KR20160090741A - Depositing method of metal oxide thin film, and preparing apparatus therefor - Google Patents
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Abstract
Description
본원은, 금속산화물 박막의 증착 방법, 및 상기 금속산화물 박막의 제조 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for depositing a metal oxide thin film, and an apparatus for producing the metal oxide thin film.
박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 구비한 유기 발광 디스플레이 장치(organic light emitting display device, OLED)는 스마트 폰, 태블릿 퍼스널 컴퓨터, 초슬림 노트북, 디지털 카메라, 비디오 카메라, 휴대 정보 단말기와 같은 모바일 기기용 디스플레이 장치 또는, 초박형 텔레비전과 같은 전자기기 제품 등에 다양하게 사용된다. 따라서 반도체 제조 공정에서 반도체 집적 소자의 크기가 점점 작아지고 형상이 복잡해짐에 따라 미세가공의 요구가 증가하고 있다. 즉, 미세 패턴을 형성하고, 하나의 칩 상에 셀들을 고도로 집적시키기 위해서는 박막 두께 감소 및 고유전율을 갖는 새로운 물질개발 등의 기술이 중요하게 대두되고 있다. Description of the Related Art [0002] An organic light emitting display device (OLED) having a thin film transistor (TFT) is widely used for a mobile device such as a smart phone, a tablet personal computer, an ultra slim laptop, a digital camera, A display device, or an electronic device such as an ultra-thin television. Therefore, in the semiconductor manufacturing process, as the size of the semiconductor integrated device becomes smaller and the shape becomes complicated, the demand for micro-fabrication is increasing. That is, in order to form a fine pattern and highly integrate the cells on one chip, techniques such as the development of a new material having a thin film thickness reduction and a high dielectric constant are becoming important.
특히, 웨이퍼 표면에 단차가 형성되어 있는 경우, 표면을 원만하게 덮어주는 단차 도포성(step coverage)과 웨이퍼 내 균일성(within wafer uniformity)의 확보가 매우 중요한데, 이와 같은 요구사항을 충족시키기 위해서 원자층 단위의 미소한 두께를 가지는 박막을 형성하는 방법인 원자층증착(atomic layer deposition, ALD)방법이 널리 사용되고 있다. 또한, 상기 원자층증착방법은 기상반응(gas-phase reaction)을 최소화하기 때문에 핀홀 밀도가 매우 낮고, 박막 밀도가 높으며 증착 온도를 낮출 수 있는 특징이 있다.Particularly, when a step is formed on the surface of a wafer, it is very important to secure step coverage and within wafer uniformity to smoothly cover the surface. In order to satisfy such requirements, Atomic layer deposition (ALD), which is a method of forming a thin film having a small thickness per layer, is widely used. In addition, the atomic layer deposition method has a feature that the pinhole density is very low, the thin film density is high, and the deposition temperature can be lowered because the gas-phase reaction is minimized.
상기 원자층증착방법은 웨이퍼 표면에서 반응물질의 표면 포화 반응(surface saturated reaction)에 의한 화학적 흡착과 탈착 과정을 이용하여 단원자층을 형성하는 방법으로서, 원자층 수준에서 막 두께의 제어가 가능한 박막 증착 방법이다.The atomic layer deposition method is a method of forming a monolayer using a chemical adsorption and desorption process by a surface saturated reaction of a reactive material on a wafer surface. The atomic layer deposition method includes a thin film deposition Method.
그러나 이러한 원자층증착방법의 경우, 적절한 전구체와 반응체의 선택이 어렵고, 소스가스들의 공급과, 퍼지 및 배기 시간 등에 의해 공정속도가 현저하게 느려지기 때문에 생산성이 저하되며, 잉여 탄소 및 수소에 의하여 박막의 특성이 크게 저하되는 문제점이 있다.However, in the case of such an atomic layer deposition method, it is difficult to select an appropriate precursor and a reactant, the productivity is deteriorated because the process speed is remarkably slowed due to supply of source gases, purge and exhaust time, The characteristics of the thin film are greatly deteriorated.
상기 원자층증착방법과 달리, 열화학기상증착(thermal chemical vapor deposition, TCVD) 및 플라즈마화학기상증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)을 이용한 실리콘화합물 박막의 증착은 원자층증착방법에 비해 박막 증착 속도가 매우 빠르다. 그러나 박막에 핀홀이 많고 부산물(by-products) 및 입자(particle) 생성 등의 문제가 발생할 수 있어서 주로 고온에서 박막생성을 진행하기 때문에 플라스틱 필름 같은 기재에는 적용하기 어려운 단점이 있다.Unlike the atomic layer deposition method, deposition of a silicon compound thin film using thermal chemical vapor deposition (TCVD) and plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) Is very fast. However, since there are many pinholes in the thin film and problems such as by-products and particle generation may occur, it is difficult to apply the thin film to a substrate such as a plastic film because the thin film is generated mainly at a high temperature.
이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제10-2014-0140524호에는, 원자층증착공정을 이용하여 기판에 박막을 형성할 때 소스가스의 배기를 위한 노즐부를 더 구비함으로써 입자 생성을 최소화하여 양질의 박막을 증착할 수 있는 박막증착장치에 관하여 개시하고 있다.In this regard, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0140524 discloses a method for forming a thin film on a substrate by using an atomic layer deposition process, further comprising a nozzle portion for exhausting a source gas, The present invention relates to a thin film deposition apparatus capable of depositing a thin film.
본원은 금속산화물 박막의 증착 방법, 및 상기 금속산화물 박막의 제조 장치를 제공하고자 한다.The present invention provides a method for depositing a metal oxide thin film, and an apparatus for manufacturing the metal oxide thin film.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본원의 제 1 측면은, 기재를 다성분의 소스가스 및 반응가스를 이용하여 플라즈마 처리하는 것; 및, 상기 다성분의 소스가스 및 상기 반응가스가 상기 기재의 표면에서 반응하여 상기 기재 상에 금속산화물 박막을 형성하는 것을 포함하며, 상기 다성분의 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 처리는 각각 독립된 플라즈마 모듈에서 수행되는 것이고, 상기 다성분의 소스가스는 상기 소스가스의 성분에 따라 각각 독립된 플라즈마 모듈에서 플라즈마 처리가 수행되는 것인, 금속산화물 박막의 증착 방법을 제공한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a plasma processing method comprising: plasma processing a substrate using a multi-component source gas and a reaction gas; And forming the metal oxide thin film on the substrate by reacting the multi-component source gas and the reactive gas on the surface of the substrate, wherein the plasma processing of the multi-component source gas and the reactive gas is performed independently Wherein the multi-component source gas is subjected to a plasma treatment in a respective independent plasma module depending on the composition of the source gas.
본원의 제 2 측면은, 기재가 로딩되는 기재 로딩부; 상기 기재 로딩부에 결합되어 상기 기재를 교번하며 이동시키는 기재 수송부; 상기 기재 수송부의 하단에 구비되어 상기 기재를 가열하는 기재 가열부; 및, 상기 기재에 금속산화물 박막을 형성하는 금속산화물 박막 증착부를 포함하며, 상기 금속산화물 박막 증착부는 소스가스의 성분마다 각각 독립된 복수의 소스 플라즈마 모듈 및 복수의 반응 플라즈마 모듈을 포함하고, 상기 기재 수송부가 상기 소스 플라즈마 모듈 및 상기 반응 플라즈마 모듈을 교번하며 이동하여 상기 기재 상에 금속산화물 박막이 증착되는 것인, 금속산화물 박막의 제조 장치를 제공한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a substrate processing apparatus comprising: a substrate loading section on which a substrate is loaded; A substrate transport unit coupled to the substrate loading unit to alternately move the substrate; A substrate heating unit provided at a lower end of the substrate transporting unit to heat the substrate; And a metal oxide thin film deposition unit for forming a metal oxide thin film on the substrate, wherein the metal oxide thin film deposition unit includes a plurality of source plasma modules and a plurality of reaction plasma modules independent of the components of the source gas, Wherein the metal oxide thin film is deposited on the substrate by alternately moving the source plasma module and the reaction plasma module.
전술한 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 기재 상에 소스가스의 종류에 따라 각각 분리된 플라즈마 모듈을 이용하여 플라즈마 처리를 수행함으로써 3 성분 이상의 금속산화물 박막의 제조 시 조성비의 제어가 용이하다. 또한, 본원의 일 구현예에 따른 증착 방법 및 제조 장치는, 스캔방식의 화학증착방법(CVD)을 이용함으로써 약 350℃ 이하 저온의 공정 온도에서 낮은 수소량, 낮은 핀홀 밀도, 높은 박막 밀도 등의 우수한 특성을 나타내는 금속산화물 박막을 제조할 수 있고, 공정 중 파티클이 적어 균일한 박막을 제조할 수 있다. According to any one of the above-mentioned means for solving the problems, it is easy to control the composition ratio in the production of the metal oxide thin film of three or more components by performing the plasma treatment using the plasma module separated on the substrate in accordance with the type of the source gas. In addition, the deposition method and the manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention can be applied to a manufacturing method and a manufacturing method of a semiconductor device using a CVD (Chemical Vapor Deposition) A metal oxide thin film exhibiting excellent characteristics can be produced, and a uniform thin film can be produced with a small number of particles during the process.
본원의 일 구현예에 따른 금속산화물 박막의 증착 방법 및 제조 장치는, 3 성분 이상의 다성분 금속산화물 및 금속질화물 박막의 연속 증착 및/또는 교열 증착이 가능하다. 더불어, 본원의 일 구현예에 따른 금속산화물 박막의 증착 방법 및 제조 장치는 그 설비구성이 단순하고, 변형이 쉬워 적용범위가 넓으며, 롤투롤 및 대형 박막 증착 설비에 적용이 가능하다.The method and apparatus for depositing a metal oxide thin film according to an embodiment of the present invention are capable of continuous deposition of three or more component metal oxide and metal nitride thin films and / or alternating deposition. In addition, the method and apparatus for depositing a metal oxide thin film according to one embodiment of the present invention are simple in configuration, easy to deform and have a wide application range, and are applicable to roll-to-roll and large-scale thin film deposition equipment.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 금속산화물 박막의 제조 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 금속산화물 박막의 제조 장치를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본원의 일 구현예에 따른 금속산화물 박막의 제조 장치를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing an apparatus for producing a metal oxide thin film according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view showing an apparatus for producing a metal oxide thin film according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view showing an apparatus for producing a metal oxide thin film according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is " on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout this specification, when an element is referred to as " including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. The terms " about ", " substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.The word " step (or step) " or " step " used to the extent that it is used throughout the specification does not mean " step for.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term " combination (s) thereof " included in the expression of the machine form means a mixture or combination of one or more elements selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the form of a marker, Quot; means at least one selected from the group consisting of the above-mentioned elements.
본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.Throughout this specification, the description of "A and / or B" means "A or B, or A and B".
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments and examples and drawings.
본원의 제 1 측면은, 기재를 다성분의 소스가스 및 반응가스를 이용하여 플라즈마 처리하는 것; 및, 상기 다성분의 소스가스 및 상기 반응가스가 상기 기재의 표면에서 반응하여 상기 기재 상에 금속산화물 박막을 형성하는 것을 포함하며, 상기 다성분의 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 처리는 각각 독립된 플라즈마 모듈에서 수행되는 것이고, 상기 다성분의 소스가스는 상기 소스가스의 성분에 따라 각각 독립된 플라즈마 모듈에서 플라즈마 처리가 수행되는 것인, 금속산화물 박막의 증착 방법을 제공한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a plasma processing method comprising: plasma processing a substrate using a multi-component source gas and a reaction gas; And forming the metal oxide thin film on the substrate by reacting the multi-component source gas and the reactive gas on the surface of the substrate, wherein the plasma processing of the multi-component source gas and the reactive gas is performed independently Wherein the multi-component source gas is subjected to a plasma treatment in a respective independent plasma module depending on the composition of the source gas.
본원의 일 구현예에 따른 금속산화물 박막의 증착 방법은 상기 소스가스의 종류에 따라 분리된 플라즈마 모듈을 사용함으로써 3 성분 이상의 금속산화물 박막의 증착 시, 각각의 소스가스의 조성비를 제어할 수 있다. The method of depositing a metal oxide thin film according to an embodiment of the present invention can control the composition ratio of each source gas when depositing a metal oxide thin film of three or more components by using a plasma module separated according to the type of the source gas.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다성분의 소스가스는 Ga, In, Zn, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 3 성분 이상의 금속을 함유하는 전구체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the multi-component source gas may comprise a precursor containing at least three metals selected from the group consisting of Ga, In, Zn, and combinations thereof, but is not limited thereto .
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다성분의 소스가스는 불활성 기체를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the multi-component source gas may include, but is not limited to, an inert gas.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 불활성 기체는 Ar, He, Ne, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the inert gas may include, but is not limited to, selected from the group consisting of Ar, He, Ne, and combinations thereof.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재를 플라즈마 처리하는 것은, 상기 다성분의 소스가스의 성분에 따른 각각의 상기 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 모듈에서 상기 플라즈마 처리가 동시에 또는 교번하여 약 1 회 이상 반복되어 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the plasma treatment of the substrate may be performed at a time in the plasma module of each of the source gas and the reaction gas depending on the composition of the source gas of the multi- But the present invention is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 플라즈마 처리를 각각의 소스가스 성분마다 약 1 회 이상 반복함으로써 상기 기재 상에 금속산화물 박막을 형성할 수 있고, 예를 들어, 약 n 회(n은 1 이상의 정수임)이상 반복하여 상기 플라즈마 처리를 수행할 경우, n 층의 금속산화물 박막을 형성할 수 있다.In one embodiment of the invention, the plasma treatment may be repeated about once per each source gas component to form a thin metal oxide film on the substrate, for example, about n times, where n is an integer greater than or equal to 1 ), The n-layer metal oxide thin film can be formed.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다성분의 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 처리는 상기 소스가스의 성분마다 독립된 플라즈마 모듈에서 동시에 또는 교번하여 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 다성분의 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 처리가 상기 소스가스의 성분마다 독립된 플라즈마 모듈에서 동시에 수행될 경우, 기재 상에 금속산화물이 혼합된 구조로서 박막이 형성되고, 상기 다성분의 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 처리가 상기 소스가스의 성분마다 독립된 플라즈마 모듈에서 교번하여 수행될 경우, 기재 상에 각각의 소스가스에 해당되는 금속 산화물 박막이 적층 또는 혼합된 구조로 형성된다. In one embodiment of the invention, the plasma treatment of the multi-component source gas and the reactive gas may be performed simultaneously or alternately in a separate plasma module for each component of the source gas, but may not be limited thereto. For example, when plasma processing of the multi-component source gas and the reactive gas is performed simultaneously in a plasma module independent of the components of the source gas, a thin film is formed as a structure in which a metal oxide is mixed on a substrate, When the source gas of the component and the plasma of the reaction gas are alternately performed in the plasma module independent of the components of the source gas, the metal oxide thin film corresponding to each source gas is formed in a laminated or mixed structure on the substrate .
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재 상에 상기 플라즈마 처리를 약 n 회 이상 반복하여 수행하는 동안, 상기 플라즈마 처리에 사용되는 상기 소스가스 및 상기 반응가스는 박막을 증착하기 전에 각각의 상기 소스가스 성분에 따른 플라즈마 모듈에서 각각의 조성비를 제어하기 때문에 증착 과정에서 별도의 소스가스의 종류 및 조성비를 조절할 필요가 없이 원하는 조성비의 금속산화물 박막을 증착시킴으로써 증착 속도를 개선할 수 있다.In one embodiment, the source gas and the reactive gas used in the plasma treatment are selected from the group consisting of the source gas and the source gas before the deposition of the thin film, while the plasma treatment is repeatedly performed on the substrate about n times or more. The deposition rate can be improved by depositing a metal oxide thin film having a desired composition ratio without controlling the kind and the composition ratio of the source gas in the deposition process because the respective composition ratios are controlled in the plasma module according to the composition.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 반응가스는 N2, H2, O2, N2O, NH3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the reaction gas may include, but is not limited to, those selected from the group consisting of N 2 , H 2 , O 2 , N 2 O, NH 3 , .
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재를 약 350℃ 이하의 온도에서 가열하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 기재를 약 350℃ 이하, 약 300℃ 이하, 약 200℃ 이하, 또는 약 100℃ 이하의 온도에서 가열하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment herein, the substrate may additionally include, but is not limited to, heating the substrate at a temperature of about 350 DEG C or less. For example, it may include, but is not limited to, heating the substrate to a temperature of about 350 占 폚 or less, about 300 占 폚 or less, about 200 占 폚 or less, or about 100 占 폚 or less.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속산화물 박막의 두께는 약 5 nm 내지 약 1,000 nm인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 금속산화물 박막의 두께는 약 5 nm 내지 약 1,000 nm, 약 5 nm 내지 약 900 nm, 약 5 nm 내지 약 800 nm, 약 5 nm 내지 약 700 nm, 약 5 nm 내지 약 600 nm, 약 5 nm 내지 약 500 nm, 약 5 nm 내지 약 400 nm, 약 5 nm 내지 약 300 nm, 약 5 nm 내지 약 200 nm, 약 5 nm 내지 약 100 nm, 약 100 nm 내지 약 1,000 nm, 약 200 nm 내지 약 1,000 nm, 약 300 nm 내지 약 1,000 nm, 약 400 nm 내지 약 1,000 nm, 약 500 nm 내지 약 1,000 nm, 약 600 nm 내지 약 1,000 nm, 약 700 nm 내지 약 1,000 nm, 약 800 nm 내지 약 1,000 nm, 또는 약 900 nm 내지 약 1,000 nm인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속산화물 박막의 최적의 두께는 약 10 nm 내지 약 20 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thickness of the metal oxide thin film may be about 5 nm to about 1,000 nm, but may not be limited thereto. For example, the thickness of the metal oxide thin film may be from about 5 nm to about 1,000 nm, from about 5 nm to about 900 nm, from about 5 nm to about 800 nm, from about 5 nm to about 700 nm, from about 5 nm to about 600 nm From about 5 nm to about 500 nm, from about 5 nm to about 400 nm, from about 5 nm to about 300 nm, from about 5 nm to about 200 nm, from about 5 nm to about 100 nm, From about 200 nm to about 1,000 nm, from about 300 nm to about 1,000 nm, from about 400 nm to about 1,000 nm, from about 500 nm to about 1,000 nm, from about 600 nm to about 1,000 nm, from about 700 nm to about 1,000 nm, To about 1,000 nm, or from about 900 nm to about 1,000 nm. In one embodiment of the present invention, the optimal thickness of the metal oxide thin film may be from about 10 nm to about 20 nm, but is not limited thereto.
본원의 제 2 측면은, 기재가 로딩되는 기재 로딩부; 상기 기재 로딩부에 결합되어 상기 기재를 교번하며 이동시키는 기재 수송부; 상기 기재 수송부의 하단에 구비되어 상기 기재를 가열하는 기재 가열부; 및, 상기 기재에 금속산화물 박막을 형성하는 금속산화물 박막 증착부를 포함하며, 상기 금속산화물 박막 증착부는 소스가스의 성분마다 각각 독립된 복수의 소스 플라즈마 모듈 및 복수의 반응 플라즈마 모듈을 포함하고, 상기 기재 수송부가 상기 소스 플라즈마 모듈 및 상기 반응 플라즈마 모듈을 교번하며 이동하여 상기 기재 상에 금속산화물 박막이 증착되는 것인, 금속산화물 박막의 제조 장치를 제공한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a substrate processing apparatus comprising: a substrate loading section on which a substrate is loaded; A substrate transport unit coupled to the substrate loading unit to alternately move the substrate; A substrate heating unit provided at a lower end of the substrate transporting unit to heat the substrate; And a metal oxide thin film deposition unit for forming a metal oxide thin film on the substrate, wherein the metal oxide thin film deposition unit includes a plurality of source plasma modules and a plurality of reaction plasma modules independent of the components of the source gas, Wherein the metal oxide thin film is deposited on the substrate by alternately moving the source plasma module and the reaction plasma module.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 금속산화물 박막의 제조 장치를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing an apparatus for producing a metal oxide thin film according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본원의 일 구현예에 따른 금속산화물 박막의 제조 장치는 기재(10), 기재 로딩부(100), 기재 수송부(200), 기재 가열부(300), 박막 증착부(400)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an apparatus for manufacturing a metal oxide thin film according to an embodiment of the present invention includes a
먼저, 상기 기재 로딩부(100)에 기재(10)를 로딩시킨다. 상기 기재(10)는 일반적으로 반도체 소자용으로 사용되는 기재로서, 석영, 유리, 실리콘, 폴리머, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.First, the
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재 수송부(200)는 상기 기재 로딩부(100)에 결합되어 상기 기재(10)를 이동시킨다. 이때 상기 기재(10)의 이동 방향은 선형 또는 비선형의 경로로 교번 이동하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the substrate transport part 200 is coupled to the substrate loading part 100 to move the
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재(10)에 금속산화물 박막을 형성하는 박막 증착부(400)를 포함하며, 상기 박막 증착부(400)는 복수의 플라즈마 모듈을 포함한다. 상기 각각의 플라즈마 모듈은 반응 플라즈마 모듈 및 소스 플라즈마 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 각각 다른 소스가스인 소스 1, 소스 2, 소스 3이 상기 각각의 플라즈마 모듈에 따른 상기 소스 플라즈마 모듈에 분리되어 주입될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 금속산화물 박막의 형성 시 사용되는 소스가스의 종류가 n 개일 경우, 상기 플라즈마 모듈 또한 n 개의 플라즈마 모듈을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 소스 플라즈마 모듈 및 상기 반응 플라즈마 모듈은 플라즈마를 발생시키기 위한 전극을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 소스 플라즈마 모듈 및 반응 플라즈마 모듈은 각각 상이한 소스가스 및 상이한 반응가스를 포함할 수 있으며, 상기 소스가스 및 상기 반응가스를 플라즈마 상태로 단시간 동안 기재(10) 상에 주입하고, 배기할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment, the source plasma module and the reaction plasma module may each comprise a different source gas and a different reactant gas, and the source gas and the reactant gas are introduced into a plasma state for a short time on the
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 소스 플라즈마 모듈에서 Ga, In, Zn, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 3 성분 이상의 금속을 함유하는 전구체 및 불활성 기체를 플라즈마 처리하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the source plasma module may be plasma treated with a precursor containing at least three metals selected from the group consisting of Ga, In, Zn, and combinations thereof, and an inert gas, But may not be limited.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 반응 플라즈마 모듈에서 N2, H2, O2, N2O, NH3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 반응가스를 플라즈마 처리하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present invention, the reaction plasma module may be plasma treated with a reaction gas selected from the group consisting of N 2 , H 2 , O 2 , N 2 O, NH 3 , and combinations thereof, But may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 각각 상기 소스 플라즈마 모듈 및 상기 반응 플라즈마 모듈에 의해 상기 기재에 소스가스 및 반응가스가 공급될 경우, 각각의 성분마다 조절된 조성비에 따른 상기 소스가스 및 상기 반응가스는 상기 기재의 표면에서 물리적 또는 화학적 반응에 의하여 상기 기재 상에 금속산화물 박막이 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 기재 가열부에 의해서 상기 기재의 온도를 조절하여 상기 기재의 표면에서 상기 소스가스와 상기 반응가스의 화학 반응을 유도시킬 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the source gas and the reaction gas are supplied to the substrate by the source plasma module and the reaction plasma module, respectively, the source gas and the reaction gas according to the composition ratio adjusted for each component are The metal oxide thin film may be formed on the substrate by physical or chemical reaction at the surface of the substrate, but the present invention is not limited thereto. For example, the temperature of the substrate may be adjusted by the substrate heating unit to induce a chemical reaction between the source gas and the reactive gas on the surface of the substrate.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 박막 증착부로부터 플라즈마 처리를 수행할 경우, 상기 플라즈마 처리는 소스 플라즈마 모듈 및 반응 플라즈마 모듈로부터 동시에 또는 교번하여 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 소스 플라즈마 처리 및 상기 반응 플라즈마 처리를 각각 독립된 반응기로부터 동시에 수행할 경우, 기재 상에 금속산화물 박막이 서로 혼합된 구조로 형성되고, 예를 들어, 상기 소스 플라즈마 처리 및 상기 반응 플라즈마 처리를 각각 독립된 반응기로부터 교번하여 수행할 경우, 기재 상에 무기박막이 적층된 구조로 형성된다.In one embodiment of the present invention, when the plasma processing is performed from the thin film deposition unit, the plasma processing may be performed simultaneously or alternately from the source plasma module and the reaction plasma module, but the present invention is not limited thereto. For example, when the source plasma treatment and the reactive plasma treatment are performed simultaneously from independent reactors, a metal oxide thin film is formed on the substrate in a mixed state with each other, and for example, the source plasma treatment and the reaction plasma When the treatment is carried out alternately from each independent reactor, it is formed into a structure in which an inorganic thin film is laminated on a substrate.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재 가열부(300)는 상기 기재(10)의 온도를 조절하여 상기 기재(10)의 표면에서 금속산화물 박막의 증착 시, 상기 기재(10) 온도를 상기 소스가스의 열분해 온도 이하로 유지시켜준다. 상기 소스가스의 열분해 온도 보다 기재의 온도가 낮을수록 상기 기재에 상기 소스가스가 더 많이 흡착될 수 있으며, 예를 들어, 상기 소스가스는 약 100℃ 내지 약 700℃의 열분해 온도를 가진다. 그러나, 반도체 소자용 박막 증착의 경우, 기재 내 불순물 확산을 감소시키기 위하여, 약 350℃ 이하의 온도가 바람직하다. 예를 들어, 상기 기재 가열부(300)에 의해 조절되는 상기 기재(10)의 온도는 약 350℃ 이하, 약 300℃ 이하, 약 200℃, 또는 약 100℃ 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present application, the
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속산화물 박막의 제조 장치에 의해 증착된 금속산화물 박막의 두께는 약 5 nm 내지 약 1,000 nm인 금속산화물 박막이 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 금속산화물 박막의 두께는 약 5 nm 내지 약 1,000 nm, 약 5 nm 내지 약 900 nm, 약 5 nm 내지 약 800 nm, 약 5 nm 내지 약 700 nm, 약 5 nm 내지 약 600 nm, 약 5 nm 내지 약 500 nm, 약 5 nm 내지 약 400 nm, 약 5 nm 내지 약 300 nm, 약 5 nm 내지 약 200 nm, 약 5 nm 내지 약 100 nm, 약 100 nm 내지 약 1,000 nm, 약 200 nm 내지 약 1,000 nm, 약 300 nm 내지 약 1,000 nm, 약 400 nm 내지 약 1,000 nm, 약 500 nm 내지 약 1,000 nm, 약 600 nm 내지 약 1,000 nm, 약 700 nm 내지 약 1,000 nm, 약 800 nm 내지 약 1,000 nm, 또는 약 900 nm 내지 약 1,000 nm인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속산화물 박막의 최적의 두께는 약 10 nm 내지 약 20 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal oxide thin film deposited by the apparatus for producing a metal oxide thin film may have a thickness of about 5 nm to about 1,000 nm, but may not be limited thereto. For example, the thickness of the metal oxide thin film may be from about 5 nm to about 1,000 nm, from about 5 nm to about 900 nm, from about 5 nm to about 800 nm, from about 5 nm to about 700 nm, from about 5 nm to about 600 nm From about 5 nm to about 500 nm, from about 5 nm to about 400 nm, from about 5 nm to about 300 nm, from about 5 nm to about 200 nm, from about 5 nm to about 100 nm, From about 200 nm to about 1,000 nm, from about 300 nm to about 1,000 nm, from about 400 nm to about 1,000 nm, from about 500 nm to about 1,000 nm, from about 600 nm to about 1,000 nm, from about 700 nm to about 1,000 nm, To about 1,000 nm, or from about 900 nm to about 1,000 nm. In one embodiment of the present invention, the optimal thickness of the metal oxide thin film may be from about 10 nm to about 20 nm, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 금속산화물 박막의 제조 장치의 박막 증착부(400)로서, 예를 들어, 소스가스가 3 성분을 포함하는 경우, 각각의 소스가스의 성분에 따라 분리된 제 1 소스 플라즈마 모듈(421), 제 1 반응 플라즈마 모듈(411), 제 2 소스 플라즈마 모듈(422), 제 2 반응 플라즈마 모듈(412), 제 3 소스 플라즈마 모듈(423), 및 제 3 반응 플라즈마 모듈(413)을 포함하며, 하나의 반응 플라즈마 모듈의 양측에 동일한 소스가스를 사용하는 두 개의 소스 플라즈마 모듈을 포함한다. In one embodiment of the present invention, as shown in Fig. 2, when the source gas contains three components, for example, as the thin
본원의 일 구현예에 있어서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 금속산화물 박막의 제조 장치의 박막 증착부(400)로서, 예를 들어, 소스가스가 3 성분을 포함하는 경우, 상기 도 2의 장치와 같이, 각각의 소스가스의 성분에 따라 분리된 제 1 소스 플라즈마 모듈(421), 제 1 반응 플라즈마 모듈(411), 제 2 소스 플라즈마 모듈(422), 제 2 반응 플라즈마 모듈(412), 제 3 소스 플라즈마 모듈(423), 및 제 3 반응 플라즈마 모듈(413)을 포함하며, 하나의 소스 플라즈마 모듈의 양측에 동일한 반응가스를 사용하는 두 개의 반응 플라즈마 모듈을 포함한다. In one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, when the source gas contains three components, for example, as the thin
상기 도 2 또는 도 3의 제조 장치에 의해 금속산화물 박막을 증착할 경우, 플라스틱 또는 유리 기재(10) 상에 제 1 소스 플라즈마 모듈(421), 제 2 소스 플라즈마 모듈(422), 및 제 3 소스 플라즈마 모듈(423)에는 소스가스로서 각각 Ga, In, 및 Zn 전구체를 주입하고, 상기 제 1 반응 플라즈마 모듈(411), 제 2 반응 플라즈마 모듈(412), 및 제 3 반응 플라즈마 모듈(413)에는 반응가스로서 각각 N2O 또는 O2를 주입하여 기재 수송부(200)에 의해 기재를 이동시키며 플라즈마 처리를 수행함으로써 상기 기재(10) 상에 Ga:In:Zn 산화물 박막이 형성된다. 이때 상기 소스가스는 각 성분마다 제어된 조성비로서 증착시킬 수 있다.2 or 3, a first
본원에 따른 금속산화물 박막의 제조 장치는, 도 1 내지 도 3에 도시된 제조 장치뿐만 아니라, 이를 변형 및/또는 혼합하여 적용 가능하며, 소스가스의 종류에 따른 각각의 분리된 소스 플라즈마 모듈을 이용하여 기재 상에 플라즈마 처리를 수행함으로써 3 성분 이상의 금속산화물 박막의 제조 시 조성비의 제어가 용이하다.The apparatus for producing a metal oxide thin film according to the present invention can be applied not only to the manufacturing apparatus shown in FIG. 1 to FIG. 3 but also to a modified and / or mixed system thereof, and it is possible to use a separate source plasma module The plasma treatment is performed on the substrate to control the composition ratio in the production of the metal oxide thin film of three or more components.
또한, 도시되지는 않았지만, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속산화물 박막의 제조 장치는 제어부를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 제어부는 상기 초슬림 구조의 박막 증착 장치의 기재 로딩부, 기재 수송부, 기재 가열부, 및 박막 증착부와 결합되어 상기 박막의 제조 시 요구되는 조건을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부는 상기 박막의 증착 시 반응 플라즈마 및 소스 플라즈마의 주입 시간, 강도, 파장, 및 듀티 사이클(duty cycle) 등의 조절이 가능할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.Further, although not shown, in one embodiment of the present invention, the apparatus for manufacturing a metal oxide thin film may include, but is not limited to, a control unit. The control unit may be coupled to the substrate loading unit, the substrate transport unit, the substrate heating unit, and the thin film deposition unit of the thin film deposition apparatus to control conditions required for manufacturing the thin film. For example, the controller may control the injection time, intensity, wavelength, and duty cycle of the reaction plasma and the source plasma during deposition of the thin film, but the present invention is not limited thereto.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.
10: 기재
100: 기재 로딩부
200: 기재 수송부
300: 기재 가열부
400: 박막 증착부
411: 제 1 반응 플라즈마 모듈
412: 제 2 반응 플라즈마 모듈
413: 제 3 반응 플라즈마 모듈
421: 제 1 소스 플라즈마 모듈
422: 제 2 소스 플라즈마 모듈
423: 제 3 소스 플라즈마 모듈10: substrate
100: substrate loading unit
200:
300: substrate heating section
400: thin film deposition unit
411: first reaction plasma module
412: second reaction plasma module
413: third reaction plasma module
421: first source plasma module
422: second source plasma module
423: third source plasma module
Claims (6)
상기 다성분의 소스가스 및 상기 반응가스가 상기 기재의 표면에서 반응하여 상기 기재 상에 금속산화물 박막을 형성하는 것
을 포함하며,
상기 다성분의 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 처리는 각각 독립된 플라즈마 모듈에서 수행되는 것이고,
상기 다성분의 소스가스는 상기 소스가스의 성분에 따라 각각 독립된 플라즈마 모듈에서 플라즈마 처리가 수행되는 것이고,
상기 기재가 상기 독립된 플라즈마 모듈 사이를 교번하여 이동하면서 상기 다성분의 소스가스에 의해 상기 금속산화물 박막이 형성되는 것이고,
상기 다성분의 소스가스는 Ga, In, 및 Zn을 포함하는 3 성분의 금속을 함유하는 전구체를 포함하는 것이고,
상기 기재를 플라즈마 처리하는 것은, 상기 다성분의 소스가스의 성분에 따른 각각의 상기 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 모듈에서 상기 플라즈마 처리가 동시에 또는 교번하여 1 회 이상 반복되어 수행되는 것이며, 및
상기 다성분의 소스가스는 각각의 성분에 따른 플라즈마 모듈에서 각각의 조성비를 제어하는 것인,
금속산화물 박막의 증착 방법.
Subjecting the substrate to plasma treatment using a multi-component source gas and a reactive gas; And
And the multi-component source gas and the reaction gas react on the surface of the base material to form a metal oxide thin film on the base material
/ RTI >
The plasma processing of the multi-component source gas and the reactive gas is performed in an independent plasma module,
Wherein the multi-component source gas is subjected to a plasma process in an independent plasma module according to the composition of the source gas,
Wherein the metal oxide thin film is formed by the multi-component source gas while the substrate moves alternately between the independent plasma modules,
Wherein the multi-component source gas includes a precursor containing a three-component metal including Ga, In, and Zn,
The plasma treatment of the substrate is performed by repeating the plasma treatment at least once or more in the plasma module of the source gas and the reaction gas of each of the source gas and the reaction gas depending on the composition of the source gas of the multi-
Wherein the multi-component source gas controls the respective composition ratios in the plasma module according to the respective components.
Method of depositing a metal oxide thin film.
상기 다성분의 소스가스는 불활성 기체를 추가 포함하는 것인, 금속산화물 박막의 증착 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the multi-component source gas further comprises an inert gas.
상기 불활성 기체는 Ar, He, Ne, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 금속산화물 박막의 증착 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the inert gas comprises a material selected from the group consisting of Ar, He, Ne, and combinations thereof.
상기 반응가스는 N2, H2, O2, N2O, NH3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 금속산화물 박막의 증착 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the reaction gas comprises one selected from the group consisting of N 2 , H 2 , O 2 , N 2 O, NH 3 , and combinations thereof.
상기 기재를 350℃ 이하의 온도에서 가열하는 것을 추가 포함하는, 금속산화물 박막의 증착 방법.
The method according to claim 1,
Further comprising heating the substrate at a temperature of 350 DEG C or less.
상기 금속산화물 박막의 두께는 5 nm 내지 1,000 nm인 것인, 금속산화물 박막의 증착 방법.The method according to claim 1,
Wherein the metal oxide thin film has a thickness of 5 nm to 1,000 nm.
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2016
- 2016-01-04 KR KR1020160000410A patent/KR20160090741A/en active Search and Examination
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| A107 | Divisional application of patent | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment |