KR102125077B1 - Method of fabricating thin film using atomic layer deposition process - Google Patents
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Abstract
본 발명은 챔버 내의 기판 상에 소스가스를 제공하여 상기 기판 상에 상기 소스가스 중 적어도 일부가 흡착되는 흡착단계; 상기 기판 상에 질소가스와 불활성가스 중 적어도 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상에 미흡착된 소스가스를 퍼지하는 퍼지단계; 및 상기 기판 상에 반응가스를 공급하고 싱글 주파수 전원을 인가하여 플라즈마 처리하는 제 1 플라즈마 처리 단계와 상기 퍼지가스를 공급하고 듀얼 주파수 전원을 인가하여 플라즈마 처리하는 제 2 플라즈마 처리 단계를 포함하는 플라즈마 처리 단계;를 포함하며, 상기 각 단계에서는 상기 퍼지가스가 지속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법을 제공한다. The present invention provides an adsorption step in which at least a portion of the source gas is adsorbed on the substrate by providing a source gas on the substrate in the chamber; A purge step of purging an unadsorbed source gas on the substrate by providing a purge gas composed of at least one of nitrogen gas and inert gas or a combination thereof on the substrate; And a first plasma processing step of supplying a reaction gas on the substrate and applying a single frequency power supply to plasma, and a second plasma processing step of supplying the purge gas and applying a dual frequency power supply to perform plasma processing. It includes; step, each step provides a thin film deposition method characterized in that the purge gas is continuously supplied.
Description
본 발명은 박막 증착 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원자층 증착법을 이용한 박막 증착 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film deposition method, and more particularly, to a thin film deposition method using an atomic layer deposition method.
전자 소자의 집적화에 따라 원자층 증착법으로 나노 단위의 박막을 균일하게 증착하는 기술이 개발되고 있다. 한편, 실리콘 질화막 공정은 점차 고온에 대한 민감도가 증가함에 따라 공정온도를 저감하려는 노력이 진행되고 있으며 이의 일환으로 플라즈마를 이용한 저온공정의 개발이 수행되고 있다. 다이렉트 플라즈마를 이용한 질화막을 트렌치나 홀과 같은 단차 구조에 형성하는 경우, 단차 구조 측부에 형성된 질화막의 막질이 상대적으로 저하되는 문제점이 나타나고 있다. Along with the integration of electronic devices, a technique of uniformly depositing nano-level thin films by atomic layer deposition has been developed. Meanwhile, as the silicon nitride film process gradually increases in sensitivity to high temperature, efforts are being made to reduce the process temperature, and as part of this, development of a low temperature process using plasma is being performed. When a nitride film using direct plasma is formed in a stepped structure such as a trench or a hole, there is a problem that the film quality of the nitride film formed on the side of the stepped structure is relatively lowered.
관련 선행기술로는 대한민국 공개공보 제2004-0107428호(2004.12.20.공개, 발명의 명칭:질화막의 막질 개선 방법 및 반도체 장치의 제조 방법)가 있다.A related prior art is Republic of Korea Publication No. 2004-0107428 (published on December 20, 2004, title of the invention: a method for improving the film quality of a nitride film and a method for manufacturing a semiconductor device).
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 단차 구조 측부에 형성된 박막의 막질을 개선할 수 있는 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention is to solve a number of problems, including the above problems, an object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of improving the film quality of the thin film formed on the side of the stepped structure. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 박막 증착 방법이 제공된다. 상기 박막 증착 방법은 챔버 내의 기판 상에 소스가스를 제공하여 상기 기판 상에 상기 소스가스 중 적어도 일부가 흡착되는 흡착단계; 상기 기판 상에 질소가스와 불활성가스 중 적어도 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상에 미흡착된 소스가스를 퍼지하는 퍼지단계; 및 상기 기판 상에 반응가스를 공급하고 싱글 주파수 전원을 인가하여 플라즈마 처리하는 제 1 플라즈마 처리 단계와 상기 퍼지가스를 공급하고 듀얼 주파수 전원을 인가하여 플라즈마 처리하는 제 2 플라즈마 처리 단계를 포함하는 플라즈마 처리 단계;를 포함하며, 상기 각 단계에서는 상기 퍼지가스가 지속적으로 공급되는 것을 특징으로 한다.A thin film deposition method according to an aspect of the present invention for solving the above problems is provided. The thin film deposition method comprises an adsorption step in which at least a portion of the source gas is adsorbed on the substrate by providing a source gas on the substrate in the chamber; A purge step of purging an unadsorbed source gas on the substrate by providing a purge gas composed of at least one of nitrogen gas and inert gas or a combination thereof on the substrate; And a first plasma processing step of supplying a reaction gas on the substrate and applying a single frequency power supply to plasma, and a second plasma processing step of supplying the purge gas and applying a dual frequency power supply to perform plasma processing. Step; includes, in each of the steps, characterized in that the purge gas is continuously supplied.
상기 박막 증착 방법은 상기 플라즈마 처리 단계 이후 상기 기판 상에 상기 퍼지가스를 제공하는 플라즈마 퍼지단계;를 더 포함할 수 있다. The thin film deposition method may further include a plasma purging step of providing the purge gas on the substrate after the plasma processing step.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 제 1 플라즈마 처리 단계와 상기 제 2 플라즈마 처리 단계에 발생되는 플라즈마는 복수개의 펄스를 갖는 펄스형 플라즈마일 수 있다. In the thin film deposition method, the plasma generated in the first plasma processing step and the second plasma processing step may be a pulsed plasma having a plurality of pulses.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 제 1 플라즈마 처리 단계는 고주파 전원이 인가되어 플라즈마 처리하는 단계를 포함할 수 있다. In the thin film deposition method, the first plasma processing step may include the step of plasma processing by applying a high frequency power.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 제 2 플라즈마 처리 단계는 고주파 전원과 저주파 전원이 인가되어 플라즈마 처리되는 단계를 포함할 수 있다. In the thin film deposition method, the second plasma processing step may include applying a high frequency power supply and a low frequency power supply to perform plasma processing.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 흡착단계 내지 상기 플라즈마 처리 단계 동안 저주파 전원이 지속적으로 인가될 수 있다. In the thin film deposition method, low frequency power may be continuously applied during the adsorption step to the plasma treatment step.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 흡착단계와 상기 퍼지단계에는 상기 반응가스가 지속적으로 공급될 수 있다. In the thin film deposition method, the reaction gas may be continuously supplied to the adsorption step and the purge step.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 흡착단계와 상기 퍼지단계 및 상기 플라즈마 퍼지단계에는 상기 반응가스가 지속적으로 공급될 수 있다. In the thin film deposition method, the reaction gas may be continuously supplied to the adsorption step, the purge step, and the plasma purge step.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 고주파 전원은 13.56 MHz 내지 27.12 MHz의 주파수 범위를 가지며, 상기 저주파 전원은 300 KHz 내지 600 KHz의 주파수 범위를 가질 수 있다. In the thin film deposition method, the high-frequency power source has a frequency range of 13.56 MHz to 27.12 MHz, and the low-frequency power source may have a frequency range of 300 KHz to 600 KHz.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 흡착단계 내지 상기 플라즈마 처리 단계를 단위사이클로 하여 상기 단위사이클을 적어도 2회 이상 수행할 수 있다. In the thin film deposition method, the unit cycle may be performed at least twice by using the adsorption step to the plasma treatment step as a unit cycle.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 소스가스는 실란, 디실란, 트리메틸시릴(TMS), 트리스(디메틸아미노)실란(TDMAS), 비스(3차-부틸아미노)실란(BTBAS) 및 디클로로실란(DCS) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. In the thin film deposition method, the source gas is silane, disilane, trimethylsilyl (TMS), tris(dimethylamino)silane (TDMAS), bis(tert-butylamino)silane (BTBAS) and dichlorosilane (DCS). It can include any one.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 불활성가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. In the thin film deposition method, the inert gas may include at least one of helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), and radon (Rn).
상기 박막 증착 방법에서, 상기 반응가스는 암모니아가스(NH3)를 포함하거나 질소가스(N2)와 수소가스(H2)의 혼합가스를 포함할 수 있다. In the thin film deposition method, the reaction gas may include ammonia gas (NH3) or a mixed gas of nitrogen gas (N2) and hydrogen gas (H2).
상기 박막 증착 방법에서, 상기 저주파 전원의 파워는 상기 고주파 전원의 파워 보다 더 낮을 수 있다.In the thin film deposition method, the power of the low frequency power source may be lower than the power of the high frequency power source.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 박막의 막질을 균일하게 개선할 수 있는 박막 증착 방법을 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to some embodiments of the present invention made as described above, it is possible to provide a thin film deposition method capable of uniformly improving the film quality of the thin film. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 도해하는 순서도이다.
도 2는 반응단계를 구체적으로 도해하는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 구현하는 박막 형성 장치의 구성을 개념적으로 도해하는 도면들이다.
도 5는 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 박막 증착 방법으로 구현한 박막의 막질을 실험한 결과를 나타낸 도면이다. 1 is a flowchart illustrating a thin film deposition method according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart showing a thin film deposition method according to an embodiment of the present invention specifically illustrating the reaction step.
3 and 4 are diagrams conceptually illustrating a configuration of a thin film forming apparatus implementing a thin film deposition method according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing the results of testing the film quality of a thin film implemented by a thin film deposition method according to an embodiment of the present invention and a comparative example.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판 등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 상기 다른 구성요소 "상에" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. Throughout the specification, when one component, such as a film, region or substrate, is referred to as being “on” another component, the one component directly contacts or “on” the other component, or It can be interpreted that there may be other intervening components. On the other hand, when referring to one component being "directly on" another component, it is interpreted that there are no other components interposed therebetween.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것일 수 있다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings schematically showing ideal embodiments of the present invention. In the drawings, for example, depending on the manufacturing technique and/or tolerance, deformations of the illustrated shape can be expected. Therefore, embodiments of the inventive concept should not be interpreted as being limited to a specific shape of the region shown in this specification, but should include, for example, a change in shape resulting from manufacturing. In addition, the thickness or size of each layer in the drawings may be exaggerated for convenience and clarity of explanation. The same reference numerals refer to the same elements.
본 발명에서 언급하는 불활성가스는 희가스(rare gas)를 의미할 수 있다. 희가스는, 구체적으로, 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 가스를 말한다. 따라서, 본 발명에서 언급하는 불활성가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 발명에서 언급하는 불활성가스는 질소나 이산화탄소를 포함하지 않는다. The inert gas referred to in the present invention may mean a rare gas. The rare gas specifically refers to at least one gas selected from helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), and radon (Rn). Accordingly, the inert gas mentioned in the present invention may include at least one of helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), and radon (Rn). Meanwhile, the inert gas mentioned in the present invention does not contain nitrogen or carbon dioxide.
본 발명에서 언급하는 고주파 전원과 저주파 전원은 챔버 내에 플라즈마를 형성하기 위하여 인가되는 전원으로서, RF 전력의 주파수 범위를 기준으로 상대적으로 구분될 수 있다. 예를 들어, 고주파 전원은 13.56 MHz 내지 27.12 MHz의 주파수 범위를 가질 수 있으며, 저주파 전원은 300 KHz 내지 600 KHz의 주파수 범위를 가질 수 있다.The high-frequency power source and the low-frequency power source referred to in the present invention are power sources applied to form a plasma in the chamber, and may be relatively classified based on the frequency range of RF power. For example, a high frequency power source may have a frequency range of 13.56 MHz to 27.12 MHz, and a low frequency power source may have a frequency range of 300 KHz to 600 KHz.
본원에서 언급하는 플라즈마는 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 방식에 의하여 형성될 수 있다. 상기 다이렉트 플라즈마 방식은, 예를 들어, 반응가스 및 후처리가스를 전극과 기판 사이의 처리공간에 공급하고 고주파 전력을 인가함으로써, 반응가스 및 후처리가스의 플라즈마가 챔버 내부의 처리공간에서 직접 형성되는 방식을 포함한다.The plasma referred to herein may be formed by a direct plasma method. In the direct plasma method, for example, by supplying a reaction gas and a post-treatment gas to a processing space between an electrode and a substrate and applying high-frequency power, plasma of the reaction gas and a post-treatment gas is directly formed in the processing space inside the chamber. It includes the method.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 질화막을 예시적으로 상정하여 본 발명의 여러 실시예들을 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 질화막에만 한정되는 것이 아님은 명백하다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, by way of example assuming a nitride film. However, it is clear that the technical idea of the present invention is not limited to the nitride film.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 도해하는 순서도이고, 도 2는 반응단계를 구체적으로 도해하는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 나타내는 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a thin film deposition method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart illustrating a thin film deposition method according to an embodiment of the present invention specifically illustrating a reaction step.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법은 챔버 내의 기판 상에 소스가스를 제공하여 상기 기판 상에 상기 소스가스 중 적어도 일부가 흡착되는 흡착단계(S110); 상기 기판 상에 질소가스와 불활성가스 중 적어도 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상에 미흡착된 소스가스를 퍼지하는 퍼지단계(S120); 및 상기 기판 상에 상기 소스가스와는 다른 별도의 가스를 플라즈마 상태로 제공함으로써 물리적 또는 화학적 반응이 일어나는 플라즈마 처리 단계(S200);를 순차적으로 포함한다. 나아가, 흡착단계(S110), 퍼지단계(S120) 및 플라즈마 처리 단계(S200)에서는 질소가스와 불활성가스 중 적어도 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 퍼지가스가 지속적으로 공급될 수 있다. Referring to FIG. 1, a thin film deposition method according to an embodiment of the present invention includes an adsorption step (S110) in which at least a portion of the source gas is adsorbed on the substrate by providing a source gas on the substrate in the chamber; A purge step of purging an unadsorbed source gas on the substrate by providing a purge gas composed of at least one of nitrogen gas and inert gas or a combination thereof on the substrate (S120); And a plasma processing step (S200) in which a physical or chemical reaction occurs by providing a gas separate from the source gas on the substrate in a plasma state. Furthermore, in the adsorption step (S110), the purge step (S120), and the plasma processing step (S200), a purge gas composed of at least one of nitrogen gas and inert gas or a combination thereof may be continuously supplied.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법에서, 필요에 따라서는, 흡착단계(S110), 퍼지단계(S120) 및 플라즈마 처리 단계(S200)를 단위사이클로 하여 상기 단위사이클을 적어도 2회 이상 수행할 수도 있다. In the thin film deposition method according to an embodiment of the present invention, if necessary, the adsorption step (S110), the purge step (S120) and the plasma processing step (S200) as a unit cycle to perform the unit cycle at least twice or more It might be.
도 2에서 플라즈마 처리 단계(S200)는 상기 기판 상에 반응가스를 공급하고 싱글 주파수 전원을 인가하여 플라즈마 처리하는 제 1 플라즈마 처리 단계(S210) 및 상기 퍼지가스를 공급하고 듀얼 주파수 전원을 인가하여 플라즈마 처리하는 제 2 플라즈마 처리 단계(S220)를 포함할 수 있다. 제 1 플라즈마 처리 단계(S210)는 고주파 전원이 인가되어 플라즈마 처리되는 단계를 포함할 수 있으며, 제 2 플라즈마 처리 단계(S220)는 고주파 전원과 저주파 전원이 인가되어 플라즈마 처리되는 단계를 포함할 수 있다.In FIG. 2, the plasma processing step (S200) is a first plasma processing step (S210) of supplying a reaction gas on the substrate and applying a single frequency power to plasma, and a plasma by supplying the purge gas and applying a dual frequency power supply. A second plasma processing step (S220) may be performed. The first plasma processing step (S210) may include the step of plasma processing by applying the high frequency power, and the second plasma processing step (S220) may include the step of plasma processing by applying the high frequency power and the low frequency power. .
한편, 제 1 플라즈마 처리 단계(S210) 및 제 2 플라즈마 처리 단계(S220) 사이에 질소가스와 불활성가스 중 적어도 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 퍼지가스를 제공하는 단계를 더 수행할 수도 있다. 이러한 퍼지가스는 기판 상에 흡착된 소스가스와 물리적 및/또는 화학적으로 반응하고 기판 상에 잔류하는, 상기 반응가스의 적어도 일부를 기판으로부터 제거할 수 있다.On the other hand, between the first plasma processing step (S210) and the second plasma processing step (S220) may further perform the step of providing a purge gas consisting of at least one or a combination of nitrogen gas and inert gas. The purge gas may physically and/or chemically react with the source gas adsorbed on the substrate and remove at least a portion of the reaction gas remaining on the substrate from the substrate.
플라즈마 처리 단계(S200)를 수행한 결과 단위증착막을 형성할 수 있다. 단위증착막은 형성하고자 하는 최종적인 박막을 구성하는 단위막으로서, 예를 들어, 단위 사이클을 N회(N은 1 이상의 양의 정수)만큼 반복하여 수행하는 경우 최종적으로 형성되는 박막은 N개의 상기 단위증착막으로 구성될 수 있다. 특히, 제 2 플라즈마 처리 단계(S220)에서는 단위증착막에 함유되어 있는 불순물이 물리적 및/또는 화학적 방법으로 제거되며, 단위증착막의 막질이 더욱 양호하게 개선될 수 있다.As a result of performing the plasma treatment step (S200), a unit deposition film may be formed. The unit deposition film is a unit film constituting the final thin film to be formed. For example, when the unit cycle is repeatedly performed N times (N is a positive integer greater than or equal to 1), the thin film finally formed is N units. It may be composed of a deposition film. In particular, in the second plasma treatment step (S220 ), impurities contained in the unit deposition film are removed by a physical and/or chemical method, and the film quality of the unit deposition film can be improved better.
한편, 플라즈마 처리 단계(S200)에서 발생되는 플라즈마는 복수개의 펄스를 갖는 펄스형 플라즈마일 수 있다. 예를 들어, 제 1 플라즈마 처리 단계(S210)와 제 2 플라즈마 처리 단계(S220) 사이에 질소가스와 불활성가스 중 적어도 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 퍼지가스를 제공하는 단계가 수행되는 경우, 제 1 플라즈마 처리 단계(S210)와 제 2 플라즈마 처리 단계(S220) 사이에 플라즈마가 기판 상에 제공되지 않는 단계가 존재하므로, 플라즈마 처리 단계(S200) 동안 기판 상에 제공되는 플라즈마는 제 1 플라즈마와 제 2 플라즈마가 단속되어 제공되는 형태로 이해되며, 결국 2개의 펄스형 플라즈마가 제공되는 것으로 볼 수 있다. Meanwhile, the plasma generated in the plasma processing step S200 may be a pulsed plasma having a plurality of pulses. For example, if a step of providing a purge gas composed of at least one of nitrogen gas and inert gas or a combination thereof is performed between the first plasma processing step (S210) and the second plasma processing step (S220 ), Since there is a step in which plasma is not provided on the substrate between the first plasma processing step (S210) and the second plasma processing step (S220), the plasma provided on the substrate during the plasma processing step (S200) is the first plasma and the first plasma 2 It is understood that the plasma is provided by being intermittently provided, and in the end, it can be seen that two pulsed plasmas are provided.
이와 달리, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 박막 증착 방법에서는, 제 1 플라즈마 처리 단계(S210)와 제 2 플라즈마 처리 단계(S220)가 중간에 별도의 다른 단계가 개재되지 않고 연속적으로 수행될 수 있으며, 이 경우, 제 1 플라즈마와 제 2 플라즈마가 단락없이 연속적으로 기판 상에 제공되는 형태로 이해될 수 있다. On the other hand, in the thin film deposition method according to the modified embodiment of the present invention, the first plasma processing step (S210) and the second plasma processing step (S220) may be performed continuously without intervening additional steps. In this case, it may be understood that the first plasma and the second plasma are continuously provided on the substrate without a short circuit.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법에서, 제 1 플라즈마 처리 단계(S210)와 제 2 플라즈마 처리 단계(S220)에서 각각 발생되는 플라즈마 자체는 펄스를 가지지 않는 단일 플라즈마이거나 복수개의 펄스를 갖는 펄스형 플라즈마일 수 있다.On the other hand, in the thin film deposition method according to an embodiment of the present invention, the plasma itself generated in the first plasma processing step (S210) and the second plasma processing step (S220), respectively, is a single plasma that does not have a pulse or a plurality of pulses. It may be a pulsed plasma having.
본 발명자는 제 1 플라즈마 및 제 2 플라즈마 중에서 적어도 어느 하나의 플라즈마가 고주파 전원 및 저주파 전원을 동시에 사용하여 구현되는 경우 박막의 막질이 개선됨을 확인하였다. 특히, 상술한 단위 사이클을 구성하는 단계들 중에서 제 2 플라즈마 처리 단계(S220)에 적용되는 제 2 플라즈마를 고주파 전원 및 저주파 전원을 동시에 사용하여 구현할 경우, 최종적으로 형성되는 박막의 막질이 현저하게 개선됨을 확인하였다. The inventors have confirmed that the film quality of the thin film is improved when at least one of the first plasma and the second plasma is simultaneously implemented using a high-frequency power source and a low-frequency power source. In particular, when the second plasma applied to the second plasma processing step (S220) among the steps constituting the above-described unit cycle is simultaneously implemented using a high-frequency power source and a low-frequency power source, the film quality of the finally formed thin film is significantly improved. Was confirmed.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법은, 플라즈마 처리 단계(S200) 이후 상기 기판 상에 질소가스와 불활성가스 중 적어도 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 퍼지가스를 제공하는 플라즈마 퍼지단계(S300)를 더 포함할 수 있다. 플라즈마 퍼지단계(S300)에서 제공되는 퍼지가스는 플라즈마화된 가스 및 부산물 등을 기판으로부터 퍼징할 수 있다.On the other hand, the thin film deposition method according to an embodiment of the present invention, plasma processing step (S200) after the plasma purge step of providing a purge gas consisting of at least one or a combination of nitrogen gas and inert gas on the substrate ( S300) may be further included. The purge gas provided in the plasma purge step (S300) may purge the plasmad gas and by-products from the substrate.
한편, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 박막 증착 방법에서, 반응가스는 흡착단계(S110)와 퍼지단계(S120)에서 지속적으로 챔버 내부로 공급될 수 있으며, 또는, 반응가스는 흡착단계(S110), 퍼지단계(S120) 및 플라즈마 퍼지단계(S300)에서 지속적으로 챔버 내부로 공급될 수 있다. On the other hand, in the thin film deposition method according to the modified embodiment of the present invention, the reaction gas can be continuously supplied into the chamber in the adsorption step (S110) and the purge step (S120), or, the reaction gas is the adsorption step (S110) ), the purge step (S120) and the plasma purge step (S300) may be continuously supplied into the chamber.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법은 소소가스, 퍼지가스, 반응가스 등을 기판 상에 시분할 방식 또는 공간분할 방식으로 제공하는 원자층 증착법(ALD; Atomic Layer Deposition)에 의한 것으로 이해될 수 있다. 본 발명의 기술적 사상은, 소스가스 및 반응가스 등을 기판이 배치된 챔버 내에 시간에 따라 불연속적으로 공급함으로써 증착이 구현되는 시분할 방식 뿐만 아니라, 소스가스 및 반응가스 등이 공간적으로 이격되면서 연속적으로 공급되는 시스템 내에 기판이 순차적으로 이동함으로써 증착이 구현되는 공간분할 방식에도 적용될 수 있다.The thin film deposition method according to an embodiment of the present invention may be understood as an atomic layer deposition (ALD) method that provides a source gas, a purge gas, a reaction gas, etc. on a substrate by a time division method or a space division method. have. The technical idea of the present invention is that the source gas and the reaction gas are continuously spaced apart, as well as the time-division method in which deposition is implemented by discontinuously supplying the source gas and the reaction gas to the chamber where the substrate is disposed over time. It can also be applied to a spatial division method in which deposition is implemented by sequentially moving a substrate in a supplied system.
제 1 단계(S110)에서는 챔버 내에 배치된 기판 상에 소스가스를 제공함으로써 상기 기판 상에 상기 소스가스의 적어도 일부가 흡착될 수 있다. 상기 기판은, 예를 들어, 반도체 기판, 도전체 기판 또는 절연체 기판 등을 포함할 수 있으며, 물론, 상기 기판 상에 임의의 패턴이나 층이 이미 형성되어 있을 수도 있다. 상기 흡착은 원자층 증착법에서 널리 알려진 화학적 흡착(Chemical Adsorption)을 포함할 수 있다. In the first step S110, at least a portion of the source gas may be adsorbed on the substrate by providing a source gas on the substrate disposed in the chamber. The substrate may include, for example, a semiconductor substrate, a conductor substrate or an insulator substrate, and of course, an arbitrary pattern or layer may already be formed on the substrate. The adsorption may include chemical adsorption (Chemical Adsorption) widely known in the atomic layer deposition method.
상기 소스가스는 형성하고자 하는 박막의 종류에 따라 적절하게 선택될 수 있다. The source gas may be appropriately selected according to the type of thin film to be formed.
예를 들어, 형성하고자 하는 박막이 실리콘 질화막인 경우, 상기 소스가스는 실란, 디실란, 트리메틸시릴(TMS), 트리스(디메틸아미노)실란(TDMAS), 비스(3차-부틸아미노)실란(BTBAS) 및 디클로로실란(DCS)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.For example, when the thin film to be formed is a silicon nitride film, the source gas is silane, disilane, trimethylsilyl (TMS), tris(dimethylamino)silane (TDMAS), bis(tert-butylamino)silane (BTBAS) ) And dichlorosilane (DCS).
또한, 예를 들어, 형성하고자 하는 박막이 티타늄 질화막인 경우, 상기 소스가스는 TDMAT(Tetrakis(dimethylamino) titanium), TEMAT(Tetrakis (ethylmethylamino) titanium) 및 TDETAT(Tetrakis (diethylamino) titanium)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In addition, for example, when the thin film to be formed is a titanium nitride film, the source gas is TDMAT (Tetrakis (dimethylamino) titanium), TEMAT (Tetrakis (ethylmethylamino) titanium) and TDETAT (Tetrakis (diethylamino) titanium) from the group consisting of It may include at least one selected.
또한, 예를 들어, 형성하고자 하는 박막이 탄탈륨 질화막인 경우, 상기 소스가스는 Ta[N(CH3)2]5, Ta[N(C2H5)2]5, Ta(OC2H5)5 및 Ta(OCH3)5로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In addition, for example, when the thin film to be formed is a tantalum nitride film, the source gas is Ta[N(CH 3 ) 2 ] 5 , Ta[N(C 2 H 5 ) 2 ] 5 , Ta(OC 2 H 5 ) 5 and Ta(OCH 3 ) 5 .
물론, 상술한 박막과 소스가스의 종류는 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상이 이러한 예시적인 물질의 종류에 한정되는 것은 아니다. Of course, the above-described types of thin films and source gases are exemplary, and the technical spirit of the present invention is not limited to these types of exemplary materials.
본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착법에서는 상부전극(예를 들어, 샤워헤드)에 고주파 RF 전력을 인가하고, 상부전극(예를 들어, 샤워헤드) 또는 하부전극(예를 들어, 스테이지 히터)에 저주파 RF 전력을 인가하는 다이렉트 듀얼 플라즈마(direct dual plasma)를 사용하며, 박막을 형성하고 처리하는 과정에서 고주파 전원과 저주파 전원이 동시에 인가되는 시간을 확보함으로써, 최종적으로 구현하고자 하는 박막의 막질이 개선됨을 확인하였다. In the atomic layer deposition method according to an embodiment of the present invention, high-frequency RF power is applied to an upper electrode (for example, a shower head), and an upper electrode (for example, a shower head) or a lower electrode (for example, a stage heater) ) Uses direct dual plasma to apply low-frequency RF power, and secures the time when high-frequency power and low-frequency power are simultaneously applied in the process of forming and processing the thin film, thereby finally making the film quality of the thin film to be realized. This improvement was confirmed.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따르면, 다이렉트 플라즈마 공정에 있어 고주파 전원과 저주파 전원을 동시에 이용하여 구현한 플라즈마를 활용하여 단차 구조를 덮는 박막을 형성할 경우, 단차 구조의 측벽에 형성된 박막의 막질을 향상시킬 수 있다. 고주파 전원과 저주파 전원을 동시에 사용하여 기판 쪽으로 원자들을 당기는 힘을 강하게 하여 줌으로써 플라즈마 효율을 향상하여 측벽에 형성된 박막의 막질을 개선할 수 있다. 또한, 듀얼 주파수 전원을 인가함으로써 파워/압력에 따른 플라즈마의 시스(sheath) 영역이 변경됨에 따라 측벽에 형성된 박막의 막질을 개선할 수 있다.For example, according to an embodiment of the present invention, in the case of forming a thin film covering a stepped structure using a plasma implemented by simultaneously using a high frequency power source and a low frequency power source in a direct plasma process, the thin film formed on the sidewall of the stepped structure The film quality can be improved. By simultaneously using a high-frequency power source and a low-frequency power source to increase the force of pulling atoms toward the substrate, plasma efficiency can be improved to improve the film quality of the thin film formed on the sidewall. In addition, by applying a dual frequency power source, it is possible to improve the film quality of the thin film formed on the sidewall as the sheath region of the plasma changes according to power/pressure.
도 1 내지 도 2를 참조하여 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법에서 상술한 단계들을 순차적으로 포함하는 단위사이클을 N회(N은 1 이상의 정수) 반복하여 수행함으로써 최종적인 박막을 형성할 수 있다. 최종적으로 형성되는 박막이 질화막인 경우, 반응가스는 질소성분(N)을 함유하는 가스를 포함할 수 있다. 여기에서, 질소성분(N)을 함유하는 반응가스는 암모니아가스(NH3)를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 질소성분(N)을 함유하는 반응가스는 질소가스(N2)와 수소가스(H2)의 혼합가스를 포함할 수도 있다. 특히, 반응가스가 질소가스(N2)와 수소가스(H2)의 혼합가스를 포함하는 경우, 퍼지가스로서 질소가스(N2)를 단위사이클 내내 주입하면서 단위증착막을 형성하는 단계(S210)에서만 추가로 수소가스(H2)를 제공하는 방식으로 반응가스의 제공을 구현할 수도 있다. In the thin film deposition method according to an embodiment of the present invention described above with reference to FIGS. 1 to 2, the final thin film is performed by repeatedly performing N cycles (N is an integer of 1 or more) repeatedly including the above-described steps. Can form. When the finally formed thin film is a nitride film, the reaction gas may include a gas containing a nitrogen component (N). Here, the reaction gas containing the nitrogen component (N) may include ammonia gas (NH 3 ). As another example, the reaction gas containing the nitrogen component (N) may include a mixed gas of nitrogen gas (N 2 ) and hydrogen gas (H 2 ). In particular, when the reaction gas includes a mixed gas of nitrogen gas (N 2 ) and hydrogen gas (H 2 ), forming a unit deposition film while injecting nitrogen gas (N 2 ) as a purge gas throughout the unit cycle (S210). In addition, it is also possible to implement the provision of the reaction gas in a manner that provides additional hydrogen gas (H 2 ).
물론, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 박막 증착 방법에서는 흡착단계(S110), 퍼지단계(S120), 제 1 플라즈마 처리단계(S210) 및 제 2 플라즈마 처리단계(S220)를 포함하는 제 1 단위 사이클을 M 회(M은 2 이상의 정수) 수행한 후에, 플라즈마 퍼지단계(S300)를 순차적으로 수행할 수도 있으며, 나아가, 이러한 순서를 전체적으로 다시 반복하여 수행할 수도 있다. 또는, 흡착단계(S110), 퍼지단계(S120) 및 제 1 플라즈마 처리단계(S210)를 포함하는 제 1 단위 사이클을 M 회(M은 2 이상의 정수) 수행한 후에, 제 2 플라즈마 처리 단계(S220) 및 플라즈마 퍼지단계(S300)를 순차적으로 수행할 수도 있으며, 나아가, 이러한 순서를 전체적으로 다시 반복하여 수행할 수도 있다.Of course, in the thin film deposition method according to the modified embodiment of the present invention, the first unit includes an adsorption step (S110), a purge step (S120), a first plasma processing step (S210), and a second plasma processing step (S220). After performing the cycle M times (M is an integer of 2 or more), the plasma purge step (S300) may be sequentially performed, and further, the sequence may be repeated all over again. Or, after performing the first unit cycle M times (M is an integer of 2 or more) including the adsorption step (S110), the purge step (S120), and the first plasma processing step (S210), the second plasma processing step (S220) ) And the plasma purge step (S300) may be sequentially performed, and further, the sequence may be repeatedly repeated as a whole.
표 1은 본 발명의 다양한 실시예들과 비교예에 따른 박막 증착 방법에서 각 단계의 플라즈마 상태를 요약한 것이다. Table 1 summarizes the plasma states of each step in the thin film deposition method according to various embodiments and comparative examples of the present invention.
표 1에서 제1단계는 상술한 흡착단계(S110), 제2단계는 상술한 퍼지단계(S120), 제3단계는 상술한 제 1 플라즈마 처리단계(S210), 제5단계는 상술한 제 2 플라즈마 처리 단계(S220)에 해당하며, 제4단계는 제 1 플라즈마 처리 단계(S210)와 제 2 플라즈마 처리 단계(S220) 사이에서 퍼지가스를 추가로 제공하여 퍼지하는 단계를 의미한다. 또한, 표 1에서 'OFF'는 해당 단계에서 플라즈마가 제공되지 않는 상태를 의미하며, 'HF'는 해당 단계에서 고주파 전원을 사용하여 플라즈마가 제공되는 상태를 의미하며, 'LF'는 해당 단계에서 저주파 전원을 사용하여 플라즈마가 제공되는 상태를 의미하며, 'HF/LF'는 해당 단계에서 고주파 전원 및 저주파 전원을 동시에 사용하여 플라즈마가 제공되는 상태를 의미한다. In Table 1, the first step is the above-described adsorption step (S110), the second step is the above-described purge step (S120), the third step is the above-described first plasma processing step (S210), the fifth step is the above-described second Corresponds to the plasma processing step (S220), the fourth step refers to a step of purging by additionally providing a purge gas between the first plasma processing step (S210) and the second plasma processing step (S220). In addition, in Table 1,'OFF' means a state in which plasma is not provided in the corresponding step,'HF' means a state in which plasma is provided using a high-frequency power in the corresponding step, and'LF' in the corresponding step. Plasma is provided by using a low-frequency power source, and'HF/LF' means a state in which plasma is provided by simultaneously using a high-frequency power source and a low-frequency power source in a corresponding step.
(소스가스)Stage 1
(Source gas)
(제1퍼지)Stage 2
(1st purge)
(반응가스)Stage 3
(Reaction gas)
(제2퍼지)Stage 4
(Second purge)
(후처리가스)Stage 5
(Post-treatment gas)
표 1을 참조하면, 모든 실시예들에서, 퍼지가스를 제 2 플라즈마 상태로 제공하는 제 5 단계에서의 제 2 플라즈마는 고주파 전원 및 저주파 전원을 인가하여 제공된다. 그리고, 제 1 단계를 제외한 제 2 단계 내지 제 4 단계 중에서 적어도 어느 하나 이상의 단계에 고주파 전원을 사용하여 구현된 플라즈마가 기판 상에 더 제공될 수 있다. Referring to Table 1, in all embodiments, the second plasma in the fifth step of providing the purge gas in the second plasma state is provided by applying high-frequency power and low-frequency power. In addition, a plasma implemented by using a high-frequency power source in at least one or more of the second to fourth steps other than the first step may be further provided on the substrate.
또한, 실시예1 내지 실시예4에서는, 반응가스를 제 1 플라즈마 상태로 제공하는 제 3 단계에서의 제 1 플라즈마는 고주파 전원을 사용하여 구현될 수 있다. 물론, 실시예5 내지 실시예8에서는, 반응가스를 제 1 플라즈마 상태로 제공하는 제 3 단계에서의 제 1 플라즈마는 고주파 전원 및 저주파 전원을 동시에 인가하여 구현될 수 있다. 한편, 실시예8에서는 제 1 단계 내지 제 5 단계 동안 저주파 플라즈마가 기판 상에 지속적으로 인가되는 경우에 해당한다. In addition, in Examples 1 to 4, the first plasma in the third step of providing the reaction gas in the first plasma state may be implemented using a high-frequency power source. Of course, in Examples 5 to 8, the first plasma in the third step of providing the reaction gas in the first plasma state may be implemented by simultaneously applying a high-frequency power source and a low-frequency power source. On the other hand, in Example 8, it corresponds to the case where the low-frequency plasma is continuously applied on the substrate during the first to fifth steps.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 구현하는 박막 형성 장치의 구성을 개념적으로 도해하는 도면들이다. 3 and 4 are diagrams conceptually illustrating a configuration of a thin film forming apparatus that implements a thin film deposition method according to an embodiment of the present invention.
도 3 및 도 4를 참조하면, 기판(W)이 장입될 수 있는 챔버(40)는 샤워헤드(42) 및 스테이지 히터(44)를 포함할 수 있다. 기판(W)은 스테이지 히터(44) 상에 장착된다. 플라즈마를 생성하기 위한 RF 전력이 전극의 역할을 담당하는 샤워헤드(42) 및/또는 스테이지 히터(44)에 인가되어 샤워헤드(42) 및 스테이지 히터(44) 사이의 공간에 플라즈마(P)가 형성된다. RF 전력이 생성되는 제너레이터(10, 20)와 챔버(40) 사이에 매칭부(15, 25, 35)가 개재되어 정합을 구현할 수도 있다. Referring to FIGS. 3 and 4, the
도 3을 참조하면, 제 1 제너레이터(10)에서 생성된 고주파 RF 전력이 전극의 역할을 담당하는 샤워헤드(42)에 인가되고, 제 2 제너레이터(20)에서 생성된 저주파 RF 전력이 전극의 역할을 담당하는 스테이지 히터(44)에 인가될 수 있다. 즉, 고주파 전원이 인가되는 전극은 챔버 내에서 기판 보다 상부에 위치하며, 저주파 전원이 인가되는 전극은 챔버 내에서 기판 보다 하부에 위치할 수 있다. Referring to FIG. 3, the high-frequency RF power generated by the
도 4를 참조하면, 제 1 제너레이터(10)에서 생성된 고주파 RF 전력 및 제 2 제너레이터(20)에서 생성된 저주파 RF 전력은 전극의 역할을 담당하는 샤워헤드(42)에 모두 인가될 수 있다. 고주파 전원이 인가되는 전극 및 저주파 전원이 인가되는 전극은 모두 챔버 내에서 기판 보다 상부에 위치할 수 있다. Referring to FIG. 4, the high-frequency RF power generated by the
통상적인 플라즈마 강화 원자층 증착법(PEALD)의 경우, 상부전극에 고주파 전원을 인가하여 구현된 플라즈마를 사용하여 박막을 증착한다. 하지만, 고주파 전원을 인가하여 구현된 플라즈마를 사용할 경우, 플라즈마의 직진성으로 인하여 단차 구조 중 상부/바닥(top/bottom)에 형성된 박막의 막질에 비해 측벽(side)에 형성된 박막의 막질이 저하되어 후속의 식각 공정에서 취약함을 나타낸다. 하지만 챔버의 상측에 고주파 전원을 인가하되 챔버의 상측 또는 하측에 저주파 전원을 동시에 인가하여 구현된 플라즈마를 사용하게 되면, 저주파 전원으로 구현된 플라즈마로 인한 이온화된 원자의 움직임이 기판 쪽으로 향하게 되어 플라즈마에 대한 효과를 극대화시켜 패턴 내 막질도 개선할 수 있음을 확인하였다.In the conventional plasma enhanced atomic layer deposition method (PEALD), a thin film is deposited using a plasma implemented by applying a high frequency power to the upper electrode. However, when a plasma implemented by applying a high-frequency power source is used, due to the straightness of the plasma, the film quality of the thin film formed on the side wall is lowered than the film quality of the thin film formed on the top/bottom of the stepped structure. Indicates the vulnerability in the etching process. However, when a high-frequency power is applied to the upper side of the chamber, but a plasma implemented by simultaneously applying low-frequency power to the upper or lower side of the chamber is used, the movement of the ionized atoms due to the plasma implemented with the low-frequency power is directed toward the substrate, thereby causing the plasma. It was confirmed that the film quality in the pattern can be improved by maximizing the effect.
뿐만 아니라, 저주파 전원의 파워(power)를 증가하면 플라즈마의 영역이 변경되어 이는 플라즈마의 시스(sheath) 영역을 변경시킬 수 있어 이를 이용하면 패턴 내 측벽 부분에 형성되는 박막의 막질을 개선시킬 수 있다. In addition, when the power of the low-frequency power source is increased, the area of the plasma is changed, which can change the sheath area of the plasma, and by using this, the film quality of the thin film formed on the sidewall portion of the pattern can be improved. .
플라즈마를 구현하는 과정에서 고주파 전원 보다 저주파 전원이 낮은 파워를 가지도록 인가될 수도 있다. In the process of implementing the plasma, the low frequency power may be applied to have a lower power than the high frequency power.
한편, 플라즈마를 구현하는 과정에서 고주파 전원과 저주파 전원은 서로 다른 시간에 인가될 수 있으나 적어도 최소 한 번 이상은 고주파 전원 및 저주파 전원이 동시에 인가될 수 있다. Meanwhile, in the process of implementing plasma, the high frequency power and the low frequency power may be applied at different times, but the high frequency power and the low frequency power may be simultaneously applied at least once.
예로서, 플라즈마 구현 과정에서 저주파 전원을 고주파 전원 보다 먼저 온(ON) 시키고 저주파 전원이 온(ON) 되어 있는 동안 고주파 전원이 온(ON) 되는 방식을 사용할 수 있다. 또는, 증착이 진행되는 동안 저주파 전원이 계속 온(ON) 되어 있는 상태에서 고주파 전원이 공정 단계에 따라 온(ON)/오프(OFF)를 반복할 수도 있다. For example, in a plasma implementation process, a low frequency power source may be turned on before a high frequency power source and a high frequency power source may be turned on while the low frequency power source is turned on. Alternatively, while deposition is in progress, the low-frequency power may be repeatedly turned on (ON)/off (OFF) according to a process step while the low-frequency power is still on.
지금까지 설명한 내용들을 조합하면 다양한 구체적인 실시예들이 도출 가능하다. Combining the contents described so far, various specific embodiments can be derived.
구체적인 제 1 예로, 기판이 챔버 내부로 이송되는 단계, 기판이 히터에 안착하는 단계를 수행한 이후에, 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계, 챔버를 퍼지하는 단계, 챔버 내 반응가스를 공급하는 단계와 반응가스를 퍼지하는 단계를 반복하여 원하는 두께로 성장시키는 원자층 증착방법에서, 플라즈마 구현은 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계 외의 나머지 단계 중 하나 이상에서 수행되되 HF 전원과 LF 전원을 모두 사용하며 HF 전원이 인가되는 전극은 기판보다 위에 위치하며, LF 전원이 인가되는 전극은 기판 보다 아래에 위치할 수 있다. As a specific first example, after the substrate is transferred into the chamber, and after the substrate is seated on the heater, supplying raw materials into the chamber, purging the chamber, and supplying reaction gas in the chamber In the atomic layer deposition method of repeating the step of purging and reacting gas to grow to a desired thickness, the plasma implementation is performed in one or more of the remaining steps other than the step of supplying the raw material into the chamber, but uses both HF power and LF power. The electrode to which HF power is applied may be located above the substrate, and the electrode to which LF power is applied may be located below the substrate.
구체적인 제 2 예로, 기판이 챔버 내부로 이송되는 단계, 기판이 히터에 안착하는 단계를 먼저 수행한 후에, 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계와 챔버를 퍼지하는 단계, 챔버내 반응가스를 공급하는 단계와 반응가스를 퍼지하는 단계를 일정 횟수 반복하고 후처리를 진행하여 이를 원하는 두께만큼 반복하여 진행하는 원자층 증착방법에서, 플라즈마 구현은 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계 외의 나머지 단계 중 하나 이상에서 수행되되 플라즈마를 구현하는 과정에서 일정 횟수 반복 동안은 HF 전원을 사용하고 후처리 동안은 HF 전원과 LF 전원을 모두 사용하고 HF 전원이 인가되는 전극은 기판보다 위에 위치하며, LF 전원이 인가되는 전극은 기판보다 아래에 위치할 수 있다. As a specific second example, after the substrate is transferred into the chamber, the substrate is first seated in the heater, the step of supplying raw materials into the chamber, purging the chamber, and supplying the reaction gas in the chamber In the atomic layer deposition method in which the step of purging the reactant gas is repeated a predetermined number of times, and the post-processing is repeated by a desired thickness, the plasma implementation is performed in one or more of the remaining steps other than the step of supplying the raw material into the chamber. However, in the process of implementing plasma, HF power is used for a certain number of repetitions, both HF power and LF power are used during post-processing, and the electrode to which HF power is applied is located above the substrate, and the electrode to which LF power is applied It may be located below the substrate.
구체적인 제 3 예로, 기판이 챔버 내부로 이송되는 단계, 기판이 히터에 안착하는 단계를 먼저 수행한 후에, 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계와 챔버를 퍼지하는 단계, 챔버내 반응가스를 공급하는 단계와 반응가스를 퍼지하는 단계를 반복하여 원하는 두께로 성장시키는 원자층 증착방법에서, 플라즈마를 구현하는 과정에서 LF 전원은 모든 단계에서 인가되며, HF 전원은 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계 외의 나머지 단계 중 하나 이상에서 인가되며 HF 전원이 인가되는 전극은 기판보다 위에 위치하며, LF 전원이 인가되는 전극은 기판보다 아래에 위치할 수 있다. As a specific third example, after the substrate is transferred into the chamber, the substrate is first seated in the heater, the step of supplying raw materials into the chamber, purging the chamber, and supplying the reaction gas in the chamber In the atomic layer deposition method of repeating the step of purging and reacting gas to grow to a desired thickness, in the process of implementing plasma, LF power is applied in all steps, and HF power is the rest of the steps other than supplying raw materials into the chamber. The electrode to which HF power is applied and which is applied from one or more of them may be located above the substrate, and the electrode to which LF power is applied may be located below the substrate.
구체적인 제 4 예로, 기판이 챔버 내부로 이송되는 단계, 기판이 히터에 안착하는 단계를 수행한 이후에, 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계, 챔버를 퍼지하는 단계, 챔버 내 반응가스를 공급하는 단계와 반응가스를 퍼지하는 단계를 반복하여 원하는 두께로 성장시키는 원자층 증착방법에서, 플라즈마 구현은 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계 외의 나머지 단계 중 하나 이상에서 수행되되 HF 전원과 LF 전원을 모두 사용하고 HF 전원이 인가되는 전극 및 LF 전원이 인가되는 전극은 기판 보다 위에 위치할 수 있다.As a specific fourth example, after the substrate is transferred into the chamber, and after the substrate is seated on the heater, supplying raw materials into the chamber, purging the chamber, and supplying reaction gas in the chamber In the atomic layer deposition method of repeating the step of purging and reacting gas to grow to a desired thickness, plasma implementation is performed in one or more of the remaining steps other than the step of supplying the raw material into the chamber, but uses both HF power and LF power. The electrode to which the HF power is applied and the electrode to which the LF power is applied may be positioned above the substrate.
구체적인 제 5 예로, 기판이 챔버 내부로 이송되는 단계, 기판이 히터에 안착하는 단계를 먼저 수행한 후에, 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계와 챔버를 퍼지하는 단계, 챔버내 반응가스를 공급하는 단계와 반응가스를 퍼지하는 단계를 일정 횟수 반복하고 후처리를 진행하여 이를 원하는 두께만큼 반복하여 진행하는 원자층 증착방법에서, 플라즈마 구현은 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계 외의 나머지 단계 중 하나 이상에서 수행되되 일정 횟수 반복동안은 HF 전원을 사용하고 후처리 동안은 HF 전원과 LF 전원을 모두 사용하고 HF 전원이 인가되는 전극 및 LF 전원이 인가되는 전극은 기판 보다 위에 위치할 수 있다.As a specific fifth example, after the substrate is transferred into the chamber, the substrate is first seated on the heater, the step of supplying raw materials into the chamber, purging the chamber, and supplying the reaction gas in the chamber In the atomic layer deposition method in which the step of purging the reactant gas is repeated a predetermined number of times, and the post-processing is repeated by a desired thickness, the plasma implementation is performed in one or more of the remaining steps other than the step of supplying the raw material into the chamber. However, HF power is used for a certain number of repetitions, both HF power and LF power are used during post-processing, and an electrode to which HF power is applied and an electrode to which LF power is applied may be positioned above the substrate.
구체적인 제 6 예로, 기판이 챔버 내부로 이송되는 단계, 기판이 히터에 안착하는 단계를 먼저 수행한 후에, 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계와 챔버를 퍼지하는 단계, 챔버내 반응가스를 공급하는 단계와 반응가스를 퍼지하는 단계를 반복하여 원하는 두께로 성장시키는 원자층 증착방법에서, 플라즈마를 구현하기 위한 LF 전원은 모든 단계에서 인가되며, HF 전원은 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계 외의 나머지 단계 중 하나 이상에서 인가되며 HF 전원과 LF 전원을 모두 사용하고 HF 전원이 인가되는 전극 및 LF 전원이 인가되는 전극은 기판 보다 위에 위치할 수 있다.As a specific sixth example, after the substrate is transferred into the chamber, the substrate is first seated on the heater, the step of supplying raw materials into the chamber, purging the chamber, and supplying the reaction gas in the chamber In the atomic layer deposition method of repeating the step of purging and reacting gas to grow to a desired thickness, LF power for realizing plasma is applied in all steps, and HF power is among the remaining steps other than the step of supplying raw materials into the chamber. It is applied from one or more and uses both HF power and LF power, and the electrode to which HF power is applied and the electrode to which LF power is applied may be positioned above the substrate.
도 5는 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 박막 증착 방법으로 구현한 박막의 막질을 실험한 결과를 나타낸 도면이다. 5 is a view showing the results of testing the film quality of a thin film implemented by a thin film deposition method according to an embodiment of the present invention and a comparative example.
도 5를 참조하면, 패턴 내 고주파 전원을 인가하여 구현된 플라즈마를 이용하여 질화막 증착(비교예) 후 SEM 이미지와 습식 식각(Wet etch) 후 질화막의 SEM 이미지, 고주파 전원 및 저주파 전원을 동시에 인가하여 구현된 플라즈마를 이용하여 질화막 증착(실시예) 후 SEM 이미지와 습식 식각(Wet etch) 후 질화막의 SEM 이미지이다.Referring to FIG. 5, a SEM image after a nitride film deposition (comparative example) and a wet etching (Wet etch) SEM image of a nitride film, a high frequency power source, and a low frequency power source are simultaneously applied by using a plasma implemented by applying a high frequency power source in a pattern. SEM image of the nitride film after wet deposition (wet etch) and SEM image after deposition (example) of the nitride film using the implemented plasma.
HF plasma(비교예), HF + LF plasma(실시예)를 이용한 질화막 증착 후 도포율(Setp coverage)은 모두 100% 인 것을 확인할 수 있다. 하지만 습식 식각 후 도포율 확인시 HF plasma만 사용한 질화막(비교예)의 경우 패턴 내 측벽의 질화막이 상단(Top)이나 바닥(bottom) 대비 많이 식각된 것을 확인할 수 있다. 하지만 HF + LF plasma를 이용하여 증착한 질화막(실시예)의 경우 습식 식각 후에서 100%의 도포율을 유지한 것을 확인할 수 있었다. 이는 패턴 내 상부(top)와 바닥(bottom)과 측벽(side)의 막질이 동일한 것을 의미한다.After deposition of the nitride film using HF plasma (Comparative Example) and HF + LF plasma (Example), it can be confirmed that the coverage of the set film is 100%. However, when checking the application rate after wet etching, it can be seen that in the case of a nitride film using only HF plasma (comparative example), the nitride film on the sidewall in the pattern was etched more than the top or bottom. However, in the case of a nitride film (Example) deposited using HF + LF plasma, it was confirmed that the application rate of 100% was maintained after wet etching. This means that the film quality of the top, bottom, and sidewalls in the pattern is the same.
한편, LF 전원의 파워를 적절히 조절하여 상부(top)가 강한 막질을 구현하거나, 상부(top) 및 측벽(side)이 동일하게 강한 막질을 구현하거나, 측벽(side)만 강한 막질을 구현하도록 조절할 수 있다. 예를 들어, LF 전원의 파워가 증가될 경우 측벽(side) 막질은 개선되나 상부(top)의 막질이 저하될 수 있으며, LF 전원의 파워가 상대적으로 감소될 경우 측벽(side) 막질과 상부(top)의 막질이 개선될 수 있으며, LF 전원의 파워가 상대적으로 더욱 감소될 경우에는 HF 전원만 사용하는 경우와 거의 동일한 막질이 나타날 수 있다. 이러한 원인으로는 LF 플라즈마 대비 HF 플라즈마는 직진성이 매우 강해서 상부(top)의 막을 형성할 때 파워를 높여 강하게 때리면 막 내의 댕글링 본드 등을 발생시키고 원소 간의 결합력을 약화시켜 막질을 무르게 하는 요인으로 작용하기 때문인 것으로 이해된다. On the other hand, by properly adjusting the power of the LF power source to achieve a strong film quality of the top (top), the top (top) and side walls (side) to achieve the same strong film quality, or only the sidewalls (side) to control the strong film quality Can be. For example, when the power of the LF power is increased, the film quality of the sidewalls is improved, but the film quality of the top may be lowered, and when the power of the LF power supply is relatively reduced, the film quality and the sidewall (side) film quality and the top ( The film quality of the top) can be improved, and when the power of the LF power supply is relatively further reduced, the film quality almost identical to the case of using only the HF power supply may appear. For this reason, HF plasma compared to LF plasma has a very strong straightness, and when forming a film on the top, the power is increased to strike dangling bonds in the film and weaken the bonding force between elements to soften the film quality. It is understood that it is because.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
Claims (14)
상기 기판 상에 질소가스와 불활성가스 중 적어도 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상에 미흡착된 소스가스를 퍼지하는 퍼지단계; 및
상기 기판 상에 반응가스를 공급하고 싱글 주파수 전원을 인가하여 플라즈마 처리하는 제 1 플라즈마 처리 단계와 상기 퍼지가스를 공급하고 듀얼 주파수 전원을 인가하여 플라즈마 처리하는 제 2 플라즈마 처리 단계를 포함하는 플라즈마 처리 단계;
를 포함하며,
상기 제 1 플라즈마 처리 단계 및 상기 제 2 플라즈마 처리 단계를 수행함으로써 단위증착막을 형성할 수 있으며, 상기 제 2 플라즈마 처리 단계는 상기 단위증착막에 함유된 불순물이 제거되는 단계를 포함하며,
상기 각 단계에서는 상기 퍼지가스가 지속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는,
박막 증착 방법.An adsorption step in which a source gas is provided on a substrate in a chamber to adsorb at least a portion of the source gas on the substrate;
A purge step of purging an unadsorbed source gas on the substrate by providing a purge gas composed of at least one of nitrogen gas and inert gas or a combination thereof on the substrate; And
Plasma processing step including a first plasma processing step of supplying a reaction gas on the substrate and applying a single frequency power to plasma processing and a second plasma processing step of supplying the purge gas and applying a dual frequency power supply to plasma processing. ;
It includes,
A unit deposition film may be formed by performing the first plasma processing step and the second plasma processing step, and the second plasma processing step includes removing impurities contained in the unit deposition film,
In each step, characterized in that the purge gas is continuously supplied,
Thin film deposition method.
상기 플라즈마 처리 단계 이후 상기 기판 상에 상기 퍼지가스를 제공하는 플라즈마 퍼지단계;를 더 포함하는, 박막 증착 방법.According to claim 1,
And a plasma purge step of providing the purge gas on the substrate after the plasma treatment step.
상기 제 1 플라즈마 처리 단계와 상기 제 2 플라즈마 처리 단계에 발생되는 플라즈마는 복수개의 펄스를 갖는 펄스형 플라즈마인 것을 특징으로 하는, 박막 증착 방법.According to claim 1,
The plasma generated in the first plasma processing step and the second plasma processing step is characterized in that the pulse-type plasma having a plurality of pulses, thin film deposition method.
상기 제 1 플라즈마 처리 단계는 고주파 전원이 인가되어 플라즈마 처리되는 것을 특징으로 하는, 박막 증착 방법.According to claim 1,
The first plasma processing step, characterized in that the plasma treatment is applied to a high-frequency power source, thin film deposition method.
상기 제 2 플라즈마 처리 단계는 고주파 전원과 저주파 전원이 인가되어 플라즈마 처리되는 것을 특징으로 하는, 박막 증착 방법.According to claim 1,
The second plasma processing step is characterized in that the plasma treatment is performed by applying a high-frequency power source and a low-frequency power source.
상기 흡착단계 내지 상기 플라즈마 처리 단계 동안 저주파 전원이 지속적으로 인가되는 것을 특징으로 하는, 박막 증착 방법.The method according to any one of claims 1 to 5,
Low-frequency power is continuously applied during the adsorption step to the plasma processing step, thin film deposition method.
상기 흡착단계와 상기 퍼지단계에는 상기 반응가스가 지속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는, 박막 증착 방법.According to claim 1,
The adsorption step and the purge step, characterized in that the reaction gas is continuously supplied, thin film deposition method.
상기 흡착단계와 상기 퍼지단계 및 상기 플라즈마 퍼지단계에는 상기 반응가스가 지속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는, 박막 증착 방법.According to claim 2,
The reaction gas is continuously supplied to the adsorption step, the purge step, and the plasma purge step, characterized in that the thin film deposition method.
상기 고주파 전원은 13.56 MHz 내지 27.12 MHz의 주파수 범위를 가지며, 상기 저주파 전원은 300 KHz 내지 600 KHz의 주파수 범위를 가지는, 박막 증착 방법.The method of claim 5,
The high-frequency power source has a frequency range of 13.56 MHz to 27.12 MHz, the low-frequency power source has a frequency range of 300 KHz to 600 KHz, thin film deposition method.
상기 흡착단계 내지 상기 플라즈마 처리 단계를 단위사이클로 하여 상기 단위사이클을 적어도 2회 이상 수행하는 것을 특징으로 하는, 박막 증착 방법.The method according to any one of claims 1 to 5,
A method of depositing a thin film, characterized in that the unit cycle is performed at least twice or more by using the adsorption step to the plasma treatment step as a unit cycle.
상기 소스가스는 실란, 디실란, 트리메틸시릴(TMS), 트리스(디메틸아미노)실란(TDMAS), 비스(3차-부틸아미노)실란(BTBAS) 및 디클로로실란(DCS) 중 어느 하나를 포함하는, 박막 증착 방법.According to claim 1,
The source gas comprises any one of silane, disilane, trimethylsilyl (TMS), tris(dimethylamino)silane (TDMAS), bis(tert-butylamino)silane (BTBAS) and dichlorosilane (DCS), Thin film deposition method.
상기 불활성가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 박막 증착 방법. According to claim 1,
The inert gas includes at least one of helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), and radon (Rn).
상기 반응가스는 암모니아가스(NH3)를 포함하거나 질소가스(N2)와 수소가스(H2)의 혼합가스를 포함하는, 박막 증착 방법.According to claim 1,
The reaction gas comprises ammonia gas (NH3) or a mixed gas of nitrogen gas (N2) and hydrogen gas (H2), thin film deposition method.
상기 저주파 전원의 파워는 상기 고주파 전원의 파워 보다 더 낮은 것을 특징으로 하는, 박막 증착 방법.The method of claim 5,
The power of the low-frequency power source is characterized in that lower than the power of the high-frequency power source, thin film deposition method.
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