KR100722847B1 - 자기장을 이용한 박막 증착 방법 및 장비 - Google Patents

자기장을 이용한 박막 증착 방법 및 장비 Download PDF

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이기훈
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주식회사 아이피에스
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Abstract

자기장을 이용한 박막 증착 방법 및 장비를 제공한다. 본 발명에 따른 박막 증착 방법은 챔버 내부에 웨이퍼를 안착시키고 반응 가스를 공급하는 단계, 반응 가스를 플라즈마화시키는 단계, 및 플라즈마의 발생과 동시에 챔버 내부에 자기장을 발생시키는 단계를 포함하여, 플라즈마에 의한 반응 가스의 라디칼을, 자기장을 이용해 웨이퍼 측으로 향하게 하여 박막의 단차도포성을 개선하는 것이다. 그리고, 본 발명에 따른 박막 증착 장비는 이러한 방법을 수행하기 적합하도록 박막 증착 장비의 챔버 내부에 자기장을 발생시키는 자계 형성 수단을 챔버 외부에 구비하는 것이다. 본 발명에 따르면 성막에 이용되는 반응 가스 라디칼의 웨이퍼 쪽으로의 방향성, 즉 직진성이 향상되고 수명이 길어져 웨이퍼에 도달함에 따라, 단차도포성이 크게 개선된 박막을 증착할 수 있게 된다.

Description

자기장을 이용한 박막 증착 방법 및 장비{Method and apparatus for depositing thin film using magnetic field}
도 1은 종래 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 장비의 구성을 보이는 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1과 같은 종래 다이렉트 플라즈마 장비를 이용해 증착한 커패시터 전극용 Ru 박막의 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명에서 제안하는 박막 증착 방법의 순서도이다.
도 4는 도 3과 같은 방법 진행시 반응 가스 공급, 플라즈마 발생 및 자기장 발생의 펄스 다이어그램이다.
도 5는 도 3과 같은 방법 진행시 반응 가스 공급, 플라즈마 발생 및 자기장 발생의 다른 펄스 다이어그램이다.
도 6은 본 발명에서 제안하는 다이렉트 플라즈마 장비의 일 구성을 보이는 도면이다.
도 7은 본 발명에서 제안하는 다이렉트 플라즈마 장비의 다른 구성을 보이는 도면이다.
도 8은 도 1과 같은 종래 다이렉트 플라즈마 장비를 이용해 박막을 증착할 때의 단차도포성을 설명하기 위한 모식도이다.
도 9는 본 발명에서 제안하는 박막 증착 방법 및 다이렉트 플라즈마 장비를 이용해 박막을 증착할 때의 단차도포성을 설명하기 위한 모식도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
11...챔버 12...가스 공급관
13...샤워헤드 14...웨이퍼 지지대
16...플라즈마 형성장치 17...가스 배기관
18, 18'...자계 형성 수단 20, 30...다이렉트 플라즈마 장비
본 발명은 박막 증착 방법 및 장비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우수한 단차도포성을 가진 박막을 증착할 수 있는 플라즈마를 이용한 박막 증착 방법 및 장비에 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 사용 이 요구되고 있다. 고유전율을 가진 물질로 Ta2O5, TiO2, Al2O3, Y2O3, ZrO2, HfO2, BaTiO3, SrTiO3, (Ba,Sr)TiO3 등의 예를 들 수 있다.
그런데, 이러한 고유전율을 가진 유전체는 종래 커패시터의 전극 물질로 사용되던 폴리실리콘과 쉽게 반응하여 전극과의 계면에 저유전율을 갖는 물질을 형성함으로써 정전용량 확보에 나쁜 영향을 미치는 문제점을 안고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 하부전극 또는 하부전극과 상부전극 모두를 폴리실리콘에 비하여 상대적으로 산화되기 어려운 물질, 예컨대 Pt, Ru, Ir 등의 귀금속이나 텅스텐(W)과 같은 내열금속, 또는 텅스텐 질화물(WN), 또는 티타늄 질화물(TiN) 등과 같은 내열금속 질화물로 형성하여야 한다(본 명세서에서는 이러한 귀금속, 내열금속, 내열금속 질화물 등을 총칭하여 금속이라고 한다).
일반적인 박막 증착 방법에는 CVD, ALD 등이 있다. 그 중에서도 반응 가스를 활성화시켜 박막 증착 특성을 향상시키기 위해 플라즈마를 이용하는 경우가PE(Plasma Enhanced)-CVD, PE-ALD이다. 커패시터 전극용 금속 박막은 이러한 PE-CVD, PE-ALD에 의해 형성할 수 있다. 이 때 이용하는 플라즈마의 종류는 그 발생 장소에 따라 다이렉트 플라즈마(direct plasma)와 리모트 플라즈마(remote plasma)로 나눌 수 있다. 다이렉트 플라즈마는 챔버 내에서 직접 플라즈마를 발생시키는 것이고, 리모트 플라즈마는 챔버 외부에서 플라즈마를 발생시켜 챔버로 유입시키는 것이다.
첨부한 도 1은 종래 다이렉트 플라즈마 장비의 개략적인 구성을 보여준다.
도 1을 참조하면, 다이렉트 플라즈마 장비(10)는 챔버(1)의 상부에 반응 가스를 챔버(1) 내부로 공급하기 위한 가스 공급관(2)이 접속되고, 챔버(1)의 하부에는 가스 배기관(7)이 접속된다. 가스 공급관(2)의 종단부에는 공급된 반응 가스를 챔버(1) 내부로 균일하게 분산시키기 위한 샤워헤드(3)가 접속되며, 이것은 증착 공정시 700 W 이상의 고주파 전력(RF Power)이 인가되도록 고주파 발생기(6)와 접속된다. 챔버(1) 내의 하부에는 웨이퍼(5)가 장착되는 웨이퍼 지지대(4)가 설치되는데, 웨이퍼 지지대(4)는 전기적으로 접지(ground)된다.
이러한 다이렉트 플라즈마 장비(10)를 이용해 종래 박막을 증착하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 웨이퍼(5)를 웨이퍼 지지대(4)의 장착한 후 가스 공급관(2)으로 공급되는 반응 가스가 샤워헤드(3)를 통해 챔버(1)내로 균일하게 분산되도록 한다. 그리고 고주파 발생기(6)를 동작시켜 샤워헤드(3)에 고주파 전력이 인가되도록 하면, 전자는 전극으로 작용하는 샤워헤드(3)로부터 대향 전극으로 작용하는 웨이퍼 지지대(4) 쪽으로 직선 운동을 하게 된다. 이 때 반응 가스는 전자와의 충돌에 의해 이온화되어 라디칼과 전자가 중성을 이룬 플라즈마 상태가 되고, 상기 플라즈마 내에 존재하는 라디칼이 웨이퍼(5) 상에 증착되면서 박막이 형성된다.
그런데 상기와 같은 증착 공정이 이루어지는 챔버(1) 내의 진공도가 높다. 그러므로 전자는 직진성을 갖고 이동하기 때문에 전자와 반응 가스들의 충돌 확률이 낮으며, 전자가 짧은 시간 내에 소모된다. 따라서 라디칼의 생성률이 저하되어 증착 효율이 낮다. 또한 라디칼은 성막시 분해가 잘되는 반면, 수명(life time)이 짧아 웨이퍼(5)에 도달하기 전에 사라지는 경우가 많다. 이 때문에 박막에서 원하는 단차도포성을 얻지 못하는 문제가 있다.
도 2는 도 1과 같은 다이렉트 플라즈마 장비(10)를 이용해 종래 일반적인 PE-CVD 또는 PE-ALD로 증착한 커패시터 전극용 Ru 박막의 단차도포성을 보여주는 SEM 사진이다. 여기서는 커패시터 전극을 입체화하기 위하여 웨이퍼(5) 안에 트렌치(T)를 형성한 후, 트렌치(T)의 내벽, 바닥 및 웨이퍼(5)의 상면을 따라 Ru 박막(8)을 형성한 것이다. 도면으로부터 알 수 있듯이, 트렌치(T)의 깊이 방향으로 Ru 박막(8)의 두께가 얇아지며, 트렌치(T)의 바닥에는 Ru 박막(8)이 거의 증착이 안 되어 있다. 반응 소스의 양이 충분하다면 트렌치(T)의 바닥에도 Ru 박막이 증착되어 있어야 한다. 이와 같이, 종래의 증착 방법 및 장비에 의한 커패시터 전극용 금속 박막의 단차도포성이 나쁘다는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 우수한 단차도포성을 가진 박막을 증착할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 우수한 단차도포성을 가진 박막을 증착할 수 있는 장비를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막 증착 방법은, 플라즈마를 이용한 박막 증착 방법에 있어서, 챔버 내부에 웨이퍼를 안착시키고 반응 가스를 공급하는 단계, 상기 반응 가스를 플라즈마화시키는 단계, 및 상기 플라즈 마의 발생과 동시에 상기 챔버 내부에 자기장을 발생시키는 단계를 포함하여, 상기 플라즈마에 의한 상기 반응 가스의 라디칼을, 상기 자기장을 이용해 상기 웨이퍼 측으로 향하게 하여 박막의 단차도포성을 개선하는 것이다.
본 발명에 따른 박막 증착 방법에 있어서, 상기 반응 가스의 공급과 상기 플라즈마의 발생을 펄스형으로 하고, 상기 자기장은 상기 플라즈마의 펄스와 동기(synchronization)시켜 발생시키거나 상기 플라즈마의 첫 번째 펄스 발생시 발생시켜 유지할 수 있다. 특히 본 발명에 따른 박막 증착 방법에 의해 웨이퍼에 형성된 트렌치의 내벽 및 바닥에 금속 박막을 균일하게 증착할 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막 증착 장비의 일 태양은 플라즈마를 이용한 박막 증착 장비에 있어서, 플라즈마에 의한 반응 가스의 라디칼을, 자기장을 이용해 웨이퍼 측으로 향하게 하여 박막의 단차도포성을 개선토록, 상기 박막 증착 장비의 챔버 내부에 자기장을 발생시키는 자계 형성 수단을 상기 챔버 외부에 구비하는 것이다. 이 박막 증착 장비는 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 장비인 것이 바람직하다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막 증착 장비의 다른 태양은 챔버와, 상기 챔버의 상부에 접속되며 반응 가스를 상기 챔버 내부로 공급하기 위한 가스 공급관과, 상기 챔버의 하부에 접속된 가스 배기관과, 상기 가스 공급관의 종단부에 접속되며 공급된 반응 가스를 상기 챔버 내부로 균일하게 분산시키기 위한 샤워헤드와, 상기 챔버 내의 하부에 설치되며 웨이퍼가 장착되는 웨이퍼 지지대와, 상기 샤워헤드에 접속되며 상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키 기 위한 플라즈마 형성장치와, 상기 챔버의 외부에 설치되며 상기 챔버 내부에 자기장을 형성시키는 자계 형성 수단을 포함하여, 상기 플라즈마에 의한 상기 반응 가스의 라디칼을, 상기 자기장을 이용해 상기 웨이퍼 측으로 향하게 하여 박막의 단차도포성을 개선토록 하는 것이다.
본 발명에 따른 박막 증착 장비들에 있어서, 상기 자계 형성 수단은 상기 챔버 둘레에 감겨진 전류가 흐르는 원형 코일 혹은 상기 챔버 하부에 설치된 1개 이상의 전자석일 수 있다.
본 발명에 따른 박막 증착 방법에서는 자기장을 이용해 라디칼의 직진성을 향상시킴으로써 박막의 단차도포성을 개선한다. 또한, 본 발명에 따른 박막 증착 장비는 이러한 방법을 수행하기 적합하도록 챔버 외부에 자계 형성 수단을 구비한 것이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 하고자 한다. 다음에 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 요소를 가리킨다.
도 3은 본 발명에서 제안하는 박막 증착 방법의 순서도이다.
도 3에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 박막 증착 방법에서는, 먼저 챔버 내부에 웨이퍼를 안착시키고 반응 가스를 공급한다(단계 s1). 그런 다음, 챔버 내부에 공급된 반응 가스를 플라즈마화시킨다. 그리고, 플라즈마의 발생과 동시에 챔버 내부에 자기장을 발생시킨다(단계 s2).
이렇게 자기장을 발생시키면, 플라즈마에 의한 반응 가스의 라디칼이 웨이퍼 측으로 향하여 웨이퍼 상에 증착됨으로써 박막이 증착된다(단계 s3).
이와 같이 본 발명에 따르면, 자기장을 이용해 웨이퍼 측으로 향하는 라디칼의 직진성을 향상시킬 수 있으므로 박막의 단차도포성을 개선할 수가 있다. 특히 반응 가스로써 금속 전구체 가스를 사용하면 웨이퍼에 형성된 트렌치의 내벽 및 바닥에 금속 박막을 균일하게 증착할 수 있다. 예를 들어 Ru 전구체로 DER, Ru(DMPD)2, Ru(i-PrCp)2, Ru(EtCp)2, Ru(CO)3(C6H8), Ru(CO)3(C7H10), Ru(CO)3(C4H6) 중 어느 하나의 원료를 이용하여 본 발명에 따른 박막 증착 방법을 실시하면 트렌치 커패시터용 Ru 전극을 형성할 수 있다. 자기장에 의해 라디칼의 웨이퍼 쪽으로의 직진성을 향상시키게 되는 원리에 대해서는 이하 박막 증착 장비에 관한 설명 부분에서 상세히 다루기로 한다.
본 발명에 따른 박막 증착 방법에 있어서, 다음 도 4 내지 도 5에 도시한 것과 같은 펄스 다이어그램들을 이용할 수 있다.
먼저 도 4를 참조하면, 반응 가스의 공급과 플라즈마의 발생을 온(on)/오프(off)의 펄스형으로 한다. 그리고, 자기장도 플라즈마의 펄스와 동기시켜 발생시킨다.
다음 도 5에서와 같이, 반응 가스의 공급과 플라즈마의 발생은 펄스형으로 하고, 자기장은 플라즈마의 첫 번째 펄스 발생시 발생시켜 계속 유지할 수 있다.
이렇게 반응 가스의 공급과 플라즈마의 발생을 펄스형으로 하는 것은 PE-ALD 방식으로 공정을 진행하게 되는 경우이다. 따라서, 반응 가스(예컨대 금속 전구체 가스)의 공급, 플라즈마 발생 이후에 퍼지, 다른 반응 가스(예컨대 산소)의 공급, 퍼지 등의 단계가 더 올 수도 있다.
도 6은 발명에서 제안하는 다이렉트 플라즈마 장비의 일 구성을 보이는 도면이다.
도 6을 참조하면, 다이렉트 플라즈마 장비(20)는 챔버(11)의 상부에 반응 가스를 챔버(11) 내부로 공급하기 위한 가스 공급관(12)이 접속되고, 챔버(11)의 하부에는 가스 배기관(17)이 접속된다. 가스 공급관(12)의 종단부에는 공급된 반응 가스를 챔버(11) 내부로 균일하게 분산시키기 위한 샤워헤드(13)가 접속되며, 이것은 플라즈마 형성장치(16)와 접속된다. 플라즈마 형성장치(16)는 샤워헤드(13)에 RF 전원 또는 DC 전원을 인가함으로써, 챔버(11) 내부에 플라즈마를 형성한다. 이러한 플라즈마 형성장치(16)는 당업계에서 일반적으로 사용하는 것을 사용한다. 챔버(11) 내의 하부에는 웨이퍼(15)가 장착되는 웨이퍼 지지대(14)가 설치되는데, 웨이퍼 지지대(14)는 전기적으로 접지되며, 내부에는 히터(미도시)가 내장되어 있어, 상부에 안착된 웨이퍼(15)를 소정의 온도로 가열시킨다.
또한 챔버(11)의 외부에는 자계 형성 수단(18)이 설치되는데, 본 실시예에서 상기 자계 형성 수단(18)은 챔버(11) 둘레에 감겨진 전류가 흐르는 원형 코일이다.
그러면 본 발명에 따른 장비에서 증착이 이루어지는 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 웨이퍼(15)를 웨이퍼 지지대(14)에 장착한 후, 가스 공급관(12)으로 공급되는 반응 가스가 샤워헤드(13)를 통해 챔버(11) 내로 균일하게 분산되도록 한다. 그런 다음, 플라즈마 형성장치(16)를 동작시켜 샤워헤드(13)에 고주파 전력이 인가되도록 하며, 동시에 자계 형성 수단(18)을 동작시켜 챔버(11) 내부에 자기장이 형성되도록 한다. 이러한 상태에서, 가스 공급관(12)으로 공급되는 반응 가스가 샤워헤드(13)를 통해 챔버(11) 내로 균일하게 분산되도록 한다.
원형 코일에 전류를 흘리면 오른손 법칙에 따른 방향으로 자기장이 발생된다. 예컨대 챔버(11)의 측면 둘레에 원형 코일을 감고 전류를 흘리면 전류가 흐르는 방향에 따라 웨이퍼(15) 방향 또는 샤워헤드(13) 방향으로의 자기장이 형성된다. 자기장 안에서 움직이는 전하를 띤 입자(라디칼, 전자)는 플레밍의 왼손 법칙에 따른 힘을 받게 된다. 전하를 띤 입자의 운동 방향이 자기장과 나란하거나 정반대이면 힘을 전혀 받지 않고, 전하를 띤 입자의 운동 방향이 자기장과 수직일 때 최대의 힘을 받게 된다.
따라서, 전극으로 작용하는 샤워헤드(13)로부터의 대향 전극으로 작용하는 웨이퍼 지지대(14)로 직선 운동을 하는 전자들은 웨이퍼(15) 방향 또는 샤워헤드(13) 방향으로의 자기장에 의한 힘을 받지 않는다. 그러나 사선으로 운동하는 전자들은 자계 형성 수단(18)에 의해 형성된 자기장에 의해 곡선 운동 및 나선 운동을 하게 된다. 이에 따라, 전자의 이동거리(mean free path)는 종래와 비교하여 곡선 및 나선 운동 거리만큼 길어지게 되고, 길어진 거리만큼 전자와 반응 가스의 충돌 현상이 많이 발생하게 되므로 라디칼의 생성이 많아져 증착률이 향상된다. 이에 의해 공정 시간이 단축되어 소자의 수율이 향상된다.
라디칼 또한 전하를 띠므로 이 역시 자기장에 의한 힘을 받게 되는데, 전자와 마찬가지로 웨이퍼(15) 방향으로 직선 운동하는 라디칼은 웨이퍼(15) 방향 또는 샤워헤드(13) 방향으로의 자기장에 의한 힘을 받지 않는다. 그러나, 라디칼 중에서도 웨이퍼(15) 쪽을 향하지 않고 사선으로 향하는 라디칼이라면 자기장에 의한 힘을 받게 되어 자기장이 없을 경우에 비하여 웨이퍼(15) 쪽으로 휘게 되는 경우가 더 생기므로 웨이퍼(15) 쪽으로의 방향성, 즉 직진성이 향상되고 수명이 길어져 웨이퍼(15)에 도달하게 된다. 따라서, 예를 들면 깊은 트렌치의 바닥에까지 잘 도달할 수 있게 되므로, 단차도포성이 크게 개선된 박막을 증착할 수 있게 된다.
한편, 도 7은 발명에서 제안하는 다이렉트 플라즈마 장비의 다른 구성을 보이는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 다이렉트 플라즈마 장비(30)는 도 4에 도시한 다이렉트 플라즈마 장비(20)와 기본 구성은 유사하고, 대신 자계 형성 수단(18')이 챔버(11)의 하부에 설치되어 있다. 이러한 자계 형성 수단(18')은 예컨대 적어도 1개의 전자석일 수 있다.
이러한 자계 형성 수단(18')이 웨이퍼(15)에 평행한 방향으로 자기장을 형성하는 경우, 웨이퍼(15)에 평행한 방향으로 움직이는 전자 및 라디칼은 아무런 힘을 받지 않지만 그 이외의 방향으로 움직이는 전자 및 라디칼은 플레밍의 왼손 법칙에 따른 힘을 받아 자기장 안에서 곡선 운동 및 나선 운동을 한다.
이에 따라, 앞에서도 설명한 바와 같이, 전자의 이동거리가 증가하여 반응 가스의 충돌 현상이 많이 발생하게 되므로 라디칼의 생성이 많아져 증착률이 향상된다. 이에 의해 공정 시간이 단축되어 소자의 수율이 향상된다. 또한, 라디칼은 자기장에 의한 힘을 받게 되어 자기장이 없을 경우에 비하여 웨이퍼(15) 쪽으로 휘게 되는 경우가 더 생기므로 웨이퍼(15) 쪽으로의 방향성, 즉 직진성이 향상되고 수명이 길어져 웨이퍼(15)에 도달하게 된다. 따라서, 단차도포성이 크게 개선된 박막을 증착할 수 있게 된다.
도 8 및 도 9는 각각 도 1과 같은 종래 다이렉트 플라즈마 장비 및 본 발명에서 제안하는 박막 증착 방법 및 다이렉트 플라즈마 장비를 이용해 박막을 증착할 때의 단차도포성을 설명하기 위한 모식도들이다.
도 8은 종래의 경우로서, 라디칼(100)들이 방향성을 덜 갖고 웨이퍼(5)에 도달함에 따라, 깊은 트렌치(T)의 바닥까지 잘 도달하지 못한다. 따라서, 이렇게 증착된 박막(110) 중 트렌치(T) 바닥에 증착된 두께는 바닥면에 대하여 균일하지 않을 뿐만 아니라(중앙 부분은 두껍고 가장자리 부분은 상대적으로 얇음) 제일 두꺼운 부분에서의 두께인 b도 웨이퍼(5) 상단에 형성된 부분의 두께 a보다 작다. 일반적인 정의에 따라 박막(110)의 단차도포성은 b/a로 정의되므로, 종래 장비를 이용하여 증착한 박막(110)의 단차도포성은 1보다 작고 박막의 단차도포성이 나쁘다고 할 수 있다.
이에 반하여 본 발명에 따른 도 9의 경우, 자기장에 의해 라디칼(100)들이 방향성(직진성)을 갖고 웨이퍼(15)에 도달함에 따라, 깊은 트렌치(T')의 바닥까지 잘 도달한다. 따라서, 이렇게 증착된 박막(110')에서 트렌치(T) 바닥에 증착된 두 께는 바닥면에 대하여 균일할 뿐만 아니라 그 두께인 b'도 웨이퍼(15) 상단에 형성된 부분의 두께 a'와 거의 같다. 그러므로 본 발명에 따른 방법 및 장비를 이용하여 증착한 박막(110')의 단차도포성, 즉 b'/a'는 거의 1의 값을 가지므로 종래 경우인 도 8에 비하여 단차도포성이 개선된다고 할 수 있다.
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. 예를 들어, 실시예들에 있어서 자계 형성 수단은 원형 코일 또는 전자석의 예를 들었으나 이외에도 챔버 내에 자기장을 형성하기 위한 수단의 구성은 다양한 변형이 가능하다. 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 챔버 내부에서 직선 운동을 하는 전자들은 자기장에 의해 곡선 운동 및 나선 운동을 하게 된다. 이에 따라, 전자의 이동거리는 종래와 비교하여 곡선 및 나선 운동 거리만큼 길어지게 되고, 길어진 거리만큼 전자와 반응 가스의 충돌 현상이 많이 발생하게 되므로 라디칼의 생성이 많아져 증착률이 향상된다. 이에 의해 공정 시간이 단축되어 소자의 수율이 향상된다.
또한, 라디칼도 자기장에 의한 힘을 받게 되어 자기장이 없을 경우에 비하여 웨이퍼 쪽으로 휘게 되는 경우가 더 생기므로 웨이퍼 쪽으로의 방향성, 즉 직진성이 향상되고 수명이 길어져 웨이퍼에 도달함에 따라, 단차도포성이 크게 개선된 박막을 증착할 수 있게 된다.

Claims (9)

  1. 플라즈마를 이용한 박막 증착 방법에 있어서,
    챔버 내부에 웨이퍼를 안착시키고 박막 증착을 위한 반응 가스를 공급하는 단계;
    상기 반응 가스를 플라즈마화시키는 단계; 및
    상기 플라즈마의 발생과 동시에 상기 챔버 내부에 자기장을 인가하는 단계를 포함하여,
    상기 챔버 내부의 전자를 상기 자기장에 의해 곡선 운동 및 나선 운동시켜 이동거리를 증가시킴으로써 상기 전자와 상기 반응 가스의 충돌을 증가시켜 라디칼의 생성을 도모하고,
    상기 플라즈마 및 전자와의 충돌에 의해 생성된 상기 반응 가스의 라디칼을, 상기 자기장을 이용해 상기 웨이퍼 측으로 향하게 하여 박막의 단차도포성을 개선하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반응 가스의 공급과 상기 플라즈마의 발생을 펄스형으로 하고 상기 자기장은 상기 플라즈마의 펄스와 동기시켜 인가하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반응 가스의 공급과 상기 플라즈마의 발생을 펄스형으로 하고 상기 자기장은 상기 플라즈마의 첫 번째 펄스 발생시 인가하여 유지하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 웨이퍼는 트렌치가 형성된 웨이퍼이고, 상기 박막은 금속 박막이며, 상기 박막을 상기 트렌치의 내벽 및 바닥에 균일하게 증착하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
  5. 플라즈마를 이용한 박막 증착 장비에 있어서,
    상기 플라즈마 발생과는 별개로 상기 박막 증착 장비의 챔버 내부에 자기장을 인가하는 자계 형성 수단을 상기 챔버 외부에 구비하여,
    상기 챔버 내부의 전자를 상기 자기장에 의해 곡선 운동 및 나선 운동시켜 이동거리를 증가시킴으로써 상기 전자와 박막 증착을 위한 반응 가스의 충돌을 증가시켜 라디칼의 생성을 도모하고,
    상기 플라즈마 및 전자와의 충돌에 의해 생성된 상기 반응 가스의 라디칼을, 상기 자기장을 이용해 상기 웨이퍼 측으로 향하게 하여 박막의 단차도포성을 개선하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장비.
  6. 제5항에 있어서, 상기 박막 증착 장비는 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 장비인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장비.
  7. 챔버와, 상기 챔버의 상부에 접속되며 박막 증착을 위한 반응 가스를 상기 챔버 내부로 공급하기 위한 가스 공급관과, 상기 챔버의 하부에 접속된 가스 배기관과, 상기 가스 공급관의 종단부에 접속되며 공급된 반응 가스를 상기 챔버 내부로 균일하게 분산시키기 위한 샤워헤드와, 상기 챔버 내의 하부에 설치되며 웨이퍼가 장착되는 웨이퍼 지지대와, 상기 샤워헤드에 접속되며 상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 형성장치와, 상기 플라즈마 형성장치와는 별개로 상기 챔버의 외부에 설치되며 상기 챔버 내부에 자기장을 형성시키는 자계 형성 수단을 포함하여,
    상기 챔버 내부의 전자를 상기 자기장에 의해 곡선 운동 및 나선 운동시켜 이동거리를 증가시킴으로써 상기 전자와 상기 반응 가스의 충돌을 증가시켜 라디칼의 생성을 도모하고,
    상기 플라즈마 및 전자와의 충돌에 의해 생성된 상기 반응 가스의 라디칼을, 상기 자기장을 이용해 상기 웨이퍼 측으로 향하게 하여 박막의 단차도포성을 개선하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장비.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 자계 형성 수단은 상기 챔버 둘레에 감겨진 전류가 흐르는 원형 코일인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장비.
  9. 제5항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 자계 형성 수단은 상기 챔버 하부에 설치된 1개 이상의 전자석인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장비.
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