KR100518524B1 - 원자층 형성용 반응챔버 및 이를 이용한 물질막 형성방법 - Google Patents

원자층 형성용 반응챔버 및 이를 이용한 물질막 형성방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100518524B1
KR100518524B1 KR10-1999-0002591A KR19990002591A KR100518524B1 KR 100518524 B1 KR100518524 B1 KR 100518524B1 KR 19990002591 A KR19990002591 A KR 19990002591A KR 100518524 B1 KR100518524 B1 KR 100518524B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reaction chamber
material film
wafer
forming
atomic layer
Prior art date
Application number
KR10-1999-0002591A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20000051888A (ko
Inventor
최성제
김영선
임재순
박흥수
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR10-1999-0002591A priority Critical patent/KR100518524B1/ko
Publication of KR20000051888A publication Critical patent/KR20000051888A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100518524B1 publication Critical patent/KR100518524B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
    • C23C16/18—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metallo-organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

원자층 형성용 반응챔버 및 이를 이용한 물질막 형성방법에 관해 개시되어 있다. 웨이퍼 스테이지 위에 구비된 샤워헤드를 통해 소오스 가스가 웨이퍼 위로 유입되고, 상기 스테이지 둘레의 바닥에 구비된 펌핑 포트를 통해 상기 소오스 가스가 유출되는 원자층 형성용 반응챔버에 있어서, 상기 샤워헤드 및 스테이지 둘레의 반응챔버 벽에 소정의 두께를 갖는 내부벽이 구비되어 있고, 상기 스테이지 둘레의 상기 챔버 바닥 상에 상기 펌핑 포트를 노출시키는 소정 두께의 내부 바닥이 구비되어 있어 좁은 내부 공간 체적을 갖는 원자층 형성용 반응챔버를 제공한다. 이러한 반응챔버를 사용함으로써 펄싱시간 및 퍼징시간을 짧게하면서도 충분한 두께의 물질막을 균일하게 형성할 수 있다. 펄싱 및 퍼징 시간이 짧아짐으로써 물질막을 적층하는데 소요되는 시간이 줄어든다. 이에 따라, 단위시간당 웨이퍼 가공능력이 증가되므로 반도체 장치의 생산성이 증가된다.

Description

원자층 형성용 반응챔버 및 이를 이용한 물질막 형성방법{Reaction chamber for the atomic layer deposition and method for forming a material layer using the same}
본 발명은 반도체 장치의 제조설비 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조방법에 관한 것으로서, 자세하게는 원자층 형성용 반응챔버 및 이를 이용한 원자층 형성방법에 관한 것이다.
원자층 적층(Atomic Layer Deposition, 이하, ALD라 함)방식은 소오스 가스가 공급되는 방식에 따라 트레블링 웨이브(traveling wave) 방식과 샤워헤드(shower head) 방식으로 나누어진다.
상기 트레블링 웨이브 방식은 웨이퍼의 아래쪽에서 위쪽으로 가스를 플로우시키는 방식이다.
그리고 상기 샤워헤드 방식은 웨이퍼의 위쪽에서 가스가 플로우 되는 방식이다.
상기 트레블링 웨이브 방식의 반응챔버는 다음과 같은 장점이 있다.
즉, 반응챔버 내부 공간이 작아 웨이퍼의 표면에 가스를 분사할 때, 가스가 신속하게 분사되고 펌핑되는 장점이 있다.
반면, 샤워헤드 방식의 반응챔버는 상기 트레블링 방식의 반응챔버에 비해 상대적으로 반응챔버 내부 공간이 넓다. 이로 인해, 반응챔버 안에 분사된 가스가 반응챔버에 머무르는 시간을 조절하기 어려운 문제와 가스의 펌핑에 걸리는 시간이 길어지는 문제가 있다.
ALD방식에서 적층율(deporation rate)은 펄싱(pulsing) 시간과 퍼징(purging) 시간에 의해 결정된다. 따라서, 상기 펄싱 및 퍼징 시간을 정밀하게 조절하는 것이 바람직하다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 참조번호 10 및 10a는 각각 종래 기술에 의한 원자층 형성용 반응챔버의 하나인 샤워헤드 방식의 반응챔버(10)와 트레블링 웨이브 방식의 반응챔버를 나타낸다. 또한, 도 1에서 참조번호 12, 14 및 16은 각각 샤워헤드 방식의 반응챔버(10)에 구비된 샤워헤드, 웨이퍼 스테이지 및 펌핑포트를 나타내고, 도 2에서 참조번호 12a, 14a 및 16a는 각각 트래블링 웨이브 방식의 반응챔버(10a)에 구비된 가스포트, 웨이퍼 스테이지 및 펌핑 포트를 나타낸다.
종래 기술에 의한 원자층 형성용 반응챔버의 하나인 샤워헤드 방식의 반응챔버(10)의 내부 공간 체적은 도 2에 도시된 상기 트레블링 웨이브 방식의 반응챔버(10a)의 내부 공간 체적에 비해 상대적으로 넓다.
때문에 종래 기술에 의한 샤워헤드 방식의 반응챔버를 사용하여 물질막을 형성하는 경우, 반응챔버에 분사된 소오스 가스가 반응챔버내에 머무르는 시간이 길어지고 펌핑에 걸리는 시간이 길어지는 단점이 있다. 이러한 단점을 해소하기 위해, 펄싱 및 퍼징 시간을 짧게하는 경우, 물질층이 적층되지 않거나 적층율이 매우 낮고 퍼지가 충분히 일어나지 않아 케미숍션(chemisorption)이외에 피지숍션(physisorption)된 리액턴트들이 남아 물질막의 균일성(uniformity)이 나빠진다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술이 갖는 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 짧은 시간에 가스의 유입 및 유출이 일어나더라도 물질막의 완전한 적층과 균일한 적층을 이룰 수 있는 원자층 형성용 반응챔버를 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 반응챔버를 이용한 원자층 형성방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 웨이퍼 스테이지 위에 구비된 샤워헤드를 통해 소오스 가스가 웨이퍼 위로 유입되고, 상기 스테이지 둘레의 바닥에 구비된 펌핑 포트를 통해 상기 소오스 가스가 유출되는 원자층 형성용 반응챔버에 있어서,
상기 샤워헤드 및 스테이지 둘레의 반응챔버 벽에 소정의 두께를 갖는 내부벽이 구비되어 있고, 상기 스테이지 둘레의 상기 챔버 바닥 상에 상기 펌핑 포트를 노출시키는 소정 두께의 내부 바닥이 구비되어 있어 상기 반응챔버 내부의 공간 체적이 좁은 것을 특징으로 하는 원자층 형성용 반응챔버를 제공함에 있다.
여기서, 상기 반응챔버는 그 내부 공간의 체적이 약 5리터(liter, l)이하인 반응챔버이다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 웨이퍼 스테이지 위에 구비된 샤워헤드를 통해 소오스 가스가 웨이퍼 위로 유입되고, 상기 스테이지 둘레의 바닥에 구비된 펌핑 포트를 통해 상기 소오스 가스가 유출되는 반응챔버를 이용한 원자층 형성방법에 있어서,
(a) 상기 반응챔버의 내부 공간의 체적을 줄인다. (b) 상기 내부 공간의 체적이 줄어든 반응챔버의 웨이퍼 스테이지 상에 웨이퍼를 로딩한다. (c) 상기 웨이퍼 상에 원자층 단위의 두께로 적층된 물질막을 형성한다.
이 과정에서, 상기 (a) 단계는
(a1) 상기 웨이퍼 스테이지 둘레의 상기 챔버 바닥 상에 내부 바닥을 덮되, 상기 펌핑 포트가 노출되도록 덮는 단계; 및
(a2) 상기 웨이퍼 스테이지 위쪽 공간, 상기 샤워헤드 둘레의 반응챔버 벽에 상기 내부바닥과 접촉되는 내부 벽을 형성하여 상기 반응챔버의 내부 공간 체적을 줄이는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 (C)단계는
(c1) 상기 내부 공간의 체적이 줄어든 반응챔버에 제1 리액턴트를 주입하여 상기 웨이퍼 표면에 캐미숍션을 시키는 단계;
(c2) 상기 제1 리액턴트중 피지숍션된 리액턴트를 제거하는 단계; 및
(c3) 상기 내부 공간의 체적이 줄어든 반응챔버에 상기 제1 리액턴트를 다시 주입하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 물질막은 금속산화막, 금속 질화막 및 단원자 금속층으로 이루어진 군중 선택된 어느 하나로 형성한다.
여기서, 상기 금속산화막은 단원자 산화막 및 복합산화막중 선택된 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 단원자 산화막은 Al2O3, TiO2, HfO2, Ta2O 5, Nb2O5, CeO2, Y2O3, SiO2, In2O3, RuO2 및 IrO2로 이루어진 군중 선택된 어느 하나이다.
상기 복합산화막은 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(ITO), Fe이 도핑된 In2O3 및 Zr이 도핑된 In2O3로 이루어진 군중 선택된 어느 하나이다.
상기 금속 질화막은 단원자 질화막 및 복합 질화막중 선택된 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 단원자 질화막은 SiN, NbN, ZrN, TiN, TaN, Ya3N5, AlN, GaN, WN 및 BN으로 이루어진 군중 선택된 어느 하나이다.
그리고 상기 복합 질화막은 WBN, WSiN, TiSiN, TaSiN, AlSiN 및 AlTiN으로 이루어진 군중 선택된 어느 하나이다.
상기 단원자 금속층은 Al, Cu, Ti, Ta, Mo, Pt, Ru, Ir, W 및 Ag로 이루어진 군중 선택된 어느 하나이다.
이상과 같이, 본 발명은 원자층 형성용 반응챔버로써 내부 공간 체적을 줄인 반응챔버를 제공한다. 또한, 이러한 반응챔버를 사용함으로써 펄싱시간 및 퍼징시간을 짧게하면서도 충분한 두께의 물질막을 균일하게 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 원자층 형성용 반응챔버 및 이를 이용한 원자층 형성방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.
그러나 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 도면에서 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되어진 것이다. 도면상에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 또한, 어떤 층이 다른 층 또는 기판의 "상부"에 있다라고 기재된 경우, 상기 어떤 층이 상기 다른 층 또는 기판의 상부에 직접 존재할 수도 있고 그 사이에 제 3의 층이 개재되어 질 수도 있다.
첨부된 도면들 중, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 원자층 형성용 반응챔버의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 원자층 단위로 적층되는 물질막 형성방법을 단계별로 나타낸 블록도이며, 도 5는 종래 기술 및 본 발명의 제1 실시예에 의한 물질막 형성방법에 따라 물질막을 형성한 결과를 나타낸 그래프도이다.
또한, 도 6은 종래 기술 및 본 발명의 제2 실시예에 의한 물질막 형성방법에 따라 물질막을 형성한 결과를 나타낸 그래프도이고, 도 7은 종래 기술 및 본 발명의 제3 실시예에 의한 물질막 형성방법에 따라 물질막을 형성한 결과를 나타낸 그래프도이며, 도 8은 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 의한 물질막 형성방법 별로 생산성 향상을 비교하기 위한 표이다.
도 3를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 원자층 형성용 반응챔버(40)는 바닥에 웨이퍼 스테이지(42)가 놓여 있다. 상기 웨이퍼 스테이지(42) 위쪽의 반응챔버(40)의 천정(44)에 상기 웨이퍼 스테이지(42)와 대향하는 샤워헤드(shower head, 46)가 구비되어 있다. 상기 샤워헤드(46)는 상기 반응챔버(40)의 천정(44) 중앙에 위치해 있다. 상기 샤워헤드(46)를 통해 상기 웨이퍼 스테이지(42) 위로 소오스 가스가 유입된다. 상기 웨이퍼 스테이지(42) 둘레의 바닥(50)에 상기 유입된 소오스 가스가 유출되는 펌핑 포트(pumping port, 52)가 구비되어 있다. 상기 펌핑 포트(52)를 제외한 상기 웨이퍼 스테이지(42) 둘레의 바닥(50) 상에 내부 바닥(54)이 구비되어 있다. 따라서, 상기 펌핑 포트(52)는 상기 내부 바닥(54)를 통해서 노출되어 있다. 상기 내부 바닥(54)은 소정의 두께를 갖는다. 바람직하게는 상기 웨이퍼 스테이지(42)의 두께와 동일하거나 조금 더 두꺼운 두께를 갖는다.
상기 샤워 헤드(46) 둘레의 상기 내부 바닥(54)과 상기 천정(44) 사이의 상기 반응챔버(40)의 벽(48)에 내부 벽(56)이 구비되어 있다. 상기 내부 벽(56)은 소정의 두께를 갖는다. 예컨대, 상기 내부 벽(56)은 상기 샤워 헤드(46)와 접촉되지 않는 범위내에서 가능한 두꺼운 두께를 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 내부 벽(56)이 상기 내부 바닥(54)을 통해 노출되는 펌핑 포트(52)의 입구를 막는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 상기 내부 벽(56)은 상기 반응챔버의 벽(48)에서 상기 펌핑 포트(52)사이의 간격(D)보다 작은 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 펌핑 포트(52)의 위치에 따라, 상기 내부 벽(56)의 두께(T)는 더 두꺼워지거나 더 얇아질 수 있다.
상기 웨이퍼 스테이지(42) 둘레에 구비된 내부 바닥(54)과 상기 내부 바닥(54) 상에 형성된 상기 반응챔버(40)의 내부 벽(56)으로 인해, 상기 반응챔버(40) 내부는 좁아진다. 즉, 내부 공간 체적은 줄어든다. 따라서, 상기 반응챔버(40)에 유입되는 소오스 가스의 부분압력(partial pressure)이 높아져서 웨이퍼의 모든 표면에 캐미숍션이 형성된다. 또한, 반응챔버내의 가스를 퍼징하는데 있어서, 짧은 시간에 소요된다. 결국, 반응챔버의 펄싱 및 포징시간이 짧아지므로, 반도제 장치의 생상선이 증가된다.
다음에는 상기 내부 공간 체적을 줄인 반응챔버를 이용하는 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 의한 원자층 단위로 적층되는 물질막 형성방법을 설명한다.
먼저, 본 발명의 제1 실시예에 의한 물질막 형성방법을 설명한다.
도 4을 참조하면, 제1 실시예에 의한 물질막 형성방법은 모두 3단계로 진행된다.
제1 단계(60)는 도 3에 도시한 바와 같이 반응챔버의 내부 공간 체적을 줄이는 단계이다.
구체적으로, 도 3을 참조하면, 웨이퍼 스테이지(42)와 반응챔버 벽(48) 사이의 바닥(50)을 덮되, 상기 웨이퍼 스테이지(42) 둘레의 바닥(50)에 구비된 펌핑 포트(52)는 노출되도록 덮는다. 또한, 상기 웨이퍼 스테이지(42) 위에 구비된 샤워 헤드(46)를 둘러싸는 반응챔버 벽(48)에 상기 내부 바닥(54)과 접촉되는 내부 벽(56)을 형성한다. 이때, 상기 내부 바닥(54)은 소정의 두께, 바람직하게는 상기 웨이퍼 스테이지(42)와 동일한 두께 또는 그 보다 조금 더 두꺼운 두께로 형성한다. 또한, 상기 내부 벽(56)은 상기 샤워 헤드(46)와 접촉되지 않는 범위내에서 가능한 두껍게 형성하는 것이 바람직하나, 상기 펌핑 포트(52)를 막지 않을 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 내부 벽(56)의 두께(T)는 상기 반응챔버 벽(48)과 상기 펌핑 포트(52) 사이의 간격(D)과 같거나 간격(D)보다 작은 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 내부 벽(56)의 두께(T)는 상기 펌핑 포트(52)의 위치에 따라 가감될 수 있다. 이렇게 하여, 내부 공간 체적이 줄어든 반응챔버(40)가 형성된다. 상기 반응챔버(40)는 그 내부 공간 체적이 약 5리터(liter, l)이하가 되도록 줄이는 것이 바람직하다.
제2 단계(62)는 웨이퍼 로딩 단계이다.
구체적으로, 상기 내부 공간 체적이 줄어든 반응챔버(40)의 상기 웨이퍼 스테이지(42) 상에 웨이퍼(58)를 로딩한다. 상기 웨이퍼(58) 상에 트랜지스터 또는 커패시터와 같은 반도체 소자와 상기 반도체 소자들을 덮는 물질층이 형성되어 있을 수 있다.
제3 단계(64)는 상기 웨이퍼(58) 상에 원자층 단위의 두께로 물질막을 형성하는 단계이다.
구체적으로, 상기 반응챔버(40)의 샤워 헤드(46)를 통해 상기 웨이퍼(58) 상에 형성하고자 하는 물질막의 소오스 가스를 유입시킨다. 이와 함께 제1 리액턴트(reactant)도 유입시킨다. 상기 제1 리액턴트는 가스상 또는 액상으로 유입시킨다. 상기 제1 리액턴트를 상기 웨이퍼 표면에 캐미숍션(chemisorption)시킨다. 화학적 교환(chemical exchange)에 의해, 상기 웨이퍼 표면에 제1 리액턴트의 원자층이 적층된다. 상기 제1 리액턴트중 피지숍션(physisorption)된 리액턴트를 제거한다. 상기 웨이퍼 표면에 균일한 캐미숍션된 표면, 즉 원자층을 얻기 위해, 상기 제1 리액턴터를 다시 상기 반응챔버(40)에 유입시킨다.
상기 제1 리액턴트의 원자층을 형성하는 과정에서, 반응챔버내에 유입되는 상기 제1 리액턴트의 펄싱시간(pulsing time) 및 퍼싱 시간(pursing time)은 각각 0.5초 및 4초정도로 한다.
상기와 같이, 원자층으로 적층되는 물질막은 금속산화막, 금속 질화막 및 단원자 금속층으로 이루어진 군중 선택된 어느 하나로 형성한다.
여기서, 상기 금속산화막은 단원자 산화막 및 복합산화막중 선택된 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다. 이중에서, 상기 단원자 산화막은 Al2O3, TiO2, HfO2, Ta2O5, Nb2O5, CeO2, Y2O3, SiO2, In2O3, RuO2 및 IrO2로 이루어진 군중 선택된 어느 하나를 사용하여 형성한다. 그리고 상기 복합산화막은 SrTiO3, PbTiO3, SrRuO3, CaRuO3, (Ba, Sr)TiO3, Pb(Zr, Ti)O3, (Pb,La)(Zr,Ti)O 3, (Sr, Ca)Ru03, (Ba, Sr)RuO3, Sn이 도핑된 In2O3(ITO), Fe이 도핑된 In2O3 및 Zr이 도핑된 In2O3로 이루어진 군중 선택된 어느 하나를 사용하여 형성한다.
상기 금속 질화막은 단원자 질화막 및 복합 질화막중 선택된 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다. 이중에서, 상기 단원자 질화막은 SiN, NbN, ZrN, TiN, TaN, Ya3N5, AlN, GaN, WN 및 BN으로 이루어진 군중 선택된 어느 하나를 사용하여 형성한다. 그리고 상기 복합 질화막은 WBN, WSiN, TiSiN, TaSiN, AlSiN 및 AlTiN으로 이루어진 군중 선택된 어느 하나를 사용하여 형성한다.
상기 단원자 금속층은 Al, Cu, Ti, Ta, Mo, Pt, Ru, Ir, W 및 Ag로 이루어진 군중 선택된 어느 하나를 사용하여 형성한다.
도 5를 참조하면, 상기 반응챔버(40)의 내부 공간 체적을 줄인 상태에서 웨이퍼 표면에 원자층 단위로 물질막을 형성함으로써, 상기 웨이퍼 표면에 형성되는 물질막의 균일도가 개선되는 것을 알 수 있다.
구체적으로, 도 5의 가로축은 공정 사이클을 나타내고, 세로 축은 왼쪽이 상기 물질막의 두께를, 오른 쪽이 상기 물질막의 균일도를 나타낸다.
또한, 참조번호 G1 및 G2는 각각 제1 및 제2 그래프를 나타낸다. 상기 제1 그래프(G1)는 종래 기술에 의한 원자층 형성방법으로 적층되는 물질막의 두께 변화를 나타낸 그래프이다. 상기 제2 그래프(G2)는 본 발명의 제1 실시예에 의한 원자층 형성방법으로 적층되는 물질막의 두께 변화를 나타낸 그래프이다.
참조번호 G3 및 G4는 각각 제3 및 제4 그래프를 나타낸다. 상기 제3 그래프(G3)는 종래 기술에 의한 원자층 형성방법으로 적층되는 물질막의 균일도 변화를 나타낸 그래프이다. 그리고 상기 제4 그래프(G4)는 본 발명의 제1 실시예에 의한 원자층 형성방법으로 적층되는 물질막의 균일도 변화를 나타낸 그래프이다.
상기 제1 및 제2 그래프(G1, G2)를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따라 형성될 때의 상기 물질막의 두께와 상기 종래 기술에 의한 방법에 따라 형성될 때의 상기 물질막의 두께 사이에는 거의 차이가 없음을 알 수 있다. 이러한 결과로 미루어 볼 때, 상기 펄싱 및 퍼싱 시간이 각각 약 0.5초 및 4초 정도인 상황에서 상기 반응챔버(40)의 내부 공간 체적을 감소시키는 것은 상기 물질막의 적층율(deporation rate)에 거의 영향을 미치지 않는다는 것을 의미한다.
반면, 상기 제3 및 제4 그래프(G3, G4)를 참조하면, 상기 물질막의 균일도는 본 발명의 제1 실시예 및 상기 종래 기술에 의한 방법에 따라 확연한 차이가 있는 것을 알 수 있다.
구체적으로, 종래 기술에 따라 내부 공간 체적을 감소시키지 않은 반응챔버를 사용하여 상기 물질막을 형성하는 경우, 상기 물질막의 균일도는 공정 싸이클이 50일 때 3%정도가 된다. 반면, 본 발명의 제1 실시예에 따라 상기 물질막을 형성하는 경우, 상기 물질막의 균일도는 동일한 공정 싸이클에서 4%정도이다. 따라서, 상기 물질막의 균일도가 개선됨을 알 수 있다. 이러한 결과는 상기 반응챔버(40)의 내부 공간 체적을 줄임으로써, 상기 웨이퍼 표면에 피지숍션되어 잔류되어 있던 상기 제1 리액턴트가 퍼징되기 때문에 나타난다.
본 발명의 제2 실시예에 의한 원자층 형성방법은 상기 제1 실시예에 의한 방법과 동일한 단계로 진행된다. 다만, 상기 물질막을 형성하는 과정에서 상기 펄싱 및 퍼징 시간을 다르게 가져간다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 의한 방법에서 상기 펄싱 및 퍼징은 상기 제1 실시예에 의한 방법보다 0.3초 및 2초 정도 각각 줄어든 0.2초 및 2초 정도 실시한다.
이에 따른, 상기 물질막의 적층율 및 균일도 변화는 도 6에 도시되어 있다.
구체적으로, 도 6에서 가로 축 및 세로 축은 각각 공정 사이클 및 웨이퍼 표면에 원자층 단위로 적층되는 물질막의 두께와 물질막의 균일도 변화를 나타내다. 세로 축의 왼쪽이 상기 물질막의 두께를, 오른 쪽이 상기 물질막의 균일도를 나타낸다.
또한, 참조번호 G5 및 G6는 각각 제5 및 제6 그래프를, 참조번호 G7 및 G8는 각각 제7 및 제8 그래프를 나타낸다. 상기 제5 그래프(G5)는 종래 기술에 의한 원자층 형성방법으로 적층되는 물질막의 두께 변화를 나타낸 그래프이다. 그리고 상기 제6 그래프(G6)는 본 발명의 제2 실시예에 의한 원자층 형성방법으로 적층되는 물질막의 두께 변화를 나타낸 그래프이다. 또한, 상기 제7 그래프(G7)는 종래 기술에 의한 원자층 형성방법으로 적층되는 물질막의 균일도 변화를 나타낸 그래프이고, 상기 제8 그래프(G8)는 본 발명의 제2 실시예에 의한 원자층 형성방법으로 적층되는 물질막의 균일도 변화를 나타낸 그래프이다.
상기 제5 및 제6 그래프(G5, G6)를 참조하면, 상기 펄싱 및 퍼징 시간이 각각 0.2초 및 2초인 종래 기술 및 본 발명의 제2 실시예에에 의한 방법으로 적층한 물질막은 상기 펄싱 및 퍼징 시간이 각각 0.5초 및 4초 정도인 상기 종래 기술 및 본 발명의 제1 실시예에에 의한 방법으로 적층한 물질막보다 얇은 두께로 적층된다. 그러나, 상기 제5 및 제6 그래프(G5, G6)의 기울기는 거의 같음을 알 수 있다. 그렇지만, 싸이클 당 물질막이 적층되는 적층율은 낮아져서 본 발명의 제2 실시예에서는 약 1.1(Å/싸이클)정도가 된다.
한편, 상기 제7 및 제8 그래프(G7, G8)를 참조하면, 물질막의 균일도는 종래 기술에 의한 원자층 형성방법에서 2.5%∼3.5%정도이던 것이 본 발명의 제2 실시예에 의한 원자층 형성방법에서 1.8%∼2.2%정도로 변화된 것을 알 수 있다. 싸이클 변화에 따른 상기 제8 그래프(G8)의 기복이 상기 제7 그래프(G7)의 그것보다 작은 것을 알 수 있다. 곧, 적층되는 물질막의 균일도가 개선되는 것을 볼 수 있다.
이러한 결과는 웨이퍼 표면에 피지숍션되어 잔류되어 있던 리액턴트가 반응챔버의 내부 공간 체적이 줄어들면서 증대된 퍼징 효과에 의한 것이다. 즉, 상기 반응챔버의 내부 공간 체적을 줄임으로써, 짧은 시간의 퍼징으로도 상기 웨이퍼 표면에 잔류되어 있는 리액턴트를 제거할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 의한 원자층 형성방법은 상기 제1 실시예에 의한 것과 동일한 단계로 진행한다. 다만, 웨이퍼 상에 물질막을 형성하는 과정에서 펄싱 및 퍼징을 각각 상기 제1 및 제2 실시예보다 짧은 시간인 0.1초 및 1초 정도 실시하는 것을 특징으로 한다. 이때 형성되는 물질막은 동일한 펄싱 및 퍼징 시간조건을 갖는 종래 기술에 의한 원자층 형성방법으로 형성되는 물질막에 비해 특성이 개선됨을 알 수 있다.
구체적으로, 도 7을 참조하면, 참조부호 G9 및 G10은 각각 제9 및 제10 그래프이다. 상기 제9 그래프(G9)는 본 발명의 제3 실시예에 의한 원자층 형성방법에 따라 적층되는 물질막의 균일도의 변화를, 상기 제10 그래프(G10)는 두께변화를 나타낸 그래프이다. 또한, 참조부호 H1 및 H2는 각각 종래 기술에 의한 방법에 따라 적층되는 물질막의 50 싸이클에서의 두께 및 균일도를 나타내다.
참조부호 H1 및 H2를 참조하면, 종래 기술에 의한 방법으로 물질막을 형성할 경우, 펄싱 시간 및 퍼징 시간이 짧아서 웨이퍼 표면에서 캐미숍션이 온전하게 일어나지 않는다. 이 결과, 물질막의 적층율은 50싸이클 기준으로 0.48(Å/싸이클)정도로써 웨이퍼 표면에 물질막이 적층되지 않은 부분이 존재한다. 이 값은 펄싱 및 퍼징을 각각 0.2초 및 2초정도 실시하는 종래 기술에 따라 형성되는 물질막의 적층율보다 낮은 값인데, 이는 반응챔버의 체적은 그대로 두고 펄싱 및 퍼징 시간만을 단축함으로써 반응챔버내의 펄싱 및 퍼징이 제대로 이루어지지 않은 당연한 결과이다. 이와 같은 상황에서, 물질막의 균일도는 50싸이클 기준으로 23%정도인 것을 알 수 있다.
한편, 제9 및 제10 그래프(G9, G10)를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따라 형성되는 물질막의 균일도는 3%-4%정도인 것을 알 수 있다. 이는 반응챔버의 내부 공간 체적이 줄어들면서 반응챔버내에서 리액턴트의 부분압(partial pressure)이 높아지고 그 결과, 웨이퍼 표면에서 균일한 캐미숍션이 가능해지기 때문이다. 또한, 이러한 결과에 의해 0.1초 및 1초 정도의 짧은 펄싱 및 퍼징 시간에도 불구하고 상기 제2 실시예에서와 같은 물질막 적층율(1.1Å/싸이클)을 얻는 것이 가능하다. 이는 다음 수학식을 참조하면 쉽게 이해할 수 있다.
[수학식]
Ppartial = [P(T)/Pbubbler]×[Fbubbler/Freactor]×Preactor
상기 수학식에서 Ppartial은 리액턴트의 부분압을, P(T)는 리액턴트의 온도를, Pbubbler 및 preactor 는 리액턴트 압력을, Fbubbler 및 Freactor는 리액턴트의 플로우 율을 나타낸다.
상기 수학식에서 P(T), Pbubbler, Fbubbler, Freactor는 변하지 않으나, Preactor는 반응챔버의 내부 공간 체적이 작아지므로 높아진다. 따라서, Ppartial이 커진다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기 보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기한 펄싱 및 퍼징 시간을 상기 제1 내지 제3 실시예와 다르게 하거나 상기 반응챔버를 구성하는 요소들 간의 간격을 조절하여 반응챔버의 내부 공간 체적을 더욱 좁게 하는 변형된 방법으로 본 발명을 실시할 수 있음이 명백하다. 또한, 상기에서 언급하지 않았지만, 상기 반응챔버내의 내부바닥이나 내부벽의 재질을 한정하고 변형하는 본 발명을 실시할 수도 있다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 원자층 단위로 적층되는 물질막 형성용으로 내부 공간 체적을 줄인 반응챔버를 제공한다. 또한, 이러한 반응챔버를 사용함으로써 펄싱시간 및 퍼징시간을 짧게하면서도 충분한 두께의 물질막을 균일하게 형성할 수 있다. 펄싱 및 퍼징 시간이 짧아짐으로써 물질막을 적층하는데 소요되는 시간이 줄어든다. 이에 따라, 단위시간당 웨이퍼 가공능력이 증가되므로 반도체 장치의 생산성이 증가된다. 이에 대한 자료는 도 8에서 볼 수 있다.
구체적으로, 도 8을 참조하면, 50싸이클을 기준으로, 본 발명의 제1 실시예에 해당하는 제1 레시피에서 종래 기술 대비 분당 4.5매의 웨이퍼가 가공되었다. 그러나, 본 발명의 제2 실시예에 해당하는 제2 레시피에서 종래 기술 대비 분당 6.5매의 웨이퍼가 가공되었다. 이는 본 발명의 제1 실시예에 비해 약 44%정도 생산성이 증가된 결과를 나타낸다. 또한, 본 발명의 제3 실시예에 해당하는 제3 레시피에서는 종래 기술 대비 분당 8.2매의 웨이퍼가 가공되어 제1 실시예에 비해 82%정도 생산성이 증가되었다.
도 1은 종래 기술에 의한 원자층 형성용 샤워헤드 방식의 반응챔버의 단면도이다.
도 2는 종래 기술에 의한 원자층 형성용 트레블링 웨이브 방식의 반응챔버의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 원자층 형성용 반응챔버의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 원자층 단위로 적층되는 물질막 형성방법을 단계별로 나타낸 블록도이다.
도 5는 종래 기술 및 본 발명의 제1 실시예에 의한 물질막 형성방법에 따라 물질막을 형성한 결과를 나타낸 그래프도이다.
도 6은 종래 기술 및 본 발명의 제2 실시예에 의한 물질막 형성방법에 따라 물질막을 형성한 결과를 나타낸 그래프도이다.
도 7은 종래 기술 및 본 발명의 제3 실시예에 의한 물질막 형성방법에 따라 물질막을 형성한 결과를 나타낸 그래프도이다.
도 8은 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 의한 물질막 형성방법 별로 생산성 향상을 비교하기 위한 표이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*
40:샤워헤드 방식의 반응챔버.
42:웨이퍼 스테이지. 44:천정.
46:샤워헤드. 48:챔버 벽.
50:바닥. 52:펌핑 포트.
54:내부 바닥. 56:내부 벽.
G1 내지 G10:제1 내지 제10 그래프.

Claims (10)

  1. 웨이퍼 스테이지 위에 구비된 샤워헤드를 통해 소오스 가스가 웨이퍼 위로 유입되고, 상기 스테이지 둘레의 바닥에 구비된 펌핑 포트를 통해 상기 소오스 가스가 유출되는 원자층 형성용 반응챔버에 있어서,
    상기 샤워헤드 및 스테이지 둘레의 반응챔버 벽에 소정의 두께를 갖는 내부벽이 구비되어 있고, 상기 스테이지 둘레의 상기 챔버 바닥 상에 상기 펌핑 포트를 노출시키는 소정 두께의 내부 바닥이 구비된 것을 특징으로 하는 원자층 형성용 반응챔버.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 내부 벽의 두께는 상기 샤워헤드와 접촉되지 않는 범위내에서 상기 반응챔버 벽과 상기 펌핑포터 사이의 간격과 같거나 그보다 작은 것을 특징으로 하는 원자층 형성용 반응챔버.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 반응챔버의 내부 공간 체적은 5리터(l)이하인 것을 특징으로 하는 원자층 형성용 반응챔버.
  4. 웨이퍼 스테이지 위에 구비된 샤워헤드를 통해 소오스 가스가 웨이퍼 위로 유입되고, 상기 스테이지 둘레의 바닥에 구비된 펌핑 포트를 통해 상기 소오스 가스가 유출되는 반응챔버를 이용한 원자층 단위로 적층되는 물질막 형성방법에 있어서,
    (a) 상기 반응챔버의 내부 공간 체적을 줄이는 단계;
    (b) 상기 내부 공간의 체적이 줄어든 반응챔버의 웨이퍼 스테이지 상에 웨이퍼를 로딩하는 단계; 및
    (c) 상기 웨이퍼 표면에 원자층 단위의 두께로 적층된 물질막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질막 형성방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    (a1) 상기 웨이퍼 스테이지 둘레의 상기 챔버 바닥 상에 내부 바닥을 덮되, 상기 펌핑 포트가 노출되도록 덮는 단계; 및
    (a2) 상기 웨이퍼 스테이지 위쪽 공간, 상기 샤워헤드 둘레의 반응챔버 벽에 상기 내부바닥과 접촉되는 내부 벽을 형성하여 상기 반응챔버의 내부 공간 체적을 줄이는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물질막 형성방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 (C)단계는
    (c1) 상기 내부 공간의 체적이 줄어든 반응챔버에 제1 리액턴트를 주입하여 상기 웨이퍼 표면에 캐미숍션을 시키는 단계;
    (c2) 상기 제1 리액턴트중 피지숍션된 리액턴트를 제거하는 단계; 및
    (c3) 상기 내부 공간의 체적이 줄어든 반응챔버에 상기 제1 리액턴트를 다시 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물질막 형성방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 물질막은 금속산화막, 금속 질화막 및 단원자 금속층으로 이루어진 군중 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 물질막 형성방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 금속산화막은 단원자 산화막 및 복합산화막중 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 물질막 형성방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 금속 질화막은 단원자 질화막 및 복합 질화막중 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 물질막 형성방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 단원자 금속층은 Al, Cu, Ti, Ta, Mo, Pt, Ru, Ir, W 및 Ag로 이루어진 군중 선택된 어느 하나를 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 물질막 형성방법.
KR10-1999-0002591A 1999-01-27 1999-01-27 원자층 형성용 반응챔버 및 이를 이용한 물질막 형성방법 KR100518524B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-1999-0002591A KR100518524B1 (ko) 1999-01-27 1999-01-27 원자층 형성용 반응챔버 및 이를 이용한 물질막 형성방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-1999-0002591A KR100518524B1 (ko) 1999-01-27 1999-01-27 원자층 형성용 반응챔버 및 이를 이용한 물질막 형성방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20000051888A KR20000051888A (ko) 2000-08-16
KR100518524B1 true KR100518524B1 (ko) 2005-10-04

Family

ID=19572526

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-1999-0002591A KR100518524B1 (ko) 1999-01-27 1999-01-27 원자층 형성용 반응챔버 및 이를 이용한 물질막 형성방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100518524B1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100504554B1 (ko) * 2000-12-21 2005-08-01 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법
KR100399067B1 (ko) * 2000-12-30 2003-09-26 주식회사 하이닉스반도체 원자층 증착 장치
KR100476299B1 (ko) * 2002-05-03 2005-03-16 주식회사 무한 반도체 소자 제조용 원자층 증착장치 및 원자층 증착 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20000051888A (ko) 2000-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6800567B2 (en) Method for forming polyatomic layers
KR100417893B1 (ko) 원자층 적층을 이용한 박막 형성 방법
JP4057184B2 (ja) 原子層蒸着法を用いた薄膜製造方法
KR101379015B1 (ko) 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 루테늄 막 증착 방법 및고밀도 루테늄 층
US9029244B2 (en) Apparatus including 4-way valve for fabricating semiconductor device, method of controlling valve, and method of fabricating semiconductor device using the apparatus
US6458416B1 (en) Deposition methods
US8501275B2 (en) Enhanced deposition of noble metals
US7981473B2 (en) Transient enhanced atomic layer deposition
US8384192B2 (en) Methods for forming small-scale capacitor structures
US6720259B2 (en) Passivation method for improved uniformity and repeatability for atomic layer deposition and chemical vapor deposition
US20030003230A1 (en) Method for manufacturing thin film
US20060128127A1 (en) Method of depositing a metal compound layer and apparatus for depositing a metal compound layer
KR20120104552A (ko) 유전체 막들의 부동태화를 위한 공정들
JP2007530796A (ja) 原子層堆積を実行するための方法およびシステム
JP2000124424A (ja) 部分的に異なる厚さを有するキャパシタの誘電膜の形成方法
US7273822B2 (en) Methods and apparatus for forming thin films for semiconductor devices
US20050089634A1 (en) Method for depositing metallic nitride series thin film
US8039054B2 (en) Layer deposition methods
KR100518524B1 (ko) 원자층 형성용 반응챔버 및 이를 이용한 물질막 형성방법
KR100518560B1 (ko) 원자층 증착법을 이용한 박막 형성방법
KR100528799B1 (ko) 유전박막 형성방법 및 이를 이용한 캐패시터 제조방법
US7045445B2 (en) Method for fabricating semiconductor device by using PECYCLE-CVD process
KR100507864B1 (ko) 수소확산 방지막을 갖는 반도체 소자 제조방법
KR102269347B1 (ko) 박막 증착 방법
KR20070038262A (ko) 원자층 적층 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee