KR20210055348A - Apparatus and Method for Deposition of Thin Film - Google Patents

Apparatus and Method for Deposition of Thin Film Download PDF

Info

Publication number
KR20210055348A
KR20210055348A KR1020190141678A KR20190141678A KR20210055348A KR 20210055348 A KR20210055348 A KR 20210055348A KR 1020190141678 A KR1020190141678 A KR 1020190141678A KR 20190141678 A KR20190141678 A KR 20190141678A KR 20210055348 A KR20210055348 A KR 20210055348A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
thin film
source gas
reducing
film deposition
Prior art date
Application number
KR1020190141678A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
류희성
편승철
서경천
김대규
조가은
Original Assignee
주식회사 원익아이피에스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 원익아이피에스 filed Critical 주식회사 원익아이피에스
Priority to KR1020190141678A priority Critical patent/KR20210055348A/en
Publication of KR20210055348A publication Critical patent/KR20210055348A/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45536Use of plasma, radiation or electromagnetic fields
    • C23C16/4554Plasma being used non-continuously in between ALD reactions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34Nitrides
    • C23C16/345Silicon nitride
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C23C16/45548Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus having arrangements for gas injection at different locations of the reactor for each ALD half-reaction
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges

Abstract

A device for depositing a thin film according to one embodiment comprises: a chamber wherein a processing space for processing a substrate by generating plasma therein is formed; a gas supply device that injects process gas into the chamber; a susceptor installed so as to face the gas supply device and on which the substrate is mounted; and a power supply and matching part that connects to the gas supply device to provide a high-frequency RF power. As a substrate to be processed is provided, the present invention may be configured to supply a reducing gas to at least a part of a section including a reduction process by adsorbing a first source gas onto the substrate, and performing a film forming process by supplying a second source gas after the reduction process of reducing the first source gas by a plasma. Therefore, the present invention is capable of allowing the thin film having a uniform thickness and a dense film quality to be formed on the substrate on which a lower pattern is formed.

Description

박막 증착 장치 및 방법{Apparatus and Method for Deposition of Thin Film}Thin film deposition apparatus and method {Apparatus and Method for Deposition of Thin Film}

본 발명은 반도체막 형성 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 박막 증착 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor film forming technology, and more particularly, to a thin film deposition apparatus and method.

반도체 집적소자의 크기가 점점 작아지고 형상이 복잡해짐에 따라 단차(Step coverage)가 높고 종횡비(Aspect ratio)가 큰 하부 구조 상에 균일하고 얇은 두께의 박막을 형성하기 위한 기술이 요구되고 있다.As the size of the semiconductor integrated device becomes smaller and the shape becomes more complex, there is a demand for a technique for forming a thin film having a uniform and thin thickness on an underlying structure having a high step coverage and a large aspect ratio.

이에 따라 화학기상증착 반응을 이용하면서 전구체와 반응체를 시분할로 주입하여 기판 표면에서 이루어지는 자기제어반응을 이용하여 박막의 두께를 정확히 조절하는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 방식이 이용되고 있다.Accordingly, an atomic layer deposition (ALD) method is used in which a precursor and a reactant are injected in time-division while using a chemical vapor deposition reaction to accurately control the thickness of a thin film using a self-controlled reaction performed on the substrate surface. .

그리고, 전구체와 반응체의 반응 속도를 향상시키고 증착 박막의 막질을 개선하기 위해 ALD 공정에 플라즈마 기술을 적용한 플라즈마 ALD 기술이 개발되었다.In addition, in order to improve the reaction rate between the precursor and the reactant and improve the film quality of the deposited thin film, a plasma ALD technology applied to the ALD process has been developed.

그럼에도 불구하고 반도체 패턴의 미세화 및 조밀화에 따라 패턴의 오목부, 측벽, 상단부에 균일한 두께의 박막을 증착하는 것은 여전히 해결해야 할 과제로 남아 있다.Nevertheless, with the miniaturization and densification of the semiconductor pattern, depositing a thin film having a uniform thickness on the concave portion, sidewall, and upper portion of the pattern remains a task to be solved.

본 기술의 실시예는 두께가 균일하고 막질이 치밀한 박막을 형성할 수 있는 박막 증착 장치 및 방법을 제공할 수 있다.An embodiment of the present technology can provide a thin film deposition apparatus and method capable of forming a thin film having a uniform thickness and a dense film quality.

본 기술의 일 실시예에 의한 박막 증착 장치는 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리하는 처리 공간이 형성되는 챔버; 상기 챔버 내부로 공정 가스를 분사하기 위한 가스 공급 장치; 상기 가스 공급 장치와 대향하도록 설치되고 상부에 상기 기판이 안착되는 서셉터; 및 상기 가스 공급 장치와 연결되어 고주파 RF 전원을 제공하는 전원 공급 및 정합부;를 포함하고, 처리 대상 기판이 제공됨에 따라, 제 1 소스 가스를 상기 기판 상에 흡착시키고 상기 제 1 소스 가스를 플라즈마에 의해 환원시키는 환원공정 이후 제 2 소스 가스를 공급하여 성막 공정을 수행하며, 상기 환원 공정 이후의 적어도 일 부 구간에 환원 가스를 공급하도록 구성될 수 있다.A thin film deposition apparatus according to an embodiment of the present technology includes a chamber in which a processing space for processing a substrate by generating plasma is formed therein; A gas supply device for injecting a process gas into the chamber; A susceptor installed to face the gas supply device and on which the substrate is seated; And a power supply and matching unit connected to the gas supply device to provide high-frequency RF power, and as a substrate to be processed is provided, a first source gas is adsorbed onto the substrate and the first source gas is plasma After the reduction process by which the second source gas is supplied to perform the film formation process, it may be configured to supply the reducing gas to at least a part of the section after the reduction process.

본 기술의 일 실시예에 의한 박막 증착 방법은 챔버 상부의 가스 공급 장치를 통해 제 1 소스 가스를 공급하여 기판 상에 상기 제 1 소스 가스를 흡착시키는 흡착 단계; 상기 제 1 소스 가스의 공급을 중단하고, 환원 가스를 공급하면서 플라즈마를 생성하여 상기 제 1 소스가스를 환원하는 환원 단계; 및 제 2 소스 가스를 공급하여 상기 제 1 소스 가스와 상기 제 2 소스가스를 반응시키는 성막 단계;를 포함할 수 있다.A thin film deposition method according to an embodiment of the present technology includes an adsorption step of supplying a first source gas through a gas supply device above a chamber to adsorb the first source gas on a substrate; A reduction step of stopping supply of the first source gas and generating plasma while supplying a reducing gas to reduce the first source gas; And a film forming step of supplying a second source gas to react the first source gas with the second source gas.

본 기술에 의하면, 하부 패턴이 형성된 기판 상에 두께가 균일하고 막질이 치밀한 박막을 형성할 수 있다.According to the present technology, a thin film having a uniform thickness and a dense film quality can be formed on a substrate on which a lower pattern is formed.

조밀하고 미세한 하부 패턴 상에 저온 공정을 통해 우수하고 균일한 막질의 박막을 형성할 수 있어 후속 공정의 신뢰성 또한 개선할 수 있다.Since it is possible to form a thin film having an excellent and uniform film quality through a low-temperature process on a dense and fine lower pattern, reliability of a subsequent process can also be improved.

도 1은 일 실시예에 의한 박막 증착 장치의 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 실시예들에 따른 박막 증착 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5는 환원 가스 공급 방식에 따른 박막의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 환원 가스 공급 방식에 따른 박막 내 불순물 농도를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 환원 가스 공급 방식에 따른 박막의 균일도 및 치밀도를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 의한 박막 증착 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 공정 반복 횟수에 따른 박막의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 공정 반복 횟수에 따른 박막의 균일도 및 치밀도를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a configuration diagram of a thin film deposition apparatus according to an embodiment.
2 to 4 are timing diagrams for explaining a thin film deposition method according to embodiments.
5 is a view for explaining the characteristics of the thin film according to the reducing gas supply method.
6 is a diagram for explaining an impurity concentration in a thin film according to a reducing gas supply method.
7 is a view for explaining the uniformity and density of a thin film according to the reducing gas supply method.
8 is a flowchart illustrating a thin film deposition method according to an exemplary embodiment.
9 is a diagram for explaining characteristics of a thin film according to the number of process repetitions.
10 is a view for explaining the uniformity and density of a thin film according to the number of process repetitions.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 기술의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present technology will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일 실시예에 의한 박막 증착 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a thin film deposition apparatus according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 박막 증착 장치(10)는 챔버(100), 가스 제공부(200), 전원공급 및 정합부(300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the thin film deposition apparatus 10 may include a chamber 100, a gas providing unit 200, and a power supply and matching unit 300.

챔버(100)는 상부가 개방된 본체(110) 및 본체(110) 상단을 폐쇄하도록 구성되는 가스 공급 장치(120)를 포함할 수 있다.The chamber 100 may include a body 110 with an open top and a gas supply device 120 configured to close the top of the body 110.

챔버(100) 내부 공간은 증착 공정 등 기판(W)에 대한 처리가 이루어지는 공간일 수 있다. 본체(110) 측면의 지정된 위치에는 기판(W)이 반입 및 반출되는 게이트(G)가 마련될 수 있다. 본체(110)의 저면에는 기판(W)이 안착되는 서셉터(130)의 지지축(140)이 삽입되는 관통공이 형성될 수 있다.The interior space of the chamber 100 may be a space in which a substrate W is processed, such as a deposition process. A gate G through which the substrate W is carried in and carried out may be provided at a designated position on the side of the main body 110. A through hole into which the support shaft 140 of the susceptor 130 on which the substrate W is seated may be formed on the bottom of the main body 110.

서셉터(130)는 상면에 적어도 하나의 기판(W)이 안착되도록 전체적으로 평판 형상을 가지며, 가스 공급 장치(120)에 대향하여 수평 방향으로 설치될 수 있다. 지지축(140)은 서셉터(130) 후면에 수직 결합되며, 챔버(100) 저부의 관통공을 통해 외부의 구동부(미도시)와 연결되어, 서셉터(130)를 승강 및/또는 회전시키도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 서셉터(130)는 전극(제 2 전극)으로 작용할 수 있다.The susceptor 130 has an overall flat shape such that at least one substrate W is seated on the upper surface, and may be installed in a horizontal direction facing the gas supply device 120. The support shaft 140 is vertically coupled to the rear surface of the susceptor 130, and is connected to an external driving unit (not shown) through a through hole at the bottom of the chamber 100 to lift and/or rotate the susceptor 130. Can be configured to In one embodiment, the susceptor 130 may act as an electrode (second electrode).

서셉터(130)의 내부에는 히터(132)가 구비되어 상부에 안착된 기판(W)의 온도를 조절할 수 있다. 전원부(170)는 히터(132)로 전원을 공급하여 히터(132)가 발열하도록 구성될 수 있다.A heater 132 is provided inside the susceptor 130 to control the temperature of the substrate W mounted thereon. The power supply unit 170 may be configured to supply power to the heater 132 so that the heater 132 generates heat.

챔버(100) 내부는 일반적으로 진공 분위기로 형성되어야 하므로, 본체(110)의 지정된 위치, 예를 들어 저면에는 배기구(150)가 형성될 수 있다. 배기구(150)는 외부의 펌프(160)와 연결될 수 있다. 배기구(150)를 통해 챔버(100) 내부를 진공 상태로 만들 수 있고, 공정 후 발생하는 가스를 배출할 수 있다.Since the inside of the chamber 100 should be generally formed in a vacuum atmosphere, an exhaust port 150 may be formed at a designated location of the main body 110, for example, on the bottom surface. The exhaust port 150 may be connected to an external pump 160. The inside of the chamber 100 may be made into a vacuum state through the exhaust port 150 and gas generated after the process may be discharged.

도 1에는 배기구(150)가 챔버(200)의 저부에 형성된 경우를 예로 들어 도시하였으나, 배기구(150)는 챔버(200)의 측면에 형성될 수도 있다.1 illustrates an example in which the exhaust port 150 is formed on the bottom of the chamber 200, the exhaust port 150 may be formed on the side of the chamber 200.

가스 공급 장치(120)는 본체(110) 상부에 서셉터(130)와 대향하도록 설치될 수 있다. 가스 공급 장치(120)는 가스 제공부(200)로부터 공급되는 다양한 공정가스를 챔버(100) 내부로 분사할 수 있다. 가스 공급 장치(120)는 샤워헤드 타입, 인젝터 타입, 노즐 타입 등 다양한 방식의 가스 공급 장치 중에서 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 가스 공급 장치(120)는 전극(제 1 전극)으로 작용할 수 있다.The gas supply device 120 may be installed on the body 110 to face the susceptor 130. The gas supply device 120 may inject various process gases supplied from the gas providing unit 200 into the chamber 100. The gas supply device 120 may be selected from various types of gas supply devices such as a showerhead type, an injector type, and a nozzle type. In one embodiment, the gas supply device 120 may act as an electrode (first electrode).

가스 제공부(200)는 가스 공급원(210), 밸브(220) 및 가스 공급라인(230)을 포함할 수 있다.The gas supply unit 200 may include a gas supply source 210, a valve 220, and a gas supply line 230.

가스 공급원(210)은 복수의 가스 공급원을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 가스 공급원(210)은 제 1 공정가스, 제 2 공정가스, 제 3 공정가스, 제 4 공정가스 및 제 5 공정가스를 각각 공급하는 제 1 가스 공급원(211), 제 2 가스 공급원(213), 제 3 가스 공급원(215), 제 4 가스 공급원(217) 및 제 5 가스 공급원(219)을 포함할 수 있다.The gas supply source 210 may include a plurality of gas supply sources. In one embodiment, the gas supply source 210 includes a first gas supply source 211 and a second gas supplying a first process gas, a second process gas, a third process gas, a fourth process gas, and a fifth process gas, respectively. A supply source 213, a third gas supply source 215, a fourth gas supply source 217, and a fifth gas supply source 219 may be included.

밸브(220)는 가스 공급원(210)과 가스 공급라인(230) 간에 설치되어, 각 공정가스가 가스 공급라인(230)으로 공급되거나 차단되도록 할 수 있다. 밸브(220)는 제 1 내지 제 5 가스 공급원(211, 213, 215, 217, 219)과 제 1 내지 제 4 가스 공급라인(231, 233, 235, 237) 간에 각각 접속되는 제 1 내지 제 5 밸브(221, 223, 225, 227, 229)를 포함할 수 있다.The valve 220 may be installed between the gas supply source 210 and the gas supply line 230 so that each process gas is supplied to or blocked by the gas supply line 230. The valve 220 is connected between the first to fifth gas supply sources 211, 213, 215, 217, 219 and the first to fourth gas supply lines 231, 233, 235, 237, respectively. Valves 221, 223, 225, 227, 229 may be included.

일 실시예에서, 제 1 공정가스는 제 1 소스 가스일 수 있고, 제 2 공정가스는 캐리어 가스, 예를 들어 제 1 소스 가스를 위한 캐리어 가스일 수 있다. 또한, 제 3 공정가스는 제 2 소스 가스일 수 있고, 제 4 및 제 5 공정가스는 각각 퍼지 가스 및 환원가스일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment, the first process gas may be a first source gas, and the second process gas may be a carrier gas, for example, a carrier gas for the first source gas. In addition, the third process gas may be a second source gas, and the fourth and fifth process gases may be a purge gas and a reducing gas, respectively, but are not limited thereto.

전원공급 및 정합부(300)는 기 설정된 주파수 대역을 갖는 고주파 전원을 플라즈마 전원 소스로 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 고주파 전원의 출력 임피던스와 챔버(100) 내의 부하 임피던스를 상호 매칭시켜 고주파 전원이 챔버(100)로부터 반사됨에 따른 반사 손실을 제거하도록 구성될 수 있다.The power supply and matching unit 300 may be configured to provide a high frequency power having a preset frequency band as a plasma power source. In addition, the output impedance of the high-frequency power source and the load impedance in the chamber 100 may be matched with each other to eliminate reflection loss due to reflection of the high-frequency power source from the chamber 100.

일 실시예에서, 전원공급 및 정합부(300)는 중심 주파수가 27.12 MHz 이상, 또는 60 MHz 이상인 고주파 전원을 제공할 수 있다. 중심 주파수가 13.56 MHz인 고주파 전원을 공급하는 경우 패턴 상에 형성되는 박막의 치밀도가 패턴 상부에 비해 패턴 하부측에서 무르게 나타나는 반면, 중심 주파수가 27.12 MHz 이상인 고주파 전원을 공급하는 경우 패턴의 상부 및 하부에 걸쳐 전체적으로 치밀하고 균일한 막질의 박막이 형성될 수 있다.In one embodiment, the power supply and matching unit 300 may provide a high-frequency power having a center frequency of 27.12 MHz or more, or 60 MHz or more. When a high-frequency power with a center frequency of 13.56 MHz is supplied, the density of the thin film formed on the pattern appears softer at the lower side of the pattern compared to the upper portion of the pattern, whereas when a high-frequency power with a center frequency of 27.12 MHz or more is supplied, the upper and lower portions of the pattern A thin film having a dense and uniform film quality may be formed over the lower portion.

박막을 형성하기 위하여 챔버(100) 내의 온도를 저온, 예를 들어 550℃ 이하, 바람직하게는 400℃ 이하로 설정하고, 압력을 1~10 Torr로 설정한 상태에서, 서셉터(130)에 기판(W)을 안착시킨다. 그리고 챔버(100) 내부를 진공 상태로 만든 후, 가스 공급 장치(120)를 통해 공정가스, 예를 들어 캐리어 가스 및 제 1 소스 가스를 주입한다.In order to form a thin film, the temperature in the chamber 100 is set at a low temperature, for example, 550° C. or less, preferably 400° C. or less, and the pressure is set to 1 to 10 Torr. Settle (W). Then, after making the inside of the chamber 100 into a vacuum state, a process gas, for example, a carrier gas and a first source gas are injected through the gas supply device 120.

이에 따라, 제 1 소스 가스가 기판(W) 표면에 흡착된다. 흡착 공정 후 제 1 소스 가스 및 캐리어 가스의 공급은 중단되고, 흡착 후 잔여 가스는 1차 퍼지 공정을 통해 제거될 수 있다.Accordingly, the first source gas is adsorbed on the surface of the substrate W. After the adsorption process, the supply of the first source gas and the carrier gas is stopped, and the residual gas after adsorption may be removed through the first purge process.

일 실시예에서, 제 1 소스 가스는 DCS(DiChloroSilane; SiH2Cl2), HCDS(HexaChloroDisilane; Si2Cl6)와 같은 할라이드(Halide) 계열의 실리콘 함유 가스, DIPAS, BDEAS와 같은 아민(Amin) 계열의 실리콘 함유 가스 중에서 선택될 수 있다. 캐리어 가스는 아르곤 가스일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 1차 퍼지 가스는 아르곤 가스, 또는 질소 가스와 아르곤 가스일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment, the first source gas is a halide-based silicon-containing gas such as DCS (DiChloroSilane; SiH2Cl2), HCDS (HexaChloroDisilane; Si2Cl6), and an amine-based silicon-containing gas such as DIPAS and BDEAS. Can be chosen. The carrier gas may be argon gas, but is not limited thereto. The primary purge gas may be argon gas, or nitrogen gas and argon gas, but is not limited thereto.

제 1 소스 가스를 퍼지한 후, 환원 가스를 공급하면서 전원 공급 및 정합부(300)에 의해 가스 공급 장치(120)에 고주파를 인가하여 제 1 소스 가스에 대한 환원 공정을 수행할 수 있다. 환원 공정을 통해 환원 가스와 제 1 소스 가스 내의 불순물, 예를 들어 염소(Cl) 및 수소(H2)가 탈리되어 외부로 배출될 수 있다. 일 실시예에서, 환원 가스는 수소 함유 가스 중에서 선택될 수 있다.After purging the first source gas, a reduction process for the first source gas may be performed by applying a high frequency to the gas supply device 120 by the power supply and matching unit 300 while supplying the reducing gas. Through the reduction process, impurities, such as chlorine (Cl) and hydrogen (H2), in the reducing gas and the first source gas may be desorbed and discharged to the outside. In one embodiment, the reducing gas may be selected from among hydrogen containing gases.

이후 아르곤 가스, 또는 질소 가스와 아르곤 가스를 2차 퍼지 가스로 공급하여 2차 퍼지를 수행할 수 있다.Thereafter, argon gas, or nitrogen gas and argon gas may be supplied as the second purge gas to perform the second purge.

제 1 소스 가스의 환원 공정시 제 1 소스 가스 내의 불순물을 미리 제거함에 의해 후속 공급되는 제 2 소스가스와의 반응성을 향상시킬 수 있다.By removing impurities in the first source gas in advance during the reduction process of the first source gas, reactivity with the subsequently supplied second source gas may be improved.

이어서, 반응 가스로 제 2 소스 가스를 공급하여 성막 공정을 수행할 수 있다. 제 2 소스 가스 공급시에는 환원 가스가 함께 공급될 수 있고, 전원 공급 및 정합부(300)에 의한 고주파 전원의 인가는 차단할 수 있다. 제 2 소스 가스 공급시 환원 가스를 함께 공급함에 따라 제 1 소스 가스에 포함된 불순물과 환원 가스의 반응에 의해 불순물이 탈리되어 제 1 소스 가스와 제 2 소스 가스의 반응성을 향상시킬 수 있다. 제 2 소스 가스는 암모니아(NH3) 함유 가스 중에서 선택될 수 있고, 제 1 소스 가스와 제 2 소스 가스의 반응에 의해 실리콘 질화막(SiN)이 형성될 수 있다. 암모니아 함유 가스는 다른 질소 함유 가스(예를 들어 N2)에 비해 분해가 용이하여 제 2 소스 가스로 적용하는 경우 성막 효율을 향상시킬 수 있다.Subsequently, a second source gas may be supplied as a reaction gas to perform a film formation process. When the second source gas is supplied, the reducing gas may be supplied together, and the power supply and application of the high-frequency power by the matching unit 300 may be blocked. When the second source gas is supplied, as the reducing gas is supplied together, impurities are removed by a reaction between the impurities included in the first source gas and the reducing gas, thereby improving reactivity between the first source gas and the second source gas. The second source gas may be selected from gases containing ammonia (NH 3 ), and a silicon nitride film (SiN) may be formed by a reaction between the first source gas and the second source gas. The ammonia-containing gas is more easily decomposed than other nitrogen-containing gases (for example, N2), and when applied as a second source gas, film formation efficiency can be improved.

성막 공정 후에는 제 2 소스 가스의 공급을 중단하고 3차 퍼지 공정을 통해 반응 부산물 및 미반응 가스를 제거할 수 있다. 3차 퍼지 가스로는 아르곤 가스, 또는 질소 가스와 아르곤 가스를 공급할 수 있다.After the film formation process, supply of the second source gas may be stopped, and reaction by-products and unreacted gas may be removed through a third purge process. Argon gas, or nitrogen gas and argon gas may be supplied as the third purge gas.

제 1 소스 가스의 환원 공정시 환원 가스를 공급함에 의해 제 1 소스 가스 내의 불순물이 환원 가스와 결합 또는 탈리되어 외부로 배출될 수 있다. 따라서, 제 2 소스 가스를 공급하는 성막 공정시 불순물이 1차로 제거된 제 1 소스 가스와 제 2 소스 가스의 반응성이 향상된다. 또한, 제 2 소스 가스 공급시에도 환원 가스를 함께 공급하므로 제 1 소스 가스에 함유된 불순물이 더욱 탈리되어 반응성이 더욱 향상될 수 있다.During the reduction process of the first source gas, by supplying the reducing gas, impurities in the first source gas may be combined with or desorbed from the reducing gas to be discharged to the outside. Accordingly, the reactivity between the first source gas and the second source gas from which impurities are primarily removed during the film formation process of supplying the second source gas is improved. In addition, since the reducing gas is also supplied when the second source gas is supplied, impurities contained in the first source gas are further desorbed, so that reactivity may be further improved.

본 기술은 550℃ 이하의 저온에서 박막을 형성하기 위해 제 1 소스 가스 공급시 플라즈마를 인가하여 제 1 소스 가스를 여기시키는 한편, 환원 가스에 의해 불순물을 제거한다. 후속하여 제 2 소스 가스를 공급하여 제 1 및 제 2 소스 가스가 반응함에 의해 성막이 이루어진다. 이 때, 환원 공정을 포함하는 적어도 일부 구간에 환원 가스를 공급함에 의해 제 1 소스 가스 내의 불순물을 용이하게 제거할 수 있다.In the present technology, in order to form a thin film at a low temperature of 550° C. or less, plasma is applied when the first source gas is supplied to excite the first source gas, while impurities are removed by the reducing gas. Subsequently, a second source gas is supplied and the first and second source gases react, thereby forming a film. In this case, impurities in the first source gas can be easily removed by supplying the reducing gas to at least a portion of the section including the reduction process.

실리콘 질화막 형성시 공급되는 할라이드 계열 또는 아민 계열의 제 1 소스 가스는 불순물(염소, 수소)를 함유하고 있으며, 이를 이용하여 실리콘 질화막을 성막하는 경우 박막 내의 불순물 농도에 비례하여 박막의 치밀성이 낮고 스텝 커버리지 특성이 열악하다. 따라서, 기판 표면에 형성된 패턴의 상단부, 측벽 및 하단부 따라 컨포멀(conformal)한 두께를 가짐과 동시에 치밀한 박막을 형성하기 어렵다. 특히, 패턴 측벽에 형성되는 박막의 두께가 균일하지 않고 치밀하지 않으면 후속 식각 공정시에 일정한 식각률을 담보할 수 없다.The halide-based or amine-based first source gas supplied when the silicon nitride film is formed contains impurities (chlorine, hydrogen), and when a silicon nitride film is formed by using this, the thin film has low density and a step in proportion to the impurity concentration in the thin film. The coverage characteristics are poor. Accordingly, it is difficult to form a dense thin film while having a conformal thickness along the upper end, sidewall, and lower end of the pattern formed on the substrate surface. In particular, if the thickness of the thin film formed on the sidewall of the pattern is not uniform and not dense, a certain etch rate cannot be guaranteed during a subsequent etching process.

하지만, 본 기술에서는 제 1 소스 가스의 환원 공정을 포함하는 적어도 일부 구간을 통해 환원 가스를 지속적으로 충분히 공급하기 때문에, 치밀한 막질의 실리콘 질화막을 형성할 수 있고, 특히 패턴 상부에 형성되는 박막의 치밀성이 증대되어 스텝 커버리지 특성을 확보할 수 있다.However, in the present technology, since the reducing gas is continuously and sufficiently supplied through at least a portion of the section including the reduction process of the first source gas, it is possible to form a dense silicon nitride film, and in particular, the denseness of the thin film formed on the pattern. Is increased, and step coverage characteristics can be secured.

한편, 이상에서 설명한 흡착 및 환원 공정을 포함하는 제 1 공정을 기 설정된 제 L 횟수 반복한 후 성막 공정을 포함하는 제 2 공정을 기 설정된 제 M 횟수 반복하며, 제 1 공정 및 제 2 공정을 기 설정된 제 N 횟수 반복하면 더욱 균일하고 치밀한 막질의 박막을 형성할 수 있다.On the other hand, after repeating the first process including the adsorption and reduction process described above for a preset L number of times, the second process including the film forming process is repeated a preset M number of times, and the first process and the second process are performed. By repeating the set N-th number of times, a more uniform and dense thin film can be formed.

도 2 내지 도 4는 실시예들에 따른 박막 증착 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.2 to 4 are timing diagrams for explaining a thin film deposition method according to embodiments.

도 2는 환원 공정을 포함하는 적어도 일부 구간, 예를 들어 환원 공정 및 성막 공정시 환원 가스를 공급하여 성막하는 박막 증착 방법을 나타낸다.2 shows a thin film deposition method in which a film is formed by supplying a reducing gas during at least a partial section including a reduction process, for example, a reduction process and a film formation process.

도 2를 참조하면, 박막 증착 공정은 흡착 단계(T1~T2), 환원 단계(T2~T4), 성막 단계(T4~T6) 및 퍼지 단계(T6~T7)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the thin film deposition process may include an adsorption step (T1 to T2), a reduction step (T2 to T4), a film formation step (T4 to T6), and a purge step (T6 to T7).

먼저, 서셉터(130) 상에 안착된 기판(W)을 히터(132)에 의해 기 설정된 온도로 가열할 수 있다. 그리고, 챔버(100) 내의 압력을 기 설정된 압력(예를 들어 1~10Torr)으로 안정화한 후 기 설정된 압력 및 유량으로 캐리어 가스와 함께 제 1 소스 가스를 공급할 수 있다(T1~T2).First, the substrate W mounted on the susceptor 130 may be heated to a preset temperature by the heater 132. In addition, after stabilizing the pressure in the chamber 100 to a preset pressure (for example, 1 to 10 Torr), the first source gas may be supplied together with the carrier gas at a preset pressure and flow rate (T1 to T2).

증착하고자 하는 박막이 실리콘 질화막인 경우, 제 1 소스 가스인 실리콘 전구체로는 실리콘과 염소가 함유된 소스 가스, 예를 들어 DCS, HCDS와 같은 할라이드(Halide) 계열의 가스, DIPAS, BDEAS와 같은 아민(Amin) 계열의 가스를 사용할 수 있다. 이에 따라 기판(W) 표면에 실리콘이 흡착될 수 있다. 흡착 후에는 캐리어 가스 및 제 1 소스 가스의 공급을 중단하고 아르곤, 또는 아르곤과 질소가 혼합된 퍼지 가스를 공급하면서 1차 퍼지하여 미반응 가스를 제거할 수 있다(T2~T3).When the thin film to be deposited is a silicon nitride film, the silicon precursor as the first source gas is a source gas containing silicon and chlorine, for example, a halide-based gas such as DCS and HCDS, and an amine such as DIPAS and BDEAS. (Amin) series gas can be used. Accordingly, silicon may be adsorbed on the surface of the substrate W. After adsorption, the supply of the carrier gas and the first source gas is stopped, and the unreacted gas may be removed by primary purging while supplying argon or a purge gas in which argon and nitrogen are mixed (T2 to T3).

다음으로, 제 1 소스 가스의 환원 공정을 수행할 수 있다(T3~T4).Next, a reduction process of the first source gas may be performed (T3 to T4).

제 1 소스 가스를 환원시키기 위해 환원 가스를 공급하면서 전원공급 및 정합부(300)를 통해 중심 주파수가 27.12 MHz 이상, 또는 60 MHz 이상인 고주파 전원을 인가하여 제 1 소스 가스 및 환원 가스를 여기시킬 수 있다. 환원 가스는 수소 함유 가수 중에서 선택될 수 있다. 환원 공정을 통해 제 1 소스 가스 내의 불순물(예를 들어, 염소, 수소)과 환원 가스가 반응 및 탈리되어 외부로 배출될 수 있다.In order to reduce the first source gas, the first source gas and the reducing gas may be excited by applying a high-frequency power having a center frequency of 27.12 MHz or more or 60 MHz or more through the power supply and matching unit 300 while supplying the reducing gas to reduce the first source gas. have. The reducing gas may be selected from among hydrogen-containing waters. Through the reduction process, impurities (eg, chlorine, hydrogen) and reducing gas in the first source gas may react and desorb to be discharged to the outside.

후속하여 성막 공정을 수행할 수 있다(T4~T6).Subsequently, a film forming process may be performed (T4 to T6).

성막 공정을 위해 고주파 전원의 인가를 차단하고 아르곤, 또는 아르곤과 질소가 혼합된 퍼지 가스를 공급하면서 2차 퍼지하여 미반응 가스를 제거할 수 있다(T4~T5). 그리고, 제 2 소스 가스를 공급하여 제 1 소스 가스와 반응시킬 수 있다(T5~T6). 제 2 소스 가스는 암모니아(NH3) 함유 가스 중에서 선택될 수 있고, 이를 통해 기판 상에 실리콘 질화막이 성막될 수 있다.For the film formation process, the application of high-frequency power is cut off, and unreacted gas can be removed by secondary purging while supplying argon or a purge gas in which argon and nitrogen are mixed (T4 to T5). In addition, a second source gas may be supplied to react with the first source gas (T5 to T6). The second source gas may be selected from gases containing ammonia (NH3), and a silicon nitride film may be formed on the substrate through this.

성막 공정시 고주파 전원의 인가는 차단되고, 환원 가스를 추가로 공급할 수 있다. 성막 공정 중에 공급되는 환원 가스에 의해 제 1 소스 가스 내의 불순물이 환원 가스와 반응 또는 탈리되어 외부로 배출되고, 박막의 밀도가 향상될 수 있다.During the film forming process, the application of the high-frequency power is cut off, and a reducing gas can be additionally supplied. Impurities in the first source gas are reacted with or desorbed from the reducing gas by the reducing gas supplied during the film forming process, and are discharged to the outside, and the density of the thin film may be improved.

성막 후에는 퍼지 공정(T6~T7)을 통해 반응 부산물 및 미반응 가스를 제거할 수 있다.After film formation, reaction by-products and unreacted gases may be removed through a purge process (T6 to T7).

환원 공정을 포함하는 적어도 일부 구간, 즉 환원 공정 및 성막 공정에서 공급되는 환원 가스에 의해 제 1 소스 가스 내의 불순물(Cl, H2)이 환원 가스(H2)와 반응하여 HCl의 형성을 유도하고, 퍼지 공정(T4~T5, T6~T7)을 통해 제거함으로써 박막 내의 이물질이 효율적으로 제거되고 막질이 개선될 수 있다.Impurities (Cl, H2) in the first source gas react with the reducing gas (H2) by at least a portion of the section including the reduction process, that is, the reducing gas supplied in the reduction process and the film formation process, inducing the formation of HCl, and purging. By removing through the processes (T4 to T5 and T6 to T7), foreign substances in the thin film can be efficiently removed and the film quality can be improved.

환원 공정시 플라즈마에 의해 여기된 환원 가스와 제 1 소스 가스가 반응하여 불순물이 탈리된 것에 더하여, 성막 공정시 불순물이 추가로 탈리되므로 제 1 및 제 2 소스 가스 간의 반응성이 향상되어 균일하고 치밀한 실리콘 질화막이 형성될 수 있다.In addition to the reaction between the reducing gas excited by the plasma and the first source gas during the reduction process, impurities are removed, and the impurities are removed during the film formation process, the reactivity between the first and second source gases is improved, resulting in uniform and dense silicon. A nitride film may be formed.

종횡비가 큰 하부 패턴이 형성된 반도체 기판 상에 본 기술에 의한 방식으로 실리콘 질화막과 같은 박막을 형성할 경우, 패턴의 하부, 측벽, 상단에 걸쳐 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있다. 또한 치밀도가 우수하여 균일한 식각률을 가지므로, 후속하여 형성되는 배선층 등에 대한 하층막의 역할을 충분히 달성할 수 있다.When a thin film such as a silicon nitride film is formed on a semiconductor substrate on which a lower pattern having a high aspect ratio is formed by the method according to the present technology, a thin film having a uniform thickness can be formed over the lower part, sidewall, and upper part of the pattern. In addition, since it has excellent density and has a uniform etch rate, it is possible to sufficiently achieve the role of an underlayer film for a subsequent wiring layer or the like.

도 3은 환원 공정을 포함하는 적어도 일부 구간, 예를 들어 환원 공정 이후의 전 공정 구간을 통해 환원 가스를 공급하여 성막하는 박막 증착 방법을 나타낸다. 도 3에 도시한 것과 같이, 환원가스는 환원 공정이 개시되는 시점(T3) 이후 지속적으로 공급되는 것을 알 수 있다.3 shows a thin film deposition method in which a film is formed by supplying a reducing gas through at least a partial section including a reduction process, for example, a whole process section after the reduction process. As shown in FIG. 3, it can be seen that the reducing gas is continuously supplied after the time point T3 at which the reduction process is started.

도 4는 환원 공정을 포함하는 적어도 일부 구간, 예를 들어 흡착 공정 이후의 전 공정 구간을 통해 환원 가스를 공급하여 성막하는 박막 증착 방법을 나타낸다. 도 4에 도시한 것과 같이, 환원 가스는 흡착 공정이 개시되는 시점(T1) 이후 지속적으로 공급되는 것을 알 수 있다.4 illustrates a thin film deposition method in which a reducing gas is supplied through at least a partial section including a reduction process, for example, a whole process section after the adsorption process, to form a film. As shown in FIG. 4, it can be seen that the reducing gas is continuously supplied after the time point T1 at which the adsorption process is started.

도 3 및 도 4의 박막 증착 방법은 환원 가스의 공급 패턴을 제외하고는 도 2의 증착 방법과 유사하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.The thin film deposition method of FIGS. 3 and 4 is similar to the deposition method of FIG. 2 except for the supply pattern of the reducing gas, and thus a detailed description thereof will be omitted.

도 5는 환원 가스 공급 방식에 따른 박막의 특성을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining the characteristics of the thin film according to the reducing gas supply method.

도 5는 제 1 소스가스 공급 및 퍼지 후(도 2 내지 도 4의 T3~T4 구간) 플라즈마를 인가하는 조건에서, 환원 가스의 공급 없이 퍼지 가스(예를 들어, 아르곤 가스)만을 공급하는 경우(a), 성막 공정을 제외한 전 구간에 환원 가스(H2)를 공급하고 환원 공정시 아르곤 가스 및 환원 가스를 공급과 함께 고주파 플라즈마를 인가하는 경우(b) 및 박막을 증착하는 전 구간에 걸쳐 환원 가스를 인가하고 환원 공정시 아르곤 가스 및 환원 가스를 공급과 함께 고주파 플라즈마를 인가는 경우(c)의 식각률 차이를 도시하였다.5 is a case in which only a purge gas (eg, argon gas) is supplied without supply of a reducing gas under the condition of applying plasma after the first source gas is supplied and purged (section T3 to T4 in FIGS. 2 to 4) ( a) When reducing gas (H2) is supplied to all sections except for the film formation process, and high-frequency plasma is applied along with supply of argon gas and reducing gas during the reduction process (b) and reducing gas throughout the entire section of thin film deposition The difference in the etch rate in the case (c) of applying high-frequency plasma along with supplying argon gas and reducing gas during the reduction process is shown.

제 1 소스 가스 공급 후 환원 공정을 통해 환원 가스와 제 1 소스 가스 내의 불순물이 탈리되어 외부로 배출되어 후속 공급되는 제 2 소스가스와의 반응성을 향상시킬 수 있다(b). 하지만, 제 1 소스 가스 내의 불순물을 환원 공정을 통해 제거하고 한 후에도 잔여 불순물이 존재할 수 있다. 제 2 소스 가스를 공급하는 성막 공정시 제 2 소스가스와 제 1 소스 가스 내의 불순물이 반응하여 일부 제거될 수 있지만 환원 가스를 추가로 공급하면 제 1 소스 가스 내의 잔여 불순물을 환원 가스와 추가로 반응 및 탈리시킬 수 있다. 따라서 제 1 소스 가스와 제 2 소스 가스의 반응성이 향상되고 막질이 치밀해질 수 있다(c).After the first source gas is supplied, the reducing gas and impurities in the first source gas are desorbed through a reduction process and discharged to the outside, thereby improving reactivity with the subsequently supplied second source gas (b). However, even after impurities in the first source gas are removed through a reduction process, residual impurities may exist. During the film formation process of supplying the second source gas, the second source gas and the impurities in the first source gas may react and be partially removed, but if a reducing gas is additionally supplied, the residual impurities in the first source gas are further reacted with the reducing gas. And can be desorbed. Accordingly, the reactivity between the first source gas and the second source gas can be improved and the film quality can be made dense (c).

따라서, 도 5에서 알 수 있듯이, 환원 가스를 공급하는 경우(b, c)의 막질이 그렇지 않은 경우보다 치밀하며, 나아가 공정의 전 구간에 걸쳐 환원 가스를 공급하는 경우의 막질이 가장 치밀하여 식각률이 낮게 나타나는 것을 알 수 있다.Therefore, as can be seen from FIG. 5, the film quality in the case of supplying the reducing gas (b, c) is denser than that in the case where the reducing gas is supplied (b, c), and furthermore, the film quality in the case of supplying the reducing gas throughout the entire process section is the most dense, and thus the etch rate You can see that it appears low.

도 6은 환원 가스 공급 방식에 따른 박막 내 불순물 농도를 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining an impurity concentration in a thin film according to a reducing gas supply method.

도 6에서 가로축은 성막된 박막 표면(1)으로부터의 깊이를 나타내고, 세로축은 성막된 박막 내의 불순물(Cl) 농도를 나타낸다.In FIG. 6, the horizontal axis represents the depth from the surface 1 of the deposited thin film, and the vertical axis represents the concentration of impurities (Cl) in the deposited thin film.

박막 표면으로부터 유의미한 깊이까지(1~200)의 불순물 농도를 살펴 보면, 환원 가스를 공급하지 않고 성막한 박막(a) 및 환원 가스를 공급하여 불순물을 배출하면서 성막한 박막(b)을 비교할 때, 박막의 환원 가스를 공급한 경우의 박막의 불순물 농도가 현저히 낮은 것을 알 수 있다.Looking at the impurity concentration from the surface of the thin film to a significant depth (1 to 200), when comparing the thin film (a) formed without supplying reducing gas and the thin film (b) formed by supplying reducing gas to discharge impurities, It can be seen that the impurity concentration of the thin film is remarkably low when the reducing gas of the thin film is supplied.

도 7은 환원 가스 공급 방식에 따른 박막의 균일도 및 치밀도를 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining the uniformity and density of a thin film according to the reducing gas supply method.

제 1 소스가스 공급 및 퍼지 후(도 2 내지 도 4의 T3~T4 구간) 플라즈마를 인가하는 공통 조건에서, 환원 가스의 공급 없이 퍼지 가스(예를 들어, 아르곤 가스)만을 공급하는 경우, 성막 공정을 제외한 전 구간에 환원 가스(H2)를 공급하고 환원 공정시 아르곤 가스 및 환원 가스를 공급과 함께 고주파 플라즈마를 인가하는 경우, 및 박막을 증착하는 전 구간에 걸쳐 환원 가스를 인가하고 환원 공정시 아르곤 가스 및 환원 가스를 공급과 함께 고주파 플라즈마를 인가하는 경우의 증착 프로파일 및 식각률 차이를 도시하였다.In the case of supplying only a purge gas (eg, argon gas) without supply of a reducing gas under a common condition of applying plasma after the first source gas supply and purge (section T3 to T4 in FIGS. 2 to 4), the film formation process In the case of supplying reducing gas (H2) to all sections except for and applying high-frequency plasma along with supplying argon gas and reducing gas during the reduction process, and applying reducing gas throughout the entire section of thin film deposition, argon is applied during the reduction process. The difference in the deposition profile and the etch rate in the case of applying a high-frequency plasma while supplying a gas and a reducing gas is shown.

증착 프로파일을 비교하여 보면, 박막을 증착하는 전 구간에 걸쳐 환원 가스를 인가하는 경우 스텝 커버리지(S/C=Side/TOP) 특성이 가장 우수함을 알 수 있다. 식각 후의 스텝 커버리지 및 상부/측벽 식각률에 있어서도 박막을 증착하는 전 구간에 걸쳐 환원 가스를 인가하는 경우의 스텝 커버리지가 우수하고 균일한 식각률을 갖는 컨포멀하고 치밀한 박막이 형성될 수 있음을 알 수 있다.Comparing the deposition profiles, it can be seen that the step coverage (S/C=Side/TOP) characteristics are the best when the reducing gas is applied over the entire section of depositing the thin film. It can be seen that the step coverage after etching and the top/sidewall etch rates are excellent in step coverage when a reducing gas is applied throughout the entire section of thin film deposition, and a conformal and dense thin film having a uniform etch rate can be formed. .

도 8은 일 실시예에 의한 박막 증착 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a thin film deposition method according to an exemplary embodiment.

이상에서 설명하였듯이, 본 기술에서는 흡착(S101), 퍼지(S103) 및 환원(S105)을 1회의 사이클로 하는 제 1 공정(S10)을 L(1 이상의 정수)-사이클 반복하고, 퍼지(S201) 및 성막(S203)을 1회의 사이클로 하는 제 2 공정(S20)을 M(1 이상의 정수)-사이클 반복할 수 있다. 제 2 공정(S20)에 후속하여 퍼지를 수행할 수 있다(S30).As described above, in the present technology, the first step (S10) in which adsorption (S101), purge (S103), and reduction (S105) are cycled once is repeated L (an integer greater than 1)-cycle, and purge (S201) and The second step (S20) in which the film formation (S203) is made into one cycle can be repeated in an M (an integer greater than or equal to 1)-cycle. Purging may be performed following the second process S20 (S30).

L-사이클의 제 1 공정(S10) 및 M-사이클의 제 2 공정(S20)은 단위 성막 사이클일 수 있고, 단위 성막 사이클 즉, 제 1 공정(S10) 및 제 2 공정(S20)을 N(1 이상의 정수)-사이클 반복하여 목표하는 두께의 박막을 형성할 수 있다.The first process (S10) of the L-cycle and the second process (S20) of the M-cycle may be a unit film formation cycle, and the unit film formation cycle, that is, the first process (S10) and the second process (S20) are N ( An integer greater than or equal to 1)-cycle can be repeated to form a thin film having a target thickness.

도 9는 공정 반복 횟수에 따른 박막의 특성을 설명하기 위한 도면이다.9 is a diagram for explaining characteristics of a thin film according to the number of process repetitions.

도 9는 제 1 공정(S10)을 1-사이클 수행하고, 제 2 공정(S20)을 1-사이클 수행한 후, 제 1 공정(S10)과 제 2 공정(S20)을 N-사이클 반복 수행한 박막의 식각률(a)과, 제 1 공정(S10)을 L(2 이상의 정수)-사이클 수행하고, 제 2 공정(S20)을 M(2 이상의 정수)-사이클 수행하는 단위 성막 사이클을 N(1 이상의 정수)회 수행하여 형성한 박막의 식각률(b)을 나타낸다. (b)의 경우와 같이 각 사이클을 복수회 반복하여 형성한 박막의 치밀도가 우수하여 식각률이 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있다.9 is a first process (S10) is performed 1-cycle, the second process (S20) is performed 1-cycle, and then the first process (S10) and the second process (S20) are repeatedly performed N-cycle. The etch rate (a) of the thin film and the unit film formation cycle in which the first process (S10) is performed with an L (an integer of 2 or more)-cycle, and the second process (S20) is performed with an M (an integer of 2 or more)-cycles are N (1). It shows the etch rate (b) of the thin film formed by performing the above integer) times. As in the case of (b), it can be seen that the thin film formed by repeating each cycle a plurality of times has excellent density and thus a low etch rate.

도 10은 공정 반복 횟수에 따른 박막의 균일도 및 치밀도를 설명하기 위한 도면이다.10 is a view for explaining the uniformity and density of a thin film according to the number of process repetitions.

도 10은 제 1 공정(S10)을 1-사이클 수행하고, 제 2 공정(S20)을 제 2 공정(S20)을 1-사이클 수행한 후, 제 1 공정(S10)과 제 2 공정(S20)을 N-사이클 반복 수행 하여 형성한 박막과, 제 1 공정(S10)을 L(2 이상의 정수)-사이클 수행하고, 제 2 공정(S20)을 M(2 이상의 정수)-사이클 수행하는 단위 성막 사이클을 N(1 이상의 정수)회 수행하여 형성한 경우의 박막의 증착 프로파일 및 식각률 차이를 도시하였다.FIG. 10 is a first process (S10) performing 1-cycle, a second process (S20) performing a second process (S20) 1-cycle, and then a first process (S10) and a second process (S20). A thin film formed by repeatedly performing N-cycles, and a unit film formation cycle in which the first process (S10) is performed with an L (an integer of 2 or more)-cycle, and the second process (S20) is performed with an M (an integer of 2 or more)-cycles The difference in the deposition profile and the etch rate of the thin film when formed by performing N (an integer of 1 or more) times is shown.

각 사이클을 복수회 반복하여 형성한 박막의 경우 치밀한 막질을 갖기 때문에, 하부 패턴의 상부 및 측벽에 균일한 두께의 박막이 형성되고(SC=100.0%), 식각시 상부 및 측벽 식각률이 동일(0.69/0.69)하므로 식각 후의 두께 균일성(SC=100.0%)이 보장되는 것을 확인할 수 있다.Since the thin film formed by repeating each cycle multiple times has a dense film quality, a thin film having a uniform thickness is formed on the upper and sidewalls of the lower pattern (SC=100.0%), and the upper and sidewall etch rates are the same (0.69) during etching. /0.69), so it can be confirmed that the thickness uniformity (SC=100.0%) after etching is guaranteed.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As such, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. Therefore, the embodiments described above are illustrative in all respects and should be understood as non-limiting. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

10 : 박막 증착 장치
100 : 챔버
200 : 가스 제공부
300 : 전원공급 및 정합부
10: thin film deposition apparatus
100: chamber
200: gas supply unit
300: power supply and matching part

Claims (20)

내부에 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리하는 처리 공간이 형성되는 챔버;
상기 챔버 내부로 공정 가스를 분사하기 위한 가스 공급 장치;
상기 가스 공급 장치와 대향하도록 설치되고 상부에 상기 기판이 안착되는 서셉터; 및
상기 가스 공급 장치와 연결되어 고주파 RF 전원을 제공하는 전원 공급 및 정합부;를 포함하고,
처리 대상 기판이 제공됨에 따라, 제 1 소스 가스를 상기 기판 상에 흡착시키고 상기 제 1 소스 가스를 플라즈마에 의해 환원시키는 환원공정 이후 제 2 소스 가스를 공급하여 성막 공정을 수행하며, 상기 환원 공정을 포함하는 적어도 일부 구간에 환원 가스를 공급하도록 구성되는 박막 증착 장치.
A chamber in which a processing space for processing a substrate by generating plasma is formed therein;
A gas supply device for injecting a process gas into the chamber;
A susceptor installed to face the gas supply device and on which the substrate is seated; And
Includes; a power supply and matching unit connected to the gas supply device to provide a high frequency RF power,
As the substrate to be processed is provided, after a reduction process of adsorbing a first source gas on the substrate and reducing the first source gas by plasma, a second source gas is supplied to perform a film formation process, and the reduction process is performed. A thin film deposition apparatus configured to supply a reducing gas to at least a portion of the section including.
제 1 항에 있어서,
상기 환원 가스는 상기 환원 공정 이후 지속 공급되도록 구성되는 박막 증착 장치.
The method of claim 1,
The thin film deposition apparatus configured to continuously supply the reducing gas after the reduction process.
제 1 항에 있어서,
상기 성막 공정시 상기 환원 가스를 공급하도록 구성되는 박막 증착 장치.
The method of claim 1,
A thin film deposition apparatus configured to supply the reducing gas during the film formation process.
제 1 항에 있어서,
상기 환원 가스는 상기 흡착 공정 및 상기 흡착 공정 이후 지속 공급되도록 구성되는 박막 증착 장치.
The method of claim 1,
The reducing gas is a thin film deposition apparatus configured to be continuously supplied after the adsorption process and the adsorption process.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 소스 가스 공급시 상기 고주파 전원을 인가하지 않도록 구성되는 박막 증착 장치.
The method of claim 1,
A thin film deposition apparatus configured to not apply the high frequency power when the second source gas is supplied.
제 1 항에 있어서,
상기 챔버 내의 온도는 550℃ 이하로 설정되는 박막 증착 장치.
The method of claim 1,
A thin film deposition apparatus in which the temperature in the chamber is set to 550° C. or less.
제 1 항에 있어서,
상기 환원 공정시 상기 전원 공급 및 정합부는 중심 주파수 대역이 27.12MHz이상인 고주파 RF 전원을 제공하는 박막 증착 장치.
The method of claim 1,
In the reduction process, the power supply and the matching unit provide a high-frequency RF power having a center frequency band of 27.12 MHz or more.
제 1 항에 있어서,
상기 흡착 및 환원 공정을 포함하는 제 1 공정을 기 설정된 제 L(1 이상의 정수) 횟수 반복한 후 상기 성막 공정을 포함하는 제 2 공정을 기 설정된 제 M(1 이상의 정수) 횟수 반복하며, 상기 제 1 공정 및 상기 제 2 공정을 기 설정된 제 N(1 이상의 정수) 횟수 반복하도록 구성되는 박막 증착 장치.
The method of claim 1,
The first process including the adsorption and reduction process is repeated a preset L (an integer greater than or equal to 1) number of times, and then the second process including the film forming process is repeated a preset M (an integer greater than or equal to) number of times, and the second process is repeated. A thin film deposition apparatus configured to repeat the first process and the second process an N-th (an integer greater than or equal to 1) number of times.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 소스가스는 실리콘 함유 가스이고, 상기 환원 가스는 수소 함유 가스인 박막 증착 장치.
The method of claim 1,
The first source gas is a silicon-containing gas, and the reducing gas is a hydrogen-containing gas.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 소스가스는 암모니아 함유 가스인 박막 증착 장치.
The method of claim 1,
The second source gas is an ammonia-containing gas.
챔버 상부의 가스 공급 장치를 통해 제 1 소스 가스를 공급하여 기판 상에 상기 제 1 소스 가스를 흡착시키는 흡착 단계;
상기 제 1 소스 가스의 공급을 중단하고, 환원 가스를 공급하면서 플라즈마를 생성하여 상기 제 1 소스가스를 환원하는 환원 단계; 및
제 2 소스 가스를 공급하여 상기 제 1 소스 가스와 상기 제 2 소스가스를 반응시키는 성막 단계;를 포함하는 박막 증착 방법.
An adsorption step of adsorbing the first source gas on a substrate by supplying a first source gas through a gas supply device above the chamber;
A reduction step of stopping supply of the first source gas and generating plasma while supplying a reducing gas to reduce the first source gas; And
And a film forming step of reacting the first source gas and the second source gas by supplying a second source gas.
제 11 항에 있어서,
상기 흡착 단계와 상기 환원 단계를 포함하는 제 1 공정은 제 L(1 이상의 정수) 횟수 반복 수행하 후, 상기 성막 단계를 포함하는 제 2 공정을 제 M(1 이상의 정수) 횟수 반복 수행하며, 상기 제 1 공정 및 상기 제 2 공정은 제 N(1 이상의 정수) 횟수 반복 수행되는 박막 증착 방법.
The method of claim 11,
In the first process including the adsorption step and the reduction step, after repeatedly performing the L-th (an integer greater than or equal to) number of times, the second process including the film forming step is repeatedly performed for the M-th (an integer greater than or equal to) number of times, and the A thin film deposition method in which the first process and the second process are repeatedly performed N times (an integer greater than or equal to 1).
제 11 항에 있어서,
상기 환원 가스는 상기 환원 단계 이후 지속 공급되는 박막 증착 방법.
The method of claim 11,
The reducing gas is a thin film deposition method that is continuously supplied after the reducing step.
제 11 항에 있어서,
상기 성막 단계는 상기 환원 가스를 공급하면서 수행하는 박막 증착 방법.
The method of claim 11,
The film forming step is a thin film deposition method performed while supplying the reducing gas.
제 11 항에 있어서,
상기 환원 가스는 상기 흡착 단계 및 상기 흡착 단계 이후 지속 공급되도록 구성되는 박막 증착 방법.
The method of claim 11,
The reducing gas is a thin film deposition method configured to be continuously supplied after the adsorption step and the adsorption step.
제 11 항에 있어서,
상기 제 2 소스 가스 공급시 상기 고주파 전원을 차단하는 박막 증착 방법.
The method of claim 11,
A thin film deposition method for blocking the high frequency power when the second source gas is supplied.
제 11 항에 있어서,
상기 챔버 내의 온도는 550℃ 이하로 설정되는 박막 증착 방법.
The method of claim 11,
The thin film deposition method in which the temperature in the chamber is set to 550° C. or less.
제 11 항에 있어서,
상기 환원 단계는 중심 주파수 대역이 27.12MHz이상인 고주파 RF 전원을 인가하여 상기 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하는 박막 증착 방법.
The method of claim 11,
The reducing step includes generating the plasma by applying a high-frequency RF power having a center frequency band of 27.12 MHz or more.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 소스가스는 실리콘 함유 가스이고, 상기 환원 가스는 수소 함유 가스인 박막 증착 방법.
The method of claim 11,
The first source gas is a silicon-containing gas, and the reducing gas is a hydrogen-containing gas.
제 11 항에 있어서,
상기 제 2 소스가스는 암모니아 함유 가스인 박막 증착 방법.
The method of claim 11,
The second source gas is an ammonia-containing gas.
KR1020190141678A 2019-11-07 2019-11-07 Apparatus and Method for Deposition of Thin Film KR20210055348A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190141678A KR20210055348A (en) 2019-11-07 2019-11-07 Apparatus and Method for Deposition of Thin Film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190141678A KR20210055348A (en) 2019-11-07 2019-11-07 Apparatus and Method for Deposition of Thin Film

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210055348A true KR20210055348A (en) 2021-05-17

Family

ID=76158088

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190141678A KR20210055348A (en) 2019-11-07 2019-11-07 Apparatus and Method for Deposition of Thin Film

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210055348A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9960033B1 (en) Method of depositing and etching Si-containing film
TWI787492B (en) METHOD OF DEPOSITING SiN BY USING SILICON-HYDROHALIDE PRECURSORS
US11251040B2 (en) Cyclical deposition method including treatment step and apparatus for same
US10699903B2 (en) Two-step process for gapfilling high aspect ratio trenches with amorphous silicon film
US9984869B1 (en) Method of plasma-assisted cyclic deposition using ramp-down flow of reactant gas
US9627221B1 (en) Continuous process incorporating atomic layer etching
US10378106B2 (en) Method of forming insulation film by modified PEALD
US8722546B2 (en) Method for forming silicon-containing dielectric film by cyclic deposition with side wall coverage control
US8784951B2 (en) Method for forming insulation film using non-halide precursor having four or more silicons
TW201900919A (en) Film forming method of 矽 nitride film and film forming device
KR100758758B1 (en) Atomic layer deposition methods of forming silicon dioxide comprising layers
US10643841B2 (en) Surface modification to improve amorphous silicon gapfill
KR20210055348A (en) Apparatus and Method for Deposition of Thin Film
US20230142899A1 (en) Thin-film deposition method and system
KR20210149411A (en) Method for deposition of thin film
KR102652485B1 (en) Method for processing substrate
KR20220004359A (en) Method for deposition of thin film
US20220084811A1 (en) Deposition method
KR102513404B1 (en) Method of forming SiCN layer
KR101301683B1 (en) Method of forming nitride
KR20180003826A (en) Method of depositing a thin film
US20220415650A1 (en) Substrate processing method
KR20220068484A (en) Thin film deposition method
KR20040099891A (en) Method of forming a thin film having a uniform thickness in a semiconductor device and Apparatus for performing the same
US20230049118A1 (en) Substrate processing device and substrate processing method

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal