KR20220085673A - Method and apparatus for forming oxide film - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산화막 형성 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 게이트 산화막을 형성하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 산화막 형성 방법의 일 실시예는, 기판 상에 제1 산화실리콘 박막을 형성하는 단계; 상기 제1 산화실리콘 박막 상에 질화실리콘 박막을 형성하는 단계; 및 상기 질화실리콘 박막을 산화시켜 제2 산화실리콘 박막을 형성하는 단계;를 포함한다.The present invention relates to a method and apparatus for forming an oxide film, and more particularly, to a method and apparatus for forming a gate oxide film. An embodiment of a method for forming an oxide film according to the present invention comprises the steps of: forming a first silicon oxide thin film on a substrate; forming a silicon nitride thin film on the first silicon oxide thin film; and oxidizing the silicon nitride thin film to form a second silicon oxide thin film.

Description

산화막 형성 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR FORMING OXIDE FILM}Oxide film formation method and apparatus

본 발명은 산화막 형성 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 게이트 산화막을 형성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for forming an oxide film, and more particularly, to a method and apparatus for forming a gate oxide film.

NFET과 PFET과 같은, 필드 효과 트랜지스터(FET, Field Effect Transistor)는 통상적으로 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 장치에서 발견된다. MOSFET 장치에서, 게이트 전극 또는 게이트는, 게이트 산화막과 같은 절연체 또는 게이트 절연체 위에 형성된 도핑된 폴리실리콘 또는 메탈 도전체를 포함할 수 있다. 또한, 게이트 전극 스택(stack)은 게이트 절연막이 형성되는 반도체층 또는 기판을 포함한다. 게이트 산화막 아래의 기판 영역은 채널 영역이고, 채널 양쪽에 소오스/드레인 쌍이 기판 내에 형성된다.Field Effect Transistors (FETs), such as NFETs and PFETs, are commonly found in complementary metal oxide semiconductor (CMOS) devices. In a MOSFET device, the gate electrode or gate may comprise an insulator such as a gate oxide film or doped polysilicon or metal conductor formed over the gate insulator. In addition, the gate electrode stack includes a semiconductor layer or a substrate on which a gate insulating film is formed. The region of the substrate under the gate oxide is a channel region, and source/drain pairs are formed in the substrate on both sides of the channel.

반도체 공정에서, 실리콘(Si)은 기판 물질로서 이용될 수 있다. 실리콘 게르마늄(SiGe)는 실리콘의 대체제로서 이용되어, 트랜지스터가 보다 빠르게 스위칭하고 높은 성능을 낼 수 있게 한다. 예를 들어, SiGe는 고주파 장치에서 사용될 수 있고, SiGe 공정은 나노 장치의 PMOS 성능을 증가시킨다.In a semiconductor process, silicon (Si) may be used as a substrate material. Silicon germanium (SiGe) is used as a substitute for silicon, allowing transistors to switch faster and achieve higher performance. For example, SiGe can be used in high-frequency devices, and the SiGe process increases the PMOS performance of nanodevices.

SiGe는 Si보다 더 큰 격자 상수를 가지고 있고, 산화될 때 Si보다 더 변형되기(dislocated) 쉽다. 그 결과, SiGe 표면에서, 산화 공정(oxidation process)의 대체 방법이 사용된다.SiGe has a larger lattice constant than Si and is more prone to dislocate than Si when oxidized. As a result, on the SiGe surface, an alternative method of oxidation process is used.

그러므로, 산화 공정의 대체 방법에 의해서 형성된 게이트 산화막이 필요하다. 이를 위해, 산화실리콘 박막과 산화질화실리콘 박막이 적층된 구조의 게이트 산화막에 대해 연구가 이루어지고 있는데, 이러한 게이트 산화막은 산화막을 형성한 후, 산소 분위기에서의 열처리, 질화(Nitridation)을 위한 플라즈마 처리, 산소 분위기에서의 열처리, 질소 분위기에서의 열처리 등 복잡한 열처리와 플라즈마 처리가 수행되어야 해서 생산성이 낮아지는 문제점이 있었다. Therefore, there is a need for a gate oxide film formed by an alternative method of the oxidation process. To this end, research is being conducted on a gate oxide film having a structure in which a silicon oxide thin film and a silicon oxynitride thin film are stacked. After forming the oxide film, the gate oxide film is subjected to heat treatment in an oxygen atmosphere and plasma treatment for nitridation. , there was a problem in that productivity was lowered because complex heat treatment and plasma treatment such as heat treatment in an oxygen atmosphere and heat treatment in a nitrogen atmosphere had to be performed.

그리고 상기의 방법으로 게이트 산화막을 형성하는 경우, 산화실리콘 박막의 물성이 좋지 않고, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판과 산화실리콘 박막 계면 사이에 질소가 파일-업(pile-up)되어 전기적 특성이 열화되는 문제점이 있었다.And when the gate oxide film is formed by the above method, the physical properties of the silicon oxide thin film are not good, and as shown in FIG. 1 , nitrogen is piled up between the interface of the substrate and the silicon oxide thin film and electrical properties There was a problem of this deterioration.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 물성이 우수한 산화막을 형성하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the problems of the related art, and an object of the present invention is to provide a method and apparatus for forming an oxide film having excellent physical properties.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 산화막 형성 방법의 일 실시예는, 기판 상에 제1 산화실리콘 박막을 형성하는 단계; 상기 제1 산화실리콘 박막 상에 질화실리콘 박막을 형성하는 단계; 및 상기 질화실리콘 박막을 산화시켜 제2 산화실리콘 박막을 형성하는 단계;를 포함한다.For solving the above technical problem, an embodiment of the method for forming an oxide film according to the present invention comprises the steps of: forming a first silicon oxide thin film on a substrate; forming a silicon nitride thin film on the first silicon oxide thin film; and oxidizing the silicon nitride thin film to form a second silicon oxide thin film.

본 발명에 따른 산화막 형성 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 산화실리콘 박막 형성 단계는, 산소(O2)와 수소(H2)의 혼합가스 분위기에서 소정 시간 동안 열처리하여 수행할 수 있다.In some embodiments of the method for forming an oxide film according to the present invention, the forming of the second silicon oxide thin film may be performed by heat treatment in a mixed gas atmosphere of oxygen (O2) and hydrogen (H2) for a predetermined time.

본 발명에 따른 산화막 형성 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 산화실리콘 박막 형성 단계는, 상기 질화실리콘 박막의 두께가 증가할수록 열처리 시간이 증가할 수 있다.In some embodiments of the method for forming an oxide film according to the present invention, in the forming of the second silicon oxide thin film, the heat treatment time may increase as the thickness of the silicon nitride thin film increases.

본 발명에 따른 산화막 형성 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 산화실리콘 박막 형성 단계는, 상기 제2 산화실리콘 박막 내의 질소(N) 함유량이 10% 이하이며, 상기 기판이 산화되지 않는 시간 동안 열처리할 수 있다.In some embodiments of the method for forming an oxide film according to the present invention, in the second silicon oxide thin film forming step, the nitrogen (N) content in the second silicon oxide thin film is 10% or less, and the time during which the substrate is not oxidized It can be heat treated during

본 발명에 따른 산화막 형성 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 산화실리콘 박막 형성 단계는, 상기 제1 산화실리콘 박막 두께가 20Å 이상이 되도록 상기 제1 산화실리콘 박막을 형성할 수 있다.In some embodiments of the method for forming an oxide film according to the present invention, in the forming of the first silicon oxide thin film, the first silicon oxide thin film may be formed such that the first silicon oxide thin film has a thickness of 20 Å or more.

본 발명에 따른 산화막 형성 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 질화실리콘 박막 형성 단계는, 상기 질화실리콘 박막이 산화되어 상기 제2 산화실리콘 박막이 형성될 때 박막의 두께가 증가하는 것을 고려하여, 상기 제2 산화실리콘 박막이 원하는 두께가 되도록 상기 질화실리콘 박막의 두께를 설정할 수 있다.In some embodiments of the method for forming an oxide film according to the present invention, the silicon nitride thin film forming step increases the thickness of the thin film when the silicon nitride thin film is oxidized to form the second silicon oxide thin film. The thickness of the silicon nitride thin film may be set so that the second silicon oxide thin film has a desired thickness.

본 발명에 따른 산화막 형성 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 설정되는 질화실리콘 박막의 두께는, 상기 원하는 제2 산화실리콘 박막의 두께를 1.5 내지 2.0으로 나눈 값일 수 있다.In some embodiments of the method for forming an oxide film according to the present invention, the set thickness of the silicon nitride thin film may be a value obtained by dividing the desired thickness of the second silicon oxide thin film by 1.5 to 2.0.

본 발명에 따른 산화막 형성 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 산화실리콘 박막은 상기 질화실리콘 박막을 산화시킬 때, 질소(N)가 상기 기판으로 확산하는 것을 방지하기 위한 확산 방지막(diffusion barrier)일 수 있다.In some embodiments of the method for forming an oxide film according to the present invention, the first silicon oxide thin film is a diffusion barrier for preventing nitrogen (N) from diffusing into the substrate when the silicon nitride thin film is oxidized. ) can be

본 발명에 따른 산화막 형성 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 산화실리콘 박막 형성 단계는, 실리콘(Si) 함유 가스 공급 단계 및 산소(O) 함유 가스 공급 단계가 적어도 1회 포함된 사이클을 반복 수행하는 원자층증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)에 의해 수행되며, 상기 질화실리콘 박막 형성 단계는, 실리콘(Si) 함유 가스 공급 단계 및 질소(N) 함유 가스 공급 단계가 적어도 1회 포함된 사이클을 반복 수행하는 원자층증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)에 의해 수행될 수 있다.In some embodiments of the method for forming an oxide film according to the present invention, the first silicon oxide thin film forming step includes at least one cycle in which the silicon (Si)-containing gas supply step and the oxygen (O)-containing gas supply step are included at least once. It is performed by repeated atomic layer deposition (ALD), and the silicon nitride thin film forming step includes a silicon (Si)-containing gas supply step and a nitrogen (N)-containing gas supply step at least once. may be performed by an atomic layer deposition (ALD) method that repeatedly performs .

본 발명에 따른 산화막 형성 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 실리콘(Si) 함유 가스는, 실란계 가스일 수 있다.In some embodiments of the method for forming an oxide film according to the present invention, the silicon (Si)-containing gas may be a silane-based gas.

본 발명에 따른 산화막 형성 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 산소(O) 함유 가스는, 산소(O2)와 수소(H2)의 혼합가스를 포함할 수 있다.In some embodiments of the method for forming an oxide film according to the present invention, the oxygen (O)-containing gas may include a mixed gas of oxygen (O2) and hydrogen (H2).

본 발명에 따른 산화막 형성 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 질소(N) 함유 가스는, 암모니아(NH3)를 포함할 수 있다.In some embodiments of the method for forming an oxide layer according to the present invention, the nitrogen (N) containing gas may include ammonia (NH3).

본 발명에 따른 산화막 형성 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 산화실리콘 박막 형성 단계, 상기 질화실리콘 박막 형성 단계 및 상기 제2 산화실리콘 박막 형성 단계는, 인-시튜(in-situ)에서 수행될 수 있다.In some embodiments of the method for forming an oxide film according to the present invention, the first silicon oxide thin film forming step, the silicon nitride thin film forming step and the second silicon oxide thin film forming step are performed in-situ. can be performed.

본 발명에 따른 산화막 형성 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 산화막은 게이트 산화막일 수 있다.In some embodiments of the method for forming an oxide film according to the present invention, the oxide film may be a gate oxide film.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 산화막 형성 장치의 일 실시예는, 실리콘 기판 상에 산화막을 형성하는 장치로, 상기 산화막은 상기 기재된 산화막 형성 방법으로 형성된다.One embodiment of the oxide film forming apparatus according to the present invention for solving the above technical problem is an apparatus for forming an oxide film on a silicon substrate, wherein the oxide film is formed by the oxide film forming method described above.

본 발명에 따르면, 산화실리콘 박막과 질화실리콘 박막을 적층한 후, 질화실리콘 박막을 산화시키는 방법으로 산화실리콘 박막을 형성하면, 증착 방법으로 산화막을 형성할 때와 비교할 때 산화막의 물성이 매우 향상된다.According to the present invention, when a silicon oxide thin film is formed by oxidizing a silicon nitride thin film after laminating a silicon oxide thin film and a silicon nitride thin film, the physical properties of the oxide film are greatly improved compared to when the oxide film is formed by a deposition method. .

도 1은 종래의 방법으로 게이트 산화막을 형성하였을 경우, 게이트 산화막 내의 질소 농도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 산화막 형성 방법을 수행하기 위한 장치의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 산화막 형성 방법에 대한 일 실시예의 수행 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 4 내지 도 6은 도 3에 도시된 실시예의 수행과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7 및 도 8은 산화막 내의 실리콘(Si), 산소(O), 질화실리콘(SiN)의 농도를 나타낸 도면들로, 도 7은 비교예를 나타낸 것이고, 도 8은 실시예를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 산화막 형성 방법으로 형성된 산화막의 습식 식각 속도(Wet Etch Rate, WER)를 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a nitrogen concentration in a gate oxide film when a gate oxide film is formed by a conventional method.
2 is a diagram schematically showing an example of an apparatus for performing a method for forming an oxide film according to the present invention.
3 is a flowchart schematically illustrating a process of performing an embodiment of a method for forming an oxide film according to the present invention.
4 to 6 are diagrams for explaining a process of performing the embodiment shown in FIG. 3 .
7 and 8 are diagrams showing concentrations of silicon (Si), oxygen (O), and silicon nitride (SiN) in an oxide film. FIG. 7 shows a comparative example, and FIG. 8 shows an embodiment.
9 is a view showing a wet etch rate (WER) of an oxide film formed by the method for forming an oxide film 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 accompanying drawings. Examples of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is as follows It is not limited to an Example. Rather, these examples are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will 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 illustrated shape can be envisaged, 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 region shown herein, but should include, for example, changes in shape caused by manufacturing. The same symbols refer to the same elements from time to time. Furthermore, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the present invention is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 산화막 형성 방법을 수행하기 위한 장치의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 장치는 수직형의 배치식 기판 처리 장치로, 본 발명에 따른 산화막 형성 방법을 실시하기 위한 기판 처리 장치의 일 예이다. 본 발명에 따른 산화막 형성 방법을 수행하는 장치는 도 2에 도시된 기판 처리 장치로 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상이 적용 가능한 다른 기판 처리 장치를 이용할 수 있음은 당연하고, 이를 위해 이 분야의 통상의 기술자에게 자명한 정도의 구성의 추가, 변경은 있을 수 있다.2 is a diagram schematically showing an example of an apparatus for performing a method for forming an oxide film according to the present invention. The apparatus shown in FIG. 2 is a vertical batch type substrate processing apparatus, and is an example of a substrate processing apparatus for performing the oxide film forming method according to the present invention. The apparatus for performing the method for forming an oxide film according to the present invention is not limited to the substrate processing apparatus shown in FIG. 2, and it is natural that other substrate processing apparatuses to which the technical idea of the present invention is applicable may be used. There may be additions or changes in the configuration that are apparent to those of ordinary skill in the art.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 산화막 형성 방법을 수행하기 위한 장치의 일 예(100)는 반응 용기(110, 120), 매니폴드(160), 보트(140), 캡 플랜지(150) 및 히터(130)를 구비한다.Referring to FIG. 2 , an example 100 of an apparatus for performing the method for forming an oxide film according to the present invention includes reaction vessels 110 and 120 , a manifold 160 , a boat 140 , a cap flange 150 and A heater 130 is provided.

반응 용기(110, 120)는 이너 튜브(120)와 아우터 튜브(110)로 구성되며, 석영 등의 내열성 재료를 포함하여 이루어질 수 있다. 아우터 튜브(110)는 하부가 개구된 원통 형상으로 형성되어 내부에 수용부가 형성된다. 이너 튜브(120)는 아우터 튜브(110)의 내부 수용부에 배치되며, 하부가 개구된 원통 형상으로 형성되고 내부에 보트(140)가 수용 가능하게 구성되어, 이너 튜브(120) 내부에서 기판 처리가 수행되는 기판 처리 공간을 갖는다. 이너 튜브(120)의 측벽에는 이너 튜브(120) 내의 가스를 배기하기 위한 배기구(122)가 형성된다. 아우터 튜브(110)의 하부 측면에는 아우터 튜브(110) 내부를 배기하는 배기포트(111)가 형성되어 있으며, 배기포트(111)는 펌핑 능력이 구비된 펌프(미도시)와 연결된다. 이너 튜브(120) 내부에는 수직 방향으로 연장된 온도 센서 보호관(183) 내부에 프로파일 온도 센서가 배치된다.The reaction vessels 110 and 120 include an inner tube 120 and an outer tube 110 , and may include a heat-resistant material such as quartz. The outer tube 110 is formed in a cylindrical shape with an open lower portion, and a receiving portion is formed therein. The inner tube 120 is disposed in the inner accommodating part of the outer tube 110 , is formed in a cylindrical shape with an open lower part, and the boat 140 is accommodated therein, so that the substrate is processed inside the inner tube 120 . has a substrate processing space in which An exhaust port 122 for exhausting gas in the inner tube 120 is formed on a sidewall of the inner tube 120 . An exhaust port 111 for exhausting the inside of the outer tube 110 is formed on the lower side surface of the outer tube 110 , and the exhaust port 111 is connected to a pump (not shown) having a pumping capability. A profile temperature sensor is disposed inside the temperature sensor protection tube 183 extending in the vertical direction inside the inner tube 120 .

아우터 튜브(110)는 매니폴드(160)의 상면에 위치하며, 아우터 튜브(110)의 하단 외주측에 돌출된 아우터 튜브 돌출부(113)가 아우터 튜브 고정 플랜지(115)에 의해 고정되는 방식으로 아우터 튜브(110)가 매니폴드(160) 상면에 고정된다. 이너 튜브(120)의 하단 외주측에 돌출된 이너 튜브 돌출부(125) 또한 매니폴드(160)의 상면에 위치한다.The outer tube 110 is located on the upper surface of the manifold 160 , and the outer tube protrusion 113 protruding from the outer peripheral side of the lower end of the outer tube 110 is fixed by the outer tube fixing flange 115 . The tube 110 is fixed to the upper surface of the manifold 160 . The inner tube protrusion 125 protruding from the outer peripheral side of the lower end of the inner tube 120 is also located on the upper surface of the manifold 160 .

매니폴드(160)에는 이너 튜브(120)에 가스를 공급하기 위한 복수의 가스 공급 포트(165)들이 설치된다. 복수의 가스 공급 포트(165)는 산화실리콘 박막 또는 질화실리콘 박막 형성을 위한 실리콘 함유 가스 공급 수단(192), 산소 함유 가스 공급 수단(194), 질소 함유 가스 공급 수단(196) 및 퍼지 가스 공급 수단(197)과 연결될 수 있다. 또한 가스 공급 포트(165)는 산화실리콘 박막 또는 산화막을 열처리하기 위한 열처리 가스 공급 수단(198)과 연결될 수 있다. 복수의 가스 공급 포트(165)들은 매니폴드(160) 내부에서 각각 가스 노즐(162)과 결합된다. 복수의 가스 노즐(162)은 이너 튜브(120) 내부의 상방으로 연장 형성되어 실리콘 함유 가스, 산소 함유 가스, 질소 함유 가스, 퍼지 가스, 열처리 가스를 공급한다. 가스 노즐(162)은 이너 튜브(120)의 상부로 길게 연장 형성되어 가스를 수평하게 분사할 수 있는 분사공을 갖는 형태로 구성되어, 상하 방향으로 적층되어 있는 기판에 각각 분사될 수 있다.A plurality of gas supply ports 165 for supplying gas to the inner tube 120 are installed in the manifold 160 . The plurality of gas supply ports 165 include a silicon-containing gas supplying means 192, an oxygen-containing gas supplying means 194, a nitrogen-containing gas supplying means 196 and a purge gas supplying means for forming a silicon oxide thin film or a silicon nitride thin film. (197) can be linked. Also, the gas supply port 165 may be connected to a heat treatment gas supply means 198 for heat-treating the silicon oxide thin film or oxide film. The plurality of gas supply ports 165 are respectively coupled to the gas nozzles 162 in the manifold 160 . The plurality of gas nozzles 162 extend upwardly inside the inner tube 120 to supply a silicon-containing gas, an oxygen-containing gas, a nitrogen-containing gas, a purge gas, and a heat treatment gas. The gas nozzle 162 is formed to extend to the upper part of the inner tube 120 and has a spray hole capable of horizontally spraying gas, so that the gas nozzle 162 can be sprayed onto the substrates stacked in the vertical direction, respectively.

실리콘 함유 가스 공급 수단(192)은 기판 상에 실리콘(Si)을 함유하는 가스를 공급하는 것으로, 예컨대, SiH4, Si2H6, HCDS(Hexachlorodisilane) 등의 실란계 가스를 공급할 수 있다. 산소 함유 가스 공급 수단(194)은 기판 상에 산소(O)를 함유하는 것으로, 예컨대, 산소(O2), 오존(O3), 아산화질소(N2O), 일산화질소(NO), 산소(O2)와 수소(H2) 혼합가스 등의 가스를 공급할 수 있다. 질소 함유 가스 공급 수단(196)은 기판 상에 질소(N)를 함유하는 것으로, 예컨대, 암모니아(NH3) 등의 가스를 공급할 수 있다. 퍼지 가스 공급 수단(197)은 기판 상에 퍼지 가스를 공급하는 것으로, 불활성 가스, 예컨대 질소(N2)를 공급할 수 있다. 열처리 가스 공급 수단(198)은 열처리 분위기를 위한 조성하기 위해 공급하는 것으로, 예컨대, 산소(O2)와 수소(H2)의 혼합가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 수단(192, 194, 196, 197, 198) 중 동일한 가스가 이용되는 경우, 하나의 가스 공급 수단이 2가지 이상의 목적으로 이용될 수 있다.The silicon-containing gas supply unit 192 supplies a gas containing silicon (Si) on the substrate, and for example, a silane-based gas such as SiH4, Si2H6, or HCDS (Hexachlorodisilane) may be supplied. The oxygen-containing gas supply means 194 contains oxygen (O) on the substrate, for example, oxygen (O2), ozone (O3), nitrous oxide (N2O), nitrogen monoxide (NO), oxygen (O2) and A gas such as hydrogen (H2) mixed gas may be supplied. The nitrogen-containing gas supply means 196 contains nitrogen (N) on the substrate, and may supply a gas such as ammonia (NH3). The purge gas supply means 197 supplies a purge gas on the substrate, and may supply an inert gas, for example, nitrogen (N2). The heat treatment gas supply means 198 is supplied to form a heat treatment atmosphere, for example, a mixed gas of oxygen (O2) and hydrogen (H2) may be supplied. When the same gas is used among the gas supply means 192 , 194 , 196 , 197 , and 198 , one gas supply means may be used for two or more purposes.

가스 공급 수단(192, 194, 196, 197, 198)은 각각 가스 보관 용기 또는 기화기, 가스 라인, 유량 조절기 등을 구비할 수 있으며, 제어되는 신호를 수신하여, 유량 조절기 또는 가스 밸브 등을 통하여 가스를 공급하거나 차단할 수 있으며, 공급되는 가스의 유량을 조절할 수 있다. The gas supply means 192 , 194 , 196 , 197 , and 198 may each include a gas storage container or a vaporizer, a gas line, a flow regulator, etc., and receive a controlled signal, and gas through the flow regulator or gas valve, etc. can be supplied or cut off, and the flow rate of the supplied gas can be adjusted.

반응 용기(110, 120)의 하방에는 반응 용기(110, 120)의 하부 개구를 개폐할 수 있는 원판 형상의 캡 플랜지(150)가 배치된다. 캡 플랜지(150)는 승강수단(미도시)에 연결되어 승강된다. 반응 용기(110, 120)의 하방에 배치된 캡 플랜지(150)가 상승하여, 반응 용기(110, 120) 하부에 배치되어 있는 매니폴드(160)와 밀폐됨으로써, 반응 용기(110, 120)의 하부 개구가 밀폐된다. 그리고 캡 플랜지(150)가 하강하여, 매니폴드(160)와 캡 플랜지(150)가 이격됨으로써, 반응 용기(110, 120)의 하부 개구가 개방된다. 캡 플랜지(150)의 상면에는 실링 부재(미도시)가 배치된다. 캡 플랜지(150)가 상승하여 매니폴드(160)와의 사이에서 밀폐될 때, 실링 부재는 캡 플랜지(150)와 매니폴드(160)와의 사이에 개재됨으로써 캡 플랜지(150)와 매니폴드(160)와의 사이를 밀폐한다.A disk-shaped cap flange 150 capable of opening and closing the lower openings of the reaction vessels 110 and 120 is disposed below the reaction vessels 110 and 120 . The cap flange 150 is connected to an elevating means (not shown) and elevates. The cap flange 150 disposed below the reaction vessels 110 and 120 rises and is sealed with the manifold 160 disposed under the reaction vessels 110 and 120, thereby forming the reaction vessels 110 and 120. The lower opening is closed. Then, as the cap flange 150 descends, the manifold 160 and the cap flange 150 are spaced apart, thereby opening the lower openings of the reaction vessels 110 and 120 . A sealing member (not shown) is disposed on the upper surface of the cap flange 150 . When the cap flange 150 rises and is sealed between the cap flange 150 and the manifold 160 , the sealing member is interposed between the cap flange 150 and the manifold 160 , so that the cap flange 150 and the manifold 160 . seal between the

보트(140)는 캡 플랜지(150) 상에 배치되며, 복수의 기판이 상하 방향으로 안착되는 기판 적재부(142)와 단열부(144)로 구성된다. 단열부(144)는 기판 적재부(142)를 지지하며, 반응 용기(110, 120) 내부로 전달된 열이 캡 플랜지(150)에 전달되기 어렵게 하는 구성 및 재료를 가진다. 기판 적재부(142)는 상하 방향으로 간격을 두고 복수의 기판이 안착될 수 있도록 구성된다. 기판 적재부(142)는 복수의 기판을 지지하는 것이 가능하도록 복수의 슬롯들이 수직으로 나란히 형성된 구조의 상하 방향으로 긴 막대 형상의 지주(141)를 복수 개 구비한다. 기판을 안정적으로 지지하기 위해 지주(141) 외에 보조 지주(미도시)가 추가로 더 구비될 수 있다. 보트(140)는 캡 플랜지(150)를 관통하여 설치된 회전축(155)에 의해 회전되며, 보트(140)가 회전함에 따라 보트(140)에 배치되는 기판도 회전하게 된다.The boat 140 is disposed on the cap flange 150 , and includes a substrate loading unit 142 on which a plurality of substrates are mounted in the vertical direction and a heat insulating unit 144 . The heat insulating part 144 supports the substrate loading part 142 , and has a configuration and material that makes it difficult for heat transferred into the reaction vessels 110 and 120 to be transferred to the cap flange 150 . The substrate loading unit 142 is configured so that a plurality of substrates can be seated at intervals in the vertical direction. The substrate loading unit 142 includes a plurality of vertical rod-shaped posts 141 having a structure in which a plurality of slots are formed vertically side by side to support a plurality of substrates. In order to stably support the substrate, an auxiliary post (not shown) in addition to the post 141 may be further provided. The boat 140 is rotated by the rotation shaft 155 installed through the cap flange 150 , and as the boat 140 rotates, the substrate disposed on the boat 140 also rotates.

히터(130)는 히터 베이스(135) 상에 설치되어 지지되며, 아우터 튜브(110)를 둘러싸도록 설치되어, 반응 용기(110, 120)를 가열함으로써, 이너 튜브(120) 내로 장입되는 보트(140)에 배치되는 기판을 가열한다. 히터(130)는 단열 벽체와 단열 벽체의 내주면에 위치한 열선(미도시)으로 구성되며, 히터(130)의 단열 벽체 내부에는 원통형의 공간을 갖는 냉각 유로(미도시)가 형성된다. 이 냉각 유로에는 급속 냉각을 위한 기체가 공급된다.The heater 130 is installed and supported on the heater base 135 , and is installed to surround the outer tube 110 , and by heating the reaction vessels 110 and 120 , the boat 140 is charged into the inner tube 120 . ) to heat the substrate placed on it. The heater 130 is composed of an insulating wall and a heating wire (not shown) located on the inner circumferential surface of the insulating wall, and a cooling passage (not shown) having a cylindrical space is formed inside the insulating wall of the heater 130 . A gas for rapid cooling is supplied to this cooling passage.

도 3은 본 발명에 따른 산화막 형성 방법에 대한 일 실시예의 수행 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이고, 도 4 내지 도 6은 도 3에 도시된 실시예의 수행과정을 설명하기 위한 도면들이다. 도 3에 도시된 본 발명에 따른 산화막 형성 방법에 대한 일 실시예는 도 2에 도시된 장치를 이용하여 수행할 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니다.3 is a flowchart schematically illustrating a process of performing an embodiment of the method for forming an oxide film according to the present invention, and FIGS. 4 to 6 are views for explaining the process of performing the embodiment shown in FIG. 3 . An embodiment of the method for forming an oxide film according to the present invention shown in FIG. 3 may be performed using the apparatus shown in FIG. 2 , but is not limited thereto.

도 3과 도 4 내지 도 6을 함께 참고하면, 본 발명에 따른 산화막 형성 방법에 대한 일 실시예는 우선, 도 4에 도시된 바와 같이 기판(310) 상에 제1 산화실리콘 박막(320)을 형성한다(S210). 제1 산화실리콘 박막(320)은 증착 방법으로 형성될 수 있으며, 증착 방법에 특별한 제한이 있는 것은 아니나, 실리콘(Si) 함유 가스 공급 단계와 산소(O) 함유 가스 공급 단계가 적어도 1회 포함된 사이클을 반복 수행하는 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)을 이용하여 증착할 수 있다. 예컨대, 실리콘(Si) 함유 가스로는 HCDS와 같은 실란계 가스를 사용하고, 산소(O) 함유 가스로는 수소(H2)와 산소(O2)의 혼합가스를 사용하여 원자층 증착법으로 제1 산화실리콘 박막(320)을 형성할 수 있다. Referring to FIGS. 3 and 4 to 6 together, an embodiment of the method for forming an oxide film according to the present invention is first, as shown in FIG. 4 , a first silicon oxide thin film 320 on a substrate 310 . is formed (S210). The first silicon oxide thin film 320 may be formed by a deposition method, and the deposition method is not particularly limited, but the silicon (Si)-containing gas supply step and the oxygen (O)-containing gas supply step are included at least once. The deposition may be performed using an atomic layer deposition (ALD) method in which a cycle is repeatedly performed. For example, a silicon (Si)-containing gas is a silane-based gas such as HCDS, and a mixed gas of hydrogen (H2) and oxygen (O2) is used as the oxygen (O)-containing gas, and the first silicon oxide thin film is deposited by atomic layer deposition. 320 may be formed.

제1 산화실리콘 박막(320)은 질소(N)에 대한 확산 방지막(diffusion barrier) 기능을 한다. 후술할 열처리 과정(S230)에서 질화실리콘 박막(330) 내의 질소(N) 중 일부는 박막 표면으로 이동하여 외부로 빠져나가지만, 일부는 기판(310)으로 확산하게 되는데, 제1 산화실리콘 박막(320)은 질소(N)가 기판(310)으로 확산하는 것을 방지하게 된다. 제1 산화실리콘 박막(320)이 질소(N)에 대한 확산 방지막으로 기능하기 위해서는 제1 산화실리콘 박막(320)의 두께는 20Å 이상인 것이 바람직하다. 기판(310)의 상면에 자연 산화막(Native Oxide)이 형성되어 있는 경우에는 제1 산화실리콘 박막(320)과 자연 산화막의 두께의 합이 20Å 이상일 때 질소(N)에 대한 확산 방지막으로 기능하기에 적합하다.The first silicon oxide thin film 320 functions as a diffusion barrier for nitrogen (N). In the heat treatment process (S230) to be described later, some of the nitrogen (N) in the silicon nitride thin film 330 moves to the thin film surface and escapes to the outside, but some diffuses to the substrate 310, the first silicon oxide thin film ( 320 prevents nitrogen (N) from diffusing into the substrate 310 . In order for the first silicon oxide thin film 320 to function as a diffusion barrier for nitrogen (N), the thickness of the first silicon oxide thin film 320 is preferably 20 Å or more. In the case where a native oxide film is formed on the upper surface of the substrate 310, when the sum of the thicknesses of the first silicon oxide thin film 320 and the native oxide film is 20 Å or more, it functions as a diffusion barrier for nitrogen (N). Suitable.

S210 단계 수행 이후, 제1 산화실리콘 박막(320)을 열처리할 수 있다. 이때 열처리는 산소(O2)와 수소(H2)의 혼합가스 분위기에서 수행하는 래디컬 산화(radical oxidation) 방법으로 수행될 수 있다. 이와 같이 제1 산화실리콘 박막(320)을 래디컬 산화시키게 되면, 제1 산화실리콘 박막(320)의 물성이 향상된다.After performing step S210, the first silicon oxide thin film 320 may be heat-treated. In this case, the heat treatment may be performed by a radical oxidation method performed in a mixed gas atmosphere of oxygen (O2) and hydrogen (H2). When the first silicon oxide thin film 320 is radically oxidized in this way, the physical properties of the first silicon oxide thin film 320 are improved.

다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 산화실리콘 박막(320) 상에 질화실리콘 박막(330)을 형성한다(S220). 질화실리콘 박막(330)은 증착 방법으로 형성될 수 있으며, 증착 방법에 특별한 제한이 있는 것은 아니나, 실리콘(Si) 함유 가스 공급 단계와 질소(N) 함유 가스 공급 단계가 적어도 1회 포함된 사이클을 반복 수행하는 원자층 증착법을 이용하여 증착할 수 있다. 예컨대, 실리콘 함유 가스로는 HCDS와 같은 실란계 가스를 사용하고, 질소(N) 함유 가스로는 암모니아(NH3)를 사용하여 원자층 증착법으로 질화실리콘(330) 박막을 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 5 , a silicon nitride thin film 330 is formed on the first silicon oxide thin film 320 ( S220 ). The silicon nitride thin film 330 may be formed by a deposition method, and there is no particular limitation on the deposition method, but a cycle including a silicon (Si)-containing gas supply step and a nitrogen (N)-containing gas supply step is performed at least once. It can be deposited using an atomic layer deposition method that is repeatedly performed. For example, the silicon nitride 330 thin film may be formed by atomic layer deposition using a silane-based gas such as HCDS as the silicon-containing gas and ammonia (NH 3 ) as the nitrogen (N)-containing gas.

다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 질화실리콘 박막(330)을 산화시켜, 제2 산화실리콘 박막(340)을 형성할 수 있다(S230). S230 단계는 산소(O2)와 수소(H2)의 혼합가스 분위기에서 소정 시간 동안 열처리를 수행하는 래디컬 산화(radical oxidation) 방법으로 수행될 수 있다. 이때 열처리 시간은 질화실리콘 박막(330)의 두께에 비례하여 질화실리콘 박막(330)의 두께가 증가할수록 열처리 시간은 증가하게 된다. Next, as shown in FIG. 6 , the silicon nitride thin film 330 may be oxidized to form a second silicon oxide thin film 340 ( S230 ). Step S230 may be performed by a radical oxidation method of performing heat treatment for a predetermined time in a mixed gas atmosphere of oxygen (O2) and hydrogen (H2). In this case, the heat treatment time is proportional to the thickness of the silicon nitride thin film 330, and as the thickness of the silicon nitride thin film 330 increases, the heat treatment time increases.

이와 같이 질화실리콘 박막(330)을 산소(O2)와 수소(H2)의 혼합가스 분위기에서 소정 시간 동안 열처리하여 래디컬 산화시키게 되면, 질화실리콘 박막(330)이 제2 산화실리콘 박막(340)으로 산화된다. S230 단계는 질화실리콘 박막(330)의 산화가 완료될 때까지만 수행하는 것이 바람직하다. 질화실리콘 박막(330)이 모두 산화된 이후에도 래디컬 산화를 계속하여 수행하면 기판(310)이 산화될 수 있으므로, S230 단계는 질화실리콘 박막(330)의 산화 완료 시점을 적절히 선택하여 수행한다. 예컨대, 제2 산화실리콘 박막(340) 내의 질소(N) 함유량이 적어도 10% 이하가 되는 시점까지 열처리하며, 바람직하게는 제2 산화실리콘 박막(340) 내의 질소(N) 함유량이 5% 이하가 되는 시점까지 열처리한다. 그리고 열처리는 기판(310)이 산화되지 않는 시간 동안 수행한다.As described above, when the silicon nitride thin film 330 is subjected to radical oxidation by heat treatment in a mixed gas atmosphere of oxygen (O2) and hydrogen (H2) for a predetermined time, the silicon nitride thin film 330 is oxidized to the second silicon oxide thin film 340 . do. Step S230 is preferably performed only until the oxidation of the silicon nitride thin film 330 is completed. Since the substrate 310 may be oxidized if radical oxidation is continued even after the silicon nitride thin film 330 is all oxidized, step S230 is performed by appropriately selecting the completion point of oxidation of the silicon nitride thin film 330 . For example, heat treatment is performed until the nitrogen (N) content in the second silicon oxide thin film 340 becomes at least 10% or less, and preferably, the nitrogen (N) content in the second silicon oxide thin film 340 is 5% or less. Heat treatment until And the heat treatment is performed for a time during which the substrate 310 is not oxidized.

질화실리콘 박막(330)을 산화시켜 제2 산화실리콘 박막(340)을 형성하게 되면, 부피가 팽창하여 박막의 두께가 증가하게 된다. 따라서 원하는 두께의 제2 산화실리콘 박막(340)을 형성하기 위해서는 산화시 박막의 두께가 증가하는 것을 고려하여 질화실리콘 박막(330)의 두께를 설정한다. 질화실리콘 박막(330)을 산화시켜 제2 산화실리콘 박막(340)을 형성하게 되면, 박막의 두께가 1.5 ~ 2.0배 증가하게 된다. 결함이 없는 상태라면, 대략 1.8배 정도 증가할 수 있다. 따라서 원하는 제2 산화실리콘 박막(340)의 두께를 얻기 위해서는 형성되어야 할 질화실리콘 박막(330)의 두께는 원하는 제2 산화실리콘 박막(340)의 두께를 1.5 내지 2.0으로 나눈 값으로 설정하고, 바람직하게는 제2 산화실리콘 박막(340)의 두께를 1.8로 나눈 값으로 설정한다.When the silicon nitride thin film 330 is oxidized to form the second silicon oxide thin film 340, the volume expands and the thickness of the thin film increases. Therefore, in order to form the second silicon oxide thin film 340 of a desired thickness, the thickness of the silicon nitride thin film 330 is set in consideration of an increase in the thickness of the thin film during oxidation. When the silicon nitride thin film 330 is oxidized to form the second silicon oxide thin film 340, the thickness of the thin film is increased by 1.5 to 2.0 times. In the absence of defects, it can be increased by approximately 1.8 times. Therefore, in order to obtain a desired thickness of the second silicon oxide thin film 340, the thickness of the silicon nitride thin film 330 to be formed is set to a value obtained by dividing the desired thickness of the second silicon oxide thin film 340 by 1.5 to 2.0, preferably Preferably, the thickness of the second silicon oxide thin film 340 is set to a value obtained by dividing the thickness by 1.8.

최종적으로 형성되는 제1 산화실리콘 박막(320)과 제2 산화실리콘 박막(340)으로 이루어진 산화막은 게이트 산화막으로 이용될 수 있는데, 게이트 산화막은 100Å 이하의 두께, 바람직하게는 60Å 정도의 두께이다. 상술한 바와 같이 제1 산화실리콘 박막(320)이 질소(N)에 대한 확산 방지막으로 기능하기 위해서는 20Å 정도의 두께가 필요하므로, 제2 산화실리콘 박막(340)의 두께는 40~60Å 정도가 되도록 형성되어야 한다. 따라서 질화실리콘 박막(330)이 산화될 때 박막의 두께가 증가하는 것을 고려한다면 질화실리콘 박막(330)의 두께는 20~35Å 정도의 두께가 되도록 형성한다.The finally formed oxide film composed of the first silicon oxide thin film 320 and the second silicon oxide thin film 340 may be used as a gate oxide film, and the gate oxide film has a thickness of 100 Å or less, preferably about 60 Å. As described above, since the first silicon oxide thin film 320 needs a thickness of about 20 Å to function as a diffusion barrier for nitrogen (N), the thickness of the second silicon oxide thin film 340 is about 40 to 60 Å. should be formed Therefore, considering that the thickness of the silicon nitride thin film 330 is increased when it is oxidized, the silicon nitride thin film 330 is formed to have a thickness of about 20 to 35 Å.

제1 산화실리콘 박막(320) 형성 단계(S210), 질화실리콘 박막(330) 형성 단계(S220) 및 제2 산화실리콘 박막(340) 형성 단계(S230)는 도 2에 도시된 장치를 이용하여 인-시튜(in-situ)로 수행될 수 있다. 제1 산화실리콘 박막(320) 형성 단계(S210), 질화실리콘 박막(330) 형성 단계(S220) 및 제2 산화실리콘 박막(340) 형성 단계(S230)는 모두 500 ~ 700 ℃ 정도의 온도에서 수행될 수 있다.The first silicon oxide thin film 320 forming step (S210), the silicon nitride thin film 330 forming step (S220), and the second silicon oxide thin film 340 forming step (S230) are performed using the apparatus shown in FIG. -Can be performed in-situ. The first silicon oxide thin film 320 forming step (S210), the silicon nitride thin film 330 forming step (S220) and the second silicon oxide thin film 340 forming step (S230) are all performed at a temperature of about 500 to 700 ° C. can be

도 7 및 도 8은 산화막 내의 실리콘(Si), 산소(O), 질화실리콘(SiN)의 농도를 나타낸 도면들로, 도 7은 제1 산화실리콘 박막 없이 기판 상에 직접 질화실리콘 박막을 형성한 후 래디컬 산화를 수행한 이후 실리콘(Si), 산소(O), 질화실리콘(SiN)의 농도를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명과 같이 기판 상에 제1 산화실리콘 박막과 질화실리콘 박막을 적층한 후 래디컬 산화를 수행한 이후 실리콘(Si), 산소(O), 질화실리콘(SiN)의 농도를 나타낸 도면이다.7 and 8 are views showing the concentrations of silicon (Si), oxygen (O), and silicon nitride (SiN) in the oxide film. After performing radical oxidation, it is a view showing the concentrations of silicon (Si), oxygen (O), and silicon nitride (SiN), and FIG. 8 is a first silicon oxide thin film and a silicon nitride thin film stacked on a substrate as in the present invention. It is a diagram showing the concentrations of silicon (Si), oxygen (O), and silicon nitride (SiN) after radical oxidation.

제1 산화실리콘 박막 없이 기판 상에 직접 질화실리콘 박막을 형성한 후 래디컬 산화를 수행하게 되면 도 7에 도시된 바와 같이 질화실리콘 박막 상의 질소가 기판으로 확산되어 계면에 질화실리콘(SiN) 함량(도면부호 410 참조)이 증가하는 것으로 나타난 반면, 본 발명과 같이 기판 상에 제1 산화실리콘 박막(320)과 질화실리콘 박막(330)을 적층한 후 래디컬 산화를 수행하게 되면 도 8에 도시된 바와 같이 질화실리콘(SiN)은 거의 존재하지 않는 것(도면부호 420 참조)으로 나타났다. 이는 제1 산화실리콘 박막(320)이 질소(N)가 기판(310)으로 확산되는 것을 방지하는 확산 방지막 역할을 하기 때문이다. 이에 따라 본 발명과 같이 기판 상에 제1 산화실리콘 박막과 질화실리콘 박막을 적층한 후 래디컬 산화를 수행하게 되면 보다 우수한 산화막을 형성할 수 있게 된다.When radical oxidation is performed after forming a silicon nitride thin film directly on a substrate without a first silicon oxide thin film, nitrogen on the silicon nitride thin film is diffused into the substrate as shown in FIG. 7 and silicon nitride (SiN) content at the interface (Fig. On the other hand, as shown in FIG. 8, when the first silicon oxide thin film 320 and the silicon nitride thin film 330 are laminated on the substrate and then the radical oxidation is performed as in the present invention. Silicon nitride (SiN) was found to be almost non-existent (refer to reference numeral 420). This is because the first silicon oxide thin film 320 serves as a diffusion barrier to prevent nitrogen (N) from diffusing into the substrate 310 . Accordingly, as in the present invention, when the first silicon oxide thin film and the silicon nitride thin film are laminated on a substrate and then radical oxidation is performed, a better oxide film can be formed.

도 9는 본 발명에 따른 산화막 형성 방법으로 형성된 산화막의 습식 식각 속도(Wet Etch Rate, WER)를 나타낸 도면이다. 도 9의 3개의 그래프는 래디컬 산화 시간을 상이하게 한 것으로 모든 경우에 습식 식각 속도가 20 ~ 6 Å/min 정도의 수치를 나타냈으며, 벌크(bulk) 평균 습식 식각 속도는 대략 10 Å/min 정도로 나타났다. 원자층 증착법으로 형성한 산화실리콘 박막의 습식 식각 속도는 대략 70 Å/min 정도이므로, 본 발명에 따른 산화막 형성 방법으로 형성된 산화막의 경우, 원자층 증착법으로 형성한 산화실리콘 박막에 비해 습식 식각 속도가 86% 정도 개선되었음을 알 수 있다. 9 is a view showing a wet etch rate (WER) of an oxide film formed by the method for forming an oxide film according to the present invention. The three graphs of FIG. 9 show that the radical oxidation time was different, and in all cases, the wet etching rate was about 20 to 6 Å/min, and the bulk average wet etching rate was about 10 Å/min. appear. Since the wet etching rate of the silicon oxide thin film formed by the atomic layer deposition method is about 70 Å/min, in the case of the oxide film formed by the oxide film forming method according to the present invention, the wet etching rate is higher than that of the silicon oxide thin film formed by the atomic layer deposition method. It can be seen that the improvement was about 86%.

결국, 본 발명과 같이 산화실리콘 박막과 질화실리콘 박막을 적층한 후, 질화실리콘 박막을 산화시키는 방법으로 산화실리콘 박막을 형성하면, 증착 방법으로 산화막을 형성할 때와 비교할 때 산화막의 물성이 매우 향상되어, 게이트 산화막으로 이용하기에 적합한 산화막이 형성된다.After all, as in the present invention, when the silicon oxide thin film and the silicon nitride thin film are laminated and then the silicon oxide thin film is formed by oxidizing the silicon nitride thin film, the physical properties of the oxide film are greatly improved compared to when the oxide film is formed by the deposition method. Thus, an oxide film suitable for use as a gate oxide film is formed.

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 the embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and it is common in the technical field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Anyone with knowledge can implement various modifications, of course, and such modifications are within the scope of the claims.

Claims (15)

기판 상에 제1 산화실리콘 박막을 형성하는 제1 산화실리콘 박막 형성 단계;
상기 제1 산화실리콘 박막 상에 질화실리콘 박막을 형성하는 질화실리콘 박막 형성 단계; 및
상기 질화실리콘 박막을 산화시켜 제2 산화실리콘 박막을 형성하는 제2 산화실리콘 박막 형성 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.A first silicon oxide thin film forming step of forming a first silicon oxide thin film on the substrate;
a silicon nitride thin film forming step of forming a silicon nitride thin film on the first silicon oxide thin film; and
and a second silicon oxide thin film forming step of oxidizing the silicon nitride thin film to form a second silicon oxide thin film. 제1항에 있어서,
상기 제2 산화실리콘 박막 형성 단계는,
산소(O2)와 수소(H2)의 혼합가스 분위기에서 소정 시간 동안 열처리하여 수행하는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.According to claim 1,
The second silicon oxide thin film forming step,
A method for forming an oxide film, characterized in that the heat treatment is performed for a predetermined time in a mixed gas atmosphere of oxygen (O2) and hydrogen (H2). 제2항에 있어서,
상기 제2 산화실리콘 박막 형성 단계는,
상기 질화실리콘 박막의 두께가 증가할수록 열처리 시간이 증가하는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.3. The method of claim 2,
The second silicon oxide thin film forming step,
The method of forming an oxide film, characterized in that as the thickness of the silicon nitride thin film increases, the heat treatment time increases. 제2항에 있어서,
상기 제2 산화실리콘 박막 형성 단계는,
상기 제2 산화실리콘 박막 내의 질소(N) 함유량이 10% 이하이며, 상기 기판이 산화되지 않는 시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.3. The method of claim 2,
The second silicon oxide thin film forming step,
The method for forming an oxide film, characterized in that the nitrogen (N) content in the second silicon oxide thin film is 10% or less, and heat treatment is performed for a time during which the substrate is not oxidized. 제1항에 있어서,
상기 제1 산화실리콘 박막 형성 단계는,
상기 제1 산화실리콘 박막 두께가 20Å 이상이 되도록 상기 제1 산화실리콘 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.According to claim 1,
The first silicon oxide thin film forming step,
The method for forming an oxide film, characterized in that the first silicon oxide thin film is formed such that the first silicon oxide thin film has a thickness of 20 Å or more. 제1항에 있어서,
상기 질화실리콘 박막 형성 단계는,
상기 질화실리콘 박막이 산화되어 상기 제2 산화실리콘 박막이 형성될 때 박막의 두께가 증가하는 것을 고려하여, 상기 제2 산화실리콘 박막이 원하는 두께가 되도록 상기 질화실리콘 박막의 두께를 설정하는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.According to claim 1,
The silicon nitride thin film forming step,
Considering that the thickness of the thin film increases when the silicon nitride thin film is oxidized to form the second silicon oxide thin film, the thickness of the silicon nitride thin film is set so that the second silicon oxide thin film has a desired thickness A method of forming an oxide film. 제6항에 있어서,
상기 설정되는 질화실리콘 박막의 두께는,
상기 원하는 제2 산화실리콘 박막의 두께를 1.5 내지 2.0으로 나눈 값인 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.7. The method of claim 6,
The thickness of the silicon nitride thin film set above is,
The method for forming an oxide film, characterized in that it is a value obtained by dividing the desired thickness of the second silicon oxide thin film by 1.5 to 2.0. 제1항에 있어서,
상기 제1 산화실리콘 박막은 상기 질화실리콘 박막을 산화시킬 때, 질소(N)가 상기 기판으로 확산하는 것을 방지하기 위한 확산 방지막(diffusion barrier)인 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.According to claim 1,
The first silicon oxide thin film is a diffusion barrier for preventing nitrogen (N) from diffusing into the substrate when the silicon nitride thin film is oxidized. 제1항에 있어서,
상기 제1 산화실리콘 박막 형성 단계는, 실리콘(Si) 함유 가스 공급 단계 및 산소(O) 함유 가스 공급 단계가 적어도 1회 포함된 사이클을 반복 수행하는 원자층증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)에 의해 수행되며,
상기 질화실리콘 박막 형성 단계는, 실리콘(Si) 함유 가스 공급 단계 및 질소(N) 함유 가스 공급 단계가 적어도 1회 포함된 사이클을 반복 수행하는 원자층증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.According to claim 1,
The first silicon oxide thin film forming step is performed by an atomic layer deposition (ALD) method in which a silicon (Si)-containing gas supply step and an oxygen (O)-containing gas supply step are repeatedly performed at least once. is performed,
The silicon nitride thin film forming step is performed by atomic layer deposition (ALD) in which a cycle including a silicon (Si)-containing gas supply step and a nitrogen (N)-containing gas supply step is repeatedly performed at least once. Oxide film formation method, characterized in that. 제9항에 있어서,
상기 실리콘(Si) 함유 가스는, 실란계 가스인 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.10. The method of claim 9,
The silicon (Si)-containing gas is an oxide film forming method, characterized in that the silane-based gas. 제9항에 있어서,
상기 산소(O) 함유 가스는, 산소(O2)와 수소(H2)의 혼합가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.10. The method of claim 9,
The oxygen (O)-containing gas includes a mixed gas of oxygen (O2) and hydrogen (H2). 제9항에 있어서,
상기 질소(N) 함유 가스는, 암모니아(NH3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.10. The method of claim 9,
The nitrogen (N)-containing gas is an oxide film forming method, characterized in that it contains ammonia (NH3). 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 산화실리콘 박막 형성 단계, 상기 질화실리콘 박막 형성 단계 및 상기 제2 산화실리콘 박막 형성 단계는, 인-시튜(in-situ)에서 수행되는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.13. The method according to any one of claims 1 to 12,
The first silicon oxide thin film forming step, the silicon nitride thin film forming step, and the second silicon oxide thin film forming step are performed in-situ. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산화막은 게이트 산화막인 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.13. The method according to any one of claims 1 to 12,
The oxide film is a gate oxide film, characterized in that the oxide film forming method. 실리콘 기판 상에 산화막을 형성하는 장치로,
상기 산화막은 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 산화막 형성 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.An apparatus for forming an oxide film on a silicon substrate,
13. An apparatus, characterized in that the oxide film is formed by the oxide film forming method according to any one of claims 1 to 12.
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