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KR101147727B1 - 사이클릭 박막 증착 방법 - Google Patents

사이클릭 박막 증착 방법 Download PDF

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KR101147727B1
KR101147727B1 KR1020100074608A KR20100074608A KR101147727B1 KR 101147727 B1 KR101147727 B1 KR 101147727B1 KR 1020100074608 A KR1020100074608 A KR 1020100074608A KR 20100074608 A KR20100074608 A KR 20100074608A KR 101147727 B1 KR101147727 B1 KR 101147727B1
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silicon
insulating film
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reaction
substrate
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김해원
우상호
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주식회사 유진테크
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Abstract

우수한 막질과 스텝 커버리지를 제공할 수 있는 사이클릭 박막 증착 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클릭 박막 증착 방법은 기판이 로딩된 챔버의 내부에 실리콘 전구체를 주입하여 기판 상에 실리콘을 증착하는 증착 단계, 챔버의 내부에서 미반응 실리콘 전구체 및 반응 부산물을 함께 제거하는 제1 퍼지 단계, 챔버의 내부에 제1 반응 가스를 공급하여 증착된 실리콘을 실리콘이 포함되는 절연막으로 형성하는 반응 단계 및 챔버의 내부에서 미반응 반응 가스와 반응 부산물을 제거하는 제2 퍼지 단계를 반복하여 수행하는 절연막 증착 단계 및 챔버의 내부에 플라즈마 분위기를 공급하여 형성된 실리콘이 포함되는 절연막을 치밀하게 만드는 치밀화 단계를 포함한다.

Description

사이클릭 박막 증착 방법{METHOD OF CYCLIC DEPOSITION THIN FILM}
본 발명은 박막 증착 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 실리콘이 포함되는 절연막을 형성하는 사이클릭 박막 증착 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 산업의 발전과 사용자의 요구에 따라 전자기기는 더욱 더 고집적화 및 고성능화되고 있으며 이에 따라 전자기기의 핵심 부품인 반도체 소자 또한 고집적화 및 고성능화가 요구되고 있다. 그러나 반도체 소자의 고집적화를 위하여 미세 구조를 실현하기에는 어려움을 겪고 있다.
예를 들어, 미세 구조를 실현하기 위해서는 더 얇은 절연막이 요구되나, 절연막의 두께가 얇게 형성하면 절연 특성 등 막질이 저하되는 문제가 발생하고 있다. 또한 박막의 두께를 얇게 형성하면서, 우수한 스텝 커버리지를 얻기가 어려워지고 있다.
본 발명의 기술적 과제는 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 우수한 막질과 스텝 커버리지를 가지는 절연막을 증착하는 방법을 제공하는데 있다. 특히, 우수한 막질과 스텝 커버리지를 가지는 사이클릭 박막 증착 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사이클릭 박막 증착 방법은 기판이 로딩된 챔버의 내부에 실리콘 전구체를 주입하여 상기 기판 상에 실리콘을 증착하는 증착 단계, 상기 챔버의 내부에서 미반응 실리콘 전구체 및 반응 부산물을 함께 제거하는 제1 퍼지 단계, 상기 챔버의 내부에 제1 반응 가스를 공급하여 증착된 상기 실리콘을 실리콘이 포함되는 절연막으로 형성하는 반응 단계 및 상기 챔버의 내부에서 미반응된 제1 반응 가스와 반응 부산물을 제거하는 제2 퍼지 단계를 반복하여 수행하는 절연막 증착 단계 및 상기 챔버의 내부에 플라즈마 분위기를 공급하여 형성된 상기 실리콘이 포함되는 절연막을 치밀하게 만드는 치밀화 단계를 포함한다.
상기 제1 반응 가스는 O2, O3, N2 및 NH3를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스일 수 있다.
상기 실리콘이 포함되는 절연막은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막일 수 있다. 상기 치밀화 단계는, Ar, He, Kr 및 Xe를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 점화 가스(ignition gas)를 주입하여 플라즈마 분위기를 형성할 수 있다.
상기 반응 단계는, O2 분위기에서 플라즈마를 이용하여 형성된 O2 -(산소 음이온) 또는 O*(산소 라디칼)을 제1 반응 가스로 사용할 수 있다.
상기 치밀화 단계는, 상기 실리콘이 포함되는 절연막이 실리콘 산화막인 경우, 상기 점화 가스와 함께, H2, O2, 및 O3를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 제2 반응 가스를 더 주입하고,상기 실리콘이 포함되는 절연막이 실리콘 질화막인 경우, 상기 점화 가스와 함께, H2, N2 및 NH3를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 제2 반응 가스를 더 주입할 수 있다.
상기 절연막 증착 단계는, 상기 챔버의 내부 압력을 0.05 내지 10 Torr로 유지하며 수행될 수 있다.
상기 치밀화 단계는, 상기 챔버의 내부 압력을 0.05 내지 10 Torr로 유지할 수 있다.
상기 치밀화 단계 전에, 상기 증착 단계, 상기 제1 퍼지 단계, 상기 반응 단계 및 상기 제2 퍼지 단계를 3회 내지 10회 반복하여 수행할 수 있다.
상기 절연막 증착 단계 및 상기 치밀화 단계를 반복하여 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사이클릭 박막 증착 방법은 얇은 두께를 가지면서도 우수한 막질과 스텝 커버리지를 가지는 절연막, 예를 들면 실리콘산화막 또는 실리콘질화막을 형성할 수 있다.
따라서, 고집적화된 반도체 소자를 실현하기 위하여, 얇은 두께를 가지는 절연막을 형성할 수 있으며, 스텝 커버리지도 우수하기 때문에 미세 구조를 실현할 수 있다. 또한 우수한 막질을 가지기 때문에, 고집적화된 반도체 소자에서 요구되는 성능을 만족할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 사이클릭 박막 증착 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 사이클릭 박막 증착 방법을 수행하기 위한 반도체 제조 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 사이클릭 박막 증착 방법을 나타내는 다이어그램이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시 예에 따른 실리콘을 증착하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시 예에 따른 실리콘이 포함되는 절연막을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 복수의 실리콘이 포함되는 절연막을 형성한 모습을 나타내는 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시 예에 따른 절연막을 치밀화하는 단계를 나타내는 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 실리콘이 포함된 절연막을 형성한 모습을 나타내는 단면도이다.
다음에, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시 예들에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시 예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 첨부 도면들에서, 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 첨부 도면에서의 다양한 요소들과 영역들은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서 본 발명은 첨부 도면들에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 사이클릭 박막 증착 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 제조 장치의 챔버 내부에 기판을 로딩한다(S100). 상기 챔버 내부에 로딩된 기판에 절연막이 증착되며(S200), 절연막을 증착하기 위하여 실리콘을 증착하는 단계(S210), 제1 퍼지 단계(S220), 반응 단계(S230) 및 제2 퍼지 단계(S240)가 함께 수행된다.
실리콘을 증착하기 이하여 상기 챔버 내부에 실리콘 전구체를 주입하여, 상기 기판 상에 실리콘이 증착되도록 할 수 있다(S210). 상기 기판 상에 실리콘을 증착한 후, 미반응 실리콘 전구체 및 반응 부산물을 제거하는 제1 퍼지 단계를 수행한다(S220).
이후, 상기 기판 상에 형성된 실리콘을 반응 가스와 반응시켜, 실리콘이 포함되는 절연막으로 형성하는 반응 단계를 수행한다(S230). 실리콘이 포함되는 절연막은 예를 들면, 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막일 수 있다.
실리콘을 실리콘이 포함되는 절연막으로 형성하기 위하여, 상기 챔버 내부에 제1 반응 가스를 주입할 수 있다. 제1 반응 가스는 예를 들면 O2, O3, N2 및 NH3를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스일 수 있다.
실리콘이 포함되는 절연막이 실리콘 산화막일 경우, 상기 제1 반응 가스는 O2 또는 O3와 같은 산소 원자를 포함하는 가스, 또는 O2 분위기에서 플라즈마를 이용하여 형성된 O2 -(산소 음이온) 또는 O*(산소 라디칼)일 수 있다. 실리콘이 포함되는 절연막이 실리콘 질화막일 경우, 상기 제1 반응 가스는 N2 또는 NH3와 같은 질소 원자를 포함하는 가스일 수 있다.
이후, 챔버의 내부에서 반응 부산물과 반응 가스 또는 점화 가스를 제거하는 제2 퍼지 단계를 수행할 수 있다(S240).
실리콘을 증착하는 단계(S210), 제1 퍼지 단계(S220), 반응 단계(S230) 및 제2 퍼지 단계(S240)는 반복하여 수행될 수 있다(S250). 실리콘을 증착하는 단계(S210), 제1 퍼지 단계(S220), 반응 단계(S230) 및 제2 퍼지 단계(S240)는 예를 들면, 3 내지 10회 반복하여 수행될 수 있다.
실리콘을 증착하는 단계(S210), 제1 퍼지 단계(S220), 반응 단계(S230) 및 제2 퍼지 단계(S240)을 포함하는 절연막 증착 단계(S200) 동안에 기판의 온도 및 챔버 내부의 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
각 실리콘을 증착하는 단계(S210)에서는 적어도 1개의 실리콘 원자층이 상기 기판 상에 형성될 수 있다. 실리콘이 포함되는 절연막은 수 내지 수십Å의 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 실리콘이 포함되는 절연막이 형성 후, 치밀화 단계를 수행한다(S300)
실리콘이 포함되는 절연막을 치밀화하기 위하여, 상기 챔버 내부에 플라즈마 분위기를 형성할 수 있다. 또한 플라즈마 분위기와 함께 추가로 제2 반응 가스를 주입할 수 있다. 제2 반응 가스는 예를 들면 H2, O2, O3, N2 및 NH3를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스일 수 있다.
원하는 두께의 실리콘이 포함되는 절연막을 얻기 위하여, 필요에 따라 절연막 측장 단계(S200) 및 치밀화 단계(S300)는 반복하여 수행될 수 있다(S400).
원하는 두께의 실리콘이 포함되는 절연막이 형성된 경우, 기판은 챔버로부터 언로딩될 수 있다(S900).
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 사이클릭 박막 증착 방법을 수행하기 위한 반도체 제조 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 반도체 제조 장치(10)의 챔버(11) 내에 반응 가스가 도입되기 위한 도입부(12)가 형성된다. 도입부(12)에 의해 도입된 반응 가스는 샤워헤드(13)를 통해 챔버(11) 내부로 분사될 수 있다.
증착의 대상이 되는 기판(100)가 척(14)상에 놓여지게 되는데, 이러한 척(14)은 척지지대(16)에 의해 지지되게 된다. 척(14)은 필요한 경우, 기판(100)에 열을 가하여, 기판(100)이 소정의 온도를 가지도록 할 수 있다. 이러한 장치에 의해 증착이 수행되고 나서는 배출부(17)에 의해 배출되게 된다.
또한 반도체 제조 장치(10)은 플라즈마 분위기를 형성하기 위하여 플라즈마 발생부(18)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 사이클릭 박막 증착 방법을 나타내는 다이어그램이다.
도 3을 참조하면, 실리콘(Si) 전구체의 주입 및 퍼지(purge)와 제1 반응 가스의 주입 및 퍼지가 반복적으로 수행된다. 실리콘(Si) 전구체의 주입 후 퍼지(purge)와 제1 반응 가스의 주입 후 퍼지가 반복적으로 수행된 후, 플라즈마 분위기가 형성된다. 플라즈마 분위기가 형성된 상태에서는 필요에 따라서 제2 반응 가스가 주입될 수 있다.
이와 같이, 실리콘 전구체의 주입 및 퍼지와 제1 반응 가스의 주입 및 퍼지가 반복 수행된 후 플라즈마 분위기가 형성되는 단계까지가 1 사이클로 동작한다. 즉, 실리콘 전구체의 주입 및 퍼지와 반응 가스의 주입 및 퍼지가 반복 수행되어 실리콘이 포함되는 절연막을 형성한 후, 플라즈마 분위기를 형성하여 실리콘이 포함되는 절연막을 치밀화한다.
또한 전술한 과정을 모두 반복하여, 원하는 두께의 실리콘이 포함되는 절연막을 얻을 수 있다.
따라서 사이클릭 박막 증착 방법은 실리콘 전구체의 주입 및 퍼지와 제1 반응 가스의 주입 및 퍼지가 반복적으로 수행될 수 있음은 물론, 실리콘이 포함되는 절연막의 형성과 치밀화 또는 반복적으로 수행될 수 있다.
도 4a 내지 도 8은 전술한 내용을 토대로, 본 발명의 실시 예에 따른 사이클릭 박막 증착 방법을 단계별로 자세히 설명한다. 도 4a 내지 도 8에 관한 설명에서, 필요한 경우 도 1 내지 도 3에 대한 참조 부호가 함께 사용될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시 예에 따른 실리콘을 증착하는 단계를 나타내는 단면도이다. 도 4a는 본 발명의 실시 예에 따른 실리콘 전구체를 주입하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 기판(100)이 로딩된 챔버(11) 내로 실리콘 전구체(50)가 주입된다.
기판(100)은 예를 들면, 실리콘 또는 화합물 반도체 웨이퍼와 같은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 또는 기판(100)은 글라스, 금속, 세라믹, 석영과 같은 반도체와 다른 기판 물질 등이 포함될 수 있다.
실리콘 전구체(50)는 예를 들면, BEMAS (bisethylmethylaminosilane), BDMAS (bisdimethylaminosilane), BEDAS, TEMAS (tetrakisethylmethylaminosilane), TDMAS (tetrakisidimethylaminosilane), TEDAS와 같은 아미노계 실란, 또는 HCD(hexachlorinedisilan)와 같은 염화계 실란일 수 있다.
기판(100)이 실리콘 전구체(50)와 반응할 수 있도록, 기판(100)은 50 내지 600℃의 온도를 유지할 수 있다. 또한 기판(100)이 로딩된 챔버(11) 내부의 압력은 0.05 내지 10 Torr를 유지할 수 있다.
도 4b는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 상에 실리콘을 증착한 모습을 나타내는 단면도이다. 도 4b를 참조하면, 실리콘 전구체(50) 중 기판(100)과 반응한 것들에 의하여, 기판(100) 상에는 실리콘 원자가 증착되어 실리콘층(112)이 형성될 수 있다. 실리콘층(112)은 적어도 1개의 실리콘 원자층으로 이루어질 수 있다.
실리콘 전구체(50)는 기판(100)과 반응한 후 반응 부산물(52)을 형성할 수 있다. 또한 실리콘 전구체(50) 중 일부는 기판(100)과 반응하지 않고, 미반응 상태로 남아있을 수 있다.
도 4c는 본 발명의 실시 예에 따른 제1 퍼지 단계를 수행한 모습을 나타내는 단면도이다. 도 4c를 참조하면, 기판(100) 상에 실리콘층(112)을 형성한 후, 잔류한 미반응 상태의 실리콘 전구체(50) 및 반응 부산물(52)을 챔버(11) 내부에서 제거하는 퍼지(purge)를 수행할 수 있다. 미반응 실리콘 전구체(50) 및 반응 부산물(52)을 챔버(11) 내부에서 제거하는 퍼지(purge) 단계를 제1 퍼지 단계라 호칭할 수 있다.
상기 제1 퍼지 단계 동안, 기판(100)은 50 내지 600℃의 온도를 유지할 수 있다. 또한 기판(100)이 로딩된 챔버(11) 내부의 압력은 0.05 내지 10 Torr를 유지할 수 있다. 즉, 실리콘층(112)을 증착하는 단계와 상기 제1 퍼지 단계 동안에 기판(100)의 온도 및 챔버(11) 내부의 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시 예에 따른 실리콘이 포함되는 절연막을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다. 도 5a는 본 발명의 실시 예에 따른 반응 가스를 주입하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 5a를 참조하면, 기판(100)이 로딩된 챔버(11) 내로 제1 반응 가스(60)가 주입된다. 제1 반응 가스(60)는 예를 들면, O2, O3, N2 및 NH3를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스일 수 있다. 또는 제1 반응 가스(60)는 예를 들면, O2 분위기에서 플라즈마를 이용하여 형성된 O2 -(산소 음이온) 또는 O*(산소 라디칼)일 수 있다.
기판(100)이 제1 반응 가스(60)와 반응할 수 있도록, 기판(100)은 50 내지 600℃의 온도를 유지할 수 있다. 또한 기판(100)이 로딩된 챔버(11) 내부의 압력은 0.05 내지 10 Torr를 유지할 수 있다.
도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 상에 실리콘이 포함되는 절연막을 증착한 모습을 나타내는 단면도이다. 도 5b를 참조하면, 제1 반응 가스(60) 중 실리콘층(112)과 반응한 것들에 의하여, 기판(100) 상에는 실리콘이 포함되는 절연막(122a)이 형성될 수 있다.
제1 반응 가스(60)는 실리콘층(112)과 반응한 후 반응 부산물(62)을 형성할 수 있다. 또한 제1 반응 가스(60) 중 일부는 실리콘층(112)과 반응하지 않고, 미반응 상태로 남아있을 수 있다.
제1 반응 가스(60)로 예를 들면, O2, O3와 같은 산소 원자를 포함하는 가스 또는 O2 분위기에서 플라즈마를 이용하여 형성된 O2 -(산소 음이온) 또는 O*(산소 라디칼)을 사용할 경우, 실리콘층(112)은 제1 반응 가스(60)에 포함된 산소 원자와 반응하여 실리콘산화막으로 형성될 수 있다. 또는 제1 반응 가스(60)로 예를 들면, N2 및 NH3와 같은 질소 원자를 포함하는 가스를 사용할 경우, 실리콘층(112)은 제1 반응 가스(60)에 포함된 질소 원자와 반응하여 실리콘질화막으로 형성될 수 있다.
도 5c는 본 발명의 실시 예에 따른 제2 퍼지 단계를 수행한 모습을 나타내는 단면도이다. 도 5c를 참조하면, 기판(100) 상에 실리콘이 포함되는 절연막(122a)을 형성한 후, 잔류한 미반응 상태의 제1 반응 가스(60) 및 반응 부산물(62)을 챔버(11) 내부에서 제거하는 퍼지(purge)를 수행할 수 있다. 미반응 상태의 제1 반응 가스(60) 및 반응 부산물(62)을 챔버(11) 내부에서 제거하는 퍼지(purge) 단계를 제2 퍼지 단계라 호칭할 수 있다.
상기 제2 퍼지 단계 동안, 기판(100)은 50 내지 600℃의 온도를 유지할 수 있다. 또한 기판(100)이 로딩된 챔버(11) 내부의 압력은 0.05 내지 10 Torr를 유지할 수 있다.
도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 복수의 실리콘이 포함되는 절연막을 형성한 모습을 나타내는 단면도이다. 도 6를 참조하면, 도 4a 내지 도 5c에서 보인 단계를 반복하여, 복수의 실리콘이 포함되는 절연막(122a, 122b, 122c)이 이루는 절연막층(122)을 형성한다.
절연막층(122)은 수 내지 수십Å의 두께를 가질 수 있다. 절연막층(122)은 3 내지 10개의 실리콘이 포함되는 절연막(122a, 122b, 122c)을 포함하도록, 각 실리콘이 포함되는 절연막(122a, 122b 또는 122c)을 증착하는 과정은 3 내지 10회 반복하여 수행될 수 있다.
이와 같이 절연막층(122)을 복수의 실리콘이 포함되는 절연막들(122a, 122b, 122c)로 형성하면, 절연막층(122)은 우수한 막질과 스텝 커버리지(step coverage)를 가질 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시 예에 따른 절연막을 치밀화하는 단계를 나타내는 단면도들이다. 도 7a는 본 발명의 실시 예에 따른 절연막층에 플라즈마 분위기를 공급하는 모습을 나타내는 단면도이다.
도 7a를 참조하면, 절연막층(122)이 형성된 기판(100) 상에 플라즈마를 가한다. 즉, 기판(100)이 로딩된 챔버(11) 내부를 플라즈마 분위기로 형성한다. 플라즈마 분위기를 형성하기 위하여, ICP(Inductively Coupled Plasma), CCP(Capacitively Coupled Plasma) 또는 MW(Microwave) Plasma 방식이 사용될 수 있다. 이때 플라즈마 분위기를 형성하기 위하여, 100W 내지 3kW의 전력이 인가될 수 있다.
플라즈마 분위기를 형성하기 위하여, 예를 들면, Ar, He, Kr 및 Xe를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 점화 가스(ignition gas)가 주입될 수 있다. 이때, 점화 가스는 100 내지 3000sccm의 유량으로 주입될 수 있다.
플라즈마 분위기에서 절연막층(122)을 더욱 치밀하게 하기 위하여, 제2 반응 가스(64)가 추가로 주입될 수 있다. 제2 반응 가스(64)는 예를 들면, H2, O2, O3, N2 및 NH3를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스 또는 O2 분위기에서 플라즈마를 이용하여 형성된 O2 -(산소 음이온) 또는 O*(산소 라디칼)일 수 있다.
절연막층(122)이 실리콘산화막일 경우, 제2 반응 가스(64)로 예를 들면, O2, O3와 같은 산소 원자를 포함하는 가스, O2 분위기에서 플라즈마를 이용하여 형성된 O2 -(산소 음이온) 또는 O*(산소 라디칼), 또는 H2를 사용할 수 있다.
절연막층(122)이 실리콘질화막일 경우, 제2 반응 가스(64)로 예를 들면, N2 및 NH3와 같은 질소 원자를 포함하는 가스 또는 H2를 사용할 수 있다.
도 7b는 본 발명의 실시 예에 따른 치밀화된 절연막층(122D)을 형성한 모습을 나타내는 단면도이다. 도 7a 및 도 7b를 함께 참조하면, 플라즈마 분위기에서 절연막층(122)은 치밀화(densification)가 이루어져 치밀화된 절연막층(122D)이 형성될 수 있다. 치밀화된 절연막층(122D)을 형성하기 위하여, 기판(100)이 로딩된 챔버(11)의 압력을 0.05 내지 10 Torr로 유지할 수 있다.
또한 절연막층(122)을 플라즈마 분위기에서 처리하여 얻어진 치밀화된 절연막층(122D)은 절연 특성 등이 막질이 우수할 수 있다. 특히, 치밀화된 절연막층(112D)이 얇은 두께를 가지도록 형성하여도, 우수한 막질을 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 실리콘이 포함된 절연막을 형성한 모습을 나타내는 단면도이다. 도 8을 참조하면, 도 4a 내지 도 7b에서 설명한 단계들을 반복하여, 복수의 치밀화된 절연막층(122D, 124D)이 포함되는 절연막(120)을 형성할 수 있다.
도 7a에서 보인 절연막층(122)이 상대적으로 두꺼울 경우, 절연막층(122)의 하부에는 플라즈마 또는 제2 반응 가스(64)에 의한 영향은 상대적으로 적게 미칠 수 있다. 따라서, 절연막(120)의 막질을 더욱 향상시키기 위하여, 상대적으로 얇은 복수의 치밀화된 절연막층(122D, 124D)이 포함되는 절연막(120)을 형성할 수 있다.
또한 절연막(120)은 2개의 치밀화된 절연막층(122D, 124D)이 포함되는 것으로 도시되었으나, 3개 이상의 치밀화된 절연막층을 포함하는 것도 가능하다. 즉, 절연막(120)이 포함하는 치밀화된 절연막층의 개수는, 절연막(120)의 원하는 두께를 고려하여 결정할 수 있다. 즉, 절연막(120)의 원하는 두께를 고려하여 도 4a 내지 도 7b에서 설명한 단계들을 반복할 회수를 결정할 수 있다.
본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.

Claims (10)

  1. 기판이 로딩된 챔버의 내부에 실리콘 전구체를 주입하여 상기 기판 상에 실리콘을 증착하는 증착 단계, 상기 챔버의 내부에서 미반응 실리콘 전구체 및 반응 부산물을 함께 제거하는 제1 퍼지 단계, 상기 챔버의 내부에 제1 반응 가스를 공급하여 증착된 상기 실리콘을 실리콘이 포함되는 절연막으로 형성하는 반응 단계 및 상기 챔버의 내부에서 미반응의 제1 반응 가스와 반응 부산물을 제거하는 제2 퍼지 단계를 반복하여 수행하는 절연막 증착 단계; 및
    상기 챔버의 내부에 플라즈마 분위기를 공급하여 형성된 상기 실리콘이 포함되는 절연막을 치밀하게 만드는 치밀화 단계;를 포함하는 사이클릭 박막 증착 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 반응 가스는 O2, O3, N2 및 NH3를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스인 것을 특징으로 하는 사이클릭 박막 증착 방법
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 실리콘이 포함되는 절연막은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막인 것을 특징으로 하는 사이클릭 박막 증착 방법.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 치밀화 단계는,
    Ar, He, Kr 및 Xe를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 점화 가스(ignition gas)를 주입하여 플라즈마 분위기를 형성하는 것을 특징으로 하는 사이클릭 박막 증착 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 반응 단계는,
    O2 분위기에서 플라즈마를 이용하여 형성된 O2 -(산소 음이온) 또는 O*(산소 라디칼)을 제1 반응 가스로 사용하는 것을 특징으로 하는 사이클릭 박막 증착 방법.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 치밀화 단계는,
    상기 실리콘이 포함되는 절연막이 실리콘 산화막인 경우, 상기 점화 가스와 함께, H2, O2, 및 O3를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 제2 반응 가스를 더 주입하고,
    상기 실리콘이 포함되는 절연막이 실리콘 질화막인 경우, 상기 점화 가스와 함께, H2, N2 및 NH3를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 제2 반응 가스를 더 주입하는 것을 특징으로 하는 사이클릭 박막 증착 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 절연막 증착 단계는
    상기 챔버의 내부 압력을 0.05 내지 10 Torr로 유지하며 수행되는 것을 특징으로 하는 사이클릭 박막 증착 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 치밀화 단계는,
    상기 챔버의 내부 압력을 0.05 내지 10 Torr로 유지하는 것을 특징으로 하는 사이클릭 박막 증착 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 치밀화 단계 전에,
    상기 증착 단계, 상기 제1 퍼지 단계, 상기 반응 단계 및 상기 제2 퍼지 단계를 3회 내지 10회 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 사이클릭 박막 증착 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 절연막 증착 단계 및 상기 치밀화 단계를 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 사이클릭 박막 증착 방법.
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