KR102020211B1 - Process for forming amorphous silicon layer including carbon and/or boron - Google Patents

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Abstract

본 기재에 따른 탄소 및/또는 보론을 포함하는 비정질 실리콘막의 형성 방법은 샤워헤드와 대향하며 기판이 안착되는 기판 지지부에 RF 파워 및 펄스화된 음극성의 DC 파워를 인가하고, 샤워헤드를 접지시켜서 상기 기판 상에 탄소 및/또는 보론을 포함하는 비정질 실리콘막을 형성한다.A method of forming an amorphous silicon film including carbon and / or boron according to the present disclosure is to apply an RF power and a pulsed negative DC power to a substrate support portion facing a shower head and to which a substrate is placed, and grounding the shower head. An amorphous silicon film containing carbon and / or boron is formed on the substrate.

Description

탄소 및/또는 보론를 포함하는 비정질 실리콘막의 형성 방법 {PROCESS FOR FORMING AMORPHOUS SILICON LAYER INCLUDING CARBON AND/OR BORON }A method of forming an amorphous silicon film containing carbon and / or boron {PROCESS FOR FORMING AMORPHOUS SILICON LAYER INCLUDING CARBON AND / OR BORON}

본 명세서는 탄소 및/또는 보론을 포함하는 비정질 실리콘 막 형성방법 및 이에 의해 제조된 탄소 및/또는 보론을 포함하는 비정질 실리콘막 및 이를 이용한 하드마스크 막의 제조 방법에 관한 것이다. The present specification relates to a method of forming an amorphous silicon film including carbon and / or boron, and an amorphous silicon film including carbon and / or boron produced thereby and a method of manufacturing a hard mask film using the same.

최근 반도체 산업은 점점 미세화 공정이 요구되면서 이러한 초미세 기술을 실현하기 위해서는 효과적인 리소그래픽 공정이 필수적이다. 특히 에칭 과정에 있어서 매우 필수적인 하드마스크 공정의 최적화 요구가 증가하고 있는 실정이다. In recent years, as the semiconductor industry requires an increasingly finer process, an effective lithographic process is essential to realize such an ultrafine technology. In particular, there is an increasing demand for optimization of the hard mask process, which is essential for the etching process.

하드마스크막은 선택적 식각 과정을 통하여 포토레지스트의 미세 패턴을 하부 기판 층으로 전사해주는 중간막으로서 역할을 한다. 따라서, 하드마스크로서 양산 공정에 적용되기 위해서는 하드마스크막은 충분한 식각 내성을 나타낼 수 있는 경도(hardness)를 가지면서 스트레스가 낮거나 거의 0에 가까워서 하부 기판 층에 영향을 미치지 않아야 한다. The hard mask layer serves as an intermediate layer transferring the fine pattern of the photoresist to the lower substrate layer through a selective etching process. Therefore, in order to be applied to a mass production process as a hard mask, the hard mask film must have a hardness that can exhibit sufficient etching resistance and have low stress or near zero, so as not to affect the lower substrate layer.

본 발명은 하드마스크로서의 낮은 스트레스 특성을 가지는 탄소 및/또는 보론을 포함하는 비정질 실리콘막을 제공하고자 한다. An object of the present invention is to provide an amorphous silicon film containing carbon and / or boron having low stress characteristics as a hard mask.

본 발명은 하드마스크로서의 높은 경도 특성을 가지는 탄소 및/또는 보론을 포함하는 비정질 실리콘막을 제공하고자 한다. An object of the present invention is to provide an amorphous silicon film containing carbon and / or boron having high hardness as a hard mask.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Technical problem to be solved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, another technical problem that is not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description. Could be.

실시예들에 따른 비정질 실리콘막의 형성 방법은 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막을 형성하는 (a) 방법, 탄소와 보론을 포함하는 비정질 실리콘막을 형성하는 (b) 방법, 및 상기 (a) 방법과 상기 (b) 방법을 적어도 1회 번갈아 실시하는 방법으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나를 사용하는 비정질 실리콘막의 형성 방법으로, 상기 (a) 방법은 샤워헤드를 통해 상기 기판을 향해 실리콘 소오스 가스 및 탄소 소오스 가스를 포함하는 공정 가스와 헬륨을 포함하는 캐리어 가스를 공급하고, 상기 샤워헤드와 대향하며 기판이 안착되는 기판 지지부에 RF 파워 및 펄스화된 음극성의 DC 파워를 인가하고, 상기 샤워헤드를 접지시켜서 상기 기판 상에 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막을 형성하는 것이고, 상기 (b) 방법은 샤워헤드를 통해 상기 기판을 향해 실리콘 소오스 가스, 탄소 소오스 가스 및 보론 소오스 가스를 포함하는 공정 가스와 헬륨을 포함하는 캐리어 가스를 공급하고, 상기 샤워헤드와 대향하며 기판이 안착되는 기판 지지부에 RF 파워 및 펄스화된 음극성의 DC 파워를 인가하고, 상기 샤워헤드를 접지시켜서 상기 기판 상에 탄소와 보론을 포함하는 비정질 실리콘막을 형성하는 방법이다. According to embodiments, a method of forming an amorphous silicon film includes (a) forming an amorphous silicon film including carbon, (b) forming an amorphous silicon film including carbon and boron, and (a) and (a). b) A method of forming an amorphous silicon film using any one selected from the group consisting of a method of alternately performing the method at least once, wherein the method (a) uses a showerhead to pass a silicon source gas and a carbon source gas toward the substrate. Supplying a process gas and a carrier gas including helium, applying RF power and pulsed negative DC power to a substrate support facing the shower head and on which the substrate is seated, and grounding the shower head to the substrate. Forming an amorphous silicon film containing carbon on the substrate, and the method (b) is carried out toward the substrate through a showerhead. Supplying a process gas comprising a cone source gas, a carbon source gas and a boron source gas, and a carrier gas containing helium, and RF power and pulsed negative DC power to a substrate support facing the showerhead and on which the substrate is seated. Is applied, and the showerhead is grounded to form an amorphous silicon film including carbon and boron on the substrate.

실시예들에 따른 탄소 및/또는 보론을 포함하는 비정질 실리콘 막 형성방법에 따르면 양산 공정에 적용 가능한 탄소 및/또는 보론을 포함하는 비정질 실리콘막을 제공할 수 있다. According to the method of forming an amorphous silicon film including carbon and / or boron according to the embodiments, it is possible to provide an amorphous silicon film including carbon and / or boron applicable to a mass production process.

실시예들에 따른 탄소 및/또는 보론을 포함하는 비정질 실리콘 막은 하드마스크로서 적용 가능한 경도 및/또는 스트레스 특성을 가질 수 있다. An amorphous silicon film comprising carbon and / or boron according to embodiments may have hardness and / or stress characteristics applicable as a hard mask.

도 1은 종래의 방법에 의해 형성된 SiC 막의 이미지들이고,
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막을 형성하기 위한 기판 처리 장치의 단면도이고,
도 3는 본 발명의 실시예들에 따른 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막의 제조 방법에 사용되는 펄스화된 DC 파워의 각 주파수별 듀티비의 예시를 나타내는 개략도이고,
도 4는 인가된 RF 파워에 따른 막 스트레스를 나타내는 그래프이고,
도 5는 탄소 소오스 가스의 유량에 따른 막 스트레스를 나타내는 그래프이다.
도 6은 탄소 소오스 가스의 유량에 따른 막의 원소 조성비를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 보론의 유량에 따라 형성되는 막의 표면 거칠기를 원자현미경 (AFM)으로 측정한 이미지들이다.
도 8은 보론의 유량에 따라 형성되는 막의 선택비를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 실시예들에 따라 형성될 수 있는 다양한 하드마스크 막의 단면을 나타낸다. 1 is an image of a SiC film formed by a conventional method,
2 is a cross-sectional view of a substrate processing apparatus for forming an amorphous silicon film including carbon according to embodiments of the present invention.
3 is a schematic diagram illustrating an example of duty ratios for each frequency of pulsed DC power used in a method of manufacturing an amorphous silicon film including carbon according to embodiments of the present invention;
4 is a graph showing film stress according to applied RF power,
5 is a graph showing the film stress according to the flow rate of the carbon source gas.
6 is a graph showing the results of measuring the elemental composition ratio of the film according to the flow rate of the carbon source gas.
7 is an image of the surface roughness of the film formed according to the flow rate of boron by atomic force microscope (AFM).
8 is a graph showing a result of measuring a selectivity of a film formed according to the flow rate of boron.
9 illustrates cross sections of various hardmask films that may be formed in accordance with embodiments.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you. Like numbers refer to like elements in the figures.

실시예들에 따른 하드마스크 막은 반도체 공정의 전공정 및 후공정, 메모리 소자 및 로직 소자 등 다양한 소자의 제조 공정시 사용될 수 있는 하드마스크 막이다. 실시예들에 따라 제공되는 하드마스크 막은 낮은 스트레스 특성을 가지고 높은 경도 특성을 가지는 탄소를 포함하는 비정질 실리콘으로 이루어진 하드마스크 막이다. The hard mask film according to the embodiments is a hard mask film that can be used in the manufacturing process of various devices, such as before and after the semiconductor process, memory devices and logic devices. The hard mask film provided according to the embodiments is a hard mask film made of amorphous silicon containing carbon having low stress properties and high hardness properties.

실시예들에 따른 하드마스크 막은 실질적으로 실리콘과 탄소로 이루어지고 잔량의 수소를 포함하며, 미량의 산소를 더 포함할 수 있다. 하드마스크 막을 구성하는 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막의 실리콘의 함량은 60 원자% 이상 80 원자% 이하이고, 탄소의 함량은 40 원자% 이하이다. 탄소의 함량이 40 원자%를 초과하면 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막의 스트레스가 커져서 기판의 휨(warpage)을 초래하여 하드마스크를 이용한 패터닝 공정에 에러가 발생한다. 상술한 함량 범위 내의 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막은 -200MPa 내지 0MPa, 더욱 바람직하기로는 -150MPa 내지 0MPa의 낮은 압축 스트레스를 가질 수 있다. 압축 스트레스의 절대값이 200MPa 이상이 되면 기판의 휨 현상이 심해서 후속 패터닝 공정 시 정확한 패터닝 형상을 가지기 어렵고 원하는 식각선택비를 얻기 어렵다. The hard mask film according to the embodiments may be substantially made of silicon and carbon, and may include a residual amount of hydrogen, and may further include a small amount of oxygen. The silicon content of the amorphous silicon film containing carbon constituting the hard mask film is 60 atomic% or more and 80 atomic% or less, and the carbon content is 40 atomic% or less. When the carbon content exceeds 40 atomic%, the stress of the amorphous silicon film containing carbon increases, resulting in warpage of the substrate, and an error occurs in the patterning process using the hard mask. The amorphous silicon film including carbon within the above-described content range may have a low compressive stress of -200 MPa to 0 MPa, more preferably -150 MPa to 0 MPa. If the absolute value of the compressive stress is 200MPa or more, the warpage of the substrate is so severe that it is difficult to have an accurate patterning shape in the subsequent patterning process and to obtain a desired etching selectivity.

상술한 함량 범위 내의 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막은 10GPa 이상의 경도를 나타낸다. 10Gpa이하인 경우는 하드마스크 막이 무르기 때문에 패터닝 공정에서의 원하는 식각선택비를 얻기가 어렵다. An amorphous silicon film containing carbon within the above content range has a hardness of 10 GPa or more. If it is less than 10Gpa, it is difficult to obtain the desired etching selectivity in the patterning process because the hard mask film is soft.

실시예들에 따른 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막의 평균 입경은 2nm 이하로 나타나 실질적으로 비정질 상태를 나타낸다. 실질적으로 비정질 상태의 막으로 하드마스크 막을 형성하면 평균 입경(grain size)이 작기 때문에 미세 패터닝 공정에서 원하는 식각 프로파일을 얻을 수 있다. 반면 평균 입경이 2nm 이상으로 크거나 실질적으로 결정질일 때에는 미세 패터닝 공정에서 원하는 식각 프로파일을 얻기 어려울 수 있다.The average particle diameter of the amorphous silicon film including carbon according to the embodiments is 2 nm or less, indicating a substantially amorphous state. Forming a hard mask film with a substantially amorphous film allows the desired etching profile to be obtained in the fine patterning process because the average grain size is small. On the other hand, when the average particle diameter is larger than 2 nm or substantially crystalline, it may be difficult to obtain a desired etching profile in the fine patterning process.

실시예들에 따른 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막은 종래의 CCP(Capacitively Coupled Plasma)형 PECVD 장치 또는 샤워헤드에만 RF 파워가 인가되거나 샤워헤드에 RF 파워가 기판 지지부(서셉터)에 DC 파워가 인가되는 RID(Reactive Ion Deposition) 형 PECVD 장치에서는 원하는 막질로 형성할 수 없다. CCP형 PECVD로 형성할 경우에는 도 1의 (a)와 같이 웨이퍼의 둘레 부분이 심하게 손상된다. 한편 샤워헤드에만 RF 파워를 인가하고 기판 지지부는 접지시킨 RID형 PECVD 로 형성할 경우에는 도 1의 (b)와 같이 형성된 막의 표면이 열화되어 하드마스크 막으로 적용할 수가 없으며, 샤워헤드에는 RF 파워를 인가하고 기판 지지부에 연속적인(비펄스화된) DC 파워를 인가한 RID형 PECVD로 형성할 경우에는 도 1의 (c)와 같이 형성된 막이 불투명(haze)하고 막이 하드마스크로서 필요한 최소한의 경도를 가지지 못하여 하드마스크로서의 식각 선택비를 확보하기가 어렵다. In the amorphous silicon film including carbon according to the embodiments, RF power is applied only to a conventional Capacitively Coupled Plasma (CCP) type PECVD apparatus or a showerhead, or RF power is applied to a substrate support (susceptor). In a reactive ion deposition (RID) type PECVD apparatus, the desired film quality cannot be formed. When formed by CCP type PECVD, the peripheral portion of the wafer is severely damaged as shown in FIG. On the other hand, when RF power is applied only to the shower head and the substrate support is formed by grounding RID type PECVD, the surface of the film formed as shown in FIG. 1B is degraded and cannot be applied as a hard mask film. When RID-type PECVD is applied to the substrate support and continuous (non-pulsed) DC power is applied, the film formed as shown in FIG. 1 (c) is opaque and the film is required as a hard mask. It is difficult to secure the etching selectivity as a hard mask because it does not have a.

반면, 본 발명의 실시예와 같이 도 2에 예시되어 있는 RID 형 기판 처리 장치를 사용하되 샤워헤드(300)에는 접지를 기판 지지부(200)에 RF 파워와 펄스화된 음극성 DC 파워를 인가하여 증착 공정을 실시하면, 실리콘의 함량이 60 원자% 이상 80 원자% 이하이고, 탄소의 함량이 40 원자% 이하가 되고, -200MPa 내지 0MPa의 낮은 압축 스트레스와 10GPa 이상의 높은 경도를 가지는 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막을 형성할 수 있다. On the other hand, using the RID-type substrate processing apparatus illustrated in FIG. 2 as in the embodiment of the present invention, the showerhead 300 is grounded by applying RF power and pulsed negative DC power to the substrate support 200. When the deposition process is performed, the silicon content is 60 atomic% or more and 80 atomic% or less, the carbon content is 40 atomic% or less, and contains carbon having a low compressive stress of -200 MPa to 0 MPa and a high hardness of 10 GPa or more. An amorphous silicon film can be formed.

도 2를 참조하면, RID형의 기판 처리 장치는 내부 공간을 가지는 챔버(100), 챔버(100) 내로 인입된 기판(s)을 지지하는 기판 지지 유닛(200), 기판 지지 유닛(200)에 RF 파워를 인가하는 RF 파워 공급부(600), 기판 지지 유닛(200)에 DC 파워를 인가하는 DC 파워 공급부(400) 및 기판 지지 유닛(200)과 대향 배치되어 기판(s)을 향해 공정 원료를 분사하며, 접지(ground)되는 샤워헤드(300)를 포함한다. 또한, RF 파워 공급부(600)와 DC 파워 공급부(400) 사이에 설치된 필터(500) 및 샤워헤드(300)로 공정 원료를 공급하는 제1 및 제2 원료 공급부(110, 120)를 포함한다. 여기서, RF 파워 공급부(600)와 DC 파워 공급부(400)는 상호 병렬로 배치되며, 상기 필터(500)는 RF 파워로부터 DC 파워 공급부(400)를 보호하기 위해 RF 파워를 필터링하는 역할을 한다.Referring to FIG. 2, an RID type substrate processing apparatus includes a chamber 100 having an internal space, a substrate support unit 200 and a substrate support unit 200 that support a substrate s inserted into the chamber 100. The RF power supply unit 600 for applying the RF power, the DC power supply unit 400 for applying the DC power to the substrate support unit 200, and the substrate support unit 200 are disposed to face the substrate s. And shower head 300 that is grounded. In addition, the filter 500 includes a filter 500 and a shower head 300 installed between the RF power supply 600 and the DC power supply 400, the first and second raw material supply (110, 120) for supplying the raw material. Here, the RF power supply unit 600 and the DC power supply unit 400 are arranged in parallel with each other, the filter 500 serves to filter the RF power to protect the DC power supply unit 400 from the RF power.

한편, 도 2에 도시된 파워 연결방법과 달리 RF 파워 공급부(600)와 DC 파워 공급부(400)는 직렬로 연결될 수도 있다.Meanwhile, unlike the power connection method illustrated in FIG. 2, the RF power supply unit 600 and the DC power supply unit 400 may be connected in series.

챔버(100)는 내부가 비어있는 사각통 형상으로 제작되며, 내부에는 기판(s)을 처리할 수 있는 소정의 반응 공간이 마련된다. 실시예에서는 사각 통 형상으로 챔버(100)를 제작하였으나, 이에 한정되지 않고 기판(s)의 형상에 대응되도록 챔버(100)를 제작하는 것이 바람직하다. 한편, 실시예에서는 챔버(100)를 일체형으로 제작하였으나, 챔버(100)를 상부가 개방된 하부 챔버와 하부 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드(Lid)로 분리하여 구성할 수 있음은 물론이다. 또한, 도시되지는 않았지만 챔버(100) 내부를 배기하는 배기부와, 기판(s)을 출입시키기 위한 기판 출입구 및 챔버 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부가 마련된다.The chamber 100 is manufactured to have a rectangular cylindrical shape with an empty inside, and a predetermined reaction space for processing the substrate s is provided therein. In the embodiment, the chamber 100 is manufactured in the shape of a square cylinder, but the present invention is not limited thereto, and the chamber 100 may be manufactured to correspond to the shape of the substrate s. Meanwhile, in the embodiment, the chamber 100 is manufactured in one piece, but the chamber 100 may be divided into a chamber lid (Lid) covering the upper portion of the lower chamber and the upper portion of the lower chamber. In addition, although not shown, an exhaust unit for exhausting the inside of the chamber 100, a substrate entrance for entering and exiting the substrate s, and a pressure adjusting unit for adjusting the pressure inside the chamber are provided.

기판 지지 유닛(200)은 챔버(100) 내 하측에 설치되어 챔버(100) 내측으로 인입된 기판(s)을 지지하는 기판 지지부(210), 기판 지지부(210)를 지지하는 샤프트(221) 및 샤프트(221)를 승하강 또는 회전시키는 동력부(222)를 구비하는 구동부(220), 기판 지지부(210) 내에 설치되어 기판(s)을 가열하는 히터(미도시)를 포함한다. 여기서, 기판 지지부(210)는 정전기력을 이용하여 기판(s)을 지지하는 정전척 또는 진공 흡입력을 이용하여 기판(s)을 지지하는 진공척 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 기판(s)을 지지 고정할 수 있는 다양한 수단들이 사용될 수 있다. 또한, 실시예에서는 그 단면이 사각형인 형상으로 기판 지지부(210)를 제작하였으나, 이에 한정되지 않고, 기판(s)과 대응되는 다양한 형상으로 기판 지지부(210)를 제작할 수 있다.The substrate support unit 200 is installed in the lower side of the chamber 100 to support the substrate s inserted into the chamber 100, the support 210, the shaft 221 supporting the substrate support 210, and The driving unit 220 includes a driving unit 220 having a power unit 222 for elevating or rotating the shaft 221, and a heater (not shown) installed in the substrate support 210 to heat the substrate s. Here, the substrate support unit 210 may use any one of an electrostatic chuck supporting the substrate s using an electrostatic force or a vacuum chuck supporting the substrate s using a vacuum suction force. Of course, the present invention is not limited thereto, and various means capable of supporting and fixing the substrate s may be used. In addition, in the exemplary embodiment, the substrate support part 210 is manufactured in the shape of a rectangle, but the present invention is not limited thereto, and the substrate support part 210 may be manufactured in various shapes corresponding to the substrate s.

도 2에 예시되어 있는 RID형 기판 처리 장치를 사용하여 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막을 형성하는 방법을 설명한다. A method of forming an amorphous silicon film containing carbon using the RID type substrate processing apparatus illustrated in FIG. 2 will be described.

먼저 기판(s) 예컨데 웨이퍼를 마련하고, 웨이퍼를 챔버(100) 내부로 인입시켜, 기판 지지부(210) 상에 안착시킨다. 이때, 기판 지지부(210)는 샤워헤드(300)와의 이격 거리가 2 cm 이내가 되도록 하는 것이 바람직하다. 예컨데, 기판 지지부(210)와 샤워헤드(300) 사이의 이격 거리가 2 cm를 초과하면 높은 압력에서 플라즈마 방전이 불안정하거나, 아크가 발생되는 문제가 발생될 수 있다.First, a substrate s, for example, a wafer is prepared, and the wafer is introduced into the chamber 100 to be seated on the substrate support 210. At this time, the substrate support 210 is preferably such that the distance between the shower head 300 is less than 2 cm. For example, when the separation distance between the substrate support 210 and the showerhead 300 exceeds 2 cm, plasma discharge may be unstable at high pressure or an arc may be generated.

이후, 제1 및 제2 원료 공급부(110, 120) 및 샤워헤드(300)를 이용하여 기판(s)을 향해 공정 가스를 분사하여 챔버(100) 내부를 안정화시킨다. 공정 가스는 실리콘 소오스 가스와 탄소 소오스 가스를 포함할 수 있다. 실리콘 소오스 가스는 SiH4, Si2H6, Si3H8 등 다양한 소오스가 사용될 수 있다. 탄소 소오스 가스는 CxHy(x:y=1:2~1:10) 등 다양한 소오스 가스가 사용될 수 있다. 공정 가스는 고순도 캐리어 가스와의 혼합가스로 공급된다. 캐리어 가스로는 Ar, He, N2, H2, O2 가스 등이 사용될 수 있다. 탄소 소오스 가스의 유량 또한 생성되는 막 내의 탄소 함량에 영향을 미쳐서 생성되는 막질의 스트레스와 강도를 조절할 수 있다. 바람직하기로는 막질의 스트레스와 강도를 조절하기 위하여 탄소 소오스 가스의 유량은 50sccm 이하가 되도록 조절한다. 캐리어 가스로는 기본적으로 He 가스를 200 내지 1400sccm의 유량으로 공급하고 기타 다른 추가적인 캐리어 가스를 사용할 수 있다. He 가스는 비활성 기체이면서 원자량이 작아 박막의 균일도와 밀도를 향상시키고 플라즈마의 안정성을 향상시킬 수 있다. 공정 가스를 공급하여 챔버(100) 내 분위기가 안정화되면 RF 파워 공급부(600) 및 DC 파워 공급부(400)를 이용하여 기판 지지부(210)에 RF 파워 및 DC 파워를 공급한다. RF 파워와 DC 파워 공급은 동시에 진행될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 둘 중에 하나를 먼저 공급하고 시차를 두고 나머지를 공급할 수도 있다. Thereafter, the process gas is sprayed toward the substrate s using the first and second raw material supply units 110 and 120 and the shower head 300 to stabilize the inside of the chamber 100. The process gas may include a silicon source gas and a carbon source gas. As the silicon source gas, various sources such as SiH 4 , Si 2 H 6 , and Si 3 H 8 may be used. As the carbon source gas, various source gases such as CxHy (x: y = 1: 2 to 1:10) may be used. The process gas is supplied as a mixed gas with a high purity carrier gas. Ar, He, N 2 , H 2 , O 2 gas and the like may be used as the carrier gas. The flow rate of the carbon source gas can also affect the carbon content in the resulting film to control the stress and strength of the film produced. Preferably, the flow rate of the carbon source gas is adjusted to 50 sccm or less to control the stress and strength of the film. As the carrier gas, basically, He gas may be supplied at a flow rate of 200 to 1400 sccm, and other additional carrier gases may be used. He gas is an inert gas and a small atomic weight can improve the uniformity and density of the thin film and improve the stability of the plasma. When the atmosphere in the chamber 100 is stabilized by supplying the process gas, RF power and DC power are supplied to the substrate support 210 using the RF power supply 600 and the DC power supply 400. RF power and DC power supply may be performed at the same time, but is not limited to this, one of the two may be supplied first, and the rest may be supplied at a time difference.

공정가스가 공급되기 전 챔버(100) 내부는 이미 챔버(100)와 연결되는 펌핑 라인(미도시)에서 계속 펌핑이 진행되고 있는 상태이다. 따라서, 공정 가스가 공급되는 순간 챔버(100) 내의 공정 가스의 흐름이 불안정해지고 공정 압력도 불안정해진다. 이와 같이 챔버(100) 내 분위기가 불안정할 때 RF 파워 및 DC 파워를 공급하면 형성되는 플라즈마 또한 불안정해지기 때문에 챔버(100) 내의 분위기가 원하는 분위기로 안정화된 후에 RF 파워 및 DC 파워를 공급하여 안정적인 플라즈마를 형성하는 것이 바람직하다. 안정화에 소요되는 시간은 약 1분 정도 일 수 있으나, 챔버(100)의 크기, 압력 등 여러 조건에 따라 변화할 수 있다. Before the process gas is supplied, the inside of the chamber 100 is already being pumped in a pumping line (not shown) connected to the chamber 100. Therefore, the flow of the process gas in the chamber 100 becomes unstable and the process pressure becomes unstable at the moment of supply of the process gas. Thus, when RF power and DC power are supplied when the atmosphere in the chamber 100 is unstable, the plasma formed also becomes unstable, so that the RF power and DC power are supplied after the atmosphere in the chamber 100 is stabilized to a desired atmosphere. It is desirable to form a plasma. The time required for stabilization may be about 1 minute, but may vary according to various conditions such as the size and pressure of the chamber 100.

RF 파워는 100W 내지 1600W 의 범위로 인가할 수 있으며, DC 파워는 음극성 전압을 펄스화시켜 인가한다. DC 전압은 -1000 V 이상의 음극성 전압을 인가할 수 있다. DC 파워의 주파수는 20 kHz 내지 120 kHz이 되도록 조절한다. DC 파워는 지속적으로 공급하는 것이 아니라 펄스화시켜서 인가한다. 압력은 1.5 내지 5 Torr가 되도록 조절한다. RF power can be applied in the range of 100W to 1600W, DC power is applied by pulsed the negative voltage. The DC voltage may apply a negative voltage of -1000 V or more. The frequency of the DC power is adjusted to be 20 kHz to 120 kHz. DC power is supplied in pulses, not continuously. The pressure is adjusted to 1.5 to 5 Torr.

DC 파워로 음극성 전압을 펄스화시켜서 인가하는 것은 형성되는 박막의 스트레스와 경도를 조절하기 위한 것이다. 달리 말하면 DC 파워로 음극성 전압을 펄스화시켜서 인가함으로써 형성되는 박막 내 탄소의 함량을 조절할 수 있다. 펄스화된 DC 파워 인가시 DC 온 상태일 때 충돌하는 이온에 의해서 Si-C 결합이 끊어져서 탄소의 함량을 조절할 수 있다. Pulsed application of negative voltage with DC power is to control the stress and hardness of the formed thin film. In other words, the content of carbon in the thin film formed by pulsed application of the negative voltage with DC power can be controlled. When the pulsed DC power is applied, the Si-C bond is broken by the colliding ions when the DC is on, thereby controlling the carbon content.

DC 파워를 펄스화시켜서 인가시 DC 파워가 인가되지 않는 리저브 시간(Reserve time)은 20μsec 이하가 되도록 한다. 주파수가 낮을 경우에는 가능한 리저브 시간을 길게, 주파수가 높을 경우에는 가능한 리저브 시간을 짧게 할 수 있으나, 이들의 관계가 선형 관계에 있는 것은 아니다. 즉, 도 3에 예시되어 있는 바와 같이 DC 파워가 인가되지 않는 듀티 오프 비(Duty off Ratio)의 범위가 0.4 내지 0.9가 되도록 조절한다. 다시 말하면 듀티 온 비(Duty On Ratio)의 범위가 0.1 내지 0.6이 되도록 조절한다. The DC power is pulsed so that the reserve time for which DC power is not applied upon application is 20 μsec or less. If the frequency is low, it is possible to make the reserve time as long as possible, and if the frequency is high, the reserve time is possible to be short, but these relationships are not in a linear relationship. That is, as illustrated in FIG. 3, the range of the duty off ratio to which DC power is not applied is adjusted to be 0.4 to 0.9. In other words, the range of the duty on ratio is adjusted to be 0.1 to 0.6.

한편, RF 파워가 1600W로 클 경우에는 플라즈마 밀도가 크기 때문에 DC 파워를 -1000V를 인가하면 플라즈마 밀도가 중첩되고 서로 다른 주파수 대역의 RF 파워와 DC 파워간에 리플랙트 파워가 발생하여 아킹이 생성될 수 있다. 따라서, RF 파워가 1600W로 클 경우에는 DC 전압을 -600V 내지 -300V로 하는 것이 바람직하나, 이는 예시적인 것이다. On the other hand, when the RF power is large as 1600W, the plasma density is large, so applying -1000V to the DC power causes the plasma density to overlap and causes the arcing to be generated between the RF power and the DC power of different frequency bands. have. Therefore, when the RF power is high to 1600W, it is preferable to set the DC voltage to -600V to -300V, but this is exemplary.

즉, RF 파워, DC 전압, DC 전압 주파수, 펄스화된 DC 파워가 인가되지 않은 리저브 시간(또는 듀티 온 비)은 서로 상호 영향을 미치는 변수이므로 이들을 전체적으로 고려하여 조절한다. That is, since the RF power, DC voltage, DC voltage frequency, and the reserve time (or duty-on ratio) to which the pulsed DC power is not applied are mutually influencing variables, they are adjusted in consideration of them as a whole.

상술한 바와 같이 공정 가스가 공급되어 안정화된 챔버(100) 내에 RF 파워 공급부(600)를 이용하여 샤워헤드(300)에 RF 파워를 공급하면 샤워헤드(300)와 기판 지지부(210) 사이에서 플라즈마가 생성된다. 또한 DC 파워 공급부(400)를 이용하여 기판 지지부(210)에 음극성 전압의 펄스화된 DC 파워를 인가하면 발생된 플라즈마와 기판 사이의 쉬스(sheath) 포텐샬 차이가 증가되고 이로 인해 기판(s)으로 향하는 이온의 이동 속도 및 이온 에너지가 증가된다. 또한 DC 파워 리저브 시간을 20 μsec 이하로 조절(또는 DC 파워가 인가되는(On) 듀티 온 비(Duty On Ratio)의 범위가 0.1 내지 0.6이 되도록 조절)하면서 증착하기 때문에 막질의 균일성, 경도(hardness) 및 스트레스(stress)를 원하는 범위로 조절할 수가 있다. As described above, when RF power is supplied to the shower head 300 using the RF power supply 600 in the chamber 100 where the process gas is supplied and stabilized, plasma is generated between the shower head 300 and the substrate support 210. Is generated. In addition, applying the pulsed DC power of the negative voltage to the substrate support 210 using the DC power supply 400 increases the sheath potential difference between the generated plasma and the substrate, thereby increasing the substrate s. The movement speed and ion energy of the ions destined for the gas increase. In addition, since the deposition is performed while adjusting the DC power reserve time to 20 μsec or less (or adjusting the duty on ratio of the DC power applied to be in the range of 0.1 to 0.6), the uniformity and hardness of the film quality ( Hardness and stress can be adjusted to the desired range.

반면, 앞에서도 설명한 바와 같이 CCP(Charge Coupled Plasma) PECVD 장비를 사용하여 샤워헤드에 RF 파워를 기반 지지부에 접지를 연결할 경우에는 기판을 향해 입사되는 이온의 이동 속도 및 에너지가 낮고 도 1의 (a)와 같이 웨이퍼 둘레 부분이 심하게 손상된다. 또한, DC 파워를 지속적으로 인가할 경우에는 지속적으로 이온이 충돌하기 때문에 도 1의 (c)와 같이 형성되는 막질이 불투명하고 식각 선택비를 원하는 범위로 제어할 수가 없다. On the other hand, as described above, when using ground coupled plasma (CCP) PECVD equipment to connect the ground to the RF support-based support to the showerhead, the moving speed and energy of the ions incident toward the substrate are low, and (a) of FIG. The wafer circumference is severely damaged. In addition, when DC power is continuously applied, since the ions constantly collide with each other, the film formed as shown in FIG. 1C is opaque and the etching selectivity cannot be controlled to a desired range.

그러나 본 발명의 실시예에서는 펄스화된 DC 파워가 인가되지 않는 리저브 시간을 20 μsec 이하로 조절 (또는 DC 파워가 인가되는(On) 듀티 온 비(Duty On Ratio)의 범위가 0.1 내지 0.6이 되도록 조절)하면서 증착하기 때문에 막질의 균일성, 경도(hardness) 및 스트레스(stress)를 원하는 범위로 조절할 수가 있다. However, in the exemplary embodiment of the present invention, the reserve time for which the pulsed DC power is not applied is adjusted to 20 μsec or less (or the duty on ratio for which the DC power is applied (On) is 0.1 to 0.6). Since the deposition is carried out under the control, the uniformity, hardness and stress of the film quality can be adjusted to a desired range.

표 1은 RF 파워에 따라 형성되는 막의 특성을 측정한 결과를 나타내고, 도 4는 RF 파워와 형성되는 막의 스트레스의 관계를 나타내는 그래프이다. Table 1 shows the results of measuring the properties of the film formed according to the RF power, Figure 4 is a graph showing the relationship between the RF power and the stress of the film formed.

[RF 파워별 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막의 특성][Characteristics of Amorphous Silicon Film Containing Carbon by RF Power] RF 파워(W)RF power (W) Si (원자%)Si (atomic%) C (원자%)C (atomic%) 0 (원자%)0 (atomic%) 스트레스(MPa)Stress (MPa) 경도
(GPa)Hardness
(GPa) 00 81.781.7 13.713.7 4.64.6 -89.2-89.2 11.111.1 100100 76.476.4 19.219.2 4.44.4 -113-113 11.411.4 400400 73.373.3 22.322.3 4.44.4 -165-165 1212 700700 7070 25.425.4 4.64.6 -190-190 12.3512.35 10001000 68.968.9 26.526.5 4.64.6 -194-194 12.7412.74 13001300 67.567.5 26.826.8 5.75.7 -208.3-208.3 12.9612.96 16001600 66.266.2 27.127.1 6.76.7 -249.9-249.9 13.713.7

표 1에 예시된 결과는 DC 전압이 -600V, DC 파워의 주파수를 80kHz, 리저브 시간을 10 μsec (듀티 오프 비 0.8)로 고정하고 CH4 가스의 유량을 40sccm으로, Si2H6의 유량을 20sccm 으로, He 및 Ar의 유량을 1400sccm과 3000sccm 으로 하고, 압력은 2.5Torr로 하고, RF 파워를 0W 내지 1600W로 달리하여 막을 증착한 후 막의 원소 조성비(atomic concentration % (원자%)), 스트레스 및 경도를 측정한 결과를 나타낸다. The results illustrated in Table 1 show that the DC voltage is -600 V, the frequency of DC power is 80 kHz, the reserve time is fixed at 10 μsec (duty off ratio 0.8), the flow rate of CH 4 gas is 40 sccm, and the flow rate of Si 2 H 6 is reduced. 20sccm, He and Ar flow rates 1400sccm and 3000sccm, pressure 2.5torr, RF power 0W-1600W and the film was deposited with different atomic concentration% (atomic%), stress and The result of measuring hardness is shown.

표 1 및 도 4를 참조하면, 일정 두께의 박막을 증착하는 경우, RF 파워가 증가할수록 스트레스가 증가함을 알 수 있다. 또한 표 1에 기재된 원소 조성비를 보면 RF 파워가 증가할수록 탄소의 함량도 증가하는 것을 알 수 있다. Referring to Table 1 and Figure 4, when depositing a thin film of a certain thickness, it can be seen that the stress increases as the RF power increases. In addition, looking at the elemental composition ratio of Table 1 it can be seen that the content of carbon also increases as the RF power increases.

이로부터 스트레스와 탄소의 함량 간에 양의 상관 관계가 있음을 알 수 있다. 그리고, RF 파워에 따라 형성되는 막의 조성비, 스트레스 및 경도를 제어할 수 있음을 알 수 있다. From this it can be seen that there is a positive correlation between the stress and the carbon content. In addition, it can be seen that the composition ratio, stress, and hardness of the film formed according to the RF power can be controlled.

산소는 기판 처리 장치의 챔버(100) 내에 잔류된 산소(진공 내의 불순물)가 박막이 형성되면서 포함된 것이거나, 원료 전구체 자체에 포함된 산소이거나, 증착된 박막 내에 함유된 원소를 분석하기 위한 분석 과정 중에서 발생되는 산소일수 있다. 산소의 함량이 7 원자% 미만이므로 박막의 특성에 영향을 크게 미치지 않는다. Oxygen is an oxygen (an impurity in the vacuum) remaining in the chamber 100 of the substrate processing apparatus is included when the thin film is formed, the oxygen contained in the raw material precursor itself, or an analysis for analyzing the elements contained in the deposited thin film It may be oxygen generated during the process. Since the content of oxygen is less than 7 atomic%, it does not significantly affect the properties of the thin film.

한편, 제조된 막은 평균 입경은 2nm 이하로 나타나 실질적으로 비정질 상태임을 알 수 있다. 평균 입경이 2nm 이하이기 때문에 미세 패터닝 공정에서 원하는 식각 프로파일을 얻을 수 있게 된다. On the other hand, the prepared film can be seen that the average particle diameter is less than 2nm substantially amorphous state. Since the average particle diameter is 2 nm or less, the desired etching profile can be obtained in the fine patterning process.

도 4의 결과로부터 DC 전압이 -600V, DC 파워의 주파수를 80kHz, DC 파워가 인가되지 않는 리저브 시간이 10μsec인 조건 하에서 막의 스트레스가 -200MPa 이상이 되도록 하기 위해서는 RF 파워를 1000W 이하로 설정하는 것이 바람직함을 유추할 수 있다. 물론 DC 파워의 조건을 달리할 경우에는 RF 파워의 범위도 변경될 수 있다. From the results of FIG. 4, in order to ensure that the stress of the film becomes -200 MPa or more under the condition that the DC voltage is -600 V, the frequency of DC power is 80 kHz, and the reserve time without DC power is 10 μsec, the RF power is set to 1000 W or less. Preferred can be inferred. Of course, if the condition of DC power is different, the range of RF power can be changed.

표 2 및 표 4는 DC 파워와 형성되는 막의 압축 응력 관계를 측정한 결과이며, 표 3은 DC 파워와 형성되는 막의 압축 응력 및 경도 간의 관계를 측정한 결과를 나타낸다. 실리콘 소오스 가스로는 Si2H6를 탄소 소오스 가스로는 CH4를 캐리어 가스로는 He과 Ar을 사용하여 실험한 결과를 나타낸다. 압축 응력은 FSM-128L Flatness 계측기를 사용하여 측정한 값이며, 경도는 Nano Indenter XP by MTS를 사용하여 측정한 값이다. Tables 2 and 4 show the results of measuring the compressive stress relationship between the DC power and the formed film, and Table 3 shows the results of measuring the relationship between the DC power and the compressive stress and hardness of the formed film. The results of experiments using Si 2 H 6 as the silicon source gas, CH 4 as the carbon source gas, and He and Ar as the carrier gas are shown. The compressive stress was measured using the FSM-128L flatness measuring instrument, and the hardness was measured using the Nano Indenter XP by MTS.

[DC 파워 조건과 형성되는 막의 압축 응력] [DC power conditions and compressive stress of the film formed] RF 파워(W)RF power (W) 300300 300300 DC 전압(V)DC voltage (V) -300-300 -300-300 주파수(kHz)Frequency (kHz) 2020 8080 리저브 시간 (μsec)Reserve time (μsec) 2020 1010 듀티 오프 비(Duty Off Ratio)Duty Off Ratio 0.40.4 0.80.8 듀티 온 비(Duty On Ratio)Duty On Ratio 0.60.6 0.20.2 압축 응력
(Compressive Stress)(MPa)Compressive stress
(Compressive Stress) (MPa) -55.35-55.35 -412.6-412.6

[DC 파워 조건과 형성되는 막의 압축 응력 및 경도] [DC power conditions and compressive stress and hardness of the film formed] RF 파워(W)RF power (W) 700700 700700 700700 700700 DC 전압(V)DC voltage (V) -600-600 -600-600 -600-600 -600-600 주파수(kHz)Frequency (kHz) 2020 6060 8080 120120 리저브 시간 (μsec)Reserve time (μsec) 2020 1515 1010 55 듀티 오프 비
(Duty Off Ratio)Duty Off Rain
(Duty Off Ratio) 0.40.4 0.90.9 0.80.8 0.60.6 듀티 온 비(Duty On Ratio)Duty On Ratio 0.60.6 0.10.1 0.20.2 0.40.4 압축 응력
(Compressive Stress)(MPa)Compressive stress
(Compressive Stress) (MPa) -533.90-533.90 -279.90-279.90 -198.70-198.70 -134.50-134.50 경도(hardness) (GPa)Hardness (GPa) 15.6215.62 14.2314.23 13.5113.51 11.7911.79

[DC 파워 조건과 형성되는 막의 압축 응력] [DC power conditions and compressive stress of the film formed] RF 파워(W)RF power (W) 16001600 16001600 16001600 DC 전압(V)DC voltage (V) -450-450 -450-450 -450-450 주파수(kHz)Frequency (kHz) 2020 6060 8080 리저브 시간 (μsec)Reserve time (μsec) 2020 1515 1010 듀티 오프 비
(Duty Off Ratio)Duty Off Rain
(Duty Off Ratio) 0.40.4 0.90.9 0.80.8 듀티 온 비(Duty On Ratio)Duty On Ratio 0.60.6 0.10.1 0.20.2 압축 응력
(Compressive Stress)(MPa)Compressive stress
(Compressive Stress) (MPa) -282.8-282.8 -139.4-139.4 -260.4-260.4

표 2 내지 표 4의 결과로부터 동일 RF 파워에서 DC 파워의 주파수와 DC 파워가 인가되지 않는 시간(Reserve Time)(또는 듀티 온 비)가 형성되는 막질의 특성에 영향을 미침을 알 수 있다. From the results of Tables 2 to 4, it can be seen that the frequency of DC power and the time for which DC power is not applied (or duty-on ratio) at the same RF power affect the quality of the film formed.

표 2의 결과에서는 낮은 RF 파워(300W)와 상대적으로 낮은 음극성의 DC 전압(-300V)에서는 20kHz, 리저브 시간 20 μsec (듀티 온 비 0.6)인 경우에 형성되는 막의 압축 응력이 -55.35MPa로 낮게 나타남을 알 수 있다. The results in Table 2 show that the film has a low compressive stress of -55.35 MPa at 20 kHz and a reserve time of 20 μsec (duty on ratio 0.6) at low RF power (300 W) and relatively low negative DC voltage (-300 V). It can be seen that.

표 3의 결과에서는 중간 RF 파워(700W)와 상대적으로 큰 음극성의 DC 전압(-600V)에서는 120KHz, 리저브 시간 5 μsec(듀티 온 비 0.4)인 경우에 형성되는 막의 압축 응력이 -134.5MPa로 낮게 나타남을 알 수 있다.The results in Table 3 show that the film has a low compressive stress of -134.5 MPa at 120 KHz and a reserve time of 5 μsec (duty-on ratio 0.4) at medium RF power (700 W) and relatively large negative DC voltage (-600 V). It can be seen that.

표 4의 결과에서는 높은 RF 파워(1600W)와 상대적으로 중간의 음극성의 DC 전압(-450V)에서는 60KHz, 리저브 시간 15 μsec(듀티 온 비 0.1)인 경우에 형성되는 막의 압축 응력이 -139.4MPa로 낮게 나타남을 알 수 있다.The results in Table 4 show that the film has a compressive stress of -139.4 MPa at high RF power (1600 W) and a relatively medium DC voltage (-450 V) at 60 KHz and a reserve time of 15 μsec (duty on ratio 0.1). It can be seen that it appears low.

따라서, 표 2 내지 표 4의 결과로부터 RF 파워와 DC 전압의 크기에 따라펄스화된 음극성의 DC 전압이 인가되지 않는 리저브 시간을 20 μsec 내지 5 μsec (또는 듀티 온 비 0.1 내지 0.6)로 하여 기판(s)에 형성되는 막에 가해지는 이온 가속의 효과를 유사하게 조절하여, 원하는 낮은 압축 스트레스 또는 높은 경도를 가지는 탄소를 포함하는 비정질 실리콘 막을 형성할 수 있다. Therefore, from the results of Tables 2 to 4, the substrate is set to have a reserve time of 20 μsec to 5 μsec (or a duty-on ratio of 0.1 to 0.6) in which the DC voltage of the pulsed negative electrode is not applied according to the magnitude of the RF power and the DC voltage. By similarly adjusting the effect of ion acceleration applied to the film formed in (s), an amorphous silicon film containing carbon having a desired low compressive stress or high hardness can be formed.

만약 위에서 언급한 펄스화된 DC 전압이 인가되지 않는 리저브 시간(또는 듀티 온 비 0.1 내지 0.6)를 벗어날 경우 챔버(100) 내에 형성되는 플라즈마의 불안정성이 증가하거나, 전압이 제대로 인가가 안되거나, 막이 증착이 안되거나, 막이 형성되더라도 기판 상에 형성된 막의 압축 스트레스 또는 경도를 원하는 범위로 제어할 수 없게 된다. If the above-mentioned pulsed DC voltage is out of the reserve time (or the duty-on ratio of 0.1 to 0.6) that is not applied, the instability of the plasma formed in the chamber 100 increases, the voltage is not applied properly, or the film Even if it is not deposited or a film is formed, the compressive stress or hardness of the film formed on the substrate cannot be controlled to a desired range.

도 5는 탄소 소스 가스의 유량에 따른 막 스트레스의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 6은 탄소 소스 가스의 유량에 따른 막의 원소 조성비이다. 5 is a graph showing the change of the film stress according to the flow rate of the carbon source gas, Figure 6 is the elemental composition ratio of the film according to the flow rate of the carbon source gas.

증착 온도를 섭씨 500도와 섭씨 550도 그룹으로 달리하고 각 그룹별로 탄소 소스 가스인 CH4의 유량을 10sccm, 20sccm, 30sccm, 40sccm, 50sccm 으로 달리하여 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막을 형성한다. 이 때, RF 파워는 1600W로, DC 전압은 -300V로, DC 파워의 주파수는 20kHz로, DC 전원이 인가되지 않는 리저브 시간은 20 μsec (듀티 온 비 0.6)으로, 압력은 3Torr로 하였다. The deposition temperature is changed to a group of 500 degrees Celsius and 550 degrees Celsius, and the carbon source gas CH 4 has a flow rate of 10 sccm, 20 sccm, 30 sccm, 40 sccm, and 50 sccm to form an amorphous silicon film containing carbon. At this time, the RF power was 1600 W, the DC voltage was -300 V, the frequency of the DC power was 20 kHz, the reserve time when the DC power was not applied was 20 µsec (duty on ratio 0.6), and the pressure was 3 Torr.

도 5를 참조하면, 동일 온도 조건에서 CH4의 유량이 증가할수록 형성되는막의 스트레스가 증가한다. 이는 표 2를 참조하여 설명한 이유와 동일하게 탄소의 함량이 증가할수록 압축 스트레스가 증가하는 것과 일맥 상통한다. Referring to FIG. 5, the stress of the formed film increases as the flow rate of CH 4 increases under the same temperature condition. This is in line with the reason why the compressive stress increases as the carbon content increases, for the same reason as described with reference to Table 2.

도 6은 550도에서 형성한 막의 원소 조성비를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 6을 참조하면 CH4의 유량이 증가할수록 C의 함량은 증가하고 Si의 함량은 감소함을 알 수 있다. 6 is a graph showing the results of measuring elemental composition ratios of films formed at 550 degrees. Referring to FIG. 6, as the flow rate of CH 4 increases, the content of C increases and the content of Si decreases.

표 5는 CH4의 유량을 20sccm, 25sccm, 30sccm, 40sccm, 50sccm 으로 달리하되, Si2H6 유량은 일정 유량으로 고정시키고, DC 파워의 주파수를 80kHz로, DC 전원이 인가되지 않는 리저브 시간은 10 μsec (듀티 온 비 0.2)으로 하여 형성한 막의 원소 조성비를 측정한 결과이다. Table 5 shows the flow rates of CH 4 varying from 20sccm, 25sccm, 30sccm, 40sccm, 50sccm, Si 2 H 6 The flow rate is fixed at a constant flow rate, and the element composition ratio of the film formed by measuring the DC power frequency at 80 kHz and the reserve time when the DC power is not applied is 10 µsec (duty on ratio 0.2) is measured.

[CH4의 유량과 원소조성비][CH 4 flow rate and elemental composition ratio] CH4의 유량CH 4 flow rate 2020 2525 3030 4040 4545 5050 C(원자%)C (atomic%) 21.121.1 26.926.9 28.928.9 33.233.2 35.135.1 35.635.6

한편, 증착된 박막이 탄소의 함량이 40 원자% 이상이 될 경우에는 압축 스트레스가 증가하는 문제 이외에도 기판상에 파티클이 다수 생성이 되며, 증착이 잘 안되고, 증착된다 하더라도 박막이 불투명한 현상이 발생하여, 하드마스크 막으로서 부적합하다. On the other hand, when the deposited thin film has a carbon content of 40 atomic% or more, in addition to the problem of increasing compressive stress, a large number of particles are generated on the substrate, and the deposition is poor, even if deposited, the film is opaque. This is not suitable as a hard mask film.

다른 실시예들에 따른 하드마스크 막은 실리콘과 탄소 이외에 보론을 더 포함하고 잔량의 수소를 포함하며, 미량의 산소를 더 포함할 수 있다. 보론을 더 포함함으로써 하드마스크 막의 선택비(selectivity)를 더 향상시킬 수 있다. 하드마스크 막을 구성하는 하드마스크 막 내의 실리콘의 함량은 30 원자% 이상 50 원자% 이하이고, 탄소의 함량은 10 원자% 이상 15 원자% 이하이고, 보론의 함량은 15 원자 % 이상 30 원자% 이하이다. 하드마스크 막의 스트레스 및 표면 거칠기의 허용 범위를 고려할 때 보론의 함량은 30 원자% 이하인 것이 바람직하다. The hard mask film according to other embodiments may further include boron in addition to silicon and carbon, and may include a residual amount of hydrogen, and may further include a trace amount of oxygen. By further including boron, the selectivity of the hard mask film may be further improved. The content of silicon in the hardmask film constituting the hardmask film is 30 atomic% or more and 50 atomic% or less, the carbon content is 10 atomic% or more and 15 atomic% or less, and the boron content is 15 atomic% or more and 30 atomic% or less. . Considering the allowable range of stress and surface roughness of the hard mask film, the boron content is preferably 30 atomic% or less.

보론과 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막의 경도, 평균 입경 등은 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막의 경우와 실질적으로 동일하다. 그리고, 보론과 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막을 형성하는 방법은 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 방법과 실질적으로 동일한 방법을 사용할 수 있다. 다만, 도 2의 RID 형 기판 처리 장치에서 제1 및 제2 원료 공급부(110, 120) 이외에 보론을 공급하기 위한 제3 공급부(미도시)를 더 포함하고, 보론 소오스 가스로는 B2H6 등의 가스를 사용할 수 있다. 하드마스크 막의 선택비, 스트레스 및 표면 거칠기 등을 고려 보론 소오스 가스의 공급은 0sccm 초과 30sccm 이하가 되도록 조절할 수 있다. The hardness, average particle diameter, and the like of the amorphous silicon film containing boron and carbon are substantially the same as those of the amorphous silicon film containing carbon described with reference to FIGS. 1 to 6. In addition, a method of forming an amorphous silicon film including boron and carbon may be substantially the same as the method described with reference to FIGS. 2 and 3. However, the RID type substrate processing apparatus of FIG. 2 further includes a third supply unit (not shown) for supplying boron in addition to the first and second raw material supply units 110 and 120, and the boron source gas may include B 2 H 6 or the like. Gas can be used. Considering the selectivity, stress and surface roughness of the hard mask film, the supply of boron source gas can be adjusted to be greater than 0 sccm and less than 30 sccm.

표 6은 보론의 유량에 따라 형성되는 막의 원소 조성비와 표면 거칠기를 측정한 결과를 나타내고, 도 7은 표면 거칠기를 원자현미경(AFM)으로 측정한 이미지들이고 도 8은 선택비를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 막 형성시 Si2H6 의 유량은 40sccm 으로 C3H6의 유량은 7sccm 으로 하여 형성하였고, RF 파워는 1600W로, DC 전압은 -300V로, DC 파워의 주파수는 20kHz로, DC 전원이 인가되지 않는 리저브 시간은 20 μsec (듀티 온 비 0.6)으로, 압력은 3Torr로 하였다.Table 6 shows the results of measuring the elemental composition ratio and the surface roughness of the film formed according to the flow rate of boron, Figure 7 is an image of the surface roughness measured by atomic force microscope (AFM) and Figure 8 shows the result of measuring the selectivity It is a graph. Si 2 H 6 flow rate was 40sccm and C 3 H 6 flow rate was 7sccm, RF power was 1600W, DC voltage was -300V, DC power frequency was 20kHz, and DC power was applied. The non-reserved reserve time was 20 µsec (duty on ratio 0.6) and the pressure was 3 Torr.

[B2H6의 유량과 원소조성비][Flow rate and elemental composition ratio of B 2 H 6 ] B2H6 유량(sccm)B 2 H 6 Flow rate (sccm) Si (원자%)Si (atomic%) C (원자%)C (atomic%) B (원자%)B (atomic%) 표면거칠기(RMS)(nm)Surface Roughness (RMS) (nm) 00 74.874.8 18.518.5 00 0.350.35 2525 51.651.6 15.915.9 27.427.4 1.501.50 5050 45.145.1 13.313.3 37.237.2 2.472.47

표 6 및 도 7의 결과로부터 보론의 유량이 증가할수록 표면 거칠기가 증가함을 알 수 있다. 도 8의 결과로부터 보론의 유량이 증가할수록 선택비가 증가함을 알 수 있다. 도 8의 경우 보론을 포함하지 않는 경우(B2H6의 유량이 0인 경우) 대비 보론을 포함할 경우 선택비가 약 15~30% 정도 증가하는 것을 알 수 있다.It can be seen from the results of Table 6 and FIG. 7 that the surface roughness increases as the flow rate of boron increases. From the results of FIG. 8, it can be seen that the selectivity increases as the flow rate of boron increases. In the case of FIG. 8, it can be seen that the selection ratio increases by about 15 to 30% when boron is included compared to the case of not including boron (when the flow rate of B 2 H 6 is 0).

하드마스크막의 경우 표면 거칠기는 가능한 작게 하고 선택비는 증가시키는 것이 중요하기 때문에 보론 소오스 가스의 유량을 30 sccm 이하로 하고 하드마스크막 내의 보론의 함량은 30 원자% 이하로 하는 것이 바람직함을 알 수 있다. In the case of the hard mask film, it is important to make the surface roughness as small as possible and to increase the selection ratio. Therefore, the flow rate of the boron source gas is preferably 30 sccm or less and the boron content of the hard mask film is preferably 30 atomic% or less. have.

도 9는 실시예들에 따라 형성될 수 있는 다양한 하드마스크 막의 단면을 나타낸다. 9 illustrates cross sections of various hardmask films that may be formed in accordance with embodiments.

도 9의 (a)는 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막(A)과 보론과 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막(B)의 이중막을 나타낸다. 보론과 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막(B)의 경우 선택비를 향상시킬 수 있는 장점이 있는 반면 보론이 하드마스크막 하지막으로 확산될 경우 소자의 신뢰성을 저하시킬 수 있으므로 하드마스크막 하지막과 접촉하는 막으로는 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막(A)을 형성하고 상부막으로는 선택비가 좋은 보론과 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막(B)을 형성할 수 있다. 9A shows a double film of an amorphous silicon film A containing carbon and an amorphous silicon film B containing boron and carbon. Amorphous silicon film (B) containing boron and carbon has the advantage of improving the selectivity, but when boron diffuses into the hard mask underlayer, the reliability of the device may be degraded, An amorphous silicon film A containing carbon may be formed as the contacting film, and an amorphous silicon film B containing boron and carbon having good selectivity may be formed as the upper film.

도 9의 (b)는 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막(A)과 보론과 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막(B)의 다층막을 나타낸다. 각 막의 장점을 복합적으로 취하면서 최하층을 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막(A)으로 형성하여 보론의 확산을 방지하고 최상층을 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막(A)으로 형성하여 상부에 형성되는 SiON 등의 하부반사방지막과의 부착력을 향상시킬 수 있다. 앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.FIG. 9B shows a multilayer film of an amorphous silicon film A containing carbon and an amorphous silicon film B containing boron and carbon. Taking the advantages of each film in combination, the lowermost layer is formed of an amorphous silicon film A containing carbon to prevent diffusion of boron and the uppermost layer is formed of an amorphous silicon film A containing carbon, such as SiON formed on the top. It can improve the adhesion with the bottom anti-reflection film of. While specific embodiments of the invention have been described and illustrated above, it is to be understood that the invention is not limited to the described embodiments, and that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention. It is obvious to those who have. Therefore, such modifications or variations are not to be understood individually from the technical spirit or viewpoint of the present invention, and the modified embodiments shall belong to the claims of the present invention.

Claims (18)

탄소를 포함하는 비정질 실리콘막을 형성하는 (a) 방법과, 탄소와 보론을 포함하는 비정질 실리콘막을 형성하는 (b) 방법을 적어도 1회 번갈아 실시하거나 (b) 방법만을 사용하여 탄소와 보론을 포함하는 비정질 실리콘막의 형성 방법으로,
상기 (a) 방법은 샤워헤드를 통해 기판을 향해 실리콘 소오스 가스 및 탄소 소오스 가스를 포함하는 공정 가스와 헬륨을 포함하는 캐리어 가스를 공급하고,
상기 샤워헤드와 대향하며 기판이 안착되는 기판 지지부에 RF 파워 및 펄스화된 음극성의 DC 파워를 인가하고, 상기 샤워헤드를 접지시켜서 상기 기판 상에 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막을 형성하는 것이고,
상기 (b) 방법은 샤워헤드를 통해 상기 기판을 향해 실리콘 소오스 가스, 탄소 소오스 가스 및 보론 소오스 가스를 포함하는 공정 가스와 헬륨을 포함하는 캐리어 가스를 공급하고,
상기 샤워헤드와 대향하며 기판이 안착되는 기판 지지부에 RF 파워 및 펄스화된 음극성의 DC 파워를 인가하고, 상기 샤워헤드를 접지시켜서 상기 기판 상에 탄소와 보론을 포함하는 비정질 실리콘막을 형성하는 것이고,
상기 탄소와 보론을 포함하는 비정질 실리콘막의 평균 입경 크기는 2 nm 이하인 비정질 실리콘막의 형성 방법.(A) a method of forming an amorphous silicon film containing carbon and (b) a method of forming an amorphous silicon film containing carbon and boron are alternately performed at least once or (b) using only the method including carbon and boron In the method of forming an amorphous silicon film,
The method (a) supplies a carrier gas comprising helium and a process gas comprising a silicon source gas and a carbon source gas through a showerhead toward a substrate,
Applying an RF power and a pulsed negative DC power to a substrate support portion facing the shower head and to which the substrate is seated, and grounding the shower head to form an amorphous silicon film containing carbon on the substrate;
The method (b) provides a carrier gas comprising helium and a process gas comprising a silicon source gas, a carbon source gas and a boron source gas through the showerhead toward the substrate,
Applying an RF power and a pulsed negative DC power to a substrate support portion facing the shower head and to which the substrate is seated, and grounding the shower head to form an amorphous silicon film containing carbon and boron on the substrate,
A method of forming an amorphous silicon film, wherein the average particle size of the amorphous silicon film containing carbon and boron is 2 nm or less. 제1 항에 있어서,
상기 탄소를 포함하는 비정질 실리콘막은 탄소의 함량이 40 원자% 미만이고, 실리콘의 함량이 60 원자% 내지 80 원자%인 비정질 실리콘막의 형성 방법. The method of claim 1,
The amorphous silicon film containing carbon has a carbon content of less than 40 atomic%, and a silicon content of 60 atomic% to 80 atomic%. 제1 항에 있어서,
상기 탄소와 보론을 포함하는 비정질 실리콘막은 탄소의 함량이 15 원자%이하이고, 실리콘의 함량이 30 원자% 내지 50 원자%이고, 보론의 함량이 30 원자%이하인 비정질 실리콘막의 형성 방법. The method of claim 1,
The amorphous silicon film including carbon and boron has a carbon content of 15 atomic% or less, a silicon content of 30 atomic% to 50 atomic%, and a boron content of 30 atomic% or less. 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 탄소와 보론을 포함하는 비정질 실리콘막의 압축 스트레스가 -200MPa 내지 0MPa인 비정질 실리콘막의 형성 방법. The method of claim 1,
And a compressive stress of the amorphous silicon film containing carbon and boron is -200 MPa to 0 MPa. 제1 항에 있어서,
상기 탄소와 보론을 포함하는 비정질 실리콘막의 경도가 10GPa 이상인 비정질 실리콘막의 형성 방법.The method of claim 1,
A method of forming an amorphous silicon film having a hardness of 10 GPa or more of the amorphous silicon film containing carbon and boron. 제1 항에 있어서,
상기 펄스화된 음극성의 DC 파워가 인가되지 않는 리저브 시간이 20μsec 이하인 비정질 실리콘막의 형성 방법 The method of claim 1,
A method of forming an amorphous silicon film having a reserve time of 20 μsec or less in which the pulsed negative DC power is not applied 제7 항에 있어서,
상기 펄스화된 음극성의 DC 파워가 인가되지 않는 리저브 시간이 5 μsec 이상인 비정질 실리콘막의 형성 방법The method of claim 7, wherein
A method of forming an amorphous silicon film having a reserve time of 5 μsec or more in which the pulsed negative DC power is not applied 제1 항에 있어서,
상기 펄스화된 음극성의 DC 파워의 주파수는 20kHz 내지 120kHz인 비정질 실리콘막의 형성 방법.The method of claim 1,
And a frequency of the pulsed negative DC power is 20 kHz to 120 kHz. 제1 항에 있어서,
상기 RF 파워는 100W 내지 1600W인 비정질 실리콘막의 형성 방법.The method of claim 1,
The RF power is 100W to 1600W A method of forming an amorphous silicon film. 제1 항에 있어서,
상기 음극성의 DC 전압은 -1000V 이상인 비정질 실리콘막의 형성 방법.The method of claim 1,
And the DC voltage of the negative electrode is -1000V or more. 제1 항에 있어서,
상기 탄소 소오스 가스는 0sccm 초과 50sccm 이하의 유량으로 공급하는 비정질 실리콘막의 형성 방법.The method of claim 1,
And the carbon source gas is supplied at a flow rate of more than 0 sccm and less than 50 sccm. 제1 항에 있어서,
상기 보론 소오스 가스는 0sccm 초과 30sccm 이하의 유량으로 공급하는 비정질 실리콘막의 형성 방법.The method of claim 1,
And the boron source gas is supplied at a flow rate of more than 0 sccm and less than 30 sccm. 제1 항에 있어서,
상기 상기 RF 파워 및 펄스화된 음극성의 DC 파워는 동시에 인가하는 비정질 실리콘막의 형성 방법. The method of claim 1,
And the RF power and the pulsed negative DC power are simultaneously applied. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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