KR100734748B1

KR100734748B1 - In-situ nitride thin film deposition method

Info

Publication number: KR100734748B1
Application number: KR1020050083590A
Authority: KR
Inventors: 김수현; 이기훈; 이상규; 서태욱; 장호승
Original assignee: 주식회사 아이피에스
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2007-07-03
Anticipated expiration: 2025-09-08
Also published as: KR20070028858A

Abstract

본 발명은 인시튜 질화물(in-situ nitride) 박막증착방법에 관한 것으로서, 진공압이 형성되고 로봇암이 내장된 이송챔버(10)와, 상기 이송챔버(10)에 클러스터 타입으로 설치되는 것으로서 웨이퍼(w)에 박막을 형성하는 공정을 수행하는 제1,2챔버(20)(30)를 포함하는 박막증착장치를 이용하는 것으로서, 제1챔버(20)에서 순수한 열적(thermal)방식으로 박막을 형성하기 위하여 제1전구체와, N 반응물과, 제2전구체를 피딩 및 퍼지함으로써 웨이퍼(w)에 박막을 형성하는 열적박막형성단계(S10)와; 로봇암에 의하여 박막이 형성된 웨이퍼(w)를 대기중에 노출시키지 않고 제2챔버(30)로 이송하는 이송단계(S20)와; 제2챔버(30)로 플라즈마를 인가하여 박막을 후처리하여 박막을 치밀화시키는 플라즈마 후처리단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an in-situ nitride thin film deposition method, wherein a vacuum pressure is formed and a robot arm is built in a transfer chamber 10, and the transfer chamber 10 is installed in a cluster type wafer. Using a thin film deposition apparatus comprising the first and second chambers 20 and 30 to perform a process for forming a thin film in (w), to form a thin film in a pure thermal manner in the first chamber (20) A thermal thin film forming step (S10) of forming a thin film on the wafer w by feeding and purging the first precursor, the N reactant, and the second precursor; A transfer step (S20) of transferring the wafer (w) on which the thin film is formed by the robot arm to the second chamber (30) without exposing to the air; And a plasma post-treatment step of densifying the thin film by applying a plasma to the second chamber 30 to post-process the thin film.

Description

In method for depositing nitride thin film on wafer by in-situ

도 1은 본 발명에 따른 인시튜 질화물(in-situ nitride) 박막증착방법을 수행하는 박막증착장치의 구성도,1 is a block diagram of a thin film deposition apparatus for performing an in-situ nitride thin film deposition method according to the present invention,

도 2는 도 1의 챔버 및 가스공급부를 발췌하여 도시한 도면,2 is a view showing an extract of the chamber and the gas supply of Figure 1,

도 3은 본 발명에 따른 인시튜 질화물(in-situ nitride) 박막증착방법의 제1실시예를 설명하기 위한 도면,3 is a view for explaining a first embodiment of an in-situ nitride thin film deposition method according to the present invention;

도 4는 도 3에 있어서, 플라즈마 후처리단계의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면4 is a view for explaining another embodiment of the plasma post-processing step in FIG.

도 5는 도 3에 있어서, 플라즈마 후처리단계의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면,5 is a view for explaining another embodiment of the plasma post-processing step in FIG.

도 6은 본 발명에 따른 인시튜 질화물(in-situ nitride) 박막증착방법의 제2실시예를 설명하기 위한 도면,6 is a view for explaining a second embodiment of an in-situ nitride thin film deposition method according to the present invention;

도 7은 도 6에 있어서, 플라즈마 후처리단계의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면7 is a view for explaining another embodiment of the plasma post-processing step in FIG.

도 8은 도 6에 있어서, 플라즈마 후처리단계의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면,8 is a view for explaining another embodiment of the plasma post-processing step in FIG. 6,

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 ... 이송챔버10 ... transfer chamber

20, 30 ... 제1,2챔버20, 30 ... 1st, 2nd chamber

21, 31 ... 샤워헤드21, 31 ... showerhead

22, 32 ... 스테이지히터22, 32 ... stage heater

40 ... 가스공급부40 ... gas supply

본 발명은 질화물(nitride) 박막증착방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 챔버에서 박막을 열적(thermal) 방식으로 형성한 후, 다른 챔버에서 플라즈마를 이용하여 후처리를 하는 인시튜 질화물(in-situ nitride) 박막증착방법에 관한 것이다. The present invention relates to a nitride thin film deposition method, and more particularly, to form a thin film in one chamber in a thermal manner (thermal), and then in-situ nitride (in-situ nitride) using a plasma in another chamber (in -situ nitride) thin film deposition method.

현재 electrode 및 barrier metal로 사용되는 질화물(nitride) 물질로서 HfN, HfSiN, TaN, TaSiN, TaAlN, TiN, TiAlN, TiSiN, TiBN, WSiN, WBN 등이 있다. 이러한 박막 물질은 낮은 공정온도에서 형성될 때 해당 박막이 치밀하지 않게 되어 대기중 산소가 침투하여 막내 불순물이 증가하게 된다. 따라서 이를 해결하기 위하여 플라즈마 후처리공정을 적용하게 되는데, 이 경우 플라즈마 스퍼터링 효과(plasma sputtering effect)에 의하여 원하지 않는 공정 파티클이 다량 생성되는 문제점이 있었다.Nitride materials currently used as electrode and barrier metals include HfN, HfSiN, TaN, TaSiN, TaAlN, TiN, TiAlN, TiSiN, TiBN, WSiN, and WBN. When the thin film material is formed at a low process temperature, the thin film becomes less dense and oxygen in the air penetrates, thereby increasing impurities in the film. Therefore, in order to solve this problem, a plasma post-treatment process is applied. In this case, a large amount of unwanted process particles are generated by the plasma sputtering effect.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 특정 챔버에서 열적(thermal) 방식으로 박막을 형성한 후, 박막이 형성된 웨이퍼를 대기중에 노출시키지 않고 다른 챔버로 이송시킨 후 플라즈마를 이용한 후처리공정을 수행함으로써, 박막을 치밀화할 수 있을 뿐만 아니라 공정 파티클의 생성을 최소화할 수 있는 인시튜 질화물(in-situ nitride) 박막증착방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the above problems, after forming a thin film in a thermal (thermal) method in a specific chamber, and then using a plasma after transferring the wafer on which the thin film is formed to another chamber without exposure to the atmosphere It is an object of the present invention to provide an in-situ nitride thin film deposition method capable of compacting a thin film and minimizing generation of process particles.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 인시튜 질화물(in-situ nitride) 박막증착방법의 제1실시예(3원계 질화물(nitride) 박막)는, 진공압이 형성되고 로봇암이 내장된 이송챔버(10)와, 상기 이송챔버(10)에 클러스터 타입으로 설치되는 것으로서 웨이퍼(w)에 박막을 형성하는 공정을 수행하는 제1,2챔버(20)(30)를 포함하는 박막증착장치를 이용하는 것으로서, 상기 제1챔버(20)에서 열적(thermal)방식으로 박막을 형성하기 위하여 제1전구체와, N 반응물과, 제2전구체를 피딩 및 퍼지함으로써 상기 웨이퍼(w)에 3원계 박막을 형성하는 열적박막형성단계(S10)와; 상기 로봇암에 의하여 박막이 형성된 웨이퍼(w)를 대기중에 노출시키지 않고 제2챔버(30)로 이송하는 이송단계(S20)와; 상기 제2챔버(30)로 플라즈마를 인가하여 상기 박막을 후처리하여 박막을 치밀화시키는 플라즈마 후처리단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the first embodiment of the in-situ nitride thin film deposition method according to the present invention (a ternary nitride thin film), the vacuum pressure is formed and the robot arm is built Thin film deposition including the transfer chamber 10 and the first and second chambers 20 and 30 which are installed in the transfer chamber 10 in a cluster type to perform a process of forming a thin film on the wafer w. By using an apparatus, a ternary thin film is formed on the wafer w by feeding and purging a first precursor, an N reactant, and a second precursor to form a thin film in a thermal manner in the first chamber 20. Thermal film forming step (S10) of forming a; A transfer step (S20) of transferring the wafer (w) on which the thin film is formed by the robot arm to the second chamber (30) without exposing to the air; And post-processing the thin film by applying plasma to the second chamber 30 to densify the thin film.

본 발명에 있어서, 상기 열적박막형성단계(S10)는, 상기 제1챔버(20)로 금속을 함유하는 제1전구체를 피딩하는 제1전구체 피딩단계(S11)와; 상기 제1전구체를 퍼지하는 제1전구체 퍼지단계(S12)와; 상기 제1전구체 퍼지단계(S12) 이후에 진행 되는 것으로서 N 반응물을 피딩하는 N 반응물 피딩단계(S13)와; 상기 N 반응물을 퍼지하는 N 반응물 퍼지단계(S14)와; 상기 N 반응물 퍼지단계(S14) 이후에 진행되는 것으로서 상기 제2전구체를 피딩하는 제2전구체 피딩단계(S15)와; 상기 제2전구체를 퍼지하는 제2전구체 퍼지단계(S16)와; 상기 제2전구체 퍼지단계(S16) 이후에 진행되는 것으로서 상기한 N 반응물을 다시 피딩하는 N 반응물 피딩단계(S17)와; 상기 N 반응물을 퍼지하는 N 반응물 퍼지단계(S18);를 적어도 1회 이상 반복함으로써 웨이퍼(w)에 3원계 박막을 형성한다.In the present invention, the thermal thin film forming step S10 may include: a first precursor feeding step S11 for feeding a first precursor containing a metal into the first chamber 20; A first precursor purge step S12 for purging the first precursor; N reactant feeding step (S13) of feeding the N reactant as the process proceeds after the first precursor purge step (S12); An N reactant purge step (S14) for purging the N reactant; A second precursor feeding step (S15) for feeding the second precursor as being carried out after the N reactant purge step (S14); A second precursor purge step (S16) for purging the second precursor; N reactant feeding step (S17) of feeding the N reactant again as the process proceeds after the second precursor purge step (S16); The N reactant purge step (S18) for purging the N reactant; is repeated at least one or more times to form a ternary thin film on the wafer (w).

본 발명에 있어서, 상기 플라즈마 후처리단계(S30)는, 상기 제2챔버(30)로 H2를 피딩하는 H2 피딩단계(S31)를 진행한 이후에 플라즈마를 인가하다가 H2 의 피딩단계(S31)가 종료될 때 플라즈마의 인가를 정지하는 플라즈마 인가단계(S32)를 포함한다.In the present invention, the plasma post-processing step (S30), after the H2 feeding step (S31) for feeding the H2 to the second chamber 30, the plasma is applied while the feeding step (S31) of H2 Plasma application step (S32) for stopping the application of the plasma when it is finished.

본 발명에 있어서, 상기 플라즈마 후처리단계(S30')는, 상기 제2챔버(30)로 H2와 NH3 를 동시에 피딩하는 H2/NH3 피딩단계(S31')를 진행한 이후에 플라즈마를 인가하다가 H2/NH3의 피딩이 종료될 때 플라즈마의 인가를 정지하는 플라즈마 인가단계(S32')를 포함한다. In the present invention, the plasma post-treatment step (S30 ') is applied to the plasma after the H2 / NH3 feeding step (S31') for simultaneously feeding the H2 and NH3 to the second chamber 30, H2 Plasma application step (S32 ') for stopping the application of the plasma when the feeding of / NH3 is finished.

본 발명에 있어서, 상기 플라즈마 후처리단계(S30")는, 상기 제2챔버(30)로 H2와 N2를 동시에 피딩하는 H2/N2 피딩단계(S231)를 진행한 이후에 플라즈마를 인가하다가 H2/N3의 피딩이 종료될 때 상기 플라즈마의 인가를 정지하는 플라즈마 인가단계(S32")를 포함한다.In the present invention, the plasma post-treatment step (S30 ") is applied to the plasma after the H2 / N2 feeding step (S231) for simultaneously feeding the H2 and N2 into the second chamber 30, H2 / Plasma application step (S32 ") for stopping the application of the plasma when the feeding of N3 is finished.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 인시튜 질화물(in-situ nitride) 박막증착방법의 제2실시예(2원계 질화물(nitride) 박막)는, 진공압이 형성되고 로봇암이 내장된 이송챔버(10)와, 상기 이송챔버(10)에 클러스터 타입으로 설치되는 것으로서 웨이퍼(w)에 박막을 형성하는 공정을 수행하는 제1,2챔버(20)(30)를 포함하는 박막증착장치를 이용하는 것으로서, 제1챔버(20)에서 열적(thermal)방식으로 박막을 형성하기 위하여, 전구체와, N 반응물을 피딩 및 퍼지함으로써 웨이퍼(w)에 2원계 박막을 형성하는 열적박막형성단계(S110)와; 상기 로봇암에 의하여 박막이 형성된 웨이퍼(w)를 대기중에 노출시키지 않고 상기 제2챔버(30)로 이송하는 이송단계(S120)와; 상기 제2챔버(30)로 플라즈마를 인가하여 상기 박막을 후처리하는 플라즈마 후처리단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, in a second embodiment (in-situ nitride thin film) of the in-situ nitride thin film deposition method according to the present invention, a vacuum pressure is formed and the robot arm is embedded Thin film deposition including the transfer chamber 10 and the first and second chambers 20 and 30 which are installed in the transfer chamber 10 in a cluster type to perform a process of forming a thin film on the wafer w. By using an apparatus, in order to form a thin film in a thermal manner in the first chamber 20, a thermal thin film forming step of forming a binary thin film on the wafer w by feeding and purging the precursor and the N reactant ( S110); A transfer step (S120) of transferring the wafer (w) on which the thin film is formed by the robot arm to the second chamber (30) without exposing to the air; And a plasma post-processing step of post-processing the thin film by applying plasma to the second chamber 30.

본 발명에 있어서, 상기 열적박막형성단계(S110)는, 상기 제1챔버(20)로 금속을 함유하는 전구체를 피딩하는 전구체 피딩단계(S111)와; 상기 전구체를 퍼지하는 전구체 퍼지단계(S112)와; 상기 전구체 퍼지단계(S112) 이후에 진행되는 것으로서 상기 N 반응물을 피딩하는 N 반응물 피딩단계(S113)와; 상기 N 반응물을 퍼지하는 N 반응물 퍼지단계(S114);를 적어도 1회 이상 반복함으로써 웨이퍼(w)에 2원계 박막을 형성하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the thermal thin film forming step (S110), the precursor feeding step (S111) for feeding a precursor containing a metal to the first chamber (20); A precursor purge step (S112) for purging the precursor; N reactant feeding step (S113) of feeding the N reactant as proceeding after the precursor purge step (S112); N-reactant purge step (S114) for purging the N-reactant; by repeating at least one or more times to form a binary thin film on the wafer (w).

본 발명에 있어서. 상기 플라즈마 후처리단계(S130)는, 상기 제2챔버(30)로 H2 를 피딩하는 H2 피딩단계(S131)를 진행한 이후에 플라즈마를 인가하다가 H2 의 피딩단계(S131)가 종료될 때 상기 플라즈마의 인가를 정지하는 플라즈마 인가단계(S132)를 포함한다.In the present invention. In the plasma post-processing step (S130), the plasma is applied after the H2 feeding step (S131) for feeding the H2 to the second chamber (30) and the plasma is terminated when the feeding step (S131) of H2 is completed. Plasma application step (S132) to stop the application of.

본 발명에 있어서, 상기 플라즈마 후처리단계(S130')는, 상기 제2챔버(30)로 H2와 NH3 를 동시에 피딩하는 H2/NH3 피딩단계(S131')를 진행한 이후에 플라즈마를 인가하다가 H2/NH3의 피딩이 종료될 때 상기 플라즈마의 인가를 정지하는 플라즈마 인가단계(S132')를 포함한다.In the present invention, the plasma post-processing step (S130 '), after the H2 / NH3 feeding step (S131') for simultaneously feeding the H2 and NH3 to the second chamber 30, the plasma is applied to H2 Plasma application step (S132 ') for stopping the application of the plasma when the feeding of / NH3 is finished.

본 발명에 있어서, 상기 플라즈마 후처리단계(S130")는, 상기 제2챔버(30)로 H2와 N2를 동시에 피딩하는 H2/N2 피딩단계(S131")를 진행한 이후에 플라즈마를 인가하다가 H2/N2의 피딩이 종료될 때 플라즈마의 인가를 정지하는 플라즈마 인가단계(S132")를 포함한다.In the present invention, the plasma post-treatment step (S130 ") is applied to the plasma after the H2 / N2 feeding step (S131") to simultaneously feed the H2 and N2 to the second chamber 30, H2 Plasma application step (S132 ") which stops the application of plasma when feeding of / N2 is complete | finished.

이하, 본 발명에 따른 인시튜 질화물(in-situ nitride) 박막증착방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an in-situ nitride thin film deposition method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 인시튜 질화물(in-situ nitride) 박막증착방법을 수행하는 박막증착장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 챔버 및 가스공급부를 발췌하여 도시한 도면이다. 1 is a block diagram of a thin film deposition apparatus for performing an in-situ nitride thin film deposition method according to the present invention, Figure 2 is a view showing an extract of the chamber and the gas supply of FIG.

본 발명에 따른 인시튜 질화물(in-situ nitride) 박막증착방법은, 진공압이 형성되고 로봇암이 내장된 이송챔버(10)와, 이송챔버(10)에 클러스터 타입으로 설치되는 것으로서 웨이퍼에 박막을 형성하는 공정을 수행하는 적어도 2 개 이상의 챔버, 본 실시예에서는 제1,2챔버(20)(30)와, 제1,2챔버(20)(30)로 박막 증착에 사용되는 전구체, 반응물, 볼활성가스등을 공급하는 가스공급부(40)를 포함하는 박막증착장치를 이용한다. 이때, 제1,2챔버(20)(30)의 내부 상부에는 샤워헤드(21)(31)가 설치되고, 샤워헤드(21)(31) 하부에는 웨이퍼(w)가 안착되는 스테이지히터(22)(32)가 설치된다. 이러한 제1,2챔버의 샤워헤드(21)(31)는 가스공급부(40)에서 분기되는 가스라인(L1)(L2)(L3)과 연결된다. In-situ nitride thin film deposition method according to the present invention, the vacuum chamber is formed in the transfer chamber 10, the robot arm is built, and the transfer chamber 10 is installed in a cluster type in a thin film on the wafer At least two or more chambers for performing the process of forming a precursor, reactants used in the thin film deposition in the first and second chambers 20 and 30, and the first and second chambers 20 and 30 in this embodiment, reactants , A thin film deposition apparatus including a gas supply unit 40 for supplying a ball activated gas or the like is used. At this time, the shower heads 21 and 31 are installed in the upper parts of the first and second chambers 20 and 30, and the stage heaters 22 in which the wafers w are seated under the shower heads 21 and 31. 32 is installed. The shower heads 21 and 31 of the first and second chambers are connected to the gas lines L1, L2, and L3 branched from the gas supply part 40.

도 3은 본 발명에 따른 인시튜 질화물(in-situ nitride) 박막증착방법의 제1실시예(3원계 질화물(nitride) 박막)를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3에 있어서, 플라즈마 후처리단계의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 도 3에 있어서, 플라즈마 후처리단계의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 3 is a view for explaining a first embodiment of the in-situ nitride thin film deposition method according to the present invention (a ternary nitride thin film), Figure 4 is a plasma after FIG. FIG. 5 is a view for explaining another embodiment of the processing step, and FIG. 5 is a view for explaining another embodiment of the plasma post-processing step in FIG. 3.

본 발명에 인시튜 질화물(in-situ nitride) 박막증착방법의 제1실시예는, 제1챔버(20)에서 순수한 열적(thermal)방식으로 박막을 형성하는 것으로서 제1전구체와, N을 함유하는 반응물(이하, N 반응물이라 한다)과, 제2전구체를 피딩 및 퍼지함으로써 웨이퍼(w)에 3원계 박막을 형성하는 열적박막형성단계(S10)와; 로봇암에 의하여 박막이 형성된 웨이퍼(w)를 대기중에 노출시키지 않고 제2챔버(30)로 이송하는 이송단계(S20)와; 제2챔버(30)로 플라즈마를 인가하여 상기 박막을 후처리하는 플라즈마 후처리단계(S30);를 포함한다.The first embodiment of the in-situ nitride thin film deposition method according to the present invention is to form a thin film in a pure thermal manner in the first chamber 20, containing a first precursor and N. A thermal thin film forming step (S10) of forming a ternary thin film on the wafer w by feeding and purging a reactant (hereinafter referred to as N reactant) and a second precursor; A transfer step (S20) of transferring the wafer (w) on which the thin film is formed by the robot arm to the second chamber (30) without exposing to the air; It includes; plasma post-processing step (S30) for post-processing the thin film by applying a plasma to the second chamber (30).

열적박막형성단계(S10)는, 제1챔버(20)로 금속을 함유하는 제1전구체를 피딩하는 제1전구체 피딩단계(S11)와; 제1전구체를 퍼지하는 제1전구체 퍼지단계(S12)와; 제1전구체 퍼지단계(S12) 이후에 진행되는 것으로서 N 반응물을 피딩하는 N 반응물 피딩단계(S13)와; N 반응물을 퍼지하는 N 반응물 퍼지단계(S14)와, N 반응물 퍼지단계(S14) 이후에 진행되는 것으로서 제2전구체를 피딩하는 제2전구체 피딩단계(S15)와; 제2전구체를 퍼지하는 제2전구체 퍼지단계(S16)와, 제2전구체 퍼지단계(S16) 이후에 진행되는 것으로서 상기한 N 반응물을 다시 피딩하는 N 반응물 피딩단계(S17)와, N 반응물을 퍼지하는 N 반응물 퍼지단계(S18);를 적어도 1회 이상 반 복함으로써 웨이퍼(w)에 3원계 박막을 형성한다. The thermal thin film forming step S10 may include: a first precursor feeding step S11 for feeding a first precursor containing a metal into the first chamber 20; A first precursor purge step S12 for purging the first precursor; N reactant feeding step (S13) for feeding the N reactant as proceeding after the first precursor purge step (S12); An N reactant purge step (S14) for purging the N reactant, and a second precursor feeding step (S15) for feeding the second precursor as the process proceeds after the N reactant purge step (S14); The second precursor purge step (S16) for purging the second precursor, the N reactant feeding step (S17) for feeding the N reactant again as the process proceeds after the second precursor purge step (S16), and the N reactant is purged N reactant purge step (S18); to repeat the at least one or more times to form a ternary thin film on the wafer (w).

이때 열적박막형성단계(S10)는, 제1챔버(20) 내벽의 온도가 100~200 ℃ 범위로 유지되고, 웨이퍼(w)가 안착되는 스테이지히터(22)의 온도가 100~600 ℃의 범위로 유지되며, 웨이퍼(w)의 온도가 100~600 ℃ 범위로 유지되고, 제1챔버(20) 내의 압력이 10 mmTorr~10 Torr 범위를 유지된 상태에서 진행된다.At this time, in the thermal thin film forming step S10, the temperature of the inner wall of the first chamber 20 is maintained in the range of 100 to 200 ° C., and the temperature of the stage heater 22 on which the wafer w is seated is in the range of 100 to 600 ° C. The temperature of the wafer w is maintained in the range of 100 to 600 ° C., and the pressure in the first chamber 20 is maintained in the range of 10 mmTorr to 10 Torr.

본 실시예에서는, 열적박막형성단계(S10)는, 제1,2전구체가 분해되지 않고 웨이퍼(w)에 화학적 흡착 현상이 일어나도록 제1챔버(20) 내부의 온도를 맞추어야 하는데, 바람직하게는 100~600 ℃ 범위로 유지되고 내부 압력이 1 Torr 로 유지된 상태에서 진행된다. In the present embodiment, the thermal thin film forming step S10 should adjust the temperature inside the first chamber 20 so that chemical adsorption occurs on the wafer w without decomposing the first and second precursors. It is maintained in the range of 100 ~ 600 ℃ and the internal pressure is maintained at 1 Torr.

웨이퍼(w)가 제1챔버(20) 내로 이송되어 스테이지히터(21)에 안착되면 본격적인 박막 형성공정을 진행함에 앞서 제1챔버(20)로 불활성가스인 Ar 을 흘림으로써 웨이퍼(w) 표면의 온도를 안정화 시키는 프리히팅(preheating) 단계를 수행한다. When the wafer w is transferred into the first chamber 20 and seated on the stage heater 21, the inert gas Ar is flowed into the first chamber 20 before the thin film forming process is started. A preheating step is performed to stabilize the temperature.

이때, 제1전구체 및 제2전구체는 히팅되는 가스라인(L1)(L2)에 의하여 제1챔버(20)로 이송되는데, 가스라인(L1)(L2)은 70~150 ℃ 로 가열됨으로써 가스라인(L1)(L2) 내벽에 제1전구체 증기나 제2전구체 증기가 흡착되어 가스라인을 오염시키는 것을 방지하도록 한다. At this time, the first precursor and the second precursor are transferred to the first chamber 20 by the gas lines L1 and L2 that are heated, and the gas lines L1 and L2 are heated to 70 to 150 ° C. (L1) (L2) The first precursor vapor or the second precursor vapor is adsorbed on the inner wall to prevent the gas line from being contaminated.

이러한 가스라인(L1)을 흐르는 제1전구체는 40~60 ℃ 로 가열되고, 이송가스(carrier gas)없이 자체 증기압을 이용하거나 혹은 Ar 혹은 He bubbling 방식 혹은 LDS 방식으로 제1챔버(20)로 피딩된다. The first precursor flowing through the gas line (L1) is heated to 40 ~ 60 ℃, feeding to the first chamber 20 using its own vapor pressure without a carrier gas, or Ar or He bubbling method or LDS method do.

가스라인(L2)을 흐르는 제2전구체는 70~90 ℃로 가열된 상태에서 불활성가스인 Ar 또는 He 에 의하여 bubbling 된 형태로 피딩되는데, 이때 제2전구체는 10~500 sccm 의 유량으로 제1챔버(20)내로 피딩된다. 이 경우 제2전구체가 수용된 캐니스터로 유입되는 불활성가스를 50~120 ℃로 가열함으로써 bubbling 효율을 증가시킬 수 있다. 이때 제2전구체는 액상공급장치(LDS ; Liquid Delivery System) 또는 기화기(vaporizer)를 이용하여 제1챔버(20)로 피딩될 수도 있고, 제2전구체 자체 증기압을 이용하여 이송가스 없이 직접 제1챔버(20)로 이송될 수도 있음은 물론이다. The second precursor flowing through the gas line (L2) is fed in the form of bubbling by Ar or He which is an inert gas heated to 70 ~ 90 ℃, the second precursor is a first chamber at a flow rate of 10 ~ 500 sccm It is fed into 20. In this case, the bubbling efficiency can be increased by heating the inert gas flowing into the canister containing the second precursor to 50 to 120 ° C. In this case, the second precursor may be fed to the first chamber 20 by using a liquid delivery system (LDS) or a vaporizer, or directly into the first chamber without a transport gas by using the vapor pressure of the second precursor itself. Of course, it may be transferred to 20.

이송단계(S20)는 제1챔버(20)에서 박막이 형성된 웨이퍼(w)를 로봇암이 끄집어낸 후, 진공압이 형성된 이송챔버(10)를 경유케 하여 대기에 노출됨이 없이 제2챔버(30)로 이송시키는 단계이다. In the transfer step S20, the robot arm pulls out the wafer w on which the thin film is formed in the first chamber 20, and then passes the transfer chamber 10 in which the vacuum pressure is formed to expose the second chamber without being exposed to the atmosphere. 30).

플라즈마 후처리단계(S30)는, 열적박막형성단계(S10) 이후에 박막이 형성된 웨이퍼(w)를 대기에 노출시키지 않고 제2챔버(30)로 이송시킨 후 박막을 후처리하여 치밀화시키는 단계로서, 하기와 같은 다양한 실시예로 가능하다. The plasma post-treatment step (S30) is a step of post-processing and densifying the thin film after transferring the wafer w on which the thin film is formed after the thermal thin film forming step S10 to the second chamber 30 without exposing it to the atmosphere. It is possible in various embodiments as follows.

도 3에 도시된 바와 같이, 플라즈마 후처리단계(S30)의 일 실시예는, 제2챔버(30)로 H2를 피딩하는 H2 피딩단계(S31)를 진행한 이후에 플라즈마를 인가하다가 H2 의 피딩단계(S31)가 종료될 때 플라즈마의 인가를 정지하는 플라즈마 인가단계(S32)를 포함한다. 이러한 플라즈마 후처리단계(S30)를 통하여 형성된 3원계의 질화물(nitride) 박막을 치밀화시킨다. As shown in FIG. 3, in one embodiment of the plasma post-processing step S30, the plasma is applied after the H2 feeding step S31 for feeding H2 into the second chamber 30, and the H2 feeding is performed. Plasma application step (S32) for stopping the application of the plasma when step S31 is finished. The nitride thin film formed through the plasma post-treatment step (S30) is densified.

여기서 H2 피딩단계(S31)는 H2를 단독 또는 불활성가스와 혼합된 믹싱가스로서 제2챔버(30)로 피딩하며, 플라즈마는 제2챔버(30)로 50~2000 W 의 파워에 300~500 KHz 의 저주파(low frequency) 또는 13.56 MHz ~ 27.12 MHz 의 고주파(high frequency)를 직접 인가하는 다이렉트(direct) 플라즈마 방식을 통하여 발생시킨다. 그러나 제2챔버(30) 외부에서 H2 를 플라즈마를 이용하여 라디칼화화 한 후 제2챔버(30)로 피딩시키는 리모트(remote) 플라즈마 방식으로 수행될 수도 있다. Here, the H2 feeding step S31 feeds H2 into the second chamber 30 as a mixing gas mixed with inert gas alone or with an inert gas, and the plasma is 300-500 KHz at a power of 50-2000 W into the second chamber 30. It is generated through a direct plasma method of directly applying a low frequency of (low frequency) or a high frequency of 13.56 MHz to 27.12 MHz. However, the H2 may be radicalized using a plasma outside the second chamber 30 and then fed to the second chamber 30 in a remote plasma manner.

도 4에 도시된 바와 같이, 플라즈마 후처리단계(S30')의 다른 실시예는, 제2챔버(30)로 H2와 NH3 를 동시에 피딩하는 H2/NH3 피딩단계(S31')를 진행한 이후에 플라즈마를 인가하다가 H2/NH3의 피딩이 종료될 때 플라즈마의 인가를 정지하는 플라즈마 인가단계(S32')를 포함한다. 이러한 플라즈마 후처리단계(S30')를 통하여 형성된 3원계의 질화물(nitride) 박막을 치밀화시킨다. As shown in FIG. 4, another embodiment of the plasma post-treatment step S30 ′ is performed after the H2 / NH3 feeding step S31 ′ which simultaneously feeds H2 and NH3 to the second chamber 30. The plasma application step (S32 ') is stopped to apply the plasma when the H2 / NH3 feeding is finished. The nitride thin film formed through the plasma post-treatment step (S30 ') is densified.

여기서 H2/NH3 피딩단계(S31')는 H2 및 NH3 를 단독 또는 불활성가스와 혼합된 믹싱가스로서 제2챔버(30)로 피딩하며, 플라즈마는 제2챔버(30)로 50~2000 W 의 파워에 300~500 KHz 의 저주파(low frequency) 또는 13.56 MHz ~ 27.12 MHz 의 고주파(high frequency)를 직접 인가하는 다이렉트(direct) 플라즈마 방식을 통하여 발생시킨다. 그러나 제2챔버(30) 외부에서 H2/NH3 를 플라즈마를 이용하여 라디칼화화 한 후 제2챔버(30)로 피딩시키는 리모트(remote) 플라즈마 방식으로 수행될 수도 있다. Here, the H2 / NH3 feeding step S31 'feeds the second chamber 30 as a mixing gas in which H2 and NH3 are mixed alone or with an inert gas, and plasma is 50 to 2000 W of power to the second chamber 30. It is generated through a direct plasma method that directly applies a low frequency (300-500 KHz) or a high frequency of 13.56 MHz to 27.12 MHz. However, the H2 / NH3 may be radicalized using a plasma outside the second chamber 30 and then fed to the second chamber 30 in a remote plasma manner.

도 5에 도시된 바와 같이, 플라즈마 후처리단계(S30")의 또 다른 실시예는, 제2챔버(30)로 H2와 N2를 동시에 피딩하는 H2/N2 피딩단계(S31")를 진행한 이후에 플라즈마를 인가하다가 H2/N3의 피딩이 종료될 때 플라즈마의 인가를 정지하는 플라즈마 인가단계(S32")를 포함한다. 이러한 플라즈마 후처리단계(S30")를 통하여 형성된 3원계의 질화물(nitride) 박막을 치밀화시킨다. As shown in FIG. 5, another embodiment of the plasma post-treatment step S30 ″ is performed after the H2 / N2 feeding step S31 ″ which simultaneously feeds H2 and N2 to the second chamber 30. Plasma application step (S32 ") which stops the application of plasma when the feeding of H2 / N3 is terminated. Plasma nitride is formed through the plasma post-processing step (S30"). Densify the thin film.

여기서 H2/N2 피딩단계(S31")는 H2 및 N2 를 단독 또는 불활성가스와 혼합된 믹싱가스로서 제2챔버(30)로 피딩하며, 플라즈마는 제2챔버(30)로 50~2000 W 의 파워에 300~500KHz 의 저주파(low frequency) 또는 13.56MHz ~ 27.12MHz 의 고주파(high frequency)를 직접 인가하는 다이렉트(direct) 플라즈마 방식을 통하여 발생시킨다. 그러나 제2챔버(30) 외부에서 H2/N2 를 플라즈마를 이용하여 라디칼화화 한 후 제2챔버(30)로 피딩시키는 리모트(remote) 플라즈마 방식으로 수행될 수도 있다. Here, the H2 / N2 feeding step S31 "feeds the second chamber 30 as a mixing gas in which H2 and N2 are mixed alone or with an inert gas, and plasma is 50 to 2000 W of power to the second chamber 30. Is generated by a direct plasma method that directly applies a low frequency of 300 to 500 KHz or a high frequency of 13.56 MHz to 27.12 MHz, but does not generate H2 / N2 from outside of the second chamber 30. After the radicalization using the plasma may be performed by a remote plasma method to feed to the second chamber (30).

상기한 플라즈마 후처리단계(S30)(S30')(S30")을 수행함에 있어서, 제2챔버(30) 내벽의 온도는 100~200 ℃ 범위를 유지하고, 웨이퍼(w)가 안착되는 스테이지히터(22)의 온도는 100~600 ℃ 의 범위를 유지한다. In performing the above-described plasma post-processing step (S30) (S30 ') (S30 "), the temperature of the inner wall of the second chamber 30 is maintained in the range of 100 ~ 200 ℃, the stage heater on which the wafer w is seated The temperature of (22) is maintained in the range of 100 to 600 ° C.

상기한 인시튜 질화물(in-situ nitride) 박막증착방법의 제1실시예는 사용되는 제1,2전구체의 종류에 따라 다양한 3원계 박막을 증착할 수 있다. 이를 종류별로 기재하면 다음과 같다.According to the first embodiment of the in-situ nitride thin film deposition method, various ternary thin films may be deposited according to the type of the first and second precursors used. This is described by type.

(a) TiSiN 박막을 증착할 경우, 제1전구체로 TiCl4, TEMATi, ECTDMAT 중 어느 하나를 사용하고, N 반응물로 NH3 를 사용하며, 제2전구체로 TEMASi, TDMASi, TDEASi, Tris-EMASH 중 어느 하나를 사용한다. (a) When depositing a TiSiN thin film, any one of TiCl4, TEMATi and ECTDMAT is used as the first precursor, NH3 is used as the N reactant, and any one of TEMASi, TDMASi, TDEASi, and Tris-EMASH is used as the second precursor. Use

(b) HfSiN 박막을 증착할 경우, 제1전구체로 TEMAHf, TDMAHf, TDEAHf, HfCl4 중 어느 하나를 사용하고, N 반응물로 NH3 를 사용하며, 제2전구체로 TEMASi, TDMASi, TDEASi, Tris-EMASH 중 어느 하나를 사용한다.(b) When depositing the HfSiN thin film, any one of TEMAHf, TDMAHf, TDEAHf, and HfCl4 is used as the first precursor, NH3 is used as the N reactant, and TEMASi, TDMASi, TDEASi, and Tris-EMASH as the second precursor. Use either.

(c) TaSiN 박막을 증착할 경우, 제1전구체로 PEMATa, TBTEMATa, TBTDETa, TDMATa, TDEATa, TaCl4, 중 어느 하나를 사용하고, N 반응물로 NH3 를 사용하며, 제2전구체로 TEMASi, TDMASi, TDEASi, Tris-EMASH 중 어느 하나를 사용한다.(c) When depositing a TaSiN thin film, any one of PEMATa, TBTEMATa, TBTDETa, TDMATa, TDEATa, TaCl4, is used as the first precursor, NH3 is used as the N reactant, and TEMASi, TDMASi, TDEASi as the second precursor. , Tris-EMASH is used.

(d) TaAlN 박막을 증착할 경우, 제1전구체로 PEMATa, TBTEMATa, TBTDETa, TDMATa, TDEATa, TaCl4, 중 어느 하나를 사용하고, N 반응물로 NH3 를 사용하며, 제2전구체로 TMA, TEA, TMAAl, TIBAL, DMAH 중 어느 하나를 사용한다. (d) When depositing a TaAlN thin film, any one of PEMATa, TBTEMATa, TBTDETa, TDMATa, TDEATa, TaCl4, is used as the first precursor, NH3 is used as the N reactant, and TMA, TEA, TMAAl is used as the second precursor. Use either TIBAL or DMAH.

(e) TiAlN 박막을 증착할 경우, 제1전구체로 TiCl4, TEMATi, ECTDMAT 중 어느 하나를 사용하고, N 반응물로 NH3 를 사용하며, 제2전구체로 TMA, TEA, TMAAl, TIBAL, DMAH 중 어느 하나를 사용한다. (e) When depositing a TiAlN thin film, any one of TiCl4, TEMATi, ECTDMAT is used as the first precursor, NH3 is used as the N reactant, and any one of TMA, TEA, TMAAl, TIBAL, and DMAH as the second precursor. Use

(f) TiBN 박막을 증착할 경우, 제1전구체로 TiCl4, TEMATi, ECTDMAT 중 어느 하나를 사용하고, N 반응물로 NH3 를 사용하며, 제2전구체로 BBr3, B(C2H5)3 중 어느 하나를 사용한다.(f) When depositing a TiBN thin film, any one of TiCl4, TEMATi and ECTDMAT is used as the first precursor, NH3 is used as the N reactant, and any one of BBr3 and B (C2H5) 3 is used as the second precursor. do.

(g) WSiN 박막을 증착할 경우, 제1전구체로 ^t(BuN)2(Me2N2)W, (C5H5)2WH2, (i-C3H7C5H5)2WH2, [(CH3)2N]6W2 중 어느 하나를 사용하고, N 반응물로 NH3 를 사용하며, 제2전구체로 TEMASi, TDMASi, TDEASi, Tris-EMASH 중 어느 하나를 사용한다.(g) When depositing a WSiN thin film, any one of ^t (BuN) 2 (Me2N2) W, (C5H5) 2WH2, (i-C3H7C5H5) 2WH2, [(CH3) 2N] 6W2 is used as the first precursor. NH3 is used as the N reactant, and any one of TEMASi, TDMASi, TDEASi, and Tris-EMASH is used as the second precursor.

(h) WBN 박막을 증착할 경우, 제1전구체로 ^t(BuN)2(Me2N2)W, (C5H5)2WH2, (i-C3H7C5H5)2WH2, [(CH3)2N]6W2 중 어느 하나를 사용하고, N 반응물로 NH3 를 사용하며, 제2전구체로 BBr3, B(C2H5)3 중 어느 하나를 사용한다. (h) When depositing a WBN thin film, any one of ^t (BuN) 2 (Me2N2) W, (C5H5) 2WH2, (i-C3H7C5H5) 2WH2 and [(CH3) 2N] 6W2 is used as the first precursor. NH3 is used as the N reactant, and either BBr3 or B (C2H5) 3 is used as the second precursor.

이 외에도 해당 원소를 함유한 유/무기 금속화합물등을 사용할 수 있다. In addition, organic / inorganic metal compounds containing the element may be used.

다음, 본 발명의 인시튜 질화물(in-situ nitride) 박막증착방법의 제1실시예에 있어서,TiCl4 와 TEMASi 및 NH3를 이용하여 TiSiN 박막을 증착하는 것을 예로써 설명하면 다음과 같다. Next, in the first embodiment of the in-situ nitride thin film deposition method of the present invention, a TiSiN thin film is deposited using TiCl 4, TEMASi, and NH 3 as an example.

열적박막형성단계(S10)에 있어서, 제1전구체 피딩단계(S11)는, 제1전구체로서 TiCl4 이 5~50 sccm 의 유량으로 캐리어가스 없이 자체 증기압을 이용하여 1~5 초동안 제1챔버(20)로 피딩되는 단계이다. 이때 제1챔버(20)와 연결된 다른 가스라인으로는 Ar 을 100~1000 sccm 유량으로 계속 흘림으로써 제1챔버(20) 내부의 압력을 일정하게 유지한다. In the thermal thin film forming step (S10), the first precursor feeding step (S11), the first chamber (TiCl4 as a first precursor at a flow rate of 5 to 50 sccm using a self-gas pressure without a carrier gas for 1 to 5 seconds 1 20). At this time, the other gas line connected to the first chamber 20 maintains a constant pressure inside the first chamber 20 by continuously flowing Ar at a flow rate of 100 to 1000 sccm.

제2전구체 퍼지단계(S12)는, TiCl4 이 흐르는 가스라인의 내부로 Ar 을 100~1000 sccm 유량으로 1~10 초동안 흘림으로써, 가스라인 내부의 잔류 TiCl4 을 제거하고, 제1챔버(20) 내부에서 웨이퍼(w) 상에 화학흡착된 TiCl4 monolayer 층만 남기고 물리흡착된 TiCl4 분자를 제거하는 단계이다. 제2전구체 퍼지단계(S12)는 또한 제1챔버(20) 내부에 잔존하는 TiCl4 을 제거함으로써 이후 수행되는 다른 단계에서 발생될 수 있는 공정파티클의 발생을 최소화할 수 있다. 이 경우에도, 다른 가스라인으로 Ar 을 100~1000 sccm 유량으로 계속 흘림으로써 제1챔버(20) 내부의 압력을 일정하게 유지한다. In the second precursor purge step S12, Ar is flowed into the gas line through which TiCl 4 flows for 1 to 10 seconds at a flow rate of 100 to 1000 sccm to remove residual TiCl 4 in the gas line, and the first chamber 20 is removed. The step of removing the physisorbed TiCl 4 molecules leaving only a layer of chemisorbed TiCl 4 monolayer on the wafer (w). The second precursor purge step S12 may also minimize the generation of process particles that may occur in other steps performed later by removing TiCl 4 remaining in the first chamber 20. Even in this case, the pressure inside the first chamber 20 is kept constant by continuously flowing Ar into another gas line at a flow rate of 100 to 1000 sccm.

N 반응물 피딩단계(S13)는, N 반응물로서 NH3 를 50~500 sccm 의 유량으로 1~10 초동안 제1챔버(20)로 피딩하는 단계로서, 웨이퍼(w) 상에 화학흡착된 TiCl4 분자와의 화학적 반응을 통하여 TiN 박막이 형성된다. 이때 다른 가스라인으로는 Ar 을 100~1000 sccm 유량으로 계속 흘림으로써 제1챔버(20) 내부의 압력을 일정하 게 유지한다.The N reactant feeding step (S13) is a step of feeding NH3 as an N reactant to the first chamber 20 for 1 to 10 seconds at a flow rate of 50 to 500 sccm, and the TiCl4 molecules chemisorbed on the wafer w and The TiN thin film is formed through the chemical reaction of. In this case, by continuously flowing Ar at a flow rate of 100 to 1000 sccm, the pressure inside the first chamber 20 is kept constant.

N 반응물 퍼지단계(S14)는, NH3 가 흐르는 가스라인의 내부로 Ar 을 100~1000 sccm 유량으로 1~10 초동안 흘림으로써, 가스라인 내부의 잔류 NH3 를 제거하고, 웨이퍼(w) 상에서 TiCl4 분자와 반응하지 않고 물리흡착된 NH3 를 제거한다. 또한 제1챔버(20) 내부의 잔존 NH3 를 제거함으로써 이후 수행되는 다른 단계에서 발생될 수 있는 공정파티클의 발생을 최소화할 수 있다. 이 경우에도, 다른 가스라인으로 Ar 을 100~1000 sccm 유량으로 계속 흘림으로써 제1챔버(20) 내부의 압력을 일정하게 유지한다. In the N reactant purge step S14, Ar is flowed into the gas line through which NH 3 flows at a flow rate of 100 to 1000 sccm for 1 to 10 seconds to remove residual NH 3 inside the gas line, and the TiCl 4 molecules on the wafer (w). Removes physisorbed NH3 without reacting with In addition, by removing the remaining NH 3 inside the first chamber 20, it is possible to minimize the generation of process particles that may be generated in another step performed later. Even in this case, the pressure inside the first chamber 20 is kept constant by continuously flowing Ar into another gas line at a flow rate of 100 to 1000 sccm.

제2전구체 피딩단계(S15)는, 제2전구체로서 버블링된 TEMASi 가 캐리어가스에 의하여 10~200 sccm 유량으로 0.01~10 초동안 제1챔버(20) 내로 피딩되는 단계로서, 전 단계에서 형성된 TiN 막과의 화학반응을 통하여 Ti-N-Si 박막이 형성된다. The second precursor feeding step S15 is a step in which the TEMASi bubbled as the second precursor is fed into the first chamber 20 for 0.01 to 10 seconds at a flow rate of 10 to 200 sccm by a carrier gas. The Ti-N-Si thin film is formed through a chemical reaction with the TiN film.

제2전구체 퍼지단계(S16)는, TEMASi 이 흐르는 가스라인의 내부로 Ar 을 100~1000 sccm 유량으로 1~10 초동안 흘림으로써, 가스라인 내부의 잔류 TEMASi 를 제거하고, 웨이퍼(w) 상에서 TiN 분자와 화학적으로 반응하지 않고 물리흡착된 TEMASi 를 제거한다. 또한 제1챔버(20) 내부의 잔존 TEMASi 를 제거함으로써 이후 수행되는 다른 단계에서 발생될 수 있는 공정파티클의 발생을 최소화 시킬 수 있다. 이때 다른 가스라인으로 Ar을 100~1000 sccm 유량으로 계속 흘림으로써 제1챔버(20) 내부의 압력을 일정하게 유지한다. In the second precursor purge step S16, Ar is flowed into the gas line through which TEMASi flows for 1 to 10 seconds at a flow rate of 100 to 1000 sccm to remove residual TEMASi inside the gas line and TiN on the wafer w. Eliminates physisorbed TEMASi without chemically reacting with molecules. In addition, by removing the remaining TEMASi in the first chamber 20, it is possible to minimize the generation of process particles that can be generated in another step performed later. At this time, by continuously flowing Ar to another gas line at a flow rate of 100 to 1000 sccm, the pressure inside the first chamber 20 is kept constant.

N 반응물 피딩단계(S17)는, NH3 를 50~500 sccm 유량으로 1~10 초동안 제1챔 버(20)로 피딩하는 단계로서, 웨이퍼(w) 상에 화학흡착된 Ti-N-Si 분자와의 화학적 반응을 통하여 Ti-N-Si-N 박막이 형성된다. 이 경우에도, 다른 가스라인으로 Ar 을 100~1000 sccm 유량으로 계속 흘림으로써 제1챔버(20) 내부의 압력을 일정하게 유지한다.The N reactant feeding step (S17) is a step of feeding NH3 to the first chamber 20 for 1 to 10 seconds at a flow rate of 50 to 500 sccm, and chemisorbed Ti-N-Si molecules on the wafer (w). The Ti-N-Si-N thin film is formed through chemical reaction with. Even in this case, the pressure inside the first chamber 20 is kept constant by continuously flowing Ar into another gas line at a flow rate of 100 to 1000 sccm.

N 반응물 퍼지단계(S18)는, NH3 가 흐르는 가스라인의 내부로 Ar 을 100~1000 sccm 유량으로 1~10 초동안 흘림으로써, 가스라인 내부의 잔류 NH3 를 제거하고, 웨이퍼(w) 상에서 Ti-N-Si분자와 반응하지 않고 물리흡착된 NH3 를 제거한다. 또한 제1챔버(20) 내부의 잔존 NH3 를 제거함으로써 이후 수행되는 다른 단계에서 발생될 수 있는 공정파티클의 발생을 최소화할 수 있다. 이 경우에도, 다른 가스라인으로 Ar 을 100~1000 sccm 유량으로 계속 흘림으로써 제1챔버(20) 내부의 압력을 일정하게 유지한다. In the N reactant purge step (S18), Ar is flowed into the gas line through which NH 3 flows for 1 to 10 seconds at a flow rate of 100 to 1000 sccm to remove residual NH 3 inside the gas line, and Ti- is removed on the wafer w. Removes physisorbed NH3 without reacting with N-Si molecules. In addition, by removing the remaining NH 3 inside the first chamber 20, it is possible to minimize the generation of process particles that may be generated in another step performed later. Even in this case, the pressure inside the first chamber 20 is kept constant by continuously flowing Ar into another gas line at a flow rate of 100 to 1000 sccm.

상기한 제1전구체 피딩단계(S11) ~ N 반응물 퍼지단계(S18)를 1 cycle 로 하여 웨이퍼상에 1 분자층(one monolayer)의 TiSiN 막이 형성되고, 상기한 cycle 을 반복함으로써 원하는 두께의 TiSiN 박막을 형성할 수 있다. One monolayer TiSiN film is formed on the wafer using the first precursor feeding step (S11) to the N reactant purge step (S18) as one cycle, and the TiSiN thin film having a desired thickness is repeated by repeating the above cycle. Can be formed.

한편, TEMASi 분자구조내에 존재하는 amine기(N-기)를 nitrogen source로 이용함으로써 N 반응물 피딩/퍼지단계(S17)(S18) 없이 TISiN 박막을 증착할 수도 있음은 물론이다. On the other hand, by using the amine group (N- group) present in the TEMASi molecular structure as a nitrogen source, it is also possible to deposit a TISiN thin film without the N reactant feeding / purging step (S17) (S18).

그런데, 상기의 과정으로 형성된 TiSiN 박막은 대기중에서 산소를 흡수하여 높은 비저항을 나타내게 되어 barrier material 혹은 capacitor electrode 로의 적용이 어렵다. 따라서 플라즈마 후처리단계(S30)(30')(30")를 통하여, 박막을 치밀 화시키고 낮은 비저항을 이룸으로써 이러한 문제점을 줄일 수 있다. 이러한 플라즈마 후처리단계(S30)(S30')(S30")를 다른 제2챔버(30)에서 진행함으로서 플라즈마 스퍼터링 효과(plasma sputtering effect)에 의한 공정파티클의 생성을 최소화 할 수 있다. However, the TiSiN thin film formed by the above process absorbs oxygen in the air and exhibits high specific resistance, making it difficult to apply to the barrier material or the capacitor electrode. Therefore, this problem can be reduced by densifying the thin film and achieving low specific resistance through the plasma post-processing steps (S30, 30 ', 30 "). Such plasma post-processing steps (S30) (S30') (S30) By advancing " " in the second chamber 30, it is possible to minimize the generation of process particles due to the plasma sputtering effect.

이러한 플라즈마 후처리단계(S30)(30')(30")는 제2챔버(30) 300W 파워에 13.56MHz 의 고주파(high frequency)를 인가한 상태에서 10 분동안 진행한다. 이때, 플라즈마를 인가할 때 불활성가스인 Ar 을 200~1000sccm 유량으로, 그리고 H2 혹은 NH3 혹은 N2 혹은 이들의 혼합가스를 50~500sccm 유량으로 하여, 60 초동안 제2챔버(30)로 피딩시키면서 제2챔버(30) 내부의 압력을 안정화 시킨다. 이후, 15 초동안 플라즈마를 인가하고, 이후 5 초동안 퍼지를 진행하는 펄스 타입으로 플라즈마를 인가하고, 이러한 싸이클을 40회 반복하여 10 분동안 플라즈마 후처리단계를 수행하였다. The plasma post-processing steps (S30, 30 ', 30 ") are performed for 10 minutes while a high frequency of 13.56 MHz is applied to the 300W power of the second chamber 30. At this time, the plasma is applied. The second chamber 30 while feeding Ar into an inert gas at a flow rate of 200 to 1000 sccm and a H2 or NH3 or N2 or a mixed gas thereof at a flow rate of 50 to 500 sccm for 60 seconds to the second chamber 30. Then, the internal pressure was stabilized, and plasma was applied for 15 seconds, and then plasma was applied in a pulse type for purging for 5 seconds, and the cycle was repeated 40 times to perform plasma post-treatment for 10 minutes. .

도 6은 본 발명에 따른 인시튜 질화물(in-situ nitride) 박막증착방법의 제2실시예(2원계 질화물(nitride) 박막)를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 도 6에 있어서, 플라즈마 후처리단계의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 도 6에 있어서, 플라즈마 후처리단계의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 6 is a view for explaining a second embodiment (binary nitride thin film) of the in-situ nitride thin film deposition method according to the present invention, Figure 7 is a plasma after FIG. FIG. 8 is a view for explaining another embodiment of the processing step, and FIG. 8 is a view for explaining another embodiment of the plasma post-processing step in FIG. 6.

본 발명에 인시튜 질화물(in-situ nitride) 박막증착방법의 제2실시예는, 제1챔버(20)에서 순수한 열적(thermal)방식으로 박막을 형성하는 것으로서 전구체와, N을 함유하는 반응물(이하, N 반응물이라 한다)을 피딩 및 퍼지함으로써 웨이퍼(w)에 2원계 박막을 형성하는 열적박막형성단계(S110)와; 로봇암에 의하여 박막이 형성된 웨이퍼(w)를 대기중에 노출시키지 않고 제2챔버(30)로 이송하는 이송단계(S120)와; 제2챔버(30)에 플라즈마를 인가하여 상기 박막을 후처리하는 플라즈마 후처리단계(S130);를 포함한다.A second embodiment of the in-situ nitride thin film deposition method of the present invention is to form a thin film in a pure thermal manner in the first chamber 20, the precursor and N-containing reactant ( A thermal thin film forming step (S110) of forming a binary thin film on the wafer w by feeding and purging N reactant); A transfer step (S120) of transferring the wafer (w) on which the thin film is formed by the robot arm to the second chamber (30) without exposing to the air; And a plasma post-processing step (S130) for post-processing the thin film by applying plasma to the second chamber 30.

열적박막형성단계(S110)는, 제1챔버(20)로 금속을 함유하는 전구체를 피딩하는 전구체 피딩단계(S111)와; 전구체를 퍼지하는 전구체 퍼지단계(S112)와; 전구체 퍼지단계(S112) 이후에 진행되는 것으로서 N 반응물을 피딩하는 N 반응물 피딩단계(S113)와; N 반응물을 퍼지하는 N 반응물 퍼지단계(S114);를 적어도 1회 이상 반복함으로써 웨이퍼(w)에 2원계 박막을 형성한다. The thermal thin film forming step (S110) may include: a precursor feeding step (S111) of feeding a precursor containing a metal into the first chamber 20; A precursor purge step (S112) for purging the precursor; N reactant feeding step (S113) for feeding the N reactant as proceeding after the precursor purge step (S112); N-reactant purge step (S114) for purging the N-reactant; by repeating at least one or more times to form a binary thin film on the wafer (w).

이때 열적박막형성단계(S110)는, 제1챔버(20) 내벽의 온도가 100~200 ℃ 범위로 유지되고, 웨이퍼(w)가 안착되는 스테이지히터(22)의 온도가 100~600 ℃ 의 범위로 유지되며, 웨이퍼(w)의 온도가 100~600 ℃ 범위로 유지되고, 제1챔버(20) 내의 압력이 10mmTorr~10Torr 범위로 유지된 상태에서 진행된다.At this time, in the thermal thin film forming step S110, the temperature of the inner wall of the first chamber 20 is maintained in a range of 100 to 200 ° C., and the temperature of the stage heater 22 on which the wafer w is seated is in a range of 100 to 600 ° C. The temperature of the wafer w is maintained in the range of 100 to 600 ° C., and the pressure in the first chamber 20 is maintained in the range of 10 mmTorr to 10 Torr.

본 실시예에서는, 열적박막형성단계(S110)는, 전구체가 분해되지 않고 웨이퍼(w)에 화학적 흡착 현상이 일어나도록 제1챔버(20) 내부의 온도가 100~600 ℃ 로 유지되고 내부 압력이 1 Torr 로 유지된 상태에서 진행되며, 웨이퍼(w)가 제1챔버(20) 내로 이송되어 스테이지히터(21)에 안착되면 본격적인 박막 형성공정을 진행함에 앞서 제1챔버(20)로 Ar 을 흘림으로써 웨이퍼(w) 표면의 온도를 안정화 시키는 프리히팅(preheating) 단계를 수행한다. In the present embodiment, the thermal thin film forming step (S110), the temperature inside the first chamber 20 is maintained at 100 ~ 600 ℃ and the internal pressure is maintained so that the precursor does not decompose and the chemical adsorption phenomenon occurs on the wafer (w) If the wafer w is transferred into the first chamber 20 and seated on the stage heater 21, Ar is flowed into the first chamber 20 before the full thin film forming process is performed. As a result, a preheating step of stabilizing the temperature of the wafer surface is performed.

또한 전구체는 히팅되는 가스라인(L1)(L2)에 의하여 제1챔버(20)로 이송되는데, 가스라인(L1)(L2)은 70~150 ℃로 가열됨으로써 가스라인(L1)(L2) 내벽에 전구 체 증기가 흡착되어 가스라인을 오염시키는 것을 방지한다.In addition, the precursor is transferred to the first chamber 20 by the gas lines L1 and L2 that are heated, and the gas lines L1 and L2 are heated to 70 to 150 ° C. so that the inner walls of the gas lines L1 and L2 are heated. This prevents the precursor vapor from adsorbing and contaminating the gas line.

이러한 가스라인(L1)을 흐르는 전구체는 70~90 ℃ 로 가열된 상태에서 불활성가스인 Ar 또는 He 에 의하여 bubbling 된 형태로 피딩되는데, 이때 전구체는 10~500 sccm 의 유량으로 제1챔버(20)내로 피딩된다. 이 경우 전구체가 수용된 캐니스터로 유입되는 불활성가스를 50~120 ℃로 가열함으로써 bubbling 효율을 증가시킬 수 있다. 전구체는 또한 액상공급장치(LDS ; Liquid Delivery System) 또는 기화기(vaporizer)를 이용하여 제1챔버(20)로 피딩될 수도 있고, 전구체 자체 증기압을 이용하여 이송가스 없이 직접 제1챔버(20)로 이송될 수도 있음은 물론이다. The precursor flowing through the gas line (L1) is fed in the form of bubbling by Ar or He which is an inert gas in a heated state at 70 ~ 90 ℃, the precursor is the first chamber 20 at a flow rate of 10 ~ 500 sccm Fed into. In this case, the bubbling efficiency can be increased by heating the inert gas flowing into the canister containing the precursor to 50 ~ 120 ℃. The precursor may also be fed to the first chamber 20 using a Liquid Delivery System (LDS) or vaporizer, or directly into the first chamber 20 without a transfer gas using the precursor's own vapor pressure. Of course, it may be transferred.

이송단계(S120)는 제1챔버(20)에서 박막이 형성된 웨이퍼(w)를 로봇암이 끄집어낸 후, 진공압이 형성된 이송챔버(10)를 경유케 하여 대기에 노출됨이 없이 제2챔버(30)로 이송시키는 단계이다. In the transfer step S120, after the robot arm pulls out the wafer w on which the thin film is formed in the first chamber 20, the robot arm passes through the transfer chamber 10 in which the vacuum pressure is formed, without exposing the second chamber ( 30).

플라즈마 후처리단계(S130)(S130')(S130")는, 열적박막형성단계(S110) 이후에 박막이 형성된 웨이퍼(w)를 대기에 노출시키지 않고 제2챔버(30)로 이송시킨 후 박막을 후처리하는 것으로서, 하기와 같은 다양한 실시예로 가능하다. After the plasma post-treatment step (S130) (S130 ') (S130 "), the thin film is transferred to the second chamber (30) without exposing the wafer (w) on which the thin film is formed to the second chamber (30) after the thermal thin film forming step (S110). As a post-treatment, it is possible in various embodiments as follows.

즉 도 6에 도시된 바와 같이, 플라즈마 후처리단계(S130)의 일 실시예는, 제1챔버(30)로 H2 를 피딩하는 H2 피딩단계(S131)를 진행한 이후에 플라즈마를 인가하다가 H2 의 피딩단계(S31')가 종료될 때 플라즈마의 인가를 정지하는 플라즈마 인가단계(S32')를 포함한다. 이러한 플라즈마 후처리단계(S130)를 통하여 형성된 2원계의 질화물(nitride) 박막을 치밀화시킨다.That is, as shown in Figure 6, one embodiment of the plasma post-processing step (S130), the plasma is applied after the H2 feeding step (S131) to feed the H2 to the first chamber (30) Plasma applying step (S32 ') for stopping the application of the plasma when the feeding step (S31') is finished. The nitride nitride thin film formed through the plasma post-treatment step S130 is densified.

여기서 H2 피딩단계(S131)는 H2를 단독 또는 불활성가스와 혼합된 믹싱가스로서 제2챔버(30)로 피딩하며, 플라즈마는 제2챔버(30)로 50~2000 W 의 파워에 300~500KHz 의 저주파(low frequency) 또는 13.56MHz ~ 27.12MHz 의 고주파(high frequency)를 직접 인가하는 다이렉트(direct) 플라즈마 방식을 통하여 발생시킨다. 그러나 제2챔버(30) 외부에서 H2 를 플라즈마를 이용하여 라디칼화화 한 후 제2챔버(30)로 피딩시키는 리모트(remote) 플라즈마 방식으로 수행될 수도 있다. Here, the H2 feeding step S131 feeds H2 into the second chamber 30 as a mixing gas mixed with inert gas alone or in an inert gas, and the plasma is 300-500 KHz at a power of 50-2000 W to the second chamber 30. It is generated through a direct plasma method that directly applies a low frequency (low frequency) or a high frequency (13.56MHz ~ 27.12MHz). However, the H2 may be radicalized using a plasma outside the second chamber 30 and then fed to the second chamber 30 in a remote plasma manner.

도 7에 도시된 바와 같이, 플라즈마 후처리단계(S130')의 다른 실시예는, 제2챔버(30)로 H2 와 NH3 를 동시에 피딩하는 H2/NH3 피딩단계(S131')를 진행한 이후에 플라즈마를 인가하다가 H2/NH3 의 피딩이 종료될 때 플라즈마의 인가를 정지하는 플라즈마 인가단계(S132")를 포함한다. 이러한 플라즈마 후처리단계(S130')를 통하여 형성된 2원계의 질화물(nitride) 박막을 치밀화시킨다. As shown in FIG. 7, another embodiment of the plasma post-treatment step S130 ′ is performed after the H 2 / NH 3 feeding step S 131 ′ simultaneously feeds H 2 and NH 3 to the second chamber 30. And applying plasma to stop the application of plasma when feeding of H2 / NH3 is terminated (S132 "). A nitride nitride thin film formed through the plasma post-processing step (S130 '). Densify

여기서 H2/NH3 피딩단계(S131')는 H2 및 NH3 를 단독 또는 불활성가스와 혼합된 믹싱가스로서 제2챔버(30)로 피딩하며, 플라즈마는 제2챔버(30)로 50~2000 W 의 파워에 300~500KHz 의 저주파(low frequency) 또는 13.56MHz ~ 21.12MHz 의 고주파(high frequency)를 직접 인가하는 다이렉트(direct) 플라즈마 방식을 통하여 발생시킨다. 그러나 제2챔버(30) 외부에서 H2/NH3 를 플라즈마를 이용하여 라디칼화화 한 후 제2챔버(30)로 피딩시키는 리모트(remote) 플라즈마 방식으로 수행될 수도 있다. Here, the H2 / NH3 feeding step (S131 ′) feeds H2 and NH3 into the second chamber 30 as a mixing gas mixed alone or with an inert gas, and plasma is powered by 50 to 2000 W into the second chamber 30. It is generated through a direct plasma method that directly applies a low frequency (300-500KHz low frequency) or a high frequency (13.56MHz ~ 21.12MHz) to the. However, the H2 / NH3 may be radicalized using a plasma outside the second chamber 30 and then fed to the second chamber 30 in a remote plasma manner.

도 8에 도시된 바와 같이, 플라즈마 후처리단계(S130")의 또 다른 실시예는, 제2챔버(30)로 H2 와 N2 를 동시에 피딩하는 H2/N2 피딩단계(S131")를 진행한 이후에 플라즈마를 인가하다가 H2/N2 의 피딩이 종료될 때 플라즈마의 인가를 정지하는 플라즈마 인가단계(S132")를 포함한다. 이러한 플라즈마 후처리단계(S130")를 통하여 형성된 2원계의 질화물(nitride) 박막을 치밀화시킨다. As shown in FIG. 8, another embodiment of the plasma post-processing step (S130 ″) is performed after the H2 / N2 feeding step (S131 ″) simultaneously feeding H2 and N2 into the second chamber 30. Plasma application step (S132 ") which stops the application of the plasma when the H2 / N2 feeding is finished. The binary nitride formed through the plasma post-processing step (S130") is applied. Densify the thin film.

여기서 H2 피딩단계(S131")는 H2를 Ar 과 혼합된 믹싱가스로서 제2챔버(30)로 피딩하며, 플라즈마는 제2챔버(30)로 50~2000 W 의 파워에 300~500KHz 의 저주파(low frequency) 또는 13.56MHz ~ 27.12MHz 의 고주파(high frequency)를 직접 인가하는 다이렉트(direct) 플라즈마 방식을 통하여 발생시킨다. 그러나 제2챔버(30) 외부에서 H2/N2 를 플라즈마를 이용하여 라디칼화화 한 후 제2챔버(30)로 피딩시키는 리모트(remote) 플라즈마 방식으로 수행될 수도 있다. Here, the H2 feeding step (S131 ″) feeds H2 into the second chamber 30 as a mixing gas mixed with Ar, and the plasma is fed into the second chamber 30 at a low frequency of 300 to 500 KHz at a power of 50 to 2000 W. low frequency) or a high frequency (13.56 MHz to 27.12 MHz) is directly generated by a direct plasma method, but outside of the second chamber 30, H2 / N2 is radicalized using plasma. It may also be performed in a remote plasma manner to feed to the second chamber (30).

상기한 플라즈마 후처리단계(S130)(130')(S130")을 수행함에 있어서, 제2챔버(30) 내벽의 온도는 100~200 ℃ 범위를 유지하고, 웨이퍼(w)가 안착되는 스테이지히터(22)의 온도는 100~600 ℃ 범위를 유지한다. In performing the plasma post-processing steps S130, 130 ′ and S130 ″, the temperature of the inner wall of the second chamber 30 is maintained at a range of 100 to 200 ° C., and the stage heater on which the wafer w is seated. The temperature of (22) is maintained in the range of 100 to 600 ° C.

상기한 인시튜 질화물(in-situ nitride) 박막증착방법의 제2실시예는 사용되는 전구체의 종류에 따라 다양한 2원계 박막을 증착할 수 있다. 이를 종류별로 기재하면 다음과 같다.According to the second embodiment of the in-situ nitride thin film deposition method, various binary thin films may be deposited according to the type of precursor used. This is described by type.

(a) HfN 박막을 증착할 경우, 제1전구체로 TEMAHf, TDMAHf, TDEAHf, HfCl4 중 어느 하나를 사용하고, N 반응물로 NH3 를 사용한다. (a) When depositing the HfN thin film, any one of TEMAHf, TDMAHf, TDEAHf, and HfCl4 is used as the first precursor, and NH3 is used as the N reactant.

(b) TaN 박막을 증착할 경우, 전구체로 PEMATa, TBTEMATa, TBTDETa, TDMATa, TDEATa, TaCl4 중 어느 하나를 사용하고, N 반응물로 NH3 를 사용한다.(b) When depositing a TaN thin film, any one of PEMATa, TBTEMATa, TBTDETa, TDMATa, TDEATa, TaCl4 is used as a precursor, and NH3 is used as the N reactant.

(c) TiN 박막을 증착할 경우, 전구체로 TiCl4, TEMATi, ECTDMAT 중 어느 하나를 사용하고, N 반응물로 NH3 를 사용한다.(c) When depositing a TiN thin film, any one of TiCl 4, TEMATi, and ECTDMAT is used as a precursor, and NH 3 is used as the N reactant.

(d) WN 박막을 증착할 경우, 전구체로 ^t(BuN)2(Me2N2)W, (C5H5)2WH2, (i-C3H7C5H5)2WH2, [(CH3)2N]6W2 중 어느 하나를 사용하고, N 반응물로 NH3 를 사용한다.(d) When depositing a WN thin film, any one of ^t (BuN) 2 (Me2N2) W, (C5H5) 2WH2, (i-C3H7C5H5) 2WH2, [(CH3) 2N] 6W2 as a precursor, and N reactant NH3 is used.

(e) BN 박막을 증착할 경우, 전구체로 BBr3, B(C2H5)3 중 어느 하나를 사용하고, N 반응물로 NH3 를 사용한다.(e) When depositing a BN thin film, one of BBr3 and B (C2H5) 3 is used as a precursor, and NH3 is used as the N reactant.

(f) SiN 박막을 증착할 경우, 전구체로 TEMASi, TDMASi, TDEASi, Tris-EMASH 중 어느 하나를 사용하고, N 반응물로 NH3 를 사용한다.(f) When depositing a SiN thin film, any one of TEMASi, TDMASi, TDEASi, and Tris-EMASH is used as a precursor, and NH3 is used as the N reactant.

(g) AlN 박막을 증착할 경우, 전구체로 TMA, TEA, TMAAl, TIBAL, DMAH 중 어느 하나를 사용하고, N 반응물로 NH3 를 사용한다. (g) When depositing an AlN thin film, any one of TMA, TEA, TMAAl, TIBAL, DMAH is used as a precursor, and NH3 is used as the N reactant.

다음, 본 발명의 인시튜 질화물(in-situ nitride) 박막증착방법에 있어서, TEMAHf과 NH3를 사용하여 HfN 박막을 증착하는 것을 예로써 설명하면 다음과 같다. Next, in the in-situ nitride thin film deposition method of the present invention, the deposition of the HfN thin film using TEMAHf and NH3 will be described as an example.

열적박막형성단계(S110)에 있어서, 전구체 피딩단계(S111)는, 전구체로서 TEMAHf 이 5~50 sccm 의 유량으로 캐리어가스 없이 자체 증기압을 이용하여 1~5 초동안 제1챔버(20)로 피딩되는 단계이다. 이때 제1챔버(20)와 연결된 다른 가스라인으로는 Ar 을 100~1000 sccm 유량으로 계속 흘림으로써 제1챔버(20) 내부의 압력을 일정하게 유지한다. In the thermal thin film forming step (S110), the precursor feeding step (S111), the TEMAHf as a precursor is fed to the first chamber 20 for 1 to 5 seconds using its own vapor pressure without a carrier gas at a flow rate of 5 to 50 sccm It is a step. At this time, the other gas line connected to the first chamber 20 maintains a constant pressure inside the first chamber 20 by continuously flowing Ar at a flow rate of 100 to 1000 sccm.

전구체 퍼지단계(S112)는, TEMAHf 이 흐르는 가스라인의 내부로 Ar 을 100~1000 sccm 유량으로 1~10 초동안 흘림으로써, 가스라인 내부의 잔류 TEMAHf 을 제거하고, 제1챔버(20) 내부에서 웨이퍼(w) 상에 화학흡착된 TEMAHf monolayer 층만 남기고 물리흡착된 TEMAHf 분자를 제거하는 단계이다. 전구체 퍼지단계(S112)는 또한 제1챔버(20) 내부에 잔존하는 TEMAHf 을 제거함으로써 이후 수행되는 다른 단계에서 발생될 수 있는 공정파티클의 발생을 최소화할 수 있다. 이 경우에도, 다른 가스라인으로 Ar 을 100~1000sccm 유량으로 계속 흘림으로써 제1챔버(20) 내부의 압력을 일정하게 유지한다. Precursor purge step (S112), by flowing Ar into the gas line flowing TEMAHf for 1 to 10 seconds at a flow rate of 100 ~ 1000 sccm, to remove the remaining TEMAHf in the gas line, inside the first chamber 20 Removing the physisorbed TEMAHf molecules leaving only the chemisorbed TEMAHf monolayer layer on the wafer (w). The precursor purge step S112 may also minimize the generation of process particles that may occur in other steps performed later by removing the TEMAHf remaining in the first chamber 20. Even in this case, the pressure inside the first chamber 20 is kept constant by continuously flowing Ar to another gas line at a flow rate of 100 to 1000 sccm.

N 반응물 피딩단계(S113)는, N 반응물로서 NH3 를 50~500 sccm 의 유량으로 1~10 초동안 제1챔버(20)로 피딩하는 단계로서, 웨이퍼(w) 상에 화학흡착된 TEMAHf4 분자와의 화학적 반응을 통하여 HfN 박막이 형성된다. 이때 다른 가스라인으로는 Ar 을 100~1000sccm 유량으로 계속 흘림으로써 제1챔버(20) 내부의 압력을 일정하게 유지한다.The N reactant feeding step (S113) is a step of feeding NH3 as an N reactant to the first chamber 20 for 1 to 10 seconds at a flow rate of 50 to 500 sccm, and the TEMAHf4 molecules chemisorbed on the wafer w; HfN thin film is formed through chemical reaction of. At this time, by continuously flowing Ar at a flow rate of 100 to 1000 sccm, the pressure in the first chamber 20 is kept constant.

N 반응물 퍼지단계(S114)는, NH3 가 흐르는 가스라인의 내부로 Ar 을 100~1000sccm 유량으로 1~10 초동안 흘림으로써, 가스라인 내부의 잔류 NH3 를 제거하고, 웨이퍼(w) 상에서 TEMAHf 분자와 반응하지 않고 물리흡착된 NH3 를 제거한다. 또한 제1챔버(20) 내부의 잔존 NH3 를 제거함으로써 이후 수행되는 다른 단계에서 발생될 수 있는 공정파티클의 발생을 최소화할 수 있다. 이 경우에도, 다른 가스라인으로 Ar 을 100~1000sccm 유량으로 계속 흘림으로써 제1챔버(20) 내부의 압력을 일정하게 유지한다. The N reactant purge step S114 removes residual NH3 in the gas line by flowing Ar into the gas line through which NH 3 flows at a flow rate of 100 to 1000 sccm for 1 to 10 seconds, and removes TEMAHf molecules from the wafer w. Remove physisorbed NH3 without reacting. In addition, by removing the remaining NH 3 inside the first chamber 20, it is possible to minimize the generation of process particles that may be generated in another step performed later. Even in this case, the pressure inside the first chamber 20 is kept constant by continuously flowing Ar to another gas line at a flow rate of 100 to 1000 sccm.

상기한 전구체 피딩단계(S111) ~ N 반응물 퍼지단계(S114)를 1 cycle 로 하여 웨이퍼상에 1 분자층(one monolayer)의 HfN 막이 형성되고, 상기한 cycle 을 반 복함으로써 원하는 두께의 HfN 박막을 형성할 수 있다. The precursor feeding step (S111) to the N reactant purge step (S114) is 1 cycle to form a HfN film of one monolayer on the wafer, by repeating the above cycle to form a HfN thin film of the desired thickness Can be formed.

그러나 상기의 과정으로 형성된 TiSiN 박막은 대기중에서 산소를 흡수하여 높은 비저항을 나타내게 되어 barrier material 혹은 capacitor electrode 로의 적용이 어렵다. 따라서 플라즈마 후처리단계(S130)(S130')(S130")를 통하여, 박막을 치밀화시키고 낮은 비저항을 이룸으로써 이러한 문제점을 줄일 수 있다. 이러한 플라즈마 후처리단계(S30)를 다른 제2챔버(30)에서 진행함으로서 플라즈마 스퍼터링효과(plasma sputtering effect)에 의한 공정파티클의 생성을 최소화 할 수 있다. However, the TiSiN thin film formed by the above process shows high specific resistance by absorbing oxygen in the air, making it difficult to apply to a barrier material or a capacitor electrode. Therefore, this problem can be reduced by densifying the thin film and achieving a low specific resistance through the plasma post-treatment step (S130) (S130 ') (S130 "). The plasma post-treatment step (S30) is performed by another second chamber 30. By minimizing the production of process particles due to the plasma sputtering effect.

이러한 플라즈마 후처리단계(S130)(S130')S(130")는 제2챔버(30) 300W 파워에 13.56MHz 의 고주파(high frequency)를 인가한 상태에서 10분 동안 진행한다. 이때, 플라즈마를 인가할 때 불활성가스인 Ar 을 200~1000sccm 유량으로, 그리고 H2 혹은 NH3 혹은 N2 혹은 이들의 혼합가스를 50~500sccm 유량으로 하여, 60 초동안 제2챔버(30)로 피딩시키면서 제2챔버(30) 내부의 압력을 안정화 시킨다. 이후, 15 초동안 플라즈마를 인가하고, 이후 5 초동안 퍼지를 진행하는 펄스 타입으로 플라즈마를 인가하고, 이러한 싸이클을 40회 반복하여 10 분동안 플라즈마 후처리단계를 수행하였다. The plasma post-processing step (S130) (S130 ') S 130 "is performed for 10 minutes while a high frequency of 13.56 MHz is applied to the 300W power of the second chamber 30. At this time, the plasma When applying the inert gas Ar 200 to 1000sccm flow rate and H2 or NH3 or N2 or a mixture of these gas at 50 to 500sccm flow rate, the second chamber 30 while feeding to the second chamber 30 for 60 seconds Stabilize the internal pressure, then apply plasma for 15 seconds, and then apply plasma with a pulse type to purge for 5 seconds, and repeat the cycle 40 times to perform plasma post-treatment for 10 minutes. It was.

첨부된 참조 도면에 의해 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 단지 일 실시예에 불과하다. 당해 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 바람직한 실시예를 충분히 이해하여 유사한 형태의 질화물(nitride) 박막증착방법을 구현할 수 있을 것이다. The preferred embodiment of the present invention described by the accompanying reference drawings is only one embodiment. Those skilled in the art will fully understand the preferred embodiments of the present invention to implement a nitride film deposition method of a similar type.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 인시튜 질화물(in-situ nitride) 박막증착방법에 따르면, 특정 챔버에서 열적(thermal) 방식으로 박막을 형성한 후, 박막이 형성된 웨이퍼를 대기중에 노출시키지 않고 다른 챔버로 이송시킨 후 플라즈마를 이용한 후처리공정을 수행함으로써, 박막을 치밀화할 수 있을 뿐만 아니라 공정 파티클의 생성을 최소화할 수 있다는 효과가 있다. As described above, according to the in-situ nitride thin film deposition method according to the present invention, after forming a thin film in a thermal method in a specific chamber, the other chamber without exposing the wafer on which the thin film is formed to the atmosphere By performing the post-treatment process using a plasma after the transfer to, the thin film can be densified and the generation of process particles can be minimized.

Claims

First and second chambers 20 having a vacuum pressure and a robot arm embedded therein, and the first and second chambers 20, which are installed in a cluster type in the transfer chamber 10 and perform a process of forming a thin film on the wafer w. By using a thin film deposition apparatus comprising a) (30),

A thermal thin film for forming a ternary thin film on the wafer w by feeding and purging a first precursor, an N reactant, and a second precursor to form a thin film in a thermal manner in the first chamber 20. Forming step (S10);

A transfer step (S20) of transferring the wafer (w) on which the thin film is formed by the robot arm to the second chamber (30) without exposing to the air;

And post-processing the thin film by applying plasma to the second chamber (30) to densify the thin film. In-situ nitride thin film deposition method comprising a.

The method of claim 1, wherein the thermal thin film forming step (S10),

A first precursor feeding step S11 for feeding a first precursor containing a metal into the first chamber 20; A first precursor purge step S12 for purging the first precursor; N reactant feeding step (S13) of feeding the N reactant as the process proceeds after the first precursor purge step (S12); An N reactant purge step (S14) for purging the N reactant; A second precursor feeding step (S15) for feeding the second precursor as being carried out after the N reactant purge step (S14); A second precursor purge step (S16) for purging the second precursor; N reactant feeding step (S17) of feeding the N reactant again as the process proceeds after the second precursor purge step (S16); In-situ nitride thin film deposition method characterized in that to form a ternary nitride thin film on the wafer (w) by repeating the N reactant purge step (S18) at least one or more times.

According to claim 2, The plasma post-processing step (S30),

Plasma application step (S32) to stop the application of the plasma when the H2 feeding step (S31) of feeding the H2 to the second chamber 30 after the feeding step (S31) of the H2 is finished In-situ nitride thin film deposition method comprising a.

According to claim 3, The plasma post-processing step (S30),

Directly applying a low frequency of 300 to 500 KHz or a high frequency of 13.56 MHz to 27.12 MHz to the second chamber 30 directly to the second chamber 30 at a power of 50 to 2000 W ( direct) or in situ characterized in that it is carried out by a remote plasma method which feeds the H2 radicals out of the second chamber 30 to the second chamber 30 outside the second chamber 30. In-situ nitride thin film deposition method.

The method of claim 2, wherein the plasma post-processing step (S30 '),

Plasma is applied after the H2 / NH3 feeding step (S31 ') for simultaneously feeding the H2 and NH3 into the second chamber 30, and then the plasma is applied to stop the plasma application when the H2 / NH3 feeding is finished. In-situ nitride thin film deposition method comprising the step (S32 ').

The method of claim 5, wherein the plasma post-processing step (S30 '),

Directly applying a low frequency of 300 to 500 KHz or a high frequency of 13.56 MHz to 21.12 MHz to the second chamber 30 directly to the second chamber 30 at a power of 50 to 200 0 W ( direct) or a remote plasma method in which the H2 / NH3 is radically discharged from the outside of the second chamber 30 using a plasma and fed to the second chamber 30. In-situ nitride thin film deposition method.

According to claim 2, The plasma post-processing step (S30 "),

Plasma is applied after the H2 / N2 feeding step (S231) for simultaneously feeding the H2 and N2 into the second chamber 30, and the plasma is applied to stop the application of the plasma when the H2 / N2 feeding is finished. In-situ nitride thin film deposition method comprising the step (S32 ").

The method of claim 7, wherein the plasma post-processing step (S30 "),

Directly applying a low frequency of 300 to 500 KHz or a high frequency of 13.56 MHz to 27.12 MHz to the second chamber 30 directly to the second chamber 30 at a power of 50 to 2000 W ( direct plasma method or a remote plasma method in which the H2 / N2 is radically discharged from the outside of the second chamber 30 using a plasma and fed to the second chamber 30. In-situ nitride thin film deposition method.

The method of claim 1, wherein when depositing a TiSiN thin film on the wafer (w),

TiCl4, TEMATi, ECTDMAT as one of the first precursor, NH3 is used as the N reactant, TEMASi, TDMASi, TDEASi, Tris-EMASH, characterized in that using any one In-situ nitride thin film deposition method.

The method of claim 1, wherein when depositing an HfSiN thin film on the wafer w,

Any one of TEMAHf, TDMAHf, TDEAHf, HfCl4 is used as the first precursor, NH3 is used as the N reactant, and any one of TEMASi, TDMASi, TDEASi, and Tris-EMASH is used as the second precursor. In-situ nitride thin film deposition method.

The method of claim 1, wherein when depositing a TaSiN thin film on the wafer (w),

PEMATa, TBTEMATa, TBTDETa, TDMATa, TDEATa, TaCl4, is used as the first precursor, NH3 is used as the N reactant, and any one of TEMASi, TDMASi, TDEASi, and Tris-EMASH is used as the second precursor. In-situ nitride thin film deposition method characterized in that using.

The TaAlN thin film of claim 1, wherein the TaAlN thin film is deposited on the wafer w.

PEMATa, TBTEMATa, TBTDETa, TDMATa, TDEATa, TaCl4, is used as the first precursor, NH3 is used as the N reactant, and any one of TMA, TEA, TMAAl, TIBAL, DMAH is used as the second precursor. In-situ nitride thin film deposition method characterized in that using.

The method of claim 1, wherein when depositing a TiAlN thin film on the wafer (w),

Any one of TiCl4, TEMATi, ECTDMAT is used as the first precursor, NH3 is used as the N reactant, and any one of TMA, TEA, TMAAl, TIBAL, and DMAH is used as the second precursor. In-situ nitride thin film deposition method.

The method of claim 1, wherein when depositing a TiBN thin film on the wafer (w),

In situ using any one of TiCl4, TEMATi, ECTDMAT as the first precursor, NH3 as the N reactant, BBr3, B (C2H5) 3 as the second precursor In-situ nitride thin film deposition method.

The method of claim 1, wherein when depositing a WiSiN thin film on the wafer (w),

^T (BuN) 2 (Me2N2) W, (C5H5) 2WH2, (i-C3H7C5H5) 2WH2, [(CH3) 2N] 6W2 as the first precursor, NH3 is used as the N reactant, An in-situ nitride thin film deposition method using any one of TEMASi, TDMASi, TDEASi, and Tris-EMASH as the second precursor.

The method of claim 1, wherein when depositing a WBN thin film on the wafer (w),

T (BuN) 2 (Me2N2) W, (C5H5) 2WH2, (i-C3H7C5H5) 2WH2, [(CH3) 2N] 6W2 as the first precursor, NH3 is used as the N reactant, An in-situ nitride thin film deposition method using any one of BBr3 and B (C2H5) 3 as the second precursor.

A thermal thin film forming step (S110) of forming a binary nitride thin film on the wafer w by feeding and purging the precursor and the N reactant to form a thin film in a thermal manner in the first chamber 20;

A transfer step (S120) of transferring the wafer (w) on which the thin film is formed by the robot arm to the second chamber (30) without exposing to the air;

And a plasma post-treatment step of post-processing the thin film by applying plasma to the second chamber (30).

The method of claim 1, wherein the thermal thin film forming step (S110),

A precursor feeding step (S111) of feeding a precursor containing a metal into the first chamber 20; A precursor purge step (S112) for purging the precursor; N reactant feeding step (S113) of feeding the N reactant as proceeding after the precursor purge step (S112); In-situ nitride thin film deposition method characterized in that to form a binary thin film on the wafer (w) by repeating at least one or more N reactant purge step (S114).

The method of claim 18, wherein the plasma post-processing step (S130),

Plasma application step (S132) to stop the application of the plasma when the H2 feeding step (S131) to feed the H2 to the second chamber 30 after the feeding step (S131) of H2 is finished (S132) An in-situ nitride thin film deposition method comprising a).

The method of claim 19, wherein the plasma post-processing step (S130),

The method of claim 18, wherein the plasma post-processing step (S130 '),

Plasma is applied after the H2 / NH3 feeding step (S131 ′) which simultaneously feeds H2 and NH3 into the second chamber 30 and stops the plasma application when the H2 / NH3 feeding is finished. An in-situ nitride thin film deposition method comprising the step of applying (S132 ').

The method of claim 21, wherein the plasma post-processing step (S130 '),

Directly applying a low frequency of 300 to 500 KHz or a high frequency of 13.56 MHz to 27.12 MHz to the second chamber 30 directly to the second chamber 30 at a power of 50 to 2000 W ( direct) or a remote plasma method in which the H2 / NH3 is radically discharged from the outside of the second chamber 30 using a plasma and fed to the second chamber 30. In-situ nitride thin film deposition method.

The method of claim 18, wherein the plasma post-processing step (S130 "),

Plasma is applied after the H2 / N2 feeding step (S131 ") for simultaneously feeding H2 and N2 into the second chamber 30, and the plasma is applied to stop the plasma application when the H2 / N2 feeding is finished. In-situ nitride thin film deposition method comprising the step (S132 ").

The method of claim 23, wherein the plasma post-processing step (S130 "),

The method of claim 17, wherein when depositing an HfN thin film on the wafer w,

In-situ nitride thin film deposition method using any one of TEMAHf, TDMAHf, TDEAHf, HfCl4 as the first precursor, and NH3 as the N reactant.

18. The method of claim 17, wherein when depositing a TaN thin film on the wafer (w),

In-situ nitride thin film deposition method using any one of PEMATa, TBTEMATa, TBTDETa, TDMATa, TDEATa, TaCl4 as the precursor, and NH3 as the N reactant.

The method of claim 17, wherein when depositing a TiN thin film on the wafer w,

In-situ nitride thin film deposition method using any one of TiCl4, TEMATi, ECTDMAT as the precursor, and NH3 as the N reactant.

18. The method of claim 17, wherein when depositing a WN thin film on the wafer (w),

^T (BuN) 2 (Me2N2) W, (C5H5) 2WH2, (i-C3H7C5H5) 2WH2, [(CH3) 2N] 6W2 as the precursor, and NH3 is used as the N reactant. In-situ nitride thin film deposition method.

18. The method of claim 17, wherein when depositing a BN thin film on the wafer (w),

An in-situ nitride thin film deposition method using any one of BBr3 and B (C2H5) 3 as the precursor and NH3 as the N reactant.

The method of claim 17, wherein when depositing a SiN thin film on the wafer w,

In-situ nitride thin film deposition method using any one of TEMASi, TDMASi, TDEASi, Tris-EMASH as the precursor, and NH3 as the N reactant.

The method of claim 17, wherein when depositing an AlN thin film on the wafer w,

In-situ nitride thin film deposition method using any one of TMA, TEA, TMAAl, TIBAL, DMAH as the precursor, and NH3 as the N reactant.