KR101416069B1 - Method for depositing low temperature thin film - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법은, 상기 반응 챔버의 내부에 실리콘을 포함하는 가스를 공급하고, 상기 실리콘을 포함하는 가스를 분해하여 상기 반응 챔버 내의 기판 상에 실리콘 박막을 증착하는 단계; 상기 반응 챔버의 내부에 불활성 가스를 공급하여 상기 반응 챔버 내에 잔존하는 여분의 상기 실리콘을 포함하는 가스를 제거함과 아울러 상기 실리콘 박막의 실리콘 원자를 재배열하는 단계; 및 상기 반응 챔버의 내부에 반응 가스를 공급하여 상기 재배열된 실리콘 원자를 상기 반응 가스와 반응시킴으로써 실리콘 절연막을 형성하는 단계로 구성된 한 사이클을 1회 이상 복수회 반복 실시하여 원하는 두께의 실리콘 절연막을 얻는 것을 특징으로 한다.The method for depositing a low-temperature thin film according to the present invention comprises the steps of: supplying a gas containing silicon into the reaction chamber; decomposing the gas containing silicon; depositing a silicon thin film on the substrate in the reaction chamber; Supplying an inert gas into the reaction chamber to remove excess silicon remaining in the reaction chamber and rearranging silicon atoms in the silicon thin film; And a step of forming a silicon insulating film by reacting the rearranged silicon atoms with the reaction gas by supplying a reaction gas into the reaction chamber and repeating the cycle one or more times to obtain a silicon insulating film having a desired thickness .

Description

저온 박막 증착 방법{METHOD FOR DEPOSITING LOW TEMPERATURE THIN FILM}[0001] METHOD FOR DEPOSITING LOW TEMPERATURE THIN FILM [0002]

본 발명은, 저온 박막 증착 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 화합물 박막을 저온에서 증착하면서도 박막의 특성을 개선하고 아울러 박막의 증착 속도를 높이도록 한 저온 박막 증착 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a low-temperature thin-film deposition method, and more particularly, to a low-temperature thin-film deposition method in which a silicon compound thin film is deposited at a low temperature while improving the characteristics of the thin film and increasing the deposition rate of the thin film.

실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막 등과 같은 실리콘 화합물 박막은, 반도체 소자, 집적회로, 화합물 반도체, 태양전지, 엘시디(LCD: liquid crystal display), 오엘이디(OLED: organic light emitting diode) 등의 제조에 있어서, 게이트 유전체(gate dielectrics), 금속층 간의 분리막, 패시베이션(passivation)막, 및 주변으로부터의 화학반응을 방지하기 위한 마스킹(masking) 막으로서 사용되는 박막이다.A thin film of a silicon compound such as a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or the like can be used for manufacturing a semiconductor device, an integrated circuit, a compound semiconductor, a solar cell, a liquid crystal display (LCD), an organic light emitting diode Is a thin film used as gate dielectrics, a separator between metal layers, a passivation film, and a masking film for preventing chemical reaction from the surroundings.

이러한 실리콘 화합물 박막은, 일반적으로 실리콘(Si)을 포함하는 수소화물(hydride)을 반응체와 반응시키는 방법이나, 실리콘과 화합물을 포함하는 프리커서(precursor)를 분해하는 방법에 의해 기판 상에 증착된다. 이와 같은 방법으로 증착된 실리콘 화합물 박막의 특성은, 증착 방법 및 증착 조건에 따라 크게 달라진다. 특히, 박막 내의 수소의 양과, 핀홀(pin hole) 밀도, 및 박막 스트레스는, 실리콘 화합물 박막의 응용 영역을 결정하는 중요한 요소이다.Such a thin film of a silicon compound is generally formed by a method of reacting a hydride containing silicon (Si) with a reactant or a method of decomposing a precursor containing silicon and a compound, do. The properties of the silicon compound thin films deposited by the above method greatly vary depending on the deposition method and the deposition conditions. Particularly, the amount of hydrogen in the thin film, the pin hole density, and the thin film stress are important factors for determining the application range of the thin film of the silicon compound.

이러한 박막을 증착하는 방법 중에서 화학기상증착법(chemical vapor deposition: CVD)과 플라즈마 에너지(plasma energy)를 이용하여 증착 온도를 낮추는 플라즈마 화학기상증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition: PECVD)이 주로 사용되고 있으며 개선된 형태로서 원자층 증착법 (ALD: atomic layer deposition) 이 개발되어 있다. Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), which lowers the deposition temperature by using chemical vapor deposition (CVD) and plasma energy, is mainly used as a method of depositing the thin film, Atomic layer deposition (ALD) has been developed as a form.

박막 내의 수소량을 낮추기 위하여, 미국특허 제5,326,649호와 같이 900~1050℃ 정도의 높은 증착 온도를 사용하는 방법이 일반적으로 사용된다. 이때, 실란(silane)(SiH4)과 암모니아 등의 소스(source)를 사용함으로써 박막의 제조비용을 절감하는 것이 일반적이다.In order to lower the amount of hydrogen in the thin film, a method using a high deposition temperature of about 900 to 1050 DEG C as in U.S. Patent No. 5,326,649 is generally used. At this time, it is general to use a source such as silane (SiH 4 ) and ammonia to reduce the manufacturing cost of the thin film.

그러나 높은 증착 온도는, 반도체의 제조 과정에서 많은 문제점을 초래한다. 예를 들면, 실란과 암모니아를 사용하여 박막을 저온에서 증착시키는 열적 화학기상증착법(thermal CVD)의 경우, 박막 내에 불필요한 수소량이 많은 문제점이 있다.However, high deposition temperatures cause many problems in the fabrication of semiconductors. For example, in the case of thermal CVD in which a thin film is deposited at a low temperature by using silane and ammonia, there is a problem that an unnecessary amount of hydrogen is large in the thin film.

이러한 문제점을 개선하기 위한 방안으로, NF3와 Si2H6를 250~500℃ 정도의 온도에서 박막을 증착하는 방법이 미국특허 제4,720,395호에 제시되어 있다. 이 특허에서는, 상기 박막 내의 수소량에 대하여 자세한 결과가 나타나 있지 않지만, 상대적으로 낮은 증착 온도와 Si2H6의 높은 수소량으로 미루어보아 상기 박막 내의 수소량이 상당히 높은 수준일 것으로 추정된다.As a solution to this problem, US Pat. No. 4,720,395 discloses a method of depositing a thin film of NF 3 and Si 2 H 6 at a temperature of about 250 to 500 ° C. This patent does not show detailed results on the amount of hydrogen in the thin film but it is presumed that the amount of hydrogen in the thin film is considerably high due to the relatively low deposition temperature and the high hydrogen content of Si 2 H 6 .

플라즈마 화학기상증착법(PECVD)을 사용하여 박막을 상대적으로 낮은 온도에서 증착하는 방법이 또한 개발되어 있다. 일본국특허 제62253777A호는, HnSi(NH2)4-n 프리커서를 사용하는 방법을 제시하고 있다. 미국특허 제5,731,238호는, 실란과 질소를 프리커서로 사용하는 젯 베이퍼 데포지션(jet vapor deposition)법을 제시하고 있다. 일본국특허 제6338497A호는, (SiH3)3N과 암모니아를 사용하여 실리콘나이트라이드(Si3N4)와 실리콘옥시나이트라이드(silicon oxynitride)를 증착하는 방법을 제시하고 있다. 일반적으로 암모니아를 사용하는 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)의 경우에는 박막 내의 수소량이 높은 특징이 있다.Methods for depositing thin films at relatively low temperatures using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) have also been developed. Japanese Patent No. 62253777A discloses a method of using H n Si (NH 2 ) 4-n precursor. U.S. Patent No. 5,731,238 suggests a jet vapor deposition method using silane and nitrogen as precursors. Japanese Patent No. 6338497A discloses a method of depositing silicon nitride (Si 3 N 4 ) and silicon oxynitride using (SiH 3 ) 3 N and ammonia. Generally, in the case of plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) using ammonia, the amount of hydrogen in the thin film is high.

상대적으로 낮은 온도에서 박막을 증착하면서도 박막의 수소량을 줄이고 낮은 핀홀 밀도를 갖는 증착 방법은, 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma: ICP)를 사용한다. 이러한 증착 방법은, 가스(gas) 간의 기체상 반응(gas phase reaction)을 최소화하고, 암모니아를 사용하지 않음으로써 그러한 특성을 구현할 수가 있다. 이와 관련된 대표적인 연구 결과는, J. Vac. Sci. Technol. A27(1) pp.145(2009)에 기재되어 있다. 또한, 미국특허 제5,508,067호는, 무기 실란(inorganic silane)과 질소를 포함하고 있는 유기 실란(organosilane)과 반응시키는 방법을 제시하고 있다. An inductively coupled plasma (ICP) is used as a deposition method for depositing a thin film at a relatively low temperature while reducing the amount of hydrogen in the thin film and having a low pinhole density. This deposition method minimizes the gas phase reaction between the gases and can be realized by not using ammonia. Representative studies related to this are described in J. Vac. Sci. Technol. A27 (1) pp. 145 (2009). U.S. Patent No. 5,508,067 also discloses a method of reacting an inorganic silane with an organosilane containing nitrogen.

한편, 원자층 증착법(atomic layer deposition: ALD)은, 화학기상증착법(CVD)의 개선된 형태이다. 원자층 증착법의 공정(process)은, 연속적이며 자체 포화된 표면에서의 반응으로서 그 특징을 설명할 수가 있다. 원자층 증착법(ALD)은, 자체 포화 표면 특성에 의하여, 원자 단위의 두께 조절과 함께 완벽하게 균일한(conformal) 박막의 증착을 가능하게 하며, 기체상 반응을 최소화하기 때문에 박막의 핀홀 밀도가 매우 낮고, 박막 밀도가 높으며 또한 증착 온도를 낮출 수 있는 특징을 갖고 있다. 그러나 한 사이클(cycle) 당 박막이 한 원자층 혹은 그 이하의 두께로 증착되기 때문에, 박막의 증착 속도가 매우 느린 단점이 있다. 박막의 증착 속도를 높이기 위하여 원자층 증착법(ALD)의 가스 공급 시퀀스(sequence)를 완벽하게 하지 못할 경우, 매우 복잡한 반응, 특히 잉여 탄소 및 수소로 인하여 박막의 특성이 크게 저하되는 문제점을 동시에 안고 있다.On the other hand, atomic layer deposition (ALD) is an improved form of chemical vapor deposition (CVD). The process of atomic layer deposition can describe its characteristics as a reaction on a continuous, self-saturated surface. Atomic layer deposition (ALD) enables the deposition of perfectly conformal thin films with the thickness control of the atomic units due to its self-saturating surface characteristics and minimizes the gas phase reaction so that the pinhole density of the thin film is very high Low density, high film density, and low deposition temperature. However, since the thin film is deposited at an atomic layer or less per cycle, the deposition rate of the thin film is very slow. If the gas supply sequence of the atomic layer deposition (ALD) is not completed in order to increase the deposition rate of the thin film, there is a problem that the characteristics of the thin film are greatly deteriorated due to a very complicated reaction, especially excess carbon and hydrogen .

원자층 증착법(ALD)을 이용한 실리콘 산화막의 경우, Si(NCO)4와 (C2H5)3를 사용함으로써 구현된 바 있는데, 이는 K. Yamaguchi et. al., Appl. Surf. Sci. 130(1998)에 제시되어 있다. 또한 SiCl4와 H2O를 사용한 실리콘 산화막의 증착이 Surface Review and Letters, vol.6, Nos. 3&4, 435(1999)에 발표된 바 있다. 그러나 원자층 증착법(ALD)은, 긴 공정 시간이 필요하기 때문에 두꺼운 박막이 필요한 경우에 산업용으로 적용하기 어려운 문제점을 갖고 있다. 원자층 증착법(ALD)을 이용한 실리콘 질화막의 경우, 성공적인 증착의 결과가 보고된 바는 아직까지 없는 실정이다. Silicon oxide films using atomic layer deposition (ALD) have been realized by using Si (NCO) 4 and (C 2 H 5 ) 3 , which is described in K. Yamaguchi et. al., Appl. Surf. Sci. 130 (1998). In addition, the deposition of silicon oxide films using SiCl 4 and H 2 O is described in Surface Review and Letters, vol. 6, Nos. 3 & 4, 435 (1999). However, since ALD requires a long process time, it is difficult to apply it to an industrial application when a thick film is required. In the case of silicon nitride films using atomic layer deposition (ALD), the results of successful deposition have not been reported yet.

한편, 화학기상증착법(CVD)이나 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)에 의해 실리콘 질화물 박막을 증착하기 위한 가스 공급 시퀀스를 살펴보면, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 실리콘(Si)을 포함한 가스가 증착공정 시간 동안에 증착용 리액터(미도시)에 일정한 양으로 연속적으로 공급되고, 또한 질소(N)를 포함한 가스도 증착공정 시간 동안에 증착용 리액터(미도시)에 일정한 양으로 연속적으로 공급된다. 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)의 경우, 플라즈마가 증착공정 시간 동안에 리액터(미도시) 내에서 연속적으로 발생된다.A gas supply sequence for depositing a silicon nitride thin film by chemical vapor deposition (CVD) or plasma chemical vapor deposition (PECVD) is as follows. As shown in FIG. 1 (a), a gas containing silicon (Si) (Not shown), and a gas containing nitrogen (N) is continuously supplied to the vapor deposition reactor (not shown) in a constant amount continuously during the deposition process time. In the case of plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), plasma is generated continuously in the reactor (not shown) during the deposition process time.

원자층 증착법(ALD)에 의해 실리콘 질화물 박막을 증착하기 위한 가스 공급 시컨스(sequence)를 살펴보면, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 제1구간(T1)에서 실리콘(Si)을 포함한 가스를 증착용 리액터(미도시)에 공급하여 실리콘(Si)을 포함한 프리커서를 리액터 내의 기판(미도시)의 표면에 자체 포화시키고, 포화된 프리커서는 기판의 표면과 화합흡착(chemisorb)된 상태로 존재한다. 제2구간(T2)에서 불활성 가스를 리액터에 퍼징(purging)함과 아울러 리액터를 펌핑하여 리액터 내의 잉여 프리커서를 제거한다. 그 다음에, 제3구간(T3)에서 질소(N)를 포함한 가스를 공급하여 상기 기판과 표면 반응을 시킨다. 표면 반응의 촉진을 위하여 열, 자외선(ultra violet: UV), 또는 플라즈마를 이용하는 것도 가능하다. 따라서 한 사이클의 원자층 증착 과정이 완료된다. 이와 같은 사이클을 원하는 회수만큼 반복 진행함으로써 실리콘 질화막의 원하는 증착 두께가 얻어질 수 있다.
A gas supply sequence for depositing the silicon nitride thin film by atomic layer deposition (ALD) is as follows. As shown in FIG. 1 (b), a gas containing silicon (Si) is implanted in the first section T1 (Not shown) to saturate the precursor containing silicon (Si) on the surface of the substrate (not shown) in the reactor, and the saturated precursor is chemisorbed to the surface of the substrate exist. In the second section T2, inert gas is purged into the reactor and the reactor is pumped to remove the excess precursor in the reactor. Then, a gas containing nitrogen (N) is supplied in the third section T3 to cause a surface reaction with the substrate. It is also possible to use heat, ultraviolet (UV), or plasma to accelerate the surface reaction. Thus, a cycle of atomic layer deposition is completed. The desired deposition thickness of the silicon nitride film can be obtained by repeating such cycles as many times as desired.

미국특허 제5,326,649호U.S. Patent No. 5,326,649 미국특허 제4,720,395호U.S. Patent No. 4,720,395 일본국특허 제62253777A호Japanese Patent No. 62253777A 일본국특허 제6338497A호Japanese Patent No. 6338497A 미국특허 제5,508,067호U.S. Patent No. 5,508,067

J. Vac. Sci.Technol. A27(1) pp.145(2009)J. Vac. Sci. Technol. A27 (1) pp.145 (2009) K. Yamaguchi et. al., Appl. Surf. Sci. 130(1998)K. Yamaguchi et. al., Appl. Surf. Sci. 130 (1998) Surface Review and Letters, vol.6, Nos. 3&4, 435(1999)Surface Review and Letters, vol. 6, Nos. 3 & 4, 435 (1999)

본 발명의 목적은, 기존의 원자층 증착법(ALD)을 개선한 방법을 이용하여 실리콘 화합물 박막을 증착하면서도 박막의 특성을 개선하고 아울러 박막의 증착 속도를 높이는데 있다.It is an object of the present invention to improve the characteristics of a thin film while increasing the deposition rate of a thin film of a silicon compound by using an improved ALD method.

본 발명의 다른 목적은, 실리콘 화합물 박막을 증착온도를 낮추어 증착공정의 원가를 낮추는데 있다.
It is another object of the present invention to lower the cost of the deposition process by lowering the deposition temperature of the silicon compound thin film.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 저온 박막 증착 방법은, 반응 챔버의 내부에 실리콘을 포함하는 가스를 공급하고, 상기 반응 챔버의 내부에 플라즈마를 발생시킴으로써 상기 실리콘을 포함하는 가스를 분해하여 상기 반응 챔버 내의 기판 상에 실리콘 박막을 증착하되, 상기 플라즈마가 부가 생성물을 생성하는 것을 방지하도록 10W~10KW 범위 내의 플라즈마 파워를 갖는 단계; 상기 반응 챔버의 내부에 불활성 가스를 공급하여 상기 반응 챔버 내에 잔존하는 여분의 상기 실리콘을 포함하는 가스를 제거함과 아울러 상기 실리콘 박막의 실리콘 원자를 재배열하는 단계; 및 상기 반응 챔버의 내부에 반응 가스를 공급하고, 상기 반응 챔버의 내부에 플라즈마를 발생시켜 상기 재배열된 실리콘 원자를 상기 반응 가스와 반응시킴으로써 실리콘 절연막을 형성하는 단계로 구성된 한 사이클을 1회 이상 복수회 반복 실시하여 원하는 두께의 실리콘 절연막을 얻는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a low-temperature thin-film deposition method according to an embodiment of the present invention includes supplying a gas containing silicon into a reaction chamber, generating a plasma in the reaction chamber, Having a plasma power in the range of 10W to 10KW to decompose the plasma and deposit a thin silicon film on the substrate in the reaction chamber to prevent the plasma from generating additional products; Supplying an inert gas into the reaction chamber to remove excess silicon remaining in the reaction chamber and rearranging silicon atoms in the silicon thin film; And a step of supplying a reaction gas into the reaction chamber, generating a plasma in the reaction chamber, and reacting the rearranged silicon atoms with the reaction gas to form a silicon insulating film. And then repeatedly performed a plurality of times to obtain a silicon insulating film having a desired thickness.

바람직하게는, 상기 증착된 실리콘 박막을 단원자층 이상 복수원자층의 두께로 형성하는 것이 가능하다.Preferably, the deposited silicon thin film can be formed to have a thickness of a monatomic layer or more and a plurality of atomic layers.

바람직하게는, 상기 실리콘 박막의 실리콘 원자를 재배열하는 단계에서 기체상 반응을 방지하는 것이 가능하다.Preferably, it is possible to prevent the gas phase reaction in the step of rearranging the silicon atoms of the silicon thin film.

바람직하게는, 자외선과 플라즈마 중 어느 하나를 이용하여 상기 실리콘 박막의 실리콘 원자의 재배열을 가속시키는 것이 가능하다.Preferably, it is possible to accelerate the rearrangement of silicon atoms in the silicon thin film by using either ultraviolet rays or plasma.

바람직하게는, 각 사이클의 제3구간(T13)에서 반응 가스를 변경함으로써 상기 실리콘 절연막이 서로 다른 실리콘 화합물 박막을 갖게 하는 것이 가능하다.
Preferably, by changing the reaction gas in the third section T13 of each cycle, it is possible that the silicon insulating film has different silicon compound thin films.

본 발명에 따르면, 실리콘 화합물 박막의 수소량을 낮추고, 핀홀 밀도를 낮추고 박막 밀도를 높여 박막 특성을 향상시키고, 또한, 박막의 증착 속도를 높이고 증착온도를 낮추어 증착공정의 원가를 낮출 수가 있다.
According to the present invention, it is possible to lower the cost of the deposition process by lowering the amount of hydrogen in the silicon compound thin film, lowering the pinhole density, increasing the thin film density, improving the thin film characteristics, increasing the deposition rate of the thin film, and lowering the deposition temperature.

도 1의 (a) 및 (b)는, 각각 종래의 화학기상증착법(CVD)에 의해 실리콘 질화물 박막을 증착하기 위한 가스 공급 시퀀스와, 종래의 원자층 증착법(ALD)에 의해 실리콘 질화물 박막을 증착하기 위한 가스 공급 시퀀스를 나타낸 도면이다.
도 2의 (a) 및 (b)는, 각각 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법에 적용된 일반적인 리액터 구조를 갖는 저온 박막 증착 장치의 개략 구성도와 대면적 기판에 적용하기 위한 스캔 방식의 리액터 구조를 갖는 저온 박막 증착 장치의 개략 구성도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각, 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법에 의해 실리콘 질화물 박막을 증착하기 위한 가스 공급 시퀀스를 나타낸 도면 및 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법에 의해 실리콘 질화물 박막을 증착하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4의 (a) 및 (b)는, 종래의 유도 결합 플라즈마 화학기상증착법(ICP-CVD)에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)과, 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)의 표면을 원자 현미경을 통하여 각각 촬영한 사진을 나타낸 도면이다.
도 5는, 종래의 화학기상증착법(CVD)과, 종래의 유도 결합 플라즈마 화학기상증착법(ICP-CVD)과, 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법에 의해 각각 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)의 증착 온도, 박막 밀도, 및 수소 농도를 나타낸 표이다.
도 6은, 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)의 두께, 증착 속도, 및 모노 실란(SiH4) 유량의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은, 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)의 두께와 사이클 수의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8은, 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)의 모노 실란(SiH4) 유량과 핀홀 밀도의 관계를 나타낸 그래프이다.1 (a) and 1 (b) illustrate a gas supply sequence for depositing a silicon nitride thin film by conventional chemical vapor deposition (CVD) and a silicon nitride thin film by conventional atomic layer deposition (ALD) And FIG.
2 (a) and 2 (b) are schematic cross-sectional views illustrating a schematic structure of a low-temperature thin-film deposition apparatus having a general reactor structure applied to a low-temperature thin-film deposition method according to the present invention and a reactor structure of a scan- Temperature thin-film deposition apparatus.
3A and 3B are views showing a gas supply sequence for depositing a silicon nitride thin film by the low temperature thin film deposition method according to the present invention and a process of depositing a silicon nitride thin film by the low temperature thin film deposition method according to the present invention FIG.
4 (a) and 4 (b) are graphs showing the relationship between the silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ) deposited by the conventional inductively coupled plasma chemical vapor deposition (ICP-CVD) and the low temperature thin film deposition method And the surface of the silicon nitride film (Si 3 N 4 ) deposited thereon is photographed through an atomic microscope, respectively.
FIG. 5 is a graph showing the results of a conventional chemical vapor deposition (CVD), a conventional inductively coupled plasma chemical vapor deposition (ICP-CVD), and a silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ), The thin film density, and the hydrogen concentration.
6 is a graph showing the relationship between the thickness of the silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ) deposited by the low temperature thin film deposition method, the deposition rate, and the monosilane (SiH 4 ) flow rate.
7 is a graph showing the relationship between the thickness and the cycle number of the silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ) deposited by the low temperature thin film deposition method according to the present invention.
8 is a graph showing the relationship between the monosilane (SiH 4 ) flow rate and the pinhole density of the silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ) deposited by the low temperature thin film deposition method according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저온 박막 증착 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of depositing a low-temperature thin film according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2의 (a) 및 (b)는, 각각 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법에 적용된 일반적인 리액터 구조를 갖는 저온 박막 증착 장치의 개략 구성도와 대면적 기판에 적용하기 위한 스캔 방식의 리액터 구조를 갖는 저온 박막 증착 장치의 개략 구성도이다.2 (a) and 2 (b) are schematic cross-sectional views illustrating a schematic structure of a low-temperature thin-film deposition apparatus having a general reactor structure applied to a low-temperature thin-film deposition method according to the present invention and a reactor structure of a scan- Temperature thin-film deposition apparatus.

도 2의 (a)를 참조하면, 본 발명의 저온 박막 증착 장치(10)는, 증착 공정용 반응 공간을 확보하기 위한 반응 챔버(11)와, 반응 챔버(11) 내의 하측부에 배치되는 하부 전극(13)과, 하부 전극(13)에 대향하도록 반응 챔버(11) 내의 상측부에 배치되는 상부 전극(15)과, 반응 챔버(11) 내의 가스를 펌핑하는 펌핑부(17)를 구비하고 있다. 또한, 하부 전극(13)은, 기판(12)을 지지하는 지지체로서도 기능한다. 상부 전극(15)은, 각각의 가스 공급관을 통하여 제1가스 공급부(21)의 제1가스, 제2가스 공급부(22)의 제2가스, 및 제3가스 공급부인 불활성가스 공급부(23)의 제3가스, 즉 불활성 가스를 공급 받아서 하부 전극(13) 상의 기판(12)을 향하여 분사하도록, 샤워 헤드(shower head)의 구조를 갖고 있으며 플라즈마 타입에 따라 다양한 구조로 구성된다. 제1가스 공급부(21)의 가스 공급관에는 제1밸브(V1)가 설치되고, 제2가스 공급부(22)의 가스 공급관에는 제2밸브(V2)가 설치되고, 불활성 가스 공급부(23)의 가스 공급관에는 제3밸브(V3)가 설치되어 있다. 제1가스 공급부(21)는 제1가스, 예를 들어 실리콘(Si)을 포함한 가스를 공급하고, 제2가스 공급부(22)는 제2가스, 예를 들어 질소(N)를 포함한 가스를 공급하고, 불활성 가스 공급부(23)는 불활성 가스, 예를 들어 아르곤(Ar) 등을 공급한다. 제1,2,3밸브(V1,V2,V3)의 개패는, 저온 박막 증착 장치(10)의 제어부(미도시)에 의해 제어된다. 또한, 고주파 전원부(19)가 반응 챔버(11) 내부에서 플라즈마를 발생시키기 위하여, 하부 전극(13)과 상부 전극(15)과 전기적으로 연결되며, 반응 챔버(11) 외부에 배치된다.2, a low temperature thin film deposition apparatus 10 according to the present invention includes a reaction chamber 11 for securing a reaction space for a deposition process, a lower portion (not shown) disposed in a lower portion of the reaction chamber 11, An upper electrode 15 disposed at an upper portion in the reaction chamber 11 so as to face the lower electrode 13 and a pumping portion 17 for pumping gas in the reaction chamber 11 have. Further, the lower electrode 13 also functions as a support for supporting the substrate 12. The upper electrode 15 is connected to the first gas supply part 21 through the respective gas supply lines and the second gas supplied from the second gas supply part 22 and the inert gas supply part 23, And has a structure of a shower head for receiving a third gas, that is, an inert gas, toward the substrate 12 on the lower electrode 13, and has various structures according to the plasma type. The first valve V1 is provided in the gas supply pipe of the first gas supply unit 21 and the second valve V2 is provided in the gas supply pipe of the second gas supply unit 22. The gas A third valve (V3) is installed in the supply pipe. The first gas supply unit 21 supplies a gas containing a first gas such as silicon and the second gas supply unit 22 supplies a gas including a second gas such as nitrogen And the inert gas supply unit 23 supplies an inert gas, such as argon (Ar). The openings of the first, second and third valves V1, V2 and V3 are controlled by a control section (not shown) of the low temperature thin film deposition apparatus 10. [ The RF power supply unit 19 is electrically connected to the lower electrode 13 and the upper electrode 15 and is disposed outside the reaction chamber 11 in order to generate plasma in the reaction chamber 11.

한편, 고주파 전원부(19)를 이용하여 반응 챔버(11) 내에 플라즈마를 발생함으로써 반응 챔버(11) 내의 주입된 가스의 분해를 촉진하는 대신에, 도면에 도시된 바와 같이 반응 챔버(11) 내의 상측부에 공지된 자외선(UV) 발생부(16)를 설치할 경우, 자외선(UV) 발생부(16)가 기판(12) 표면에 자외선을 조사하여 반응 챔버(11) 내의 주입된 가스의, 기판(12) 표면에서의 분해를 촉진할 수가 있다. 물론, 자외선 발생부(16)를 설치하지 않고 반응 챔버(11) 내의 상측부에 공지된 열 발생부(16)를 설치할 경우, 열 발생부(16)가 열을 발생하여 기판(12) 표면에서의 온도를 조절함으로써 반응 챔버(11) 내의 주입된 가스의, 기판(12) 표면에서의 분해를 촉진하는 것도 가능하다. 상기 자외선(UV) 발생부(또는 열 발생부)(16)에 전원을 공급하는 전원부(미도시)가 반응 챔버(11)의 외부에 배치되어 있다.Instead of promoting the decomposition of the gas injected into the reaction chamber 11 by generating plasma in the reaction chamber 11 using the high frequency power supply unit 19, The ultraviolet (UV) generator 16 irradiates the surface of the substrate 12 with ultraviolet light so that the injected gas in the reaction chamber 11 is irradiated with ultraviolet rays from the substrate (not shown) 12) It is possible to promote decomposition on the surface. Of course, when a known heat generating portion 16 is provided in the upper side of the reaction chamber 11 without providing the ultraviolet ray generating portion 16, the heat generating portion 16 generates heat, It is also possible to promote the decomposition of the injected gas in the reaction chamber 11 at the surface of the substrate 12 by controlling the temperature of the substrate 12. A power supply unit (not shown) for supplying power to the ultraviolet (UV) generator (or heat generator) 16 is disposed outside the reaction chamber 11.

또한, 본 발명은, 유사한 원리에 의하여 대면적 기판 증착을 위하여 스캔(scan) 방식의 반응 챔버에도 적용 가능하다. 즉, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같은 저온 박막 증착 장치(30)는, 스캔 방식의 반응 챔버(31) 내의 하측부에 기판(32)을 지지하기 위한 지지부(33)가 배치되고, 지지부(33)의 상부에, 실리콘 증착을 위한 제1모듈부(35), 퍼지/펌핑을 위한 제2모듈부(37), 및 반응을 위한 제3모듈부(39)가 나열되어 있다. 제1모듈부(35)에, 실리콘을 포함한 가스를 분해하기 위하여 플라즈마 혹은 자외선(UV) 램프(미도시)가 내장되어 있고, 또한 제3모듈부(39)에 반응을 위하여 플라즈마 혹은 자외선(UV) 램프(미도시)가 내장되어 있다. 상기 플라즈마 혹은 자외선(UV) 램프에 전기적으로 연결된 전원부(미도시)가 반응 챔버(31)의 외부 혹은 내부에 장착될 수 있다. 제1가스 공급부(41)와 제2가스 공급부(45)가, 반응 챔버(31)의 외부에 설치되어 실리콘을 포함한 가스와 반응가스를 제1모듈부(35)와 제3모듈부(39)에 각각의 가스 공급관을 통하여 공급한다. 퍼지/펌핑부(43)가 반응 챔버(31)의 외부에 설치되어 퍼지용 불활성 가스를 해당 가스 공급관을 통하여 제2모듈부(37)에 공급한다. 또한, 퍼지/펌핑부(43)는 반응 챔버(31) 내의 잔류 가스를 펌핑한다. 제1모듈부(35), 제2모듈부(37), 및 제3모듈부(39) 각각의 가스 공급관에 설치된 유량조절장치, 예를 들어 가스유량제어기(mass flow controller) 혹은 압력 게이지(gauge)를 이용하여 제1모듈부(35), 제2모듈부(37), 및 제3모듈부(39)에 각각 공급되는 가스의 량을 조절하는 것이 가능하다. 도면에 도시된 화살표의 방향으로 제1모듈부(35), 제2모듈부(37), 및 제3모듈부(39)가 스캔되거나, 기판(32)이 스캔될 수 있다. 물론, 도면에 도시하지 않았지만, 제1모듈부(35), 제2모듈부(37), 및 제3모듈부(39)가 회전되거나, 기판(32)이 회전되는 것도 가능하다. The present invention is also applicable to a scan-type reaction chamber for the deposition of a large-area substrate by a similar principle. That is, the low temperature film deposition apparatus 30 as shown in FIG. 2 (b) has a support portion 33 for supporting the substrate 32 on the lower side in the reaction chamber 31 of the scanning system, A first module section 35 for silicon deposition, a second module section 37 for purge / pumping, and a third module section 39 for reaction are listed above the support section 33. A plasma or ultraviolet (UV) lamp (not shown) is incorporated in the first module unit 35 to decompose gas containing silicon, and a plasma or ultraviolet (UV) lamp ) Lamp (not shown). A power supply unit (not shown) electrically connected to the plasma or ultraviolet (UV) lamp may be mounted outside or inside the reaction chamber 31. The first gas supply unit 41 and the second gas supply unit 45 are installed outside the reaction chamber 31 to supply the gas containing silicon and the reactive gas to the first module unit 35 and the third module unit 39, Through respective gas supply pipes. A purge / pumping section 43 is provided outside the reaction chamber 31 to supply purge inert gas to the second module section 37 through the gas supply pipe. In addition, the purge / pumping section 43 pumps the residual gas in the reaction chamber 31. A flow rate control device such as a mass flow controller or a pressure gauge installed in the gas supply pipe of each of the first module part 35, the second module part 37 and the third module part 39, It is possible to control the amount of gas supplied to the first module unit 35, the second module unit 37, and the third module unit 39, respectively. The first module portion 35, the second module portion 37, and the third module portion 39 may be scanned or the substrate 32 may be scanned in the direction of the arrow shown in the figure. Of course, although not shown in the drawings, it is also possible that the first module section 35, the second module section 37, and the third module section 39 are rotated or the substrate 32 is rotated.

이와 같은 구조를 가진 저온 박막 증착 장치(30)의 경우에는, 도 3a에 도시된 가스 공급 시퀀스와 달리 도 1에 도시된 바와 같은 일반적인 화학 기상 증착(CVD)의 가스 공급 시퀀스를 이용할 수가 있다.
In the case of the low temperature film deposition apparatus 30 having such a structure, a gas supply sequence of a general chemical vapor deposition (CVD) as shown in FIG. 1 can be used, unlike the gas supply sequence shown in FIG.

이하, 도 2의 (a)에 도시된 저온 박막 증착 장치(10)를 이용한 저온 박막 증착 방법을 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명하기로 한다. Hereinafter, the low temperature thin film deposition method using the low temperature thin film deposition apparatus 10 shown in FIG. 2A will be described with reference to FIGS. 3A and 3B.

도 3a 및 도 3b는 각각, 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법에 의해 실리콘 질화물 박막을 증착하기 위한 가스 공급 시퀀스를 나타낸 도면 및 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법에 의해 실리콘 질화물 박막을 증착하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.3A and 3B are views showing a gas supply sequence for depositing a silicon nitride thin film by the low temperature thin film deposition method according to the present invention and a process of depositing a silicon nitride thin film by the low temperature thin film deposition method according to the present invention FIG.

도 3a를 참조하면, 먼저, 도 2에 도시된 반응 챔버(11)의 기판 출입용 게이트(미도시)가 폐쇄 상태에서 개방 상태로 전환되고, 기판 이송 장치(미도시)가 반응 챔버(11) 외부의 기판(12)을 상기 게이트를 통하여 반응 챔버(11) 내의 하부 전극(13) 상에 놓아둔다. 이어서, 상기 게이트가 폐쇄되고, 펌핑부(17)의 펌핑에 의해 반응 챔버(11) 내의 압력이 증착 공정에 적합한 압력, 예를 들어 10mTorr~10Torr 범위 내의 적합한 압력으로 낮아지면, 이 압력을 그대로 유지한다.3A, first, a gate for substrate entrance (not shown) of the reaction chamber 11 shown in FIG. 2 is switched from a closed state to an open state, and a substrate transfer device (not shown) An external substrate 12 is placed on the lower electrode 13 in the reaction chamber 11 through the gate. Then, when the gate is closed and the pressure in the reaction chamber 11 is lowered by pumping the pumping portion 17 to a pressure suitable for the deposition process, for example, a suitable pressure within the range of 10 mTorr to 10 Torr, do.

이후, 첫 번째 사이클의 제1구간(T11)에서, 제1밸브(V1)를 폐쇄 상태에서 개방 상태로 전환하고, 제2,3밸브(V2,V3)를 폐쇄 상태 그대로 유지하면, 제1가스, 예를 들어 실리콘(Si)을 포함한 가스(모노 실란(SiH4))가 제1가스 공급부(21)에 연결된 가스 공급관을 통하여 반응 챔버(11) 내의 상부 전극(15)으로 공급된다. 이에 따라, 실리콘(Si)을 포함한 가스가 상부 전극(15)의 샤워 헤드 구조에 의해 기판(12)을 향하여 분사된다.Thereafter, when the first valve V1 is switched from the closed state to the open state and the second and third valves V2 and V3 are kept in the closed state in the first period T11 of the first cycle, (Monosilane (SiH 4 ) for example) containing silicon (Si) is supplied to the upper electrode 15 in the reaction chamber 11 through the gas supply pipe connected to the first gas supply unit 21. As a result, a gas containing silicon (Si) is injected toward the substrate 12 by the showerhead structure of the upper electrode 15.

이때, 고주파 전원부(19)가 하부 전극(13)과 상부 전극(15)에 고주파 전원을 공급하여 반응 챔버(10) 내의 공간에 플라즈마, 예를 들어 아르곤(Ar) 플라즈마를 발생시키면, 반응 챔버(10) 내의 실리콘(Si)을 포함한 가스가 플라즈마에 의해 분해된다. 여기서, 플라즈마가 부가 생성물을 생성하지 않도록 플라즈마 파워를 조절하는 것이 필요하므로 10W~10kW 범위 내의 적합한 플라즈마 파워를 채택하는 것이 바람직하다.At this time, when a high frequency power source 19 supplies a high frequency power to the lower electrode 13 and the upper electrode 15 to generate a plasma, for example, argon (Ar) plasma in the space in the reaction chamber 10, 10 containing silicon (Si) is decomposed by the plasma. Here, since it is necessary to adjust the plasma power so that the plasma does not generate the additive product, it is preferable to adopt a suitable plasma power in the range of 10W to 10kW.

이에 따라, 실리콘(Si)의 원자가 기판(12) 상에 증착하므로 실리콘 박막이 기판(12) 상에 증착된다. 따라서 본 발명의 제1구간(T11)에서의 실리콘 박막 증착은, 종래의 원자층 증착법(ALD)에 의해 실리콘을 포함하는 프리커서가 기판 상에 화학 흡착되는 상태가 아니라, 기판 상에 실질적인 실리콘 박막이 증착되는 것을 특징으로 한다. As a result, atoms of silicon (Si) are deposited on the substrate 12, so that a silicon thin film is deposited on the substrate 12. Therefore, the silicon thin film deposition in the first section T11 of the present invention is not a state in which the precursor containing silicon is chemically adsorbed onto the substrate by the conventional atomic layer deposition (ALD) method, Is deposited.

한편, 실리콘(Si)을 포함한 가스의 분해를 위하여, 고주파 전원부(19)에 의해 발생된 플라즈마를 이용하는 대신에 자외선(UV) 발생 장치에 의해 발생된 자외선을 이용하는 것도 가능하다.On the other hand, it is also possible to use ultraviolet rays generated by an ultraviolet (UV) generator instead of using the plasma generated by the high frequency power supply 19, in order to decompose gas containing silicon (Si).

그런 다음, 제2구간(T12)에서, 제1밸브(V1)를 개방 상태에서 폐쇄 상태로 전환하고, 제2밸브(V2)를 폐쇄 상태 그대로 유지하고, 제3밸브(V3)를 폐쇄 상태에서 개방 상태로 전환하면, 실리콘(Si)을 포함한 가스가 반응 챔버(11)로 공급되는 것이 중단됨과 동시에 제3가스, 예를 들어 아르곤(Ar) 가스 또는 질소 가스가 제3가스 공급부(23)에 연결된 가스 공급관을 통하여 반응 챔버(11)의 내부로 퍼징된다. 이와 아울러, 반응 챔버(11)의 내부가 펌핑부(17)에 의해 펌핑된다. 이때, 반응 챔버(11) 내의 압력은, 제1구간 (T11)에서의 반응 챔버(11) 내의 압력과 같거나 약간 낮은 압력으로 유지된다.  Then, in the second section T12, the first valve V1 is switched from the open state to the closed state, the second valve V2 is kept in the closed state, and the third valve V3 is kept in the closed state The gas containing silicon (Si) is stopped from being supplied to the reaction chamber 11 and a third gas such as argon (Ar) gas or nitrogen gas is supplied to the third gas supply unit 23 And is purged into the interior of the reaction chamber 11 through the connected gas supply pipe. In addition, the inside of the reaction chamber 11 is pumped by the pumping portion 17. At this time, the pressure in the reaction chamber 11 is maintained at a pressure equal to or slightly lower than the pressure in the reaction chamber 11 in the first section T11.

이에 따라, 기판(12) 상에 증착된 실리콘 박막은, 실리콘 원자가 재배열됨과 아울러 기체상 반응(gas phase reaction)이 방지된다. 또한, 반응 챔버(11) 내의 잔존하는 가스, 예를 들어 분해되지 않은 실리콘(Si)을 포함한 가스 등이 펌핑부(17)를 거쳐 반응 챔버(11)의 외부로 배기됨으로써 제거된다.Accordingly, in the silicon thin film deposited on the substrate 12, the silicon atoms are rearranged and the gas phase reaction is prevented. The remaining gas in the reaction chamber 11, for example, a gas containing undisolved silicon (Si), etc., is removed by being exhausted to the outside of the reaction chamber 11 via the pumping portion 17.

한편, 고주파 전원부(19)에 의해 하부 전극(13)과 상부 전극(15) 사이의 공간에서 플라즈마를 발생시킴으로써 실리콘 원자의 재배열을 촉진시킬 수가 있다. 또한, 고주파 전원부(19)에 의해 발생된 플라즈마를 이용하는 대신에 자외선(UV) 발생 장치에 의해 발생된 자외선을 이용하여 실리콘 원자의 재배열을 촉진시키는 것도 가능하다. 이러한 재배열을 위하여, 플라즈마나 자외선(UV)과 같은 외부 에너지를 제2구간(T12)의 0~100%에 해당하는 시간동안 사용할 수 있다.On the other hand, the plasma is generated in the space between the lower electrode 13 and the upper electrode 15 by the RF power supply unit 19, thereby facilitating the rearrangement of the silicon atoms. Further, instead of using the plasma generated by the high frequency power supply unit 19, it is also possible to promote rearrangement of silicon atoms by using ultraviolet rays generated by an ultraviolet (UV) generator. For such rearrangement, external energy such as plasma or ultraviolet (UV) may be used for a time corresponding to 0 to 100% of the second section T12.

이후, 제3구간(T13)에서는, 제1밸브(V1)를 폐쇄 상태 그대로 유지하고, 제2밸브(V2)를 폐쇄 상태에서 개방 상태로 전환하고, 제3밸브(V3)를 개방 상태에서 폐쇄 상태로 전환하면, 불활성 가스, 예를 들어 아르곤(Ar) 가스가 반응 챔버(11)로 공급되는 것이 중단됨과 동시에 제2가스인 반응 가스, 예를 들어 질소(N)를 포함한 가스, 예를 들어 질소 가스 또는 암모니아 가스가 제2가스 공급부(22)에 연결된 가스 공급관을 통하여 반응 챔버(11)의 상부 전극(15)으로 공급된다. 이에 따라, 질소(N)를 포함한 가스가 상부 전극(15)의 샤워 헤드 구조에 의해 기판(12)을 향하여 분사된다. 여기서, 반응 챔버(11) 내의 압력은 1mTorr~100Torr 범위 내의 적합한 압력으로 유지된다. Thereafter, in the third period T13, the first valve V1 is kept closed, the second valve V2 is switched from the closed state to the open state, and the third valve V3 is closed from the open state The inert gas, for example, argon (Ar) gas is stopped from being supplied to the reaction chamber 11, and at the same time, a reaction gas such as a nitrogen (N), for example, Nitrogen gas or ammonia gas is supplied to the upper electrode 15 of the reaction chamber 11 through the gas supply pipe connected to the second gas supply unit 22. [ As a result, a gas containing nitrogen (N) is injected toward the substrate 12 by the showerhead structure of the upper electrode 15. Here, the pressure in the reaction chamber 11 is maintained at a suitable pressure within the range of 1 mTorr to 100 Torr.

이때, 고주파 전원부(19)가 하부 전극(13)과 상부 전극(15)에 고주파 전원을 공급하여 반응 챔버(10) 내의 공간에 플라즈마, 예를 들어 아르곤(Ar) 플라즈마를 발생시키면, 질소를 포함하는 가스의 질소가 기판(12) 상의 증착된 실리콘 박막의 실리콘과 반응한다. 따라서 실리콘 질화물 박막이 기판(12) 상에 형성된다. 이때, 10W~10 kW의 플라즈마가 사용된다. At this time, when a high frequency power source 19 supplies a high frequency power to the lower electrode 13 and the upper electrode 15 to generate a plasma, for example, argon (Ar) plasma in the space in the reaction chamber 10, The nitrogen of the gas reacting with the silicon of the deposited silicon thin film on the substrate 12. Thus, a silicon nitride film is formed on the substrate 12. At this time, a plasma of 10 W to 10 kW is used.

한편, 실리콘과 질소의 반응을 위하여, 고주파 전원부(19)에 의해 발생된 플라즈마를 이용하는 대신에 자외선(UV) 발생 장치에 의해 발생된 자외선을 이용하는 것도 가능하다. 또한, 제3구간(T13)에서의 반응 온도, 고주파 전원의 전력(power), 반응 시간 등을 조절하여 실리콘 질화물 박막의 화학양론(stoichiometry)을 조절하는 것도 가능하다.Instead of using the plasma generated by the high frequency power supply unit 19, ultraviolet rays generated by an ultraviolet (UV) generator may be used for the reaction between silicon and nitrogen. It is also possible to control the stoichiometry of the silicon nitride thin film by adjusting the reaction temperature in the third section T13, the power of the high frequency power source, and the reaction time.

상기한 바와 같이 첫 번째 사이클의 제1,2,3구간(T11,T12,T13)에서의 과정이 순차적으로 진행됨으로써 첫 번째 사이클이 완료된다.As described above, the processes in the first, second, and third sections T11, T12, and T13 of the first cycle are sequentially performed, thereby completing the first cycle.

이후, 동일 방식으로 두 번째 사이클의 제1,2,3구간(T11,T12,T13)에서의 과정이 순차적으로 진행됨으로써 두 번째 사이클이 완료된다.Thereafter, the processes in the first, second, and third intervals T11, T12, and T13 of the second cycle are sequentially performed in the same manner, thereby completing the second cycle.

계속하여, 이러한 사이클을 원하는 회수만큼 반복 진행함으로써 원하여 두께의 박막을 증착할 수가 있다.Subsequently, by repeating this cycle the desired number of times, a desired thin film can be deposited.

이러한 본 발명의 원자층 증착법(ALD)과 종래의 원자층 증착법(ALD)과 대비하여 보면, 본 발명의 원자층 증착법(ALD)은, 제1구간(T11)에서 기판 상에 실리콘 박막을 실질적으로 증착시킨다. 그러나 종래의 원자층 증착법(ALD)은, 도 2의 제1구간(T1)에서 기판의 표면에 실리콘(Si)을 포함하는 프리커서를 포화시킬 뿐 아니라, 포화된 프리커서는 단지 기판의 표면에 화학흡착(chemisorb)된 상태일 뿐이다.In contrast to the atomic layer deposition (ALD) and the conventional atomic layer deposition (ALD) of the present invention, the atomic layer deposition (ALD) method of the present invention is characterized in that, in the first section T11, Lt; / RTI > Conventional atomic layer deposition (ALD) not only saturates a precursor containing silicon (Si) on the surface of the substrate in the first section T1 of FIG. 2, but also the saturated precursor is only deposited on the surface of the substrate It is only a chemisorbed state.

즉, 본 발명의 원자층 증착법(ALD)과 종래의 원자층 증착법(ALD)을 비교하여 보면, 종래의 원자층 증착법(ALD)의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 제1구간(T1)에서, 기판의 표면에 실리콘(Si)을 포함한 프리커서를 포화시킨다. 이때, 포화된 프리커서는 기판의 표면에 화학흡착(chemisorb)된 상태로 존재할 뿐이다. 제2구간(T2)에서, 기판의 표면에 포화된 프리커서를 제외한 잉여 프리커서를 퍼징/펌핑에 의해 제거한다. 제3구간(T3)에서, 기판의 표면에 포화된 프리커서와 질소를 포함한 가스와 반응시킴으로써 실리콘 질화물 박막을 형성한다. That is, when comparing the ALD of the present invention with the ALD of the related art, in the case of the conventional ALD, as shown in FIG. 2, in the first period T1 , And precursors containing silicon (Si) are saturated on the surface of the substrate. At this time, the saturated precursor is only present in a chemisorbed state on the surface of the substrate. In the second section T2, surplus precursors excluding the saturated precursors on the surface of the substrate are removed by purging / pumping. In the third section T3, a silicon nitride thin film is formed by reacting with a precursor saturated with the surface of the substrate and a gas containing nitrogen.

이와 달리, 본 발명의 원자층 증착법(ALD)의 경우, 도 3b를 참조하면, 도 3a의 제1구간(T11)에 해당하는 실리콘 박막 증착 단계에서, 실리콘(Si)을 포함한 가스를 분해하여 기판의 표면에 실질적으로 실리콘 원자의 실리콘 박막을 증착하며, 실리콘 박막의 증착 두께를 단원자층 이상 복수원자층으로 유지한다. 이때, 플라즈마 또는 자외선을 이용하여 실리콘(Si)을 포함한 가스를 분해함으로써 기판의 온도를 상당히 낮출 수가 있다. 이어서, 도 3a의 제2구간(T12)에 해당하는 실리콘 원자 재배열 단계에서, 상기 실리콘 박막의 실리콘(Si) 원자를 재배열한다. 마지막으로, 도 3a의 제3구간(T13)에 해당하는 반응 단계에서, 상기 재배열된 실리콘 원자를, 예를 들어 질소를 포함한 가스의 질소 이온과 반응시킴으로써 실리콘 질화물(SiNx) 박막을 형성할 수 있다.3B, in the silicon thin film deposition step corresponding to the first section T11 of FIG. 3A, the gas containing silicon (Si) is decomposed to form the substrate A silicon thin film of silicon atoms is deposited on the surface of the silicon thin film and the deposition thickness of the silicon thin film is maintained as a multiple atomic layer above the monolayer. At this time, by decomposing the gas containing silicon (Si) using plasma or ultraviolet rays, the temperature of the substrate can be significantly lowered. Subsequently, in the silicon atom rearrangement step corresponding to the second section T12 of FIG. 3A, the silicon (Si) atoms of the silicon thin film are rearranged. Finally, in the reaction step corresponding to the third section T13 of FIG. 3A, a silicon nitride (SiNx) thin film can be formed by reacting the rearranged silicon atoms with, for example, nitrogen ions of a gas containing nitrogen have.

따라서 본 발명은, 종래의 원자층 증착법(ALD)과 다른 반응 메커니즘을 가질 뿐 아니라 종래의 원자층 증착법(ALD)보다 한 사이클 당 증착 속도를 높일 수가 있다.Therefore, the present invention not only has a conventional ALD and other reaction mechanisms, but can also increase the deposition rate per cycle compared with the conventional atomic layer deposition (ALD).

더욱이, 본 발명은, 도 3a에 도시된 바와 같은 가스 공급 시퀀스를 유지함으로써 실리콘을 포함한 가스와, 질소를 포함한 반응 가스를 완전히 분리할 수 있다. 그러므로 종래의 화학기상증착법(CVD)에서 빈번하게 발생하는 기체상 반응을 최소화할 수 있고, 또한 제2구간(T12)의 퍼징/펌핑 동안에 실리콘 원자의 표면 이동(surface migration)에 의한 실리콘 원자의 재배열을 통하여 실리콘 질화물 박막 내에 포함된 수소의 양 및 핀홀 밀도를 최소화할 수 있고, 동시에 실리콘 질화물 박막의 밀도를 최대화할 수 있다.Furthermore, the present invention can completely separate the gas containing silicon and the reaction gas containing nitrogen by maintaining the gas supply sequence as shown in Fig. 3A. Therefore, it is possible to minimize the gas-phase reaction that frequently occurs in the conventional chemical vapor deposition (CVD) process, and it is also possible to minimize the gas phase reaction occurring during the purging / pumping of the second section T12, The amount of hydrogen contained in the silicon nitride thin film and the pinhole density can be minimized through the arrangement, and at the same time, the density of the silicon nitride thin film can be maximized.

이를 좀 더 상세히 설명하고 본 발명의 효과 및 특성을 차별하기 위하여, 종래의 유도 결합 플라즈마 화학기상증착법(ICP-CVD)에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)과, 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)의 표면을 원자 현미경을 통하여 촬영하고 그 촬영된 표면의 사진을 각각 도 4의 (a) 및 (b)에 도시하였다. 도 4의 (a)에 도시된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)은, 종래의 유도 결합 플라즈마 화학기상증착법(ICP-CVD)에 의해 80℃의 증착 온도에서 200㎚의 두께로 증착된 것이고, 도 4의 (b)에 도시된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)은, 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법에 의해 80℃의 증착 온도에서 200㎚의 두께로 증착된 것이다.In order to explain this in more detail and distinguish the effects and characteristics of the present invention, a silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ) deposited by a conventional inductively coupled plasma chemical vapor deposition (ICP-CVD) The surface of the silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ) deposited by the thin film deposition method is photographed through an atomic microscope and photographs of the photographed surface are shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), respectively. The silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ) shown in FIG. 4 (a) is deposited by a conventional inductively coupled plasma chemical vapor deposition (ICP-CVD) method at a deposition temperature of 80 ° C. to a thickness of 200 nm, The silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ) shown in FIG. 4 (b) is deposited at a deposition temperature of 80 ° C. and a thickness of 200 nm by a low-temperature thin film deposition method according to the present invention.

도 4의 (a)에 도시된, 종래의 유도 결합 플라즈마 화학기상증착법(ICP-CVD)에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)의 표면은, 평균 거칠기(RMS roughness)가 1.5㎚이었고, 도 4의 (b)에 도시된, 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)의 표면은, 평균 거칠기(RMS roughness)가 0.3㎚이었다. 또한, 본 발명의 실리콘 질화물 박막(Si3N4)의 표면에 보이는 그레인(grain)이 종래의 실리콘 질화물 박막(Si3N4)에 비하여 훨씬 치밀하고 균일하게 배열되어 있는 것을 확인할 수 있다.The surface of the silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ) deposited by the conventional inductively coupled plasma chemical vapor deposition (ICP-CVD) shown in FIG. 4A had an RMS roughness of 1.5 nm , The surface of the silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ) deposited by the low temperature thin film deposition method according to the present invention shown in FIG. 4 (b) had an average roughness (RMS roughness) of 0.3 nm. In addition, it can be confirmed that the grain visible on the surface of the silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ) of the present invention is arranged much more compactly and uniformly than the conventional silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ).

따라서 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)은, 종래의 유도 결합 플라즈마 화학기상증착법(ICP-CVD)에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)보다 훨씬 평탄한(smooth) 표면을 가질 뿐 아니라 밀도가 치밀하다는 것을 알 수 있다.Therefore, the silicon nitride films (Si 3 N 4) deposited by a low temperature thin film deposition method according to the invention, the silicon nitride thin film deposited by the conventional inductively coupled plasma chemical vapor deposition (ICP-CVD) (Si 3 N 4) Not only have a much smoother surface but also a dense density.

또한, 종래의 화학기상증착법(CVD)에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)과, 종래의 유도 결합 플라즈마 화학기상증착법(ICP-CVD)에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)과, 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)의 박막 밀도 및 수소 농도를 각각 XRR(x-ray reflectometer) 및 RBS(Rutherford Backscattering Spectroscopy)법에 의해 측정하고 그 측정된 값을 도 5의 표에 나타내었다. 종래의 화학기상증착법(CVD)에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)은 각각 100℃의 증착온도에서 증착된 것과 350℃에서 증착 온도에서 증착된 것이고, 종래의 유도 결합 플라즈마 화학기상증착법(ICP-CVD)에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)은 80℃의 증착온도에서 증착된 것이고, 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)은 각각 80℃의 증착온도에서 증착된 것과 120℃에서 증착 온도에서 증착된 것이다.Further, the silicon nitride thin film deposited by the conventional chemical vapor deposition (CVD) (Si 3 N 4 ) and silicon nitride film deposition by the conventional inductively coupled plasma chemical vapor deposition (ICP-CVD) (Si 3 N 4 ) And the thin film density and the hydrogen concentration of the silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ) deposited by the low temperature thin film deposition method according to the present invention are measured by X-ray reflectometer (RR) and Rutherford backscattering spectroscopy And the measured values are shown in the table of FIG. The silicon nitride thin films (Si 3 N 4 ) deposited by conventional chemical vapor deposition (CVD) are those deposited at a deposition temperature of 100 ° C. and at a deposition temperature of 350 ° C., respectively, and the conventional inductively coupled plasma chemical vapor deposition (Si 3 N 4 ) deposited by ICP-CVD was deposited at a deposition temperature of 80 ° C., and the silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ) deposited by the low temperature thin film deposition method according to the present invention, Were deposited at a deposition temperature of 80 < 0 > C and at a deposition temperature of 120 < 0 > C, respectively.

도 5의 표에서, 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)의 수소 농도가 각각 14.9%(증착온도 120℃)와 17.8%(80℃) 이고, 종래의 유도 결합 플라즈마 화학기상증착법(ICP-CVD)에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)의 수소 농도가 20.6%(80℃)이고, 종래의 화학기상증착법(CVD)에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)의 수소 농도가 각각 13~14%(350℃)와, 24~27%(100℃)이다. 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)의 박막 밀도가 각각 2.7g/㎤(120℃)와 2.72g/㎤(80℃)이고, 종래의 유도 결합 플라즈마 화학기상증착법(ICP-CVD)에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)의 박막 밀도가 2.53g/㎤(80℃)이고, 종래의 화학기상증착법(CVD)에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)의 박막 밀도가 각각 2.54g/㎤(350℃)와, 2.0~2.1g/㎤(100℃)이다. 5, the hydrogen concentration of the silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ) deposited by the low temperature thin film deposition method according to the present invention was 17.8% (80 ° C) and 14.9% (deposition temperature 120 ° C) (Si 3 N 4 ) deposited by inductively-coupled plasma chemical vapor deposition (ICP-CVD) of 20.6% (80 ° C.), and the silicon deposited by conventional chemical vapor deposition (CVD) The hydrogen concentration of the nitride thin film (Si 3 N 4 ) is 13 to 14% (350 ° C) and 24 to 27% (100 ° C), respectively. The thin film densities of the silicon nitride thin films (Si 3 N 4 ) deposited by the low temperature thin film deposition method according to the present invention are 2.7 g / cm 3 (120 ° C.) and 2.72 g / cm 3 (80 ° C.) The silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ) deposited by chemical vapor deposition (ICP-CVD) has a thin film density of 2.53 g / cm 3 (80 캜) and a silicon nitride thin film deposited by a conventional chemical vapor deposition (Si 3 N 4 ) of 2.54 g / cm 3 (350 ° C) and 2.0 to 2.1 g / cm 3 (100 ° C), respectively.

따라서 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)이 종래의 유도 결합 플라즈마 화학기상증착법(ICP-CVD)이나 종래의 화학기상증착법(CVD)에 의해 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)보다 낮은 증착 온도에서 낮은 수소 농도와 높은 박막 밀도를 갖고 있는 것을 알 수 있다.Accordingly, the silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ) deposited by the low-temperature thin film deposition method according to the present invention can be formed on the silicon deposited by the conventional inductively coupled plasma chemical vapor deposition (ICP-CVD) or the conventional chemical vapor deposition It can be seen that it has a low hydrogen concentration and a high film density at a deposition temperature lower than that of the nitride thin film (Si 3 N 4 ).

또한, 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법을 이용하여 실리콘 질화물 박막(Si3N4)을 형성함에 있어서, 모노 실란(SiH4)의 유량과, 실리콘 질화물 박막(Si3N4)의 두께 및 증착 속도를 측정하고 그 결과를 도 6의 그래프로 도시하였다. 여기서, 실리콘 질화물 박막(Si3N4)은, 제1구간(T11)에서 모노 실란(SiH4)을 아르곤(Ar) 플라즈마로 증착하고, 제2구간(T12)에서 퍼징/펌핑 과정을 실시하고, 제3구간(T13)에서 실리콘을 질소(N2) 플라즈마로 질화시킨 것이다. 증착 온도는 80℃이다.Further, in forming the silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ) using the low temperature thin film deposition method according to the present invention, the flow rate of the monosilane (SiH 4 ), the thickness of the silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ) The velocity was measured and the results are shown in the graph of FIG. Here, the silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ) is formed by depositing monosilane (SiH 4 ) with argon (Ar) plasma in the first section T11 and performing a purging / pumping process in the second section T12 , And nitrogen in the third section (T13) with nitrogen (N2) plasma. The deposition temperature is 80 캜.

도 6의 그래프에서, 모노 실란(SiH4)의 유량을 변화시키고, 그 나머지 모든 변수를 동일하게 유지하였을 경우, 모노 실란(SiH4)의 유량이 증가함에 따라 실리콘 질화물 박막(Si3N4)의 두께가 증가할 것으로 예상할 수 있다. 하지만, 소스 독립 영역(source-independent range), 즉 모노 실란(SiH4)의 유량이 3~7sccm인 영역에서는, 실리콘 질화물 박막(Si3N4)의 두께가 일정하다는 것을 알 수 있다. 이러한 현상은, 도 3의 제1구간(T11)에서 증착된 실리콘 원자가 제2구간(T12)에서 재배열된다는 것을 의미한다. 따라서 본 발명의 저온 박막 증착 방법에서, 원자층 증착법과 유사한(ALD-like) 자체 포화과정이 존재한다는 것을 의미한다. 다만, 본 발명의 한 사이클 당 증착 속도가 0.7㎚/cycle 정도로, 종래의 원자층 증착법(ALD)에서 기대하는 0.1㎚/cycle보다 매우 높다는 것을 알 수 있다. 또한, 보다 많은 실리콘 원자가 배열되는 영역에서, 타 영역에 비하여 박막 밀도가 더 높고, 양질의 박막이 증착될 것이라는 것을 알 수 있다. XRR(x-ray reflectometer)을 사용하여 박막 밀도를 측정하여 보면, 모노 실란(SiH4)의 유량이 2sccm인 경우에 박막 밀도가 2.2g/㎤인데 반하여 자체 포화가 되는, 모노 실란(SiH4)의 유량이 6sccm인 경우에는 박막 밀도가 2.72g/㎤으로 높아진 것을 알 수 있다.In the graph of Figure 6, the monosilane case hayeoteul change the flow rate of (SiH 4) and, the rest remain the same all the variables, monosilane silicon nitride thin film as the flow rate of (SiH 4) increase in (Si 3 N 4) Can be expected to increase. However, it can be seen that the thickness of the silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ) is constant in a region where the source-independent range, that is, the flow rate of the monosilane (SiH 4 ) is 3 to 7 sccm. This phenomenon means that the silicon atoms deposited in the first section T11 of FIG. 3 are rearranged in the second section T12. Thus, in the low-temperature film deposition method of the present invention, there is an ALD-like self-saturation process similar to the atomic layer deposition. However, it can be seen that the deposition rate per cycle of the present invention is about 0.7 nm / cycle, which is much higher than 0.1 nm / cycle expected in the conventional atomic layer deposition (ALD) method. Further, it can be seen that, in the region where more silicon atoms are arranged, the thin film density is higher than that of the other regions, and a thin film of good quality will be deposited. XRR to (x-ray reflectometer) using the In thin film by measuring the density, monosilane, a thin density in the case where the flow rate is 2sccm of (SiH 4) 2.2g / ㎤ inde against which the self-saturated mono-silane (SiH 4) It is found that the thin film density is increased to 2.72 g / cm < 3 > when the flow rate is 6 sccm.

또한, 증착 온도가 80℃이고, 모노 실란(SiH4)의 유량이 6sccm인 조건으로 사이클 수를 변화시켜 실리콘 질화물 박막을 증착한 후, 박막의 증착 두께를 측정하고 그 결과를 도 7의 그래프로 도시하였다.Further, the silicon nitride thin film was deposited by changing the number of cycles in the condition that the deposition temperature was 80 캜 and the flow rate of the monosilane (SiH 4 ) was 6 sccm, and then the thickness of the deposited thin film was measured. Respectively.

도 7에서, 사이클의 수가 증가함에 따라 박막의 증착 두께가 선형적으로 증가한다. 따라서 본 발명의 저온 박막 증착 방법이 원자층 증착법과 유사한(ALD-like) 특성을 갖는 것을 알 수 있다.In Fig. 7, as the number of cycles increases, the deposition thickness of the thin film linearly increases. Accordingly, it can be seen that the low-temperature thin film deposition method of the present invention has an ALD-like property similar to that of the atomic layer deposition method.

또한, 도 6에서와 같은 조건으로 실리콘 질화물 박막을 200㎚의 두께로 증착하고, 핀홀 밀도를 측정하였으며, 그 측정 결과를 도 8의 그래프로 도시하였다. 핀홀 밀도는, 실리콘 질화물 박막이 증착된 기판을 60℃의 KOH 용액에 3시간 담근 후 실리콘 질화물 박막(Si3N4)을 제거하고, 박막의 핀홀을 통하여 침투하여 형성된 실리콘 식각 홈(Si etch-pit)의 수를 계산한 것이다. The silicon nitride thin film was deposited to a thickness of 200 nm under the same conditions as in FIG. 6, and the pinhole density was measured. The measurement results are shown in the graph of FIG. The pinhole density was measured by immersing the substrate on which the silicon nitride thin film was deposited in a KOH solution of 60 ° C for 3 hours, removing the silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ), penetrating through the pinhole of the thin film, pit) is calculated.

도 8에서, 핀홀 밀도는, 자체 포화 영역에서 급격하게 감소하여 약 40#/㎠ 정도인 것을 알 수 있다. 참고로, 유도 결합 플라즈마 화학기상증착법(ICP-CVD)에 의해 같은 두께로 증착된 실리콘 질화물 박막(Si3N4)의 경우에는 핀홀 밀도가 약 200#/㎠ 이상을 나타낸다.In FIG. 8, the pinhole density sharply decreases in the self saturation region and is about 40 # / cm 2. For reference, the pinhole density of the silicon nitride thin film (Si 3 N 4 ) deposited at the same thickness by inductively coupled plasma chemical vapor deposition (ICP-CVD) shows about 200 # / cm 2 or more.

한편, 본 발명에 따른 저온 박막 증착 방법에는 유도 결합 플라즈마(capacitive-coupled plasma) 타입, 유도 결합 플라즈마(induced-coupled plasma) 타입, 스캔(scan) 타입, 로테이팅 스캔 타입(rotating scan) 타입 반응 챔버 중 어느 하나를 사용하여도 좋다. 또한, 반응 챔버의 구조와, 가스 공급 시퀀스, 및 플라즈마 또는 자외선(UV)을 적절히 조절하여 본 발명의 효과를 확보할 수 있다.Meanwhile, the low-temperature thin film deposition method according to the present invention may include a capacitive-coupled plasma type, an induced-coupled plasma type, a scan type, a rotating scan type reaction chamber, May be used. Further, the effect of the present invention can be secured by suitably controlling the structure of the reaction chamber, the gas supply sequence, and the plasma or ultraviolet (UV).

따라서 본 발명은, 낮은 증착 온도에서 낮은 수소량, 낮은 핀홀 밀도, 높은 박막 밀도의 특성을 가진 박막을 실리콘 화합물 박막을 증착할 수 있을 뿐 아니라 원자층 증착법(ALD)의 낮은 증착 속도를 개선할 수 있으므로 반도체 및 디스플레이 등의 제조공정의 원가를 절감할 수 있고 반도체 소자, 회로, 반도체 관련 부품, 및 디스플레이 등의 새로운 제조공정에 적용할 수 있다.Accordingly, the present invention can improve the deposition rate of atomic layer deposition (ALD) as well as the deposition of a thin film of silicon compound having a low hydrogen content, a low pinhole density and a high film density at low deposition temperature Therefore, it is possible to reduce the manufacturing cost of the semiconductor and the display, and can be applied to new manufacturing processes such as semiconductor devices, circuits, semiconductor-related parts, and displays.

한편, 본 발명의 저온 박막 증착 방법을 절연막으로서 실리콘 질화막을 기준으로 설명하였지만, 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막에도 동일하게 적용할 수 있으며, 각 사이클의 제3구간(T13)에서 반응 가스를 변경함으로써 서로 다른 실리콘 화합물 박막의 다층 구조를 가진 실리콘 절연막을 형성하여 전체 박막의 굴절율 분포, 스트레스 분포 등을 조절하는 것도 가능하다. 설명의 편의상 설명의 중복을 피하기 위하여, 이에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.Although the method of depositing the low-temperature thin film of the present invention has been described with reference to a silicon nitride film as an insulating film, it is equally applicable to a silicon oxide film and a silicon oxynitride film. In the third section T13 of each cycle, It is also possible to form a silicon insulating film having a multilayer structure of other silicon compound thin films to control the refractive index distribution, the stress distribution, and the like of the entire thin film. A detailed description thereof will be omitted in order to avoid duplication of description.

한편, 본 발명은, 바람직한 실시예에 관하여 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않은 범위 내에서 본 발명의 다양한 변형이나 변경, 수정이 가능하다.
While the present invention has been described with respect to preferred embodiments, it is to be understood that various changes, modifications and variations may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

10: 저온 박막 증착 장치
11: 반응 챔버
12: 기판
13: 하부 전극
15: 상부 전극
16: 자외선(혹은 열) 발생부
17: 펌핑부
18: 자외선 혹은 열 전원부
19: 고주파 전원부
21: 제1가스 공급부
22: 제2가스 공급부
23: 불활성 가스 공급부
30: 스캔방식의 저온 박막 증착 장치
31: 스캔방식의 반응 챔버
32: 기판
33: 지지부
35: 제1모듈부
37: 제2모듈부
39: 제3모듈부
41: 제1가스 공급부
43: 퍼지/펌핑부
45: 제2가스 공급부
V1, V2, V3: 밸브10: Low temperature thin film deposition apparatus
11: reaction chamber
12: substrate
13: Lower electrode
15: upper electrode
16: ultraviolet (or heat) generating part
17:
18: ultraviolet or thermal power source
19: High frequency power source
21: First gas supply part
22: second gas supply part
23: Inert gas supply part
30: Scanning type low temperature thin film deposition apparatus
31: scan chamber reaction chamber
32: substrate
33: Support
35: first module section
37: second module section
39: third module section
41: first gas supply part
43: purge / pumping section
45: second gas supply part
V1, V2, V3: Valve

Claims (5)

반응 챔버의 내부에 실리콘을 포함하는 가스를 공급하고, 상기 반응 챔버의 내부에 플라즈마를 발생시킴으로써 플라즈마에 의해 상기 실리콘을 포함하는 가스를 분해하는 단계로서, 상기 플라즈마는 부가 생성물을 생성하는 것을 방지하도록 10W 내지 10kW 범위 내의 플라즈마 파워를 갖는, 상기 실리콘을 포함하는 가스를 분해하는 단계;
상기 반응 챔버 내의 기판 상에, 플라즈마에 의해 상기 실리콘을 포함하는 가스가 분해되어 생성된 실리콘 원자로 이루어진 실리콘 박막을 증착하는 단계;
상기 반응 챔버의 내부에 불활성 가스를 공급하여 상기 반응 챔버 내에 잔존하는 여분의 상기 실리콘을 포함하는 가스를 제거함과 아울러 상기 실리콘 박막의 실리콘 원자를 재배열하는 단계; 및
상기 반응 챔버의 내부에 반응 가스를 공급하고, 상기 반응 챔버의 내부에 플라즈마를 발생시켜 상기 재배열된 실리콘 원자를 상기 반응 가스와 반응시킴으로써 실리콘 절연막을 형성하는 단계로 구성된 한 사이클을 1회 이상 복수회 반복 실시하여 원하는 두께의 실리콘 절연막을 얻는 것을 특징으로 하는 저온 박막 증착 방법.
Disposing a gas containing silicon inside the reaction chamber and decomposing the gas containing silicon by plasma by generating a plasma inside the reaction chamber, the plasma being used to prevent generation of an additive product Decomposing the gas comprising silicon, having a plasma power in the range of 10W to 10kW;
Depositing a silicon thin film on the substrate in the reaction chamber, the silicon thin film being formed by decomposing a gas containing silicon by plasma;
Supplying an inert gas into the reaction chamber to remove excess silicon remaining in the reaction chamber and rearranging silicon atoms in the silicon thin film; And
Forming a silicon insulating film by supplying a reaction gas into the reaction chamber, generating plasma in the reaction chamber, and reacting the rearranged silicon atoms with the reaction gas, To obtain a silicon insulating film having a desired thickness.
제1항에 있어서, 상기 증착된 실리콘 박막을 단원자층 이상 복수원자층의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 저온 박막 증착 방법.
The low-temperature thin-film deposition method according to claim 1, wherein the deposited silicon thin film is formed to have a thickness of at least one atomic layer.
제1항에 있어서, 상기 실리콘 박막의 실리콘 원자를 재배열하는 단계에서 기체상 반응을 방지하는 것을 특징으로 하는 저온 박막 증착 방법.
The low-temperature thin film deposition method according to claim 1, wherein the gas phase reaction is prevented in the step of rearranging silicon atoms of the silicon thin film.
제1항 또는 제3항에 있어서, 자외선과 플라즈마 중 어느 하나를 이용하여 상기 실리콘 박막의 실리콘 원자의 재배열을 가속시키는 것을 특징으로 하는 저온 박막 증착 방법.
The low-temperature thin film deposition method according to claim 1 or 3, wherein the rearrangement of the silicon atoms of the silicon thin film is accelerated by using any one of ultraviolet rays and plasma.
제1항에 있어서, 각 사이클의 상기 실리콘 절연막을 형성하는 단계에서 반응 가스를 변경함으로써 상기 실리콘 절연막이 서로 다른 실리콘 화합물 박막을 갖게 하는 것을 특징으로 하는 저온 박막 증착 방법.
The low-temperature thin film deposition method according to claim 1, wherein the silicon insulating film has a different silicon compound thin film by changing the reaction gas in the step of forming the silicon insulating film in each cycle.
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