KR20070028858A - A method for depositing nitride thin film on wafer by in-situ - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 in-situ nitride 박막증착방법을 수행하는 박막증착장치의 구성도,1 is a block diagram of a thin film deposition apparatus 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 in-situ nitride 박막증착방법의 제1실시예를 설명하기 위한 도면,3 is a view for explaining a first embodiment of the 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 in-situ nitride 박막증착방법의 제2실시예를 설명하기 위한 도면,6 is a view for explaining a second embodiment of the 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 nitride 박막증착방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 챔버에서 박막을 열적(thermal) 방식으로 형성한 후, 다른 챔버에서 플라즈마를 이용하여 후처리를 하는 in-situ nitride 박막증착방법에 관한 것이다. The present invention relates to a nitride thin film deposition method, and more particularly, to an in-situ nitride thin film deposition method in which a thin film is thermally formed in one chamber and then post-processed using plasma in another chamber. It is about.
현재 electrode 및 barrier metal로 사용되는 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.Currently, nitride materials 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 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 in-situ nitride 박막증착방법의 제1실시예(3원계 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, a first embodiment (ternary nitride thin film) of the in-situ nitride thin film deposition method according to the present invention, the
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
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
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
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
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 in-situ nitride 박막 증착방법의 제2실시예(2원계 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, a second embodiment (binary nitride thin film) of the in-situ nitride thin film deposition method according to the present invention, the
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
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
이하, 본 발명에 따른 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 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 the 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 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. The in-situ nitride thin film deposition method according to the present invention is a process of forming a thin film on a wafer in which a vacuum pressure is formed and a robot arm is built, and the
도 3은 본 발명에 따른 in-situ nitride 박막증착방법의 제1실시예(3원계 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 (ternary nitride thin film) of the in-situ nitride thin film deposition method according to the present invention, Figure 4 is a view for explaining another embodiment of the plasma post-treatment step in FIG. 5 is a view for explaining another embodiment of the plasma post-processing step in FIG.
본 발명에 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 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
여기서 H2 피딩단계(S31)는 H2를 단독 또는 불활성가스와 혼합된 믹싱가스로 서 제2챔버(30)로 피딩하며, 플라즈마는 제2챔버(30)로 50~2000 W 의 파워에 300~500 KHz 의 low frequency 및/또는 13.56 MHz ~ 27.12 MHz 의 high frequency를 직접 인가하는 Direct 플라즈마 방식을 통하여 발생시킨다. 그러나 제2챔버(30) 외부에서 H2 를 플라즈마를 이용하여 라디칼화화 한 후 제2챔버(30)로 피딩시키는 remote 플라즈마 방식으로 수행될 수도 있다. Here, the H2 feeding step S31 feeds H2 into the
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 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
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 low frequency 및/또는 13.56 MHz ~ 27.12 MHz 의 high frequency를 직접 인가하는 Direct 플라즈마 방식을 통하여 발생시킨다. 그러나 제2챔버(30) 외부에서 H2/NH3 를 플라즈마를 이용하여 라디칼화화 한 후 제2챔버(30)로 피딩시키는 remote 플라즈마 방식으로 수행될 수도 있다. Here, the H2 / NH3 feeding step S31 'feeds the
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 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
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 low frequency 및/또는 13.56MHz ~ 27.12MHz 의 high frequency를 직접 인가하는 Direct 플라즈마 방식을 통하여 발생시킨다. 그러나 제2챔버(30) 외부에서 H2/N2 를 플라즈마를 이용하여 라디칼화화 한 후 제2챔버(30)로 피딩시키는 remote 플라즈마 방식으로 수행될 수도 있다. Here, the H2 / N2 feeding step S31 "feeds the
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
상기한 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 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
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
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
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
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
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
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
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
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
이러한 플라즈마 후처리단계(S30)(30')(30")는 제2챔버(30) 300W 파워에 13.56MHz 의 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
도 6은 본 발명에 따른 in-situ nitride 박막증착방법의 제2실시예(2원계 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. FIG. 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, and FIG. 7 illustrates another embodiment of the plasma post-processing step in FIG. 8 is a view for explaining another embodiment of the plasma post-processing step in FIG.
본 발명에 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 according to the present invention is to form a thin film in a pure thermal manner in the
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
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
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
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
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
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
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 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 binary nitride thin film formed through the plasma post-treatment step S130 is densified.
여기서 H2 피딩단계(S131)는 H2를 단독 또는 불활성가스와 혼합된 믹싱가스 로서 제2챔버(30)로 피딩하며, 플라즈마는 제2챔버(30)로 50~2000 W 의 파워에 300~500KHz 의 low frequency 및/또는 13.56MHz ~ 27.12MHz 의 high frequency를 직접 인가하는 Direct 플라즈마 방식을 통하여 발생시킨다. 그러나 제2챔버(30) 외부에서 H2 를 플라즈마를 이용하여 라디칼화화 한 후 제2챔버(30)로 피딩시키는 remote 플라즈마 방식으로 수행될 수도 있다. Here, the H2 feeding step S131 feeds H2 into the
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 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
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 low frequency 및/또는 13.56MHz ~ 21.12MHz 의 high frequency를 직접 인가하는 Direct 플라즈마 방식을 통하여 발생시킨다. 그러나 제2챔버(30) 외부에서 H2/NH3 를 플라즈마를 이용하여 라디칼화화 한 후 제2챔버(30)로 피딩시키는 remote 플라즈마 방식으로 수행될 수도 있다. Here, the H2 / NH3 feeding step (S131 ′) feeds H2 and NH3 into the
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 통하 여 형성된 2원계의 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
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 low frequency 및/또는 13.56MHz ~ 27.12MHz 의 high frequency를 직접 인가하는 Direct 플라즈마 방식을 통하여 발생시킨다. 그러나 제2챔버(30) 외부에서 H2/N2 를 플라즈마를 이용하여 라디칼화화 한 후 제2챔버(30)로 피딩시키는 remote 플라즈마 방식으로 수행될 수도 있다. Here, the H2 feeding step (S131 ″) feeds H2 into the
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
상기한 in-situ nitride 박막증착방법의 제2실시예는 사용되는 전구체의 종류에 따라 다양한 2원계 박막을 증착할 수 있다. 이를 종류별로 기재하면 다음과 같다.In 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.
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 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
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
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
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
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
이러한 플라즈마 후처리단계(S130)(S130')S(130")는 제2챔버(30) 300W 파워에 13.56MHz 의 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 step (S130) (S130 ')
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 나이트라이드(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 thin film deposition method of a similar type.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 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 (thermal) method in a specific chamber, after transferring the wafer on which the thin film is formed to another chamber without exposure to the air plasma By performing the post-treatment process using, it is possible to not only densify the thin film but also minimize the generation of process particles.
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