KR100906718B1 - 저온공정이 가능한 원자층 증착 방법 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼를 기설정된 온도로 냉각을 유지하면서 소스 가스와 반응가스를 주입하는 단계 각각에서 공정을 수행하는 상기 웨이퍼 부분에 레이저 빔을 조사함으로써 상기 웨이퍼의 구성물질의 차이에 따른 상기 레이저 빔의 흡수율 차이에 기초한 온도차를 이용하여 선택적 증착이 이루어지는 원자층 증착 방법이 개시된다.
ALD, 플라즈마, 저온, 선택적 증착, 레이저 빔, 흡수율

Description

저온공정이 가능한 원자층 증착 방법{ALD method capable of performing processes in low temperature}
본 발명은 원자층 증착 방법에 관한 것으로, 특히 저온공정이 가능하고 선택적 증착이 가능한 원자층 증착 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 원자층 증착 방법을 적용할 수 있는 원자층 증착 장치에 관련한다.
잘 알려진 바와 같이, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition)이란 단원자층의 화학적 흡착 및 탈착을 이용한 나노스케일의 박막 증착기술로서 각 반응물질들을 개별적으로 분리하여 펄스 형태로 챔버에 공급함으로써 기판표면에 반응물질의 표면포화(surface saturation) 반응에 의한 화학적 흡착과 탈착을 이용한 박막 증착기술이다.
원자층 박막 증착기술의 특징으로는 먼저 반응가스를 펄스 형태로 주입함으로써 박막의 조성 및 두께 조절이 용이하며, 퍼지(purge) 공정을 삽입하기 때문에 불순물이 적고, 화학 반응시 형성될 수 있는 불순물 입자의 형성을 효과적으로 억제할 수 있다는 것이다. 또한, 표면 반응제어가 우수하여 박막의 물리적 성질의 재현성이 우수하고 대면적에 걸쳐 매우 균일한 두께로 박막 형성이 가능하며 우수한 계단 도포성의 특성과 더불어 핀홀 밀도를 매우 낮출 수 있다.
그 외에 기존의 CVD 방법에 비해 상당히 낮은 온도에서 박막을 성장시킬 수 있으며 사이클 수에 두께가 의존하므로 매우 얇은 박막을 증착시킬 수 있는 여러 가지 장점을 갖는다.
이와 같이 증착 공정을 수행하는 온도가 점차 낮아지고는 있지만 아직까지는 충분하지 않으며, 특히 금속막을 증착하는 경우, 고온에서는 금속막의 표면이 엠보싱과 같이 울퉁불퉁해지는 응집화 현상(agglomeration)이 발생하여 전기적 특성이 열화하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 더 낮은 온도에서 원자층 증착 공정을 수행할 수 있는 원자층 증착 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 선택적 증착이 가능한 원자층 증착 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 챔버 내에 로딩된 웨이퍼를 기설정된 온도로 유지하는 단계; 상기 챔버 내에 소스 가스를 공급하면서 상기 웨이퍼의 기설정 영역에 레이저 빔을 조사하여 가열하는 단계; 흡착되지 않은 가스를 퍼지하는 단계; 상기 챔버 내에 반응가스를 공급하면서 상기 기설정 영역에 레이저 빔을 조사하는 단계; 및 반응하지 않은 가스를 퍼지하는 단계를 포함하는 원자층 증착 방법에 의해 달성된다.
일 예로, 상기 기설정된 온도는 상온일 수 있다.
상기 레이저 빔은 상기 웨이퍼에 대해 수직으로 입사되거나, 상기 웨이퍼에 대해 경사진 각도로 입사될 수 있다.
상기한 목적은, 웨이퍼를 기설정된 온도로 냉각을 유지하면서 소스 가스와 반응가스를 주입하는 단계 각각에서 공정을 수행하는 상기 웨이퍼 부분에 레이저 빔을 조사함으로써 상기 웨이퍼의 구성물질의 차이에 따른 상기 레이저 빔의 흡수율 차이에 기초한 온도차를 이용하여 선택적 증착이 이루어지는 원자층 증착 방법에 의해 달성된다.
상기한 목적은, 웨이퍼를 로딩하는 챔버; 상기 웨이퍼를 기설정된 온도로 냉각하는 냉각유닛; 소스 가스 및 반응가스를 각각 공급하는 소스 가스 공급유닛 및 반응가스 공급유닛; 상기 챔버에 플라즈마를 공급하는 플라즈마 발생유닛; 및 상기 웨이퍼에 레이저 빔을 조사하여 상기 웨이퍼의 기설정 부분을 가열하는 레이저 빔 발생유닛을 포함하는 원자층 증착 장치에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 레이저 빔 발생유닛의 후단에 설치되어 상기 레이저 빔의 사이즈를 조절하는 광학유닛을 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 레이저 빔 발생유닛은 상기 웨이퍼에 대해 수직 또는 경사진 각도로 레이저 빔을 조사하도록 설치될 수 있다.
또한, 상기 웨이퍼로부터 반사되는 레이저 빔의 양을 측정하는 검출기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상온과 같은 저온에서 원자층 증착 공정을 수행할 수 있다는 효과를 갖는다.
또한, 웨이퍼에 대해 선택적 증착이 가능하다는 효과를 갖는다.
다음은 본 발명의 원자층 증착 방법의 일 실시예를 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 원자층 증착 방법을 적용하기 위한 증착 장치를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 챔버(100) 내 서셉터(110) 위에는 증착 공정을 수행할 웨이퍼(120)가 놓이고 서셉터(110)는 냉각수 공급라인(130)에 의해 항상 저온을 유지한다. 소스 가스는 소스 공급라인(140)을 통해서 공급되고 반응가스는 반응가스 공급라인(150)을 통해 공급된다.
챔버(100)의 상부에는 플라즈마 발생유닛(200)이 설치되고, 이 플라즈마 발생유닛(200) 위에 광학유닛(310)을 개재하여 레이저 빔 발생유닛(300)이 설치된다.
여기서, 광학유닛(310)은 레이저 빔 발생유닛(300)으로부터 발생하여 조사된 레이저 빔의 사이즈를 변경하기 위한 유닛을 말하며, 레이저 빔의 사이즈를 조절함으로써 레이저 빔의 강도(intensity)나 웨이퍼(120) 상에 레이저 빔이 조사되는 영역의 크기를 조절할 수 있다.
다음은 상기와 같은 구조를 갖는 원자층 증착 장치를 이용한 증착 방법에 대해 설명한다.
상기한 바와 같이, 웨이퍼(120)가 로딩된 서섭터(110)에는 냉각수 공급라인(130)을 통하여 공급되는 냉각수에 의해 웨이퍼(120)는 항상 저온으로 유지된다.
먼저, 소스 공급라인(140)을 통하여 소스 가스를 공급하여 웨이퍼(120) 표면에 소스 가스를 흡착시킨다.
이때, 도 2에 도시한 바와 같이, 소스 가스를 공급하면서 레이저 빔 발생유닛(300)으로부터 발생한 레이저 빔을 증착 공정을 수행하기 위한 웨이퍼(120)의 부분에 조사하여 소스 가스의 흡착효율을 높일 수 있다. 도 2에는 레이저 빔을 소스 가스 공급구간에서 중간에 조사하는 것으로 도시하고 있으나, 공급구간 내 어느 타이밍에서도 조사할 수 있다.
상기한 바와 같이, 증착 공정을 수행할 웨이퍼(120) 부분의 면적에 대응하여 레이저 빔 발생유닛(300)에서 조사된 레이저 빔은 광학유닛(310)을 통하여 그 직경이 증가하거나 감소한다.
이때, 도 1에 도시한 바와 같이, 레이저 빔 발생유닛(300)에서 조사된 레이저 빔은 웨이퍼(120)에 수직으로 입사하기 때문에 챔버(100)내 물질에 관계없이 레이저 빔의 대부분의 에너지가 웨이퍼(120)에 흡수될 수 있어 열 효율이 높다.
이와 같이 레이저 빔을 웨이퍼(120)에 조사함으로써 저온 분위기 하에서 증착 공정을 수행하고자 하는 영역의 표면만 가열하여 공정을 수행할 수 있으며, 특히 표면만 가열함으로써 열에 의한 문제점을 원천적으로 극복할 수 있다.
이어, 반응하지 않은 소스 가스를 진공펌프를 통해 배기시키거나, 또는 배기와 동시에 질소 또는 아르곤 가스를 챔버(100) 내에 흘려주어 퍼지시킨다.
다음, 반응가스 공급라인(130)을 통하여 챔버(100) 내에 반응가스를 공급하여 웨이퍼(120)에 흡착된 소스 가스와의 표면반응을 유도하여 소스 원자층을 증착 시킨다.
이때, 상기한 바와 같이, 반응가스를 공급하면서 레이저 빔 발생유닛(300)으로부터 웨이퍼(120)에 레이저 빔을 조사한다.
이어, 미반응 가스를 진공펌프를 통해 배기시키거나, 또는 배기와 동시에 질소 또는 아르곤 가스를 챔버(100) 내에 흘려주어 퍼지시킨다.
이와 같은 과정을 통하여 1 사이클의 증착 공정을 완료한다.
이와 같이, 본 발명의 증착 방법에 따르면, 웨이퍼 자체는 저온을 유지하면서 웨이퍼 상의 원하는 부분에 레이저 빔을 조사함으로써 표면만을 가열하여 증착 공정을 수행할 수 있어 웨이퍼 가열에 의한 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 마스크(mask)를 이용하는 경우, 레이저 빔이 조사되는 부분과 조사되지 않는 부분의 온도차를 이용하여 선택적 증착이 가능하므로 웨이퍼 상에 패턴을 형성할 수도 있다.
또한, 증착후, 국부적인 열처리를 통하여 실리사이드를 형성할 수도 있다.
한편, 상기한 구조에 적용되는 플라즈마 소스로는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 시스템 또는 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 모두 가능하다.
레이저 빔의 소스로는 적외선 영역부터 자외선 영역까지 모두 사용할 수 있으며, 파장 짧을수록 에너지가 높아 더 고온의 열을 가할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 나타낸다.
상기의 일 실시예와 달리 레이저 빔 발생장치(300')는 임의의 각도로 웨이퍼(120)에 레이저 빔을 조사한다. 또한, 웨이퍼(120)로부터 반사되는 레이저 빔은 검출기(400)에 입사되어 반사량이 측정된다.
이러한 구성에 의하면, 웨이퍼 구성물질에 따른 레이저 빔의 흡수율의 차이로 인해 발생하는 온도차를 이용하여 선택적 증착(selective deposition)이 가능하다는 이점이 있다. 가령, 웨이퍼(120) 상에 금속과 유전 물질이 증착되어 있다면, 이들 물질의 레이저 빔의 흡수율이 다르기 때문에 온도차가 발생하며, 이 온도차를 이용하여 선택적 증착이 가능해진다.
또한, 반사되는 레이저 빔의 양을 측정함으로써, 웨이퍼 상의 증착층의 두께를 측정하거나 물성을 평가하는 등의 다양한 애플리케이션이 가능하다.
그 외에, 광학유닛(310')에 의한 레이저 빔의 사이즈 조절을 통한 강도 조절에 더하여 레이저 빔의 입사각을 조절함으로써 레이저 빔의 에너지를 조절할 수도 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만 당업자의 수준에서 다양하게 변경할 수 있다. 따라서, 이와 같은 변형과 변경을 고려한다면, 본 발명의 권리범위는 상기한 실시예에 한정되어서는 안되며 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해 판단되어야 한다.
도 1은 본 발명의 원자층 증착 방법을 적용하기 위한 증착 장치를 나타낸다.
도 2는 원자층 증착 공정에서 레이저 빔이 조사되는 구간을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 나타낸다.

Claims (9)

  1. 챔버 내에 로딩된 웨이퍼를 냉각하여 상온으로 유지하는 단계;
    상기 챔버 내에 소스 가스를 공급하면서 상기 소스 가스의 흡착효율을 높이도록 상기 웨이퍼의 기설정 영역에 레이저 빔을 조사하여 가열하는 단계;
    흡착되지 않은 가스를 퍼지하는 단계;
    상기 챔버 내에 반응가스를 공급하면서 상기 기설정 영역에 레이저 빔을 조사하는 단계; 및
    반응하지 않은 가스를 퍼지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온공정이 가능한 원자층 증착 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 빔은 상기 웨이퍼에 대해 수직으로 입사되는 것을 특징으로 하는 저온공정이 가능한 원자층 증착 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 빔은 상기 웨이퍼에 대해 경사진 각도로 입사되는 것을 특징으로 하는 저온공정이 가능한 원자층 증착 방법.
  5. 원자층 증착 방법에 있어서,
    웨이퍼를 기설정된 온도로 냉각을 유지하면서 소스 가스와 반응가스를 주입하는 단계 각각에서 공정을 수행하는 상기 웨이퍼 부분에 레이저 빔을 조사함으로써 상기 웨이퍼의 구성물질의 차이에 따른 상기 레이저 빔의 흡수율 차이에 기초한 온도차를 이용하여 선택적 증착이 이루어지는 것을 특징으로 하는 저온공정이 가능한 원자층 증착 방법.
  6. 웨이퍼를 로딩하는 챔버, 상기 챔버에 소스가스 및 반응가스를 각각 공급하는 소스가스 공급유닛과 반응가스 공급유닛, 상기 챔버에 플라즈마를 공급하는 플라즈마 발생유닛, 및 상기 웨이퍼에 레이저 빔을 조사하여 상기 웨이퍼의 기설정 부분을 가열하는 레이저 빔 발생유닛을 포함하며,
    상기 웨이퍼를 기설정된 온도로 냉각을 유지하면서 상기 소스가스와 반응가스를 주입하는 각 단계에서 공정을 수행하는 상기 웨이퍼 부분에 상기 레이저 빔 발생유닛으로부터 레이저 빔을 조사함으로써 상기 웨이퍼의 구성물질의 차이에 따른 상기 레이저 빔의 흡수율 차이에 기초한 온도차를 이용하여 선택적 증착이 이루어지는 것을 특징으로 하는 저온공정이 가능한 원자층 증착 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 레이저 빔 발생유닛의 후단에 설치되어 상기 레이저 빔의 사이즈를 조절하는 광학유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저온공정이 가능한 원자층 증착 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 레이저 빔 발생유닛은 상기 웨이퍼에 대해 수직 또는 경사진 각도로 레이저 빔을 조사하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 저온공정이 가능한 원자층 증착 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 웨이퍼로부터 반사되는 레이저 빔의 양을 측정하는 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저온공정이 가능한 원자층 증착 장치.
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