KR100425672B1

KR100425672B1 - 복합산화물박막제조용화학기상증착장치

Info

Publication number: KR100425672B1
Application number: KR1019960000723A
Authority: KR
Inventors: 김광영
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 1996-01-16
Filing date: 1996-01-16
Publication date: 2004-07-05
Also published as: KR970060362A

Abstract

본 발명은 복합산화물 박막제조용 화학긴상증착장치에 관한 것으로, 종래의 LSMCD 장치의 경우 습식공정이므로 단차피복성 및 막질이 양호치 못하고, SLD-CVD 장치는 증발기내에서 증발과정 중에 온도구배 등에 의해서 이송장치 내에서 전구체의 열분해가 발생하여 막힘현상(CLOGGING)이 발생함으로써 재현성 있는 공정을 얻기가 어려운 문제점이 있었던 바, 본 발명의 복합산화물 박막제조용 화학기상증착장치는 초음파진동자(22)에 의해 생성된 액체유적을 외부가열하고, 비접촉하여 플래시 이베포레이션시키는 방식으로 증기화 하여 증착공정을 진행하는 장치로서, 종래의 LSMCD 장치나 LSD-CVD 장치보다 단차 피복성 및 막질이 향상되고, 이송장치내의 막힘현상(CLOGGING)이 방지되어 재현성있는 공정진행이 가능한 효과가 있다.

Description

복합산화물 박막제조용 화학기상증착장치

본 발명은 복합산화물 박막제조용 화학기상증착장치에 관한 것으로, 특히 고유전율, 강유전체, 고온 초전도체 등을 Si 집적소자에 적용하기 위하여 단차 피복성 및 막질을 향상시키도록 하는데 적합한 복합산화물 박막제조용 화학기상증착장치에 관한 것이다.

일반적으로 다성분계 산화물 박막은 DRAM이나 미휘발성인 강유전체 메모리 소자 등에 응용을 위해서 많은 연구가 진행되고 있다.

현제 이들 박막의 제조시 야기되는 문제점은 다음과 같다.

1) 증착과정 중 입자형성이 일어난다.

2) 대면적 기판(4-8인치 웨이퍼) 상에서 조성편차가 심하다.

3) 박막표면의 거칠기가 크다.

4) 기상으로 존재하는 적정한 전구체(PRECURSOR) 개발이 안된 상태다.

5) 단차 피복성이 나쁘다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 여러 연구그룹에서 고유의 증착방법을 제안하고 있으나, 일반적으로 2가지가 대표적으로 소개되고 있다.

첫번째로는 R,D, McMillan 등이 제안한 액상분무 증착법(LIQUIDSOURCE MISTED CHEMICAL DEPOSITION 이하 LSMCD)이며, 두번째로는 Kirlin 등이 액상소스 이송 화학기상증착장치(LIQUID SOURCE DELIVERY CVD 이하 LSD-CVD)를 제안 하였다.

상기와 같은 2가지 대표적인 증착방법 중 첫번째 방법인 LSMCD에 대해서 먼저 설명하면 다음과 같다.

제1도는 종래 LSMCD 장치의 구성을 보인 개략구성도로써, 도시된 바와 같이, 액체 유적을 공급하기 위한 공급부(1)와, 그 이동된 액체유적을 기판(2)에 증착시키기 위한 반응로(3)와, 그 반응로(3)에서 증착되고 남은 부산물을 배출하기 위한 배출부(4)와, 상기 반응로(3)에서 증착된 박막내의 유기성분을 제거시키기 위한 자외선 램프(5) 및 펄스 가열장치(6)와, 상기 공급부(1)와 펄스 가열장치(6)를 콘트롤하기 위한 제어기(7)로 구성되어 있다.

그리고, 상기 공급부(1)는 이송가스를 공급하기 위한 이송가스공급부(la)와, 액체소스를 공급하기 위한 액체소스공급부(1b)와, 미소크기의 액체유적을 만들기 위한 초음파 분무기(1c)로 구성되어 있다.

또한, 상긴 배출부(4)는 반응부산물을 냉각시키기 위한 냉각트랩(4a)과, 반음부산물을 펌핑하기 위한 펌프(4b)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성되어 있는 LSMCD 장치는 임의의 조성으로 만들어진 혼합용액을 초음파 분무기(1c)를 이용하여 미소크기의 액체유적으로 만든다음, 이송가스를 이용하여 반응로(3)의 내부에서 고속으로 회전하는 기판(2)의 상면에 증착되도록 하는 것이다.

다음은 종래의 LSD-CVD 장치를 간단히 설명하겠다.

제2도는 종래의 LSD-CVD 장치를 보인 개략구성도로써, 도시된 바와 같이, 액체소스를 증기로 만들어 공급하기 위한 공급부(10)와, 그 발생된 증기를 기판(11)에 증착시키기 위한 반응부(12)와, 그 반응부(12)에서 발생된 반응부산물을 배출하기 위한 배출부(13)와, 상기 공급부(10)를 제어하기 위한 제어기(14)로 구성되어있다.

그리고, 상기 공급부(10)는 액체소스를 공급하기 위한 액체가스공급부(10a)와, 상기 액체소스를 적정량 추출하기 위한 가압가스공급부(10b) 및 미소펌프(10c)와, 액체가스를 가열시켜서 증기로 만들기 위한 증발기(10d)와, 발생된 증기를 이송시키기 위한 이송가스공급부(10e)로 구성되어 있다.

또한, 상기 반응부(12)는 반응로(12a)의 내측 상부에 설치된 노즐(l2b)과, 그 노즐(l2b)의 하부에 설치되며 기판(11)을 장착하기 위한 히터테이블(l2c)로 구성되어 있다.

그리고, 상기 배출부(13)는 반응부산물을 냉각시키기 위한 냉각트램(13a)과, 반응부산물을 펌핑하기 위한 펌프(13b)로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 LSD-CVD는 가압가스공급부(10b) 및 미소펌프(10c)에서 액체소스를 적정량 추출한 다음, 증발기(10d)에서 기화점 이상의 온도로 가열하여 증기를 만든다. 이 과정을 플래시 이베포레이션(FLASH EVAPORATION)이라고 한다. 이와 같이, 발생된 증기는 이송가스에 의해 반응로(12a)의 내부로 이송되어 노즐(l2b)로 분사시킴으로써 기판(11)에 증착되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 두가지의 증착장치에 의한 증착방법은 여러 문제점을 가지고 있다.

먼저, LSMCD 장치의 경우 습식공정이므로 일반적인 열적 CVD에 비해서 단차피복성면에서 취약하며, 증착후 베이크-아웃(BAKE-OUT), 어닐(ANNEAL)의 2가지 열처리 공정을 거치면서 막오염, 균열 등이 발생되는 문제점이 있었다.

또한, LSD-CVD 장치는 증발기(10d)내에서 증발과정 중에 온도구배 등에 의해서 이송장치 내에서 전구체의 열분해가 발생하여 막힘현상(CLOGGING)이 발생함으로써 재현성 있는 공정을 얻기가 어려운 문제점이 있었다.

즉, 증발기 내의 증발영역은 미량의 액체소스가 직접 접하면서, 표면적을 증가시킬 수 있도록 금속메쉬나 디스크 형태로 되어 있다. 이 증발영역은 공정이 반복되면서 전구체 중 비휘발성 성분들의 퇴적에 의해서 점차 막히다가 최악의 경우 소스의 이송이 완전히 막히는 현상이 발생하는 것이다.

본 발명의 주 목적은 상기와 같은 여러 문제점을 갖지 않는 복합산화물 박막제조용 화학기상증착장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 단차피복성의 향상 및 막질을 향상시키도록 하는데 적합한 복합산화물 박막제조용 화학기상증착장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 이송장치 내에서 전구체의 열분해에 의해 막힘현상(CLOGGING)이 발생하는 것을 방지하도록 하는데 적합한 복합산화물 박막제조용 화학기상증착장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 복합산화물 전구체가 수납되는 수납용기와, 그 수납용기에 수납된 전구체를 액체유적으로 만들기 위한 초음파진동자와, 그 초음파진동자에서 발생된 액체유적을 이송시키긴 위한 제1 이송가스공급용기로 이루어진 액체유적 발생부와;

상기 제1 이송가스공급용기에 의해 이송되는 액체유적과 이송가스의 흐름을 조절하기 위한 유량조절기와, 상기 유량조절기를 통하여 공급된 액체유적을 증기화시키기 위한 증발기와, 상기 증발기에서 증발된 증기를 이송시키기 위한 제2 이송가스공급용기로 이루어진 증기발생부와;

상기 증기발생부의 증발기 하측에 연결되는 공정 챔버와, 그 챔버의 내측 상부에 설치되며 상기 증발기에서 공급되는 증기를 기판에 분사하여 기판의 표면에 박막을 증착시키기 위한 노즐과, 그 노즐의 하부에 설치되며 상기 기판을 장착하기 위한 히터테이블로 이루어진 반응부와;

상기 챕버의 하측에 연결되어 공정 챔버에서 발생한 반응부산물을 외부로 펌핑함과 아울러 상기 공정 챔버의 내부를 진공상태로 유지시키기 위한 진공펌프와, 그 진공펌프에 의해 반응부산물이 배출되는 라인상에 설치되는 냉각트랩으로 이루어진 배출부를; 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 복합산화물 박막제조용 화학기상증착장치가 제공된다.

이하, 상기와 같이 구성되어 있는 본 발명 복합산화물 박막제조용 화학기상증착장치를 첨부된 도면의 실시례를 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명 복합산화물 박막제조용 화학기상증착장치의 구성을 보인 개략구성도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명의 복합산화물 박막제조용 화학기상증착장치는 복합산화물 전구체를 액체유적화 시켜서 공급하기 위한 액체유적발생부(20)와, 상기 액체유적을 플래시 이베포레이션으로 증기화시키기 위한 증기발생부(30)와, 상기 증기발생부(30)에서 공급되는 증기를 기판(W)에 증착시키기 위한 반응부(40)와, 그 반응부(40)에서 발생된 반응부산물을 외부로 배출하긴 위한 배출부(50)로 구성되어 있다.

상기 액체유적발생부(20)는 전구체가 수납되는 수납용기(21)와, 전구체를 액체유적으로 만들기 위한 초음파진동자(22)와, 그 초음파진동자(22)에서 발생된 액체유적을 이송시키기 위한 제1 이송가스공급용기(23)로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 증기발생부(30)는 상기 액체유적과 이송가스의 흐름을 조절하기 위한 유량조절기(31)와, 상기 유량조절기(31)를 통하여 공급된 액체유적을 증기화시키기 위한 증발기(32)와, 상기 증발기(32)에서 발생된 증기를 이송시키기 위한 제2 이송가스공급용기(33)로 구성되어 있다.

상기 반응부(40)는 공정 챔버(41)와, 그 챔버(41)의 내측 상부에 설치되며 상기 증발기(32)에서 공급되는 증기를 기판(W)에 분사하기 위한 노즐(42)과, 그 노즐(42)의 하부에 설치되며 상기 기판(W)을 장착하기 위한 히터테이블(43)로 구성되어 있다.

상기 배출부(50)는 상기 공정 챔버(41)에 발생한 반응부산물을 냉각시키기 위한 냉각트랩(51)과, 상기 반응부산물을 외부로 펌핑과 아울러 상기 공정 챔버(41)의 내부를 진공상태로 유지시키기 위한 진공펌프(52)로 구성되어 있다.

상기 증발기(32)는 석영관(QUARTZ)으로 되어 있으며, 그 석영관의 외부에는 코일(32a)을 감싸도록 설치하여 석영관의 내부 온도를 일정하게 유지시켜주는 것이다.

그리고, 상기 복합산화물 전구체로는 (Ba,Sr)TiO₃, VBa₂Cu₂O_7-x, Pb(Zr,Ti)O₃,SrBi₂Ta₂O₉등을 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되어 있는 본 발명 복합산화물 박막제조용 화학기상증착장치를 이용하여 기판에 복합산화물을 증착시키는 동작을 설명하면 다음과 같다.

상기 수납용기(21)에 수납되는 복합산화물의 전구체가 초음파진동자(22)에 의해 미소한 크기의 액체유적으로 변하게 된다. 이 미소한 크기의 액체유적은 제1 이송가스공급용기(23)에서 공급되는 이송가스에 의해 이송되어 유량조절기(31)를 통하여 증발기(32)로 공급되는데, 이때 상기 유량조절기(31)는 이송가스와 전구체의 흐름을 조절하는 것이다 .

상기의 증발기(32)에 공급된 미소한 크기의 액체유적으로된 이송가스와 전구체는 석영관의 증발기(32) 외부를 감싸도록 설치되어 있는 코일(32a)에 의해 일정한 온도로 유지되면서 플래시 이베포레이션이 일어나는 것이다.

그리고, 상기와 같이 플래시 이베포레이션이 일어나서 증기로 된후, 공정 챔버(41)의 내부에 설치되어 있는 노즐(42)에 의해 기판(W)의 상면에 분사되고, 이와 같이 분사되는 증기는 히터테이블(43)의 상면에 설치되어 있는 기판(W)에 박막을 증착시키게 된다.

또한, 상기와 같은 동작이 일어나는 동안 배출부(50)의 냉각트랩(51)에서는 상기 공정 챔버(41)의 내부에서 미반응되어 배출되는 반응부산물을 냉각하고, 진공펌프(52)에서는 상기 챔버(41)의 내부를 진공상태로 유지시킴과 아울러 반응부산물을 챔버(41)의 외부로 펌핑하여 배출한다.

부연하여 설명하면, 본 장치는 증발기(32)의 내부로 들어오는 미소 크기의 액체유적이 이송가스에 실려 있으므로 충분한 표면적을 가지고 있고, 따라서 플래시 이베포레이션이 일어날 수 있으며, 또한 외부가열방식이므로 액체유적과 증발부와의 직접접촉이 없으므로 막힘현상이 발생하지 않는다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 복합산화물 박막 제조용 화학기상증착장치는 초음파진동자에 의해 생성된 액체유적을 외부가열하고, 비접촉하여 플래시 이베포레이션시키는 방식으로 증기화 하여 증착공정을 진행하는 장치로서, 종래의 LSMCD 장치나 LSD-CVD 장치 보다 단차 피복성 및 막질이 향상되고, 이송장치내의 막힘현상(CLOGGING)이 방지되어 재현성있는 공정진행이 가능한 효과가 있다.

제1도는 종래 LSMCD장치의 구성을 보인 개략구성도.

제2도는 종래 LSD-CVD장치의 구성을 보인 개략구성도.

제3도는 본 발명 복합산화물 박막제조용 화학기상증착장치의 구성을 보인 개략구성도.

( 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 )

20 : 액체유적발생부 21: 수납용기

22 : 초음파진동자 23: 제1 이송가스공급용기

30 : 증기발생부 31 : 유량조절기

32 : 증발기 32a: 코일

33 : 제2 이송가스공급용기 40 : 반응부

41 :챔버 42 : 노즐

43 : 히터테이블 50 : 배출부

51 : 냉각트랩 52 : 진공펌프

W : 기판

Claims

복합산화물 전구체가 수납되는 수납용기와, 그 수납용기에 수납된 전구체를 액체유적으로 만들기 위한 초음파진동자와, 그 초음파진동자에서 발생된 액체유적을 이송시키기 위한 제1 이송가스공급용기로 이루어진 액체유적발생부와:

상기 제1 이송가스공급용기에 의해 이송되는 액체유적과 이송가스의 흐름을 조절하기 위한 유량조절기와, 상기 유량조절기를 통하여 공급된 액체유적을 증기화시키기 위한 증발기와, 상기 증발기에서 증발된 증기를 이송시키기 위한 제2 이송가스공급용기로 이루어진 증기발생부와,

상기 증기발생부의 증발기 하측에 연결되는 공정 챔버와, 그 챔버의 내측 상부에 설치되며 상기 증발기에서 공급되는 증기를 기판에 분사하여 기판의 표면에 박막을 증착시키기 위한 노즐과, 그 노즐의 하부에 설치되며 상기 기판을 장착하기 위한 히터테이블로 이루어진 반응부와;

상기 챔버의 하측에 연결되어 공정 챔버에서 발생한 반응부산물을 외부로 펌핑함과 아울러 상기 공정 챔버의 내부를 진공상태로 유지 시키기 위한 진공펌프와, 그 진공펌프에 의해 반응부산물이 배출되는 라인상에 설치되는 냉각트랩으로 이루어진 배출부를; 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 복합산화물 박박제조용 화학기상증착장치.
제1항에 있어서, 상기 증발기는 석영관으로 되어 있는 것을 특징으로 하는복합산화물 박막제조용 화학기상증착장치.
제2항에 있어서, 상기 석영관의 외부에는 코일을 감싸도록 설치하여 석영관의 내부 온도를 일정하게 유지시켜주도록 한 것을 특징으로 하는 복합산화물 박막제조용 화학기상증착장치.
제1항에 있어서, 상기 복합산화물 전구체는 (Ba,Sr)TiO₃인것을 특징으로 하는 복합산화물 박막제조용 화학기상증착장치.
제l항에 있어서, 상기 복합산화물 전구체는 YBa₂Cu₂O_7-x인것을 특징으로 하는 복합산화물 박막제조용 화학기상증착장치.
제1항에 있어서, 상기 복합산화물 전구체는 Pb(Zr,Ti)O₃인것을 특징으로 하는 복합산화물 박막제조용 화학기상증착장치.
제1항에 있어서, 상기 복합산화물 전구체는 SrBi₂Ta₂O₉인것을 특징으로 하는 복합산화물 박막제조용 화학기상증착장치.