KR100600051B1 - Apparatus of atomic layer deposition and method for fabrication of tertiary thin film using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 챔버 내에서 하프늄산화막과 알루미늄산화막을 라미네이트 구조로 구현하는데 적합한 원자층 증착 장비 및 3원계 박막 형성 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명의 반도체 소자 제조 방법은 1사분면에 제 1소스가스를 주입하기 위한 제 1노즐을 구비하고, 3사분면에 제 2소스가스를 주입하기 위한 제 2노즐을 구비하고, 2사분면 및 4사분면에 반응가스를 주입하기 위한 제 3 및 제 4노즐을 구비하고, 그 중심부에 퍼지가스를 주입하기 위한 제 5노즐을 구비하는 원형의 샤워 헤드와, 상기 샤워 헤드와 대응하는 다수의 웨이퍼를 동시에 지지하며, 구역별로 서로 다른 온도를 해당 구역 내의 웨이퍼에 인가하고, 회전이 가능한 웨이퍼 지지수단을 구비하는 원자층 증착 장비를 포함한다.The present invention provides an atomic layer deposition apparatus and a method for forming a ternary thin film suitable for implementing a hafnium oxide film and an aluminum oxide film in a laminate structure in a chamber. The semiconductor device manufacturing method of the present invention provides a first source in one quadrant. A first nozzle for injecting gas, a second nozzle for injecting a second source gas into three quadrants, and third and fourth nozzles for injecting reactant gas into two and four quadrants; And simultaneously supporting a circular shower head having a fifth nozzle for injecting purge gas into the center thereof, a plurality of wafers corresponding to the shower head, and applying different temperatures to the wafers in the corresponding zones. And atomic layer deposition equipment having a rotatable wafer support means.
라미네이트, 원자층 증착, 하프늄산화막, 알루미늄산화막, 유전막 Laminate, atomic layer deposition, hafnium oxide film, aluminum oxide film, dielectric film
Description
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 ALD 증착 방법의 개념도와 TMA 소스 공급 시간에 따른 증착율을 도시한 그래프,1A and 1B are graphs illustrating a conceptual diagram of an ALD deposition method according to the related art and a deposition rate according to a TMA source supply time;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 챔버의 히터부 평면 및 단면도,2 is a plan view and a sectional view of a heater unit of a chamber according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 챔버 탑 플레이트의 샤워 헤드 평면도,3 is a plan view of the shower head of the chamber top plate according to the embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하프늄산화막과 알루미늄산화막의 라미네이트 증착을 위한 밸브 개념도,4 is a conceptual view of a valve for laminate deposition of an hafnium oxide film and an aluminum oxide film according to an embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 샤워 헤드별 가스 라인 연결 개념도.5 is a conceptual diagram of a gas line connection for each shower head according to an embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
20 : 챔버 21 : 고온부 20: chamber 21: high temperature part
22 : 저온부 23 : 웨이퍼 22: low temperature part 23: wafer
24 : 회전판 25 : 회전축 24: rotating plate 25: rotating shaft
26 : 배출구 27 : 샤워 헤드 26: outlet 27: shower head
본 발명은 반도체 소자 제조 기술에 관한 것으로, 특히 라미네이트(Laminate) 유전막 증착 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로, DRAM(Dynamic Random Acess Memory)에서 메모리용 캐패시터를 구성하는 유전 물질(Dielectric Matrial) 중 하프늄산화막(Hafnium oxide; 'HfO2')/알루미늄산화막(Alumina, Aluminum oxide; 'Al2O3')을 라미네이트 구조, 즉 하프늄산화막(HfO2)과 알루미늄산화막(Al2O3)을 단일층(monolayer)으로 반복하여 적층한 구조로 사용하고 있으며, 그 구조는 원자층증착 (Atomic Layer Deposition; 이하 'ALD') 방법을 이용하여 한 증착 챔버 내에서 증착한다.Generally, a hafnium oxide ('HfO 2 ') / aluminum, aluminum oxide ('Al 2 O 3 ') of a dielectric material (Dielectric Matrial) constituting a memory capacitor in a DRAM (Dynamic Random Acess Memory) ) Is used as a laminate structure, that is, a structure in which a hafnium oxide film (HfO 2 ) and an aluminum oxide film (Al 2 O 3 ) are repeatedly stacked in a monolayer, and the structure is atomic layer deposition (hereinafter referred to as atomic layer deposition). Deposition in one deposition chamber using the 'ALD' method.
하프늄산화막은 높은 유전 상수(ε∼30)에도 불구하고, 낮은 크리스탈린(Crystalline) 전환 온도 (200℃∼700℃)와 낮은 밴드 갭(Eg∼5.5eV)에 의한 유전막 누설전류(dielectric leakage current) 때문에 구조 축소(scale down)에 취약하다.Hafnium oxide has a dielectric leakage current due to low crystalline conversion temperature (200 ° C to 700 ° C) and low band gap (Eg to 5.5eV), despite high dielectric constant (ε-30). It is therefore vulnerable to scale down.
따라서, 0.10 테크놀로지의 DRAM에서의 메모리용 캐패시터 물질은 상대적으로 낮은 유전 상수(dielectric constant, ε∼9)를 갖지만, 우수한 열적 안정성 및 알칼리 이온(alkali ion)과 같은 불순물에 대한 낮은 투과성(permeability) 및 유전체 누설(dielectric leakage) 특성이 우수한 알루미늄산화막과 하프늄산화막의 라미네이트 구조를 사용한다.Thus, capacitor materials for memory in DRAMs of 0.10 technology have a relatively low dielectric constant (ε-9), but have excellent thermal stability and low permeability to impurities such as alkali ions and A laminate structure of aluminum oxide film and hafnium oxide film having excellent dielectric leakage characteristics is used.
최근에, 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)이 매우 큰 종횡비(Aspect ratio)를 갖는 구조에는 단차피복성(Step coverage)의 한계로 적용이 어렵기 때문에, 이러한 단차피복성의 한계를 극복하기 위해 표면 반응을 이용한 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition); ALD)이 적용되고 있다.Recently, since chemical vapor deposition (CVD) is difficult to apply to a structure having a very large aspect ratio due to the limitation of step coverage, Atomic layer deposition using surface reactions; ALD) is being applied.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 ALD 증착 방법의 개념도와 TMA 소스 공급 시간에 따른 증착율을 도시한 그래프이다.1A and 1B are graphs illustrating a conceptual diagram of an ALD deposition method according to the related art and a deposition rate according to a TMA source supply time.
도 1a에 도시된 바와 같이, ALD 증착 방식은 자기 표면 반응 제한 메카니즘(Self-surface reaction limited mechanism)을 이용한다.As shown in FIG. 1A, the ALD deposition method utilizes a self-surface reaction limited mechanism.
먼저, 제 1단계에서 챔버 내에 웨이퍼를 로딩(loading)시킨 후 챔버 내에 소스가스를(알루미늄산화막의 경우 주로 TMA)를 공급(Feeding)하여 웨이퍼 표면에 소스가스의 화학 흡착(Chemical absorption)을 유도하고, 제 2단계인 퍼지 스텝(Purge step)에서 퍼지가스를 주입하여(예컨대 불활성 가스(inert gas)) 여분의 미흡착/반응한 소스가스 혹은 반응 부가물을 제거한다.First, in the first step, the wafer is loaded into the chamber, and then source gas (mainly TMA in the case of aluminum oxide film) is fed into the chamber to induce chemical absorption of the source gas on the wafer surface. In the second step, purge step, a purge gas is injected (for example, an inert gas) to remove excess unadsorbed / reacted source gas or reaction adduct.
이어서, 제 3단계에서 반응가스(알루미늄산화막의 경우, 주로 H2O 또는 O3)를 공급하여 웨이퍼 표면에 화학 흡착된 AlCh3 *, AlCh2 *의 표면 그룹과 반응을 유도하여 원자층을 증착하는 과정을 수행한다. 계속해서, 제 4단계에서 다시 불활성가스와 같은 퍼지가스를 주입하여 여분의 반응가스 및 반응 부가물을 배출시키는 과정을 수행한다.Subsequently, in the third step, a reaction gas (mainly H 2 O or O 3 in the case of an aluminum oxide film) is supplied to induce a reaction with the surface groups of AlCh 3 * and AlCh 2 * chemisorbed on the wafer surface to deposit an atomic layer. Perform the process. Subsequently, in the fourth step, a purge gas such as an inert gas is injected again to discharge excess reaction gas and reaction adducts.
상술한 과정들을 1 사이클 (1 주기)로 하여 반복 진행하므로써, 원하는 두께의 원자층 박막을 증착한다.By repeating the above processes in one cycle (one cycle), an atomic layer thin film of a desired thickness is deposited.
ALD 방법은 표면 반응 제한 방법을 이용하기 때문에 원자층 단위로 박막의 두께 제어가 가능하고, 하지막의 토폴로지(topology)에 무관하게 증착 가능하여 컨포멀(conformal)하고 균일(uniformity)한 박막을 얻을 수 있다. 뿐만 아니라, 소스가스와 반응가스를 불활성가스로 서로 분리하여 챔버에 공급하기 때문에 화학기상증착법(CVD)에 비하여 가스 위상 반응(gas phase reaction)에 의한 파티클 생성을 억제할 수 있다. 또한, 소스가스와 웨이퍼의 다중 충돌에 의해 소스가스의 사용 효율을 개선시키고 주기를 줄일 수 있다.Because ALD method uses surface reaction limiting method, it is possible to control the thickness of thin film by atomic layer and to deposit regardless of the topology of the underlying film to obtain conformal and uniform thin film. have. In addition, since the source gas and the reaction gas are separated from each other as an inert gas and supplied to the chamber, particle generation by gas phase reaction can be suppressed as compared with chemical vapor deposition (CVD). In addition, multiple collisions between the source gas and the wafer may improve the use efficiency of the source gas and reduce the period.
이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, ALD 방법을 이용한 TMA 소스 공급 시간(feeding time)에 따른 증착율로서, 노출된 웨이퍼 표면에 전체적으로 반응할 수 있는 충분한 플럭스(Flux(Q))를 공급한다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, as a deposition rate according to the TMA source feeding time using the ALD method, a sufficient flux FQ (Q) capable of reacting globally to the exposed wafer surface is supplied.
이 때, 공급 시간이 증가할수록 증착율(deposition rate)도 증가됨을 알 수 있는데, TMA 소스가스 공급 시간이 0.4초를 지나면, 증착율은 포화되어 약 0.700 Å/cycle의 일정값을 갖는다. At this time, it can be seen that as the supply time increases, the deposition rate increases. When the TMA source gas supply time passes 0.4 seconds, the deposition rate is saturated to have a constant value of about 0.700 Å / cycle.
즉, 임계치 이상의 플럭스(Qc)에 의해 증착율(Thickness/cycle, Å/cycle)이 포화(saturation)되는데, 이 때 사이클 타임은 소스가스 공급 시간, 퍼지 시간, 반응가스 공급 시간, 퍼지 시간의 합을 말한다. 소스가스 및 반응가스의 플럭스는 플로우 율(Flow rate)과 공급 시간의 곱으로, 플로우 율의 증가를 통한 Qc의 확보는 가스의 와류를 유발하여 기판 전체에 균일한 박막을 확보하기 어렵기 때문에 일반적으로 공급 시간을 증가시키는 방법을 사용하고 있다. That is, the deposition rate (Thickness / cycle, Å / cycle) is saturated by the flux Q c above the threshold, wherein the cycle time is the sum of the source gas supply time, purge time, reaction gas supply time, and purge time. Say The flux of the source gas and the reactant gas is the product of flow rate and supply time, and securing Q c through increasing the flow rate causes vortices of gas, making it difficult to secure a uniform thin film throughout the substrate. Generally, a method of increasing the supply time is used.
상술한 바와 같이, ALD 증착 방법은 자기 표면 반응 제한 메카니즘에 의해 기판 전체에 균일한 박막과 일정한 증착율을 확보하기 위해 Qc 이상의 플럭스가 필요하고, 또한 이 균일한 증착율은 CVD 방법으로 증착하는 박막에 비해 3배 이상 낮은 증착율을 갖는 약점이 있다. 이러한 낮은 증착율은 ALD 방법을 실제 산업 현장에 적용하는데 큰 단점이다. As described above, the ALD deposition method requires a flux of Qc or more to ensure a uniform thin film and a constant deposition rate throughout the substrate by a magnetic surface reaction limiting mechanism, and this uniform deposition rate is higher than that of the thin film deposited by the CVD method. There is a weak point that the deposition rate is three times lower. This low deposition rate is a major disadvantage of applying the ALD method to actual industrial sites.
또한, 싱글 챔버 타입의 증착 기구에서 라미네이트 구조의 HfAlO 구현을 위해서는 동일 온도에서 하프늄산화막 소스와 알루미늄산화막 소스를 각각 공급하고 퍼지 및 반응가스를 공급하고 최종 퍼지를 진행하였는데, 알루미늄산화막과 하프늄산화막의 최적 증착 온도의 차이에 의해 좋은 누설 전류 특성과 구조 축소할 수 있는 박막의 구현에 어려움이 있다.In addition, in order to implement HfAlO with a laminate structure in a single chamber type deposition apparatus, a hafnium oxide source and an aluminum oxide source were supplied at the same temperature, a purge and a reaction gas were supplied, and a final purge was performed. Due to the difference in deposition temperature, there is a difficulty in implementing a thin film that can reduce the structure of good leakage current and structure.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 챔버 내에서 하프늄산화막과 알루미늄산화막을 라미네이트 구조로 구현하는데 적합한 ALD 장비 및 3원계 박막 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide an ALD device and a ternary thin film forming method suitable for implementing a hafnium oxide film and an aluminum oxide film in a laminate structure in a chamber.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 ALD 장비 및 3원계 박막 형성 방법은1 사분면에 제 1소스가스를 주입하기 위한 제 1노즐을 구비하고, 3사분면에 제 2소스가스를 주입하기 위한 제 2노즐을 구비하고, 2사분면 및 4사분면에 반응가스를 주입하기 위한 제 3 및 제 4노즐을 구비하고, 그 중심부에 퍼지가스를 주입하기 위한 제 5노즐을 구비하는 원형의 샤워 헤드와, 상기 샤워 헤드와 대응하는 다수의 웨이퍼를 동시에 지지하며, 구역별로 서로 다른 온도를 해당 구역 내의 웨이퍼에 인가하고, 회전이 가능한 웨이퍼 지지수단을 구비하는 ALD 장비를 포함한다.ALD equipment and ternary thin film forming method of the present invention for achieving the above object is provided with a first nozzle for injecting the first source gas in the first quadrant, the second nozzle for injecting the second source gas in the third quadrant A circular shower head having a third nozzle and a fourth nozzle for injecting the reaction gas into the second and fourth quadrants, and having a fifth nozzle for injecting the purge gas into a central portion thereof; And ALD equipment for supporting a plurality of wafers corresponding to and at the same time, applying different temperatures to the wafers within the zone, and having a rotatable wafer support means.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 ALD 장비 및 3원계 박막 형성 방법은 제 1항의 ALD 장비를 이용한 3원계 박막 형성 방법에 있어서, 상기 제 1 내지 제 4노즐의 위치에 대응하는 영역의 상기 웨이퍼 지지수단에 제 1 내지 제 4웨이퍼를 로딩하는 제 1단계, 상기 제 1 및 제 2웨이퍼와 상기 제 3 및 제 4웨이퍼로 구분하여 서로 다른 온도로 가열하는 제 2단계, 상기 제 1 내지 제 4노즐을 통해 제 1 내지 반응가스를 주입하여 해당 웨이퍼 상에 흡착을 유도하는 제 3단계, 상기 제 1 내지 반응가스의 주입을 중단하고 퍼지를 실시하되, 상기 웨이퍼 지지수단을 한 사분면 만큼 회전시키는 제 4단계, 및 상기 제 3 및 제 4단계를 반복하는 제 5단계를 포함한다.In addition, the ALD equipment and ternary thin film forming method of the present invention for achieving the above object in the ternary thin film forming method using the ALD equipment of
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention. .
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 챔버의 히터부 평면도와 단면도이다.2 is a plan view and a cross-sectional view of the heater unit of the chamber according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 측벽, 상부판 및 하부판으로 이루어지는 챔버(20), 챔버의 상부판의 중앙을 관통하여 소스가스, 산소소스가스, 퍼지가스 및 세정가스 등의 가스를 방사 주입시키는 홀형 샤워 헤드(27), 하부판(도면부호 생략), 하부판의 중앙을 동시에 관통하는 회전축(25), 그 중앙으로부터 같은 거리에 복수개의 웨이퍼(23)가 웨이퍼 지지대(100)에 안착되며, 그 저면 중앙이 회전축(25)에 고정된 회전판(24), 회전 가장자리에 인접한 측벽을 따라 하부판을 관통하여 홀형 샤워 헤드(27)로부터 유입된 가스를 외부로 배출시키는 배플(Baffle) 구조의 배출구(26)를 구비한다. 회전판(24) 상면에는 웨이퍼(23)가 안착되는 안착용 홈(도면부호 생략)이 구비되어 웨이퍼(23)의 저면에 원자층이 증착되는 현상을 방지함과 동시에 회전판(24) 회전시 웨이퍼(23)가 흔들리는 것을 방지한다. As shown in FIG. 2, a
이러한, ALD 장비를 참조하여 본 발명을 설명하면, 먼저, 네 장의 웨이퍼(23)를 챔버 내로 로딩(loading)한다. 이 때, 웨이퍼(23)는 베어실리콘 (bare Si), 폴리크리스탈린 (polycrystalline) 또는 도핑된 실리콘 중에서 선택된 것을 사용한다.Referring to the present invention with reference to such ALD equipment, first, four
이어서, 이 때 웨이퍼(23)는 단일 금속 또는 바이너리(binary) 금속 중 선택된 것을 사용한다Then, the
또는, 웨이퍼 상에 산화막 혹은 질화막과 같은 절연막이 형성된 웨이퍼도 사용할 수 있다.Alternatively, a wafer in which an insulating film such as an oxide film or a nitride film is formed on the wafer can also be used.
계속해서, 웨이퍼 지지대(100)의 온도가 반응 온도에 도달하기 위해 사전 가열(Pre-heating) 단계를 진행한다. 웨이퍼 지지대(100)의 사전 가열은 200℃∼250 ℃의 온도로 10초∼10분 동안 진행한다. 이 때, 사전 가열 시간을 줄이기 위해 불활성 가스 Ar, N2 가스를 주입한다.Subsequently, a pre-heating step is performed in order for the temperature of the
사전 가열을 진행하여 반응 온도에 도달하면 이 때, 웨이퍼 지지대(100)의 고온부(21) 온도는 300℃∼430℃, 저온부(22) 온도는 200℃∼300℃이다. When the preheating is performed to reach the reaction temperature, the
이렇게, 웨이퍼 지지대(100)를 고온부(21)와 저온부(22)로 나누는 이유는, 종래 기술에서 싱글 챔버에서 알루미늄산화막과 하프늄산화막을 라미네이트 구조로 형성할 때, 두 물질의 가장 우수한 특성을 갖는 온도 중 하나를 선택하여야 했기 때문에, 알루미늄산화막과 하프늄산화막의 최적 증착 온도의 차이에 의하여 HfAlO 박막의 구현에 어려움이 발생했다. Thus, the reason for dividing the
따라서, 알루미늄산화막과 하프늄산화막의 최상의 물질 특성을 확보하기 위해, 웨이퍼 지지대(100)를 고온부(21)와 저온부(22)로 구분한 것이다. Therefore, in order to secure the best material properties of the aluminum oxide film and the hafnium oxide film, the
계속해서 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 챔버 탑 플레이트의 샤워 헤드 평면도이다.3 is a plan view of the shower head of the chamber top plate according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 반응기 내에 가스를 주입하는 단계로서, 1사분면(A)에 TEMAH를 주입하기 위한 제 1노즐(31)을 구비하고, 3사분면(C)에 TMA를 주입하기 위한 제 2노즐(33)을 구비하고, 2사분면(B) 및 4사분면(D)에 반응가스를 주입하기 위한 제 3 및 제 4노즐(32, 34)을 구비하고, 사분면의 중심부에 퍼지가스를 주입하기 위한 제 5노즐(35)을 구비하는 원형의 샤워 헤드를 참조한다.As shown in FIG. 3, first, gas is injected into the reactor, the
샤워 헤드의 중심부의 제 5노즐(35)에서는 Ar 또는 N2의 불활성 가스가 나와 서 TMA와 TDMAH가 균일하게 챔버 밖으로 흐르는 것을 유지하도록 하고, 퍼지 진행시 퍼지가스를 방사한다.In the fifth nozzle 35 in the center of the shower head, an inert gas of Ar or N 2 is released to keep TMA and TDMAH flowing out of the chamber uniformly, and emit purge gas during the purge process.
샤워 헤드를 통해 가스 주입을 진행하면, Al(CH3)3 및 TDMAH가 웨이퍼 상에물리적 흡착되고, 이 때 물리적 흡착은 반데르 발스힘(von der walls force)을 통해 진행된다.Proceeding gas injection through the shower head, Al (CH 3 ) 3 and TDMAH are physically adsorbed on the wafer, with physical adsorption proceeding via von der walls force.
이어서, 웨이퍼 상의 하부막이 알루미늄산화막인 경우, 주입된 TDMAH는 웨이퍼에 흡착, 반응하여 Al-O-Hf[N(Ch3)]3 * 표면 종을 만들고, 하부막이 하프늄산화막인 경우, 주입된 TMA는 웨이퍼에 흡착하여 하부막과 반응하여 Hf-O-Al(CH3)2 * 표면 종을 만든다. 이 때, 챔버에 주입되는 Al(CH3)3 와 TDMAH의 양(Flux)은 109∼105 Lagmular이다. 여기서 1 Lagmular은 10-6 Torr*sec이다. Subsequently, when the lower film on the wafer is an aluminum oxide film, the injected TDMAH is adsorbed and reacted on the wafer to form Al-O-Hf [N (Ch 3 )] 3 * surface species, and when the lower film is a hafnium oxide film, the injected TMA Adsorbs onto the wafer and reacts with the underlying film to form Hf-O-Al (CH 3 ) 2 * surface species. At this time, the amount (Flux) of Al (CH 3 ) 3 and TDMAH injected into the chamber is 10 9 to 10 5 Lagmular. Where 1 Lagmular is 10 -6 Torr * sec.
챔버에 주입되는 시간 t0∼t1은 10msec∼10sec이며, 이 때, 챔버 내부의 압력은 10mTorr∼10Torr이다. 챔버의 압력을 유지하기 위해, 불활성 가스인 N2 또는 Ar을 동시에 반응기 내에 주입한다.The time t0-t1 injected into a chamber is 10 msec-10 sec, and the pressure inside a chamber is 10 mTorr-10 Torr. In order to maintain the pressure in the chamber, an inert gas, N 2 or Ar, is injected simultaneously into the reactor.
계속해서, 챔버에서 기체의 흐름이 연속적이고, 새로운 소스의 유입이 지속으로 이루어지기 위해 일정 파워로 펌핑(pumping)을 진행한다. Subsequently, the flow of gas in the chamber is continuous, and pumping is carried out at a constant power so that the introduction of new sources is continued.
계속해서, 반응가스의 소스 O3는 샤워 헤드의 2사분면(B)과 4사분면(D)에 형성된 제 2, 4노즐(32, 34)을 통해 공급된다.Subsequently, the source O 3 of the reaction gas is supplied through the second and
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 하프늄산화막과 알루미늄산화막의 라미네이트 증착을 위한 밸브 개념도이다.4 is a conceptual view illustrating a valve for laminate deposition of a hafnium oxide film and an aluminum oxide film according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 하프늄산화막과 알루미늄산화막 증착을 위한 밸브 개념도로서, t0∼t1 구간에서는 산소 밸브와 산소 소스 가스 Al과 Hf 밸브는 온(ON) 상태이고, 퍼지 가스 N2와 Ar 밸브는 오프(OFF) 상태이다. Referring to FIG. 4, a conceptual diagram of a hafnium oxide film and an aluminum oxide film is deposited. An oxygen valve, an oxygen source gas Al and an Hf valve are in an on state, and a purge gas N 2 and an Ar valve are turned off in a period t0 to t1. (OFF) state.
이는, t0∼t1의 구간에서 3사분면(33)에 위치한 알루미늄산화막 소스와 1사분면(31)에 위치한 하프늄산화막 소스, 제 2, 4사분면(B, D)에 위치한 반응가스의 소스를 주입하는 노즐을 통하여 동시에 가스가 주입된다. This is a nozzle for injecting the aluminum oxide source located in the
이어서, 가스의 주입을 중단하면 t1∼t2의 구간에서는 산소 밸브와 산소 소스 밸브는 오프(OFF) 상태이고, 퍼지 가스 밸브는 온(ON) 상태이다. 1 내지 4사분면(A∼D)의 노즐을 통해 퍼지가스가 주입되고, 퍼지가 진행되면서 웨이퍼 지지대(100)를 90°회전시킨다. Subsequently, when the injection of gas is stopped, the oxygen valve and the oxygen source valve are in an OFF state, and the purge gas valve is in an ON state in the period of t1 to t2. The purge gas is injected through the nozzles of the first to fourth quadrants A to D, and the
퍼지가 끝나면, 다시 웨이퍼 지지대(100)를 90°회전시킨다. 웨이퍼 지지대(100)가 180°회전한 후에는 알루미늄산화막과 하프늄산화막의 라미네이트의 한 박막의 증착이 완료되고, 웨이퍼 지지대(100)을 360°회전한 후에는 알루미늄산화막의 한층과 하프늄산화막의 한층이 증착된다. When the purge is finished, the
따라서, 소스 가스의 주입과 퍼지를 반복하는 단계를 한 주기로 하여 원하는 두께가 확보될 때까지 t0∼t2의 단계를 반복하고, 한 주기당 두께는 일정한 원자층 증착의 표면 반응 제한 개념을 사용하며, 원하는 두께는 주기당 두께를 나누어 지 는 횟수를 반복하여 확보한다.Therefore, repeating the step of injecting and purging the source gas with one cycle, the steps t0 to t2 are repeated until the desired thickness is obtained, and the thickness per cycle uses the concept of limiting the surface reaction of atomic layer deposition. The desired thickness is obtained by repeatedly dividing the thickness per cycle.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 시간 별 샤워 헤드의 가스 라인 연결 개념도이다.5 is a conceptual diagram illustrating a gas line connection of a shower head for each time according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, t0∼t1 구간에서는 1 사분면(A)과 3사분면(C)의 제 1노즐(51)과 제 3노즐(53)을 통해 알루미늄산화막의 소스가스인 TMA과 하프늄산화막의 소스가스인 TDMAH, 2사분면(B)과 4사분면(D)의 제 2노즐(52)과 제 4노즐(54)을 통해 산소소스가스 H2O 또는 O3가 주입된다, 이 때, 가스주입은 3사분면(C)을 중심으로 시계 방향으로 진행한다. 메인 퍼지는 소스가스 주입시 제 5노즐(55)을 통해 계속 진행된다.As shown in FIG. 5, in the t0 to t1 section, TMA and the hafnium oxide film, which are the source gases of the aluminum oxide film, are formed through the
이어서, t1∼t2 구간에서는 소스가스 주입은 중단하고, 샤워 헤드의 1 내지 4사분면(A∼D)에 형성된 노즐(51∼54)을 통해 퍼지 가스 N2, Ar가 주입되어 퍼지를 진행한다. 제 5노즐(55)을 통해 퍼지 가스가 주입되어 메인 퍼지도 함께 진행한다.Subsequently, in the t1 to t2 section, source gas injection is stopped, and purge gases N 2 and Ar are injected through the
전술한 실시예에 따르면 마이크로 웨이브를 한 챔버 내에서 동시에 증착할 수 있는 배치 타입의 트래블링(travelling) 웨이브 한 ALD 증착 기구는 ALD의 단점이 낮은 스루 풋을 극복할 수 있다.According to the above embodiment, a batch-type traveling wave ALD deposition apparatus capable of simultaneously depositing microwaves in one chamber can overcome the low throughput of ALD.
본 발명은 TiSiN과 같은 확산 베리어 메탈(Diffusion Barrier Metal) 증착 시에도 이용 가능하고, 반도체 소자의 게이트 절연 물질인 고유전 상수(high k, 절연 상수) HfAlSix 증착시에도 이용 가능하다. The present invention can be used in the deposition of diffusion barrier metal such as TiSiN, and can also be used in the deposition of high dielectric constant (high k, insulation constant) HfAlSi x which is a gate insulating material of a semiconductor device.
또한 본 발명은 HfO2와 Al2O3의 라미네이트 구조에서 샤워 헤드의 소스를 보 내는 영역에 TMA 또는 TDMAH 둘 중 하나만 사용하여 단일 박막인 HfO2와 Al2O3을 증착하는데 사용할 수 있다.In another aspect, the present invention can be used for depositing a single thin film of HfO 2 and Al 2 O 3 using only one of the TMA or TDMAH than the area that is sent to the source of the shower head in the laminated structure of HfO 2 and Al 2 O 3.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 본 발명은 원자층 증착 방식으로 구현할 수 없는 라미네이트 구조로 유전 물질을 높은 스루 풋으로 구현하여 소자의 특성을 향상시킬 수 있다.The present invention described above may improve the characteristics of the device by implementing a dielectric material with a high throughput in a laminate structure that cannot be implemented by atomic layer deposition.
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