KR100936694B1 - 플라즈마 발생부를 구비하는 원자층 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP) 방식의 플라즈마 발생부를 구비하는 원자층 증착 장치가 개시된다. 원자층 증착 장치는 웨이퍼 상부에 구비되어 상기 웨이퍼로 서로 다른 복수의 소스가스를 제공하되, 상기 각 소스가스가 서로 독립적으로 분사되는 복수의 분사영역이 구비된 샤워헤드와 상기 샤워헤드에 구비되어 상기 프로세스 챔버 내의 배기가스를 배기시키는 배기부 및 상기 적어도 하나의 분사영역 상에 구비되어 해당 분사영역의 소스가스를 플라즈마화시키되 분사되기 전의 상기 소스가스를 유도 결합 방식으로 플라즈마화시키는 플라즈마 발생부를 포함한다. 따라서, 플라즈마 발생 효율이 우수하여 소스가스의 반응성을 향상시킬 수 있어서, 증착 속도와 효율을 향상시키고, 우수한 막질을 갖는 박막을 형성할 수 있다. 또한, 원격 방식으로 플라즈마를 발생시키므로 플라즈마의 이온 충돌로 인한 웨이퍼의 손상을 방지할 수 있다.
원자층 증착 장치, ALD, ICP, 원격 플라즈마

Description

플라즈마 발생부를 구비하는 원자층 증착 장치{ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS HAVING PALASMA GENERATING PORTION}
본 발명은 원자층 증착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 소스가스를 플라즈마화시킴으로써 증착효율과 품질을 향상시키는 플라즈마 발생부를 구비하는 원자층 증착 장치에 관한 것이다.
최근 반도체 제조 공정에서 반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 미세가공의 요구가 증가하고 있다. 즉, 미세 패턴을 형성하고, 하나의 칩 상에 셀들을 고도로 집적시키기 위해서는 박막 두께 감소 및 고유전율을 갖는 새로운 물질개발 등을 이루어져야 한다.
특히, 웨이퍼 표면에 단차가 형성되어 있는 경우 표면을 원만하게 덮어주는 단차도포성(step coverage)과 단차도포성 및 웨이퍼 내 균일성(within wafer uniformity)의 확보는 매우 중요하다. 이와 같은 요구사항을 충족시키기 위해 원자층 단위의 미소한 두께를 가지는 박막을 형성하는 방법인 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 방법이 제안되고 있다.
원자층 증착 공정은 웨이퍼 표면에서 반응물질의 표면 포화 반응(surface saturated reaction)에 의한 화학적 흡착(chemisorption)과 탈착(desorption) 과정을 이용하여 단원자층을 형성하는 방법으로, 원자층 수준에서 막 두께의 제어가 가능한 박막 증착 방법이다.
원자층 증착 공정은 두 가지 이상의 소스가스를 각각 교대로 유입시키고, 각 소스가스의 유입 사이에 불활성 기체인 퍼지가스를 유입시킴으로써 웨이퍼 표면에서 상기 소스가스들이 반응하여 소정의 박막이 형성된다. 즉, 하나의 소스가스가 웨이퍼 표면에 화학적으로 흡착(chemical adsorption)된 상태에서 후속하여 다른 하나의 소스가스가 제공되면, 상기 웨이퍼 표면에서 상기 두 가지 소스가스가 화학적으로 반응함으로써 상기 웨이퍼 표면에 한층의 원자층이 생성된다. 그리고, 이와 같은 공정을 한 주기로 하여 원하는 두께의 박막이 형성될 때까지 반복함으로써 소정 두께의 박막이 형성된다.
그러나, 기존의 원자층 증착 공정은 소스가스의 반응성이 약하여 다양한 종류의 물질을 이용하여 박막을 형성하기가 어려운 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 플라즈마 또는 열처리를 통하여 소스가스의 반응성을 향상시키는 방법이 있다. 그러나, 열처리를 이용하는 경우 고온에 의해 웨이퍼가 손상되는 문제점이 있으며, 플라즈마를 이용하는 경우에는 플라즈마 입자가 웨이퍼에 직접 충돌함으로써 웨이퍼를 손상시키는 문제점이 있다.
그런데, 원격 플라즈마 방식은 웨이퍼가 수용된 프로세스 챔버와 격리 형성된 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마를 발생시키고, 이와 같이 발생된 플라즈마에서 라디칼만을 웨이퍼로 제공하는 방식이다. 통상적으로 플라즈마를 발생시키면 비교 적 수명이 길고 에너지가 작은 전기적으로 중성인 라디칼(활성종)과 비교적 수명이 짧고 에너지가 큰 하전(荷電)된 이온 등이 동시에 발생한다. 여기서, 원격 플라즈마 방식에서는 상기 플라즈마 챔버에서 상기 웨이퍼로 플라즈마가 제공되는 과정에서 수명이 짧은 이온은 모두 소멸되어 라디칼만 상기 웨이퍼로 제공된다. 따라서, 반응성이 큰 이온이 직접 웨이퍼에 충돌함으로써 상기 웨이퍼가 손상되는 문제점을 해결할 수 있다.
한편, 종래의 원격 플라즈마 방식은 플라즈마 챔버가 프로세스 챔버의 외부에 위치하여 있어서, 라디칼을 제공하는 동안 재결합으로 인해 플라즈마 효율이 감소되는 문제점이 있다.
그러나, 원격 플라즈마 방식에서 처리능력을 높이기 위해서 전극에 인가되는 전원의 세기를 증가시키면 상기 플라즈마 챔버 뿐만 아니라 상기 프로세스 챔버 전체에 대해 플라즈마가 생성되는 문제점이 있다. 이로 인해 라디칼 뿐만 아니라 이온도 상기 웨이퍼에 도달하게 됨으로써, 상기 이온에 의한 상기 웨이퍼의 손상이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 원자층 증착 효율을 향상시키기 위한 플라즈마 발생부를 구비하는 원자층 증착 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 플라즈마에 의한 처리 효율은 향상시키면서도 플라즈마에 의한 웨이퍼의 손상은 방지하는 플라즈마 발생부를 구비하는 원자층 증착 장치를 제공하기 위한 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, ICP 방식의 원격 플라즈마 발생부를 구비하는 원자층 증착 장치가 개시된다. 상기 원자층 증착 장치는 웨이퍼로 서로 다른 복수의 소스가스를 제공하는 샤워헤드와 상기 샤워헤드 상에서 적어도 하나 이상의 소스가스를 플라즈마화시키도록 구비되되, 분사되기 전의 소스가스를 유도 결합 방식(inductively coupled plasma, ICP)으로 플라즈마화시키고, 상기 프로세스 챔버와 분리된 플라즈마 챔버에서 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부를 구비한다.
여기서, 상기 샤워헤드에는 프로세스 챔버 내의 배기가스를 배기시키는 배기부가 구비되고, 상기 배기부는 상기 플라즈마 발생부와 일부 연결되어 상기 플라즈마 발생부의 압력을 강하시키는 역할을 한다.
실시예에서, 상기 플라즈마 발생부는 상기 소스가스의 공급 유로 상에 구비 되어 상기 소스가스를 수용하고 플라즈마를 발생시키는 소정의 공간을 제공하는 플라즈마 챔버를 구비한다. 그리고, 상기 플라즈마 발생부는 상기 소스가스를 플라즈마로 여기시키기 위한 전기장을 형성하는 플라즈마 안테나가 구비되고, 상기 플라즈마 안테나에 고주파 전원을 인가하는 전원공급부가 구비된다. 그리고, 상기 플라즈마 안테나에 의한 자기장에 의한 영향이 상기 프로세스 챔버로 미치는 것을 방지하기 위해 상기 플라즈마 챔버 내에는 절연부재가 구비된다.
실시예에서, 상기 배기부는 상기 프로세스 챔버와 연통되는 복수의 배기홀이 형성되고, 내부에 부압이 형성되어 상기 프로세스 챔버 내의 배기가스를 배기시키기 위한 소정의 공간을 제공하는 배기챔버와 상기 배기챔버에 부압을 제공하는 배기라인을 포함한다. 그리고, 상기 배기챔버의 일측과 상기 플라즈마 발생부가 연결되어 상기 플라즈마 챔버의 압력을 강하시키는 압력조절부가 구비된다.
실시에에서, 상기 플라즈마 발생부 하부에는 상기 플라즈마를 상기 프로세스 챔버로 분사하기 위한 복수의 분사홀이 형성된 배플 플레이트가 구비된다. 그리고, 상기 압력조절부는 상기 플라즈마 발생부와 상기 배플 플레이트 사이로 연결된다.
본 발명에 따르면, 첫째, 플라즈마 발생부를 구비하므로 상기 플라즈마 발생부가 소스가스를 플라즈마화시켜 제공함으로써 소스가스의 반응성을 향상시키고, 박막의 증착 속도를 향상시킨다.
둘째, 프로세스 챔버와 분리된 플라즈마 챔버를 구비하는 플라즈마 발생부를 구비하여 플라즈마에서 라디칼만을 제공하는 원격 방식으로 플라즈마를 발생시킨다. 더불어, 상기 플라즈마 발생부는 유도 결합 방식으로 플라즈마를 발생시킴으로써 플라즈마 발생효율은 향상시키고 플라즈마의 이온 충격에 의한 웨이퍼의 손상은 방지할 수 있다.
셋째, 저온 및 저압하에서 플라즈마를 발생시키고, 원자층 증착 공정이 수행되므로 박막의 막질을 향상시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도1의 원자층 증착 장치의 측단면도이다. 도 3은 도 1의 원자층 증착 장치에서 샤워헤드를 저면에서 보여주는 사시도이다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치에 대해 상세하게 설명한다.
도면을 참조하면, 원자층 증착 장치(100)는 프로세스 챔버(20), 서셉터(30), 배기부(140), 샤워헤드(10) 및 플라즈마 발생부(150)를 포함하여 이루어진다.
상기 프로세스 챔버(20)는 웨이퍼(W)를 수용하고, 상기 웨이퍼(W)에 대한 원자층 증착 공정이 수행되는 소정 체적의 공간을 제공한다.
상기 프로세스 챔버(20) 내에서 미반응 소스가스(S1, S2)와 원자층 증착 공정에서 발생할 수 있는 반응 부산물 등과 같은 배기가스를 배기시키기 위한 배기부(140)가 구비된다. 예를 들어, 상기 배기부(140)는 상기 샤워헤드(10)의 중앙 부분에 구비된다.
상세하게는, 상기 배기부(140)는 상기 프로세스 챔버(20)와 연통되는 복수의 배기홀(142)이 형성된 배기챔버(141)와 상기 배기챔버(141) 내에 부압을 제공하여 상기 프로세스 챔버(20) 내의 배기가스를 상기 배기챔버(141) 내로 흡입시키는 배기라인(145)을 포함한다.
상기 서셉터(30)는 상기 프로세스 챔버(20) 내에 구비되어 상기 웨이퍼(W)를 지지한다. 예를 들어, 상기 서셉터(30)는 복수의 웨이퍼(W)가 동시에 안착되어, 상기 복수의 웨이퍼(W)에 대해 동시에 원자층 증착 공정이 수행될 수 있다.
여기서, 상기 서셉터(30)는 상기 복수의 웨이퍼(W)가 동일한 평면 상에 배치되도록 상기 웨이퍼(W)가 안착된다. 즉, 상기 웨이퍼(W)는 박막이 증착될 면이 상부를 향하도록 상기 서셉터(30) 상에 그 이면이 안착되고, 상기 복수의 웨이퍼(W)가 상기 서셉터(30) 상에 방사상으로 배치된다.
참고적으로, 도면에서 미설명된 도면부호 35는 상기 서셉터(30)의 회전을 위 한 구동력을 전달하는 회전 구동부(35)이다.
상기 샤워헤드(10)는 상기 프로세스 챔버(20) 상부에 구비되어 상기 웨이퍼(W)로 소정의 소스가스(S1, S2)를 제공한다.
예를 들어, 상기 소스가스(S1, S2)는 상기 웨이퍼(W) 상에 형성하고자 하는 박막을 조성하는 원료 물질을 포함하는 가스이다. 특히, 원자층 증착 공정은 서로 다른 복수의 소스가스(S1, S2)를 제공하고 상기 웨이퍼(W) 표면에서 상기 소스가스(S1, S2)들을 화학적으로 반응시킴으로써, 상기 웨이퍼(W) 상에 소정의 박막을 형성하게 된다. 그리고, 원자층 증착 공정에서는 상기 소스가스(S1, S2)가 제공되는 사이사이에는 상기 프로세스 챔버(20) 내에 잔류하는 미반응 소스가스(S1, S2)를 퍼지시키기 위한 소정의 퍼지가스(PG)가 제공된다.
이하, 본 실시예에서는 편의상 서로 다른 2 종류의 소스가스(S1, S2)와 1 종류의 퍼지가스(PG)를 제공하는 원자층 증착 장치를 예로 들어 설명한다.
상기 소스가스(S1, S2)는 상기 웨이퍼(W)의 종류 또는 증착하고자 하는 박막의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 제1 소스가스(S1)로는 알루미늄(Al), 규소(Si), 티타늄(Ti), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge) 등을 포함하는 가스 중 어느 하나의 가스 또는 둘 이상 혼합된 가스를 사용할 수 있다. 그리고, 제2 소스가스(S2)는 상기 제1 소스가스(S1)와 화학적으로 반응하여 박막을 구성하는 다른 물질을 포함하는 가스로서, 예를 들어, 상기 제2 소스가스(S2)로는 산소 가스(O2) 또는 수증기(H2O)를 사용할 수 있다.
그리고, 상기 퍼지가스(PG)는 미반응 소스가스(S1, S2)와 증착 공정에서 발 생하는 부산물을 퍼지시키기 위한 가스로서, 상기 소스가스(S1, S2) 및 상기 웨이퍼(W)와 화학적으로 반응이 발생하지 않는 가스를 사용한다. 예를 들어, 상기 퍼지가스(PG)로는 아르곤(Ar) 또는 질소 가스(N2)와 같은 불활성 가스를 사용할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 상기 샤워헤드(10)에서 상기 소스가스(S1, S2)와 상기 퍼지가스(PG)가 서로 혼합되지 않도록 각각 독립적으로 분사되는 분사영역이 형성된다.
상세하게는, 상기 분사영역은 제1 소스가스(S1)가 분사되는 제1 소스영역(110)과 제2 소스가스(S2)가 분사되는 제2 소스영역(120) 및 상기 퍼지가스(PG)가 분사되는 퍼지영역(130)이 각각 형성된다.
상기 샤워헤드(10)에는 상기 소스영역(110, 120)으로 상기 소스가스(S1, S2)를 제공하는 소스라인(115, 125)과 상기 퍼지영역(130)으로 상기 퍼지가스(PG)를 제공하는 퍼지라인(135)이 각각 연결된다. 그리고, 상기 각 소스영역(110, 120)과 상기 퍼지영역(130)에서 상기 프로세스 챔버(20) 내측에 구비된 부분에는 상기 소스가스(S1, S2)와 상기 퍼지가스(PG)를 균일하게 분사하기 위한 복수의 분사홀(106)이 형성된 배플 플레이트(105)가 각각 구비된다.
한편, 상기 샤워헤드(10)에서 상기 소스가스(S1, S2)가 기체 상태에서 혼합되는 것을 방지하기 위해서, 상기 소스영역(110, 120)의 사이사이에는 상기 퍼지영역(130)이 배치되어, 상기 소스영역(110, 120)을 분리시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 샤워헤드(10)에는 4개의 분사영역이 형성되고, 상기 제1 소 스영역(110), 제1 퍼지영역(131), 제2 소스영역(120) 및 제2 퍼지영역(132)이 교대로 형성되되, 상기 4 개의 분사영역이 상기 샤워헤드(10) 상에서 방사상으로 배치될 수 있다.
상기 서셉터(30)와 상기 샤워헤드(10)는 서로에 대해 회전 가능하게 구비된다. 본 실시예에서는 상기 서셉터(30)가 회전 가능하게 구비된다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 샤워헤드(10)가 회전하도록 구성하는 것도 가능할 것이다.
즉, 상기 서셉터(30)가 회전함에 따라 상기 웨이퍼(W)가 상기 분사영역들을 순차적으로 통과하게 되고, 상기 웨이퍼(W)가 상기 분사영역들을 모두 통과하면 상기 웨이퍼(W) 상에 한 층의 원자층이 증착된다. 그리고, 이와 같이 상기 웨이퍼(W)를 지속적으로 회전시킴으로써 상기 웨이퍼(W) 상에 소정 두께를 갖는 박막을 증착시킬 수 있다.
한편, 상기 샤워헤드(10)에서 적어도 하나의 소스영역(110, 120) 상에는 상기 소스가스(S1, S2)를 플라즈마화시키는 플라즈마 발생부(150)가 구비된다. 상기 플라즈마 발생부(150)는 상기 소스영역(110, 120) 상에 구비되어 상기 소스가스(S1, S2)를 플라즈마화 시킴으로써, 상기 소스가스(S1, S2)의 반응성을 향상시키고, 상기 프로세스 챔버(20) 내의 플라즈마 밀도를 증가시킴으로써, 박막의 증착 속도를 증가시키고, 막질을 향상시킨다.
예를 들어, 상기 플라즈마 발생부(150)는 상기 제2 소스영역(120) 상에 구비되어 상기 제2 소스가스(S2)를 플라즈마화시킨다.
그리고, 상기 플라즈마 발생부(150)는 유도 결합 방식(inductively coupled plasma, ICP, 이하, ICP라 한다)으로 플라즈마(P)를 발생시킨다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부(150)에 대해 상세하게 설명한다.
도면을 참조하면, 상기 ICP 방식의 플라즈마 발생부(150)는 상기 제2 소스가스(S2)의 공급 유로 상에 제공되어 플라즈마(P)의 발생 공간을 제공하는 플라즈마 챔버(151)와, 상기 플라즈마 챔버(151) 내에 구비되어 고주파 전원이 인가되면 상기 플라즈마 챔버(151) 내에 전기장을 형성하는 플라즈마 안테나(152)를 포함한다. 또한, 상기 플라즈마 안테나(152)에 고주파 전원을 인가하는 전원공급부(155)가 구비된다.
그리고, 상기 플라즈마 안테나(152)에 의한 영향이 상기 프로세스 챔버(20) 내에 미치는 것을 방지할 수 있도록 상기 플라즈마 챔버(151) 내에는 절연부재(156)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 절연부재(156)는 상기 플라즈마 챔버(151) 내를 둘러싸도록 구비된 유전체 플레이트이다. 또한, 상기 절연부재(156)은 상기 플라즈마 안테나(152) 하부에도 구비될 수 있다.
상기 플라즈마 안테나(152)는 상기 플라즈마 챔버(151) 내에 소정의 전기장을 형성하여 상기 제2 소스가스(S2)를 플라즈마(P)화 시킨다. 특히, 상기 플라즈마 안테나(152)는 상기 라디칼(P1)을 상기 프로세스 챔버(20) 쪽으로 가속시키는 방향으로 전기장을 형성하도록 구비된다. 예를 들어, 상기 플라즈마 챔버(151) 내측 상부에는 플라즈마 안테나(152)가 구비되고, 상기 플라즈마 챔버(151) 상부에 상기 제2 소스라인(125)이 연결되어 상기 플라즈마 챔버(151) 상부에서 하부로 상기 제2 소스가스(S2)가 제공된다. 그리고, 상기 플라즈마 챔버(151) 하부에 배치된 배플 플레이트(105)는 접지되어 상기 플라즈마 안테나(152)에 대한 하부 전극의 역할을 할 수 있다. 여기서, 상기 배플 플레이트(105)에도 또 다른 고주파 전원이 인가될 수 있다.
상기 플라즈마 챔버(151)는 상기 제2 소스가스(S2)를 수용하여 플라즈마(P)를 발생시키고, 상기와 같이 발생된 플라즈마(P)에서 라디칼(P1)을 상기 웨이퍼(W)로 제공할 수 있도록, 상기 제2 소스라인(125)이 상기 플라즈마 챔버(151)에 연결된다. 그리고, 상기 플라즈마 챔버(151) 하부는 상기 배플 플레이트(105)를 통해 상기 프로세스 챔버(20) 내부와 연통된다.
즉, 상기 제2 소스가스(S2)는 상기 플라즈마 챔버(151)를 통과하는 동안 플라즈마(P) 상태로 여기되고, 상기 플라즈마(P) 입자 중 중성 입자인 라디칼(P1)은 상기 배플 플레이트(105)의 분사홀(106)을 통과하여 상기 웨이퍼(W)로 제공되는 반면, 하전된 이온(P2)은 상기 플라즈마 챔버(151) 내에 형성된 전기장에 의해 전극인 상기 배플 플레이트(105)를 통과하기 전에 소멸된다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 상기 플라즈마 발생부(150)는 상기 프로세스 챔버(20)와 분리된 플라즈마 챔버(151)에서 플라즈마(P)를 발생시키고, 상기와 같이 발생된 플라즈마(P)에서 라디칼(P1)만을 상기 웨이퍼(W)로 제공하므로, 상기 이온(P2)의 충돌로 인한 상기 웨이퍼(W)의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 발생부(150)는 프로세스 챔버(20)와 연통되어 상기 웨이퍼(W)에 플라즈마(P)를 제공하는 직접 플라즈마 발생 방식이며, ICP 방식으로서 비교적 높은 효율로 플라즈마(P)를 발생시키므로, 상기 소스가스의 반응성을 높여서 상기 웨이퍼(W)의 증착 속도와 효율을 향상시킨다.
한편, ICP 방식으로 플라즈마(P)를 발생시키기 위해서 상기 플라즈마 챔버(151)는 비교적 낮은 압력이 요구된다. 즉, 상기 플라즈마 챔버(151) 내부는 비교적 낮은 압력이 형성되며, 예를 들어, 상기 플라즈마 챔버(151) 내부는 5 내지 100 mTorr정도의 압력이 형성된다.
그러나, 상기 프로세스 챔버(20)는 상기 플라즈마 챔버(151)에 비해 높은 내부압 조건에서도 원자층 증착 공정을 수행하는 것이 가능하다. 예를 들어, 상기 프로세스 챔버(20)는 상압에 가까운 내부압이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 플라즈마 챔버(151) 내부의 압력은 상기 프로세스 챔버(20) 내부의 압력과 동일할 필요는 없다. 특히, 상기 플라즈마 챔버(151)와 상기 프로세스 챔버(20)가 직접 연통되어 있으므로, 상기 플라즈마 챔버(151)의 내부압과 상기 프로세스 챔버(20)의 내부압이 너무 크게 차이가 나는 경우에는 상기 플라즈마 발생부(150)의 동작에 영향을 미칠 수 있다.
이에 본 실시예에서는 상기 프로세스 챔버(20)의 내부압을 상기 플라즈마 챔버(151)의 내부압에 유사한 정도로 형성하였다. 예를 들어, 상기 프로세스 챔버(20)의 내부압은 100 내지 400 mTorr이다.
상기 플라즈마 발생부(150)의 압력을 조절하기 위한 압력조절부(143)가 구비된다. 특히, 상기 압력조절부(143)는 상기 배기부(140)와 연결된다.
상기 압력조절부(143)는 상기 플라즈마 챔버(151) 내의 압력을 강하시킬 수 있도록 상기 플라즈마 챔버(151)와 상기 배기챔버(141)를 연결시킨다. 상세하게는, 상기 압력조절부(143)는 상기 배플 플레이트(105)와 인접한 하부에 연결되어, 상기 배플 플레이트(105) 하부에 압력을 강하시킴으로써, 상기 플라즈마 챔버(151) 내의 압력을 강하시킨다.
본 실시예에 따르면 상기와 같은 ICP 방식의 플라즈마 발생부(150)는 낮은 압력 조건에서 플라즈마(P)를 발생시키고, 공급되는 전력 대비 플라즈마(P)의 발생효율이 높은 장점을 갖는다. 그리고, 상기 ICP 방식은 낮은 이온에너지를 가지므로 이온 충격으로 인한 상기 웨이퍼(W)의 손상을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 ICP 방식의 플라즈마 발생부(150)는 플라즈마(P) 발생 밀도가 높고, 낮은 공정압력에서 플라즈마(P)가 발생되므로 상기 웨이퍼(W) 상에 증착된 박막의 막질이 우수한 장점이 있다.
이하, 도 5와 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부를 구비하는 원자층 증착 장치의 성능에 대해 설명한다.
도 5와 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 성능을 설명하기 위한 그래프들로서, 웨이퍼 상에 형성된 박막에 대한 X선 회절 분석 결과를 도시하였다.
여기서, 도 5와 도 6은 서로 다른 여러 가지 경우의 플라즈마 발생부를 구비하는 원자층 증착 장치를 이용하여 웨이퍼 상에 TiN 박막을 형성한 결과를 보여준다.
도 5와 도 6에서 ‘실시예’는 본 발명의 일 실시예에 따른 ICP 방식의 플라즈마 발생부가 구비된 원자층 증착 장치를 이용하여 TiN 박막을 형성하고, 이와 같이 TiN 박막이 형성된 웨이퍼에 대한 X선 회절 분석을 실시한 결과를 보여준다.
여기서, 도 5의 그래프 상에 도시된 ‘①’은 ‘비교예 1’을 나타내고, ‘②’는 ‘비교예 2’, ‘③’은 ‘실시예’, ‘④’는 ‘비교예 3’, 그리고 ‘⑤’는 ‘비교예 4’를 각각 나타낸다.
그리고, ‘비교예 1’ TiN 박막이 형성된 웨이퍼로서 기준 웨이퍼에 대한 X선 회절 분석 결과를 보여준다.
‘비교예 2’는 별도의 플라즈마 발생부를 구비하지 않는 원자층 증착 장치를 이용하여 원자층 증착 공정을 수행한 후 웨이퍼 상에 형성된 박막에 대한 X선 회절 분석 결과를 보여준다.
‘비교예 3’은 원격 플라즈마 방식으로서, 용량 결합성(capacitively coupled plasma)의 플라즈마 발생부를 구비하는 원자층 증착 장치를 이용하여 원자층 증착 공정을 수행한 후 웨이퍼 상에 형성된 박막에 대한 X선 회절 분석 결과를 보여준다.
그리고, ‘비교예 4’는 직접 플라즈마 방식으로서 용량 결합성 플라즈마 발생부를 구비하는 원자층 증착 장치를 이용하여 원자층 증착 공정을 수행한 후 웨이퍼 상에 형성된 박막에 대한 X선 회절 분석 결과를 보여준다.
여기서, 실시예와 비교예들은 플라즈마 발생 조건을 제외한 나머지 조건을 동일하게 설정한 상태에서 TiN 박막을 형성 공정을 수행하였다.
도 5를 참조하면, 상기 비교예 1을 통해 TiN 결정화가 양호하게 이루어져서 TiN 박막이 형성된 경우, X선 회절 분석을 통해 약 78 내지 79°에서 피크가 나타남을 알 수 있다.
그리고, 상기 실시예와 상기 비교예 2 내지 상기 비교예 4를 비교하여 보면, 상기 비교예 1에서와 같이 78 내지 79°에서 피크가 나타나는 것은 상기 실시예뿐인 것을 알 수 있다. 즉, 실시예에서는 TiN이 결정화가 이루어져서 TiN 박막이 형성되었음을 보여준다.
한편, 상기 비교예 2에서 나타나는 피크는 TiO 박막이 형성되었음을 보여주는 것으로서, TiN 박막은 형성되지 않았음을 보여준다.
그리고, 상기 비교예 3에서 나타나는 피크는 Ti2N 박막과 TiO 박막 및 Ti 성분을 나타내는 피크가 나타난다. 이는 상기 비교예 2에서는 일부 TiN 박막이 형성되었음을 보여준다.
다음으로, 상기 비교예 4에서는 도 5의 그래프 상에서 전혀 피크가 나타나지 않는다.
도 6은 상기 비교예 4에 대해서 X선 회절 분석에서 X축의 범위를 변경한 그래프로서, 도 6을 참조하면, 상기 비교예 4에서 나타나는 피크는 TiO 박막이 형성되었음을 보여준다. 즉, 상기 비교예 4에서도 TiN 박막이 형성되지 않았음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 X선 회절 분석 결과를 통해, 용량 결합성 플라즈마를 원격 방식으로 설치하였을 경우에는 Ti2N 피크가 나타나므로 일부 결정화가 이루어진 것을 알 수 있으나, 나머지 경우에 대해서는 TiN 박막이 형성되지 않았음을 알 수 있다. 그러나, 본 실시예에서와 같이, 유도 결합성 플라즈마를 원격 방식으로 설치하는 경우에는 결정화가 효과적으로 발생하며, TiN 박막이 효과적으로 형성됨을 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 사시도;
도 2는 도 1의 원자층 증착 장치의 단면도;
도 3은 도 1의 원자층 증착 장치에서 샤워헤드를 설명하기 위한 사시도;
도 4는 도 1의 원자층 증착 장치에서 플라즈마 발생부를 설명하기 위한 단면도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 박막 증착 결과를 설명하기 위한 그래프로서, 웨이퍼의 X선 회절 분석 결과를 보여주는 그래프;
도 6은 도 5에서 용량 결합성 플라즈마 방식을 이용하여 박막을 증착시킨 웨이퍼의 X선 회절 분석 결과를 보여주는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 샤워헤드 20: 프로세스 챔버
30: 서셉터 35: 회전 구동부
100: 원자층 증착 장치 105: 배플 플레이트
110, 120: 소스영역 115, 125: 소스라인
130, 131, 132: 퍼지영역 135: 퍼지라인
140: 배기부 141: 배기챔버
142: 배기홀 143: 압력조절부
145: 배기라인 150: 플라즈마 발생부
151: 플라즈마 챔버 152: 플라즈마 안테나
155: 전원공급부 156: 절연부재
P: 플라즈마 P1: 라디칼
P2: 이온 S1, S2: 소스가스
W: 웨이퍼

Claims (5)

  1. 프로세스 챔버;
    상기 프로세스 챔버 내에 구비되어 복수의 웨이퍼를 지지하는 서셉터;
    상기 웨이퍼 상부에 구비되어 상기 웨이퍼로 서로 다른 복수의 소스가스를 제공하되, 상기 각 소스가스가 서로 독립적으로 분사되는 복수의 분사영역이 구비된 샤워헤드;
    상기 샤워헤드에 구비되어 상기 프로세스 챔버 내의 배기가스를 배기시키는 배기부; 및
    상기 샤워헤드에서 상기 적어도 하나의 분사영역 상에 구비되어 해당 분사영역에서 분사되기 전의 상기 소스가스를 유도 결합 방식(inductively coupled plasma, ICP)으로 플라즈마화시키는 플라즈마 발생부;
    를 포함하고,
    상기 플라즈마 발생부는,
    상기 소스가스를 수용하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 챔버;
    상기 플라즈마 챔버 내에 전기장을 형성하는 플라즈마 안테나; 및
    상기 플라즈마 안테나에 고주파 전원을 인가하는 전원공급부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생부를 구비하는 원자층 증착 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배기부는,
    상기 프로세스 챔버와 연통시키는 복수의 배기홀이 형성된 배기챔버;
    상기 배기챔버에 부압을 제공하는 배기라인; 및
    상기 배기챔버의 일측과 상기 플라즈마 발생부의 하부를 연결시키도록 형성되어 상기 플라즈마 챔버의 압력을 강하시키는 압력조절부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생부를 구비하는 원자층 증착 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생부 하부에는 상기 플라즈마를 상기 프로세스 챔버로 분사하기 위한 복수의 분사홀이 형성된 배플 플레이트가 구비되고, 상기 압력조절부는 상기 배플 플레이트 하부로 연결된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생부를 구비하는 원자층 증착 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터 및 상기 샤워헤드 중 적어도 하나는 서로에 대해 회전 가능하게 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생부를 구비하는 원자층 증착 장치.
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