KR100436047B1 - 소스공급장치를 구비한 단원자층증착장치 및 그를 이용한단원자층 증착방법 - Google Patents

소스공급장치를 구비한 단원자층증착장치 및 그를 이용한단원자층 증착방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 균일한 소스가스 공급 및 소스가스의 사용효율을 개선시키도록 한소스공급장치 및 그를 구비한 단원자층증착장치를 제공하기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명의 소스공급장치는 수직으로 소스가스가 유입되는 유입수단, 상기 유입수단으로부터 소정 각도를 갖고 굴곡지면서 상기 유입수단을 통과한 상기 소스가스에 압력을 가하는 압력형성수단, 및 상기 압력형성수단을 통과한 소스가스를 웨이퍼를 향해 방출시키되, 상기 웨이퍼에 균일하게 소스가스가 방출되도록 조절된 각도를 갖는 방사형 방출수단을 포함하여 구성된다.

Description

소스공급장치를 구비한 단원자층증착장치 및 그를 이용한 단원자층 증착방법{Apparatus for atomic layer deposition with source supply and method for atomic layer deposition by using the same}
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 단원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD)을 위한 소스공급장치 및 그를 구비한 증착장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치의 제조 공정시, 박막을 균일하게 증착하기 위해 스퍼터링법(Sputtering), 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD), 단원자층증착법(Atomic Layer Deposition; ALD)을 적용한다.
먼저 스퍼터링법은 플라즈마 상태에서 아르곤 이온을 생성시키기 위해 고전압을 타겟에 인가한 상태에서 아르곤 등의 비활성가스를 진공챔버내로 주입시킨다. 이 때, 아르곤 이온들은 타겟의 표면에 스퍼터되고, 타겟의 원자들은 타겟의 표면으로부터 제거된다.
이러한 스퍼터링법에 의해 기판과 접착성이 우수한 고순도 박막을 형성할 수 있으나, 공정 차이를 갖는 고집적 박막을 스퍼터링법으로 증착하는 경우에는 전체 박막위에서 균일도를 확보하기가 매우 어려워 미세한 패턴을 위한 스퍼터링법의 적용에는 한계가 있다.
다음으로, 화학기상증착법(CVD)은 가장 널리 이용되는 증착 기술로서, 반응가스와 분해가스를 이용하여 요구되는 두께를 갖는 박막을 기판상에 증착한다.
화학기상증착법(CVD)은 먼저 다양한 가스들을 반응챔버로 주입시키고, 열, 빛, 플라즈마와 같은 고에너지에 의해 유도된 가스들을 화학반응시키므로써 기판상에 요구되는 두께의 박막을 증착시킨다.
아울러, 화학기상증착법(CVD)에서는 반응에너지만큼 인가된 플라즈마 또는 가스들의 비(ratio) 및 양(amount)을 통해 반응조건을 제어하므로서 증착률을 증가시킨다.
그러나, 반응들이 빠르기 때문에 원자들의 열역학적(Thermaodynamic) 안정성을 제어하기 매우 어렵고, 화학기상증착법(CVD)은 박막의 물리적, 화학적 전기적특성을 저하시킨다.
마지막으로, 단원자층 증착법(ALD)은 소스가스(반응가스)와 퍼지가스를 교대로 공급하여 원자층을 증착하기 위한 방법으로서, 이에 의해 형성된 박막은 고종횡비를 갖고 저압에서도 균일하며, 전기적 물리적 특성이 우수하다.
최근에 반도체 장치가 고집적화에 따라 좁은 면적에 많은 전하를 저장할 수 있는 캐패시터의 형성이 요구되고 있다.
그러나, 화학기상증착법(CVD)은 매우 큰 종횡비(Aspect ratio)를 갖는 구조에는 단차피복성(Step coverage)의 한계로 적용이 어렵기 때문에, 이러한 단차피복성의 한계를 극복하기 위해 표면 반응을 이용한 단원자층증착법(ALD)이 적용되고 있다.
도 1은 일반적인 단원자층 증착법을 도시한 공정도로서, 2성분계 박막의 단원자층 증착법을 도시하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 소스가스로서 제1소스가스(A)와 제2소스가스(B)를 사용하는 경우, 먼저 제1소스가스(A)만을 주입한다. 이 때, 제1소스가스(A)의 분자가 웨이퍼(W)에 표면 흡착(absorption)된다.
다음으로, 챔버에 잔류한 미반응 제1소스가스(A)는 아르곤이나 질소와 같은 비활성가스로 퍼지한다.
다음으로, 제2소스가스(B)만을 주입하면, 제1소스가스(A)와 제2소스가스(B) 사이의 반응은 표면흡착된 제1소스가스(A)의 분자가 있는 표면에서만 일어나 제1소스가스(A)의 분자와 제2소스가스(B)의 분자의 반응에 의한 단원자층박막(AB)이 증착된다. 이 때문에 어떠한 몰포로지(Morphology)를 가진 표면이라 해도 100%의 단차피복성을 획득할 수 있다.
다음으로, 제1소스가스(A)와 제2소스가스(B)의 반응 후 챔버에 잔존하는 미반응 제2소스가스(B)를 퍼지시킨다.
일반적으로 단원자층 증착 공정은 도 1과 같이 표면흡착 및 표면화학반응에 의해 원자층 단위로 웨이퍼위에 원하는 박막을 형성하게 되는 특징을 가지고 있다. 이와 같은 단원자층 증착 공정을 위해서는 소스가스를 독립적으로 혼합되지 않고 챔버내에 공급해주어야 한다. 특히 다성분계의 박막 형성을 위한 소스가스의 공급 방식은 매우 중요하다. 따라서 각 소스가스를 효율적으로 챔버내에 효율적으로 균일하게 공급해 줄 수 있는 소스 공급 장치의 개발은 매우 중요하다.
도 2는 종래기술에 따른 샤워헤드 방식의 단원자층 증착 장치를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 단원자층 증착이 이루어지는 챔버(10), 웨이퍼(12)가 장착된 웨이퍼척(11)이 챔버(10)의 바닥(10a)에 구비되고, 웨이퍼척(11) 위쪽의 챔버(10)의 천정(10b)에 웨이퍼척(11)에 대향하는 샤워헤드(shower head)형 소스가스공급부(13)가 구비된다. 여기서, 샤워헤드형 소스가스공급부(13)는 챔버(10)의 천정(10b) 중앙에 위치해 있으며, 샤워헤드형 소스가스공급부(13)를 통해 웨이퍼척(11) 위로 소스 가스가 유입된다.
그리고, 웨이퍼척(11) 둘레의 챔버(10) 바닥(10a)에 유입된 소스 가스가 유출되는 펌핑 포트(pumping port, 14)가 구비된다.
상술한 샤워헤드형 소스가스공급부를 구비한 단원자층 증착 장치는 샤워 챔버의 천정에 마련된 샤워 헤드를 통해 소스가스를 일정한 시간 간격을 두고 교대로 웨이퍼상에 하향 주입하는 방식을 취하고 있다.
그러나, 웨이퍼의 크기가 점차 대형화됨에 따라 샤워 헤드 방식의 장치로는 웨이퍼상에 원하는 박막을 균일하게 증착시키기 어려운 문제 등의 여러가지 문제점이 있다.
첫째, 웨이퍼 전면에 대한 소스가스의 균일한 공급을 위하여 화학기상증착(CVD) 공정에서 사용하는 샤워헤드가 사용되지만, 이는 소스가스의 흐름 방향이 전체적으로 웨이퍼 전면에 수직으로 되어 있어 소스가스 흐름이 인접한 소스가스 흐름에 의해 영향을 받아 챔버내에서 배출되기 어려운 문제가 있다.
둘째, 샤워헤드 방식의 장치는 웨이퍼의 부위에 따라 소스가스의 흐름속도가 달라지게 되고 공급되는 소스가스의 유량에도 차이가 발생하므로, 웨이퍼의 중심부위와 그 외곽부위에 증착되는 박막 두께가 달라지게 된다. 또한, 반도체 소자가 점차 고집적화 되어감에 따라 박막의 두께가 점차 얇아져 가는 추세에서는, 박막 두께의 정확한 제어나 그 균일성을 실현하기 곤란하다.
셋째, 웨이퍼와의 정면 충돌로 웨이퍼와 소스가스의 다중 충돌(multiple hitting)이 어려워 소스가스의 사용 효율이 나쁘다.
이에 따라 최근에는 상술한 샤워 헤드 방식의 문제점을 해결하기 위하여 순회 파형(Traveling wave) 방식의 단원자층 증착 장치가 제안되었다.
도 3은 종래기술의 순회파형 방식의 원자층 증착 장치를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 순회파형 방식의 챔버(20)는 터널형상이며, 챔버(20)내 바닥에 웨이퍼(22)가 장착된 웨이퍼척(21)이 구비되고, 챔버(20)의 일측에 2종의 소스가스(A, B)가 주입 과정에서 반응하지 않도록 서로 격리된 두 개의 소스 가스 주입통로(23a, 23b)가 구비되며, 챔버(20)의 타측에는 소스가스를 배출하기 위한 펌프(24)가 구비된다.
상술한 순회파형 방식의 장치에서의 원자층 증착은, 제1소스가스(A)를 주입하여 웨이퍼(22)상에 제1원자층을 증착시킨 후에, 퍼지(Purge)가스를 주입하여 제1소스가스를 챔버(20) 외부로 배출시킨 뒤, 제2소스가스(B)를 주입하는 순회 파형 방식을 취하고 있다.
이에 따르면, 샤워 헤드 방식의 챔버에 비해 대형의 웨이퍼상에도 보다 균일한 박막을 증착시킬 수 있으며, 고집적 소자에서 요구되는 보다 얇은 막에서의 두께 제어와 그 균일성을 이룰 수 있게 된다. 또한, 소스가스와 웨이퍼의 다중 충돌에 의한 소스가스의 사용 효율이 높다.
그러나, 순회 파형 방식의 챔버는, 2종의 소스가스를 교대로 짧은 펄스 시간동안 웨이퍼 위로 균일하게 흘리는 역할을 하게 되는 소스가스 주입통로의 구조가 복잡하고 그 통로 단면적의 변화가 심해 주입되는 소스가스가 난류를 형성하기 쉬운 문제점이 지적되고 있다.
이와 같이 소스가스가 주입 과정에서 난류를 형성하게 되면, 웨이퍼 상에 증착되는 박막의 균일성이 저해된다.
또한, 소스가스 주입통로 상의 단면적 변화 부위나 구석 부위에서 소스가스가 일부 잔류될 수 있으며, 잔류된 소스가스는 뒤 이어 주입되는 다른 종류의 소스가스와 접촉하여 반응을 일으킴으로써 반응물질을 생성시키게 되고, 이는 웨이퍼 상에 결함을 발생시키게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 균일한 소스가스 공급 및 소스가스의 사용효율을 개선시키도록 하는데 적합한 소스공급장치 및 그를 구비한 단원자층증착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 단원자층 증착 방법을 도시한 공정도,
도 2는 종래기술의 제1예에 따른 단원자층 증착 장치를 도시한 도면
도 3은 종래기술의 제2예에 따른 단원자층 증착 장치를 도시한 도면,
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 단원자층 증착 장치를 도시한 도면,
도 4b는 도 4a의 소스가스공급부의 상세도,
도 5는 도 4b에 도시된 소스가스 공급부의 평면도,
도 6은 도 4에 도시된 소스가스 공급부의 제1예를 도시한 도면,
도 7은 도 4에 도시된 소스가스 공급부의 제2예를 도시한 도면,
도 8은 도 4에 도시된 소스가스 공급부의 제3예를 도시한 도면,
도 9는 도 4에 도시된 소스가스 방출부의 다른 예를 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
60 : 소스가스 공급부 61 : 소스가스 유입부
62 : 압력형성부 63 : 소스가스 방출부
A1,A2,A3 : 소스가스 유입라인
B1,B2,B3 : 압력형성라인
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단원자층증착 장치의 소스공급장치는 수직으로 소스가스가 유입되는 유입수단, 상기 유입수단으로부터 소정 각도를 갖고 굴곡지면서 상기 유입수단을 통과한 상기 소스가스에 압력을 가하는 압력형성수단, 및 상기 압력형성수단을 통과한 소스가스를 웨이퍼를 향해 방출시키되, 상기 웨이퍼에 균일하게 소스가스가 방출되도록 조절된 각도를 갖는 방사형 방출수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
바람직하세, 상기 방사형 방출수단은, 방출된 상기 소스가스의 방향을 상기 소스가스와 상기 웨이퍼의 충돌시 튀어나오는 반발력을 최소화하는 각도로 조절하는 원추형 형태인 것을 특징으로 하며, 또한 상기 방사형 방출수단은 방출된 상기 소스가스의 방향을 상기 소스가스와 상기 웨이퍼의 충돌시 튀어나오는 반발력을 최소화하는 각도로 조절하는 반구형 형태인 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 단원자층 증착 방법은 챔버내에 막증착이 이루어질 웨이퍼를 로딩시키는 단계, 상기 챔버내에 수직방향으로 관통된 소스가스유입라인을 통해 소스가스를 유입시키는 단계, 상기 소스가스유입라인을 통해 유입되는 상기 소스가스를 굴곡진 압력형성라인으로 통과시키는 단계, 및 상기 압력형성라인을 통과한 상기 소스가스를 방사형방출수단을 통해 상기 웨이퍼로 방출시켜 상기 웨이퍼상에 단원자층을 증착시키는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명에서는 균일한 소스가스의 공급을 위한 샤워헤드의 개념과 소스가스의 사용 효율을 극대화하기 위하여 소스가스와 웨이퍼의 다중 충돌을 가능하게 하는 준층류방식의 개념을 결합한 단원자층 증착 장치를 제공한다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 단원자층 증착 장치를 도시한 도면이고, 도 4b는 도 4a의 소스가스가 방출되는 소스가스공급부와 웨이퍼의 상세도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 단원자층 증착이 이루어지는 챔버(30), 웨이퍼(50)가 장착된 웨이퍼척(40)이 챔버(30)의 바닥(30a)에 구비되고, 웨이퍼척(40) 위쪽의 챔버(30)의 천정(30b)에 웨이퍼척(40)에 대향하는 방사형 소스가스공급부(60)가 구비된다.
여기서, 방사형 소스가스공급부(60)는 챔버(30)의 천정(30b) 중앙에 위치해 있으며, 방사형 소스가스공급부(60)를 통해 웨이퍼(40) 위로 소스 가스가 유입된다.
그리고, 도 4b에 도시된 바와 같이, 방사형 소스가스 공급부(60)는 소스가스 유입부(61), 압력 형성부(62), 소스가스 방출부(63)로 이루어지며, 소스가스 방출부(63)는 원뿔형(circular cone) 튜브(tube) 또는 반구형(hemisphere) 튜브 구조이되 소스가스를 방출하기 위한 방출구멍(64)이 다수개 구비되어 방사 형태를 이룬다.
여기서, 원통형 소스가스유입부(61)의 축으로부터 소정 거리 이격된 원주를 따라 세 개의 소스가스 유입라인들(A1, A2, A3)이 소정 각도 예컨대, 120°의 각도를 갖고 이격되면서 소스가스유입부(61)를 수직으로 관통하고, 수직으로 관통된 소스가스 유입라인들(A1, A2, A3)이 수평 방향 또는 그 이상의 각도로 굴곡되어 압력형성부의 압력형성라인(B1, B2, B3)을 이루며, 이와 같은 압력형성라인들(B1, B2, B3)은 소스가스방출부(63)의 입구를 향해 그 출구가 개방되어 있다.
예컨대, 원뿔형 튜브인 경우 원(circular)인 내측부와 외측부의 상단이 압력형성라인을 통과한 소스가스들이 흐르도록 소스가스유입부(61)의 하단에 밀봉 결합되고, 다수의 방출구멍(64)이 옆면 및 꼭지점에 다수 분포한다.
반면, 반구형 튜브인 경우, 원인 내측부와 외측부의 상단이 압력형성라인을 통과한 소스가스들이 흐르도록 소스가스유입부(61)의 하단에 밀봉 결합되고, 다수의 방출구멍(64)이 구면 및 극점에 다수 분포한다.
바람직하게, 원뿔형 및 반구형인 소스가스 방출부(63)의 방출구멍(64)은 웨이퍼(50)를 향하고 있으며, 압력형성부(62)에서 형성된 압력에 의해 소스가스를 챔버(30)내로 방출시키는 소스가스 방출부(63)는 방출된 소스가스의 흐름 방향이 소스가스와 웨이퍼(50)의 충돌시 튀어 나오는 반발력을 최소화할 수 있는 각도로 조절된다.
마지막으로, 웨이퍼척(40) 둘레의 챔버(30) 바닥(30a)에 유입된 소스 가스가 유출되는 펌핑 포트(70)가 구비된다.
도 5는 도 4b에 도시된 방사형 소스가스 공급부의 평면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 방사형 소스가스 공급부(60)는 원통형 소스가스유입부(61)의 축으로부터 소정 거리 이격된 원주를 따라 세 개의 소스가스 유입라인들(A1, A2, A3)이 소정 각도 예컨대, 120°의 각도를 갖고 이격되면서 소스가스유입부(61)를 수직으로 관통하고, 소스가스 유입라인들(A1, A2, A3)이 수평 방향 또는 그 이상의 각도로 굴곡되어 압력형성라인(B1, B2, B3)을 이루며, 이와 같은 압력형성라인들(B1, B2, B3)은 소스가스 방출부(63)를 향해 그 출구가 개방되어 있다.
여기서, 소스가스유입라인들(A1, A2, A3)들은 적용되는 소스가스의 수에 따라 구비될 것이며, 따라서 압력형성라인(B1,B2,B3)도 이러한 소스가스유입라인들에 대응하여 구비될 것이다.
그리고, 소스가스방출부(63)는 최대한 웨이퍼(50)에 균일하게 소스가스가 방출되도록 조절된 각도를 가진다. 즉, 종래 샤워헤드와 같이 소스가스가 방출되는 부분이 평면이라면, 균일한 소스가스 공급이 어려울 것이다. 그리고, 방출구멍(64)은 원형, 삼각형 및 사각형일 수 있다.
한편, 압력형성부와 소스가스방출부는 일체형이거나 또는 압력형성부와 소스가스방출부가 분리되고, 소스가스유입라인들에 하나의 소스가스가 유입되거나 또는 다수의 소스가스가 동시에 유입될 수 있다.
도 6은 도 4에 도시된 소스가스 공급부의 제1예를 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 소스가스 공급부(60)는 소스가스유입부(61)를 수직으로 관통하는 소스가스 유입라인들(A1,A2,A3)이 90°의 각도로 굴곡되어 압력형성라인(B1,B2,B3)이 형성된다.
그리고, 원추형 튜브 구조를 갖는 소스가스 방출부(63)는 내측부와 외측부로 이루어지고 튜브의 상단부가 압력형성라인(B1,B2,B3)의 끝단에 결합되어 압력형성라인(B1,B2,B3)을 통과한 소스가스들이 내측부와 외측부 사이의 공간으로 흐르도록한다.
그리고, 소스가스 방출부(63)는 소스가스가 방출되는 다수의 방출구멍(74)을 갖는다. 이 때, 방출구멍(64)은 원형, 삼각형, 사각형일 수 있다.
도 7은 도 4에 도시된 소스가스 공급부의 제2예를 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 소스가스 공급부(60)는 소스가스유입부(61)를 수직으로 관통하는 소스가스 유입라인들(A1,A2,A3)이 60°의 각도로 굴곡되어 압력형성라인(B1,B2,B3)이 형성된다.
그리고, 원추형 튜브 구조를 갖는 소스가스 방출부(63)는 내측부와 외측부로 이루어지고 튜브의 상단부가 압력형성라인(B1,B2,B3)의 끝단에 결합되어 압력형성라인(B1,B2,B3)을 통과한 소스가스들이 내측부와 외측부 사이의 공간으로 흐르도록 한다.
그리고, 소스가스 방출부(63)는 소스가스가 방출되는 다수의 방출구멍(64)을 갖는데, 방출구멍(64)은 원형, 삼각형, 사각형일 수 있다.
도 8은 도 4에 도시된 소스가스 공급부의 제3예를 도시한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 소스가스 공급부(60)는 소스가스유입부(61)를 수직으로 관통하는 소스가스 유입라인들(A1,A2,A3)이 120°의 각도로 굴곡되어 압력형성라인(B1,B2,B3)이 형성된다.
그리고, 원추형 튜브 구조를 갖는 소스가스 방출부(63)는 내측부와 외측부로 이루어지고 튜브의 상단부가 압력형성라인(B1,B2,B3)의 끝단에 결합되어 압력형성라인(B1,B2,B3)을 통과한 소스가스들이 내측부와 외측부 사이의 공간으로 흐르도록한다.
그리고, 소스가스 방출부(63)는 소스가스가 방출되는 다수의 방출구멍(64)을 갖는데, 방출구멍(64)은 원형, 삼각형, 사각형일 수 있다.
상술한 소스가스공급부의 제1, 2 및 제3예에 도시된 것처럼, 수직으로 유입되는 소스가스들이 90°,60°,120°의 다양한 각도로 굴곡된 압력형성라인(B1,B2,B3)을 통과한 후, 원추형 소스가스 방출부(63)의 방출구멍(64)을 통해 방출되므로 균일한 소스가스의 공급이 가능하다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 소스가스방출부의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 도 6 내지 도 8에 도시된 원추형과는 다르게, 소스가스방출부가 반구형 형태를 갖는다.
즉, 내측부와 외측부로 이루어진 튜브구조를 갖는 반구형 소스가스방출부는 압력형성라인을 통과한 소스가스들을 방출하기 위한 방출구멍()이 다수개 구비되며, 내측부와 외측부 사이의 공간을 흐르는 소스가스들이 균일하게 웨이퍼를 향해 방출된다.
도 4에 도시된 단원자층 증착 장치의 동작원리에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저 소스가스는 소스가스유입부(61)를 통해 수직방향으로 유입되어 압력형성부(62)로 유입될 때는 소정 각도를 가지며 유입된다. 바람직하게는, 수평(90°) 또는 그 이상의 각도로 유입이 되도록 하는데, 그 이유는 소스가스가 소스가스방출부(63)에서 방출될 때의 소스가스의 흐름방향이 소스가스유입부(61)로 유입되는 소스가스의 흐름에 의존하지 않고 최대한 압력형성부(62)에서 형성된 압력에 의해 소스가스방출부(63)에서 균일하게 방출되도록 하기 위함이다.
만약 압력형성부(62) 없이 수직 방향으로만 유입되는 경우, 소스가스 유입부(61)로부터 멀리 떨어진 소스가스 방출부(63)에서는 적은 양의 소스가스만이 방출되어 소스가스의 균일한 공급이 어렵다.
결국, 소스가스유입부(61)로부터 유입된 소스가스가 압력형성부(62)를 지나도록 하므로써, 소스가스 유입부(61)로부터 멀리 떨어진 방출구멍(64)이나 가까운 방출구멍(64)이나 모두 균일한 소스가스의 방출량을 갖도록 한다.
한편, 압력형성부(62)에서 형성된 압력에 의해 소스가스를 챔버(30)내로 방출시키는 소스가스 방출부(63)는 방출된 소스가스의 흐름 방향을 소스가스와 웨이퍼(50)의 충돌시 튀어 나오는 반발력을 최소화할 수 있도록 각도로 조절하는데, 이등변삼각형 또는 반구형의 모양을 한다.
즉, 소스가스 방출부(63)는 축과 밑면(원)의 각도가 수직이며 꼭지점에서 원주에 이르는 길이(즉 모선의 길이)가 모두 같은(이등변삼각형) 직원뿔을 이용하거나, 또는 반구를 이용한다.
만약, 축과 밑면의 각도가 수직이 아닌(모선의 길이가 서로 다름) 빗원뿔을 이용하는 경우에는 일측 옆면과 타측 옆면의 경사각이 다르기 때문에 소스가스의 방출 압력이 서로 다르며, 결국 웨이퍼에 충돌되는 소스가스량이 달라 균일한 소스가스 공급이 어렵다.
그리고, 소스가스 방출부(63)의 방출구멍(64)은 소스가스의 방출을 위한 것으로, 웨이퍼(50)의 크기에 따라 원형, 삼각형, 사각형 등 다양한 형태를 가진다.
전술한 바와 같은 소스가스공급부(60)에 의해 소스가스를 챔버(30)에 공급할 경우 압력형성부(62)로 공급되는 소스가스의 방향에 대한 영향을 최소화하면서 균일하게 소스가스를 공급할 수 있으며, 또한 소스가스 방출부(63)의 기하학적인 모양을 각도를 주어 원뿔형 또는 반구형으로 제작하므로써 웨이퍼(50) 전면에 소스를 균일하게 공급할 수 있고, 특히 소스가스와 웨이퍼(50)의 충돌에 의한 되튀김 현상을 최소화하므로써 다중 충돌을 유도하여 소스가스의 사용 효율을 극대화할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 단원자층 증착장치를 이용하여 증착되는 단원자층박막으로는 Al, Cu, Ti, Ta, Mo, Pt, Ru, Ir, W 및 Ag로 이루어진 그룹중에서 선택된 어느 하나의 단일 성분계 박막, Al2O3, TiO2, HfO2, Ta2O5, Nb2O5, CeO2, Y2O3, SiO2, In2O3, RuO2, IrO2, SrTiO3, PbTiO3, SrRuO3, CaRuO3, (Ba, Sr)TiO3, Pb(Zr, Ti)O3, (Pb,La)(Zr,Ti)O3, (Sr, Ca)Ru03, (Ba,Sr)RuO3, Sn이 도핑된 In2O3, Fe이 도핑된 In2O3, Zr이 도핑된 In2O3, SiN, NbN, ZrN, TiN, TaN, Ya3N5, AlN, GaN, WN ,BN, WBN, WSiN, TiSiN, TaSiN, AlSiN 및 AlTiN으로 이루어진 그룹중에서 선택된 어느 하나의 다성분계 박막이다.
그리고, 압력형성부(62)는 바람직하게, 서스(SUS), Al, Ti나 부식방지를 위해 이들의 재료를 코팅(Coating)한 물질을 이용한다.
상술한 효과에 의해 본 발명의 방사형 소스공급부는 단원자층 증착장치는 물론 화학기상증착장치를 포함한 반도체 제조 공정에 적용되는 모든 장치의 소스가스 공급장치로 적용 가능하다.
한편, 상술한 방사형 소스공급부를 이용한 박막의 증착 방법을 간략히 설명하면, 먼저 챔버내에 막증착이 이루어질 웨이퍼를 로딩시킨 후 챔버내에 소스가스유입라인을 통해 소스가스를 유입시킨다.
다음에, 수직방향으로 관통된 소스가스유입라인을 통해 유입되는 소스가스에 압력을 주어, 즉 수평방향으로 굴곡진 압력형성라인으로 소스가스를 통과시킨다.
다음에, 흐름방향과 압력이 변화된 소스가스를 소스가스방출부를 통해 웨이퍼로 방출시켜 웨이퍼상에 소스가스가 흡착된 단원자층을 증착한다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명은 샤워헤드형이나 층류방식의 소스가스 공급장치가 가질 수 없는 균일한 소스가스 공급 및 높은 소스가스 사용 효율을 확보할 수 있어 단원자층 증착 공정에 의해 BST, STO, Ta2O5등의 다성분계 산화물 박막을 균일하게 형성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 수직으로 소스가스가 유입되는 유입수단;
    상기 유입수단으로부터 소정 각도를 갖고 굴곡지면서 상기 유입수단을 통과한 상기 소스가스에 압력을 가하는 압력형성수단; 및
    상기 압력형성수단을 통과한 소스가스를 웨이퍼를 향해 방출시키되, 상기 웨이퍼에 균일하게 소스가스가 방출되도록 조절된 각도를 갖는 방사형 방출수단
    을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 단원자층증착장치의 소스공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방사형 방출수단은, 방출된 상기 소스가스의 방향을 상기 소스가스와 상기 웨이퍼의 충돌시 튀어나오는 반발력을 최소화하는 각도로 조절하는 원추형 형태인 것을 특징으로 하는 단원자층증착장치의 소스공급장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사형 방출수단은, 방출된 상기 소스가스의 방향을 상기 소스가스와 상기 웨이퍼의 충돌시 튀어나오는 반발력을 최소화하는 각도로 조절하는 반구형 형태인 것을 특징으로 하는 단원자층증착장치의 소스공급장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사형 방출수단은 소스가스가 방출되는 방출구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 단원자층증착장치의 소스공급장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력형성수단과 상기 방사형 방출수단은 일체형인 것을 특징으로 하는 단원자층증착장치의 소스공급장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력형성수단과 상기 방사형 방출수단은 분리형인 것을 특징으로 하는 단원자층증착장치의 소스공급장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력형성수단과 상기 유입수단은 90°보다 같거나 크고 180°보다 작은 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 단원자층증착장치의 소스공급장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입수단으로부터 하나의 소스가스만 들어오거나 또는 다수의 소스가스가 동시에 유입되는 것을 특징으로 하는 단원자층증착장치의 소스공급장치.
  9. 챔버내에 막증착이 이루어질 웨이퍼를 로딩시키는 단계;
    상기 챔버내에 수직방향으로 관통된 소스가스유입라인을 통해 소스가스를 유입시키는 단계;
    상기 소스가스유입라인을 통해 유입되는 상기 소스가스를 굴곡진 압력형성라인으로 통과시키는 단계; 및
    상기 압력형성라인을 통과한 상기 소스가스를 방사형 방출수단을 통해 상기 웨이퍼로 방출시켜 상기 웨이퍼상에 단원자층을 증착시키는 단계
    를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 단원자층 증착 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 소스가스로는 Ta, Ti, Al, Sr, W, Ga, Ni, B, P 및 In로 이루어진 그룹중에서 선택되는 하나 또는 이들의 혼합가스를 이용함을 특징으로 하는 단원자층 증착 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 소스가스로는 H2O, NH3및 O3로 이루어진 그룹중에서 선택되는 하나 또는 이들의 혼합가스를 이용함을 특징으로 하는 단원자층 증착 방법.
KR10-2001-0075119A 2001-11-29 2001-11-29 소스공급장치를 구비한 단원자층증착장치 및 그를 이용한단원자층 증착방법 KR100436047B1 (ko)

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