KR100508755B1 - Method of forming a thin film having a uniform thickness in a semiconductor device and Apparatus for performing the same - Google Patents

Method of forming a thin film having a uniform thickness in a semiconductor device and Apparatus for performing the same Download PDF

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Abstract

반도체 박막의 두께를 균일하게 형성하기 위한 방법 및 이를 위한 장치가 개시되어 있다. 공정챔버 내의 제 1 방향으로 박막형성에 필요한 가스를 도입하여 제 1 박막을 형성한다. 상기 제 1 박막상에 상기 제 1 방향과 반대로 상기 가스를 도입하여 상기 제1 박막의 두께의 불균일성을 보상할 수 있는 제 2 박막을 형성한다. 이와 같은 공정을 반복적으로 수행하여 균일한 두께를 가진 박막을 형성할 수 있다.A method and apparatus for forming the semiconductor thin film uniformly are disclosed. A gas required for thin film formation is introduced in a first direction in the process chamber to form a first thin film. The gas may be introduced onto the first thin film in a direction opposite to the first direction to form a second thin film capable of compensating for nonuniformity in the thickness of the first thin film. Such a process may be repeatedly performed to form a thin film having a uniform thickness.

Description

균일한 두께의 박막을 형성하기 위한 방법 및 이를 위한 장치{Method of forming a thin film having a uniform thickness in a semiconductor device and Apparatus for performing the same}Method of forming a thin film having a uniform thickness in a semiconductor device and Apparatus for performing the same

본 발명은 화학기상증착법(CVD, chemical vapor deposition) 및 원자층증착법(ALD, atomic layer deposition)과 이를 수행하는 데 적합한 장치에 관한 것으로 더욱 자세하게는 반도체 장치에서 균일한 막을 형성하기 위한 방법 및 이를 수행하는 데 적합한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to chemical vapor deposition (CVD) and atomic layer deposition (ALD) and to a device suitable for carrying out the same, and more particularly, to a method for forming a uniform film in a semiconductor device and to perform the same. A device suitable for doing so.

웨이퍼의 대구경화와 함께 생산성의 재고 및 낮은 소비전력을 얻기 위해 소자의 디자인 룰은 축소되고, 이에 따라 반도체 장치의 밀집도는 증가하는 추세이다. 이러한 밀집도의 증가에 대응하기 위해 박막을 형성하는 기술이 꾸준히 개발되어 왔다. 상기 박막을 형성하는 기술로는 화학기상증착법과 원자층증착법으로 대별할 수 있는데, 특히 최근에는 원자층 단위로 박막 형성을 제어하는 원자층증착기술이 다수 개발되어 왔으며, 화학기상증착법 또한 양산공정에서 필수적인 공정으로 여전히 사용되고 있다.In order to obtain a large inventory of wafers and a low inventory of productivity and low power consumption, the design rule of the device is reduced, thereby increasing the density of semiconductor devices. In order to cope with such an increase in density, a technology of forming a thin film has been steadily developed. The thin film forming technology can be roughly classified into chemical vapor deposition and atomic layer deposition. In particular, in recent years, many atomic layer deposition techniques for controlling thin film formation in atomic layer units have been developed. It is still used as an essential process.

화학기상증착법은 기체 상태 또는 플라즈마 상태의 전구체(precursor)를 웨이퍼 표면으로 이동시켜 웨이퍼 표면상의 화학반응에 의해 고체상태의 핵(nuclei)이 형성되고, 핵이 성장하여 박막을 형성하는 공정이다. Chemical vapor deposition is a process in which a precursor in a gaseous or plasma state is moved to a wafer surface to form a solid nuclei by a chemical reaction on the wafer surface, and the nucleus is grown to form a thin film.

이를 수행하기 위한 화학기상증착 배기부의 형태는 크게 2가지로 나뉜다. There are two main types of chemical vapor deposition exhausts to accomplish this.

첫째는 챔버의 중앙부 상단으로부터 공정가스를 도입하여 샤워헤드를 통하게 하여 공정가스를 웨이퍼 전체에 균일하게 분포시키는 것이다. 상기 타입의 배기부는 웨이퍼 표면 전체에 균일하게 공정가스를 분포시키는 장점이 있으나, 배기부가 챔버의 측면에 위치하여야 하므로 화학반응의 기체상태의 부산물 및 불순물들이 균일하게 제거되지 않아 박막의 특성을 저하시키는 원인이 된다.The first is to introduce process gas from the top of the center of the chamber and through the shower head to distribute the process gas uniformly throughout the wafer. This type of exhaust has the advantage of uniformly distributing the process gas over the entire surface of the wafer, but since the exhaust should be located on the side of the chamber, gaseous by-products and impurities of the chemical reaction are not uniformly removed, thereby degrading the characteristics of the thin film. Cause.

둘째는 챔버의 측면에서부터 웨이퍼 표면에 수평하게 공정가스의 도입하는 형태로서 공정가스를 특정의 일방향으로 플로우시켜서 박막을 형성한다. 상기 타입은 공정가스가 도입되는 가스공급부 근처에서는 막이 두껍게 형성되고, 상기 가스공급부로부터 멀어질수록 막이 얇게 형성되는 문제가 발생한다. 이러한 박막 두께의 불균일성은 로딩 효과(loading effect)를 일으킨다. 즉, 박막의 증착 공정후 패턴을 형성하기 위한 에칭공정이 수행되는데, 상기 에칭공정시 박막의 두께에 따라 에칭 속도와 에칭 프로파일의 불균일이 발생한다. 이에 따라 과식각되는 부분이 발생하여 반도체 장치의 특성 불량을 야기하는 원인이 된다. Second, the process gas is introduced horizontally from the side of the chamber to the wafer surface to form the thin film by flowing the process gas in a specific one direction. In this type, a thicker film is formed near the gas supply unit into which the process gas is introduced, and a thinner film is formed as the distance from the gas supply unit increases. This non-uniformity of thin film thickness causes a loading effect. That is, an etching process for forming a pattern after the deposition process of the thin film is performed, and the etching rate and the etching profile are nonuniform depending on the thickness of the thin film during the etching process. As a result, an over-etched portion may occur, which may cause a defect in characteristics of the semiconductor device.

원자층증착법은 소스가스를 웨이퍼 표면에 흡착한 다음, 상기 웨이퍼 표면을 퍼지가스로 퍼지시키고, 반응가스를 도입하여 소스가스와 화학반응을 일으켜서 원자층을 형성한다. 반응이 종료되면 퍼지가스를 이용하여 미반응물과 불순물을 퍼지시킨다. 결국 상기 원자층증착법을 사용하면 박막형성을 원자단위에서 제어할 수 있으며 박막의 두께를 보다 정밀하게 제어할 수 있어 패턴의 밀도가 높은 경우, 어스펙트비의 개선을 꾀할 수 있다. In atomic layer deposition, a source gas is adsorbed onto a wafer surface, and then the wafer surface is purged with a purge gas, and a reaction gas is introduced to cause a chemical reaction with the source gas to form an atomic layer. After the reaction is completed, the unreacted material and impurities are purged using purge gas. As a result, the atomic layer deposition method can control the formation of the thin film in atomic units, and the thickness of the thin film can be controlled more precisely, so that the aspect ratio can be improved when the pattern density is high.

원자층증착법을 수행하는 배기부에 있어서, 샤워헤드를 사용하는 타입에서는 배기부가 챔버의 측면에 위치하여야 하므로 상기 화학기상증착에서와 같이 반응에 따른 부산물, 미반응물 및 불순물이 균일하게 제거되지 않는 문제점을 가지며, traveling wave 타입에서는 가스공급의 방향이 웨이퍼 표면과 평행하며, 미반응가스 및 불순물을 퍼지하는 방향 또한 상기 가스공급 방향과 동일하여 퍼지공정이 원활하게 이루어지는 장점이 있으나, 가스공급부와 가까운 곳과 먼 곳 사이에 박막의 두께의 불균일을 가져오는 문제를 안고 있다. In the exhaust part performing the atomic layer deposition method, since the exhaust part should be located at the side of the chamber in the type using the shower head, the by-products, unreacted substances and impurities due to the reaction are not uniformly removed as in the chemical vapor deposition. In the traveling wave type, the direction of gas supply is parallel to the wafer surface, and the direction of purging unreacted gas and impurities is also the same as the gas supply direction, so that the purge process is smooth, but close to the gas supply part. It has a problem of bringing uneven thickness of thin film between and far away.

이러한 문제점들을 해결하기 위해 여러 방법들이 개발되어 왔다.Several methods have been developed to solve these problems.

첫째는 충분한 반응물을 공급하고 퍼지하는 것이다. 즉, 원자층증착에서 총 주기 시간(total cycle time)을 증가시켜서 웨이퍼 전체에 반응물이 충분히 공급되게 한다. 그러나 이 경우에는 단위 공정시간이 증가하여 당해 공정의 쓰루풋(throughput: 단위 시간당 공정완성량)의 감소를 가져오기 때문에 실제의 제품생산 공정에 적용하기에는 무리이다.The first is to supply and purge sufficient reactant. In other words, the total cycle time is increased in atomic layer deposition so that the reactants are sufficiently supplied throughout the wafer. In this case, however, the unit process time increases, which leads to a decrease in throughput of the process, which is not suitable for the actual production process.

둘째는 반응부에서 웨이퍼를 지지하는 지지대를 회전시키는 것이다. 이 방법을 사용하면 박막의 두께 균일성(uniformity)을 얻을 수 있고 미반응가스 및 불순물의 퍼지에도 문제가 없으나, 상기 지지대를 일정한 선속도로 회전시키기 위한 모터 시스템을 추가로 채용하여야 하며, 특히 복엽식(multi wafer type)이나 웨이퍼 카세트를 회전시켜야 할 경우에는 다수개의 모터 시스템을 채용하거나, 모터 시스템의 파워가 상당히 커야 한다. 모터시스템의 파워가 커지면 배기부 전체의 진동이 발생하여 해당 공정을 수행하는데, 많은 제약을 가져오게 된다.The second is to rotate the support that supports the wafer in the reaction section. Using this method, the thickness uniformity of the thin film can be obtained and there is no problem in purging of unreacted gas and impurities, but an additional motor system for rotating the support at a constant linear speed should be employed. If a multi wafer type or wafer cassette needs to be rotated, multiple motor systems must be employed or the motor system must be quite large in power. When the power of the motor system increases, vibration of the entire exhaust portion is generated, which causes a lot of constraints.

셋째는 반응물을 서로 반대방향으로 플로우시키는 것이다. 즉 소스가스의 공급 및 퍼지는 제 1 방향으로 하고, 반응가스의 공급 및 퍼지는 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 한다. 이렇게 하여 제 1 원자층의 증착이 완료되면 상기 공정을 동일하게 반복한다. 그러나 이러한 방법은 각각 다른 종류의 가스를 각각 다른 배기부로 퍼지하여 빠른 배기를 실현할 수 있으며, 박막 형성시 잔존하는 불순물을 효과적으로 제거할 수 있으나 박막의 균일성을 확보하는 수단은 될 수 없다. 즉 상기 방법에 따르면 가스가 플로우되는 방향에 따라서 소스가스의 과잉 및 반응가스의 부족, 또는 소스가스의 부족 및 반응가스의 과잉을 초래하여 균일한 박막 두께를 얻을 수 없게 된다. The third is to flow the reactants in opposite directions. In other words, the supply and purge of the source gas are in the first direction, and the supply and purge of the reaction gas are in the second direction opposite to the first direction. In this way, when the deposition of the first atomic layer is completed, the process is repeated in the same manner. However, such a method can purge different kinds of gases to different exhaust parts, thereby realizing rapid exhaustion, and effectively remove impurities remaining during thin film formation, but cannot be a means of securing the uniformity of the thin film. That is, according to the above method, an excessive thinning of the source gas and a shortening of the reaction gas, or a shortage of the source gas and an excessive amount of the reactant gas are caused according to the direction in which the gas flows, thereby making it impossible to obtain a uniform thin film thickness.

도 1a 내지 도 1d 는 상기 가스들의 진행방향에 따른 박막의 두께를 나타낸다. 상술한 종래 기술들을 사용할 경우, 도 1b 내지 도 1d 에서 나타난 바와 같은 박막의 두께를 가지게 된다. 상기 도 1b 내지 도 1d 중 어느 형태를 가지는 가는 증착가스의 종류, 온도, 압력, 및 공정수행 시간 등에 따라 결정된다.1A to 1D show the thickness of a thin film along a traveling direction of the gases. When using the above-described prior art, it has a thickness of the thin film as shown in Figure 1b to 1d. It is determined according to the type, temperature, pressure, process execution time, etc. of the thin deposition gas having any of the above-described form of FIGS. 1B to 1D.

따라서 도 1a 와 같이 증착가스의 진행방향에 영향을 받지 않고 균일한 두께의 박막을 형성하는 것은 반도체 장치의 특성을 개선하고, 불량률의 감소를 위해 필수적으로 요청된다 할 것이다.Therefore, as shown in FIG. 1A, forming a thin film having a uniform thickness without being affected by the direction of deposition gas will be required to improve the characteristics of the semiconductor device and to reduce the defective rate.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서,본 발명의 제 1 목적은 균일한 박막 두께를 얻기 위한 화학기상증착 방법을 제공하는 것이다. Therefore, the present invention is designed to solve the above problems, the first object of the present invention is to provide a chemical vapor deposition method for obtaining a uniform thin film thickness.

본 발명의 제2의 목적은 상기 화학 기상 증착 방법을 수행하는 데 적합한 화학 기상 증착 장치를 제공하는데 있다.It is a second object of the present invention to provide a chemical vapor deposition apparatus suitable for performing the chemical vapor deposition method.

본 발명의 제 3 목적은 균일한 박막 두께를 얻기 위한 원자층증착 방법을 제공하는 것이다.It is a third object of the present invention to provide an atomic layer deposition method for obtaining a uniform thin film thickness.

본 발명의 제 4의 목적은 상기 원자층 증착 방법을 실현하는 데 적합한 원자층 증착 장치를 제공하는데 있다. It is a fourth object of the present invention to provide an atomic layer deposition apparatus suitable for realizing the above atomic layer deposition method.

상기 제 1 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반응 공간내의 기판에 수평인 제 1 방향으로 제 1 공정가스를 도입하여 기판 표면에 제 1 박막을 형성하는 단계; 및 상기 기판에 수평이며 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 제 2 공정가스를 도입하여 상기 제 1 박막 표면에 제 2 박막을 형성하는 단계를 포함하는 화학기상증착 방법을 제공한다.The present invention for achieving the first object, the step of forming a first thin film on the surface of the substrate by introducing a first process gas in a first direction horizontal to the substrate in the reaction space; And forming a second thin film on the surface of the first thin film by introducing a second process gas in a second direction horizontal to the substrate and opposite to the first direction.

본 발명의 제2의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기판을 수용하는 반응 공간을 구비하는 챔버; 상기 기판에 수평인 제 1 방향으로 제 1 공정가스를 도입하기 위한 제 1 가스공급부; 및 상기 기판에 수평이며 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 제 2 공정가스를 도입하기 위한 제 2 가스공급부를 포함하는 화학 기상 증착 장치를 제공한다. In order to achieve the second object of the present invention, the present invention is a chamber having a reaction space for receiving a substrate; A first gas supply unit for introducing a first process gas in a first direction horizontal to the substrate; And a second gas supply unit for introducing a second process gas in a second direction horizontal to the substrate and opposite to the first direction.

상기 제 3 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반응 공간내의 기판에 수평인 제 1 방향으로 제 1 소스가스를 도입하여 상기 기판의 표면에 상기 제 1 소스가스를 흡착하는 단계; 상기 제 1 방향으로 제 1 퍼지가스를 이용하여 미흡착된 상기 제 1 소스가스를 퍼지하는 단계; 상기 제 1 방향으로 제 1 반응가스를 도입하여 상기 기판의 표면에 흡착된 상기 제 1 소스가스와 상기 제 1 반응가스를 반응시켜 제 1 원자층을 형성하는 단계; 상기 제 1 방향으로 제 2 퍼지가스를 이용하여 반응 부산물 및 미반응된 상기 제 1 반응가스를 퍼지하는 단계; 상기 기판에 수평이며 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 제 2 소스가스를 도입하여 상기 제 1 원자층 표면에 상기 제 2 소스가스를 흡착하는 단계; 상기 제 2 방향으로 제 3 퍼지가스를 이용하여 미흡착된 상기 제 2 소스가스를 퍼지하는 단계; 상기 제 2 방향으로 제 2 반응가스를 도입하여 상기 제 1 원자층에 흡착된 상기 제 2 소스가스와 상기 제 2 반응가스를 반응시켜 제 2 원자층을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 방향으로 제 4 퍼지가스를 이용하여 반응 부산물 및 미반응된 상기 제 2 반응가스를 퍼지하는 단계를 포함하는 원자층증착 방법을 제공한다.In order to achieve the third object, the present invention includes the steps of adsorbing the first source gas on the surface of the substrate by introducing a first source gas in a first direction horizontal to the substrate in the reaction space; Purging the unsorbed first source gas using the first purge gas in the first direction; Introducing a first reaction gas in the first direction to react the first source gas adsorbed on the surface of the substrate with the first reaction gas to form a first atomic layer; Purging reaction byproducts and unreacted first reaction gas using a second purge gas in the first direction; Adsorbing the second source gas to the surface of the first atomic layer by introducing a second source gas in a second direction horizontal to the substrate and opposite to the first direction; Purging the unadsorbed second source gas using a third purge gas in the second direction; Introducing a second reaction gas in the second direction to react the second source gas adsorbed on the first atomic layer with the second reaction gas to form a second atomic layer; And purging the reaction by-product and the unreacted second reaction gas using a fourth purge gas in the second direction.

본 발명의 제4의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판을 수용하는 반응 공간을 구비한 챔버; 상기 기판에 수평인 제 1 방향으로 제 1 소스가스, 제 1 반응가스, 제 1 퍼지가스 및 제 2 퍼지가스를 각각 도입하기 위한 제1 가스공급부; 상기 제 1 방향으로 상기 제 1 퍼지가스, 제 2 퍼지가스를 이용하여 미흡착 물질, 미반응 물질 및 불순물을 퍼지하기 위한 제 1 배기부; 상기 기판에 수평이며 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 제 2 소스가스, 제 2 반응가스, 제 3 퍼지가스 및 제 4 퍼지가스를 각각 도입하기 위한 제 2 가스공급부; 및 상기 제 2 방향으로 상기 제 3 퍼지가스, 제 4 퍼지가스를 이용하여 미반응 물질, 미흡착 물질 및 불순물을 퍼지하기 위한 제 2 배기부를 포함하는 원자층 증착 장치를 제공한다.In order to achieve the fourth object of the present invention, the present invention comprises a chamber having a reaction space for receiving a substrate; A first gas supply unit for introducing a first source gas, a first reaction gas, a first purge gas, and a second purge gas into a first direction horizontal to the substrate; A first exhaust unit for purging unadsorbed material, unreacted material and impurities using the first purge gas and the second purge gas in the first direction; A second gas supply unit for introducing a second source gas, a second reaction gas, a third purge gas, and a fourth purge gas into a second direction horizontal to the substrate and opposite to the first direction; And a second exhaust unit for purging the unreacted material, the unadsorbed material, and the impurities using the third purge gas and the fourth purge gas in the second direction.

특히 원자층증착법은 화학기상증착법과 같은 화학반응을 이용하는 것이지만, 각각의 가스가 챔버내에서 혼합되지 않고 한 가지씩 펄스로 플로우된다는 점에서 상기 화학기상증착법과 구별된다. 상기 원자층증착법을 사용하면 원자들이 증착 당시부터 안정된 위치를 차지하여, 후공정에서 박막의 결정화를 요할 경우 증착직후부터 어느정도 결정화가 이루어진 양상을 보이기 때문에 화학기상증착법에 비해 결정화 온도가 낮아지는 장점을 가진다. In particular, atomic layer deposition uses a chemical reaction such as chemical vapor deposition, but is distinguished from chemical vapor deposition in that each gas flows in one pulse without being mixed in the chamber. When using the atomic layer deposition method, the atoms occupy a stable position from the time of deposition, and when crystallization of the thin film is required in the post-process, the crystallization temperature is lowered compared to the chemical vapor deposition method because the crystallization is shown to some extent immediately after the deposition. Have

통상 원자층증착법은 공정수행을 위한 반도체 기판을 로딩하는 단계; 소스가스를 펄스의 형태로 공급하고 흡착하는 단계; 미흡착 소스가스를 퍼지하는 단계; 반응가스를 펄스 형태로 공급하여 원자층을 형성하는 단계; 및 미반응 반응가스를 퍼지하는 단계로 나눌 수 있다. 또한 이러한 공정의 반복으로 인하여 박막의 두께를 원자층 단위로 조절할 수 있으며, 그조절의 양상은 증착공정의 반복횟수를 조절하여 얻을 수 있다. In general, atomic layer deposition includes loading a semiconductor substrate for performing a process; Supplying and adsorbing the source gas in the form of a pulse; Purging unadsorbed source gas; Supplying the reaction gas in pulse form to form an atomic layer; And purging the unreacted reaction gas. In addition, the thickness of the thin film can be adjusted by atomic layer due to the repetition of the process, and the aspect of the control can be obtained by adjusting the number of repetitions of the deposition process.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

실시예 1Example 1

도 2 및 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학기상증착 방법을 설명하기위한 장치의 개략도 및 타이밍도(timing diagram)이다.2 and 3 are schematic and timing diagrams of an apparatus for explaining a chemical vapor deposition method according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 2 개의 방향으로 공정가스를 도입하는 화학기상증착 장치의 개략도이다. 도 2를 참조하면, 제 1 방향(105)으로 공정가스를 도입하기 위한 제 1 가스공급부(101)가 챔버(100)의 측면에 위치하며, 챔버(100)의 중심에서 상기 제 1 가스공급부(101)와 동일한 방향에 제 2 배기부(104)가 위치한다. 결국 챔버내에 도입된 웨이퍼에서 볼 때, 제 1 가스공급부(101)와 제 2 배기부(104)는 쌍으로 위치하게 된다. 제 2 방향(106)으로 공정가스를 도입하기 위한 제 2 가스공급부(103)는 제 1 가스공급부(101)와 마주보는 방향에 위치하며, 제 1 배기부(102)와 쌍으로 위치하게 된다.2 is a schematic diagram of a chemical vapor deposition apparatus for introducing a process gas in two directions. Referring to FIG. 2, a first gas supply unit 101 for introducing a process gas in a first direction 105 is located at a side of the chamber 100, and the first gas supply unit is formed at the center of the chamber 100. The second exhaust part 104 is located in the same direction as the 101. As a result, when viewed from the wafer introduced into the chamber, the first gas supply unit 101 and the second exhaust unit 104 are located in pairs. The second gas supply unit 103 for introducing the process gas in the second direction 106 is located in a direction facing the first gas supply unit 101 and is disposed in pairs with the first exhaust unit 102.

또한, 상기 챔버(100)는 도 2에서와 같은 사각형의 모양에 한정되지 않으며, 챔버내에 서로 마주보는 가스공급부들과 배기부들을 가진다면, 용이하게 본 발명을 실시할 수 있다.In addition, the chamber 100 is not limited to the shape of a rectangle as shown in FIG. 2, and if the chamber has gas supply parts and exhaust parts facing each other in the chamber, the present invention can be easily implemented.

도 3은 2개의 방향으로 공정가스를 도입하는 화학기상증착 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 3을 참조하면, 웨이퍼의 수평방향으로 제 1 가스 공급부로부터 공정가스가 제 1 방향으로 도입된다. 이때 웨이퍼 상면에서는 화학반응이 일어나서 소정의 두께를 가진 제 1 박막이 형성되며, 형성된 제 1 박막의 두께는 제 1 가스 공급부에 가까울수록 두꺼워진다. 계속해서, 제 2 가스 공급부로부터 공정가스가 상기 웨이퍼의 수평방향이면서 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 도입된다. 이때 상기 웨이퍼 표면에 형성된 제 1 박막 상면에서 화학반응이 일어나서 소정의 두께를 가진 제 2 박막이 형성된다. 상기 제 2 박막은 제 2 가스 공급부에 가까울수록 두꺼워지며, 결국 제 1 박막의 두께불균일를 보상하여 균일한 두께의 박막을 형성하게 된다.3 is a timing diagram for explaining a chemical vapor deposition method for introducing a process gas in two directions. Referring to FIG. 3, a process gas is introduced in a first direction from a first gas supply in a horizontal direction of a wafer. In this case, a chemical reaction occurs on the upper surface of the wafer to form a first thin film having a predetermined thickness, and the thickness of the formed first thin film becomes closer to the first gas supply part. Subsequently, a process gas is introduced from the second gas supply part in a second direction that is opposite to the first direction while being horizontal in the wafer. At this time, a chemical reaction occurs on the upper surface of the first thin film formed on the wafer surface to form a second thin film having a predetermined thickness. As the second thin film is closer to the second gas supply part, the second thin film becomes thicker, and thus, a thin film having a uniform thickness is formed by compensating for thickness unevenness of the first thin film.

제 1 방향으로 공정가스가 도입되는 시간은 t1이며, 제 2 방향으로 공정가스 가 도입되는 시간은 t2이다. 상기 시간 t1, t2 는 세부적인 공정상황에 따라 가변적이며, 당업자라면 용이하게 변경하여 적용할 수 있는 변수이다. 또한 상기 공정은 반복하여 수행될 수 있음을 알 수 있다.The time in which the process gas is introduced in the first direction is t 1 , and the time in which the process gas is introduced in the second direction is t 2 . The times t 1 and t 2 are variable according to the detailed process conditions, and are variables that can be easily changed and applied by those skilled in the art. It can also be seen that the process can be performed repeatedly.

실시예 2 Example 2

도 4 및 도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학기상증착 방법을 설명하기위한 배기부의 개략도 및 타이밍도(timing diagram)이다. 4 and 5 are schematic and timing diagrams of an exhaust unit for explaining a chemical vapor deposition method according to a second embodiment of the present invention.

도 4는 4개의 방향으로 공정가스를 도입하여 균일 두께의 박막을 형성하기 위한 장치의 개략도이다. 도 4을 참조하면, 제 1 방향(110)으로 공정가스를 도입하기 위한 제 1 가스공급부(도시하지 않음)가 챔버의 측면에 위치하며, 챔버의 중심에서 상기 제 1 가스공급부와 동일한 방향에 제 3 배기부(도시하지 않음)가 위치한다. 결국 챔버내에 도입된 웨이퍼에서 볼 때, 제 1 가스공급부와 제 3 배기부는 쌍을 이루게 된다. 제 2 방향(111)으로 공정가스를 도입하기 위한 제 2 가스공급부(도시하지 않음)는 제 1 가스공급부와 90°의 방향에 위치하며, 제 4 배기부(도시하지 않음)와 쌍을 이룬다. 또한 챔버 내부에서 상기 제 1 가스공급부와 제 3 배기부의 쌍과 마주보는 방향에 제 3 방향(112)으로 공정가스를 도입하기 위한 제 3 가스공급부(도시하지 않음)와 제 1 배기부(도시하지 않음)가 위치하며, 제 2 가스공급부와 제 4 배기부의 쌍과 마주보는 방향에 제 4 방향(113)으로 공정가스를 도입하기 위한 제 4 가스공급부(도시하지 않음)와 제 2 배기부(도시하지 않음)가 위치하게 된다. 4 is a schematic diagram of an apparatus for introducing a process gas in four directions to form a thin film of uniform thickness. Referring to FIG. 4, a first gas supply unit (not shown) for introducing a process gas in the first direction 110 is located at a side of the chamber, and is formed in the same direction as the first gas supply unit at the center of the chamber. 3 Exhaust (not shown) is located. As a result, when viewed from the wafer introduced into the chamber, the first gas supply portion and the third exhaust portion are paired. A second gas supply unit (not shown) for introducing the process gas in the second direction 111 is positioned in a direction of 90 ° with the first gas supply unit, and is paired with a fourth exhaust unit (not shown). Also, a third gas supply unit (not shown) and a first exhaust unit (not shown) for introducing a process gas in a third direction 112 in a direction facing the pair of the first gas supply unit and the third exhaust unit inside the chamber. And a fourth gas supply unit (not shown) and a second exhaust unit (not shown) for introducing the process gas in the fourth direction 113 in a direction facing the pair of the second gas supply unit and the fourth exhaust unit. Not located).

또한, 상기 챔버는 도 4에서와 같은 사각형의 모양에 한정되지 않으며, 챔버내에 서로 마주보는 가스공급부들과 배기부들을 가진다면, 본 발명을 실시할 수 있다. In addition, the chamber is not limited to the shape of a quadrangle as shown in FIG. 4, and the present invention may be implemented as long as the chamber has gas supply parts and exhaust parts facing each other.

도 5는 4개의 방향으로 공정가스를 도입하는 화학기상증착 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 5를 참조하면, 4 개의 방향으로 공정가스가 순차적으로 도입된다. 먼저, 웨이퍼의 수평방향으로 제 1 가스 공급부로부터 공정가스가 제 1 방향으로 도입된다. 이때 웨이퍼 상면에서는 화학반응이 일어나서 소정의 두께를 가진 제 1 박막이 형성되며, 형성된 제 1 박막의 두께는 제 1 가스 공급부에 가까울수록 두꺼워진다. 그런 다음, 제 2 가스 공급부로부터 공정가스가 상기 웨이퍼와 수평이면서 제 1 방향과 수직인 제 2 방향으로 도입된다. 이때 상기 웨이퍼 표면에 형성된 제 1 박막 상면에서 화학반응이 일어나서 소정의 두께를 가진 제 2 박막이 형성된다. 상기 제 2 박막은 제 2 가스 공급부에 가까울수록 두꺼워진다. 제 3 가스 공급부로부터 공정가스가 웨이퍼에 수평이면서 제 1 방향과 반대인 제 3 방향으로 도입된다. 이때 상기 웨이퍼 표면에 형성된 제 2 박막 상면에서 화학반응이 일어나서 소정의 두께를 가진 제 3 박막이 형성된다. 상기 제 3 박막은 제 3 가스 공급부에 가까울수록 두꺼워진다. 제 4 가스 공급부로부터 공정가스가 웨이퍼에 수평이면서 제 2 방향과 반대인 제 4 방향으로 도입된다. 이때 상기 웨이퍼 표면에 형성된 제 3 박막 상면에서 화학반응이 일어나서 소정의 두께를 가진 제 4 박막이 형성된다. 상기 제 4 박막은 제 4 가스 공급부에 가까울수록 두꺼워진다. 5 is a timing diagram for explaining a chemical vapor deposition method for introducing a process gas in four directions. Referring to FIG. 5, process gases are sequentially introduced in four directions. First, the process gas is introduced in the first direction from the first gas supply in the horizontal direction of the wafer. In this case, a chemical reaction occurs on the upper surface of the wafer to form a first thin film having a predetermined thickness, and the thickness of the formed first thin film becomes closer to the first gas supply part. The process gas is then introduced from the second gas supply in a second direction that is horizontal to the wafer and perpendicular to the first direction. At this time, a chemical reaction occurs on the upper surface of the first thin film formed on the wafer surface to form a second thin film having a predetermined thickness. The second thin film becomes thicker closer to the second gas supply. The process gas is introduced from the third gas supply in a third direction that is horizontal to the wafer and opposite the first direction. At this time, a chemical reaction occurs on the upper surface of the second thin film formed on the wafer surface to form a third thin film having a predetermined thickness. The third thin film becomes thicker closer to the third gas supply. The process gas is introduced from the fourth gas supply in a fourth direction that is horizontal to the wafer and opposite the second direction. At this time, a chemical reaction occurs on the upper surface of the third thin film formed on the wafer surface to form a fourth thin film having a predetermined thickness. The fourth thin film becomes thicker closer to the fourth gas supply.

상술한 바와 같은 제 1 박막, 제 2 박막, 제 3 박막, 및 제 4 박막의 순차적 형성으로 인해 결과적으로 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있다.Due to the sequential formation of the first thin film, the second thin film, the third thin film, and the fourth thin film as described above, a thin film having a uniform thickness can be formed as a result.

또한, 박막을 형성하는 순서는 제 1 박막, 제 2 박막, 제 3 박막, 및 제 4 박막의 순서에 한정되지 않으며 1 회의 사이클(cycle)동안 각각의 박막형성 공정이 1 회만 수행되면 된다. 물론 상기의 사이클은 수 회 반복될 수 있다.In addition, the order of forming the thin film is not limited to the order of the first thin film, the second thin film, the third thin film, and the fourth thin film, and each thin film forming process needs to be performed only once during one cycle. The cycle can of course be repeated several times.

제 1 방향으로 공정가스가 도입되는 시간은 t1이며, 제 2 방향으로 공정가스가 도입되는 시간은 t2이며, 제 3 방향으로 공정가스가 도입되는 시간은 t3이며, 제 4 방향으로 공정가스가 도입되는 시간은 t4이다. 상기 시간 t1, t2, t3 , t4는 세부적인 공정상황에 따라 가변적이며, 당업자라면 용이하게 변경하여 적용할 수 있는 변수이다. 또한 상기 공정은 반복하여 수행될 수 있음을 알 수 있다.The time for introducing the process gas in the first direction is t 1 , the time for introducing the process gas in the second direction is t 2 , the time for introducing the process gas in the third direction is t 3 , and the process in the fourth direction. The time at which the gas is introduced is t 4 . The time t 1 , t 2 , t 3 , t 4 is variable according to the detailed process situation, and is a variable that can be easily changed and applied by those skilled in the art. It can also be seen that the process can be performed repeatedly.

상술한 제1 실시예 및 제2 실시예에 따르면 실리콘막의 증착, 유전막의 증착, 금속막의 증착 등이 가능하다. According to the first and second embodiments described above, deposition of a silicon film, deposition of a dielectric film, deposition of a metal film, and the like are possible.

예컨데, 실리콘 증착의 경우에는 다결정실리콘을 증착하기 위해 SiH4, SiCl2H4 가 사용되며, 에피층을 형성하고자 할 때에는 SiCl3H, SiCl4 , SiH4/O2 등이 사용된다.For example, in the case of silicon deposition, SiH 4 , SiCl 2 H 4 are used to deposit polycrystalline silicon, and SiCl 3 H, SiCl 4 , SiH 4 / O 2, and the like are used to form an epi layer.

유전막의 증착의 경우, 그 종류는 산화막이나 질화막등이 있는데, 산화막은 금속 전구체와 산화제를 이용하여 형성되고, 질화막은 금속전구체와 질화제를 이용하여 형성된다. 상기 산화제로는 O2, plasma-O2, remote plasma O2, O3 등이 있으며, 질화제로는 NH3, plasma-N2, plasma-NH3, remote plasma N2 등이 있다.In the case of the deposition of the dielectric film, there are an oxide film, a nitride film, and the like. The oxide film is formed using a metal precursor and an oxidant, and the nitride film is formed using a metal precursor and a nitride. The oxidizing agent may be O 2 , plasma-O 2 , remote plasma O 2 , O 3, etc., and nitriding agents include NH 3 , plasma-N 2 , plasma-NH 3 , and remote plasma N 2 .

금속 전구체를 이용하여 증착되는 산화막의 예로는 SrO, BaO, Y2O3, La2O 3, TiO2, ZrO2, HfO2, V2O5, Nb2O5 , Ta2O5, Al2O3, SiO2, GeO2 및 SrTiO3, BaTiO3, PbZrO3 등이 있으며, 금속 전구체를 이용하여 증착되는 질화막의 예로는 Si3N4, TiN, TaN, AlN, WN 등이 있다.Examples of oxide films deposited using metal precursors include SrO, BaO, Y 2 O 3 , La 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , V 2 O 5 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , Al 2 O 3 , SiO 2 , GeO 2 and SrTiO 3 , BaTiO 3 , PbZrO 3 , and the like, and examples of the nitride film deposited using a metal precursor include Si 3 N 4 , TiN, TaN, AlN, and WN.

유전막 증착의 일례를 보면, Ta의 전구체인 Ta(OC2H5)5를 산화제인 O2 와 반응시켜 Ta2O5 유전막을 형성하는 것이 있다. 이때 기화된 Ta(OC2H5) 5 는 N2, He, Ar 등의 캐리어 가스(carrier gas)에 의해 가스 공급부를 통해 반응 챔버로 공급된다. 이 때 소정의 공급라인을 통하여 산화제가 동시에 반응 챔버로 공급되어 Ta2O5 유전막이 형성된다. 이때의 증착 온도는 300℃ ~ 500℃의 온도가 적절하며, 10torr 이하의 압력을 유지한다. 이 때 증착 두께는 증착 시간에 비례하여 증가한다.As an example of dielectric film deposition, there is one in which Ta (OC 2 H 5 ) 5 , which is a precursor of Ta, is reacted with O 2 , which is an oxidant, to form a Ta 2 O 5 dielectric film. At this time, vaporized Ta (OC 2 H 5 ) 5 is supplied to the reaction chamber through a gas supply unit by a carrier gas such as N 2 , He, Ar, or the like. At this time, the oxidant is simultaneously supplied to the reaction chamber through a predetermined supply line to form a Ta 2 O 5 dielectric film. At this time, a deposition temperature of 300 ° C to 500 ° C is appropriate and maintains a pressure of 10torr or less. At this time, the deposition thickness increases in proportion to the deposition time.

금속 증착에서 증착되는 금속의 예로는 W, Al, Cu, Ru, Ti 등이 있다. 상기 금속중 일부에 대한 반응식을 살펴보면,Examples of metals deposited in metal deposition include W, Al, Cu, Ru, Ti, and the like. Looking at the reaction scheme for some of the metals,

WF6 + 3H2 →W + 6HFWF 6 + 3H 2 → W + 6HF

Al2(CH3)6 + 2H2 →C2H6 + 2Al + 4CH 4 와 같이 반응한다.The reaction is performed as Al 2 (CH 3 ) 6 + 2H 2 → C 2 H 6 + 2Al + 4CH 4 .

기타 복합막으로는 SiH4 와 GeH4를 반응시켜 SiGe를 형성하는 것을 일례로 할 수 있다. 복합막의 반응식을 살펴보면,As another composite film, for example, SiG 4 may be formed by reacting SiH 4 with GeH 4 . Looking at the reaction scheme of the composite membrane,

SiH4 + GeH4 →SiGe 와 같이 반응한다.React as SiH 4 + GeH 4 → SiGe.

실시예 3Example 3

도 6 및 도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 원자층증착 방법을 설명하기위한 원자층증착 장치의 개략도 및 타이밍도(timing diagram)이다.6 and 7 are schematic and timing diagrams of the atomic layer deposition apparatus for explaining the atomic layer deposition method according to the third embodiment of the present invention.

도 6은 2개의 방향으로 공정가스의 도입 및 퍼지를 수행하는 원자층증착 장치의 개략도이다. 도 6을 참조하면, 제 1 방향(206)으로 소스가스, 반응가스의 도입 및 퍼지를 수행하기 위한 제 1 가스공급부(202)가 챔버(201)의 측면에 위치하며, 챔버의 중심에서 상기 제 1 가스공급부(202)와 동일한 방향에 제 2 배기부(205)가 위치한다. 결국 챔버(201)내에 도입된 웨이퍼에서 볼 때, 제 1 가스공급부(202)와 제 2 배기부(205)는 쌍으로 위치하게 된다. 제 2 방향(207)으로 소스가스, 반응가스의 도입 및 퍼지를 수행하기 위한 제 2 가스공급부(203)는 제 1 가스공급부와 마주보는 방향에 위치하며, 제 1 배기부(204)와 쌍으로 위치하게 된다.6 is a schematic view of an atomic layer deposition apparatus for introducing and purging process gases in two directions. Referring to FIG. 6, a first gas supply unit 202 for introducing and purging source gas and reaction gas in a first direction 206 is located at the side of the chamber 201, and is formed at the center of the chamber. The second exhaust part 205 is located in the same direction as the first gas supply part 202. As a result, when viewed from the wafer introduced into the chamber 201, the first gas supply part 202 and the second exhaust part 205 are located in pairs. The second gas supply unit 203 for introducing and purging the source gas and the reaction gas in the second direction 207 is located in a direction facing the first gas supply unit, and is paired with the first exhaust unit 204. Will be located.

또한, 상기 챔버는 도 6에서와 같은 사각형의 모양에 한정되지 않으며, 챔버내에 서로 마주보는 가스공급부들과 배기부들을 가진다면, 본 발명을 실시할 수 있다. In addition, the chamber is not limited to the rectangular shape as shown in FIG. 6, and the present invention can be implemented as long as the chamber has gas supply parts and exhaust parts facing each other.

도 7은 2개의 방향으로 소스가스, 반응가스의 도입 및 퍼지를 수행하는 원자층증착 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 7을 참조하면, 웨이퍼의 수평방향으로 제 1 가스 공급부로부터 소스가스가 제 1 방향으로 도입된다. 이때 상기 웨이퍼 표면에서는 화학흡착이 일어나서 층이 형성되며, 그런 다음 상기 제 1 방향으로 퍼지가스가 도입되어 웨이퍼 상면을 정화하게 된다. 이때 화학흡착하지 않은 소스가스는 챔버로부터 제거되므로 상기 웨이퍼상에는 손상되지않은 소스가스의 화학흡착된 층이 남는다. 다음으로 상기 챔버 내부에 상기 제 1 방향으로 반응가스를 도입한다. 상기 반응가스는 화학흡착된 소스가스와 화학적으로 반응하여 웨이퍼의 표면상에 제 1 원자층을 형성한다. 즉 웨이퍼 표면상에 소스가스와 반응가스가 반응하여 원자층 단위의 제 1 박막이 형성된다. 상기 제 1 원자층에 퍼지가스를 이용하여 표면을 정화한 다음, 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 소스가스가 도입된다. 이때 상기 제 1 원자층 표면에서는 화학흡착이 일어나서 층이 형성되며, 그런 다음 상기 제 2 방향으로 퍼지가스가 도입되어 상기 제 1 원자층 상면을 정화하게 된다. 이때 화학흡착하지 않은 소스가스는 챔버로부터 제거되므로 상기 제 1 원자층상에는 손상되지않은 소스가스의 화학흡착된 층이 남는다. 다음으로 상기 챔버 내부에 상기 제 2 방향으로 반응가스를 도입한다. 상기 반응가스는 화학흡착된 소스가스와 화학적으로 반응하여 제 1 원자층의 표면상에 제 2 원자층을 형성한다. 즉 웨이퍼 표면상에 소스가스와 반응가스가 반응하여 원자층 단위의 제 2 박막이 형성된다.7 is a timing diagram for explaining an atomic layer deposition method for introducing and purging a source gas and a reaction gas in two directions. Referring to FIG. 7, source gas is introduced in a first direction from a first gas supply in a horizontal direction of a wafer. At this time, a chemical adsorption occurs on the wafer surface to form a layer, and then purge gas is introduced in the first direction to purify the upper surface of the wafer. The non-chemisorbed source gas is then removed from the chamber, leaving a chemisorbed layer of undamaged source gas on the wafer. Next, a reaction gas is introduced into the chamber in the first direction. The reaction gas chemically reacts with the chemisorbed source gas to form a first atomic layer on the surface of the wafer. That is, the source gas and the reaction gas react on the wafer surface to form a first thin film in atomic layer units. After purging the surface of the first atomic layer using purge gas, source gas is introduced in a second direction opposite to the first direction. In this case, chemical adsorption occurs on the surface of the first atomic layer to form a layer, and then purge gas is introduced in the second direction to purify the upper surface of the first atomic layer. At this time, the source gas that has not been chemisorbed is removed from the chamber so that a chemisorbed layer of the intact source gas remains on the first atomic layer. Next, a reaction gas is introduced into the chamber in the second direction. The reaction gas chemically reacts with the chemisorbed source gas to form a second atomic layer on the surface of the first atomic layer. That is, the source gas and the reaction gas react on the wafer surface to form a second thin film in atomic layer units.

결국 상술한 바와 같은 공정을 다수 반복한다면 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있다.As a result, if a plurality of processes as described above are repeated, a thin film having a uniform thickness can be formed.

상기 제 1 방향으로 소스가스가 도입되는 시간은 t1이며, 상기 제 1 방향으로 퍼지가스가 도입되는 시간은 t2, t4 이며, 상기 제 1 방향으로 반응가스가 도입되는 시간은 t3이다. 상기 제 2 방향으로 소스가스가 도입되는 시간은 t5이며, 상기 제 2 방향으로 퍼지가스가 도입되는 시간은 t6, t8 이며, 상기 제 2 방향으로 반응가스가 도입되는 시간은 t7이다. 상기 시간 t1 내지 t8 는 세부적인 공정상황에 따라 가변적이며, 당업자라면 용이하게 변경하여 적용할 수 있는 변수이다. 또한 상기 공정은 반복하여 수행될 수 있음을 알 수 있다.The time in which the source gas is introduced in the first direction is t 1 , the time in which the purge gas is introduced in the first direction is t 2 , t 4 , and the time in which the reaction gas is introduced in the first direction is t 3 . . The time for introducing the source gas in the second direction is t 5 , the time for introducing the purge gas in the second direction is t 6 , t 8 , and the time for introducing the reaction gas in the second direction is t 7 . . The time t 1 to t 8 is variable according to the detailed process situation, and is a variable that can be easily changed and applied by those skilled in the art. It can also be seen that the process can be performed repeatedly.

실시예 4Example 4

도 8 및 도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 원자층증착 방법을 설명하기위한 원자층증착 장치의 개략도 및 타이밍도(timing diagram)이다.8 and 9 are schematic and timing diagrams of the atomic layer deposition apparatus for explaining the atomic layer deposition method according to the fourth embodiment of the present invention.

도 8은 4개의 방향으로 소스가스, 반응가스의 도입 및 퍼지를 수행하는 원자층증착 배기부의 개념도이다. 제 1 방향(211,212)으로 소스가스, 반응가스의 도입 및 퍼지를 수행하기 위한 제 1 가스공급부(도시하지 않음)가 챔버의 측면에 위치하며, 챔버의 중심에서 상기 제 1 가스공급부와 동일한 방향에 제 3 배기부(도시하지 않음)가 위치한다. 결국 챔버내에 도입된 웨이퍼에서 볼 때, 제 1 가스공급부와 제 3 배기부는 쌍을 이루게 된다. 제 2 방향(213,214)으로 소스가스, 반응가스의 도입 및 퍼지를 수행하기 위한 제 2 가스공급부(도시하지 않음)는 제 1 가스공급부와 90°의 방향에 위치하며, 제 4 배기부(도시하지 않음)와 쌍을 이룬다. 또한 챔버 내부에서 상기 제 1 가스공급부와 제 3 배기부의 쌍과 마주보는 방향에 제 3 방향(215,216)으로 소스가스, 반응가스의 도입 및 퍼지를 수행하기 위한 제 3 가스공급부(도시하지 않음)와 제 1 배기부(도시하지 않음)가 위치하며, 제 2 가스공급부와 제 4 배기부의 쌍과 마주보는 방향에 제 4 방향(217,218)으로 소스가스, 반응가스의 도입 및 퍼지를 수행하기 위한 제 4 가스공급부(도시하지 않음)와 제 2 배기부(도시하지 않음)가 위치하게 된다. 8 is a conceptual diagram of an atomic layer deposition exhaust unit for introducing and purging a source gas and a reaction gas in four directions. A first gas supply unit (not shown) for introducing and purging the source gas and the reaction gas in the first direction 211 and 212 is located at the side of the chamber, and is located in the same direction as the first gas supply unit at the center of the chamber. A third exhaust portion (not shown) is located. As a result, when viewed from the wafer introduced into the chamber, the first gas supply portion and the third exhaust portion are paired. A second gas supply unit (not shown) for introducing and purging the source gas and the reaction gas in the second directions 213 and 214 is located in a direction of 90 ° with the first gas supply unit, and a fourth exhaust unit (not shown). Pairs). In addition, a third gas supply unit (not shown) for introducing and purging the source gas and the reaction gas in the third direction 215 and 216 in a direction facing the pair of the first gas supply unit and the third exhaust unit in the chamber. A fourth exhaust part (not shown) is located, and the fourth gas is used to introduce and purge the source gas and the reaction gas in the fourth direction 217 and 218 in a direction facing the pair of the second gas supply part and the fourth exhaust part. The gas supply unit (not shown) and the second exhaust unit (not shown) are positioned.

또한, 상기 챔버는 도 8에서와 같은 사각형의 모양에 한정되지 않으며, 챔버내에 서로 마주보는 가스공급부들과 배기부들을 가진다면, 본 발명을 실시할 수 있다. In addition, the chamber is not limited to the shape of a rectangle as shown in FIG. 8, and the present invention may be implemented as long as the chamber has gas supply parts and exhaust parts facing each other.

도 9는 4개의 방향으로 소스가스, 반응가스의 도입 및 퍼지를 수행하는 원자층증착 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 9를 참조하면, 4 개의 방향으로 소스가스, 반응가스 및 퍼지가스가 순차적으로 도입된다. 웨이퍼의 수평방향으로 제 1 가스 공급부로부터 소스가스가 제 1 방향으로 도입된다. 이때 상기 웨이퍼 표면에서는 화학흡착이 일어나서 층이 형성되며, 그런 다음 상기 제 1 방향으로 퍼지가스가 도입되어 웨이퍼 상면을 정화하게 된다. 이때 화학흡착하지 않은 소스가스는 챔버로부터 제거되므로 상기 웨이퍼상에는 손상되지않은 소스가스의 화학흡착된 층이 남는다. 다음으로 상기 챔버 내부에 상기 제 1 방향으로 반응가스를 도입한다. 상기 반응가스는 화학흡착된 소스가스와 화학적으로 반응하여 웨이퍼의 표면상에 제 1 원자층을 형성한다. 즉 웨이퍼 표면상에 소스가스와 반응가스가 반응하여 원자층 단위의 제 1 박막이 형성된다. FIG. 9 is a timing diagram illustrating an atomic layer deposition method for introducing and purging a source gas and a reaction gas in four directions. 9, source gas, reaction gas, and purge gas are sequentially introduced in four directions. The source gas is introduced in the first direction from the first gas supply in the horizontal direction of the wafer. At this time, a chemical adsorption occurs on the wafer surface to form a layer, and then purge gas is introduced in the first direction to purify the upper surface of the wafer. The non-chemisorbed source gas is then removed from the chamber, leaving a chemisorbed layer of undamaged source gas on the wafer. Next, a reaction gas is introduced into the chamber in the first direction. The reaction gas chemically reacts with the chemisorbed source gas to form a first atomic layer on the surface of the wafer. That is, the source gas and the reaction gas react on the wafer surface to form a first thin film in atomic layer units.

상기 제 1 원자층에 퍼지가스를 이용하여 표면을 정화한 다음, 웨이퍼에 수평이면서 제 1 방향과 수직인 제 2 방향으로 소스가스가 도입된다. 이때 상기 제 1 원자층 표면에서는 화학흡착이 일어나서 층이 형성되며, 그런 다음 상기 제 2 방향으로 퍼지가스가 도입되어 상기 제 1 원자층 상면을 정화하게 된다. 이때 화학흡착하지 않은 소스가스는 챔버로부터 제거되므로 상기 제 1 원자층상에는 손상되지않은 소스가스의 화학흡착된 층이 남는다. 다음으로 상기 챔버 내부에 상기 제 2 방향으로 반응가스를 도입한다. 상기 반응가스는 화학흡착된 소스가스와 화학적으로 반응하여 제 1 원자층의 표면상에 제 2 원자층을 형성한다. 즉 웨이퍼 표면상에 소스가스와 반응가스가 반응하여 원자층 단위의 제 2 박막이 형성된다.After purging the surface of the first atomic layer using purge gas, source gas is introduced into a second direction that is horizontal to the wafer and perpendicular to the first direction. In this case, chemical adsorption occurs on the surface of the first atomic layer to form a layer, and then purge gas is introduced in the second direction to purify the upper surface of the first atomic layer. At this time, the source gas that has not been chemisorbed is removed from the chamber so that a chemisorbed layer of the intact source gas remains on the first atomic layer. Next, a reaction gas is introduced into the chamber in the second direction. The reaction gas chemically reacts with the chemisorbed source gas to form a second atomic layer on the surface of the first atomic layer. That is, the source gas and the reaction gas react on the wafer surface to form a second thin film in atomic layer units.

상기 제 2 원자층에 퍼지가스를 이용하여 표면을 정화한 다음, 웨이퍼에 수평이면서 제 1 방향과 반대인 제 3 방향으로 소스가스가 도입된다. 이때 상기 제 2 원자층 표면에서는 화학흡착이 일어나서 층이 형성되며, 그런 다음 상기 제 3 방향으로 퍼지가스가 도입되어 상기 제 2 원자층 상면을 정화하게 된다. 이때 화학흡착하지 않은 소스가스는 챔버로부터 제거되므로 상기 제 2 원자층상에는 손상되지않은 소스가스의 화학흡착된 층이 남는다. 다음으로 상기 챔버 내부에 상기 제 3 방향으로 반응가스를 도입한다. 상기 반응가스는 화학흡착된 소스가스와 화학적으로 반응하여 제 2 원자층의 표면상에 제 3 원자층을 형성한다. 즉 웨이퍼 표면상에 소스가스와 반응가스가 반응하여 원자층 단위의 제 3 박막이 형성된다.After purging the surface of the second atomic layer using purge gas, source gas is introduced into a third direction that is horizontal to the wafer and opposite to the first direction. At this time, chemical adsorption occurs on the surface of the second atomic layer to form a layer, and then purge gas is introduced in the third direction to purify the upper surface of the second atomic layer. At this time, the source gas that has not been chemisorbed is removed from the chamber so that a chemisorbed layer of the intact source gas remains on the second atomic layer. Next, a reaction gas is introduced into the chamber in the third direction. The reaction gas chemically reacts with the chemisorbed source gas to form a third atomic layer on the surface of the second atomic layer. That is, the source gas and the reaction gas react on the wafer surface to form a third thin film in atomic layer units.

상기 제 3 원자층에 퍼지가스를 이용하여 표면을 정화한 다음, 웨이퍼와 수평이면서 제 2 방향과 반대인 제 4 방향으로 소스가스가 도입된다. 이때 상기 제 3 원자층 표면에서는 화학흡착이 일어나서 층이 형성되며, 그런 다음 상기 제 4 방향으로 퍼지가스가 도입되어 상기 제 3 원자층 상면을 정화하게 된다. 이때 화학흡착하지 않은 소스가스는 챔버로부터 제거되므로 상기 제 3 원자층상에는 손상되지않은 소스가스의 화학흡착된 층이 남는다. 다음으로 상기 챔버 내부에 상기 제 4 방향으로 반응가스를 도입한다. 상기 반응가스는 화학흡착된 소스가스와 화학적으로 반응하여 제 3 원자층의 표면상에 제 4 원자층을 형성한다. 즉 웨이퍼 표면상에 소스가스와 반응가스가 반응하여 원자층 단위의 제 4 박막이 형성된다.After purging the surface of the third atomic layer by using purge gas, source gas is introduced in a fourth direction that is horizontal to the wafer and opposite to the second direction. In this case, chemical adsorption occurs on the surface of the third atomic layer to form a layer, and then purge gas is introduced in the fourth direction to purify the upper surface of the third atomic layer. At this time, the source gas which has not been chemisorbed is removed from the chamber, so that the chemisorbed layer of the source gas which is not damaged remains on the third atomic layer. Next, a reaction gas is introduced into the chamber in the fourth direction. The reaction gas chemically reacts with the chemisorbed source gas to form a fourth atomic layer on the surface of the third atomic layer. That is, the source gas and the reaction gas react on the wafer surface to form a fourth thin film in atomic layer units.

상술한 바와 같은 제 1 박막, 제 2 박막, 제 3 박막, 및 제 4 박막의 순차적 형성으로 인해 결과적으로 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있다. 또한 상술한 순차적 공정 사이클을 다수 반복한다면 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있다.Due to the sequential formation of the first thin film, the second thin film, the third thin film, and the fourth thin film as described above, a thin film having a uniform thickness can be formed as a result. In addition, if a plurality of sequential process cycles described above are repeated, a thin film having a uniform thickness may be formed.

또한, 박막을 형성하는 순서는 제 1 박막, 제 2 박막, 제 3 박막, 및 제 4 박막의 순서에 한정되지 않으며 1 회의 사이클동안 각각의 박막형성 공정이 1 회만 수행되면 된다. 물론 상기의 사이클은 수 회 반복될 수 있다.In addition, the order of forming the thin film is not limited to the order of the first thin film, the second thin film, the third thin film, and the fourth thin film, and each thin film forming process needs to be performed only once in one cycle. The cycle can of course be repeated several times.

상기 제 1 방향으로 소스가스가 도입되는 시간은 t1이며, 상기 제 1 방향으로 퍼지가스가 도입되는 시간은 t2, t4 이며, 상기 제 1 방향으로 반응가스가 도입되는 시간은 t3이다. 상기 제 2 방향으로 소스가스가 도입되는 시간은 t5이며, 상기 제 2 방향으로 퍼지가스가 도입되는 시간은 t6, t8 이며, 상기 제 2 방향으로 반응가스가 도입되는 시간은 t7이다. 상기 제 3 방향으로 소스가스가 도입되는 시간은 t9 이며, 상기 제 3 방향으로 퍼지가스가 도입되는 시간은 t10, t12 이며, 상기 제 3 방향으로 반응가스가 도입되는 시간은 t11이다. 상기 제 4 방향으로 소스가스가 도입되는 시간은 t13이며, 상기 제 2 방향으로 퍼지가스가 도입되는 시간은 t14, t16 이며, 상기 제 4 방향으로 반응가스가 도입되는 시간은 t15이다. 상기 시간 t1 내지 t 16 는 세부적인 공정상황에 따라 가변적이며, 당업자라면 용이하게 변경하여 적용할 수 있는 변수이다. 또한 상기 공정은 반복하여 수행될 수 있음을 알 수 있다.The time in which the source gas is introduced in the first direction is t 1 , the time in which the purge gas is introduced in the first direction is t 2 , t 4 , and the time in which the reaction gas is introduced in the first direction is t 3 . . The time for introducing the source gas in the second direction is t 5 , the time for introducing the purge gas in the second direction is t 6 , t 8 , and the time for introducing the reaction gas in the second direction is t 7 . . The time in which the source gas is introduced in the third direction is t 9 , the time in which the purge gas is introduced in the third direction is t 10 , t 12 , and the time in which the reaction gas is introduced in the third direction is t 11 . . The time for introducing the source gas in the fourth direction is t 13 , the time for introducing the purge gas in the second direction is t 14 , t 16 , and the time for introducing the reaction gas in the fourth direction is t 15 . . The time t 1 to t 16 is variable according to the detailed process conditions, and is a variable that can be easily changed and applied by those skilled in the art. It can also be seen that the process can be performed repeatedly.

상술한 제3 실시예 및 제4 실시예에 따르면 실리콘막의 증착, 유전막의 증착, 금속막의 증착 등이 가능한데, 더욱 자세하게는 증착되는 물질이 게이트 산화막, 커패시터 산화막, 베리어 막, 게이트 전극, 또는 커패시터 전극인지에 따라 소스가스와 반응가스등이 달라질 수 있다.According to the third and fourth embodiments described above, deposition of a silicon film, deposition of a dielectric film, deposition of a metal film, and the like may be performed. More specifically, the deposited material may be a gate oxide film, a capacitor oxide film, a barrier film, a gate electrode, or a capacitor electrode. Source gas and reaction gas may vary depending on the recognition.

게이트 산화막 또는 커패시터 산화막으로는 ZrO2, HfOx, Ta2O5, Al2 O3, TiOx, Ta2O5, BST, STO, PZT, Al2O3 등이 있으며, 베리어 막으로는 Ti/TiN, Ta/TaN, TiSiN, TaSiN 등이 있으며, 게이트 전극 또는 커패시터 전극 물질로는 TiN, WN, W, Pt, Ir, Ru 등이 있다.The gate oxide or capacitor oxide includes ZrO 2 , HfOx, Ta 2 O 5 , Al 2 O 3 , TiOx, Ta 2 O 5 , BST, STO, PZT, Al 2 O 3, etc. , Ta / TaN, TiSiN, TaSiN, and the like, and the gate electrode or capacitor electrode material includes TiN, WN, W, Pt, Ir, Ru, and the like.

구체적으로 아미노기를 포함하는 Hf 전구체와 산화제를 이용하여 HfO2를 증착하는 예를 들어본다.Specifically, an example of depositing HfO 2 using an Hf precursor containing an amino group and an oxidizing agent will be given.

먼저 실리콘 웨이퍼와 같은 기판이 약 100℃ ~ 500℃의 온도, 바람직하게는 150℃ ~ 350℃의 온도로 유지되는 챔버내에 위치된 다음, 상기 챔버는 약 0.4torr의 진공상태가 된다. 아르곤이나 질소와 같은 불활성 캐리어 가스를 사용하여 박막을 이루는 소스가스는 약 50sccm(standard cubic centimeter per minute) ~ 5slm(standard litter per minute), 바람직하게는 1000sccm의 유량으로 챔버내의 기판 상부에 제 1 방향으로 1초 내지 3초 동안 도입된다. 상기 소스가스는 박막을 이루는 Hf원소와 리간드기로서 아미노기를 갖는다. 상기 소스가스의 예로는 TEMAH(tetrakis - ethyl - amino - Halfnium, Hf[NC2H5CH3]4), TDEAH(tetrakis - diethyl - amino - Halfnium, Hf[N(C2H5)2]4), TDMAH(tetrakis - dimethyl - amino - Halfnium, Hf[N(CH3)2]4)등이 있다.A substrate, such as a silicon wafer, is first placed in a chamber maintained at a temperature of about 100 ° C to 500 ° C, preferably 150 ° C to 350 ° C, and the chamber is then evacuated to about 0.4torr. The source gas, which forms a thin film using an inert carrier gas such as argon or nitrogen, has a first direction above the substrate in the chamber at a flow rate of about 50 sccm (standard cubic centimeter per minute) to 5 slm (standard litter per minute), preferably 1000 sccm. Is introduced for 1 to 3 seconds. The source gas has an Hf element constituting a thin film and an amino group as a ligand group. Examples of the source gas include TEMAH (tetrakis-ethyl-amino-Halfnium, Hf [NC 2 H 5 CH 3 ] 4 ), TDEAH (tetrakis-diethyl-amino-Halfnium, Hf [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 ), TDMAH (tetrakis-dimethyl-amino-halfnium, Hf [N (CH 3 ) 2 ] 4 ), and the like.

이러한 소스가스의 도입단계 동안, 상기 소스가스의 제 1 부분이 상기 기판상에 화학흡착되어 상기 기판의 표면상에 층이 형성된다. 이때 상기 소스가스의 제 2 부분은 상부에 물리흡착되어, 상기 소스가스가 화학흡착된 층에 느슨하게 결합한다. 이어서 아르곤, 질소 등의 불활성 가스를 이용하여 상기 제 1 방향으로 약 1초 ~ 20초, 바람직하게는 1초 ~ 4 초 동안 상기 챔버는 퍼지 또는 진공퍼지된다. 상기 퍼지단계가 진행되는 동안 화학흡착되지 않은 소스가스는 상기 챔버로부터 제거됨으로서 상기 기판상에는 손상되지 않은 소스가스의 화학흡착된 층이 남는다.During this introduction of the source gas, the first portion of the source gas is chemisorbed onto the substrate to form a layer on the surface of the substrate. At this time, the second portion of the source gas is physically adsorbed on the upper portion, and the source gas is loosely coupled to the chemisorbed layer. The chamber is then purged or vacuum purged for about 1 second to 20 seconds, preferably 1 second to 4 seconds in the first direction using an inert gas such as argon or nitrogen. During the purge step, the non-chemisorbed source gas is removed from the chamber, leaving a chemisorbed layer of undamaged source gas on the substrate.

다음으로, 상기 챔버 내부에 산화제를 포함하는 반응가스가 제 1 방향으로 도입된다. 상기 반응가스는 500sccm의 유량으로 2초 내지 5초 동안 도입된다. 그러면 상기 화학흡착된 소스가스와 상기 반응가스가 화학적으로 반응하여 기판의 표면상에 HfO2 원자층이 형성된다. 즉, 기판상에서 소스가스를 이루는 Hf와 반응가스를 이루는 산소가 반응하여 원자층 단위의 제 1 HfO2 박막이 형성된다.Next, a reaction gas containing an oxidant is introduced into the chamber in the first direction. The reaction gas is introduced for 2 to 5 seconds at a flow rate of 500 sccm. Then, the chemisorbed source gas and the reaction gas are chemically reacted to form an HfO 2 atomic layer on the surface of the substrate. That is, Hf forming the source gas and oxygen forming the reaction gas react on the substrate to form a first HfO 2 thin film in atomic layer units.

상기 소스가스는 산소 라디칼을 형성할 수 있는 활성화된 산화제 또는 수산화기를 포함하는 산화제를 포함한다. 예컨데, 상기 활성화된 산화제는 플라즈마 생성기에 의해 형성된 오존(O3), 플라즈마 O2, 리모트 플라즈마 O2, 또는 플라즈마 N2O 중의 어느 하나이다. 오존 발생기를 통해 산소 가스를 처리하여 O3를 형성하면 O2 가스중의 일부가 O3로 전환되어 오존가스가 얻어진다. 수득된 오존가스는 산소가스와 O3 가스로 이루어지며, O3 가스는 약 5% 내지 15%의 몰비로 오존가스에 포함된다. 또한 상기 수산화기를 포함하는 산화제로는 H2O 또는 H2O2등이 있다.The source gas includes an oxidant comprising an activated oxidant or a hydroxyl group capable of forming oxygen radicals. For example, the activated oxidant is any one of ozone (O 3 ), plasma O 2 , remote plasma O 2 , or plasma N 2 O formed by a plasma generator. When O 3 is formed by treating oxygen gas through an ozone generator, a portion of the O 2 gas is converted into O 3 to obtain ozone gas. The obtained ozone gas consists of oxygen gas and O 3 gas, and the O 3 gas is included in the ozone gas in a molar ratio of about 5% to 15%. In addition, the oxidizing agent including the hydroxyl group is H 2 O or H 2 O 2 and the like.

다음으로 상기 챔버에 제 1 방향으로 아르곤, 질소 등의 불활성 가스를 약 1초 내지 20초 바람직하게는 1초 내지 4초 동안 퍼지 및 진공퍼지시킴으로서 화학반응하지 않은 반응가스 및 반응 부산물은 상기 챔버로부터 제거된다.Next, purge and vacuum purge the inert gas such as argon, nitrogen, etc. in the first direction in the first direction for about 1 to 20 seconds, preferably 1 to 4 seconds, so that unreacted reaction gases and reaction by-products are removed from the chamber. Removed.

그런 다음, 상기 챔버내의 제 2 방향으로 상기 공정을 진행하면 원자층 단위의 상기 제 1 HfO2 박막상면에 원자층 단위의 제 2 HfO2 박막이 형성된다.If such a progress, then the process in the second direction in the chamber a second HfO 2 thin film of atom layer unit is formed in the upper surface of claim 1 HfO 2 thin film of atom layer unit.

이후 상기와 동일 공정을 가스의 분사방향을 달리하여 일정한 주기를 가지고 반복한다. Thereafter, the same process as above is repeated at regular intervals with different injection directions of gases.

상술한 바와 같은 공정을 다수 반복하면 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있다.Repeating the above-described process a plurality of times can form a thin film of uniform thickness.

상기와 같은 본 발명에 따라 박막을 형성하면, 박막의 두께 및 이에 따른 전기적 특성의 균일도를 얻을 수 있다. When the thin film is formed according to the present invention as described above, it is possible to obtain the thickness of the thin film and the uniformity of the electrical characteristics.

본 발명의 효과를 검증하기 위해 동일한 종류의 박막을 형성하기 위하여 원자층증착 방법에 따른 종래 기술에서 제 1 방향으로 소스가스를 공급 및 퍼지하고, 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 반응가스를 공급 및 퍼지하는 방법과 도3 및 도4에 도시된 본 발명의 제3 실시예를 바탕으로 시뮬레이션(simulation)한다.In order to verify the effect of the present invention, in order to form the same type of thin film, the source gas is supplied and purged in the first direction according to the atomic layer deposition method, and the reaction gas is in the second direction opposite to the first direction. It is simulated based on the method of supplying and purging the third embodiment of the present invention shown in Figures 3 and 4.

종래의 방법에서 증착률(deposition rate)은 1Å/cycle로 하고, 증착 두께의 균일도(range/(2 ×평균두께)×100)는 5%로 가정하며, 패턴로딩 현상은 제 1 방향의 시작점에서 100%, 끝점에서 50%, 스텝 커버리지(step coverage)는 모든 위치에서 100%로 동일한 것으로 가정한다. 이하 제 1 방향의 시작점을 시작점으로, 제 1 방향의 끝점을 끝점이라 칭한다. 즉 시작점은 제 2 방향의 끝점이 되고, 끝점은 제 2 방향의 시작점이 된다.In the conventional method, the deposition rate is 1 μs / cycle, the uniformity of the deposition thickness (range / (2 × average thickness) × 100) is assumed to be 5%, and the pattern loading phenomenon is performed at the starting point in the first direction. 100%, 50% at the endpoint, and step coverage are assumed to be the same, 100% at all locations. Hereinafter, the starting point of the first direction will be referred to as a starting point, and the ending point of the first direction will be referred to as an end point. That is, the starting point becomes the end point of the second direction, and the end point becomes the starting point of the second direction.

종래의 방법과 본 발명에 의한 증착 두께 및 균일도> Deposition thickness and uniformity according to the conventional method and the present invention> cyclecycle 시작점starting point 중심점node 끝점Endpoint 평균Average rangerange 균일도Uniformity 종래방법Conventional method 50회50 times 52.5Å52.5 Å 50.0Å50.0 Å 47.5Å47.5 Å 50.0Å50.0 Å 5.0Å5.0Å 5%5% 본 발명The present invention 제1박막1st thin film 25회25 times 26.25Å26.25Å 25.0Å25.0 yen 23.75Å23.75Å 25.0Å25.0 yen 2.5Å2.5 Å 5%5% 제2박막2nd thin film 25회25 times 23.75Å23.75Å 25.0Å25.0 yen 26.25Å26.25Å 25.0Å25.0 yen 2.5Å2.5 Å 5%5% 제1+제2박막1st + 2nd thin film 50회50 times 50.0Å50.0 Å 50.0Å50.0 Å 50.0Å50.0 Å 50.0Å50.0 Å 0.0Å0.0Å 0%0%

표 1에서 보듯이 종래의 방법에 의하면 50사이클 진행시, 시작점에서는 두껍게, 끝점에서는 얇게 박막이 증착되어 평균 50Å, range 5Å 균일도 5%의 박막이 얻어진다. 즉 시작점과 끝점의 박막의 두께차가 5Å에 달하는 두께가 불균일한 박막이 형성된다. As shown in Table 1, according to the conventional method, a thin film is deposited at a starting point and a thin film at an end point, and a thin film having an average of 50 mW and a range of 5 m uniformity of 5% is obtained. That is, a thin film having a non-uniform thickness of 5 Å in thickness difference between the starting point and the end point is formed.

본 발명에 의하는 경우, 제 1 방향으로 소스가스, 반응가스, 및 퍼지가스를 도입하는 공정을 25사이클 진행시, 표1 의 제 1 박막과 같은 두께분포를 가지며, 이후 상기 제1 박막과 동일한 종류의 박막을 형성하기 위하여 제 2 방향으로 소스가스, 반응가스, 및 퍼지가스를 도입하는 공정을 25사이클 진행하여 표1 의 제 2 박막과 같은 두께분포를 가지게 된다. 결국 본 발명에 따르면 최종적인 50사이클 진행시에는 기판의 모든 부분에서 50Å, 균일도 0%인 표1 에서 나타나는 바와 같은 이상적인 증착의 유형이 나타나게 된다.According to the present invention, the process of introducing the source gas, the reaction gas, and the purge gas in the first direction has the same thickness distribution as the first thin film of Table 1 after 25 cycles, and then the same as that of the first thin film. In order to form a thin film of the kind, the process of introducing the source gas, the reaction gas, and the purge gas in the second direction is performed 25 cycles to have the same thickness distribution as the second thin film of Table 1. As a result, according to the present invention, during the final 50 cycles, the ideal type of deposition as shown in Table 1, which is 50 mW and uniformity 0%, appears in all parts of the substrate.

본 발명의 효과를 검증하기 위한 또 다른 예로서 패턴로딩 현상의 개선효과에 대해 시뮬레이션한다. 패턴로딩 현상은 시작점에서 100%, 끝점에서 50%, 스텝 커버리지는 모든 위치에서 동일하다고 가정한다. As another example for verifying the effects of the present invention, the effect of improving the pattern loading phenomenon is simulated. The pattern loading phenomenon is assumed to be 100% at the start point, 50% at the end point, and step coverage is the same at all locations.

이경우, 표2 와같이 종래 방법으로는 패턴로딩 현상이 50% ~ 100%로 기판 내에 산포하게 된다. In this case, as shown in Table 2, the pattern loading phenomenon is scattered in the substrate by 50% to 100% according to the conventional method.

종래의 방법과 본 발명에 의한 로딩 효과>Loading effect according to the conventional method and the present invention> cyclecycle 위치location AA BB CC loading effect (B/A×100)loading effect (B / A × 100) step coverage (C/B×100)step coverage (C / B × 100) 종래방법Conventional method 5050 시작점starting point 52.5Å52.5 Å 52.5Å52.5 Å 52.5Å52.5 Å 100%100% 100%100% 끝점Endpoint 47.5Å47.5 Å 23.75Å23.75Å 23.75Å23.75Å 50%50% 100%100% 본 발명The present invention 제1방향박막First Directional Thin Film 2525 시작점starting point 26.25Å26.25Å 26.25Å26.25Å 26.25Å26.25Å 100%100% 100%100% 끝점Endpoint 23.75Å23.75Å 11.88Å11.88 Å 11.88Å11.88 Å 50%50% 100%100% 제2방향박막Second Directional Thin Film 2525 시작점starting point 23.75Å23.75Å 11.88Å11.88 Å 11.88Å11.88 Å 50%50% 100%100% 끝점Endpoint 26.25Å26.25Å 26.25Å26.25Å 26.25Å26.25Å 100%100% 100%100% 제1+제2박막1st + 2nd thin film 5050 시작점starting point 50Å50Å 38.13Å38.13Å 38.13Å38.13Å 76%76% 100%100% 끝점Endpoint 50Å50Å 38.13Å38.13Å 38.13Å38.13Å 76%76% 100%100%

도 10a 및 도 10b를 참조하면, 종래 방법에 의한 패턴로딩 현상의 최악의 경우 및 본 발명에 따른 패턴로딩 현상의 최악의 경우가 도시된다. 10A and 10B, the worst case of the pattern loading phenomenon according to the conventional method and the worst case of the pattern loading phenomenon according to the present invention are shown.

도 10a를 살펴보면, 반도체 기판(300)에 절연막(320)을 형성하고 소정의 너비를 가진 트렌치를 형성한 후, 상기 트렌치 내부 측벽과 상기 절연막 상면에 스토리지용 유전막(330)을 형성한다. 이 때 3차원 커패시터의 사양을 살펴보면, W는 0.1㎛이고 H는 1.9㎛로서 어스펙드 비(H/W)는 19이다.Referring to FIG. 10A, an insulating film 320 is formed on a semiconductor substrate 300, and a trench having a predetermined width is formed, and then a storage dielectric film 330 is formed on the trench inner sidewall and the upper surface of the insulating film. At this time, the specification of the three-dimensional capacitor, W is 0.1㎛, H is 1.9㎛, the aspect ratio (H / W) is 19.

도 10b를 살펴보면, 상기 도 10a에서와 같은 공정을 통해 반도체 기판(300)상에 절연막(410) 및 스토리지용 유전막(420)을 형성한다. 어스펙트 비는 19로 상기 도 10a의 경우와 동일하다.Referring to FIG. 10B, an insulating film 410 and a storage dielectric film 420 are formed on the semiconductor substrate 300 through the same process as in FIG. 10A. The aspect ratio is 19, which is the same as the case of FIG. 10A.

본 발명에 의한 경우, 패턴로딩 현상은 기판의 전체에서 76% ~ 100%이다. 최악의 경우는 도 10b에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 개선된 박막 두께를 얻을 수 있다. According to the present invention, the pattern loading phenomenon is 76% to 100% of the entire substrate. The worst case is shown in Figure 10b. As shown, an improved thin film thickness can be obtained.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

도 1a 내지 도 1d 는 종래 방법에 따라서 형성된 박막의 두께의 유형을 나타내기 위한 두께 그래프이다.1A to 1D are thickness graphs for showing types of thicknesses of thin films formed according to a conventional method.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 막 형성 장치를 나타내는 개략도이다. 2 is a schematic view showing a film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention.

도 3은 도 2에서 도시한 막 형성 장치에서 막 형성 공정을 설명하기 위한 타이밍도이다. FIG. 3 is a timing diagram for explaining a film forming process in the film forming apparatus shown in FIG. 2.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 막 형성 장치를 나타내는 개략도이다. 4 is a schematic view showing a film forming apparatus according to a second embodiment of the present invention.

도 5는 도 4에서 도시한 막 형성 장치에서 막 형성 공정을 설명하기 위한 타이밍도이다. FIG. 5 is a timing diagram for explaining a film forming process in the film forming apparatus shown in FIG. 4.

도 6는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 막 형성 장치를 나타내는 개략도이다.6 is a schematic view showing a film forming apparatus according to a third embodiment of the present invention.

도 7은 도 6에서 도시한 막 형성 장치에서 막 형성 공정을 설명하기 위한 타이밍도이다. FIG. 7 is a timing diagram for explaining a film forming process in the film forming apparatus shown in FIG. 6.

도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 막 형성 장치를 나타내는 개략도이다.8 is a schematic view showing a film forming apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

도 9는 도 8에서 도시한 막 형성 장치에서 막 형성 공정을 설명하기 위한 타이밍도이다. FIG. 9 is a timing diagram for explaining a film forming process in the film forming apparatus shown in FIG. 8.

도 10a 및 도 10b 는 종래 방법과 본 발명에 의한 패터 로딩(pattern loading)현상의 최악점을 나타낸 것이다.10A and 10B show the worst point of the pattern loading phenomenon according to the conventional method and the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on main parts of drawing

100 : 공정챔버 101 : 제 1 가스공급부100: process chamber 101: first gas supply unit

103 : 제 2 가스공급부 105 : 제 1 방향103: second gas supply unit 105: first direction

106 : 제 2 방향106: second direction

Claims (13)

일정한 반응 공간내의 기판에 수평인 제 1 방향으로 제 1 공정가스를 도입하여 기판 표면에 제 1 박막을 형성하는 단계 ; Introducing a first process gas in a first direction horizontal to the substrate in a constant reaction space to form a first thin film on the substrate surface; 상기 기판에 수평이며 상기 제 1 방향과 수직인 제 2 방향으로 제 2 공정가스를 도입하여 상기 제 1 박막 표면에 상기 제1 박막과 동일한 종류의 제 2 박막을 형성하는 단계 ;Introducing a second process gas in a second direction horizontal to the substrate and perpendicular to the first direction to form a second thin film of the same type as the first thin film on the surface of the first thin film; 상기 기판에 수평이며 상기 제 1 방향과 반대인 제 3 방향으로 제 3 공정가스를 도입하여 상기 제 2 박막 표면에 상기 제1 박막과 동일한 종류의 제3 박막을 형성하는 단계 ; 및Introducing a third process gas in a third direction horizontal to the substrate and opposite to the first direction to form a third thin film of the same type as the first thin film on the surface of the second thin film; And 상기 기판에 수평이며 상기 제 2 방향과 반대인 제 4 방향으로 제 4 공정가스를 도입하여 상기 제 3 박막 표면에 상기 제1 박막과 동일한 종류의 제4 박막을 형성하는 단계를 포함하는 화학기상증착 방법.Chemical vapor deposition comprising introducing a fourth process gas in a fourth direction horizontal to the substrate and opposite to the second direction to form a fourth thin film of the same type as the first thin film on the third thin film surface; Way. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 제1 박막 내지 제4 박막은 실리콘, 유전막, 금속막, 또는 복합막중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 화학기상증착 방법. The chemical vapor deposition method of claim 1, wherein the first to fourth thin films are any one of silicon, a dielectric film, a metal film, or a composite film. 챔버내의 기판에 수평인 제 1 방향으로 제 1 소스가스를 도입하여 상기 기판의 표면에 상기 제 1 소스가스를 흡착하는 단계 ;Adsorbing the first source gas to a surface of the substrate by introducing a first source gas in a first direction horizontal to the substrate in the chamber; 상기 제 1 방향으로 제 1 퍼지가스를 이용하여 미흡착된 상기 제 1 소스가스를 퍼지하는 단계 ;Purging the non-adsorbed first source gas using the first purge gas in the first direction; 상기 제 1 방향으로 제 1 반응가스를 도입하여 상기 기판의 표면에 흡착된 상기 제 1 소스가스와 상기 제 1 반응가스를 반응시켜 제 1 원자층을 형성하는 단계 ;Introducing a first reaction gas in the first direction to react the first source gas adsorbed on the surface of the substrate with the first reaction gas to form a first atomic layer; 상기 제 1 방향으로 제 2 퍼지가스를 이용하여 반응 부산물 및 미반응된 상기 제 1 반응가스를 퍼지하는 단계 ;Purging reaction byproducts and unreacted first reaction gas using a second purge gas in the first direction; 상기 기판에 수평이며 상기 제 1 방향과 수직인 제 2 방향으로 제 2 소스가스를 도입하여 상기 제 1 원자층 표면에 상기 제 2 소스가스를 흡착하는 단계 ;Adsorbing the second source gas to the surface of the first atomic layer by introducing a second source gas in a second direction horizontal to the substrate and perpendicular to the first direction; 상기 제 2 방향으로 제 3 퍼지가스를 이용하여 미흡착된 상기 제 2 소스가스를 퍼지하는 단계 ;Purging the unadsorbed second source gas using a third purge gas in the second direction; 상기 제 2 방향으로 제 2 반응가스를 도입하여 상기 제 1 원자층에 흡착된 상기 제 2 소스가스와 상기 제 2 반응가스를 반응시켜 상기 제 1 원자층과 동일한 종류의 제 2 원자층을 형성하는 단계 ;Introducing a second reaction gas in the second direction to react the second source gas adsorbed on the first atomic layer with the second reaction gas to form a second atomic layer of the same type as the first atomic layer; step ; 상기 제 2 방향으로 제 4 퍼지가스를 이용하여 반응 부산물 및 미반응된 상기 제 2 반응가스를 퍼지하는 단계 ;Purging reaction byproducts and unreacted second reaction gas using a fourth purge gas in the second direction; 상기 기판에 수평이며 상기 제 1 방향과 반대인 제 3 방향으로 제 3소스가스를 도입하여 상기 제 2 원자층 표면에 상기 제 3 소스가스를 흡착하는 단계 ;Adsorbing the third source gas to a surface of the second atomic layer by introducing a third source gas in a third direction horizontal to the substrate and opposite to the first direction; 상기 제 3 방향으로 제 5 퍼지가스를 이용하여 미흡착된 상기 제 3 소스가스를 퍼지하는 단계 ;Purging the unadsorbed third source gas using a fifth purge gas in the third direction; 상기 제 3 방향으로 제 3 반응가스를 도입하여 상기 제 2 원자층에 흡착된 상기 제 3 소스가스와 상기 제 3 반응가스를 반응시켜 상기 제 1 원자층과 동일한 종류의 제 3 원자층을 형성하는 단계 ;Introducing a third reaction gas in the third direction to react the third source gas adsorbed on the second atomic layer with the third reaction gas to form a third atomic layer of the same type as the first atomic layer; step ; 상기 제 3 방향으로 제 6 퍼지가스를 이용하여 반응 부산물 및 미반응된 상기 제 3 반응가스를 퍼지하는 단계 ;Purging reaction by-products and unreacted third reaction gas using a sixth purge gas in the third direction; 상기 기판에 수평이며 상기 제 2 방향과 반대인 제 4 방향으로 제 4소스가스를 도입하여 상기 제 3 원자층 표면에 상기 제 4 소스가스를 흡착하는 단계 ;Adsorbing the fourth source gas to the surface of the third atomic layer by introducing a fourth source gas in a fourth direction horizontal to the substrate and opposite to the second direction; 상기 제 4 방향으로 제 7 퍼지가스를 이용하여 미흡착된 상기 제 4 소스가스를 퍼지하는 단계 ;Purging the unadsorbed fourth source gas using a seventh purge gas in the fourth direction; 상기 제 4 방향으로 제 4 반응가스를 도입하여 상기 제 3 원자층에 흡착된 상기 제 4 소스가스와 상기 제 4 반응가스를 반응시켜 상기 제 1 원자층과 동일한 종류의 제 4 원자층을 형성하는 단계 ; 및Introducing a fourth reaction gas in the fourth direction to react the fourth source gas adsorbed on the third atomic layer with the fourth reaction gas to form a fourth atomic layer of the same type as the first atomic layer; step ; And 상기 제 4 방향으로 제 8 퍼지가스를 이용하여 반응 부산물 및 미반응된 상기 제 4 반응가스를 퍼지하는 단계를 포함하는 원자층증착 방법.Purging reaction by-products and unreacted fourth reaction gas using an eighth purge gas in the fourth direction. 삭제delete 삭제delete 제5항에 있어서, 상기 제1 원자층 내지 제4 원자층은 실리콘, 유전막, 금속막, 또는 복합막중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 원자층증착 방법. The method of claim 5, wherein the first to fourth atomic layers are any one of silicon, a dielectric film, a metal film, or a composite film. 기판을 수용하는 반응 공간을 갖는 챔버 ; A chamber having a reaction space for receiving a substrate; 상기 챔버의 측면에 위치하고 상기 기판에 수평인 제 1 방향으로 제 1 공정가스를 도입하기 위한 제 1 가스공급부 ;A first gas supply unit positioned at a side of the chamber and introducing a first process gas in a first direction horizontal to the substrate; 상기 제 1 가스공급부의 수직 방향에 위치하고 상기 기판에 수평인 제 2 방향으로 제 2 공정가스를 도입하기 위한 제 2 가스공급부 ;A second gas supply part for introducing a second process gas in a second direction positioned in a vertical direction of the first gas supply part and horizontal to the substrate; 상기 제 1 가스공급부에 대향하는 방향에 위치하고 상기 기판에 수평인 제 3 방향으로 제 3 공정가스를 도입하기 위한 제 3 가스공급부 ;A third gas supply part for introducing a third process gas in a third direction located in a direction opposite to the first gas supply part and horizontal to the substrate; 상기 제2 가스공급부에 대향하는 방향에 위치하고 상기 기판에 수평인 제 4 방향으로 제 4 공정가스를 도입하기 위한 제 4 가스공급부를 포함하는 화학기상증착 장치.And a fourth gas supply unit for introducing a fourth process gas in a fourth direction located in a direction opposite to the second gas supply unit and horizontal to the substrate. 제9항에 있어서, 상기 제 1 공정가스 내지 제 4 공정가스를 배출하기 위한 제 1 배기부 내지 제 4 배기부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치. The chemical vapor deposition apparatus according to claim 9, further comprising first to fourth exhaust parts for discharging the first to fourth process gases. 삭제delete 기판을 수용하기 위한 반응 공간을 갖는 챔버 ; A chamber having a reaction space for receiving a substrate; 상기 챔버의 측면에 위치하고 상기 기판에 수평인 제 1 방향으로 제 1 소스가스, 제 1 반응가스, 제 1 퍼지가스 및 제 2 퍼지가스를 각각 도입하기 위한 제 1 가스공급부 ;A first gas supply unit positioned at a side of the chamber and introducing first source gas, first reaction gas, first purge gas, and second purge gas in a first direction horizontal to the substrate; 상기 챔버의 중심에서 상기 제 1 가스 공급부와 동일한 방향에 위치하고 상기 제 1 방향으로 상기 제 1 퍼지가스, 상기 제 2 퍼지가스를 이용하여 미흡착 물질, 미반응 물질 및 불순물을 퍼지하기 위한 제 1 배기부 ;A first vessel located at the same direction as the first gas supply unit at the center of the chamber and purging unadsorbed material, unreacted material, and impurities using the first purge gas and the second purge gas in the first direction. donate ; 상기 제 1 가스공급부에 수직 방향에 위치하고 상기 기판에 수평인 제 2 방향으로 제 2 소스가스, 제 2 반응가스, 제 3 퍼지가스 및 제 4 퍼지가스를 각각 도입하기 위한 제 2 가스공급부 ;A second gas supply part for introducing a second source gas, a second reaction gas, a third purge gas, and a fourth purge gas in a second direction perpendicular to the first gas supply part and horizontal to the substrate; 상기 챔버의 중심에서 상기 제 2 가스 공급부와 동일한 방향에 위치하고 상기 제 2 방향으로 상기 제 3 퍼지가스, 상기 제 4 퍼지가스를 이용하여 미흡착 물질, 미반응 물질 및 불순물을 퍼지하기 위한 제 2 배기부 ;A second vessel located in the same direction as the second gas supply unit at the center of the chamber and purging unadsorbed material, unreacted material and impurities using the third purge gas and the fourth purge gas in the second direction; donate ; 상기 제 1 가스공급부에 대향하는 방향에 위치하고 상기 기판에 수평인 제 1 방향과 반대인 제 3 방향으로 제 3 소스가스, 제 3 반응가스, 제 5 퍼지가스 및 제 6 퍼지가스를 각각 도입하기 위한 제 3 가스공급부 ;For introducing the third source gas, the third reaction gas, the fifth purge gas, and the sixth purge gas in a third direction which is located in a direction opposite to the first gas supply part and opposite to the first direction horizontal to the substrate, respectively. Third gas supply unit; 상기 챔버의 중심에서 상기 제 3 가스 공급부와 동일한 방향에 위치하고 상기 제 3 방향으로 상기 제 5 퍼지가스, 상기 제 6 퍼지가스를 이용하여 미흡착 물질, 미반응 물질 및 불순물을 퍼지하기 위한 제 3 배기부 ;A third vessel located at the same direction as the third gas supply unit at the center of the chamber and purging unadsorbed material, unreacted material, and impurities using the fifth purge gas and the sixth purge gas in the third direction; donate ; 상기 제 2 가스공급부에 대향하는 방향에 위치하고 상기 기판에 수평이며 상기 제 2 방향과 반대인 제 4 방향으로 제 4 소스가스, 제 4 반응가스, 제 7 퍼지가스 및 제 8 퍼지가스를 각각 도입하기 위한 제 4 가스공급부 ; 및Introducing a fourth source gas, a fourth reaction gas, a seventh purge gas, and an eighth purge gas in a fourth direction located in a direction opposite to the second gas supply part and horizontal to the substrate and opposite to the second direction, respectively; A fourth gas supply unit for; And 상기 챔버의 중심에서 상기 제 4 가스 공급부와 동일한 방향에 위치하고 상기 제 4 방향으로 상기 제 7 퍼지가스, 상기 제 8 퍼지가스를 이용하여 미흡착 물질, 미반응 물질 및 불순물을 퍼지하기 위한 제 4 배기부를 포함하는 원자층증착 장치.A fourth exhaust for purging unadsorbed material, unreacted material, and impurities using the seventh purge gas and the eighth purge gas in the same direction as the fourth gas supply part at the center of the chamber; An atomic layer deposition apparatus comprising a portion. 삭제delete
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