KR0180783B1 - 고유전 특성을 가진 에스.티.오 및 비.티.오 박막제조방법과 그 장치 - Google Patents

고유전 특성을 가진 에스.티.오 및 비.티.오 박막제조방법과 그 장치

Info

Publication number
KR0180783B1
KR0180783B1 KR1019950033877A KR19950033877A KR0180783B1 KR 0180783 B1 KR0180783 B1 KR 0180783B1 KR 1019950033877 A KR1019950033877 A KR 1019950033877A KR 19950033877 A KR19950033877 A KR 19950033877A KR 0180783 B1 KR0180783 B1 KR 0180783B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thin film
sto
reaction
bto
gas
Prior art date
Application number
KR1019950033877A
Other languages
English (en)
Other versions
KR970023821A (ko
Inventor
백용구
Original Assignee
김주용
현대전자산업주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김주용, 현대전자산업주식회사 filed Critical 김주용
Priority to KR1019950033877A priority Critical patent/KR0180783B1/ko
Priority to US08/729,676 priority patent/US5670218A/en
Priority to GB9620757A priority patent/GB2305940B/en
Priority to JP26480596A priority patent/JP3218304B2/ja
Priority to DE19641058A priority patent/DE19641058C2/de
Priority to CN96121174A priority patent/CN1069112C/zh
Priority to GB9918955A priority patent/GB2336850B/en
Publication of KR970023821A publication Critical patent/KR970023821A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR0180783B1 publication Critical patent/KR0180783B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H01L21/02197—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides the material having a perovskite structure, e.g. BaTiO3
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45565—Shower nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45587—Mechanical means for changing the gas flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

본 발명은 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 제조방법 및 그 장치에 관한 것으로, 박막 제조장치에 RF 파워를 인가하여 플라즈마를 여기시킴으로써 다원계의 STO 또는 BTO용 반응원료들이 증착반응에 쉽게 참여할 수 있도록 물리적 에너지로 해리반응을 조장하고, 플라즈마를 형성함으로써 해리된 반응원료 이온들이 매우 낮은 압력에서 고온으로 증착반응을 일으킬 수 있도록 조장하는 공정조건을 설정하며, 반응원료들이 열화반응없이 재현성 있게 반응로에 도달하게 해주는 방식으로 원료를 공급하며, STO 또는 BTO 박막용 원료들의 대부분이 실온에서 고체이거나 액체형태임에 따라 이들 반응원료가 기화되어 공급될 때, 가스관에 남아 있을 수 있는 잔류가스를 제거하면서 STO 또는 BTO 박막을 증착함으로써 고유전 특성을 가진 양호한 박막을 형성하는 기술이다.

Description

고유전 특성을 가진 에스.티.오(STO) 및 비.티.오(BTO) 박막 제조방법과 그 장치
제1도는 본 발명의 방법에 따른 STO 및 BTO 박막증착용 장치의 구성을 도시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 히터 2 : RF 일렉트로드용 플레이트
3 : 웨이퍼 4 : 샤워헤드(Shower head)
5 : 배플 가이드(Baffle guide) 6 : 매니폴드(Manifold)
7 : 퍼지라인(Purge line) 8 : 온도 조절용 매스흐름 입·출구
9 : 매스 플로우 경로 10 : 쳄버 몸체부
BA,BC : 아민기 첨가용 솔벤트 케미컬
BB : Sr 소오스용 프리커서(Precursor)
CA : N2실린더 CB : CF4(또는 C2F6, F6) 실린더
CC : Ar 실린더 CD : N2O 실린더
CE : O2실린더
본 발명은 고유전 특성을 가진 에스.티.오(STO;Strontium Titanate SrTiO3; 이하 STO라 칭함.) 및 비.티.오(BTO;Barium Titanate SrTiO3; 이하 BTO라 칭함.) 박막 제조방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 아민(Amin)기를 리건드(ligand)로 합성한 Sr 또는 Ba 소오스용 프리커서(Precusser)를 반응원료를 사용하며, 저압에서 고온으로 플라즈마를 여기시켜 STO 박막 또는 BTO 박막을 증착함으로써 고유전 특성을 가진 양호한 STO 박막 및 BTO 박막특성을 얻을 수 있는 고유전 STO 박막 및 BTO 박막 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 256M 및 1G 디램급 이상의 초고집적 반도체소자 캐패시터(Capacitor) 유전체막으로 STO 박막 또는 BTO 박막을 사용할 경우, 초고집적 소자에서도 낮은 높이의 전하저장전극(Storage Node)으로도 소자 작동에 필요한 충분한 충전용량(Capcitance)를 확보할 수 있으므로써, 공정을 단순화시킬 수 있고, 초고집적 소자 개발을 가능케 하며, 생산시 제조원자를 낮출수 있는 특징이 있다.
고유전 특성을 가진 STO 박막 또는 BTO 박막을 제조하는 종래의 방법으로서, STO 또는 BTO 타켓을 이용한 스퍼터(Sputter) 방법과 반응원료를 유기용매에 녹여 코팅(Coating)하는 솔-겔(Sol-Gel)법 등이 주로 사용되어 오고 있다.
상기 종래의 방법들에 있어서, 성막된 박막이 초고집적 반도체소자 제조공정으로 응용되기에는 미세패턴상에서 피복성 문제, 치밀하지 않은 박막구조, 전기적 신뢰성등의 많은 문제점을 안고 있다.
또한, 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 방법으로의 STO 박막 또는 BTO 박막 제조방법도 개발되고 있으나, 적용가능하고 완벽한 특성을 가지지 못하고 있으며, 특히 낮은 압력에서 플라즈마를 여기시켜 고온으로 박막을 증착하는 CVD 공정은 매우 어렵다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 박막 제조장치에 공급되는 여러 성분의 반응원료에 알.에프(Radio Frequency; 이하 RF라 칭함) 파워를 인가하여 플라즈마를 여기시킴으로써, 다원계의 반응원료들이 증착반응에 쉽게 참여할 수 있는 상태가 되도록 물리적 에너지로 해리반응을 조장하고, 해리된 반응원료 이온들이 매우 낮은 압력에서 고온으로 증착반응을 일으킬 수 있도록 조장하는 공정조건을 설정하며, 반응원료들이 열화반응없이 재현성 있게 반응로에 도달하게 해주기 위해 아민기를 리건드(Ligand)로 붙여 공급하는 방식을 취하며, 고온에서 기화된 반응원료들의 기상반응을 억제하기 위한 샤워헤드의 온도제어 수단을 구비하고, 가스라인에 잔존하는 전류가스를 제거하면서 박막을 증착함으로써, 고유전 특성을 가진 양호한 STO 박막 또는 BTO 박막을 형성할 수 있는 고유전 STO 박막 및 BTO 박막 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 제조방법에 있어서, 벽면으로 내부를 둘러싸는 쳄버 몸체부와, 상기 쳄버 몸체부의 상부에 위치하며 박막형성용 반응원료가 삽입되는 매니폴드와, 상기 매니폴드내의 반응원료를 가스상태로 변화시켜 웨이퍼상에 분사시키는 샤워헤드와, 상기 샤워헤드와 웨이퍼 및 히터블럭 주위를 감싸며 상기 샤워헤드에서 분사된 가스가 넓게 확산되거나 진공포트 등으로 빨리 빠져 나가지 못하도록 하는 배플 가이드와, 웨이퍼의 상부에 위치하여 플라즈마를 형성할 수 있는 RF 일렉트로드용 플레이트를 구비하는 STO 및 BTO 박막 증착장치를 이용하여 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 제조하는 방법으로서, 상기 RF 일렉트로드용 플레이트에 RF 파워를 인가하여 플라즈마를 여기시킴으로써 다원계의 STO 또는 BTO용 반응원료들이 증착반응에 쉽게 참여할 수 있는 이온상태가 생성되도록 물리적 에너지로 해리반응을 유도하는 단계와, 상기 여기된 플라즈마에 의해 해리된 반응원료 이온들이 낮은 압력에서 고온으로 증착반응을 일으킬 수 있도록 공정조건을 설정하는 단계와, 상기 반응원료들이 저증기압과 고온하에서 열화반응없이 반응로에 공급되도록 아민기를 리건드로 붙여 반응원료를 공급하는 단계와, 고온에서의 열화반응 및 기상반응을 억제하기 위해 샤워헤드까지의 온도제어 수단을 구비하는 단계와, 반응로 내부에서 가스관에 남아있는 기화된 반응원료의 잔류가스를 퍼징가스로 사용하여 제거하면서 STO 또는 BTO 박막을 증착하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징은 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 증착장치에 있어서, 장치의 내부공간을 형성하기 위해 벽면으로 내부를 둘러싸는 쳄버 몸체부와, 상기 쳄버 몸체부의 상부에 위치하며 박막형성용 반응원료가 삽입되는 매니폴드와, 상기 매니폴드내의 반응원료를 가스상태로 변화시켜 웨이퍼상에 분사시키는 샤워헤드와, 상기 샤워헤드와 웨이퍼 및 히터블럭 주위를 감싸며 상기 샤워헤드에서 분사된 가스가 넓게 확산되거나 진공포트 등으로 빨리 빠져 나가지 못하도록 하는 배플 가이드와, 웨이퍼의 상부에 위치하여 플라즈마를 형성할 수 있는 RF 일렉트로드용 플레이트를 구비함에 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 상세한 설명을 하기로 한다.
제1도는 본 발명의 방법에 따른 박막증착용 장치의 구성을 도시한 단면도이다.
먼저, 본 발명에 따른 박막증착용 장치의 주요구성 부분을 살펴보기로 한다.
본 발명에 따른 박막 증착장치는 장치의 내부공간을 형성하기 위해, 벽면으로 내부를 둘러싸는 형태의 쳄버 몸체부(10)가 원형 또는 기타 다른 형상으로 형성되어 그 내부에 웨이퍼(3)를 수용하고, 수용된 웨이퍼(3)상에 박막을 증착하기 위한 내부공간을 형성하고 있다.
상기 쳄버 몸체부(10)의 상부에 반응원료가 쳄버내부로 유입되는 통로인 매니폴드(Manifold)(6)가 형성된다.
또한, 상기 매니폴드(6)의 하부에 가스상태의 원료를 분사시키는 가스 샤워헤드(Sher head)(4)를 설치하여 상기 매니폴드(6)로부터 나온 박막형성용 반응원료를 가스상태로 변화시켜 웨이퍼(3)상에 분사시킨다.
쳄버내부의 웨이퍼(3) 및 상기 샤워헤드(4)를 둘러싸는 원통형의 배플 가이드(5)는 상기 샤워헤드(4)에서 분사된 가스가 넓게 확산되거나 진공포트(Vaccum port) 등으로 빨리 빠져 나가지 못하도록 하고 있다.
또한, 웨이퍼(3)의 상부로 RF 일렉트로드용 플레이트(Plate)(2)를 구비하여 플라즈마를 형성할 수 있도록 하고 있다.
상기 박막증착 장치에 있어서, 유기물과 수분이 휘발되고 안정한 STO 박막을 얻기위해 히터(1)에서 직접 열전하여 약 500∼600℃의 고온으로 웨이퍼(3)를 가열한다.
또한, 가스흐름을 제어하고 증착반응에 참여하는 가스효율을 증가시키며, 플라즈마가 넓게 확장되는 것을 방지하기 위하여 배플 가이드(5)를 쳄버내부에 설치하여 1Torr 이하의 압력을 유지시킨다.
가스 상태의 반응원료를 분사시키는 샤워헤드(4)에서 분사된 가스의 흐름과 무관하게 플라즈마를 여기시키기 위해 직경 1mm 와이어(wire) 형태의 2∼3mm 간격으로 배열된 메쉬(mesh)형의 RF 일렉트로드용 플레이트(2)를 사용하여 다원계 반응원료의 해리반응을 조장하기 위한 0.5∼1W/Cm2의 낮은 RF 파워를 사용한다.
또한 웨이퍼(3)내에 증착되는 박막의 균일도를 향상시키기 위해 샤워헤드(4)와 RF 일렉트로드용 플레이트(2)의 간격을 10∼50mm 유지할 수 있고, RF 일렉트로드용 플레이트(2)와 웨이퍼(3)와의 간격을 3∼10mm 정도 유지시키도록 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 박막증착용 장치로 고유전 특성을 가진 신뢰성있는 STO 박막 또는 BTO 박막을 증착하기 위한 박막 증착방법은 크게 다음 몇가지로 나누어 설명할 수 있다.
즉, 반응원료와 상기 반응원료의 공급방식과 관련한 부분, 박막증착과 관련된 부분, 박막증착의 재현성과 관련된 부분등으로 구분하여 설명할 수 있다.
첫번째로 반응원료 및 공급방식과 관련하여 설명하기로 한다.
먼저, Sr 소오스 또는 Ba 소오스는 대부분이 실온에서 고체상태를 유지하고 있으며, Ti 소오스는 실온에서 액체상태를 유지하고 있다.
이때, 상기 Sr 소오스의 대표적인 것으로 Sr(thd)2, Sr(i-O-Pr)2등이 될 수 있고, Ba 소오스의 대표적인 것으로 Ba(thd)3, Sr(i-O-Pr)3등이 될 수 있고, Ti 소오스의 대표적인 것으로 Ti(i-O-Pr)4을 들 수 있다.
따라서, 상기 Sr 소오스 또는 Ba 소오스의 반응원료를 반응로(Reactor)까지 공급하기 위해서는 먼저, Sr 소오스 또는 Ba 소오스(BB)를 일정온도로 가열 유지할 수 있는 이소서멀 캐비넷(Isothermal Cabinet)에 보관하여 약 150℃∼200℃로 가열하여 Sr 소오스 또는 Ba 소오스가 승화(Subimation)될 수 있도록 한다.
Sr 소오스 또는 Ba 소오스를 반응로로 열적, 화학적으로 안정하게 공급하기 위한 방법으로 아민기 예컨데, NET3, NH3, NH2R(여기서 R은 알킬기를 통칭함)을 갖는 케미컬(Chemical)(BA)을 일정온도 예컨데, 약 50∼100℃로 가열하고, N2가스(CA)로 버블링(Bubbling)시켜 아민기를 갖고 있는 케미컬이 Sr 소오스 또는 Ba 소오스와 접촉, 반응하여 Sr 소오스 또는 Ba 소오스 프리커서(Precursor; 전구체)에 리건드(Ligand)로 달라붙은 화학반응을 일으키게 되며, 아민기가 붙어있는 기화된 Sr 소오스 또는 Ba 소오스는 고온에서도 열적, 화학적으로 안정하여 높은 증기압을 갖게 된다.
이때, STO 박막 또는 BTO 박막을 증착속도를 조절하기 위한 방법으로 Sr 소오스 또는 Ba 소오스 공급량을 조절하며, N2가스(CA) 유량속도와 아민기 케미컬(BA)의 히팅온도, Ba 또는 Sr 소오스의 히팅온도로써 조절할 수 있다.
다음, Ti 소오스는 Ti(i-O-Pr)4를 사용하며, Ti 소오스의 공급량 조절은 히팅온도와 N2가스(CA) 유량속도로 조절한다.
산화반응을 위한 산화 첨가제로서는 N2O 혹은 O2가스(CD)를 사용하여 반응로에 공급한다.
기화된 Ba 또는 Sr 소오스 또는 Ti 소오스가 반응로까지 안정하게 도달되게 하기 위해 개별 가스관을 사용하며, 각각의 가스관 온도가 150℃∼200℃, 50℃∼100℃가 되도록 가열한다.
Ba 또는 Sr 소오스 또는 Ti 소오스 및 N2O(혹은 O2)는 매니폴드(6)에서 혼합되며, 기화된 반응원료의 열화반응을 억제하기 위해 약 200℃ 부근의 온도로 가열하며, 개별 Ba, Sr, Ti, N2O 가스관은 매니폴드(6)에서 섞여 반응로 샤워헤드(4)로 인입된다.
기화된 반응원료를 웨이퍼(3) 위에 일정하게 분사시키기 위한 샤워헤드(4)에 혼합된 반응원료가 인입될 때, 웨이퍼(3)를 고온으로 가열하기 위한 히터(1)에서 열이 전도되어 고온으로 됨에 따라 기상반응을 일으킬 수 있으므로 샤워헤드를 약 200℃∼250℃의 온도범위로 조절한다. 이를 위해 냉각매체로 예컨데, 물, 오일, 에어, N2등이 최외곽단 플레이트내에서 (8→9→8) 경로를 따라 골고루 흐르도록 한다.
다음, 두번째로 증착관련 부분에 대해 살펴보기로 한다.
기화된 다원계 반응원료를 STO 박막 또는 BTO 박막으로 형성시키기 위해 고온의 저압에서 플라즈마를 여기시켜 증착하면, 양호한 피복성과 치밀한 박막구조, 균일조성을 가진 고유전 특성을 가진 양호한 박막을 얻을 수 있다.
따라서, C, O, H 원소를 가진 유기물계 반응원료를 사용함에 따라, 각각의 증착반응에 참여하는 반응 활성화 에너지 차이가 크며, 순수한 열에너지를 인가하여 증착반응을 유도하면, 일부 원소가 미량으로 증착되는 어려움이 있다.
따라서, 개별 반응원료의 반응 활성화 에너지 차이를 감소시키기 위한 방법으로는 RF 파워를 인가하여 플라즈마를 여기시키는 방법이 있다.
즉, 13.56MHz의 고주파를 0.5∼1Watt/Cm2정도의 낮은 파워 밀도로 샤워헤드(4)에 인가가면, RF 파워는 샤워헤드(4)와 접속된 RF 일렉트로드용 플레이트 로드(Plate Rod)(2-R)와 RF 일렉트로드용 플레이트(2)에 동일 포텐셜(Potential)로 인가되게 된다.
그러나, 웨이퍼(3)를 가열하기 위한 히터(1)를 그라운드(Ground)로 연결되면 샤워헤드(4)와 무관하게 RF 일렉트로드용 플레이트(2)(웨이퍼(3) 포함)와 히터(1) 사이에서 플라즈마가 형성된다.
이때, 양호한 특성을 가진 STO 박막 또는 BTO 박막을 얻기위한 공정조건 변경 변수로서, 샤워헤드(4)와 웨이퍼(3) 사이의 갭 스페이싱(Gap spacing)을 조절할 수 있고, 낮은 RF 파워 밀도에서도 쉽게 플라즈마가 형성될 수 있도록 RF 일렉트로드용 플레이트(2)의 샤워헤드(4)와의 거리와 무관하게 웨이퍼(3)와의 근접거리로 일정 간격으로 유지할 수 있다.
또한, 증착되는 박막이 양호한 피복성을 갖고 유기물과 수분 성분이 휘발된 치밀한 박막구조를 갖도록 하기 위해 약 1Torr 이하의 저압의 공정조건을 유지할 때, 샤워헤드(4)와 웨이퍼(3) 사이에서 가스흐름이 불균일 해지고 증착반응 참여 효율이 저하되는 현상과 플라즈마가 확장되어 불필요한 곳에서 부산물(By-product)로 STO 또는 BTO가 증착되는 것을 방지하기 위해 히터(1)에서 3∼5mm 간격 떨어진 전기 절연성 재질 예컨데, 세라믹, 석영 등의 절연성 재질로 된 배플 가이드(Baffle Guide)(5)를 사용한다.
이때, 대부분의 Ba 또는 Sr, Ti 소오스에는 많은 량의 카본(Carbon)과 산소, 수소 등을 내포하고 있으므로, 양호한 박막을 얻기 위해선 500℃ 이상의 고온에서 산화제 예컨데, O2, N2O 등과 같은 산화제를 첨가하여 유기물과 수분등의 불순물을 제거할 수 있다.
웨이퍼(3)를 500℃ 이상의 고온으로 가열하기 위해 웨이퍼(3)가 직접 접촉되어 열전달될 수 있는 히터(Heater)(1)를 사용한다.
세번째로, 증착되는 STO 또는 BTO 박막이 웨이퍼(3) 대 웨이퍼(3) 및 런 투 런(Run To Run)으로 양호한 재현성을 확보하기 위해서, 증착공정 이후에 가스관에 흡착되어 잔존하는 가스와 RF 일렉트로드용 플레이트(2)에 증착된 STO 또는 BTO 박막이 제거되어야 한다.
증착공정 후에 가스관에 잔존하는 가스를 제거하기 위한 퍼징(Purging) 공정은, N2가스(CA)나 N2캐리어(Carrier) 가스로 기화된 아민기 케미컬(BA)을 이용하여 Ti 소오스용 가스관, Sr 또는 Ba 소오스용 가스관에 불어 넣어주어 매니폴드(6)에서 집합되어 반응로와는 무관하게 퍼지라인(7)을 통해 펌프로 일정시간 예컨데, 수십초 내지 수분간 배출시킨다.
상기 퍼징가스의 흐름은 다음과 같은 경로로 이뤄진다.
먼저, Sr 또는 Ba 소오스 라인 퍼지경로를 살펴보면, N2가스관(CA)에서 아민기 케미컬(BA)을 버블링하여, Sr 또는 Ba 소오스용 프리커서 용기(BB)를 지나 매니폴드(6)에서 퍼지라인(7)을 통해 펌프로 배출된다.
다음, Ti 소오스 라인 퍼지 경로를 살펴보면, N2가스관(CA)에서 Ti 소오스용 프리커서 용기(BC)를 지나 매니폴드(6)에서 퍼징라인(7)을 통해 펌프로 소진된다.
한편, 이전 박막증착 공정중에 증착된 RF 일렉트로드용 플레이트(2) 위의 STO 또는 BTO 박막을 제거하기 위해 웨이퍼(3) 로우딩(Loading) 없이 RF 일렉트로드용 플레이트(2)와 히터(1) 사이에 CF4나 C2F6, NF3, SF6, CCl4와 O2를 불어 넣어주면서 플라즈마를 여기시켜 RF 일렉트로드용 플레이트(2) 위의 STO 또는 BTO 박막을 제거시킨다. 상기와 같이 함으로써, 다음 증착공정중에 웨이퍼(3) 위에 형성되는 플라즈마의 포텐셜을 동일하게 유지할 수 있으며, 양호한 재현성을 확보할 수 있다.
이상에서 상술한 바와 같이, 아민기를 리건드로 인-시튜(in-situ) 합성한 Sr 또는 Ba 소오스용 프리커서를 반응원료로 사용하며, 저압, 고온으로 플라즈마를 여기시켜 STO 또는 BTO 박막을 증착함으로써, 치밀한 박막, 양호한 피복성, 조성제어가 용이한, 불순물이 배제된 양호한 고유전 특성을 가진 STO 또는 BTO 박막 특성을 얻을 수 있다.
또한, 반응로와 무관하게 가스관에 잔존하는 반응원료를 퍼징함으로써 재현성을 확보할 수 있으며, 배플 가이드와 RF 일렉트로드용 플레이트를 사용하여 증착반응의 효율을 증가시키며, 불안전한 반응에 의해 형성된 부산물이 웨이퍼에 달라 붙지 않게 할 수 있다.

Claims (14)

  1. 벽면으로 내부를 둘러싸는 쳄버 몸체부와, 상기 쳄버 몸체부의 상부에 위치하며 박막형성용 반응원료가 삽입되는 매니폴드와, 상기 매니폴드내의 반응원료를 가스상태로 변화시켜 웨이퍼상에 분사시키는 샤워헤드와, 상기 샤워헤드와 웨이퍼 및 히터블럭 주위를 감싸며 상기 샤워헤드에서 분사된 가스가 넓게 확산되거나 진공포트 등으로 빨리 빠져 나가지 못하도록 하는 배플 가이드와, 웨이퍼의 상부에 위치하여 플라즈마를 형성할 수 있는 RF 일렉트로드용 플레이트를 구비하는 STO 및 BTO 박막 증착장치를 이용하여 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 제조하는 방법으로서, 상기 RF 일렉트로드용 플레이트에 RF 파워를 인가하여 플라즈마를 여기시킴으로써 다원계의 STO 또는 BTO용 반응원료들이 증착반응에 쉽게 참여할 수 있는 이온상태가 생성되도록 물리적 에너지로 해리반응을 유도하는 단계와, 상기 여기된 플라즈마에 의해 해리된 반응원료 이온들이 낮은 압력에서 고온으로 증착반응을 일으킬 수 있도록 공정조건을 설정하는 단계와, 상기 반응원료들이 저증기압과 고온하에서 열화반응없이 반응로에 공급되도록 아민기를 리건드로 붙여 반응원료를 공급하는 단계와, 고온에서의 열화반응 및 기상반응을 억제하기 위해 샤워헤드까지의 온도제어 수단을 구비하는 단계와, 반응로 내부에서 가스관에 남아있는 기화된 반응원료의 잔류가스를 퍼징가스로 사용하여 제거하면서 STO 또는 BTO 박막을 증착하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 퍼징가스로 기화된 아민기 케미컬 또는 N2가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 퍼징가스는 반응로에 인접된 매니폴드를 통하여 곧바로 펌프로 배출되는 것을 특징으로 하는 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 제조방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기화된 반응원료 및 퍼징용 가스가 가스관 및 배기관에서 재응측이 일어나는 것을 방지하기 위해 가스관 내부온도를 200∼300℃로 유지되게 하는 것을 특징으로 하는 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 박막증착 과정중 반응원료들간의 기상반응에 의해 파티클이 형성되는 것을 방지하기 위해 샤워헤드를 일정온도의 고온으로 유지시키고, 반응원료에 교류형 RF 파워를 인가하는 것을 특징으로 하는 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 샤워헤드의 온도는 200∼250℃에서 제어되도록 하는 것을 특징으로 하는 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 배플 가이드 및 RF 일렉트로드용 플레이트에 형성된 박막을 CF4나 C2F6, NF3, SF6와 O2를 플라즈마로 여기시켜 식각시키는 것을 특징으로 하는 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 제조방법.
  8. 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 증착장치에 있어서, 장치의 내부공간을 형성하기 위해, 벽면으로 내부를 둘러싸는 쳄버 몸체부와, 상기 쳄버 몸체부의 상부에 위치하며 박막형성용 반응원료가 삽입되는 매니폴드와, 상기 매니폴드내의 반응원료를 가스상태로 변화시켜 웨이퍼상에 분사시키는 샤워헤드와, 상기 샤워헤드와 웨이퍼 및 히터블럭 주위를 감싸며 상기 샤워헤드에서 분사된 가스가 넓게 확산되거나 진공포트 등으로 빨리 빠져 나가지 못하도록 하는 배플 가이드와, 웨이퍼의 상부에 위치하여 플라즈마를 형성할 수 있는 RF 일렉트로드용 플레이트가 구비되는 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 증착장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 매니폴드 내부에 온도저하에 의해 상온에서 액체 및 고체상태인 반응원료가 다시 응축되는 것을 방지하기 위해 내부 온도를 일정온도로 가열 또는 제어하는 장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 증착장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 RF 일렉트로드용 플레이트는 직경 0.5∼1.5mm 정도의 와이어가 2∼3mm 간격으로 배열된 것을 특징으로 하는 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 증착장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 RF 일렉트로드용 플레이트는 그물(mesh) 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 증착장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 배플 가이드는 원통형상의 절연물질로 형성된 것을 특징으로 하는 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 증착장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 절연물질은 세라믹 또는 석영중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 증착장치.
  14. 제8항 또는 제12항에 있어서, 상기 배플 가이드의 하부단부와 웨이퍼가 놓이는 하부기판 사이의 간격은 3∼5mm 인 것을 특징으로 하는 고유전 특성을 가진 STO 및 BTO 박막 증착장치.
KR1019950033877A 1995-10-04 1995-10-04 고유전 특성을 가진 에스.티.오 및 비.티.오 박막제조방법과 그 장치 KR0180783B1 (ko)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019950033877A KR0180783B1 (ko) 1995-10-04 1995-10-04 고유전 특성을 가진 에스.티.오 및 비.티.오 박막제조방법과 그 장치
US08/729,676 US5670218A (en) 1995-10-04 1996-10-03 Method for forming ferroelectric thin film and apparatus therefor
GB9620757A GB2305940B (en) 1995-10-04 1996-10-04 Method for forming ferroelectric thin film
JP26480596A JP3218304B2 (ja) 1995-10-04 1996-10-04 高誘電薄膜製造法
DE19641058A DE19641058C2 (de) 1995-10-04 1996-10-04 Verfahren zur Bildung eines ferroelektrischen Dünnfilms und Vorrichtung dafür
CN96121174A CN1069112C (zh) 1995-10-04 1996-10-04 形成铁电薄膜的方法及其设备
GB9918955A GB2336850B (en) 1995-10-04 1996-10-04 Apparatus for forming ferroelectric thin film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019950033877A KR0180783B1 (ko) 1995-10-04 1995-10-04 고유전 특성을 가진 에스.티.오 및 비.티.오 박막제조방법과 그 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR970023821A KR970023821A (ko) 1997-05-30
KR0180783B1 true KR0180783B1 (ko) 1999-04-15

Family

ID=19429164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019950033877A KR0180783B1 (ko) 1995-10-04 1995-10-04 고유전 특성을 가진 에스.티.오 및 비.티.오 박막제조방법과 그 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR0180783B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100474133B1 (ko) * 2002-05-02 2005-03-08 주성엔지니어링(주) 플라즈마화학기상증착장치
KR100584998B1 (ko) * 2003-12-29 2006-05-29 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 강유전체 캐패시터 제조방법
KR101147908B1 (ko) * 2005-08-29 2012-05-25 주성엔지니어링(주) 월라이너를 포함하는 기판제조장치
KR20150131466A (ko) * 2014-05-14 2015-11-25 광운대학교 산학협력단 Bto 미세 패턴 형성 방법

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4666912B2 (ja) * 2001-08-06 2011-04-06 エー・エス・エムジニテックコリア株式会社 プラズマで補強した原子層蒸着装置及びこれを利用した薄膜形成方法
KR100460304B1 (ko) * 2002-07-26 2004-12-04 주식회사 선익시스템 유기이엘 디스플레이의 박막형성 시스템
KR100734744B1 (ko) * 2006-01-11 2007-07-03 주식회사 아이피에스 다성분계 고유전체의 박막 증착 방법
CN113690051B (zh) * 2021-06-30 2023-03-31 中国科学院深圳先进技术研究院 具有超晶格结构和超高储能效率的多组分弛豫铁电薄膜材料及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100474133B1 (ko) * 2002-05-02 2005-03-08 주성엔지니어링(주) 플라즈마화학기상증착장치
KR100584998B1 (ko) * 2003-12-29 2006-05-29 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 강유전체 캐패시터 제조방법
KR101147908B1 (ko) * 2005-08-29 2012-05-25 주성엔지니어링(주) 월라이너를 포함하는 기판제조장치
KR20150131466A (ko) * 2014-05-14 2015-11-25 광운대학교 산학협력단 Bto 미세 패턴 형성 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR970023821A (ko) 1997-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3218304B2 (ja) 高誘電薄膜製造法
US6539891B1 (en) Chemical deposition reactor and method of forming a thin film using the same
KR20010096229A (ko) 반도체 소자의 극박막 형성장치 및 그 형성방법
US5935336A (en) Apparatus to increase gas residence time in a reactor
US20020192370A1 (en) Deposition reactor having vaporizing, mixing and cleaning capabilities
US20010054388A1 (en) Single-substrate-film-forming method and single-substrate-heat-processing apparatus
KR20020089341A (ko) 기재상에 하나 이상의 층을 증착하기 위한 장치와 방법
JP2001059176A (ja) 成膜方法および成膜装置
KR0180783B1 (ko) 고유전 특성을 가진 에스.티.오 및 비.티.오 박막제조방법과 그 장치
US6485564B1 (en) Thin film forming method
KR100377096B1 (ko) 개선된 샤워헤드를 구비한 반도체 제조장치
JPH09115836A (ja) 薄膜蒸着装置
JP2004323894A (ja) ガス供給安定化器、気相成長装置および気相成長方法
KR19990013831A (ko) 산화물 세라믹 박막 제조 방법
KR0164071B1 (ko) 고유전 특성을 가진 비.에스.티 박막제조방법
US6419994B1 (en) Methods of chemical vapor deposition
KR20030018107A (ko) 반도체 제조장치
KR100425672B1 (ko) 복합산화물박막제조용화학기상증착장치
JPH11236675A (ja) 薄膜形成装置および薄膜形成方法
JP2007059735A (ja) 半導体装置の製造方法および基板処理装置
KR100712435B1 (ko) Ｂｓｔ박막 제조방법 및 이에 사용되는 기화기
KR20020009215A (ko) 화학 기상 증착 챔버로의 가스 공급을 위한 기화 장치
JP2003318171A (ja) 成膜方法
JP4112314B2 (ja) 酸化物超電導導体製造ｃｖｄ反応装置用液体原料供給装置及び酸化物超電導導体の製造方法
TW504738B (en) Atomic layer deposition method and semiconductor device fabricating apparatus having rotatable gas injectors

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20061122

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee