KR20210014483A - 비정질 실리콘막의 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 관점에 따른 비정질 실리콘막의 형성 방법은, 공정 챔버 내 기판 상에 전처리 가스를 공급하고, 제 1 플라즈마를 이용하여 상기 전처리 가스를 활성화하여 상기 기판을 전처리하는 단계와, 상기 기판 상에 실리콘 및 수소를 포함하는 공정 가스를 공급하고, 제 2 플라즈마를 이용하여 상기 공정 가스를 분해하여 상기 기판 상에 비정질 실리콘막을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 제 1 플라즈마는 제 1 RF 전력을 상기 공정 챔버 내에 인가하여 형성하고, 상기 제 2 플라즈마는 제 2 RF 전력을 펄스파(pulsed wave)로 상기 공정 챔버 내에 인가하여 형성할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비정질 실리콘막의 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서 플라즈마(plasma)를 이용한 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD)법, 예컨대 플라즈마 강화 화학기상증착(plasma enhanced CVD, PECVD)법을 활용하여 비정질 실리콘막을 형성하고 있다. 이러한 비정질 실리콘막의 막질, 예컨대 건식 식각률(dry etching rate, DER)은 증착 시 공정 조건이나 또는 기판 상의 하부막의 막질에 따라서 변동될 수 있다.
이에 따라, 기판 상의 하부막의 막질에 따른 비정질 실리콘막의 증착 품질을 개선하기 위한 처리나 증착 시 공정 조건을 변경하는 연구가 진행되고 있다. 종래, 비정질 실리콘막의 품질을 개선하기 위하여, 증착 시 공정 조건 중 증착 온도를 높이는 방법을 선택해왔다. 하지만, 반도체 소자의 집적도가 높아지면서 요구되는 공정 온도가 낮아져, 증착 온도를 통한 공정 조건 제어가 점점 어려워지고 있다. 이에 따라, 낮은 증착 온도에서 증착이 필요한 경우 비정질 실리콘막의 표면 조도가 불량하여 후속 공정의 안정화가 어려운 문제점이 발생하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 증착 온도를 높이지 않으면서 비정질 실리콘막의 품질을 향상시키기 위한 비정질 실리콘막의 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 비정질 실리콘막의 형성 방법은, 공정 챔버 내 기판 상에 전처리 가스를 공급하고, 제 1 플라즈마를 이용하여 상기 전처리 가스를 활성화하여 상기 기판을 전처리하는 단계와, 상기 기판 상에 실리콘 및 수소를 포함하는 공정 가스를 공급하고, 제 2 플라즈마를 이용하여 상기 공정 가스를 분해하여 상기 기판 상에 비정질 실리콘막을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 제 1 플라즈마는 제 1 RF 전력을 상기 공정 챔버 내에 인가하여 형성하고, 상기 제 2 플라즈마는 제 2 RF 전력을 펄스파(pulsed wave)로 상기 공정 챔버 내에 인가하여 형성할 수 있다.
상기 비정질 실리콘막의 형성 방법에서, 상기 제 2 RF 전력은 그 듀티비가 50% 이하(0 제외) 범위의 펄스파일 수 있다.
상기 비정질 실리콘막의 형성 방법에서, 상기 제 2 RF 전력은 그 듀티비가 10% 이상 50% 이하 범위의 펄스파일 수 있다.
상기 비정질 실리콘막의 형성 방법에서, 상기 제 1 RF 전력은 연속파(continuous wave) 또는 펄스파(pulsed wave)로 인가될 수 있다.
상기 비정질 실리콘막의 형성 방법에서, 상기 제 1 RF 전력 및 상기 제 2 RF 전력은 13.56 MHz 내지 27.12 MHz의 주파수 범위의 고주파 전력을 포함하고, 상기 제 2 플라즈마는 상기 제 2 RF 전력을 펄스파로 인가하면서 제 3 RF 전력을 연속파로 상기 공정 챔버에 인가하여 형성되고, 상기 제 3 RF 전력은 300 KHz 내지 400 KHz의 주파수 범위의 저주파 전력을 포함할 수 있다.
상기 비정질 실리콘막의 형성 방법에서, 상기 전처리 가스는 암모니아(NH3) 가스, 수소(H2) 가스 및 이들의 혼합 가스 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 비정질 실리콘막의 형성 방법에서, 상기 공정 가스는 실란(silane) 계열의 가스를 포함할 수 있다.
상기 비정질 실리콘막의 형성 방법은, 상기 비정질 실리콘막을 형성하는 단계 이후에, 상기 공정 챔버 내에 후처리 가스를 공급하고, 제 3 플라즈마를 이용하여 상기 후처리 가스를 활성화시켜 상기 비정질 실리콘막을 후처리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 비정질 실리콘막의 형성 방법에서, 상기 제 3 플라즈마는 제 4 RF 전력을 연속파(continuous wave)로 상기 공정 챔버에 인가하여 형성될 수 있다.
상기 비정질 실리콘막의 형성 방법에서, 상기 제 4 RF 전력은 13.56 MHz 내지 27.12 MHz의 주파수 범위의 고주파 전력을 포함할 수 있다.
상기 비정질 실리콘막의 형성 방법에서, 상기 후처리 가스는 헬륨(He)가스, 아르곤(Ar)가스, 수소(H2)가스, 질소(N2)가스, 아산화질소(N2O)가스 및 이들의 혼합가스 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 증착 시 공정 온도를 상승시키지 않고 펄스파를 인가함으로써 비정질 실리콘막의 품질을 향상할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 실리콘막의 형성 방법을 보여주는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비정질 실리콘막의 형성 방법을 보여주는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 비정질 실리콘막의 형성에 이용되는 기판처리장치의 일 예를 보여주는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 비정질 실리콘막의 형성에 이용되는 기판처리장치의 다른 예를 보여주는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 비정질 실리콘막의 형성에 이용되는 RF 전력의 듀티비에 따른 펄스파를 보여주는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 비정질 실리콘막과 비교예에 따른 비정질 실리콘막의 품질을 비교하는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비정질 실리콘막의 형성 방법을 보여주는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 비정질 실리콘막의 형성에 이용되는 기판처리장치의 일 예를 보여주는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 비정질 실리콘막의 형성에 이용되는 기판처리장치의 다른 예를 보여주는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 비정질 실리콘막의 형성에 이용되는 RF 전력의 듀티비에 따른 펄스파를 보여주는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 비정질 실리콘막과 비교예에 따른 비정질 실리콘막의 품질을 비교하는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판 등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 상기 다른 구성요소 "상에" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다.
본 발명에서 언급하는 플라즈마는 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 방식에 의하여 형성될 수 있다. 상기 다이렉트 플라즈마 방식은, 예를 들어, 전처리 가스, 공정 가스 및/또는 후처리 가스를 전극과 기판 사이의 처리공간에 공급하고 RF 전력을 인가함으로써, 전처리 가스, 공정 가스 및/또는 후처리 가스의 플라즈마가 챔버 내부의 처리공간에서 직접 형성되는 방식을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 실리콘막의 형성 방법을 보여주는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 실리콘막의 형성방법은 제 1 플라즈마를 이용하여 전처리 가스를 활성화하여 기판(도 2의 W)을 전처리하는 단계(S10) 및 제 2 플라즈마를 이용하여 공정 가스를 분해하여 기판(W) 상에 비정질 실리콘막을 형성하는 단계(S20)를 포함할 수 있다.
전술한 비정질 실리콘막의 형성방법은 도 3 또는 도 4의 기판처리장치를 더 참조하여 보다 구체적으로 설명될 수 있다. 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 비정질 실리콘막의 형성에 이용되는 기판처리장치의 일 예를 보여주는 개략도이다.
도 3을 참조하면, 기판처리장치는 기판(W)이 수용되어 처리될 수 있는 공간을 한정하는 공정 챔버(40)를 포함할 수 있다. 공정 챔버(40)는 진공 분위기를 형성하도록 진공 펌프(미도시)에 연결될 수 있다. 나아가, 공정 챔버(40)에는 공정 가스가 분사되는 샤워헤드(42) 및 기판(W)이 안착되는 스테이지 히터(44)가 설치될 수 있다.
샤워헤드(42)에는 공정 챔버(40) 내에 RF 전력을 공급하기 위한 전원부, 예컨대 제 1 전원(10) 및/또는 제 2 전원(20)이 연결될 수 있다. 제 1 전원(10) 및 제 2 전원(20)에서 생성된 RF 전력은 매칭부(35)를 거치면서 정합되어 공정 챔버(40)에 공급될 수 있다. 샤워헤드(42)를 통해서 공정 가스가 공정 챔버(40)에 공급되고, 제 1 전원(10) 및/또는 제 2 전원(20)이 매칭부(35)를 통해서 샤워헤드(42)에 공급되어 공정 챔버(40) 내에 플라즈마(P)가 생성될 수 있다.
제 1 전원(10) 및 제 2 전원(20)은 서로 다른 주파수의 RF 전력을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 전원(10)은 고주파 전력을 생성하고, 제 2 전원(20)은 저주파 전력을 생성할 수 있다. 여기에서, 고주파 전력과 저주파 전력은 RF 전력의 주파수 범위를 기준으로 상대적으로 구분될 수 있다.
예를 들어, 고주파 전력은 3 MHz 내지 30 MHz의 주파수 범위를 가지며, 엄격하게는, 13.56 MHz 내지 27.12 MHz의 주파수 범위를 가질 수 있다. 여기에서 고주파 전력은 통상적인 HF 전력 외에 VHF 전력을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 저주파 전력은 30 KHz 내지 3000 KHz의 주파수 범위를 가지며, 엄격하게는, 300 KHz 내지 600 KHz의 주파수 범위를 가질 수 있다.
한편, 이 실시예의 변형된 예에서, 제 2 전원(20)이 생략되고 제 1 전원(10)이 고주파 전력을 공정 챔버(40)에 공급할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 비정질 실리콘막의 형성에 이용되는 기판처리장치의 다른 예를 보여주는 개략도이다.
도 4를 참조하면, 제 1 전원(10)에서 생성된 고주파 전력이 매칭부(15)를 통해서 상부 전극의 역할을 담당하는 샤워헤드(42)에 인가되고, 제 2 전원(20)에서 생성된 저주파 전력이 매칭부(25)를 통해서 하부 전극의 역할을 담당하는 스테이지 히터(44)에 인가될 수도 있다.
한편, 이 실시예의 변형된 예에서, 제 1 전원(10)에서 고주파 전력을 생성하고, 제 2 전원(20)에서 저주파 전력을 생성할 수도 있다.
도 1, 도 3 및 도 4를 같이 참조하면, 기판을 전처리하는 단계(S10)는 공정 챔버(40) 내 기판(W) 상에 전처리 가스를 공급하고, 제 1 플라즈마를 이용하여 전처리 가스를 활성화하여 수행할 수 있다. 기판(W)은 반도체 웨이퍼 상에 소정의 막 또는 층들이 형성된 구조를 지칭할 수 있다. 예컨대, 기판을 전처리하는 단계(S10)는 비정질 실리콘막이 형성되는 기판(W)의 하부막을 처리하기 위해서 수행될 수 있다.
예를 들어, 기판(W)은 공정 챔버(40) 내 스테이지 히터(44) 상에 안착되고, 전처리 가스는 샤워헤드(42)를 통해서 기판(W) 상에 공급될 수 있다. 이어서, 제 1 RF 전력을 공정 챔버(40) 내에 인가하여 제 1 플라즈마를 형성하고, 이 제 1 플라즈마를 이용하여 전처리 가스를 활성화할 수 있다. 전처리 가스는 암모니아(NH3) 가스, 수소(H2) 가스 및 그 혼합 가스 중 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 나아가, 전처리 가스는 질소(N2) 가스를 더 포함할 수도 있다.
예를 들어, 전처리하는 단계(S10)는 기판(W)을 암모니아(NH3) 플라즈마 만으로 처리하는 단계이거나 또는 기판(W)을 암모니아(NH3) 및 수소(H2) 플라즈마로 처리하는 단계일 수도 있다. 예컨대, 이러한 전처리하는 단계(S10)는 200℃ 내지 550℃의 범위의 공정 온도에서 수행될 수 있다.
일부 실시예에서, 하부막은 산화막, 산질화막 또는 질화막을 포함할 수 있으며, 그 외에도 상기 하부막은 포토리소그래피 공정에서 하드마스크로 사용되는 SOH막을 포함할 수도 있다.
전처리하는 단계(S10)에서 제 1 RF 전력은 고주파 전력으로만 구성되거나 또는 저주파 전력과 고주파 전략의 듀얼 주파수 전력으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 고주파 전력은 제 1 전원(10)에서 생성되고, 저주파 전력은 제 2 전원(20)에서 생성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 RF 전력은 연속파(continuous wave) 또는 펄스파(pulsed wave)로 인가될 수 있다.
전술한 바와 같이, 기판(W) 또는 기판(W)의 하부막에 대하여 플라즈마 전처리를 수행함으로써 후속의 비정질 실리콘막이 매끈하게 증착될 수 있어, 비정질 실리콘막에서 양호한 표면 조도를 구현할 수 있으며, 하부막과 비정질 실리콘막 간의 접합력이 강화되고, 비정질 실리콘막의 두께 균일도가 개선될 수 있다.
비정질 실리콘막을 형성하는 단계(S20)에서는, 기판(W) 상에 실리콘 및 수소를 포함하는 공정 가스를 공급하고, 제 2 플라즈마를 이용하여 공정 가스를 분해하여 기판(W) 상에 비정질 실리콘막을 형성할 수 있다. 이 실시예서, 공정 가스는 별도의 반응 가스 없이도 제 2 플라즈마에 의해서 분해되면서 실리콘을 환원시켜 기판(W) 상에 비정질 실리콘막을 형성할 수 있다. 예를 들어, 공정 가스의 분해는 실리콘 및 수소를 포함하는 화합물에서 수소가 환원되는 형태로 한 번에 또는 여러 번에 걸쳐서 진행될 수 있다. 따라서, 이러한 분해 반응에서 수소의 역할은 소스 기체와 반응 기체가 반응하는 경우에서 반응 기체 내 수소의 기능과 구별될 수 있다.
제 2 플라즈마는 제 2 RF 전력을 펄스파(pulsed wave)로 공정 챔버(40) 내에 인가하여 형성될 수 있다. 제 2 RF 전력을 펄스파로 인가하는 경우 연속파로 인가하는 경우에 비해서 증착 속도는 감소하나, 수소 함유량을 줄일 수 있고, 모서리 도포성(step coverage)을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 패턴의 코너부에서 발생되는 벙커 결함(bunker defect)에 의한 문제 발생이 감소될 수 있다.
보다 구체적으로 보면, 제 2 RF 전력은 그 듀티비(duty ratio)가 50% 이하(0 제외) 범위의 펄스파일 수 있고, 더 나아가 그 듀티비가 10% 이상 50% 이하 범위의 펄스파일 수 있다. 펄스파의 듀티비가 50% 이하인 경우 수소 함유량이 적고 크로스 링킹(cross-linking)이 적은 구조의 비정질 실리콘막이 형성될 수 있다. 펄스파의 듀티비가 50%인 경우에는 연속파인 경우에 비해서 약 90~95%로 증착 속도가 감소되고 듀티비가 10%인 경우에는 약 30~40%로 감소될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제 2 RF 전력의 듀티비가 10%인 경우(a), 50%인 경우(b) 및 90%인 경우(c)가 구현될 수 있다.
예를 들어, 제 2 RF 전력은 제 1 전원(10)에서 생성된 고주파 전력을 포함하고, 제 2 플라즈마는 이러한 고주파 전력을 펄스파로 공정 챔버(40) 내 샤워 헤드(42)로 인가하여 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 제 2 RF 전력은 13.56 MHz 내지 27.12 MHz의 주파수 범위의 고주파 전력을 포함할 수 있다.
이와 같이 제 2 RF 전력을 소정 듀티비의 펄스파로 제공함으로써 비정질 실리콘막의 품질을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 비정질 실리콘막의 품질이 향상되기 위해서는, 비정질 실리콘막 내 수소 함유량이 낮아지고 이에 따라 굴절률(RI)이 높아질 수 있다. 이하에서는 비교예와 구체적인 실시예를 비교하여 이러한 효과에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 비정질 실리콘막과 비교예에 따른 비정질 실리콘막의 품질을 비교하는 그래프이다. 도 6에서 비교예(Ref.)는 제 2 RF 전력이 연속파로 공급되는 경우이고, 실시예 1(Pf_1000Hz, 10), 실시예 2(Pf_1000Hz, 50), 실시예 3(Pf_1000Hz, 90), 실시예 4(Pf_10000Hz, 10), 실시예 5(Pf_10000Hz, 50) 및 실시예 6(Pf_10000Hz, 90)은 모두 제 2 RF 전력이 펄스파로 공급되는 경우를 나타낸다. 실시예들에서, Pf_1000Hz는 펄스파의 주파수가 1KHz임을 나타내고, Pf_10000Hz는 펄스파의 주파수가 1MHz임을 나타내고, '10'은 펄스파의 듀티비가 10%임을 나타내고, '50'은 펄스파의 듀티비가 50%임을 나타내고, '90'은 펄스파의 듀티비가 90%임을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 펄스파의 듀티비가 90%인 실시예 3 및 6의 비정질 실리콘막 내 수소 함유량은 비교예의 비정질 실리콘막 내 수소 함유량과 별로 차이가 없지만, 펄스파의 듀티비가 50% 이하인 실시예 1, 2, 4 및 5의 수소 함유량은 비교예의 수소 함유량에 비해서 낮아진 것을 알 수 있다. 나아가, 펄스파의 듀티비가 낮아질수록 수소 함유량이 낮아지는 경향성을 보이고 있다. 이와 같이, 수소 함유량이 낮아짐에 따라서 비정질 실리콘막의 건식 식각률이 향상될 수 있다.
이러한 점에서, 제 2 RF 전력의 듀티비는 50% 이하이고, 나아가 10% 내지 50% 범위로 설정될 수 있다. 한편, 펄스파의 주파수가 낮은 경우에는 제 2 RF 전력의 듀티비를 50%보다 작게 설정할 수 있고, 나아가 10% 내외로 설정할 수도 있다. 펄스파의 듀티비가 0에 가까우면 실질적인 전력이 인가되지 않으므로 듀티비가 0%인 경우는 배제한다. 제 2 RF 전력의 듀티비는 수소 함유량 측면에서는 작을수록 좋은 경향을 보이지만, 증착 속도가 낮아진다는 점에서 소정 크기 이상으로 유지할 필요가 있다.
다른 예로, 제 2 플라즈마는 제 2 RF 전력을 펄스파로 인가하면서, 제 3 RF 전력을 연속파로 공정 챔버(40)로 인가하여 형성될 수 있다. 이 경우, 제 3 RF 전력은 제 2 전원(20)에서 생성된 저주파 전력을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 3 RF 전력은 300 KHz 내지 400 KHz의 주파수 범위의 저주파 전력을 포함할 수 있다. 이와 같이, 펄스파의 제 2 RF 전력과 연속파의 제 3 RF 전력을 같이 공급하여 제 2 플라즈마를 생성하는 경우 펄스파 형태의 제 2 RF 전력만 단독으로 사용하는 경우에 비해서 파티클(particle) 발생을 줄일 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 제 2 RF 전력이 낮은 듀티비를 갖는 경우, 실리콘 소스 가스를 분해하는 데 어려움이 있어서 파티클이 발생할 수 있으나 저주파 전력을 연속파 형태로 추가 공급함으로써 분해 효율을 높여서 파티클 발생을 줄일 수 있다.
비정질 실리콘막을 형성하는 단계(S20)에서, 공정 가스는 실리콘과 수소의 화합물인 실란(silane) 계열의 가스를 포함할 수 있다. 실란 계열의 가스는 SixHy 계열의 모노, 다이, 트리 실란 가스를 포함할 수 있다. 부가적으로, 공정 가스는 실란 계열의 가스 외에 불활성 가스를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 불활성 가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 및 아르곤(Ar) 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 가스를 포함할 수 있다. 이러한 불활성 가스는 이온 또는 전자를 공급하여 제 2 플라즈마 생성에 기여할 뿐, 반응 가스로 기여하지는 않는다.
상술한 내용에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 실리콘막의 형성 방법은 PECVD방식을 이용한 비정질 실리콘막의 증착 방법으로서, 증착 단계의 전 단계에 플라즈마 전처리 단계를 추가하여 하부막과의 접합력(adhesion)이 양호하도록 매끈한 박막을 증착시킬 수 있다. 하부막의 막질 차이 및 표면 조도(Roughness) 차이에 따라 비정질 실리콘막을 증착할 때, 종래의 방식의 경우에는 비정질 실리콘막이 함께 표면 조도가 좋지 않거나, 심할 경우 접합력이 좋지 않아 들뜸 현상이 발생하는 문제가 있었다.
접합력이 개선된 매끈한 비정질 실리콘막을 증착 시키기 위해서는 하부막에 대한 고려가 필요한데 이때 가장 문제가 되는 부분이 하부막 위에서의 수소(Hydrogen) 성분이다. 수소 성분이 하부막에 많을 경우, 비정질 실리콘막은 하부막과 결합되기 어려워 증착이 원할하게 이루어지지 않게 된다.
상술한 전처리하는 단계(S10) 후에 비정질 실리콘막을 증착시킬 경우, 하부막이 매끄러워져 증착되는 비정질 실리콘막도 함께 표면 조도가 개선되고 증착 시 균일도가 향상되는 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 증착 온도가 낮아질수록 H+ 성분이 증가하고 표면 조도가 좋지 않아 증착 시 문제점이 증가될 수 있는데, 본 실시예에 따르면 H+ 성분을 감소시키고 표면 조도가 개선되는 효과를 얻을 수 있다.
나아가, 비정질 실리콘막(S20)을 형성하는 단계에서, 제 2 RF 전력을 소정 듀티비의 펄스파로 공급함으로써 공정 온도를 향상시키지 않고서도 비정질 실리콘막 내 수소 농도를 효율적으로 감소시켜 막질을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비정질 실리콘막의 형성 방법을 보여주는 순서도이다. 이 실시예에 따른 비정질 실리콘막의 형성 방법은 도 1의 비정질 실리콘막의 형성 방법에 후처리 단계를 더 부가한 것이고 따라서 두 실시예들에서 중복된 설명은 생략된다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플비정질 실리콘막의 형성 방법은, 기판(W) 상에 비정질 실리콘막을 형성하는 단계(S20) 이후에, 제 3 플라즈마를 이용하여 후처리 가스를 활성화하여 비정질 실리콘막을 후처리하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제 3 플라즈마는 제 4 RF 전력을 연속파(continuous wave)로 상기 공정 챔버(40)에 인가하여 형성될 수 있다. 상기 제 4 RF 전력은 13.56 MHz 내지 27.12 MHz의 주파수 범위의 고주파 전력을 포함할 수 있다.예를 들어, 후처리 가스는 헬륨(He)가스, 아르곤(Ar)가스, 수소(H2)가스, 질소(N2)가스, 아산화질소(N2O)가스 및 이들의 혼합가스 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 구체적인 예로서, 후처리하는 단계(S30)는 상기 비정질 실리콘막 상에, 아산화질소(N2O) 플라즈마 처리를 수행하는 단계를 포함하거나, 질소(N2) 플라즈마 처리를 수행하는 단계를 포함하거나, 아산화질소(N2O) 및 질소(N2) 플라즈마 처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
비정질 실리콘막은 전자 소자의 제조 과정에서 반사방지막이나 하드마스크막으로 적용될 수 있다. 전자 소자가 고집적화 됨에 따라 미세 선폭을 가지는 패턴이 요구되고 있다. 이에 따라, 현재 상용화된 노광 장비를 그대로 이용하면서 미세한 선폭을 갖는 패턴을 구현하기 위하여 DPT(Double Patterning Technology)이나 QPT(Quadraple Patterning Technology)와 같은 멀티 패터닝 공정기술이 제안되고 있으며 이러한 멀티 패터닝 공정에서 반사방지막으로 기존의 산질화실리콘막을 비정질 실리콘막으로 대체할 수 있다.
본 발명자는 비정질 실리콘막에 대하여 상술한 후처리 단계(S30)를 수행한 경우 비정질 실리콘막 계면에서의 수소기를 효과적으로 제거시킴으로써 건식 식각율 특성의 변화를 줄 수 있으며 이러한 건식 식각율 특성의 변화는 멀티 패터닝 공정에서 식각 공정의 선택비를 개선시킬 수 있음을 확인하였다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10, 20: 전원
35: 매칭부
40: 공정 챔버
42: 샤워 헤드
44: 스테이지 히터
35: 매칭부
40: 공정 챔버
42: 샤워 헤드
44: 스테이지 히터
Claims (11)
- 공정 챔버 내 기판 상에 전처리 가스를 공급하고, 제 1 플라즈마를 이용하여 상기 전처리 가스를 활성화하여 상기 기판을 전처리하는 단계; 및
상기 기판 상에 실리콘 및 수소를 포함하는 공정 가스를 공급하고, 제 2 플라즈마를 이용하여 상기 공정 가스를 분해하여 상기 기판 상에 비정질 실리콘막을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 플라즈마는 제 1 RF 전력을 상기 공정 챔버 내에 인가하여 형성하고,
상기 제 2 플라즈마는 제 2 RF 전력을 펄스파(pulsed wave)로 상기 공정 챔버 내에 인가하여 형성하는,
비정질 실리콘막의 형성 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 RF 전력은 그 듀티비가 50% 이하(0 제외) 범위의 펄스파인, 비정질 실리콘막의 형성 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 RF 전력은 그 듀티비가 10% 이상 50% 이하 범위의 펄스파인, 비정질 실리콘막의 형성 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 RF 전력은 연속파(continuous wave) 또는 펄스파(pulsed wave)로 인가되는, 비정질 실리콘막의 형성 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 RF 전력 및 상기 제 2 RF 전력은 13.56 MHz 내지 27.12 MHz의 주파수 범위의 고주파 전력을 포함하고,
상기 제 2 플라즈마는 상기 제 2 RF 전력을 펄스파로 인가하면서 제 3 RF 전력을 연속파로 상기 공정 챔버에 인가하여 형성되고,
상기 제 3 RF 전력은 300 KHz 내지 400 KHz의 주파수 범위의 저주파 전력을 포함하는,
비정질 실리콘막의 형성 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 전처리 가스는 암모니아(NH3) 가스, 수소(H2) 가스 및 이들의 혼합 가스 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는, 비정질 실리콘막의 형성 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 공정 가스는 실란(silane) 계열의 가스를 포함하는, 비정질 실리콘막의 형성 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 비정질 실리콘막을 형성하는 단계 이후에, 상기 공정 챔버 내에 후처리 가스를 공급하고, 제 3 플라즈마를 이용하여 상기 후처리 가스를 활성화시켜 상기 비정질 실리콘막을 후처리하는 단계를 포함하는,
비정질 실리콘막의 형성 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 3 플라즈마는 제 4 RF 전력을 연속파(continuous wave)로 상기 공정 챔버에 인가하여 형성되는,
비정질 실리콘막의 형성 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 4 RF 전력은 13.56 MHz 내지 27.12 MHz의 주파수 범위의 고주파 전력을 포함하는,
비정질 실리콘막의 형성 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 후처리 가스는 헬륨(He)가스, 아르곤(Ar)가스, 수소(H2)가스, 질소(N2)가스, 아산화질소(N2O)가스 및 이들의 혼합가스 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는, 비정질 실리콘막의 형성 방법.
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|---|---|---|---|---|
| WO2024054413A1 (en) * | 2022-09-06 | 2024-03-14 | Lam Research Corporation | Doped silicon or boron layer formation |
Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR20090116433A (ko) | 2008-05-07 | 2009-11-11 | 에이에스엠지니텍코리아 주식회사 | 비정질 실리콘 박막 형성 방법 |
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