KR20190041352A - 박막 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 형성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판 상에 불순물이 도핑된 반도체 박막을 형성하기 위한 박막 형성 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 박막 형성 방법은 기판에 박막을 성장시키는 박막 성장 단계; 및 플라즈마를 이용하여 상기 박막에 불순물을 도핑하는 플라즈마 도핑 단계;를 포함하고, 상기 박막 성장 단계 및 플라즈마 도핑 단계를 포함하는 공정 사이클은 복수 회 반복하여 수행된다.
본 발명의 실시 예에 따른 박막 형성 방법은 기판에 박막을 성장시키는 박막 성장 단계; 및 플라즈마를 이용하여 상기 박막에 불순물을 도핑하는 플라즈마 도핑 단계;를 포함하고, 상기 박막 성장 단계 및 플라즈마 도핑 단계를 포함하는 공정 사이클은 복수 회 반복하여 수행된다.
Description
본 발명은 박막 형성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판 상에 불순물이 도핑된 반도체 박막을 형성하기 위한 박막 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 소자는 소형화, 다기능화 및 낮은 제조 단가 등의 특성들로 인하여 다양한 전자 산업에서 사용되고 있다.
이와 같은 반도체 소자는 데이터를 저장하는 기억 소자, 데이터를 연산 처리 하는 논리 소자 및 다양한 기능을 동시에 수행할 수 있는 하이브리드(hybrid) 소자 등을 포함할 수 있다.
전자 산업이 고도로 발전함에 따라, 반도체 소자의 고집적화에 대한 요구가 점점 심화되고 있다. 이에 따라, 미세한 패턴들을 정의하는 노광 공정의 공정 마진 감소 등의 여러 문제점들이 발생되어 고집적화된 반도체 소자의 구현이 점점 어려워지고 있다. 또한, 전자 산업의 발전에 의하여 반도체 소자의 고속화에 대한 요구도 점점 심화되고 있다. 이러한 반도체 소자의 고집적화 및/또는 고속화에 대한 요구들을 충족시키기 위하여 다양한 연구들이 수행되고 있다.
본 발명은 불순물의 도핑 농도를 증가시키면서도 생산성을 확보할 수 있는 박막 형성 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 박막 형성 방법은, 기판에 박막을 성장시키는 박막 성장 단계; 및 플라즈마를 이용하여 상기 박막에 불순물을 도핑하는 플라즈마 도핑 단계;를 포함하고, 상기 박막 성장 단계 및 플라즈마 도핑 단계를 포함하는 공정 사이클은 복수 회 반복하여 수행된다.
상기 박막 성장 단계는, 상기 기판을 가열하는 단계; 상기 기판 상에 원료 가스를 공급하는 단계; 및 상기 기판에 박막을 에피택셜 성장(epitaxial growth)시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 원료 가스는 SiH4, Si2H6, Si3H8, SiH3Cl, Si2H2Cl2 및 SiHCl3 중 적어도 하나의 가스를 포함할 수 있다.
상기 박막 성장 단계는, 상기 기판 상에 상기 불순물이 함유된 가스를 공급하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 박막 성장 단계는, 상기 박막을 일 공정 사이클당 10 내지 200Å의 두께만큼 증가시킬 수 있다.
상기 플라즈마 도핑 단계는, 상기 박막을 일 공정 사이클당 10 내지 200Å의 두께만큼 도핑시킬 수 있다.
상기 플라즈마 도핑 단계는, 상기 기판 상에 상기 불순물이 함유된 가스를 공급하는 단계; 플라즈마를 형성하여 상기 불순물을 이온화하는 단계; 및 상기 기판에 바이어스 전압을 인가하여 상기 이온화된 불순물을 상기 박막에 도핑하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 도핑 단계에서, 상기 원료 가스의 공급은 중단될 수 있다.
상기 불순물이 함유된 가스는 BCl3, B2H6, PH3, PF3, PCl3 및 AsH3 중 적어도 하나의 가스를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 도핑 단계는, 상기 기판 상에 비활성 가스를 공급하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 비활성 가스는 Ar, He, Ne, Kr 및 Xe 중 적어도 하나의 가스를 포함할 수 있다.
상기 박막 성장 단계 및 플라즈마 도핑 단계는 인-시투(in-situ)로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 박막 형성 방법에 의하면, 기판에 박막을 성장시키는 단계와 성장된 박막에 플라즈마를 이용하여 불순물을 도핑하는 단계를 포함하는 공정 사이클을 복수 회 반복하여 수행함으로써 불순물을 박막의 내부로 균일하게 도핑할 수 있으며, 후속 공정에서 박막 내의 불순물이 소실되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 박막의 성장 속도를 유지함과 동시에 박막 내에 고농도의 불순물을 도핑할 수 있게 되어, 고집적화된 반도체 소자의 생산성을 향상시킬 수 있으며, 신뢰성 있는 반도체 소자의 특성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 박막 형성 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 박막 형성 방법을 순차적으로 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 형성 방법의 공정 사이클을 나타내는 개념도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 박막 형성 방법의 공정 사이클을 나타내는 개념도.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 박막 형성 방법을 순차적으로 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 형성 방법의 공정 사이클을 나타내는 개념도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 박막 형성 방법의 공정 사이클을 나타내는 개념도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서 층, 막, 영역 또는 기판 등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다.
또한, "상부" 또는 "하부"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도시되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 상대적인 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
전자 산업이 고도로 발전함에 따라, 반도체 소자의 고집적화에 대한 요구가 점점 심화되고 있다. 이와 같이 고집적화된 반도체 소자를 제조하기 위하여는 소자 구조의 형성뿐만 아니라, 신뢰성 있는 소자 특성의 확보가 필수적이다.
에피택셜 성장(epitaxial growth) 기술은 고집적화된 반도체 소자를 제조함에 있어서 구조적 또는 공정 단순화와 셀 사이즈(sell size) 축소에 따른 전기적 특성 확보의 우월성으로 인하여 필수적 공정으로 자리잡고 있다.
이와 같이, 반도체 소자에 이용되는 박막을 에피택셜 성장시키는 경우, 박막의 원하는 전기적 특성을 얻기 위하여 불순물을 도핑(doping)하는 단계를 수행하게 된다.
박막에 불순물을 도핑하기 위하여는, 박막을 기판에 에피택셜 성장시키기 위한 원료 가스와 불순물이 함유된 가스를 동시에 공급하는 방법이 사용된다. 그러나, 이러한 방법은 불순물이 도핑됨에 따라 박막의 성장 속도가 느려지게 되어 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
이에, 최근에는 플라즈마 도핑 방법이 사용되고 있다. 플라즈마 도핑 방법은 박막의 에피택셜 성장이 완료된 후, 불순물이 함유된 가스를 공급하고 플라즈마를 형성시킨 후 처리하고자 하는 기판에 고전압의 바이어스를 인가함으로써 플라즈마 중의 양이온들을 박막의 표면으로 가속시켜 주입되도록 하는 방식이다. 이러한 플라즈마 도핑 방법은 이온 빔 등의 별도의 이온 발생원과 가속 장치를 사용하지 않으므로, 설비 제작 비용을 감소시킬 수 있다.
그러나, 플라즈마 도핑 방법은 그 특성상 박막의 표면에 불순물이 필요 이상으로 과도하게 도핑되는 특성으로 인하여 불순물은 박막의 내부로 균일하게 도핑되지 못하고 표면에 쌓이는 문제점이 있었다. 또한, 이로 인하여 필연적으로 수반되는 여러 차례의 후속 세정 공정에서 불순물이 소실되어, 박막의 효과적인 불순물 도핑에 악영향을 주는 문제점이 있었다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 박막 형성 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이고, 도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 박막 형성 방법을 순차적으로 나타내는 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 형성 방법은 기판에 박막을 성장시키는 박막 성장 단계(S100); 및 플라즈마를 이용하여 상기 박막에 불순물을 도핑하는 플라즈마 도핑 단계(S200);를 포함하고, 상기 박막 성장 단계(S100) 및 플라즈마 도핑 단계(S200)를 포함하는 공정 사이클은 복수 회 반복하여 수행된다.
박막 성장 단계(S100)는 도 2에 도시된 바와 같이 기판(10)에 박막을 1차적으로 성장(22a)시킨다. 기판에 박막을 성장시키기 위하여는 에피택셜 성장 방법을 사용할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 방법에서 박막 성장 단계(S100)는 상기 기판을 가열하는 단계; 상기 기판 상에 원료 가스를 공급하는 단계; 및 상기 기판에 박막을 에피택셜 성장(epitaxial growth)시키는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 박막 성장 단계(S100)에서는 기판을 가열하는 단계 이전에 기판을 세정하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
기판은 다양한 반도체 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판은 실리콘(Si), 실리콘 게르마늄(SiGe), 실리콘-온-인슐레이터(SOI: Silicon On Insulator) 및 실리콘 게르마늄-온-인슐레이터(SGOI: Silicon Germanium On Insulator) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 또한, 기판은 국부적으로 산화막 또는 질화막으로 덮여있는 기판일 수 있으며, 이 경우 에피택셜 성장은 기판의 특정 부분, 예를 들어 산화막 또는 질화막으로 덮여있는 부분을 제외한 부분에만 선택적으로 이루어질 수 있다.
기판을 가열하는 단계는, 먼저 박막이 성장될 기판을 챔버 내에 위치시킨 후, 기판을 소정의 온도로 가열한다.
또한, 원료 가스를 공급하는 단계는, 챔버 내의 기판 상에 실리콘(Si)이 함유된 원료 가스를 공급한다. 여기서, 실리콘(Si)이 함유된 원료 가스는 실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 트리실란(Si3H8), 모노클로로실란(SiH3Cl), 디클로로실란(Si2H2Cl2) 및 트리클로로실란(SiHCl3) 중 적어도 하나의 가스를 포함할 수 있다. 이와 같이, 가열된 기판 상에 원료 가스를 공급함으로써 박막은 기판에 에피택셜 성장될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 형성 방법에서 박막 성장 단계(S100)에 의하여 성장되는 박막은 불순물이 도핑되지 않은 실리콘(Si) 단결정, 폴리 실리콘(poly-Si) 및 비정질 실리콘(a-Si) 박막일 수 있다.
반면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 박막 형성 방법에서 박막 성장 단계(S100)는 기판 상에 불순물 가스 즉, 불순물이 함유된 가스를 공급하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 불순물은 보론(B)을 포함하는 N형의 불순물 또는 인(P)과 비소(As) 중 적어도 하나를 포함하는 P형의 불순물일 수 있으며, 불순물이 함유된 가스는 BCl3, B2H6, PH3, PF3, PCl3 및 AsH3 중 적어도 하나의 가스를 포함할 수 있다.
또한, 불순물이 함유된 가스를 공급하는 단계는 원료 가스를 공급하는 단계 이후에 수행될 수도 있으나, 생산성을 향상시키기 위하여 원료 가스를 공급하는 단계와 동시에 수행될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 박막 형성 방법에서 박막 성장 단계(S100)에 의하여 성장되는 박막은 N형 또는 P형의 불순물이 도핑된 실리콘(Si) 단결정, 폴리 실리콘(poly-Si) 및 비정질 실리콘(a-Si) 박막일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예 또는 다른 실시 예에 따른 박막 형성 방법에서 박막 성장 단계(S100)는 상압 화학기상증착법(CVD), 저압화학기상증착법(LPCVD), 초고진공 화학기상증착법(UHV CVD), 기체원료 분자선증착법(Gas Source MBE; GS-MBE) 등에 의하여 이루어질 수 있으며, 이 경우 기판의 가열 온도와 챔버 압력은 각 공정에 따라 적절하게 조절될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
플라즈마 도핑 단계(S200)는 도 3에 도시된 바와 같이 1차적으로 성장된 박막에 불순물을 도핑(22b)한다. 이를 위하여 플라즈마 도핑 단계(S200)는 상기 기판 상에 상기 불순물이 함유된 가스를 공급하는 단계; 플라즈마를 형성하여 상기 불순물을 이온화하는 단계; 및 상기 기판에 바이어스 전압을 인가하여 상기 이온화된 불순물을 상기 박막에 도핑하는 단계;를 포함할 수 있다.
불순물이 함유된 가스를 공급하는 단계에서 불순물은 보론(B)을 포함하는 N형의 불순물 또는 인(P)과 비소(As) 중 적어도 하나를 포함하는 P형의 불순물일 수 있으며, 불순물이 함유된 가스는 BCl3, B2H6, PH3, PF3, PCl3 및 AsH3 중 적어도 하나의 가스를 포함할 수 있다. 또한, 상기한 본 발명의 다른 실시 예에 따라 박막 성장 단계(S100)에서 불순물이 함유된 가스를 공급하는 경우 플라즈마 도핑 단계(S100)에서 공급되는 불순물이 함유된 가스와 동일한 가스를 사용할 수 있다.
이후, 불순물을 이온화하는 단계에서 챔버 내에 플라즈마를 형성한다. 챔버 내에 플라즈마를 형성하면 불순물이 함유된 가스 내의 불순물은 이온화(ionization)될 수 있다. 이와 같이 이온화된 불순물은 기판에 인가된 바이어스 전압에 의하여 박막 성장 단계(S100)에서 성장된 박막에 주입되어 불순물이 도핑된다. 여기서, 기판에 인가되는 바이어스 전압은 일정 전압을 유지할 수도 있으나, 성장된 박막의 내부로의 도핑을 위하여 낮은 전압에서 높은 전압으로 또는 높은 전압에서 낮은 전압으로 변화시킬 수도 있다.
또한, 플라즈마 도핑 단계(S200)는 기판 상에 비활성 가스를 공급하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 비활성 가스는 Ar, He, Ne, Kr 및 Xe 중 적어도 하나의 가스를 포함할 수 있으며, 비활성 가스를 공급하는 단계는 불순물이 함유된 가스를 공급하는 단계와 동시에 수행될 수 있다. 이와 같이 플라즈마 도핑 단계(S200)에서 불순물이 함유된 가스와 함께 비활성 가스를 공급하여 플라즈마를 형성하는 경우 불순물이 성장된 박막에 보다 균일하게 도핑될 수 있다.
전술한 바와 같이 박막 성장 단계(S100)에서는 기판 상에 원료 가스가 공급되어 기판에 박막을 성장시키나, 플라즈마 도핑 단계(S200)에서 원료 가스의 공급은 중지될 수 있다. 즉, 원료 가스의 공급 중에 플라즈마를 형성하게 되면, 챔버 내벽이 오염될 수 있으며, 이에 따라 플라즈마 도핑 단계(S200)에서는 원료 가스를 공급하지 않는 것이 바람직하다.
보다 상세하게는, 도 6의 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 형성 방법의 공정 사이클을 나타내는 개념도를 참조하면, 박막 성장 단계(S100)는 기판 상에 원료 가스를 공급하여 기판에 박막을 에피택셜 성장시킨다. 이때, 불순물 가스, 즉 불순물이 함유된 가스는 공급되지 않는다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 형성 방법에서 박막 성장 단계(S100)에 의하여 성장되는 박막은 불순물이 도핑되지 않은 실리콘(Si) 단결정, 폴리 실리콘(poly-Si) 및 비정질 실리콘(a-Si) 박막일 수 있다. 이후, 플라즈마 도핑 단계(S200)에서 원료 가스의 공급을 중단하고, 기판 상에 불순물이 함유된 가스를 공급한다. 이때, 챔버 내에 플라즈마를 형성하며, 불순물이 함유된 가스의 공급 및 플라즈마의 형성 기간은 플라즈마 도핑 단계(S200)가 종료될 때까지 유지된다.
반면, 도 7의 본 발명의 다른 실시 예에 따른 박막 형성 방법의 공정 사이클을 나타내는 개념도를 참조하면, 박막 성장 단계(S100)는 기판 상에 원료 가스 및 불순물이 함유된 가스를 공급하여 기판에 박막을 에피택셜 성장시킨다. 즉, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 박막 형성 방법에서 박막 성장 단계(S100)에 의하여 성장되는 박막은 N형 또는 P형의 불순물이 도핑된 실리콘(Si) 단결정, 폴리 실리콘(poly-Si) 및 비정질 실리콘(a-Si) 박막일 수 있다. 이후, 플라즈마 도핑 단계(S200)에서 원료 가스의 공급을 중단한다. 여기서, 불순물이 함유된 가스는 기판 상에 계속적으로 공급될 수 있으며, 원료 가스의 공급이 중단되면 챔버 내에 플라즈마를 형성하며, 플라즈마의 형성 기간은 플라즈마 도핑 단계(S200)가 종료될 때까지 유지된다.
이러한 박막 성장 단계(S100) 및 플라즈마 도핑 단계(S200)는 동일한 챔버 내에서 인-시투(in-situ)로 이루어질 수 있다. 즉, 챔버 내에 원료 가스 및 반응 가스를 공급하기 위한 수단과 플라즈마를 형성하기 위한 수단을 구비하고, 원료 가스와 반응 가스의 공급 및 플라즈마의 형성을 각각 제어하여, 박막 성장 단계(S100) 및 플라즈마 도핑 단계(S200)를 인-시투(in-situ)로 수행할 수 있다.
상기 박막 성장 단계(S100) 및 플라즈마 도핑 단계(S200)는 순차적으로 수행되어 공정 사이클을 형성하며, 공정 사이클은 복수 회가 반복하여 수행된다. 즉, 고집적화된 반도체 소자에 이용되는 박막 전체는 약 400 내지 2000Å의 두께를 가지며, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 성장 단계(S100)는 박막을 일 공정 사이클당 10 내지 200Å의 두께만큼 순차적으로 성장시키고, 플라즈마 도핑 단계(S200)는 일 공정 사이클당 10 내지 200Å의 두께만큼 도핑시킨다. 즉, 전술한 박막 성장 단계(S100)에서 성장되는 박막은 박막 전체에 대하여 일부의 박막만을 1차적으로 성장시키고, 플라즈마 도핑 단계(S200)에서는 1차적으로 일부 성장된 박막에 불순물을 도핑한다. 이후, 공정 사이클은 반복되어 도 4에 도시된 바와 같이 기판에 박막을 2차적으로 성장(24a)시키는 단계 및 2차적으로 성장된 박막에 불순물을 도핑(24a)하는 단계가 순차적으로 수행되어, 최종적으로 약 400 내지 2000Å의 두께를 가지는 박막을 형성할 수 있게 된다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 형성 방법에 의하면, 기판에 박막을 성장시키는 단계와 성장된 박막에 플라즈마를 이용하여 불순물을 도핑하는 단계를 포함하는 공정 사이클을 복수 회 반복하여 수행함으로써 불순물을 박막의 내부로 균일하게 도핑할 수 있으며, 후속 공정에서 박막 내의 불순물이 소실되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 박막의 성장 속도를 유지함과 동시에 박막 내에 고농도의 불순물을 도핑할 수 있게 되어, 고집적화된 반도체 소자의 생산성을 향상시킬 수 있으며, 신뢰성 있는 반도체 소자의 특성을 확보할 수 있다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
Claims (12)
- 기판에 박막을 성장시키는 박막 성장 단계; 및
플라즈마를 이용하여 상기 박막에 불순물을 도핑하는 플라즈마 도핑 단계;를 포함하고,
상기 박막 성장 단계 및 플라즈마 도핑 단계를 포함하는 공정 사이클은 복수 회 반복하여 수행되는 박막 형성 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 박막 성장 단계는,
상기 기판을 가열하는 단계;
상기 기판 상에 원료 가스를 공급하는 단계; 및
상기 기판에 박막을 에피택셜 성장(epitaxial growth)시키는 단계;를 포함하는 박막 형성 방법.
- 청구항 2에 있어서,
상기 원료 가스는 SiH4, Si2H6, Si3H8, SiH3Cl, Si2H2Cl2 및 SiHCl3 중 적어도 하나의 가스를 포함하는 박막 형성 방법.
- 청구항 2에 있어서,
상기 박막 성장 단계는,
상기 기판 상에 상기 불순물이 함유된 가스를 공급하는 단계;를 더 포함하는 박막 형성 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 박막 성장 단계는,
상기 박막을 일 공정 사이클당 10 내지 200Å의 두께만큼 증가시키는 박막 형성 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 플라즈마 도핑 단계는,
상기 박막을 일 공정 사이클당 10 내지 200Å의 두께만큼 도핑시키는 박막 형성 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 플라즈마 도핑 단계는,
상기 기판 상에 상기 불순물이 함유된 가스를 공급하는 단계;
플라즈마를 형성하여 상기 불순물을 이온화하는 단계; 및
상기 기판에 바이어스 전압을 인가하여 상기 이온화된 불순물을 상기 박막에 도핑하는 단계;를 포함하는 박막 형성 방법.
- 청구항 2에 있어서,
상기 플라즈마 도핑 단계에서, 상기 원료 가스의 공급은 중단되는 박막 형성 방법.
- 청구항 4 또는 청구항 7에 있어서,
상기 불순물이 함유된 가스는 BCl3, B2H6, PH3, PF3, PCl3 및 AsH3 중 적어도 하나의 가스를 포함하는 박막 형성 방법.
- 청구항 7에 있어서,
상기 플라즈마 도핑 단계는,
상기 기판 상에 비활성 가스를 공급하는 단계;를 더 포함하는 박막 형성 방법.
- 청구항 10에 있어서,
상기 비활성 가스는 Ar, He, Ne, Kr 및 Xe 중 적어도 하나의 가스를 포함하는 박막 형성 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 박막 성장 단계 및 플라즈마 도핑 단계는 인-시투(in-situ)로 이루어지는 박막 형성 방법.
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| KR20040060326A (ko) | 2002-12-30 | 2004-07-06 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체소자의 트랜지스터 및 그 형성방법 |
| KR100460841B1 (ko) * | 2002-10-22 | 2004-12-09 | 한국전자통신연구원 | 플라즈마 인가 원자층 증착법을 통한 질소첨가 산화물박막의 형성방법 |
| KR100844957B1 (ko) * | 2006-05-11 | 2008-07-09 | 주식회사 하이닉스반도체 | 플라즈마 도핑 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법 |
| KR20150124514A (ko) * | 2014-04-28 | 2015-11-06 | 주성엔지니어링(주) | 박막 형성 방법 및 이를 이용한 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법 |
-
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100460841B1 (ko) * | 2002-10-22 | 2004-12-09 | 한국전자통신연구원 | 플라즈마 인가 원자층 증착법을 통한 질소첨가 산화물박막의 형성방법 |
| KR20040060326A (ko) | 2002-12-30 | 2004-07-06 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체소자의 트랜지스터 및 그 형성방법 |
| KR100844957B1 (ko) * | 2006-05-11 | 2008-07-09 | 주식회사 하이닉스반도체 | 플라즈마 도핑 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법 |
| KR20150124514A (ko) * | 2014-04-28 | 2015-11-06 | 주성엔지니어링(주) | 박막 형성 방법 및 이를 이용한 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법 |
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