KR20210074918A - Method of forming thin film - Google Patents

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Abstract

A method of forming a thin film according to one aspect of the present invention includes the steps of: supplying a source gas containing a metal and a reaction gas for reaction with the source gas through a gas injector, and supplying power through a plasma power supply to form a plasma atmosphere in the process chamber on a substrate placed on a substrate support in a process chamber to preparatively deposit a metal thin film on the substrate for a first time duration; pre-processing the substrate by supplying the source gas onto the substrate for a second time duration in a state that the power of the plasma power supply is cut off and the supply of the reaction gas is stopped; and mainly depositing a metal thin film on the substrate for a third time duration by supplying the source gas and the reaction gas on the substrate and supplying power through the plasma power supply to form a plasma atmosphere in the process chamber. The present invention can provide the method of forming a thin film that can reduce the impurity content in the metal thin film.

Description

박막 형성 방법{Method of forming thin film}Thin film forming method {Method of forming thin film}

본 발명은 반도체 소자의 제조에 관한 것으로서, 더 상세하게는 박막 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a thin film.

반도체 소자의 제조에 있어서 플라즈마를 이용한 공정이 적용되고 있다. 예를 들어, 플라즈마를 이용하여 공정 기체를 활성화함으로써 낮은 공정 온도에서도 빠른 속도로 증착 공정을 수행할 수 있다. 이러한 공정 방법의 예로, 플라즈마 강화 화학기상증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)을 들 수 있다.In the manufacture of semiconductor devices, a process using plasma is applied. For example, the deposition process may be performed at a high speed even at a low process temperature by activating the process gas using plasma. An example of such a process method may be plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD).

이러한 플라즈마를 이용한 박막 증착 공정에 있어서, 박막의 품질은 플라즈마 환경이나 기판의 표면 처리 등에 영향을 받는다. 특히, 금속 박막의 증착에 있어서, 메인 증착 전 기판의 사전 처리가 금속 박막 내 불순물의 함량 등에 크게 영향을 미치고 있다.In such a thin film deposition process using plasma, the quality of the thin film is affected by the plasma environment or the surface treatment of the substrate. In particular, in the deposition of the metal thin film, the pretreatment of the substrate before the main deposition greatly affects the content of impurities in the metal thin film.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 금속 박막 내 불순물 함량을 줄일 수 있는 박막 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.An object of the present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a thin film forming method capable of reducing the impurity content in the metal thin film. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 관점에 따른 박막 형성 방법은, 공정 챔버 내 기판 지지대 상에 안착된 기판 상에, 가스 분사부를 통해서 금속을 함유하는 소스 가스 및 상기 소스 가스와 반응을 위한 반응 가스를 공급하고 플라즈마 전원부를 통해서 전력을 공급하여 상기 공정 챔버 내에 플라즈마 분위기를 형성하여, 상기 기판 상에 제 1 시간 동안 금속 박막을 예비 증착하는 단계와, 상기 플라즈마 전원부의 전력을 차단하고, 상기 소스 가스 및 상기 반응 가스를 상기 기판 상으로 제 2 시간 동안 공급하여 상기 기판을 사전 처리하는 단계와, 상기 기판 상에 상기 소스 가스 및 상기 반응 가스를 공급하고 상기 플라즈마 전원부를 통해서 전력을 공급하여 상기 공정 챔버 내에 플라즈마 분위기를 형성하여, 상기 기판 상에 제 3 시간 동안 금속 박막을 메인 증착하는 단계를 포함한다.In a method for forming a thin film according to an aspect of the present invention, a source gas containing a metal and a reaction gas for reaction with the source gas are supplied to a substrate seated on a substrate support in a process chamber through a gas injection unit, and a plasma power supply unit Forming a plasma atmosphere in the process chamber by supplying power through pre-processing the substrate by supplying it onto the substrate for a second time, supplying the source gas and the reaction gas on the substrate and supplying power through the plasma power supply to form a plasma atmosphere in the process chamber and main depositing a metal thin film on the substrate for a third time.

상기 박막 형성 방법에 따르면, 상기 제 1 시간은 상기 제 2 시간 및 상기 제 3 시간보다 짧을 수 있다.According to the method of forming the thin film, the first time period may be shorter than the second time period and the third time period.

상기 박막 형성 방법에 따르면, 상기 예비 증착 단계에서, 상기 금속 박막은 상기 기판 상에 5 Å 이하로 증착될 수 있다.According to the method for forming the thin film, in the preliminary deposition step, the metal thin film may be deposited on the substrate to a thickness of 5 Å or less.

상기 박막 형성 방법에 따르면, 상기 예비 증착하는 단계, 상기 사전 처리하는 단계 및 상기 메인 증착하는 단계 동안, 상기 소스 가스 및 상기 반응 가스는 연속적으로 상기 기판 상에 공급될 수 있다.According to the method for forming the thin film, the source gas and the reaction gas may be continuously supplied onto the substrate during the preliminary deposition, the pre-processing, and the main deposition.

상기 박막 형성 방법에 따르면, 상기 금속 박막은 티타늄을 함유하는 박막이고, 상기 소스 가스는 TiCl4 가스를 포함하고, 상기 반응 가스는 H 함유 가스를 포함할 수 있다.According to the method of forming the thin film, the metal thin film may be a thin film containing titanium, the source gas may include a TiCl4 gas, and the reaction gas may include a H containing gas.

상기 박막 형성 방법에 따르면, 상기 예비 증착하는 단계 및 상기 메인 증착하는 단계 동안, 상기 플라즈마 전원부는 저주파 (LF) 전력 및 고주파(HF) 전력 중 어느 하나 또는 모두를 공급할 수 있다.According to the method for forming the thin film, during the preliminary deposition and the main deposition, the plasma power unit may supply any one or both of low frequency (LF) power and high frequency (HF) power.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 박막을 형성함에 있어서 절연층의 하부에서 상부로 식각율이 낮아지게 하여, 통상적인 식각 방법으로도 수직 패턴 형성이 가능한 박막의 형성 방법을 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention made as described above, in forming the thin film, the etch rate is lowered from the lower part to the upper part of the insulating layer, thereby providing a method of forming a thin film capable of forming a vertical pattern even by a conventional etching method can do. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 박막 형성에 이용되는 기판 처리 장치의 일 예를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 방법을 보여주는 순서도이다.
도 3은 도 2의 방법에 있어서 공정 가스 및 전력의 공급을 보여주는 개략적인 그래프이다.
도 4는 비교예 및 본 발명의 실험예들에 따라 형성된 금속 박막 내 Cl 함량을 보여주는 그래프이다.
도 5는 비교예 및 본 발명의 실험예들에 따라 형성된 금속 박막 내 F 함량을 깊이에 따라서 보여주는 그래프이다.
도 6은 비교예 및 본 발명의 실험예들에 따라 형성된 금속 박막 내 Ti 함량을 깊이에 따라서 보여주는 그래프이다.1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a substrate processing apparatus used for forming a metal thin film according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method for forming a thin film according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic graph showing the supply of process gas and power in the method of FIG. 2 .
4 is a graph showing the Cl content in the metal thin film formed according to Comparative Examples and Experimental Examples of the present invention.
5 is a graph showing the F content according to depth in a metal thin film formed according to Comparative Examples and Experimental Examples of the present invention.
6 is a graph showing Ti content in a metal thin film formed according to Comparative Examples and Experimental Examples of the present invention according to depth.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, several preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

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.Examples of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is as follows It is not limited to an Example. Rather, these embodiments are provided so as to more fully and complete the present disclosure, and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. In addition, in the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated for convenience and clarity of description.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings schematically illustrating ideal embodiments of the present invention. In the drawings, variations of the illustrated shape can be expected, for example depending on manufacturing technology and/or tolerances. Accordingly, embodiments of the inventive concept should not be construed as limited to the specific shape of the region shown in the present specification, but should include, for example, changes in shape caused by manufacturing.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 박막 형성에 이용되는 기판 처리 장치(100)의 일 예를 보여주는 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a substrate processing apparatus 100 used for forming a metal thin film according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 공정 챔버(110), 가스 분사부(120), 및 기판 지지대(130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the substrate processing apparatus 100 may include a process chamber 110 , a gas ejection unit 120 , and a substrate support 130 .

공정 챔버(110)는 내부에 처리 공간(112)을 한정할 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버(110)는 기밀을 유지하도록 구성되며, 처리 공간(112) 내 공정 가스를 배출하고 처리 공간(112) 내 진공도를 조절하도록 배기 포트를 통해서 진공 챔버(미도시)에 연결될 수 있다. 공정 챔버(110)는 다양한 형상으로 제공될 수 있으며, 예컨대 처리 공간(112)을 한정하는 측벽부와 측벽부 상단에 위치하는 덮개부를 포함할 수 있다.The process chamber 110 may define a processing space 112 therein. For example, the process chamber 110 is configured to maintain airtightness, and may be connected to a vacuum chamber (not shown) through an exhaust port to exhaust a process gas in the process space 112 and adjust a vacuum degree in the process space 112 . can The process chamber 110 may be provided in various shapes, and may include, for example, a side wall portion defining the processing space 112 and a cover portion positioned at an upper end of the side wall portion.

가스 분사부(120)는 공정 챔버(110)의 외부로부터 공급된 공정 가스를 처리 공간(112)으로 공급하도록 공정 챔버(110)에 설치될 수 있다. 가스 분사부(120)는 기판 지지대(130) 상에 안착된 기판(S)에 공정 가스를 분사하도록 공정 챔버(110)의 상부에 기판 지지대(130)에 대항되게 설치될 수 있다. 가스 분사부(120)는 외부로부터 공정 가스를 공급받기 위해 상측 또는 측부에 형성된 적어도 하나의 유입홀과, 기판(S) 상에 공정 가스를 분사하기 위해서 기판(S)을 바라보는 하방으로 형성된 복수의 분사홀들을 포함할 수 있다. The gas injector 120 may be installed in the process chamber 110 to supply the process gas supplied from the outside of the process chamber 110 to the process space 112 . The gas injector 120 may be installed opposite to the substrate support 130 in the upper portion of the process chamber 110 to inject a process gas to the substrate S seated on the substrate support 130 . The gas ejection unit 120 includes at least one inlet hole formed at an upper side or a side portion to receive a process gas from the outside, and a plurality of downwardly facing the substrate S to inject the process gas onto the substrate S. may include injection holes of

예를 들어, 가스 분사부(120)는 샤워 헤드(shower head) 형태, 노즐(nozzle) 형태 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 가스 분사부(120)가 샤워 헤드 형태인 경우, 가스 분사부(120)는 공정 챔버(110)의 상부를 부분적으로 덮는 형태로 공정 챔버(110)에 결합될 수도 있다. 예를 들어, 가스 분사부(120)가 공정 챔버(110)의 덮개 형태로 덮개부 또는 측벽부에 결합될 수 있다.For example, the gas injection unit 120 may have various shapes, such as a shower head shape, a nozzle shape, and the like. When the gas injector 120 is in the form of a shower head, the gas ejector 120 may be coupled to the process chamber 110 to partially cover the upper portion of the process chamber 110 . For example, the gas injector 120 may be coupled to the cover part or the sidewall part in the form of a cover of the process chamber 110 .

기판 지지대(130)는 그 상부에 기판(S)이 안착되도록 공정 챔버(110)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지대(130)는 가스 분사부(120)에 대향되게 공정 챔버(110)에 설치될 수 있다. 나아가, 기판 지지대(130)는 그 내부에 기판(S)을 가열하기 위한 히터(175)를 포함할 수 있다. 히터 전원부(180)는 히터(175)에 전력을 인가하도록 히터(175)에 연결될 수 있다. The substrate support 130 may be installed in the process chamber 110 so that the substrate S is mounted thereon. For example, the substrate support 130 may be installed in the process chamber 110 to face the gas injection unit 120 . Furthermore, the substrate support 130 may include a heater 175 for heating the substrate S therein. The heater power supply unit 180 may be connected to the heater 175 to apply power to the heater 175 .

기판 지지대(130)의 형상은 대체로 기판(S)의 모양에 대응되나 이에 한정되지 않고 기판(S)을 안정적으로 안착시킬 수 있도록 기판(S)보다 크게 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 일 예에서, 기판 지지대(130)는 승하강이 가능하도록 외부 모터(미도시)에 연결될 수 있으며, 이 경우 기밀 유지를 위하여 벨로우즈관(미도시)이 연결될 수도 있다. 나아가, 기판 지지대(130)는 그 위에 기판(S)을 안치하도록 구성되기 때문에, 기판 안착부, 서셉터 등으로 불릴 수도 있다.The shape of the substrate support 130 generally corresponds to the shape of the substrate S, but is not limited thereto, and may be provided in a larger variety of shapes than the substrate S so that the substrate S can be stably seated. In one example, the substrate support 130 may be connected to an external motor (not shown) to enable elevating, in this case, a bellows pipe (not shown) may be connected to maintain airtightness. Furthermore, since the substrate support 130 is configured to place the substrate S thereon, it may be referred to as a substrate mounting unit, a susceptor, or the like.

나아가, 플라즈마 전원부(140)는 공정 챔버(110) 내부로 플라즈마 분위기를 형성하기 위한 전력을 공급하도록 가스 분사부(120)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 전원부(140)는 공정 챔버(110)에 적어도 하나의 RF(radio frequency) 전력을 인가하도록 적어도 하나의 RF 전원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 전원부(140)는 가스 분사부(120)에 RF 전력을 인가하도록 연결될 수 있다. 이 경우, 가스 분사부(120)는 전원 공급 전극 또는 상부 전극으로 불릴 수도 있다. Furthermore, the plasma power supply unit 140 may be connected to the gas injection unit 120 to supply power for forming a plasma atmosphere into the process chamber 110 . For example, the plasma power unit 140 may include at least one RF power source to apply at least one radio frequency (RF) power to the process chamber 110 . For example, the plasma power supply unit 140 may be connected to apply RF power to the gas injection unit 120 . In this case, the gas injection unit 120 may be referred to as a power supply electrode or an upper electrode.

플라즈마 전원부(140) 내 RF 전원은 하나 또는 복수개일 수 있다. 예를 들어, RF 전원은 공정 조건에 따른 플라즈마 환경 제어를 위하여 제 1 주파수 대역의 제 1 RF 전원(142) 및 제 1 주파수 대역보다 큰 제 2 주파수 대역의 제 2 RF 전원(144)을 포함할 수 있다. 제 1 RF 전원(142) 및 제 2 RF 전원(144)으로 구성되는 듀얼 주파수 전원은 공정 조건에 따라서 또는 공정 스텝에 따라서 주파수 대역을 달리할 수 있어서 공정을 정밀하게 제어할 수 있는 장점이 있다. There may be one or a plurality of RF power sources in the plasma power supply unit 140 . For example, the RF power source may include a first RF power source 142 of a first frequency band and a second RF power source 144 of a second frequency band greater than the first frequency band for plasma environment control according to process conditions. can The dual frequency power supply composed of the first RF power supply 142 and the second RF power supply 144 has an advantage in that the process can be precisely controlled because the frequency band can be changed according to process conditions or process steps.

도 1은 플라즈마 전원부(140)의 전원이 두 개의 RF 전원들(142, 144)인 것으로 도시되었으나, 두 개의 RF 전원 중 어느 하나만 인가될 수도 있다. 도 1은 예시적인 것으로서 본 발명의 범위가 이에 제한되지는 않는다.Although FIG. 1 shows that the power of the plasma power supply unit 140 is two RF power sources 142 and 144 , only one of the two RF power sources may be applied. 1 is illustrative and the scope of the present invention is not limited thereto.

이러한 플라즈마 전원부(140)의 일 예에서, 제 1 RF 전원(142)은 제 1 주파수 대역이 적어도 450 kHz를 포함하는 저주파(low frequency, LF) 전원이고, 제 2 RF 전원(144)은 제 2 주파수 대역이 적어도 13.56 MHz를 포함하는 고주파(high frequency, HF) 전원일 수 있다. In one example of the plasma power supply unit 140, the first RF power source 142 is a low frequency (LF) power source including at least 450 kHz in the first frequency band, and the second RF power source 144 is the second The frequency band may be a high frequency (HF) power source including at least 13.56 MHz.

보다 구체적으로, 고주파(HF) 전원은 넓게는 5 MHz 내지 60 MHz 범위, 좁게는 13.56 MHz 내지 27.12 MHz의 주파수 범위의 RF 전원일 수 있다. 저주파(LF) 전원은 넓게는 100 kHz 내지 5 MHz, 좁게는 300 kHz 내지 600 kHz 의 주파수 범위의 RF 전원일 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 주파수 대역은 13.56 MHz 내지 27.12 MHz 의 주파수 범위를 가지며, 제 1 주파수 대역은 300 kHz 내지 600 kHz 의 주파수 범위를 가질 수 있다.More specifically, the high frequency (HF) power supply may be a wide RF power source in a frequency range of 5 MHz to 60 MHz, and narrowly 13.56 MHz to 27.12 MHz. The low frequency (LF) power supply may be an RF power source in a wide frequency range of 100 kHz to 5 MHz, and narrowly 300 kHz to 600 kHz. In one embodiment, the second frequency band may have a frequency range of 13.56 MHz to 27.12 MHz, and the first frequency band may have a frequency range of 300 kHz to 600 kHz.

부가적으로, 임피던스 매칭부(146)는 RF 전원과 공정 챔버(110) 사이의 임피던스 매칭을 위하여 플라즈마 전원부(140) 및 가스 분사부(120) 사이에 배치될 수 있다. 플라즈마 전원부(140)에서 공급된 RF 전력은 플라즈마 전원부(140)와 공정 챔버(110) 사이에서 임피던스 매칭부(146)를 통해서 적절하게 임피던스 매칭이 되어야 공정 챔버(110)에서 반사되서 되돌아오지 않고 공정 챔버(110)로 효과적으로 전달될 수 있다. Additionally, the impedance matching unit 146 may be disposed between the plasma power supply unit 140 and the gas injection unit 120 for impedance matching between the RF power source and the process chamber 110 . The RF power supplied from the plasma power supply unit 140 must be appropriately impedance matched through the impedance matching unit 146 between the plasma power supply unit 140 and the process chamber 110 to be reflected from the process chamber 110 and not returned to the process. It can be effectively transferred to the chamber 110 .

통상적으로는 플라즈마 전원부(140)의 임피던스가 고정되어 있고, 공정 챔버(110)의 임피던스가 일정하지 않기 때문에 공정 챔버(110)의 임피던스와 플라즈마 전원부(140)의 임피던스를 맞추도록 임피던스 매칭부(146)의 임피던스가 정해질 수 있지만, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.In general, since the impedance of the plasma power supply unit 140 is fixed and the impedance of the process chamber 110 is not constant, the impedance matching unit 146 to match the impedance of the process chamber 110 and the impedance of the plasma power unit 140 . ) may be determined, but the scope of the present invention is not limited thereto.

임피던스 매칭부(146)는 저항, 인덕터 및 커패시터의 군에서 선택된 둘 또는 그 이상의 직렬 또는 병렬 조합으로 구성될 수 있다. 나아가, 임피던스 매칭부(146)는 RF 전력의 주파수와 공정 조건에 따라서 그 임피던스 값이 가변될 수 있도록 적어도 하나의 가변 커패시터 또는 커패시터 어레이 스위칭 구조를 채택할 수 있다.The impedance matching unit 146 may be composed of a series or parallel combination of two or more selected from the group consisting of a resistor, an inductor, and a capacitor. Furthermore, the impedance matching unit 146 may adopt at least one variable capacitor or capacitor array switching structure so that the impedance value thereof can be varied according to the frequency of RF power and process conditions.

일부 실시예에서 임피던스 매칭부(146)는 플라즈마 전원부(140)에 직렬 연결된 튠 커패시터(tune capacitor), 플라즈마 전원부(140)에 병렬 연결된 로드 커패시터(load capacitor) 및/또는 플라즈마 전원부(140)에 직렬 연결된 인덕터(inductor)를 포함할 수 있다. 튠 커패시터(tune capacitor) 및 로드 커패시터(load capacitor)는 임피던스 매칭을 위하여 그 임피던스 값이 가변될 수 있다. In some embodiments, the impedance matching unit 146 is a tune capacitor connected in series to the plasma power unit 140 , a load capacitor connected in parallel to the plasma power unit 140 , and/or in series to the plasma power unit 140 . It may include a connected inductor (inductor). The impedance values of the tune capacitor and the load capacitor may be varied for impedance matching.

선택적으로, 기판 지지대(130)는 기판(S)에 정전기력을 인가하여 그 상부에 고정하기 위해서 정전 전극을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 정전 전극은 정전력 전원 공급부로부터 DC 전력을 공급받을 수 있다. Optionally, the substrate support 130 may further include an electrostatic electrode in order to apply an electrostatic force to the substrate S to fix it thereon. In this case, the electrostatic electrode may receive DC power from the electrostatic power supply unit.

나아가, 기판 지지대(130)는 내부에 히터(175)를 포함할 수 있고, 히터 전원부(180)는 히터(175)에 AC 전력을 인가하도록 히터(175)에 연결될 수 있다. 선택적으로, RF 필터가 히터 전원부(180)와 히터(170) 사이에 연결되어, 히터 전원부(180)의 AC 전력과 히터(175) 사이의 임피던스 매칭 기능을 수행할 수 있다.Furthermore, the substrate support 130 may include a heater 175 therein, and the heater power supply unit 180 may be connected to the heater 175 to apply AC power to the heater 175 . Optionally, an RF filter may be connected between the heater power supply unit 180 and the heater 170 to perform an impedance matching function between the AC power of the heater power unit 180 and the heater 175 .

제어부(170)는 전술한 기판 처리 장치(100)의 여러 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(170)는 임피던스 매칭부(146)의 임피던스값을 제어하거나, 기판 지지대(130)의 높이를 제어하거나, 플라즈마 전원부(140) 및 히터 전원부(180)의 온/오프를 제어하거나, 또는 가스 분사부(120)로의 공정 가스의 공급을 제어할 수 있다. The controller 170 may control various operations of the above-described substrate processing apparatus 100 . For example, the controller 170 controls the impedance value of the impedance matching unit 146 , controls the height of the substrate support 130 , or controls on/off of the plasma power supply unit 140 and the heater power supply unit 180 . Alternatively, the supply of the process gas to the gas injection unit 120 may be controlled.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 방법을 보여주는 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method for forming a thin film according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 방법은 예비 증착하는 단계(S10), 사전 처리하는 단계(S20) 및 메인 증착하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the method for forming a thin film according to an embodiment of the present invention may include a preliminary deposition step ( S10 ), a pre-treatment step ( S20 ), and a main deposition step ( S30 ).

도 3은 도 2의 방법에 있어서 공정 가스 및 전력의 공급을 보여주는 개략적인 그래프이다.FIG. 3 is a schematic graph showing the supply of process gas and power in the method of FIG. 2 .

이하에서는 도 1 내지 도 3을 같이 참조하여, 기판 처리 장치(100)를 이용한 박막 형성 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of forming a thin film using the substrate processing apparatus 100 will be described with reference to FIGS. 1 to 3 .

도 1 내지 도 3을 같이 참조하면, 예비 증착하는 단계(S10)에서, 공정 챔버(110) 내 기판 지지대(130) 상에 안착된 기판(S) 상에, 가스 분사부(120)를 통해서 금속을 함유하는 소스 가스(SG) 및 이러한 소스 가스(SG)와 반응을 위한 반응 가스(RG)를 공급하고 플라즈마 전원부(140)를 통해서 전력(PP)을 공급하여 공정 챔버(110) 내에 플라즈마 분위기를 형성하여, 기판(S) 상에 제 1 시간(t1) 동안 금속 박막을 예비 증착할 수 있다.1 to 3 , in the preliminary deposition step ( S10 ), on the substrate S seated on the substrate support 130 in the process chamber 110 , the metal is passed through the gas injection unit 120 . A plasma atmosphere in the process chamber 110 by supplying a source gas SG containing Thus, a metal thin film may be pre-deposited on the substrate S for a first time t1.

예비 증착하는 단계(S10)는 기판(S) 상에 금속 박막을 본격적으로 형성하기 전에 수행되는 사전 처리의 일부일 수 있다. 예비 증착하는 단계(S10)에서, 소스 가스(SG), 반응 가스(RG) 및 전력(PP)을 짧은 시간인 제 1 시간(t1) 동안 공급하여, 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD) 반응이 일어나면서 기판(S) 상에 금속이 증착되면서 동시에 기판(S)이 표면처리될 수 있다.The pre-depositing step ( S10 ) may be part of a pre-processing performed before the metal thin film is formed in earnest on the substrate (S). In the preliminary deposition step (S10), the source gas (SG), the reaction gas (RG), and the power (PP) are supplied for a short first time (t1), a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) reaction occurs While the metal is deposited on the substrate S, the substrate S may be surface-treated at the same time.

따라서, 예비 증착하는 단계(S10)에서, 금속 박막은 실질적으로 매우 얇은 두께로 형성될 수 있다. 예를 들어, 예비 증착하는 단계(S10)에서, 금속은 5 Å 이하(0초과)로 증착될 수 있다. 이에 따라, 제 1 시간(t1)은 약 1~3초 범위의 짧은 시간 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 제 1 시간(t1)은 이어지는 제 2 시간(t2) 및 제 3 시간(t3)보다 짧을 수 있다.Accordingly, in the preliminary deposition ( S10 ), the metal thin film may be substantially formed to a very thin thickness. For example, in the preliminary deposition step ( S10 ), the metal may be deposited to 5 Å or less (greater than 0). Accordingly, the first time t1 may be performed for a short time in the range of about 1 to 3 seconds. For example, the first time t1 may be shorter than the subsequent second time t2 and the third time t3.

사전 처리하는 단계(S20)에서, 플라즈마 전원부(140)의 전력(PP)을 차단하고, 소스 가스(SG) 및 반응 가스(RG)를 기판(S) 상으로 제 2 시간(t2) 동안 공급하여 기판(S)을 사전 처리할 수 있다.In the pre-processing step (S20), the power PP of the plasma power unit 140 is cut off, and the source gas SG and the reaction gas RG are supplied onto the substrate S for a second time t2. The substrate S may be pre-treated.

사전 처리하는 단계(S20)는 플라즈마 분위기 없이 기판(S) 상에 소스 가스(SG)를 공급하여 공정 챔버(110) 내 소스 가스(SG) 분위기를 메인 증착 전에 형성하는 목적으로 수행될 수 있다. The pre-processing step ( S20 ) may be performed for the purpose of forming a source gas (SG) atmosphere in the process chamber 110 before the main deposition by supplying the source gas (SG) onto the substrate (S) without a plasma atmosphere.

사전 처리하는 단계(S20)에서는 실질적인 금속 박막이 형성되지 않기 때문에 예비 증착하는 단계(S20)보다는 길게 수행될 수 있다. 예를 들어, 제 2 시간(t2)은 제 1 시간(t1)보다 길 수 있고, 약 2배이상 길 수 있다.In the pre-processing step (S20), since a substantial metal thin film is not formed, it may be performed longer than the pre-depositing step (S20). For example, the second time t2 may be longer than the first time t1, and may be about twice as long.

메인 증착하는 단계(S30)에서, 기판(S) 상에 소스 가스(SG) 및 반응 가스(RG)를 공급하고 플라즈마 전원부(140)를 통해서 전력(PP)을 공급하여 공정 챔버(110) 내에 플라즈마 분위기를 형성하여, 기판(S) 상에 제 3 시간(t3) 동안 금속 박막을 메인 증착할 수 있다.In the main deposition step ( S30 ), a source gas (SG) and a reaction gas (RG) are supplied on the substrate (S) and power (PP) is supplied through the plasma power supply unit 140 to supply plasma in the process chamber 110 . By forming an atmosphere, a metal thin film may be mainly deposited on the substrate S for a third time t3.

메인 증착하는 단계(S30)는 실질적으로 기판(S) 상에 금속 박막을 형성하는 단계일 수 있다. 따라서, 메인 증착하는 단계(S30)에서는 소스 가스(SG), 반응 가스(RG) 및 전력(PP)을 제 3 시간(t3) 동안 공급하여, 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD) 반응이 일어나면서 금속 박막이 원하는 두께로 형성될 수 있다. 금속 박막의 두께에 따라 다르지만, 예컨대 제 3 시간(t3)은 제 1 시간(t1)의 10배 이상일 수 있다.The main deposition step ( S30 ) may be a step of substantially forming a metal thin film on the substrate (S). Therefore, in the main deposition step (S30), the source gas (SG), the reaction gas (RG), and the electric power (PP) are supplied for a third time t3, so that the plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) reaction occurs while the metal A thin film may be formed to a desired thickness. Depending on the thickness of the metal thin film, for example, the third time t3 may be 10 times or more of the first time t1.

예비 증착하는 단계(S10), 사전 처리하는 단계(S20) 및 메인 증착하는 단계(S30) 모두 에서, 소스 가스(SG)가 공급될 수 있다. 예를 들어, 예비 증착하는 단계(S10), 사전 처리하는 단계(S20) 및 메인 증착하는 단계(S30)에서 소스 가스(SG)는 연속적으로 기판(S) 상에 공급될 수 있다. In all of the pre-depositing step ( S10 ), the pre-processing step ( S20 ), and the main depositing step ( S30 ), the source gas SG may be supplied. For example, the source gas SG may be continuously supplied onto the substrate S in the preliminary deposition step S10 , the pre-processing step S20 , and the main deposition step S30 .

다른 예에서, 예비 증착하는 단계(S10), 사전 처리하는 단계(S20) 및 메인 증착하는 단계(S30)들의 사이에 짧은 휴지 시간 또는 퍼지 시간이 있는 경우에는, 소스 가스(SG)의 공급이 짧게 중간에 오프(OFF)되고 예비 증착하는 단계(S10), 사전 처리하는 단계(S20) 및 메인 증착하는 단계(S30) 동안에는 온(ON) 될 수 있다.In another example, when there is a short pause or purge time between the pre-depositing step ( S10 ), the pre-processing step ( S20 ), and the main depositing step ( S30 ), the supply of the source gas SG is short. It may be turned off in the middle and turned on during the preliminary deposition step (S10), the pre-processing step (S20) and the main deposition step (S30).

부가적으로, 예비 증착하는 단계(S10), 사전 처리하는 단계(S20) 및 메인 증착하는 단계(S30)들의 일부 또는 전부 동안, 불활성 가스가 더 공급될 수 있다. 예를 들어, 불활성 가스는 아르곤(Ar) 가스를 포함할 수 있다.Additionally, an inert gas may be further supplied during some or all of the pre-depositing step ( S10 ), the pre-processing step ( S20 ), and the main depositing step ( S30 ). For example, the inert gas may include argon (Ar) gas.

일부 실시예에서, 기판(S) 상에 형성하고자 하는 금속은 티타늄(Ti)을 포함할 수 있다. 이 경우, 소스 가스(SG)는 TiCl4 가스를 포함하고, 반응 가스(RG)는 H 함유 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응 가스(RG)는 H2 가스를 포함할 수 있다.In some embodiments, the metal to be formed on the substrate S may include titanium (Ti). In this case, the source gas SG may include a TiCl4 gas, and the reaction gas RG may include an H-containing gas. For example, the reaction gas RG may include H2 gas.

이하에서는 비교예 및 실험예들에서 따라 형성된 금속 박막의 품질에 대해서 설명한다. 아래 비교예 및 실험예들에서 금속 박막은 티타늄 박막을 예시적으로 형성한 결과이다.Hereinafter, the quality of the metal thin film formed in Comparative Examples and Experimental Examples will be described. In Comparative Examples and Experimental Examples below, the metal thin film is a result of exemplarily forming a titanium thin film.

도 4는 비교예 및 본 발명의 실험예들에 따라 형성된 금속 박막 내 Cl 함량을 보여주는 그래프이고, 도 5는 비교예 및 본 발명의 실험예들에 따라 형성된 금속 박막 내 F 함량을 깊이에 따라서 보여주는 그래프이고, 도 6은 비교예 및 본 발명의 실험예들에 따라 형성된 금속 박막 내 Ti 함량을 깊이에 따라서 보여주는 그래프이다. 도 4는 XPS(Xray Photoelectron Spectroscopy) 분석 결과이고, 도 5 및 도 6은 SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy) 분석 결과이다.4 is a graph showing the Cl content in the metal thin film formed according to the comparative example and the experimental examples of the present invention, and FIG. 5 is a graph showing the F content in the metal thin film formed according to the comparative example and the experimental examples of the present invention according to the depth 6 is a graph showing the Ti content in the metal thin film formed according to Comparative Examples and Experimental Examples of the present invention according to depth. 4 is an Xray Photoelectron Spectroscopy (XPS) analysis result, and FIGS. 5 and 6 are a secondary ion mass spectroscopy (SIMS) analysis result.

도 4 내지 도 6에서, 비교예(REF)는 예비 증착하는 단계(S10) 없이 사전 처리하는 단계(S20) 및 메인 증착하는 단계(S30)를 수행하여 금속 박막으로 Ti 박막을 형성한 경우이고, 실험예 1~3(ES1, ES2, ES3)은 도 2와 같이 예비 증착하는 단계(S10), 사전 처리하는 단계(S20) 및 메인 증착하는 단계(S30)를 수행하여 금속 박막으로 Ti 박막을 형성한 경우를 나타낸다. 실험예 1~3(ES1, ES2, ES3)은 플라즈마 전원부(140)를 통해 공급되는 전력(PP)에서 차이가 있다. 실험예 1(ES1)은 저주파(LF) 전력만 공급한 경우를 나타내고, 실험예 2(ES2)는 고주파(HF) 전력만 공급한 경우를 나타내고, 실험예 3(ES3)은 저주파(LF) 전력 및 고주파(HF) 전력을 같이 공급한 경우를 나타낸다.4 to 6, the comparative example (REF) is a case in which a Ti thin film is formed as a metal thin film by performing a pre-processing step (S20) and a main deposition step (S30) without a preliminary deposition step (S10), Experimental Examples 1 to 3 (ES1, ES2, ES3) form a Ti thin film as a metal thin film by performing a preliminary deposition step (S10), a pre-treatment step (S20), and a main deposition step (S30) as shown in FIG. 2 . represents one case. Experimental Examples 1 to 3 (ES1, ES2, ES3) have a difference in power PP supplied through the plasma power supply unit 140 . Experimental Example 1 (ES1) shows a case where only low-frequency (LF) power was supplied, Experimental Example 2 (ES2) shows a case where only high-frequency (HF) power was supplied, and Experimental Example 3 (ES3) shows a case where only low-frequency (LF) power was supplied. and a case in which high frequency (HF) power is supplied together.

도 4를 참조하면, 비교예(REF)에 비해서 실험예 1~3(ES1, ES2, ES3)에서 염소(Cl) 농도가 낮아진 것을 알 수 있다. 보다 구체적으로 보면, Cl 최고 농도는 저주파(LF) 전력 및 고주파(HF) 전력을 같이 공급한 실험예 3(ES3)에서 가장 낮고 저주파(LF) 전력만 사용한 실험예 1(ES1), 고주파(HF) 전력만 공급한 실험예 2(ES2) 순서로 낮아지는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4 , it can be seen that the chlorine (Cl) concentration was lowered in Experimental Examples 1 to 3 (ES1, ES2, ES3) as compared to the Comparative Example (REF). More specifically, the highest Cl concentration was the lowest in Experimental Example 3 (ES3) in which low frequency (LF) power and high frequency (HF) power were supplied together, and Experimental Example 1 (ES1) using only low frequency (LF) power, high frequency (HF) ) It can be seen that in the order of Experimental Example 2 (ES2) in which only power is supplied, the

도 5를 참조하면, 비교예(ES1)에 비해서 실험예 1~3(ES1, ES2, ES3)에서 불소(F) 농도가 낮아진 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 5 , it can be seen that the fluorine (F) concentration was lowered in Experimental Examples 1 to 3 (ES1, ES2, ES3) as compared to the Comparative Example (ES1).

도 6을 참조하면, 비교예(ES1)에 비해서 실험예 1~3(ES1, ES2, ES3)에서 티타늄(Ti) 농도가 높아진 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6 , it can be seen that the titanium (Ti) concentration was increased in Experimental Examples 1 to 3 (ES1, ES2, ES3) compared to the Comparative Example (ES1).

도 4 내지 도 6을 참조하면, 실험예 1~3(ES1, ES2, ES3)에 따른 티타늄 박막은 비교예(REF)에 따른 티타늄 박막에 비해서 Cl 및 F와 같은 불순물 농도가 낮고, 티타늄 밀도는 높다고 볼 수 있다. 이러한 결과는 예비 증착하는 단계(S10)에서 공정 챔버(110)에 남아 있는 불순물, 예컨대 Cl, F 등이 분해되어 제거되어 티타늄 박막 내 이러한 불순물 함량이 낮아지고 역으로 티타늄 밀도가 높아진 것으로 이해된다. 예를 들어, Cl, F 등의 불순물은 금속 박막 증착 전 공정 챔버(110)의 세정 단계에서 공급된 세정 가스가 공정 챔버(110) 내에 잔존하여 박막 증착 시 박막 내 포함될 수 있다.4 to 6, the titanium thin film according to Experimental Examples 1 to 3 (ES1, ES2, ES3) has lower impurity concentrations such as Cl and F, and the titanium density is lower than that of the titanium thin film according to the comparative example (REF). can be seen as high. As a result, it is understood that impurities remaining in the process chamber 110, such as Cl and F, are decomposed and removed in the pre-depositing step S10 to lower the content of these impurities in the titanium thin film and conversely to increase the titanium density. For example, impurities such as Cl and F may be included in the thin film when the thin film is deposited because the cleaning gas supplied in the cleaning step of the process chamber 110 before depositing the metal thin film remains in the process chamber 110 .

따라서, 예비 증착하는 단계(S10)를 사전 처리하는 단계(S20) 전에 부가하는 것은 티타늄 박막 내 불순물 함량을 줄여 티타늄 박막의 품질을 높이는 데 효과적인 것으로 이해된다.Therefore, it is understood that adding the pre-depositing step (S10) before the pre-processing step (S20) is effective in improving the quality of the titanium thin film by reducing the impurity content in the titanium thin film.

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.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

110: 공정 챔버
120: 가스 분사부
130: 기판 지지대
140: 플라즈마 전원부
146: 임피던스 매칭부110: process chamber
120: gas injection unit
130: substrate support
140: plasma power unit
146: impedance matching unit

Claims (6)

공정 챔버 내 기판 지지대 상에 안착된 기판 상에, 가스 분사부를 통해서 금속을 함유하는 소스 가스 및 상기 소스 가스와 반응을 위한 반응 가스를 공급하고 플라즈마 전원부를 통해서 전력을 공급하여 상기 공정 챔버 내에 플라즈마 분위기를 형성하여, 상기 기판 상에 제 1 시간 동안 금속 박막을 예비 증착하는 단계;
상기 플라즈마 전원부의 전력을 차단하고, 상기 소스 가스 및 상기 반응 가스를 상기 기판 상으로 제 2 시간 동안 공급하여 상기 기판을 사전 처리하는 단계; 및
상기 기판 상에 상기 소스 가스 및 상기 반응 가스를 공급하고 상기 플라즈마 전원부를 통해서 전력을 공급하여 상기 공정 챔버 내에 플라즈마 분위기를 형성하여, 상기 기판 상에 제 3 시간 동안 금속 박막을 메인 증착하는 단계;를 포함하는,
박막 형성 방법.On the substrate seated on the substrate support in the process chamber, a source gas containing a metal and a reaction gas for reaction with the source gas are supplied through a gas injector, and power is supplied through a plasma power supply to supply a plasma atmosphere in the process chamber forming and pre-depositing a metal thin film on the substrate for a first time;
pre-processing the substrate by turning off power of the plasma power supply unit and supplying the source gas and the reaction gas onto the substrate for a second time; and
Supplying the source gas and the reaction gas on the substrate, and supplying power through the plasma power supply to form a plasma atmosphere in the process chamber, main deposition of a metal thin film on the substrate for a third time; containing,
A method of forming a thin film. 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 시간은 상기 제 2 시간 및 상기 제 3 시간보다 짧은,
박막 형성 방법.The method of claim 1,
the first time is shorter than the second time and the third time;
A method of forming a thin film. 제 2 항에 있어서,
상기 예비 증착 단계에서, 상기 금속 박막은 상기 기판 상에 5 Å 이하로 증착되는,
박막 형성 방법.3. The method of claim 2,
In the preliminary deposition step, the metal thin film is deposited on the substrate to a thickness of 5 Å or less,
A method of forming a thin film. 제 1 항에 있어서,
상기 예비 증착하는 단계, 상기 사전 처리하는 단계 및 상기 메인 증착하는 단계 동안, 상기 소스 가스 및 상기 반응 가스는 연속적으로 상기 기판 상에 공급되는,
박막 형성 방법.The method of claim 1,
During the pre-depositing step, the pre-processing step and the main depositing step, the source gas and the reactant gas are continuously supplied onto the substrate.
A method of forming a thin film. 제 1 항에 있어서,
상기 금속 박막은 티타늄을 함유하는 박막이고,
상기 소스 가스는 TiCl4 가스를 포함하고,
상기 반응 가스는 H 함유 가스를 포함하는,
박막 형성 방법.The method of claim 1,
The metal thin film is a thin film containing titanium,
The source gas includes a TiCl4 gas,
The reaction gas comprises a H containing gas,
A method of forming a thin film. 제 1 항에 있어서,
상기 예비 증착하는 단계 및 상기 메인 증착하는 단계 동안, 상기 플라즈마 전원부는 저주파 (LF) 전력 및 고주파(HF) 전력 중 어느 하나 또는 모두를 공급하는,
박막 형성 방법.The method of claim 1,
During the preliminary deposition and the main deposition, the plasma power supply supplies any one or both of low frequency (LF) power and high frequency (HF) power,
A method of forming a thin film.
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