KR20220013924A - 박막 증착 방법 - Google Patents

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KR20220013924A
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substrate
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source gas
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나오키 이노우에
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

기판에 증착되는 박막의 평면상 분포를 높은 정밀도로 제어할 수 있는 박막 증착 공정이 제공된다. 이 공정은 기판 상에 박막을 증착하는 증착 사이클을 반복하는 것을 포함하는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD)에 의해 챔버 내에서 기판 상에 박막을 증착하는 공정이다. 증착 사이클은 챔버에 반응 가스 및 캐리어 가스를 공급하고 챔버에 낮은 농도로 소스 가스를 공급하여 소스 가스가 기판에 흡수되도록 하는 단계; 챔버에 반응 가스 및 캐리어 가스를 공급하여 챔버로부터 기판에 흡수되지 않은 반응 가스를 퍼지(purge)하는 단계; 챔버에 RF 전력을 공급하여 반응 가스를 플라즈마로 전환하여 플라즈마에 의해 활성화된 소스 가스가 기판의 표면에 접촉하도록 하는 단계; 및 챔버에 반응 가스 및 캐리어 가스를 제공하여 챔버로부터 반응하지 않은 잔여 소스 가스 및 반응 가스를 퍼지하는 단계를 포함한다.

Description

박막 증착 공정{THIN FILM DEPOSITION PROCESS}
본 발명은 박막 증착 방법에 관한 것이다.
원자층 증착(ALD) 공정은 웨이퍼와 같은 기판 상에 증착되는 박막의 평면내 분포를 제어하는 단계를 포함한다. 박막의 평면내 분포를 제어하는 방법은 소스 입력, 기체 유량비, RF 전력, 및 화학 기상 증착(CVD) 공정에서 소스 퍼지 시간의 제어에 의한 개입과 같은 파라미터를 조정하는 단계를 포함한다.
그러나, 이러한 파라미터가 조정되더라도, 박막의 평면내 분포를 더 높은 정밀도로 제어하는 데 여전히 어려움이 있다. 따라서, 기판 상에 증착되는 박막의 평면내 분포의 고정밀 제어가 필요하다.
본 발명은 원자층 증착(ALD)에 의해 챔버 내의 기판 상에 박막을 증착하는 공정에 관한 것으로, 상기 공정은 증착 사이클을 반복하여 기판 상에 박막을 증착하는 단계를 포함한다. 상기 증착 사이클은, 반응 기체 및 캐리어 기체를 상기 챔버에 송급하고, 소스 기체를 감소된 농도로 상기 챔버에 송급하여 상기 소스 기체가 상기 기판 상에 흡착될 수 있게 하는 단계; 상기 반응 기체 및 상기 소스 기체를 상기 챔버에 송급하여 상기 소스 기체가 상기 기판 상에 흡착될 수 있게 하는 단계; 상기 반응 기체 및 상기 캐리어 기체를 상기 챔버에 송급하여, 상기 챔버로부터, 상기 기판 상에 흡착되지 않는 상기 소스 기체를 퍼지하는 단계; 상기 반응 기체를 플라즈마로 전환시키기 위해 RF 전력을 상기 챔버에 인가하여 상기 플라즈마에 의해 활성화된 상기 소스 기체가 상기 기판의 표면과 접촉하게 되는 단계; 및 상기 반응 기체 및 상기 캐리어 기체를 상기 챔버에 송급하여, 상기 챔버로부터, 미반응 상태로 남아 있는 상기 소스 기체 및 미반응 상태로 남아 있는 상기 반응 기체를 퍼지하는 단계를 포함한다.
본 발명은 기판 상에 증착되는 박막의 평면내 분포의 고정밀 제어를 가능하
게 한다.
도 1은 한 구현예에 따른 막 증착 장치를 개략적으로 보여주는 수직 단면도
이고;
도 2는 한 구현예와 관련된 ALD 공정 서열을 보여주는 다이어그램이고;
도 3a는 퍼지 및 소스 공급 단계에서의 기체 흐름을 보여주는 개략도이고;
도 3b는 소스 기체 공급 단계에서의 기체 흐름을 보여주는 개략도이고;
도 3c는 퍼지 단계에서의 기체 흐름을 보여주는 개략도이고; 그리고
도 4는 한 구현예에 관련된 박막 증착 공정에 의해 수득된 박막의 측정 결과
를 보여주는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 특정 구현예가 상세히 설명될 것이다. 하기 구현예들은 본 발명을 제한하려는 의도가 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 다양한 방식으로 변경 또는 변형될 수 있음을 이해할 것이다.
<막 증착 장치>
한 구현예에 따라 임의의 유형의 막 증착 장치가 막 증착 공정에 사용될 수 있지만, 도 1에 도시된 막 증착 장치가 구체적으로 사용될 수 있다.
도 1은 한 구현예에 따른 막 증착 장치(1)를 개략적으로 보여주는 수직 단면도이다. 도 1의 막 증착 장치(1)는, 플라즈마 강화 원자층 증착(PEALD)에 의해 반도체 웨이퍼(W)와 같은 기판(W) 상에 박막을 증착하도록 구성되어 있다.
막 증착 장치(1)는 상단 개방 및 하단 폐쇄된, 실질적으로 원통형인 챔버(10) 및 상기 챔버(10)에 제공되어 있고 기판(W)이 위에 장착되어 있는 테이블(12)을 포함한다.
챔버(10)는 접지 전도체(미도시)를 통해 전기적으로 접지된다. 챔버(10)는, 예를 들어 표면이 플라즈마-저항성 재료로 만들어진 코팅(미도시)으로 덮여 있는, 내부 벽면을 갖는다.
테이블(12)은 알루미늄 합금과 같은 금속 재료로 만들어진다. 테이블(12)의 바닥은 전기 전도성 재료로 만들어진 지지 부재(13)에 의해 지지되고 전기적으로 연결된다. 지지 부재(13)는 챔버(10)의 바닥 표면에 전기적으로 연결된다. 따라서, 테이블(12)은 챔버(10)를 통해 접지되고 하부 전극으로서 기능하며, 이는 상부 전극으로서 기능하는 기체 송급기(14)와 쌍을 이룬다. 테이블(12)은, 원하는 온도에서 테이블(12) 상의 기판(W)을 가열하도록 구성되는 빌트인 히터(미도시)를 갖는다.
이러한 장치에서, 하부 전극으로서 기능하는 테이블(12)과 상부 전극으로서 기능하는 기체 송급기(14) 사이에 거리(D)가 제공되어 있다. 거리(D)는, 테이블(12)과 기체 송급기(14) 사이에 플라즈마가 생성될 수 있는 범위, 예를 들어 7mm 내지 15mm의 범위일 수 있다.
지지 부재(13)의 하부 부분은 챔버(10)의 바닥의 중앙에 제공된 삽입 구멍(11)을 통해 하향으로 연장되어 있다. 지지 부재(13)는 테이블(12)을 올리고 내리는 상승 및 하강 기구(미도시)에 의해 수직으로 이동 가능하다.
테이블(12) 아래에, 복수의 지지 핀들(미도시)이 챔버(10) 내부에 제공되어 있고, 테이블(12)은 지지 핀을 수용하도록 제공되는 삽입 구멍(미도시)을 갖는다. 테이블(12)이 내려짐에 따라, 지지 핀은 테이블(12) 내의 삽입 구멍을 통과하여 기판(W)이 외부로부터 챔버(10)로 진입하는 이송 아암(미도시)으로 전달될 수 있도록 상부 말단으로 기판(W)을 지지한다.
테이블(12) 위에, 기체 송급기(14)가 테이블(12)과 평행하게 그리고 마주보게 제공되어 있다. 즉, 기체 송급기(14)는 테이블(12) 상에 장착된 기판(W)과 대면하도록 배치되어 있다. 기체 송급기(14)는 기판(W)의 처리를 위한 공정 기체를 송급하도록 구성되어 있다. 예를 들어, 기체 송급기(14)는 상부 전극으로서도 기능하는 알루미늄 합금과 같은 전기 전도성 금속으로 만들어진다.
기체 송급기(14)의 상부 원주 부분은 환형 지지 부재(16)에 의해 유지된다. 지지 부재(16)는, 석영과 같은 절연 재료로 만들어진다. 기체 송급기(14) 및 챔버(10)는 서로 전기적으로 격리된다. 히터(미도시)는 또한 기체 송급기(14)의 상부 표면 상에 제공될 수 있다.
기체 송급기(14)는 반응 기체 송급 소스(미도시), 캐리어 기체 송급 소스(미도시), 및 챔버(1) 외부의 기체 송급 라인 L1, L2, L3, 및 L4를 통한 저장조(19)에 연결되어 있다. 소스 기체, 반응 기체, 및 캐리어 기체가 기체 송급기(14)에 송급된 다음, 기체 송급 구멍(15)을 통해 챔버(10) 내로 샤워와 유사한 방식으로 도입된다.
막 증착 장치(1)의 외부 섹션에서, 기체 송급 라인 L1, L2, L3, 및 L4는 밸브 V1, V2, V3, V4, 및 V5 및 기체 유형, 기체 혼합 비율, 및 유량과 같은 공정 기체를 송급하기 위한 조건의 제어를 가능하게 하는 질량 흐름 제어기(미도시)와 같은 다른 구성 요소를 갖는다. 구체적으로, 기체 송급 라인 L1은 밸브 V1을 가지고, 기체 송급 라인 L2는 밸브 V2 및 V3을 가지고, 기체 송급 라인 L3은 밸브 V4를 가지며, 기체 송급 라인 L4는 밸브 V5를 갖는다. 밸브 V3, V4, 및 V5는 또한 통과 스위치(PS) 밸브, 유입구 밸브, 및 유출구 밸브로 각각 불린다.
저장조(19)는 소스 기체 전구체를 함유한다. 저장조(19)는 기체 송급 라인 L2, L3 및 L4를 통해 챔버(10)에 연결되어 있다. 기체 송급 라인 L2는 기체 송급 라인 L3 및 L4에 연결되어 있다. 기체 송급 라인 L3은 저장조(19)를 통해 기체 송급 라인 L4에 연결되어 있다. 기체 송급 라인 L3은 기체 송급 라인 L2에서 밸브 V3의 상류에 연결되어 있다. 기체 송급 라인 L4는 기체 송급 라인 L2에서 밸브 V3의 하류에 연결되어 있다. 캐리어 기체만이 송급될 때, 밸브 V4 및 V5가 폐쇄되는 동안 밸브 V3이 개방되고, 캐리어 기체는 기체 송급 라인 L2 및 밸브 V3을 통해 챔버(10)에 송급되어 있다. 캐리어 기체 및 소스 기체가 송급될 때, 밸브 V3은 밸브 V4 및 V5가 개방되는 동안 폐쇄되고, 캐리어 기체 및 소스 기체는 기체 송급 라인 L2, L3 및 L4 및 밸브 V4 및 V5를 통해 챔버(10)에 송급된다.
기체 송급기(14)는 또한 상부 전극으로서 기능한다. 기체 송급기(14)는 매칭 박스를 통해 고주파 전원(17)에 전기적으로 연결되어 있다. 고주파 전원(17)은 플라즈마의 생성을 위한 고주파 전력을 공급한다. 고주파 전원(17)은 예를 들어, 100kHz 내지 100MHz의 주파수에서 고주파 전력이 출력되도록 구성되어 있다. 매칭 박스는 고주파 전원의 내부 및 부하 임피던스와 매치하도록 제공되어 있다. 플라즈마가 챔버(10) 내부에 생성될 때, 매칭 박스는 고주파 전원의 내부 임피던스와 부하 임피던스 사이에 명백한 매칭을 제공하도록 기능한다.
챔버(10)는 또한 챔버(10)의 내부를 배기하도록 구성된 배기 시스템(18)에 연결되어 있다. 배기 시스템(18)이 구동될 때, 챔버(10) 내의 대기는 압력이 소정의 진공도로 감소되도록 배기된다.
증착 장치(1)는 증착 공정을 수행하도록 프로그래밍되거나 구성되는 하나 이상의 제어기(미도시)를 포함한다. 제어기 또는 제어기들이 전원, 가열 시스템, 펌프, 챔버, 질량 흐름 제어기, 및 밸브를 포함하는 구성 요소에 연결된다는 것이 당업자에 의해 이해할 것이다.
[기판 준비]
박막의 증착을 위해, 먼저 기판(W)이 챔버(10)의 내부로 도입되고 테이블(12) 상에 장착된다. 기판(W)은 실리콘 기판 또는 게르마늄 기판일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 기판(W)은 진공 하에 로드 록 챔버(미도시) 또는 다른 수단을 사용하여 챔버(10)의 내부로 도입될 수 있다.
히터는 테이블(12) 상의 기판(W)을 가열하는 데 사용된다. 예를 들어, 기판(W)은, 50℃ 내지 500℃의 범위의 온도에서 가열될 수 있다. 가열 동안, 캐리어 기체가 챔버(10) 내로 송급된다.
상기 캐리어 기체는 예를 들어, 헬륨(He) 기체, 아르곤(Ar) 기체, 및 수소(H2) 기체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 송급 동안, 챔버(10) 내의 압력은 통상적으로 적어도 50Pa 이상, 바람직하게는 300Pa 이상, 통상적으로 최대 1,300Pa 이하, 바람직하게는 1,000Pa 이하이다. 캐리어 기체가 송급되는 동안, 나중에 설명되는 반응 기체가 또한 송급될 수 있다.
[증착 사이클]
도 2는 한 구현예에 관한 ALD 공정 서열을 보여주는 다이어그램이다. 도 2의 ALD 공정 서열은 종래의 서열(현재 서열) 및 한 구현예에 따른 서열(새로운 서열)을 포함한다.
증착 사이클은 퍼지 및 소스 송급 단계, 소스 기체 송급 단계, 퍼지 단계, 플라즈마 접촉 단계, 및 퍼지 후 단계를 포함한다. 반응 기체 및 캐리어 기체는 증착 사이클의 단계 전체에 걸쳐 챔버(10) 내로 연속적으로 송급된다.
증착 사이클은 목표 막 두께, 조성, 및 품질에 따라 원하는 횟수만큼 반복될 수 있지만, 반복이 필수적인 것은 아니다. 한 구현예에 따른 서열은, 특히 퍼지 및 소스 송급 단계를 포함한다는 점에서 종래의 서열과 상이하다. 이하에서, 증착 사이클의 각 단계가 상세히 설명될 것이다.
[퍼지 및 소스 송급 단계]
먼저, 반응 기체 및 캐리어 기체가 챔버(10)에 송급되는 동안, 소스 기체는 감소된 농도로 챔버(10)에 송급된다. 그 결과, 소스 기체가 기판(W) 상에 흡착되게 된다. 도 3a는 퍼지 및 소스 송급 단계에서 기체의 흐름을 보여주는 개략도이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 밸브 V1는, 반응 기체가 기체 송급 라인 L1을 통해 챔버(10)에 송급되도록 개방된다. 밸브 V2, V3, V4 및 V5는, 또한 캐리어 기체가 기체 송급 라인 L2, L3 및 L4를 통해 챔버(10)에 송급되도록 개방된다. 저장조(19) 내의 소스 기체는, 기체 송급 라인 L3을 통해 흐르는 캐리어 기체에 의해 운반되고, 기체 송급 라인 L4 및 L2를 통해 챔버(10)에 송급된다.
이 단계에서, 밸브 V3, V4, 및 V5가 개방되기 때문에, 소스 기체는 캐리어 기체로 희석된 다음 챔버(10)에 송급된다. 챔버(10)에 송급되는 희석된 소스 기체는, 후술하는 소스 기체 송급 단계에서 송급되는 소스 기체의 농도보다 낮은 농도를 갖는다.
이 단계에서, 소스 기체는 플라즈마 여기된 원자층 증착(PEALD)에 사용되는 재료, 바람직하게는 아미노실란, 보다 구체적으로, 비스(디에틸아미노)실란(BDEAS), 디이소프로필아미노실란(DIPAS), 테트라키스(디메틸아미노)실란 (4DMAS), 트리스(디메틸아미노)실란(3DMAS), 비스(디메틸아미노)실란 (2DMAS), 테트라키스(에틸메틸아미노)실란 (4EMAS), 트리스(에틸메틸아미노)실란(3EMAS), 비스(삼차-부틸아미노)실란(BTBAS), 및 비스(에틸메틸아미노)실란(BEMAS)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
반응 기체는 기체 성분의 플라즈마의 존재 하에 소스 기체와 반응할 수 있는 기체일 수 있다. 보다 구체적으로, 반응 기체는 바람직하게는 산소(O2) 기체, 아산화질소(N2O) 기체, 이산화탄소(CO2) 기체, 질소(N2) 기체, 및 암모니아(NH3) 기체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
챔버(10)에 송급되는 반응 기체는 약 50sccm 이상, 바람직하게는 적어도 3,000sccm 이상의 유속을 가질 수 있고, 최대 10,000sccm 이하, 바람직하게는 6,000sccm 이하의 유속을 가질 수 있다.
챔버(10)에 송급되는 캐리어 기체 및 소스 기체는 약 500sccm 이상, 바람직하게는 적어도 2,000sccm 이상의 유속을 가질 수 있고, 최대 10,000sccm 이하, 바람직하게는 5,000sccm 이하의 유속을 가질 수 있다.
소스 기체는, 예를 들어, 0.05초 이상, 바람직하게는 적어도 0.1초 이상 및 최대 10초 이하, 바람직하게는 5초 이하의 시간 동안 캐리어 기체와 함께 송급될 수 있다.
퍼지 및 소스 송급 단계는 소스 기체 송급 단계 이전 또는 이후에 수행될 수 있다. 전술한 구현예에 따른 서열은 퍼지 및 소스 송급 단계를 한 번 수행하는 단계 및 소스 기체 송급 단계를 한 번 수행하는 단계를 포함한다. 대안적으로, 퍼지 및 소스 송급 단계 및 소스 기체 송급 단계는 각각 2회 이상 수행될 수 있다.
[소스 기체 송급 단계]
다음으로, 반응 기체 및 소스 기체가 챔버(10) 내로 송급된다. 도 3b는 소스 기체 송급 단계에서 기체의 흐름을 보여주는 개략도이다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 밸브 V1는, 반응 기체가 기체 송급 라인 L1을 통해 챔버(10)에 송급되도록 개방된다. 기체 송급 라인 L2 및 L4를 통해 소스 기체가 챔버(10)에 송급되도록 밸브 V2, V4, 및 V5는 또한 개방되고, 밸브 V3은 폐쇄된다. 퍼지 및 소스 송급 단계와 소스 기체 송급 단계 사이의 스위칭은 일반적으로 PS 밸브 V3을 개폐함으로써 수행된다. 결과적으로, 소스 기체 분자의 층이 기판(W)의 표면 상에 형성되도록 소스 기체가 기판(W) 상에 흡착되게 한다.
챔버(10)에 캐리어 기체와 함께 송급되는 소스 기체는 약 500sccm 이상, 바람직하게는 적어도 2,000sccm 이상의 유속을 가질 수 있고, 최대 10,000sccm 이하, 바람직하게는 5,000sccm 이하의 유속을 가질 수 있다. 소스 기체는, 예를 들어 적어도 0.05초 이상, 바람직하게는 0.1초 이상, 그리고 최대 10초 이하, 바람직하게는 5초 이하의 시간 동안 캐리어 기체와 함께 송급될 수 있다. 소스 기체가 송급되는 최적의 시간은 소스 기체 유형, 챔버(10) 내 압력 및 다른 조건에 기초하여 선택될 수 있다.
[퍼지 단계]
소스 기체의 송급 후, 반응 기체 및 캐리어 기체는 기판(W) 상에 흡착되지 않는 소스 기체가 챔버(10)로부터 퍼지되도록 챔버(10)에 송급된다. 도 3c는 퍼지 단계에서 기체의 흐름을 보여주는 개략도이다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 밸브 V1은, 반응 기체가 기체 송급 라인 L1을 통해 챔버(10)에 송급되도록 개방된다. 캐리어 기체가 기체 송급 라인 L2를 통해 챔버(10)에 송급되도록 밸브 V2 및 V3은 또한 개방되고, 밸브 V4 및 V5는 폐쇄된다.
퍼지 단계는 대기 중에 남아 있는 소스 기체로 박막의 오염을 감소시키기 때문에 더 매끄러운 박막을 수득할 수 있게 한다. 기판(W) 상에 흡착되지 않는 소스 기체가 이러한 방식으로 챔버(10)로부터 방출되는 경우, 챔버(10) 내의 대기에 남아있는 소스 기체로 박막이 오염되는 것을 감소시키기 때문에 더 매끄러운 박막이 얻어질 수 있다. 구체적으로, 소스 기체는 고주파 전력 인가의 시작을 위한 속도로 퍼징될 수 있어서, 후에 기술되는 플라즈마의 생성 및 박막의 플라즈마 보조 증착이 원활하게 수행될 수 있다.
[플라즈마 접촉 단계]
다음으로, 공정 기체 내의 반응 기체 성분(플라즈마 생성에 의해 활성화될 수 있는 기체 성분)이 플라즈마로 전환되도록, 반응 기체 및 캐리어 기체는 챔버(10) 내로 송급되고, 기체 송급기(14)에 고주파 전력이 인가된다. 플라즈마 생성에 의해 활성화된 반응 기체가 기판(W)의 표면과 접촉하게 되어, 반응 기체 성분이 기판(W) 상에 흡착되는 소스 기체 성분과 반응할 수 있게 된다. 이는 기판(W)의 표면이 3차원 구조를 가질 때에도 표면 상에 균일한 두께를 갖는 박막을 증착하는 것을 가능하게 한다.
보다 구체적으로, 반응 기체 및 캐리어 기체가 챔버(10) 내로 송급될 때, 단계는, 반응 기체 및 캐리어 기체 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 반응 기체 성분을 플라즈마로 전환시키기 위해 고주파 전력을 인가하는 단계; 및 플라즈마 생성에 의해 활성화된 반응 기체 성분이 기판(W) 상에 흡착되는 소스 기체 성분과 접촉하게 하여, 반응 기체 성분이 소스 기체 성분과 반응할 수 있게 되는 단계를 포함할 수 있다. 이는 기판(W)의 표면 상에 균일한 두께를 갖는 박막을 증착하는 것을 가능하게 한다.
[퍼지 후 단계]
박막용 단층이 형성된 후, 반응 기체 성분과 소스 기체 성분 사이의 반응 중에 생성된 부산물이 챔버로부터 방출된다. 이 단계에서, 부산물은 반응 기체 및 캐리어 기체 중 적어도 하나를 챔버 내로 송급하여 기판 상에 흡착되지 않는 소스 기체 성분을 퍼지하기 위한 수단, 소스 기체 성분을 방출하기 위해 챔버(10)를 배기하는 수단, 또는 이들의 조합을 사용하여 챔버로부터 방출될 수 있다.
[원하는 두께를 갖는 박막의 증착]
챔버(10)로부터의 부산물의 방출은: 상기 소스 기체 성분이 상기 기판(W) 상에 흡착되도록 하는 단계; 과량의 소스 기체 성분을 챔버(10)로부터 방출하는 단계; 섭식, 챔버 내로, 상기 반응 기체를 포함하는 공정 기체를 챔버(10)에 송급하는 단계; 상기 공정 기체 내의 상기 반응 기체 성분이 플라즈마로 전환되고 상기 소스 기체 성분과 반응하여 박막을 형성하도록 상기 기체 송급기(14)에 고주파 전력을 인가하는 단계; 및 챔버로부터 부산물을 방출하는 단계를 포함하는 사이클을 반복함으로써 이어질 수 있다. 이는 기판(W) 상에 원하는 두께를 갖는 박막을 증착하는 것을 가능하게 한다. 생성된 박막은 단분자층의 두께에 대응하는 적어도 0.0001μm의 두께를 가질 수 있고, 최대 1μm 이하, 바람직하게는 0.1μm 이하의 두께를 가질 수 있다.
한 구현예에서, 생성된 박막은, 예를 들어, SiO2 막, SiN 막, 또는 SiC 막일 수 있다. 플라즈마 강화 원자층 증착(PEALD)에 의한 이러한 유용한 박막의 증착은 더 높은 품질과 신뢰성을 갖는 반도체 소자의 생산을 가능하게 한다.
실시예
다음으로, 본 발명의 실시예를 설명할 것이며, 이는 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아니다. 도 4는 한 구현예에 관련된 박막 증착 공정에 의해 수득된 박막의 분석 결과를 보여주는 도면이다. 도 4의 표는 상이한 PS 밸브 V3-폐쇄 시간을 갖는 GPC(사이클당 성장) (Å/사이클), 균일도 범위/평균(%), 중심/에지 비율, 및 물 상의 평면내 분포의 맵핑(+/-0.25%)의 결과를 보여준다. 도 4는 또한 PS 밸브 V3-폐쇄 시간과 중심/에지 비율 간의 관계를 보여준다.
전술한 바와 같이, 퍼지 및 소스 송급 단계와 소스 기체 송급 단계 c 사이의 스위칭은 일반적으로 PS 밸브 V3을 개폐함으로써 수행될 수 있다. 실시예에서, 퍼지 및 소스 송급 단계를 수행한 다음, PS 밸브 V3을 폐쇄하여 퍼지 및 소스 송급 단계로부터 소스 기체 송급 단계로 스위치되었다.
도 4는 PS 밸브 V3-폐쇄 시간이 지연됨에 따라, 즉 퍼지 및 소스 송급 단계가 수행되는 시간이 증가함에 따라 GPC가 감소하고, 즉 사이클 당 원자층의 두께가 감소함을 나타낸다.
도 4는 또한 PS 밸브 V3-폐쇄 시간이 지연됨에 따라, 균일도 범위/평균 값(%) 및 중심/에지 비율이 모두 증가하고, 웨이퍼의 중심과 에지 사이의 박막 두께의 차이가 증가함을 나타낸다.
또한, 한 구현예에 따른 박막 증착 공정은 웨이퍼 상의 평면내 분포 맵이 +/-0.25%의 단위로 제어될 수 있게 하는 반면, 종래의 공정은 웨이퍼 상의 평면내 분포 맵을 +/-0.25%의 단위로 제어하기가 어렵다. 전술한 바와 같이, 박막의 평면 내 분포는 PS 밸브 V3-폐쇄 시간을 밀리초 단위로 제어함으로써 성공적으로 제어하였다.
전술한 바와 같이, 한 구현예에 따라 박막 증착 공정은, 반응 기체 및 캐리어 기체를 상기 챔버(10)에 송급하는 단계, 및 상기 소스 기체를 상기 챔버(10)에 감소된 농도로 송급하여 상기 소스 기체가 상기 기판(W) 상에 흡착될 수 있게 하는 단계를 포함하는 퍼지 및 소스 송급 단계를 포함하는 증착 사이클을 포함한다. 소스 기체가 이러한 방식으로 희석될 때의 경향이 웨이퍼의 중앙 영역 상에서, 소스 기체 흡착이 더 쉽게 발생하는 경향(또는 웨이퍼의 주변부 상에서 소스 기체 흡착이 잘 발생하지 않는 경향)을 이용함으로써, 소스 기체는 원하는 시간 동안 희석될 수 있다. 따라서, 한 구현예에 따른 박막 증착 공정은 웨이퍼(W) 상에 증착되는 박막의 평면내 분포의 고정밀 제어를 가능하게 한다.
한 구현예에 따른 박막 증착 공정은 화학 기상 증착(CVD) 공정에서 소스 퍼지 시간의 불안정한 제어에 의한 개입 모드를 사용할 필요성을 제거할 수 있고, 기존의 ALD 시스템을 사용하여 원하는 평면내 분포를 갖는 박막을 생성할 수 있게 한다.
또한, 한 구현예에 따른 박막 증착 공정은 ALD 대기에서 박막의 평면내 분포를 제어하고, 따라서 매우 안정적인 공정을 달성한다. 또한, 구현예에 따른 박막 증착 공정은 퍼지 및 소스 송급 단계의 지속시간 및 소스 기체 송급 단계의 지속시간을 제어할 수 있으며, 이는 박막의 평면내 분포를 보다 엄격하게 제어할 수 있게 한다.
본 발명의 구현예가 전술되었지만, 구현예는 본 발명을 제한하려는 의도가 아님을 이해할 것이다. 또한, 구현예에서 보여준 유리한 효과는 본 발명의 가장 유리한 효과의 단순한 실시예일 뿐이며, 본 발명의 유리한 효과를 제한하려는 의도가 아님을 이해할 것이다.

Claims (8)

  1. 원자층 증착(ALD)에 의해 챔버 내의 기판 상에 박막을 증착하는 방법으로서,
    상기 방법은 증착 사이클을 반복하여 상기 박막을 상기 기판 상에 증착하는 단계를 포함하되,
    상기 증착 사이클은:
    반응 기체 및 캐리어 기체를 상기 챔버에 송급하고, 소스 기체를 감소된 농도로 상기 챔버에 송급하여 상기 소스 기체가 상기 기판 상에 흡착될 수 있게 하는 단계;
    상기 반응 기체 및 상기 소스 기체를 상기 챔버에 송급하여 상기 소스 기체가 상기 기판 상에 흡착될 수 있게 하는 단계;
    상기 반응 기체 및 상기 캐리어 기체를 상기 챔버에 송급하여, 상기 챔버로 부터, 상기 기판 상에 흡착되지 않는 상기 소스 기체를 퍼지하는 단계;
    상기 반응 기체를 플라즈마로 전환시키기 위해 RF 전력을 상기 챔버에 인가하여 상기 플라즈마에 의해 활성화된 상기 소스 기체가 상기 기판의 표면과 접촉하게 되는 단계; 및
    상기 반응 기체 및 상기 캐리어 기체를 상기 챔버에 송급하여, 상기 챔버로부터, 미반응 상태로 남아 있는 상기 소스 기체 및 미반응 상태로 남아 있는 상기 반응 기체를 퍼지하는 단계를 포함하는, 박막 증착 방법.
  2. 제1항에 있어서, 반응 기체 및 캐리어 기체를 상기 챔버에 송급하고, 소스 기체를 감소된 농도로 상기 챔버에 송급하여 상기 소스 기체가 상기 기판 상에 흡착될 수 있게 하는 단계는, 상기 반응 기체 및 상기 소스 기체를 상기 챔버에 송급하여 상기 소스 기체가 상기 기판 상에 흡착될 수 있게 하는 단계 전에 수행되는, 박막 증착 방법.
  3. 제1항에 있어서, 반응 기체 및 캐리어 기체를 상기 챔버에 송급하고, 소스 기체를 감소된 농도로 상기 챔버에 송급하여 상기 소스 기체가 상기 기판 상에 흡착될 수 있게 하는 단계는, 상기 반응 기체 및 상기 소스 기체를 상기 챔버에 송급하여 상기 소스 기체가 상기 기판 상에 흡착될 수 있게 하는 단계 후에 수행되는, 박막 증착 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반응 기체는 산소(O2) 기체, 아산화질소(N2O) 기체, 이산화탄소(CO2) 기체, 질소(N2) 기체, 및 암모니아(NH3) 기체로 이루어진 군으로부터 선택된, 박막 증착 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 캐리어 기체는 헬륨(He) 기체, 아르곤(Ar) 기체, 및 수소(H2) 기체로 이루어진 군으로부터 선택된, 박막 증착 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 소스 기체는 아미노실란을 포함하는, 박막 증착 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 박막은 SiO2 막, SiN 막, 또는 SiC 막을 포함하는, 박막 증착 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 증착 사이클은 원하는 막 두께에 도달할 때까지 반복되는, 박막 증착 방법.
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