KR101942819B1 - Method for forming thin film - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중간층(interlayer)의 형성을 억제하는 박막 형성 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 형성 방법은 기판이 배치된 챔버 내에 전구체 가스를 공급하는 것, 챔버 내에 제1 퍼지 가스를 공급하여 상기 챔버를 퍼징하는 것, 챔버 내에 플라즈마 가스를 공급하는 것, 및 챔버 내에 제2 퍼지 가스를 공급하여 챔버를 퍼징하는 것을 포함하고, 챔버 내에 플라즈마 가스를 공급하는 것은, 챔버 내에 상기 플라즈마 가스를 공급하면서, 상기 기판과 상기 박막 사이에 중간층의 형성을 억제하도록 미리 결정된 제1 주파수 및 제1 전력의 플라즈마 전력을 인가하는 것을 포함할 수 있다.The present invention relates to a thin film forming method and apparatus for suppressing the formation of an interlayer. A thin film forming method according to an embodiment of the present invention includes supplying a precursor gas into a chamber in which a substrate is placed, purging the chamber by supplying a first purge gas into the chamber, supplying a plasma gas into the chamber, And supplying a second purge gas into the chamber to purge the chamber, wherein supplying the plasma gas into the chamber includes supplying the plasma gas into the chamber while supplying the plasma gas to the chamber in advance so as to suppress the formation of the intermediate layer between the substrate and the thin film And applying a determined plasma power of the first frequency and the first power.

Description

박막 형성 방법{METHOD FOR FORMING THIN FILM}[0001] METHOD FOR FORMING THIN FILM [0002]

본 발명은 박막 형성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중간층의 형성을 억제할 수 있는 박막 형성 방법 및 박막 형성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film forming method, and more particularly, to a thin film forming method and a thin film forming apparatus capable of suppressing the formation of an intermediate layer.

기판에 박막을 증착하는 기술로 원자층 단위의 얇은 박막을 증착하는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 공정이 연구되고 있다. 원자층 증착 공정은 기존의 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 공정에 비해 단차 피복성(step coverage)이 우수하며 넓은 면적에 걸쳐 균일한 두께의 박막을 증착할 수 있어, nm 단위의 입체적 구조를 갖는 반도체 소자의 제조에서 큰 호응을 얻고 있다.Atomic Layer Deposition (ALD) processes are being studied to deposit thin films on an atomic layer basis. The atomic layer deposition process has better step coverage than the conventional chemical vapor deposition (CVD) process and can deposit a thin film having a uniform thickness over a wide area, Has been gaining great popularity in the manufacture of semiconductor devices.

이러한 원자층 증착 공정은 공정에 사용되는 반응 물질에 따라 열적 원자층 증착법(thermal ALD)과 플라즈마 향상 원자층 증착(plasma enhanced ALD, PE-ALD)로 구분된다. 열적 원자층 증착은 금속 전구체 물질과 반응하는 반응 물질이 기체 상태로 제공되는 반면, 플라즈마 향상 원자층 증착은 반응 물질이 플라즈마 상태로 제공된다.These atomic layer deposition processes are classified into thermal ALD and plasma enhanced ALD (PE-ALD) depending on the reactants used in the process. The thermal atomic layer deposition provides a gaseous state of the reactant reacting with the metal precursor material, while the plasma enhanced atomic layer deposition provides the reactant in a plasma state.

플라즈마 향상 원자층 증착법(PE-ALD)은 열적 원자층 증착법(thermal ALD)에 비해 증착률(growth rate)이 높고, 박막 밀도가 높으며, 공정 온도를 낮출 수 있는 장점이 있어 관심을 받고 있다.Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition (PE-ALD) has attracted attention because it has a higher growth rate, higher film density, and lower process temperature than thermal ALD (Thermal Atomic Layer Deposition).

그러나, 플라즈마 향상 원자층 증착법(PE-ALD)은 열에너지를 이용하는 열적 원자층 증착법(thermal ALD)보다 높은 에너지를 갖는 플라즈마를 이용하기 때문에 박막 형성을 위한 물질들이 기판으로 침투되어 박막과 기판을 이루는 물질과 박막을 이루는 물질이 혼합된 중간층(interlayer)가 형성된다. 이와 같은 중간층은 유전 상수가 작기 때문에 전체 박막의 유전율을 저하시키는 문제점이 있다.However, since the plasma enhanced atomic layer deposition (PE-ALD) uses a plasma having a higher energy than the thermal ALD using thermal energy, materials for forming a thin film are permeated into the substrate to form a thin film- And an interlayer in which a material forming the thin film is mixed is formed. Since such an intermediate layer has a small dielectric constant, there is a problem that the dielectric constant of the entire thin film is lowered.

따라서, 플라즈마 향상 원자층 증착법에 있어 중간층의 형성을 억제할 수 있는 기술이 요구된다.Therefore, a technique capable of suppressing the formation of the intermediate layer in the plasma enhanced atomic layer deposition method is required.

본 발명의 목적은 PE-ALD를 이용한 박막 형성 방법에 있어서, 중간층 형성을 억제할 수 있는 박막 형성 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a thin film forming method capable of suppressing the formation of an intermediate layer in a thin film forming method using PE-ALD.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems. Other technical subjects not mentioned will be apparent to those skilled in the art from the description below.

본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 상에 박막을 형성하는 박막 형성 방법은상기 기판이 배치된 챔버 내에 전구체 가스를 공급하고, 상기 챔버 내에 상기 플라즈마 가스를 공급하면서, 상기 기판과 상기 박막 사이에 중간층의 형성을 억제하도록 미리 결정된 제1 주파수 및 제1 전력의 플라즈마 전력을 인가하는 것을 포함할 수 있다.A thin film forming method for forming a thin film on a substrate according to an embodiment of the present invention includes supplying a precursor gas into a chamber in which the substrate is disposed and supplying plasma gas to the chamber, And applying a plasma power of a first frequency and a first power predetermined to inhibit the formation of the plasma.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 주파수는 30~300 MHz 대역 내에서 미리 결정된 주파수이고, 상기 제1 전력은 0 초과 300 W 미만의 범위 내에서 미리 결정된 전력일 수 있다.In one embodiment, the first frequency is a predetermined frequency in the 30 to 300 MHz band, and the first power may be a predetermined power within a range of greater than 0 and less than 300 W.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 전력은 50W 초과, 300W 미만의 범위 내에서 미리 결정된 전력일 수 있다.In one embodiment, the first power may be a predetermined power within a range of greater than 50 W and less than 300 W.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 전력은 100W일 수 있다.In one embodiment, the first power may be 100W.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 주파수는 60MHz일 수 있다.In one embodiment, the first frequency may be 60 MHz.

일 실시 예에 있어서, 상기 플라즈마 전력을 인가하는 것은 상기 전구체 가스를 구성하는 전구체 물질의 상기 기판으로의 침투 깊이, 그리고 상기 플라즈마 가스를 구성하는 소스 물질의 상기 기판으로의 침투 깊이가 각각 3nm 미만이 되도록 상기 제1 주파수 및 상기 제1 전력을 인가할 수 있다.In one embodiment, the application of the plasma power is performed such that the penetration depth of the precursor material constituting the precursor gas into the substrate and the penetration depth of the source material constituting the plasma gas into the substrate are less than 3 nm The first frequency and the first power may be applied.

본 발명의 일 실시 예에 따른 박막은 기판; 및 상기 기판 상에 직접 증착되고, 금속과 산소가 결합된 금속 산화물을 포함하는 산화물층을 포함하고, 상기 기판으로의 금속 침투 깊이와 상기 기판으로의 산소 침투 깊이가 각각 3nm 미만일 수 있다.A thin film according to an embodiment of the present invention includes a substrate; And an oxide layer directly deposited on the substrate and including a metal oxide with a metal and oxygen bonded thereto, wherein a metal penetration depth into the substrate and an oxygen penetration depth into the substrate are each less than 3 nm.

일 실시 예에 있어서, 상기 금속 산화물은 알루미늄 산화물(Al2O3)를 포함하고, 상기 기판으로의 금속 침투 깊이는 알루미늄을 포함하는 금속이 기판으로 침투된 깊일 수 있다.In one embodiment, the metal oxide comprises aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and the depth of metal penetration into the substrate may be deeper than the metal containing aluminum penetrated into the substrate.

본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 형성 방법에 의하면 PE-ALD로 박막 형성시 중간층을 억제할 수 있는 효과가 있다.According to the method of forming a thin film according to an embodiment of the present invention, an intermediate layer can be suppressed when forming a thin film with PE-ALD.

본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above. Unless stated, the effects will be apparent to those skilled in the art from the description and the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 형성 방법에 따라 박막을 형성하기 위한 박막 형성 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 형성 방법의 공정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 형성 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 실시 예에 따라 형성된 박막의 TEM 이미지이다.
도 5a 내지 도 5b, 도 6, 도 7은 비교예 1 내지 3에 따라 형성된 박막의 TEM 이미지이다.
도 8은 박막의 플라즈마 전력에 따른 박막의 증착률을 나타내는 도면이다.1 is a view illustrating a thin film forming apparatus for forming a thin film according to a thin film forming method according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a process of a thin film forming method according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of forming a thin film according to an embodiment of the present invention.
4A-4B are TEM images of thin films formed according to an embodiment of the present invention.
5A to 5B, 6 and 7 are TEM images of thin films formed according to Comparative Examples 1 to 3.
8 is a graph showing the deposition rate of a thin film according to the plasma power of the thin film.

발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other advantages and features of the invention, and how to achieve them, will be apparent from the following detailed description of embodiments thereof taken in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.

만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. Although not defined, all terms (including technical or scientific terms) used herein have the same meaning as commonly accepted by the generic art in the prior art to which this invention belongs. Terms defined by generic dictionaries may be interpreted to have the same meaning as in the related art and / or in the text of this application, and may be conceptualized or overly formalized, even if not expressly defined herein I will not. The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한 '구비한다', '갖는다' 등도 이와 동일하게 해석되어야 한다. 또한, '상에', '상에서'는 반드시 다른 구성요소 '위에' 있는 것으로 한정되지 않으며, 다른 구성 요소의 '아래', '옆에' 있는 것도 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 "제 1," "제 2," 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않으며, 반드시 다른 구성요소를 의미하는 것은 아니다.In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms' comprise 'and / or various forms of use of the verb include, for example,' including, '' including, '' including, '' including, Steps, operations, and / or elements do not preclude the presence or addition of one or more other compositions, components, components, steps, operations, and / or components. Also, 'equipped' and 'possessed' should be interpreted in the same way. Also, 'on' and 'on' are not necessarily to be construed as being 'on' other elements, and should be construed to include 'under' and 'beside' other elements. It is also to be understood that the expressions " first, "" second, ", etc. used herein may be used to denote various components, regardless of their order and / or importance, and to distinguish one component from another The present invention is not limited to these components and does not necessarily mean other components.

본 발명은 중간층(interlayer)의 형성을 억제하는 박막 형성 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 형성 방법은 기판이 배치된 챔버 내에 전구체 가스를 공급하는 것, 챔버 내에 제1 퍼지 가스를 공급하여 상기 챔버를 퍼징하는 것, 챔버 내에 플라즈마 가스를 공급하는 것, 및 챔버 내에 제2 퍼지 가스를 공급하여 챔버를 퍼징하는 것을 포함하고, 챔버 내에 플라즈마 가스를 공급하는 것은, 챔버 내에 상기 플라즈마 가스를 공급하면서, 상기 기판과 상기 박막 사이에 중간층의 형성을 억제하도록 미리 결정된 제1 주파수 및 제1 전력의 플라즈마 전력을 인가하는 것을 포함할 수 있다.The present invention relates to a thin film forming method and apparatus for suppressing the formation of an interlayer. A thin film forming method according to an embodiment of the present invention includes supplying a precursor gas into a chamber in which a substrate is placed, purging the chamber by supplying a first purge gas into the chamber, supplying a plasma gas into the chamber, And supplying a second purge gas into the chamber to purge the chamber, wherein supplying the plasma gas into the chamber includes supplying the plasma gas into the chamber while supplying the plasma gas to the chamber in advance so as to suppress the formation of the intermediate layer between the substrate and the thin film And applying a determined plasma power of the first frequency and the first power.

중간층(interlayer)은 에너지 대 구조가 다른 두 물질이 접촉시키는 헤테로 접합에서 두 물질 접촉시 가해지는 에너지로 인해 에너지 대 구조가 다른 두 물질 사이에 두 물질을 이루가 원소가 혼합되어 형성되는 층일 수 있다. 예로서, 헤테로 접합된 두 개의 박막의 경우, 각 박막을 이루는 원소 또는 원소들의 원자 퍼센트(%)가 각각 40% 이상이고, 각 원소의 두께에 따른 원자 퍼센트의 편차가 1nm당 3% 이하로 나타나는 영역일 수 있다. 일 실시 예로서, 실리콘(Si) 기판 상에 산화알루미늄(Al2O3) 박막을 형성하는 경우, 중간층은 실리콘(Si) 기판과 산화알루미늄(Al2O3) 박막 사이에 Si, Al, 0가 모두 혼합되어 있는 층일 수 있다. 이러한 중간층은 유전 상수가 작아 박막 전체의 유전율을 저하시킨다. 중간층은 헤테로 접합(hetero junction)시 에너지가 가해질 때 형성되는 것으로, 열에너지가 가해지는 열적 원자층 증착(thermal ALD)보다 높은 에너지를 갖는 플라즈마를 이용하는 플라즈마 향상 원자층 증착(PE-ALD)의 경우 더 두껍게 형성된다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 형성 방법은 플라즈마 향상 원자층 증착법(PE-ALD)을 이용하여 박막 증착률 및 박막 밀도가 향상된 박막을 형성하면서도 중간층의 형성을 억제하여 고유전율을 갖는 박막 형성 방법을 제공한다.An interlayer may be a layer formed by mixing two materials between two materials having different energy vs. structure due to the energy applied when two materials are contacted in a heterojunction in which two materials having different energy vs. structure contact each other . For example, in the case of two heterojunction thin films, the atomic percentages (%) of the elements or elements constituting each thin film are 40% or more, respectively, and the deviation of the atomic percentage according to the thickness of each element is 3% Lt; / RTI > In one embodiment, the case of forming a silicon aluminum oxide on a (Si) substrate (Al 2 O 3) thin film, the intermediate layer is silicon (Si) substrate and the aluminum oxide (Al 2 O 3) between the thin film Si, Al, 0 May be mixed with each other. This intermediate layer has a low dielectric constant and lowers the dielectric constant of the entire thin film. The intermediate layer is formed when energy is applied at the hetero junction, and in the case of plasma enhanced atomic layer deposition (PE-ALD) using a plasma having a higher energy than the thermal ALD to which thermal energy is applied Thick. Accordingly, the method of forming a thin film according to an embodiment of the present invention is a method of forming a thin film having improved film deposition rate and thin film density by using a plasma enhanced atomic layer deposition (PE-ALD) Lt; / RTI >

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막을 형성하기 위한 박막 형성 장치의 개략적인 도면이다.1 is a schematic view of a thin film forming apparatus for forming a thin film according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 박막 형성 장치(10)는 공정이 수행되는 공간을 제공하는 챔버(110), 기판(S)을 지지하는 기판 지지부(120), 가스 공급부(130), 배기부(140), 플라즈마 생성부(150), 플라즈마 전원(160), 임피던스 정합부(170) 및 샤워헤드(180)을 포함할 수 있다.1, the thin film forming apparatus 10 includes a chamber 110 for providing a space in which a process is performed, a substrate support 120 for supporting a substrate S, a gas supply unit 130, A plasma generator 150, a plasma power source 160, an impedance matching unit 170, and a showerhead 180.

가스 공급부(130)는 상기 챔버(110) 내로 가스를 공급한다. 가스 공급부(130)는 전구체 가스를 공급하는 전구체 가스 공급부, 플라즈마 가스를 공급하는 플라즈마 가스 공급부, 챔버 내의 잔류 가스를 퍼징(purging)하는 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급부를 포함할 수 있다. 배기부(140)는 상기 챔버(110) 내 가스를 배출시킨다.The gas supply unit 130 supplies gas into the chamber 110. The gas supply unit 130 may include a precursor gas supply unit for supplying the precursor gas, a plasma gas supply unit for supplying the plasma gas, and a purge gas supply unit for supplying the purge gas for purging the residual gas in the chamber. The exhaust unit 140 discharges the gas in the chamber 110.

배기부(140)는 펌프 등을 이용하여 상기 챔버(110) 내에 남아있는 가스 또는 반응 부산물을 챔버 밖으로 배출시킬 수 있다. 또한, 상기 배기부(140)는 공정 진행 도중 상기 챔버 내 압력을 기설정된 압력으로 조절할 수도 있다.The exhaust unit 140 may discharge gas or reaction by-products remaining in the chamber 110 by using a pump or the like, out of the chamber. Also, the exhaust unit 140 may adjust the pressure in the chamber to a predetermined pressure during the process.

플라즈마 생성부(150)는 상기 챔버(110)에 설치되어 챔버(110) 내에 플라즈마를 생성한다. 일 실시 예로서, 플라즈마 생성부(150)는 상기 기판(S)을 사이에 두고 서로 마주보도록 설치되어 상기 챔버(110) 내에 전기장을 형성하는 상부 전극 및 하부 전극을 포함할 수 있다. 즉, 플라즈마 생성부(150)는 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 타입일 수 있다. 도 1에 도시된 플라즈마 생성부(150)는 챔버(110)의 상부에 설치된 상부 전극(150)과 기판 지지부(120)에 배치된 하부 전극(미도시)으로 구성된다. 다른 실시 예로서, 플라즈마 생성부(150)는 챔버(110)의 상부 또는 측부에 설치되어 상기 챔버(110) 내에 전자장을 형성하는 코일을 포함할 수 있다. 즉, 플라즈마 생성부(150)는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 타입일 수 있다.The plasma generator 150 is installed in the chamber 110 to generate plasma in the chamber 110. In an embodiment, the plasma generator 150 may include an upper electrode and a lower electrode, which are installed to face each other with the substrate S therebetween, and form an electric field in the chamber 110. That is, the plasma generating unit 150 may be a Capacitively Coupled Plasma (CCP) type. The plasma generating unit 150 shown in FIG. 1 includes an upper electrode 150 disposed on an upper portion of a chamber 110 and a lower electrode (not shown) disposed on a substrate supporting unit 120. The plasma generating part 150 may include a coil installed on the upper side or the side of the chamber 110 to form an electromagnetic field in the chamber 110. [ That is, the plasma generating unit 150 may be an ICP (Inductively Coupled Plasma) type.

상기 플라즈마 전원(160)은 기판(S)과 박막 사이에 중간층의 형성을 억제하도록 미리 결정된 제1 주파수 및 제1 전력의 플라즈마 전력을 인가할 수 있다. 예로서, 제1 주파수는 30~300 MHz 대역 내에서 미리 결정된 주파수이고, 제1 전력은 0 초과 300 W 미만의 범위 내에서 미리 결정된 전력일 수 있다.The plasma power source 160 may apply plasma power of a first frequency and a first power that are predetermined to suppress the formation of an intermediate layer between the substrate S and the thin film. By way of example, the first frequency may be a predetermined frequency within a 30 to 300 MHz band, and the first power may be a predetermined power within a range of greater than 0 and less than 300 W.

임피던스 정합부(170)는 플라즈마 전원(160)과 플라즈마 생성부(150) 사이에 연결되어 상기 플라즈마 전원(160)의 출력 임피던스와 상기 플라즈마 생성부(150)의 입력 임피던스를 정합시시킬 수 있다.The impedance matching unit 170 may be connected between the plasma power source 160 and the plasma generating unit 150 to match the output impedance of the plasma power source 160 with the input impedance of the plasma generating unit 150.

샤워 헤드(180)는 기판(S)의 상부에 설치되어 플라즈마 생성부(150)에 의해 생성된 플라즈마를 상기 기판(S) 상에 균일하게 공급할 수 있다.The showerhead 180 may be installed on the upper surface of the substrate S to uniformly supply the plasma generated by the plasma generating unit 150 onto the substrate S.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 형성 방법의 공정 과정을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a process of a thin film forming method according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 가스 공급부(130)는 챔버(110)에 기판(S)이 배치된 후, 챔버(110)에 금속 전구체 가스를 기설정된 제1 시간(t1) 동안 기 설정된 제1 유량만큼 공급할 수 있다. 그러고 나서, 가스 공급부(130)는 챔버(110)에 퍼지 가스를 기설정된 제2 시간(t2) 동안 기설정된 제2 유량만큼 공급할 수 있다. 이후, 가스 공급부(130)는 챔버(110)에 플라즈마 가스를 기설정된 제3 시간(t3) 동안 기설정된 제3 유량만큼 공급할 수 있다. 이 경우, 플라즈마 가스 공급하면서, 중간층의 형성을 억제하도록 미리 결정된 제1 주파수와 제1 전력의 플라즈마 전력을 인가하여 플라즈마 가스를 플라즈마 상태로 변환시킨다. 그러고 나서, 가스 공급부(130)는 다시 퍼지 가스를 제2 시간(t2) 동안 제2 유량만큼 공급할 수 있다. 이와 같이, 전구체 가스, 퍼지 가스, 플라즈마 가스 및 퍼지 가스 순으로 챔버(110)에 공정 가스를 공급함으로써 기판(S) 상에 원자층 단위로 높은 증착률 및 박막 밀도를 갖는 박막을 증착할 수 있다. 또한, 플라즈마 소스 공급시 기설정된 범위의 주파수와 전력으로 플라즈마 전력을 인가함으로써 중간층의 형성을 억제하여 중간층의 형성되지 않는 박막을 증착할 수 있다.2, after the substrate S is disposed in the chamber 110, the gas supply unit 130 supplies a metal precursor gas to the chamber 110 for a first predetermined time t 1 , 1 flow rate. Then, the gas supply unit 130 can supply the chamber 110 with the purge gas at a predetermined second flow rate for a predetermined second time t 2 . Then, the gas supply unit 130 may supply the plasma 110 to the chamber 110 at a predetermined third flow rate for a predetermined third time t 3 . In this case, the plasma gas is converted into the plasma state by applying the predetermined first power and the first power of plasma power while suppressing the formation of the intermediate layer while supplying the plasma gas. Then, the gas supply unit 130 can again supply the purge gas by the second flow rate for the second time t 2 . Thus, a thin film having a high deposition rate and a thin film density can be deposited on the substrate S on an atomic layer basis by supplying a process gas to the chamber 110 in the order of a precursor gas, a purge gas, a plasma gas, and a purge gas . In addition, when the plasma source is supplied, the plasma power is applied at a predetermined range of frequencies and power, thereby suppressing the formation of the intermediate layer and depositing the thin film which does not form the intermediate layer.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 형성 방법을 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method of forming a thin film according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 형성 방법은 챔버 내에 전구체 가스 공급하는 것(S310), 챔버 내에 제1 퍼지 가스를 공급하여 챔버를 퍼징하는 것(S320), 챔버에 플라즈마 가스를 공급하면서, 기판과 박막 사이에 중간층의 형성을 억제하도록 미리 결정된 제1 주파수 및 제1 전력의 플라즈마 전력을 인가하는 것(S330) 및 챔버 내에 제2 퍼지 가스를 공급하여 챔버를 퍼징하는 것(S340)을 포함할 수 있다. 3, a method of forming a thin film according to an exemplary embodiment of the present invention includes supplying a precursor gas into a chamber S310, supplying a first purge gas into the chamber to purge the chamber S320, (S330) of applying a predetermined first frequency and first power of plasma power to suppress the formation of an intermediate layer between the substrate and the thin film while supplying a plasma gas to the thin film and supplying a second purge gas into the chamber, (S340).

상기 챔버에 플라즈마 가스를 공급하면서, 기판과 박막 사이에 중간층의 형성을 억제하도록 미리 결정된 제1 주파수 및 제1 전력의 플라즈마 전력을 인가하는 것(S330)은 상기 전구체 가스를 구성하는 전구체 물질의 상기 기판으로의 침투 깊이, 그리고 상기 플라즈마 가스를 구성하는 소스 물질의 상기 기판으로의 침투 깊이가 각각 3nm 미만이 되도록, 상기 챔버 내에 상기 플라즈마 가스를 공급하면서 상기 제1 주파수 및 상기 제1 전력의 상기 플라즈마 전력을 인가하는 것을 포함할 수 있다. 예로서, 상기 기판으로의 침투 깊이는 기판을 이루는 원소의 원자 퍼센트와 상기 박막을 이루는 원소들의 원자 퍼센트의 합이 각각 40% 이상이고, 각 원소에 대해 두께에 따른 원자 퍼센트의 편차가 1nm당 3%이하인 영역일 수 있다.(S330) of applying a plasma power of a first frequency and a first power predetermined to suppress the formation of an intermediate layer between the substrate and the thin film while supplying the plasma gas to the chamber, The depth of penetration into the substrate and the depth of penetration of the source material constituting the plasma gas into the substrate are each less than 3 nm, while supplying the plasma gas into the chamber, the plasma of the first frequency and the first power Lt; RTI ID = 0.0 > power. ≪ / RTI > For example, the depth of penetration into the substrate is such that the sum of the atomic percent of the element constituting the substrate and the atomic percent of the elements constituting the thin film is at least 40%, and the deviation of the atomic percentage according to the thickness is 3 % ≪ / RTI >

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 주파수는 30~300 MHz 대역 내에서 미리 결정된 주파수이고, 상기 제1 전력은 0 초과 300 W 미만의 범위 내에서 미리 결정된 전력일 수 있다. 더 바람직하게는 상기 제1 전력은 50W 초과, 300W 미만의 범위 내에서 미리 결정된 전력일 수 있다. 가장 바람직하게는 상기 제1 주파수는 60MHz이고, 상기 제1 전력은 100W일 수 있다.In one embodiment, the first frequency is a predetermined frequency in the 30 to 300 MHz band, and the first power may be a predetermined power within a range of greater than 0 and less than 300 W. More preferably, the first power may be a predetermined power within a range of greater than 50W and less than 300W. Most preferably, the first frequency is 60MHz and the first power may be 100W.

이하, 본 발명의 실시 예 및 비교 예에 따른 결과를 참조하여 더 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.

[실시예][Example]

PE-ALD를 통해 실리콘(Si) 기판 상에 산화알루미늄(Al2O3)를 증착하는 실험을 진행하였다. p-타입의 Si 웨이퍼를 이용하였고, 공정이 수행될 동안 기판의 온도는 180 ℃로 유지되었으며, 챔버 내 압력은 24 mTorr로 유지되었다. 또한, 알루미늄 전구체 가스로 트리메틸알루미늄(Trimethylaluminum(TMA), Al(CH3)3)을 사용하였고, 플라즈마를 형성하기 위한 소스 가스로 산소(O2)를 사용하였으며, 챔버의 퍼징을 위한 퍼지 가스로 아르곤(Ar)을 사용하였다.Experiments were conducted to deposit aluminum oxide (Al 2 O 3 ) on a silicon (Si) substrate through PE-ALD. A p-type Si wafer was used and the temperature of the substrate was maintained at 180 ° C. during the process, and the pressure in the chamber was maintained at 24 mTorr. Trimethylaluminum (TMA), Al (CH 3 ) 3 was used as an aluminum precursor gas, oxygen (O 2 ) was used as a source gas for plasma formation, and purge gas Argon (Ar) was used.

먼저, 공정 챔버로 트리메틸알루미늄(Trimethylaluminum(TMA), Al(CH3)3)을 1sccm 만큼 3초 동안 공급하였다. 이후, 챔버 내에 아르곤(Ar) 가스를 50 sccm만큼 6 초 동안 공급하여 챔버를 퍼징하였다. 그리고 나서, 실리콘 기판에 흡착되어 있는 알루미늄 전구체로부터 알루미늄 산화물 박막을 형성하기 위해, 산소(02)를 200 sccm만큼 1초 동안 공급하면서, 산소(O2)를 산소 플라즈마로 변환하기 위해 60MHz의 주파수를 갖는 100W의 플라즈마 전력을 인가하였다. 이후, 챔버 내에 아르곤(Ar) 가스를 50 sccm만큼 6 초 동안 공급하여 챔버를 퍼징하였다. 그리고, 이와 같은 박막 형성 사이클을 100번 반복하였다. First, trimethylaluminum (TMA), Al (CH 3 ) 3 ) was supplied to the process chamber for 1 sccm for 3 seconds. Then, the chamber was purged by supplying argon (Ar) gas into the chamber for 6 seconds by 50 sccm. Then, the frequency of 60MHz for the conversion of oxygen (O 2), and oxygen (0 2) supplied for one second to as much as 200 sccm to form an aluminum oxide film from the aluminum precursor is adsorbed on the silicon substrate with oxygen plasma Lt; RTI ID = 0.0 > 100W < / RTI > Then, the chamber was purged by supplying argon (Ar) gas into the chamber for 6 seconds by 50 sccm. The thin film forming cycle was repeated 100 times.

[비교예 1][Comparative Example 1]

다른 과정은 상기 실시예와 동일하게 수행하되, 상기 플라즈마 전력의 주파수만을 달리하여 13.56MHz의 주파수를 갖는 100W의 전력을 인가하였다.The other process was performed in the same manner as in the above embodiment, except that the power of 100 W having a frequency of 13.56 MHz was applied by varying the frequency of the plasma power only.

[비교예 2][Comparative Example 2]

다른 과정을 상기 실시예와 동일하게 수행하되, 상기 플라즈마 전력의 주파수 및 전력을 달리하여 13.56MHz의 주파수를 갖는 300W의 전력을 인가하였다.Other processes were performed in the same manner as in the above example, and 300 W of power having a frequency of 13.56 MHz was applied with different frequency and power of the plasma power.

[비교예 3][Comparative Example 3]

다른 과정을 상기 실시예와 동일하게 수행하되, 상기 플라즈마 전력의 전력만을 달리하여 60MHz의 주파수를 갖는 300W의 전력을 인가하였다.Other processes were performed in the same manner as in the above embodiment, except that the power of 300 W having a frequency of 60 MHz was applied by varying only the power of the plasma power.

도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 상기 실시예에 따라 형성된 박막의 투과전자현미경(TEM) 이미지이다. 도 4a는 본 발명의 실시예에 따라 실리콘(Si) 기판 상에 형성된 산화알루미늄 박막(Al2O3)의 TEM 이미지이고, 도 4b는 도 4a의 점선 영역을 확대한 확대도이다.4A-4B are transmission electron microscope (TEM) images of thin films formed according to this embodiment of the invention. FIG. 4A is a TEM image of an aluminum oxide thin film (Al 2 O 3 ) formed on a silicon (Si) substrate according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4B is an enlarged view of the dotted line area of FIG.

도 4a 내지 도 4b를 참조하면, 실리콘 기판과 산화알루미늄 박막 사이에 실리콘 또는 산화알루미늄 외의 다른 물질로 이루어진 중간층이 존재하지 않음을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 4A and 4B, it can be seen that there is no intermediate layer made of silicon or other materials other than aluminum oxide between the silicon substrate and the aluminum oxide thin film.

도 5a는 비교예 1에 따라 실리콘(Si) 기판 상에 형성된 산화알루미늄 박막(Al2O3)의 TEM 이미지이고, 도 5b는 도 5a의 점선 영역을 확대한 확대도이다.FIG. 5A is a TEM image of an aluminum oxide thin film (Al 2 O 3 ) formed on a silicon (Si) substrate according to Comparative Example 1, and FIG. 5B is an enlarged view of the dotted line region of FIG.

도 5a 내지 도 5b를 참조하면, 비교예 1의 경우 실리콘 기판과 산화알루미늄 박막 사이에 실리콘 또는 산화알루미늄 외의 다른 물질로 이루어진 약 3nm 정도의 중간층이 형성되었음을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 5A and 5B, it can be seen that, in the case of Comparative Example 1, an intermediate layer of about 3 nm made of silicon or aluminum oxide other than aluminum oxide was formed between the silicon substrate and the aluminum oxide thin film.

도 6은 본 발명의 비교예 2에 따라 실리콘(Si) 기판 상에 형성된 산화알루미늄 박막(Al2O3)의 TEM 이미지이다.6 is a TEM image of an aluminum oxide thin film (Al 2 O 3 ) formed on a silicon (Si) substrate according to Comparative Example 2 of the present invention.

도 6을 참조하면, 비교예 2의 경우 실리콘 기판과 산화알루미늄 박막 사이에 실리콘 또는 산화알루미늄 외의 다른 물질로 이루어진 약 6nm 정도의 중간층이 형성되었음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that, in the case of Comparative Example 2, an intermediate layer of about 6 nm made of silicon or aluminum oxide other than aluminum oxide was formed between the silicon substrate and the aluminum oxide thin film.

도 7은 본 발명의 비교예 3에 따라 실리콘(Si) 기판 상에 형성된 산화알루미늄 박막(Al2O3)의 TEM 이미지이다. 7 is a TEM image of an aluminum oxide thin film (Al 2 O 3 ) formed on a silicon (Si) substrate according to Comparative Example 3 of the present invention.

도 7 참조하면, 비교예 3의 경우 실리콘 기판과 산화알루미늄 박막 사이에 실리콘 또는 산화알루미늄 외의 다른 물질로 이루어진 약 3nm 정도의 중간층이 형성되었음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that, in the case of Comparative Example 3, an intermediate layer of about 3 nm made of silicon or aluminum oxide other than aluminum oxide was formed between the silicon substrate and the aluminum oxide thin film.

상기 실시예와 비교예 1 내지 3에 따른 실험 결과를 비교해볼 때, 플라즈마 전력의 주파수가 30~300MHz이고, 전력이 0초과, 300W 미만인 범위에서 중간층이 형성되지 않는 이질적이 효과가 인정된다. 즉, 본 발명의 상기 실시예에 따라 플라즈마 전력의 주파수가 60MHz이고, 전력이 100W인 경우, 중간층의 형성을 억제되어 중간층이 형성되지 않았고, 비교예 3에 따라 플라즈마 전력이 300W인 경우 중간층이 형성되었으므로 플라즈마 전력이 300W 미만인 범위에서 이질적인 효과가 인정된다. 또한, 비교예 1, 2에 따라 주파수가 30~300MHz 외인 13.56MHz인 경우에도 전력에 무관하게 중간층이 형성되었으므로, 플라즈마 전력의 주파수가 30~300MHz이고, 전력이 0초과, 300W 미만인 경우, 이외의 범위에 대해 이질적인 효과가 인정된다.Comparing the experimental results with the above-described Examples and Comparative Examples 1 to 3, a heterogeneous effect is obtained in which the plasma power is in the range of 30 to 300 MHz and the power is in the range of more than 0 and less than 300 W, in which the intermediate layer is not formed. That is, according to the embodiment of the present invention, when the frequency of the plasma power is 60 MHz and the power is 100 W, the formation of the intermediate layer is suppressed and no intermediate layer is formed, and when the plasma power is 300 W according to the comparative example 3, A heterogeneous effect is recognized in a range where the plasma power is less than 300W. Further, even when the frequency is 13.56 MHz which is outside the range of 30 to 300 MHz according to Comparative Examples 1 and 2, since the intermediate layer is formed regardless of the power, when the frequency of the plasma power is 30 to 300 MHz and the power is more than 0 and less than 300 W A heterogeneous effect on the range is recognized.

즉, PE-ALD로 주파수가 30~300MHz이고, 전력이 0초과, 300W 미만인 플라즈마 전력을 인가하여 형성된 박막은 기판 상게 직접 증착되고, 금속과 산소가 결합된 금속 산화물을 포함하는 산화물층을 포함하고, 상기 기판으로의 금속 침투 깊이와 상기 기판으로의 산소 침투 깊이가 각각 3nm 미만일 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 상기 기판은 실리콘 기판일 수 있고, 상기 산화물층은 산화알루미늄을 포함하는 알루미늄 산화물층일 수 있다. 이 경우, 상기 기판으로의 금속 침투 깊이와 상기 기판으로의 산소 침투 깊이는 상기 박막에서 실리콘의 원자 퍼센트가 적어도 40% 이상이면서 알루미늄의 원자 퍼센트와 산소의 원자 퍼센트의 합이 40% 이상이고, 각 원소에 대해 두께에 따른 원자 퍼센트의 편차가 1nm당 3%이하인 영역일 수 있다.That is, a thin film formed by applying a plasma power having a frequency of 30 to 300 MHz and a power of more than 0 and less than 300 W by PE-ALD is directly deposited on a substrate and includes an oxide layer including a metal oxide and a metal oxide , The metal penetration depth into the substrate and the oxygen penetration depth into the substrate may be less than 3 nm, respectively. In one embodiment, the substrate may be a silicon substrate, and the oxide layer may be an aluminum oxide layer comprising aluminum oxide. In this case, the metal penetration depth into the substrate and the oxygen penetration depth into the substrate are preferably such that the atomic percent of silicon in the thin film is at least 40%, the sum of atomic percent of aluminum and atomic percent of oxygen is at least 40% For an element, there may be a region where the deviation of the atomic percentage by thickness is 3% or less per 1 nm.

도 8은 박막의 플라즈마 전력에 따른 박막의 증착률을 나타내는 도면이다.8 is a graph showing the deposition rate of a thin film according to the plasma power of the thin film.

도 8을 참조하면, 60MHz의 동일한 주파수로 50W, 100W의 플라즈마 전력을 인가한 경우의 박막 증착률을 알 수 있다. 도 8에 나타난 바와 같이, 50W의 경우 100W 보다 박막 증착률이 낮게 나타난다. 따라서, 플라즈마 전력이 50W를 초과하고, 300W 미만이면서, 주파수가 30~300MHz인 경우 높은 박막 증착률로 중간층이 없는 박막을 증착할 수 있다.Referring to FIG. 8, the thin film deposition rate is shown when plasma power of 50 W and 100 W is applied at the same frequency of 60 MHz. As shown in FIG. 8, in the case of 50 W, the thin film deposition rate is lower than 100 W. Therefore, a thin film having no intermediate layer can be deposited with a high film deposition rate when the plasma power exceeds 50 W, less than 300 W, and the frequency is 30 to 300 MHz.

이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시예들도 본 발명의 범위에 속할 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 도시된 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 반대로 여러 개로 분산된 구성 요소들은 결합되어 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.It is to be understood that the above-described embodiments are provided to facilitate understanding of the present invention, and do not limit the scope of the present invention, and it is to be understood that various modifications may be made within the scope of the present invention. For example, each component shown in the embodiment of the present invention may be distributed and implemented, and conversely, a plurality of distributed components may be combined. Therefore, the technical protection scope of the present invention should be determined by the technical idea of the claims, and the technical protection scope of the present invention is not limited to the literary description of the claims, The invention of a category.

10: 박막 형성 장치
110: 챔버
130: 가스 공급부
150: 플라즈마 생성부
160: 플라즈마 전원10: Thin film forming apparatus
110: chamber
130: gas supply unit
150: plasma generator
160: Plasma power

Claims (8)

실리콘 기판 상에 산화알루미늄 박막을 형성하는 박막 형성 방법으로서,
상기 실리콘 기판이 배치된 챔버 내에 알루미늄 전구체 가스를 공급하고,
상기 챔버 내에 플라즈마 가스를 공급하면서, 상기 실리콘 기판과 상기 산화알루미늄 박막 사이에 Si, Al 및 O가 모두 혼합되어 있는 층인 중간층이 형성되지 않도록, 미리 결정된 제1 주파수 및 제1 전력의 플라즈마 전력을 인가하는 것을 포함하고,
상기 제1 주파수는 30 ~ 300 MHz 대역 내에서 미리 결정된 주파수이고, 상기 제1 전력은 50 W 초과 300 W 미만의 범위 내에서 미리 결정된 전력이고,
상기 알루미늄 전구체 가스를 구성하는 전구체 물질의 상기 기판으로의 침투 깊이, 그리고 상기 플라즈마 가스를 구성하는 소스 물질의 상기 기판으로의 침투 깊이가 각각 3nm 미만이 되도록 상기 제1 주파수 및 상기 제1 전력을 인가하는 박막 형성 방법.A thin film forming method for forming an aluminum oxide thin film on a silicon substrate,
Supplying an aluminum precursor gas into a chamber in which the silicon substrate is disposed,
A plasma power of a predetermined first frequency and a first power is applied so that an intermediate layer which is a layer in which Si, Al, and O are all mixed is not formed between the silicon substrate and the aluminum oxide thin film while supplying a plasma gas into the chamber , ≪ / RTI >
Wherein the first frequency is a predetermined frequency in a 30 to 300 MHz band and the first power is a predetermined power in a range of greater than 50 W but less than 300 W,
The depth of penetration of the precursor material constituting the aluminum precursor gas into the substrate and the penetration depth of the source material constituting the plasma gas into the substrate are each less than 3 nm, . 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 제1 전력은 100W인 박막 형성 방법.The method according to claim 1,
Wherein the first power is 100W. 제1 항에 있어서,
상기 제1 주파수는 60MHz인 박막 형성 방법.The method according to claim 1,
Wherein the first frequency is 60 MHz. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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