KR102217847B1 - Method for manufacturing insulation film, insulation film using same - Google Patents
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Abstract
챔버 내에 기판을 준비하는 단계, 상기 챔버 내에 실리콘(Si) 전구체를 제공하는 단계, 상기 챔버 내에 수소를 포함하는 가스 및 산소를 포함하는 가스를 제공함으로써, 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스가 서로 반응하여 상기 챔버 내에 H2O 산화제가 생성되는 단계, 및 상기 실리콘 전구체와 상기 H2O 산화제 내의 산소가 반응하여 실리콘 및 산소를 포함하는 박막이 형성되는 단계를 포함하는 절연막의 제조 방법이 제공될 수 있다.Preparing a substrate in a chamber, providing a silicon (Si) precursor in the chamber, and providing a gas containing hydrogen and a gas containing oxygen in the chamber, thereby containing the gas containing hydrogen and the oxygen The production of an insulating film comprising the steps of forming an H 2 O oxidizing agent in the chamber by reacting each other with each other, and forming a thin film containing silicon and oxygen by reacting the silicon precursor with oxygen in the H 2 O oxidizing agent A method can be provided.
Description
본 발명은 절연막의 제조 방법 및 이를 이용한 절연막에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 수소 및 산소를 포함하는 가스로부터 제조된 H2O 산화제를 이용한 절연막의 제조 방법, 및 이를 이용한 절연막에 관련된 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an insulating film and an insulating film using the same, and more particularly, to a method of manufacturing an insulating film using an H 2 O oxidizing agent prepared from a gas containing hydrogen and oxygen, and an insulating film using the same.
일반적으로 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 이중 금속 배선을 비롯하여 다중 금속 배선 공정이 일반화 되어가고 있다. 이러한 다중 금속 배선 구조에서 금속 배선간 접속 및 평탄화 기능을 갖게하는 절연막 형성 기술은 소자의 수율 및 신뢰성을 결정하는데 있어서 중요한 요소이다. 종래의 금속층간 절연막은 SiH4 가스를 이용한 플라즈마 화학 기상 증착 방법(PECVD)으로 형성되며, 소자의 평탄화를 위한 SOG(Spin On Glass)막의 상하부에 적층되는 구조로 형성된다. 이와 같은 방법으로 절연막을 형성하는 경우, 복잡한 공정으로 인해, 소자의 수율 저하, 및 소자의 손상이 유발되고, 복잡한 구조의 반도체 소자 내에 절연막을 형성하는 데에 어려움이 있다. 이에 따라, 소자 내에 간소화된 공정으로 우수한 막 특성을 절연막을 형성하는 기술에 대한 요구가 증가하고 있다.In general, as semiconductor devices become highly integrated, multi-metal wiring processes including double metal wiring are becoming more common. In such a multi-metal wiring structure, a technology for forming an insulating film that has a function of connecting and flattening metal wirings is an important factor in determining the yield and reliability of a device. The conventional intermetallic insulating film is formed by a plasma chemical vapor deposition method (PECVD) using SiH 4 gas, and is formed in a structure stacked on the upper and lower portions of a spin on glass (SOG) film for planarizing a device. In the case of forming the insulating film in this way, due to a complicated process, the yield of the device and damage to the device are caused, and it is difficult to form the insulating film in a semiconductor device having a complex structure. Accordingly, there is an increasing demand for a technology for forming an insulating film having excellent film properties through a simplified process in a device.
예를 들어, 대한민국 특허 등록 공보 KR1576639B1 (출원번호 KR20140124585A, 출원인: 주식회사 유진테크)에는, 특정 Si-N 결합을 가지는 아미노 실란 유도체를 플라즈마 원자층 증작 방법에 적용하여, 보다 낮은 파워와 성막온도 조건에서 고품질의 Si-N 결합을 포함하는 실리콘 질화 박막의 제조방법을 제공함으로써, 막질 저하 문제가 개선된 고품질의 절연막의 제조 기술이 개시되어 있다.For example, in Korean Patent Registration Publication KR1576639B1 (Application No. KR20140124585A, Applicant: Yujin Tech Co., Ltd.), an amino silane derivative having a specific Si-N bond was applied to the plasma atomic layer deposition method, and at lower power and film formation temperature conditions, By providing a method for manufacturing a silicon nitride thin film including a high-quality Si-N bond, there is disclosed a technology for manufacturing a high-quality insulating film in which the film quality deterioration problem is improved.
현재 절연막의 기계적 강도, 열적 특성, 막 균일도 등의 막 특성을 개선하기 위해, 종래 기술 대비 낮은 온도에서 고단차 피복성을 갖는 절연막의 제조 기술에 대한 연구가 필요한 실정이다.Currently, in order to improve film properties such as mechanical strength, thermal properties, and film uniformity of the insulating film, there is a need for research on a technology for manufacturing an insulating film having high step coverage at a lower temperature than the prior art.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 저온 공정이 가능한 절연막의 제조 방법 및 이를 이용한 절연막을 제공하는 데 있다.One technical problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing an insulating film capable of a low temperature process and an insulating film using the same.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 고단차 피복성을 갖는 절연막의 제조 방법 및 이를 이용한 절연막을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing an insulating film having a high step coverage and an insulating film using the same.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 기계적 강도 및 열적 특성이 향상된 절연막의 제조 방법 및 이를 이용한 절연막을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing an insulating film having improved mechanical strength and thermal properties, and an insulating film using the same.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 저유전율을 갖는 절연막의 제조 방법 및 이를 이용한 절연막을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing an insulating film having a low dielectric constant and an insulating film using the same.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 계면 특성이 우수한 절연막의 제조 방법 및 이를 이용한 절연막을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing an insulating film having excellent interfacial properties and an insulating film using the same.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 반도체 기반 소자 공정에서의 활용도가 높은 절연막의 제조 방법 및 이를 이용한 절연막을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing an insulating film with high utilization in a semiconductor-based device process and an insulating film using the same.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
상술된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 절연막의 제조 방법을 제공한다.In order to solve the above-described technical problem, the present invention provides a method of manufacturing an insulating film.
일 실시 예에 따르면, 상기 절연막의 제조 방법은, 챔버 내에 기판을 준비하는 단계, 상기 챔버 내에 실리콘(Si) 전구체를 제공하는 단계, 상기 챔버 내에 수소를 포함하는 가스 및 산소를 포함하는 가스를 제공함으로써, 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스가 서로 반응하여 상기 챔버 내에 H2O 산화제가 생성되는 단계, 및 상기 실리콘 전구체와 상기 H2O 산화제에 포함된 산소가 반응하여 실리콘 및 산소를 포함하는 박막이 형성되는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the method of manufacturing the insulating film includes: preparing a substrate in a chamber, providing a silicon (Si) precursor in the chamber, and providing a gas containing hydrogen and a gas containing oxygen in the chamber. Thus, the hydrogen-containing gas and the oxygen-containing gas react with each other to generate an H 2 O oxidizing agent in the chamber, and the silicon precursor and the oxygen contained in the H 2 O oxidizing agent react with each other to produce silicon and It may include a step of forming a thin film containing oxygen.
일 실시 예에 따르면, 상기 절연막의 제조 방법은, 상기 실리콘 전구체를 제공하는 단계에서, 도핑 전구체가 상기 챔버 내에 상기 실리콘 전구체와 함께 제공되는 것을 포함하되, 상기 도핑 전구체는 도핑 원소를 포함하고, 상기 도핑 원소는 탄소, 질소, 및 수소 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the method of manufacturing the insulating layer, in the step of providing the silicon precursor, includes providing a doping precursor together with the silicon precursor in the chamber, wherein the doping precursor includes a doping element, and the The doping element may include at least one of carbon, nitrogen, and hydrogen.
일 실시 예에 따르면, 상기 절연막의 제조 방법은, 상기 실리콘 전구체를 제공하는 단계와 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스를 제공하는 단계가 교대로 그리고 반복적으로 수행되어, 실리콘, 산소, 및 상기 도핑 원소를 포함하는 박막이 반복적으로 적층되는 것을 포함할 수 있다.According to an embodiment, in the method of manufacturing the insulating layer, the step of providing the silicon precursor and the step of providing the gas containing hydrogen and the gas containing oxygen are alternately and repeatedly performed, so that silicon and oxygen And it may include that the thin film including the doping element is repeatedly stacked.
일 실시 예에 따르면, 상기 절연막의 제조 방법은, 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스를 제공하는 단계 후, 탄소, 질소, 및 수소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 도핑 원소를 갖는 도핑 전구체가 상기 챔버 내에 제공되는 단계, 상기 도핑 전구체가 상기 챔버 내로 제공된 후, 상기 챔버 내에 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스를 제공함으로써, 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스가 서로 반응하여 상기 챔버 내에 H2O 산화제가 생성되는 단계, 및 상기 H2O 산화제에 의해 상기 도핑 전구체와 산소가 반응하여 상기 도핑 원소 및 산소를 포함하는 박막이 형성되는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the method of manufacturing the insulating layer includes: after providing the gas containing hydrogen and the gas containing oxygen, doping with a doping element containing at least one of carbon, nitrogen, and hydrogen. Providing a precursor into the chamber, after the doping precursor is provided into the chamber, by providing a gas containing the hydrogen and a gas containing the oxygen in the chamber, the gas containing the hydrogen and the oxygen containing the The gas reacting with each other to generate an H 2 O oxidizing agent in the chamber, and the step of forming a thin film containing the doping element and oxygen by reacting the doping precursor and oxygen by the H 2 O oxidizing agent can do.
일 실시 예에 따르면, 상기 절연막의 제조 방법은, 상기 실리콘 및 산소를 포함하는 박막, 및 상기 도핑 원소 및 상기 산소를 포함하는 박막이 교대로 그리고 반복적으로 적층되는 것을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the method of manufacturing the insulating layer may include alternately and repeatedly stacking the thin film including the silicon and oxygen, and the thin film including the doping element and the oxygen.
일 실시 예에 따르면, 상기 절연막은, 제1 계면, 상기 제2 계면, 및 상기 제1 계면과 제2 계면 사이의 중심부를 포함하되, 상기 도핑 원소가 탄소인 경우, 상기 제1 및 제2 계면에서의 탄소 함유랑이 상기 중심부에서의 탄소 함유량보다 적은 것을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the insulating layer includes a first interface, the second interface, and a central portion between the first interface and the second interface, and when the doping element is carbon, the first and second interfaces The carbon content in the may include less than the carbon content in the center.
일 실시 예에 따르면, 상기 절연막의 제조 방법은, 상기 중심부로부터 상기 제1 및 제2 계면으로 근접할수록, 상기 탄소함유량이 점차적으로 감소하는 것을 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the method of manufacturing the insulating layer may include gradually decreasing the carbon content as it approaches the first and second interfaces from the center.
일 실시 예에 따르면, 상기 절연막의 제조 방법은, 상기 제1 및 제2 계면에서의 기공도가, 상기 중심부에서의 기공도보다 작은 것을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the method of manufacturing the insulating layer may include that the porosity at the first and second interfaces is smaller than the porosity at the center.
일 실시 예에 따르면, 상기 절연막의 제조 방법은, 상기 실리콘 전구체를 제공하는 단계는, 상기 기판 상에 실리콘 전구체를 제공하는 제1 펄스(pulse) 단계 및 상기 기판 및 실리콘 전구체의 반응 잔여물을 배출하는 제1 퍼지(purge) 단계를 포함하고, 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스를 제공하는 단계는, 상기 기판 상에 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스를 제공하는 제2 펄스 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment, in the method of manufacturing the insulating layer, the providing of the silicon precursor comprises: a first pulse of providing a silicon precursor on the substrate and the reaction residue of the substrate and the silicon precursor is discharged. Including a first purge step, and providing the gas containing the hydrogen and the gas containing the oxygen, providing the gas containing the hydrogen and the gas containing the oxygen on the substrate It may include a second pulse step.
상술된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 절연막을 제공한다.In order to solve the above-described technical problem, the present invention provides an insulating film.
일 실시 예에 따르면, 상기 절연막은, 제1 계면, 제2 계면, 및 상기 제1 및 제2 계면 사이의 중심부를 포함하되, 상기 중심부로부터 상기 제1 및 제2 계면으로 근접할수록, 탄소 함유량이 감소하는 제1 박막을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the insulating layer includes a first interface, a second interface, and a central portion between the first and second interfaces, and the closer the carbon content is from the central portion to the first and second interfaces. It may include a decreasing first thin film.
일 실시 예에 따르면, 상기 절연막은, 상기 제1 박막과 교대로 그리고 반복적으로 적층되고 실리콘 및 산소를 포함하는 제2 박막을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the insulating layer may further include a second thin film that is alternately and repeatedly stacked with the first thin film and includes silicon and oxygen.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 박막은 실리콘, 산소 및 탄소를 포함하고, 복수의 상기 제1 박막이 반복적으로 적층된 구조를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the first thin film may include silicon, oxygen, and carbon, and may include a structure in which a plurality of the first thin films are repeatedly stacked.
일 실시 예에 따르면, 상기 절연막은, 상기 제1 및 제2 계면에서의 기공도가, 상기 중심부에서의 기공도보다 작은 것을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the insulating layer may include a porosity at the first and second interfaces smaller than a porosity at the center.
본 발명의 실시 예에 따르면, 챔버 내에 기판을 준비하는 단계, 상기 챔버 내에 실리콘 전구체를 제공하는 단계, 상기 챔버 내에 수소를 포함하는 가스 및 산소를 포함하는 가스를 제공함으로써, 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스가 서로 반응하여 상기 챔버 내에 H2O 산화제가 생성되는 단계, 및 상기 실리콘 전구체와 상기 H2O 산화제에 포함된 산소가 반응하여 실리콘 및 산소를 포함하는 박막이 형성되는 단계를 통해, 계면 특성이 우수한 절연막의 제조 방법이 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, by preparing a substrate in a chamber, providing a silicon precursor in the chamber, and providing a gas containing hydrogen and a gas containing oxygen in the chamber, the gas containing hydrogen And the oxygen-containing gas reacts with each other to generate an H 2 O oxidizing agent in the chamber, and the silicon precursor and oxygen contained in the H 2 O oxidizing agent react to form a thin film containing silicon and oxygen. Through the step, a method of manufacturing an insulating film having excellent interfacial properties may be provided.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 절연막은, 원자층 증착 공정에 의해 제조되므로, 집적도가 높은 소자 및 배선, 또는 복잡한 3차원 구조에서 높은 고단차 피복성을 가질 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 절연막은, 수십 나노 단위의 반도체 소자 및 배선 구조로의 활용이 용이할 수 있다.First, since the insulating film according to the exemplary embodiment of the present invention is manufactured by an atomic layer deposition process, it may have a high degree of coverage in devices and wirings with high degree of integration or in a complex three-dimensional structure. Accordingly, the insulating layer according to an exemplary embodiment of the present invention may be easily utilized as a semiconductor device and a wiring structure of several tens of nanometers.
또한, 상기 챔버 내에 공급된 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스가 열처리됨으로써, 상기 절연막의 형성에 요구되는 H2O 산화제가 상기 챔버 내에서 직접 생산될 수 있다. 원자층 증착 공정에 사용되는 H2O, O2, O3 등의 산화제를 상기 챔버 내에 공급하는 종래 기술과 달리, 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 챔버 내에서 상기 H2O 산화제를 직접 생산하는 경우, 저온 공정이 가능하며, 제조되는 상기 절연막의 손상을 최소화시킬 수 있다. 또한, 상기 H2O 산화제의 공급이 용이하여 상기 챔버 내에서의 상기 실리콘 및 산소를 포함하는 박막의 생산 수율이 향상될 수 있다.In addition, by heat treatment of the gas containing hydrogen and the gas containing oxygen supplied into the chamber, H 2 O oxidizing agent required for formation of the insulating film may be directly produced in the chamber. Unlike the conventional technology in which an oxidizing agent such as H 2 O, O 2 , and O 3 used in the atomic layer deposition process is supplied into the chamber, according to an embodiment of the present invention, the H 2 O oxidizing agent is directly produced in the chamber. In this case, a low-temperature process is possible, and damage to the manufactured insulating layer can be minimized. In addition, since the H 2 O oxidizing agent is easily supplied, the production yield of the thin film including silicon and oxygen in the chamber may be improved.
뿐만 아니라, 상기 챔버 내에 상기 실리콘 전구체와 함께 도핑 원소(탄소, 질소, 또는 수소)를 포함하는 도핑 전구체가 제공될 수 있다. 또한, 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스를 제공하는 단계 후, 상기 챔버 내에 상기 도핑 전구체가 제공될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따르면, 실리콘 및 상기 도핑 원소를 포함하는 상기 절연막이 제조될 수 있다. 상기 도핑 원소가 탄소(C)인 경우, 실리콘 및 탄소를 포함하는 저유전율을 갖는 상기 절연막이 제조될 수 있다.In addition, a doping precursor including a doping element (carbon, nitrogen, or hydrogen) together with the silicon precursor may be provided in the chamber. In addition, after the step of providing the gas containing hydrogen and the gas containing oxygen, the doping precursor may be provided in the chamber. Accordingly, according to an embodiment of the present invention, the insulating film including silicon and the doping element may be manufactured. When the doping element is carbon (C), the insulating film having a low dielectric constant including silicon and carbon may be manufactured.
또한, 상기 절연막의 중심부로부터 제1 및 제2 계면으로 근접할수록 탄소 함유량이 감소하고, 기공도가 감소할 수 있다. 이에 따라, 표면 조도 등 계면 특성이 향상된 상기 절연막이 제조될 수 있다.In addition, as the insulating layer approaches the first and second interfaces from the center of the insulating layer, the carbon content decreases and the porosity may decrease. Accordingly, the insulating film having improved interfacial properties such as surface roughness may be manufactured.
뿐만 아니라, 상기 실리콘 전구체를 제공하는 단계와 및 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스를 제공하는 단계가 교대로 그리고 반복적으로 수행됨으로써, 상기 절연막의 두께가 용이하게 조절될 수 있다. In addition, the step of providing the silicon precursor and the step of providing the gas containing hydrogen and the gas containing oxygen are alternately and repeatedly performed, so that the thickness of the insulating layer can be easily adjusted.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 절연막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 절연막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 절연막을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 절연막 내 A 및 A' 경로에 따른 탄소 함유량을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 절연막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 절연막을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예들에 따라 제조된 절연막의 활용 예(배선 구조, 반도체 소자)들을 설명하기 위한 도면이다.1 is a flow chart illustrating a method of manufacturing an insulating layer according to example embodiments.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an insulating layer according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining an insulating layer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing carbon content along paths A and A'in an insulating film according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 3.
5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an insulating layer according to another exemplary embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an insulating layer according to another exemplary embodiment of the present invention.
7 and 8 are diagrams for explaining application examples (wiring structures, semiconductor devices) of an insulating film manufactured according to embodiments of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In the present specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on the other component or that a third component may be interposed between them. In addition, in the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Further, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various elements, but these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. In addition, in the present specification,'and/or' is used to mean including at least one of the elements listed before and after.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.In the specification, expressions in the singular include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In addition, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, elements, or a combination of the features described in the specification, and one or more other features, numbers, steps, and configurations It is not to be understood as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.Further, in the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 절연막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 절연막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 절연막을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 절연막 내 A 및 A' 경로에 따른 탄소 함유량을 나타내는 그래프이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an insulating layer according to embodiments of the present invention, FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an insulating layer according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an exemplary embodiment of the present invention. 4 is a graph showing carbon content along paths A and A'in the insulating layer according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 챔버 내에 기판이 준비될 수 있다(S100). 상기 기판의 종류에 제한이 없을 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은, 금속 기판, 유리 기판, 반도체 기판, 또는 플라스틱 기판일 수 있다.1 to 4, a substrate may be prepared in the chamber (S100). There may be no limitation on the type of the substrate. For example, the substrate may be a metal substrate, a glass substrate, a semiconductor substrate, or a plastic substrate.
상기 챔버 내에 실리콘(Si) 전구체가 제공될 수 있다(S200). 일 실시 예에 따르면, 상기 실리콘 전구체는, SiCl4, Si2Cl6, Si3Cl8, Si4C4H16O4(tetramethylcylotetrasiloxane, TMCTS) 중 어느 하나일 수 있다. 상기 실리콘 전구체를 제공하는 단계는, 상기 기판 상에 상기 실리콘 전구체가 제공되는 제1 펄스(pulse) 단계, 및 상기 기판 및 상기 실리콘 전구체의 반응 잔여물이 배출되는 제1 퍼지(purge) 단계를 포함할 수 있다. A silicon (Si) precursor may be provided in the chamber (S200). According to an embodiment, the silicon precursor may be any one of SiCl 4 , Si 2 Cl 6 , Si 3 Cl 8 , Si 4 C 4 H 16 O 4 (tetramethylcylotetrasiloxane, TMCTS). The providing of the silicon precursor includes a first pulse step in which the silicon precursor is provided on the substrate, and a first purge step in which reaction residues of the substrate and the silicon precursor are discharged. can do.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 펄스 단계에서, 상기 챔버 내에 상기 실리콘 전구체를 제공하기 위해, 상기 챔버 내에 상기 실리콘 전구체 및 불활성 기체(ex. Ar, N2)가 함께 공급될 수 있다. 또한, 상기 제1 퍼지 단계에서, 상기 기판 및 상기 실리콘 전구체의 상기 상기 반응 잔여물을 상기 챔버로부터 배출하기 위해, 상기 불활성 기체가 공급될 수 있다.According to an embodiment, in the first pulse step, in order to provide the silicon precursor in the chamber, the silicon precursor and an inert gas (eg, Ar, N 2 ) may be supplied together in the chamber. In addition, in the first purge step, the inert gas may be supplied to discharge the reaction residue of the substrate and the silicon precursor from the chamber.
일 실시 예에 따르면, 상기 실리콘 전구체를 제공하는 단계에서, 도핑(doping) 전구체가 상기 실리콘 전구체와 함께 상기 챔버 내에 제공될 수 있다. 다시 말해서, 상기 제1 펄스 단계에서, 상기 챔버 내에 상기 실리콘 전구체 및 상기 도핑 전구체가 함께 제공될 수 있다. 또한, 상기 제1 퍼지 단계에서, 상기 실리콘 전구체, 및 상기 도핑 전구체의 반응 잔여물이 상기 챔버로부터 배출될 수 있다.According to an embodiment, in the step of providing the silicon precursor, a doping precursor may be provided in the chamber together with the silicon precursor. In other words, in the first pulse step, the silicon precursor and the doping precursor may be provided together in the chamber. In addition, in the first purge step, the silicon precursor and the reaction residue of the doping precursor may be discharged from the chamber.
일 실시 예에 따르면, 상기 도핑 전구체는, 도핑 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 도핑 원소는, 탄소(C), 질소(N), 및 수소(H) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the doping precursor may include a doping element. For example, the doping element may include at least one of carbon (C), nitrogen (N), and hydrogen (H).
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 실리콘 전구체를 제공하는 단계에서, 실리콘 및 탄소를 포함하는 전구체(Si-C)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 실리콘 및 탄소를 포함하는 전구체는, tetramethylsilane(TMS), 또는 Si((CH3)4)일 수 있다.Further, according to an embodiment, in the step of providing the silicon precursor, a precursor (Si-C) including silicon and carbon may be provided. For example, the precursor containing silicon and carbon may be tetramethylsilane (TMS) or Si ((CH 3 ) 4 ).
상기 챔버 내에 수소를 포함하는 가스 및 산소를 포함하는 가스를 제공함으로써, 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스가 서로 반응하여 상기 챔버 내에 H2O 산화제가 생성될 수 있다(S300). 구체적으로, 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스는, 상기 챔버 내에 제공되는 동시에, 상기 챔버 내의 열에 의해 열처리(thermal treatment)됨으로써, 상기 H2O 산화제가 생성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 열처리 공정의 온도는, 400℃ 내지 600℃이고, 압력은, 0.1torr 내지 10torr일 수 있다. By providing a gas containing hydrogen and a gas containing oxygen in the chamber, the gas containing hydrogen and the gas containing oxygen may react with each other to generate an H 2 O oxidizing agent in the chamber (S300). . Specifically, the hydrogen-containing gas and the oxygen-containing gas are provided in the chamber and are thermally treated by heat in the chamber, thereby generating the H 2 O oxidizing agent. According to an embodiment, the temperature of the heat treatment process may be 400° C. to 600° C., and the pressure may be 0.1 torr to 10 torr.
상기 열처리 공정에 사용되는 가열기의 형태로는, 그 종류를 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 가열기는, 히터(heater), 핫 플레이트(hot plate), 또는 가열 코일(heating coil) 중에서 어느 하나일 수 있다. The type of the heater used in the heat treatment step is not particularly limited. For example, the heater may be any one of a heater, a hot plate, or a heating coil.
상기 실리콘 전구체와 상기 H2O 산화제 내의 산소가 반응하여 실리콘 및 산소를 포함하는 박막이 형성될 수 있다(S400). 다시 말하면, 상기 챔버 내에서 형성된 상기 H2O 산화제(물 라디칼)와 상기 실리콘 전구체가 반응하여, 상기 실리콘 및 산소를 포함하는 박막이 형성될 수 있다. A thin film including silicon and oxygen may be formed by reacting the silicon precursor with oxygen in the H 2 O oxidizing agent (S400). In other words, the H 2 O oxidizing agent (water radical) formed in the chamber and the silicon precursor react to form a thin film containing the silicon and oxygen.
또는, 일 실시 예에 따르면, 상기 H2O 산화제와 함께, 상기 챔버 내에 잔존된 상기 산소를 포함하는 가스로부터 생성된 산소 라디칼이 상기 실리콘 전구체와 반응하여, 상기 실리콘 및 산소를 포함하는 박막이 형성될 수 있다. Alternatively, according to an embodiment, oxygen radicals generated from the gas containing oxygen remaining in the chamber together with the H 2 O oxidizing agent react with the silicon precursor to form a thin film containing silicon and oxygen. Can be.
상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 챔버 내에서의 상기 열처리 공정에 의해 상기 H2O 산화제를 직접 생산하여 상기 실리콘 및 산소를 포함하는 박막을 제조하는 경우, 종래의 플라즈마 공정 대비 낮은 온도에서 상기 실리콘 및 산소를 포함하는 박막의 형성이 가능하며, 제조되는 상기 실리콘 및 산소를 포함하는 박막의 손상을 최소화시킬 수 있다. 또한, 산화제의 공급이 용이하여 상기 챔버 내에서의 상기 실리콘 및 산소를 포함하는 박막의 생산 수율이 향상될 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, when the H 2 O oxidizing agent is directly produced by the heat treatment process in the chamber to produce a thin film containing silicon and oxygen, compared to a conventional plasma process. The thin film including silicon and oxygen may be formed at a low temperature, and damage to the thin film including silicon and oxygen to be produced may be minimized. In addition, since the oxidizing agent is easily supplied, the production yield of the thin film including silicon and oxygen in the chamber may be improved.
S200단계에서 설명된 바와 같이, 상기 챔버 내에 상기 실리콘 전구체 및 상기 도핑 전구체가 함께 제공되는 경우, 상기 챔버 내의 상기 실리콘 전구체, 상기 도핑 전구체, 및 상기 H2O 산화제 내의 산소가 반응하여 상기 기판 상에 실리콘, 산소, 및 상기 도핑 원소를 포함하는 박막(30)이 형성될 수 있다.As described in step S200, when the silicon precursor and the doping precursor are provided together in the chamber, oxygen in the silicon precursor, the doping precursor, and the H 2 O oxidizing agent reacts on the substrate. A
상기 챔버 내에 상기 실리콘 전구체 및 상기 도핑 전구체가 함께 제공되는 경우, 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스를 제공하는 단계는, 상기 기판 상에 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스를 제공하여 상기 H2O 산화제를 형성하는 제2 펄스 단계를 포함할 수 있다.When the silicon precursor and the doping precursor are provided together in the chamber, the providing of the gas containing the hydrogen and the gas containing the oxygen includes the gas containing the hydrogen and the oxygen on the substrate. It may include a second pulse step of forming the H 2 O oxidizing agent by providing the gas.
일 실시 예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 전구체를 제공하는 단계(S200), 및 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스를 제공하여 상기 H2O 산화제를 형성하는 단계(S300)가 교대로 그리고 반복적으로 수행될 수 있다. 이에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 및 산소를 포함하는 박막(30)이 반복적으로 적층된 구조의 상기 절연막(100)이 제조될 수 있다.According to an embodiment, as shown in FIG. 2, providing the silicon precursor (S200), and forming the H 2 O oxidizing agent by providing the gas including the hydrogen and the gas including the oxygen Step S300 may be performed alternately and repeatedly. Accordingly, as shown in FIG. 3, the insulating
또한, 상술된 바와 같이, 상기 실리콘 전구체를 제공하는 단계에서, 상기 챔버 내에 상기 실리콘 전구체 및 상기 도핑 전구체가 함께 제공되는 경우, 상기 실리콘 전구체를 제공하는 단계, 및 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스를 제공하여 상기 H2O 산화제를 형성하는 단계가 교대로 그리고 반복적으로 수행되어, 도 3에 도시된 바와 같이, 실리콘, 산소, 및 상기 도핑 원소를 포함하는 박막(30)이 반복적으로 적층된 구조의 본 발명의 실시 예에 따른 절연막(100)이 제조될 수 있다.In addition, as described above, in the step of providing the silicon precursor, when the silicon precursor and the doping precursor are provided together in the chamber, providing the silicon precursor, and the gas containing the hydrogen and the oxygen The step of forming the H 2 O oxidizing agent by providing a gas containing a is performed alternately and repeatedly, as shown in FIG. 3, so that the
본 발명의 실시 예에 따라 제조된 절연막(100)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 계면(101), 제2 계면(102), 상기 제1 및 제2 계면(101, 102) 사이의 중심부(100c)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 절연막(100)에 포함된 상기 도핑 원소가 탄소인 경우, 상기 제1 계면(101) 및 상기 제2 계면(102)에서의 탄소 함유량이 상기 중심부(100c)에서의 탄소 함유량보다 적을 수 있다. 구체적으로, 상기 절연막(100)의 상기 중심부로(100c)부터 상기 제1 계면(101) 및 상기 제2 계면(102)으로 근접할수록, 상기 탄소함유량이 점차적으로 감소될 수 있다. 또한, 상기 절연막(100)의 상기 제1 계면(101) 및 상기 제2 계면(102)에서의 기공도가 상기 중심부(100c)에서의 기공도보다 작을 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따르면, 표면 조도가 감소되어 계면 특성이 향상된 상기 절연막(100)이 제조될 수 있다.The insulating
이하, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 절연막의 제조 방법이 설명된다.Hereinafter, a method of manufacturing an insulating film according to another embodiment of the present invention will be described.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 절연막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 절연막을 설명하기 위한 도면이다.5 is a flow chart illustrating a method of manufacturing an insulating layer according to another exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a view illustrating an insulating layer according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 5 및 도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 절연막의 제조 방법을 설명함에 있어서, 앞서 도 1 내지 도 4에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 절연막의 제조 방법에 대한 설명에 중복되는 부분에 대해서는 도 1 내지 도 4를 참조하기로 한다.In describing a method of manufacturing an insulating film according to another embodiment of the present invention illustrated in FIGS. 5 and 6, the description of the method of manufacturing an insulating film according to an exemplary embodiment of the present invention illustrated in FIGS. 1 to 4 will be referred to for the part.
도 5 및 도 6을 참조하면, 챔버 내에 기판이 준비될 수 있다(S110). 상기 기판의 종류에 제한이 없을 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은, 금속 기판, 유리 기판, 반도체 기판, 또는 플라스틱 기판일 수 있다.5 and 6, a substrate may be prepared in the chamber (S110). There may be no limitation on the type of the substrate. For example, the substrate may be a metal substrate, a glass substrate, a semiconductor substrate, or a plastic substrate.
상기 챔버 내에 실리콘(Si) 전구체가 제공될 수 있다(S120). 일 실시 예에 따르면, 상기 실리콘 전구체는, SiCl4, Si2Cl6, Si3Cl8, Si4C4H16O4(tetramethylcylotetrasiloxane, TMCTS) 중 어느 하나일 수 있다. 구체적으로, 상기 실리콘 전구체를 제공하는 단계는, 상기 기판 상에 상기 실리콘 전구체를 제공되는 제1 펄스 단계, 및 상기 기판 및 상기 실리콘 전구체의 반응 잔여물이 배출되는 제1 퍼지 단계를 포함할 수 있다.A silicon (Si) precursor may be provided in the chamber (S120). According to an embodiment, the silicon precursor may be any one of SiCl 4 , Si 2 Cl 6 , Si 3 Cl 8 , Si 4 C 4 H 16 O 4 (tetramethylcylotetrasiloxane, TMCTS). Specifically, the providing of the silicon precursor may include a first pulse step of providing the silicon precursor on the substrate, and a first purge step of discharging reaction residues of the substrate and the silicon precursor. .
상기 챔버 내에 수소를 포함하는 가스 및 산소를 포함하는 가스가 제공될 수 있다(S130). 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스는, 상기 챔버 내에 제공되는 동시에, 상기 열처리됨으로써, 상기 H2O 산화제가 생성될 수 있다. 다시 말해서, 상기 챔버 내의 상기 실리콘 전구체와 상기 H2O 산화제 내의 산소가 반응하여 상기 기판 상에 실리콘 및 산소를 박막(10)이 형성될 수 있다.A gas containing hydrogen and a gas containing oxygen may be provided in the chamber (S130). As described with reference to FIGS. 1 to 4, the hydrogen-containing gas and the oxygen-containing gas are provided in the chamber and heat-treated to generate the H 2 O oxidizing agent. In other words, the silicon precursor in the chamber and oxygen in the H 2 O oxidizer react to form a
상기 챔버 내에 도핑 전구체가 제공될 수 있다(S140). 구체적으로, 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스를 제공하는 단계 후, 탄소, 질소, 및 수소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 도핑 원소를 갖는 도핑 전구체가 상기 챔버 내에 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 도핑 전구체는, CH4일 수 있다.A doping precursor may be provided in the chamber (S140). Specifically, after the step of providing the gas containing hydrogen and the gas containing oxygen, a doping precursor having a doping element containing at least one of carbon, nitrogen, and hydrogen may be provided in the chamber. According to an embodiment, the doping precursor may be CH 4 .
일 실시 예에 따르면, 상기 도핑 전구체를 제공하는 단계는, 상기 실리콘 및 산소를 포함하는 박막(10) 상에 상기 도핑 전구체를 제공하는 제2 펄스 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the providing of the doping precursor may include a second pulse step of providing the doping precursor on the
상기 도핑 전구체가 상기 챔버 내로 제공된 후, 상기 챔버 내에 수소를 포함하는 가스 및 산소를 포함하는 가스가 제공될 수 있다(S150). S150 단계는, 상기 챔버 내에 상기 실리콘 전구체를 제공하는 단계 후, 수행되는 상기 챔버 내에 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스를 제공하는 단계(S130)와 동일할 수 있다.After the doping precursor is provided into the chamber, a gas including hydrogen and a gas including oxygen may be provided in the chamber (S150). Step S150 may be the same as the step S130 of providing the gas containing hydrogen and the gas containing oxygen in the chamber to be performed after the step of providing the silicon precursor in the chamber.
상술된 바와 같이, 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스는, 상기 챔버 내에 제공되는 동시에, 상기 열처리를 통해 서로 반응하여 상기 H2O 산화제가 생성될 수 있다. 상기 챔버 내의 상기 도핑 전구체와 상기 H2O 산화제 내의 산소가 반응하여 상기 실리콘 및 산소를 포함하는 박막(10) 상에 상기 도핑 원소 및 산소를 포함하는 박막(20)이 형성될 수 있다.As described above, the hydrogen-containing gas and the oxygen-containing gas may be provided in the chamber and react with each other through the heat treatment to generate the H 2 O oxidizing agent. The doping precursor in the chamber and oxygen in the H 2 O oxidizer react to form a
일 실시 예에 따르면, 상기 실리콘 전구체를 제공하는 단계(S120) 및 상기 도핑 전구체를 제공하는 단계(S140)는, 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스를 제공하는 단계(S130, 150)와 교대로 그리고 반복적으로 수행될 수 있다. 이에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 및 산소를 포함하는 박막(10), 및 상기 도핑 원소 및 산소를 포함하는 박막(20)이 반복적으로 적층된 구조의 본 발명의 다른 실시 예에 따른 절연막(200)이 제조될 수 있다.According to an embodiment, the providing of the silicon precursor (S120) and the providing of the doping precursor (S140) include the steps of providing a gas including the hydrogen and a gas including the oxygen (S130, 150). ) And can be performed alternately and repeatedly. Accordingly, as shown in Fig. 6, the
상술된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 상기 절연막(200)은, 상기 실리콘 및 산소를 포함하는 박막(10) 및 상기 도핑 원소 및 산소를 포함하는 박막(20)이 반복적으로 적층된 구조를 가질 수 있고, 상기 실리콘 및 산소를 포함하는 박막(10) 및 상기 도핑 원소 및 산소를 포함하는 박막(20)의 적층 횟수 및 비율이 조절될 수 있다. 이에 따라, 상기 절연막(200)이, 제1 계면(201), 제2 계면(202), 상기 제1 및 제2 계면(201, 202) 사이의 중심부(200c)를 포함하는 경우, 상기 중심부(200c) 및 그에 인접한 영역에서 상기 도핑 원소 및 상기 산소를 포함하는 박막(20)의 비율이, 상기 제1 및 제2 계면(201, 202) 및 그에 인접한 영역에서 상기 도핑 원소 및 산소를 포함하는 박막(20)의 비율보다 높을 수 있다. 이에 따라, 상기 절연막(200)에 포함된 상기 도핑 원소가 탄소인 경우, 상기 제1 계면(201) 및 상기 제2 계면(202)에서의 탄소 함유량이 상기 중심부(200c)에서의 탄소 함유량보다 적을 수 있다. 구체적으로, 상기 절연막(200)의 상기 중심부로(200c)부터 상기 제1 계면(201) 및 상기 제2 계면(202)으로 근접할수록, 상기 탄소 함유량이 점차적으로 감소할 수 있다. 또한, 상기 절연막(200)의 상기 제1 계면(201) 및 상기 제2 계면(202)에서의 기공도가 상기 중심부(200c)에서의 기공도보다 작을 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 표면 조도가 감소되어 계면 특성이 향상된 상기 절연막(200)이 제조될 수 있다.As described above, the insulating
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예들에 따라 제조된 절연막의 활용 예들을 설명하기 위한 도면이다.7 and 8 are diagrams for explaining application examples of an insulating film manufactured according to embodiments of the present invention.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따라 제조된 절연막(100, 200)은, 고단차 피복성을 가지므로, 수십 나노 단위의 복잡한 구조의 배선(3) 구조(도 7), 또는 반도체 소자층(5) 사이에(도 8)에 용이하게 적용될 수 있다.7 and 8, the insulating
상술된 본 발명의 실시 예들과 달리, 종래에는 솔겔(sol-gel)법, 물리적 기상증착법(physical vapor deposition, PVD), 화학적 기상증착법(chemical vapor deposition, CVD)을 이용하여 절연막을 제조하고 있다. 먼저, 물리적 기상증착법을 이용하여 절연막을 제조하는 경우, 단차비복성이 낮고, 균일도가 우수하지 못하며, 증착 과정에서의 플라즈마 형성, 및 고에너지로 입사되는 원자들에 의한 박막 손상으로 인해, 복잡한 3D 구조에서의 금속 배선 및 접착 능력에 한계가 있는 단점이 있다.Unlike the above-described embodiments of the present invention, conventionally, an insulating film is manufactured using a sol-gel method, physical vapor deposition (PVD), or chemical vapor deposition (CVD). First, in the case of manufacturing an insulating film using a physical vapor deposition method, the step ratio is low and the uniformity is not excellent, and due to the formation of plasma during the deposition process and the damage to the thin film by atoms incident at high energy, the complex 3D There is a disadvantage in that there is a limitation in metal wiring and adhesion ability in the structure.
반면, 화학적 기상증착법을 이용하여 절연막을 제조하는 경우, 화학적 기상증착법과 달리, 단차피복성 및 균일도가 우수하여 활용범위가 광범위한 장점이 있다. 하지만, 반도체 소자 및 배선의 집적도가 증가함에 따라, 증착률이 높은 화학적 기상증착법을 이용하는데에 어려움이 있다.On the other hand, when the insulating film is manufactured by using a chemical vapor deposition method, unlike the chemical vapor deposition method, it has an advantage in a wide range of applications due to excellent step coverage and uniformity. However, as the degree of integration of semiconductor devices and wiring increases, it is difficult to use a chemical vapor deposition method having a high deposition rate.
최근 상술된 문제점을 개선하기 위해, 집적도가 높은 소자 및 배선, 또는 복잡한 3D 구조에서 높은 균일도 및 고단차 비복성을 갖는 원자층 증착법을 이용하여 절연막을 제조하는 기술이 광범위하게 활용되고 있다. 하지만, 원자층 증착법을 이용하여 절연막을 제조하는 경우, 원자층 증착 공정에 사용되는 H2O, O2, O3 등의 산화제의 반응성 향상을 위해 플라즈마를 인가하므로, 물리적 기상증착법과 마찬가지로, 막의 손상으로 인해 결함이 발생하거나, 챔버 자체의 부식으로 인한 파티클이 발생하는 문제점이 있다.Recently, in order to improve the above-described problems, a technology for manufacturing an insulating film using an atomic layer deposition method having high uniformity and high step non-plurality in devices and wirings with high degree of integration or complex 3D structures has been widely used. However, in the case of manufacturing an insulating film using an atomic layer deposition method, plasma is applied to improve the reactivity of oxidizing agents such as H 2 O, O 2 and O 3 used in the atomic layer deposition process. There is a problem in that defects occur due to damage or particles are generated due to corrosion of the chamber itself.
하지만, 본 발명의 실시 예에 따르면, 챔버 내에 기판을 준비하는 단계, 상기 챔버 내에 실리콘 전구체를 제공하는 단계, 상기 챔버 내에 수소를 포함하는 가스 및 산소를 포함하는 가스를 제공함으로써, 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스가 서로 반응하여 상기 챔버 내에 H2O 산화제가 생성되는 단계, 및 상기 실리콘 전구체와 상기 H2O 산화제 내의 산소가 반응하여 실리콘 및 산소를 포함하는 박막이 형성되는 단계를 통해, 계면 특성이 우수한 절연막(100, 200)의 제조 방법이 제공될 수 있다. However, according to an embodiment of the present invention, by preparing a substrate in a chamber, providing a silicon precursor in the chamber, and providing a gas containing hydrogen and a gas containing oxygen in the chamber, the hydrogen is included. The gas and the oxygen-containing gas react with each other to generate an H 2 O oxidizing agent in the chamber, and the silicon precursor and the oxygen in the H 2 O oxidizing agent react to form a thin film containing silicon and oxygen. Through the step, a method of manufacturing the insulating
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 절연막(100, 200)은, 원자층 증착 공정에 의해 제조되므로, 집적도가 높은 소자 및 배선, 또는 복잡한 3차원 구조에서 높은 고단차 피복성을 가질 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 절연막은, 수십 나노 단위의 반도체 소자 및 배선 구조로의 활용이 용이할 수 있다.First, since the insulating
또한, 상기 챔버 내에 공급된 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스가 열처리됨으로써, 상기 절연막(100, 200)의 형성에 요구되는 H2O 산화제가 상기 챔버 내에서 직접 생산될 수 있다. 원자층 증착 공정에 사용되는 H2O, O2, O3 등의 산화제를 상기 챔버 내에 공급하는 종래 기술과 달리, 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 챔버 내에서 상기 H2O 산화제를 직접 생산하는 경우, 저온 공정이 가능하며, 제조되는 상기 절연막(100, 200)의 손상을 최소화시킬 수 있다. 또한, 상기 H2O 산화제의 공급이 용이하여 상기 챔버 내에서의 상기 실리콘 및 산소를 포함하는 박막의 생산 수율이 향상될 수 있다.In addition, by heat treatment of the gas containing hydrogen and the gas containing oxygen supplied to the chamber, the H 2 O oxidizing agent required for the formation of the insulating
뿐만 아니라, 상기 챔버 내에 상기 실리콘 전구체와 함께 도핑 원소(탄소, 질소, 또는 수소)를 포함하는 도핑 전구체가 제공될 수 있다. 또한, 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스를 제공하는 단계 후, 상기 챔버 내에 상기 도핑 전구체가 제공될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따르면, 실리콘 및 상기 도핑 원소를 포함하는 상기 절연막(100, 200)이 제조될 수 있다. 상기 도핑 원소가 탄소(C)인 경우, 실리콘 및 탄소를 포함하는 저유전율을 갖는 상기 절연막(100, 200)이 제조될 수 있다.In addition, a doping precursor including a doping element (carbon, nitrogen, or hydrogen) together with the silicon precursor may be provided in the chamber. In addition, after the step of providing the gas containing hydrogen and the gas containing oxygen, the doping precursor may be provided in the chamber. Accordingly, according to an embodiment of the present invention, the insulating
또한, 상기 절연막(100, 200)의 중심부(100c, 200c)로부터 제1 계면(101, 201) 및 제2 계면(102, 202)으로 근접할수록 탄소 함유량이 감소하고, 기공도가 증가할 수 있다. 이에 따라, 표면 조도 등 계면 특성이 향상된 상기 절연막(100, 200)이 제조될 수 있다.In addition, as the insulating
뿐만 아니라, 상기 실리콘 전구체를 제공하는 단계와 및 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스를 제공하는 단계가 교대로 그리고 반복적으로 수행됨으로써, 상기 절연막(100, 200)의 두께가 용이하게 조절될 수 있다. In addition, the steps of providing the silicon precursor and the steps of providing the gas containing hydrogen and the gas containing oxygen are alternately and repeatedly performed, so that the thickness of the insulating
3: 배선
5: 소자층
10: 실리콘 및 산소를 포함하는 박막
20: 도핑 원소 및 산소를 포함하는 박막
30: 실리콘, 도핑 원소, 및 산소를 포함하는 박막
100, 200: 절연막
101, 201: 제1 계면
201, 202: 제2 계면
100c, 200c: 중심부3: wiring
5: element layer
10: thin film containing silicon and oxygen
20: thin film containing doping element and oxygen
30: thin film containing silicon, a doping element, and oxygen
100, 200: insulating film
101, 201: first interface
201, 202: second interface
100c, 200c: central
Claims (13)
상기 챔버 내에 실리콘(Si) 전구체를 제공하는 단계;
상기 챔버 내에 수소를 포함하는 가스 및 산소를 포함하는 가스를 제공함으로써, 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스가 서로 반응하여 상기 챔버 내에 제1 H2O 산화제가 생성되는 단계;
상기 실리콘 전구체와 상기 제1 H2O 산화제에 포함된 산소가 반응하여 실리콘 및 산소를 포함하는 박막이 형성되는 단계;
상기 챔버 내에 도핑 원소를 갖는 도핑 전구체가 제공되는 단계;
상기 챔버 내에 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스를 제공함으로써, 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스가 서로 반응하여 상기 챔버 내에 제2 H2O 산화제가 생성되는 단계; 및
상기 도핑 전구체와 상기 제2 H2O 산화제에 포함된 산소가 반응하여, 상기 실리콘 및 산소를 포함하는 박막 상에 상기 도핑 원소 및 산소를 포함하는 박막이 형성되는 단계를 포함하는 절연막의 제조 방법.
Preparing a substrate in the chamber;
Providing a silicon (Si) precursor in the chamber;
Providing a gas containing hydrogen and a gas containing oxygen in the chamber, whereby the gas containing hydrogen and the gas containing oxygen react with each other to generate a first H 2 O oxidizing agent in the chamber;
Forming a thin film including silicon and oxygen by reacting the silicon precursor with oxygen contained in the first H 2 O oxidizing agent;
Providing a doping precursor having a doping element in the chamber;
Providing the hydrogen-containing gas and the oxygen-containing gas in the chamber, whereby the hydrogen-containing gas and the oxygen-containing gas react with each other to generate a second H 2 O oxidizing agent in the chamber ; And
A method of manufacturing an insulating film comprising the step of forming a thin film including the doping element and oxygen on the thin film including silicon and oxygen by reacting the doping precursor with oxygen contained in the second H 2 O oxidizing agent.
상기 도핑 원소는 탄소, 질소, 및 수소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 절연막의 제조 방법.
The method of claim 1,
The doping element is a method of manufacturing an insulating film containing at least one of carbon, nitrogen, and hydrogen.
상기 실리콘 및 산소를 포함하는 박막, 및 상기 도핑 원소 및 산소를 포함하는 박막이 교대로 그리고 반복적으로 적층되는 것을 포함하는 절연막의 제조 방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing an insulating film comprising alternately and repeatedly stacking the thin film containing silicon and oxygen, and the thin film containing the doping element and oxygen.
상기 절연막은 제1 계면, 제2 계면, 및 상기 제1 계면과 상기 제2 계면 사이의 중심부를 포함하되,
상기 중심부는, 실리콘 및 산소를 포함하는 박막, 및 도핑 원소 및 산소를 포함하는 박막이 교대로 그리고 반복적으로 적층된 구조를 갖고,
상기 도핑 원소가 탄소인 경우,
상기 제1 및 제2 계면에서의 탄소 함유량이 상기 중심부에서의 탄소 함유량보다 적은 것을 포함하는 절연막의 제조 방법.
The method of claim 1,
The insulating layer includes a first interface, a second interface, and a central portion between the first interface and the second interface,
The central portion has a structure in which a thin film containing silicon and oxygen, and a thin film containing a doping element and oxygen are alternately and repeatedly stacked,
When the doping element is carbon,
A method of manufacturing an insulating film, comprising the carbon content at the first and second interfaces being less than the carbon content at the center portion.
상기 중심부로부터 상기 제1 및 제2 계면으로 근접할수록, 상기 탄소함유량이 점차적으로 감소하는 것을 포함하는 절연막의 제조 방법.
The method of claim 6,
The method of manufacturing an insulating film, comprising gradually decreasing the carbon content as it approaches the first and second interfaces from the center.
상기 제1 및 제2 계면에서의 기공도가, 상기 중심부에서의 기공도보다 작은 것을 포함하는 절연막의 제조 방법.
The method of claim 6,
The method of manufacturing an insulating film, comprising a porosity at the first and second interfaces smaller than the porosity at the center.
상기 실리콘 전구체를 제공하는 단계는, 상기 기판 상에 실리콘 전구체를 제공하는 제1 펄스(pulse) 단계 및 상기 기판 및 실리콘 전구체의 반응 잔여물을 배출하는 제1 퍼지(purge) 단계를 포함하고,
상기 제1 H2O 산화제가 생성되는 단계는, 상기 기판 상에 상기 수소를 포함하는 가스 및 상기 산소를 포함하는 가스를 제공하는 제2 펄스 단계를 포함하는 절연막의 제조 방법.
The method of claim 1,
The step of providing the silicon precursor includes a first pulse step of providing a silicon precursor on the substrate and a first purge step of discharging reaction residues of the substrate and the silicon precursor,
The step of generating the first H 2 O oxidizing agent includes a second pulse step of providing the gas containing hydrogen and the gas containing oxygen on the substrate.
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| JP2004153256A (en) * | 2002-10-29 | 2004-05-27 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | Method for forming oxide film on composite face of silicon substrate |
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