KR100799735B1 - 금속 산화물 형성 방법 및 이를 수행하기 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

기판 상에 금속 산화물을 형성하기 위한 방법과 장치에서, 금속 전구체 가스는 상기 기판 상에 금속 전구체 막을 형성하기 위하여 상기 기판의 표면을 따라 흐르도록 공급된다. 오존을 포함하는 산화 가스는 상기 금속 전구체 막을 산화시키기 위하여 상기 금속 전구체 막의 표면을 따라 흐르도록 공급된다. 상기 금속 전구체 막과 상기 산화 가스 사이의 반응을 촉진시키기 위하여 상기 금속 전구체 막의 표면을 따라 흐르는 산화 가스에는 RF 파워가 인가된다. 상기와 같이 RF 파워의 인가에 의해 상기 금속 전구체 막의 산화 반응이 촉진되므로, 상기 기판 상에는 개선된 전기적 특성과 균일도를 갖는 금속 산화물이 형성될 수 있다.

Description

금속 산화물 형성 방법 및 이를 수행하기 위한 장치 {Method of forming metal oxide and apparatus for performing the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 형성 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 가스 도입구를 설명하기 위한 확대 단면도이다.
도 3은 배기구를 설명하기 위한 확대 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 가스 공급부를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 5는 도 1에 도시된 RF 전극을 설명하기 위한 확대 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 RF 전극을 설명하기 위한 평면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 금속 산화물 형성 장치를 이용하여 반도체 기판 상에 금속 산화물 막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8 및 도 9는 종래의 금속 산화물 형성 방법에 따라 형성된 하프늄 산화물 막들의 누설 전류 특성들을 나타내는 그래프들이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 형성 방법에 따라 형성된 하프늄 산화물 막의 누설 전류 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11은 종래의 금속 산화물 형성 방법에 따라 형성된 하프늄 산화물 막들과 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 형성 방법에 따라 형성된 하프늄 산화물 막의 누설 전류 특성들을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 금속 산화물 형성 방법에 따라 형성된 하프늄 산화물 막들의 누설 전류 특성들을 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 형성 방법에 따라 형성된 지르코늄 산화물 막의 누설 전류 특성을 나타내는 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 반도체 기판 100 : 금속 산화물 형성 장치
200 : 스테이지 210 : 지지영역
220 : 주변영역 230 : 히터
300 : 공정 챔버 302 : 가스 도입구
304 : 배기구 310 : 커버
320 : 천장부 330 : 돌출부
350 : RF(radio frequency) 전극 360, 362, 366 : 제1, 제2 및 제3 유로
400 : 가스 공급부
410, 420, 430, 440 : 제1, 제2, 제3 및 제4 가스 공급부
500 : 배기부 600 : 외측 챔버
700, 800 : 제1 및 제2 구동부 900 : RF 파워 소스
본 발명은 금속 산화물 형성 방법 및 이를 수행하기 위한 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 실리콘웨이퍼와 같은 반도체 기판 상에 플라즈마 강화 원자층 증착(plasma enhanced atomic layer deposition; PEALD)을 이용하여 금속 산화물을 형성하는 방법 및 이를 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 장치의 고집적화 및 고속화가 요구됨에 따라, 메모리 셀 영역이 매우 축소되고 있다. 상기 메모리 셀 영역의 축소로 인해 반도체 장치를 구성하는 각각의 메모리 셀에 포함되는 트랜지스터 및 커패시터가 형성되는 영역의 면적이 감소되고 있다.
상기 메모리 셀 영역의 감소에 따라 트랜지스터의 게이트 전극의 길이가 감소되며, 이에 따라 게이트 절연막의 두께도 함께 감소되고 있다. 상기 게이트 절연막으로 사용되는 실리콘 산화막(SiO2)의 두께가 20Å 이하로 감소될 경우, 전자 터널링(tunneling)에 의한 누설 전류 증가, 게이트 전극에 포함된 불순물의 침투, 문턱 전압의 저하 등과 같은 문제점이 발생된다.
또한, 상기 메모리 셀 영역의 감소에 의한 커패시터의 커패시턴스 감소는 메모리 셀의 데이터 독출 능력(readability)을 열화시키고 소프트 에러율(soft error rate)을 증가시키며, 반도체 메모리 장치가 저전압에서 동작하는 것을 어렵게 한다.
상기 셀 커패시턴스를 증가시키기 위한 노력의 예로써, 한정된 셀 영역 내에 서 커패시턴스를 증가시키기 위하여 커패시터의 유전막을 박막화하는 방법, 또는 실린더나 핀과 같은 구조를 갖는 커패시터 하부 전극을 형성하여 커패시터의 유효 면적을 증가시키는 방법 등이 제안되었다. 그러나, 1 기가비트 이상의 다이내믹 랜덤 억세스 메모리(Dynamic Random Access Memory: DRAM)에서는 이러한 방법들로 메모리 장치를 작동시키기에 충분히 높은 커패시턴스를 얻기가 어렵다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 일반적인 질화물보다 상대적으로 높은 유전 상수를 갖는 금속 산화물을 이용하여 유전막을 형성하는 방법이 활발하게 연구되고 있다. 상기 금속 산화물은 원자층 증착, 플라즈마 강화 원자층 증착 등과 같은 기상 증착 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
특히, 측방 흐름 타입(Later Flow Type)의 플라즈마 강화 원자층 증착을 통해 금속 산화물을 반도체 기판 상에 형성할 수 있다. 상기 측방 흐름 타입의 플라즈마 강화 원자층 증착을 이용하여 반도체 기판 상에 형성된 금속 산화물 막은 향상된 전기적 특성을 가질 수 있다.
그러나, 고종횡비(High Aspect Ratio)의 실린더 타입 하부 전극들을 갖는 반도체 기판 상에 상기 측방 흐름 타입의 플라즈마 강화 원자층 증착을 이용하여 형성된 금속 산화물 막은 일반적인 원자층 증착을 이용하여 형성된 금속 산화물 막보다 열악한 전기적 특성을 가질 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은 향상된 전기적 특성을 갖는 금속 산화물을 형성할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제2 목적은 향상된 전기적 특성을 갖는 금속 산화물을 형성할 수 있는 장치를 제공하는데 있다.
상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 형성 방법에 따르면, 금속 전구체 가스는 기판 상에 금속 전구체 막을 형성하기 위하여 상기 기판의 표면을 따라 흐르도록 공급된다. 오존을 포함하는 산화 가스는 상기 금속 전구체 막을 산화시키기 위하여 상기 금속 전구체 막의 표면을 따라 흐르도록 공급된다. RF(Radio Frequency) 파워는 상기 금속 전구체 막과 상기 산화 가스 사이의 반응을 촉진시키기 위하여 상기 금속 전구체 막의 표면을 따라 흐르는 산화 가스에 인가된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 전구체 가스는 Zr, Hf, Al, Ta, Ti, La, Sr, Ba, Pr, Pb 등과 같은 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 산화 가스의 오존 농도는 약 100 내지 1000g/m3 정도의 범위 내에 있을 수 있다. 특히, 상기 산화 가스의 오존 농도는 약 100 내지 500g/m3 정도의 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들면, 상기 산화 가스의 오존 농도는 약 200g/m3 정도일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 산화 가스를 공급하는 단계와 상기 RF 파워를 인가하는 단계는 실질적으로 동시에 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 산화 가스를 공급하기 이전에 상기 기 판 상으로 산소 가스가 공급될 수 있으며, 상기 산소 가스는 0.1 내지 2초 동안 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 전구체 막을 형성한 후 상기 기판이 위치된 공정 챔버 내부는 퍼지 가스에 의해 일차 퍼지될 수 있으며, 상기 금속 산화물을 형성한 후 상기 공정 챔버 내부는 퍼지 가스에 의해 이차 퍼지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 전구체 가스 및 상기 산화 가스는 상기 기판의 제1 가장자리 부위로부터 상기 제1 가장자리 부위에 대향하는 제2 가장자리 부위를 향하여 흐르도록 공급된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판이 위치되는 공정 챔버의 내부는 0.1 내지 10Torr의 압력으로 유지될 수 있으며, 상기 기판은 상온 내지 450℃의 온도로 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 산화물을 형성한 후, 상기 기판은 기 설정된 각도만큼 회전될 수 있으며, 이어서 상기 금속 산화물 가스의 공급 단계, 상기 산화 가스의 공급 단계 및 상기 RF 파워의 인가 단계가 반복적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 산화물 가스의 공급 단계, 상기 산화 가스의 공급 단계 및 상기 RF 파워의 인가 단계는 반복적으로 수행될 수 있으며, 상기 단계들이 반복적으로 수행되는 동안 상기 기판은 연속적으로 회전될 수 있다.
상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 형성 장치는, 기판을 지지하기 위한 지지영역과 상기 지지영역을 둘러싸는 주변영역을 갖는 기판 스테이지와, 상기 기판 스테이지의 주변 영역 상에 배치되어 상기 기판이 위치되는 공간을 한정하고, 상기 기판 상에 금속 전구체 막을 형성하기 위하여 상기 기판의 표면을 따라 금속 전구체 가스를 공급하며 상기 금속 전구체 막을 산화시키기 위하여 상기 금속 전구체 막의 표면을 따라 오존을 포함하는 산화 가스를 공급하기 위한 가스 도입구를 갖는 챔버와, 상기 챔버와 연결되며 상기 금속 전구체 막과 상기 산화 가스 사이의 반응을 촉진시키기 위하여 상기 금속 전구체 막의 표면을 따라 흐르는 산화 가스에 RF 파워를 인가하기 위한 RF 파워 소스를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 산화물 형성 장치는 상기 기판 상으로 상기 금속 전구체 가스를 공급하기 위한 제1 가스 공급부 및 상기 산화 가스를 상기 기판 상으로 공급하기 위한 제2 가스 공급부를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 가스 공급부는 상기 오존을 형성하기 위한 오존 발생기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속 산화물 형성 장치는 상기 금속 전구체 막 상으로 일차 퍼지 가스를 공급하고 상기 금속 산화물 상으로 이차 퍼지 가스를 공급하기 위한 제3 가스 공급부와, 상기 산화 가스를 공급하기 이전에 상기 금속 전구체 막 상으로 산소 가스를 공급하기 위한 제4 가스 공급부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 챔버는 상기 스테이지의 주변영역 상에 배치된 커버와 상기 스테이지 상에 지지된 기판과 마주하도록 상기 커버에 결합된 RF 전극을 포함할 수 있다.
상기 커버는 상기 스테이지의 상부에 배치된 천장부와 상기 천정부로부터 하방으로 연장하며 상기 스테이지의 주변영역 상에 배치된 링 형태의 돌출부를 포함할 수 있으며, 상기 RF 전극은 상기 천장부의 하부면 상에 배치되며 디스크 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가스 도입구는 상기 돌출부의 내측면과 상기 RF 전극의 외측면에 의해 한정되며, 상기 RF 전극은 상기 가스 도입구와 연통하며 상기 금속 전구체 가스 및 상기 산화 가스를 각각 공급하기 위하여 유로들을 가질 수 있다. 각각의 유로들은 상기 RF 전극의 외측면을 향하여 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 챔버는 상기 가스 도입구와 대향하여 배치되는 배기구를 가질 수 있으며, 상기 금속 전구체 가스, 상기 산화 가스 및 상기 반응에 의해 발생된 반응 부산물들을 배출시키기 위한 배기부는 상기 배기구와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 산화물 형성 장치는 상기 반도체 기판을 회전시키기 위하여 상기 스테이지를 회전시키는 구동부를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 기판 상에 형성된 금속 전구체 막과 오존을 포함하는 산화 가스 사이에서의 산화 반응은 상기 RF 파워의 인가에 의해 촉진될 수 있으며, 상기 산화 반응의 촉진에 의해 상기 반도체 기판 상에는 개선된 전기적 특성과 균일도를 갖는 금속 산화물이 형성될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나, 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있으며, 막(층)이 다른 막(층) 또는 기판 상에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 다른 막(층) 또는 기판 상에 직접 형성되거나 그들 사이에 추가적인 막(층)이 개재될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 형성 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 금속 산화물 형성 장치(100)는 실리콘웨이퍼와 같은 반도체 기판(10) 상에 고유전율을 갖는 금속 산화물을 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 특히, 하프늄 산화물(HfO), 지르코늄 산화물(ZrO), 알루미늄 산화물(AlO), 탄탈륨 산화물(TaO), 티타늄 산화물(TiO), 란탄 산화물(LaO), 스트론튬 산화물(SrO), 바륨 산화물(BaO), 프라세오디뮴 산화물(PrO), 납 산화물(PbO) 등과 같은 금속 산화물을 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 금속 산화물로 이루어진 막은 트랜지스터의 게이트 절연막 또는 커패시터의 유전막 등으로 사용될 수 있다.
상기 반도체 기판(10)은 스테이지(200) 상에 지지될 수 있으며, 상기 스테이지(200)는 상기 반도체 기판(10)을 지지하기 위한 지지영역(210)과 상기 지지영 역(210)을 둘러싸는 주변영역(220)을 가질 수 있다. 상기 주변영역(220)의 상부면은 상기 지지영역(210)의 상부면보다 높게 위치될 수 있다. 예를 들면, 상기 주변영역(220)의 상부면은 상기 지지영역(210) 상에 위치된 반도체 기판(10)의 상부면과 실질적으로 동일한 높이를 가질 수 있도록 배치될 수 있다.
상기 스테이지(200)의 내부에는 상기 반도체 기판(10)을 공정 온도로 가열하기 위한 히터(230)가 배치될 수 있다. 그러나, 이와는 다르게, 상기 스테이지(200)의 하부에 상기 반도체 기판(10)을 가열하기 위한 히팅 블록이 결합될 수도 있다. 예를 들면, 상기 금속 산화물은 상온 내지 약 450℃의 온도에서 형성될 수 있다.
상기 스테이지(200)의 주변영역(220) 상에는 상기 반도체 기판(10)이 위치되는 공간을 한정하기 위한 공정 챔버(300)가 배치될 수 있다. 상기 공정 챔버(300)는 커버(310)와 RF 전극(350)을 포함할 수 있다.
상기 커버(310)는 상기 스테이지(200)의 상부에 배치되는 천장부(320)와, 상기 천장부(320)로부터 하방으로 연장하며 상기 스테이지(200)의 주변영역(220) 상에 배치되는 링 형태의 돌출부(330)를 포함할 수 있으며, 상기 RF 전극(350)은 상기 스테이지(200)의 지지영역(210) 상에 위치된 반도체 기판(10)과 마주하도록 상기 천장부(320)의 하부면 상에 배치된다. 도시되지는 않았으나, 상기 RF 전극(350)은 다수의 체결 부재들에 의해 상기 천장부(320)의 하부면 상에 결합될 수 있다.
도 2는 가스 도입구를 설명하기 위한 확대 단면도이며, 도 3은 배기구를 설명하기 위한 확대 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 공정 챔버(300)는 상기 반도체 기판(10) 상 으로 금속 전구체 가스와 오존을 포함하는 산화 가스를 공급하기 위한 가스 도입구(302) 및 상기 가스들을 배출하기 위한 배기구(304)를 갖는다.
상기 가스 도입구(302)는 상기 반도체 기판(10)의 제1 가장자리 부위와 인접하여 배치되며, 상기 배기구(304)는 상기 반도체 기판(10)의 제1 가장자리 부위에 대향하는 제2 가장자리 부위와 인접하여 배치된다.
상기 가스 도입구(302)는 상기 돌출부(330)의 제1 내측면(332)과 상기 RF 전극(350)의 제1 외측면(352)에 의해 한정될 수 있으며, 상기 배기구(304)는 상기 돌출부(330)의 제2 내측면(334)과 상기 RF 전극(350)의 제2 외측면(354)에 의해 한정될 수 있다. 상기 돌출부(330)의 제1 내측면(332)과 제2 내측면(334)은 서로 마주하여 배치되며 상기 RF 전극(350)의 제1 외측면(352)과 제2 외측면(354)은 서로 반대 방향으로 배치된다.
상기 금속 전구체 가스는 상기 가스 도입구(302)로부터 상기 반도체 기판(10)의 표면을 따라 상기 배기구(304)를 향하여 흐르며, 이에 따라 상기 반도체 기판(10) 상에는 금속 전구체 막이 형성될 수 있다. 상기 산화 가스는 상기 반도체 기판(10) 상에 형성된 금속 전구체 막을 따라 상기 가스 도입구(302)로부터 상기 배기구(304)를 향하여 흐르며, 이에 따라 상기 금속 전구체 막과 상기 산화 가스 사이의 반응에 의해 상기 기판(10) 상에는 금속 산화물 막이 형성된다. 즉, 상기 금속 전구체 가스 및 상기 산화 가스는 상기 반도체 기판(10)의 제1 가장자리 부위로부터 제2 가장자리 부위를 향하여 흐르도록 공급된다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 금속 전구체 가스 및 산화 가스를 공급하기 위 한 가스 공급부(400)는 가스 공급 배관들을 통해 공정 챔버(300)의 천장부(320)와 연결되며, 상기 가스들과 상기 금속 산화물을 형성하는 동안 발생된 반응 부산물들은 상기 공정 챔버(300)의 천장부(320)와 배기 배관을 통해 연결된 배기부(500)에 의해 공정 챔버(300)로부터 제거될 수 있다.
도 4는 가스 공급부를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 4를 참조하면, 가스 공급부(400)는 상기 금속 전구체 가스를 공급하기 위한 제1 가스 공급부(410)와 상기 산화 가스를 공급하기 위한 제2 가스 공급부(420)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 가스 공급부(410)로는 분무기 및 기화기를 포함하는 액체 전달 시스템(Liquid Delivery System; LDS) 또는 버블링 용기를 포함하는 버블러(bubbler)가 사용될 수 있다.
상기 금속 전구체 가스는 Zr, Hf, Al, Ta, Ti, La, Sr, Ba, Pr, Pb 등과 같은 금속을 포함할 수 있으며, 캐리어 가스와 함께 상기 공정 챔버(300)로 공급될 수 있다. 상기 캐리어 가스로는 아르곤(Ar) 가스와 같은 불활성 가스가 사용될 수 있다.
상기 제2 가스 공급부(420)는 오존 발생기를 포함할 수 있다. 상기 오존 발생기는 산소 가스를 이용하여 오존을 발생시킬 수 있다. 즉, 상기 오존 발생기로부터 공급되는 산화 가스는 산소와 오존의 혼합 가스이며, 상기 산화 가스의 오존 농도는 약 100 내지 1000g/m3 정도의 범위 내에 있을 수 있다. 특히, 상기 산화 가스 의 오존 농도는 약 100 내지 500g/m3 정도의 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들면, 약 200 정도의 오존 농도를 갖는 산화 가스가 사용될 수 있다.
상기 가스 공급부(400)는 퍼지 가스와 압력 조절용 가스로서 사용되는 불활성 가스를 공급하기 위한 제3 가스 공급부(430)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 공정 챔버(300)의 내부는 상기 금속 전구체 막을 형성한 후 퍼지 가스에 의해 일차 퍼지되며, 상기 금속 산화물을 형성한 후 퍼지 가스에 의해 이차 퍼지될 수 있다. 또한, 상기 금속 산화물 막을 형성하는 동안 상기 공정 챔버(300) 내부의 압력은 약 0.1 내지 10Torr 정도의 압력으로 유지될 수 있으며, 상기 압력 조절용 가스는 상기 공정 챔버(300) 내부의 압력 조절을 위하여 상기 금속 전구체 가스 및 상기 산화 가스와 함께 상기 공정 챔버(300) 내부로 공급된다.
또한, 상기 가스 공급부(400)는 상기 일차 퍼지 단계를 수행한 후 상기 공정 챔버 내부에 산소 가스를 공급하기 위한 제4 가스 공급부(440)를 더 포함할 수 있다. 상기 제4 가스 공급부(440)는 상기 산화 가스를 이용한 상기 금속 전구체 막의 산화 단계가 수행되기 전에 공정 챔버(300) 내부를 산소 분위기로 형성하기 위하여 제공될 수 있다. 도시된 바에 의하면, 상기 공정 챔버 내부에 산소 가스를 공급하기 위한 제4 가스 공급부(440)가 제공되고 있으나, 상기 산소 가스는 제2 공급부(420)에 의해 제공될 수도 있다.
상기 제1, 제2, 제3 및 제4 가스 공급부들(410, 420, 430, 440)은 다수의 배관들에 의해 상기 공정 챔버(300)와 연결될 수 있다. 상기 공정 챔버(300)에는 제1 주 배관(450) 및 제2 주 배관(452)이 연결되어 있으며, 상기 제1 가스 공급부(410)는 상기 제1 주 배관(450)으로부터 분기된 제1 분기 배관(460)에 연결되어 있고, 제2 가스 공급부(420)는 상기 제2 주 배관(452)으로부터 분기된 제2 분기 배관(462)에 연결되어 있다. 상기 제3 가스 공급부(430)는 상기 제1 및 제2 메인 배관들(450, 452)로부터 각각 분기된 제3 및 제4 분기 배관들(470, 472)과 연결되어 있으며, 상기 제4 가스 공급부(440)는 연결 배관(480)을 통해 상기 제2 주 배관(452)과 연결되어 있다.
상기 제1, 제2, 제3 및 제4 분기 배관들(460, 462, 470, 472) 및 상기 연결 배관(480)에는 상기 금속 전구체 가스, 산화 가스, 퍼지 가스, 압력 조절용 가스 및 산소 가스의 공급 유량을 제어하기 위한 다수의 유량 제어기들과 밸브들이 설치될 수 있다.
그러나, 상기 배관들, 유량 제어기들 및 밸브들의 구성은 다양하게 변경될 수 있으며, 상기에서 설명된 상기 배관들, 유량 제어기들 및 밸브들의 연결 관계가 본 발명의 범위를 한정하지는 않는다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 공정 챔버(300)와 스테이지(200)는 외측 챔버(600)에 내에 수용될 수 있으며, 외측 챔버(600)의 하부에는 상기 스테이지(200)를 회전시키기 위한 제1 구동부(700)와 상기 스테이지(200)를 수직 방향으로 이동시키기 위한 제2 구동부(800)가 배치될 수 있다.
상기 제1 구동부(700)는 상기 금속 산화물 막을 형성하는 동안 상기 금속 산화물 막의 두께 균일도를 향상시키기 위하여 상기 스테이지(200)를 기 설정된 각도 만큼 단계적으로 회전시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 전구체 막의 형성 단계, 상기 일차 퍼지 단계, 상기 금속 전구체 막의 산화 단계 및 상기 이차 퍼지 단계를 수행한 후, 상기 스테이지(200)를 기 설정된 각도, 예를 들면, 약 90° 또는 약 180° 회전시킬 수 있다. 이어서, 상기 단계들을 반복적으로 수행함으로써 결과적으로 형성되는 금속 산화물 막의 두께 균일도를 향상시킬 수 있다.
이와는 다르게, 상기 제1 구동부(700)는 상기 단계들을 반복적으로 수행하는 동안 상기 반도체 기판(10)을 연속적으로 회전시킬 수도 있다.
상기 제1 구동부(700)는 상기 스테이지(200)를 이동시키지 않으면서 상기 단계들을 반복적으로 수행하기 위하여 상기 반도체 기판(10)이 위치되는 상기 스테이지(200)의 지지영역(210)만 선택적으로 회전시킬 수 있다.
상기 제2 구동부(800)는 상기 반도체 기판(10)의 로딩 및 언로딩을 위하여 상기 스테이지(200)를 수직 방향으로 이동시킬 수 있다.
도시되지는 않았으나, 상기 반도체 기판(10)의 로딩 및 언로딩을 위하여 상기 스테이지(200)를 통해 수직 방향으로 이동 가능하게 배치되는 다수의 리프트 핀들이 상기 외측 챔버(600) 내에 배치될 수 있으며, 상기 외측 챔버(600)의 측벽에는 반도체 기판(10)의 이송을 위한 게이트 밸브가 설치될 수 있다.
한편, 상기 배기부(500)는 상기 금속 산화물 막을 형성하는 동안 발생되는 반응 부산물들과 상기 가스들을 배출하기 위하여 상기 공정 챔버(300)와 연결된다.
상기 배기부(500)는 고진공 펌프와 러핑 펌프를 포함할 수 있으며, 상기 금속 산화물 막을 형성하는 동안 상기 공정 챔버(300) 내부는 상기 배기부(500)에 의 해 약 0.1 내지 10 Torr 정도의 압력으로 유지될 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 RF 전극을 설명하기 위한 확대 단면도이고, 도 6은 도 1에 도시된 RF 전극을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2, 도 3, 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 커버(310)의 천장부(320)는 상기 금속 전구체 가스의 공급을 위한 제1 연결구(322)와, 상기 산화 가스의 공급을 위한 제2 연결구(324) 및 상기 배기부(500)와의 연결을 위한 제3 연결구(326)를 갖는다.
상기 RF 전극(350)의 상부면에는 상기 제1 연결구(322)와 연통하며 상기 제1 외측면(352)을 향하여 확장된 제1 유로(360)가 형성되어 있다. 상기 RF 전극(350)의 내부에는 상기 제1 외측면(352)을 향하여 확장된 제2 유로(362)가 형성되어 있으며, 상기 확장된 제2 유로(362)는 제4 연결구(364)를 통해 상기 제2 연결구(324)와 연통된다. 또한, 상기 RF 전극(350)의 상부면에는 상기 제3 연결구(326)와 연통하며 상기 제2 외측면(354)을 향하여 확장된 제3 유로(366)가 형성되어 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 유로들(360, 362, 366)은 도시된 바와 같이 각각 부채꼴 형태로 확장될 수 있다.
도시된 바에 의하면, 상기 제1 유로(360)와 제3 유로(366)는 상기 RF 전극(350)의 상부면 부위들에 형성되어 있으나, 상기 제2 유로(362)와 같이 상기 RF 전극(350)의 내부에 형성될 수도 있다.
상기와 같이 제1 및 제2 유로들(360, 362)이 상기 제1 외측면(352)을 향하여 확장되므로, 상기 금속 전구체 가스 및 상기 산화 가스는 상기 반도체 기판(10)의 표면 및 상기 금속 전구체 막의 표면을 따라 균일하게 공급될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 RF 전극(350)은 상기 금속 전구체 막의 표면을 따라 흐르는 산화 가스에 RF 파워를 인가하기 위하여 RF 파워 소스(900)와 연결되어 있다. 상기 RF 파워는 상기 금속 전구체 막과 상기 산화 가스 사이의 산화 반응을 촉진시키기 위하여 인가된다. 즉, 상기 오존을 포함하는 상기 산화 가스에 RF 파워를 인가함으로써 상기 산화 가스의 오존 농도를 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 금속 전구체 막과 직접적으로 반응하는 산소 라디칼의 농도가 증가될 수 있다. 결과적으로, 상기 금속 전구체 막과 상기 산화 가스 사이의 반응이 촉진될 수 있다.
도 7은 도 1에 도시된 금속 산화물 형성 장치를 이용하여 반도체 기판 상에 금속 산화물 막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 단계 S100에서, 실리콘웨이퍼와 같은 반도체 기판(10)을 스테이지(200) 상에 위치시킨다. 구체적으로, 상기 반도체 기판(10)은 외측 챔버(600)의 게이트 밸브를 통해 상기 외측 챔버(600) 내부로 이송될 수 있으며, 다수의 리프트 핀들에 의해 상기 스테이지(200) 상에 놓여질 수 있다. 이어서, 상기 제2 구동부(800)는 상기 반도체 기판(10)을 상기 공정 챔버(300) 내에 위치시키기 위하여 상기 스테이지(200)를 상방으로 이동시킨다.
상기 반도체 기판(10) 상에는 전기적 특성을 갖는 패턴들이 형성되어 있을 수 있다. 예를 들면, 상기 반도체 기판(10)의 표면 부위에는 필드 절연막에 의해 전기적으로 절연된 액티브 패턴들이 형성되어 있을 수 있다. 또한, 상기 반도체 기 판(10) 상에는 커패시터들의 하부 전극들로서 기능하는 실린더 형태의 도전성 구조물들이 형성되어 있을 수 있다.
단계 S200에서, 상기 반도체 기판(10)의 표면을 따라 금속 전구체 가스를 공급하여 반도체 기판(10) 상에 금속 전구체 막을 형성한다. 상기 금속 전구체 가스는 제1 가스 공급부(410)에 의해 상기 제1 유로(360) 및 가스 도입구(302)를 통해 상기 반도체 기판(10) 상으로 공급될 수 있다. 상기 금속 전구체 가스는 Zr, Hf, Al, Ta, Ti, La, Sr, Ba, Pr, Pb 등과 같은 금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 지르코늄을 포함하는 금속 전구체 가스로서 TEMAZ(tetrakis ethyl methyl amino zirconium, Zr[N(CH3)(C2H5)]4), 지르코늄 부틸옥사이드(Zr(O-tBu)4) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있으며, 하프늄을 포함하는 금속 전구체 가스로서 TDMAH(tetrakis dimethyl amino hafnium, Hf[N(CH3)2]4), TEMAH(tetrakis ethyl methyl amino hafnium, Hf[N(C2H5)CH3]4), TDEAH(tetrakis diethyl amino hafnium, Hf[N(C2H5)2]4), Hf[OC(CH3)2CH2OCH3]4, Hf[OC(CH3)3]4 등이 사용될 수 있으며, 이들의 혼합물이 사용될 수도 있다.
상기 금속 전구체 가스는 분무기를 이용하여 액상의 금속 전구체를 에어로졸 미스트로 형성하고, 기화기를 이용하여 상기 에어로졸 미스트를 기화시킴으로써 형성될 수 있다. 이와 다르게, 상기 금속 전구체 가스는 캐리어 가스를 액상의 금속 전구체 내에서 버블링시킴으로써 형성될 수도 있다.
상기 금속 전구체 가스가 상기 반도체 기판(10)의 표면을 따라 흐르는 동안, 상기 반도체 기판(10)의 표면 상에는 금속 전구체 막이 형성된다. 상기 금속 전구체 막은 상기 반도체 기판(10)의 표면 상에 화학적으로 흡착된 원자막일 수 있으며, 또한 상기 금속 전구체 원자막 상에 물리적으로 흡착된 제2 막이 형성될 수 있다.
단계 S300에서, 상기 공정 챔버(300) 내부로 퍼지 가스를 공급한다. 상기 퍼지 가스는 제3 가스 공급부(430)로부터 상기 제1 유로(360), 제2 유로(362) 및 가스 도입구(302)를 통해 상기 공정 챔버(300) 내부로 공급될 수 있다. 상기 제2 막은 상기 퍼지 가스의 공급 및 상기 배기부(500)에 의한 진공 배기에 의해 상기 금속 전구체 원자막으로부터 제거될 수 있으며, 상기 공정 챔버(300) 내부에 잔류하는 금속 전구체 가스 역시 상기 퍼지 가스와 함께 상기 공정 챔버(300)로부터 제거될 수 있다.
단계 S400에서, 상기 금속 전구체 막의 표면을 따라 오존을 포함하는 산화 가스를 공급하여 상기 금속 전구체 막을 산화시킨다. 상기 산화 가스는 제2 가스 공급부(420)로부터 제2 유로(362) 및 가스 도입구(302)를 통해 공급될 수 있다.
단계 S500에서, 상기 금속 전구체 막과 상기 산화 가스 사이의 반응을 촉진시키기 위하여 RF 파워를 인가한다. 상기 RF 파워는 RF 파워 소스(900)와 연결된 RF 전극(350)에 의해 상기 금속 전구체 막의 표면을 따라 흐르는 산화 가스에 인가될 수 있다. 상기 RF 파워를 인가함으로써 상기 산화 가스의 산소 라디칼 농도가 증가될 수 있으며, 이에 따라 상기 금속 전구체 막과 상기 산화 가스 사이의 반응이 촉진될 수 있다.
결과적으로, 상기 반도체 기판(10) 상에는 향상된 전기적 특성을 갖는 금속 산화물 막이 형성될 수 있다. 특히, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 금속 산화물 형성 방법은 반도체 기판(10) 상에 고종횡비를 갖는 실린더 형태의 하부 전극들이 형성되어 있는 경우에 유용하게 사용될 수 있다.
도시된 바에 의하면, 상기 단계들 S400 및 S500은 순차적으로 수행되고 있으나, 상기 단계들 S400 및 S500은 동시에 수행될 수도 있다.
또한, 상기 단계 S400을 수행하기 전에 단계 S350을 더 수행할 수도 있다. 상기의 단계 S350에서, 상기 금속 전구체 막 상으로 산소 가스가 공급될 수 있다. 상기 산소 가스는 공정 챔버(300)로부터 퍼지 가스를 제거하기 위하여 그리고 상기 공정 챔버(300) 내부를 산소 분위기로 형성하기 위하여 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 산소 가스는 제4 가스 공급부(440)로부터 제2 유로(362) 및 가스 도입구(302)를 통해 약 0.1 내지 3초 동안 공급될 수 있다.
단계 S600에서, 상기 공정 챔버(300) 내부로 퍼지 가스를 공급한다. 상기 퍼지 가스는 제3 가스 공급부(430)로부터 상기 제1 유로(360), 제2 유로(362) 및 가스 도입구(302)를 통해 상기 공정 챔버(300) 내부로 공급될 수 있다. 상기 공정 챔버 내부(300)에 잔류하는 산화 가스 및 반응 부산물들은 상기 퍼지 가스와 함께 상기 배기구(304) 및 상기 제3 유로(366)를 통해 상기 공정 챔버로부터 제거될 수 있다.
상기 단계들을 수행하는 동안 상기 반도체 기판(10)은 기 설정된 공정 온도로 가열될 수 있다. 예를 들면, 상기 반도체 기판(10)은 상기 히터(230)에 의해 약 450℃ 이하의 온도로 가열될 수 있다. 또한, 상기 단계들을 수행하는 동안 상기 공정 챔버(300) 내부의 압력은 약 0.1 내지 10Torr 정도로 유지될 수 있다. 예를 들면, 상기 공정 챔버(300) 내부의 압력은 상기 제3 가스 제공부(430)로부터 공급되는 압력 조절용 가스와 배기부(500)에 의해 약 3Torr 정도에서 유지될 수 있다.
단계 S700에서, 상기 반도체 기판(10)을 기 설정된 각도만큼 회전시킨다. 예를 들면, 상기 반도체 기판(10)은 제1 구동부(700)에 의해 약 90° 또는 약 180°의 각도만큼 회전될 수 있다.
단계 S800에서, 상기 단계들 S200 내지 S600을 반복적으로 수행한다. 상기 단계들 S700 및 S800은 상기 반도체 기판(10) 상에 목적하는 두께를 갖는 금속 산화물 막이 형성될 때까지 반복적으로 수행될 수 있다. 결과적으로, 상기 반도체 기판(10) 상에는 균일한 두께와 향상된 전기적 특성을 갖는 금속 산화물 막이 형성될 수 있다.
그러나, 상기 반도체 기판(10)은 상기 단계들 S200 내지 S600을 반복적으로 수행하는 동안 기 설정된 회전 속도로 연속적으로 회전할 수도 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 금속 산화물 막의 전기적 특성을 검사하기 위하여 다음과 같은 실험들을 수행하였다.
비교예 1
산소 플라즈마를 이용하는 일반적인 플라즈마 강화 원자층 증착을 이용하여 실린더 형태의 하부 전극들이 형성된 반도체 기판 상에 제1 하프늄 산화물 막을 형성하였다. 상기 제1 하프늄 산화물 막을 형성하는 동안 공정 온도는 300℃에서 유 지되었으며, 공정 챔버의 내부 압력은 3Torr에서 유지되었다. 상기 제1 하프늄 산화물 막을 통한 누설 전류는 상기 반도체 기판의 중앙 부위, 왼쪽 부위 및 오른쪽 부위에서 각각 측정되었으며, 그 결과는 도 8에 도시되었다.
비교예 2
오존을 포함하는 산화 가스를 이용하는 플라즈마 강화 원자층 증착을 이용하여 실린더 형태의 하부 전극들이 형성된 반도체 기판 상에 제2 하프늄 산화물 막을 형성하였다. 상기 제2 하프늄 산화물 막을 형성하는 동안 공정 온도는 300℃에서 유지되었으며, 공정 챔버 내부의 압력은 3Torr 정도로 유지되었다. 상기 제2 하프늄 산화물 막을 통한 누설 전류는 상기 반도체 기판의 중앙 부위, 왼쪽 부위 및 오른쪽 부위에서 각각 측정되었으며, 그 결과는 도 9에 도시되었다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 제1 하프늄 산화물 막의 중앙 부위에서의 등가 산화막 두께는 약 20.1Å으로 측정되었고, 왼쪽 부위 및 오른쪽 부위에서는 각각 약 19.1Å 및 19.6Å 정도의 등가 산화막 두께들이 측정되었다.
상기 제2 하프늄 산화물 막의 중앙 부위에서의 등가 산화막 두께는 약 29.8Å으로 측정되었고, 왼쪽 부위 및 오른쪽 부위에서는 각각 약 28.7Å 및 28.6Å 정도의 등가 산화막 두께들이 측정되었다.
상기 제1 하프늄 산화물 막을 통한 누설 전류 특성은 상기 제2 하프늄 산화물 막에 비하여 열악하며, 상기 제2 하프늄 산화물 막은 상기 제1 하프늄 산화물 막에 비하여 우수한 누설 전류 특성을 갖고 있지만, 누설 전류 분포가 매우 열악함을 알 수 있다.
실시예 1
본 발명의 실시예에 따른 방법을 이용하여 실린더 형태의 하부 전극들이 형성된 반도체 기판 상에 제3 하프늄 산화물 막을 형성하였다.
상기 제3 하프늄 산화물 막을 형성하기 위하여 약 200g/m3 정도의 오존 농도를 갖는 산화 가스가 사용되었으며, 약 250W 정도의 RF 파워가 RF 전극을 통해 인가되었다. 또한, 공정 온도는 약 300℃ 정도로 유지되었으며, 공정 챔버의 내부 압력은 약 3Torr 정도로 유지되었다.
상기 제3 하프늄 산화물 막을 통한 누설 전류는 상기 반도체 기판의 중앙 부위, 왼쪽 부위 및 오른쪽 부위에서 각각 측정되었으며, 그 결과는 도 10에 도시되었다.
도 10을 참조하면, 상기 제3 하프늄 산화물 막의 중앙 부위에서의 등가 산화막 두께는 약 19.5Å으로 측정되었고, 왼쪽 부위 및 오른쪽 부위에서는 각각 약 20.1Å 및 19.5Å 정도의 등가 산화막 두께들이 측정되었다.
도시된 바와 같이 상기 제3 하프늄 산화물 막은 제1 하프늄 산화물 막과 유사한 등가 산화막 두께들을 갖고 있으며, 제1 하프늄 산화물 막과 비교하여 개선된 누설 전류 특성을 갖고 있음을 알 수 있다.
한편, 제2 하프늄 산화물 막의 등가 산화막 두께들이 제3 하프늄 산화물 막에 비하여 두껍기 때문에 상기 제3 하프늄 산화물 막을 제2 하프늄 산화막과 직접적으로 비교하기는 어렵지만, 도시된 바에 의하면, 제3 하프늄 산화물 막이 제2 하 프늄 산화물 막에 비하여 누설 전류 분포가 개선되었음을 충분히 알 수 있다.
상기 제1, 제2 및 제3 하프늄 산화물 막들의 직접적인 비교를 위하여 전계(인가된 전압/등가 산화막 두께) 변화에 따른 누설 전류의 변화를 비교하였으며, 그 결과를 도 11에 도시하였다.
도 11을 참조하면, 상기 제3 하프늄 산화물 막의 누설 전류 특성이 상기 제1 및 제2 하프늄 산화물 막들에 비하여 크게 개선되었음을 알 수 있다.
실시예 2
본 발명의 실시예에 따른 방법을 이용하여 실린더 형태의 하부 전극들이 형성된 반도체 기판 상에 제4 하프늄 산화물 막을 형성하였다. 상기 제4 하프늄 산화막을 형성하는 동안 약 100W의 RF 파워가 RF 전극을 통해 인가되었으며 약 100sccm 정도의 유량으로 오존을 포함하는 산화 가스가 공급되었다. 또한, 공정 온도는 약 300℃ 정도로 유지되었으며, 공정 챔버 내부의 압력은 약 3Torr 정도로 유지되었다.
실시예 3
본 발명의 실시예에 따른 방법을 이용하여 실린더 형태의 하부 전극들이 형성된 반도체 기판 상에 제5 하프늄 산화물 막을 형성하였다. 상기 제5 하프늄 산화막을 형성하는 동안 약 100W의 RF 파워가 RF 전극을 통해 인가되었으며 약 500sccm 정도의 유량으로 오존을 포함하는 산화 가스가 공급되었다. 또한, 공정 온도는 약 300℃ 정도로 유지되었으며, 공정 챔버 내부의 압력은 약 3Torr 정도로 유지되었다.
실시예 4
본 발명의 실시예에 따른 방법을 이용하여 실린더 형태의 하부 전극들이 형성된 반도체 기판 상에 제6 하프늄 산화물 막을 형성하였다. 상기 제6 하프늄 산화막을 형성하는 동안 약 250W의 RF 파워가 RF 전극을 통해 인가되었으며 약 100sccm 정도의 유량으로 오존을 포함하는 산화 가스가 공급되었다. 또한, 공정 온도는 약 300℃ 정도로 유지되었으며, 공정 챔버 내부의 압력은 약 3Torr 정도로 유지되었다.
실시예 5
본 발명의 실시예에 따른 방법을 이용하여 실린더 형태의 하부 전극들이 형성된 반도체 기판 상에 제7 하프늄 산화물 막을 형성하였다. 상기 제7 하프늄 산화막을 형성하는 동안 약 250W의 RF 파워가 RF 전극을 통해 인가되었으며 약 500sccm 정도의 유량으로 오존을 포함하는 산화 가스가 공급되었다. 또한, 공정 온도는 약 300℃ 정도로 유지되었으며, 공정 챔버 내부의 압력은 약 3Torr 정도로 유지되었다.
상기 제4, 제5, 제6 및 제7 하프늄 산화물 막들을 통한 누설 전류 특성들을 측정하였으며, 그 결과는 도 12에 도시하였다.
도 12를 참조하면, 상기 제4, 제5, 제6 및 제7 하프늄 산화물 막들의 등가 산화막 두께들은 각각 약 17.5Å, 16.0Å, 15.2Å 및 15.9Å 정도인 것으로 측정되었다. 도시된 바에 의하면, 누설 전류 특성은 인가된 RF 파워 및 산화 가스의 유량이 증가함에 따라 개선됨을 알 수 있다.
결과적으로, RF 파워를 약 100 내지 300W 정도의 범위에서 적절하게 조절하고, 산화 가스의 유량을 약 100 내지 1000sccm 정도의 범위에서 적절하게 조절함으로써 목적하는 누설 전류 특성을 갖는 금속 산화물 막을 형성할 수 있음을 알 수 있다.
실시예 6
70nm의 디자인 룰이 적용된 실린더 형태의 하부 전극들이 형성된 반도체 기판 상에 지르코늄 산화물 막을 형성하였다. 상기 지르코늄 산화물 막을 형성하는 동안 약 250W의 RF 파워가 RF 전극을 통해 인가되었으며 약 500sccm 정도의 유량으로 오존을 포함하는 산화 가스가 공급되었다. 또한, 공정 온도는 약 300℃ 정도로 유지되었으며, 공정 챔버 내부의 압력은 약 3Torr 정도로 유지되었다.
상기 지르코늄 산화물 막을 통한 누설 전류는 상기 반도체 기판의 중앙 부위, 왼쪽 부위 및 오른쪽 부위에서 각각 측정되었으며, 그 결과는 도 13에 도시하였다.
도 13을 참조하면, 상기 지르코늄 산화물 막의 등가 산화막 두께는 중앙 부위, 왼쪽 부위 및 오른쪽 부위에서 각각 약 8.4Å, 8.4Å 및 7.9Å 정도로 측정되었다. 도시된 바에 따르면, 약 ±1V의 범위에서 개선된 누설 전류 특성들이 측정되었으며 누설 전류 분포가 크게 개선되었음을 알 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 반도체 기판 상에 형성된 금속 전구체 막과 오존을 포함하는 산화 가스 사이의 산화 반응은 상기 산화 가스에 RF 파워를 인가함으로써 촉진될 수 있다. 결과적으로, 상기 촉진된 산화 반응에 의해 형성된 금속 산화물 막은 개선된 전기적 특성과 균일도를 가질 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (25)

  1. ⅰ) 기판 상에 금속 전구체 막을 형성하기 위하여 상기 기판의 표면을 따라 흐르도록 금속 전구체 가스를 공급하는 단계;
    ⅱ) 상기 기판이 위치된 공간을 산소 분위기로 형성하기 위하여 상기 기판 상으로 산소 가스를 공급하는 단계;
    ⅲ) 상기 금속 전구체 막을 산화시키기 위하여 상기 금속 전구체 막의 표면을 따라 흐르도록 오존을 포함하는 산화 가스를 공급하는 단계;
    ⅳ) 상기 금속 전구체 막과 상기 산화 가스 사이의 반응을 촉진시키기 위하여 상기 금속 전구체 막의 표면을 따라 흐르는 산화 가스에 RF(Radio Frequency) 파워를 인가하는 단계;
    ⅴ) 상기 기판을 기 설정된 각도만큼 회전시키는 단계; 및
    ⅵ) 상기 ⅰ) 내지 ⅳ) 단계들을 반복적으로 수행하는 단계를 포함하는 금속 산화물 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 전구체 가스는 Zr, Hf, Al, Ta, Ti, La, Sr, Ba, Pr 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 산화 가스의 오존 농도는 100 내지 1000g/m3 인 것을 특징으로 하는 금속 산화물 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 산화 가스를 공급하는 단계와 상기 RF 파워를 인가하는 단계는 실질적으로 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 형성 방 법.
  5. 삭제
  6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 상기 산소 가스는 0.1 내지 3초 동안 공급되는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 형성 방법.
  7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 상기 금속 전구체 막을 형성한 후 상기 기판이 위치된 공정 챔버 내부를 일차 퍼지하는 단계와, 상기 금속 산화물을 형성한 후 상기 공정 챔버 내부를 이차 퍼지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 형성 방법.
  8. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 상기 금속 전구체 가스 및 상기 산화 가스는 상기 기판의 제1 가장자리 부위로부터 상기 제1 가장자리 부위에 대향하는 제2 가장자리 부위를 향하여 흐르는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 형성 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 기판이 위치된 공정 챔버의 내부는 0.1 내지 10Torr의 압력으로 유지되며, 상기 기판은 상온 내지 450℃의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 형성 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 기판을 지지하기 위한 지지영역과 상기 지지영역을 둘러싸는 주변영역을 갖는 기판 스테이지;
    상기 기판 스테이지와 연결되어 상기 기판을 회전시키기 위하여 상기 기판 스테이지를 회전시키는 구동부;
    상기 기판 스테이지의 주변 영역상에 배치되어 상기 기판이 위치되는 공간을 한정하고, 상기 기판 상에 금속 전구체 막을 형성하기 위하여 상기 기판의 표면을 따라 금속 전구체 가스를 공급하며 상기 금속 전구체 막을 산화시키기 위하여 상기 금속 전구체 막의 표면을 따라 오존을 포함하는 산화 가스를 공급하기 위한 가스 도입구를 갖는 챔버;
    상기 챔버와 연결되며, 상기 기판 상으로 상기 금속 전구체 가스를 공급하기 위한 제1 가스 공급부;
    상기 챔버와 연결되며, 상기 기판 상으로 상기 산화 가스를 공급하기 위한 제2 가스 공급부;
    상기 챔버와 연결되며, 상기 산화 가스를 공급하기 전에 상기 기판이 위치된 공간을 산소 분위기로 형성하기 위하여 상기 기판 상으로 산소 가스를 공급하기 위한 제3 가스 공급부; 및
    상기 챔버와 연결되며 상기 금속 전구체 막과 상기 산화 가스 사이의 반응을 촉진시키기 위하여 상기 금속 전구체 막의 표면을 따라 흐르는 산화 가스에 RF 파워를 인가하기 위한 RF 파워 소스를 포함하는 금속 산화물 형성 장치.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서, 상기 제2 가스 공급부는 상기 오존을 형성하기 위한 오존 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 형성 장치.
  15. 청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제14항에 있어서, 상기 산화 가스의 오존 농도는 100 내지 1000g/m3 인 것을 특징으로 하는 금속 산화물 형성 장치.
  16. 삭제
  17. 청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제12항에 있어서, 상기 금속 전구체 막 상으로 일차 퍼지 가스를 공급하고 상기 금속 산화물 상으로 이차 퍼지 가스를 공급하기 위한 제4 가스 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 형성 장치.
  18. 제12항에 있어서, 상기 챔버는 상기 스테이지의 주변영역 상에 배치된 커버와 상기 스테이지 상에 지지된 기판과 마주하도록 상기 커버에 결합된 RF 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 형성 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 커버는 상기 스테이지의 상부에 배치된 천장부와 상기 천정부로부터 하방으로 연장하며 상기 스테이지의 주변영역 상에 배치된 링 형태의 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 형성 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 RF 전극은 상기 천장부의 하부면 상에 배치되며 디스크 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 형성 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 가스 도입구는 상기 돌출부의 내측면과 상기 RF 전극의 외측면에 의해 한정되며, 상기 RF 전극은 상기 가스 도입구와 연통하며 상기 금속 전구체 가스 및 상기 산화 가스를 각각 공급하기 위하여 유로들을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 형성 장치.
  22. 청구항 22은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제21항에 있어서, 각각의 유로들은 상기 RF 전극의 외측면을 향하여 확장되는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 형성 장치.
  23. 청구항 23은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
  24. 청구항 24은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제12항에 있어서, 상기 챔버와 연결되며, 상기 금속 전구체 가스, 상기 산화 가스 및 상기 반응에 의해 발생된 반응 부산물들을 배출시키기 위한 배기부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 형성 장치.
  25. 삭제
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