KR100275738B1 - 원자층 증착법을 이용한 박막 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 박막 제조 방법은 기판이 로딩된 챔버를 일정 압력 및 일정 온도로 유지하면서 제1 반응물을 주입하여 상기 기판 상에 상기 제1 반응물을 화학흡착시킨 후 상기 챔버를 퍼지하거나 펌핑하여 상기 화학흡착된 제1 반응물 상에 물리 흡착된 제1 반응물을 제거한다. 이어서, 상기 챔버에 다시 상기 제1 반응물을 주입하여 상기 기판 상에 제1 반응물을 조밀하게 흡착시킨 후, 상기 챔버를 퍼지하거나 펌핑하여 상기 조밀하게 화학흡착된 제1 반응물 상에 물리 흡착된 제1 반응물을 제거한다. 다음에, 상기 챔버에 제2 반응물을 주입하여 기판의 표면에 화학흡착시킨 후 상기 챔버를 퍼지하거나 펌핑하여 상기 조밀하게 화학흡착된 제1 반응물 및 제2 반응물 상에 물리 흡착된 제2 반응물을 제거한다. 상기 챔버에 다시 상기 제2 반응물을 주입하여 상기 기판 상에 상기 제2 반응물을 조밀하게 흡착시켜 화학치환에 의하여 원자단위 두께로 고체 박막을 형성한다. 이렇게 본 발명은 제1 반응물 및 제2 반응물을 조밀하게 흡착시키고 불순물을 펌핑 또는 퍼지에 의하여 완전히 제거하므로 막밀도가 높고 우수한 화학양론적인 박막을 얻을 수 있다.

Description

원자층 증착법을 이용한 박막 제조 방법
본 발명은 박막 제조 방법에 관한 것으로, 특히 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition: 이하, "ALD법"이라함)에 의한 박막 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 박막(thin film)은 반도체 소자의 유전체(dielectrics), 액정표시소자(liquid-crystal display)의 투명한 도전체(transparant conductor) 및 전자 발광 박막 표시 소자(electroluminescent thin film display)의 보호층(protective layer) 등으로 다양하게 사용된다. 상기 박막은 증기법(evaporation method), 화학기상증착법(chemical vapor deposition), ALD법 등에 의하여 형성된다.
이중에서, 상기 ALD법은 표면 조절 공정(surface controlled process)으로써 2차원적인 층간(layer by layer) 증착을 이용한다. 이러한 ALD법은 흡착이 항상 표면 운동 영역(surface kinetic regime)에서 이루어지므로 매우 우수한 단차 피복성(step coverage) 을 갖는다. 또한, 열분해(prolysis)가 아닌 각 반응물의 주기적 공급을 통한 화학치환(chemical exchange)으로 반응물(reactant)을 분해하므로 막밀도(film density)가 높고 우수한 화학양론적인(stoichoimetry) 막을 얻을 수 있다. 또한, 공정중 발생하는 화학치환에 의한 부산물은 항상 기체이므로 제거가 용이하여 챔버의 세정이 용이하고, 온도만이 공정변수이므로 공정 조절과 유지가 용이하다.
그러나, 종래의 ALD법은 한번에 필요한 양 이상의 반응물을 주입하여 기판 표면에 반응물을 충분히 흡착시키지 못하여 박막 내에 핀홀 등의 결함이 발생하여 박막의 물리적 특성, 예컨대 막밀도가 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 종래의 ALD법은 제거되어야 할 화학 리간드 등을 화학치환시킬 때도 단순히 한번에 필요한 양 이상의 반응물을 주입하여 상기 화학 리간드 등이 완전히 제거되지 않아 우수한 화학양론적인 박막을 얻을 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 원자층 증착법으로 막밀도가 높고, 우수한 화학양론적인 박막을 얻을 수 있는 박막 제조 방법을 제공하는 데 있다.
도 1 내지 도 8은 본 발명에 의한 원자층 증착법을 이용한 박막을 제조하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 도면들이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 의한 원자층 증착법을 이용하여 박막을 제조했을 때 도 8과 다르게 형성된 예를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 박막 제조 방법에 이용된 박막 제조 장치를 설명하기 위하여 도시한 개략도이다.
도 11은 본 발명의 박막 제조 방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.
도 12는 본 발명에 의한 박막 제조 방법에 의하여 제조된 알루미늄 산화막의 사이클당 두께를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명에 의한 박막 제조 방법에 의하여 제조된 알루미늄 산화막의 기판내 균일도를 설명하기 위하여 도시한 그래프이다.
도 14 및 도 15는 본 발명 및 일반적인 방법에 의하여 제조된 알루미늄 산화막의 파장에 따른 굴절율을 도시한 그래프이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 박막 제조 방법은 기판이 로딩된 챔버를 일정 온도 및 일정 압력으로 유지하면서 제1 반응물을 주입하여 상기 기판 상에 상기 제1 반응물을 화학흡착시키는 단계를 포함한다. 이어서, 상기 챔버를 퍼지하거나 펌핑하여 상기 화학흡착된 제1 반응물 상에 물리 흡착된 제1 반응물을 제거한다. 다음에, 상기 챔버에 다시 상기 제1 반응물을 주입하여 상기 기판 상에 조밀하게 흡착시킨 후 상기 챔버를 퍼지하거나 펌핑하여 상기 조밀하게 화학흡착된 제1 반응물 상에 상기 물리 흡착된 제1 반응물을 제거한다. 이어서, 상기 챔버에 제2 반응물을 주입하여 상기 기판의 표면에 화학흡착시킨 후 상기 챔버를 퍼지하거나 펌핑하여 상기 조밀하게 화학흡착된 제1 반응물과 제2 반응물 상에 물리 흡착된 제2 반응물을 제거한다. 다음에, 상기 챔버에 다시 상기 제2 반응물을 주입하여 상기 기판 상에 상기 제2 반응물을 조밀하게 흡착시켜 화학치환에 의하여 고체 박막을 형성한다.
본 발명의 박막 제조 방법은 상기 제2 반응물을 조밀하게 흡착시킨 후 상기 챔버를 퍼지하거나 펌핑하여 물리 흡착된 제2 반응물과 상기 화학치환시 생성되는 잔류물을 제거할 수도 있다. 그리고, 상기 제1 반응물 주입부터 물리 흡착된 제1 반응물의 제거를 순차적으로 2회 이상 반복하여 실시할 수 있다. 또한, 상기 제2 반응물 주입부터 물리 흡착된 제2 반응물 및 잔류물의 제거를 순차적으로 2회 이상 반복하여 실시할 수 도 있다. 상기 기판은 (100)의 실리콘 기판으로 구성할 수 있다. 상기 제1 반응물 및 제2 반응물은 각각 상기 고체 박막을 구성하는 원소와 화학 리간드로 구성된다.
상기 고체박막은 단원자 박막, 단원자 산화물, 복합 산화물, 단원자 질화물 또는 복합 질화물이다. 상기 단원자 박막의 예로는 Mo, Al, Cu, Ti, Ta, Pt, Ru, Rh, Ir, W 또는 Ag를 들 수 있다. 상기 단원자 산화물의 예로는 Al2O3, TiO2, ZrO2, HfO2, Nb2O5, CeO2, Y2O3, SiO2, In2O3, RuO2또는 IrO2를 들 수 있다. 상기 복합 산화물의 예로는 SrTiO3, PbTiO3, SrRuO3, CaRuO3, (Ba,Sr)TiO3, Pb(Zr,Ti)O3, (Pb.La)(Zr,Ti)O3, (Sr,Ca)RuO3, Sn이 도핑된 In2O3, Fe가 도핑된 In2O3또는 Zr이 도핑된 In2O3를 들 수 있다. 상기 단원자 질화물의 예로는 SiN, NbN, ZrN, TiN, TaN, Ya3N5, AlN, GaN, WN 또는 BN을 들 수 있다. 상기 복합 질화물의 예로는 WBN, WSiN, TiSiN, TaSiN, AlSiN 또는 AlTiN을 들 수 있다.
이렇게 본 발명은 제1 반응물 및 제2 반응물을 조밀하게 흡착시키고 불순물을 펌핑 또는 퍼지에 의하여 완전히 제거하므로 막밀도가 높고 우수한 화학양론적인 박막을 얻을 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 8은 본 발명에 의한 원자층 증착법을 이용한 박막을 제조하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 도면들이다. 도 1 내지 도 8에서, 증착하고자 하는 박막을 A와 B로 이루어지는 2성분 화합물이라 할 때, 제1 반응물을 ARn(g)라 하고 제2 반응물을 BRn(g)라 한다. 여기서, Rn은 n개의 R이라는 기로 형성된 화학 리간드이며, Pn은 n개의 P라는 기로 형성된 화학 리간드이다.
도 1을 참조하면, ARn(g)라는 제1 반응물을 기판(1)이 로딩된 챔버(도시 안됨)에 주입하여 기판(1), 예컨대 (100)의 실리콘 기판의 표면에 제1 반응물을 화학흡착 및 물리흡착시킨다. 상기 제1 반응물은 기판의 표면에 흡착된 것은 화학흡착되어 있는 것이며, 상기 화학흡착된 제1 반응물 상에 흡착된 것은 물리흡착되어 있는 것이다. 그런데, ARn(g)라는 제1 반응물은 한번 주입되었으므로 화학흡착을 일으킬 수 있는 공간이 물리 흡착된 ARn에 의하여 가리어져 있어 기판 상에 빈공간(3)이 형성되어 있다.
도 2를 참조하면, 상기 화학흡착 및 물리흡착된 제1 반응물이 형성된 챔버를 퍼지하거나 펌핑하여 물리 흡착된 제1 반응물을 모두 제거한다. 이렇게 되면, 기판(1)의 표면에는 화학흡착되어 있는 제1 반응물이 형성된다. 상기 화학흡착된 제1 반응물은 고체 상태의 ARn(s)이며, 기판(1)의 표면은 노출되어 있는 부분이 많이 있다. 여기서, s는 고체 상태를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 고체 상태의 ARn(s)가 형성된 기판(1)을 포함하는 챔버에 다시 ARn(g)라는 제1 반응물을 주입하여 상기 기판(1)의 표면에 제1 반응물을 조밀하게 화학흡착 및 물리흡착시킨다. 이렇게 되면, 도 1에서 도시된 빈공간(3)에 제1 반응물이 화학흡착 및 물리 흡착된다. 여기서도 도 1에서와 마찬가지로 기판(1)의 표면에는 제1 반응물이 화학흡착되며, 화학흡착된 제1 반응물 상에 물리흡착된 제1 반응물이 형성된다.
도 4를 참조하면, 상기 화학흡착된 제1 반응물이 형성된 기판(1)을 포함하는 챔버를 펌핑하거나 퍼지하여 물리 흡착된 제1 반응물을 모두 제거한다. 이렇게 제1 반응물의 주입 및 물리 흡착된 제1 반응물의 제거과정을 두 번 거치게 되면, 기판(1)의 표면에는 조밀하게 화학흡착되어 있는 제1 반응물, 즉 고체 상태의 ARn(s)만이 남아 있게 되고 화학 리간드 등의 불순물이 완전히 제거된다. 여기서, s는 고체 상태를 나타낸다. 본 실시예에서, 상기 도 1 내지 도 4의 과정을 2회 이상 반복할 수 도 있다.
도 5를 참조하면, 조밀하게 화학흡착된 제1 반응물이 형성된 기판(1)을 포함하는 챔버에 BPn(g)라는 제2 반응물을 주입하여 화학흡착 및 물리흡착시킨다. 상기 기판의 표면에 흡착되어 있는 제2 반응물은 화학흡착되어 있는 것이며, 상기 화학흡착된 제2 반응물 상에 흡착된 제2 반응물은 물리흡착되어 있는 것이다. 이렇게 되면, 상기 화학흡착된 제1 반응물과 제2 반응물은 화학치환방법에 의하여 A 및 B원자로 이루어진 원자층 단위의 조밀하지 않은 단일층(monolayer)을 형성하게 된다. 이때, 화학 리간드인 Rn과 Pn은 증기압이 높은 상태로 제거된다. 그런데, 도 5의 제2 반응물은 도 1의 제1 반응물과 마찬가지로 기판의 표면에 조밀하게 화학흡착되지 않기 때문에 상기 제2 반응물은 제1 반응물과 충분히 화학치환되지 않아 단일층 내에 불순물이 발생하거나 화학양론적인 조성비가 맞지 않게 된다.
도 6을 참조하면, 상기 조밀하지 않은 단일층 및 물리 흡착된 제2 반응물이 형성된 챔버를 펌핑하거나 퍼지하여 물리 흡착된 제2 반응물을 제거한다. 이렇게 되면, 기판의 표면에는 화학흡착되어 있는 고체 상태의 단일층이 형성된다. 그런데, 도 6의 고체 상태의 단일층은 ARnBPn(s) 형태로 되어 RnPn(s)의 불순물이 남아 있기 때문에 화학양론적인 조성비가 맞지 않고 막 밀도가 저하된다. 여기서, s는 고체 상태를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 상술한 화학양론적인 조성비와 막 밀도를 향상시키기 위하여. 고체 상태의 조밀하지 않은 단일층이 형성된 기판을 포함하는 챔버에 다시 BPn(g)라는 제2 반응물을 주입하여 상기 기판의 표면에 제2 반응물을 화학흡착 및 물리흡착시킨다. 상기 기판의 표면에 흡착되어 있는 제2 반응물은 화학흡착되어 있는 것이며, 상기 화학흡착된 제2 반응물 상에 흡착된 제2 반응물은 물리흡착되어 있는 것이다. 이렇게 되면, 상기 화학흡착된 제1 반응물과 제2 반응물은 화학치환방법에 의하여 A 및 B원자로 이루어진 원자층 단위의 두께를 갖는 조밀한 단일층(monolayer)을 형성하게 된다. 이때, 화학 리간드인 Rn과 Pn은 증기압이 높은 기체 상태로 제거된다.
그런데, 도 7의 제2 반응물은 도 5에서 조밀하게 화학흡착되지 않은 기판의 표면에 화학흡착되기 때문에 상기 제2 반응물은 조밀한 제1 반응물과 충분히 화학치환되어 단일층 내에 불순물을 감소시키고 화학양론적인 조성비도 맞게 된다.
도 8를 참조하면, 상기 조밀한 단일층과 물리흡착된 제2 반응물이 형성된 챔버를 퍼지거나 펌핑하여 물리 흡착된 제2 반응물을 모두 제거한다. 이렇게 되면, 기판의 표면에는 조밀하게 화학흡착되어 있는 고체 상태의 조밀한 단일층, 즉 AB(s)만이 남게 된다. 여기서, s는 고체 상태를 나타낸다. 본 실시예에서, 상기 도 5 내지 도 8의 과정을 2회 이상 반복할 수도 있다.
한편, 도 8에서는 기판의 표면상에 A와 B가 형성되어 AB(s)라는 화합물이 형성되어 있다. 그러나, 본 발명의 원자층 증착법을 적용하더라고 도 9a와 같이 기판의 표면에 A가 형성되고, A 상에 B가 형성되어 AB(s)라는 화합물이 형성되거나, 도 9b와 같이 기판의 표면에 A 및 B가 형성되고 상기 A 및 B 상에 각각 B 및 A가 형성되어 전체적으로 AB(s)라는 화합물이 형성될 수 있다.
여기서, 본 발명의 박막 제조 방법을 이용하여 박막을 형성하는 과정을 설명한다.
도 10은 본 발명의 박막 제조 방법에 이용된 박막 제조 장치를 설명하기 위하여 도시한 개략도이고, 도 11은 본 발명의 박막 제조 방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.
먼저, 챔버(30)에 기판(3), 예컨대 (100)의 실리콘 기판을 로딩시킨 후 히터(5)를 이용하여 상기 기판을 150∼375℃, 바람직하게는 300℃의 온도로 유지한다(스텝 100). 이때, 상기 기판을 300℃로 유지하기 위하여는 히터(5)의 온도는 약450℃로 유지한다.
이어서, 상기 챔버(30)를 150∼375℃의 공정 온도로 유지한 상태에서 제1 버블러(12) 속에 있는 제1 반응물(11), 예컨대 트리 메틸 알루미늄(Al(CH3)3: TMA)를 상기 챔버(30)에 1m초∼10초 동안, 바람직하게는 0.5초 동안 주입한다(스텝 105).
여기서, 상기 제1 반응물(11)의 주입은 버블링 방식을 이용하는데, 가스 소오스(19)의 아르곤 가스 100sccm을 캐리어 가스(carrier gas)로 20∼22℃로 유지된 제1 버블러(12)에 주입하여 상기 액체 상태의 제1 반응물(11)을 가스 형태로 변경시킨 후, 밸브(9)를 선택적으로 작동시켜 제1 가스 라인(13) 및 샤워 헤드(15)를 통하여 주입한다. 그리고, 상기 제1 반응물(11)의 주입시 상기 제1 반응물(11)의 흐르는 속도(flow velocity)의 향상 및 희석을 위하여 상기 가스 소오스(19)의 질소 가스를 제2 가스 라인(18) 및 샤워 헤드(15)를 통하여 400sccm 주입한다. 결과적으로, 제1 반응물(11)의 주입시 챔버(30)에 제공되는 가스의 양의 500sccm이며, 이때 챔버의 압력은 1∼2Torr로 유지한다. 이렇게 되면, 기판(3)의 표면에 원자 크기 정도로 제1 반응물(11)이 화학흡착되며, 상기 화학흡착된 제1 반응물(11) 상에 물리 흡착 제1 반응물(11)이 형성된다.
다음에, 상기 150∼375℃의 공정온도와 1∼2Torr의 공정 압력을 유지한 상태에서 챔버(1)에 선택적으로 밸브(9)를 작동시키고 제1 가스 라인(13) 또는 제2 가스 라인(18)을 이용하여 가스 소오스(19)의 질소 가스 400sccm을 0.1∼10초동안, 바람직하게는 1초 동안 퍼지하여 물리 흡착된 제1 반응물을 제거한다(스텝 110). 본 실시예에서는 상기 물리 흡착된 제1 반응물을 퍼지하여 제거하였으나, 퍼지하지 않고 상기 챔버를 진공 상태로 펌핑하여 물리 흡착된 제1 반응물을 제거할 수도 있다.
다음에, 상기 물리흡착된 제1 반응물이 제거된 챔버(30)에 단계 105와 같이 제1 반응물(11)을 다시 주입한다(스텝 115). 이때, 상기 스텝 115의 제1 반응물의 주입시간은 스텝 105의 제1 반응물의 주입시간보다 같거나 짧게 한다. 이어서, 상기 챔버(30)에 단계 110과 같이 물리 흡착된 제1 반응물을 제거한다(스텝 120). 이때, 상기 스텝 120의 물리흡착된 제1 반응물의 제거시간은 스텝 110의 제1 반응물의 제거시간보다 같거나 작게 한다. 이렇게 제1 반응물의 주입, 제1 퍼지 과정을 다시 반복적으로 실시하면, 기판 상에 조밀하게 화학흡착된 제1 반응물을 형성된다. 본 실시예에서는 상기 제 1 반응물의 주입 및 물리 흡착된 제1 반응물 제거 과정을 순차적으로 각각 2회 실시하였으나, 더 실시할 수 도 있다.
다음에, 조밀하게 화학흡착된 제1 반응물이 형성된 기판이 포함된 챔버에 상기 150∼375℃의 공정온도와 1∼2Torr의 공정 압력을 유지한 상태에서 제2 버블러(14) 속에 있는 제2 반응물(17), 예컨대 순수를 밸브(10)를 선택적으로 작동시켜 가스 라인(13) 및 샤워 헤드(15)를 통하여 1m초∼10초동안, 바람직하게는 0.5초 동안 주입한다(스텝 125).
여기서, 상기 제2 반응물(17)의 주입방법은 제1 반응물의 주입과 동일하게 버블링 방식을 이용한다. 즉, 가스 소오스(19)의 아르곤 가스 100sccm을 캐리어 가스로 20∼22℃로 유지된 제2 버블러(14)에 주입하여 상기 액체 상태의 제2 반응물(17)을 가스 형태로 변경시킨 후 제3 가스 라인(16) 및 샤워 헤드(15)를 통하여 주입한다. 그리고, 상기 제2 반응물(17)의 주입시 상기 제2 반응물(17)의 흐르는 속도(flow velocity)의 향상 및 희석을 위하여 상기 가스 소오스(19)의 질소 가스를 제2 가스 라인(18) 및 샤워 헤드(15)를 통하여 400sccm 주입한다. 결과적으로, 제2 반응물(17)의 주입시 챔버(30)에 제공되는 가스의 양의 500sccm이며, 이때 챔버(30)의 압력은 1∼2Torr로 유지한다. 이렇게 되면, 조밀하게 화학흡착된 제1 반응물이 형성된 기판(3) 상에 제2 반응물이 화학흡착되며, 상기 화학흡착된 제2 반응물과 제1 반응물 상에 제2 반응물이 물리흡착된다. 그리고, 상기 조밀하게 화학흡착된 제1 반응물과 조밀하게 화학흡착되지 않은 제2 반응물은 화학치환방법에 의하여 원자층 단위의 조밀하지 않은 알루미늄 산화막이 형성된다.
다음에, 상기 150∼375℃의 공정온도와 1∼2Torr의 공정 압력을 유지한 상태에서 조밀하지 않은 원자층 단위의 알루미늄 산화막이 형성된 챔버(1)에 선택적으로 밸브(10)를 작동시키고 제2 가스 라인(18) 또는 제3 가스 라인(16)을 이용하여 가스 소오스(19)의 질소 가스 400sccm을 0.1∼10초동안, 바람직하게는 1초 동안 퍼지하여 물리 흡착된 제2 반응물을 제거한다(스텝 130). 본 실시예에서는 상기 물리 흡착된 제2 반응물을 퍼지하여 제거하였으나, 퍼지하지 않고 상기 챔버를 진공 상태로 펌핑하여 물리 흡착된 제2 반응물을 제거할 수도 있다.
다음에, 상기 물리흡착된 제2 반응물이 제거된 챔버(30)에 단계 125와 같이 제2 반응물(11)을 다시 주입한다(스텝 135). 이때, 상기 스텝 135의 제2 반응물의 주입시간은 스텝 125의 제2 반응물의 주입시간보다 같거나 짧게 한다. 이어서, 상기 챔버(30)에 단계 130과 같이 물리 흡착된 제2 반응물을 제거한다(스텝 140). 이렇게 제2 반응물의 주입, 물리 흡착된 제2 반응물의 제거 과정을 다시 반복적으로 실시하면, 기판 상에 조밀하게 화학흡착된 제2 반응물을 형성된다. 결과적으로, 상기 조밀하게 화학흡착된 제1 반응물과 조밀하게 화학흡착된 제2 반응물은 화학치환방법에 의하여 원자층 단위의 조밀한 알루미늄 산화막을 형성하게 된다. 본 실시예에서는 상기 제2 반응물의 주입 및 물리 흡착된 제2 반응물 제거 과정을 순차적으로 각각 2회 실시하였으나, 더 실시할 수 도 있다.
이후에, 상기한 바와 같은 원자층 크기의 박막을 형성하는 단계, 즉 제1 반응물 주입 단계(스텝 105)부터 물리흡착된 제2 반응물 제거단계(스텝 140)까지를 주기적(cycle)으로 반복 수행하여 적정 두께, 예컨대 10Å 내지 1000Å 정도의 박막이 형성되었는지를 확인한다(스텝 145). 적정 두께가 되면 상기 사이클을 반복하지 않고 챔버의 공정온도와 공정압력을 상온 및 상압으로 유지함으로써 박막 제조 과정을 완료한다(스텝 150).
상기 도 11에서, 제1 반응물 및 제2 반응물을 각각 트리 메틸 알루미늄(Al(CH3)3: TMA) 및 순수를 이용하여 알루미늄 산화막(Al2O3)을 형성하였으나, 제1 반응물과 제2 반응물을 각각 TiCl4와 NH3를 이용하면 TiN막을 형성할 수 있다. 그리고, 제1 반응물 및 제2 반응물로 MoCl5와 H2를 이용하면 Mo막을 형성할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 박막 제조방법에 의하면 상기 알루미늄 산화막, TiN막, Mo막 이외의, 단원자의 고체박막, 단원자 산화물, 복합 산화물, 단원자 질화물 또는 복합 질화물을 형성할 수 있다. 상기 단원자의 고체박막의 예로는 Al, Cu, Ti, Ta, Pt, Ru, Rh, Ir, W 또는 Ag를 들 수 있으며, 단원자 산화물의 예로는 TiO2, Ta2O5,ZrO2, HfO2, Nb2O5, CeO2, Y2O3, SiO2, In2O3, RuO2또는 IrO2등을 들 수 있으며, 복합 산화물의 예로는 SrTiO3, PbTiO3, SrRuO3, CaRuO3, (Ba,Sr)TiO3, Pb(Zr,Ti)O3, (Pb.La)(Zr,Ti)O3, (Sr,Ca)RuO3, Sn이 도핑된 In2O3, Fe가 도핑된 In2O3또는 Zr이 도핑된 In2O3을 들 수 있다. 또한, 상기 단원자 질화물의 예로는 SiN, NbN, ZrN, TaN, Ya3N5, AlN, GaN, WN 또는 BN을 들 수 있으며, 상기 복합 질화물의 예로는 WBN, WSiN, TiSiN, TaSiN, AlSiN 또는 AlTiN을 들 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 박막 제조 방법은 공정 온도와 공정 압력을 일정하게 유지한 상태에서 제1 반응물 주입, 물리 흡착된 제1 반응물의 제거를 반복적으로 수행한 후 제2 반응물 주입 및 물리 흡착된 제2 반응물의 제거를 반복적으로 수행한다. 이렇게 되면, 기판 상에 제1 반응물이 조밀하게 증착된 상태에서 조밀하게 증착되는 제2 반응물과 화학치환에 의하여 반응하므로 박막의 막밀도가 높고 우수한 화학양론적인 박막을 얻을 수 있다.
도 12는 본 발명에 의한 박막 제조 방법에 의하여 제조된 알루미늄 산화막의 사이클당 두께를 도시한 그래프이다.
구체적으로, X축은 사이클수를 나타낸다. 여기서, 하나의 사이클은 도 10에 설명된 바와 같이 제1 반응물 주입, 물리 흡착된 제1 반응물의 제거, 제1 반응물 주입, 물리흡착된 제1 반응물 제거, 제2 반응물 주입 및 물리 흡착된 제2 반응물의 제거, 제2 반응물 주입, 물리흡착된 제2 반응물 제거하는 단계를 나타낸다. 또한, Y축은 알루미늄 산화막의 두께를 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 박막 제조 방법에 의하면, 알루미늄 산화막이 사이클당 1.1Å의 두께로 성장되며, 이는 이론치와 유사한 값을 나타낸다.
도 13은 본 발명에 의한 박막 제조 방법에 의하여 제조된 알루미늄 산화막의 기판내 균일도를 설명하기 위하여 도시한 그래프이다.
구체적으로, X축은 8인치 기판의 중앙점, 상기 중앙점을 중심으로 1.75인치의 반경을 가지는 원에서 90도 간격으로 4 점, 상기 중앙점을 중심으로 3.5인치의 반경을 가지는 원에서 90도 간격으로 4점을 합하여 총 9점의 측정 위치를 나타낸다. Y축은 알루미늄 산화막의 두께를 나타낸다. 도 12에 도시된 바와 같이 8인치 기판 내에서 균일도가 매우 우수한 것을 알 수 있다.
도 14 및 도 15는 각각 본 발명 및 일반적인 방법에 의하여 제조된 알루미늄 산화막의 파장에 따른 굴절율을 도시한 그래프이다. X축은 400∼800nm의 파장을 나타내며, Y축은 굴절율을 나타낸다.
구체적으로, 본 발명에 의하여 제조된 알루미늄 산화막의 굴절율은 파장 400∼800nm의 범위에서 약 1.67∼1.73을 나타낸다. 특히, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 본 발명에 의하여 제조된 알루미늄 산화막의 굴절율이 500nm 파장에서 1.698로써 일반적인 방법, 즉 각 반응물의 1회 주입 및 1회 퍼징하는 방법으로 제조된 알루미늄 산화막의 굴절율 1.649보다 커서 막 밀도가 높음을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 의하여 제조된 알루미늄 산화막의 굴절율은 일반적인 방법에 의하여 제조된 알루미늄 산화막을 850℃에서 30분간 어닐한 후에 측정한 굴절율과 유사하여, 본 발명의 알루미늄 산화막은 어닐공정이 불필요하게 된다.
이상, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식으로 그 변형이나 개량이 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명의 박막 제조 방법에 의하면, 원자층 증착법을 이용하기 때문에 단차피복성과 균일도가 우수한 박막을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 박막 제조 방법에 의하면, 공정 온도와 공정 압력을 일정하게 유지한 상태에서 각각의 반응물을 주입한 후 퍼지 또는 펌핑하여 불순물을 완전히 제거하는 과정을 반복적으로 수행함으로써 기판 상에 반응물을 조밀하게 화학흡착시킬 수 있다. 이렇게 되면, 막밀도가 높으며, 우수한 화학양론적인 박막을 얻을 수 있다.

Claims (15)

  1. (가) 기판이 로딩된 챔버를 일정 온도 및 일정 압력으로 유지하면서 제1 반응물을 주입하여 상기 기판 상에 상기 제1 반응물을 화학흡착시키는 단계;
    (나) 상기 챔버를 퍼지하거나 펌핑하여 상기 화학흡착된 제1 반응물 상에 물리 흡착된 제1 반응물을 제거하는 단계;
    (다) 상기 챔버에 다시 상기 제1 반응물을 주입하여 상기 기판 상에 조밀하게 흡착시키는 단계;
    (라) 상기 챔버를 퍼지하거나 펌핑하여 상기 조밀하게 화학흡착된 제1 반응물 상에 상기 물리 흡착된 제1 반응물을 제거하는 단계;
    (마) 상기 챔버에 제2 반응물을 주입하여 상기 기판의 표면에 화학흡착시키는 단계;
    (바) 상기 챔버를 퍼지하거나 펌핑하여 상기 조밀하게 화학흡착된 제1 반응물과 제2 반응물 상에 물리 흡착된 제2 반응물을 제거하는 단계; 및
    (사) 상기 챔버에 다시 상기 제2 반응물을 주입하여 상기 기판 상에 상기 제2 반응물을 조밀하게 흡착시켜 화학치환에 의하여 고체 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (사) 단계 후
    (아) 상기 챔버를 퍼지하거나 펌핑하여 물리 흡착된 제2 반응물과 상기 (사) 단계의 화학치환시 생성되는 잔류물을 제거하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 (마), (바), (사) 및 (아) 단계의 제2 반응물 주입 및 물리 흡착된 제2 반응물 및 잔류물의 제거를 순차적으로 2회 이상 반복하여 실시하는 것을 특징으로 하는 박막 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (가), (나), (다), (라) 단계의 제1 반응물 주입 및 물리 흡착된 제1 반응물의 제거를 순차적으로 2회 이상 반복하여 실시하는 것을 특징으로 하는 박막 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 (다) 단계의 제1 반응물의 주입시간은 (가) 단계의 제1 반응물의 주입시간과 같거나 짧은 것을 특징으로 하는 박막 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 (사) 단계의 제2 반응물의 주입시간은 (마) 단계의 제2 반응물의 주입시간과 같거나 짧은 것을 특징으로 하는 박막 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기판은 (100)의 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 박막 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 반응물 및 제2 반응물은 각각 상기 고체 박막을 구성하는 원소와 화학 리간드로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 고체박막은 단원자 박막, 단원자 산화물, 복합 산화물, 단원자 질화물 및 복합 질화물로 이루어진 일군에서 선택된 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 단원자 박막은 Mo, Al, Cu, Ti, Ta, Pt, Ru, Rh, Ir, W 및 Ag로 이루어진 일군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 단원자 산화물은 Al2O3, TiO2, Ta2O5, ZrO2, HfO2, Nb2O5, CeO2, Y2O3, SiO2, In2O3, RuO2및 IrO2로 이루어진 일군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 Al2O3로 이루어진 막의 굴절율은 400∼800nm의 파장범위에서 1.67∼1.73인 것을 특징으로 하는 박막 제조 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 복합 산화물은 SrTiO3, PbTiO3, SrRuO3, CaRuO3, (Ba,Sr)TiO3, Pb(Zr,Ti)O3, (Pb.La)(Zr,Ti)O3, (Sr,Ca)RuO3, Sn이 도핑된 In2O3, Fe가 도핑된 In2O3및 Zr이 도핑된 In2O3로 이루어진 일군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막 제조 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 단원자 질화물은 SiN, NbN, ZrN, TiN, TaN, Ya3N5, AlN, GaN, WN 및 BN로 이루어진 일군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막 제조 방법.
  15. 제9항에 있어서, 상기 복합 질화물은 WBN, WSiN, TiSiN, TaSiN, AlSiN 및 AlTiN으로 이루어진 일군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막 제조 방법.
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