KR20200012128A - Layer deposition method and layer deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 박막 증착 방법 및 박막 증착 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게, 본 발명은 텅스텐 박막을 증착하기 위한 박막 증착 방법 및 이를 수행하기 위한 박막 증착 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film deposition method and a thin film deposition apparatus. More specifically, the present invention relates to a thin film deposition method for depositing a tungsten thin film and a thin film deposition apparatus for performing the same.
VNAND와 같은 메모리 장치의 게이트 전극을 형성하기 위해 예를 들면, 저항이 낮은 텅스텐을 포함하는 금속막이 사용될 수 있다. 상기 메모리 장치의 고집적화를 위하여 상기 게이트 전극들의 적층 수가 증가됨에 따라, 상기 텅스텐 박막을 형성하기 위한 증착 가스는 높은 종횡비를 갖는 개구부의 저면까지 도달하기 전에 열분해되어 상기 텅스텐 박막의 스텝 커버리지가 열화되는 문제점이 있다.For example, a metal film containing tungsten with low resistance may be used to form a gate electrode of a memory device such as VNAND. As the stacking number of the gate electrodes is increased for high integration of the memory device, the deposition gas for forming the tungsten thin film is pyrolyzed before reaching the bottom of the opening having a high aspect ratio, thereby degrading the step coverage of the tungsten thin film. There is this.
본 발명의 일 과제는 우수한 특성을 갖는 반도체 장치의 박막 증착 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a thin film deposition method of a semiconductor device having excellent characteristics.
본 발명의 다른 과제는 상술한 박막 증착 방법을 수행하기 위한 박막 증착 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a thin film deposition apparatus for performing the thin film deposition method described above.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 박막 증착 방법에 있어서, 공정 챔버 내에 기판을 로딩한다. 적어도 하나의 가변 용량형 충전 탱크의 충전 체적을 조정한다. 가스를 상기 가변 용량형 충전 탱크에 충전시킨다. 상기 충전된 가스를 상기 공정 챔버 내에 도입한다.In the thin film deposition method according to the exemplary embodiments for achieving the above object of the present invention, the substrate is loaded in the process chamber. Adjust the fill volume of at least one variable displacement fill tank. Gas is charged to the variable dose filling tank. The filled gas is introduced into the process chamber.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 박막 증착방법에 있어서, 공정 챔버 내에 기판을 로딩한다. 상기 공정 챔버 내에 소스 가스를 도입한다. 적어도 하나의 가변 용량형 충전 탱크의 충전 체적을 조정한다. 반응 가스를 상기 가변 용량형 충전 탱크에 충전시킨다. 상기 충전된 반응 가스를 상기 공정 챔버 내에 도입한다.In the thin film deposition method according to the exemplary embodiments for achieving the object of the present invention, a substrate is loaded in the process chamber. Source gas is introduced into the process chamber. Adjust the fill volume of at least one variable displacement fill tank. The reaction gas is charged to the variable dose filling tank. The charged reactant gas is introduced into the process chamber.
예시적인 실시예들에 따르면, 가스 공급원으로부터 공급된 가스는 적어도 하나의 가변 용량형 충전 탱크 내에 충전되며 상기 충전된 가스는 공정 챔버 내부로 공급될 수 있다. 이 때, 상기 가변 용량형 충전 탱크 내의 충전 체적은 공정 조건에 따라 조정될 수 있다.According to exemplary embodiments, the gas supplied from the gas source may be filled in at least one variable displacement fill tank and the filled gas may be supplied into the process chamber. At this time, the filling volume in the variable displacement filling tank may be adjusted according to the process conditions.
따라서, 더 크게 조정된 충전 제적을 갖는 상기 가변 용량형 충전 탱크에 가스를 충전한 후 상기 공정 챔버 내부로 공급함으로써, 더 높은 압력을 갖는 가스를 상대적으로 더 긴 시간동안 공급할 수 있다. 이에 따라, 많은 양의 가스를 높은 종횡비를 갖는 개구부의 저면까지 충분하게 공급함으로써, 상기 반응 가스가 열분해되는 것을 방지하여 박막의 스텝 커버리지 특성 및 시간당 설비당 생산량(UPEH)를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 가변 용량형 충전 탱크의 충전 체적을 가변시킴으로써, 설비의 구성을 개조하거나 변경하지 않고 다양한 공정 조건을 제공할 수 있다.Thus, by filling a gas into the process chamber after filling the variable displacement filling tank with a larger adjusted fill volume, it is possible to supply a gas having a higher pressure for a relatively longer time. Accordingly, by sufficiently supplying a large amount of gas to the bottom surface of the opening having a high aspect ratio, the reactive gas can be prevented from being thermally decomposed to improve the step coverage characteristics of the thin film and the production per hour UPEH. In addition, by varying the filling volume of the variable capacity fill tank, it is possible to provide various process conditions without modifying or changing the configuration of the facility.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and may be variously expanded within a range without departing from the spirit and scope of the present invention.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 박막 증착 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 반응 가스 공급기를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2의 반응 가스 공급기의 가변 용량형 충전 탱크를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 가변 용량형 충전 탱크 내의 반응 가스의 체적 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 반응 가스 공급기로부터 공급되는 반응가스의 압력 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6a 내지 도 6c는 예시적인 실시예들에 따른 가변 용량형 충전 탱크를 나타내는 단면도들이다.
도 7은 도 6b의 가변 용량형 충전 탱크를 나타내는 분해 사시도이다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 박막 증착 장치를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8의 반응 가스 공급기를 나타내는 블록도이다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 박막 증착 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11a는 도 10의 박막 증착 방법의 소스 가스 공급 공정을 나타내는 순서도이고, 도 11b는 도 10의 박막증착 방법의 반응 가스 공급 공정을 나타내는 순서도이다.
도 12 내지 도 16은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 17 내지 도 23은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 is a diagram illustrating a thin film deposition apparatus according to example embodiments.
FIG. 2 is a block diagram illustrating the reactive gas supply of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view showing a variable displacement filling tank of the reaction gas supply of FIG. 2.
4 is a graph showing the volume change of the reaction gas in the variable displacement filling tank of FIG.
5 is a graph showing a change in pressure of a reaction gas supplied from a reaction gas supply according to exemplary embodiments.
6A-6C are cross-sectional views illustrating a variable displacement fill tank according to exemplary embodiments.
7 is an exploded perspective view showing the variable displacement filling tank of FIG. 6B.
8 is a diagram illustrating a thin film deposition apparatus according to example embodiments.
FIG. 9 is a block diagram illustrating a reactive gas supplier of FIG. 8.
10 is a flow chart illustrating a thin film deposition method according to exemplary embodiments.
FIG. 11A is a flowchart illustrating a source gas supply process of the thin film deposition method of FIG. 10, and FIG. 11B is a flowchart illustrating a reaction gas supply process of the thin film deposition method of FIG. 10.
12 to 16 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with example embodiments.
17 to 23 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with example embodiments.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 박막 증착 장치를 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1의 반응 가스 공급기를 나타내는 블록도이다. 도 3은 도 2의 반응가스 공급기의 가변 용량형 충전 탱크를 나타내는 단면도이다. 도 4는 도 3의 가변 용량형 충전 탱크 내의 반응 가스의 체적 변화를 나타내는 그래프이다. 도 5는 예시적인 실시예들에 따른 반응 가스 공급기로부터 공급되는 반응 가스의 압력 변화를 나타내는 그래프이다.1 is a diagram illustrating a thin film deposition apparatus according to example embodiments. FIG. 2 is a block diagram illustrating the reactive gas supply of FIG. 1. 3 is a cross-sectional view showing a variable displacement filling tank of the reaction gas supplier of FIG. 2. 4 is a graph showing the volume change of the reaction gas in the variable displacement filling tank of FIG. FIG. 5 is a graph showing a change in pressure of a reactant gas supplied from a reactant gas supplier according to example embodiments. FIG.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 박막 증착 장치는 공정 챔버(10), 소스 가스 공급기(100), 및 반응 가스 공급기(110)를 포함할 수 있다.1 to 5, the thin film deposition apparatus may include a
예시적인 실시예들에 있어서, 공정 챔버(10)는 기판(W)을 수용하며 증착 공정을 수행하기 위한 공간을 제공할 수 있다. 공정 챔버(10)는 원자층 증착(ALD) 공정을 위한 챔버일 수 있다.In example embodiments, the
기판(W)은 텅스텐 함유 박막이 형성되는 대상체일 수 있다. 기판(W)은 예를 들면, 실리콘 웨이퍼 또는 게르마늄 웨이퍼와 같은 반도체 웨이퍼로부터 제조될 수 있다. 한편, 기판(W) 상에는 각종 구조물들(도시되지 않음)이 더 형성될 수 있다.The substrate W may be an object on which a tungsten-containing thin film is formed. The substrate W may be manufactured from a semiconductor wafer such as, for example, a silicon wafer or a germanium wafer. Meanwhile, various structures (not shown) may be further formed on the substrate W. FIG.
예를 들어, 기판(W) 상에 금속, 금속 질화물, 금속 실리사이드, 금속 산화물 등을 포함하는 도전막(도시되지 않음)이나 전극(도시되지 않음), 혹은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함하는 절연막(도시되지 않음) 등이 더 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 내부에 홀 또는 개구부를 포함하는 상기 절연막이 기판(W) 상에 형성될 수 있으며, 상기 텅스텐 함유 박막은 후술하는 공정들을 통해 상기 홀 또는 개구부 내에 증착될 수 있다.For example, a conductive film (not shown) or an electrode (not shown) containing metal, metal nitride, metal silicide, metal oxide, or the like on the substrate W, or an insulating film containing silicon oxide or silicon nitride ( And the like may be further formed. In some embodiments, the insulating layer including a hole or an opening therein may be formed on the substrate W, and the tungsten-containing thin film may be deposited in the hole or the opening through the processes described below.
공정 챔버(10)는 챔버(20) 내부에 배치되며 기판(W)이 로딩되는 서셉터(susceptor)로서의 기판 지지부(30)를 포함할 수 있다. 기판 지지부(30) 상에는 하나 또는 복수 개의 기판들(W)이 배치될 수 있다. 기판 지지부(30)는 승하강 가능하도록 설치될 수 있다. 또한, 기판 지지부(30)는 회전 가능하도록 설치될 수 있다.The
기판 지지부(30)는 내부에 히터(32)를 포함할 수 있다. 히터(32)는 히터 전원(도시되지 않음)에 접속되고 기판(W)을 소정의 온도로 가열할 수 있다. The substrate support
챔버(20)의 일측벽에는 기판(W)의 반출입을 위한 출입구(22)가 형성되고, 출입구(22)를 개폐하는 게이트 밸브(24)가 설치될 수 있다. 또한, 챔버(20)의 측벽 상에는 히터(도시되지 않음)가 설치되어, 박막 증착 시에 챔버(20)의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 챔버(20) 내부의 온도는 약 200 ℃ 내지 약 600 ℃ 범위로 유지될 수 있다.One side wall of the
챔버(20)의 저벽에는 배기구(26)가 형성될 수 있다. 배기구(26)는 배기관을 통해 진공 펌프나 압력 제어 밸브 등을 갖는 배기 장치(50)가 접속될 수 있다. 배기 장치(50)는 챔버(20) 내부의 온도를 소정의 감압 상태로 유지할 수 있다.An
챔버(20)의 상부벽에는 샤워 헤드(40)가 구비될 수 있다. 샤워 헤드(40)는 챔버(20)의 개방된 상단에 설치될 수 있다. 샤워 헤드(40)는 상부 공간(44) 및 하부 공간(45)을 포함할 수 있다. 상부 공간(44)은 제1 도입로(42)와 연결되고, 상부 공간(44)으로부터 제1 가스 토출로들(46)이 샤워 헤드(40)의 저면까지 연장 형성될 수 있다. 하부 공간(45)은 제2 도입로(43)와 연결되고, 하부 공간(45)으로부터 제2 가스 토출로들(47)이 샤워 헤드(40)의 저면까지 연장 형성될 수 있다.A
샤워 헤드(40)는 박막 원료 가스로서의 소스 가스 및 반응 가스를 제1 가스 토출로들(46) 및 제2 가스 토출로들(47)을 통해 챔버(20) 내부로 공급할 수 있다.The
예시적인 실시예들에 있어서, 소스 가스 공급기(100)는 소스 가스 공급원(102)으로부터 공급된 소스 가스를 원하는 충전 체적만큼 충전시킨 후 공정 챔버(10)에 공급하기 위한 가변 용량형 충전 탱크(120)를 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the
소스 가스 공급원(102)은 버블러(bubbler)를 포함하여 금속 전구체를 기화시켜 상기 소스 가스를 공정 챔버(10)로 공급할 수 있다. 상기 소스 가스의 예로서는, WF6, WCl6, WBr6, W(Co)6, W(C2H2)6, W(PF3)6, (C2H5)WH2 등을 들 수 있다.The
상기 소스 가스 공급기는 후술하는 반응 가스 공급기와 실질적으로 동일하거나 유사한 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 후술하는 반응 가스 공급기와 유사하게 가변 용량형 충전 탱크와 같은 구성을 가질 수 있다. 이하에서는, 상기 반응 가스 공급기에 대하여 설명하기로 한다.The source gas supplier may have a structure substantially the same as or similar to that of the reactive gas supplier described below. For example, it may have a configuration such as a variable capacity fill tank similar to the reactive gas supply described below. Hereinafter, the reactive gas supplier will be described.
예시적인 실시예들에 있어서, 반응 가스 공급기(110)는 반응 가스 공급원(112)으로부터 공급된 반응 가스를 원하는 충전 체적만큼 충전시킨 후 공정 챔버(10)에 공급하기 위한 가변 용량형 충전 탱크(120)를 포함할 수 있다. 반응 가스 공급기(110)는 가변 용량형 충전 탱크 구성을 가질 수 있다.In exemplary embodiments, the
반응 가스 공급원(112)은 버블러(bubbler)를 포함하여 상기 반응 가스를 공정 챔버(10)로 공급할 수 있다. 상기 반응 가스의 예로서는 B2H6, Si2H6, SiH4, H2 등을 들 수 있다.The
도 2에 도시된 바와 같이, 반응 가스 공급기(110)는 반응 가스 공급원(112)과 연결된 충전 라인(111), 충전 라인(111)에 연결되는 가변 용량형 충전 탱크(120), 및 가변용량형 충전 탱크(120)와 공정챔버(10)를 연결하는 반응 가스 공급 라인(117)을 포함할 수 있다. 반응 가스 공급 라인(117)은 샤워 헤드(40)의 제2 도입로(43)에 연결될 수 있다.As shown in FIG. 2, the
반응 가스 공급기(110)는 충전 라인(111)에 설치되어 가변 용량형 충전 탱크(130)로 공급되는 상기 반응 가스의 흐름을 제어하기 위한 공급 제어 밸브(116), 및 반응 가스 공급 라인(117)에 설치되어 공정 챔버(10)로 공급되는 상기 반응 가스의 흐름을 제어하기 위한 제2 도입 제어 밸브(118)를 더 포함할 수 있다.The
도면에 도시되지는 않았지만, 반응 가스 공급기(110)는 가변 용량형 충전 탱크(130)의 전방에 설치되어 가변 용량형 충전 탱크(130)로의 상기 반응 가스의 흐름을 제어하기 위한 충전 밸브 및 가변 용량형 충전 탱크(130)의 후방에 설치되어 가변 용량형 충전 탱크(130)로부터 상기 반응 가스의 배출을 제어하기 방출 밸브를 더 포함할 수 있다.Although not shown in the drawings, the
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 박막 증착 장치는 반응 가스 공급기(110)의 상기 반응 가스의 충전 및 배출을 제어하기 위한 제어기(140)를 더 포함할 수 있다. 제어기(140)는 공급제어 밸브(116) 및 제2 도입 제어 밸브(118)의 개폐를 제어할 수 있다.In example embodiments, the thin film deposition apparatus may further include a
제2 유량 제어기(114)는 가스 공급 라인, 즉, 충전 라인(111)에 설치되어 충전 라인(111)을 통하여 챔버(20) 내부로유입되는 상기 반응 가스의 공급 유량을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제2 유량 제어기(114)는 질량 유량 제어기(MFC, mass flow controller)를 포함할 수 있다. 제2 유량 제어기(114)는 반응 가스 공급원(112) 및 가변 용량형 충전 탱크(120) 사이에 설치되어 상기 반응 가스의 흐름을 제어할 수 있다.The
도 3에 도시된 바와 같이, 가변 용량형 충전 탱크(120)는 반응 가스 공급원(112)으로부터 공급된 상기 반응 가스가 충전되는 용량을 가변시키도록 동작할 수 있다. 가변 용량형 충전 탱크(120)는 상기 반응 가스가 공급되는 충전 챔버(122), 충전 챔버(122) 내에서 이동 가능하도록 설치되어 상기 반응 가스의 충전 용량을 가변시키는 가변 플레이트(124) 및 가변 플레이트(124)를 구동시키는 가변 플레이트 구동부(126)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3, the variable
충전 챔버(122)는 베이스(121) 상에 구비되는 튜브형 구조체일 수 있다. 충전 챔버(122)는 베이스(121)에 연결되는 근위 단부(proximal end) 및 원위 단부 사이에서 연장할 수 있다.The filling
가변 플레이트(124)는 충전 챔버(122) 내에 설치되어 제1 및 제2 챔버 공간들을 정의할 수 있다. 가변 플레이트(124)의 외측부가 충전 챔버(122)의 내측면과 밀폐된 상태에서 가변 플레이트(124)는 충전 챔버(122) 내에서 이동 가능하도록 설치될 수 있다. 베이스(121)와 가변 플레이트(124) 사이의 충전 챔버(122) 내부의 공간이 상기 반응 가스가 충전되는 체적일 수 있다. 예를 들면, 가변 플레이트(124)의 외측부와 충전 챔버(122)의 내측면 사이에는 O-링이나 개스킷과 같은 밀폐 부재가 구비되어 가변 플레이트(124)에 구분된 양측의 상기 제1 및 제2 챔버 공간들을 서로 밀봉시킬 수 있다.The
가변 플레이트(124)가 최하단에 위치할 때, 충전 챔버(122) 내에서 최소의 충전 체적(V0)을 정의할 수 있다. 가변 플레이트(124)가 최상단에 위치할 때, 충전 챔버(122) 내에서 최대의 충전 체적(3V0)을 정의할 수 있다.When the
가변 플레이트(124)는 충전 챔버(122) 내에서 승하강 가능하도록 설치될 수 있다. 가변 플레이트 구동부(124)는 가변 플레이트(124)에 연결된 로드(125)를 상하 방향으로 구동시킬 수 있다. 가변 플레이트 구동부(124)는 제어기(140)에 연결되어 가변 플레이트(124)를 원하는 위치로 이동시키도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 가변 용량형 충전 탱크(120)의 충전 체적은 가변되고 원하는 체적을 갖도록 조정될 수 있다.The
도 4에 도시된 바와 같이, 먼저, 가변 용량형 충전 탱크(120)의 체적 조정 단계에서, 원하는 위치로 가변 플레이트(124)를 이동시켜 가변 용량형 충전 탱크(120)가 원하는 충전 체적을 갖도록 조정할 수 있다.As shown in FIG. 4, first, in the volume adjusting step of the variable
이어서, 가변 용량형 충전 탱크(120)의 충전 단계에서, 공급 제어 밸브(116)가 개방되고, 제2 도입 제어 밸브(118)가 폐쇄될 수 있다. 이에 따라, 충전 챔버(122)는 반응 가스 공급원(112)으로부터의 상기 반응 가스에 의해 충전되어 기 설정된 충전 압력(P0)을 가질 수 있다. 충전 챔버(122) 내의 충전 압력(P0)은 반응 가스 공급원(112)으로부터의 상기 반응 가스의 흐름에 노출된 시간 동안 상기 흐름과 평형화되는 압력일 수 있다. 이 경우에 있어서, 제2 유량 제어기(114)를 통해 충전 챔버(122) 내부로 유입되는 상기 반응 가스의 공급 유량을 증가시켜 충전 챔버(122) 내의 충전 압력을 증가시키도록 제어할 수 있다.Subsequently, in the filling step of the variable
가변 용량형 충전 탱크(120)의 방출 단계에서, 공급 제어밸브(116)가 폐쇄되고, 제2 도입 제어 밸브(118)가 개방될 수 있다. 이에 따라, 충전 챔버(122)로부터 상기 반응 가스는 반응 가스 공급 라인(117)으로 유출되어 충전 챔버(122)의 압력은 감소될 수 있다.In the discharge phase of the variable
도 5에 도시된 바와 같이, 그래프 G1은 확장된 충전 체적(3V0)을 갖는 가변 용량형 충전 탱크(120)로부터 반응 가스를 공급한 경우에서의 반응 가스 공급 라인(117)을 통해 공급되는 반응 가스의 압력 변화를 나타내고, 그래프 G2는 최소의 충전 체적(V0)을 갖는 가변 용량형 충전 탱크(120)로부터 반응 가스를 공급한 경우에서의 압력 변화를 나타낸다. A 구간에서의 반응 가스는 높은 종횡비를 갖는 개구부의 저면까지 공급되기에 충분한 압력을 가질 수 있는 반면, B 구간에서의 반응 가스는 상기 개구부의 저면까지 공급되기에 충분하지 않는 압력을 가지게 된다.As shown in FIG. 5, the graph G1 represents the reaction gas supplied through the reaction
따라서, 상대적으로 작은 충전 체적(V0)보다 더 큰 확장된 충전 체적(3V0)을 갖는 가변 용량형 충전 탱크(120)로부터 반응 가스를 공급할 때, 더 높은 압력을 갖는 상기 반응 가스를 상대적으로 더 긴 시간동안 공급할 수 있다. 이에 따라, 상기 반응 가스를 높은 종횡비를 갖는 개구부의 저면까지 충분하게 공급할 수 있다.Therefore, when supplying the reaction gas from the variable
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 박막 증착 장치는 공정 챔버(10) 내에 퍼지 가스를 공급하기 위한 퍼지 가스 공급기를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 퍼지 가스를 질소(N2) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등을 포함할 수 있다. 상기 퍼지 가스 공급기는 상기 반응 가스 공급기와 실질적으로 동일하거나 유사한 구조를 가질 수 있다. 따라서, 상기 퍼지 가스 공급기에 대한 설명을 생략하기로 한다.In example embodiments, the thin film deposition apparatus may further include a purge gas supplier for supplying a purge gas into the
또한, 상기 박막 증착 장치는 상기 반응 가스와 함께 캐리어 가스를 공급하기 위한 캐리어 가스 공급기를 더 포함할 수 있다.The thin film deposition apparatus may further include a carrier gas supplier for supplying a carrier gas together with the reaction gas.
상술한 바와 같이, 상기 박막 증착 장치는 반응 가스 공급원(112)으로부터 공급된 상기 반응 가스를 원하는 충전 체적으로 충전시키는 가변 용량형 충전 탱크(120)를 포함하고, 가변 용량형 충전 탱크(120)로부터 방출된 상기 반응 가스를 장시간 높은 압력으로 공정 챔버(10)에 공급할 수 있다.As described above, the thin film deposition apparatus includes a variable
따라서, 충전 챔버(122)의 충전 용량을 원하는 체적으로 조정함으로써, 공정 챔버(10)로부터 공급되는 상기 반응 가스를 높은 종횡비를 갖는 개구부의 저면까지 충분하게 공급할 수 있다. 또한, 가변 용량형 충전 탱크(120)의 충전 체적을 가변시킴으로써, 설비의 구성을 개조하거나 변경하지 않고다양한 공정 조건을 제공할 수 있다.Accordingly, by adjusting the filling capacity of the filling
도 6a 내지 도 6c는 예시적인 실시예들에 따른 가변 용량형 충전 탱크를 나타내는 단면도들이다. 도 7은 도 6b의 가변 용량형 충전 탱크를 나타내는 분해 사시도이다.6A-6C are cross-sectional views illustrating a variable displacement fill tank according to exemplary embodiments. 7 is an exploded perspective view showing the variable displacement filling tank of FIG. 6B.
도 6a 내지 도 7을 참조하면, 가변 용량형 충전 탱크(130)는 서로 탈착 가능하도록 결합되어 내부의 충전 체적을 조정할 수 있는 복수 개의 단위 챔버들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 가변 용량형 충전 탱크(130)는 서로 탈착 가능하도록 결합되어 제1 충전 체적을 정의하는 하부 챔버(132) 및 상부 챔버(136)를 포함하고, 하부 챔버(132)와 상부 챔버(136) 사이에 탈착 가능하도록 결합되어 상기 제1 충전 체적보다 큰 충전 체적을 정의하는 적어도 하나의 중간 챔버(134)를 더 포함할 수 있다.6A to 7, the variable
도 6a에 도시된 바와 같이, 가변 용량형 충전 탱크(130)는 하부 챔버(132) 및 상부 챔버(136)로 구성될 수 있다. 하부 챔버(132)는 베이스(121) 상에 구비되는 튜브형 구조체일 수 있다. 상부 챔버(136)는 하부 챔버(132) 상에 결합되어 제1 충전 챔버를 정의할 수 있다. 상기 제1 충전 챔버는 최소 충전 체적(V0)을 가질 수 있다.As shown in FIG. 6A, the variable
하부 챔버(132)와 상부 챔버(136)는 고정 볼트 등의 체결 부재들이 서로 대응하는 제1 체결공(133a)과 제2 체결공(137a)에 체결됨으로써 상호 결합될 수 있다. 제1 체결공(133a)은 하부 챔버(132)의 개방된 단부에 수평 방향으로 돌출 형성된 제1 플랜지부(133)에 형성될 수 있고, 제2 체결공(137a)은 상부 챔버(136)의 개방된 단부에 수평 방향으로 돌출 형성된 제2 플랜지부(137)에 형성될 수 있다. 하부 챔버(132)와 상부 챔버(136) 사이에 유체 밀봉을 위한 개스킷(138)이 개재될 수 있다. 개스킷(138)에는 제1 및 제2 체결공들(133a, 137a)에 대응하는 개스킷 체결공들(138a)이 형성될 수 있다. The
도 6b에 도시된 바와 같이, 가변 용량형 충전 탱크(130)는 하부 챔버(132), 중간 챔버(134) 및 상부 챔버(136)로 구성될 수 있다. 중간 챔버(134) 및 상부 챔버(136)는 하부 챔버(132) 상에 결합되어 제2 충전 챔버를 정의할 수 있다. 상기 제2 충전 챔버는 최소 충전 체적(V0)보다 큰 제2 충전 체적(V1)을 가질 수 있다.As shown in FIG. 6B, the variable
하부 챔버(132)와 중간 챔버(134)는 고정 볼트 등의 체결 부재들이 서로 대응하는 제1 체결공(133a)과 제3 체결공(135a)에 체결됨으로써 상호 결합될 수 있다. 제1 체결공(133a)은 하부 챔버(132)의 개방된 단부에 수평 방향으로 돌출 형성된 제1 플랜지부(133)에 형성될 수 있고, 제3 체결공(135a)은 중간 챔버(136)의 개방된 하단부에 수평 방향으로 돌출 형성된 제3 플랜지부(135)에 형성될 수 있다. 하부 챔버(132)와 중간 챔버(134) 사이에 유체 밀봉을 위한 개스킷(138)이 개재될 수 있다.The
중간 챔버(134)와 상부 챔버(136)는 고정 볼트 등의 체결 부재들이 서로 대응하는 제3 체결공(135a)과 제2 체결공(137a)에 체결됨으로써 상호 결합될 수 있다. 제3 체결공(135a)은 중간 챔버(136)의 개방된 상단부에 수평방향으로 돌출 형성된 제3 플랜지부(135)에 형성될 수 있고, 제2 체결공(137a)은 상부 챔버(136)의 개방된 단부에 수평 방향으로 돌출 형성된 제2 플랜지부(133)에 형성될 수 있다. 중간 챔버(134)와 상부 챔버(136) 사이에 유체 밀봉을 위한 개스킷(138)이 개재될 수 있다.The
도 6c에 도시된 바와 같이, 가변 용량형 충전 탱크(130)는 하부 챔버(132), 제1 및 제2 중간 챔버들(134a, 134b) 및 상부 챔버(136)로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 중간 챔버들(134a, 134b) 및 상부 챔버(136)는 하부 챔버(132) 상에 결합되어 제3 충전 챔버를 정의할 수 있다. 상기 제3 충전 챔버는 최소 충전 체적(V0)보다 큰 제3 충전 체적(V2)을 가질 수 있다.As shown in FIG. 6C, the variable
하부 챔버(132)와 제1 중간 챔버(134a)는 고정 볼트 등의 체결 부재들에 상호 결합될 수 있다. 하부 챔버(132)와 제1 중간 챔버(134a) 사이에 유체 밀봉을 위한 개스킷(138)이 개재될 수 있다.The
제1 중간 챔버(134a)와 제2 중간 챔버(134b)는 고정 볼트 등의 체결 부재들에 상호 결합될 수 있다. 제1 중간 챔버(134a)와 제2 중간 챔버(134b) 사이에 유체 밀봉을 위한 개스킷(138)이 개재될 수 있다.The first
제2 중간 챔버(134b)와 상부 챔버(136)는 고정 볼트 등의 체결 부재들에 의해 상호결합될 수 있다. 제2 중간 챔버(134b)와 상부 챔버(136) 사이에 유체 밀봉을 위한 개스킷(138)이 개재될 수 있다.The second
상술한 바와 같이, 가변 용량형 충전 탱크(130)는 서로 수직적으로 탈착 가능하도록 결합되는 복수 개의 단위 챔버들을 포함할 수 있다. 상기 단위 챔버들 중 일부만이 선택되어 결합됨으로써, 원하는 충전 체적을 정의할 수 있다. 이와 다르게, 상기 가변 용량형 충전 탱크는 서로 수평적으로 탈착 가능하도록 결합되는 복수 개의 단위 챔버들을 포함할 수 있다.As described above, the variable
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 박막 증착 장치를 나타내는 도면이다. 도 9는 도 8의 반응 가스 공급기를 나타내는 블록도이다. 상기 박막 증착 장치는 반응 가스 공급기의 복수 개의 가변 용량형 충전 탱크들의 구성을 제외하고는 도 1 내지 도 5를 참조로 설명한 박막 증착 장치와 실질적으로 동일하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.8 is a diagram illustrating a thin film deposition apparatus according to example embodiments. FIG. 9 is a block diagram illustrating a reactive gas supplier of FIG. 8. The thin film deposition apparatus is substantially the same as the thin film deposition apparatus described with reference to FIGS. 1 to 5 except for the configuration of the plurality of variable capacitance filling tanks of the reactive gas supplier. Accordingly, like reference numerals refer to like elements, and repeated descriptions of like elements are omitted.
도 8 및 도 9를 참조하면, 박막 증착 장치의 반응 가스 공급기는 반응 가스 공급원(112)으로부터 공급된 반응 가스를 원하는 충전 체적만큼 각각 충전시키는 복수 개의 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)을 포함할 수 있다.8 and 9, the reactive gas supplier of the thin film deposition apparatus includes a plurality of variable
도 9에 도시된 바와 같이, 반응 가스 공급기(110)는 반응 가스 공급원(112)과 연결된 충전 라인(111)에 병렬로 연결된 제1 내지 제3 충전 분배 라인들(113a, 113b, 113c), 제1 내지 제3 충전 분배 라인들(113a, 113b, 113c)에 각각 연결되는 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c), 및 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)에 각각 연결되고 공정 챔버(10)와 연결된 반응 가스 공급 라인(117)에 병렬로 연결된 제1 내지 제3 방출 분배 라인들(115a, 115b, 115c)을 포함할 수 있다. 반응 가스 공급 라인(117)은 샤워 헤드(40)의 제2 도입로(43)에 연결될 수 있다.As shown in FIG. 9, the
반응 가스 공급기(110)는 제1 내지 제3 충전 분배 라인들(113a, 113b, 113c)에 각각 설치되어 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)로의 상기 반응 가스의 흐름을 제어하기 위한 제1 내지 제3 충전 밸브들(144a, 144b, 144c), 및 제1 내지 제3 방출 분배 라인들(115a, 115b, 115c)에 각각 설치되어 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)로부터 상기 반응 가스의 배출을 제어하기 위한 제1 내지 제3 방출 밸브들(146a, 146b, 146c)을 포함할 수 있다.The
또한, 반응 가스 공급기(110)는 충전 라인(111)에 설치되어 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)로 공급되는 상기 반응 가스의 흐름을 제어하기 위한 공급 제어 밸브(116), 및 반응 가스 공급 라인(117)에 설치되어 공정 챔버(10)로 공급되는 상기 반응 가스의 흐름을 제어하기 위한 제2 도입 제어 밸브(118)를 더 포함할 수 있다.In addition, a
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 박막 증착 장치는 반응 가스 공급기(110)의 상기 반응 가스의 충전 및 승압을 제어하기 위한 제어기(140)를 더 포함할 수 있다. 제어기(140)는 공급제어 밸브(116), 제2 도입 제어 밸브(118), 제1 내지 제3 충전 밸브들(144a, 144b, 144c) 및 제1 내지 제3 방출 밸브들(146a, 146b, 146c)의 개폐를 제어할 수 있다.In example embodiments, the thin film deposition apparatus may further include a
제2 유량 제어기는 가스 공급 라인에 설치되어 상기 가스 공급 라인을 통하여 챔버(20) 내부로 유입되는 상기 반응 가스의 공급 유량을 제어할 수 있다. 예를 들면, 상기 유량 제어기는 질량유량 제어기(MFC, mass flow controller)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 내지 제3 유량 제어기들(114a, 114b, 114c)은 제1 내지 제3 충전 분배 라인들(113a, 113b, 113c)에 각각 설치되어 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)로 공급되는 상기 반응 가스의 유량을 제어할 수 있다.The second flow controller may be installed in a gas supply line to control a supply flow rate of the reaction gas introduced into the
제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)은 서로 동일하거나 유사한 구성을 가질 수 있다. 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)은 서로 같거나 다른 충전 체적들을 갖도록 조정될 수 있다. 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)을 상기 반응 가스로 각각 충전시킨 후, 제1 내지 제3 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)로부터 상기 반응 가스를 동시에 또는 순차적으로 방출시키고 상기 방출된 상기 반응 가스를 수집하여 공정 챔버(10)에 공급할 수 있다. 이 때, 상기 수집된 반응 가스의 압력은 제1 내지 제3 충전 탱크들(120a, 120b, 120c) 각각의 충전 압력보다 큰 압력을 가질 수 있다.The first to third variable
이하에서는, 도 1 및 도 8의 박막 증착 장치를 이용하여 박막을 증착시키는 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of depositing a thin film using the thin film deposition apparatus of FIGS. 1 and 8 will be described.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 박막 증착 방법을 나타내는 순서도이다. 도 11a는 도 10의 박막 증착 방법의 소스 가스 공급 공정을 나타내는 순서도이고, 도 11b는 도 10의 박막증착 방법의 반응 가스 공급 공정을 나타내는 순서도이다. 상기 박막증착 방법은 원자층 증착 공정에 의해 웨이퍼 상에 텅스텐 박막을 형성하기 위해 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것을 아니다.10 is a flow chart illustrating a thin film deposition method according to exemplary embodiments. 11A is a flowchart illustrating a source gas supply process of the thin film deposition method of FIG. 10, and FIG. 11B is a flowchart illustrating a reaction gas supply process of the thin film deposition method of FIG. 10. The thin film deposition method may be used to form a tungsten thin film on a wafer by an atomic layer deposition process, but is not necessarily limited thereto.
도 1, 도 8, 도 10, 도11a 및 도 11b를 참조하면, 먼저, 공정 챔버(10) 내에 기판(W)을 로딩할 수 있다(S10).Referring to FIGS. 1, 8, 10, 11a and 11b, first, the substrate W may be loaded into the process chamber 10 (S10).
예시적인 실시예들에 있어서, 공정 챔버(10)는 ALD 공정을 위한 챔버일 수 있다. 기판(W)은 텅스텐 함유 박막이 형성되는 대상체일 수 있다. 기판(W)은 예를 들면, 실리콘 웨이퍼 또는 게르마늄 웨이퍼와 같은 반도체 웨이퍼로부터 제조될 수 있다. 한편, 기판(W) 상에는 각종 구조물들(도시되지 않음)이 더 형성될 수 있다.In example embodiments, the
이어서, 공정 챔버(10) 내에 소스 가스를 도입하여 기판(W) 상에 전구체 박막을 형성할 수 있다.Subsequently, a source gas may be introduced into the
예를 들면, 소스 가스 공급기(100)는 금속 전구체를 기화시켜 상기 소스 가스를 공정 챔버(10)로 공급할 수 있다. 상기 소스 가스의 예로서는, WF6, WCl6, WBr6, W(Co)6, W(C2H2)6, W(PF3)6, (C2H5)WH2 등을 들 수 있다.For example, the
S20 단계에서, 적어도 하나의 가변 용량형 충전 탱크(120, 120a, 120b, 120c)의 충전 체적을 조정하고(S202), 상기 가변 용량형 충전 탱크에 상기 소스 가스를 충전시키고(S204), 상기 충전 탱크 내에 충전된 소스 가스를 공정 챔버(10) 내에 공급할 수 있다(S206).In step S20, the filling volume of at least one variable displacement filling tank (120, 120a, 120b, 120c) is adjusted (S202), the source gas is charged into the variable displacement filling tank (S204), and the filling The source gas charged in the tank may be supplied into the process chamber 10 (S206).
도 1에 도시된 바와 같이, 공정 조건에 따라 가압 용량형 충전 탱크(120)가 원하는 충전 체적을 갖도록 가변 플레이트(124)를 이동시킬 수 있다. 가압 용량형 충전 탱크(120)에 소스 가스 공급원(102)으로부터의 상기 소스 가스를 충전시킨 후, 상기 충전된 소스 가스를 상기 공정 챔버에 공급할 수 있다.As shown in FIG. 1, the
도 8에 도시된 바와 같이, 원하는 충전 체적을 갖는 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)을 상기 소스 가스로 충전시킨 후, 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)로부터의 소스 가스들을 동시에 또는 순차적으로 방출시켜 하나의 소스 가스 공급 라인(107)을 통해 공정 챔버(10) 내로 공급할 수 있다. 이 때, 소스 가스 공급 라인(107)을 통해 공급되는 상기 소스 가스의 압력은 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c) 각각의 충전 압력보다 큰 압력을 가질 수 있다.As shown in FIG. 8, after filling the first to third variable
이후, 제1 퍼징(purging) 공정을 수행할 수 있다(S30).Thereafter, a first purging process may be performed (S30).
퍼지 가스 공급기는 공정 챔버(10) 내에 제1 퍼지 가스를 공급하여 기판(W) 표면 상에 미흡착된 금속 전구체들 또는 기판(W) 표면에 물리 흡착된 금속 전구체들을 공정 챔버(10)로부터 배출시킬 수 있다. 상기 제1 퍼징 공정에 사용되는 상기제1 퍼지 가스는 예를 들면, 아르곤(Ar) 가스를 포함할 수 있다.The purge gas supplier supplies a first purge gas into the
이어서, 공정 챔버(10) 내에 반응 가스를 도입하여 상기 전구체 박막을 금속막으로 변환시킬 수 있다(S40).Subsequently, the precursor thin film may be converted into a metal film by introducing a reaction gas into the process chamber 10 (S40).
예를 들면, 반응 가스 공급기(100)는 환원 가스로 사용되는 상기 반응 가스를 공정 챔버(10)로 공급할 수 있다. 상기 반응 가스의 예로서는, 상기 반응 가스의 예로서는 B2H6, Si2H6, SiH4, H2 등을 들 수 있다.For example, the
S40 단계에서, 적어도 하나의 가변 용량형 충전 탱크(120, 120a, 120b, 120c)의 충전 체적을 조정하고(S202), 상기 가변 용량형 충전 탱크에 상기 반응 가스를 충전시키고(S204), 상기 충전 탱크 내에 충전된 반응 가스를 공정 챔버(10) 내에 공급할 수 있다(S206).In step S40, the filling volume of the at least one variable capacity filling tank (120, 120a, 120b, 120c) is adjusted (S202), the variable capacity filling tank is filled with the reaction gas (S204), the filling The reaction gas filled in the tank may be supplied into the process chamber 10 (S206).
도 1에 도시된 바와 같이, 공정 조건에 따라 가압 용량형 충전 탱크(120)가 원하는 충전 체적을 갖도록 가변 플레이트(124)를 이동시킬 수 있다. 가압 용량형 충전 탱크(120)에 소스 가스 공급원(102)으로부터의 상기 반응 가스를 충전시킨 후, 상기 충전된 반응 가스를 상기 공정 챔버에 공급할 수 있다.As shown in FIG. 1, the
도 8에 도시된 바와 같이, 원하는 충전 체적을 갖는 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)을 상기 반응 가스로 충전시킨 후, 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c)로부터의 반응 가스들을 동시에 또는 순차적으로 방출시켜 하나의 소스 가스 공급 라인(107)을 통해 공정 챔버(10) 내로 공급할 수 있다. 이 때, 소스 가스 공급 라인(107)을 통해 공급되는 상기 반응 가스의 압력은 제1 내지 제3 가변 용량형 충전 탱크들(120a, 120b, 120c) 각각의 충전 압력보다 큰 압력을 가질 수 있다.As shown in FIG. 8, after filling the first to third variable
B2H6와 같은 환원 가스는 높은 종횡비를 갖는 개구부의 저면까지 도달하여 흡착되기 전에열분해되어 텅스텐 박막의 스텝 커버리지가 열화될 수 있다. 하지만, 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 환원 가스는 확장된 충전 체적을 갖는 상기 가변 용량형 충전 탱크 내에 충전된 후 공정 챔버(10) 내로 공급되므로, 더 높은 압력을 갖는 많은 양의 상기 환원 가스를 상기 개구부의 저면까지 충분하게 공급하여 열분해되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 텅스텐 박막의 스텝 커버리지 특성 및 시간당 설비당 생산량(UPEH)를 향상시킬 수 있다.A reducing gas, such as B2H6, may pyrolyze before reaching and adsorbing to the bottom of an opening having a high aspect ratio, thereby degrading the step coverage of the tungsten thin film. However, in exemplary embodiments, the reducing gas is supplied into the
이후, 제2 퍼징(purging) 공정을 수행할 수 있다(S50).Thereafter, a second purging process may be performed (S50).
상기 퍼지 가스 공급기는 공정 챔버(10) 내에 제2 퍼지 가스를 공급하여 공정 챔버(10) 내에 잔류하는 물질들을 배출시킬 수 있다.The purge gas supplier may supply a second purge gas into the
이어서, 상술한 S20 내지 S50 단계들을 복수개의 사이클들로 반복하여 원하는 두께의 금속막을 형성할 수 있다.Subsequently, the above-described steps S20 to S50 may be repeated in a plurality of cycles to form a metal film having a desired thickness.
도 1 내지 도 11b에서는, 가변 용량형 충전 탱크를 갖는 가스 공급기를 이용하여 공정 챔버에 소스 가스 또는 반응 가스를 공급하는 것으로 예시적으로 설명하였으나, 이에 제한되지는 않는다. 예를 들면, 후술하는 바와 같이, 상기 소스 가스 및 상기 반응 가스 이외에 텅스텐 핵생성층을 형성하기 위한 환원 가스를 공급하는 경우에도 상기 충전 탱크 구성을 갖는 가스 공급기가 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.1 to 11B have been exemplarily described as supplying a source gas or a reactant gas to a process chamber by using a gas supplier having a variable displacement fill tank, but the present invention is not limited thereto. For example, as will be described later, it will be appreciated that a gas supply having the filling tank configuration can be used even when supplying a reducing gas for forming a tungsten nucleation layer in addition to the source gas and the reaction gas.
이하에서는, 상술한 박막 증착 방법을 이용하여 반도체 장치를 제조하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device using the above-described thin film deposition method will be described.
도 12 내지 도 16은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다. 예를 들면, 도 12 내지 도 16은 상술한 예시적인 실시예들에 따른 박막 증착 방법을 활용한 반도체 장치의 도전 구조물의 형성 방법을 도시하고 있다.12 to 16 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with example embodiments. For example, FIGS. 12 through 16 illustrate a method of forming a conductive structure of a semiconductor device using the thin film deposition method according to the exemplary embodiments described above.
도 12를 참조하면, 도전 패턴(210)이 내부에 형성된 하부 구조물(200) 상에 층간 절연막(220)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 12, an
일부 실시예들에 있어서, 하부 구조물(200)은 예를 들면, 도 1에 도시된 기판(W) 상에형성된 하부 절연막을 포함할 수 있다. 기판(W) 상에는 워드 라인(word line), 게이트 구조물, 다이오드, 소스/드레인 층, 콘택, 배선 등을 포함하는 회로 소자가 형성될 수 있다. In some embodiments, the
이 경우, 하부 구조물(200)은 기판(100) 상에 형성되어 상기 회로 소자를 커버할 수 있다. 도전 패턴(210)은 하부 구조물(200) 내에 형성되며, 상기 회로 소자의 적어도 일부와 전기적으로 연결되는 플러그로 제공될 수 있다.In this case, the
하부 구조물(200)은 실리콘 산화물 계열 물질을 포함하도록 예를 들면, CVD 공정을 통해 형성될 수 있다. 도전 패턴(210)은 텅스텐(W), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 등의 금속, 금속 질화물, 금속 실리사이드 및/또는 도핑된 폴리실리콘을 포함하도록 형성될 수 있다.The
일부 실시예들에 있어서, 하부 구조물(200)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 예를 들면, 하부 구조물(200)은 실리콘, 게르마늄, 실리콘-게르마늄, 또는 GaP, GaAs, GaSb 등과 같은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 하부 구조물(200)은 실리콘-온-인슐레이터(Silicon-On-Insulator: SOI) 기판, 또는 게르마늄-온-인슐레이터(Germanium-On-Insulator: GOI) 기판일 수 있다. 이 경우, 도전 패턴(210)은 하부 구조물(200) 내에 형성된 n-타입 또는 p-타입의 불순물 영역일 수 있다In some embodiments, the
층간 절연막(220)은 실리콘 산화물 계열 물질 또는 저유전 유기 산화물을 포함하도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 층간 절연막(220)은 CVD 공정 또는 스핀 코팅 공정을 통해 형성될 수 있다. The interlayer insulating
도 13을 참조하면, 층간 절연막(220)을 부분적으로 제거하여 도전 패턴(210)을 적어도 부분적으로 노출시키는 개구부(225)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 13, an opening 225 may be formed to at least partially expose the
일부 실시예들에 있어서, 개구부(225)는 도전 패턴(210)의 상면이 전체적으로 노출시키는 홀(hole) 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 개구부(225)는 도전 패턴(210)의 상기 상면을 노출시키며 선형으로 연장되는 트렌치 형상을 가질 수도 있다.In some embodiments, the opening 225 may have a hole shape that is entirely exposed by the top surface of the
도 14를 참조하면, 층간 절연막(220) 표면, 및 개구부(225)의 측벽 및 저면을 따라, 배리어 도전막(230)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 14, a barrier
예시적인 실시예들에 따르면, 배리어 도전막(230)은 유기 금속 전구체를 활용하여, ALD 공정 또는 플라즈마 강화 ALD 공정(Plasma Enhanced ALD: PEALD) 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 배리어 도전막(230)은 텅스텐 질화물, 텅스텐 탄화물 또는 텅스텐 탄질화물을 포함하도록 형성될 수도 있다.In example embodiments, the barrier
도 15를 참조하면, 배리어 도전막(230) 상에 개구부(225)를 충분히 채우는 금속막(240)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 15, a
예시적인 실시예들에 있어서, 금속막(240)은 도 10, 도 11a 및 도 11b를 참조로 설명한 박막 증착 방법을 사용하여 형성될 수 있다.In example embodiments, the
도 10, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 소스 가스 공급 공정, 제1 퍼징 공정, 반응 가스 공급 공정 및 제2 퍼징 공정의 증착 사이클을 반복 수행하여 원하는 두께의 금속막을 형성할 수 있다. 예를 들면, WF6를소스 가스로 사용하고 B2H6를 반응 가스로 사용하여 텅스텐 박막을 형성할 수 있다.As illustrated in FIGS. 10, 11A, and 11B, deposition cycles of a source gas supply process, a first purging process, a reaction gas supply process, and a second purging process may be repeatedly performed to form a metal film having a desired thickness. For example, a tungsten thin film can be formed using WF6 as a source gas and B2H6 as a reaction gas.
이 경우, 배리어 도전막(230) 및 금속막(240)은 실질적으로 동일한 증착 챔버 내에서 인-시투(in-situ)로 증착될 수 있다.In this case, the barrier
도 16을 참조하면, 예를 들면 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polish: CMP) 공정을 통해 층간 절연막(220)의 상면이 노출될 때까지 금속막(240) 및 배리어 도전막(230)의 상부를 평탄화할 수 있다. Referring to FIG. 16, the upper portion of the
상기 평탄화 공정에 의해 개구부(225) 내부에는 도전 패턴(210)과 전기적으로 연결되며, 배리어 도전 패턴(232) 및 금속 충진 패턴(242)을 포함하는 도전 구조물이 형성될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 도전 구조물은 텅스텐 질화물/텅스텐(WNx/W) 적층 구조를 포함할 수 있다.Through the planarization process, a conductive structure electrically connected to the
예시적인 실시예들에 있어서, 배리어 도전막(230)을 형성한 후에, 전처리 공정을 수행할 수 있다. 상기 전처리 공정은 도 10a 및 도 10b를 참조로 설명한 박막 증착 방법의 반응 가스 공정 공정을 사용하여 형성될 수 있다.In example embodiments, after the barrier
예를 들면, 배리어 도전막(230)이 형성된 기판(W) 상에 B2H6를 반응 가스로 공급할 수 있다. 상기 반응 가스는 가변 용량형 충전 탱크 구성을 갖는 반응 가스 공급기를 이용하여 공급되어 핵생성층을 형성할 수 있다. B2H6 반응 가스는 기판 표면에서 분해되어 단일의 보론으로 흡착되거나 다양한 보론 수소화물(boron hydride)로 흡착되어 텅스텐 박막의 빠른 핵생성을 돕게 된다.For example, B2H6 may be supplied as a reaction gas onto the substrate W on which the barrier
도 17 내지 도 23은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 예를 들면, 도 17 내지 도 23은 3차원 구조의 비휘발성 메모리 장치 또는 수직 채널을 포함하는 수직형 메모리 장치의 제조 방법을 도시하고 있다.17 to 23 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with example embodiments. For example, FIGS. 17 to 23 illustrate a method of manufacturing a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure or a vertical memory device including a vertical channel.
도 17 내지 도 23에서 기판의 상면으로부터 수직하게 연장하는 방향 제1 방향으로 정의한다. 또한, 상기 기판의 상면에 평행하며 서로 교차하는 두 방향을 제2 방향 및 제3 방향으로 정의한다. 예를 들면, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향은 서로 수직하게 교차할 수 있다.17 to 23, the first direction is a direction extending vertically from the upper surface of the substrate. In addition, two directions parallel to the upper surface of the substrate and crossing each other are defined as a second direction and a third direction. For example, the second direction and the third direction may perpendicularly intersect each other.
도 17을 참조하면, 기판(300) 상에 층간 절연막들(302, 예를 들면 302a 내지 302g) 및 희생막들(304, 예를 들면 304a 내지 304f)을 교대로 반복으로 적층하여 몰드 구조물을 형성할 수 있다. 이후, 상기 몰드 구조물을 부분적으로 식각하여 기판(300)의 상면을 노출시키는 채널 홀들(310)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 17, an interlayer insulating films 302 (for example, 302a to 302g) and sacrificial films 304 (for example, 304a to 304f) are alternately and repeatedly stacked on the
예를 들면, 층간 절연막(302)은 실리콘 산화물을 포함하도록 형성될 수 있다. 희생막들(304)은 층간 절연막(302)에 대해 높은 식각 선택비를 가지며, 습식 식각 공정에 의해 용이하게 제거될 수 있는 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 희생막들(304)은 실리콘 질화물을 사용하여 형성될 수 있다.For example, the
희생막들(304)은 후속 공정을 통해 제거되어 그라운드 선택 라인(Ground Selection Line: GSL), 워드 라인 및 스트링 선택 라인(String Selection Line: SSL)이 형성되는 공간을 제공할 수 있다. 따라서, 층간 절연막들(302) 및 희생막들(304)이 적층되는 수는 이후 형성되는 상기 GSL, 워드 라인 및 SSL이 적층되는 수에 따라 달라질 수 있다.The
예를 들면, 상기 GSL 및 SSL은 각각 1개의 층에 형성되고, 상기 워드 라인은 4개의 층에 형성될 수 있다. 이 경우, 도 16에 도시된 바와 같이 희생막들(304)은 모두 6개의 층으로 적층되며 층간 절연막들(302)은 모두 7개의 층으로 적층될 수 있다. 그러나, 도 16에 도시된 층간 절연막(302) 및 희생막(304)의 적층 수는 예시적인 것이며, 상기 반도체 장치의 집적도에 따라 보다 증가될 수 있다.For example, the GSL and SSL may be formed in one layer, and the word line may be formed in four layers. In this case, as shown in FIG. 16, the
예를 들면, 상기 몰드 구조물을 건식 식각 공정을 통해 부분적으로 제거하여 복수의 채널 홀들(310)이 형성될 수 있다. 상기 제3 방향을 따라 복수의 채널 홀들(310)이 형성되어 채널 홀 열이 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 방향을 따라, 복수의 상기 채널 홀 열들이 형성될 수 있다.For example, a plurality of channel holes 310 may be formed by partially removing the mold structure through a dry etching process. A plurality of channel holes 310 may be formed along the third direction to form a channel hole column. In addition, a plurality of channel hole columns may be formed along the second direction.
도 18을 참조하면, 각 채널 홀(310) 내부에 유전막 구조물(322), 채널(324) 및 충진 패턴(326)을 포함하는 수직 채널 구조체(320)를 형성할 수 있다. 수직 채널 구조체(320) 상에는 캡핑 패드(330)가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 18, a
예를 들면, 채널 홀들(310)의 측벽 및 저면들과 최상층의 층간 절연막(302g) 상면을 따라 유전막을 형성할 수 있다. 상기 유전막은 구체적으로 도시하지는 않았으나, 블로킹 막, 전하 저장막 및 터널 절연막을 순차적으로 적층하여 형성될 수 있다.For example, a dielectric layer may be formed along the sidewalls and bottoms of the channel holes 310 and the upper surface of the interlayer insulating
상기 블로킹 막은 실리콘 산화물과 같은 산화물을 사용하여 형성될 수 있고, 상기 전하 저장막은 실리콘 질화물과 같은 질화물 또는 금속 산화물을 사용하여 형성될 수 있으며, 상기 터널 절연막은 실리콘 산화물과 같은 산화물을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 유전막은 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 적층 구조를 갖도록 형성될 수 있다. The blocking film may be formed using an oxide such as silicon oxide, the charge storage layer may be formed using a nitride or metal oxide such as silicon nitride, and the tunnel insulating layer may be formed using an oxide such as silicon oxide. Can be. For example, the dielectric layer may be formed to have an oxide-nitride-oxide (ONO) stacked structure.
예를 들면, 에치-백 공정을 통해 상기 유전막의 상부 및 저부를 부분적으로 제거할 수 있다. 이에 따라, 상기 유전막의 최상층의 층간 절연막(302g) 상기 상면 및 기판(300)의 상기 상면 상에 형성된 부분들이 실질적으로 제거되어 유전막 구조물(322)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 유전막 구조물(322)은 채널 홀(310)의 측벽 상에 형성되며, 실질적으로 스트로우(straw) 형상 또는 실린더 쉘(shell) 형상을 가질 수 있다. For example, an etch-back process may partially remove the top and bottom of the dielectric film. Accordingly, the
이어서, 최상층의 층간 절연막(302g) 및 유전막 구조물(322)의 표면들, 및 기판(300)의 상기 상면을 따라 채널막을 형성하고, 상기 채널막 상에 채널 홀들(310) 나머지 부분을 채우는 충진막을 형성할 수 있다.Subsequently, a channel film is formed along the upper surfaces of the
상기 채널막은 선택적으로 불순물이 도핑된 폴리실리콘 혹은 비정질 실리콘을 사용하여 형성될 수 있다. 한편, 폴리실리콘 혹은 비정질 실리콘을 사용하여 상기 채널 막을 형성한 후 열처리 또는 레이저 빔 조사에 의해 이를 단결정 실리콘으로 전환시킬 수도 있다. 상기 충진막은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 절연 물질을 사용하여 형성될 수 있다. The channel layer may be formed using polysilicon or amorphous silicon doped with impurities. Meanwhile, the channel film may be formed using polysilicon or amorphous silicon and then converted into monocrystalline silicon by heat treatment or laser beam irradiation. The filling film may be formed using an insulating material such as silicon oxide or silicon nitride.
최상층의 층간 절연막(302g)이 노출될 때까지 상기 충진막 및 상기 채널막을 평탄화하여 유전막 구조물(322)의 내측벽으로부터 순차적으로 적층되어 채널 홀(310) 내부를 채우는 채널(324) 및 충진 패턴(326)을 형성할 수 있다. 상기 평탄화 공정은 CMP 공정 및/또는 에치-백 공정을 포함할 수 있다.The fill layer and the channel layer are planarized until the uppermost
채널(324)은 실질적으로 컵(cup) 형상을 가지며, 채널 홀(310)에 의해 노출된 기판(300)의 상기 상면과 접촉될 수 있다. 충진 패턴(326)은 채널(324)의 내부 공간에 삽입된 필라(pillar) 혹은 속이 찬 원기둥 형상을 가질 수 있다. The
각 채널 홀(310) 마다 채널(324)이 형성됨에 따라, 상술한 채널 홀 열의 배열 형태에 대응되는 채널 열이 형성될 수 있다. As the
수직 채널 구조체(320) 상에는 채널 홀(310)의 상부를 캡핑하는 캡핑 패드(330)를 더 형성할 수 있다. 예를 들면, 유전막 구조물(322), 채널(324) 및 충진 패턴(326)의 상부를 에치-백 공정을 통해 제거하여 리세스를 형성할 수 있다. 이후, 상기 리세스를 채우는 패드막을 최상층의 층간 절연막(302g) 상에 형성하고, 최상층의 층간 절연막(302g)의 상면이 노출될 때까지 상기 패드막의 상부를 CMP 공정을 통해 평탄화하여 캡핑 패드(330)를 형성할 수 있다. 상기 패드막은 폴리실리콘 또는 예를 들면 n형 불순물이 도핑된 폴리실리콘을 사용하여 형성될 수 있다.A
최상층의 층간 절연막(302g) 상에는 캡핑패드들(330)을 덮는 제1 상부 절연막(340)을 형성할 수 있다. 제1 상부 절연막(440)은 예를 들면, 실리콘 산화물을 포함하도록 CVD 공정, 스핀 코팅 공정 등을 통해 형성될 수 있다.The first upper insulating
도 19를 참조하면, 상기 제1 상부 절연막(340) 및 상기 몰드 구조물을 부분적으로 식각하여 개구부(350)를 형성할 수 있다. 예를 들면, 이웃하는 일부 상기 채널 열들 사이의 제1 상부 절연막(340) 및 상기 몰드 구조물 부분들을 건식 식각 공정을 통해 식각하여 개구부(350)가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 19, an
개구부(350)는 상기 제1 방향을 따라 상기 몰드 구조물을 관통하여 기판(300)의 상면을 노출시킬 수 있다. 또한, 개구부(350)는 상기 제3 방향으로 연장되며, 복수의 개구부들(350)이 상기 제2 방향을 따라 형성될 수 있다.The
개구부(350)는 게이트 라인 컷 영역으로 제공될 수 있다. 제2 방향을 따라 이웃하는 개구부들(350) 사이에 소정의 개수의 상기 채널 열들이 배열될 수 있다.The
한편, 개구부들(350)이 형성됨에 따라, 층간 절연막들(302) 및 희생막들(304)은 각각 층간 절연 패턴들(306, 예를 들면, 306a 내지 306g) 및 희생 패턴들(308, 예를 들면, 308a 내지 308f)로 변환될 수 있다. 층간 절연 패턴(306) 및 희생 패턴(308)은 상기 소정의 개수의 채널 열들에 포함된 수직 채널 구조체들(320)을 감싸며 연장하는 플레이트(plate) 형상을 가질 수 있다.On the other hand, as the
도 20을 참조하면, 개구부(350)에 의해 측벽이 노출된 희생 패턴들(308)을 제거할 수 있다. Referring to FIG. 20,
희생 패턴(308)이 실리콘 질화물을 포함하며 층간 절연 패턴(306)이 실리콘 산화물을 포함하는 경우, 실리콘 질화물에 선택비를 갖는 인산과 같은 식각액을 사용하여 희생 패턴들(308)을 습식 식각 공정을 통해 제거할 수 있다.When the
희생막 패턴들(308)이 제거됨에 따라, 각 층의 층간 절연 패턴들(306) 사이에서 갭(gap)(360)이 형성되며, 갭(360)에 의해 유전막 구조물(322)의 외측벽이 노출될 수 있다.As the
도 21을 참조하면, 노출된 유전막 구조물(322)의 상기 외측벽 및 갭(360)의 내벽, 층간 절연 패턴들(306)의 표면, 제1 상부 절연막(340)의 표면, 및 노출된 기판(300)의 상기 상면을 따라 배리어 도전막(363)을 형성할 수 있다. 배리어 도전막(363) 상에는 금속 게이트막(365)을 형성할 수 있다. 금속 게이트막(365)은 각 층의 갭들(360)을 완전히 채우며, 개구부(350) 역시 적어도 부분적으로 채우도록 형성될 수 있다.21, the outer wall of the exposed
예를 들면, 배리어 도전막(363)은 유기 금속 전구체를 활용하여, ALD 공정 또는 플라즈마 강화 ALD 공정(Plasma Enhanced ALD: PEALD) 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면, 배리어 도전막(363)은 텅스텐 질화물, 텅스텐 탄화물 또는 텅스텐 탄질화물을 포함하도록 형성될 수도 있다.For example, the barrier
예시적인 실시예들에 있어서, 배리어 도전막(363)이 형성된 기판(400) 상에 B2H6와 같은 반응 가스를 공급하여 핵생성층을 형성할 수 있다. 상기 반응 가스는 도 1 내지 도 11b를 참조하여 설명한 가변 용량형 충전 탱크 구성을 갖는 반응 가스 공급기를 이용하여 공급될 수 있다. B2H6 반응 가스는 기판 표면에서 분해되어 단일의 보론으로 흡착되거나 다양한 보론 수소화물(boron hydride)로 흡착되어 텅스텐 박막의 빠른 핵생성을 돕게 된다.In example embodiments, a nucleation layer may be formed by supplying a reaction gas such as B2H6 on the
개구부(350)는 상기 반도체 장치의 집적도에 따라 높은 종횡비를 가질 수 있다. B2H6와 같은 환원 가스는 높은 종횡비를 갖는 개구부(350)의 저면까지 도달하여 흡착되기 전에 열분해되어 텅스텐 박막의 스텝 커버리지가 열화될 수 있다. 하지만, 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 반응 가스는 충전 압력(P0)보다 큰 압력으로 승압됨에 따라, 많은 양의 반응 가스를 개구부(350)의 저면의 갭(360) 내부까지 충분하게 공급할 수 있다.The
이어서, 도 10, 도 11a 및 도 11b를 참조로 설명한 박막 증착 방법을 사용하여 배리어 도전막(363) 상에는 금속 게이트막(365)을 형성할 수 있다.Subsequently, the
도 10, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 소스 가스 공급 공정, 제1 퍼징 공정, 반응 가스 공급 공정 및 제2 퍼징 공정의 증착 사이클을 반복 수행하여 원하는 두께의 금속막을 형성할 수 있다. 예를 들면, WF6를소스 가스로 사용하고 B2H6를 반응 가스로 사용하여 텅스텐 박막을 형성할 수 있다.As illustrated in FIGS. 10, 11A, and 11B, deposition cycles of a source gas supply process, a first purging process, a reaction gas supply process, and a second purging process may be repeatedly performed to form a metal film having a desired thickness. For example, a tungsten thin film can be formed using WF6 as a source gas and B2H6 as a reaction gas.
도 22를 참조하면, 배리어 도전막(363) 및 금속 게이트막(365)을 부분적으로 식각하여 각 층의 갭(360) 내부에 배리어 도전 패턴(367) 및 금속 게이트(370, 예를 들면 370a 내지 370f)를 형성할 수 있다. 금속 게이트(370)은 상기 소정의 개수의 채널 열들에 포함된 수직 채널 구조체들(320)의 측벽을 감싸며 연장하는 라인 형상 또는 플레이트 형상을 가질 수 있다.Referring to FIG. 22, the barrier
예를 들면, 배리어 도전막(363) 및 금속 게이트막(365)의 상부를 제1 상부 절연막의(340) 상면이 노출될 때까지, 예를 들면 CMP 공정을 통해 평탄화할 수 있다. 이 후, 개구부(350) 내부에 형성된 배리어 도전막(363) 및 금속 게이트막(365) 부분을 예를 들면, 등방성 식각 공정을 통해 부분적으로 식각함으로써 각 층의 갭(360) 내부에 배리어 도전 패턴(367) 및 금속 게이트(370)를 형성할 수 있다. 배리어 도전 패턴(367)은 갭(360)의 내벽을 따라 형성되며, 금속 게이트(370)는 배리어 도전 패턴(367) 상에 형성되어, 각 층의 갭(360)을 채울 수 있다.For example, the upper portions of the barrier
금속 게이트들(370)은 기판(300)의 상기 상면으로부터 상기 제1 방향을 따라 순차적으로 이격되어 형성된 GSL, 워드 라인 및 SSL을 포함할 수 있다. 예를 들면, 최하층의 금속 게이트(370a)는 상기 GSL로 제공될 수 있다. 상기 GSL 상부의 4개 층의 금속 게이트들(370b 내지 370e)은 상기 워드 라인으로 제공될 수 있다. 상기 워드 라인 상부의 최상층의 금속 게이트(370f)는 상기 SSL로 제공될 수 있다.The
도 23을 참조하면, 개구부(350)에 의해 노출된 기판(300) 상부에 불순물 영역(305)을 형성하고, 개구부(305)를 채우는 스페이서(380) 및 커팅 패턴(385)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 23, an
예를 들면, 이온 주입 공정을 통해 예를 들면, 인 또는 비소와 같은 n형 불순물을 개구부(350)를 통해 주입함으로써 불순물 영역(305)을 형성할 수 있다. 불순물 영역(305)은 기판(300)의 상기 상부에 형성되어 상기 제3 방향으로 연장할 수 있다.For example, the
개구부(350)의 측벽 상에 스페이서(380)를 형성할 수 있다. 예를 들면, 실리콘 산화물과 같은 절연 물질을 포함하는 스페이서 막을 제1 상부 절연막(340)의 상면, 및 개구부(350)의 측벽 및 저면을 따라 ALD 공정을 통해 형성할 수 있다. 예를 들면, 이방성 식각공정 또는 에치-백 공정을 통해 상기 스페이서 막을 부분적으로 제거하여 개구부(350)의 상기 측벽 상에 선택적으로 스페이서(380)를 형성할 수 있다.The
이후, 개구부(350)의 나머지 부분을 채우는 커팅 패턴(385)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 개구부(350)를 충분히 채우는 도전막을 제1 상부 절연막(340) 상에 형성할 수 있다. 상기 도전막의 상부를 제1 상부 절연막(340)의 상면이 노출될 때까지 CMP 공정을 통해 평탄화하여 개구부(350) 내에서 연장하는 커팅 패턴(385)이 형성될 수 있다. Thereafter, a
상기 도전막은 금속, 금속 질화물, 금속 실리사이드 및/또는 도핑된 폴리실리콘을 포함하도록 ALD 공정 또는 스퍼터링 공정을 통해 형성될 수 있다. 커팅 패턴(385)은 상기 반도체 장치의 CSL로 제공될 수 있다.The conductive layer may be formed through an ALD process or a sputtering process to include metal, metal nitride, metal silicide and / or doped polysilicon. The
일부 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 도전막은 상술한 예시적인 실시예들에 따른 유기 금속 전구체를 사용하여 형성될 수도 있다. 이 경우, 커팅 패턴(385)은 텅스텐을 포함할 수 있다.In some example embodiments, the conductive layer may be formed using an organometallic precursor according to the above-described example embodiments. In this case, the
제1 상부 절연막(340) 상에 커팅 패턴(385) 및 스페이서(380)를 덮는 제2 상부 절연막(390)을 형성할 수 있다. 제2 상부 절연막(390)은 제1 상부 절연막(340)과 실질적으로 동일하거나 유사한 실리콘 산화물을 포함하도록 예를 들면, CVD 공정을 통해 형성될 수 있다.A second upper insulating
이후, 제1 및 제2 상부절연막들(390, 340)을 관통하여 캡핑 패드(330)와 접촉하는 비트 라인 콘택(395)을 형성할 수 있다. 이어서, 비트 라인 콘택(395)과 전기적으로 연결되는 비트 라인(397)을 제2 상부 절연막(390) 상에 형성할 수 있다. 비트 라인 콘택(395) 및 비트 라인(397)은 금속, 금속 질화물, 도핑된 폴리실리콘 등을 포함하도록 PVD 공정, ALD 공정, 스퍼터링 공정 등을 통해 형성될 수 있다. Thereafter, a
비트 라인 콘택(395)은 캡핑 패드(330)와 대응하도록 복수 개로 형성되어 비트 라인 콘택 어레이를 형성할 수 있다. 또한, 비트 라인(397)은 예를 들면, 상기 제2 방향으로 연장하며, 복수의 캡핑 패드들(330)과 비트 라인 콘택(395)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 복수의 비트 라인들(397) 상기 제3 방향을 따라 형성될 수 있다.A plurality of
전술한 예시적인 실시예들에 따른 박막 증착 장치 및 박막 증착 방법은 플래시 메모리 장치의 게이트 패턴 등과 같은 도전성 구조물을 형성하는 데 이용될 수 있다. 또한, 상기 박막 증착 장치 및 박막 증착 방법은 엠렘(MRAM) 장치, 알램(ReRAM) 장치, 피램(PRAM) 장치, 로직 소자 등과 같은 각종 반도체 소자의 전극, 게이트, 콘택 등의 형성을 위해 확장 적용될 수 있다.The thin film deposition apparatus and the thin film deposition method according to the above-described exemplary embodiments may be used to form a conductive structure such as a gate pattern of a flash memory device. In addition, the thin film deposition apparatus and the thin film deposition method may be extended to form electrodes, gates, contacts, etc. of various semiconductor devices such as an MRAM device, an ReRAM device, a PRAM device, a logic device, and the like. have.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.
10: 공정 챔버
20: 챔버
22: 출입구
24: 게이트 밸브
26: 배기구
30: 기판 지지부
32: 히터
40: 샤워 헤드
42: 제1 도입로
43: 제2 도입로
44: 상부 공간
45: 하부 공간
46: 제1 가스 토출로
47: 제2 가스 토출로
50: 배기 장치
100: 소스 가스 공급기
102: 소스 가스 공급원
104, 104a, 104b, 104c: 제1 유량 제어기
106, 116: 공급 제어 밸브
107: 소스 가스 공급 라인
108: 제1 도입 제어 밸브
110: 반응 가스 공급기
111: 충전 라인
112: 반응 가스 공급원
113a, 113b, 113c: 충전 분배 라인
114, 114a, 114b, 114c: 제2 유량제어기
115a, 115b, 115c: 방출 분배 라인
117: 반응 가스 공급 라인
118: 제2 도입 제어 밸브
120, 120a, 120b, 120c, 130: 가변 용량형 충전 탱크
121: 베이스
122: 충전 챔버
124: 가변 플레이트
125: 로드
126: 가변 플레이트 구동부
132: 하부 챔버
134, 134a, 134b: 중간 챔버
136: 상부 챔버
138: 개스킷
140: 제어기
144a, 144b, 144c: 충전 밸브
146a, 146b, 146c: 방출 밸브
200: 하부 구조물
210: 도전 패턴
220, 302: 층간 절연막
225, 350: 개구부
240: 금속막
232, 367: 배리어 도전 패턴
242: 금속 충진 패턴
304: 희생막
305: 불순물 영역
306: 층간 절연 패턴
308: 희생 패턴
310: 채널 홀
320: 수직 채널 구조체
322: 유전막 구조물
324: 채널
326: 충진 패턴
330: 캡핑 패드
340: 제1 상부 절연막
360: 갭
380: 스페이서
385: 커팅 패턴
390: 제2 상부 절연막
395: 비트 라인 콘택10: process chamber 20: chamber
22: outlet 24: gate valve
26: exhaust port 30: substrate support
32: heater 40: shower head
42: first introduction furnace 43: second introduction furnace
44: upper space 45: lower space
46: first gas discharge passage 47: second gas discharge passage
50: exhaust device 100: source gas supply
102: source gas source
104, 104a, 104b, 104c: first flow controller
106, 116: supply control valve 107: source gas supply line
108: first introduction control valve 110: reaction gas supply
111: filling line 112: reaction gas source
113a, 113b, 113c: charge distribution line
114, 114a, 114b, 114c: second flow controller
115a, 115b, 115c: emission distribution lines
117: reaction gas supply line 118: second introduction control valve
120, 120a, 120b, 120c, 130: variable displacement filling tank
121: base 122: filling chamber
124: variable plate 125: rod
126: variable plate drive 132: lower chamber
134, 134a, 134b: intermediate chamber 136: upper chamber
138: gasket 140: controller
144a, 144b, and 144c: filling valves 146a, 146b and 146c: discharge valves
200: substructure
210:
225, 350: opening 240: metal film
232, 367: barrier conductive pattern 242: metal filling pattern
304: sacrificial film 305: impurity region
306: interlayer insulation pattern 308: sacrificial pattern
310: channel hole 320: vertical channel structure
322
326: filling pattern 330: capping pad
340: first upper insulating film 360: gap
380: spacer 385: cutting pattern
390: second upper insulating film 395: bit line contact
Claims (10)
적어도 하나의 가변 용량형 충전 탱크의 충전 체적을 조정하고
가스를 상기 가변 용량형 충전 탱크에 충전시키고 그리고
상기 충전된 가스를 상기 공정 챔버 내에 도입하는 것을포함하는 박막 증착 방법.Load the substrate into the process chamber
Adjust the filling volume of at least one variable displacement filling tank
Charging gas into the variable displacement filling tank and
And introducing said filled gas into said process chamber.
충전 챔버 내에 외측부가 상기 충전 챔버의 내측면과 밀폐된 상태에서 승하강 가능하도록 가변 플레이트를 설치하고 그리고
원하는 충전 체적을 갖도록 상기 가변 플레이트를 이동시키는 것을 포함하는 박막 증착 방법.The method of claim 1, wherein adjusting the filling volume of the variable displacement filling tank
A variable plate is installed in the filling chamber so that the outer side can be lifted and lowered in a state in which the outer side is closed with the inner surface of the filling chamber, and
Thin film deposition method comprising moving said variable plate to have a desired fill volume.
서로 탈착 가능하도록 결합되는 복수 개의 단위 챔버들을 마련하고 그리고
원하는 충전 체적을 갖도록 상기 단위 챔버들 중 일부를 선택하여 결합시키는 것을 포함하는 박막 증착 방법.The method of claim 1, wherein adjusting the filling volume of the variable displacement filling tank
Providing a plurality of unit chambers detachably coupled to each other, and
And depositing some of said unit chambers to have a desired fill volume.
상기 복수 개의 가변 용량형 충전 탱크들로부터 상기 가스를 동시에 또는 순차적으로 방출시키고 그리고
상기 방출된 가스들을 상기 공정 챔버와 연결된 공급 라인으로 도입시키는 것을 포함하는 박막 증착 방법.5. The method of claim 4, wherein introducing the filled gas into the process chamber
Simultaneously or sequentially discharging the gas from the plurality of variable displacement fill tanks and
Introducing the released gases into a supply line connected with the process chamber.
The method of claim 1, wherein the gas is introduced into the filling tank through a flow controller installed in a filling line connected to a gas source.
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