KR20110080458A - Apparatus depositing thin film and method of depositing thin film using ozone plasma - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An apparatus for depositing a thin film and a thin film depositing method using ozone plasma are provided to fill a gap in a trench or a contact hole without a void or a seam by using a reactive gas with a low reactivity lower than ozone plasma in an initial gap-fill stage and to enhance a depositing speed by using the ozone plasma in a later gap-fill stage. CONSTITUTION: A reactor(110) forms a receiving part(111) in an inner space. A substrate support(120) is installed within the reactor and settles a substrate. A gas spraying unit(130) is installed at an upper part of the substrate support. The gas spraying unit forms a source gas inlet port and a reaction gas inlet for inducing a source gas and a reactive gas including ozone into the inside via supply lines. The gas spraying unit sprays the induced source gas and reactive gas to the substrate support.

Description

박막 증착장치 및 오존 플라즈마를 이용한 박막 증착방법{Apparatus depositing thin film and method of depositing thin film using ozone plasma}Thin film deposition method using thin film deposition apparatus and ozone plasma {Apparatus depositing thin film and method of depositing thin film using ozone plasma}

본 발명은 박막을 증착하는 장치 및 박막을 증착하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오존 플라즈마를 발생수단을 구비한 박막 증착장치 및 오존 플라즈마를 이용한 박막 증착방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device for depositing a thin film and a method for depositing a thin film, and more particularly, to a thin film deposition apparatus having an ozone plasma generating means and a thin film deposition method using an ozone plasma.

반도체 제조공정에서 금속 박막, 산화막(실리콘 산화막, 금속 산화막)을 증착하는 공정이 널리 이용되고 있다. 금속 박막은 금속 전구체를 환원제를 이용하여 증착한다. 특히, 루쎄늄(Ru) 박막은 루쎄늄 전구체와 산소(O2)를 이용하여 증착한다. 그리고 산화막은 소스가스와 반응가스를 이용하여 증착하는데, 이때, 반응가스로는 일반적으로, 오존(O3) 또는 산소 플라즈마가 이용된다.In the semiconductor manufacturing process, a process of depositing a metal thin film and an oxide film (silicon oxide film, metal oxide film) is widely used. The metal thin film deposits a metal precursor using a reducing agent. In particular, the ruthenium (Ru) thin film is deposited using a ruthenium precursor and oxygen (O 2 ). The oxide film is deposited using a source gas and a reaction gas. In this case, ozone (O 3 ) or oxygen plasma is generally used as the reaction gas.

그러나 오존 또는 산소 플라즈마는 소스가스의 분해 속도가 느린 경우와 같이, 고산화력이 필요한 공정에서는 산화력이 부족하여 양질의 박막이 증착되지 않고, 증착 속도가 느려 생산성이 떨어지는 단점이 있다. 특히, 저온 공정이 요구되는 경우에는 오존이나 산소 플라즈마보다 더욱 산화력이 높은 반응가스가 요구되고 있다.However, ozone or oxygen plasma has a disadvantage in that, in a process requiring high oxidation power, such as a case where the decomposition rate of the source gas is slow, high quality thin film is not deposited due to lack of oxidizing power and productivity is low due to a slow deposition rate. In particular, when a low temperature process is required, a reaction gas having a higher oxidizing power than ozone or oxygen plasma is required.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 오존 플라즈마를 발생시켜 이를 박막 증착에 이용할 수 있는 박막 증착장치를 제공하는 데에 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a thin film deposition apparatus that can generate an ozone plasma and use it for thin film deposition.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 오존 플라즈마를 이용하여 박막을 증착할 수 있는 박막 증착방법을 제공하는 데에 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a thin film deposition method capable of depositing a thin film using an ozone plasma.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 박막 증착장치는 내부에 수용부가 형성되어 있는 반응기; 상기 반응기 내부에 설치되며, 기판이 안착되는 기판 지지대; 상기 기판 지지대의 상부에 설치되며, 상기 반응기 외부에 설치된 소스가스 공급라인 및 반응가스 공급라인을 통해 박막 증착을 위한 소스가스 및 오존(O3)을 포함하는 반응가스가 각각 내부로 유입되도록 하는 소스가스 유입구와 반응가스 유입구가 형성되어 있고, 상기 내부로 유입된 소스가스와 반응가스가 상기 기판 지지대를 향해 분사되도록 하는 소스가스 분사구와 반응가스 분사구가 형성되어 있는 가스 분사체; 및 상기 기판 상에 오존 플라즈마를 공급하기 위한 오존 플라즈마 공급수단;을 구비한다.In order to solve the above technical problem, the thin film deposition apparatus according to the present invention comprises a reactor having a receiving portion formed therein; A substrate support installed in the reactor and on which a substrate is mounted; A source installed on the substrate support and having a source gas supply line and a reaction gas supply line installed outside the reactor so that the reaction gas including the source gas and the ozone (O 3 ) for thin film deposition may be introduced into the reactor, respectively. A gas injector having a gas inlet and a reaction gas inlet formed therein, and a source gas injector and a reactant gas injector configured to inject the source gas and the reactant gas introduced into the substrate support; And ozone plasma supply means for supplying an ozone plasma on the substrate.

상기 오존 플라즈마 공급수단은, 상기 반응기 내부에 다이렉트(direct) 오존 플라즈마를 발생시키기 위한 파워 공급장치를 포함할 수 있다.The ozone plasma supply means may include a power supply device for generating a direct ozone plasma inside the reactor.

상기 가스 분사체의 내부에는 상기 오존이 확산되는 공간부가 형성되어 있으며, 상기 오존 플라즈마 공급수단은 상기 가스 분사체의 공간부에 오존 플라즈마를 발생시키기 위한 파워 공급장치를 포함하고, 상기 가스 분사체의 공간부에서 형성된 오존 플라즈마는 상기 반응가스 유입구를 통해 상기 기판 상에 공급될 수 있다.A space portion through which the ozone is diffused is formed in the gas injector, and the ozone plasma supply means includes a power supply for generating an ozone plasma in the space portion of the gas injector. The ozone plasma formed in the space may be supplied onto the substrate through the reaction gas inlet.

상기 오존 플라즈마 공급수단은 상기 반응가스 공급라인에 설치된 오존 리모트 플라즈마 발생기(remote plasma generator)를 포함하고, 상기 오존 리모트 플라즈마 발생기에서 형성된 오존 플라즈마는 상기 가스 분사체의 반응가스 유입구 및 반응가스 분사구를 통해 상기 기판 상에 공급될 수 있다.The ozone plasma supply means includes an ozone remote plasma generator installed in the reaction gas supply line, and the ozone plasma formed in the ozone remote plasma generator is supplied through the reaction gas inlet and the reaction gas injection port of the gas injector. It can be supplied on the substrate.

상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 박막 증착방법은 내부에 수용부가 형성되어 있는 반응기와, 상기 반응기 내부에 설치되며 기판이 안착되는 기판 지지대와, 상기 기판 지지대의 상부에 설치되며, 상기 반응기 외부에 설치된 소스가스 공급라인 및 반응가스 공급라인을 통해 박막 증착을 위한 소스가스 및 오존(O3)을 포함하는 반응가스가 각각 내부로 유입되도록 하는 소스가스 유입구와 반응가스 유입구가 형성되어 있고, 상기 내부로 유입된 소스가스와 반응가스가 상기 기판 지지대를 향해 분사되도록 하는 소스가스 분사구와 반응가스 분사구가 형성되어 있는 가스 분사체를 구비하는 박막 증착장치를 이용하여 상기 기판 상에 박막을 증착하는 방법으로, 소스가스와 오존 플라즈마를 상기 기판 상에 공급하여, 상기 기판 상에 박막을 증착하는 단계를 포함한다.In order to solve the above other technical problem, the thin film deposition method according to the present invention is a reactor having an accommodating part formed therein, a substrate support installed inside the reactor and the substrate is mounted, and is installed on the substrate support A source gas inlet and a reaction gas inlet are formed through the source gas supply line and the reaction gas supply line installed outside the reactor so that the reaction gas including the source gas and ozone (O 3 ) for thin film deposition is introduced therein. A thin film on the substrate using a thin film deposition apparatus including a source gas injection hole and a source gas injection hole for injecting the source gas and the reaction gas introduced into the substrate support toward the substrate support; By depositing a source gas and an ozone plasma on the substrate, In a step of depositing a thin film.

상기 오존 플라즈마는 상기 반응기 내부에 형성되는 다이렉트 오존 플라즈마일 수 있다.The ozone plasma may be a direct ozone plasma formed inside the reactor.

상기 가스 분사체의 내부에는 상기 오존이 확산되는 공간부가 형성되어 있으며, 상기 오존 플라즈마는 상기 가스 분사체의 공간부에서 형성된 오존 플라즈마가 상기 반응가스 유입구를 통해 상기 기판 상에 공급될 수 있다.A space portion through which the ozone is diffused is formed in the gas injector, and the ozone plasma may be supplied on the substrate through the reaction gas inlet through the ozone plasma formed in the space portion of the gas injector.

상기 반응가스 공급라인에는 오존 리모트 플라즈마 발생기(remote plasma generator)가 설치되고, 상기 오존 플라즈마는 상기 오존 리모트 플라즈마 발생기에서 형성된 오존 플라즈마가 상기 가스 분사체의 반응가스 유입구 및 반응가스 분사구를 통해 상기 기판 상에 공급될 수 있다.An ozone remote plasma generator is installed in the reaction gas supply line, and the ozone plasma is disposed on the substrate through the reaction gas inlet and the reaction gas inlet of the gas injector. Can be supplied to.

상기 소스 가스는 금속을 함유하는 전구체이며, 상기 박막은 금속 박막 또는 금속 산화막일 수 있다.The source gas is a precursor containing a metal, and the thin film may be a metal thin film or a metal oxide film.

상기 박막은 두 종류 이상의 산화막이 적층되어 있는 복합 산화막이며, 각각의 산화막을 증착하기 위한 소스가스 중 분해 속도가 가장 느린 소스가스를 이용하여 산화막을 증착하는 경우에는 상기 오존 플라즈마를 이용하고, 다른 소스가스를 이용하여 산화막을 증착하는 경우에는 산소, 오존 또는 산소 플라즈마를 이용할 수 있다.The thin film is a composite oxide film in which two or more kinds of oxide films are stacked. When the oxide film is deposited using a source gas having the lowest decomposition rate among source gases for depositing each oxide film, the ozone plasma is used and another source is used. In the case of depositing an oxide film using gas, oxygen, ozone or oxygen plasma may be used.

상기 박막은 M1…Mn·O(M1 내지 Mn은 실리콘 또는 금속, n은 2 이상의 자연수)로 표현되는 3원계 이상의 산화막이며, M1을 함유하는 소스가스 내지 Mn을 함유하는 소스가스 중 분해 속도가 가장 느린 소스가스가 Mk(k는 1 이상 n 이하의 자연수)를 함유하는 소스가스라 할 때, 상기 산화막 내의 Mk의 조성비를 높이고자 하는 경우에는 상기 오존 플라즈마를 이용하여 상기 산화막을 증착하고, 상기 산화막 내의 Mk의 조성비를 낮추고자 하는 경우에는 산소, 오존 또는 산소 플라즈마를 이용하여 상기 산화막을 증착할 수 있다.The thin film is M1... Mn · O (M1 to Mn is silicon or metal, n is a natural number of two or more), and is a ternary or higher oxide film, and Mk containing source gas containing M1 to Mn has the slowest decomposition rate. When k is a source gas containing 1 or more and n or less, in order to increase the composition ratio of Mk in the oxide film, the oxide film is deposited using the ozone plasma, and the composition ratio of Mk in the oxide film is reduced. In the case of lowering, the oxide layer may be deposited using oxygen, ozone or oxygen plasma.

상기 기판에는 트렌치(trench) 또는 콘택홀(contact hole)이 형성되어 있고, 상기 박막 증착 단계는 상기 기판 상에 형성되어 있는 트렌치 또는 콘택홀을 갭-필하는 단계로, 상기 박막 증착 단계의 초반부에는 상기 소스가스와 산소, 오존 또는 산소 플라즈마를 이용하여 박막을 증착하고, 박막 증착 단계의 후반부에는 상기 소스가스와 오존 플라즈마를 이용하여 박막을 증착할 수 있다.A trench or contact hole is formed in the substrate, and the thin film deposition step is a step of gap-filling a trench or contact hole formed on the substrate, and at the beginning of the thin film deposition step, The thin film may be deposited using the source gas and oxygen, ozone, or oxygen plasma, and the thin film may be deposited using the source gas and the ozone plasma in the second half of the thin film deposition step.

본 발명에 따르면, 반응성이 아주 높은 오존 플라즈마를 이용하여 박막을 증착하므로, 산소 플라즈마를 이용하는 경우에 비해 박막 증착 속도를 증가시킬 수 있다. 그리고 저온 공정에서 분해 속도가 느린 소스가스를 이용하더라도 오존 플라즈마를 이용하게 되면, 저온 공정이 가능하게 된다. 그리고 오존 플라즈마와 오존 플라즈마보다 반응성이 낮은 반응가스(산소, 오존, 산소 플라즈마)를 함께 이용하면, 복합 산화막(복수의 산화막이 적층된 박막)을 증착하기 용이하고, 3원계 이상의 산화막 내의 조성비를 용이하게 조절하는 것이 가능하다. 또한, 트렌치(trench)나 콘택홀(contact hole)을 갭-필하고자 할 때, 갭-필 초반부에는 오존 플라즈마보다 반응성이 낮은 반응가스를 이용하여, 보이드(void)나 심(seam)의 발생 없이 트렌치나 콘택홀을 갭-필하고, 갭-필 후반부에는 오존 플라즈마를 이용하여 증착 속도를 높여 전체 생산성을 증가시킬 수 있다.According to the present invention, since the thin film is deposited using a highly reactive ozone plasma, it is possible to increase the thin film deposition rate compared with the case of using an oxygen plasma. In addition, even when a source gas having a slow decomposition rate is used in the low temperature process, when the ozone plasma is used, the low temperature process is possible. In addition, when an ozone plasma and a reactive gas (oxygen, ozone, oxygen plasma) having a lower reactivity than the ozone plasma are used together, a complex oxide film (a thin film in which a plurality of oxide films are stacked) can be easily deposited, and a composition ratio in the ternary-based oxide film can be easily facilitated. It is possible to adjust. In addition, when gap-filling a trench or a contact hole, gap-filled reaction gas is used at the beginning of the gap-fill to reduce voids or seams. Gap-filling trenches or contact holes, and in the latter part of the gap-fill, ozone plasma can be used to increase the deposition rate to increase overall productivity.

도 1은 본 발명에 따른 박막 증착장치에 대한 바람직한 일 실시예의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 박막 증착장치에 대한 바람직한 다른 실시예의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 박막 증착장치에 대한 바람직한 또 다른 실시예의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 산소 플라즈마를 이용하여 박막을 증착하는 경우와 오존 플라즈마를 이용하여 박막을 증착하는 경우를 비교하는 그래프이다.1 is a view showing a schematic configuration of a preferred embodiment of a thin film deposition apparatus according to the present invention.
2 is a view showing a schematic configuration of another preferred embodiment of a thin film deposition apparatus according to the present invention.
3 is a view showing a schematic configuration of another preferred embodiment of a thin film deposition apparatus according to the present invention.
4 is a graph comparing a case of depositing a thin film using an oxygen plasma and a case of depositing a thin film using an ozone plasma.

본 발명은 오존 플라즈마를 발생시켜 이를 박막 증착에 이용할 수 있는 박막 증착장치와 오존 플라즈마를 이용하여 박막을 증착할 수 있는 박막 증착방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명에 따른 박막 증착장치는 기판 상에 오존 플라즈마를 공급하기 위한 오존 플라즈마 공급수단을 구비한다. 그리고 본 발명에 따른 박막 증착방법은 소스가스와 오존 플라즈마를 기판 상에 공급하여, 기판 상에 박막을 증착한다.The present invention relates to a thin film deposition apparatus that can generate an ozone plasma and use it for thin film deposition and a thin film deposition method capable of depositing a thin film using an ozone plasma. That is, the thin film deposition apparatus according to the present invention includes an ozone plasma supply means for supplying an ozone plasma on a substrate. In the thin film deposition method according to the present invention, a source gas and an ozone plasma are supplied onto a substrate to deposit a thin film on the substrate.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 박막 증착장치 및 오존 플라즈마를 이용한 박막 증착방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, exemplary embodiments of a thin film deposition apparatus and a thin film deposition method using ozone plasma according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you.

도 1은 본 발명에 따른 박막 증착장치에 대한 바람직한 일 실시예의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a schematic configuration of a preferred embodiment of a thin film deposition apparatus according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 있어서 박막 증착장치(100)는 반응기(110), 기판 지지대(120), 가스 분사체(130) 및 파워 공급장치(140)를 구비한다.Referring to FIG. 1, in the present embodiment, the thin film deposition apparatus 100 includes a reactor 110, a substrate support 120, a gas injector 130, and a power supply device 140.

반응기(110)의 내부에는 수용부(111)가 형성되어 있으며, 반응기(110)의 측벽에는 기판이 출입할 수 있는 게이트(미도시)가 형성될 수 있고, 반응기(110)의 측벽 또는 바닥부에는 가스를 펌핑하는 펌핑포트(미도시)가 형성될 수 있다.An accommodating part 111 is formed in the reactor 110, and a gate (not shown) through which a substrate can enter and exit is formed on a sidewall of the reactor 110, and a sidewall or bottom of the reactor 110 is provided. There may be formed a pumping port (not shown) for pumping gas.

기판 지지대(120)는 반응기(110)의 내부에 설치되며, 기판(W)이 안착되는 기판 안착부가 형성되어 있다. 기판 지지대(120)는 승강이 가능하도록 설치되며, 기판 지지대(120)에는 기판(W)의 온도를 조절하는 히터(미도시)가 매립된다.The substrate support 120 is installed inside the reactor 110 and has a substrate seating portion on which the substrate W is mounted. The substrate support 120 is installed to be elevated, and a heater (not shown) for controlling the temperature of the substrate W is embedded in the substrate support 120.

가스 분사체(130)는 기판 지지대(120)의 상부에 설치되어, 가스 분사체(130)와 기판 지지대(120)의 사이에는 박막 증착 공간(112)이 형성된다. 가스 분사체(130)는 박막 증착에 이용되는 소스가스와 오존(O3)을 포함하는 반응가스를 기판 지지대(120)를 향해 분사한다. 이를 위해, 가스 분사체(130)의 상부에는 소스가스 유입구와 반응가스 유입구(미도시)가 형성되어 있다. 소스가스 유입구는 반응기(110) 외부에 설치된 소스가스 공급라인(151)과 연결되며, 반응가스 유입구는 반응기(110) 외부에 설치된 반응가스 공급라인(152)과 연결된다. 소스가스 공급라인(151)과 소스가스 유입구를 통해 가스 분사체(130) 내부로 유입된 소스가스는 가스 분사체(130)의 하부에 형성되어 있는 소스가스 분사구(미도시)를 통해 기판 지지대(120)를 향해 분사된다. 그리고 반응가스 공급라인(152)과 반응가스 유입구를 통해 가스 분사체(130) 내부로 유입된 반응가스는 가스 분사체(130)의 하부에 형성되어 있는 반응가스 분사구(미도시)를 통해 기판 지지대(120)를 향해 분사된다.The gas injector 130 is installed on the substrate support 120, and a thin film deposition space 112 is formed between the gas injector 130 and the substrate support 120. The gas injector 130 injects a reaction gas including a source gas and ozone (O 3 ) used for thin film deposition toward the substrate support 120. To this end, a source gas inlet and a reaction gas inlet (not shown) are formed on the gas injector 130. The source gas inlet is connected to the source gas supply line 151 installed outside the reactor 110, and the reaction gas inlet is connected to the reaction gas supply line 152 installed outside the reactor 110. The source gas introduced into the gas injector 130 through the source gas supply line 151 and the source gas inlet is formed on the substrate supporter through a source gas inlet (not shown) formed under the gas injector 130. Sprayed toward 120). The reaction gas introduced into the gas injector 130 through the reaction gas supply line 152 and the reaction gas inlet is supported by the substrate through a reaction gas inlet (not shown) formed under the gas injector 130. Sprayed toward 120.

파워 공급장치(140)는 반응기(110) 내부에 다이렉트(direct) 플라즈마를 발생시키기 위한 것이다. 반응가스는 오존일 수 있으며, 이때 박막 증착 공간(112)에는 오존 플라즈마가 발생된다. 이를 위해, 가스 분사체(130)에 파워를 인가하고, 기판 지지대(120) 및 반응기(110)의 측벽과 바닥부를 접지된다. 파워 공급장치(140)는 박막 증착 공간(112) 내에 다이렉트 플라즈마가 발생하도록 가스 분사체(130)에 파워를 인가하기 위한 것으로, 파워 공급장치(140)는 가스 분사체(130)에 RF 파워, MF 파워 또는 LF 파워를 인가할 수 있다. 바람직하게는 파워 공급장치(140)는 RF 파워를 인가할 수 있으며, 이를 위해, 파워 공급장치(140)는 RF 로드(미도시)와, RF 커넥터(미도시)와, 매칭박스(matching box)(미도시)를 포함하여 구성된다. RF 커넥터는 RF 로드에 연결되며, RF 전력을 RF 로드로 인가한다.The power supply 140 is for generating a direct plasma inside the reactor 110. The reaction gas may be ozone, in which an ozone plasma is generated in the thin film deposition space 112. To this end, power is applied to the gas injector 130, and the sidewalls and bottom of the substrate support 120 and the reactor 110 are grounded. The power supply device 140 is to apply power to the gas injector 130 to generate a direct plasma in the thin film deposition space 112, and the power supply 140 may supply RF power to the gas injector 130. MF power or LF power can be applied. Preferably, the power supply 140 may apply RF power. For this purpose, the power supply 140 may include an RF rod (not shown), an RF connector (not shown), and a matching box. It is configured to include (not shown). The RF connector is connected to the RF load and applies RF power to the RF load.

이와 같이 파워 공급장치(140)를 통해 가스 분사체(130)에 파워를 인가하고 기판 지지대(120) 및 반응기(110)의 측벽과 바닥부를 접지한 상태에서 가스 분사체(130)를 통해 오존을 기판 지지대(120)를 향해 분사하면, 박막 증착 공간(112)에 오존 플라즈마가 발생된다. 발생된 오존 플라즈마는 기판(W) 상에 공급되어 박막 증착에 이용된다.As such, power is applied to the gas injector 130 through the power supply device 140 and ozone is generated through the gas injector 130 while the sidewalls and the bottom of the substrate support 120 and the reactor 110 are grounded. When sprayed toward the substrate support 120, ozone plasma is generated in the thin film deposition space 112. The generated ozone plasma is supplied onto the substrate W and used for thin film deposition.

도 2는 본 발명에 따른 박막 증착장치에 대한 바람직한 다른 실시예의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.2 is a view showing a schematic configuration of another preferred embodiment of a thin film deposition apparatus according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 있어서 박막 증착장치(200)는 반응기(210), 기판 지지대(220), 가스 분사체(230) 및 파워 공급장치(240)를 구비한다.2, in the present embodiment, the thin film deposition apparatus 200 includes a reactor 210, a substrate support 220, a gas injector 230, and a power supply 240.

본 실시예의 반응기(210) 및 기판 지지대(220)는 도 1에 도시된 박막 증착장치(100)의 반응기(110) 및 기판 지지대(120)에 대응된다.The reactor 210 and the substrate support 220 of the present embodiment correspond to the reactor 110 and the substrate support 120 of the thin film deposition apparatus 100 shown in FIG. 1.

가스 분사체(230)는 기판 지지대(220)의 상부에 설치된다. 가스 분사체(230)는 박막 증착에 이용되는 소스가스와 오존(O3)을 포함하는 반응가스를 기판 지지대(220)를 향해 분사한다.The gas injector 230 is installed on the substrate support 220. The gas injector 230 injects a reaction gas including a source gas and ozone (O 3 ) used for thin film deposition toward the substrate support 220.

본 실시예의 가스 분사체(230)는 본체(260)와, 구획판(265)과, 복수의 분사핀(270)을 포함한다.The gas injector 230 of the present embodiment includes a main body 260, a partition plate 265, and a plurality of injection pins 270.

본체(260)는 상부 플레이트(261)와, 하부 플레이트(262)와, 저면판(263)을 포함한다. 상부 플레이트(261)에는 소스가스가 공급되는 소스가스 공급라인(251)이 연결된 소스가스 유입구(231)와, 반응가스가 공급되는 반응가스 공급라인(252)이 연결된 반응가스 유입구(232)가 관통 형성되어 있다. 하부 플레이트(262)는 고리 형상으로 형성되며, 상부 플레이트(261)의 하단에 결합되며, 하부 플레이트(262)는 접지된다. 저면판(263)은 판 형상으로 형성된다. 저면판(263)에는 분사핀(270)이 연결되는 복수의 소스가스 분사구(235)와, 복수의 반응가스 분사구(236)가 형성되어 있다. 이 저면판(263)은 본체(260)의 바닥부에 해당하는 것으로, 하부 플레이트(262)의 하단부에 결합되어 하부 플레이트(262) 내부에 배치되며, 상부 플레이트(261) 및 하부 플레이트(262)와 함께 수용부(275)를 형성한다. 이 저면판(263)은 하부 플레이트(262)와 전기적으로 연결되어 접지된다.The main body 260 includes an upper plate 261, a lower plate 262, and a bottom plate 263. The upper plate 261 passes through the source gas inlet 231 to which the source gas supply line 251 to which the source gas is supplied is connected, and the reaction gas inlet 232 to which the reaction gas supply line 252 to which the reactive gas is supplied is connected. Formed. The lower plate 262 is formed in an annular shape, is coupled to the lower end of the upper plate 261, and the lower plate 262 is grounded. The bottom plate 263 is formed in a plate shape. The bottom plate 263 is provided with a plurality of source gas injection holes 235 to which the injection pins 270 are connected, and a plurality of reaction gas injection holes 236. The bottom plate 263 corresponds to the bottom portion of the main body 260, and is coupled to the lower end portion of the lower plate 262 and disposed inside the lower plate 262, and the upper plate 261 and the lower plate 262. Together with the receiving portion 275 is formed. The bottom plate 263 is electrically connected to the bottom plate 262 and grounded.

구획판(265)은 평판 형상으로 형성되며, 복수의 삽입홀(266)과, 상부 플레이트(261)의 반응가스 유입구(232)와 연통되는 유동공(267)이 관통 형성되어 있다. 이 구획판(265)은 수용부(275)의 내부에 저면판(263)과 마주보게 설치되며, 수용부(275)를 제1공간부(277)와, 제2공간부(276)로 구획한다. 제1공간부(277)는 구획판(275)의 상측에 형성되며, 소스가스 유입구(231)와 연통되어, 소스가스가 제1공간부(277)에서 확산된다. 그리고, 제2공간부(276)는 구획판(265)의 하측에 형성되며, 반응가스 유입구(232)와 연통되어 반응가스가 제2공간부(276)에서 확산된다. 이 구획판(265)은 제2공간부(276)의 내부에 오존 플라즈마를 형성할 수 있도록, 도전성 소재로 이루어진다.The partition plate 265 has a flat plate shape, and includes a plurality of insertion holes 266 and a flow hole 267 communicating with the reaction gas inlet 232 of the upper plate 261. The partition plate 265 is installed inside the accommodating part 275 to face the bottom plate 263, and partitions the accommodating part 275 into the first space part 277 and the second space part 276. do. The first space portion 277 is formed above the partition plate 275 and communicates with the source gas inlet 231 so that the source gas is diffused in the first space portion 277. The second space portion 276 is formed below the partition plate 265, and communicates with the reaction gas inlet 232 to diffuse the reaction gas in the second space portion 276. The partition plate 265 is made of a conductive material so as to form an ozone plasma inside the second space portion 276.

그리고, 상기 구획판(265)은 제1절연부재(268) 및 제2절연부재(269)에 의해 절연 및 지지된다. 제1절연부재(268)는 환형으로 형성되어 상부 플레이트(261)에 결합되며, 제1절연부재(268)에는 상부 플레이트(261)의 반응가스 유입구(232) 및 구획판(265)의 유동공(267)과 연통되는 유동홀이 관통 형성되어 있다. 제2절연부재(269)는 환형으로 형성되어 하부 플레이트(262)에 결합되며, 제2절연부재(268)에는 구획판(265)의 유동공(267)과 연통되는 관통홀이 관통 형성되어 있다. 구획판(265)은 제1절연부재(268)와 제2절연부재(269) 사이에 배치되어 지지되며, 이에 따라 상부 플레이트(261) 및 하부 플레이트(262)는 구획판(265)과 상호 절연된다.The partition plate 265 is insulated and supported by the first insulating member 268 and the second insulating member 269. The first insulating member 268 is formed in an annular shape and coupled to the upper plate 261, and the first insulating member 268 has a flow hole in the reaction gas inlet 232 of the upper plate 261 and the partition plate 265. A flow hole communicating with 267 is formed through. The second insulating member 269 is formed in an annular shape and coupled to the lower plate 262, and the second insulating member 268 is formed with a through hole communicating with the flow hole 267 of the partition plate 265. . The partition plate 265 is disposed between and supported between the first insulating member 268 and the second insulating member 269, so that the upper plate 261 and the lower plate 262 are mutually insulated from the partition plate 265. do.

분사핀(270)은 제1공간부(277)로 공급된 소스가스를 제2공간부(276)로 공급된 반응가스와 서로 분리된 상태에서 기판으로 분사하기 위한 것이다. 분사핀(270)은 중공의 형상으로 형성되며, 분사핀(270)의 일단부는 구획판(265)의 삽입홀(266)에 연결(삽입)되며, 분사핀(270)의 타단부는 저면판(263)의 소스가스 분사구(235)에 연결(삽입)된다. 그리고, 이 분사핀(270)은 절연성 소재로 이루어진다.The injection pin 270 is for injecting the source gas supplied to the first space 277 to the substrate while being separated from the reaction gas supplied to the second space 276. The injection pin 270 is formed in a hollow shape, one end of the injection pin 270 is connected (inserted) to the insertion hole 266 of the partition plate 265, the other end of the injection pin 270 is the bottom plate It is connected (inserted) to the source gas injection port 235 of 263. And, the injection pin 270 is made of an insulating material.

파워 공급장치(240)는 가스 분사체(230)의 제2공간부(276)에 반응가스 플라즈마를 발생시키기 위한 것이다. 반응가스는 오존일 수 있으며, 이때 제2공간부(276)에는 오존 플라즈마가 발생된다. 이를 위해, 구획판(265)은 도전성 소재로 이루어지며, 하부 플레이트(262) 및 저면판(263)은 접지된다. 파워 공급장치(240)는 제2공간부(276) 내에 플라즈마가 발생하도록 구획판(265)에 파워를 인가하기 위한 것으로, 파워 공급장치(240)는 구획판(265)에 RF 파워, MF 파워 또는 LF 파워를 인가할 수 있다. 바람직하게는 파워 공급장치(240)는 구획판(265)에 RF 파워를 인가할 수 있으며, 이를 위해, 파워 공급장치(240)는 RF 로드(241)와, RF 커넥터(242)를 포함하여 구성된다. RF 로드(241)는 바 형상으로 형성되며, 상부 플레이트(261) 및 제1절연부재(268)를 관통하며 삽입되어 구획판(265)에 연결된다. 그리고, RF 로드(241)의 외주면에는 절연부재(243)가 결합되어 있다. RF 커넥터(242)는 RF 로드(241)에 연결되며, RF 전력을 RF 로드(241)로 인가한다. 그리고 파워 공급장치(240)는 매칭박스(matching box)(미도시)를 구비할 수 있다.The power supply device 240 is for generating a reactive gas plasma in the second space portion 276 of the gas injector 230. The reaction gas may be ozone, in which an ozone plasma is generated in the second space part 276. To this end, the partition plate 265 is made of a conductive material, and the lower plate 262 and the bottom plate 263 are grounded. The power supply device 240 is for applying power to the partition plate 265 to generate plasma in the second space portion 276, the power supply device 240 is RF power, MF power to the partition plate 265 Alternatively, LF power may be applied. Preferably, the power supply 240 may apply RF power to the partition plate 265. For this purpose, the power supply 240 includes an RF rod 241 and an RF connector 242. do. The RF rod 241 is formed in a bar shape and is inserted through the upper plate 261 and the first insulating member 268 to be connected to the partition plate 265. The insulating member 243 is coupled to the outer circumferential surface of the RF rod 241. The RF connector 242 is connected to the RF rod 241 and applies RF power to the RF rod 241. The power supply 240 may include a matching box (not shown).

이와 같이, 구획판(265)에 파워를 인가하고, 하부 플레이트(262) 및 저면판(263)을 접지한 상태에서 제2공간부(277)에 반응가스 유입구(232)를 통해 오존을 공급하면, 제2공간부(277)에 오존 플라즈마가 발생된다. 그리고 발생된 오존 플라즈마는 반응가스 분사구(236)를 통해 기판(W) 상에 공급되어 박막 증착에 이용된다. 그리고 소스가스 유입구(231)를 통해 제1공간부(276)에 공급된 소스가스는 제1공간부(276)에서 확산된 후, 분사핀(270)과 소스가스 분사구(235)를 통해 기판(W) 상에 공급된다.As such, when the power is applied to the partition plate 265 and the lower plate 262 and the bottom plate 263 are grounded, ozone is supplied to the second space portion 277 through the reaction gas inlet 232. The ozone plasma is generated in the second space portion 277. The generated ozone plasma is supplied onto the substrate W through the reaction gas injection hole 236 and used for thin film deposition. The source gas supplied to the first space part 276 through the source gas inlet 231 is diffused in the first space part 276, and then, the substrate pins are formed through the injection pins 270 and the source gas injection holes 235. W) is supplied.

도 3은 본 발명에 따른 박막 증착장치에 대한 바람직한 또 다른 실시예의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.3 is a view showing a schematic configuration of another preferred embodiment of a thin film deposition apparatus according to the present invention.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 있어서 박막 증착장치(300)는 반응기(310), 기판 지지대(320), 가스 분사체(330) 및 오존 리모트 플라즈마 발생기(340)를 구비한다.Referring to FIG. 3, in the present embodiment, the thin film deposition apparatus 300 includes a reactor 310, a substrate support 320, a gas injector 330, and an ozone remote plasma generator 340.

본 실시예의 반응기(310), 기판 지지대(320) 및 가스 분사체(330)는 도 1에 도시된 박막 증착장치(100)의 반응기(110), 기판 지지대(120) 및 가스 분사체(130)에 각각 대응된다.The reactor 310, the substrate support 320, and the gas injector 330 of the present embodiment may include the reactor 110, the substrate support 120, and the gas injector 130 of the thin film deposition apparatus 100 illustrated in FIG. 1. Corresponds to each.

오존 리모트 플라즈마 발생기(340)는 반응기(310) 외부에 형성되어 있는 반응가스 공급라인(352)에 설치된다. 반응가스가 오존일 때, 오존 리모트 플라즈마 발생기(340)는 오존 플라즈마를 발생시켜 반응가스 공급라인(352)과 가스 분사체(330)에 형성되어 있는 반응가스 유입구(미도시)를 통해 가스 분사체(330) 내부로 유입시킨다. 그리고 가스 분사체(330) 내부로 유입된 오존 플라즈마는 가스 분사체(330)에 형성되어 있는 반응가스 분사구(미도시)를 통해 기판(W) 상에 공급되어 박막 증착시 이용된다.The ozone remote plasma generator 340 is installed in the reaction gas supply line 352 formed outside the reactor 310. When the reaction gas is ozone, the ozone remote plasma generator 340 generates an ozone plasma to generate a gas injector through a reaction gas inlet (not shown) formed in the reaction gas supply line 352 and the gas injector 330. 330 is introduced into. In addition, the ozone plasma introduced into the gas injector 330 is supplied onto the substrate W through a reaction gas injector (not shown) formed in the gas injector 330 and used when depositing a thin film.

이상에서, 오존 플라즈마를 발생시켜 이를 박막 증착에 이용될 수 있는 박막 증착장치에 대해 살펴보았다. 도 1의 박막 증착장치(100)는 반응기(110) 내부의 박막 증착 공간(112)에서 다이렉트 오존 플라즈마를 발생시켜 기판(W) 상에 공급하는 것이다. 도 2의 박막 증착장치(200)는 가스 분사체(230)의 내부에서 오존 플라즈마를 발생시킨 후, 기판(W) 상에 공급하는 것이다. 도 3의 박막 증착장치(300)는 반응기(310) 외부에 설치된 오존 플라즈마 발생기(340)에서 오존 플라즈마를 발생시킨 후, 기판(W) 상에 공급하는 것이다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 세 가지 형태의 박막 증착장치가 혼합된 경우도 포함한다. 예컨대, 본 발명에 따른 박막 증착장치는 가스 분사체 내부에서도 오존 플라즈마를 발생시키고(도 2), 반응기 내부의 박막 증착 공간에서도 다이렉트 오존 플라즈마를 발생시키기(도 1) 위한 오존 플라즈마 발생수단을 구비할 수 있다.In the above, the thin film deposition apparatus that generates the ozone plasma and can be used for thin film deposition has been described. The thin film deposition apparatus 100 of FIG. 1 generates a direct ozone plasma in the thin film deposition space 112 inside the reactor 110 and supplies it to the substrate W. FIG. The thin film deposition apparatus 200 of FIG. 2 generates ozone plasma inside the gas injector 230 and then supplies it onto the substrate W. As shown in FIG. The thin film deposition apparatus 300 of FIG. 3 generates ozone plasma from an ozone plasma generator 340 installed outside the reactor 310 and then supplies the plasma onto the substrate W. FIG. However, the present invention is not limited thereto, and includes the case in which the three types of thin film deposition apparatuses are mixed. For example, the thin film deposition apparatus according to the present invention may include an ozone plasma generating means for generating an ozone plasma even in a gas injector (FIG. 2) and for generating a direct ozone plasma in a thin film deposition space in a reactor (FIG. 1). Can be.

본 발명에 따른 박막 증착 방법은 상기의 박막 증착장치를 이용하여 박막을 증착하는 방법이다. 즉, 본 발명에 따른 박막 증착방법은 소스가스와 반응가스를 이용하여 박막을 증착하되, 반응가스로 오존 플라즈마를 이용하여 박막을 증착하는 단계를 포함한다. 이때, 소스가스는 금속을 함유하는 전구체일 수 있으며, 반응가스로 오존 플라즈마를 이용하여 금속 박막 또는 금속 산화막을 증착할 수 있다. 증착되는 박막이 금속 박막인 경우 오존 플라즈마는 환원제 역할을 한다. 예컨대, 루쎄늄(Ru) 전구체를 이용하여 루쎄늄 박막을 증착할 때에는 산소(O)를 함유하는 가스가 환원제로 이용되는데, 이 산소를 함유하는 가스로 오존 플라즈마가 이용될 수 있다.The thin film deposition method according to the present invention is a method of depositing a thin film using the thin film deposition apparatus. That is, the thin film deposition method according to the present invention includes depositing a thin film using a source gas and a reaction gas, and depositing a thin film using ozone plasma as the reaction gas. In this case, the source gas may be a precursor containing a metal, and a metal thin film or a metal oxide film may be deposited using ozone plasma as a reaction gas. When the thin film to be deposited is a metal thin film, the ozone plasma serves as a reducing agent. For example, when depositing a ruthenium thin film using a ruthenium (Ru) precursor, a gas containing oxygen (O) is used as a reducing agent, and an ozone plasma may be used as the gas containing oxygen.

이와 같이 오존 플라즈마를 이용하여 박막을 증착하면, 오존 플라즈마가 반응성이 아주 높아, 산소 플라즈마를 이용하는 경우에 비해 박막 증착 속도를 증가시킬 수 있다. 그리고 오존 플라즈마를 이용하여 박막을 증착하는 공정은 상대적으로 산소 플라즈마를 이용하는 공정에 비해 저온에서도 박막 증착이 가능하게 될 뿐 아니라, 박막 증착 속도가 증가하게 된다.As described above, when the thin film is deposited using the ozone plasma, the ozone plasma has a high reactivity, and thus the thin film deposition rate can be increased as compared with the case of using the oxygen plasma. In addition, the process of depositing a thin film using ozone plasma enables relatively thin film deposition at a low temperature as well as a process of increasing the thin film deposition rate compared to a process using an oxygen plasma.

도 4는 산소 플라즈마를 이용하여 박막을 증착하는 경우와 오존 플라즈마를 이용하여 박막을 증착하는 경우를 비교하는 그래프이다.4 is a graph comparing a case of depositing a thin film using an oxygen plasma and a case of depositing a thin film using an ozone plasma.

도 4에 도시된 바와 같이, 산소 플라즈마를 이용하여 박막을 증착하는 경우(410)보다 오존 플라즈마를 이용하여 박막을 증착하는 경우(420)가 동일한 시간에 많은 두께의 박막이 증착됨을 알 수 있다. 즉, 오존 플라즈마를 이용하면 산소 플라즈마를 이용하는 경우에 비해 박막의 증착 속도가 증가함을 알 수 있다.As shown in FIG. 4, it can be seen that when the thin film is deposited using the ozone plasma (420) than the thin film is deposited using the oxygen plasma (410), a thin film having a large thickness is deposited at the same time. That is, using the ozone plasma can be seen that the deposition rate of the thin film is increased compared with the case of using the oxygen plasma.

실시예Example 1: 복합  1: composite 산화막Oxide film 증착 deposition

실시예 1은 두 종류 이상의 산화막이 적층되어 있는 복합 산화막을 증착하는 방법에 관한 것이다. 이러한 복합 산화막을 증착하는 경우, 각 산화막에 이용되는 소스가스는 서로 상이하다. 그럼에도 동일한 반응가스를 이용하여 복합 산화막을 증착하게 되면, 분해 속도가 느린 소스가스를 이용하여 산화막을 증착할 때 산화력이 작은 반응가스(산소 또는 오존)를 이용하는 경우, 증착 속도가 너무 느리게 되어 전체 공정 시간이 많이 소요되므로 생산성이 떨어진다. 반대로 오존 플라즈마와 같이 산화력이 너무 큰 반응가스만을 이용하여 복합 산화막을 증착하게 되면, 분해 속도가 빠른 소스가스를 이용하여 산화막을 증착하는 경우, 증착 속도가 너무 빠르게 되어 증착된 박막의 두께를 제어하는 것이 용이치 않다.Embodiment 1 relates to a method of depositing a composite oxide film in which two or more kinds of oxide films are laminated. In the case of depositing such a composite oxide film, the source gases used for the respective oxide films are different from each other. Nevertheless, if the composite oxide film is deposited using the same reaction gas, the deposition rate is too slow when using a reactive gas (oxygen or ozone) when depositing the oxide film using a source gas having a slow decomposition rate. Productivity decreases because of time consuming. On the contrary, when the composite oxide film is deposited using only a reaction gas having an excessive oxidizing power such as ozone plasma, when the oxide film is deposited using a source gas having a high decomposition rate, the deposition rate is too fast to control the thickness of the deposited thin film. It is not easy.

따라서 복합 산화막 내의 각각의 산화막을 증착하기 위한 소스가스 중 분해 속도가 느린 소스가스를 이용하여 산화막을 증착하는 경우에는 고산화력을 갖는 오존 플라즈마를 반응가스로 이용하고, 분해 속도가 빠른 소스가스를 이용하여 산화막을 증착하는 경우에는 저산화력을 갖는 반응가스를 이용하는 것이 유리하다. 즉, 분해 속도가 가장 느린 소스가스는 오존 플라즈마를 이용하여 산화막을 증착하고, 다른 소스가스는 산소, 오존 또는 산소 플라즈마를 이용하여 산화막을 증착함으로써, 복합 산화막을 증착한다.Therefore, when the oxide film is deposited using a source gas having a slow decomposition rate among the source gases for depositing each oxide film in the composite oxide film, ozone plasma having high oxidation power is used as a reaction gas, and a source gas having a high decomposition rate is used. In order to deposit an oxide film, it is advantageous to use a reaction gas having a low oxidation power. That is, the source gas having the slowest decomposition rate deposits an oxide film using ozone plasma, and the other source gas deposits an oxide film using oxygen, ozone or oxygen plasma, thereby depositing a composite oxide film.

실시예Example 2:  2: 3원계Ternary 이상의  ideal 산화막Oxide film 증착 deposition

실시예 2는 3원계 이상의 산화막을 증착하는 방법에 관한 것이다. 3원계 이상의 산화막은 M1…Mn·O로 표현될 수 있다. 여기서, M1 내지 Mn은 실리콘 금속 원소를 나타내며, n은 2 이상의 자연수이다. 3원계 이상의 산화막은 예컨대 ZrSiO일 수 있다. 이때, 상기 M1…Mn·O에서 M1은 지르코늄(Zr)이고, M2는 실리콘(Si)이다. 이러한 3원계 이상의 산화막은 응용 분야에 따라 조성비를 조절할 수 있어야 한다. 뿐만 아니라, 하나의 박막 내에서도 조성비를 변화시킬 필요성이 있다. 본 발명에 따른 박막 증착방법을 이용하면 3원계 이상의 산화막의 조성비를 용이하게 조절하는 것이 가능하다.Example 2 relates to a method of depositing a ternary or more oxide film. The ternary oxide film is formed by M1... It may be represented by Mn · O. Here, M1 to Mn represent a silicon metal element, and n is a natural number of two or more. The ternary or higher oxide film may be, for example, ZrSiO. At this time, the M1... In MnO, M1 is zirconium (Zr) and M2 is silicon (Si). The ternary oxide film should be able to adjust the composition ratio according to the application field. In addition, there is a need to change the composition ratio even in one thin film. Using the thin film deposition method according to the present invention, it is possible to easily control the composition ratio of the ternary or more oxide film.

M1…Mn·O로 표현되는 3원계 이상의 산화막을 증착하기 위해서는, M1을 함유하는 소스가스 내지 Mn을 함유하는 소스가스가 필요하다. 그리고 이 소스가스들을 산화시키기 위한 반응가스가 필요하다. 예컨대, ZrSiO 박막을 증착하기 위해서는, Zr을 함유하는 소스가스와 Si를 함유하는 소스가스가 필요하다. 그리고 Zr을 함유하는 소스가스와 Si을 함유하는 소스가스를 산화시키기 위한 반응가스가 필요하다. M1... In order to deposit a ternary or more oxide film represented by Mn · O, a source gas containing M1 to a source gas containing Mn is required. And a reaction gas is needed to oxidize these source gases. For example, in order to deposit a ZrSiO thin film, a source gas containing Zr and a source gas containing Si are required. And a reaction gas for oxidizing the source gas containing Zr and the source gas containing Si is needed.

이때, 각 소스가스 중 분해속도가 가장 느린 소스가스가 Mk(k는 1 이상 n 이하의 자연수)를 함유하는 소스가스이면, 증착하고자 하는 산화막 내의 Mk의 조성비를 높이고자 하는 경우에는 오존 플라즈마를 반응가스로 이용하고, Mk의 조성비를 낮추고자 하는 경우에는 산소, 오존 또는 산소 플라즈마를 이용한다. 저산화력을 갖는 반응가스를 이용하여 분해속도가 가장 느린 Mk를 함유하는 소스가스를 산화시키게 되면, Mk를 함유하는 소스가스의 공급량을 증가시키더라도 Mk의 조성비를 높이는 것에는 한계가 있다. 따라서 오존 플라즈마와 같이 고산화력을 갖는 반응가스를 이용하게 되면, Mk의 조성비를 손쉽게 높일 수 있다. 반대로 오존 플라즈마보다 산화력이 작은 산소, 오존 또는 산소 플라즈마를 반응가스로 이용하게 되면, Mk의 조성비를 손쉽게 낮출 수 있다.At this time, if the source gas having the slowest decomposition rate among each source gas is a source gas containing Mk (k is a natural water of 1 or more and n or less), in order to increase the composition ratio of Mk in the oxide film to be deposited, ozone plasma is reacted. When using as a gas and reducing the composition ratio of Mk, oxygen, ozone, or an oxygen plasma is used. When oxidizing a source gas containing Mk having the slowest decomposition rate by using a reaction gas having a low oxidation power, there is a limit to increasing the composition ratio of Mk even if the supply amount of the source gas containing Mk is increased. Therefore, when using a reaction gas having a high oxidation power, such as ozone plasma, it is possible to easily increase the composition ratio of Mk. On the contrary, when oxygen, ozone, or oxygen plasma, which is less oxidizing than ozone plasma, is used as the reaction gas, the composition ratio of Mk can be easily lowered.

예컨대, ZrSiO 박막을 증착하고자 할 때, Zr을 함유하는 소스가스의 분해속도가 Si을 함유하는 소스가스보다 느린 경우, ZrSiO 박막 내의 Zr의 조성비를 높이고자 할 때는 오존 플라즈마를 이용하고, Zr의 조성비를 낮추고자 할 때는 산소, 오존 또는 산소 플라즈마를 이용한다.For example, when the ZrSiO thin film is to be deposited, when the decomposition rate of the Zr-containing source gas is slower than that of the Si-containing source gas, an ozone plasma is used to increase the composition ratio of Zr in the ZrSiO thin film, and the composition ratio of Zr Use oxygen, ozone or oxygen plasma to lower

이와 같이 반응가스를 이용하여 산화막의 조성비를 조절하게 되면, 보다 손쉽게 박막의 조성비를 조절할 수 있게 될 뿐 아니라, 하나의 박막 증착 공정 내에서 반응가스를 변화시키면, 다양한 조성이 두께에 따라 변화되는 박막을 얻을 수 있다. When the composition ratio of the oxide film is adjusted using the reaction gas as described above, the composition ratio of the thin film can be more easily controlled, and when the reaction gas is changed in one thin film deposition process, various compositions change according to the thickness. Can be obtained.

실시예Example 3:  3: 트렌치Trench (( trenchtrench ) 또는 ) or 콘택홀Contact hole (( contactcontact holehole ) 갭-필() Gap-fill ( gapgap -- fillfill ))

실시예 3은 트렌치 또는 콘택홀을 갭-필하는 방법에 관한 것이다. 반도체 제조공정에서 산화막 또는 금속 박막을 이용하여 트렌치 또는 콘택홀을 갭-필하는 공정이 필요한데, 일반적으로 갭-필시 보이드(void)나 심(seam)이 발생하지 않도록 저산화력을 갖는 반응가스를 이용하여 갭-필하게 된다. 저산화력을 갖는 반응가스만을 이용하여 갭-필하게 되면, 증착 속도가 너무 느려 전체 공정에서의 생산성이 떨어지는 문제점이 있다. 따라서 본 실시예에서는 박막 증착 단계 초반부에는 산소, 오존 또는 산소 플라즈마를 이용하고, 어느 정도 갭-필이 완료된 박막 증착 단계 후반부에는 오존 플라즈마를 이용한다. 이와 같이 단계에 따라 반응가스를 변화시키면, 보이드나 심이 발생하지 않도록 하면서, 증착 속도를 증가시킬 수 있어 전체 공정에서의 생산성이 떨어지는 문제점을 해결할 수 있게 된다.Example 3 relates to a method of gap-filling a trench or contact hole. In the semiconductor manufacturing process, a process of gap-filling a trench or a contact hole using an oxide film or a metal thin film is required. Generally, a reaction gas having a low oxidation power is used so that gap-fill voids or seams do not occur. Gap-filling. If the gap-fill using only the reaction gas having a low oxidation power, there is a problem that the deposition rate is too slow to reduce the productivity in the overall process. Therefore, in the present embodiment, oxygen, ozone, or oxygen plasma is used at the beginning of the thin film deposition step, and ozone plasma is used at the second half of the thin film deposition step in which gap-filling is completed. By changing the reaction gas according to the steps as described above, it is possible to increase the deposition rate while avoiding voids or seams, thereby solving the problem of low productivity in the overall process.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.

Claims (12)

내부에 수용부가 형성되어 있는 반응기;
상기 반응기 내부에 설치되며, 기판이 안착되는 기판 지지대;
상기 기판 지지대의 상부에 설치되며, 상기 반응기 외부에 설치된 소스가스 공급라인 및 반응가스 공급라인을 통해 박막 증착을 위한 소스가스 및 오존(O3)을 포함하는 반응가스가 각각 내부로 유입되도록 하는 소스가스 유입구와 반응가스 유입구가 형성되어 있고, 상기 내부로 유입된 소스가스와 반응가스가 상기 기판 지지대를 향해 분사되도록 하는 소스가스 분사구와 반응가스 분사구가 형성되어 있는 가스 분사체; 및
상기 기판 상에 오존 플라즈마를 공급하기 위한 오존 플라즈마 공급수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.A reactor having a receiving portion formed therein;
A substrate support installed in the reactor and on which a substrate is mounted;
A source installed on the substrate support and having a source gas supply line and a reaction gas supply line installed outside the reactor so that the reaction gas including the source gas and the ozone (O 3 ) for thin film deposition may be introduced into the reactor, respectively. A gas injector having a gas inlet and a reaction gas inlet formed therein, and a source gas injector and a reactant gas injector configured to inject the source gas and the reactant gas introduced into the substrate support; And
And ozone plasma supply means for supplying ozone plasma onto the substrate. 제1항에 있어서,
상기 오존 플라즈마 공급수단은,
상기 반응기 내부에 다이렉트(direct) 오존 플라즈마를 발생시키기 위한 파워 공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.The method of claim 1,
The ozone plasma supply means,
And a power supply for generating a direct ozone plasma inside the reactor. 제1항에 있어서,
상기 가스 분사체의 내부에는 상기 오존이 확산되는 공간부가 형성되어 있으며,
상기 오존 플라즈마 공급수단은 상기 가스 분사체의 공간부에 오존 플라즈마를 발생시키기 위한 파워 공급장치를 포함하고,
상기 가스 분사체의 공간부에서 형성된 오존 플라즈마는 상기 반응가스 유입구를 통해 상기 기판 상에 공급되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.The method of claim 1,
Inside the gas injector there is formed a space portion to diffuse the ozone,
The ozone plasma supply means includes a power supply device for generating ozone plasma in the space portion of the gas injector,
The ozone plasma formed in the space portion of the gas injector is supplied to the substrate through the reaction gas inlet. 제1항에 있어서,
상기 오존 플라즈마 공급수단은 상기 반응가스 공급라인에 설치된 오존 리모트 플라즈마 발생기(remote plasma generator)를 포함하고,
상기 오존 리모트 플라즈마 발생기에서 형성된 오존 플라즈마는 상기 가스 분사체의 반응가스 유입구 및 반응가스 분사구를 통해 상기 기판 상에 공급되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.The method of claim 1,
The ozone plasma supply means includes an ozone remote plasma generator installed in the reaction gas supply line,
The ozone plasma formed by the ozone remote plasma generator is supplied to the substrate through the reaction gas inlet and the reaction gas inlet of the gas injector on the substrate. 내부에 수용부가 형성되어 있는 반응기와, 상기 반응기 내부에 설치되며 기판이 안착되는 기판 지지대와, 상기 기판 지지대의 상부에 설치되며, 상기 반응기 외부에 설치된 소스가스 공급라인 및 반응가스 공급라인을 통해 박막 증착을 위한 소스가스 및 오존(O3)을 포함하는 반응가스가 각각 내부로 유입되도록 하는 소스가스 유입구와 반응가스 유입구가 형성되어 있고, 상기 내부로 유입된 소스가스와 반응가스가 상기 기판 지지대를 향해 분사되도록 하는 소스가스 분사구와 반응가스 분사구가 형성되어 있는 가스 분사체를 구비하는 박막 증착장치를 이용하여 상기 기판 상에 박막을 증착하는 방법으로,
소스가스와 오존 플라즈마를 상기 기판 상에 공급하여, 상기 기판 상에 박막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.A thin film through a reactor having an accommodating part therein, a substrate support installed inside the reactor, on which a substrate is mounted, and a substrate support installed on the substrate support, a source gas supply line and a reaction gas supply line installed outside the reactor. A source gas inlet and a reaction gas inlet are formed to allow a reaction gas including a source gas and ozone (O 3 ) for deposition to be introduced therein, and the source gas and the reactant gas introduced into the substrate support the substrate support. In a method of depositing a thin film on the substrate using a thin film deposition apparatus having a gas injector having a source gas injection port and a reaction gas injection hole is formed to be injected toward,
Supplying a source gas and an ozone plasma onto the substrate, and depositing a thin film on the substrate. 제5항에 있어서,
상기 오존 플라즈마는 상기 반응기 내부에 형성되는 다이렉트 오존 플라즈마인 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.The method of claim 5,
The ozone plasma is a thin film deposition method, characterized in that the direct ozone plasma formed in the reactor. 제5항에 있어서,
상기 가스 분사체의 내부에는 상기 오존이 확산되는 공간부가 형성되어 있으며,
상기 오존 플라즈마는 상기 가스 분사체의 공간부에서 형성된 오존 플라즈마가 상기 반응가스 유입구를 통해 상기 기판 상에 공급되는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.The method of claim 5,
Inside the gas injector there is formed a space portion to diffuse the ozone,
The ozone plasma is a thin film deposition method characterized in that the ozone plasma formed in the space portion of the gas injector is supplied on the substrate through the reaction gas inlet. 제5항에 있어서,
상기 반응가스 공급라인에는 오존 리모트 플라즈마 발생기(remote plasma generator)가 설치되고,
상기 오존 플라즈마는 상기 오존 리모트 플라즈마 발생기에서 형성된 오존 플라즈마가 상기 가스 분사체의 반응가스 유입구 및 반응가스 분사구를 통해 상기 기판 상에 공급되는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.The method of claim 5,
The reaction gas supply line is installed with an ozone remote plasma generator (remote plasma generator),
The ozone plasma is a thin film deposition method characterized in that the ozone plasma formed in the ozone remote plasma generator is supplied on the substrate through the reaction gas inlet and the reaction gas inlet of the gas injector. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소스 가스는 금속을 함유하는 전구체이며, 상기 박막은 금속 박막 또는 금속 산화막인 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.The method according to any one of claims 5 to 8,
And the source gas is a precursor containing a metal, and the thin film is a metal thin film or a metal oxide film. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 박막은 두 종류 이상의 산화막이 적층되어 있는 복합 산화막이며,
각각의 산화막을 증착하기 위한 소스가스 중 분해 속도가 가장 느린 소스가스를 이용하여 산화막을 증착하는 경우에는 상기 오존 플라즈마를 이용하고, 다른 소스가스를 이용하여 산화막을 증착하는 경우에는 산소, 오존 또는 산소 플라즈마를 이용하는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.The method according to any one of claims 5 to 8,
The thin film is a composite oxide film in which two or more kinds of oxide films are stacked.
In the case of depositing the oxide film using the source gas having the lowest decomposition rate among the source gases for depositing each oxide film, the ozone plasma is used, and in the case of depositing the oxide film using another source gas, oxygen, ozone or oxygen Thin film deposition method using a plasma. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 박막은 M1…Mn·O(M1 내지 Mn은 실리콘 또는 금속, n은 2 이상의 자연수)로 표현되는 3원계 이상의 산화막이며,
M1을 함유하는 소스가스 내지 Mn을 함유하는 소스가스 중 분해 속도가 가장 느린 소스가스가 Mk(k는 1 이상 n 이하의 자연수)를 함유하는 소스가스라 할 때, 상기 산화막 내의 Mk의 조성비를 높이고자 하는 경우에는 상기 오존 플라즈마를 이용하여 상기 산화막을 증착하고, 상기 산화막 내의 Mk의 조성비를 낮추고자 하는 경우에는 산소, 오존 또는 산소 플라즈마를 이용하여 상기 산화막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.The method according to any one of claims 5 to 8,
The thin film is M1... A ternary or more oxide film represented by Mn · O (M1 to Mn are silicon or metal, n is a natural number of 2 or more),
When the source gas containing the slowest decomposition rate among the source gas containing M1 to the source gas containing Mn is a source gas containing Mk (k is a natural water of 1 or more and n or less), increase the composition ratio of Mk in the oxide film The oxide film is deposited using the ozone plasma, and the oxide film is deposited using oxygen, ozone or oxygen plasma when the composition ratio of Mk in the oxide film is to be lowered. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판에는 트렌치(trench) 또는 콘택홀(contact hole)이 형성되어 있고, 상기 박막 증착 단계는 상기 기판 상에 형성되어 있는 트렌치 또는 콘택홀을 갭-필하는 단계로,
상기 박막 증착 단계의 초반부에는 상기 소스가스와 산소, 오존 또는 산소 플라즈마를 이용하여 박막을 증착하고, 박막 증착 단계의 후반부에는 상기 소스가스와 오존 플라즈마를 이용하여 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.The method according to any one of claims 5 to 8,
A trench or contact hole is formed in the substrate, and the thin film deposition step is a step of gap-filling a trench or contact hole formed on the substrate.
Thin film deposition using the source gas and oxygen, ozone or oxygen plasma in the first part of the thin film deposition step, the thin film is deposited using the source gas and ozone plasma in the second part of the thin film deposition step Way.
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