KR20210000871A - 박막 증착 방법 - Google Patents
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Abstract
박막 증착 방법 및 장치에 관한 기술이다. 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 방법은 (a) 증착 대상물 상에 소스 가스를 제공하는 단계; (b) 상기 증착 대상물에 퍼지 가스를 공급하여 상기 증착 대상물에 흡착되지 않은 상기 소스 가스 성분을 제거하는 단계; (c) 상기 증착 대상물에 반응 가스를 공급하여 상기 증착 대상물 표면에 흡착된 상기 소스 가스 성분과 반응시키는 단계; 및 (d) 상기 증착 대상물에 상기 퍼지 가스를 공급하여 상기 소스 가스 성분과 반응되지 않은 잔류 반응 가스를 제거하는 단계를 포함한다. 상기 반응 가스를 공급하는 단계는 제 1 공정 온도에서 진행되고, 상기 반응 가스를 공급하는 단계 진행 중 적어도 일부 구간에서 상기 증착 대상물의 증착면의 온도가 상기 제 1 공정 온도보다 높은 제 2 온도에서 순간 어닐링 공정을 실시한다.
Description
본 발명은 박막 증착 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 막질 특성을 개선할 수 있는 박막 증착 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 집적 밀도 증대로 인해, 반도체 장치는 2차원 구조에서 3차원 구조로 변경되고 있는 추세이다. 3차원 구조의 반도체 장치를 제조하는 데 있어, 상부층 형성 시 하부 층의 형태를 유지하는 것이 중요하다. 하부층의 형태 및 물성을 보존하기 위하여, 상부층은 400℃ 이하의 저온에서 증착 공정이 수행될 것이 요구되고 있다.
현재, 대표적인 저온 박막 증착 방식으로 증착 균일도가 우수한 ALD(atomic layer deposition) 방식이 주로 이용되고 있다.
본 발명은 막질 특성을 개선할 수 있는 박막 증착 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법은, (a) 증착 대상물 상에 소스 가스를 제공하는 단계; (b) 상기 증착 대상물에 퍼지 가스를 공급하여 상기 증착 대상물에 흡착되지 않은 상기 소스 가스 성분을 제거하는 단계; (c) 상기 증착 대상물에 반응 가스를 공급하여 상기 증착 대상물 표면에 흡착된 상기 소스 가스 성분과 반응시키는 단계; 및 (d) 상기 증착 대상물에 상기 퍼지 가스를 공급하여 상기 소스 가스 성분과 반응되지 않은 잔류 반응 가스를 제거하는 단계를 포함한다. 상기 반응 가스를 공급하는 단계는 제 1 공정 온도에서 진행되고, 상기 반응 가스를 공급하는 단계 진행 중 적어도 일부 구간에서 상기 증착 대상물의 증착면의 온도가 상기 제 1 공정 온도보다 높은 제 2 온도에서 순간 어닐링 공정을 실시할 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따르면, 저온에서 박막 증착 공정을 수행하더라도, 순간 어닐링 진행을 통해, 박막을 구성하는 원자간의 결합 및 밀도를 견고히할 수 있다. 나아가, 플라즈마를 인가로 인한 데미지 및 막질에 장시간 열적 데미지를 발생되지 않으므로, 우수한 막질 특성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 단계별 웨이퍼 표면의 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 단계 별 공정 온도의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착 단계 별 공정 온도의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 단계별 웨이퍼 표면의 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 단계 별 공정 온도의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착 단계 별 공정 온도의 변화를 보여주는 그래프이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 단계별 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 증착 대상물, 예컨대, 반도체 기판을 반응기내에 장입한다. 반도체 기판은 상기 반응기 내부의 서셉터에 의해 지지될 수 있다. 반응기내에 위치되며, 서셉터와 대향하는 위치에 구비된 가스 공급부에 의해, 반도체 기판(100) 상부에 소스 가스가 공급된다(S1). 이때, 소스 가스는 반응기내에서 분해되어, 그것의 메인 소스 성분이 상기 반도체 기판 표면에 물리적 및 화학적으로 흡착된다. 다음, 반응기내에 퍼지 가스를 공급하여(S2), 반도체 기판의 표면과 흡착되지 않은 소스 가스 성분을 제거한다. 상기 퍼지 가스 역시, 가스 공급부를 통해 반도체 기판에 제공될 수 있다. 본 실시예의 소스 가스 공급 단계(S1) 및 퍼지 가스 공급 단계(S2)시 상기 서셉터의 온도는 제 1 온도(T1)를 유지할 수 있다. 이에 따라, 상기 소스 가스 공급 단계(S1) 및 퍼지 가스 공급 단계(S2)의 공정 온도 및 웨이퍼 표면 온도는 예를 들어 제 1 온도(T1)에 해당할 수 있다. 상기 제 1 온도(T1)는 반도체 기판에 기 형성된 물질층의 특성을 고려하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(100)에 기 형성된 물질층이 400℃에서 물성 특성이 변경되는 경우, 상기 제 1 온도(T1)는 400℃ 보다 낮은 온도, 예컨대, 250 내지 350℃로 설정될 수 있다.
반응기(10)내에 가스 공급부(120)통해, 반응 가스를 공급한다(S3). 반응 가스는 상기 소스 가스의 메인 소스 성분과 쉽게 반응이 이루어지는 물질일 수 있다. 예를 들어, 소스 가스가 실란(silane) 전구체인 경우, 반응 가스는 산소 가스가 이용될 수 있다. 본 실시예에서는 반응 가스 공급 단계(S3) 시, 소스 가스와 반응 가스의 반응성을 극대화하기 위하여, 반응 가스 공급 단계(S3)와 동시에 어닐링 단계를 동시에 수행한다. 상기 반응 가스 성분은 흡착된 메인 소스 성분과 어닐링 공정에 의해 보다 단단하게 결합이 이루어진다. 본 실시예의 어닐링은 기존 RPA(rapid thermal annealing) 보다 짧은 100ms 이하의 시간 동안 일시적으로 진행되는 순간 어닐링 기법일 수 있다. 이에 따라, 순간 어닐링 기법은 예를 들어, 플래시 램프(flash lamp) 어닐링 방식 또는 레이저 어닐링 방식을 포함할 수 있다. 상기 순간 어닐링 방식은 일반적인 어닐링 공정(예컨대, RPA)보다 더 짧고 더 높은 온도에서 순간적으로 진행될 수 있다. 상기 플래시 램프 어닐링 방식은 대상물을 100μs 내지 100ms의 시간 동안 600 내지 2000℃ 범위로 일시 가열하여, 순간적으로 대상물을 어닐할 수 있다. 플래시 램프 어닐링 방식은 예를 들어, Xe 플래시 램프를 이용하여 진행될 수 있다. 레이저 어닐링 방식은 대상물에 1ns 내지 1000ns의 시간 동안 레이저를 인가하여 진행될 수 있다. 이때, 레이저 인가는 레이저 스캐닝 혹은 렌즈 초점 방식으로 인가될 수 있다. 이와 같은 레이저 어닐링 방식은 예를 들어, 레이저 다이오드와 같은 레이저 장비로 진행될 수 있다. 이와 같은 순간 어닐링을 수행하기 위한 어닐링 부재(130)는 반응기(10)의 측벽부에 구비될 수 있다.본 실시예의 반응 가스를 공급하는 단계(S3)는 상기 제 1 온도(T1)의 공정 온도에서 진행되다가, 적어도 일부 구간에서 순간 어닐링을 진행한다. 일 예로서, 반응 가스를 공급하는 단계(S3)에서, 상기 순간 어닐링 공정은 1회 또는 복수 회 수행할 수 있다. 순간 어닐링 공정의 횟수는 플래시 램프 또는 레이저의 발광 횟수를 통해 제어 가능하다. 또는 스캔 방식 순간 어닐링 방식의 경우, 스캔 회수를 통해 순간 어닐링 공정 횟수를 제어 할 수 있다.
이와 같이, 순간 어닐링 공정에 의해, 반도체 기판의 증착 대상물 표면의 온도는 공정 온도에 해당하는 상기 제 1 온도(T1)보다 높은 제 2 온도(T2)로 순간 상승될 수 있다. 예를 들어, 제 2 온도(T2)는 600 내지 2000℃ 일 수 있다.
본 실시예의 순간 어닐링 공정은 반응 가스와 소스 가스의 반응에 필요한 에너지를 공급할 수 있는 시간만큼 연속적으로 진행될 수 있다. 다만, 순간 어닐링 공정 시간이 상대적으로 길어지는 경우, 웨이퍼 표면에 지속적으로 가해지는 열이 축적될 수 있어, 상기 웨이퍼 표면의 하부막(도시되지 않음)에 영향이 미칠 수 있다. 이러한 문제점을 해결할 수 있도록, 순간 어닐링 공정은 시간 차를 두고 복수 회 진행하여, 웨이퍼 표면의 온도만을 원하는 온도로 상승시킬 수 있다.
그후, 퍼지 가스를 공급하여(S4), 반응되지 않고 잔류하는 반응 가스 성분을 제거한다. 본 실시예에서 퍼지 가스는 소스 가스 공급 단계(S1) 및 반응 가스 공급 단계(S3) 후속으로 각각 공급되었지만, 소스 가스 공급 단계(S1) 및 반응 가스 공급 단계(S3)시에도 지속적으로 공급될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 박막 증착 단계시, 인시튜로 순간 어닐링 공정을 진행할 수 있다. 상기 순간 어닐링 공정은 반응 가스 공급 단계와 동시에 100ms 이하의 시간동안 고온에서 진행될 수 있다. 이와 같은 순간 어닐링을 진행함으로써, 반응 가스 성분과 소스 가스 성분의 결합력을 강화 시키므로써, 막질의 밀도 및 경도 특성을 개선시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 싱글 챔버 또는 공간 분할 증착 장치와 같이 단일의 서셉터를 사용하는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 S1~S4 단계의 공정 온도(예컨대, 제 1 공정 온도(T1))는 실질적으로 동일할 수 있다.
반면, 챔버가 별도의 공간으로 분리되고, 각각의 공간 마다 서셉터가 구비된 장치의 경우, 상기 반응 가스 공급 단계(S3)는 그 밖의 단계(S1,S2,S4), 특히 소스 가스 공급 단계(S1) 보다 더 낮은 공정 온도에서 진행될 수 있다. 일반적으로 상기 소스 가스 공급 단계(S1)는 전구체와 기판 표면간의 물리 화학적 흡착을 위해 필요 온도하에서 진행되어야 한다. 한편, 본 실시예의 반응 가스 공급 단계(S3)는 도 5에 도시된 바와 같이, 순간 어닐링이 수반되기 때문에, 필요 온도 보다 낮은 온도, 예를 들어, 제 3 공정 온도(T3)에서 진행될 수 있다. 이렇게, 순간 어닐링이 진행되는 반응 가스 공급 단계(S3)를 상대적으로 낮은 온도로 설정함으로써 대상막 하부의 층(예를 들어, 물질층 또는 기판)의 열적 데미지를 줄일 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따르면, 저온에서 박막 증착 공정을 수행하더라도, 순간 어닐링 진행을 통해, 박막을 구성하는 원자간의 결합 및 밀도를 견고히할 수 있다. 나아가, 플라즈마를 인가로 인한 데미지 및 막질에 장시간 열적 데미지를 발생되지 않으므로, 우수한 막질 특성을 확보할 수 있다. 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.
Claims (8)
- (a) 증착 대상물 상에 소스 가스를 제공하는 단계;
(b) 상기 증착 대상물에 퍼지 가스를 공급하여 상기 증착 대상물에 흡착되지 않은 상기 소스 가스 성분을 제거하는 단계;
(c) 상기 증착 대상물에 반응 가스를 공급하여 상기 증착 대상물 표면에 흡착된 상기 소스 가스 성분과 반응시키는 단계; 및
(d) 상기 증착 대상물에 상기 퍼지 가스를 공급하여 상기 소스 가스 성분과 반응되지 않은 잔류 반응 가스를 제거하는 단계를 포함하며,
상기 반응 가스를 공급하는 단계는 제 1 공정 온도에서 진행되고, 상기 반응 가스를 공급하는 단계 진행 중 적어도 일부 구간에서 상기 증착 대상물의 증착면의 온도가 상기 제 1 공정 온도보다 높은 제 2 온도에서 순간 어닐링 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 순간 어닐링 공정은 1ns 내지 100ms 시간 동안 수행하는 박막 증착 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 순간 어닐링 공정은 플래시 램프를 이용하여 진행되는 박막 증착 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 순간 어닐링 공정은 레이저를 이용하여 진행되는 박막 증착 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 순간 어닐링 공정은 시간 차를 두고 복수 회 진행되는 박막 증착 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 (a) 내지 (d) 단계는 상기 증착 대상물에 기 형성된 물질층의 물성을 변경시키는 온도 보다 낮은 공정온도에서 진행하는 박막 증착 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 (c) 단계의 온도는 상기 (a) 단계의 온도보다 낮은 박막 증착 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 (a) 단계 내지 (d) 단계는 250 내지 350℃ 범위의 공정 온도에서 진행되는 박막 증착 방법.
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| KR1020190076114A KR20210000871A (ko) | 2019-06-26 | 2019-06-26 | 박막 증착 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210000871A true KR20210000871A (ko) | 2021-01-06 |
Family
ID=74128340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190076114A KR20210000871A (ko) | 2019-06-26 | 2019-06-26 | 박막 증착 방법 |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR20210000871A (ko) |
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2019
- 2019-06-26 KR KR1020190076114A patent/KR20210000871A/ko not_active Application Discontinuation
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