KR100203000B1

KR100203000B1 - 화학 증착에 의한 박막 형성 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100203000B1
Application number: KR1019950061269A
Authority: KR
Inventors: 아끼마사 유우끼; 다까아끼 가와하라; 데쯔로 마끼따; 미끼오 야마무까; 고이찌 오노; 도모노리 오꾸다이라
Original assignee: 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시; 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1995-12-28
Publication date: 1999-06-15
Also published as: US6096133A; US5776254A; KR960023228A; US6033732A

Abstract

CVD 공정에 의해 기판(17) 상에 박막을 석출시키는 CVD 장치는 액체 CVD 재료를 담고 있는 재료 용기(5)와, CVD 재료를 증발시키는 증발기(4)로 액체 CVD 재료를 공급하는 재료 공급기(6)와, CVD 재료 가스를 사용하여 기판(17) 상에 박막을 형성하는 반응 챔버(15)를 갖고 있다. 여기서, 증발기(4) 및 이 증발기(4)와 반응 챔버(15) 사이의 배관부는 모두 반응 챔버(15) 상에 배치된 온도 조절 박스(34) 내에 수용되어 있다. 따라서, 장치의 구조가 단순화되는 동시에, 장치의 열효율이 개선된다.

Description

화학 증착에 의한 박막 형성 장치 및 방법

제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 CVD 장치의 개략 단면도.

제2도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 CVD 장치의 개략 단면도.

제3도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 CVD 장치의 개략 단면도.

제4도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 CVD 장치의 개략 단면도.

제5도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 CVD 장치의 개략 단면도.

제6도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 CVD 장치의 개략 단면도.

제7도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 CVD 장치의 개략 단면도.

제8도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 CVD 장치의 개략 단면도.

제9도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 CVD 장치의 개략 단면도.

제10도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 CVD 장치의 개략 단면도.

제11a도 내지 제11c도는 CVD 재료의 적외선 흡수 분광 측정 결과를 각각 도시한 그래프.

제12도는 종래의 CVD 장치를 도시한 개략 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 캐리어 가스 공급관 2 : 캐리어 가스 유동 제어기

4 : 증발기 5 : 액체 재료 용기

6 : 액체 재료 공급기 10 : 재료 가스 이송 배관부

11 : 가열기 12 : 재료 가스 공급구

13 : 반응 가스 공급관 14 : 가열기

15 : 반응 챔버 16 : 가열 설비 또는 가열 스테이지

17 : 기판 18 : 핸들러

19 : 투입-배출 챔버 20 : 게이트 또는 게이트 밸브

31 : 배기측 밸브 32 : 반응 챔버측 밸브

33 : CVD 재료 가스용 배기 라인 34 : 온도 조절 박스

35 : 혼합기 36 : 가스 노즐

37 : 서셉터 38 : 반사기

39 : 열전쌍 40 : IR 광원

41 : 편광기 43 : IR 광검출기

44: 윈도우 46 : 커버

47 : X선관 51 : 윈도우

52 : 결정 53 : X선 검출기

54 : 측각기 56 : 가스 인입관

57 : 가스 유동 제어기 58 : 용기

59 : 용매 유동 제어기 61 : 스페이서

63 : 램프 가열기 64 : 증발기

66 : 격판 69 : 증발기

70 : 노즐 71 : 재료 가스 이송 파이프

74 : 가압 펌프 75 : 내벽 판

76 : 용매 공급 파이프 77 : 압력 모니터

78 : 압력 제어기 81 : 광원

82 내지 85 : 윈도우 86 : 적외선 흡수관

88 : 분광기 90 : 적외선

96 : 가스 공급관 97 : 가스 방출관

본 발명은 화학 증팍(CVD, Chemical Vapor Deposition)에 의해 기판 상에 여러 종류의 박막을 석출시키는 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 상기 장치를 구성하는 증발기 및 반응 챔버의 성능을 개선하는 기술에 관한 것이다.

최근, 반도체 메모리 또는 반도체 장치의 집적화 정도가 급속하게 진전되고 있다. 예를 들어, DRAM에서의 집적화 정도는 최근 수년간 DRAM의 바이트 수가 4배로 증가하는 급속한 속도로 발전되고 있다. 이러한 발전은 그러한 장치의 처리 속도는 증가시키고 전력 소비 및 비용은 감소시키려는 목적을 달성하기 위해 수행되고 있다. 그러나, 집적화의 정도가 아무리 발전되어도 DRAM의 부품인 커패시터(capacitor)는 일정한 용량을 가져야 한다. 결론적으로, 커패시터 재료의 피막 두께를 얇게 할 필요가 있지만 커패시터 재료로서 통상적으로 사용되는 SiO₂또는 Si₃N₄ 대신에 높은 유전 상수를 갖는 적절한 커패시터 재료를 사용하면 피막 두께를 변화시키지않고도 용량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 최근에는 메모리 장치용으로 높은 유전상수를 갖는 커패시터 재료를 사용하려는 연구가 이루어지고 있다.

커패시터 재료에 필요한 성질에서 가장 중요한 것은 커패시터가 얇더라도 높은 유전상수 및 작은 누설 전류를 가져야 한다는 것이다. 다시 말해서, 높은 유전 상수를 갖는 커패시터 재료를 사용함은 물론 피막 두께를 가능한 한 얇게 설정하고 누설 전류를 최소화할 필요가 있다. 대개, 이러한 개발은 전체적인 목적은 피막 두께를 SiO₂와 같은 두께인 0.6 nm 이하로 하고, 1.1V 전압 인가 시에 누설 전류 밀도를 10^-8A/cm²이하로 하려는 것이다. 또한, 계단형 부분을 자체 내에 갖는 DRAM의 커패시터용 전극 상에 박막이 형성되는 경우에는 복잡한 형상에 대하여 양호한 계단형 피복 성질을 갖는 박막이 CVD법에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 탄탈륨 옥사이드(tantalum oxide), 리드 지르코네이트 티타네이트(lead zirconate titanate(PZT)], 리드 란탄 지르코네이트 티타네이트[lead lanthanum zirconate titanate(PLZT)], 스트론튬 티타네이트(strontium titanate) 또는 바륨 티타네이트(barium titanate)를 사용하는 다양한 피막 형성 기술에 의해 박막을 형성하는 공정이 시험되었다. 그러나, CVD법에 의한 박막 형성이 가장 양호하기는 하지만 현재 인정되고 양호한 증발 성질을 갖는 CVD 재료는 존재하지 않는다는 문제점이 있다. 이 문제점은 주 CVD 재료로서 폭넓게 사용되는 β-디켄톤 족(β-diketone group)의 디피발로일메타나토[dipivaloylmethanato(DPM)] 화합물의 가열에 의한 증발 성질이 양호하지 않다는 데에서 기인한 것이다. 따라서, 재료 성질에 기인한 상술한 단점에 따라 현재로서는 양호한 성능 및 반복성을 갖는 유전체 박막을 제조하는 기술이 아직 정립되어 있지 않다.

이러한 상황에서 본 발명의 몇몇 발명자는 통상적으로 사용되던 고형 재료가 테트라하이드로퓨란[tetrahydrofuran(THF)] 등의 유기 용매에서 용해되도록 된 용액을 포함하는 극도로 높은 증발 성질을 갖는 CVD 재료를 일본국 특허 출원 평4-252836호의 명세서에서 이미 제안하였다. 그러나, 본 발명의 발명자들은 CVD법에 의해 SiO₂피막 등을 제조하는 종래의 (액체 재료용) 박막 석출 장치에 의해 상술한 CVD 재료를 사용하여 유전체 박막을 제조하려 하였으나, 이러한 박막을 제조하는 장치 및 방뻐에 여러 가지 문제점이 있다는 것을 알게 되었다.

이제, 상술한 CVD 재료를 사용하는 CVD법에 의해 커패시터용 바륨 스트론튬 티타네이트(BST) 박막을 형성하기 위한 종래의 박막 석출 장치 또는 방뻐에 대하여 설명한다. 여기서, Ba 또는 Sr 그룹의 CVD 재료로서, 유기 금속 복합물(organometallic complex)인 디피발로일메타나토(DPM)와 Ba 또는 Sr의 화합물이 0.01 내지 1몰/리터의 농도의 테트라하이드로퓨란(THF)에 용해된 용액이 사용되었다. 또한, Ti 그룹의 CVD 재료로서, 티타늄 테트라이소프로프옥사이드[titanium tetraisopropoxide(TTIP)]가 사용되었다.

제12도는 액체 재료를 사용하여 CVD법에 의한 종래의 공지된 박막 석출 장치의 전체적인 구조를 도시한 개략도이다.

제12도에 도시된 것처럼, 박막 석출 장치(CVD 장치)는 아르곤 등의 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급관(1)과, 질량 유동 제어기 등의 캐리어 가스 유동 제어기(2)와, 하류측 단부가 증발기(4)에 연결되어 있는 연결관(3)을 포함한다.

또한, 이 박막 석출 장치는 액체 CVD 재료를 각각 담고 있는 복수개의 액체 재료 용기(5)와, 계량 펌프 등의 복수개의 액체 재료 공급기(6, 액체 재료 유동 제어기)와, 압력에 의해 액체 CVD 재료를 공급하기 위한 복수개의 재료 가압관(21)과, 액체 CVD 재료를 분무하는 노즐(7)을 포함한다. 여기서, 각각의 액체 재료 용기(5)는 부식에 대하여 높은 저항 성질을 갖는 SUS 314로 제조된다. 또한, 상기 박막 석출 장치는 증발기(4)를 가열하는 가열기(8)를 갖는데, 이 가열기(8)는 증발기(4)를 가열하고 증발기(4)의 온도를 (도시하지 않은) 온도 검출 센서의 출력에 따라 소정의 일정한 값으로 유지하도록 구성되어 있다. 여기서, 증발기(4)의 벽 내부의 온도 분포를 균일하게 하기 위해 증발기(4)의 벽은 알루미늄 등의 높은 열전도성을 갖는 금속으로 제조된다. 그리고, 노즐(7)은 하류측 단부가 캐리어 가스의 유동률이 최대로 되는 연결관(3)의 드로틀 부분(9)에 위치하고 공급된 CVD 재료를 효과적으로 분무하도록 비스듬히 절결되어 있는 방식으로 배치된다.

또한, 상기 박막 석출 장치는 재료 가스 이송 배관부(10)와, 재로 가스 이송 배관부(10)의 온도를 유지하고 위한 가열기(11)와, 재료 가스 공급구(12)와, 반응 가스 공급관(13)을 포함한다. 여기서, 반응 가스 공급관(13)은 산화제를 공급한다. 또한, 상기 장치는 반응 챔버(15)용 가열기(14)를 포함하며, 이 가열기는 CVD 재료의 재응축 또는 분말 부착을 방지하도록 반응 챔버(15)의 벽을 가열하도록 구성되어 있다. 상기 장치는 또한, 박막이 형성되게 되는 실리콘 등으로 제조된 기판(17)을 가열하기 위한 기판 가열 설비(16, 가열 스테이지)를 갖고 있다. 또한, 상기 장치는 게이트(20, 게이트 밸브)를 통해서 반응 챔버(15)에 연결된 투입-배출 챔버(19)와, 기판(17)을 반응 챔버(15)와 투입-배출 챔버(19) 사이에서 이동시키기 위한 핸들러(18)를 포함한다.

상술한 CVD 재료를 사용하는 CVD법에 의해 박막을 석출시키는 방법 및 박막 석출 장치는 다음과 같다 (CVD 공정). 즉, 먼저 각 증발기(4)와 재료 가스 이송 배관부(1) 및 반응 챔버(15)를 소정 온도에 도달하도록 각각의 가열기(8, 11, 14 또는 16)에 의해 가열한 후에 기판(17)을 핸들러(18)에 의해 투입-배출 챔버(19)로부터 게이트(18)를 거쳐 기판 가열 설비(16) 상으로 이송한다. 그 다음에, 기판(17)이 소정 온도로 가열되면 희석용의 캐리어 가스가 캐리어 가스 공급관(1)을 통해서 증발기(4) 안으로 도입되고 제어기(2)와 연결돤(3)의 드로틀 부분(9)으로 유동하도록 캐리어 가스 범브(bomb, 도시 생략)를 개방한다.

그러면, 비스 (디피발로일메타나토) 바륨이 THF에 용해되어 있는 용액과 비스 (디피발로일메타나토) 스트론튬이 THF에 용해되어 있는 용액과 티타닐 비스 (디피발로일메타나토)가 THF에 용해되어 있는 용액 각각이 BST 피막을 형성하기 위한 액체 CVD 재료로서 액체 재료 용기(5) 중 대응하는 하나로부터 증발기 측으로 일정한 유동률로 공급된다. 여기서, 각각의 CVD 재료는 고속으로 유동하는 주위의 캐리어 가스에 의해 노즐(7)의 단부 부분에서 거칠게 분무되고, 이렇게 분부된 CVD 재료 입자는 순간적으로 증발되도록 증발기(4)의 내벽의 넓은 범위에 충돌된다. 이 때에, 증발되는 액체 입자들 각각의 표면 주위에서 캐리어 가스가 고속으로 증발되기 때문에 CVD 재료의 증발 및 혼합이 개선된다 (배출 효과). 또한, 재료 가스 이송 배관부(10)에서 증발된 CVD 재료와 캐리어와의 혼합이 더욱 개선되어 CVD 반응에 따라 재료 가스 공급구(12)를 통해서 반응 챔버(15) 안에 도입된 가스 혼합물에 의해 기판(17)의 표면 상에 BST 피막이 형성된다.

이 때, 기판(17)의 표면을 정밀하게 관찰함으로써, BST 피막이 저장 노드(node)의 상부면 및 측면 상에 그리고 중간층 절연 피막의 표면 상에 석출되는 현상을 발견할 수 있다. 그 다음에, 소정 시간이 경과한 후에 각각의 CVD 재료의 공급을 중단하고 기판(17)을 핸들러(18)에 의해 투입-배출 챔버(19)로 다시 이송하여 현재의 박막 형성 공정을 종결한다.

또한, CVD 재료로서 THF 내의 Sr(DPM)₂용액과 THF 또는 TTIP 내의 TiO(DPM)₂ 용액을 사용하고 산화제로서 O₂를 사용하여 스트론튬 티타네이트(SrTiO3) 박막을 형성하는 경우, 이 박막 역시 제12도에 도시된 박막 석출 장치를 사용하여 형성된다. 여기서, 정상 온도에서 액체이고 높은 증발 압력을 갖는 TTIP는 기포 작용에 의해 공급될 수 있다.

이 경우에, 증발기(4)가 250℃인 소정 온도에 도달하도록 가열기(8)에 의해 가열된 후에 캐리어 유동 제어기(2)에 의해 일정한 값으로 그 유동률이 제어되는 희석용의 불활성 캐리어 가스가 노즐(7)의 공동을 통해서 증발기(4) 안으로 방출된다. 그러면, 각각 액체 CVD 재료인 THF 내의 Sr(DPM)₂용액과 THF 내의 TiO(DPM)₂용액이 일정한 유동률로 증발기로 공급된다. 여기서, 각각의 CVD 재료는 고속으로 유동하는 주위의 캐리어 가스에 의해 노즐(7)의 단부에서 거칠게 분무되고, 이렇게 분무된 CVD 재료 입자는 순간적으로 증발되도록 증발기(4)의 내벽에 넓은 범위로 충돌된다. 가스로 증발된 각각의 CVD 재료는 재료 가스 이송 배관부(10)을 통해서 반응 챔버(15)로 공급되어 산화제 가스(예를 들어, O₂,N₂O)와 혼합된다. 가스 혼합물은 SrTiO₃피막이 CVD 반응에 다라 기판 가열 설비(16)에 의해 가열된 기판(17)의 표면 상에 형성되도록 일정 압력으로 유지된 반응 챔버(15) 안으로 도입된다. SrTiO₃피막이 TiO(DPM)₂대신에 TTIP를 사용하여 형성되면, 기포 작용에 의해 증발된 상기 TTIP는 반응 가스 공급관(13)을 통해서 공급된다. 여기서, 박막 형성에 기여하지 않는 가스 혼합물의 잔여부는 진공 펌프에 의해 배출관을 통해서 방출된다.

그러나, 상술한 종래의 박막 기술에는 다음과 같은 문제점들이 있다.

(1) CVD법을 사용하는 상술한 박막 석출 시스템에 의해 박막을 형성하는 경우에는 피막 형성 단계의 초기 단계에서 Ba, Sr 및 Ti들 사이의 상호 비율이 각 CVD 재료의 증발 성질에 의해 결정되기 때문에, 피막 형성 초기 단계에서 BST 피막의 전기적 성질을 제어하는 박막의 결정 성질을 개선하기 위한 중요한 요소인 Ba, Sr 및 Ti의 함유량을 정확하게 제어할 수 없다.

(2) CVD법을 사용하는 상술한 박막 석출 시스템에 의해 박막을 형성하는 경우에는 피막 형성 초기 단계에서 BST 결정의 품질이 전체 BST 피막의 전기적 성질을 제어한다. 따라서, 결정 성질을 개선하기 위해 이용가능한 열처리가 수행되는 경우, 그 온도를 상승시키는 데에는 비교적 긴 시간이 필요하며, 처리량이 감소된다.

(3) CVD 공정은 재료의 분해로 인해 기판을 선택적으로 갖는다. 그러면, 현미경으로 살펴보면 중간층 절연 피막의 표면 상에 비정상 형태가 생성되는 현상이 관찰된다. 또한, 기판 상의 중간층 절연 피막의 표면 근처의 저장 노드의 측벽 상에 형성된 BST 피막의 Ba, Sr 및 Ti 각각의 함유량이 일정 한계를 벗어날 수 있기 때문에 박막의 전기적 성질이 나빠지게 된다.

(4) 피막이 저장 노드 상에서는 커패시터 절연 피막으로서 작용하기 위해 높은 유전상수와 낮은 전류 누설 밀도를 가져야 하는 반면에 중간층 절연 피막의 표면 상에서는 인접 저장 노드들 사이에서의 독립성을 증가시키기 위해 낮은 유전상수를 가져야 한다. 따라서, BST 피막이 다소 두꺼우면 중간층 절연 피막의 표면상에 있는 BST 피막도 결정화되어 유전상수가 증가된다.

(5) SrTiO₃에 임의의 바람직한 전기적 성질을 부여하기 위해서는 (Sr 원자)수/(Ti 원자수)의 비율이 ±3% 이내의 오차를 갖는 극도로 정확한 함유량 제어를 필요로 한다. 그러나, 각 액체 CVD 재료의 공급 유동률(단위 시간 당 공급량)이 매우 작기 때문에 이러한 매우 작은 유동률을 액체 재료 공급기에 의해 정확하게 제어하기가 어렵다. 또한, 액체 재료 공급기의 신뢰성이 나빠서 피막 형성 단계 개시 시에 밸브가 개방되었을 때 유동률이 과도해지게 되어 재료 가스의 양이 과도 유출에 따라 증가하게 된다. 그 결과로, 양호한 정확도로 일정 조성을 갖는 박막을 형성하기가 어렵다.

(6) Sr(DPM)₂의 증발 효율을 개선하기 위해, 증발기 내의 공간은 고운(예를 들어, 약 250℃) 및 저압(예를 들어, 약 30토르) 상태로 유지된다. 그러면, 각 노즐의 내부 공간과 이 노즐에 연결되어 있는 배관부도 상기 내부 공간이 증발기에 연통되어 있기 때문에 저압 상태에 있게 된다. 또한, 압력이 증발기 내의 압력에 따라 변하기 때문에 각 내부 공간의 압려을 개별적으로 제어할 수 없다. 이러한 경우에, 높은 증기압을 갖는 용매(예를 들어, THF)는 매우 용이하게 증발되지만 낮은 증기압을 갖는 Sr(DPM)₂는 액체 상태를 유지하려고 한다. 따라서, 배관부 내에서의 액체의 재료 집중이 증가되어 액체의 점성이 증가된다. 그 결과, 각 CVD 재료의 유동률이 감소되어 배관부 내에 폐색부(choke)가 생기게 된다.

(7) 각 CVD 재료가 액체 재료 용기 중 대응하는 하나로부터 증발기로 각각 공급되면, 각 CVD 재료가 균일하게 공급되지 않아서 박막의 두께가 균일해지지 않게 된다.

(8) SrTiO₃박막을 형성하는 경우에 박막의 양은 Sr 재료의 종류보다는 Ti 재료의 종류에 의해 영향을 받는다는 것이 확인되었다. 즉, 기판에의 고착 확률 β가 큰 (기판의 온도 Ts = 402℃ 이고 반응기의 압력 P = 1.5토르일 때, β = 0.5) TTIP가 사용되면, 평면이고 균일한 구조를 갖는 SrTiO₃박막이 기판(하부층)의 품질과는 무관하게 형성된다. 그러나, 박막이 서브미크론 내지 1 미크론의 높이를 갖는 3차원 구조를 갖고 있는 슈퍼 LSI용의 기판 상에 형성되었을 때, 피막 형성 온도가 결정질화에 필요한 온도인 400℃보다 훨씬 높거나 같게 상승되면, CVD 재료가 초기에 부착하게 되는 계단형 뿐의 상부 표면에서 피막 형성 반응이 진행되어 CVD 재료가 소비된다. 그 결과, 박막의 피복 성질(계단형 피복)이 감소되는 현상이 일어난다. 반대로, β가 작은(Ts = 420℃이고 압력 P = 1.5토르일 때, β = 0.1) TiO(DPM)₂가 사용되면 박막의 피복 성질은 양호하다. 그러나, 석출 성질, 특히 실리콘 산화물의 하부층에 대한 석출 성질이 하부측 재료의 종류에 따라 감소 되는 문제점이 있다. 이러한 문제점은 피막 형성 온도가 낮을 때 현저해진다. 즉, 온도가 450℃보다 낮거나 같으면 CVD 반응에 의한 초기 코어의 발생 밀도(확률)가 낮아서 박막이 기판 상에서 균일하게 성장되지 않는다. 그 결과, 박막의 각 입자들의 크기가 다야하고 각 입자의 결정립계가 불분명하게 형성되며 박막의 구조도 균일하지 않게 된다.

(9) 250℃ 온도가 유지되는 증발기에서의 증발에 의해 형성된 CVD 재료 가스를 이 가스의 응축 또는 또는 분해를 일으키지 않고 반응 챔버로 공급하기 위해서는, 증발기와 반응 챔버 사이의 재료 가스 이송 배관부의 온도를 250℃로 균일하게 유지할 필요가 있다. 따라서, SUS 관 및 밸브를 포함하는 재료 가스 이송 배관부는 250℃로 유지되도록 가열기(리본 가열기)에 이해 가열된다. 그러나, 가열기로부터 대기로의 열 손실이 너무 많아서, 가열기의 열효울이 나쁘거나 배관부 각 부분에서의 열 균일도가 나쁘다.

(10) 액체 CVD 재료를 사용하여 CVD공정에 의해 박막을 형성함에 있어서는 공정을 그 자리에서 관찰할 수 있는 적절한 모니터 시스템을 갖고 있지 않기 때문에, 재료의 열화로 인해 박막의 조성 또는 품질을 양호한 반복성으로 얻기 어렵다.

(11) 반응 챔버 내에서 기판을 지지하는 서셉터는 통상적으로 탄소로 되어 있다. 여기서, 기판 상으로의 박막 형성이 약 60회 반복되면, 이 서셉터는 탄소의 산화로 인해 변질되어 기판 내에서의 온도 분포 등이 균일하지 않게 된다. 또한, 박막의 형성이 반복됨에 따라, 기판의 온도가 변화된다.

(12) 가스 노즐의 온도는 가열 스테이지로부터 방사되는 열의 양 및 가스 헤드의 위로 유동하는 냉각수 속으로 방출되는 열의 양에 따라 결정된다. 그러나, 방사 및 방출되는 열을 자유롭게 제어하는 것이 불가능하다.

(13) 증발기에 의해 증발기 내에 형성된 CVD 재료 가스는 반응 가스와 혼합되어 가스 노즐을 통과한 다음, 박막을 형성하기 위해 기판 상에서 반응한다. 여기서, 피막 형성에 기여하지 않으며 반응에 의해 생성된 생성물의 일부가 반응 챔버의 내벽에 부착되어 그 입자들이 기판 상에 부착될 가능성이 있다.

(14) 반응 챔버의 바닥측의 온도가 비교적 낮기 때문에 피막 형성에 관여하지 않으며 반응에 의해 생성된 생성물의 일부가 바닥측에 부착되게 된다. 따라서, 반응 챔버가 진공 펌프에 의해 배기되거나 대기압 상태로 되면 바닥부에 석출된 입자들이 송풍되어 입자들이 기판에 부착될 가능성이 있다.

(15) 반응 챔버 안으로 도입되도록 증발기에 의해 증발기 내에 형성된 CVD 재료 가스의 조성이 불안정하기 때문에 기판 상에 형성된 박막의 조성이 불안정해지게 된다.

(16) 액체 CVD 재료가 증발을 위해 증발기의 내벽에 충돌되기 때문에, 상기 재료로부터 생성된 잔류물이 증발기의 내벽에 부착되어, 증발기 내에서 분산되는 부착성 잔류물이 재료 가스와 함게 반응 챔버 안에 도입되게 된다.

(17) 증발기의 내벽이 재료로부터 생성된 잔류물의 부착성으로 인해 오염되면 증발기의 내벽을 세척해야 하는 문제점이 생긴다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하려는 것으로, DRAM용 커패시터 절연 피막으로서의 적합한 조성과 결정성을 갖는 BST 박막 형성 기술을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 CVD 공정을 사용하여 박막을 석출시키는 상술한 종래의 장치에 의해 피막 형성을 수행하였을 때, 특히 유기 금속 복합물을 재료로 사용하였을 때 생기는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액체 CVD 재료를 공급하기 위한 관에서 고형 석출물로 인해 배관부의 폐색부가 생기는 것을 방지할 수 있고, 증발기로 공급되는 액체 CVD 재료를 공급하기 위한 제어성을 개선할 수 있고, 박막 내에서의 원소 조성 및 피막 형성률의 반복성 및 제어성을 개선할 수 있고, CVD 박막이 균일한 피막 품질을 갖고 계단형 부분을 양호하게 피복할 수 있는 CVD 박막 형성 기술을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 액체 재료, 특히 유기 금속 복합물을 재료로서 사용하는 종래의 CVD 장치에서의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액체 CVD 재료를 증발시키는 단계와 박막을 형성하는 단계 중에 증발된 CVD 재료가 반응 챔버 안에 안정되게 공급될 수 있고, 반응 시에 생성물의 응축에 기인한 분진의 형성을 방지할 수 있고, 기판 상의 박막이 조성 불균일성을 갖지 않으면서 양호한 품질 및 정확도를 갖게 되는 박막 형성 기술을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

따라서, 상기 목적을 달성하기 위해 구성된 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 액체 CVD 재료를 담고 있는 하나 이상의 재료 용기와, CVD 재료 가스를 형성하도록 재료 공급기로부터 공급된 액체 CVD 재료를 고온으로 가열함으로써 증발시키는 증발기로 상기 용기 내의 액체 CVD 재료를 액체 상태로 유지하면서 공급하는 하나 이상의 재료 공급기와, CVD 재료 가스를 사용하여 기판 상에 박막을 형성하기 위한 반응 챔버와, 상기 반응 챔버 위쪽에 배치된 온도 조절 박스를 구비하고, 상기 증발기 및 이 증발기와 반응 챔버 사이의 배관부가 온도 조절 박스에 수용되어 있는 구성을 취하는 CVD 공정에 의해 기판 상에 박막을 석출시키는 장치가 제공된다.

상기 장치에서는 증발기 및 이 증발기와 반응 챔버 사이의 배관부가 모두 반응 챔버 위의 온도 조절 박스 내에 수용되기 때문에 시스템이 간단해지고 시스템의 열 효울도 개선되어 장치의 제조 비용이 감소된다.

또한, 본 발명의 제2실시예에 따르면, 상기 장치는 고온의 N₂가스가 윈도우의 내측 표면에 대하여 송풍되도록 된, 반응 챔버에 제공된 KBr 윈도우와, 박막을 계속 형성하면서 반응 챔버 내에서의 피막 형성 공정 중에 반응 챔버의 외측으로부터 박막으로 KBr 윈도우를 통해서 적외선을 인가함으로써 적외선 흡수 분광법(FT-IR)에 의해 분석되기 때문에 피막 형성 공정 단계에서 박막의 품질을 모니터하여 양호하게 제어할 수 있다. 그 결과, 박막의 품질이 개선된다.

또한, 본 발명의 제3실시예에 따르면, 상기 장치는 고온의 N₂가스가 윈도우의 내측 표면에 대하여 송풍되도록 된 바은 챔버에 제공된 Be 윈도우와, 박막을 계속 형성하면서 반응 챔버 내에서의 피막 형성 공정 중에 반응 챔버의 외측으로부터 박막으로 Be 윈도우를 통해서 X-선 형광 분석법(XRF)을 사용하여 박막의 품질을 분석하는 피막 품질 분석기를 포함한다.

상기 장치에서는 기본적으로 제1실시예에 따른 장치에서 얻어졌던 것과 동일한 작동 및 효과가 얻어진다. 또한, 피막 형성 공정에서의 박막의 품질이 X-선 흡수 형광 분석법(XRF)에 의해 분석되기 때문에 피막 형성 공정 단계에서 박막의 품질을 모니터하여 양호하게 제어할 수 있다. 그 결과, 박막의 품질이 개선된다.

또한, 본 발명의 제4실시예에 따르면, 하나 이상의 유기 금속 복합물이 용매에 용해되어 있는 용액을 포함하는 액체 CVD 재료를 담고 있는 하나 이상의 재료 용기와, 상기 용기 내에 액체 CVD 재료를 일정한 유동률로 공급하는 하나 이상의 재료 공급기와, CVD 재료 가스를 형성하도록 공급기로부터 공급된 액체 CVD 재료를 가열함으로써 증발시키는 증발기와, CVD 재료 가스를 사용하여 기판 상에 박막을 형성하기 위한 반응 챔버와, 용매가 이미 혼합되어 있는 불활성 가스를 일정한 유동률로 증발기로 정상 공급기와, 상기 공급기로부터 공급된 액체 CVD 재료를 일정 유동률로 불활성 가스에 수용하기 위한 합류 수단을 포함하는, CVD 공정에 의해 기판 상에 박막을 석출시키는 장치가 제공된다.

상기 장치에서는 용매가 이미 혼합되어 있는 불활성 가스가 일정한 유동률로 증발기로 공급되며, 재료 공급기로부터 공급된 CVD 재료 용액이 불활성 가스 유동부에 수용된다. 그 결과, CVD 재료가 배관부의 어떠한 국부 위치에서도 정체되지 않아서 배관부의 폐식이 일어나지 않는다.

또한, 본 발명의 제5실시예에 따르면, 액체 CVD 재료를 담고 있는 하나 이상의 재료 용기와, CVD 재료 가스를 형성하도록 공급기로부터 공급된 액체 CVD 재료를 고온으로 가열함으로써 증발시키는 증발기로 상기 용기 내의 액체 CVD 재료를 액체 상태로 유지하면서 공급하는 이상의 재료 공급기와, CVD 재료 가스를 사용하여 기판 상에 박막을 형성하는 반응 챔버를 구비하고, 반응 챔버는, 박막을 형성하도록 기판을 가열하기 위해, 선형으로 배열되고 각각의 재료 방출률을 독립적으로 제어할 수 있는 복수개의 가스 헤드와 선형으로 배열된 복수개의 램프 가열기 아래에서 기판을 이동시키면서 박막 형성 처리를 수행하는, CVD 공정에 의해 기판상에 박막을 석출시키는 장치가 제공된다.

상기 장치에서는 박막이 형성 단계의 초기, 중기 및 최종 단계 각각에서 가장 적절한 열 환경 하에서 형성되기 때문에 박막의 전기적 성질이 매우 개선된다.

또한, 본 발명의 제6실시예에 따르면, 액체 CVD 재료를 담고 있는 하나 이상의 재료 용기와, CVD 재료 가스를 형성하도록 공급기로부터 공급된 액체 CVD 재료를 고온으로 가열함으로써 증발시키는 증발기로 상기 용기 내의 액체 CVD 재료를 액체 상태로 유지하면서 공급하는 하나 이상의 재료 공급기와, CVD 재료 가스를 사용하여 기판 상에 박막을 형성하기 위한 반응 챔버를 구비하고, 상기 용기는 TiO(DPM)₂, Ba(DPM)₂, Sr(DPM)₂또는 TTIP가 0.01 몰/리터의 농도로 테트라하이드로 퓨란(THF)에 용해되어 있는 용액을 포함하는 100 내지 3000cc의 액체 CVD 재료를 담고 있고, 상기 반응 챔버는 바륨 스트론튬 티타네이트(BST) 박막을 형성하도록 기판을 가열하기 위해 선형으로 배열되고 각각의 재료 방출률을 독립적으로 제어할 수 있는 복수개의 가스 헤드와 선형으로 배열된 복수개의 램프 가열기 아래에서 기판을 이동시키면서 박막 형성 처리를 수행하도록 구성된, CVD 공정에 의해 기판 상에 박막을 석출시키는 장치가 제공된다.

상기 장치에서는 박막이 가장 적절한 재료 및 조성을 갖고 박막 형성 단계의 초기, 중기 및 최종 단계 각각에서 가장 적절한 열 환경 하에서 형성되기 때문에 양호한 전기적 성질을 갖는 BST 박막을 효율적인 처리량으로 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 제7실시예에 따르면, 하나의 유기 금속 복합물이 용매에 용해되어 있는 액체 CVD 재료를 담고 있는 하나 이상의 재료 용기와, 상기 액체 CVD 재료를 일정한 유동률로 공급하는 하나 이상의 재료 공급기와, 원통형을 갖고 있고 액체 CVD 재료가 증발기의 접선 방향으로 증발기 안에 도입되도록 형성되어 있는 증발기와, CVD 재료 가스를 사용하여 기판 상에 박막을 형성하기 위한 반응 챔버를 구비하고, 증발기는 CVD 재료 가스를 형성하도록 공급기로부터 공급된 액체 CVD 재료를 가열함으로써 증발시키는, CVD 공정에 의해 기판 상에 박막을 석출시키는 장치가 제공된다.

상기 장치에서는 증발기가 원통형을 취하며, 액체 CVD 재료가 캐리어 가스와 함께 증발기의 접선 방향(원주 방향)으로 증발기로 도입된다. 따라서, 증발기 내에 형성된 CVD 재료 가스가 증발기의 중심측 방향으로 방출되면, 액체 CVD 재료의 증발로 인해 형성된 잔류물 등의 분진 형성 물질이 증발기의 내벽에 부착되어 이 분진 형성 물질이 반응 챔버 안에 도입되는 것이 방지된다.

또한, 본 발명의 제8실시예에 따르면, 하나의 유기 금속 복합물이 용매에 용해되어 있는 액체 CVD 재료를 공급하는 하나 이상의 재료 용기와, 상기 액체 CVD 재료를 일정한 유동률로 공급하는 하나 이상의 재료 공급기와, CVD 재료 가스를 형성하도록 공급기로부터 공급된 액체 CVD 재료를 가열함으로서 증발시키는 증발기와, CVD 재료 가스를 사용하여 기판 상에 박막을 형성하기 위한 반응 챔버와, 증발기 안으로 공급되는 액체 CVD 재료를 분무하기 위한 분무기를 포함하는, CVD 공정에 의해 기판 상에 박막을 석출시키는 장치가 제공된다.

상기 장치에서는 액체 CVD 재료가 증발기로 도입되기 전에 분무기에 의해 분무되기 때문에, 액체 CVD 재료가 증발기로 도입되기 전에 균일하고 미세한 다량의 입자들로 된다. 그 결과, 증발기(내벽) 내의 CVD 재료로부터 생성된 잔류물의 양이 감소된다.

또한, 본 발명의 제9실시예에 따르면, 하나의 유기 금속 복합물이 용매에 용해되어 있는 액체 CVD 재료를 담고 있는 하나 이상의 재료 용기와, 상기 액체 CVD 재료를 일정한 유동률로 공급하는 하나 이상의 재료 공급기와, CVD 재료 가스를 형성하도록 공급기로부터 공급된 액체 CVD 재료를 가열함으로써 증발시키는 증발기와, CVD 재료 가스를 사용하여 기판 상에 박막을 형성하기 위한 반응 챔버를 구비하고, 증발기는 교체가능한 내벽을 갖고 있는, CVD 공정에 의해 기판 상에 박막을 석출시키는 장치가 제공된다.

상기 장치에서는 증발기의 내벽이 교체가능하기 때문에 피막 형성 단계의 종료 후에 내벽을 교체하여 제거함으로써 내벽 상의 부착물을 제거할 수 있다. 따라서, 부착물 제거 작업이 간편해진다.

또한, 본 발명의 제10실시예에 따르면, 유기 금속 복합물이 용매에 용해되어 있는 용액을 포함하는 액체 CVD 재료를 담고 있는 하나 이상의 재료 용기와, 상기 액체 CVD 재료를 일정한 유동률로 공급하는 하나 이상의 재료 공급기와, CVD 재료 가스를 형성하도록 공급기로부터 공급된 액체 CVD 재료를 가열함으로써 증발시키는 증발기와, CVD 재료 가스를 사용하여 기판 상에 박막을 형성하기 위한 반응 챔버와, 액체 CVD 재료를 증발기로 공급하기 위한 배관부에 각각 제공된 압력 모니터 및 압력 제어기를 포함하는, CVD 공정에 의해 기판 상에 박막을 석출시키는 장치가 제공된다.

상기 장치에서는 배관부 내의 압력이 모니터되고 제어기에 의해 양호하게 제어되기 때문에 배관부 내에서의 압력 강하가 방지된다. 따라서, 액체 CVD 재료 내의 용매만 증발하게 되는 등의 단점이 발생하지 않게 되어 고체 상태의 재료가 석출된다.

또한, 본 발명의 제11실시예에 따르면, 유기 금속 복합물이 용매에 용해되어 있는 액체 CVD 재료를 담고 있는 하나 이상의 재료 용기와, 상기 액체 CVD 재료를 일정한 유동률로 공급하는 하나 이상의 재료 공급기와, CVD 재료 가스를 형성하도록 공급기로부터 공급된 액체 CVD 재료를 가열함으로서 증발시키는 증발기와, CVD 재료 가스를 사용하여 기판 상에 박막을 형성하기 위한 반응 챔버와, CVD 재료 가스의 농도를 검출하는 광 흡수 셀을 구비하고, 광 흡수 셀의 시료 부재는 증발기와 반응 챔버 사이의 CVD 재료 공급 시스템에 대면하도록 배치되어 있는, CVD 공정에 의해 기판 상에 박막을 석출시키는 장치가 제공된다.

상기 장치에서는 피막 형성 단계 중에 증발기로부터 반응 챔버로 이송된 CVD 재료 가스의 농도가 광흡수 셀(FT-IR)에 의해 매회 모니터되기 때문에 박막의 조성(요소들의 함유량 비율이)재료 공급기(유동률 제어기)에 의해 제어되기 때문에 조성이 안정화된다.

또한, 본 발명의 제12실시예에 따르면, 하나 이상의 유기 금속 복합물이 용매에 용해되어 있는 용액을 포함하고 재료 용기 내에 담겨 있는 액체 CVD 재료를 액체 상태로 유지하면서 재료 공급기에 의해 증발기로 일정한 유동률로 공급하는 단계와, CVD 재료 가스를 형성하도록 상기 액체 CVD 재료를 증발기 내에서 가열하여 증발시키는 단계와, 금속 산화물 박막을 반응 챔버 내의 CVD 재료 가스를 사용하여 기판 상에 형성하는 단계를 구비하고, 박막은 적어도 티타늄을 포함하고 각각 티타늄의 유기 금속 복합물인 TTIP 및 TiO(DPM)₂가 유기 금속 복합물로서 함께 사용되는, CVD 공정에 의해 기판 상에 박막을 석출시키는 방법이 제공된다.

상기 방법에서는, 양호한 석출 성질을 갖는 TTIP 및 양호한 피복 성질을 갖는 TiO(DPM)₂로부터 유도된 산화물이 동시에 석출되기 때문에, 피막 형성 단계 종료 후에 박막은 양호한 계단형 피복 성질 및 박막의 품질 균일성을 갖게 된다.

또한, 본 발명의 제13실시예에 따르면, 하나 이상의 유기 금속 복합물이 용매에 용해되어 있는 용액을 포함하고 재료 용기 내에 담겨 있는 액체 CVD 재료를 액체 상태로 유지하면서 재료 공급기에 의해 증발기로 일정한 유동률로 공급하는 단계와, CVD 재료 가스를 형성하도록 상기 액체 CVD 재료를 증발기 내에서 가열하여 증발시키는 단계와, 적어도 티타늄을 포함하는 금속 산화물 박말을 반응 챔버내의 CVD 재료 가스를 사용하여 기판 상에 형성하는 단계를 구비하고, 상기 박막 형성 단계에서, BST 박막이 초기 단계에서 스퍼터링에 의해 형성되고, 그 다음에 소둔 처리가 수행된 다음, TiO(DPM)₂용액을 사용하여 박막이 형성되도록 구성된, CVD 공정에 의해 기판 상에 박막을 석출시키는 방법이 제공된다.

상기 방법에서는 BST 피막이 피막 형성 초기 단계에 스퍼터링에 의해 형성된다. 그 다음에, BST 피막의 결정화가 소둔 처리에 의해 수행된다. 그 후에, TiO(DPM)₂용액으로부터 유도된 산화물 박막이 BST 피막 상에 연속적으로 성장된다. 따라서, CVD 박막이 하부에 놓인 피막의 구조를 보유할 수 있고 하부에 놓인 피막에 대하여 높은 친화력을 갖게 되고 높은 결정성을 갖게 된다.

또한, 본 발명의 제14실시예에 따르면, 재료 용기 내에 담겨 있는 액체 CVD 재료를 액체 상태로 유지하면서 재료 공급기에 의해 증발기로 일정한 유동률로 공급하는 단계와, CVD 재료 가스를 형성하도록 상기 액체 CVD 재료를 증발기 내에서 고온으로 가열하여 증발시키는 단계를 구비하고; 상기 피막 형성 단계에서, 에탄올 증기 등이 알코올 증기가 피막 형성 이전에 기판의 표면에 대하여 송풍되는 박막 형성 단계를 포함하는, CVD 공정에 의해 기판 상에 박막을 석출시키는 방법이 제공된다.

상기 방법에서는 중간층 피막의 표면에 대한 BST 피막 등의 박막의 전구체의 흡수(부착)가 알코올의 흡수(부착)에 의해 촉진되기 때문에 중간층 절연 피막의 표면 상에 비정상 형태의 박막이 형성되는 것이 억제된다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점에 대해서는 동일 부분에는 동일 도면 부호를 사용하여 도시한 첨부 도면을 참조하여 이후의 상세한 설명으로부터 명확하게 이해할 수 있다.

본 발명의 몇몇 양호한 실시예에 대해 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

본 발명의 제1실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 제1실시예에서는 고체 상태의 재료인 Ba(DPM)₂, Sr(DPM)₂및 TiO(DPM)₂가 THF(테트라하이드로퓨란)에 각각 용해되어 있는 용액이 액체 CVD 재료로 사용되고 (Ba, Sr)TiO₃(BST)가 상기 CVD 재료와 함께 산화제 가스로서 O₂또는 N₂O를 사용하여 기판 상에 화학 증착된다. 여기서, 종래 기술과 중복되는 사항들에 대하 설명은 적절히 생략한다.

제1도는 제1 실시예에 따른 CVD 장치의 개략도이다. 제1도에 도시된 것처럼 상기 CVD 장치는 상술한 제12도의 장치와 비교해서 배기측 밸브(31)와, 반응 챔버측 밸브(32)와, CVD 재료 가스용 배기 라인(33)과, 온도 조절 박스(34, 일정 온도 박스)와, 혼합기(35)와, 가스 노즐(36)과, 서셉터(37)와, 반사기(38)와, 열전쌍(39)을 포함한다.

상기 CVD 장치의 작동에 대하여 설명한다. 제12도에 도시된 것처럼 종래의 CVD 장치에서, 증발기(4)는 반응 챔버(15) 외측에 이에 근접하여 배치된다. 한편, 제1 실시예에서, 증발기(4)는 반응 챔버(15) 상에 제공된 온도 조절 박스(34) 내에 배치되고, 증발기(4)와 반응 챔버(15) 사이에 있는 배관부(10)는 온도 조절 박스(34) 내에 완전히 수용되어 있다. 이 배관부(10)는 리본 가열기에 의해 가열되도록 구성되어 있으며 온도 조절 박스(34)의 내벽은 열 절연 재료로 제조되어 있다. Ba(DPM)₂, Sr(DPM)₂, TiO(DPM)₂및 THF를 포함하는 액체 CVD 재료와 캐리어 가스(N₂가스)는 재료 공급관을 통해서 증발기(4)로 공급되고 순간적으로 증발되도록 증발기(4)의 내벽 표면의 얇은 범위에 걸쳐 충돌된다. 액체 CVD 재료를 증발시킴으로써 형성된 CVD 재료 가스는 반응 챔버측 밸브(32)는 폐쇄한 채로 배기측 밸브(31)를 개방함으로써 배기 라인(33)으로 초기에 도입된다. 그 다음에, CVD 재료 가스가 반응 챔버측 밸브(32)는 개방시킨 채로 배기측 밸브(31)를 폐쇄함으로써 반응 챔버(15)로 이송된다. 그 결과, CVD 재료 가스는 혼합기(35) 내에서 산화제 가스(예를 들어, O₂, N₂O)와 혼합된다. 따라서, 이 가스 혼합물을 사용하여 가열 스테이지(16)에 의해 가열된 기판(17)의 표면 상에 CVD 반응에 따라 BST 박막이 형성되기 시작한다.

상술한 것처럼, 제1실시예에 따른 CVD 장치에서는 증발기(4)와 이 증발기(4)로부터 반응 챔버(15)로의 배관부가 반응 챔버(15) 상의 온도 조절 박스(34) 내에 전체적으로 수용되기 때문에 재료 증발 시스템이 간단한 구성을 취한다. 또한, 증발기(4)와 반응 챔버(15) 사이의 배관부(10)의 온도가 비교적 쉽게 균일하게 된다. 또한, 온도 조절 박스(34)의 내벽이 열 절연 재료로 되어 있기 때문에 리본 가열기로부터의 열 방출이 감소되어 시스템의 열 효율이 개선된다.

[실시예 2]

이제, 본 발명의 제2실시예에 대해 제2도에 도시된 CVD 장치를 참조하여 설명한다. 여기서, 상술한 실시예 또는 종래 기술과 중복되는 사항에 대한 설명은 생략한다.

제2도에 도시된 것처럼, CVD 장치는 IR 광원(40)과, 편광기(41)와, IR 광검출기(43)와, IR 광이 투과할 수 있는 KBr 등으로 된 윈도우(44)와, 커버(46)를 포함한다. 여기서, 참조 부호(화살표) 42는 IR 광(p-편광된 광)을 표시하고, 참조 부호(화살표) 45는 세정용 N₂가스를 표시한다.

이제, 상기 CVD 장치의 작동에 대하여 설명한다. 여기서, 피막 형성 공정중에 박막의 표면 상으로의 입사 광선과 표면 상으로의 입사 광선의 입사 법선에 의해 형성된 평면을 편의상 입사 평면이라 하고 입사 평면 내에서 진동하는 광을 평행 편광된 광(p-파)이라 한다. 평행 편광된 광에서 입사 광선의 전기 벡터와 반사된 광선의 전기 벡터는 박막 표면 상에서 서로 보강되어 박막 표면에 수직한 고정 진동 전기장을 발생시키게 된다. 그러면, 고정파는 각기 박막을 구성하는 분자들 상에 작용하여 광이 흡수되게 한다. 여기서, 세정용의 N₂가스(45)가 반응 챔버(15)와 커버(46) 사이의 공간을 통해서 유동하기 때문에 CVD 재료 가스 또는 CVD 재료 가스의 용해 생성물이 윈도우(44)에 부착되는 것이 방지된다. 또한, 박막 형성 단계 중에 박막 표면 상에서의 광흡수가 그대로 모니터되며, 박막 형성 공정이 양호한 반복성으로 수행되는지가 모니터된다. 또한, 피막 형성 공정에서의 반응 변수들이 피막 형성의 반응 메카니즘을 산정함으로서 양호하게 제어되는 경우, BST 박막의 품질이 크게 개선될 수 있다.

상술한 바와 같이, 제2 실시예에 따른 CVD 장치의 경우, 피막 형성 단계 중에 적외선 흡수 분광 분석[infrared absorption spectral analysis(FT-IR)]에 의해 피막 품질을 분석할 수 있는 시스템이 제공될 수 있기 때문에, 피막 형성 공정이 우수한 반복성으로 수행된다. 또한, 피막 형성의 반응 메카니즘이 산정될 수 있기 때문에, BST 피막의 품질이 피막 형성 공정에서 반응 변수들을 제어함으로써 크게 개선될 수 있다.

[실시예 3]

이후, 본 발명의 제3 실시예를 제3도에 도시한 CVD 장치를 참조로 하여 구체적으로 설명하겠다. 상술한 실시예들 또는 종래 기술과 중복된 사항들에 대한 설명은 적절히 생략한다.

제3도에 도시한 것처럼, CVD 장치는 X선관(47), Be 등으로 만들어진 X선에 투과가능한 윈도우(51), 분석용 결정(52), X선 검출기(53) 및 측각기(goniometer, 54)를 더 구비한다. 여기서, 참조 부호(화살표) 48은 연속적인 X선을 나타내고, 참조 부호(화살표) 49는 박막 내의 원소들의 특정 X선을 나타내고, 참조 부호(화살표) 50은 분산된 특정 X선을 나타낸다.

이제, CVD 장치의 작동에 관해 기술하겠다. 본 CVD 장치의 경우, X선관에 의해 발생된 연속적인 X선이 피막 형성 공정 도중에 박막의 표면 상으로 가해지면, 박막 내의 원자들의 각각의 K셸(K-shell) 및 L셸의 전자들이 튀어나가고(광전 효과), 튀어나간 전자들은 원자로부터 추방된다. 따라서, 원자들의 각각은 여기 상태(excited state)로 된다. 그 다음에, 외곽 셸의 전자들은 K셸 또는 L셸에 형성된 빈자리(vacancy)들로 떨어진 다음, 여기 상태의 원자들의 각각이 정지 상태로 복귀한다. 때때로, 각각 빈자리를 갖고 있는 외곽 셸들 및 내곽 셸들(이 경우, K셸 또는 L셸) 사이의 에너지 차이에 상당하는 X 선이 방출된다. 이것은 박막 내의 원소들의 특정 X선(49)이다. 여기서, 윈도우(51)는 Be 등으로 만들어질 수 있다. 따라서, 분산된 성질 X선(50)은 분석용 결정(52)의 각도 및 측각기(54)의 X선 검출기(53)의 각도를 조정(제어)함으로써 검출되고, 그 결과, 박막의 조성이 박막 형성 공정 중에 자체적으로 분석된다. 여기서, 분석에 의해 자체적으로 검출된 조성이 예정된 목적물과 다른 경우, 재료 용액의 공급률이 조정되는 것이 바람직하다.

상술한 것처럼, 본 실시예에 따른 CVD 장치의 경우, 박막 형성 단계 중에 XRF 분석에 의해 자체적으로 피막 품질을 분석할 수 있는 시스템이 제공되기 때문에, 피막 형성 공정이 우수한 반복성을 갖고 수행한다. 또한, 피막 형성의 반응 메카니즘이 산정될 수 있기 때문에, 피막 형성 공정에서의 반응 변수들을 제어함으로써 BST 피막의 품질이 크게 개선될 수 있다.

[실시예 4

이후, 본 발명의 제4 실시예를 제4도에 도시한 CVD 장치츨 참조로 하여 구체적으로 설명하겠다. 상술한 실시예들 또는 종래 기술과 중복된 사항들에 대한 설명은 적절히 생략한다.

제4도에 도시한 것처럼, CVD 장치는 불활성 가스를 공급하기 위한 베이스 가스 인입관(56), 불활성 가스의 유동률을 제어하기 위한 베이스 가스 유동 제어기(57), 용매를 담기 위한 용매 용기(58), 및 용매의 유동률을 제어하기 위한 용매 유동 제어기(59)를 더 구비한다. CVD 장치의 다른 부재들은 제12도에 도시한 종래의 CVD 장치의 부재들과 사실상 동일하다.

이제, CVD 장치의 작동에 관해 기술하겠다. 본 CVD 장치의 경우, 불활성 가스가 베이스 가스 인입관(56)을 통해 노즐(7)로 공급되고, 불활성 가스의 유동률은 베이스 가스 유동 제어기(57)에 의해 제어된다. 한편, 용매 유동 제어기(59)에 의해 유동률이 제어되는 용매는 불활성 가스에 혼합되어, 정지 베이스 유동(안정 상태 유동)이 형성된다. 또한, 유동률이 재료 공급기(6)에 의해 제어되는, 재료 용기(5)로부터의 액체 CVD 재료가 베이스 유동에 가담되어, 가스-액체 혼합물이 형성된 다음에, 그 혼합물이 노즐(7)의 단부 부분을 통해 증발기(4) 속으로 사출된다. 그 결과, 혼합물은 수많은 액체 입자들을 형성하도록 분무된 다음, 증발기(4)의 내벽은 넓은 범위에 충돌한다. 때때로, 입자들은 일 순간에 증발된다. 상술한 유동 시스템의 경우, 액체 CVD 재료가 증발기(4)로의 배관부에서 정체되지 않았으므로, 배관부의 폐색부가 발생하지 않는다. 또한, 요매가 불활성 가스와 미리 혼합되기 때문에, 액체 CVD 재료가 불활성 가스와 혼합되는 위치에서 액체 CVD 재료 내의 용매가 성급하게 증발되지 않아서, 액체 CVD 재료 내의 용질이 석출되지 않는다.

제4 실시예에 따른 CVD 장치의 경우, 용매 미리 혼합된 불활성 가스가 안정 상태로 증발기(4)로 공급되고, 또한 재료 공급기(6)로부터의 액체 CVD 재료가 안정 상태로 가담되기 때문에, CVD 재료가 국부적으로 정체되지 않아서, 액체 재료 공급 시스템에 폐색부가 발생되지 않는다. 그러므로, 액체 재료의 증발이 장기간에 걸쳐서 안정화될 수 있다.

[실시예 5

이제, 본 발명의 제5 실시예를 설명하겠다. 상술한 종래 기술과 중복된 사항들에 대한 설명은 적절히 생략한다.

제5도는 본 발명의 제5 실시예에 따른, CVD 방법 (CVD 장치)에 의한 BST 박막 형성 공정을 위한 박막 석출 장치의 개략적인 구조를 도시한 개략도이다. 여기서, 제12도에 도시된 종래의 CVD 장치의 부재들과 공통인 부재들은 제5도인에서 동일한 참조 부호로 나타낸다.

제5도에 도시한 것처럼, 본 발명에 따른, CVD 장치의 경우, b 내지 i로 표시한 여덟 개의 반응 챔버들이 제공된다. 여기서 a 및 j 는 각각 기판(17)의 흡입 및 배출 위치들을 나타낸다. 또한, CVD 장치는 아르곤과 같은 캐리어 가스를 공급하기 위한 캐리어 가스 공급관(1)과, 산소 또는 N₂O와 같은 산화제를 공급하기 위한 반응 가스 공급관(13)을 구비한다. 또한, CVD 장치는 질량 유동 제어기들과 같은 복수개의 캐리어 가스 유동 제어기(2)들을 구비한다. 제5도에서, 캐리어 가스 유동 제어기(2)들 중의 일부의 참조 부호들은 도면에서의 공간 상의 편의를 위해 생략되어 있다. 또한, CVD 장치는 THF 내의 TiO(DPM)₂용액, THF 내의 Ba(DPM)₂용액, THF 내의 Sr(DPM)₂용액, 및 THF 내의 TTIP 용액을 각각 담을 수 있는 네 개의 액체 재료 용기(5)들을 구비하고, 용기(5)들의 각각은 100 내지 300 cc의 용액을 담을 수 있다. 또한, CVD 장치는 복수개의 증발기(4)들과, 각각 CVD 재료 증기와 산화제를 혼합하여 그 혼합물을 기판(17)에 대해 송풍하는 복수개의 가스 헤드(65)들을 구비한다. 제5도에서, 증발기(4)들과 가스 헤드(65)들 중의 일부의 참조 부호들은 도면에서의 공간 상의 편의를 위해 생략되어 있다.

또한, CVD 장치는 기판(17)을 반송하기 위해 화살표 P방향으로 회전하는 벨트 컨베이어형 가동 서셉터(susceptor, 60)를 구비한다. 또한, CVD 장치는 기판의 두께보다 약간 더 큰 두께를 각각 갖는 복수개의 스페이서(61)들을 구비한다. 여기서, 스페이서(61)들의 각각은 반응 챔버의 복수개의 격판(66)들 중의 하나에 대면할 수 있고, 격판(66)들의 각각은 그 하부면에서 하방에 가스 공급 구멍 개구부를 갖고 있다. 여기서, 가스가 확산하는, 스페이서(61)들과 격판(66)들 사이의 간격은 1 mm 이하이다. 또한, CVD 장치는 각각 기판(17)을 가열하는 복수개의 램프 가열기(63)와 액체 에탄올을 증발시키기 위한 에탄올 증발기(64)를 구비한다. 제5도에서, 스페이서(61)들, 격판(66)들 및 램프 가열기(63)들 중의 일부의 참조 부호들은 도면에서 공간 상의 편의를 생략되어 있다. 또한, CVD 장치는 장치는 반응 챔버 내의 압력과 동일 압력을 갖는 진공 챔버(62), 복수개의 핸들러(handler, 18)(기판 핸들러) 및 복수개의 투입-배출 챔버(19)(게이트 셔터)들을 구비한다.

여기서, 가동 서셉터(60)는 수정으로 만들어진 (도시되지 않은) 복수개의 팬드를 갖고 있고, 팬들 중의 각각은 기판을 보유 지지하도록 설계된다. 따라서, 기판(17)과 접촉하게 되는 팬들의 각각의 표면은 팽창되는 블록형을 갖는다. 볼록부의 각각의 최대 팽창 길이는 10 내지 100 ㎛로 설정된다. 그 다음에, 기판(17)은 굽혀진(왜곡된) 상태로 팬의 표면에 고정되도록 (도시되지 않은) 가압기( presser)에 의해 팬의 표면에 가압된다.

이제, 상술한, CVD 재료 및 CVD 장치는 사용하여 CVD 장치는 방법에 의한 박막 석출 방법을 설명하겠다.

벨트 컨베이어형 가동 서셉터(60)는 (화살표 P방향으로) 반시계 방향으로 회전한다. 따라서, 각각의 증발기(4), CVD 재료 가스 이송 배관부(10) 및 반응 챔버(b 내지 i)가 가열기(8, 11, 14, 16)들 중의 대응하는 것에 의해 소정 온도로 가열된 후에, 투입-배출 챔버(19) 내의 기판(17)이 핸들러(18)에 의해 게이트(20)를 통해 가동 서셉터(60)의 상부 우측 단부 부분(위치 a)으로 반송된다.

반응 챔버(c)에서는, Sr(DPM)₂ 및 TTIP가 그곳으로 공급되어, 50 내지 100 옹스트롬의 두께를 갖는 초기 스트론튬 티타네이트[strontium titanate (ST)] 박막이 형성된다. TTIP로 만들어진 ST 박막이 BST 박막에 비해 다른 종류의기판 상에 더 쉽게 결정화되기 때문에, 비교적 얇고 우수한 결정도를 갖는 회티탄석(perovskite) 초기 피막이 얻어진다.

반응 챔버(d)에서는 어떤 종류의 박막도 형성되지 않지만, 기판(17)은 램프 가열기(63)(적외선을 사용하는 가열 램프)에 의해 고온(700 내지 800℃)으로 가열된다. 700 내지 800℃의 온도 범위에서 BST 그룹의 회티탄석 결정의 구조가 변화되기 때문에, 이 단계에서 초기 ST 피막의 결정화가 증진된다.

반응 챔버(e)에서는, 기판(17)의 온도가 피막 형성 온도(400 내지 600℃)로 하강되고, 또한, THF 내의 TiO(DPM)₂용액, THF 내의 Ba(DPM)₂용액, 및 THF 내의 Sr(DPM)₂용액이 반응 챔버로 공급되도록 증발기(4)에서 증발된다. 결과적으로, Ba 함유량이 Sr 함유량보다 많은 50 내지 100 옹스트롬의 두께를 갖는 BST 박막이 형성된다. BST 박막은 후속 단계의 열처리 공정 중에 ST의 하부측의 Ba를 제공함으로써 하부층의 전기적 성질이 개선된다.

반응 챔버(f 내지 h)의 각각에 있어서, 기판(17)의 온도는 피막 형성 온도(400 내지 600℃)로 유지되고, THF 내의 TiO(DPM)₂용액, THF 내의 Ba(DPM)₂용액, 및 THF 내의 Sr(DPM)₂용액이 반응 챔버로 공급되도록 증발기(4)에서 증발된다. 따라서, 결과적으로, 각기 Ba 함유량이 Sr 함유량과 동일한 50 내지 100 옹스트롬의 두께를 갖는 BST 박막이 형성되어, 세 개의 박막의 총 두께는 150 내지 300 옹스트롬이 된다. TiO(DPM)₂가 Ti 그룹의 재료로서 사용될 때, 저장 노드(strorage node)의 측면에 적합한 피막 형성이 이루어지리라 예상할 수 있다.

최종 반응 챔버(i)에서는, 어떠한 종류의 박막도 형성되지 않지만, 기판(17)은 더 높은 온도(700 내지 800 ℃)로 가열되어, 석출된 BST 박막의 결정화가 증진된다.

여기서, 기판(17)은 팬의 표면의 굽힘에 따라 굽혀지지만, 백금 하부층 격자 상수(111 면에서 2.26 Å)가 확대되어, BST 피막의 체적 값(111 면에서 2.32 Å, 110 면에서 2.86 Å)에 접근한다. 그러므로, BST 박막의 결정화가 용이하게 달성될 수 있다.

여기서, 기판(17)을 상세히 관찰하면, 결정화된 BST 박막이 저장 노드의 상부 및 측면 상에 그리고 층간 절연 피막의 표면 상에 석출됨을 확인할 수 있다. 벨트 컨베이어형 가동 서셉터(60)의 상부 좌측 단부 부분(위치 j)로 반송된 기판은 피막 형성이 완료되도록 핸들러(18)에 의해 투입-배출 챔버(19)로 다시 운반된다.

여기서, 반응 챔버(b 내지 i)의 각각에서는, 반응 챔버(b 내지 i) 의 각각에서의 압력이 균일하게 유지되도록 각기 제5도에서 전후 방향으로 방위설정된 (도시되지 않은) 배기 통로를 향해 배기 가스 유동이 형성된다. 또한, 스페이서(61)들의 각각과 격판(66)들 중의 대응하는 것 사이의 간격이 작은 동시에, N₂가스가 격판(66)들의 각각의 하부면으로부터 송풍되기 때문에, 인접한 반응 챔버들 사이의 재료 증기의 상호 이동이 제한된다.

제5 실시예에 따르면, 가장 적절한 재료들과 그 성분에 의해 그리고 피막 형성 단계의 초기, 중기 및 말기 단계들의 각각에서 가장 적절한 열적 환경 하에서 우수한 전지 성질들을 갖는 BST 박막의 형성이 효율적인 처리량으로 달성된다.

여기서, 초기 피막을 성장시키기 위해 반응 챔버(b, c)들이 제공된다. 여기서, BST 피막이 CVD가 아니라, 스퍼터링에 의해 형성된 다음에, BST 피막이 반응 챔버(d) 내에서 소둔 처리를 받는 경우에도, 우수한 초기 피막이 형성될 수 있다.

[실시예 6]

이제, 본 발명의 제6 실시예를 첨부 도면을 참조로 하여 구체적으로 설명하겠다. 상술한 종래 기술과 중복된 사항들에 대한 설명은 적절히 생략한다.

제6도는 각기 본 발명의 제6 실시예에 따른 CVD 장치의 부품인 증발기 및 몇몇 그 주변 부재들의 개략적인 구조를 도시하고 있다. 제6도에 도시한 것처럼, CVD 장치는 원통형을 갖는 증발기(69), 원통의 접선 방향(원주 방향)으로 증발기(69)로 액체 CVD 재료 및 캐리어 가스 양자를 송풍하기 위해 노즐(70), 그 중심 방향으로 원통형 증발기(69)로부터 CVD 재료 가스를 방출하기 위해 재료 가스 이송 파이프(71)를 더 구비한다.여기서, 화살표 72(소용돌이 선)는 액체 CVD 재료 및 캐리어 가스를 포함하는 혼합물의 유동(소용돌이)을 도시하고, 혼합물은 노즐(70)을 통해 증발기(69) 속으로 활발하게 송풍된다.

이제, CVD 장치의 작동에 관해 기술하겠다. 본 CVD 장치의 경우, 불활성 캐리어 가스와 함께 노즐(70)을 통해 그 접선 방향으로 증발기(69) 속으로 활발하게 송풍된 액체 CVD 재료는 그 원심력에 의해 원통형 증발기(69)의 내벽을 따라 유동하면서 증발된다. 그 다음에, 액체의 증발에 의해 형성된 CVD 재료 가스는 증발기(69)의 중앙에 연결된 재료 가스 이송 파이프(71)를 통과한 다음에, 그 가스는 반응 챔버(15) 속으로 도입된다. 때때로, 증발기(69) 내에 분진 또는 분말이 형성되는 경우에도, 그 원심력으로 인해 증발기(69)의 내벽에 부착된다. 그러므로, 재료 가스 이송 파이프(71)를 통해 반응 챔버(15) 속으로 분진 또는 분말이 떨어지는 것이 방지된다.

상술한 것처럼, 제6 실시예에 따른 CVD 장치의 경우, 증발기(69) 내에 형성되는 분진 또는 분말이 증발기(69)의 내벽에 부착되기 때문에, 분진 또는 분말이 증발기(69) 속으로 거의 분산되지 않아서, 반응 챔버(15) 속으로 분지 또는 분말이 들어가는 것이 방지된다.

[실시예 7]

이제, 본 발명의 제7 실시예를 첨부 도면을 참조로 하여 구체적으로 설명하겠다. 여기서, 상술한 종래 기술과 중복된 사항들에 대한 설명은 적절히 생략한다.

제7도는 본 발먕의 제7 실시예에 따른 CVD 장치의 개략적인 구조를 도시하고 있다. 제7도에 도시한 것처럼, CVD 장치는 재료 용기(5)와 재료 공급기(6) 사이의 배관부에 삽입된 가압 펌프(74), 및 가압 펌프(74)에 의해 가압된 액체 CVD 재료를 분부하기 위한 분무기 노즐(7a)을 더 구비한다. CVD 장치의 다른 부재들은 제12도에 도시한 종래의 CVD 장치의 부재들과 사실상 동일하다.

이제, 본 CVD 장치의 작동에 대해 설명하겠다. 본 CVD 장치의 경우, 재료 용기(5)로부터 공급되는 액체 CVD 재료, 예컨대, Ba(DPM)₂가 0.1 몰/리터의 농도로 용해된 용액은 가압 펌프(74)에 의해 2 내지 5 기압으로 가압된다. 그 다음에, 액체 CVD 재료는 재료 공급기(6)에 의해 분무된다. CVD 재료 안개는 잔류물의 형성함이 없이 반응 챔버(15)로 용이하게 도입되도록 증발기(14)에서 가열 및 증발된다.

상술한 것처럼, 제7실시예에 따른 CVD 장치의 경우, 액체 CVD 가 증발기(4)에서 증발되기 전에 미리 분무되기 때문에, 증발기(4) 내에서의 잔류물의 형성이 방지 또는 감소된다.

[실시예 8]

이제, 본 발명의 제8 실시예를 첨부 도면을 참조로 하여 구체적으로 설명하겠다. 상술한 종래 기술과 중복된 사항들에 대한 설명은 적절히 생략한다.

제8도는 본 발명의 제8 실시예에 따른 CVD 장치의 개략적인 구조를 도시하고 잇다. 제8도에 도시한 것처럼, 본 CVD 장치는 증발기(4)의 내벽면 상에 제공된 교체가능한 내벽 판(75)을 더 구비한다. CVD 장치의 다른 부재들은 제12도에 도시한 종래의 CVD 장치의 부재들과 사실상 동일하다.

이제, 본 CVD 장치의 작동에 대해 설명하겠다. 본 CVD 장치의 경우, 피막 형성 공정이 완료된 후, 증발기(4)의 상부 부분이 분리된 다음, 내벽 판(75)이 교체된다. 결과적으로, 증발기(4)내의 재료의 부착 잔류물이 용이하게 제거될 수 있다.

상술한 것처럼, 제8 실시예에 다른 CVD 장치의 경우, 피막 형성 공정 후에 내벽 판(75)을 교체함으로써 증발기(4)의 내측 부분이 용이하게 세척될 수 있기 때문에, 유지를 위해 필요한 시간이 절감되어, 처리량이 증진될 수 있다.

[실시예 9]

이제, 본 발명의 제9 실시예를 첨부 도면을 참조로 하여 구체적으로 설명하겠다. 상술한 종래 기술과 중복된 사항들에 대한 설명은 적절히 생략한다.

제9도는 본 발명의 제9 실시예에 따른 CVD 장치의 개략적인 구조를 도시하고 있다. 제9도에 도시한 것처럼, 본 CVD 장치는 CVD 재료의 압력을 모니터하기 위한 압력 모니터(77), CVD 재료의 압력을 제어하기 위해 압력 모니터(77)과 연관된 압력 제어기(78), 및 압력 제어기(78)에 용매를 공급하기 위한 용매 공급 파이프(76)를 더 구비한다. 여기서, 압력 제어기(78)는, 예컨대, 그 곳으로의 불활성 가스 유동률 또는 용매 유동률을 변화시킴으로써 CVD 재료의 압력을 제어한다. CVD 장치의 다른 부재들은 제12도에 도시한 종래의 CVD 장치의 부재들과 사실상 동일하다.

이제, 본 CVD 장치의 작동에 대해 설명하겠다. 본 CVD 장치의 경우, 증발기(4)가 가열기(8)에 의해 250℃ 만큼의 소정의 온도로 가열된 후, 재료 희석용의 불활성 캐리어 가스가 캐리어 가스 유동 제어기(2)에 의해 일정한 유동률로 노즐(7) 부근으로 공급된 다음, 캐리어 가스가 노즐(7) 부근으로부터 방출된다. 이때, 액체 CVD 재료가 재료 공급기(6)(액체 유동 제어기)로부터 증발기(4)로 일정 유동률로 공급되는 경우, CVD 재료가 노즐(7)의 정점 단부 부근으로부터 방출된 다음에, CVD 재료 주위를 고속으로 유동하는 희석 가스에 의해, 바로, CVD 재료가 거칠게 분무된다. 그 결과, 분무된 CVD 재료는 일 순간에 증발되도록 증발기(4)의 내벽에 넓은 범위에 걸쳐서 충돌한다. 때때로, 압력 제어기(78)가 배관부 내의 압력이 (대기압 위로) 일정한 값으로 유지되는 방식으로 용매 공급률을 변화시킴으로써 압력 모니터(77)의 출력에 따라 CVD 재료 압력을 자동적으로 제어한다. 그 결과, CVD 재료 내의 용매의 사전 증발이 방지되어, CVD 재료의 안정된 증발이 장시간 동안 배관부 및 노즐(7)에서 폐색부를 발생시킴이 없이 달성될 수 있다.

제9 실시예에 따른 CVD 장치의 경우, 압력 모니터(77)와 압력 제어기(78)가 증발기(4) 속으로 액체 CVD 재료를 공급하기 위한 배관부 내에 제공되기 때문에, 배관부 내에서의 압력 강하가 발생하지 않아서, 액체 CVD 재료 내의 용매만이 급격히 증발하는 단점이 방지된다. 그러므로, 배관부 내에 어떠한 폐쇄부가 발생하지 않아서, 장시간 동안 안정된 작동이 달성될 수 있다.

[실시예 10]

이제, 본 발명의 제10 실시예를 첨부 도면을 참조로 하여 구체적으로 설명하겠다. 제10실시예에서, 각각 고체 상태의 재료인 Ba(DPM)₂, Sr(DPM)₂및/또는 TiO(DPM)₂의 각각이 THF[테트라하이드로퓨란(tetrahdrofuran)] 내에 용해된 용액이 액체 CVD 재료로서 사용된 다음에, BST의 박막이 기판 상에 형성된다. 여기서, 상술한 종래 기술과 중복된 사항들에 대한 설명은 적절히 생략한다.

제10도는 본 발명의 제10 실시예에 따른 CVD 장치의 개략적인 구조를 도시하고 있다. 제10도에 도시한 것처럼, 본 CVD 장치는 적외선 흡수 분광 분석[infrared absorption spectral analysis (FT-IR)] 장치를 더 구비한다. 여기서, 적외선 흡수 분광 장치는 적외선을 방출하기 위한 광원(81), KBr로 만들어진 복수개의 윈도우(82 내지 85), 적이선 흡수관(86), 분광기(88), 분광기(88)로부터의 적외선을 검출하기 위한 검출기(89), 복수개의 셔터 밸브(90 내지 95), 적외선 흡수관(86) 속으로 N₂가스를 공급하기 위한 N₂가스 공급관(96), 및 적외선 흡수관(86)속으로 진공을 가하기 위한 가스 방출간(97)을 포함한다. 여기서, 화살표 87은 광원(81)으로부터 방출된 적외선을 나타낸다.

이제, 본 CVD 장치의 작동에 대해 설명하겠다. 본 CVD 장치의 작동에서, 먼저 셔터 밸브(90, 91)들이 폐쇄된다. 그 다음에, 셔터 밸브(94)가 개방되면서 셔터 밸브(93)가 폐쇄되고, 그 결과, 가스 방출관(97)을 통해 적외선 흡수관(86) 속으로 진공이 가해진다. 즉, 적외선 흡수관(86) 내의 가스가 가스 방출관(97)을 통해 방출된다. 따라서, 적외선 흡수관(86) 내의 가스가 충분히 방출된 후에, 셔터 밸브(94)가 폐쇄된다. 그 다음에, 셔터 밸브(90, 91)들이 개방되면서 셔터 밸브(92, 95)들이 폐쇄되고, 그 결과, 증발에 의해 증발기(4)에 형성된 CVD 가스가 적외선 흡수관(86)을 통해 반응 챔버 속으로 도입된다. 여기서, FT-IR 장치의 광원(81)으로부터 방출된 적외선은 분광기(88) 및 검출기(89)에 의해 검출되도록 적외선 흡수관(86) 내의 CVD 재료를 통과한다.

제11a도 내지 제11c도의 각각에는, Ba(DPM)₂, Sr(DPM)₂가 각가 THF 내에 용해된 용액의 각각의 적외선 흡수 분광 예가 되시되어 있다. 제11a도 내지 제11c도에서, Ba(DPM)₂ 및 Sr(DPM)₂의 각각의 몰농도가 1450cm^-1의 파장에서의 최고 흡수 값에 따라 산출될 수 있다. 한편, TiO(DPM)₂이 몰농도는 1520 cm^-1또는 650cm^-1의 파장에서의 최고 흡수 값에 따라 산출될 수 있다. 또한, Ba(DPM)₂, Sr(DPM)₂ 및 TiO(DPM)₂의 각각의 공급률이 캐리어 가스 N₂유동률을 고려함으로써 산출될 수 있다. 상술한 바와 같이 산출된 Ba, Sr 및 Ti의 각각의 농도에 따르면, 재료 공급기(6)의 질량 유동 제어기가 제어되어, CVD 재료의 목적물이 결정된다. 여기서, 적외선 흡수관(86)은 재료 가스 이송 배관부(10)의 온도와 동일한 온도로 유지되도록 가열된다. 또한, KBr로 된 윈도우(82, 85)들의 내측에 KBr로 된 다른 윈도우(83, 84)들이 제공된다. 여기서, KBr의 내측 윈도우(83, 84)들의 온도가 KBr의 외측 윈도우(82, 85)들의 온도보다 높기 때문에, 그 곳에 CVD 재료 가스가 응축되지 않는다. 측정이 완료되었을 때, 셔터 밸브(94)가 개방되어, 적외선 흡수관(86) 내의 가스가 진공 펌프에 의해 충분히 방출되지 않게 된다. 그 다음에, 셔터 밸브(93)가 개방되면서 셔터 밸브(94)가 폐쇄되고, 그 결과 N₂가스가 적외선 흡수관(96) 속으로 도입된다. 여기서, 통상의 (단순한) 피막 형성 공정 중에, 셔터 밸브(90, 91)가 폐쇄되고, 셔터 밸브(92, 95)가 개방되어, 종래 기술의 공정과 동일한 공정에 따라 피막 형성 공정이 수행된다.

상술한 것처럼, 제10 실시예에 따른 CVD 장치의 경우, 증발기(4)와 반응 챔버(15) 사이에 적외선 흡수관(86)이 제공되기 때문에, 피막 형성 공정 중에 반응 챔버(15) 공급되는 CVD 재료의 성분의 농도가 적외선 흡수 분광 분석에 의해 모니터될 수 있다. 그 결과, BST 박막 내의 Ba, Sr 및 Ti의 상호 (조성) 비율이 안정화된다.

[제11 실시예]

이제, 본 발명의 제11 실시예를 제12도를 참조로 하여 구체적으로 설명하겠다. 여기서, 상술한 종래 기술과 중복된 사항들에 대한 설명은 적절히 생략한다.

제11 실시예의 경우, 세 개의 재료 용기(5) 중의 제1 제2 용기들이 각각, Sr(DPM)₂가THF 내에 용해된 용액 및 TiO(DPM)₂가 THF 내에 용해된 용애을 담고 있다. 따라서, 제3 재료 용기(5)는 아무 것도 담고 있지 않다 (또는 제3 용기가 존재하지 않는다). 또한, 제11 실시예의 경우, 반응 가스 공급관(13)이 산화제, 및 발포 작용에 의해 형성된 TTIP 가스를 공급한다. 또한, 기판(17)은 그 표면 상에 서브미크론 내지 1 미크론의 크기를 갖는 계단형 형상을 갖는 슈퍼 LSI용 기판이다. 다른 상황들은 종래의 CVD 공정의 사항들과 사실상 동일하다.

이제, CVD 공정의 작동 흐름에 대해 설명하겠다. 즉, 증발기(4)가 250℃ 만큼의 소정의온도에 도달하도록 가열기(8)에 의해 가열된 후, 캐리어 가스 유동 제어 장치(2)에 의해 유동률이 일정 속도로 제어되는 희석용 불활성 캐리어 가스가 노즐(7) 부근을 통해 증발기(4) 속으로 방출된다. 여기서, THF 내의 Sr(DPM)₂용액 및 THF 내의 TiO(DPM)₂용액의 각각이 두 재료 공급기(6)들의 각각으로부터 증발기측으로 일정한 유동 속도로 공급될 때, CVD 재료들의 각각이 노즐(7)의 단부 부분으로부터 증발기(4)로 사출된다. 때때로, CVD 재료들의 각각이 고속으로 유동하는 주위의 캐리어 가스에 의해 거칠게 분무된 다음, 분무된 CVD 재료 입자들이 일 순간에 증발되도록 증발기(4)의 내벽의 넓은 범위에 충돌된다. 증발된 CVD 재료들의 각각은 재료 가스 이송 배관부(10)를 통해 반응 챔버(15)로 반송된다. 한편, TTIP는 N₂와 같은 불활성 가스를 사용하여 발포 작용에 의해 증발되어, 산화제 가스(예컨대, O₂또는 N₂O)와 함께 반응 가스 공급관(13)을 통해 반응 챔버(15) 속으로 도입된다. 일정한 입력으로 유지되는 반응 챔버(15) 속으로 도입된 가스 혼합물은 기판 가열 설비(16)에 의해 가열된 기판(17)의 표면에 대해 송풍되어, CVD 반응에 따라 SrTiO₃또는 기판(17)의 표면 상에 형성된다. 때때로, 우수한 석출 성질을 갖는 TTIP 및 우수한 피복 성질을 갖는 TiO(DPM)₂의 양 성분들이 상호 보충에 의해 서로 상호 작용하기 때문에, 피막 형성 공정에 의해 형성된 SrTiO₃은 우수한 계단형 부분 피복 성질(계단형 피복) 및 피막 품질의 균일성 모두를 갖는다. 여기서, TiO(DPM)₂만이 사용될 때, 박막의 구조가 극히 불균일하게 된다. 또한, 온도가 450 내지 500℃일 때, 피막 품질이 현저하게 개선된다. 여기서, TTIP가 발포 작용에 의해 증발되지만, TTIP는 TiO(DPM)₂의 증발 작용과 동일한 증발 작용에 의해 증발될 수 있다. 또한, 본 실시예를 SrTiO₃피막을 형성하는 경우에 관해 기술했지만, Ti를 포함하는 다른 회티탄석 구조, 예컨대, PbTiO₃Pb(Zr, Ti)O₃, (Ba, Sr)TiO₃등을 갖고 있는 고용체 피막 또는 금속 산화물을 형성하는 경우에도 상술한 것과 동일한 효과들이 얻어진다.

제11 실시예에 따른 방법의 경우, 우수한 석출 성질을 갖는 TTIP 및 우수한 피복 성질을 갖는 Ti(DPM)₂가 유기티타늄(organotitanium) 복합물들로서 함께 사용되기 때문에, 양 성분들에 따른 산화물들이 동시에 석출되고, 피막 형성 단계의 종결 후의 박막은 우수한 계단형 피복 성질 및 박막 품질의 균일성 모두를 가질 수 있다.

본 발명을 양호한 실시예들에 의해 기술하였지만, 다음 청구 범위에 기재된 발명의 정신 및 범주를 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변경들이 이루어질 수 있음이 본원 기술에 숙련된 자들에게는 명백하다.

Claims

CVD 공정에 의해 기판 상에 박막을 석출시키는 장치에 있어서, CVD 재료를 담고 있는 재료 수용 수단과, CVD 재료 가스를 형성하도록 재료 공급 수단으로부터 공급된 액체 CVD 재료를 고온으로 가열함으로써 증발시키는 증발기로 상기 재료 수용 수단 내의 상기 액체 CVD 재료를 액체 상태로 유지하면서 공급하는 재료 공급 수단과, 상기 CVD 재료 가스를 사용하여 상기 기판 상에 상기 박막을 형성하는 반응 챔버와, 상기 반응 챔버 위쪽에 배치된 온도 조절 박스를 구비하고; 상기 증발기 및 이 증발기와 반응 챔버 사이의 배관부가 상기 온도 조절 박스에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 석출 장치.
제1항에 있어서, 고온의 N₂가스가 윈도우의 내측 표면에 대하여 송풍되도록 된, 상기 반응 챔버에 제공된 KBr 윈도우와, 상기 박막을 계속 형성하면서 반응 챔버 내에서의 피막 형성 공정 중에 반응 챔버의 외측으로부터 박막으로 KBr 윈도우를 통해서 적외선을 인가함으로써 적외선 흡수 분광법(FT-IR)을 사용하여 상기 박막의 품질을 분석기에 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 석출 장치.
제1항에 있어서, 고온의 N₂가스가 윈도우의 내측 표면에 대하여 송풍되도록 된, 상기 반응 챔버에 제공된 Be 윈도우와, 상기 박막을 계속 형성하면서 상기 반응 챔버 내에서의 피막 형성 공정 중에 반응 챔버의 외측으로부터 상기 박막으로 Be 윈도우를 통해서 X-선을 인가함으로써 X-선 형광 분석법(XRF)을 사용하여 박막의 품질을 분석하는 피막 품질 분석 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 석출 장치.
CVD 공정에 의해 기판 상에 박막을 석출시키는 장치에 있어서, 하나 이상의 유기 금속 복합물이 용매에 용해되어 있는 용액을 포함하는 액체 CVD 재료를 담고 있는 재료 수용 수단과, 상기 재료 수용 수단 내의 상기 재료를 일정한 유동률로 공급하는 하나 이상의 재료 공급 수단과, CVD 재료 가스를 형성하도록 상기 재료 공급 수단으로부터 공급된 상기 액체 CVD 재료를 가열함으로써 증발시키는 증발기와, 상기 CVD 재료 가스를 사용하여 상기 기판 상에 박막을 형성하는 반응 챔버와, 용매가 이미 혼합되어 있는 불활성 가스를 일정한 유동률로 공급하는 정상 공급 수단과, 상기 재료 공급 수단으로부터 상기 증발기로 공급된 액체 CVD 재료를 일정 유동률로 상기 불활성 가스에 수용하는 합류 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 석출 장치.
CVD 공정에 의해 기판 상에 박막을 석출시키는 장치에 있어서, 액체 CVD 재료를 담고 있는 재료 수용 수단과, CVD 재료 가스를 형성하도록 재료 공급 수단으로부터 공급된 액체 CVD 재료를 고온으로 가열함으로써 증발시키는 상기 재료 수용 수단 내의 상기 액체 CVD 재료 를 액체 상태로 유지하면서 공급하는 재료 공급 수단과, 상기 CVD 재료 가스를 사용하여 기판 상에 박막을 형성하는 반응 챔버를 구비하고; 상기 반응 챔버는, 상기 박막을 형성하도록 기판을 가열하기 위해, 각각 선형으로 배열되고 각각의 재료 방출률을 독립적으로 제어할 수 있는 복수개의 가스 헤드와 선형으로 배열된 복수개의 램프 가열기 아래에서 기판을 이동시키면서 박막 형성 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 박막 석출 장치.
CVD 공정에 의해 기판상에 박막을 석출시키는 장치에 있어서, 액체 CVD 재료를 담고 있는 재료 수용 수단과, CVD 재료 가스를 형성하도록 재료 공급 수단으로부터 공급된 액체 CVD 재료를 고온으로 가열함으로써 증발시키는 상기 재료 수용 수단 내의 상기 액체 CVD 재료 를 액체 상태로 유지하면서 공급하는 재료 공급 수단과, 상기 CVD 재료 가스를 사용하여 기판 상에 박막을 형성하는 반응 챔버를 구비하고; 상기 재료 재료 수용 수단은 티타닐 비스 (디피발로일메타나토[TiO(DPM)₂], 비스 (디피발로일메타나토) 바륨 [Ba(DPM)]₂, 비스 (디피발로일메타나토) 스트론튬 [Sr(DPM)₂]또는 티타늄 테트라이소프로프옥사이드(TTIP)가 0.01 몰/리터의 농도로 테트라하이드로퓨란(THF)에 용해되어 있는 용액을 포함하는 100 내지 3000cc의 액체 CVD 재료를 담고 있고; 상기 반응 챔버는, 바륨 스트론튬 티타네이트(BST) 박막을 형성하도록 상기 기판을 가열하기 위해, 각각 선형으로 배열되고 각각의 재료 방출률을 독립적으로 제어할 수 있는 복수개의 가스 헤드와 선형으로 배열된 복수개의 램프 가열기 아래에서 상기 기판을 이동시키면서 박막 형성 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 박막 석출 장치.
CVD 공정에 의해 기판상에 박막을 석출시키는 장치에 있어서, 유기 금속 복합물이 용매에 용해되어 있는 액체 CVD 재료를 담고 있는 재료 수용 수단과, 상기 액체 CVD 재료를 일정한 유동률로 공급하는 재료 공급 수단과, CVD 재료 가스를 형성하도록 상기 재료 공급 수단으로부터 공급된 상기 액체 CVD 재료를 가열함으로써 증발시키는 증발기와, 상기 CVD 재료 가스를 사용하여 상기 기판 상에 상기 박막을 형성하는 반응 챔버를 구비하고; 상기 증발기는 원통형을 갖고 있고, 상기 CVD 재료가 상기 증발기의 접선 방향으로 증발기 속으로 도입되도록 하는 방식으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 석출 장치.
CVD 공정에 의해 기판상에 박막을 석출시키는 장치에 있어서, 유기 금속 복합물이 용매에 용해되어 있는 액체 CVD 재료를 담고 있는 재료 수용 수단과, 상기 액체 CVD 재료를 일정한 유동률로 공급하는 재료 공급 수단과, CVD 재료 가스를 형성하도록 상기 재료 공급 수단으로부터 공급된 상기 액체 CVD 재료를 가열함으로서 증발시키는 증발기와, 상기 CVD 재료 가스를 사용하여 기판 상에 박막을 형성하는 반응 챔버와, 상기 증발기 속으로 공급되는 상기 액체 CVD 재료를 분무하는 분무 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 석출 장치.
CVD 공정에 의해 기판상에 박막을 석출시키는 장치에 있어서, 유기 금속 복합물이 용매에 용해되어 있는 액체 CVD 재료를 담고 있는 재료 수용 수단과, 상기 액체 CVD 재료를 일정한 유동률로 공급하는 재료 공급 수단과, CVD 재료 가스를 형성하도록 상기 재료 수단으로부터 공급된 상기 액체 CVD 재료를 가열함으로써 증발시키는 증발기와, 상기 CVD 재료 가스를 사용하여 기판 상에 박막을 형성하는 반응 챔버를 구비하고; 상기 증발기는 교체가능한 내벽을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 박막 석출 장치.
CVD 공정에 의해 기판상에 박막을 석출시키는 장치에 있어서, 유기 금속 복합물이 용매에 용해되어 있는 액체 CVD 재료를 담고 있는 재료 수용 수단과, 상기 액체 CVD 재료를 일정한 유동률로 공급하는 재료 공급 수단과, CVD 재료 가스를 형성하도록 상기 재료 수단으로부터 공급된 상기 액체 CVD 재료를 가열함으로써 증발시키는 증발기와, 상기 CVD 재료 가스를 사용하여 기판 상에 박막을 형성하는 반응 챔버와, 상기 액체 CVD 재료를 증발기로 공급하기 위한 배관부에 각각 제공된 압력 모니터 수단 및 압력 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 석출 장치.
CVD 공정에 의해 기판상에 박막을 석출시키는 장치에 있어서, 유기 금속 복합물이 용매에 용해되어 있는 액체 CVD 재료를 담고 있는 재료 수용 수단과, 상기 액체 CVD 재료를 일정한 유동률로 공급하는 재료 공급 수단과, CVD 재료 가스를 형성하도록 상기 재료 수단으로부터 공급된 상기 액체 CVD 재료를 가열함으로써 증발시키는 증발기와, 상기 CVD 재료 가스를 사용하여 기판 상에 박막을 형성하는 반응 챔버와, 상기 CVD 재료 가스의 농도를 검출하는 광흡수 셀을 구비하고; 상기 광흡수 셀의 시료 부재는 증발기와 상기 반응 챔버 사이의 CVD 재료 공급 시스템에 대면하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 박막 석출 장치.
CVD 공정에 의해 기판상에 박막을 석출시키는 장치에 있어서, 하나 이상의 유기 금속 복합물이 용매에 용해되어 있는 용액을 포함하고 재료 용기 내에 담겨 있는 액체 CVD 재료를 액체 상태로 유지하면서 재료 공급기에 의해 증발기로 일정한 유동률로 공급하는 단계와, CVD 재료 가스를 형성하도록 상기 액체 CVD 재료를 증발기 내에서 가열하여 증발시키는 단계와, 금속 산화물 박막을 반응 챔버 내의 CVD 재료 가스를 사용하여 기판 상에 형성하는 단계를 구비하고; 상기 박막은 적어도 티타늄을 포함하고, 각각 티타늄의 유기 금속 복합물인 TTIP 및 TiO(DPM)₂가 상기 유기 금속 복합물로서 함께 사용되는 것을 특징으로 하는 박막 석출 방법.
CVD 공정에 의해 기판상에 박막을 석출시키는 장치에 있어서, 하나 이상의 유기 금속 복합물이 용매에 용해되어 있는 용액을 포함하고 재료 용기 내에 담겨 있는 액체 CVD 재료를 액체 상태로 유지하면서 재료 공급기에 의해 증발기로 일정한 유동률로 공급하는 단계와, CVD 재료 가스를 형성하도록 상기 액체 CVD 재료를 증발기 내에서 가열하여 증발시키는 단계와, 금속 산화물 박막을 반응 챔버 내의 상기 CVD 재료 가스를 사용하여 상기 기판 상에 형성하는 단계를 구비하고; 상기 박막은 적어도 티타늄을 포함하고, 상기 박막 형성 단계에서, BST 박막이 초기 단계에서 스퍼터링에 의해 형성되고, 그 다음에 소둔 처리가 수행된 다음, TiO(DPM)₂용액을 사용하여 박막이 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 석출 방법.
CVD 공정에 의해 기판상에 박막을 석출시키는 장치에 있어서, 재료 용기 내에 담겨 있는 액체 CVD 재료를 액체 상태로 유지하면서 재료 공급기에 의해 증발기로 일정한 유동률로 공급하는 단계와, CVD 재료 가스를 형성하도록 상기 액체 CVD 재료를 상기 증발기 내에서 고온으로 가열하여 증발시키는 단계를 구비하고; 상기 박막 형성 단계에서, 박막을 형성하기 전에 알코올 증기가 상기 기판의 표면에 대해 송풍되는 것을 특징으로 하는 박막 석출 방법.