KR100653705B1 - 원자층증착법을 이용한 박막 형성방법 - Google Patents
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Abstract
원자층증착법을 이용한 박막 형성방법들을 제공한다. 이 방법들은 원자층증착 장치의 반응기 내에 기판을 로딩하고, 상기 반응기에 제 1 원자를 함유하는 제 1 원료 가스를 주입하여 상기 기판 상에 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성하는 것을 구비한다. 상기 반응기에 제 1 플라즈마 전원을 인가하고 제 1 반응 가스를 주입하여 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 1 박막을 형성한다. 상기 반응기에 제 2 원자를 함유하는 제 2 원료 가스를 주입하여 상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성한다. 상기 반응기에 상기 제 1 플라즈마 전원 보다 높은 제 2 플라즈마 전원을 인가하고 제 2 반응 가스를 주입하여 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 2 박막을 형성한다. 상기 제 1 플라즈마 전원은 0W 보다 크고 500W 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있으며, 상기 제 2 플라즈마 전원은 상기 제 1 플라즈마 전원 보다 크고 2000W 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다. 상기 제 2 박막의 두께는 상기 제 1 박막의 두께 보다 같거나 두껍게 형성할 수 있다.
Description
도 1은 종래기술에 따른 박막 형성 방법을 설명하기 위한 레시피도이다.
도 2는 본 발명에 따른 원자층증착법에 의한 박막 형성방법을 나타내는 공정흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실험 예들에 따른 박막의 균일성(uniformity)을 보여주는 산점도이다.
본 발명은 박막 형성방법에 관한 것으로, 특히 원자 층 증착 법(Atomic layer deposition; ALD)을 이용한 박막 형성방법에 관한 것이다.
반도체 소자 및 디스플레이 소자에 사용되는 박막은 얇은 두께 및 균일성(uniformity)을 제어할 수 있는 기술들이 요구되고 있다.
상기 박막을 형성하는 방법으로는 물리적 기상 증착 법(Physical vapor deposition; PVD) 또는 화학 기상 증착 법(Chemical vapor deposition; CVD)이 널리 사용되고 있으며, 최근에는 원자 층 증착 법(Atomic layer deposition; ALD)의 사용 범위도 점차 확대되고 있다. 잘 알려진 바와 같이, 상기 물리적 기상 증착 법(Physical vapor deposition; PVD)은 기판 표면에 단차가 발생한 경우 표면을 원만하게 매립하는 단차피복성(step coverage)이 불량한 단점을 가진다. 또한, 상기 화학 기상 증착 법(Chemical vapor deposition; CVD)은 박막 형성 온도가 높고 두께를 수Å 단위로 정밀하게 제어하는 데에는 한계가 있다.
상기 화학 기상 증착 법(Chemical vapor deposition; CVD)의 한계를 극복하고 원자 층 단위의 미소한 두께를 갖는 박막을 형성하는 방법으로 상기 원자 층 증착 법(Atomic layer deposition; ALD)이 연구되고 있다. 상기 원자 층 증착 법은 박막 형성을 위한 원료 가스들을 동시에 공급하지 않고 시분할하여 독립적인 펄스 형태로 공급하는 방법이다. 상기 가스들의 공급은, 각각의 가스 배관에 설치한 밸브들을 시간차를 두고 개폐하여, 각각의 가스들이 혼합되지 않고 시간차를 두고 반응기 내로 공급되게 함으로써 이루어진다. 상기 가스들이 사전 설정된 유량으로 시분할 공급될 때, 상기 가스들을 공급하는 사이마다 퍼지 가스를 공급하여, 반응하지 않고 남아있는 가스를 반응기에서 제거하는 단계를 거치는 것이 일반적이다. 상기 원자 층 증착 법은 단차피복성(step coverage)이 우수하고, 대면적의 기판에 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있으며, 반복 실시 횟수를 조절하여 박막의 두께를 미세하게 조절할 수 있는 장점이 있다. 반면 상기 원자 층 증착 법은 원자 층 단위의 증착 싸이클을 반복하여 박막을 형성하므로 공정시간이 길다는 단점이 있다.
상기 원자 층 증착 법에서의 증착 속도를 개선하기 위한 방법으로, 최근에 플라즈마를 이용하는 플라즈마 유도 원자 층 증착 법(Plasma enhanced atomic layer deposition; PEALD)이 제안된바 있다. 상기 플라즈마 유도 원자 층 증착 법(Plasma enhanced atomic layer deposition; PEALD)은 1차로 주입된 반응 가스를 기판 표면에 흡착시키고, 퍼지 가스를 공급하여 잔류된 1차 반응 가스를 반응기에서 제거한 다음, 상기 반응기에 플라즈마 파워를 인가하는 공정조건하에서 2차 반응 가스를 공급하는 방식을 사용한다. 상기 플라즈마 유도 원자 층 증착 법은 상기 원자 층 증착 법의 장점을 유지하면서 증착속도를 높여 공정시간을 줄이고, 반응가스의 반응성을 높여서 공정온도 범위를 넓힐 수 있다. 그러나 상기 플라즈마 파워를 인가하는 공정조건으로 하이파워(High power)를 사용하는 경우 플라즈마에 의한 기판 표면손상이 발생하며 증착된 박막의 균일성(uniformity)이 나빠지는 경향이 있다.
상기 플라즈마 유도 원자 층 증착 법을 이용한 박막 형성 방법이, 미국특허 제6,730,614 B1호에 "반도체소자의 박막 형성 방법(Method of forming a thin film in a semiconductor device)" 이라는 제목으로 개시된바 있다.
도 1은 미국특허 제6,730,614 B1호에 개시된 반도체소자의 박막 형성 방법을 설명하기 위한 레시피도이다.
도 1을 참조하면, 미국특허 제6,730,614 B1호에 개시된 반도체소자의 박막 형성 방법은 원자 층 증착 법(Atomic layer deposition; ALD)과 플라즈마 유도 원자 층 증착 법(Plasma enhanced atomic layer deposition; PEALD)을 교대로 실시하면서 박막을 형성한다.
구체적으로, 상기 원자 층 증착 법(ALD)은 증착 장비 내부로 전구체를 공급 하여 기판의 표면에 흡착시키는 단계(A), 기판에 흡착되지 않고 반응기 내부에 잔류하는 전구체를 제거하여 정화하는 단계(B), 제 1 반응가스를 공급하고 상기 전구체와 반응시켜 원자층 박막을 형성하는 단계(C) 및 상기 전구체와 반응하지 않은 제 1 반응가스 및 반응 부산물을 제거하여 정화하는 단계(D)를 한 사이클로 하면서 반복 진행된다. 또한, 상기 플라즈마 유도 원자 층 증착 법(PEALD)은 증착 장비 내부로 전구체를 공급하여 기판의 표면에 흡착시키는 단계(A'), 기판에 흡착되지 않고 반응기 내부에 잔류하는 전구체를 제거하여 정화하는 단계(B'), 플라즈마를 발생시키면서 제 2 반응가스를 공급하고 상기 전구체와 반응시켜 원자층 박막을 형성하는 단계(C') 및 상기 전구체와 반응하지 않은 제 2 반응가스 및 반응 부산물을 제거하여 정화하는 단계(D')를 한 사이클로 하면서 반복 진행된다.
그러나 1 사이클 마다 플라즈마를 발생시키는 경우 플라즈마에 의한 기판 표면손상이 발생할 수 있다.
결론적으로, 플라즈마에 의한 기판 표면손상 발생을 방지하면서 증착된 박막의 균일성(uniformity)을 개선할 수 있는 기술이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 우수한 균일성(uniformity) 및 개선된 증착속도를 갖는 박막 형성방법들을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 원자층증착법을 이용한 박막 형성방법들을 제공한다. 이 방법들은 원자층증착 장치의 반응기 내에 기판을 로 딩하고, 상기 반응기에 제 1 원자를 함유하는 제 1 원료 가스를 주입하여 상기 기판 상에 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 반응기에 제 1 플라즈마 전원을 인가하고 제 1 반응 가스를 주입하여 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 1 박막을 형성한다. 상기 반응기에 제 2 원자를 함유하는 제 2 원료 가스를 주입하여 상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성한다. 상기 반응기에 상기 제 1 플라즈마 전원 보다 높은 제 2 플라즈마 전원을 인가하고 제 2 반응 가스를 주입하여 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 2 박막을 형성한다.
상기 제 1 플라즈마 전원은 0W 보다 크고 500W 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있으며, 상기 제 2 플라즈마 전원은 상기 제 1 플라즈마 전원 보다 크고 2000W 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다.
상기 제 1 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 제 1 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하되, 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O), 과산화수소(H2O2), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N
2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나이고, 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산 화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 제 2 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 제 2 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하되, 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나이고, 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 제 1 박막은 상기 제 1 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막일 수 있으며, 상기 제 2 박막은 상기 제 2 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막일 수 있다. 또한, 상기 제 2 박막의 두께는 상기 제 1 박막의 두께 보다 같거나 두껍게 형성할 수 있다. 상기 제 2 박막은 상기 제 1 박막과 동일한 물질막으로 형성할 수 있으며, 상기 제 2 박막은 상기 제 1 박막과 다른 물질막으로 형성할 수도 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 상기 제 1 박막을 형성할 때 상기 반응기에 상기 제 1 플라즈마 전원을 인가하고 상기 제 1 반응 가스를 주입하는 단계를 포함 하고, 상기 제 2 박막을 형성할 때 상기 반응기에 상기 제 1 플라즈마 전원 보다 높은 상기 제 2 플라즈마 전원을 인가하고 상기 제 2 반응 가스를 주입하는 단계를 포함한다. 그러므로 상기 제 2 플라즈마 전원으로 하이파워(High power)를 사용하여도 상기 제 1 박막을 갖는 기판은 플라즈마에 의한 손상으로부터 보호될 수 있다. 또한, 상기 제 1 박막은 상기 제 2 플라즈마 전원 보다 로우파워(Low power)를 사용하여 형성되므로 균일성(uniformity)이 우수한 막질을 얻을 수 있다. 상기 제 1 박막 및 상기 제 2 박막은 적층되어 복합 박막의 역할을 할 수 있다. 여기서, 상기 제 1 박막을 형성하는 단계를 복수회 반복하여 상기 복합 박막의 증착속도 및 물성을 조절할 수 있으며, 상기 제 2 박막을 형성하는 단계를 복수회 반복하여 상기 복합 박막의 증착속도 및 물성을 조절할 수도 있다. 이에 더하여, 상기 제 1 박막을 형성하는 단계 및 상기 제 2 박막을 형성하는 단계를 복수회 반복하여 상기 복합 박막의 증착속도 및 물성을 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예들에 따른 박막 형성방법은 원자층증착 장치의 반응기 내에 기판을 로딩하고, 상기 반응기 내에 제 1 원자를 함유하는 제 1 원료 가스를 주입하여 상기 기판 상에 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 반응기에 제 1 플라즈마 온 타임(Plasma on time) 공정조건하에 제 1 반응 가스를 주입하여 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 1 박막을 형성한다. 상기 반응기 내에 제 2 원자를 함유하는 제 2 원료 가스를 주입하여 상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성한다. 상기 반응기에 상기 제 1 플라즈마 온 타임 보다 긴 제 2 플 라즈마 온 타임(Plasma on time) 공정조건하에 제 2 반응 가스를 주입하여 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 2 박막을 형성한다.
상기 제 1 플라즈마 온 타임(Plasma on time) 공정조건은 0초 보다 크고 1초 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있으며, 상기 제 2 플라즈마 온 타임(Plasma on time) 공정조건은 상기 제 1 플라즈마 온 타임 보다 크고 30초 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다. 상기 플라즈마 온 타임(Plasma on time)이 길수록 증착된 박막의 균일성(uniformity)은 나빠지는 경향이 있다. 반면, 상기 플라즈마 온 타임(Plasma on time)이 길수록 누설전류 특성이 우수한 박막이 형성된다. 이에 따라, 누설전류 특성이 우수하고 균일성(uniformity)이 우수한 박막을 얻을 수 있다.
다른 한편, 본 발명의 또 다른 실시 예들에 따른 박막 형성방법은 원자층증착 장치의 반응기 내에 기판을 로딩하고, 상기 반응기에 제 1 원자를 함유하는 제 1 원료 가스를 주입하여 상기 기판 상에 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 반응기에 제 1 유량으로 제 1 반응 가스를 주입하여 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 1 박막을 형성한다. 상기 반응기에 제 2 원자를 함유하는 제 2 원료 가스를 주입하여 상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성한다. 상기 반응기에 상기 제 1 유량 보다 높은 제 2 유량으로 제 2 반응 가스를 주입하여 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 2 박막을 형성한다.
상기 제 1 유량은 0 sccm 보다 크고 300 sccm 보다 작은 범위에서 선택된 값 일 수 있으며, 상기 제 2 유량은 상기 제 1 유량 보다 크고 5000 sccm 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다.
또 다른 한편, 본 발명의 몇몇 실시 예들에 따른 박막 형성방법은 원자층증착 장치의 반응기 내에 기판을 로딩하고, 상기 반응기 내에 제 1 원자를 함유하는 제 1 원료 가스를 주입하여 상기 기판 상에 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 반응기에 제 1 압력 공정조건하에 제 1 반응 가스를 주입하여 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 1 박막을 형성한다. 상기 반응기 내에 제 2 원자를 함유하는 제 2 원료 가스를 주입하여 상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성한다. 상기 반응기에 상기 제 1 압력 보다 낮은 제 2 압력 공정조건하에 제 2 반응 가스를 주입하여 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 2 박막을 형성한다.
상기 제 1 압력 공정조건은 3 Torr 보다 같거나 크고 30 Torr 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있으며, 상기 제 2 압력 공정조건은 0 Torr 보다 크고 상기 제 1 압력 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다.
또 다른 한편, 본 발명의 다른 몇몇 실시 예들에 따른 박막 형성방법은 원자층증착 장치의 반응기 내에 기판을 로딩하고, 상기 반응기 내에 제 1 원자를 함유하는 제 1 원료 가스를 주입하여 상기 기판 상에 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 반응기에 제 1 압력 공정조건하에 제 1 유량으로 제 1 반응 가스를 주입하여 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응 시키어 제 1 박막을 형성한다. 상기 반응기 내에 제 2 원자를 함유하는 제 2 원료 가스를 주입하여 상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성한다. 상기 반응기에 상기 제 1 압력 보다 낮은 제 2 압력 공정조건하에 상기 제 1 유량 보다 높은 제 2 유량으로 제 2 반응 가스를 주입하여 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 2 박막을 형성한다.
상기 제 1 유량은 0 sccm 보다 크고 300 sccm 보다 작은 범위에서 선택된 값이고, 상기 제 2 유량은 상기 제 1 유량 보다 크고 5000 sccm 보다 작은 범위에서 선택된 값이고, 상기 제 1 압력 공정조건은 3 Torr 보다 같거나 크고 30 Torr 보다 작은 범위에서 선택된 값이고, 상기 제 2 압력 공정조건은 0 Torr 보다 크고 상기 제 1 압력 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다.
또 다른 한편, 본 발명의 또 다른 몇몇 실시 예들에 따른 박막 형성방법은 원자층증착 장치의 반응기 내에 기판을 로딩하고, 상기 반응기 내에 제 1 원자를 함유하는 제 1 원료 가스를 주입하여 상기 기판 상에 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 반응기에 제 1 반응성을 갖는 제 1 반응 가스를 주입하여 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 1 박막을 형성한다. 상기 반응기에 제 2 원자를 함유하는 제 2 원료 가스를 주입하여 상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성한다. 상기 반응기에 상기 제 1 반응성 보다 높은 제 2 반응성을 갖는 제 2 반응 가스를 주입하여 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 2 박막을 형성한다.
상기 제 1 반응성을 갖는 제 1 반응 가스는 상기 제 1 원자에 대하여 상대적으로 낮은 반응성을 갖는 가스일 수 있으며, 상기 제 2 반응성을 갖는 제 2 반응 가스는 상기 제 2 원자에 대하여 상대적으로 높은 반응성을 갖는 가스일 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 원자층증착법에 의한 박막 형성방법을 나타내는 공정흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 따른 박막 형성방법은 원자층증착 장치의 반응기 내에 기판을 로딩 하는 것을 포함한다(도 2의 단계 5).
상기 반응기는 매엽식 또는 배치식일 수 있다. 상기 기판은 실리콘기판과 같은 반도체기판일 수 있으며, 상기 기판 상에는 소자분리막이 형성되어 있을 수 있다. 또한, 상기 기판 상에는 실린더 형 커패시터의 하부전극과 같은 3차원 구조체가 형성되어 있을 수도 있다.
상기 기판 상에 제 1 박막 형성 사이클(10)을 복수회 반복하여 원하는 두께의 제 1 박막을 형성한다. 상기 제 1 박막 형성 사이클(10)은 제 1 원료 가스를 주입하고(도 2의 단계 11), 반응기 내에 잔류하는 상기 제 1 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고(도 2의 단계 13), 상기 반응기에 제 1 플라즈마 전원 을 인가하고 제 1 반응 가스를 주입하고(도 2의 단계 15), 상기 반응기 내부를 정화하는 단계(도 2의 단계 17)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 기판이 로딩 된 반응기 내에 제 1 원자를 함유하는 상기 제 1 원료 가스를 주입한다(도 2의 단계 11). 상기 제 1 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 기판의 표면에 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된다. 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 1 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 13). 상기 제 1 원료 가스를 배출하기 위하여 상기 반응기 내부로 퍼지 가스를 주입할 수 있다. 상기 퍼지 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 질소(N2)와 같은 불활성기체가 일반적으로 사용된다.
이어서, 상기 반응기에 상기 제 1 플라즈마 전원을 인가하고 상기 제 1 반응 가스를 주입한다(도 2의 단계 15). 상기 제 1 플라즈마 전원은 0W 보다 크고 500W 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다. 상기 제 1 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O), 과산화수소(H2O2), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
그 결과, 상기 화학흡착층과 상기 제 1 반응 가스가 반응하여 상기 기판 상에 상기 제 1 박막이 형성된다. 상기 제 1 박막은 상기 제 1 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막으로 형성될 수 있다. 다음, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 1 반응 가스 및 상기 화학흡착층과 상기 제 1 반응 가스의 반응에 의하여 생성된 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 17). 상기 제 1 반응 가스 및 반응 부산물을 배출하기 위하여 상기 반응기 내부로 퍼지 가스를 주입할 수 있다. 상기 퍼지 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 질소(N2)와 같은 불활성기체가 일반적으로 사용된다. 원하는 두께의 상기 제 1 박막이 형성되었는지 확인한다(도 2의 단계 19). 상기 기판 상에 원하는 두께의 상기 제 1 박막이 형성될 때 까지 상기 제 1 박막 형성 사이클(10)을 복수회 반복한다.
이어서, 상기 반응기에 상기 제 1 플라즈마 전원을 인가하고 상기 제 1 반응 가스를 주입한다(도 2의 단계 15). 상기 제 1 플라즈마 전원은 0W 보다 크고 500W 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다. 상기 제 1 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O), 과산화수소(H2O2), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
그 결과, 상기 화학흡착층과 상기 제 1 반응 가스가 반응하여 상기 기판 상에 상기 제 1 박막이 형성된다. 상기 제 1 박막은 상기 제 1 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막으로 형성될 수 있다. 다음, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 1 반응 가스 및 상기 화학흡착층과 상기 제 1 반응 가스의 반응에 의하여 생성된 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 17). 상기 제 1 반응 가스 및 반응 부산물을 배출하기 위하여 상기 반응기 내부로 퍼지 가스를 주입할 수 있다. 상기 퍼지 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 질소(N2)와 같은 불활성기체가 일반적으로 사용된다. 원하는 두께의 상기 제 1 박막이 형성되었는지 확인한다(도 2의 단계 19). 상기 기판 상에 원하는 두께의 상기 제 1 박막이 형성될 때 까지 상기 제 1 박막 형성 사이클(10)을 복수회 반복한다.
상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복하여 원하는 두께의 제 2 박막을 형성한다. 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)은 제 2 원료 가스를 주입하고(도 2의 단계 21), 반응기 내에 잔류하는 상기 제 2 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고(도 2의 단계 23), 상기 반응기에 상기 제 1 플라즈마 전원 보다 높은 제 2 플라즈마 전원을 인가하고 제 2 반응 가스를 주입하고(도 2의 단계 25), 상기 반응기 내부를 정화하는 단계(도 2의 단계 27)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 반응기 내에 제 2 원자를 함유하는 상기 제 2 원료 가스를 주입한다(도 2의 단계 21). 상기 제 2 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된다. 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 2 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 23). 상기 제 2 원료 가스를 배출하기 위하여 상기 반응기 내부로 퍼지 가스를 주입할 수 있다. 상기 퍼지 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 질소(N2)와 같은 불활성기체가 일반적으로 사용된다.
이어서, 상기 반응기에 상기 제 1 플라즈마 전원 보다 높은 상기 제 2 플라즈마 전원을 인가하고 상기 제 2 반응 가스를 주입한다(도 2의 단계 25). 상기 제 2 플라즈마 전원은 상기 제 1 플라즈마 전원 보다 크고 2000W 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다. 여기서, 상기 제 1 플라즈마 전원 보다 높은 제 2 플라즈마 전원을 사용하여도 상기 제 1 박막을 갖는 기판은 플라즈마에 의한 손상으로부터 보호될 수 있다. 상기 제 2 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
그 결과, 상기 화학흡착층과 상기 제 2 반응 가스가 반응하여 상기 기판 상에 상기 제 2 박막이 형성된다. 상기 제 2 박막은 상기 제 2 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막으로 형성될 수 있다. 다음, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 2 반응 가스 및 상기 화학흡착층과 상기 제 2 반응 가스의 반응에 의하여 생성된 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 27). 상기 제 2 반응 가스 및 반응 부산물을 배출하기 위하여 상기 반응기 내부로 퍼지 가스를 주입할 수 있다. 상기 퍼지 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 질소(N2)와 같은 불활성기체가 일반적으로 사용된다. 원하는 두께의 상기 제 2 박막이 형성되었는지 확인한다(도 2의 단계 29). 상기 기판 상에 원하는 두께의 제 2 박막이 형성될 때 까지 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복한다.
이어서, 상기 반응기에 상기 제 1 플라즈마 전원 보다 높은 상기 제 2 플라즈마 전원을 인가하고 상기 제 2 반응 가스를 주입한다(도 2의 단계 25). 상기 제 2 플라즈마 전원은 상기 제 1 플라즈마 전원 보다 크고 2000W 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다. 여기서, 상기 제 1 플라즈마 전원 보다 높은 제 2 플라즈마 전원을 사용하여도 상기 제 1 박막을 갖는 기판은 플라즈마에 의한 손상으로부터 보호될 수 있다. 상기 제 2 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
그 결과, 상기 화학흡착층과 상기 제 2 반응 가스가 반응하여 상기 기판 상에 상기 제 2 박막이 형성된다. 상기 제 2 박막은 상기 제 2 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막으로 형성될 수 있다. 다음, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 2 반응 가스 및 상기 화학흡착층과 상기 제 2 반응 가스의 반응에 의하여 생성된 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 27). 상기 제 2 반응 가스 및 반응 부산물을 배출하기 위하여 상기 반응기 내부로 퍼지 가스를 주입할 수 있다. 상기 퍼지 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 질소(N2)와 같은 불활성기체가 일반적으로 사용된다. 원하는 두께의 상기 제 2 박막이 형성되었는지 확인한다(도 2의 단계 29). 상기 기판 상에 원하는 두께의 제 2 박막이 형성될 때 까지 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복한다.
상기 제 1 박막 및 상기 제 2 박막은 누적되어 복합 박막의 역할을 한다. 상기 복합 박막의 두께를 확인한다(도 2의 단계 39). 상기 기판 상에 원하는 두께의 상기 복합 박막이 형성될 때 까지 상기 제 1 박막 형성 사이클(10) 및 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제 1 박막 형성 사이클(10)은 상기 반응기에 제 1 플라즈마 전원을 인가하고 제 1 반응 가스를 주입하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)은 상기 반응기에 상기 제 1 플라즈마 전원 보다 높은 제 2 플라즈마 전원을 인가하고 제 2 반응 가스를 주입하는 단계를 포함한다. 그러므로 상기 제 1 박막은 상기 제 2 박막 보다 균일성 (uniformity)이 우수한 막질을 얻을 수 있다. 또한, 상기 제 1 박막 형성 사이클(10)을 복수회 반복하여 상기 복합 박막의 증착속도 및 물성을 조절할 수 있으며, 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복하여 상기 복합 박막의 증착속도 및 물성을 조절할 수도 있다. 이에 더하여, 상기 제 1 박막 형성 사이클(10) 및 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복하여 상기 복합 박막의 증착속도 및 물성을 조절할 수 있다. 결과적으로, 플라즈마에 의한 기판표면 손상을 방지하면서 균일성(uniformity)이 우수한 박막을 높은 증착속도로 형성할 수 있다.
상기 제 2 박막의 두께는 상기 제 1 박막의 두께 보다 같거나 두껍게 형성할 수 있다.
상기 제 2 박막은 상기 제 1 박막과 동일한 물질막으로 형성할 수 있으며, 상기 제 2 박막은 상기 제 1 박막과 다른 물질막으로 형성할 수도 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예들에 따른 박막 형성방법은 원자층증착 장치의 반응기 내에 기판을 로딩 하는 것을 포함한다(도 2의 단계 5).
상기 기판 상에 제 1 박막 형성 사이클(10)을 복수회 반복하여 원하는 두께의 제 1 박막을 형성한다. 상기 제 1 박막 형성 사이클(10)은 제 1 원료 가스를 주입하고(도 2의 단계 11), 반응기 내에 잔류하는 상기 제 1 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고(도 2의 단계 13), 상기 반응기에 제 1 플라즈마 온 타임(Plasma on time) 공정조건하에 제 1 반응 가스를 주입하고(도 2의 단계 15), 상기 반응기 내부를 정화하는 단계(도 2의 단계 17)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 기판이 로딩 된 반응기 내에 제 1 원자를 함유하는 상기 제 1 원료 가스를 주입한다(도 2의 단계 11). 상기 제 1 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 기판의 표면에 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된다. 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 1 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 13).
이어서, 상기 반응기에 상기 제 1 플라즈마 온 타임(Plasma on time) 공정조건하에 상기 제 1 반응 가스를 주입한다(도 2의 단계 15). 상기 제 1 플라즈마 온 타임(Plasma on time) 공정조건은 0초 보다 크고 1초 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다. 상기 제 1 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O), 과산화수소(H2O2), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
그 결과, 상기 화학흡착층과 상기 제 1 반응 가스가 반응하여 상기 기판 상에 상기 제 1 박막이 형성된다. 상기 제 1 박막은 상기 제 1 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막으로 형성될 수 있다. 다음, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 1 반응 가스 및 상기 화학흡착층과 상기 제 1 반응 가스의 반응에 의하여 생성된 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 17). 원하는 두께의 상기 제 1 박막이 형성되었는지 확인한다(도 2의 단계 19). 상기 기판 상에 원하는 두께의 제 1 박막이 형성될 때 까지 상기 제 1 박막 형성 사이클(10)을 복수회 반복한다.
이어서, 상기 반응기에 상기 제 1 플라즈마 온 타임(Plasma on time) 공정조건하에 상기 제 1 반응 가스를 주입한다(도 2의 단계 15). 상기 제 1 플라즈마 온 타임(Plasma on time) 공정조건은 0초 보다 크고 1초 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다. 상기 제 1 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O), 과산화수소(H2O2), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
그 결과, 상기 화학흡착층과 상기 제 1 반응 가스가 반응하여 상기 기판 상에 상기 제 1 박막이 형성된다. 상기 제 1 박막은 상기 제 1 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막으로 형성될 수 있다. 다음, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 1 반응 가스 및 상기 화학흡착층과 상기 제 1 반응 가스의 반응에 의하여 생성된 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 17). 원하는 두께의 상기 제 1 박막이 형성되었는지 확인한다(도 2의 단계 19). 상기 기판 상에 원하는 두께의 제 1 박막이 형성될 때 까지 상기 제 1 박막 형성 사이클(10)을 복수회 반복한다.
상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복하여 원하는 두께의 제 2 박막을 형성한다. 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)은 제 2 원료 가스를 주입하고(도 2의 단계 21), 반응기 내에 잔류하는 상기 제 2 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고(도 2의 단계 23), 상기 반응기에 상기 제 1 플라즈마 온 타임 보다 긴 제 2 플라즈마 온 타임(Plasma on time) 공정조건하에 제 2 반응 가스를 주입하고(도 2의 단계 25), 상기 반응기 내부를 정화하는 단계(도 2의 단계 27)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 반응기 내에 제 2 원자를 함유하는 상기 제 2 원료 가스를 주입한다(도 2의 단계 21). 상기 제 2 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된다. 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 2 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 23).
이어서, 상기 반응기에 상기 제 1 플라즈마 온 타임 보다 긴 상기 제 2 플라즈마 온 타임(Plasma on time) 공정조건하에 상기 제 2 반응 가스를 주입한다(도 2의 단계 25). 상기 제 2 플라즈마 온 타임(Plasma on time) 공정조건은 상기 제 1 플라즈마 온 타임 보다 크고 30초 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다. 상기 제 2 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 화학흡착층과 상기 제 2 반응 가스가 반응하여 상기 기판 상에 상기 제 2 박막이 형성된다. 상기 제 2 박막은 상기 제 2 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막으로 형성될 수 있다. 다음, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 2 반응 가스 및 상기 화학흡착층과 상기 제 2 반응 가스의 반응에 의하여 생성된 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 27). 원하는 두께의 상기 제 2 박막이 형성되었는지 확인한다(도 2의 단계 29). 상기 기판 상에 원하는 두께의 제 2 박막이 형성될 때 까지 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복한다.
이어서, 상기 반응기에 상기 제 1 플라즈마 온 타임 보다 긴 상기 제 2 플라즈마 온 타임(Plasma on time) 공정조건하에 상기 제 2 반응 가스를 주입한다(도 2의 단계 25). 상기 제 2 플라즈마 온 타임(Plasma on time) 공정조건은 상기 제 1 플라즈마 온 타임 보다 크고 30초 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다. 상기 제 2 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 화학흡착층과 상기 제 2 반응 가스가 반응하여 상기 기판 상에 상기 제 2 박막이 형성된다. 상기 제 2 박막은 상기 제 2 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막으로 형성될 수 있다. 다음, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 2 반응 가스 및 상기 화학흡착층과 상기 제 2 반응 가스의 반응에 의하여 생성된 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 27). 원하는 두께의 상기 제 2 박막이 형성되었는지 확인한다(도 2의 단계 29). 상기 기판 상에 원하는 두께의 제 2 박막이 형성될 때 까지 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복한다.
상기 제 1 박막 및 상기 제 2 박막은 누적되어 복합 박막의 역할을 한다. 상기 복합 박막의 두께를 확인한다(도 2의 단계 39). 상기 기판 상에 원하는 두께의 상기 복합 박막이 형성될 때 까지 상기 제 1 박막 형성 사이클(10) 및 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예들에 따르면, 상기 플라즈마 온 타임(Plasma on time)이 길수록 증착된 박막의 균일성(uniformity)은 나빠지는 경향이 있다. 반면, 상기 플라즈마 온 타임(Plasma on time)이 길수록 누설전류 특성이 우수한 박막이 형성된다. 그러므로 상기 제 1 박막은 상기 제 2 박막 보다 균일성(uniformity)이 우수한 막질을 얻을 수 있다. 또한, 상기 제 2 박막은 상기 제 1 박막 보다 누설전류 특성이 우수한 박막이 형성될 수 있다. 결과적으로, 상기 복합 박막은 누설전류 특성이 우수하고 균일성(uniformity)이 우수한 막질을 얻을 수 있다.
또한, 상기 제 1 박막 형성 사이클(10)을 복수회 반복하여 상기 복합 박막의 증착속도 및 물성을 조절할 수 있으며, 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복하여 상기 복합 박막의 증착속도 및 물성을 조절할 수도 있다. 이에 더하여, 상기 제 1 박막 형성 사이클(10) 및 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복하여 상기 복합 박막의 증착속도 및 물성을 조절할 수 있다.
상기 제 2 박막의 두께는 상기 제 1 박막의 두께 보다 같거나 두껍게 형성할 수 있다.
상기 제 2 박막은 상기 제 1 박막과 동일한 물질막으로 형성할 수 있으며, 상기 제 2 박막은 상기 제 1 박막과 다른 물질막으로 형성할 수도 있다.
다른 한편, 본 발명의 또 다른 실시 예들에 따른 박막 형성방법은 원자층증착 장치의 반응기 내에 기판을 로딩 하는 것을 포함한다(도 2의 단계 5).
상기 기판 상에 제 1 박막 형성 사이클(10)을 복수회 반복하여 원하는 두께 의 제 1 박막을 형성한다. 상기 제 1 박막 형성 사이클(10)은 제 1 원료 가스를 주입하고(도 2의 단계 11), 반응기 내에 잔류하는 상기 제 1 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고(도 2의 단계 13), 상기 반응기에 제 1 유량으로 제 1 반응 가스를 주입하고(도 2의 단계 15), 상기 반응기 내부를 정화하는 단계(도 2의 단계 17)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 기판이 로딩 된 반응기 내에 제 1 원자를 함유하는 상기 제 1 원료 가스를 주입한다(도 2의 단계 11). 상기 제 1 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 기판의 표면에 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된다. 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 1 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 13). 이어서, 상기 반응기에 상기 제 1 유량으로 상기 제 1 반응 가스를 주입한다(도 2의 단계 15). 상기 제 1 유량은 0 sccm 보다 크고 300 sccm 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다. 상기 제 1 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2
O), 과산화수소(H2O2), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산 화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 화학흡착층과 상기 제 1 반응 가스가 반응하여 상기 기판 상에 상기 제 1 박막이 형성된다. 상기 제 1 박막은 상기 제 1 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막으로 형성될 수 있다. 다음, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 1 반응 가스 및 상기 화학흡착층과 상기 제 1 반응 가스의 반응에 의하여 생성된 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 17). 원하는 두께의 상기 제 1 박막이 형성되었는지 확인한다(도 2의 단계 19). 상기 기판 상에 원하는 두께의 상기 제 1 박막이 형성될 때 까지 상기 제 1 박막 형성 사이클(10)을 복수회 반복한다.
상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복하여 원하는 두께의 제 2 박막을 형성한다. 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)은 제 2 원료 가스를 주입하고(도 2의 단계 21), 반응기 내에 잔류하는 상기 제 2 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고(도 2의 단계 23), 상기 반응기에 상기 제 1 유량 보다 높은 제 2 유량으로 제 2 반응 가스를 주입하고(도 2의 단계 25), 상기 반응기 내부를 정화하는 단계(도 2의 단계 27)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 반응기 내에 제 2 원자를 함유하는 상기 제 2 원료 가스를 주입한다(도 2의 단계 21). 상기 제 2 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된다. 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 2 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 23). 이어서, 상기 반응기에 상기 제 1 유량 보다 높은 상기 제 2 유량으로 상기 제 2 반응 가스를 주입한다(도 2의 단계 25). 상기 제 2 유량은 상기 제 1 유량 보다 크고 5000 sccm 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다. 상기 제 2 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O), 과산화수소(H2O2), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2
O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 화학흡착층과 상기 제 2 반응 가스가 반응하여 상기 기판 상에 상기 제 2 박막이 형성된다. 상기 제 2 박막은 상기 제 2 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막으로 형성될 수 있다. 다음, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 2 반응 가스 및 상기 화학흡착층과 상기 제 2 반응 가스의 반응에 의하여 생성된 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 27). 원하는 두께의 상기 제 2 박막이 형성되었는지 확인한다(도 2의 단계 29). 상기 기판 상에 원하는 두께의 제 2 박막이 형성될 때 까지 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복한다.
상기 제 1 박막 및 상기 제 2 박막은 누적되어 복합 박막의 역할을 한다. 상기 복합 박막의 두께를 확인한다(도 2의 단계 39). 상기 기판 상에 원하는 두께의 상기 복합 박막이 형성될 때 까지 상기 제 1 박막 형성 사이클(10) 및 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 또 다른 실시 예들에 따르면, 증착된 박막의 균일성(uniformity)은 낮은 유량으로 반응 가스를 주입하는 것이 높은 유량으로 반응 가스를 주입하는 것에 비하여 우수하다. 그러므로 상기 제 1 박막은 상기 제 2 박막 보다 균일성(uniformity)이 우수한 막질을 얻을 수 있다. 결과적으로, 상기 복합 박막은 균일성(uniformity)이 우수한 막질을 얻을 수 있다.
또한, 상기 제 1 박막 형성 사이클(10)을 복수회 반복하여 상기 복합 박막의 증착속도 및 물성을 조절할 수 있으며, 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복하여 상기 복합 박막의 증착속도 및 물성을 조절할 수도 있다. 이에 더하여, 상기 제 1 박막 형성 사이클(10) 및 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복하여 상기 복합 박막의 증착속도 및 물성을 조절할 수 있다.
상기 제 2 박막의 두께는 상기 제 1 박막의 두께 보다 같거나 두껍게 형성할 수 있다.
상기 제 2 박막은 상기 제 1 박막과 동일한 물질막으로 형성할 수 있으며, 상기 제 2 박막은 상기 제 1 박막과 다른 물질막으로 형성할 수도 있다.
또 다른 한편, 본 발명의 몇몇 실시 예들에 따른 박막 형성방법은 원자층증착 장치의 반응기 내에 기판을 로딩 하는 것을 포함한다(도 2의 단계 5).
상기 기판 상에 제 1 박막 형성 사이클(10)을 복수회 반복하여 원하는 두께의 제 1 박막을 형성한다. 상기 제 1 박막 형성 사이클(10)은 제 1 원료 가스를 주입하고(도 2의 단계 11), 반응기 내에 잔류하는 상기 제 1 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고(도 2의 단계 13), 상기 반응기에 제 1 압력 공정조건하에 제 1 반응 가스를 주입하고(도 2의 단계 15), 상기 반응기 내부를 정화하는 단계(도 2의 단계 17)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 기판이 로딩 된 반응기 내에 제 1 원자를 함유하는 상기 제 1 원료 가스를 주입한다(도 2의 단계 11). 상기 제 1 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 기판의 표면에 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된다. 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 1 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 13). 이어서, 상기 반응기에 상기 제 1 압력 공정조건하에 상기 제 1 반응 가스를 주입한다(도 2의 단계 15). 상기 제 1 압력 공정조건은 3 Torr 보다 같거나 크고 30 Torr 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다. 상기 제 1 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O), 과산화수소(H2O2), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소 (N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2
O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 화학흡착층과 상기 제 1 반응 가스가 반응하여 상기 기판 상에 상기 제 1 박막이 형성된다. 상기 제 1 박막은 상기 제 1 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막으로 형성될 수 있다. 다음, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 1 반응 가스 및 상기 화학흡착층과 상기 제 1 반응 가스의 반응에 의하여 생성된 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 17). 원하는 두께의 상기 제 1 박막이 형성되었는지 확인한다(도 2의 단계 19). 상기 기판 상에 원하는 두께의 상기 제 1 박막이 형성될 때 까지 상기 제 1 박막 형성 사이클(10)을 복수회 반복한다.
상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복하여 원하는 두께의 제 2 박막을 형성한다. 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)은 제 2 원료 가스를 주입하고(도 2의 단계 21), 반응기 내에 잔류하는 상기 제 2 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고(도 2의 단계 23), 상기 반응기에 상기 제 1 압력 보다 낮은 제 2 압력 공정조건하에 제 2 반응 가스를 주입하고(도 2의 단계 25), 상기 반응기 내부를 정화하는 단계(도 2의 단계 27)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 반응기 내에 제 2 원자를 함유하는 상기 제 2 원료 가스를 주입한다(도 2의 단계 21). 상기 제 2 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄 (Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된다. 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 2 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 23). 이어서, 상기 반응기에 상기 제 1 압력 보다 낮은 상기 제 2 압력 공정조건하에 상기 제 2 반응 가스를 주입한다(도 2의 단계 25). 상기 제 2 압력 공정조건은 0 Torr 보다 크고 상기 제 1 압력 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다. 상기 제 2 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O), 과산화수소(H2O
2), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N
2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 화학흡착층과 상기 제 2 반응 가스가 반응하여 상기 기판 상에 상기 제 2 박막이 형성된다. 상기 제 2 박막은 상기 제 2 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막으로 형성될 수 있다. 다음, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 2 반응 가스 및 상기 화학흡착층과 상기 제 2 반응 가스의 반응에 의하여 생성된 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 27). 원하는 두께의 상기 제 2 박막이 형성되었는지 확인한다( 도 2의 단계 29). 상기 기판 상에 원하는 두께의 제 2 박막이 형성될 때 까지 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복한다.
상기 제 1 박막 및 상기 제 2 박막은 누적되어 복합 박막의 역할을 한다. 상기 복합 박막의 두께를 확인한다(도 2의 단계 39). 상기 기판 상에 원하는 두께의 상기 복합 박막이 형성될 때 까지 상기 제 1 박막 형성 사이클(10) 및 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 몇몇 실시 예들에 따르면, 증착된 박막의 균일성(uniformity)은 높은 압력 공정조건이 낮은 압력 공정조건에 비하여 우수하다. 그러므로 상기 제 1 박막은 상기 제 2 박막 보다 균일성(uniformity)이 우수한 막질을 얻을 수 있다. 결과적으로, 상기 복합 박막은 균일성(uniformity)이 우수한 막질을 얻을 수 있다.
또한, 상기 제 1 박막 형성 사이클(10)을 복수회 반복하여 상기 복합 박막의 증착속도 및 물성을 조절할 수 있으며, 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복하여 상기 복합 박막의 증착속도 및 물성을 조절할 수도 있다. 이에 더하여, 상기 제 1 박막 형성 사이클(10) 및 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복하여 상기 복합 박막의 증착속도 및 물성을 조절할 수 있다.
상기 제 2 박막의 두께는 상기 제 1 박막의 두께 보다 같거나 두껍게 형성할 수 있다.
상기 제 2 박막은 상기 제 1 박막과 동일한 물질막으로 형성할 수 있으며, 상기 제 2 박막은 상기 제 1 박막과 다른 물질막으로 형성할 수도 있다.
또 다른 한편, 본 발명의 다른 몇몇 실시 예들에 따른 박막 형성방법은 원자층증착 장치의 반응기 내에 기판을 로딩 하는 것을 포함한다(도 2의 단계 5).
상기 기판 상에 제 1 박막 형성 사이클(10)을 복수회 반복하여 원하는 두께의 제 1 박막을 형성한다. 상기 제 1 박막 형성 사이클(10)은 제 1 원료 가스를 주입하고(도 2의 단계 11), 반응기 내에 잔류하는 상기 제 1 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고(도 2의 단계 13), 상기 반응기에 제 1 압력 공정조건하에 제 1 유량으로 제 1 반응 가스를 주입하고(도 2의 단계 15), 상기 반응기 내부를 정화하는 단계(도 2의 단계 17)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 기판이 로딩 된 반응기 내에 제 1 원자를 함유하는 상기 제 1 원료 가스를 주입한다(도 2의 단계 11). 상기 제 1 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 기판의 표면에 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된다. 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 1 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 13). 이어서, 상기 반응기에 상기 제 1 압력 공정조건하에 상기 제 1 유량으로 상기 제 1 반응 가스를 주입한다(도 2의 단계 15). 상기 제 1 압력 공정조건은 3 Torr 보다 같거나 크고 30 Torr 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다. 상기 제 1 유량은 0 sccm 보다 크고 300 sccm 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다. 상기 제 1 반응 가스는 산 소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O), 과산화수소(H
2O2), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 화학흡착층과 상기 제 1 반응 가스가 반응하여 상기 기판 상에 상기 제 1 박막이 형성된다. 상기 제 1 박막은 상기 제 1 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막으로 형성될 수 있다. 다음, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 1 반응 가스 및 상기 화학흡착층과 상기 제 1 반응 가스의 반응에 의하여 생성된 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 17). 원하는 두께의 상기 제 1 박막이 형성되었는지 확인한다(도 2의 단계 19). 상기 기판 상에 원하는 두께의 상기 제 1 박막이 형성될 때 까지 상기 제 1 박막 형성 사이클(10)을 복수회 반복한다.
상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복하여 원하는 두께의 제 2 박막을 형성한다. 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)은 제 2 원료 가스를 주입하고(도 2의 단계 21), 반응기 내에 잔류하는 상기 제 2 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고(도 2의 단계 23), 상기 반응기에 상기 제 1 압력 보다 낮은 제 2 압력 공정조건하에 상기 제 1 유량 보다 높은 제 2 유량으로 제 2 반응 가스를 주입하고(도 2의 단계 25), 상기 반응기 내부를 정화하는 단계(도 2의 단계 27)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 반응기 내에 제 2 원자를 함유하는 상기 제 2 원료 가스를 주입한다(도 2의 단계 21). 상기 제 2 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된다. 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 2 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 23). 이어서, 상기 반응기에 상기 제 1 압력 보다 낮은 상기 제 2 압력 공정조건하에 상기 제 1 유량 보다 높은 상기 제 2 유량으로 상기 제 2 반응 가스를 주입한다(도 2의 단계 25). 상기 제 2 압력 공정조건은 0 Torr 보다 크고 상기 제 1 압력 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다. 상기 제 2 유량은 상기 제 1 유량 보다 크고 5000 sccm 보다 작은 범위에서 선택된 값일 수 있다. 상기 제 2 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O), 과산화수소(H2O2), 이산화질소(NO
2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 화학흡착층과 상기 제 2 반응 가스가 반응하여 상기 기판 상에 상기 제 2 박막이 형성된다. 상기 제 2 박막은 상기 제 2 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막으로 형성될 수 있다. 다음, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 2 반응 가스 및 상기 화학흡착층과 상기 제 2 반응 가스의 반응에 의하여 생성된 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 27). 원하는 두께의 상기 제 2 박막이 형성되었는지 확인한다(도 2의 단계 29). 상기 기판 상에 원하는 두께의 제 2 박막이 형성될 때 까지 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복한다.
상기 제 1 박막 및 상기 제 2 박막은 누적되어 복합 박막의 역할을 한다. 상기 복합 박막의 두께를 확인한다(도 2의 단계 39). 상기 기판 상에 원하는 두께의 상기 복합 박막이 형성될 때 까지 상기 제 1 박막 형성 사이클(10) 및 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복할 수 있다.
또 다른 한편, 본 발명의 또 다른 몇몇 실시 예들에 따른 박막 형성방법은 원자층증착 장치의 반응기 내에 기판을 로딩 하는 것을 포함한다(도 2의 단계 5).
상기 기판 상에 제 1 박막 형성 사이클(10)을 복수회 반복하여 원하는 두께의 제 1 박막을 형성한다. 상기 제 1 박막 형성 사이클(10)은 제 1 원료 가스를 주입하고(도 2의 단계 11), 반응기 내에 잔류하는 상기 제 1 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고(도 2의 단계 13), 상기 반응기에 제 1 반응성을 갖는 제 1 반응 가스를 주입하고(도 2의 단계 15), 상기 반응기 내부를 정화하는 단계(도 2의 단계 17)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 기판이 로딩 된 반응기 내에 제 1 원자를 함유하는 상기 제 1 원료 가스를 주입한다(도 2의 단계 11). 상기 제 1 원자는 알루미늄(Al), 하 프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 기판의 표면에 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된다. 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 1 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 13). 이어서, 상기 반응기에 상기 제 1 반응성을 갖는 상기 제 1 반응 가스를 주입한다(도 2의 단계 15). 상기 제 1 반응성을 갖는 제 1 반응 가스는 상기 제 1 원자에 대하여 상대적으로 낮은 반응성을 갖는 가스일 수 있다. 상기 제 1 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O), 과산화수소(H2O2
), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2
O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 화학흡착층과 상기 제 1 반응 가스가 반응하여 상기 기판 상에 상기 제 1 박막이 형성된다. 상기 제 1 박막은 상기 제 1 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막으로 형성될 수 있다. 다음, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 1 반응 가스 및 상기 화학흡착층과 상기 제 1 반응 가스의 반응에 의하여 생성된 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 17). 원하는 두께의 상기 제 1 박막이 형성되었는지 확인한다(도 2의 단계 19). 상기 기판 상에 원하는 두께의 상기 제 1 박막이 형성될 때 까지 상기 제 1 박막 형성 사이클(10)을 복수회 반복한다.
상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복하여 원하는 두께의 제 2 박막을 형성한다. 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)은 제 2 원료 가스를 주입하고(도 2의 단계 21), 반응기 내에 잔류하는 상기 제 2 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화하고(도 2의 단계 23), 상기 반응기에 상기 제 1 반응성 보다 높은 제 2 반응성을 갖는 제 2 반응 가스를 주입하고(도 2의 단계 25), 상기 반응기 내부를 정화하는 단계(도 2의 단계 27)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 반응기 내에 제 2 원자를 함유하는 상기 제 2 원료 가스를 주입한다(도 2의 단계 21). 상기 제 2 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그 결과, 상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된다. 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층이 형성된 후, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 2 원료 가스를 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 23). 이어서, 상기 반응기에 상기 제 1 반응성 보다 높은 상기 제 2 반응성을 갖는 상기 제 2 반응 가스를 주입한다(도 2의 단계 25). 상기 제 2 반응성을 갖는 상기 제 2 반응 가스는 상기 제 2 원자에 대하여 상대적으로 높은 반응성을 갖는 가스일 수 있다. 상기 제 2 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O), 과산화수소(H
2O2), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 및 제 2 원자가 하프늄(Hf)인 경우, 상기 제 1 반응성을 갖는 상기 제 1 반응 가스는 산소(O2)일 수 있으며, 상기 제 2 반응성을 갖는 상기 제 2 반응 가스는 오존(O3)일 수 있다. 또한, 상기 제 1 반응성을 갖는 상기 제 1 반응 가스는 산소(O2)일 수 있으며, 상기 제 2 반응성을 갖는 상기 제 2 반응 가스는 산소 플라즈마(O2 plasma)일 수 있다. 이에 더하여, 상기 제 2 반응성을 갖는 상기 제 2 반응 가스는 플라즈마(Plasma) 또는 포토(Photo) 처리된 상기 제 2 반응 가스일 수도 있다. 그 결과, 상기 화학흡착층과 상기 제 2 반응 가스가 반응하여 상기 기판 상에 상기 제 2 박막이 형성된다. 상기 제 2 박막은 상기 제 2 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막으로 형성될 수 있다. 다음, 상기 반응기 내에 잔류하는 상기 제 2 반응 가스 및 상기 화학흡착층과 상기 제 2 반응 가스의 반응에 의하여 생성된 부산물을 배출하여 상기 반응기 내부를 정화한다(도 2의 단계 27). 원하는 두께의 상기 제 2 박막이 형성되었는지 확인한다(도 2의 단계 29). 상기 기판 상에 원하는 두께의 제 2 박막이 형성될 때 까지 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복한다.
상기 제 1 박막 및 상기 제 2 박막은 누적되어 복합 박막의 역할을 한다. 상 기 복합 박막의 두께를 확인한다(도 2의 단계 39). 상기 기판 상에 원하는 두께의 상기 복합 박막이 형성될 때 까지 상기 제 1 박막 형성 사이클(10) 및 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 또 다른 몇몇 실시 예에 따르면, 증착된 박막의 균일성(uniformity)은 반응성이 낮은 반응 가스를 사용하는 것이 반응성이 높은 반응 가스를 사용하는 것보다 우수하다. 그러므로 상기 제 1 박막은 상기 제 2 박막 보다 균일성(uniformity)이 우수한 막질을 얻을 수 있다. 결과적으로, 상기 복합 박막은 균일성(uniformity)이 우수한 막질을 얻을 수 있다.
또한, 상기 제 1 박막 형성 사이클(10)을 복수회 반복하여 상기 복합 박막의 증착속도 및 물성을 조절할 수 있으며, 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복하여 상기 복합 박막의 증착속도 및 물성을 조절할 수도 있다. 이에 더하여, 상기 제 1 박막 형성 사이클(10) 및 상기 제 2 박막 형성 사이클(20)을 복수회 반복하여 상기 복합 박막의 증착속도 및 물성을 조절할 수 있다.
상기 제 2 박막의 두께는 상기 제 1 박막의 두께 보다 같거나 두껍게 형성할 수 있다.
상기 제 2 박막은 상기 제 1 박막과 동일한 물질막으로 형성할 수 있으며, 상기 제 2 박막은 상기 제 1 박막과 다른 물질막으로 형성할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실험 예들에 따른 박막의 균일성(uniformity)을 보여주는 산점도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실험 예들에 있어서 기판은 실리콘웨이퍼를 사 용하였으며, 제 1 및 제 2 원료 가스는 모두 TEMAH를 사용하였다. 상기 TEMAH{Tetrakis(ethylmethylamino)hafnium}는 화학식 Hf[N(CH3)C2H5]4
으로 표시되는 물질이다. 산점도에서 수직축 눈금은 박막의 두께를 나타내며 단위는 Å이다. 표시되는 점들에 있어서 범례는 상기 실리콘웨이퍼의 박막 두께 측정위치, 즉 상(Top; T) 중(Center; C) 하(Bottom; B) 좌(Left; L) 우(Right; R) 를 나타낸다.
실험 1은 종래기술에서 언급된 바와 같이, 원료 가스로 TEMAH를 사용하고, 250W 플라즈마 전원 인가 하에 산소(O2) 가스를 반응가스로 이용하여 80 사이클의 원자층증착공정을 실시하였다. 그 결과, 증착된 하프늄산화막(Hafnium oxide)의 두께 산포는 2.5Å 으로 나타났다.
실험 2는 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 제 1 플라즈마 전원으로 100W를 인가하고 상기 제 1 반응 가스로 산소(O2) 가스를 이용하여 10 사이클의 원자층증착공정을 실시하고, 상기 제 2 플라즈마 전원으로 250W를 인가하고 상기 제 2 반응 가스로 산소(O2) 가스를 이용하여 70 사이클의 원자층증착공정을 실시하였다. 그 결과, 증착된 하프늄산화막(Hafnium oxide)의 두께 산포는 1Å 으로 나타났다.
실험 3은 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 제 1 플라즈마 전원으로 0W를 인가하고 상기 제 1 반응 가스로 산소(O2) 가스를 이용하여 10 사이클의 원자층증착공정을 실시하고, 상기 제 2 플라즈마 전원으로 250W를 인가하고 상기 제 2 반응 가스로 산소(O2) 가스를 이용하여 70 사이클의 원자층증착공정을 실시하였다. 상기 0W 플라즈마 전원 인가는 플라즈마를 이용하지 않는 것과 실질적으로 동일하다. 그 결과, 증착된 하프늄산화막(Hafnium oxide)의 두께 산포는 1Å 이하로 나타났다.
결과적으로, 본 발명의 실시 예들에 따라 증착된 박막의 균일성(uniformity)이 종래기술과 비교할 때 크게 개선됨을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기판 상에 균일성(uniformity)이 우수한 막질을 얻을 수 있는 공정조건을 이용하여 제 1 박막을 형성하고, 증착속도 및/또는 전기적 특성을 얻을 수 있는 공정조건을 이용하여 제 2 박막을 형성한다. 이에 따라, 상기 제 1 박막을 형성하는 단계 및 상기 제 2 박막을 형성하는 단계의 반복횟수를 조절하여 복합 박막의 증착속도 및 물성을 조절할 수 있다. 결과적으로, 생산성을 높이면서 우수한 균일성(uniformity)을 갖는 박막을 형성할 수 있다.
Claims (55)
- 기판을 반응기 내에 로딩하고,상기 반응기에 제 1 원자를 함유하는 제 1 원료 가스를 주입하여 상기 기판 상에 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성하고,상기 반응기에 제 1 플라즈마 전원을 인가하고 제 1 반응 가스를 주입하여 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 1 박막을 형성하고,상기 반응기에 제 2 원자를 함유하는 제 2 원료 가스를 주입하여 상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성하고,상기 반응기에 상기 제 1 플라즈마 전원 보다 높은 제 2 플라즈마 전원을 인가하고 제 2 반응 가스를 주입하여 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 2 박막을 형성하는 것을 포함하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 플라즈마 전원은 0W 보다 크고 500W 보다 작은 범위에서 선택된 값이고,상기 제 2 플라즈마 전원은 상기 제 1 플라즈마 전원 보다 크고 2000W 보다 작은 범위에서 선택된 값인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하되, 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O), 과산화수소(H2O2), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N 2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나이고, 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하되, 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나이고, 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 박막은 상기 제 1 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막이고,상기 제 2 박막은 상기 제 2 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 박막을 형성하는 단계를 복수회 반복하여 상기 박막의 증착속도 및 물성을 조절하는 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 박막을 형성하는 단계를 복수회 반복하여 상기 박막의 증착속도 및 물성을 조절하는 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 박막의 두께는 상기 제 1 박막의 두께 보다 같거나 두꺼운 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 박막은 상기 제 1 박막과 동일한 물질막인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 박막은 상기 제 1 박막과 다른 물질막인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 기판을 반응기 내에 로딩하고,상기 반응기에 제 1 원자를 함유하는 제 1 원료 가스를 주입하여 상기 기판 상에 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성하고,상기 반응기에 제 1 플라즈마 온 타임(Plasma on time) 공정조건하에 제 1 반응 가스를 주입하여 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 1 박막을 형성하고,상기 반응기에 제 2 원자를 함유하는 제 2 원료 가스를 주입하여 상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성하고,상기 반응기에 상기 제 1 플라즈마 온 타임 보다 긴 제 2 플라즈마 온 타임(Plasma on time) 공정조건하에 제 2 반응 가스를 주입하여 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 2 박막을 형성하는 것을 포함하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 플라즈마 온 타임(Plasma on time) 공정조건은 0초 보다 크고 1초 보다 작은 범위에서 선택된 값이고,상기 제 2 플라즈마 온 타임(Plasma on time) 공정조건은 상기 제 1 플라즈마 온 타임 보다 크고 30초 보다 작은 범위에서 선택된 값인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하되, 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O), 과산화수소(H2O2), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N 2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나이고, 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 2 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 2 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하되, 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 이 산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나이고, 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 박막은 상기 제 1 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막이고,상기 제 2 박막은 상기 제 2 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 박막을 형성하는 단계를 복수회 반복하여 상기 박막의 증착속도 및 물성을 조절하는 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 2 박막을 형성하는 단계를 복수회 반복하여 상기 박막의 증착속도 및 물성을 조절하는 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 2 박막의 두께는 상기 제 1 박막의 두께 보다 같거나 두꺼운 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 기판을 반응기 내에 로딩하고,상기 반응기에 제 1 원자를 함유하는 제 1 원료 가스를 주입하여 상기 기판 상에 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성하고,상기 반응기에 제 1 유량으로 제 1 반응 가스를 주입하여 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 1 박막을 형성하고,상기 반응기에 제 2 원자를 함유하는 제 2 원료 가스를 주입하여 상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성하고,상기 반응기에 상기 제 1 유량 보다 높은 제 2 유량으로 제 2 반응 가스를 주입하여 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 2 박막을 형성하는 것을 포함하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 23 항에 있어서,상기 제 1 유량은 0 sccm 보다 크고 300 sccm 보다 작은 범위에서 선택된 값이고,상기 제 2 유량은 상기 제 1 유량 보다 크고 5000 sccm 보다 작은 범위에서 선택된 값인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 23 항에 있어서,상기 제 1 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 23 항에 있어서,상기 제 1 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하되, 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O), 과산화수소(H2O2), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N 2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나이고, 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 23 항에 있어서,상기 제 2 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 23 항에 있어서,상기 제 2 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하되, 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O), 과산화수소(H2O2), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N 2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나이고, 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 23 항에 있어서,상기 제 1 박막은 상기 제 1 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막이고,상기 제 2 박막은 상기 제 2 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 23 항에 있어서,상기 제 1 박막을 형성하는 단계를 복수회 반복하여 상기 박막의 증착속도 및 물성을 조절하는 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 23 항에 있어서,상기 제 2 박막을 형성하는 단계를 복수회 반복하여 상기 박막의 증착속도 및 물성을 조절하는 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 23 항에 있어서,상기 제 2 박막의 두께는 상기 제 1 박막의 두께 보다 같거나 두꺼운 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 기판을 반응기 내에 로딩하고,상기 반응기에 제 1 원자를 함유하는 제 1 원료 가스를 주입하여 상기 기판 상에 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성하고,상기 반응기에 제 1 압력 공정조건하에 제 1 반응 가스를 주입하여 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 1 박막을 형성하고,상기 반응기에 제 2 원자를 함유하는 제 2 원료 가스를 주입하여 상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성하고,상기 반응기에 상기 제 1 압력 보다 낮은 제 2 압력 공정조건하에 제 2 반응 가스를 주입하여 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 2 박막을 형성하는 것을 포함하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 33 항에 있어서,상기 제 1 압력 공정조건은 3 Torr 보다 같거나 크고 30 Torr 보다 작은 범 위에서 선택된 값이고,상기 제 2 압력 공정조건은 0 Torr 보다 크고 상기 제 1 압력 보다 작은 범위에서 선택된 값인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 33 항에 있어서,상기 제 1 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 33 항에 있어서,상기 제 1 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하되, 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O), 과산화수소(H2O2), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N 2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나이고, 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 33 항에 있어서,상기 제 2 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 33 항에 있어서,상기 제 2 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하되, 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O), 과산화수소(H2O2), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N 2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나이고, 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 33 항에 있어서,상기 제 1 박막은 상기 제 1 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막이고,상기 제 2 박막은 상기 제 2 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 33 항에 있어서,상기 제 1 박막을 형성하는 단계를 복수회 반복하여 상기 박막의 증착속도 및 물성을 조절하는 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 33 항에 있어서,상기 제 2 박막을 형성하는 단계를 복수회 반복하여 상기 박막의 증착속도 및 물성을 조절하는 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 33 항에 있어서,상기 제 2 박막의 두께는 상기 제 1 박막의 두께 보다 같거나 두꺼운 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 기판을 반응기 내에 로딩하고,상기 반응기 내에 제 1 원자를 함유하는 제 1 원료 가스를 주입하여 상기 기판 상에 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성하고,상기 반응기에 제 1 압력 공정조건하에 제 1 유량으로 제 1 반응 가스를 주입하여 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 1 박막을 형성하고,상기 반응기 내에 제 2 원자를 함유하는 제 2 원료 가스를 주입하여 상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성하고,상기 반응기에 상기 제 1 압력 보다 낮은 제 2 압력 공정조건하에 상기 제 1 유량 보다 높은 제 2 유량으로 제 2 반응 가스를 주입하여 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 2 박막을 형성하는 것을 포함하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 43 항에 있어서,상기 제 1 유량은 0 sccm 보다 크고 300 sccm 보다 작은 범위에서 선택된 값이고,상기 제 2 유량은 상기 제 1 유량 보다 크고 5000 sccm 보다 작은 범위에서 선택된 값이고,상기 제 1 압력 공정조건은 3 Torr 보다 같거나 크고 30 Torr 보다 작은 범위에서 선택된 값이고,상기 제 2 압력 공정조건은 0 Torr 보다 크고 상기 제 1 압력 보다 작은 범위에서 선택된 값인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 기판을 반응기 내에 로딩하고,상기 반응기 내에 제 1 원자를 함유하는 제 1 원료 가스를 주입하여 상기 기판 상에 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성하고,상기 반응기에 제 1 반응성을 갖는 제 1 반응 가스를 주입하여 상기 제 1 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 1 박막을 형성하고,상기 반응기에 제 2 원자를 함유하는 제 2 원료 가스를 주입하여 상기 제 1 박막을 갖는 기판 상에 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층을 형성하고,상기 반응기에 상기 제 1 반응성 보다 높은 제 2 반응성을 갖는 제 2 반응 가스를 주입하여 상기 제 2 원자를 함유하는 화학흡착층과 반응시키어 제 2 박막을 형성하는 것을 포함하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 45 항에 있어서,상기 제 1 반응성을 갖는 제 1 반응 가스는 상기 제 1 원자에 대하여 상대적으로 낮은 반응성을 갖는 가스이고,상기 제 2 반응성을 갖는 제 2 반응 가스는 상기 제 2 원자에 대하여 상대적으로 높은 반응성을 갖는 가스인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 46 항에 있어서,상기 제 1 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하되, 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O), 과산화수소(H2O2), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N 2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나이고, 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 46 항에 있어서,상기 제 2 반응 가스는 산소(O) 함유 가스 또는 질소(N) 함유 가스 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하되, 상기 산소(O) 함유 가스는 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O), 과산화수소(H2O2), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N 2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나이고, 상기 질소(N) 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 46 항에 있어서,상기 제 2 반응성을 갖는 제 2 반응 가스는 플라즈마(Plasma) 또는 포토(Photo) 처리된 상기 제 2 반응 가스인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 45 항에 있어서,상기 제 1 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 45 항에 있어서,상기 제 2 원자는 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 란타늄(La), 실리콘(Si), 탄탈룸(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y) 및 망간(Mn)으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 45 항에 있어서,상기 제 1 박막은 상기 제 1 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막이고,상기 제 2 박막은 상기 제 2 원자의 산화막, 질화막 또는 산질화막인 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 45 항에 있어서,상기 제 1 박막을 형성하는 단계를 복수회 반복하여 상기 박막의 증착속도 및 물성을 조절하는 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 45 항에 있어서,상기 제 2 박막을 형성하는 단계를 복수회 반복하여 상기 박막의 증착속도 및 물성을 조절하는 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
- 제 45 항에 있어서,상기 제 2 박막의 두께는 상기 제 1 박막의 두께 보다 같거나 두꺼운 것을 특징으로 하는 원자층증착법에 의한 박막 형성방법.
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