 의한 HfSi막의 질화 단계; 및
    상기 챔버로 O 소스를 피딩하는 단계, 그리고 잔류 O 소스 및 반응부산물을 퍼지하는 단계를 거치는 O 소스 피딩 및 퍼지 단계로 이루어진 싸이클을 1회 이상 반복하여 HfSiON 박막을 증착하되,
    상기 HfSi막 증착 단계, 및 상기 HfSi막의 질화 단계로 이루어진 서브 싸이클을 1회 이상 반복함으로써, 증착되는 HfSiN막의 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
  7. 제4항 또는 제6항에 있어서, 상기 N 소스는 NH3, N2, N2+H2, NH3+N2, NH3+N2+H2 및 NH3+H2로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 N 소스는 리모트 플라즈마 방식에 의하여 플라즈마화된 상태로 피딩되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 N 소스는 상기 챔버 내로 다이렉트 플라즈마가 인가된 상태에서 피딩되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
  10. 제1항, 제4항 및 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 O 소스는 O2, O2+N2, O2+H2 및 D2O로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 O 소스는 리모트 플라즈마 방식에 의하여 플라즈마화 된 상태로 피딩되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 O 소스는 상기 챔버 내로 다이렉트 플라즈마가 인가된 상태에서 피딩되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
  13. 제1항, 제4항 및 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 기판의 온도는 200℃ ~ 700℃ 범위인 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
  14. 제1항, 제4항 및 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 챔버의 압력은 10 torr 미만인 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
  15. 제1항, 제4항 및 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 Hf 소스를 피딩하는 단계와 Si 소스를 피딩하는 단계는,
    상기 Hf 소스를 먼저 피딩한 다음 상기 Si 소스를 피딩하거나, 상기 Si 소스를 먼저 피딩한 다음 상기 Hf 소스를 피딩하여 수행하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
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