KR20100132779A - 박막 형성 방법 및 이의 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막 형성 방법 및 이의 제조 장치에 관한 것으로, 반응 공간을 갖는 증착 장치 내측에 기판을 안치시키는 단계와, 상기 반응 공간에 원료물질을 공급하여 상기 기판 상에 상기 원료물질을 흡착시키는 단계와, 상기 기판에 흡착되지 않은 원료물질을 퍼지하는 단계와, 상기 반응 공간에 이온화된 반응 가스를 공급하여 상기 이온화된 반응 가스와 상기 원료물질을 반응시켜 상기 기판 상에 박막을 형성하는 단계 및 상기 반응 부산물 및 미반응 물질을 퍼지하는 단계를 포함하고, 적어도 상기 원료물질을 흡착시키는 단계 시 이온화된 불활성 가스를 상기 반응 공간에 공급하는 박막 형성 방법 및 이의 제조 장치를 제공한다. 이와 같이 이온화된 가스에 의해 도움을 받는 ALD공정을 통해 원료물질과 반응 가스 간의 반응성을 향상시킬 수 있으며, 저온에서 박막 증착 공정을 수행할 수 있다.
박막, 이온, 에너지, 반응성, 저온, 단차 피복성

Description

박막 형성 방법 및 이의 제조 장치{METHOD FOR MANUFACTURING THIN FILM AND APPARATUS FOR THE SAME}
본 발명은 박막 형성 방법 및 이의 제조 장치에 관한 것으로, 저온에서 진공 증착이 가능하고, 막질이 향상되고, 우수한 스텝 커버리지를 갖는 박막 형성 방법 및 이의 제조 장치에 관한 것이다.
종래의 반도체 소자, 평판 표시 소자, 솔라셀 및 다이오드 등에서 사용하는 박막은 진공 증착법에 의해 형성되었다. 그리고, 박막은 그 특성에 따라 사용되는 원료 물질이 매우 다양하다. 또한, 이러한 원료 물질의 다양성으로 인해 그 증착 방법 또한 매우 다양한 실정이다.
이러한 박막 중 하나인 금속 질화막은 고집적화된 반도체 소자의 금속 전극 또는 금속 배선의 배리어 금속층으로 사용된다. 즉, 예를 들어 고유전율(High-K) 물질의 상부 및/또는 하부에 위치한다.
종래의 전극으로 사용되는 금속 질화막으로는 TiN, TaN, WN과 같은 물질이 사용된다. 이러한 금속 질화막은 화학 기상 증착법(Chemical Vaper Deposition; CVD)을 이용하여 제작되었다. 이중 TiN의 경우, 소스 물질(즉, 전구체)로 TiCl4를 사용하였고, 반응 가스로 NH3를 사용하였다.
이러한, 종래의 금속 질화막 제조 방법은 공정 온도가 400도 이상의 고온에서 수행되었다. 따라서, 금속 질화막 형성시의 온도(400도 이상)에 의해 하부 구조물이 열적 손상을 받는 문제가 발생하였다.
이뿐만 아니라, 소자의 선폭이 40nm 급 이하로 좁아짐으로 인해 종래의 금속 질화막 제조 방법으로는 금속 질화막의 비저항이 높아지고 스텝 커버리지가 나쁜 단점이 있다. 또한, 반응 가스로 NH3를 사용할 경우, 반응시 발생한 H2에 의해 고유전율 물질 특성을 변화시키는 문제가 발생하였다.
상기와 같이 종래의 박막 증착 기술로는 400도(바람직하게는 300도) 이하의 저온에서 박막을 증착하는 것이 어려웠다. 또한, 스텝커버리지가 좋치 않아 종횡비가 높은 영역에서 원하는 두께의 박막을 증착시키지 못하는 단점이 있었다.
상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 이온 어시스트 ALD(Atomic Layer Deposition)를 통해, 원료 물질과 반응 물질간의 반응성을 증대시켜 저온에서 우수한 스텝커버리지를 갖는 박막을 제작할 수 있는 박막 형성 방법 및 이의 제조 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 반응 공간을 갖는 증착 장치 내측에 기판을 안치시키는 단계와, 상기 반응 공간에 원료물질을 공급하여 상기 기판 상에 상기 원료물질을 흡착시키는 단계와, 상기 기판에 흡착되지 않은 원료물질을 퍼지하는 단계와, 상기 반응 공간에 이온화된 반응 가스를 공급하여 상기 이온화된 반응 가스와 상기 원료물질을 반응시켜 상기 기판 상에 박막을 형성하는 단계 및 상기 반응 부산물 및 미반응 물질을 퍼지하는 단계를 포함하고, 적어도 상기 원료물질을 흡착시키는 단계에서 이온화된 불활성 가스를 상기 반응 공간에 공급하는 박막 형성 방법을 제공한다.
상기 원료물질 흡착 단계, 원료물질 퍼지 단계, 박막 형성 단계 및 반응 부 산물 및 미반응 물질을 퍼지하는 단계를 복수번 반복하여 목표 두께의 박막을 형성하되, 상기 이온화된 불활성 가스를 모든 단계 동안 공급하거나, 상기 박막 형성 단계를 제외한 나머지 단계 동안 공급하거나, 상기 원료물질 흡착 단계 및 원료물질 퍼지 단계 동안만 공급하는 것이 가능하다.
상기 이온화된 불활성 가스의 이온 에너지는 상기 원료물질을 구성하는 요소들의 결합 에너지보다 작은 것이 효과적이다.
상기 원료물질의 흡착시 제공되는 상기 이온화된 불활성 가스의 이온 에너지는 상기 이온화된 반응 가스의 이온 에너지보다 작은 것이 가능하다.
상기 이온화된 불화성 가스 및 상기 이온화된 반응 가스는 불활성 가스와 반응 가스를 제공 받는 외부 이온화 장치를 통해 상기 반응 공간에 공급되고, 상기 원료물질 흡착 단계시 공급되는 이온화된 불활성 가스 형성을 위해 상기 이온화 장치에 제공되는 이온화 에너지가 상기 박막 형성 단계시 공급되는 이온화된 반응 가스 형성을 위해 상기 이온화 장치에 제공되는 이온화 에너지보다 작을 수 있다.
상기 이온화 장치는 RF 주파수와, 마이크로 웨이브 및 DC 방전 중 적어도 어느 하나를 이용하여 가스를 이온화시키는 기기를 사용하는 것이 효과적이다.
상기 이온화 장치로 리모트 플라즈마 장치를 사용하는 경우, 상기 원료물질 흡착 단계에서 공급되는 이온화된 불활성 가스 형성을 위해 상기 리모트 플라즈마 장치에 제공되는 RF파워가 300 내지 700W 이고, 상기 박막 형성 단계에서 공급되는 이온화된 반응 가스 형성을 위해 상기 리모트 플라즈마 장치에 제공되는 RF파워는 1K 내지 15KW인 것이 효과적이다.
상기 원료물질을 흡착시키는 단계와 상기 원료물질을 퍼지하는 단계가 동시에 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 원료물질을 공급하여 기판에 상기 원료물질을 흡착시키되, 상기 원료물질을 구성하는 요소의 결합 에너지 보다 작은 에너지를 상기 원료물질에 제공하는 단계와, 상기 원료물질을 퍼지하는 단계와, 반응 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착된 원료물질과 반응시키는 단계와, 상기 반응 가스를 퍼지하는 단계를 포함하는 박막 형성 방법을 제공한다.
이온화된 불활성 가스 이온을 통해 상기 원료물질에 에너지를 공급하는것이 가능하다.
상기 이온화된 불활성 가스 이온은 리모트 플라즈마 장치를 이용하여 제공되는 것이 가능하다.
상기 이온화된 불활성 가스 이온은 적어도 상기 반응 가스 공급 전까지 제공되는 것이 가능하다.
상기 반응 가스는 리모트 플라즈마에 의해 이온화되어 공급되는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 반응 공간을 갖는 챔버와, 상기 반응 공간내에 기판을 안치하는 기판 안치부와, 원료 물질과 퍼지 가스를 상기 반응 공간에 분사하는 인젝터부와, 상기 반응 공간에 불활성 가스와 반응 가스 중 적어도 어느 하나의 가스를 이온화하여 제공하는 가스 공급부를 포함하는 박막 제조 장치를 제공한다.
상기 가스 공급부는 상기 반응 가스가 저장된 반응 가스 저장부와, 상기 불 활성 가스가 저장된 불활성 가스 저장부와, 상기 반응 가스와 불활성 가스가 이동하고, 상기 챔버에 연통된 파이프와, 상기 반응 가스 저장부 및 상기 불활성 가스 저장부 그리고 상기 파이프간을 연결하고, 상기 반응 가스 및 불활성 가스중 적어도 어느 하나의 가스를 상기 파이프에 제공하는 밸브와, 상기 파이프 내측에 공급된 가스의 이온을 발생시키는 플라즈마 발생 장치를 구비하는 것이 가능하다.
상기 인젝터부는 상기 원료물질 분사 이후 2번의 퍼지 가스를 상기 반응 공간에 분사하고, 상기 가스 공급부는 상기 원료물질이 분사되는 동안 이온화된 불활성 가스를 반응 공간에 공급하고, 상기 2번의 퍼지 가스가 분사되는 사이 구간 동안 이온화된 반응 가스를 반응 공간에 공급하는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 원료물질 공급, 퍼지, 반응 가스 공급 및 퍼지를 수행하여 박막을 증착하는 ALD 공정을 통해 기판 상에 박막을 형성하되, 적어도 원료물질 공급 시 소정의 에너지를 갖는 이온(즉, 플라즈마를 통하여 해리된 불활성 가스)을 공급하여 원료물질의 결합에너지를 깨지 않을 정도의 에너지를 원료물질에 공급할 수 있다. 이를 통해 원료물질의 기판 흡착은 물론 원료물질을 활성화시켜 원료물질과 반응 가스 간의 반응성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 원료물질과 반응 가스간의 반응성을 향상시켜 저온(약 300도 이하)에서 막을 증착할 수 있다.
또한, 본 발명은 원료물질의 흡착 및 반응 가스와 원료물질의 반응에 의해 스텝 커버리지가 우수한 박막을 제조할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 증착 장치의 단면도이고, 도 2는 제 1 실시예에 따른 박막 증착 장치의 평면 개념도이다. 도 3은 제 1 실시예에 따른 가스 공급부의 단면 개념도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 박막 증착 장치는 반응 공간을 갖는 챔버(100)와, 상기 반응 공간내에 기판(10)을 안치하는 기판 안치부(200)와, 상기 기판(10)에 원료물질과 퍼지 가스를 각기 다른 경로로 각기 분사하는 인젝터부(300)와, 상기 기판(10)에 이온화된 반응 가스와 불활성 가스를 제공하는 가스 공급부(400)를 포함한다. 여기서, 가스 공급부(400)는 적어도 원료 물질이 제공되는 동안 이온화된 불활성 가스를 챔버(100) 내부로 공급한다.
챔버(100)는 하부 챔버 몸체(120)와 하부 챔버 몸체(120)를 덮는 챔버 리드(110)를 구비한다. 하부 챔버 몸체(120)는 상측이 개방된 통 형상으로 제작된다. 그리고, 챔버 리드(110)는 상기 통을 덮는 대략 판 형상으로 제작된다. 하부 챔버 몸체(120)와 챔버 리드(110)는 탈착 가능하게 결합된다. 그리고, 도시되지 않았지만, 하부 챔버 몸체(120)의 일측에는 기판(10)이 출입하는 출입구가 마련된다. 여기서, 출입구는 별도의 이송 챔버에 접속될 수도 있다.
그리고, 도시되지 않았지만, 챔버(100) 내부의 압력을 조절하는 압력 조절 수단과, 챔버(100) 내부의 불순물 및 반응 부산물을 배기하는 배기부를 더 구비할 수도 있다. 물론 반응성 향상을 위해 챔버(100) 내부를 가열하기 위한 가열 수단을 더 구비할 수도 있다. 본 실시예의 박막 증착 장치는 저온(약 300도 이하)에서 공정이 수행됨으로 인해 챔버(100)를 냉각하기 위한 별도의 냉각 수단을 더 구비할 수도 있다.
기판 안치부(200)는 기판(10)을 안치하는 기판 안치판(210)과, 상기 기판 안치판(210)을 승강 및/또는 회전시키는 안치판 구동부(230)와, 안치판 구동부(230)와 기판 안치판(210)간을 연결하는 연결축(220)을 구비한다. 도시되지 않았지만, 기판(10)의 로딩 및 언로딩을 위한 복수의 리프트 핀부를 더 구비할 수 있다.
본 실시예에서는 상기 기판(10)으로 실리콘 웨이퍼를 사용한다. 물론 이에 한정되지 않고, 박막 형성을 위한 다양한 형태의 기판이 사용될 수 있다. 상기 기판 안치판(210)은 적어도 하나의 기판(10)을 안치하는 것이 바람직하다. 도 2에 도시된 바와 같이 기판 안치판(210)에는 5개의 기판(10)이 안치된다. 이를 통해 한번의 박막 증착 공정을 수행하여 5개의 기판(10) 상에 박막을 증착할 수 있다. 이때, 기판 안치판(210)에 안치되는 기판(10)의 개수는 이에 한정되지 않고, 이보다 많거 나 적을 수 있다. 상기 기판(10)은 그 상부에 소정의 패턴 또는 물질막이 형성될 수 있다.
여기서, 기판 안치판(210)은 기판(10)을 가열 및 냉각하는 온도 조절 수단을 구비할 수도 있다.
기판 안치판(210)은 안치판 구동부(230)에 의해 승하강 및/또는 회전한다. 이를 통해 기판(10)의 공정 위치를 설정할 수 있고, 기판(10)의 로딩 및 언로딩을 용이하게 수행할 수도 있다. 이때, 안치판 구동부(230)로 모터를 구비하는 스테이지를 사용할 수 있다. 그리고, 안치판 구동부(230)는 챔버(100)의 외측에 마련되는 것이 효과적이다. 이를 통해 안치판 구동부(230)의 움직임에 의한 파티클 발생을 방지할 수 있다.
여기서, 연결축(220)에 의해 안치판 구동부(230)의 구동력이 기판 안치판(210)에 전달된다. 연결축(220)은 챔버(100)의 바닥면을 관통하여 기판 안치판(210)에 접속된다. 이때, 연결축(220)이 관통하는 챔버(100)의 관통홀 영역에는 챔버(100)의 밀봉을 위한 벨로우즈(미도시)가 마련되는 것이 효과적이다.
인젝터부(300)는 기판 안치판(210) 상의 기판(10)에 원료 물질과 퍼지가스를 분사한다.
이러한 인젝터부(300)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 원료물질을 분사하는 원료물질 분사부(310)와, 퍼지 가스를 분사하는 퍼지 가스 분사부(320)와, 상기 원료물질 분사부(310)와 퍼지 가스 분사부(320)를 회전시키는 회전축(330)과, 상기 회전축(330)을 지지하고, 밀봉하는 하우징(340)과, 원료 물질 분사부(310)에 원료물질을 공급하는 원료물질 공급부(350)와, 퍼지 가스를 퍼지 가스 분사부(320)에 공급하는 퍼지가스 공급부(360)를 포함한다.
본 실시예의 원료물질 분사부(310)와 퍼지 가스 분사부(320)는 회전축(330)에 의해 기판 안치판(210) 상의 기판(10) 전체 상부에서 회전한다. 물론 원료물질 분사판(310)과 퍼지 가스 분사판(320)의 회전 반경은 동일하고, 이들의 회전 반경 내에 상기 기판(10)이 안치된다. 이를 통해 원료물질 분사부(310)와 퍼지 가스 분사부(320)가 각기 원료 물질과 퍼지 가스를 분사하면서 회전하게 되는 경우, 기판(10)에 원료물질이 흡착되고 연속하여 흡착되지 않은 원료물질이 퍼지될 수 있다. 이를 통해 기판(10) 상부를 원료물질이 쓸듯이(즉, 스처가듯) 지나가고, 연속하여 퍼지 가스가 기판(10) 상부를 쓸듯이 지나간다.
본 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 원료물질 분사부(310)와 각기 직교하는 3개의 퍼지 가스 분사부(320)를 구비할 수 있다. 이때, 원료물질 분사부(310)와 퍼지 가스 분사부(320)가 '+'자 형태로 배열 될 수 있다. 이와 같이 원료물질 분사부(310)의 개수보다 퍼지 가스 분사부(320)의 개수를 더 많게 하여 퍼지 단계의 시간을 줄일 수 있다. 즉, 반응기(즉, 챔버) 외부에서 이온화되어 제공되는 반응 가스의 퍼지 시간을 줄일 수 있다. 이는 챔버 외부의 이온화 기기(예를 들어 RF, 마이크로 웨이브, DC 방전을 이용한 장치)를 통하여 이온화된 가스를 형성하고, 이를 챔버(100)로 제공한다. 또한, 실시예 에서는 퍼지 가스 분사부(320)의 개수는 3개에 한정되지 않고, 이보다 적거나 많을 수 있다. 이와 마찬가지로 원료물질 분사부(310)의 개수는 1개에 한정되지 않고, 이보다 많을 수 있다. 본 실시예에서는 이러한 이온화 기기(즉, 이온화 장치)의 일 예로 리모트 플라즈마 장치를 사용한다.
그리고, 본 실시예에서는 퍼지 가스 분사부(320)가 회전하기 때문에 균일한 퍼지를 위해서는 퍼지 가스 분사부(320)간이 이루는 각이 서로 동일할 수도 있다. 즉, 도 2에서는 퍼지 가스 분사부(320) 간이 이루는 각도가 90도 및 180도 였다. 이는 180도를 이루는 퍼지 가스 분사부(320) 사이에 원료물질을 분사하는 원료물질 분사부(310)가 배치되기 때문이다. 그러나 이에 한정되지 않고, 앞서 언급한 바와 같이 퍼지 가스 분사부(320) 간의 각도를 각기 120도로 하여 퍼지 가스 분사부(320) 간이 이루는 각도를 서로 동일하게 한다. 이를 통해 기판(10)에 퍼지 가스가 균일한 간격으로 제공될 수 있다.
회전축(330)은 챔버 리드(110)를 관통하여 하우징(340)에 고정된다. 그리고, 회전축(330)은 별도의 회전 수단에 의해 회전한다. 이러한 회전축(330)에는 원료물질이 이동하는 원료물질 공급 유로와, 퍼지 가스가 이동하는 퍼지 가스 공급 유로가 마련된다. 이를 통해 회전축(330)의 끝단 영역에 마련된 원료물질 분사부(310)와 퍼지 가스 분사부(320)에 각기 원료물질과 퍼지 가스를 제공할 수 있다.
하우징(340)은 회전축(330)을 지지 고정한다. 하우징(340)의 외측에는 원료물질 공급부(350)와 퍼지 가스 공급부(360)가 마련된다. 원료물질 공급부(350)와 퍼지 가스 공급부(360)는 하우징(340)을 통해 회전축(330) 내측의 원료 공급 유로와 퍼지 가스 공급 유로에 각기 원료물질과 퍼지 가스를 공급한다.
그리고, 상기 하우징(340)과 회전축(330) 사이의 밀봉과 회전 지지를 위해 마그네틱 실(370)이 마련된다. 또한, 회전 지지를 위해 하우징(340)과 회전축(330) 사이에 베어링이 마련될 수도 있다.
이와 같이 본 실시예에서는 원료물질을 하우징(340)과 회전축(330) 내의 원료물질 공급 유로를 통해 원료물질 분사부(310)에 제공한다. 그리고, 퍼지가스를 하우징(340)과 회전축(330) 내의 퍼지 가스 공급 유로를 통해 퍼지 가스 분사부(320)에 제공한다.
본 실시예에서는 가스 공급부(400)를 통해 이온화된 반응 가스와 불활성 가스를 반응 공간(즉, 기판(10))에 제공한다. 가스 공급부(400)로 리모트 플라즈마 발생 수단을 사용하는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 바와 같이 상기 가스 공급부(400)는 챔버(100)의 측벽 영역에 마련된다. 이를 통해 상기 인젝터부(300)와 기판 안치부(200) 사이 공간으로 이온화된 반응 가스와 이온화된 불활성 가스를 공급할 수 있다.
가스 공급부(400)는 도 3에 도시된 바와 같이 반응 가스가 저장된 반응 가스 저장부(410)와, 불활성 가스가 저장된 불활성 가스 저장부(420)와, 상기 반응 가스 및/또는 불활성 가스가 이동하고 챔버(100)와 연통된 파이프(430)와, 상기 반응 가스 저장부(410) 및 상기 불활성 가스 저장부(420)와 상기 파이프(430) 간을 연결하고, 상기 반응 가스 및 불활성 가스 중 적어도 어느 하나의 가스를 상기 파이프(430)에 제공하는 밸브(440)와, 상기 파이프(430)를 둘러 싸도록 배치된 자기장 형성부(450)와, 상기 자기장 형성부(450)를 코일 형태로 감싸는 전선(460)과, 상기 전선(460)에 고주파 교류 전원을 인가하는 전원부(470)를 구비한다. 이때, 자기장 형성부(450), 전선(460) 및 전원부(470)에 의해 플라즈마가 파이프(430) 내측 공간에서 형성된다.
여기서, 상기 파이프(430)에 반응 가스 및/또는 불활성 가스가 공급되고, 전원부(470)를 통해 고주파 교류 전원을 인가하면 파이프(430) 내측의 반응 가스가 플라즈마화 된다. 즉, 고주파 교류 전류가 자기장 형성부를 코일 형태로 통과할 경우, 파이프(430) 내의 반응 가스 및/또는 불활성 가스 입자에 에너지가 가해져 파이프(430) 내부 가스 플라즈마가 생성된다. 이와 같이 플라즈마가 형성됨으로써 이온화된 가스(반응 가스 및/또는 불활성 가스)는 파이프(430)를 통해 챔버(100)의 반응 공간으로 이동한다. 이때, 가스 공급부(400)는 반응 가스 및/또는 불활성 가스의 유량에 따라 플라즈마 생성을 위한 전력의 파워가 가변된다.
물론 가스 공급부(400)는 상술한 설명에 한정되지 않고, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어 상기 파이프(430)에 고주파 교류 전류를 제공하고, 상기 파이프(430)가 자기장 형성부(450)를 코일 형태로 감싸도록 형성될 수 있다. 이때, 파이프(430)는 전도성 금속으로 제작된다. 이를 통해 전도성 파이프에 고주파 교류 전류를 인가하여, 고주파 교류 전류가 자기장 형성부(450)에 의한 자속 밀집 영역을 통과하도록 한다. 이때, 고주파 교류 전류는 자기장의 방향과 수직인 방향으로 통과하게 된다. 여기서, 고주파 교류 전류에 의해 파이프(430) 내측에 전계가 형성되고, 이 전계에 의해 파이프(430) 내의 가스를 이온화 시킬 수도 있다.
본 실시예의 장치 구성은 상술한 설명에 한정되지 않고, 다양한 변형이 가능하다.
도 4 및 도 5는 제 1 실시예의 변형예에 따른 박막 증착 장치의 단면도들이다.
도 4에 도시된 변형예에서와 같이 박막 증착 장치는 가스 공급부(400)가 챔버리드(110) 상측에 위치할 수 있다. 이를 통해 가스 공급부(400)로부터 제공되는 이온화된 가스(반응 가스 및/또는 불활성 가스)가 기판 안치부(200) 상에 위치한 다수의 기판(10)에 균일하게 제공될 수 있다. 이는 이온화된 가스가 챔버(100) 상측에서 낙하됨으로 인해 반응 공간에서 넓게 퍼질 수 있다.
또한, 가스 공급부(400)가 챔버 리드(110)에 위치함으로 인해 가스 공급부(400)의 유지 보수 공정을 간편화시킬 수 있다. 또한, 원료물질, 퍼지가스 및 반응 가스를 동일 공간에 배치시킴으로 인해 가스를 자유롭게 조절할 수 있다.
그리고, 도 4의 변형예에서와 같이 기판 안치부(200)의 기판 안치판(210)이 회전할 수 있다. 이는 구동부(230)가 승하강력 뿐만 아니라 회전력을 생성할 수 있다. 이를 통해 기판 안치판(210)이 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전하게 된다. 이때, 도 1에서와 같이 인젝터부(300)도 함께 회전할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 기판 안치판(210)이 회전하는 경우 인젝터부(300)가 고정되어 있을 수도 있다.
또한, 도 5에 도시된 변형예에서와 같이 챔버(100)의 내측면에 가스 공급부(400)와 연통되어 이온화된 반응 가스 및/또는 불활성 가스를 챔버(100)의 반응 공간에 균일하게 제공하는 링 형태의 분사수단(401)을 더 구비할 수 있다. 이를 통해 챔버(100)의 측벽면 전체 영역을 통해 이온화된 반응 가스 및/또는 불활성 가스 가 반응 공간에 제공된다.
상술한 바와 같이 본 실시예의 박막 증착 장치는 인젝터부(300)를 통해 원료물질과 퍼지가스를 다수의 기판(10)에 연속적으로 제공한다. 이어서, 가스 공급부(400)를 통해 반응 가스 공급 구간에서만 이온화된 반응 가스를 챔버(100)의 반응 공간 제공하고, 나머지 구간에서는 이온화된 불활성 가스를 챔버(100)의 반응 공간에 제공한다. 이를 통해 박막을 저온에서 증착할 수 있고, 박막의 스텝 커버리지 특성을 향상시킬 수 있다.
하기에서는 상술한 구조의 장치를 이용한 박막의 형성 방법에 관해 설명한다.
도 6은 제 1 실시예에 따른 박막 형성 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 제 1 실시예에 따른 박막 형성을 설명하기 위한 기판 단면도이다.
본 실시예에서는 회전하는 인젝터부(300)를 통해 원료물질과 퍼지가스를 다수의 기판(10)에 연속적으로 제공한다. 그리고, 이때, 가스 공급부(400)를 통해 이온화된 불활성 가스를 함께 챔버(100)에 제공한다. 즉, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 기판(10)의 상면에 원료물질을 흡착시키면서 흡착되지 않는 원료물질을 퍼지 가스로 퍼지한다. 이때, 이온화된 불활성 가스가 원료물질과 함께 챔버에 제공된다. 이를 통해 원료물질에 에너지를 추가로 공급된다. 이때, 추가로 공급되는 에너지는 이온화된 불활성 가스 이온에 의해 제공된 에너지이다. 이러한 에너지에 의해 반응성과 기판 흡착성이 향상된다.
즉, 챔버(100)로 유입된 불활성 가스의 이온은 원료물질에 에너지를 공급하 되, 원료물질을 구성하는 성분들이 완전히 분해되지 않는 에너지를 공급한다. 이를 통해 낮은 온도에서 증착 공정이 가능하고, 높은 종횡비의 넓은 표면적에 대해서도 원료물질의 표면 확산이 쉽게 이루어지도록 할 수 있다.
여기서, 앞서 언급한 바와 같이 원료물질이 공급되는 구간동안 챔버(100)로 유입되는 불활성 가스 이온의 에너지는 원료물질을 구성하는 성분(요소)들의 결합 에너지보다 작은 것이 효과적이다. 바람직하게는 원료물질을 구성하는 성분들 중 제 1 결합 성분의 결합 에너지를 100으로 할 경우, 상기 이온화된 불활성 가스의 에너지는 30 내지 90%인 것이 효과적이다. 이는 본딩을 깰 수 있는 에너지를 100으로 할 경우, 그 이하의 값을 갖는 것이 효과적이다. 여기서, 1차 결합 성분의 결합 에너지를 지칭함은, 원료물질의 주 원소(박막 증착물질)에 1차 본딩을 형성하는 리간드(즉, 복합체의 경우 1차 본딩에 추가 본딩으로 고분자 결합을 하는 경우가 대부분임)물질과의 결합이 중요하기 때문이다. 물론 원료물질 요소들의 결합 에너지를 100으로 할 경우에도 동일한 에너지를 이온화된 불활성 가스가 갖는 것이 효과적이다
이때, 원료물질은 기판(10) 상에 형성하고자 하는 박막에 따라 다양하게 변화될 수 있다. 상기 불활성 가스로는 Ar을 사용하는 것이 효과적이다. 또한, 퍼지 가스로 Ar을 사용할 수도 있다. 물론 이외에 가능한 불활성 가스로 He 또는 Ne 등의 가스를 사용할 수 있다.
이어서, 인젝터부(300)로 부터의 원료물질과 퍼지가스의 공급을 차단한다. 그리고, 가스 공급부(400)를 통해 이온화된 반응 가스를 챔버(100)의 반응 공간에 제공한다. 이때, 가스 공급부(400)로 부터 제공되된 이온화된 불활성 가스의 공급량이 줄어드는 것이 효과적이다. 물론 상기 불활성 가스의 공급이 차단될 수도 있고, 불활성 가스의 공급량이 변화되지 않을 수도 있다.
이를 통해 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 기판(10)에 흡착된 원료물질과 이온화된 반응 가스가 반응하여 기판(10) 상에 박막(11)을 형성한다. 이때, 반응 가스로는 기판(10) 상에 형성될 박막(11)에 따라 다양하게 변화될 수 있다.
여기서, 반응 가스를 리모트 플라즈마화하여 기판(10)에 제공함으로 인해 원료물질과 반응 가스 간의 반응성을 향상시킬 수 있다. 이때, 이온화된 반응 가스 이온의 에너지는 원료물질의 결합 에너지 보다 큰 에너지값을 갖는 것이 효과적이다.
또한, 앞서 언급한 바와 같이 기판(10)에 흡착된 원료물질이 기판 흡착 단계에서 이온화된 불활성 가스 이온에 의해 반응을 위한 에너지를 제공 받은 상태이기 때문에 원료물질과 반응 가스 간의 반응성이 더욱 향상될 수 있다. 이와 같이 원료물질이 반응을 위한 에너지를 1차로 제공 받았기 때문에 원료물질과 반응 가스 간의 반응을 위해 공급되었던 열 에너지를 줄일 수 있다. 이를 통해 본 실시예의 박막 증착은 300도 이하의 저온(200도 내지 300도)에서 실시할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예에서는 가스 공급부(400)에서 계속적으로 이온화된 불활성 가스 이온을 제공하기 때문에 이온화된 반응 가스를 챔버로 공급하는데 걸리는 시간을 줄일 수 있다. 이를 통해 박막 증착 시간을 단축 시킬 수 있다. 즉, 가스 공급부(400)의 가동을 중지하지 않고 계속적으로 가동을 하기 때문이다. 이는 ALD공 정에서는 이온화된 반응 가스를 공급하는 구간이 존재한다. 그리고, 이 구간에서만 반응 가스를 공급하여야 한다. 이에 통상 반응 가스 공급 구간이 아닌 영역에서는 가스 공급부(400)의 가동을 중지시켜 둔다. 하지만, 가스 공급부(400)의 가동을 위해서는 일정 시간이 필요하고, 이 시간 만큼이 박막 증착을 위한 딜레이 시간으로 작용한다. 그러나, 본 실시예에서는 가스 공급부(400)를 통해 일정범위의 에너지를 갖는 이온화된 불활성 가스 이온을 지속적으로 챔버(100)에 공급함으로 가스 공급부(400)의 가동을 중단하지 않을 수 있다. 따라서, 가스 공급부(400)의 파이프(430) 내에는 불활성 가스에 의해 항상 플라즈마가 켜져 있기 때문에 반응 가스를 파이프(430)에 제공함으로 인해 반응 가스를 바로 플라즈마화할 수 있다.
상기와 같이 이온화된 반응 가스와 원료물질을 반응 시켜 기판(10) 상에 박막(11)을 증착한 이후, 이온화된 반응 가스의 공급을 차단한다. 이어서, 인젝터부(300)를 통해 퍼지 가스를 제공하여 미반응된 반응 가스를 퍼지한다. 이때, 이온화된 반응 가스의 공급을 차단함은 가스 공급부(400)의 파이프(430) 내측으로 공급되는 반응 가스의 공급을 차단함을 의미한다. 이를 통해 다시 가스 공급부(400)를 통해 이온화된 불활성 가스가 챔버(100)의 반응 공간으로 제공된다. 이때, 앞서 이온화된 반응 가스 공급 구간 동안 그 유입량이 줄어들었던 이온화된 불활성 가스의 유입량이 증가될 수도 있다. 이를 통해 미반응 부산물들이 이온화된 불활성 가스의 이온에 의해 에너지를 제공 받게 된다. 이는 미반응 부산물이 활성화되어 챔버 외부로 용이하게 배기될 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않고, 미반응된 반응 가스의 퍼지 단계에서 상기 이온화된 불활성 가스의 공급을 차단할 수도 있다. 이는 순수한 퍼지 가스만으로 챔버 내부를 완전히 퍼지할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예에서는 원료물질과 퍼지 가스 그리고, 이온화된 불활성 가스의 공급과, 이온화된 반응 가스의 공급 그리고, 퍼지 가스의 공급을 하나의 사이클로 하고, 이를 적어도 한번 반복 수행하여 목표로 하는 두께의 박막을 형성한다.
본 발명은 상술한 장치에 한정되지 않고, 다양한 장치를 통해 상기 박막을 형성할 수 있다.
하기에서는 도면을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 증착 장치 및 이에 따른 박막 증착 방법을 설명한다. 후술되는 설명중 상술한 설명과 중복되는 설명은 생략한다. 제 1 실시예와 제 2 실시예에서 설명되는 기술은 상호 적용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 증착 장치의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 박막 증착 장치는 반응 공간을 갖는 챔버(100)와, 기판(10)이 안치되는 기판 안치부(200)와, 반응 공간에 원료 물질과 퍼지 가스를 분사하는 인젝터부(500)와, 반응 공간에 이온화된 반응 가스 및 이온화된 불활성 가스를 분사하는 가스 공급부(400)를 구비한다.
인젝터부(500)는 기판 안치부(200)에 대응하는 챔버 리드(110)에 설치된 샤워 헤드부(510)와, 원료물질을 공급하는 원료물질 공급부(520)와, 퍼지가스를 공급하는 퍼지 가스 공급부(530)와, 상기 원료물질 공급부(520)와 퍼지 가스 공급부(530)에 각기 접속되어 원료물질 또는 퍼지 가스를 상기 샤워 헤드부(510)에 제 공하는 제어부(540)를 구비한다.
이를 통해 챔버(100) 상측에 고정된 샤워 헤드부(510)를 통해 원료물질과 퍼지가스가 반응 공간으로 제공된다.
본 실시예에서는 하나의 샤워 헤드부(510)를 통해 원료물질과 퍼지가스가 각기 반응 공간으로 제공됨에 관해 설명하였다. 그러나 이에 한정되지 않고, 다수의 샤워 헤드부(510)를 설치하여 이들이 각기 원료물질과 퍼지가스를 반응 공간에 제공할 수도 있다.
하기에서는 상술한 장치를 이용한 박막 증착 방법에 관해 설명한다.
도 9는 제 2 실시예에 따른 박막 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 먼저, 인젝터부(500)를 통해 챔버(100)의 반응 공간에 원료물질을 제공한다. 이때, 가스 공급부(400)를 통해 이온화된 불활성 가스도 함께 챔버(100)의 반응 공간에 제공된다. 이를 통해 반응 공간 내의 기판(10)에 원료물질이 흡착된다. 이때, 원료 물질은 이온화된 불활성 가스 이온으로 부터 에너지를 공급 받아 기판(10)으로의 흡착력이 향상되고, 기판 단차 영역에도 균일하게 흡착될 수 있다.
이어서, 원료물질의 공급을 차단하고, 퍼지가스를 공급한다. 이를 통해 흡착되지 않은 원료물질을 퍼지한다. 이때, 이온화된 불활성 가스는 지속적으로 제공된다. 이를 통해 퍼지시에도 기판(10)에 흡착된 원료물질에 에너지를 제공할 수 있다. 이를 통해 기판(10)에 흡착된 원료물질에 고르게 에너지를 제공할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 원료 물질에 제공되는 에너지는 이온화된 불활성 가스 이온의 에너지로 원료물질을 구성하는 성분이 분리되지 않을 정도의 에너지를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 에너지를 원료물질이 제공 받음으로 인해 원료물질 내부의 구성 성분(요소)들 간의 결합력이 낮아지게 되고, 이로인해 작은 외부 에너지 만으로도 원료물질이 반응하게 된다.
이어서, 퍼지 가스의 공급을 차단하고, 가스 공급부(400)를 통해 이온화된 반응 가스를 반응 공간에 공급한다. 이를 통해 기판(10)에 흡착된 원료물질과 반응 가스가 반응 하여 박막을 형성한다. 이때, 이온화된 반응 가스 이온의 에너지는 원료물질의 결합 에너지 보다 큰 값을 갖는 것이 효과적이다. 여기서, 이온화된 반응 가스 이온의 에너지는 플라즈마 발생을 위해 가스 공급부(400)에 제공되는 전력(즉, 파워 또는 RF파워)에 비례한다. 따라서, 가스 공급부(400)의 파워를 조정하여 반응 가스 이온의 에너지를 조절할 수 있다.
이때, 도 9에서와 같이 불활성 가스의 공급 유량을 줄이지 않고, 일정하게 유지함으로 인해 이온화된 불활성 가스 이온의 에너지도 반응 가스 이온의 에너지와 유사하거나 큰 에너지 값을 갖는다. 이는 단일의 가스 공급부(400)를 통해 반응 가스와 불활성 가스가 이온화되어 제공되기 때문이다. 즉, 이는 도 9에서는 반응 가스의 공급 구간 동안 불활성 가스의 공급량은 다른 구간(즉, 원료가스 공급 구간, 퍼지 가스 공급 구간)과 동일하다. 하지만, 반응 가스 공급 구간 동안의 이온화된 불활성 가스 이온의 에너지는 다른 구간에 비하여 높다. 이는 앞서 언급한 바와 같이 가스 공급부(400)에 제공되는 전력이 높기 때문이다.
이와 같이, 본 실시예에서는 이온화된 반응 가스가 공급되는 동안에도 이온 화된 불활성 가스를 함께 제공함으로 인해 기판(10)에 흡착된 원료 물질의 분해를 촉진하여 반응 가스와의 반응성을 향상시킬 수 있다. 또한, 반응 가스를 단차가 큰 영역에도 깊이 침투하도록 하여 스텝 커버리지 특성을 향상시킬 수 있다.
이후, 반응 가스의 공급을 차단하고, 인젝터부(500)를 통해 퍼지 가스를 반응 공간에 제공한다. 이를 통해 미반응 부산물을 퍼지한다. 이때도, 이온화된 불활성 가스가 제공된다. 이러한 이온화된 불활성 가스에 의해 미반응 부산물이 에너지를 제공받게 되어 이들의 활동성이 증대된다. 이로인해 미반응 부산물의 추가 반응 혹은 챔버 외측으로의 퍼지(즉, 배기)가 용이하게 수행될 수 있다.
상기와 같이 원료물질 공급, 퍼지 가스 공급, 이온화된 반응 가스 공급, 퍼지 가스 공급을 하나의 사이클로 하고, 이 한 사이클 동안 이온화된 불활성 가스를 지속적으로 공급한다. 그리고, 이 사이클을 반복하여 목표로 하는 두께의 막을 형성한다.
또한, 본 발명은 상술한 박막 형성 방법에 한정되지 않고, 다양한 변형이 가능하다.
도 10 및 도 11은 제 2 실시예의 변형예에 따른 박막 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 10에 도시된 바와 같이, 이온화된 반응 가스가 공급되는 동안 이온화된 불활성 가스의 공급을 차단할 수도 있다. 이를 통해 가스 공급부(400)의 파이프(430)에 불활성 가스가 공급되어 플라즈마가 켜지고, 이 상태에서 반응 가스가 제공되는 때 불활성 가스의 공급이 차단될 수 있다. 이를 통해 반응 구간(즉, 반응 가스 공급 단계)에서는 이온화된 반응 가스만이 챔버(100)에 제공될 수 있다. 물론 불활성 가스의 공급의 차단 대신 공급을 줄일 수도 있다. 이는 플라즈마가 지속적으로 켜질 수 있을 정도의 불활성 가스를 상기 가스 공급부(400)의 파이프(430)에 제공하는 것이 바람직하다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이 원료 물질 공급 단계에 제공되는 불활성 가스의 유량이 다른 단계(퍼지가스 공급 단계, 반응 가스 공급 단계)보다 더 큰 것이 효과적이다. 이를 통해 원료 물질 공급시 좀더 많은 이온화된 불활성 가스 이동을 챔버(100)에 제공할 수 있어 원료물질에 에너지를 효과적으로 공급할 수 있다.
또한, 상술한 실시예와 변형예에 한정되지 않고 이온화된 불활성 가스의 공급은 적어도 원료물질 공급 단계에서 수행될 수 있다. 그리고, 가스 공급부(400)에 제공되는 전력을 변화시켜 이온화된 불활성 가스 이온의 에너지를 증감 시킬 수 있다.
그리고, 상술한 바와 같은 공정 방법이 앞선 제 1 실시예에 적용되는 경우, 도 1의 인젝터부(300)를 통해 한번은 원료물질이 공급되고, 다른 한번은 퍼지 가스가 공급될 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는 이온화된 불활성 가스와 이온화된 반응 가스가 단일의 가스 공급부(400)에 의해 챔버(100)에 제공된다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 이들이 각기 다른 가스 공급부에 의해 제공될 수도 있다.
하기에서는 제 1 실시예의 장비를 이용하여 제 2 실시예에서 설명한 증착 방 법을 통해 기판 상에 금속 질화막(즉, TiN막)을 형성함에 관해 설명한다.
먼저, 회전하는 인젝터부(300)를 통해 원료물질을 공급하고, 가스 공급부(400)를 통해 이온화된(플라즈마에 의해 활성화된) 불활성 가스를 다수의 기판(10)에 제공한다. 여기서, 상기 원료물질로 원료물질인 전구체를 사용한다. 원료물질로는 TDMAT(tetrakis dimethylamino Ti, Ti(N(CH3)2)4)와 같은 유기 금속 전구체를 사용할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 금속 원료물질로 TDEAT(tetrakis diethylamino Ti, Ti(N(CH2 CH3)2)4), TiCl4(titanium chloride), TiCl3(titanium chloride), TiI4(titanium iodide), TiBr2(titanium bromide), TiF4(titanium fluoride), (C5 H5)2 TiCl2(bis(cyclopentadienyl)titanium dichloride), ((CH3)5C5)2TiCl2 (bis(pentamethylcyclopentadienyl)titanium dichloride), C5H5TiCl3 (cyclopentadienyltitanium trichloride), C9H10BCl3N6Ti(hydrotris (1-pyrazolylborato)trichloro titanium), C9H7TiCl3(indenyltitanium trichloride), (C5(CH3)5)TiCl3(pentamethylcyclopentadienyltitanium trichloride), TiCl4(NH3)2 (tetrachlorodiaminotitanium) 및 (CH3)5C5Ti(CH3)3(trimethylpentamethylcyclopenta dienyltitanium) 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.
여기서, 원료 물질과 함께 제공되는 이온화된 불활성 가스 이온의 에너지는 원료물질의 리간드의 결합 에너지보다 낮은 에너지를 갖는 것이 효과적이다. 물론 이러한 이온화된 불활성 가스 이온의 에너지는 원료 물질에 제공되어, 원료 물질이 활성화되도록 유도할 수 있다.
본 실시예에서는 불활성 가스로 Ar 가스를 사용한다. 그리고, 반응 에너지를 높이기 위해 Ar 가스를 0.1 내지 5slm 범위의 유량으로 공급한다. 그리고, 이때, 가스 공급부(400)에서 사용하는 RF 파워로는 300 내지 700W 인 것이 효과적이다.
이어서, 원료물질의 공급을 차단하고, 퍼지 가스를 공급하여 챔버(100) 내부에서 기판에 미흡착된 원료 물질을 퍼지한다. 이때, 이온화된 불활성 가스는 지속적으로 공급될 수 있다.
이어서, 가스 공급부(400)를 통해 이온화된 반응 가스를 챔버(100)의 반응 공간에 제공한다. 본 실시예에서는 반응 가스로 질소 함유 가스를 사용한다. 여기서, 질소 함유 가스로는 N2를 사용한다. 물론 이에 한정되지 않고, 질소 함유 가스로, NxO를 사용할 수 있다. 그리고, 질소 함유 가스로는 NH3를 사용하지 않는 것이 바람직하다. 이는 NH3에 의해 고유전율 물질이 손상을 받는 문제가 발생할 수 있기 때문이다. 이때, 질소 함유 가스는 리모트 플라즈마화되어 제공된다. 이때, 앞서 설명한 바와 같이 불활성 가스는 반응 가스와 함께 공급되거나 공급되지 않을 수 있다. 여기서, 반응 가스(N2)를 플라즈마화하기 위해 가스 공급부(400)에서 사용하는 RF파워는 1K 내지 15KW 범위를 사용하는 것이 효과적이다. 이와 같이 높은 파워를 제공하여 이온화된 반응 가스 이온의 에너지가 높아질 수 있다.
이때, 이온화된 반응 가스가 공급되는 경우, 인젝터부(300)가 회전하지 않을 수 있다. 그대신 기판 안치부(200)가 회전할 수도 있다.
이어서, 상기 이온화된 반응 가스의 공급을 차단하고, 회전하는 인젝터부(300)를 통해 퍼지가스를 공급하여 챔버(100) 내의 반응 부산물 및 미반응 부산물을 퍼지한다.
이때, 상기와 같은 증착 공정시 챔버(100) 내부 압력은 0.5 내지 4 Torr를 유지하는 것이 효과적이다.
도 12는 본 발명에 따른 증착 방법으로 증착된 질화 티타늄의 성장시 활성화 에너지를 나타낸 그래프이다.
도 12에서는 4slm유량의 Ar을 300W의 RF파워로 이온화하여 반응에 참여시켰다. 도 12를 참조하면, 아레니우스(Arrhenius) 도면에서 기울기는 반응 메커니즘을 나타내는 반응 에너지이다. 따라서, 질화 티타늄의 온도에 대한 증착율을 보면 약 220도를 중심으로 온도에 따른 증착율이 변화하였다. 이는 원자층 증착 거동에 있어서 표면 반응에 대한 활성화에너지를 나타낸다. 즉, 높은 온도 구간과 낮은 온도 구간에서의 각기 다른 반응 에너지가 필요로 함을 의미한다. 전체적으로 반응 에너지는 낮은 값을 나타내고 이는 반응 자체가 기상에서 가스 반응이 아닌 표면에 제한적인 반응에 주로 의존한다는 것이다. 즉, 300W정도의 낮은 파워(250 내지 350)로 이온화된 Ar을 4slm 정도의 유량(3 내지 5slm)으로 공급하면 Ar이 전구체를 완전히 분해하지 않으면서 기상에서 분해 반응이 발생하지 않음을 알 수 있다.
도 13은 본 발명의 불활성 가스로 Ar을 사용하고, Ar의 유량에 따른 단차 피복성의 변화 그래프이다. 도 14는 본 발명의 불활성 가스로 Ar을 사용하고, Ar의 유량에 따른 단차 피복성 사진이다.
도 13은 이온화된 불활성 가스(즉, Ar)이온의 공급 유량에 따른 종횡비 구조에서의 부분별 두께 변화 및 단차 피복성의 변화를 측정한 그래프이다. 도 14는 높은 종횡비 구조에서의 Ar이온 유량에 따른 단차 피복성 사진이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 이온화된 Ar의 양이 증가할 수록 높은 종횡비를 갖는 구조 내에서의 중간 및 아래쪽의 두께가 증가함을 알 수 있다. 구조물 상부의 두께 역시 일부 증가한다. 이는 이온화된 Ar이 반응챔버 내부로 유입된 전구체를 활성화시켜 전체적인 증착율의 상승을 유발한다. 또한, 이온에 의하여 활성화됨에 따라 높은 종횡비(종횡비가 1: 5이상) 구조 내에서 전구체가 충분히 구조물의 하부까지 확산되도록 하여 단차 피복성을 급격하게 증가시킴을 알 수 있다.
본 발명은 상기에서 서술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 증착 장치의 단면도.
도 2는 제 1 실시예에 따른 박막 증착 장치의 평면 개념도.
도 3은 제 1 실시예에 따른 가스 공급부의 단면 개념도.
도 4 및 도 5는 제 1 실시예의 변형예에 따른 박막 증착 장치의 단면도.
도 6은 제 1 실시예에 따른 박막 형성 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 제 1 실시예에 따른 박막 형성을 설명하기 위한 기판 단면도.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 증착 장치의 단면도.
도 9는 제 2 실시예에 따른 박막 형성 방법을 설명하기 위한 도면.
도 10 및 도 11은 제 2 실시예의 변형예에 따른 박막 형성 방법을 설명하기 위한 도면.
도 12는 본 발명에 따른 증착 방법으로 증착된 질화 티타늄의 성장시 활성화 에너지를 나타낸 그래프.
도 13은 본 발명의 불활성 가스로 Ar을 사용하고, Ar의 유량에 따른 단차 피복성의 변화 그래프.
도 14는 본 발명의 불활성 가스로 Ar을 사용하고, Ar의 유량에 따른 단차 피복성 사진.
<도면의 주요 부호에 대한 부호의 설명>
100 : 챔버 200 : 기판 안치부
300 : 인젝터부 310 : 원료 물질 분사부
320 : 퍼지 가스 분사부 330 : 회전축
340 : 하우징 400 : 가스 분사부
410 : 반응 가스저장부 420 : 불활성 가스 저장부
430 : 파이프 440 : 밸브
450 : 자기장 형성부 460 : 전선
470 : 전원부

Claims (16)

  1. 반응 공간을 갖는 증착 장치 내측에 기판을 안치시키는 단계;
    상기 반응 공간에 원료물질을 공급하여 상기 기판 상에 상기 원료물질을 흡착시키는 단계;
    상기 기판에 흡착되지 않은 원료물질을 퍼지하는 단계;
    상기 반응 공간에 이온화된 반응 가스를 공급하여 상기 이온화된 반응 가스와 상기 원료물질을 반응시켜 상기 기판 상에 박막을 형성하는 단계; 및
    상기 반응 부산물 및 미반응 물질을 퍼지하는 단계를 포함하고,
    적어도 상기 원료물질을 흡착시키는 단계에서 이온화된 불활성 가스를 상기 반응 공간에 공급하는 박막 형성 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료물질 흡착 단계, 원료물질 퍼지 단계, 박막 형성 단계 및 반응 부산물 및 미반응 물질을 퍼지하는 단계를 복수번 반복하여 목표 두께의 박막을 형성하되,
    상기 이온화된 불활성 가스를 모든 단계 동안 공급하거나, 상기 박막 형성 단계를 제외한 나머지 단계 동안 공급하거나, 상기 원료물질 흡착 단계 및 원료물질 퍼지 단계 동안만 공급하는 박막 형성 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온화된 불활성 가스의 이온 에너지는 상기 원료물질을 구성하는 요소들의 결합 에너지보다 작은 박막 형성 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료물질의 흡착시 제공되는 상기 이온화된 불활성 가스의 이온 에너지는 상기 이온화된 반응 가스의 이온 에너지보다 작은 박막 형성 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온화된 불화성 가스 및 상기 이온화된 반응 가스는 불활성 가스와 반응 가스를 제공 받는 외부 이온화 장치를 통해 상기 반응 공간에 공급되고,
    상기 원료물질 흡착 단계시 공급되는 이온화된 불활성 가스 형성을 위해 상기 이온화 장치에 제공되는 이온화 에너지가 상기 박막 형성 단계시 공급되는 이온화된 반응 가스 형성을 위해 상기 이온화 장치에 제공되는 이온화 에너지보다 작은 박막 형성 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 이온화 장치는 RF 주파수와, 마이크로 웨이브 및 DC 방전 중 적어도 어느 하나를 이용하여 가스를 이온화시키는 기기를 사용하는 박막 형성 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 이온화 장치로 리모트 플라즈마 장치를 사용하는 경우,
    상기 원료물질 흡착 단계에서 공급되는 이온화된 불활성 가스 형성을 위해 상기 리모트 플라즈마 장치에 제공되는 RF파워가 300 내지 700W 이고,
    상기 박막 형성 단계에서 공급되는 이온화된 반응 가스 형성을 위해 상기 리모트 플라즈마 장치에 제공되는 RF파워는 1K 내지 15KW인 박막 형성 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료물질을 흡착시키는 단계와 상기 원료물질을 퍼지하는 단계가 동시에 수행되는 박막 형성 방법.
  9. 원료물질을 공급하여 기판에 상기 원료물질을 흡착시키되, 상기 원료물질을 구성하는 요소의 결합 에너지 보다 작은 에너지를 상기 원료물질에 제공하는 단계;
    상기 원료물질을 퍼지하는 단계;
    반응 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착된 원료물질과 반응시키는 단계;
    상기 반응 가스를 퍼지하는 단계를 포함하는 박막 형성 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 이온화된 불활성 가스 이온을 통해 상기 원료물질에 에너지를 공급하는 박막 형성 방법.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 이온화된 불활성 가스 이온은 리모트 플라즈마 장치를 이용하여 제공되는 박막 형성 방법.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 이온화된 불활성 가스 이온은 적어도 상기 반응 가스 공급 전까지 제공되는 박막 형성 방법.
  13. 청구항 9에 있어서, 상기 반응 가스는 리모트 플라즈마에 의해 이온화되어 공급되는 박막 형성 방법.
  14. 반응 공간을 갖는 챔버:
    상기 반응 공간내에 기판을 안치하는 기판 안치부;
    원료 물질과 퍼지 가스를 상기 반응 공간에 분사하는 인젝터부;
    상기 반응 공간에 불활성 가스와 반응 가스 중 적어도 어느 하나의 가스를 이온화화여 제공하는 가스 공급부를 포함하는 박막 제조 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 가스 공급부는 상기 반응 가스가 저장된 반응 가스 저장부와, 상기 불활성 가스가 저장된 불활성 가스 저장부와, 상기 반응 가스와 불활성 가스가 이동 하고, 상기 챔버에 연통된 파이프와, 상기 반응 가스 저장부 및 상기 불활성 가스 저장부 그리고 상기 파이프간을 연결하고, 상기 반응 가스 및 불활성 가스중 적어도 어느 하나의 가스를 상기 파이프에 제공하는 밸브와, 상기 파이프 내측에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 장치를 구비하는 박막 제조 장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 인젝터부는 상기 원료물질 분사 이후 2번의 퍼지 가스를 상기 반응 공간에 분사하고,
    상기 가스 공급부는 상기 원료물질이 분사되는 동안 이온화된 불활성 가스를 반응 공간에 공급하고, 상기 2번의 퍼지 가스가 분사되는 사이 구간 동안 이온화된 반응 가스를 반응 공간에 공급하는 박막 제조 장치.
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