KR20220004359A - 박막 증착 방법 - Google Patents

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KR20220004359A
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KR1020200082096A
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서경천
류희성
조가은
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주식회사 원익아이피에스
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Abstract

본 기술은 내부에 처리 공간이 형성된 챔버, 상기 처리 공간에 구비되어 기판이 안착되는 기판지지부, 상기 기판지지부로 가스를 분사하는 가스분사장치, 상기 기판지지부와 상기 가스분사장치 중 적어도 어느 하나에 고주파 전원을 인가하여 상기 챔버 내부에 플라즈마를 생성하는 박막 증착 장치를 이용한 박막 증착 방법으로서, 상기 가스분사장치를 통해 상기 챔버 내부로 제1소스가스를 공급하여 상기 기판 상에 제1소스가스를 흡착시키는 단계; 상기 챔버 내부로 퍼지가스 및 처리가스를 공급하면서 상기 가스분사장치에 제1시간 동안 고주파 전원을 인가하여 1차 플라즈마 처리를 수행하는 단계; 및 상기 챔버 내부로 제2소스가스와 제3소스가스를 동시 또는 순차적으로 공급하여 상기 제1소스가스와 상기 제2소스가스 및 상기 제3소스가스를 반응시키는 성막 단계를 포함하고, 상기 흡착 단계, 상기 1차 플라즈마 처리 단계 및 상기 성막 단계를 복수회 반복 수행할 수 있다.

Description

박막 증착 방법{METHOD FOR DEPOSITION OF THIN FILM}
본 발명은 반도체막 형성 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 박막 증착 방법에 관한 것이다.
반도체 집적소자의 크기가 점점 작아지고 형상이 복잡해짐에 따라 스탭 커버리지(Step coverage)가 높고, 종횡비(Aspect ratio)가 큰 하부 구조 상에 균일하고 얇은 두께의 박막을 형성하기 위한 기술이 요구되고 있다.
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. 그리고, 전구체와 반응체의 반응 속도를 향상시키고 증착 박막의 막질을 개선하기 위해 ALD 공정에 플라즈마 기술을 적용한 플라즈마 ALD 기술이 개발되었다.
그럼에도 불구하고 반도체 패턴의 미세화 및 조밀화에 따라 패턴의 오목부, 측벽, 상단부에 균일한 두께의 박막을 증착하는 것은 여전히 해결해야 할 과제로 남아 있다.
본 기술의 실시예는 저온에서 두께가 균일하고 막질이 치밀한 박막을 형성할 수 있는 박막 증착 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 방법은 내부에 처리 공간이 형성된 챔버, 상기 처리 공간에 구비되어 기판이 안착되는 기판지지부, 상기 기판지지부로 가스를 분사하는 가스분사장치, 상기 기판지지부와 상기 가스분사장치 중 적어도 어느 하나에 고주파 전원을 인가하여 상기 챔버 내부에 플라즈마를 생성하는 박막 증착 장치를 이용한 박막 증착 방법으로서, 상기 가스분사장치를 통해 상기 챔버 내부로 제1소스가스를 공급하여 상기 기판 상에 제1소스가스를 흡착시키는 단계; 상기 챔버 내부로 퍼지가스 및 처리가스를 공급하면서 상기 가스분사장치에 제1시간 동안 고주파 전원을 인가하여 1차 플라즈마 처리를 수행하는 단계; 및 상기 챔버 내부로 제2소스가스와 제3소스가스를 동시 또는 순차적으로 공급하여 상기 제1소스가스와 상기 제2소스가스 및 상기 제3소스가스를 반응시키는 성막 단계를 포함하고, 상기 흡착 단계, 상기 1차 플라즈마 처리 단계 및 상기 성막 단계를 복수회 반복 수행할 수 있다.
상술한 과제의 해결 수단을 바탕으로 하는 본 기술은 하부 패턴이 형성된 기판 상에 두께가 균일하고 막질이 치밀한 박막을 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 기술은 조밀하고 미세한 하부 패턴 상에 550℃ 이하의 저온 공정을 통해 우수하고 균일한 막질의 박막을 형성할 수 있기 때문에 후속 공정의 신뢰성 또한 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치를 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예 및 그 변형예들에 따른 박막 증착 방법을 간략히 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 박막 증착 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제1실시예에 따른 박막 증착 방법에 변형예들을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예 및 그 변형예들에 따른 박막 증착 방법을 간략히 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 박막 증착 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 6a 내지 도 7c는 본 발명의 제2실시예에 따른 박막 증착 방법에 변형예들을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예 및 그 변형예들에 따른 박막 증착 방법을 간략히 도시한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 박막 증착 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 제3실시예에 따른 박막 증착 방법에 변형예들을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 11은 본 발명의 제4실시예 및 그 변형예들에 따른 박막 증착 방법을 간략히 도시한 순서도이다.
도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 박막 증착 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 제4실시예에 따른 박막 증착 방법에 변형예들을 설명하기 위한 타이밍도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
후술하는 본 발명의 실시예는 저온에서 두께가 균일하고 막질이 치밀한 박막을 형성할 수 있는 박막 증착 방법을 제공하기 위한 것이다. 여기서, 저온은 상온 내지 550℃ 범위의 온도를 지칭할 수 있고, 증착 대상 박막은 실리콘질화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 증착 대상 박막은 실리콘탄소질화막(SiCN)일 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치 및 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치를 간략히 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 박막 증착 장치는 챔버(100), 가스 공급기(200) 및 전원 공급기(300)를 포함할 수 있다.
챔버(100)는 상부가 개방된 본체(110) 및 본체(110) 상단을 폐쇄하도록 구성되는 가스분사장치(120)를 포함할 수 있다. 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 기판지지부(130)의 지지축(140)이 삽입되는 관통공이 형성될 수 있다.
기판지지부(130)는 상면에 적어도 하나의 기판(W)이 안착되도록 전체적으로 평판 형상을 가지며, 가스분사장치(120)에 대향하여 수평 방향으로 설치될 수 있다. 지지축(140)은 기판지지부(130) 후면에 수직 결합되며, 챔버(100) 저부의 관통공을 통해 외부의 구동부(미도시)와 연결되어 기판지지부(130)를 승강 및 회전시키도록 구성될 수 있다. 기판지지부(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. 참고로, 기판지지부(130)는 챔버(100) 내부에 플라즈마를 생성하기 위한 전극(예컨대, 제2전극)으로 작용할 수도 있다.
챔버(100) 내부에 진공 분위기를 형성하기 위해 본체(110)의 지정된 위치 예컨대, 본체(110)의 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 간 발생하는 가스를 외부로 배출할 수 있다. 한편, 도 1에는 배기구(150)가 챔버(100)의 저부에 형성된 경우를 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 배기구(150)는 챔버(100)의 측면에 형성될 수도 있다.
가스분사장치(120)는 본체(110) 상부에 기판지지부(130)와 대향하도록 설치될 수 있다. 가스분사장치(120)는 가스 공급기(200)로부터 공급되는 다양한 공정가스를 챔버(100) 내부로 분사할 수 있다. 가스분사장치(120)는 샤워헤드 타입, 인젝터 타입, 노즐 타입 등 다양한 방식의 가스분사장치(120) 중에서 선택될 수 있다. 참고로, 가스분사장치(120)는 챔버(100) 내부에 플라즈마를 생성하기 위한 전극(예컨대, 제1전극)으로 작용할 수 있다.
실시예에 따른 박막 증착 장치에서 가스 공급기(200)는 가스 공급원(210), 밸브(220) 및 가스 공급라인(230)을 포함할 수 있다.
가스 공급원(210)은 복수의 가스 공급원(210)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 가스 공급원(210)은 제1공정가스 내지 제5공정가스를 각각 공급하는 제1가스 공급원(211) 내지 제5가스 공급원(215)을 포함할 수 있다. 제1공정가스 내지 제3공정가스는 소스가스일 수 있고, 제4공정가스는 퍼지가스일 수 있으며, 제5공정가스는 처리가스(또는 환원가스)일 수 있다. 한편, 제1공정가스 내지 제3공정가스는 소스가스를 이송하기 위한 캐리어가스를 더 포함할 수 있다. 캐리어가스로는 아르콘가스를 사용할 수 있다.
구체적으로, 제1공정가스는 제1소스가스일 수 있고, 제1소스가스는 실리콘 소스가스일 수 있다. 실리콘 소스가스로는 클로린(chlorine, Cl) 또는 아이오딘(iodine, I)과 같은 할로겐(halogen) 원소를 포함하는 할로겐화물(Halide) 계열의 실리콘 소스가스를 사용할 수 있다. 예를 들어, 할로겐화물 계열의 실리콘 소스가스로는 디클로로실란(Dichlorosilane, H2SiCl2, DCS), 헥사클로로디실란(Hexachlorodisilane, Cl6Si2, HCDS), 디아이오도실란(Diiodosilane, SiH2I2, DIS), 메틸트라이클로로실란(Methyltrichlorosilane, CH3Cl3Si), 디메틸디클로로실란(Dimethyldichlorosilane, Si(CH3)2Cl2) 및 클로로트리메틸실란(chlorotrimethylsilane, C3H9ClSi)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 실리콘 소스가스로는 암모니아(NH3)에서 하나 이상의 수소가 알킬(alkyl) 또는 방향족 고리(aromatic ring)로 치환된 작용기를 포함한 질소 화합물인 아민(amine) 계열의 실리콘 소스가스를 사용할 수도 있다. 아민 계열의 실리콘 소스가스로는 디이소프로필아미노실란(Diisopropylaminosilane, H3Si[N{(CH)(CH3)2}], DIPAS), 비스다이에틸아미노실란(Bisdiethylaminosilane, H2Si((N(C2H5)2)2, BDEAS) 및 비스타셜부틸아미노실란(Bistertbutylaminosilane, [(CH3)3CNH]2SiH2, BTBAS)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
참고로, 실리콘탄소질화막을 형성함에 있어서 할로겐화물 계열의 실리콘 소스가스를 사용하는 경우, 실리콘 소스가스에 함유된 할로겐 성분에 의하여 막내 탄소-탄소 결합이 형성되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다. 박막 내에 탄소-탄소 결합이 형성되는 경우 박막의 경도를 향상시킬 수 있으나, 막질 및 약액 내성이 저하되는 부작용을 유발할 수 있기 때문에 막내 탄소-탄소 결합이 형성되는 것을 최대한 억제하는 것이 바람직하다. 한편, 실리콘탄소질화막을 형성함에 있어서 아민 계열의 실리콘 소스가스를 사용하는 경우, 실리콘 소스가스가 실리콘, 질소 및 탄소 성분을 모두 포함하고 있기 때문에 성막 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 기판 상에 실리콘 소스를 흡착시켜 실리콘막을 성막한 후, 플라즈마 처리를 통해 다량의 댕글링본드 용이하게 형성할 수 있기 때문에 실리콘막의 질화 및 탄화가 용이하다는 이점도 있다.
제2공정가스는 제2소스가스일 수 있고, 제2소스가스는 질소 소스가스일 수 있다. 질소 소스가스는 질소가스(N2) 또는 질소(N)와 수소(H)가 혼합된 화합물 가스를 포함할 수 있다. 질소(N)와 수소(H)가 혼합된 화합물 가스로는 암모니아가스 또는 하이드라진가스(Hydrazine, N2H4)를 사용할 수 있다. 참고로, 질소와 수소가 혼합된 화합물 가스는 질소가스 대비 플라즈마를 사용하지 않고도 분해가 용이하여 성막 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 암모니아가스 및 하이드라진가스는 550℃ 이하의 저온에서 열분해가 용이하다는 이점이 있다.
제3공정가스는 제3소스가스일 수 있고, 제3소스가스는 탄소 소스가스일 수 있다. 탄소 소스가스는 탄소(C)와 수소(H)가 혼합된 화합물 가스 즉, 탄화수소가스를 포함할 수 있다. 탄화수소가스로는 C2H2, C2H4, C3H6, C6H12 등을 사용할 수 있다. 참고로, 탄소와 수소가 혼합된 화합물 가스는 플라즈마를 사용하지 않고도 분해가 용이하여 성막 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 탄화수소가스는 550℃ 이하의 저온에서 열분해가 용이하다는 이점이 있다.
제4공정가스는 퍼지가스일 수 있고, 퍼지가스를 아르곤가스를 포함할 수 있다. 그리고, 제5공정가스는 성막 공정시 사용되는 플라즈마 처리를 위한 처리가스일 수 있다. 처리가스는 수소가스(H2)를 포함할 수 있다. 처리가스는 성막 공정시 박막 내 잔류하는 불순물을 제거하는 환원가스로 사용될 수도 있다.
밸브(220)는 가스 공급원(210)과 가스 공급라인(230) 사이에 설치되어 각 공정가스가 가스 공급라인(230)으로 공급되거나, 또는 차단되도록 할 수 있다. 밸브(220)는 제1가스 공급원(210) 내지 제5가스 공급원(215)과 제1가스 공급라인(231) 내지 제5가스 공급라인(235) 사이에 각각 설치되는 제1밸브 내지 제5밸브를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 박막 증착 장치에서 전원 공급기(300)는 기 설정된 주파수 대역을 갖는 고주파 전원을 플라즈마 전원 소스로 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 전원 공급기(300)는 정합기를 포함할 수 있고, 정합기를 통해 고주파 전원의 출력 임피던스와 챔버(100) 내의 부하 임피던스를 상호 매칭시켜 고주파 전원이 챔버(100)로부터 반사됨에 따른 반사 손실을 제거하도록 구성될 수 있다.
전원 공급기(300)는 중심 주파수가 13.56 MHz 이상인 고주파 전원을 제공할 수 있다. 일례로, 전원 공급기(300)는 중심 주파수가 13.56 MHz 내지 60 MHz 범위인 고주파 전원을 제공할 수 있다. 중심 주파수가 13.56 MHz 미만인 고주파 전원을 공급하는 경우, 패턴 상에 형성되는 박막의 치밀도가 패턴 상부에 비해 패턴 하부측에서 무르게 나타나는 반면, 중심 주파수가 13.56 MHz 이상인 고주파 전원을 공급하는 경우 패턴의 상부 및 하부에 걸쳐 전체적으로 치밀하고 균일한 막질의 박막을 형성할 수 있다. 한편, 변형예로서, 전원 공급기(300)는 60 MHz 이상의 고주파 전원을 제공하도록 구성될 수도 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 상술한 박막 증착 장치를 이용한 박막 증착 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다. 설명의 편의를 위해 실리콘탄소질화막(Silicon Carbon Nitride, SiCN) 증착 방법을 예시하여 설명하기로 한다.
참고로, 종래에는 저온의 증착 공정 방법으로 시간 분할 방식의 원자층 증착(ALD) 방식에 플라즈마를 이용하는 방법을 사용하였다. 챔버 내부로 실리콘 소스가스를 공급하여 기판 상에 실리콘 소스가 흡착되고, 흡착 후 잔여 실리콘 소스가스를 퍼지가스에 의해 챔버 외부로 배기된다. 이 후 질소 및 탄소가 함유된 반응가스를 챔버 내부로 공급함과 동시에 플라즈마를 가해 반응가스를 여기시키고, 여기되 반응가스의 활성종이 기판에 흡착된 실리콘이 질화 및 탄화되면서 실리콘탄소질화막이 형성된다. 여기서, 질소 및 탄소가 함유된 반응가스를 챔버 내부로 공급함과 동시에 플라즈마를 가해 기판 표면에 흡착된 실리콘을 질화 및 탄화시키는 공정을 통해 형성된 실리콘탄소질화막은 높은 에칭 레이트를 갖게 되는 단점이 있다. 예를 들어, 400℃ 정도의 낮은 온도에서 원자층 증착법으로 실리콘탄소질화막을 성막한 경우, 세정공정시 실리콘탄소질화막의 에칭 레이트가 매우 크다고 알려져 있다. 이로 인해, 세정공정시 실리콘탄소질화막이 과도하게 손실되는 경우가 빈번하게 발생하여 세정공정시 실리콘탄소질화막의 두께 제어 특성이 현저히 저하되는 단점이 있다. 또한, 통상적인 반도체 제조 공정에서 실리콘탄소질화막은 에칭 스토퍼막이나 층간절연막으로 사용되는 경우가 많기 때문에 실리콘질화막의 에칭 레이트를 충분히 작게 가져가야할 필요성이 높지만, 종래의 성막방법으로는 이러한 요구를 충족시킬 수 없다.
도 2는 본 발명의 제1실시예 및 그 변형예들에 따른 박막 증착 방법을 간략히 도시한 순서도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 박막 증착 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다. 그리고, 도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제1실시예에 따른 박막 증착 방법에 변형예들을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 제1실시예에 따른 박막 증착 방법은 증착하고자 하는 박막의 목표 두께를 달성할때까지 제1단계 내지 제8단계로 구성된 단위사이클을 복수회 반복 수행할 수 있다. 박막 증착 공정에서 각 단계들은 동일한 압력 및 동일한 온도에서 진행할 수 있다. 이때, 압력은 1 Torr 내지 10 Torr 범위일 수 있고, 온도는 550℃ 이하 예컨대, 상온 내지 550℃ 범위의 온도일 수 있다. 박막 증착 공정에서 사용되는 플라즈마는 중심 주파수가 13.56 MHz 내지 60 MHz 범위의 고주파 전원을 사용하여 생성할 수 있고, 플라즈마를 이용한 개별 공정은 수ms 내지 10초 범위의 시간 동안 진행될 수 있다. 그리고, 증착하고자 하는 박막의 목표 두께를 달성할때까지 지속적으로 챔버(100) 내부에 퍼지가스 및 처리가스가 일정한 유량으로 공급될 수 있다. 이는, 기저층의 형상에 상관없이 두께가 균일하고 막질이 치밀한 박막을 형성함과 동시에 막질 및 약액 내성이 우수한 박막을 형성하기 위함이다. 참고로, 기저층은 소정의 패턴이 형성된 것일 수 있으며, 반도체막, 절연막 또는 금속막 등 다양한 물질들로 구성될 수 있다. 여기서, 패턴은 고종횡비를 갖는 패턴을 포함할 수 있다.
박막 증착 공정은 단위사이클을 복수회 반복 수행할 수 있고, 단위사이클은 제1단계 내지 제8단계를 포함할 수 있다.
제1단계는 고주파 전원이 차단된 상태에서 가스분사장치(120)를 통해 챔버(100) 내부에 실리콘 소스가스, 퍼지가스 및 처리가스를 주입하여 기저층 표면에 실리콘 소스가스를 흡착시키는 단계일 수 있다. 즉, 제1단계는 기저층 표면에 실리콘막을 형성하는 단계일 수 있다. 실리콘 소스가스로는 할로겐(halogen) 원소를 포함하는 할로겐화물(Halide) 계열의 실리콘 소스가스 또는 아민 계열의 실리콘 소스가스를 사용할 수 있다.
상술한 제1단계를 통해 기저층 표면에 수 Å 내지 수십 Å 범위의 두께를 갖는 실리콘막을 형성할 수 있다. 이때, 제1단계에서 형성된 실리콘막은 플라즈마가 없는 환경에서 형성된 것이기 때문에 막내 다량의 불순물(예컨대, 할로겐 원소, 수소 등)이 함유되어 있어 막질이 열악할 수 있다.
다음으로, 제2단계는 고주파 전원이 차단된 상태에서 챔버(100) 내부로 실리콘 소스가스의 공급을 중단하고, 챔버(100) 내부로 퍼지가스와 처리가스를 주입하여 제1단계에서 발생된 반응부산물 및 잔류가스를 챔버(100) 외부로 퍼지하는 단계일 수 있다.
다음으로, 제3단계는 챔버(100) 내부로 퍼지가스와 처리가스를 공급하고, 가스분사장치(120)에 고주파 전원을 인가하여 플라즈마를 생성하며, 플라즈마에 의해 해리된 수소 라디칼을 이용하여 제1단계에서 형성된 실리콘막 내에 잔류하는 불순물(예컨대, 할로겐 원소, 수소 등)을 제거하는 단계일 수 있다. 즉, 제3단계는 1차 플라즈마 처리 단계일 수 있다. 수소 라디칼은 실리콘막 내부로 침투가 용이하고, 막내 잔류하는 불순물(예컨대, 할로겐 원소, 수소 등)과 결합력이 크기 때문에 막내 불순물을 효과적으로 제거할 수 있다. 이로써, 박막의 막질 및 약액 내성을 향상시킬 수 있다. 아울러, 수소 플라즈마 처리를 통해 실리콘막에 다량의 댕글링본드 즉, 다량의 히드록시기(-OH)를 생성할 수 있기 때문에 후속 실리콘막의 질화 및 탄화를 보다 용이하게 진행할 수 있다.
다음으로, 제4단계는 고주파 전원을 차단하고, 챔버(100) 내부로 퍼지가스와 처리가스를 주입하여 제3단계에서 발생된 반응부산물 및 잔류가스를 퍼지하는 단계일 수 있다.
이처럼, 실리콘탄소질화막을 형성함에 있어서 실리콘막을 먼저 형성하되, 비-플라즈마 환경에서 기저층에 실리콘 소스가스를 흡착시켜 실리콘막을 형성한 후에 수소 플라즈마를 이용하여 기저층 표면에 흡착된 실리콘 소스가스 즉, 실리콘막 내 불순물을 제거함과 동시에 다량의 댕글링본드를 형성함으로써, 막질 및 약액 내성이 개선된 박막을 형성할 수 있다.
다음으로, 제5단계는 고주파 전원이 차단된 상태에서 가스분사장치(120)를 통해 챔버(100) 내부로 질소 소스가스, 퍼지가스 및 처리가스를 공급하여, 기 형성된 실리콘막에 질소 소스가스를 흡착 및 반응시키는 단계일 수 있다. 질소 소스가스로는 질소와 수소가 혼합된 화합물 가스 예컨대, 암모니아가스 또는 하이드라인진가스를 사용할 수 있다. 즉, 제5단계는 기 형성된 실리콘막을 질화시켜 실리콘질화막을 형성하는 단계일 수 있다. 다시 말해, 제5단계는 플라즈마 없이 열에너지에 의존하여 기 형성된 실리콘막을 질화시키는 단계일 수 있다. 이때, 기 형성된 박막을 질화시킴에 있어서, 플라즈마를 사용하지 않고 열에너지에 의존하여 공정을 진행함에 따라 박막의 약액 내성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 참고로, 열에너지는 기판지지부(130) 내 히터(132)를 통해 공급되는 것을 지칭할 수 있고, 550℃ 이하의 온도일 수 있다.
다음으로, 제6단계는 고주파 전원이 차단된 상태에서 챔버(100) 내부로 퍼지가스와 처리가스를 주입하여 제5단계에서 발생된 반응부산물 및 잔류가스를 퍼지하는 단계일 수 있다.
이처럼, 기 형성된 실리콘막을 플라즈마 없이 열에너지에 의존하여 질소 소스가스와 반응시켜 실리콘질화막을 형성함으로써, 막질 및 약액 내성이 개선된 박막을 형성할 수 있다.
다음으로, 제7단계는 고주파 전원이 차단된 상태에서 가스분사장치(120)를 통해 챔버(100) 내부로 탄소 소스가스, 퍼지가스 및 처리가스를 공급하여, 기 형성된 실리콘질화막에 탄소 소스가스를 흡착 및 반응시키는 단계일 수 있다. 탄소 소스가스로는 탄소와 수소가 혼합된 화합물 가스 예컨대, 탄화수소가스를 사용할 수 있다. 즉, 제7단계는 기 형성된 실리콘질화막을 탄화시켜 실리콘탄소질화막을 형성하는 단계일 수 있다. 다시 말해, 제7단계는 플라즈마 없이 열에너지에 의존하여 기 형성된 실리콘질화막을 탄화시키는 단계일 수 있다. 이때, 기 형성된 박막을 탄화시킴에 있어서, 플라즈마를 사용하지 않고 열에너지에 의존하여 공정을 진행함에 따라 박막의 약액 내성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 참고로, 열에너지는 기판지지부(130) 내 히터(132)를 통해 공급되는 것을 지칭할 수 있고, 550℃ 이하의 온도일 수 있다.
다음으로, 제8단계는 고주파 전원이 차단된 상태에서 챔버(100) 내부로 퍼지가스와 처리가스를 주입하여 제7단계에서 발생된 반응부산물 및 잔류가스를 퍼지하는 단계일 수 있다.
이처럼, 기 형성된 실리콘질화막을 플라즈마 없이 열에너지에 의존하여 탄소 소스가스와 반응시켜 실리콘탄소질화막을 형성함으로써, 막질 및 약액 내성이 개선된 박막을 형성할 수 있다.
한편, 제1실시예에서는 기 형성된 실리콘막을 질소 소스가스를 이용하여 질화시킨 후, 탄소 소스가스를 이용하여 탄화시키는 순서로 박막을 형성하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 제1변형예로서, 도 4a에 도시된 바와 같이, 기 형성된 실리콘막을 탄소 소스가스를 이용하여 탄화시킨 후, 질소 소스가스를 이용하여 질화시키는 순서로 박막을 형성할 수도 있다.
또한, 제2변형예로서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 기 형성된 실리콘막을 질소 소스가스 및 탄소 소스가스를 이용하여 질화 및 탄화시켜 실리콘탄소질화막을 형성한 후, 탄소 소스가스를 이용하여 실리콘탄소질화막을 재차 탄화시키는 순서로 박막을 형성할 수도 있다. 이를 통해, 박막 내 탄소의 함량을 보다 효과적으로 제어할 수 있다.
또한, 제3변형예로서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 기 형성된 실리콘막을 질소 소스가스 및 탄소 소스가스를 이용하여 질화 및 탄화시켜 실리콘탄소질화막을 형성한 후, 질소 소스가스를 이용하여 실리콘탄소질화막을 재차 질화시키는 순서로 박막을 형성할 수도 있다. 이를 통해, 박막 내 질소의 함량을 보다 효과적으로 제어할 수 있다.
또한, 제4변형예로서, 도 4d에 도시된 바와 같이, 기 형성된 실리콘막을 질소 소스가스 및 탄소 소스가스를 이용하여 질화 및 탄화시켜 실리콘탄소질화막을 형성함으로써, 총 8개의 단위스텝으로 구성된 단위사이클을 총 6개의 단위스텝으로 감축시켜 박막 증착 시간을 단축시킬 수도 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시예 및 그 변형예들에 따른 박막 증착 방법을 간략히 도시한 순서도이고, 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 박막 증착 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다. 그리고, 도 6a 내지 도 7c는 본 발명의 제2실시예에 따른 박막 증착 방법에 변형예들을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 제2실시예에 따른 박막 증착 방법은 증착하고자 하는 박막의 목표 두께를 달성할때까지 제1단계 내지 제8단계로 구성된 단위사이클을 복수회 반복 수행할 수 있다. 박막 증착 공정에서 각 단계들은 동일한 압력 및 동일한 온도에서 진행할 수 있다. 이때, 압력은 1 Torr 내지 10 Torr 범위일 수 있고, 온도는 550℃ 이하 예컨대, 상온 내지 550℃ 범위의 온도일 수 있다. 박막 증착 공정에서 사용되는 플라즈마는 중심 주파수가 13.56 MHz 내지 60 MHz 범위의 고주파 전원을 사용하여 생성할 수 있고, 플라즈마를 이용한 개별 공정은 수ms 내지 10초 범위의 시간 동안 진행될 수 있다. 그리고, 증착하고자 하는 박막의 목표 두께를 달성할때까지 지속적으로 챔버(100) 내부에 퍼지가스 및 처리가스가 일정한 유량으로 공급될 수 있다. 이는, 기저층의 형상에 상관없이 두께가 균일하고 막질이 치밀한 박막을 형성함과 동시에 막질 및 약액 내성이 우수한 박막을 형성하기 위함이다. 참고로, 기저층은 소정의 패턴이 형성된 것일 수 있으며, 반도체막, 절연막 또는 금속막 등 다양한 물질들로 구성될 수 있다. 여기서, 패턴은 고종횡비를 갖는 패턴을 포함할 수 있다.
박막 증착 공정은 단위사이클을 복수회 반복 수행할 수 있고, 단위사이클은 제1단계 내지 제8단계를 포함할 수 있다. 여기서, 제2실시예에 따른 박막 증착 방법의 단위사이클은 상술한 제1실시예에 따른 박막 증착 방법의 단위사이클에서 제6단계를 제외한 나머지 제1단계 내지 제5단계, 제7단계 및 제8단계와 동일할 수 있다. 따라서, 제2실시예에서는 제1단계 내지 제5단계, 제7단계 및 제8단계에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.
제1단계는 고주파 전원이 차단된 상태에서 가스분사장치(120)를 통해 챔버(100) 내부에 실리콘 소스가스, 퍼지가스 및 처리가스를 주입하여 기저층 표면에 실리콘 소스를 흡착시키는 단계일 수 있다. 즉, 제1단계는 기저층 표면에 실리콘막을 형성하는 단계일 수 있다. 이어서, 제2단계는 고주파 전원이 차단된 상태에서 챔버(100) 내부로 실리콘 소스가스의 공급을 중단하고, 챔버(100) 내부로 퍼지가스와 처리가스를 주입하여 제1단계에서 발생된 반응부산물 및 잔류가스를 퍼지하는 단계일 수 있다. 이어서, 제3단계는 챔버(100) 내부로 퍼지가스와 처리가스를 공급하고, 가스분사장치(120)에 고주파 전원을 인가하여 플라즈마를 생성하며, 플라즈마에 의해 해리된 수소 라디칼을 이용하여 제1단계에서 형성된 실리콘막 내에 잔류하는 불순물(예컨대, 할로겐 원소, 수소 등)을 제거하는 단계일 수 있다. 고주파 전원은 제1시간(T1) 동안 가스분사장치(120)에 인가할 수 있다. 이어서, 제4단계는 고주파 전원을 차단하고, 챔버(100) 내부로 퍼지가스와 처리가스를 주입하여 제3단계에서 발생된 반응부산물 및 잔류가스를 퍼지하는 단계일 수 있다. 이어서, 제5단계는 고주파 전원이 차단된 상태에서 가스분사장치(120)를 통해 챔버(100) 내부로 질소 소스가스, 퍼지가스 및 처리가스를 공급하여, 기 형성된 실리콘막에 질소 소스가스를 흡착 및 반응시키는 단계일 수 있다. 즉, 제5단계는 기 형성된 실리콘막을 질화시켜 실리콘질화막을 형성하는 단계일 수 있다.
다음으로, 제6단계는 챔버(100) 내부로 퍼지가스와 처리가스를 주입하여 제5단계에서 발생된 반응부산물 및 잔류가스를 퍼지하는 단계일 수 있다. 이때, 제5단계에서 발생된 반응부산물 및 잔류가스를 퍼지하는 중간에 제1시간(T1)보다 짧은 제2시간(T2) 동안 가스분사장치(120)에 고주파 전원을 인가하여 플라즈마를 생성하여 수소 플라즈마 처리를 진행할 수 있다. 플라즈마에 의해 해리된 수소 라디칼을 이용하여 제1단계 내지 제5단계를 거쳐 형성된 실리콘질화막 내에 잔류하는 불순물을 제거하여 박막의 막질 및 약액 내성을 향상시킬 수 있다. 아울러, 수소 플라즈마 처리를 통해 실리콘질화막에 다량의 댕글링본드 즉, 다량의 히드록시기(-OH)를 생성할 수 있기 때문에 후속 실리콘질화막의 탄화를 보다 용이하게 진행할 수 있다.
다음으로, 제7단계는 고주파 전원이 차단된 상태에서 가스분사장치(120)를 통해 챔버(100) 내부로 탄소 소스가스, 퍼지가스 및 처리가스를 공급하여, 기 형성된 실리콘질화막에 탄소 소스가스를 흡착 및 반응시키는 단계일 수 있다. 즉, 제7단계는 플라즈마 없이 열에너지에 의존하여 기 형성된 실리콘질화막을 탄화시키는 단계일 수 있다. 이어서, 제8단계는 고주파 전원이 차단된 상태에서 챔버(100) 내부로 퍼지가스와 처리가스를 주입하여 제7단계에서 발생된 반응부산물 및 잔류가스를 퍼지하는 단계일 수 있다.
한편, 제2실시예에서는 기 형성된 실리콘막을 질소 소스가스를 이용하여 질화시킨 후, 탄소 소스가스를 이용하여 탄화시키는 순서로 박막을 형성하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 제1변형예로서, 도 7a에 도시된 바와 같이, 기 형성된 실리콘막을 탄소 소스가스를 이용하여 탄화시킨 후, 퍼지 중간에 수소 플라즈마 처리를 진행한 다음, 질소 소스가스를 이용하여 질화시키는 순서로 박막을 형성할 수도 있다.
또한, 제2변형예로서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 기 형성된 실리콘막을 질소 소스가스 및 탄소 소스가스를 이용하여 질화 및 탄화시켜 실리콘탄소질화막을 형성한 후, 퍼지 중간에 수소 플라즈마 처리를 진행한 다음, 탄소 소스가스를 이용하여 실리콘탄소질화막을 재차 탄화시키는 순서로 박막을 형성할 수도 있다. 이를 통해, 박막 내 탄소의 함량을 보다 효과적으로 제어할 수 있다.
또한, 제3변형예로서, 도 7c에 도시된 바와 같이, 기 형성된 실리콘막을 질소 소스가스 및 탄소 소스가스를 이용하여 질화 및 탄화시켜 실리콘탄소질화막을 형성한 후, 퍼지 중간에 수소 플라즈마 처리를 진행한 다음, 질소 소스가스를 이용하여 실리콘탄소질화막을 재차 질화시키는 순서로 박막을 형성할 수도 있다. 이를 통해, 박막 내 질소의 함량을 보다 효과적으로 제어할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3실시예 및 그 변형예들에 따른 박막 증착 방법을 간략히 도시한 순서도이고, 도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 박막 증착 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다. 그리고, 도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 제3실시예에 따른 박막 증착 방법에 변형예들을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 제3실시예에 따른 박막 증착 방법은 증착하고자 하는 박막의 목표 두께를 달성할때까지 제1단계 내지 제8단계로 구성된 단위사이클을 복수회 반복 수행할 수 있다. 박막 증착 공정에서 각 단계들은 동일한 압력 및 동일한 온도에서 진행할 수 있다. 이때, 압력은 1 Torr 내지 10 Torr 범위일 수 있고, 온도는 550℃ 이하 예컨대, 상온 내지 550℃ 범위의 온도일 수 있다. 박막 증착 공정에서 사용되는 플라즈마는 중심 주파수가 13.56 MHz 내지 60 MHz 범위의 고주파 전원을 사용하여 생성할 수 있고, 플라즈마를 이용한 개별 공정은 수ms 내지 10초 범위의 시간 동안 진행될 수 있다. 그리고, 증착하고자 하는 박막의 목표 두께를 달성할때까지 지속적으로 챔버(100) 내부에 퍼지가스 및 처리가스가 일정한 유량으로 공급될 수 있다. 이는, 기저층의 형상에 상관없이 두께가 균일하고 막질이 치밀한 박막을 형성함과 동시에 막질 및 약액 내성이 우수한 박막을 형성하기 위함이다. 참고로, 기저층은 소정의 패턴이 형성된 것일 수 있으며, 반도체막, 절연막 또는 금속막 등 다양한 물질들로 구성될 수 있다. 여기서, 패턴은 고종횡비를 갖는 패턴을 포함할 수 있다.
박막 증착 공정은 단위사이클을 복수회 반복 수행할 수 있고, 단위사이클은 제1단계 내지 제8단계를 포함할 수 있다. 여기서, 제3실시예에 따른 박막 증착 방법의 단위사이클은 상술한 제1실시예에 따른 박막 증착 방법의 단위사이클에서 제8단계를 제외한 나머지 제1단계 내지 제7단계와 동일할 수 있다. 따라서, 제3실시예에서는 제1단계 내지 제7단계에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.
제1단계는 고주파 전원이 차단된 상태에서 가스분사장치(120)를 통해 챔버(100) 내부에 실리콘 소스가스, 퍼지가스 및 처리가스를 주입하여 기저층 표면에 실리콘 소스를 흡착시키는 단계일 수 있다. 즉, 제1단계는 기저층 표면에 실리콘막을 형성하는 단계일 수 있다. 이어서, 제2단계는 고주파 전원이 차단된 상태에서 챔버(100) 내부로 실리콘 소스가스의 공급을 중단하고, 챔버(100) 내부로 퍼지가스와 처리가스를 주입하여 제1단계에서 발생된 반응부산물 및 잔류가스를 퍼지하는 단계일 수 있다. 이어서, 제3단계는 챔버(100) 내부로 퍼지가스와 처리가스를 공급하고, 가스분사장치(120)에 고주파 전원을 인가하여 플라즈마를 생성하며, 플라즈마에 의해 해리된 수소 라디칼을 이용하여 제1단계에서 형성된 실리콘막 내에 잔류하는 불순물(예컨대, 할로겐 원소, 수소 등)을 제거하는 단계일 수 있다. 고주파 전원은 제1시간(T1) 동안 가스분사장치(120)에 인가할 수 있다. 이어서, 제4단계는 고주파 전원을 차단하고, 챔버(100) 내부로 퍼지가스와 처리가스를 주입하여 제3단계에서 발생된 반응부산물 및 잔류가스를 퍼지하는 단계일 수 있다. 이어서, 제5단계는 고주파 전원이 차단된 상태에서 가스분사장치(120)를 통해 챔버(100) 내부로 질소 소스가스, 퍼지가스 및 처리가스를 공급하여, 기 형성된 실리콘막에 질소 소스가스를 흡착 및 반응시키는 단계일 수 있다. 즉, 제5단계는 기 형성된 실리콘막을 질화시켜 실리콘질화막을 형성하는 단계일 수 있다. 이어서, 제6단계는 고주파 전원이 차단된 상태에서 챔버(100) 내부로 퍼지가스와 처리가스를 주입하여 제5단계에서 발생된 반응부산물 및 잔류가스를 퍼지하는 단계일 수 있다. 이어서, 제7단계는 고주파 전원이 차단된 상태에서 가스분사장치(120)를 통해 챔버(100) 내부로 탄소 소스가스, 퍼지가스 및 처리가스를 공급하여, 기 형성된 실리콘질화막에 탄소 소스가스를 흡착 및 반응시키는 단계일 수 있다. 즉, 제7단계는 기 형성된 실리콘질화막을 탄화시켜 실리콘탄소질화막을 형성하는 단계일 수 있다.
다음으로, 제8단계는 챔버(100) 내부로 퍼지가스와 처리가스를 주입하여 제7단계에서 발생된 반응부산물 및 잔류가스를 퍼지하는 단계일 수 있다. 이때, 제7단계에서 발생된 반응부산물 및 잔류가스를 퍼지하는 중간에 제1시간(T1)보다 짧은 제2시간(T2) 동안 가스분사장치(120)에 고주파 전원을 인가하여 플라즈마를 생성하여 수소 플라즈마 처리를 진행할 수 있다. 플라즈마에 의해 해리된 수소 라디칼을 이용하여 제1단계 내지 제7단계를 거쳐 형성된 실리콘탄소질화막 내에 잔류하는 불순물을 제거하여 박막의 막질 및 약액 내성을 향상시킬 수 있다.
한편, 제3실시예에서는 기 형성된 실리콘막을 질소 소스가스를 이용하여 질화시킨 후, 탄소 소스가스를 이용하여 탄화시키는 순서로 박막을 형성하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 제1변형예로서, 도 10a에 도시된 바와 같이, 기 형성된 실리콘막을 탄소 소스가스를 이용하여 탄화시킨 후, 질소 소스가스를 이용하여 질화시킨 다음, 퍼지 중간에 수소 플라즈마 처리를 진행하는 순서로 박막을 형성할 수도 있다.
또한, 제2변형예로서, 도 10b에 도시된 바와 같이, 기 형성된 실리콘막을 질소 소스가스 및 탄소 소스가스를 이용하여 질화 및 탄화시켜 실리콘탄소질화막을 형성한 후, 탄소 소스가스를 이용하여 실리콘탄소질화막을 재차 탄화시킨 다음, 퍼지 중간에 수소 플라즈마 처리를 진행하는 순서로 박막을 형성할 수도 있다. 이를 통해, 박막 내 탄소의 함량을 보다 효과적으로 제어할 수 있다.
또한, 제3변형예로서, 도 10c에 도시된 바와 같이, 기 형성된 실리콘막을 질소 소스가스 및 탄소 소스가스를 이용하여 질화 및 탄화시켜 실리콘탄소질화막을 형성한 후, 질소 소스가스를 이용하여 실리콘탄소질화막을 재차 질화시킨 다음, 퍼지 중간에 수소 플라즈마 처리를 진행하는 순서로 박막을 형성할 수도 있다. 이를 통해, 박막 내 질소의 함량을 보다 효과적으로 제어할 수 있다.
또한, 제4변형예로서, 도 10d에 도시된 바와 같이, 기 형성된 실리콘막을 질소 소스가스 및 탄소 소스가스를 이용하여 질화 및 탄화시켜 실리콘탄소질화막을 형성함으로써, 총 8개의 단위스텝으로 구성된 단위사이클을 총 6개의 단위스텝으로 감축시켜 박막 증착 시간을 단축시킬 수도 있다.
도 11은 본 발명의 제4실시예 및 그 변형예들에 따른 박막 증착 방법을 간략히 도시한 순서도이고, 도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 박막 증착 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다. 그리고, 도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 제4실시예에 따른 박막 증착 방법에 변형예들을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, 제4실시예에 따른 박막 증착 방법은 증착하고자 하는 박막의 목표 두께를 달성할때까지 제1단계 내지 제8단계로 구성된 단위사이클을 복수회 반복 수행할 수 있다. 박막 증착 공정에서 각 단계들은 동일한 압력 및 동일한 온도에서 진행할 수 있다. 이때, 압력은 1 Torr 내지 10 Torr 범위일 수 있고, 온도는 550℃ 이하 예컨대, 상온 내지 550℃ 범위의 온도일 수 있다. 박막 증착 공정에서 사용되는 플라즈마는 중심 주파수가 13.56 MHz 내지 60 MHz 범위의 고주파 전원을 사용하여 생성할 수 있고, 플라즈마를 이용한 개별 공정은 수ms 내지 10초 범위의 시간 동안 진행될 수 있다. 그리고, 증착하고자 하는 박막의 목표 두께를 달성할때까지 지속적으로 챔버(100) 내부에 퍼지가스 및 처리가스가 일정한 유량으로 공급될 수 있다. 이는, 기저층의 형상에 상관없이 두께가 균일하고 막질이 치밀한 박막을 형성함과 동시에 막질 및 약액 내성이 우수한 박막을 형성하기 위함이다. 참고로, 기저층은 소정의 패턴이 형성된 것일 수 있으며, 반도체막, 절연막 또는 금속막 등 다양한 물질들로 구성될 수 있다. 여기서, 패턴은 고종횡비를 갖는 패턴을 포함할 수 있다.
박막 증착 공정은 단위사이클을 복수회 반복 수행할 수 있고, 단위사이클은 제1단계 내지 제8단계를 포함할 수 있다. 여기서, 제4실시예에 따른 박막 증착 방법의 단위사이클은 상술한 제1실시예에 따른 박막 증착 방법의 단위사이클에서 제6단계 및 제8단계를 제외한 나머지 제1단계 내지 제5단계 및 제7단계와 동일할 수 있다. 따라서, 제4실시예에서는 제1단계 내지 제5단계 및 제7단계에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.
제1단계는 고주파 전원이 차단된 상태에서 가스분사장치(120)를 통해 챔버(100) 내부에 실리콘 소스가스, 퍼지가스 및 처리가스를 주입하여 기저층 표면에 실리콘 소스를 흡착시키는 단계일 수 있다. 즉, 제1단계는 기저층 표면에 실리콘막을 형성하는 단계일 수 있다. 이어서, 제2단계는 고주파 전원이 차단된 상태에서 챔버(100) 내부로 실리콘 소스가스의 공급을 중단하고, 챔버(100) 내부로 퍼지가스와 처리가스를 주입하여 제1단계에서 발생된 반응부산물 및 잔류가스를 퍼지하는 단계일 수 있다. 이어서, 제3단계는 챔버(100) 내부로 퍼지가스와 처리가스를 공급하고, 가스분사장치(120)에 고주파 전원을 인가하여 플라즈마를 생성하며, 플라즈마에 의해 해리된 수소 라디칼을 이용하여 제1단계에서 형성된 실리콘막 내에 잔류하는 불순물(예컨대, 할로겐 원소, 수소 등)을 제거하는 단계일 수 있다. 고주파 전원은 제1시간(T1) 동안 가스분사장치(120)에 인가할 수 있다. 이어서, 제4단계는 고주파 전원을 차단하고, 챔버(100) 내부로 퍼지가스와 처리가스를 주입하여 제3단계에서 발생된 반응부산물 및 잔류가스를 퍼지하는 단계일 수 있다. 이어서, 제5단계는 고주파 전원이 차단된 상태에서 가스분사장치(120)를 통해 챔버(100) 내부로 질소 소스가스, 퍼지가스 및 처리가스를 공급하여, 기 형성된 실리콘막에 질소 소스가스를 흡착 및 반응시키는 단계일 수 있다. 즉, 제5단계는 기 형성된 실리콘막을 질화시켜 실리콘질화막을 형성하는 단계일 수 있다.
다음으로, 제6단계는 챔버(100) 내부로 퍼지가스와 처리가스를 주입하여 제5단계에서 발생된 반응부산물 및 잔류가스를 퍼지하는 단계일 수 있다. 이때, 제5단계에서 발생된 반응부산물 및 잔류가스를 퍼지하는 중간에 제1시간(T1)보다 짧은 제2시간(T2) 동안 가스분사장치(120)에 고주파 전원을 인가하여 플라즈마를 생성하여 수소 플라즈마 처리를 진행할 수 있다. 플라즈마에 의해 해리된 수소 라디칼을 이용하여 제1단계 내지 제5단계를 거쳐 형성된 실리콘질화막 내에 잔류하는 불순물을 제거하여 박막의 막질 및 약액 내성을 향상시킬 수 있다. 아울러, 수소 플라즈마 처리를 통해 실리콘질화막에 다량의 댕글링본드 즉, 다량의 히드록시기(-OH)를 생성할 수 있기 때문에 후속 실리콘질화막의 탄화를 보다 용이하게 진행할 수 있다.
다음으로, 제7단계는 고주파 전원이 차단된 상태에서 가스분사장치(120)를 통해 챔버(100) 내부로 탄소 소스가스, 퍼지가스 및 처리가스를 공급하여, 기 형성된 실리콘질화막에 탄소 소스가스를 흡착 및 반응시키는 단계일 수 있다. 즉, 제7단계는 플라즈마 없이 열에너지에 의존하여 기 형성된 실리콘질화막을 탄화시키는 단계일 수 있다.
다음으로, 제8단계는 챔버(100) 내부로 퍼지가스와 처리가스를 주입하여 제7단계에서 발생된 반응부산물 및 잔류가스를 퍼지하는 단계일 수 있다. 이때, 제7단계에서 발생된 반응부산물 및 잔류가스를 퍼지하는 중간에 제1시간(T1)보다 짧은 제3시간(T3) 동안 가스분사장치(120)에 고주파 전원을 인가하여 플라즈마를 생성하여 수소 플라즈마 처리를 진행할 수 있다. 여기서, 제3시간(T3)은 제2시간(T2)와 동일할 수 있다. 플라즈마에 의해 해리된 수소 라디칼을 이용하여 제1단계 내지 제7단계를 거쳐 형성된 실리콘탄소질화막 내에 잔류하는 불순물을 제거하여 박막의 막질 및 약액 내성을 향상시킬 수 있다.
한편, 제4실시예에서는 기 형성된 실리콘막을 질소 소스가스를 이용하여 질화시킨 후, 탄소 소스가스를 이용하여 탄화시키는 순서로 박막을 형성하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 제1변형예로서, 도 13a에 도시된 바와 같이, 기 형성된 실리콘막을 탄소 소스가스를 이용하여 탄화시킨 후, 퍼지 중간에 수소 플라즈마 처리를 진행한 다음, 질소 소스가스를 이용하여 질화시키고, 퍼지 중간에 수소 플라즈마 처리를 진행하는 순서로 박막을 형성할 수도 있다.
또한, 제2변형예로서, 도 13b에 도시된 바와 같이, 기 형성된 실리콘막을 질소 소스가스 및 탄소 소스가스를 이용하여 질화 및 탄화시켜 실리콘탄소질화막을 형성한 후, 퍼지 중간에 수소 플라즈마 처리를 진행한 다음, 탄소 소스가스를 이용하여 실리콘탄소질화막을 재차 탄화시키고, 퍼지 중간에 수소 플라즈마 처리를 진행하는 순서로 박막을 형성할 수도 있다. 이를 통해, 박막 내 탄소의 함량을 보다 효과적으로 제어할 수 있다.
또한, 제3변형예로서, 도 13c에 도시된 바와 같이, 기 형성된 실리콘막을 질소 소스가스 및 탄소 소스가스를 이용하여 질화 및 탄화시켜 실리콘탄소질화막을 형성한 후, 퍼지 중간에 수소 플라즈마 처리를 진행한 다음, 질소 소스가스를 이용하여 실리콘탄소질화막을 재차 질화시키고, 퍼지 중간에 수소 플라즈마 처리를 진행하는 순서로 박막을 형성할 수도 있다. 이를 통해, 박막 내 질소의 함량을 보다 효과적으로 제어할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
100 : 챔버 110 : 본체
120 : 가스분사장치 130 : 기판지지부
132 : 히터 140 : 지지축
150 : 배기구 160 : 펌프
170 : 전원부 200 : 가스 공급기
210 : 가스 공급원 220 : 밸브
230 : 가스 공급라인 300 : 전원 공급기

Claims (9)

  1. 내부에 처리 공간이 형성된 챔버, 상기 처리 공간에 구비되어 기판이 안착되는 기판지지부, 상기 기판지지부로 가스를 분사하는 가스분사장치, 상기 기판지지부와 상기 가스분사장치 중 적어도 어느 하나에 고주파 전원을 인가하여 상기 챔버 내부에 플라즈마를 생성하는 박막 증착 장치를 이용한 박막 증착 방법으로서,
    상기 가스분사장치를 통해 상기 챔버 내부로 제1소스가스를 공급하여 상기 기판 상에 제1소스가스를 흡착시키는 단계;
    상기 챔버 내부로 퍼지가스 및 처리가스를 공급하면서 상기 가스분사장치에 제1시간 동안 고주파 전원을 인가하여 1차 플라즈마 처리를 수행하는 단계; 및
    상기 챔버 내부로 제2소스가스와 제3소스가스를 동시 또는 순차적으로 공급하여 상기 제1소스가스와 상기 제2소스가스 및 상기 제3소스가스를 반응시키는 성막 단계를 포함하고,
    상기 흡착 단계, 상기 1차 플라즈마 처리 단계 및 상기 성막 단계를 복수회 반복 수행하는 박막 증착 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 성막 단계를 수행한 후, 상기 챔버 내부로 상기 퍼지가스 및 상기 처리가스를 공급하여 상기 챔버 내부를 퍼지시키는 단계를 더 포함하고, 상기 퍼지 단계 중간에 상기 가스분사장치에 상기 제1시간보다 짧은 제3시간 동안 고주파 전원을 인가하여 3차 플라즈마 처리를 수행하는 박막 증착 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 성막 단계는 상기 챔버 내부로 상기 제2소스가스와 상기 제3소스가스를 순차적으로 공급하되, 상기 제2소스가스를 공급하는 단계와 상기 제3소스가스를 공급하는 단계 사이에 상기 챔버 내부로 상기 퍼지가스 및 상기 처리가스를 공급하여 상기 챔버 내부를 퍼지시키는 단계를 더 포함하고, 상기 퍼지 단계 중간에 상기 가스분사장치에 상기 제1시간보다 짧은 제2시간 동안 고주파 전원을 인가하여 2차 플라즈마 처리를 수행하는 박막 증착 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 성막 단계는 상기 챔버 내부로 상기 제2소스가스와 상기 제3소스가스를 공급하여 상기 제1소스가스와 상기 제2소스가스 및 상기 제3소스가스를 반응시키는 제1단계 및 상기 챔버 내부로 상기 퍼지가스 및 상기 처리가스를 공급함과 동시에 상기 제2소스가스 또는 상기 제3소스가스를 추가로 공급하여 반응시키는 제2단계를 포함하고,
    상기 제1단계와 상기 제2단계 사이에 상기 챔버 내부로 상기 퍼지가스 및 상기 처리가스를 공급하여 상기 챔버 내부를 퍼지시키는 단계를 더 포함하고, 상기 퍼지 단계 중간에 상기 가스분사장치에 상기 제1시간보다 짧은 제2시간 동안 고주파 전원을 인가하여 상기 제4물질막을 대상으로 2차 플라즈마 처리를 수행하는 단계를 포함하는 박막 증착 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 흡착 단계, 상기 1차 플라즈마 처리 단계 및 상기 성막 단계를 복수회 반복 수행하는 동안 상기 챔버 내부에 지속적으로 상기 퍼지가스 및 상기 처리가스를 일정한 유량으로 공급하는 박막 증착 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 퍼지가스는 아르곤가스를 포함하고, 상기 처리가스는 수소가스를 포함하며, 상기 플라즈마 처리는 수소 플라즈마 처리를 포함하는 박막 증착 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 흡착 단계, 상기 1차 플라즈마 처리 단계 및 상기 성막 단계 각각은 상온 내지 550℃ 범위의 온도에서 수행되고, 상기 제2소스가스의 반응 및 상기 제3소스가스의 반응은 상기 온도에 의존하여 진행되는 박막 증착 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1소스가스, 상기 제2소스가스 및 상기 제3소스가스는 각각 실리콘 소스가스, 질소 소스가스 및 탄소 소스가스를 포함하고,
    상기 실리콘 소스가스는 할로겐화물 계열의 실리콘 소스가스 또는 아민 계열의 실리콘 소스가스를 포함하며, 상기 질소 소스가스는 질소와 수소가 혼합된 화합물 가스를 포함하고, 상기 탄소 소스가스는 탄소와 수소가 혼합된 화합물 가스를 포함하는 박막 증착 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리시 상기 가스분사장치에 중심 주파수가 13.56 MHz 내지 60 MHz 범위의 고주파 전원을 인가하여 플라즈마를 생성하는 박막 증착 방법.
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