KR20190074156A - Method for depositing thin film - Google Patents

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Abstract

A thin film deposition method according to an embodiment of the present invention repeatedly performs, as one cycle, the following steps: a source gas adsorption step of adsorbing source gas on a substrate; a first purge step for purging the source gas; a reaction step of reacting reaction gas, which reacts with the source gas adsorbed on the substrate, under a plasma atmosphere; and a second purge step for purging the reaction gas. At this time, first inert gas supplied together with the source gas, the reaction gas, and a second inert gas supplied together with the reaction gas during the one cycle are continuously supplied. In the reaction step, the supply amount of the second inert gas is controlled so that the reaction step proceeds under a pressure lower than the pressure of the source gas adsorption step. Thus, density characteristics are improved.

Description

박막 증착 방법{Method for depositing thin film}[0001] The present invention relates to a method for depositing a thin film,

본 발명은 박막 증착 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 플라즈마 ALD(atomic layer deposition) 증착 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a thin film deposition method, and more particularly, to a plasma ALD (atomic layer deposition) deposition method.

반도체 집적 회로 장치의 집적 밀도가 증대됨에 따라, 박막의 밀도(density) 특성이 중요해지고 있다. As the integration density of semiconductor integrated circuit devices increases, the density characteristics of thin films become more important.

특히, 복수의 박막이 순차적으로 적층되어 구성되는 3D 디바이스가 활발히 이용됨에 따라, 식각 선택비가 높으면서 주변 환경에 대해 형상 유지 특성이 높은 견고한 막질의 박막에 대한 요구가 증대되고 있다. Particularly, 3D devices formed by sequentially stacking a plurality of thin films are actively used, and thus there is an increasing demand for a thin film having high etching selectivity and high shape retention characteristics in the surrounding environment.

본 발명은 밀도 특성을 개선할 수 있는 물질막을 제조하기 위한 박막 증착 방법을 제공하는 것이다. The present invention provides a thin film deposition method for producing a material film capable of improving density characteristics.

본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법은, 기판 상에 소스 가스를 흡착시키는 소스 가스 흡착 단계, 상기 소스 가스를 퍼지하기 위한 제 1 퍼지 단계, 상기 기판상에 흡착된 상기 소스 가스와 반응하는 반응 가스를 플라즈마 분위기하에서 반응시키는 반응 단계, 및 상기 반응 가스를 퍼지하기 위한 제 2 퍼지 단계를 하나의 사이클로 하여 반복 실시한다. 이때, 상기 하나의 사이클 동안 상기 소스 가스와 함께 공급되는 제 1 불활성 가스, 상기 반응 가스 및 상기 반응 가스와 함께 공급되는 제 2 불활성 가스는 지속적으로 공급할 수 있고, 상기 반응 단계시, 상기 제 2 불활성 가스의 공급량을 조절하여, 상기 소스 가스 흡착 단계의 압력보다, 낮은 압력하에서 상기 반응 단계가 진행되도록 한다. A thin film deposition method according to an embodiment of the present invention includes a source gas adsorption step for adsorbing a source gas on a substrate, a first purge step for purging the source gas, a second purge step for reacting with the source gas adsorbed on the substrate A reaction step in which the reaction gas is reacted in a plasma atmosphere and a second purge step in which the reaction gas is purged are repeated as one cycle. At this time, it is possible to continuously supply the first inert gas supplied together with the source gas during the one cycle, the second inert gas supplied together with the reaction gas, and the second inert gas during the reaction step, The supply amount of the gas is controlled so that the reaction step proceeds under a pressure lower than the pressure of the source gas adsorption step.

본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치는 반응 챔버, 상기 반응 챔버의 상부에 위치되며 상기 챔버 내부로 소정의 가스들을 공급하는 피딩(feeding) 블록 및 상기 가스 공급량을 제어하는 제어 블록을 포함한다. 상기 피딩 블록은 소스 가스를 전달하는 소스 가스 공급 유로 및 반응 가스를 전달하는 반응 가스 공급 유로를 포함하고, 상기 소스 가스 공급 유로는 상기 소스 가스를 전달하는 제 1 도관 및 제 1 불활성 가스를 전달하는 제 2 도관으로 분기되고, 상기 반응 가스 유로는 반응 가스를 전달하는 제 3 도관 및 제 2 불활성 가스를 전달하는 제 4 도관으로 분기되며, 상기 제 1 도관 및 상기 제 4 도관 각각에 상기 소스 가스 및 상기 제 2 불활성 가스를 선택적으로 차폐시키기 위한 바이패스 관을 더 포함한다. A thin film deposition apparatus according to an embodiment of the present invention includes a reaction chamber, a feeding block which is positioned above the reaction chamber and supplies predetermined gases into the chamber, and a control block that controls the gas supply amount . Wherein the feeding block includes a source gas supply channel for transferring a source gas and a reaction gas supply channel for transferring a reaction gas, the source gas supply channel including a first conduit for transferring the source gas and a first conduit for transferring the first inert gas Wherein the reactant gas channel is diverted to a second conduit which branches into a third conduit carrying a reactant gas and a fourth conduit delivering a second inert gas, wherein the source gas and the second gas are introduced into the first conduit and the fourth conduit, respectively, And a bypass pipe for selectively shielding the second inert gas.

상기 제 1 내지 제 4 도관 각각에 가스량을 조절하는 MFC(mass flow controller)가 설치되며, 상기 MFC는 상기 제어 블록에 의해 제어될 수 있다. A mass flow controller (MFC) for controlling the amount of gas is installed in each of the first to fourth conduits, and the MFC can be controlled by the control block.

상기 반응 챔버의 하부에 상기 반응 챔버 내부의 압력을 조절하는 쓰로틀 밸브를 더 포함하며, 상기 쓰로틀 밸브는 풀 오픈(full open) 상태로 구비될 수 있다. The throttle valve may further include a throttle valve disposed at a lower portion of the reaction chamber for controlling a pressure inside the reaction chamber. The throttle valve may be provided in a fully open state.

상기 반응 챔버는 플라즈마를 발생시키기 위한 R/F 파워를 공급받고, 상기 R/F 파워가 공급될 때, 상기 제 2 불활성 가스의 공급이 중단 또는 감소되도록 구성될 수 있다. The reaction chamber may be configured to receive R / F power for generating a plasma and to stop or reduce the supply of the second inert gas when the R / F power is supplied.

본 발명에 따르면, 플라즈마 발생 구간에서 압력을 상대적으로 낮춤으로써, 이온화 에너지를 상승시켜 견고한 결합을 갖는 박막을 형성할 수 있다. 이때, 상기 압력 조절은 반응 가스 주입시 제공되는 불활성 가스의 양을 제어함으로써 수행될 수 있다. 이에 따라, 빠른 응답 속도를 가지고 압력을 조절할 수 있다. According to the present invention, by relatively lowering the pressure in the plasma generation section, the ionization energy can be raised to form a thin film having a strong bond. At this time, the pressure control can be performed by controlling the amount of the inert gas provided when the reaction gas is injected. Accordingly, the pressure can be adjusted with a fast response speed.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피딩 블록의 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급에 따른 플라즈마 발생을 보여주는 타이밍 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 구간에 따른 압력 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실험예에 따른 고정 압력 및 고정 가스 공급량에 따른 박막의 습식 식각률(WER) 및 증착률(D/R)을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 압력 및 가변 가스 공급량에 따른 식각률 및 증착률을 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 샤워 해드와 서셉터 간의 간격에 따른 습식 식각률을 보여주는 그래프이다. 1 is a schematic cross-sectional view of a thin film deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a top view of a feeding block according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 3A and 3B are timing diagrams showing plasma generation according to a gas supply according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 4 is a graph showing a pressure change according to a deposition section according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the wet etching rate (WER) and the deposition rate (D / R) of the thin film depending on the fixed pressure and the fixed gas supply amount according to the experimental example of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the etching rate and the deposition rate according to the variable pressure and the variable gas supply amount according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the wet etching rate according to the distance between the showerhead and the susceptor according to the embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. The dimensions and relative sizes of layers and regions in the figures may be exaggerated for clarity of illustration. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치의 개략적인 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view of a thin film deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 박막 증착 장치(10)는 반응 챔버(300)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a thin film deposition apparatus 10 includes a reaction chamber 300.

반응 챔버(300) 상부에 샤워 헤드(350)가 구비될 수 있다. A showerhead 350 may be provided on the reaction chamber 300.

샤워 헤드(350) 상부에 소스 가스 및 반응 가스를 제공하기 위한 피딩(feeding) 블록(100)이 구비될 수 있다. A feeding block 100 may be provided to provide a source gas and a reactive gas on the showerhead 350.

피딩 블록(100)과 샤워 헤드(350) 사이에, 소스 가스 및 반응 가스를 믹싱하기 위한 믹싱(mixing) 블록(200)이 구비될 수 있다. Between the feeding block 100 and the showerhead 350, a mixing block 200 for mixing the source gas and the reaction gas may be provided.

상기 소스 가스는 기판(w)상에 형성될 박막의 종류에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 산화막을 증착할 경우, 소스 가스로는 SiH4, SiCl4, Si2Cl6 등 실리콘 포함 가스가 이용될 수 있다. 또한, 반응 가스는 O2와 같은 산소 함유 가스를 포함할 수 있다. The source gas may be variously selected depending on the kind of the thin film to be formed on the substrate w. For example, when a silicon oxide film is deposited, a silicon-containing gas such as SiH4, SiCl4, Si2Cl6, or the like may be used as a source gas. Also, the reaction gas may include an oxygen-containing gas such as O2.

또한, 상기 반응 챔버(300)는 샤워 헤드(350)를 지지하는 챔버 리드(345)를 구비할 수 있다. 샤워 헤드(350)는 그것의 바디 내에 구비된 인입 유로(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 상기 인입 유로를 통해 제공된 소스 가스 및 반응 가스의 혼합 가스는 확산 플레이트를 통해 서셉터(360) 상에 로딩된 기판(w) 상에 도달될 수 있다. In addition, the reaction chamber 300 may include a chamber lid 345 for supporting the shower head 350. The showerhead 350 may include a draw-in passage (not shown) provided in its body. The mixed gas of the source gas and the reactive gas provided through the inlet flow path can be reached on the substrate w loaded on the susceptor 360 through the diffusion plate.

또한, 반응 챔버(300)에 고주파(RF) 전력을 인가함으로써, 챔버 벽(340) 내부의 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. In addition, plasma can be generated in the space inside the chamber wall 340 by applying RF power to the reaction chamber 300.

또한, 반응 챔버(300)은 상기 피딩 블록(100)과 인터페이스되어, 상기 피딩 블록(100)의 가스 공급량을 제어하는 제어 블록(400)을 더 포함할 수 있다. The reaction chamber 300 may further include a control block 400 interfaced with the feeding block 100 to control a gas supply amount of the feeding block 100.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피딩 블록의 평면도이다. 2 is a top view of a feeding block according to an embodiment of the present invention.

피딩 블록(100)은 메인 공급 유로(101)를 포함할 수 있다. 메인 공급 유로(101)는 상기 믹싱 블록(200)의 믹싱 공간(도시되지 않음)과 연통될 수 있다. The feeding block 100 may include a main supply passage 101. The main supply passage 101 may communicate with a mixing space (not shown) of the mixing block 200.

메인 공급 유로(101)는 소스 가스 공급 유로(110) 및 반응 가스 공급 유로(120)와 연결될 수 있다. The main supply passage 101 may be connected to the source gas supply passage 110 and the reaction gas supply passage 120.

상기 소스 가스 공급 유로(110)를 통해 소스 가스 및 제 1 불활성 가스를 공급하는 도관일 수 있다. 상기 소스 가스는 증착될 박막의 종류에 따라 다양하게 선택될 수 있으며, 상기 제 2 불활성 가스는 예를 들어, Ar 가스가 이용될 수 있다. 상기 제 1 불활성 가스는 상기 소스 가스와 동시에 주입되는 경우, 캐리어 가스로서 작용하고, 단독으로 주입되는 경우 퍼지 가스로 이용될 수 있다. And may be a conduit for supplying the source gas and the first inert gas through the source gas supply channel 110. The source gas may be variously selected depending on the type of the thin film to be deposited, and the second inert gas may be, for example, Ar gas. The first inert gas acts as a carrier gas when injected simultaneously with the source gas, and can be used as a purge gas when injected alone.

상기 반응 가스 공급 유로(120)를 통해 반응 가스 및 제 2 불활성 가스 (혹은 하우스 가스)를 공급하는 도관일 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 반응 가스로는 예를 들어, O2를 포함하는 가스가 이용될 수 있으며, 제 2 불활성 가스는 상기 제 1 불활성 가스와 동일한 Ar 가스일 수 있다. And a conduit for supplying the reaction gas and the second inert gas (or house gas) through the reaction gas supply passage 120. As described above, as the reaction gas, for example, a gas containing O2 may be used, and the second inert gas may be the same Ar gas as the first inert gas.

소스 가스 공급 유로(110)는 소스 가스 챔버(도시되지 않음)와 연결되어 제 1 도관(111) 및 제 1 불활성 가스 챔버 (도시되지 않음)와 연결되는 제 2 도관(115)으로 분기될 수 있다. The source gas supply passage 110 may be branched to a second conduit 115 connected to the first conduit 111 and the first inert gas chamber (not shown) in conjunction with a source gas chamber (not shown) .

반응 가스 유로(120)는 반응 가스 챔버(도시되지 않음)와 연결되는 제 3 도관(121) 및 제 2 불활성 가스 챔버(도시되지 않음)와 연결되는 제 4 도관(125)으로 분기될 수 있다. 제 1 불활성 가스와 제 2 불활성 가스가 동일한 경우, 상기 제 4 도관(125)은 제 1 불활성 가스 챔버와 연결될 수도 있다. The reaction gas flow path 120 may be branched into a third conduit 121 connected to a reaction gas chamber (not shown) and a fourth conduit 125 connected to a second inert gas chamber (not shown). If the first inert gas and the second inert gas are identical, the fourth conduit 125 may be connected to the first inert gas chamber.

또한, 피딩 블록(100)은 제 1 도관(111) 및 제 4 도관(125)과 각각 연통되는 바이패스 관(135)을 구비할 수 있다. 바이패스 관(135)이 제 1 도관(111) 및 제 4 도관(125)에 선택적으로 연결됨에 따라, 소스 가스 및/또는 제 2 불활성 가스의 유입을 선택적으로 차단할 수 있다. The feeding block 100 may further include a bypass pipe 135 communicating with the first conduit 111 and the fourth conduit 125, respectively. The bypass conduit 135 is selectively connected to the first conduit 111 and the fourth conduit 125 to selectively block the inflow of the source gas and / or the second inert gas.

각 도관들(110, 111, 115, 120, 121, 125)의 절곡부 및 연결부에 해당 가스의 유량을 제어하기 위한 MFC(mass flow controller:130)가 각각 구비될 수 있다. 각각의 MFC(130)에 의해, 소스 가스, 반응 가스, 제 1 및 제 2 불활성 가스의 공급 유량을 제어할 수 있으며, 상기 MFC(130)는 상기 제어 블록(400)에 의해 제어될 수 있다. A mass flow controller (MFC) 130 for controlling the flow rate of the corresponding gas may be provided at the bent portion and the connecting portion of each of the conduits 110, 111, 115, 120, 121, The supply flow rate of the source gas, the reaction gas, the first and second inert gases can be controlled by each MFC 130, and the MFC 130 can be controlled by the control block 400.

이전의 반응 가스 유로(120)는 하나의 라인으로 구성되어, 반응 가스와 제 2 불활성 가스가 하나의 라인을 통해 반응 챔버(300)내에 동시에 공급되었다. The former reaction gas flow channel 120 is composed of one line, and the reaction gas and the second inert gas are simultaneously supplied into the reaction chamber 300 through one line.

반면, 본 실시예의 경우, 반응 가스 유로(120)가 반응 가스를 전달하는 제 3 도관(121) 및 제 2 불활성 가스를 전달하는 제 4 도관(125)으로 분리되어 있으므로, 제 2 불활성 가스의 공급을 빠르게 제어할 수 있다. 특히, 제 2 불활성 가스를 전달하는 제 4 도관(125)이 바이패스 관(135)에 연결되어 있기 때문에, 빠른 속도로 제 2 불활성 가스를 차단할 수 있다. 뿐만 아니라, 제 4 도관(125)의 소정 부분에 MFC(130)가 구비되었기 때문에 공급 유량을 조절할 수도 있다. On the other hand, in the case of this embodiment, since the reaction gas channel 120 is divided into the third conduit 121 for transferring the reaction gas and the fourth conduit 125 for transferring the second inert gas, Can be controlled quickly. In particular, since the fourth conduit 125 for transferring the second inert gas is connected to the bypass pipe 135, the second inert gas can be shut off at a high speed. In addition, since the MFC 130 is provided at a predetermined portion of the fourth conduit 125, the supply flow rate can be adjusted.

상기한 구성을 갖는 박막 증착 장치를 이용한 박막 증착 방법에 대해 이하에서 자세히 설명하도록 한다. The thin film deposition method using the thin film deposition apparatus having the above-described structure will be described in detail below.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급에 따른 플라즈마 발생을 보여주는 타이밍 도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 구간에 따른 압력 변화를 보여주는 그래프이다. FIGS. 3A and 3B are timing charts illustrating plasma generation according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a graph illustrating a pressure change according to an evaporation section according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 ALD 방식에 따른 박막 증착 방법은, 소스 가스를 공급하는 단계, 퍼지하는 단계, 반응 가스를 공급하는 단계 및 퍼지하는 일련의 단계를 하나의 사이클로서 포함할 수 있다. 또한, 상기 하나의 사이클을 반복 실시하여 박막을 증착할 수 있다. The thin film deposition method according to the plasma ALD method according to the embodiment of the present invention may include a step of supplying source gas, purging, supplying the reactive gas, and a series of steps of purging as one cycle. In addition, the one cycle can be repeated to deposit a thin film.

이때, 소스 가스는 제 1 도관(111) 및 소스 가스 공급 유로(110)를 통해 반응 챔버(300)내로 소정 시간, 예컨대, 소스 가스 공급 단계로 한정된 시간 동안 공급되다가 중단된다. 상기 소스 가스가 공급될 때, 제 1 불활성 가스는 캐리어 가스로서, 제 2 도관(115) 및 상기 소스 가스 공급 유로(110)를 통해 상기 소스 가스와 함께 공급되다가, 상기 소스 가스의 공급이 중단되면, 퍼지 가스의 역할을 수행되도록 반응 챔버(300)내로 전달되어 반응 챔버(300) 내부를 정화시킨다. 즉, 제 1 불활성 가스는 ALD 박막 증착 시퀀스 동안 지속적으로 공급될 수 있다. 또한, 소스 가스가 공급되는 구간 동안, 반응 가스 공급 유로(120)를 통해 반응 가스 및 제 2 불활성 가스도 공급될 수 있다. 이때, 상기 반응 가스 역시 제 1 불활성 가스와 마찬가지로 ALD 박막 증착 시퀀스 동안 지속적으로 공급될 수 있다. At this time, the source gas is supplied into the reaction chamber 300 through the first conduit 111 and the source gas supply flow channel 110 for a predetermined time, for example, for a time limited to the source gas supply step, and is stopped. When the source gas is supplied, the first inert gas is supplied as a carrier gas through the second conduit 115 and the source gas supply channel 110 together with the source gas, and when the supply of the source gas is stopped , And is transferred into the reaction chamber 300 to purge the inside of the reaction chamber 300 to perform the purge gas. That is, the first inert gas may be continuously supplied during the ALD thin film deposition sequence. In addition, during the section in which the source gas is supplied, the reactive gas and the second inert gas may also be supplied through the reaction gas supply passage 120. At this time, the reactive gas may be continuously supplied during the ALD thin film deposition sequence like the first inert gas.

그 후, 소스 가스의 공급이 중단되고 퍼지 단계로 진입한다. 상기 퍼지 단계시, 소스 가스는 중단되는 대신, 제 1 불활성 가스 및 반응 가스는 지속적으로 공급될 수 있다. 한편, 제 2 불활성 가스는 이후 플라즈마 발생 단계시 공급이 중단되거나(도 3a) 혹은 최소량이 공급될 수 있도록(도 3b), 본 퍼지 단계에서는 제 2 불활성 가스의 공급량을 서서히 감소시킬 수 있다. 제 2 불활성 가스량은 예를 들어 MFC(130)에 의해 조절될 수 있다. Thereafter, the supply of the source gas is stopped and the purge step is entered. During the purge step, the source gas may be stopped, but the first inert gas and the reaction gas may be continuously supplied. On the other hand, the second inert gas can be gradually reduced in the purge step so that the supply of the second inert gas is stopped in the plasma generation step (FIG. 3A) or the minimum amount can be supplied (FIG. 3B). The amount of the second inert gas can be adjusted by, for example, the MFC 130.

퍼지 단계 후, 반응 가스가 공급되는 상태에서, 반응 챔버(300)내에 R/F 파워를 인가하여, 상기 반응 챔버(300)내에 플라즈마 발생(plasma reaction)을 유도한다. 본 플라즈마 발생 구간 동안, 제 2 불활성 가스의 공급이 차단되거나(도 3a), 최소량이 공급될 수 있다(도 3b). 제 2 불활성 가스의 공급 차단은 제 4 도관(125)과 연결된 바이패스관(135)이 연결되어 진행될 수 있으며, 제 2 불활성 가스의 공급량을 최소량으로 조절하는 것은 상기 MFC(130) 구동에 의해 진행될 수 있다. After the purge step, R / F power is applied to the reaction chamber 300 to induce a plasma reaction in the reaction chamber 300 in a state where the reaction gas is supplied. During this plasma generation period, the supply of the second inert gas may be shut off (FIG. 3A) or a minimum amount may be supplied (FIG. 3B). The supply of the second inert gas may be interrupted by connecting the bypass pipe 135 connected to the fourth conduit 125 and adjusting the supply amount of the second inert gas to a minimum amount may be performed by driving the MFC 130 .

한편, 플라즈마 발생 구간 동안 역시, 상기 반응 가스는 지속적으로 공급될 수 있다. 이때, 본 실시예의 반응 가스로 이용되는 O2 가스는 같은 퓨어(pure) 상태이므로, 별도의 캐리어 가스(예컨대, 제 2 불활성 가스)의 제공 없이도 반응 챔버(300)내에 전달이 용이하다. 그러므로, 플라즈마 발생 구간동안 제 2 불활성 가스가 제공되지 않더라도, 문제가 발생되지 않는다. Meanwhile, during the plasma generation period, the reaction gas can be continuously supplied. At this time, since the O 2 gas used as the reaction gas of this embodiment is in the same pure state, it is easy to transfer into the reaction chamber 300 without providing a separate carrier gas (for example, a second inert gas). Therefore, even if the second inert gas is not supplied during the plasma generation period, no problem arises.

반응 챔버(300) 측면에서 볼 때, 플라즈마 발생 구간 동안에는 반응 가스와 제 1 불활성 가스만이 공급되므로, 가스 주입량이 현격히 감소된다. From the viewpoint of the reaction chamber 300, only the reactive gas and the first inert gas are supplied during the plasma generation period, so that the gas injection amount is significantly reduced.

이와 같이, 반응 챔버(300)내의 가스 주입량이 감소됨에 따라, 반응 챔버(300)내의 이온 밀도는 현저히 감소된다. 즉, 제 2 불활성 가스의 공급이 중단됨에 따라, 반응 챔버(300)내의 이온들이 분포가 감소되어, 반응 챔버(300)내의 압력이, 소스 가스 공급 구간보다 현저히 낮아지게 된다. As described above, as the amount of gas injected into the reaction chamber 300 is reduced, the ion density in the reaction chamber 300 is significantly reduced. That is, as the supply of the second inert gas is stopped, the distribution of the ions in the reaction chamber 300 is reduced, so that the pressure in the reaction chamber 300 becomes significantly lower than the source gas supply interval.

이에 따라, 반응 챔버들의 평균 자유 행로(mean free path)가 길어져서, 이온들의 가속화 에너지가 증대되고, 나아가 이온화 에너지가 증대되어, 증착되는 막질의 밀도를 증대시키기 된다. Accordingly, the mean free path of the reaction chambers is increased, the acceleration energy of the ions is increased, and the ionization energy is further increased, thereby increasing the density of the deposited film.

그후, 퍼지 단계를 진행할 수 있다. 본 퍼지 단계시 후속의 소스 가스 주입을 고려하여 제 2 불활성 가스의 공급량을 서서히 증대시킬 수 있다. Thereafter, the purge step can proceed. The supply amount of the second inert gas can be gradually increased in consideration of the subsequent injection of the source gas during the purge step.

결과적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 퍼지 단계(②, ④) 및 플라즈마 발생 구간(③) 동안은 소스 가스 공급 단계(①)에 비해, 제 2 불활성 가스의 공급이 감소 또는 차단된다. 그러므로, 반응 챔버(300)내부의 압력이 상대적으로 감소될 수 있다. As a result, as shown in FIG. 4, the supply of the second inert gas is reduced or blocked during the purging step (2, 4) and the plasma generation period (3), as compared with the source gas supplying step (1). Therefore, the pressure inside the reaction chamber 300 can be relatively reduced.

반면, 소스 가스 공급 구간(①,⑤)에는 상기 소스 가스, 제 1 불활성 가스, 제 2 불활성 가스는 물론 반응 가스가 동시에 주입되고 있기 때문에, 반응 챔버(300)내의 압력은 다른 구간에 비해 상대적으로 높을 수 있다. On the other hand, since the source gas, the first inert gas, the second inert gas as well as the reaction gas are simultaneously injected into the source gas supply sections (1, 5), the pressure in the reaction chamber 300 is relatively higher Can be high.

한편, 일반적으로 반응 챔버(300) 내부의 압력은 서셉터(370) 하부에 위치하는 쓰로틀 밸브(380)에서 조절되는 것이 일반적이다. 하지만, 쓰로틀 밸브(380)의 조작은 수십 초 내지 수 분에 이르는 응답 시간을 갖기 때문에, 수 초 대의 ALD 시퀀스에 맞춰 조작하는 것이 사실상 불가능하다. Generally, the pressure inside the reaction chamber 300 is generally controlled by the throttle valve 380 positioned below the susceptor 370. However, since the operation of the throttle valve 380 has a response time ranging from several tens of seconds to several minutes, it is practically impossible to operate in accordance with the ALD sequence of several seconds.

본 실시예에서는 상기 쓰로틀 밸브(380)를 풀 오픈(full open)시킨 상태에서, 가스 주입 양, 즉. 플라즈마 발생시 공급되는 제 2 불활성 가스의 양을 선택적으로 감소시키므로써, 반응 챔버(300)의 압력을 빠르게 조절할 수 있다. In this embodiment, in a state that the throttle valve 380 is fully opened, the amount of gas injection, that is, The pressure of the reaction chamber 300 can be controlled quickly by selectively reducing the amount of the second inert gas supplied when the plasma is generated.

예를 들어, 본 실시예서, 소스 가스 공급 단계시 반응 챔버(300)의 압력은 예를 들어, 1.5 Torr 내지 2.5 Torr일 수 있고, 플라즈마 발생 단계시 반응 챔버(300)의 압력은 예를 들어, 1 Torr 내지 1.5 Torr일 수 있다. For example, in this embodiment, the pressure of the reaction chamber 300 during the source gas supply step may be, for example, 1.5 Torr to 2.5 Torr, and the pressure of the reaction chamber 300 during the plasma generation step may be, for example, 1 Torr to 1.5 Torr.

<실험예 1><Experimental Example 1>

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 증착 압력에 따른 박막의 습식 식각률(WER) 및 증착률(D/R)을 나타낸 그래프이다. 5 is a graph showing the wet etching rate (WER) and the deposition rate (D / R) of a thin film according to the fixed deposition pressure according to an embodiment of the present invention.

케이스 (a)는 ALD 증착 시퀀스를 2.5 Torr의 압력하에서 진행하고, 소스 공급 단계 및 플라즈마 발생 단계 모두 제 1 및 제 2 불활성 가스를 5500 sccm 만큼 주입한 경우의 실험예이다. Case (a) is an experimental example in which the ALD deposition sequence is performed under a pressure of 2.5 Torr, and the first and second inert gases are injected by 5500 sccm in both the source supplying step and the plasma generating step.

케이스 (b)는 ALD 증착 시퀀스를 2 Torr의 압력하에서 진행하고, 소스 가스 공급 단계 및 플라즈마 발생 단계 모두 제 1 및 제 2 불활성 가스를 5500 sccm 만큼 주입한 경우의 실험예이다. Case (b) is an experimental example in which the ALD deposition sequence is performed under a pressure of 2 Torr, and both the source gas supplying step and the plasma generating step are performed by injecting the first and second inert gases by 5500 sccm.

케이스 (c)는 ALD 증착 시퀀스를 1.7 Torr의 압력하에서 진행하고, 소스 공급 단계 및 플라즈마 발생 단계 모두 제 1 및 제 2 불활성 가스를 5500 sccm 만큼 주입한 경우의 실험예이다. Case (c) is an experimental example in which the ALD deposition sequence is performed under a pressure of 1.7 Torr, and both the source supplying step and the plasma generating step are performed by injecting the first and second inert gases by 5500 sccm.

케이스 (d)는 ALD 증착 시퀀스를 1.5 Torr의 압력하에서 진행하고, 소스 공급 단계 및 플라즈마 발생 단계 모두 제 1 및 제 2 불활성 가스를 5500 sccm 만큼 주입한 경우의 실험예이다. Case (d) is an experimental example in which the ALD deposition sequence is performed under a pressure of 1.5 Torr, and both the source supplying step and the plasma generating step are performed by injecting the first and second inert gases by 5500 sccm.

케이스 (e)는 ALD 증착 시퀀스를 1.5 Torr의 압력하에서 진행하고 소스 공급 단계 및 플라즈마 발생 단계 모두 제 1 및 제 2 불활성 가스를 3300 sccm 만큼 주입한 경우의 실험예이다. Case (e) is an experimental example in which the ALD deposition sequence is performed under a pressure of 1.5 Torr and both the source supplying step and the plasma generating step are performed by injecting the first and second inert gases by 3300 sccm.

케이스 (a) 내지 (e)를 살펴보면, ALD 증착 시퀀스를 상대적으로 높은 고정 압력에서 진행되는 경우, 증착률은 높은 대신 습식 식각률이 낮은 문제점이 발견되었다. 반면, 소스 가스 공급 단계 및 플라즈마 발생 단계 모두 동일한 양의 불활성 가스들을 제공하는 경우, 대체적으로 압력에 의존하는 경향을 보인 반면, 소스 가스 공급 단계에서도 플라즈마 발생 단계와 같이 불활성 가스(캐리어 가스)의 양이 감소되는 경우(케이스 (e)), 증착률이 낮아지는 문제점이 발견되었다. In case (a) to (e), when the ALD deposition sequence is operated at a relatively high fixing pressure, the deposition rate is high, but the wet etching rate is low. On the other hand, when both the source gas supplying step and the plasma generating step are provided with the same amount of inert gas, they tend to depend on the pressure on the whole, while the supply amount of the inert gas (carrier gas) (Case (e)), the deposition rate is lowered.

<실험예 2><Experimental Example 2>

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 압력 및 가변 가스 공급량에 따른 식각률 및 증착률을 보여주는 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing the etching rate and the deposition rate according to the variable pressure and the variable gas supply amount according to an embodiment of the present invention.

케이스 (f)는 ALD 증착 시퀀스를 1.5 Torr의 압력하에서 진행하고, 소스 가스 공급 단계 및 플라즈마 발생 단계 모두 제 1 및 제 2 불활성 가스를 5500 sccm 만큼 제공하고, 300W의 RF 파워를 0.3초간 인가한 경우의 실험예이다. Case (f) shows that when the ALD deposition sequence is performed under a pressure of 1.5 Torr, both the source gas supplying step and the plasma generating step are provided with 5500 sccm of the first and second inert gases, and the RF power of 300 W is applied for 0.3 second .

케이스 (g)는 ALD 증착 시퀀스를 2 Torr의 압력하에서 진행하고, 소스 가스 공급 단계 및 플라즈마 발생 단계 모두 제 1 및 제 2 불활성 가스를 5500 sccm 만큼 제공하고, 300W의 RF 파워를 0.3초간 인가한 경우의 실험예이다. The case (g) proceeds with the ALD deposition sequence under a pressure of 2 Torr, and both the source gas supply step and the plasma generation step provide the first and second inert gases at 5500 sccm, and when the RF power of 300 W is applied for 0.3 second .

케이스 (h)는 ALD 증착 시퀀스를 2 Torr의 압력하에서 진행하고, 소스 가스 공급 단계 및 플라즈마 발생 단계 모두 제 1 및 제 2 불활성 가스를 5500 sccm 만큼 제공하고, 380W의 RF 파워를 0.3초간 인가한 경우의 실험예이다. The case (h) provides an ALD deposition sequence under a pressure of 2 Torr, and both the source gas supplying step and the plasma generating step provide the first and second inert gas at 5500 sccm, and when the RF power of 380 W is applied for 0.3 second .

케이스 (i)는 ALD 증착 시퀀스를 2 Torr의 압력하에서 진행하고, 소스 가스 공급 단계 및 플라즈마 발생 단계 모두 제 1 및 제 2 불활성 가스를 5500 sccm 만큼 제공하고, 300W의 RF 파워를 상대적으로 긴 0.35초간 인가한 경우의 실험예이다. Case (i) provides an ALD deposition sequence under a pressure of 2 Torr, providing both the source gas supply step and the plasma generation step with 5500 sccm of first and second inert gases, and an RF power of 300 W for a relatively long 0.35 second And FIG.

케이스 (j)는 소스 가스 공급 구간은 2 Torr의 압력하에서 제 1 및 제 2 불활성 가스를 5500sccm 만큼 제공하다가, 플라즈마 발생 구간에서는 1.5 Torr의 압력하에서 제 1 불활성 가스만을 3000 sccm 만큼 공급하고, 300W의 RF 파워를 0.3초간 인가한 경우를 나타낸다. The case (j) supplies the first and second inert gases at 5500 sccm under a pressure of 2 Torr, supplies only the first inert gas at 3000 sccm under a pressure of 1.5 Torr during the plasma generation period, And the RF power was applied for 0.3 seconds.

고정 압력 및 고정 량의 가스를 공급하는 (f) 내지 (i)와 대비하여 볼 때, 케이스 (j)와 같이, 반응 챔버(300)의 압력을 가변시키고, 단계별로 불활성 가스의 양을 가변시키는 경우, 높은 증착 특성 및 낮은 식각 특성을 모두 만족할 수 있다. (F) to (i) in which the fixed pressure and the fixed amount of gas are supplied, the pressure of the reaction chamber 300 is changed and the amount of the inert gas is changed step by step , High deposition characteristics and low etching characteristics can all be satisfied.

<실험예 3><Experimental Example 3>

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 샤워 해드와 서셉터 간의 간격에 따른 습식 식각률을 보여주는 그래프이다. 7 is a graph showing the wet etching rate according to the distance between the showerhead and the susceptor according to the embodiment of the present invention.

도 7에서 P1은 각 구간 동안 동일 압력 및 동일한 값의 불활성 가스가 제공되는 종래의 예를 개시하고, P2는 본 발명의 실시예와 같이 각 구간별 압력 및 가스 공급량을 가변시킨 예를 개시한다. In FIG. 7, P1 is a conventional example in which an inert gas of the same pressure and the same value is provided for each section, and P2 is an example of varying pressure and gas supply amount for each section as in the embodiment of the present invention.

도 7에 따르면, 샤워 해드와 서셉터간의 간격을 7mm, 9mm 및 11mm로 각각 가변시킨 경우, P1과 P2의 습식 식각률 편차는 각각 7.9Å, 11 Å 및 14 Å 순으로 나타났다. According to Fig. 7, when the distance between the shower head and the susceptor was varied to 7 mm, 9 mm and 11 mm, the wet etching rate deviations of P1 and P2 were 7.9 Å, 11 Å and 14 Å, respectively.

본 실험 결과, 본 발명과 같이 가변 압력 및 가변 가스 공급량을 채택한 상태에서, 샤워 헤드 및 서셉터 간의 간격을 증대시키는 경우, 플라즈마 발생 공간내의 이온들의 평균 자유 이동 행로가 증대되어, 더욱 견고한 막질의 박막을 형성할 수 있음을 알 수 있다. 특히, 식각률 편차는 식각 마진을 나타내는 것으로서, 식각 마진이 클수록, RF 파워 및 RF 인가 시간 조절이 용이해진다. As a result of the experiment, in the case where the interval between the showerhead and the susceptor is increased in a state where the variable pressure and the variable gas supply amount are adopted as in the present invention, the average free movement path of the ions in the plasma generating space is increased, Can be formed. In particular, the etching rate deviation is indicative of the etching margin, and the larger the etching margin, the easier to adjust the RF power and RF application time.

본 발명에 따르면, 플라즈마 발생 구간에서 압력을 상대적으로 낮춤으로써, 이온화 에너지를 상승시켜 견고한 결합을 갖는 박막을 형성할 수 있다. 이때, 상기 압력 조절은 반응 가스 주입시 제공되는 불활성 가스의 양을 제어함으로써 수행될 수 있다. 이에 따라, 빠른 응답 속도를 가지고 압력을 조절할 수 있다. According to the present invention, by relatively lowering the pressure in the plasma generation section, the ionization energy can be raised to form a thin film having a strong bond. At this time, the pressure control can be performed by controlling the amount of the inert gas provided when the reaction gas is injected. Accordingly, the pressure can be adjusted with a fast response speed.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but variations and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Do.

110 : 소스 가스 공급 유로 111: 제 1 도관
115 : 제 2 도관 120 : 반응 가스 공급 유로
121 ; 제 3 도관 125 : 제 2 도관110: source gas supply passage 111: first conduit
115: second conduit 120: reaction gas supply channel
121; Third conduit 125: Second conduit

Claims (7)

기판 상에 소스 가스를 흡착시키는 소스 가스 흡착 단계;
상기 소스 가스를 퍼지하기 위한 제 1 퍼지 단계;
상기 기판상에 흡착된 상기 소스 가스와 반응하는 반응 가스를 플라즈마 분위기하에서 반응시키는 반응 단계; 및
상기 반응 가스를 퍼지하기 위한 제 2 퍼지 단계를 하나의 사이클로 하여 반복 실시하며,
상기 하나의 사이클 동안 상기 소스 가스와 함께 공급되는 제 1 불활성 가스, 상기 반응 가스 및 상기 반응 가스와 함께 공급되는 제 2 불활성 가스는 지속적으로 공급하고,
상기 반응 단계시, 상기 제 2 불활성 가스의 공급량을 조절하여, 상기 소스 가스 흡착 단계의 압력보다, 낮은 압력하에서 상기 반응 단계가 진행되도록 하는 박막 증착 방법. A source gas adsorption step of adsorbing a source gas on a substrate;
A first purge step for purifying the source gas;
A reaction step of reacting a reaction gas reacting with the source gas adsorbed on the substrate in a plasma atmosphere; And
The second purge step for purging the reaction gas is repeatedly performed in one cycle,
Continuously supplying a first inert gas supplied together with the source gas during the one cycle, a second inert gas supplied together with the reaction gas and the reactive gas,
Wherein the reaction step is performed under a pressure lower than a pressure of the source gas adsorption step by controlling the supply amount of the second inert gas during the reaction step. 제 1 항에 있어서,
상기 반응 단계시, 상기 제 2 불활성 가스의 공급량을 감소시켜, 상기 압력을 낮추는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법. The method according to claim 1,
Wherein the supply amount of the second inert gas is decreased during the reaction step, thereby lowering the pressure. 제 1 항에 있어서,
상기 반응 단계시, 상기 제 2 불활성 가스의 공급을 중단하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법. The method according to claim 1,
Wherein the supply of the second inert gas is stopped during the reaction step. 제 1 항에 있어서,
상기 소스 가스 흡착 단계에서, 상기 제 2 불활성 가스의 공급량보다, 상기 반응 단계에서의 상기 제 2 불활성 가스의 공급량을 적게 설정하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법. The method according to claim 1,
Wherein the supply amount of the second inert gas in the reaction step is set to be smaller than the supply amount of the second inert gas in the source gas adsorption step. 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 퍼지 단계시, 상기 제 2 불활성 가스의 공급량은 상기 소스 가스 흡착 단계시의 상기 제 2 불활성 가스의 공급량보다 적고,
상기 제 2 퍼지 단계시, 상기 제 2 불활성 가스는 상기 반응 단계시 상기 제 2 불활성 가스의 공급량보다 큰 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법. The method according to claim 1,
The supply amount of the second inert gas is smaller than the supply amount of the second inert gas in the source gas adsorption step,
Wherein during the second purge step, the second inert gas is greater than the supply amount of the second inert gas during the reaction step. 제 1 항에 있어서,
상기 소스 가스 흡착 단계는 1.5 Torr 내지 2.5 Torr의 압력 하에서 진행되고,
상기 반응 단계는 1 Torr 내지 1.5 Torr의 압력 하에서 진행되는 박막 증착 방법.The method according to claim 1,
The source gas adsorption step is conducted under a pressure of 1.5 Torr to 2.5 Torr,
Wherein the reaction step is performed under a pressure of 1 Torr to 1.5 Torr. 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 불활성 가스 및 상기 제 2 불활성 가스 중 적어도 하나는 Ar 가스를 포함하는 박막 증착 방법. The method according to claim 1,
Wherein at least one of the first inert gas and the second inert gas comprises an Ar gas.
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