KR20240066912A - Method of processing substrate - Google Patents

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김소정
이현아
안지혁
김정환
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주식회사 원익아이피에스
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Abstract

본 발명의 일 관점에 따른 기판 처리 방법은, 기판 처리 장치를 이용한 것으로서, 단위 사이클을 복수회 반복하여 공정 챔버 내 기판 지지부 상에 안착된 기판 상에 질화막을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 단위 사이클은, 상기 공정 챔버의 압력을 제 1 압력으로 유지하면서, 상기 기판 상으로 소스 가스를 공급하는 단계와, 상기 기판 상으로 제 1 퍼지 가스를 공급하는 단계와, 상기 공정 챔버의 압력을 제 2 압력으로 유지하면서, 상기 기판 상으로 플라즈마에 의해서 활성화된 수소 라디칼을 공급하는 단계와, 상기 기판 상으로 제 2 퍼지 가스를 공급하는 단계와, 상기 공정 챔버의 압력을 제 3 압력으로 유지하면서, 상기 기판 상으로 질소를 함유하는 반응 가스를 공급하는 단계와, 상기 기판 상으로 제 3 퍼지 가스를 공급하는 단계를 포함하고, 상기 질화막의 증착 속도를 높이기 위하여, 상기 제 1 압력 또는 상기 제 3 압력은 상기 제 2 압력보다 클 수 있다.A substrate processing method according to an aspect of the present invention uses a substrate processing apparatus, and includes forming a nitride film on a substrate seated on a substrate support in a process chamber by repeating a unit cycle a plurality of times, wherein the unit cycle supplying a source gas onto the substrate while maintaining the pressure of the process chamber at a first pressure, supplying a first purge gas onto the substrate, and adjusting the pressure of the process chamber to a second pressure. supplying hydrogen radicals activated by plasma onto the substrate, supplying a second purge gas onto the substrate, and maintaining the pressure of the process chamber at a third pressure, while maintaining the pressure of the process chamber at a third pressure. supplying a reaction gas containing nitrogen to the substrate, and supplying a third purge gas to the substrate, wherein in order to increase the deposition rate of the nitride film, the first pressure or the third pressure is It may be greater than the second pressure.

Description

기판 처리 방법{Method of processing substrate}Method of processing substrate}

본 발명은 반도체 소자의 제조에 관한 것으로서, 더 상세하게는 질화막 형성을 위한 기판 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the manufacture of semiconductor devices, and more specifically, to a substrate processing method for forming a nitride film.

반도체 소자의 고집적화로 인해서, 매우 얇은 두께의 박막에 대한 요구가 커지고 있고, 애스펙트비(aspect ratio)가 커지면서 스텝 커버리지(step coverage)가 우수한 박막 형성 방법이 요구되고 있다. 이러한 여러 가지 문제점을 극복할 수 있는 증착 방법으로 단위 사이클을 반복하여 수행하는 원자층 증착(ALD) 공정이 적용되고 있다. 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 공정이 적용되면, 박막의 두께 제어가 원자층 또는 분자층 단위로 제어가 가능해진다.Due to the high integration of semiconductor devices, the demand for very thin films is increasing, and as the aspect ratio increases, a thin film formation method with excellent step coverage is required. As a deposition method that can overcome these various problems, the atomic layer deposition (ALD) process, which is performed repeatedly in unit cycles, is being applied. When the atomic layer deposition (ALD) process is applied, the thickness of the thin film can be controlled on an atomic or molecular layer basis.

최근, 원자층 증착을 이용한 질화막 증착 공정에 저온 공정을 적용하면서, 공정 가스의 활성화를 위해서 플라즈마를 이용하고 있다. 이러한 플라즈마 원자층 증착 공정에서 플라즈마 이그니션 효율을 높이고 고밀도 플라즈마 윈도우 마진을 높이기 위해서 공정 챔버 내 압력을 낮게 유지하고 있다. 하지만, 이러한 저압 조건에서 질화막 증착 공정 진행 시 증착 속도가 낮아지고 박막의 품질이 떨어지는 문제가 있다.Recently, a low-temperature process has been applied to the nitride film deposition process using atomic layer deposition, and plasma has been used to activate the process gas. In this plasma atomic layer deposition process, the pressure within the process chamber is kept low to increase plasma ignition efficiency and increase the high-density plasma window margin. However, when the nitride film deposition process proceeds under these low pressure conditions, there is a problem in that the deposition rate is lowered and the quality of the thin film is deteriorated.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 질화막 형성 시 증착 속도를 높이면서도 박막 품질을 높일 수 있는 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention is intended to solve the above-described problems, and its purpose is to provide a substrate processing method that can improve thin film quality while increasing the deposition rate when forming a nitride film. However, these tasks are illustrative and do not limit the scope of the present invention.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 기판 처리 방법은, 처리 공간이 형성된 공정 챔버, 상기 공정 챔버 상부에 구비되어 상기 처리 공간을 덮기 위한 챔버 리드, 상기 처리 공간 내에 구비되어 기판을 지지하기 위한 기판 지지부, 상기 기판 지지부에 대향되어 상기 기판으로 공정 가스를 분사하기 위한 가스 분사부, 상기 공정 가스를 활성화하기 위한 플라즈마 발생부 및 상기 공정 가스를 배기하기 위한 배기부를 포함하는 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법으로서, 단위 사이클을 복수회 반복하여 상기 기판 지지부 상에 안착된 기판 상에 질화막을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 단위 사이클은, 상기 공정 챔버의 압력을 제 1 압력으로 유지하면서, 상기 기판 상으로 소스 가스를 공급하는 단계와, 상기 기판 상으로 제 1 퍼지 가스를 공급하는 단계와, 상기 공정 챔버의 압력을 제 2 압력으로 유지하면서, 상기 기판 상으로 플라즈마에 의해서 활성화된 수소 라디칼을 공급하는 단계와, 상기 기판 상으로 제 2 퍼지 가스를 공급하는 단계와, 상기 공정 챔버의 압력을 제 3 압력으로 유지하면서, 상기 기판 상으로 질소를 함유하는 반응 가스를 공급하는 단계와, 상기 기판 상으로 제 3 퍼지 가스를 공급하는 단계를 포함하고, 상기 질화막의 증착 속도를 높이기 위하여, 상기 제 1 압력 또는 상기 제 3 압력은 상기 제 2 압력보다 클 수 있다.A substrate processing method according to one aspect of the present invention for solving the above problem includes a process chamber in which a processing space is formed, a chamber lid provided on an upper part of the process chamber to cover the processing space, and a chamber lid provided in the processing space to support a substrate. A substrate processing apparatus including a substrate support part for doing so, a gas injection part facing the substrate support part for injecting a process gas to the substrate, a plasma generator for activating the process gas, and an exhaust part for exhausting the process gas. A substrate processing method used, comprising forming a nitride film on a substrate seated on the substrate supporter by repeating a unit cycle a plurality of times, wherein the unit cycle maintains the pressure of the process chamber at a first pressure, supplying a source gas onto the substrate, supplying a first purge gas onto the substrate, and maintaining the pressure of the process chamber at a second pressure while supplying plasma-activated hydrogen radicals onto the substrate. supplying a second purge gas onto the substrate, supplying a reaction gas containing nitrogen onto the substrate while maintaining the pressure of the process chamber at a third pressure, and and supplying a third purge gas onto the substrate, wherein the first pressure or the third pressure may be greater than the second pressure to increase the deposition rate of the nitride film.

상기 기판 처리 방법에 따르면, 상기 제 1 압력 및 상기 제 3 압력은 상기 제 2 압력보다 클 수 있다.According to the substrate processing method, the first pressure and the third pressure may be greater than the second pressure.

상기 기판 처리 방법에 따르면, 상기 소스 가스를 공급하는 단계 및 상기 반응 가스를 공급하는 단계에서 상기 배기부에 설치된 쓰로틀 밸브의 개도율은 상기 수소 라디칼을 공급하는 단계에서 상기 쓰로틀 밸브의 개도율보다 작을 수 있다.According to the substrate processing method, the opening rate of the throttle valve installed in the exhaust unit in the step of supplying the source gas and the step of supplying the reaction gas may be smaller than the opening rate of the throttle valve in the step of supplying the hydrogen radicals. You can.

상기 기판 처리 방법에 따르면, 상기 제 1 압력은 상기 제 2 압력보다 크고, 상기 제 3 압력은 상기 제 2 압력과 동일할 수 있다.According to the substrate processing method, the first pressure may be greater than the second pressure, and the third pressure may be equal to the second pressure.

상기 기판 처리 방법에 따르면, 상기 제 1 퍼지 가스, 상기 제 2 퍼지 가스 및 상기 제 3 퍼지 가스는 동일한 불활성 가스를 포함하고, 상기 소스 가스를 공급하는 단계에서 상기 제 3 퍼지 가스를 공급하는 단계까지 상기 단위 사이클 동안 상기 불활성 가스를 연속적으로 공급하여, 상기 제 1 퍼지 가스를 공급하는 단계, 상기 제 2 퍼지 가스를 공급하는 단계 및 상기 제 3 퍼지 가스를 공급하는 단계를 수행할 수 있다.According to the substrate processing method, the first purge gas, the second purge gas, and the third purge gas include the same inert gas, and from supplying the source gas to supplying the third purge gas. The inert gas may be continuously supplied during the unit cycle to perform the steps of supplying the first purge gas, supplying the second purge gas, and supplying the third purge gas.

상기 기판 처리 방법에 따르면, 상기 플라즈마 발생부는 상기 공정 챔버의 탑 리드 상에 배치된 유도 코일 및 상기 유도 코일로 RF 전력을 공급하기 위한 RF 전원부를 포함하고, 상기 챔버 리드 및 상기 가스 분사부 사이에 반응 공간이 형성되고, 상기 수소 라디칼을 공급하는 단계에서, 제 1 가스 유입구를 통해서 상기 반응 공간으로 수소 함유 가스를 공급하고 상기 플라즈마 발생부를 이용하여 상기 반응 공간 내에 유도 결합 플라즈마를 형성하여 상기 수소 함유 가스를 활성화하여 상기 가스 분사부의 제 1 분사홀들을 통해서 상기 기판 상으로 공급할 수 있다.According to the substrate processing method, the plasma generator includes an induction coil disposed on a top lead of the process chamber and an RF power supply unit for supplying RF power to the induction coil, and between the chamber lead and the gas injection unit. In the step of forming a reaction space and supplying the hydrogen radicals, a hydrogen-containing gas is supplied to the reaction space through the first gas inlet and an inductively coupled plasma is formed in the reaction space using the plasma generator to form the hydrogen-containing gas. Gas may be activated and supplied onto the substrate through first injection holes of the gas injection unit.

상기 기판 처리 방법에 따르면, 상기 소스 가스를 공급하는 단계에서, 제 2 가스 유입구를 통해서 상기 가스 분사부의 측벽으로 상기 소스 가스를 공급하고 상기 가스 분사부의 제 2 분사홀들을 통해서 상기 기판 상으로 공급할 수 있다.According to the substrate processing method, in the step of supplying the source gas, the source gas can be supplied to the side wall of the gas injection unit through the second gas inlet and onto the substrate through the second injection holes of the gas injection unit. there is.

상기 기판 처리 방법에 따르면, 상기 소스 가스를 공급하는 단계에서 상기 제 3 퍼지 가스를 공급하는 단계까지 상기 단위 사이클 동안 상기 수소 함유 가스를 연속적으로 공급할 수 있다.According to the substrate processing method, the hydrogen-containing gas can be continuously supplied during the unit cycle from the step of supplying the source gas to the step of supplying the third purge gas.

상기 기판 처리 방법에 따르면, 상기 소스 가스는 실리콘 및 할로겐족 리간드를 포함하는 가스이고, 상기 수소 함유 가스는 H2 가스를 포함할 수 있다.According to the substrate processing method, the source gas may be a gas containing silicon and a halogen-based ligand, and the hydrogen-containing gas may contain H2 gas.

상기 기판 처리 방법에 따르면, 상기 수소 라디칼을 공급하는 단계 동안에만 상기 유도 결합 플라즈마가 형성될 수 있다.According to the substrate processing method, the inductively coupled plasma can be formed only during the step of supplying the hydrogen radicals.

상기 기판 처리 방법에 따르면, 상기 제 1 퍼지 가스를 공급하는 단계, 상기 제 2 퍼지 가스를 공급하는 단계 및 상기 제 3 퍼지 가스를 공급하는 단계에서 상기 공정 챔버의 압력은 상기 제 2 압력으로 유지 될 수 있다.According to the substrate processing method, the pressure of the process chamber may be maintained at the second pressure in the steps of supplying the first purge gas, supplying the second purge gas, and supplying the third purge gas. You can.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법에 따르면, 질화막 형성 시 증착 속도를 높이면서도 박막 품질을 높일 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to the substrate processing method according to an embodiment of the present invention as described above, the quality of the thin film can be improved while increasing the deposition rate when forming the nitride film. Of course, the scope of the present invention is not limited by this effect.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 개략적인 순서도이다.
도 3은 도 2의 기판 처리 방법에서 단위 사이클을 보여주는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 기판 처리 방법에서 각 단계의 공정 조건을 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 기판 처리 방법에서 각 단계의 공정 조건을 보여주는 그래프이다.
도 6은 비교예 및 실시예들에 따른 기판 처리 방법에 따라서 형성된 질화막의 특성을 보여주는 그래프이다.
도 7은 비교예 및 실시예들에 따른 기판 처리 방법에 따라서 형성된 질화막의 특성을 비교해서 보여주는 개략도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic flowchart showing a substrate processing method according to embodiments of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing a unit cycle in the substrate processing method of FIG. 2.
Figure 4 is a graph showing the process conditions of each step in the substrate processing method according to Example 1 of the present invention.
Figure 5 is a graph showing the process conditions of each step in the substrate processing method according to Example 2 of the present invention.
Figure 6 is a graph showing the characteristics of a nitride film formed according to a substrate processing method according to comparative examples and examples.
Figure 7 is a schematic diagram comparing the characteristics of nitride films formed according to substrate processing methods according to comparative examples and examples.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, various preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is as follows. It is not limited to the examples. Rather, these embodiments are provided to make the present disclosure more faithful and complete and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art.

또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다. 나아가, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.Additionally, the thickness and size of each layer in the drawings are exaggerated for convenience and clarity of explanation. Furthermore, embodiments of the present invention should not be construed as limited to the specific shape of the area shown in this specification, but should include, for example, changes in shape resulting from manufacturing.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)를 보여주는 개략적인 단면도이다.Figure 1 is a schematic cross-sectional view showing a substrate processing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 공정 챔버(110), 가스 분사부(120) 및 기판 지지부(130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the substrate processing apparatus 100 may include a process chamber 110, a gas injection unit 120, and a substrate support unit 130.

공정 챔버(110)는 내부에 처리 공간(112)을 한정할 수 있다. 나아가, 공정 챔버(110)는 기판(50)을 처리 공간(112)으로 로딩하거나 또는 처리 공간(112)으로부터 언로딩하기 위한 출입구와 이를 개폐시키기 위한 게이트(미도시)를 포함할 수 있다. 공정 챔버(110)는 다양한 형상으로 제공될 수 있으며, 도 1에 도시된 형상에 제한되지 않는다.The process chamber 110 may define a processing space 112 therein. Furthermore, the process chamber 110 may include an entrance for loading or unloading the substrate 50 into or from the processing space 112 and a gate (not shown) for opening and closing the same. The process chamber 110 may be provided in various shapes and is not limited to the shape shown in FIG. 1 .

공정 챔버(110)는 진공 분위기를 형성할 수 있도록 배기부(114)를 통해서 진공 펌프(미도시)에 연결될 수 있다. 나아가, 배기부(114)에는 공정 챔버(110)의 압력을 조절하기 위하여 배기부(114)의 개도율을 조절하기 위한 쓰로틀 밸브(throttle valve, 116)가 결합될 수 있다. 쓰로틀 밸브(116)의 개도율이 커지면 공정 챔버(110)의 압력이 낮아지고, 개도율이 작아지면 공정 챔버(110)의 압력이 높아질 수 있다.The process chamber 110 may be connected to a vacuum pump (not shown) through an exhaust unit 114 to create a vacuum atmosphere. Furthermore, a throttle valve 116 may be coupled to the exhaust unit 114 to adjust the opening rate of the exhaust unit 114 in order to control the pressure of the process chamber 110. As the opening rate of the throttle valve 116 increases, the pressure of the process chamber 110 may decrease, and as the opening rate decreases, the pressure of the process chamber 110 may increase.

일부 실시예들에서, 공정 가스를 활성화하기 위한 플라즈마 발생부(145)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 발생부(145)는 유도 코일(142) 및 유도 코일로(142)로 RF 전력을 공급하기 위한 RF 전원부(140)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 처리 공간(112)을 덮기 위한 챔버 리드(111)가 공정 챔버(110) 상부에 구비되고, 챔버 리드(111) 상에 또는 챔버 리드(111) 내에 유도 결합 플라즈마(inductive coupled plasma, ICP) 분위기 형성을 위한 유도 코일(142)이 배치될 수 있다. 유도 코일(142)은 RF 전원부(140)에 연결될 수 있고, 유도 결합 플라즈마(ICP) 분위기 형성을 위한 RF 전력을 RF 전원부(140)로부터 인가받을 수 있다.In some embodiments, a plasma generator 145 may be provided to activate the process gas. For example, the plasma generator 145 may include an induction coil 142 and an RF power source 140 for supplying RF power to the induction coil 142. More specifically, a chamber lead 111 to cover the processing space 112 is provided on the upper part of the process chamber 110, and an inductively coupled plasma (inductive coupled plasma) is provided on the chamber lead 111 or within the chamber lead 111. , ICP) an induction coil 142 for forming an atmosphere may be disposed. The induction coil 142 may be connected to the RF power supply unit 140 and may receive RF power for forming an inductively coupled plasma (ICP) atmosphere from the RF power supply unit 140.

가스 분사부(120)는 공정 챔버(110)의 외부로부터 공급된 공정 가스를 처리 공간(112) 내 기판(S)으로 공급하도록 공정 챔버(110)의 상부에 결합될 수 있다. 예를 들어, 가스 분사부(120)는 기판 지지부(130)에 대향되도록 공정 챔버(110)의 챔버 리드(111)에 결합될 수 있다. The gas injection unit 120 may be coupled to the upper part of the process chamber 110 to supply process gas supplied from outside the process chamber 110 to the substrate S within the processing space 112. For example, the gas injection unit 120 may be coupled to the chamber lid 111 of the process chamber 110 so as to face the substrate support 130.

기판 지지부(130)는 처리 공간(112) 내에서 복수의 기판들(S)을 지지하도록 공정 챔버(110)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지부(130)는 가스 분사부(120)에 대향되게 공정 챔버(110)에 설치될 수 있다. 나아가, 기판 지지부(130)는 그 내부에 기판들(S)을 가열하기 위한 히터(182)를 포함할 수도 있다. 기판 지지부(130)는 그 위에 기판(S)을 안치하도록 구성되기 때문에, 기판 안착부, 서셉터 등으로 불릴 수도 있다.The substrate supporter 130 may be coupled to the process chamber 110 to support a plurality of substrates S within the processing space 112. For example, the substrate support 130 may be installed in the process chamber 110 to face the gas injection unit 120. Furthermore, the substrate support 130 may include a heater 182 therein for heating the substrates S. Since the substrate support portion 130 is configured to place the substrate S thereon, it may also be called a substrate seating portion, a susceptor, etc.

기판 지지부(130)의 상판 형상은 대체로 기판(S)의 모양에 대응되나 이에 한정되지 않고 기판(S)을 안정적으로 안착시킬 수 있도록 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부(130)의 상판에 샤프트(135)가 연결되고, 샤프트(135)는 승하강 및 회전이 가능하도록 외부 모터(미도시)에 연결될 수 있다. 나아가, 샤프트(135)와 공정 챔버(110) 사이에는 기밀 유지를 위한 수단, 예컨대 벨로우즈관 또는 자성 유체 실링(ferro fluidic sealing) 구조가 연결될 수도 있다. The shape of the upper plate of the substrate supporter 130 generally corresponds to the shape of the substrate S, but is not limited to this and may be provided in various shapes to stably seat the substrate S. In some embodiments, a shaft 135 may be connected to the upper plate of the substrate supporter 130, and the shaft 135 may be connected to an external motor (not shown) to enable raising, lowering, and rotation. Furthermore, a means for maintaining airtightness, such as a bellows tube or a ferro fluidic sealing structure, may be connected between the shaft 135 and the process chamber 110.

일부 실시예들에서, 기판 지지부(130)는 기판(S)에 정전기력을 인가하여 그 상부에 고정하기 위해서 정전 전극(미도시)을 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 정전 전극은 DC 전력을 이용하여 정전기력을 발생시킬 수 있다.In some embodiments, the substrate supporter 130 may further include an electrostatic electrode (not shown) to apply electrostatic force to the substrate S and fix it on the substrate S. In this case, the electrostatic electrode can generate electrostatic force using DC power.

일부 실시예들에서, 챔버 리드(111) 및 가스 분사부(120) 사이에 반응 공간(128)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 반응 공간(128) 상에는 챔버 리드(111)에 결합되게 유전체창(129)이 형성되고, 유전체창(129)과 가스 분사부(120) 사이에 반응 공간(128)이 한정될 수 있다. 유도 코일(142)에 의한 RF 전력은 유전체창(129)을 통해서 반응 공간(128)으로 전달될 수 있고, 이 반응 공간(128) 내에서 유도 결합 플라즈마(ICP)가 형성될 수 있다.In some embodiments, a reaction space 128 may be formed between the chamber lid 111 and the gas injection unit 120. For example, a dielectric window 129 may be formed on the reaction space 128 to be coupled to the chamber lid 111, and the reaction space 128 may be limited between the dielectric window 129 and the gas injection unit 120. there is. RF power by the induction coil 142 may be transmitted to the reaction space 128 through the dielectric window 129, and inductively coupled plasma (ICP) may be formed within the reaction space 128.

챔버 리드(111) 또는 가스 분사부(120)에는 반응 공간(128) 및 가스 분사부(120)로 공정 가스를 공급하기 위한 제 1 및 제 2 가스 유입구들(122a, 122b)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 가스 유입구(122a)는 챔버 리드(111)의 측벽을 통해서 반응 공간(128)로 연결되고, 제 2 가스 유입구(122b)는 챔버 리드(111)의 측벽을 통해서 가스 분사부(120)의 측벽으로 연결될 수 있다.First and second gas inlets 122a and 122b may be formed in the chamber lid 111 or the gas injection unit 120 to supply process gas to the reaction space 128 and the gas injection unit 120. . For example, the first gas inlet 122a is connected to the reaction space 128 through the side wall of the chamber lid 111, and the second gas inlet 122b is connected to the gas injection unit through the side wall of the chamber lid 111. It can be connected to the side wall of (120).

가스 분사부(120)에는 제 1 공정 가스를 분사하기 위한 제 1 분사홀들(126) 및 제 2 공정 가스를 분사하기 위한 제 2 분사홀들(124)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 분사홀들(126)은 제 1 가스 유입구(122a)로부터 공급된 가스를 분사하기 위하여 가스 분사부(120)의 수직으로 가스 분사부(120)를 관통하여 형성되고, 제 2 분사홀들(124)은 가스 분사부(120)의 측벽으로부터 내부로 연결된 제 2 가스 유입구(122b)에 가스 분사부(120) 내부에서 연결될 수 있다. 이에 따라, 제 1 공정 가스는 반응 공간(128) 내 플라즈마를 이용하여 활성화되어 제 1 분사홀들(126)을 통해서 분사될 수 있고, 제 2 공정 가스는 활성화 단계 없이 제 2 분사홀들(124)를 통해서 기판(S) 상으로 분사될 수 있다.The gas injection unit 120 may be formed with first injection holes 126 for spraying the first process gas and second injection holes 124 for spraying the second process gas. For example, the first injection holes 126 are formed to penetrate the gas injection unit 120 perpendicularly to the gas injection unit 120 in order to spray the gas supplied from the first gas inlet 122a. The two injection holes 124 may be connected inside the gas injection unit 120 to a second gas inlet 122b connected internally from the side wall of the gas injection unit 120. Accordingly, the first process gas can be activated using plasma in the reaction space 128 and injected through the first injection holes 126, and the second process gas can be sprayed through the second injection holes 124 without an activation step. ) can be sprayed onto the substrate (S).

기판 처리 장치(100)에 따르면, 유도 코일(142)에 RF 전원부(140)를 통해서 RF 전력이 인가되면, 반응 공간(128) 내에 유도 결합 플라즈마(ICP) 분위기가 형성될 수 있다. 가스 분사부(120)로 유입되는 공정 가스의 적어도 일부, 예컨대 제 1 공정 가스는 이러한 유도 결합 플라즈마 분위기 하에서 활성화되어 라디칼 형태로 분사판(124)을 통해서 처리 공간(112) 내 기판(S) 상으로 공급될 수 있다.According to the substrate processing apparatus 100, when RF power is applied to the induction coil 142 through the RF power supply unit 140, an inductively coupled plasma (ICP) atmosphere may be formed in the reaction space 128. At least a portion of the process gas flowing into the gas spray unit 120, for example, the first process gas, is activated under this inductively coupled plasma atmosphere and is formed into radicals on the substrate S in the processing space 112 through the spray plate 124. can be supplied.

일부 실시예들에서, 가스 분사부(120) 내 반응 공간(128)이 별도로 형성되지 않고, 처리 공간(112) 내에 직접 플라즈마가 형성될 수도 있다.In some embodiments, the reaction space 128 within the gas injection unit 120 is not separately formed, and plasma may be formed directly within the processing space 112.

전술한 기판 처리 장치(100)는 박막 증착 장치, 예컨대 원자층증착(atomic layer deposition, ALD) 장치로 이용될 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 기판 처리 장치(100)는 플라즈마 원자층증착(Plasma ALD) 장치로 이용될 수 있다. 박막 증착을 위하여, 가스 분사부(120)를 통해서 소스 가스, 반응 가스, 퍼지 가스 등의 공정 가스가 순차적으로 기판(S) 상으로 공급될 수 있다.The above-described substrate processing apparatus 100 may be used as a thin film deposition apparatus, for example, an atomic layer deposition (ALD) apparatus. More specifically, the substrate processing device 100 may be used as a plasma atomic layer deposition (Plasma ALD) device. For thin film deposition, process gases such as source gas, reaction gas, and purge gas may be sequentially supplied onto the substrate S through the gas injection unit 120.

예를 들어, 유입구(122a)를 통해서 수소 가스, 반응 가스 및 불활성 가스 중 적어도 하나의 가스가 공급될 수 있고, 유입구(122b)를 통해서 소스 가스 및 불활성 가스 중 적어도 하나의 가스가 공급될 수 있다.For example, at least one of hydrogen gas, a reaction gas, and an inert gas may be supplied through the inlet 122a, and at least one of a source gas and an inert gas may be supplied through the inlet 122b. .

이하에서는 기판 처리 장치(100)를 이용한 기판 처리 방법에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a substrate processing method using the substrate processing apparatus 100 will be described in more detail.

도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 개략적인 순서도이다.Figure 2 is a schematic flowchart showing a substrate processing method according to embodiments of the present invention.

도 1 및 도 2를 같이 참조하면, 기판 처리 방법은, 공정 챔버(110) 내 기판 지지부(130) 상으로 기판(S)을 안착시키는 단계(S10)와 단위 사이클을 복수회 반복하여 기판(S) 상에 질화막을 형성하는 단계(S20)를 포함할 수 있다. 이후, 공정 챔버(110) 내에서 기판(S)에 대한 처리가 완료되면, 기판(S)을 공정 챔버(110) 밖으로 반출할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2 together, the substrate processing method includes the step of seating the substrate S on the substrate support 130 in the process chamber 110 (S10) and repeating the unit cycle multiple times to ) may include forming a nitride film on (S20). Thereafter, when processing of the substrate S is completed within the process chamber 110, the substrate S may be taken out of the process chamber 110.

단위 사이클 동안 기판(S) 상에는 원자층 단위 또는 분자층 단위로 질화막이 형성될 수 있다. 이에 따라, 이러한 단위 사이클을 복수회 반복함으로써, 기판(S) 상에 소정 두께의 질화막을 형성할 수 있다. 따라서, 단위 사이클의 반복 회수는 질화막의 증착 두께에 따라서 조절될 수 있다.A nitride film may be formed on an atomic layer or molecular layer basis on the substrate S during a unit cycle. Accordingly, by repeating this unit cycle multiple times, a nitride film of a predetermined thickness can be formed on the substrate S. Therefore, the number of repetitions of the unit cycle can be adjusted depending on the deposition thickness of the nitride film.

이하에서는 질화막을 형성하는 단계(S20)에서 단위 사이클에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the unit cycle in the step of forming the nitride film (S20) will be described in more detail.

도 3은 도 2의 기판 처리 방법에서 단위 사이클을 보여주는 순서도이다.FIG. 3 is a flowchart showing a unit cycle in the substrate processing method of FIG. 2.

도 1 내지 도 3을 같이 참조하면, 단위 사이클은 기판(S) 상으로 소스 가스를 공급하는 단계(S21), 기판(S) 상으로 제 1 퍼지 가스를 공급하는 단계(S22), 기판(S) 상으로 수소 라디칼을 공급하는 단계(S23), 기판(S) 상으로 제 2 퍼지 가스를 공급하는 단계(S24), 기판(S) 상으로 반응 가스를 공급하는 단계(S25) 및 기판(S) 상으로 제 3 퍼지 가스를 공급하는 단계(S26)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 3 together, a unit cycle includes supplying a source gas onto the substrate S (S21), supplying a first purge gas onto the substrate S (S22), and supplying a first purge gas onto the substrate S (S21). ) supplying hydrogen radicals onto the substrate (S23), supplying a second purge gas onto the substrate (S24), supplying a reaction gas onto the substrate (S) (S25), and supplying a reaction gas onto the substrate (S). ) may include supplying a third purge gas to the phase (S26).

보다 구체적으로 보면, 소스 가스를 공급하는 단계(S21)에서, 기판(S) 상에 소스 가스가 흡착될 수 있다. 이러한 흡착 공정은 자기 포화 반응에 의해서 원자층 또는 분자층 단위로 수행될 수 있다. 예를 들어, 기판(S) 상에 실리콘 질화막을 형성하고자 하는 경우, 소스 가스는 실리콘 및 할로겐족 리간드를 포함하는 가스일 수 있다. 예컨대, 소스 가스는 DCS(Dichlorosilane) 가스, DIS(Diiodosilane) 가스 등을 포함할 수 있다.More specifically, in the step of supplying the source gas (S21), the source gas may be adsorbed on the substrate (S). This adsorption process can be performed on an atomic layer or molecular layer basis through a magnetic saturation reaction. For example, when it is desired to form a silicon nitride film on the substrate S, the source gas may be a gas containing silicon and a halogen group ligand. For example, the source gas may include dichlorosilane (DCS) gas, diiodosilane (DIS) gas, etc.

제 1 퍼지 가스를 공급하는 단계(S22)에서, 기판(S) 상에 흡착되지 않고 잔류하는 소스 가스를 포함하는 잔류 가스 등이 제 1 퍼지 가스와 함께 배기부(114)을 통해서 공정 챔버(110)로부터 배출될 수 있다. 예를 들어, 제 1 퍼지 가스는 불활성 가스, 예컨대 아르곤(Ar)을 포함할 수 있다.In the step of supplying the first purge gas (S22), residual gas including the source gas that is not adsorbed on the substrate S is discharged into the process chamber 110 through the exhaust unit 114 together with the first purge gas. ) can be discharged from. For example, the first purge gas may include an inert gas, such as argon (Ar).

수소 라디칼을 공급하는 단계(S23)에서, 기판(S) 상에 흡착된 소스 가스로 수소 라디칼이 공급될 수 있다. 이러한 수소 라디칼은 소스 가스의 리간드를 제거하여 소스 가스의 반응성을 높이는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 수소 라디칼은 수소를 함유하는 가스, 예컨대 H2 가스를 플라즈마로 활성화하여 형성될 수 있다.In the step of supplying hydrogen radicals (S23), hydrogen radicals may be supplied to the source gas adsorbed on the substrate S. These hydrogen radicals can serve to increase the reactivity of the source gas by removing the ligand of the source gas. For example, hydrogen radicals can be formed by activating a gas containing hydrogen, such as H2 gas, with plasma.

일부 실시예들에서, 수소 라디칼을 공급하는 단계(S23) 동안, 수소 함유 가스를 가스 분사부(120) 상의 챔버 리드(111)에 결합된 반응 공간(128)에서 유도 결합 플라즈마를 이용하여 활성화하여 가스 분사부(120)를 통해서 기판(S) 상으로 공급할 수 있다. 예를 들어, 수소 라디칼을 공급하는 단계(S23) 동안 제 1 가스 유입구(122a)를 통해서 반응 공간(128)으로 수소 함유 가스를 공급하고 플라즈마 발생부(145)를 이용하여 반응 공간(128) 내에 유도 결합 플라즈마를 형성하여 수소 함유 가스를 활성화하여 가스 분사부(120)의 제 1 분사홀들(126)을 통해서 기판(S) 상으로 공급할 수 있다In some embodiments, during the step of supplying hydrogen radicals (S23), the hydrogen-containing gas is activated using an inductively coupled plasma in the reaction space 128 coupled to the chamber lid 111 on the gas injection unit 120. It can be supplied onto the substrate S through the gas injection unit 120. For example, during the step of supplying hydrogen radicals (S23), hydrogen-containing gas is supplied to the reaction space 128 through the first gas inlet 122a and within the reaction space 128 using the plasma generator 145. By forming an inductively coupled plasma, hydrogen-containing gas can be activated and supplied onto the substrate S through the first injection holes 126 of the gas injection unit 120.

일부 실시예들에서, 소스 가스를 공급하는 단계(S1)에서, 제 2 가스 유입구(122b)를 통해서 가스 분사부(120)의 측벽으로 소스 가스를 공급하고 가스 분사부(120)의 제 2 분사홀들(124)을 통해서 기판(S) 상으로 공급할 수 있다.In some embodiments, in the step of supplying the source gas (S1), the source gas is supplied to the side wall of the gas injection unit 120 through the second gas inlet 122b and the second injection of the gas injection unit 120 It can be supplied onto the substrate (S) through the holes 124.

나아가, 소스 가스를 공급하는 단계(S1)에서 제 3 퍼지 가스를 공급하는 단계(S26)까지 단위 사이클 동안 수소 함유 가스가 기판(S) 상으로 연속적으로 공급될 수 있다. 이 경우, 수소 라디칼을 공급하는 단계(S23) 동안, 수소 함유 가스를 플라즈마, 예컨대 유도 결합 플라즈마를 이용하여, 수소 함유 가스를 활성화하여 수소 라디칼을 생성할 수 있다. 예를 들어, 이러한 유도 결합 플라즈마는 수소 라디칼을 공급하는 단계(S23) 동안에만 형성될 수 있다.Furthermore, hydrogen-containing gas may be continuously supplied onto the substrate S during a unit cycle from the step of supplying the source gas (S1) to the step of supplying the third purge gas (S26). In this case, during the step of supplying hydrogen radicals (S23), hydrogen radicals may be generated by activating the hydrogen-containing gas using plasma, for example, inductively coupled plasma. For example, this inductively coupled plasma may be formed only during the step of supplying hydrogen radicals (S23).

제 2 퍼지 가스를 공급하는 단계(S23)에서, 기판(S) 상에 흡착되지 않고 잔류하는 수소 라디칼을 포함하는 잔류 가스 및 부산물 등이 제 2 퍼지 가스와 함께 배기부(114)를 통해서 공정 챔버(110)로부터 배출될 수 있다. 예를 들어, 제 2 퍼지 가스는 불활성 가스, 예컨대 아르곤(Ar)을 포함할 수 있다.In the step of supplying the second purge gas (S23), residual gas and by-products containing hydrogen radicals remaining without being adsorbed on the substrate S are discharged from the process chamber through the exhaust unit 114 along with the second purge gas. (110). For example, the second purge gas may include an inert gas, such as argon (Ar).

반응 가스를 공급하는 단계(S25)에서, 기판(S) 상에 흡착된 소스 가스와 반응 가스가 반응하여 박막이 형성될 수 있다. 단위 사이클 동안, 기판(S) 상에 소스 가스가 원자층 또는 분자층 단위로 흡착되므로, 반응 가스가 충분히 공급되더라도 기판(S) 상에 원자층 또는 분자층 단위의 박막이 형성될 수 있다. 예를 들어, 반응 가스는 질소 함유 가스, 예컨대 N2 가스, NH3 가스 등을 포함할 수 있다. In the step of supplying the reaction gas (S25), the source gas adsorbed on the substrate S and the reaction gas may react to form a thin film. During a unit cycle, the source gas is adsorbed on the substrate S in units of atomic or molecular layers, so even if the reaction gas is sufficiently supplied, a thin film in units of atomic or molecular layers can be formed on the substrate S. For example, the reaction gas may include a nitrogen-containing gas, such as N2 gas, NH3 gas, etc.

제 3 퍼지 가스를 공급하는 단계(S26)에서, 기판(S) 상에 흡착되지 않고 잔류하는 반응 가스를 포함하는 잔류 가스 및 부산물 등이 제 3 퍼지 가스와 함께 배기부(114)를 통해서 공정 챔버(110)로부터 배출될 수 있다. 예를 들어, 제 3 퍼지 가스는 불활성 가스, 예컨대 아르곤(Ar)을 포함할 수 있다.In the step of supplying the third purge gas (S26), residual gas and by-products including the reaction gas remaining without being adsorbed on the substrate S are discharged into the process chamber through the exhaust unit 114 together with the third purge gas. (110). For example, the third purge gas may include an inert gas, such as argon (Ar).

일부 실시예들에서, 제 1 퍼지 가스, 제 2 퍼지 가스 및 제 3 퍼지 가스는 동일한 불활성 가스를 포함할 수 있다. 나아가, 소스 가스를 공급하는 단계(S1)에서 제 3 퍼지 가스를 공급하는 단계(S26)까지 단위 사이클 동안, 불활성 가스를 연속적으로 공급하여, 제 1 퍼지 가스를 공급하는 단계(S22), 제 2 퍼지 가스를 공급하는 단계(S24) 및 제 3 퍼지 가스를 공급하는 단계(S26)가 수행될 수도 있다.In some embodiments, the first purge gas, second purge gas, and third purge gas may include the same inert gas. Furthermore, continuously supplying an inert gas during a unit cycle from the step of supplying the source gas (S1) to the step of supplying the third purge gas (S26), the step of supplying the first purge gas (S22), the second The step of supplying a purge gas (S24) and the step of supplying a third purge gas (S26) may be performed.

일부 실시예들에서, 수소 함유 가스 및 반응 가스는 제 1 가스 유입구(122a)로부터 유입되어 반응 공간(128)을 거쳐서 제 1 분사홀들(126)을 통해서 기판(S) 상으로 분사될 수 있다. 나아가, 소스 가스는 제 2 분사홀들(122b)로부터 유입되어 제 2 분사홀들(124)을 통해서 기판(S) 상으로 분사될 수 있다. 제 1 퍼지 가스, 제 2 퍼지 가스 및 제 3 퍼지 가스는 제 1 가스 유입구(122a) 또는 제 2 가스 유입구(122b)로부터 유입되어 제 1 분사홀들(126) 또는 제 2 분사홀들(124)을 통해서 기판(S) 상으로 분사될 수 있다.In some embodiments, the hydrogen-containing gas and the reaction gas may be introduced from the first gas inlet 122a, pass through the reaction space 128, and be injected onto the substrate S through the first injection holes 126. . Furthermore, the source gas may flow in from the second injection holes 122b and be injected onto the substrate S through the second injection holes 124. The first purge gas, second purge gas, and third purge gas are introduced from the first gas inlet 122a or the second gas inlet 122b and are discharged into the first injection holes 126 or the second injection holes 124. It can be sprayed onto the substrate (S) through.

전술한 단위 사이클 동안, 실리콘을 함유하는 소스 가스와 질소를 함유하는 반응 가스가 반응하여, 기판(S) 상에 원자층 또는 분자층 단위의 실리콘 질화막이 형성될 수 있다. 전술한 단위 사이클 동안, 수소 라디칼을 이용하여 소스 가스의 반응성을 높임으로써, 질화막 증착 온도를 낮출 수 있다. 예를 들어, 기판 지지부(130)의 온도를 450 oC 이하로 유지하여, 기판(S) 상에 450 oC 이하의 저온에서 질화막이 형성될 수 있다.During the above-mentioned unit cycle, the source gas containing silicon and the reaction gas containing nitrogen react to form a silicon nitride film in the atomic layer or molecular layer unit on the substrate S. During the above-described unit cycle, the nitride film deposition temperature can be lowered by increasing the reactivity of the source gas using hydrogen radicals. For example, by maintaining the temperature of the substrate supporter 130 at 450 o C or lower, a nitride film may be formed on the substrate S at a low temperature of 450 o C or lower.

한편, 전술한 기판 처리 방법에서, 단위 사이클 동안 공정 챔버(110)의 압력을 조절함으로써, 질화막의 증착 속도 및 박막의 품질을 더 제어할 수 있다.Meanwhile, in the above-described substrate processing method, the deposition rate of the nitride film and the quality of the thin film can be further controlled by adjusting the pressure of the process chamber 110 during a unit cycle.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 소스 가스를 공급하는 단계(S21)에서 공정 챔버(110)의 압력은 제 1 압력(P1)으로 유지되고, 수소 라디칼을 공급하는 단계(S23)에서 공정 챔버(110)의 압력은 제 2 압력(P2)으로 유지되고, 반응 가스를 공급하는 단계(S25)에서 공정 챔버(110)의 압력은 제 3 압력(P3)으로 유지될 수 있다. 1 to 5, in the step of supplying the source gas (S21), the pressure of the process chamber 110 is maintained at the first pressure (P1), and in the step of supplying the hydrogen radicals (S23), the process chamber (110) is maintained at the first pressure (P1). The pressure of the process chamber 110 may be maintained at the second pressure P2, and the pressure of the process chamber 110 may be maintained at the third pressure P3 in the step S25 of supplying the reaction gas.

제 1 압력(P1)을 높게 하는 경우, 기판(S) 상의 고밀도 패턴 하부까지 소스 가스가 충분히 전달되어, 기판(S) 상의 고밀도 패턴 상에서 전체적으로 소스 가스가 흡착되도록 할 수 있다. 나아가, 제 3 압력(P3)을 높게 하는 경우, 기판(S) 상의 고밀도 패턴 하부까지 반응 가스가 충분히 전달되어, 기판(S) 상의 고밀도 패턴 상에서 전체적으로 증착 반응이 일어나도록 할 수 있다. 따라서, 제 1 압력(P1) 및/또는 제 3 압력(P3)을 높이면 박막의 증착 속도를 높이고, 고밀도 패턴 내 박막의 스텝 커버리지를 높일 수 있다.When the first pressure P1 is increased, the source gas can be sufficiently transmitted to the lower part of the high-density pattern on the substrate S, allowing the source gas to be absorbed entirely on the high-density pattern on the substrate S. Furthermore, when the third pressure P3 is increased, the reaction gas can be sufficiently delivered to the lower part of the high-density pattern on the substrate S, allowing a deposition reaction to occur entirely on the high-density pattern on the substrate S. Therefore, by increasing the first pressure (P1) and/or the third pressure (P3), the deposition rate of the thin film can be increased and the step coverage of the thin film in the high-density pattern can be increased.

제 2 압력(P2)은 플라즈마 분위기 형성, 예컨대 플라즈마 이그니션 및 유지와 관련될 수 있다. 수소 라디칼을 공급하는 단계(S23)에서 수소 함유 가스의 유량과 공정 챔버(110) 내 제 2 압력(P2)은 고밀도 플라즈마 형성에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 고밀도 플라즈마 형성을 위하여 수소 함유 가스의 유량을 낮추고, 제 2 압력(P2)을 낮게 유지할 필요가 있다. 이러한 제한은 유도 결합 플라즈마를 사용하는 경우 더욱 엄격해질 수 있다.The second pressure P2 may be related to plasma atmosphere formation, such as plasma ignition and maintenance. In the step of supplying hydrogen radicals (S23), the flow rate of the hydrogen-containing gas and the second pressure (P2) within the process chamber 110 may affect the formation of high-density plasma. For example, in order to form high-density plasma, it is necessary to lower the flow rate of hydrogen-containing gas and keep the second pressure (P2) low. These limitations can become more stringent when using inductively coupled plasma.

이러한 점에서, 본 발명의 실시예들에서, 박막, 예컨대 질화막의 적어도 증착 속도를 높이기 위하여, 제 1 압력(P1) 및/또는 제 3 압력(P3)은 제 2 압력(P2)보다 더 클 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버(110)의 압력은 공정 챔버(110)의 배기 부(114)에 연결된 쓰로틀 밸브(116)의 개도율을 통해서 조절될 수 있다. 예를 들어, 소스 가스를 공급하는 단계(S21) 및/또는 반응 가스를 공급하는 단계(S25)에서 쓰로틀 밸브(116)의 개도율은 수소 라디칼을 공급하는 단계(S23)에서 쓰로틀 밸브(116)의 개도율보다 작을 수 있다.In this regard, in embodiments of the present invention, the first pressure P1 and/or the third pressure P3 may be greater than the second pressure P2 in order to at least increase the deposition rate of the thin film, such as a nitride film. there is. For example, the pressure of the process chamber 110 may be adjusted through the opening rate of the throttle valve 116 connected to the exhaust unit 114 of the process chamber 110. For example, in the step of supplying the source gas (S21) and/or the step of supplying the reaction gas (S25), the opening rate of the throttle valve 116 is the same as that of the throttle valve 116 in the step of supplying the hydrogen radicals (S23). It may be smaller than the opening rate of .

예를 들어, 제 1 압력(P1) 및/또는 제 3 압력(P3)은 제 2 압력(P2)보다 두 배 이상, 나아가 네 배 이상 클 수 있다. 보다 구체적인 예에서, 제 1 압력(P1) 및/또는 제 3 압력(P3)은 약 4 Torr이고, 제 2 압력(P2)은 약 1 Torr일 수 있다. 한편, 소스 가스를 공급하는 단계(S21) 및/또는 반응 가스를 공급하는 단계(S25)에서 쓰로틀 밸브(116)의 개도율은 수소 라디칼을 공급하는 단계(S23)에서 쓰로틀 밸브(116)의 개도율보다 50% 이하일 수 있다. 보다 구체적인 예에서, 쓰로틀 밸브(116)의 개도율은 제 1 압력(P1) 및/또는 제 3 압력(P3)을 유지하는 경우 약 10 ~ 15% 범위일 수 있고, 제 2 압력(P2)을 유지하는 경우 약 30 ~ 40% 범위일 수 있다.For example, the first pressure (P1) and/or the third pressure (P3) may be two or more times, or even four times or more, than the second pressure (P2). In a more specific example, the first pressure (P1) and/or the third pressure (P3) may be about 4 Torr, and the second pressure (P2) may be about 1 Torr. Meanwhile, the opening rate of the throttle valve 116 in the step of supplying the source gas (S21) and/or the step of supplying the reaction gas (S25) is the opening rate of the throttle valve 116 in the step of supplying the hydrogen radicals (S23). It may be 50% or less than the rate. In a more specific example, the opening rate of the throttle valve 116 may range from about 10 to 15% when maintaining the first pressure (P1) and/or the third pressure (P3) and the second pressure (P2). If maintained, it may be in the range of about 30 to 40%.

일부 실시예들에서, 제 1 퍼지 가스를 공급하는 단계(S22), 제 2 퍼지 가스를 공급하는 단계(S24) 및 제 3 퍼지 가스를 공급하는 단계(S26)의 적어도 하나 또는 전체 단계 동안, 공정 챔버(110)의 압력은 수소 라디칼을 공급하는 단계(S23)에서 제 2 압력(P2)과 동일하게 유지될 수 있다.In some embodiments, during at least one or all of the steps of supplying the first purge gas (S22), supplying the second purge gas (S24), and supplying the third purge gas (S26), the process The pressure of the chamber 110 may be maintained equal to the second pressure P2 in the step S23 of supplying hydrogen radicals.

도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 1에서, 제 1 압력(P1)은 제 2 압력(P2) 및 제 3 압력(P3)보다 클 수 있다. 나아가, 제 2 압력(P2)과 제 3 압력(P3)은 동일할 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 소스 가스, 예컨대 전구체(precursor)를 공급하는 단계(S21)를 제외한 나머지 단계들(S22, S23, S24, S25, S26)에서 공정 챔버(110) 내 압력은 제 2 압력(P2)으로 동일할 수 있다.As shown in Figure 4, in Example 1, the first pressure (P1) may be greater than the second pressure (P2) and the third pressure (P3). Furthermore, the second pressure (P2) and the third pressure (P3) may be the same. More specifically, in the remaining steps (S22, S23, S24, S25, S26) excluding the step (S21) of supplying a source gas, for example, a precursor, the pressure within the process chamber 110 is the second pressure (P2). ) can be the same.

실시예 1에서, 수소 함유 가스, 예컨대 수소(H2) 가스가 단위 사이클 전체 동안, 즉 소스 가스를 공급하는 단계(S21)에서 제 3 퍼지 가스를 공급하는 단계(S26)까지 전체 단계들(S21, S22, S23, S24, S25, S26) 동안 연속적으로 공급될 수 있다. 수소 라디칼을 공급하는 단계(S23) 동안, RF 전력이 공급되어 반응 공간(128) 내에 플라즈마가 형성되어, 수소 가스가 활성화되어 수소 라디칼이 생성되고 분사판(124)을 통해서 기판(S) 위로 분사될 수 있다.In Example 1, a hydrogen-containing gas, such as hydrogen (H2) gas, is supplied during the entire unit cycle, that is, throughout the steps S21, from the step S21 of supplying the source gas to the step S26 of supplying the third purge gas. It can be supplied continuously during S22, S23, S24, S25, and S26). During the step of supplying hydrogen radicals (S23), RF power is supplied to form plasma in the reaction space 128, so that hydrogen gas is activated to generate hydrogen radicals and sprayed onto the substrate S through the spray plate 124. It can be.

나아가, 퍼지 가스로 불활성 가스, 예컨대 아르곤(Ar) 가스가 단위 사이클 전체 동안, 즉 단계들(S21, S22, S23, S24, S25, S26) 동안 연속적으로 공급될 수 있다. 이러한 불활성 가스는 퍼지 단계들(S22, S24, S26) 동안에는 잔류 가스나 분산물 등을 퍼지하는 용도로 사용될 수 있다.Furthermore, an inert gas, such as argon (Ar) gas, may be continuously supplied as a purge gas during the entire unit cycle, that is, during steps S21, S22, S23, S24, S25, and S26. This inert gas can be used to purge residual gas or dispersions during purge steps (S22, S24, and S26).

실시예 1에 따르면, 소스 가스를 공급하는 단계(S21)에서 압력을 높여서, 박막의 증착 속도를 높이고 품질을 향상시킬 수 있다.According to Example 1, by increasing the pressure in the step of supplying the source gas (S21), the deposition rate of the thin film can be increased and the quality can be improved.

도 5에 도시된 바와 같이, 실시예 2에서, 제 1 압력(P1) 및 제 3 압력(P3)은 제 2 압력(P2)보다 클 수 있다. 예를 들어, 제 1 압력(P1)과 제 3 압력(P3)은 동일할 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 소스 가스를 공급하는 단계(S21) 및 반응(reactant) 가스를 공급하는 단계(S25)를 제외한 나머지 단계들(S22, S23, S24, S26)에서 공정 챔버(110) 내 압력은 제 2 압력(P2)으로 동일할 수 있다.As shown in Figure 5, in Example 2, the first pressure (P1) and the third pressure (P3) may be greater than the second pressure (P2). For example, the first pressure (P1) and the third pressure (P3) may be the same. More specifically, in the remaining steps (S22, S23, S24, and S26) excluding the step of supplying the source gas (S21) and the step of supplying the reactant gas (S25), the pressure in the process chamber 110 is It may be the same as the second pressure (P2).

실시예 2에 따르면, 소스 가스를 공급하는 단계(S21) 및 반응(reactant) 가스를 공급하는 단계(S25)에서 모두 압력을 높여서, 박막의 증착 속도를 높이고 품질을 향상시킬 수 있다.According to Example 2, the pressure can be increased in both the step of supplying the source gas (S21) and the step of supplying the reactant gas (S25), thereby increasing the deposition rate and improving the quality of the thin film.

도 6은 비교예 및 실시예들에 따른 기판 처리 방법에 따라서 형성된 질화막의 특성을 보여주는 그래프이고, 도 7은 비교예 및 실시예들에 따른 기판 처리 방법에 따라서 형성된 질화막의 특성을 비교해서 보여주는 개략도이다.FIG. 6 is a graph showing the characteristics of a nitride film formed according to the substrate processing method according to the comparative examples and examples, and FIG. 7 is a schematic diagram comparing the characteristics of the nitride film formed according to the substrate processing method according to the comparative examples and examples. am.

도 6 및 도 7에서, 비교예는 단위 사이클 동안 공정 챔버(110) 내 압력을 모두 제 2 압력(P2)으로 동일하게 유지하였고, 실시예 1은 단위 사이클 동안 도 4의 조건으로 진행하였고, 실시예 2는 단위 사이클 동안 도 5의 조건으로 진행하였다.6 and 7, in the comparative example, the pressure in the process chamber 110 was kept the same as the second pressure (P2) during a unit cycle, and Example 1 was conducted under the conditions of FIG. 4 during a unit cycle, and Example 2 was conducted under the conditions of FIG. 5 for a unit cycle.

도 6 및 도 7을 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2 모두의 경우 비교예에 비해서 질화막의 증착 속도(deposition rate, D/R)가 증가된 것을 알 수 있다. 나아가, 실시예 1 보다 실시예 2에서 증착 속도가 더 향상된 것을 알 수 있다.Referring to Figures 6 and 7, it can be seen that the deposition rate (D/R) of the nitride film was increased in both Examples 1 and 2 compared to the Comparative Example. Furthermore, it can be seen that the deposition rate was further improved in Example 2 compared to Example 1.

또한, 실시예 1 및 실시예 2 모두의 경우 비교예에 비해서 질화막의 습식 식각율(wet etch rate, WER)이 감소된 것을 알 수 있다. 이와 같이, 습식 식각율이 감소되었다는 것은 질화막이 보다 치밀하게 형성된 것을 의미할 수 있다.In addition, it can be seen that in both Examples 1 and 2, the wet etch rate (WER) of the nitride film was reduced compared to the comparative example. In this way, a decrease in the wet etch rate may mean that the nitride film is formed more densely.

또한, 스텝 커버리지(step coverage, S/C) 면에서 보면, 실시예 1은 비교예와 비슷한 정도의 특성을 보이나, 실시예 2는 비교예에 비해서 향상된 특성을 보이는 것을 알 수 있다. 나아가, 고밀도 패턴에서 탑부와 바닥부의 두께비(T/S)를 보면, 실시예 2의 경우 비교예에 비해서 그 값이 크게 감소된 것을 알 수 있다.In addition, in terms of step coverage (S/C), Example 1 shows similar characteristics to the Comparative Example, but Example 2 shows improved characteristics compared to the Comparative Example. Furthermore, looking at the thickness ratio (T/S) of the top and bottom in the high-density pattern, it can be seen that the value in Example 2 is greatly reduced compared to the comparative example.

따라서, 전술한 결과들로부터, 제 1 압력(P1)을 높게 하거나 또는 제 1 압력(P1) 및 제 3 압력(P3)을 모두 높게 함으로써, 질화막의 증착 속도를 기존보다 높일 수 있다는 것을 알 수 있다. 나아가, 제 1 압력(P1) 및 제 3 압력(P3)을 모두 높게 함으로써, 증착 속도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 질화막의 치밀도를 높이고 스텝 커버리지를 높일 수 있다는 것을 알 수 있다.Therefore, from the above-mentioned results, it can be seen that the deposition rate of the nitride film can be increased than before by increasing the first pressure (P1) or both the first pressure (P1) and the third pressure (P3). . Furthermore, it can be seen that by increasing both the first pressure (P1) and the third pressure (P3), not only can the deposition rate be increased, but also the density of the nitride film can be increased and the step coverage can be increased.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached patent claims.

100: 기판 처리 장치
110: 공정 챔버
114: 배기배관
120: 가스 분사부
130: 기판 지지부
140: RF 전원부
142: 유도 코일
145: 플라즈마 발생부100: substrate processing device
110: Process chamber
114: exhaust pipe
120: gas injection unit
130: substrate support
140: RF power unit
142: induction coil
145: Plasma generator

Claims (11)

처리 공간이 형성된 공정 챔버, 상기 공정 챔버 상부에 구비되어 상기 처리 공간을 덮기 위한 챔버 리드, 상기 처리 공간 내에 구비되어 기판을 지지하기 위한 기판 지지부, 상기 기판 지지부에 대향되어 상기 기판으로 공정 가스를 분사하기 위한 가스 분사부, 상기 공정 가스를 활성화하기 위한 플라즈마 발생부 및 상기 공정 가스를 배기하기 위한 배기부를 포함하는 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법으로서,
단위 사이클을 복수회 반복하여 상기 기판 지지부 상에 안착된 기판 상에 질화막을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 단위 사이클은,
상기 공정 챔버의 압력을 제 1 압력으로 유지하면서, 상기 기판 상으로 소스 가스를 공급하는 단계;
상기 기판 상으로 제 1 퍼지 가스를 공급하는 단계;
상기 공정 챔버의 압력을 제 2 압력으로 유지하면서, 상기 기판 상으로 플라즈마에 의해서 활성화된 수소 라디칼을 공급하는 단계;
상기 기판 상으로 제 2 퍼지 가스를 공급하는 단계;
상기 공정 챔버의 압력을 제 3 압력으로 유지하면서, 상기 기판 상으로 질소를 함유하는 반응 가스를 공급하는 단계; 및
상기 기판 상으로 제 3 퍼지 가스를 공급하는 단계를 포함하고,
상기 질화막의 증착 속도를 높이기 위하여, 상기 제 1 압력 또는 상기 제 3 압력은 상기 제 2 압력보다 큰,
기판 처리 방법.A process chamber in which a processing space is formed, a chamber lid provided on an upper part of the process chamber to cover the processing space, a substrate supporter provided in the processing space to support a substrate, and a process gas being sprayed onto the substrate while facing the substrate supporter. A substrate processing method using a substrate processing apparatus including a gas injection unit for activating the process gas, a plasma generator for activating the process gas, and an exhaust unit for exhausting the process gas,
Repeating the unit cycle multiple times to form a nitride film on the substrate seated on the substrate supporter,
The unit cycle is,
supplying a source gas onto the substrate while maintaining the pressure of the process chamber at a first pressure;
supplying a first purge gas onto the substrate;
supplying hydrogen radicals activated by plasma onto the substrate while maintaining the pressure of the process chamber at a second pressure;
supplying a second purge gas onto the substrate;
supplying a reaction gas containing nitrogen onto the substrate while maintaining the pressure of the process chamber at a third pressure; and
Comprising supplying a third purge gas onto the substrate,
In order to increase the deposition rate of the nitride film, the first pressure or the third pressure is greater than the second pressure,
Substrate processing method. 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 압력 및 상기 제 3 압력은 상기 제 2 압력보다 큰, 기판 처리 방법.According to claim 1,
The first pressure and the third pressure are greater than the second pressure. 제 2 항에 있어서,
상기 소스 가스를 공급하는 단계 및 상기 반응 가스를 공급하는 단계에서 상기 배기부에 설치된 쓰로틀 밸브의 개도율은 상기 수소 라디칼을 공급하는 단계에서 상기 쓰로틀 밸브의 개도율보다 작은,
기판 처리 방법.According to claim 2,
The opening rate of the throttle valve installed in the exhaust unit in the step of supplying the source gas and the step of supplying the reaction gas is smaller than the opening rate of the throttle valve in the step of supplying the hydrogen radical.
Substrate processing method. 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 압력은 상기 제 2 압력보다 크고, 상기 제 3 압력은 상기 제 2 압력과 동일한, 기판 처리 방법.
기판 처리 방법.According to claim 1,
The first pressure is greater than the second pressure, and the third pressure is equal to the second pressure.
Substrate processing method. 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 퍼지 가스, 상기 제 2 퍼지 가스 및 상기 제 3 퍼지 가스는 동일한 불활성 가스를 포함하고,
상기 소스 가스를 공급하는 단계에서 상기 제 3 퍼지 가스를 공급하는 단계까지 상기 단위 사이클 동안 상기 불활성 가스를 연속적으로 공급하여, 상기 제 1 퍼지 가스를 공급하는 단계, 상기 제 2 퍼지 가스를 공급하는 단계 및 상기 제 3 퍼지 가스를 공급하는 단계를 수행하는,
기판 처리 방법.According to claim 1,
The first purge gas, the second purge gas, and the third purge gas include the same inert gas,
Continuously supplying the inert gas during the unit cycle from supplying the source gas to supplying the third purge gas, supplying the first purge gas, and supplying the second purge gas. And performing the step of supplying the third purge gas,
Substrate processing method. 제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 발생부는 상기 공정 챔버의 탑 리드 상에 배치된 유도 코일 및 상기 유도 코일로 RF 전력을 공급하기 위한 RF 전원부를 포함하고,
상기 챔버 리드 및 상기 가스 분사부 사이에 반응 공간이 형성되고,
상기 수소 라디칼을 공급하는 단계에서, 제 1 가스 유입구를 통해서 상기 반응 공간으로 수소 함유 가스를 공급하고 상기 플라즈마 발생부를 이용하여 상기 반응 공간 내에 유도 결합 플라즈마를 형성하여 상기 수소 함유 가스를 활성화하여 상기 가스 분사부의 제 1 분사홀들을 통해서 상기 기판 상으로 공급하는,
기판 처리 방법.According to claim 1,
The plasma generator includes an induction coil disposed on a top lead of the process chamber and an RF power supply for supplying RF power to the induction coil,
A reaction space is formed between the chamber lid and the gas injection unit,
In the step of supplying the hydrogen radicals, a hydrogen-containing gas is supplied to the reaction space through the first gas inlet, and an inductively coupled plasma is formed in the reaction space using the plasma generator to activate the hydrogen-containing gas to generate the gas. Supplying onto the substrate through the first injection holes of the injection unit,
Substrate processing method. 제 6 항에 있어서,
상기 소스 가스를 공급하는 단계에서, 제 2 가스 유입구를 통해서 상기 가스 분사부의 측벽으로 상기 소스 가스를 공급하고 상기 가스 분사부의 제 2 분사홀들을 통해서 상기 기판 상으로 공급하는, 기판 처리 방법.According to claim 6,
In the step of supplying the source gas, the source gas is supplied to a side wall of the gas injection unit through a second gas inlet and onto the substrate through second injection holes of the gas injection unit. 제 6 항에 있어서,
상기 소스 가스를 공급하는 단계에서 상기 제 3 퍼지 가스를 공급하는 단계까지 상기 단위 사이클 동안 상기 수소 함유 가스를 연속적으로 공급하는,
기판 처리 방법.According to claim 6,
Continuously supplying the hydrogen-containing gas during the unit cycle from the step of supplying the source gas to the step of supplying the third purge gas,
Substrate processing method. 제 8 항에 있어서,
상기 소스 가스는 실리콘 및 할로겐족 리간드를 포함하는 가스이고,
상기 수소 함유 가스는 H2 가스를 포함하는,
기판 처리 방법.According to claim 8,
The source gas is a gas containing silicon and halogenated ligands,
The hydrogen-containing gas includes H2 gas,
Substrate processing method. 제 8 항에 있어서,
상기 수소 라디칼을 공급하는 단계 동안에만 상기 유도 결합 플라즈마가 형성되는, 기판 처리 방법.According to claim 8,
A method of processing a substrate, wherein the inductively coupled plasma is formed only during the step of supplying the hydrogen radicals. 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 퍼지 가스를 공급하는 단계, 상기 제 2 퍼지 가스를 공급하는 단계 및 상기 제 3 퍼지 가스를 공급하는 단계에서 상기 공정 챔버의 압력은 상기 제 2 압력으로 유지되는, 기판 처리 방법.
According to claim 1,
The substrate processing method wherein the pressure of the process chamber is maintained at the second pressure in the steps of supplying the first purge gas, supplying the second purge gas, and supplying the third purge gas.
KR1020220148266A 2022-11-08 Method of processing substrate KR20240066912A (en)

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