KR20220036298A - Method of processing substrate - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판에 형성된 박막의 물성을 개선하는 기판 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일 실시예는 제1 챔버 내에 기판을 반입하는 단계; 상기 제1 챔버 내의 압력이 상압보다 높은 제1 고압 압력에 도달되도록 상기 제1 챔버 내의 압력을 상승시키는 제1 가압 단계; 상기 제1 챔버 내의 압력이 상압보다 낮은 제1 저압 압력에 도달되도록 상기 제1 챔버 내의 압력을 하강시키는 제1 감압 단계; 및 상기 제1 저압 압력을 소정 시간 동안 유지하는 제1 저압 유지 단계;를 포함한다.The present invention relates to a substrate processing method, and more specifically, to a substrate processing method for improving the physical properties of a thin film formed on a substrate. One embodiment of the substrate processing method according to the present invention includes the steps of introducing a substrate into a first chamber; A first pressurizing step of increasing the pressure in the first chamber so that the pressure in the first chamber reaches a first high pressure that is higher than normal pressure; A first decompression step of lowering the pressure in the first chamber so that the pressure in the first chamber reaches a first low pressure lower than normal pressure; and a first low pressure maintaining step of maintaining the first low pressure for a predetermined time.
Description
본 발명은 기판 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판에 형성된 박막의 물성을 개선하는 기판 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a substrate processing method, and more specifically, to a substrate processing method for improving the physical properties of a thin film formed on a substrate.
일반적으로, 반도체 소자는 다양한 박막을 증착하고 식각하는 과정을 통해 제조된다. 박막을 증착하는 방법은 물리적기상증착법(Physical Vapor Deposition, PVD), 화학적기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD), 원자층증착법(Atomic Layer Deposition, ALD) 등 다양한 방법이 이용된다. 그리고 각 방법마다 공정 온도, 공정 압력, 사용되는 가스가 다양하여 증착되는 박막의 물성이 원하는 물성을 갖지 않는 경우가 많다.Generally, semiconductor devices are manufactured through a process of depositing and etching various thin films. Various methods are used to deposit thin films, such as physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), and atomic layer deposition (ALD). Additionally, the process temperature, process pressure, and gas used vary for each method, so the physical properties of the deposited thin film often do not have the desired properties.
이를 개선하기 위해, 박막을 증착한 후 후처리를 이용하여 박막의 물성을 개선시키는 방법이 이용되고 있다. 후처리에는 열처리, 플라즈마 처리 등 다양한 방법이 이용되고 있다. To improve this, a method of improving the physical properties of the thin film using post-processing after depositing the thin film is used. Various methods such as heat treatment and plasma treatment are used for post-processing.
한편 3D NAND 플래시 소자와 같은 3차원 반도체 소자나 DRAM 커패시터와 같은 높은 종횡비(high aspect ratio)를 갖는 반도체 소자는 우수한 계단 도포성(step coverage)이 요구되므로, 저온 공정을 이용하거나 불순물의 함량이 높은 전구체(precursor)를 이용하는 경우가 많아지고 있다. 그러나 이 경우 증착되는 박막 내에 불순물의 함량이 증가하거나 원하는 물성(비저항, 조성비, 밀도 등)을 갖는 박막을 형성하기 더욱 어려워져, 박막을 증착한 후 후처리를 이용하여 박막의 물성을 개선시킬 수 있는 새로운 기판 처리 방법이 요구되고 있다.Meanwhile, 3D semiconductor devices such as 3D NAND flash devices or semiconductor devices with a high aspect ratio such as DRAM capacitors require excellent step coverage, so low-temperature processes or high impurity content are required. The use of precursors is increasing. However, in this case, the content of impurities in the deposited thin film increases or it becomes more difficult to form a thin film with desired physical properties (resistivity, composition ratio, density, etc.), so the physical properties of the thin film cannot be improved by using post-processing after depositing the thin film. New substrate processing methods are required.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 기판 상에 형성된 박막의 물성을 개선할 수 있는 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was proposed to solve such conventional problems, and its purpose is to provide a substrate processing method that can improve the physical properties of a thin film formed on a substrate.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일 실시예는 제1 챔버 내에 기판을 반입하는 단계; 상기 제1 챔버 내의 압력이 상압보다 높은 제1 고압 압력에 도달되도록 상기 제1 챔버 내의 압력을 상승시키는 제1 가압 단계; 상기 제1 챔버 내의 압력이 상압보다 낮은 제1 저압 압력에 도달되도록 상기 제1 챔버 내의 압력을 하강시키는 제1 감압 단계; 및 상기 제1 저압 압력을 소정 시간 동안 유지하는 제1 저압 유지 단계;를 포함한다.In order to solve the above technical problem, an embodiment of the substrate processing method according to the present invention includes the steps of introducing a substrate into a first chamber; A first pressurizing step of increasing the pressure in the first chamber so that the pressure in the first chamber reaches a first high pressure that is higher than normal pressure; A first decompression step of lowering the pressure in the first chamber so that the pressure in the first chamber reaches a first low pressure lower than normal pressure; and a first low pressure maintaining step of maintaining the first low pressure for a predetermined time.
본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 감압 단계는, 상기 제1 챔버 내의 압력이 상압에 도달되도록 상기 제1 챔버 내의 압력을 하강시키는 제1-1 감압 단계; 및 상기 제1 챔버 내의 압력이 상기 제1 저압 압력에 도달되도록 상기 제1 챔버 내의 압력을 하강시키는 제1-2 감압 단계;를 포함할 수 있다.In some embodiments of the substrate processing method according to the present invention, the first decompression step includes: a 1-1 decompression step of lowering the pressure in the first chamber so that the pressure in the first chamber reaches normal pressure; and a 1-2 decompression step of lowering the pressure in the first chamber so that the pressure in the first chamber reaches the first low pressure.
본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1-1 감압 단계와 상기 제1-2 감압 단계 사이에, 상압을 소정 시간 동안 유지하는 제1 상압 유지 단계;를 더 포함할 수 있다.In some embodiments of the substrate processing method according to the present invention, it may further include a first normal pressure maintaining step of maintaining the normal pressure for a predetermined time between the 1-1 decompression step and the 1-2 decompression step. You can.
본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 상압 유지 단계는, 상기 제1 챔버 내에 퍼지 가스를 공급할 수 있다.In some embodiments of the substrate processing method according to the present invention, the first atmospheric pressure maintaining step may supply a purge gas into the first chamber.
본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 가압 단계와 상기 제1 감압 단계 사이에, 상기 제1 고압 압력을 소정 시간 동안 유지하는 제1 고압 유지 단계;를 더 포함할 수 있다.In some embodiments of the substrate processing method according to the present invention, it may further include a first high pressure maintaining step of maintaining the first high pressure for a predetermined time between the first pressurizing step and the first depressurizing step. You can.
본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 가압 단계, 상기 제1 감압 단계 및 상기 제1 저압 유지 단계를 적어도 1회 이상 순차적으로 반복 수행할 수 있다.In some embodiments of the substrate processing method according to the present invention, the first pressurizing step, the first decompressing step, and the first low pressure maintaining step may be sequentially repeated at least once or more.
본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 가압 단계는 제1 가스 분위기에서 수행되고, 상기 제1 저압 유지 단계 이후에, 상기 제1 가스와는 다른 제2 가스 분위기에서, 상기 제1 챔버 내의 압력이 상압보다 높은 제2 고압 압력에 도달되도록 상기 제1 챔버 내의 압력을 상승시키는 제2 가압 단계; 및 상기 제1 챔버 내의 압력이 상압보다 낮은 제2 저압 압력에 도달되도록 상기 제1 챔버 내의 압력을 하강시키는 제2 감압 단계;를 포함할 수 있다.In some embodiments of the substrate processing method according to the present invention, the first pressurizing step is performed in a first gas atmosphere, and after the first low pressure maintaining step, in a second gas atmosphere different from the first gas. , a second pressurizing step of increasing the pressure in the first chamber so that the pressure in the first chamber reaches a second high pressure higher than normal pressure; and a second decompression step of lowering the pressure in the first chamber so that the pressure in the first chamber reaches a second low pressure lower than normal pressure.
본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 감압 단계는, 상기 제1 챔버 내의 압력이 상압에 도달되도록 상기 제1 챔버 내의 압력을 하강시키는 제2-1 감압 단계; 및 상기 제1 챔버 내의 압력이 상기 제2 저압 압력에 도달되도록 상기 제1 챔버 내의 압력을 하강시키는 제2-2 감압 단계;를 포함할 수 있다.In some embodiments of the substrate processing method according to the present invention, the second decompression step includes: a 2-1 decompression step of lowering the pressure in the first chamber so that the pressure in the first chamber reaches normal pressure; and a 2-2 decompression step of lowering the pressure in the first chamber so that the pressure in the first chamber reaches the second low pressure.
본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 가압 단계는 제1 가스 분위기에서 수행되고, 상기 제1 저압 유지 단계 이후에, 상기 제1 챔버에서 상기 기판을 반출하는 단계; 상기 기판을 제2 챔버에 반입하는 단계; 상기 제1 가스와는 다른 제2 가스 분위기에서, 상기 제2 챔버 내의 압력이 상압보다 높은 제2 고압 압력에 도달되도록 상기 제2 챔버 내의 압력을 상승시키는 제2 가압 단계; 및 상기 제2 챔버 내의 압력이 상압보다 낮은 제2 저압 압력에 도달되도록 상기 제2 챔버 내의 압력을 하강시키는 제2 감압 단계;를 포함할 수 있다.In some embodiments of the substrate processing method according to the present invention, the first pressurizing step is performed in a first gas atmosphere, and after the first low pressure maintaining step, the step of unloading the substrate from the first chamber; introducing the substrate into a second chamber; A second pressurizing step of increasing the pressure in the second chamber in a second gas atmosphere different from the first gas so that the pressure in the second chamber reaches a second high pressure higher than normal pressure; and a second decompression step of lowering the pressure in the second chamber so that the pressure in the second chamber reaches a second low pressure lower than normal pressure.
본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 감압 단계는, 상기 제2 챔버 내의 압력이 상압에 도달되도록 상기 제2 챔버 내의 압력을 하강시키는 제2-1 감압 단계; 및 상기 제2 챔버 내의 압력이 상기 제2 저압 압력에 도달되도록 상기 제2 챔버 내의 압력을 하강시키는 제2-2 감압 단계;를 포함할 수 있다.In some embodiments of the substrate processing method according to the present invention, the second decompression step includes: a 2-1 decompression step of lowering the pressure in the second chamber so that the pressure in the second chamber reaches normal pressure; and a 2-2 decompression step of lowering the pressure in the second chamber so that the pressure in the second chamber reaches the second low pressure.
본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 감압 단계 이후에, 제2 저압 압력을 소정 시간 동안 유지하는 제2 저압 유지 단계;를 더 포함할 수 있다.In some embodiments of the substrate processing method according to the present invention, a second low pressure maintaining step of maintaining the second low pressure for a predetermined time may be further included after the second depressurizing step.
본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 가압 단계, 상기 제1 감압 단계 및 상기 제1 저압 유지 단계를 적어도 1회 이상 순차적으로 반복 수행하고, 상기 제2 가압 단계와 상기 제2 감압 단계를 적어도 1회 이상 순차적으로 반복 수행하며, 상기 제1 가압 단계, 상기 제1 감압 단계 및 상기 제1 저압 유지 단계를 반복 수행하는 회수가 상기 제2 가압 단계와 상기 제2 감압 단계를 반복 수행하는 회수보다 많을 수 있다.In some embodiments of the substrate processing method according to the present invention, the first pressurizing step, the first decompressing step, and the first low pressure maintaining step are sequentially repeated at least once, and the second pressurizing step and The second decompression step is sequentially repeated at least once, and the number of times the first pressurization step, the first decompression step, and the first low pressure maintenance step are repeated is equal to the second depressurization step and the second decompression step. This may be more than the number of times the steps are repeated.
본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2-1 감압 단계와 상기 제2-2 감압 단계 사이에, 상압을 소정 시간 동안 유지하는 제2 상압 유지 단계;를 더 포함할 수 있다.In some embodiments of the substrate processing method according to the present invention, it may further include a second normal pressure maintaining step of maintaining the normal pressure for a predetermined time between the 2-1 decompression step and the 2-2 decompression step. You can.
본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 상압 유지 단계는, 퍼지 가스를 공급할 수 있다.In some embodiments of the substrate processing method according to the present invention, the second normal pressure maintaining step may supply a purge gas.
본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 가압 단계와 상기 제2 감압 단계 사이에, 상기 제2 가스 분위기에서, 상기 제2 고압 압력을 소정 시간 동안 유지하는 제2 고압 유지 단계;를 더 포함할 수 있다.In some embodiments of the substrate processing method according to the present invention, between the second pressurizing step and the second depressurizing step, a second high pressure is maintained in the second gas atmosphere for a predetermined time. A maintenance step may be further included.
본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 가스는 수소(H), 산소(O), 질소(N), 염소(Cl) 및 불소(F) 중 적어도 하나를 함유하는 가스일 수 있다.In some embodiments of the substrate processing method according to the present invention, the first gas contains at least one of hydrogen (H), oxygen (O), nitrogen (N), chlorine (Cl), and fluorine (F). It could be gas.
본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 가스는 수소(H), 산소(O), 질소(N), 염소(Cl) 및 불소(F) 중 적어도 하나를 함유하는 가스일 수 있다.In some embodiments of the substrate processing method according to the present invention, the second gas contains at least one of hydrogen (H), oxygen (O), nitrogen (N), chlorine (Cl), and fluorine (F). It could be gas.
본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판 상에 박막이 형성되어 있을 수 있다.In some embodiments of the substrate processing method according to the present invention, a thin film may be formed on the substrate.
본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 박막은 트랜지스터의 게이트 절연막 중 적어도 일부를 이룰 수 있다.In some embodiments of the substrate processing method according to the present invention, the thin film may form at least a portion of the gate insulating film of the transistor.
본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 박막은 금속 원소, Ⅳ족 원소, Ⅲ-Ⅴ 화합물, Ⅱ-Ⅵ 화합물, 질소(N), 산소(O) 중 붕소(B) 중 적어도 하나를 함유할 수 있다.In some embodiments of the substrate processing method according to the present invention, the thin film includes metal elements, group IV elements, III-V compounds, II-VI compounds, nitrogen (N), oxygen (O), and boron (B). It may contain at least one.
본 발명의 실시예에 따르면, 박막을 형성한 이후, 가압하고 급격히 감압함으로써 박막 내의 불순물을 제거할 수 있고 박막의 특성을 개선할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 기판 처리 방법은 3D 반도체 소자나 높은 종횡비를 갖는 소자에서도 균일한 처리가 가능하고, 독립된 공정으로 수행되므로 폭넓은 기판 처리 방법에 적용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, after forming a thin film, impurities in the thin film can be removed and the characteristics of the thin film can be improved by pressurizing and rapidly reducing the pressure. In addition, the substrate processing method according to the present invention enables uniform processing even in 3D semiconductor devices or devices with a high aspect ratio, and is performed as an independent process, so it can be applied to a wide range of substrate processing methods.
그리고 본 발명에 따른 기판 처리 방법은 박막 형성 전에 수행되어 기판 표면 특성을 개선할 수 있으며, 박막 형성 중에 수행되어 박막의 특성을 개선하는 것도 가능하다.Additionally, the substrate processing method according to the present invention can be performed before thin film formation to improve the substrate surface properties, and it can also be performed during thin film formation to improve the thin film properties.
또한, 본 발명에 따른 기판 처리 방법은 불순물을 효과적으로 제거함으로써, 종래의 고온 또는 고에너지의 열처리 과정에 비해 상대적으로 낮은 온도 및 에너지의 열처리 과정을 통해 박막의 특성을 개선할 수 있고, 특히, 감압된 저압의 압력을 일정 시간 유지함에 따라 불순물을 제거하는 효과가 증가한다. 그리고 질화막의 경우, 질소(N)를 함유하는 가스 분위기에서 가압/감압 처리를 수행하는 단계가 추가됨으로써 박막 내에 질소(N) 함유량을 증가시킬 수 있어 내산화성이 향상된다.In addition, the substrate processing method according to the present invention can effectively remove impurities, thereby improving the properties of the thin film through a heat treatment process at a relatively low temperature and energy compared to the conventional high temperature or high energy heat treatment process, and in particular, reduced pressure. As the low pressure is maintained for a certain period of time, the effect of removing impurities increases. In the case of a nitride film, the step of performing pressurization/decompression treatment in a gas atmosphere containing nitrogen (N) can be added to increase the nitrogen (N) content in the thin film, thereby improving oxidation resistance.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 방법에 대한 일 실시예의 수행 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 박막 처리 방법에 대한 일 실시예의 제1 챔버 내부의 압력 변화를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5는 가압 단계와 감압 단계를 수행하였을 때를 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 수소(H2) 분위기에서 가압/감압 처리하였을 때, 감압된 압력인 저압 압력에서 일정 시간을 유지하지 않은 경우와 저압 압력에서 5 분간 유지한 경우의 면저항의 변화를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 기판 처리 방법에 대한 다른 실시예의 수행 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 제1 가스 분위기에서 가압 단계와 감압 단계를 수행한 이후, 제2 가스 분위기에서 가압 단계와 감압 단계를 수행하였을 때를 설명하기 위한 모식도이다.
도 9는 수소(H2) 분위기에서 가압/감압 처리 및 암모니아(NH3) 분위기에서 가압/감압 처리하였을 때, 감압된 압력인 저압 압력에서 일정 시간을 유지하지 않은 경우와 저압 압력에서 5분간 유지한 경우의 면저항의 변화를 나타낸 도면이다.
도 10은 수소(H2) 분위기에서 가압/감압 처리 및 암모니아(NH3) 분위기에서 가압/감압 처리하였을 때, 감압된 압력인 저압 압력에서 일정 시간을 유지하지 않은 경우와 저압 압력에서 5분간 유지한 경우의 염소(Cl)의 함량을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 기판 처리 방법에 대한 또 다른 실시예의 수행 과정을 나타내는 흐름도이다.1 is a flowchart showing the execution process of an embodiment of the substrate processing method according to the present invention.
Figure 2 is a diagram schematically showing the pressure change inside the first chamber of an embodiment of the thin film processing method according to the present invention.
3 to 5 are schematic diagrams for explaining when the pressurization step and the decompression step are performed.
Figure 6 is a diagram showing the change in sheet resistance when pressurizing/depressurizing in a hydrogen (H2) atmosphere, when the low pressure, which is the reduced pressure, is not maintained for a certain period of time and when the low pressure is maintained for 5 minutes.
Figure 7 is a flowchart showing the execution process of another embodiment of the substrate processing method according to the present invention.
Figure 8 is a schematic diagram for explaining when the pressurization and decompression steps are performed in a second gas atmosphere after performing the pressurization and decompression steps in the first gas atmosphere.
Figure 9 shows the case of not maintaining the reduced pressure for a certain period of time and the case of maintaining the low pressure for 5 minutes when pressurizing/depressurizing treatment in a hydrogen (H2) atmosphere and pressurizing/depressurizing treatment in an ammonia (NH3) atmosphere. This is a diagram showing the change in sheet resistance.
Figure 10 shows the case of not maintaining the reduced pressure for a certain period of time and the case of maintaining the low pressure for 5 minutes when pressurizing/depressurizing treatment in a hydrogen (H2) atmosphere and pressurizing/depressurizing treatment in an ammonia (NH3) atmosphere. This is a diagram showing the content of chlorine (Cl).
Figure 11 is a flowchart showing the execution process of another embodiment of the substrate processing method according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is as follows. It is not limited to the examples. Rather, these embodiments are provided to make the disclosure more faithful and complete, and to fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art.
도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.In the drawings, variations of the depicted shape may be expected, for example, depending on manufacturing technology and/or tolerances. Accordingly, embodiments of the present invention should not be construed as limited to the specific shape of the area shown herein, but should include changes in shape resulting from, for example, manufacturing. Identical symbols refer to identical elements throughout. Furthermore, various elements and areas in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the present invention is not limited by the relative sizes or spacing drawn in the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 방법에 대한 일 실시예의 수행 과정을 나타내는 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 따른 박막 처리 방법에 대한 일 실시예의 제1 챔버 내부의 압력 변화를 개략적으로 나타낸 도면이다.Figure 1 is a flowchart showing the performance process of an embodiment of the substrate processing method according to the present invention, and Figure 2 is a diagram schematically showing the pressure change inside the first chamber of an embodiment of the thin film processing method according to the present invention. .
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 기판 처리 방법에 대한 일 실시예는, 먼저, 기판을 제1 챔버 내에 반입한다(S110). 기판은 실리콘, 실리콘산화물, 실리콘질화물, 실리콘카바이드, 그라파이트, 그래핀, Ⅲ-Ⅴ 화합물, Ⅱ-Ⅵ 화합물 등으로 이루어진 기판이 이용될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 제1 챔버는 가압/감압이 가능한 제1 챔버가 이용될 수 있으며, 제1 챔버에는 가스 공급 수단, 가열 수단, 펌핑 수단, 고압 밸브 등이 구비된다.Referring to Figures 1 and 2, in one embodiment of the substrate processing method according to the present invention, first, the substrate is brought into the first chamber (S110). The substrate may be made of silicon, silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, graphite, graphene, III-V compounds, II-VI compounds, etc., and is not particularly limited. A first chamber capable of pressurizing/depressurizing may be used, and the first chamber is equipped with a gas supply means, a heating means, a pumping means, a high pressure valve, etc.
기판 상에는 박막이 형성되어 있을 수 있으며, 기판 상에 형성되는 박막은 트랜지스터의 게이트 절연막 중 적어도 일부를 이루는 박막일 수 있다. 또한, 기판 상에 형성되는 박막은 금속 원소, Ⅳ족 원소, Ⅲ-Ⅴ 화합물, Ⅱ-Ⅵ 화합물, 질소(N), 산소(O) 중 붕소(B) 적어도 하나를 함유할 수 있으며, 예컨대, 실리콘, 실리콘산화물, 실리콘질화물, 금속산화물, 금속산화물, Ⅲ-Ⅴ 화합물, Ⅱ-Ⅵ 화합물, 3원계 화합물, 4원계 화합물로 이루어진 박막일 수 있다. 그리고 박막을 형성하는 방법도 특별히 제한되지 않는다. 물리적기상증착법(Physical Vapor Deposition, PVD), 화학적기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD), 원자층증착법(Atomic Layer Deposition, ALD) 등으로 박막을 형성할 수 있으며, 공정 온도나 공정 압력도 특별히 제한되지 않는다. A thin film may be formed on the substrate, and the thin film formed on the substrate may be a thin film that forms at least a portion of the gate insulating film of the transistor. In addition, the thin film formed on the substrate may contain at least one of boron (B) among metal elements, group IV elements, III-V compounds, II-VI compounds, nitrogen (N), and oxygen (O), for example, It may be a thin film made of silicon, silicon oxide, silicon nitride, metal oxide, metal oxide, III-V compound, II-VI compound, ternary compound, or quaternary compound. Also, the method of forming the thin film is not particularly limited. Thin films can be formed using physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), and atomic layer deposition (ALD), and the process temperature or process pressure is not particularly limited. No.
예컨대, 형성되는 박막은 질화물 박막일 수 있으며, 금속질화물 박막일 수 있다. 보다 구체적으로 질화티타늄(TiN) 박막일 수 있다. 금속질화물 박막 형성을 위해 화학적기상증착법이나 원자층증착법 등이 이용될 수 있으며, 이때 금속 전구체로는 할로겐을 함유한 금속 전구체가 이용될 수 있고, 반응가스는 질소를 함유하는 가스가 이용될 수 있다. 보다 구체적으로 사염화티타늄(TiCl4) 전구체와 질소(N2) 또는 암모니아(NH3) 반응가스를 이용한 원자층증착법으로 질화티타늄(TiN) 박막을 형성할 수 있다.For example, the formed thin film may be a nitride thin film or a metal nitride thin film. More specifically, it may be a titanium nitride (TiN) thin film. Chemical vapor deposition or atomic layer deposition may be used to form a metal nitride thin film. In this case, a metal precursor containing a halogen may be used as the metal precursor, and a gas containing nitrogen may be used as the reaction gas. . More specifically, a titanium nitride (TiN) thin film can be formed by atomic layer deposition using a titanium tetrachloride (TiCl4) precursor and nitrogen (N2) or ammonia (NH3) reaction gas.
다음으로, 제1 챔버 내의 압력이 제1 고압 압력에 도달되도록 제1 챔버 내의 압력을 상승시킨다(제1 가압 단계, S120). 제1 고압 압력은 상압 이상의 압력으로 1 ~ 30 atm 정도의 압력일 수 있다. 제1 가압 단계(S120)는 제1 가스 분위기에서 수행될 수 있으며, 제1 챔버 내부가 가열된 상태에서 수행될 수 있다. 제1 가스는 수소(H), 산소(O), 질소(N), 염소(Cl) 및 불소(F) 중 적어도 하나를 함유할 수 있으며, 기판 상에 형성된 박막의 종류에 따라 최적의 가스가 선택될 수 있다. 예컨대 제1 가스는 환원성 가스가 이용될 수 있으며, 수소(H) 함유 가스가 이용될 수 있다. 보다 구체적으로는 수소(H2) 가스가 이용될 수 있다. 또한, 박막을 산화시키기 위한 산화 열처리를 위해 제1 가스는 산소(O2) 가스가 이용될 수 있다. 제1 챔버 내의 온도는 기판 상에 형성된 박막의 종류에 따라 최적의 온도가 선택될 수 있다.Next, the pressure in the first chamber is increased so that the pressure in the first chamber reaches the first high pressure (first pressurizing step, S120). The first high pressure is a pressure higher than normal pressure and may be about 1 to 30 atm. The first pressurizing step (S120) may be performed in a first gas atmosphere and may be performed while the inside of the first chamber is heated. The first gas may contain at least one of hydrogen (H), oxygen (O), nitrogen (N), chlorine (Cl), and fluorine (F), and the optimal gas may be selected depending on the type of thin film formed on the substrate. can be selected. For example, a reducing gas may be used as the first gas, and a hydrogen (H)-containing gas may be used. More specifically, hydrogen (H2) gas may be used. Additionally, oxygen (O2) gas may be used as the first gas for oxidation heat treatment to oxidize the thin film. The optimal temperature in the first chamber may be selected depending on the type of thin film formed on the substrate.
다음으로, 제1 챔버 내의 압력을 제1 고압 압력으로 소정 시간 동안 유지시킨다(제1 고압 유지 단계, S130).Next, the pressure in the first chamber is maintained at the first high pressure for a predetermined time (first high pressure maintenance step, S130).
다음으로, 제1 챔버 내의 압력이 제1 저압 압력이 되도록 제1 챔버 내의 압력을 하강시킨다(제1 감압 단계, S170). 제1 감압 단계(S170)는 제1 챔버 내의 압력이 상압이 되도록 제1 챔버 내의 압력을 하강시키는 제1-1 감압 단계(S140), 제1 챔버 내의 압력을 상압으로 소정 시간 동안 유지시키는 제1 상압 유지 단계(S150) 및 제1 챔버 내의 압력이 제1 저압 압력이 되도록 제1 챔버 내의 압력을 하강시키는 제1-2 감압 단계(S160)으로 구분된다.Next, the pressure in the first chamber is lowered so that the pressure in the first chamber becomes the first low pressure (first decompression step, S170). The first decompression step (S170) is a 1-1 decompression step (S140) of lowering the pressure in the first chamber so that the pressure in the first chamber becomes normal pressure, and the first decompression step (S140) of maintaining the pressure in the first chamber at normal pressure for a predetermined time. It is divided into an normal pressure maintenance step (S150) and a 1-2 decompression step (S160) in which the pressure in the first chamber is lowered so that the pressure in the first chamber becomes the first low pressure.
제1 상압 유지 단계(S150)는 퍼지 가스가 제1 챔버 내로 공급될 수 있다. 퍼지 가스는 불활성 가스가 이용될 수 있으며, 예컨대 질소(N2) 가스가 이용될 수 있다. 제1 상압 유지 단계(S150)에서 퍼지 가스를 제1 챔버 내로 공급하게 되면, 제1 가압 단계(S120)와 제1 고압 유지 단계(S130)에서 공급되는 제1 가스를 희석시킬 수 있으며, 제1 가스를 희석시킴으로써 전체 공정의 안전성이 증가하고, 제1-2 감압 단계(S160)에서 제1 가스를 보다 용이하게 배기할 수 있게 된다.In the first normal pressure maintenance step (S150), purge gas may be supplied into the first chamber. An inert gas may be used as the purge gas, for example, nitrogen (N2) gas may be used. When the purge gas is supplied into the first chamber in the first normal pressure maintenance step (S150), the first gas supplied in the first pressurization step (S120) and the first high pressure maintenance step (S130) can be diluted, and the first gas is supplied in the first pressurization step (S120) and the first high pressure maintenance step (S130). By diluting the gas, the safety of the entire process increases, and the first gas can be more easily exhausted in the first-second pressure reduction step (S160).
제1 저압 압력은 상압 이하의 압력으로 10 ~ 0.01 Torr 정도의 압력일 수 있다. 제1-1 감압 단계(S140)는 제1 고압 압력이 상압으로 하강하는 단계로 제1 챔버 내를 펌핑하지 않고 밸브의 동작으로만 수행될 수 있다. 제1-2 감압 단계(S160)는 상압에서 제1 저압 압력으로 하강하는 단계로 제1 챔버 내를 펌핑함으로써 수행될 수 있다.The first low pressure pressure is below normal pressure and may be about 10 to 0.01 Torr. The 1-1 decompression step (S140) is a step in which the first high pressure is lowered to normal pressure and can be performed only by operating a valve without pumping the inside of the first chamber. The first-second pressure reduction step (S160) is a step of lowering the pressure from normal pressure to the first low pressure and can be performed by pumping the inside of the first chamber.
다음으로, 제1 챔버 내의 압력을 제1 저압 압력으로 소정 시간 동안 유지한다(제1 저압 유지 단계, S180). 제1 챔버 내의 압력을 제1 저압 압력으로 유지시키는 소정 시간은 박막의 종류, 박막 형성 방법 등에 따라 변경될 수 있으나, 1분 이상 동안 저압의 압력을 유지한다.Next, the pressure in the first chamber is maintained at the first low pressure for a predetermined time (first low pressure maintenance step, S180). The predetermined time for maintaining the pressure in the first chamber at the first low pressure may vary depending on the type of thin film, method of forming the thin film, etc., but the low pressure is maintained for more than 1 minute.
종래의 가압/감압 처리시에는 가압 단계 이후 급격한 감압을 하여 저압에 도달하면 저압을 유지하는 시간 없이 바로 가압을 하게 된다. 이에 반해 본 실시예의 경우, 가압 단계(S120) 이후 급격한 감압(S170)을 하여 저압에 도달하면 소정 시간 동안 저압을 유지(S180)한 이후 다시 가압을 하게 된다. 이와 같이 감압 단계(S170) 이후에 저압을 소정 시간 동안 유지(S180)하게 되면, 목적하는 효과가 더욱 현저하게 된다. 예컨대, 불순물 제거를 위해 수소(H2) 가스를 공급하여 S120 단계 내지 S190 단계를 수행하면, 저압을 유지하는 시간 없이 바로 가압을 하는 경우에 비해 불순물 제거 효과가 증가하게 된다.In the conventional pressurization/decompression treatment, the pressure is rapidly reduced after the pressurization step, and when low pressure is reached, the pressure is immediately applied without maintaining the low pressure. On the other hand, in the case of this embodiment, after the pressurization step (S120), the pressure is rapidly reduced (S170) to reach low pressure, the low pressure is maintained for a predetermined time (S180), and then the pressure is applied again. In this way, if the low pressure is maintained for a predetermined time (S180) after the pressure reduction step (S170), the desired effect becomes more noticeable. For example, if steps S120 to S190 are performed by supplying hydrogen (H2) gas to remove impurities, the impurity removal effect increases compared to the case where the pressure is immediately applied without maintaining low pressure.
도 3 내지 도 5는 가압 단계와 감압 단계를 수행하였을 때를 설명하기 위한 모식도이다. 도 3 내지 도 5는 기판 상에 사염화티타늄(TiCl4) 전구체와 질소(N2) 또는 암모니아(NH3) 반응가스를 이용한 원자층증착법으로 질화티타늄(TiN) 박막을 형성한 이후, 수소(H2) 분위기에서 제1 가압 단계(S120) 및 제1 고압 유지 단계(S130)를 수행하고, 제1 감압 단계(S170) 및 제1 저압 유지 단계(S180)를 수행하는 경우 제1 챔버 내부와 박막 상태를 모식화한 도면이다.3 to 5 are schematic diagrams for explaining when the pressurization step and the decompression step are performed. Figures 3 to 5 show a titanium nitride (TiN) thin film formed on a substrate by atomic layer deposition using a titanium tetrachloride (TiCl4) precursor and nitrogen (N2) or ammonia (NH3) reaction gas in a hydrogen (H2) atmosphere. When performing the first pressurization step (S120) and the first high pressure maintenance step (S130), and the first decompression step (S170) and the first low pressure maintenance step (S180), the inside of the first chamber and the state of the thin film are modeled. It is a drawing.
도 3은 기판 상에 질화티타늄(TiN) 박막을 형성한 직후(as-dep.) 박막 내의 상태를 모식화한 도면으로, 질화티타늄(TiN) 박막을 형성한 직후(as-dep.)에는 질화티타늄(TiN) 박막 내에 불순물인 염소(Cl)가 포함되어 있다. 질화티타늄(TiN) 박막 형성 직후에 박막 내에는 티타늄(Ti)과 느슨한 결합 상태의 염소(Cl), 티타늄(Ti)과 단단한 결합 상태의 염소(Cl), 자유로운 미결합 상태의 염소(Cl) 등이 포함되어 있을 수 있다.Figure 3 is a diagram illustrating the state within the thin film immediately after forming the titanium nitride (TiN) thin film on the substrate (as-dep.). Immediately after forming the titanium nitride (TiN) thin film (as-dep.), the nitride The titanium (TiN) thin film contains chlorine (Cl), an impurity. Immediately after forming a titanium nitride (TiN) thin film, chlorine (Cl) in a loosely bound state with titanium (Ti), chlorine (Cl) in a tightly bound state with titanium (Ti), chlorine (Cl) in a free unbound state, etc. This may be included.
도 4는 수소(H2) 분위기에서 제1 가압 단계(S120)와 제1 고압 유지 단계(S130)를 수행한 이후 박막 내의 상태를 모식화한 도면으로, 수소(H2) 분위기에서의 제1 가압 단계(S120)를 수행하면, 티타늄(Ti)과 느슨한 결합 상태에서 분리된 염소(Cl)들과 자유로운 미결합 상태의 염소(Cl)들이 수소(H)와 결합하여 기화하기 용이한 비활성화 상태의 염화수소(HCl)가 된다. 그리고 티타늄(Ti)과 단단한 결합 상태에 있는 염소(Cl)도 그 결합이 깨질 수 있는 가능성이 증가한다. 즉, 수소(H2) 가스가 불순물인 염소(Cl)과 반응하여 부산물인 염화수소(HCl)를 형성하게 된다.Figure 4 is a diagram simulating the state in the thin film after performing the first pressurizing step (S120) and the first high pressure maintaining step (S130) in a hydrogen (H2) atmosphere. The first pressurizing step in a hydrogen (H2) atmosphere. When (S120) is performed, the chlorine (Cl) separated from the loosely bound state with titanium (Ti) and the free unbound chlorine (Cl) combine with hydrogen (H) to form hydrogen chloride (hydrogen chloride) in an inactive state that is easy to vaporize. HCl). Additionally, chlorine (Cl), which is in a tight bond with titanium (Ti), also increases the possibility that the bond may be broken. That is, hydrogen (H2) gas reacts with chlorine (Cl), an impurity, to form hydrogen chloride (HCl) as a byproduct.
도 5는 수소(H2) 분위기에서 제1 가압 단계(S120)와 제1 고압 유지 단계(S130)를 수행한 이후, 제1 감압 단계(S170)와 제1 저압 유지 단계(S180)를 수행하였을 때의 수행 과정을 모식화한 도면으로, 제1 감압 단계(S170) 및 제1 저압 유지 단계(S180)를 수행하면, 가압 상태에서 급격히 감압 상태가 됨에 따라 염소(Cl) 불순물들은 염화수소(HCl) 형태로 수소(H2) 가스와 함께 배출된다. 구체적으로, 제1-1 감압 단계(S140)에서는 제1 챔버 내의 압력이 제1 고압에서 상압으로 하강하게 되는데, 이때 부산물인 염화수소(HCl)가 기판 표면 또는 기판의 외부로 이동되고, 기판 표면 또는 외부로 이동된 부산물 중 일부는 제1 챔버 밖으로 배출된다. 그리고 제1-2 감압 단계(S160)에서는 제1 챔버 내의 압력이 상압에서 제1 저압으로 하강하게 되는데, 이때 제1 챔버 내부의 부산물이 제1 챔버 밖으로 배출된다.Figure 5 shows when the first pressurization step (S120) and the first high pressure maintenance step (S130) are performed in a hydrogen (H2) atmosphere, and then the first decompression step (S170) and the first low pressure maintenance step (S180) are performed. This is a diagram illustrating the performance process. When the first decompression step (S170) and the first low pressure maintenance step (S180) are performed, the chlorine (Cl) impurities are in the form of hydrogen chloride (HCl) as the pressure is rapidly reduced from the pressurized state. It is emitted along with hydrogen (H2) gas. Specifically, in the 1-1 decompression step (S140), the pressure in the first chamber decreases from the first high pressure to normal pressure. At this time, hydrogen chloride (HCl), a by-product, is moved to the surface of the substrate or to the outside of the substrate, and is moved to the surface or outside of the substrate. Some of the by-products moved to the outside are discharged out of the first chamber. And in the 1-2 decompression step (S160), the pressure in the first chamber decreases from normal pressure to the first low pressure, and at this time, by-products inside the first chamber are discharged out of the first chamber.
다음으로, 가압/감압 처리를 반복할 것인지를 확인(S190)하여, S120 단계 내지 S180 단계를 사전에 정해진 회수만큼 반복하여 수행한다.Next, it is confirmed whether to repeat the pressurization/decompression treatment (S190), and steps S120 to S180 are repeated a predetermined number of times.
S120 단계 내지 S190 단계는 박막이 형성되지 않은 기판에서 수행될 수 있다. 즉, 박막을 형성하는 원료가스를 공급하기 이전에 기판을 처리하기 위해 적절한 가스 분위기에서 S120 단계 내지 S190를 수행할 수 있으며, 이에 따라 기판 표면의 불완정성을 감소시켜 후속 박막 형성시 박막의 물성을 개선할 수 있다.Steps S120 to S190 may be performed on a substrate on which no thin film is formed. In other words, steps S120 to S190 can be performed in an appropriate gas atmosphere to process the substrate before supplying the raw material gas for forming the thin film, thereby reducing the imperfections of the substrate surface and improving the physical properties of the thin film during subsequent thin film formation. It can be improved.
또한, S120 단계 내지 S190 단계는 박막이 형성된 기판에서 수행되어 형성된 박막의 물성을 개선할 수 있음은 물론이고, 기판 상에 박막을 형성하는 중간에 S120 단계 내지 S190 단계를 수행할 수 있다. 즉, 기판에 원료가스를 공급하여 박막을 일부 형성한 후, 박막 형성을 중지한 상태에서 S120 단계 내지 S190 단계를 수행하여 박막의 물성을 개선하고 다시 원료가스를 공급하여 박막을 형성하는 과정을 반복 수행함으로써 형성되는 박막의 물성을 개선할 수 있다.In addition, steps S120 to S190 can be performed on a substrate on which a thin film is formed to improve the physical properties of the formed thin film, and steps S120 to S190 can be performed in the middle of forming the thin film on the substrate. That is, after supplying raw material gas to the substrate to partially form a thin film, steps S120 to S190 are performed with the thin film formation stopped to improve the physical properties of the thin film, and the process of supplying raw material gas again to form a thin film is repeated. By performing this, the physical properties of the formed thin film can be improved.
본 실시예에 따른 기판 처리 방법을 수행한 처리한 경우, 박막의 물성 변화를 도 6에 나타내었다. When the substrate processing method according to this embodiment was performed, the change in the physical properties of the thin film is shown in FIG. 6.
도 6은 수소(H2) 분위기에서 가압/감압 처리하였을 때, 감압된 압력인 저압 압력에서 일정 시간을 유지하지 않은 경우와 저압 압력에서 5 분간 유지한 경우의 면저항의 변화를 나타낸 도면이다.Figure 6 is a diagram showing the change in sheet resistance when pressurizing/depressurizing in a hydrogen (H2) atmosphere, when the low pressure, which is the reduced pressure, is not maintained for a certain period of time and when the low pressure is maintained for 5 minutes.
도 6에 도시된 바와 같이, 수소(H2) 분위기에서 가압/감압 처리하였을 때, 감압된 압력인 저압 압력에서 일정 시간을 유지하지 않은 경우에는 11.6% 정도의 면저항 감소 효과가 있었으나, 저압 압력에서 5분간 유지한 경우에는 13.2% 정도의 면저항 감소 효과가 있어, 수소(H2) 분위기에서 가압/감압 처리하였을 때 감압된 압력인 저압 시간을 일정 시간 동안 유지하게 되면, 불순물 제거 효과가 더욱 증대되어 면저항의 감소 효과가 더욱 향상됨을 알 수 있다.As shown in Figure 6, when pressurization/decompression treatment was performed in a hydrogen (H2) atmosphere, if the low pressure, which is the reduced pressure, was not maintained for a certain period of time, the sheet resistance was reduced by about 11.6%, but at low pressure, the sheet resistance was reduced by 5%. When maintained for a minute, there is an effect of reducing sheet resistance by about 13.2%. When the low pressure time, which is the pressure reduced when pressurizing/depressurizing in a hydrogen (H2) atmosphere, is maintained for a certain period of time, the effect of removing impurities is further increased, reducing the sheet resistance. It can be seen that the reduction effect is further improved.
도 7은 본 발명에 따른 기판 처리 방법의 다른 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다.Figure 7 is a flowchart showing the execution process of another embodiment of the substrate processing method according to the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 기판 처리 방법의 다른 실시예는 우선 제1 챔버 내에 기판을 반입한다(S410). 기판 상에는 박막이 형성되어 있을 수 있으며, 기판 상에 형성되는 박막은 트랜지스터의 게이트 절연막 중 적어도 일부를 이루는 박막일 수 있다. 또한, 기판 상에 형성되는 박막은 금속 원소, Ⅳ족 원소, Ⅲ-Ⅴ 화합물, Ⅱ-Ⅵ 화합물, 질소(N), 산소(O) 중 붕소(B) 적어도 하나를 함유할 수 있으며, 예컨대, 실리콘, 실리콘산화물, 실리콘질화물, 금속산화물, 금속산화물, Ⅲ-Ⅴ 화합물, Ⅱ-Ⅵ 화합물, 3원계 화합물, 4원계 화합물로 이루어진 박막일 수 있다. S410 단계는 도 1에서 도시하고 설명한 S110 단계와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.Referring to FIG. 7, in another embodiment of the substrate processing method according to the present invention, a substrate is first introduced into the first chamber (S410). A thin film may be formed on the substrate, and the thin film formed on the substrate may be a thin film that forms at least a portion of the gate insulating film of the transistor. In addition, the thin film formed on the substrate may contain at least one of boron (B) among metal elements, group IV elements, III-V compounds, II-VI compounds, nitrogen (N), and oxygen (O), for example, It may be a thin film made of silicon, silicon oxide, silicon nitride, metal oxide, metal oxide, III-V compound, II-VI compound, ternary compound, or quaternary compound. Since step S410 is the same as step S110 shown and explained in FIG. 1, detailed description is omitted.
다음으로, 제1 가스 분위기에서 도 1의 S120 단계 내지 S190 단계를 수행한다(S420). 특히, 제1 가스 분위기에서 도 1의 S120 단계 및 S130 단계를 수행한다. S420 단계는 도 1에서 도시하고 설명한 것과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.Next, steps S120 to S190 of FIG. 1 are performed in a first gas atmosphere (S420). In particular, steps S120 and S130 of FIG. 1 are performed in a first gas atmosphere. Since step S420 is the same as shown and described in FIG. 1, detailed description will be omitted.
그리고 제1 가스와는 다른 제2 가스 분위기에서 도 1의 S120 단계 내지 S190 단계를 수행한다(S430). 특히, 제2 가스 분위기에서 도 1의 S120 단계 및 S130 단계를 수행한다. 제2 가스는 수소(H), 산소(O), 질소(N), 염소(Cl) 및 불소(F) 중 적어도 하나를 함유하는 가스일 수 있다. 예컨대, 질화 처리(Nitridation)를 위해 질소(N)를 함유하는 가스가 공급될 수 있으며, 질소(N)를 함유하는 가스는 암모니아, 메틸아민, 디메틸아민 등이 이용될 수 있다.Then, steps S120 to S190 of FIG. 1 are performed in a second gas atmosphere different from the first gas (S430). In particular, steps S120 and S130 of FIG. 1 are performed in a second gas atmosphere. The second gas may be a gas containing at least one of hydrogen (H), oxygen (O), nitrogen (N), chlorine (Cl), and fluorine (F). For example, a gas containing nitrogen (N) may be supplied for nitridation, and ammonia, methylamine, dimethylamine, etc. may be used as the gas containing nitrogen (N).
S430 단계의 경우, S420 단계와 구분하기 위해, S430 단계의 S120 단계는 제2 고압 압력에 도달되도록 제1 챔버 내의 압력을 상승시키는 제2 가압 단계로 표현될 수 있고, S430 단계의 S130 단계는 제2 고압 압력을 소정 시간 동안 유지시키는 제2 고압 유지 단계로 표현될 수 있고, S430 단계의 S140 단계는 제1 챔버 내의 압력이 상압이 되도록 압력을 하강시키는 제2-1 감압 단계로 표현될 수 있고, S430단계의 S150 단계는 상압을 소정 시간 동안 유지시키는 제2 상압 유지 단계로 표현될 수 있고, S430단계의 S160 단계는 제1 챔버 내의 압력이 제2 저압 압력이 되도록 제1 챔버 내의 압력을 하강시키는 제2-2 감압 단계로 표현될 수 있고, S430단계의 S170 단계는 제2 감압 단계로 표현될 수 있고, S430 단계의 S180 단계는 제2 저압 압력을 소정 시간 동안 유지시키는 제2 저압 유지 단계로 표현될 수 있다. 이와 같이 S430 단계를 S420 단계와 구분하도록 표현을 상이하게 할 수 있으나, 제1 챔버 내의 압력을 변화하고 유지하는 과정은 도 1에서 도시하고 설명한 것과 동일하다. In the case of step S430, in order to distinguish it from step S420, step S120 of step S430 may be expressed as a second pressurizing step of increasing the pressure in the first chamber to reach the second high pressure, and step S130 of step S430 may be expressed as a second pressurization step of increasing the pressure in the first chamber to reach the second high pressure. 2 It can be expressed as a second high pressure maintenance step of maintaining high pressure for a predetermined time, and step S140 of step S430 can be expressed as a 2-1 decompression step of lowering the pressure so that the pressure in the first chamber becomes normal pressure, , S150 of step S430 can be expressed as a second normal pressure maintenance step of maintaining the normal pressure for a predetermined time, and step S160 of step S430 lowers the pressure in the first chamber so that the pressure in the first chamber becomes the second low pressure. The step S170 of step S430 can be expressed as a second decompression step, and the S180 step of step S430 is a second low pressure maintenance step of maintaining the second low pressure for a predetermined time. It can be expressed as As such, the expression may be different to distinguish step S430 from step S420, but the process of changing and maintaining the pressure in the first chamber is the same as shown and described in FIG. 1.
그리고, 제1 고압 압력과 제2 고압 압력은 동일하거나 상이할 수 있으며, 제1 고압 압력과 제2 고압 압력을 유지시키는 시간도 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, S420 단계와 S430 단계에서 상압을 유지시키는 시간도 동일하거나 상이할 수 있다. 그리고 제1 저압 압력과 제2 저압 압력도 동일하거나 상이할 수 있으며, 제1 저압 압력과 제2 저압 압력을 유지시키는 시간도 동일하거나 상이할 수 있다. 그리고 S430 단계에서 상압을 소정 시간 유지시키는 단계의 경우 제1 챔버 내에 퍼지 가스를 공급할 수 있으며, 퍼지 가스는 불활성 가스인 질소(N2) 가스가 이용될 수 있다. 이와 같이 상압을 소정 시간 유지시킬 때 퍼지 가스를 공급하게 되면, 상술한 바와 같이 가압 단계에서 공급된 제2 가스를 희석시켜 배기할 수 있게 된다.In addition, the first high pressure and the second high pressure may be the same or different, and the time for maintaining the first high pressure and the second high pressure may be the same or different. Additionally, the time for maintaining normal pressure in steps S420 and S430 may be the same or different. Additionally, the first low pressure and the second low pressure may be the same or different, and the time for maintaining the first low pressure and the second low pressure may be the same or different. In the case of maintaining the normal pressure for a predetermined time in step S430, a purge gas may be supplied into the first chamber, and nitrogen (N2) gas, which is an inert gas, may be used as the purge gas. In this way, if the purge gas is supplied when the normal pressure is maintained for a predetermined time, the second gas supplied in the pressurization step can be diluted and exhausted as described above.
제1 가스와 제2 가스는 기판 상에 형성된 박막에 따라 최적의 가스가 선택될 수 있다. 예컨대, 기판 상에 형성되는 박막은 질화물 박막일 수 있으며, 금속질화물 박막일 수 있다. 보다 구체적으로 질화티타늄(TiN) 박막일 수 있다. 금속질화물 박막 형성을 위해 화학적기상증착법이나 원자층증착법 등이 이용될 수 있으며, 이때 금속 전구체로는 할로겐을 함유한 금속 전구체가 이용될 수 있고, 반응가스는 질소를 함유하는 가스가 이용될 수 있다. 보다 구체적으로 사염화티타늄(TiCl4) 전구체와 질소(N2) 또는 암모니아(NH3) 반응가스를 이용한 원자층증착법으로 질화티타늄(TiN) 박막을 형성할 수 있다.The first gas and the second gas may be optimally selected depending on the thin film formed on the substrate. For example, the thin film formed on the substrate may be a nitride thin film or a metal nitride thin film. More specifically, it may be a titanium nitride (TiN) thin film. Chemical vapor deposition or atomic layer deposition may be used to form a metal nitride thin film. In this case, a metal precursor containing a halogen may be used as the metal precursor, and a gas containing nitrogen may be used as the reaction gas. . More specifically, a titanium nitride (TiN) thin film can be formed by atomic layer deposition using a titanium tetrachloride (TiCl4) precursor and nitrogen (N2) or ammonia (NH3) reaction gas.
이와 같이 기판 상에 질화물 박막이 형성된 경우, 제1 가스는 환원성 가스가 이용될 수 있으며, 수소(H) 함유 가스가 이용될 수 있다. 보다 구체적으로는 수소(H2) 가스가 이용될 수 있다. 제2 가스는 질소(N) 함유 가스가 이용될 수 있으며, 보다 구체적으로는 암모니아(NH3) 가스가 이용될 수 있다.When a nitride thin film is formed on a substrate in this way, a reducing gas may be used as the first gas, and a hydrogen (H)-containing gas may be used. More specifically, hydrogen (H2) gas may be used. The second gas may be a nitrogen (N)-containing gas, and more specifically, ammonia (NH3) gas may be used.
이때, S420 단계에서 S120 단계 내지 S180 단계를 반복하는 회수가 S430 단계에서 S120 단계 내지 S180 단계를 반복하는 회수보다 더 많다.At this time, the number of times steps S120 to S180 are repeated in step S420 is greater than the number of times steps S120 to S180 are repeated in step S430.
도 8은 제1 가스 분위기에서 가압 단계와 감압 단계를 수행한 이후, 제2 가스 분위기에서 가압 단계와 감압 단계를 수행하였을 때를 설명하기 위한 모식도이다. 도 8은 기판 상에 사염화티타늄(TiCl4) 전구체와 질소(N2) 또는 암모니아(NH3) 반응가스를 이용한 원자층증착법으로 질화티타늄(TiN) 박막을 형성하고, 수소(H2) 분위기에서 가압 단계와 감압 단계를 수행한 이후, 암모니아(NH3) 가스 분위기에서 가압 단계와 감압 단계를 수행한 이후 박막 내의 상태를 모식화한 도면이다. 도 8을 참조하면, 질화티타늄(TiN) 박막을 수소(H2) 가스 분위기에서 가압 단계와 감압 단계를 수행한 이후 암모니아(NH3) 가스 분위기에서 가압 단계와 감압 단계를 수행하면, 염소(Cl) 불순물이 제거된 자리에 질소(N)가 결합되고, 전체적인 결합 상태도 더 단단하게 이루어지게 된다. 이에 따라 질화티타늄(TiN) 박막 형성 직후(as-dep.)에는 티타늄(Ti) 함유량이 높은 질화티타늄(TiN) 박막이 형성되었으나, S420 단계 및 S430 단계를 수행하게 되면, 불순물은 제거되고, 티타늄(Ti)과 질소(N)의 조성비가 거의 1:1에 가까운 질화티타늄(TiN) 박막으로 조성비가 변화하게 된다. Figure 8 is a schematic diagram for explaining when the pressurization and decompression steps are performed in a second gas atmosphere after performing the pressurization and decompression steps in the first gas atmosphere. Figure 8 shows the formation of a titanium nitride (TiN) thin film on a substrate by atomic layer deposition using a titanium tetrachloride (TiCl4) precursor and nitrogen (N2) or ammonia (NH3) reaction gas, followed by pressurization and depressurization in a hydrogen (H2) atmosphere. This is a diagram illustrating the state within the thin film after performing the pressurization and decompression steps in an ammonia (NH3) gas atmosphere. Referring to FIG. 8, when a titanium nitride (TiN) thin film is pressurized and depressurized in a hydrogen (H2) gas atmosphere and then pressurized and depressurized in an ammonia (NH3) gas atmosphere, chlorine (Cl) impurities Nitrogen (N) is bonded to the removed site, and the overall bonding state becomes stronger. Accordingly, immediately after forming the titanium nitride (TiN) thin film (as-dep.), a titanium nitride (TiN) thin film with a high titanium (Ti) content was formed, but when steps S420 and S430 were performed, the impurities were removed and the titanium The composition ratio changes to a titanium nitride (TiN) thin film where the composition ratio of (Ti) and nitrogen (N) is close to 1:1.
즉, 질화티타늄(TiN) 박막 형성 직후(as-dep.)에는 티타늄(Ti) 함유량이 높고 염소(Cl) 불순물이 많은 질화티타늄(TiN) 박막이 형성되나, 수소(H2) 분위기에서 S420 단계를 수행하면, 가압 단계를 통해 티타늄(Ti)과 염소(Cl) 불순물의 결합을 끊고 기화가 용이한 염화수소(HCl)이 형성되고, 감압 단계를 통해 염화수소(HCl)가 아웃디퓨전(out-diffusion)되어 불순물이 감소되므로, 전기적 특성이 향상된다. 이때, 본 실시예와 같이 감압 단계 수행시 감압된 저압을 일정 시간 동안 유지하게 되면, 염소(Cl) 불순물들이 제거되는 효과가 증가하게 된다.That is, immediately after the formation of the titanium nitride (TiN) thin film (as-dep.), a titanium nitride (TiN) thin film with a high titanium (Ti) content and a lot of chlorine (Cl) impurities is formed, but step S420 is performed in a hydrogen (H2) atmosphere. When performed, the bond between titanium (Ti) and chlorine (Cl) impurities is broken through the pressurization step and hydrogen chloride (HCl), which is easy to vaporize, is formed, and through the decompression step, hydrogen chloride (HCl) is out-diffused. As impurities are reduced, electrical properties are improved. At this time, if the reduced low pressure is maintained for a certain period of time during the depressurization step as in this embodiment, the effect of removing chlorine (Cl) impurities increases.
그리고 암모니아(NH3) 분위기에서 S430 단계를 수행하면, 가압 단계를 통해 염소(Cl) 불순물이 제거된 자리에 질소(N)가 결합되어 티타늄(Ti)과 질소(N)의 결합이 증가하고 감압 단계를 통해 잔존하는 불순물이 추가적으로 더욱 감소되므로, 내산화성이 향상된다. 본 실시예의 경우, 수소(H2) 분위기에서 S420 단계에서 저압 압력을 일정 시간 동안 유지함에 따라 염소(Cl) 불순물의 제거 효과가 증가되므로, 암모니아(NH3) 분위기에서의 S430 단계를 통해 티타늄(Ti)과 질소(N)의 결합이 보다 증가하게 되어 티타늄(Ti)과 질소(N)의 조성비가 더욱 1:1에 가까운 질화티타늄(TiN) 박막으로 조성비가 변화하게 되어 내산화성이 더욱 향상된다.And when the S430 step is performed in an ammonia (NH3) atmosphere, nitrogen (N) is bonded to the site where chlorine (Cl) impurities were removed through the pressurization step, thereby increasing the bond between titanium (Ti) and nitrogen (N), and the decompression step. As the remaining impurities are further reduced, oxidation resistance is improved. In the case of this embodiment, the effect of removing chlorine (Cl) impurities increases as the low pressure is maintained for a certain time in step S420 in a hydrogen (H2) atmosphere, so titanium (Ti) is removed through step S430 in ammonia (NH3) atmosphere. As the bond between and nitrogen (N) increases, the composition ratio of titanium (Ti) and nitrogen (N) changes to a titanium nitride (TiN) thin film closer to 1:1, further improving oxidation resistance.
또한, 종래의 플라즈마 질화(Nitridation) 공정의 경우 3D 반도체 소자나 종횡비가 높은 반도체 소자에서는 측벽이나 바닥부에 질화가 잘 이루어지지 않은 반면, 본 실시예의 경우, 3D 반도체 소자나 종횡비가 높은 반도체 소자에서도 균일하게 기판 처리가 가능하며, 플라즈마를 사용하지 않으므로 플라즈마 손상 우려가 없게 된다.In addition, in the case of the conventional plasma nitridation process, nitridation is not performed well on the sidewalls or bottoms of 3D semiconductor devices or semiconductor devices with a high aspect ratio, whereas in the present embodiment, nitridation occurs even in 3D semiconductor devices or semiconductor devices with a high aspect ratio. It is possible to process the substrate uniformly, and since plasma is not used, there is no risk of plasma damage.
본 실시예에 따른 기판 처리 방법을 이용하여 박막을 처리한 경우, 물성 변화를 도 9 및 도 10에 나타내었다. When a thin film was processed using the substrate processing method according to this example, changes in physical properties are shown in Figures 9 and 10.
도 9는 수소(H2) 분위기에서 가압/감압 처리 및 암모니아(NH3) 분위기에서 가압/감압 처리하였을 때, 감압된 압력인 저압 압력을 유지하지 않은 경우와 저압 압력을 5분간 유지한 경우의 면저항의 변화를 나타낸 도면이다.Figure 9 shows the sheet resistance when the low pressure, which is the reduced pressure, is not maintained and when the low pressure, which is the reduced pressure, is maintained for 5 minutes when pressurization/decompression treatment in a hydrogen (H2) atmosphere and pressurization/decompression treatment in an ammonia (NH3) atmosphere This is a drawing showing the change.
도 9를 참조하면, 수소(H2) 분위기에서 가압/감압 처리를 한 이후 암모니아(NH3) 분위기에서의 가압/감압 처리를 추가하게 되면, 수소(H2) 분위기에서 가압/감압 처리만을 수행한 경우에 비해 면저항 감소 효과가 감소됨을 알 수 있다. 이는 암모니아(NH3) 분위기에서의 가압/감압 처리를 통해 질화티타늄(TiN) 박막 내에 질소(N) 함유량이 증가하였기 때문이다. 특히, 수소(H2) 분위기에서 가압/감압 처리 및 암모니아(NH3) 분위기에서 가압/감압 처리하였을 때, 감압된 압력인 저압 시간을 5분 정도 유지한 경우에는 면저항 감소가 3.5% 정도로 크지 않은 것으로 나타났는데, 이는 저압 시간을 유지함에 따라 불순물의 제거 효과가 더욱 증가됨에 따라, 암모니아(NH3) 분위기에서 가압/감압 처리시에 질화티타늄(TiN) 박막 내에 티타늄(Ti)과 질소(N)의 결합이 보다 많이 증가하게 되었기 때문이다. 이를 통해 수소(H2) 분위기에서 가압/감압 처리 및 암모니아(NH3) 분위기에서 가압/감압 처리하였을 때, 감압된 압력인 저압 시간을 5분 정도 유지하게 되면, 질화티타늄(TiN) 박막의 내산화성이 매우 향상되게 된다는 것을 알 수 있다.Referring to Figure 9, if pressurization/decompression treatment in an ammonia (NH3) atmosphere is added after pressurization/decompression treatment in a hydrogen (H2) atmosphere, when only the pressurization/decompression treatment is performed in a hydrogen (H2) atmosphere. Compared to this, it can be seen that the effect of reducing sheet resistance is reduced. This is because the nitrogen (N) content in the titanium nitride (TiN) thin film increased through pressurization/decompression treatment in an ammonia (NH3) atmosphere. In particular, when pressurizing/depressurizing treatment in a hydrogen (H2) atmosphere and pressurizing/depressurizing treatment in an ammonia (NH3) atmosphere, when the low pressure time, which is the reduced pressure, was maintained for about 5 minutes, the decrease in sheet resistance was not found to be as large as 3.5%. As the effect of removing impurities increases as the low pressure time is maintained, the bonding of titanium (Ti) and nitrogen (N) within the titanium nitride (TiN) thin film occurs during pressurization/depressurization treatment in an ammonia (NH3) atmosphere. This is because it has increased even more. Through this, when pressurizing/depressurizing treatment in a hydrogen (H2) atmosphere and pressurizing/depressurizing treatment in an ammonia (NH3) atmosphere, if the low pressure time, which is the reduced pressure, is maintained for about 5 minutes, the oxidation resistance of the titanium nitride (TiN) thin film is improved. You can see that it is greatly improved.
도 10은 수소(H2) 분위기에서 가압/감압 처리 및 암모니아(NH3) 분위기에서 가압/감압 처리하였을 때, 감압된 압력인 저압 시간을 유지하지 않은 경우와 저압 시간을 5분간 유지한 경우의 염소(Cl)의 함량을 나타낸 도면이다.Figure 10 shows chlorine (chlorine ( This is a diagram showing the content of Cl).
도 10에 도시된 바와 같이, 어떠한 후 처리도 하지 않은 경우(no treatment)에 비해, 수소(H2) 분위기에서 가압/감압 처리 및 암모니아(NH3) 분위기에서 가압/감압 처리하게 되면, 감압시 저압 시간의 유지 여부와 관계없이 불순물인 염소(Cl)의 함량이 상당히 감소한다는 것을 알 수 있다. 특히, 감압된 압력인 저압 시간을 5분 정도 유지한 경우에는 염소(Cl)의 감소량이 60% 정도가 되어, 본 실시예의 박막 처리 방법이 불순물을 감소시키는 것에 효과가 매우 우수하다는 것을 알 수 있다.As shown in Figure 10, compared to the case without any post-treatment (no treatment), when pressurizing/depressurizing treatment in a hydrogen (H2) atmosphere and pressurizing/depressurizing treatment in an ammonia (NH3) atmosphere, the low pressure time during decompression It can be seen that the content of chlorine (Cl), an impurity, is significantly reduced regardless of whether is maintained. In particular, when the low pressure time, which is the reduced pressure, is maintained for about 5 minutes, the reduction in chlorine (Cl) is about 60%, showing that the thin film treatment method of this example is very effective in reducing impurities. .
즉, 본 실시예와 같이 가압/감압 처리시에 감압된 압력인 저압 압력의 시간을 일정 시간 유지하게 되면, 불순물을 효과적으로 제거할 수 있어 전기적 특성이 매우 향상된다. 그리고 질화막을 수소(H2) 가스와 암모니아(NH3) 가스 분위기에서 순차적으로 가압/감압 처리를 수행하면, 내산화성 특성이 매우 증가하게 되는 것을 알 수 있다.That is, if the low pressure, which is the reduced pressure during the pressurization/decompression treatment, is maintained for a certain period of time as in this embodiment, impurities can be effectively removed and the electrical properties are greatly improved. And, when the nitride film is sequentially pressurized/depressurized in a hydrogen (H2) gas and ammonia (NH3) gas atmosphere, it can be seen that the oxidation resistance characteristics are greatly increased.
도 7에서는 하나의 챔버를 이용하여 서로 다른 가스 분위기에서 가압/감압 처리를 수행하는 방법에 대해 도시하고 설명하였다. 이와 같은 기판 처리 방법은 복수의 기판에 대하여 기판 처리 공정을 동시에 수행할 수 있는 배치식 기판 처리 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 다른 기판 처리 장치에서도 하나의 챔버를 이용하여 서로 다른 가스 분위기에서 가압/감압 처리를 수행하는 것도 가능하다.In Figure 7, a method of performing pressurization/depressurization treatment in different gas atmospheres using one chamber is shown and explained. This substrate processing method can be performed using a batch substrate processing device that can simultaneously perform a substrate processing process on a plurality of substrates. Additionally, in other substrate processing devices, it is also possible to perform pressurization/depressurization processing in different gas atmospheres using one chamber.
그리고 본 발명은 서로 다른 가스 분위기에서 수행되는 가압/감압 처리를 서로 다른 챔버를 이용하여 수행하는 경우를 포함한다.Additionally, the present invention includes cases where pressurization/decompression treatment performed in different gas atmospheres is performed using different chambers.
도 11은 본 발명에 따른 기판 처리 방법의 또 다른 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도로, 제1 챔버에서는 제1 가스 분위기에서 가압/감압 처리를 수행하고, 제2 챔버에서는 제2 가스 분위기에서 가압/감압 처리를 수행하는 실시예를 나타낸다. 따라서 본 실시예의 경우, 복수의 챔버를 구비한 기판 처리 장치를 이용하거나, 서로 다른 기판 처리 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 예컨대, 복수의 챔버를 구비한 클러스터 타입의 기판 처리 장치를 이용하여 수행될 수 있다.Figure 11 is a flowchart showing the performance process of another embodiment of the substrate processing method according to the present invention. In the first chamber, pressurization/decompression processing is performed in a first gas atmosphere, and in the second chamber, pressurization/decompression processing is performed in a second gas atmosphere. An example of performing reduced pressure treatment is shown. Accordingly, in the case of this embodiment, it may be performed using a substrate processing apparatus having a plurality of chambers or using different substrate processing apparatuses. For example, it can be performed using a cluster-type substrate processing apparatus equipped with a plurality of chambers.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 기판 처리 방법의 다른 실시예는 우선 제1 챔버 내에 기판을 반입한다(S510). 제1 챔버는 클러스터 타입의 매엽식 기판 처리 장치의 공정 챔버일 수 있다. 기판 상에는 박막이 형성되어 있을 수 있으며, 기판 상에 형성되는 박막은 트랜지스터의 게이트 절연막 중 적어도 일부를 이루는 박막일 수 있다. 또한, 기판 상에 형성되는 박막은 금속 원소, Ⅳ족 원소, Ⅲ-Ⅴ 화합물, Ⅱ-Ⅵ 화합물, 질소(N), 산소(O) 중 붕소(B) 적어도 하나를 함유할 수 있으며, 예컨대, 실리콘, 실리콘산화물, 실리콘질화물, 금속산화물, 금속산화물, Ⅲ-Ⅴ 화합물, Ⅱ-Ⅵ 화합물, 3원계 화합물, 4원계 화합물로 이루어진 박막일 수 있다. S510 단계는 도 1에서 도시하고 설명한 S110 단계와 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.Referring to FIG. 11, in another embodiment of the substrate processing method according to the present invention, a substrate is first loaded into the first chamber (S510). The first chamber may be a process chamber of a cluster type single wafer substrate processing apparatus. A thin film may be formed on the substrate, and the thin film formed on the substrate may be a thin film that forms at least a portion of the gate insulating film of the transistor. In addition, the thin film formed on the substrate may contain at least one of boron (B) among metal elements, group IV elements, III-V compounds, II-VI compounds, nitrogen (N), and oxygen (O), for example, It may be a thin film made of silicon, silicon oxide, silicon nitride, metal oxide, metal oxide, III-V compound, II-VI compound, ternary compound, or quaternary compound. Since step S510 is similar to step S110 shown and explained in FIG. 1, detailed description is omitted.
다음으로, 제1 챔버에서 제1 가스 분위기에서 도 1의 S120 단계 내지 S190 단계를 수행한다(S520). S520 단계는 S420 단계와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.Next, steps S120 to S190 of FIG. 1 are performed in a first gas atmosphere in the first chamber (S520). Since step S520 is the same as step S420, detailed description is omitted.
다음으로, 제1 챔버에서 기판을 반출한다(S530). 그리고 기판을 제2 챔버에 반입한다(S540). 본 실시예에 이용되는 기판 처리 장치가 하나의 챔버를 갖는 복수의 기판 처리 장치인 경우, 하나의 기판 처리 장치에서 S520 단계를 수행한 이후, 해당 기판 처리 장치의 챔버에서 기판을 반출하여(S530) 다른 기판 처리 장치의 챔버 내로 기판을 반입한다(S540). 그리고 본 실시예에 이용되는 기판 처리 장치가 복수 개의 챔버를 갖는 클러스터 타입의 매엽식 기판 처리 장치인 경우, 제1 챔버에서 S520 단계를 수행한 이후, 기판 이송 모듈을 이용하여 제1 챔버에서 기판을 반출하여(S530) 제2 챔버 내로 기판을 반입한다(S540).Next, the substrate is taken out of the first chamber (S530). Then, the substrate is brought into the second chamber (S540). When the substrate processing apparatus used in this embodiment is a plurality of substrate processing apparatuses having one chamber, step S520 is performed in one substrate processing apparatus, and then the substrate is taken out of the chamber of the substrate processing apparatus (S530). The substrate is brought into the chamber of another substrate processing device (S540). In the case where the substrate processing apparatus used in this embodiment is a cluster-type single-wafer substrate processing apparatus having a plurality of chambers, after performing step S520 in the first chamber, the substrate is transferred from the first chamber using the substrate transfer module. The substrate is carried out (S530) and brought into the second chamber (S540).
그리고 제2 챔버에서 제1 가스와는 다른 제2 가스 분위기에서 도 1의 S120 단계 내지 S190 단계를 수행한다(S550). S550 단계는 제1 챔버가 아닌 제2 챔버에서 수행된다는 점을 제외하면, S430 단계와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다Then, steps S120 to S190 of FIG. 1 are performed in a second chamber in a second gas atmosphere different from the first gas (S550). Step S550 is the same as step S430 except that it is performed in the second chamber rather than the first chamber, so detailed description is omitted.
제1 가스와 제2 가스는 기판 상에 형성된 박막에 따라 최적의 가스가 선택될 수 있다. 예컨대, 기판 상에 형성되는 박막은 질화물 박막일 수 있으며, 금속질화물 박막일 수 있다. 보다 구체적으로 질화티타늄(TiN) 박막일 수 있다. 금속질화물 박막 형성을 위해 화학적기상증착법이나 원자층증착법 등이 이용될 수 있으며, 이때 금속 전구체로는 할로겐을 함유한 금속 전구체가 이용될 수 있고, 반응가스는 질소를 함유하는 가스가 이용될 수 있다. 보다 구체적으로 사염화티타늄(TiCl4) 전구체와 질소(N2) 또는 암모니아(NH3) 반응가스를 이용한 원자층증착법으로 질화티타늄(TiN) 박막을 형성할 수 있다.The first gas and the second gas may be optimally selected depending on the thin film formed on the substrate. For example, the thin film formed on the substrate may be a nitride thin film or a metal nitride thin film. More specifically, it may be a titanium nitride (TiN) thin film. Chemical vapor deposition or atomic layer deposition may be used to form a metal nitride thin film. In this case, a metal precursor containing a halogen may be used as the metal precursor, and a gas containing nitrogen may be used as the reaction gas. . More specifically, a titanium nitride (TiN) thin film can be formed by atomic layer deposition using a titanium tetrachloride (TiCl4) precursor and nitrogen (N2) or ammonia (NH3) reaction gas.
이와 같이 기판 상에 질화물 박막이 형성된 경우, 제1 챔버에서 사용되는 제1 가스는 환원성 가스가 이용될 수 있으며, 수소(H) 함유 가스가 이용될 수 있다. 보다 구체적으로는 수소(H2) 가스가 이용될 수 있다. 제2 챔버에서 사용되는 제2 가스는 질소(N) 함유 가스가 이용될 수 있으며, 보다 구체적으로는 암모니아(NH3) 가스가 이용될 수 있다.When a nitride thin film is formed on a substrate in this way, the first gas used in the first chamber may be a reducing gas or a hydrogen (H)-containing gas. More specifically, hydrogen (H2) gas may be used. The second gas used in the second chamber may be a nitrogen (N)-containing gas, and more specifically, ammonia (NH3) gas may be used.
이때, S520 단계에서 S120 단계 내지 S180 단계를 반복하는 회수가 S550 단계에서 S120 단계 내지 S180 단계를 반복하는 회수가 더 많다.At this time, the number of times steps S120 to S180 are repeated in step S520 is greater than the number of times steps S120 to S180 are repeated in step S550.
이와 같이, 본 발명은 서로 다른 가스 분위기에서 수행되는 가압/감압 처리를 서로 다른 챔버에서 수행하는 것이 가능하며, 이러한 경우에도 상술한 바와 같이 불순물을 효과적으로 제거할 수 있어 전기적 특성이 향상되며, 질화막의 경우, 수소(H2) 가스와 암모니아(NH3) 가스 분위기에서 가압/감압 처리를 수행함으로써 박막 내에 질소(N) 함유량이 증가되어 내산화성을 향상시킬 수 있게 된다.As such, the present invention allows the pressurization/depressurization treatment performed in different gas atmospheres to be performed in different chambers, and even in this case, impurities can be effectively removed as described above, improving electrical properties, and improving the nitride film. In this case, by performing pressurization/depressurization treatment in a hydrogen (H2) gas and ammonia (NH3) gas atmosphere, the nitrogen (N) content in the thin film increases, thereby improving oxidation resistance.
이상에서 본 발명의 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and may be used in the technical field to which the invention pertains without departing from the gist of the invention as claimed in the claims. Anyone with knowledge can make various modifications, and such modifications fall within the scope of the claims.
Claims (20)
상기 제1 챔버 내의 압력이 상압보다 높은 제1 고압 압력에 도달되도록 상기 제1 챔버 내의 압력을 상승시키는 제1 가압 단계;
상기 제1 챔버 내의 압력이 상압보다 낮은 제1 저압 압력에 도달되도록 상기 제1 챔버 내의 압력을 하강시키는 제1 감압 단계; 및
상기 제1 저압 압력을 소정 시간 동안 유지하는 제1 저압 유지 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.Loading a substrate into a first chamber;
A first pressurizing step of increasing the pressure in the first chamber so that the pressure in the first chamber reaches a first high pressure that is higher than normal pressure;
A first decompression step of lowering the pressure in the first chamber so that the pressure in the first chamber reaches a first low pressure lower than normal pressure; and
A substrate processing method comprising a first low pressure maintaining step of maintaining the first low pressure for a predetermined time.
상기 제1 감압 단계는,
상기 제1 챔버 내의 압력이 상압에 도달되도록 상기 제1 챔버 내의 압력을 하강시키는 제1-1 감압 단계; 및
상기 제1 챔버 내의 압력이 상기 제1 저압 압력에 도달되도록 상기 제1 챔버 내의 압력을 하강시키는 제1-2 감압 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to paragraph 1,
The first decompression step is,
A 1-1 decompression step of lowering the pressure in the first chamber so that the pressure in the first chamber reaches normal pressure; and
A 1-2 decompression step of lowering the pressure in the first chamber so that the pressure in the first chamber reaches the first low pressure.
상기 제1-1 감압 단계와 상기 제1-2 감압 단계 사이에,
상압을 소정 시간 동안 유지하는 제1 상압 유지 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to paragraph 2,
Between the 1-1 decompression step and the 1-2 decompression step,
A substrate processing method further comprising a first atmospheric pressure maintaining step of maintaining the atmospheric pressure for a predetermined period of time.
상기 제1 상압 유지 단계는,
상기 제1 챔버 내에 퍼지 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to paragraph 3,
The first normal pressure maintenance step is,
A substrate processing method characterized by supplying a purge gas into the first chamber.
상기 제1 가압 단계와 상기 제1 감압 단계 사이에,
상기 제1 고압 압력을 소정 시간 동안 유지하는 제1 고압 유지 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to paragraph 1,
Between the first pressurizing step and the first depressurizing step,
A substrate processing method further comprising maintaining the first high pressure for a predetermined time.
상기 제1 가압 단계, 상기 제1 감압 단계 및 상기 제1 저압 유지 단계를 적어도 1회 이상 순차적으로 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to paragraph 1,
A substrate processing method characterized in that the first pressurizing step, the first decompressing step, and the first low pressure maintaining step are sequentially repeated at least once.
상기 제1 가압 단계는 제1 가스 분위기에서 수행되고,
상기 제1 저압 유지 단계 이후에,
상기 제1 가스와는 다른 제2 가스 분위기에서, 상기 제1 챔버 내의 압력이 상압보다 높은 제2 고압 압력에 도달되도록 상기 제1 챔버 내의 압력을 상승시키는 제2 가압 단계; 및
상기 제1 챔버 내의 압력이 상압보다 낮은 제2 저압 압력에 도달되도록 상기 제1 챔버 내의 압력을 하강시키는 제2 감압 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to paragraph 1,
The first pressurizing step is performed in a first gas atmosphere,
After the first low pressure maintenance step,
A second pressurizing step of increasing the pressure in the first chamber so that the pressure in the first chamber reaches a second high pressure higher than normal pressure in a second gas atmosphere different from the first gas; and
A second decompression step of lowering the pressure in the first chamber so that the pressure in the first chamber reaches a second low pressure lower than normal pressure.
상기 제1 가압 단계는 제1 가스 분위기에서 수행되고,
상기 제1 저압 유지 단계 이후에,
상기 제1 챔버에서 상기 기판을 반출하는 단계;
상기 기판을 제2 챔버에 반입하는 단계;
상기 제1 가스와는 다른 제2 가스 분위기에서, 상기 제2 챔버 내의 압력이 상압보다 높은 제2 고압 압력에 도달되도록 상기 제2 챔버 내의 압력을 상승시키는 제2 가압 단계; 및
상기 제2 챔버 내의 압력이 상압보다 낮은 제2 저압 압력에 도달되도록 상기 제2 챔버 내의 압력을 하강시키는 제2 감압 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to paragraph 1,
The first pressurizing step is performed in a first gas atmosphere,
After the first low pressure maintenance step,
unloading the substrate from the first chamber;
bringing the substrate into a second chamber;
A second pressurizing step of increasing the pressure in the second chamber in a second gas atmosphere different from the first gas so that the pressure in the second chamber reaches a second high pressure higher than normal pressure; and
A second decompression step of lowering the pressure in the second chamber so that the pressure in the second chamber reaches a second low pressure lower than normal pressure.
상기 제2 감압 단계 이후에,
제2 저압 압력을 소정 시간 동안 유지하는 제2 저압 유지 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to clause 7 or 8,
After the second decompression step,
A substrate processing method further comprising a second low pressure maintaining step of maintaining the second low pressure for a predetermined time.
상기 제1 가압 단계, 상기 제1 감압 단계 및 상기 제1 저압 유지 단계를 적어도 1회 이상 순차적으로 반복 수행하고,
상기 제2 가압 단계와 상기 제2 감압 단계를 적어도 1회 이상 순차적으로 반복 수행하며,
상기 제1 가압 단계, 상기 제1 감압 단계 및 상기 제1 저압 유지 단계를 반복 수행하는 회수가 상기 제2 가압 단계와 상기 제2 감압 단계를 반복 수행하는 회수보다 많은 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to clause 7 or 8,
The first pressurizing step, the first decompressing step, and the first low pressure maintaining step are sequentially repeated at least once,
The second pressurizing step and the second depressurizing step are sequentially repeated at least once,
A substrate processing method, wherein the number of times the first pressurization step, the first decompression step, and the first low pressure maintenance step are repeated is greater than the number of times the second pressurization step and the second depressurization step are repeated.
상기 제2 감압 단계는,
상기 제1 챔버 내의 압력이 상압에 도달되도록 상기 제1 챔버 내의 압력을 하강시키는 제2-1 감압 단계; 및
상기 제1 챔버 내의 압력이 상기 제2 저압 압력에 도달되도록 상기 제1 챔버 내의 압력을 하강시키는 제2-2 감압 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.In clause 7,
The second decompression step is,
A 2-1 decompression step of lowering the pressure in the first chamber so that the pressure in the first chamber reaches normal pressure; and
A 2-2 decompression step of lowering the pressure in the first chamber so that the pressure in the first chamber reaches the second low pressure.
상기 제2 감압 단계는,
상기 제2 챔버 내의 압력이 상압에 도달되도록 상기 제2 챔버 내의 압력을 하강시키는 제2-1 감압 단계; 및
상기 제2 챔버 내의 압력이 상기 제2 저압 압력에 도달되도록 상기 제2 챔버 내의 압력을 하강시키는 제2-2 감압 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to clause 8,
The second decompression step is,
A 2-1 decompression step of lowering the pressure in the second chamber so that the pressure in the second chamber reaches normal pressure; and
A 2-2 decompression step of lowering the pressure in the second chamber so that the pressure in the second chamber reaches the second low pressure.
상기 제2-1 감압 단계와 상기 제2-2 감압 단계 사이에,
상압을 소정 시간 동안 유지하는 제2 상압 유지 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to claim 11 or 12,
Between the 2-1st decompression step and the 2-2nd decompression step,
A substrate processing method further comprising a second normal pressure maintaining step of maintaining the normal pressure for a predetermined period of time.
상기 제2 상압 유지 단계는,
퍼지 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to clause 13,
The second normal pressure maintenance step is,
A substrate processing method characterized by supplying a purge gas.
상기 제2 가압 단계와 상기 제2 감압 단계 사이에,
상기 제2 가스 분위기에서, 상기 제2 고압 압력을 소정 시간 동안 유지하는 제2 고압 유지 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to clause 7 or 8,
Between the second pressurizing step and the second depressurizing step,
A substrate processing method further comprising maintaining the second high pressure for a predetermined time in the second gas atmosphere.
상기 제1 가스는 수소(H), 산소(O), 질소(N), 염소(Cl) 및 불소(F) 중 적어도 하나를 함유하는 가스인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to any one of claims 1 to 8,
A substrate processing method, characterized in that the first gas is a gas containing at least one of hydrogen (H), oxygen (O), nitrogen (N), chlorine (Cl), and fluorine (F).
상기 제2 가스는 수소(H), 산소(O), 질소(N), 염소(Cl) 및 불소(F) 중 적어도 하나를 함유하는 가스인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to paragraph 7 or 8,
A substrate processing method, wherein the second gas is a gas containing at least one of hydrogen (H), oxygen (O), nitrogen (N), chlorine (Cl), and fluorine (F).
상기 기판 상에 박막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to any one of claims 1 to 8,
A substrate processing method characterized in that a thin film is formed on the substrate.
상기 박막은 트랜지스터의 게이트 절연막 중 적어도 일부를 이루는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to clause 18,
A substrate processing method, wherein the thin film forms at least a portion of a gate insulating film of a transistor.
상기 박막은 금속 원소, Ⅳ족 원소, Ⅲ-Ⅴ 화합물, Ⅱ-Ⅵ 화합물, 질소(N), 산소(O) 중 붕소(B) 중 적어도 하나를 함유하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.According to clause 18,
The thin film is a substrate processing method characterized in that it contains at least one of boron (B) among metal elements, group IV elements, III-V compounds, II-VI compounds, nitrogen (N), and oxygen (O).
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2020
- 2020-09-15 KR KR1020200118683A patent/KR20220036298A/en unknown
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