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KR102489560B1 - Apparatus for Depositing Thin Film and Method of Depositing The Thin Film - Google Patents

Apparatus for Depositing Thin Film and Method of Depositing The Thin Film Download PDF

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KR102489560B1
KR102489560B1 KR1020180149559A KR20180149559A KR102489560B1 KR 102489560 B1 KR102489560 B1 KR 102489560B1 KR 1020180149559 A KR1020180149559 A KR 1020180149559A KR 20180149559 A KR20180149559 A KR 20180149559A KR 102489560 B1 KR102489560 B1 KR 102489560B1
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주식회사 원익아이피에스
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Abstract

박막 증착 장치 및 방법에 관한 기술이다. 본 실시예에 따른 박막 증착 방법은, 처리 공간이 형성된 공정 챔버 내부로 소스 가스를 공급하는 단계; 상기 공정 챔버 내부로 반응 가스를 공급하는 단계; 및 상기 소스 가스와 상기 반응 가스가 반응하여, 기판상에 박막을 증착하도록, 상기 공정 챔버내에 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함하며, 상기 반응 가스 공급 단계에서, 상기 공정 챔버로 공급되는 상기 반응 가스의 공급 유량을 가변 공급할 수 있다.It is a technology related to a thin film deposition apparatus and method. A thin film deposition method according to the present embodiment includes supplying a source gas into a process chamber in which a process space is formed; supplying a reactive gas into the process chamber; and generating plasma in the process chamber so that the source gas and the reaction gas react to deposit a thin film on a substrate, wherein in the supplying of the reaction gas, the reaction gas supplied to the process chamber The supply flow rate can be varied.

Description

박막 증착 장치 및 박막 증착 방법{Apparatus for Depositing Thin Film and Method of Depositing The Thin Film}Thin film deposition apparatus and thin film deposition method {Apparatus for Depositing Thin Film and Method of Depositing The Thin Film}

본 발명은 박막 증착 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 스텝 커버리지는 개선할 수 있는 박막 증착 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a thin film deposition apparatus and method, and more particularly, to a thin film deposition apparatus and method capable of improving step coverage.

반도체 제조 공정에 있어서, 티타늄 박막은 오믹 콘택층, 베리어막 및 하드 마스크막의 재료로 이용되고 있다. 티타늄 박막은 예를 들어, 플라즈마 CVD(Chemical vapor deposition) 방식 또는 플라즈마 ALD(atomic layer deposition) 방식으로 주로 이용되고 있다. 이와 같은 티타늄 박막은 고집적 반도체 소자에 다양한 역할을 수행하는 막으로 사용되기 위하여, 우수한 스텝 커버리지 확보가 필요하다. In a semiconductor manufacturing process, a titanium thin film is used as a material for an ohmic contact layer, a barrier film, and a hard mask film. A titanium thin film is mainly used, for example, in a plasma chemical vapor deposition (CVD) method or a plasma atomic layer deposition (ALD) method. Such a titanium thin film needs to secure excellent step coverage in order to be used as a film performing various roles in a highly integrated semiconductor device.

본 발명의 실시예들은 고 어스펙트 영역에서도 우수한 스텝 커버리지를 확보할 수 있는 박막 증착 장치 및 방법을 제공하는 것이다.Embodiments of the present invention provide a thin film deposition apparatus and method capable of securing excellent step coverage even in a high aspect area.

본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법은, 처리 공간이 형성된 공정 챔버 내부로 소스 가스를 공급하는 단계; 상기 공정 챔버 내부로 반응 가스를 공급하는 단계; 및 상기 소스 가스와 상기 반응 가스가 반응하여, 기판상에 박막을 증착하도록, 상기 공정 챔버내에 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함하며, 상기 반응 가스 공급 단계에서, 상기 공정 챔버로 공급되는 상기 반응 가스의 공급 유량을 가변 공급할 수 있다.A thin film deposition method according to an embodiment of the present invention includes supplying a source gas into a process chamber in which a process space is formed; supplying a reactive gas into the process chamber; and generating plasma in the process chamber so that the source gas and the reaction gas react to deposit a thin film on a substrate, wherein in the supplying of the reaction gas, the reaction gas supplied to the process chamber The supply flow rate can be varied.

본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치는, 내부에 처리 공간을 가지며, 하부에 기판이 안착되는 기판 지지부와 상기 기판으로 가스를 분사하기 위한 가스 분사부를 포함하는 공정 챔버; 상기 처리 공간에 플라즈마를 형성하기 위해 상기 가스 분사부에 전기적으로 연결되는 RF 전원부; 상기 가스 분사부를 통해 상기 처리 공간으로 소스 가스를 공급하기 위한 소스 가스 공급부; 상기 가스 분사부를 통해 상기 처리 공간으로 반응 가스를 공급하기 위해 상기 가스 공급부와 연결되는 반응 가스 공급 라인과 상기 반응 가스 공급 라인 상에 구비되어 상기 반응 가스의 공급 유량을 가변시키는 유량 조절부를 포함하는 반응 가스 공급부; 및 상기 소스 가스 공급부 및 상기 반응 가스 공급부의 가스 공급을 제어하기 위한 제어부를 포함한다. 상기 제어부는 상기 반응 가스 공급시 상기 반응 가스 공급 유량이 가변 공급되도록 상기 유량 조절부를 제어한다. A thin film deposition apparatus according to an embodiment of the present invention includes a process chamber having a processing space therein, including a substrate support unit on which a substrate is seated and a gas dispensing unit for injecting gas to the substrate; an RF power supply unit electrically connected to the gas distributing unit to form plasma in the processing space; a source gas supply unit configured to supply source gas to the processing space through the gas dispensing unit; a reaction gas supply line connected to the gas supply unit for supplying a reaction gas to the processing space through the gas dispensing unit and a flow control unit provided on the reaction gas supply line and varying a supply flow rate of the reaction gas; gas supply unit; and a control unit for controlling gas supply of the source gas supply unit and the reaction gas supply unit. When the reaction gas is supplied, the control unit controls the flow rate control unit so that a variable flow rate of the reaction gas is supplied.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치는, 내부에 처리 공간을 가지며, 하부에 기판이 안착되는 기판 지지부와 상기 기판으로 가스를 분사하기 위한 가스 분사부를 포함하는 공정 챔버; 상기 처리 공간에 플라즈마를 형성하기 위해 상기 가스 분사부에 전기적으로 연결되는 RF 전원부; 상기 가스 분사부를 통해 상기 처리 공간으로 소스 가스를 공급하기 위한 소스 가스 공급부; 상기 가스 분사부를 통해 상기 처리 공간으로 반응 가스를 공급하기 위해 상기 가스 분사부와 연결되며, 제 1 유량의 반응 가스를 공급하기 위한 제 1 반응 가스 공급부와, 상기 제 1 유량과 상이한 제 2 유량의 반응 가스를 공급하기 위한 제 2 반응 가스 공급부를 포함하는 반응 가스 공급부; 및 상기 소스 가스 공급부 및 상기 반응 가스 공급부의 가스 공급을 제어하기 위한 제어부를 포함한다. 상기 제어부는 상기 반응 가스 공급부를 통해 상기 반응 가스 공급시, 상기 반응 가스의 공급 유량이 가변 공급되도록 상기 제 1 반응 가스 공급부 및 상기 제 2 반응 가스 공급부를 교번적으로 제어한다. In addition, a thin film deposition apparatus according to another embodiment of the present invention, a process chamber having a processing space therein, including a substrate support unit on which a substrate is seated and a gas dispensing unit for injecting gas to the substrate; an RF power supply unit electrically connected to the gas distributing unit to form plasma in the processing space; a source gas supply unit configured to supply source gas to the processing space through the gas dispensing unit; A first reaction gas supply unit connected to the gas dispensing unit to supply a reaction gas to the processing space through the gas dispensing unit, and supplying a reaction gas having a first flow rate; and a second flow rate different from the first flow rate. a reaction gas supply unit including a second reaction gas supply unit for supplying a reaction gas; and a control unit for controlling gas supply of the source gas supply unit and the reaction gas supply unit. When the reaction gas is supplied through the reaction gas supply unit, the control unit alternately controls the first reaction gas supply unit and the second reaction gas supply unit so that a supply flow rate of the reaction gas is variable.

본 발명에 따르면, 티타늄 박막 증착 시, 반응 가스인 수소 가스의 공급 량을 주기적으로 가변시킴으로써, 스텝 커버리지 특성을 개선할 수 있다. According to the present invention, when depositing a titanium thin film, step coverage characteristics can be improved by periodically changing the supply amount of hydrogen gas as a reaction gas.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 박막 증착 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 박막을 증착하기 위한 플라즈마 처리 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 박막의 증착 사이클을 보여주는 타이밍도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응 가스 공급량에 대한 티타늄 박막의 증착 속도를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 티타늄 박막 증착 사이클을 보여주는 타이밍도이다.1 is a cross-sectional view for explaining a titanium thin film deposition method according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic cross-sectional view of a plasma processing apparatus for depositing a titanium thin film according to an embodiment of the present invention.
3 is a timing diagram showing a deposition cycle of a titanium thin film according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
5 shows a deposition rate of a titanium thin film with respect to the supply amount of a reactive gas according to an embodiment of the present invention.
6 is a timing diagram showing a titanium thin film deposition cycle according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. The sizes and relative sizes of layers and regions in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation. Like reference numbers designate like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 박막 증착 방법을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view for explaining a titanium thin film deposition method according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 반도체 기판(100)이 준비된다. 반도체 기판(100)은 예를 들어, 실리콘 기판일 수 있고, 다양한 높이의 집적 회로 소자(도시되지 않음)가 구비될 수 있다. 반도체 기판(100) 상부에 층간 절연막(110)이 증착된다. 다음, 반도체 기판(100)의 선택된 영역이 노출될 수 있도록, 층간 절연막(110)의 소정 부분이 식각되어, 층간 절연막(110)내에 콘택홀(H)이 형성된다. 상기 선택된 영역은 예를 들어, 접합 영역 혹은 도전 영역일 수 있다. 상기 콘택홀(H)은 반도체 기판(100)상에 형성된 다양한 높이의 집적 회로 소자로 인해, 예를 들어 15:1 이상의 고 어스펙트 비(aspect ratio)를 가질 수 있다. Referring to FIG. 1 , a semiconductor substrate 100 is prepared. The semiconductor substrate 100 may be, for example, a silicon substrate, and may include integrated circuit elements (not shown) having various heights. An interlayer insulating film 110 is deposited on the semiconductor substrate 100 . Next, a predetermined portion of the interlayer insulating film 110 is etched to expose a selected region of the semiconductor substrate 100 , and a contact hole H is formed in the interlayer insulating film 110 . The selected region may be, for example, a junction region or a conductive region. The contact hole H may have a high aspect ratio of, for example, 15:1 or more due to integrated circuit elements of various heights formed on the semiconductor substrate 100 .

그후, 상기와 같이 고 어스펙트비 비를 갖는 콘택홀(H) 표면에 티타늄 박막(120)을 증착한다. 티타늄 박막(120)은 예를 들어, 플라즈마 ALD 방식 또는 플라즈마 CVD 방식으로 형성될 수 있다. 또한, 본 실시예의 티타늄 박막(120)은 티타늄 소스 및 수소(H2) 가스의 반응에 의해 형성될 수 있다. Then, a titanium thin film 120 is deposited on the surface of the contact hole H having a high aspect ratio as described above. The titanium thin film 120 may be formed by, for example, a plasma ALD method or a plasma CVD method. In addition, the titanium thin film 120 of this embodiment may be formed by a reaction between a titanium source and hydrogen (H2) gas.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 박막을 증착하기 위한 플라즈마 처리 장치의 개략적인 단면도이다. 2 is a schematic cross-sectional view of a plasma processing apparatus for depositing a titanium thin film according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(20)는 챔버(200), 컨트롤러(201), 샤워헤드(230), 기판 지지부(240), 구동부(250), 플라즈마 전원 공급부(260), 매칭 네트워크(270) 및 히터 전원 공급부(290)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the plasma processing apparatus 20 includes a chamber 200, a controller 201, a shower head 230, a substrate support 240, a driver 250, a plasma power supply 260, a matching network ( 270) and a heater power supply unit 290.

챔버(200)는 상부가 개방된 본체(210) 및 본체(210)의 상단 외주에 설치되는 탑 리드(220)를 포함할 수 있다. 탑 리드(220)의 내부 공간은 샤워 헤드(230)에 의해 폐쇄될 수 있다. 아울러, 샤워 헤드(230)와 탑 리드(220) 사이에는 절연 링(r)이 설치되어, 챔버(200)와 샤워 헤드(230)를 전기적으로 절연시킬 수 있다. The chamber 200 may include a main body 210 with an open top and a top lid 220 installed on the outer circumference of the upper end of the main body 210 . The inner space of the top lid 220 may be closed by the shower head 230 . In addition, an insulating ring r may be installed between the shower head 230 and the top lid 220 to electrically insulate the chamber 200 and the shower head 230 from each other.

챔버(200) 내부 공간은 증착 공정 등 반도체 기판(100)에 대한 처리가 이루어지는 공간일 수 있다. 본체(210) 측면의 지정된 위치에 기판(100)이 반입 및 반출될 게이트(G)가 마련될 수 있다. The inner space of the chamber 200 may be a space where processing of the semiconductor substrate 100 such as a deposition process is performed. A gate G through which the substrate 100 is carried in and out may be provided at a designated location on the side of the main body 210 .

챔버(200) 내부를 진공화하기 위하여, 챔버(200) 하부에 위치된 배기구(도시되지 않음)에 펌프(213)가 연결될 수 있다. In order to evacuate the inside of the chamber 200, a pump 213 may be connected to an exhaust port (not shown) located below the chamber 200.

샤워 헤드(230)는 탑 리드(top lid: 220) 내측에 기판 지지부(240)와 대향하도록 설치될 수 있다. 샤워 헤드(230)는 외부로부터 공급되는 다양한 가스를 가스 라인(232)을 통해 공급받아, 챔버(200) 내부로 분사할 수 있다. 본 실시예에서 샤워 헤드(230)는 플라즈마를 발생시키기 위한 제 1 전극으로 작용할 수 있다.The shower head 230 may be installed inside the top lid 220 to face the substrate support 240 . The shower head 230 may receive various gases supplied from the outside through the gas line 232 and spray them into the chamber 200 . In this embodiment, the shower head 230 may act as a first electrode for generating plasma.

또한, 상기 가스 라인(232)은 티타늄 소스 공급부(280a), 반응 가스 공급부(280b) 및 불활성 가스 공급부(280b)와 연결되도록 분기될 수 있다. 또한, 상기 분기된 가스 라인에, 티타늄 소스 공급부(280a), 반응 가스인 수소(H2) 가스 공급부(280b) 및 불활성 가스 공급부(280b)의 공급 유량을 결정하는 유량 조절부(MFC1, MFC2, MFC3)가 연결된다. Also, the gas line 232 may branch to be connected to the titanium source supply unit 280a, the reaction gas supply unit 280b, and the inert gas supply unit 280b. In addition, flow control units MFC1 , MFC2 , and MFC3 that determine supply flow rates of the titanium source supply unit 280a , the hydrogen (H2 ) gas supply unit 280b and the inert gas supply unit 280b to the branched gas line. ) is connected.

티타늄 소스는 예를 들어, TiCl4 소스 일 수 있고, 반응 가스는 예를 들어, H2 가스일 수 있다. 또한, 불활성 가스는 예를 들어, Ar일 수 있다. The titanium source may be, for example, a TiCl4 source, and the reaction gas may be, for example, H2 gas. Also, the inert gas may be, for example, Ar.

기판 지지부(240)는 기판 안착부(서셉터, 242) 및 지지축(244)을 포함할 수 있다. 기판 안착부(242)는 상면에 적어도 하나의 반도체 기판(100)이 안착되도록 전체적으로 평판 형상을 가질 수 있다. 지지축(244)은 기판 안착부(242) 후면에 수직 결합되며, 챔버(200) 저부의 관통공을 통해 외부의 구동부(250)와 연결되어, 기판 안착부(242)를 승강 및/또는 회전시키도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 기판 안착부(242)는 플라즈마를 발생시키기 위한 제 2 전극으로 작용할 수 있다.The substrate support part 240 may include a substrate seating part (susceptor) 242 and a support shaft 244 . The substrate seating portion 242 may have a flat plate shape as a whole so that at least one semiconductor substrate 100 is seated on an upper surface thereof. The support shaft 244 is vertically coupled to the rear surface of the substrate seating portion 242 and is connected to an external driving unit 250 through a through-hole at the bottom of the chamber 200 to elevate and/or rotate the substrate seating portion 242. can be configured to do so. In this embodiment, the substrate seating portion 242 may act as a second electrode for generating plasma.

또한, 기판 안착부(242)의 내부에는 히터(246)가 구비되어 상부에 안착된 기판(100)의 온도를 조절할 수 있다.In addition, a heater 246 is provided inside the substrate seating portion 242 to adjust the temperature of the substrate 100 seated thereon.

컨트롤러(201)는 플라즈마 처리 장치(20)의 전반적인 동작을 제어하도록 구성된다. 일 실시예에서 컨트롤러(201)는 플라즈마 처리 장치의 각 구성 요소(200~290, MFC1~MFC3)의 동작을 제어하며, 티타늄 박막 증착을 위한 제어 파라미터를 설정할 수 있다. 도시하지 않았지만, 컨트롤러(201)는 중앙처리장치, 메모리, 입출력 인터페이스 등을 포함할 수 있다.The controller 201 is configured to control the overall operation of the plasma processing device 20 . In one embodiment, the controller 201 controls the operation of each component 200 to 290 and MFC1 to MFC3 of the plasma processing device and may set control parameters for depositing the titanium thin film. Although not shown, the controller 201 may include a central processing unit, a memory, an input/output interface, and the like.

플라즈마 전원 공급부(260)는 소정 주파수 전원, 예컨대, LF(low frequency) 전원을 플라즈마 전원 소스로 제공하도록 구성될 수 있다. 매칭 네트워크(270)는 상기 인가 전원에 접속되도록 매칭시킬 수 있다. 매칭 네트워크(270)는 상기 전원의 출력 임피던스와 챔버(200)내의 부하 임피던스를 상호 매칭시켜 LF 전원이 챔버(200)로부터 반사됨에 따른 반사 손실을 제거하도록 구성될 수 있다.The plasma power supply 260 may be configured to provide a predetermined frequency power, for example, low frequency (LF) power as a plasma power source. Matching network 270 may be matched to be connected to the applied power. The matching network 270 may be configured to match the output impedance of the power source and the load impedance within the chamber 200 to eliminate return loss due to reflection of the LF power source from the chamber 200 .

히터 전원 공급부(290)는 히터(246)에 전원을 공급하여 히터(246)가 발열하도록 구성될 수 있다. The heater power supply 290 may supply power to the heater 246 so that the heater 246 generates heat.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 박막의 증착 사이클을 보여주는 타이밍도이다. 3 is a timing diagram showing a deposition cycle of a titanium thin film according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 티타늄 박막을 증착하기 위하여, 플라즈마 처리 장치(20)에 파워를 인가한다. 즉, 플라즈마 처리 장치(20)의 샤워 헤드(230)와 기판 안착부(242)에 전압을 인가한다. Referring to FIG. 3 , in order to deposit a titanium thin film, power is applied to the plasma processing device 20 . That is, voltage is applied to the shower head 230 and the substrate seating part 242 of the plasma processing device 20 .

플라즈마 처리 장치(20)내에 파워를 인가한 상태에서, 상기 챔버(200)내에 티타늄 소스, 반응 가스, 및 불활성 가스를 동시에 공급한다. 티타늄 소스는 제 1 유량 조절부(MFC1)에 의해 설정된 양이 일정하게 공급된다. In a state in which power is applied to the plasma processing apparatus 20, a titanium source, a reactive gas, and an inert gas are simultaneously supplied into the chamber 200. The titanium source is constantly supplied in an amount set by the first flow control unit MFC1.

한편, 반응 가스는 티타늄 소스가 공급되는 동안, 공급량이 주기적으로 가변될 수 있다. 예를 들어, 반응 가스는 제 1 유량 및 제 2 유량이 적어도 1회 교번적으로 제공될 수 있다. 이때, 상기 제 1 유량은 상기 제 2 유량보다 클 수 있다. 즉, 본 실시예의 반응 가스 공급 단계는, 플라즈마 처리 장치의 파워 온 시, 상대적 다량인 제 1 유량으로 반응 가스를 공급하는 단계, 및 상대적 소량인 제 2 유량으로 반응 가스를 공급하는 단계를 적어도 1회 반복 실시할 수 있다. On the other hand, while the titanium source is supplied, the supply amount of the reaction gas may be varied periodically. For example, a first flow rate and a second flow rate of the reactive gas may be provided alternately at least once. In this case, the first flow rate may be greater than the second flow rate. That is, the step of supplying the reactive gas in the present embodiment includes at least one step of supplying the reactive gas at a relatively large first flow rate and supplying the reactive gas at a relatively small second flow rate when the plasma processing apparatus is turned on. It can be repeated several times.

예를 들어, 반응 가스가 제 1 유량만큼 공급될 때, 티타늄 소스와 반응 가스의 공급 비율은 1:25~35일 수 있다. 한편, 반응 가스가 제 2 유량만큼 공급될 때, 티타늄 소스와 반응 가스의 공급 비율은 1:15~21일 수 있다. For example, when the reaction gas is supplied by the first flow rate, the supply ratio of the titanium source and the reaction gas may be 1:25 to 35. On the other hand, when the reaction gas is supplied by the second flow rate, the supply ratio of the titanium source and the reaction gas may be 1:15 to 21.

상기 반응 가스의 공급량은 상기 제 2 유량 조절부(MFC2)의 제어에 의해 가변될 수 있다. 즉, 제 2 유량 조절부(MFC2)는 자체적으로, 일정 시간(예를 들어, 100ms) 마다 제 1 유량에서 제 2 유량으로, 혹은 제 2 유량에서 제 1 유량으로, 공급량을 가변시킬 수 있다.The supply amount of the reaction gas may be varied by the control of the second flow controller MFC2. That is, the second flow rate controller MFC2 may itself change the supply amount from the first flow rate to the second flow rate or from the second flow rate to the first flow rate every predetermined time (eg, 100 ms).

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 단면도이다. 4 is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 반응 가스 공급부(280b)는 2개의 제 2 유량 조절부(MFC2a, MFC2b)와 연결될 수 있다. 제 2 유량 조절부(MFC2a)는 상기 반응 가스를 제 1 유량만큼 전달하도록 설정되고, 제 2 유량 조절부(MFC2b)는 상기 반응 가스를 제 2 유량만큼 전달하도록 설정될 수 있다. 2개의 제 2 유량 조절부(MFC2a,MFC2b)는 상기 플라즈마 처리 장치(20)의 컨트롤러(201)의 구동에 의해 선택적으로 동작됨으로써, 서로 다른 유량의 반응 가스를 제공할 수 있다. As shown in FIG. 4 , the reaction gas supply unit 280b may be connected to two second flow control units MFC2a and MFC2b. The second flow rate controller MFC2a may be set to deliver the reaction gas at a first flow rate, and the second flow rate controller MFC2b may be set to deliver the reaction gas at a second flow rate. The two second flow controllers MFC2a and MFC2b are selectively operated by the driving of the controller 201 of the plasma processing apparatus 20, thereby providing reactant gases with different flow rates.

본 실시예의 반응 가스 공급부는 복수 개의 유량을 설정하는 기능을 갖는 단일의 유량 조절부와 연결되어 다양한 유량의 반응 가스를 제공하거나, 혹은 단수 개의 유량을 설정하는 기능을 갖는 복수 개의 유량 조절부와 각각 연결되어, 다양한 유량의 반응 가스를 공급할 수 있다. The reaction gas supply unit of this embodiment is connected to a single flow rate controller having a function of setting a plurality of flow rates to provide a reaction gas of various flow rates, or a plurality of flow rate controllers having a function of setting a single flow rate and each Connected, it is possible to supply various flow rates of reactive gas.

본 실시예에서는 반응 가스를 2개의 유량 범위로 교번 공급하는 예를 개시하고 있지만, 여기에 한정되지 않고, 다양한 범위로 공급할 수 있음은 물론이다. Although this embodiment discloses an example in which the reactive gas is alternately supplied in two flow rate ranges, it is not limited thereto and can be supplied in various ranges, of course.

이와 같은 본 실시예에 따르면, 증착 초기에, 티타늄 소스 공급과 함께, 상대적 다량인 제 1 유량으로 반응 가스를 공급한다. 이에 따라, 콘택홀 바닥부와 같이 후미진 부분에 티타늄 박막의 초기 두께를 확보할 수 있다. According to this embodiment, in the initial stage of deposition, along with supply of the titanium source, the reaction gas is supplied at a relatively large first flow rate. Accordingly, it is possible to secure an initial thickness of the titanium thin film in a recessed portion such as a bottom portion of a contact hole.

그 후, 티타늄 소스 공급과 함께, 상대적 소량인 제 2 유량으로 반응 가스를 공급한다. 이에 따라, 가스 분사면에 노출된 콘택홀의 상부 및 상부 측벽부의 증착 속도를 지연시킴으로써, 콘택홀 내부 표면에 균일한 두께로 티타늄 박막을 증착할 수 있다. After that, along with supply of the titanium source, the reaction gas is supplied at a relatively small second flow rate. Accordingly, the titanium thin film may be deposited with a uniform thickness on the inner surface of the contact hole by delaying the deposition rate of the upper part and the upper sidewall part of the contact hole exposed on the gas injection surface.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응 가스 공급량에 대한 티타늄 박막의 증착 속도를 나타낸 것이다. 5 shows a deposition rate of a titanium thin film with respect to the supply amount of a reactive gas according to an embodiment of the present invention.

일반적으로, 스텝 커버리지를 결정하는 인자로는 반응 가스, 압력 및 프로세스 갭(process gap: 샤워 헤드와 기판 안착부 사이의 거리) 등이 있을 수 있다. 그 중, 공정 압력 및 프로세스 갭을 증대시키는 경우, 스텝 커버리지가 개선되는 효과는 있으나, 증착 속도가 현저히 낮아지는 문제가 있다. In general, factors determining the step coverage may include a reactive gas, a pressure, and a process gap (distance between a shower head and a substrate seating part). Among them, when the process pressure and the process gap are increased, there is an effect of improving the step coverage, but there is a problem in that the deposition rate is significantly lowered.

본 발명의 실시예와 같이, 반응 가스인 수소 가스의 유량을 증대시키는 경우, 스텝 커버리지가 감소되는 데 반해, 반응 가스를 이원화하여 제공하는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 증착 속도의 감소 없이, 우수한 스텝 커버리지를 확보할 수 있다. As in the embodiment of the present invention, when the flow rate of hydrogen gas, which is a reaction gas, is increased, the step coverage is reduced, whereas when the reaction gas is provided in binary form, as shown in FIG. 5, the deposition rate is not reduced. , excellent step coverage can be secured.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 티타늄 박막 증착 사이클을 보여주는 타이밍도이다.6 is a timing diagram showing a titanium thin film deposition cycle according to another embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 실시예의 티타늄 소스는 펄스 형태로 공급될 수 있다. 이에 따라, 반응 가스 역시, 티타늄 소스가 인가되는 구간에서만 제 1 유량에서 제 2 유량으로 공급량을 가변시킬 수 있다. Referring to Figure 6, the titanium source of this embodiment can be supplied in the form of a pulse. Accordingly, the supply amount of the reactant gas may also be varied from the first flow rate to the second flow rate only in the section where the titanium source is applied.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.Although the present invention has been described in detail with preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. Do.

100: 반도체 기판 120 : 티타늄 박막100: semiconductor substrate 120: titanium thin film

Claims (11)

공정 챔버 내부에 소스 가스 및 반응 가스를 공급하는 가스 분사부 및 상기 반응 가스의 유량을 제어하는 제어부를 포함하는 박막 증착 장치를 이용하여 반도체 기판 상에 박막을 증착하는 박막 증착 방법으로서,
상기 공정 챔버 내부에 콘택홀이 형성된 상기 반도체 기판을 제공하는 단계;
상기 반도체 기판에 상기 소스 가스를 공급하는 단계;
상기 반도체 기판에 제 1 유량으로 상기 반응 가스를 공급하는 단계;
상기 제 1 유량으로 공급 중인 상기 반응 가스를 상기 제 1 유량보다 작은 제 2 유량으로 공급하는 단계; 및
상기 소스 가스와 상기 제 1 및 제 2 유량의 상기 반응 가스를 반응시켜 상기 반도체 기판 상에 상기 박막이 증착되도록 상기 공정 챔버내에 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함하되,
상기 콘택홀의 바닥부에 상기 박막을 형성하는 경우 상기 제어부의 구동에 의해 상기 반응 가스를 상기 제 1 유량으로 공급하고,
상기 콘택홀 상부 및 상기 콘택홀의 상부 측벽부에 상기 박막을 형성하는 경우 상기 제어부의 구동에 의해 상기 반응 가스를 상기 제1 유량보다 작은 상기 제 2 유량으로 공급하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.A thin film deposition method for depositing a thin film on a semiconductor substrate using a thin film deposition apparatus including a gas ejection unit for supplying a source gas and a reaction gas into a process chamber and a control unit for controlling a flow rate of the reaction gas,
providing the semiconductor substrate in which the contact hole is formed inside the process chamber;
supplying the source gas to the semiconductor substrate;
supplying the reaction gas to the semiconductor substrate at a first flow rate;
supplying the reactant gas being supplied at the first flow rate at a second flow rate lower than the first flow rate; and
generating plasma in the process chamber to deposit the thin film on the semiconductor substrate by reacting the source gas with the reaction gas at the first and second flow rates;
supplying the reaction gas at the first flow rate by driving the control unit when the thin film is formed on the bottom of the contact hole;
and supplying the reactant gas at the second flow rate lower than the first flow rate by driving the control unit when the thin film is formed on the upper portion of the contact hole and the upper sidewall portion of the contact hole. 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 유량으로 상기 반응 가스를 공급하는 단계와, 상기 제 2 유량으로 상기 반응 가스를 공급하는 단계를 교번적으로 수행하는 박막 증착 방법. According to claim 1,
The thin film deposition method of alternately performing the step of supplying the reaction gas at the first flow rate and the step of supplying the reaction gas at the second flow rate. 제 1 항에 있어서,
상기 소스 가스 공급 단계는,
상기 소스 가스를 펄스 형태로 공급하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법. According to claim 1,
The source gas supply step,
Thin film deposition method characterized in that the source gas is supplied in a pulse form. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 반응 가스를 공급하는 라인내에 설치된 유량 제어기가 상기 제 1 유량 또는 상기 제 2 유량으로 설정되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법. According to claim 1,
The thin film deposition method, characterized in that the control unit controls a flow rate controller installed in the line for supplying the reaction gas to be set to the first flow rate or the second flow rate. 제 1 항에 있어서,
상기 공정 챔버는 상기 제 1 유량으로 상기 반응 가스를 공급하는 제 1 반응 가스 공급 라인 및 상기 제 2 유량으로 상기 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급 라인을 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 제 1 반응 가스 공급 라인 및 상기 제 2 반응 가스 공급 라인이 선택적으로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법. According to claim 1,
The process chamber further includes a first reaction gas supply line supplying the reaction gas at the first flow rate and a second reaction gas supply line supplying the reaction gas at the second flow rate,
The thin film deposition method, characterized in that the control unit controls the first reaction gas supply line and the second reaction gas supply line to be selectively driven. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 소스 가스의 공급 유량 대 상기 반응 가스의 제 1 유량은 1:25~35인 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.According to claim 1 or 2,
The thin film deposition method, characterized in that the supply flow rate of the source gas to the first flow rate of the reaction gas is 1:25 to 35. 제 7 항에 있어서,
상기 소스 가스의 상기 공급 유량 대 상기 반응 가스의 제 2 유량은 1:15~21인 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.According to claim 7,
The thin film deposition method, characterized in that the supply flow rate of the source gas to the second flow rate of the reaction gas is 1:15 to 21. 제 1 항에 있어서,
상기 소스 가스는 TiCl4 소스이고, 상기 반응 가스는 수소(H2) 가스인 박막 증착 방법. According to claim 1,
The source gas is a TiCl4 source, and the reaction gas is a hydrogen (H2) gas. 내부에 처리 공간을 가지며, 하부에 기판이 안착되는 기판 지지부와 상기 기판으로 가스를 분사하기 위한 가스 분사부를 포함하는 공정 챔버;
상기 처리 공간에 플라즈마를 형성하기 위해 상기 가스 분사부에 전기적으로 연결되는 RF 전원부;
상기 가스 분사부를 통해 상기 처리 공간으로 소스 가스를 공급하기 위한 소스 가스 공급부;
상기 가스 분사부를 통해 상기 처리 공간으로 반응 가스를 공급하기 위해 상기 가스 공급부와 연결되는 반응 가스 공급 라인과 상기 반응 가스 공급 라인 상에 구비되어 상기 반응 가스의 공급 유량을 가변시키는 유량 조절부를 포함하는 반응 가스 공급부; 및
상기 소스 가스 공급부 및 상기 반응 가스 공급부의 가스 공급을 제어하기 위한 제어부를 포함하며,
상기 기판은 콘택홀을 포함하고,
상기 제어부는
상기 콘택홀의 바닥부에 박막을 형성하는 위해 상기 소스 가스 및 상기 반응 가스의 공급 시, 상기 반응 가스가 제 1 유량으로 공급되도록 상기 유량 조절부를 제어하며,
상기 콘택홀 상부 및 상기 콘택홀의 상부 측벽부에 상기 박막을 형성하기 위해 상기 소스 가스 및 상기 반응 가스의 공급 시, 상기 반응 가스가 상기 제 1 유량보다 작은 제 2 유량으로 공급되도록 상기 유량 조절부를 제어하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.a process chamber having a processing space therein, including a substrate support unit on which a substrate is seated, and a gas dispensing unit for injecting gas to the substrate;
an RF power supply unit electrically connected to the gas distributing unit to form plasma in the processing space;
a source gas supply unit configured to supply source gas to the processing space through the gas dispensing unit;
a reaction gas supply line connected to the gas supply unit for supplying a reaction gas to the processing space through the gas dispensing unit and a flow control unit provided on the reaction gas supply line and varying a supply flow rate of the reaction gas; gas supply unit; and
A control unit for controlling gas supply of the source gas supply unit and the reaction gas supply unit,
The substrate includes a contact hole,
The control unit
Controlling the flow rate controller to supply the source gas and the reaction gas at a first flow rate when supplying the source gas and the reaction gas to form a thin film at the bottom of the contact hole;
controlling the flow rate controller to supply the source gas and the reaction gas at a second flow rate smaller than the first flow rate when the source gas and the reaction gas are supplied to form the thin film on the upper portion of the contact hole and the upper sidewall portion of the contact hole; Thin film deposition apparatus characterized in that to do. 내부에 처리 공간을 가지며, 하부에 기판이 안착되는 기판 지지부와 상기 기판으로 가스를 분사하기 위한 가스 분사부를 포함하는 공정 챔버;
상기 처리 공간에 플라즈마를 형성하기 위해 상기 가스 분사부에 전기적으로 연결되는 RF 전원부;
상기 가스 분사부를 통해 상기 처리 공간으로 소스 가스를 공급하기 위한 소스 가스 공급부;
상기 가스 분사부를 통해 상기 처리 공간으로 반응 가스를 공급하기 위해 상기 가스 분사부와 연결되며, 제 1 유량의 상기 반응 가스를 공급하기 위한 제 1 반응 가스 공급부와, 상기 제 1 유량 보다 작은 제 2 유량의 상기 반응 가스를 공급하기 위한 제 2 반응 가스 공급부를 포함하는 반응 가스 공급부; 및
상기 소스 가스 공급부 및 상기 반응 가스 공급부의 가스 공급을 제어하기 위한 제어부를 포함하며,
상기 기판은 콘택홀을 포함하고,
상기 제어부는
상기 콘택홀의 바닥부에 박막을 형성하기 위해 상기 소스 가스 및 상기 반응 가스의 공급 시, 상기 제 1 반응 가스 공급부를 통해 상기 반응 가스를 공급하도록 제어하며,
상기 콘택홀 상부 및 상기 콘택홀의 상부 측벽부에 상기 박막을 형성하기 위해 상기 소스 가스 및 상기 반응 가스의 공급 시, 상기 제 2 반응 가스 공급부를 통해 상기 반응 가스를 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
a process chamber having a processing space therein, including a substrate support unit on which a substrate is seated, and a gas dispensing unit for injecting gas to the substrate;
an RF power supply unit electrically connected to the gas distributing unit to form plasma in the processing space;
a source gas supply unit configured to supply source gas to the processing space through the gas dispensing unit;
a first reaction gas supply unit connected to the gas dispensing unit to supply the reaction gas to the processing space through the gas dispensing unit and supplying the reaction gas at a first flow rate; and a second flow rate smaller than the first flow rate a reaction gas supply unit including a second reaction gas supply unit for supplying the reaction gas of; and
A control unit for controlling gas supply of the source gas supply unit and the reaction gas supply unit,
The substrate includes a contact hole,
The control unit
When supplying the source gas and the reaction gas to form a thin film at the bottom of the contact hole, control to supply the reaction gas through the first reaction gas supply unit;
When the source gas and the reaction gas are supplied to form the thin film on the upper part of the contact hole and the upper sidewall portion of the contact hole, the reaction gas is supplied through the second reaction gas supply unit. deposition device.
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