KR20030064083A - A Method Of Forming Silicon Nitride Thin Film by Atomic Layer Deposition - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 원자층 적층(ALD)에 의한 실리콘 나이트라이드 박막 형성에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 원자층 적층 방법을 이용하고, 실리콘을 포함하는 반응 물질을 간접적으로 활성화하여 실리콘 나이트라이드 박막을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the formation of silicon nitride thin films by atomic layer deposition (ALD). More specifically, the present invention relates to a method for forming a silicon nitride thin film by indirectly activating a reaction material including silicon using an atomic layer deposition method.
일반적으로, 반도체 장치내에서 상기 실리콘 나이트라이드 박막은 건식 식각 공정을 위한 하드 마스크, 게이트 전극 측벽의 스페이서, 습식 및 식각과 화학 기계적 연마시의 스토퍼 등으로서 널리 사용되고 있다. 이러한 이유로, 상기 실리콘 나이트라이드 박막 형성 공정은 반도체 장치의 제조에서 매우 중요한 기술로 대두되고 있다.In general, in the semiconductor devices, the silicon nitride thin film is widely used as a hard mask for a dry etching process, a spacer on a sidewall of a gate electrode, and a stopper for wet and etching and chemical mechanical polishing. For this reason, the silicon nitride thin film forming process has emerged as a very important technology in the manufacture of semiconductor devices.
상기 실리콘 나이트라이드 박막은 열적 화학 기상 증착(thermal CVD), 저압 화학 기상 증착(LPCVD), 플라즈마 증대 화학 기상 증착(PECVD)과 같은 적층 방법에 의해 형성할 수 있다. 그러나, 상기 방법에 의해서 형성되는 실리콘 나이트라이드 박막은 다음에 설명하는 몇가지 문제점을 갖고 있다.The silicon nitride thin film may be formed by a lamination method such as thermal CVD, low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), and plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). However, the silicon nitride thin film formed by the above method has some problems described below.
먼저, 상기 열적 화학 기상 증착은 일반적으로 650℃ 내지 800℃ 의 고온에서 증착 공정이 수행되기 때문에, 공정 중에 발생하는 열에 의해 기판 상에 이미 형성되어 있는 하부막들에게 악영향을 미칠 수있다. 또한, 상기 기판 상에 형성되어 있는 막의 패턴들이 조밀한 영역과 상대적으로 덜 조밀한 영역(예컨대, 셀 영역과 페리 영역)에서 형성되는 박막의 두께가 달라지는 패턴 로딩 효과(pattern loading effect)가 발생한다. 때문에 기판 전체에 균일한 두께를 갖는 실리콘 나이트라이드 박막을 형성하기가 매우 어렵다.First, since the thermal chemical vapor deposition is generally performed at a high temperature of 650 ° C to 800 ° C, the heat generated during the process may adversely affect the lower layers already formed on the substrate. In addition, a pattern loading effect occurs in which the pattern of the film formed on the substrate is different in the thickness of the thin film formed in a dense region and a relatively less dense region (eg, a cell region and a ferry region). . Therefore, it is very difficult to form a silicon nitride thin film having a uniform thickness throughout the substrate.
또한, 상기 PECVD를 이용하여 실리콘 나이트라이드 박막을 형성하면, 상기 박막내에 수소 성분의 함량이 높고 스텝 커버리지(step coverage)가 양호하지 않다.In addition, when the silicon nitride thin film is formed using the PECVD, the hydrogen content in the thin film is high and the step coverage is not good.
그리고, 상기 LPCVD를 이용하는 방법은 박막 성장이 상대적으로 느리기 때문에, 상기 박막을 원하는 두께로 성장시키는 공정 시간이 상대적으로 길어진다. 상기 길어지는 공정 시간으로 인하여, 상기 기판이 상대적으로 고온에 오랜 시간 동안 노출되기 때문에, 형성하는 박막은 높은 열적 버지트(thermal budget)를 갖는다.In addition, since the thin film growth is relatively slow in the method using the LPCVD, the process time for growing the thin film to a desired thickness becomes relatively long. Due to the longer processing time, the forming film has a high thermal budget because the substrate is exposed to relatively high temperatures for a long time.
따라서, 상기 실리콘 나이트라이드 박막을 형성하기 위한 다른 방법으로서 원자층(ALD) 적층이 선택적으로 제안되고 있다. 상기 원자층(ALD) 적층에 의해 실리콘 나이트라이드 박막을 형성하는 종래의 기술에 대해 소개한다.Accordingly, atomic layer (ALD) lamination has been selectively proposed as another method for forming the silicon nitride thin film. A conventional technique for forming a silicon nitride thin film by the atomic layer (ALD) lamination is introduced.
디크로로실란(DCS) 및 NH3 플라즈마를 사용하는 ALD 적층 방법으로 Si3N4박막을 형성하는 일 예는 고토(Goto et al.)(Appl. Surf. Sci., 112,75-81(1997); Appl. Phys. Lett. 68(23),3257-9(1996))에 개시되어 있다. 그러나, 상기 방법에 의해 제조하는 실리콘 나이트라이드 박막은 Cl 함량(0.5%)과 수소 함량(13%) 및 산소(O) 함량이 매우 높아서 막의 특성이 좋지 않다. 또한, 형성되는 박막은 Si : N 성분비가 41 : 37 정도이므로 화학량론적(near stoichiometric)으로 Si3N4박막이라고 할 수 없다. 더욱이, 300초 동안의 공정을 통하여 0.91Å이 성장하기 때문에 상업적으로 응용할 만큼 성장 비율이 높지 않다.An example of forming a Si 3 N 4 thin film by an ALD deposition method using dicrorosilane (DCS) and NH 3 plasma is described by Goto et al. (Appl. Surf. Sci., 112,75-81 (1997). (Appl. Phys. Lett. 68 (23), 3257-9 (1996)). However, the silicon nitride thin film prepared by the above method has very high Cl content (0.5%), hydrogen content (13%), and oxygen (O) content, and thus poor film properties. In addition, since the thin film formed has a Si: N component ratio of about 41:37, it cannot be called a Si 3 N 4 thin film stoichiometrically (near stoichiometric). Moreover, the growth rate is not high enough for commercial applications because 0.91 Å grows through the 300 second process.
SiCl4및 NH3의 반응을 이용하여 Si3N4박막을 형성하는 ALD 방법은 클라우스(Klaus et al.)(U.S. Patent 6,090,442 및 Surf. Sci., 418, L14-L19(1998))에 개시되어 있다. 상기 클라우스에 개시된 방법에 의해 형성되는 박막은 Si : N 성분비가 1 : 1.39이고, 상기 Cl, H 및 O 함량이 낮다. 그러나, 10분의 공정을 통하여 2.45Å이 성장하기 때문에 상업적으로 응용하기에는 공정 시간이 너무 길다.ALD methods for forming Si 3 N 4 thin films using the reaction of SiCl 4 and NH 3 are disclosed in Klaus et al. (US Patent 6,090,442 and Surf. Sci., 418, L14-L19 (1998)). have. The thin film formed by the method disclosed in Klaus has a Si: N component ratio of 1: 1.39 and a low Cl, H and O content. However, the process time is too long for commercial applications because 2.45 Å grows over a 10 minute process.
또한, ALD에 의한 Si3N4박막을 적층하기 위하여 Si2Cl6(HCD) 및 N2H4를 사용하는 방법(Appl. Surf. Sci., 112, 198-203(1997))이 제안되고 있다. 상기 방법은 Cl 및 H 함량이 낮은 반면에 산소 함량이 아주 높다. 때문에, 고순도를 갖는 실리콘 나이트라이드 막을 형성하는데는 한계가 있다.In addition, a method of using Si 2 Cl 6 (HCD) and N 2 H 4 to deposit a Si 3 N 4 thin film by ALD (Appl. Surf. Sci., 112, 198-203 (1997)) has been proposed. The process has a low Cl and H content while a very high oxygen content. Therefore, there is a limit in forming a silicon nitride film having high purity.
따라서, 우수한 특성을 갖고 박막 성장 속도가 빠른 실리콘 나이트라이드 박막을 형성하는 방법이 요구되고 있다.Therefore, there is a need for a method of forming a silicon nitride thin film having excellent characteristics and fast thin film growth rate.
따라서, 본 발명의 목적은 막의 특성이 양호하고 성장 속도가 증가되는 실리콘 나이트라이드 박막을 형성하는 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for forming a silicon nitride thin film in which the film properties are good and the growth rate is increased.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 나이트라이드 박막 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of forming a nitride thin film of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조 방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.6 is a flowchart illustrating a thin film manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
도 7은 도 6에서 설명한 실시예에 의해 형성되는 실리콘 나이트라이드 박막들의 증착 속도를 나타내는 그래프도이다.FIG. 7 is a graph illustrating deposition rates of silicon nitride thin films formed by the example described with reference to FIG. 6.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 반도체 기판 14 : 고상 물질10 semiconductor substrate 14 solid material
16 : 실리콘 나이트라이드막16: silicon nitride film
상기한 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, (a) 챔버 내에 기판을 위치시키는 단계, (b) 상기 챔버 내에 Si을 함유하는 화합물인 제1반응 물질을 간접적으로 활성화하여 도입하는 단계, (c) 상기 제1 반응 물질 중에서 제1 부분은 상기 기판 상에 화학 흡착시키고, 제2 부분은 물리 흡착시키는 단계, (d) 상기 제2 반응 물질 중에서 상기 화학 흡착하지 않은 제2 부분을 상기 챔버로부터 제거시키는 단계, (e) 상기 챔버 내에 NH3를 함유하는 제2 반응 물질을 활성화하여 도입하는 단계, (f) 상기 제2 반응 물질의 제1부분과 상기 제1 반응 물질의 화학 흡착된 제1 부분을 화학적으로 반응시켜 상기 기판 상에 실리콘을 함유하는 고상 물질을 형성하는 단계, (g) 상기 제2 반응 물질 중에서 반응하지 않은 부분들을 상기 챔버로부터 제거시키는 단계 및 (f) 상기 (b) - (g) 단계들을 적어도 한번 반복하는 단계를 포함하여 실리콘 나이트라이드 박막을 형성한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for preparing a substrate comprising: (a) positioning a substrate in a chamber, (b) indirectly activating and introducing a first reactive material, which is a compound containing Si in the chamber, (c) ) Chemically adsorbing a first portion of the first reactant onto the substrate and physically adsorbing a second portion of the first reactant, and (d) removing the second non-chemosorbed second portion of the second reactant from the chamber. (E) activating and introducing a second reactant containing NH 3 into the chamber; (f) a first portion of the second reactant and a chemisorbed first portion of the first reactant Chemically reacting to form a solid material containing silicon on said substrate, (g) removing unreacted portions of said second reactant material from said chamber, and (f) said (b)-( g) Including the step of repeating at least once the system to form a silicon nitride thin film.
상기 방법에 의하면, Si을 함유하는 화합물인 제1 반응 물질을 간접적으로 활성화하여 챔버 내에 도입함으로서 실리콘 나이트라이드 박막으로 성장하는 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 양호한 특성을 갖는 실리콘 나이트라이트 박막을 형성할 수 있다.According to the above method, the growth time of the silicon nitride thin film can be shortened by indirectly activating and introducing the first reactant, which is a compound containing Si, into the chamber. In addition, it is possible to form a silicon nitrite thin film having good characteristics.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 나이트라이드 박막 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of forming a nitride thin film of the present invention.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(10)을 챔버내에 위치시킨다. 이어서, 상기 챔버 내의 압력을 0.01 내지 100Torr의 범위내의 소정 압력으로 형성한다. 이어서, 상기 기판(10)을 약 550℃의 온도로 가열한다.Referring to FIG. 1, a semiconductor substrate 10 is placed in a chamber. Subsequently, the pressure in the chamber is formed at a predetermined pressure in the range of 0.01 to 100 Torr. Subsequently, the substrate 10 is heated to a temperature of about 550 ° C.
상기 챔버 내에 Si을 함유하는 화합물인 제1 반응 물질을 간접적으로 활성화하여 도입한다. 상기 제1 반응 물질은 상기 제1 반응 물질에 리모트 플라즈마 처리된 케리어 가스를 혼합함으로서 간접적으로 활성화된다.The first reactant, which is a compound containing Si, is indirectly activated and introduced into the chamber. The first reactant is indirectly activated by mixing a remote plasma treated carrier gas with the first reactant.
이 때, 사용되는 리모트 플라즈마 제너레이터는 400 내지 600 watts에서 동작되며, 상기 파워가 증가할수록 후속 공정에 의해 형성되는 실리콘 나이트라이드막의 성장률 (growth rate)이 증가된다.At this time, the remote plasma generator used is operated at 400 to 600 watts, and as the power increases, the growth rate of the silicon nitride film formed by the subsequent process increases.
상기 제1 반응 물질은 디크로로 실란(DCS) 가스를 포함한다. 그리고, 상기 케리어 가스는 질소, 아르곤, 핼륨, 수소 가스로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 가스를 포함한다.The first reactant comprises dichlorosilane (DCS) gas. The carrier gas may include at least one gas selected from the group consisting of nitrogen, argon, helium, and hydrogen gas.
상기 간접적으로 활성화된 제1 반응 물질이 상기 챔버 내에 도입되면, 상기 제1 반응 물질의 제1 부분이 화학 흡착하여 기판(10) 표면 상에 층(12)을 형성한다. 상기 제1 반응 물질의 제2 부분이 상부에 물리적으로 접촉하여 상기 화학 흡착에 의해 형성된 층(12)에 느슨하게 접촉되어 있다.When the indirectly activated first reactant is introduced into the chamber, the first portion of the first reactant is chemisorbed to form layer 12 on the substrate 10 surface. A second portion of the first reactant material is in physical contact with the top and is in loose contact with the layer 12 formed by the chemisorption.
이어서, 상기 챔버에 질소(N2)를 수 초 동안 제공하여 상기 챔버를 정화(purge)시키고, 이어서 수 초 동안 진공으로 정화시킨다. 상기 정화 단계들을 수행하는 도중에 화학적으로 흡착하지 않은 부분들(12a)은 상기 챔버로부터 제거된다. 이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판 상에는 손상되지 않은 화학 흡착에 의해 형성된 층(12)만이 남는다.The chamber is then purged with nitrogen (N 2 ) for several seconds and then purged with vacuum for several seconds. The portions 12a that have not been chemically adsorbed during the purge steps are removed from the chamber. Thus, as shown in FIG. 2, only the layer 12 formed by undamaged chemisorption remains on the substrate.
도 3을 참조하면, NH3를 함유하는 제2 반응 가스를 활성화하여 상기 챔버 내에 도입한다. 이에 따라 상기 제2 반응 가스의 NH3의 부분들이 상기 기판 상에 화학 흡착되어 있는 막에서 Si 성분과 반응하여 실리콘과 나이트라이드를 함유하는 고상 물질(14)을 형성한다. 상기 방법에 의해 기판(10)상에 형성되는 고상 물질(14)의 성분비는 N : Si = 1: 1 내지 1.6을 갖는다.Referring to FIG. 3, a second reaction gas containing NH 3 is activated and introduced into the chamber. Accordingly, portions of NH 3 of the second reaction gas react with the Si component in the film chemisorbed on the substrate to form a solid material 14 containing silicon and nitride. The component ratio of the solid material 14 formed on the substrate 10 by the above method has N: Si = 1: 1 to 1.6.
상기 제2 반응 가스의 활성화는 리모트 플라즈마 제너레이터를 사용하여 수행할 수 있다. 상기 플라즈마 제너레이터는 약 400watts에서 동작된다. 상기 동작을 위한 파워는 다양하고, 본 발명에서는 특별하게 챔버 파워 레벨(level)을 제한하지 않는다. 또 다른 방법으로, 상기 제2 반응 물질은 노블 메탈을 이용한 촉매 방식에 의해 활성화할 수 있다.The activation of the second reaction gas may be performed using a remote plasma generator. The plasma generator is operated at about 400 watts. The power for this operation varies and the present invention does not specifically limit the chamber power level. Alternatively, the second reactant may be activated by a catalytic method using a noble metal.
이이서, 제2 반응 가스를 상기 챔버 내에 플로우시킨 다음, 질소를 사용하여 상기 챔버를 수 초 동안 정화시키고, 이어서 수 초 동안 진공으로 정화시켜, 도 4에서와 같이 기판 상에 상기 고상 물질(14)만을 남긴다.Thereafter, a second reaction gas was flowed into the chamber, and then the chamber was purged with nitrogen for several seconds, followed by vacuum for several seconds, so that the solid material 14 on the substrate as shown in FIG. 4. ).
그리고, 상기 챔버(3) 내에 간접적으로 활성화한 제1 반응 가스를 도입시키는 단계, 정화시키는 단계, 상기 챔버 내에 NH3를 포함하는 제2 반응 가스를 도입시키는 단계, 그리고 다시 정화시키는 단계를 반복적으로 수행한다.And repeatedly introducing an indirectly activated first reactive gas into the chamber 3 , purifying, introducing a second reactive gas comprising NH 3 into the chamber, and purifying again. Perform.
따라서, 도 5에서와 같이 상기 실리콘 및 나이트라이드를 함유하는 고상 물질(14)을 계속하여 기판상에 형성함으로서 원하는 두께를 갖는 실리콘 나이트라이드 박막(16)을 형성할 수 있다.Accordingly, the silicon nitride thin film 16 having the desired thickness can be formed by continuously forming the solid material 14 containing silicon and nitride on the substrate as shown in FIG. 5.
상기 설명한 각 단계를 수행하기 위한 챔버 압력은 절대 압력 0.01 내지 100 torr의 범위 내에서 일정한 압력으로 유지할 수 있다. 또는, 상기 챔버 압력은 절대 압력 0.01 내지 100 torr의 범위 내에서 유지되고, 각 단계들 중에서 적어도 하나의 단계를 수행하는 도중에 챔버 압력을 상기 범위내에서 변화시킬 수도 있다.The chamber pressure for performing each step described above can be maintained at a constant pressure within the range of 0.01 to 100 torr absolute pressure. Alternatively, the chamber pressure may be maintained in the range of 0.01 to 100 torr absolute pressure, and the chamber pressure may be changed within the range during at least one of the steps.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.6 is a flowchart illustrating a thin film manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
반도체 기판을 챔버내로 로딩시킨 다음, 상기 챔버내의 압력을 약 0.5 torr의 압력으로 형성한다. 그리고, 상기 챔버 내의 온도는 약 550℃의 온도를 유지한다.(S100)After loading the semiconductor substrate into the chamber, the pressure in the chamber is formed at a pressure of about 0.5 torr. Then, the temperature in the chamber maintains a temperature of about 550 ℃ (S100).
상기 챔버를 550℃ 및 약 0.5 torr로 유지시키면서, 상기 챔버 내에 간접적으로 활성화된 디크로로 실란 가스를 20초 동안 도입한다.(S105) 구체적으로, 약 1000sccm의 디크로로 실란 가스와 리모트 플라즈마 처리된 약 2000sccm의 질소 가스를 혼합하여 상기 챔버 내에 도입한다. 상기 리모트 플라즈마의 파워는 400 내지 600watts를 가한다.While maintaining the chamber at 550 ° C. and about 0.5 torr, silane gas is introduced into the chamber into the indirectly activated dichro for 20 seconds. Approximately 2000 sccm of nitrogen gas is mixed and introduced into the chamber. The power of the remote plasma adds 400 to 600 watts.
상기 방법에 의해 간접적으로 활성화된 디크로로 실란 가스는 실리콘을 포함하는 제1 부분이 웨이퍼 상에 화학 흡착되고, 제2 부분이 물리 흡착된다.The silane gas is indirectly activated by the above method in which the silane gas is chemisorbed on the wafer by the first portion containing silicon and the second portion is physically adsorbed on the wafer.
이어서, 상기 챔버는 5초 동안 질소 가스에 의해 정화되고, 이어서 5초 동안 펌프(7)의 펌핑 동작에 의해 진공으로 정화된다. 본 발명은 이러한 정화 구성에 제한되지 않는다. 상기 정화에 의해 화학 흡착된 층 표면으로부터 물리 흡착된 층이 제거되는 결과를 얻는다.(S110)The chamber is then purged with nitrogen gas for 5 seconds and then with vacuum for 5 seconds by the pumping operation of the pump 7. The present invention is not limited to this purification configuration. The purification results in the removal of the physically adsorbed layer from the chemisorbed layer surface (S110).
계속해서, 리모트 플라즈마에 의하여 활성화된 약 2000sccm의 NH3를 약 30초 동안 챔버 내에 도입한다. 상기 단계에서 기판은 550℃의 온도를 유지하고, 상기 챔버 압력은 약 0.5torr로 유지한다.(S115)Subsequently, about 2000 sccm of NH 3 activated by the remote plasma is introduced into the chamber for about 30 seconds. In this step, the substrate is maintained at a temperature of 550 ℃, the chamber pressure is maintained at about 0.5torr (S115).
상기와 같이 활성화된 NH3를 챔버 내에 도입하면 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, NH3의 일부가 기판 상에 화학 흡착된 층과 반응하여 고상 물질을 형성한다. 상기 고상 물질은 N : Si의 성분이 1: 1 내지 1.6인 실리콘 나이트라이드층이다.When the activated NH 3 is introduced into the chamber as shown in FIGS. 3 and 4, a portion of the NH 3 reacts with the chemisorbed layer on the substrate to form a solid material. The solid material is a silicon nitride layer having a component of N: Si of 1: 1 to 1.6.
이어서, 5초 동안의 질소 흐름으로 챔버를 정화시키고, 계속해서 펌프(7)의 펌핑 동작에 의해 챔버는 진공으로 정화시킨다. 정화에 의해, 물리 흡착된 NH3의 일부를 제거할 수 있다.(S120)The chamber is then purged with a nitrogen stream for 5 seconds and the chamber is then purged with vacuum by the pumping operation of the pump 7. By purification, a part of NH 3 physically adsorbed can be removed. (S120)
상기 방법에 의해 형성된 막이 원하는 두께를 갖지 않을 경우, 상기 S105 내지 S125를 반복 수행한다. 따라서, 원하는 두께의 실리콘 나이트라이드 박막을 형성할 수 있다.(S125) 상기 설정된 두께로 막이 형성되면, 상기 챔버의 압력 및 온도를 정상적으로 환원시킴으로서 상기 제조 공정을 완료한다.(S130)If the film formed by the method does not have a desired thickness, the steps S105 to S125 are repeated. Therefore, a silicon nitride thin film having a desired thickness can be formed. (S125) When the film is formed to the set thickness, the manufacturing process is completed by reducing the pressure and temperature of the chamber normally.
도 7은 도 6에서 설명한 실시예에 의해 형성되는 실리콘 나이트라이드 박막들의 증착 속도를 나타내는 그래프도이다.FIG. 7 is a graph illustrating deposition rates of silicon nitride thin films formed by the example described with reference to FIG. 6.
구체적으로, 상기 도 7에서 설명한 조건에 따라 공정을 수행하였으며, 다만 간접적으로 디크로로 실란 가스를 활성화하기 위한 질소 가스의 리모트 플라즈마 파워를 400 내지 600W로 각각 변경하면서 실리콘 나이트라이드 박막의 증착 속도를 측정하였다. 즉, 도면 부호 30은 질소 가스의 리모트 플라즈마 파워를 400W로 사용한 것이고, 도면 부호 32, 34 및 36은 각각 질소 가스의 리모트 플라즈마 파워를 450W, 500W, 600W로 사용한 것이다.Specifically, the process was performed according to the conditions described with reference to FIG. 7, except that the deposition rate of the silicon nitride thin film was changed while indirectly changing the remote plasma power of nitrogen gas to activate the silane gas with dichro to 400 to 600 W, respectively. Measured. That is, reference numeral 30 denotes 400 W of remote plasma power of nitrogen gas, and reference numerals 32, 34, and 36 denote 450 W, 500 W, and 600 W of remote plasma power of nitrogen gas, respectively.
도 7에 도시된 바와 같이, 각 단계를 반복하는 회수(cycle number)에 따라증착되는 실리콘 나이트라이드 박막의 두께는 선형적으로 증가한다. 그리고, 상기 질소 가스의 플라즈마 파워가 증가함에 따라, 실리콘 나이트라이드 박막이 증착되는 속도도 증가한다.As shown in FIG. 7, the thickness of the silicon nitride thin film deposited increases linearly with the cycle number of each step. In addition, as the plasma power of the nitrogen gas increases, the rate at which the silicon nitride thin film is deposited also increases.
하기의 표1은 질소 가스의 플라즈마 파워와 실리콘 나이트라이드 박막의 성장률(growth rate)의 관계를 나타낸 것이다.Table 1 below shows the relationship between the plasma power of nitrogen gas and the growth rate of the silicon nitride thin film.
따라서, 상기 간접적으로 활성화된 디크로로 실란 가스를 사용함으로서 실리콘 나이트라이트 박막의 성장률이 향상되어 종래에 비해 빠르게 막을 형성할 수 있다.Therefore, by using the silane gas as the indirectly activated dichro, the growth rate of the silicon nitrite thin film is improved to form a film faster than in the related art.
상기 방법에 의해 형성되는 실리콘 나이트라이드 박막은 종횡비가 8 : 1를 갖는 콘택 구조에서 스텝 커버리지는 98% 또는 그 이상을 나타낸다. 상기와 같이 우수한 스텝 커버러지를 갖기 때문에 상기 실리콘 나이트라이드 박막은 실린더 구조의 스토로지 노드를 갖는 케패시터에서 유전막으로 사용할 수 있다. 또한, 스페이서, 식각 저지막, 연마 저지막 및 하드 마스크 등으로 형성할 수 있다.The silicon nitride thin film formed by the above method has a step coverage of 98% or more in a contact structure having an aspect ratio of 8: 1. Since the silicon nitride thin film has excellent step coverage as described above, the silicon nitride thin film can be used as a dielectric film in a capacitor having a storage node having a cylindrical structure. Further, it may be formed of a spacer, an etch stop film, an abrasive stop film, a hard mask, or the like.
또한 탈이온수에 의해 200:1 의 비율로 희석된 불산(HF)용액에 대해 식각률이 약 30Å/min의 비교적 낮은 값을 나타낸다. 때문에, 실리콘 나이트 라이드 패턴을 형성한 후 상기 불산 용액을 사용하여 표면을 세정할 시에 실리콘 나이트라이드 패턴 자체의 소모를 최소화할 수 있다.In addition, the etching rate of the hydrofluoric acid (HF) solution diluted with deionized water at a ratio of 200: 1 shows a relatively low value of about 30 μs / min. Therefore, it is possible to minimize the consumption of the silicon nitride pattern itself when cleaning the surface using the hydrofluoric acid solution after forming the silicon nitride pattern.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 우수한 특성을 가지면서 동시에 성장률이 향상된 실리콘 나이트라이드 박막을 형성할 수 있다. 때문에 반도체 장치의 생산성이 향상되는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, a silicon nitride thin film having excellent characteristics and improved growth rate can be formed. Therefore, the productivity of the semiconductor device is improved.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. And can be changed.
Claims (10)
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