KR20200072411A - 실리콘 전구체 가압 도징 단계를 포함하는 절연막 제조방법 - Google Patents

실리콘 전구체 가압 도징 단계를 포함하는 절연막 제조방법 Download PDF

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Abstract

절연막 제조방법을 제공한다. 상기 절연막 제조방법은 기판이 투입된 챔버의 가스 유출구를 닫은 상태에서 상기 기판 상에 실리콘 전구체를 공급하여 상기 챔버 내 반응압력을 증가시켜 상기 실리콘 전구체를 상기 기판 표면 상에 흡착시키는 실리콘 전구체 가압 도징 단계를 포함한다. 상기 실리콘 전구체 가압 도징 단계 후, 상기 챔버를 퍼지하는 실리콘 전구체 퍼지 단계를 수행한다. 상기 실리콘 전구체 퍼지 단계 후, 반응가스를 상기 챔버 내로 공급하여 상기 기판 상에 흡착된 실리콘 전구체와 반응시키는 반응가스 공급 단계를 수행한다. 상기 반응가스 공급 단계 후, 상기 챔버를 퍼지하는 반응가스 퍼지 단계를 수행한다. 상기 실리콘 전구체 가압 도징 단계, 상기 실리콘 전구체 퍼지 단계, 상기 반응가스 공급 단계, 상기 반응가스 퍼지 단계는 단위 사이클에 포함되고, 상기 단위 사이클을 다수회 진행하여, 상기 기판 상에 실리콘 절연막을 형성한다.

Description

실리콘 전구체 가압 도징 단계를 포함하는 절연막 제조방법 {Method for preparing insulating layer including silicon precursor pressurized dosing step}
본 발명은 절연막에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘을 함유하는 실리콘 절연막에 관한 것이다.
최근 반도체 소자의 집적도가 크게 향상됨에 따라, 3차원 반도체 소자에 대한 요구가 크게 증가하고 있다. 3차원 반도체 소자는 일 예로서 수직구조 낸드 플래시, 핀펫(FinFET) 등이 있다. 이러한 3차원 반도체 소자에서, 사용되는 절연막 일 예로서, 게이트 절연막은 가로세로비(aspect ratio)가 큰 3차원 구조의 표면 상에 형성되기 때문에 뛰어난 단차피복성을 가져야 한다. 또한, 절연막이 형성되기 전에 기판 상에는 불순물 도핑된 반도체층이 존재할 수 있으로, 절연막을 형성하는 온도가 높을 경우 이 불순물의 확산등에 의해 예기치 않은 오류가 발생할 수 있다. 이에 따라, 절연막은 뛰어난 단차피복성(step coverage)을 갖고, 낮은 온도에서 형성될 것이 요구되고 있다.
반도체 소자에서 주로 사용되는 절연막은 실리콘 절연막으로, 실리콘 절연막은 열산화(thermal oxidation), 저압화학기상증착(LPCVD, Low-Pressure Chemical Vapor Deposition) 등의 방법으로 형성하여 왔으나, 이러한 방법들은 공정온도가 높고 두께 균일도가 낮은 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 두께 균일도가 높으면서도 저온 성장 가능한 절연막 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 절연막 제조방법을 제공한다. 상기 절연막 제조방법은 기판이 투입된 챔버의 가스 유출구를 닫은 상태에서 상기 기판 상에 실리콘 전구체를 공급하여 상기 챔버 내 반응압력을 증가시켜 상기 실리콘 전구체를 상기 기판 표면 상에 흡착시키는 실리콘 전구체 가압 도징 단계를 포함한다. 상기 실리콘 전구체 가압 도징 단계 후, 상기 챔버를 퍼지하는 실리콘 전구체 퍼지 단계를 수행한다. 상기 실리콘 전구체 퍼지 단계 후, 반응가스를 상기 챔버 내로 공급하여 상기 기판 상에 흡착된 실리콘 전구체와 반응시키는 반응가스 공급 단계를 수행한다. 상기 반응가스 공급 단계 후, 상기 챔버를 퍼지하는 반응가스 퍼지 단계를 수행한다. 상기 실리콘 전구체 가압 도징 단계, 상기 실리콘 전구체 퍼지 단계, 상기 반응가스 공급 단계, 상기 반응가스 퍼지 단계는 단위 사이클에 포함되고, 상기 단위 사이클을 다수회 진행하여, 상기 기판 상에 실리콘 절연막을 형성한다.
상기 실리콘 전구체는 염화실란을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 실리콘 전구체는 SiCl4, SiH2Cl2, Si2Cl6 및 Si3Cl8로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 실리콘 전구체는 캐리어 가스 없이 공급될 수 있다. 상기 반응압력은 수십 mTorr일 수 있다. 일 구체예에서, 상기 실리콘 전구체는 SiCl4이고, 상기 반응가스는 산화제이고, 상기 절연막은 실리콘 산화막일 수 있다.
상기 실리콘 전구체 가압 도징 단계와 상기 실리콘 전구체 퍼지 단계는 실리콘 전구체 서브 사이클에 포함되고, 상기 반응가스 공급 단계 전에, 상기 실리콘 전구체 서브 사이클을 다수회 수행할 수 있다.
상기 반응가스 공급단계는 상기 챔버의 가스 유출구를 닫은 상태에서 상기 반응가스를 공급하여 상기 챔버 내 반응압력을 증가시킨 상태에서 진행하는 반응가스 가압 도징 단계로 진행할 수 있다. 상기 반응가스 가압 도징 단계와 상기 반응가스 퍼지 단계는 반응가스 서브 사이클에 포함되고, 상기 단위 사이클은 상기 반응가스 서브 사이클을 연속하여 다수회 수행하는 것을 포함할 수 있다.
상기 반응가스는 H2O, H2O2, O2, 또는 O3을 포함하는 산화제 혹은 NH3 또는 N2H4를 포함하는 질화제일 수 있다. 상기 챔버의 온도는 20 내지 150 ℃의 범위 내에 있을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 두께 균일도가 높으면서도 저온 성장 가능한 절연막을 제공할 수 있다.
그러나, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 절연막 제조를 위한 실리콘 전구체 가스 주입, 퍼지 가스 주입, 및 반응 가스 주입 타이밍도이다.
도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 절연막 제조를 위한 실리콘 전구체 가스 주입, 퍼지 가스 주입, 및 반응 가스 주입 타이밍도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조장치를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 제조예에 따른 실리콘 산화막 제조를 위한 단위 사이클의 파라미터들을 정리하여 나타낸 표이다.
도 4는 실리콘 산화막 제조예에 따른 단위 사이클을 진행한 횟수에 따른 실리콘 산화막의 두께를 보여주는 그래프이다.
도 5는 실리콘 산화막 제조예에 따른 단위 사이클을 20 회 진행하여 얻은 실리콘 산화막의 AFM(Atomic Force Microscope) 이미지(a)와 라인 프로파일(b)을 보여준다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면들에 있어서, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 본 실시예들에서 "제1", "제2", 또는 "제3"는 구성요소들에 어떠한 한정을 가하려는 것은 아니며, 다만 구성요소들을 구별하기 위한 용어로서 이해되어야 할 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 절연막 제조를 위한 실리콘 전구체 가스 주입, 퍼지 가스 주입, 및 반응 가스 주입 타이밍도이다. 도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 절연막 제조를 위한 실리콘 전구체 가스 주입, 퍼지 가스 주입, 및 반응 가스 주입 타이밍도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조장치를 나타낸 개략도이다.
도 1a, 도 1b, 및 도 2를 참조하면, 가스 유입구(120) 및 가스 유출구(140)을 구비하는 챔버 (100) 내의 스테이지(102) 상에 기판(S)을 로딩할 수 있다. 상기 기판(S)은 반도체 기판, 금속 기판, 유리 기판, 또는 플렉시블 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 플렉시블 기판은 고분자 기판, 일 예로서 PET(polyethylene terephthalate) 또는 PI (polyimide) 기판일 수 있다. 상기 기판(S) 상에는 상기 기판(S)을 덮는 절연막 등의 보호층(미도시)이 형성될 수도 있고, 반도체 패턴 등의 소자구성 요소가 형성되어 있을 수도 있고, 상기 소자구성 요소을 덮는 절연막 등의 보호층(미도시)이 형성되어 있을 수 있다.
상기 기판(S)를 로딩하기 전에, 상기 챔버(100)는 제어부(150)에 의해 증착 온도로 가열되고 유지될 수 있다. 증착 온도는 20 내지 150 ℃, 25 내지 120 ℃, 30 내지 100 ℃, 35 내지 80 ℃, 40 내지 60 ℃ 또는 45 내지 55 ℃일 수 있다. 가스 유출구(140)은 진공펌프에 연결되어 있을 수 있다.
먼저, 가스 유입구(120)에 연결된 모든 가스 유입 밸브들(130, 132, 134)를 닫고 상기 가스 유출구(140)에 연결된 가스 유출 밸브(142)를 열어 챔버(100) 내부를 진공상태로 만들 수 있다. 이 후, 실리콘 전구체 가스 제어 밸브(130)을 열고 가스 유출 밸브(142)를 닫은 상태에서, 상기 실리콘 전구체 저장부(110)으로부터 실리콘 전구체 가스를 챔버(100) 내로 공급할 수 있다.
실리콘 전구체는 염화실란을 포함할 수 있다. 염화실란은 일 예로서, SiCl4, SiH2Cl2, Si2Cl6 및 Si3Cl8로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다. 구체예에서, 실리콘 전구체는 상온에서 비교적 증기압이 높은 SiCl4 또는 SiH2Cl2를 포함할 수 있다. 상기 실리콘 전구체 저장부(110)는 실리콘 전구체의 열분해 온도 미만으로 가열되고 이에 따라 실리콘 전구체는 소정의 증기압으로 챔버(100) 내로 공급될 수 있다. 이 때, 공급되는 실리콘 전구체는 캐리어 가스 없이 공급될 수 있다. 상기 실리콘 전구체는 가스 유출 밸브(142)가 닫긴 상태에서 공급되므로, 상기 챔버(100) 내에 축적되면서 상기 챔버(100) 내의 압력을 증가시킬 수 있다. 상기 실리콘 전구체는 상기 챔버(100)의 압력이 반응압력(PM)에 이를 때까지 공급될 수 있다(실리콘 전구체 공급 단계, MD1). 반응압력 즉, 실리콘 전구체 가스의 압력은 수 mTorr 내지 수백 mTorr의 범위, 일 예로서, 수십 mTorr일 수 있다. 실리콘 전구체 가스의 압력은 구체적으로 5 mTorr 내지 500 mTorr, 10 mTorr 내지 100 mTorr, 또는 20 mTorr 내지 80 mTorr일 수 있다.
반응압력에 이르면 실리콘 전구체 가스 제어 밸브(130)를 닫고, 소정 시간 챔버를 밀폐시킬 수 있다(실리콘 전구체 노출 단계, ME1). 상기 실리콘 전구체 공급 단계(MD1)와 상기 실리콘 전구체 노출 단계(ME1)는 실리콘 전구체 가압 도징 단계로 불리울 수 있다. 다만, 실리콘 전구체 노출 단계(ME1)는 경우에 따라 생략될 수도 있다.
실리콘 전구체 가압 도징 단계 즉, 상기 실리콘 전구체 공급 단계(MD1)와 상기 실리콘 전구체 노출 단계(ME1)에서 실리콘 전구체 가스는 기판의 표면 혹은 기판 상에 기 형성된 층의 표면에 화학흡착(chemisorption) 및 자기포화반응(self-saturated reaction)에 의해 증착될 수 있다. 상기 실리콘 전구체 가스의 화학 흡착과 자기포화반응은 가압된 환경 구체적으로, 라미나 플로우 환경이 아닌 가압된 정체 환경(stagnant environment)에서 진행되므로, 상기 실리콘 전구체 가스의 기판 혹은 기판 상에 기 형성된 층의 표면에의 화학 흡착률 혹은 표면 커버리지가 크게 향상될 수 있다.
이 후, 챔버를 퍼지할 수 있다(실리콘 전구체 퍼지 단계, MP1). 구체적으로, 퍼지 가스 제어 밸브(132)와 가스 유출 밸브(142)를 열어, 퍼지 가스 저장부(112) 내의 퍼지 가스를 챔버 내의 기판 표면 상으로 흘려보내 기판의 표면에 흡착되지 못한 과잉 실리콘 전구체 가스 및 실리콘 전구체 가스와 기판 표면 사이의 반응에 의해 생성된 반응 부산물을 제거할 수 있다. 이 때, 퍼지 가스는 불활성 가스로 불활성 가스는 예를 들어, 아르곤(Ar), 질소(N2) 또는 이들의 조합인 가스를 구비할 수 있다.
상기 실리콘 전구체 가압 도징 단계 (MD1, ME1)와 실리콘 전구체 퍼지 단계(MP1)는 실리콘 전구체 서브 사이클(M-SC1)을 구성할 수 있고, 실리콘 전구체 서브 사이클(M-SCn)은 1회 내지 다수회, 구체적으로 1 내지 10회(n=1 ~ 10), 예를 들어 2 내지 7회(n=2~7), 또는 3 내지 5회 (n=3~5) 실시할 수 있다. 상기 다수의 실리콘 전구체 서브 사이클들(M-SCn)은 실리콘 전구체 단위 사이클(M-UC)을 구성할 수 있다. 상기 실리콘 전구체 서브 사이클들을 다수회 수행할 때(M-SC1, M-SC2, … M-SCn, n≥2), 도 1a에 도시된 것과 같은 실시예에서는 실리콘 전구체 가압 도징 단계들(MD1, MD2, … MDn, ME1, ME2, … MEn, n≥2)에서의 반응압력(PM)은 실질적으로 동일할 수 있고, 도 1b에 도시된 것과 같은 실시예에서는 실리콘 전구체 가압 도징 단계들(MD1, MD2, … MDn, ME1, ME2, … MEn, n≥2)에서의 반응압력(PM1, PM2, PMn)은 서로 다를 수 있다. 도 1b에서는 실리콘 전구체 가압 도징 단계들(MD1, MD2, … MDn, ME1, ME2, … MEn, n≥2)의 횟수가 증가할수록 반응압력(PM1, PM2, PMn)을 점차 증가시키는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 반응압력은 점차 감소할 수도 있다.
실리콘 전구체 단위 사이클(M-UC) 수행후 후, 반응가스를 상기 챔버 내로 공급하는 반응가스 공급 단계(반응가스 공급 단계, OD1)를 수행할 수 있다. 상기 반응가스는 상기 기판 상에 흡착된 실리콘 전구체와 반응할 수 있다. 상기 반응가스는 구체적으로 상기 실리콘 전구체를 산화 또는 질화시켜 실리콘 산화물 단위층 혹은 실리콘 질화물 단위층을 형성하는 산화제 또는 질화제일 수 있다. 산화제는 H2O, H2O2, O2, 또는 O3를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 질화제는 NH3 또는 N2H4를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 일 구체예에서, 상기 산화제는 H2O일 수 있고, 질화제는 NH3일 수 있다.
일 실시예에서, 반응가스 제어 밸브(134)을 열고 가스 유출 밸브(142)를 닫은 상태에서, 상기 반응가스 저장부(114)로부터 반응가스를 챔버(100) 내로 공급할 수 있다. 상기 반응가스는 가스 유출 밸브(142)가 닫긴 상태에서 공급되므로, 상기 챔버(100) 내에 축적되면서 상기 챔버(100) 내의 압력을 증가시킬 수 있다. 상기 반응가스는 상기 챔버(100)의 압력이 반응압력(POX)에 이를 때까지 공급될 수 있다. 반응압력 즉, 반응가스의 압력은 수십 mTorr 내지 수 Torr의 범위, 구체적으로 50 mTorr 내지 2 Torr, 100 mTorr 내지 1 Torr, 또는 200 mTorr 내지 500mTorr 일 수 있다. 일 실시예에서, 공급되는 반응가스는 캐리어 가스없이 공급될 수 있다. 상기 반응가스 저장부(114) 내에 반응가스는 액체 혹은 기체 상태로 저장될 수 있다. 상기 반응가스 저장부(114)는 가열되고 상기 반응가스는 소정의 증기압으로 챔버(100) 내로 공급될 수 있다
반응압력(POX)에 이르면 반응가스 제어 밸브(134)를 닫고, 소정 시간 챔버를 밀폐시킬 수 있다(반응가스 노출 단계, OE1). 상기 반응가스 공급 단계(OD1)와 상기 반응가스 노출 단계(OE1)는 반응가스 가압 도징 단계로 불리울 수 있다. 다만, 상기 반응가스 노출 단계(OE1)는 경우에 따라 생략될 수도 있다.
상기 반응가스 가압 도징 단계 즉, 상기 반응가스 공급 단계(OD1)와 상기 반응가스 노출 단계(OE1)에서 반응가스는 기판 상에 형성된 실리콘 전구체층과 반응하여 상기 실리콘 전구체층을 절연 단위층 일 예로서, 실리콘 산화물 단위층 또는 실리콘 질화물 단위층으로 변화시킬 수 있다. 일 예로서, 실리콘 산화물 단위층은 SiOx 또는 SiO2 단위층일 수 있고, 실리콘 질화물 단위층은 SiNx 또는 Si3N4 단위층일 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 반응가스와 상기 실리콘 전구체층과의 반응은 가압된 환경 구체적으로, 라미나 플로우 환경이 아닌 가압된 정체 환경(stagnant environment)에서 진행될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 반응가스는 가스 유출 밸브(142)를 연 상태에서 공급되어 챔버 내에서 라미나 플로우를 형성한 상태에서 상기 실리콘 전구체층과 반응할 수도 있다.
이 후, 챔버를 퍼지할 수 있다(반응가스 퍼지 단계, OP1). 구체적으로, 퍼지 가스 제어 밸브(132)와 가스 유출 밸브(142)를 열어, 퍼지 가스 저장부(112) 내의 퍼지 가스를 기판 표면 상으로 흘려보내 실리콘 전구체층과 반응하지 못한 과잉 반응가스 및 반응가스와 실리콘 전구체 사이의 반응에 의해 생성된 반응 부산물을 제거할 수 있다. 이 때, 퍼지 가스는 불활성 가스로 불활성 가스는 예를 들어, 아르곤(Ar), 질소(N2) 또는 이들의 조합인 가스를 구비할 수 있다.
상기 반응가스 가압 도징 단계 (OD1, OE1), 및 반응가스 퍼지 단계(OP1)는 반응가스 서브 사이클(O-SC1)을 구성할 수 있고, 반응가스 서브 사이클(O-SCn)은 1회 내지 다수회, 구체적으로 1 내지 10회(n=1 ~ 10), 예를 들어 2 내지 7회(n=2~7), 또는 3 내지 5회 (n=3~5) 실시할 수 있다. 상기 다수의 반응가스 서브 사이클들(O-SCn)은 반응가스 단위 사이클(O-UC)을 구성할 수 있다. 상기 반응가스 서브 사이클들을 다수회 수행할 때(O-SC1, O-SC2, … O-SCn, n≥2), 도 1a에 도시된 것과 같은 실시예에서는 반응가스 가압 도징 단계들(OD1, OD2, … ODn, OE1, OE2, … OEn, n≥2)에서의 반응압력(POX)은 실질적으로 동일할 수 있고, 도 1b에 도시된 것과 같은 실시예에서는 반응가스 가압 도징 단계들(OD1, OD2, … ODn, OE1, OE2, … OEn, n≥2)에서의 반응압력(POX1, POX2, POXn)은 서로 다를 수 있다. 도 1b에서는 반응가스 가압 도징 단계들(OD1, OD2, … ODn, OE1, OE2, … OEn, n≥2)의 횟수가 증가할수록 반응압력(POX1, POX2, POXn)을 점차 증가시키는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 반응압력은 점차 감소할 수도 있다.
상기 실리콘 전구체 단위 사이클(M-UC) 1회와 상기 반응가스 단위 사이클(O-UC) 1회를 수행하였을 때, 얻어지는 상기 단위층의 두께 즉, 단위 사이클당 두께는 약 0.1 내지 2Å 구체적으로 0.2 내지 1 Å 또는 0.3 내지 0.7 Å일 수 있다. 이 후, 상기 실리콘 전구체 단위 사이클(M-UC)과 상기 반응가스 단위 사이클(O-UC)을 교호적으로 반복 수행할 수 있다. 반복 수행의 횟수는 절연막의 최종 두께를 결정할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 방법을 사용하여 얻어지는 절연막은 두께 균일도가 매우 우수하며 표면 거칠기가 3 Å (RMS, Root Mean Square) 미만 일 예로서 2.5 Å RMS 미만 일 구체예에서 1.5 내지 2.3 Å RMS의 매우 낮은 값을 나타내는 등 우수한 표면 몰폴러지를 나타낼 수 있다.
이와 같이 반응압력을 높힌 가압된 정체 환경(stagnant environment)에서 실리콘 전구체 흡착을 진행함에 따라, 비교적 반응성이 낮은 염화실란을 실리콘 전구체로 사용하면서도 촉매나 플라즈마 등의 다른 에너지원을 사용하지 않고 150도 이하의 매우 낮은 온도에서 우수한 두께 균일도를 갖는 절연막을 제조할 수 있다. 낮은 온도에서 절연막을 제조하는 것은 열처리량(thermal budget)을 줄여 하부에 이미 형성된 반도체층 내의 불순물의 확산등을 억제할 수 있음에 따라 고집적 소자에 유리할 수 있고, 하부의 기판이 플라스틱 기판이거나 혹은 기판 상에 이미 형성된 소자구성 요소가 유기반도체 등이 유기물인 경우 유기물의 손상을 억제할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실리콘 산화막 제조예
도 3은 본 제조예에 따른 실리콘 산화막 제조를 위한 단위 사이클의 파라미터들을 정리하여 나타낸 표이다.
가스 유입구와 가스 유출구를 구비하는 챔버 내에 실리콘 기판을 로딩하고, 챔버를 50 ℃로 가열하였다. 가스 유출구를 닫은 상태에서, 상기 가스 유입구를 통해 상기 기판 상에 실리콘 전구체인 SiCl4를 공급하였다(실리콘 전구체 공급 단계). 이 때, 상기 실리콘 전구체는 캐리어 가스 없이 공급되고, 챔버 내의 압력이 1 Torr에 이를 때까지 공급하였다. 이 후, 챔버 유입구도 닫아 챔버 압력을 1 Torr로 유지한 상태에서 상기 기판 표면 상에 상기 실리콘 전구체를 3초간 반응시켰다(실리콘 전구체 노출 단계). 이 후, 가스 유입구와 가스 유출구를 모두 연 상태에서 가스 유입구로 퍼지 가스인 아르곤을 50초간 공급하여 반응부산물 및 잔여 실리콘 전구체를 퍼지하였다(실리콘 전구체 퍼지 단계). 상기 실리콘 전구체 공급 단계, 상기 실리콘 전구체 노출 단계, 및 상기 실리콘 전구체 퍼지 단계는 실리콘 전구체 서브 사이클을 구성하고, 상기 실리콘 전구체 서브 사이클을 4회 반복 수행하여 실리콘 원자층을 형성하였다.
이 후, 가스 유출구를 닫은 상태에서, 상기 가스 유입구를 통해 상기 실리콘 원자층 상에 반응가스인 H2O를 공급하였다. 이 때, 상기 반응가스는 캐리어 가스 없이 공급되고, 챔버 내의 압력이 1 Torr에 이를 때까지 공급하였다(반응가스 공급 단계). 이 후, 챔버 유입구도 닫아 챔버 압력을 1 Torr로 유지한 상태에서 상기 실리콘 원자층 표면 상에 H2O를 3초간 반응시켰다(반응가스 노출 단계). 이 후, 가스 유입구와 가스 유출구를 모두 연 상태에서 가스 유입구로 퍼지 가스인 아르곤을 50초간 공급하여 반응부산물 및 잔여반응가스를 퍼지하였다(반응가스 퍼지 단계). 상기 반응가스 공급 단계, 상기 반응가스 노출 단계, 및 상기 반응가스 퍼지 단계는 반응가스 서브 사이클을 구성하고, 상기 반응가스 서브 사이클을 4회 반복 수행하여 상기 실리콘 원자층 상에 산소 원자층을 형성하였다. 이에 따라 실리콘 산화물 단위층이 형성되었다. 상기 4회의 실리콘 전구체 서브 사이클들과 상기 4회의 반응가스 서브 사이클들은 실리콘 산화막 제조를 위한 단위 사이클을 구성한다.
도 4는 실리콘 산화막 제조예에 따른 단위 사이클을 진행한 횟수에 따른 실리콘 산화막의 두께를 보여주는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 실리콘 산화막 제조예에 따른 단위 사이클 당 실리콘 산화물은 약 0.55Å의 두께로 형성되는 것을 알 수 있다.
도 5는 실리콘 산화막 제조예에 따른 단위 사이클을 20 회 진행하여 얻은 실리콘 산화막의 AFM(Atomic Force Microscope) 이미지(a)와 라인 프로파일(b)을 보여준다. 라인 프로파일(b)는 AFM 이미지(a) 내에 표시된 라인을 따라 얻어졌다.
도 5를 참조하면, 실리콘 산화막은 약 1.064nm로 형성되었고, 약 2 Å의 매우 낮은 표면 거칠기를 갖는 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (11)

  1. 기판이 투입된 챔버의 가스 유출구를 닫은 상태에서 상기 기판 상에 실리콘 전구체를 공급하여 상기 챔버 내 반응압력을 증가시켜 상기 실리콘 전구체를 상기 기판 표면 상에 흡착시키는 실리콘 전구체 가압 도징 단계;
    상기 실리콘 전구체 가압 도징 단계 후, 상기 챔버를 퍼지하는 실리콘 전구체 퍼지 단계;
    상기 실리콘 전구체 퍼지 단계 후, 반응가스를 상기 챔버 내로 공급하여 상기 기판 상에 흡착된 실리콘 전구체와 반응시키는 반응가스 공급 단계; 및
    상기 반응가스 공급 단계 후, 상기 챔버를 퍼지하는 반응가스 퍼지 단계를 포함하는 단위 사이클을 다수회 진행하여,
    상기 기판 상에 실리콘 절연막을 형성하는 절연막 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 실리콘 전구체는 염화실란을 포함하는 절연막 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 실리콘 전구체는 SiCl4, SiH2Cl2, Si2Cl6 및 Si3Cl8로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 절연막 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 실리콘 전구체는 캐리어 가스 없이 공급되는 절연막 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 반응압력은 수십 mTorr인 절연막 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 실리콘 전구체는 SiCl4이고,
    상기 반응가스는 산화제이고,
    상기 절연막은 실리콘 산화막인 절연막 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 실리콘 전구체 가압 도징 단계와 상기 실리콘 전구체 퍼지 단계는 실리콘 전구체 서브 사이클에 포함되고,
    상기 반응가스 공급 단계 전에, 상기 실리콘 전구체 서브 사이클을 다수회 수행하는 절연막 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응가스 공급단계는
    상기 챔버의 가스 유출구를 닫은 상태에서 상기 반응가스를 공급하여 상기 챔버 내 반응압력을 증가시킨 상태에서 진행하는 반응가스 가압 도징 단계로 진행하는 절연막 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 반응가스 가압 도징 단계와 상기 반응가스 퍼지 단계는 반응가스 서브 사이클에 포함되고,
    상기 단위 사이클은 상기 반응가스 서브 사이클을 연속하여 다수회 수행하는 것을 포함하는 절연막 제조방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응가스는 H2O, H2O2, O2, 또는 O3을 포함하는 산화제 혹은 NH3 또는 N2H4를 포함하는 질화제인 절연막 제조방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버의 온도는 20 내지 150 ℃의 범위 내에 있는 절연막 제조방법.
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