KR20000015506A - Apparatus and method for forming thin film selectively using atomic layer deposition method by light irradiation - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: The method is to form a thin film having good characteristics selectively even when there is no selectivity of chemical reaction as to a gas on a semiconductor substrate. CONSTITUTION: The method is to form a thin film selectively on a specific area on a substrate with atomic layer deposition. The method forms the thin film selectively by; guiding different surface temperatures each other by irradiating a light of a wavelength having different absorption coefficients as to a first area where the thin film is to be formed and as to a second area where the thin film is not to be formed onto the substrate; and that the surface temperature of the first area is remained within the atomic layer deposition window range capable of growing a mono layer of the atomic layer deposition, and the temperature of the second area becomes out of the atomic layer deposition window range.

Description

광 조사에 의한 원자층 증착 방법을 이용한 선택적 박막 형성 방법 및 장치Selective thin film formation method and apparatus using atomic layer deposition method by light irradiation

본 발명은 선택적 박막 형성 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 원자층 증착(atomic layer deposition) 방식으로 기판 상의 특정 부위만 선택적으로 박막을 형성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for forming a selective thin film, and more particularly, to a method and apparatus for selectively forming a thin film on a specific portion of a substrate by atomic layer deposition.

반도체 집적 회로를 반도체 기판 상에 제조하기 위해서는 금속 박막, 절연체 박막 및 반도체 박막을 균일하게 반도체 기판 상에 형성하여야 한다. 반도체 기판 상의 특정 부위에 상기 기술한 특정 박막을 형성하기 위해서는 일반적으로 마스크 층을 이용하여 패턴 형성된 부위만을 노출시킴으로써 소정의 박막을 제조하게 된다.In order to manufacture a semiconductor integrated circuit on a semiconductor substrate, a metal thin film, an insulator thin film and a semiconductor thin film must be uniformly formed on the semiconductor substrate. In order to form the above-described specific thin film on a specific portion on the semiconductor substrate, a predetermined thin film is generally manufactured by exposing only a patterned portion using a mask layer.

한편, 반도체 기판 상의 특정 영역에 선택적으로 박막을 형성하는 기술로서, LIFT (laser-induced forward transfer) 기술, 원료 가스가 가지는 표면 반응의 선택도(selectivity) 특성을 이용하는 기술, 레이저를 이용하여 특정 부위에 손상 (damage)을 가함으로써 그 부위에 증착하고자하는 물질의 뉴클리에이션(nucleation)이 용이하게 일어나도록 하여 선택적 증착을 유도하는 무전극 금속증착(electroless metal deposition) 방법 등이 있다. 즉, 실리콘과 실리콘 산화막으로 구성되어 있는 기판 상에서 텅스텐 플루오라이드(tungsten fluoride; WF6)와 같은 특정 원료 가스를 이용하여 텅스텐 박막을 노출된 실리콘 표면에만 형성하는 기술이 일본 특허 4,290,262호에 상술되어 있다.Meanwhile, as a technology for selectively forming a thin film in a specific region on a semiconductor substrate, a laser-induced forward transfer (LIFT) technology, a technique using selectivity characteristics of surface reactions of a source gas, and a specific region using a laser There is an electrodeless metal deposition method which induces selective deposition by causing damage to the site to easily cause nucleation of the material to be deposited. That is, Japanese Patent No. 4,290,262 describes a technique for forming a tungsten thin film only on an exposed silicon surface using a specific source gas such as tungsten fluoride (WF 6 ) on a substrate composed of silicon and a silicon oxide film. .

또한, 금속 또는 실리사이드 박막과 실리콘 질화막을 포함하고 있는 반도체 기판 상에 전술한 텅스텐 플루오라이드를 이용하여 금속 박막 표면에만 선택적으로 텅스텐 박막을 형성하는 기술을 스즈키 마사야수(Suzuki Masayasu)등은 일본 특허 4,328,862호에서 개시하고 있다.In addition, Suzuki Masayasu et al. Disclose a technique for selectively forming a tungsten thin film only on the surface of a metal thin film using the above-described tungsten fluoride on a semiconductor substrate including a metal or silicide thin film and a silicon nitride film. It is disclosed in the call.

또 다른 선택적 박막 증착 방법으로서, 선택적 식각 특성을 이용한 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD) 방식이 사용되고 있다. 즉, 선택적 식각 특성을 이용한 원자층 증착 방식은 원자층 증착 방식에 의한 모노 레이어(monolayer) 증착과 식각을 반복하여 선택적으로 증착하는 방법으로서, 예를 들어 A물질과 B물질로 구성된 기판에 C물질의 모노 레이어를 형성하여 A-C 및 B-C의 결합이 존재하는 경우, A-C와 C-C의 결합은 식각이 용이하지 않지만 B-C의 결합만을 용이하게 식각할 수 있는 가스로 증착과 식각을 교대로 반복하게 되면 A물질 위에만 C물질이 성장하게 된다. 이와 같이 주기적 가스 변조 방식에 의한 선택적 원자층 증착에 관한 기술은 미합중국 특허 제5,201,995호에 상술되어 있다.As another selective thin film deposition method, an atomic layer deposition (ALD) method using selective etching characteristics is used. That is, the atomic layer deposition method using selective etching characteristics is a method of selectively depositing monolayer deposition and etching by atomic layer deposition method and selectively depositing, for example, C material on a substrate composed of A material and B material When AC and BC are present by forming a mono layer of, the combination of AC and CC is not easy to etch, but it is a gas that can easily etch only the bond of BC. Only substance C grows in the stomach. This technique for selective atomic layer deposition by a periodic gas modulation scheme is described in US Pat. No. 5,201,995.

갈륨 비소(GaAs)와 같은 화합물 반도체를 에피 성장하는데 있어서, TMG (trimethyl gallium)와 달리 모노레이어 형성을 위한 명확한 포화 지점(saturation point)을 찾기 어려운 TEG (triethyl gallium)과 AsH3의 반응 시스템에서 레이저 등을 이용하는 기술이 있다. TEG가 As 원자층 위에 흡착되는 경우에 레이저 조사(irradiation)에 의해 에틸(ethyl)기가 분해되어 갈륨 원자와 비소 원자가 반응을 진행하게 된다. 반면에, 단일 모노레이어 이상이 형성된 경우에는, 즉 TEG 유입(flow in) 주기 시간에 TEG가 갈륨 표면 위에 흡착 된 경우에는, 레이저가 조사되어도 TEG 원료 가스 분자의 에틸기가 분해되지 않으므로 가스가 유입되지 않는 디개싱 단계(degasing step)에서 TEG가 탈착되는 원리를 이용하여 GaAs를 레이어 층 별로 에피 성장시키는 기술이다. 제1도에 GaAs 에피 박막을 원자 층 증착 방식으로 성장하기 위한 가스 사이클을 도시하였다.In epitaxial growth of compound semiconductors such as gallium arsenide (GaAs), unlike trimethyl gallium (TMG), lasers in the reaction system of triethyl gallium (TEG) and AsH 3, where it is difficult to find a clear saturation point for monolayer formation And the like using techniques. When TEG is adsorbed on the As atomic layer, the ethyl group is decomposed by laser irradiation, and the gallium and arsenic atoms react. On the other hand, when more than a single monolayer is formed, i.e., when TEG is adsorbed on the gallium surface during the TEG flow in cycle time, the gas is not introduced because the ethyl group of the TEG source gas molecules does not decompose even when irradiated with a laser. The epitaxial growth of GaAs layer by layer using the principle that TEG is desorbed in the degassing step. 1 shows a gas cycle for growing a GaAs epi thin film by atomic layer deposition.

그러나, 전술한 종래의 선택적 박막 형성 기술은 모두가 원료 가스의 하지막에 대한 화학 반응의 선택성에 의존하고 있으므로, 원료 가스에 대한 화학 반응의 선택성이 없는 반도체 기판 상의 구조물에 대해서는 선택적 박막 형성이 불가능하게 된다.However, since the above-described conventional selective thin film formation techniques all depend on the selectivity of the chemical reaction with respect to the underlying film of the source gas, it is impossible to form a selective thin film for the structure on the semiconductor substrate without the selectivity of the chemical reaction with the source gas. Done.

따라서, 본 발명의 제1 목적은 반도체 기판 상에 양호한 특성의 박막을 형성하는 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, a first object of the present invention is to provide a method of forming a thin film of good characteristics on a semiconductor substrate.

본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 반도체 기판 상에 선택적으로 박막을 형성하는 방법을 제공하는데 있다.A second object of the present invention is to provide a method for selectively forming a thin film on a semiconductor substrate in addition to the first object.

본 발명의 제3 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 반도체 기판 상에 원료가스에 대한 화학적 반응의 선택성이 없는 경우에도 선택적으로 박막을 형성하는 방법을 제공하는데 있다.A third object of the present invention is to provide a method for selectively forming a thin film on the semiconductor substrate even when there is no selectivity of chemical reaction with respect to the source gas in addition to the first object.

제1도는 종래 기술에 의한 광 조사 원자층 증착 방법을 나타낸 도면.1 is a view showing a light irradiation atomic layer deposition method according to the prior art.

제2도는 원자층 증착 방식에 의한 박막 형성 시에 기판 온도와 박막 표면에서의 반응 상태의 관계를 나타낸 도면이다.2 is a view showing the relationship between the substrate temperature and the reaction state on the surface of the thin film when the thin film is formed by the atomic layer deposition method.

제3도는 본 발명에 따른 양호한 실시예를 나타낸 도면이다.3 shows a preferred embodiment according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

201 : 농축(condensation)201 condensation

202 : 분해(decomposition)202 decomposition

203 : 모노 레이어 성장203: Mono Layer Growth

204 : 불완전 반응(incomplete reaction)204: incomplete reaction

205 : 재기화(re-evaporation)205 re-evaporation

301 : 원료 가스의 펄스301: pulse of raw material gas

302 : 반응 가스의 펄스302: pulse of reaction gas

303 : 조사되는 빛의 펄스303: Pulse of light irradiated

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기판 상에 소정의 박막을 선택적으로 형성하고자 하는 제1 영역의 표면과 상기 소정의 박막을 형성하고자 하지 않는 제2 영역의 표면을 모노 레이어 증착이 가능한 온도 범위보다 낮도록 유지하는 단계; 상기 제2 영역의 표면 온도는 상기 온도대로 유지하고, 상기 제1 영역의 표면 온도를 모노 레이어 증착이 가능한 온도 범위로 상승시키기 위하여 레이저를 상기 기판에 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 원자층 증착 장치 및 그 형성 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides the surface of the first region to selectively form a predetermined thin film on the substrate and the surface of the second region not to form the predetermined thin film than a temperature range in which mono-layer deposition is possible. Keeping low; And maintaining the surface temperature of the second region at the temperature, and irradiating the substrate with a laser to raise the surface temperature of the first region to a temperature range capable of mono-layer deposition. A layer vapor deposition apparatus and its formation method are provided.

이하, 본 발명에 따른 선택적 박막 증착 장치 및 그 제조 방법을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a selective thin film deposition apparatus and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제2도는 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD) 방식에 의한 박막 형성 시에 기판 온도와 박막 표면 상태의 관계를 나타낸 도면이다. 제2도를 참조하면, 원자층 증착 방식으로 박막을 형성할 경우에, 기판 온도를 변화시켜도 박막 성장률(growth rate)이 변하지 않으며 화학 흡착(chemisorption)에 의해 모노 레이어(monolayer)가 형성되는 특정 영역(203; 이를 "원자층 증착 창" 또는 "ALD 창" 이라 부르기로 한다)이 존재하며, 이보다 높은 온도에서 성장 속도(즉, 성장량/주기)가 모노레이어가 형성할 수 있는 성장 속도보다 낮은 경우에는 재기화(re-evaporation; 205)의 속도가 다 빨라 박막이 형성되지 않는다.2 is a view showing the relationship between the substrate temperature and the surface state of the thin film when the thin film is formed by the atomic layer deposition (ALD) method. Referring to FIG. 2, when forming a thin film by atomic layer deposition, a specific region in which a monolayer is formed by chemisorption without changing the growth rate of the thin film even when the substrate temperature is changed. (203; referred to as " atomic layer deposition window " or " ALD window "), where the growth rate (i.e. growth rate / cycle) at a higher temperature is lower than the growth rate that the monolayer can form In this case, the re-evaporation (205) is fast and no thin film is formed.

한편, 기판 온도를 ALD 창의 범위를 벗어나 높은 온도를 유지하면서 성장 속도(성장량/주기)가 모노레이어가 형성될 수 있는 성장 속도보다 높은 경우에는, 원료 가스의 분해(decomposition; 202)로 인하여 화학 기상 증착(CVD)에서와 같이 기판 온도의 증가에 따라 박막 증착 속도가 증가하는 경향을 보이게 된다.On the other hand, if the substrate temperature is higher than the growth rate at which the monolayer can be formed while maintaining the high temperature outside the range of the ALD window, the chemical vapor phase is due to the decomposition of the source gas (202). As in CVD, the thin film deposition rate tends to increase with increasing substrate temperature.

또한, 제2 도에 나타낸 바와 같이 ALD 창의 범위보다 낮은 온도로 기판 온도를 유지하면서 성장 속도가 모노레이어가 형성될 수 있는 성장 속도보다 낮은 경우(204)에는 불완전 반응(incomplete reaction)으로 인하여 박막이 형성되지 않으며, 기판 온도를 낮은 온도로 유지하면서 성장 속도가 모노레이어가 형성될 수 있는 성장 속도보다 높은 경우(201) 농축(condensation)이 일어나 부착력(adhesion)이 불량한 박막이 형성되게 된다.Also, as shown in FIG. 2, when the growth rate is lower than the growth rate at which the monolayer can be formed while maintaining the substrate temperature at a temperature lower than the range of the ALD window, the thin film may be formed due to incomplete reaction. When the growth rate is higher than the growth rate at which the monolayer can be formed while maintaining the substrate temperature at a low temperature (201), condensation occurs to form a thin film having poor adhesion.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기판 상에 형성되어 있는 구조물들이 각각 고유한 흡수 계수(absorption coefficient)를 갖는 점을 이용하여 선택적으로 기판 상에 원자층 증착 방식으로 박막을 형성하게 된다. 즉, 본 발명에 따른 제2 실시예를 상술하면 다음과 같다. 제2도의 B영역과 C영역의 경계 근처, 예를 들어 f 라고 화살표로 지적한 지점의 온도로 기판 표면의 온도를 유지하면서 원자층 증착 장치에 원료 가스를 유입하게 되면, 전술한 바와 같이 불완전 반응(incomplete reaction; 204)으로 인하여 기판 상의 어느 곳도 박막이 형성되지 않는다.According to a preferred embodiment of the present invention, the structures formed on the substrate each have a unique absorption coefficient to selectively form a thin film on the substrate by atomic layer deposition. That is, the second embodiment according to the present invention will be described in detail as follows. When the source gas is introduced into the atomic layer deposition apparatus while maintaining the temperature of the surface of the substrate near the boundary between the regions B and C of FIG. 2, for example, as indicated by the arrow f, an incomplete reaction ( Due to the incomplete reaction 204, no thin film is formed anywhere on the substrate.

여기서, 기판 상에 박막을 선택적으로 형성하고자 하는 제1 영역에 대해서는 흡수 계수가 크지만, 박막을 형성하고자 하지 않는 제2 영역에 대해서는 흡수 계수가 상대적으로 낮은 특성을 보이는 빛을 상기 기판에 조사하여, 상기 제1 영역의 표면 온도는 ALD 창(203)의 범위 안으로 들어오게 되고, 제2 영역의 표면온도는 여전히 ALD 창의 왼쪽 영역에 머무르도록 한다면, 기판 상의 제1 영역에만 선택적으로 모노 레이어를 증착할 수 있다. 즉, 제1 영역에 대해서만 흡수 계수가 큰 파장의 빛을 기판 표면에 조사함으로써 증착하고자 하는 물질의 뉴클리에이션(nucleation)을 촉진시켜 선택적으로 모노 레이어를 증착시킬 수 있게 된다.In this case, the substrate is irradiated with light having a characteristic of having a large absorption coefficient for the first region where the thin film is selectively formed on the substrate, but having a relatively low absorption coefficient for the second region for which the thin film is not formed. If the surface temperature of the first region is brought into the range of the ALD window 203, and the surface temperature of the second region is still in the left region of the ALD window, the mono layer is selectively applied only to the first region on the substrate. Can be deposited. That is, by irradiating the surface of the substrate with light having a large absorption coefficient only to the first region, the nucleation of the material to be deposited may be promoted, thereby selectively depositing a mono layer.

또한, 본 발명에 따른 제2 실시예를 상술하면 다음과 같다. 먼저 기판의 온도를 C영역과 E영역의 경계 근처인 g로 표현한 지점에 유지하고 기판에 빛을 조사하면, 조사하는 파장의 빛에 대하여 흡수 계수가 낮은 제1 영역의 표면 온도는 변화하지 않고 ALD 창의 범위(203)에 잔류하게 되지만, 흡수 계수가 높은 제2 영역의 표면 온도는 상승하여 ALD창의 범위 밖으로 이동하게 되어 재기화(re-evaporation; 205)로 인하여 박막 형성이 저지되게 된다.In addition, the second embodiment according to the present invention will be described in detail as follows. First, if the temperature of the substrate is maintained at the point represented by g, which is near the boundary between the C region and the E region, and the light is irradiated to the substrate, the surface temperature of the first region having a low absorption coefficient with respect to the light of the wavelength to be irradiated does not change. While remaining in the range 203 of the window, the surface temperature of the second region with a high absorption coefficient rises and moves out of the range of the ALD window, which prevents thin film formation due to re-evaporation 205.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원료 가스의 주기는 박막 증착을 진행하지 않는 영역에서 농축(condensation)이 일어나지 않도록 조절하여야 하며, 전술한 대로 특정 파장(λ)의 빛의 조사에 의해 선택적으로 제1 영역에 모노 레이어가 형성되도록 하려면 초기 기판 표면의 온도 설정이 중요하다.The cycle of the source gas according to the preferred embodiment of the present invention should be controlled so that condensation does not occur in a region where thin film deposition is not performed, and as described above, the first gas may be selectively irradiated with light having a specific wavelength λ. Setting the temperature of the initial substrate surface is important to ensure that a mono layer is formed in the region.

기판에 빛을 조사함으로써 기판 위의 제1 영역을 ALD 창의 범위에 잔류시켜 모노 레이어를 형성하도록 하는 본 발명에 따른 박막 형성 방법은 열 에너지의 공급에 의해 선택적으로 증착하고자 하는 제1 영역의 표면 온도가 실제로 증가하기 때문일 수 있으며, 흡수된 빛에 의해 제1 영역의 표면이 화학적으로 활성화(excitation)되었기 때문일 수도 있는데, 빛을 조사하는 시간이 길수록 온도의 영향이 증가하는 경향을 지니게 된다.The method of forming a thin film according to the present invention, in which a monolayer is formed by leaving a first region on a substrate in the range of an ALD window by irradiating light to a substrate, has a surface temperature of a first region to be selectively deposited by supplying thermal energy. May be due to the actual increase, or may be due to the chemical activation of the surface of the first region by the absorbed light, and the longer the time for irradiating the light, the greater the influence of temperature.

일반적으로 물질에 특정 파장 빛을 조사하는 경우에, 이에 따른 온도 변화의 정도가 서로 다른 경향을 보이는데 시간적 의존성을 무시하면 물질의 온도 변화에 영향을 주는 요인은 다음과 같다.In general, when irradiating a specific wavelength of light on the material, the degree of temperature change tends to be different. When ignoring the time dependence, the following factors affect the temperature change of the material.

△T ∝ α(1-R)/ρc (1)ΔT ∝ α (1-R) / ρc (1)

여기서 α는 흡수 계수, R은 반사도(reflectance), ρ는 밀도(density), c는 비열(specific heat)이 된다. 한편, 흡광 계수를 고려하지 않았을 경우의 굴절률을 n1이라 하면, 흡광 계수(extinction coefficient; n2)를 고려할 때의 빛의 굴절률(n)은 다음과 같이 표시되므로,Where α is the absorption coefficient, R is the reflectance, ρ is the density, and c is the specific heat. On the other hand, if the refractive index when not considering the extinction coefficient is n 1 , the refractive index (n) of the light when considering the extinction coefficient (n 2 ) is expressed as follows,

n = n1+ n2(2)n = n 1 + n 2 (2)

흡수 계수(absorption coefficient)와 반사도(reflectivity)는 각각 다음과 같이 표현된다.Absorption coefficient and reflectivity are respectively expressed as follows.

α = 4πn2/λ (3)α = 4πn 2 / λ (3)

R = (n-1)2/ (n+1)2(4)R = (n-1) 2 / (n + 1) 2 (4)

여기서, 빛과 관련된 항목이 아닌 밀도(ρ)와 비열(c)은 작을수록 빛을 조사할 때 온도 변화가 커지며, 빛에 관련된 흡수 계수(α)는 클수록, 반사도(R)는 작을수록 온도 변화가 증가한다.Here, the smaller the density (ρ) and the specific heat (c) that are not related to light, the larger the temperature change when irradiating light, the larger the absorption coefficient (α) related to light and the smaller the reflectance (R), the temperature change. Increases.

아래의 표1은 실리콘, 실리콘 산화막 및 주요 금속에 대한 물질 파라미터를 나타낸 도표이다.Table 1 below is a table showing the material parameters for silicon, silicon oxide film and major metals.

(표1) 주요 물질에 대한 빛 흡수 관련 파라미터Table 1: Parameters for Light Absorption for Major Substances

SiSi SiO2 SiO 2 AlAl PtPt TiTi ρ(g/cm3)ρ (g / cm 3 ) 2.332.33 2.272.27 2.6992.699 21.4521.45 4.5074.507 c(J/g·℃)c (J / g 占 폚) 0.70.7 1.01.0 0.2150.215 0.03140.0314 0.1240.124 R @0.15㎛R @ 0.15㎛ 0.50.5 0.10.1 0.90.9 -- -- α @0.15㎛α @ 0.15㎛ ∼106 To 10 6 1이하1 or less ∼106 To 10 6 -- -- nn 3.43.4 1.461.46 -- -- --

표1을 참조하면, 실리콘에 비해 실리콘 산화막은 반사도(reflectance) 값은 작으나, 표1에서 예로 든 0.15㎛의 파장을 갖는 빛에 대해 흡수 계수에 있어서 1,000,000배의 차이를 보이고 있다. 또한, 일반적으로 금속은 실리콘 산화막에 비해 반사도(R)는 크지만 흡수 계수(α)의 현저한 차이를 보이며 비열 값도 작아서, 빛을 조사할 경우 온도 변화가 크기 때문에 화학적으로 활성화 될 가능성이 크다.Referring to Table 1, the silicon oxide film has a smaller reflectance value than silicon, but shows a difference of 1,000,000 times in the absorption coefficient with respect to light having a wavelength of 0.15 μm. In addition, metals generally have a larger reflectance R than silicon oxide films, but show a significant difference in absorption coefficient α and a small specific heat value. Therefore, metals are more likely to be chemically activated due to a large temperature change when irradiated with light.

제3도는 본 발명에 따른 양호한 실시예를 나타낸 도면으로서, 실리콘과 실리콘 산화막으로 구성된 반도체 기판 상에 실리콘 상부에만 선택적으로 금속 박막을 증착하기 위한 실시예이다. 이때에, 빛의 조사(303)는 표면에만 영향을 미칠 수 있도록 펄스 형태로 가하여 주며, 원료 가스(301)가 주입되는 사이클 시간(T')과 반드시 동일한 사이클 시간을 가질 필요는 없다. 또한, 본 발명에 따른 바람직한 실시예로서, 원료 가스나 반응 가스가 주입되지 않는 퍼징(purge) 단계에서 불활성 가스를 주입하는 것이 가능하다.3 is a view showing a preferred embodiment according to the present invention, for selectively depositing a metal thin film only on top of silicon on a semiconductor substrate composed of silicon and a silicon oxide film. At this time, the irradiation of light 303 is applied in the form of a pulse so as to affect only the surface, it does not necessarily have to have the same cycle time as the cycle time (T ') in which the source gas 301 is injected. Further, as a preferred embodiment according to the present invention, it is possible to inject an inert gas in a purge step in which source gas or reactive gas is not injected.

초기 기판의 온도는 모노 레이어 형성이 이루어지지 않는 온도 영역에서, ALD 창 근처로 온도를 유지하여야 하며, 실리콘의 흡수 계수가 실리콘 산화막의 흡수 계수에 비해 매우 큰 파장의 빛을 조사하여 실리콘 영역의 표면 온도를 화학 흡착(chemisorption)에 의한 모노 레이어 성장이 가능한 ALD 창의 범위 내에 존재하도록 한다.The temperature of the initial substrate should be maintained near the ALD window in the temperature range where no monolayer is formed, and the surface of the silicon region is irradiated with the light whose wavelength of absorption is very large than that of the silicon oxide film. The temperature is such that the monolayer growth by chemisorption is within the range of the ALD window.

또한, 흡수 계수가 낮은 실리콘 산화막 영역을 불완전 반응 영역(제1도의 B영역)에 존재하도록 하면, 실리콘 산화막 위의 원료 가스 분자는 퍼징(purge) 단계에서 분해(desorption)되어 박막이 증착되지 않는다. 금속 모노 레이어가 형성된 이후에도 금속 막이 계속 선택적으로 성장하려면 사용한 빛에 대한 금속 막의 흡수 계수가 실리콘 산화막보다 커야 한다. 일반적으로 화학 기상 증착(CVD) 또는 원자층 증착 방법(ALD)에 사용하는 원료 가스는 증착하고자 하는 물질 이외에 부착된 다른 종(species)의 기(radical)를 포함하고 있어 반응 시에 이것들이 탈착되어야 한다. 본 발명에 따른 실시예에서는 위와 같은 경우 빛의 조사에 의해 탈착시키는 것이 가능하며, 반응가스(302)는 원료 가스(301)의 분해 반응을 위해 또는 이원계 물질의 형성할 목적으로 공급할 수 있다.In addition, when the silicon oxide film region having a low absorption coefficient is present in the incomplete reaction region (region B in FIG. 1), the source gas molecules on the silicon oxide film are desorbed in the purge step so that the thin film is not deposited. In order for the metal film to continue to grow selectively even after the metal mono layer is formed, the absorption coefficient of the metal film to the used light must be larger than that of the silicon oxide film. Generally, the source gas used in chemical vapor deposition (CVD) or atomic layer deposition method (ALD) contains radicals of other species attached in addition to the material to be deposited so that they must be desorbed during the reaction. do. In the embodiment according to the present invention it is possible to desorption by irradiation of light in the above case, the reaction gas 302 can be supplied for the decomposition reaction of the source gas 301 or for the purpose of forming a binary material.

이상과 같이 본 발명에 따른 선택적 원자층 증착 장치 및 박막 형성 방법은, 종래의 선택적 증착 방식이 주로 원료 가스의 하지막에 대한 화학적 선택성에 의해 이루어진데 반하여, 특히 원료 가스에 대해 선택성이 없는 경우에도 빛에 대한 흡수 계수의 차이를 이용하여 선택적 박막 증착이 가능하도록 하여 주므로, 종래의 기술로서 선택적 증착이 불가능한 박막에 대해서도 선택적 증착이 가능하도록 해줄 수 있다.As described above, the selective atomic layer deposition apparatus and the thin film forming method according to the present invention, while the conventional selective deposition method mainly made by the chemical selectivity of the base film of the source gas, even if there is no selectivity to the source gas Since the selective thin film deposition is possible by using the difference in the absorption coefficient for light, it is possible to enable the selective deposition even for a thin film that is not capable of selective deposition in the prior art.

또한, 초기 기판 위에 소정의 막을 증착하고자 하는 영역이 다른 영역과 비교하여 흡수 계수가 현저히 다르지 않다 하더라도, 원료 가스에 대한 선택성이 있으며 형성하고자하는 막과 막을 형성하고자 하지 않는 영역이 흡수 계수에 있어서 차이가 존재하면, 초기에는 선택적 증착이 가능한 소정의 두께까지 원료가스의 선택성에 의해 선택적 증착을 수행하고, 그 이후로는 빛의 흡수 계수 차이에 의한 선택적 증착을 하는 이중 공정도 가능하다.In addition, even though the absorption coefficient is not significantly different compared to other regions where a desired film is to be deposited on the initial substrate, the absorption coefficient is different in the absorption coefficient between the film to be formed and the region to which the film is not formed. If is present, initially a selective deposition is performed by the selectivity of the source gas to a predetermined thickness capable of selective deposition, after which a dual process is also possible to perform a selective deposition by the difference in absorption coefficient of light.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.The foregoing has outlined rather broadly the features and technical advantages of the present invention to better understand the claims of the invention which will be described later. Additional features and advantages that make up the claims of the present invention will be described below. It should be appreciated by those skilled in the art that the conception and specific embodiments of the invention disclosed may be readily used as a basis for designing or modifying other structures for carrying out similar purposes to the invention.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.In addition, the inventive concepts and embodiments disclosed herein may be used by those skilled in the art as a basis for modifying or designing other structures for carrying out the same purposes of the present invention. In addition, such modifications or altered equivalent structures by those skilled in the art may be variously changed, substituted, and changed without departing from the spirit or scope of the invention described in the claims.

이상과 같이 본 발명에 따른 선택적 원자층 증착 장치 및 박막 형성 방법은 종래의 선택적 증착 방식이 원료가스의 하지막에 대한 선택성이 없는 경우 선택적 증착이 불가능한 문제점을 해결한 새로운 선택적 박막 형성 방식으로서, 본 발명은 기판 상에 선택적 박막을 형성하고자 하는 영역의 표면 온도를 ALD 창의 범위에 잔류시키도록 하고, 그 외의 영역의 표면 온도를 ALD 창의 범위밖에 유지시킴으로써, 효과적으로 선택적 박막을 기판 상에 형성할 수 있다.The selective atomic layer deposition apparatus and the thin film forming method according to the present invention as described above is a new selective thin film formation method that solves the problem that the selective deposition is not possible when the conventional selective deposition method has no selectivity for the underlying film of the source gas. The invention can effectively form a selective thin film on a substrate by keeping the surface temperature of the region where the selective thin film is to be formed on the substrate in the range of the ALD window and keeping the surface temperature of the other region outside the range of the ALD window. .

Claims (12)

기판 상에 소정의 박막을 형성하는 원자층 증착 장치에 있어서,In the atomic layer deposition apparatus for forming a predetermined thin film on a substrate, 상기 소정의 박막을 형성하기 위한 원료 가스를 공급하는 수단;Means for supplying a source gas for forming the predetermined thin film; 상기 소정의 박막을 형성하기 위한 반응 가스를 공급하는 수단;Means for supplying a reaction gas for forming the predetermined thin film; 상기 기판 상에 상기 소정의 박막을 선택적으로 형성하고자 하는 제1 영역의 표면 온도를 모노 레이어 성장이 가능한 온도 범위 내에 유지시키고, 상기 기판 상에 상기 소정의 박막을 선택적으로 형성하고자 하지 않는 제2 영역의 표면 온도를 모노 레이어 성장이 가능한 온도 범위보다 낮은 온도로 유지시키기 위한 수단A second region in which the surface temperature of the first region in which the predetermined thin film is to be selectively formed on the substrate is maintained within a temperature range in which mono layer growth is possible, and in which the predetermined thin film is not selectively formed on the substrate; Means for maintaining the surface temperature of a temperature below a temperature range in which monolayer growth is possible 을 구비하는 것을 특징으로 하는 선택적 원자층 증착 장치.Selective atomic layer deposition apparatus comprising a. 제1항에 있어서, 상기 기판 상에 상기 제1 영역의 표면 온도를 모노 레이어 성장이 가능한 온도의 범위 내에 유지시키고, 상기 제2 영역의 표면 온도를 모노 레이어 성장이 가능한 온도 범위보다 낮은 온도로 유지시키기 위한 수단은 우선 상기 기판의 표면 온도를 모노 레이어 성장이 가능한 온도 범위보다 낮도록 유지한 후에, 상기 제2 영역에 대해서는 흡수 계수가 낮지만 상대적으로 상기 제1 영역에 대해서는 상기 제1 영역의 표면 온도를 모노 레이어 성장이 가능한 온도 범위로 유지시킬 정도로 흡수 계수가 큰 파장의 빛을 상기 기판 표면에 조사하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 원자층 증착 장치.The method of claim 1, wherein the surface temperature of the first region on the substrate is maintained within a range in which mono layer growth is possible, and the surface temperature of the second region is maintained at a temperature lower than a temperature range in which mono layer growth is possible. The means for maintaining the surface temperature of the substrate is first maintained to be lower than the temperature range in which mono-layer growth is possible, and then the absorption coefficient is low for the second region but relatively the surface of the first region for the first region. And means for irradiating the surface of the substrate with light having a high absorption coefficient such that the temperature is maintained in a temperature range capable of monolayer growth. 제2항에 있어서, 상기 기판에 조사된 파장의 빛에 대하여 상기 제1 영역에 형성된 상기 소정의 박막은 상기 제2 영역 물질보다 빛의 흡수 계수가 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 선택적 원자층 증착 장치.The selective atomic layer deposition apparatus of claim 2, wherein the predetermined thin film formed in the first region with respect to light of a wavelength irradiated onto the substrate has a relatively larger absorption coefficient of light than the second region material. . 기판 상에 소정의 박막을 형성하는 원자층 증착 장치에 있어서,In the atomic layer deposition apparatus for forming a predetermined thin film on a substrate, 상기 소정의 박막을 형성하기 위한 원료 가스를 공급하는 수단;Means for supplying a source gas for forming the predetermined thin film; 상기 소정의 박막을 형성하기 위한 반응 가스를 공급하는 수단;Means for supplying a reaction gas for forming the predetermined thin film; 상기 기판 상에 상기 소정의 박막을 선택적으로 형성하고자 하는 제1 영역의 표면 온도를 모노 레이어 성장이 가능한 온도 범위 내에 유지시키고, 상기 기판 상에 상기 소정의 박막을 선택적으로 형성하고자 하지 않는 제2 영역의 표면 온도를 모노 레이어 성장이 가능한 온도 범위보다 높은 온도로 유지시키기 위한 수단A second region in which the surface temperature of the first region in which the predetermined thin film is to be selectively formed on the substrate is maintained within a temperature range in which mono layer growth is possible, and in which the predetermined thin film is not selectively formed on the substrate; Means for maintaining the surface temperature of the metal at temperatures above the temperature range in which monolayer growth is possible 을 구비하는 것을 특징으로 하는 선택적 원자층 증착 장치.Selective atomic layer deposition apparatus comprising a. 제4항에 있어서, 상기 기판 상에 상기 제1 영역의 표면 온도를 모노 레이어 성장이 가능한 온도의 범위 내에 유지시키고, 상기 제2 영역의 표면 온도를 모노 레이어 성장이 가능한 온도 범위보다 높은 온도로 유지시키기 위한 수단은 우선 상기 기판의 표면 온도를 모노 레이어 성장이 가능한 온도 범위 내에 유지한 후에, 상기 제1 영역에 대해서는 흡수 계수가 낮지만 상대적으로 상기 제2 영역에 대해서는 상기 제2 영역의 표면 온도를 모노 레이어 성장이 가능한 온도 범위보다 높도록 유지시킬 정도로 흡수 계수가 큰 파장의 빛을 상기 기판 표면에 조사하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 원자층 증착 장치.The method of claim 4, wherein the surface temperature of the first region on the substrate is maintained within a range in which mono layer growth is possible, and the surface temperature of the second region is maintained at a temperature higher than a temperature range in which mono layer growth is possible. The means for maintaining the surface temperature of the substrate is first maintained within a temperature range capable of mono-layer growth, and then the surface temperature of the second region is relatively low for the second region but relatively low absorption coefficient for the first region. And means for irradiating the surface of the substrate with light having a wavelength with a high absorption coefficient such that monolayer growth is maintained above a possible temperature range. 제4항에 있어서, 상기 기판에 조사된 파장의 빛에 대하여 상기 제1 영역에 형성된 상기 소정의 박막은 상기 제2 영역 물질보다 상기 빛에 대한 흡수 계수가 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 선택적 원자층 증착 장치.The selective atomic layer of claim 4, wherein the predetermined thin film formed in the first region with respect to light of a wavelength irradiated onto the substrate has a relatively smaller absorption coefficient for the light than the second region material. Deposition apparatus. 제2항 및 제5항에 있어서, 상기 기판 표면에 빛을 조사하는 수단은 상기 빛을 펄스 형태로 상기 기판 표면에 조사하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 원자층 증착 장치.6. The apparatus of claim 2 or 5, wherein the means for irradiating light onto the substrate surface comprises means for irradiating the substrate surface to the light in pulse form. 기판 상에 소정의 박막을 선택적으로 형성하는 원자층 증착 방법에 있어서,In the atomic layer deposition method for selectively forming a predetermined thin film on a substrate, 상기 기판 상에 상기 소정의 박막을 선택적으로 형성하고자 하는 제1 영역의 표면과 상기 소정의 박막을 형성하고자 하지 않는 제2 영역의 표면을 모노 레이어 증착이 가능한 온도 범위보다 낮도록 유지하는 단계;Maintaining a surface of a first region to selectively form the predetermined thin film on the substrate and a surface of a second region not to form the predetermined thin film to be lower than a temperature range in which monolayer deposition is possible; 상기 제2 영역의 표면 온도는 ALD 창 이하의 온도로 유지한 채, 상기 제1 영역의 표면 온도를 모노 레이어 증착이 가능한 온도 범위로 상승시킬 수 있는 흡수 계수를 갖는 파장의 빛을 상기 기판에 조사하는 단계While maintaining the surface temperature of the second region below the ALD window, the substrate is irradiated with light having a wavelength having an absorption coefficient that can raise the surface temperature of the first region to a temperature range capable of monolayer deposition. Steps to 를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.Atomic layer deposition method comprising a. 기판 상에 소정의 박막을 선택적으로 형성하는 원자층 증착 방법에 있어서,In the atomic layer deposition method for selectively forming a predetermined thin film on a substrate, 상기 기판 상에 상기 소정의 박막을 선택적으로 형성하고자 하는 제1 영역의 표면과 상기 소정의 박막을 형성하고자 하지 않는 제2 영역의 표면을 모노 레이어 증착이 가능한 온도 범위보다 높도록 유지하는 단계;Maintaining a surface of a first region to selectively form the predetermined thin film on the substrate and a surface of a second region not to form the predetermined thin film to be higher than a temperature range in which monolayer deposition is possible; 상기 제1 영역의 표면 온도는 ALD 창 안에 들도록 유지한 채, 상기 제2 영역의 표면 온도를 모노 레이어 증착이 가능한 온도보다 높도록 상승시킬 수 있는 흡수 계수를 갖는 파장의 빛을 상기 기판에 조사하는 단계While maintaining the surface temperature of the first region within the ALD window, the substrate is irradiated with light of a wavelength having an absorption coefficient that can raise the surface temperature of the second region to be higher than a temperature capable of monolayer deposition. step 를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.Atomic layer deposition method comprising a. 선택적으로 소정의 박막을 형성하고자 하는 제1 영역과 상기 소정의 박막을 형성하지 아니하고자 하는 제2 영역을 구비한 기판 상에 상기 소정의 박막을 선택적으로 형성하는 방법에 있어서,In the method of selectively forming the predetermined thin film on a substrate having a first region to selectively form a predetermined thin film and a second region not to form the predetermined thin film, 상기 기판 상의 제1 영역에 원료 가스에 대한 선택성으로 인해 상기 소정의 박막을 임계 두께까지 선택적으로 형성하는 단계;Selectively forming the predetermined thin film to a critical thickness due to selectivity to source gas in a first region on the substrate; 상기 제1 영역에 형성된 임계 두께의 박막과 상기 제2 영역에 대해 서로 상이한 흡수 계수 특성을 보이는 빛을 기판 상에 조사함으로써 상기 소정의 선택적 박막을 계속적으로 기판 상의 제1 영역에 형성하는 단계Continuously forming the predetermined selective thin film in the first region on the substrate by irradiating a thin film having a critical thickness formed on the first region with light having different absorption coefficient characteristics for the second region on the substrate. 를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 원자층 증착 방법.Selective atomic layer deposition method comprising a. 제10항에 있어서, 상기 임계 두께는 상기 하지막이 원료 가스에 대하여 선택성이 존재함으로 인하여 선택적 증착을 수행할 수 있는 박막의 두께인 것을 특징으로 하는 선택적 원자층 증착 방법.The method of claim 10, wherein the critical thickness is a thickness of a thin film capable of performing selective deposition because the base film has selectivity with respect to source gas. 제10항에 있어서, 상기 조사하는 빛은 상기 제1 영역에 형성된 박막의 표면 온도를 ALD 창의 범위 내에 유지하고, 상기 제2 영역의 표면 온도는 ALD 창의 범위 밖으로 유지하는 것을 특징으로 하는 선택적 원자층 증착 방법.The selective atomic layer of claim 10, wherein the irradiated light maintains the surface temperature of the thin film formed in the first region within an ALD window, and the surface temperature of the second region outside the ALD window. Deposition method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100422577B1 (en) * 2001-06-30 2004-03-12 주식회사 하이닉스반도체 Method for forming oxide-thin film by atomic layer deposition
KR100494970B1 (en) * 2002-12-03 2005-06-13 병호 최 Apparatus of Photo - Induced Selective Area Atomic Layer Deposition
US7081418B2 (en) 2001-05-18 2006-07-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of fabricating a multi-layered thin film by using photolysis chemical vapor deposition

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