KR20230063041A - Method for depositing thin film on wafer - Google Patents

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최영철
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Abstract

The present invention relates to a method for depositing a thin film, and more specifically, to a method for depositing a thin film capable of preventing an increase in the thickness of an ultrafine thin film and a change in physical properties due to the generation of particles by introducing a pulsed plasma purge process. The method for depositing a thin film according to an embodiment is a method for depositing a thin film using a substrate processing apparatus that applies RF power to a chamber and generates plasma in the chamber to form a thin film on a substrate, in which the method comprises: a step of preparing a substrate in the chamber; a thin film formation step of generating a first plasma in the chamber and supplying a source gas to form a thin film layer on the substrate; and a pulsed plasma purge step of generating a second plasma having a preset duty ratio in the chamber and supplying an inert gas to remove a residual source gas in the chamber.

Description

박막 증착 방법{Method for depositing thin film on wafer}Thin film deposition method {Method for depositing thin film on wafer}

본 발명은 박막 증착 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 펄스형 플라즈마 퍼지 공정을 도입하여 초미세 박막의 두께 증가와 파티클 발생에 의한 물성 변화를 방지할 수 있는 박막 증착 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film deposition method, and more particularly, to a thin film deposition method capable of preventing an increase in the thickness of an ultrafine thin film and a change in physical properties due to particle generation by introducing a pulsed plasma purge process.

전자 소자의 집적화에 따라 EUV를 활용해 수 내지 수십 옹스트롬(Å) 수준의 초미세 박막(ultra-thin film)을 제조하기 위한 박막 제조 공정기술의 개발이 활발히 진행되고 있다. 특히, 플라즈마 강화 화학기상 증착 방법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)은 반응 챔버 내에 플라즈마를 발생시켜 소스 가스들의 화학적 반응에 의해 박막을 증착하는 방법이다. PECVD 방법은 소스 가스들이 플라즈마에 의해 에너지를 얻기 때문에 저온 증착이 가능한 특징이 있어 널리 활용되고 있다.In accordance with the integration of electronic devices, development of thin film manufacturing process technology for manufacturing ultra-thin films of several to several tens of angstroms using EUV is actively progressing. In particular, plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is a method of depositing a thin film by chemical reaction of source gases by generating plasma in a reaction chamber. The PECVD method is widely used because it is characterized in that low-temperature deposition is possible because source gases are energized by plasma.

보다 구체적으로, PECVD 방법은 챔버에 고전압을 인가하여 챔버 내에 플라즈마를 발생시킨다. 그리고, 소스 가스들을 주입하게 되는데, 챔버 내에 이미 발생되어 있는 플라즈마에 의해 소스 가스가 이온 상태 즉, 플라즈마 상태로 변화된다. 챔버 내에 안착된 웨이퍼가 미리 설정된 온도로 가열되면, 대상물 표면과 증착하고자 하는 물질이 화학반응을 하게 된다. 화학반응에 의해 대상물 표면에 결합 즉, 증착된 물질을 제외한 나머지 물질들은 외부로 배출된다.More specifically, in the PECVD method, plasma is generated in the chamber by applying a high voltage to the chamber. Then, the source gases are injected, and the source gas is changed into an ion state, that is, a plasma state by the plasma already generated in the chamber. When the wafer seated in the chamber is heated to a preset temperature, a chemical reaction occurs between the surface of the object and the material to be deposited. Materials bonded to the surface of the object by a chemical reaction, that is, materials other than deposited materials are discharged to the outside.

하지만, PECVD 방법으로 박막 증착시 챔버 내에 소스 가스가 미반응 상태로 잔류할 수 있다. 잔류하는 소스 가스는 화학적으로 반응하여 파티클을 형성할 수 있어 이를 제거하기 위해 불활성 가스와 함께 낮은 파워의 영역에서 단시간 동안 연속파 플라즈마(continuous plasma)를 인가하여 파티클 형성을 제어하도록 하고 있다.However, when depositing a thin film by the PECVD method, the source gas may remain in an unreacted state in the chamber. Since the remaining source gas may react chemically to form particles, in order to remove it, continuous wave plasma is applied for a short period of time in a low-power region together with an inert gas to control particle formation.

그리고, 상기와 같은 기존 공정은 플라즈마에 의해 잔류 가스가 박막과 반응하여 박막의 두께가 증가하는 문제가 있어, 수 내지 수십 옹스트롬(Å) 수준의 박막의 구현이 어렵다는 문제가 있다.In addition, the conventional process as described above has a problem in that the residual gas reacts with the thin film by plasma and the thickness of the thin film increases, making it difficult to realize a thin film of several to several tens of angstroms (Å).

또한, 웨이퍼 상에 박막을 형성시킨 다음 잔류 소스 가스를 제거하는 퍼지 단계에서 파티클이 웨이퍼 표면에 부착되어 반도체 소자의 물성을 저하시킨다는 문제가 있어, 박막의 두께 변화를 발생시키지 않도록 하면서도, 파티클이 박막 표면에 부착되지 않아 물성 저하를 방지할 수 있는 박막 증착 방법에 대한 연구가 필요하다.In addition, in the purge step of forming a thin film on the wafer and then removing the residual source gas, there is a problem that particles adhere to the wafer surface and deteriorate the physical properties of the semiconductor device, so that the particle does not cause a change in the thickness of the thin film. It is necessary to study a thin film deposition method that can prevent deterioration of physical properties because it is not attached to the surface.

실시예에 따르면 소스 가스가 미반응 상태로 잔류하는 것을 방지하여 박막의 두께 증가와 파티클 발생에 의한 물성 변화를 방지할 수 있는 박막 증착 방법을 제공하고자 하는 것이다.According to an embodiment, it is intended to provide a thin film deposition method capable of preventing an increase in thickness of a thin film and a change in physical properties due to generation of particles by preventing source gas from remaining in an unreacted state.

실시예에 따른 박막 증착 방법은, RF 전원을 챔버에 인가하고, 상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판 상에 박막을 형성하는 기판 처리 장치를 이용한 박막 증착 방법으로서, 상기 챔버 내부로 기판을 준비하는 단계; 상기 챔버 내부에 제1 플라즈마를 발생시키고, 소스 가스를 공급하여 상기 기판 상에 박막층을 형성하는 박막 형성단계; 및 상기 챔버 내부에 미리 설정된 듀티비의 제2 플라즈마를 발생시키고, 불활성 가스를 공급하여 상기 챔버 내부에 잔류 소스 가스를 제거하는 펄스형 플라즈마 퍼지단계;를 포함한다. A thin film deposition method according to an embodiment is a thin film deposition method using a substrate processing apparatus for applying RF power to a chamber and generating a plasma inside the chamber to form a thin film on a substrate, comprising preparing a substrate into the chamber. step; a thin film forming step of generating a first plasma in the chamber and supplying a source gas to form a thin film layer on the substrate; and a pulsed plasma purging step of generating second plasma having a preset duty ratio inside the chamber and supplying an inert gas to remove remaining source gas inside the chamber.

일 실시예에 따르면, 상기 박막층은 탄소 하드마스크층일 수 있다.According to one embodiment, the thin film layer may be a carbon hard mask layer.

일 실시예에 따르면, 상기 박막 형성단계는 50 내지 150W의 RF 전원을 인가하여 제1 플라즈마를 형성할 수 있고, 상기 펄스형 플라즈마 퍼지단계는 10 내지 50W의 RF 전원을 인가하여 상기 제2 플라즈마를 형성할 수 있다. According to an embodiment, the thin film forming step may form the first plasma by applying RF power of 50 to 150 W, and the pulsed plasma purging step may apply RF power of 10 to 50 W to form the second plasma. can form

상기 제1 플라즈마는 펄스형 플라즈마일 수 있고, 상기 제2 플라즈마와 듀티비가 상이할 수 있다. The first plasma may be a pulsed plasma and may have a different duty ratio from that of the second plasma.

상기 제2 플라즈마는 듀티비가 5 내지 50%인 펄스형 플라즈마일 수 있다. The second plasma may be pulsed plasma having a duty ratio of 5 to 50%.

상기 제1 플라즈마는 2,000 내지 10,000 Hz의 전원을 공급해 형성하는 펄스형 플라즈마일 수 있고, 상기 제2 플라즈마는 10 내지 2,000 Hz의 전원을 공급해 형성하는 펄스형 플라즈마일 수 있다.The first plasma may be a pulsed plasma formed by supplying power of 2,000 to 10,000 Hz, and the second plasma may be a pulsed plasma formed by supplying a power of 10 to 2,000 Hz.

일 실시예에 따르면, 상기 기판 처리 장치는, 기판처리공간을 제공하는 챔버; 적어도 하나 이상의 RF 전원을 인가하여 상기 챔버 내부에 연속파 플라즈마 또는 펄스형 플라즈마를 각각 생성하는 전원 공급부; 상기 기판처리공간 내부로 박막층 형성을 위한 소스 가스를 공급하는 가스 공급부; 및 상기 전원 공급부 및 상기 가스 공급부의 구동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the substrate processing apparatus includes a chamber providing a substrate processing space; a power supply unit for generating continuous wave plasma or pulsed plasma in the chamber by applying at least one RF power source; a gas supply unit supplying a source gas for forming a thin film layer into the substrate processing space; and a control unit controlling driving of the power supply unit and the gas supply unit.

실시예에 따른 박막 증착 방법은, 펄스형 플라즈마 퍼지 공정을 도입하여 박막의 두께 및 박막의 접촉각 변화 없이 챔버 내부에 미반응 소스 가스와 파티클을 제거할 수 있어 초미세 박막 구현을 위해 응용될 수 있다.The thin film deposition method according to the embodiment can remove unreacted source gas and particles inside the chamber without changing the thickness of the thin film and the contact angle of the thin film by introducing a pulsed plasma purge process, so it can be applied to realize an ultra-fine thin film. .

도 1은 실시예에 따른 박막 증착 방법에서 연속파 플라즈마 및 펄스형 플라즈마의 파워 변조를 설명하기 위한 참고도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 각각 실시예에 따른 박막 증착 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 3은 실시예에 따른 박막 증착 방법에서 활용되는 기판 처리 장치의 일례를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 4는 참고예, 비교예 및 실시예에 따른 방법으로 각각 처리한 시편에 형성된 박막의 접촉각을 분석한 결과이다.
도 5는 참고예, 비교예 및 실시예에 따른 방법으로 각각 처리한 시편에 형성된 박막의 두께를 분석한 결과이다.
1 is a reference diagram for explaining power modulation of continuous wave plasma and pulsed plasma in a thin film deposition method according to an embodiment.
2 (a) and (b) are timing diagrams for explaining a thin film deposition method according to an embodiment, respectively.
3 is a conceptual diagram schematically illustrating an example of a substrate processing apparatus used in a thin film deposition method according to an embodiment.
Figure 4 is a result of analyzing the contact angle of the thin film formed on the specimen treated by the method according to the Reference Example, Comparative Example and Example, respectively.
Figure 5 is a result of analyzing the thickness of the thin film formed on the specimen treated by the method according to the Reference Example, Comparative Example and Example, respectively.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, since the description of the present invention is only an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, since the embodiment can be changed in various ways and can have various forms, it should be understood that the scope of the present invention includes equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only such effects, the scope of the present invention should not be construed as being limited thereto.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.The meaning of terms described in the present invention should be understood as follows.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.Terms such as "first" and "second" are used to distinguish one component from another, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element. It should be understood that when an element is referred to as “connected” to another element, it may be directly connected to the other element, but other elements may exist in the middle. On the other hand, when an element is referred to as being “directly connected” to another element, it should be understood that no intervening elements exist. Meanwhile, other expressions describing the relationship between components, such as “between” and “immediately between” or “adjacent to” and “directly adjacent to” should be interpreted similarly.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions should be understood to include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise, and terms such as “comprise” or “having” refer to a described feature, number, step, operation, component, part, or It should be understood that it is intended to indicate that a combination exists, and does not preclude the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless defined otherwise. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as consistent with meanings in the context of related art, and cannot be interpreted as having ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present invention.

기존의 많은 공정에서 퍼지 단계에서 불활성 가스를 공급하고 전원을 인가하여 파티클 생성을 제어하는 방식을 사용하고 있다. 그러나 이러한 경우에 증착 공정에서 공급되었던 잔류 소스 가스와 반응하여 두께가 증가하는 문제가 있다. In many existing processes, a method of controlling particle generation by supplying an inert gas and applying power in a purge step is used. However, in this case, there is a problem in that the thickness increases by reacting with the remaining source gas supplied in the deposition process.

대부분 물질별로 상이하지만 특히, 실리콘 카바이드(SiC)의 경우에는 퍼지 단계에서 30W의 낮은 전원을 인가함에도 불구하고 4 Å이 증가하는 것이 확인되었다. 수 내지 수십 옹스트롬(Å) 수준의 초미세 박막(ultra thin film)을 요구하는 공정 기술에서 플라즈마 퍼지로 인한 4Å의 두께 증가는 전체 공정 두께에서 매우 큰 수치 변화로 이를 제어해야 할 필요성이 있다.Most of them are different for each material, but in particular, in the case of silicon carbide (SiC), it was confirmed that 4 Å increases despite applying a low power of 30 W in the purge step. In a process technology that requires an ultra thin film of several to several tens of angstroms (Å) level, a thickness increase of 4 Å due to plasma purge needs to be controlled with a very large numerical change in the entire process thickness.

또한, 표면의 경우에도 불활성 가스에 의해 물리적인 타격이 가해지기 때문에 표면 접촉각(contact angle)을 변화시켜 다른 물질과의 접합력 저하를 유발할 수 있다. 특히, 탄소 하드마스크층은 포토레지스트와의 접착이 매우 중요하며 접착을 결정하는 제일 중요한 요소는 접촉각에 있다. 플라즈마 퍼지로 인한 접촉각 변화는 포토레지스트와의 접합에 영향을 주며, 이는 곧 패턴 결함으로 이어 질 수 있다.In addition, even in the case of the surface, since the physical impact is applied by the inert gas, the contact angle of the surface may be changed to cause a decrease in bonding strength with other materials. In particular, the adhesion of the carbon hard mask layer to the photoresist is very important, and the most important factor determining adhesion is the contact angle. The contact angle change due to the plasma purge affects the bonding with the photoresist, which can lead to pattern defects.

본 발명의 발명자들은 기존의 플라즈마 퍼지 단계에서, 플라즈마의 진동수와 듀티값을 적용하여 펄스형 플라즈마 퍼지를 수행하면, 기존 기술 대비 높은 전위차를 구현할 수 있으며 플라즈마 오프 구간에서는 낮은 전자밀도와 낮은 전자온도를 구현 가능하고, 반응에너지가 낮아져 잔류가스와 반응하지 않으며, 이로 인해, 두께 증가가 방지되고, 파티클 제어가 가능하며, 비활성 가스의 물리적 처리 효과로 인한 접촉각 변화를 방지할 수 있다는 사실을 확인하여 실시예에 따른 박막 증착 방법을 완성하였다.According to the inventors of the present invention, in the conventional plasma purging step, if pulsed plasma purging is performed by applying the frequency and duty value of the plasma, a higher potential difference can be realized compared to the existing technology, and a low electron density and low electron temperature can be achieved in the plasma off section. It is possible to implement, and the reaction energy is lowered so that it does not react with residual gas, thereby preventing an increase in thickness, enabling particle control, and preventing a change in contact angle due to the physical treatment effect of an inert gas. A thin film deposition method according to the example was completed.

이하, 실시예에 따른 반도체의 제조방법을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a semiconductor manufacturing method according to an embodiment will be described in detail.

실시예에 따른 반도체의 제조방법은, 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판 상에 박막을 형성하는 기판 처리 장치를 이용한 박막 증착 방법으로서, 챔버 내부로 기판을 준비하는 단계; 챔버 내부에 제1 플라즈마를 발생시키고, 소스 가스를 공급하여 상기 기판 상에 박막층을 형성하는 박막 형성단계; 및 챔버 내부에 미리 설정된 듀티비의 제2 플라즈마를 발생시키고, 불활성 가스를 공급하여 상기 챔버 내부에 잔류 소스 가스를 제거하는 펄스형 플라즈마 퍼지단계;를 포함한다.A semiconductor manufacturing method according to an embodiment is a thin film deposition method using a substrate processing apparatus that generates a plasma in a chamber to form a thin film on a substrate, comprising: preparing a substrate into the chamber; a thin film forming step of generating a first plasma in a chamber and supplying a source gas to form a thin film layer on the substrate; and a pulsed plasma purging step of generating second plasma having a preset duty ratio inside the chamber and supplying an inert gas to remove remaining source gas inside the chamber.

먼저, 기판 준비단계는 챔버 내부로 기판을 준비하는 단계이다.First, the substrate preparation step is a step of preparing a substrate into the chamber.

상기 기판은 반도체 소자 제조를 위해 활용되는 공지된 다양한 소재로 제조한 것을 사용할 수 있다. 기판은 소정의 디바이스가 형성된 반도체 기판 결과물일 수 있고, 혹은 베어(bare) 웨이퍼일 수도 있다. The substrate may be made of various known materials used for manufacturing semiconductor devices. The substrate may be a result of a semiconductor substrate on which a predetermined device is formed, or may be a bare wafer.

구체적으로, 기판은 결정질 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물, 실리콘 질화물, 스트레인드 실리콘, 실리콘 게르마늄, 텅스텐, 티타늄 질화물, 도핑된 또는 도핑되지 않은 폴리실리콘, 도핑된 또는 도핑되지 않은 실리콘 웨이퍼, 패터닝된 또는 패터닝되지 않은 웨이퍼, SOI(silicon on insulator), 탄소 도핑된 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 도핑된 실리콘, 게르마늄, 갈륨비소, 유리, 사파이어, 저 k 유전체들 또는 이들의 혼합물을 포함하는 소재로 제조한 것을 사용할 수 있다.Specifically, the substrate may be crystalline silicon, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride, strained silicon, silicon germanium, tungsten, titanium nitride, doped or undoped polysilicon, doped or undoped silicon wafer, patterned or from materials including unpatterned wafers, silicon on insulator (SOI), carbon doped silicon oxide, silicon nitride, doped silicon, germanium, gallium arsenide, glass, sapphire, low k dielectrics, or mixtures thereof. that can be used

또한, 기판은 피식각층이 형성된 것일 수 있으며, 피식각층은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산화질화막, 규화실리콘(SiC)막 또는 이들의 유도체막으로 이루어질 수 있다.In addition, the substrate may have a layer to be etched, and the layer to be etched may be formed of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a silicon silicide (SiC) film, or a derivative film thereof.

다음, 박막 형성단계에서는, 상기 챔버 내부에 제1 플라즈마(plasma)를 발생시키고, 소스 가스를 공급하여 상기 기판 상에 박막층을 형성할 수 있다. Next, in the thin film forming step, a first plasma may be generated in the chamber and a source gas may be supplied to form a thin film layer on the substrate.

본 단계에서는, 소스 가스와 함께 불활성 가스를 동시에 공급하고, PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 방법을 이용하여 박막층을 증착할 수 있다. 불활성 가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 가스를 포함할 수 있다. 특히, 불활성가스는 아르곤(Ar) 가스를 포함할 수 있다.In this step, a source gas and an inert gas may be simultaneously supplied, and a thin film layer may be deposited using a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method. The inert gas may include at least one gas selected from helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), and radon (Rn). In particular, the inert gas may include argon (Ar) gas.

상기 소스 가스는 형성하고자 하는 박막의 종류에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 구체적으로, 상기 박막층은 하드마스크층일 수 있으며, 하드마스크층을 형성하기 위해 활용되는 통상적인 다양한 소스 가스를 공급하여 박막층을 형성할 수 있다. 상기 소스 가스는 소스 가스는 트리메틸실란(3MS), 테트라메틸실란(4MS) 등과 같은 알킬실란, 에틸렌 등과 같은 탄화수소, 실리콘옥시나이트라이드(SiON), 실리콘나이트라이드(Si3N4) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. The source gas may be appropriately selected according to the type of thin film to be formed. Specifically, the thin film layer may be a hard mask layer, and the thin film layer may be formed by supplying a variety of conventional source gases used to form a hard mask layer. The source gas contains any one of alkylsilanes such as trimethylsilane (3MS) and tetramethylsilane (4MS), hydrocarbons such as ethylene, siliconoxynitride (SiON), and siliconnitride (Si 3 N 4 ). can include

특히, 상기 박막층은 트리메틸실란(3MS), 테트라메틸실란(4MS) 등과 같은 알킬실란을 이용해 형성하는 탄소 하드마스크층일 수 있다. 상기 탄소 하드마스크층은 후술할 펄스형 플라즈마 퍼지단계를 통해 처리되어 접촉각 변화가 유발되지 않아 접합력 저하가 발생되지 않아 바람직한 특성을 갖는 반도체 소자를 구현할 수 있도록 한다.In particular, the thin film layer may be a carbon hard mask layer formed using an alkylsilane such as trimethylsilane (3MS) or tetramethylsilane (4MS). The carbon hard mask layer is processed through a pulsed plasma purging step to be described later, so that a contact angle change is not caused and bonding strength is not reduced, so that a semiconductor device having desirable characteristics can be implemented.

실시예에 따른 박막 증착 방법에서 상기 제1 플라즈마는 연속파 플라즈마일 수 있으며, 본 단계에서는, 박막 형성을 위해 연속파 플라즈마를 제1 플라즈마로 챔버 내부에 생성하고, 소스 가스를 공급하여 박막층을 형성할 수 있다. In the thin film deposition method according to the embodiment, the first plasma may be continuous wave plasma, and in this step, the continuous wave plasma may be generated inside the chamber as the first plasma and a source gas may be supplied to form the thin film layer. there is.

또는, 상기 제1 플라즈마는 펄스형 플라즈마일 수 있으며, 박막 형성을 위해 펄스형 플라즈마를 제1 플라즈마로 챔버 내부에 생성하고, 소스 가스를 공급하여 박막층을 형성할 수도 있다. 그리고, 상기 제1 플라즈마는 제2 플라즈마와 듀티비가 상이한 펄스형 플라즈마를 형성할 수 있다. 박막 형성단계에 활용되는 펄스형 플라즈마에 대한 자세한 내용은 다음에서 자세히 설명하도록 한다. Alternatively, the first plasma may be a pulsed plasma, and a thin film layer may be formed by generating the pulsed plasma as the first plasma inside the chamber and supplying a source gas to form the thin film. The first plasma may form a pulsed plasma having a different duty ratio from that of the second plasma. Details of the pulsed plasma used in the thin film forming step will be described in detail below.

상기 박막층은 두께가 5 내지 100 Å일 수 있으며, 이와 같이, 두께가 매우 얇은 초미세 박막의 경우 1 내지 10 Å 수준으로 두께 변화가 발생할 경우 물성에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에, 실시예에 따른 박막 증착 방법을 적용할 경우 두께 변화가 발생되지 않아 용이하게 적용될 수 있다. 특히, 상기 박막층은 두께가 5 내지 30 Å일 수 있다.The thin film layer may have a thickness of 5 to 100 Å, and thus, in the case of an ultra-thin thin film having a thickness of 1 to 10 Å, a change in thickness may have a great effect on physical properties, according to the embodiment When the thin film deposition method is applied, it can be easily applied because the thickness change does not occur. In particular, the thin film layer may have a thickness of 5 to 30 Å.

한편, 펄스형 플라즈마 퍼지단계는 기판 상에 박막층을 형성한 다음, 상기 챔버 내부에 미리 설정된 듀티비의 제2 플라즈마를 발생시키고, 불활성 가스를 공급하여 상기 챔버 내부에 잔류 소스 가스를 제거하는 단계이다.Meanwhile, the pulsed plasma purging step is a step of forming a thin film layer on a substrate, generating a second plasma having a preset duty ratio inside the chamber, and supplying an inert gas to remove residual source gas inside the chamber. .

본 단계에서는, 불활성 가스를 공급하여 퍼지공정을 수행할 수 있다. 상기 불활성 가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 가스를 포함할 수 있다. 특히, 불활성가스는 아르곤(Ar) 가스를 포함할 수 있다.In this step, a purge process may be performed by supplying an inert gas. The inert gas may include at least one gas selected from helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), and radon (Rn). In particular, the inert gas may include argon (Ar) gas.

본 단계에서는 플라즈마의 전원을 온/오프(on/off) 조정하는 간단한 방법으로 미리 설정된 듀티비를 갖는 제2 플라즈마를 형성할 수 있다. 상기 제2 플라즈마는 펄스 주파수, 듀티비(duty ratio), 파워 변조(power modulation)에 의해 퍼지공정의 처리 효율을 조절할 수 있다. In this step, the second plasma having a preset duty ratio may be formed by a simple method of turning on/off the power of the plasma. The second plasma may adjust the processing efficiency of the purge process by a pulse frequency, a duty ratio, and power modulation.

구체적으로, 상기 펄스 주파수는 규칙적인 시간 간격으로 펄스 파워가 반복되는 비율을 의미한다. Specifically, the pulse frequency means a rate at which pulse power is repeated at regular time intervals.

상기 듀티비(duty ratio), 즉, 펄스 작동비율은 펄스 플라즈마의 온(on) 주기와 오프(off) 주기의 비를 의미하는 것이다. 일례로, 듀티비가 30%라 함은 펄스의 한 주기를 100%로 하였을 때 펄스 플라즈마의 온(on) 주기가 30%, 오프(off) 주기가 70% 인 것을 의미한다. 이러한 듀티비는 온 시간(on time) 및 오프 시간(off time)의 비율로 조절이 가능하기 때문에 변화 정도에 따라 전하 상쇄 정도, 반응성 등을 조절할 수 있다.The duty ratio, that is, the pulse operating ratio means a ratio between an on cycle and an off cycle of the pulsed plasma. For example, the duty ratio of 30% means that the on cycle of the pulsed plasma is 30% and the off cycle is 70% when one cycle of the pulse is 100%. Since this duty ratio can be adjusted by the ratio of on time and off time, the degree of charge offset, reactivity, etc. can be adjusted according to the degree of change.

상기 파워 변조는, 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 소스를 연속적으로 인가하는 연속파 플라즈마(continuous wave plasma, CW), 플라즈마 소스는 연속파로 유지되면서 기판에 펄스가 인가되는 바이어스 펄스 방법(bias pulse), 기판 전극은 연속파(CW)로 유지되면서 플라즈마 소스에 펄스가 인가되는 소스 펄스 방법(source pulse), 플라즈마와 기판에 모두에 펄스(위상차 유무가능)가 인가되는 싱크로 펄스 방법(synchronous pulse)의 네 가지로 크게 구분할 수 있다.As shown in FIG. 1, the power modulation is a continuous wave plasma (CW) method in which a plasma source is continuously applied, and a bias pulse method (bias pulse method) in which a pulse is applied to a substrate while maintaining the plasma source as a continuous wave. , the source pulse method in which pulses are applied to the plasma source while the substrate electrode is maintained in a continuous wave (CW), and the synchronous pulse method in which pulses (with or without a phase difference) are applied to both the plasma and the substrate. branches can be broadly classified.

보다 구체적으로, 실시예에 따른 박막 증착 방법에서는, 펄스 주파수, 듀티비(duty ratio), 파워 변조(power modulation)를 조절하여 박막 형성단계와 펄스형 플라즈마 퍼지 단계를 각각 수행할 수 있다. More specifically, in the thin film deposition method according to the embodiment, the thin film forming step and the pulsed plasma purge step may be respectively performed by adjusting pulse frequency, duty ratio, and power modulation.

먼저, 박막 형성단계에서는 전하 밀도를 높여 증착 속도를 높이도록 하고, 퍼지단계에서는 전하 밀도를 낮추어 잔류 가스의 효과적인 제어가 가능하도록 RF 전원과 듀티비를 각 단계별로 상이하게 조절할 수 있다.First, in the thin film formation step, the charge density is increased to increase the deposition rate, and in the purge step, the charge density is lowered to enable effective control of residual gas.

일례로, 박막 형성단계에서는 50 내지 500W(watt)의 RF 전원을 인가하여 수행할 수 있고, 펄스형 플라즈마 퍼지단계에서는 10 내지 50W의 RF 전원을 인가하여 균일한 펄스가 규칙적으로 생성되도록 하고, 제1 플라즈마 대비 밀도가 낮은 저밀도의 제2 플라즈마를 생성하여 수행할 수 있다. 상기 RF 전원은 HF 파워의 플라즈마를 생성할 수 있다. For example, in the thin film forming step, it can be performed by applying 50 to 500 W (watt) of RF power, and in the pulsed plasma purge step, 10 to 50 W of RF power is applied so that uniform pulses are regularly generated, and It may be performed by generating a low density second plasma having a lower density compared to the first plasma. The RF power source may generate plasma of HF power.

또한, 박막 형성단계 및 펄스형 플라즈마 퍼지단계에서는 각각 10 내지 1 × 106 Hz의 고주파 전원을 공급해 펄스형 플라즈마를 생성하여 수행할 수 있고, 상이한 주파수의 펄스형 플라즈마를 생성할 수 있다. 특히, 상기 제1 플라즈마는 2,000 내지 10,000 Hz 주파수를 갖는 펄스형 플라즈마일 수 있고, 상기 제2 플라즈마는 10 내지 2,000 Hz 주파수를 갖는 펄스형 플라즈마일 수 있다. In addition, the thin film forming step and the pulsed plasma purging step may be performed by supplying high-frequency power of 10 to 1 × 10 6 Hz to generate pulsed plasma, respectively, and pulsed plasma of different frequencies may be generated. In particular, the first plasma may be a pulsed plasma having a frequency of 2,000 to 10,000 Hz, and the second plasma may be a pulsed plasma having a frequency of 10 to 2,000 Hz.

그리고, 펄스형 플라즈마 퍼지단계에서는 5 내지 50%의 듀티비로 펄스형 플라즈마를 형성할 수 있으며, 듀티비의 값이 낮을 수록 오프 기간이 길어져 파티클 제어 효율이 향상될 수 있으나, 오프 기간이 너무 길어질 경우 효율이 감소될 우려가 있어 적절히 조절할 수 있다. 특히, 펄스형 플라즈마 퍼지단계에서는 5 내지 15%의 듀티비로 펄스형 플라즈마를 형성할 수 있다.In the pulsed plasma purging step, pulsed plasma can be formed with a duty ratio of 5 to 50%, and the lower the duty ratio, the longer the off period, thereby improving the particle control efficiency. However, if the off period is too long There is a possibility that the efficiency may be reduced, so it can be adjusted appropriately. In particular, in the pulsed plasma purging step, pulsed plasma may be formed with a duty ratio of 5 to 15%.

그리고, 박막 형성단계에서는 펄스형 플라즈마 퍼지단계와 동일하거나 상이한 듀티비를 갖는 제1 플라즈마를 형성하여 수행할 수 있다. 특히, 동일한 듀티비로 제1 플라즈마 및 제2 플라즈마를 형성하여 공정 간소화를 달성할 수 있다.Also, the thin film forming step may be performed by forming first plasma having the same or different duty ratio as the pulsed plasma purging step. In particular, process simplification may be achieved by forming the first plasma and the second plasma with the same duty ratio.

또한, 실시예에 따른 박막 증착 방법에서는, 퍼지단계에서는 소스 펄스 방법(source pulse)을 이용해 펄스 온/오프에 따른 전위차를 발생시켜, 전위차 발생으로 인해 파티클을 소스의 제거가 가능하다. 이는, 제2 플라즈마는 펄스형 플라즈마로서, 펄스형 플라즈마는 연속파 플라즈마에 비해 플라즈마 오프 구간에 전자 온도가 낮아져 미반응 잔류 소스 가스와 반응성이 낮아져 두께가 증가하지 않게 된다. 그리고, 오프구간에서 낮은 전위, 낮은 온도로 인해 전자 밀도가 감소하여 박막층의 표면을 손상시키지 않아 노칭(notching), 보우잉(bowing) 등이 발생되지 않으며 접촉각(contact angle)이 변화하지 않는다.In addition, in the thin film deposition method according to the embodiment, in the purge step, a potential difference according to pulse on/off is generated using a source pulse method, and particles can be removed as a source due to the generation of the potential difference. This is because the second plasma is a pulsed plasma, and the pulsed plasma has a lower electron temperature in the plasma off period compared to the continuous wave plasma, so that the reactivity with the unreacted residual source gas is lowered, so that the thickness does not increase. Also, in the off period, electron density is reduced due to low potential and low temperature, so that the surface of the thin film layer is not damaged, so that notching, bowing, etc. do not occur, and the contact angle does not change.

따라서, 실시예에 따른 박막 증착 방법에서는, 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 박막 형성단계인 단계 t1에서 소스 가스 및 불활성 가스를 공급하고, 챔버 내부에 연속파 플라즈마를 제1 플라즈마로 형성하여 박막층을 형성할 수 있다. 그리고, 퍼지단계인 단계 t2에서, 불활성 가스를 공급하고, 챔버 내부에 펄스형 플라즈마를 제2 플라즈마로 형성하여 퍼지 공정을 수행할 수 있다.Therefore, in the thin film deposition method according to the embodiment, as shown in FIG. 2 (a), in step t1, which is a thin film forming step, a source gas and an inert gas are supplied, and a continuous wave plasma is formed as a first plasma in the chamber, A thin film layer can be formed. In step t2, which is a purge step, an inert gas may be supplied, and a pulsed plasma may be formed as a second plasma in the chamber to perform a purge process.

특히, 실시예에 따른 박막 증착 방법에서는, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 박막 형성단계인 단계 t1에서 소스 가스 및 불활성 가스를 공급하고, 챔버 내부에 펄스형 플라즈마를 제1 플라즈마로 형성하여 박막층을 형성할 수 있다. 그리고, 퍼지단계인 단계 t2에서, 불활성 가스를 공급하고, 챔버 내부에 펄스형 플라즈마를 제2 플라즈마로 형성하여 퍼지 공정을 수행할 수도 있으며, 제1 플라즈마가 제2 플라즈마 대비 주파수가 높을 수 있다.In particular, in the thin film deposition method according to the embodiment, as shown in FIG. 2 (b), in step t1, which is a thin film forming step, a source gas and an inert gas are supplied, and a pulsed plasma is formed as a first plasma inside the chamber Thus, a thin film layer can be formed. In step t2, which is the purge step, the purge process may be performed by supplying an inert gas and forming a pulsed plasma into the chamber as the second plasma, and the first plasma may have a higher frequency than the second plasma.

또한, 실시예에 따른 박막 증착 방법에서는, 펄스형 플라즈마 퍼지단계를 수행한 다음, 가스 퍼지단계를 더 포함할 수 있다. In addition, the thin film deposition method according to the embodiment may further include a gas purging step after performing the pulsed plasma purging step.

가스 퍼지단계는 퍼지 가스를 공급해 수행할 수 있으며, 펄스형 플라즈마의 생성을 중지시킨 상태에서 퍼지 가스를 챔버에 공급하고, 퍼지 가스의 강한 흐름에 의해 파티클과 미반응 소스 가스를 제거할 수 있으며, 가스 퍼지단계는 챔버 내부에 가스를 제거하기 위한 펌핑 공정을 포함할 수 있다.The gas purging step can be performed by supplying a purge gas, supplying the purge gas to the chamber in a state where generation of pulsed plasma is stopped, and removing particles and unreacted source gas by a strong flow of the purge gas, The gas purging step may include a pumping process for removing gas from the inside of the chamber.

한편, 실시예에 따른 박막 증착 방법에서는, 하나 이상의 RF 전원을 챔버에 인가하고, 상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판 상에 박막을 형성하는 기판 처리 장치를 이용해 수행할 수 있다.Meanwhile, in the thin film deposition method according to the embodiment, one or more RF power sources may be applied to the chamber, and plasma may be generated in the chamber to form a thin film on the substrate.

기판 처리 장치(10)에 대해 상세히 설명하면, 기판 처리 장치(10)는 기판처리공간을 제공하는 챔버(100); 적어도 하나 이상의 RF 전원을 인가하여 상기 챔버(100) 내부에 연속파 플라즈마 또는 펄스형 플라즈마를 각각 생성하는 전원 공급부(200); 상기 기판처리공간 내부로 기판 처리를 위한 소스 가스를 공급하는 가스 공급부(300); 및 상기 전원 공급부(200) 및 상기 가스 공급부(300)의 구동을 제어하는 제어부(400)를 포함하는 구조를 갖는 것을 사용할 수 있다. Describing the substrate processing apparatus 10 in detail, the substrate processing apparatus 10 includes a chamber 100 providing a substrate processing space; a power supply unit 200 for generating continuous wave plasma or pulsed plasma in the chamber 100 by applying at least one RF power; a gas supply unit 300 supplying a source gas for substrate processing into the substrate processing space; and a control unit 400 controlling driving of the power supply unit 200 and the gas supply unit 300 may be used.

구체적으로, 챔버(100)는 내부에 기판(W)을 유지시킨 상태에서 기판(W) 상에 목적하는 물질로 이루어진 박막층을 플라즈마 CVD 방식으로 형성할 수 있는 환경을 제공한다. 챔버(100)는 상부가 개방된 본체(110) 및 본체 상단을 폐쇄하도록 구성되는 커버(120)를 포함할 수 있다. 챔버(100) 내부 공간은 증착 공정 등 기판(W)에 대한 처리가 이루어지는 공간일 수 있다. 본체(110) 측면의 지정된 위치에는 기판(W)이 반입 및 반출되는 게이트(G)가 마련될 수 있다. 본체의 저면에는 기판이 안착되는 서셉터(130)의 지지축이 삽입되는 관통공이 형성될 수 있다. Specifically, the chamber 100 provides an environment in which a thin film layer made of a desired material can be formed on the substrate W using a plasma CVD method while maintaining the substrate W therein. The chamber 100 may include a main body 110 with an open top and a cover 120 configured to close the top of the main body. The inner space of the chamber 100 may be a space where processing of the substrate W, such as a deposition process, is performed. A gate G through which the substrate W is carried in and out may be provided at a designated location on the side of the main body 110 . A through hole into which a support shaft of the susceptor 130 on which a substrate is seated is inserted may be formed on the bottom surface of the main body.

서셉터(130)는 상면에 적어도 하나의 기판(W)이 안착되도록 전체적으로 평판 형상을 가지며, 가스 공급부(300)에 대향하여 수평 방향으로 설치될 수 있다. 지지축(140)은 서셉터(130) 후면에 수직 결합되며, 챔버(100) 저부의 관통공을 통해 외부의 구동부(미도시)와 연결되어, 서셉터(130)를 승강 및/또는 회전시키도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 서셉터(130)는 전극(제2 전극)으로 작용할 수 있다.The susceptor 130 has a flat plate shape as a whole so that at least one substrate W is seated on its upper surface, and may be installed in a horizontal direction facing the gas supply unit 300 . The support shaft 140 is vertically coupled to the rear surface of the susceptor 130 and is connected to an external driving unit (not shown) through a through hole at the bottom of the chamber 100 to lift and/or rotate the susceptor 130. It can be configured as a list. In one embodiment, the susceptor 130 may act as an electrode (second electrode).

서셉터(130)의 내부에는 히터(H)가 구비되어 상부에 안착된 기판의 온도를 조절할 수 있다. 히터(H)는 일측에 전원을 공급하는 전원부(150)가 연결되어 히터가 발열하도록 구성될 수 있다.A heater H is provided inside the susceptor 130 to adjust the temperature of the substrate seated thereon. The heater H may be configured to generate heat by connecting a power supply unit 150 supplying power to one side thereof.

챔버(100) 내부는 일반적으로 진공 분위기로 형성되어야 하므로, 본체의 지정된 위치, 예를 들어 저면에 배기구가 형성될 수 있다. 배기구는 외부의 펌프(160)와 연결될 수 있다. 배기구를 통해 챔버 내부를 진공 상태로 만들 수 있고, 공정 후 발생하는 가스를 배출할 수 있다.Since the inside of the chamber 100 should generally be formed in a vacuum atmosphere, an exhaust port may be formed at a designated location of the main body, for example, on the bottom surface. The exhaust port may be connected to an external pump 160 . The inside of the chamber can be made into a vacuum state through the exhaust port, and the gas generated after the process can be discharged.

전원 공급부(200)는 박막 형성단계에서 박막층을 형성하고, 퍼지단계를 수행하기 위해서 미리 설정된 주파수 대역을 갖는 전원을 플라즈마 전원 소스로 제공하도록 구성될 수 있다. 전원 공급부(200)는 연속파 플라즈마를 형성할 수 있고, 또한 전원을 온/오프(on/off) 조정하여 펄스형 플라즈마를 형성할 수도 있다. 이를 위해, 전원 공급부(200)는 서로 다른 주파수를 가지는 RF 전원을 인가하고, 이를 벌프 변조하여 인가하는 복수 개의 전원 인가 부재를 포함할 수 있다. 상기 전원 공급 부재는 바이어스 인가용 RF 전원을 공급할 수 있고, 플라즈마 소스에 플라즈마를 인가하기 위한 RF 전원을 공급할 수도 있다. 그리고, 플라즈마와 기판에 모두에 펄스를 인가하기 위한 RF 전원을 공급할 수도 있다. The power supply unit 200 may be configured to provide power having a preset frequency band as a plasma power source in order to form a thin film layer and perform a purge step in the thin film forming step. The power supply 200 may form continuous wave plasma or may form pulsed plasma by turning on/off the power. To this end, the power supply unit 200 may include a plurality of power application members that apply RF power having different frequencies and apply the RF power after performing bump modulation. The power supply member may supply RF power for applying a bias, or may supply RF power for applying plasma to a plasma source. Also, RF power may be supplied to apply pulses to both the plasma and the substrate.

가스 공급부(300)는 본체 상부에 서셉터(130)와 대향하도록 설치되는 가스 공급 수단을 포함할 수 있다. 가스 공급부(300)는 1개 이상의 가스 저장 탱크(310)가 구비되어 다양한 공정 가스를 챔버(100) 내부로 분사할 수 있다. 가스 공급부는 샤워헤드 타입, 인젝터 타입, 노즐 타입 등 다양한 방식의 가스 공급 장치 중에서 선택될 수 있다. 상기 가스 공급부(300)의 가스 공급 수단은 전극(제 1 전극)으로 작용할 수 있다.The gas supply unit 300 may include a gas supply means installed on the main body to face the susceptor 130 . The gas supply unit 300 is provided with one or more gas storage tanks 310 to inject various process gases into the chamber 100 . The gas supply unit may be selected from various types of gas supply devices such as a showerhead type, an injector type, and a nozzle type. The gas supply unit of the gas supply unit 300 may act as an electrode (first electrode).

가스 공급부(300)는 가스 저장 탱크(310), 밸브(V) 및 가스 공급라인(L)을 포함할 수 있다. 가스 저장 탱크(310)는 소스 가스. 불활성 가스를 각각 저장할 수 있고, 가스 공급라인(L)과 연결되어 챔버(100)에 각각의 가스를 공급할 수 있다. The gas supply unit 300 may include a gas storage tank 310, a valve V and a gas supply line L. The gas storage tank 310 is a source gas. Each of the inert gases may be stored, and each gas may be supplied to the chamber 100 by being connected to a gas supply line (L).

밸브(V)는 가스 저장 탱크(310)와 가스 공급라인(L) 간에 설치되어, 각각의 가스가 챔버(100)로 공급되는 것을 조절할 수 있으며, 각각의 가스 공급라인(L) 상에 설치될 수 있다. The valve (V) is installed between the gas storage tank 310 and the gas supply line (L) to control the supply of each gas to the chamber 100 and to be installed on each gas supply line (L). can

제어부(400)는 미리 설정된 제어 파라미터에 따라, 온/오프(on/off) 제어하여 전원 공급부(200)로부터 공급되는 RF 전원이 미리 설정된 듀티비(duty ratio) 및 미리 설정된 주파수를 갖도록 제어할 수 있다. 그러므로 RF 전원의 주파수는 주어진 시간 동안 RF 전원의 스위칭 횟수를 결정하게 되고, 듀티비는 RF 전원이 인가되고 있는 시간 중의 RF 전원의 온/오프 비율인 것으로 이해될 수 있다.The control unit 400 can control the RF power supplied from the power supply unit 200 to have a preset duty ratio and a preset frequency by on/off control according to preset control parameters. there is. Therefore, it can be understood that the frequency of the RF power determines the number of switching times of the RF power for a given time period, and the duty ratio is an on/off ratio of the RF power during the time during which the RF power is being applied.

상기한 바와 같은 구조를 갖는 기판 처리 장치(10)는 연속파 플라즈마, 펄스형 플라즈마를 각각 챔버(100) 내에 생성하여 박막 증착단계 및 퍼지단계를 수행할 수 있도록 구동한다. The substrate processing apparatus 10 having the above structure generates continuous wave plasma and pulsed plasma in the chamber 100, respectively, and drives the thin film deposition step and the purge step to be performed.

한편, 기존에는 연속파 플라즈마(continuous wave plasma)를 이용해 퍼지 공정을 수행하였으나, 이와 같은 공정의 경우 플라즈마 퍼지 사용시 잔여 반응가스와 반응하여 박막의 두께 수 Å 만큼 증가한다는 문제가 있다. 특히, 탄소 하드마스크 공정의 경우 타겟 박막의 두께가 10 Å 미만으로 매우 얇은 경우가 많은데, 이와 같은 박막의 경우 박막의 두께 증가는 선폭(critical dimension, CD) 편차에 큰 영향을 줄 수 있게 된다.On the other hand, in the past, a purge process was performed using continuous wave plasma, but in the case of such a process, there is a problem in that the thickness of the thin film increases by the number of Å by reacting with the remaining reaction gas when the plasma purge is used. In particular, in the case of the carbon hard mask process, the thickness of the target thin film is often very thin, less than 10 Å, and in the case of such a thin film, the increase in the thickness of the thin film can have a great effect on the line width (critical dimension, CD) deviation.

이를 예방하고자 본 발명에서는 펄스형 플라즈마를 사용한 플라즈마 퍼지 공정을 제시하고자 한다. 펄스형 플라즈마 퍼지 사용시 높은 전위차를 구현할 수 있으며 플라즈마 오프 구간에서는 낮은 전자밀도와 낮은 전자온도를 구현 가능하다. To prevent this, the present invention proposes a plasma purge process using pulsed plasma. When using the pulsed plasma purge, a high potential difference can be realized, and a low electron density and low electron temperature can be realized in the plasma off section.

또한, 기존에 비해 높은 전위차는 짧은 시간에도 불구하고 효율적인 파티클 제어가 가능하며, 낮은 전자밀도 및 전자온도는 증착 공정에서 미반응된 소스 가스와 추가적으로 반응하는 것을 방지하여 박막층의 두께 증가를 예방할 수 있다. In addition, a higher potential difference than before enables efficient particle control despite a short time, and a low electron density and electron temperature prevent additional reaction with unreacted source gas in the deposition process, thereby preventing an increase in the thickness of the thin film layer. .

그리고, 낮은 전자밀도로 인하여 불활성 가스에 의한 트리트먼트 효과도 예방하여 박막층의 접촉각 변화가 유발되지 않도록 한다.In addition, the treatment effect by the inert gas is also prevented due to the low electron density so that the change in the contact angle of the thin film layer is not caused.

바람직한 일 실시예에 따르면, 박막 형성단계에서는, 100W의 RF 전원을 인가하고, 70%의 듀티비를 가지며, 주파수가 50 kHz인 RF 전원을 인가하여 펄스형 플라즈마를 챔버 내부에 생성하고, 트리메틸실란을 포함하는 소스 가스 및 아르곤 가스를 포함하는 혼합 가스를 공급하여 두께가 5 내지 20 Å인 탄소 하드마스크층을 형성할 수 있다. 그리고, 펄스형 플라즈마 퍼지단계에서는, 30W의 RF 전원을 인가하고, 10%의 듀티비를 가지며, 주파수가 50 Hz인 RF 전원을 인가하여 펄스형 플라즈마를 챔버 내부에 생성하고, 아르곤 가스를 포함하는 불활성 가스를 공급하여 퍼지 공정을 수행할 수 있다.According to a preferred embodiment, in the thin film forming step, RF power of 100 W is applied, and RF power having a duty ratio of 70% and a frequency of 50 kHz is applied to generate a pulsed plasma inside the chamber, and trimethylsilane A carbon hard mask layer having a thickness of 5 to 20 Å may be formed by supplying a mixed gas including a source gas and an argon gas. In the pulsed plasma purge step, RF power of 30W is applied, RF power having a duty ratio of 10% and a frequency of 50 Hz is applied to generate pulsed plasma in the chamber, and containing argon gas. A purge process may be performed by supplying an inert gas.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples.

제시된 실시예는 본 발명의 구체적인 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.The presented examples are only specific examples of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention.

<실시예><Example>

피식각층이 형성된 기판을 PECVD 장치의 챔버에 안착시켰다. 트리메틸실란을 포함하는 소스 가스 및 아르곤 가스를 공급하고, 100 W의 RF 전원을 인가하고, 10%의 듀티비를 가지며, 주파수가 50,000 Hz인 RF 전원을 인가하여 펄스형 플라즈마를 챔버 내부에 생성하고, 기판 상에 탄소 하드마스크층을 형성하였다. The substrate on which the layer to be etched was formed was placed in a chamber of a PECVD apparatus. Source gas and argon gas containing trimethylsilane are supplied, RF power of 100 W is applied, and RF power having a duty ratio of 10% and a frequency of 50,000 Hz is applied to generate pulsed plasma inside the chamber, , a carbon hardmask layer was formed on the substrate.

탄소 하드마스크층을 형성한 기판에 불활성 가스를 공급하고, 30W의 RF 전원을 인가하고, 10%의 듀티비를 가지며, 주파수가 50 Hz인 RF 전원을 인가하여 펄스형 플라즈마를 챔버 내부에 생성하여 퍼지 공정을 수행하였다. 펄스형 플라즈마를 공급한 다음 퍼지 가스를 공급하고, 펌핑하는 가스 퍼지 공정을 추가로 수행한 다음 펑핑하여 챔버에 가스를 배출하도록 하였다. 이에 따라, 펄스 플라즈마를 이용해 퍼지 공정을 수행하여 기판 시료(pursed plasma purge)를 제조하였다.An inert gas is supplied to the substrate on which the carbon hard mask layer is formed, RF power of 30 W is applied, and RF power having a duty ratio of 10% and a frequency of 50 Hz is applied to generate pulsed plasma inside the chamber. A purge process was performed. A gas purge process of supplying pulsed plasma, supplying purge gas, and pumping was additionally performed, and then pumping was performed to discharge gas into the chamber. Accordingly, a substrate sample (pursed plasma purge) was prepared by performing a purge process using pulsed plasma.

<비교예><Comparative example>

연속파 플라즈마를 이용해 퍼지 공정을 수행하는 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 처리하여 기판 시료(CW plasma purge)를 제조하였다. A substrate sample (CW plasma purge) was prepared by processing in the same manner as in Example, except that the purge process was performed using continuous wave plasma.

<참고예><Reference example>

가스 퍼지 공정 만을 수행하는 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 처리하여 기판 시료(No plasma purge)를 제조하였다. A substrate sample (No plasma purge) was prepared by processing in the same manner as in Example, except for performing only the gas purge process.

<실험예><Experimental example>

(1) 표면에 미치는 영향 분석(1) Analysis of the effect on the surface

제조한 기판 시료의 표면 변화를 확인하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 표면 변화는 접촉각을 측정하는 방법을 통해 확인하였다.Surface changes of the prepared substrate samples were confirmed, and the results are shown in FIG. 2 . The surface change was confirmed by measuring the contact angle.

도 2에 나타난 바와 같이, 참고예의 기판 시편의 접촉각은 91.4°로 확인되었으며, 실시예에 따른 방법으로 처리한 기판 시편의 접촉각은 89.6°로 확인되어 접촉각 변화가 미미하다는 사실을 확인할 수 있었던 반면에, 비교예에 따른 방법으로 처리한 기판 시편의 접촉각은 79.8°인 것으로 확인되어 접촉각 변화가 크다는 사실을 확인할 수 있었다. 특히, 접촉각 측정 분해능은 대략 3° 수준으로 실시예와 참고예의 접촉각 차이가 3° 이내인 것을 감안하면 접촉각이 거의 변화하지 않을 것으로 예측되었다. As shown in Figure 2, the contact angle of the substrate specimen of the reference example was confirmed to be 91.4 °, and the contact angle of the substrate specimen treated by the method according to the embodiment was confirmed to be 89.6 °, confirming that the change in contact angle was insignificant. , The contact angle of the substrate specimen treated by the method according to the comparative example was confirmed to be 79.8 °, confirming that the contact angle change was large. In particular, the contact angle measurement resolution is approximately 3 ° level, considering that the contact angle difference between the embodiment and the reference example is within 3 °, it is predicted that the contact angle will hardly change.

상기와 같은 결과를 통해, 연속 플라즈마 처리는 박막의 표면을 변화시켜 포토레지스트와의 접합력을 저하시킬 우려가 있는 것으로 확인된 반면에, 펄스 플라즈마를 도입할 경우 접촉각 변화가 미미하여 접합력 저하가 발생되지 않을 것으로 판단되었다.Through the above results, it was confirmed that the continuous plasma treatment may change the surface of the thin film and reduce the bonding strength with the photoresist. On the other hand, when the pulsed plasma is introduced, the contact angle change is insignificant, so the bonding strength does not decrease. It was judged to be

(2) 박막의 두께에 미치는 영향 분석(2) Analysis of the effect on the thickness of the thin film

제조한 기판 시료의 두께 변화를 확인하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.Changes in the thickness of the prepared substrate samples were confirmed, and the results are shown in Table 1.

두께thickness 허용오차Tolerance 실시예Example 12.5 Å12.5 Å 1.8 Å1.8 Å 비교예comparative example 16.4 Å16.4 Å 1.8 Å1.8 Å 참고예reference example 12.4 Å12.4 Å 1.8 Å1.8 Å

표 1에 나타낸 바와 같이, 참고예 대비 실시예에 따른 방법으로 처리한 기판 시료의 경우 두께 변화가 거의 발생되지 않는다는 사실을 확인할 수 있었던 반면에, 비교예의 기판 시료의 경우 연속 플라즈마에 의한 퍼지 공정에 의해 잔류 가스가 반응하여 두께가 4 Å 만큼 증가하는 것을 확인할 수 있었다. As shown in Table 1, it was confirmed that the thickness change hardly occurred in the case of the substrate sample treated by the method according to the example compared to the reference example, whereas in the case of the substrate sample of the comparative example, the purge process by continuous plasma It was confirmed that the thickness increased by 4 Å due to the reaction of the remaining gas.

상기와 같은 결과를 통해서, 박막의 두께가 수십 옹스트롬인 경우 연속 플라즈마 공급에 의해 잔류 원료 가스의 반응이 발생하여 펄스 플라즈마를 도입한 퍼지 공정이 CD 편차에 영향을 줄일 수 있어 바람직한 방법이 될 것으로 판단되었다. Through the above results, when the thickness of the thin film is several tens of angstroms, the reaction of the remaining raw material gas occurs by continuous plasma supply, so that the purge process using pulsed plasma can reduce the effect on the CD deviation. It is judged to be a preferable method. It became.

(3) 파티클 생성에 미치는 영향 분석(3) Analysis of the effect on particle generation

또한, 일반 퍼지 공정(총 5회 반복, #1 내지 #5)과 펄스 플라즈마 퍼지 공정(총 5회 반복, #6 내지 #10)을 각각 수행하여 0.042 내지 42 nm를 초과하는 큰 입자 크기가 형성되는지 여부를 확인하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.In addition, large particle sizes exceeding 0.042 to 42 nm are formed by performing a general purge process (5 repetitions in total, #1 to #5) and a pulsed plasma purge process (5 repetitions in total, #6 to #10), respectively. It was confirmed whether or not, and the results are shown in Table 2 below.

SP5, >42nmSP5, >42 nm 참고예(Ref)Reference example (Ref) 실시예Example #1#One #2#2 #3#3 #4#4 #5#5 #6#6 #7#7 #8#8 #9#9 #10#10 0.042 - 0.050.042 - 0.05 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0.05-0.060.05-0.06 00 00 1One 1One 1One 00 22 00 00 00 0.06-0.070.06-0.07 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0.07-0.0850.07-0.085 00 00 00 1One 00 00 00 00 00 00 0.085-0.0990.085-0.099 00 00 00 1One 00 00 00 00 00 00 0.099-0.130.099-0.13 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0.13-0.170.13-0.17 00 00 00 33 1One 00 00 00 00 00 0.17-0.20.17-0.2 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0.2-0.550.2-0.55 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0.2-0.810.2-0.81 00 00 1One 00 00 00 00 00 00 00 SaturatedSaturated 00 00 1One 22 1One 00 00 00 00 00 TotalTotal 00 00 33 88 33 00 22 00 00 00 AvgAvg Avg. 3.1eaAvg. 3.1ea Avg. 0.6eaAvg. 0.6ea

표 2에 나타낸 바와 같이, 참고예의 경우 평균 3.1개의 파티클이 퍼지 공정 중 생성되는 것을 확인할 수 있었던 반면에, 펄스 플라즈마 퍼지 공정을 수행할 경우 평균 0.6개의 파티클이 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 상기와 같은 결과를 통해 펄스 플라즈마 퍼지 공정을 수행할 경우 압자 크기가 큰 파티클이 발생되지 않아 반도체 소자의 물성 저하를 방지할 수 있다는 사실을 확인할 수 있었다.As shown in Table 2, in the case of the reference example, it was confirmed that an average of 3.1 particles were generated during the purge process, whereas when the pulse plasma purge process was performed, it was confirmed that an average of 0.6 particles were formed. Through the above results, it was confirmed that when the pulse plasma purge process is performed, particles having a large indenter size are not generated, and thus deterioration in physical properties of the semiconductor device can be prevented.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.Although the present invention has been described in detail with preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. do.

10 : 기판 처리 장치
100: 챔버 200: 전원 공급부
300: 가스 공급부 400: 제어부
10: substrate processing device
100: chamber 200: power supply
300: gas supply unit 400: control unit

Claims (9)

RF 전원을 챔버에 인가하고, 상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판 상에 박막을 형성하는 기판 처리 장치를 이용한 박막 증착 방법으로서,
상기 챔버 내부로 기판을 준비하는 단계;
상기 챔버 내부에 제1 플라즈마를 발생시키고, 소스 가스를 공급하여 상기 기판 상에 박막층을 형성하는 박막 형성단계; 및
상기 챔버 내부에 미리 설정된 듀티비의 제2 플라즈마를 발생시키고, 불활성 가스를 공급하여 상기 챔버 내부에 잔류 소스 가스를 제거하는 펄스형 플라즈마 퍼지단계;를 포함하는 박막 증착 방법.
A thin film deposition method using a substrate processing apparatus for applying RF power to a chamber and generating a plasma in the chamber to form a thin film on a substrate, comprising:
preparing a substrate into the chamber;
a thin film forming step of generating a first plasma in the chamber and supplying a source gas to form a thin film layer on the substrate; and
and a pulsed plasma purging step of generating a second plasma having a preset duty ratio inside the chamber and supplying an inert gas to remove residual source gas inside the chamber.
제1항에 있어서,
상기 박막층은 탄소 하드마스크층인 박막 증착 방법.
According to claim 1,
The thin film deposition method of claim 1, wherein the thin film layer is a carbon hard mask layer.
제1항에 있어서,
상기 박막 형성단계는 50 내지 150W의 RF 전원을 인가하는 박막 증착 방법.
According to claim 1,
The thin film forming step is a thin film deposition method for applying an RF power of 50 to 150W.
제1항에 있어서,
상기 제1 플라즈마는 상기 제2 플라즈마와 듀티비가 상이한 펄스형 플라즈마인 박막 증착 방법.
According to claim 1,
The first plasma is a pulsed plasma having a different duty ratio than the second plasma.
제1항에 있어서,
상기 펄스형 플라즈마 퍼지단계는 10 내지 50W의 RF 전원을 인가하는 박막 증착 방법.
According to claim 1,
The pulsed plasma purging step is a thin film deposition method for applying an RF power of 10 to 50W.
제1항에 있어서,
상기 제2 플라즈마는 듀티비(duty ratio)가 5 내지 50%인 박막 증착 방법.
According to claim 1,
The second plasma has a duty ratio of 5 to 50%.
제1항에 있어서,
상기 제1 플라즈마는 2,000 내지 10,000 Hz의 전원을 공급해 형성하는 펄스형 플라즈마인 박막 증착 방법.
According to claim 1,
The first plasma is a thin film deposition method that is a pulsed plasma formed by supplying power of 2,000 to 10,000 Hz.
제1항에 있어서,
상기 제2 플라즈마는 10 내지 2,000 Hz의 전원을 공급해 형성하는 펄스형 플라즈마인 박막 증착 방법.
According to claim 1,
The second plasma is a pulsed plasma formed by supplying power of 10 to 2,000 Hz.
제1항에 있어서,
상기 기판 처리 장치는, 기판처리공간을 제공하는 챔버; 적어도 하나 이상의 RF 전원을 인가하여 상기 챔버 내부에 연속파 플라즈마 또는 펄스형 플라즈마를 각각 생성하는 전원 공급부; 상기 기판처리공간 내부로 박막층 형성을 위한 소스 가스를 공급하는 가스 공급부; 및 상기 전원 공급부 및 상기 가스 공급부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 박막 증착 방법.
According to claim 1,
The substrate processing apparatus includes a chamber providing a substrate processing space; a power supply unit for generating continuous wave plasma or pulsed plasma in the chamber by applying at least one RF power source; a gas supply unit supplying a source gas for forming a thin film layer into the substrate processing space; and a control unit controlling driving of the power supply unit and the gas supply unit.
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