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KR20250034611A - Apparatus and method for processing substrate - Google Patents

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KR20250034611A
KR20250034611A KR1020230116753A KR20230116753A KR20250034611A KR 20250034611 A KR20250034611 A KR 20250034611A KR 1020230116753 A KR1020230116753 A KR 1020230116753A KR 20230116753 A KR20230116753 A KR 20230116753A KR 20250034611 A KR20250034611 A KR 20250034611A
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surface treatment
gas
substrate
treatment process
thin film
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KR1020230116753A
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Korean (ko)
Inventor
신유리
이백주
서동원
Original Assignee
한화세미텍 주식회사
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Publication date
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Priority to TW113132797A priority patent/TW202511531A/en
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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 박막의 하부층에 잔류하는 산소의 함유량을 감소시키는 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 산화막이 형성된 기판에 대한 공정을 위한 공정 처리 공간을 제공하는 공정 챔버, 및 상기 기판에 대한 공정을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 기판에 박막을 증착하는 박막 증착 공정이 수행되기 이전에 상기 기판에 대한 표면 처리 공정이 수행되도록 하고, 상기 표면 처리 공정은 상기 박막에 인접한 상기 산화막의 상부 영역에서의 질소 농도 및 산소 농도를 제어하는 공정을 포함한다.The present invention relates to a substrate processing device and method, and more particularly, to a substrate processing device and method for reducing the content of oxygen remaining in a lower layer of a thin film.
A substrate treatment device according to an embodiment of the present invention includes a process chamber providing a process treatment space for a process for a substrate on which an oxide film is formed, and a control unit controlling the process for the substrate, wherein the control unit causes a surface treatment process for the substrate to be performed before a thin film deposition process for depositing a thin film on the substrate is performed, and the surface treatment process includes a process of controlling a nitrogen concentration and an oxygen concentration in an upper region of the oxide film adjacent to the thin film.

Description

기판 처리 장치 및 방법{Apparatus and method for processing substrate}{Apparatus and method for processing substrate}

본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 박막의 하부층에 잔류하는 산소의 함유량을 감소시키는 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a substrate processing device and method, and more particularly, to a substrate processing device and method for reducing the content of oxygen remaining in a lower layer of a thin film.

기판에 박막을 증착시키기 위하여 화학 기상 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition) 또는 원자층 박막 증착법(ALD; Atomic Layer Deposition) 등이 이용될 수 있다. 화학 기상 증착법 또는 원자층 박막 증착법에 의한 경우 소스 가스가 기판의 표면에서 화학 반응을 일으켜 박막이 형성될 수 있다. 특히, 원자층 박막 증착법에 의한 경우 기판의 표면에 부착된 원료 기체의 한 층이 박막을 형성하기 때문에 원자의 직경과 유사한 두께의 박막을 형성하는 것이 가능하다.Chemical vapor deposition (CVD) or atomic layer deposition (ALD) can be used to deposit a thin film on a substrate. In the case of chemical vapor deposition or atomic layer deposition, a source gas causes a chemical reaction on the surface of the substrate to form a thin film. In particular, in the case of atomic layer deposition, since one layer of the source gas attached to the surface of the substrate forms a thin film, it is possible to form a thin film with a thickness similar to the diameter of an atom.

공정 온도의 범위를 확장하기 위하여 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD; Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 또는 플라즈마 원자층 박막 증착법(PEALD; Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)이 이용될 수 있다. 플라즈마 화학 기상 증착법 및 플라즈마 원자층 박막 증착법은 화학 기상 증착법 및 원자층 박막 증착법에 비하여 낮은 온도에서 공정 처리가 가능하기 때문에 박막의 물성이 향상될 수 있다.To extend the range of process temperatures, plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) or plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD) can be used. Since plasma enhanced chemical vapor deposition and plasma enhanced atomic layer deposition can be processed at lower temperatures than chemical vapor deposition and atomic layer deposition, the properties of the thin film can be improved.

기판에 박막을 증착시키기 위한 공정 가스는 소스 가스 및 반응 가스를 포함할 수 있다. 기판으로 소스 가스가 분사된 이후에 반응 가스가 분사됨으로써 기판에 박막이 증착될 수 있다.The process gas for depositing a thin film on a substrate may include a source gas and a reaction gas. A thin film may be deposited on the substrate by injecting the reaction gas after the source gas is injected onto the substrate.

기판에 박막을 증착하기 이전에 기판의 표면을 보호하기 위하여 산화막이 기판에 코팅될 수 있다. 산화막에 의해 불순물에 의한 손상 방지 및 절연이 수행될 수 있다.An oxide film may be coated on the substrate to protect the surface of the substrate prior to depositing a thin film on the substrate. The oxide film may prevent damage caused by impurities and provide insulation.

한편, 산화막이 코팅된 기판에 박막이 증착되는 경우 박막의 하부층에 잔류하는 산소의 함유량이 증가하여 박막의 품질이 저하될 수 있다.Meanwhile, when a thin film is deposited on a substrate coated with an oxide film, the content of oxygen remaining in the lower layer of the thin film may increase, which may deteriorate the quality of the thin film.

따라서, 박막의 하부층에 잔류하는 산소의 함유량을 감소시키는 것을 가능하게 하는 발명의 등장이 요구된다.Therefore, there is a need for an invention that makes it possible to reduce the content of oxygen remaining in the lower layer of the thin film.

대한민국 공개특허공보 제10-2016-0141589호 (2016.12.09)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2016-0141589 (2016.12.09)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 박막의 하부층에 잔류하는 산소의 함유량을 감소시키는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a substrate processing device and method that reduces the content of oxygen remaining in the lower layer of a thin film.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The tasks of the present invention are not limited to the tasks mentioned above, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 산화막이 형성된 기판에 대한 공정을 위한 공정 처리 공간을 제공하는 공정 챔버, 및 상기 기판에 대한 공정을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 기판에 박막을 증착하는 박막 증착 공정이 수행되기 이전에 상기 기판에 대한 표면 처리 공정이 수행되도록 하고, 상기 표면 처리 공정은 상기 박막에 인접한 상기 산화막의 상부 영역에서의 질소 농도 및 산소 농도를 제어하는 공정을 포함한다.A substrate treatment device according to an embodiment of the present invention includes a process chamber providing a process treatment space for a process for a substrate on which an oxide film is formed, and a control unit controlling the process for the substrate, wherein the control unit causes a surface treatment process for the substrate to be performed before a thin film deposition process for depositing a thin film on the substrate is performed, and the surface treatment process includes a process of controlling a nitrogen concentration and an oxygen concentration in an upper region of the oxide film adjacent to the thin film.

상기 산화막의 상부 영역의 하부에서 상기 박막의 방향으로 진행할수록 질소 농도는 증가하고, 산소 농도는 감소한다.As one proceeds in the direction of the thin film from the lower part of the upper region of the oxide film, the nitrogen concentration increases and the oxygen concentration decreases.

상기 박막은 질화티타늄(TiN)의 성분으로 구성된 것을 포함한다.The above thin film comprises a component of titanium nitride (TiN).

본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법은 산화막이 형성된 기판에 표면 처리 공정이 수행되는 단계, 및 상기 기판에 박막을 증착하는 박막 증착 공정이 수행되는 단계를 포함하되, 상기 표면 처리 공정은 상기 박막에 인접한 상기 산화막의 상부 영역에서의 질소 농도 및 산소 농도를 제어하는 공정을 포함한다.A substrate treatment method according to an embodiment of the present invention includes a step of performing a surface treatment process on a substrate on which an oxide film is formed, and a step of performing a thin film deposition process of depositing a thin film on the substrate, wherein the surface treatment process includes a step of controlling a nitrogen concentration and an oxygen concentration in an upper region of the oxide film adjacent to the thin film.

상기 표면 처리 공정은, 제1 표면 처리 가스가 상기 기판에 분사되는 제1 표면 처리 공정과, 제2 표면 처리 가스가 상기 기판에 분사되는 제2 표면 처리 공정, 및 제3 표면 처리 가스가 상기 기판에 분사되는 제3 표면 처리 공정을 포함한다.The above surface treatment process includes a first surface treatment process in which a first surface treatment gas is sprayed onto the substrate, a second surface treatment process in which a second surface treatment gas is sprayed onto the substrate, and a third surface treatment process in which a third surface treatment gas is sprayed onto the substrate.

상기 제1 표면 처리 가스는 제1 가스 및 제2 가스를 포함하고, 상기 제2 표면 처리 가스는 상기 제2 가스 및 제3 가스를 포함하고, 상기 제3 표면 처리 가스는 상기 제2 가스를 포함한다.The first surface treatment gas includes a first gas and a second gas, the second surface treatment gas includes the second gas and a third gas, and the third surface treatment gas includes the second gas.

상기 제1 가스는 암모니아(NH3)를 포함하고, 상기 제2 가스는 질소(N2)를 포함하고, 상기 제3 가스는 아르곤(Ar)을 포함한다.The first gas contains ammonia (NH 3 ), the second gas contains nitrogen (N 2 ), and the third gas contains argon (Ar).

상기 제3 표면 처리 공정에서 이용되는 제2 가스의 유량은 상기 제1 표면 처리 공정 및 상기 제2 표면 처리 공정에서 각각 이용되는 제2 가스의 유량에 비하여 많게 형성된다.The flow rate of the second gas used in the third surface treatment process is formed to be greater than the flow rates of the second gas used in each of the first surface treatment process and the second surface treatment process.

상기 제1 표면 처리 공정은 제1 RF 전력에 의해 상기 제1 표면 처리 가스가 플라즈마 상태로 변환되는 공정을 포함하고, 상기 제2 표면 처리 공정은 제2 RF 전력에 의해 상기 제2 표면 처리 가스가 플라즈마 상태로 변환되는 공정을 포함하고, 상기 제3 표면 처리 공정은 제3 RF 전력에 의해 상기 제3 표면 처리 가스가 플라즈마 상태로 변환되는 공정을 포함하고, 상기 제1 내지 제3 RF 전력 중 상기 제3 RF 전력이 가장 크고, 상기 제1 RF 전력이 가장 작다.The first surface treatment process includes a process in which the first surface treatment gas is converted into a plasma state by a first RF power, the second surface treatment process includes a process in which the second surface treatment gas is converted into a plasma state by a second RF power, and the third surface treatment process includes a process in which the third surface treatment gas is converted into a plasma state by a third RF power, and among the first to third RF powers, the third RF power is the largest and the first RF power is the smallest.

상기 제1 표면 처리 공정은 제1 시간 동안 진행되고, 상기 제2 표면 처리 공정은 제2 시간 동안 진행되고, 상기 제3 표면 처리 공정은 제3 시간 동안 진행되고, 상기 제1 내지 제3 시간은 동일하다.The first surface treatment process is performed for a first time, the second surface treatment process is performed for a second time, the third surface treatment process is performed for a third time, and the first to third times are the same.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치에 따르면 기판에 코팅된 산화막에 산소의 반응을 억제하기 위한 물질을 분사함으로써 박막의 하부층에 잔류하는 산소의 함유량을 감소시키는 장점이 있다.According to the substrate treatment device according to the embodiment of the present invention as described above, there is an advantage in that the content of oxygen remaining in the lower layer of the thin film is reduced by spraying a substance for suppressing the reaction of oxygen on the oxide film coated on the substrate.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 기판 지지부가 공정 처리 공간으로 이동한 것을 나타낸 도면이다.
도 3은 표면 처리 공정이 수행되지 않은 기판에 박막이 증착되는 것을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 표면 처리 공정이 수행된 기판에 박막이 증착되는 것을 나타낸 도면이다.
도 5는 공정 사이클을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실험예에 따른 표면 처리 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실험예에 따른 표면 처리 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 표면 처리된 산화막과 박막 간의 결합 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면 처리 공정의 공정 조건을 나타낸 테이블이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 표면 처리 공정의 공정 조건을 나타낸 테이블이다.
도 11은 종래의 방식에 의해 기판에 박막이 증착된 경우에 박막에 포함된 산소의 농도 분포를 설명하기 위한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 방식에 의해 기판에 박막이 증착된 경우에 박막에 포함된 산소의 농도 분포를 설명하기 위한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법을 나타낸 흐름도이다.Figure 1 is a drawing showing a substrate processing device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a drawing showing that the substrate support has moved into the process processing space.
Figure 3 is a drawing showing a thin film being deposited on a substrate on which a surface treatment process has not been performed.
FIG. 4 is a drawing showing a thin film being deposited on a substrate on which a surface treatment process has been performed according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram explaining the process cycle.
Figure 6 is a drawing for explaining a surface treatment process according to the first experimental example of the present invention.
Figure 7 is a drawing for explaining a surface treatment process according to the second experimental example of the present invention.
Figure 8 is a drawing for explaining the bonding relationship between a surface-treated oxide film and a thin film.
Figure 9 is a table showing process conditions of a surface treatment process according to the first embodiment of the present invention.
Figure 10 is a table showing process conditions of a surface treatment process according to the second embodiment of the present invention.
Figure 11 is a graph for explaining the concentration distribution of oxygen contained in a thin film when the thin film is deposited on a substrate by a conventional method.
FIG. 12 is a graph for explaining the concentration distribution of oxygen included in a thin film when the thin film is deposited on a substrate by a method according to an embodiment of the present invention.
Figure 13 is a flow chart showing a substrate processing method according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The advantages and features of the present invention, and the methods for achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described in detail below together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and the present embodiments are provided only to make the disclosure of the present invention complete and to fully inform those skilled in the art of the scope of the invention, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with a meaning that can be commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in commonly used dictionaries shall not be ideally or excessively interpreted unless explicitly specifically defined.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 기판 지지부가 공정 처리 공간으로 이동한 것을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a drawing showing a substrate processing device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a drawing showing a substrate support part moved into a process processing space.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(100), 기판 지지부(200), 승강부(300), 가스 공급부(400), 가스 분사부(500), 전력 공급부(600) 및 제어부(700)를 포함하여 구성된다.Referring to FIGS. 1 and 2, a substrate processing device (10) according to an embodiment of the present invention is configured to include a process chamber (100), a substrate support unit (200), an elevator unit (300), a gas supply unit (400), a gas injection unit (500), a power supply unit (600), and a control unit (700).

본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)는 기판(W)에 박막을 증착할 수 있다. 구체적으로, 기판 처리 장치(10)는 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD; Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 또는 플라즈마 원자층 박막 증착법(PEALD; Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)을 이용하여 기판(W)에 박막을 증착할 수 있다. 또는, 기판 처리 장치(10)는 화학 기상 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition) 또는 원자층 박막 증착법(ALD; Atomic Layer Deposition)을 이용하여 기판(W)에 박막을 증착할 수도 있다.The substrate processing device (10) according to an embodiment of the present invention can deposit a thin film on a substrate (W). Specifically, the substrate processing device (10) can deposit a thin film on the substrate (W) using a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method or a plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD) method. Alternatively, the substrate processing device (10) can deposit a thin film on the substrate (W) using a chemical vapor deposition (CVD) method or an atomic layer deposition (ALD) method.

공정 챔버(100)는 챔버 본체(110) 및 챔버 리드(120)를 포함할 수 있다. 챔버 본체(110)는 기판(W)의 공정을 위한 각종 부품의 수용 공간을 제공할 수 있다. 챔버 리드(120)는 챔버 본체(110)의 상부 개구를 밀폐시킬 수 있다. 챔버 리드(120)는 가스 분사부(500)를 지지할 수 있다. 가스 분사부(500)는 챔버 리드(120)의 하측면에 고정될 수 있다.The process chamber (100) may include a chamber body (110) and a chamber lid (120). The chamber body (110) may provide a space for receiving various components for processing a substrate (W). The chamber lid (120) may seal an upper opening of the chamber body (110). The chamber lid (120) may support a gas injection unit (500). The gas injection unit (500) may be fixed to a lower surface of the chamber lid (120).

공정 챔버(100)는 공정 처리 공간(SP1) 및 기판 배치 공간(SP2)을 제공할 수 있다. 공정 처리 공간(SP1)의 산화막이 형성된 기판(W)에 대한 공정을 위한 공간을 나타내고, 기판 배치 공간(SP2)은 기판(W)의 배치 및 이동을 위한 공간을 나타낸다. 챔버 본체(110) 및 챔버 리드(120)가 결합됨으로써 공정 처리 공간(SP1) 및 기판 배치 공간(SP2)이 형성될 수 있다. 공정 챔버(100)의 내부 공간 중 상부 공간이 공정 처리 공간(SP1)에 대응되고, 하부 공간이 기판 배치 공간(SP2)에 대응될 수 있다.The process chamber (100) can provide a process processing space (SP1) and a substrate placement space (SP2). The process processing space (SP1) represents a space for a process on a substrate (W) on which an oxide film is formed, and the substrate placement space (SP2) represents a space for placement and movement of the substrate (W). The process processing space (SP1) and the substrate placement space (SP2) can be formed by combining the chamber body (110) and the chamber lid (120). An upper space among the internal spaces of the process chamber (100) can correspond to the process processing space (SP1), and a lower space can correspond to the substrate placement space (SP2).

공정 챔버(100)의 일측에는 기판(W)의 출입을 위한 기판 출입구(130)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 챔버 본체(110)의 일측에 기판 출입구(130)가 형성될 수 있다. 기판(W)은 기판 출입구(130)를 통해 공정 챔버(100)의 내부로 반입되거나 공정 챔버(100)의 외부로 반출될 수 있다.A substrate entrance (130) for entrance and exit of a substrate (W) may be formed on one side of the process chamber (100). For example, a substrate entrance (130) may be formed on one side of the chamber body (110). The substrate (W) may be brought into or taken out of the process chamber (100) through the substrate entrance (130).

공정 챔버(100)에는 셔터(140)가 구비될 수 있다. 셔터(140)는 기판 출입구(130)를 개방하거나 폐쇄할 수 있다. 셔터(140)가 기판 출입구(130)를 개방한 경우 기판 출입구(130)를 통해 기판(W)이 반입되거나 반출될 수 있다. 기판(W)에 대한 공정이 진행되는 경우에는 셔터(140)가 기판 출입구(130)를 폐쇄하여 공정 챔버(100)의 내부를 외부에 대하여 차단할 수 있다.The process chamber (100) may be equipped with a shutter (140). The shutter (140) may open or close the substrate entrance (130). When the shutter (140) opens the substrate entrance (130), the substrate (W) may be brought in or taken out through the substrate entrance (130). When a process for the substrate (W) is in progress, the shutter (140) may close the substrate entrance (130) to block the inside of the process chamber (100) from the outside.

기판 지지부(200)는 기판(W)이 안착 가능한 안착면을 제공할 수 있다. 기판 지지부(200)의 안착면에 안착된 기판(W)에 대하여 공정이 수행될 수 있다. 기판 지지부(200)는 기판(W)을 가열할 수 있다. 이를 위하여. 기판 지지부(200)의 내부에는 히터(미도시)가 구비될 수 있다. 히터에서 발산된 열은 기판 지지부(200)의 몸체를 통해 기판(W)으로 전달될 수 있다. 히터는 전계의 형성을 위한 전극의 역할을 수행할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 샤워헤드(520)에 RF 전력이 공급되는 경우 샤워헤드(520)와 히터의 사이에 전계가 형성될 수 있다.The substrate support (200) can provide a mounting surface on which the substrate (W) can be mounted. A process can be performed on the substrate (W) mounted on the mounting surface of the substrate support (200). The substrate support (200) can heat the substrate (W). To this end, a heater (not shown) can be provided inside the substrate support (200). Heat emitted from the heater can be transferred to the substrate (W) through the body of the substrate support (200). The heater can serve as an electrode for forming an electric field. As described below, when RF power is supplied to the showerhead (520), an electric field can be formed between the showerhead (520) and the heater.

기판 지지부(200)는 기판(W)에 대한 공정이 수행되는 공정 처리 공간(SP1)으로 상승하거나 기판(W)의 배치 및 이동이 수행되는 기판 배치 공간(SP2)으로 하강할 수 있다. 승강부(300)는 구동력을 발생시켜 기판 지지부(200)를 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 도 1은 기판 지지부(200)가 기판 배치 공간(SP2)으로 하강한 것을 도시하고 있고, 도 2는 기판 지지부(200)가 공정 처리 공간(SP1)으로 상승한 것을 도시하고 있다.The substrate support member (200) can be raised to a process processing space (SP1) where a process for a substrate (W) is performed, or lowered to a substrate placement space (SP2) where placement and movement of the substrate (W) are performed. The elevating member (300) can generate a driving force to move the substrate support member (200) in an up-and-down direction. FIG. 1 illustrates that the substrate support member (200) is lowered to the substrate placement space (SP2), and FIG. 2 illustrates that the substrate support member (200) is raised to the process processing space (SP1).

가스 공급부(400)는 공정 챔버(100)로 공정 가스를 공급하는 역할을 수행한다. 구체적으로, 가스 공급부(400)는 공정 챔버(100)에 구비된 가스 분사부(500)로 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급부(400)에는 가스 이송 라인(410)이 연결될 수 있다. 가스 이송 라인(410)은 복수 개가 구비될 수 있고, 복수의 가스 이송 라인(410)은 서로 다른 공정 가스의 이송 경로를 제공할 수 있다.The gas supply unit (400) serves to supply process gas to the process chamber (100). Specifically, the gas supply unit (400) can supply process gas to the gas injection unit (500) provided in the process chamber (100). A gas transfer line (410) can be connected to the gas supply unit (400). A plurality of gas transfer lines (410) can be provided, and the plurality of gas transfer lines (410) can provide transfer paths for different process gases.

가스 분사부(500)는 공정 챔버(100)로 공정 가스를 분사하는 역할을 수행한다. 가스 분사부(500)는 확산부(510) 및 샤워헤드(520)를 포함하여 구성된다. 확산부(510)는 공정 챔버(100)로 공급된 공정 가스의 확산 공간(530)을 제공하는 역할을 수행한다. 확산부(510)와 샤워헤드(520)가 결합됨으로써 확산부(510)와 샤워헤드(520)의 사이에 확산 공간(530)이 형성될 수 있다. 또한, 확산부(510)는 가스 공급부(400)로부터 공급된 공정 가스를 확산시켜 확산 공간(530)으로 공급되도록 할 수 있다. 예를 들어, 확산부(510)는 확산 공간(530)의 서로 다른 복수의 지점으로 공정 가스가 공급되도록 할 수 있다.The gas injection unit (500) serves to inject process gas into the process chamber (100). The gas injection unit (500) is configured to include a diffusion unit (510) and a showerhead (520). The diffusion unit (510) serves to provide a diffusion space (530) for the process gas supplied to the process chamber (100). When the diffusion unit (510) and the showerhead (520) are combined, a diffusion space (530) can be formed between the diffusion unit (510) and the showerhead (520). In addition, the diffusion unit (510) can diffuse the process gas supplied from the gas supply unit (400) and supply it to the diffusion space (530). For example, the diffusion unit (510) can supply the process gas to a plurality of different points in the diffusion space (530).

샤워헤드(520)는 확산부(510)에 결합되고, 확산 공간(530)에서 확산된 공정 가스를 분사하는 역할을 수행한다. 샤워헤드(520)는 기판(W)의 표면 전체 영역에 걸쳐 균일한 분포로 공정 가스가 분사되도록 할 수 있다. 본 발명에서 공정 가스는 소스 가스, 소스 퍼지 가스, 반응 가스 및 반응 퍼지 가스를 포함할 수 있다. 소스 가스, 소스 퍼지 가스, 반응 가스 및 반응 퍼지 가스는 샤워헤드(520)에서 순차적으로 분사되거나 적어도 일부가 동시에 분사될 수 있다. 소스 가스 및 반응 가스는 샤워헤드(520)에서 분사된 이후에 서로 충돌하여 반응할 수 있다. 그리고, 반응 가스에 의하여 활성화된 소스 가스가 기판(W)에 접촉하여 기판(W)에 대한 공정 처리가 수행될 수 있다. 예를 들어, 활성화된 소스 가스가 기판(W)에 박막으로 증착될 수 있다.The showerhead (520) is coupled to the diffusion unit (510) and serves to inject the process gas diffused in the diffusion space (530). The showerhead (520) can inject the process gas with a uniform distribution over the entire surface area of the substrate (W). In the present invention, the process gas may include a source gas, a source purge gas, a reaction gas, and a reaction purge gas. The source gas, the source purge gas, the reaction gas, and the reaction purge gas may be sequentially injected from the showerhead (520), or at least some of them may be injected simultaneously. The source gas and the reaction gas may collide with each other and react after being injected from the showerhead (520). Then, the source gas activated by the reaction gas may come into contact with the substrate (W) to perform a process treatment on the substrate (W). For example, the activated source gas may be deposited as a thin film on the substrate (W).

샤워헤드(520)는 공정 가스의 분사를 위한 복수의 분사홀(540)을 구비할 수 있다. 복수의 분사홀(540)은 샤워헤드(520)의 일정 범위에 걸쳐 분포될 수 있다.The showerhead (520) may be provided with a plurality of injection holes (540) for injecting process gas. The plurality of injection holes (540) may be distributed over a certain range of the showerhead (520).

전력 공급부(600)는 플라즈마의 발생을 위한 RF 전력을 공정 챔버(100)로 공급할 수 있다. 구체적으로, 전력 공급부(600)는 샤워헤드(520)로 RF 전력을 공급할 수 있다. 샤워헤드(520)는 RF 전력을 공급받는 별도의 전극 플레이트(미도시)를 구비하거나, 자체적으로 RF 전력을 공급받는 전극의 역할을 수행할 수 있다. 전술한 바와 같이, 기판 지지부(200)는 전극의 역할을 수행하는 히터를 포함할 수 있다. 샤워헤드(520)로 RF 전력이 공급되는 경우 샤워헤드(520)와 기판 지지부(200)의 히터의 사이에 전계가 형성될 수 있다. RF 전력의 공급으로 형성된 전계에 의해 공정 챔버(100)로 유입된 공정 가스가 플라즈마 상태의 입자로 변환되고, 플라즈마 입자가 기판(W)의 표면과 반응하여 기판(W)에 대한 공정 처리가 수행될 수 있다.The power supply unit (600) can supply RF power for generating plasma to the process chamber (100). Specifically, the power supply unit (600) can supply RF power to the showerhead (520). The showerhead (520) may have a separate electrode plate (not shown) that receives RF power, or may serve as an electrode that receives RF power on its own. As described above, the substrate support unit (200) may include a heater that serves as an electrode. When RF power is supplied to the showerhead (520), an electric field may be formed between the showerhead (520) and the heater of the substrate support unit (200). The process gas introduced into the process chamber (100) is converted into particles in a plasma state by the electric field formed by the supply of RF power, and the plasma particles react with the surface of the substrate (W) so that process processing can be performed on the substrate (W).

공정 챔버(100)에는 배기 포트(150)가 구비될 수 있다. 배기 포트(150)는 챔버 본체(110)의 내부 하면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 배기 포트(150)는 공정 부산물을 효과적으로 배출하기 위해 기판 지지부(200)에 수직 방향으로 중첩되는 영역에 배치될 수 있다. 한편, 배기 포트(150)가 챔버 본체(110)의 내부 하면에 되는 것은 예시적인 것으로서, 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면 배기 포트(150)는 챔버 본체(110)의 내부 측면에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 기판 지지부(200)가 공정 처리 공간(SP1)으로 상승한 경우 배기 포트(150)는 기판 지지부(200) 및 가스 분사부(500)의 사이 영역에 배치될 수 있다. 이하, 배기 포트(150)가 챔버 본체(110)의 내부 하면에 배치된 것을 위주로 설명하기로 한다.The process chamber (100) may be equipped with an exhaust port (150). The exhaust port (150) may be arranged on the inner lower surface of the chamber body (110). For example, the exhaust port (150) may be arranged in an area vertically overlapping the substrate support member (200) to effectively discharge process byproducts. Meanwhile, it is exemplary that the exhaust port (150) is arranged on the inner lower surface of the chamber body (110), and according to some embodiments of the present invention, the exhaust port (150) may be arranged on the inner side surface of the chamber body (110). For example, when the substrate support member (200) is raised to the process processing space (SP1), the exhaust port (150) may be arranged in an area between the substrate support member (200) and the gas injection member (500). Hereinafter, the case where the exhaust port (150) is arranged on the inner lower surface of the chamber body (110) will be mainly described.

배기 포트(150)는 공정 부산물의 배출 경로를 제공할 수 있다. 여기서, 공정 부산물은 공정 챔버(100)로 공급된 공정 가스 중 박막의 형성에 이용되지 않은 나머지 가스 등 공정 챔버(100)에서 배출되어야 하는 모든 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 공정 부산물에는 소스 가스, 반응 가스, 소스 퍼지 가스 및 반응 퍼지 가스가 포함될 수 있다.The exhaust port (150) may provide an exhaust path for process byproducts. Here, the process byproducts may include all substances that must be exhausted from the process chamber (100), such as remaining gases among the process gases supplied to the process chamber (100) that are not used for forming a thin film. For example, the process byproducts may include source gas, reaction gas, source purge gas, and reaction purge gas.

배기 포트(150)에는 배기 라인(160)이 연결될 수 있다. 배기 라인(160)은 배기 포트(150)를 통해 유입된 공정 부산물의 이송 경로를 제공할 수 있다. 배기 라인(160)에는 배기 펌프(170)가 구비될 수 있다. 배기 펌프(170)는 배기 라인(160)의 내부 공간을 가압하여 배기 포트(150)로 유입된 공정 부산물가 배기 라인(160)을 통해 이송되도록 할 수 있다. 배기 라인(160)을 통해 이송된 공정 부산물은 공정 챔버(100)에서 배출될 수 있게 된다.An exhaust line (160) may be connected to the exhaust port (150). The exhaust line (160) may provide a transport path for process byproducts introduced through the exhaust port (150). An exhaust pump (170) may be provided in the exhaust line (160). The exhaust pump (170) may pressurize the internal space of the exhaust line (160) so that process byproducts introduced into the exhaust port (150) may be transported through the exhaust line (160). The process byproducts transported through the exhaust line (160) may be discharged from the process chamber (100).

제어부(700)는 기판 처리 장치(10)에 대한 전반적인 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어부(700)는 셔터(140)를 동작시켜 기판 출입구(130)를 개폐하거나, 승강부(300)를 제어하여 기판 지지부(200)를 이동시킬 수 있다. 또한, 제어부(700)는 전력 공급부(600)에 의해 RF 전력이 공급되는 것을 제어하거나 공정 챔버(100)로 공정 가스가 공급되는 것을 제어할 수도 있다.The control unit (700) can perform overall control of the substrate processing device (10). For example, the control unit (700) can operate the shutter (140) to open and close the substrate entrance (130), or control the lifting unit (300) to move the substrate support unit (200). In addition, the control unit (700) can control the supply of RF power by the power supply unit (600) or the supply of process gas to the process chamber (100).

또한, 제어부(700)는 기판(W)에 대한 공정을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(700)는 기판(W)에 박막을 증착하는 박막 증착 공정이 수행되기 이전에 기판(W)에 대한 표면 처리 공정이 수행되도록 할 수 있다. 본 발명에서 표면 처리 공정은 박막에 인접한 산화막의 상부 영역에서의 질소 농도 및 산소 농도를 제어하는 공정을 포함할 수 있다.In addition, the control unit (700) can control a process for the substrate (W). Specifically, the control unit (700) can cause a surface treatment process for the substrate (W) to be performed before a thin film deposition process for depositing a thin film on the substrate (W) is performed. In the present invention, the surface treatment process can include a process for controlling a nitrogen concentration and an oxygen concentration in an upper region of an oxide film adjacent to the thin film.

이하, 도 3 및 도 4를 통하여 표면 처리 공정에 대하여 설명하기로 한다.Below, the surface treatment process will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

도 3은 표면 처리 공정이 수행되지 않은 기판에 박막이 증착되는 것을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 표면 처리 공정이 수행된 기판에 박막이 증착되는 것을 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a drawing showing a thin film being deposited on a substrate on which a surface treatment process has not been performed, and FIG. 4 is a drawing showing a thin film being deposited on a substrate on which a surface treatment process has been performed according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 표면 처리 공정이 수행되지 않은 기판(W)에 박막(900)이 증착될 수 있다.Referring to FIG. 3, a thin film (900) can be deposited on a substrate (W) on which a surface treatment process has not been performed.

기판(W)은 그 표면에 산화막(800)이 형성될 수 있다. 산화막(800)은 기판(W)의 표면을 보호하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 산화막(800)은 이산화규소(SiO2)의 성분으로 구성된 것일 수 있다.The substrate (W) may have an oxide film (800) formed on its surface. The oxide film (800) may serve to protect the surface of the substrate (W). For example, the oxide film (800) may be composed of a component of silicon dioxide (SiO 2 ).

산화막(800)이 형성된 기판(W)에 박막(900)이 증착될 수 있다. 즉, 기판(W)에 산화막(800)이 형성된 상태에서 소스 가스 및 반응 가스가 공정 챔버(100)로 주입되고, 기판(W)에 도포된 소스 가스와 반응 가스 간의 반응에 의해 박막(900)이 형성될 수 있는 것이다.A thin film (900) can be deposited on a substrate (W) on which an oxide film (800) is formed. That is, while an oxide film (800) is formed on the substrate (W), a source gas and a reaction gas are injected into the process chamber (100), and a thin film (900) can be formed by a reaction between the source gas and the reaction gas applied to the substrate (W).

본 발명에서 박막(900)은 질화티타늄(TiN)의 성분으로 구성된 것일 수 있다. 질화티타늄 박막(900)의 형성을 위하여 소스 가스로는 염화티타늄(TiCl4)이 이용되고, 반응 가스로는 암모니아(NH3)가 이용될 수 있다.In the present invention, the thin film (900) may be composed of a titanium nitride (TiN) component. To form the titanium nitride thin film (900), titanium chloride (TiCl 4 ) may be used as a source gas, and ammonia (NH 3 ) may be used as a reaction gas.

기판(W)에 증착되는 박막(900)이 질화티타늄 박막(900)인 경우 박막(900)에 포함된 공정 물질인 질소와 산화막(800)에 포함된 산소가 결합할 수 있다. 질소와 산소가 결합되는 경우 박막(900)에 산소의 농도가 높은 산소층(901)이 형성될 수 있으며, 산소층(901)에 포함된 산소는 불순물로 작용할 수 있다.When the thin film (900) deposited on the substrate (W) is a titanium nitride thin film (900), nitrogen, which is a process material included in the thin film (900), and oxygen included in the oxide film (800) can combine. When nitrogen and oxygen combine, an oxygen layer (901) with a high oxygen concentration can be formed in the thin film (900), and the oxygen included in the oxygen layer (901) can act as an impurity.

이와 같이, 박막(900)에 산소가 포함되는 것을 방지하기 위하여 제어부(700)는 박막 증착 공정이 수행되기 이전에 표면 처리 공정이 수행되도록 할 수 있다.In this way, in order to prevent oxygen from being included in the thin film (900), the control unit (700) can cause the surface treatment process to be performed before the thin film deposition process is performed.

도 4를 참조하면, 표면 처리 공정이 수행된 기판(W)에 박막(900)이 증착될 수 있다.Referring to FIG. 4, a thin film (900) can be deposited on a substrate (W) on which a surface treatment process has been performed.

표면 처리 공정을 통하여 기판(W)에 형성된 산화막(800)의 상부 영역(810)은 상대적으로 높은 질소 농도를 가질 수 있다. 이를 자세히 설명하면, 표면 처리 공정이 수행됨에 따라 박막(900)에 마주하는 산화막(800)의 상부 영역(810)의 하부에서 박막(900)의 방향으로 진행할수록 질소 농도는 증가하고, 산소 농도는 감소할 수 있다. 이에 따라, 산화막(800)에 박막(900)이 형성되는 경우 박막(900)의 내부에 산소가 포함되는 것이 방지 또는 최소화될 수 있다.The upper region (810) of the oxide film (800) formed on the substrate (W) through the surface treatment process may have a relatively high nitrogen concentration. To explain this in detail, as the surface treatment process is performed, the nitrogen concentration may increase and the oxygen concentration may decrease as the direction of the thin film (900) progresses from the lower region (810) of the oxide film (800) facing the thin film (900). Accordingly, when the thin film (900) is formed on the oxide film (800), the inclusion of oxygen in the interior of the thin film (900) may be prevented or minimized.

도 5는 공정 사이클을 설명하기 위한 도면이다.Figure 5 is a diagram explaining the process cycle.

도 5를 참조하면, 기판(W)에 박막(900)을 증착하기 위하여 복수의 공정이 순차적으로 수행될 수 있다.Referring to FIG. 5, multiple processes can be sequentially performed to deposit a thin film (900) on a substrate (W).

기판(W)에 대한 박막(900)의 증착이 수행되기 이전에 표면 처리 공정이 수행될 수 있다. 표면 처리 공정을 위하여 공정 챔버(100)로 표면 처리 가스가 주입될 수 있다. 표면 처리 가스는 질소를 포함한 것일 수 있다.A surface treatment process may be performed before deposition of a thin film (900) on a substrate (W). A surface treatment gas may be injected into a process chamber (100) for the surface treatment process. The surface treatment gas may contain nitrogen.

표면 처리 가스가 공정 챔버(100)로 주입되면서 전력 공급부(600)에 의해 RF 전력이 공정 챔버(100)로 공급될 수 있다. RF 전력의 공급에 의해 표면 처리 가스는 플라즈마 상태로 변환될 수 있다. 플라즈마 상태의 표면 처리 가스에 의해 산화막(800)의 상부 영역(810)이 형성될 수 있다.As the surface treatment gas is injected into the process chamber (100), RF power can be supplied to the process chamber (100) by the power supply unit (600). By supplying the RF power, the surface treatment gas can be converted into a plasma state. An upper region (810) of an oxide film (800) can be formed by the surface treatment gas in a plasma state.

제어부(700)는 표면 처리 공정이 수행되는 도중에 RF 전력의 크기를 점차 증가시킬 수 있다. 도 5는 3단계에 걸쳐 표면 처리 공정이 수행되고, 단계가 전환될수록 RF 전력의 크기가 증가되는 것을 도시하고 있다. 표면 처리 공정의 초기에 지나치게 큰 RF 전력이 공급되는 경우 기판(W)이 손상될 수 있다. 표면 처리 공정의 초기에 상대적으로 작은 크기의 RF 전력이 공정 챔버(100)로 공급되고, 이어서 RF 전력이 점차 증가됨에 따라 기판(W)의 손상이 방지되면서 표면 처리 공정이 진행될 수 있다.The control unit (700) can gradually increase the size of the RF power while the surface treatment process is being performed. FIG. 5 illustrates that the surface treatment process is performed in three stages, and that the size of the RF power increases as the stage is switched. If an excessively large RF power is supplied at the beginning of the surface treatment process, the substrate (W) may be damaged. If a relatively small amount of RF power is supplied to the process chamber (100) at the beginning of the surface treatment process, and then the RF power is gradually increased, the surface treatment process can proceed while preventing damage to the substrate (W).

표면 처리 공정이 수행된 이후에 박막 증차 공정이 수행될 수 있다. 기판(W)에 박막(900)을 증착하기 위하여 공정 챔버(100)로 소스 가스가 주입될 수 있다. 소스 퍼지 가스는 기판(W)에 대한 공정이 진행되는 도중에 지속적으로 이송되어 소스 가스를 가압할 수 있다. 소스 가스는 샤워헤드(520)를 통해 기판(W)의 표면으로 분사될 수 있다. 기판(W)으로 분사된 소스 가스 중 일부는 기판(W)의 표면에 흡착되고, 다른 일부는 흡착되지 않을 수 있다. 흡착되지 않은 소스 가스는 흡착된 소스 가스에 적층되거나 공정 챔버(100)의 내부에서 부유할 수 있다.After the surface treatment process is performed, a thin film deposition process may be performed. A source gas may be injected into the process chamber (100) to deposit a thin film (900) on the substrate (W). The source purge gas may be continuously supplied to pressurize the source gas while the process for the substrate (W) is in progress. The source gas may be sprayed onto the surface of the substrate (W) through the showerhead (520). Some of the source gas sprayed onto the substrate (W) may be adsorbed onto the surface of the substrate (W), and some may not be adsorbed. The non-adsorbed source gas may be deposited on the adsorbed source gas or may float inside the process chamber (100).

기판(W)으로 소스 가스가 분사된 이후에 공정 챔버(100)에서 소스 가스가 퍼지될 수 있다. 공정 챔버(100)에서 소스 가스가 퍼지되는 단계는 기판(W)의 표면에 흡착되지 않은 소스 가스가 공정 챔버(100)에서 배출되는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 공정 챔버(100)에서 소스 가스가 퍼지되면, 기판(W)에 흡착된 소스 가스만이 잔류하고, 흡착된 소스 가스에 적층되거나 공정 챔버(100)에서 부유한 소스 가스는 공정 챔버(100)의 외부로 배출될 수 있다. 이에, 기판(W)의 표면에는 하나의 소스 가스층 형성될 수 있다.After the source gas is sprayed onto the substrate (W), the source gas may be purged in the process chamber (100). The step of purging the source gas in the process chamber (100) may include a step of discharging the source gas that is not adsorbed on the surface of the substrate (W) from the process chamber (100). That is, when the source gas is purged in the process chamber (100), only the source gas adsorbed on the substrate (W) remains, and the source gas that is laminated on the adsorbed source gas or floats in the process chamber (100) may be discharged to the outside of the process chamber (100). Accordingly, a single source gas layer may be formed on the surface of the substrate (W).

소스 가스가 퍼지된 이후에 공정 챔버(100)로 반응 가스가 주입될 수 있다. 반응 퍼지 가스는 기판(W)에 대한 공정이 진행되는 도중에 지속적으로 이송되어 반응 가스를 가압할 수 있다. 반응 가스는 샤워헤드(520)를 통해 기판(W)의 표면으로 분사될 수 있다. 반응 가스는 기판(W)에 흡착된 소스 가스와 반응하여 박막(900)을 형성할 수 있다. 도시되어 있지는 않으나, 반응 가스와 소스 가스와의 반응도를 향상시키기 위하여 공정 챔버(100)에 반응 가스가 주입되면서, 공정 챔버(100)에 RF 전력이 인가되어 반응 가스가 플라즈마 상태로 변환될 수 있다. RF 전력에 의해 소스 가스가 플라즈마 상태로 변환될 수도 있다.After the source gas is purged, a reaction gas may be injected into the process chamber (100). The reaction purge gas may be continuously supplied while the process for the substrate (W) is in progress to pressurize the reaction gas. The reaction gas may be sprayed onto the surface of the substrate (W) through the showerhead (520). The reaction gas may react with the source gas adsorbed on the substrate (W) to form a thin film (900). Although not shown, when the reaction gas is injected into the process chamber (100) to improve the reactivity between the reaction gas and the source gas, RF power may be applied to the process chamber (100) so that the reaction gas may be converted into a plasma state. The source gas may also be converted into a plasma state by the RF power.

플라즈마 상태의 소스 가스 및 반응 가스가 반응하여 높은 반응 효율로 박막(900)이 형성될 수 있다.A source gas and a reaction gas in a plasma state can react to form a thin film (900) with high reaction efficiency.

RF 전력이 인가된 이후에 공정 챔버(100)에서 반응 가스가 퍼지될 수 있다. 즉, 반응 가스를 플라즈마로 변환시키기 위하여 RF 전력이 일정 시간동안 인가되고, 해당 시간이 경과되어 RF 전력의 공급이 중단되며, 이어서 반응 가스가 퍼지될 수 있는 것이다.After RF power is applied, the reaction gas can be purged from the process chamber (100). That is, RF power is applied for a certain period of time to convert the reaction gas into plasma, and when the period of time has elapsed, the supply of RF power is stopped, and then the reaction gas can be purged.

공정 챔버(100)에서 반응 가스가 퍼지되는 단계는 기판(W)의 표면에 박막(900)을 형성하는데 이용되지 않은 반응 가스 및 플라즈마 등의 공정 부산물이 공정 챔버(100)에서 배출되는 단계를 포함한다.The step of purging the reaction gas from the process chamber (100) includes the step of discharging the reaction gas and process byproducts such as plasma that are not used to form the thin film (900) on the surface of the substrate (W) from the process chamber (100).

소스 가스 및 반응 가스가 공정 챔버(100)로 공급되어 박막(900)을 형성하는 과정이 하나의 공정 사이클을 형성하고, 복수의 공정 사이클을 통하여 복수 층의 박막(900)이 기판(W)에 증착될 수 있다.The process of supplying source gas and reaction gas to the process chamber (100) to form a thin film (900) forms one process cycle, and multiple layers of thin films (900) can be deposited on the substrate (W) through multiple process cycles.

표면 처리 공정이 수행된 이후에 박막 증착 공정이 수행됨에 따라 기판(W)에 증착되는 박막(900)에는 산소 불순물이 포함되지 않을 수 있게 된다.Since the thin film deposition process is performed after the surface treatment process, the thin film (900) deposited on the substrate (W) may not contain oxygen impurities.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면 처리 공정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 is a drawing for explaining a surface treatment process according to the first embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 표면 처리 공정은 제1 표면 처리 공정, 제2 표면 처리 공정 및 제3 표면 처리 공정을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, the surface treatment process may include a first surface treatment process, a second surface treatment process, and a third surface treatment process.

제1 표면 처리 공정, 제2 표면 처리 공정 및 제3 표면 처리 공정은 순차적으로 수행되고, 각 공정을 통하여 표면 처리 가스가 기판(W)으로 분사될 수 있다.The first surface treatment process, the second surface treatment process, and the third surface treatment process are performed sequentially, and a surface treatment gas can be sprayed onto the substrate (W) through each process.

제1 표면 처리 공정은 제1 표면 처리 가스가 기판(W)에 분사되는 공정을 포함하고, 제2 표면 처리 공정은 제2 표면 처리 가스가 기판(W)에 분사되는 공정을 포함하며, 제3 표면 처리 공정은 제3 표면 처리 가스가 기판(W)에 분사되는 공정을 포함할 수 있다.The first surface treatment process may include a process in which a first surface treatment gas is sprayed onto the substrate (W), the second surface treatment process may include a process in which a second surface treatment gas is sprayed onto the substrate (W), and the third surface treatment process may include a process in which a third surface treatment gas is sprayed onto the substrate (W).

제1 표면 처리 가스는 혼합 가스일 수 있다. 이를 자세히 설명하면, 제1 표면 처리 가스는 제1 가스 및 제2 가스를 포함하는 혼합 가스일 수 있다. 제1 가스 및 제2 가스 중 적어도 하나는 질소(N)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 가스는 암모니아(NH3)를 포함하고, 제2 가스는 질소(N2)를 포함할 수 있다.The first surface treatment gas may be a mixed gas. To be more specific, the first surface treatment gas may be a mixed gas including a first gas and a second gas. At least one of the first gas and the second gas may include nitrogen (N). For example, the first gas may include ammonia (NH 3 ) and the second gas may include nitrogen (N 2 ).

제1 표면 처리 가스에 포함된 제1 가스 및 제2 가스의 유량(sccm)은 서로 상이할 수 있다. 이를 자세히 설명하면, 제1 표면 처리 공정이 수행되는 경우 제1 가스의 유량은 제2 가스의 유량에 비하여 많게 형성될 수 있다.The flow rates (sccm) of the first gas and the second gas included in the first surface treatment gas may be different from each other. To explain this in detail, when the first surface treatment process is performed, the flow rate of the first gas may be formed to be greater than the flow rate of the second gas.

제2 표면 처리 가스는 혼합 가스일 수 있다. 이를 자세히 설명하면, 제2 표면 처리 가스는 제2 가스 및 제3 가스를 포함하는 혼합 가스일 수 있다. 제3 가스는 아르곤(Ar)를 포함할 수 있다.The second surface treatment gas may be a mixed gas. To be more specific, the second surface treatment gas may be a mixed gas containing a second gas and a third gas. The third gas may contain argon (Ar).

제2 표면 처리 가스에 포함된 제2 가스 및 제3 가스의 유량(sccm)은 서로 상이할 수 있다. 이를 자세히 설명하면, 제2 표면 처리 공정이 수행되는 경우 제2 가스의 유량은 제3 가스의 유량에 비하여 많게 형성될 수 있다.The flow rates (sccm) of the second gas and the third gas included in the second surface treatment gas may be different from each other. To explain this in detail, when the second surface treatment process is performed, the flow rate of the second gas may be formed to be greater than the flow rate of the third gas.

제3 표면 처리 가스는 단독 가스일 수 있다. 이를 자세히 설명하면, 제3 표면 처리 가스는 제2 가스를 포함하는 단독 가스일 수 있다.The third surface treatment gas may be a single gas. To elaborate, the third surface treatment gas may be a single gas that includes the second gas.

제3 표면 처리 공정에서 이용되는 제2 가스의 유량은 제1 표면 처리 공정 및 제2 표면 처리 공정에서 각각 이용되는 제2 가스의 유량에 대하여 상이할 수 있다. 이를 자세히 설명하면, 제3 표면 처리 공정에서 이용되는 제2 가스의 유량은 제1 표면 처리 공정 및 제2 표면 처리 공정에서 각각 이용되는 제2 가스의 유량에 비하여 많게 형성될 수 있다.The flow rate of the second gas used in the third surface treatment process may be different from the flow rates of the second gas used in each of the first surface treatment process and the second surface treatment process. To explain this in detail, the flow rate of the second gas used in the third surface treatment process may be formed to be greater than the flow rates of the second gas used in each of the first surface treatment process and the second surface treatment process.

제3 표면 처리 공정이 진행되는 경우 제1 표면 처리 공정 및 제2 표면 처리 공정에 비하여 많은 질소(N)가 이용되어 산화막(800)의 상부 영역(810)의 질소 농도가 최대화되고, 산소 농도가 최소화될 수 있다. 이를 자세히 설명하면, 산화막(800)의 상부 영역(810)에서 기판(W)에서 박막(900)의 방향으로 진행할수록 질소 농도는 증가하고, 산소 농도는 감소하여 산화막(800)에 형성되는 박막(900)의 내부에 산소가 포함되는 것이 방지 또는 최소화될 수 있다.When the third surface treatment process is performed, more nitrogen (N) is used than in the first surface treatment process and the second surface treatment process, so that the nitrogen concentration in the upper region (810) of the oxide film (800) can be maximized and the oxygen concentration can be minimized. To explain this in detail, in the upper region (810) of the oxide film (800), as one proceeds from the substrate (W) toward the thin film (900), the nitrogen concentration increases and the oxygen concentration decreases, so that the inclusion of oxygen in the interior of the thin film (900) formed on the oxide film (800) can be prevented or minimized.

또한, 제1 표면 처리 공정은 제1 표면 처리 가스를 플라즈마 상태로 변환하는 공정을 포함하고, 제2 표면 처리 공정은 제2 표면 처리 가스를 플라즈마 상태로 변환하는 공정을 포함하며, 제3 표면 처리 공정은 제3 표면 처리 가스를 플라즈마 상태로 변환하는 공정을 포함할 수 있다.Additionally, the first surface treatment process may include a process of converting a first surface treatment gas into a plasma state, the second surface treatment process may include a process of converting a second surface treatment gas into a plasma state, and the third surface treatment process may include a process of converting a third surface treatment gas into a plasma state.

이를 자세히 설명하면, 제1 표면 처리 공정은 제1 RF 전력이 공급되어 기판(W)에 제공된 제1 표면 처리 가스가 플라즈마 상태로 변환되는 공정을 포함하고, 제2 표면 처리 공정은 제2 RF 전력이 공급되어 기판(W)에 제공된 제2 표면 처리 가스가 플라즈마 상태로 변환되는 공정을 포함하며, 제3 표면 처리 공정은 제3 RF 전력이 공급되어 기판(W)에 제공된 제3 표면 처리 가스가 플라즈마 상태로 변환되는 공정을 포함할 수 있다.To explain in more detail, the first surface treatment process may include a process in which a first RF power is supplied and a first surface treatment gas provided to the substrate (W) is converted into a plasma state, the second surface treatment process may include a process in which a second RF power is supplied and a second surface treatment gas provided to the substrate (W) is converted into a plasma state, and the third surface treatment process may include a process in which a third RF power is supplied and a third surface treatment gas provided to the substrate (W) is converted into a plasma state.

제어부(700)는 제1 RF 전력에 비하여 제2 RF 전력이 크게 형성되도록 하고, 제2 RF 전력에 비하여 제3 RF 전력이 크게 형성되도록 할 수 있다. 즉, 제어부(700)는 표면 처리 공정이 진행될수록 RF 전력의 크기를 점차 증가시킬 수 있다. 표면 처리 공정이 진행되면서 RF 전력의 크기가 증가함에 따라 기판(W)의 손상이 방지되면서 박막(800) 내부의 산소 농도가 효과적으로 제어될 수 있다.The control unit (700) can cause the second RF power to be formed to be greater than the first RF power, and can cause the third RF power to be formed to be greater than the second RF power. That is, the control unit (700) can gradually increase the size of the RF power as the surface treatment process progresses. As the size of the RF power increases as the surface treatment process progresses, damage to the substrate (W) can be prevented, and the oxygen concentration inside the thin film (800) can be effectively controlled.

즉, 제3 표면 처리 공정이 진행되는 경우 제1 표면 처리 공정 및 제2 표면 처리 공정에 비하여 높은 RF 전력이 이용되기 때문에 산화막(800)의 상부 영역(810)의 질소 농도가 최대화되고, 산소 농도가 최소화될 수 있다.That is, when the third surface treatment process is performed, since higher RF power is used compared to the first surface treatment process and the second surface treatment process, the nitrogen concentration in the upper region (810) of the oxide film (800) can be maximized and the oxygen concentration can be minimized.

이를 자세히 설명하면, 제1 표면 처리 공정이 진행될 때 상대적으로 낮은 제1 RF 전력이 이용되기 때문에 기판(W)에 발생되는 플라즈마 데미지가 최소화될 수 있다. 또한, 제2 표면 처리 공정 및 제3 표면 처리 공정이 진행될 때 RF 전력이 각각 제2 RF 전력 및 제3 RF 전력으로 상승함으로써 산화막(800)의 상부 영역(810)에서 기판(W)에서 박막(900)의 방향으로 진행할수록 질소 농도는 증가하고, 산소 농도는 감소할 수 있다. 따라서, 산화막(800)에 형성되는 박막(900)의 내부에 산소가 포함되는 것이 방지 또는 최소화될 수 있다.To explain this in detail, since a relatively low first RF power is used when the first surface treatment process is performed, plasma damage occurring to the substrate (W) can be minimized. In addition, since the RF power is increased to the second RF power and the third RF power when the second surface treatment process and the third surface treatment process are performed, the nitrogen concentration can increase and the oxygen concentration can decrease as the process progresses from the substrate (W) to the thin film (900) in the upper region (810) of the oxide film (800). Accordingly, the inclusion of oxygen in the interior of the thin film (900) formed on the oxide film (800) can be prevented or minimized.

제1 표면 처리 공정, 제2 표면 처리 공정 및 제3 표면 처리 공정은 사전에 설정된 시간동안 진행될 수 있다. 제1 표면 처리 공정은 제1 시간 동안 진행되고, 제2 표면 처리 공정은 제2 시간 동안 진행되며, 제3 표면 처리 공정은 제3 시간 동안 진행될 수 있다. 여기서, 제1 내지 제3 시간은 동일할 수 있다. 또는, 제1 시간, 제2 시간 및 제3 시간은 상이할 수 있다. 예를 들어, 박막(800)에 인접할수록 질소 농도가 증가하고, 산소 농도가 최소화되도록 하기 위하여 제1 내지 제3 시간 중 제3 시간이 가장 길고, 제1 시간이 가장 짧을 수 있다.The first surface treatment process, the second surface treatment process, and the third surface treatment process may be performed for a preset time period. The first surface treatment process may be performed for a first time period, the second surface treatment process may be performed for a second time period, and the third surface treatment process may be performed for a third time period. Here, the first to third times period may be the same. Alternatively, the first time period, the second time period, and the third time period may be different. For example, in order to increase the nitrogen concentration and minimize the oxygen concentration closer to the thin film (800), the third time period may be the longest among the first to third times period, and the first time period may be the shortest.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 표면 처리 공정을 설명하기 위한 도면이다.Figure 7 is a drawing for explaining a surface treatment process according to the second embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 표면 처리 공정은 복수의 공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 표면 처리 공정은 제1 표면 처리 공정, 제2 표면 처리 공정 및 제3 표면 처리 공정을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the surface treatment process may include a plurality of processes. For example, the surface treatment process may include a first surface treatment process, a second surface treatment process, and a third surface treatment process.

제1 표면 처리 공정, 제2 표면 처리 공정 및 제3 표면 처리 공정은 순차적으로 수행되고, 각 공정을 통하여 표면 처리 가스가 기판(W)으로 분사될 수 있다.The first surface treatment process, the second surface treatment process, and the third surface treatment process are performed sequentially, and a surface treatment gas can be sprayed onto the substrate (W) through each process.

제1 표면 처리 공정은 제1 표면 처리 가스가 기판(W)에 분사되는 공정을 포함하고, 제2 표면 처리 공정은 제2 표면 처리 가스가 기판(W)에 분사되는 공정을 포함하며, 제3 표면 처리 공정은 제3 표면 처리 가스가 기판(W)에 분사되는 공정을 포함할 수 있다.The first surface treatment process may include a process in which a first surface treatment gas is sprayed onto the substrate (W), the second surface treatment process may include a process in which a second surface treatment gas is sprayed onto the substrate (W), and the third surface treatment process may include a process in which a third surface treatment gas is sprayed onto the substrate (W).

제1 표면 처리 공정에서 이용되는 제1 표면 처리 가스는 제4 가스 및 제5 가스를 포함할 수 있다. 제4 가스 및 제5 가스 중 적어도 하나는 질소(N)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제4 가스는 질소(N2)를 포함하고, 제5 가스는 수소(H2)를 포함할 수 있다.The first surface treatment gas used in the first surface treatment process may include a fourth gas and a fifth gas. At least one of the fourth gas and the fifth gas may include nitrogen (N). For example, the fourth gas may include nitrogen (N 2 ) and the fifth gas may include hydrogen (H 2 ).

제1 표면 처리 공정은 제1-1 표면 처리 공정 및 제1-2 표면 처리 공정을 포함할 수 있다. 제1-2 표면 처리 공정은 제1-1 표면 처리 공정이 진행된 이후에 진행될 수 있다. 제1-1 표면 처리 공정은 제4 가스가 기판(W)에 분사되는 공정이고, 제1-2 표면 처리 공정은 제5 가스가 기판(W)에 분사되는 공정일 수 있다.The first surface treatment process may include the 1-1 surface treatment process and the 1-2 surface treatment process. The 1-2 surface treatment process may be performed after the 1-1 surface treatment process is performed. The 1-1 surface treatment process may be a process in which a fourth gas is sprayed onto the substrate (W), and the 1-2 surface treatment process may be a process in which a fifth gas is sprayed onto the substrate (W).

제1-1 표면 처리 공정 및 제1-2 표면 처리 공정이 진행되는 경우 제4 가스 및 제5 가스의 유량(sccm)은 서로 상이할 수 있다. 이를 자세히 설명하면, 제4 가스의 유량은 제5 가스의 유량에 비하여 많게 형성될 수 있다.When the 1-1 surface treatment process and the 1-2 surface treatment process are performed, the flow rates (sccm) of the 4th gas and the 5th gas may be different from each other. To explain this in detail, the flow rate of the 4th gas may be formed to be greater than the flow rate of the 5th gas.

제2 표면 처리 공정에서 이용되는 제2 표면 처리 가스는 제4 가스 및 제5 가스를 포함할 수 있다.The second surface treatment gas used in the second surface treatment process may include a fourth gas and a fifth gas.

제2 표면 처리 공정은 제2-1 표면 처리 공정 및 제2-2 표면 처리 공정을 포함할 수 있다. 제2-2 표면 처리 공정은 제2-1 표면 처리 공정이 진행된 이후에 진행될 수 있다. 제2-1 표면 처리 공정은 제4 가스가 기판(W)에 분사되는 공정이고, 제2-2 표면 처리 공정은 제5 가스가 기판(W)에 분사되는 공정일 수 있다.The second surface treatment process may include the second-first surface treatment process and the second-second surface treatment process. The second-second surface treatment process may be performed after the second-first surface treatment process is performed. The second-first surface treatment process may be a process in which a fourth gas is sprayed onto the substrate (W), and the second-second surface treatment process may be a process in which a fifth gas is sprayed onto the substrate (W).

제2-1 표면 처리 공정 및 제2-2 표면 처리 공정이 진행되는 경우 제4 가스 및 제5 가스의 유량(sccm)은 서로 상이할 수 있다. 이를 자세히 설명하면, 제4 가스의 유량은 제5 가스의 유량에 비하여 많게 형성될 수 있다. 또한, 박막(900)에 인접한 산화막(800)의 질소 농도가 고려되어 제2-1 표면 처리 공정에서 이용되는 제4 가스의 유량은 제1-1 표면 처리 공정에서 이용되는 제4 가스의 유량에 비하여 많을 수 있다.When the 2-1 surface treatment process and the 2-2 surface treatment process are performed, the flow rates (sccm) of the 4th gas and the 5th gas may be different from each other. To explain this in detail, the flow rate of the 4th gas may be formed to be greater than the flow rate of the 5th gas. In addition, considering the nitrogen concentration of the oxide film (800) adjacent to the thin film (900), the flow rate of the 4th gas used in the 2-1 surface treatment process may be greater than the flow rate of the 4th gas used in the 1-1 surface treatment process.

제3 표면 처리 공정에서 이용되는 제3 표면 처리 가스는 제4 가스 및 제5 가스를 포함할 수 있다.The third surface treatment gas used in the third surface treatment process may include a fourth gas and a fifth gas.

제3 표면 처리 공정은 제3-1 표면 처리 공정 및 제3-2 표면 처리 공정을 포함할 수 있다. 제3-2 표면 처리 공정은 제3-1 표면 처리 공정이 진행된 이후에 진행될 수 있다. 제3-1 표면 처리 공정은 제4 가스가 기판(W)에 분사되는 공정이고, 제3-2 표면 처리 공정은 제5 가스가 기판(W)에 분사되는 공정일 수 있다.The third surface treatment process may include the third-1 surface treatment process and the third-2 surface treatment process. The third-2 surface treatment process may be performed after the third-1 surface treatment process is performed. The third-1 surface treatment process may be a process in which a fourth gas is sprayed onto the substrate (W), and the third-2 surface treatment process may be a process in which a fifth gas is sprayed onto the substrate (W).

제3-1 표면 처리 공정 및 제3-2 표면 처리 공정이 진행되는 경우 제4 가스 및 제5 가스의 유량(sccm)은 서로 상이할 수 있다. 이를 자세히 설명하면, 제4 가스의 유량은 제5 가스의 유량에 비하여 많게 형성될 수 있다. 또한, 박막(900)에 인접한 산화막(800)의 질소 농도가 고려되어 제3-1 표면 처리 공정에서 이용되는 제4 가스의 유량은 제2-1 표면 처리 공정에서 이용되는 제4 가스의 유량에 비하여 많을 수 있다.When the 3-1 surface treatment process and the 3-2 surface treatment process are performed, the flow rates (sccm) of the 4th gas and the 5th gas may be different from each other. To explain this in detail, the flow rate of the 4th gas may be formed to be greater than the flow rate of the 5th gas. In addition, considering the nitrogen concentration of the oxide film (800) adjacent to the thin film (900), the flow rate of the 4th gas used in the 3-1 surface treatment process may be greater than the flow rate of the 4th gas used in the 2-1 surface treatment process.

제3 표면 처리 공정이 진행되는 경우 제1 표면 처리 공정 및 제2 표면 처리 공정에 비하여 많은 질소(N)가 이용되어 산화막(800)의 상부 영역(810)의 질소 농도가 최대화되고, 산소 농도가 최소화될 수 있다. 이를 자세히 설명하면, 산화막(800)의 상부 영역(810)에서 기판(W)에서 박막(900)의 방향으로 진행할수록 질소 농도는 증가하고, 산소 농도는 감소하여 산화막(800)에 형성되는 박막(900)의 내부에 산소가 포함되는 것이 방지 또는 최소화될 수 있다.When the third surface treatment process is performed, more nitrogen (N) is used than in the first surface treatment process and the second surface treatment process, so that the nitrogen concentration in the upper region (810) of the oxide film (800) can be maximized and the oxygen concentration can be minimized. To explain this in detail, in the upper region (810) of the oxide film (800), as one proceeds from the substrate (W) toward the thin film (900), the nitrogen concentration increases and the oxygen concentration decreases, so that the inclusion of oxygen in the interior of the thin film (900) formed on the oxide film (800) can be prevented or minimized.

또한, 제1 표면 처리 공정은 제1 표면 처리 가스를 플라즈마 상태로 변환하는 공정을 포함하고, 제2 표면 처리 공정은 제2 표면 처리 가스를 플라즈마 상태로 변환하는 공정을 포함하며, 제3 표면 처리 공정은 제3 표면 처리 가스를 플라즈마 상태로 변환하는 공정을 포함할 수 있다.Additionally, the first surface treatment process may include a process of converting a first surface treatment gas into a plasma state, the second surface treatment process may include a process of converting a second surface treatment gas into a plasma state, and the third surface treatment process may include a process of converting a third surface treatment gas into a plasma state.

이를 자세히 설명하면, 제1-1 표면 처리 공정 및 제1-2 표면 처리 공정은 제1 RF 전력이 공급되어 기판(W)에 제공된 제1 표면 처리 가스가 플라즈마 상태로 변환되는 공정을 포함하고, 제2-1 표면 처리 공정 및 제2-2 표면 처리 공정은 제2 RF 전력이 공급되어 기판(W)에 제공된 제2 표면 처리 가스가 플라즈마 상태로 변환되는 공정을 포함하며, 제3-1 표면 처리 공정 및 제3-2 표면 처리 공정은 제3 RF 전력이 공급되어 기판(W)에 제공된 제3 표면 처리 가스가 플라즈마 상태로 변환되는 공정을 포함할 수 있다.To explain this in detail, the 1-1 surface treatment process and the 1-2 surface treatment process may include a process in which a first surface treatment gas provided to a substrate (W) is converted into a plasma state by supplying a first RF power, the 2-1 surface treatment process and the 2-2 surface treatment process may include a process in which a second surface treatment gas provided to a substrate (W) is converted into a plasma state by supplying a second RF power, and the 3-1 surface treatment process and the 3-2 surface treatment process may include a process in which a third RF power is supplied and a third surface treatment gas provided to a substrate (W) is converted into a plasma state.

제어부(700)는 제1 RF 전력에 비하여 제2 RF 전력이 크게 형성되도록 하고, 제2 RF 전력에 비하여 제3 RF 전력이 크게 형성되도록 할 수 있다. 즉, 제어부(700)는 표면 처리 공정이 진행될수록 RF 전력의 크기를 점차 증가시킬 수 있다. 표면 처리 공정이 진행되면서 RF 전력의 크기가 증가함에 따라 기판(W)의 손상이 방지되면서 박막(800) 내부의 산소 농도가 효과적으로 제어될 수 있다.The control unit (700) can cause the second RF power to be formed to be greater than the first RF power, and can cause the third RF power to be formed to be greater than the second RF power. That is, the control unit (700) can gradually increase the size of the RF power as the surface treatment process progresses. As the size of the RF power increases as the surface treatment process progresses, damage to the substrate (W) can be prevented, and the oxygen concentration inside the thin film (800) can be effectively controlled.

즉, 제3 표면 처리 공정이 진행되는 경우 제1 표면 처리 공정 및 제2 표면 처리 공정에 비하여 높은 RF 전력이 이용되기 때문에 산화막(800)의 상부 영역(810)의 질소 농도가 최대화되고, 산소 농도가 최소화될 수 있다.That is, when the third surface treatment process is performed, since higher RF power is used compared to the first surface treatment process and the second surface treatment process, the nitrogen concentration in the upper region (810) of the oxide film (800) can be maximized and the oxygen concentration can be minimized.

이를 자세히 설명하면, 제1 표면 처리 공정이 진행될 때 상대적으로 낮은 제1 RF 전력이 이용되기 때문에 기판(W)에 발생되는 플라즈마 데미지가 최소화될 수 있다. 또한, 제2 표면 처리 공정 및 제3 표면 처리 공정이 진행될 때 RF 전력이 각각 제2 RF 전력 및 제3 RF 전력으로 상승함으로써 산화막(800)의 상부 영역(810)에서 기판(W)에서 박막(900)의 방향으로 진행할수록 질소 농도는 증가하고, 산소 농도는 감소할 수 있다. 따라서, 산화막(800)에 형성되는 박막(900)의 내부에 산소가 포함되는 것이 방지 또는 최소화될 수 있다.To explain this in detail, since a relatively low first RF power is used when the first surface treatment process is performed, plasma damage occurring to the substrate (W) can be minimized. In addition, since the RF power is increased to the second RF power and the third RF power when the second surface treatment process and the third surface treatment process are performed, the nitrogen concentration can increase and the oxygen concentration can decrease as the process progresses from the substrate (W) to the thin film (900) in the upper region (810) of the oxide film (800). Accordingly, the inclusion of oxygen in the interior of the thin film (900) formed on the oxide film (800) can be prevented or minimized.

제1 표면 처리 공정, 제2 표면 처리 공정 및 제3 표면 처리 공정은 사전에 설정된 시간동안 진행될 수 있다.The first surface treatment process, the second surface treatment process, and the third surface treatment process can be performed for a preset period of time.

제1 표면 처리 공정은 제1 시간 동안 진행될 수 있다. 이를 자세히 설명하면, 제1-1 표면 처리 공정은 제1-1 시간 동안 진행되고, 제1-2 표면 처리 공정은 제1-2 시간 동안 진행될 수 있다. 여기서, 제1-1 시간 및 제1-2 시간은 동일하고, 제1-1 시간 및 제1-2 시간의 합은 제1 시간일 수 있다.The first surface treatment process can be performed for the first hour. To explain in detail, the 1-1 surface treatment process can be performed for the 1-1 hour, and the 1-2 surface treatment process can be performed for the 1-2 hour. Here, the 1-1 hour and the 1-2 hour are the same, and the sum of the 1-1 hour and the 1-2 hour can be the 1 hour.

제2 표면 처리 공정은 제2 시간 동안 진행될 수 있다. 이를 자세히 설명하면, 제2-1 표면 처리 공정은 제2-1 시간 동안 진행되고, 제2-2 표면 처리 공정은 제2-2 시간 동안 진행될 수 있다. 여기서, 제2-1 시간 및 제2-2 시간은 동일하고, 제2-1 시간 및 제2-2 시간의 합은 제2 시간일 수 있다.The second surface treatment process can be performed for a second time. To explain in detail, the 2-1 surface treatment process can be performed for a second time, and the 2-2 surface treatment process can be performed for a second time. Here, the 2-1 time and the 2-2 time may be the same, and the sum of the 2-1 time and the 2-2 time may be the second time.

제3 표면 처리 공정은 제3 시간 동안 진행될 수 있다. 이를 자세히 설명하면, 제3-1 표면 처리 공정은 제3-1 시간 동안 진행되고, 제3-2 표면 처리 공정은 제3-2 시간 동안 진행될 수 있다. 여기서, 제3-1 시간 및 제3-2 시간은 동일하고, 제3-1 시간 및 제3-2 시간의 합은 제3 시간일 수 있다.The third surface treatment process can be performed for a third time. To explain in detail, the 3-1 surface treatment process can be performed for a third time, and the 3-2 surface treatment process can be performed for a third time. Here, the 3-1 time and the 3-2 time are the same, and the sum of the 3-1 time and the 3-2 time can be a third time.

제1 시간, 제2 시간 및 제3 시간은 동일할 수 있다. 또는, 제1 시간, 제2 시간 및 제3 시간은 상이할 수 있다. 예를 들어, 박막(800)에 인접할수록 질소 농도가 증가하고, 산소 농도가 최소화되도록 하기 위하여 제1 내지 제3 시간 중 제3 시간이 가장 길고, 제1 시간이 가장 짧을 수 있다.The first time, the second time, and the third time may be the same. Alternatively, the first time, the second time, and the third time may be different. For example, the third time may be the longest among the first to third times, and the first time may be the shortest, so that the nitrogen concentration increases closer to the thin film (800) and the oxygen concentration is minimized.

도 8은 표면 처리된 산화막과 박막 간의 결합 관계를 설명하기 위한 도면이다.Figure 8 is a drawing for explaining the bonding relationship between a surface-treated oxide film and a thin film.

도 8을 참조하면, 박막(900)은 표면 처리된 산화막(800)에 결합될 수 있다.Referring to FIG. 8, a thin film (900) can be bonded to a surface-treated oxide film (800).

본 발명에서 기판(W)은 실리콘(Si)의 성분으로 구성된 것일 수 있다. 기판(W)의 실리콘은 산화막(800)의 산소에 결합될 수 있다.In the present invention, the substrate (W) may be composed of a silicon (Si) component. The silicon of the substrate (W) may be bonded to the oxygen of the oxide film (800).

표면 처리 공정이 수행됨에 따라 박막(900)에 인접한 산화막(800)의 상부 영역(810)에서의 질소 농도는 점차 증가하고, 산소 농도는 감소할 수 있다. 박막(900)의 증착에 이용되는 공정 물질은 질소 및 티타늄을 포함할 수 있다. 특히, 전술한 표면 처리 공정에 의해 산화막(800)의 상부 영역(810) 중 박막(900)에 접하는 산화막(800)의 상면은 상대적으로 질소 농도가 높고, 산소 농도가 매우 낮을 수 있다. 이로 인해, 산화막(800)에 형성된 박막(900)의 내부에 산화막(800)에 의한 산소 불순물이 포함되지 않거나 최소화될 수 있다.As the surface treatment process is performed, the nitrogen concentration in the upper region (810) of the oxide film (800) adjacent to the thin film (900) may gradually increase, and the oxygen concentration may decrease. The process material used for depositing the thin film (900) may include nitrogen and titanium. In particular, the upper surface of the oxide film (800) that contacts the thin film (900) among the upper regions (810) of the oxide film (800) by the surface treatment process described above may have a relatively high nitrogen concentration and a very low oxygen concentration. As a result, the inside of the thin film (900) formed on the oxide film (800) may not contain or may be minimized oxygen impurities due to the oxide film (800).

도 9는 본 발명의 제1 실험예에 따른 표면 처리 공정의 공정 조건을 나타낸 테이블이고, 도 10은 본 발명의 제2 실험예에 따른 표면 처리 공정의 공정 조건을 나타낸 테이블이다.FIG. 9 is a table showing process conditions of a surface treatment process according to a first experimental example of the present invention, and FIG. 10 is a table showing process conditions of a surface treatment process according to a second experimental example of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제1 실험예에 따른 공정 조건 테이블(1100)은 공정 온도, 표면 처리 가스의 종류, 표면 처리 가스의 유량, RF 전력의 크기 및 RF 전력의 공급 시간을 명시하고 있다.Referring to FIG. 9, the process condition table (1100) according to the first experimental example of the present invention specifies the process temperature, the type of surface treatment gas, the flow rate of the surface treatment gas, the size of RF power, and the supply time of RF power.

표면 처리 공정은 제1 표면 처리 공정, 제2 표면 처리 공정 및 제3 표면 처리 공정을 포함한다. 제1 표면 처리 공정에서 암모니아 및 질소가 기판(W)으로 분사되고, 제2 표면 처리 공정에서 질소 및 아르곤이 기판(W)으로 분사되며, 제3 표면 처리 공정에서 질소가 기판(W)으로 분사된다.The surface treatment process includes a first surface treatment process, a second surface treatment process, and a third surface treatment process. In the first surface treatment process, ammonia and nitrogen are sprayed onto the substrate (W), in the second surface treatment process, nitrogen and argon are sprayed onto the substrate (W), and in the third surface treatment process, nitrogen is sprayed onto the substrate (W).

RF 전력의 크기는 제1 표면 처리 공정에서 제3 표면 처리 공정으로 진행되는 동안 점차 증가하고, RF 전력의 공급 시간은 모든 공정에서 동일하게 형성된다.The size of RF power gradually increases as the process progresses from the first surface treatment process to the third surface treatment process, and the supply time of RF power is formed to be the same in all processes.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제2 실험예에 따른 공정 조건 테이블(1200)은 공정 온도, 표면 처리 가스의 종류, 표면 처리 가스의 유량, RF 전력의 크기 및 RF 전력의 공급 시간을 명시하고 있다.Referring to FIG. 10, a process condition table (1200) according to the second experimental example of the present invention specifies the process temperature, the type of surface treatment gas, the flow rate of the surface treatment gas, the size of RF power, and the supply time of RF power.

표면 처리 공정은 복수의 세부 공정을 포함한다. 각각의 세부 공정을 통하여 질소 및 수소가 교번 하여 기판(W)에 분사된다. 질소 및 수소의 교번이 반복되면서 RF 전력의 크기는 점차 증가하고, RF 전력의 공급 시간은 모든 공정에서 동일하게 형성된다.The surface treatment process includes multiple sub-processes. Through each sub-process, nitrogen and hydrogen are alternately sprayed onto the substrate (W). As the alternation of nitrogen and hydrogen is repeated, the size of the RF power gradually increases, and the supply time of the RF power is formed to be the same in all processes.

도시되어 있지는 않으나, 30~100sccm의 염화티타늄(TiCl4)이 소스 가스로서 제1 실험예 및 제2 실험예에 이용된다.Although not shown, 30 to 100 sccm of titanium chloride (TiCl 4 ) was used as a source gas in Experimental Examples 1 and 2.

도 11은 종래의 방식에 의해 기판에 박막이 증착된 경우에 박막에 포함된 산소의 농도 분포를 설명하기 위한 그래프이고, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 방식에 의해 기판에 박막이 증착된 경우에 박막에 포함된 산소의 농도 분포를 설명하기 위한 그래프이다.FIG. 11 is a graph for explaining the concentration distribution of oxygen included in a thin film when the thin film is deposited on a substrate by a conventional method, and FIG. 12 is a graph for explaining the concentration distribution of oxygen included in a thin film when the thin film is deposited on a substrate by a method according to an embodiment of the present invention.

이를 자세히 설명하면, 도 11 및 도 12는 박막(900)에 포함된 원소의 종류 및 원자의 농도를 나타내는 X선 원소 분석법(XPS; X-ray Photoelectron Spectroscopy)에 따른 데이터로서, 가로축은 박막(900)의 에칭 시간을 나타내고, 세로축은 원자의 농도를 나타낸다. 여기서, 박막(900)의 에칭 시간은 박막(900)의 깊이에 대응되는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 0초(0s)는 박막(900)의 표면에 대한 정보를 의미하고, 특정 에칭 시간은 에칭률(etching rate)에 따른 해당 시간 깊이에서의 원소의 종류 및 원자의 농도에 대한 정보를 의미한다.To explain this in detail, FIGS. 11 and 12 are data according to X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) that show the types of elements and the concentrations of atoms included in a thin film (900), where the horizontal axis represents the etching time of the thin film (900), and the vertical axis represents the concentration of atoms. Here, the etching time of the thin film (900) can be understood as corresponding to the depth of the thin film (900). For example, 0 seconds (0s) means information about the surface of the thin film (900), and a specific etching time means information about the types of elements and the concentrations of atoms at the corresponding time depth according to the etching rate.

도 11을 참조하면, 표면 처리 공정이 수행되지 않은 기판(W)에 박막(900)이 증착되는 경우 박막(900)은 산소 불순물을 포함할 수 있다. 산소의 농도를 나타내는 그래프(1310)를 참조하여 설명하면 박막(900)은 5% 이상의 산소 불순물을 포함할 수 있다. 박막(900)에 산소 불순물이 포함되는 경우 박막(900)의 품질이 저하될 수 있다.Referring to FIG. 11, when a thin film (900) is deposited on a substrate (W) on which a surface treatment process has not been performed, the thin film (900) may contain oxygen impurities. Referring to a graph (1310) showing the concentration of oxygen, the thin film (900) may contain 5% or more of oxygen impurities. When the thin film (900) contains oxygen impurities, the quality of the thin film (900) may deteriorate.

도 12를 참조하면, 표면 처리 공정이 수행된 기판(W)에 박막(900)이 증착되는 경우 박막(900)은 산소 불순물을 포함하지 않거나 적게 포함할 수 있다. 특히, 산소의 농도를 나타내는 그래프(1320)를 참조하여 설명하면 박막(900)의 특정 영역에서는 산소 불순물이 전혀 포함되어 있지 않을 수 있다. 박막(900)에 산소 불순물이 포함되어 있지 않음에 따라 박막(900)의 품질이 향상될 수 있다.Referring to FIG. 12, when a thin film (900) is deposited on a substrate (W) on which a surface treatment process has been performed, the thin film (900) may not contain oxygen impurities or may contain a small amount of oxygen impurities. In particular, referring to a graph (1320) showing the concentration of oxygen, a specific region of the thin film (900) may not contain any oxygen impurities at all. Since the thin film (900) does not contain oxygen impurities, the quality of the thin film (900) may be improved.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법을 나타낸 흐름도이다.Figure 13 is a flow chart showing a substrate processing method according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법은 기판(W)에 대한 제1 표면 처리 공정이 수행되는 단계(S1410), 제2 표면 처리 공정이 수행되는 단계(S1420), 제3 표면 처리 공정이 수행되는 단계(S1430) 및 표면 처리 공정이 완료된 기판(W)에 대한 박막 증착 공정이 수행되는 단계(S1440)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 13, a substrate treatment method according to an embodiment of the present invention may include a step (S1410) in which a first surface treatment process is performed on a substrate (W), a step (S1420) in which a second surface treatment process is performed, a step (S1430) in which a third surface treatment process is performed, and a step (S1440) in which a thin film deposition process is performed on the substrate (W) on which the surface treatment process is completed.

여기서, 제1 표면 처리 공정, 제2 표면 처리 공정 및 제3 표면 처리 공정은 박막(900)에 인접한 산화막(800)의 상부 영역(810)에서의 질소 농도 및 산소 농도를 제어하는 공정을 포함할 수 있다. 제1 표면 처리 공정, 제2 표면 처리 공정 및 제3 표면 처리 공정에 대해서는 전술하였으므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.Here, the first surface treatment process, the second surface treatment process, and the third surface treatment process may include a process for controlling the nitrogen concentration and the oxygen concentration in the upper region (810) of the oxide film (800) adjacent to the thin film (900). Since the first surface treatment process, the second surface treatment process, and the third surface treatment process have been described above, a detailed description thereof will be omitted.

본 발명에서 박막(900)은 질화티타늄(TiN)의 성분으로 구성된 것일 수 있다. 또한, 기판(W)의 표면에 존재하는 산소는 기판(W)의 표면에 형성된 산화막(800)에 포함된 것일 수 있다.In the present invention, the thin film (900) may be composed of a component of titanium nitride (TiN). In addition, the oxygen present on the surface of the substrate (W) may be included in the oxide film (800) formed on the surface of the substrate (W).

제1 표면 처리 공정, 제2 표면 처리 공정 및 제3 표면 처리 공정에 의해 산화막(800)의 상부 영역(810) 중 박막(900)에 접하는 산화막(800)의 상면은 상대적으로 질소 농도가 높고, 산소 농도가 매우 낮을 수 있다. 이로 인해, 산화막(800)에 형성된 박막(900)의 내부에 산화막(800)에 의한 산소 불순물이 포함되지 않거나 최소화될 수 있다.The upper surface of the oxide film (800) in contact with the thin film (900) among the upper region (810) of the oxide film (800) through the first surface treatment process, the second surface treatment process, and the third surface treatment process may have a relatively high nitrogen concentration and a very low oxygen concentration. As a result, oxygen impurities due to the oxide film (800) may not be included in the interior of the thin film (900) formed on the oxide film (800) or may be minimized.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the above and the attached drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical idea or essential characteristics thereof. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

10: 기판 처리 장치 100: 공정 챔버
110: 챔버 본체 120: 챔버 리드
200: 기판 지지부 300: 승강부
400: 가스 공급부 500: 가스 분사부
510: 확산부 520: 샤워헤드
600: 전력 공급부 700: 제어부
800: 산화막 900: 박막10: Substrate processing device 100: Process chamber
110: Chamber body 120: Chamber lid
200: substrate support 300: lift
400: Gas supply section 500: Gas injection section
510: Diffusion 520: Showerhead
600: Power supply unit 700: Control unit
800: Oxide film 900: Thin film

Claims (10)

산화막이 형성된 기판에 대한 공정을 위한 공정 처리 공간을 제공하는 공정 챔버; 및
상기 기판에 대한 공정을 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 제어부는 상기 기판에 박막을 증착하는 박막 증착 공정이 수행되기 이전에 상기 기판에 대한 표면 처리 공정이 수행되도록 하고,
상기 표면 처리 공정은 상기 박막에 인접한 상기 산화막의 상부 영역에서의 질소 농도 및 산소 농도를 제어하는 공정을 포함하는 기판 처리 장치.A process chamber providing a process treatment space for a process on a substrate on which an oxide film is formed; and
Including a control unit for controlling a process for the above substrate,
The above control unit causes a surface treatment process to be performed on the substrate before a thin film deposition process for depositing a thin film on the substrate is performed.
A substrate treatment device, wherein the surface treatment process includes a process for controlling nitrogen concentration and oxygen concentration in an upper region of the oxide film adjacent to the thin film. 제1 항에 있어서,
상기 산화막의 상부 영역의 하부에서 상기 박막의 방향으로 진행할수록 질소 농도는 증가하고, 산소 농도는 감소하는 기판 처리 장치.In the first paragraph,
A substrate processing device in which the nitrogen concentration increases and the oxygen concentration decreases as one proceeds in the direction of the thin film from the lower portion of the upper region of the oxide film. 제1 항에 있어서,
상기 박막은 질화티타늄(TiN)의 성분으로 구성된 것을 포함하는 기판 처리 장치.In the first paragraph,
A substrate processing device comprising a thin film composed of a titanium nitride (TiN) component. 산화막이 형성된 기판에 표면 처리 공정이 수행되는 단계; 및
상기 기판에 박막을 증착하는 박막 증착 공정이 수행되는 단계를 포함하되,
상기 표면 처리 공정은 상기 박막에 인접한 상기 산화막의 상부 영역에서의 질소 농도 및 산소 농도를 제어하는 공정을 포함하는 기판 처리 방법.A step in which a surface treatment process is performed on a substrate on which an oxide film is formed; and
Including a step of performing a thin film deposition process for depositing a thin film on the above substrate,
A substrate treatment method, wherein the surface treatment process includes a process of controlling nitrogen concentration and oxygen concentration in an upper region of the oxide film adjacent to the thin film. 제4 항에 있어서,
상기 표면 처리 공정은,
제1 표면 처리 가스가 상기 기판에 분사되는 제1 표면 처리 공정;
제2 표면 처리 가스가 상기 기판에 분사되는 제2 표면 처리 공정; 및
제3 표면 처리 가스가 상기 기판에 분사되는 제3 표면 처리 공정을 포함하는 기판 처리 방법.In the fourth paragraph,
The above surface treatment process is,
A first surface treatment process in which a first surface treatment gas is sprayed onto the substrate;
A second surface treatment process in which a second surface treatment gas is sprayed onto the substrate; and
A substrate treatment method comprising a third surface treatment process in which a third surface treatment gas is sprayed onto the substrate. 제5 항에 있어서,
상기 제1 표면 처리 가스는 제1 가스 및 제2 가스를 포함하고,
상기 제2 표면 처리 가스는 상기 제2 가스 및 제3 가스를 포함하고,
상기 제3 표면 처리 가스는 상기 제2 가스를 포함하는 기판 처리 방법.In clause 5,
The above first surface treatment gas includes a first gas and a second gas,
The second surface treatment gas comprises the second gas and the third gas,
A substrate processing method wherein the third surface treatment gas comprises the second gas. 제6 항에 있어서,
상기 제1 가스는 암모니아(NH3)를 포함하고, 상기 제2 가스는 질소(N2)를 포함하고, 상기 제3 가스는 아르곤(Ar)을 포함하는 기판 처리 방법.In Article 6,
A substrate processing method, wherein the first gas comprises ammonia (NH 3 ), the second gas comprises nitrogen (N 2 ), and the third gas comprises argon (Ar). 제5 항에 있어서,
상기 제3 표면 처리 공정에서 이용되는 제2 가스의 유량은 상기 제1 표면 처리 공정 및 상기 제2 표면 처리 공정에서 각각 이용되는 제2 가스의 유량에 비하여 많게 형성되는 기판 처리 방법.In clause 5,
A substrate processing method in which the flow rate of the second gas used in the third surface treatment process is formed to be greater than the flow rate of the second gas used in each of the first surface treatment process and the second surface treatment process. 제5 항에 있어서,
상기 제1 표면 처리 공정은 제1 RF 전력에 의해 상기 제1 표면 처리 가스가 플라즈마 상태로 변환되는 공정을 포함하고,
상기 제2 표면 처리 공정은 제2 RF 전력에 의해 상기 제2 표면 처리 가스가 플라즈마 상태로 변환되는 공정을 포함하고,
상기 제3 표면 처리 공정은 제3 RF 전력에 의해 상기 제3 표면 처리 가스가 플라즈마 상태로 변환되는 공정을 포함하고,
상기 제1 내지 제3 RF 전력 중 상기 제3 RF 전력이 가장 크고, 상기 제1 RF 전력이 가장 작은 기판 처리 방법.In clause 5,
The first surface treatment process includes a process in which the first surface treatment gas is converted into a plasma state by the first RF power,
The second surface treatment process includes a process in which the second surface treatment gas is converted into a plasma state by second RF power,
The third surface treatment process includes a process in which the third surface treatment gas is converted into a plasma state by third RF power,
A substrate processing method wherein among the first to third RF powers, the third RF power is the greatest and the first RF power is the smallest. 제5 항에 있어서,
상기 제1 표면 처리 공정은 제1 시간 동안 진행되고,
상기 제2 표면 처리 공정은 제2 시간 동안 진행되고,
상기 제3 표면 처리 공정은 제3 시간 동안 진행되고,
상기 제1 내지 제3 시간은 동일한 기판 처리 방법.In clause 5,
The above first surface treatment process is performed for a first hour,
The above second surface treatment process is carried out for a second time,
The above third surface treatment process is carried out for a third time,
The first to third times above are the same substrate processing method.
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