KR100636036B1 - 티타늄 질화막 형성 방법 및 이를 수행하기 위한 장치 - Google Patents

티타늄 질화막 형성 방법 및 이를 수행하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

배치 타입 수직형 반응로를 이용하여 기판 상에 티타늄 질화막을 형성하기 위한 방법 및 장치에 있어서, 상기 티타늄 질화막은 TiCl4 가스를 포함하는 제1소스 가스와 NH3 가스를 포함하는 제2소스 가스 사이의 반응에 의해 형성된다. 상기 티타늄 질화막이 형성된 후, 상기 티타늄 질화막에 잔류하는 염소는 NH3 가스를 포함하는 처리 가스에 의해 제거된다. 이어서, 상기 기판을 기 설정된 회전 각도만큼 회전시킨다. 상기 티타늄 질화막의 형성과 처리 및 기판의 회전을 반복적으로 수행함으로써 상기 기판들 상에 균일한 두께를 갖는 티타늄 질화막을 형성할 수 있다.

Description

티타늄 질화막 형성 방법 및 이를 수행하기 위한 장치{Method of forming a titanium nitride layer and apparatus for performing the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 질화막 형성 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가스 공급부를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 가스 공급부의 제1노즐 파이프와 제2노즐 파이프를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 가스 공급부의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 5는 도 2에 도시된 가스 공급부로부터 공급되는 가스들의 공급 시간들을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 도 1에 도시된 티타늄 질화막 형성 장치를 이용하여 반도체 기판 상에 티타늄 질화막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 반도체 기판 100 : 티타늄 질화막 형성 장치
102 : 공정 챔버 104 : 가열로
106 : 매니폴들 108 : 보트
110 : 리드 부재(lid member) 114 : 턴테이블
116 : 회전축 118 : 회전 구동 유닛
120 : 수직 구동 유닛 126 : 로드락 챔버
132 : 가스 공급부 134 : 제1가스 공급부
136 : 제2가스 공급부 138 : 제3가스 공급부
140a, 141a : 제1 및 제2노즐 파이프
140b, 141b : 제1 및 제2노즐 142, 144 : 제1 및 제2가스 공급 배관
152, 172, 174, 182, 184 : 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5밸브
156 : 액체 질량 유량 제어기 158 : 기화기
196 : 히터 198 : 제어부
본 발명은 기판 상에 막을 형성하기 위한 방법 및 이를 수행하기 위한 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 웨이퍼와 같은 기판 상에 티타늄 질화막(TiN layer)을 형성하는 방법 및 이를 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치는 기판으로 사용되는 반도체 웨이퍼에 대한 다수의 공정들을 수행함으로써 제조될 수 있다. 예를 들면, 막 형성 공정은 상기 기판 상에 막을 형성하기 위해 수행되며, 산화 공정은 상기 기판 상에 산화막을 형성하기 위해 또는 상기 기판 상에 형성된 막을 산화시키기 위해 수행되고, 포토리소그래피 (photolithography) 공정은 상기 기판 상에 형성된 막을 목적하는 패턴들로 형성하기 위해 수행되고, 평탄화 공정은 상기 기판 상에 형성된 막을 평탄화시키기 위해 수행된다.
상기 기판 상에는 다양한 막들이 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD), 물리 기상 증착(physical vapor deposition; PVD), 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD) 등을 통하여 형성된다. 예를 들면, 실리콘 산화막은 반도체 장치의 게이트 절연막, 층간 절연막 등으로 사용되며, CVD 공정을 통해 형성될 수 있다. 실리콘 질화막은 마스크 패턴, 게이트 스페이서 등을 형성하기 위하여 사용되며, CVD 공정을 통해 형성될 수 있다. 또한, 반도체 기판 상에는 금속 배선, 전극 등을 형성하기 위하여 다양한 금속막들이 형성될 수 있으며, 상기 금속막들은 CVD 공정, PVD 공정 또는 ALD 공정을 통해 형성될 수 있다.
특히, 티타늄 질화막은 금속 확산을 방지하기 위하여 금속 장벽막으로 사용될 수 있으며, CVD 공정, PVD 공정 또는 ALD 공정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 티타늄 질화막은 금속 배선, 콘택 플러그, 상부 전극 등에 채용될 수 있으며, 하부 영역으로 금속의 확산을 방지한다. 상기 하부 영역의 예로는 트랜지스터 게이트, 커패시터 유전막, 반도체 기판 등이 있을 수 있다. 상기 티타늄 질화막의 형성 방법에 대한 예들은 미합중국 특허 제6,436,820호(Hu et al.), 제6,555,183호(issued to Wang et al.), 미합중국 특허공개 제2003/0186560호 등에 개시되어 있다.
상기 티타늄 질화막이 커패시터의 상부 전극에 채용되는 경우, 상기 커패시 터의 유전막 상에 형성되는 티타늄 질화막은 장벽 금속막으로 기능하며, 상기 티타늄 질화막 상에 상부 전극으로 기능하는 폴리실리콘막 또는 금속막이 형성될 수 있다.
한편, 반도체 장치의 집적도가 향상됨에 따라 단위 셀이 차지하는 영역이 점차 축소되고 있으며, 이를 구현하기 위한 새로운 공정들이 다양하게 개발되고 있다. 예를 들면, 유전막의 유전율과 관련하여, 셀 트랜지스터의 게이트 산화막 및 커패시터의 유전막을 고 유전율 물질로 형성하는 방법, 금속 배선과 관련한 기생 커패시턴스를 감소시키기 위하여 층간 절연막을 저 유전율 물질로 형성하는 방법 등이 활발하게 연구되고 있다.
상기 고 유전율 물질로 이루어지는 박막의 예로는 Y2O3막, HfO2막, ZrO 2막, Nb2O5막, BaTiO3막 또는 SrTiO3막 등이 있다. 특히, 하프늄 산화물(HfO2)로 이루어지는 유전막 상에 티타늄 질화막을 CVD 공정을 통해 형성하는 경우, 상기 티타늄 질화막을 형성하기 위한 소스 가스로 사용되는 TiCl4 가스와 상기 하프늄 산화물이 반응하여 사염화 하프늄(HfCl4)이 형성되며, 상기 사염화 하프늄은 유전막의 특성을 열화시키는 요인으로 작용한다. 또한, 상기 티타늄 질화막 내에 잔류하는 염소 성분은 상기 티타늄 질화막의 비저항을 상승시키며, 결과적으로 접촉 저항을 상승시키게 된다. 일 예로써, 상기 TiCl4 가스와 NH3 가스의 반응에 의해 형성된 티타늄 질화막은 약 420μΩcm 정도의 비저항을 갖는다.
상기 티타늄 질화막은 약 680℃ 정도의 온도에서 TiCl4 가스와 NH3 가스의 반응에 의해 형성될 수 있다. 이때, 상기 티타늄 질화막에 잔류하는 염소의 함유량은 티타늄 질화막의 증착 온도를 상승시킴으로써 감소될 수 있다. 그러나, 상기 티타늄 질화막의 단차 피복성(step coverage)은 증착 온도를 낮춤으로써 개선된다.
한편, 상기 미합중국 특허공개 제2003/0186560호에 개시된 바와 같은 배치식 수직형 화학 기상 증착 장치의 경우, 소스 가스들의 공급 방향 및 가스 분출구로부터의 거리 등에 따라 기판 상에 형성되는 막의 두께가 불균일해질 수 있다는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1목적은 균일한 두께를 갖고, 낮은 비저항 및 높은 단차 피복성을 포함하는 개선된 특성을 가지며, 하부막의 특성 열화를 방지할 수 있는 티타늄 질화막의 형성 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제2목적은 상술한 바와 같은 티타늄 질화막의 형성 방법을 수행하는데 적합한 티타늄 질화막 형성 장치를 제공하는데 있다.
상기 제1목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 티타늄 질화막 형성 방법은, ⅰ) 티타늄 및 염소를 포함하는 제1소스 가스 및 질소를 포함하는 제2소스 가스가 공정 챔버 내에 배치된 다수의 기판의 표면들을 따라 흐르도록 상기 제1소스 가스 및 제2소스 가스를 공급하여 상기 기판들 상에 티타늄 질화막들을 각 각 형성하는 단계와, ⅱ) 상기 공정 챔버 내부를 일차 퍼지하는 단계와, ⅲ) 상기 티타늄 질화막들로부터 염소를 제거하기 위한 처리 가스(treatment gas)를 상기 티타늄 질화막들 상으로 공급하는 단계와, ⅳ) 상기 공정 챔버를 이차 퍼지하는 단계와, ⅴ) 상기 기판들을 기 설정된 각도만큼 회전시키는 단계와, 상기 ⅰ) 내지 ⅴ) 단계들을 반복적으로 수행하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 기 설정된 각도는 하기하는 식으로 표현될 수 있다.
θ = 360°/ N (여기서, 상기 θ는 상기 기 설정된 각도를 나타내며, 상기 N은 상기 ⅰ) 내지 ⅴ) 단계들의 반복 횟수를 나타낸다)
상기 제2목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 티타늄 질화막 형성 장치는, 공정 챔버와, 상기 공정 챔버 내에 배치되며 다수의 기판을 지지하기 위한 보트와, 상기 기판들 상에 티타늄 질화막들을 각각 형성하기 위하여 티타늄 및 염소를 포함하는 제1소스 가스와 질소를 포함하는 제2소스 가스가 상기 기판들의 표면들을 따라 흐르도록 상기 제1소스 가스와 상기 제2소스 가스를 공급하며, 상기 티타늄 질화막들로부터 염소를 제거하기 위한 처리 가스를 상기 기판들 상으로 공급하며, 상기 공정 챔버 내부를 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와, 상기 기판들을 기 설정된 각도만큼 회전시키기 위한 구동부와, 상기 가스 공급부에 의한 가스들의 공급과 상기 구동부에 의한 상기 기판의 회전이 교호적으로 수행되도록 상기 가스 공급부와 상기 구동부의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함한다. 여기서, 상기 기 설정된 각도는 하기하는 식으로 표현될 수 있다.
θ = 360°/ N (여기서, 상기 θ는 상기 기 설정된 각도를 나타내며, 상기 N 은 상기 가스 공급부에 의해 상기 가스들이 공급되는 반복 횟수를 나타낸다)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판들은 보트 내에서 수직 방향으로 배열되며, 각각의 기판들은 수평 방향으로 배치된다. 상기 공정 챔버 내에는 상기 기판들과 인접하여 수직 방향으로 서로 평행하게 배치되는 제1노즐 파이프와 제2노즐 파이프가 구비되며, 상기 제1소스 가스 및 제2소스 가스는 상기 제1노즐 파이프에 형성된 다수의 제1노즐들 및 상기 제2노즐 파이프에 형성된 다수의 제2노즐들을 통해 상기 기판들 상으로 공급된다.
상기 제1소스 가스는 TiCl4 가스를 포함하며, 상기 제2소스 가스는 NH3 가스를 포함한다. 상기 제1소스 가스 및 제2소스 가스는 각각 제1캐리어 가스 및 제2캐리어 가스에 의해 운반된다. 상기 처리 가스는 실질적으로 상기 제2소스 가스와 동일하다. 상기 퍼지 가스, 제1캐리어 가스 및 제2캐리어 가스로는 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N2) 가스가 각각 사용될 수 있다.
상기 제1소스 가스 및 제2소스 가스의 공급 시간, 상기 일차 퍼지 시간, 상기 처리 가스의 공급 시간 및 상기 이차 퍼지 시간들 사이의 비는 약 1:0.5:1~4:0.5일 수 있다. 예를 들면, 상기 제1소스 가스 및 제2소스 가스의 공급 시간, 상기 일차 퍼지 시간, 상기 처리 가스의 공급 시간 및 상기 이차 퍼지 시간들 사이의 비는 약 1:0.5:2:0.5일 수 있다.
상기 티타늄 질화막을 형성하는 동안 공정 챔버 내부의 온도는 약 400℃ 내지 600℃ 정도에서 유지될 수 있으며, 압력은 0.3torr 내지 1torr 정도로 유지될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 티타늄 질화막은 상기 제1소스 가스와 제2소스 가스 사이의 반응에 의해 형성되며, 상기 티타늄 질화막에 잔류하는 염소는 상기 처리 가스에 의해 충분히 제거될 수 있다. 따라서, 티타늄 질화막의 비저항이 감소되며, 상기와 같이 상대적으로 낮은 온도에서 공정이 진행될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 공정 사이클을 반복적으로 수행하는 동안 상기 기판들을 상기 기 설정된 회전 각도로 회전시킴으로써 균일한 두께를 갖는 티타늄 질화막을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 질화막 형성 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 가스 공급부를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같은 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 질화막 형성 장치(100)는 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판(10) 상에 티타늄 질화막을 형성하는 공정을 수행하는데 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 공정 챔버(102)는 배치 타입 수직형 반응로(reaction furnace)를 포함한다. 구체적으로, 상기 공정 챔버(102)는 수직 방향으로 연장하며, 하부가 개방된 실린더 형상을 갖고, 석영(quartz)으로 이루어질 수 있다. 상기 공정 챔버(102)를 가열하기 위한 가열로(heating furnace, 104)는 공정 챔버(102)를 감싸도록 배치되어 있으며, 상기 공정 챔버(102)의 하부에는 금속 재질로 이루어지는 실린더형 매니폴드(106)가 결합되어 있다.
보트(108)는 다수의 반도체 기판(10)을 수직 방향으로 소정 간격을 두고 지지하며, 매니폴드(106)의 하부 개구를 통해 공정 챔버(102)의 내부로 반입된다. 상기 하부 개구는 반도체 기판들(10)이 공정 챔버(102)로 로딩된 후 리드 부재(lid member, 110)에 의해 닫힌다. 상기 공정 챔버(102)와 매니폴드(106) 사이 및 매니폴드(106)와 리드 부재(110) 사이에는 각각 밀봉을 제공하기 위한 밀봉 부재들(seal member, 112)이 개재되어 있다.
상기 보트(108)는 턴테이블(turntable, 114) 상에 배치되며, 상기 턴테이블(114)은 회전축(116)의 상부에 결합된다. 상기 회전 구동 유닛(118)은 수직 구동 유닛(120)의 수평 암(122)의 하부에 장착되며, 상기 리드 부재(110)는 상기 수직 구동 유닛(120)의 수평 암(122)의 상부에 배치되어 있다.
한편, 상기 회전축(116)과 리드 부재(110) 사이의 갭을 통한 누설(leakage)을 방지하기 위한 기계적 밀봉부(mechanical seal, 124)가 상기 리드 부재(110)와 수평 암(122) 사이에 배치되며, 상기 회전축(116)은 상기 리드 부재(110), 기계적 밀봉부(124) 및 수평 암(122)을 통하여 상기 턴테이블(114)과 회전 구동 유닛(118)과 연결한다.
상기 매니폴드(106)는 로드락 챔버(또는 트랜스퍼 챔버, 126)의 상부에 배치되며, 보트(108)는 공정 챔버(102)와 로드락 챔버(126) 사이에서 수직 방향으로 이 동한다.
상기 수직 구동 유닛(120)은 수평 암(122)과 수평 암(122)을 수직 방향으로 이동시키기 위한 구동력을 제공하는 수직 구동부(128)와 상기 구동력을 전달하기 위한 구동축(130)을 포함한다. 상기 수직 구동부(128)는 제1스텝 모터를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 구동축(130)으로는 상기 제1스텝 모터로부터 제공되는 회전력에 의해 회전하는 리드 스크루(lead screw)가 사용될 수 있다. 상기 수평 암(122)은 상기 구동축(130)과 결합되며, 구동축(130)의 회전에 의해 수직 방향으로 이동한다.
상기 회전 구동 유닛(118)은 제2스텝 모터를 포함하여 구성될 수 있다. 상세히 도시되지는 않았으나, 상기 제2스텝 모터부터 제공된 회전력은 상기 제2스텝 모터와 연결된 구동 기어와 상기 회전축(116)과 연결된 종동 기어 및 상기 구동 기어와 종동 기어 사이를 연결하는 타이밍 벨트를 통해 회전축(116)으로 전달될 수 있다. 그러나, 상기 구동 기어와 종동 기어는 직접적으로 연결될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 가스 공급부(132)는 보트(108)에 의해 공정 챔버(102) 내에 위치된 다수의 반도체 기판들(10) 상에 각각 막을 형성하기 위한 소스 가스들과 상기 막을 처리하기 위한 처리 가스와, 공정 챔버(102) 내부를 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 공정 챔버(102) 내부로 공급한다.
구체적으로, 가스 공급부(132)는 상기 반도체 기판들(10) 상에 티타늄 질화막들을 형성하고 처리하기 위한 제1소스 가스, 제2소스 가스 및 처리 가스를 공급하기 위한 제1가스 공급부(134)와 제2가스 공급부(136), 그리고 상기 퍼지 가스를 공급하기 위한 제3가스 공급부(138)를 포함한다. 특히, 상기 제1소스 가스는 제1가스 공급부(134)로부터 공급되며, 상기 제2소스 가스와 상기 처리 가스는 제2가스 공급부(136)로부터 공급된다.
상기 제1소스 가스는 TiCl4 가스를 포함하며, 제1캐리어 가스에 의해 운반된다. 상기 제2소스 가스는 NH3 가스를 포함하며, 제2캐리어 가스에 의해 운반된다. 상기 퍼지 가스로는 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N2) 가스가 사용될 수 있다. 한편, 상기 처리 가스는 상기 제1소스 가스 및 제2소스 가스 사이의 반응에 의해 형성된 티타늄 질화막에 잔류하는 염소를 제거하기 위하여 사용되며, 상기 처리 가스로는 상기 제2소스 가스와 실질적으로 동일한 가스가 사용될 수 있다. 상기 제1캐리어 가스 및 제2캐리어 가스로는 아르곤 가스 또는 질소 가스가 사용될 수 있다. 즉, 상기 제1캐리어 가스, 제2캐리어 가스 및 퍼지 가스로 실질적으로 동일한 가스가 사용될 수 있다.
상기 가스 공급부(132)는 다수의 가스 공급 배관들을 통해 매니폴드(106) 내에 배치된 노즐 파이프들(140a, 141a)과 연결되어 있다. 구체적으로, 제1가스 공급부(134)는 제1가스 공급 배관(142)을 통해 매니폴드(106) 내에 배치된 제1노즐 파이프(140a)의 하단부에 연결되어 있으며, 제2가스 공급부(136)는 제2가스 공급 배관(144)을 통해 매니폴드(106) 내에 배치된 제2노즐 파이프(141a)의 하단부에 연결되어 있다. 상기 제3가스 공급부(138)는 제1연결 배관(146) 및 제2연결 배관(148)을 통해 제1가스 공급 배관(142) 및 제2가스 공급 배관(144)에 연결되어 있다. 즉, 상기 퍼지 가스는 제1연결 배관(146), 제2연결 배관(148), 제1가스 공급 배관(142) 및 제2가스 공급 배관(144)을 통해 공정 챔버(102) 내부로 공급된다.
도시된 바와 같이 제3가스 공급부(138)는 제1연결 배관(146) 및 제2연결 배관(148)을 통해 제1가스 공급 배관(142) 및 제2가스 공급 배관(144)에 각각 연결되어 있으나, 상기 제1 및 제2가스 공급 배관들(142, 144) 중 하나에만 연결될 수도 있다.
상기 제1가스 공급부(134)는 상기 제1캐리어 가스를 공급하기 위한 제1저장부(150)와, 상기 제1캐리어 가스의 공급 유량을 조절하기 위한 제1밸브(152)와, 액상의 TiCl4를 저장하기 위한 제2저장부(154)와, 상기 액상의 TiCl4의 공급 유량을 조절하기 위한 액체 질량 유량 제어기(liquid mass flow controller, 156)와, 상기 액상의 TiCl4를 기화시키기 위한 기화기(vaporizer, 158)를 포함하여 구성될 수 있다. 이와는 다르게, 상기 제1공급부(134)는 액상의 TiCl4를 기화시키기 위한 버블러를 포함하여 구성될 수도 있다.
구체적으로, 제1저장부(150)와 기화기(158)는 제3연결 배관(160)을 통해 연결되며, 제3연결 배관(160)에는 상기 제1밸브(152)가 설치되어 있다. 제2저장부(154)와 기화기(158)는 제4연결 배관(162)을 통해 연결되며, 제4연결 배관(162)에는 상기 액체 질량 유량 제어기(156)가 설치되어 있다.
상기 액상의 TiCl4는 상기 기화기(158)의 내부에서 기화되며, 기화된 TiCl4 가스와 상기 제1캐리어 가스는 제1가스 공급 배관(142)과 제1노즐 파이프(140a)의 제1노즐들을 통해 반도체 기판들(10) 상으로 공급된다.
제2가스 공급부(136)는 제2캐리어 가스를 제공하기 위한 제3저장부(164)와 상기 NH3 가스를 제공하기 위한 제4저장부(166)를 포함하며, 제2가스 공급 배관(144)을 통해 제2노즐 파이프(141a)에 연결되어 있다.
구체적으로, 제2가스 공급 배관(144)은 제5연결 배관(168) 및 제6연결 배관(169)을 통해 제3저장부(164) 및 제4저장부(166)에 각각 연결되며, 제1연결 부재(170)는 제2가스 공급 배관(144), 제5연결 배관(168) 및 제6연결 배관(169)을 서로 연결한다. 상기 제5연결 배관(168)에는 제2캐리어 가스의 공급 유량을 조절하기 위한 제2밸브(172)가 설치되며, 제6연결 배관(169)에는 상기 NH3 가스의 공급 유량을 조절하기 위한 제3밸브(174)가 설치된다.
제3가스 공급부(138)는 퍼지 가스를 제공하기 위한 제5저장부를 포함하며, 상기 제1연결 배관(146)은 제2연결 부재(176)에 의해 제1가스 공급 배관(142)에 연결되며, 상기 제2연결 배관(148)의 일단부는 제3연결 부재(178)에 의해 제1연결 배관(146)과 연결되며, 제2연결 배관(148)의 타단부는 제4연결 부재(180)에 의해 제2가스 공급 배관(144)에 연결된다. 상기 제2연결 부재(176)와 제3연결 부재(178) 사이의 제1연결 배관(146)에는 제4밸브(182)가 설치되며, 제2연결 배관(148)에는 제5밸브(184)가 설치된다. 상기 제1가스 공급 배관(142) 및 제2가스 공급 배관(144)은 매니폴드(106) 내에서 제5연결 부재(186) 및 제6연결 부재(188)에 의해 제1노즐 파이프(140a) 및 제2노즐 파이프(141a)에 각각 연결된다.
한편, 도시된 바와 같이, 상기 기화기(158)와 제2연결 부재(176) 사이의 제1가스 공급 배관(142)에는 상기 제1소스 가스의 공급 유량을 조절하기 위한 제6밸브(190)가 더 설치될 수 있으며, 제1연결 부재(170)와 제4연결 부재(180) 사이의 제2가스 공급 배관(144)에는 제2소스 가스의 공급 유량을 조절하기 위한 제7밸브(192)가 더 설치될 수 있다. 또한, 도시된 바에 의하면, 상기 제1캐리어 가스, 제2캐리어 가스 및 퍼지 가스는 개별적으로 공급되고 있으나, 하나의 저장 용기로부터 공급될 수도 있다.
상기 TiCl4 가스는 약 70℃ 이하의 온도에서 응축되며, 상기 응축된 TiCl4는 오염원으로서 작용할 수 있다. 또한, 상기 TiCl4는 약 130℃ 이하의 온도에서 NH3와 반응하여 NH4Cl 파우더를 발생시키며, 약 280℃ 내지 350℃ 정도의 온도에서 NH3와 반응하여 티타늄(Ti) 또는 티타늄 질화물(TiN)을 형성한다. 따라서, 상기 TiCl4 가스를 전달하기 위한 제1가스 공급 배관(142)은 약 150℃ 내지 250℃ 정도의 온도에서 유지되는 것이 바람직하다.
도시되지는 않았으나, 제1가스 공급 배관(142)의 둘레에는 상기 제1소스 가스를 기 설정된 온도, 예를 들면 약 200℃ 정도의 온도로 유지하기 위한 제1히팅 재킷이 설치될 수 있다.
또한, 상기 제2소스 가스의 온도가 제1소스 가스의 온도보다 낮은 경우, 공정 챔버(102) 내에서 온도 변화에 의한 이상 반응이 발생될 수 있으므로, 상기 제2소스 가스의 온도는 상기 제1소스 가스의 온도와 동일한 것이 바람직하다. 따라서, 제2소스 가스를 약 200℃ 정도로 유지하기 위하여 제2히팅 재킷이 제2가스 공급 배관(144)의 둘레에 설치될 수 있다.
이와 유사하게, 상기 퍼지 가스의 온도 역시 상기 제1소스 가스의 온도와 동일하게 유지되는 것이 바람직하다. 따라서, 제1연결 배관(146) 및 제2연결 배관(148)의 둘레에는 각각 제3히팅 재킷 및 제4히팅 재킷이 설치될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 가스 공급부의 제1노즐 파이프와 제2노즐 파이프를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 제1노즐 파이프(140a)는 보트(108)에 적재된 반도체 기판(10)들과 인접하게 배치되어 제1가스 공급 배관(142)으로부터 수직 상방으로 연장하며, 제1소스 가스를 분사하기 위한 다수의 제1노즐들(140b)을 갖는다. 상기 제1노즐들(140b)은 보트(108)에 지지된 반도체 기판들(10)의 표면들을 따라 상기 제1소스 가스가 흐르도록 상기 제1노즐 파이프(140a)의 연장 방향을 따라 일정 간격으로 형성되어 있다. 부언하면, 상기 제1노즐들(140b)은 상기 반도체 기판들(10) 사이의 공간들로 제1소스 가스를 공급하며, 상기 제1소스 가스는 상기 제1노즐들(140b)을 통해 반도체 기판들(10)의 중심들을 향하여 분사된다.
제2노즐 파이프(141a)는 상기 보트(108)에 적재된 반도체 기판들(10)과 인접하게 배치되어 상기 제1노즐 파이프(140a)와 평행하게 연장하며, 제2소스 가스를 분사하기 위한 다수의 제2노즐들(141b)을 갖는다. 상기 제2노즐들(141b)은 보트(108)에 지지된 반도체 기판들(10)의 표면을 따라 상기 제2소스 가스가 흐르도록 상기 제2노즐 파이프(141a)의 연장 방향을 따라 일정 간격으로 형성되어 있다. 부 언하면, 상기 제2노즐들(141b)은 상기 반도체 기판들(10) 사이의 공간들로 제2소스 가스를 공급하며, 상기 제2소스 가스는 상기 제2노즐들(141b)을 통해 반도체 기판들(10)의 중심들을 향하여 분사된다.
상기 제1소스 가스의 분사 방향과 상기 제2소스 가스의 분사 방향이 이루는 사이각은 약 20°내지 80°정도일 수 있으며, 상기 제1노즐 파이프(140a)와 제2노즐 파이프(141a)는 반도체 기판들(10)의 중심축으로부터 동일한 거리에 위치될 수 있다. 또한, 상기 제1노즐 파이프(140a)와 제2노즐 파이프(141a)는 각각 약 2.5mm 내지 15mm 정도의 내경을 가지며, 상기 각각의 제1노즐(140b)과 제2노즐(141b)은 약 0.5mm 내지 2mm 정도의 내경을 갖는다. 예를 들면, 제1노즐 파이프(140a)와 제2노즐 파이프(141a)는 각각 약 5mm 정도의 내경을 가지며, 상기 각각의 제1노즐(140b)과 제2노즐(141b)은 약 1.5mm 정도의 내경을 갖는다.
도 4는 도 1에 도시된 가스 공급부의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 4를 참조하면, 가스 공급부(132)는 액상의 TiCl4를 저장하기 위한 제1저장부(202)와, NH3 가스를 제공하기 위한 제2저장부(204)와, 아르곤 가스 또는 질소 가스를 제공하기 위한 제3저장부(206)와, 상기 액상의 TiCl4를 기화시키기 위한 기화기(208) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제3저장부(206)로부터 공급되는 아르곤 가스 또는 질소 가스는 TiCl4 가스 및 NH3 가스를 각각 운반하기 위한 제1캐리어 가스 및 제2캐리어 가스로 사용될 수 있으며, 공정 챔버(102) 내부를 퍼지하기 위한 퍼지 가스로도 사용될 수 있다.
상기 제1저장부(202)는 제1연결 배관(210)을 통해 기화기(208)와 연결되어 있으며, 제3저장부(206)는 제2연결 배관(212)을 통해 기화기(208)와 연결되어 있다. 기화기(208)는 제1가스 공급 배관(214)을 통해 제1노즐 파이프(216)와 연결되어 있다. 제1연결 배관(210)을 통해 공급된 액상의 TiCl4는 기화기(208) 내에서 기화되며, TiCl4 가스는 제3저장부(206)로부터 공급된 아르곤 가스 또는 질소 가스와 함께 제1가스 공급 배관(214) 및 제1노즐 파이프(216)를 통해 반도체 기판들(10) 상으로 공급된다.
제2저장부(204)는 제3연결 배관(218)과 제2가스 공급 배관(220)을 통해 제2노즐 파이프(222)와 연결되며, 제3저장부(206)는 제4연결 배관(224)과 제2가스 공급 배관(220)을 통해 제2노즐 파이프(222)와 연결되어 있다. 즉, 제3연결 배관(218)과 제4연결 배관(224)은 제2가스 공급 배관(220)에 제2저장부(204)와 제3저장부(206)를 각각 연결시킨다. 한편, 제3연결 배관(218), 제4연결 배관(224) 및 제2가스 공급 배관(222)은 제1연결 부재(226)에 의해 서로 연결되어 있으며, 제1가스 공급 배관(214)과 제2가스 공급 배관(220)은 제2연결 부재(228) 및 제3연결 부재(230)에 의해 제1노즐 파이프(216) 및 제2노즐 파이프(222)에 각각 연결되어 있다.
한편, 제1연결 배관(210)에는 상기 액상의 TiCl4의 공급 유량을 조절하기 위한 액체 질량 유량 제어기(232)가 설치되어 있으며, 제2연결 배관(212)에는 제1캐리어 가스 또는 퍼지 가스로 사용되는 아르곤 가스 또는 질소 가스의 공급 유량을 조절하기 위한 제1밸브(234)가 설치되어 있다. 제3연결 배관(218)에는 NH3 가스의 공급 유량을 조절하기 위한 제2밸브(236)가 설치되어 있으며, 제4연결 배관(224)에는 제2캐리어 가스 또는 퍼지 가스로 사용되는 아르곤 가스 또는 질소 가스의 공급 유량을 조절하기 위한 제3밸브(238)가 설치되어 있다. 또한, 도시된 바와 같이 제1소스 가스의 공급 유량을 조절하기 위한 제4밸브(240)와, 제2소스 가스의 공급 유량을 조절하기 위한 제5밸브(242)가 제1가스 공급 배관(214)과 제2가스 공급 배관(220)에 각각 설치될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 공정 챔버(102)를 진공 배기하기 위한 진공 펌프(미도시)는 진공 배관(194) 및 격리 밸브(isolation valve, 미도시)를 통해 매니폴드(106)와 연결되어 있으며, 가열로(104)는 공정 챔버(102)의 측벽 및 천정과 인접하게 배치되어 있다. 예를 들면, 상기 티타늄 질화막을 형성하는 동안 공정 챔버(102)의 내부 압력은 약 0.3Torr 내지 1Torr 정도로 유지될 수 있으며, 공정 챔버(102)의 내부 온도는 약 400℃ 내지 600℃ 정도로 유지될 수 있다. 예를 들면, 상기 공정 챔버(102)의 내부 온도는 약 500℃ 정도에서 유지될 수 있다.
한편, 매니폴드(106)의 내부 공간은 공정 챔버(102)의 내부 공간에 비하여 상대적으로 온도가 낮게 형성될 수 있다. 이러한 온도 차이를 보상하기 위하여 리드 부재(110) 내에는 히터(196)가 구비된다. 즉, 상기 히터(196)는 매니폴드(106) 내부를 가열함으로써 공정 챔버(102)의 내부와 매니폴드(106)의 내부의 온도 분포가 균일하게 형성될 수 있도록 한다. 상기 히터(196)로는 전기 저항 열선이 사용될 수 있다. 그러나, 상기 히터(196)는 매니폴드(106)의 측벽 내에 배치될 수도 있으며, 매니폴드(106)의 내측면 상에 배치될 수도 있다.
제어부(198)는 가스 공급부(132), 수직 구동 유닛(120) 및 회전 구동 유닛(118)의 동작들을 제어한다. 구체적으로, 제어부(198)는 다수의 반도체 기판들(10)이 적재된 보트(108)가 수직 구동 유닛(120)에 의해 공정 챔버(102) 내부로 반입된 후, 가스 공급부(132)에 의한 가스들의 공급과 회전 구동 유닛(118)에 의한 보트(108)의 회전이 교호적으로 수행되도록 가스 공급부(132) 및 회전 구동 유닛(118)의 동작들을 제어한다.
도 5는 도 2에 도시된 가스 공급부로부터 공급되는 가스들의 공급 시간들을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 제1노즐들(140b)을 통해 제1소스 가스와 제2노즐들(141b)을 통해 제2소스 가스를 반도체 기판들(10) 상으로 공급하여 상기 반도체 기판들(10) 상에 티타늄 질화막들을 형성한다. 이어서, 공정 챔버(102) 내부는 제1노즐들(140b) 및 제2노즐들(141b)을 통해 공급된 퍼지 가스에 의해 일차 퍼지된다. 공정 챔버(102)의 퍼지 후, 상기 티타늄 질화막들에 잔류하는 염소를 제거하기 위하여 처리 가스가 반도체 기판들(10) 상으로 공급된다. 이때, 상기 퍼지 가스로는 제2소스 가스가 사용될 수 있으며, 제2노즐들(141b)을 통해 반도체 기판들(10) 상으로 공급된다. 이어서, 공정 챔버(102) 내부는 제1노즐들(140b) 또는 제2노즐들(141b)을 통해 공급된 퍼지 가스에 의해 이차 퍼지된다.
상술한 바와 같은 한번의 공정 사이클이 종료된 후, 제어부(198)는 보트 (108)를 기 설정된 회전 각도만큼 회전시킨다. 보트(108)의 회전 후 상술한 바와 같은 공정 사이클이 반복적으로 수행된다. 제어부(198)는 상기와 같은 공정 사이클과 보트(108)의 회전이 교호적으로 수행되도록 가스 공급부(132)와 회전 구동 유닛(118)의 동작들을 제어한다.
상기 보트(108)의 회전 각도는 티타늄 질화막의 두께를 균일하게 하기 위하여 하기와 같은 식으로 산출될 수 있다.
θ = 360°/ N (여기서, 상기 θ는 상기 기 설정된 보트(108)의 회전 각도를 나타내며, 상기 N은 상기 공정 사이클의 반복 횟수를 나타낸다)
상기와 같이 반복 수행되는 공정 사이클들 사이에서 반도체 기판들(10)을 기 설정된 회전 각도로 회전시킴으로써 균일한 두께를 갖는 티타늄 질화막을 형성할 수 있다. 즉, 상기 소스 가스들의 공급 방향과 상관없이 균일한 두께를 갖는 티타늄 질화막을 형성할 수 있다.
한편, 상기 티타늄 질화막에 잔류하는 염소의 제거 효율은 상기 처리 가스의 공급 시간(t3)을 증가시킴으로써 향상될 수 있다. 그러나, 상기 처리 가스의 공급 시간(t3)의 증가는 전체 공정 시간의 증가를 초래한다. 또한, 상기 제1소스 가스 및 제2소스 가스의 공급 시간(t1)을 상기 처리 가스의 공급 시간(t3)보다 작게 설정할 경우, 염소 제거 효과가 충분하지 않다.
상기와 같은 점을 고려하여, 상기 제1소스 가스 및 제2소스 가스의 공급 시간(t1), 제1퍼지 시간(t2), 상기 처리 가스의 공급 시간(t3) 및 제2퍼지 시간(t4)의 비는 약 1:0.5:1~4:0.5 정도로 설정될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1소스 가스 및 제2소스 가스의 공급 시간(t1)을 약 1분 정도로 설정할 경우, 제1퍼지 시간(t2) 및 제2퍼지 시간(t4)은 약 30초 정도로 설정될 수 있으며, 상기 처리 가스의 공급 시간(t3)은 약 1분 내지 4분 정도로 설정될 수 있다.
일 예로서, 상기 제1소스 가스 및 제2소스 가스를 약 1분 동안 공급하여 티타늄 질화막을 형성하고, 상기 처리 가스를 약 2분 동안 공급하여 처리된 티타늄 질화막의 비저항은 약 155μΩcm 정도이며, 상기 제1소스 가스 및 제2소스 가스를 약 5분 동안 공급하여 티타늄 질화막을 형성하고, 상기 처리 가스를 약 3분 동안 공급하여 처리된 티타늄 질화막의 비저항은 약 250μΩcm 정도이다.
상술한 바와 같이, 상기 처리 가스에 의해 상기 티타늄 질화막에 잔류하는 염소를 제거함으로써 티타늄 질화막의 비저항을 낮출 수 있다. 또한, 상기와 같이 티타늄 질화막의 비저항을 충분히 낮출 수 있으므로, 상기 티타늄 질화막을 형성하는 동안 공정 챔버(102)의 온도는 약 400℃ 내지 600℃ 정도에서 설정될 수 있으며, 상기 티타늄 질화막의 단차 도포성을 개선할 수 있다.
티타늄 질화막의 형성
도 6은 상술한 바와 같은 티타늄 질화막 형성 장치를 이용하여 반도체 기판 상에 티타늄 질화막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
첨부된 도면들을 참조하여 다수의 반도체 기판들(10) 상에 티타늄 질화막을 각각 형성하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 반도체 기판들(10)을 공정 챔버(102) 내에 위치시킨다. (단계 S100) 구체적으로, 반도체 기판들(10)은 수직 방향으로 일정 간격을 두고 보트(108)에 적재되며, 각각의 반도체 기판들(10)은 수평 방향으로 유지된다. 상기 보트(108)는 수직 구동 유닛(120)의 동작에 의해 매니폴드(106)를 통해 공정 챔버(102) 내부로 이동된다. 이때, 상기 공정 챔버(102) 내부의 온도는 가열로(104) 및 히터(196)에 의해 약 500℃ 정도로 유지된다.
상기 반도체 기판(10) 상에는 반도체 장치를 구성하는 반도체 구조물들이 형성되어 있을 수 있다. 예를 들면, 상기 반도체 구조물들은 트랜지스터와 커패시터의 하부 전극 및 유전막을 포함할 수 있다. 상기 트랜지스터는 게이트 구조물과 소스/드레인으로 기능하는 불순물 영역들을 포함하며, 상기 커패시터의 하부 전극은 상기 불순물 영역들 중 하나에 연결된다. 상기 유전막은 상기 커패시터의 하부 전극 상에 형성되어 있다. 상기 하부 전극은 도프트 폴리실리콘으로 이루어질 수 있으며, 상기 유전막은 하프늄 산화물(HfO2)로 이루어질 수 있다.
반도체 기판들(10) 상에 제1소스 가스 및 제2소스 가스를 제1노즐들(140b) 및 제2노즐들(141b)을 통하여 각각 공급함으로써 상기 반도체 기판들(10) 상에 티타늄 질화막들을 형성한다. (단계 S110) 구체적으로, 액상의 TiCl4의 유량은 액체 질량 유량 제어기(156)에 의해 약 200mgm 정도로 조절되며, 제1캐리어 가스의 유량은 제1밸브(152)에 의해 약 0.5slm 정도로 조절된다. 제2캐리어 가스의 유량은 제2밸브(172)에 의해 0.5slm 정도로 조절되며, NH3 가스의 유량은 제3밸브(174)에 의해 약 0.5slm 정도로 조절된다. 이때, 상기 액체 질량 유량 제어기(156) 및 밸브들 (152, 172, 174)의 동작은 제어부(198)에 의해 제어되며, 상기 제1소스 가스 및 제2소스 가스는 약 1분 동안 공급될 수 있다. 상기와 같이 제1소스 가스 및 제2소스 가스를 약 1분 동안 공급하는 경우, 각각의 반도체 기판들(10) 상에는 약 17Å 정도의 두께를 갖는 티타늄 질화막이 형성된다.
상기 티타늄 질화막들을 형성한 후, 공정 챔버(102) 내부에 잔류하는 제1소스 가스 및 반응 부산물을 제거하기 위하여 공정 챔버(102) 내부로 퍼지 가스를 공급한다. (단계 S120) 이때, 상기 퍼지 가스는 제1노즐들(140b) 및 제2노즐들(141b)을 통해 약 30초 동안 공급될 수 있으며, 퍼지 가스의 공급 유량은 제4밸브(182) 및 제5밸브(184)에 의해 약 1slm 정도로 조절된다.
상기 티타늄 질화막들에 잔류하는 염소를 제거하기 위하여 제2노즐들(141b)을 통해 처리 가스를 상기 티타늄 질화막들 상에 공급한다. (단계 S130) 상기 처리 가스는 상기 제2소스 가스와 실질적으로 동일하며, 약 2분 동안 공급될 수 있다. 상기 제2캐리어 가스의 유량은 제2밸브(172)에 의해 0.5slm 정도로 조절되고, NH3 가스의 유량은 제3밸브(174)에 의해 약 0.5slm 정도로 조절된다.
상기와 같이 염소가 제거됨으로써, 상기 티타늄 질화막의 비저항이 낮아지며, 상기 유전막과 염소 사이의 불필요한 반응에 의한 불순물 생성을 억제할 수 있다. 예를 들면, 상기 하프늄 산화물과 염소의 반응에 의한 사염화 하프늄(HfCl4)의 생성을 억제할 수 있다. 따라서, 상기 유전막의 유전 특성 열화를 방지할 수 있다.
상기 공정 챔버(102) 내부에 잔류하는 처리 가스 및 상기 처리 가스와 염소 사이의 반응에 의해 형성된 반응 부산물을 제거하기 위하여 공정 챔버(102) 내부로 퍼지 가스를 공급한다. (단계 S140) 상기 퍼지 가스는 제1노즐들(140b) 및 제2노즐들(141b)을 통해 약 30초 동안 공급될 수 있으며, 퍼지 가스의 공급 유량은 제4밸브(182) 및 제5밸브(184)에 의해 약 1slm 정도로 조절된다.
상술한 바와 같은 일 회의 공정 사이클을 수행하는 동안 상기 가스들을 공급하기 위한 액체 질량 유량 제어기(156) 및 밸브들(152, 172, 174, 182, 184)의 동작은 제어부(198)에 의해 제어되며, 공정 챔버(102)의 내부 압력은 약 0.3torr 내지 1torr 정도로 조절되며, 공정 챔버(102)의 내부 온도는 약 500℃ 정도로 조절될 수 있다.
이어서, 반도체 기판들(10)이 적재된 보트(108)를 기 설정된 회전 각도만큼 회전시킨다. (단계 S150) 예를 들면, 상기 공정 사이클의 반복 수행 횟수가 36번으로 설정된 경우, 상기 회전 각도는 약 10°로 설정될 수 있다. 상기 공정 사이클의 반복 횟수는 목적하는 티타늄 질화막의 두께에 따라 변경될 수 있으며, 이에 따라 상기 회전 각도가 변화된다.
계속해서, 상기 목적하는 두께를 갖는 티타늄 질화막을 형성하기 위하여 상기 공정 사이클과 보트의 회전(단계 S110 내지 S150)을 반복적으로 수행한다. (단계 S160) 상기 제어부(198)는 상기 공정 사이클과 보트의 회전이 교호적으로 반복 수행되도록 상기 액체 질량 유량 제어기(156), 밸브들(152, 172, 174, 182, 184) 및 회전 구동 유닛(118)의 동작들을 제어한다.
상기 목적하는 두께를 갖는 티타늄 질화막의 형성이 종료되면, 상기 반도체 기판들(10)을 공정 챔버(102)로부터 언로딩시킨다. (단계 S170) 상기 보트(108)는 수직 구동 유닛(120)의 동작에 의해 공정 챔버(102)로부터 로드락 챔버(126)로 반출된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 다수의 반도체 기판들 상에 상기 소스 가스들을 이용하여 티타늄 질화막들을 형성하고, 상기 티타늄 질화막들을 상기 처리 가스를 이용하여 잔류 염소를 제거함으로써 낮은 비저항을 갖는 티타늄 질화막을 형성할 수 있다. 또한, 하부막과 상기 염소의 반응에 의한 불순물 생성을 억제함으로써 상기 불순물에 의한 하부막의 특성 열화를 방지할 수 있다.
또한, 상기와 같이 잔류 염소를 제거함으로써 티타늄 질화막 형성 공정을 상대적으로 낮은 온도(예를 들면, 약 500℃의 온도)에서 수행할 수 있으며, 상기와 같이 공정 사이클들을 반복하는 동안, 반도체 기판들을 기 설정된 회전 각도로 회전시킴으로써 티타늄 질화막의 두께를 균일하게 할 수 있다.
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.

Claims (20)

  1. ⅰ) 티타늄 및 염소를 포함하는 제1소스 가스 및 질소를 포함하는 제2소스 가스가 공정 챔버 내에 배치된 다수의 기판의 표면들을 따라 흐르도록 상기 제1소스 가스 및 제2소스 가스를 공급하여 상기 기판들 상에 티타늄 질화막들을 각각 형성하는 단계;
    ⅱ) 상기 공정 챔버 내부를 일차 퍼지하는 단계;
    ⅲ) 상기 티타늄 질화막들로부터 염소를 제거하기 위한 처리 가스(treatment gas)를 상기 티타늄 질화막들 상으로 공급하는 단계;
    ⅳ) 상기 공정 챔버를 이차 퍼지하는 단계;
    ⅴ) 상기 기판들을 기 설정된 각도만큼 회전시키는 단계; 및
    상기 ⅰ) 내지 ⅴ) 단계들을 반복적으로 수행하는 단계를 포함하되,
    상기 기판들은 상기 공정 챔버 내에서 수직 방향으로 배열되고, 각각의 기판들은 수평 방향으로 배치되고, 상기 제1소스 가스 및 제2소스 가스는 상기 기판들이 배열된 방향을 따라 배치된 다수의 제1노즐들 및 다수의 제2노즐들을 통해 각각 공급되며, 상기 기 설정된 각도는 하기하는 식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 티타늄 질화막 형성 방법.
    θ = 360°/ N
    (여기서, 상기 θ는 상기 기 설정된 각도를 나타내며, 상기 N은 상기 ⅰ) 내지 ⅴ) 단계들의 반복 횟수를 나타낸다)
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1소스 가스는 TiCl4 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 질화막 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2소스 가스는 NH3 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 질화막 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 ⅰ) 단계 및 상기 ⅲ) 단계를 수행하는 시간들 사이의 비율은 1 : 1 내지 4인 것을 특징으로 하는 티타늄 질화막 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 ⅰ) 단계 및 상기 ⅱ) 단계를 수행하는 시간들 사이의 비율은 1 : 0.5인 것을 특징으로 하는 티타늄 질화막 형성 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 ⅰ) 내지 ⅳ) 단계들을 수행하는 동안 상기 공정 챔버 내부는 400℃ 내지 600℃로 유지되는 것을 특징으로 하는 티타늄 질화막 형성 방 법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 처리 가스는 NH3 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 질화막 형성 방법.
  10. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 배치되며 다수의 기판들이 수직 방향으로 배열되도록 그리고 각각의 기판들이 수평 방향으로 유지되도록 상기 기판들을 지지하기 위한 보트;
    상기 기판들 상에 티타늄 질화막들을 각각 형성하기 위하여 티타늄 및 염소를 포함하는 제1소스 가스와 질소를 포함하는 제2소스 가스가 상기 기판들의 표면들을 따라 흐르도록 상기 제1소스 가스와 상기 제2소스 가스를 공급하며, 상기 티타늄 질화막들로부터 염소를 제거하기 위한 처리 가스를 상기 기판들 상으로 공급하며, 상기 공정 챔버 내부를 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 공급하기 위한 가스 공급부;
    상기 기판들을 기 설정된 각도만큼 회전시키기 위한 구동부; 및
    상기 가스 공급부에 의한 가스들의 공급과 상기 구동부에 의한 상기 기판의 회전이 교호적으로 반복 수행되도록 상기 가스 공급부와 상기 구동부의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하되,
    상기 가스 공급부는,
    상기 공정 챔버 내에 배치되며 상기 기판들과 인접하여 수직 방향으로 연장하고, 상기 기판들 상으로 상기 제1소스 가스를 공급하며, 상기 공정 챔버로 상기 퍼지 가스를 공급하기 위한 다수의 제1노즐들을 갖는 제1노즐 파이프; 및
    상기 공정 챔버 내에 배치되며 상기 제1노즐 파이프와 평행하게 연장하고, 상기 기판들 상으로 상기 제2소스 가스 및 상기 처리 가스를 공급하며, 상기 공정 챔버로 상기 퍼지 가스를 공급하기 위한 다수의 제2노즐들을 갖는 제2노즐 파이프를 포함하며,
    상기 기 설정된 각도는 하기하는 식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 티타늄 질화막 형성 장치.
    θ = 360°/ N
    (여기서, 상기 θ는 상기 기 설정된 각도를 나타내며, 상기 N은 상기 가스 공급부에 의해 상기 가스들이 공급되는 반복 횟수를 나타낸다)
  11. 제10항에 있어서, 상기 공정 챔버는 수직 방향으로 연장하며 하부가 개방된 실린더 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 티타늄 질화막 형성 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 공정 챔버를 감싸도록 배치되어 상기 공정 챔버를 공정 온도로 가열하기 위한 가열로;
    상기 공정 챔버 하부에 연결되며 상하 개방된 실린더 형상을 갖는 매니폴드; 및
    상기 매니폴드를 통해 상기 공정 챔버 내부로/로부터 상기 보트를 반입/반출하기 위한 수직 구동 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 질화막 형성 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 수직 구동 유닛은, 회전력을 제공하기 위한 모터와, 상기 회전력에 의해 회전하는 리드 스크루와, 상기 리드 스크루와 결합하며 상기 리드 스크루의 회전에 의해 수직 방향으로 이동하는 수평 암을 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 질화막 형성 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 수평 암 상에 배치되어 상기 매니폴드의 하부 개구를 개폐하기 위한 리드 부재와, 상기 리드 부재 상에 배치되어 상기 보트를 지지하기 위한 턴테이블을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 질화막 형성 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 구동부는 상기 수평 암에 장착되어 상기 보트를 회전시키기 위한 회전력을 제공하는 제2모터와, 상기 수평 암 및 상기 리드 부재를 통해 상기 턴테이블과 결합되며 상기 제2모터의 회전력을 전달하기 위한 회전축을 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 질화막 형성 장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 매니폴드의 내부를 가열하기 위한 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 질화막 형성 장치.
  17. 제10항에 있어서, 상기 기판들은 수직 방향으로 소정 간격을 두고 상기 보트에 적재되는 것을 특징으로 하는 티타늄 질화막 형성 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 가스 공급부는,
    상기 제1소스 가스를 제공하기 위한 제1가스 공급부;
    상기 제2소스 가스 및 상기 처리 가스를 제공하기 위한 제2가스 공급부;
    상기 퍼지 가스를 제공하기 위한 제3가스 공급부;
    상기 제1소스 가스를 상기 공정 챔버로 공급하기 위하여 상기 제1노즐 파이프와 연결된 제1가스 공급 배관;
    상기 제2소스 가스 및 상기 처리 가스를 상기 공정 챔버로 공급하기 위하여 상기 제2노즐 파이프와 연결된 제2가스 공급 배관; 및
    상기 제3가스 공급부를 상기 제1 및 제2가스 공급 배관들에 각각 연결하기 위한 연결 배관들을 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 질화막 형성 장치.
  19. 삭제
  20. 제18항에 있어서, 상기 제1가스 공급부는,
    캐리어 가스를 공급하기 위한 제1저장부;
    액상의 TiCl4를 저장하기 위한 제2저장부;
    상기 제1저장부 및 제2저장부와 연결되며 상기 액상의 TiCl4를 기화시키기 위한 기화기(vaporizer);
    상기 제1저장부와 상기 기화기를 연결하는 제1연결 배관에 설치되어 상기 캐리어 가스의 공급 유량을 조절하기 위한 밸브; 및
    상기 제2저장부와 상기 기화기를 연결하는 제2배관에 설치되어 상기 액상의 TiCl4의 공급 유량을 조절하기 위한 액체 질량 유량 제어기(liquid mass flow controller)를 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 질화막 형성 장치.
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