KR20180064618A - Method for Deposition of Thin Film - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치를 위한 박막 형성 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 박막 증착 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
반도체 장치를 제조하기 위한 박막은 증착, 성장 등의 방법을 통해 형성될 수 있다.A thin film for manufacturing a semiconductor device may be formed by a method such as vapor deposition, growth, or the like.
박막 증착 방식의 하나로 플라즈마 증가 화학기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방식을 들 수 있다.One of the thin film deposition methods is a plasma enhanced chemical vapor deposition (CVD) method.
PECVD 방식은 반응 챔버 내에 플라즈마를 발생시켜 반응가스들의 화학적 반응에 의해 막(박막)을 증착하는 방법이다. PECVD 방식은 반응가스들이 플라즈마에 의해 에너지를 얻기 때문에 저온 증착이 가능한 특징이 있다.The PECVD method is a method of generating a plasma in a reaction chamber and depositing a film (thin film) by chemical reaction of reaction gases. The PECVD method is characterized in that low-temperature deposition can be performed because the reaction gases obtain energy by plasma.
PECVD 방식으로 다양한 종류의 박막을 증착할 수 있으며, 증착되는 박막의 응력, 표면 균일도, 표면 거칠기, 밀도 등과 같은 막 특성, 막 두께 등은 결과적으로 형성되는 반도체 장치의 수율 및 신뢰성에 큰 영향을 미친다.Various types of thin films can be deposited by the PECVD method, and the film characteristics such as stress, surface uniformity, surface roughness, density, and the like of the deposited thin film have a great influence on the yield and reliability of the resulting semiconductor device .
일반적으로, PECVD 장비에서는 중심 주파수 대역이 13.56MHz인 고주파(RF) 전원을 사용하고 있다. 하지만 13.56MHz의 고주파 전원을 이용하는 경우 증착 속도가 낮고, 이로 인해 증착 막의 균일성이 저하될 뿐 아니라 공정 시간이 증가하고 챔버 내부의 온도를 제어하는 데 번거로움이 따르는 등의 문제가 있다.Generally, PECVD equipment uses a high frequency (RF) power source with a center frequency of 13.56 MHz. However, when a high frequency power source of 13.56 MHz is used, the deposition rate is low, thereby lowering the uniformity of the deposited film, increasing the process time, and troublesome control of the temperature inside the chamber.
일 예로, 13.56MHz의 고주파 전원을 이용하는 PECVD 장비로 형성된 질화막의 경우 압축응력이 큰 특성을 갖는다. 이에 따라 후속 열처리 공정에서 균열 등과 같은 문제가 발생하거나, 하부 레이어 특히, 하부 금속 레이어의 응력변동(stress migration) 특성에 영향을 미친다.For example, a nitride film formed by a PECVD apparatus using a high frequency power of 13.56 MHz has a high compressive stress. As a result, problems such as cracks occur in the subsequent heat treatment process, or influence stress migration characteristics of the lower layer, particularly, the lower metal layer.
또한, 13.56MHz의 고주파 전원을 이용하는 PECVD 장비로 형성된 산화막의 경우 인가되는 열에 의해 응력 특성이 변화되는 문제가 있다. 산화막은 보통 층간 절연막이나 금속간 절연막으로 적용되는데, 산화막의 두께가 일정하게 형성되지 않으면 누설전류가 발생하여 반도체 장치의 동작 성능이 저하되게 된다.Further, in the case of an oxide film formed by PECVD equipment using a high frequency power of 13.56 MHz, there is a problem that stress characteristics are changed by applied heat. The oxide film is usually used as an interlayer insulating film or an intermetallic insulating film. If the thickness of the oxide film is not uniformly formed, a leakage current is generated and the operation performance of the semiconductor device is lowered.
최근, 반도체 장치의 고집적화를 달성하기 위한 방법 중 하나로 반도체 장치를 3차원으로 제조하는 기술이 활발히 연구 중이다. 이러한 반도체 장치의 균일한 동작 특성 및 신뢰성을 보장하기 위해서는 기판 상에 균일한 두께를 갖는 박막을 다층으로 증착할 것이 요구된다.Recently, a technique for manufacturing a semiconductor device in three dimensions has been actively studied as one of methods for achieving high integration of the semiconductor device. In order to ensure uniform operation characteristics and reliability of such a semiconductor device, it is required to deposit a thin film having a uniform thickness on a substrate in multiple layers.
본 기술의 실시예는 물질 특성이 상이한 복수의 박막을 교대로 증착함에 있어서, 각 레이어마다 박막의 두께를 전체적으로 균일하게 형성할 수 있는 박막 증착 방법을 제공할 수 있다.Embodiments of the present technology can provide a thin film deposition method capable of uniformly forming the thickness of a thin film as a whole in each layer when alternately depositing a plurality of thin films having different material characteristics.
본 기술의 일 실시예에 의한 박막 증착 방법은 중심 주파수 대역이 20 내지 70MHz인 고주파 전원소스를 제공하도록 구성되는 플라즈마 전원 공급부를 포함하는 박막 증착 장치에서의 박막 증착 방법으로서, 상기 고주파 전원소스를 공급하여, 기판 상에 제 1 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 고주파 전원소스를 공급하여 상기 제 1 절연막 상부에 제 2 절연막을 인시튜로 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.A thin film deposition method according to an embodiment of the present invention is a thin film deposition method in a thin film deposition apparatus including a plasma power supply unit configured to provide a high frequency power source having a center frequency of 20 to 70 MHz, Forming a first insulating film on the substrate; And forming a second insulating layer on the first insulating layer by supplying the high frequency power source to the first insulating layer.
본 기술에 의하면 물질 특성이 상이한 복수의 박막을 교대로 증착함에 있어서, 각 레이어마다 박막의 두께를 전체적으로 균일하게 형성할 수 있다. 이에 따라, 결과적으로 얻어지는 다층 박막 구조체의 표면 두께를 균일하게 할 수 있고 모폴로지를 개선할 수 있다.According to this technology, when a plurality of thin films having different material characteristics are alternately deposited, the thickness of the thin film can be uniformly formed for each layer. Thus, the surface thickness of the resulting multilayer thin film structure can be made uniform and the morphology can be improved.
도 1은 일 실시예에 의한 박막 증착 장치의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 의한 박막 증착 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 고주파 플라즈마 시스 및 RF 플라즈마 시스를 보여주는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 의한 박막 증착 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 의한 박막 증착 방법에서 증착 조건에 따른 표면 거칠기 변화를 설명하기 위한 도면이다.1 is a configuration diagram of a thin film deposition apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a view for explaining a thin film deposition method according to one embodiment.
3 is a view illustrating a high-frequency plasma sheath and an RF plasma sheath according to an embodiment.
4 is a cross-sectional view of a device for explaining a thin film deposition method according to an embodiment.
5 is a view for explaining surface roughness variation according to deposition conditions in a thin film deposition method according to an embodiment.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 기술의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present technology will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 일 실시예에 의한 박막 증착 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a thin film deposition apparatus according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 의한 박막 증착 장치(10)는 컨트롤러(100), 제 1 전극(120)과 제 2 전극(130)을 구비하는 챔버(110), 플라즈마 전원 공급부(140), 매칭 네트워크(150) 및 필터(160)를 포함할 수 있다.1, a thin
컨트롤러(100)는 박막 증착 장치(10)의 전반적인 동작을 제어하도록 구성된다. 일 실시예에서 컨트롤러(100)는 각 구성부(110~160)의 동작을 제어하며, 박막 증착 공정을 위한 제어 파라미터 등을 설정할 수 있다. 도시하지 않았지만, 컨트롤러(100)는 중앙처리장치, 메모리, 입출력 인터페이스 등을 포함할 수 있다.The
챔버(110)는 내부에 기판을 유지시킨 상태에서 기판 상에 목적하는 물질로 이루어진 박막을 PECVD 방식으로 형성할 수 있는 환경을 제공한다.The
챔버(110) 내부에는 제 1 전극(120) 및 제 2 전극(130)이 상호 대향하도록 설치될 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 전극(120)은 챔버(110) 내부로 공정가스를 제공하는 가스 공급 장치일 수 있고, 제 2 전극(130)은 기판이 안착되는 서셉터일 수 있다. 도시하지 않았지만, 서셉터 내부에는 히터가 구비되어 기판의 온도를 조절할 수 있다.In the
플라즈마 전원 공급부(140)는 제 1 전극(120)으로서의 가스 공급 장치에 접속되어 고주파 전원 소스를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 플라즈마 전원 공급부(140)는 중심 주파수 대역이 20~70MHz를 갖는 VHF(Very High Frequency) 전원을 플라즈마 전원 소스로 제공하도록 구성될 수 있다.The
예를 들어, 제 2 전극(130)으로서의 서셉터에 기판을 안착시키고 챔버(110) 내부를 진공 상태로 만든 후, 공정가스를 주입함과 동시에 플라즈마 전원 공급부(140)를 구동하여 제 1 전극(120)에 VHF 고주파 전원을 인가하므로써, 제 1 전극(120)과 제 2 전극(130) 사이에 플라즈마(170)를 형성할 수 있다.For example, after the substrate is placed on the susceptor as the
매칭 네트워크(150)는 플라즈마 전원 공급부(140)의 출력 임피던스와 챔버(110) 내의 부하 임피던스를 상호 매칭시켜 고주파 전원이 챔버(110)로부터 반사됨에 따른 반사 손실을 제거하도록 구성될 수 있다.The
필터(160)는 플라즈마 전원 공급부(140)를 통해 제 1 전극(120)에 고주파 전원이 인가될 때 제 2 전극(130)을 통해 전달되는 고주파를 필터링하여, 고주파 전원이 외부로 방사되지 않도록 한다.The
일 실시예에서, 박막 증착 장치(10)는 제 1 절연막 및 제 1 절연막과 물질 특성, 예를 들어 식각 선택비가 상이한 제 2 절연막을 인-시튜(In-situ) 방식으로 교대로 증착하여 다층 박막을 형성하는 장치일 수 있다. 제 1 절연막 및 제 2 절연막을 증착함에 있어서, 플라즈마 전원 소스로서 공통적으로 중심 주파수 대역이 20~70MHz인 VHF(Very High Frequency) 전원소스를 이용할 수 있다.In one embodiment, the thin
예시적으로, 제 1 절연막은 실리콘 질화막일 수 있고, 제 2 절연막은 실리콘 산화막일 수 있다. 이때, 실리콘 질화막은 공정가스로 SiH4 및 NH3를 사용하여 형성할 수 있고, 실리콘 산화막은 공정가스로 TEOS 및 O2를 사용하여 형성할 수 있다.Illustratively, the first insulating film may be a silicon nitride film, and the second insulating film may be a silicon oxide film. At this time, the silicon nitride film can be formed using SiH 4 and NH 3 as the process gas, and the silicon oxide film can be formed using TEOS and O 2 as the process gas.
다른 예로, 제 1 절연막은 폴리실리콘막일 수 있고, 제 2 절연막은 실리콘 산화막일 수 있다. 이때, 폴리실리콘막은 공정가스로 Si 및 SiH4를 사용하여 형성할 수 있고, 실리콘 산화막은 공정가스로 SiH4 및 N2O를 사용하여 형성할 수 있다.As another example, the first insulating film may be a polysilicon film, and the second insulating film may be a silicon oxide film. At this time, the polysilicon film can be formed using Si and SiH 4 as the process gas, and the silicon oxide film can be formed using SiH 4 and N 2 O as the process gas.
또 다른 예로, 제 1 절연막은 실리콘 질화막 또는 폴리실리콘막 중 어느 하나일 수 있고, 제 2 절연막은 TEOS 기반의 실리콘 산화막 또는 SiH4 기반의 실리콘 산화막일 수 있다. 실리콘 질화막은 공정가스로 N2, NH3, SiH4를 사용하여 형성할 수 있고, TEOS 기반의 실리콘 산화막은 O2, TEOS, Ar을 사용하여 형성할 수 있다.As another example, the first insulating film may be a silicon nitride film or a polysilicon film, and the second insulating film may be a silicon oxide film based on TEOS or a silicon oxide film based on SiH 4 . The silicon nitride film can be formed using N 2 , NH 3 , SiH 4 as a process gas, and the TEOS-based silicon oxide film can be formed using O 2 , TEOS, and Ar.
본 기술에서는 제 1 절연막 및 제 2 절연막을 증착할 때 중심 주파수 대역이 20~70MHz인 VHF, 바람직하게는 27.12MHz의 중심 주파수 대역을 갖는 고주파 전원소스를 플라즈마 전원 소스로 공급한다.In the present invention, when depositing the first insulating film and the second insulating film, a high frequency power source having a central frequency band of VHF having a center frequency of 20 to 70 MHz, preferably 27.12 MHz, is supplied to the plasma power source.
이에 따라, 각 증착막의 산포를 개선하여 균일한 두께를 갖도록 할 수 있다. 제 1 및 제 2 절연막을 복수회 반복 증착하여 다층 박막 구조체를 형성하는 경우에도, 각 레이어마다 박막의 두께를 전체적으로 균일하게 형성할 수 있어 다층 박막 구조체의 표면 두께를 균일하게 할 수 있고 모폴로지를 개선할 수 있다.Thus, it is possible to improve the scattering of each evaporated film to have a uniform thickness. Even when the first and second insulating films are repeatedly deposited a plurality of times to form a multilayer thin film structure, the thickness of the thin film can be uniformly formed for each layer, thereby uniforming the surface thickness of the multilayer thin film structure and improving the morphology can do.
도 2는 일 실시예에 의한 박막 증착 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2 is a view for explaining a thin film deposition method according to one embodiment.
도 2를 참조하면, PECVD 방식의 기판이 안착된 박막 증착 장치(10)에 고주파 전원소스를 인가하여 제 1 절연막을 증착할 수 있다(S201). 고주파 전원소스는 중심 주파수 대역이 20~70MHz인 VHF, 바람직하게는 27.12MHz의 중심 주파수 대역을 전원소스일 수 있다.Referring to FIG. 2, a first insulating film may be deposited by applying a high frequency power source to a thin
일 실시예에서, 제 1 절연막 증착 공정(S201)은 박막 증착 장치(10) 내부의 온도를 기 설정된 온도로 안정화시키고, 공정 가스를 주입하며, 박막 증착 장치(10) 내부의 압력을 안정화시킨 다음 고주파 전원소스를 인가하여 플라즈마를 발생시킴으로써 제 1 절연막을 증착하는 과정일 수 있다. 제 1 절연막 증착 공정(S201) 후에는 고주파 전원소스를 차단하고 박막 증착 장치(10) 내부의 미반응 가스나 반응 부산물을 배기시키는 과정이 후속될 수 있음은 물론이다.In one embodiment, the first insulating film deposition step (S201) stabilizes the temperature inside the thin
제 1 절연막 증착 후, 제 1 절연막 표면에 대한 막질을 안정화시키기 위한 표면처리 공정이 수행될 수 있다(S203). 표면처리 공정(S203) 또한 동일한 중심 주파수 대역을 갖는 고주파 전원소스에 의해 박막 증착 장치(10) 내에 플라즈마를 발생시킴에 의해 수행될 수 있다.After the first insulating film is deposited, a surface treatment process for stabilizing the film quality with respect to the surface of the first insulating film may be performed (S203). The surface treatment process (S203) can also be performed by generating a plasma in the thin film deposition apparatus (10) by a high frequency power source having the same center frequency band.
이후, 인-시튜로 제 2 절연막을 증착할 수 있다(S205). 제 2 절연막을 증착하기 위하여 제 1 절연막 증착시와 실질적으로 동일한 중심 주파수 대역을 갖는 고주파 전원소스를 인가할 수 있다.Thereafter, the second insulating film can be deposited in-situ (S205). A high frequency power source having a center frequency band substantially identical to that during deposition of the first insulating film may be applied to deposit the second insulating film.
일 실시예에서, 제 2 절연막 증착 공정(S203)은 박막 증착 장치(10) 내부의 온도를 기 설정된 온도로 안정화시키고, 공정 가스를 주입하며, 박막 증착 장치(10) 내부의 압력을 안정화시킨 다음 고주파 전원소스를 인가하여 플라즈마를 발생시킴으로써 제 2 절연막을 증착하는 과정일 수 있다. 제 2 절연막 증착 공정(S205) 후에는 고주파 전원소스를 차단하고 박막 증착 장치(10) 내부의 미반응 가스나 반응 부산물을 배기시키는 과정이 후속될 수 있음은 물론이다.In one embodiment, the second insulating film deposition step (S203) stabilizes the temperature inside the thin
제 2 절연막 증착 후, 제 2 절연막 표면에 대한 막질을 안정화시키기 위한 표면처리 공정이 수행될 수 있다(S207). 표면처리 공정(S207) 또한 동일한 중심 주파수 대역을 갖는 고주파 전원소스에 의해 박막 증착 장치(10) 내에 플라즈마를 발생시킴에 의해 수행될 수 있다.After the second insulating film is deposited, a surface treatment process for stabilizing the film quality with respect to the surface of the second insulating film may be performed (S207). The surface treatment process (S207) can also be performed by generating a plasma in the thin film deposition apparatus (10) by a high frequency power source having the same center frequency band.
아울러, 제 1 절연막 증착(S201), 표면처리(S203), 제 2 절연막 증착(S205) 및 표면처리(S207) 공정은 지정된 횟수(n-cycle)만큼 반복 수행될 수 있고, 이에 따라 다층 박막 구조체를 형성할 수 있다.In addition, the first insulation film deposition (S201), the surface treatment (S203), the second insulation film deposition (S205), and the surface treatment (S207) process can be repeatedly performed a predetermined number of times (n-cycle) Can be formed.
각 공정 단계(S201~S207)에서, 고주파 전원소스는 연속모드(Continuous Wave mode) 또는 펄스 모드(Pulse mode)로 인가될 수 있다. 펄스 모드로 진행하는 경우 펄스 주파수는 10Hz~100KHz일 수 있고, 듀티비는 1~99%일 수 있다.In each of the process steps S201 to S207, the high frequency power source may be applied in a continuous wave mode or a pulse mode. When proceeding to the pulse mode, the pulse frequency can be from 10 Hz to 100 KHz, and the duty ratio can be from 1 to 99%.
PECVD 방식에서 펄스 모드로 박막을 증착하는 경우 플라즈마 전원소스의 주파수가 낮으면 증착률이 낮아 목적하는 막질을 얻을 수가 없다. 하지만, 본 발명에서는 고주파 전원소스를 사용하기 때문에 펄스 모드로 증착을 수행하여도 높은 증착률이 보정되므로 표면 거칠기(Roughness)가 개선된 균일한 산포의 박막을 증착할 수 있다.In the case of depositing a thin film in the pulse mode in the PECVD method, the desired film quality can not be obtained because the deposition rate is low when the frequency of the plasma power source is low. However, since a high frequency power source is used in the present invention, a uniformly dispersed thin film having improved surface roughness can be deposited because a high deposition rate is corrected even when deposition is performed in a pulse mode.
플라즈마 전원 소스의 주파수를 20~70MHz로 상향하게 되면 RF 주파수 보다 높은 주파수 전원을 이용하여 플라즈마가 생성되기 때문에, 전자 밀도가 증가하여 박막 증착에 기여하는 반응 가스의 입자가 작아지게 되므로 증착 균일성(산포)를 개선할 수 있다. 또한, 높은 주파수 전원을 이용함에 따라 플라즈마 이온 플럭스(ion flux)는 증대되는 반면, 이온 에너지 및 이온 충돌 비율(ion bombardment)은 감소된다.When the frequency of the plasma power source is raised to 20 to 70 MHz, plasma is generated by using a frequency power source higher than the RF frequency. As a result, the electron density increases and particles of the reactive gas contributing to the thin film deposition become small. Scattering) can be improved. Also, using a high frequency power source, the plasma ion flux is increased while the ion energy and ion bombardment are reduced.
이온 에너지가 감소되기 때문에, 증착 과정에서 발생하는 수소기 역시 낮은 이온 에너지를 갖게 되어, 대부분 다른 반응기와 반응이 쉽게 이루어져서 안정적인 상태를 유지하거나 혹은 휘발될 수 있다. 또한, 20~70MHz의 고주파 전원을 이용함에 따라, 이온 충돌 비율이 감소되기 때문에, 이온 충돌로 인한 부수적인 수소기 발생을 원천적으로 차단할 수 있다. 결과적으로 막질에 미치는 영향 없이 수소기의 잔류 문제를 해결할 수 있다. 따라서 수소 이온을 제거하기 위해 고온 후처리 공정을 진행할 필요가 없어, 고온 어닐링 공정에 의한 막질 거동 현상을 방지할 수 있다.Since the ion energy is reduced, the hydrogen generated in the deposition process also has a low ion energy, so that the reaction with other reactors is easy, so that the stable state can be maintained or volatilized. Further, since the ion collision ratio is reduced by using a high frequency power source of 20 to 70 MHz, the occurrence of incidental hydrogen radicals due to ion collision can be fundamentally prevented. As a result, the problem of residual hydrogen can be solved without affecting the film quality. Therefore, it is not necessary to carry out a high-temperature post-treatment process to remove hydrogen ions, and it is possible to prevent the phenomenon of film quality by the high-temperature annealing process.
또한, 플라즈마 생성을 위하여, 고주파 전원이 인가되면, 하기 식과 같이 임피던스의 리액턴스 성분이 감소되어, 플라즈마 손실이 적어지기 때문에, 증착률이 개선될 수 있다.Further, when a high-frequency power source is applied for plasma generation, the reactance component of the impedance is reduced as shown in the following equation, and the plasma loss is reduced, so that the deposition rate can be improved.
<식><Expression>
나아가 VHF의 고주파 전원소스를 이용하는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, RF 전원을 이용하는 경우보다 플라즈마 시스층(sheath)의 가장자리 부분이 중심보다 낮은 위치에 생성됨을 확인할 수 있다. 즉, 플라즈마 시스층은 중심보다 가장자리쪽에서 기판과 더 가깝게 발생되게 된다. 이에 따라, 비록 기판 중심부에 플라즈마 가스가 집중되더라도, 기판의 가장자리 부분에서는 플라즈마 가스가 기판에 보다 가깝게 발생된다.Further, in the case of using the high frequency power source of VHF, as shown in FIG. 3, it can be seen that the edge portion of the plasma sheath is generated at a position lower than the center, as compared with the case of using the RF power source. That is, the plasma sheath layer is generated closer to the substrate than the center. Thus, even if the plasma gas is concentrated at the center of the substrate, the plasma gas is generated closer to the substrate at the edge portion of the substrate.
따라서, 본 발명에서와 같이 제 1 및 제 2 절연막 형성시 VHF의 플라즈마 전원 소스를 사용하게 되면 기판 중앙부로부터 에지부까지 균일한 두께를 갖는 절연막을 형성할 수 있다.Therefore, when a VHF plasma power source is used for forming the first and second insulating films as in the present invention, an insulating film having a uniform thickness from the center portion of the substrate to the edge portion can be formed.
도 4는 일 실시예에 의한 박막 증착 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a device for explaining a thin film deposition method according to an embodiment.
도 4를 참조하면, 도 1에 도시한 박막 증착 장치(10)를 이용하여, 기판(300) 상부에 제 1 절연막(310-1~310-n) 및 제 2 절연막(320-1~320-n)을 교대로 적층한다.Referring to FIG. 4, the first insulating layers 310-1 to 310-n and the second insulating layers 320-1 to 320-n are formed on the
제 1 절연막(310-1~310-n) 및 제 2 절연막(320-1~320-n)은 물질 특성, 예를 들어 식각 선택비가 상이한 절연막일 수 있다.The first insulating films 310-1 to 310-n and the second insulating films 320-1 to 320-n may be insulating films having different material properties, for example, etching selectivity.
일 실시예에서, 제 1 절연막(310-1~310-n)은 실리콘 질화막일 수 있고, 제 2 절연막(320-1~320-n)은 실리콘 산화막일 수 있다. 이때, 실리콘 질화막은 공정가스로 SiH4 및 NH3를 사용하여 형성할 수 있고, 실리콘 산화막은 공정가스로 TEOS 및 O2를 사용하여 형성할 수 있다.In one embodiment, the first insulating films 310-1 to 310-n may be silicon nitride films, and the second insulating films 320-1 to 320-n may be silicon oxide films. At this time, the silicon nitride film can be formed using SiH 4 and NH 3 as the process gas, and the silicon oxide film can be formed using TEOS and O 2 as the process gas.
다른 예로, 제 1 절연막(310-1~310-n)은 폴리실리콘막일 수 있고, 제 2 절연막(320-1~320-n)은 실리콘 산화막일 수 있다. 이때, 폴리실리콘막은 공정가스로 Si 및 SiH4를 사용하여 형성할 수 있고, 실리콘 산화막은 공정가스로 SiH4 및 N2O를 사용하여 형성할 수 있다.As another example, the first insulating films 310-1 to 310-n may be polysilicon films, and the second insulating films 320-1 to 320-n may be silicon oxide films. At this time, the polysilicon film can be formed using Si and SiH 4 as the process gas, and the silicon oxide film can be formed using SiH 4 and N 2 O as the process gas.
또 다른 예로, 제 1 절연막(310-1~310-n)은 실리콘 질화막 또는 폴리실리콘막 중 어느 하나일 수 있고, 제 2 절연막(320-1~320-n)은 TEOS 기반의 실리콘 산화막 또는 SiH4 기반의 실리콘 산화막일 수 있다.Alternatively, the first insulating films 310-1 to 310-n may be either a silicon nitride film or a polysilicon film, and the second insulating films 320-1 to 320-n may be a TEOS-based silicon oxide film or a SiH 4 based silicon oxide film.
일 실시예에서, 제 1 절연막(310-1~310-n)을 형성하기 위하여 컨트롤러(100)에 의해 플라즈마 전원 공급부(140)를 구동하여, 중심 주파수 대역이 20~70MHz, 바람직하게는 27.12MHz인 VHF 전원을 고주파 전원소스로 공급할 수 있다.In one embodiment, the
제 1 절연막이 실리콘 질화막인 경우 공정 조건은 하기와 같이 설정될 수 있다.When the first insulating film is a silicon nitride film, the process conditions can be set as follows.
- 공정가스의 양 : N2(4500~12000[sccm]), NH3(300~15000[sccm]), SiH4(30~500[sccm]), He(500~10000[sccm]),- Amount of process gas: N 2 (4500-12000 sccm), NH 3 (300-15000 sccm), SiH 4 (30-500 sccm), He (500-10000 sccm)
- 압력 : 2~4[Torr]- Pressure: 2 ~ 4 [Torr]
- 온도 : 100~600℃- Temperature: 100 ~ 600 ℃
일 실시예에서, 제 2 절연막(320-1~320-n)을 형성하기 위하여 컨트롤러(100)에 의해 플라즈마 전원 공급부(140)를 구동하여, 중심 주파수 대역이 20~70MHz, 바람직하게는 27.12MHz인 VHF 전원을 고주파 전원소스로 공급할 수 있다.In one embodiment, the
제 2 절연막이 TEOS 기반의 실리콘 산화막인 경우 공정 조건은 하기와 같이 설정될 수 있다.When the second insulating film is a TEOS-based silicon oxide film, the process conditions can be set as follows.
- 공정가스의 양 : O2(3000~15000[sccm]), TEOS(Liquid)(240[g]), Ar(500~10000[sccm])- Amount of process gas: O 2 (3000-15000 [sccm]), TEOS (Liquid) (240 [g]), Ar (500-10000 [sccm]
- 압력 : 1.5~4.5[Torr]- Pressure: 1.5 ~ 4.5 [Torr]
- 온도 : 100~600℃- Temperature: 100 ~ 600 ℃
이와 같이, 본 발명에서는 물질 특성이 상이한 복수의 절연막을 교대로 증착함에 있어서, 동일한 중심 주파수를 갖는 고주파 전원소스를 이용한다. 고주파 전원소스를 이용하여 발생한 플라즈마의 특성상 각 박막의 증착 균일도를 보장할 수 있고, 표면 특성이 우수한 다층 박막 구조체를 제조할 수 있다.As described above, in the present invention, when a plurality of insulating films having different material characteristics are alternately deposited, a high frequency power source having the same center frequency is used. The uniformity of deposition of each thin film can be ensured due to the characteristics of plasma generated by using a high frequency power source, and a multilayer thin film structure having excellent surface characteristics can be manufactured.
아울러, 다층 박막 증착 공정 사이에 수행되는 표면처리 공정 또한 고주파 전원소스를 이용하므로, 플라즈마 전원 소스의 변경 없이 공정을 수행할 수 있어 제조 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, since the surface treatment process performed during the multilayer thin film deposition process also uses a high frequency power source, the process can be performed without changing the plasma power source, thereby improving the manufacturing efficiency.
도 5는 일 실시예에 의한 박막 증착 방법에서 증착 조건에 따른 표면 거칠기 변화를 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining surface roughness variation according to deposition conditions in a thin film deposition method according to an embodiment.
도 5의 (a) 내지 (e)는 하기 [표 1]과 같은 조건으로 제 2 절연막을 증착한 경우 제 2 절연막의 표면 거칠기(Roughness) 측정 결과를 나타낸다.5 (a) to 5 (e) show the measurement results of the surface roughness of the second insulating film when the second insulating film is deposited under the conditions shown in Table 1 below.
먼저, 도 5(a)는 연속모드로 제 2 절연막을 증착한 경우 제 2 절연막의 표면 거칠기 측정 결과를 나타내는 사진이다. 도 5(b) 내지 도 5(e)는 각각 펄스모드 1~5의 조건으로 제 2 절연막을 증착한 경우 제 2 절연막의 표면 거칠기 측정 결과를 나타내는 사진이다.5 (a) is a photograph showing the result of measurement of the surface roughness of the second insulating film when the second insulating film is deposited in the continuous mode. 5 (b) to 5 (e) are photographs showing the result of measuring the surface roughness of the second insulating film when the second insulating film is deposited under the conditions of the
일 실시예에서, 표면 거칠기는 주사탐침현미경(Atomic Foece Microscope)을 이용하여 측정할 수 있다.In one embodiment, the surface roughness can be measured using an Atomic Foece Microscope.
연속모드에서 표면 거칠기는 0.446nm로 측정된다.In continuous mode, the surface roughness is measured at 0.446 nm.
펄스모드 1 내지 펄스모드 4에서는 표면 거칠기가 각각 0.199nm(도 5(b)), 0.179nm(도 5(c)), 0.176nm(도 5(d)) 및 0.350nm(도 5(e))로 측정된다.(Fig. 5B), 0.179 nm (Fig. 5C), 0.176 nm (Fig. 5D) and 0.350 nm (Fig. ).
펄스 주파수가 10KHz으로 증가하는 경우(도 5(e))보다 펄스 주파수가 상대적으로 낮은 경우, 예를 들어 펄스 주파수가 10Hz~1KHz 사이일 때 표면 거칠기가 우수한 것을 알 수 있다.It can be seen that the surface roughness is excellent when the pulse frequency is relatively lower than that when the pulse frequency is increased to 10 KHz (Fig. 5 (e)), for example, when the pulse frequency is between 10 Hz and 1 KHz.
제 2 절연막의 표면 거칠기가 개선됨에 따라, 결과적으로 형성되는 다층 박막 구조체의 균일도 또한 개선됨을 상기 표에서 확인할 수 있다.It can be seen from the above table that as the surface roughness of the second insulating film is improved, the uniformity of the resulting multilayer thin film structure is also improved.
아울러, 펄스모드에서 펄스의 듀티비가 낮을수록 제 2 절연막의 표면 거칠기가 향상될 수 있다.In addition, the lower the duty ratio of the pulse in the pulse mode, the more the surface roughness of the second insulating film can be improved.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Thus, those skilled in the art will appreciate that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the embodiments described above are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
10 : 박막 증착 장치
100 : 컨트롤러
110 : 챔버
120 : 제 1 전극
130 : 제 2 전극
140 : 플라즈마 전원 공급부
150 : 매칭 네트워크
160 : 필터
170 : 플라즈마10: Thin Film Deposition Device
100: controller
110: chamber
120: first electrode
130: second electrode
140: Plasma power supply
150: matching network
160: Filter
170: Plasma
Claims (11)
상기 고주파 전원소스를 공급하여, 기판 상에 제 1 절연막을 형성하는 단계; 및
상기 고주파 전원소스를 공급하여 상기 제 1 절연막 상부에 제 2 절연막을 인시튜로 형성하는 단계;
를 포함하는 박막 증착 방법.A thin film deposition method in a thin film deposition apparatus including a plasma power supply configured to provide a high frequency power source having a central frequency band of 20 to 70 MHz,
Supplying the high frequency power source to form a first insulating film on the substrate; And
Supplying a high frequency power source to form a second insulating layer on the first insulating layer;
≪ / RTI >
상기 제 1 절연막 및 상기 제 2 절연막을 형성하는 단계는 적어도 1회 반복 실시되는 박막 증착 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of forming the first insulating film and the second insulating film is repeated at least once.
상기 제 1 절연막은 질화막이고 상기 제 2 절연막은 산화막인 박막 증착 방법.The method according to claim 1,
Wherein the first insulating film is a nitride film and the second insulating film is an oxide film.
상기 제 1 절연막은 폴리실리콘막이고 상기 제 2 절연막은 산화막인 박막 증착 방법.The method according to claim 1,
Wherein the first insulating film is a polysilicon film and the second insulating film is an oxide film.
상기 제 1 절연막을 형성하는 단계 이후, 상기 고주파 전원소스를 공급하여 상기 제 1 절연막에 대한 표면처리를 수행하는 단계를 더 포함하는 박막 증착 방법.The method according to claim 1,
Further comprising the step of supplying the high frequency power source and performing a surface treatment on the first insulating film after the step of forming the first insulating film.
상기 제 2 절연막을 형성하는 단계 이후, 상기 고주파 전원소스를 공급하여 상기 제 2 절연막에 대한 표면처리를 수행하는 단계를 더 포함하는 박막 증착 방법.The method according to claim 1,
Further comprising the step of supplying the high-frequency power source and performing a surface treatment on the second insulating film after the step of forming the second insulating film.
상기 고주파 전원소스는 연속모드로 공급되는 박막 증착 방법.The method according to claim 1,
Wherein the high frequency power source is supplied in a continuous mode.
상기 고주파 전원소스는 펄스모드로 공급되는 박막 증착 방법.The method according to claim 1,
Wherein the high frequency power source is supplied in a pulse mode.
상기 펄스모드의 펄스 주파수는 10Hz~100KHz이고, 듀티비는 1~99%인 박막 증착 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the pulse frequency of the pulse mode is 10 Hz to 100 KHz and the duty ratio is 1 to 99%.
상기 펄스모드의 펄스 주파수가 낮을수록 상기 제 2 절연막의 표면 거칠기가 향상되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.10. The method of claim 9,
Wherein the surface roughness of the second insulating film is improved as the pulse frequency of the pulse mode is lower.
상기 펄스모드의 펄스 듀티비가 낮을수록 상기 제 2 절연막의 표면 거칠기가 향상되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.10. The method of claim 9,
Wherein the surface roughness of the second insulating film is improved as the pulse duty ratio of the pulse mode is lower.
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| KR1020160164559A KR102125474B1 (en) | 2016-12-05 | 2016-12-05 | Method for Deposition of Thin Film |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210073650A (en) * | 2019-12-10 | 2021-06-21 | 주식회사 원익아이피에스 | Method of Manufacturing Semiconductor Device including Insulating layer for filling Gap |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04113623A (en) * | 1990-09-03 | 1992-04-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Formation of insulating film |
| JPH11150246A (en) * | 1997-11-19 | 1999-06-02 | Oki Electric Ind Co Ltd | Capacitor-insulating film of semiconductor device and its manufacturing method |
| JP2006216774A (en) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd | Method of forming insulating film |
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| KR20120012582A (en) * | 2010-08-02 | 2012-02-10 | 주식회사 유진테크 | Method of cyclic deposition thin film |
-
2016
- 2016-12-05 KR KR1020160164559A patent/KR102125474B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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|---|---|---|---|---|
| KR20210073650A (en) * | 2019-12-10 | 2021-06-21 | 주식회사 원익아이피에스 | Method of Manufacturing Semiconductor Device including Insulating layer for filling Gap |
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
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