KR100807216B1 - 두께 균일성을 향상할 수 있는 박막 형성 장치 및 방법 - Google Patents

두께 균일성을 향상할 수 있는 박막 형성 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

소스가스의 공급압력을 증가시켜 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있는 박막 형성방법 및 이를 위한 장치를 개시한다. 액상의 금속 전구체를 기화시키는 기화기와 연결되며 상기 기화기에서 기화된 금속 전구체 가스를 포함하는 소스가스를 충전하여 대기압 보다 큰 압력을 갖는 소스가스로 형성하는 버퍼를 형성한다. 버퍼와 공정챔버 사이에 위치하고 소스가스의 공급유량을 조절하는 제1 밸브를 구비하는 제1 가스 공급 배관 및 공정 챔버 내부의 진공도를 조절하기 위한 펌핑 유닛과 상기 기화기 사이에 위치하고 상기 기화기의 유휴운전을 위한 더미가스를 배출하기 위한 제2 밸브를 구비하는 제2 가스 공급 배관을 형성한다. 소스가스가 버퍼에 충전되는 동안 제2밸브를 폐쇄하여 압력을 증가시킨다.

Description

두께 균일성을 향상할 수 있는 박막 형성 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD OF FORMING AN THIN LAYER HAVING AN IMPROVED THICKNESS UNIFORMITY}
도 1은 종래의 배치형 ALD 장치를 이용하여 형성한 하프늄 옥사이드(HfO2)막의 일부에 관한 전자주사 현미경(scanning electron microscope, SEM) 사진이다.
도 2는 종래의 배치형 ALD 장치를 이용하여 형성된 박막 두께 분포를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 가스 공급부를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 5는 도 3에 도시한 박막 형성 장치를 이용하여 반도체 기판 상에 박막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 의한 박막 형성 장치를 이용하여 형성한 하프늄 옥사이드(HfO2)막의 일부에 관한 전자주사 현미경(scanning electron microscope, SEM) 사진이다.
도 7는 본 발명에 의한 박막 형성 장치를 이용하여 형성된 박막 두께 분포를 나타내는 도면이다.
도 8는 종래의 배치식 ALD 장치와 본원발명에 의한 박막 형성장치를 이용하 여 형성된 박막의 항복전압을 측정한 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 반도체 기판 102 : 공정 챔버
104 : 가열로 106 : 매니폴들
108 : 보트 116 : 회전축
118 : 회전 구동 유닛 120 : 수직 구동 유닛
134 : 제1가스 공급부 136 : 제2가스 공급부
138 : 제3가스 공급부 150 : 액체 질량 유량 제어기
152 : 기화기 162 : 히터
164 : 제어부
본 발명은 두께 균일성을 향상할 수 있는 박막 형성 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반응가스의 공급압력을 증가시켜 증착되는 박막의 두께 균일성을 향상할 수 있는 배치식 박막 형성 장치 및 이를 이용하여 박막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
반도체 장치는 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판 상에 소정의 박막을 형성하고 상기 박막을 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성함으로써 제조된다. 이때, 상기 기판 상에 형성되는 박막은 주로 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD), 물리 기상 증착(physical vapor deposition; PVD) 또는 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD) 등을 통하여 형성된다. 최근, 반도체 장치의 집적도가 향상됨에 따라 단위 셀이 차지하는 영역이 축소되고 패턴의 선폭이 감소하면서 박막 형성공정으로서 원자층 증착공정의 적용이 더욱 확대되고 있다.
상기 ALD 공정을 수행하기 위한 장치는 공정 챔버의 형태에 따라 종형 또는 횡형으로 구분되는데 종형의 ALD 장치가 설치공간을 적게 차지하는 장점을 갖고 있기 때문에 주로 이용되고 있다. 상기 종형 ALD 장치는 종형의 벽체 내부 공간에 웨이퍼를 넣어 고진공의 공정 환경을 만들어주는 종형 공정챔버(vertical processing chamber)를 포함한다. 상기 종형 공정챔버는 증착공정의 효율을 증대하기 위해 일정한 매수의 웨이퍼가 한꺼번에 상기 내부공간에 투입되는 배치(batch)방식이 사용되고 있다.
한편, 상기 ALD 공정에서 박막을 형성하기 위한 소스물질은 상온에서 기체상태로 공정챔버 내부로 공급되어야 하므로 액체 상태의 소스물질을 기화시키기 위한 기화기(vaporizer) 및 기화된 소스물질을 상기 공정챔버의 내부로 균일하게 공급하기 위한 분사부를 구비하는 액상 배송 장치(LDS, liquid delivery system)를 포함하고 있다. 특히, 배치형 ALD 장치의 경우에는 상기 공정챔버의 내부에서 다수의 웨이퍼가 수직방향으로 적재되어 있으므로 각 웨이퍼에 형성되는 박막이 균일한 두께를 갖기 위해서는 상기 소스물질이 공정챔버의 수직방향을 따라 균일하게 분사될 것을 요구한다.
그러나, 최근의 반도체 장치에 관한 고집적화 경향에 따라 상기 박막의 두께 는 점점 작아지고 이에 따라 상기 박막은 고유전율의 물질로 형성될 것을 요구하고 있다. 그러나, 고유전율을 갖는 물질은 일반적으로 높은 분자량을 갖고 있으므로 기화기에서 충분하게 기화되지 않으며 이에 따라 상대적으로 낮은 압력을 갖고서 상기 분사부로 공급된다. 따라서, 상기 기화기와 근접한 분사부에서는 상대적으로 많은 양의 소스물질을 상기 공정챔버로 분사하게 되고 상기 기화기와 원접한 분사부에서는 상대적으로 적은 양의 소스물질을 상기 공정챔버로 분사하게 된다.
또한, 상기 기화기는 유지관리의 효율을 위해 항상 일정온도로 유지될 필요가 있으므로 상기 공정 챔버의 가동이 중단된 경우에도 질소와 같은 불활성 가스를 공급하고 상기 공정 챔버에 연결된 배출펌프를 이용하여 공정 챔버의 외부로 배출하는 유휴 공정(idle process)으로 가동되는 구성을 갖고 있다. 따라서, 원자층 증착공정을 수행하기 위해 소스물질을 기화하는 예비 가동시간은 상기 유휴공정 시간과 항상 겹치게 되므로 상기 분사부를 통하여 공급되는 반응가스의 공급압력을 증가시키는 데는 한계가 있다. 따라서, 상기 기화기와 근접한 분사부에서는 많은 양의 반응가스가 공급되고 원접한 분사부에서는 적은 양의 반응가스가 공급된다.
상술한 바와 같은 장비의 구조적인 문제점으로 인하여 상기 분사부를 통하여 공정챔버로 공급되는 반응가스의 공급압력을 충분히 높게 형성할 수 없으며, 이에 따라 상기 반응가스는 상기 공정챔버의 내부로 불균일하게 공급되는 문제점이 있다. 상기 반응가스의 불균일한 공급은 각 웨이퍼의 표면에 형성되는 박막의 두께를 불균일하게 형성하여 후속공정에서 불량을 야기하는 원인으로 기능한다.
도 1은 종래의 배치형 ALD 장치를 이용하여 형성한 하프늄 옥사이드(HfO2)막 의 일부에 관한 전자주사 현미경(scanning electron microscope, SEM) 사진이며, 도 2는 종래의 배치형 ALD 장치를 이용하여 형성된 박막 두께 분포를 나타내는 도면이다. 도 1의 박막은 200mm 웨이퍼에 형성된 하프늄 옥사이드(HfO2)막의 일부를 나타낸 것이며, 도 2는 300mm 웨이퍼에 형성된 박막의 두께 분포를 나타내는 도면이다. 도 1 및 도 2는 공정챔버 내부에 수직방향으로 적재된 웨이퍼 보트의 최상부에 위치한 웨이퍼를 대상으로 측정한 결과이다.
도 1에 의하면, 박막의 주변부(12)는 중앙부(14)보다 더 두껍게 형성되어 화산의 분화구와 같은 형상을 나타내고 있으며, 상기 박막은 평균 31.49Å의 두께를 가지며 약 2.12Å의 편차를 보이고 있다. 특히, 상기 공정챔버 내부의 보트에 위치한 모든 웨이퍼에 대한 두께를 측정한 결과 약 3.09Å의 편차를 갖고 형성되어 있음을 확인하였다. 도 2를 참조하면, 상기 웨이퍼의 중앙부는 약 20.76Å의 두께를 가지며 주변부로 갈수록 두께가 증가하는 것을 알 수 있다.
상기와 같은 박막 중앙부의 두께 감소는 박막의 중앙부로부터의 누설전류를 야기하게 되어 반도체 장치의 특성을 열화시키는 주요인으로 기능하게 된다.
종래 배치식 ALD 장치에서 반응 가스의 공급 균일도를 향상하기 위하여 다양한 방법들이 제안되고 있다. 예를 들면, 상기 분사부의 분사홀의 크기를 상기 공정챔버의 수직방향을 따라 상이하게 형성하는 방법, 상기 긴화된 소스가스의 압력을 높이는 방법 또는 상기 분사부를 둘러싸는 버퍼부를 형성하여 상기 반응가스의 유동을 정상상태에서 공급하는 방법 등이 제안되고 있다. 그러나, 여전히 반응가스의 공급 균일도에 관한 개선은 요구되고 있으며, 상기한 바와 같은 방법들을 적용하기 위해서는 추가적으로 많은 비용이 요구되는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 기화된 소스물질의 공급압력을 증가시켜 반응가스의 공급 균일도를 증가시킬 수 있는 박막 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 박막 형성 방법을 구현하기 위한 박막 형성 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 방법은 먼저 기화된 금속 전구체 가스를 일정한 용적을 갖는 버퍼에 충전하여 상기 금속 전구체 가스를 포함하고 대기압보다 큰 압력을 갖는 제1 소스 가스를 형성한다. 이어서, 상기 제1 소스 가스를 공정 챔버 내에 배치된 다수의 기판들 상으로 공급하여 상기 기판들 상에 금속 전구체 박막들을 각각 형성한다. 제1퍼지 가스를 공급하여 상기 공정 챔버 내부를 퍼지한 후, 제2소스 가스를 상기 금속 전구체 박막들 상으로 공급하여 상기 금속 전구체 박막들을 금속 박막들로 전환한다. 제2퍼지 가스를 공급하여 상기 공정 챔버 내부를 퍼지한다.
일실시예로서, 상기 제1 소스 가스를 형성하는 단계는 상기 버퍼와 상기 공정 챔버의 연결을 차단하는 단계, 액상의 금속 전구체 물질을 기화기로 공급하여 기상의 금속 전구체 물질로 기화시키는 단계 및 상기 기화기의 유휴운전(idling operation)을 위한 더미 가스의 배출을 차단하는 단계를 포함한다.
일실시예로서, 상기 버퍼와 상기 공정 챔버의 연결을 차단하는 단계는 상기 버퍼와 상기 공정챔버 사이에 연결된 제1 가스 공급 배관에 설치된 밸브조작에 의해 수행된다.
일실시예로서, 상기 제1 소스 가스의 압력은 상기 기화기로 공급되는 액상 금속 전구체 물질의 유량을 제어함으로서 조절되며, 약 0.5MPa 내지 약 1MPa의 범위를 갖는다.
일실시예로서, 상기 더미가스의 배출을 차단하는 단계는 상기 기화기와 상기 공정챔버의 내부 진공도를 조절하기 위한 펌핑유닛 사이에 형성된 제2 가스 공급 배관에 형성된 밸브 조작에 의해 수행되며, 상기 더미 가스는 질소(N2) 가스를 포함한다.
일실시예로서, 상기 기판들은 수직 방향으로 일정 간격을 두고 배열되며, 각각의 기판들은 수평 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 형성 장치는 내부에 다수의 기판들이 정렬된 보트를 포함하는 공정 챔버, 액상의 금속 전구체를 기화시키는 기화기, 상기 기화기와 연결되며 상기 기화기에서 기화된 금속 전구체 가스를 포함하는 소스가스를 충전하여 대기압 보다 큰 압력을 갖는 소스가스로 형성하는 버퍼, 상기 버퍼와 공정챔버 사이에 위치하고 상기 소스가스의 공급유량을 조절하는 제1 밸브를 구비하는 제1 가스 공급 배관, 상기 공정챔버 내부의 진공도를 조절하기 위한 펌핑 유닛과 상기 기화기 사이에 위치하고 상기 기화기의 유휴운전을 위한 더미가스를 배출하기 위한 제2 밸브를 구비하는 제2 가스 공급 배관을 포함한다.
일실시예로서, 상기 공정 챔버는 수직 방향으로 연장하며 하부가 개방된 실린더 형상을 갖는다.
일실시예로서, 상기 공정 챔버를 감싸도록 배치되어 상기 공정 챔버를 공정 온도로 가열하기 위한 가열로, 상기 공정 챔버 하부에 연결되며 상하 개방된 실린더 형상을 갖는 매니폴드 및 상기 매니폴드를 통해 상기 공정 챔버 내부로/로부터 상기 보트를 반입/반출하기 위한 수직 구동 유닛을 더 포함한다.
일실시예로서, 상기 기화기로 액상의 금속 전구체가 공급되면 상기 제2 밸브를 폐쇄하여 기화된 상기 금속 전구체 가스가 상기 버퍼로 충전되도록 제어하며 설정된 압력에 도달하면 상기 제1 밸브를 개방하여 상기 금속 전구체 가스를 포함하는 소스가스를 상기 공정챔버로 공급하는 제어부를 더 포함한다.
본 발명에 의하면, 기화된 소스가스를 버퍼에 저장하여 압력을 상승시키고 고압의 소스가스를 공정챔버로 분사함으로써 다수의 웨이퍼에 형성되는 각 박막의 두께 균일도를 현저하게 개선할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다. 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 기판, 층(막), 영역, 리세스, 패드, 패턴들 또는 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패드, 리세스, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패 턴들의 "상에", "상부" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층(막), 영역, 패드, 리세스, 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들 위에 형성되거나 또는 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 패드, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다.
박막 형성 장치
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 4는 도 1에 도시된 가스 공급부를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 장치(900)는 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판(10) 상에 다양한 박막을 형성하는 공정을 수행하는데 사용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 공정 챔버(102)는 배치 타입 수직형 반응로(reaction furnace)를 포함한다. 구체적으로, 상기 공정 챔버(102)는 수직 방향으로 연장하며, 하부가 개방된 실린더 형상을 갖고, 석영(quartz)으로 이루어질 수 있다. 상기 공정 챔버(102)를 가열하기 위한 가열로(heating furnace, 104)는 공정 챔버(102)를 감싸도록 배치되어 있으며, 상기 공정 챔버(102)의 하부에는 금속 재질로 이루어지는 실린더형 매니폴드(106)가 결합되어 있다.
보트(108)는 다수의 반도체 기판(10)을 수직 방향으로 소정 간격을 두고 지 지하며, 매니폴드(106)의 하부 개구를 통해 공정 챔버(102)의 내부로 반입된다. 상기 하부 개구는 반도체 기판들(10)이 공정 챔버(102)로 로딩 된 후 리드 부재(lid member, 110)에 의해 닫힌다. 상기 공정 챔버(102)와 매니폴드(106) 사이 및 매니폴드(106)와 리드 부재(110) 사이에는 각각 밀봉을 제공하기 위한 밀봉 부재들(seal member, 112)이 개재되어 있다.
상기 보트(108)는 턴테이블(turntable, 114) 상에 배치되며, 상기 턴테이블(114)은 회전축(116)의 상부에 결합된다. 상기 회전 구동 유닛(118)은 수직 구동 유닛(120)의 수평 암(122)의 하부에 장착되며, 상기 리드 부재(110)는 상기 수직 구동 유닛(120)의 수평 암(122)의 상부에 배치되어 있다.
한편, 상기 회전축(116)과 리드 부재(110) 사이의 갭을 통한 누설(leakage)을 방지하기 위한 기계적 밀봉부(mechanical seal, 124)가 상기 리드 부재(110)와 수평 암(122) 사이에 배치되며, 상기 회전축(116)은 상기 리드 부재(110), 기계적 밀봉부(124) 및 수평 암(122)을 통하여 상기 턴테이블(114)과 회전 구동 유닛(118)과 연결한다.
상기 매니폴드(106)는 로드락 챔버(또는 트랜스퍼 챔버, 126)의 상부에 배치되며, 보트(108)는 공정 챔버(102)와 로드락 챔버(126) 사이에서 수직 방향으로 이동한다.
상기 수직 구동 유닛(120)은 수평 암(122)과 수평 암(122)을 수직 방향으로 이동시키기 위한 구동력을 제공하는 수직 구동부(128)와 상기 구동력을 전달하기 위한 구동축(130)을 포함한다. 상기 수직 구동부(128)는 제1모터를 포함하여 구성 될 수 있으며, 상기 구동축(130)으로는 상기 제1모터로부터 제공되는 회전력에 의해 회전하는 리드 스크루(lead screw)가 사용될 수 있다. 상기 수평 암(122)은 상기 구동축(130)과 결합되며, 구동축(130)의 회전에 의해 수직 방향으로 이동한다.
상기 회전 구동 유닛(118)은 제2모터를 포함하여 구성될 수 있다. 상세히 도시되지는 않았으나, 상기 제2모터부터 제공된 회전력은 상기 제2모터와 연결된 구동 기어와 상기 회전축(116)과 연결된 종동 기어 및 상기 구동 기어와 종동 기어 사이를 연결하는 타이밍 벨트를 통해 회전축(116)으로 전달될 수 있다. 그러나, 상기 구동 기어와 종동 기어는 직접적으로 연결될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 가스 공급부(132)는 보트(108)에 의해 공정 챔버(102) 내에 위치한 다수의 반도체 기판들(10) 상에 각각 막을 형성하기 위한 소스 가스들과 공정 챔버(102) 내부를 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 공정 챔버(102) 내부로 공급한다.
본 발명의 일실시예에 의한 박막 형성 공정에 의하면, 박막의 재료로서 필요한 원소를 기체 상태로 기판 상에 공급한다. 따라서, 기판 상에 필요한 요소만을 공급하는 것이 아니라 유기금속 전구체(metalorganic precursor)나 금속 할로겐화물(metal halides) 등과 같은 형태의 반응물로 소스 가스를 기판 상에 공급한다. 형성하고자 하는 막 내의 불순물을 최소화하기 위하여, 상기와 같이 기판 상에 공급되는 반응물 중에서 금속 원소와 결합된 유기 리간드(organic ligand) 또는 할로겐화물(halides)은 화학 치환(chemical exchange)에 의하여 제거된다. 또한, 상기 박막을 형성하기 위한 소스 가스들은 상기 공정 챔버(102) 내에서 혼합되지 않고 한 종류씩 펄스(pulse) 방식으로 공급된다. 예를 들면, 제1소스 가스 및 제2소스 가스를 사용하여 막을 형성하는 경우, 먼저 공정 챔버로 제1소스 가스만을 공급하여 기판 상에 상기 제1소스 가스를 화학적으로 흡착(chemisorption)시키고, 그 후 제2소스 가스를 공정 챔버로 공급하여 상기 제2소스 가스를 기판 상에 화학적으로 결합시킨다.
따라서, 상기 가스 공급부(132)는 상기 반도체 기판들(10) 상에 제1소스 가스와 제2소스 가스를 각각 공급하기 위한 제1가스 공급부(134)와 제2가스 공급부(136), 그리고 상기 퍼지 가스를 공급하기 위한 제3가스 공급부(138)를 포함한다. 상기 제1 소스가스 및 제2 소스가스는 상기 기판(10)상에 형성하고자 하는 박막의 종류에 따라 다양한 가스가 이용될 수 있음은 자명하다.
상기 제1소스 가스 및 제2소스 가스는 제1캐리어 가스 및 제2캐리어 가스에 의해 각각 운반된다. 상기 퍼지 가스, 제1캐리어 가스 및 제2캐리어 가스로는 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N2) 가스가 각각 사용될 수 있다.
상기 가스 공급부(132)는 가스 공급 배관들을 통해 매니폴드(106) 내에 배치된 노즐 파이프들(140a, 140b, 140c)과 연결되어 있다. 구체적으로, 제1가스 공급부(134)는 제1가스 공급 배관(142a)을 통해 매니폴드(106) 내에 배치된 제1노즐 파이프(140a)의 하단부에 연결되어 있으며, 제2가스 공급부(136)는 제2가스 공급 배관(142b)을 통해 매니폴드(106) 내에 배치된 제2노즐 파이프(140b)의 하단부에 연결되어 있다. 상기 제3가스 공급부(138)는 제1연결 배관(144a) 및 제2연결 배 관(144b)을 통해 제1가스 공급 배관(142a) 및 제2가스 공급 배관(142b)에 연결되어 있으며, 또한 제3가스 공급 배관(142c)을 통해 매니폴드(106) 내에 배치된 제3노즐 파이프(140c)의 하단부에 연결되어 있다. 즉, 상기 퍼지 가스는 제1연결 배관(144a), 제1가스 공급 배관(142a), 제1노즐 파이프(140a), 제2연결 배관(144b), 제2가스 공급 배관(142b), 제2노즐 파이프(140b), 제3가스 공급 배관(142c) 및 제3노즐 파이프(140c)를 통해 공정 챔버(102) 내부로 공급된다.
상기 제1가스 공급부(134)는 상기 제1캐리어 가스를 공급하기 위한 제1저장부(146a)와, 상기 제1캐리어 가스의 공급 유량을 조절하기 위한 제1밸브(148a)와, 액상의 금속 전구체를 저장하기 위한 제2 저장부(146b)와, 상기 액상의 금속 전구체의 공급 유량을 조절하기 위한 유량 제어기(mass flow controller, 150)와, 상기 액상의 금속 전구체를 기화시키기 위한 기화기(vaporizer, 152)를 포함한다. 이와는 다르게, 상기 제1 공급부(134)는 액상의 금속 전구체를 기화시키기 위한 버블러를 포함할 수 있음은 자명하다. 일실시예로서, 상기 금속 전구체는 유전율이 우수한 하프늄 부톡사이드(Hf(OC4H9)4), TEMAH(Tetrakis(ethylmethylamino) hafnium, Hf(NCH3C2H5)4) 및 TEMAZ(Tetrakis(ethylmethylamino) Zirconium, Zr(NCH3C2H5)4)를 포함한다.
제1저장부(146a)와 기화기(152)는 제3연결 배관(144c)을 통해 연결되며, 제3연결 배관(144c)에는 상기 제1밸브(148a)가 설치되어 있다. 제2저장부(146b)와 기화기(152)는 제4연결 배관(144d)을 통해 연결되며 제4연결 배관(144d)에는 상기 질 량 유량 제어기(150)가 설치되어 있다.
상기 액상의 금속 전구체는 상기 기화기(152)의 내부에서 기화되며, 기화된 금속 전구체 가스와 상기 제1캐리어 가스는 제1가스 공급 배관(142a)과 연결된 버퍼(139)에 저장된다. 상기 금속 전구체 가스가 충분한 압력을 갖도록 상기 버퍼(139)에 저장되면 제1노즐 파이프(140a)의 길이방향을 따라 형성된 다수의 제1노즐들을 통해 반도체 기판들(10) 상으로 공급된다. 이때, 상기 금속 전구체 가스는 충분한 공급압력을 갖고 있으므로, 상기 제1 노즐들을 통하여 공급되는 금속 전구체 가스의 공급압력을 실질적으로 균일하게 형성할 수 있다.
제2가스 공급부(136)는 제2캐리어 가스를 제공하기 위한 제3저장부(146c)와 상기 제2 소스 가스를 제공하기 위한 제4 저장부(146d)를 포함하며, 제2가스 공급 배관(142b)을 통해 제2노즐 파이프(140b)에 연결되어 있다.
구체적으로, 제2가스 공급 배관(142b)은 제5연결 배관(144e) 및 제6연결 배관(144f)을 통해 제3저장부(146c) 및 제4저장부(146d)에 각각 연결되며, 제1연결 부재(154a)는 제2가스 공급 배관(142b), 제5연결 배관(144e) 및 제6연결 배관(144f)을 서로 연결한다. 상기 제5연결 배관(144e)에는 제2캐리어 가스의 공급 유량을 조절하기 위한 제2밸브(148b)가 설치되며, 제6연결 배관(144f)에는 상기 제2 소스 가스의 공급 유량을 조절하기 위한 제3밸브(148c)가 설치된다.
제3가스 공급부(138)는 퍼지 가스를 제공하기 위한 제5저장부를 포함하며, 상기 제1연결 배관(144a)은 제3가스 공급부(138)로부터 연장하며 제2연결 부재(154b)에 의해 제1가스 공급 배관(142a)에 연결되고, 상기 제2연결 배관(144b)은 제3가스 공급부(138)로부터 연장하며 제3연결 부재(154c)에 의해 제2가스 공급 배관(142b)에 연결되어 있다. 상기 제1연결 배관(144a)에는 제1노즐 파이프(140a)를 통해 공급되는 퍼지 가스의 유량을 조절하기 위한 제4밸브(148d)가 설치되며, 제2연결 배관(144b)에는 제2노즐 파이프(140b)를 통해 공급되는 퍼지 가스의 유량을 조절하기 위한 제5밸브(148e)가 설치된다. 또한, 제3가스 공급부(138)는 공정 챔버(102)를 급속 퍼지하기 위하여 제3가스 공급 배관(142c)을 통하여 제3노즐 파이프(140c)에 연결되어 있다. 제3가스 공급 배관(142c)에는 제3노즐 파이프(140c)를 통해 공급되는 퍼지 가스의 유량을 조절하기 위한 제6밸브(148f)가 설치되어 있다.
상기 제1가스 공급 배관(142a), 제2가스 공급 배관(142b) 및 제3가스 공급 배관(142c)은 매니폴드(106)내에서 제4연결 부재(154d), 제5연결 부재(154e) 및 제6연결 부재(154f)에 의해 제1노즐 파이프(140a), 제2노즐 파이프(140b) 및 제3노즐 파이프(140c)에 각각 연결된다.
한편, 도시된 바와 같이, 상기 기화기(152)와 제2연결 부재(154b) 사이의 제1가스 공급 배관(142a)에는 상기 제1 소스 가스의 공급 유량을 조절하기 위한 제7밸브(148g)가 더 설치될 수 있으며, 제1연결 부재(154a)와 제3연결 부재(154c) 사이의 제2가스 공급 배관(142b)에는 제2 소스 가스의 공급 유량을 조절하기 위한 제8밸브(148h)가 더 설치될 수 있다. 또한, 도시된 바에 의하면, 상기 제1캐리어 가스, 제2캐리어 가스 및 퍼지 가스는 개별적으로 공급되고 있으나, 하나의 저장 용기로부터 공급될 수도 있다.
또한, 상기 기화기(152)와 상기 버퍼(139) 사이의 제1 가스 공급 배관(142a) 으로부터 분기된 제4 가스 공급 배관(142d)은 공정 챔버(102)의 진공도를 조절하기 위한 펌핑 유닛(162)과 연결된다. 상기 기화기(152)는 상기 공정챔버에서 박막 형성공정이 수행되지 않는 경우에도 유지관리의 필요에 의해 유휴운전 상태를 유지하며, 상기 유휴운전 기간동안 기화기로 더미가스가 공급되어 상기 제4 가스 공급 배관(142d)을 경유하여 장치의 외부로 배출된다. 상기 더미가스의 유량을 조절하기 위해 제9 밸브(148i)가 상기 제4 가스 공급 배관(142d) 상에 설치된다. 일실실예로서, 질소(N2)가스가 상기 더미가스로 이용된다.
상기 기화기(152)가 유휴 가동되는 경우, 제7 밸브(148g)는 폐쇄되고 제9밸브(148i)는 개방되어 기화기(152)의 유휴공정 동안 공급된 더미 가스는 제4 가스 공급배관(142d)을 통하여 외부로 배출된다. 이때, 상기 제4 가스 공급 배관(142d)은 상기 펌핑유닛(162)에 의해 가압되어 외부로의 배출이 촉진된다. 한편, 상기 공정챔버 내부에서 증착공정이 진행되면 상기 제9밸브(148i)는 폐쇄되고 기화기를 경유한 가스는 상기 버퍼(139)에 저장된다. 상기 버퍼(139)의 압력이 요구되는 압력에 도달하면 상기 제7밸브(148g)를 개방하여 제1 노즐 파이프(140a)로 제1 소스 가스를 공급한다. 따라서, 상기 제1 노즐 파이프(140a)로 공급되는 제1 소스 가스의 공급 압력을 충분히 증가시킴으로써 제1 소스 가스의 공급 균일도를 향상할 수 있다. 일실시예로서, 상기 제1 소스가스의 압력은 약 0.5MPa 내지 1MPa의 범위를 갖는다.
상기 제1 노즐 파이프(140a)는 보트(108)에 적재된 반도체 기판(10)들과 인접하게 배치되어 제1가스 공급 배관(142a)으로부터 수직 상방으로 연장하며, 제1소 스 가스를 분사하기 위한 다수의 제1노즐들(미도시)을 갖는다. 상기 제1노즐들은 보트(108)에 지지된 반도체 기판들(10)의 표면들을 따라 상기 제1소스 가스가 흐르도록 상기 제1노즐 파이프(140a)의 연장 방향을 따라 일정 간격으로 제1노즐 파이프(140a)의 측면을 관통하여 형성되어 있다. 따라서, 상기 제1노즐들은 상기 반도체 기판들(10) 사이의 공간들로 제1소스 가스를 공급하며, 상기 제1소스 가스는 상기 제1노즐들을 통해 반도체 기판들(10)의 중심들을 향하여 분사된다. 이때, 상기 제1 소스 가스는 충분한 압력으로 상기 제1 노즐 파이프(140a)로 공급되므로 상기 제1 노즐들의 각각을 통하여 분사되는 제1 소스 가스의 양을 균일하게 형성할 수 있다.
제2노즐 파이프(140b)는 상기 보트(108)에 적재된 반도체 기판들(10)과 인접하게 배치되어 상기 제1노즐 파이프(140a)와 평행하게 연장하며, 제2소스 가스를 분사하기 위한 다수의 제2노즐들(미도시)을 갖는다. 상기 제2노즐들은 보트(108)에 지지된 반도체 기판들(10)의 표면을 따라 상기 제2소스 가스가 흐르도록 상기 제2노즐 파이프(140b)의 연장 방향을 따라 일정 간격으로 제2노즐 파이프(140b)의 측면을 관통하여 형성되어 있다. 따라서, 상기 제2노즐들은 상기 반도체 기판들(10) 사이의 공간들로 제2소스 가스를 공급하며, 상기 제2소스 가스는 상기 제2노즐들을 통해 반도체 기판들(10)의 중심들을 향하여 분사된다.
제3노즐 파이프(140c)는 제1노즐 파이프(140a) 및 제2노즐 파이프(140b) 사이에 배치되어 제1노즐 파이프(140a) 및 제2노즐 파이프(140b)에 평행하게 연장하며, 제3노즐 파이프(140c)는 공정 챔버(102) 내부를 급속 퍼지하기 위한 제3노즐 (미도시)을 갖는다. 상기 제3노즐(156c)은 제3노즐 파이프(140c)의 상단부에 형성되며, 수직 상방으로 상기 퍼지 가스를 분사한다.
상기 공정 챔버(102)를 진공 배기하기 위한 진공 펌프(162)는 진공 배관(160) 및 격리 밸브(isolation valve, 미도시)를 통해 매니폴드(106)와 연결되어 있으며, 가열로(104)는 공정 챔버(102)의 측벽 및 천정과 인접하게 배치되어 있다. 일실시예로서, 상기 증착 공정이 진행되는 동안 챔버(102)의 내부 압력은 약 0.3Torr 내지 1Torr 정도로 유지될 수 있으며, 내부 온도는 약 350℃ 내지 550℃ 정도로 유지될 수 있다.
제어부(164)는 가스 공급부(132), 수직 구동 유닛(120) 및 회전 구동 유닛(118)의 동작들을 제어한다. 구체적으로, 제어부(164)는 다수의 반도체 기판들(10)이 적재된 보트(108)가 수직 구동 유닛(120)에 의해 공정 챔버(102) 내부로 반입된 후, 가스 공급부(132)로부터 공급되는 가스들의 공급 유량들 및 공급 시간을 조절한다. 특히, 상기 버퍼(139)의 내부 압력을 감지하여 제7밸브의 개폐를 제어함으로써 제1 소스 가스가 상기 공정챔버로 균일하게 공급되도록 제어한다.
따라서, 본 발명에 의하면 소스가스의 공급압력을 충분히 높게 형성함으로써 각 노즐로부터 공급되는 소스가스의 양을 균일하게 형성할 수 있다. 따라서, 각 기판에 형성되는 박막의 두께를 균일하게 형성할 수 있는 장점이 있다. 특히, 분자량이 큰 금속 전구체를 이용하는 Y2O3막, HfO2막, ZrO2막, Nb2O5막, BaTiO3막 또는 SrTiO3막 등과 같은 고유전율 박막을 균일하게 형성할 수 있는 장점이 있다.
본 실시예는 고유전율을 갖는 박막을 형성하기 위한 원자층 증착 장치를 개시하고 있지만, 기화기와 고분자량을 갖는 소스가스를 사용하는 화학 기상증착 장치에도 동일하게 응용할 수 있음은 자명하다.
박막 형성방법
도 5는 도 3에 도시한 박막 형성 장치를 이용하여 반도체 기판 상에 박막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
첨부된 도면들을 참조하여 다수의 반도체 기판들(10) 상에 박막을 각각 형성하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 반도체 기판들(10)을 공정 챔버(102) 내에 위치시킨다. (단계 S100) 구체적으로, 반도체 기판들(10)은 수직 방향으로 일정 간격을 두고 보트(108)에 적재되며, 각각의 반도체 기판들(10)은 수평 방향으로 유지된다. 상기 보트(108)는 수직 구동 유닛(120)의 동작에 의해 매니폴드(106)를 통해 공정 챔버(102) 내부로 이동된다.
상기 반도체 기판(10) 상에는 반도체 장치를 구성하는 반도체 구조물들이 형성되어 있을 수 있다. 예를 들면, 상기 반도체 구조물들은 트랜지스터와 커패시터의 하부 전극 및 유전막을 포함할 수 있다. 상기 트랜지스터는 게이트 구조물과 소스/드레인으로 기능하는 불순물 영역들을 포함하며, 상기 커패시터의 하부 전극은 상기 불순물 영역들 중 하나에 연결된다. 상기 유전막은 상기 커패시터의 하부 전극 상에 형성되어 있다. 상기 하부 전극은 도프트 폴리실리콘으로 이루어질 수 있 으며, 상기 유전막은 하프늄 산화물(HfO2) 또는 지르코늄 산화물(ZrO2)로 이루어질 수 있다.
이어서, 상기 버퍼(139)의 내부로 제1 소스가스를 충전하여 고압의 제1 소스가스를 형성한다 (단계 S110). 구체적으로, 제4 가스 공급 배관(142d)에 형성된 제9 밸브(148i)를 폐쇄하여 기화기(152)의 유휴운전을 종료하고, 제2 저장부(146b)로부터 액상의 금속 전구체를 상기 기화기(152)로 공급한다. 기화기의 유휴운전 상태에서는 상기 공정챔버(102)에서의 박막 형성공정은 수행되지 않으므로 제1 가스 공급 배관(142a)의 제7 밸브(148g)는 폐쇄되고, 상기 제1 노즐 파이프(140a)로의 제1 소스가스 공급은 중단되어 있다. 따라서, 제7 밸브(148g) 및 제9 밸브(148i)가 폐쇄되어 있으므로 상기 기화기(152)에서 기화된 금속 전구체는 제1 가스 공급 배관(142a)을 경유하여 상기 버퍼(139)의 내부로만 충전되고 내부압력은 급속히 상승한다. 이때, 상기 버퍼(139)의 내부압력은 상기 유량 제어기(150)를 통하여 기화기(152)로 공급되는 액상 금속 전구체의 유량을 제어함으로써 조절할 수 있다. 일실시예로서, 상기 버퍼(139)의 내부압력이 약 0.5MPa을 형성하도록 상기 액상 금속 전구체의 공급량을 조절한다.
상기 버퍼(139)의 내부압력이 설정된 압력에 도달하면 상기 제1소스 가스를 제1노즐들을 통하여 공급함으로써 상기 반도체 기판들(10) 상에 금속 전구체 박막들을 형성한다 (단계 S120). 설정된 버퍼(139)의 압력이 감지되면 상기 제어부(164)는 상기 제7 밸브(148g)를 개방하여 상기 제1 노즐 파이프(140a)로 상기 제 1 소스 가스를 공급한다. 고압의 상기 제1 소스 가스는 신속하게 상기 제1 노즐 파이프(140a) 내부로 확산된다. 따라서, 상기 제1 노즐 파이프(140a) 내부를 빠른 시간에 정상상태로 형성함으로써 상기 제1 노즐들을 통하여 분사되는 제1 소스 가스의 공급량을 균일하게 유지할 수 있다. 일실시예로서, 상기 제1 소스 가스로서 TEMAZ를 질량 유량 제어기(150)에 의해 약 200mgm 정도로 공급하며, 제1캐리어 가스의 유량은 제1밸브(148a)에 의해 약 0.5slm 정도로 조절될 수 있다. 상기 제1소스 가스는 약 3분 동안 공급될 수 있다.
공정 챔버(102) 내부로 상기 제1퍼지 가스를 제1노즐들(156a), 제2노즐들(156b) 및 제3노즐(156c)을 통해 공급하여 잔여 제1소스 가스와 상기 금속 전구체 박막들 상에 물리적으로 부착된 금속 전구체를 제거한다(단계 S130). 일실시예로서, 아르곤 가스를 공정 챔버(102) 내로 약 30초 동안 공급한다. 구체적으로, 제1노즐들(156a)을 통해 아르곤 가스를 약 0.5slm의 유량으로 공급하고, 제2노즐들(156b)을 통해 아르곤 가스를 약 0.5slm의 유량으로 공급하며, 제3노즐(156c)을 통해 아르곤 가스를 약 2slm의 유량으로 공급하여 공정 챔버(102)를 일차 급속 퍼지시킨다.
반도체 기판들(10) 상에 상기 제2소스 가스를 제2노즐들(156b)을 통하여 공급함으로써 상기 반도체 기판들(10) 상에 형성된 금속 전구체 박막들을 금속 박막으로 전환시킨다. (단계 S140) 일실시예로서, 제2캐리어 가스의 유량은 제2밸브(148b)에 의해 0.5slm 정도로 조절되며, 제2 소스 가스로서 오존가스가 제3밸브(148c)에 의해 약 0.5slm 정도로 공급될 수 있다. 상기 제2소스 가스는 약 1분 30초 동안 공급될 수 있다. 따라서, 상기 기판들의 표면 상에 소정의 두께를 갖는 지르코늄 산화막을 형성할 수 있다.
상기 지르코늄 산화막들을 형성한 후, 공정 챔버(102) 내부에 잔류하는 제2소스 가스 및 반응 부산물을 제거하기 위하여 제1노즐들(156a), 제2노즐들(156b) 및 제3노즐(156c)을 통해 제2퍼지 가스를 공급한다(단계 S150). 일실시예로서, 질소 가스를 공정 챔버(102) 내로 약 5초 동안 공급한다. 구체적으로, 제1노즐들(156a)을 통해 아르곤 가스를 약 0.5slm의 유량으로 공급하고, 제2노즐들(156b)을 통해 아르곤 가스를 약 0.5slm의 유량으로 공급하며, 제3노즐(156c)을 통해 아르곤 가스를 약 2slm의 유량으로 공급하여 공정챔버(102)를 이차 급속 퍼지시킨다.
상술한 바와 같은 일 회의 공정 사이클을 수행하는 동안 상기 가스들을 공급하기 위한 액체 질량 유량 제어기(150) 및 밸브들(148a, 148b, 148c, 148d, 148e, 148f)의 동작은 제어부(164)에 의해 제어되며, 공정 챔버(102)의 내부 압력은 약 0.3torr 내지 1torr 정도로 조절되며, 공정 챔버(102)의 내부 온도는 약 450℃ 정도로 조절될 수 있다.
계속해서, 목적하는 두께를 갖는 티타늄 질화막들을 반도체 기판들(10) 상에 각각 형성하기 위하여 상기 공정 사이클(단계 S110 내지 S140)을 반복적으로 수행한다(단계 S160).
상기 목적하는 두께를 갖는 티타늄 질화막들의 형성이 종료되면, 상기 반도체 기판들(10)을 공정 챔버(102)로부터 언로딩시킨다(단계 S160). 상기 보트(108)는 수직 구동 유닛(120)의 동작에 의해 공정 챔버(102)로부터 로드락 챔버(126)로 반출된다.
박막 두께의 균일도 평가
도 6은 본 발명에 의한 박막 형성 장치를 이용하여 형성한 하프늄 옥사이드(HfO2)막의 일부에 관한 전자주사 현미경(scanning electron microscope, SEM) 사진이며, 도 7는 본 발명에 의한 박막 형성 장치를 이용하여 형성된 박막 두께 분포를 나타내는 도면이다. 도 6은 200mm 웨이퍼에 형성된 하프늄 옥사이드(HfO2)막의 일부를 나타낸 것으로서, 종래 배치형 ALD 장치에서 형성된 하프늄 옥사이드막에 관한 SEM 사진인 도 1과 비교된다. 도 2는 300mm 웨이퍼에 형성된 박막의 두께 분포를 나타내는 도면으로서, 종래 배치형 ALD 장치에서 형성된 박막의 두께 분포인 도 2와 비교된다. 도 6 및 도 7은 도 1 및 도 2와의 비교를 위해 공정챔버 내부에 수직방향으로 적재된 웨이퍼 보트의 최상부에 위치한 웨이퍼를 대상으로 측정한 결과이다.
도 6에 의하면, 박막의 주변부(P)와 중앙부(C)의 두께 편차가 도 1과 비교하여 상당히 완화되어 있음을 알 수 있다. 상기 박막은 평균 24.04Å의 두께를 가지며 약 0.27Å의 편차를 보이고 있다. 이러한 편차는 종래의 2.12Å과 비교하여 본원발명에 의한 박막 형성 장치가 동일한 웨이퍼에 형성되는 박막의 두께 균일도를 현저하게 개선하고 있음을 나타내고 있다. 또한, 상기 공정챔버 내부의 보트에 위치한 모든 웨이퍼에 대한 두께를 측정한 결과 약 1.01Å의 편차를 갖고 형성되어 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 종래기술을 이용한 경우의 두께 편차인 3.09Å 과 비교하여 약 33% 이상의 각 웨이퍼의 두께 균일도가 향상되었음을 나타내고 있다. 따라서, 본원발명에 의한 박막 형성 장치에 의하면, 개별 웨이퍼의 표면에 형성된 박막의 두께 균일도 및 보트에 적재된 모든 웨이퍼에 형성된 박막의 두께 균일도가 모두 개선되었음을 확인할 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 웨이퍼의 중앙부와 주변부의 두께 차이가 미미함을 알 수 있다. 최대두께는 40.65Å이며 최소두께는 38.70Å으로서 1.95Å의 차이를 보이고 있다. 도 2에 도시된 종래의 배치식 ALD 장치에서 형성된 박막의 두께 분포와 비교하면 박막의 중심부와 주변부의 두께 차이가 현저하게 해소되고 균일성이 향상되었음을 확인할 수 있다.
도 8는 종래의 배치식 ALD 장치와 본원발명에 의한 박막 형성장치를 이용하여 형성된 박막의 항복전압을 측정한 그래프이다. 도 8에 도시된 그래프에서, 샘플 I은 종래의 배치식 ALD 장치에서 박막을 형성한 웨이퍼 20매에 대한 항복전압을 측정한 것이며, 샘플 II는 종래의 배치식 ALD 장치에서 오존을 이용한 예비공정을 거친 후 박막을 형성한 웨이퍼 20매에 대한 항복전압을 측정한 것이다. 샘플 III은 본원발명에 의한 박막 형성장치에서 박막을 형성한 웨이퍼 20매에 대한 항복전압을 측정한 것이다.
도 8을 참조하면, 종래의 배치식 ALD 장치를 이용하여 박막을 형성한 경우에는 오존을 이용한 예비공정과 무관하게 항복전압의 분포가 불규칙하지만, 본원발명에 의한 박막 형성장치를 이용하여 박막을 형성한 경우에는 항복전압이 거의 일정하게 분포하는 것을 알 수 있다. 누설전류가 소자의 파괴를 초래하는 경우에 소자 에 인가된 전압으로서 박막의 두께에 직접적으로 영향을 받는다. 따라서, 샘플 I 및 샘플 II에 있어서 항복전압이 불규칙하다는 것은 소자를 구성하는 박막의 두께가 불균일하다는 것으로서 이러한 불균일성은 오존 예비공정과는 무관함을 알 수 있다. 그러나, 샘플 III의 항복전압은 거의 일정하게 분포하므로, 샘플 III을 구성하는 소자의 박막은 두께가 일정하게 형성되어 있음을 확인 할 수 있다. 따라서, 본원발명에 의한 박막 형성 장치는 웨이퍼에 형성되는 박막의 두께 균일도를 충분히 개선하고 있음을 확인할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기화된 소스가스를 버퍼에 저장하여 압력을 상승시키고 고압의 소스가스를 공정챔버로 분사함으로써 다수의 웨이퍼에 형성되는 각 박막의 두께 균일도를 현저하게 개선할 수 있다. 특히, 반도체 장치의 고집적화 경향에 따라 고유전율을 갖는 박막에 대한 필요성은 증가하는 반면 고유전율을 갖는 소스 가스는 높은 분자량으로 인하여 충분하게 기화되지 않아 보트의 상단부에 위치하는 웨이퍼와 하단부에 위치하는 웨이퍼 사이의 두께 차이가 크게 발생하는 문제점이 있었지만, 본원발명은 소스 가스가 고압으로 공정챔버로 분사되어 공급 균일도를 향상시킴으로써 각 웨이퍼에 형성되는 박막의 두께를 균일하게 형성할 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 (21)

  1. 기화된 금속 전구체 가스를 일정한 용적을 갖는 버퍼에 충전하여 상기 금속 전구체 가스를 포함하고 대기압보다 큰 압력을 갖는 제1 소스 가스를 형성하는 단계;
    상기 제1 소스 가스를 공정 챔버 내에 배치된 다수의 기판들 상으로 공급하여 상기 기판들 상에 금속 전구체 박막들을 각각 형성하는 단계;
    제1퍼지 가스를 공급하여 상기 공정 챔버 내부를 퍼지하는 단계;
    제2소스 가스를 상기 금속 전구체 박막들 상으로 공급하여 상기 금속 전구체 박막들을 금속 박막들로 전환시키는 단계; 및
    제2퍼지 가스를 공급하여 상기 공정 챔버 내부를 퍼지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 소스 가스를 형성하는 단계는
    상기 버퍼와 상기 공정 챔버의 연결을 차단하는 단계;
    액상의 금속 전구체 물질을 기화기로 공급하여 기상의 금속 전구체 물질로 기화시키는 단계; 및
    상기 기화기의 유휴운전(idling operation)을 위한 더미 가스의 배출을 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 버퍼와 상기 공정 챔버의 연결을 차단하는 단계는 상기 버퍼와 상기 공정챔버 사이에 연결된 제1 가스 공급 배관에 설치된 밸브조작에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 소스 가스의 압력은 상기 기화기로 공급되는 액상 금속 전구체 물질의 유량을 제어함으로서 조절되는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 소스 가스의 압력은 0.5MPa 내지 1MPa의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 더미가스의 배출을 차단하는 단계는 상기 기화기와 상기 공정챔버의 내부 진공도를 조절하기 위한 펌핑유닛 사이에 형성된 제2 가스 공급 배관에 형성된 밸브 조작에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 더미 가스는 질소(N2) 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 금속 전구체는 하프늄 부톡사이드(Hf(OC4H9)4), TEMAH(Tetrakis(ethylmethylamino) hafnium, Hf(NCH3C2H5)4) 및 TEMAZ(Tetrakis(ethylmethylamino) Zirconium, Zr(NCH3C2H5)4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 기판들은 수직 방향으로 일정 간격을 두고 배열되며, 각각의 기판들은 수평 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1소스 가스 및 상기 제2소스 가스는 상기 기판들과 인접하여 수직 방향으로 평행하게 배열된 다수의 제1노즐들 및 제2노즐들을 통해 각각 공급되는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1퍼지 가스 및 상기 제2퍼지 가스는 상기 제1노즐들, 상기 제2노즐들 및 상기 제1노즐들과 상기 제2노즐들 사이에 배치된 제3노즐을 통해 공급되는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 공정 챔버의 내부 온도는 350℃ 내지 550℃로 유지되는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제2 소스 가스는 오존(O3) 가스를 포함하는 것을 특징 으로 하는 박막 형성 방법.
  14. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 퍼지가스는 질소 가스 또는 비활성 가스 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1소스 가스는 제1 캐리어 가스에 의해 운반되며, 상기 제2소스 가스는 제2 캐리어 가스에 의해 운반되는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1퍼지 가스의 공급 유량은 상기 제2퍼지 가스의 공급 유량과 동일하며, 상기 제1캐리어 가스의 공급 유량은 상기 제2캐리어 가스의 공급 유량과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  17. 내부에 다수의 기판들이 정렬된 보트를 포함하는 공정 챔버;
    상기 공정챔버로 제1 소스가스를 공급하는 제1 가스 공급부;
    상기 제1 가스공급부와 상기 공정챔버 사이에 연결되어 상기 제1 소스가스를 상기 공정챔버로 공급하는 제1 가스 공급배관;
    상기 제1 가스 공급부와 상기 공정챔버 사이에서 상기 제1 공급배관 상에 위치하며, 상기 공정챔버로 공급되는 상기 제1 소스가스의 압력을 증가시키는 버퍼;
    상기 공정챔버로 제2 소스가스를 공급하는 제2 가스 공급부;
    상기 제2 가스 공급부와 상기 공정챔버 사이에 연결되어 상기 제2 소스가스를 상기 공정챔버로 공급하는 제2 가스 공급 배관;
    상기 공정챔버로 퍼지가스를 공급하는 제3 가스 공급부; 및
    상기 제3 가스 공급부와 상기 공정챔버 사이에 연결되어 상기 퍼지가스를 상기 공정챔버로 공급하는 제3 가스 공급배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 공정 챔버는 수직 방향으로 연장하며 하부가 개방된 실린더 형상을 갖고, 상기 공정 챔버를 감싸도록 배치되어 상기 공정 챔버를 공정 온도로 가열하기 위한 가열로, 상기 공정 챔버 하부에 연결되며 상하 개방된 실린더 형상을 갖는 매니폴드 및 상기 매니폴드를 통해 상기 공정 챔버 내부로 상기 보트를 이송하기 위한 수직 구동 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제1 가스 공급부는 액상의 금속 전구체를 기화시키는 기화기를 구비하고, 상기 기화기와 상기 공정챔버 내부의 진공도를 조절하기 위한 펌핑유닛 사이에 연결되어 상기 기화기의 유휴운전을 위한 더미가스를 상기 공정챔버의 외부로 배출하는 제4 가스공급배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제4 가스 공급 배관은 상기 기화기와 상기 버퍼 사이에 연결된 상기 제1 가스 공급배관으로부터 분기하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 버퍼와 상기 공정챔버 사이의 상기 제1 가스 공급배관 상에 위치하여 기화된 상기 금속 전구체 가스를 포함하는 상기 제1 소스가스의 공급유량을 조절하는 제1 밸브, 상기 제4 공급배관 상에 위치하여 상기 더미가스의 배출유량을 조절하는 제2 밸브 및 상기 기화기로 상기 제1 소스가스가 공급되면 상기 제1 및 제2 밸브를 폐쇄하여 상기 버퍼의 내부로 상기 제1 소스가스가 충전되도록 제어하며, 상기 버퍼의 내부압력이 설정된 압력에 도달하면 상기 제1 밸브를 개방하여 상기 금속 전구체 가스를 포함하는 제1 소스가스를 상기 공정챔버로 공급하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
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