KR102269343B1 - Method of depositing thin film - Google Patents

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Abstract

본 발명은 패턴이 형성된 기판 상에 실리콘을 포함하는 증착조절가스를 흡착시키는 제1 흡착단계; 상기 제1 흡착단계 후 상기 기판 상에 실리콘을 포함하는 제1 공정가스를 흡착시키는 제2 흡착단계; 상기 제2 흡착단계 후 상기 기판 상에 흡착된 증착조절가스 및 상기 제1 공정가스와 반응하는 제2 공정가스를 공급하여 상기 패턴에 박막을 형성하는 반응 단계;를 포함하며, 상기 제1 공정가스와 상기 제2 공정가스 간의 반응속도는 상기 증착조절가스와 상기 제2 공정가스 간의 반응속도 보다 빠른 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법을 제공한다. The present invention provides a first adsorption step of adsorbing a deposition control gas containing silicon on a substrate on which a pattern is formed; a second adsorption step of adsorbing a first process gas containing silicon on the substrate after the first adsorption step; and a reaction step of forming a thin film on the pattern by supplying a deposition control gas adsorbed on the substrate and a second process gas reacting with the first process gas after the second adsorption step; and a reaction rate between the second process gas is faster than a reaction rate between the deposition control gas and the second process gas.

Description

박막 증착 방법{Method of depositing thin film}Thin film deposition method {Method of depositing thin film}

본 발명은 박막 증착 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자층 증착법을 이용하여 박막을 증착하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for depositing a thin film, and more particularly, to a method for depositing a thin film using an atomic layer deposition method.

반도체는 웨이퍼 상에 형성된 수 많은 전자소자들의 조합품이라 할 수 있다. 반도체 제조 공정에서 박막 증착은 웨이퍼 상에 도전성, 절연성, 반도체 물질 등을 물리적으로 형성하는 공정을 의미한다. 박막 증착을 위한 대표적인 방법으로 원자층 증착(ALD: Atomic Layer Deposition) 방식 및 화학적 기상 증착(CVD; Chemical Vapor Deposition) 방식을 들 수 있다. CVD 방식은 두 가지 가스를 반응시켜 박막을 증착하는 방식이며 LPCVD(Low Pressure CVD), PECVD(Plasma Enhanced CVD) 등으로 세분화될 수 있다. ALD 방식은 원자를 한 층씩 증착시키는 공정으로 미세화 공정이 더욱 요구되는 곳에 이용될 수 있다. 반도체 장치의 디자인 룰은 계속해서 감소하고 있으며, 이러한 조건에서 요구되는 막 특성을 만족할 수 있는 박막 증착 방법이 계속 요구되고 있는 실정이다. 특히, 단차를 가지는 패턴에서 상부와 하부에 형성되는 박막의 도포율 차이는 해결해야 하는 과제로 대두되고 있다. A semiconductor can be said to be a combination of numerous electronic devices formed on a wafer. In a semiconductor manufacturing process, thin film deposition refers to a process of physically forming conductive, insulating, and semiconductor materials on a wafer. Representative methods for thin film deposition include an Atomic Layer Deposition (ALD) method and a Chemical Vapor Deposition (CVD) method. The CVD method is a method of depositing a thin film by reacting two gases, and may be subdivided into LPCVD (Low Pressure CVD), PECVD (Plasma Enhanced CVD), and the like. The ALD method is a process of depositing atoms one by one, and may be used where a miniaturization process is more required. Design rules for semiconductor devices are continuously decreasing, and a thin film deposition method capable of satisfying film properties required under these conditions is continuously required. In particular, in a pattern having a step difference, the difference in the application rate of the thin film formed on the upper and lower portions is emerging as a problem to be solved.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 단차를 가지는 패턴에서 심(seam)이 형성되지 않으면서 갭필할 수 있는 박막 증착 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.An object of the present invention is to solve various problems including the above problems, and an object of the present invention is to provide a thin film deposition method capable of filling a gap without forming a seam in a pattern having a step difference. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 관점에 따르면 박막 증착 방법이 제공된다. 상기 박막 증착 방법은 패턴이 형성된 기판 상에 실리콘을 포함하는 증착조절가스를 흡착시키는 제1 흡착단계; 상기 제1 흡착단계 후 상기 기판 상에 실리콘을 포함하는 제1 공정가스를 흡착시키는 제2 흡착단계; 상기 제2 흡착단계 후 상기 기판 상에 흡착된 증착조절가스 및 상기 제1 공정가스와 반응하는 제2 공정가스를 공급하여 상기 패턴에 박막을 형성하는 반응 단계;를 포함하며, 상기 제1 공정가스와 상기 제2 공정가스 간의 반응속도는 상기 증착조절가스와 상기 제2 공정가스 간의 반응속도 보다 빠르다. According to one aspect of the present invention, a thin film deposition method is provided. The thin film deposition method comprises: a first adsorption step of adsorbing a deposition control gas containing silicon on a substrate on which a pattern is formed; a second adsorption step of adsorbing a first process gas containing silicon on the substrate after the first adsorption step; and a reaction step of forming a thin film on the pattern by supplying a deposition control gas adsorbed on the substrate and a second process gas reacting with the first process gas after the second adsorption step; A reaction rate between the and the second process gas is faster than a reaction rate between the deposition control gas and the second process gas.

상기 증착조절가스는 제1 공정가스 대비 제2 공정가스와의 반응 속도에 차이가 있는 것으로, 상기 박막을 구성하는 실리콘을 포함하는 소스로서 박막 증착에 기여하도록 작용될 수 있다.The deposition control gas has a difference in reaction rate with the second process gas compared to the first process gas, and may serve as a source including silicon constituting the thin film to contribute to deposition of the thin film.

상기 박막 증착 방법에서, 상기 박막은 실리콘 산화막을 포함하며, 상기 증착조절가스는 중심원소인 실리콘(Si)에 할로겐 원소 및 카본 원소 중 어느 하나가 결합되는 실리콘 소스이며, 상기 제1 공정가스는 중심원소인 실리콘(Si)에 하나 이상의 질소 원소 및 수소 원소 중 어느 하나가 결합되는 실리콘 소스이며, 상기 제2 공정가스는 산소 원소를 포함할 수 있다. In the thin film deposition method, the thin film includes a silicon oxide film, the deposition control gas is a silicon source in which any one of a halogen element and a carbon element is combined with silicon (Si), which is a central element, and the first process gas is a central element. It is a silicon source in which one or more nitrogen and hydrogen elements are bonded to silicon (Si), which is an element, and the second process gas may include an oxygen element.

상기 박막 증착 방법에서, 상기 증착조절가스는 MCS, DCS, TCS, HCDS, 4MS, 3MS, 2MS, 1MS, SiF3H, SiF4및 SiFCl3 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 제1 공정가스는 DIPAS, BDEAS 및 3DMAS 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 제2 공정가스는 H2O, H2O2, O2 및 O3 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. In the thin film deposition method, the deposition control gas includes at least one of MCS, DCS, TCS, HCDS, 4MS, 3MS, 2MS, 1MS, SiF 3 H, SiF 4 and SiFCl 3 , and the first process gas is At least one of DIPAS, BDEAS, and 3DMAS, and the second process gas may include at least one of H 2 O, H 2 O 2 , O 2 and O 3 .

상기 박막 증착 방법에서, 상기 박막은 실리콘 질화막을 포함하며, 상기 증착조절가스는 중심원소인 실리콘(Si)에 질소 원소, 수소 원소 및 할로겐 원소 중 어느 하나가 결합되는 실리콘 소스이며, 상기 제1 공정가스는 중심원소인 실리콘(Si)에 하나 이상의 카본 원소 및 할로겐 원소 중 어느 하나가 결합되는 실리콘 소스이며, 상기 제2 공정가스는 질소 원소를 포함할 수 있다. In the thin film deposition method, the thin film includes a silicon nitride film, and the deposition control gas is a silicon source in which any one of a nitrogen element, a hydrogen element, and a halogen element is combined with silicon (Si) as a central element, the first process The gas is a silicon source in which at least one of a carbon element and a halogen element is bonded to silicon (Si), which is a central element, and the second process gas may include a nitrogen element.

상기 박막 증착 방법에서, 상기 증착조절가스는 DIPAS, BDEAS, 3DMAS 및 DCS 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 제1 공정가스는 MCS, TCS, HCDS, 4MS, 3MS, 2MS, 1MS, SiF3H, SiF4 및 SiFCl3 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 제2 공정가스는 NH3, N2H4 및 N2 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. In the thin film deposition method, the deposition control gas includes at least one of DIPAS, BDEAS, 3DMAS and DCS, and the first process gas is MCS, TCS, HCDS, 4MS, 3MS, 2MS, 1MS, SiF 3 H, At least one of SiF 4 and SiFCl 3 , and the second process gas may include at least one of NH 3 , N 2 H 4 and N 2 .

상기 박막 증착 방법에서, 상기 제1 흡착단계; 상기 제2 흡착단계; 및 상기 반응 단계;를 순차적으로 한번씩 포함하는 하나의 단위사이클을 반복 수행할 수 있다. In the thin film deposition method, the first adsorption step; the second adsorption step; and the reaction step; one unit cycle including sequentially once may be repeatedly performed.

상기 박막 증착 방법에서, 복수회 반복되는 상기 제1 흡착단계; 및 복수회의 상기 제1 흡착단계 이후에 각각 일 회씩 수행되는 상기 제2 흡착단계;와 상기 반응 단계;를 순차적으로 모두 포함하는 하나의 단위사이클을 반복 수행할 수 있다. In the thin film deposition method, the first adsorption step repeated a plurality of times; and a plurality of times of the second adsorption step, each performed once after the first adsorption step, and the reaction step; may be repeatedly performed in one unit cycle including all sequentially.

상기 박막 증착 방법에서, 일 회 수행되는 상기 제1 흡착단계; 및 상기 제1 흡착단계 이후에 순차적으로 수행하는 상기 제2 흡착단계와 상기 반응 단계를 복수회 수행하는 단계;를 모두 포함하는 하나의 단위사이클을 반복 수행할 수 있다. In the thin film deposition method, the first adsorption step is performed once; and performing the second adsorption step and the reaction step, which are sequentially performed after the first adsorption step, a plurality of times; one unit cycle including both may be repeatedly performed.

상기 박막 증착 방법에서, 복수회 반복되는 상기 제1 흡착단계; 및 복수회의 상기 제1 흡착단계 이후에 순차적으로 수행하는 상기 제2 흡착단계와 상기 반응 단계를 복수회 수행하는 단계;를 모두 포함하는 하나의 단위사이클을 반복 수행할 수 있다. In the thin film deposition method, the first adsorption step repeated a plurality of times; and performing the second adsorption step and the reaction step sequentially performed a plurality of times after the first adsorption step a plurality of times; one unit cycle including both may be repeatedly performed.

상기 박막 증착 방법은, 반복 수행하는 상기 단위사이클 중에서 하나의 단위사이클과 다른 하나의 단위사이클 사이에 박막의 불순물을 제거하는 추가 박막 처리 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 추가 박막 처리 단계는 가열되거나 플라즈마 상태인 H2O, H2O2, O2, O3, NH3, N2H2 및 H2 중 하나를 포함하는 가스를 상기 박막 상에 제공하는 단계를 포함할 수 있다. The thin film deposition method may further include an additional thin film treatment step of removing impurities from the thin film between one unit cycle and another unit cycle among the repeated unit cycles. The additional thin film treatment step may include providing a gas comprising one of H 2 O, H 2 O 2 , O 2 , O 3 , NH 3 , N 2 H 2 and H 2 on the thin film in a heated or plasma state. may include.

상기 박막 증착 방법은, 상기 제1 흡착단계; 이전에 상기 기판 상에 실리콘을 포함하는 제1 공정가스를 흡착시키는 별도의 제2 흡착단계; 및 상기 별도의 제2 흡착단계 후 상기 기판 상에 흡착된 상기 제1 공정가스와 반응하는 제2 공정가스를 공급하여 상기 패턴에 박막을 형성하는 별도의 반응 단계;를 추가적으로 더 포함할 수 있다.The thin film deposition method may include: the first adsorption step; a separate second adsorption step of adsorbing a first process gas containing silicon on the substrate before; and a separate reaction step of forming a thin film on the pattern by supplying a second process gas reacting with the first process gas adsorbed on the substrate after the separate second adsorption step.

상기 박막 증착 방법에서, 상기 패턴은 단차를 가지는 패턴을 포함하며, 상기 증착조절가스는 상기 단차를 가지는 패턴의 상부에 상대적으로 더 많이 흡착되고, 상기 제1 공정가스는 상기 단차를 가지는 패턴의 하부에 상대적으로 더 많이 흡착될 수 있다.In the thin film deposition method, the pattern includes a pattern having a step difference, the deposition control gas is relatively more adsorbed on an upper portion of the pattern having a step difference, and the first process gas is a lower portion of the pattern having a step difference can be adsorbed relatively more.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단차를 가지는 패턴에서 도포율을 개선할 수 있는 심리스(seamless) 박막 증착 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention made as described above, it is possible to implement a seamless thin film deposition method capable of improving the coating rate in a pattern having a step difference. 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 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법에서 원자층 증착법의 단위사이클을 순차적으로 도해하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 대한 비교예에 따른 박막 증착 방법에서 원자층 증착법의 단위사이클을 순차적으로 도해하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 증착 방법에서 원자층 증착법의 단위사이클을 순차적으로 도해하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 대한 비교예에 따른 박막 증착 방법에서 원자층 증착법의 단위사이클을 순차적으로 도해하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 박막 증착 방법이 적용될 수 있는 패턴을 예시적으로 도해한 도면이다.
도 7 및 도 8은 단차를 가지는 패턴 상에 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법을 적용하여 박막을 증착하는 과정을 순차적으로 도해하는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 각각의 영역에서 시간에 따른 박막의 증착속도를 도해하는 그래프이다.1 is a flowchart illustrating a thin film deposition method according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram sequentially illustrating a unit cycle of an atomic layer deposition method in a thin film deposition method according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram sequentially illustrating a unit cycle of an atomic layer deposition method in a thin film deposition method according to a comparative example for an embodiment of the present invention.
4 is a diagram sequentially illustrating a unit cycle of an atomic layer deposition method in a thin film deposition method according to another embodiment of the present invention.
5 is a diagram sequentially illustrating a unit cycle of an atomic layer deposition method in a thin film deposition method according to a comparative example with respect to another embodiment of the present invention.
6 is a diagram exemplarily illustrating a pattern to which a thin film deposition method according to embodiments of the present invention can be applied.
7 and 8 are views sequentially illustrating a process of depositing a thin film by applying the manufacturing method according to an embodiment of the present invention on a pattern having a step difference.
9 is a graph illustrating a deposition rate of a thin film according to time in each region shown in FIG. 8 .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, several preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

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 it is stated that one component, such as a film, region, or substrate, is located "on" another component, the one component directly contacts "on" the other component, or the It may be construed that there may be other elements interposed therebetween. On the other hand, when it is stated that one element is located "directly on" another element, it is construed that other elements interposed therebetween do not exist.

이하, 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.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings schematically illustrating ideal embodiments of the present invention. In the drawings, variations of the illustrated shape can be expected, for example depending on manufacturing technology and/or tolerances. Accordingly, embodiments of the inventive concept should not be construed as limited to the specific shape of the region shown in the present specification, but should include, for example, changes in shape caused by manufacturing. In addition, in the drawings, the thickness or size of each layer may be exaggerated for convenience and clarity of description. Like numbers refer to like elements.

본 발명의 실시예들에서 설명하는 박막은 소소가스, 퍼지가스, 반응가스 등을 기판 상에 제공하는 원자층 증착법(ALD; Atomic Layer Deposition)에 의하여 형성된 박막으로 이해될 수 있다. 본 발명의 기술적 구성은, 소스가스, 퍼지가스 및 반응가스 등을 기판이 배치된 챔버 내에 시간에 따라 불연속적으로 공급함으로써 증착이 구현되는 시분할 방식뿐만 아니라, 소스가스, 퍼지가스 및 반응가스 등이 공간적으로 이격되면서 연속적으로 공급되는 시스템 내에 기판이 순차적으로 이동함으로써 증착이 구현되는 공간분할 방식에도 적용될 수 있다.The thin film described in the embodiments of the present invention may be understood as a thin film formed by atomic layer deposition (ALD) in which a source gas, a purge gas, a reaction gas, and the like are provided on a substrate. The technical configuration of the present invention includes not only a time-division method in which deposition is implemented by discontinuously supplying a source gas, a purge gas, and a reaction gas to a chamber in which a substrate is disposed, but also a source gas, a purge gas, and a reaction gas. It can also be applied to a space division method in which deposition is implemented by sequentially moving a substrate in a system that is continuously supplied while being spatially spaced apart.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 도해하는 순서도이다. 1 is a flowchart illustrating a thin film deposition method according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법은 패턴이 형성된 기판 상에 실리콘을 포함하는 증착조절가스를 흡착시키는 제1 흡착단계; 상기 제1 흡착단계 후 상기 기판 상에 실리콘을 포함하는 제1 공정가스를 흡착시키는 제2 흡착단계; 상기 제2 흡착단계 후 상기 기판 상에 흡착된 증착조절가스 및 상기 제1 공정가스와 반응하는 제2 공정가스를 공급하여 상기 패턴에 박막을 형성하는 반응 단계;를 포함한다. 나아가, 상기 제1 공정가스와 상기 제2 공정가스 간의 반응속도는 상기 증착조절가스와 상기 제2 공정가스 간의 반응속도 보다 빠르다.도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법에서 원자층 증착법의 단위사이클을 순차적으로 도해하는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 대한 비교예에 따른 박막 증착 방법에서 원자층 증착법의 단위사이클을 순차적으로 도해하는 도면이다.Referring to FIG. 1 , a method for depositing a thin film according to an embodiment of the present invention includes a first adsorption step of adsorbing a deposition control gas containing silicon on a substrate on which a pattern is formed; a second adsorption step of adsorbing a first process gas containing silicon on the substrate after the first adsorption step; and a reaction step of forming a thin film on the pattern by supplying a deposition control gas adsorbed on the substrate and a second process gas reacting with the first process gas after the second adsorption step. Furthermore, the reaction rate between the first process gas and the second process gas is faster than the reaction rate between the deposition control gas and the second process gas. It is a diagram sequentially illustrating a unit cycle of a deposition method, and FIG. 3 is a diagram sequentially illustrating a unit cycle of an atomic layer deposition method in a thin film deposition method according to a comparative example for an embodiment of the present invention.

먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법은 패턴이 형성된 기판 상에 실리콘을 포함하는 증착조절가스(예를 들어, HCDS)를 흡착시키는 제1 흡착단계(S1); 상기 제1 흡착단계 후 상기 기판 상에 실리콘을 포함하는 제1 공정가스(예를 들어, DIPAS)를 흡착시키는 제2 흡착단계(S3); 상기 제2 흡착단계 후 상기 기판 상에 흡착된 증착조절가스 및 상기 제1 공정가스와 반응하는 제2 공정가스(예를 들어, O3)를 공급하여 상기 패턴에 박막을 형성하는 반응 단계(S5);를 포함한다. First, referring to FIG. 2 , in the method for depositing a thin film according to an embodiment of the present invention, a first adsorption step (S1) of adsorbing a deposition control gas (eg, HCDS) containing silicon on a substrate on which a pattern is formed ; a second adsorption step (S3) of adsorbing a first process gas (eg, DIPAS) containing silicon on the substrate after the first adsorption step; After the second adsorption step, a reaction step of forming a thin film on the pattern by supplying a deposition control gas adsorbed on the substrate and a second process gas (eg, O 3 ) reacting with the first process gas (S5) ); includes.

본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법은, 예를 들어, 원자층 증착(ALD) 방법이며, 상기 증착조절가스와 상기 제1 공정가스는 소스가스로 이해될 수 있으며, 상기 제2 공정가스는 반응가스로 이해될 수도 있다. 특히, 상기 제1 공정가스와 상기 제2 공정가스 간의 반응속도는 상기 증착조절가스와 상기 제2 공정가스 간의 반응속도 보다 빠른 것을 특징으로 한다. 반응 단계(S5)는 플라즈마를 이용하는 방식 또는 열을 이용하는 방식을 적용할 수 있다. The thin film deposition method according to an embodiment of the present invention is, for example, an atomic layer deposition (ALD) method, wherein the deposition control gas and the first process gas may be understood as a source gas, and the second process gas may be understood as a reactive gas. In particular, a reaction rate between the first process gas and the second process gas is faster than a reaction rate between the deposition control gas and the second process gas. In the reaction step S5, a method using plasma or a method using heat may be applied.

이러한 박막 증착 방법을, 예를 들어, 도 6에 도시된 단차를 가지는 패턴(10)에 적용할 수 있다. 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 박막 증착 방법이 적용될 수 있는 패턴을 예시적으로 도해한 도면이고, 도 7 및 도 8은 단차를 가지는 패턴 상에 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법을 적용하여 박막(20)을 증착하는 과정을 순차적으로 도해하는 도면이다.Such a thin film deposition method may be applied to, for example, the pattern 10 having a step shown in FIG. 6 . 6 is a view exemplarily illustrating a pattern to which a thin film deposition method according to embodiments of the present invention can be applied, and FIGS. 7 and 8 are a manufacturing method according to an embodiment of the present invention on a pattern having a step difference. It is a diagram sequentially illustrating the process of depositing the thin film 20 by applying .

도 6 내지 도 8을 참조하면, 단차를 가지는 패턴의 상부(10a)는 홀(10c)을 둘러싸는 상단영역을 포함하며, 단차를 가지는 패턴의 하부(10b)는 홀(10c)의 바닥영역을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 박막 증착 방법을 적용함에 있어서, 상기 증착조절가스는 상기 단차를 가지는 패턴의 상부(10a)에 상대적으로 더 많이 흡착되고(도 7 참조), 상기 제1 공정가스는 상기 단차를 가지는 패턴의 하부(10b)에 상대적으로 더 많이 흡착되도록 공정 조건을 조절할 수 있다(도 8 참조). 도 7에서 화살표의 방향과 밀도는 흡착된 소스가스가 반응가스와 반응하여 박막이 성장하는 방향과 정도를 의미할 수 있다.6 to 8 , the upper portion 10a of the pattern having a step difference includes an upper region surrounding the hole 10c, and the lower portion 10b of the pattern having a step difference is the bottom region of the hole 10c. may include In this case, in applying the thin film deposition method, the deposition control gas is relatively more adsorbed on the upper portion 10a of the pattern having the step difference (see FIG. 7 ), and the first process gas has the step difference Process conditions may be adjusted so that a relatively larger amount is adsorbed to the lower portion 10b of the pattern (see FIG. 8 ). The direction and density of the arrow in FIG. 7 may mean the direction and degree of growth of the thin film by reacting the adsorbed source gas with the reaction gas.

예를 들어, 제1 흡착단계(S1)에서 상기 증착조절가스를 공급하는 유량 및/또는 시간을 상대적으로 적게 하고, 제2 흡착단계(S3)에서 상기 제1 공정가스를 공급하는 유량 및/또는 시간을 상대적으로 많게 함으로써, 상기 증착조절가스가 단차를 가지는 패턴의 하부(10b)에 도달하기 어렵게 하면서 상기 제1 공정가스는 단차를 가지는 패턴의 하부(10b)에 상대적으로 용이하게 이르도록 할 수 있다. 즉, 상기 증착조절가스는 단차를 가지는 패턴의 하부(10b) 보다는 단차를 가지는 패턴의 상부(10a)에 상대적으로 더 많이 흡착되며, 상기 제1 공정가스는 단차를 가지는 패턴의 상부(10a) 보다는 단차를 가지는 패턴의 하부(10b)에 상대적으로 더 많이 흡착될 수 있다. 제1 공정가스를 공급하는 단계(S3)에서, 단차를 가지는 패턴의 상부(10a)에는 이미 증착조절가스가 흡착되어 있기 때문에 제1 공정가스가 단차를 가지는 패턴의 상부(10a)에 흡착되는 것은 용이하지 않을 수 있다. For example, the flow rate and/or time for supplying the deposition control gas in the first adsorption step (S1) is relatively small, and the flow rate and/or time for supplying the first process gas in the second adsorption step (S3) By increasing the time relatively, it is difficult for the deposition control gas to reach the lower portion 10b of the pattern having a step difference, while the first process gas can relatively easily reach the lower portion 10b of the pattern having a step difference. have. That is, the deposition control gas is adsorbed relatively more to the upper portion 10a of the pattern having a step difference than the lower portion 10b of the pattern having the step difference, and the first process gas is higher than the upper portion 10a of the pattern having the step difference. A relatively greater amount may be adsorbed to the lower portion 10b of the pattern having a step difference. In the step of supplying the first process gas (S3), since the deposition control gas is already adsorbed to the upper portion 10a of the pattern having the step difference, the first process gas is adsorbed to the upper portion 10a of the pattern having the step difference. It may not be easy.

한편, 증착조절가스의 흡착율을 조절하는 변수로는 공정 온도, 공정압력, 증착조절 가스의 공급량, 증착조절가스의 공급시간 등이 있다. 공정온도는 200 내지 700 ℃, 공정압력은 1 내지 16 torr, 증착조절 가스의 공급량은 10 내지 1000 sccm, 증착조절가스의 공급시간은 0.01 내지 50 sec의 범위 내에서 조절될 수 있다. On the other hand, variables for controlling the adsorption rate of the deposition control gas include a process temperature, a process pressure, a supply amount of the deposition control gas, a supply time of the deposition control gas, and the like. The process temperature may be 200 to 700° C., the process pressure may be 1 to 16 torr, the supply amount of the deposition control gas may be 10 to 1000 sccm, and the supply time of the deposition control gas may be adjusted within the range of 0.01 to 50 sec.

이러한 상태에서 상기 흡착된 증착조절가스 및 제1 공정가스와 반응하는 제2 공정가스를 공급하면, 상기 제1 공정가스와 상기 제2 공정가스 간의 반응속도가 상기 증착조절가스와 상기 제2 공정가스 간의 반응속도 보다 빠르기 때문에, 단차를 가지는 패턴의 하부(10b)에서의 반응속도가 단차를 가지는 패턴의 상부(10a)에서의 반응속도 보다 빠르게 되어, 심(seam)이 형성되지 않으면서 홀(10c)을 채우는 박막(20)이 형성될 수 있다. In this state, when the adsorbed deposition control gas and the second process gas reacting with the first process gas are supplied, the reaction rate between the first process gas and the second process gas increases with the deposition control gas and the second process gas. Since it is faster than the reaction rate between the two sides, the reaction rate in the lower portion 10b of the pattern having a step difference becomes faster than the reaction rate in the upper portion 10a of the pattern having a step difference, and the hole 10c is not formed without forming a seam. ), a thin film 20 may be formed.

즉, 동일한 반응가스를 사용하되 증착 속도가 서로 다른 이종의 실리콘 소스가스를 공급하여 단차를 가지는 패턴의 상부와 하부의 증착 속도를 다르게 하여 심리스 갭필(seamless gapfill)을 구현할 수 있다. That is, it is possible to implement a seamless gapfill by using the same reaction gas but supplying different types of silicon source gases having different deposition rates to vary the deposition rates of the upper and lower portions of the pattern having a step difference.

도 9는 도 8에 도시된 각각의 영역에서 시간에 따른 박막의 증착속도를 도해하는 그래프이다.9 is a graph illustrating a deposition rate of a thin film according to time in each region shown in FIG. 8 .

도 8 및 도 9를 참조하면, A 영역은 증착조절가스의 흡착율이 크고 박막 증착 억제가 가장 큰 영역이다. B 영역은 증착조절가스의 흡착율이 중간 정도이고 박막 증착 억제가 중간 정도인 영역이다. C 영역은 증착조절가스의 흡착율이 제일 낮고 박막 증착 억제가 가장 적은 영역이다. 이러한 증착 지연을 이용하여 패턴의 하단(bottom) 영역에서 증착속도가 더 크도록 제어할 수 있다. 증착조절가스의 효과가 과도할 경우 박막 증착이 원할하게 이루어지지 않을 수 있는 바, 이 경우에는 증착조절가스의 흡착율을 감소시키는 방법으로 박막 증착율을 개선할 수 있다. Referring to FIGS. 8 and 9 , region A has a high adsorption rate of the deposition control gas and the largest suppression of thin film deposition. Region B is a region in which the adsorption rate of the deposition control gas is medium and the thin film deposition suppression is medium. Region C has the lowest adsorption rate of the deposition control gas and the lowest inhibition of thin film deposition. Using this deposition delay, it is possible to control the deposition rate to be higher in the bottom region of the pattern. When the effect of the deposition control gas is excessive, thin film deposition may not be performed smoothly. In this case, the thin film deposition rate can be improved by reducing the adsorption rate of the deposition control gas.

이러한 증착 방법은 실리콘 산화막의 증착 방법에 적용될 수 있다. 이 경우, 상기 증착조절가스는 중심원소인 실리콘(Si)에 할로겐 원소 및 카본 원소 중 어느 하나가 결합되는 실리콘 소스이며, 상기 제1 공정가스는 중심원소인 실리콘(Si)에 하나 이상의 질소 원소 및 수소 원소 중 어느 하나가 결합되는 실리콘 소스이며, 상기 제2 공정가스는 산소 원소를 포함할 수 있다. Such a deposition method may be applied to a deposition method of a silicon oxide film. In this case, the deposition control gas is a silicon source in which any one of a halogen element and a carbon element is bonded to silicon (Si), which is a central element, and the first process gas is one or more nitrogen elements and one or more nitrogen elements to silicon (Si) as a central element. A silicon source to which any one of elemental hydrogen is bonded, and the second process gas may include elemental oxygen.

구체적인 예로서, 상기 증착조절가스는 MCS(모노클로로실란), DCS(디클로로실란), TCS(트리클로로실란), HCDS(헥사클로로디실란), 4MS(4-메틸실란), 3MS(3-메틸실란), 2MS(2-메틸실란), 1MS(1-메틸실란), SiF3H, SiF4 및 SiFCl3 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 제1 공정가스는 DIPAS(디이소프로필아미노실란), BDEAS(비스디에틸아미노실란) 및 3DMAS(트리스디메틸아미노실란) 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 제2 공정가스는 H2O, H2O2, O2 및 O3 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. As a specific example, the deposition control gas is MCS (monochlorosilane), DCS (dichlorosilane), TCS (trichlorosilane), HCDS (hexachlorodisilane), 4MS (4-methylsilane), 3MS (3-methyl silane), 2MS (2-methylsilane), 1MS (1-methylsilane), SiF 3 H, SiF 4 and at least one of SiFC1 3 , wherein the first process gas includes at least one of DIPAS (diisopropylaminosilane), BDEAS (bisdiethylaminosilane) and 3DMAS (trisdimethylaminosilane), The second process gas may include at least one of H 2 O, H 2 O 2 , O 2 and O 3 .

본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법은, 예를 들어, 원자층 증착(ALD) 방법이며, 제1 흡착단계(S1), 제2 흡착단계(S3) 및 반응 단계(S5)를 순차적으로 한번씩 포함하는 단위사이클(1 cycle)을 적어도 1 회 이상 수행하는 방법을 포함할 수 있다. The thin film deposition method according to an embodiment of the present invention is, for example, an atomic layer deposition (ALD) method, in which the first adsorption step (S1), the second adsorption step (S3), and the reaction step (S5) are sequentially performed. It may include a method of performing a unit cycle (1 cycle) included once at least once or more.

나아가, 상기 단위사이클은 제1 흡착단계(S1)와 제2 흡착단계(S3) 사이에 불활성가스(예를 들어, N2)로 퍼지하는 단계(S2), 제2 흡착단계(S3)와 반응 단계(S5) 사이에 불활성가스로 퍼지하는 단계(S4) 및/또는 반응 단계(S5) 이후에 불활성가스로 퍼지하는 단계(S6)를 더 포함할 수 있다. 상기 불활성가스는 질소(N2) 외에도 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.Furthermore, the unit cycle reacts with the step (S2) of purging with an inert gas (eg, N 2 ), the second adsorption step (S3) between the first adsorption step (S1) and the second adsorption step (S3) The step (S4) of purging with an inert gas between the steps (S5) and/or the step of purging with an inert gas after the reaction step (S5) (S6) may be further included. In addition to nitrogen (N 2 ), the inert gas may be at least one of helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), and radon (Rn).

한편, 상기 불활성가스는 제1 흡착단계(S1), 제2 흡착단계(S3) 및 반응 단계(S5) 동안에도 계속 챔버 내에 공급될 수 있다. 이 경우, 상기 불활성가스는 캐리어 가스(carrier gas)의 역할도 담당할 수 있다. Meanwhile, the inert gas may be continuously supplied into the chamber during the first adsorption step (S1), the second adsorption step (S3), and the reaction step (S5). In this case, the inert gas may also serve as a carrier gas.

본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 박막 증착 방법에서는, 적어도 1회 이상 수행하는 단위사이클(1 cycle)을 다양한 방식으로 구성할 수 있다.In the thin film deposition method according to a modified embodiment of the present invention, a unit cycle (one cycle) performed at least once may be configured in various ways.

일 예로, 복수회 반복되는 상기 제1 흡착단계(S1); 및 복수회의 제1 흡착단계(S1) 이후에 각각 일 회씩 수행되는 상기 제2 흡착단계(S3);와 상기 반응 단계(S5);를 순차적으로 모두 포함하는 하나의 단위사이클을 반복 수행하여 박막을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 단위사이클은 (S1, S2, S1, S2, S1, S2, S3, S4, S5, S6) 단계를 순차적으로 수행할 수 있다. 가령, 증착조절가스가 패턴(10)을 구성하는 물질에 흡착되는 것이 용이하지 않은 경우 제1 흡착단계(S1) 만을 먼저 반복하여 수행할 수 있다. For example, the first adsorption step (S1) repeated a plurality of times; and the second adsorption step (S3), which is performed once each after the plurality of first adsorption steps (S1); and the reaction step (S5); by repeating one unit cycle sequentially including both to form a thin film can be formed For example, in the unit cycle, steps (S1, S2, S1, S2, S1, S2, S3, S4, S5, S6) may be sequentially performed. For example, if it is not easy for the deposition control gas to be adsorbed to the material constituting the pattern 10 , only the first adsorption step ( S1 ) may be repeatedly performed first.

다른 예로, 일 회 수행되는 상기 제1 흡착단계(S1); 상기 제1 흡착단계(S1) 이후에 순차적으로 수행하는 상기 제2 흡착단계(S3)와 상기 반응 단계(S5)를 복수회 수행하는 단계;를 모두 포함하는 하나의 단위사이클을 반복 수행하여 박막을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 단위사이클은 (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S3, S4, S5, S6, S3, S4, S5, S6) 단계를 순차적으로 수행할 수 있다. 가령, 단차를 가지는 패턴(10)의 종횡비가 매우 높은 경우, 제1 공정가스 및 제2 공정가스가 단차를 가지는 패턴의 하부(10b)에 도달하는 것이 용이하지 않을 수 있으므로, 제2 흡착단계(S3) 및 반응 단계(S5)를 복수회 반복하여 수행할 수 있다. As another example, the first adsorption step (S1) performed once; Repeating one unit cycle including both; performing the second adsorption step (S3) and the reaction step (S5) sequentially after the first adsorption step (S1) a plurality of times to form a thin film can be formed For example, in the unit cycle, steps (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S3, S4, S5, S6, S3, S4, S5, S6) may be sequentially performed. For example, when the aspect ratio of the pattern 10 having a step difference is very high, it may not be easy for the first process gas and the second process gas to reach the lower part 10b of the pattern having a step difference, so that the second adsorption step ( S3) and the reaction step (S5) may be repeated a plurality of times.

또 다른 예로, 복수회 반복되는 상기 제1 흡착단계(S1); 및 복수회의 상기 제1 흡착단계(S1) 이후에 순차적으로 수행하는 상기 제2 흡착단계(S3)와 상기 반응 단계(S5)를 복수회 수행하는 단계;를 모두 포함하는 하나의 단위사이클을 반복 수행하여 박막을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 단위사이클은 (S1, S2, S1, S2, S1, S2, S3, S4, S5, S6, S3, S4, S5, S6, S3, S4, S5, S6) 단계를 순차적으로 수행할 수 있다. 가령, 증착조절가스가 패턴(10)을 구성하는 물질에 흡착되는 것이 용이하지 않으며, 단차를 가지는 패턴(10)의 종횡비가 매우 높은 경우, 제1 흡착단계(S1) 만을 먼저 반복하여 수행하여 증착조절가스를 단차를 가지는 패턴의 상부에 흡착시킨 후, 제1 공정가스 및 제2 공정가스가 단차를 가지는 패턴의 하부(10b)에 도달하는 것이 용이하지 않을 수 있으므로, 제2 흡착단계(S3) 및 반응 단계(S5)를 복수회 반복하여 수행할 수 있다.As another example, the first adsorption step (S1) repeated a plurality of times; and performing the second adsorption step (S3) and the reaction step (S5) sequentially performed a plurality of times after the first adsorption step (S1) a plurality of times; repeating one unit cycle including both Thus, a thin film can be formed. For example, in the unit cycle, steps (S1, S2, S1, S2, S1, S2, S3, S4, S5, S6, S3, S4, S5, S6, S3, S4, S5, S6) are sequentially performed can do. For example, when it is not easy for the deposition control gas to be adsorbed to the material constituting the pattern 10 and the aspect ratio of the pattern 10 having a step difference is very high, only the first adsorption step S1 is first repeatedly performed for deposition. After adsorbing the control gas to the upper portion of the pattern having a step difference, it may not be easy for the first process gas and the second process gas to reach the lower portion 10b of the pattern having a step difference, so the second adsorption step (S3) and repeating the reaction step (S5) a plurality of times.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 대한 비교예에 따른 박막 증착 방법에서 원자층 증착법의 단위사이클을 순차적으로 도해하는 도면이다. 3 is a diagram sequentially illustrating a unit cycle of an atomic layer deposition method in a thin film deposition method according to a comparative example for an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 패턴이 형성된 기판 상에 실리콘을 포함하는 제1 공정가스를 흡착시키는 제2 흡착단계(S3); 및 제2 흡착단계(S3) 후 상기 기판 상에 흡착된 상기 제1 공정가스와 반응하는 제2 공정가스를 공급하여 상기 패턴에 박막을 형성하는 반응 단계(S5);를 포함하는 단위사이클을 수행할 수 있다. 종횡비가 높은 단차를 가지는 패턴에 이러한 단위사이클의 공정을 적용하는 경우, 제1 공정가스가 단차를 가지는 패턴의 하부 보다 상부에 상대적으로 더 많이 흡착되므로 갭필 과정에서 메워지는 박막의 중심에 심(seam)이 형성되기가 쉽다. Referring to FIG. 3 , a second adsorption step (S3) of adsorbing a first process gas including silicon on a substrate on which a pattern is formed; and a reaction step (S5) of forming a thin film on the pattern by supplying a second process gas reacting with the first process gas adsorbed on the substrate after the second adsorption step (S3); can do. When this unit cycle process is applied to a pattern having a step with a high aspect ratio, the first process gas is adsorbed relatively more on the upper portion than the lower portion of the pattern having a step difference, so a seam is located at the center of the thin film to be filled in the gap-filling process. ) is easy to form.

한편, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 박막 증착 방법에서는 도 2를 참조하여 앞에서 설명한 다양한 단위사이클을 수행하기 전에 도 3에 도시된 단위사이클을 추가적으로 먼저 수행할 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 박막 증착 방법에서의 단위사이클은 (S3, S4, S5, S6, S1, S2, S3, S4, S5, S6) 단계를 순차적으로 수행할 수 있다.Meanwhile, in the thin film deposition method according to a modified embodiment of the present invention, the unit cycle shown in FIG. 3 may be additionally performed first before performing the various unit cycles described above with reference to FIG. 2 . For example, the unit cycle in the thin film deposition method according to a modified embodiment of the present invention may sequentially perform steps (S3, S4, S5, S6, S1, S2, S3, S4, S5, S6). .

앞에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법은 박막 증착 이후에 박막에 잔류하는 불순물을 제거하기 위해 추가 박막 처리를 수행할 수 있다. 또는 박막을 증착 하기 위하여 복수회의 단위사이클을 수행하는 중에 하나의 단위사이클과 다른 하나의 단위사이클 사이에 박막에 잔류하는 불순물을 제거하기 위해 추가 박막 처리를 수행할 수 있다. 상기 추가 박막 처리 단계 시 공급되는 가스는 H2O, H2O2, O2, O3, NH3, N2H2 및 H2 중 하나를 포함할 수 있으며, 챔버 내에 공급되는 상기 가스는 가열되거나 플라즈마 상태일 수 있다. In the thin film deposition method according to an embodiment of the present invention described above, an additional thin film treatment may be performed to remove impurities remaining in the thin film after the thin film deposition. Alternatively, an additional thin film treatment may be performed to remove impurities remaining in the thin film between one unit cycle and another unit cycle while performing a plurality of unit cycles to deposit the thin film. The gas supplied during the additional thin film processing step may include one of H 2 O, H 2 O 2 , O 2 , O 3 , NH 3 , N 2 H 2 and H 2 , and the gas supplied into the chamber is It may be heated or in a plasma state.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 증착 방법에서 원자층 증착법의 단위사이클을 순차적으로 도해하는 도면이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 대한 비교예에 따른 박막 증착 방법에서 원자층 증착법의 단위사이클을 순차적으로 도해하는 도면이다. 4 is a diagram sequentially illustrating a unit cycle of an atomic layer deposition method in a thin film deposition method according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an atomic layer deposition method in a thin film deposition method according to a comparative example for another embodiment of the present invention. It is a diagram sequentially illustrating a unit cycle of the deposition method.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 증착 방법은 패턴이 형성된 기판 상에 실리콘을 포함하는 증착조절가스(예를 들어, 3DMAS)를 흡착시키는 제1 흡착단계(S11); 상기 제1 흡착단계 후 상기 기판 상에 실리콘을 포함하는 제1 공정가스(예를 들어, HCDS)를 흡착시키는 제2 흡착단계(S13); 상기 제2 흡착단계 후 상기 기판 상에 흡착된 증착조절가스 및 상기 제1 공정가스와 반응하는 제2 공정가스(예를 들어, NH3)를 공급하여 상기 패턴에 박막을 형성하는 반응 단계(S15);를 포함한다. 4, the thin film deposition method according to another embodiment of the present invention includes a first adsorption step (S11) of adsorbing a deposition control gas (eg, 3DMAS) containing silicon on a patterned substrate; a second adsorption step (S13) of adsorbing a first process gas (eg, HCDS) containing silicon on the substrate after the first adsorption step; After the second adsorption step, a reaction step of forming a thin film on the pattern by supplying a deposition control gas adsorbed on the substrate and a second process gas (eg, NH 3 ) reacting with the first process gas (S15) ); includes.

본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 증착 방법은, 예를 들어, 원자층 증착(ALD) 방법이며, 상기 증착조절가스와 상기 제1 공정가스는 소스가스로 이해될 수 있으며, 상기 제2 공정가스는 반응가스로 이해될 수도 있다. 특히, 상기 제1 공정가스와 상기 제2 공정가스 간의 반응속도는 상기 증착조절가스와 상기 제2 공정가스 간의 반응속도 보다 빠른 것을 특징으로 한다. 반응 단계(S15)는 플라즈마를 이용하는 방식 또는 열을 이용하는 방식을 적용할 수 있다. The thin film deposition method according to another embodiment of the present invention is, for example, an atomic layer deposition (ALD) method, wherein the deposition control gas and the first process gas may be understood as a source gas, and the second process gas may be understood as a reactive gas. In particular, a reaction rate between the first process gas and the second process gas is faster than a reaction rate between the deposition control gas and the second process gas. In the reaction step S15, a method using plasma or a method using heat may be applied.

동일한 반응가스를 사용하되 증착 속도가 서로 다른 이종의 실리콘 소스가스를 공급하여 단차를 가지는 패턴의 상부와 하부의 증착 속도를 다르게 하여 심리스 갭필(seamless gapfill)을 구현하는 구성에 대한 설명은 도 2 및 도 3을 참조하여 이미 설명한 부분으로 대체한다. A description of the configuration for implementing a seamless gapfill by using the same reaction gas but supplying heterogeneous silicon source gases with different deposition rates to different deposition rates on the upper and lower portions of the pattern having a step difference is shown in FIG. 2 and FIG. It is replaced with the part already described with reference to FIG. 3 .

본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 증착 방법은 실리콘 질화막의 증착 방법을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 증착조절가스는 중심원소인 실리콘(Si)에 질소 원소, 수소 원소 및 할로겐 원소 중 어느 하나가 결합되는 실리콘 소스이며, 상기 제1 공정가스는 중심원소인 실리콘(Si)에 하나 이상의 카본 원소 및 할로겐 원소 중 어느 하나가 결합되는 실리콘 소스이며, 상기 제2 공정가스는 질소 원소를 포함할 수 있다. A method for depositing a thin film according to another embodiment of the present invention may include a method for depositing a silicon nitride film. In this case, the deposition control gas is a silicon source in which any one of a nitrogen element, a hydrogen element, and a halogen element is bonded to silicon (Si), which is a central element, and the first process gas is one or more elements to silicon (Si), which is a central element. It is a silicon source to which any one of a carbon element and a halogen element is combined, and the second process gas may include a nitrogen element.

구체적인 예로서, 상기 증착조절가스는 DIPAS(디이소프로필아미노실란), BDEAS(비스디에틸아미노실란), 3DMAS(트리스디메틸아미노실란) 및 DCS(디클로로실란) 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 제1 공정가스는 MCS(모노클로로실란), TCS(트리클로로실란), HCDS(헥사클로로디실란), 4MS(4-메틸실란), 3MS(3-메틸실란), 2MS(2-메틸실란), 1MS(1-메틸실란), SiF3H, SiF4 및 SiFCl3 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 제2 공정가스는 NH3, N2H4 및 N2 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. As a specific example, the deposition control gas includes at least one of DIPAS (diisopropylaminosilane), BDEAS (bisdiethylaminosilane), 3DMAS (trisdimethylaminosilane), and DCS (dichlorosilane), 1 Process gas is MCS (monochlorosilane), TCS (trichlorosilane), HCDS (hexachlorodisilane), 4MS (4-methylsilane), 3MS (3-methylsilane), 2MS (2-methylsilane), 1MS (1-methylsilane), SiF 3 H, SiF 4 and at least one of SiFCl 3 , and the second process gas may include at least one of NH 3 , N 2 H 4 and N 2 .

본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 증착 방법은, 예를 들어, 원자층 증착(ALD) 방법이며, 제1 흡착단계(S11), 제2 흡착단계(S13) 및 반응 단계(S15)를 순차적으로 한번씩 포함하는 단위사이클(1 cycle)을 적어도 1 회 이상 수행하는 방법을 포함할 수 있다. The thin film deposition method according to another embodiment of the present invention is, for example, an atomic layer deposition (ALD) method, in which the first adsorption step (S11), the second adsorption step (S13), and the reaction step (S15) are sequentially performed. It may include a method of performing a unit cycle (1 cycle) included once at least once or more.

상기 단위사이클은 제1 흡착단계(S11)와 제2 흡착단계(S13) 사이에 불활성가스(예를 들어, N2)로 퍼지하는 단계(S12), 제2 흡착단계(S13)와 반응 단계(S15) 사이에 불활성가스로 퍼지하는 단계(S14) 및/또는 반응 단계(S15) 이후에 불활성가스로 퍼지하는 단계(S16)를 더 포함할 수 있다. The unit cycle includes a step (S12) of purging with an inert gas (eg, N 2 ) between the first adsorption step (S11) and the second adsorption step (S13), the second adsorption step (S13) and the reaction step ( S15) may further include purging with an inert gas between (S14) and/or purging with an inert gas after the reaction step (S15) (S16).

한편, 상기 불활성가스는 제1 흡착단계(S11), 제2 흡착단계(S13) 및 반응 단계(S15) 동안에도 계속 챔버 내에 공급될 수 있다. 이 경우, 상기 불활성가스는 캐리어 가스(carrier gas)의 역할도 담당할 수 있다. Meanwhile, the inert gas may be continuously supplied into the chamber during the first adsorption step (S11), the second adsorption step (S13), and the reaction step (S15). In this case, the inert gas may also serve as a carrier gas.

본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 박막 증착 방법에서는, 적어도 1회 이상 수행하는 단위사이클(1 cycle)을 다양한 방식으로 구성할 수 있다.In the thin film deposition method according to a modified embodiment of the present invention, a unit cycle (one cycle) performed at least once may be configured in various ways.

일 예로, 복수회 반복되는 상기 제1 흡착단계(S11); 및 복수회의 제1 흡착단계(S11) 이후에 각각 일 회씩 수행되는 상기 제2 흡착단계(S13);와 상기 반응 단계(S15);를 순차적으로 모두 포함하는 하나의 단위사이클을 반복 수행하여 박막을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 단위사이클은 (S11, S12, S11, S12, S11, S12, S13, S14, S15, S16) 단계를 순차적으로 수행할 수 있다. 가령, 증착조절가스가 패턴(10)을 구성하는 물질에 흡착되는 것이 용이하지 않은 경우 제1 흡착단계(S11) 만을 먼저 반복하여 수행할 수 있다. For example, the first adsorption step (S11) repeated a plurality of times; and the second adsorption step (S13), which is performed once each after the plurality of times of the first adsorption step (S11); and the reaction step (S15); by repeating one unit cycle sequentially including both to form a thin film can be formed For example, in the unit cycle, steps (S11, S12, S11, S12, S11, S12, S13, S14, S15, S16) may be sequentially performed. For example, when it is not easy for the deposition control gas to be adsorbed to the material constituting the pattern 10 , only the first adsorption step ( S11 ) may be repeatedly performed first.

다른 예로, 일 회 수행되는 상기 제1 흡착단계(S11); 상기 제1 흡착단계(S11) 이후에 순차적으로 수행하는 상기 제2 흡착단계(S13)와 상기 반응 단계(S15)를 복수회 수행하는 단계;를 모두 포함하는 하나의 단위사이클을 반복 수행하여 박막을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 단위사이클은 (S11, S12, S13, S14, S15, S16, S13, S14, S15, S16, S13, S14, S15, S16) 단계를 순차적으로 수행할 수 있다. 가령, 단차를 가지는 패턴(10)의 종횡비가 매우 높은 경우, 제1 공정가스 및 제2 공정가스가 단차를 가지는 패턴의 하부(10b)에 도달하는 것이 용이하지 않을 수 있으므로, 제2 흡착단계(S13) 및 반응 단계(S15)를 복수회 반복하여 수행할 수 있다. As another example, the first adsorption step (S11) performed once; Repeating one unit cycle including both; performing the second adsorption step (S13) and the reaction step (S15) sequentially after the first adsorption step (S11) a plurality of times to form a thin film can be formed For example, in the unit cycle, steps (S11, S12, S13, S14, S15, S16, S13, S14, S15, S16, S13, S14, S15, S16) may be sequentially performed. For example, when the aspect ratio of the pattern 10 having a step difference is very high, it may not be easy for the first process gas and the second process gas to reach the lower part 10b of the pattern having a step difference, so that the second adsorption step ( S13) and the reaction step (S15) may be repeated a plurality of times.

또 다른 예로, 복수회 반복되는 상기 제1 흡착단계(S11); 및 복수회의 상기 제1 흡착단계(S11) 이후에 순차적으로 수행하는 상기 제2 흡착단계(S13)와 상기 반응 단계(S15)를 복수회 수행하는 단계;를 모두 포함하는 하나의 단위사이클을 반복 수행하여 박막을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 단위사이클은 (S11, S12, S11, S12, S11, S12, S13, S14, S15, S16, S13, S14, S15, S16, S13, S14, S15, S16) 단계를 순차적으로 수행할 수 있다. 가령, 증착조절가스가 패턴(10)을 구성하는 물질에 흡착되는 것이 용이하지 않으며, 단차를 가지는 패턴(10)의 종횡비가 매우 높은 경우, 제1 흡착단계(S11) 만을 먼저 반복하여 수행하여 증착조절가스를 단차를 가지는 패턴의 상부에 흡착시킨 후, 제1 공정가스 및 제2 공정가스가 단차를 가지는 패턴의 하부(10b)에 도달하는 것이 용이하지 않을 수 있으므로, 제2 흡착단계(S13) 및 반응 단계(S15)를 복수회 반복하여 수행할 수 있다.As another example, the first adsorption step (S11) repeated a plurality of times; and performing the second adsorption step (S13) and the reaction step (S15) sequentially performed a plurality of times after the first adsorption step (S11) a plurality of times; repeating one unit cycle including both Thus, a thin film can be formed. For example, in the unit cycle, steps (S11, S12, S11, S12, S11, S12, S13, S14, S15, S16, S13, S14, S15, S16, S13, S14, S15, S16) are sequentially performed can do. For example, when it is not easy for the deposition control gas to be adsorbed to the material constituting the pattern 10 and the aspect ratio of the pattern 10 having a step difference is very high, only the first adsorption step (S11) is first repeatedly performed for deposition. After adsorbing the control gas to the upper portion of the pattern having a step difference, it may not be easy for the first process gas and the second process gas to reach the lower portion 10b of the pattern having a step difference, so the second adsorption step (S13) And the reaction step (S15) may be repeated a plurality of times.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 대한 비교예에 따른 박막 증착 방법에서 원자층 증착법의 단위사이클을 순차적으로 도해하는 도면이다. 5 is a diagram sequentially illustrating a unit cycle of an atomic layer deposition method in a thin film deposition method according to a comparative example with respect to another embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 패턴이 형성된 기판 상에 실리콘을 포함하는 제1 공정가스를 흡착시키는 제2 흡착단계(S13); 및 제2 흡착단계(S13) 후 상기 기판 상에 흡착된 상기 제1 공정가스와 반응하는 제2 공정가스를 공급하여 상기 패턴에 박막을 형성하는 반응 단계(S15);를 포함하는 단위사이클을 수행할 수 있다. 종횡비가 높은 단차를 가지는 패턴에 이러한 단위사이클의 공정을 적용하는 경우, 제1 공정가스가 단차를 가지는 패턴의 하부 보다 상부에 상대적으로 더 많이 흡착되므로 갭필 과정에서 메워지는 박막의 중심에 심(seam)이 형성되기가 쉽다. Referring to FIG. 5 , a second adsorption step (S13) of adsorbing a first process gas containing silicon on a substrate on which a pattern is formed; and a reaction step (S15) of forming a thin film on the pattern by supplying a second process gas reacting with the first process gas adsorbed on the substrate after the second adsorption step (S13); can do. When this unit cycle process is applied to a pattern having a step with a high aspect ratio, the first process gas is adsorbed relatively more on the upper portion than the lower portion of the pattern having a step difference, so a seam is located at the center of the thin film to be filled in the gap-filling process. ) is easy to form.

한편, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 박막 증착 방법에서는 도 4를 참조하여 앞에서 설명한 다양한 단위사이클을 수행하기 전에 도 5에 도시된 단위사이클을 추가적으로 먼저 수행할 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 박막 증착 방법에서의 단위사이클은 (S13, S14, S15, S16, S11, S12, S13, S14, S15, S16) 단계를 순차적으로 수행할 수 있다.Meanwhile, in the thin film deposition method according to a modified embodiment of the present invention, the unit cycle shown in FIG. 5 may be additionally performed first before performing the various unit cycles described above with reference to FIG. 4 . For example, the unit cycle in the thin film deposition method according to a modified embodiment of the present invention may sequentially perform steps (S13, S14, S15, S16, S11, S12, S13, S14, S15, S16). .

앞에서 설명한 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 증착 방법은 박막 증착 이후에 박막에 잔류하는 불순물을 제거하기 위해 추가 박막 처리를 수행할 수 있다. 또는 박막을 증착 하기 위하여 복수회의 단위사이클을 수행하는 중에 하나의 단위사이클과 다른 하나의 단위사이클 사이에 박막에 잔류하는 불순물을 제거하기 위해 추가 박막 처리를 수행할 수 있다. 상기 추가 박막 처리 단계 시 공급되는 가스는 H2O, H2O2, O2, O3, NH3, N2H2 및 H2 중 하나를 포함할 수 있으며, 챔버 내에 공급되는 상기 가스는 가열되거나 플라즈마 상태일 수 있다. 억제제(Inhibitor) 물질인 증착조절가스가 실리콘 소스(Si source)의 흡착을 방해하고 그로 인하여 증착속도를 조절하는 것이 본 발명의 주요한 기술적 사상인 바, 실리콘 소스와 제2 공정가스 간의 반응성이 좋으면 상기 억제제의 원소가 막 내에 잔류하지 않으나, 실리콘 소스와 제2 공정가스 간의 반응성이 나쁠 경우 상기 억제제의 원소가 막 내에 잔류하게 되므로 별도의 이들 잔류하는 원소의 환원이 필요하게 되므로 이를 상기 추가 박막 처리 단계를 수행하여 제거하는 것이 바람직하다. In the thin film deposition method according to another embodiment of the present invention described above, an additional thin film treatment may be performed to remove impurities remaining in the thin film after the thin film deposition. Alternatively, an additional thin film treatment may be performed to remove impurities remaining in the thin film between one unit cycle and another unit cycle while performing a plurality of unit cycles to deposit the thin film. The gas supplied during the additional thin film processing step may include one of H 2 O, H 2 O 2 , O 2 , O 3 , NH 3 , N 2 H 2 and H 2 , and the gas supplied into the chamber is It may be heated or in a plasma state. The main technical idea of the present invention is that the deposition control gas, which is an inhibitor material, interferes with the adsorption of the silicon source and thereby controls the deposition rate. If the reactivity between the silicon source and the second process gas is good, the If the element of the inhibitor does not remain in the film, but the reactivity between the silicon source and the second process gas is poor, the element of the inhibitor remains in the film. It is preferable to remove it by performing

본 발명은 도면에 도시된 일 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.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, which is merely exemplary, 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 (13)

단차를 가지는 패턴이 형성된 기판 상에 실리콘을 포함하는 증착조절가스를 흡착시키는 제1 흡착단계;
상기 제1 흡착단계 후 상기 기판 상에 실리콘을 포함하는 제1 공정가스를 흡착시키는 제2 흡착단계; 및
상기 제2 흡착단계 후 상기 기판 상에 흡착된 증착조절가스 및 상기 제1 공정가스와 반응하는 제2 공정가스를 공급하여 상기 패턴에 박막을 형성하는 반응 단계;를 포함하며,
상기 제1 공정가스와 상기 제2 공정가스 간의 반응속도는 상기 증착조절가스와 상기 제2 공정가스 간의 반응속도 보다 빠르며,
상기 증착조절가스는 상기 단차를 가지는 패턴의 상부에 상대적으로 더 많이 흡착되고, 상기 제1 공정가스는 상기 단차를 가지는 패턴의 하부에 상대적으로 더 많이 흡착되는 것을 특징으로 하는,
박막 증착 방법.a first adsorption step of adsorbing a deposition control gas containing silicon on a substrate on which a pattern having a step difference is formed;
a second adsorption step of adsorbing a first process gas containing silicon on the substrate after the first adsorption step; and
a reaction step of forming a thin film on the pattern by supplying a deposition control gas adsorbed on the substrate and a second process gas reacting with the first process gas after the second adsorption step;
The reaction rate between the first process gas and the second process gas is faster than the reaction rate between the deposition control gas and the second process gas,
The deposition control gas is relatively more adsorbed on the upper portion of the pattern having the step difference, the first process gas is characterized in that relatively more adsorbed on the lower portion of the pattern having the step difference,
Thin film deposition method. 제 1 항에 있어서,
상기 박막은 실리콘 산화막을 포함하며,
상기 증착조절가스는 중심원소인 실리콘(Si)에 할로겐 원소 및 카본 원소 중 어느 하나가 결합되는 실리콘 소스이며,
상기 제1 공정가스는 중심원소인 실리콘(Si)에 하나 이상의 질소 원소 및 수소 원소 중 어느 하나가 결합되는 실리콘 소스이며,
상기 제2 공정가스는 산소 원소를 포함하는, 박막 증착 방법.The method of claim 1,
The thin film includes a silicon oxide film,
The deposition control gas is a silicon source in which any one of a halogen element and a carbon element is bonded to silicon (Si), which is a central element,
The first process gas is a silicon source in which at least one of nitrogen and hydrogen is bonded to silicon (Si), which is a central element,
The second process gas includes elemental oxygen, a thin film deposition method. 제 2 항에 있어서,
상기 증착조절가스는 MCS, DCS, TCS, HCDS, 4MS, 3MS, 2MS, 1MS, SiF3H, SiF4및 SiFCl3 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 제1 공정가스는 DIPAS, BDEAS 및 3DMAS 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 제2 공정가스는 H2O, H2O2, O2 및 O3 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 박막 증착 방법.3. The method of claim 2,
The deposition control gas includes at least one of MCS, DCS, TCS, HCDS, 4MS, 3MS, 2MS, 1MS, SiF 3 H, SiF 4 and SiFCl 3,
The first process gas includes at least one of DIPAS, BDEAS and 3DMAS,
The second process gas includes at least one of H 2 O, H 2 O 2 , O 2 and O 3 , a thin film deposition method. 제 1 항에 있어서,
상기 박막은 실리콘 질화막을 포함하며,
상기 증착조절가스는 중심원소인 실리콘(Si)에 질소 원소, 수소 원소 및 할로겐 원소 중 어느 하나가 결합되는 실리콘 소스이며,
상기 제1 공정가스는 중심원소인 실리콘(Si)에 하나 이상의 카본 원소 및 할로겐 원소 중 어느 하나가 결합되는 실리콘 소스이며,
상기 제2 공정가스는 질소 원소를 포함하는, 박막 증착 방법.The method of claim 1,
The thin film includes a silicon nitride film,
The deposition control gas is a silicon source in which any one of a nitrogen element, a hydrogen element, and a halogen element is combined with silicon (Si), which is a central element,
The first process gas is a silicon source in which at least one of a carbon element and a halogen element is bonded to silicon (Si), which is a central element,
The second process gas includes a nitrogen element, a thin film deposition method. 제 4 항에 있어서,
상기 증착조절가스는 DIPAS, BDEAS, 3DMAS 및 DCS 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 제1 공정가스는 MCS, TCS, HCDS, 4MS, 3MS, 2MS, 1MS, SiF3H, SiF4 및 SiFCl3 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 제2 공정가스는 NH3, N2H4 및 N2 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 박막 증착 방법.5. The method of claim 4,
The deposition control gas includes at least one of DIPAS, BDEAS, 3DMAS and DCS,
The first process gas includes at least one of MCS, TCS, HCDS, 4MS, 3MS, 2MS, 1MS, SiF 3 H, SiF 4 and SiFCl 3,
The second process gas includes at least one of NH 3 , N 2 H 4 and N 2 , a thin film deposition method. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 흡착단계; 상기 제2 흡착단계; 및 상기 반응 단계;를 순차적으로 한번씩 포함하는 단위사이클을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는, 박막 증착 방법.The method of claim 1,
the first adsorption step; the second adsorption step; and the reaction step; characterized in that the unit cycle including sequentially one time is repeatedly performed. 제 1 항에 있어서,
복수회 반복되는 상기 제1 흡착단계; 및 복수회의 상기 제1 흡착단계 이후에 각각 일 회씩 수행되는 상기 제2 흡착단계;와 상기 반응 단계;를 순차적으로 모두 포함하는 단위사이클을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는, 박막 증착 방법.The method of claim 1,
the first adsorption step repeated a plurality of times; and the second adsorption step performed once each after the first adsorption step a plurality of times; and the reaction step; characterized in that the unit cycle including all sequentially is repeatedly performed. 제 1 항에 있어서,
일 회 수행되는 상기 제1 흡착단계; 및 상기 제1 흡착단계 이후에 순차적으로 수행하는 상기 제2 흡착단계와 상기 반응 단계를 복수회 수행하는 단계;를 모두 포함하는 단위사이클을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는, 박막 증착 방법.The method of claim 1,
the first adsorption step performed once; and performing the second adsorption step and the reaction step, which are sequentially performed after the first adsorption step, a plurality of times. 제 1 항에 있어서,
복수회 반복되는 상기 제1 흡착단계; 및 복수회의 상기 제1 흡착단계 이후에 순차적으로 수행하는 상기 제2 흡착단계와 상기 반응 단계를 복수회 수행하는 단계;를 모두 포함하는 단위사이클을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는, 박막 증착 방법.The method of claim 1,
the first adsorption step repeated a plurality of times; and performing the second adsorption step and the reaction step sequentially performed a plurality of times after the first adsorption step a plurality of times. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 흡착단계 이전에
상기 기판 상에 실리콘을 포함하는 제1 공정가스를 흡착시키는 별도의 제2 흡착단계; 및 상기 별도의 제2 흡착단계 후 상기 기판 상에 흡착된 상기 제1 공정가스와 반응하는 제2 공정가스를 공급하여 상기 패턴에 박막을 형성하는 별도의 반응 단계;를 추가적으로 더 포함하는, 박막 증착 방법.The method of claim 1,
before the first adsorption step
a separate second adsorption step of adsorbing a first process gas containing silicon on the substrate; and a separate reaction step of forming a thin film on the pattern by supplying a second process gas reacting with the first process gas adsorbed on the substrate after the separate second adsorption step; Way. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
반복 수행하는 상기 단위사이클 중에서 하나의 단위사이클과 다른 하나의 단위사이클 사이에 상기 박막의 불순물을 제거하기 위한 추가 박막 처리 단계;를 더 포함하는, 박막 증착 방법.10. The method according to any one of claims 6 to 9,
An additional thin film treatment step for removing impurities from the thin film between one unit cycle and another unit cycle among the repeated unit cycles; further comprising a thin film deposition method. 제 11 항에 있어서,
상기 추가 박막 처리 단계는 가열되거나 플라즈마 상태인 H2O, H2O2, O2, O3, NH3, N2H2 및 H2 중 하나를 포함하는 가스를 상기 박막 상에 제공하는 단계를 포함하는, 박막 증착 방법. 12. The method of claim 11,
The additional thin film treatment step may include providing a gas comprising one of H 2 O, H 2 O 2 , O 2 , O 3 , NH 3 , N 2 H 2 and H 2 on the thin film in a heated or plasma state. Including, a thin film deposition method. 삭제delete
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