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KR20090057665A - 금속을 함유하는 박막 형성방법 - Google Patents

금속을 함유하는 박막 형성방법 Download PDF

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KR20090057665A
KR20090057665A KR1020070124343A KR20070124343A KR20090057665A KR 20090057665 A KR20090057665 A KR 20090057665A KR 1020070124343 A KR1020070124343 A KR 1020070124343A KR 20070124343 A KR20070124343 A KR 20070124343A KR 20090057665 A KR20090057665 A KR 20090057665A
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KR
South Korea
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thin film
gas
reactor
metal
plasma
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Application number
KR1020070124343A
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English (en)
Inventor
이상인
박승균
Original Assignee
주식회사 아이피에스
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Publication date
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Abstract

금속을 함유하는 박막 형성방법이 개시된다. 본 발명에 따른 금속을 함유하는 박막 형성방법은 금속원자를 함유하는 할로겐화합물을 포함하는 원료가스와 원료가스와 반응하는 반응가스를 반응기 내부로 공급하여 기판 상에 박막을 증착하는 박막 증착단계와 반응기의 내부로 불활성 가스를 공급하여 반응기의 내부를 퍼지하는 퍼지단계를 갖는다. 그리고 반응가스 플라즈마를 이용하여 인시튜(in-situ)로 박막을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리단계를 갖는다. 본 발명에 따르면, 열적 반응에 의하여 박막을 증착한 과정에서 발생되는 파티클을 퍼지한 이후에 플라즈마를 이용하므로 파티클에 의한 박막의 물성이 저하되지 않고, 장비 클리닝 주기가 길어지고 장비의 수명도 길어지게 된다.
플라즈마, 파티클, TiN, CVD, 퍼지

Description

금속을 함유하는 박막 형성방법{Method for depositing thin film containing metal}
본 발명은 반도체 소자 제조공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 금속을 함유하는 박막 제조공정에 관한 것이다.
소자 회로 선폭이 감소함에 따라 소자의 전기적 특성을 향상시키기 위하여 CoSi나 NiSi와 같은 실리사이드(silicide) 화합물이 반도체 공정에 필요하게 되었다. 실리사이드 화합물은 실리사이드의 응집(agglomeration) 현상 때문에 실리사이드 화합물을 포함하는 반도체의 후속공정은 400℃ 이하의 저온 공정이 요구된다. 따라서 실리사이드 제조공정의 후속공정인 확산 방지막(diffusion barrier) 제조 공정도 400℃ 이하의 저온 공정이 요구된다.
확산방지막으로 이용되는 물질은 질화티타늄(TiN), 질화탄탈룸(TaN), 질화텅스텐(WN) 등이 있다. 이 중에서도 TiN이 널리 이용되고 있다. TiN을 화학증착방법(chemical vapor deposition, CVD)으로 증착하기 위해서는 전구체(precursor)가 필요하다. 전구체로 사용되는 원료가스는 크게 염화물 계열(chloride)과 유기금속 계열(metalorganic)로 분류된다. 유기금속 계열의 원료가스는 TDMAT(tetradimethylamido titanium), TDEAT(tetradiethylamido titanium), TEMAT(tetraethylmethylamido titanium) 등이 있는데 이와 같은 유기금속 계열의 원료가스로 TiN을 증착하면, 저온공정이 가능하게 된다. 그러나 TiN 박막 내에 카본(C)이나 잔류 유기물이 잔존하게 되어 TiN 박막의 전기적 특성뿐 아니라 물리적, 화학적 특성도 나쁘고, 쉽게 열화(aging)되는 문제점이 있다.
염화물 계열의 원료가스는 염화티타늄(TiCl4) 등이 있는데 이와 같은 염화물 계열의 원료가스로 TiN 박막을 고온에서 증착하면 우수한 물성을 가지는 TiN 박막을 증착할 수 있다. 그러나 저온공정을 이용하게 되면 TiN 박막 내에 염소(Cl) 성분이 불순물로 잔존하게 되어 TiN 박막의 물성이 저하되는 문제점이 있다.
이를 개선하기 위하여, TiCl4를 저온공정에 적용하면서 플라즈마 공정을 도입하는 방법이 연구되었다. 플라즈마를 이용하게 되면, 저온에서 증착하여도 TiN 박막 내부에 박막의 밀도가 증가되어 TiN 박막의 물성이 우수하게 된다. 그러나 플라즈마와의 반응 또는 플라즈마의 거동으로 인하여 발생된 파티클(particle)이 TiN 박막의 내부에 혼합되거나 원료가스, 반응가스 및 증착된 TiN 박막과 반응하는 문제점이 있다. 그리고 샤워헤드 등이 장시간 플라즈마에 노출됨에 따라 박리현상이 발생하여 장비의 사용시간 및 수명이 짧아지는 문제점이 있다.
도 1은 종래의 플라즈마를 인가하여 350℃에서 TiN 박막을 증착한 경우 공정 수에 따른 파티클 애더(particle adder)를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 방법으로 TiN 박막을 증착하게 되면 증착공 정이 100회를 지나감에 따라 파티클이 다수 발생하여 TiN 박막을 증착할 수 없게 됨을 알 수 있다. 파티클이 다량 발생함에도 불구하고 TiN 박막을 증착하게 되면 증착된 TiN 박막의 물성이 현저하게 악화된다. 이를 해결하기 위하여는 장비를 클리닝(cleaning)하여 발생된 파티클을 제거해야 한다. 장비를 클리닝하는 주기가 짧아지면 생산성이 낮아지게 될 뿐 아니라 장비의 수명이 짧아지게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 저온에서도 물성이 우수한 금속을 함유하는 박막을 형성하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 금속을 함유하는 박막 형성방법은 금속원자를 함유하는 할로겐화합물을 포함하는 원료가스와 상기 원료가스와 반응하는 반응가스를 반응기 내부로 공급하여 기판 상에 박막을 증착하는 박막 증착단계; 상기 반응기의 내부로 불활성 가스를 공급하여 상기 반응기의 내부를 퍼지하는 퍼지단계; 및 상기 반응가스 플라즈마를 이용하여 인시튜(in-situ)로 상기 박막을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리단계;를 갖는다.
본 발명에 따른 금속을 함유하는 박막 형성방법에 있어서, 박막 증착단계는, 원료가스와 반응가스를 함께 반응기 내부로 공급하여 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 금속을 함유하는 박막 형성방법에 있어서, 박막 증착단계는, 원료가스와 반응가스를 교번적으로 반응기 내부로 공급하여 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 금속을 함유하는 박막 형성방법에 있어서, 박막 증착단계는, 원료가스를 반응기 내부에 공급하는 과정, 원료가스를 퍼지하는 과정, 반응가스를 반응기 내부에 공급하는 과정 및 반응가스를 퍼지하는 과정을 순차적으로 적어도 1회 이상 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 금속을 함유하는 박막 형성방법에 있어서, 박막 증착단계는, 원료가스와 반응가스를 반응기 내부에 공급하는 과정 및 원료가스의 공급을 중단하고 반응가스를 상기 반응기 내부에 공급하는 과정을 순차적으로 적어도 1회 이상 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 금속을 함유하는 박막 형성방법은 열적 반응에 의하여 박막을 증착한 과정에서 발생되는 파티클을 퍼지한 이후에 플라즈마를 이용하므로 파티클에 의한 박막 물성의 저하가 발생되지 않는다. 또한 파티클을 퍼지한 이후에 플라즈마를 사용하므로 박리현상이 감소하여 장비 클리닝 주기가 길어지고 장비의 수명도 길어지게 된다. 또한 박막 증착한 이후에 플라즈마 처리를 통해 우수한 물성을 가지는 박막이 형성되므로 저온 공정으로 박막 증착하는 것이 가능하다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 금속을 함유하는 박막 형성방법의 바람직한 실시예들에 대해 상세하게 설명한다. 다음에 설명되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예들에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 2는 본 발명에 따라 금속을 함유하는 박막을 형성하기 위한 바람직한 박막형성장비의 일 실시예의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 박막형성장비(200)는 반응기(210), 가스공급장치(220), 기 판지지부(230) 및 파워공급부(240)를 구비한다.
반응기(210)는 수용부가 형성되어 있는 매엽식 챔버가 이용된다. 가스공급장치(220)는 통상적인 샤워헤드(showerhead) 형태가 이용될 수 있으며, 샤워헤드는 포스트 믹스 샤워헤드(post-mix showerhead) 또는 프리 믹스 샤워헤드(pre-mix showerhead)가 이용된다. 포스트 믹스 샤워헤드는 원료가스와 반응가스가 반응기 내부에서 혼합되는 형태의 샤워헤드이고, 프리 믹스 샤워헤드는 원료가스와 반응가스가 외부에서 혼합되어 샤워헤드 내부로 공급되는 형태의 샤워헤드이다. 기판지지부(230)는 기판(w)이 안착될 서셉터(susceptor)와 기판(w)의 온도를 조절하기 위한 히터를 구비한다.
파워공급부(240)는 플라즈마 발생을 위한 파워를 공급한다. 이때 인가되는 파워는 RF 파워이며, 인가되는 RF 파워의 주파수와 크기를 변화시킬 수 있는 장치가 이용된다. 도 2는 파워공급부(240)를 통해 가스공급장치(220)에 RF 파워를 인가하여 반응기(210) 내부에 다이렉트 플라즈마(direct plasma)를 인가하는 형태에 대해 도시하였으나 이에 한정되지 않는다. 기판지지부(230)에 RF 파워를 인가하거나 가스공급장치(220) 및 기판지지부(230)에 동시에 RF 파워를 인가하여 다이렉트 플라즈마를 인가하는 형태도 유사하다. 또한 외부의 리모트 플라즈마(remote plasma) 발생기에서 플라즈마를 발생시킨 뒤 발생된 플라즈마를 반응기(210) 내부로 공급하는 형태도 유사하다.
도 3은 본 발명에 따른 금속을 함유하는 박막 형성방법에 대한 바람직한 일 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 금속을 함유하는 박막 형성방법은 우선, 기판지지부(230)의 서셉터에 기판(w)을 로딩하고, 기판(w)의 온도와 반응기(210) 내부 압력을 각각 공정온도와 공정압력으로 조절한다(S310). 기판의 온도는 100 내지 450℃의 범위에서 설정된다. 100℃보다 낮은 온도에서는 박막의 증착이 어렵거나 증착된 박막의 물성이 현저하게 떨어지게 된다. 그리고 450℃ 이상에서 증착하게 되면 상술한 바와 같이 실리사이드의 응집 현상에 의해 반도체 소자의 특성이 저하된다.
그리고 금속원자를 함유하는 할로겐화합물을 포함하는 원료가스와 원료가스와 반응하는 반응가스를 반응기(210) 내부로 공급하여 기판(w) 상에 박막을 증착한다(S320). 금속원자를 함유하는 할로겐 화합물은 염화티타늄(TiCl4), 염화실리콘(SiCl4), 염화알루미늄(AlCl3), 염화탄탈룸(TaCl5), 요오드화티타늄(TiI4) 및 불화텅스텐(WF6)이 사용될 수 있으며, 이들의 조합을 이용하여 복수의 금속을 함유하는 박막을 형성시킬 수 있다. 반응가스는 금속을 함유하는 질화물 박막을 형성하기 위해서는 암모니아(NH3) 가스 및 질소(N2)와 수소(H2)의 혼합가스 중 적어도 어느 하나가 이용될 수 있다. 그리고 금속 박막을 형성하기 위해서는 수소가스가 반응가스로 이용될 수 있다.
다음으로, 반응기(210)의 내부로 불활성 가스를 공급하여 반응기(210)의 내부를 퍼지한다(S330). 퍼지에 사용되는 불활성 가스는 아르곤(Ar), 질소(N2), 헬 륨(He) 등이 이용될 수 있다. 반응기(210) 내부를 퍼지하는 것은 미반응 상태의 잔류 원료가스, 반응가스, 이들의 반응 생성물 등을 제거하여 파티클의 발생을 최소화하기 위함이다.
반응기(210) 내부의 퍼지는 5 내지 100초 동안 수행된다. 5초보다 작은 시간 동안 퍼지하게 되면, 반응기(210) 내의 잔류가스를 충분히 제거할 수 없고, 100초 이상의 시간 동안 퍼지하게 되면, 생산성이 감소하게 된다. 퍼지하는 시간을 정확하게 조절하여 생산성을 높이기 위하여 잔류가스검사장치(residual gas analysis, RGA)를 이용할 수 있다. 즉 원료가스, 반응가스 및 이들의 반응 생성물의 잔류량을 잔류가스검사장치로 측정하여 측정값이 소정의 값 이하일 때까지 퍼지하여 퍼지하는 시간을 정확하게 조절할 수 있다.
그리고 플라즈마를 이용하여 증착된 금속을 함유하는 박막을 인시튜(in-situ)로 플라즈마 처리한다(S340). 플라즈마 처리에 이용되는 플라즈마는 반응기(210) 내부에 직접적으로 발생되는 다이렉트 플라즈마 또는 리모트 플라즈마 발생기를 통해 반응기(210) 내부로 공급되는 리모트 플라즈마이다. 이때 플라즈마를 발생시키는 기저가스는 반응가스가 이용된다. 즉 반응가스 플라즈마를 이용하여 박막을 플라즈마 처리한다. 전체적인 공정 시간의 단축을 위하여 퍼지하고 인시튜로 플라즈마 처리한다. 그리고 플라즈마 처리는 박막 증착단계(S320 단계)의 공정온도와 동일한 온도에서 3 내지 100초 동안 수행한다. 기판을 가열·냉각하기 위하여 소요되는 시간을 줄이기 위하여 박막 증착단계의 공정온도와 동일한 온도에서 플라즈마 처리를 수행한다. 그리고 3초보다 짧게 플라즈마 처리하면 플라즈마 처리 효 과를 보기 어렵고, 100초보다 길게 플라즈마 처리하면 생산성이 감소하게 된다.
금속을 함유하는 박막을 형성하기 위한 S320 내지 S340 단계는 여러 가지 방법으로 가능하다. 이는 원료가스와 반응가스의 공급순서(sequence)를 다양하게 조절함으로써 구현된다. 원료가스, 반응가스 및 퍼지가스의 공급순서와 플라즈마의 발생순서를 도 4 내지 도 7에 도시하였다.
첫 번째 방법은 도 4에 도시된 바와 같이, 원료가스와 반응가스를 함께 반응기(210) 내에 공급하여 일반적인 CVD 방법으로 박막을 증착하는 것이다. 그리고 원료가스와 반응가스의 공급을 중단하고 퍼지가스를 공급하여 원료가스, 반응가스 및 이들의 반응생성물을 퍼지한다. 원료가스와 반응가스의 공급시간은 원료가스의 종류, 원하는 박막의 물성, 박막의 두께 등에 따라 최적의 조건으로 조절 가능하다. 그리고 퍼지가스의 공급을 중단하고 반응가스를 공급하고 플라즈마를 발생시켜 증착된 박막을 플라즈마 처리할 수 있다.
두 번째 방법은 도 5에 도시된 바와 같이, 원료가스와 반응가스를 교번적으로 반응기(210) 내에 공급하여 사이클릭(cyclic) CVD 방법으로 박막을 증착하는 것이다. 원료가스 공급과 반응가스 공급으로 이루어진 하나의 증착 사이클을 1회 이상 반복하여 박막을 증착할 수 있다. 증착 사이클의 반복 횟수 및 원료가스와 반응가스의 공급 시간은 원료가스의 종류, 원하는 박막의 물성, 박막의 두께 등에 따라 최적의 조건으로 조절 가능하다. 그리고 상술한 방법과 동일하게 퍼지 및 플라즈마 처리할 수 있다.
세 번째 방법은 도 6에 도시된 바와 같이, 원료가스와 반응가스를 함께 반응 기(210) 내에 공급하여 박막을 증착한 후 원료가스의 공급은 중단하고 반응가스만을 계속 공급하여 박막을 증착하는 것이다. 그리고 원료가스와 반응가스를 함께 반응기(210) 내에 공급하는 과정과 반응가스만을 공급하는 과정으로 이루어진 하나의 증착 사이클을 1회 이상 반복하여 박막을 증착할 수 있다.
원료가스와 반응가스를 함께 반응기(210)에 공급하여 박막을 증착하게 되면, 원료가스에 포함되어 있는 할로겐 원소가 박막 내에 다량이 잔존할 수 있다. 박막 내에 포함되어 있는 할로겐 원소는 박막의 물성을 저하시키는 요인이 되므로 이를 제거하는 것이 바람직하다. 이를 위해 소정의 시간 동안 박막을 증착한 후 반응가스만을 반응기(210) 내에 공급하게 되면 박막 내에 포함되어 있는 할로겐 원소를 일정부분 제거하는 것이 가능하게 된다. 이 경우에도 상술한 바와 마찬가지로 증착 사이클의 반복 횟수 및 원료가스와 반응가스의 공급 시간은 원료가스의 종류, 원하는 박막의 물성, 박막의 두께 등에 따라 최적의 조건으로 조절 가능하다. 그리고 상술한 방법과 동일하게 퍼지 및 플라즈마 처리할 수 있다.
네 번째 방법은 도 7에 도시된 바와 같이, 원료가스, 퍼지가스, 반응가스 및 퍼지가스를 순차적으로 공급하여 원자층증착(atomic layer deposition, ALD)법에 의하여 박막을 증착하는 것이다. 그리고 원료가스, 퍼지가스, 반응가스 및 퍼지가스의 순차적인 공급으로 이루어지는 하나의 증착 사이클을 1회 이상 반복하여 박막을 증착할 수 있다. 이 경우에도 상술한 바와 마찬가지로 증착 사이클의 반복 횟수 및 원료가스와 반응가스의 공급 시간은 원료가스의 종류, 원하는 박막의 물성, 박막의 두께 등에 따라 최적의 조건으로 조절 가능하다. 그리고 상술한 방법과 동일 하게 퍼지 및 플라즈마 처리할 수 있다.
다음으로, 형성된 금속을 함유하는 박막이 원하는 두께에 도달하였는 지를 확인한다(S350). 원하는 두께에 도달하지 않았다면 S320 내지 S340 단계를 반복하여 수행한다.
실시예
일정 온도로 가열된 서셉터에 기판(w)을 로딩한다. 그리고 10 내지 60초 동안 유지하여 기판의 온도가 350℃로 유지되도록 한다. 본 실시예에서는 TiN을 형성하기 위하여 원료가스는 TiCl4를 이용하고 반응가스는 NH3를 이용한다. 그리고 퍼지가스는 아르곤 가스를 이용하며, NH3 플라즈마를 이용하여 증착된 TiN 박막을 플라즈마 처리한다. 그리고 본 실시예에서는 원료가스, 반응가스 및 퍼지가스를 도 6에 도시되어 있는 바와 같은 순서로 반응기(210) 내부에 공급한다.
우선 반응기(210)에 NH3를 100 내지 2000 sccm의 유량으로 공급하여 반응기(210) 내부의 압력이 1 내지 10 Torr가 되도록 조절한다. 그리고 TiCl4를 0.1초 내지 10초 동안 공급하여 TiN 박막을 증착한다. 본 실시예에서는 0.5초 동안 TiCl4를 공급하였다. 그리고 도 6에 도시된 바와 같이 TiCl4의 공급은 중단하고 NH3는 계속 공급한다. 350℃ 정도의 온도에서 증착된 TiN 박막은 염소(Cl)가 다량 함유되어 있으므로 NH3를 계속하여 공급한다. 이때 NH3는 3초 정도 공급한다. TiCl4와 NH3를 함께 공급하는 과정과 NH3만을 공급하는 과정이 하나의 증착 사이클을 이룬다. 이와 같은 증착 사이클은 1 내지 10회 반복하여 원하는 두께의 TiN 박막을 증착한다. 본 실시예에서는 증착 사이클을 10회로 하였다.
증착 사이클을 10회 반복하여 TiN 박막을 원하는 두께만큼 증착하게 되면, TiCl4와 NH3의 공급을 모두 중단한다. 그리고 TiCl4, NH3, 이들의 반응 생성물 등을 제거하기 위해 아르곤 가스를 가스공급부(230)로 공급하여 반응기(210) 내부를 퍼지한다. 퍼지는 5 내지 100초 동안 수행한다. 본 실시예에서는 20초 동안 아르곤 가스를 반응기(210) 내부로 공급하여 퍼지하였다. 이때 잔류가스검사장치를 이용하여 TiCl4, NH3, 이들의 반응 생성물 등의 잔류량이 소정의 값 이하일 때까지 퍼지할 수 있다.
퍼지과정을 마치면, 아르곤 가스의 공급을 중단하고 NH3 가스를 공급하고, 파워공급부(240)에 50 내지 1000 W의 RF 전력을 공급하여 플라즈마가 발생되도록 한다. 본 실시예에서는 300 W의 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 발생시켰다. 이때 기판(w)의 온도는 TiN 박막 증착시와 동일하게 350℃를 유지한다. 이와 같은 플라즈마 처리는 3 내지 100초 동안 수행한다. 본 실시예에서는 10초 동안 플라즈마 처리를 수행하였다.
그리고 상술한 TiN 박막의 증착, 퍼지 및 플라즈마 처리 과정을 반복 수행하여 원하는 TiN 박막의 두께를 얻을 수 있다. 본 실시예에서는 10회 반복 수행하였다.
도 8은 본 실시예에 의한 방법으로 TiN 박막을 증착하였을 때 공정수에 따른 파티클 애더를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 500회 이상의 공정에도 파티클 애더가 거의 검출되지 않는 우수한 특성을 나타내었다. 종래에는 도 1에 도시한 바와 같이 100회 이상의 공정을 수행하게 되면 파티클이 많이 발생하여 더 이상 TiN 박막을 증착하는 것이 불가능하여 박막형성장비(200)의 클리닝이 필요하였다. 그러나 본 발명에 따른 방법으로 TiN 박막을 증착하게 되면 500회 이상까지 박막형성장비(200)를 클리닝할 필요가 없게 된다.
도 9는 본 실시예에 의한 방법으로 TiN 박막을 증착하였을 때 공정수에 따른 박막 두께와 균일도를 나타낸 도면이고, 도 10은 본 실시예에 의한 방법으로 TiN 박막을 증착하였을 때 공정수에 따른 박막의 비저항과 균일도를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 500회의 공정을 통해 형성한 TiN 박막의 두께는 188 내지 196Å이고 박막 두께의 균일도는 1.3 내지 1.6%임을 알 수 있다. 그리고 도 10을 참조하면, 500회의 공정을 통해 형성한 TiN 박막의 비저항은 235 내지 260 μΩ·cm 이고 비저항의 균일도는 2 내지 2.6%임을 알 수 있다. 즉, 박막형성장비(200)의 클리닝없이 500회의 공정을 하더라도 우수한 두께 균일도를 갖고, 낮은 비저항을 가지면서도 비저항의 균일도가 우수한 TiN 박막을 증착할 수 있다.
이상에서 한 종류의 원료가스를 이용하여 2성분계 금속을 함유하는 박막 형성하는 방법에 대해 도시하고 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니고 두 종류 이상의 원료가스를 이용하여 3성분계 이상의 금속을 함유하는 박막 형성방법도 이와 유사하다. 다만 이 경우에는 원료가스의 공급 방법에 따라 크게 두 가지의 경우로 구분된다.
하나는 혼합식 방법(co-injection)으로 원료가스를 샤워헤드 내에서 혼합하여 반응기(210) 내부로 공급하는 방법이다. 이 방법은 원료가스가 반응기(210) 내에 혼합되어 공급되므로 한 종류의 원료가스를 이용하여 박막을 형성하는 방법과 동일하다. 다른 하나는 순차식 방법(serial-injection)으로 원료가스를 순차적으로 반응기(210) 내부로 공급하는 방법이다. 이때에는 제1원료가스와 반응가스를 함께 반응기(210) 내부로 공급하고 이어서 제2원료가스와 반응가스를 함께 반응기(210) 내부로 공급할 수 있다. 다른 방식으로 제1원료가스, 반응가스, 제2원료가스 및 반응가스를 순차적으로 공급하는 것도 가능하다. 원료가스와 반응가스를 공급하여 박막을 증착하는 단계에 이어지는 퍼지단계와 플라즈마 처리단계는 상술한 설명과 동일하다.
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.
도 1은 종래의 플라즈마를 인가하여 TiN 박막을 증착한 경우 공정 수에 따른 파티클 애더(particle adder)를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따라 금속을 함유하는 박막을 형성하기 위한 바람직한 박막형성장비의 일 실시예의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 금속을 함유하는 박막 형성방법에 대한 바람직한 일 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 금속을 함유하는 박막 형성방법에 있어서, 원료가스, 반응가스 및 퍼지가스의 공급순서와 플라즈마의 발생순서의 바람직한 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 금속을 함유하는 박막 형성방법에 있어서, 원료가스, 반응가스 및 퍼지가스의 공급순서와 플라즈마의 발생순서의 바람직한 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 금속을 함유하는 박막 형성방법에 있어서, 원료가스, 반응가스 및 퍼지가스의 공급순서와 플라즈마의 발생순서의 바람직한 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 금속을 함유하는 박막 형성방법에 있어서, 원료가스, 반응가스 및 퍼지가스의 공급순서와 플라즈마의 발생순서의 바람직한 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따라 TiN 박막을 증착한 경우, 공정 수에 따른 파티클 애 더를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 TiN 박막을 증착한 경우, 공정 수에 따른 박막 두께와 균일도를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 TiN 박막을 증착한 경우, 공정 수에 따른 박막의 비저항과 균일도를 나타낸 도면이다.

Claims (18)

  1. 금속원자를 함유하는 할로겐화합물을 포함하는 원료가스와 상기 원료가스와 반응하는 반응가스를 반응기 내부로 공급하여 기판 상에 박막을 증착하는 박막 증착단계;
    상기 반응기의 내부로 불활성 가스를 공급하여 상기 반응기의 내부를 퍼지하는 퍼지단계; 및
    플라즈마를 이용하여 인시튜(in-situ)로 상기 박막을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속을 함유하는 박막 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 박막 증착단계는,
    상기 원료가스와 상기 반응가스를 함께 상기 반응기 내부로 공급하여 수행하는 것을 특징으로 하는 금속을 함유하는 박막 형성방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 박막 증착단계는,
    상기 원료가스와 상기 반응가스를 교번적으로 상기 반응기 내부로 공급하여 수행하는 것을 특징으로 하는 금속을 함유하는 박막 형성방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 박막 증착단계는,
    상기 원료가스를 상기 반응기 내부에 공급하는 과정, 상기 원료가스를 퍼지하는 과정, 상기 반응가스를 상기 반응기 내부에 공급하는 과정 및 상기 반응가스를 퍼지하는 과정을 순차적으로 적어도 1회 이상 수행하는 것을 특징으로 하는 금속을 함유하는 박막 형성방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 박막 증착단계는,
    상기 원료가스와 상기 반응가스를 상기 반응기 내부에 공급하는 과정 및 상기 원료가스의 공급을 중단하고 상기 반응가스를 상기 반응기 내부에 공급하는 과정을 순차적으로 적어도 1회 이상 수행하는 것을 특징으로 하는 금속을 함유하는 박막 형성방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박막 증착단계, 퍼지단계 및 플라즈마 처리단계를 순차적으로 적어도 2회 이상 수행하는 것을 특징으로 하는 금속을 함유하는 박막 형성방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료가스는 염화티타늄(TiCl4), 염화실리콘(SiCl4), 염화알루미늄(AlCl3), 염화탄탈룸(TaCl5), 요오드화티타늄(TiI4) 및 불화텅스텐(WF6) 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 금속을 함유하는 박막 형성방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응가스는 암모니아(NH3), 질소(N2) 및 수소(H2) 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 금속을 함유하는 박막 형성방법.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 퍼지단계는 5 내지 100초의 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 금속을 함유하는 박막 형성방법.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 퍼지단계는,
    상기 반응기 내부의 상기 원료가스, 상기 반응가스 및 상기 원료가스와 상기 반응가스의 반응 생성물의 잔류량이 소정의 값 이하일 때까지 수행하는 것을 특징으로 하는 금속을 함유하는 박막 형성방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 잔류량은 잔류가스검사장치(Residual Gas Analysis, RGA)를 이용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 금속을 함유하는 박막 형성방법.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박막 증착단계에서의 상기 기판의 온도는,
    100 내지 450℃의 범위에서 설정되는 것을 특징으로 하는 금속을 함유하는 박막 형성방법.
  13. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리단계에서의 기판의 온도는,
    상기 박막 증착단계의 기판의 온도와 동일한 온도로 설정되는 것을 특징으로 하는 금속을 함유하는 박막 형성방법.
  14. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리단계는 3 내지 100초의 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 금속을 함유하는 박막 형성방법.
  15. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리단계에 이용되는 플라즈마는 다이렉트 플라즈마인 것을 특징으로 하는 금속을 함유하는 박막 형성방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 다이렉트 플라즈마의 기저가스는 상기 반응가스가 이용되는 것을 특징으로 하는 금속을 함유하는 박막 형성방법.
  17. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리단계에 이용되는 플라즈마는 리모트 플라즈마인 것을 특징으로 하는 금속을 함유하는 박막 형성방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 리모트 플라즈마의 기저가스는 상기 반응가스가 이용되는 것을 특징으로 하는 금속을 함유하는 박막 형성방법.
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